(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の半導体を実装する第一の基板と、前記半導体の上方かつ前記第一の基板の厚み方向に積層される封じ部材と、前記第一の基板に前記第一の半導体の下部領域を含んで配線され、その両端は二股に分岐されて外部より接触可能な第一の４端子に接続された所定の配線長からなる第一の銅配線を備え、前記第一の４端子は前記第一の半導体のチップの温度の検査用端子であることを特徴とするモジュールパッケージ。
【請求項２】
前記第一の銅配線の前記第一の半導体の下部領域は波状に配線されたことを特徴とする請求項１に記載のモジュールパッケージ。
【請求項３】
外部基板接続用の外部端子を備え、
前記第一の４端子は前記外部端子に含まれることを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかに記載のモジュールパッケージ。
【請求項４】
前記第一の４端子は前記モジュールパッケージの上面に設けられることを特徴とする請求項２から請求項３の何れかに記載のモジュールパッケージ。
【請求項５】
外部基板接続用の外部端子を備え、
第二の半導体を実装する第二の基板を前記第一の基板と前記封じ部材の間に備え、前記第二の基板に前記第二の半導体の下部領域を含んで配線され、その両端は二股に分岐されて外部より接触可能な第二の４端子に接続された第二の銅配線と、前記第一の４端子は前記外部端子に含まれ、前記第二の４端子は前記モジュールパッケージの上面に設けられ、
さらに、前記第一の４端子は前記第一の半導体のチップの温度の検査用端子であり、前記第二の４端子は前記第二の半導体のチップの温度の検査用端子であることを特徴とする請求項１に記載のモジュールパッケージ。
【請求項６】
前記第二の４端子の直径は前記外部端子の直径よりも小さいことを特徴とする請求項５に記載のモジュールパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）やＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、またはＬＳＩやＩＣを混載したＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ  Ｃｈｉｐ  Ｍｏｄｕｌｅ）やＳＩＰ（Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎ  Ｐａｃｋａｇｅ）などのモジュールにおけるモジュール内の半導体のジャンクション温度の測定を可能にする検査用端子を備えたモジュールパッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルテレビなどのデジタル家電の高性能化、高機能化が進んでいる。高性能化のためにデジタル信号処理の高速化、そして多くの機能を実現するために回路の高集積化が取り組まれている。デジタル信号処理の高速化は、システムＬＳＩの動作クロックの向上およびデータバスの拡大、ＤＤＲなどの高速のメモリデバイスを採用するなどが図られている。また、回路の高集積化は、ＭＣＭやＳＩＰ技術を用いて、システムＬＳＩまたはメモリデバイスを一つのパッケージに封じ格納するなどが図られている。一般的にはＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）パッケージに格納される場合が多い。
【０００３】
高速化が進むことによって、パッケージに内蔵されるシステムＬＳＩやメモリなどの半導体チップの発熱量は大きくなる。また、高集積化が進むことによって、パッケージに格納されるそれぞれの半導体チップの発熱も加算され、パッケージあたりの発熱量は更に増加する傾向にある。
【０００４】
パッケージに格納する半導体のジャンクション温度を動作保証範囲に抑える為に、ヒートシンクや放熱フィンをパッケージに用意し、放熱効果を上げる取り組みが行われている。
【０００５】
それに伴いパッケージの材料費や放熱フィンにかかるコストも増加しており、厚みも増加している。コストと厚みの増加を抑えながら内蔵する半導体のジャンクション温度を動作保証範囲に抑えるためには、内蔵する半導体のジャンクション温度を正確に計測し、コスト、部品厚みにおいて必要最低限の放熱対策を取ることが望ましい。
【０００６】
そこで、半導体チップに温度測定素子を内蔵させ一定温度以上にならないように制御する方が考えられる。（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、メモリなどの汎用品については、このような温度測定素子は内蔵されていないのが一般的である。従って、内蔵するメモリなどの半導体のジャンクション温度はパッケージ表面に熱電対を取り付けて測定していた。熱電対を被測定体に取り付けて温度を測定する方法は既に一般的であり、専用測定器も存在することから、詳細説明は省略する。
【０００８】
図３を用いて従来のモジュールパッケージおよび熱電対による測定方法の概略を説明する。図３は従来のモジュールパッケージであるＢＧＡパッケージの構成を示す側面図である。半導体チップ１１１、基板１０１、モールド１０７、複数の半田ボール１０４から構成される。熱抵抗１０２と測定点１０３は概念を示した物であり、実際は内蔵されていない。
【０００９】
モールド１０７内に内蔵される半導体チップ１１１と基板１０１との物理的な接合は、半導体チップ１１１を基板に図示しない数μｍの厚さの接着シートを挟んで接着する。電気的には、フリップチップ工法やワイヤボンディング工法を用いて接続する。何れの工法も一般的であるため説明を省略する。半田ボール４は、外部基板（図示せず）との接続手段である。つまり、基板１０１の下面に半田ボール４が複数配置されるＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）の一例をここでは示している。ＢＧＡパッケージと外部基板との物理的な接合は、外部基板の半田ボール４に対応したランドと半田ボール４とを、リフロー工程により半田付けすることになされる。
【００１０】
従来のＢＧＡパッケージにおける内蔵する半導体チップ１１１のジャンクション温度の測定方法は以下の通りである。
【００１１】
所定の動作条件で半導体チップ１１１を動作させた状態において、モールド１０７の表面の測定ポイント１０３に熱電対を取り付けてパッケージの表面温度Ｔｃを測定する。次にＢＧＡパッケージの熱抵抗θｊｃ１０２と所定の動作条件における半導体チップ１１１の消費電力Ｐａを用いて、半導体チップ１１１のジャンクション温度Ｔｊを算出する。算出式はＴｊ＝Ｔｃ＋（Ｐａ×θｊｃ）である。
【００１２】
また、被温度測定体に接続固定される抵抗体を用いて４端子抵抗測定法により温度を測定することも考えられる。（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−３３５５２２号公報
【特許文献２】特開平６−１３７９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら上記のような特許文献２の構成では、温度測定用に抵抗体の部品を別途追加する必要があり、抵抗体のコストが余分に必要であり、コストが増加する問題が生じていた。また、抵抗体を被測定体に上積みするために、抵抗体の厚み分パッケージの厚みが増加するという問題が生じていた。
【００１４】
また、マルチチップを内蔵するモジュールの場合、半導体チップのＴｊは、他の半導体チップの発熱に炙られることにより上昇する。また、Ｔｃは全ての半導体チップの発熱の影響を受ける。よって、それぞれの半導体チップのＴｊを求めるためには、全ての半導体チップのθｊｃに加え、全ての半導体チップ間の熱抵抗が新たに必要となり、算出式は複雑となる。また、一般的に熱抵抗は誤差の大きなパラメータであるので、算出式の誤差は熱抵抗の割合が増えることにより大きくなる。従って、従来の熱電対によるジャンクション温度の測定方法では、Ｔｃと各チップＴｊとの関係式が複雑になり、算出したジャンクション温度と実際のジャンクション温度の誤差が大きくなる問題が生じていた。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明のモジュールパッケージは、第一の半導体を実装する第一の基板と、前記半導体の上方かつ前記第一の基板の厚み方向に積層される封じ部材と、前記第一の基板に前記第一の半導体の下部領域を含んで配線され、その両端は二股に分岐されて外部より接触可能な第一の４端子に接続された第一の銅配線を備え前記第一の４端子は前記第一の半導体のジャンクション温度の検査用端子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のモジュールパッケージは、半導体チップを実装する基板上の銅配線を温度計測用の抵抗体とするため、温度計測用の抵抗体部品を追加する必要がなく、コストは増加しない。また、抵抗体部品を半導体チップに上積みする必要は無く、厚みの追加は発生しない。また、モジュール内部に封じられる複数の半導体チップの真下に配置された抵抗体から分岐され引き出された４つの温度検査端子を外部から測定可能に設けることにより、モジュール内部に封じる複数の半導体チップのジャンクション温度をそれぞれ正確に検査することが可能である。
【００１８】
従って、内蔵する複数の半導体のジャンクション温度をそれぞれ正確に計測することができるため、コスト、部品厚みにおいて必要最低限の放熱対策を取ることが可能となる。結果、高性能、高品質であり安価なモジュールを実現可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（実施の形態１）
以下本発明の第一の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第一の実施の形態に係るモジュールパッケージの構成を示す斜視図である。また、図２に同じ構成の（ａ）平面透視図、（ｂ）側面透視図を示す。なお、両図においては同一の構成要素については同一の番号を付すものとする。なお、実際には、（ａ）平面透視図は、半田ボール４やそれぞれのＩＣ（半導体）チップからの配線パターンが多数存在し示されるべきであるが、分かりやすくする為に省略している。
【００２０】
図１および図２に示すモジュールパッケージは、第一の基板１、第二の基板２、第三の基板３、複数の半田ボール４、２つのコンポジットシート８、ＩＣチップ１１、ＩＣチップ１２、ＩＣ１３、温度検査端子５１、５２、５３、５４、６１、６２、６３、６４、銅配線パターン３１、３３、３４、３６、３７、４１、４３、４４、４６、４７、銅配線分岐３２、３５、４２、４５より構成される。
【００２１】
第一の基板１と第二の基板２と第三の基板３は、基板の厚み方向に積層されている３層の多層型プリント基板である。基板間に絶縁体であるコンポジットシート８を挟んで積層されている。第三の基板３の上面にはＩＣ１３やメモリなどの汎用ＩＣを実装できるプリント基板の領域が確保されている。
【００２２】
コンポジットシート８は、エポキシ樹脂などが含有される粘着性のある樹脂シートであることが考えられる。上下の基板とは接着接合される。また、基板間の電気的接続はコンポジットシートに貫通孔を空けておき、導電体を充填させておけば可能である。コンポジットシートは、一例として特開２００５−２６５７３においてプリプレグとしても記載されている。
【００２３】
なお、基板間の積層はコンポジットシート８を挟む例を示したが、必ずしも必要でない。基板を切り抜きキャビティを形成し、半導体チップを埋設し、コンポジットシート８を挟まずに基板を積層しても良い。また、積層する基板は３枚の例を示したが、３枚に関わらず１枚以上であれば良い。
【００２４】
半田ボール４は、外部基板（図示せず）との接続手段である、温度検査端子６１、６２、６３、６４を含む。つまり、第一の基板１の下面に半田ボール４が複数配置されるＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）の一例をここでは示している。モジュールパッケージと外部基板との物理的な接合は、外部基板の半田ボール４に対応したランドと半田ボール４とを、リフロー工程により半田付けすることになされる。もちろん半田ボール４の変わりにコネクタ端子を設け、外部基板とコネクタ接続する構成であっても良い。
【００２５】
半田ボール４はモジュールパッケージの外部インターフェースでもある。第一の基板１に実装されるＩＣチップ１１、第二の基板２に実装されるＩＣチップ１２、第三の基板３に実装されるＩＣ１３などの回路と、外部基板上に用意される回路とは、半田ボール４を介して電気的にも接続される。
【００２６】
ＩＣチップ１１の封じ部材である第二の基板２、ＩＣチップ１２の封じ部材である第三の基板３は、概ね数百μｍ程の厚みを持ち、ＩＣチップ１１、ＩＣチップ１２の封じ部材であるコンポジットシート８も概ね数百μｍ程の厚みを持つ。ＩＣチップ１１、ＩＣチップ１２は、それぞれ第二の基板２、第三の基板３により上方向、コンポジットシート８により横方向が封じられるために、コンポジットシートの厚みを超えない高さ、ならびにコンポジットシートのキャビティ部を超えないサイズに実装する必要がある。
【００２７】
そこで、半導体ウェハーをコンポジットシートの厚みよりも薄く研磨した後、コンポジットシートのキャビティサイズ以下にダイシングしたベアダイを用いる。ＩＣチップ１１およびＩＣチップ１２と基板との物理的な接合は、ベアダイを基板に図示しない数μｍの厚さの接着シートを挟んで接着する。電気的には、フリップチップ工法やワイヤボンディング工法を用いて接続する。何れの工法も一般的であるため説明を省略する。ＩＣチップ１３は第三の基板３の上面に確保されているプリント基板の領域に実装される為、厚み方向の制約が無い。よって、パッケージに格納されている汎用のＩＣを通常のリフロー工程にて物理的、電気的に接続する。なお、ＩＣチップ１１、ＩＣチップ１２の封じ部材は基板とコンポジットシートの例を示したが、限定されるものでない。例えばコンポジットシートと基板の代わりにモールドにより封じされる場合も考えられる。その場合は封じ部材はモールド材となる。
【００２８】
ＩＣチップ１１およびＩＣチップ１２はモジュールパッケージの内部に封じられる。よって、ＩＣチップ１１およびＩＣチップ１２は外部より熱電対を接続することができない。
【００２９】
銅配線パターン３１、３３、３４、３６、３７、４１、４３、４４、４６、４７は、第一の基板１、第二の基板２、第三の基板３における、半田ボール４やそれぞれのＩＣ（半導体）チップからの電気配線用パターンと同じ銅配線であり、プリント基板の絶縁層上に銅配線を形成するエッチング工程にて生成される。よって、銅配線パターン３１、３３、３４、３６、３７、４１、４３、４４、４６、４７は、電気配線用パターンと全く同じ厚みとなる。なお、銅配線パターン３１、３３、３４、３６、３７、４１、４３、４４、４６、４７の厚みは一般的には１０数μｍ程の厚みとなる。
【００３０】
一般的に金属は温度変化に応じて電気抵抗特性が変化する特性を有する。銅の場合も同様に有し、銅の抵抗温度係数は４．３×１０−３  （Ω／℃）と知られている。また、温度変化を銅の抵抗値、抵抗温度係数を用いて計算する式は、Ｔ２＝（Ｔ１＋１／（４．３×１０−３））×（Ｒ２／Ｒ１）−１／（４．３×１０−３）と知られている。ここで、Ｔ２は変化後の温度、Ｔ１は変化前の温度、Ｒ２は変化後の抵抗値、Ｒ１は変化前の抵抗値である。
【００３１】
そこで、本発明は、銅の抵抗温度係数と抵抗値を用いて、内蔵する半導体チップのジャンクション温度を測定可能にしている。本発明のモジュールパッケージは、内蔵する半導体チップ下部の基板部に所定の配線長に銅配線パターンを引き回し、その銅配線パターンの両端を分岐させて引き伸ばし、引き伸ばされた２対の銅配線パターンにそれぞれ接続され、抵抗値を測定するための外部より接触可能な４つの端子を設ける構成を特徴とする。
【００３２】
銅配線パターン３１は、半導体チップ１１真下の第一の基板１の上面領域に所定の配線長となるように引き回される。半導体チップ１１真下の第一の基板１の上面領域は、半導体チップ１１の下面と直接接触しており、半導体チップ１１と同じ温度となる。実際は数μｍの厚さの接着シートを挟む場合が多いが無視できる。接着シートはごく薄く熱伝導性も良いために影響は少ないためである。よって、銅配線パターン３１の温度を測定することにより、半導体チップ１１の温度を測定できる。銅配線パターン３１の温度は、上記計算式を用い、抵抗温度係数と銅配線パターン３１の抵抗値より算出する。
【００３３】
最も正確に半導体チップ１１のジャンクション温度を測定するためには、銅配線パターン３１を半導体チップ１１真下の第一の基板１の上面領域内に配置することが望ましい。しかしながら、実装上の制約などにより、半導体チップ１１真下の第一の基板１の上面領域内に配置できない場合は、半導体チップ１１の真下でなく周りに配置することや、図２の４１に示すように半導体チップ真下の基板の下面領域など上面以外の下部領域に配置する場合も考えられる。その場合は、半導体チップ１１と銅配線パターン３１は直接接触していないため、基板に熱が伝導し放熱する分だけ温度が低下した値が測定される。その場合は、その温度低下分を基板の熱伝導特性より求め、更に足し算することにより補正できる。
【００３４】
銅配線パターン３１を図２のように波状に引き回すのは、半導体チップ１１の温度を正確に測定するために、銅配線パターン３１を半導体チップ１１の真下に配置する場合に、半導体チップ１１の真下に相当する限られた面積において、引き回す銅配線パターン３１の配線長を長くするためである。銅配線パターン３１の抵抗値は配線長に比例して大きくなる一方、抵抗温度係数は配線長に関わらず一定であるので、銅配線パターン３１の抵抗値が大きいほど温度変化に対する抵抗値の変化量が大きくなる。即ち、小さな温度変化にも対応して抵抗値の変化を計測するためには、配線長を長くして抵抗値を大きくするほうがより小さな温度変化まで観測できるので有利である。一方、、半導体チップ１１は数ｍｍ各のサイズが一般的であり、基板上の銅配線の幅、銅配線間の絶縁距離は数１０〜数１００μｍが一般的である。半導体チップ１１の真下の第一の基板１上面領域は限られていることから、引き回せる配線長も限られてくるため、銅配線パターン３１は、配線長が最も短い場合は直線である場合も考えられる。
【００３５】
銅配線パターン３１の両端は、分岐点３２、３５を有し、それぞれ二股に分岐される。分岐点３２からは銅配線パターン３３、３４となり、分岐点３５からは銅配線パターン３６、３７となる。銅配線パターン３３には温度検査端子６１、銅配線パターン３４には温度検査端子６２、銅配線パターン３６には温度検査端子６４、銅配線パターン３７には温度検査端子６３が設けられる。温度検査端子６１、６２、６３、６４は全てモジュールの外部端子である半田ボール４の一部である。従って、外部より温度検査端子６１、６２、６３、６４を用いて、銅配線パターン３１の抵抗値を測定し、半導体チップ１１のジャンクション温度を算出、検査することができる。
【００３６】
ここで、銅配線パターン３１の両端に分岐点３２、３５を有し、それぞれ二股に分岐させるのは、銅配線パターン３３、３４、３６、３７の抵抗値の影響を受けずに銅配線パターン３１の抵抗値を測定する為である。この手法は抵抗体を用いる４端子法として、特許文献２にも開示されているため、詳細説明は省略する。
【００３７】
本発明の特徴は、以上の銅配線パターン３１、３３、３４、３６、３７が半導体チップ１１からの配線される電気配線用パターンと同じ銅配線であることにある。つまり、温度を算出するための抵抗体は、半導体チップ１１からの電気配線用パターンと同じ銅配線であり、４端子法においては二股に分岐され引き出される。
【００３８】
よって、温度計測用の抵抗体部品を追加する必要が無く、抵抗体部品を半導体チップに上積みする必要も無い。
【００３９】
更にモジュールに内蔵する第二の半導体チップである半導体チップ１２においても同様にジャンクション温度を測定可能にしている。半導体チップ１２は第二の基板２上に実装されている。図２に示したように内部の配線については半導体チップ１１の場合と同等であるので、相違点に注目して説明する。
【００４０】
半導体チップ１２の場合は、第一の基板１と封じ部材となる第三の基板３との間に積層され備えられた第二の基板２上に実装されている。よって、温度検査端子は配線距離の短いモジュール上面に設けられている。つまり第三の基板３上に温度検査端子５１、５２、５３、５４は設けられている。
【００４１】
温度検査端子５１、５２、５３、５４は半田ボール４と異なり外部基板との接続手段でない。よって、図２に記載のように、温度検査端子５１、５２、５３、５４の直径は半田ボール４の直径より小さい。なぜなら、半田ボールの直径は、外部基板との接合工法や外部基板の配線密度にも依存して決まるため、小さくするにも限界があるが、温度検査端子５１、５２、５３、５４は外部基板に依存しないため、より小さくすることができるからである。従って、上面に設ける温度検査端子５１、５２、５３、５４の所要面積は、裏面の半田ボール４に設ける場合に比較して小さくすることができる。結果として、モジュールパッケージのサイズを小さくすることができる。
【００４２】
また、半導体チップ１３については、モジュール上面に配置されていることから、従来のように熱電対を接続してジャンクション温度を測定可能である。
【００４３】
従って、半導体チップ１１、１２、１３の３石を内蔵するモジュールにおいても、全ての半導体チップのジャンクション温度を正確に測定、検査可能である。本実施の形態においては３石の例を示したが、２石以上の何石であっても同様に可能である。
【００４４】
モジュールパッケージに封じられる半導体チップ１１のジャンクション温度は、温度検査端子６１、６２、６３、６４を用い抵抗値を測定して前述した計算式を用い正確に測定、検査可能である。モジュールパッケージに封じられる半導体チップ１２のジャンクション温度は、温度検査端子５１、５２、５３、５４を用い抵抗値を測定して前述した計算式を用い正確に測定、検査可能である。モジュールパッケージの上面に実装される半導体チップ１２のジャンクション温度は、熱電対を接続しＴｃを測定して、前述した計算式を用いジャンクション温度を測定、検査可能である。
【００４５】
従って、本発明におけるモジュールパッケージと内蔵する半導体の温度検査方法においては、半導体チップを実装する基板上の銅配線を温度計測用の抵抗体とするため、温度計測用の抵抗体部品を追加する必要がないので、コストは増加しない。また、抵抗体部品を半導体チップに上積みする必要は無いので、厚みの追加は発生しない。
【００４６】
また、モジュール内部に封じられる複数の半導体チップの真下に配置された銅配線から分岐され引き出された４つの温度検査端子を外部から接触できるように測定可能に設けることにより、半導体チップの真下に配置された銅配線の抵抗値を四端子法で正確に測定することができる。測定された抵抗値を元に前述した計算式を用いて、内蔵する複数の半導体チップのジャンクション温度をそれぞれ正確に測定、検査することが可能である。
【００４７】
よって、温度測定用に抵抗体の部品を別途追加する必要があり、抵抗体のコストが余分に必要であり、コストが増加する問題を解決できる。また、抵抗体を被測定体に上積みするために、抵抗体の厚み分パッケージの厚みが増加するという問題を解決できる。また、従来のジャンクション温度の測定方法では、マルチチップを内蔵するモジュールの場合、Ｔｃと各チップＴｊとの関係式が複雑になり、算出したジャンクション温度と実際のジャンクション温度の誤差が大きくなる問題を解決できる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明にかかるモジュールパッケージは、高性能、高品質であり安価なモジュールを実現可能な効果を有し、ＬＳＩやＩＣまたはＭＣＭやＳＩＰ等のパッケージとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係るモジュールパッケージの構成を示す斜視図
【図２】本発明の第一の実施の形態に係るモジュールパッケージの構成を示す平面図及び側面図
【図３】従来のＢＧＡパッケージの構成を示す側面図
【符号の説明】
【００５０】
１    第一の基板
２    第二の基板
３    第三の基板
４    半田ボール
８    コンポジットシート
１１    ＩＣチップ
１２    ＩＣチップ
１３    ＩＣ
５１、５２、５３、５４、６１、６２、６３、６４    温度検査端子
３１、３３、３４、３６、３７、４１、４３、４４、４６、４７    銅配線パターン
３２、３５、４２、４５    銅配線分岐
【図１】
0004635901.tif 000002
【図２】
0004635901.tif 000003
【図３】
0004635901.tif 000004