JP2005222992A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体集積回路をフリップチップ方式で、インターポーザである有機基板に接続させるタイプのボールグリッドアレイパッケージの半導体集積回路装置における放熱性を向上させる。
【解決手段】インターポーザとしての有機基板2に半導体集積回路1をフリップチップ方式によって接続してなるボールグリッドアレイパッケージにおいて、半導体集積回路1と有機基板2の間に、半導体集積回路1の回路素子形成部と同等、もしくはわずかに小さいサイズのCuまたはAlからなる金属板5を挟み込むことにより、半導体集積回路1の熱を、金属板5を介して放熱させる。
【選択図】図1An object of the present invention is to improve heat dissipation in a semiconductor integrated circuit device of a ball grid array package of a type in which a semiconductor integrated circuit is connected to an organic substrate as an interposer by a flip chip method.
In a ball grid array package in which a semiconductor integrated circuit 1 is connected to an organic substrate 2 as an interposer by a flip chip method, circuit elements of the semiconductor integrated circuit 1 are formed between the semiconductor integrated circuit 1 and the organic substrate 2. The heat of the semiconductor integrated circuit 1 is dissipated through the metal plate 5 by sandwiching a metal plate 5 made of Cu or Al having a size equal to or slightly smaller than the portion.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、有機基板をインターポーザとして用い、かつ半導体集積回路の電極端子と有機基板とをフリップチップ接続工法にて接続させたボールグリッドアレイパッケージタイプの半導体集積回路装置に関する。 The present invention relates to a ball grid array package type semiconductor integrated circuit device in which an organic substrate is used as an interposer, and an electrode terminal of a semiconductor integrated circuit and an organic substrate are connected by a flip chip connection method.
図3は従来の半導体集積回路装置を示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor integrated circuit device.
半導体集積回路1をフリップチップ方式で、インターポーザである有機基板2に接続させるタイプのボールグリッドアレイパッケージでは、半導体集積回路1と有機基板2との導通を得るためにAuバンプ3やはんだなどで接続されている。そして、半導体集積回路1と有機基板2との間には、アンダーフィルと呼ばれるエポキシ系の液状封止樹脂4が注入され、その接続信頼性を向上させている。
In a ball grid array package in which the semiconductor integrated
ところで、半導体集積回路1においては放熱対策が重要であり、半導体集積回路1の熱が放熱されなければ、半導体集積回路1の電気的な特性を悪化させるだけでなく、半導体集積回路装置の破壊をも引き起こすこともある。一般的に半導体集積回路1から生じる熱は、フリップチップ方式でのボールグリッドアレイパッケージでは、半導体集積回路1の裏面から大気中に放射される熱と、液状封止樹脂4、有機基板2、はんだボール7へと熱が伝わって放熱されるものがある。
By the way, heat dissipation measures are important in the semiconductor integrated
一般的に、このようなフリップチップ接続工法にてインターポーザと接続されたパッケージにおいては、半導体集積回路1の裏面にCuやアルミなどで形成された放熱フィンを貼り付けるなどして、放熱性を良くしているものもある。
半導体集積回路は、年々、拡散プロセスの微細化が進むことにより、半導体集積回路の素子の密度も高密度化、高速化してきている。それに伴い、半導体集積回路から生じる熱も増加傾向となってきている。その反面、半導体集積回路装置自身は小型化しており、半導体集積回路から生じる熱が放熱されにくくなってきている。この半導体集積回路から生じる熱を放熱しなければ、半導体集積回路の電気特性の変動を導くだけではなく、半導体集積回路装置自身においても、半導体集積回路、アンダーフィル樹脂、有機基板などの熱膨張係数の相違により、半導体集積回路装置自身の破壊という危険性も考えられる。 In semiconductor integrated circuits, the density of elements of semiconductor integrated circuits has been increased and speeded up as the diffusion process has been miniaturized year by year. Along with this, the heat generated from the semiconductor integrated circuit is also increasing. On the other hand, the semiconductor integrated circuit device itself is miniaturized, and heat generated from the semiconductor integrated circuit is hardly radiated. If the heat generated from the semiconductor integrated circuit is not dissipated, not only will the electrical characteristics of the semiconductor integrated circuit fluctuate, but the semiconductor integrated circuit device itself also has a thermal expansion coefficient of the semiconductor integrated circuit, underfill resin, organic substrate, etc. Due to this difference, there is a risk of destruction of the semiconductor integrated circuit device itself.
また、アンダーフィル樹脂としてエポキシ系の樹脂を用いた場合、エポキシ系の樹脂の熱伝導率は、0.3〜0.9W/m・Kと低いため、アンダーフィル樹脂4、有機基板2、はんだボール7を介しての放熱性は良好なものとは言えない。
When an epoxy resin is used as the underfill resin, the thermal conductivity of the epoxy resin is as low as 0.3 to 0.9 W / m · K. Therefore, the underfill resin 4, the
本発明は、このような問題点を解決し、小型でかつ放熱性に優れた半導体集積回路装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve such problems and to provide a semiconductor integrated circuit device that is small in size and excellent in heat dissipation.
前記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、インターポーザとしての有機基板に半導体集積回路をフリップチップ方式によって接続してなるボールグリッドアレイパッケージにおいて、前記半導体集積回路と前記有機基板の間に、前記半導体集積回路の回路素子形成部と同等もしくはわずかに小さいサイズでかつ230〜410W/m・Kの熱伝導率が良好な金属板を挟み込むことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an invention according to
請求項2に係る発明は、インターポーザとしての有機基板に半導体集積回路をフリップチップ方式によって接続してなるボールグリッドアレイパッケージにおいて、前記半導体集積回路と前記有機基板の間における前記半導体集積回路の回路素子形成部と同等もしくはわずかに小さい範囲に、230〜410W/m・Kの熱伝導率が良好な金属粒子を混入させた樹脂を挟み込むことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a ball grid array package in which a semiconductor integrated circuit is connected to an organic substrate as an interposer by a flip chip method, and the circuit element of the semiconductor integrated circuit between the semiconductor integrated circuit and the organic substrate. A resin mixed with metal particles having a good thermal conductivity of 230 to 410 W / m · K is sandwiched in a range equivalent to or slightly smaller than the forming portion.
請求項3に係る発明は、請求項1または2に係る発明において、前記金属粒子として、CuまたはAlを用いたことを特徴とする。
The invention according to
請求項4に係る発明は、請求項1または2に係る発明において、前記有機基板の裏面に搭載するボールをはんだボールより熱伝導率が良好なボールによって形成したことを特徴とする。
The invention according to claim 4 is characterized in that, in the invention according to
請求項5に係る発明は、請求項4に係る発明において、前記有機基板の裏面に搭載するボールをCuボールとしたことを特徴とする。 The invention according to claim 5 is characterized in that, in the invention according to claim 4, the ball mounted on the back surface of the organic substrate is a Cu ball.
以上のように本発明の半導体集積回路装置は、半導体集積回路と有機基板の間に、半導体集積回路の回路素子形成部と同等、もしくはわずかに小さいサイズで、Cu、またはアルミなど230〜410W/m・Kの熱伝導率が良好な金属板あるいは金属粒子を挟み込むことにより、放熱性を向上させることができる。 As described above, the semiconductor integrated circuit device of the present invention has a size equal to or slightly smaller than that of the circuit element forming portion of the semiconductor integrated circuit between the semiconductor integrated circuit and the organic substrate. Heat dissipation can be improved by sandwiching a metal plate or metal particles having good thermal conductivity of m · K.
以下、本発明の実施の形態について、図1を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1は、半導体集積回路をフリップチップ方式で、インターポーザである有機基板に接続させるタイプの、ボールグリッドアレイパッケージの半導体集積回路装置の概略を示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor integrated circuit device of a ball grid array package of a type in which a semiconductor integrated circuit is connected to an organic substrate as an interposer by a flip chip method.
まず、インターポーザである有機基板2の半導体集積回路1を搭載する面(以下、表面と称する。また、反対面を裏面と称する)に、半導体集積回路1の回路素子形成部と同等、もしくはわずかに小さなサイズでかつ熱伝導の良い金属板5を取り付ける。この金属板5は、熱伝導率403W/m・K(@0℃)のCu、または熱伝導率236W/m・K(@0℃)のアルミが望ましいが、少なくともこの2つの金属を含む熱伝導率の範囲、例えば、230〜410W/m・Kの範囲の金属であれば適用可能である。
First, the surface on which the semiconductor integrated
またこの金属板5は半導体集積回路1と有機基板2とをフリップチップ方式で接続させた時の半導体集積回路1と有機基板2との隙間に適合する所望の厚みを有する。なお、金属板5は、Cuめっきなどで所望の厚みまで積み上げて形成する方法でも良い。
The metal plate 5 has a desired thickness that fits into the gap between the semiconductor integrated
有機基板2の裏面には、はんだボール7、Cuボール8が形成されており、有機基板2の内部ははんだボール7が有機基板2の表面に実装される半導体集積回路1の端子と電気的に接続されるように構成されている。また、有機基板2においては金属板5を取り付ける部分にはスルーホール6が形成されている。このスルーホール6には良好な熱伝導率を有する部材が充填されており、有機基板2裏側のスルーホール6上にCuボール8が形成されており、有機基板2の裏側へ熱を伝わりやすくし、二次実装するマザーボード基板へも熱が伝導されやすいような構造になっている。
Solder balls 7 and Cu balls 8 are formed on the back surface of the
次に、この熱伝導率の良い金属板5に半導体集積回路1の最も発熱する回路素子形成部を接触させ、フリップチップ方式で有機基板2と半導体集積回路1とを接続させる。このときの接合させる方式は、Auバンプ3での接合や導電性ペースト、はんだ接合など特に方式は問わない。ただし、接続時に圧力や超音波エネルギを用いる場合は、半導体集積回路1の回路素子形成部にポリイミドなどの保護膜を形成して有機基板との接続工程において、半導体集積回路1の回路素子部と金属板5との接触により回路素子が破壊されないようにする。
Next, the most heat-generating circuit element forming portion of the semiconductor integrated
その後、半導体集積回路1と有機基板2との接続箇所の信頼性を向上させるために、接続箇所部に液状封止樹脂4をキャピラリアクションにて塗布し、恒温炉などで液状封止樹脂4を硬化させる。
Thereafter, in order to improve the reliability of the connection portion between the semiconductor integrated
このように構成したことにより、有機基板2の裏側からの放熱性を向上させることが可能になり、小型でかつ信頼性が高い半導体集積回路装置を得ることができる。また、金属板5と接触している有機基板2のスルーホール6に繋がっている裏面のランドに、はんだより熱伝導の良いCuボール8を用いることにより、熱をマザーボード基板側に逃がすことが容易となる。
With this configuration, the heat dissipation from the back side of the
また、図2のように、熱伝導の良い金属板5の代わりにCuやアルミなど、例えば、230〜410W/m・Kの範囲の熱伝導率の良い金属粒子を混入させた樹脂11を用いても良い。この場合においても、金属粒子を入れた樹脂11の供給範囲は、金属板5と同様に、半導体集積回路1の回路素子形成部と同等、もしくはわずかに小さなサイズとする。
Further, as shown in FIG. 2, instead of the metal plate 5 having good heat conductivity, a
さらに、Cuボール8には、マザーボード基板への二次実装を容易にするために、はんだめっきがされていることが望ましい。また、本実施形態によればスルーホール6にCuボール8を接続したが、それに限らず熱伝導の良い金属であれば適用可能である。 Furthermore, it is desirable that the Cu balls 8 be plated with solder in order to facilitate secondary mounting on the mother board. Further, according to the present embodiment, the Cu ball 8 is connected to the through hole 6, but the present invention is not limited to this, and any metal having good heat conduction is applicable.
本発明は、放熱性を向上させることが可能であるという作用効果を有するようになり、有機基板をインターポーザとして用い、かつ半導体集積回路の電極端子と有機基板とをフリップチップ接続工法にて接続させたボールグリッドアレイパッケージタイプの半導体集積回路装置の分野に利用可能である。 The present invention has an effect that it is possible to improve heat dissipation, uses an organic substrate as an interposer, and connects the electrode terminal of the semiconductor integrated circuit and the organic substrate by a flip chip connection method. The present invention can be used in the field of ball grid array package type semiconductor integrated circuit devices.
1 半導体集積回路
2 有機基板
3 Auバンプ
4 液状封止樹脂
5 金属板
6 スルーホール
7 はんだボール
8 Cuボール
11 樹脂
DESCRIPTION OF
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2004026587A JP2005222992A (en) | 2004-02-03 | 2004-02-03 | Semiconductor integrated circuit device |
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Publications (1)
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