JP2006173214A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体チップを基板に実装する際に、この工程を簡単にし得る半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】導体パターン２が形成されてなるプリント配線基板３の表面に電子回路が形成された半導体チップ５を実装してなる半導体装置１の製造方法であって、導体パターン２が形成された表面が上方となるように配置された基板３の表面に、電子回路が形成された表面が上方となるように半導体チップ５を配置し、次にこの半導体チップ５の電極パッド部４と基板３の導体パターン２とに亘って、金製バンプ６を配置した後、このバンプ６を加熱することにより、半導体チップ５を基板３側に電気的に接続する方法である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体チップがプリント配線基板上に実装されてなる半導体装置およびその製造方法に関する。

近年、電子機器の小型化が進み、この電子機器に実装される半導体装置についても、急速に、小型化が進んでいる。
このため、配線基板上に半導体チップが実装されてなる半導体装置においては、半導体チップのパッケージに替えてベアチップが実装されて、実装面積の大幅縮小化が実現されている。

従来、半導体チップを実装する場合、パッケージのインナーリードに貫通孔を形成するとともに、通常のワイヤーボンディングなどで用いられるキャピラリにて、金などのワイヤボールを貫通孔に被着させ、半導体チップとインナーリードとが接続されていた（特許文献１参照）。
特開平３−４４０５０号公報

上記従来の半導体装置の製造方法によると、少なくともインナーリードに貫通孔を形成しなければならず、余分な工程を必要とするものであった。
なお、インナーリードに貫通孔を形成しない半導体チップの実装方法として、フリップチップがあるが、この方法では、チップ側にバンプを形成した後、当該チップを裏返し、そしてバンプに熱などを加えて、接合が行われており、やはり、多くの工程を必要とする問題がある。

そこで、本発明は、半導体チップを基板に実装する際に、この工程を簡単にし得る半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の半導体装置は、
また、本発明の半導体装置は、基板に、表面に電子回路が形成された半導体チップを実装してなる半導体装置であって、
表面に導体パターンが形成された基板と、
この基板の表面に、電子回路が形成されていない裏面が対向するように配置された半導体チップと、
この半導体チップの表面の電極パッド部と上記基板の導体パターンとに亘って配置されてこれらを電気的に接続する塊状の導電性接合剤、例えば金または導電性ペーストとから構成したものである。

また、本発明の他の半導体装置は、基板に、表面に電子回路が形成された半導体チップを二段重ねで実装してなる半導体装置であって、
表面に導体パターンが形成された基板と、
この基板の表面に、電子回路が形成されていない裏面が対向するように配置された第１半導体チップと、
この第１半導体チップの電子回路が形成された表面に、電子回路が形成された表面が対向するように配置された第２半導体チップと、
これら第１および第２半導体チップの各電極パッド部と上記基板の導体パターンとに亘って配置されてこれらを電気的に接続する塊状の導電性接合剤、例えば金または導電性ペーストとから構成したものである。

さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、導体パターンが形成されてなる基板の表面に電子回路が形成された半導体チップを実装してなる半導体装置の製造方法であって、
導体パターンが形成された表面が上方となるように配置された基板の表面に、電子回路が形成された表面が上方となるように半導体チップを配置し、
次にこの半導体チップの電極パッド部と基板の導体パターンとに亘って、導電性接合剤の塊を配置した後、この導電性接合剤を少なくとも加熱することにより、半導体チップを基板側に電気的に接続する方法である。

また、本発明の他の半導体装置の製造方法は、導体パターンが形成されてなる基板の表面に電子回路が形成された半導体チップを二段重ねで実装してなる半導体装置の製造方法であって、
導体パターンが形成された表面が上方となるように配置された基板の表面に、電子回路が形成された表面が上方となるように第１半導体チップを配置した後、当該第１半導体チップの電極パッド部と基板の導体パターンとに亘って導電性接合剤の塊を配置し、
次に上記第１半導体チップの電子回路が形成された表面に、電子回路が形成された表面が対向するように且つその電極パッド部が上記導電性接合剤に対向するように第２半導体チップを配置した後、
上記導電性接合剤を少なくとも加熱することにより、上記両半導体チップを基板側に電気的に接続する方法である。

上記の構成によると、プリント配線基板の表面に、導体パターンが上方となるように半導体チップを配置しておき、電極パッド部と導体パターンとに亘って、塊状の導電性接合剤を一度に配置・接合するようにしたので、従来のように、ワイヤフレームに貫通孔を形成するといった工程は不要となり、またフリップチップのように、一旦、バンプを形成した後、半導体チップを基板上に反転させて配置した後、熱および超音波などを加えて接合するものとは異なり、非常に簡単な工程でもって、すなわち安価に半導体装置を製造することができる。

さらに、プリント配線基板に配置された第１半導体チップの上に、その接合用の導電性接合剤を介して、さらに別の第２半導体チップを配置し接合するようにしたので、少なくとも半導体チップが２段に重ねられてなる半導体装置を、非常に簡単に工程でもって製造することができる。

［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態１に係る半導体装置およびその製造方法を、図１および図２に基づき説明する。

本実施の形態１においては、半導体装置として、例えば電子回路が形成されたウエハをダイシングして得られた非常に薄い（例えば、１５０〜２０μｍ程度）半導体チップ（ベアチップともいう）を例えばプリント配線基板上に実装したものについて説明する。

図１に示すように、この半導体装置１は、導体パターン２が形成された表面が上方となるように配置されたプリント配線基板（以下、単に、基板という）３の表面上に、電子回路（図示せず）および電極パッド部４が形成された表面が上方となるように半導体チップ５が配置（載置）されるとともに、この半導体チップ５の両側縁部に形成された電極パッド部４と基板３の両側に形成された導体パターン２とに亘ってそれぞれ配置された塊状の金製バンプ（導電性接合剤の一例）６により導体パターン２と電子回路とが電気的に接続されたものである。なお、上記半導体チップ５に形成された電極パッド部４の端面は、当該半導体チップ５の端縁面に露出するように形成（切断された形状に）されている。

簡単に言えば、この半導体装置１は、表面に導体パターン２が形成された基板３と、この基板３の表面に、電子回路が形成されていない裏面が対向するように配置された半導体チップ５と、この半導体チップ５の表面の電極パッド部４と基板３の導体パターン２とに亘って配置されてこれらを電気的に接続する塊状の金製バンプ６とから構成されたものである。

次に、この半導体装置の製造方法を図面に基づき説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、導体パターン２が上方に向くように基板３を配置した後、図２（ｂ）に示すように、基板３の両側縁部に形成された両導体パターン２，２同士間の表面に接着剤７を塗布する。

次に、図２（ｃ）に示すように、基板３の表面に、電子回路および電極パッド部４が上方に向く（上方に位置する）姿勢でもって半導体チップ５を配置（載置）する。このとき、半導体チップ５の各側縁部が所定距離（例えば、数μｍ程度、より好ましくは、３μｍ）Ｌでもって導体パターン２と重なるように配置される。

この状態では、接着剤７により、半導体チップ５が上向き姿勢で基板３表面の所定位置に固定されたことになる。勿論、このとき、各電極パッド部４と導体パターン２とが１対１で対応するように位置決めされる。

次に、図２（ｄ）〜（ｅ）に示すように、キャピラリ１１にてバンプ形成用のワイヤボール（金製ボールであり、バンプとなる）６を、電極パッド部４と導体パターン２とに亘って、すなわち両者に一緒に接触するように配置（載置）した後、熱および超音波（加熱および加圧）を加えて拡散接合を行い、両者を接続するバンプ６を形成する。

すなわち、バンプ６を一度で両者に亘って配置・接合することにより（１回の工程により）、電極パッド部４と導体パターン２とが機械的および電気的に接合される。
次に、図２（ｆ）に示すように、その形成時に生じたバンプ６の頂部６ａを押さえ具１２にて平坦化することにより、図２（ｇ）および（ｈ）に示すように、基板３への半導体チップ５の実装が完了する。

このように、基板３の表面に、導体パターン２が上方となるように半導体チップ５を配置しておき、電極パッド部４と導体パターン２とに亘って、塊状の導電性接合剤であるワイヤボール６を一度に配置して両者間に亘ってバンプ６を形成するようにしたので、従来のように、ワイヤフレームに貫通孔を形成するといった工程は不要となり、またフリップチップのように、一旦、バンプを形成した後、半導体チップを基板上に反転させて配置した後、熱および超音波などを加えて接合するものとは異なり、非常に簡単な工程でもって、すなわち安価に半導体装置を製造することができ、また半導体チップが非常に薄い場合でも、電子回路が形成された表面が上向くように基板上に配置した後、上方からバンプを配置するだけで得られるため、その製造が非常に容易となる。
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２に係る半導体装置およびその製造方法を、図３に基づき説明する。

上述した実施の形態１においては、導体パターンと電極パッド部とをバンプを介して接合するようにしたが、本実施の形態２においては、導電性ペースト（例えば、銀ペースト、半田など）を用いたものであり、以下の説明においては、実施の形態１と同じ構成部材については、同一番号を付して説明する。

図３（ｆ）に示すように、この半導体装置２１は、簡単に言えば、表面に導体パターン２が形成された基板３と、この基板３の表面に、電子回路が形成されていない裏面が対向するように配置された半導体チップ５と、この半導体チップ５の表面の電極パッド部４と基板３の導体パターン２とに亘って配置されてこれらを電気的に接続する塊状の導電性ペースト（導電性接合剤の一例）、例えば銀ペースト（熱硬化性の樹脂材料と銀とを混合したもの）（半田でもよい）２２とから構成されたものである。

次に、この半導体装置２１の製造方法を、図３に基づき説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、導体パターン２が上方に向くように基板３を配置した後、図３（ｂ）に示すように、基板３の両側縁部に形成された両導体パターン２，２同士間の表面に接着剤７を塗布する。

次に、図３（ｃ）に示すように、基板３の表面に、電子回路および電極パッド部４が上方に向く（上方に位置する）姿勢でもって半導体チップ５を配置（載置）する。このとき、半導体チップ５の各側縁部が所定距離（例えば、数μm程度、より好ましくは、３μｍ）Ｌでもって導体パターン２と重なるように配置される。

この状態では、接着剤７により、半導体チップ５が上向き姿勢で基板３表面の所定位置に固定されたことになる。勿論、このとき、各電極パッド部４と導体パターン２とが１対１で対応するように位置決めされる。

次に、図３（ｄ）〜（ｅ）および図３（ｆ）に示すように、ディスペンサ３１にて、塊状の銀ペースト２２を、電極パッド部４と導体パターン２とに亘って、すなわち両者に一緒に接触するように配置（載置、塗布ともいう）した後、熱を加えて硬化させることにより両者を接続する。

すなわち、銀ペースト２２を一度で両者に亘って配置・接合することにより（１回の工程により）、電極パッド部４と導体パターン２とが機械的および電気的に接合され、基板３への半導体チップ５の実装が完了する。

このように、基板３の表面に、導体パターン２が上方となるように半導体チップ５を配置しておき、電極パッド部４と導体パターン２とに亘って、塊状の導電性ペースト例えば銀ペースト２２を一度に配置して両者を接合するようにしたので、従来のように、ワイヤフレームに貫通孔を形成するといった工程は不要となり、またフリップチップのように、一旦、バンプを形成した後、半導体チップを基板上に反転させて載置した後、熱および超音波などを加えて接合するものとは異なり、非常に簡単な工程でもって、すなわち安価に半導体装置を製造することができ、また半導体チップが非常に薄い場合でも、電子回路が形成された表面が上向くように基板上に配置した後、上方から塊状の銀ペーストを配置するだけで得られるため、その製造が非常に容易となる。

次に、本発明の実施の形態３に係る半導体装置およびその製造方法を、図４に基づき説明する。
上記実施の形態１においては、プリント配線基板３上に半導体チップ５を配置（載置）した後、その電極パッド部４と導体パターン２とをバンプ６にて一度に接合したが、本実施の形態３に係る半導体装置においては、上記半導体チップ５の上にさらに別の半導体チップ（以下、第２半導体チップと称するとともに、基板に直接配置される上記半導体チップ５を第１半導体チップと称する）を配置したものである。

以下、この半導体装置の製造方法を説明するが、その説明に際し、上述した実施の形態１にて説明した第１半導体チップを配置した後の工程から説明するものとする。
すなわち、図４（ａ）〜（ｂ）に示すように、第２半導体チップ４２を、その電子回路（図示せず）側が下向きとなるようにした状態で、下側の第１半導体チップ５の表面（上面）に対向するように且つその電極パッド部４３が金製バンプ６の盛り上がった頂部６ａに位置するように配置（載置）した後、バンプ６に熱および超音波を加えて、両半導体チップ５，４２を基板３側に接合する。このとき、第２半導体チップ４２の表面（下面）全体に塗布された絶縁性の補強用接着剤４４は両半導体チップ５，４２の表面同士間の隙間に広がり充満した状態となる。勿論、第１半導体チップ５上に第２半導体チップ４２が配置された場合には、バンプ６の頂部６ａが表面全体に塗布された接着剤４４を貫通して電極パッド部４３に接触することになる。なお、この第２半導体チップ４２に形成される電極パッド部４３は、例えば当該第２半導体チップ４２の側端縁から１５μｍ程度内側に入るような位置に設けられている。

したがって、下側の第１半導体チップ５の実装と同時に、上側の第２半導体チップ４２を、基板３上に積層構造でもって、しかも第１半導体チップ５を接合するためのバンプ６を用いて階層状に実装することができる。

なお、この場合、バンプ６を介して互いに接触した両半導体チップ５，４２における一方の電極パッド部（４または４３）は、それが属する半導体チップの電子回路に電気的に接続されるが、他方の電極パッド部（４３または４）は、それが属する半導体チップの電子回路に電気的に接続されないダミー電極としておくことにより、相対向して実装された２つの半導体チップの電子回路が、それぞれ独立して基板３側に電気的に接続された構造にすることができる。

ここで、この半導体装置４１の構成を簡単に説明しておく。
この半導体チップを二段重ねで実装してなる半導体装置４１は、表面に導体パターン２が形成された基板３と、この基板３の表面に、電子回路が形成されていない裏面が対向するように配置された第１半導体チップ５と、この第１半導体チップ５の電子回路が形成された表面に、電子回路が形成された表面が対向するように配置された第２半導体チップ４２と、これら第１および第２半導体チップ５，４２の各電極パッド部４，４３と基板３の導体パターン２とに亘って配置されてこれらを電気的に接続する塊状の導電性接合剤である金製バンプ６とから構成されたものである。

このように、基板３の表面に、第１半導体チップ５を、塊状の導電性接合剤である金製のワイヤボール（バンプ）６を介して第２半導体チップ４２を配置・接合することにより、簡単な工程で、積層構造の半導体装置４１を得ることができる。

次に、本発明の実施の形態４に係る半導体装置およびその製造方法を、図５に基づき説明する。
上記実施の形態２に係る半導体装置２１においては、プリント配線基板３上に半導体チップ５を配置（載置）した後、その電極パッド部４と導体パターン２とを導電性ペースト、例えば銀ペースト２２にて一度に接合したが、本実施の形態４に係る半導体装置においては、上記半導体チップ５の上にさらに別の半導体チップ（以下、第２半導体チップと称するとともに、基板に直接配置される上記半導体チップ５を第１半導体チップと称する）５２を配置したものである。

以下、この半導体装置の製造方法を説明するが、その説明に際し、上述した実施の形態２にて説明した第１半導体チップを配置した後の工程から説明するものとする。
すなわち、図５（ａ）〜（ｂ）に示すように、第２半導体チップ５２を、その電子回路（図示せず）側が下向きとなるようにした状態で、下側の第１半導体チップ５の表面（上面）に対向するように且つその電極パッド部５３が導体パターン２に位置するように配置（載置）した後、導電性ペーストである銀ペースト２２に熱を加えて、両半導体チップ５，５２を基板３側に接合し、そして図５（ｃ）に示すように、両半導体チップ５，５２間およびその周囲に絶縁性の補強用樹脂５４を充填する。

したがって、下側の第１半導体チップ５の実装と同時に、上側の第２半導体チップ５２を、基板３上に積層構造でもって、しかも第１半導体チップ５を接合するための銀ペースト２２を用いて階層状に実装することができる。

勿論、この場合も、銀ペースト２２を介して互いに接触した両半導体チップ５，５２における一方の電極パッド部（４または５３）は、それが属する半導体チップの電子回路に電気的に接続されるが、他方の電極パッド部（５３または４）は、それが属する半導体チップの電子回路に電気的に接続されないダミー電極としておくことにより、相対向して実装された２つの半導体チップの電子回路が、それぞれ独立して基板３側に電気的に接続された構造にすることができる。

このように、基板３の表面に、第１半導体チップ５を、塊状の導電性接合剤である銀ペースト２２を介して第２半導体チップ５２を配置・接合することにより、簡単な工程で、積層構造の半導体装置５１を得ることができる。

なお、上述した第３および第４実施の形態において、第２半導体チップの上方に、さらに別の半導体チップを積層することもできる。
ところで、上記各実施の形態においては、基板に実装される半導体チップの厚さが、基板の表面に形成される導体パターンの厚さよりも厚い場合を図示して説明したが、半導体チップの厚さが導体パターンの厚さと同程度に薄くてもよい。

この場合を、上記実施の形態１に適用したものとして説明すると、図６に示すように、この半導体装置６１は、表面の両側に所定厚さの導体パターン２が形成された基板３と、この基板３の表面でしかも両側の導体パターン２，２同士間に、電子回路が形成されていない裏面が対向するように接着剤７を介して配置され且つ上記導体パターン２の厚さとほぼ同一厚さ（より具体的に言えば、実装後における導体パターンの表面と面一になるような厚さ）の半導体チップ６２と、この半導体チップ６２の表面の電極パッド部６３と基板３の導体パターン２とに亘って配置されてこれらを電気的に接続する塊状の金製バンプ６とから構成されたものである。

次に、この半導体装置の製造方法を図面に基づき説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、導体パターン２が上方に向くように基板３を配置した後、図６（ｂ）に示すように、基板３の両側縁部に形成された両導体パターン２，２同士間の表面に、接着剤７をその導体パターン２よりも薄い厚さでもって塗布する。

次に、図６（ｃ）に示すように、基板３の表面で且つ両導体パターン２，２同士間に、電子回路および電極パッド部６３が上方に向く（上方に位置する）姿勢でもって半導体チップ６２を配置（載置）する。なお、上述したように、半導体チップ６２の表面と両側の導体パターン２の表面とが面一（または、ほぼ面一）となるように、当該半導体チップ６２および接着剤７の各厚さが考慮されている。言い換えれば、半導体チップ６２と接着剤７との合計厚さが、導体パターン２の厚さに一致（または、ほぼ一致）するようにされている。

この状態で、接着剤７により、半導体チップ６２が上向き姿勢で基板３表面の所定位置に固定されたことになる。勿論、このとき、各電極パッド部６３と導体パターン２とが１対１で対応するように位置決めされる。

次に、図６（ｄ）〜（ｅ）に示すように、キャピラリ１１にてバンプ形成用のワイヤボール（金製ボールであり、バンプとなる）６を、電極パッド部６３と導体パターン２とに亘って、すなわち両者に一緒に接触するように配置（載置）した後、熱および超音波（加熱および加圧）を加えて拡散接合を行い、両者を接続するバンプ６を形成する。

すなわち、バンプ６を一度で両者に亘って配置・接合することにより（１回の工程により）、電極パッド部６３と導体パターン２とが機械的および電気的に接合される。
次に、図６（ｆ）に示すように、その形成時に生じたバンプ６の頂部６ａを押さえ具１２にて平坦化することにより、図６（ｇ）に示すように、基板３への半導体チップ６２の実装が完了する。

この場合も、非常に薄い半導体チップを実装した半導体装置を、実施の形態１と同様に、容易に製造することができる。勿論、残りの実施の形態２〜４についても、適用することができる。

本発明の半導体装置およびその製造方法は、プリント配線基板上に、半導体チップの表面を上向きにして配置した後、基板上の導体パターンと電極パッド部とに亘って、一度に導電性接合剤を配置・接合することにより、半導体チップを基板上に実装することができ、特に、半導体チップが多層化されてなるパッケージの低背化するのに有効である。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置の要部断面図である。 同半導体装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例における製造方法を説明するための要部断面図である。

符号の説明

１ 半導体装置
２ 導体パターン
３ プリント配線基板
４ 電極パッド部
５ 半導体チップ
６ バンプ
７ 接着剤
２１ 半導体装置
２２ 銀ペースト
４１ 半導体装置
４２ 第２半導体チップ
４３ 電極パッド部
５１ 半導体装置
５２ 第２半導体チップ
５３ 電極パッド部
６１ 半導体装置
６２ 半導体チップ
６３ 電極パッド部

Claims (5)

1. 基板に、表面に電子回路が形成された半導体チップを実装してなる半導体装置であって、
   表面に導体パターンが形成された基板と、
   この基板の表面に、電子回路が形成されていない裏面が対向するように配置された半導体チップと、
   この半導体チップの表面の電極パッド部と上記基板の導体パターンとに亘って配置されてこれらを電気的に接続する塊状の導電性接合剤と
   から構成したことを特徴とする半導体装置。
2. 基板に、表面に電子回路が形成された半導体チップを二段重ねで実装してなる半導体装置であって、
   表面に導体パターンが形成された基板と、
   この基板の表面に、電子回路が形成されていない裏面が対向するように配置された第１半導体チップと、
   この第１半導体チップの電子回路が形成された表面に、電子回路が形成された表面が対向するように配置された第２半導体チップと、
   これら第１および第２半導体チップの各電極パッド部と上記基板の導体パターンとに亘って配置されてこれらを電気的に接続する塊状の導電性接合剤と
   から構成されたことを特徴とする半導体装置。
3. 導電性接合剤として、金または導電性ペーストを用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 導体パターンが形成されてなる基板の表面に電子回路が形成された半導体チップを実装してなる半導体装置の製造方法であって、
   導体パターンが形成された表面が上方となるように配置された基板の表面に、電子回路が形成された表面が上方となるように半導体チップを配置し、
   次にこの半導体チップの電極パッド部と基板の導体パターンとに亘って、導電性接合剤の塊を配置した後、この導電性接合剤を少なくとも加熱することにより、半導体チップを基板側に電気的に接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 導体パターンが形成されてなる基板の表面に電子回路が形成された半導体チップを二段重ねで実装してなる半導体装置の製造方法であって、
   導体パターンが形成された表面が上方となるように配置された基板の表面に、電子回路が形成された表面が上方となるように第１半導体チップを配置した後、当該第１半導体チップの電極パッド部と基板の導体パターンとに亘って導電性接合剤の塊を配置し、
   次に上記第１半導体チップの電子回路が形成された表面に、電子回路が形成された表面が対向するように且つその電極パッド部が上記導電性接合剤に対向するように第２半導体チップを配置した後、
   上記導電性接合剤を少なくとも加熱することにより、上記両半導体チップを基板側に電気的に接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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