JP2001118946A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JP2001118946A
JP2001118946A JP29625199A JP29625199A JP2001118946A JP 2001118946 A JP2001118946 A JP 2001118946A JP 29625199 A JP29625199 A JP 29625199A JP 29625199 A JP29625199 A JP 29625199A JP 2001118946 A JP2001118946 A JP 2001118946A
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Masaya Kouno
賢哉 河野
Tatsuya Nagata
達也 永田
Hideo Miura
英生 三浦
Hiroshi Ito
博志 伊藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の課題は、LSIチップの大型化に伴い
増大する半導体集積回路装置の熱変形に起因した、金属
バンプ等の接続寿命低下に対処して、半導体集積回路装
置の熱変形を抑制し、金属バンプ等に発生するひずみを
低減した高信頼度の半導体集積回路装置を提供するこ
と。 【解決手段】金属バンプ等に発生するひずみを十分低減
するよう、LSIチップの表面 対角長さが該配線基板
の表面対角長さに対して0.8以上である半導体集 積
回路装置において、LSIチップ外郭より外側に最低1
列分金属バンプ 等を形成し、LSIチップの大型化に
伴う半導体集積回路装置の熱変形増 加を抑制する。 【効果】本発明により、金属バンプ等のひずみを十分低
減し、金属バンプ等の接続寿命を的確に向上させ、高信
頼度の半導体集積回路装置の提供が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はLSIチップが配線
基板に接続された半導体集積回路装置に係り、特に、大
型のLSIチップを搭載した半導体集積回路装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路装置の実装方式に
は、はんだをはじめとした金属バンプ等により配線基板
に接続搭載する、いわゆるBGA(Ball Grid Array)
方式が用いられるようになってきた。この実装方式は、
これまで数多く用いられてきたリードフレーム型の実装
方式に比べ、金属バンプ等を2次元マトリクス状に配置
することによって、高密度実装が可能となる利点があ
る。さらに最近では、バンプ間ピッチをより微細化する
ことによって、更なる高密度実装が実現可能となりつつ
ある。バンプ間ピッチの微細化は、半導体集積回路装置
内の電気的信号配線長さが短くなることから、信号伝送
速度の遅延が小さく、情報処理速度の高速化が可能とな
る利点もある。このような実装方式の場合、稼動時にL
SIチップが内部抵抗により発熱すると、LSIチップ
と配線基板間の熱膨張係数差により金属バンプにひずみ
が生じ、起動停止の繰返しによって金属バンプ等を疲労
破壊させる問題がある。
【0003】図3に従来の半導体集積回路装置と金属バ
ンプのひずみ振幅の分布の模式的説明図を示す。電気的
接合体8によってLSIチップ1が搭載された配線基板
4は、金属バンプ9によって主基板7へ機械的に接続さ
れている。このとき、LSIチップ1端面a直下付近の
金属バンプ9では、LSIチップ1と配線基板4間の熱
膨張係数差が急激に変化するため、他の金属バンプ9に
比べひずみ振幅が大きく、早期に疲労破壊することがわ
かっている。このため、この付近の金属バンプ9を補強
用のダミーバンプとする方法が知られている。
【0004】この一例を、特開平8-70062号公報
を例にあげ説明する。前記公報では、LSIチップが樹
脂によってモールドされた半導体装置を、はんだ等の金
属バンプによって配線基板に搭載された電子部品の断面
図が示されてある。このとき、最も熱ひずみが大きくな
るLSIチップ端面直下の金属バンプをダミーバンプと
して設け、その他の電気的な接続として用いられている
バンプの疲労破壊を遅らせて寿命を向上させることを提
案している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】今後半導体装置の高性
能・高機能化のためにLSIチップが大型化する傾向に
ある。このため、従来にも増して発熱時の半導体装置全
体の曲げ変形が大きくなることが予測される。図4にL
SIチップが大型化し、配線基板とほぼ同程度の大きさ
になった場合の半導体集積回路装置と金属バンプのひず
み振幅の説明図を示す。前述の特許公報のように、LS
Iチップ端面a直下の金属バンプ9をいくら補強用のダ
ミーバンプ9a(図中黒く塗りつぶしてある)として
も、LSIチップ1が大型化し、配線基板4と同程度の
大きさになった分、半導体集積回路装置の熱変形が増大
し、ひずみ振幅が急激に増加するため、はぼ瞬時的に破
壊する可能性がある。このような事態では、ダミーバン
プ9aは補強用バンプとしての役割を果たせず、その他
の電気的な接続バンプの長寿命化が図れない問題があ
る。
【0006】そこで本発明の目的は、LSIチップの大
型化に伴い増大する半導体集積回路装置の熱変形に起因
する金属バンプ等の早期疲労破壊に対処し、半導体集積
回路装置自体の熱変形を抑制し、電気的な接続バンプの
長寿命化を満足する高信頼度の半導体集積回路装置を提
供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するに
は、半導体集積回路装置の熱変形を抑制するよう、配線
基板に形成されるバンプが、LSIチップ外郭より外側
に最低1列大きく形成されることにより解決される。本
発明では、配線基板の一方の面に半導体集積回路が形成
してなるLSIチップが電気的接合体によって搭載さ
れ、他方の面にはマトリクス状に複数のバンプが形成さ
れてなるLSIチップの表面対角長さが該配線基板の表
面対角長さに対して0.8以上のもので、バンプの形成
範囲がLSIチップ外郭より外側に最低1列大きいこと
が特徴である。また、このバンプは単に電気的な接続バ
ンプとして利用するだけでなく、補強用のダミーバンプ
として利用できることも本発明の特徴である。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例について、図面
を参照して説明する。図1に本発明の一実施例である半
導体集積回路装置の模式的断面図を示す。半導体素子で
あるLSIチップ1は、金バンプ2によって配線基板4
に接続されている。このとき、LSIチップ1と配線基
板4との間隙部分は、異方性導電樹脂3によって機械的
に接続されており、同時にLSIチップ1と配線基板4
の電極間の電気的接続確保の補助機能も果たしている。
異方性導電樹脂3の材料としては、例えばエポキシ樹脂
等の有機系樹脂に、例えばニッケル等の金属フィラーが
添加されていることが生産性に優れている。また、配線
基板4の材料としては、例えばFR−4等の有機系樹脂
を用いることが生産性の面から有利である。以上の部品
で構成された半導体集積回路装置6は、はんだバンプ5
によって主基板7へ実装される。
【0009】図2に本発明の一実施例である半導体集積
回路装置の模式的底面図を示す。図1および図2におい
て、はんだバンプ5は配線基板4の下面にマトリクス状
に多数個形成されている。このとき、LSIチップ1の
外郭aに対応する位置より外側に1列はんだバンプ5b
(図中黒く塗りつぶしてある)が形成されている。これ
は、LSIチップ1の大型化に伴う半導体集積回路装置
6の熱変形を抑制するためである。
【0010】図5には、図1に示した本発明の一実施例
である半導体集積回路装置における、はんだバンプのひ
ずみ振幅低減効果の説明図を示す。図5は、LSIチッ
プ1の大きさが、はんだバンプ5のひずみ振幅へ与える
影響について検討をおこなうため、発明者らが有限要素
法(FEM)により半導体集積回路装置の熱応力解析を
実施した結果を示したものである。横軸に配線基板4の
表面対角長さlbに対するLSIチップ1の表面対角長
さlcの割合lc/lbを示し、縦軸にはんだバンプ5
に発生するひずみ振幅Δε(%)を示す。解析は、lc
/lbが(1)0.4、(2)0.75、及び(3)
0.84の3種類について実施した。
【0011】図中○で示されるように、lc/lbが大
きくなると同時に半導体集積回路装置6自体の熱変形が
増加し、それに伴いはんだバンプ5のひずみ振幅も増大
する。特に、lc/lb=0.84のところで急激にΔ
εが増加しているのがわかる。これは、LSIチップ1
の外郭aより外側に、はんだバンプ5が形成されていな
いのが原因と考えられる。そこで、このlc/lb=
0.84の半導体集積回路装置を、図1に示した本発明
の一実施例のように、LSIチップ1の外郭aより外側
に、最低1列はんだバンプ5bを形成して同様の解析を
実施した。その結果、図中□のようにΔεは約1.0%
程度となり、従来技術の2.41%に対して約60%程
度も低減された。このとき、lc/lbとΔεの関係
は、lc/lbが0.4および0.75の延長線(図中
点線で示す)上であり、この関係は直線的に(1)式で
表される。
【0012】 Δε=lc/lb+0.18…………(1) 発明者らは、Δεが1.0%であればはんだバンプ5は
十分な接続寿命を有すると考え、(1)式からlc/l
bが0.8以上となる半導体集積回路装置には、LSI
チップ1の外郭aより外側に最低1列はんだバンプ5b
を形成すると信頼性上有益であることがわかる。これに
より,LSIチップが大型化しても、高信頼度の半導体
集積回路装置の提供が可能となる。
【0013】図6に、本発明のもう一つの実施例であ
る、大形はんだバンプが形成された半導体集積回路装置
の模式的断面図を示す。lc/lbが0.8以上であ
り、LSIチップ1の外郭aより外側には大形はんだバ
ンプ5c(図中黒く塗りつぶしてある)が形成されてい
る。この大形はんだバンプ5cは、その他のはんだバン
プ5に比べ大形であり、主基板7に強固に固着されてい
る。従って,LSIチップ1の大型化による半導体装置
の熱変形増加を抑制し、はんだバンプ5のひずみ振幅を
より低減させることが可能である。この大形はんだバン
プ5cは、補強用バンプとしても利用可能であるが、電
気的な接続バンプとしても利用可能である。
【0014】
【発明の効果】本発明の半導体集積回路装置では、LS
Iチップの大型化に伴う半導体集積回路装置の曲げ変形
を抑制するため、配線基板の表面対角長さに対してLS
Iチップの表面対角長さが0.8以上の半導体集積回路
装置に対して、LSIチップ外郭より外側に最低1列バ
ンプを設けることにより、はんだバンプ等の金属バンプ
の疲労寿命に影響を及ぼす、はんだバンプ等の金属バン
プのひずみ振幅を大幅に低減し、はんだバンプ等の金属
バンプの疲労寿命を的確に向上させる。
【0015】また、はんだバンプ等の金属バンプのひず
み振幅を大幅に低減させることから、LSIチップ外郭
よりも外側に設けたバンプは、単なる電気的な接続バン
プとして利用するだけでなく、電気的な接続の無い補強
用のバンプとしても利用でき、高信頼度の半導体集積回
路装置が実現できる。以上の極めて簡単な手段により、
高信頼度な半導体集積回路装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
模式的断面図。
【図2】本発明で一実施例である半導体集積回と装置の
模式的底面図。
【図3】従来の半導体集積回路装置と金属バンプのひず
み振幅の分布の模式的説明図。
【図4】LSIチップが大型化した場合の半導体集積回
路装置と金属バンプのひずみ振幅の説明図。
【図5】本発明である半導体集積回路装置におけるはん
だバンプのひずみ振幅低減効果の説明図。
【図6】本発明の一実施例である大形はんだバンプが形
成された半導体集積回路装置の模式的断面図。
【符号の説明】
1…LSIチップ、2…金バンプ、3…異方性導電樹
脂、4…配線基板、5、5b…はんだバンプ、5c…大
形はんだバンプ、6…半導体集積回路装置、7…主基
板、8…電気的接合体、9…金属バンプ、9a…ダミー
バンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 英生 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 伊藤 博志 神奈川県海老名市下今泉810番地 株式会 社日立製作所PC事業部内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】配線基板の一方の面に半導体集積回路が形
    成してなるLSIチップが電気的接合体によって搭載さ
    れ、他方の面にはマトリクス状に複数のバンプが形成さ
    れてなる前記LSIチップの表面対角長さが前記配線基
    板の表面対角長さに対して0.8以上である半導体集積
    回路装置において、 前記バンプの形成範囲が該LSIチップ外郭より外側に
    最低1列分大きいことを特徴とする半導体集積回路装
    置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の半導体集積回路装置におい
    て、 前記LSIチップ外郭より外側に最低1列分大きく形成
    されたバンプの内、最低1列が補強用のバンプであるこ
    とを特徴とする半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の半導体集積回路装置におい
    て、 前記LSIチップ外郭より外側に最低1列分大きく形成
    されたバンプの径が他のバンプ径よりも大きいことを特
    徴とする半導体集積回路装置。
  4. 【請求項4】請求項2記載の半導体集積回路装置におい
    て、 前記補強用のバンプ径が他のバンプ径よりも大きいこと
    を特徴とする半導体集積回路装置。
  5. 【請求項5】請求項1、請求項2、請求項3、もしくは
    請求項4のいずれか1項に記載の半導体集積回路装置に
    おいて、 前記バンプがはんだにより形成されることを特徴とする
    半導体集積回路装置。
  6. 【請求項6】請求項1、請求項2、請求項3、請求項
    4、もしくは請求項5のいずれか1項に記載の半導体集
    積回路装置において、 前記電気的接合体が金バンプであることを特徴とする半
    導体集積回路装置。
  7. 【請求項7】請求項1、請求項2、請求項3、請求項
    4、もしくは請求項5のいずれか1項に記載の半導体集
    積回路装置において、 前記電気的接合体がはんだであることを特徴とする半導
    体集積回路装置。
  8. 【請求項8】請求項1、請求項2、請求項3、請求項
    4、もしくは請求項5のいずれか1項に記載の半導体集
    積回路装置において、 前記電気的接合体が金属フィラー入り樹脂であることを
    特徴とする半導体集積回路装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008117421A1 (ja) * 2007-03-27 2008-10-02 Fujitsu Limited プリント基板ユニットおよび電子機器
US8456025B2 (en) 2009-06-12 2013-06-04 Panasonic Corporation Semiconductor chip having staggered arrangement of bonding pads
US8759941B2 (en) 2008-12-10 2014-06-24 Panasonic Corporation Semiconductor integrated circuit device and method for designing the same

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