JP2003324125A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路基板上への実装において高信頼性を有す
る半導体装置を提供する。 【解決手段】 半導体装置表面に回路基板と高い密着性
を有する接着層と半田バンプを形成し、半導体装置の回
路基板への実装時に必要とされる密着強度を接着層が供
給し、電気的接続を半田バンプが供給することで、従来
よりも高い信頼性を有する半導体装置の構造を提供する
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半田バンプを有する
半導体装置表面に回路基板と高い密着性を有する接着層
を形成した半導体装置の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置表面に半田バンプを形
成し、これを上下反転させて回路基板へ直接実装する方
法が知られている。図7に従来のフリップチップ実装を
示す。半田バンプ12を有する半導体装置11を反転さ
せて回路基板14上に乗せたのちに熱処理(リフロー)
を行い、半田を一度溶かすことで回路基板14と半導体
装置11を機械的電気的に接続する。また、リフロー前
に回路基板14の表面又は半田バンプ12の表面又はそ
の両方にフラックスをつけてからリフローを行なう。更
に、フラックスの代わりに半田ペーストを使用すること
もある。
【0003】図7は半田バンプ12を有する半導体装置
11が回路基板14に乗せられリフローされた後の状態
を示す。この場合、半田バンプ12が半導体装置11と
回路基板14の電気的接続を行い。かつ半導体装置11
を回路基板14上に維持ための接続強度を確保必要があ
る。しかし、従来は半導体装置11と回路基板14は主
材料が異なるため線膨張計数の差が大きくなり、この差
分がストレス、応力となって半田バンプ12に集中する
ため半田バンプ12が破壊、破断して、しばしば信頼性
を損うトラブルが発生した。そのため、半田バンプ12
を大きくして物理的に接続強度を向上させたり、半導体
装置と回路基板とのギャップを大きくすることで半田バ
ンプ12にかかるストレスを低減させていた。
【0004】また、図8にアンダーフィルを用いた実施
例を示す。半導体装置11を実装後に半導体装置11と
回路基板14の間に補強樹脂のアンダーフィル13を注
入し、半田バンプ12にかかるストレスを緩和させてい
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら図7、
8に示す従来の技術では半導体装置11の入出力端子の
増大に伴う入出力端子間距離の微細化や、回路基板14
と半導体装置11を含めた製品の高さの薄型化への疎外
要因となっていた。また、アンダーフィル13注入、硬
化の工程が増えることとなった。
【0006】したがって、本発明は、半導体装置の回路基
板への実装時にかかるストレスを半田バンプに集中しな
いように半導体装置に高い密着力を持たせ、実装後に樹
脂により補強する工程を省略し工程を簡略化する。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は半導体装置表面に、回路基板と高い密着性を
有する接着層と半田バンプを形成する。そして、半導体
装置の回路基板への実装時に必要とされる密着強度を接
着層が供給し、電気的接続を半田バンプが供給すること
で、従来よりも高い信頼性を有する半導体装置の構造を
提供するものである。
【0008】本発明は半導体装置の回路基板への実装に
おいて、より高い信頼性と工程の簡略化するためのもの
である。
【0009】
【実施例】本発明の実施例を図に基づいて説明する。図
1は本発明による半導体装置1を回路基板4上に実装し
たものの断面図である。半田バンプ2は半導体装置1と
回路基板4との電気的接続を確保し、かつ半導体装置1
の回路基板4との接続強度を持つ。そして、接着層3は
半導体装置1と回路基板4の物理的接続強度を確保して
おり、半田バンプ2にかかるストレスを低減させる。半
導体装置1を回路基板4に実装する前に、接着層3は半
導体装置1の表面に形成されている。そして、半導体装
置1を回路基板3の所定位置に載置し、加熱する。
【0010】図1に示される半田バンプ2は鉛を含む半
田であっても鉛を含まない半田であっても実装時に受け
るストレスが緩和されることに変わりは無い。したがっ
て、鉛を含む半田バンプ、鉛を含まない半田バンプのど
ちらでも本発明の効果を受けられる。
【0011】図2に接着層が2層からなる実施例を示
す。接着層は半導体装置表面と回路基板表面の両方に密
着力を機能させなければならない。したがって、必ずし
も1種類の接着層で半導体装置表面と回路基板表面の両
方に密着力を発揮する必要はなく、接着層A5は半導体
装置1の表面に対し密着力を発揮し、接着層B3は回路
基板4の表面に対し密着力を発揮することで接着層A,B
あわせて半導体装置の回路基板上への接続強度を確保す
る。また、これら接着層が2層以上についても効果は同
様であり接着層が3や4層から構成することもできる。
【0012】図3a、図3bに接着層のガラス転移温度
Tgおよび密着力の発生温度についての実施例を示す。
図3aに示すように半導体装置1表面に半田バンプ2が形
成されている。接着層3は、半田バンプ2に接触するこ
となく半導体表面に半田バンプ2近傍に形成される。接
着層3の厚み(高さ)は、半田バンプの厚み(高さ)低く
(薄く)形成されているものである。半導体装置1を回
路基板4の所定位置に載置して、加熱する。図3bの様
に、接着層3のTgが使用する半田バンプ2の融点より
高い温度に調整することにより、実装時の温度が半田バ
ンプ2の融点を超え半田バンプ2が半導体装置1の自重
でつぶれて変形し回路基板4と接続する。このとき、接
着層3のTgは超えていないので接着層3が回路基板4
の表面と接触するところで半田バンプ2の変形は止ま
り、半田バンプ2に半導体装置1の自重によるストレス
がかかるのを防ぐ。
【0013】接着層3の密着力が半田バンプ2の融点よ
り高い温度で発生することにより、実装前では密着力が
発生しないため実装前における作業性、扱いやすさを容
易にする。そして実装時においては実装温度が半田バン
プ2の融点を超え半導体装置1と回路基板4が電気的接
続を行ない、その後接着層3が回路基板4と接触し密着
力を発生する温度に達することで半導体装置1と回路基
板4の接続が行なわれる。また、冷却後もこの密着力は
維持されるためこの接着層3の接続強度により半田バン
プ2へかかる実装のストレスが緩和される。
【0014】図4aから図4bに接着層の厚みについて
の実施例を示す。半導体装置1を回路基板4に実装する
場合に半田バンプ2が回路基板4と接続する必要があ
る。そのため、接着層3の厚みは半田バンプ2の高さよ
り低くなければならない。接着層3が半田バンプ2より
厚い場合は図4bの実施例のように半田バンプ2が実装
時に回路基板4と接触しないため電気的接続することが
困難となる。したがって、接着層3の厚みの上限は半田
バンプ2の高さまでとなる。
【0015】また、図5に接着層の厚みについて実施例
を示す。接着層3の機能を十分に発揮するために接着層
3の厚みが薄すぎてはならない。具体的には接着層3の
厚みは実装時に半田バンプ2が変形した後の半田バンプ
2の高さより厚くなければならない。接着層3が変型し
た半田バンプ2より厚みが薄い場合図5の実施例のよう
に接着層3が回路基板4と接触、密着接続することがで
きず、接着層3による接続強度を発揮することができず
半田バンプ2の実装ストレスが緩和されなくなる。した
がって、接着層3の厚みは実装時に半田バンプ2が変形
した後の半田バンプ2の高さより厚くなければならな
い。そうすることで接着層3は実装時に回路基板4と接
触、密着接続することが可能となり接着層3が接続強度
を発揮することができる。このことにより半田バンプへ
の実装時のストレスを接着層が緩和させることができ
る。
【0016】接着層の形状はその厚みだけではなく形も
重要である。図6aから図6fに接着層の形について実
施例を示す。半導体装置1を回路基板4に実装する場
合、半導体装置1の上の半田バンプ2は実装時に形状が
変化するためその周囲にある接着層3との間隔が重要で
ある。具体的には半田バンプ2が実装時に変形する形状
に接着層3が接触しないように半田バンプ2と接着層3
の距離を開けなければならない。図6aに半田バンプと
接着層の間隔が狭い場合の実施例を示す。半田バンプ2
と接着層3の間隔が狭い場合実装時に半田バンプ2が接
着層3に接触してしまい十分につぶれることができず接
着層3が回路基板4に接触することを妨げることとな
る。したがって、半田バンプ2が実装時に変形する形状
に接着層3が接触しない距離を開けなければならない。
【0017】図6bと図6cに接着層が半田バンプに対
して部分的に半田バンプとの距離を変えた実施例を示
す。半導体装置1の上にある接着層3を半田バンプ2が
実装時に変形する形状に合わせて部分的に接着層3の形
状を変形させる。これにより回路基板4の電極形状によ
り実装後の半田バンプ2の形状に変化が生じても半田バ
ンプ2が接着層3と回路基板4の接続を阻害することな
く接着層3が回路基板4と接続し半田バンプ2にかかる
実装時のストレスを緩和することができる。
【0018】図6に接着層の形状について1つの半導体
装置上に形成した実施例を示す。半田バンプ2の外形に
沿って接着層3を形成する。半田バンプ2を取り囲む4
辺に接着層3を形成する。半田バンプ2を取り囲む4辺
のうち1辺以上開口させて接着層3を形成させる。半田
バンプ2を2個以上の複数個を取り囲むように接着層3
を形成する。このように半田バンプ2を有する半導体装
置1の表面に接着層3の形状を様々に変えても接着層3
の面積にあわせてが回路基板と接続強度を確保する。こ
れにより半田バンプ2かかる実装時のストレスを緩和す
ることができる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように半導体装置表面に回
路基板と高い密着性を有する接着層と半田バンプを形成
し、接着層の厚みと形状を半田バンプの高さおよび形状
にあわせて形成することで、半導体装置の回路基板への
実装時に必要とされる密着強度を接着層が供給し、電気
的接続を半田バンプが供給することで、従来よりも高い
信頼性を有する半導体装置の構造を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明を用いた実施例の半導体装置の
回路基板への実装状態の断面図を示す。
【図2】図2は、本発明を用いた実施例の半導体装置の
回路基板への実装状態の断面図を示す。
【図3】図3aは、本発明を用いた実施例の半導体装置
の回路基板への実装直前状態の断面図を示す。図3b
は、本発明を用いた実施例の半導体装置の回路基板への
実装状態の断面図を示す。
【図4】図4aは、半田バンプが接着層より低い場合の
半導体装置の回路基板への実装直前状態の断面図を示
す。図4bは、半田バンプが接着層より低い場合の半導
体装置の回路基板への実装状態の断面図を示す。
【図5】図5は、半田バンプが接着層より高い場合の半
導体装置の回路基板への実装状態の断面図を示す。
【図6】図6aは、半田バンプと接着層の隙間が少ない
場合の半導体装置の回路基板への実装状態の断面図を示
す。図6bは、本発明を用いた実施例の半導体装置の上
面図を示す。図6cは、本発明を用いた実施例の半導体
装置の回路基板への実装状態の断面図を示す。図6d
は、本発明を用いた実施例の半導体装置の上面図を示
す。
【図7】図7は、従来技術であるフリップチップ実装の
断面図を示す。
【図8】図8は、従来技術であるフリップチップ実装に
アンダーフィルを用いた断面図を示す。
【符号の説明】
1・・・・・・半導体装置 2・・・・・・半田バンプ 3・・・・・・接着層(a) 4・・・・・・回路基板 5・・・・・・接着層b 11・・・・半導体装置 12・・・・半田バンプ 13・・・・アンダーフィル 14・・・・回路基板

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半田バンプを有する半導体装置表面側
    に、前記半田バンプに接触しない接着層を有し、前記半
    田バンプ及び前記接着層を形成した後、回路基板接続す
    ることを特徴する半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記接着層が2層以上の複数層からなる
    請求項1に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記接着層のガラス転移温度Tgが使用す
    る半田バンプの融点より高い材料である請求項1に記載
    の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記接着層の密着力が使用する半田バン
    プの融点より高い温度で発生し、冷却後もその密着力を
    維持する請求項1に記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記接着層の厚みが前記半田バンプの高
    さより低い請求項1に記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記接着層の厚みが、接着層の無いその
    半導体装置の実装において自重により半田バンプが変型
    し維持する高さより厚い厚みの請求項1に記載の半導体
    装置。
  7. 【請求項7】 前記接着層の形状が回路基板にあわせて
    半田バンプの流れる部分の接着層を取り除いた形状の請
    求項1に記載の半導体装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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