JP3252848B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に係わ
り、特にチップを直に基板に固着させるＣＯＢにおい
て、バンプの数が増えピッチが狭くなっても、リードレ
スボンディングの小さな実装面積と、リードボンディン
グの高い接続信頼性の両特徴を有してなる半導体装置に
関する。

【０００２】近年、半導体装置は、機能や集積度の高度
化に伴って、パッケージから引き出される端子の本数が
ますます増大する傾向にある。そして、必然的に端子の
ピッチがますます狭くなっている。

【０００３】一方、パッケージの厚みやパッケージの値
段を惜しんで電子機器をより薄くしたいとか、より安く
したいとかの要請も強くなっている。そこで、半導体チ
ップを直接プリント板などに実装する、いわゆるＣＯＢ
（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）技術が盛んに検討され
ている。中でも例えば液晶表示装置のような薄型のフラ
ットディスプレイにおいては、透明なガラス板が用いら
れるので、このガラス板を基板としたＣＯＧ（Ｃｈｉｐ
Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）が実装技術の要として検討されて
いる。以下ＣＯＢで総称する。

【０００４】そしてこのＣＯＢにおいては、端子の数が
多くピッチも狭いチップを、如何に効率的に信頼性よく
実装するかが課題となっている。

【０００５】

【従来の技術】ＣＯＢには、目的や用途に応じていろい
ろな方式がある。

【０００６】半導体チップの表面の周縁部には、端子を
外部に取り出すためにＡｕやA？などからなる突出した
電極部が設けられ、バンプと呼ばれている。そして、例
えばチップが直に基板にマウントされてワイヤボンディ
ングされる場合には、チップの表面を上にしてボンディ
ングがなされる。そのあとポッティング樹脂などで被覆
してチップが保護される。

【０００７】このワイヤボンディング方式は、リードフ
レームにチップをマウントしてボンディングし、そのあ
と樹脂封止されるプラスチックパッケージなどで多用さ
れている。しかし、端子の数が多くなりピッチが狭くな
るとＣＯＢには向かない。

【０００８】それに対して、ワイヤを用いないで直に基
板にＣＯＢするワイヤボンディングの場合には、チップ
の表裏を引っ繰り返したいわゆるフェースダウンボンデ
ィングが行われる。

【０００９】第7図はＣＯＢの例を説明する断面図であ
る。

【００１０】図中、１はチップ、１１はバンプ、４は基
板、４１はパッド、５はポッティング樹脂、６はリード
である。

【００１１】同図（Ａ）に示したリードを用いない方式
にはいろいろな方式がある。

【００１２】例えば、チップ１には、はんだバンプ１１
が突出して設けられている。

【００１３】基板４はチップ１が実装されるプリント板
であり、予備はんだされたパッド４１がそれぞれのバン
プ１１に対応して設けられている。

【００１４】チップ１をフェースダウンし、バンプ１１
を基板４のパッド４１に当接してはんだリフローし、バ
ンプ１１をパッド４１にボンディングさせる。そのあと
例えばウレタン系のポッティング樹脂５で覆ってチップ
１やボンディング部分を保護する。この方式はフリップ
チップ方式と呼ばれる。

【００１５】はんだの代わりに導電性接着剤を用いる方
式もある。

【００１６】また、チップ１には、例えば金バンプ１１
が設けられている。

【００１７】基板４には、金めっきが施されたパッド４
１がそれぞれのバンプ１１に対応して設けられている。

【００１８】チップ１をフェースダウンし、バンプ１１
を例えばエポキシ系のポッティング樹脂５を介して基板
４のパッド４１に当接させる。そして、ポッティング樹
脂５が硬化する際の収縮力によってバンプ１１とパッド
４１が互いに圧接されながらボンディングが行われる。
この方式はマイクロバンプ方式と呼ばれる。

【００１９】同図（Ｂ）に示したリードを用いた方式に
もいろいろな方式がある。

【００２０】例えば、ウェーハの段階でチップ１の端子
部に金のビーム状のリード６を設けておき、基板４には
金パッド４１を設けておく。

【００２１】チップ１を基板４の上にフェースダウン
し、リード６をパッド４１に位置合わせして例えば熱圧
着によってボンディングする。この方式はビームリード
方式と呼ばれる。

【００２２】また、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔ
ｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）技術を用いたボンディング方式
もある。

【００２３】この方式は、ＴＡＢリードと呼ばれるリー
ドがバンプ１１に対応して設けられたＴＡＢテープと呼
ばれる枠状をなすポリイミドフィルムを用いる。そし
て、ＴＡＢテープの中央部にチップ１を配設して、リー
ド６の内側端部（インナリード）をバンプ１１にボンデ
ィングし、外側端部（アウタリード）を基板４にボンデ
ィングする。この方式はリード６の本数が多くピッチが
狭いチップ１にも適用できるので、時に最近盛んに用い
られるようになっている。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】このようにＣＯＢには
いろいろな方式があり、リードを用いない直付けの場合
には実装面積も厚みもほぼチップに等しく最も小型に実
装できる方式である。

【００２５】しかし、フリップチップ方式は、はんだバ
ンプによる接続が行われるが、加熱処理時の温度制御を
厳密に行わないと、はんだバンプが潰れて隣の端子と短
絡したり、はんだバンプが溶けずに端子が接続されない
場合が有り、製造性が悪い。また、はんだが溶ける温度
まで加熱するために、チップとプリント基板との熱膨張
差が大きくなり、接続後にチップへ与える機械的な歪み
が大きくなる。

【００２６】また、導電性接着剤を用いれば、このよう
な熱による障害が少なく製造性が良いが、端子部分のみ
の接着ではチップ自身を支持するのに十分な接続強度を
得ることが難しく、はんだバンプに比べて接続抵抗が大
きく電気的な接続性も良くない。

【００２７】また、マイクロバンプ方式は、チップの大
部分をポッティング樹脂で封着することによりはんだバ
ンプによる接続と同様に機械的強度の優れた実装が可能
であるが、全てのバンプの高さが一様でしかもパッドの
平面性が良くないと接続不良が起こる。

【００２８】一方、リードを用いたＣＯＢの場合には、
リードの突出した分だけ実装面積が大きくなる不利が避
けられない。しかも、ビームリード方式はチップが高価
であり、ＴＡＢ方式の場合にもＴＡＢテープ代が嵩み、
低価格指向には馴染まない。

【００２９】このように、従来のＣＯＢ方式は、バンプ
の数が増えピッチが狭くなってくるとそれぞれに欠点が
あって適用するには問題があった。

【００３０】そこで本発明は、電気的な接続性が良好で
リードボンディングとリードレスボンディングの両者の
利点を有してなる半導体装置を提供することを目的とし
ている。

【００３１】

【課題を解決するための手段】表面の電極にバンプを有
するチップと、表面に前記バンプに対応したパッドを有
するプリント板と、前記チップと前記プリント板とを導
通可能に接続し、硬度が該バンプの硬度よりも小さい導
電性を有する粒子を含む接続層とから構成され、前記バ
ンプが前記パッドに固着される際、該粒子を押し潰して
変形させると共に、前記チップは熱硬化性のポッティン
グ樹脂を介して前記プリント板に封着して成されること
を特徴とする半導体装置、によって上記課題は達成され
る。

【００３２】また、表面の電極にバンプを有するチップ
と、表面に前記バンプに対応したパッドを有するプリン
ト板と、前記チップと前記プリント板とを導通可能に接
続し、硬度が該バンプの硬度よりも大きい導電性を有す
る粒子を含む接続層とから構成され、前記バンプが前記
パッドに固着される際、該粒子を押し込んで食い込ませ
ると共に、前記チップは熱硬化性のポッティング樹脂を
介して前記プリント板に封着して成されることを特徴と
する半導体装置、によって上記課題は達成される。

【００３３】即ち、本発明の半導体装置においては、電
気抵抗のきわめて小さい良好な接続を得ることができ
る。

【００３４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第一の実施例の説
明図、図２は図１の要部の拡大断面図、図３は本発明の
第二の実施例の説明図、図４は本発明の第三の実施例の
要部の拡大断面図、図５は本発明の第四の実施例の要部
の拡大断面図、図６は本発明の第五の実施例の要部の拡
大断面図である。

【００３５】図中、１はチップ、１１はバンプ、２は接
着剤、２１は接着層、３は導電性部材、３１は導電層、
４は基板、４１はパッド、５はポッティング樹脂であ
る。

【００３６】チップには半導体素子が形成されており、
周縁部の電極取り出し部には金バンプとかはんだバンプ
とか呼ばれるバンプ１１が設けられている。

【００３７】接着剤２は例えばエポキシ樹脂やシリコー
ン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂か
らなり、未硬化の状態では低粘度の液状のものが用いら
れる。また、基板４が透明なガラス板の場合には、例え
ばアクリル系の紫外線硬化性樹脂が用いられる。

【００３８】導電性部材３は少なくとも表面に導電性を
有する粒子からなり、例えばＡｕやＡｇ、Ｎｉ、はんだ
などの金属の粉末とか、ガラスやセラミック、プラスチ
ックなどのビーズの表面を金属で被着した微細粒子など
が用いられる。

【００３９】基板４はチップ１が実装されるプリント板
であり、チップ１のバンプ１１に対応したパッド４１が
設けられている。また基板４が透明なガラス板の場合に
は、例えばＩＴＯ（ＩｎＳｎＯｘｉ−ｄｅ）の透明導電
膜からなるバンプ４１が設けられている。

【００４０】まず、第１の実施の形態について説明す
る。

【００４１】図１〜図２において、バンプ１１にはＡｕ
めっきが施され、高さは１０μｍ、幅は５０μｍ、パタ
ーン間隔は５０μｍである。

【００４２】図１（Ａ）において、硬化剤を調合した未
硬化の液状のエポキシ樹脂を、平滑なガラス板上に７μ
ｍの厚さに敷いて、チップ１を平行に上方から下ろし、
バンプ１１の表面にのみ接着剤２を被着させて層厚５μ
ｍの接着剤を得る。

【００４３】同図（Ｂ）において導電性部材３には平均
粒径１μｍφのＡｇの粉末を用い、表面が平滑になるよ
うに７μｍの厚さの層状に敷き詰める。そして、その上
にバンプ１１に接着層２１が形成されたバンプ１１を上
方から下ろして、接着層２１に導電性部材３を付着させ
て導電層３１となす。導電性部材３の敷き詰めを粉末同
士が凝集するように強くすれば、敷き詰める層を制御す
ることによって付着量を加減することができる。

【００４４】同図（Ｃ）において、バンプ１１の表面に
接着層２１と導電層３１が形成されたチップ１を、基板
４に設けられたパッド４１の上に位置合わせして押圧す
る。そして、図示していない加熱手段によって接着層２
１を熱硬化させる。

【００４５】一方、基板４が透明なガラス板でバンプ４
１も透明な場合には、基板４の裏側から図示していない
紫外線照射手段によって接着層２１を硬化させる。

【００４６】こうして、図２で示すようにバンプ１１と
パッド４１がボンディングされる。

【００４７】次に第２の実施の形態について説明する。

【００４８】図３において、ポッティングとは一般に、
振動や衝撃に耐えるように、あるいは外雰囲気に曝され
ないように、電子デバイス類に樹脂を充填することであ
る。ここではチップ１に設けられた半導体素子やバンプ
１１とパッド４１のボンディング部分を保護するため
に、例えばシリコーン樹脂からなるポッティング樹脂５
を用いてなる。

【００４９】図３（Ａ）において、基板４の上にポッテ
ィング樹脂５を滴下する。

【００５０】次いで同図（Ｂ）において、実施例１で得
られたバンプ１１の表面に接着層２１と導電層３１が形
成されたチップ１を基板４の上に位置合わせし、バンプ
１１をパッド４１に押圧すると、ポッティング樹脂５が
チップ１と基板４に挟まれて周縁部に押し広げられる。
そして、接着層２１とポッティング樹脂５を図示してい
ない加熱手段によって硬化させる。

【００５１】ポッティング樹脂５を垂らす量は、ポッテ
ィング樹脂５がチップ１に押し広げられて周端部に逃
げ、チップ１の側面を覆う程度がよい。

【００５２】次に第３の実施の形態について説明する。

【００５３】図４（Ａ）において、一般に熱硬化性樹脂
は加熱すると初期段階では粘度が低下し、しかも樹脂同
士が相溶するものが多い。そのため、接着層２１とポッ
ティング樹脂５が混ざり合って導電層３１が破壊され、
短絡や導通不良を起こし易い。

【００５４】そこで、同図（Ｂ）において、実施例１で
得られたバンプ１１の表面に接着層２１と導電層３１が
形成されたチップは、バンプ１１を上面にして予備加熱
をし、接着層２１を半硬化させる。予備加熱によって接
着層２１は粘度が一旦低下するので導電層３１をなす導
電性部材３を取り込んだ状態になる。

【００５５】そのあと、実施例２に示したように基板４
に載せて押圧し、接着層２１とポッティング樹脂５を熱
硬化させる。接着層２１が半硬化してきているのでポッ
ティング樹脂５と混ざり合うことが防げる。

【００５６】次に第４の実施の形態について説明する。

【００５７】図５において、導電性部材３には懸濁重合
によって球状に作られたアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）の平
均粒径１．５μｍφの微細粒子に無電解めっきによって
Ｃｕを被着したＡｕのバンプよりも軟らかい粒子を用い
る。

【００５８】実施例１にて示したように接着層２１にこ
の導電性部材３を付着させて導電層３１を形成する。そ
して、チップ１を基板４に押圧し、一辺が５０μｍの方
形のバンプ１１に１００ｇｆ／バンプの荷重を加えて接
着層２１を熱硬化させる。

【００５９】導電層３１をなす導電性部材３が押し潰さ
れて導電性部材３同士の接触面積が広くなるので、ボン
ディングの安定性がよりよくなる。

【００６０】最後に第５の実施の形態について説明す
る。

【００６１】図６において、導電性部材３にはＡｕのバ
ンプ１１よりも固く、平均粒径１μｍφのＮｉの粉末を
用いる。

【００６２】実施例１にて示したように接着層２１にこ
の導電性部材３を付着させて導電層３１を形成する。そ
して、チップ１を基板４に押圧し、一辺が５０μｍの方
形のバンプ１１に１５０ｇｆ／バンプの荷重を加えて接
着層２１を熱硬化させる。

【００６３】導電層３１をなす固い導電性部材３がバン
プ１１に押し込まれて食い込み、接触面積が広くなるの
で、ボンディングの安定性がよりよくなる。

【００６４】ところで、バンプ１１とパッド４１との押
圧は、バンプ１１とパッド４１が導通する程度に強く押
し付けることが必要である。しかし、それによって接着
層２１と導電層３１がバンプ１１の周縁にはみ出て、隣
り合うバンプ１１同士やパッド４１同士が短絡しないよ
うにする必要がある。そして、接着層２１の層厚や粘
度、敷き詰める導電性部材３の充填密度と接着層２１へ
の付着量、バンプ１１と導電性部材３の硬さの違い、押
圧力などの条件設定を行なう必要があり、種々の変形が
可能である。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、チップのバンプ上に熱
硬化性の接着層と導電層を設けることによって、従来の
リードを用いたボンディングとリードレスボンディング
の両方の利点を兼ね備えたＣＯＢを実現することができ
る。

【００６６】従って、本発明は、今後ますます要請が強
まる電子機器の薄型化に呼応し、しかも引き出される端
子が増大しピッチが狭小化していくチップを用いたＣＯ
Ｂの発展に対して、寄与するところが大である。

【００６７】さらに、チップを熱効果性のポッティング
樹脂で固定することで、ポッティング樹脂の硬化収縮力
がチップに働き、微細な導電性部材がバンプやパッドに
押し続けられて良好な導通を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の説明図、

【図２】図１の要部の拡大断面図、

【図３】本発明の第二の実施例の説明図、

【図４】本発明の第三の実施例の要部の拡大断面図、

【図５】本発明の第四の実施例の要部の拡大断面図、

【図６】本発明の第五の実施例の要部の拡大断面図、

【図７】ＣＯＢの例を説明する断面図、

【符号の説明】

１ チップ、 ２ 接着剤、 ３ 導電性部材、 ４ 基板、 ５ ポッティング樹脂、 １１ バンプ、 ２１ 接着層、 ３１ 導電層、 ４１ パッド、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−178940（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−226161（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−8647（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−120379（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/60

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面の電極にバンプを有するチップと、 表面に前記バンプに対応したパッドを有するプリント板
   と、 前記チップと前記プリント板とを導通可能に接続し、硬
   度が該バンプの硬度よりも小さい導電性を有する粒子を
   含む接続層とから構成され、 前記バンプが前記パッドに固着される際、該粒子を押し
   潰して変形させると共に、前記チップは熱硬化性のポッ
   ティング樹脂を介して前記プリント板に封着して成され
   ることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 表面の電極にバンプを有するチップと、 表面に前記バンプに対応したパッドを有するプリント板
   と、 前記チップと前記プリント板とを導通可能に接続し、硬
   度が該バンプの硬度よりも大きい導電性を有する粒子を
   含む接続層とから構成され、 前記バンプが前記パッドに固着される際、該粒子を押し
   込んで食い込ませると共に、前記チップは熱硬化性のポ
   ッティング樹脂を介して前記プリント板に封着して成さ
   れることを特徴とする半導体装置。