JP3882521B2 - 半導体装置の実装方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の実装方法に係り、特に実装時のボンディング荷重を低下させつつ、電機的な接続を確実に行わせるための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より基板上に半導体チップを実装するための技術が各種知られている。
例えば、実装技術として、ワイヤーボンディング方式やフリップチップボンディング方式などが挙げられる。
ワイヤーボンディング方式によれば、図１３に示すように、基板１００上に半導体チップ１０１を接着剤等で固定し、半導体チップ１０１の電極と基板１００上の電極１０２とを導電ワイヤ１０３などを用いて空中配線接続をしている。
フリップチップボンディング方式によれば、図１４に示すように、半導体チップ２０１上に形成された導電性の電極（あるいは突起電極）２０２と基板上の電極との位置あわせを行い、合金接合や導電性粒子、導電性接着剤２０３などを用いた機械的接触により接続している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ワイヤーボンディング方式においては、図１３に示すように、半導体チップ１０１を基板１００上に搭載し、ワイヤーボンディング後に、機械的強度を持たせるために導電ワイヤを含む半導体チップ１０１をモールド剤１０４を塗布して埋設するように構成していた。この結果、モジュール１０５全体としての厚みが増加してしまうという不具合があった。
また、半導体チップ１０１を高周波回路として用いる場合には、ワイヤ長さが長くなりすぎ、高周波回路特性的に好ましくないという問題点があった。
フリップチップボンディング方式によれば、半導体チップ２０１の電極２０２および基板上の電極は、双方とも平面上に配置されているため、図１５に矢印で示すように、温度変化などに起因して生じる平面方向の材料伸縮を起こし、半導体チップ材料と基板材料との線膨張係数の違いにより電極接合部にせん断応力が働いて、電極接合部に亀裂が生じ、導通不良を起こす可能性があった。
【０００４】
また、多機能化を図るべく半導体チップサイズが大きくなり、さらに電極数が増加すると、半導体チップを基板の電極に実装する際のボンディング加重が大きくなり、半導体チップの能動面に応力が係り、半導体チップの特性を変化させる原因ともなっていた。
また、半導体チップの実装時には、基板に応力がかかるため、先に実装された半導体チップの電極部に亀裂を与えることになっていた。
また、ワイヤーボンディングと同様に基板上に半導体チップを搭載するためモジュールとしての厚みを増加させてしまうという問題点があった。
一方、半導体チップを大容量化、多機能化し、多くの入出力端子を半導体チップから基板上に接続する半導体チップの実装方法おいて、多くの入出力端子を突起電極として半導体チップ上に配置するには、電極の面積を縮小し、配置ピッチを微細化する必要があるため、機械的強度が十分に得られるほど突起電極の接続部の面積を確保することはできず、平面電極を形成しなければならないという問題点があった。
【０００５】
また、微少な電極を形成するために高度な技術レベルが要求されるという問題点があった。さらに微細化、多ピン化されるとともに、サイズが大型化した半導体チップの平面電極を基板上の電極に対し平面方向同士で実装するには、非常に大きなボンディング加重が必要となり、半導体チップあるいは基板に不要な応力を印加することとなってしまうという問題点があった。そこで、本発明の目的は、半導体チップの実装時のボンディング荷重を低減することができる実装方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、半導体装置の実装面にほぼ垂直な側面に溝状に形成された側面電極を有する半導体装置を基板上に実装する半導体装置の実装方法において、基板側に前記半導体装置を収容する収容凹部を設け、前記収容凹部内の内層配線パターンと基板表面の表層配線パターンとを前記側面電極に対応する位置に対応づけて導電性ワイヤで接続し、前記基板に垂直に前記半導体装置を前記収容凹部内に所定の圧力で押し込むことにより前記導電性ワイヤと前記側面電極を電気的に接続させる、ことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
［１］半導体チップの製造
まず、半導体チップの製造工程について説明する。
［１．１］ＬＳＩ形成工程
まず、Ｓｉ製のウェハに通常と同様の工程でＬＳＩを形成する。
ＬＳＩの形成工程は、洗浄工程、拡散工程、薄膜形成工程、パターニング工程を含む。
まず、洗浄工程は、ウェハを清浄な状態とすべく、洗浄を行う。
拡散工程は、ｐｎ接合工程や不純物プロファイル制御のために行われる。
薄膜形成工程は、シリコン窒化膜、多結晶シリコン、表面電極を含むアルミニウム電極等を形成する。
パターニング工程は、露光工程およびエッチング工程を含んでいる。露光工程は、シリコン基板上に塗布されたレジストを露光、現像して所定のレジストパターンを形成する。エッチング工程は、露光工程におけるレジストパターンをマスクとして下地膜をエッチングし、パターンを形成することとなる。
以下、洗浄工程、拡散工程、薄膜形成工程、パターニング工程繰り返して複数のＬＳＩをウェハ上に形成する。
【００１４】
［１．２］穿孔工程
図１にＬＳＩが形成されたウェハの外観斜視図を示す。
次に、複数のＬＳＩ１が形成されたウェハ２において、図２に示すように、ＬＳＩ１の周辺部分に形成された電極（表面電極）３近傍の領域であって各電極に対応する位置であって、仮想的に設けたダイシングラインＤＬに沿って側面電極形成用孔４を穿孔して形成する。
側面電極形成用孔の穿孔後、図３（ａ）に示すように、ＬＳＩおよび側面電極形成用孔の絶縁コーティング５を行う。
【００１５】
［１．３］メッキ工程
次に図３（ｂ）に示すように、表面電極の全部または一部の絶縁コーティングをレーザ加工などにより除去する。
そして、図３（ｃ）に示すように、一般的な電極用のメッキ材料６を用いて表面電極および側面電極形成用孔内にメッキ処理を施し、両者を導通状態とする。
次に表面電極および側面電極形成用孔にポリイミドコーティングなどの所定のコーティング処理を施す。
【００１６】
［１．４］ダイシング工程
次にウェハ２を切り離して半導体チップにすべくダイシングを行う。
この場合において、側面電極形成用孔４の中心点を通る直線（図２にダイシングラインＤＬとして表示）に沿ってウェハ２のダイシングを行い、半導体チップ２０（図４参照）を得る。
これにより、側面電極形成用孔４は、２等分され、側面電極１０となる。
図４に側面電極の外観斜視図を示す。
図４に示すように、側面電極１０は、竹を半分に割ったような形状となっている。
なお、得られる半導体チップ２０の厚さを低減する必要があれば、ダイシング前にウェハ２のＬＳＩ形成面に対向する面（半導体チップの裏面；実装面）２０Ａに機械的研磨あるいは化学的研磨を施すことにより厚さを低減することが可能である。
なお、ハーフダイシング状態であれば、ダイシング後に面２０Ａに機械的研磨あるいは化学的研磨を施すことにより厚さを低減することも可能である。
【００１７】
［２］半導体チップの基板への実装
次に半導体チップの基板への実装について各基板毎に説明する。
［２．１］フレキシブル基板の場合
まず、最初に実装対象の基板がフレキシブル基板の場合について説明する。
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体チップ２０の実装先がフレキシブル基板３０である場合には、フレキシブル基板３０の配線パターン３１を半導体チップ２０の側面電極１０に対応する位置に配置したオーバーハングパターンとする。配線パターン３１の材料としては、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などが用いられる。
そして、半導体チップ２０を吸着などの方法により支持したツールＴＬにより半導体チップ２０の位置合わせを行いながら、フレキシブル基板３０に垂直な方向（図５（ａ）中、矢印で示す。）から所定の圧力で加圧しながら実装する。
【００１８】
この場合に、半導体チップ２０の側面電極１０と、フレキシブル基板３０の配線パターン（オーバーハングパターン）３１とは図６に示すように接触状態となり、導通することとなる。
また、図７（ａ）に示すように、穿孔時に半導体チップの実装面側の側面電極の形状がテーパー形状となるように側面電極形成用孔４を形成すれば、図７（ｂ）に示すように、側面電極１０の実装面側はテーパー形状となり、図８に示すように、より確実に半導体チップ２０の側面電極１０と、フレキシブル基板３０の配線パターン３１（オーバーハングパターン）と、が電気的に接続状態となる。
このようなテーパー形状の側面電極形成用孔４を形成するためには、ＬＳＩ形成面側から所定の出力のレーザ光で穿孔を行えばよい。
さらに配線パターン（オーバーハングパターン）３１を弾性の高い材料で形成し、半導体チップ２０の実装による配線パターン（オーバーハングパターン）３１の変形に伴う反発力により電気的接続の確実性を向上させることも可能である。
さらにまた、あらかじめ配線パターン（オーバハングパターン）３１に半田メッキを施しておき、側面電極１０と半田付けを行って電気的接続を確保するように構成することも可能である。
【００１９】
［２．２］セラミック基板に貫通スルーホールを形成する場合
次に実装対象の基板がセラミック基板であり、このセラミック基板に貫通スルーホールを形成する場合について図９を参照して説明する。
図９に示すように、グリーン状態（焼成前）の多層セラミック基板４０の最表層となる表層基板４１の形成時に、次層につながる貫通スルーホール４２を形成し、この貫通スルーホール４２の半導体チップ２０配置側の半分を抜き落とすことにより、基板側側面電極４３を形成する。
その後、半導体チップ実装用凹部４４に相当する部分を打ち抜いた表層基板４１を含む他の層を構成する基板４５と張り合わせ、焼成して多層セラミック基板４０とする。
そして、図９に示すように、半導体チップ２０の側面電極１０と基板側側面電極４３との間を導電粒子入りの異方性導電接着剤４６を介して電気的に接続する。
この結果、半導体チップ２０と表層基板４１の次に積層されている基板４５との間には、異方性導電接着剤４６を入れる必要がないので、実装時のボンディング荷重を低減させることができ、半導体チップ２０に不要な応力を受けることがないので、半導体チップ２０の特性の変化を抑制し、実装時の破損を避けることができる。
すなわち、半導体実装時に導電粒子入りの異方性導電接着剤４６を側面方向に押し出しながら、異方性導電接着剤４６と基板側配線または異方性導電接着剤４６と基板表面との間に形成された気泡を押し出す必要がないので、半兆体チップ２０に大荷重が印加されることがないので、半導体チップ２０の特性の変化を抑制し、実装時の破損を避けることができるのである。
【００２０】
［２．３］リジット基板に貫通スルーホールを形成する場合
次に実装対象の基板がリジット基板であり、このリジット基板に貫通スルーホールを形成する場合について図１０を参照して説明する。
まず、図１０に示すように、多層リジット基板５０の全層あるいは所定の層まで貫通する貫通スルーホール５１を形成して、機械的切削加工により半導体チップ実装用凹部５２を形成するに際し、貫通スルーホール５１を深さ方向の半分程度まで、かつ、貫通スルーホール５１の半導体チップ２０配置側の半分を削り落とす。
これにより、貫通スルーホール５１は、基板側側面電極５３を形成することとなる。
そして、図１０に示すように、半導体チップ２０の側面電極１０と基板側側面電極５３との間を導電粒子入りの異方性導電接着剤５４を介して接続する。
この結果、［２．２］項において説明したセラミック基板の場合と同様に半導体チップ２０と半導体チップが対向する基板面５０Ａとの間には、異方性導電接着剤５４を入れる必要がない。
従って、実装時のボンディング荷重を低減させることができ、半導体チップ２０に不要な応力をかけることがないので、半導体チップ２０の特性の変化を抑制し、破損を防止することができる。
【００２１】
［２．４］基板に内層スルーホール（非貫通スルーホール）を形成する場合
続いて実装対象の基板がセラミック基板あるいはリジット基板であり、この基板に内層スルーホール形成する場合について図１１を参照して説明する。
まず、多層セラミック基板あるいは多層リジット基板である多層基板６０の表層基板から所定の内層基板まで内層スルーホール６１を形成し、表層基板と内層基板との間を電気的に接続する。
そして、セラミック基板の場合は、半導体チップ実装用凹部６２に相当する部分を打ち抜いた基板を含む各層を構成する基板を張り合わせ、焼成して多層セラミック基板とする。また、リジット基板の場合は、機械的切削加工により半導体チップ実装用凹部６２を形成する。
この場合に、内層スルーホール６１の半導体チップ２０配置側の半分を削り落とすことにより基板側側面電極６３を形成する。
そして、図１１に示すように、半導体チップ２０の側面電極２０と内層スルーホールを利用して形成された基板側側面電極６３との間を導電粒子入りの異方性導電接着剤６４を介して接続する。
【００２２】
この結果、［２．２］項および［２．３］項において説明したセラミック基板あるいはリジット基板の場合と同様に半導体チップ２０と半導体チップ２０が対向する基板面６５との間には、異方性導電接着剤６４を入れる必要がない。
従って、実装時のボンディング荷重を低減させることができ、半導体チップ２０に不要な応力がかかることがないので、半導体チップ２０の特性の変化を抑制し、破損を防止することができる。
【００２３】
また、導電粒子入りの異方性導電接着剤５４を介して接続する方法以外の方法としては、図１２に示すように、表層配線パターン７１と内層配線パターン７２とをワイヤボンディング装置によりワイヤ７３で接続し、半導体チップ２０を実装する際にワイヤ７３を半導体チップ側の側面電極１０と内層配線パターン７２（基板）との間に挟み込む。
これにより、半導体チップ２０の側面電極１０と、ワイヤ７３とは図１２に示すように接触状態となり、導通することとなる。
図１２においては、ワイヤ７３を表層配線パターン７１側に最初に接続し、その後、内層配線パターン７２側に接続する場合を図示しているが、ワイヤ７３を内層配線パターン７２側に最初に接続するように構成することも可能である。
さらに、上記各構成において、半導体チップ２０と半導体チップ２０が対向する基板７２との間には、必要に応じて、エポキシ系接着剤などを入れるようにしてもかまわない。
【００２４】
［３］実施形態の効果
以上の説明のように、本実施形態によれば、従来の実装方法と比較して実装時のボンディング荷重を低減することができ、平面方向のせん断応力を半導体チップに対して与えることがないので、半導体チップの特性の変化を抑制し、破損を防止することができる。
また、半導体チップ側の側面電極と基板側の側面電極とは、温度変化などに伴う半導体チップあるいは基板の変形（平面方向の変形）の影響を受けにくく、接続部に亀裂等が発生しにくく、接続信頼性を向上することができる。
すなわち、従来は、電極に対して直行する方向にせん断応力がかかることになっていたのに対し、本実施形態によれば、せん断応力に平行する形で半導体チップの電極と基板電極とが接続されており、弾性を有することとなって半導体チップあるいは基板の変形の影響を受けにくくなっているのである。
さらに半導体チップを含むモジュールの厚みを低減することが可能となる。
以上の説明においては、基板の一方の面に半導体チップを実装する場合について述べたが、基板実装時のボンディング荷重が低いため、基板の両面に実装することも可能となっている。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、実装時のボンディング荷重を低減することができ、平面方向のせん断応力を半導体チップに対して与えることがないので、半導体チップの特性の変化を抑制し、破損を防止することができる。
また、半導体装置の電極と基板電極との間の接続を確実に行え、接続信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＬＳＩが形成されたウェハの外観斜視である。
【図２】 側面電極形成用孔の穿孔についての説明図である。
【図３】 側面電極の導通をとるための半導体装置の製造方法の説明図である。
【図４】 側面電極の外観斜視図である。
【図５】 配線パターンをオーバーハングパターンとした場合の実装説明図である。
【図６】 側面電極と配線パターン（オーバーハングパターン）との接続状態の説明図である。
【図７】 実装面側がテーパー形状となっている側面電極の説明図である。
【図８】 側面電極の実装面側はテーパー形状とした場合の実装説明図である。
【図９】セラミック基板に貫通スルーホールを形成する場合の実装説明図である。
【図１０】 リジット基板に貫通スルーホールを形成する場合の実装説明図である。
【図１１】 基板に内層スルーホール（非貫通スルーホール）を形成する場合の実装説明図である。
【図１２】 導電性ワイヤを用いて実装を行う場合の実装説明図である。
【図１３】 従来のワイヤボンディング方式を説明するための図である。
【図１４】 従来のフリップチップボンディング方式を説明するための図である。
【図１５】 従来のフリップチップボンディング方式における問題点を説明する図である。
【符号の説明】
１…ＬＳＩ
２…ウェハ
３…表面電極
４…側面電極形成用孔
５…絶縁コーティング
６…メッキ
１０…側面電極
２０…半導体チップ（半導体装置）
３０…フレキシブル基板
３１…配線パターン（オーバーハングパターン）
４０…多層セラミック基板
４１…表層基板
４２…貫通スルーホール
４３…基板側側面電極
４４…半導体チップ実装用凹部
４５…基板
４６…異方性導電接着剤
５０…多層リジット基板
５０Ａ…基板面
５１…貫通スルーホール
５２…半導体チップ実装用凹部
５３…基板側側面電極
５４…異方性導電接着剤
６０…多層基板
６１…内層スルーホール
６２…半導体チップ実装用凹部
６３…基板側側面電極
６４…異方性導電接着剤
７１…表層配線パターン
７２…内層配線パターン
７３…ワイヤ

Claims (1)

  1. 半導体装置の実装面にほぼ垂直な側面に溝状に形成された側面電極を有する半導体装置を基板上に実装する半導体装置の実装方法において、
    基板側に前記半導体装置を収容する収容凹部を設け、
    前記収容凹部内の内層配線パターンと基板表面の表層配線パターンとを前記側面電極に対応する位置に対応づけて導電性ワイヤで接続し、
    前記基板に垂直に前記半導体装置を前記収容凹部内に所定の圧力で押し込むことにより前記導電性ワイヤと前記側面電極を電気的に接続させる、
    ことを特徴とする半導体装置の実装方法。
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