(57)【要約】【課題】厚みを増すことなく、発熱部品の放熱及び半導体装置とプリント配線板とのクリアランスを均一に保持する。【解決手段】第１の半導体素子３が実装された絶縁基板４の第１の半導体素子３上に積層される半導体装置２において、基板８と、基板８の第１の半導体素子３と対向する一面に形成され、第１の半導体素子３の上面３ａに当接される複数のバンプ１０と、基板８の他面に実装される第２の半導体素子９とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体素子が実装された絶縁基板の該第１の半導体素子上に積層される半導体装置において、
基板と、該基板の上記第１の半導体素子と対向する一面に形成され、上記第１の半導体素子の上面に当接される複数のバンプと、上記基板の他面に実装される第２の半導体素子とを有する半導体装置。
【請求項２】
上記バンプは、上記基板に設けられたビアにより、該基板に形成された他の導電層と接続されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
上記バンプは、金属メッキ、導電ペースト印刷あるいはスタッドバンプ工法のいずれか一つの方法により形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
第１の半導体素子が実装された絶縁基板の該第１の半導体素子上に半導体装置が積層されるプリント配線板において、
上記半導体装置は、基板と、該基板の上記第１の半導体素子と対向する一面に形成され、上記第１の半導体素子の上面に当接される複数のバンプと、上記基板の他面に実装される第２の半導体素子とを有するプリント配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
プリント配線板に実装される半導体装置に関し、詳しくは絶縁基板上に複数の半導体チップを積層させてモジュール化された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりプリント配線板においては、ＣＳＰ（Chip Size Package）やＢＧＡ（Ball Grid Aray）といった半導体パッケージを用いてフリップチップ実装する際には、例えば図４に示すように、半導体パッケージ５０の実装面に設けられたはんだボール５１を、クリームはんだ等が印刷されたプリント配線板５２のランド５３に搭載し、リフローはんだ付けされることにより行われていた。
【０００３】
ここで、プリント配線板５２の半導体パッケージ５０の実装領域に半導体チップ５４が実装されている場合、この半導体チップ５４より生ずる熱は、これら半導体パッケージ５０及び半導体チップ５４間の空間において、はんだボール５１側に逃げるしかない。また、リフロー投入温度は、半導体パッケージ５０のインタポーザ基板５５のガラス転移温度を超えるため、図５に示すように、半導体パッケージ５０に反りが発生してプリント配線板５２と半導体パッケージ５０とのクリアランスを均一に確保できず、また、はんだボール５１との接続不良を引き起こすおそれがあり、品質信頼性に影響を及ぼすおそれがある。さらに、半導体チップ５４の動作時における発熱がプリント配線板５２の配線パターンを伝達し、発熱温度がプリント配線板の動作品質に影響する可能性もある。
【０００４】
かかる半導体チップが発生した熱の放熱に留意したプリント配線板としては、特開２００２−２７０７４３号公報（特許文献１）に示されるように、基板内に放熱用ヒートシンク部がコア層内に設置された構造や、特開２００１−２５７４８９号公報（特許文献２）に示されるように発熱部品上にヒートシンクを接触させた構造がある。
【０００５】
しかし、基板内に放熱用ヒートシンク部を設置した構造のプリント配線板を用いることは不可能ではないが、プリント配線板の厚みが増してしまい、小型化、薄型化の要請を満足させることは困難となる。また、ヒートシンクを積層させる構造でも、同様に、プリント配線板の厚みが問題となる。さらに、プリント配線板及び電子機器の小型化、薄型化に伴い、ファンなどの空冷手段を搭載することや発熱部品上に送風が流れるスペースを確保することは困難である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２７０７４３号公報
【特許文献２】特開２００１−２５７４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、ＣＳＰ等の半導体装置やプリント配線板の厚みを増すことなく、発熱部品の十分な放熱を行い、また半導体装置とプリント配線板とのクリアランスを均一に保持することができる半導体装置及びプリント配線板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明にかかる半導体装置は、第１の半導体素子が実装された絶縁基板の該第１の半導体素子上に積層される半導体装置において、基板と、該基板の上記第１の半導体素子と対向する一面に形成され、上記第１の半導体素子の上面に当接される複数のバンプと、上記基板の他面に実装される第２の半導体素子とを有するものである。
【０００９】
また、本発明にかかるプリント配線板は、第１の半導体素子が実装された絶縁基板の該第１の半導体素子上に半導体装置が積層されるプリント配線板において、上記半導体装置は、基板と、該基板の上記第１の半導体素子と対向する一面に形成され、上記第１の半導体素子の上面に当接される複数のバンプと、上記基板の他面に実装される第２の半導体素子とを有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかる半導体装置及びプリント配線板によれば、第１の半導体素子の表面に複数のバンプが接することにより、実質的に第１の半導体素子の表面積を増加させることとなるため、バンプがヒートシンクとして機能し、第１の半導体素子の熱をより効率的に放熱させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明が適用された半導体装置及びプリント配線板について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明が適用されたプリント配線板１は、表面にＬＳＩベアチップや、ＢＧＡ、ＣＳＰといった半導体パッケージが実装されるとともに、これら半導体素子３の上にさらに半導体装置２が積層されるものである。そして本発明では、プリント配線板１に実装されたこれら半導体素子３の発熱を半導体装置２によって効率よく放熱するものである。
【００１２】
図１に示すように、プリント配線板１は、絶縁基板４として例えばガラスエポキシ樹脂銅貼積層板等のリジット基板が用いられ、印刷やフォトエッチング等により配線パターンや半導体素子３が実装される実装部５が形成されている。実装部５には、はんだクリームが印刷された後、半導体素子３が搭載され、リフローはんだ付けされることにより実装される。また、実装部５の近傍には、半導体装置２をプリント配線板１上に積層させるはんだボール７が搭載されるランド部６が複数形成されている。
【００１３】
この実装部５に実装される半導体素子３は、上述したＬＳＩベアチップや各種半導体パッケージが用いられる。これら半導体素子３は、駆動されることにより発熱し高温となるため、安定した動作を確保し、かつ発熱によって周囲の部材に与える悪影響を抑えるために放熱を必要とする。
【００１４】
半導体素子３上に積層される半導体装置２は、インタポーザ基板８と、インタポーザ基板８の表面８ａに実装された半導体素子９と、インタポーザ基板８の下面８ｂに形成された複数のバンプ１０とを有する。インタポーザ基板８は、リジットな絶縁基板が用いられ、表面８ａには導電層を解して半導体素子９が実装され、下面８ｂにも導電層を解してバンプ１０が複数形成されている。
【００１５】
バンプ１０は、金属突起からなり、インタポーザ基板８の下面８ｂに形成されている。このバンプ１０は、導電層１１上に形成されたプリント配線板１に実装された半導体素子３の表面３ａに直に接触することにより、半導体素子３に発生した熱を放熱させるものである。すなわち、バンプ１０は、半導体装置２がプリント配線板１の半導体素子３上に積層されることにより、半導体素子３の表面３ａに接触され、実質的に半導体素子３の表面積を増加させることとなるため、ヒートシンクとして機能し、半導体素子３の熱をより効率的に放熱させることができる。
【００１６】
したがって、かかる半導体装置２が積層されたプリント配線板は、半導体装置２の積層時におけるリフロー加熱による半導体素子３の温度上昇や、半導体素子３の駆動時における過剰な温度上昇を抑えることができ、半導体装置２の熱によるはんだボール７を介したプリント配線板１と半導体装置２との接続不良を防止し、また半導体装置２のインタポーザ基板８がガラス転移温度まで上昇することによる反りの発生を防止することができる。したがって、プリント配線板１は、半導体装置２とのクリアランスも均一に保持することができる。さらに、プリント配線板１は、半導体素子３の熱を配線パターンを通じて放熱するものではないため、熱による伝達特性等の影響を抑えることができる。
【００１７】
このような半導体装置２は、以下のように形成される。先ず、ガラスエポキシ樹脂銅貼積層板等のリジットな基板からなるインタポーザ基板８に配線層を形成する。配線層は、内層及び外層パターンを印刷やフォトリソグラフィー、メッキ等の公知の技術を用いて形成され、また設計に応じて複数の配線層が積層されてなる。これにより、インタポーザ基板８は、表面に半導体素子９が実装される実装部１２が形成され、下面８ｂにバンプ１０が形成される導電層１１及びはんだボール７と接続されるランド部１３が形成される。
【００１８】
次いで、この導電層１１上に、フォトリソグラフィー技術によりバンプ１０の形成パターンが形成されたレジストを貼り付け、導電性ペーストを印刷する。ここで、導電性ペーストには、銀ペーストや、銅ペースト、カーボンペースト等が用いられる。次いで、ウェットバック法で導電性ペーストを加熱溶融させることによりバンプ１０が形成された後、レジストを剥離する。
【００１９】
なお、バンプ１０は、バンプ１０の形成パターンを有するメタルスクリーン板を導電層１１上に当てて導電性ペーストを印刷し、加熱溶融させて形成するようにしてもよい。また、バンプ１０は、導電層１１上にパターニングされたレジストを貼着した後、メッキ法により、銅メッキや金メッキ、銀メッキ等の金属メッキを析出させ、リフローによって形成させてもよい。さらに、バンプ１０として金スタッドバンプを用いる場合には、Ａｕワイヤーを導電層１１上に溶接し切断して形成する。また、バンプ１０のサイズや形成エリア、密度等は、半導体素子３の種類や大きさ、放熱効率等を考慮してケースバイケースに定められる。なおバンプ１０を高密度に連続して形成させることにより、半導体装置２は、剛性を高めることができる。
【００２０】
その後、インタポーザ基板８は、表面８ａに形成された実装部１２にはんだクリームが印刷され、半導体素子９が実装される。そして半導体素子９が、表面８ａに形成された外層パターンと接続された後、パッケージングされることにより半導体装置２が完成する。
【００２１】
また、プリント配線板１は、ガラスエポキシ樹脂銅貼積層板等のリジットな基板からなる絶縁基板４に配線層が形成される。配線層は、内層及び外層パターンをスクリーン印刷やフォトリソグラフィー、メッキ等の公知の技術を用いて形成され、また設計に応じて複数の絶縁基板が積層され配線層が多層化される。これにより絶縁基板の最外層には、半導体素子３が実装される実装部５と、はんだボール７が実装されるランド部６が形成される。そして、実装部５及びランド部６にはんだクリームが塗布され、それぞれ半導体素子３及びはんだボール７がリフローはんだ付けにより実装される。
【００２２】
次いで、図２に示すように、半導体素子３及びはんだボール７上に半導体装置２が積層される。このとき、半導体素子３の表面３ａにはインタポーザ基板８の下面８ａに形成されたバンプ１０が接する。また、インタポーザ基板８の下面８ｂに形成されたランド部１３には、予めはんだクリームが塗布されており、このランド部１３にはんだボール７が接する。
【００２３】
このように、プリント配線板１に実装された半導体素子３の表面３ａ上に、複数のバンプ１０が接して半導体装置２が積層されることにより、バンプ１０によって半導体素子３の熱を効率よく放出し、半導体素子３やプリント配線板１の加熱による半導体装置２や半導体素子３の誤動作、あるいは半導体装置２の変形を防止することができる。すなわち、半導体素子３の表面に複数のバンプ１０が接することにより、実質的に半導体素子３の表面積を増加させることとなるため、バンプ１０がヒートシンクとして機能する。したがって、半導体装置２の積層時や半導体素子３の駆動時等における半導体素子３の熱や、半導体装置２の積層時におけるリフロー加熱による熱を、より効率的に放熱させることができる。
【００２４】
したがって、プリント配線板１は、半導体素子３の異常加熱による誤動作を防止することができる。また半導体装置２は、インタポーザ基板８がガラス転移温度まで加熱されることなく、その平坦性を確保し、またプリント配線板１の絶縁基板４とのクリアランスを一定に保つことができる。さらに、プリント配線板１は、ヒートシンクを積層させ、あるいは絶縁基板内に形成するものではないため、全体の厚みを抑えつつ、放熱構造を有し、かつ半導体素子の高密度化を図ることができる。
【００２５】
また、半導体装置２は、図３に示すように、バンプ１０とインタポーザ基板８に形成された導電層１４とをバイア１５（図３（ａ））やメッキスルーホール１６（図３（ｂ））によって接続させることにより、より放熱効果を高めることができる。導電層１４は、インタポーザ基板８の表面８ａや内部に形成され、バイア１５やメッキスルーホール１６を介してバンプ１０に伝達された半導体素子３の熱が伝達される。したがって、かかる構成を備えることにより、プリント配線板１は、バンプ１０以外にも放熱の経路を増やすことができることから、より放熱効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明が適用されたプリント配線板を示す断面図である。
【図２】本発明が適用された半導体装置及びプリント配線板を示す断面図である。
【図３】半導体装置の他の例を示す断面図である。
【図４】従来のプリント配線板を示す断面図である。
【図５】反りが発生した従来のプリント配線板を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  プリント配線板、２  半導体装置、３  半導体素子、４  絶縁基板、５  実装部、６  ランド部、７  はんだボール、８  インタポーザ基板、９  半導体素子、１０  バンプ、１１  導電層、１２  実装部、１３  ランド部
【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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