JP2012212713A - Mounting structure of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、半導体装置の実装構造に関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device mounting structure.
従来、半導体装置を配線基板上に実装する場合、半導体装置を含む半導体パッケージを配線基板上に実装してきた。 Conventionally, when a semiconductor device is mounted on a wiring board, a semiconductor package including the semiconductor device has been mounted on the wiring board.
より具体的に説明すると、半導体パッケージは、半導体装置が複数のリードフレームのうちの1つに設けられ、他のリードフレームとワイヤボンディング等の接続部材により電気的に接続している。そして、樹脂によりリードフレームのリード端子を露出するように樹脂封止して形成されている。 More specifically, in the semiconductor package, a semiconductor device is provided in one of a plurality of lead frames, and is electrically connected to another lead frame by a connecting member such as wire bonding. And it is formed by resin sealing so as to expose the lead terminals of the lead frame with resin.
また、半導体パッケージを配線基板上に実装する際には、露出しているリード端子を配線基板の金属パッドに位置合わせして半田等により接続させて実装を行ってきた。 Further, when mounting a semiconductor package on a wiring board, the exposed lead terminals are aligned with metal pads of the wiring board and connected by soldering or the like.
しかし、従来の半導体装置の実装構造では、半導体装置を有する半導体パッケージのリードフレームの厚みや、接続部材まで覆うように封止している樹脂の厚みにより、半導体パッケージが大型化してしまっていた。また、従来の半導体パッケージへと電流を流した際、配線基板や半導体パッケージのリードフレームが熱膨張することで、配線基板と半導体パッケージのリードフレームとの接合部へと応力がかかり、接合部が破断することがあった。そのため、接続信頼性が十分に確保できなかった。 However, in the conventional semiconductor device mounting structure, the size of the semiconductor package has been increased due to the thickness of the lead frame of the semiconductor package having the semiconductor device and the thickness of the resin sealed to cover the connection member. In addition, when a current is applied to a conventional semiconductor package, the wiring substrate and the lead frame of the semiconductor package thermally expand, so that stress is applied to the joint between the wiring substrate and the lead frame of the semiconductor package, and the joint is It sometimes broke. Therefore, sufficient connection reliability could not be secured.
そこで本発明では、より省スペースで、接続信頼性の確保が可能な半導体装置の実装構造の提供を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a mounting structure of a semiconductor device that can save connection space and ensure connection reliability.
上記目的を達成するために、実施形態の半導体装置の実装構造は、基材上の一部に形成されている配線層と、配線層の複数のパッド部を囲むように絶縁層と配線層上に形成されているレジスト層とを有する配線基板と、配線基板の複数のパッド部の一方に設けられている第1の接合材と、第1の電極と第1の電極の対向面側に第2の電極を有し、第1の接合材と第1の電極とが接するように設けられている半導体装置と、複数のパッド部の他方に電気的に接続して設けられている第2の接合材と、半導体装置の第2の電極上に設けられている第3の接合材とに接するように設けられ、応力分散部が形成されている接続部材とを有することを特徴としている。 In order to achieve the above object, the mounting structure of the semiconductor device of the embodiment includes a wiring layer formed on a part of a base material, and an insulating layer and a wiring layer so as to surround a plurality of pad portions of the wiring layer. A wiring board having a resist layer formed on the wiring board, a first bonding material provided on one of the plurality of pad portions of the wiring board, and a first electrode and a first electrode on the opposite surface side of the first electrode. A semiconductor device having two electrodes, the first bonding material and the first electrode being in contact with each other, and a second electrically connected to the other of the plurality of pad portions. It is characterized by having a connecting member provided in contact with the bonding material and a third bonding material provided on the second electrode of the semiconductor device, and having a stress dispersion portion.
以下、本発明の実施形態に係るより省スペースで、接続信頼性の確保が可能な接続部材、半導体装置の実装構造を、図面を参照して詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a mounting member and a mounting structure of a semiconductor device capable of ensuring connection reliability in a smaller space according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
まず、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の実装構造について、図1乃至図3を参照して説明する。図1(a),(b),(c)に示すように、半導体装置の実装構造1は、配線基板2と、半導体装置3と、接続部材4とから構成されている。
(First embodiment)
First, the mounting structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 1A, 1 </ b> B, and 1 </ b> C, the semiconductor
配線基板2は、基材5と絶縁層6、配線層7、レジスト層8とから構成されている。また、基材5の材質としては、本実施形態ではCuから形成されている。これは、半導体装置3に大電流を流した際に発生する熱を効率よく放熱させるために設けている。なお、本実施形態では基材5の材質はCuであるが、これに限られることはなく、例えばAl等の放熱性の高い金属や、AlNやSi3N4等の放熱性の高いセラミックから形成されていれば良い。また、セラミックから形成されている場合、絶縁性が確保出来るため、絶縁層6が不要となる。
The
絶縁層6は、基材5を覆うように設けられており、基材5と後述する配線層7との導通を防ぐために設けられている。また、配線層7の材質としては、絶縁性の樹脂、あるいは絶縁性の樹脂内に、例えばSiO2やAl2O3等の放熱性の高い絶縁性粒子を含むものから形成されている。
The
配線層7は、絶縁層6上の所定の位置に設けられており、配線層7の端部には、半導体装置3及び接続部材4と接続するための第1,第2のパッド部P1,P2が形成されている。また、配線層7の第1のパッド部P1の面積は、半導体装置3の面積と同等又は大きい面積に形成されており、第2のパッド部P2の面積は、後述する接続部材4の第1の接合部材4aの面積と同等又は大きい面積となるように形成されている。
The
配線層7の材質としては、本実施形態ではCuから形成されているが、これに限られることはなく、導電性の金属であればよい。
The material of the
レジスト層8は、配線層7の第1,第2のパッド部P1,P2から一定の間隔を設けて囲むように、絶縁層6と配線層7上に形成されている。そのため、第1,第2のパッド部P1,P2と接続する配線層7の一部が露出する。また、レジスト層8の材質としては、絶縁性の樹脂から形成されている。なお、本実施形態では第1,第2のパッド部P1,P2から一定の間隔を設けて囲むようにレジスト層8が形成されているが、これに限られることはなく、例えば図2(a),(b),(c)に示すように、間隔を設けずに第1,第2のパッド部P1,P2を囲むように設けても良く、また、配線層7の一部を覆うように形成されていてもよい。
The
半導体装置3は、一方の面に第1の電極3aが形成され、他方の面に第2の電極3bが形成されており、お互いが対向するように設けられている。また、半導体装置3は、半導体装置3の第1の電極3aと、配線層7の第1のパッド部P1とを第1の接合材9を介して接続するように設けている。接続の為に用いている第1の接合材9の材質としては、本実施形態では半田を使用しているが、これに限られることはなく、導電性の金属であればよい。
The
このように、配線基板2の第1のパッド部P1上に第1の接合材9を介して半導体装置3を設けることにより、従来の半導体パッケージのリードフレームの厚みや、接続部材まで覆うように封止している樹脂の厚みの分だけ薄くすることが可能となる。また、リードフレームのリード端子の長さを配慮して実装面積を確保する必要がないため、より省スペースに半導体装置3を実装することが可能となる。
As described above, by providing the
更に、配線基板2と半導体装置3を第1の接合材9を介して設けていることにより、大電流を流した際に半導体装置3から発生する熱を、効率よく配線基板2へと放熱することが可能となる。その結果、半導体装置3の寿命を伸ばす事ができる。
Further, by providing the
接続部材4は、板状のCuから形成されており、第2の接合材10と接する第1の接合部材4aと、第3の接合材11と接する第2の接合部材4bと、第1の接合部材4aと第2の接合部材4bと一定の間隔を設けて形成され、応力分散部である第1の部材4cと、第1の部材4cを支持し、第1の接合部材4aと接続している第2の部材4dと、第1の部材4cを支持し、第2の接合部材4bと接続している第3の部材4eとから構成されている。
The connection member 4 is made of plate-like Cu, and includes a
なお、本実施形態では接合部材4はCuから形成されているが、これに限られることはなく、導電性金属のもの、望ましくは配線基板2の基材5の材質と同じ材質又は近似する熱膨張係数のものを用いても良い。これにより、熱膨張により発生する応力を同程度とすることができるため、熱膨張率の差による応力の発生の抑制することが可能となる。
In the present embodiment, the bonding member 4 is made of Cu, but is not limited to this, and is made of a conductive metal, preferably the same material as the
より詳しく説明すると、図1(a),図3(a)に示すように、接続部材4の第1の接合部材4aの幅W1と第2の接合部材4bの幅W2は、ほぼ同じ幅となるように形成されており、半導体装置3の第2の電極3bや第2のパッド部P2に対して同じ幅、もしくは少し狭くなるように形成されている。なお、本実施形態では第1,第2の接合部材4a,4bの幅W1,W2がほぼ同じ幅となるように形成されているが、これに限られることはなく、異なる幅となるように形成されていてもよい。その際、第1,第2の接合部4a,4bのY方向の断面積をそれぞれSA,SBとし、例えばSA≦SBであった場合、SAが仕様電流を流せる最小の面積以上となるように形成されていればよい。
More specifically, as shown in FIGS. 1A and 3A, the width W1 of the first joining
また、接続部材4の応力分散部である第1の部材4cは、第1,第2の接合部材4a,4bの幅W1,W2より第1の部材4cの幅W3の方が広くなるように形成されている。そして、図3(b)に示すように、第1の部材4cの厚みT1は、第1,第2の接合部材4a、4bの厚みT2,T3より薄くなるように形成されている。また、第1の部材4cの厚みT1と幅W3は、第1,第2の接合部材4a,4bのY方向の断面積と同じ断面積となるように形成されている。なお、本実施形態の第1の部材4cのY方向の断面積が第1,第2の接合部材4a,4bと同じとなるように形成されているが、これに限られることはなく、第1,第2の接合材4a,4bの断面積よりも大きくなるように形成されていてもよい。すなわち、第1,第2の接合部4a,4bのY方向の断面積をそれぞれSA,SBとし、第1の部材4cのY方向の断面積をSCとし、例えばSA≦SBであった場合、SCはSA≦SCとなるように形成されていてもよい。
Further, the
第2,第3の部材4d,4eの長さL1,L2は、第1の部材4cが配線基板2に対して略平行となるように形成されており、本実施形態では第2の部材4dの長さL1の方が第3の部材4eの長さよりも長くなるように形成されている。なお、本実施形態では第2,第3の部材4d,4eの長さL1,L2が異なる長さとなるように形成されているが、これに限られることはなく、例えば第2,第3の部材4d,4eの長さL1,L2がほぼ同じ長さとなるように形成されていてもよく、また、第1の部材4cが配線基板2に対して平行とならないような長さにしてもよい。
The lengths L1 and L2 of the second and
また、第2,第3の部材4d,4eは、第1,第2の接合部材4a,4bと第1の部材4cとに連続して接続するために、第1,第2の接合部材4a,4bの幅W1,W2から第1の部材4cの幅W3へと向かうに従って広くなるように形成されている。そして、第1,第2の接合部材4a,4bの厚みT2,T3から第1の部材4cの厚みT1へと向かうに従って薄くなるように形成されている。
Further, the second and
すなわち、第1,第2の接続部材4a,4bのY方向の断面積と同じ断面積となるように形成されている。なお、本実施形態の第2,第3の部材4d,4eのY方向の断面積が第1,第2の接合部材4a,4bと同じとなるように形成されているが、これに限られることはなく、第1,第2の接合材4a,4bの断面積よりも大きくなるように形成されていてもよい。
That is, the first and
この様に、第1,第2,第3の部材4c,4d,4eを第1,第2の接合部材4a,4bの厚みT2,T3より薄くなるように形成することにより、配線基板2や接続部材4が熱膨張することで応力を発生させても、第1の部材4cへと応力が働きやすくなり、撓む事が可能となるので、応力を分散することができる。そのため、第1,第2の接合部材4a,4bと第2,第3の接合材10,11の破断を抑制することができる。
In this way, by forming the first, second, and
また、第1の部材4cの幅W3を第1,第2の接続部材4a,4bの幅W1,W2より広くすることで、熱を放熱しやすくなる。そのため、熱による膨張を抑制することができ、熱膨張により発生する応力を小さくすることができる。その結果、第1,第2の接合部材4a,4bと第2,第3の接合材10,11の破断を抑制することができる。
In addition, by making the width W3 of the
以上、第1実施形態の半導体装置の実装構造1によれば、配線基板2の第1のパッド部P1上に第1の接合材9を介して半導体装置3を設けている。そして、接続部材4の応力分散部である第1の部材4cの厚みT1を、第1,第2の接合部材4a,4bの厚みT2,T3よりも薄くなるように形成している。また、第1の部材4cの幅W3を第1,第2の接合部材4a,4bの幅W1,W2よりも広くなるように形成している。
As described above, according to the semiconductor
これにより、小型化して実装することが可能となり、また応力を分散させて破断を抑制することが可能となる。そのため、より省スペースで接続信頼性の確保が可能な半導体装置の実装をすることができる。また、半導体装置3が発生する熱を接続部材4から放熱することが出来るため、熱膨張により発生する応力を小さくすることが可能となる。
This makes it possible to downsize and mount, and to disperse stress and suppress breakage. Therefore, it is possible to mount a semiconductor device that can secure connection reliability in a smaller space. Further, since the heat generated by the
更に、第1実施形態の半導体装置の実装構造1によれば、接続部材4の第1,第2,第3の部材4c,4d,4eのY方向の断面積を第1,第2の接合部材4a,4bの断面積以上に形成している。これにより、電流が流れることによる接続部材4の断線を防止する。
Furthermore, according to the mounting
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の実装構造について、図4乃至図6を参照して説明する。本実施形態の半導体装置の実装構造20は、接続部材21の応力分散部である第1の部材21cがS字クランク形状である点で第1実施形態と異なり、その他の構成部分については、同様の構成を有している。従って、図4乃至図6では、接続部材21を示し、以下の説明においては、第1実施形態と同様の構成部分については、詳細説明を省略して異なる構成部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
Next, a semiconductor device mounting structure according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The mounting
図4(a),(b),(c)に示すように、接続部材21は、Cuから形成されており、第2の接合材10と接する第1の接合部材21aと、第3の接合材11と接する第2の接合部材21bと、第1の接合部材21aと第2の接合部材21bと一定の間隔を設けて形成され、応力分散部である第1の部材21cと、第1の部材21cを支持し、第1の接合部材21aと接続している第2の部材21dと、第1の部材21cを支持し、第2の接合部材21bと接続している第3の部材21eとから構成されている。
As shown in FIGS. 4A, 4 </ b> B, and 4 </ b> C, the
なお、本実施形態では接合部材4はCuから形成されているが、これに限られることはなく、導電性金属のもの、望ましくは配線基板2の基材5の材質と同じ材質又はほぼ同じ熱膨張係数のものを用いても良い。
In this embodiment, the bonding member 4 is made of Cu, but is not limited to this, and is made of a conductive metal, preferably the same material as the
接合部材21についてより詳しく説明すると、図5(a)に示すように接続部材21の第1の接合部材21aの幅W4と第2の接合部材4bの幅W5は、ほぼ同じ幅となるように形成されており、半導体装置3の第2の電極3bや第2のパッド部P2に対して同じ幅、もしくは少し狭くなるように形成されている。なお、本実施形態では第1,第2の接合部材21a,21bの幅W1,W2がほぼ同じ幅となるように形成されているが、これに限られることはなく、第1実施形態と同様に異なる幅となるように形成されていてもよい。
The joining
また、接続部材21の応力分散部である第1の部材21cは、S字クランク形状に形成されており、Y軸方向と−Y軸方向に向かって曲部が形成されている。なお、本実施形態の第1の部材21cがS字クランク形状であるが、これに限られることはなく、例えば図6(a),(b)に示すように、接合部材22の第1の部材22aがU字形状に形成されている等、曲部を有する形状であればどのような形状であってもよい。
In addition, the
そして、図5(b)に示すように、第1の部材21cの厚みT4は、第1,第2の接合部材4a、4bの厚みT5,T6と同じ厚みとなるように形成されている。また、第1の部材21cは、第1,第2の接合部材21a,21bのY軸方向の断面積と同じ断面積以上となるように形成されている。
As shown in FIG. 5B, the thickness T4 of the
このように、曲部を有する形状にすることにより、配線基板2や接続部材21が熱膨張することで応力を発生させても、第1の部材21cへと応力が働き、変形することで応力を吸収することが可能となる。そのため、第1,第2の接合部材21a,21bと第2,第3の接合材10,11の破断を抑制することができる。
Thus, even if the
また、第1の部材4cをS字クランク形状にすることにより、放熱する面積を大きくすることが可能となるため、より放熱しやすくなる。そのため、熱による膨張を抑制することができ、熱膨張により発生する応力を小さくすることができる。その結果、第1,第2の接合部材21a,21bと第2,第3の接合材10,11の破断を抑制することができる。
Further, by making the
第2,第3の部材21d,21eの長さL3,L4は、第1の部材21cが配線基板2に対して略平行となるように形成されており、本実施形態では第2の部材21dの長さL1の方が第3の部材21eの長さよりも長くなるように形成されている。なお、本実施形態では第2,第3の部材21d,21eの長さL3,L4が異なる長さとなるように形成されているが、これに限られることはなく、ほぼ同じ長さとなるように形成してもよく、また、第1の部材21cが配線基板2に対して平行とならないような長さにしてもよい。
The lengths L3 and L4 of the second and
また、第2,第3の部材21d,21eの幅W6,W7は、第1,第2の接合部材21a,21bと第1の部材21cとに連続して接続しており、第1,第2の接合部材21a,21bの幅W4,W5と同じとように形成されている。そして、第2,第3の部材21d,21eの厚みT7,T8は、第1,第2の接合部材4a,4bの厚みT5,T6と同じ厚みとなるように形成されている。
The widths W6 and W7 of the second and
以上、第2実施形態の半導体装置の実装構造20によれば、配線基板2の第1のパッド部P1上に第1の接合材9を介して半導体装置3を設けている。そして、接続部材21の応力分散部である第1の部材21cがS字クランク形状に形成されている。
As described above, according to the semiconductor
これにより、小型化して実装することが可能となり、また応力を吸収させて破断を抑制することが可能となる。そのため、より省スペースで接続信頼性の確保が可能な半導体装置の実装をおこなうことができる。また、半導体装置3が発生する熱を接続部材21から放熱することが出来るため、熱膨張により発生する応力を小さくすることが可能となる。
This makes it possible to downsize and mount, and to absorb the stress and suppress breakage. Therefore, it is possible to mount a semiconductor device capable of securing connection reliability in a smaller space. Further, since the heat generated by the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1,20…半導体装置の実装構造
2…配線基板
3…半導体装置
3a…第1の電極
3b…第2の電極
4,21,22…接続部材
4a,21a…第1の接合部材
4b,21b…第2の接合部材
4c,21c,22a…第1の部材
4d,21d…第2の部材
4e,21e…第3の部材
5…基材
6…絶縁層
7…配線層
8…レジスト層
9…第1の接合材
10…第2の接合材
11…第3の接合材
P1…第1のパッド部
P2…第2のパッド部
W1,W4…第1の接合部材の幅
W2,W5…第2の接合部材の幅
W3…第1の部材の幅
T1,T4…第1の部材の厚み
T2,T5…第1の接合部材の厚み
T3,T6…第2の接合部材の厚み
T7…第2の部材の厚み
T8…第3の部材の厚み
L1,L3…第2の部材の長さ
L2,L4…第3の部材の長さ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記配線基板の前記複数のパッド部の一方に設けられている第1の接合材と、
第1の電極と前記第1の電極の対向面側に第2の電極を有し、前記第1の接合材と前記第1の電極とが接するように設けられている半導体装置と、
前記複数のパッド部の他方に電気的に接続して設けられている第2の接合材と、前記半導体装置の前記第2の電極上に設けられている第3の接合材とに接するように設けられ、応力分散部が形成されている接続部材と、
を有することを特徴とする半導体装置の実装構造。 A wiring board having a wiring layer formed on a part of the substrate, and a resist layer formed on the wiring layer so as to surround a plurality of pad portions of the wiring layer;
A first bonding material provided on one of the plurality of pad portions of the wiring board;
A semiconductor device having a second electrode on a surface facing the first electrode and the first electrode, wherein the first bonding material and the first electrode are in contact with each other;
The second bonding material provided in electrical connection with the other of the plurality of pad portions and the third bonding material provided on the second electrode of the semiconductor device are in contact with each other. A connection member provided with a stress distribution part;
A mounting structure of a semiconductor device, comprising:
前記第3の接合材と接する第2の接合部材と、
前記第1の接合部材と前記第2の接合部材と一定の間隔を設けて形成される第1の部材と、
前記第1の部材を支持し、前記第1の接合部材と接続している第2の部材と、
前記第1の部材を支持し、前記第2の接合部材と接続している第3の部材と、
を有し、
前記応力分散部は前記第1の部材、前記第2の部材、前記第3の部材のうち少なくとも1つ以上であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の実装構造。 The connection member includes a first bonding member that contacts the second bonding material;
A second bonding member in contact with the third bonding material;
A first member formed at a predetermined interval from the first joining member and the second joining member;
A second member supporting the first member and connected to the first joining member;
A third member supporting the first member and connected to the second joining member;
Have
The semiconductor device mounting structure according to claim 1, wherein the stress distribution portion is at least one of the first member, the second member, and the third member.
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