(57)【要約】【課題】ボールグリッドアレイ型の半導体パッケージにおいて、半導体チップの表面に作用する熱応力を低減し、半導体チップの回路素子の誤動作を防止する。【解決手段】基板１１の一面に搭載された半導体チップ１３に重ねて、熱膨張率が当該半導体チップ１３と近似する半導体ウエハからなるダミーチップ１６を設け、このダミーチップ１６に重ねて、熱膨張率が基板１１と近似する金属板１８を設け、そして、モールド樹脂層２０により基板１１の一面を半導体チップ１３及びダミーチップ１６と共に封止し且つ金属板１８をその一面が外部に露出するようにモールド樹脂層２０に埋め込む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に接続端子が設けられた基板と、
この基板の前記一面に、前記接続端子に電気的に接続して搭載された半導体チップと、
この半導体チップに重ねて設けられ、熱膨張率が当該半導体チップと近似するダミー層と、
このダミー層に重ねて設けられ、熱膨張率が前記基板と近似する金属層と、
前記基板の前記一面を前記半導体チップ及び前記ダミー層と共に封止し且つ前記金属層をその一面が外部に露出するように埋め込んだモールド樹脂層と、
前記基板の他面に、前記一面の接続端子と電気的に接続して設けられた端子とを具備してなる半導体パッケージ。
【請求項２】
前記ダミー層は、半導体ウエハからなることを特徴とする請求項１記載の半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体パッケージに係り、特に放熱性の向上及び半導体チップの熱応力の低減化を図ったものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型軽量化の要請から、半導体チップの小型化、高集積化が図られている。半導体チップは通常樹脂により封止されてパッケージにされ、プリント配線基板などに実装される。しかしながら、最近のように、半導体チップが小型高密度化されてくると、半導体チップの発熱量が増大し、半導体パッケージからの自然放熱では対処しきれず、半導体チップの故障の原因になる。
【０００３】
そこで、従来、半導体パッケージの放熱性を改善するために、半導体チップの表面に熱伝導性に優れた金属板を接着して放熱する構造が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。この構造のものは、半導体チップの表面から金属板を介して直接的に放熱できるので熱対策としては効果的である。しかし、半導体チップと金属板との熱膨張率の差によって、半導体チップの表面に熱応力が作用し、誤動作したりする恐れがある。これは、半導体チップの表面に作用する熱応力の影響を受けて、例えばピエゾ抵抗効果によって特定の回路素子の抵抗値などの電気的特性が変化することにより起因して生ずる。
【０００４】
更に、最近、半導体パッケージの薄型化の要請により主流になりつつあるボールグリッドアレイ（以下、ＢＧＡと略す。）型の半導体パッケージに上記金属板による放熱構造を当てはめてみると、ＢＧＡ型半導体パッケージがハーフモールド構造、つまり基板の一面に半導体チップを搭載し、その一面をモールド樹脂層によって半導体チップと共に封止する構造であることにより、パッケージ全体の応力バランスがとれず、反りなどを生じたりして実用に耐えられなくなるという問題を生ずる。
【０００５】
ＢＧＡ型半導体パッケージの反りに対しては、図４に示すように、基板１上の半導体チップ２から離してモールド樹脂層３の表面部に、熱膨張率が基板１と近似する金属板４を設けたり（例えば、特許文献３）、図５に示すように、基板５上の半導体チップ６上に、熱膨張係数がモールド樹脂層７よりも小さい金属板８を貼り付けたりする構造が提案されている（例えば、特許文献４）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−８２６７２号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平７−１０７９２１号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開平１０−１１６９３６号公報
【０００９】
【特許文献４】
特開２０００−３１３４３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４の構造では、反り低減には一定の効果を発揮しても、半導体チップ２と金属板４との間にモールド樹脂３が入り込んでいるため、放熱効果はそれ程期待できず、半導体チップ２の許容消費電力に制約が生ずる。また、図５の構造では、半導体チップ６の表面に熱膨張率の異なる金属板８が貼り付けられているため、半導体チップ６に熱応力が作用して誤動作の原因となる恐れがある。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体チップの表面に作用する熱応力を低減し、半導体チップの回路素子の誤動作を防止できるボールグリッドアレイ型の半導体パッケージを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板の一面に搭載された半導体チップに重ねて、熱膨張率が当該半導体チップと近似するダミー層を設け、このダミー層に重ねて、熱膨張率が基板と近似する金属層を設け、そして、モールド樹脂層により基板の一面を半導体チップ及びダミー層と共にモールド樹脂層により封止し且つ金属層をその一面が外部に露出するようにモールド樹脂層に埋め込んだことを特徴とする。
この場合、ダミー層としては、半導体ウエハから構成することができる。
【００１３】
この構成の本発明によれば、半導体チップに重ねられたダミー層の熱膨張率が半導体チップと近似しているので、半導体チップの表面に作用する熱応力を軽減でき、誤作動を防止することができる。また、基板とは反対側にある金属層の熱膨張率が基板に近似しているので、半導体パッケージ全体として応力バランスがとれ、反り、変形などのない低応力構造とすることができる。更に、半導体チップに対してダミー層及び金属層が順に重ねられ、そして金属層の少なくとも一面が外部に露出しているので、放熱性に優れた構造となり、半導体チップの許容消費電力を大きくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をボールグリッドアレイ型の半導体パッケージに適用した第１実施例につき図１に基づいて説明する。
図１はボールグリッドアレイ型の半導体パッケージの断面図であり、同図において、基板１１は、例えば板厚０．５〜０．７ｍｍのガラスエポキシ樹脂基板やポリイミド樹脂基板などのプリント配線基板からなり、その一面である表面には、多数の接続端子、これら接続端子間を結ぶ配線パターン（いずれも図示せず）などがプリント手段によって形成されている。また、基板１１の他面である裏面には、表面に形成された接続端子のうちの所要の接続端子と例えばスルーホール（図示せず）によって電気的に接続されたボールグリッドアレイ型の端子、即ち半田からなる多数のボール１２が格子状に配列されている。
【００１５】
この基板１１の表面には、半導体チップ１３が接着剤或は接着シート１４により固定されている。そして、この半導体チップ１３はボンディングワイヤ１５によって基板１の接続端子に接続されている。このボンディングワイヤ１５はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕなどの細線からなる。
【００１６】
半導体チップ１３の表面の回路素子が形成された領域であってワイヤボンドパッドを除いた領域には、ダミー層としてのダミーチップ１６が接着シート１７によって固定されている。ダミーチップ１６は、その熱膨張率が半導体チップ１３のそれと近似しており、この実施例では半導体チップ１３と同一基材、即ち半導体チップ１３がＳｉウエハであれば、それと同じ材料であるＳｉウエハから形成されている。ダミーチップ１６は、ウエハを所定の厚さ（０．１〜０．４ｍｍ）に加工しただけのものであり、その表面に回路素子は形成されていない。
【００１７】
このダミーチップ１６の固定は、一般に行われているスタック方式で行われる。即ち、ダミーチップ１６の一面全体に、エポキシ或はポリイミドなどの熱硬化性樹脂をベース樹脂とした接着シート１７を貼り付け、半導体チップ１３よりも小さいサイズ（例えば５ｍｍ角の半導体チップの場合、４ｍｍ角）にダイシング加工を行い、ダイマウントでピックアップして半導体チップ１３の表面中央部に実装する。
【００１８】
ダミーチップ１６の表面には、金属層としての金属板１８が接着シート１９によって固定されている。この金属板１８の固定も上記のダミーチップ１６と同様のスタック方式によって行われる。金属板１８は、熱膨張の均衡をとるために、その熱膨張率が基板１１のそれと近似する例えばＮｉ合金、Ｆｅ合金、Ａｕ合金などから形成されている。
【００１９】
金属板１８の厚さは基板１１と同程度とし、大きさはパッケージとして完成されたときの当該パッケージの表面（上面）のほぼ全体を占める程度の大きさとする。例えば、表面の大きさが１０ｍｍ角のパッケージのとき、金属板１８は９ｍｍ角の大きさとする。
なお、接着シート１４、１７、１９の厚さは２０μｍ程度が好ましい。
【００２０】
以上の基板１１の表面は、半導体チップ１３及びダミーチップ１６と共にモールド樹脂層２０によって封止されている。モールド樹脂層２０には、更に金属板１８がその一面である上面を外部に露出させるようにして埋め込まれている。このモールド樹脂層２０は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂をベースとしたもので、基板１１に半導体チップ１３、ダミーチップ１６、金属板１８を順に重ねて固定した後、モールド金型（図示せず）によるインサート成形によって成形されたものである。
【００２１】
上記構成の半導体パッケージによれば、半導体チップ１３の回路素子が形成された表面にダミーチップ１６を固定し、このダミーチップ１６の熱膨張率を半導体パッケージ１３と近似、この実施例では半導体チップ１３と同じＳｉウエハから形成して熱膨張率が半導体チップ１３と概ね同じとなるようにしたので、半導体リップ１３の表面に作用する熱応力を軽減することができる。このため半導体チップ１３の表面に形成された回路素子への影響、例えば抵抗値の変動などを防止することができる。
【００２２】
また、ダミーチップ１６の材料であるＳｉウエハは、モールド樹脂層２３の材料であるエポキシよりも熱伝導率が１００倍以上高いので、半導体チップ１３の表面の熱を直接ダミーチップ１６へ効率よく逃がすことができる。更に、ダミーチップ１６上には金属板１８が固定され、その金属板１８の上面は外部に露出しているので、半導体チップ１３からダミーチップ１６に伝えられた熱を金属板１８から外部である大気中に効率良く放散することができる。このように本実施例では、半導体チップ１３の熱を外部に放散するための伝熱性に優れた放熱経路を確保することができる、放熱性に優れた半導体パッケージとすることができる。
【００２３】
また、本実施例では、金属板１８を半導体チップ１３ではなく、回路素子の形成されないダミーチップ１６に固定するので、金属板１８をダミーチップ１６よりも大きくすることができる。しかも、ダミーチップ１６は、回路素子の全くない単なるＳｉ板であるから、ダミーチップ１６に熱応力が作用しても何等問題はない。
更に、金属板１８の熱膨張率を基板１１と近似させてあるので、半導体パッケージ全体として応力バランスが取れ、半導体パッケージの反り、変形などを軽減することができる。
【００２４】
図２及び図３は本発明の第２及び第３の各実施例を示す。図２の第２実施例が上記第１実施例と異なるところは、半導体チップを複数、例えば２個の半導体チップ２１及び２２を基板１１に上下に重ねて搭載し、上段の半導体チップ２２の表面にダミーチップ１６を固定したところにある。
図３の第３実施例が上記第１実施例と異なるところは、半導体チップ２３をフェイスダウンボンディングしたところにある。
【００２５】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定されるものではなく、以下のような拡張或は変更が可能である。
ダミーチップは熱膨張率が半導体チップと近似しておれば、ウエハから形成するものに限られない。
ボールグリッドアレイ型の半導体パッケージに限られず、基板の裏面に外部に接続するための端子を有するものに広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す半導体パッケージの断面図
【図２】本発明の第２実施例を示す図１相当図
【図３】本発明の第３実施例を示す図１相当図
【図４】従来の一例を示す図１相当図
【図５】従来の他の例を示す図１相当図
【符号の説明】
図中、１１は基板、１２はボール（ボールグリッドアレイ型の端子）、１３は半導体チップ、１６はダミーチップ（ダミー層）、１８は金属板（金属層）、２０はモールド樹脂層、２１〜２３は半導体チップである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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