JP2003282631A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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Abstract
安定駆動と高信頼性を実現する。 【解決手段】 半導体素子基板2は、電気接続用バンプ
部8bと放熱接合用バンプ部8aを介してプリント配線
基板11とフリップチップ接続されている。このような
構成によれば、放熱接合用バンプ部8aの数分だけ、半
導体素子基板2とプリント配線基板11間の接合面積が
増加するので、半導体素子基板2からの熱がプリント配
線基板11側に効率的に伝達し、半導体素子の動作を安
定化させることができる。また、放熱接合用バンプ8b
により電気接続用バンプ部8bに対する熱ストレスを分
散させることができるので、半導体素子基板2とプリン
ト配線基板11間の接合信頼性を向上することができ
る。
Description
ィスプレイパネルを発光駆動するパワートランジスタ型
半導体等のような発熱性を有するICチップを実装した
半導体装置に関し、特に、ICチップが発生した熱を装
置外に効果的に放熱することにより、ICチップの安定
駆動と高信頼性を実現する技術に係わる。
うな、プラズマディスプレイパネル(Plasma Display P
anel:PDP)を発光駆動する半導体素子(以下、ICと
表記する)101が実装されたPDP駆動半導体搭載モ
ジュール(以下、基板モジュールと表記する)100が
知られている。
C101とプリント配線基板102とをワイヤ105を
介して接続するワイヤボンド法に基づくCOF(Chip O
n Flex)実装基板であり、また、銀ペースト等の接着剤
103を利用してIC101の裏面をプリント配線基板
102に具備された放熱用金属補強板104に接着する
ことにより、IC101が発生した熱を基板モジュール
外部に放出するように設計されている。
ズマディプレイパネルに装着された後に、金属製の外装
フレームに放熱用金属補強板104をかしめ等で装着す
ることにより、発生した熱を外装フレームに伝搬し、よ
り高い放熱効率を実現するように設計されている。また
このとき、この放熱金属補強板104の外装フレーム装
着面とIC搭載面とは両面に対向し、IC101による
発熱量はIC101とプリント配線基板102との接続
点(以下、パッドと表記する)106の反対側に伝搬す
るので、ワイヤ105との接続方向への熱ストレスは緩
和される。さらに、IC101とプリント配線基板10
2はワイヤ105を介して接続されているので、ワイヤ
105が、IC101の発熱によるモールドパッケージ
内での歪み等のストレスを柔軟に緩衝し、接続信頼性を
確保している。
01のパッド106に対しワイヤ105を一本一本接続
する実装方法であるために、IC101をプリント配線
基板102に実装する際には多くの労力と時間が必要と
され、製造コストを削減する上で大きな障害となる。こ
のような背景から、最近では、例えば図14(b)に示
すように、IC101のパッド105部分にバンプ10
7を形成し、このバンプ107を介してパッド105と
プリント配線基板102とを向かい合って接合するフリ
ップチップ法を利用してIC101をプリント配線基板
102に実装する方法が利用されるようになっている。
プチップ法を利用してプリント配線基板102にIC1
01を実装する場合には、IC101は、電源や信号等
の基本接続に利用されるパッド105部分においてのみ
プリント配線基板102の高熱伝導材である回路銅箔と
接続されることになるので、IC101とプリント配線
基板102との間に隙間が生じ、バンプ105による接
合面積はIC面積の10%にも満たなくなる。このた
め、IC101から発生した熱は、放熱用金属補強板1
04等のプリント配線基板102側に効率的に伝達され
ず、基板モジュール内に蓄積されてしまう。
を緩衝する能力に乏しいので、上記のようにして基板モ
ジュール内に熱が蓄積されてしまうと、熱によって発生
する剪断圧力が最も集中するバンプ105が破断してス
トレスを緩和する。このため、基板モジュール内部に蓄
積された熱は、IC101の動作を不安定にすると同時
に、IC101の動作不良をも引き起こす。
図14(c)に示すように、IC実装面と同一面に露出
したIC底辺に金属板や金属製フィン等の放熱部品10
8を接着することも考えられるが、この場合には、IC
101の規模が小さいことから、十分な熱容量を有する
放熱部品108をIC101表面に対し均一に装着する
ことが極めて困難である。さらに、IC101に過大な
放熱部品108を装着すると、IC101に機械的負荷
が加わり、また、放熱部品108によって機器内容積及
び重量が増加することから、製造された基板モジュール
を軽量化,薄型化が要求される機器に適用することが困
難となる。
れたものであり、その目的は、実装された半導体素子の
安定駆動と高信頼性を実現する半導体装置を提供するこ
とにある。
の特徴は、電気配線が形成されたプリント配線基板に電
気回路を搭載したICチップをフリップチップ実装する
ことにより形成された半導体装置であって、ICチップ
は、プリント配線基板との接合面側に形成された、電気
回路と接続する複数の第一パッド部と、第一パッド部上
に形成された電気接続用バンプ部と、接合面の第一パッ
ド部以外の領域に形成された絶縁層と、絶縁層上に形成
された金属層と、金属層上に形成された複数の放熱接合
用バンプ部とを備え、プリント配線基板は、ICチップ
との接合面側に形成された、電気配線と接続する複数の
第二パッド部と、電気配線と第二パッド部以外の接合面
の領域に形成された放熱接合用パッド部とを備え、電気
接続用バンプ部及び放熱接合用バンプ部はそれぞれ、第
二パッド部及び放熱用パッド部に接続していることにあ
る。
は、プリント配線基板と電気的に接続するバンプ部と、
ICチップが発生した熱をプリント配線基板側に伝達す
るバンプ部とを介して、プリント配線基板に接続されて
いることにある。このような構成によれば、ICチップ
からの熱が放熱接合用バンプ部を介してプリント配線基
板側に効率的に伝達して、ICの動作を安定化させるこ
とができる。また、電気接続用バンプ部に対する熱スト
レスを放熱接合用バンプ侮に分散して、ICチップとプ
リント配線基板間の接合信頼性を向上することができ
る。
プを介して半導体素子(以下、ICと表記する)をプリ
ント配線基板に接続することによりICを実装する基板
モジュールに適用することができる。以下、図1〜図1
3を参照して、本発明の実施の形態となる基板モジュー
ルの構成について説明する。
して、プリント配線基板にフリップチップ接続するIC
に対する前処理について説明する。
ト配線基板に実装する前に、図1に示すように、IC基
板2のプリント配線基板と接続される表面側の所定位置
に銅箔の電気接続用パッド3を形成する。そして次に、
スピンコートにより感光性ポリイミドワニスをIC基板
2上にコーティングして乾燥することにより、図2
(a)に示すように、IC基板2上にポリイミド層4を
形成する。なお、後述するが、上記電気接続用パッド3
は、バンプを介してプリント配線基板上の配線に接続さ
れる。
と、次に、電気接続用パッド3の配置パターンが描写さ
れたネガを用いてポリイミド層4を露光した後、エッチ
ング処理を施すことにより、図2(b)に示すような電
気接続用パッド3部分が開口した薄膜電気絶縁層5をI
C基板2上に形成する。ここで、感光性ポリイミドワニ
スの種類やコーティング厚に依存するが、薄膜電気絶縁
層5の膜厚は約10[μ]程度とする。なお、この実施
の形態においては、ポリイミド層4を利用して薄膜電気
絶縁層5を形成したが、ポリイミド層4を利用せずに、
例えば絶縁性を有する酸化シリコンを蒸着して、薄膜電
気絶縁層5を形成するようにしてもよい。
ると、次に、IC基板2上にレジスト層6を塗膜、乾燥
した後、パターニング処理とエッチング処理を行うこと
により、図2(c)に示すように、IC基板の中央部が
開口されたレジスト層6を形成する。そして次に、スパ
ッタリング処理や蒸着処理によりIC基板2上にCu,
Al,Cr等の任意の金属材料を蒸着することにより、
図2(d)に示すように、IC基板2上に5000
[Å]程度の膜厚を有する金属膜7を形成する。
料を利用して金属膜7を形成したが、例えば銀等の金属
ペーストを利用して金属膜7を形成するようにしてもよ
い。また、図2(b)に示す状態のIC基板2上に、I
Cの中央部分と電気接続用パッド3とが開口したレジス
ト層6を形成して金属膜7を形成するようにしてもよ
い。さらに、IC基板2の表面全面にスパッタリング処
理によりシード層を打った後にICの中央部分と電気接
続用パッド3部分とが開口したレジスト層6を形成し、
銅3[μ]、ニッケル2[μ]、金0.3[μ]の順で
金属材料を蒸着して金属膜7を形成するようにしてもよ
い。なお、電気接続用パッド3の膜厚をさらに大きくし
たい場合には無電解メッキ処理により膜厚を数ミクロン
程度にするとよい。
と、次に、レジスト層6を除去(リフトオフ)して、図
2(e)に示すように、ICの中央部分の金属膜7a以
外の金属膜7を除去する。金属膜7aは、プリント配線
基板に実装された際に、バンプを介してIC2基板が発
生した熱をプリント配線基板に伝達する放熱接合用パッ
ドの役割を担う。そこで以下では、この金属膜7a部分
を放熱接合用パッド7aと表現する。
きさは、ICの外形、電気接続用パッドの配置エリアの
形状や面積、C4法、ACF法、ACP法、金属接合法
等のフリップチップ実装方法の種類に応じて、例えば図
4(a)〜(d)の平面模式図に示すように種々のパタ
ーンを選択することができる。なお、IC基板2表面に
おける放熱接合用パッドの被覆率が最も大きい、図4
(a)に示すような形状が最適であろう。
の島部分からなる放熱接合用パッド7aの場合、上記各
島部分7aにそれぞれ後述する加熱接合用バンプ8aが
形成される。
る際に、電気接続用パッド3を再配置してもよい。具体
的には、放熱接合用パッド7a形成時に電気接続用パッ
ド3をパッド間距離が広がるように再配置・再配線する
ことにより、電気的接合点同士の絶縁信頼性を上げるこ
とができる。
合用パッド7aを形成すると、次に、図3(f)に示す
ように電気接続用パッド3上と放熱接合用パッド7a上
にそれぞれ、バンプ8a,8b(以下、電気接続用パッ
ド3上と放熱接合用パッド7a上に形成されたバンプを
それぞれ、電気接続用バンプ8a、放熱接合用バンプ8
bと表記する)を形成する。そして最後に、各バンプを
高さをレベリングして図3(g)に示すように各バンプ
の高さ位置が同一面内に入るように統一する。これによ
り、プリント配線基板に実装するICに対する一連の前
処理工程は完了する。なお、図3(g)に示すICにお
いては、2個の放熱接合用バンプ8aが形成されている
が、後述するように、放熱接合用バンプ8aはICが発
生した熱をプリント配線基板に伝達する役割を担うこと
から、ICとプリント配線基板間の接合面積を増やすた
めにその個数は2個以上であってもよい。
図10を参照して、上記ICをフリップチップ実装する
プリント配線基板に対する前処理について説明する。
実装するプリント配線基板10に対しては、ICの実装
前に、基板部11のICが実装される表面側にCu等の
金属材料を蒸着し、図5(a)に示すように、基板部1
1上に金属膜12を形成する。そして、金属膜12を形
成すると、金属膜12表面に対しパターニング処理、エ
ッチング処理を施すことにより、図5(b)に示すよう
に、基板部11上に銅箔の電気配線パターン、放熱接合
用パッド12a、及び電気接続用パッド12bを形成す
る。ここで、基板部11上の放熱接合用パッド12a及
び電気接続用パッド12bは、IC上に形成された放熱
接合用パッド7a及び電気接続用パッド3と同じ配置位
置に形成される。
aと電気接続用パッド12bを形成すると、最後に、図
6(c)に示すように、接着剤13を用いてICが発生
した熱を外部に放出するための板状の、アルミニウム材
等から成る放熱用金属補強板14を基板部11の裏面に
接続する。これにより、プリント配線基板に対する一連
の前処理工程は完了する。
放熱用金属補強板14を基板部11の背面に接続するこ
ととしたが、例えば図7に示すように、放熱用金属補強
板14の接合面と反対側の面に複数の凹凸形状を設ける
ようしてもよい。このような形状によれば、放熱用金属
補強板14の表面積が増加し、外気と接する面積が増加
することから、放熱用金属補強板14の放熱性能を向上
させることができる。
放熱接合用パッド7aに対応する位置に放熱接合用パッ
ド12aを形成したが、例えば図8に示すように、金属
膜12を形成した後(図8(a))、図8(b)に示す
ように、ICの放熱接合用パッド7aに対応する位置を
レーザ光線により開口して開口部15を形成するように
してもよい。但し、放熱接合用パッド12bの代わりに
開口部15を形成した場合には、IC上に形成された放
熱接合用バンプ8aと電気接続用バンプ8bにかかる接
合圧力が大きく異ならないように、放熱用金属補強板1
4は、図9(c)に示すように、基板部11部分の厚み
分だけ凸面加工が施されたものを用い、開口部15を通
して放熱用金属補強板14とICとが接続されるように
する。なお、この場合、開口部15から露出する放熱用
金属補強板14表面には金属膜12を形成しておくもの
とする。また、前述の実施の形態と同様、図10に示す
ように、放熱用金属補強板14の接合面と反対側の面に
複数の凹凸形状を設けるようしてもよい。
形態となる基板モジュールは、図11に示すように、バ
ンプ8a,bを介してプリント配線基板(図5)とIC
(図3)とを接続し、プリント配線基板とICとの間を
封止樹脂16により封止することにより構成される。こ
のとき、ICの電気接続用パッド3とプリント配線基板
の電気接続用パッド12bは電気接続用バンプ8bを介
して接続され、ICとプリント配線基板間で電気信号を
伝搬することが可能なような構成されている。また、I
Cの放熱接合用パッド3とプリント配線基板の放熱接合
用パッド12aは複数の放熱接合用バンプ8aを介して
接続され、ICが発生した熱は放熱接合用バンプ8aを
介してプリント配線基板側に伝達することが可能なよう
に構成されている。
プ8aの数分だけICとプリント配線基板間の接合面積
が増加するので、プリント配線基板への熱放散効率を向
上させると同時に、電気接続用バンプ8bへのストレス
を分散することができるので、ICの安定駆動と高信頼
性を実現することができる。
板の裏面に放熱用金属補強板14が接続されている場合
(図6)には、プリント配線基板に伝達した熱が放熱用
金属補強板14から効果的に放熱されるので、ICの安
定駆動と高信頼性をより確実に実現することができる。
板に開口部を形成して、放熱接合用バンプ8aを直接放
熱用金属補強板14に接続した場合(図8)には、IC
が発生した熱は放熱接合用バンプ8aを介して直接放熱
用金属補強板14に放出されるので、ICの安定駆動と
高信頼性をさらに確実に実現することができる。
かなように、この実施の形態の基板モジュールによれ
ば、ICとプリント配線基板は、電気接続用バンプ8b
と併せて、放熱接合用バンプ8aを介して接続され、I
Cとプリント配線基板間の接合面積が増加するので、I
Cが発熱した熱量をプリント配線基板側に効率的に伝搬
し、ICの動作を安定化させることができる。また、I
Cの背面に放熱用部品を装着する必要性をなくすことが
できる。
よれば、電気接続用バンプ8bへの熱ストレスを放熱接
合用バンプ8bに分散することができるので、ICとプ
リント配線基板間の接合信頼性を向上することができ
る。
によれば、放熱接合用バンプ8aが直接放熱用金属補強
板14に接続されているので、ワイヤボンド法に利用し
た時の放熱用金属補強板への熱伝達能力と同等の放熱効
果を実現することができる。
よれば、放熱接合用パッド7aを形成する際に電気接続
用パッド3を再配置することができるので、パッド間距
離が広がるように電気接続用パッドを再配置することに
より、電気的接合点同士の絶縁信頼性を向上させること
ができる。
実装されたICチップの安定駆動と高信頼性を実現する
ことができる。
処理を説明するための断面および平面説明図である。
処理を説明するための断面工程図である。
処理を説明するための断面工程図および平面図である。
形状を示す平面模式図である。
対する前処理を説明するための断面工程図および平面図
である。
構造を示す断面図である。
面図である。
に対する前処理を説明するための断面工程図および平面
図である。
の構造を示す断面図である。
断面図である。
構成を示す断面図である。
構成を示す断面図である。
構成を示す断面図である。
ある。
板、3,12b…電気接続用パッド、4…ポリイミド
層、5…薄膜電気絶縁層、6…レジスト層、7…金属
膜、7a,12a…放熱接合用パッド、8a…放熱接合
用パッド、8b…電気接続用パッド、10…プリント配
線基板、11…基板部、13…接着剤、14…放熱用金
属補強板14、15…開口部、16…封止樹脂
Claims (14)
- 【請求項1】 電気配線が形成されたプリント配線基板
に電気回路を搭載したICチップをフリップチップ実装
することにより形成される半導体装置であって、前記I
Cチップは、 前記プリント配線基板との接合面側に形成された、前記
電気回路と接続するパッド部と、 前記パッド部上に形成された電気接続用バンプ部と、 前記パッド部以外の前記接合面の領域に形成された絶縁
層と、 前記絶縁層上に形成された金属層と、 前記金属層上に形成された少なくとも1つの放熱接合用
バンプ部とを備え、 前記電気接続用バンプ部と前記放熱接合用バンプ部を介
して前記プリント配線基板と接続することを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の半導体装置であって、 前記金属層は複数の島部分により構成され、前記放熱接
合用バンプ部は各島部分上に形成されていることを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項3】 電気配線が形成されたプリント配線基板
に電気回路を搭載したICチップをフリップチップ実装
することにより形成される半導体装置であって、前記プ
リント配線基板は、 前記ICチップとの接合面側に形成された、前記電気配
線と接続する電気接続用パッド部と、 前記電気配線と前記電気接続用パッド部以外の前記接合
面の領域に形成された放熱接合用パッド部とを備え、 前記電気接続用パッド部と前記放熱接合用パッド部を介
して前記ICチップと接続することを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項4】 請求項3に記載の半導体装置であって、 前記プリント配線基板は、前記接合面の反対側の面に接
着された放熱板を備えることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項5】 請求項4に記載の半導体装置であって、 前記放熱板は接着面と反対側の面に複数の放熱用の溝を
有することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項6】 電気配線が形成されたプリント配線基板
に電気回路を搭載したICチップをフリップチップ実装
することにより形成される半導体装置であって、前記プ
リント配線基板は、 前記ICチップとの接合面側に形成された、前記電気配
線と接続する電気接続用パッド部と、 前記電気配線と前記電気接続用パッド部以外の前記接合
面の領域に形成された開口部と、 前記接合面の反対側の面に接着された、前記開口部に入
り込む凸部を有する放熱板とを備え、 前記電気接続用パッド部と前記放熱板を介して前記IC
チップと接続することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項7】 請求項6に記載の半導体装置であって、 前記放熱板は前記接着面と反対側の面に複数の放熱用の
溝を有することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項8】 電気配線が形成されたプリント配線基板
に電気回路を搭載したICチップをフリップチップ実装
することにより形成された半導体装置であって、 前記ICチップは、前記プリント配線基板との接合面側
に形成された、前記電気回路と接続する複数の第一パッ
ド部と、前記第一パッド部上に形成された電気接続用バ
ンプ部と、前記第一パッド部以外の前記接合面の領域に
形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された金属層
と、前記金属層上に形成された複数の放熱接合用バンプ
部とを備え、 前記プリント配線基板は、前記ICチップとの接合面側
に形成された、前記電気配線と接続する複数の第二パッ
ド部と、前記電気配線と前記第二パッド部以外の前記接
合面の領域に形成された放熱接合用パッド部とを備え、 前記電気接続用バンプ部及び前記放熱接合用バンプ部は
それぞれ、前記第二パッド部及び前記放熱用パッドと接
続していることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項9】 請求項8に記載の半導体装置であって、 前記プリント配線基板は、前記ICチップとの接合面の
反対側の面に接着された放熱板を備えることを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項10】 請求項9に記載の半導体装置であっ
て、 前記放熱板は接着面と反対側の面に複数の溝を有するこ
とを特徴とする半導体装置。 - 【請求項11】 請求項8〜請求項10のうち、いずれ
か1項に記載の半導体装置であって、 前記金属層は複数の島部分により構成され、前記放熱接
合用バンプ部は各島部分上に形成されていることを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項12】 電気配線が形成されたプリント配線基
板に電気回路を搭載したICチップをフリップチップ実
装することにより形成された半導体装置であって、 前記ICチップは、前記プリント配線基板との接合面側
に形成された、前記電気回路と接続する複数の第一パッ
ド部と、前記第一パッド部上に形成された電気接続用バ
ンプ部と、前記接合面の前記第一パッド部以外の領域に
形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された金属層
と、前記金属層上に形成された複数の放熱接合用バンプ
部とを備え、 前記プリント配線基板は、前記ICチップとの接合面側
に形成された、前記電気配線と接続する複数の第二パッ
ド部と、前記電気配線と前記第二パッド部以外の前記接
合面の領域に形成された開口部と、前記接合面の反対側
の面に接着された、前記開口部に入り込む凸部を有する
放熱板とを備え、 前記電気接続用バンプ部及び前記放熱接合用バンプ部は
それぞれ、前記第二パッド部及び前記放熱板と接続して
いることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項13】 請求項12に記載の半導体装置であっ
て、 前記放熱板は接着面と反対側の面に複数の放熱用の溝を
有することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項14】 請求項12又は請求項13に記載の半
導体装置であって、 前記金属層は複数の島により構成され、各島毎に前記放
熱接合用バンプ部が形成されていることを特徴とする半
導体装置。
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JP2002086738A JP2003282631A (ja) | 2002-03-26 | 2002-03-26 | 半導体装置 |
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JP (1) | JP2003282631A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7199467B2 (en) | 2003-02-21 | 2007-04-03 | Fujitsu Limited | Semiconductor device with improved heat dissipation, and a method of making semiconductor device |
US7554193B2 (en) | 2005-08-16 | 2009-06-30 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor device |
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2002
- 2002-03-26 JP JP2002086738A patent/JP2003282631A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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