[發(fā)明專利]半導(dǎo)體裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200680002272.9
• 申請(qǐng)日: 2006-03-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101103450A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杉野光生;八月朔日猛;坂本有史
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 住友電木株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L21/60
• 分類號(hào): H01L21/60;H01L23/12;H01L23/29;H01L23/31
• 代理公司: 隆天國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 高龍?chǎng)?/td>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，其中半導(dǎo)體芯片裝在基板上。

背景技術(shù)

當(dāng)半導(dǎo)體芯片面朝下的裝在基板上時(shí)，在基板和芯片之間形成間隙，因此間隙必須用稱作底部填充料的絕緣材料填充。一般使用的底部填充料常規(guī)為以環(huán)氧樹(shù)脂為代表的熱固性樹(shù)脂(專利文件1)。

專利文件1：日本特開(kāi)平11-233571號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

半導(dǎo)體芯片面朝下裝配的半導(dǎo)體裝置存在以下問(wèn)題。

基板和半導(dǎo)體芯片的線性膨脹系數(shù)一般不同。基板由含有有機(jī)樹(shù)脂的材料制成，其線性膨脹系數(shù)大于半導(dǎo)體芯片的線性膨脹系數(shù)。因此，當(dāng)具有半導(dǎo)體芯片裝在基板上這樣結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置經(jīng)受熱累積(heat?history)時(shí)，它們之間的線性膨脹系數(shù)之差異會(huì)引起基板的翹曲。已知在常規(guī)半導(dǎo)體裝置中，這樣的翹曲會(huì)引起在例如半導(dǎo)體芯片、半導(dǎo)體芯片與凸塊間的界面、或凸塊與基板間的界面出現(xiàn)裂紋或損壞。

另外，半導(dǎo)體芯片裝在基板上這樣的封裝件的翹曲不僅引起上述損壞，還使得難以在基板上裝配該封裝件。因此，需要將封裝件的翹曲減至最小。

目前已經(jīng)使用的材料與常規(guī)用作半導(dǎo)體芯片或連接芯片和基板的凸塊的材料不同，因此需要設(shè)計(jì)新的適于這些材料的底部填充料。例如，在半導(dǎo)體芯片中，稱為low-k的低介電常數(shù)膜已被用作構(gòu)成互連層的絕緣膜材料。這樣的膜可用于防止互連間的干擾(crosstalk)，因而提供在高速下高度可靠地操作的半導(dǎo)體裝置。而且，為了環(huán)境和諧，無(wú)鉛材料正成為凸塊材料的主流。

當(dāng)使用Low-k層或無(wú)鉛焊料時(shí)，諸如裂紋等的上述損壞變得更加明顯。Low-k層的機(jī)械強(qiáng)度一般不足。甚至是例如由封裝件的翹曲引起在芯片上的一點(diǎn)應(yīng)力都可能導(dǎo)致Low-k層的裂紋。而且，無(wú)鉛焊料韌性不足，使得裂紋易于在凸塊與芯片間或凸塊與基板間的界面生成。

為了防止在半導(dǎo)體芯片和凸塊周圍區(qū)域出現(xiàn)損壞，用與常規(guī)技術(shù)不同的觀點(diǎn)優(yōu)化地設(shè)計(jì)底部填充料，同時(shí)優(yōu)化基板結(jié)構(gòu)是很重要的。本發(fā)明已在上述方面實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置，其包括：

基板，

裝在基板上的半導(dǎo)體芯片，

連接基板和半導(dǎo)體芯片的凸塊，其在基板與半導(dǎo)體芯片之間形成，和填充凸塊周圍的底部填充料，其在基板與半導(dǎo)體芯片之間形成，

其中，

凸塊包括無(wú)鉛焊料，

底部填充料包括彈性模量為150MPa～3000MPa(包括兩個(gè)端點(diǎn)值)的樹(shù)脂材料，

底部填充料的線性膨脹系數(shù)為40ppm/℃或以下，

基板的基板面內(nèi)方向的線性膨脹系數(shù)小于14ppm/℃，并且

基板的基板厚度方向的線性膨脹系數(shù)小于30ppm/℃。

根據(jù)本發(fā)明，底部填充料由高彈性模量的樹(shù)脂材料制成，由此使凸塊周圍被緊緊地固定以防止在凸塊周圍出現(xiàn)裂紋。另外，由于基板的基板面內(nèi)方向的線性膨脹系數(shù)小于14ppm/℃，且基板厚度方向的線性膨脹系數(shù)小于30ppm/℃，基板的翹曲可以避免，從而有效地避免半導(dǎo)體芯片的損壞。而且，基板翹曲的減少可減少在基板上裝配半導(dǎo)體裝置的難度。

這里，底部填充料的彈性模量是在125℃的環(huán)境下測(cè)得的。具體而言，從使用張力測(cè)試裝置在125℃下以1mm/min的速率測(cè)得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的初始斜率計(jì)算該彈性模量。

附圖說(shuō)明

這些或其他目的以及特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)通過(guò)參考下面合適的實(shí)施方式和附圖進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1表示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)。

圖2表示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)。

圖3表示根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的部分結(jié)構(gòu)。

圖4表示實(shí)施例所用的底部填充料材料的組成。

圖5表示實(shí)施例所用的基板的組分。

圖6表示實(shí)施例的評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖7說(shuō)明實(shí)施例所用的半導(dǎo)體裝置的組分。

圖8表示實(shí)施例的評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖9表示實(shí)施例的評(píng)價(jià)結(jié)果。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片裝在基板上的半導(dǎo)體裝置。可用的基板是裝有半導(dǎo)體芯片的基板，例如BGA基板或印刷電路板，所述BGA基板是裝在裝有半導(dǎo)體芯片的印刷電路板上的支持基板。

圖1表示本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置100的實(shí)例的結(jié)構(gòu)略圖。圖2表示另一個(gè)實(shí)例的結(jié)構(gòu)略圖。圖3是圖1的放大圖。這里將說(shuō)明圖1所示的實(shí)例。

半導(dǎo)體裝置100具有BGA基板110、裝在BGA基板110上的半導(dǎo)體芯片101，在BGA基板110與半導(dǎo)體芯片101之間使其連接的凸塊106，和填充凸塊106周圍的底部填充料108。