JP4878813B2 - Semiconductor mounting equipment - Google Patents
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Description
本発明はプリント配線基板の上に半導体チップをフリップチップにて実装した半導体実装装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor mounting apparatus in which a semiconductor chip is mounted on a printed wiring board by flip chip.
プリント配線基板と半導体チップとを電気接続する実装工法として、ワイヤーボンディング実装、フリップチップ実装などがある。フリップチップ実装では、図6(b)に示すように、半導体チップ1の片面に形成されたパッドにバンプ2を形成し、このパンプ2が設けられた側を、図6(a)に示すように、プリント配線基板3の側に向けてバンプ2をプリント配線基板3のパッドに当接させた状態で、加熱すると共に超音波振動を加えて半導体チップ1とプリント配線基板3とをパンプ2を介して連結して電気接続し、さらに、半導体チップ1とプリント配線基板3との間に封止樹脂4を充填して、この封止樹脂4を硬化させてバンプ2による電気接続部分に水分などが侵入しないように処理されている。
As a mounting method for electrically connecting a printed wiring board and a semiconductor chip, there are wire bonding mounting and flip chip mounting. In flip chip mounting, as shown in FIG. 6B,
なお、バンプ2は、図6(b)に示すように半導体チップ1の片面の中央部5を除いてほぼ全面に形成されたものの他に、図7に示すように中央部5とこの中央部5を取り囲むように外周部6にもバンプ2を形成したものがある。何れの場合にも、半導体チップ1とプリント配線基板3との対向面の全体に封止樹脂4が充填されている。
しかし、従来の半導体実装装置では、半導体チップ1の基板1aに図6(a)に仮想線で示した方向に反りが発生した場合には、半導体チップ1の特に最外周のバンプ2に大きな応力が作用し、半導体チップ1とプリント配線基板3との電気接続を維持できなくなる問題がある。特に、半導体チップ1が薄い場合に反りによる応力の発生が著しい。
However, in the conventional semiconductor mounting apparatus, when the
本発明は半導体チップ1の基板1aに反りが発生した場合であっても、従来に比べて、長期の電気接続の信頼性の向上を期待できる半導体実装装置を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a semiconductor mounting apparatus that can be expected to improve the reliability of electrical connection over a long period of time compared to the conventional case even when the
本発明の請求項1記載の半導体実装装置は、半導体チップを基板に実装した半導体実装装置であって、前記半導体チップの前記基板との対向面に形成されたバンプで前記半導体チップと前記基板とを電気接続するとともに、前記半導体チップの前記基板との対向面の中央部に形成されたバンプよりも、半導体チップの前記中央部を取り巻く外周部に形成されたバンプが低いヤング率に形成するとともに、半導体チップの前記中央部と前記基板との間を封止樹脂で封止し、半導体チップの前記中央部を取り巻く外周部と前記基板との間を封止樹脂で封止していないことを特徴とする。
The semiconductor mounting apparatus according to
半導体チップのプリント配線基板との対向面の中央部に形成されたバンプだけでプリント配線基板と電気接続したことによって、半導体チップの外周部にはプリント配線基板との電気接続のためのバンプが設けられていないので、半導体チップの基板が反っても半導体チップとプリント配線基板との電気接続が損なわれない。 Bumps for electrical connection with the printed wiring board are provided on the outer periphery of the semiconductor chip by making electrical connection with the printed wiring board only by the bumps formed at the center of the surface facing the printed wiring board of the semiconductor chip. Therefore, even if the substrate of the semiconductor chip is warped, the electrical connection between the semiconductor chip and the printed wiring board is not impaired.
また、半導体チップのプリント配線基板との対向面に形成されたバンプで半導体チップとプリント配線基板とを電気接続するとともに、半導体チップのプリント配線基板との対向面の中央部に形成されたバンプよりも、半導体チップの前記中央部を取り巻く外周部に形成されたバンプを低いヤング率に形成したことによって、半導体チップの基板が反っても半導体チップの前記中央部を取り巻く外周部に形成されたバンプが、前記反りの応力で伸びることによって電気接続の破損に至る事態の発生を食い止めることができ、半導体チップとプリント配線基板との電気接続が損なわれない。 In addition, the bump formed on the surface facing the printed wiring board of the semiconductor chip electrically connects the semiconductor chip and the printed wiring board, and the bump formed on the central portion of the surface facing the printed wiring board of the semiconductor chip. Also, bumps formed on the outer peripheral portion surrounding the central portion of the semiconductor chip even when the substrate of the semiconductor chip is warped by forming the bump formed on the outer peripheral portion surrounding the central portion of the semiconductor chip with a low Young's modulus. However, it is possible to prevent the occurrence of a situation in which the electrical connection is broken by stretching due to the warping stress, and the electrical connection between the semiconductor chip and the printed wiring board is not impaired.
以下、本発明の各実施の形態を図1〜図5に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1(a)(b)は本発明の(実施の形態1)を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
(Embodiment 1)
1A and 1B show (Embodiment 1) of the present invention.
半導体実装装置は、半導体チップ1とプリント配線基板3とを電気接続して構成されている。
半導体チップ1は、裏面の中央部5に限定してバンプ2aが形成されており、この中央部5の周りの外周部6にはバンプ2aが形成されていない。この半導体チップ1をプリント配線基板3の面上の配線パターンのパッドに当接させた状態で、加熱すると共に超音波振動を加えてパンプ2aを介して半導体チップ1とプリント配線基板3とを連結して電気接続し、さらに、半導体チップ1の中央部5においてプリント配線基板3との間に封止樹脂4aを充填して、この封止樹脂4aを硬化させてバンプ2aによる電気接続部分に水分などが侵入しないように処理されている。
The semiconductor mounting apparatus is configured by electrically connecting a
In the
封止樹脂4aとしては、プリント配線基板3と半導体チップ1のゆがみ、反りを吸収できるように、半導体チップ1とプリント配線基板3よりヤング率の高い柔軟な樹脂である必要がある。
The sealing
好適な封止樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フタル酸ジアリル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂、ポリウレタン樹脂等を挙げることが出来る。これらの内でも、ビスフェノール系エポキシ樹脂、フェノールノボラック系エポキシ樹脂、クレゾールノボラック系エポキシ樹脂、ブロム化エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂が特に好ましい。 Suitable examples of the sealing resin include phenol resin, urea resin, melamine resin, epoxy resin, unsaturated polyester resin, diallyl phthalate resin, polyimide resin, silicon resin, polyurethane resin and the like. Among these, epoxy resins such as bisphenol epoxy resin, phenol novolac epoxy resin, cresol novolac epoxy resin, brominated epoxy resin, and alicyclic epoxy resin are particularly preferable.
本発明において、特に好ましい硬化性樹脂の具体例として、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂を挙げることができる。
半導体チップ1の基板1aは、図6(a)に仮想線で示したように半導体チップ1の基板1aに反りが発生するが、中央部を樹脂で封止し、無理に反りを防止しておらず、応力が残らないので、長期間安定な接続が確保できる。また、半導体チップ1の中央部5の基板1aの反り量は、この外周部6の反り量に比べて小さいため、半導体チップ1の中央部5にだけパンプ2aを設けたこの半導体実装装置では、基板1aの反りに伴ってバンプ2aに作用する応力は小さく、電気接続の信頼性が従来例に比べて高い。
In the present invention, specific examples of particularly preferred curable resins include phenol novolac epoxy resins and cresol novolac epoxy resins.
The
なお、図1の説明図ではパンプ2aの数が、図6の場合のバンプ2の総数に比べて少ないが、バンプ2aの形成位置を基板1aの中央部5に限定した場合であっても、バンプ2aのピッチを小さくすることで必要数を中央部5に形成できる。
In the explanatory view of FIG. 1, the number of
また、半導体チップ1の中央部5とは、全体の1/2から1/4の範囲をいう。この領域が小さい方が、接続部分が小さくなり、ひずみによる応力を緩和しやすいが、接続領域が小さくなると、端子間の導通や、端子自身の接続強度が落ち、接続安定性に欠ける。半導体チップの製造プロセスにおいて、内部配線形成することにより、電極部であり、接合部であるバンプ形成部分を中央に集めた。
Further, the
半導体チップは、薄型のもの、縦横2cm角で、厚みが0.5mmのものを用いたが、さらに、薄くなると反りが大きくなり、従来のように全体を樹脂モールドすると、応力が残り、安定しない。薄型チップになればなるほど、本発明の効果が顕著である。特に、半導体メモリを用いた薄型のメモリ商品に用いることができる。 The semiconductor chip was thin, 2 cm in length and width, and 0.5 mm in thickness. However, the warpage increases as the thickness becomes thinner, and when the whole is resin-molded, stress remains and is not stable. . The thinner the chip, the more remarkable the effect of the present invention. In particular, it can be used for thin memory products using semiconductor memory.
また、本発明では、中央部のみを封止するので、封止領域が狭く、封止領域で発生する不良が低減できる。
別の変形例として、ヤング率の高いシリコン系樹脂で、半導体チップの下面全体を覆ってもよい。このことにより、半導体チップの反りを無理に抑えないので、応力ひずみが発生せず、長期の安定性が得られる。ヤング率としては、500kgf/mm2以上程度である。従来のようにヤング率の低い樹脂で全体を封止する場合、半導体チップが変形できず応力が残留した状態で固定されるので、長期の安定な接続性に欠如していたが、本発明では、中央部以外を反らせて、応力を残さないか、または、全体を反らせるので応力を緩和でき、長期の接続安定性が確保できる。
Moreover, in this invention, since only the center part is sealed, the sealing area | region is narrow and the defect which generate | occur | produces in a sealing area | region can be reduced.
As another modification, the entire lower surface of the semiconductor chip may be covered with a silicon-based resin having a high Young's modulus. As a result, the warp of the semiconductor chip is not forcibly suppressed, so that stress distortion does not occur and long-term stability is obtained. The Young's modulus is about 500 kgf / mm 2 or more. When the whole is sealed with a resin having a low Young's modulus as in the conventional case, the semiconductor chip cannot be deformed and is fixed in a state where stress remains, and thus it has lacked long-term stable connectivity. In addition, the stress other than the central portion is warped to leave no stress, or the whole is warped, so that the stress can be relaxed and long-term connection stability can be ensured.
プリント基板と半導体チップとの接続の例を示したが、各種メモリカードなどの半導体装置一般に用いることができる。基板と半導体チップとの接合に用いることができる。以下の実施形態でも同様に応用できる。 Although an example of connection between a printed circuit board and a semiconductor chip has been shown, it can be used in general semiconductor devices such as various memory cards. It can be used for bonding a substrate and a semiconductor chip. The following embodiments can be similarly applied.
(実施の形態2)
図2(a)(b)は本発明の(実施の形態2)を示す。
図1の半導体実装装置では、封止樹脂4aが半導体チップ1の中央部5だけに充填されて硬化していたが、この(実施の形態2)では半導体チップ1の中央部5に封止樹脂4aを充填し、中央部5を取り巻く外周部6と前記プリント配線基板3との間には封止樹脂4bが充填されている。ここで封止樹脂4bの硬化した状態でのヤング率は、封止樹脂4aの硬化した状態でのヤング率よりも低いものを使用した。
(Embodiment 2)
2A and 2B show (Embodiment 2) of the present invention.
In the semiconductor mounting apparatus of FIG. 1, the sealing
このように半導体チップ1とプリント配線基板3の間にヤング率の異なる封止樹脂4a,4bを充填したため、(実施の形態1)の図1の場合と同様に基板1aの反りを抑制でき、応力を緩和する。また、半導体チップ1とプリント配線基板3の間の全部に封止樹脂4aを充填した場合に比べて、反りを緩やかにすることができる。つまり、実施形態1では、樹脂で覆われた部分とそうでない部分で、半導体チップの局所的な反りが発生するが、この実施形態では、その界面が緩やかになるので、応力の変化が少なくなり、より長期安定化される。
Since the sealing
ヤング率の異なる樹脂として、同じ種類の樹脂を用いる場合と、異なる樹脂を用いることがでできる。同じ樹脂のヤング率を制御するためには、樹脂に、石英ガラス、アルミナ、マイカ、ジルコニウムシリケート、リチウムシリケートなどの無機物を前記樹脂100重量部に対して、50〜300重量部を配合して調整される。たくさん混入させると、ヤング率が高くなって柔軟になる。一方、樹脂の種類をかえる場合は、ヤング率の低いエポキシ系樹脂と、高いシリコン系樹脂など組み合わせることができる。 As resins having different Young's moduli, the same type of resin can be used, and different resins can be used. In order to control the Young's modulus of the same resin, 50 to 300 parts by weight of inorganic substances such as quartz glass, alumina, mica, zirconium silicate, lithium silicate, etc. are blended in the resin with respect to 100 parts by weight of the resin. Is done. When a lot is mixed, Young's modulus becomes high and becomes flexible. On the other hand, when changing the type of resin, an epoxy resin having a low Young's modulus and a silicon resin having a high Young's modulus can be combined.
(実施の形態3)
図3(a)(b)は本発明の(実施の形態3)を示す。
半導体実装装置は、半導体チップ1と前記プリント配線基板とを電気接続して構成されている。
(Embodiment 3)
3A and 3B show (Embodiment 3) of the present invention.
The semiconductor mounting apparatus is configured by electrically connecting the
半導体チップ1は、基板1aの裏面の中央部5にバンプ2aが形成されており、この中央部5の周りの外周部6にはバンプ2bが形成されている。ここでバンプ2bのヤング率は、バンプ2aのヤング率よりも低いものを使用した。さらに具体的には、例えばバンプ2a,2bの材質は同じ場合には、バンプ2bの径をバンプ2aの径よりも小さくしている。1割から数割だけ径を小さくできる。
In the
この半導体チップ1をプリント配線基板3の面上の配線パターンのパッドに当接させた状態で、加熱すると共に超音波振動を加えてパンプ2a,2bを介して半導体チップ1とプリント配線基板3とを連結して電気接続し、さらに、半導体チップ1の中央部5においてプリント配線基板3との間に封止樹脂4aを充填して、この封止樹脂4aを硬化させてバンプ2aによる電気接続部分に水分などが侵入しないように処理されている。
In a state where the
バンプのヤング率を変えるには、(1)金バンプとインジウム系の合金バンプの組み合わせや、(2)金、白金、銀、銅、ニッケル、または、これらの合金のバンプとインジウム、鉛、スズ、ビスマス、または、これらの合金のバンプの組み合わせ、(3)半田材料の組成を変化させたものの組み合わせ、つまり、Sn−(2〜5wt%)Ag−(0〜1wt%)Cu−(0〜1wt%)Biのバンプと、Sn−(50〜90wt%)Biのバンプの組み合わせを用いることができる。なお、これらに限られるわけではない。 To change the Young's modulus of the bump, (1) a combination of gold bump and indium alloy bump, or (2) gold, platinum, silver, copper, nickel, or a bump of these alloys and indium, lead, tin , Bismuth, or a combination of these alloy bumps, (3) a combination of solder material compositions changed, that is, Sn- (2-5 wt%) Ag- (0-1 wt%) Cu- (0 A combination of 1 wt%) Bi bumps and Sn- (50 to 90 wt%) Bi bumps can be used. However, the present invention is not limited to these.
(実施の形態4)
図4(a)(b)は本発明の(実施の形態4)を示す。
図3の半導体実装装置では、封止樹脂4aが半導体チップ1の中央部5だけに充填されて硬化していたが、この(実施の形態4)では半導体チップ1の中央部5に封止樹脂4aを充填し、中央部5を取り巻く外周部6と前記プリント配線基板3との間には封止樹脂4bが充填されている。ここで封止樹脂4bの硬化した状態でのヤング率は、封止樹脂4aの硬化した状態でのヤング率よりも低いものを使用した。
(Embodiment 4)
4A and 4B show (Embodiment 4) of the present invention.
In the semiconductor mounting apparatus of FIG. 3, the sealing
このように半導体チップ1とプリント配線基板3の間にヤング率の異なる封止樹脂4a,4bを充填したため、(実施の形態3)と比べて、封止により接合安定性がある。つまり、外部からの物理的破壊、水分などの環境的影響を受けず、かつ、半導体チップの応力を緩和した状態での接続ができ、長期安定な接続ができる。
Since the sealing
(実施の形態5)
図5(a)(b)は本発明の(実施の形態5)を示す。
(実施の形態1)を示す図1(b)では、バンプ2aは千鳥足配置されていたが、図5ではバンプ2aが、半導体チップ1の真ん中を中心とした同心円状に配置されている点だけが異なっており、(実施の形態1)と比べて、バンプ部分とそれ以外のチップ部分の反りによる応力分布が均質になっている。つまり、四角形の場合、コーナー部分と辺の部分で応力に差があり、応力分布がひずんでいるため、長期の安定した接続ができない。本発明の同心円状の場合、円なので、円周辺の応力分布は均質である。
(Embodiment 5)
FIGS. 5A and 5B show (Embodiment 5) of the present invention.
In FIG. 1B showing (Embodiment 1), the
なお、(実施の形態2)〜(実施の形態4)においても、バンプ2a,2bを同心円状に配置することによって同様の効果を期待できる。
なお、同心円状に限定されず、対称性があり、応力分布が不均質にならなければよい。楕円であってもよい。同心円状の場合がもっともよい。
In (Embodiment 2) to (Embodiment 4), the same effect can be expected by arranging the
In addition, it is not limited to a concentric circle shape, It is good if it is symmetrical and stress distribution does not become inhomogeneous. It may be oval. Concentric circles are best.
半導体チップの反りに伴うプリント配線基板との電気接続の信頼性を高めることができ、この半導体実装装置を搭載した各種電子機器の信頼性の向上を期待できる。 The reliability of the electrical connection with the printed wiring board accompanying the warp of the semiconductor chip can be improved, and the improvement of the reliability of various electronic devices equipped with this semiconductor mounting apparatus can be expected.
1 半導体チップ
1a 半導体チップ1の基板
2a,2b バンプ
3 プリント配線基板
4a,4b 封止樹脂
5 半導体チップ1の中央部
6 半導体チップ1の外周部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記半導体チップの前記基板との対向面に形成されたバンプで前記半導体チップと前記基板とを電気接続するとともに、
前記半導体チップの前記基板との対向面の中央部に形成されたバンプよりも、半導体チップの前記中央部を取り巻く外周部に形成されたバンプを低いヤング率に形成するとともに、
半導体チップの前記中央部と前記基板との間を封止樹脂で封止し、半導体チップの前記中央部を取り巻く外周部と前記基板との間を封止樹脂で封止していない
半導体実装装置。 A semiconductor mounting device in which a semiconductor chip is mounted on a substrate,
While electrically connecting the semiconductor chip and the substrate with bumps formed on the surface of the semiconductor chip facing the substrate,
The bump formed on the outer peripheral portion surrounding the central portion of the semiconductor chip is formed with a lower Young's modulus than the bump formed on the central portion of the surface of the semiconductor chip facing the substrate .
Between the central part of the semiconductor chip and the substrate is sealed with a sealing resin, and between the outer peripheral part surrounding the central part of the semiconductor chip and the substrate is not sealed with a sealing resin <br / > Semiconductor mounting equipment.
請求項1記載の半導体実装装置。 2. The semiconductor mounting apparatus according to claim 1, wherein a bump formed on a central portion of the surface of the semiconductor chip facing the substrate and a bump formed on an outer peripheral portion surrounding the central portion of the semiconductor chip are formed of different materials. .
請求項2記載の半導体実装装置。 The semiconductor mounting apparatus according to claim 2, wherein the different material is an alloy of gold and indium.
請求項2記載の半導体実装装置。 The semiconductor mounting apparatus according to claim 2, wherein the different materials have different solder material compositions.
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