JP2005347513A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。特に、一方面に電極を有する半導体素子の一方面を一方面に電極を有する回路基板の一方面に向き合わせた状態で互いの電極を電気的に接続してなる半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to a semiconductor device in which electrodes are electrically connected in a state where one surface of a semiconductor element having an electrode on one surface faces one surface of a circuit board having an electrode on one surface.
近年の電子機器の高機能化・小型化に伴って、電子機器を構成する半導体素子の多ピン化および各種部品の小型化が進み、それらを搭載する回路基板の配線数と密度は飛躍的に増加している。特に、半導体素子(半導体チップ)から引き出される端子数が急速に増加したことによって、回路基板(配線基板)の微細化が進んでおり、その結果、微細ピッチ接続技術が重要になっている。また同時に電子機器の小型化を実現するために、小面積で薄く半導体を実装する技術が重要になっている。 As electronic devices have become more sophisticated and smaller in size in recent years, the number of semiconductor elements that make up electronic devices has increased in number and the size of various parts has been reduced. The number and density of circuit boards on which these devices are mounted have dramatically increased. It has increased. In particular, the rapid increase in the number of terminals drawn from a semiconductor element (semiconductor chip) has led to the miniaturization of circuit boards (wiring boards), and as a result, fine pitch connection technology has become important. At the same time, in order to realize miniaturization of electronic devices, a technique for mounting a semiconductor with a small area and a thickness is important.
微細ピッチ・小型化を実現する接続技術として、フィリップチップボンディング法(以下、単にFC法という)がある(例えば特許文献1参照。)。このFC法について、図7(a)(b)(c)を参照しながら説明する。なお、図7(a)は、FC法を用いて実装された半導体装置の断面構成を示している。図7(b)は、FC法を用いた半導体装置の製造方法を示している。図7(c)は、FC法を用いた課題を示している。 There is a Philip chip bonding method (hereinafter simply referred to as the FC method) as a connection technique for realizing a fine pitch and miniaturization (see, for example, Patent Document 1). The FC method will be described with reference to FIGS. 7 (a), (b), and (c). FIG. 7A shows a cross-sectional configuration of a semiconductor device mounted using the FC method. FIG. 7B shows a method for manufacturing a semiconductor device using the FC method. FIG. 7C shows a problem using the FC method.
図7(a)に示すように、FC法により製造された半導体装置は、一方面に凸状電極2を有する半導体素子1の一方面を一方面に電極13を有する回路基板3の一方面に向き合わせた状態で互いの電極2,13を電気的に接続した構成である。半導体素子1と回路基板3との対向間には接合を強化するために樹脂5が介在されている。
As shown in FIG. 7A, the semiconductor device manufactured by the FC method has one surface of a
この半導体装置の製造方法について図7(b)を用いて説明する。回路基板3の半導体素子1の実装領域に半硬化状の樹脂5を搭載し、半導体素子1の一方面を回路基板3の一方面に向き合わせた状態で半導体素子1の凸状電極2と回路基板3の電極13とを位置合わせし、その状態で加圧・加熱することにより、半導体素子1の凸状電極2と回路基板3の電極13を接合するとともに樹脂5を熱硬化させる。
上記従来例では、例えば回路基板3の電極13が隣り合わせに狭いピッチで複数設けられている場合、半導体素子1の凸状電極2も前記同様狭いピッチで複数形成しておく必要があり、そのために、電極13と凸状電極2とを正確に位置合わせするのが難しい。しかも、半導体素子1の凸状電極2と、回路基板3の電極13とを加圧する時に、図7(c)に示すように、凸状電極2が電極13から横に滑り落ちやすい。これらのことから、回路基板3に半導体素子1を正確に実装することが難しい。
In the above conventional example, for example, when a plurality of
また、上記従来例では、半導体素子1の素材と回路基板3の素材との線膨張係数に差がある場合、温度変化によって、半導体素子1と回路基板3との対向間隔が大小変化して、凸状電極2と電極13との接続部に応力が発生しやすくなるため、この接続部の信頼性試験において接続不良が発生するおそれがある。
Further, in the above conventional example, when there is a difference in the linear expansion coefficient between the material of the
本発明は、要するに、半導体素子の電極を凸状とし、回路基板の電極を凹状あるいは貫通孔形状とし、これら凸状電極と凹状電極あるいは貫通孔電極とを半導体素子と回路基板との向き合わせ方向に凹凸嵌合させる形態で電気的に接続している。これにより、回路基板に半導体素子を実装するときに両者が位置ずれしなくなる。また、回路基板と半導体素子とを線膨張係数に差がある素材で形成している場合に、温度変化に伴い回路基板と半導体素子との対向間隔が大小変化しても、凸状電極と凹状電極または貫通孔電極との凹凸嵌合部位に応力が発生しにくくなるので、各電極の接続部で接続不良が発生することを抑制または防止できるようになる。これらの相乗効果として、半導体装置の信頼性が向上する。なお、凹状電極としては、その内底面を回路基板の主表面よりも低い位置にしたものとすることが可能である。また、貫通孔電極は、回路基板に設けた貫通孔に導電処理を行ったもの等とすることが可能である。 In short, in the present invention, the electrode of the semiconductor element is convex, the electrode of the circuit board is concave or through-hole shape, and the convex electrode and the concave electrode or through-hole electrode are aligned in the direction in which the semiconductor element and the circuit board face each other It is electrically connected in a form that is unevenly fitted. Thereby, when mounting a semiconductor element on a circuit board, both do not shift. In addition, when the circuit board and the semiconductor element are formed of materials having a difference in linear expansion coefficient, even if the facing distance between the circuit board and the semiconductor element changes with temperature, the convex electrode and the concave element Since stress is less likely to occur at the concave / convex fitting site with the electrode or the through-hole electrode, it is possible to suppress or prevent the occurrence of poor connection at the connection portion of each electrode. As a synergistic effect, the reliability of the semiconductor device is improved. The concave electrode can have its inner bottom surface positioned lower than the main surface of the circuit board. Further, the through-hole electrode may be one obtained by conducting a conductive treatment on a through-hole provided in the circuit board.
本発明によると、回路基板に半導体素子を実装する時に双方の電極が位置ずれすることを抑制または防止でき、また、両電極の接続部に温度変化に伴う応力が発生しにくくなる等、信頼性の高い半導体装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to suppress or prevent the displacement of both electrodes when mounting a semiconductor element on a circuit board, and it is difficult to generate a stress due to a temperature change at a connection portion of both electrodes. A semiconductor device with high performance can be provided.
本願発明者は、フリップチップボンディング(FC)法における欠点を考慮した上で鋭意検討を行い、回路基板の電極として凹状電極あるいは貫通孔電極を用いた新規な微細ピッチ接続技術を想到し、本発明に至った。 The inventor of the present application has conducted intensive studies after considering the disadvantages of the flip chip bonding (FC) method, and has come up with a novel fine pitch connection technique using a concave electrode or a through-hole electrode as an electrode of a circuit board. It came to.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals for the sake of brevity. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.
(実施形態1)
図1を参照して、本発明の実施形態1に係る半導体装置を説明する。図1は、実施形態1に係る半導体装置の断面構成を模式的に示している。
(Embodiment 1)
A semiconductor device according to
図1に示した半導体装置は、一方面に凸状電極2を有する半導体素子1と、一方面に凹状電極4を有する回路基板3とを備え、かつ、半導体素子1の一方面を回路基板3の一方面に向き合わせた状態で半導体素子1の凸状電極2を回路基板3の凹状電極4内に挿入することにより互いの電極2,4を電気的に接続した構成である。半導体素子1と回路基板3との対向間には、凸状電極2と凹状電極4の接続を保護するために、樹脂5が介在されている。
The semiconductor device shown in FIG. 1 includes a
凸状電極2は、半導体素子1の一方面の端部に、図1の紙面奥行き方向に所定ピッチごとに隣り合って複数設けられている。この凸状電極2は、半導体素子1の一方面に形成される配線パターンの端部に形成されるパッド状の電極2aのうえに、ワイヤーボンディング法、メッキ法などで形成される凸部2bを設けたものである。パッド状の電極2aおよび凸部2bは、例えば導電性を有する金属からなる。この導電性を有する金属としては、例えば、金、銅、アルミ、ニッケル、はんだなどとすることができる。
A plurality of
回路基板3としては、例えば、ビルドアップ基板などが挙げられる。このビルドアップ基板はガラス・エポキシ(エポキシ樹脂含浸ガラス織布)から構成されているコア層7の上に、ビルドアップ層6が形成される構成である。ビルドアップ層6としては、例えばエポキシ樹脂、ガラス・エポキシ、あるいはガラス・アラミド(エポキシ樹脂含浸アラミド不織布)等から構成されている。またその第2の回路基板3の例としては、ガラス・エポキシ基板、全層樹脂IVH基板、ポリイミド基板、液晶ポリマ基板、セラミック基板などがあげられる。回路基板3は、図1に示した片面基板の他、両面基板も用いることもでき、あるいは、多層基板を用いることもできる。配線パターンは、例えば、銅箔から構成されている。
Examples of the
凹状電極4は、回路基板3の一方面の端部に、図1の紙面奥行き方向に複数個所定ピッチごとに隣り合って複数設けられている。この凹状電極4はその内底面が回路基板3の一方面の主表面より低くなっている。この凹状電極4は、例えば導電性を有する金属からなる。導電性を有する金属としては、例えば、銅、ニッケル、金、アルミ、はんだなどとすることができる。
A plurality of
樹脂5は、無機フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物からなる。無機フィラーには、例えば、Al2O3、MgO、BN、AlNまたはSiO2などを用いることができる。熱硬化性樹脂には、例えば、耐熱性が高いエポキシ樹脂、フェノール樹脂またはシアネート樹脂が好ましい。エポキシ樹脂は、耐熱性が特に高いため特に好ましい。なお、混合物は、さらに分散剤、着色剤、カップリング剤等を含んでいてもよい。なお、無機フィラーや樹脂成分などは特に限定されるものではない。
The
そして、凸状電極2と凹状電極4とを電気的に接続する方法としては、凸状電極2と凹状電極4を直接接合させる方式とすることができる。それ以外には、凸状電極2と凹状電極4とを導電性接着剤、あるいは、はんだを用いて間接的に接合する方式とすることもできる。この導電性接着剤としては、例えば、樹脂中に導電性フィラーを混入したものがあげられる。
As a method for electrically connecting the
以上説明したように、実施形態1に係る半導体装置では、凸状電極2と凹状電極4とを、半導体素子1と回路基板3との向き合わせ方向に凹凸嵌合させる形態にして電気的に接続している。これにより、回路基板3に半導体素子1を実装するときに両者が位置ずれしなくなる。また、回路基板3と半導体素子1とを線膨張係数に差がある素材で形成している場合に、温度変化に伴い回路基板3と半導体素子1との対向間隔が大小変化しても、凸状電極2と凹状電極4との凹凸嵌合部位に応力が発生しにくくなるので、各電極2,4の接続部で接続不良が発生することを抑制または防止できるようになる。これらの相乗効果として、半導体装置の信頼性が向上する。しかも、凹状電極4の内底面を回路基板3の主表面より低くしているから、凸状電極2と凹状電極4とを位置合わせする作業を簡単に行うことができて、半導体装置全体の薄型化が可能になる。
As described above, in the semiconductor device according to the first embodiment, the
次に、上述した実施形態1の半導体装置の製造方法を説明する。
Next, the manufacturing method of the semiconductor device of
(1) 半導体素子1上に凸状電極2を形成する方法としては、ワイヤーボンディング法、メッキ法などが挙げられる。
(1) Examples of a method for forming the
(2) 回路基板3に凹状電極4を形成する方法としては、まずコア層7の上に感光性エポキシ樹脂を塗布する(ビルドアップ層6)。次に、予備乾燥を行い、フォトマスクを使用して露光する。露光した部分に対し、溶剤を使用したエッチング装置でビルドアップ層6に穴を開ける。穴があいたら本乾燥して樹脂を硬化させる。引き続き、ビルドアップ層6の表面を過マンガン酸でエッチングし、無電解銅メッキをした後に、全面を電界銅メッキで導体層として必要な厚さまで銅メッキする。その後、サブトラクティブエッチングで凹状電極4及び、配線パターンを形成する。ビルドアップ層を多層構造にする場合は、これらの工程を繰り返す。コア層7の両面にビルドアップ層を配置する場合には、回路基板3の他方面にも上記同様な工程を繰り返す。
(2) As a method of forming the
(3) 回路基板3上の半導体素子1搭載領域に液状の樹脂5を塗布する。
(3) A
(4) 凸状電極2と凹状電極4とを接合するように位置あわせをする。
(4) Align so that the
(5) 半導体素子1を回路基板3に搭載し、この時、半導体素子1の他方面から加圧・加熱を行う。高さばらつきのある凸状電極2や凹状電極4に対し、加圧することで凸状電極2と回路基板3とは安定した接続を得る。また加熱することで、樹脂5が硬化され、凸状電極2と凹状電極4との接続がより強固なものとなる。この加圧、加熱は例えば従来例で説明した図7(b)と同様して行う。このように半導体素子1の凸状電極2を回路基板3の凹状電極4に挿入して凹凸嵌合のような形態にしているために、実装時荷重を加えても、従来例のように半導体素子1側の電極と回路基板3側の電極とで滑って位置ずれするといったことが起きない。よって微細ピッチに対応した半導体装置を安定して製造することができる。
(5) The
ところで、上記製造方法では、半導体素子1を回路基板3に熱圧着工法で実装する例を挙げたが、半導体素子1の実装時に超音波を加えて、凸状電極2と凹状電極4を接続する超音波接合方式、凸状電極2にはんだ電極を用いたはんだ接合方式、凹状電極4の部分に予めはんだを印刷法あるいはディスペンス法などで塗布しておき、半導体素子1を実装した後、リフロー炉に投入しはんだを溶融することで、凸状電極2と凹状電極4とをはんだを介して接続する方式、さらには凸状電極2の先端あるいは凹状電極4に予め導電性接着剤を塗布しておき、半導体素子1を実装した後、オーブン炉に投入し加熱することで導電性接着剤を硬化させ、凸状電極2と凹状電極4とを導電性接着剤を介して接続する方式等とすることができる。
By the way, although the example which mounts the
また、上記(3)で樹脂5を液状として説明したが、半硬化状態でシート状の樹脂を用いてもよい。また、樹脂5は、半導体素子1の実装前に回路基板3に塗布する方法を用いて形成する例を説明したが、半導体素子1を回路基板3に実装した後に、半導体素子1と回路基板3との対向間に注入する方法で形成してもよい。さらに、凸状電極2と凹状電極4の接合が強固な場合には、樹脂5をなくしてもよい。その場合、樹脂5の塗布工程を省けるので工程を簡略化できる。
In the above (3), the
(実施形態2)
図2(a)(b)を参照して、本発明の実施形態2に係る半導体装置を説明する。図2(a)(b)は、本実施形態の半導体装置の断面構成を模式的に示している。
(Embodiment 2)
With reference to FIGS. 2A and 2B, a semiconductor device according to
図2(a)に示した半導体装置は、一方面に凸状電極2を有する半導体素子1と、一方面に貫通孔電極8を有する回路基板3とを備え、かつ、半導体素子1の一方面を回路基板3の一方面に向き合わせた状態で半導体素子1の凸状電極2を回路基板3の貫通孔電極4内に挿入することにより互いの電極2,8を電気的に接続した構成である。半導体素子1と回路基板3との対向間には、凸状電極2と貫通孔電極8の接続を保護するために、樹脂5が介在されている。
The semiconductor device shown in FIG. 2A includes a
凸状電極2は、半導体素子1の一方面の端部に、図2(a)の紙面奥行き方向に所定ピッチごとに隣り合って複数設けられている。この凸状電極2は、半導体素子1の一方面に形成される配線パターンの端部に形成されるパッド状の電極2aのうえに、ワイヤーボンディング法、メッキ法などで形成される凸部2bを設けたものである。パッド状の電極2aおよび凸部2bは、例えば導電性を有する金属からなる。この導電性を有する金属としては、例えば、金、銅、アルミ、ニッケル、はんだなどとすることができる。
A plurality of
回路基板3としては、例えば、ポリイミド基板、液晶ポリマ基板、ガラス・エポキシ基板、ビルドアップ基板、全層樹脂IVH基板、セラミック基板などがあげられる。この回路基板3は、片面基板、両面基板、多層基板を用いることもできる。回路基板3の一方面には配線パターン9が設けられており、この配線パターンの端部に貫通孔電極8が形成されている。配線パターン9は、例えば、銅箔から構成されている。
Examples of the
貫通孔電極8は、回路基板3に厚み方向に貫通して設けられており、図2(a)の紙面奥行き方向に所定ピッチごとに隣り合わせに複数設けられている。この貫通孔電極8は、例えば導電性を有する金属からなる。導電性を有する金属としては、例えば、銅、ニッケル、金、アルミ、はんだなどとすることができる。
The through-
樹脂5は、無機フィラーと熱硬化性樹脂とを含む混合物からなる。無機フィラーには、例えば、Al2O3、MgO、BN、AlNまたはSiO2などを用いることができる。熱硬化性樹脂には、例えば、耐熱性が高いエポキシ樹脂、フェノール樹脂またはシアネート樹脂が好ましい。エポキシ樹脂は、耐熱性が特に高いため特に好ましい。なお、混合物は、さらに分散剤、着色剤、カップリング剤等を含んでいてもよい。なお、無機フィラーや樹脂成分などは特に限定されるものではない。
The
そして、凸状電極2と貫通孔型電極8とを電気的に接続する方法としては、凸状電極2と貫通孔型電極8を直接接合させる方式とすることができる。それ以外には、凸状電極2と貫通孔電極8の間に導電性接着剤、あるいは、はんだを介して間接的に接合する方式とすることができる。この導電性接着剤としては、例えば、樹脂中に導電性フィラーを混入したものがあげられる。
And as a method of electrically connecting the
以上説明した実施形態2の半導体装置では、凸状電極2が貫通孔電極8に半導体素子1と回路基板3とを向き合わせる方向から挿入される形態で接続している。これにより、回路基板3に半導体素子1を実装するときに両者が位置ずれしなくなる。また、回路基板3と半導体素子1とを線膨張係数に差がある素材で形成している場合に、温度変化に伴い回路基板3と半導体素子1との対向間隔が大小変化しても、凸状電極2と貫通孔電極8との凹凸嵌合部位に応力が発生しにくくなるので、各電極2,8の接続部で接続不良が発生することを抑制または防止できるようになる。これらの相乗効果として、半導体装置の信頼性が向上する。
In the semiconductor device of the second embodiment described above, the
ところで、上記半導体装置において、図2(b)に示すように、凸状電極2の長さが回路基板3の厚みより長いものを用いて、凸状電極2を回路基板3の他方面にまで突き出させた構造とすることができる。この構造の場合、フローはんだ法などにより、回路基板3の他方面から突き出た凸状電極2部分をはんだ接続することで、接続をより強固なものにできる。
By the way, in the semiconductor device, as shown in FIG. 2B, the
次に、図3(a)(b)を参照して、上述した実施形態2に係る半導体装置の製造方法を説明する。 Next, with reference to FIGS. 3A and 3B, a method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment will be described.
(1) 半導体素子1上に凸状電極2を形成する方法としては、ワイヤーボンディング法、メッキ法などが挙げられる。
(1) Examples of a method for forming the
(2) 回路基板3に貫通孔電極8を形成する方法としては、回路基板3の必要な箇所に、ドリル、パンチ、レーザ、ドライエッチング、ウェットエッチング等で回路基板3の厚み方向に貫通する孔を開ける。この貫通する孔の内周壁面および開口部分に、導体をメッキ法などにより被覆することにより貫通孔電極8を得る。メッキ法の一例としては、無電解銅メッキをした後に、全面を電界銅メッキで導体層として必要な厚さまで銅メッキする。その後、サブトラクティブエッチングで貫通孔電極8及び、配線パターン9を形成する。
(2) As a method of forming the through-
引き続き図3(a)に示すように、
(3) 回路基板3上の半導体素子1搭載領域に液状の樹脂5を塗布する。
Continuing as shown in FIG.
(3) A
(4) 凸状電極2と貫通孔電極8とを接合するように位置あわせをする。
(4) Align so that the
(5) 半導体素子1を回路基板3に搭載し、この時、半導体素子1の他方面から加圧・加熱を行う。加圧することで凸状電極2は貫通孔電極8内に挿入される。また加熱することで、樹脂5が熱硬化され、凸状電極2と貫通孔電極8との接続がより強固なものとなる。このように半導体素子1の凸状電極2を回路基板3の貫通孔電極8に挿入して凹凸嵌合のような形態にしているために、実装時荷重を加えても、従来例のように半導体素子1側の電極と回路基板3側の電極とで滑って位置ずれするといったことが起きない。よって微細ピッチに対応した半導体装置を安定して製造することができる。
(5) The
ところで、上記製造方法では、半導体素子1を回路基板3に熱圧着工法で実装する例を挙げたが、半導体素子1の実装時に超音波を加えて、凸状電極2と貫通孔電極8を接続する超音波接合方式、凸状電極2にはんだ電極を用いたはんだ接合方式、貫通孔電極8の部分に予めはんだを印刷法あるいはディスペンス法などで塗布しておき、半導体素子1を実装した後、リフロー炉に投入し、はんだを溶融することで、凸状電極2と貫通孔電極8とをはんだを介して接続する方式、さらには凸状電極2の先端あるいは貫通孔電極8に予め導電性接着剤を塗布しておき、半導体素子1を実装した後、オーブン炉に投入し加熱することで導電性接着剤を硬化させ、凸状電極2と貫通孔電極8とを導電性接着剤を介して接続する方式等とすることができる。
In the above manufacturing method, the
また、上記(3)で樹脂5を液状として説明したが、半硬化状態でシート状の樹脂を用いてもよい。また、樹脂5は、半導体素子1の実装前に回路基板3に塗布する方法を用いて形成する例を説明したが、半導体素子1を回路基板3に実装した後に、半導体素子1と回路基板3との対向間に注入する方法で形成してもよい。さらに、凸状電極2と貫通孔電極8の接合が強固な場合には、樹脂5をなくしてもよい。その場合、樹脂5の塗布工程を省けるので工程を簡略化できる。
In the above (3), the
この他、凸状電極2の長さが回路基板3の厚さよりも長いものを用い、凸状電極2が回路基板3の反対面にまで突き抜けるように加圧しながら実装を行うと図2(b)に示したような、凸状電極2が回路基板3の反対面まで突き抜けた構造を作製できる。実装後、フローはんだ法により、凸状電極2において回路基板3の他方面へ突き出た部分をはんだ接続することで、接続をより強固なものにできる。
In addition, when the
(実施形態3)
図4を参照して、本発明の実施形態3に係る半導体装置を説明する。図4は、実施形態3の半導体装置の断面構成を模式的に示している。
(Embodiment 3)
A semiconductor device according to
図4に示した半導体装置は、半導体素子1の一方面を回路基板3の一方面に向き合わせた状態で半導体素子1の凸状電極2を回路基板3の貫通孔電極8内に挿入することにより互いの電極2,8を電気的に接続した構成であり、さらに、図2(b)で示した構造と同様に、凸状電極2を回路基板3の他方面にまで突き出させているとともに、回路基板3の他方面に所定厚みの樹脂5を介して新たな第2の半導体素子10を貼り合わせて、この第2の半導体素子10に凸状電極2において回路基板3の他方面に突き出ている部分の少なくとも一つを接続している構造になっている。
In the semiconductor device shown in FIG. 4, the
この実施形態3において、各構成部材の詳細については実施形態2で説明したものと同様なので説明を省略する。 In the third embodiment, the details of the constituent members are the same as those described in the second embodiment, and a description thereof will be omitted.
このような二つの半導体素子1,10を用いる例としては、例えばロジックとメモリとの組み合わせ、メモリとメモリとの組み合わせ、さらにはロジックとロジックとの組み合わせ等がある。例えば、ロジックとメモリとの組み合わせの場合、半導体素子1と第2の半導体素子10とが単一の凸状電極2によって短い距離で接続されているために、信号のやり取りがスムーズになり、高機能な半導体装置を提供できる。また、単一の凸状電極2で接続しているので、厚みが薄い半導体装置を提供できる。
Examples of using such two
また同時に、凸状電極2を貫通孔電極8に挿入する形で接続しているので、上記実施形態1,2と同様に、両電極2,8の位置合わせが簡単かつ正確に行えるという効果や、半導体素子1と回路基板3との線膨張係数の差に基づく両電極2,8の接続不良が発生しにくくなるという効果が得られ、半導体装置の信頼性が向上する。
At the same time, since the
なお、半導体素子1と凸状電極2との接合、凸状電極2と貫通孔電極8との接合、ならびに凸状電極2と第2の半導体素子10との接合が、それぞれ強固な場合には、樹脂5は無くてもよい。また、凸状電極2において回路基板3から突き出た部分を第2の半導体素子10に接続した構成について説明したが、第2の半導体素子10が第2の半導体装置であってもよい。
When the bonding between the
次に、図5(a)(b)を参照して、上述した実施形態3の製造方法を説明する。 Next, with reference to FIGS. 5A and 5B, the manufacturing method of the above-described third embodiment will be described.
半導体素子1に凸状電極2を形成する方法と、回路基板3に貫通孔電極8を形成する方法は実施形態2に記載した方法と同じとするので説明を省略する。
Since the method for forming the
そして、図5(a)に示すように、まず、回路基板3において半導体素子1の搭載領域、および第2の半導体素子10の搭載領域に液状の樹脂5を塗布する。この後、凸状電極2と貫通孔電極8および第2の半導体素子10を接合するように位置あわせをし、図5(b)に示すように、第2の半導体素子10を受けた状態で、半導体素子1の他方面側から加圧と加熱を行う。加圧することで凸状電極2は貫通孔電極8を突き出て第2の半導体素子10の一方面に到達し、第2の半導体素子10に接合する。これにより、半導体素子1、回路基板3、第2の半導体素子10は電気的に接続される。また加熱することで、樹脂5が熱硬化され、凸状電極2と貫通孔電極8との接続および凸状電極2と両半導体素子1,10との接続がより強固なものとなる。このように二つの半導体素子1,10を個別に実装するのではなく、一括して実装していれば、製造コストの削減が可能となる。
Then, as shown in FIG. 5A, first, a
ところで、上記製造方法では、半導体素子1と第2の半導体素子10とを回路基板3に熱圧着工法で実装する例を挙げたが、超音波を加えて凸状電極2と貫通孔電極8とを接続するとともに凸状電極2と第2の半導体素子10とを接続する超音波接合方式、凸状電極2にはんだ電極を用いたはんだ接合方式とすることができる。
By the way, in the above manufacturing method, the example in which the
また、上記製造方法では樹脂5を液状として説明したが、半硬化状態でシート状の樹脂を用いてもよい。また、樹脂5は、半導体素子1および第2の半導体素子10の実装前に回路基板3に塗布する方法を用いて説明したが、半導体素子1および第2の半導体素子10を回路基板3に実装した後に、半導体素子1および第2の半導体素子10と回路基板3との各対向間に注入する方法で形成してもよい。さらに、凸状電極2と貫通孔電極8およびそれぞれの半導体素子との接合が強固な場合には、樹脂5をなくしてもよい。その場合、樹脂5の塗布工程を省けるので工程を簡略化できる。
Moreover, although the said manufacturing method demonstrated
この他、半導体素子1の他方面側から荷重と加熱を与えると同時に、第2の半導体素子10の他方面側からも加熱することができ、その場合、プロセスの短時間化が可能となる。さらに、半導体素子1および第2の半導体素子10の実装時に、半導体素子1の裏面から同時に超音波を加えて、凸状電極2と貫通孔電極8および第2の半導体素子10とを接続する方式でもよい。
In addition, a load and heating can be applied from the other surface side of the
(実施形態4)
図6(a)を参照して、本発明の実施形態4に係る半導体装置を説明する。図6(a)は、実施形態4の半導体装置の断面構成を模式的に示している。
(Embodiment 4)
A semiconductor device according to
図6(a)に示す半導体装置は、実施形態2に述べた構造を基本としたものであり、これに加え回路基板3をフレキシブル基板とし、半導体素子1の他方面に第2の回路基板11の一方面を向き合わせた状態で接着剤などで取り付け、この第2の回路基板11の一方面に有する電極11aをフレキシブル基板からなる回路基板3の電極8aに導電性材料12を介して電気的に接続している。この回路基板3の電極8aは、貫通孔電極8に図示しない配線パターンを通じて電気的に接続されている。つまり、半導体素子1の凸状電極2と第2の回路基板11の電極11aとをフレキシブル基板からなる回路基板3で中継して電気的に接続した構成になっている。
The semiconductor device shown in FIG. 6A is based on the structure described in the second embodiment. In addition to this, the
このように回路基板3をフレキシブル基板とすることで第2の回路基板11などへの接続が簡単に対応できるようになる等、いろんな態様での実装が幅広く行うことが可能になる。もちろん実施形態2で述べた効果も兼ね備えている。
Thus, by using the
フレキシブル基板からなる回路基板3としては、例えば、ポリイミド基板、液晶ポリマ基板、ガラス・エポキシ基板、ビルドアップ基板、全層樹脂IVH基板などがあげられる。また、このフレキシブル基板からなる回路基板3は、両面基板、多層基板を用いることができる。図示しないが回路基板3に形成される配線パターンは、例えば、銅箔から構成することができる。このフレキシブル基板からなる回路基板3の厚みは、十分な柔軟性を確保するうえで、例えば100μm以下とするのが好ましい。
Examples of the
第2の回路基板11としては、例えば、ガラス・エポキシ基板、ビルドアップ基板、全層樹脂IVH基板、ポリイミド基板、液晶ポリマ基板、セラミック基板などがあげられる。また、第2の回路基板11は、片面基板、両面基板、多層基板を用いることもできる。この第2の回路基板11に形成される電極11aは、例えば、銅箔から構成されている。
Examples of the
導電性材料12は、例えば導電性を有する金属、あるいは導電性接着剤、あるいは導電性金属+導電性接着剤などとすることができる。この導電性を有する金属としては、例えば、はんだ、金、銅、アルミ、ニッケル、はんだなどを用いることができる。また、導電性接着剤としては、樹脂中に導電性フィラーを混入したものがあげられる。
The
半導体素子1の他方面と第2の回路基板11の一方面とを固定するための接着剤として、例えば熱伝導率の高い接着剤などを用いれば、半導体素子1の放熱性が向上し、高機能な半導体装置を提供できる。
If, for example, an adhesive having a high thermal conductivity is used as an adhesive for fixing the other surface of the
その他の構成材料に関しては実施形態2と同様なので説明は省略する。 Since other constituent materials are the same as those in the second embodiment, the description thereof is omitted.
ここで、図6(a)に示した半導体装置の製造方法を説明する。 Here, a manufacturing method of the semiconductor device shown in FIG.
半導体素子1に凸状電極2を形成する方法と、回路基板3に貫通孔電極8を形成する方法は実施形態2に記載した方法と同じとするので説明を省略する。凸状電極2と貫通孔電極8を接続する方法についても実施形態2に記載した方法と同じとするので説明を省略する。
Since the method for forming the
そして、フレキシブル基板からなる回路基板3と第2の回路基板11とを接続する方法としては、例えば予めクリームはんだを第2の回路基板11あるいは回路基板3の所定位置にディスペンス法あるいは印刷により塗布した後、回路基板3を位置あわせして第2の回路基板11に搭載する。その後、リフロー炉に投入することで加熱し、はんだを溶融させて回路基板3と第2の回路基板11とを電気的に接続する。回路基板3を第2の回路基板11に接続するほかの例としては、予め導電性接着剤を第2の回路基板11あるいは回路基板3の所定位置にディスペンス法あるいは印刷により塗布した後、回路基板3を位置あわせして第2の回路基板11に搭載する。その後、リフロー炉あるいはオーブンに投入し、加熱することで導電性接着剤を硬化させて回路基板3と第2の回路基板11とを電気的に接続する方法がある。なお、半導体素子1の裏面と第2の回路基板11とを固定する必要がある場合には次のような方法がある。回路基板3を第2の回路基板11に搭載する前に、第2の回路基板11の半導体素子1の搭載領域あるいは半導体素子1の裏面にディスペンス法あるいは印刷法により接着剤を塗布しておき、半導体素子1と第2の回路基板11とを接着する工程を含んでもよい。これにより半導体素子1は、第2の回路基板11に固定され安定する。また半導体素子1の放熱性も良好になる。接着剤の種類としては熱硬化型を選択した場合は、半導体素子1を第2の回路基板11に搭載後、加熱することで接着剤を硬化させる。
As a method for connecting the
なお、凸状電極2と貫通孔電極8とを接続する工程と、フレキシブル基板からなる回路基板3と第2の回路基板11とを接続する工程と、半導体素子1と第2の回路基板11とを固定する工程とはどの順番を先にやっても良い。
In addition, the process of connecting the
なお、この製造方法において、第2の回路基板11より上の基本構造については実施形態2に述べた構造を用いて説明したが、基本構造は実施形態1に述べた構造であり、これに加え回路基板3をフレキシブル基板とした構成であってもよい。
In this manufacturing method, the basic structure above the
(実施形態5)
図6(b)を参照して、本発明の実施形態5に係る半導体装置を説明する。図6(b)は、実施形態5の半導体装置の断面構成を模式的に示している。
(Embodiment 5)
With reference to FIG. 6B, a semiconductor device according to
図6(b)に示す半導体装置は、図6(a)に示した半導体素子1とフレキシブル基板からなる回路基板3との組品を、2段あるいはそれ以上に繰り返し積み重ねる構成にしている。このようにすれば、多機能な半導体装置とすることが可能となる。
The semiconductor device shown in FIG. 6B has a configuration in which the assembly of the
なお、多段に積み重ねられる半導体素子1はその下側に位置するフレキシブル基板からなる回路基板3の他方面に例えば接着剤などで固定されていてもよい。このように半導体素子1と回路基板3とを固定した場合、振動に強い構造にできる。
In addition, the
ここで、図6(b)に示した半導体装置の製造方法を説明する。 Here, a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 6B will be described.
半導体素子1に凸状電極2を形成する方法、回路基板3に貫通孔電極8を形成する方法、ならびに凸状電極2と貫通孔電極8を接続する方法は実施形態2に記載した方法と同じとするので説明を省略する。
The method of forming the
フレキシブル基板からなる回路基板3を第2の回路基板11に多段に積層していく方法としては、例えば、上記図6(a)に示す半導体装置の製造方法を繰り返す方法がある。もう一つの例としては、予め第2の回路基板11あるいは各々の回路基板3(フレキシブル基板)の所定の位置にクリームはんだをディスペンス法あるいは印刷により塗布した後、各々の回路基板3(フレキシブル基板)を位置あわせして第2の回路基板11に搭載する。その後、リフロー炉に投入することで加熱し、一括してはんだを溶融させて回路基板3(フレキシブル基板)と回路基板11とを電気的に接続する。各々の回路基板3(フレキシブル基板)を回路基板11に接続する他の例としては、予め第2の回路基板11あるいは各々の回路基板3(フレキシブル基板)の所定の位置に導電性接着剤をディスペンス法あるいは印刷法により塗布した後、各々の回路基板3(フレキシブル基板)を位置あわせして第2の回路基板11に搭載する。その後リフロー炉あるいはオーブンに投入し、加熱することで一括して導電性接着剤を硬化させ各々の回路基板3(フレキシブル基板)と第2の回路基板11とを電気的に接続する方法がある。
As a method of stacking the
なお、半導体素子1の他方面を第2の回路基板11に固定する必要がある場合は、上記図6(a)に示す半導体装置の製造方法と同様な方法で固定する。各々の半導体素子1の他方面と各々の回路基板3(フレキシブル基板)とを接続する必要がある場合には、半導体素子1の他方面あるいは回路基板3(フレキシブル基板)の所定位置に接着剤を塗布しておき両者を接続・固定する。
In addition, when it is necessary to fix the other surface of the
また、図6(b)に示す半導体装置において、第2の回路基板11より上の基本構造については実施形態2に述べた構造を用いて説明したが、基本構造は実施形態1に述べた構造であり、これに加え回路基板3をフレキシブル基板とした構成であってもよい。
In the semiconductor device shown in FIG. 6B, the basic structure above the
なお、図6(a)(b)で説明した構成において、回路基板3の貫通孔電極8を実施形態1で示した凹状電極4とすることができる。
6A and 6B, the through-
(実施形態6)
図6(c)を参照して、本発明の実施形態6に係る半導体装置を説明する。図6(c)は、実施形態6の半導体装置の断面構成を模式的に示している。
(Embodiment 6)
A semiconductor device according to
図6(c)に示す半導体装置は、図4に示す実施形態3の構成を基本構成として、回路基板3をフレキシブル基板とし、半導体素子1の他方面を第2の回路基板11の一方面に向き合わせて取り付け、この第2の回路基板11にフレキシブル基板からなる回路基板3を電気的に接続した構成にしている。この場合、実施形態3で述べた効果を得ることができる。しかも、この形態において、半導体素子1とフレキシブル基板からなる回路基板3と第2の半導体素子10との組品を、2段あるいはそれ以上に繰り返し積み重ねる構成にすることができる。このようにすれば、多機能な半導体装置とすることが可能となる。
The semiconductor device shown in FIG. 6C is based on the configuration of the third embodiment shown in FIG. 4, the
ここで、図6(c)に示した半導体装置の製造方法を説明する。 Here, a manufacturing method of the semiconductor device shown in FIG.
半導体素子1に凸状電極2を形成する方法、回路基板3に貫通孔電極8を形成する方法、ならびに半導体素子1の凸状電極2と回路基板3の貫通孔電極8および第2の半導体素子10とを接続する方法については、実施形態3に記載した方法と同じとするので説明を省略する。
Method of forming
フレキシブル基板からなる回路基板3と第2の回路基板11とを接続する方法については、図6(a)に示す実施形態4の製造方法と同じとするので説明を省略する。但し、半導体素子1の他方面を第2の回路基板11に固定する必要がある場合は、図6(a)に示す実施形態4の製造方法と同じ方法で固定する。なお、第2の回路基板11の上の部分を繰り返し重ねていく多段積層構成にする方法としては、図6(b)に示す実施形態5の製造方法と同じ方法とすることができる。
The method for connecting the
ところで、図6(a)〜(c)に示した半導体装置では、半導体素子1,10とフレキシブル基板からなる回路基板3との対向間に実施形態2、3でも述べた樹脂5を介在させていないが、この樹脂を介在させることで、半導体素子1,10とフレキシブル基板からなる回路基板3との接合を強化し、信頼性を向上させることも可能である。
Incidentally, in the semiconductor device shown in FIGS. 6A to 6C, the
微細ピッチ接続技術を用いた小型の半導体装置およびその製造方法を提供することができる。 A small semiconductor device using a fine pitch connection technique and a method for manufacturing the same can be provided.
1 半導体素子
2 凸状電極
3 回路基板
4 凹状電極
5 樹脂
6 ビルドアップ層
7 コア層
8 貫通孔電極
9 配線パターン
10 第2の半導体素子
11 第2の回路基板
12 導電材料
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記半導体素子の電極を凸状とし、前記回路基板の電極を内底面が前記回路基板の一方面の主表面より低い凹状とし、前記半導体素子の凸状電極を前記回路基板の凹状電極内に挿入して電気的に接続していることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor element having an electrode on one side and a circuit board having an electrode on one side, and the electrodes are electrically connected with one side of the semiconductor element facing the one side of the circuit board A semiconductor device comprising:
The electrode of the semiconductor element has a convex shape, the electrode of the circuit board has a concave shape whose inner bottom surface is lower than the main surface of one surface of the circuit board, and the convex electrode of the semiconductor element is inserted into the concave electrode of the circuit board The semiconductor device is electrically connected to each other.
前記半導体素子の電極を凸状とし、前記回路基板の電極を貫通孔形状とし、前記半導体素子の凸状電極を前記回路基板の貫通孔電極内に挿入して電気的に接続していることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor element having an electrode on one side and a circuit board having an electrode on one side, and the electrodes are electrically connected with one side of the semiconductor element facing the one side of the circuit board A semiconductor device comprising:
The electrode of the semiconductor element is convex, the electrode of the circuit board is a through-hole shape, and the convex electrode of the semiconductor element is inserted into the through-hole electrode of the circuit board and electrically connected. A featured semiconductor device.
前記半導体素子の凸状電極を前記回路基板の凹状電極に挿入して接合する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A semiconductor element having a convex electrode on one side, and a circuit board having a concave electrode having an inner bottom surface lower than a main surface of one side of the circuit board on one side, and the one side of the semiconductor element is A method of manufacturing a semiconductor device in which electrodes of each other are electrically connected in a state of facing one side of a circuit board,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of inserting and bonding a convex electrode of the semiconductor element into a concave electrode of the circuit board.
前記半導体素子の電極を凸状に形成する工程と、前記回路基板の電極を凹状にかつ内底面を前記回路基板の一方面の主表面より低くする工程と、前記半導体素子の凸状電極を前記回路基板の凹状電極に挿入して接合する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A semiconductor element having a convex electrode on one side, and a circuit board having a concave electrode having an inner bottom surface lower than a main surface of one side of the circuit board on one side, and the one side of the semiconductor element is A method of manufacturing a semiconductor device in which electrodes of each other are electrically connected in a state of facing one side of a circuit board,
Forming the electrode of the semiconductor element into a convex shape, forming the electrode of the circuit board into a concave shape and lowering the inner bottom surface from the main surface of one surface of the circuit board, and forming the convex electrode of the semiconductor element into the A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of inserting and joining the concave electrode of the circuit board.
前記半導体素子の凸状電極を前記回路基板の貫通孔電極に挿入して接合する工程を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 A semiconductor element having a convex electrode on one side and a circuit board having a through-hole electrode on one side, and the electrodes are electrically connected with one side of the semiconductor element facing the one side of the circuit board. A method for manufacturing a semiconductor device connected to each other,
A method of manufacturing a semiconductor element, comprising a step of inserting and bonding the convex electrode of the semiconductor element into a through-hole electrode of the circuit board.
前記半導体素子の電極を凸状に形成する工程と、前記回路基板の電極を該回路基板を貫通した貫通孔形状に形成する工程と、前記半導体素子の凸状電極を前記回路基板の貫通孔電極に挿入して接合する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A semiconductor element having a convex electrode on one side and a circuit board having a through-hole electrode on one side, and the electrodes are electrically connected with one side of the semiconductor element facing the one side of the circuit board. A method of connecting a semiconductor device formed by connecting,
Forming the electrode of the semiconductor element into a convex shape; forming the electrode of the circuit board into a through-hole shape penetrating the circuit board; and forming the convex electrode of the semiconductor element into a through-hole electrode of the circuit board. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of:
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