JP2011192721A - Semiconductor device, and method of mounting the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線通信装置等に用いられる半導体装置及びその実装方法に関し、特に高周波用途に用いる半導体集積回路の半導体装置及びパッケージの実装技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device used in a wireless communication device or the like and a mounting method thereof, and more particularly, to a semiconductor device and package mounting technology of a semiconductor integrated circuit used for high frequency applications.
近年、半導体チップは小型化・集積化が進んでおり、チップサイズと同等又は、チップ自体がパッケージとなる超小型サイズのチップサイズパッケージ(CSP)の研究開発が盛んに行われている(例えば特許文献1を参照。)。特に、ウェハ状態でパッケージ化を行うウェハレベルCSPは、組み立て費用や部品点数を削減できる、低コストのパッケージング方法として注目されている。 In recent years, semiconductor chips have been miniaturized and integrated, and research and development of a chip size package (CSP) having a chip size package equivalent to the chip size or the chip itself as a package has been actively conducted (for example, patents). See reference 1.) In particular, a wafer level CSP that performs packaging in a wafer state is attracting attention as a low-cost packaging method that can reduce assembly costs and the number of parts.
ウェハレベルCSPは、半導体チップの実装基板と向き合う面に接地電極と信号用電極が設けられているため、実装基板上に配置するだけでチップと実装基板との配線を行うことができる。この方法は、チップと実装基板との距離が短いため、チップ特性が端子接続状態に大きく影響するような高周波用チップにおいて、不確定なワイヤー接続を回避できる。また、端子接続損失を最小限にできる。このため、高周波領域で非常に有効な実装方法である。 In the wafer level CSP, since the ground electrode and the signal electrode are provided on the surface facing the mounting substrate of the semiconductor chip, it is possible to perform wiring between the chip and the mounting substrate simply by disposing on the mounting substrate. In this method, since the distance between the chip and the mounting substrate is short, indeterminate wire connection can be avoided in a high-frequency chip whose chip characteristics greatly affect the terminal connection state. Further, terminal connection loss can be minimized. For this reason, it is a very effective mounting method in a high frequency region.
ウェハレベルCSP等の裏面実装型半導体チップを実装基板に実装する際には、実装基板側の電極との位置あわせが必要である。特に集積度が高く、電極数が多いチップ及び端子接続状態がチップ特性に影響しやすい高周波を扱う半導体チップの場合は、精度の高いチップ実装位置制御が求められる。図3に示す従来技術では、チップ305側面(又はチップ端)を実装基板301上の基準マーク306にあわせることよって実装位置を決定している。また、フリップチップ等の裏面配線を有するチップの実装に際し、チップ側面に接するように半田ボールを設けることでチップ位置制御を行う方法も開示されている(例えば、特許文献2を参照。)。
When mounting a back surface mounting type semiconductor chip such as a wafer level CSP on a mounting substrate, it is necessary to align it with an electrode on the mounting substrate side. In particular, in the case of a chip having a high degree of integration and a large number of electrodes and a semiconductor chip handling a high frequency whose terminal connection state easily affects the chip characteristics, highly accurate chip mounting position control is required. In the prior art shown in FIG. 3, the mounting position is determined by aligning the side surface (or chip end) of the
一方、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)及び窒化インジウム(InN)並びに一般式が(InxAl1-x)yGa1-yN(0≦x≦1、0≦y≦1)で表される混晶物である窒化物半導体は、その物理的特徴である広いバンドギャップ及び直接遷移型バンド構造を利用して光学素子へ応用されている。また、破壊電界及び飽和電子速度が大きいという特長を利用した電子デバイスへの応用も検討されている。特に半絶縁性基板の上にエピタキシャル成長したAlxGa1-xNとGaNとの界面に現れる二次元電子ガスを利用するヘテロ接合電界効果トランジスタ(Heterojunction Field Effect Transistor; 以下HFETと略す)は、高出力高周波デバイスとして開発が進められている。透明基板であるサファイア基板上にマイクロストリップ線路を用いて整合回路、バイアス回路とともにAlGaN/GaN HFETを集積化したMMICが報告されている(例えば、非特許文献1を参照。)。 On the other hand, gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN) and indium nitride (InN) and the general formula is (In x Al 1-x ) y Ga 1-y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) A nitride semiconductor, which is a mixed crystal represented by the following formula, is applied to an optical element by utilizing a wide band gap and a direct transition type band structure which are physical characteristics of the nitride semiconductor. In addition, application to electronic devices utilizing the feature that the breakdown electric field and the saturation electron velocity are large is also being studied. In particular, heterojunction field effect transistors (hereinafter abbreviated as HFETs) that use a two-dimensional electron gas appearing at the interface between Al x Ga 1-x N and GaN epitaxially grown on a semi-insulating substrate are Development is progressing as an output high frequency device. There has been reported an MMIC in which an AlGaN / GaN HFET is integrated with a matching circuit and a bias circuit using a microstrip line on a sapphire substrate, which is a transparent substrate (see, for example, Non-Patent Document 1).
しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。ウェハレベルCSP、フリップチップ等の裏面実装型半導体チップを実装基板に実装する際に、チップ側面を基準として実装位置を決定する従来技術では、ダイシングの位置制御及びダイシング時の欠損量の変動がチップ実装位置の精度に影響を及ぼすおそれがある。チップ側と実装基板側の電極位置ズレは、入力及び出力インピーダンスの変動となり、結果的に反射損失の増加につながる。特に高周波を扱う半導体チップの場合には、実装位置ズレによる不良品の発生及び実装時の歩留まり低下が懸念される。 However, the prior art has the following problems. When mounting a back surface mounting type semiconductor chip such as a wafer level CSP or a flip chip on a mounting substrate, the conventional technique for determining the mounting position with reference to the side surface of the chip has dicing position control and fluctuations in the amount of defects during dicing. May affect the accuracy of the mounting position. The displacement of the electrode position between the chip side and the mounting substrate side results in fluctuations in input and output impedances, resulting in an increase in reflection loss. In particular, in the case of a semiconductor chip that handles high frequencies, there are concerns about the occurrence of defective products due to mounting position shifts and a decrease in yield during mounting.
本発明は、上記の課題を解決し、半導体チップ寸法(側面位置)に影響することなく、実装基板上電極と半導体チップ裏面電極の位置あわせ精度を向上させ、半導体チップを確実に実装できる実装方法及び半導体装置を実現できるようにすることを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, improves the alignment accuracy of the mounting substrate upper electrode and the semiconductor chip back surface electrode without affecting the semiconductor chip dimensions (side surface position), and enables the semiconductor chip to be mounted reliably. Another object of the present invention is to realize a semiconductor device.
第1の半導体装置は、表面に配線パターンを有する実装基板と、実装基板上に実装されており、透明基板上に形成され、少なくとも裏面に接地電極と信号用電極を含む配線パターンを有する高周波用半導体チップとを備えた半導体装置を対象とし、実装基板及び半導体チップ裏面にある配線パターンは、それぞれアライメント用の基準マークを有している。 A first semiconductor device is mounted on a mounting substrate having a wiring pattern on a front surface, is formed on a transparent substrate, and has a wiring pattern including a ground electrode and a signal electrode on at least a back surface. Targeting a semiconductor device including a semiconductor chip, the wiring patterns on the mounting substrate and the back surface of the semiconductor chip each have a reference mark for alignment.
このような構成とすることで、実装基板上に半導体チップを実装する際に、半導体チップ裏面にある基準マークと実装基板上にある基準マークを用いることで、半導体チップ寸法(側面位置)に影響することなく、実装基板上電極と半導体チップ裏面電極の位置あわせ精度を向上させることができる。半導体チップは、透明基板を用いているため、チップ表面から裏面の基準マークを透かして確認することができる。 With this configuration, when mounting a semiconductor chip on a mounting substrate, the reference mark on the back surface of the semiconductor chip and the reference mark on the mounting substrate are used, thereby affecting the semiconductor chip dimensions (side surface position). Without this, it is possible to improve the alignment accuracy of the mounting substrate upper electrode and the semiconductor chip back surface electrode. Since the semiconductor chip uses a transparent substrate, the reference mark on the back surface can be confirmed through the chip surface.
第2の半導体装置は、表面に配線パターンを有する実装基板と、実装基板上に実装されており、裏面に少なくとも接地電極と信号用電極を含む配線パターンを有する半導体チップを有する半導体装置を対象とし、実装基板に第1の貫通孔が形成されており、半導体チップに第1の貫通孔より直径の小さい第2の貫通孔が複数形成されており、第2の貫通孔の少なくとも一つは第1の貫通孔と平面位置が一致している。 The second semiconductor device is intended for a semiconductor device having a mounting substrate having a wiring pattern on the front surface and a semiconductor chip mounted on the mounting substrate and having a wiring pattern including at least a ground electrode and a signal electrode on the back surface. The mounting substrate has a first through hole, the semiconductor chip has a plurality of second through holes having a smaller diameter than the first through hole, and at least one of the second through holes is a first through hole. One through hole and the plane position coincide.
このような構成とすることで、実装基板上に半導体チップを実装する際、実装基板の裏面側から照明を当て、チップ表面へ透過する光を確認することで、実装基板と半導体チップとのあわせズレを確認することができる。半導体チップ側には、実装基板上の第1の貫通孔に相当する場所を中心に同心円上に複数の貫通孔を空けておけば、透過する光の強さによって位置ズレの距離と方向についての情報を得ることができる。また、本構成はほとんどが裏面電極で覆われている半導体チップや不透明な半導体チップについても適用可能である。 With this configuration, when mounting a semiconductor chip on the mounting substrate, illumination is applied from the back side of the mounting substrate, and light transmitted to the chip surface is confirmed, so that the mounting substrate and the semiconductor chip are aligned. A deviation can be confirmed. On the semiconductor chip side, if a plurality of through holes are formed concentrically around a place corresponding to the first through hole on the mounting substrate, the distance and direction of the positional shift are determined depending on the intensity of transmitted light. Information can be obtained. This configuration can also be applied to a semiconductor chip that is mostly covered with a back electrode or an opaque semiconductor chip.
本発明の半導体装置によれば、チップ寸法(側面位置)に影響することなく、実装基板上電極と半導体チップの裏面電極の位置あわせを行うことができ、互いの位置ズレを最小限に抑制できる。この結果、高周波チップの位置ズレによる高周波損失を低減できる。 According to the semiconductor device of the present invention, it is possible to align the electrode on the mounting substrate and the back electrode of the semiconductor chip without affecting the chip size (side surface position), and to suppress the positional deviation between each other to the minimum. . As a result, it is possible to reduce the high frequency loss due to the displacement of the high frequency chip.
以下、本発明の実施の形態における半導体装置について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, semiconductor devices according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構造を模式的に示す断面図及び上面図である。実装基板101上には、接地電極102と信号用配線103とともに、透明基板104上に形成した高周波用途の半導体チップ105の実装位置を表す基準マーク106が配線パターンの一部として形成されている。その上に銀ペーストなどの導電性固定剤107を、半導体チップ上信号用配線112を有する半導体チップ105の信号用ビア108を介して基板裏面に接続した裏面の信号電極109及び接地電極110と実装基板上の接地電極102及び信号用配線103との接続部分に塗布し、半導体チップ105を配置する。このとき、透明基板104上部から半導体チップ裏面に形成した基準マーク111と実装基板上の基準マーク106とを透かして確認することで、実装基板上の信号用配線103と半導体チップ105の裏面の信号電極109とを位置ズレすることなく配置することができる。配置する際に、導電性固定剤107を塗布しているため、誤った位置に配置してしまうと導電性の固定剤が不要な場所にも広がってしまい、場合によっては信号線と接地電極を短絡してしまう危険性がある。基準マークの存在により事前にチップ位置を正確に把握できるので、配置ミスによる不良の発生を抑制することができる。半導体チップ105を実装基板101上に配置したのち、恒温槽にて乾燥させることで、本実施形態の半導体装置となる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view and a top view schematically showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. A
ここで、透明基板104は、例えばサファイア基板上にGaN/AlGaN半導体層をエピタキシャル成長したもので、表面にはAlGaN/GaN HFETを含む集積回路が形成されている。なお、サファイア基板のほかシリコンカーバイト(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)、又はこれらを積層した基板であっても基板が透明であれば同様の構成とすることが可能である。また、半導体チップ105についてもAlGaN/GaN系に限らない。
Here, the
(第2の実施形態)
図2は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置を模式的に示す断面図及び上面図である。実装基板101上には、接地電極102と信号用配線103とともに、高周波用途の半導体チップ105の実装位置を表す基準マークの役割をもつ第1の貫通孔201が形成されている。その上に銀ペーストなどの導電性固定剤107を実装基板上の半導体チップ105の信号用ビア108を介して基板裏面に接続した裏面の信号電極109及び接地電極110と実装基板101上の接地電極102及び信号用配線103との接続部分に塗布し、半導体チップ上信号用配線112を有する半導体チップ105を配置する。半導体チップ105には、第1の貫通孔201より直径が小さい第2の貫通孔202が複数個形成されている。なお、第2の貫通孔202は、第1の貫通孔201に対応する位置のほか、同心円上に並ぶように形成されていることが望ましい。半導体チップ105を配置する際、実装基板101の裏面から光203を照射すると、実装基板101と半導体チップ105の互いの位置が一致している場合、中心の第2の貫通孔を透過する光204がもっとも強くなる。位置が一致していない場合、周辺の第2の貫通孔を透過する光204’が強くなるため、補正する方向とおおよその距離を知ることができる。このようにチップ位置を調整して実装基板101上に配置することで、配置ミスによる不良の発生を抑制することができる。半導体チップ105を実装基板101上に配置したのち、恒温槽にて乾燥させることで、本実施形態の半導体装置となる。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a cross-sectional view and a top view schematically showing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. A first through-
本実施形態の構成は、ほとんどが裏面電極で覆われている半導体チップや不透明な半導体チップについても適用可能である。 The configuration of the present embodiment is applicable to a semiconductor chip that is mostly covered with a back electrode or an opaque semiconductor chip.
ここで、透明基板104は、例えばサファイア基板上にGaN/AlGaN半導体層をエピタキシャル成長したもので、表面にはAlGaN/GaN HFETを含む集積回路が形成されている。なお、サファイア基板のほかシリコンカーバイト(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)、又はこれらの積層した基板であっても基板が透明であれば同様の構成とすることが可能である。また、半導体チップ105についてもAlGaN/GaN系に限らない。
Here, the
本発明に係る半導体装置は、高出力高周波用の無線通信装置として非常に有効である。 The semiconductor device according to the present invention is very effective as a radio communication device for high output and high frequency.
101 実装基板
102 接地電極
103 信号用配線
104 透明基板
105 半導体チップ
106 基準マーク
107 導電性固定剤
108 信号用ビア
109 信号電極
110 接地電極
111 基準マーク
112 半導体チップ上信号用配線
201 第1の貫通孔
202 第2の貫通孔
203 光
204 光
204’ 光
Claims (5)
前記実装基板上に実装されており、透明基板上に形成され、少なくとも裏面に接地電極及び信号用電極を含む配線パターンを有する半導体チップとを備え、
前記実装基板及び半導体チップ裏面にある配線パターンは、それぞれアライメント用の基準マークを有していることを特徴とする半導体装置。 A mounting board having a wiring pattern on the surface;
A semiconductor chip mounted on the mounting substrate, formed on a transparent substrate, and having a wiring pattern including at least a ground electrode and a signal electrode on the back surface;
The wiring patterns on the mounting substrate and the back surface of the semiconductor chip each have a reference mark for alignment.
前期実装基板上に実装されており、裏面に少なくとも接地電極及び信号用電極を含む配線パターンを有する半導体チップとを備え、
前記実装基板は、第1の貫通孔を有し、
前記半導体チップは、前記第1の貫通孔より直径が小さい複数の第2の貫通孔を有し、
前記第2の貫通孔の少なくとも一つは、前記第1の貫通孔と平面位置が一致していることを特徴とする半導体装置。 A mounting board having a wiring pattern on the surface;
The semiconductor chip is mounted on the mounting board in the previous period and has a wiring pattern including at least a ground electrode and a signal electrode on the back surface, and
The mounting substrate has a first through hole,
The semiconductor chip has a plurality of second through holes having a diameter smaller than that of the first through holes,
At least one of the second through-holes has a planar position that matches the first through-hole.
前記半導体チップの基準マークと前記実装基板上の基準マークを用いて、実装基板上のチップ位置を決定する工程を備えていることを特徴とする半導体装置の実装方法。 A method of mounting a semiconductor chip having a wiring pattern formed on a transparent substrate on the mounting substrate having a wiring pattern on the front surface and including at least a ground electrode and a signal electrode on the back surface,
A method for mounting a semiconductor device, comprising: a step of determining a chip position on a mounting substrate using a reference mark on the semiconductor chip and a reference mark on the mounting substrate.
前記実装基板に第1の貫通孔を形成する工程と、
前記半導体チップに複数の第2の貫通孔を形成する工程と、
前記第2の貫通孔の少なくとも一つを前記第1の貫通孔と平面位置が一致するようにチップの実装位置を決定する工程を備えていることを特徴とする半導体装置の実装方法。 A method of mounting a semiconductor chip having a wiring pattern including at least a ground electrode and a signal electrode on a back surface on a mounting substrate having a wiring pattern on a front surface,
Forming a first through hole in the mounting substrate;
Forming a plurality of second through holes in the semiconductor chip;
A method of mounting a semiconductor device, comprising the step of determining a chip mounting position so that at least one of the second through holes coincides with a plane position of the first through hole.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010055931A JP2011192721A (en) | 2010-03-12 | 2010-03-12 | Semiconductor device, and method of mounting the same |
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Cited By (2)
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JP2018121793A (en) * | 2017-01-31 | 2018-08-09 | 株式会社大一商会 | Game machine |
JP2019121704A (en) * | 2018-01-09 | 2019-07-22 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device |
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2010
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