封装基板和倒装型半导体器件制造技术

本发明专利技术提供提高了封装后的成品率的封装基板和倒装型半导体器件。以倒装方式连接了以低热膨胀的金属为核心并在其两面上层叠了叠加布线层的封装基板９与半导体芯片１，在金属核心中形成了多个贯通孔或狭缝。尽管对于在封装基板９的表面上形成的与安装基板６的连接端子来说，在金属核心与安装基板６之间存在热膨胀率的差别，但利用在金属核心中形成了的多个贯通孔或狭缝减少了其约束力。此外，另一方面，由于金属核心是低热膨胀的，故与半导体芯片１之间的热膨胀率差小，对倒装连接凸点３或半导体芯片１表面施加的压力也非常小。此外，本发明专利技术提供以低热膨胀的金属为核心并在其两面上层叠了叠加布线层的封装基板９。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体封装体，特别是涉及封装基板和倒装型半导体器件。
技术介绍
现有的倒装型半导体封装体具有如图14和图15中所示的剖面结构，由下述部分构成安装基板6；在安装基板6上经BGA球(焊料球)5连接的封装基板2；经倒装连接凸点3与封装基板2连接的半导体芯片1；以及保护半导体芯片1与倒装连接凸点3之间的底层填料树脂4。图14是在封装基板2的上部表面上具有连接了半导体芯片1的结构的例子，另一方面，图15是在封装基板2的背面上具有连接了半导体芯片1的结构的例子。此外，在图14和图15中示意性地示出了封装基板2和安装基板6的内部结构，而不是示出准确的结构。关于封装基板2，在图18中示出其详细的结构。关于安装基板，例如使用包含通常使用的玻璃环氧树脂的基板。以往，对于倒装型半导体封装体来说，使用了陶瓷基板或树脂基板作为安装半导体芯片1的布线用的封装基板2。半导体芯片1经由焊料构成的倒装连接凸点3被连接到封装基板2上，被充填了保护该连接部用的被称为底层填料树脂4的热硬化性树脂。在封装基板2的表面上形成了取得与安装基板6的导电性的连接用的外部连接电极，经作为在该外部连接电极上安装的焊料球的BGA球5取得与安装基板6之间的连接。在倒装型半导体封装体中，其特征在于倒装连接部和BGA连接部的任一连接部都被异种材料夹持。即，一般来说，倒装连接部被由硅构成的半导体芯片1和由陶瓷或树脂构成的封装基板2夹持。另一方面，BGA连接部被封装基板2和一般来说由FR-4等的纤维强化树脂构成的安装基板6夹持。通常使用氧化铝于陶瓷制的封装基板2。因为氧化铝的热膨胀率为5.5ppm/℃，硅的热膨胀率为3ppm/℃，故成为与作为半导体芯片1的主要构成材料的硅极为接近的值。另一方面，在树脂制的封装基板2的情况下，一般使用以BT树脂为基体层叠了环氧树脂的叠加基板。在此，BT的热膨胀率为17ppm/℃，其特征是，该值与硅的相应的值的偏离较大。因此，关于倒装连接部，对于树脂基板的一方来说处于容易施加应力的状态。实际上，对于其温度循环试验中的寿命来说，如果比较在-65℃/125℃的温度循环下达到50％的不良发生的循环数，则在陶瓷基板的情况下为1900循环，而在树脂基板的情况下为1000循环，大体减少了一半。再者，该热膨胀率的差引起半导体芯片1和封装基板2的翘曲。在将18×18mm的半导体芯片1以倒装方式连接到50×50mm的封装基板2上的情况下，在陶瓷基板的情况下，在芯片安装部中其翘曲为不到10μm、在整个封装体中其翘曲为50μm，是非常小的值。与此不同，在树脂基板的情况下，在芯片安装部中其翘曲为100μm、在整个封装体中其翘曲为270μm，是非常大的值。从图14和图15中示出的示意性的剖面结构可明白，整个封装体的翘曲成为使BGA球5的连接端子的平坦性恶化的主要原因。通常要求倒装型半导体封装体的BGA球5的连接端子的平坦性为200μm以下。因而，在上述的树脂基板的情况下，成为难以满足200μm以下的平坦性的要求的状态。对在图14中示出的现有的倒装型半导体封装体进行散热用的安装结构，如图16和图17中所示，具有在半导体芯片1上经热传导树脂7安装的热沉8。此外，在图16和图17中，示意性地示出了封装基板2和安装基板6的内部结构，而不是示出准确的结构。关于封装基板2，在图18中示出其详细的结构。关于安装基板，例如使用包含通常使用的玻璃环氧树脂的基板。图17是在图16中半导体芯片1的附近部分的放大图，示出了安装基板6、在安装基板6上经BGA球5连接的封装基板2、在封装基板2上经倒装连接凸点3连接的半导体芯片1、保护倒装连接凸点3部分的底层填料树脂4和在半导体芯片1上经热传导树脂7连接的热沉8。通常在倒装型半导体封装体的情况下，从半导体芯片1的背面起经热传导树脂7朝向热沉8等的冷却系统散热。关于热传导树脂7，通常使用将环氧或硅酮树脂作为粘合剂并充填金属粉的树脂，但其热传导率约为1W/m/k，如果与由硅构成的半导体芯片1的热传导率150W/m/k、由铝构成的热沉的情况的热传导率200W/m/k或由铜构成的热沉的情况的热传导率390W/m/k相比，则其热传导性较差。因而，为了实现高散热化，重要的是尽可能减薄热传导树脂7的厚度。但是，在使用了树脂基板的倒装型半导体封装体中，由于半导体芯片1翘曲了100μm，故厚度必然不能为100μm以下。如果将其转换为热阻，则相当于增加0.3℃/W，例如，在40W的大规模LSI中，晶体管的温度就上升12℃，成为极为严重的问题。图14至图17中示出的现有的封装基板2，如图18的剖面放大图中所示，由下述部分构成树脂基板18；在树脂基板18开了口的通路孔12；微细金属布线13；微通路孔14；以及在封装基板2的表面背面上形成的焊料抗蚀剂15。在封装基板2的两面上层叠了以叠加树脂作为层间绝缘膜17的布线层。对于通路孔12来说，充填了玻璃环氧等的绝缘性的树脂。已确认了现有的倒装型半导体封装体的成品率下降主要是因半导体芯片1和封装基板2的热膨胀差引起的破坏所致。专利文献1特开2002-332544号公报专利文献2特开2002-353584号公报专利文献3特开2002-223070号公报如以上已说明的那样，在使用了倒装连接部中引起了热膨胀的失配的树脂基板的倒装型半导体封装体中，存在下述问题(a)倒装连接部的可靠性是不充分的，(b)BGA球5的连接端子的平坦性差，(c)散热性是不充分的，(d)难以使用低介电常数的层间绝缘膜作为半导体芯片1的多层布线等。另一方面，在BGA球5的连接一侧，陶瓷基板与树脂基板相比压倒性地处于不利状态。在安装基板6中使用的FR-4的热膨胀率为17ppm/℃，而陶瓷基板的氧化铝的热膨胀率为5.5ppm/℃(偏离11.5ppm/℃)、树脂基板的BT的热膨胀率为15ppm/℃(偏离2ppm/℃)。因此，例如对32×25mm的封装体进行-65℃/125℃的温度循环试验的情况下，在陶瓷基板中，在500循环中达到50％的不良，而在树脂基板中寿命达到1000循环以上。如果封装体尺寸变大，则所积累的位移量成比例地增加，因此，陶瓷基板的寿命进一步缩短。因而，在陶瓷基板的情况下，存在封装体尺寸的使用范围受到限制的大的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供由于与半导体芯片之间的热膨胀率差小、对倒装连接凸点或半导体芯片表面施加的应力小而提高了封装后的成品率的封装基板和倒装型半导体器件。为了实现上述目的，本专利技术的第1特征的要旨是一种封装基板，其特征在于，具备(一)具有多个贯通孔的低热膨胀率基板；(二)在低热膨胀率基板的两面上以层叠方式形成的树脂绝缘层；(三)进而在低热膨胀率基板的两面中并在树脂绝缘层上以层叠方式形成的叠加布线层；以及(四)在低热膨胀率基板上形成的半导体芯片安装区，在从低热膨胀率基板的中心起用直线连结了外周上的任意的点时，在该直线上的低热膨胀率基板上必定存在贯通孔。本专利技术的第2特征的要旨是一种倒装型半导体器件，其特征在于，具备(一)在半导体元件形成面上形成了连接端子的半导体芯片；(二)封装基板，具有有多个贯通孔的低热膨胀率基板、在低热膨胀率基板的两面上被层叠了的树脂绝缘层和进而在低热膨胀率基板的两面中并在上述树脂绝缘层上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种封装基板，其特征在于：具备：具有多个贯通孔的低热膨胀率基板；在上述低热膨胀率基板的两面上以层叠方式形成的树脂绝缘层；进而在上述低热膨胀率基板的两面中并在上述树脂绝缘层上以层叠方式形成的叠加布线层；以及 在上述低热膨胀率基板上形成的半导体芯片安装区，在从上述低热膨胀率基板的中心起用直线连结了外周上的任意的点时，在该直线上的上述低热膨胀率基板上必定存在上述贯通孔。

【技术特征摘要】
JP 2003-2-21 045018/20031.一种封装基板，其特征在于具备具有多个贯通孔的低热膨胀率基板；在上述低热膨胀率基板的两面上以层叠方式形成的树脂绝缘层；进而在上述低热膨胀率基板的两面中并在上述树脂绝缘层上以层叠方式形成的叠加布线层；以及在上述低热膨胀率基板上形成的半导体芯片安装区，在从上述低热膨胀率基板的中心起用直线连结了外周上的任意的点时，在该直线上的上述低热膨胀率基板上必定存在上述贯通孔。2.如权利要求1中所述的封装基板，其特征在于上述低热膨胀率基板的热膨胀率为10ppm/℃或10ppm/℃以下。3.如权利要求1中所述的封装基板，其特征在于在上述低热膨胀率基板上形成了以上述封装基板的中心为中心的同轴的多角形或圆状的狭缝，以上述低热膨胀率基板的非开口部桥连的方式连系了各自的上述狭缝间，该桥连的配置不在从内周朝向外周的同一直线上。4.如权利要求1中所述的封装基板，其特征在于在上述低热膨胀率基板上形成了以正三角形为基本单位的六角密集充填配置的贯通孔。5.如权利要求4中所述的封装基板，其特征在于在上述低热膨胀率基板上形成的六角密集充填配置的贯通孔是六边形。6.如权利要求1中所述的封装基板，其特征在于上述低热膨胀率基板的上述半导体芯片安装区中的贯通部的面积对于非贯通部的面积的比率比该半导体芯片非安装区中的贯通部的面积对于非贯通部的面积的比率小。7.如权利要求1中所述的封装基板，其特征在于避开了连结上述半导体芯片安装区的中心与上述半导体芯片安装区的外周的多条直线形成了上述低热膨胀率基板的上述半导体芯片安装区中形成的贯通孔。8.如权利要求1中所述的封装基板，其特征在于上述封装基板还具备在上述封装基板的半导体芯片安装面和半导体芯片非安装面的某一方上形成的外部连接电极，在上述外部连接电极中经焊料球连接到安装基板上。9.如权利要求1中所述的封装基板，其特征在于存在多个上述封装基板上的上述半导体芯片安装区。10.如权利要求1中所述的封装基板，其特征在于利用引线键合来连接上述封装基板上的上述半导体芯片安装区上被安装了的半导体芯片。11.一种倒装型半导体器件，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杉崎吉昭，池边宽，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]