JP2810666B2 - フリップチップ型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
フリップチップ型半導体装置及びその製造方法Info
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- JP2810666B2 JP2810666B2 JP63009513A JP951388A JP2810666B2 JP 2810666 B2 JP2810666 B2 JP 2810666B2 JP 63009513 A JP63009513 A JP 63009513A JP 951388 A JP951388 A JP 951388A JP 2810666 B2 JP2810666 B2 JP 2810666B2
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- chip
- bump electrode
- substrate
- semiconductor device
- type semiconductor
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/11—Manufacturing methods
-
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/14—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of a plurality of bump connectors
Landscapes
- Wire Bonding (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はフリップチップ型半導体装置及びその製造方
法に関するものである。
法に関するものである。
（従来の技術） 従来より、実装密度を向上するためにバンプ電極を備
える半導体チップ（フリップチップ）が用いられてい
る。バンプ電極の形成方法としては、例えば電気メッキ
法、選択蒸着法、ハンダボール法、ハンダディップ法等
の種々の方法が提案されている。バンプ電極は、一般的
に、電気メッキ法によりハンダを用いて形成されること
が多い。
える半導体チップ（フリップチップ）が用いられてい
る。バンプ電極の形成方法としては、例えば電気メッキ
法、選択蒸着法、ハンダボール法、ハンダディップ法等
の種々の方法が提案されている。バンプ電極は、一般的
に、電気メッキ法によりハンダを用いて形成されること
が多い。
第２図は従来のバンプ電極の接続構造を概略的に示す
フリップチップの要部断面図であり、半導体チップ上に
バンプ電極が設けられている状態を示す。同図に於て半
導体チップ10は半導体基板、例えばＰ型Si基板よりな
る。
フリップチップの要部断面図であり、半導体チップ上に
バンプ電極が設けられている状態を示す。同図に於て半
導体チップ10は半導体基板、例えばＰ型Si基板よりな
る。
図示例では、第一層16として絶縁膜、配線電極18とし
てAl電極及び第二層20としてCVD（Chemical Vapor Depo
sition）法によって形成されたガラス膜（パッシベーシ
ョン保護膜）が半導体チップ上に順次に設けられる。
てAl電極及び第二層20としてCVD（Chemical Vapor Depo
sition）法によって形成されたガラス膜（パッシベーシ
ョン保護膜）が半導体チップ上に順次に設けられる。
図示例のバンプ電極22はバリヤ層24及びパッド26から
成る。図示例において、バリヤ層24は第二層20上に順次
に設けられたAl-Ni合金層28、Ni層30及びCu層32から成
り、さらにバリヤ層24のCu層32上にバッド36としてハン
ダ層が設けられている。Ai-Ni合金層28及びNi層30は例
えば蒸着によって、Cu層32及びパッド26は例えば電気メ
ッキ法によって形成されている。パッド26は、例えばCu
層32上に形成されたハンダメッキ層を高温処理し、表面
張力を利用することによって、球状に形成される。電気
メッキ法によるハンダバンプ電極の形成方法は周知（例
えば特開昭62-160744を参照）であるので、詳細な説明
を省略する。
成る。図示例において、バリヤ層24は第二層20上に順次
に設けられたAl-Ni合金層28、Ni層30及びCu層32から成
り、さらにバリヤ層24のCu層32上にバッド36としてハン
ダ層が設けられている。Ai-Ni合金層28及びNi層30は例
えば蒸着によって、Cu層32及びパッド26は例えば電気メ
ッキ法によって形成されている。パッド26は、例えばCu
層32上に形成されたハンダメッキ層を高温処理し、表面
張力を利用することによって、球状に形成される。電気
メッキ法によるハンダバンプ電極の形成方法は周知（例
えば特開昭62-160744を参照）であるので、詳細な説明
を省略する。
第３図はフリップチップの構成を概略的に示す側面図
である。フリップチップ型半導体装置は半導体チップ10
にバンプ電極22を設けて成る。図示例では、図面の簡単
化のためにバンプ電極22を２個しか設けていないが、一
般に、３〜10個、多いときには100個近くのバンプ電極2
2が設けられる。
である。フリップチップ型半導体装置は半導体チップ10
にバンプ電極22を設けて成る。図示例では、図面の簡単
化のためにバンプ電極22を２個しか設けていないが、一
般に、３〜10個、多いときには100個近くのバンプ電極2
2が設けられる。
第４図はフリップチップの実装状態を概略的に示す側
面図である。同図において、被実装基板（配線基板）40
は表面に所定の電気回路パターンを備えるものであり、
被実装基板40の基板材料として例えばセラミック基板が
用いられる。図にも示すように、フリップチップ38は被
実装基板40に直接実装される。
面図である。同図において、被実装基板（配線基板）40
は表面に所定の電気回路パターンを備えるものであり、
被実装基板40の基板材料として例えばセラミック基板が
用いられる。図にも示すように、フリップチップ38は被
実装基板40に直接実装される。
バンプ電極が、ハンダから成るパッドを有するフリッ
プチップの実装方法としては例えばリフロー方式のもの
がある。この方式では、フリップチップ38をフェイスダ
ウンにして被実装基板40上の所定位置に配置し、その後
これらフリップチップ38及び被実装基板40をリフロー炉
内に入れ200〜220℃に加熱する。その結果、バンプ電極
22のハンダから成るパッド26（第２図参照）が溶融され
る。その後フリップチップ38及び被実装基板40はリフロ
ー炉から取出され常温まで冷却される。従ってパッド26
も冷却され、よってフリップチップ38がパッド26を介し
て被実装基板40の電気回路パターンと接続される。
プチップの実装方法としては例えばリフロー方式のもの
がある。この方式では、フリップチップ38をフェイスダ
ウンにして被実装基板40上の所定位置に配置し、その後
これらフリップチップ38及び被実装基板40をリフロー炉
内に入れ200〜220℃に加熱する。その結果、バンプ電極
22のハンダから成るパッド26（第２図参照）が溶融され
る。その後フリップチップ38及び被実装基板40はリフロ
ー炉から取出され常温まで冷却される。従ってパッド26
も冷却され、よってフリップチップ38がパッド26を介し
て被実装基板40の電気回路パターンと接続される。
さらにこの基板には、チップの信頼性を向上させる目
的で第５図に示すように、エポキシ系のモールド材42を
チップ表面を外部から保護できるようコーティングす
る。通常このモールド材充填は150℃〜200℃の基板加熱
下にて行われる。又、このモールド材中には通常、モー
ルド材の強度を向上させる目的で、10％〜30％（重量
比）のフィラーと呼ばれるSiO2の粉などの充填材が含ま
れる。このフィラーの形状は一般には球状で、直径が30
μｍ〜100μｍφのものが用いられている。
的で第５図に示すように、エポキシ系のモールド材42を
チップ表面を外部から保護できるようコーティングす
る。通常このモールド材充填は150℃〜200℃の基板加熱
下にて行われる。又、このモールド材中には通常、モー
ルド材の強度を向上させる目的で、10％〜30％（重量
比）のフィラーと呼ばれるSiO2の粉などの充填材が含ま
れる。このフィラーの形状は一般には球状で、直径が30
μｍ〜100μｍφのものが用いられている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成のハンダパンプによる、基板
と半導体チップの接続方法に於いては、第６図に示すご
とく、球状フィラー44がモールド材42の充填時に半導体
チップ38とセラミック基板40の間に入り込みモールドを
固めるとき、キュア温度150℃で膨張したハンダ電極22
が、キュア温度150℃から室温へ冷却される過程で収縮
するが、このとき半導体チップ38と基板40は図中矢印で
示す方向に力をうけ縮まり、その間に入り込んだフィラ
ー44が半導体チップ38の表面にキズをつけてしまい半導
体チップ38の電気的不良を発生させるという不具合があ
った。通常接続に必要なハンダ電極の高さは70〜100μ
ｍとされ、バンプ電極の収縮によりデバイスに影響を及
ぼす球状のフィラーがチップと基板の間に入り込むには
十分な高さとなっている。
と半導体チップの接続方法に於いては、第６図に示すご
とく、球状フィラー44がモールド材42の充填時に半導体
チップ38とセラミック基板40の間に入り込みモールドを
固めるとき、キュア温度150℃で膨張したハンダ電極22
が、キュア温度150℃から室温へ冷却される過程で収縮
するが、このとき半導体チップ38と基板40は図中矢印で
示す方向に力をうけ縮まり、その間に入り込んだフィラ
ー44が半導体チップ38の表面にキズをつけてしまい半導
体チップ38の電気的不良を発生させるという不具合があ
った。通常接続に必要なハンダ電極の高さは70〜100μ
ｍとされ、バンプ電極の収縮によりデバイスに影響を及
ぼす球状のフィラーがチップと基板の間に入り込むには
十分な高さとなっている。
（課題を解決するための手段） 上記問題点を解決するため、本発明のフリップチップ
型半導体装置は、チップ中央部を実質的に囲うように該
チップ周辺部に任意の間隔で形成された球状バンプ電極
及びダミーの球状バンプ電極と、前記球状バンプ電極を
介してチップと接続される基板とを有し、前記球状バン
プ電極の直径の60％を超える大きさのものを少なくとも
含むフィラーを含有した樹脂が前記チップと前記基板と
の間に充填されるフリップチップ型半導体装置におい
て、前記任意の間隔を、前記球状バンプ電極の直径の60
％以下の寸法をすることを特徴とするものである。
型半導体装置は、チップ中央部を実質的に囲うように該
チップ周辺部に任意の間隔で形成された球状バンプ電極
及びダミーの球状バンプ電極と、前記球状バンプ電極を
介してチップと接続される基板とを有し、前記球状バン
プ電極の直径の60％を超える大きさのものを少なくとも
含むフィラーを含有した樹脂が前記チップと前記基板と
の間に充填されるフリップチップ型半導体装置におい
て、前記任意の間隔を、前記球状バンプ電極の直径の60
％以下の寸法をすることを特徴とするものである。
また、このようなフリップチップ型半導体装置を製造
するために、チップ中央部を実質的に囲うように該チッ
プ周辺部に任意の間隔で球状バンプ電極及びダミーの球
状バンプ電極を形成する工程であって、前記任意の間隔
を、前記球状バンプ電極の直径の60％以下の寸法として
形成する工程と、前記球状バンプ電極を介してチップと
基板とを接続する工程と、上記工程により形成されたチ
ップを前記球状バンプ電極の直径の60％を超える大きさ
のものを少なくとも含むフィラーを含有した樹脂により
樹脂封止する工程と、を備えたことを特徴とするフリッ
プチップ型半導体装置の製造方法を提供するものであ
る。
するために、チップ中央部を実質的に囲うように該チッ
プ周辺部に任意の間隔で球状バンプ電極及びダミーの球
状バンプ電極を形成する工程であって、前記任意の間隔
を、前記球状バンプ電極の直径の60％以下の寸法として
形成する工程と、前記球状バンプ電極を介してチップと
基板とを接続する工程と、上記工程により形成されたチ
ップを前記球状バンプ電極の直径の60％を超える大きさ
のものを少なくとも含むフィラーを含有した樹脂により
樹脂封止する工程と、を備えたことを特徴とするフリッ
プチップ型半導体装置の製造方法を提供するものであ
る。
（作用） 本発明のフリップチップ型半導体装置は上記のような
構成としたので、実装基板に前述した半導体装置を実装
し、その後エポキシ系モールド材をコーティングして
も、このモールド材に含有するフィラーのうち、ダミー
電極の直径の60％を越える大きさのフィラーが半導体装
置下部へ入り込むのを防止することができる。
構成としたので、実装基板に前述した半導体装置を実装
し、その後エポキシ系モールド材をコーティングして
も、このモールド材に含有するフィラーのうち、ダミー
電極の直径の60％を越える大きさのフィラーが半導体装
置下部へ入り込むのを防止することができる。
（実施例） 第１図はこの発明の実施例を示す図であり、Ａは断面
図、Ｂは上面図である。この図に於て、１は半導体チッ
プ、２はハンダバンプ電極である。このハンダバンプ電
極の大きさは70μｍφとする。通常ハンダバンプ電極は
半導体チップ１とセラミック基板との信号のやりとりを
行なう必要がある数のみのハンダバンプ電極2aを形成す
るが、本発明に於てはチップ上ハンダバンプ電極２どう
しのすきま図中３は球状フィラーを通過させない距離40
μｍ以下となるように、ダミーのハンダバンプ電極2bを
適当な数だけ追加し、第１図Ｂに示すように、チップの
中央部を実質的に囲うようにチップ上少なくともチップ
の周辺全てに配置する。このバンプ間の距離は、バンプ
電極の直径の60％としたものである。
図、Ｂは上面図である。この図に於て、１は半導体チッ
プ、２はハンダバンプ電極である。このハンダバンプ電
極の大きさは70μｍφとする。通常ハンダバンプ電極は
半導体チップ１とセラミック基板との信号のやりとりを
行なう必要がある数のみのハンダバンプ電極2aを形成す
るが、本発明に於てはチップ上ハンダバンプ電極２どう
しのすきま図中３は球状フィラーを通過させない距離40
μｍ以下となるように、ダミーのハンダバンプ電極2bを
適当な数だけ追加し、第１図Ｂに示すように、チップの
中央部を実質的に囲うようにチップ上少なくともチップ
の周辺全てに配置する。このバンプ間の距離は、バンプ
電極の直径の60％としたものである。
次に上述したダミーバンプ電極2bの形成方法について
述べる。このダミーバンプ電極2bは、通常のバンプ電極
と同様にバリヤ層を下層に設け形成してもよいし、単に
金属層を下層に形成した後パッドを形成してもよい。た
だし、通常のバンプ電極は基板との信号のやりとりを行
うため、基板と接続されているが、ダミーバンプ電極
は、ノイズ侵入の防止等のため基板とは絶縁されてい
る。又、チップが実装される実装基板におけるダミーバ
ンプ電極に対応する位置には金属パッドが設けられてお
り、基板実装時において、この金属パッドとダミーバン
プ電極が良好に融着される様になっている。この金属パ
ッドもダミーバンプ電極との融着のためのみに用いられ
ているものであり、他とは絶縁されている。
述べる。このダミーバンプ電極2bは、通常のバンプ電極
と同様にバリヤ層を下層に設け形成してもよいし、単に
金属層を下層に形成した後パッドを形成してもよい。た
だし、通常のバンプ電極は基板との信号のやりとりを行
うため、基板と接続されているが、ダミーバンプ電極
は、ノイズ侵入の防止等のため基板とは絶縁されてい
る。又、チップが実装される実装基板におけるダミーバ
ンプ電極に対応する位置には金属パッドが設けられてお
り、基板実装時において、この金属パッドとダミーバン
プ電極が良好に融着される様になっている。この金属パ
ッドもダミーバンプ電極との融着のためのみに用いられ
ているものであり、他とは絶縁されている。
第７図はハンダバンプ電極の大きさが70μｍの場合に
おいてバンプ間キョリ３を10μｍ〜70μｍの間で10μｍ
毎に変化させた半導体チップをセラミック基板に実装し
SiO2系の球状フィラーの大きさの平均値が50μｍでばら
つき30〜70μｍをもつモールド材に対する重量比30％の
比率をもつモールド材を150℃で充填し、その后、−30
℃〜150℃の温度サイクル試験を100∞くり返したときの
半導体チップにつけられたキズによりチップが電気的に
不良となった割合を示すグラフである。
おいてバンプ間キョリ３を10μｍ〜70μｍの間で10μｍ
毎に変化させた半導体チップをセラミック基板に実装し
SiO2系の球状フィラーの大きさの平均値が50μｍでばら
つき30〜70μｍをもつモールド材に対する重量比30％の
比率をもつモールド材を150℃で充填し、その后、−30
℃〜150℃の温度サイクル試験を100∞くり返したときの
半導体チップにつけられたキズによりチップが電気的に
不良となった割合を示すグラフである。
第７図よりハンダバンプ間キョリ３はハンダバンプの
大きさ70μｍφの約60％、つまり40μｍ以下であればフ
ィラーがチップの表面をキズつけることによる不良率は
減少することが分かる。このことはハンダバンプにより
接続后バンプ電極は収縮し、チップと基板を接続する訳
であるが、この収縮の割合は多くとも60％程度と推定さ
れこの縮んだ距離より小さい球状フィラーはチップと基
板のすき間に入り込んでもチップの表面にキズをつける
トラブルを発生させるには至らないものと考えられる。
大きさ70μｍφの約60％、つまり40μｍ以下であればフ
ィラーがチップの表面をキズつけることによる不良率は
減少することが分かる。このことはハンダバンプにより
接続后バンプ電極は収縮し、チップと基板を接続する訳
であるが、この収縮の割合は多くとも60％程度と推定さ
れこの縮んだ距離より小さい球状フィラーはチップと基
板のすき間に入り込んでもチップの表面にキズをつける
トラブルを発生させるには至らないものと考えられる。
ハンダバンプ電極の大きさが70μｍφより大きい場合
あるいは小さい場合であってもこのハンダバンプ電極間
距離３はハンダバンプ電極の大きさの少なくとも60％以
下であれば同様の効果が期待できる。
あるいは小さい場合であってもこのハンダバンプ電極間
距離３はハンダバンプ電極の大きさの少なくとも60％以
下であれば同様の効果が期待できる。
（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば半導体チップの周
囲全てに信号とり出し用のハンダバンプ電極と、ダミー
の電極間のすきまがハンダバンプ電極の大きさの60％程
度となる距離に配置したことにより、チップと基板の接
続后のモールド充填時の加熱下でチップと基板のすき間
に入り込む球状フィラーの大きさがハンダバンプ電極の
大きさの60％以下のものに限定されるため、加熱后に室
温に冷却されるとき、チップと基板とのすき間に存在す
る球状フィラーにてチップ表面にキズをつけられチップ
が電気的に不良となる様なトラブルは発生しない。
囲全てに信号とり出し用のハンダバンプ電極と、ダミー
の電極間のすきまがハンダバンプ電極の大きさの60％程
度となる距離に配置したことにより、チップと基板の接
続后のモールド充填時の加熱下でチップと基板のすき間
に入り込む球状フィラーの大きさがハンダバンプ電極の
大きさの60％以下のものに限定されるため、加熱后に室
温に冷却されるとき、チップと基板とのすき間に存在す
る球状フィラーにてチップ表面にキズをつけられチップ
が電気的に不良となる様なトラブルは発生しない。
第１図は本発明による半導体装置の断面図及び平面図で
ある。第２図は従来のバンプ電極の構造を示す断面図で
ある。第３図は従来のフリップチップの側面図である。
第４図は従来のフリップチップを基板に実装した状態を
示す側面図である。第５図は従来のフリップチップを基
板に実装し、さらにエポキシ樹脂をコートした状態を示
す側面図である。第６図はエポキシ樹脂を冷却している
状態を示すものであって、第５図の部分拡大図である。
第７図はバンプ電極間距離と不良率を示すグラフであ
る。 １……半導体チップ、2a……ハンダバンプ電極、2b……
ダミーハンダバンプ電極、３……バンプ間距離。
ある。第２図は従来のバンプ電極の構造を示す断面図で
ある。第３図は従来のフリップチップの側面図である。
第４図は従来のフリップチップを基板に実装した状態を
示す側面図である。第５図は従来のフリップチップを基
板に実装し、さらにエポキシ樹脂をコートした状態を示
す側面図である。第６図はエポキシ樹脂を冷却している
状態を示すものであって、第５図の部分拡大図である。
第７図はバンプ電極間距離と不良率を示すグラフであ
る。 １……半導体チップ、2a……ハンダバンプ電極、2b……
ダミーハンダバンプ電極、３……バンプ間距離。
Claims (2)
- 【請求項１】チップ中央部を実質的に囲うように該チッ
プ周辺部に任意の間隔で形成された球状バンプ電極及び
ダミーの球状バンプ電極と、前記球状バンプ電極を介し
てチップと接続される基板とを有し、 前記球状バンプ電極の直径の60％を超える大きさのもの
を少なくとも含むフィラーを含有した樹脂が前記チップ
と前記基板との間に充填されるフリップチップ型半導体
装置において、 前記任意の間隔を、前記球状バンプ電極の直径の60％以
下の寸法とすることを特徴とするフリップチップ型半導
体装置。 - 【請求項２】チップ中央部を実質的に囲うように該チッ
プ周辺部に任意の間隔で球状バンプ電極及びダミーの球
状バンプ電極を形成する工程であって、前記任意の間隔
を、前記球状バンプ電極の直径の60％以下の寸法として
形成する工程と、 前記球状バンプ電極を介してチップと基板とを接続する
工程と、 上記工程により形成されたチップを前記球状バンプ電極
の直径の60％を超える大きさのものを少なくとも含むフ
ィラーを含有した樹脂により樹脂封止する工程と、 を備えたことを特徴とするフリップチップ型半導体装置
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63009513A JP2810666B2 (ja) | 1988-01-21 | 1988-01-21 | フリップチップ型半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63009513A JP2810666B2 (ja) | 1988-01-21 | 1988-01-21 | フリップチップ型半導体装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01185952A JPH01185952A (ja) | 1989-07-25 |
| JP2810666B2 true JP2810666B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=11722333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63009513A Expired - Lifetime JP2810666B2 (ja) | 1988-01-21 | 1988-01-21 | フリップチップ型半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2810666B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7518223B2 (en) | 2001-08-24 | 2009-04-14 | Micron Technology, Inc. | Semiconductor devices and semiconductor device assemblies including a nonconfluent spacer layer |
| JP4934935B2 (ja) * | 2001-09-19 | 2012-05-23 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置 |
| US6650016B1 (en) * | 2002-10-01 | 2003-11-18 | International Business Machines Corporation | Selective C4 connection in IC packaging |
| US10242650B2 (en) | 2011-12-06 | 2019-03-26 | Dolby Laboratories Licensing Corporation | Perceptual luminance nonlinearity-based image data exchange across different display capabilities |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5943553A (ja) * | 1982-09-06 | 1984-03-10 | Hitachi Ltd | 半導体素子の電極構造 |
| DE3402970A1 (de) * | 1984-01-28 | 1985-08-01 | Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg | Kontaktierungssystem fuer 2-polige elektronische bauelemente, insbesondere halbleiterbauelemente |
-
1988
- 1988-01-21 JP JP63009513A patent/JP2810666B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01185952A (ja) | 1989-07-25 |
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