JP2847949B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体素子の実装の分野、特にベアチップの
薄型、高密度実装の分野に関するものである。
従来の技術 近年、電子機器の小型化、薄型化の傾向に伴って、半
導体素子の実装の薄型化、高密度化の要求が高まってい
る。半導体素子を薄型に実装するためには、ベアチップ
を回路基板に直接フェースダウンで実装するフリップ型
の実装がもっとも効率が良い。第3図にこの従来の技術
であるフリップチップ実装技術の構成の一例を示す。21
は半導体素子、22は回路基板、23は電極、24は配線であ
る。半導体素子21の電極23と回路基板22の配線24はハン
ダ25により、機械的に固定されている。かかる構成の半
導体装置は下記に示したプロセスより形成される。まず
電極23上にハンダバンプを形成した半導体素子21を回路
基板22に搭載する。ついで半導体素子21の電極23と回路
基板22の配線24とを位置合わせする。この状態のまま半
導体素子21と回路基板22を150〜300℃加熱しハンダバン
プを溶融させ、半導体素子21の電極23と回路基板22の配
線24とをハンダづけにより機械的に接続する。第4図に
フリップチップで半導体素子を多層に積み重ねて実装し
た場合の一例を示す。31、32はそれぞれ第1層目、第2
層目、第3層目の半導体素子、また33、34、35はそれぞ
れ第1層目、第2層目、第3層目の回路基板である。
発明が解決しようとする課題 しかしながら前記のような構成では、下記のような問
題点を有していた。
1)半導体素子の電極と回路基板の配線を向かい合わせ
にして位置合わせするため、電極の位置が見えず位置合
わせがしにくく接続不良をおこし易い。
2)ハンダ付けの際にハンダが溶融して電極間の短絡が
生じやすいため、電極ピッチが余り狭くできず、電極ピ
ッチに限界がある。
3)半導体素子の電極と回路基板の配線がハンダによる
機械的接続であるため、周囲温度が変化したとき、半導
体素子と回路基板の熱膨張係数の差による応力の集中が
ハンダ接続部に生じ、クラックによる接続不良が生じ
る。また、機械的ストレスに対しても弱い。
4)3)の傾向は半導体素子の大きさが大きくなるほど
激しくなるため、余り大きなサイズの半導体素子を実装
できない。
5)電極接続時に加熱を必要とするため、半導体素子や
回路基板に熱的ダメージがかかる。
6)半導体素子と回路基板を機械的に接続するため、半
導体素子に不良が生じた場合でも半導体素子の交換が不
可能である。
本発明はかかる点に鑑み、非常に簡略な構造でしかも
安価に上記問題点を全て解決しうる半導体素子の実装方
法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は、第1の配線を有する第1の回路基板上に、
半導体素子の外形に合わせた形状の開口部を有し、第2
の配線を有する第2の回路基板が積層されており、第2
の回路基板の開口部に半導体素子を載置し、半導体素子
の電極は第1の回路基板の前記配線と接触により電気的
に接続されており、半導体素子の裏面に放熱フィンを配
置し、放熱フィンを第1の回路基板もしくは第2の回路
基板に固定し、放熱フィンと第1の回路基板に挟み込ま
れることにより、半導体素子を第1の回路基板に固定し
た半導体装置である。
作用 本発明は前記した構成により、半導体素子と回路基板
の接続が機械的接続でなく、接触による接続とすること
ができるため、周囲温度が変化したときや外力がかかっ
たときでも、電極と配線が自由に摺動できるので熱的、
機械的ストレスに対して強い構造とすることができる。
また放熱フィンを取り外せば一度実装した半導体素子の
交換も容易にできる。更に回路基板の開口部は半導体素
子の外形に合わせて形成しているため、半導体素子を回
路基板の開口部に半導体素子をはめ込めば、半導体素子
の電極と回路基板の配線との位置合わせは自動的にでき
るので、半導体素子の電極と回路基板の配線の位置合わ
せの必要がない。また、上に載せる半導体素子を下のも
のより大きくして行けば、半導体素子と回路基板を積層
していくことも可能である。
実施例 第1図は本発明の第1の実施例における半導体装置の
構造図を示すものである。第1図において、1、2はそ
れぞれ第1、第2の半導体素子であり、3、4、5はそ
れぞれ第1、第2、第3の回路基板である。また6、7
はそれぞれ第1、第2の突起電極であり、8、9、10は
それぞれ第1、第2、第3の配線である。11は放熱フィ
ンであり、12は放熱フィンの固定ネジであり、13、14は
それぞれ第1及び第2の弾性体である。第1、第2、第
3の回路基板3、4、5のベースにはガラス、セラミッ
ク等を用いる。第1、第2の突起電極6、7及び第1、
第2、第3の配線8、9、10にはAl、Au等を用い、第1
及び第2の弾性体13、14にはアクリル、エポキシ、シリ
コンゴム等を用い、その厚みは100〜250μmとする。放
熱フィン11にはAl等を用い、その外形は第2の回路基板
よりも大きなものを用いる。第1、第2の突起電極6、
7は第1および第2の半導体素子の電極上に鍍金などの
方法を用いてあらかじめ形成しておく。第2の回路基板
4には第1の回路基板3に搭載する第1の半導体素子1
の外形に合わせて、その搭載部に第1の開口部15を形成
しておく。第2の半導体素子2は第2の回路基板と接続
を取るため、第1の半導体素子1よりも大きな外形を有
するものを用いる。また第3の回路基板5には第2の回
路基板4に搭載する第2の半導体素子2の外形に合わせ
て、その搭載部に第2の開口部16を形成しておく。
上記半導体装置は第2図に示したプロセスにより形成
される。まず第2図(a)に示したように第1、第2の
半導体素子の外形に合わせて、あらかじめ、それぞれ第
1、第2の開口部15、16を形成した第2、第3の回路基
板4、5を第1の回路基板3に積層した多層回路基板17
を用意する。ついで第2図(b)に示したように、第1
の開口部15に第1の半導体素子1をはめ込む。この際、
第1の開口部15は第1の半導体素子1の外形に合わせ、
その搭載部に形成されているので、第1の半導体素子1
は第1の開口部15にはめ込むだけで、第1の回路基板3
の第1の配線8に第1の突起電極6は位置合わせされ
る。この際、第1の半導体素子1を第1の開口部15には
め込むだけで、第1の回路基板3の第1の配線8に第1
の突起電極6が非常に精度良く位置合わせされる為に
は、第1及び第2の回路基板3、4をセラミックなどの
非常に寸法安定性の良いもので形成する。また、第1の
開口部15のサイズも精度良く作製し、その大きさは第1
の半導体素子の外形より10〜20μm大きいサイズとする
のが望ましい。
ついで第2図(c)に示したように、第1の半導体素
子1の上に第1の弾性体13を載せる。この上から更に第
2図(d)に示したように第2の半導体素子2を第2の
開口部16にはめ込む。この際、第2の開口部16も第2の
半導体素子2の外形に合わせ、その搭載部に形成されて
いるので、第2の半導体素子2も第2の開口部16にはめ
込むだけで、第2の回路基板4の第2の配線9に第2の
突起電極7は位置合わせされる。この際、いうまでもな
く、第2の半導体素子2を第2の開口部16にはめ込むだ
けで、第2の回路基板4の第2の配線9に第2の突起電
極7が位置合わせされる為には、各回路基板やその開口
部のサイズの精度を合わせておくことが重要であるのは
前述の通りである。更に第2図(e)に示したように、
第2の半導体素子2の上に第2の弾性体14を載せる。つ
いで第2図(f)に示したように第2の弾性体14の上か
ら放熱フィン11を載せたのちに、放熱フィン11を多層回
路基板17に固定ネジ12により固定する。この際、固定ネ
ジ12により放熱フィン11を多層回路基板17に締めつける
力は第2の弾性体14を通して第2の半導体素子2へと伝
えられ、更に第2の半導体素子2から第1の弾性体13へ
と伝えられ、第1の弾性体13から第1の半導体素子1へ
と伝えられ、第1及び第2の半導体素子1、2の突起電
極6、7はそれぞれ第1及び第2の配線8、9に圧接さ
れる。第1及び第2の弾性体13、14の弾性力により第1
及び第2の半導体素子1、2がそれぞれ適度な力で第1
及び第2の回路基板3、4に圧接されるためには、用い
る弾性体の材質により、その厚みを適当に調節する。例
えばシリコンゴムなどを用いる場合、だいたいゴムを5
%程度圧縮してやることが望ましく、第2、第3の回路
基板の厚みがそれぞれ下記の用に調整されていることが
望ましい。
第2の回路基板の厚み =第1の半導体素子の厚み +第1の弾性体の厚み*1.05 第3の回路基板の厚み =第2の半導体素子の厚み +第2の弾性体の厚み*1.05 上記のように調整すると、、放熱フィンにより半導体
素子を固定した際に、各弾性体が厚みの5%程度圧縮さ
れ、その反発力により、各半導体素子はそれぞれ各回路
基板に押しつけられる。
以上のような方法で半導体素子を回路基板に実装する
と、半導体素子と回路基板の接続が機械的接続でなく、
接触による接続とすることができため、周囲温度が変化
したときや外力がかかったときでも、電極と配線が自由
に摺動できるので熱的、機械的ストレスに対して強い構
造とすることができる。このため半導体素子のサイズが
大きくなっても熱的、機械的ストレスで半導体装置の破
壊が生じることは無く。また放熱フィンを取り外せば一
度実装した半導体素子の交換も容易にできる。今回は半
導体素子を2層積み重ねた構造の一例を用いて本発明の
基本構成を示したが、本発明は半導体素子の多層実装に
非常に適した構造であるので、積層する半導体素子の数
を3層以上にする事も可能である。
発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、下記に示した
ように数々の効果があり、本発明の実用的効果は非常に
多大である。
1)半導体素子を回路基板の開口部にはめ込むだけで自
動的に位置合わせができるため、位置合わせが非常に簡
略で、位置合わせの不良による接続不良が起こりにく
い。
2)半導体素子の電極と回路基板の配線がハンダによる
機械的接続では無く、接触による接続であるので、周囲
温度が変化したり、外力がかかったりしても電極と配線
とが自由に摺動できるためまた、熱的、機械的ストレス
が生じたときでも半導体装置が破壊されることが無い。
3)2)の傾向は半導体素子の大きさによらないため、
大きなサイズの半導体素子の実装に適する。
4)電極接続時に加熱を必要としないため、実装時に半
導体素子や回路基板に熱的ダメージがかからない。
5)半導体素子と回路基板を機械的に接続しないため、
半導体素子に不良が生じた場合でも半導体素子の交換が
容易にできる。
6)電極と配線の接続が接触のみで行われるので、接続
ピッチを制限する要素が無く、しかも一括接続ができる
ため、多端子、狭ピッチの半導体素子の接続に適する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例における半導体装置の構
造断面図、第2図は同実施例の半導体装置の作製方法の
工程断面図、第3図、第4図は従来の半導体装置の構造
断面図である。 1、31……第1の半導体素子、2、32……第2の半導体
素子、3、33……第1の回路基板、4、34……第2の回
路基板、5、35……第3の回路基板、6……第1の突起
電極、7……第2の突起電極、8……第1の配線、9…
…第2の配線、10……第3の配線、11……放熱フィン、
12……固定ネジ、13……第1の弾性体、14……第2の弾
性体、15……第1の開口部、16……第2の開口部、17…
…多層回路基板、21……半導体素子、22……回路基板、
23……電極、24……配線、25……ハンダ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−261841(JP,A) 特開 昭59−127856(JP,A) 実開 昭62−12958(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 23/40 H01L 25/04 H01L 25/52

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の配線を有する第1の回路基板上に、
    半導体素子の外形よりも大きい開口部を有し、第2の配
    線を有する第2の回路基板が積層されており、前記第2
    の回路基板の前記開口部に前記半導体素子を載置し、前
    記半導体素子の電極は前記第1の回路基板の前記第1の
    配線と接触により電気的に接続されており、前記半導体
    素子の裏面に放熱フィンを配置し、前記放熱フィンは前
    記第1の回路基板もしくは前記第2の回路基板に固定さ
    れており、前記半導体素子が前記放熱フィンと前記第1
    の回路基板に挟み込まれることにより、前記半導体素子
    が前記第1の前記回路基板に固定されることを特徴とす
    る半導体装置。
  2. 【請求項2】第1の配線を有する第1の回路基板上に、
    第1の半導体素子の外形よりも大きい第1の開口部を有
    し、第2の配線を有する第2の回路基板が積層されてお
    り、前記第2の回路基板上に、前記第1の半導体素子よ
    りも大きく、第2の半導体素子の外形よりも大きい第2
    の開口部を有し、第3の配線を有する第3の回路基板が
    積層されており、前記第2の回路基板の前記第1の開口
    部に第1の半導体素子を載置し、前記第3の回路基板の
    前記第2の開口部に第2の半導体素子を前記第1の半導
    体素子の上から載置し、前記第1及び第2の半導体素子
    の電極はそれぞれ前記第1及び第2の回路基板の前記第
    1及び第2の配線と接触により電気的に接続されてお
    り、前記第2の半導体素子の裏面に放熱フィンを配置
    し、前記放熱フィンは前記第1、第2、第3の回路基板
    に固定されており、前記第1及び第2の半導体素子が前
    記放熱フィンと前記第1の回路基板に挟み込まれること
    により、前記第1及び第2の半導体素子がそれぞれ前記
    第1及び第2の回路基板に固定されることを特徴とする
    半導体装置。
  3. 【請求項3】半導体素子と放熱フィンもしくは回路基板
    の間に弾性体が挟み込まれていることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項又は第2項に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】半導体素子もしくは回路基板が突起電極を
    有することを特徴とする特許請求の範囲第1項、又は第
    2項又は第3項に記載の半導体装置。
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CN101375299B (zh) * 2006-02-02 2012-08-08 松下电器产业株式会社 存储卡及存储卡的制造方法
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