JP2001127108A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
- H01L2224/73203—Bump and layer connectors
- H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
Abstract
(57)【要約】
【課題】半導体装置を形成する配線基板の柔軟層と樹脂
の機械的性質を適正化し、配線基板上の電極パッドとバ
ンプ電極との電気的接続を高信頼度で確保できる半導体
装置を実現する。 【解決手段】ＬＳＩチップ１の外部端子２にはバンプ電
極３が形成されている。ＬＳＩチップ１は接着剤６を介
して配線基板４に搭載され、バンプ電極３は配線基板４
に形成された電極パッド５に圧接され電気的に接続され
ている。配線基板４と電極パッド５との間には柔軟層７
が形成され、複数個のバンプ電極３を均一に電極パッド
５に接触させるための役割を果たしている。接着剤６
（樹脂）の線膨張係数αと、柔軟層７の縦弾性係数Ｅと
の関係を、α≦１１１０Ｅ-0.3876を満たす関係とした
のでバンプ電極３は使用温度範囲において圧縮力を保持
することが可能となり電極パッド５とバンプ電極３との
電気的接続を確保できる。
の機械的性質を適正化し、配線基板上の電極パッドとバ
ンプ電極との電気的接続を高信頼度で確保できる半導体
装置を実現する。 【解決手段】ＬＳＩチップ１の外部端子２にはバンプ電
極３が形成されている。ＬＳＩチップ１は接着剤６を介
して配線基板４に搭載され、バンプ電極３は配線基板４
に形成された電極パッド５に圧接され電気的に接続され
ている。配線基板４と電極パッド５との間には柔軟層７
が形成され、複数個のバンプ電極３を均一に電極パッド
５に接触させるための役割を果たしている。接着剤６
（樹脂）の線膨張係数αと、柔軟層７の縦弾性係数Ｅと
の関係を、α≦１１１０Ｅ-0.3876を満たす関係とした
のでバンプ電極３は使用温度範囲において圧縮力を保持
することが可能となり電極パッド５とバンプ電極３との
電気的接続を確保できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路が
形成されたＬＳＩチップの外部端子が配線基板上の電極
パッドにバンプ電極を介して電気的に接続された半導体
装置に関する。
形成されたＬＳＩチップの外部端子が配線基板上の電極
パッドにバンプ電極を介して電気的に接続された半導体
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＬＳＩチップを金属バンプ等で直
接配線基板上に実装する、いわゆるフリップチップ実装
と呼ばれる半導体装置では、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等に熱ひずみが発生
し、金属バンプ等を疲労破壊させるという問題があっ
た。
接配線基板上に実装する、いわゆるフリップチップ実装
と呼ばれる半導体装置では、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等に熱ひずみが発生
し、金属バンプ等を疲労破壊させるという問題があっ
た。
【０００３】この防止策として、ＬＳＩチップと配線基
板と間隙部分にガラス等の微小な粒（一般にフィラーと
称されるもの）を添加したエポキシ系の熱硬化性の樹脂
を充填し、ＬＳＩチップと配線基板間の熱変形を拘束す
ることで、金属バンプ等に発生する熱応力を低減し、金
属バンプ等の接続信頼性を向上させるという方法（一般
にアンダーフィル構造と称される実装方法）が知られて
いる。
板と間隙部分にガラス等の微小な粒（一般にフィラーと
称されるもの）を添加したエポキシ系の熱硬化性の樹脂
を充填し、ＬＳＩチップと配線基板間の熱変形を拘束す
ることで、金属バンプ等に発生する熱応力を低減し、金
属バンプ等の接続信頼性を向上させるという方法（一般
にアンダーフィル構造と称される実装方法）が知られて
いる。
【０００４】しかしながら、この方法では、ＬＳＩチッ
プを配線基板に搭載した後に、樹脂を充填する工程が必
要となるため、製造コストが高騰するという問題が生じ
る。このため、近年ではフリップチップアタッチ法（Ｆ
ｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ａｔｔａｃｈ、以下単にＦＣＡ法と
記す）と称する、製造工程を簡便化した実装方法が注目
されている。
プを配線基板に搭載した後に、樹脂を充填する工程が必
要となるため、製造コストが高騰するという問題が生じ
る。このため、近年ではフリップチップアタッチ法（Ｆ
ｌｉｐ Ｃｈｉｐ Ａｔｔａｃｈ、以下単にＦＣＡ法と
記す）と称する、製造工程を簡便化した実装方法が注目
されている。
【０００５】上記ＦＣＡ法の一例としては、公開特許公
報平１０−２７０４９６号に記載された技術がある。上
記公開特許公報では、ＬＳＩチップの外部端子上に形成
されたバンプ電極を配線基板の電極パッドに圧接し、両
者を電気的かつ機械的に接続している半導体装置の模式
的断面図が示されている。
報平１０−２７０４９６号に記載された技術がある。上
記公開特許公報では、ＬＳＩチップの外部端子上に形成
されたバンプ電極を配線基板の電極パッドに圧接し、両
者を電気的かつ機械的に接続している半導体装置の模式
的断面図が示されている。
【０００６】具体的に説明すると、ＬＳＩチップの外部
端子上に金からなるスタッドバンプ構造のバンプ電極を
形成する。
端子上に金からなるスタッドバンプ構造のバンプ電極を
形成する。
【０００７】次に、配線基板の電極パッドとＬＳＩチッ
プの外部端子との間にバンプ電極が介在されるように、
配線基板上に熱硬化性樹脂からなるフィルム状のシート
接着剤を介在してＬＳＩチップを配置する。
プの外部端子との間にバンプ電極が介在されるように、
配線基板上に熱硬化性樹脂からなるフィルム状のシート
接着剤を介在してＬＳＩチップを配置する。
【０００８】次に、ＬＳＩチップを熱圧着し、配線基板
の電極パッドにバンプ電極を接続した状態で樹脂を硬化
させる。室温状態に戻った樹脂には熱収縮力および熱硬
化収縮力等が生じるためバンプ電極と配線基板の電極パ
ッドとの間に圧縮力が生じる。この圧縮力によってバン
プ電極は配線基板の電極パッドに圧接される。
の電極パッドにバンプ電極を接続した状態で樹脂を硬化
させる。室温状態に戻った樹脂には熱収縮力および熱硬
化収縮力等が生じるためバンプ電極と配線基板の電極パ
ッドとの間に圧縮力が生じる。この圧縮力によってバン
プ電極は配線基板の電極パッドに圧接される。
【０００９】このＦＣＡ法は、上述したアンダーフィル
構造とは異なり、配線基板の電極パッドとＬＳＩチップ
の外部端子とをパンプ電極で固着しないので、配線基板
とＬＳＩチップとの線膨張係数差に起因する熱応力が金
属バンプに生じることはない。
構造とは異なり、配線基板の電極パッドとＬＳＩチップ
の外部端子とをパンプ電極で固着しないので、配線基板
とＬＳＩチップとの線膨張係数差に起因する熱応力が金
属バンプに生じることはない。
【００１０】また、配線基板の電極パッドにバンプ電極
を接続する工程と、配線基板とＬＳＩチップ間に樹脂を
充填する工程とが同一工程でなされるために、製造コス
トが安価となる利点がある。
を接続する工程と、配線基板とＬＳＩチップ間に樹脂を
充填する工程とが同一工程でなされるために、製造コス
トが安価となる利点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＦＣＡ法以
前の半導体実装は、はんだによる実装が主流であり、そ
の接続信頼性を評価する場合には、はんだが搭載されて
いる半導体装置と、それを実装するための実装基板との
線膨張係数差を如何に小さくするかが重要な因子であっ
た。すなわち、はんだのせん断方向の変形による疲労破
壊現象を防ぐような設計が行われてきた。
前の半導体実装は、はんだによる実装が主流であり、そ
の接続信頼性を評価する場合には、はんだが搭載されて
いる半導体装置と、それを実装するための実装基板との
線膨張係数差を如何に小さくするかが重要な因子であっ
た。すなわち、はんだのせん断方向の変形による疲労破
壊現象を防ぐような設計が行われてきた。
【００１２】しかしながら、ＦＣＡ法による半導体の実
装構造では、半導体装置に搭載された金バンプと実装基
板側の端子との接触圧によって電気的な導通が保たれ
る。このため、ＦＣＡ法以前のような基板の線膨張係数
は、それほど重要ではなく、搭載する基板の剛性が設計
上重要な因子となっている。
装構造では、半導体装置に搭載された金バンプと実装基
板側の端子との接触圧によって電気的な導通が保たれ
る。このため、ＦＣＡ法以前のような基板の線膨張係数
は、それほど重要ではなく、搭載する基板の剛性が設計
上重要な因子となっている。
【００１３】さらに、金バンプの接触圧は、金バンプの
周囲を充填している樹脂又は接着剤の厚さ方向の変形量
に大きく依存するため、充填樹脂又は接着剤の線膨張係
数が重要な設計因子となり、これまでとは、信頼性設計
の思想が全く新しいものとなった。
周囲を充填している樹脂又は接着剤の厚さ方向の変形量
に大きく依存するため、充填樹脂又は接着剤の線膨張係
数が重要な設計因子となり、これまでとは、信頼性設計
の思想が全く新しいものとなった。
【００１４】すなわち、ＦＣＡ法では、配線基板とＬＳ
Ｉチップ間に充填される樹脂は、一般的な高分子材料で
あることから、金属等によって形成されたバンプ電極よ
りも線膨張係数が大きいため、熱圧着後に室温状態に戻
した際にバンプ電極の先端に大きな圧縮力が生じ、バン
プ電極先端が塑性変形をする。
Ｉチップ間に充填される樹脂は、一般的な高分子材料で
あることから、金属等によって形成されたバンプ電極よ
りも線膨張係数が大きいため、熱圧着後に室温状態に戻
した際にバンプ電極の先端に大きな圧縮力が生じ、バン
プ電極先端が塑性変形をする。
【００１５】このため、電子装置等に搭載する際や、実
際の稼動時に半導体装置が再度加熱されると、樹脂が熱
膨張するため配線基板の電極パッドとバンプ電極間との
間に隙間が生じ、電気的導通不良が生じる恐れがある。
際の稼動時に半導体装置が再度加熱されると、樹脂が熱
膨張するため配線基板の電極パッドとバンプ電極間との
間に隙間が生じ、電気的導通不良が生じる恐れがある。
【００１６】そこで、本願発明者は、上述したＦＣＡ法
について、配線基板上の電極パッドとバンプ電極との接
触界面に常時圧縮力が作用し、界面に隙間が生じないよ
うな半導体装置の構造について検討した。
について、配線基板上の電極パッドとバンプ電極との接
触界面に常時圧縮力が作用し、界面に隙間が生じないよ
うな半導体装置の構造について検討した。
【００１７】その結果、本願発明等は、配線基板の電極
パッドとバンプ電極との界面における圧縮力確保には、
配線基板上に形成された柔軟層の縦弾性係数と樹脂の線
膨張係数とが大きく関係していることを明らかにした。
パッドとバンプ電極との界面における圧縮力確保には、
配線基板上に形成された柔軟層の縦弾性係数と樹脂の線
膨張係数とが大きく関係していることを明らかにした。
【００１８】本発明の目的は、半導体装置を形成する配
線基板の柔軟層と樹脂の機械的性質を適正化し、配線基
板上の電極パッドとバンプ電極との電気的接続を高信頼
度で確保できる半導体装置を実現することである。
線基板の柔軟層と樹脂の機械的性質を適正化し、配線基
板上の電極パッドとバンプ電極との電気的接続を高信頼
度で確保できる半導体装置を実現することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成される。 （１）半導体集積回路が形成されたＬＳＩチップがバン
プ電極を介して、配線基板上の柔軟層に形成された電極
パッドに電気的に接続され、かつ上記バンプ電極周辺が
樹脂に覆われた半導体装置において、上記樹脂の線膨張
係数をα（ｐｐｍ／℃）とし、上記配線基板上に形成さ
れた柔軟層の縦弾性係数をＥ（ＭＰａ）とすると、上記
線膨張係数αと、上記柔軟層の縦弾性係数Ｅとは、α＜
１１１０Ｅ-0.3876 の関係を満たす。
め、本発明は次のように構成される。 （１）半導体集積回路が形成されたＬＳＩチップがバン
プ電極を介して、配線基板上の柔軟層に形成された電極
パッドに電気的に接続され、かつ上記バンプ電極周辺が
樹脂に覆われた半導体装置において、上記樹脂の線膨張
係数をα（ｐｐｍ／℃）とし、上記配線基板上に形成さ
れた柔軟層の縦弾性係数をＥ（ＭＰａ）とすると、上記
線膨張係数αと、上記柔軟層の縦弾性係数Ｅとは、α＜
１１１０Ｅ-0.3876 の関係を満たす。
【００２０】（２）好ましくは、上記（１）において、
上記バンプ電極は、スタッドバンプ構造で形成されてい
る。
上記バンプ電極は、スタッドバンプ構造で形成されてい
る。
【００２１】（３）また、好ましくは、上記（１）又は
（２）において、上記樹脂は異方性導電樹脂フィルムで
ある。
（２）において、上記樹脂は異方性導電樹脂フィルムで
ある。
【００２２】樹脂の線膨張係数αと、柔軟層の縦弾性係
数Ｅとの関係を、α＜１１１０Ｅ-0.3876 を満たす関
係とすれば、バンプ電極は、使用温度範囲において圧縮
力を保持することが可能となる。
数Ｅとの関係を、α＜１１１０Ｅ-0.3876 を満たす関
係とすれば、バンプ電極は、使用温度範囲において圧縮
力を保持することが可能となる。
【００２３】したがって、半導体装置を形成する配線基
板の柔軟層と樹脂の機械的性質を適正化し、配線基板上
の電極パッドとバンプ電極との電気的接続を高信頼度で
確保できる半導体装置を実現することができる。
板の柔軟層と樹脂の機械的性質を適正化し、配線基板上
の電極パッドとバンプ電極との電気的接続を高信頼度で
確保できる半導体装置を実現することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施
形態である半導体装置の模式的断面図である。図１にお
いて、半導体集積回路が形成されたＬＳＩチップ１の外
部端子２には、スタッドバンプ構造（ボンディングワイ
ヤ方式によるバンプ構造）のバンプ電極３が形成されて
いる。バンプ電極３は、例えば、金（Ａｕ）等の金属材
料を用いると、従来から使用されているワイヤボンディ
ング技術を流用したボールボンディング技術により形成
可能となるため生産性に優れている。
て、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施
形態である半導体装置の模式的断面図である。図１にお
いて、半導体集積回路が形成されたＬＳＩチップ１の外
部端子２には、スタッドバンプ構造（ボンディングワイ
ヤ方式によるバンプ構造）のバンプ電極３が形成されて
いる。バンプ電極３は、例えば、金（Ａｕ）等の金属材
料を用いると、従来から使用されているワイヤボンディ
ング技術を流用したボールボンディング技術により形成
可能となるため生産性に優れている。
【００２５】ＬＳＩチップ１は、接着剤（樹脂）６を介
在して配線基板４に搭載されているが、その際、ＬＳＩ
チップ１の外部端子２上に形成されたバンプ電極３は、
配線基板４上に形成された電極パッド５に圧接され電気
的に接続されている。したがって、バンプ電極３の周辺
は、接着剤（樹脂）６に覆われている。配線基板４は、
例えば、ガラス繊維にエポキシ樹脂またはポリイミド樹
脂を浸透させた一般的な樹脂基板等を用いれば、生産コ
ストの面で有利である。
在して配線基板４に搭載されているが、その際、ＬＳＩ
チップ１の外部端子２上に形成されたバンプ電極３は、
配線基板４上に形成された電極パッド５に圧接され電気
的に接続されている。したがって、バンプ電極３の周辺
は、接着剤（樹脂）６に覆われている。配線基板４は、
例えば、ガラス繊維にエポキシ樹脂またはポリイミド樹
脂を浸透させた一般的な樹脂基板等を用いれば、生産コ
ストの面で有利である。
【００２６】また、接着剤６の材料としては、例えば、
比較的に入手が容易なエポキシ系の熱硬化性樹脂を用い
ることにより生産コストの抑制が可能となり、場合によ
っては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）等の導電性の微小粒
子（またはフィラーと称す）を混入させる異方性導電樹
脂フィルムを用いることにより、機械的かつ電気的な接
続の信頼性向上が可能である。
比較的に入手が容易なエポキシ系の熱硬化性樹脂を用い
ることにより生産コストの抑制が可能となり、場合によ
っては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）等の導電性の微小粒
子（またはフィラーと称す）を混入させる異方性導電樹
脂フィルムを用いることにより、機械的かつ電気的な接
続の信頼性向上が可能である。
【００２７】また、配線基板４と電極パッド５との間に
は柔軟層７が形成されており、複数個形成されたバンプ
電極３を均一に電極パッド５に接触させるための役割を
果たしている。この柔軟層７は、例えば、エポキシ系の
低弾性樹脂により形成されている。また、電極パッド５
は、例えば、銅（Ｃｕ）膜で形成されている。
は柔軟層７が形成されており、複数個形成されたバンプ
電極３を均一に電極パッド５に接触させるための役割を
果たしている。この柔軟層７は、例えば、エポキシ系の
低弾性樹脂により形成されている。また、電極パッド５
は、例えば、銅（Ｃｕ）膜で形成されている。
【００２８】本願発明者は、図１に示した半導体装置８
の製造過程から信頼度試験までの半導体装置８に加わる
外力および温度変化による、バンプ電極３と電極パッド
５との接触界面に働く圧縮力の変化を有限要素法解析に
より求めた。
の製造過程から信頼度試験までの半導体装置８に加わる
外力および温度変化による、バンプ電極３と電極パッド
５との接触界面に働く圧縮力の変化を有限要素法解析に
より求めた。
【００２９】図２に、本願発明者が上述した半導体装置
８の有限要素法解析に用いた荷重および温度条件を示
す。解析ステップ１０までは、ＬＳＩチップ１を配線基
板４に接着剤６を介在して熱圧着する過程である。この
熱圧着過程においては、温度は１８０℃一定として、Ｌ
ＳＩチップ１に加わる荷重は６ステップまでが負荷、６
から１０ステップまでが除荷である。
８の有限要素法解析に用いた荷重および温度条件を示
す。解析ステップ１０までは、ＬＳＩチップ１を配線基
板４に接着剤６を介在して熱圧着する過程である。この
熱圧着過程においては、温度は１８０℃一定として、Ｌ
ＳＩチップ１に加わる荷重は６ステップまでが負荷、６
から１０ステップまでが除荷である。
【００３０】その後、１０ステップから２７ステップま
でが室温状態までの冷却過程と温度サイクル試験、およ
び半導体装置８を例えば電子装置等の基板に搭載する際
の再加熱時を模擬した温度変化過程である。温度サイク
ル試験は、一般的に行われている信頼度試験であり、こ
の例においては、温度範囲は５５〜１２５℃である。
でが室温状態までの冷却過程と温度サイクル試験、およ
び半導体装置８を例えば電子装置等の基板に搭載する際
の再加熱時を模擬した温度変化過程である。温度サイク
ル試験は、一般的に行われている信頼度試験であり、こ
の例においては、温度範囲は５５〜１２５℃である。
【００３１】また、半導体装置８を、例えば、電子装置
などの基板に搭載する際の再加熱時の最高温度は、半導
体装置８を例えばＰｂ−Ｓｎ系の組成金属材を用いたボ
ール形状のバンプで電気的かつ機械的に接続するための
溶融温度である２１０℃とした。
などの基板に搭載する際の再加熱時の最高温度は、半導
体装置８を例えばＰｂ−Ｓｎ系の組成金属材を用いたボ
ール形状のバンプで電気的かつ機械的に接続するための
溶融温度である２１０℃とした。
【００３２】図３及び図４には、本願発明者が、図１に
示した半導体装置８を図２に示した荷重及び温度条件に
従って有限要素法解析を実施した結果求められた、バン
プ電極３と電極パッド５との接触界面に働く界面垂直方
向応力σの変化を示す。
示した半導体装置８を図２に示した荷重及び温度条件に
従って有限要素法解析を実施した結果求められた、バン
プ電極３と電極パッド５との接触界面に働く界面垂直方
向応力σの変化を示す。
【００３３】図３は、柔軟層７の縦弾性係数Ｅを４種類
（Ｂ＝６０００ＭＰａ、Ｊ＝３０００ＭＰａ、１０００
ＭＰａ、６００ＭＰａ）に変化した場合の影響を示し、
図４は、接着剤（樹脂）６の線膨張係数αを３種類（Ｂ
＝９０ｐｐｍ／℃、Ｊ＝５０ｐｐｍ／℃、Ｈ＝３０ｐｐ
ｍ／℃、）に変化した場合の影響を示す。
（Ｂ＝６０００ＭＰａ、Ｊ＝３０００ＭＰａ、１０００
ＭＰａ、６００ＭＰａ）に変化した場合の影響を示し、
図４は、接着剤（樹脂）６の線膨張係数αを３種類（Ｂ
＝９０ｐｐｍ／℃、Ｊ＝５０ｐｐｍ／℃、Ｈ＝３０ｐｐ
ｍ／℃、）に変化した場合の影響を示す。
【００３４】また、縦弾性係数Ｅおよび線膨張係数αの
組み合わせの変化範囲は、図５に示すとおり、Ｅが６０
００ＭＰａでαを９０、５０、３０ｐｐｍ／℃とした場
合をＡ１、Ａ２、Ａ３、Ｅが３０００ＭＰａでαを９
０、５０、３０ｐｐｍ／℃とした場合をＢ１、Ｂ２、Ｂ
３、Ｅが１０００ＭＰａでαを９０、５０、３０ｐｐｍ
／℃とした場合をＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｅが６００ＭＰａ
でαを９０、５０、３０ｐｐｍ／℃とした場合をＤ１、
Ｄ２、Ｄ３とした。
組み合わせの変化範囲は、図５に示すとおり、Ｅが６０
００ＭＰａでαを９０、５０、３０ｐｐｍ／℃とした場
合をＡ１、Ａ２、Ａ３、Ｅが３０００ＭＰａでαを９
０、５０、３０ｐｐｍ／℃とした場合をＢ１、Ｂ２、Ｂ
３、Ｅが１０００ＭＰａでαを９０、５０、３０ｐｐｍ
／℃とした場合をＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｅが６００ＭＰａ
でαを９０、５０、３０ｐｐｍ／℃とした場合をＤ１、
Ｄ２、Ｄ３とした。
【００３５】縦弾性係数Ｅは、上述したように、ガラス
繊維にエポキシ樹脂またはポリイミド樹脂を浸透させる
ことにより実現可能な値であり、線膨張係数αの範囲に
関しても、エポキシ系の熱硬化性樹脂を主体として微小
なニッケルフィラーを混入させることにより実現可能な
値である。
繊維にエポキシ樹脂またはポリイミド樹脂を浸透させる
ことにより実現可能な値であり、線膨張係数αの範囲に
関しても、エポキシ系の熱硬化性樹脂を主体として微小
なニッケルフィラーを混入させることにより実現可能な
値である。
【００３６】図３及び図４から、バンプ電極３と電極パ
ッド５との接触界面に働く界面垂直応力σ（ＭＰａ）
は、Ｅおよびαの影響を熱圧着後の温度変化の過程で大
きく受けており、特に、高温状態においては顕著に差が
生じて、これらいくつかの材料物性の中には引張応力
（図３及び図４の正側の界面垂直方向応力）に転じてい
る場合もある。
ッド５との接触界面に働く界面垂直応力σ（ＭＰａ）
は、Ｅおよびαの影響を熱圧着後の温度変化の過程で大
きく受けており、特に、高温状態においては顕著に差が
生じて、これらいくつかの材料物性の中には引張応力
（図３及び図４の正側の界面垂直方向応力）に転じてい
る場合もある。
【００３７】このことから、バンプ電極３と電極パッド
５との接触を高信頼度で確保するには、高温状態におい
ても接触界面に圧縮応力が働いている必要がある。
５との接触を高信頼度で確保するには、高温状態におい
ても接触界面に圧縮応力が働いている必要がある。
【００３８】以上の結果から、図６に高温状態（本実施
例では２１０℃）における、バンプ電極３と電極パッド
５との界面に生じる界面垂直方向応力σと接着剤６の線
膨張係数αの関係を、柔軟層７の縦弾性係数Ｅ（６００
ＭＰａ、１０００ＭＰａ、３０００ＭＰａ、６０００Ｍ
Ｐａ）で整理した結果を示す。
例では２１０℃）における、バンプ電極３と電極パッド
５との界面に生じる界面垂直方向応力σと接着剤６の線
膨張係数αの関係を、柔軟層７の縦弾性係数Ｅ（６００
ＭＰａ、１０００ＭＰａ、３０００ＭＰａ、６０００Ｍ
Ｐａ）で整理した結果を示す。
【００３９】この図６から、常時、バンプ電極３と電極
パッド５との界面に圧縮応力を働かせるには、図６の斜
線部（つまりσ＜０）となるような線膨張係数αと縦弾
性係数Ｅとを有する接着剤６と柔軟層７を用いればよい
ことがわかる。
パッド５との界面に圧縮応力を働かせるには、図６の斜
線部（つまりσ＜０）となるような線膨張係数αと縦弾
性係数Ｅとを有する接着剤６と柔軟層７を用いればよい
ことがわかる。
【００４０】つまり、図６の各近似曲線において、バン
プ電極３の界面の垂直方向応力σが０になるときの樹脂
６の線膨張係数αが、信頼性を確保するための上限値と
なる。そこで、柔軟層７の縦弾性係数Ｅを変化させた場
合の、４本の近似曲線それぞれについて、垂直方向応力
σが０になる接着剤６の線膨張係数αを算出し、バンプ
電極３の垂直方向応力σが０になるときの、柔軟層７の
縦弾性係数（ヤング率）Ｅと接着剤６の線膨張係数αと
の関係を定式化した。
プ電極３の界面の垂直方向応力σが０になるときの樹脂
６の線膨張係数αが、信頼性を確保するための上限値と
なる。そこで、柔軟層７の縦弾性係数Ｅを変化させた場
合の、４本の近似曲線それぞれについて、垂直方向応力
σが０になる接着剤６の線膨張係数αを算出し、バンプ
電極３の垂直方向応力σが０になるときの、柔軟層７の
縦弾性係数（ヤング率）Ｅと接着剤６の線膨張係数αと
の関係を定式化した。
【００４１】定式化した関係（α、Ｅ共に対数表示）を
図７に示す。図７より接着剤６（樹脂）の線膨張係数α
と、柔軟層７の縦弾性係数Ｅとの関係が以下の関係式
（１）を満たす場合（つまり、図７の直線Ｌより下の領
域となるとき）に、バンプ電極３は、使用温度範囲にお
いて、圧縮力を保持することが可能となる。 α≦１１１０Ｅ-0.3876 −−−（１） 例えば、実装基板の柔軟層７のガラス転移温度以下の平
均的な弾性係数が１５００ＭＰａ程度の場合には、少な
くとも樹脂又は接着剤６の平均的な線膨張係数は、６５
ｐｐｍ／℃以下の材料を使用する必要があることを意味
している。
図７に示す。図７より接着剤６（樹脂）の線膨張係数α
と、柔軟層７の縦弾性係数Ｅとの関係が以下の関係式
（１）を満たす場合（つまり、図７の直線Ｌより下の領
域となるとき）に、バンプ電極３は、使用温度範囲にお
いて、圧縮力を保持することが可能となる。 α≦１１１０Ｅ-0.3876 −−−（１） 例えば、実装基板の柔軟層７のガラス転移温度以下の平
均的な弾性係数が１５００ＭＰａ程度の場合には、少な
くとも樹脂又は接着剤６の平均的な線膨張係数は、６５
ｐｐｍ／℃以下の材料を使用する必要があることを意味
している。
【００４２】なお、式（１）で定義する樹脂の線膨張係
数αは、室温から実装温度（例えば約１５０℃から約２
５０の間）までの間の材料の伸び変形量（膨張量）から
平均的に算出した値とする。柔軟層７の縦弾性係数Ｅも
同様に室温から実装温度間の平均値とする。
数αは、室温から実装温度（例えば約１５０℃から約２
５０の間）までの間の材料の伸び変形量（膨張量）から
平均的に算出した値とする。柔軟層７の縦弾性係数Ｅも
同様に室温から実装温度間の平均値とする。
【００４３】以上のように、本発明の一実施形態によれ
ば、接着剤６（樹脂）の線膨張係数αと、柔軟層７の縦
弾性係数Ｅとの関係を、α≦１１１０Ｅ-0.3876 を満
たす関係としたので、バンプ電極３は、使用温度範囲に
おいて、圧縮力を保持することが可能となる。
ば、接着剤６（樹脂）の線膨張係数αと、柔軟層７の縦
弾性係数Ｅとの関係を、α≦１１１０Ｅ-0.3876 を満
たす関係としたので、バンプ電極３は、使用温度範囲に
おいて、圧縮力を保持することが可能となる。
【００４４】したがって、半導体装置を形成する配線基
板の柔軟層と樹脂の機械的性質を適正化し、配線基板上
の電極パッドとバンプ電極との電気的接続を高信頼度で
確保できる半導体装置を実現することができる。
板の柔軟層と樹脂の機械的性質を適正化し、配線基板上
の電極パッドとバンプ電極との電気的接続を高信頼度で
確保できる半導体装置を実現することができる。
【００４５】なお、上述した例においては、バンプ電極
３をスタッドバンプ構造としたが、これに限らず、例え
ば、メッキバンプ構造のバンプ電極にも適用可能であ
る。
３をスタッドバンプ構造としたが、これに限らず、例え
ば、メッキバンプ構造のバンプ電極にも適用可能であ
る。
【００４６】
【発明の効果】本発明では、半導体集積回路が形成して
なるＬＳＩチップが接着剤によって実装表面に柔軟層が
形成された配線基板上にフリップチップ実装され、かつ
ＬＳＩチップの外部端子が配線基板上の電極パッドにバ
ンプ電極を介して電気的に接続された半導体装置におい
て、接着剤の線膨張係数αと、柔軟層の縦弾性係数Ｅと
の関係を、α≦１１１０Ｅ-0.3876 を満たす関係とし
たので、バンプ電極は、使用温度範囲において、圧縮力
を保持することが可能となる。
なるＬＳＩチップが接着剤によって実装表面に柔軟層が
形成された配線基板上にフリップチップ実装され、かつ
ＬＳＩチップの外部端子が配線基板上の電極パッドにバ
ンプ電極を介して電気的に接続された半導体装置におい
て、接着剤の線膨張係数αと、柔軟層の縦弾性係数Ｅと
の関係を、α≦１１１０Ｅ-0.3876 を満たす関係とし
たので、バンプ電極は、使用温度範囲において、圧縮力
を保持することが可能となる。
【００４７】したがって、半導体装置を形成する配線基
板の柔軟層と樹脂の機械的性質を適正化し、配線基板上
の電極パッドとバンプ電極との電気的接続を高信頼度で
確保できる半導体装置を実現することができる。
板の柔軟層と樹脂の機械的性質を適正化し、配線基板上
の電極パッドとバンプ電極との電気的接続を高信頼度で
確保できる半導体装置を実現することができる。
【図１】本発明の一実施形態である半導体装置の模式的
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明の一実施形態である半導体装置の有限要
素法解析に用いた荷重および温度条件を示す図である。
素法解析に用いた荷重および温度条件を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態である半導体装置における
バンプ電極と電極パッドとの接触界面に働く界面垂直方
向応力への柔軟層の縦弾性係数の影響を示す図である。
バンプ電極と電極パッドとの接触界面に働く界面垂直方
向応力への柔軟層の縦弾性係数の影響を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態である半導体装置における
バンプ電極と電極パッドとの接触界面に働く界面垂直方
向応力への接着剤の線膨張係数の影響を示す図である。
バンプ電極と電極パッドとの接触界面に働く界面垂直方
向応力への接着剤の線膨張係数の影響を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態である半導体装置の有限要
素法解析に用いた柔軟層の縦弾性係数と接着剤の線膨張
係数を示す図である。
素法解析に用いた柔軟層の縦弾性係数と接着剤の線膨張
係数を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態である半導体装置における
高温状態でのバンプ電極と電極パッドとの界面に生じる
界面垂直方向応力と接着剤の線膨張係数との関係を柔軟
層の縦弾性係数で整理した結果を示す図である。
高温状態でのバンプ電極と電極パッドとの界面に生じる
界面垂直方向応力と接着剤の線膨張係数との関係を柔軟
層の縦弾性係数で整理した結果を示す図である。
【図７】本発明である半導体装置の柔軟層の縦弾性係数
と接着剤の線膨張係数と関係を対数表示した図である。
と接着剤の線膨張係数と関係を対数表示した図である。
１ ＬＳＩチップ ２ 外部端子 ３ バンプ電極 ４ 配線基板 ５ 電極パッド ６ 樹脂（接着剤） ７ 柔軟層 ８ 半導体装置
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｆターム(参考） 5F044 KK02 LL09 QQ04 5F061 AA01 BA04 CA05
Claims (3)
- 【請求項１】半導体集積回路が形成されたＬＳＩチップ
がバンプ電極を介して、配線基板上の柔軟層に形成され
た電極パッドに電気的に接続され、かつ上記バンプ電極
周辺が樹脂に覆われた半導体装置において、 上記樹脂の線膨張係数をα（ｐｐｍ／℃）とし、上記配
線基板上に形成された柔軟層の縦弾性係数をＥ（ＭＰ
ａ）とすると、上記線膨張係数αと、上記柔軟層の縦弾
性係数Ｅとは、α＜１１１０Ｅ-0.3876 の関係を満たす
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】請求項１記載の半導体装置において、上記
バンプ電極は、スタッドバンプ構造で形成されているこ
とを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】請求項１又は請求項２記載の半導体装置に
おいて、上記樹脂は異方性導電樹脂フィルムであること
を特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30290599A JP2001127108A (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30290599A JP2001127108A (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001127108A true JP2001127108A (ja) | 2001-05-11 |
Family
ID=17914529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30290599A Pending JP2001127108A (ja) | 1999-10-25 | 1999-10-25 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001127108A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1420441A1 (en) * | 2002-10-30 | 2004-05-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US7332821B2 (en) | 2004-08-20 | 2008-02-19 | International Business Machines Corporation | Compressible films surrounding solder connectors |
| CN107492565A (zh) * | 2016-06-10 | 2017-12-19 | 三星显示有限公司 | 显示装置 |
-
1999
- 1999-10-25 JP JP30290599A patent/JP2001127108A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1420441A1 (en) * | 2002-10-30 | 2004-05-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US7132756B2 (en) | 2002-10-30 | 2006-11-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US7390692B2 (en) | 2002-10-30 | 2008-06-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US7332821B2 (en) | 2004-08-20 | 2008-02-19 | International Business Machines Corporation | Compressible films surrounding solder connectors |
| US7566649B2 (en) | 2004-08-20 | 2009-07-28 | International Business Machines Corporation | Compressible films surrounding solder connectors |
| CN107492565A (zh) * | 2016-06-10 | 2017-12-19 | 三星显示有限公司 | 显示装置 |
| US10510821B2 (en) | 2016-06-10 | 2019-12-17 | Innovation Counsel Llp | Display device |
| CN107492565B (zh) * | 2016-06-10 | 2023-10-10 | 三星显示有限公司 | 显示装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20040126 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040203 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040427 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |