JP2970101B2 - 半導体素子の支持基板及びそれを使用した回路装置 - Google Patents
半導体素子の支持基板及びそれを使用した回路装置Info
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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- Wire Bonding (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フリップチップ方式で
実装した半導体素子と基板との熱膨脹係数の差によって
生じる応力を分散し、信頼性を向上させるための半導体
素子の支持基板及びそれを使用した回路装置に関する。
実装した半導体素子と基板との熱膨脹係数の差によって
生じる応力を分散し、信頼性を向上させるための半導体
素子の支持基板及びそれを使用した回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体素子を多数個用いる機器の
開発が促進されている。半導体実装方法においては機器
をより小型化,高機能化するために、より高密度な実装
方法の検討が行われており、従来の挿入型であるDIL
型パッケージから面実装型であるQFP型へ、さらには
半導体素子を樹脂モールドしないベアチップ実装方式で
あるワーヤーボンディング方式やフリップチップ(以下
FC方式と略す)に移行しつつある。
開発が促進されている。半導体実装方法においては機器
をより小型化,高機能化するために、より高密度な実装
方法の検討が行われており、従来の挿入型であるDIL
型パッケージから面実装型であるQFP型へ、さらには
半導体素子を樹脂モールドしないベアチップ実装方式で
あるワーヤーボンディング方式やフリップチップ(以下
FC方式と略す)に移行しつつある。
【0003】以下に従来のFC方式について図5を用い
て説明する。図において、11は半導体素子(以下チッ
プと呼ぶ)、12はチップ上に形成された電極端子(以
下パッドと呼ぶ)、13は突起電極(以下バンプと呼
ぶ)、15は回路基板であり、16は回路基板15上に
形成されたパッドである。このようなFC方式は、チッ
プ11の回路基板15に対する占有面積がチップ11の
サイズと同等であり、非常に高密度なデバイスを得るこ
とができる。また、チップ11と回路基板15間の配線
長が他の実装方式に比べ極端に短くなり、渦電流による
高周波特性の劣化や信号の遅延も改善される。
て説明する。図において、11は半導体素子(以下チッ
プと呼ぶ)、12はチップ上に形成された電極端子(以
下パッドと呼ぶ)、13は突起電極(以下バンプと呼
ぶ)、15は回路基板であり、16は回路基板15上に
形成されたパッドである。このようなFC方式は、チッ
プ11の回路基板15に対する占有面積がチップ11の
サイズと同等であり、非常に高密度なデバイスを得るこ
とができる。また、チップ11と回路基板15間の配線
長が他の実装方式に比べ極端に短くなり、渦電流による
高周波特性の劣化や信号の遅延も改善される。
【0004】しかしながら上記の構成では、チップ11
に比べ回路基板15の熱膨脹係数が大きいために、ヒー
トサイクル試験で生じた応力により、バンプ13がパッ
ド12及び回路基板15から破断しやすい。この応力に
対する信頼性を高めるために、バンプの高さを高くすれ
ばヒートサイクル性が向上するという報告もあるが、バ
ンプ材料として半田を用いた場合、バンプ13を高くす
るためにはパッド12のサイズを大きくしなければなら
ず、結果、チップ11そのものを大きくしなければなら
ず高密度実装からかけ離れた実装形態になる。
に比べ回路基板15の熱膨脹係数が大きいために、ヒー
トサイクル試験で生じた応力により、バンプ13がパッ
ド12及び回路基板15から破断しやすい。この応力に
対する信頼性を高めるために、バンプの高さを高くすれ
ばヒートサイクル性が向上するという報告もあるが、バ
ンプ材料として半田を用いた場合、バンプ13を高くす
るためにはパッド12のサイズを大きくしなければなら
ず、結果、チップ11そのものを大きくしなければなら
ず高密度実装からかけ離れた実装形態になる。
【0005】そこで、図6aに示すようにチップ11と
回路基板15との間に樹脂製の支持基板14を介在させ
て、それぞれの間をバンプ13a,13b,13cで接
続し、チップ11の大きさを変えずにヒートサイクル性
を向上させようとするものが提案されている(『VLS
I CHIP INTERCONNECTION TE
CHNOLOGY USING STACKED SO
LDER BUNPS』 IMC 1998 Proc
eedings,Tokyo,May25−27,19
88)。この支持基板14は同図bの平面図に示すよう
に、チップ11のパッド12と回路基板15のパッド1
6とに対向するように、外周部にパッド17が形成され
ている。このパッド17は同図cの支持基板14の拡大
断面図に示すように、支持基板14の基材となる樹脂製
のフィルム33に形成された透孔32上に形成され、T
iの金属層31の両側を銅30で覆った構造をしてい
る。
回路基板15との間に樹脂製の支持基板14を介在させ
て、それぞれの間をバンプ13a,13b,13cで接
続し、チップ11の大きさを変えずにヒートサイクル性
を向上させようとするものが提案されている(『VLS
I CHIP INTERCONNECTION TE
CHNOLOGY USING STACKED SO
LDER BUNPS』 IMC 1998 Proc
eedings,Tokyo,May25−27,19
88)。この支持基板14は同図bの平面図に示すよう
に、チップ11のパッド12と回路基板15のパッド1
6とに対向するように、外周部にパッド17が形成され
ている。このパッド17は同図cの支持基板14の拡大
断面図に示すように、支持基板14の基材となる樹脂製
のフィルム33に形成された透孔32上に形成され、T
iの金属層31の両側を銅30で覆った構造をしてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように支持基板14を設けるFC方式においても、パッ
ド17がチップ11の外周部に設けられた電極端子に対
応した位置にのみ形成されているため、ヒートサイクル
試験においてチップ11と回路基板15の熱膨脹係数の
差によって生じる応力が外周部のバンプに集中してしま
い、なおも信頼性が劣るという問題を有していた。
ように支持基板14を設けるFC方式においても、パッ
ド17がチップ11の外周部に設けられた電極端子に対
応した位置にのみ形成されているため、ヒートサイクル
試験においてチップ11と回路基板15の熱膨脹係数の
差によって生じる応力が外周部のバンプに集中してしま
い、なおも信頼性が劣るという問題を有していた。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体素子の支持基板は、回路基板と外周
部に沿って電極端子が設けられた半導体素子との間に配
置され、表面には前記半導体素子の電極端子と対向する
位置に、突起電極を介して前記半導体素子の電極端子と
接続される第1の電極端子を形成し、裏面には前記第1
の電極端子と導通し、他の突起電極を介して前記回路基
板に設けられた電極端子と対向する位置にて接続される
第2の電極端子をその全面にわたって形成してなる支持
基板であって、前記第1と第2の電極端子をそれぞれ別
層の導電体層で形成するとともに、前記支持基板の外周
に形成した第1の電極端子に対向する位置にも、前記第
2の電極端子を配置したものである。
に、本発明の半導体素子の支持基板は、回路基板と外周
部に沿って電極端子が設けられた半導体素子との間に配
置され、表面には前記半導体素子の電極端子と対向する
位置に、突起電極を介して前記半導体素子の電極端子と
接続される第1の電極端子を形成し、裏面には前記第1
の電極端子と導通し、他の突起電極を介して前記回路基
板に設けられた電極端子と対向する位置にて接続される
第2の電極端子をその全面にわたって形成してなる支持
基板であって、前記第1と第2の電極端子をそれぞれ別
層の導電体層で形成するとともに、前記支持基板の外周
に形成した第1の電極端子に対向する位置にも、前記第
2の電極端子を配置したものである。
【0008】
【作用】この構成では、熱膨張係数の差によってチップ
や配線基板に生じる応力は、支持基板のチップ占有領域
全面に分散したバンプに分散される。このため、外周部
にバンプを配置したものに比べ、それぞれのバンプに生
じる応力は小さくなり、ヒートサイクル試験においてそ
の信頼性は飛躍的に向上する。また特に、支持基板は、
第1の電極端子と第2の電極端子とを別層の導電体層で
形成し、第1の電極端子と対向する裏面側の位置にも第
2の電極端子を形成するようにしている。このため支持
基板の裏面全面を有効に利用できるため、回路基板と接
続する突起電極を太くしたり、互いの電極間も広くした
りでき、ヒートサイクルに対する信頼性をより向上させ
ることができる。
や配線基板に生じる応力は、支持基板のチップ占有領域
全面に分散したバンプに分散される。このため、外周部
にバンプを配置したものに比べ、それぞれのバンプに生
じる応力は小さくなり、ヒートサイクル試験においてそ
の信頼性は飛躍的に向上する。また特に、支持基板は、
第1の電極端子と第2の電極端子とを別層の導電体層で
形成し、第1の電極端子と対向する裏面側の位置にも第
2の電極端子を形成するようにしている。このため支持
基板の裏面全面を有効に利用できるため、回路基板と接
続する突起電極を太くしたり、互いの電極間も広くした
りでき、ヒートサイクルに対する信頼性をより向上させ
ることができる。
【0009】
【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。図1は本発明の第1の実施例における
半導体の支持基板の平面図を示すものである。図におい
て、支持基板14は、その表面の外周部にチップ11の
パッド12に対向するようにバンプ13aが接続される
パッド21を形成し、その裏面に回路基板15とバンプ
13bを介して接続するためのパッド22を碁盤目状に
形成してなるものである。
ながら説明する。図1は本発明の第1の実施例における
半導体の支持基板の平面図を示すものである。図におい
て、支持基板14は、その表面の外周部にチップ11の
パッド12に対向するようにバンプ13aが接続される
パッド21を形成し、その裏面に回路基板15とバンプ
13bを介して接続するためのパッド22を碁盤目状に
形成してなるものである。
【0010】ここでパッド21の真下にパッド22を配
置することができないと、支持基板14の裏面を有効に
活用することができない。図1aに示すようにパッド2
1の真下にもパッド22を配置するためには、そのB−
B断面の同図cに示すように、支持基板14内にパッド
21の導電層とパッド22の導電層とを2層に形成し、
上下導電層間を導通させる構成にすれば良い。上下導電
層間の接続には、たとえばメッキ法のような既知の方法
で行えば良い。
置することができないと、支持基板14の裏面を有効に
活用することができない。図1aに示すようにパッド2
1の真下にもパッド22を配置するためには、そのB−
B断面の同図cに示すように、支持基板14内にパッド
21の導電層とパッド22の導電層とを2層に形成し、
上下導電層間を導通させる構成にすれば良い。上下導電
層間の接続には、たとえばメッキ法のような既知の方法
で行えば良い。
【0011】また実装方法は、図1bに示すようにまず
バンプ13aの形成されたチップ11と支持基板14の
パッド21を接続し、次いで、支持基板14の裏面の碁
盤目状のパッド22にそれぞれバンプ13bを形成した
後に回路基板15と接続する。なお、さきに述べた実装
方法以外にも、予め回路基板上15にバンプ材料を形成
しておき、支持基板14にチップ11を接続したモジュ
ールを設置し、加熱によりモジュールと回路基板15と
を接続しても良く、さらには、支持基板14上にバンプ
13a,13bを形成しておき、チップ,支持基板1
4,回路基板15をアライメント後、加熱等の方法にて
一括で接続しても良い。
バンプ13aの形成されたチップ11と支持基板14の
パッド21を接続し、次いで、支持基板14の裏面の碁
盤目状のパッド22にそれぞれバンプ13bを形成した
後に回路基板15と接続する。なお、さきに述べた実装
方法以外にも、予め回路基板上15にバンプ材料を形成
しておき、支持基板14にチップ11を接続したモジュ
ールを設置し、加熱によりモジュールと回路基板15と
を接続しても良く、さらには、支持基板14上にバンプ
13a,13bを形成しておき、チップ,支持基板1
4,回路基板15をアライメント後、加熱等の方法にて
一括で接続しても良い。
【0012】以上のように形成された支持基板14は、
パッド22を大きくしかも各パッド間の間隔も広くする
ことができるので、同図bの回路装置の断面図に示すよ
うに、パンプ13bや回路基板15のパッド16も大き
くしかも間隔をあけて配置できる。このため、回路基板
15と支持基板14との位置合わせが容易になり、特
に、グリーンシート方式を用いるセラミック基板を回路
基板とした際に、焼成時のグリーンシート収縮ばらつき
による回路基板15のパッドの位置がばらつくことを完
全にカバーでき、実装時の位置合わせによる歩留まりの
低下を極端に抑えることが可能になる。
パッド22を大きくしかも各パッド間の間隔も広くする
ことができるので、同図bの回路装置の断面図に示すよ
うに、パンプ13bや回路基板15のパッド16も大き
くしかも間隔をあけて配置できる。このため、回路基板
15と支持基板14との位置合わせが容易になり、特
に、グリーンシート方式を用いるセラミック基板を回路
基板とした際に、焼成時のグリーンシート収縮ばらつき
による回路基板15のパッドの位置がばらつくことを完
全にカバーでき、実装時の位置合わせによる歩留まりの
低下を極端に抑えることが可能になる。
【0013】また、本実施例における支持基板14は、
通常のテープキャリア方式での実装に用いられる検査装
置及び設備が流用することができ、連続生産性を高める
ことができる。すなわち、図2に示すように、支持基板
14を可撓性を有するテープ状のフィルム5に連続して
形成しておけば、図3に示すように、リールトウリール
といわれる連続生産が可能になる。図2において、2は
パッド21に導通する試験用電極であり、破線3はチッ
プ11の外形寸法である。チップ11の実装時には、送
り穴4を設けた一定幅の連続したフィルム5を供給リー
ル6から巻き取りリール7に供給し、ワークエリアWに
おいてチップ11をパッド21にバンプ13aを介して
接続した後、試験用電極2によりチップ11の接続後の
試験を行う。この工程の後、良品のみを前記チップ外形
3にて打ち抜き、回路基板15に接続する。
通常のテープキャリア方式での実装に用いられる検査装
置及び設備が流用することができ、連続生産性を高める
ことができる。すなわち、図2に示すように、支持基板
14を可撓性を有するテープ状のフィルム5に連続して
形成しておけば、図3に示すように、リールトウリール
といわれる連続生産が可能になる。図2において、2は
パッド21に導通する試験用電極であり、破線3はチッ
プ11の外形寸法である。チップ11の実装時には、送
り穴4を設けた一定幅の連続したフィルム5を供給リー
ル6から巻き取りリール7に供給し、ワークエリアWに
おいてチップ11をパッド21にバンプ13aを介して
接続した後、試験用電極2によりチップ11の接続後の
試験を行う。この工程の後、良品のみを前記チップ外形
3にて打ち抜き、回路基板15に接続する。
【0014】このように、支持基板14と試験用電極2
とをテープ状に形成することにより、支持基板14上に
チップ11を接続した後にモジュールとして試験が可能
となり、インラインでの検査が容易に行えるようにな
る。これにより、回路基板15への実装歩留まりを飛躍
的に向上させることができ、作業性の良い実装方法が得
られる。また、試験用電極2は、フィルム5の裏面また
は両面に形成しても良い。
とをテープ状に形成することにより、支持基板14上に
チップ11を接続した後にモジュールとして試験が可能
となり、インラインでの検査が容易に行えるようにな
る。これにより、回路基板15への実装歩留まりを飛躍
的に向上させることができ、作業性の良い実装方法が得
られる。また、試験用電極2は、フィルム5の裏面また
は両面に形成しても良い。
【0015】また、支持基板14と回路基板15の間に
は、図4に示すような支持基板14のパッド22と回路
基板15のパッドと対向する位置にパッド33を形成し
た第2の支持基板19を介在させても良く、さらにこの
支持基板を多数用いてチップ11と回路基板15の間隔
を広げ、信頼性をさらに高めることもできる。
は、図4に示すような支持基板14のパッド22と回路
基板15のパッドと対向する位置にパッド33を形成し
た第2の支持基板19を介在させても良く、さらにこの
支持基板を多数用いてチップ11と回路基板15の間隔
を広げ、信頼性をさらに高めることもできる。
【0016】なお、以上の実施例において、パッドは支
持基板の裏面に碁盤目状に配置したが、支持基板の裏面
全体を有効に利用し、バンプ内に発生する応力を分散さ
せるものであれば他の配列にしても良い。
持基板の裏面に碁盤目状に配置したが、支持基板の裏面
全体を有効に利用し、バンプ内に発生する応力を分散さ
せるものであれば他の配列にしても良い。
【0017】
【発明の効果】以上のように本発明の半導体素子の支持
基板は、回路基板とバンプを介して接続するためのパッ
ドを、支持基板の全面に分散して配置したので、回路基
板との熱膨張係数の差により生じる変形及び応力は著し
く小さくなる。このため、ヒートサイクルにおける信頼
性の高い回路装置を提供することができる。また、これ
らのパッドの大きさも従来のものに比べて大きく、しか
も間隔をあけて形成できるので、回路基板の電極位置の
ばらつきに影響されることなく実装時の位置決めを容易
に行える。また特に、支持基板は、第1の電極端子と第
2の電極端子とを別層の導電体層で形成し、第1の電極
端子と対向する裏面側の位置にも第2の電極端子を形成
する場合には、支持基板の裏面全面をより有効に利用で
きるため、回路基板と接続する突起電極をより太くした
り、互いの電極間もより広くしたりでき、ヒートサイク
ルに対する信頼性をより向上させることができる。さら
に、リールトゥリールでの連続生産も可能で、支持基板
にチップを載せた状態でチップの動作検査を行うことに
より、実装歩留まりを向上させることができる。
基板は、回路基板とバンプを介して接続するためのパッ
ドを、支持基板の全面に分散して配置したので、回路基
板との熱膨張係数の差により生じる変形及び応力は著し
く小さくなる。このため、ヒートサイクルにおける信頼
性の高い回路装置を提供することができる。また、これ
らのパッドの大きさも従来のものに比べて大きく、しか
も間隔をあけて形成できるので、回路基板の電極位置の
ばらつきに影響されることなく実装時の位置決めを容易
に行える。また特に、支持基板は、第1の電極端子と第
2の電極端子とを別層の導電体層で形成し、第1の電極
端子と対向する裏面側の位置にも第2の電極端子を形成
する場合には、支持基板の裏面全面をより有効に利用で
きるため、回路基板と接続する突起電極をより太くした
り、互いの電極間もより広くしたりでき、ヒートサイク
ルに対する信頼性をより向上させることができる。さら
に、リールトゥリールでの連続生産も可能で、支持基板
にチップを載せた状態でチップの動作検査を行うことに
より、実装歩留まりを向上させることができる。
【0018】また、支持基板と回路基板との間に、支持
基板の電極端子または回路基板の電極端子と対向する位
置に電極端子を設けた第2の支持基板を少なくとも1枚
以上介在させて、チップと回路基板との間隔を広げるよ
うにすれば、さらに応力に対する信頼性の高い回路装置
を得ることができる。
基板の電極端子または回路基板の電極端子と対向する位
置に電極端子を設けた第2の支持基板を少なくとも1枚
以上介在させて、チップと回路基板との間隔を広げるよ
うにすれば、さらに応力に対する信頼性の高い回路装置
を得ることができる。
【図1】(a)本発明の第1の実施例における半導体素子の支持
基板の透視図 (b)同実施例における半導体素子の支持基板を使用し
た回路装置の断面図 (c)同実施例における半導体素子の支持基板の断面図
基板の透視図 (b)同実施例における半導体素子の支持基板を使用し
た回路装置の断面図 (c)同実施例における半導体素子の支持基板の断面図
【図2】本発明の他の実施例における半導体素子の支持
基板の平面図
基板の平面図
【図3】同実施例における生産工程説明図
【図4】その他の実施例において用いられる第2の支持
基板の断面図
基板の断面図
【図5】従来の回路装置の断面図
【図6】(a)従来の半導体素子の支持基板を使用した回路装置
の断面図 (b)従来の半導体素子の支持基板の平面図 (c)同支持基板の拡大断面図
の断面図 (b)従来の半導体素子の支持基板の平面図 (c)同支持基板の拡大断面図
【符号の説明】 2 試験用電極 5 テープ状フィルム 11 半導体素子 12 電極端子 13a 突起電極 13b 突起電極 14 支持基板 15 回路基板 16 電極端子 19 第2の支持基板 21 半導体素子の電極に対向した電極端子 22 碁盤目状に配置した電極端子
Claims (3)
- 【請求項1】回路基板と外周部に沿って電極端子が設け
られた半導体素子との間に配置され、表面には前記半導
体素子の電極端子と対向する位置に、突起電極を介して
前記半導体素子の電極端子と接続される第1の電極端子
を形成し、裏面には前記第1の電極端子と導通し、他の
突起電極を介して前記回路基板に設けられた電極端子と
対向する位置にて接続されるよう、第2の電極端子をそ
の全面にわたって形成してなる支持基板であって、前記
第1と第2の電極端子をそれぞれ別層の導電体層で形成
するとともに、前記支持基板の外周に形成した第1の電
極端子に対向する位置にも、前記第2の電極端子を配置
したことを特徴とする半導体素子の支持基板。 - 【請求項2】回路基板と外周部に沿って電極端子が設け
られた半導体素子との間に配置され、表面には前記半導
体素子の電極端子と対向する位置に、突起電極を介して
前記半導体素子の電極端子と接続される第1の電極端子
を形成し、裏面には前記第1の電極端子と導通し、他の
突起電極を介して前記回路基板に設けられた電極端子と
対向する位置にて接続される第2の電極端子をその全面
にわたって形成してなる支持基板を、可撓性を有するテ
ープ状の基材に、第1の電極端子に接続された試験用電
極とともに連続して形成したことを特徴とする半導体素
子の支持基板。 - 【請求項3】その表面には、外周部に沿って電極端子が
設けられた半導体素子の前記電極端子と対向する位置に
第1の電極端子が配置され、その裏面には前記第1の電
極端子と導通する第2の電極端子が全面にわたって配置
された支持基板を前記半導体素子と接続し、前記支持基
板と回路基板との間に、支持基板の第2の電極端子と前
記回路基板の電極端子とに対向する位置に電極端子を設
けた第2の支持基板を少なくとも1枚以上介在させ、そ
れぞれ対向する電極端子の間を突起電極を介して接続し
てなることを特徴とする半導体素子の支持基板を使用し
た回路装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20921991A JP2970101B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | 半導体素子の支持基板及びそれを使用した回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20921991A JP2970101B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | 半導体素子の支持基板及びそれを使用した回路装置 |
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