(57)【要約】【課題】樹脂封止層への応力集中を軽減してクラックの発生を防止することができ、基板不良を回避し得る半導体チップの実装構造及びこれを用いた携帯端末機器を提供する。【解決手段】基板１上にフリップチップ接続した半導体チップ２を金属メッシュ４で覆うと共に、前記半導体チップ２の周囲にアンダーフィル樹脂材３ａを塗布して硬化させることにより、前記金属メッシュ４が配置された樹脂封止層３を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に半導体チップをフリップチップ接続すると共に、前記基板と半導体チップとを樹脂封止層を介して封止する半導体チップの実装構造において、
前記基板上にフリップチップ接続した半導体チップを金属メッシュで覆うと共に、前記半導体チップの周囲にアンダーフィル樹脂材を塗布して硬化させることにより、前記金属メッシュが配置された樹脂封止層を形成したことを特徴とする半導体チップの実装構造。
【請求項２】
前記半導体チップが高周波部品であり、前記金属メッシュの一部を基板のグランド電極と電気的に接続してあることを特徴とする請求項１記載の半導体チップの実装構造。
【請求項３】
基板上に平面形状が多角形である半導体チップをフリップチップ接続すると共に、前記基板と半導体チップとを樹脂封止層を介して封止する半導体チップの実装構造において、
前記基板上にフリップチップ接続した半導体チップの周囲にアンダーフィル樹脂材を塗布して硬化させることにより樹脂封止層を形成すると共に、該樹脂封止層の角部における基板上にリブを設けたことを特徴とする半導体チップの実装構造。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか一つに記載の半導体チップの実装構造を備えた基板を筐体内に具備することを特徴とする携帯端末機器。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップの実装構造及び携帯電話機やＰＨＳ等の移動通信機、或いはＰＤＡ（Personal Digital Assistant）といった携帯端末機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、携帯電話機やＰＨＳ等の移動通信機、或いはＰＤＡといった携帯端末機器の筐体内に内蔵される基板上には、半導体チップが実装されるが、該半導体チップの端子形状としては、ＰＧＡ（Pin Grid Array）等の挿入形（Pin insertion type）やＢＧＡ（Ball Grid Array）等の面実装形（Surface mount type）が主流となっている。
【０００３】
ここで、前記面実装形のＢＧＡの場合、半導体チップの表面には、電極となる接続部を半田等で半球状に盛り上がらせて形成した回路素子としてのフリップチップを有しており、基板上に半導体チップをフリップチップ接続するようになっているが、該半導体チップの基板からの脱落やフリップチップ接続部分における半田の剥離を防止するために、通常、図１０に示される如く、基板１上にフリップチップ接続した半導体チップ２の周囲にアンダーフィル樹脂材３ａを塗布して硬化させることにより樹脂封止層３を形成するようになっている。
【０００４】
尚、図１０に示されるような半導体チップの実装構造を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
【特許文献１】特開２０００−２８６３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、最近の携帯端末機器は、液晶画面の大型化、機能向上による高密度・大型化した半導体チップ２の搭載、並びに機能部品・電子部品の増加等により、製品重量が増しているため、万一、携帯端末機器を落としたりすると、その落下によるエネルギーが増大し、部品や基板１に与えるダメージ大きくなり、アンダーフィル樹脂材３ａを塗布して硬化させた樹脂封止層３の特に角部に応力が集中してクラックが発生し、その後、クラックが成長して次第に亀裂が拡大して行き、前記基板１と半導体チップ２との封止ができなくなって、半田割れやレジスト剥離等を起こし、基板不良に至る虞があった。
【０００６】
一方、前記半導体チップ２の周囲にアンダーフィル樹脂材３ａを塗布する際には、まだ硬化せずに軟らかい状態のアンダーフィル樹脂材３ａが半導体チップ２の周辺部分に流れ出し、他の電子部品に付着したりする不具合もあった。
【０００７】
又、高機能化に伴う基板１上に実装される半導体チップ２の増加やＣＰＵのクロックの高速化により、半導体チップ２からの電磁波の発生量が大きく、該電磁波が他の電子部品に影響を与え、誤動作や性能の劣化等を引き起こすことから、電磁波のシールド性を高めることも重要になってきているが、仮に電磁波の発生量が大きくノイズ源となる半導体チップ２を金属製で箱型のシールドケースで覆うことによって電磁波のシールドを行うようにした場合、半導体チップ２の実装高さのバラツキを考慮してシールドケース天井面と半導体チップ２頂面との間にはクリアランスを設ける必要があり、その分だけ筐体の厚さが増してしまうという欠点を有していた。
【０００８】
本発明は、斯かる実情に鑑み、樹脂封止層への応力集中を軽減してクラックの発生を防止することができ、基板不良を回避し得る半導体チップの実装構造及びこれを用いた携帯端末機器を提供しようとするものである。更に、本発明は、電磁波のシールド性向上並びに筐体の薄型化をも図り得る半導体チップの実装構造及びこれを用いた携帯端末機器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、基板上に半導体チップをフリップチップ接続すると共に、前記基板と半導体チップとを樹脂封止層を介して封止する半導体チップの実装構造において、
前記基板上にフリップチップ接続した半導体チップを金属メッシュで覆うと共に、前記半導体チップの周囲にアンダーフィル樹脂材を塗布して硬化させることにより、前記金属メッシュが配置された樹脂封止層を形成したことを特徴とする半導体チップの実装構造にかかるものである。
【００１０】
前記半導体チップの実装構造においては、前記半導体チップが高周波部品である場合、前記金属メッシュの一部を基板のグランド電極と電気的に接続することが好ましい。
【００１１】
又、本発明は、基板上に平面形状が多角形である半導体チップをフリップチップ接続すると共に、前記基板と半導体チップとを樹脂封止層を介して封止する半導体チップの実装構造において、
前記基板上にフリップチップ接続した半導体チップの周囲にアンダーフィル樹脂材を塗布して硬化させることにより樹脂封止層を形成すると共に、該樹脂封止層の角部における基板上にリブを設けたことを特徴とする半導体チップの実装構造にかかるものである。
【００１２】
更に又、本発明は、前述のいずれか一つに記載の半導体チップの実装構造を備えた基板を筐体内に具備することを特徴とする携帯端末機器にかかるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、樹脂封止層への応力集中を軽減してクラックの発生を防止することができ、基板不良を回避し得るという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１５】
図１乃至図３は本発明に係る半導体チップの実装構造の一実施形態を示す例であって、図中、図１０と同一の符号を付した部分は同一物を表しており、基本的な構成は図１０に示す従来のものと同様である。  
【００１６】
又、図４は本発明に係る半導体チップの実装構造を有する携帯端末機器の一例である携帯電話機を示したもので、この携帯電話機９を構成する筐体は、筐体の表側を形成し、その表面上に表示部７及びキー操作部８が配される枠が形成された筐体片９ａと、筐体の裏側を形成する筐体片９ｂとを係合させて構成するようになっており、筐体内にはキー操作部８を備えるキー基板１０と、無線部や制御部を構成する半導体チップや電子部品等が実装されたメインの基板１とを内蔵するようになっている。
【００１７】
次に、メインの基板１上に実装される本発明に係る半導体チップの実装構造について詳述する。
【００１８】
本図示例の特徴とするところは、図１乃至図３に示す如く、メインの基板１上にフリップチップ接続した半導体チップ２を金属メッシュ４で覆うと共に、前記半導体チップ２の周囲にアンダーフィル樹脂材３ａを塗布して硬化させることにより、前記金属メッシュ４が配置された樹脂封止層３を形成するようにしてある。
【００１９】
前述の如く、半導体チップ２の周囲に金属メッシュ４が配置された樹脂封止層３を形成すると、金属メッシュ４によって樹脂封止層３の強度がアップし、携帯電話機９のような携帯端末機器の落下時等において樹脂封止層３に作用する応力が従来に比べて軽減される形となる。
【００２０】
この結果、樹脂封止層３には応力が集中せずクラックが発生しにくくなり、前記基板１と半導体チップ２との封止が継続的に保持され、半田割れやレジスト剥離等を起こさず、基板不良等も避けられることとなる。
【００２１】
ここで、図５は金属メッシュ無し解析モデルと金属メッシュ有り解析モデルとの引張シミュレーション解析境界条件を示す概要図であって、
基板１として、ガラスエポキシ製で、そのサイズが４０［ｍｍ］×５０［ｍｍ］×ｔ０．８［ｍｍ］、ヤング率が１５〜２５［ＧＰａ］のものを用い、
半導体チップ２として、樹脂パッケージされたもので、そのサイズが２０［ｍｍ］×２０［ｍｍ］×ｔ１．８［ｍｍ］、ヤング率が１５〜２５［ＧＰａ］のものを用い、
アンダーフィル樹脂材３ａをエポキシ系樹脂として、硬化した樹脂封止層３のヤング率が１．５〜３．５［ＧＰａ］となるものを用い、
金属メッシュ４としてスチールメッシュを用い、
実際の解析には１／４モデルを適用し、図５に示す所望の面を拘束した状態で、引張荷重Ｐ≒５［ｋｇ］（≒５×９．８［Ｎ］）の１／４の引張荷重を各解析モデルに付与した場合、樹脂封止層３に作用する応力は、金属メッシュ無し解析モデルに比べて金属メッシュ有り解析モデルの方が約４３［％］軽減されることが確認できた。
【００２２】
又、図６は金属メッシュ無し解析モデルと金属メッシュ有り解析モデルとの曲げシミュレーション解析境界条件を示す概要図であって、引張の場合と同様、
基板１として、ガラスエポキシ製で、そのサイズが４０［ｍｍ］×５０［ｍｍ］×ｔ０．８［ｍｍ］、ヤング率が１５〜２５［ＧＰａ］のものを用い、
半導体チップ２として、樹脂パッケージされたもので、そのサイズが２０［ｍｍ］×２０［ｍｍ］×ｔ１．８［ｍｍ］、ヤング率が１５〜２５［ＧＰａ］のものを用い、
アンダーフィル樹脂材３ａをエポキシ系樹脂として、硬化した樹脂封止層３のヤング率が１．５〜３．５［ＧＰａ］となるものを用い、
金属メッシュ４としてスチールメッシュを用い、
実際の解析には１／４モデルを適用し、図６に示す所望の面を拘束した状態で、曲げ荷重Ｐ≒５［ｋｇ］（≒５×９．８［Ｎ］）の１／４の曲げ荷重を各解析モデルに付与した場合、樹脂封止層３に作用する応力は、金属メッシュ無し解析モデルに比べて金属メッシュ有り解析モデルの方が約２６［％］軽減されることが確認できた。
【００２３】
この結果、最近の携帯電話機９のような携帯端末機器は、液晶画面の大型化、機能向上による高密度・大型化した半導体チップ２の搭載、並びに機能部品・電子部品の増加等により、製品重量が増しているため、万一、前記携帯端末機器を落としたりすると、その落下によるエネルギーが増大しているが、アンダーフィル樹脂材３ａを塗布して硬化させた樹脂封止層３内には金属メッシュ４が配置されていることから、該樹脂封止層３には応力が集中せずクラックが発生しにくくなり、前記基板１と半導体チップ２との封止が継続的に保持され、半田割れやレジスト剥離等を起こさず、基板不良等も避けられることとなる。
【００２４】
一方、前記半導体チップ２の周囲にアンダーフィル樹脂材３ａを塗布する際には、金属メッシュ４が無い場合、まだ硬化せずに軟らかい状態のアンダーフィル樹脂材３ａが半導体チップ２の周辺部分に流れ出し、他の電子部品に付着したりする可能性もあるが、本図示例の場合には、金属メッシュ４を設けてあるため、該金属メッシュ４の網目部分にアンダーフィル樹脂材３ａが入り込んでその表面張力により、半導体チップ２の周辺部分に流れ出しにくくなり、他の電子部品に付着したりする心配もなくなる。
【００２５】
こうして、樹脂封止層３への応力集中を軽減してクラックの発生を防止することができ、基板不良を回避し得る。
【００２６】
図７は本発明に係る半導体チップ２の実装構造の他の実施形態であって、図中、図１〜図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１〜図３に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図７に示す如く、半導体チップ２が高周波部品である場合に、金属メッシュ４の四隅部を基板１のグランド電極５と半田付けにより電気的に接続し、前記半導体チップ２の周囲にアンダーフィル樹脂材３ａを塗布して硬化させることにより、前記金属メッシュ４が配置された樹脂封止層３を形成し、前記半導体チップ２が実装された基板１を、図４に示す例と同様に、携帯電話機９の筐体片９ａ，９ｂ内に具備するようにした点にある。
【００２７】
図７に示す例においては、金属メッシュ４によって樹脂封止層３の強度がアップし、携帯電話機９のような携帯端末機器の落下時等において樹脂封止層３に作用する応力が従来に比べて軽減されることに加え更に、半導体チップ２が高周波部品であって電磁波の発生量が大きくても、金属メッシュ４の一部を基板１のグランド電極５と電気的に接続したことにより、電磁波のシールド性が高められ、他の電子部品の誤動作や性能の劣化等が発生しなくなる。
【００２８】
ここで、仮に電磁波の発生量が大きくノイズ源となる半導体チップ２を金属製で箱型のシールドケースで覆うことによって電磁波のシールドを行うようにした場合、半導体チップ２の実装高さのバラツキを考慮してシールドケース天井面と半導体チップ２頂面との間にはクリアランスを設ける必要があり、その分だけ筐体の厚さが増してしまうが、本図示例のように、金属メッシュ４を用いると、半導体チップ２頂面に直に金属メッシュ４を被せることが可能となり、クリアランスの設定が不要となって筐体を薄くすることが可能となる。
【００２９】
こうして、図７に示す例の場合には、樹脂封止層３への応力集中を軽減してクラックの発生を防止することができ、基板不良を回避し得、又、電磁波のシールド性向上並びに筐体の薄型化をも図り得る。
【００３０】
図８は本発明に係る半導体チップ２の実装構造の更に他の実施形態であって、図中、図１０と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１０に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図８に示す如く、基板１上にフリップチップ接続した平面形状が多角形（図の例では四角形）である半導体チップ２の周囲にアンダーフィル樹脂材３ａを塗布して硬化させることにより樹脂封止層３を形成すると共に、該樹脂封止層３の角部における基板１上にリブ６を設け、前記半導体チップ２が実装された基板１を、図４に示す例と同様に、携帯電話機９の筐体片９ａ，９ｂ内に具備するようにした点にある。
【００３１】
図８に示す例においては、リブ６によって樹脂封止層３の強度がアップし、携帯電話機９のような携帯端末機器の落下時等において樹脂封止層３に作用する応力が従来に比べて軽減される形となる。
【００３２】
ここで、図９はリブ無し解析モデルとリブ有り解析モデルとの曲げシミュレーション解析境界条件を示す概要図であって、
基板１として、ガラスエポキシ製で、そのサイズが６０［ｍｍ］×１００［ｍｍ］×ｔ０．８［ｍｍ］、ヤング率が１５〜２５［ＧＰａ］のものを用い、
半導体チップ２として、樹脂パッケージされたもので、そのサイズが２０［ｍｍ］×２０［ｍｍ］×ｔ１．８［ｍｍ］、ヤング率が１５〜２５［ＧＰａ］のものを用い、
アンダーフィル樹脂材３ａをエポキシ系樹脂として、硬化した樹脂封止層３のヤング率が１．５〜３．５［ＧＰａ］となるものを用い、
リブ６として、Ｆｅ＋Ｎｉメッキ材からなる金属製で、そのサイズが１［ｍｍ］角×３〜１２［ｍｍ］の角材をＬ字型に曲げて半田実装したものを用い、
図９に示す如く半導体チップ２上面を完全拘束した状態で、曲げ荷重Ｐ≒２［ｋｇ］（≒２×９．８［Ｎ］）の曲げ荷重を各解析モデルに付与した場合、樹脂封止層３に作用する応力は、リブ無し解析モデルに比べてリブ有り解析モデルの方が約１０［％］軽減されることが確認できた。
【００３３】
この結果、最近の携帯電話機９のような携帯端末機器は、液晶画面の大型化、機能向上による高密度・大型化した半導体チップ２の搭載、並びに機能部品・電子部品の増加等により、製品重量が増しているため、万一、前記携帯端末機器を落としたりすると、その落下によるエネルギーが増大しているが、アンダーフィル樹脂材３ａを塗布して硬化させた樹脂封止層３の角部における基板１上にはリブ６が配置されていることから、該樹脂封止層３には応力が集中せずクラックが発生しにくくなり、前記基板１と半導体チップ２との封止が継続的に保持され、半田割れやレジスト剥離等を起こさず、基板不良等も避けられることとなる。
【００３４】
一方、前記リブ６は、通常の基板１実装用の電子部品と同様に自挿機で打ち込むことが可能であり、工数の増加もほとんど問題とならず、且つ前記リブ６自体は極めて小さい部品であるため、基板１に対する実装面積も小さくて済む。又、前記リブ６は、同一部品を方向を変えるだけで半導体チップ２の四つの角部に配置できるので、リブ６を製造するための金型が一つで済み、しかも、どんな大きさの半導体チップ２にも対応可能なため、該半導体チップ２ごとに金型を製作する必要がなく、コスト面でも非常に有利となる。
【００３５】
こうして、図８に示す例の場合にも、樹脂封止層３への応力集中を軽減してクラックの発生を防止することができ、基板不良を回避し得る。
【００３６】
尚、本発明の半導体チップの実装構造及びこれを用いた携帯端末機器は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、携帯電話機９やＰＨＳ等の移動通信機に限らずＰＤＡ等にも適用できること等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を実施する形態の一例における半導体チップの基板に対する実装手順を示す斜視図である。
【図２】本発明を実施する形態の一例の側断面図であって、図１のＩＩ−ＩＩ断面相当図である。
【図３】図２のＩＩＩ部拡大断面図である。
【図４】本発明を実施する形態の一例における半導体チップの実装構造を備えた基板を筐体内に具備する携帯電話機を示す分解斜視図である。
【図５】金属メッシュ無し解析モデルと金属メッシュ有り解析モデルとの引張シミュレーション解析境界条件を示す概要図である。
【図６】金属メッシュ無し解析モデルと金属メッシュ有り解析モデルとの曲げシミュレーション解析境界条件を示す概要図である。
【図７】本発明を実施する形態の他の例における半導体チップの基板に対する実装手順を示す斜視図である。
【図８】本発明を実施する形態の更に他の例を示す斜視図である。
【図９】リブ無し解析モデルとリブ有り解析モデルとの曲げシミュレーション解析境界条件を示す概要図である。
【図１０】従来例における半導体チップの基板に対する実装手順を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    基板
２    半導体チップ
３    樹脂封止層
３ａ  アンダーフィル樹脂材
４    金属メッシュ
５    グランド電極
６    リブ
９    携帯電話機（携帯端末機器）
９ａ  筐体片
９ｂ  筐体片
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
2005294313.tif 000010
【図９】
2005294313.tif 000011
【図１０】
2005294313.tif 000012