(57)【要約】【課題】  ＬＧＡ型ソケットを含む電子機器の動作信頼性を向上させる。【解決手段】  一観点によれば、電子機器１００は、システムボード１２０と、該システムボード上のＬＧＡ型ソケット１３０と、該ソケット上の半導体装置１１０とを有する。ＬＧＡ型ソケット１３０は、板状のフレーム１３１と、該フレームを貫通してシステムボード１２０と半導体装置１１０とを電気的に接続する複数のコラム１４０とを有する。半導体装置１１０は反りを有し、フレーム１３１の半導体装置１１０に対向する上面１３１ａは、半導体装置１１０の反りに整合された湾曲形状を有するように形成される。他の一観点によれば、反りを有する半導体装置１１０において、半導体チップ１１３の放熱板１５２との接合面１１３ａが平坦加工される。【選択図】  図４
2012124105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムボードと、該システムボード上のソケットと、該ソケット上の半導体装置とを有し、
前記ソケットは、板状のフレームと、該フレームを貫通して前記システムボードと前記半導体装置とを電気的に接続する複数の接続端子とを有し、
前記半導体装置は反りを有し、前記フレームの前記半導体装置に対向する上面は、凸状及び凹状のうち、前記半導体装置の前記反りに合致する一方の湾曲形状を有する、
ことを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記フレームの前記システムボードに対向する下面は平坦形状を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記複数の接続端子の各々は、前記フレームの貫通孔内に設けられた金属部と、該金属部に接して前記フレームの前記上面に接着された第１の導電性エラストマと、該金属部に接して前記フレームの前記上面の反対側の下面に接着された第２の導電性エラストマとを有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記複数の接続端子の前記第１の導電性エラストマは互いに等しい高さを有し、前記複数の接続端子の前記第２の導電性エラストマは互いに等しい高さを有する、ことを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
【請求項５】
前記複数の接続端子は前記フレームの面内でアレイ状に配置され、
前記ソケットは、前記フレームの前記上面及び下面の双方に、前記アレイ状の接続端子の周囲に配置され、前記半導体装置又は前記システムボードに当接されるスペーサを有する、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電子機器。
【請求項６】
システムボード、パッケージ基板と半導体チップとを有する半導体装置、及び前記システムボードと前記半導体装置とを電気的に接続するソケット、を有する電子機器の製造方法であって、
前記パッケージ基板の反り形状と共形の湾曲面を有する板状のフレームを作製する工程と、
前記フレームに当該フレームを貫通する複数の導電端子を形成することにより、前記ソケットを作製する工程と、
前記システムボード上に前記ソケット及び前記半導体装置を積み重ねる工程と、
を有することを特徴とする電子機器の製造方法。
【請求項７】
２つの主面を有する板状のフレームと、
前記フレームを貫通し、前記２つの主面から突出した複数の導電端子と
を有し、
前記２つの主面の一方は湾曲面を形成する、
ことを特徴とするＬＧＡ型ソケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＧＡ型ソケット、電子機器、及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーバ及びパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の電子機器の高機能化及び高性能化に伴い、多数の端子をパッケージの一方の面にアレイ状に配置したボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）型又はランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）型の半導体装置が広く使用されている。ＬＧＡパッケージは、システムボード等の配線基板上に加圧実装することができる。ＬＧＡパッケージの加圧実装は、機械的な接触を利用して電気的に接続されるものであるため、はんだ溶融接合のための高温工程を不要とし、また、半導体装置のリペア作業を容易にする。ＬＧＡパッケージの加圧実装においては、一般的に、ＬＧＡ型ソケット（ＬＧＡ型コネクタ又はＬＧＡ型インターポーザなどとも称し得る）を介して、ＬＧＡパッケージのランドと配線基板の電極パッドとの間の電気的な接続が達成される。
【０００３】
図１に、従来のＬＧＡ型ソケットを含む電子機器の実装構造の一例を示す。ＬＧＡパッケージである半導体装置１０がＬＧＡ型ソケット３０を介してシステムボード２０上に搭載されている。ＬＧＡパッケージ１０及びシステムボード２０は、それらの外側に配置された補強板（ボルスタープレート）５１とヒートスプレッダ５２及びヒートシンクベース５３とによって挟まれ、バネ付きネジ５４によって締め付けられる。ＬＧＡパッケージ１０は、パッケージ基板１１と、その下面にアレイ状に配列されたランド１２と、半導体チップ１３とを有する。システムボード２０は、基板２１と、その上面にアレイ状に配列された電極パッド２２とを有する。システムボードの電極パッド２２は、ＬＧＡパッケージのランド１２と同様のパターンを有する。なお、実際のサーバやＰＣ等の内部においては一般的に、ヒートシンクベース５３上に、放熱フィンを有するヒートシンクや筐体が取り付けられる。
【０００４】
ＬＧＡ型ソケット３０は、支持部材であるフレーム３１と、該フレームを貫通し該フレームの両面から突出した、導電性及び弾性を有する複数の接続端子（以下、コラムと称する）４０とを有する。コラム４０はＬＧＡパッケージのランド１２及び配線基板の電極パッド２２と同様のパターンに配置されている。コラム４０は例えば、樹脂中に導電性フィラーを分散させた導電性エラストマ、又はエラストマとバネ材との複合導電体を有し、バネ付きネジ５４による加圧によってランド１２と電極パッド２２との間で圧縮され、これらを電気的に接続することができる。
【０００５】
しかしながら、このような電子機器においては以下のような問題が生じ得る。先ず、図２に示すように、半導体装置１０の製造において典型的に、半導体チップ１３ははんだボール１４を介してパッケージ基板１１上にリフローにより接合される。このとき、パッケージ基板１１と半導体チップ１３との間での熱膨張係数の相違により、リフロー前及び昇温時（図２（ａ））に平坦形状が保たれていても、常温への降温時（図２（ｂ））に反りが発生する。例えば、有機材料からなるパッケージ基板１１とシリコン（Ｓｉ）ベースの半導体チップ１３とを用いる場合、典型的に、有機材料の熱膨張係数はＳｉのそれより大きいため、有機基板１１は、Ｓｉチップ１３側を凸にして（以下、単に“凸状”）反ることになる。反り量は、例えば、４０ｍｍ□×２ｍｍ厚の有機基板１１上に、ＢＧＡ型の２０ｍｍ□×３００〜５００μm厚のＳｉチップ１３をフリップチップ接続するとき、有機基板で２００〜３００μｍ程度、Ｓｉチップで２０〜３０μｍ程度になることがある。
【０００６】
図３は、凸状に反った半導体装置１０を、ＬＧＡ型ソケット３０を介してシステムボード２０上に加圧実装した様子を示している。パッケージ基板１１が凸状に保持されると、場合によって半導体装置ランド１２とソケットコラム４０との間にギャップ９１が生じ、これらの間の電気接続、ひいては、半導体装置１０とシステムボード２０との間の電気接続を阻害してしまい得る。また、ギャップ９１が生じない場合であっても、個々のソケットコラム４０にかかる荷重が不均一になり、荷重が大きいコラムに非弾性変形が生じるなどにより、電気接続の信頼性が低下し得る。さらに、凸状に反った半導体チップ１３は、ヒートスプレッダ５２との間にギャップ９２を生じさせ得る。半導体チップ１３の動作時に発生する熱は、主としてヒートスプレッダ５２などの放熱構造を伝わって放熱されるが、ギャップ９２は、半導体チップ１３から放熱構造への熱伝達を妨げ、放熱経路の熱抵抗を増大させてしまう。
【０００７】
なお、システムボード２０の基板材料には有機材料を用いることが多く、システムボード２０も熱や加圧による応力によって反ることがある。しかしながら、典型的には、システムボード（例えば、５ｍｍ厚程度）はパッケージ基板１１（例えば、２ｍｍ厚程度）より厚いため、システムボード２０の反り量はパッケージ基板１１のそれと比較して小さい。例えば、７０ｍｍ×６０ｍｍ程度の基板サイズでの反り量は２０〜３０μｍ程度となり得る。
【０００８】
半導体装置自体の反りを抑制する種々の技術が試みられている。加圧実装時にバネ付きネジなどによる荷重を高めることも、半導体装置の反りを抑制するよう作用する。また、反りを有する半導体チップと蓋材（放熱板）との熱結合を改善することは、一般的に、半導体チップと蓋材との間のギャップを、良熱伝導性の接着剤で充填することで対処されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１６５１４９号公報
【特許文献２】特許第４２３６３６７号公報
【特許文献３】特許第４３９０５４１号公報
【特許文献４】特許第３３８４３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
半導体装置自体の反りを抑制することは、半導体装置とソケット又は放熱構造との間のギャップを解消する最も直接的な手法である。しかしながら、そのような手法は、パッケージ基板の材料選択の自由度の低下及び／又は半導体装置の製造プロセスの複雑化を伴うとともに、反りを完全に回避することは困難である。
【００１１】
加圧実装時の荷重を高めることは、やはり反りを完全に解消することが困難であるとともに、半導体装置及びソケットのコラムなどに過大な荷重を印加してしまう虞がある。過大な荷重は、半導体チップのはんだボールなどにクラックを生じさせ、且つ／或いは、半導体チップからの熱とも相俟って、ソケットのコラムに非弾性的な変形をもたらし得る。これらのクラックや変形は、半導体装置内の電気接続、又は半導体装置とシステムボードとの間の電気接続の信頼性を低下させ得る。
【００１２】
故に、半導体装置に反りが存在する場合であっても、半導体装置とシステムボードとの間の電気接続、及び／又は半導体装置と放熱構造との間の熱接続を確保し、電子機器の動作信頼性を向上させ得る技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一観点によれば、ソケットは、板状のフレームと、該フレームを貫通してシステムボードと半導体装置とを電気的に接続する複数の接続端子とを有する。ソケット上に配置される半導体装置は反りを有し、フレームの半導体装置に対向する面は、凸状及び凹状のうち、半導体装置の反りに合致する一方の湾曲形状を有するように形成される。
【００１４】
他の一観点によれば、反りを有する半導体装置において、半導体チップの放熱板との接合面が平坦加工される。
【発明の効果】
【００１５】
一観点によれば、半導体装置自体の反りを許容しながら、パッケージ基板とソケットとの間で、ギャップの発生の防止と荷重の均等化とが図られるため、電気接続の信頼性が向上され得る。他の一観点によれば、半導体装置自体の反りを許容しながら、半導体チップと放熱板との間のギャップの発生が防止され、半導体チップからの放熱が促進され得る。故に、電子機器の動作信頼性が向上される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来技術に係るＬＧＡ型ソケットを含む電子機器を例示する断面図である。
【図２】半導体装置の反りの発生を例示する断面図である。
【図３】図１の電子機器において見られる問題を模式的に示す断面図である。
【図４】一実施形態に係るＬＧＡ型ソケットを含む電子機器を例示する断面図である。
【図５】コラムの配列パターンを例示する上面図である。
【図６】ＬＧＡ型ソケットの製造方法の一例を示す断面図である。
【図７】半導体チップの平坦加工方法の一例を示す断面図である。
【図８】一変形例に係るＬＧＡ型ソケットを含む電子機器の一部を示す断面図である。
【図９】図８のソケットのコラム及びスペーサの配列パターンを例示する上面図である。
【図１０】他の一変形例に係る電子機器の一部を示す断面図である。
【図１１】図１０の樹脂層の形成方法の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、種々の構成要素は必ずしも同一の尺度で描かれていない。また、図面全体を通して、同一あるいは対応する構成要素には同一又は類似の参照符号を付する。
【００１８】
先ず、図４を参照して、一実施形態に従った電子機器１００の一例を説明する。
【００１９】
電子機器１００は、半導体装置１１０、システムボード１２０及びソケット１３０を含んでいる。半導体装置１１０はソケット１３０を介してシステムボード１２０上に搭載されている。そして、半導体装置１１０及びシステムボード１２０は、それらの外側に配置されたボルスタープレート１５１と放熱構造（例えば、ヒートスプレッダ１５２及びヒートシンクベース１５３）とによって挟まれ、バネ付きネジ１５４によって締め付けられる。典型的に、電子機器１００は３乃至４本のバネ付きネジ１５４を有する。なお、実際のサーバやＰＣ等において、電子機器１００は更に、ヒートシンクベース５３上に、放熱フィンを有するヒートシンクや筐体を有し得る。また、図示した構成に加えて、ソケット１３０を単独でシステムボード１２０に固定するための更なるバネ付きネジを設けることも可能である。
【００２０】
半導体装置１１０は、パッケージ基板１１１と、その下面にアレイ状に配列された複数の電極パッド（ランド）１１２と、半導体チップ１１３とを有する。このような半導体装置はＬＧＡパッケージ等と呼ばれている。半導体チップ１１３は、典型的にＢＧＡ型チップであり、パッケージ基板１１１上にフリップチップ接続されている。また、典型的に、半導体チップ１１３とパッケージ基板１１１との間の空隙にアンダーフィル樹脂が充填され得る。なお、図４においては、繁雑となるのを避けるため、はんだボール及びアンダーフィル樹脂は描いていない。
【００２１】
システムボード１２０は、基板１２１と、その上面にアレイ状に配列された複数の電極パッド１２２とを有する。システムボードの電極パッド１２２は、半導体装置のランド１１２と同様のパターンを有する。典型的に、半導体装置のランド１１２及びシステムボードの電極パッド１２２は、銅（Ｃｕ）めっきにより形成され、表面に金（Ａｕ）めっきを施される。
【００２２】
ソケット１３０は、支持部材である板状のフレーム１３１と、該フレームを貫通し該フレームの両面から突出した複数の導電性接続端子（以下、コラムと称する）１４０とを有する。このようなソケットはＬＧＡ型ソケット、ＬＧＡ型コネクタ又はＬＧＡ型インターポーザ等と呼ばれている。フレーム１３１は、全体又はコラム１４０との接触部に、絶縁材料を有する。コラム１４０はフレーム１３１の面内で、ＬＧＡパッケージのランド１１２及びシステムボードの電極パッド１２２と同様の２次元アレイ状に配列されている。故に、コラム１４０は、バネ付きネジ１５４による加圧によってランド１１２と電極パッド１２２との間に挟持され、相対するランド１１２と電極パッド１２２とを電気的に接続することができる。
【００２３】
図５に、フレーム１３１の面内でのコラム１４０の配列パターンの例を示す。図５（ａ）において、フレーム１３１は、コラム１４０が不要な部分に開口部１３２を有している。図５（ｂ）においては、フレーム１３１の実質的に全面に、より多数のコラム１４０を有している。なお、図５には、更なるバネ付きネジによってソケット１３０をシステムボード１２０に固定する場合に設けられるネジ孔１３３の一例も示されている。
【００２４】
各コラム１４０は、導電性の弾性体を含んでおり、例えば、シリコーン樹脂などの樹脂に銀（Ａｇ）フィラー等の導電性フィラーを分散させた導電性エラストマを含んでいる。エポキシ樹脂などのその他の樹脂に導電性フィラーを分散させたものや、その他のゴムが用いられてもよい。各コラム１４０は、単一の導電性エラストマ部材として構成されてもよい。しかしながら好ましくは、図４に示すように、各コラム１４０は、半導体装置１１０側及びシステムボード１２０側にそれぞれ設けられた導電性エラストマ１４１及び１４２と、これら２つのエラストマに接触するように設けられた導電体１４３とを有する。導電体１４３は好ましくは金属を有する。なお、本願において、金属は合金を含むものとする。導電性エラストマ１４１及び１４２は例えば円錐の頂部を切断したような外形を有し、それぞれの頂面でそれぞれ半導体装置のランド１１２、システムボードの電極パッド１２２と接触する。導電体１４３は、フレーム１３１に形成された貫通孔内に充填あるいは挿通され、コラム１４０全体としての電気抵抗を低減することができる。
【００２５】
図４に示した半導体装置１１０は反りを有している。半導体装置１１０の反りは、例えば、半導体チップ１１３をパッケージ基板１１１上に実装するリフロー工程において、常温への降温時に、パッケージ基板と半導体チップとの間での熱膨張係数のミスマッチによって発生する。このときの反りは、典型的に図示のように凸状となり、反り量は、背景技術に関連して説明したように、例えばパッケージ基板で２００〜３００μｍ程度、Ｓｉチップで２０〜３０μｍ程度になり得る。また、アンダーフィル樹脂の充填などのその他の工程及び／又は部材によって反りが発生あるいは変化することもある。
【００２６】
このような半導体装置１１０の凸状の反りに対応し、ＬＧＡ型ソケット１３０においては、フレーム１３１の半導体装置１１０に対向する上面１３１ａが凸状の湾曲形状を有するように形成されている。すなわち、パッケージ基板１１１の下面（ソケット１３０側）の凹面１１１ｂに対応して、フレーム１３１は半導体装置１１０側に凸面１３１ａを有している。好ましくは、凸面１３１ａの形状は凹面１１１ｂの形状に基づいて形成あるいは選択される。より好ましくは、凸面１３１ａは凹面１１１ｂと実質的に共形（コンフォーマル）となるように形成される。なお、パッケージ基板の下面１１１ｂが凸面である場合には、フレームの上面１３１ａは凹面にされることになる。
【００２７】
一方、フレーム１３１の下面１３１ｂは実質的に平坦な形状とし得る。システムボード１２０の反りは、背景技術に関連して説明したように、パッケージ基板１１１の反りより小さく、コラム１４０の弾性変形により吸収することができる場合が多いからである。
【００２８】
アレイ状の複数のコラム１４０において、フレームの上面１３１ａとパッケージ基板の下面１１１ｂとの間で加圧される突出部（例えば、導電性エラストマ１４１）は、互いに等しい高さを有するものとし得る。フレーム上面１３１ａの形状がパッケージ基板１１１の反り形状に整合させているため、実質的に均一な高さの導電性エラストマ１４１を用いて、ギャップ（図３のギャップ９１参照）の発生の抑制と、各エラストマ１４１にかかる荷重の均等化とを達成し得る。同様に、フレームの下面１３１ｂとシステムボード１２０との間で加圧されるアレイ状のコラム１４０の突出部（例えば、導電性エラストマ１４２）も、互いに等しい高さを有するものとし得る。導電性エラストマ１４１同士の高さ、導電性エラストマ１４２同士の高さ、又は更にはこれら双方の高さを同一にすることは、ソケット１３０の部品点数の削減をもたらす。
【００２９】
なお、電子機器１００の使用時には、半導体チップ１３０からの発熱などによって、パッケージ基板１１１及びフレーム１３１の熱膨張及び／又は熱収縮が発生し得る。そのため、パッケージ基板１１１及びフレーム１３１それぞれの材料が互いにほぼ等しい熱膨張係数を有することが好ましい。パッケージ基板１１１の材料は、例えば、各種プラスチック（ポリイミド、ポリアミド等）、エポキシ樹脂、ガラスクロスを内部に含有する樹脂（ＦＲ−４等）、セラミック、ガラスセラミックなどとし得る。フレーム１３１の材料は、例えば、ガラスクロスを内部に含有する樹脂、各種プラスチック（ＰＰＥ、ＰＰＳ、ポリイミド等）、表面が絶縁処理された銅又はステンレス（ＳＵＳ）などの金属とし得る。そして、これらの中から、熱膨張係数が比較的近い材料の組み合わせ、又は同一の材料の組み合わせを選択することが好ましい。
【００３０】
上述のように、半導体チップ１１３も反りを有し得る。図４に示したフリップチップ型の半導体チップ１１３において、その下面（素子形成面）１１３ｂに反り形状を見て取ることができる。しかしながら、半導体チップ１１３の上面（裏面）１１３ａは、平坦加工されており、ヒートスプレッダ１５２との接触性を高められている。故に、半導体チップ１１３とヒートスプレッダ１５２などの放熱構造との間にギャップ（図３のギャップ９２参照）が発生することが抑制され、半導体チップ１１３から放熱構造への熱伝達が向上される。
【００３１】
以上の構成によれば、半導体装置１１０の反りに適合するように上面が凸状又は凹状の湾曲面に形成されたフレーム１３１を用いることにより、半導体装置１１０の反りを保持したまま、ソケットコラム群１４０にかかる荷重を均等化することができる。それにより、半導体装置１１０とコラム群１４０との間でのギャップの発生、及び一部のコラム１４０への過大な荷重の印加が抑制され、ソケット１３０を介した半導体装置１１０とシステムボード１２０との間の電気接続の信頼性が向上される。また、半導体チップの上面１１３ａの平坦加工により、半導体チップ１１３からの放熱経路の熱抵抗が低減される。さらに、半導体装置の反りを低減するために実装圧力を増大させることは必要でなく、はんだボールのクラック及び／又はコラムの非弾性変形といった更なる問題を生じさせることもない。斯くして、電子機器１００の電気的信頼性及び熱的信頼性が向上され得る。
【００３２】
なお、フレーム１３１の湾曲面の形成、及び半導体チップ１１３の平坦加工は、必ずしも併用される必要はない。例えば、電気的信頼性及び熱的信頼性の各々の重要度に応じて、何れか一方のみを用いてもよい。あるいは、フレーム１３１の湾曲面の形成を、熱的信頼性を向上させ得る他の技術と組み合わせて用いたり、半導体チップ１１３の平坦加工を、電気的信頼性を向上させ得る他の技術と組み合わせて用いたりすることも可能である。
【００３３】
続いて、一実施形態に係る電子機器１００の製造方法の一例を説明する。
【００３４】
電子機器１００は、概して、システムボード１２０上に、ソケット１３０及び半導体装置１１０を位置合わせして積み重ねた後に、更にヒートスプレッダ１５２などを積み重ね、そして、これらの構成要素をバネ付きネジ１５４で加圧することで製造される。この加圧により、システムボードのパッド１２２、ソケットコラム１４０及び半導体装置のランド１１２が十分な接力で接触され、電気接続が確保される。また、半導体チップ１１３とヒートスプレッダ１５２とが密着され、熱接続が確保される。
【００３５】
図６は、ソケット１３０の製造方法の一例を示している。ソケット１３０は、上述のように、半導体装置のパッケージ基板１１１の反り形状に応じた湾曲面を有するソケットフレーム１３１を有する。
【００３６】
先ず、図６（ａ）に示すように、電子機器１００に使用する半導体装置１１０”を準備する。半導体装置１１０”は、上述の半導体装置１１０に対して、上面が平坦化された半導体チップ１１３に代えて、平坦化されていない半導体チップ１１３”を含んでいる。しかしながら、ここで説明するソケット１３０の製造方法には、半導体装置１１０を用いてもよい。半導体装置１１０”は、例えば、パッケージ基板１１１上に、はんだボール１１４を備えた半導体チップ１１３”を位置決めして載置し、はんだリフローにより電極の接続を行うことによって作製され得る。その後、半導体チップ１１３”の下方にアンダーフィル樹脂１１５を充填し得る。図示の例において、半導体装置１１０”は凸状の反りを有する。なお、図４に示したランド１１２は、パッケージ基板１１１やフレーム１３１より遙かに薄いため、図６においては図示を省略している。
【００３７】
次いで、図６（ｂ）に示すように、パッケージ基板１１１の下面に、例えばポリイミド等の樹脂とし得るフレーム材料を塗布し、パッケージ基板１１１の下面側を、典型的には平坦な底を有するフレーム形成用の枠１６０に押圧する。枠１６０は、フレームサイズ及びフレーム端部の厚さを定める働きをする。この状態でフレーム材料を硬化させ、その後、フレーム材料から半導体装置１１０”を取り外すことにより、パッケージ基板１１１の反り形状と共形の上面１３１ａと、平坦な下面１３１ｂとを有するフレーム１３１が得られる。
【００３８】
次いで、図６（ｃ）に示すように、例えばドリル又はレーザを用いてフレーム１３１に所定のパターンで貫通孔を形成し、貫通孔に導電体１４３を挿入する。この所定のパターンは、パッケージ基板１１１のランドパターンに対応したパターンである。導電体１４３の挿入は、例えば、導電性フィラー含有樹脂の充填、又はＣｕめっき膜の充填とし得る。他の例では、貫通孔より僅かに小径の、導電性エラストマ、金属ワイヤ、又は金属ロッドを挿通してもよい。
【００３９】
そして、図６（ｄ）に示すように、フレーム１３１の上面及び下面に、フレーム貫通孔内の導電体１４３と接触させて、導電性エラストマ１４１及び１４２を配設する。例えば、導電性接着剤を用いて導電性エラストマ１４１及び１４２をフレーム１３１に接着する。一例において、導電性エラストマ１４１及び１４２の全てに、同一高さの同じ部品を用いることができる。
【００４０】
なお、図示の例では、半導体装置ごとに個別にフレーム１３１を成形（図６（ｂ））しているが、本実施形態はこれに限定されない。量産される半導体装置は、所定の公差内の反り量を有し、反り形状は予測可能である場合が多い。故に、図６（ｂ）で得られたフレーム１３１に基づいて、あるいはパッケージ基板１１１の反り形状の測定結果に基づいて、金型を製造し、特定の形状を有するフレームをモールド成形などによって量産することも可能である。また、フレーム１３１が金属を含む場合には、例えば、金型を用いたプレス成形と貫通孔の形成との後に表面絶縁処理を行えばよい。さらに、異なる湾曲面を有する代表的な複数通りのフレームを事前に準備しておき、パッケージ基板１１１の反り量又は反り形状の測定結果に基づいて、反りに最も合致する湾曲面を有するフレームを選択してもよい。
【００４１】
また、パッケージ基板１１１の反り量は、電子機器の動作時の温度によって変化し得る。例えば、反りは温度の低下に伴って増大し、温度の上昇に伴って減少し得る。故に、反り量の測定や図６（ｂ）におけるフレーム成形は、例えば動作時の推定温度など、室温以外の温度で行ってもよい。
【００４２】
次に、図７を参照して、半導体装置１１０”の半導体チップの平坦加工方法の一例を説明する。先ず、図７（ａ）に示すように、反りを有する半導体装置１１０”（図６に示したものと同様とし得る）を、パッケージ基板１１１側を下にして、研磨用の支持部材１７０上に配置する。研磨用支持部材１７０は、平坦加工時に半導体装置の反り形状を維持するために用いられる。そのため、研磨用支持部材１７０は、パッケージ基板１１１の反り形状に実質的に合致した上面１７０ａと、平坦な下面１７０ｂとを有する。研磨用支持部材１７０は、例えば、後にパッケージ基板１１１から除去することが可能な樹脂を平坦面上に配設し、該樹脂の上に、パッケージ基板１１１を下にして半導体装置１１０”を当接させ、その状態で樹脂を硬化させることによって作製することができる。この手法に適した支持部材用の樹脂としては、例えば、アルコール可溶性樹脂、水溶性樹脂及び熱可塑性樹脂を挙げることができる。また、図６（ｂ）に関連して説明したフレーム１３１の成形方法のうちの何れかを用いて、樹脂又はその他の材料からなる研磨用支持部材を製造することも可能である。さらには、上述のようにして作製されたフレーム１３１自体を流用してもよい。
【００４３】
そして、図７（ｂ）に示すように、半導体チップ１１３”の上面（裏面）を、機械研磨又は化学機械研磨（ＣＭＰ）などで研磨することによって平坦化する。これにより、平坦な上面１１３ａを有する半導体チップ１１３を備えた半導体装置１１０が得られる。
【００４４】
（変形例１）
図８の断面図及び図９の上面図を参照して、一変形例に係る電子機器、特に、一変形例に係るＬＧＡ型ソケット１３０’を説明する。この電子機器は図４に示したものと同様の構成を有するが、図８においてはソケット１３０’に近接する部分のみを示している。
【００４５】
ソケット１３０’は、図４に示したソケット１３０と同様の構成を有するが、コラム１４０の二次元アレイの周囲に配設されたスペーサ１３５を更に有している。スペーサ１３５は、フレーム１３１の上面及び下面の双方に、典型的にはフレーム１３１を挟んで対向するように配置される。スペーサ１３５の形状及びサイズは、例えば、フレーム１３１の上面及び下面のそれぞれで、導電性エラストマ１４１及び導電性エラストマ１４２の形状及びサイズと同様とし得る。とりわけ、スペーサ１３５の高さは、導電性エラストマ１４１又は１４２と同等の高さにすることが好ましい。
【００４６】
しかしながら、スペーサ１３５は、導電性の接続端子であるコラム１４０と異なり、半導体装置１１０とシステムボード１２０との間の電気接続を担っていない。故に、フレーム１３１のスペーサ１３５の配設位置に貫通孔及び導電体（コラム１４０の導電体１４３参照）を設ける必要はない。故に、スペーサ１３５は絶縁体とすることができ、例えば、導電性フィラーを含有しないシリコーン樹脂などの絶縁性エラストマとし得る。
【００４７】
スペーサ１３５は、コラム１４０と同様に、半導体装置１１０又はシステムボード１２０と当接される。二次元アレイの外周部のコラム１４０には、バネ付きネジ１５４による加圧時、及び／又は半導体装置１１０が使用条件に応じて当初の反り量より大きく反る時、アレイ中央部のコラム１４０より大きな加重が印加され得る。しかしながら、スペーサ１３５を設けることにより、アレイ外周部のコラム１４０に過大な荷重が印加されることを防止することができる。スペーサ１３５に、コラム１４０の導電性エラストマ１４１、１４２より弾性の低い樹脂を用いて、過大な荷重からアレイ外周部のコラム１４０をより強固に保護してもよい。
【００４８】
なお、図９に示したスペーサ１３５の平面レイアウトは単なる例示であり、その弾性率などに応じて、コラム１４０より広い、あるいは狭いピッチで設けられてもよいし、コラム群１４０の周囲に二重以上に設けられてもよい。また、変形によって隣接するコラム１４０と接触すること、及びシステムボード１２０上の電気配線上に配置されないことが確保されている場合などには、スペーサ１３５は導電性を有していてもよい。その場合、例えば、導電性エラストマ１４１、１４２と同じ部品を用いて、部品点数及び製造工程を削減してもよい。
【００４９】
フレーム１３１へのスペーサ１３５の設置は、例えば、図６（ｄ）に示した導電性エラストマ１４１及び１４２の配設の前、後、又は間に、スペーサ１３５をフレーム１３１に接着することによって行われ得る。
【００５０】
（変形例２）
図１０の断面図を参照して、一変形例に係る電子機器、特に、一変形例に係る半導体装置１１０’を説明する。この電子機器は図４に示したものと同様の構成を有するが、図１０においては半導体装置１１０’に近接する部分のみを示している。
【００５１】
半導体装置１１０’は、図４に示した半導体装置１１０と同様の構成を有するが、パッケージ基板１１１上に、半導体チップ１１３を取り囲むように配設された樹脂層１１６（以下、埋込樹脂とも称する）を有している。樹脂層１１６は、半導体チップ１１３の側面及びパッケージ基板１１１の上面１１１ａと接触するとともに、電子機器として組み立てられたときに、ヒートスプレッダ１５２と接触する。故に、樹脂層１１６は、半導体チップ１１３から発生された熱を、該チップの側面から、そしてパッケージ基板１１１を介して受け取り、ヒートスプレッダ１５２などの放熱構造に伝達することができる。この熱伝達の促進のため、樹脂層１１６の材料は、例えば３〜３０Ｗ／ｍ・Ｋ程度といった比較的高い熱伝導率を有することが好ましい。樹脂層１１６に好適な埋込樹脂材料としては、例えば、窒化ホウ素（ＢＮ）若しくは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの粒子、又はシリカ（ＳｉＯ２）若しくはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの絶縁性の良熱伝導率フィラー、を含有した熱硬化性樹脂を挙げることができる。あるいは、Ｎｉ、Ａｇ若しくはＣｕなどの導電性の粒子又は微粒子を含有した熱硬化性樹脂を用いてもよい。また、樹脂層１１６は、フィルム状又は液状の何れかの熱硬化性樹脂から形成され得る。
【００５２】
３〜３０Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率を有する樹脂層１１６は、半導体チップ１１３からヒートスプレッダ１５２への熱伝達を効果的に補助し得る。しかしながら、図３に示した半導体チップ１１３とヒートスプレッダ１５２との間のギャップ９２と同様に、仮に樹脂層１１６の上面とヒートスプレッダ１５２との間にギャップが存在すると、熱伝達効果は著しく低減されてしまう。同様に、樹脂層１１６と半導体チップ１１３又はパッケージ基板１１１との間にギャップが存在する場合にも、熱伝達効果が損なわれる。それを回避するため、樹脂層１１６は、実質的に半導体チップの上面１１３ａと面一の平坦な上面１１６ａを有するように形成されている。さらに、樹脂層１１６は、半導体チップ１１３と密接に接触するとともに、パッケージ基板１１１の反り形状と実質的に共形の湾曲形状を有するように形成されている。図示の例では、パッケージ基板の凸面１１１ａに対応して、樹脂層の下面１１６ｂは凹面を有する。故に、樹脂層１１６は、実質的なギャップなくパッケージ基板１１１、半導体チップ１１３及びヒートスプレッダ１５２と接触し、半導体チップ１１３から放熱構造への熱伝達の促進、ひいては、電子機器の熱的信頼性の向上を達成し得る。
【００５３】
続いて、図１１を参照して、樹脂層１１６の形成方法の例を説明する。先ず、図１１（ａ）に示すように、使用する半導体装置１１０”を準備する。半導体装置１１０”は、図６（ａ）に示したものと同様の構成を有しており、凸状の反りを有している。
【００５４】
次いで、図１１（ｂ）に示すように、埋込樹脂形成用の枠１８０内に予め流し込まれた樹脂（１１６’）に、半導体装置１１０”を反転して、すなわち、半導体チップ１１３”を下にして押圧する。枠１８０は、埋込樹脂層１１６のサイズを定める働きをする。そして、この状態で樹脂を硬化させることにより、パッケージ基板１１１の反り形状と共形の下面を有する埋込樹脂１１６’が得られる。
【００５５】
次いで、図１１（ｃ）に示すように、埋込樹脂１１６’が設けられた半導体装置１１０”において、パッケージ基板１１１の下面に、研磨用支持部材１７０を形成あるいは配設する。研磨用支持部材１７０は、平坦加工時に半導体装置の反り形状を維持するために用いられ、図７を参照して説明したものと同じとし得る。
【００５６】
そして、図１１（ｄ）に示すように、半導体チップの上面（裏面）及び埋込樹脂１１６’の上面を、機械研磨又は化学機械研磨（ＣＭＰ）などで研磨することによって平坦化する。これにより、同一高さの平坦な上面を有する半導体チップ１１３及び埋込樹脂層１１６を有する半導体装置１１０’が得られる。また、埋込樹脂層１１６は、半導体チップ１１３の側面に密着するとともに、パッケージ基板１１１の反り形状と共形の下面１１６ｂを有している。
【００５７】
なお、埋込樹脂１１６’は、図示の例では液状の樹脂から形成されたが、樹脂シートのラミネートにより形成されてもよい。また、量産される半導体装置の反り形状は予測可能である場合が多い。故に、図１１（ｂ）で得られた硬化後の埋込樹脂１１６’に基づいて、あるいはパッケージ基板１１１の反り形状の測定結果に基づいて、金型を製造し、特定の形状を有する埋込樹脂１１６’をモールド成形などによって量産することも可能である。その場合、埋込樹脂１１６’を、半導体装置１１０”に被せるように接着し得る。さらに、異なる湾曲面を有する代表的な複数通りの埋込樹脂１１６’を事前に準備しておき、パッケージ基板１１１の反り量又は反り形状の測定結果に基づいて、反りに最も合致する湾曲面を有する埋込樹脂１１６’を選択してもよい。
【００５８】
以下、より具体的な例を説明する。
【００５９】
（実施例１）
先ず、パッケージ基板と半導体チップとをはんだボールのリフローにより接合する。ここでは、パッケージ基板に４３ｍｍ□、厚さ２ｍｍ程度のＦＲ−４基板を、はんだボールにＳｎＡｇＣｕを用いて、最高温度２４５℃でリフローして接合した。その後、パッケージ基板と半導体チップとの間にアンダーフィル樹脂を流し込んで加熱硬化させた。接合後のパッケージ基板の反り形状（例えば、反り量、湾曲率など）を測定する。ここでは、室温で３次元レーザ変位計を用いて測定したところ、パッケージ基板は凸状に２５０μｍ程度反っていた。なお、試作サンプルによっては３００μｍ程度反っていたものも見受けられた。
【００６０】
測定したパッケージ基板の反り形状に合わせてＬＧＡ型ソケットのフレームを作製する。例えば、ソケットのフレーム材料をモールド成形するための金型を作製する。金型作製後、フレーム材料を金型に流し込み、加熱硬化させて、フレームを成形する。ここでは、フレーム材料にポリイミドを用い、ガラス転移温度付近まで加熱して硬化させた。フレームのサイズは４３ｍｍ□とし、パッケージ基板の反り量に対応させて、フレーム端部の厚さは１．９５ｍｍ、フレーム中央部の厚さは２．２ｍｍとした。
【００６１】
フレームの厚み方向に、ドリル又はレーザなどによって一定間隔でスルーホールを形成する。ここでは、スルーホールのピッチを１．２７ｍｍ、スルーホールのφを０．７５ｍｍとした。次いで、スルーホールに例えば金属などの導電体を充填する。ここでは銅めっきを行った。
【００６２】
充填された導電体に接触するように、フレームの半導体装置側及びシステムボード側にそれぞれコラムの突起端子を接着する。ここでは、シリコーン樹脂にＡｇフィラーを分散させたエラストマを用いた。エラストマの形状は、例えば円錐の上部を切り取った形状とすることができ、高さはここでは全て０．２ｍｍ程度とした。エラストマの接着には導電性接着剤を用いた。
【００６３】
その後、必要に応じて、フレームの端部近傍において、フレームのパッケージ基板側及びシステムボード側にスペーサを接着する。ここでは、スペーサに、ＬＧＡコラムの導電性エラストマと同様の形状及びサイズの絶縁性エラストマを用いた。スペーサとフレームとの接着には絶縁性接着剤を用いた。
【００６４】
以上により、フレームの上面がパッケージ基板の反りと実質的に共形に形成されたＬＧＡ型ソケットが得られる。作製されたＬＧＡ型ソケットのコラムの抵抗を測定したところ、１つのコラム当たりの抵抗は約１１ｍΩであった。その内訳は、フレームのスルーホール内の銅めっきの部分で約１ｍΩ、導電性エラストマの部分で約１０ｍΩであった。比較として、コラム全体に導電性エラストマを用いる場合には、コラム１つ当たりの抵抗は７０ｍΩ程度である。
【００６５】
（実施例２）
先ず、パッケージ基板と半導体チップとをはんだボールのリフローにより接合する。ここでは、パッケージ基板に４３ｍｍ□×２ｍｍ厚程度のＦＲ−４基板を、半導体チップに２０ｍｍ□×０．５ｍｍ厚程度のチップを、はんだボールにＳｎＡｇＣｕを用いて、最高温度２４５℃でリフローして接合した。その後、パッケージ基板と半導体チップとの間にアンダーフィル樹脂を封入して加熱硬化させた。接合後のパッケージ基板及び半導体チップの反り形状（例えば、反り量、湾曲率など）を測定する。ここでは、室温で３次元レーザ変位計を用いて測定したところ、パッケージ基板は凸状に２５０μｍ程度、半導体チップは凸状に３０μｍ程度反っていた。
【００６６】
半導体チップを覆うようにパッケージ基板上に埋込樹脂を設ける。例えば、測定したパッケージ基板及び半導体チップの反り形状に合わせて埋込樹脂をモールド成形するための金型を作製する。金型作製後、樹脂材料を金型に流し込み、加熱硬化させて、半導体チップを収容するキャビティとパッケージ基板に当接される凹面とを有する埋込樹脂を作製する。埋込樹脂は熱伝導率が高いことが好ましく、ここでは、樹脂材料にＳｉＯ２フィラーを含有する熱硬化性樹脂を用いて、ガラス転移温度付近まで加熱して硬化させた。
【００６７】
半導体チップ及び埋込樹脂を研磨するために、パッケージ基板の下面（半導体チップ搭載面とは反対の面）に配置する支持部材を作製する。ここでは、平面上にアルコール可溶性樹脂を塗布し、塗布面の上に上記パッケージ基板の下面を当接させ、該アルコール可溶性樹脂を室温で数時間かけて乾燥・硬化させた。
【００６８】
硬化した支持部材上に、半導体チップ及び埋込樹脂を上面に備えたパッケージ基板を配置された状態で、埋込樹脂及び半導体チップの上面（ヒートスプレッダ接触面）を研磨する。研磨厚みは、凸状に反った半導体チップの最頂部から、半導体チップの反り量と同程度とすればよい。ここでは、半導体チップの反り量は３０μｍ程度であったため、半導体チップの厚さ（この例では、５００μｍ）に対して、裏面側の薄い部分を研磨するだけでよい。なお、研磨前において半導体チップの裏面は良熱伝導性の埋込樹脂で覆われているため、半導体チップの反り量より小さい厚さだけ研磨し、半導体チップ裏面の一部（外周部）上に埋込樹脂を残存させてもよい。
【００６９】
研磨後、研磨用の支持部材を除去する。ここでは、アルコール可溶性樹脂を用いたため、支持部材をアルコールに溶解させて除去することができる。以上により、パッケージ基板及び半導体チップに反りを有しながら、半導体チップ及び樹脂層の上面が平坦且つ面一であり、且つパッケージ基板と埋込樹脂との間にギャップが存在しない半導体装置が得られる。
【００７０】
以上、実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００７１】
以上の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
システムボードと、該システムボード上のソケットと、該ソケット上の半導体装置とを有し、
前記ソケットは、板状のフレームと、該フレームを貫通して前記システムボードと前記半導体装置とを電気的に接続する複数の接続端子とを有し、
前記半導体装置は反りを有し、前記フレームの前記半導体装置に対向する上面は、凸状及び凹状のうち、前記半導体装置の前記反りに合致する一方の湾曲形状を有する、
ことを特徴とする電子機器。
（付記２）
前記半導体装置は前記ソケット側に凹面を有し、前記ソケットの前記上面は凸状の湾曲形状を有する、ことを特徴とする付記１に記載の電子機器。
（付記３）
前記フレームの前記システムボードに対向する下面は平坦形状を有する、ことを特徴とする付記１又は２に記載の電子機器。
（付記４）
前記複数の接続端子の各々は、前記フレームの貫通孔内に設けられた金属部と、該金属部に接して前記フレームの前記上面に接着された第１の導電性エラストマと、該金属部に接して前記フレームの前記上面の反対側の下面に接着された第２の導電性エラストマとを有する、ことを特徴とする付記１乃至３の何れか一に記載の電子機器。
（付記５）
前記複数の接続端子の前記第１の導電性エラストマは互いに等しい高さを有し、前記複数の接続端子の前記第２の導電性エラストマは互いに等しい高さを有する、ことを特徴とする付記４に記載の電子機器。
（付記６）
前記複数の接続端子は前記フレームの面内でアレイ状に配置され、
前記ソケットは、前記フレームの前記上面及び下面の双方に、前記アレイ状の接続端子の周囲に配置され、前記半導体装置又は前記システムボードに当接されるスペーサを有する、
ことを特徴とする付記１乃至５の何れか一に記載の電子機器。
（付記７）
前記フレームは、前記半導体装置のパッケージ基板の熱膨張係数と同等の熱膨張係数を有する材料で形成されている、ことを特徴とする付記１又は２に記載の電子機器。
（付記８）
前記反りを有する前記半導体装置上に配置された放熱板を更に有し、
前記半導体装置は、パッケージ基板と該パッケージ基板上の半導体チップとを有し、
前記半導体チップの前記放熱板側の上面が平坦加工されている、
ことを特徴とする付記１乃至７の何れか一に記載の電子機器。
（付記９）
前記パッケージ基板と前記放熱板との間に、前記半導体チップを取り囲む樹脂層を有し、
前記樹脂層は、前記半導体チップとともに平坦加工されている、
ことを特徴とする付記８に記載の電子機器。
（付記１０）
システムボード、パッケージ基板と半導体チップとを有する半導体装置、及び前記システムボードと前記半導体装置とを電気的に接続するソケット、を有する電子機器の製造方法であって、
前記パッケージ基板の反り形状に基づいて、異なる湾曲面を有する複数の板状のフレームから、前記反り形状に最も合致する湾曲面を有する１つを選択する工程と、
選択されたフレームに当該フレームを貫通する複数の導電端子を形成することにより、前記ソケットを作製する工程と、
前記システムボード上に前記ソケット及び前記半導体装置を積み重ねる工程と、
を有することを特徴とする電子機器の製造方法。
（付記１１）
システムボード、パッケージ基板と半導体チップとを有する半導体装置、及び前記システムボードと前記半導体装置とを電気的に接続するソケット、を有する電子機器の製造方法であって、
前記パッケージ基板の反り形状と共形の湾曲面を有する板状のフレームを作製する工程と、
前記フレームに当該フレームを貫通する複数の導電端子を形成することにより、前記ソケットを作製する工程と、
前記システムボード上に前記ソケット及び前記半導体装置を積み重ねる工程と、
を有することを特徴とする電子機器の製造方法。
（付記１２）
前記フレームを作製する工程は、
前記パッケージ基板の前記半導体チップと反対側の面に樹脂を塗布する工程と、
前記パッケージ基板に塗布された樹脂を、前記フレームのサイズを定める枠材内で硬化させる工程と、
を有する、ことを特徴とする付記１１に記載の電子機器の製造方法。
（付記１３）
前記フレームを作製する工程は、前記パッケージ基板の前記反り形状に基づいた湾曲面を有する金型を用いて前記フレームをモールド成形することを含む、ことを特徴とする付記１１に記載の電子機器の製造方法。
（付記１４）
前記半導体チップの前記パッケージ基板に対向する面とは反対側の面を平坦化する工程、
を更に有することを特徴とする付記１０乃至１３の何れか一に記載の電子機器の製造方法。
（付記１５）
前記平坦化する工程は、前記パッケージ基板の前記反り形状と共形の上面と平坦な下面とを有する支持部材上に前記パッケージ基板を配置して、前記半導体チップを研磨することを有する、ことを特徴とする付記１４に記載の電子機器の製造方法。
（付記１６）
前記パッケージ基板上に前記半導体チップを取り囲む樹脂層を設ける工程を更に有し、
前記平坦化する工程は、前記半導体チップと前記樹脂層とを同時に平坦化することを有する、
ことを特徴とする付記１４又は１５に記載の電子機器の製造方法。
（付記１７）
２つの主面を有する板状のフレームと、
前記フレームを貫通し、前記２つの主面から突出した複数の導電端子と
を有し、
前記２つの主面の一方は湾曲面を形成する、
ことを特徴とするＬＧＡ型ソケット。
【符号の説明】
【００７２】
１００    電子機器
１１０、１１０’  半導体装置（ＬＧＡパッケージ）
１１１    パッケージ基板
１１１ａ  パッケージ基板の上面
１１１ｂ  パッケージ基板の下面
１１２    電極パッド（ランド）
１１３    半導体チップ
１１３ａ  半導体チップの上面（裏面）
１１４    はんだボール
１１５    アンダーフィル樹脂
１１６    樹脂層（埋込樹脂層）
１２０    配線基板（システムボード）
１２２    電極パッド
１３０、１３０’  ＬＧＡ型ソケット
１３１    フレーム
１３１ａ  フレームの上面
１３１ｂ  フレームの下面
１３５    スペーサ
１４０    コラム
１４１、１４２  導電性エラストマ
１４３    導電体
１５１    ボルスタープレート
１５２    ヒートスプレッダ
１５３    ヒートシンクベース
１５４    バネ付きネジ
１６０    フレーム形成用の枠
１７０    研磨用支持部材
１７０ａ  研磨用支持部材の上面
１７０ｂ  研磨用支持部材の下面
１８０    埋込樹脂形成用の枠
【図１】
2012124105.tif 000003
【図２】
2012124105.tif 000004
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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