JPH0936119A - 半導体装置及びその製造方法並びにその半導体装置を用いた半導体ユニット - Google Patents

半導体装置及びその製造方法並びにその半導体装置を用いた半導体ユニット

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JPH0936119A
JPH0936119A JP7180268A JP18026895A JPH0936119A JP H0936119 A JPH0936119 A JP H0936119A JP 7180268 A JP7180268 A JP 7180268A JP 18026895 A JP18026895 A JP 18026895A JP H0936119 A JPH0936119 A JP H0936119A
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semiconductor device
circuit board
sealing resin
semiconductor
substrate
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正浩 小野
Yoshihiro Bessho
芳宏 別所
Yoshihiro Tomura
善広 戸村
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体装置、回路基板、封止樹脂の熱膨脹係
数の差によって発生する応力による半導体装置と封止樹
脂との剥離や封止樹脂そのものの亀裂を防止する。 【解決手段】 半導体装置(IC基板)6の上に電極パ
ッド3を形成する。電極パッド3の上に突起電極(バン
プ)7を形成する。IC基板6のバンプ7の先端部に、
接合層としての導電性接着剤5を転写法や印刷法によっ
て塗布する。次いで、上記のようにして作製されたIC
チップを、フェイスダウン状態で、バンプ7が回路基板
9の入出力端子電極8に対向するように位置合わせを行
い、ICチップを回路基板9の上に載置する。この状態
で導電性接着剤5を硬化させ、IC基板6と回路基板9
との電気的接続を実現する。次いで、接合層(導電性接
着剤5)を囲むようにして封止樹脂4を封入し、封止樹
脂4を硬化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、実装において封止
樹脂との密着力を高めることのできる半導体装置及びそ
の製造方法並びにその半導体装置を用いた半導体ユニッ
トに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、回路基板の入出力端子電極に半導
体装置を実装するに際しては、半田付けを用いたワイヤ
ーボンディング法がよく利用されていた。しかし、近
年、半導体装置のパッケージの小型化と接続端子数の増
加とにより、接続端子の間隔が狭くなり、従来の半田付
け技術で対処することは次第に困難となってきた。
【0003】そこで、最近では、集積回路チップ等の半
導体装置を回路基板の入出力端子電極上に直接実装する
ことにより、実装面積を小さくして効率化を図ろうとす
る方法が提案されている。なかでも、半導体装置を回路
基板にフェイスダウン状態でフリップチップ実装する方
法は、半導体装置と回路基板との電気的接続が一括して
行えること、及び接続後の機械的強度が強いことから、
有用な方法であるとされている。
【0004】例えば、工業調査会、1980年1月15
日発行、日本マイクロエレクトロニクス協会編、「IC
化実装技術」には、半田メッキ法を用いた実装方法が記
載されている。以下、この実装方法について説明する。
【0005】図8(a)は従来の半導体装置における半
田バンプを示す断面図、図8(b)は従来の半導体ユニ
ットを示す断面図である。図8に示すように、半導体装
置(以下「IC基板」という。)116の電極パッド1
13を回路基板119の入出力端子電極118に接続す
る場合には、まず、IC基板116の電極パッド113
の上に密着金属膜112及び拡散防止金属膜111を蒸
着法によって順次形成する。次いで、拡散防止金属膜1
11の上に半田からなる電気的接続接点(以下「半田バ
ンプ」という。)110をメッキ法によって形成し(以
上、図8(a))、ICチップを作製する。次いで、こ
のようにして作製したICチップを、フェイスダウン状
態で、半田バンプ110が入出力端子電極118の上に
当接するように位置合わせを行い、ICチップを回路基
板119の上に載置する(図8(b))。次いで、この
半導体装置の実装体(半導体ユニット)を高温に加熱
し、半田バンプ110を回路基板119の入出力端子電
極118に融着する。
【0006】また、最近では、導電性接着剤を用いた半
導体装置の実装方法も提案されている。図9は従来の導
電性接着剤を用いた半導体ユニットを示す断面図であ
る。図9に示すように、まず、半導体装置(以下「IC
基板」という。)126の電極パッド123の上にワイ
ヤーボンディング法又はメッキ法によって電気的接続接
点(Auバンプ)120を形成する。次いで、このAu
バンプ120を導電性接着剤(接合層)125を介して
回路基板129の入出力端子電極128に接続する。こ
のような半導体ユニットにおいては、半導体装置126
のAuバンプ120に導電性接着剤125を転写した後
に、回路基板129の入出力端子電極128に導電性接
着剤125が当接するように位置合わせを行い、導電性
接着剤125を硬化させることにより、半導体装置12
6と回路基板129との電気的接続が実現されている。
【0007】さらに、接続を補強するために、封止樹脂
によって封止した半導体ユニットも提案されている。こ
の場合には、さらに封止樹脂を封入する工程と、封止樹
脂を硬化させる工程とが必要になる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の半導体装置及びその実装体(半導体ユニット)に
は、次のような問題点がある。
【0009】すなわち、半導体ユニット製作工程中にお
ける温度差あるいは信頼性試験などにおいて、半導体装
置、回路基板、封止樹脂の熱膨張係数に差があるため
に、熱衝撃時の熱膨張による応力や吸湿によって接着力
が低下し、バルク部に亀裂、剥離が発生する。そして、
このようにバルク部に亀裂、剥離が発生すると、接合界
面が不安定となり、電気的接続点(Auバンプ)120
の抵抗値が増大する虞れがある。また、半導体装置と封
止樹脂との境界における剥離や封止樹脂そのものにおけ
る亀裂が発生すると、劣化が早まり、信頼性の寿命が著
しく損なわれるといった問題点がある。
【0010】本発明は、従来技術における前記課題を解
決するため、半導体装置と封止樹脂との密着力を高め、
劣化を抑えることが可能な半導体装置及びその製造方法
並びにその半導体装置を用いた半導体ユニットを提供す
ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置の構成は、フェイスダウン
状態で回路基板に実装される半導体装置であって、前記
半導体装置の回路を除いた面の少なくとも一部が、凹面
及び凸面から選ばれる少なくとも一つの面を有すること
を特徴とする。
【0012】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
の構成は、フェイスダウン状態で回路基板に実装される
半導体装置の製造方法であって、前記半導体装置の回路
を除いた面の少なくとも一部に、前記半導体装置と同じ
材料又は無機物の砥粒を加熱吹き付けすることを特徴と
する。
【0013】また、本発明に係る半導体ユニットの構成
は、端子電極を有する回路基板と、突起電極を有し、フ
ェイスダウン状態で前記回路基板に実装された半導体装
置とを備えた半導体ユニットであって、前記半導体装置
は、回路を除いた面の少なくとも一部に凹面及び凸面か
ら選ばれる少なくとも一つの面を有し、前記半導体装置
の前記突起電極は前記回路基板の前記端子電極に接合層
を介して電気的に接続され、かつ、前記半導体装置と前
記回路基板との間隙と前記半導体装置の側面とが封止樹
脂によって機械的に補強されていることを特徴とする。
【0014】また、前記本発明の半導体ユニットの構成
においては、突起電極が、Au、Cu、Al、半田又は
これらの合金からなるのが好ましい。また、前記本発明
の半導体ユニットの構成においては、接合層が、導電性
接着剤からなるのが好ましい。
【0015】また、前記本発明の半導体ユニットの構成
においては、接合層が、異方性導電材からなるのが好ま
しい。
【0016】
【発明の実施の形態】前記本発明の半導体装置の構成に
よれば、フェイスダウン状態で回路基板に実装される半
導体装置であって、前記半導体装置の回路を除いた面の
少なくとも一部が、凹面及び凸面から選ばれる少なくと
も一つの面を有することを特徴とするため、半導体装置
を回路基板に実装した場合に、半導体装置と封止樹脂と
の接触面積が増加し、半導体装置と封止樹脂との密着強
度が高まる。
【0017】また、前記本発明の半導体装置の製造方法
の構成によれば、フェイスダウン状態で回路基板に実装
される半導体装置の製造方法であって、前記半導体装置
の回路を除いた面の少なくとも一部に、前記半導体装置
と同じ材料又は無機物の砥粒を加熱吹き付けすることを
特徴とするため、半導体装置の回路を除いた面の少なく
とも一部に容易に凹凸面が形成される。
【0018】また、前記本発明の半導体ユニットの構成
によれば、端子電極を有する回路基板と、突起電極を有
し、フェイスダウン状態で前記回路基板に実装された半
導体装置とを備えた半導体ユニットであって、前記半導
体装置は、回路を除いた面の少なくとも一部に凹面及び
凸面から選ばれる少なくとも一つの面を有し、前記半導
体装置の前記突起電極は前記回路基板の前記端子電極に
接合層を介して電気的に接続され、かつ、前記半導体装
置と前記回路基板との間隙と前記半導体装置の側面とが
封止樹脂によって機械的に補強されていることを特徴と
するため、半導体装置を回路基板に実装した場合に、半
導体装置と封止樹脂との接触面積が増加し、半導体装置
と封止樹脂との密着強度が高まる。その結果、半導体装
置、回路基板、封止樹脂の熱膨脹係数の差によって発生
する応力による半導体装置と封止樹脂との剥離や封止樹
脂そのものの亀裂が防止される。
【0019】また、前記本発明の半導体ユニットの構成
において、接合層が、導電性接着剤又は異方性導電材か
らなるという好ましい例によれば、信頼性の寿命が延び
る。なぜなら、温度の変化によって半導体ユニットや基
板が伸びたり縮んだりするが、導電性接着剤又は異方性
導電材はフレキシブルな性質を有しているために熱応力
を緩和することができるからである。
【0020】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。 <第1の実施例>図1は本発明に係る半導体装置の第1
の実施例における突起電極を示す断面図である。図1
は、半導体装置の一部分における複数の電気的接続点の
うちの1つを示している。図1に示すように、半導体装
置(以下「IC基板」という。)6の上には電極パッド
3が形成されている。また、電極パッド3の上には突起
電極(以下「バンプ」という。)7が形成されている。
バンプ7は、第1のバンプ7′と、第1のバンプ7′の
上に形成され、かつ、第1のバンプ7′よりも小さい第
2のバンプ7″とからなる2段構造を有している(以下
単に「バンプ7」という。)。また、IC基板6には、
その端面1、及び電極パッド3側の端面から電極パッド
3までの部分2に凹凸面が形成されている(図2参
照)。すなわち、IC基板6の回路を除いた面に凹凸面
が形成されている。
【0021】凹凸面は、例えば以下のようにして形成さ
れる。すなわち、図7に示すように、IC基板6の端面
1に、IC基板6と同じ材料又は無機物の砥粒10、例
えばSiO2 を300℃以上の温度で吹き付けて化合さ
せることにより、凹凸面が容易に形成される。
【0022】図2は本発明に係る半導体ユニットの第1
の実施例を示す断面図である。ここで、半導体装置とし
ては上記したもの(図1)が用いられている。この半導
体ユニットの作製方法は以下のとおりである。まず、I
C基板6のバンプ7の先端部に、接合層としての導電性
接着剤5を転写法や印刷法によって塗布する。上記のよ
うな2段構造のバンプ7を用いれば、必要量以上の導電
性接着剤5が、バンプ7の先端部に付着するのを防止す
ることができるので、適量の導電性接着剤5を塗布する
ことができる。次いで、上記のようにして作製されたI
Cチップを、フェイスダウン状態で、バンプ7が回路基
板9の入出力端子電極8に対向するように位置合わせを
行い、ICチップを回路基板9の上に載置する。この状
態で導電性接着剤5を硬化させれば、IC基板6と回路
基板9との電気的接続が実現される。次いで、接合層
(導電性接着剤5)を囲むようにして封止樹脂4を封入
し、封止樹脂4を硬化させる。これにより、IC基板6
と回路基板9との間隙とIC基板6の側面1とが封止樹
脂4によって機械的に補強された半導体ユニットが得ら
れる。
【0023】この場合、上記したようにIC基板6の回
路を除いた面に凹凸面が形成されていることから、IC
基板6と封止樹脂4との接触面積が増加し、IC基板6
と封止樹脂4との密着強度が高まる。その結果、IC基
板6、回路基板9、封止樹脂4の熱膨脹係数の差によっ
て発生する応力によるIC基板6と封止樹脂4との剥離
や封止樹脂4そのものの亀裂が防止される。また、導電
性接着剤5を介して接合されているため、信頼性の寿命
が延びる。なぜなら、温度の変化によって半導体ユニッ
トや基板が伸びたり縮んだりするが、導電性接着剤5は
フレキシブルな性質を有しているために熱応力を緩和す
ることができるからである。
【0024】尚、本実施例においては、バンプ7を2段
構造の突起形状に成形しているが、必ずしもこの形状に
限定されるものではない。また、本実施例においては、
IC基板6の回路を除いた面に凹凸面を形成している
が、必ずしもこの構成に限定されるものではない。IC
基板6の回路を除いた面が、凹面及び凸面から選ばれる
少なくとも一つの面を有していれば、IC基板6と封止
樹脂4との接触面積が増加するため、IC基板6と封止
樹脂4との密着強度を高めることができる。このこと
は、以下の第2〜第5の実施例についても同様である。
【0025】また、本実施例においては、IC基板6の
回路を除いた全面に凹凸面を形成しているが、必ずしも
この構成に限定されるものではなく、IC基板6の回路
を除いた面の少なくとも一部に凹凸面を形成すれば足り
る。
【0026】また、突起電極(バンプ)7は、Au、C
u、Al、半田又はこれらの合金から形成されているの
が好ましい。 <第2の実施例>図3(a)は本発明に係る半導体装置
の第2の実施例における電気的接続接点を示す断面図で
ある。図3(a)は、半導体装置の一部分における複数
の電気的接続点のうちの1つを示している。図3(a)
に示すように、半導体装置(以下「IC基板」とい
う。)36の上には電極パッド33が形成されている。
また、IC基板36の上には、電極パッド33の周縁部
を覆うようにして密着金属膜37が形成されている。ま
た、電極パッド33及び密着金属膜37の上には、拡散
防止金属膜40が蒸着法によって形成されている。ま
た、拡散防止金属膜40の上には半田からなる電気的接
続接点(以下「半田バンプ」)30がメッキ法によって
形成されている。また、IC基板36には、その端面3
1、及び電極パッド33側の端面から電極パッド33ま
での部分32に凹凸面が形成されている(図3(b)参
照)。
【0027】図3(b)は本発明に係る半導体ユニット
の第2の実施例を示す断面図である。ここで、半導体装
置としては上記したもの(図3(a))が用いられてい
る。半導体ユニットの作製方法は以下のとおりである。
まず、IC基板36の半田バンプ30の先端部に、接合
層としての導電性接着剤35を転写法や印刷法によって
塗布する。次いで、このようにして作製されたICチッ
プを、フェイスダウン状態で、半田バンプ30が回路基
板39の入出力端子電極38に対向するように位置合わ
せを行い、ICチップを回路基板39の上に載置する。
この状態で導電性接着剤35を硬化させれば、IC基板
36と回路基板39との電気的接続が実現される。次い
で、接合層(導電性接着剤35)を囲むようにして封止
樹脂34を封入し、封止樹脂34を硬化させる。これに
より、IC基板36と回路基板39との間隙とIC基板
36の側面1とが封止樹脂34によって機械的に補強さ
れた半導体ユニットが得られる。
【0028】<第3の実施例>図4(a)は本発明に係
る半導体装置の第3の実施例における突起電極を示す断
面図である。図4(a)は、半導体装置の一部分におけ
る複数の電気的接続点のうちの1つを示している。図4
(a)に示すように、半導体装置(以下「IC基板」と
いう。)46の上には電極パッド43が形成されてい
る。また、電極パッド43の上には突起電極(以下「バ
ンプ」という。)47が形成されている。また、IC基
板46には、その端面41、及び電極パッド43側の端
面から電極パッド43までの部分42に凹凸面が形成さ
れている(図4(b)参照)。
【0029】図4(b)は本発明に係る半導体ユニット
の第3の実施例を示す断面図である。ここで、半導体装
置としては上記したもの(図4(a))が用いられてい
る。半導体ユニットの作製方法は以下のとおりである。
まず、IC基板46のバンプ47の先端部に、接合層と
しての導電性接着剤45を転写法や印刷法によって塗布
する。次いで、このようにして作製されたICチップ
を、フェイスダウン状態で、バンプ47が回路基板49
の入出力端子電極48に対向するように位置合わせを行
い、ICチップを回路基板49の上に載置する。この状
態で導電性接着剤45を硬化させれば、IC基板46と
回路基板49との電気的接続が実現される。次いで、接
合層(導電性接着剤45)を囲むようにして封止樹脂4
4を封入し、封止樹脂44を硬化させる。これにより、
IC基板46と回路基板49との間隙とIC基板46の
側面1とが封止樹脂44によって機械的に補強された半
導体ユニットが得られる。
【0030】<第4の実施例>図5は本発明に係る半導
体ユニットの第4の実施例を示す断面図である。図5に
示すように、半導体装置(以下「IC基板」という。)
56の上には電極パッド53が形成されている。また、
電極パッド53の上には突起電極(以下「バンプ」とい
う。)57が形成されている。また、IC基板56に
は、その端面51、及び電極パッド53側の端面から電
極パッド53までの部分52に凹凸面が形成されてい
る。
【0031】半導体ユニットの作製方法は以下のとおり
である。まず、上記のようにして作製されたICチップ
を、フェイスダウン状態で、バンプ57が回路基板59
の入出力端子電極58に対向するように位置合わせを行
い、接合層としての異方性導電材55を介してICチッ
プを回路基板49の上に載置する。この状態で異方性接
着剤55を硬化させれば、IC基板56と回路基板59
との電気的接続が実現される。次いで、接合層(異方性
導電材55)を囲むようにして封止樹脂54を封入し、
封止樹脂54を硬化させる。これにより、IC基板56
と回路基板59との間隙とIC基板56の側面51とが
封止樹脂54によって機械的に補強された半導体ユニッ
トが得られる。
【0032】本実施例においては、異方性導電材55を
介して接合されているため、信頼性の寿命が延びる。な
ぜなら、温度の変化によって半導体ユニットや基板が伸
びたり縮んだりするが、異方性導電材55はフレキシブ
ルな性質を有しているために熱応力を緩和することがで
きるからである。
【0033】<第5の実施例>図6は本発明に係る半導
体ユニットの第5の実施例を示す断面図である。図6に
示すように、半導体装置(以下「IC基板」という。)
66の上には電極パッド63が形成されている。また、
電極パッド63の上には突起電極(以下「バンプ」とい
う。)67が形成されている。また、IC基板66に
は、その端面61、及び電極パッド63側の端面から電
極パッド63までの部分62に凹凸面が形成されてい
る。
【0034】半導体ユニットの作製方法は以下のとおり
である。まず、上記のようにして作製されたICチップ
を、フェイスダウン状態で、バンプ67が回路基板69
の入出力端子電極68に対向するように位置合わせを行
い、接合層としての異方性導電材65を介してICチッ
プを回路基板69の上に載置する。この状態で異方性導
電材65を硬化させれば、IC基板66と回路基板69
との電気的接続が実現される。ここで、ICチップを回
路基板69の上に載置する前において、異方性導電材6
5は、IC基板66と回路基板69との間隙以上の厚み
を有している。このため、異方性導電材65がIC基板
66と回路基板69と間に充填された状態となるので、
上記第4の実施例と比較して安定した接続状態が実現さ
れる。次いで、接合層(異方性導電材65)を囲むよう
にして封止樹脂64を封入し、封止樹脂64を硬化させ
る。これにより、IC基板66と回路基板69との間隙
とIC基板66の側面61とが封止樹脂64によって機
械的に補強された半導体ユニットが得られる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体装置をフェースダウン状態で回路基板に実装した
場合に、半導体装置と封止樹脂との接触面積が増加し、
半導体装置と封止樹脂との密着強度が高まる。その結
果、半導体装置、回路基板、封止樹脂の熱膨脹係数の差
によって発生する応力による半導体装置と封止樹脂との
剥離や封止樹脂そのものの亀裂が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体装置の第1の実施例におけ
る突起電極を示す断面図である。
【図2】本発明に係る半導体ユニットの第1の実施例を
示す断面図である。
【図3】(a)は本発明に係る半導体装置の第2の実施
例における電気的接続接点を示す断面図、(b)は本発
明に係る半導体ユニットの第2の実施例を示す断面図で
ある。
【図4】(a)は本発明に係る半導体装置の第3の実施
例における突起電極を示す断面図、(b)は本発明に係
る半導体ユニットの第3の実施例を示す断面図である。
【図5】本発明に係る半導体ユニットの第4の実施例を
示す断面図である。
【図6】本発明に係る半導体ユニットの第5の実施例を
示す断面図である。
【図7】本発明に係る半導体装置の製造方法の一例を示
す概略図である。
【図8】(a)は従来の半導体装置における半田バンプ
を示す断面図、(b)は従来の半導体ユニットを示す断
面図である。
【図9】従来の導電性接着剤を用いた半導体ユニットを
示す断面図である
【符号の説明】
1、31、41、51、61…半導体装置(IC基板)
の端面 2、32、42、52、62…電極パッド側の端面から
電極パッドまでの部分 3、33、43、53、63…電極パッド 4、34、44、54、64…封止樹脂 5、35、45…導電性接着剤 6、36、46、56、66…半導体装置(IC基板) 7、67…突起電極(バンプ) 7′…第1の突起電極(バンプ) 7″…第2の突起電極(バンプ) 8、38、48、58、68…入出力端子電極 9、39、49、59、69…回路基板 10…砥粒 30…電気的接続接点(半田バンプ) 37…密着金属膜 40…拡散防止金属膜 47…突起電極(バンプ) 55…異方性導電材 57…突起電極(バンプ) 65…異方性導電材

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フェイスダウン状態で回路基板に実装さ
    れる半導体装置であって、前記半導体装置の回路を除い
    た面の少なくとも一部が、凹面及び凸面から選ばれる少
    なくとも一つの面を有することを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 フェイスダウン状態で回路基板に実装さ
    れる半導体装置の製造方法であって、前記半導体装置の
    回路を除いた面の少なくとも一部に、前記半導体装置と
    同じ材料又は無機物の砥粒を加熱吹き付けすることを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 端子電極を有する回路基板と、突起電極
    を有し、フェイスダウン状態で前記回路基板に実装され
    た半導体装置とを備えた半導体ユニットであって、前記
    半導体装置は、回路を除いた面の少なくとも一部に凹面
    及び凸面から選ばれる少なくとも一つの面を有し、前記
    半導体装置の前記突起電極は前記回路基板の前記端子電
    極に接合層を介して電気的に接続され、かつ、前記半導
    体装置と前記回路基板との間隙と前記半導体装置の側面
    とが封止樹脂4によって機械的に補強されていることを
    特徴とする半導体ユニット。
  4. 【請求項4】 突起電極が、Au、Cu、Al、半田又
    はこれらの合金からなる請求項3に記載の半導体ユニッ
    ト。
  5. 【請求項5】 接合層が、導電性接着剤からなる請求項
    3に記載の半導体ユニット。
  6. 【請求項6】 接合層が、異方性導電材からなる請求項
    3に記載の半導体ユニット。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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KR100808613B1 (ko) * 2006-02-06 2008-02-28 후지쯔 가부시끼가이샤 반도체 장치 및 그 제조 방법

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