(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージ基板のチップ搭載面に半導体チップが搭載され、該チップ搭載面の反対側の面において前記半導体チップの周辺領域に複数の外部接続端子が設けられた半導体装置であって、
前記半導体チップが搭載された領域内から前記半導体チップが搭載された領域外まで延在し、且つ各々が前記外部接続端子の一つのみに接続され、互いに電気的に分離された複数の導体パターンと、
前記半導体チップが搭載された領域外で延在し、前記半導体チップの電極に電気的に接続された配線パターンと
を有し、
前記導体パターンは、前記半導体チップが搭載された領域外においてスルーホールにより前記外部接続端子に接続され、且つ前記半導体チップの電極に接続されないことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置であって、
前記導体パターンは、前記パッケージ基板の前記配線パターンが形成された面に形成され、且つ前記配線パターンと同じ材料であることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体装置であって、
前記導体パターンは、前記パッケージ基板のチップ搭載面とチップ搭載面の反対側の面との少なくとも一方に形成されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の半導体装置であって、
前記導体パターンは、前記パッケージ基板のチップ搭載面とチップ搭載面の反対側の面との両面に形成され、両面に形成された対応する前記導体パターンは前記パッケージ基板を貫通して延在するスルーホールにより接続されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１又は２記載の半導体装置であって、
前記導体パターンは、前記外部接続端子のうち半導体チップに最も近い列に配置された外部接続端子に接続された第１の導体パターンと、前記外部接続端子のうち半導体チップに最も近い列に配置された外部接続端子以外の外部接続端子に接続された第２の導体パターンとを含むことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に係り、特に低熱抵抗タイプのＢＧＡ型半導体パッケージやＬＧＡ型半導体パッケージのような半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の中には、半導体チップからの外部への放熱を促進して半導体チップの温度上昇を抑えるよう構成した、いわゆる低熱抵抗タイプのＢＧＡ型半導体パッケージやＬＧＡ型半導体パッケージ等がある。そのような半導体装置は、一般的にパッケージの中央付近に放熱用のハンダボール等の端子が設けられ、この端子を介して内部の半導体チップの熱をパッケージの外に放出する。
【０００３】
図１は従来の低熱抵抗タイプのＢＧＡ型半導体パッケージを示す断面図であり、図２は図１に示すパッケージ基板のチップ搭載面を示す平面図である。
【０００４】
図１に示すように、従来の低熱抵抗タイプのＢＧＡ型半導体パッケージは、通常のＢＧＡ型半導体パッケージと同様に、パッケージ基板１の上に半導体チップ２がダイ付け材３を介して搭載される。半導体チップ２の端子は、パッケージ基板１上に形成された配線パターン１ａよりなる端子に対してボンディングワイヤ４により接続され、半導体チップ２及びボンディングワイヤ４はパッケージ基板１上で封止樹脂５により封止される。
【０００５】
パッケージ基板１の裏面には、例えば信号端子や電源端子のような外部接続端子としてハンダボール６が設けられる。ハンダボール６は半導体チップ２の周辺に相当する領域に設けられ、パッケージ基板１を貫通して形成されたスルーホール７により配線パターン１ａに電気的に接続される。
【０００６】
ここで、通常のＢＧＡ型半導体パッケージでは、半導体チップの直下に相当する部分には外部接続端子としてのハンダボールは設けられない。しかし、低熱抵抗タイプのＢＧＡ型半導体パッケージでは、半導体チップの直下に相当する部分に放熱用ハンダボール８が設けられる。放熱用ハンダボール８はスルーホール９に接続されるが、スルーホール９は配線パターン１ａには接続されていない。
【０００７】
上述の構成において、半導体チップ２が発生する熱は、ダイ付け材３を介してパッケージ基板１に伝わり、パッケージ基板１及びスルーホール９を通過して放熱用ハンダボール８に到達する。放熱用ハンダボール８は、半導体パッケージをマザーボード等と回路基板に実装する際に、ハンダボール６と同様に回路基板上の端子に接続される。この端子は、放熱用の端子として回路基板に形成されるものであり、信号伝達経路とは分離して形成される。したがって、半導体チップ２が発生する熱は、放熱用ハンダボール８を介して最終的に回路基板に伝わり、回路基板から更に他の部分へと放出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、放熱用ハンダボール８を回路基板に接続するために、回路基板上に放熱用の接続端子を形成する場合、放熱用の接続端子が配置される部分（半導体パッケージの中央部分に相当する回路基板の部分）には信号配線や電源配線等の配線パターンを形成することはできない。また、回路基板が多層基板である場合には、層間を接続するためのスルーホール等を設けることができない。したがって、回路基板の配線パターンを設けることのできる領域が減少し、設計上の制約が生じることとなる。
【０００９】
また、機能向上又は改良等の理由により、放熱用の接続端子が設けられていない回路基板へ、上述のような低熱抵抗型の半導体装置を搭載する必要が生じた場合、放熱効果が減少してしまう。また、実装する半導体装置の中央部分に相当する領域に配線パターンを有するような回路基板では、放熱用ハンダボールにより配線パターンが短絡してしまうおそれがあり、このような場合は回路基板の設計変更が必要となってしまう。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、放熱用の端子を設けることなく、信号用又は電源用端子を利用して効率的な放熱を実現することのできる低熱抵抗型の半導体装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項１記載の発明は、パッケージ基板のチップ搭載面に半導体チップが搭載され、該チップ搭載面の反対側の面において前記半導体チップの周辺領域に複数の外部接続端子が設けられた半導体装置であって、前記半導体チップが搭載された領域内から前記半導体チップが搭載された領域外まで延在し、且つ各々が前記外部接続端子の一つのみに接続され、互いに電気的に分離された複数の導体パターンと、前記半導体チップが搭載された領域外で延在し、前記半導体チップの電極に電気的に接続された配線パターンとを有し、前記導体パターンは、前記半導体チップが搭載された領域外においてスルーホールにより前記外部接続端子に接続され、且つ前記半導体チップの電極に電気的に接続されないことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、半導体チップで発生した熱は、半導体チップの搭載領域内に延在する導体パターンを介して外部接続用端子に伝わり、外部接続端子から外部に放出される。すなわち、放熱用の接続端子を半導体搭載領域近傍に設ける必要がなく、信号用又は電源用の外部接続端子を利用して放熱することができる。したがって、本発明による半導体装置を搭載する回路基板には、放熱用の外部接続端子を接続する端子を形成する必要がなくなり、回路基板上の配線パターンを自由に設計することができ、回路基板の面積を有効に利用することができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体装置であって、前記導体パターンは、前記パッケージ基板の前記配線パターンが形成された面に形成され、且つ前記配線パターンと同じ材料であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、導体パターンをパッケージ基板の配線パターンを形成する工程で同時に形成することができ、半導体装置の製造コストを低減することができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の半導体装置であって、前記導体パターンは、前記パッケージ基板のチップ搭載面とチップ搭載面の反対側の面との少なくとも一方に形成されたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、パッケージ基板の配線パターンが形成された面に対して導体パターン形成することができ、導体パターンのみを形成する工程を設ける必要がない。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の半導体装置であって、前記導体パターンは、前記パッケージ基板のチップ搭載面とチップ搭載面の反対側の面との両面に形成され、両面に形成された対応する前記導体パターンは前記パッケージ基板を貫通して延在するスルーホールにより接続されたことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項４記載の発明によれば、パッケージ基板の両面に導体パターンが設けられ且つそれらがスルーホールで接続されるので、半導体チップの熱を効率的に外部接続端子に伝達することができる。
【００２０】
請求項５記載の発明は、請求項１又は２記載の半導体装置であって、前記導体パターンは、前記外部接続端子のうち半導体チップに最も近い列に配置された外部接続端子に接続された第１の導体パターンと、前記外部接続端子のうち半導体チップに最も近い列に配置された外部接続端子以外の外部接続端子に接続された第２の導体パターンとを含むことを特徴とするものである。
【００２１】
請求項５記載の発明によれば、放熱に利用することのできる外部接続端子の数が増え、放熱効率を向上することができる。
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００２２】
図３は本発明の第１の実施の形態による低熱抵抗型半導体装置の一例であるＢＧＡ型半導体パッケージの断面図であり、図４は図３に示すパッケージ基板のチップ搭載面を示す平面図である。また、図５は図３に示すＢＧＡ型半導体パッケージの一部の拡大断面図である。なお、図３乃至５において、図１に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付す。
【００２３】
本発明の第１の実施の形態によるＢＧＡ型半導体パッケージにおいて、パッケージ基板１の上に半導体チップ２がダイ付け材３を介して搭載される。半導体チップ２の端子は、パッケージ基板１上に形成された配線パターン１ａよりなる端子に対してボンディングワイヤ４により接続され、半導体チップ２及びボンディングワイヤ４はパッケージ基板１上で封止樹脂５により封止される。
【００２４】
パッケージ基板１の裏面には、例えば信号端子や電源端子のような外部接続端子としてハンダボール６が設けられる。ハンダボール６は半導体チップ２の周辺に相当する領域に設けられ、パッケージ基板１を貫通して形成されたスルーホール７により配線パターン１ａに電気的に接続される。
【００２５】
ここで、従来の低熱抵抗タイプのＢＧＡ型半導体パッケージでは、半導体チップの直下に相当する部分に放熱用のハンダボールが設けられる。しかし、本発明の第１の実施の形態によるＢＧＡ型半導体パッケージでは、通常のＢＧＡ型半導体パッケージと同様に、半導体チップ２の直下に相当する部分には外部接続端子としてのハンダボールは設けられない。すなわち、本発明の第１の実施の形態によるＢＧＡ型半導体パッケージでは、信号用あるいは電源用端子等として機能するのハンダボール６を、放熱用ハンダボールの代わりに使用している。
【００２６】
ハンダボール６は、半導体チップ２の周囲に相当する領域に配列されているため、半導体チップ２から発生した熱を効率的にハンダボール６に伝える必要がある。このため、半導体チップのチップ搭載面１ｂにおいて半導体チップ２が搭載される領域に、図４に示すように放熱用導体パターン１０が形成される。
【００２７】
放熱用導体パターン１０は、例えば銅箔をエッチングして形成する配線パターン１ａと同じ工程で形成できるように、配線パターン１ａと同じ材料で形成されることが好ましいが、熱伝導性のよい材料であれば異なる材料であってもよい。放熱用導体パターン１０は、半導体チップ２の直下から延出し、周囲に配置されたハンダボール６まで延在し、図３に示すようにスルーホール７によりハンダボール６に接続される。
【００２８】
本実施の形態では、放熱用導体パターン１０はハンダボール６のうち、最も内側に配列されたハンダボールに接続されるように形成されている。そして、図４に示すように、一つのハンダボール６に接続される放熱用導体パターン１０は、他のハンダボール６に接続される放熱用導体パターン１０と分離した状態で形成される。すなわち、ハンダボール６の各々は互いに異なる配線上に設けられものであり、電気的に分離されていなければならないからである。
【００２９】
上述の構成において、半導体チップ２が発生する熱は、ダイ付け材３を介して放熱用導体パターン１０に伝わり、スルーホール７を通過してハンダボール６に到達する。そして、回路基板から更に他の部分へ放出される。したがって、ダイ付け材３は、絶縁性の接着剤であって、熱伝導性が良好な材料であることが好ましい。
【００３０】
ここで、ハンダボール６はもともと信号用又は電源用の端子として設けられているものであり、本実施の形態において、放熱用のハンダボールをハンダボール６とは別に設ける必要はない。すなわち、本実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージは、通常のＢＧＡ型半導体パッケージと同様な端子構成を有しており、その中央部分には放熱用のハンダボールは設けられていない。したがって、本実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージが搭載されるマザーボード等の回路基板には、通常のＢＧＡ型半導体パッケージが搭載される回路基板と同様に、半導体チップ２の直下に相当する領域にも配線パターンを設けることができ、回路基板のサイズを増大することなく、効率的な配線設計を達成することができる。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施の形態による低熱抵抗型半導体装置の一例としての低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージについて、図６を参照しながら説明する。図６は本発明の第２の実施の形態による低熱抵抗型半導体装置の一例としての低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージの一部の断面図である。図６において、図３に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００３２】
本発明の第２の実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージは、図３に示す本発明の第１の実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージと基本構造は同じであるが、放熱用導体パターン１０Ａがパッケージ基板１のチップ搭載面１ｂの反対側の面に形成されることが異なる。すなわち、本実施の形態では、放熱用導体パターン１０Ａは、ハンダボール６が設けられるパッケージ基板１の裏側に形成されている。
【００３３】
本実施の形態は、特に、信号線や電源ライン等の配線パターン１ａが、パッケジ基板１の裏面に形成されている場合に好適である。すなわち、配線パターン１ａの形成と同時に導体パターン１０Ａの形成も行うことができ、工程数を増やすことなく導体パターンを形成することができる。
【００３４】
本発明の第２の実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージも、上述の本発明の第１の実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージと同様に、通常のＢＧＡ型半導体パッケージと同様な端子構成を有しており、その中央部分には放熱用のハンダボールは設けられていない。したがって、本実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージが搭載されるマザーボード等の回路基板には、通常のＢＧＡ型半導体パッケージが搭載される回路基板と同様に、半導体チップ２の直下に相当する領域にも配線パターンを設けることができ、回路基板のサイズを増大することなく、効率的な配線設計を達成することができる。
【００３５】
次に、本発明の第３の実施の形態による低熱抵抗型半導体装置の一例としての低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージについて、図７を参照しながら説明する。図７は本発明の第３の実施の形態による低熱抵抗型半導体装置の一例としての低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージの一部の断面図である。図７において、図３に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００３６】
本発明の第３の実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージは、図３に示す本発明の第１の実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージと基本構造は同じであるが、放熱用導体パターンがパッケージ基板１のチップ搭載面１ｂと反対側の面との両方に形成されることが異なる。すなわち、本実施の形態では、放熱用導体パターン１０は半導体チップ搭載面１ｂに形成され、放熱用導体パターン１０Ａはハンダボール６が設けられるパッケージ基板１の裏側に形成されている。
【００３７】
本発明の第３の実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージも、上述の本発明の第１の実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージと同様に、通常のＢＧＡ型半導体パッケージと同様な端子構成を有しており、その中央部分には放熱用のハンダボールは設けられていない。したがって、本実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージが搭載されるマザーボード等の回路基板には、通常のＢＧＡ型半導体パッケージが搭載される回路基板と同様に、半導体チップ２の直下に相当する領域にも配線パターンを設けることができ、回路基板のサイズを増大することなく、効率的な配線設計を達成することができる。
【００３８】
また、放熱用導体パターン１０，１０Ａがパッケージ基板の両面に形成されるので、半導体チップ２からの熱を効率的にハンダボール６に伝えることができる。
【００３９】
次に、本発明の第４の実施の形態による低熱抵抗型半導体装置の一例としての低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージについて、図８を参照しながら説明する。図８は本発明の第４の実施の形態による低熱抵抗型半導体装置の一例としての低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージの一部の断面図である。図８において、図７に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００４０】
本発明の第４の実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージは、図３に示す本発明の第１の実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージと基本構造は同じであるが、放熱用導体パターンがパッケージ基板１のチップ搭載面１ｂと反対側の面との両方に形成され且つそれらがスルーホール１１により接続されていることが異なる。すなわち、本実施の形態では、放熱用導体パターン１０は半導体チップ搭載面１ｂに形成され、放熱用導体パターン１０Ａはハンダボール６が設けられるパッケージ基板１の裏側に形成されている。そして、放熱用導体パターン１０と放熱用導体パターン１０Ａとの間には、パッケージ基板１を貫通して形成されるスルーホール１１が設けられる。この場合、スルーホール１１は、通常の電気的な接続用のスルーホールと同じ構成であり、貫通孔の内部に金属メッキを施したものであるが、電気的な接続として設けられものではなく、放熱用導体パターン１０と放熱用導体パターン１０Ａとを熱的に接続して、放熱用導体パターン１０から放熱用導体パターン１０Ａへの熱の伝達を促進する機能を果たす。
【００４１】
本発明の第４の実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージも、上述の本発明の第１の実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージと同様に、通常のＢＧＡ型半導体パッケージと同様な端子構成を有しており、その中央部分には放熱用のハンダボールは設けられていない。したがって、本実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージが搭載されるマザーボード等の回路基板には、通常のＢＧＡ型半導体パッケージが搭載される回路基板と同様に、半導体チップ２の直下に相当する領域にも配線パターンを設けることができ、回路基板のサイズを増大することなく、効率的な配線設計を達成することができる。
【００４２】
また、放熱用導体パターン１０，１０Ａがパッケージ基板の両面に形成されそれらの間にスルーホール１１が設けられるので、半導体チップ２からの熱を効率的にハンダボール６に伝えることができる。
【００４３】
次に、本発明の第５の実施の形態による低熱抵抗型半導体装置の一例としての低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージについて、図９及び図１０を参照しながら説明する。図９は本発明の第２の実施の形態による低熱抵抗型半導体装置の一例としての低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージの断面図であり、図１０は図９に示すパッケージ基板のチップ搭載面を示す平面図である。図９及び図１０において、図３及び図４に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００４４】
本発明の第５の実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージは、図３に示す本発明の第１の実施の形態による低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージと基本構造は同じであるが、最内周側のハンダボール６に接続される放熱用導体パターン１０に加えて、最内周より外側のハンダボール６に対して接続される放熱用導体パターン１０Ｂが設けられた点が異なる。すなわち、本実施の形態では、放熱用導体パターン１０Ｂは、最内周側に位置するハンダボール６の間を通って外周側のハンダボール６にも接続される。したがって、多数のハンダボール６を放熱用ハンダボールとして利用することができ、放熱効率を向上することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、チップ搭載面にのみ放熱用導体パターン１０，１０Ｂが形成される例を示したが、上述の第２乃至第４の実施の形態のように、パッケージ基板１の裏面にも放熱用導体パターン１０Ｂを設けてもよく、また、これらを接続するスルーホールを形成してもよい。
【００４６】
また、上述の第１乃至第５の実施の形態は、低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージに関して説明したが、本発明は、ＬＧＡ型半導体パッケージ等の他の種類の半導体パッケージにも適用することができる。
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。
請求項１記載の発明によれば、半導体チップで発生した熱は、半導体チップの搭載領域内に延在する導体パターンを介して外部接続用端子に伝わり、外部接続端子から外部に放出される。すなわち、放熱用の接続端子を半導体搭載領域近傍に設ける必要がなく、信号用又は電源用の外部接続端子を利用して放熱することができる。したがって、本発明による半導体装置を搭載する回路基板には、放熱用の外部接続端子を接続する端子を形成する必要がなくなり、回路基板上の配線パターンを自由に設計することができ、回路基板の面積を有効に利用することができる。
【００４７】
請求項２記載の発明によれば、導体パターンをパッケージ基板の配線パターンを形成する工程で同時に形成することができ、半導体装置の製造コストを低減することができる。
【００４８】
請求項３記載の発明によれば、パッケージ基板の配線パターンが形成された面に対して導体パターン形成することができ、導体パターンのみを形成する工程を設ける必要がない。
【００４９】
請求項４記載の発明によれば、パッケージ基板の両面に導体パターンが設けられ且つそれらがスルーホールで接続されるので、半導体チップの熱を効率的に外部接続端子に伝達することができる。
【００５０】
請求項５記載の発明によれば、放熱に利用することのできる外部接続端子の数が増え、放熱効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の低熱抵抗タイプのＢＧＡ型半導体パッケージを示す断面図である。
【図２】図１に示すパッケージ基板のチップ搭載面を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による低熱抵抗型半導体装置の一例であるＢＧＡ型半導体パッケージの断面図である。
【図４】図３に示すパッケージ基板のチップ搭載面を示す平面図である。
【図５】図３に示すＢＧＡ型半導体パッケージの一部の拡大断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態による低熱抵抗型半導体装置の一例としての低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージの一部の断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態による低熱抵抗型半導体装置の一例としての低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージの一部の断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態による低熱抵抗型半導体装置の一例としての低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージの一部の断面図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態による低熱抵抗型半導体装置の一例としての低熱抵抗型ＢＧＡ型半導体パッケージの一部の断面図である。
【図１０】図９に示すパッケージ基板のチップ搭載面を示す平面図である。
【符号の説明】
１  パッケージ基板
１ａ  配線パターン
１ｂ  チップ搭載面
２  半導体チップ
３  ダイ付け材
４  ボンディングワイヤ
５  封止樹脂
６  ハンダボール
７，１１  スルーホール
１０，１０Ａ，１０Ｂ  放熱用導体パターン
【図１】
0004934915.tif 000002
【図２】
0004934915.tif 000003
【図３】
0004934915.tif 000004
【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】
0004934915.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004934915.tif 000011