JP2843658B2 - フリップチップ型半導体装置 - Google Patents
フリップチップ型半導体装置Info
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Description
装してなる半導体装置に関し、特に信頼性に優れたフリ
ップチップ型半導体装置に関する。
アップ方式であるワイヤーボンディング法、フェースダ
ウン方式であるハンダバンプ法と導電性エポキシ樹脂接
着剤や導電性ポリイミド樹脂接着剤による方法、および
テープオートメーティッドボンディング法(TAB法)が
採用されている。近年のLSIの高集積化、高機能化に伴
い、半導体素子の電極パッドは、現在は100μm角であ
り、将来は数十μm角となり、その電極数も増加する傾
向にあり、更にパッド間のピッチも狭小化する傾向にあ
る。これらの高密度実装、多ピン化に対応するパッケー
ジ技術として、TAB法、ピングリッドアレー(PGA)パッ
ケージ、クゥオードフラットパッケージ(QFP)等があ
る。しかし、TAB法でも、低接続抵抗確保の為接合面積
が大きくなり、コストが高いなどの問題点がある。ま
た、PGA、QFP等のICパッケージでは、高密度実装、コス
トの点で限界があり、フリップチップ実装が急激に増加
しつつある。
極の微細化に限界がある。また、、ヒートサイクルテス
トやヒートショックテストなどの信頼性試験において、
半導体素子の大型化に伴い、実装基板と半導体素子の熱
膨張係数の違いによる熱的ストレスによって、バンプク
ラックの発生やバンプのルーズコンタクト、接続抵抗の
増加(導通不良)が起こるという問題がある。ところ
が、半導体素子表面の電極と基板上の電極の接続(バン
プ接続)に導電性のエポキシ樹脂接着剤やポリイミド樹
脂接着剤を使用すると、半導体素子と基板との熱膨張係
数の違いにより、例えば実装基板がガラスの場合はガラ
スにクラックを生じたり、導電性エポキシ樹脂接着剤等
にクラックを生じるという問題がある。さらに、ハンダ
バンプ法では、ハンダクラックのみならず、不良が発生
した半導体素子の修理ができないなどの問題点がある。
常、半導体素子表面を封止樹脂で保護しているが、例え
ば、ハンダや導電性エポキシ樹脂接着剤等でバンプ接続
した半導体素子表面を、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、
ポリイミド樹脂等の硬質樹脂で保護した場合、特に前記
のバンプクラック発生やバンプのルーズコンタクトが一
層顕著であるという問題がある。
た結果、導電性シリコーンエラストマーを電極の接合部
に使用し、半導体素子表面の封止材としてエラストマー
封止材を使用することにより上記問題点を解決すること
を見いだし、本発明に到達した。
装してなる半導体装置において、該半導体素子表面と該
基板上の電極を導電性シリコーンエラストマーにより接
続し、更に該半導体素子の少なくとも能動部表面をエラ
ストマー封止材により保護してなることを特徴とする、
フリップチップ型半導体装置に関する。
ラ、MOS、HEMTなどのいずれでもよく、機能の点からロ
ジックIC、メモリICなどのいずれでもよく、集積度の点
から集積回路(IC)、混成IC、個別半導体(例えば、ト
ランジスター、サイリスター)などのいずれでもよい。
ン、ガリウム砒素、硫化カドミウムなどいずれの材料で
できていてもよい。
板、セラミック基板、金属複合基板、プラスチック基板
などのいずれでもよい。半導体素子表面の電極部分は、
アルミボンディングパッド、金バンプが予め付属したも
のなどのいずれでもよい。
コーンエラストマーにより接続されている。この導電性
シリコーンエラストマーは、25℃における引張ヤング率
が通常100Kgf/cm2以下であり、導電性エポキシ樹脂接着
剤よりもヤング率が低いので、半導体素子のボンディン
グパッドや、回路基板の接続部分およびバンプへの応力
集中を緩和し、かつ低接続抵抗値を維持することができ
る。導電性シリコーンエラストマーとしては、作業性に
優れ、高純度であり、導電性フィラーを配合した自己接
着性の付加反応硬化型シリコーンゴム組成物に半導体素
子表面の電極と基板上の電極に接触した状態で硬化させ
たものが好ましく、シリコーンゴムのみならず、シリコ
ーンゲルであってもよい。基板上に実装された半導体素
子の少なくとも能動部表面はエラストマー封止材により
保護されているので、外的要因から保護され、信頼性試
験においても長期間、低接続抵抗を維持することができ
る。絶縁性エラストマー封止剤としては、シリコーンエ
ラストマー封止材が好ましく、ついで低応力エポキシ樹
脂封止材が好ましい。シリコーンエラストマー封止材と
しては高純度であり、自己接着性の付加反応硬化型シリ
コーンゴム組成物を半導体素子の少なくとも能動部分に
接した状態で硬化させたものが好ましく、シリコーンゴ
ムのみならずシリコーンゲルであってもよい。
よび粘度は25℃における値である。
実施例の縦断面概略図である。
膜2面がガラス製基板3に向い合う形でLSIチップ1が
ガラス製基板3に実装されている。
電極パッド4が計120個点在しており、電極パッド4は
パッシベーション膜2と連結している。ガラス製基板3
の電極パッド4に向い合った面上には基板電極5が120
個点在しており、互いに向い合った位置にある各電極パ
ッド4と各基板電極5は導電性シリコーンゴム6により
接続している。すなわち、各電極パッド4と各基板電極
5に導電性シリコーンゴム6が接着して電気的に結合し
ている。
末を含有している自己接着性の付加反応硬化型シリコー
ンゴム組成物を電極パッド4と基板電極5とに接触した
状態で加熱して硬化させたものである。
×10-4Ω・cmであり、引張ヤング率が50Kgf/cm2であ
る。
性シリコーンゴム7が封入されており、この絶縁性シリ
コーンゴム7は、LSIチップ1のパッシベーション膜2
と電極パッド4とLSIチップ1自体の側面に接着し、さ
らに、ガラス製基板3とその面上の基板電極5に接着し
ている。
cpである自己接着性の付加反応硬化型シリコーンゴム組
成物を、LSIチップ1のパッシベーション膜2と電極パ
ッド4とLSIチップ1自体の側面と、ガラス製基板3と
その面上の基板電極5とに接触した状態で加熱硬化させ
たものである。JIS K6301のA型硬度計による硬度が15
であり、体積固有抵抗率が1.5×1015Ω・cmであり、結
晶化温度がなく、ガラス転移点が−120℃である。
を行い、その結果を第1表に示した。
分間置き、+25℃の空気中に5分間置き、+85℃の空気
中に30分間置き、+25℃の空気中に5分間置き、ついで
−40℃の空気中に30分間置き、これを1サイクルとして
半導体装置の50%にバンプクラックが発生するまでのサ
イクル数と接続抵抗値の上昇率が初期値の50%以上にな
ったサイクル数の小さい方を寿命とした。
分間置き、ついで直ちに+85℃の空気中に30分間置き、
これを1サイクルとして、半導体装置の50%にバンプク
ラックが発生するまでのサイクル数と接続抵抗値の上昇
率が初期値の50%以上になったサイクル数の小さい方を
寿命とした。
置し、接続抵抗値の上昇率が初期値の50%以上になった
時点を寿命とした。
気中に置き、接続抵抗値が初期値の50%以上になった時
点を寿命とした。
導電性エポキシ樹脂接着剤を使用し、シリコーンゴム7
の替りに絶縁性エポキシ樹脂を使用した他はまったく同
一の半導体装置30個について、実施例1と同様の信頼性
試験を行い、その結果を第1表に示した。導電性エポキ
シ樹脂接着剤は、フィラーとして銀粉を含有し、アミン
を硬化剤としており、硬化後の体積固有抵抗率が1×10
-4Ω・cmであり、引張ヤング率が650Kg/cm2である。
り、アミンを硬化剤としており、硬化後の体積固有抵抗
率が3.0×1015Ω・cmであり、引張ヤング率が850Kg/cm2
である。
にハンダを使用した他はまったく同一の半導体装置30個
について、比較例1と同様に信頼性試験を行い、その結
果を第1表に示した。
子表面の電極と基盤上の電極を導電性シリコーンエラス
トマーにより接続し、かつ、半導体素子の少なくとも能
動部表面を絶縁性のエラストマーにより封止しているの
で、耐ヒートサイクル性や耐ヒートショック性に優れて
おり、半導体素子の大型化に伴い半導体素子と実装基板
の熱膨張係数の違いによる熱的ストレスがあってもバン
プクラックやルーズコンタクト、接続抵抗の増加(導通
不良)を生じさせず、耐低温放置性や耐湿性にも優れて
いるという特徴を有する。
断面概略図である。 1……LSIチップ、2……パッシベーション膜、3……
ガラス製基板、4……電極パッド、5……基板電極、6
……導電性シリコーンゴム、7……絶縁性シリコーンゴ
ム
Claims (4)
- 【請求項1】フリップチップ型半導体素子を基板上に実
装してなる半導体装置において、該半導体素子表面の電
極と該基板上の電極を導電性シリコーンエラストマーに
より接続し、更に該半導体素子の少なくとも能動部表面
を絶縁性エラストマー封止材により保護してなることを
特徴とする、フリップチップ型半導体装置。 - 【請求項2】エラストマー封止材がシリコーンエラスト
マー封止材であることを特徴とする、特許請求の範囲第
1項記載のフリップチップ型半導体装置。 - 【請求項3】導電性シリコーンエラストマーが導電性の
付加反応硬化型シリコーンエラストマーであり、シリコ
ーンエラストマー封止剤が付加反応硬化型シリコーンエ
ラストマー封止材であることを特徴とする、特許請求の
範囲第2項記載のフリップチップ型半導体装置。 - 【請求項4】導電性シリコーンエラストマーの25℃にお
ける引張ヤング率が、100Kgf/cm2以下であることを特徴
とする、特許請求の範囲第1項記載のフリップチップ型
半導体装置。
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