JP2009266898A - Semiconductor element mounting structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子を基板に実装した半導体素子の実装構造に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor element mounting structure in which a semiconductor element is mounted on a substrate.
電子デバイスの小型高機能化のニーズに伴い、層間絶縁膜として低誘電率(low-k)材料を用いたICチップや、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスなどの半導体素子の開発が各所で行われているが、この種の半導体素子は、脆弱であり、基板(例えば、プリント配線基板、セラミック基板など)に実装する実装工程で発生する応力が問題視されている。 In response to the need for smaller and more functional electronic devices, IC chips using low dielectric constant (low-k) materials as interlayer dielectrics and semiconductor elements such as MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) devices are being developed in various places. However, this type of semiconductor element is fragile, and stress generated in a mounting process for mounting on a substrate (for example, a printed wiring board, a ceramic substrate, etc.) is regarded as a problem.
また、従来から、ワイヤボンディング技術を利用する場合に比べて基板への半導体素子の実装面積を縮小するなどの目的で半導体素子を基板にフリップチップ実装してなる半導体素子の実装構造において、半導体素子と基板との接合強度を向上可能な構造が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in a semiconductor element mounting structure in which a semiconductor element is flip-chip mounted on a substrate for the purpose of reducing the mounting area of the semiconductor element on the substrate compared to the case of using wire bonding technology, the semiconductor element There has been proposed a structure capable of improving the bonding strength between the substrate and the substrate (see, for example, Patent Document 1).
ここで、上記特許文献1に記載された半導体素子の実装構造は、図7に示すように、半導体素子1に機能上必要な複数のパッド19(19a)とは別に接合強度向上用のダミーのパッド19(19b)を設けるとともに、基板3に機能上必要な接続用電極39(39a)とは別にダミーの接続用電極39(39b)を設け、各パッド19と対応する接続用電極39とをバンプ2を介して接合することで、半導体素子1と基板3との接合強度を向上させている。
ところで、図8に示すように半導体素子1の外周部においてパッド19が3辺に沿って配置されている場合、半導体素子1をセラミック基板からなる基板3に実装するにあたって、図9(a)に示すように半導体素子1の各パッド19(図8参照)に半田バンプからなるバンプ2を形成した後、半導体素子1の各パッド19に形成されたバンプ2と基板3における半導体素子1の実装面3a側の接続用電極(図示せず)とを位置合わせして、所定温度に加熱すると図9(b)に示すように基板3が熱変形し、その後、常温になると図9(c)に示すように基板3が熱変形のない状態に戻ろうとするが、半導体素子1は基板3が熱変形した状態で固定されていたので、半導体素子1が変形して応力が発生してしまう。
When the
また、図7に示した半導体素子1の実装構造は、外周形状が矩形状の半導体素子1の外周部においてパッド19が4辺に沿って配置されているので、図8の半導体素子1の実装構造と同様に、半導体素子1と基板3との線膨張率差に起因して半導体素子1が変形して応力が発生してしまう。
Further, in the mounting structure of the
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、半導体素子に生じる応力を低減することが可能な半導体素子の実装構造を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described reasons, and an object thereof is to provide a semiconductor element mounting structure capable of reducing stress generated in the semiconductor element.
請求項1の発明は、半導体素子を基板に実装した半導体素子の実装構造であって、半導体素子の外周形状に基づいて規定した仮想三角形の3つの頂点に対応する3箇所で半導体素子のパッドと基板の接続用電極とがバンプを介して接合されてなることを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、半導体素子の外周形状に基づいて規定した仮想三角形の3つの頂点に対応する3箇所で半導体素子のパッドと基板の接続用電極とがバンプを介して接合されているので、基板への実装時などの温度変化に起因した基板側の変形が半導体素子に当該半導体素子の傾きとして伝わるから、半導体素子が変形するのを抑制することができ、半導体素子に生じる応力を低減することが可能となる。 According to the present invention, the pads of the semiconductor element and the connection electrodes of the substrate are joined via the bumps at three locations corresponding to the three vertices of the virtual triangle defined based on the outer peripheral shape of the semiconductor element. Since deformation on the substrate side due to temperature change such as when mounted on the substrate is transmitted to the semiconductor element as the inclination of the semiconductor element, the deformation of the semiconductor element can be suppressed, and the stress generated in the semiconductor element is reduced. It becomes possible.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記3箇所のうち少なくとも1箇所では複数のバンプが密集して配置されてなることを特徴とする。
The invention of
この発明によれば、半導体素子としてパッドの数が4個以上のものに対応でき、しかも、前記3箇所のうち複数のバンプが配置される箇所では当該複数のバンプが密集して配置されているので、半導体素子の局所的な変形を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to deal with a semiconductor element having four or more pads, and the plurality of bumps are densely arranged at a place where the plurality of bumps are arranged among the three places. Therefore, local deformation of the semiconductor element can be suppressed.
請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明において、各バンプは、半導体素子の外周部に位置していることを特徴とする。 A third aspect of the present invention is characterized in that, in the first or second aspect of the present invention, each bump is located on the outer peripheral portion of the semiconductor element.
この発明によれば、各バンプが半導体素子の外周部よりも内側に位置している場合に比べて、半導体素子を安定して固定することができる。 According to the present invention, the semiconductor element can be stably fixed as compared with the case where each bump is located inside the outer peripheral portion of the semiconductor element.
請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3の発明において、半導体素子がMEMSデバイスであり、各パッドは、当該MEMSデバイスにおける可動部から離間して配置されてなることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, the semiconductor element is a MEMS device, and each pad is arranged apart from a movable portion in the MEMS device.
この発明によれば、基板への実装時などの温度変化に起因した可動部の変形を抑制することができ、特性変動を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress deformation of the movable part due to temperature changes such as when mounted on a substrate, and it is possible to suppress characteristic fluctuations.
請求項5の発明は、請求項1ないし請求項4の発明において、各バンプは、半田バンプからなることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, each bump comprises a solder bump.
この発明によれば、各バンプをAuバンプにより構成する場合に比べて、各バンプが柔らかくて応力緩和性が大きいので、基板への実装時などの温度変化に起因して半導体素子に生じる応力をより低減することができるとともに、接合信頼性を向上させることができる。 According to the present invention, since each bump is soft and has a large stress relaxation property as compared with the case where each bump is composed of an Au bump, the stress generated in the semiconductor element due to a temperature change during mounting on the substrate is reduced. In addition to being able to reduce, it is possible to improve the bonding reliability.
請求項6の発明は、請求項1ないし請求項4の発明において、各バンプは、シリコーン系樹脂の導電性ペーストにより形成されてなることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, each bump is formed of a conductive paste of silicone resin.
この発明によれば、各バンプを金属により形成する場合に比べて、各バンプの弾性率が小さくて応力緩和性が大きいので、基板への実装時などの温度変化に起因して半導体素子に生じる応力をより低減することができるとともに、接合信頼性を向上させることができる。 According to the present invention, since the elastic modulus of each bump is small and the stress relaxation property is large compared with the case where each bump is formed of metal, the bump is generated in the semiconductor element due to a temperature change during mounting on the substrate. The stress can be further reduced and the bonding reliability can be improved.
請求項7の発明は、請求項1ないし請求項6の発明において、半導体素子と基板との間で各バンプを封止する樹脂からなる封止部が設けられてなることを特徴とする。 A seventh aspect of the invention is characterized in that, in the first to sixth aspects of the invention, a sealing portion made of a resin for sealing each bump is provided between the semiconductor element and the substrate.
この発明によれば、各バンプが樹脂からなる封止部により封止されているので、半導体素子と基板とのバンプによる接合信頼性を向上させることができる。 According to this invention, since each bump is sealed with the sealing part which consists of resin, the joining reliability by the bump of a semiconductor element and a board | substrate can be improved.
請求項1の発明では、半導体素子に生じる応力を低減することが可能となるという効果がある。 According to the first aspect of the invention, there is an effect that the stress generated in the semiconductor element can be reduced.
(実施形態1)
本実施形態では図1に示すように、半導体加速度センサチップからなる半導体素子1を基板(例えば、セラミック基板、ガラスエポキシ樹脂基板を用いたプリント配線基板など)3に実装した実装構造について説明する。
(Embodiment 1)
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a mounting structure in which a
半導体素子1は、図1および図2に示すように、枠状(本実施形態では、矩形枠状)のフレーム部11を備え、フレーム部11の内側に配置される重り部12が一表面側(図2(b)における上面側)において可撓性を有する4つの短冊状の撓み部13を介してフレーム部11に揺動自在に支持されている。言い換えれば、半導体素子1は、枠状のフレーム部11の内側に配置される重り部12が重り部12から四方へ延長された4つの撓み部13を介してフレーム部11に揺動自在に支持されている。ここにおいて、半導体素子1は、シリコン基板からなる支持基板10a上のシリコン酸化膜からなる絶縁層(埋込酸化膜)10b上にn形のシリコン層(活性層)10cを有するSOIウェハを加工することにより形成してあり、フレーム部11は、SOIウェハの支持基板10a、絶縁層10b、シリコン層10cそれぞれを利用して形成してある。これに対して、撓み部13は、SOIウェハにおけるシリコン層10cを利用して形成してあり、フレーム部11よりも薄肉となっている。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
重り部12は、上述の4つの撓み部13を介してフレーム部11に支持された直方体状のコア部12aと、半導体素子1の上記一表面側から見てコア部12aの四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の4つの付随部12bとを有している。言い換えれば、重り部12は、フレーム部11の内側面に一端部が連結された各撓み部13の他端部が外側面に連結されたコア部12aと、コア部12aと一体に形成されコア部12aとフレーム部11との間の空間に配置される4つの付随部12bとを有している。つまり、各付随部12bは、半導体素子1の上記一表面側から見た平面視において、フレーム部11とコア部12aと互いに直交する方向に延長された2つの撓み部13,13とで囲まれる空間に配置されており、各付随部12bそれぞれとフレーム部11との間にはスリット14が形成され、撓み部13を挟んで隣り合う付随部12b間の間隔が撓み部13の幅寸法よりも長くなっている。ここにおいて、コア部12aは、上述のSOIウェハの支持基板10a、絶縁層10b、シリコン層10cそれぞれを利用して形成し、各付随部12bは、SOIウェハの支持基板10aを利用して形成してある。しかして、半導体素子1の上記一表面側において各付随部12bの表面は、コア部12aの表面を含む平面から半導体素子1の上記他表面側(図2(b)における下面側)へ離間して位置している。なお、半導体素子1の上述のフレーム部11、重り部12、各撓み部13は、マイクロマシニング技術を利用して形成すればよい。
The
ところで、図2(a),(b)それぞれの右下に示したように、半導体素子1の上記一表面に平行な面内でフレーム部11の一辺に沿った一方向をx軸の正方向、この一辺に直交する辺に沿った一方向をy軸の正方向、半導体素子1の厚み方向の一方向をz軸の正方向と規定すれば、重り部12は、x軸方向に延長されてコア部12aを挟む2つ1組の撓み部13,13と、y軸方向に延長されてコア部12aを挟む2つ1組の撓み部13,13とを介してフレーム部11に支持されていることになる。なお、上述のx軸、y軸、z軸の3軸により規定した直交座標では、半導体素子1において上述のシリコン層10cにより形成された部分の表面における重り部12の中心位置を原点としている。
By the way, as shown in the lower right of each of FIGS. 2A and 2B, one direction along one side of the
重り部12のコア部12aからx軸の正方向に延長された撓み部13(図2(a)の右側の撓み部13)は、コア部12a近傍に2つ1組のゲージ抵抗Rx2,Rx4が形成されるとともに、フレーム部11近傍に1つのゲージ抵抗Rz2が形成されている。一方、重り部12のコア部12aからx軸の負方向に延長された撓み部13(図2(a)の左側の撓み部13)は、コア部12a近傍に2つ1組のゲージ抵抗Rx1,Rx3が形成されるとともに、フレーム部11近傍に1つのゲージ抵抗Rz3が形成されている。ここに、コア部12a近傍に形成された4つのゲージ抵抗Rx1,Rx2,Rx3,Rx4は、x軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部13の長手方向に一致するように形成してあり、図3における左側のブリッジ回路Bxを構成するように図示しない配線(半導体素子1に形成されている拡散層配線、金属配線など)によって接続されている。なお、ゲージ抵抗Rx1〜Rx4は、x軸方向の加速度がかかったときに撓み部13において応力が集中する応力集中領域に形成されている。
The bending portion 13 (the right-
また、重り部12のコア部12aからy軸の正方向に延長された撓み部13(図2(a)の上側の撓み部13)はコア部12a近傍に2つ1組のゲージ抵抗Ry1,Ry3が形成されるとともに、フレーム部11近傍に1つのゲージ抵抗Rz1が形成されている。一方、重り部12のコア部12aからy軸の負方向に延長された撓み部13(図2(a)の下側の撓み部13)はコア部12a近傍に2つ1組のゲージ抵抗Ry2,Ry4が形成されるとともに、フレーム部11側の端部に1つのゲージ抵抗Rz4が形成されている。ここに、コア部12a近傍に形成された4つのゲージ抵抗Ry1,Ry2,Ry3,Ry4は、y軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部13の長手方向に一致するように形成してあり、図3における中央のブリッジ回路Byを構成するように図示しない配線(半導体素子1に形成されている拡散層配線、金属配線など)によって接続されている。なお、ゲージ抵抗Ry1〜Ry4は、y軸方向の加速度がかかったときに撓み部13において応力が集中する応力集中領域に形成されている。
Further, the bending portion 13 (the
また、フレーム部11近傍に形成された4つのゲージ抵抗Rz1,Rz2,Rz3,Rz4は、z軸方向の加速度を検出するために形成されたものであり、図3における右側のブリッジ回路Bzを構成するように図示しない配線(半導体素子1に形成されている拡散層配線、金属配線など)によって接続されている。ただし、2つ1組となる撓み部13,13のうち一方の組の撓み部13,13に形成したゲージ抵抗Rz1,Rz4は長手方向が撓み部13,13の長手方向と一致するように形成されているのに対して、他方の組の撓み部13,13に形成したゲージ抵抗Rz2,Rz3は長手方向が撓み部13,13の幅方向(短手方向)と一致するように形成されている。
The four gauge resistors Rz1, Rz2, Rz3, and Rz4 formed in the vicinity of the
ここで、半導体素子1の基本的な動作の一例について説明する。
Here, an example of a basic operation of the
いま、半導体素子1に加速度がかかっていない状態で、半導体素子1に対してx軸の正方向に加速度がかかったとすると、x軸の負方向に作用する重り部12の慣性力によってフレーム部11に対して重り部12が変位し、結果的にx軸方向を長手方向とする撓み部13,13が撓んで当該撓み部13,13に形成されているゲージ抵抗Rx1〜Rx4の抵抗値が変化することになる。この場合、ゲージ抵抗Rx1,Rx3は引張応力を受け、ゲージ抵抗Rx2,Rx4は圧縮応力を受ける。一般的にゲージ抵抗は引張応力を受けると抵抗値(抵抗率)が増大し、圧縮応力を受けると抵抗値(抵抗率)が減少する特性を有しているので、ゲージ抵抗Rx1,Rx3は抵抗値が増大し、ゲージ抵抗Rx2,Rx4は抵抗値が減少することになる。したがって、図3に示した一対の入力端子VDD,GND間に外部電源から一定の直流電圧を印加しておけば、図3に示した左側のブリッジ回路Bxの出力端子X1,X2間の電位差がx軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。同様に、y軸方向の加速度がかかった場合には図2に示した中央のブリッジ回路Byの出力端子Y1,Y2間の電位差がy軸方向の加速度の大きさに応じて変化し、z軸方向の加速度がかかった場合には図3に示した右側のブリッジ回路Bzの出力端子Z1,Z2間の電位差がz軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。しかして、上述の半導体素子1は、各ブリッジ回路Bx〜Bzそれぞれの出力電圧の変化を検出することにより、当該半導体素子1に作用したx軸方向、y軸方向、z軸方向それぞれの加速度を検出することができる。
Now, assuming that acceleration is applied to the
ここにおいて、半導体素子1は、上述の3つのブリッジ回路Bx,By,Bzに共通の2つの入力端子VDD,GNDと、ブリッジ回路Bxの2つの出力端子X1,X2と、ブリッジ回路Byの2つの出力端子Y1,Y2と、ブリッジ回路Bzの2つの出力端子Z1,Z2とを備えており、これらの各入力端子VDD,GNDおよび各出力端子X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2が、上記一表面側にパッド(外部接続用電極)19として設けられている。すなわち、半導体素子1は、回路を構成するうえで必要なパッド19を備えているが、本実施形態では、8つのパッド19以外に回路では必要ない1つのパッド19をダミー(ダミーのパッド19は、3つのブリッジ回路Bx,Bz,Byのいずれとも電気的に接続されていない)として備えている。なお、半導体素子1は、上記一表面側において上記シリコン層10c上にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる絶縁膜16が形成されており、パッド19および上記金属配線は絶縁膜16上に形成されている。
Here, the
上述の各ゲージ抵抗(ピエゾ抵抗)Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4および上記各拡散層配線は、上記シリコン層10cにおけるそれぞれの形成部位に適宜濃度のp形不純物をドーピングすることにより形成され、上記金属配線は、絶縁膜16上にスパッタ法や蒸着法などにより成膜した金属膜(例えば、Al膜、Al合金膜など)をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより形成されている。なお、上記金属配線は絶縁膜16に設けたコンタクトホールを通して拡散層配線と電気的に接続されている。
The gauge resistances (piezoresistors) Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 and the diffusion layer wirings described above are formed by doping p-type impurities with appropriate concentrations at respective formation sites in the
ところで、本実施形態の半導体素子1の実装構造では、半導体素子1の外周形状に基づいて規定した仮想三角形の3つの頂点に対応する3箇所で半導体素子1のパッド19と基板3における半導体素子1の実装面3a側の接続用電極39とが半田バンプからなるバンプ2を介して接合されている。より具体的には、本実施形態の半導体素子1の実装構造では、半導体素子1の外周形状が矩形状であって、上記仮想三角形の3つの頂点に対応する3箇所を半導体素子1の四隅のうちの3箇所に設定してあり、9つのパッド19が、半導体素子1の四隅のうちの3箇所に分散して各箇所で3つずつ集中して配置されている。要するに、9つのパッド19は、フレーム部11の3箇所に3つずつ集中して配置されている。ここで、各パッド19は、半導体素子1の外周部に位置しており、MEMSデバイスの一種である半導体加速度センサチップよりなる半導体素子1の機能部であって各撓み部13と重り部12とで構成される可動部から離間して配置されている。しかして、各バンプ2は、半導体素子1の外周部に位置し、半導体素子1の上記可動部から離間して配置されることとなり、半導体素子の上記3箇所のうち複数のバンプ2が配置される箇所(ここでは、3箇所)では当該複数のバンプ2が密集して配置されることとなる。なお、9つのパッド19は、半導体素子1の外周に沿って配置されている。
By the way, in the mounting structure of the
ここで、本実施形態では、基板3としてセラミック基板を用いており、接続用電極39は、Ni膜とAu膜との積層膜により構成されている。
Here, in the present embodiment, a ceramic substrate is used as the
以下、半導体素子1を基板3に実装する際の半導体素子1および基板3の状態変化について図4に基づいて説明する。
Hereinafter, the state change of the
半導体素子1を基板3に実装するにあたっては、図4(a)に示すように半導体素子1の各パッド19(図1および図2参照)に半田バンプからなるバンプ2を形成した後、半導体素子1の各パッド19に形成されたバンプ2と基板3における半導体素子1の実装面3a側の接続用電極39(図1および図2参照)とを位置合わせして、所定温度に加熱すると図4(b)に示すように基板3が熱変形し、その後、常温になると図4(c)に示すように基板3が熱変形のない状態に戻ろうとする。ここで、半導体素子1は基板3が熱変形した状態で固定されていたが、基板3に対して上述の3箇所のみでしかバンプ2により固着されていないので、常温に戻ったときに温度変化による基板3側の変形が半導体素子1には当該半導体素子1の傾きとして伝わり、半導体素子1の表面を上述の3箇所で決定でき、半導体素子1が変形して応力が発生するのを防止することができる。基板3が常温に戻ったときに半導体素子1は図4(c)に示すように若干傾くが、高低差がナノメータレベルの傾きであり、特に問題ない。なお、本実施形態では、半導体素子1のチップサイズが1.5mm□〜3.0mm□となっており、バンプ2の直径を0.1〜0.3mm程度に設定してあるが、これらの数値は特に限定するものではない。ただし、上述の3箇所それぞれで密集するバンプ2間の間隔は、半田ブリッジが形成されるのを防止するために、0.1mm以上であることが望ましい。
In mounting the
以上説明した本実施形態の半導体素子1の実装構造では、半導体素子1の外周形状に基づいて規定した仮想三角形の3つの頂点に対応する3箇所で半導体素子1のパッド19と基板3の接続用電極39とがバンプ2を介して接合されているので、基板3への実装時などの温度変化に起因した基板3側の変形が半導体素子1に当該半導体素子1の傾きとして伝わるから、半導体素子1が変形するのを抑制することができ、半導体素子1に生じる応力を低減することが可能となる。ここで、半導体素子1が上述のような半導体加速度センサチップであれば、フレーム部11の4つの角部それぞれに1ないし複数のバンプ2を形成して基板3に実装した場合やフレーム部11の各辺それぞれに沿って複数のバンプ2を形成して基板3に実装した場合に比べて、基板3から半導体素子1への応力が、半導体素子1の機能部であって各撓み部13と重り部12とで構成される可動部に作用しにくく安定した精度の高い加速度測定が可能となる。要するに、本実施形態の半導体素子1の実装構造では、半導体素子1がMEMSデバイスの一種である半導体加速度センサチップであり、各パッド2が、当該MEMSデバイスにおける可動部から離間して配置されているので、基板1への実装時などの温度変化に起因した可動部の変形を抑制することができ、特性変動(本実施形態では、センサ特性の変動)を抑制することができる。なお、本実施形態の半導体素子1の実装構造では、バンプ2の高さにより重り部12の基板3側への許容変位量が決まることになるが、基板3における実装面3aに、重り部12の変位可能空間を拡張するための凹所を予め形成しておいてもよい。
In the mounting structure of the
また、本実施形態の半導体素子1の実装構造によれば、各バンプ2が半導体素子1の外周部に位置しているので、各バンプ2が半導体素子1の外周部よりも内側に位置している場合に比べて、半導体素子1を安定して固定することができる。
Further, according to the mounting structure of the
また、本実施形態の半導体素子1の実装構造では、各バンプ2が半田バンプにより構成されているので、各バンプ2をAuバンプにより構成する場合に比べて、各バンプ2が柔らかくて応力緩和性が大きく、基板3への実装時などの温度変化に起因して半導体素子1に生じる応力をより低減することができるとともに、接合信頼性を向上させることができる。
Further, in the mounting structure of the
また、本実施形態の半導体素子1の実装構造によれば、上述の3箇所のうち複数のバンプ2が配置される箇所(ここでは、3箇所)では当該複数のバンプ2が密集して配置されているので、半導体素子1の局所的な変形を抑制することができる。
Further, according to the mounting structure of the
(実施形態2)
本実施形態の半導体素子1の実装構造は実施形態1と略同じであって、図5に示すように、半導体素子1と基板3との間で各バンプ2を封止する樹脂(例えば、エポキシ樹脂など)からなる封止部(アンダーフィル部)4が設けられている点が相違する。ここにおいて、本実施形態では、各バンプ2を大径部の直径が0.05mm〜0.15mmのAuスタッドバンプからなるAuバンプにより構成してあり、密集して配置された3つのバンプ2を封止部4により封止してある。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 2)
The mounting structure of the
ところで、Auバンプは半田バンプに比べて硬いので、バンプ2を形成した後の工程の熱履歴での基板3の熱収縮によりバンプ2と接続用電極29との接合部位において接合不良が発生する恐れがある。
By the way, since the Au bump is harder than the solder bump, a bonding failure may occur at the bonding portion between the
しかしながら、本実施形態の半導体素子1の実装構造では、各バンプ2が樹脂からなる封止部4により封止されているので、半導体素子1と基板3とのバンプ2による接合信頼性を向上させることができる。また、本実施形態では、封止部4が、バンプ2と同様、半導体素子1の外周形状に基づいて規定した仮想三角形の3つの頂点に対応する3箇所で半導体素子1と基板3とを接合しているので、基板3への実装時などの温度変化に起因した基板3側の変形が半導体素子1に当該半導体素子1の傾きとして伝わるから、半導体素子1が変形するのを抑制することができ、半導体素子1に生じる応力を低減することが可能となる。なお、本実施形態では、各バンプ2をAuバンプにより構成してあるが、Auバンプに限らず、半田バンプにより構成してもよい。また、Auバンプはスタッドバンプに限らず、めっきバンプでもよい。
However, in the mounting structure of the
ところで、上述の各実施形態では、平面視における外周形状が正方形状の半導体素子1を3箇所でバンプ2により基板3に固着しているが、バンプ2の位置は各実施形態の位置に限定するものではなく、半導体素子1をバランス良く支持できる位置であればよく、図6の(a)〜(l)の位置でもよい。ここで、図6(a)は実施形態1,2における各バンプ2の配置と同じであり、半導体素子1の四隅のうちの3箇所それぞれにバンプ2が位置する例、同図(b)は半導体素子1の四隅のうちの隣り合う2箇所と当該2箇所近傍の角を結ぶ辺に平行な辺の中央近傍とにバンプ2が位置する例、同図(c),(d)は半導体素子1の四隅のうちの隣り合う2箇所と当該2箇所近傍の角を結ぶ辺に隣り合う1辺の中間近傍とにバンプ2が位置する例、同図(e)〜(j)は半導体素子1の四隅のうちの1箇所と4辺のうちの2辺の中間近傍とにバンプ2が位置する例、同図(k),(l)は半導体素子1の4辺のうちの3辺の中間近傍にバンプ2が位置する例を示している。ここにおいて、3箇所のバンプ2は、仮想三角形の頂点に対応するように位置しているが、当該仮想三角形の面積が大きく、且つ、当該仮想三角形内に半導体素子1の中心が内包されることが望ましく、3箇所のバンプ2の配置は、同図(a),(b)の配置が最良の配置となる。
By the way, in each of the above-described embodiments, the
また、上述の各実施形態では、バンプ2として、半田バンプやAuバンプなどを採用しているが、バンプ2は、半田やAuなどの金属に限らず、シリコーン系樹脂(例えば、弾性率が10MPa以下のシリコーン樹脂などのシリコーン系樹脂)の導電性ペーストにより形成してもよく、この場合には、各バンプ2を金属やエポキシ樹脂系の導電性ペーストなどにより構成する場合に比べて、各バンプ2の弾性率が小さくて応力緩和性が大きいので、基板3への実装時などの温度変化に起因して半導体素子1に生じる応力をより低減することができるとともに、接合信頼性を向上させることができる。
In each of the above-described embodiments, solder bumps or Au bumps are used as the
また、上述の各実施形態では、9つのパッド19を設けた半導体素子1について例示したが、パッド19の数は特に限定するものではなく3つ以上であればよく、4つ以上の場合には、上述の3箇所のうち少なくとも1箇所で複数のバンプ2を密集して配置することで、複数のバンプ2が配置される箇所での半導体素子1の局所的な変形を抑制することができる。
Further, in each of the above-described embodiments, the
また、上述の各実施形態では、半導体素子1として、MEMSデバイスの一例としてピエゾ抵抗形の半導体加速度センサチップを例示したが、半導体素子1は、半導体加速度センサチップに限らず、例えば、容量形の加速度センサチップやジャイロセンサ、圧力センサ、マイクロアクチュエータ、マイクロリレー、マイクロバルブ、赤外線センサなどのMEMSデバイスや、ICチップ、半導体スイッチ(例えば、MOSFETなど)などにも適用できる。また、半導体素子1の外周形状は正方形状に限らず、矩形状であればよい。
In each of the above-described embodiments, a piezoresistive semiconductor acceleration sensor chip is illustrated as an example of the MEMS device as the
1 半導体素子
2 バンプ
3 基板
4 封止部
11 フレーム部
12 重り部
13 撓み部
19 パッド
39 接続用電極
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CN102832179A (en) * | 2012-08-31 | 2012-12-19 | 江苏宏微科技股份有限公司 | Metal base plate used for welding power module |
WO2022163195A1 (en) * | 2021-01-27 | 2022-08-04 | ソニーグループ株式会社 | Force sensor module |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0745620A (en) * | 1993-07-26 | 1995-02-14 | Hitachi Ltd | Semiconductor device, its manufacture, and its mounting structure |
JPH10189653A (en) * | 1996-12-26 | 1998-07-21 | Toshiba Corp | Semiconductor element and circuit module having this semiconductor element |
JP2001250840A (en) * | 2000-03-08 | 2001-09-14 | Seiko Instruments Inc | Semiconductor device |
JP2004349390A (en) * | 2003-05-21 | 2004-12-09 | Olympus Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2005203465A (en) * | 2004-01-14 | 2005-07-28 | Seiko Epson Corp | Bump arrangement method in flip chip connection, semiconductor chip and optical module |
JP2007266555A (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Denso Corp | Manufacturing method for bump bonding laminate |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0745620A (en) * | 1993-07-26 | 1995-02-14 | Hitachi Ltd | Semiconductor device, its manufacture, and its mounting structure |
JPH10189653A (en) * | 1996-12-26 | 1998-07-21 | Toshiba Corp | Semiconductor element and circuit module having this semiconductor element |
JP2001250840A (en) * | 2000-03-08 | 2001-09-14 | Seiko Instruments Inc | Semiconductor device |
JP2004349390A (en) * | 2003-05-21 | 2004-12-09 | Olympus Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
JP2005203465A (en) * | 2004-01-14 | 2005-07-28 | Seiko Epson Corp | Bump arrangement method in flip chip connection, semiconductor chip and optical module |
JP2007266555A (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Denso Corp | Manufacturing method for bump bonding laminate |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102832179A (en) * | 2012-08-31 | 2012-12-19 | 江苏宏微科技股份有限公司 | Metal base plate used for welding power module |
WO2022163195A1 (en) * | 2021-01-27 | 2022-08-04 | ソニーグループ株式会社 | Force sensor module |
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Publication number | Publication date |
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