JP2000031189A - 球状半導体装置 - Google Patents
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Abstract
供する。 【解決手段】 表面に1つ以上の電極2を有する球状半
導体素子1からなる半導体装置であって、球状半導体素
子1の電極2の位置に導電性の球状バンプ10を形成し
た。電極2は、共通平面に接触するように配列されてい
る。外部との接続対象となる球状バンプ10の1組に接
触し得る平面Sもしくは球面と球状半導体素子1の表面
との間に所定の間隙Gが形成されるように、1組の球状
バンプ10を球状半導体素子1から突出配置する。球状
バンプ10を介して、各種回路基板や他の半導体装置等
と接続され、外部の電気的接続を容易かつ的確に行うこ
とができる。
Description
面に1つ以上の電極を有する球状半導体素子からなる球
状半導体装置に関する。
成する、これまでの半導体デバイスの代わりに球状シリ
コンの表面に回路が形成されてなる球状半導体素子が開
発されている。この球状半導体素子はその表面に1つ以
上の電極を有し、種々の機能を持つ球状半導体素子を組
み合わせることにより、多様な機能を持つ半導体装置を
実現することができる。
球状半導体素子はそれ自体では機能することができず、
つまり外部回路等と電気信号をやり取りするめに外部と
電気的に接続する入出力手段が必要である。このように
球状半導体素子自体は優れた機能を持ちながらも、従来
では特にその実装レベルで有効な手段がないのが実情で
あった。
性に優れた球状半導体装置を提供することを目的とす
る。
表面に1つ以上の電極を有する球状半導体素子からなる
半導体装置であって、前記球状半導体素子の電極の位置
に導電性の球状バンプを形成したことを特徴とする。
電極は、共通平面に接触するように配列されていること
を特徴とする。また、本発明の半導体装置において、外
部との接続対象となる球状バンプの1組に接触し得る平
面もしくは球面と球状半導体素子の表面との間隙が、0
または所定の間隙となるように前記1組の球状バンプを
球状半導体素子から突出配置したことを特徴とする。
表面の電極に融点が550℃以上の高融点金属からなる
球状バンプが形成されたことを特徴とする。また、本発
明の半導体装置において、前記電極はアルミニウムまた
は銅、あるいはそれらのうちの1つ以上の成分を含む合
金からなり、前記球状バンプは金、白金、パラジウム、
銀、銅、アルミニウムまたはニッケル、あるいはそれら
のうちの1つ以上の成分を含む合金からなることを特徴
とする。
表面の電極に融点が450℃以下の低融点金属からなる
球状バンプが形成されたことを特徴とする。また、本発
明の半導体装置において、前記電極はアルミニウムまた
は銅、あるいはそれらのうちの1つ以上の成分を含む合
金からなり、前記球状バンプは鉛、錫、インジウム、ビ
スマスまたは亜鉛、あるいはそれらのうちの1つ以上の
成分を含む合金、もしくは金−シリコン合金または金−
錫合金または銀−錫合金を主成分とする合金からなるこ
とを特徴とする。
電極上にチタン、タングステン、チタンタングステン、
ニッケル、クロム、金、パラジウム、銅および白金のな
かから選ばれた1または2種以上の金属が順次積層して
形成されたことを特徴とする。
表面の電極がその球状バンプを介して、セラミックス基
板、フィルムキャリア、シリコン基板、プリント回路基
板、リードフレーム、半導体チップまたは球状半導体素
子それぞれの電極と接続されることを特徴とする。
表面の電極に高融点バンプが形成され、そのバンプがセ
ラミックス基板、フィルムキャリア、シリコン基板、プ
リント回路基板、リードフレーム、半導体チップまたは
球状半導体素子それぞれの電極と、低融点金属を介して
接続されており、高融点金属と低融点金属の融点の差が
50℃以上であることを特徴とする。
材料で封止されたことを特徴とする。また、本発明の半
導体装置において、素子表面の電極が台形または五角形
以上の多角形または円形の形状を有することを特徴とす
る。また、本発明の半導体装置において、素子表面の電
極が、球状半導体素子の直径の3%以上の長さを直径と
する円と同等の面積を有することを特徴とする。
点金属の球状バンプの表面が低融点金属で被覆されてい
ることを特徴とする。
位置に導電性の球状バンプを形成したことで、この球状
バンプを介して外部の電気的接続を容易かつ的確に行う
ことができる。
状バンプの1組に接触し得る平面もしくは球面と球状半
導体素子の表面との間に所定の間隙が形成されるよう
に、前記1組の球状バンプが球状半導体素子から突出配
置される。このように球状バンプを球状半導体素子から
突設することにより、極めて優れたバンプの接合性を確
保することができる。溶融接合される場合は、所定の間
隙は0もしくはそれ以上あれば、溶融時のバンプの濡れ
効果により接合することができる。
融点金属で被覆されている。そして高融点金属と低融点
金属の融点の差が50℃以上、好ましくは100℃以上
とすることで、接合時にコアを固体のままの状態で表面
部を溶融させる接合が可能になる。したがって、接合箇
所をつねに一定の間隔以上、すなわちコア金属の径以上
に間隔を保つことができる。
部接合部等が不均一に変形していてもよい。また球状バ
ンプが突出するためには、2個以上のバンプが積層され
て接合されるものであってもよい。
半導体装置の好適な実施形態を説明する。図1は、本発
明による半導体装置の一実施形態を示している。この例
ではたとえば図示のように、球状半導体素子1の電極の
位置に導電性の球状バンプ10が形成されている。
ン結晶材料を用い、複数の製造工程を経て球状結晶材料
の表面に所望の回路を形成することでつくられる。この
製造工程としては主に、結晶材料の清浄工程、酸化膜形
成工程、フォトレジスト膜形成工程、球面露光によるフ
ォトリソグラフィ工程、パターン現像工程、エッチング
工程等を含んでいる。これらの工程により形成された回
路には、外部との電気的接続を行うための電極が設けら
れる。すなわち複数の電極が球状半導体素子1の球面に
沿って列設される。
子1の表面の円周に沿って、外部との接続対象となる1
組の球状バンプ10が形成されている。球状バンプ10
は、導電性の金属ボールを球状半導体素子1の電極部に
転写したものである。これら1組の球状バンプ10は、
共通の接触平面(球面であってもよい)Sを有する。こ
の接触平面Sと球状半導体素子1の表面との間に所定の
間隙が形成されるように、1組の球状バンプ10を球状
半導体素子1から突出配置してある。
に示している。接触平面Sに接する1組の球状バンプ1
0の各々は、球状半導体素子1の表面に形成されている
電極2に接合する。図から明らかなように接触平面Sと
球状半導体素子1の表面(頂点Pとする)間には間隙G
が形成される。この間隙Gを形成するように球状バンプ
10を球状半導体素子1から突出させて配置すること
で、球状バンプ10をたとえば接続対象に加圧して接合
する際、球状バンプ10の有効な加圧変形しろを確保
し、適正なバンプ接合を保証する。なお、接触平面Sと
球状半導体素子1の表面との間隙がない、すなわちG=
0の場合にもバンプ接合は可能である。
平面S′とした場合には球状半導体素子1の表面との間
に間隙がなくなり、このような状態では適正なバンプ接
合が難しくなる。したがって、球状バンプ10の配列位
置は、下記式を満足することが好ましい。 R−r≦(r+R)cosθ (0≦θ≦2π) 上式において、Rは球状半導体素子の半径、rは球状バ
ンプの半径、またθは球状半導体素子と球状バンプの中
心を結ぶ線と頂点Pを通る直径とのなす角度である。球
状バンプの大きさrと球状バンプの位置θとの関係は、
素子表面の電極の大きさとその間隙、ならびに必要な電
極数とにより設計される。
体素子1の電極2に形成することができる。この場合、
球状バンプ10は融点が好ましくは550℃以上、最も
好ましくは600℃以上の高融点金属材料により形成さ
れる。特に、電極2はアルミニウムまたは銅、あるいは
それらのうちの1つ以上の成分を含む合金からなり、そ
の場合球状バンプ10は金、白金、パラジウム、銀、
銅、アルミニウムまたはニッケル、あるいはそれらのう
ちの1つ以上の成分を含む合金からなる。
状、一部接合部等が不均一に変形していてもよい。また
球状バンプ10が接触平面Sから突出するためには、2
個以上のバンプが所謂、「団子状」または「数珠つなぎ
状」に積層されて接合されるものであってもよい。
より球状半導体素子1の電極2に形成することができ
る。この場合、球状バンプ10は融点が好ましくは45
0℃以下、最も好ましくは400℃以下の低融点金属材
料により形成される。特に、電極2はアルミニウムまた
は銅、あるいはそれらのうちの1つ以上の成分を含む合
金からなり、その場合球状バンプ10は鉛、錫、インジ
ウム、ビスマスまたは亜鉛、あるいはそれらのうちの1
つ以上の成分を含む合金、もしくは金−シリコン合金ま
たは金−錫合金または銀−錫合金を主成分とする合金か
らなる。
テン、チタンタングステン、ニッケル、クロム、金、パ
ラジウム、銅および白金のなかから選ばれた1または2
種以上の金属が順次積層して形成されることが好まし
い。アルミニウムまたはその合金からなる電極2は、半
田等の低融点金属とは濡れ性が悪く、したがって濡れ性
確保、拡散防止あるいは酸化防止等を図るために下地と
なる金属を積層しておくというものである。
ように形成される球状バンプ10を介して外部回路等に
接続される。電極2はたとえば、セラミックス基板、フ
ィルムキャリア、シリコン基板、プリント回路基板、リ
ードフレーム、半導体チップまたは球状半導体素子それ
ぞれの電極と接続される。なお、複数の球状半導体素子
が接続されてから、それらを基板等に接続するようにし
てもよい。
(ボールグリッドアレイ)パッケージの例を示してい
る。図において、球状半導体素子1の各電極2はそれに
形成された球状バンプ10を介して、プリント回路基板
20と接続される。球状半導体素子1が接続されたプリ
ント回路基板20はさらに、各種の電子機器等と接続さ
れ、これらの電子機器との間で電気信号のやり取りを行
うことができる。なお、1つのBGAパッケージ内に複
数の球状半導体素子1が搭載されるものであってもよ
い。
導体装置を実装するにあたって、図3に示すように球状
半導体素子1を封止材料3で封止するとよい。なお、こ
の封止材料3としては、樹脂あるいは樹脂とフィラーを
含むモールドコンパウンド等の絶縁材料で封止するのが
好ましい。このように封止することで、球状半導体素子
1の回路面の保護を図り、あるいは球状半導体素子1と
プリント回路基板20等の熱膨張係数の差に起因する熱
歪みを有効に抑制することができる。
素子1が、各電極2に形成された複数の球状バンプ10
を介して相互に接続され、このように接続したものがプ
リント回路基板20に実装されるものであってもよい。
さらに、このような場合、図4(B)に示すように複数
の球状半導体素子1全体を封止材料3で封止するとよ
い。
QFP(クワッドフラットパッケージ)の例を示してい
る。図において、球状半導体素子1の各電極2はそれに
形成された球状バンプ10を介して、リードフレーム2
1と接続される。この場合にも球状半導体素子1を封止
材料3で封止するとよい。なお、半導体装置は、複数の
球状半導体素子1がリードフレーム基板に接続されるも
のであってもよい。
に図6に示すように特にこの例ではメモリ用の球状半導
体素子1の各電極2は球状バンプ10を介して、半導体
チップム22と接続される。
半導体素子1相互を球状バンプ10を介して接続するこ
とができる。また、図7(B)のように、それぞれ予め
球状バンプ10が接合された球状半導体素子1相互が接
続される。この場合、図7(C)に示されるように球状
バンプ10は加圧後、変形していてもよい。
ばプリント回路基板20等の接合面に対して、大小大き
さの異なる複数種類の球状バンプ10a,10bを介し
て、球状半導体素子1を接続することができる。この場
合、図8(B)に示すように2種類の球状バンプ10
a,10bを球状半導体素子1の表面に同心円状に配置
する。なお、この例では図8(C)に示されるように外
側の球状バンプ10aとして2個以上を重ねて積層した
ものを用いることができる。
半導体装置の構成例を説明したが、上記のように球状半
導体素子1の電極2の位置に導電性の球状バンプ10を
形成したことで、この球状バンプ10を介して外部の電
気的接続を容易かつ的確に行うことができる。
おいて、球状半導体素子1の電極2はたとえば、図9の
ように電気的接続の組となる電極2の中心から外側に長
辺が設定されるように台形もしくは扇形の形状が好まし
い。このように長辺を外側に位置させることで、接合後
に外部応力に対して耐剥離性を増すことができる。ま
た、五角形以上の多角形または円形の形状(平面形状)
にするとよい。つまりこのような形状にすることで、球
状バンプ10を接続対象に加圧して接合する際等、電極
2と球状バンプ10の間に生じる負荷荷重を均等に分散
さて応力集中を避けることができる。したがって、バン
プ接合時の歪み等の発生をなくして、適正なバンプ接合
を保証することができる。
等について、球状半導体素子1の直径の3%以上の長さ
を直径とする円と同等の面積を有することが好ましい。
電極2の面積をこのように設定することにより、半導体
装置の実装等で実用に供する場合、バンプ接合時の加圧
荷重に耐え得るだけの接合強度を確保することができ
る。したがって、この点でも適正かつ良好なバンプ接合
を保証する。
子1の電極2に600℃以上の高融点バンプが形成さ
れ、そのバンプがセラミックス基板、フィルムキャリ
ア、シリコン基板、プリント回路基板、リードフレー
ム、半導体チップまたは球状半導体素子それぞれの電極
と、400℃以下の低融点金属を介して接続されるよう
にしてもよい。あるいはまた、接続される側の電極に予
め高融点金属のバンプを形成しておき、高融点金属間を
低融点金属を介して接続するようにしてもよい。
状半導体素子の電極の位置に導電性の球状バンプを形成
したことで、この球状バンプを介して外部の電気的接続
を容易かつ的確に行うことができる。この場合、球状バ
ンプを球状半導体素子から突設することにより、極めて
優れたバンプの接合性を確保することができ、この種の
球状半導体素子からなる半導体装置を実装等において高
い信頼を確保することができる。
である。
例を模式的に示す図である。
る。
図である。
図である。
図である。
図である。
である。
Claims (14)
- 【請求項1】 表面に1つ以上の電極を有する球状半導
体素子からなる半導体装置であって、 前記球状半導体素子の電極の位置に導電性の球状バンプ
を形成したことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記電極は、共通平面に接触するように
配列されていることを特徴とする請求項1に記載の半導
体装置。 - 【請求項3】 外部との接続対象となる球状バンプの1
組に接触し得る平面もしくは球面と球状半導体素子の表
面との間隙が、0または所定の間隙となるように前記1
組の球状バンプを球状半導体素子から突出配置したこと
を特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 【請求項4】 素子表面の電極に融点が550℃以上の
高融点金属からなる球状バンプが形成されたことを特徴
とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装
置。 - 【請求項5】 前記電極はアルミニウムまたは銅、ある
いはそれらのうちの1つ以上の成分を含む合金からな
り、前記球状バンプは金、白金、パラジウム、銀、銅、
アルミニウムまたはニッケル、あるいはそれらのうちの
1つ以上の成分を含む合金からなることを特徴とする請
求項4に記載の半導体装置。 - 【請求項6】 素子表面の電極に融点が450℃以下の
低融点金属からなる球状バンプが形成されたことを特徴
とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装
置。 - 【請求項7】 前記電極はアルミニウムまたは銅、ある
いはそれらのうちの1つ以上の成分を含む合金からな
り、前記球状バンプは鉛、錫、インジウム、ビスマスま
たは亜鉛、あるいはそれらのうちの1つ以上の成分を含
む合金、もしくは金−シリコン合金または金−錫合金ま
たは銀−錫合金を主成分とする合金からなることを特徴
とする請求項6に記載の半導体装置。 - 【請求項8】 前記電極上にチタン、タングステン、チ
タンタングステン、ニッケル、クロム、金、パラジウ
ム、銅および白金のなかから選ばれた1または2種以上
の金属が順次積層して形成されたことを特徴とする請求
項6または7に記載の半導体装置。 - 【請求項9】 請求項1〜8のいずれか1項記載の半導
体装置において、 素子表面の電極がその球状バンプを介して、セラミック
ス基板、フィルムキャリア、シリコン基板、プリント回
路基板、リードフレーム、半導体チップまたは球状半導
体素子それぞれの電極と接続されることを特徴とする半
導体装置。 - 【請求項10】 請求項9に記載の半導体装置におい
て、 素子表面の電極に高融点バンプが形成され、そのバンプ
がセラミックス基板、フィルムキャリア、シリコン基
板、プリント回路基板、リードフレーム、半導体チップ
または球状半導体素子それぞれの電極と、低融点金属を
介して接続されており、高融点金属と低融点金属の融点
の差が50℃以上であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項11】 封止材料で封止されたことを特徴とす
る請求項1〜10のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 【請求項12】 素子表面の電極が台形または五角形以
上の多角形または円形の形状を有することを特徴とする
請求項1〜11のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 【請求項13】 素子表面の電極が、球状半導体素子の
直径の3%以上の長さを直径とする円と同等の面積を有
することを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に
記載の半導体装置。 - 【請求項14】 高融点金属の球状バンプの表面が低融
点金属で被覆されていることを特徴とする請求項1〜1
3のいずれか1項に記載の半導体装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10210442A JP2000031189A (ja) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | 球状半導体装置 |
US09/350,125 US6509645B2 (en) | 1998-07-09 | 1999-07-09 | Spherical semiconductor device and method for fabricating the same |
US09/851,324 US20020132462A1 (en) | 1998-07-09 | 2001-05-09 | Spherical semiconductor device and method for fabricating the same |
US10/255,759 US6909182B2 (en) | 1998-07-09 | 2002-09-27 | Spherical semiconductor device and method for fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP10210442A JP2000031189A (ja) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | 球状半導体装置 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=16589406
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JP10210442A Pending JP2000031189A (ja) | 1998-07-09 | 1998-07-09 | 球状半導体装置 |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000031189A (ja) |
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---|---|---|---|---|
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US7002237B2 (en) | 2000-02-18 | 2006-02-21 | Sharp Kabushiki Kaisha | Spherical shaped semiconductor device, a flexible printed wiring substrate, and mounting method thereof |
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-
1998
- 1998-07-09 JP JP10210442A patent/JP2000031189A/ja active Pending
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JP2006291724A (ja) * | 2005-04-05 | 2006-10-26 | Hitachi Industries Co Ltd | ポンプおよびその防食方法 |
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