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JPH11317425A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

Info

Publication number
JPH11317425A
JPH11317425A JP10122203A JP12220398A JPH11317425A JP H11317425 A JPH11317425 A JP H11317425A JP 10122203 A JP10122203 A JP 10122203A JP 12220398 A JP12220398 A JP 12220398A JP H11317425 A JPH11317425 A JP H11317425A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor device
electrodes
chip
main surface
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10122203A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Kikuchi
広 菊地
Yoshiyuki Sumi
義之 角
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP10122203A priority Critical patent/JPH11317425A/ja
Publication of JPH11317425A publication Critical patent/JPH11317425A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means 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
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition 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
    • H01L2224/16221Disposition 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
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    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
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    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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    • H01L2924/15311Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA

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  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フリップチップ実装方式を用いた半導体装置
において、半導体装置のバンプ電極と配線基板の電極と
の接続信頼性を向上させる。 【解決手段】 半導体チップ2のAuボール3が接続さ
れたパッケージ基板1の上部電極4の周囲にソルダーレ
ジストなどの絶縁材料からなるガイド層6を形成し、半
導体チップ2をパッケージ基板1にフリップチップ実装
する工程でAuボール3と上部電極4とを確実に位置合
わせできるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に、バンプ電極を介して半導体チップを配線基板
にフリップチップ実装する半導体装置に適用して有効な
技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体チップをパッケージ基板な
どの配線基板に実装する方法として、ボンディングパッ
ド上にバンプ電極を形成した半導体チップを配線基板に
フェイスダウンボンディングし、上記バンプ電極を配線
基板の電極に接続するフリップチップ実装方式が広く用
いられている。バンプ電極には、例えばワイヤボンダを
使って形成したAuボールなどが使用されている(特開
平6−333982号公報)。
【0003】上記したフリップチップ実装方式は、チッ
プのバンプ電極と配線基板の電極との接続部を保護し、
かつチップ−基板間の熱膨張係数差に起因する応力を緩
和するために、チップと配線基板との隙間にアンダフィ
ル樹脂を充填する作業が必要となることから、プロセス
が複雑になり、これがパッケージの製造コストを引き上
げる一因となっている。
【0004】そこで、金属粒子を分散させた異方導電接
着フィルムをチップと配線基板との隙間に介在させ、チ
ップ−基板間の電気的接続、応力の緩和ならびに接続部
の保護を同時に行うことによって、低価格のパッケージ
を実現できるようにした実装構造が提案されている(工
業調査会平成9年4月1日発行、「電子材料」p47〜
p50)。
【0005】上記異方導電接着フィルムを使ってチップ
を配線基板に実装するには、所定のサイズにカットした
異方導電接着フィルムを配線基板上に仮付けする。そし
て、予めワイヤボンダを使ってボンディングパッド上に
Auボールを形成しておいたチップを上記異方導電接着
フィルムの上にマウントした後、チップを上方から加圧
した状態で異方導電接着フィルムを加熱し、接着フィル
ムを構成する樹脂を流動、硬化させる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記したフリップチッ
プ実装方式は、とりわけ多ピン・狭ピッチのチップを配
線基板に実装する場合、Auボールの直径も基板の電極
サイズも小さくなるために、両者の合わせ精度を確保す
ることが困難となり、オープン不良が発生し易くなると
いう問題がある。
【0007】また、異方導電接着フィルムを使ってチッ
プを配線基板に実装する場合は、高価な専用チップマウ
ンタが必要となるので、パッケージの低価格化が阻害さ
れるという問題がある。
【0008】本発明の一つの目的は、フリップチップ実
装方式を用いてチップを配線基板に実装する半導体装置
において、チップと配線基板との接続信頼性を向上させ
る技術を提供することにある。
【0009】本発明の他の目的は、異方導電接着フィル
ムを使ってチップを配線基板に実装する半導体装置の低
価格化を推進する技術を提供することにある。
【0010】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【0011】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
【0012】(1)本発明の半導体装置は、半導体チッ
プを配線基板の主面にフェイスダウンボンディングし、
前記半導体チップの主面に形成したバンプ電極と前記配
線基板の主面に形成した電極とを電気的に接続する半導
体装置において、前記配線基板の前記電極の周囲に、前
記バンプ電極の位置を規制するガイド層を設けたもので
ある。
【0013】(2)本発明の半導体装置は、前記ガイド
層が前記配線基板の主面に形成されたソルダーレジスト
で構成されているものとすることができる。
【0014】(3)本発明の半導体装置は、前記半導体
チップと前記配線基板との間に異方導電接着フィルムが
介在し、前記バンプ電極と前記電極とが、前記異方導電
接着フィルム中に分散された導電性粒子を介して電気的
に接続されているものとすることができる。
【0015】(4)本発明の半導体装置は、前記ガイド
層が、複数個の前記電極を囲むように形成されているも
のとすることができる。
【0016】(5)本発明の半導体装置は、前記ガイド
層が、前記半導体チップの搭載領域を囲むように形成さ
れているものとすることができる。
【0017】(6)本発明の半導体装置は、前記バンプ
電極がAuボールで構成されているものとすることがで
きる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図1は、本実施の形態の半
導体装置を示す断面図、図2は、この半導体装置のパッ
ケージ基板を示す平面図である。
【0019】本発明の半導体装置は、ガラスエポキシ樹
脂、BTレジンなどで構成されたパッケージ基板1の主
面上に半導体チップ2をフェイスダウンボンディングし
たLSIパッケージである。半導体チップ2は、その主
面のボンディングパッドBPに接続されたAuボール
(バンプ電極)3をパッケージ基板1の上部電極4に接
続するフリップチップ実装方式によってパッケージ基板
1に実装されている。
【0020】また、上記半導体チップ2とパッケージ基
板1との隙間には、異方導電接着フィルム5が介在して
いる。この異方導電接着フィルム5は、エポキシ系の樹
脂からなる接着層にNi(ニッケル)などの金属粒子を
分散させたもので、半導体チップ2のAuボール3とパ
ッケージ基板1の上部電極4は、それらの間に挟まれた
金属粒子を介して電気的に接続されている。また、この
異方導電接着フィルム5は、単結晶シリコンからなる半
導体チップ2と合成樹脂からなるパッケージ基板1との
熱膨張係数差に起因してAuボール3と上部電極4との
接続部に加わる応力を緩和する機能と、この接続部を水
分などから保護する機能とを兼ね備えている。
【0021】上記Auボール3が接続された上部電極4
のそれぞれの周囲は、パッケージ基板1の主面に形成さ
れた絶縁材料からなるガイド層6によって囲まれてい
る。ガイド層6は、例えばパッケージ基板1の主面に形
成された配線(図示せず)を保護するために使用される
ソルダーレジストを通常より厚い膜厚で塗布することに
よって形成したものであるが、これに限定されるもので
はなく、例えば合成樹脂フィルムを貼り付けて形成して
もよい。
【0022】上記パッケージ基板1の下面には、図示し
ない配線とスルーホールとを通じて上部電極4と電気的
に接続された下部電極7が形成されている。また、これ
らの下部電極7には、LSIパッケージの外部接続端子
を構成する半田バンプ8が接続されている。上部電極4
および下部電極7は、パッケージ基板1の両面に貼り合
わせた圧延Cu箔(または電解Cu箔)をエッチングし
て形成したもので、それらの表面にはNiとAuのメッ
キが施されている。
【0023】次に、本実施の形態のLSIパッケージの
製造方法を図3〜図・を用いて説明する。
【0024】まず図3(a)に示す半導体チップ2と同
図(b)に示すパッケージ基板1とを用意する。半導体
チップ2のボンディングパッドBPには、あらかじめ周
知のボールボンディング法を用いてAuワイヤを接続す
ることにより、Auボール3を形成しておく。また、パ
ッケージ基板1の主面には、あらかじめソルダーレジス
トを厚く塗布することによって、上部電極4の周囲にガ
イド層6を形成しておく。
【0025】次に、図4に示すように、半導体チップ2
とほぼ同じサイズにカットした異方導電接着フィルム5
をパッケージ基板1の主面上に置き、60℃程度の温度
で加温することによって仮付けを行う。次に、図5に示
すように、チップマウンタのコレット10に保持された
半導体チップ2を異方導電接着フィルム5の上に位置決
めする。
【0026】次に、図6に示すように、半導体チップ2
を上方から加圧した状態で異方導電接着フィルム5を1
80℃程度の温度で加熱することによって、異方導電接
着フィルム5を構成する樹脂を一旦流動させた後、硬化
させる。この工程で、半導体チップ2を上方から加圧し
たとき、Auボール3が対応する上部電極4の中心から
ずれた場合でも、その周囲に形成されたガイド層6がA
uボール3の位置を規制するように作用するために、A
uボール3は上部電極4の中心方向に移動し、自動的に
正確な位置決めが行われる。そして、Auボール3と上
部電極4とがそれらの間に挟まれた異方導電接着フィル
ム5中の金属粒子を介して電気的に接続される。
【0027】以上のように、半導体チップ2のAuボー
ル3が接続される上部電極4の周囲に、Auボール3と
上部電極4との位置ずれを補正するガイド層6を形成す
る本実施の形態によれば、半導体チップ2とパッケージ
基板1との接続信頼性を向上させることができる。
【0028】またこれにより、汎用のチップマウンタを
使ってAuボール3と上部電極4とを確実に接続するこ
とが可能となるので、従来、異方導電接着フィルムを介
してチップを基板に実装する場合に使用していた高価な
専用チップマウンタが不要となり、異方導電接着フィル
ムを使ったLSIパッケージの低価格化を推進すること
ができる。
【0029】パッケージ基板1の主面上のガイド層6
は、全ての上部電極4を囲むようにを形成する必要はな
く、例えば図7、図8に示すように、半導体チップ2が
搭載される領域を囲むように形成してもよい。この場合
は、半導体チップ2の最外周部に配置されたAuボール
3の位置ずれがガイド層6によって補正されるので、そ
の内側に配置されたAuボール3の位置ずれも同時に補
正される。また、図9に示すように、上部電極4を複数
のブロックに分け、各ブロックの周囲をガイド層6で囲
むようにしても同様の効果を得ることができる。
【0030】以上、本発明者によってなされた発明を前
記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前
記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもな
い。
【0031】前記実施の形態では、半導体チップとパッ
ケージ基板との間に異方導電接着フィルムを介在させた
LSIパッケージに適用した場合について説明したが、
図10に示すように、Auボール3をパッケージ基板1
の上部電極4に直接接続する通常のフリップチップ実装
方式を採用したLSIパッケージに適用できることはも
ちろんである。
【0032】半導体チップのボンディングパッド上に形
成するバンプ電極は、Auボールに限定されるものでは
なく、例えば半田バンプのような他の導電材料で構成さ
れたボール状電極であってもよい。
【0033】前記実施の形態では、半導体チップをパッ
ケージ基板にフリップチップ実装する場合に付いて説明
したが、例えばノート型パソコンや携帯端末機器に代表
される薄形軽量電子機器に搭載するモジュール基板など
に複数個のベアチップをフリップチップ実装する場合に
おいても、モジュール基板の電極の周囲に前記のような
ガイド層を形成することによって、半導体チップとモジ
ュール基板との接続信頼性を向上させることができ、か
つモジュール基板の低価格化を推進することができる。
【0034】
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
【0035】本発明によれば、半導体装置のバンプ電極
と配線基板の電極とが接触する部分の接続信頼性を向上
させることができる。
【0036】本発明によれば、異方導電接着フィルムを
使って半導体チップを配線基板に実装する半導体装置の
低価格化を推進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である半導体装置を示す
断面図である。
【図2】本発明の一実施の形態である半導体装置のパッ
ケージ基板を示す平面図である。
【図3】(a)は、本発明の一実施の形態である半導体
装置の製造に用いる半導体チップを示す断面図、(b)
は、同じくパッケージ基板を示す断面図である。
【図4】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造
方法を示す断面図である。
【図5】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造
方法を示す断面図である。
【図6】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造
方法を示す断面図である。
【図7】本発明の他の実施の形態である半導体装置を示
す断面図である。
【図8】本発明の他の実施の形態である半導体装置のパ
ッケージ基板を示す平面図である。
【図9】本発明の他の実施の形態である半導体装置のパ
ッケージ基板を示す平面図である。
【図10】本発明の他の実施の形態である半導体装置を
示す断面図である。
【符号の説明】
1 パッケージ基板 2 半導体チップ 3 Auボール(バンプ電極) 4 上部電極 5 異方導電接着フィルム 6 ガイド層 7 下部電極 8 半田バンプ 10 コレット BP ボンディングパッド

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップを配線基板の主面にフェイ
    スダウンボンディングし、前記半導体チップの主面に形
    成したバンプ電極と前記配線基板の主面に形成した電極
    とを電気的に接続した半導体装置であって、前記配線基
    板の前記電極の周囲に前記バンプ電極の位置を規制する
    ガイド層を設けたことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置であって、前
    記ガイド層は、前記配線基板の主面に形成されたソルダ
    ーレジストであることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の半導体装置であ
    って、前記半導体チップと前記配線基板との間に異方導
    電接着フィルムが介在し、前記バンプ電極と前記電極と
    は、前記異方導電接着フィルム中に分散された導電性粒
    子を介して電気的に接続されていることを特徴とする半
    導体装置。
  4. 【請求項4】 請求項1、2または3記載の半導体装置
    であって、前記ガイド層は、複数個の前記電極を囲むよ
    うに形成されていることを特徴とする半導体装置。
  5. 【請求項5】 請求項1、2または3記載の半導体装置
    であって、前記ガイド層は、前記半導体チップが搭載さ
    れる領域を囲むように形成されていることを特徴とする
    半導体装置。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれか1項に記載の半
    導体装置であって、前記バンプ電極は、Auボールから
    なることを特徴とする半導体装置。
JP10122203A 1998-05-01 1998-05-01 半導体装置 Pending JPH11317425A (ja)

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