JP2001244381A - Semiconductor chip mounting substrate, semiconductor device, and method of manufacturing the same - Google Patents
Semiconductor chip mounting substrate, semiconductor device, and method of manufacturing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気特性および放熱特性にすぐれた半導体チ
ップ搭載用基板およびこの基板にパッケージングされた
半導体装置を低コストで提供する。
【解決手段】 半導体チップ搭載用基板は、第1配線層
と、第1配線層の下方に位置し、連続した無機補強材を
有さない樹脂層から成る第1絶縁層と、第1絶縁層の下
方に位置する第2配線層と、第2配線層の下方に位置
し、連続した無機補強材を有する樹脂層から成る第2絶
縁層と、第2絶縁層の下方に位置する放熱用金属板を有
する。このような積層構造の基板は、第1配線層側に開
口を有する半導体チップ搭載用のキャビティを有する。
第2絶縁層の厚さ、あるいは第2絶縁層と、そのさらに
下方にある任意の絶縁層の厚さの合計は、キャビティの
深さの30%以上、98%以下を占める。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor chip mounting substrate excellent in electric characteristics and heat radiation characteristics and a semiconductor device packaged on this substrate at low cost. A substrate for mounting a semiconductor chip includes a first wiring layer, a first insulating layer located below the first wiring layer and made of a resin layer having no continuous inorganic reinforcing material, and a first insulating layer. A second wiring layer positioned below the second wiring layer, a second insulating layer formed of a resin layer having a continuous inorganic reinforcing material positioned below the second wiring layer, and a heat dissipating metal positioned below the second insulating layer With a plate. The substrate having such a laminated structure has a cavity for mounting a semiconductor chip having an opening on the first wiring layer side.
The thickness of the second insulating layer, or the sum of the thickness of the second insulating layer and the thickness of any insulating layer thereunder occupies 30% or more and 98% or less of the depth of the cavity.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップ搭載
用基板、半導体装置、およびその製造方法に関する。The present invention relates to a substrate for mounting a semiconductor chip, a semiconductor device, and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体チップの多ピン化、狭ピッチ化に
ともない、BGA(ボール・グリッド・アレイ:ball g
rid array)タイプのパッケージが主流になりつつあ
る。パッケージの4側面からリードを取り出す従来のQ
FP(クァド・フラットプレート:quad flatplate)型
パッケージでは、外部リードのピッチ縮小に限界があ
り、多ピンチップの実装に対応しきれなくなったためで
ある。BGA型パッケージは、QFP型パッケージのリ
ードフレームに代えてプリント基板を用いる。基板に
は、ファインピッチの多ピン構造を有する半導体チップ
が固着され、チップと基板とが内部結線されている。基
板には電極となるはんだボールが1.27mm以下のピ
ッチで格子状に配列されている。2. Description of the Related Art As the number of pins and the pitch of semiconductor chips increase, the BGA (ball grid array: ball g
Rid array type packages are becoming mainstream. Conventional Q that takes out leads from four sides of package
This is because the FP (quad flat plate) type package has a limitation in reducing the pitch of the external leads, and cannot accommodate the mounting of a multi-pin chip. The BGA type package uses a printed circuit board instead of the lead frame of the QFP type package. A semiconductor chip having a fine-pitch multi-pin structure is fixed to the substrate, and the chip and the substrate are internally connected. On the substrate, solder balls serving as electrodes are arranged in a grid at a pitch of 1.27 mm or less.
【0003】BGAパッケージは、リードフレームの代
わりにプリント基板を用いるため、ボンディング温度を
低くして、同時にパッケージの反りを防止する必要もあ
る。そこで、ヒートスプレッダとして放熱用金属板が基
板に取り付けられている。放熱用金属板により放熱性を
高める方式のキャビティBGA基板では、これまでセラ
ミック系基板が用いられていた。しかし最近では、はん
だ接続の信頼性を高め、電気特性に優れ、かつ生産性も
高い樹脂系基板が多用されている。Since a BGA package uses a printed circuit board instead of a lead frame, it is necessary to lower the bonding temperature and at the same time prevent the package from warping. Therefore, a heat dissipating metal plate is attached to the substrate as a heat spreader. In a cavity BGA substrate of a type in which heat radiation is enhanced by a metal plate for heat radiation, a ceramic substrate has been used so far. However, recently, resin-based substrates that enhance the reliability of solder connection, have excellent electrical characteristics, and have high productivity have been frequently used.
【0004】樹脂系基板には、2種類のタイプがある。
あらかじめキャビティ用窓穴を形成した両面配線板もし
くは多層配線板を放熱用金属板に貼り付けるタイプと、
エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの耐熱絶縁樹脂をワ
ニスやフィルムの形で直接放熱用金属板上に積層し、配
線形成するタイプである。[0004] There are two types of resin-based substrates.
A type in which a double-sided wiring board or multilayer wiring board with a cavity window hole formed in advance is attached to a metal plate for heat dissipation,
This is a type in which a heat-resistant insulating resin such as an epoxy resin or a polyimide resin is directly laminated on a metal plate for heat dissipation in the form of a varnish or a film to form a wiring.
【0005】これらの他に、貼り付けタイプの放熱基板
の一種として、片面配線のフィルムやガラス布エポキシ
樹脂基板を放熱用金属板に貼り付けるものもあるが、L
SIの高速化と、高発熱に対応するため、最近は多層構
造の樹脂基板が一般的である。具体的には、信号配線層
以外に、特性インピーダンス制御用のグランド層を設け
る傾向にあり、多層化が図られている。グランド配線層
により熱抵抗と周波数特性を向上させたBGAは、アド
バンスドBGAと呼ばれ、いくつかの種類が開発されて
いる。[0005] In addition to these, there is a type of a heat radiation board of a bonding type in which a single-sided wiring film or a glass cloth epoxy resin substrate is bonded to a metal plate for heat radiation.
In order to cope with high-speed SI and high heat generation, a resin substrate having a multilayer structure is generally used recently. Specifically, there is a tendency to provide a ground layer for controlling characteristic impedance, in addition to the signal wiring layer, and the number of layers is increased. A BGA whose thermal resistance and frequency characteristics are improved by the ground wiring layer is called an advanced BGA, and several types have been developed.
【0006】たとえば、アムコア・テクノロジ(Amkor
Technology)社は、あらかじめ両面配線板を貼り付けた
金属板にチップ搭載用の窓穴を形成した基板を放熱用金
属板上に接着したキャビティBGAを開発している。ま
た、プロリンクス・ラボ(Prolinx labs.)社は、窓穴
を設けた金属板の上に、ビルドアップ技術で配線を積み
上げたタイプの基板を開発し、一方、サブストレイト・
テクノロジ(Substrate Technologies)社は、窓穴を形
成した金属板を接着する代わりに、放熱用金属板を深く
掘り込み、放熱用金属板をグランド層としてその上に配
線層をビルドアップしたタイプの基板を提案している。
これらの基板は、いずれも、放熱に寄与する金属板をグ
ランド層として、配線層と電気的に接続することを特徴
のひとつにしている。For example, Amkor Technology (Amkor Technology)
Technology) has developed a cavity BGA in which a substrate in which a window hole for mounting a chip is formed on a metal plate on which a double-sided wiring board is previously adhered is bonded on a metal plate for heat radiation. Prolinx labs has also developed a type of board in which wiring is built up using build-up technology on a metal plate with window holes.
Technology (Substrate Technologies) is a type of board in which instead of bonding a metal plate with a window hole, a heat dissipation metal plate is dug deep, and a wiring layer is built up on the heat dissipation metal plate as a ground layer. Has been proposed.
One of the features of each of these substrates is that a metal plate contributing to heat dissipation is used as a ground layer and electrically connected to a wiring layer.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述したタイプの基板
をBGA型パッケージに使用する場合、キャビティ内に
半導体チップを接着し、チップ表面から基板表面の端子
へワイヤボンディングを行った後、LSIとワイヤおよ
びワイヤボンディング領域を、液状の封止材で封止す
る。このため、キャビティの深さはLSIの厚み以上で
ある必要がある。したがって、上述のように窓穴が配線
板や金属板、あるいは放熱用金属板に形成されたタイプ
の基板は、深い掘り込み加工を必要とするが、以下のよ
うな問題点がある。When a substrate of the above-mentioned type is used for a BGA type package, a semiconductor chip is bonded in a cavity, wire bonding is performed from the chip surface to terminals on the substrate surface, and then an LSI and a wire are bonded. And the wire bonding region is sealed with a liquid sealing material. For this reason, the depth of the cavity needs to be equal to or greater than the thickness of the LSI. Therefore, as described above, a substrate of a type in which a window hole is formed in a wiring board, a metal plate, or a metal plate for heat radiation requires deep digging, but has the following problems.
【0008】まず、窓穴を設けた配線板を放熱用金属板
上に貼り付けるタイプの基板では、配線層に無機補強材
としてガラス繊維を用いたガラス布樹脂基材を用いるた
め、絶縁層の比誘電率が樹脂単体に比べて高くなる上
に、配線層自体が厚くなる。このため、高密度化に伴っ
て第1層の信号配線幅が100ミクロン未満の微細線に
なった場合、特性インピーダンスが一般に要求される5
0オームから大きくはずれて、100オーム以上になっ
てしまい、高速信号の処理能力に問題をきたす。また、
あらかじめ作製した配線板を、表面処理した放熱用金属
板上に精度よく貼り合わせる工程はコストがかかり、結
果として基板が高価なものになっている。First, in a substrate of a type in which a wiring board provided with a window hole is pasted on a metal plate for heat radiation, a glass cloth resin base material using glass fiber as an inorganic reinforcing material is used for a wiring layer. The relative dielectric constant becomes higher than that of the resin alone, and the wiring layer itself becomes thicker. For this reason, when the signal wiring width of the first layer becomes a fine line of less than 100 microns due to the high density, the characteristic impedance is generally required.
It deviates greatly from 0 ohms and becomes 100 ohms or more, which causes a problem in high-speed signal processing capability. Also,
The process of accurately bonding a wiring board prepared in advance on a surface-treated metal plate for heat dissipation is costly, and as a result, the substrate is expensive.
【0009】一方、金属板に窓穴を形成したタイプの基
板は、絶縁層にガラス布を用いずに、絶縁樹脂層を金属
板上にビルドアップすることで、上部信号層(第1層)
と下部グランド層(第2層)との間に挿入される絶縁層
の比誘電率と膜厚を低減することができ、特性インピー
ダンスを一般目標値である50オーム付近に設計でき
る。しかし、樹脂基板の代わりに第2の金属板に窓穴加
工を施し、配線層をビルドアップ技術で積み上げる方法
は、より高価な金属材料を多く使用する上、重量の大き
な金属板をハンドリングして積層工程を複数回必要とす
るなど、コスト面で不利である。さらに、はんだボール
搭載時に、ボールパッド部と金属板の距離が近い上、導
電体が熱導体としても連続していることから、ボールパ
ッド部の温度だけを上昇させるのが困難であり、はんだ
ボールを容易に溶融接合できないという問題がある。On the other hand, in the case of a substrate of a type in which a window hole is formed in a metal plate, an upper signal layer (first layer) is formed by building up an insulating resin layer on the metal plate without using a glass cloth for the insulating layer.
The relative dielectric constant and the thickness of the insulating layer inserted between the insulating layer and the lower ground layer (second layer) can be reduced, and the characteristic impedance can be designed to be around 50 ohm, which is a general target value. However, a method of forming a window hole in the second metal plate instead of the resin substrate and stacking the wiring layers by the build-up technique uses a lot of more expensive metal materials and handles a heavy metal plate. This is disadvantageous in terms of cost, such as requiring a plurality of laminating steps. Furthermore, when the solder ball is mounted, the distance between the ball pad portion and the metal plate is short, and the conductor is also continuous as a heat conductor. Therefore, it is difficult to raise only the temperature of the ball pad portion. Cannot be easily melt-bonded.
【0010】ビルドアップ層数を減らし、放熱用金属板
をグランドとしてビルドアップ配線層を放熱用金属板と
電気的に接続するタイプの基板は、放熱用金属板を深く
掘り込む金属加工にコストがかかる。さらに、キャビテ
ィ内の封止材が接触する界面が金属加工で切り出された
金属面になり、封止材との接着性が有機材料に比べて低
く、LSIパッケージング後の吸湿耐熱性が低下する。A substrate of a type in which the number of build-up layers is reduced and the build-up wiring layer is electrically connected to the metal plate for heat radiation with the metal plate for heat radiation used as a ground is costly for metal processing in which the metal plate for heat radiation is dug deep. Take it. Furthermore, the interface where the sealing material in the cavity comes into contact is a metal surface cut out by metal working, the adhesion to the sealing material is lower than that of an organic material, and the moisture absorption heat resistance after LSI packaging is reduced. .
【0011】金属切り出し面を、安価にかつ均一に粗化
処理できる酸化還元液やエッチング液などで処理しよう
とすると、すでに形成されている金メッキ端子の一部と
放熱用金属板が電気的に接続されていることから、液中
で電池反応を起こし金メッキ端子が汚染する。If an attempt is made to treat the metal cut surface with an oxidation-reduction solution or an etching solution that can be uniformly and inexpensively roughened, a part of the already formed gold-plated terminals and the heat-dissipating metal plate are electrically connected. Therefore, a battery reaction occurs in the solution, and the gold-plated terminal is contaminated.
【0012】そこで、本発明の第1の目的は、電気特性
と放熱性に優れ、かつ安価な半導体チップ搭載用基板を
提供することにある。Accordingly, a first object of the present invention is to provide an inexpensive substrate for mounting a semiconductor chip, which is excellent in electric characteristics and heat dissipation.
【0013】本発明の第2の目的は、半導体チップを実
装してパッケージングされた高速処理が可能な半導体装
置を提供することにある。A second object of the present invention is to provide a semiconductor device which is packaged by mounting a semiconductor chip and which can perform high-speed processing.
【0014】また、第3の目的は、電気特性と放熱性に
優れ、積層およびキャビティの形成が容易に行うことの
できる半導体チップ搭載用基板の製造方法を提供するこ
とにある。It is a third object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor chip mounting substrate which is excellent in electric characteristics and heat dissipation and can easily form a laminate and a cavity.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るために、本発明の第1の特徴である半導体チップ搭載
用基板は、第1配線層と、第1配線層の下方に位置し、
連続した無機補強材を有さない樹脂層から成る第1絶縁
層と、第1絶縁層の下方に位置する第2配線層と、第2
配線層の下方に位置し、連続した無機補強材を有する樹
脂層から成る第2絶縁層と、第2絶縁層の下方に位置す
る放熱用金属板を有する。このような積層構造の基板
は、第1配線層側に開口を有する半導体チップ搭載用の
キャビティを有する。In order to achieve the first object, a semiconductor chip mounting substrate, which is a first feature of the present invention, is provided with a first wiring layer and a first wiring layer located below the first wiring layer. And
A first insulating layer made of a continuous resin layer having no inorganic reinforcing material, a second wiring layer located below the first insulating layer,
It has a second insulating layer made of a resin layer having a continuous inorganic reinforcing material located below the wiring layer, and a metal plate for heat radiation located below the second insulating layer. The substrate having such a laminated structure has a cavity for mounting a semiconductor chip having an opening on the first wiring layer side.
【0016】第1絶縁層を、連続した無機補強材を有さ
ない樹脂層とすることにより、比誘電率を低下させて信
号線の特性インピーダンスを良好に維持することができ
る。このような樹脂はたとえばエポキシ樹脂、ポリイミ
ド樹脂などである。By forming the first insulating layer as a continuous resin layer having no inorganic reinforcing material, the relative dielectric constant can be reduced and the characteristic impedance of the signal line can be maintained well. Such a resin is, for example, an epoxy resin, a polyimide resin, or the like.
【0017】第2絶縁層としての無機補強材を有する樹
脂層は、ガラス布エポキシ樹脂、ガラス布ポリイミド樹
脂、ガラス不織布エポキシ樹脂、ガラス不織布ポリイミ
ド樹脂などである。このような樹脂は安価で軽く、壊れ
にくいため、扱いが容易である。そこで、キャビティの
形成が容易となるように、第2絶縁層と、その下方で放
熱用金属板との間に位置する絶縁層の厚さの合計を、キ
ャビティの深さの30%以上、98%以下となるように
設定する。また、第2絶縁層の樹脂をエポキシ系樹脂材
料にすると、チップ封止に通常用いられるエポキシ樹脂
系液状封止材との密着性にも優れる。The resin layer having an inorganic reinforcing material as the second insulating layer is a glass cloth epoxy resin, a glass cloth polyimide resin, a glass nonwoven cloth epoxy resin, a glass nonwoven cloth polyimide resin, or the like. Such a resin is inexpensive, light, and hard to break, so that it is easy to handle. Therefore, in order to facilitate the formation of the cavity, the total thickness of the insulating layer located between the second insulating layer and the heat-dissipating metal plate below the second insulating layer is set to 30% or more of the depth of the cavity by 98% or less. %. In addition, when the resin of the second insulating layer is made of an epoxy resin material, excellent adhesion to an epoxy resin liquid sealing material generally used for chip sealing is obtained.
【0018】放熱用金属板は、たとえば、熱伝導性に優
れ、比較的安価に入手できる銅板もしくは銅合金板であ
る。また、鉄やアルミニウム、その他の合金であっても
よい。このような放熱用金属板の厚さは、キャビティ加
工と、半導体チップのダイボンディング作業に耐え得る
ように、0.15mm以上であるのが好ましい。また、
基板が厚くなりすぎないように、1.00mm以下であ
るのが好ましい。The heat-dissipating metal plate is, for example, a copper plate or a copper alloy plate which is excellent in heat conductivity and can be obtained relatively inexpensively. Further, iron, aluminum, and other alloys may be used. The thickness of such a metal plate for heat dissipation is preferably 0.15 mm or more so as to withstand cavity processing and die bonding of a semiconductor chip. Also,
The thickness is preferably 1.00 mm or less so that the substrate does not become too thick.
【0019】この半導体チップ搭載用基板は、第1絶縁
層を貫通し、第1配線層と第2配線層とを接続するビア
ホールを有する。上述したように、第1絶縁層は無機補
強材を有さない樹脂層なので、レーザ穴加工が容易であ
り、精度の高いビアホールを有することができる。The substrate for mounting a semiconductor chip has a via hole penetrating the first insulating layer and connecting the first wiring layer and the second wiring layer. As described above, since the first insulating layer is a resin layer having no inorganic reinforcing material, laser hole processing is easy, and a highly accurate via hole can be provided.
【0020】上記第2の目的を達成するために、本発明
の第2の特徴であるパッケージングされた半導体装置
は、アレイ状に配置した複数の外部接続用のはんだボー
ルと、このはんだボールの搭載面に最も近い第1配線層
と、第1配線層の下層に位置し、連続した無機補強材を
含まない樹脂層から成る第1絶縁層と、第1絶縁層の下
層に位置する第2配線層と、第2配線層の下方に位置
し、連続した無機補強材を含む樹脂層からなる第2絶縁
層と、第2絶縁層の下方に位置する放熱用金属板と、は
んだボールの搭載面側に開口を有するキャビティと、キ
ャビティ内に搭載された半導体チップと、搭載された半
導体チップを封止する封止材とを備える。In order to achieve the second object, a packaged semiconductor device which is a second feature of the present invention comprises a plurality of externally connected solder balls arranged in an array, and A first wiring layer closest to the mounting surface, a first insulating layer formed of a resin layer that is located below the first wiring layer and does not include a continuous inorganic reinforcing material, and a second insulating layer that is located below the first insulating layer. A wiring layer, a second insulating layer formed of a resin layer including a continuous inorganic reinforcing material positioned below the second wiring layer, a heat-dissipating metal plate positioned below the second insulating layer, and mounting of solder balls A cavity having an opening on a surface side, a semiconductor chip mounted in the cavity, and a sealing material for sealing the mounted semiconductor chip are provided.
【0021】接続用のはんだボールは、たとえばはんだ
バンプや金属バンプでもよい。このようにパッケージン
グされた半導体装置は、配線の電気特性と放熱性を高く
維持できるので、搭載された高集積半導体チップの高速
処理の信頼性を高めることができる。The solder balls for connection may be, for example, solder bumps or metal bumps. Since the semiconductor device packaged in this way can maintain high electrical characteristics and heat dissipation of the wiring, the reliability of high-speed processing of the mounted highly integrated semiconductor chip can be improved.
【0022】上記第3の目的を達成するために、本発明
の第3の特徴である半導体チップ搭載用基板の製造方法
は、まず、2以上の導体層と、各導体層の間に位置する
2以上の絶縁層と、接着層と、放熱用金属板とを、この
順で一括プレスにより積層する。次いで、2以上の導体
層の間を接続するビアホールをレーザ加工により形成す
る。その後、半導体チップを収容するためのキャビティ
を導体層側から機械加工により形成する。In order to achieve the third object, a method of manufacturing a substrate for mounting a semiconductor chip, which is a third feature of the present invention, first comprises two or more conductor layers and a position between each conductor layer. Two or more insulating layers, an adhesive layer, and a heat-dissipating metal plate are laminated in this order by collective pressing. Next, a via hole connecting between two or more conductor layers is formed by laser processing. Thereafter, a cavity for accommodating the semiconductor chip is formed by machining from the conductor layer side.
【0023】キャビティは、接着層に到達する深さまで
形成してもよいし、あるいは放熱用金属板に到達する深
さまで形成してもよい。キャビティの深さを接着層まで
とすると、封止材が接着しやすいが、基板の放熱性がや
や劣る。キャビティの深さを放熱用金属板までとする
と、放熱性が向上するが、封止材との接着性がやや劣
る。そこで後者の場合、キャビティを形成して基板をパ
ッケージ用単品に切り出した後に、キャビティ底部の金
属表面を粗化する。粗化は、たとえば、黒化処理や、不
均一マイクロエッチングなどの処理によって行う。The cavity may be formed to a depth reaching the adhesive layer, or may be formed to a depth reaching the metal plate for heat radiation. If the depth of the cavity is up to the adhesive layer, the sealing material is easy to adhere, but the heat dissipation of the substrate is slightly inferior. When the depth of the cavity is up to the metal plate for heat dissipation, heat dissipation is improved, but adhesion to the sealing material is slightly inferior. Therefore, in the latter case, after the cavity is formed and the substrate is cut out as a single product for a package, the metal surface at the bottom of the cavity is roughened. The roughening is performed by, for example, a blackening process or a non-uniform microetching process.
【0024】このように、放熱用金属板の接着を含め、
複数の導電層および絶縁層を一回のみのプレスで積層す
ることで、基板製造工程が簡単になる。また、2以上の
導電層および絶縁層のうち、第1の導電層と第1の絶縁
層と一体化し、たとえば無機補強材を含まない銅箔付接
着フィルムとする。さらに、第2導電層と第2絶縁層と
を一体化し、たとえばガラス布エポキシ樹脂銅張板とす
る。これにより、一括積層プレスが一層容易になる。こ
の場合、銅箔付接着フィルムは、無機補強材を含まない
ので、ビアホールを形成するレーザ加工を容易かつ精度
よく行うことができる。また、ガラス布エポキシ樹脂銅
張積層板は、軽くて破れにくく、取り扱いが容易なの
で、キャビティ形成のための機械加工が簡易になる。As described above, including the bonding of the heat dissipating metal plate,
By laminating a plurality of conductive layers and insulating layers by a single press, the substrate manufacturing process is simplified. In addition, of the two or more conductive layers and the insulating layer, the first conductive layer and the first insulating layer are integrated to form, for example, an adhesive film with a copper foil containing no inorganic reinforcing material. Further, the second conductive layer and the second insulating layer are integrated into, for example, a glass cloth epoxy resin copper clad board. This makes the batch lamination press easier. In this case, since the adhesive film with a copper foil does not include an inorganic reinforcing material, laser processing for forming a via hole can be easily and accurately performed. Further, the glass cloth epoxy resin copper-clad laminate is light and hard to break, and is easy to handle, so that machining for forming a cavity is simplified.
【0025】本発明のその他の特徴、効果は、以下で図
面を参照して述べる詳細な説明によりさらに明確にな
る。Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1実施形態に
かかる半導体チップ搭載用基板10を、図2は、図1の
半導体チップ搭載基板10を用いたパッケージ100を
示す。FIG. 1 shows a semiconductor chip mounting substrate 10 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a package 100 using the semiconductor chip mounting substrate 10 of FIG.
【0027】図1の半導体チップ搭載基板10は、第1
配線層1と、第1配線層1の下方に位置する第1絶縁層
2と、第1絶縁層1の下方に位置する第2配線層3と、
第2配線層の下方に位置する第2絶縁層4と、第2絶縁
層の下方に位置する放熱用金属板7と、半導体チップ搭
載用のキャビティ9とを有する。また、第1配線層1と
第2配線層5とを接続するビアホール11を有する。第
1および第2配線層は、たとえば銅(Cu)、その他の
導電性の高い金属である。The semiconductor chip mounting board 10 shown in FIG.
A wiring layer 1, a first insulating layer 2 located below the first wiring layer 1, a second wiring layer 3 located below the first insulating layer 1,
It has a second insulating layer 4 located below the second wiring layer, a metal plate 7 for heat radiation located below the second insulating layer, and a cavity 9 for mounting a semiconductor chip. In addition, a via hole 11 connecting the first wiring layer 1 and the second wiring layer 5 is provided. The first and second wiring layers are, for example, copper (Cu) or another metal having high conductivity.
【0028】この半導体チップ搭載用基板10の特徴と
して、第1絶縁層2は、ガラス布等の連続する無機補強
材を含まない樹脂層であり、第2絶縁層4はガラス布等
の連続した無機補強材を含む樹脂層である。As a feature of the semiconductor chip mounting substrate 10, the first insulating layer 2 is a resin layer containing no continuous inorganic reinforcing material such as a glass cloth, and the second insulating layer 4 is a continuous resin layer such as a glass cloth. It is a resin layer containing an inorganic reinforcing material.
【0029】第1絶縁層2を、無機補強材を含まない樹
脂層としたのは、比誘電率を低減して、第1配線層1お
よび第2配線層3の配線幅を微細にした場合の特性イン
ピーダンスの増大を防止するため、および、第1配線層
1と第2配線層3とを接続するビアホール11の形成を
容易にするためである。第1絶縁層2は、たとえばエポ
キシ樹脂接着フィルム、ポリイミド樹脂接着フィルム、
銅箔付エポキシ樹脂接着フィルム、銅箔付ポリイミド樹
脂接着フィルム、またはこれらにフィラーを添加したも
のを用いる。第1実施形態では、第1配線層の膜厚を約
30μm、第1絶縁層2の膜厚を約70μmとする。The reason why the first insulating layer 2 is a resin layer containing no inorganic reinforcing material is that the relative dielectric constant is reduced and the wiring width of the first wiring layer 1 and the second wiring layer 3 is reduced. This is to prevent the characteristic impedance from increasing and to facilitate the formation of the via hole 11 connecting the first wiring layer 1 and the second wiring layer 3. The first insulating layer 2 includes, for example, an epoxy resin adhesive film, a polyimide resin adhesive film,
An epoxy resin adhesive film with a copper foil, a polyimide resin adhesive film with a copper foil, or a material obtained by adding a filler thereto is used. In the first embodiment, the thickness of the first wiring layer is about 30 μm, and the thickness of the first insulating layer 2 is about 70 μm.
【0030】一方、第2絶縁層4は、ガラス布あるいは
ガラス不織布などの連続する無機ソ教材を備える樹脂層
である。第1実施形態では、第2配線層3と第2絶縁層
4を兼用できるガラス布エポキシ樹脂銅張積層板、ガラ
ス布ポリイミド樹脂銅張積層板、ガラス不織布エポキシ
樹脂銅張積層板、ガラス不織布ポリイミド樹脂銅張積層
板など用いる。エポキシ樹脂系の絶縁層とした場合に
は、半導体チップの封止に通常用いられているエポキシ
樹脂系液状封止材との密着性に優れるという効果があ
る。On the other hand, the second insulating layer 4 is a resin layer provided with a continuous inorganic material such as a glass cloth or a glass non-woven fabric. In the first embodiment, a glass cloth epoxy resin copper-clad laminate, a glass cloth polyimide resin copper-clad laminate, a glass non-woven epoxy resin copper-clad laminate, a glass non-woven polyimide which can serve as the second wiring layer 3 and the second insulating layer 4 can be used. Use a resin copper-clad laminate or the like. When an epoxy resin-based insulating layer is used, there is an effect that the adhesiveness to an epoxy resin-based liquid sealing material generally used for sealing a semiconductor chip is excellent.
【0031】このような銅張積層板は、キャビティ9の
深さ調整を行えるように、ある程度の膜厚を有する。第
1実施形態では、第2絶縁層4と接着層5の厚さの合計
は400μmであり、キャビティ深さの約69%を占め
る。このとき、キャビティが安定して形成されるよう
に、第2絶縁層4と接着層5の厚さの合計が、キャビテ
ィ9の深さの30%以上、98%以下であるのが好まし
い。また、銅張積層板は、銅板に比べて安価な上、軽く
て破れにくいため、取り扱い性に優れている。また、第
1絶縁層と積層する前に、銅張部分にあらかじめ配線パ
ターンを形成しておくことができる。Such a copper-clad laminate has a certain thickness so that the depth of the cavity 9 can be adjusted. In the first embodiment, the total thickness of the second insulating layer 4 and the adhesive layer 5 is 400 μm, and occupies about 69% of the cavity depth. At this time, the total thickness of the second insulating layer 4 and the adhesive layer 5 is preferably 30% or more and 98% or less of the depth of the cavity 9 so that the cavity is formed stably. Further, the copper-clad laminate is less expensive than the copper plate, and is light and hard to break, so that it is excellent in handleability. In addition, before lamination with the first insulating layer, a wiring pattern can be formed on the copper-clad portion in advance.
【0032】放熱用金属板7は、ヒートスプレッダとし
ての機能を有し、接着層5を介して第2絶縁層4に取り
付けられている。接着層5は、プリプレグ(強化材入り
プラスチック樹脂)であり、第2絶縁層4と同等の材料
で構成されるのが好ましい。放熱用金属板7は、比較的
安価な銅板もしくは銅合金板である。しかし、鉄(F
e)やアルミニウム(Al)、もしくはこれらの合金を
用いてもよい。放熱用金属板7の厚さは、キャビティ加
工と半導体チップのダイボンディング作業に耐えること
ができ、かつ封止後のパッケージとして使用できるよう
に、0.15mm以上が必要である。一方、パッケージ
が大型化しないように、1.00mm以下であるのが好
ましい。第1実施形態では、放熱用金属板7は、厚さ
0.4mmの無酸素銅を用いた。The heat dissipating metal plate 7 has a function as a heat spreader, and is attached to the second insulating layer 4 via the adhesive layer 5. The adhesive layer 5 is a prepreg (plastic resin containing a reinforcing material), and is preferably made of a material equivalent to that of the second insulating layer 4. The heat dissipating metal plate 7 is a relatively inexpensive copper plate or copper alloy plate. However, iron (F
e), aluminum (Al), or an alloy thereof may be used. The thickness of the heat-dissipating metal plate 7 needs to be 0.15 mm or more so that it can withstand cavity processing and die bonding of a semiconductor chip and can be used as a package after sealing. On the other hand, the thickness is preferably 1.00 mm or less so as not to increase the size of the package. In the first embodiment, the heat-dissipating metal plate 7 is made of oxygen-free copper having a thickness of 0.4 mm.
【0033】半導体チップ搭載用基板10は、半導体チ
ップを搭載するためのキャビティ9を有する。キャビテ
ィ9の深さは、搭載しようとする半導体チップの厚さよ
りもやや深い。このようなキャビティ9の側壁の30%
以上は、上記の第1絶縁層2および第2絶縁層4を構成
する樹脂層によって占められる。第1実施形態では、キ
ャビティ9は放熱用金属板7に到達する深さである。こ
の場合、キャビティ底面が金属面(銅面)となる。そこ
で、半導体チップ搭載後に封止する際の封止材との接着
性をよくするために、キャビティ底面に粗化処理層17
が設けられている。なお、キャビティ9の深さは、放熱
用金属板上層の樹脂層に達する地点までとしてもよい。
この場合は、キャビティ底面と封止材との接着性がよい
ので、底面に粗化処理層17を有する必要はない。The semiconductor chip mounting substrate 10 has a cavity 9 for mounting a semiconductor chip. The depth of the cavity 9 is slightly deeper than the thickness of the semiconductor chip to be mounted. 30% of the side wall of such a cavity 9
The above is occupied by the resin layers constituting the first insulating layer 2 and the second insulating layer 4. In the first embodiment, the cavity 9 has a depth reaching the metal plate 7 for heat radiation. In this case, the bottom surface of the cavity becomes a metal surface (copper surface). Therefore, in order to improve the adhesiveness with the sealing material when sealing after mounting the semiconductor chip, a roughening treatment layer 17 is formed on the bottom surface of the cavity.
Is provided. In addition, the depth of the cavity 9 may be up to a point reaching the resin layer on the metal plate for heat radiation.
In this case, since the adhesion between the cavity bottom surface and the sealing material is good, it is not necessary to have the roughening layer 17 on the bottom surface.
【0034】第1配線層1と第2配線層3とは、ビアホ
ール11によって接続されている。第1実施形態では、
ビアホール11には銅めっきが施されている。半導体チ
ップ搭載用基板10はまた、第1配線層1の上部に、ワ
イヤーボンディングパッドとなる金(Au)メッキ層1
3a、および、はんだボールを取り付けるためのボール
パッドとなる金(Au)メッキ層13bを有する。パッ
ド部分以外の領域は、ソルダーレジスト15で被覆され
ている。The first wiring layer 1 and the second wiring layer 3 are connected by a via hole 11. In the first embodiment,
The via holes 11 are plated with copper. The semiconductor chip mounting substrate 10 further includes a gold (Au) plating layer 1 serving as a wire bonding pad on the first wiring layer 1.
3a, and a gold (Au) plating layer 13b to be a ball pad for attaching a solder ball. A region other than the pad portion is covered with the solder resist 15.
【0035】基板10の放熱用金属板表面は、半導体チ
ップを搭載するキャビティ9に対応する領域に金(A
u)メッキ層13cを有し、それ以外の領域はソルダー
レジストで被覆されている。必要部分のみが金(Au)
メッキされているので、基板コストを低くすることがで
きる。The surface of the heat-dissipating metal plate of the substrate 10 has gold (A) in a region corresponding to the cavity 9 in which the semiconductor chip is mounted.
u) A plating layer 13c is provided, and other areas are covered with a solder resist. Only necessary parts are gold (Au)
Because of the plating, the substrate cost can be reduced.
【0036】図2は、図1に示す半導体チップ搭載用基
板10に、半導体チップを実装したパッケージ100の
上面図、図3は、図2のA−Aラインに沿ったパッケー
ジ100の断面図である。パッケージ100は、アレイ
状に配置した複数のはんだボール19と、はんだボール
の搭載面に最も近い第1配線層1と、第1配線層の下層
に位置し、連続した無機補強材を含む樹脂層から成る第
1絶縁層2と、その下層に位置する第2配線層3と、さ
らにその下方に位置し、連続した無機補強材を含む樹脂
層からなる第2絶縁層4と、この第2絶縁層4の下方に
位置する放熱用金属板7と、はんだボールの搭載面側に
開口を有するキャビティ9と、キャビティ内に搭載され
た半導体チップ23と、半導体チップを封止する封止材
25とを備える。FIG. 2 is a top view of a package 100 in which a semiconductor chip is mounted on the semiconductor chip mounting substrate 10 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the package 100 along the line AA in FIG. is there. The package 100 includes a plurality of solder balls 19 arranged in an array, a first wiring layer 1 closest to the mounting surface of the solder balls, and a resin layer located below the first wiring layer and containing a continuous inorganic reinforcing material. A second insulating layer 4 made of a resin layer containing a continuous inorganic reinforcing material, and a second wiring layer 3 located thereunder; A heat-dissipating metal plate 7 located below the layer 4, a cavity 9 having an opening on the solder ball mounting surface side, a semiconductor chip 23 mounted in the cavity, and a sealing material 25 for sealing the semiconductor chip. Is provided.
【0037】すなわち、パッケージ100は、ある程度
の耐性を有する厚さの放熱用金属板をヒートスプレッダ
として全面に有し、連続する無機補強材を有さない樹脂
を配線層間の絶縁層とし、かつ、第2配線層より下方の
絶縁層には、連続する無機補強材を有する銅張積層板を
用いている。これににより、パッケージ100は電気特
性と放熱性に優れ、かつ安定した強度とを有する安価な
パッケージが実現される。That is, the package 100 has a heat-dissipating metal plate of a thickness having a certain degree of resistance as a heat spreader on the entire surface, a resin having no continuous inorganic reinforcing material as an insulating layer between wiring layers, and For the insulating layer below the two wiring layers, a copper-clad laminate having a continuous inorganic reinforcing material is used. Thus, the package 100 is realized as an inexpensive package having excellent electric characteristics and heat dissipation, and having stable strength.
【0038】図4および図5は、本発明の第2実施形態
として、第1実施形態で説明した半導体チップ搭載用基
板の製造方法を示す図である。各製造工程は、以下のと
おりである。FIGS. 4 and 5 are views showing a method of manufacturing the semiconductor chip mounting substrate described in the first embodiment as a second embodiment of the present invention. Each manufacturing process is as follows.
【0039】(イ)まず、図4(a)に示すように、2
以上の導体層(第2実施形態では2つの導体層)と、各
導体層の間に位置する2以上の絶縁層と、接着層と、放
熱用金属板とを、この順で一括プレスにより積層する。
第2実施形態では、第1導体層41と第1絶縁層42と
が一体となった銅箔付接着フィルム43、第2導体層4
4と第2絶縁層45とが一体となった銅張積層板46、
接着層としてのプリプレグ47、および放熱用金属板4
8を一括プレスにより積層する。銅箔付接着フィルム4
3には、日立化成工業(株)製のMCF−6000E
を、銅張積層板46には、日立化成工業(株)製のガラ
ス布エポキシ樹脂銅張積層板MCL−E−679を用い
た。また、プリプレグ47には、日立化成工業(株)製
のGEA−679Nを、放熱用金属板48には、0.4
mm厚の無酸素銅板を使用した。これらの材料の選定基
準は、プレス温度およびプレス圧力がほぼ同一であるこ
と、および、ガラス転移温度が160℃以上とワイヤボ
ンディングに適していることである。第2実施形態で
は、プレス温度は170℃、プレス圧を2.5×106
N/m2とした。また、プレス前に第2導体層44とし
ての銅張層に、あらかじめ必要な配線パターンをフォト
リソグラフィ等により形成して、複数の電源・グランド
を形成しておくことが好ましい。(A) First, as shown in FIG.
The above-mentioned conductor layers (two conductor layers in the second embodiment), two or more insulating layers located between the conductor layers, an adhesive layer, and a metal plate for heat dissipation are laminated in this order by collective pressing. I do.
In the second embodiment, the first conductor layer 41 and the first insulating layer 42 are integrated with the copper foil-attached adhesive film 43 and the second conductor layer 4.
A copper-clad laminate 46 in which the fourth and second insulating layers 45 are integrated;
Prepreg 47 as adhesive layer and metal plate 4 for heat radiation
8 are laminated by a batch press. Adhesive film with copper foil 4
3 has MCF-6000E manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.
For the copper-clad laminate 46, a glass cloth epoxy resin copper-clad laminate MCL-E-679 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd. was used. The prepreg 47 is made of GEA-679N manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.
An oxygen-free copper plate having a thickness of mm was used. The selection criteria for these materials are that the pressing temperature and the pressing pressure are almost the same, and that the glass transition temperature is 160 ° C. or higher, which is suitable for wire bonding. In the second embodiment, the pressing temperature is 170 ° C. and the pressing pressure is 2.5 × 10 6
N / m 2 . Further, it is preferable that a necessary wiring pattern is formed in advance on the copper-clad layer as the second conductor layer 44 by photolithography or the like before pressing to form a plurality of power sources and grounds.
【0040】(ロ)次に、図4(b)に示すように、第
1導体層41と第2導体層44とを接続するビアホール
49を、レーザ加工により形成する。具体的には、MC
F−6000Eの銅箔部分のうち、ビアホール49とな
る部分を選択的にをエッチングして窓をあける。この窓
あき銅箔をコンフォーマル(等写)マスクとして、レー
ザ出力を制御しつつ、第1絶縁層42の穴あけを行う。
レーザ出力は、第2導体層44(すなわち銅張積層板4
6の銅張部分)でレーザ穴がとまるように制御する。(B) Next, as shown in FIG. 4B, a via hole 49 connecting the first conductor layer 41 and the second conductor layer 44 is formed by laser processing. Specifically, MC
In the copper foil portion of F-6000E, a portion to be a via hole 49 is selectively etched to open a window. The first insulating layer 42 is drilled while controlling the laser output using the copper foil with the window as a conformal mask.
The laser output is applied to the second conductor layer 44 (ie, the copper clad laminate 4).
(Copper-clad portion 6) to control the laser hole to stop.
【0041】(ハ)次に、図4(c)に示すように、無
電解銅メッキにより、ビアホール49に銅50を埋め込
む。無電解銅メッキを採用したのは、メッキつき回り率
を向上させるためである。ビアホール埋め込み後、第1
導電層である銅箔41に、フォトリソグラフィおよびエ
ッチングにより外層回路パターンを形成する。さらに、
配線上に、ワイヤボンディングやはんだボールを取り付
けるためのパッド領域を除いて、ソルダーレジスト層5
3をフォトリソグラフィにより形成する。同様に、放熱
用金属板48の裏面にも、半導体チップ搭載用のキャビ
ティに対応する領域を除いて、ソルダーレジスト層53
を形成する。その後、無電解金(Au)メッキによりパ
ッド領域51a、51bおよび、キャビティ対応領域5
1cを形成する。このように、必要部分だけに金(A
u)メッキを施すことにより、金(Au)メッキ液の消
費量を抑え、コストを抑制する。無電解金(Au)メッ
キを採用した理由は、電解金(Au)メッキにした場
合、外部電源と接続するためのメッキ用給電線を、金
(Au)メッキ処理後にエッチング除去しなければなら
ない。このとき、本発明が目的とするような高速信号対
応基板では、給電線がわずかでも残ると信号転送に悪影
響が生じる。そこで、外部電源を用いない無電解金(A
u)メッキにより、金(Au)メッキ層を形成した。(C) Next, as shown in FIG. 4C, copper 50 is buried in the via hole 49 by electroless copper plating. The reason why the electroless copper plating is adopted is to improve the plating coverage. After filling the via hole, the first
An outer layer circuit pattern is formed on the copper foil 41 as a conductive layer by photolithography and etching. further,
Except for the pad area for wire bonding and solder ball mounting on the wiring, the solder resist layer 5
3 is formed by photolithography. Similarly, on the back surface of the heat-dissipating metal plate 48, except for the region corresponding to the cavity for mounting the semiconductor chip, the solder resist layer 53 is formed.
To form Thereafter, the pad regions 51a and 51b and the cavity corresponding region 5 are formed by electroless gold (Au) plating.
1c is formed. In this way, only the necessary parts (A
By applying u) plating, the consumption of the gold (Au) plating solution is suppressed, and the cost is suppressed. The reason for adopting the electroless gold (Au) plating is that, in the case of the electrolytic gold (Au) plating, a plating power supply line for connecting to an external power supply must be removed by etching after the gold (Au) plating process. At this time, in a high-speed signal compatible substrate as the object of the present invention, even if a small amount of power supply line remains, an adverse effect on signal transfer occurs. Therefore, electroless gold (A
A gold (Au) plating layer was formed by u) plating.
【0042】(ニ)最後に、図5に示すように、ルータ
加工機でキャビティ57をザグリ形成する。図5(a)
は、樹脂接着層(プリプレグ)47でザグリを止めた
例、図5(b)は、放熱用金属板48内でザグリを止め
た例を示す。図5(b)の場合、封止材およびダイボン
ド材との接着性を高めるために、キャビティ底面を粗化
すべく、黒化処理層59を形成する。(D) Finally, as shown in FIG. 5, the cavity 57 is counterbored with a router machine. FIG. 5 (a)
5B shows an example in which the counterbore is stopped by the resin adhesive layer (prepreg) 47, and FIG. 5B shows an example in which the counterbore is stopped in the metal plate 48 for heat radiation. In the case of FIG. 5B, a blackening layer 59 is formed to roughen the bottom surface of the cavity in order to increase the adhesion between the sealing material and the die bonding material.
【0043】このようにして形成した基板上に半導体チ
ップを搭載して、図2および3に示すパッケージにする
には、半導体チップ23をダイボンド材21でキャビテ
ィ底面に固着する。ダイボンド材21としては、たとえ
ば日立化成工業(株)製のポリマー系ポンド材EN−4
900を用いる。さらに、図示はしないがチップ表面の
ボンディングパッドと、パッケージ基板上の金(Au)
メッキ領域51aのボンディングパッドとを、金または
アルミニウムワイヤでワイヤボンディングする。その
後、液状封止材を用いてポッティングにより封止する。
液状封止材は、たとえば日立化成工業(株)製のCEL
−C−X7230を用いる。最後に、ボールパッド51
b上に、はんだボールを溶融接合して、図2および3に
示すパッケージが完成する。In order to mount the semiconductor chip on the substrate formed in this manner and obtain the package shown in FIGS. 2 and 3, the semiconductor chip 23 is fixed to the bottom of the cavity with the die bonding material 21. As the die bond material 21, for example, a polymer pond EN-4 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd. is used.
900 is used. Further, although not shown, bonding pads on the chip surface and gold (Au) on the package substrate
The bonding pad of the plating area 51a is wire-bonded with a gold or aluminum wire. Thereafter, sealing is performed by potting using a liquid sealing material.
The liquid sealing material is, for example, CEL manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.
-C-X7230 is used. Finally, ball pad 51
2b, the solder balls are melt-bonded to complete the package shown in FIGS.
【0044】このようにして製造した半導体チップ搭載
基板10の特性インピーダンスは、1MHzで60Ωで
あり、一般要求基準である50Ωからそれほど外れてい
ない値を達成することができた。また、キャビティ底面
と放熱用金属板裏面との間の熱抵抗は、ザグリを接着層
(プリプレグ)内でとめた場合で1.51℃/W、放熱
用金属板内部でザグリをとめた場合で0.25℃/Wで
あり、かなりの低熱抵抗化を達成できた。さらに、半導
体チップ搭載・封止後のパッケージとしての信頼性は、
JEDECプリコンディションレベル3である30℃、
湿度60%で192時間処理を行い、その後、245℃
でリフローした場合において、異常なしであった。The characteristic impedance of the semiconductor chip mounting substrate 10 manufactured as described above is 60Ω at 1 MHz, and a value which does not deviate much from 50Ω which is a general requirement standard can be achieved. The thermal resistance between the bottom surface of the cavity and the back surface of the heat-dissipating metal plate is 1.51 ° C./W when the counterbore is stopped in the adhesive layer (prepreg), and when the counterbore is stopped in the heat-dissipating metal plate. 0.25 ° C./W, and a considerable reduction in thermal resistance could be achieved. Furthermore, the reliability of the package after mounting and sealing the semiconductor chip is
JEDEC precondition level 3, 30 ℃,
192 hours treatment at 60% humidity, then 245 ° C
When reflow was performed, there was no abnormality.
【0045】結果として、低コストで、電気特性にも、
放熱特性にも優れたBGA基板およびパッケージを製造
することが可能となった。As a result, low cost and electric characteristics
It has become possible to manufacture a BGA substrate and a package having excellent heat radiation characteristics.
【0046】第1実施形態および第2実施形態では、第
1配線層および第2配線層の2層配線を例にとって説明
したが、さらに第3配線層を設けてもよい。この場合、
第2配線層と第3配線層との間の絶縁層も、連続する無
機補強材を有さない樹脂層とする。このような多層構造
でビアホールにより1−3層接続が必要な場合は、第2
配線層にあらかじめクリアランス穴をあけておき、レー
ザ加工によりビアホールを形成する。In the first and second embodiments, the two-layer wiring of the first wiring layer and the second wiring layer has been described as an example, but a third wiring layer may be further provided. in this case,
The insulating layer between the second wiring layer and the third wiring layer is also a resin layer having no continuous inorganic reinforcing material. In the case where 1-3 layers connection is required by a via hole in such a multilayer structure, the second
A clearance hole is formed in the wiring layer in advance, and a via hole is formed by laser processing.
【0047】第2実施形態では、第1配線層にガラス転
移温度が160℃以上の銅箔付接着フィルムを用いた
が、一括積層プレス前のパターン形成などのハンドリン
グに耐える強度を有し、一括積層プレス工程で熱硬化さ
れた後のガラス転移温度が130℃以上であり、金線を
用いた熱・超音波併用タイプのワイヤボンド性が良好で
あれば、その他の樹脂フィルムを用いてもよい。また、
ボールパッド51b上にリフローによりはんだボールを
接続したが、ボールパッド51bから第2配線層に到達
する半球状のレーザ穴をあけ、第2配線層をボールパッ
ドとして使用することも可能である。さらに、液状封止
材を用いてポッティングするかわりに、モールドレジン
を用いてトランスファーモールドによる封止を行っても
よい。In the second embodiment, an adhesive film with a copper foil having a glass transition temperature of 160 ° C. or more is used for the first wiring layer. However, the first wiring layer has strength enough to withstand handling such as pattern formation before a batch lamination press. Other resin films may be used as long as the glass transition temperature after the thermosetting in the laminating press step is 130 ° C. or more and the wire bonding property of the combined heat / ultrasonic type using a gold wire is good. . Also,
Although the solder balls are connected to the ball pad 51b by reflow, a hemispherical laser hole reaching the second wiring layer from the ball pad 51b may be formed, and the second wiring layer may be used as a ball pad. Further, instead of potting using a liquid sealing material, sealing by transfer molding using a mold resin may be performed.
【0048】半導体チップ搭載基板を、両面板または4
層板以上の多層板で構成することも可能である。この場
合も、放熱用金属板と積層板との間にプリプレグを介し
て接着する。When the semiconductor chip mounting substrate is
It is also possible to use a multi-layer plate having more than a layer plate. Also in this case, bonding is performed between the metal plate for heat radiation and the laminated plate via a prepreg.
【0049】[0049]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電気特性、放熱特性の双方にすぐれたBGAタイプの半
導体チップ搭載基板およびパッケージングされた半導体
装置が提供される。As described above, according to the present invention,
Provided are a BGA type semiconductor chip mounting substrate and a packaged semiconductor device which are excellent in both electric characteristics and heat radiation characteristics.
【0050】さらに、コストを抑え、簡単な工程で、電
気特性および放熱特性に優れた半導体チップ搭載基板を
製造する方法が実現される。Further, a method for manufacturing a semiconductor chip mounting substrate having excellent electric characteristics and heat radiation characteristics can be realized with reduced costs and simple steps.
【図1】本発明の第1実施形態に係る半導体チップ搭載
用基板の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor chip mounting board according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1の半導体チップ搭載用基板をもちいたBG
Aタイプのパッケージの上面図である。2 is a BG using the semiconductor chip mounting substrate of FIG. 1;
It is a top view of A type package.
【図3】図2のBGAパッケージのA−Aラインに沿っ
た断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the BGA package of FIG. 2 taken along line AA.
【図4】本発明の第2実施形態に係る、半導体チップ搭
載用基板の製造方法を示す図である。FIG. 4 is a view illustrating a method for manufacturing a semiconductor chip mounting substrate according to a second embodiment of the present invention.
【図5】図4の工程に引き続く工程を示す図である。FIG. 5 is a view showing a step that follows the step of FIG. 4;
【符号の説明】 1、41 第1配線層 2,42 第1絶縁層 3、44 第2配線層 4、45 第2絶縁層 5、47 接着層(プリプレグ) 7、48 放熱用金属板 9、57 キャビティ 11、49 ビアホール 19 はんだボール 13a、13b、13c、51a、51b、51c 金
(Au)メッキ層 15、53 ソルダーレジスト 21 ダイボンド材 23 半導体チップ 25 封止材 27 ワイヤボンディングDESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 41 First wiring layer 2, 42 First insulating layer 3, 44 Second wiring layer 4, 45 Second insulating layer 5, 47 Adhesive layer (prepreg) 7, 48 Heat-dissipating metal plate 9, 57 Cavity 11, 49 Via hole 19 Solder ball 13a, 13b, 13c, 51a, 51b, 51c Gold (Au) plating layer 15, 53 Solder resist 21 Die bond material 23 Semiconductor chip 25 Sealant 27 Wire bonding
Claims (8)
含まない樹脂層から成る第1絶縁層と、 前記第1絶縁層の下方に位置する第2配線層と、 前記第2配線層の下方に位置し、連続した無機補強材を
含む樹脂層からなる第2絶縁層と、 前記第2絶縁層の下方に位置する放熱用金属板と、 前記第1配線層側に開口を有する半導体チップ搭載用の
キャビティとを備える半導体チップ搭載用基板。A first wiring layer; a first insulating layer, which is located below the first wiring layer and is made of a resin layer that does not include a continuous inorganic reinforcing material; and is located below the first insulating layer. A second wiring layer, a second insulating layer located below the second wiring layer and made of a resin layer containing a continuous inorganic reinforcing material, and a heat dissipation metal plate located below the second insulating layer; A semiconductor chip mounting substrate having a semiconductor chip mounting cavity having an opening on the first wiring layer side.
属板との間に位置する絶縁層の厚さの合計が、前記キャ
ビティの深さの30%以上、98%以下を占めることを
特徴とする請求項1に記載の半導体チップ搭載用基板。2. The total thickness of the insulating layer located between the second insulating layer and the metal plate for heat dissipation below the second insulating layer occupies 30% or more and 98% or less of the depth of the cavity. The substrate for mounting a semiconductor chip according to claim 1, wherein:
以上、1.00mm以下であることを特徴とする請求項
1または2に記載の半導体チップ搭載用基板。3. The heat-dissipating metal plate has a thickness of 0.15 mm.
The substrate for mounting a semiconductor chip according to claim 1 or 2, wherein the diameter is not more than 1.00 mm.
層と第2配線層とを接続するビアホールをさらに備える
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の
半導体チップ搭載用基板。4. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a via hole penetrating the first insulating layer and connecting the first wiring layer and the second wiring layer. Substrate for mounting semiconductor chips.
はんだボールと、 前記はんだボールの搭載面に最も近い第1配線層と、 前記第1配線層の下層に位置し、連続した無機補強材を
含む樹脂層から成る第1絶縁層と、 前記第1絶縁層の下層に位置する第2配線層と、 前記第2配線層の下方に位置し、連続した無機補強材を
含む樹脂層からなる第2絶縁層と、 前記第2絶縁層の下方に位置する放熱用金属板と、 前記はんだボールの搭載面側に開口を有するキャビティ
と、 前記キャビティに搭載された半導体チップと、 前記半導体チップを封止する封止材と、を備える半導体
装置。5. A plurality of solder balls for external connection arranged in an array, a first wiring layer closest to the mounting surface of the solder balls, and a continuous inorganic reinforcement located below the first wiring layer. A first insulating layer made of a resin layer containing a material, a second wiring layer located below the first insulating layer, and a resin layer located below the second wiring layer and containing a continuous inorganic reinforcing material. A second insulating layer, a heat-dissipating metal plate located below the second insulating layer, a cavity having an opening on the solder ball mounting surface side, a semiconductor chip mounted in the cavity, and the semiconductor chip. And a sealing material for sealing the semiconductor device.
位置する2以上の絶縁層と、接着層と、放熱用金属板と
を、この順で一括プレスにより積層するステップと、 前記2以上の導体層の間を接続するビアホールをレーザ
加工により形成するステップと、 半導体チップを収容するためのキャビティを前記導体層
側から機械加工により形成するステップと、 を含む、半導体チップ搭載用基板の製造方法。6. A step of laminating two or more conductor layers, two or more insulating layers located between the conductor layers, an adhesive layer, and a heat-dissipating metal plate by collective pressing in this order; Forming a via hole connecting between the two or more conductor layers by laser processing, and forming a cavity for accommodating a semiconductor chip from the conductor layer side by machining. Substrate manufacturing method.
ティを前記接着層に到達する深さまで形成することを特
徴とする請求項6に記載の半導体チップ搭載用基板の製
造方法。7. The method according to claim 6, wherein the cavity forming step forms the cavity to a depth reaching the adhesive layer.
ティを前記放熱用金属板に到達する深さまで形成し、 キャビティ形成後、基板をパッケージ用単品に切り出す
ステップと、 単品切り出し後にキャビティ底部の金属表面を粗化する
ステップとをさらに含むことを特徴とする請求項6に記
載の半導体チップ搭載用基板の製造方法。8. The step of forming a cavity, the step of forming a cavity to a depth reaching the metal plate for heat dissipation, a step of cutting the substrate into a single product for a package after the formation of the cavity, and a step of roughening the metal surface at the bottom of the cavity after cutting the single product. 7. The method for manufacturing a semiconductor chip mounting substrate according to claim 6, further comprising the step of:
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| CN112885744A (en) * | 2021-01-18 | 2021-06-01 | 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 | Die bonder for SMT (surface mount technology) |
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