JP3464826B2 - Semiconductor device - Google Patents

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【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に係り、特
に、配線基板上にバンプを介して半導体チップをフェイ
スダウンで実装してなる半導体装置に関する。 【0002】 【従来の技術】電子機器の高速・高密度に対応する技術
として、ベアチップを基板に直接接続する方法が最近多
く開発されている。これらの方法としては、具体的には
ワイヤーボンディング法、TAB法、フリップチップ法
などがある。これらの方法のうちワイヤーボンディング
法は、半導体チップをフェイスアップに置き、チップの
電極パッドと基板上のパッドとを金などのワイヤーによ
って接続する方法である。しかし、ワイヤーボンディン
グ法では、50μmピッチのように非常に小さいピッチ
を接続することは現状では困難であり、高密度化に適し
ていない。 【0003】TAB法は、ポリイミドフィルム上に銅箔
で配線を形成し、半導体チップの電極パッドと銅箔のリ
ードとをバンプを介して接続する方法である。この方法
は、ポリイミドフィルム自身が高価であることと、微細
接続の場合はフィルムの熱収縮などによって寸法制度が
十分に得られないという欠点を有している。 【0004】これに対し、フリップチップ法は、半導体
チップ上のパッドに金属バンプを蒸着法、ディップ法、
めっき法などにより形成し、この金属バンプと配線基板
表面の金属パッドとを位置合わせして接続する方法であ
る。このフリップチップ法は、半導体チップの全面を利
用して接続を行うことが出来ること、及びバンプによっ
て接続を行うため非常に微細なピッチでの接合も可能で
あることなどにより、ワイヤーボンディング法やTAB
法などと比べて高密度実装が可能になり、電子機器の小
形化を図ることが出来る。また、半導体チップと配線基
板が金属バンプで直接接続されているため、ワイヤーや
テ−プのような余分な配線が不要になり、信号伝達遅延
が低減できるので、電子機器の高速化が図れることにあ
る。 【0005】フリップチップ法による従来の接続方法
は、以下に示すように行なわれる。即ち、図17に示す
ように、まず、半導体チップ1上に、蒸着法、ディップ
法、めっき法などにより金属バンプ2を形成する。次
に、電極バンプの形成された半導体チップ1と配線基板
4とを位置合わせし、バンプ2と基板のパッド3とを加
圧加熱リフローにより接続する。その後、半導体チップ
1と配線基板4との間をシリコーン系、アクリル系、エ
ポキシ系などの液状の樹脂8により封止する。 【0006】ところが、従来のフリップチップ法は、以
下のような欠点を有していた。 (1)半導体チップと配線基板間を封止する液状の樹脂
が、特にヤング率の大きい固い樹脂である場合、半導体
チップと配線基板間に入るのが困難となり、信頼性の劣
化が起こっていた。 【0007】(2)半導体チップと配線基板とをバンプ
を介して接続する場合、高温で接続するときに発生する
機械的歪みの緩和が行われないため、信頼性の高い半導
体装置の提供が出来なかった。 【0008】(3)半導体チップと配線基板との間に樹
脂を封止する場合、配線基板に液状の樹脂が広がってし
まった。次に、高温高湿下の環境中でのフリップチップ
実装の場合、環境中から水分の侵入のために配線の腐
食、接合部の劣化が発生するという問題点があり、これ
を解決するために、上述のように半導体素子と配線基板
との間を樹脂封止することにより水分の侵入を防止する
方法が一般にとられているが、はんだなどの突起電極
(バンプ)、半導体素子及び配線基板と、封止樹脂との
熱膨脹係数の不一致のために、接合部にクラックが生じ
るなどの不良が発生するという問題点がある。 【0009】更に、次のような問題もある。即ち、フリ
ップチップ実装は、ワイヤーボンディング実装やTAB
実装に比較して半導体チップを基板に高密度に実装でき
るという利点がある。即ち、ワイヤーボンディングやT
AB実装を用いて半導体チップを実装する場合は、半導
体チップから引き出されるリードを含めた実装面積は半
導体チップの2〜3倍を必要とするため、フリップチッ
プ実装に比較すると実装密度が1/2〜1/3にな
る。。従って、ワイヤーボンディング実装やTAB実装
は、高密度化に限界があった。これに対し、フリップチ
ップ実装は、実装面積が半導体チップのチップ面積であ
るため、チップを隣接して実装できる。従ってフリップ
チップ実装は、高密度実装が可能になる。 【0010】このフリップチップ実装方法を可能にする
ためには、半導体素子のボンディングパッド上に突起形
状を有するバンプ電極を形成しなければならない。この
バンプ形成方法に関してはいろいろな方法が提案されて
おり、“半導体実装ハンドブック”サイエンスフォーラ
ムpp131に詳細に記載されている。例えば、図18
に示す様に、ボンディングパッド71上にバリアメタル
75を形成し、その上にバンプ電極金属54を電気メッ
キ等により形成するものがあり、これは一般にはマッシ
ュルームバンプと呼ばれている。さらに、図19に示す
様にボンディングパッド71上にバリアメタル75を形
成し、パッド部分が開口された厚膜レジストを用いて、
電気メッキ等によりバンプ54を垂直に形成するものが
あり、これはストレートウォールバンプと呼ばれてい
る。 【0011】フリップチップ実装は半導体チップ53の
バンプ電極54と基板51の接続電極部80の位置を合
わせた後、ハンダ85をリフローして接続を行う。この
様な方法で接続したときの半導体チップ53と回路基板
51の接続部における断面構造を図20に示す。多くの
場合、ハンダ85はバンプ54上に予め形成する場合と
配線基板51上に予備ハンダの形で供給する場合のうち
いずれか一方、または両方の組合わせで行う。 【0012】またフリップチップ実装は、一般に半導体
装置と回路基板の熱膨脹係数の相異から発生する応力が
バンプに集中するのを防止するために、半導体装置と回
路基板の間に樹脂を設置する方法が行われている。フリ
ップチップ実装はフェイスダウン実装であることから、
半導体素子の発熱面が基板と対向しており、発熱した熱
量は半導体チップに蓄熱されやすい。蓄熱した熱量は半
導体素子の故障を引き起こす。とくに半導体素子と基板
間に樹脂を注入した場合は蓄熱の影響が著しい。この樹
脂を設置することにより熱膨脹に起因する故障はある程
度減少できるが必ずしも充分ではない。特に、半導体装
置と回路基板の熱膨脹係数が著しく異なるときは、基板
と樹脂の界面に応力が集中してバンプが破壊する。この
バンプは電気的接続を行っているので、破壊すると直ち
に電気特性に影響が現れ、半導体装置の故障になる。 【0013】そこで基板の熱膨脹係数をシリコンの熱膨
脹係数に近づける試みがなされている。例えば、基板に
シリコンを用いるCOW(Chip On Wafe
r)が提案されているが、基板制作上、半導体素子と同
等あるいはそれ以上の複雑な工程を必要とし、極めてコ
ストの高いものになる。 【0014】一方、熱ストレスによるバンプ接合部分で
の破断不良を解決するためにバンプ構造を熱ストレスに
対して耐性ある構造にすることが行われている。例え
ば、接続方法を考慮してバンプ形状をつづみ型にする方
法が提案されている。この方法はバンプを有する半導体
装置を基板と接続する場合に、半導体装置をバンプが溶
融された状態で1度接続された半導体装置の基板との距
離を引き離すことでつづみ型にするものであるが、この
方法は引き離す距離を充分に計算しないと接続不良が生
じたりして、形状制御が充分にできないという問題と共
にバンプ高さを高くしないとその効果が発揮されない問
題があった。 【0015】フリップチップ実装する半導体装置の信頼
性を向上させるため、特願平4−19855に示す様
に、実装する半導体チップのバンプを中央部に集中する
様にレイアウトを変更する方法も提案されているが、シ
リコンからなる半導体チップをガラス・エポキシ基板上
にフリップチップ実装する場合の様に、互いの熱膨脹係
数が著しく異なる場合には充分な信頼性を得る効果が発
揮できない問題があった。 従来のワイヤーボンディン
グ法やTAB法では半導体素子と基板間を接続するリー
ド部により接続部に発生する応力歪を吸収することがで
きた。ところがフリップチップ実装技術はリジッドな接
続であるため接続部に発生する歪が信頼性に大きな問題
を引き起こす様になる。 【0016】いずれにしろ、これまでの方法はバンプ自
体の形成は可能であるが、そのバンプを有する半導体装
置を基板に実装した場合は、熱ストレスが加わると、熱
膨脹係数の相異によりバンプ部分で破断が生じるという
信頼性上重大な問題が生じた。 そこで基板をシリコン
にする提案や樹脂を注入したり、熱ストレスを考慮して
工程での制御により、バンプ構造をつづみ型にする方法
があるが、半導体装置のコスト高を引き起こしたり、接
続が不充分になったりしていずれの方法も問題があっ
た。 【0017】さらにバンプのレイアウトを変更して実行
的変位量を少なくして信頼性を向上させる方法も提案さ
れているが、熱膨脹係数が著しくことなる場合は必ずし
も充分な効果を発揮できていなかった。 【0018】 【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のフリップチップ法では、封止樹脂が半導体チップと配
線基板の間に容易に侵入せず、また、高温で接続する際
に発生する歪みが緩和されておらず、信頼性の高い半導
体装置が得られないという問題がある。 【0019】また、基板と半導体素子との熱膨脹係数の
相異に起因する熱ストレスにより、バンプ部分での破断
が生じるという問題もある。本発明は上記事情を考慮し
てなされたもので、半導体チップと配線基板の間に樹脂
が容易に侵入し、接続時の歪みが緩和される、信頼性の
高い半導体装置を提供することを目的とする。 【0020】また、本発明は、グリースの密封性により
ボンディング界面の劣化を抑制して、耐蝕性及び耐湿性
を向上させ、また、グリースの適度な軟性(チクソトロ
ピックな性質)により、半田などの突起電極(バン
プ)、半導体素子、及び配線基板との熱膨脹係数の違い
による劣化を抑制することを目的とする。 【0021】更に本発明は、半導体装置が極めて厳しい
温度サイクルに供されても、電気的接続を担うバンプが
破壊されず、信頼性が高い半導体装置を提供することを
目的とする。 【0022】 【課題を解決するための手段】本発明は、接続パッドを
有する配線基板と、この配線基板の接続パッド上に金属
バンプを介して接続された半導体チップとを具備し、前
記配線基板と半導体チップとの間は、グリースにより封
止されていることを特徴とする半導体装置を提供する。 【0023】 【0024】 【0025】本発明の第1の態様に係る半導体装置は、
半導体チップと配線基板の間を、シート状の常温固体の
熱硬化性樹脂、または熱可塑性樹脂を用いて封止を行う
ものである。かかる半導体装置は、接続パッドを有する
配線基板上の接続パッド以外の部分に常温固体の熱硬化
性樹脂または熱可塑性樹脂からなる樹脂シ−トを設ける
工程、配線基板上に前記金属バンプを有する半導体チッ
プを配置し、前記金属バンプと接続パッドとを位置合せ
する工程、前記配線基板及び半導体チップを加圧加熱し
て金属バンプ及び樹脂シ−トを溶融し、前記配線基板と
半導体チップとを接続する工程を具備し、前記熱硬化性
樹脂の硬化温度又は熱可塑性樹脂の熱変形温度は、前記
金属バンプを構成する金属の融点と同一か又はそれより
も高いことを特徴とする方法により製造することが可能
である。 【0026】常温固体の熱硬化性樹脂としては、例え
ば、分子内に不飽和結合を有する高分子のポリブタジエ
ン、ポリエステル、シリコーン樹脂、マレイミド、アク
リル系オリゴマーなど、そして反応生成物に揮発の少な
いエポキシ、ウレタン、ノボラックフェノールなどを用
いることが出来る。また熱可塑性樹脂としては、例え
ば、ポリスルホン、ポリアクリレート、ポリフェニレン
オキサイド、ポリアミド、ポリメチルペンテン、ポリエ
ーテルイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリカー
ボネート、弗素化樹脂(PFA、ETFEなど)などを
用いることが出来る。 【0027】これらの樹脂の熱膨張係数は、金属バンプ
の熱膨張係数に近似することが好ましい。これらの樹脂
に、熱膨脹係数を調整するために無機フィラーを添加し
ても良い。無機フィラーとして、例えばガラス繊維、シ
リカ、炭酸カルイシウム、酸化カルシウム、アルミナ、
窒化けい素、タルクなどを用いることが出来る。これら
無機フィラーに、応力緩和剤としてオイル、ゴム成分な
どを添加してもよい。また、接着性向上のためにカップ
リング剤を添加しても良い。カップリング剤として例え
ば、シラン系、チタン系、アルミニウム系、ジルコニウ
ム系、リン系などを用いる。 【0028】樹脂に添加される無機フィラーの量は、樹
脂の量の5〜50重量%であるのが好ましい。また、無
機フィラーのサイズは、金属バンプの高さの3分の1以
下であるのが好ましい。 【0029】本発明の第2の態様に係る半導体装置は、
封止樹脂の代わりにグリ−スを用いるものである。ここ
で言う「グリ−ス」とは、潤滑油中に増ちょう剤を分散
させて半固体又は固体状にしたものの総称であり、外力
を受けない状態では半固体又は固体状を呈しているが、
潤滑面で剪断を受けると油と同じように流動状となり、
静止すると、元の半固体又は固体状に戻る、チクソトロ
ピックな性質を有するものである。封止樹脂は、一度硬
化させてしまうとこのような機能性(チクソトロピック
な性質)を発現することは不可能である。 【0030】本発明の第3の態様に係る半導体装置にお
いて、仮想中心線とは、矩形チップ又は矩形基板の各辺
を二等分する、互いに直行する一対の直線をいう。或い
は、矩形チップ又は矩形基板の一対の対角線を言う。な
お、これらの一対の直線は、いずれの場合も矩形チップ
又は矩形基板の中心を通ることになる。 【0031】仮想中心線が各辺を二等分する互いに直行
する一対の直線である場合には、半導体素子は、一対の
仮想中心線から離れた位置に、例えば基板の対角線の位
置に配置されることが望ましい。一方、仮想中心線が対
角線である場合には、半導体素子は、一対の仮想中心線
から離れた位置に、例えば各辺の中央部近傍に配置され
ることが望ましい。 【0032】 【作用】本発明の第1の態様では、半導体チップと配線
基板の間にあらかじめシート状の常温固体の樹脂を介在
させているため、半導体チップと配線基板の間に樹脂が
侵入し難いという問題は発生しない。また、樹脂シート
を構成する熱硬化性樹脂の硬化温度又は熱可塑性樹脂の
熱変形温度が、バンプを構成する金属の融点と同じか、
またはそれよりも高い温度であるため、バンプを構成す
る金属の温度が融点よりも低い温度になって硬化し、基
板とチップが接続するときに加わる機械的歪みが、樹脂
シ−トにより緩和される。また、樹脂シ−トの大きさを
適性にしておくことにより、樹脂が軟化したときに樹脂
が流れて広がる危険性がなくなる。本発明の第1の態様
では、このような作用により、信頼性の高い半導体装置
を得ることができる。 【0033】本発明の第2の態様では、半導体チップと
配線基板との間をグリースによって封止しているため、
ボンディング界面の劣化を抑制し、耐蝕性及び耐湿性を
向上させることが可能となる。また、グリースの適度な
軟性(チクソトロピックな性質)により、半田などの突
起電極(バンプ)、半導体素子、配線基板との熱膨脹係
数の違いによる劣化を抑制することが可能となる。 【0034】更に、上記グリ−スの物性として、凝固点
が低く、沸点が高いことが好ましく、凝固点が−70℃
以下、沸点が250℃以上であることが好ましい。ま
た、上記グリ−スの物性として、放熱性、絶縁性、熱酸
化安定性、耐剪断性、耐薬品性に優れたものを用いるの
が好ましい。更にまた、前記配線基板上の配線表面を前
記グリ−スでコ−ティングすることにより、配線の耐蝕
性及び耐湿性を向上させることが可能となる。 【0035】本発明の第3の態様では、半導体チップの
仮想中心線を、フリップチップ実装する配線基板の仮想
中心線と重ならない様に配置させているため、配線基板
の熱膨脹係数と半導体チップの熱膨脹係数が著しく異な
ることにより、温度変化による基板の変位量が大きい場
合でも、半導体チップの搭載された部分における変形量
を少なくすることが出来、その結果、半導体チップのバ
ンプ部分における応力を軽減することが可能である。 【0036】即ち、図13に示すように、両端または下
面全体が基板52又は筐体に固定されている配線基板5
1上に半導体チップ53a,53bを実装した半導体装
置に温度サイクルが加わると、配線基板51及び基板5
2は変形するが、配線基板51の仮想中心線62a及び
基板52の仮想中心線63aから離れた、半導体チップ
53a,53bを搭載した部分での配線基板51及び基
板52の変形量は少ない。 【0037】図14は、基板の中心からの距離に対する
変形量を示したものである。図14に示すように、半導
体装置に温度サイクルを加えたとき、変形量は基板の中
心部分で最も大きくなるが、中心からの距離が大きくな
るに従い、変形量は小さくなる。従って基板の仮想中心
線上と搭載する半導体チップの仮想中心線が重ならない
ような位置関係で半導体チップをフリップチップ実装す
るとき、バンプに加わる応力を減少することができ、そ
の結果、信頼性が高い半導体装置を容易に実現すること
が出来る。 【0038】 【実施例】以下に、本発明の第1〜3の態様に係る種々
の実施例を示し、本発明についてより詳細に説明する。
図1ないし図6は、本発明の第1の態様に係る実施例で
ある半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。 【0039】先ず、図1に示すように、アルミニウムか
らなる電極パッド(図示せず)を有する6インチ厚さ5
00μmの半導体チップウェハ1を用意する。この半導
体チップウェハには、10mm角の半導体チップが配置
されている。アルミニウムパッドの大きさは80μm
角、パッドピッチは150μmであり、これらは半導体
チップの周囲に形成してある。 【0040】次に、この半導体ウェハ1上にバリアメタ
ルとして金属複合膜を電子ビーム蒸着装置、スパッタ装
置を用いて成膜する。金属複合膜としては、例えばTi
(膜厚0.1μm)、Cr(膜厚0.1μm)、Cu
(膜厚1.0μm)、Ni(膜厚1.0μm)やこれら
の複合膜を用いることが出来る。 【0041】次に、このバリアメタル上に金属バンプ2
を蒸着法、ディップ法、めっき法などで形成する。金属
バンプ2としては、スズ、鉛、ビスマス、インジウム、
カドミウム、金、銀、アンチモン、ガリウムなどの単
体、又はこれらの2種以上の合金を用いることができ
る。特に、スズ−鉛合金半田、スズ−インジウム合金半
田、鉛−インジウム合金半田が望ましい。 【0042】一方、図2に示すように、配線基板4上に
シート状の常温固体の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂
5を接着剤または加熱により接着しておく。配線基板4
としては、シリコン系、窒化アルミニウム系、アルミナ
系、樹脂基板系などを用いることが出来る。 【0043】シート状の常温固体の熱硬化性樹脂として
は、例えば、分子内に不飽和結合を有する高分子のポリ
ブタジエン、ポリエステル、シリコーン樹脂、マレイミ
ド、アクリル系オリゴマーなど、そして反応生成物に揮
発分の少ないエポキシ、ウレタン、ノボラックフェノー
ルなどの各樹脂を挙げることが出来る。また、熱可塑性
樹脂としては、例えば、ポリサルホン、ポリアリレー
ト、ポリフェニレンオキサイド、ポリアミド、ポリメチ
ルペンテン、ポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフ
タレート、ポリカーボネート、弗素化樹脂(PFA、E
TFEなど)などを用いることが出来る。 【0044】これら樹脂には、熱膨脹係数を調整するた
めに無機フィラーを添加しても良い。無機フィラーとし
ては、例えば、ガラス繊維、シリカ、炭酸カルシウム、
酸化カルシウム、アルミナ、窒化けい素、タルックなど
を挙げることが出来る。また、応力緩和剤としてオイ
ル、ゴム成分などを添加しても良い。更に、接着性向上
のために、カップリング剤を添加しても良い。カップリ
ング剤としては、例えば、シラン系、チタン系、アルミ
ニウム系、ジルコニウム系、リン系などを用いることが
出来る。 【0045】樹脂の熱膨脹係数は、バンプに用いる金属
の熱膨脹係数にほぼ近いことが望ましい。例えば、錫、
鉛はんだを用いた場合、熱膨脹係数を(25±5)×1
-6に調整することが好ましい。 【0046】シート状の常温固体の樹脂5の厚さは、半
導体チップ1上に形成されたバンプ2の高さよりも5μ
m程度小さくしておくことが好ましい。次に、図3に示
すように、上述のように作製した金属バンプ2を有する
半導体チップ1を、配線基板4に接合する。配線基板4
上には、銅などからなる接続パッド3が形成されてい
る。接合に際しては、半導体チップ1上の金属バンプ2
と配線基板4上の接続パッド3とを、例えばハーフミラ
ーを用いた位置合わせ装置などを使って接触させる。 【0047】このとき、基板4は、加熱機構を有するス
テージ上に設置され、前記金属バンプ2を構成する金属
の融点よりも30℃程度高温に予備加熱する。例えば、
金属バンプ2として共晶はんだ(Sn/Pb=63:3
7)を用いた場合、融点は183℃であるため、ステー
ジを213℃程度に加熱しておく。一方、半導体チップ
1を固定する台も、ステージ温度と同じ温度で窒素雰囲
気中において加熱し、金属バンプ2を構成する金属を溶
融させることによって、半導体チップ1を配線基板4に
電気的に接続実装し、図3に示すように、半導体装置が
得られる。 【0048】このとき、樹脂5の硬化温度を金属バンプ
2の融点と同じか、又はそれ以上にしておくことによ
り、金属バンプ2の硬化の時に樹脂5が硬化しており、
半導体チップ1と配線基板4との接続ができる。さら
に、樹脂5によって金属バンプ2に加わる機械的歪みが
緩和される。 【0049】以上のようにして作製された、例えばバン
プ数200を有する10mm角の半導体チップを、樹脂
配線基板上に実装した。このサンプルを、−65℃で3
0分間、25℃で5分間、150℃で30分間、25℃
で5分間の温度サイクルを5000サイクル行っても、
接続箇所に破断の箇所の発生は認められなかった。 【0050】なお、以上説明した半導体チップ1と配線
基板4との接続後、更に、図5に示すように、半導体チ
ップ1と配線基板4との間にシリコーン樹脂6などを充
填し、硬化させてもよい。また、図6に示すように、シ
ート状の樹脂7を半導体チップ1上にかぶせ、また樹脂
封止をさらに行っても良い。 【0051】本発明の第1の態様は、上述した実施例に
限定されるものではない。接続される金属バンプとし
て、例えばスズ、鉛、ビスマス、インジウム、カドミウ
ム、金、銀、アンチモン、ガリウム、あるいはこれらの
合金でも良い。もちろん配線基板も、シリコン系、窒化
アルミニウム系、アルミナ系、樹脂基板系など種々使用
可能である。 【0052】次に、本発明の第2の態様に係る実施例に
ついて説明する。図7は、本発明の第2の態様に係る第
1の実施例の半導体装置を説明する断面図である。本実
施例は、液晶パネルを駆動する半導体チップの実装に係
るものである。図7において、半導体チップ11とガラ
ス基板13上の配線14がバンプ12を介して接続され
ている。この場合、半導体チップ11上に形成されたバ
ンプ12と配線14とは、熱圧接によって固相拡散接合
されている。ここでは、バンプ12として金バンプを、
配線14としてはアルミニウムを用いた。 【0053】実装は、最初に封止用グリース15をディ
スペンサから供給してガラス基板13上にポッティング
し、次に、半導体チップ11側を370℃に加熱すると
ともに、ガラス基板13側を80℃に加熱し、1バンプ
あたり25gの荷重をかけながら1.5秒間圧接するこ
とにより行った。 【0054】この方法により、半導体装置全体をグリー
スによって封止することができた。本実施例で用いたグ
リースは、パラフィンオイルを主成分とする石油系グリ
ースであり、凝固点−70℃、沸点250℃、熱伝導率
1.1[W/mK]、電気伝導率1×10-16 [Ωc
m]、熱膨脹係数6.2×10-4[/℃]のもので、微
量成分として油性向上剤、酸化防止剤が含まれている。
従って、このグリ−スは、放熱性、絶縁性、熱酸化安定
性、耐剪断性、耐薬品性、耐水性などに優れた効果を示
すものである。封止後の電気的接続不良はなかった。 【0055】このサンプルについて高温高湿試験(60
℃、90%R.H.、1000時間)を実施したとこ
ろ、接触抵抗の変動は±20%以内に入り、極めて安定
な接続が得られていることがわかった。また、熱衝撃試
験(−40℃/100℃、30分/30分)を実施した
ところ、接触抵抗の変動は±22%以内に入り、極めて
安定な接続が得られており、信頼性に問題ないことが確
認された。グリースは凝固点が低く、沸点が高いので、
溶けて流れ出したり固化することもなかった。 【0056】図8は、本発明の第2の態様に係る第2の
実施例の半導体装置を説明する断面図である。本実施例
は、ガラスエポキシ基板上への半導体チップの実装に係
るものである。図8において、半導体チップ21とガラ
スエポキシ基板23上の配線24とがバンプ22を介し
て接続されている。この場合、半導体チップ21上に形
成されたバンプ22と配線24とはバンプ22を溶融す
ることによって接合されている。本実施例では、バンプ
22としてはんだバンプを、配線24としては銅を用い
た。 【0057】実装は、最初にガラスエポキシ基板23上
にはんだのぬれ性を良くするためにフラックス(ロジン
系)を塗布し、次に、半導体チップ21とガラスエポキ
シ基板23とを1バンプあたり25gの荷重をかけなが
ら5秒間圧接し、その後、260℃で1分間リフローす
ることにより行なった。そして、フラックスを除去し、
最後に封止用グリース25をディスペンサから供給し、
半導体装置の下部(バンプ接合部分)をグリースによっ
て封止した。 【0058】本実施例で用いたグリースは、パラフィン
オイルを主成分とする石油系グリースで、凝固点−72
℃、沸点252℃、熱伝導率2.1[W/mK]、電気
伝導率2×10-16 [Ωcm]、熱膨脹係数3.2×1
-4[/℃]のもので、微量成分として油性向上剤、酸
化防止剤が含まれている。従って、このグリ−スは、放
熱性、絶縁性、熱酸化安定性、耐剪断性、耐薬品性、耐
水性などに優れた効果を示すものである。実装後の電気
的接続不良はなかった。 【0059】このサンプルについて、高温高湿試験(6
0℃、90%R.H.、1000時間)を実施したとこ
ろ、接触抵抗の変動は±15%以内に入り、極めて安定
な接続が得られていた。また、熱衝撃試験(−40℃/
100℃、30分/30分)を実施したところ、接触抵
抗の変動は±17%以内に入り、極めて安定な接続が得
られており、信頼性に問題ないことが確認された。グリ
ースは凝固点が低く、沸点が高く、優れたチクソトロピ
−性を有するものであるので、溶けて流れ出したり、固
化することもなかった。 【0060】図9は本発明の第2の態様に係る第3の実
施例の半導体装置を説明する断面図である。本実施例
は、セラミック基板上への半導体チップの実装に係るも
のである。図9において、半導体チップ31とセラミッ
ク基板33上の配線34がバンプ32を介して接続され
ている。この場合、半導体チップ31上に形成されたバ
ンプ32と配線34とはシリコンゴムコネクタ36の収
縮力により接合されている。本実施例では、バンプ32
として金バンプを、配線34としては金を用いた。 【0061】実装は、最初にセラミック基板33上の配
線34とバンプ32を位置合わせし、シリコンゴムコネ
クタ36をセラミック基板33上の突起37にひっかけ
て電気的機械的接合を行い、その後、封止用グリース3
5をシリコンゴムコネクタ36の開口部38から注射針
により注入し、半導体装置の下部(バンプ接合部分)を
封止することにより行なった。 【0062】本実施例で用いたグリースは、パラフィン
オイルを主成分とする石油系グリースで、凝固点−75
℃、沸点255℃、熱伝導率5.1[W/mK]、電気
伝導率1×10-16 [Ωcm]、熱膨脹係数5.2×1
-4[/℃]のもので、微量成分として油性向上剤、酸
化防止剤が含まれている。従って、このグリ−スは、放
熱性、絶縁性、熱酸化安定性、耐剪断性、耐薬品性、耐
水性などに優れた効果を示すものである。実装後の電気
的接続不良はなかった。 【0063】このサンプルについて高温高湿試験(60
℃、90%R.H.、1000時間)を実施したとこ
ろ、接触抵抗の変動は±10%以内に入り、極めて安定
な接続が得られていた。また、熱衝撃試験(−40℃/
100℃、30分/30分)を実施したところ、接触抵
抗の変動は±15%以内に入り、極めて安定な接続が得
られており、信頼性に問題ないことが確認された。グリ
ースは凝固点が低く、沸点が高く、優れたチクソトロピ
−性を有するものであるので、溶けて流れ出したり、固
化することもなかった。 【0064】図10は、本発明の第2の態様に係る第4
の実施例の半導体装置を説明する断面図である。本実施
例は、液晶パネルを駆動する半導体チップの実装に係る
ものである。図10において、半導体チップ41とガラ
ス基板43上の配線44がバンプ42を介して接続され
ている。この場合、半導体チップ41上に形成されたバ
ンプ42と配線44とは合金を形成せずに電気的に接合
されている。機械的接合は突起46とパッド47との固
相拡散接合によって行われている。 【0065】本実施例では、バンプ42として金バンプ
を、配線44としてはITOを用いた。また、突起46
として金を、パッド47としてアルミニウムを用いた。
実装は、最初にガラス基板43上のパッド47と突起4
6を位置合わせし、半導体チップ側を370℃に加熱す
るとともに、ガラス基板側を80℃に加熱し、1バンプ
あたり25gの荷重をかけながら1.5秒間圧接するこ
とにより行った。最後に封止用グリース45をディスペ
ンサから供給し、半導体装置の下部(バンプ接合部分)
をグリースによって封止した。 【0066】本実施例で用いたグリースは、パラフィン
オイルを主成分とする石油系グリースであり、凝固点−
75℃、沸点250℃、熱伝導率1.5[W/mK]、
電気伝導率1×10-16 [Ωcm]、熱膨脹係数4.2
×10-4[/℃]のもので、微量成分として油性向上
剤、酸化防止剤が含まれている。従って、このグリ−ス
は、放熱性、絶縁性、熱酸化安定性、耐剪断性、耐薬品
性、耐水性などに優れた効果を示すものである。封止後
の電気的接続不良はなかった。 【0067】このサンプルについて高温高湿試験(60
℃、90%R.H.、1000時間)を実施したとこ
ろ、接触抵抗の変動は±20%以内に入り、極めて安定
な接続が得られていた。また、熱衝撃試験(−40℃/
100℃、30分/30分)を実施したところ、接触抵
抗の変動は±20%以内に入り、極めて安定な接続が得
られており、信頼性に問題ないことが確認された。グリ
ースは凝固点が低く、沸点が高く、優れたチクソトロピ
−性を有するものであるので、溶けて流れ出したり、固
化することもなかった。 【0068】比較例1 本比較例は、液晶パネルを駆動する半導体チップの実装
に係るものである(図示せず)。半導体チップとガラス
基板上の配線がバンプを介して接続されている。半導体
チップ上に形成されたバンプと配線とは熱圧接によって
固相拡散接合されている。本比較例では、バンプとして
金バンプを、配線としてはアルミニウムを用いた。実装
は、半導体チップ側を370℃に加熱するとともに、ガ
ラス基板側を80℃に加熱し、1バンプあたり25gの
荷重をかけながら1.5秒間圧接することにより行っ
た。このとき、半導体素子とガラス基板との間には材料
で封止しなかった。 【0069】このサンプルについて高温高湿試験(60
℃、90%RH、1000時間)を実施したところ、接
続抵抗が10倍程度上昇した。 比較例2 本比較例は、液晶パネルを駆動する半導体チップの実装
に係るものである(図示せず)。半導体チップとガラス
基板上の配線がバンプを介して接続されている。半導体
チップ上に形成されたバンプと配線とは熱圧接によって
固相拡散接合されている。本比較例では、バンプとして
金バンプを、配線としてはアルミニウムを用いた。実装
は、半導体チップ側を370℃に加熱するとともに、ガ
ラス基板側を80℃に加熱し、1バンプあたり25gの
荷重をかけながら1.5秒間圧接することにより行っ
た。 【0070】次に、ディスペンサ−から封止樹脂用の熱
硬化性エポキシ樹脂を供給してガラス基板上にポッティ
ングし、半導体素子とガラス基板間に含浸させた。その
結果、封止樹脂の電気的接続不良はなかった。 【0071】このサンプルについて高温高湿試験(60
℃、90%R.H.、1000時間)を実施したとこ
ろ、接触抵抗の変動は±20%以内に入り、極めて安定
な接続が得られていることがわかった。しかし、熱衝撃
試験(−40℃/100℃、30分/30分)を実施し
たところ、接触抵抗が10倍程度上昇した。これは、バ
ンプ、半導体素子、ガラス基板と、熱硬化性エポキシ樹
脂との熱膨脹係数の相違による変化により、接合部にク
ラックが生じていることによるものとわかった。 【0072】次に、本発明の第3の態様について説明す
る。図11は、本発明の第3の態様に係る実施例の半導
体装置を示す斜視図、図12はその断面図である。図1
1及び図12において、第2の基板52上に配置された
第1の基板51上には、半導体チップ53a,53b
が、バンプ電極54a,54bを介して設けられてい
る。第1の基板51には第1の外部接続端子55が設け
られ、第2の基板52には第2の外部接続端子56が設
けられている。 【0073】なお、図中、参照符号61a,61bは半
導体チップ53a,53bの仮想中心線、62a,62
bは第1の基板51の仮想中心線、63a,63bは第
2の基板52の仮想中心線をそれぞれ示す。 【0074】ここで、仮想中心線とは、図11に示すよ
うに、矩形チップ又は矩形基板の各辺を二等分する、互
いに直行する一対の直線をいう。或いは、矩形チップ又
は矩形基板の一対の対角線を言う。なお、これらの一対
の直線は、いずれの場合も矩形チップ又は矩形基板の中
心を通ることになる。 【0075】図11及び図12に示すように、半導体チ
ップ53a,53bの仮想中心線61aは、第1の基板
51の仮想中心線62a及び第2の基板52の仮想中心
線63aのいずれとも重なっていない。また、第1の基
板51の仮想中心線62aは、第2の基板の仮想中心線
63aと重なっていない。また、半導体チップ53a,
53bの仮想中心線61b、第1の基板51の仮想中心
線62b及び第2の基板52の仮想中心線63bについ
ても同様に重なっていない。 【0076】図11及び図12に示す半導体装置に温度
サイクルが加えられた場合、半導体装置は、図13に示
すように変形するが、その変形量は、第1の基板51の
仮想中心線62a及び第2の基板52の仮想中心線63
aからはずれている半導体チップ53a,53bが搭載
されている部分では少なくなっている。 【0077】図14は、図11及び図12に示す半導体
装置に温度サイクルが加えられた場合の、第1の基板5
1の仮想中心線62aからの距離と基板の変形量との関
係を示す特性図である。図14から、第1の基板51の
仮想中心線62a近傍では変形量が大きく、ΔTが20
0℃の場合には、バンプ電極の最大剪断強度を越えてし
まうことがわかる。 【0078】次に、図15及び図16を参照して、図1
1及び12に示す半導体装置の製造工程について説明す
る。まず、図15(a)に示すように、半導体チップ上
にボンディングパッド71が形成され、ボンディングパ
ッド71の部分を除いてパッシベーション膜72が形成
されている半導体チップのウェハー53を用意する。次
に、このウェハー53上に、図15(b)に示すよう
に、例えばCu/Ti積層膜73を全面に蒸着すること
により形成する。次いで、図15(c)に示すように、
レジスト(商品名AZ4903:ヘキストジャパン社
製)をスピンコートして、膜厚50μmのレジスト膜を
形成し、露光、現像により100μm四方の開口を有す
るボンディングパッドよりも1辺が20μm小さい、8
0μmの寸法の開口部を有するレジストパタ−ン74を
形成する。 【0079】こうしてボンディングパッドに対応する部
分のボンディングパッド71よりも小さな寸法の開口部
を有するレジストパタ−ン74が形成されているウェハ
51を硫酸銅250g/l及び硫酸(比重1.84)5
0g/lからなる溶液に浸漬して、浴温度25℃で、T
i/Cu膜73を陰極とし、高純度銅板を陽極とし、電
流密度5A/dm2 で、緩やかに攪拌しながら銅を30
μmの厚さにメッキし、銅メッキ層を形成する。 【0080】次いで、メッキ浴を全スズ40g/l、第
1スズ35g/l、鉛44g/l、遊離ホウ酸40g/
l、ホウ酸25g/l、ニカワ3.0g/lからなる溶
液に変えて、先の場合と同様にTi/Cu膜73を陰極
とし、40%スズを陽極として用い、電流密度3.2A
/dm2 で、浴温度25℃で緩やかに攪拌しながらPb
/Sn=40/60合金を20μmの厚さに連続メッキ
し、Pb/Sn合金メッキ層を形成する。 【0081】その後、図15(d)に示すように、銅及
びPb/Sn合金のメッキ層からなるバンプ54がボン
ディングパッド71にのみ形成されたウェハ53から、
レジストパタ−ン74をアセトンにより除去する。 【0082】次いで、図15(e)に示すように、Pb
/Sn合金メッキ層をマスクとして用いて、過硫酸アン
モニウム/硫酸/エタノールからなる混合溶液により、
Ti/Cu膜73のうちCu層をエッチング除去した
後、更にEDTA、アンモニア、過酸化水素水からなる
溶液でTi層をエッチング除去し、さらにOFPR−8
00をアセトンで除去する。 【0083】次に、図15(e)に示すようにバンプ5
4が形成された半導体チップ53とFR−4基板との接
続方法について、以下に、図16(a)〜(c)を参照
して説明する。 【0084】まず図16(a)に示すように、半導体チ
ップ53a,53bを基板51に対してフェイスダウン
の位置関係を保ち、半導体チップ53a,53bのバン
プ54a,54bと基板51の電極とを公知の技術であ
るハーフミラーを用いた方法により位置あわせし、半導
体チップ53a,53bのバンプ電極54a,54bと
FR−4基板51のCu配線からなる電極とを接触させ
る。このとき、半導体チップ53a,53bは、加熱機
構を有するコレットに保持され、共晶ハンダの融点より
も高い280℃に加熱されている。 【0085】半導体チップ53a,53bのバンプ電極
54a,54bに接触させた状態でチップを保持するコ
レットを、基板51を搭載するステージと同じ温度28
0℃に窒素雰囲気中で加熱し、バンプ54a,54bに
形成されているハンダを溶融させることで、半導体チッ
プ53a,53bと基板51とを電気的に接続する。 【0086】このとき、半導体チップ53a,53bの
仮想中心線は、基板51の仮想中心線とは重ならない位
置関係を保っている。次いで、半導体チップ53a,5
3bを覆う様にシリコン樹脂を半導体チップ53a,5
3bと基板51との間の隙間に充填する。 【0087】更に、図16(b)における半導体チップ
をアセンブリした基板を、公知の技術によるILBボン
ディングを用いたTABと同様の構成による方法を用い
て、電気的接続を行なう。第1の基板は、第2の基板と
ダイボンド接続で固定されている。このとき、第1の基
板の仮想中心線と第2の基板の仮想中心線とは、同一直
線上に配置されていない構造となっている。従って、熱
歪による応力がチップに与える影響を小さくすることが
出来、耐熱性の高い半導体装置を実現することが可能に
なる。 【0088】以上示したバンプ構造を有する半導体装置
の信頼性を、以下の手順に従って評価した。即ち、熱膨
脹係数が14〜17×10-6/℃とシリコンの3.5×
10-6/℃の約1桁異なるFR−4基板上に、半導体チ
ップを図1に示す接続構造でフリップチップ実装した半
導体装置に対し、−55℃で30分、25℃で5分、1
50℃で30分、25℃で5分の温度サイクル試験を3
000サイクル行ったところ、接続抵抗の増加は認めら
れなかった。また、同半導体装置を高温高湿保存試験に
供した結果、3000Hまで故障は認められなかった。
更に、半導体チップと基板の間に樹脂を注入した場合は
5000Hまで故障は認められなかった。 【0089】従って、以上の結果から、本発明による半
導体装置は、応力による歪を直接受けない構造となって
おり、十分な信頼性を有することがわかる。なお、本発
明の第3の態様は、上記実施例に限定されるものではな
く、その趣旨を逸脱しない範囲で種々に変更可能であ
る。 【0090】例えば、形成する融点の異なる合金はC
u、Pb/Snに限定されるものではなく、In,S
b、等を添加しても良く、また、これらを主成分とする
合金であっても良く、さらにその高さは限定されるもの
ではない。 【0091】さらに、実施例中に示した電気メッキの際
に、陰極となるバリアメタルはその寸法、厚み、構成に
ついて限定されるものではなく、レジストについても同
様に限定されない。 【0092】バンプの形成方法も同様で、電気メッキ以
外の方法を用いても良く、形成する金属は限定されな
い。また、上記実施例では、半導体素子をFR−4基板
上に実装する場合について記載したが、基板をシリコン
にした場合でも良い。さらに第1の基板の第2の基板上
に対する実装方法は、両端をガルウィングを用いたSM
Tについて記載したが、接続方法は特に限定されない。 【0093】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の第1の態
様によると、半導体チップと配線基板を樹脂封止する場
合、シート状の常温固体の熱硬化性樹脂または熱可塑性
樹脂をアセンブリの際に挟みこむようにしているため、
樹脂が半導体チップと配線基板の間に充分に入り込むこ
とが出来る。また、シート状の熱硬化性樹脂の硬化温
度、または熱可塑性樹脂の熱変形温度を、バンプとして
用いる金属の融点と同じか、それ以上にしておくことに
より、半導体チップと配線基板の接続時の生じる機械的
歪みが緩和される。更に、シート状の樹脂の大きさを適
性にしておくことにより、樹脂が半導体チップの周りに
はみだす危険性もない。このように、樹脂封止が簡便に
でき、さらに信頼性の高い半導体装置を得ることが可能
である。 【0094】また、本発明の第2の態様によると、グリ
ースによって半導体装置を封止することにより、ボンデ
ィング界面の劣化を抑制し、耐蝕性及び耐湿性を向上さ
せることが可能となるとともに、グリースの軟性(チク
ソトロピックな性質)により、半田などの突起電極(バ
ンプ)、半導体素子、配線基板との熱膨脹係数の違いに
よる劣化を抑制することが可能である。その結果、信頼
性が著しく向上した半導体装置を得ることが可能であ
る。 【0095】更に、本発明の第3の態様によれば、半導
体素子の仮想中心線をフリップチップ実装する基板の仮
想中心線と重ならない様に形成しているため、基板の熱
膨脹係数と半導体チップの熱膨脹係数が著しく異なり、
半導体装置の温度変化における基板の機械的変位量が大
きい場合であっても、半導体チップの搭載された部分に
おける変形量を小さくすることが可能である。即ち、温
度サイクルが半導体装置に加わった場合、最も応力集中
が大きく基板の変形量が大きい部分を避けるため、半導
体チップのバンプ接続部分における応力を軽減できる。
従って、半導体素子と熱膨脹係数が著しく異なる基板に
対しても、信頼性良くフリップチップ実装が可能にな
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device,
The semiconductor chip via bumps on the wiring board.
The present invention relates to a semiconductor device mounted in a down state. [0002] 2. Description of the Related Art Technology for high-speed and high-density electronic devices
Recently, there are many methods to connect bare chips directly to the substrate.
Well developed. Specifically, these methods
Wire bonding method, TAB method, flip chip method
and so on. Wire bonding
The method is to place the semiconductor chip face-up and
Connect the electrode pad and the pad on the substrate with a wire such as gold.
It is a method of connecting. But wire bondin
Very small pitch such as 50 μm pitch
Is difficult at present and suitable for high density
Not. The TAB method uses a copper foil on a polyimide film.
To form wiring, and to reconnect the electrode pads of the semiconductor chip and the copper foil.
This is a method of connecting the circuit board via a bump. This way
Is that polyimide film itself is expensive and
In the case of connection, the dimensional system depends on the heat shrinkage of the film etc.
It has the disadvantage that it cannot be obtained sufficiently. On the other hand, the flip-chip method uses a semiconductor
Metal bumps are deposited on the pads on the chip by vapor deposition, dipping,
This metal bump and the wiring board are formed by plating, etc.
It is a method of aligning and connecting with the surface metal pad.
You. This flip chip method uses the entire surface of the semiconductor chip.
Connection can be made using
Connection at very fine pitch.
Due to such things as wire bonding method and TAB
Technology enables high-density mounting compared to other methods.
It can be shaped. Also, the semiconductor chip and the wiring base
Because the board is directly connected by metal bumps,
Extra wiring such as tape is not required, and signal transmission delay
Can reduce the power consumption of electronic devices.
You. Conventional connection method by flip chip method
Is performed as described below. That is, as shown in FIG.
First, on the semiconductor chip 1, the evaporation method, the dip
The metal bump 2 is formed by a method, a plating method, or the like. Next
Semiconductor chip 1 on which electrode bumps are formed and wiring substrate
4 and align the bumps 2 and the pads 3 of the substrate.
Connect by pressure heating reflow. Then the semiconductor chip
Silicone, acrylic, air
It is sealed with a liquid resin 8 such as a oxy resin. [0006] However, the conventional flip chip method is as follows.
It had the following disadvantages. (1) Liquid resin for sealing between the semiconductor chip and the wiring board
Is a hard resin with a large Young's modulus.
It is difficult to get between the chip and the wiring board, resulting in poor reliability.
Conversion had occurred. (2) Bump between semiconductor chip and wiring board
Occurs when connecting at high temperature when connecting via
Reliable semiconductor without mechanical strain relief
Could not provide body device. (3) A tree between the semiconductor chip and the wiring board
When sealing the grease, the liquid resin spreads on the wiring board.
wait. Next, flip chip in high temperature and high humidity environment
In the case of mounting, the wiring
There is a problem that eclipse and deterioration of the joint occur.
In order to solve the problem, as described above, the semiconductor element and the wiring board
To prevent moisture from entering by resin sealing
Although the method is generally used, a protruding electrode such as solder
(Bump), the semiconductor element and the wiring board, and the sealing resin.
Cracks in joints due to mismatch in coefficient of thermal expansion
There is a problem that a defect such as a failure occurs. Further, there is the following problem. That is,
Chip mounting is wire bonding mounting or TAB
Semiconductor chips can be mounted on the board at a higher density than mounting.
The advantage is that That is, wire bonding or T
When mounting a semiconductor chip using AB mounting, use a semiconductor
The mounting area including the lead pulled out from the body chip is half
Flip chips are required because they require two to three times the size of conductor chips.
Mounting density is 1/2 to 1/3 compared to
You. . Therefore, wire bonding mounting or TAB mounting
Has a limit in increasing the density. In contrast, flip flip
In chip mounting, the mounting area is the chip area of the semiconductor chip.
Therefore, chips can be mounted adjacent to each other. So flip
Chip mounting enables high-density mounting. [0010] This flip chip mounting method is enabled.
In order to achieve this, projecting
A bump electrode having a shape must be formed. this
Various methods have been proposed for bump formation.
"Semiconductor Packaging Handbook" Science Forum
This is described in detail in pp131. For example, FIG.
As shown in FIG.
75, and a bump electrode metal 54 is
Some are formed by a key, etc.
It is called a lumpy bump. Further, as shown in FIG.
Form a barrier metal 75 on the bonding pad 71
Using a thick-film resist with an open pad
The one in which the bump 54 is formed vertically by electroplating or the like
Yes, this is called a straight wall bump
You. The flip-chip mounting is performed on the semiconductor chip 53.
The position of the bump electrode 54 and the connection electrode portion 80 of the substrate 51 are aligned.
After that, the solder 85 is reflowed for connection. this
Chip 53 and circuit board when connected by various methods
FIG. 20 shows a cross-sectional structure of the connection portion 51. many
In this case, the solder 85 is formed on the bump 54 in advance.
In the case of supplying in the form of spare solder on the wiring board 51
Perform either one or a combination of both. In general, flip-chip mounting is generally performed using a semiconductor.
The stress generated from the difference between the thermal expansion coefficient of the device and the circuit board
In order to prevent concentration on bumps,
A method of installing a resin between road substrates has been performed. free
Since chip mounting is face-down mounting,
The heating surface of the semiconductor element faces the substrate,
The amount is easily stored in the semiconductor chip. The amount of heat stored is half
This causes a failure of the conductor element. Especially semiconductor elements and substrates
When resin is injected in between, the effect of heat storage is significant. This tree
Failure due to thermal expansion due to the installation of fat
Can be reduced, but not always enough. In particular, semiconductor devices
If the thermal expansion coefficient of the
The stress is concentrated on the interface between the resin and the resin, and the bump is broken. this
The bumps are electrically connected, so if they break down,
In this case, the electrical characteristics are affected, resulting in a failure of the semiconductor device. Therefore, the thermal expansion coefficient of the substrate is determined by the thermal expansion coefficient of silicon.
Attempts have been made to approach the coefficient of expansion. For example, on the substrate
COW (Chip On Wafer) using silicon
r) has been proposed, but the same
Or more complicated processes,
It will be a high strike. [0014] On the other hand, at the bump junction due to thermal stress,
The bump structure to thermal stress to solve the failure
A structure that is resistant to the problem is being used. example
If you want to make the bump shape concavity type considering the connection method
A law has been proposed. This method uses a semiconductor with bumps
When connecting the device to the board, the bumps melt the semiconductor device.
The distance from the substrate of the semiconductor device once connected in the molten state
By pulling apart, it becomes a continuous type, but this
If the method does not calculate the separation distance sufficiently, poor connection will occur.
With the problem that shape control cannot be performed sufficiently.
The effect is not exhibited unless the bump height is increased.
There was a title. Reliability of flip-chip mounted semiconductor devices
As shown in Japanese Patent Application No. 4-19855,
The bumps of the semiconductor chip to be mounted on the center
A method of changing the layout has also been proposed.
Recon semiconductor chip on glass / epoxy substrate
As in the case of flip chip mounting
If the numbers are significantly different, sufficient reliability is obtained.
There was a problem that could not be done. Conventional wire bondin
In the bonding method and the TAB method, the semiconductor element and the substrate are connected to each other.
Can absorb the stress and strain generated at the connection part.
Came. However, flip-chip mounting technology has a rigid connection.
Distortion at the connection is a major problem in reliability
Will cause In any case, the conventional method uses bump bumps.
Although the body can be formed, the semiconductor device having the bumps can be formed.
If the device is mounted on a board,
Breakage occurs at bumps due to differences in expansion coefficients
A serious reliability problem has arisen. So the substrate is silicon
To make suggestions, inject resin or consider thermal stress
Method to make bump structure continuous by controlling in process
However, there are some
Both methods are problematic due to insufficient connection.
Was. Further change the layout of the bumps and execute
To improve reliability by reducing the amount of dynamic displacement has also been proposed.
However, if the coefficient of thermal expansion varies significantly,
Has not been able to exert sufficient effects. [0018] As described above, the conventional
In the flip chip method, the encapsulating resin is distributed with the semiconductor chip.
Does not easily penetrate between wire substrates and when connecting at high temperatures
Distortion is not mitigated and the semiconductor
There is a problem that a body device cannot be obtained. The coefficient of thermal expansion between the substrate and the semiconductor element is
Breakage at bumps due to thermal stress caused by differences
There is also a problem that occurs. The present invention takes the above circumstances into consideration.
Between the semiconductor chip and the wiring board.
Easily penetrates and reduces distortion when connecting, reliability
It is an object to provide a high semiconductor device. Further, the present invention provides a method for improving the sealing property of grease.
Corrosion resistance and moisture resistance by suppressing deterioration of the bonding interface
Improves the grease's moderate softness (thixotro
Due to its picky nature, bump electrodes (such as bumps)
Difference in coefficient of thermal expansion between semiconductor device and wiring board
The purpose of the present invention is to suppress the deterioration due to. Further, according to the present invention, the semiconductor device is extremely severe.
Even when subjected to temperature cycling, bumps that carry electrical connections
Providing highly reliable semiconductor devices that are not destroyed
Aim. [0022] Means for Solving the Problems The present inventionConnect pad
Having a wiring board and metal on connection pads of the wiring board
A semiconductor chip connected via bumps,
Seal the grease between the wiring board and the semiconductor chip.
StoppedA semiconductor device is provided. [0023] [0024] The semiconductor device according to the first aspect of the present invention comprises:
A sheet-like room temperature solid between the semiconductor chip and the wiring board
Sealing with thermosetting resin or thermoplastic resin
Things. Such a semiconductor device has a connection pad.
Thermal curing of solid at room temperature on parts other than connection pads on wiring board
Provide a resin sheet made of conductive resin or thermoplastic resin
Process, a semiconductor chip having the above-mentioned metal bumps on a wiring board.
And align the metal bumps with the connection pads
Pressurizing and heating the wiring board and the semiconductor chip.
To melt the metal bumps and the resin sheet,
A step of connecting to a semiconductor chip, wherein the thermosetting
The curing temperature of the resin or the heat deformation temperature of the thermoplastic resin is
Same or higher than the melting point of the metal that makes up the metal bump
It can be manufactured by a method characterized by high cost
It is. As a thermosetting resin which is a solid at room temperature, for example,
For example, high molecular weight polybutadiene having unsaturated bonds in the molecule
Polyester, silicone resin, maleimide,
Ryl oligomers, etc.
Use epoxy, urethane, novolak phenol, etc.
Can be. As a thermoplastic resin, for example,
For example, polysulfone, polyacrylate, polyphenylene
Oxide, polyamide, polymethylpentene, polyether
-Terimide, polyethylene terephthalate, polycarbonate
Bones, fluorinated resins (PFA, ETFE, etc.)
Can be used. The thermal expansion coefficient of these resins is
It is preferable to approximate the thermal expansion coefficient of These resins
Add an inorganic filler to adjust the coefficient of thermal expansion
May be. As an inorganic filler, for example, glass fiber, silicon
Lica, calcium calcium carbonate, calcium oxide, alumina,
Silicon nitride, talc, or the like can be used. these
Oil and rubber components as stress relievers for inorganic fillers
Any may be added. Also, use a cup to improve adhesion.
A ring agent may be added. As a coupling agent
For example, silane, titanium, aluminum, zirconium
System, phosphorus, etc. are used. The amount of inorganic filler added to the resin
Preferably, it is 5 to 50% by weight of the amount of fat. Also, nothing
The size of the filler is more than 1/3 of the height of the metal bump
It is preferably below. The semiconductor device according to the second aspect of the present invention comprises:
Grease is used instead of the sealing resin. here
"Grease" means that a thickener is dispersed in lubricating oil.
It is a generic term for semi-solid or solid
It is semi-solid or solid when it is not subjected to
When sheared on the lubricated surface, it becomes fluid like oil,
When settled, returns to its original semi-solid or solid state.
It has a picky property. The sealing resin is hard once
Such functionality (thixotropic)
It is not possible to express such properties. In the semiconductor device according to the third aspect of the present invention,
The virtual center line is defined as each side of a rectangular chip or rectangular substrate.
, And a pair of straight lines perpendicular to each other. Some
Refers to a pair of diagonal lines of a rectangular chip or rectangular substrate. What
Note that these pairs of straight lines are in each case rectangular tips
Or, it passes through the center of the rectangular substrate. The virtual center lines are perpendicular to each other and bisect each side
When the semiconductor element is a pair of straight lines,
At a position away from the virtual center line, for example, the diagonal position of the substrate
It is desirable to be arranged in a place. On the other hand, the virtual center line
In the case of a square line, the semiconductor element has a pair of virtual center lines.
Away from, for example, near the center of each side
Is desirable. [0032] According to a first aspect of the present invention, a semiconductor chip and a wiring
Room temperature solid resin is interposed between substrates in advance
Resin between the semiconductor chip and the wiring board
The problem of difficulty in intrusion does not occur. Also, resin sheet
The curing temperature of the thermosetting resin that constitutes
Whether the heat distortion temperature is the same as the melting point of the metal that composes the bump,
Or higher than that, forming bumps
When the temperature of the metal falls below the melting point and cures,
The mechanical strain applied when the board and chip are connected is
Alleviated by the sheet. Also, reduce the size of the resin sheet.
By making the resin suitable, when the resin softens,
There is no danger of flowing and spreading. First aspect of the present invention
Now, with such an operation, a highly reliable semiconductor device
Can be obtained. According to a second aspect of the present invention, a semiconductor chip
Because it is sealed with grease between the wiring board,
Suppresses the deterioration of the bonding interface and improves corrosion resistance and moisture resistance
It can be improved. In addition, moderate grease
Due to its softness (thixotropic properties),
Thermal expansion of electrodes (bumps), semiconductor elements, wiring boards
Deterioration due to a difference in the number can be suppressed. Further, the physical properties of the grease include a freezing point
Is low, the boiling point is preferably high, and the freezing point is -70 ° C.
Hereinafter, the boiling point is preferably 250 ° C. or higher. Ma
In addition, the properties of the above grease include heat dissipation, insulation, and thermal acid.
Use a material with excellent chemical stability, shear resistance and chemical resistance
Is preferred. Furthermore, the wiring surface on the wiring board is
By coating with grease, corrosion resistance of wiring
And moisture resistance can be improved. According to a third aspect of the present invention, a semiconductor chip
The virtual center line is the virtual center of the wiring board to be flip-chip mounted.
The wiring board is arranged so that it does not overlap the center line.
The coefficient of thermal expansion of the semiconductor chip is significantly different from that of the semiconductor chip.
This makes it possible to reduce the amount of displacement of the substrate due to temperature changes.
Even in the case, the deformation amount in the part where the semiconductor chip is mounted
Can be reduced, and as a result, the semiconductor chip
It is possible to reduce the stress at the pump portion. That is, as shown in FIG.
Wiring board 5 whose entire surface is fixed to substrate 52 or housing
1 on which semiconductor chips 53a and 53b are mounted.
When a temperature cycle is applied to the circuit board, the wiring board 51 and the board 5
2 is deformed, but the virtual center line 62a of the wiring board 51 and
A semiconductor chip separated from a virtual center line 63a of the substrate 52;
The wiring board 51 and the base at the portion where the 53a and 53b are mounted
The amount of deformation of the plate 52 is small. FIG. 14 shows the distance from the center of the substrate.
It shows the amount of deformation. As shown in FIG.
When a temperature cycle is applied to the body device, the amount of deformation is
Largest at the heart, but at a greater distance from the center
, The amount of deformation becomes smaller. Therefore the virtual center of the substrate
The virtual center line of the semiconductor chip mounted on the line does not overlap
Flip chip mounting of the semiconductor chip in such a positional relationship
The stress applied to the bumps can be reduced.
As a result, semiconductor devices with high reliability can be easily realized.
Can be done. [0038] EXAMPLES Various examples according to the first to third aspects of the present invention will be described below.
The present invention will be described in more detail.
1 to 6 show an embodiment according to the first aspect of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating each step of a method for manufacturing a semiconductor device.
You. First, as shown in FIG.
6 inches thick 5 with electrode pads (not shown) consisting of
A semiconductor chip wafer 1 of 00 μm is prepared. This semi
10mm square semiconductor chips are arranged on the body chip wafer
Have been. Aluminum pad size is 80μm
Corner and pad pitch are 150μm, these are semiconductor
It is formed around the chip. Next, a barrier metal is placed on the semiconductor wafer 1.
Metal complex film as electron beam evaporation equipment, sputtering equipment
The film is formed using a device. As the metal composite film, for example, Ti
(Film thickness 0.1 μm), Cr (film thickness 0.1 μm), Cu
(Film thickness 1.0 μm), Ni (film thickness 1.0 μm) and
Can be used. Next, a metal bump 2 is formed on the barrier metal.
Is formed by a vapor deposition method, a dipping method, a plating method, or the like. metal
As the bump 2, tin, lead, bismuth, indium,
Cadmium, gold, silver, antimony, gallium, etc.
Body, or an alloy of two or more of these
You. In particular, tin-lead alloy solder, tin-indium alloy
For example, a lead-indium alloy solder is desirable. On the other hand, as shown in FIG.
Room temperature solid thermosetting resin or thermoplastic resin in sheet form
5 is bonded with an adhesive or by heating. Wiring board 4
As silicon, aluminum nitride, alumina
System, a resin substrate system, or the like can be used. As a sheet-like room temperature solid thermosetting resin
Is, for example, a high molecular weight polymer having an unsaturated bond in the molecule.
Butadiene, polyester, silicone resin, maleimi
, Acrylic oligomers, etc.
Epoxy, urethane, novolak phenol
And other resins. Also thermoplastic
As the resin, for example, polysulfone, polyarelay
, Polyphenylene oxide, polyamide, polymethyl
Lupentene, polyetherimide, polyethylene teref
Tarates, polycarbonates, fluorinated resins (PFA, E
TFE etc.) can be used. These resins were used to adjust the coefficient of thermal expansion.
For this purpose, an inorganic filler may be added. As an inorganic filler
For example, glass fiber, silica, calcium carbonate,
Calcium oxide, alumina, silicon nitride, taluk, etc.
Can be mentioned. In addition, oil
And rubber components may be added. In addition, improved adhesion
For this purpose, a coupling agent may be added. Capri
Examples of the coating agent include silane-based, titanium-based, and aluminum
Nitride, zirconium, phosphorus, etc. can be used
I can do it. The coefficient of thermal expansion of the resin is determined by the metal used for the bump.
It is desirable that the coefficient of thermal expansion be substantially close to the coefficient of thermal expansion. For example, tin,
When lead solder is used, the coefficient of thermal expansion is (25 ± 5) × 1
0-6It is preferable to adjust to. The thickness of the sheet-like room temperature solid resin 5 is half
5 μm higher than the height of the bump 2 formed on the conductor chip 1
It is preferable to keep the distance by about m. Next, FIG.
As shown in FIG.
The semiconductor chip 1 is joined to the wiring board 4. Wiring board 4
A connection pad 3 made of copper or the like is formed thereon.
You. When joining, the metal bumps 2 on the semiconductor chip 1
And the connection pad 3 on the wiring board 4 by, for example, a half mirror.
Contact using a positioning device that uses a key. At this time, the substrate 4 has a switch having a heating mechanism.
Metal that is installed on the stage and forms the metal bump 2
Is preheated to about 30 ° C. higher than the melting point of For example,
Eutectic solder (Sn / Pb = 63: 3) as metal bump 2
When using 7), since the melting point is 183 ° C, the stay
The die is heated to about 213 ° C. Meanwhile, a semiconductor chip
The stage for fixing 1 is also in a nitrogen atmosphere at the same temperature as the stage temperature.
Heat in the air to melt the metal that constitutes the metal bump 2
By melting, the semiconductor chip 1 is
It is electrically connected and mounted, and as shown in FIG.
can get. At this time, the curing temperature of the resin 5 is set
2 or higher than the melting point
The resin 5 is cured when the metal bump 2 is cured,
The connection between the semiconductor chip 1 and the wiring board 4 can be made. Further
In addition, the mechanical strain applied to the metal bump 2 by the resin 5
Be relaxed. For example, a bun made as described above
A 10 mm square semiconductor chip having 200
Mounted on a wiring board. This sample was taken at -65 ° C for 3 hours.
0 minutes, 5 minutes at 25 ° C, 30 minutes at 150 ° C, 25 ° C
5000 cycles of 5 minutes temperature cycle at
No break was observed at the connection point. The semiconductor chip 1 described above and the wiring
After connection with the substrate 4, furthermore, as shown in FIG.
Fill the gap between the chip 1 and the wiring board 4 with silicone resin 6 or the like.
It may be filled and cured. Also, as shown in FIG.
Cover the semiconductor chip 1 with a resin 7
Sealing may be further performed. The first embodiment of the present invention is a modification of the above-described embodiment.
It is not limited. As metal bumps to be connected
For example, tin, lead, bismuth, indium, cadmium
Gold, silver, antimony, gallium, or any of these
Alloys may be used. Of course, the wiring substrate is also silicon-based, nitrided
Various uses such as aluminum type, alumina type, resin substrate type
It is possible. Next, an embodiment according to the second aspect of the present invention will be described.
explain about. FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to one example. Real truth
The example relates to the mounting of a semiconductor chip for driving a liquid crystal panel.
Things. In FIG. 7, the semiconductor chip 11 and the glass
The wiring 14 on the substrate 13 is connected via the bump 12
ing. In this case, the bar formed on the semiconductor chip 11
Solid-state diffusion bonding between the pump 12 and the wiring 14 by thermal pressure welding
Have been. Here, a gold bump is used as the bump 12,
Aluminum was used for the wiring 14. For mounting, first, the sealing grease 15 is removed.
Potting on glass substrate 13 supplied from spencer
Then, when the semiconductor chip 11 side is heated to 370 ° C.
In both cases, the glass substrate 13 is heated to 80 ° C.
Press for 1.5 seconds while applying a load of 25 g per
And by According to this method, the entire semiconductor device is green.
Was able to be sealed. Group used in this example
Lease is a petroleum-based grits mainly composed of paraffin oil.
Freezing point -70 ° C, boiling point 250 ° C, thermal conductivity
1.1 [W / mK], electric conductivity 1 × 10-16 [Ωc
m], coefficient of thermal expansion 6.2 × 10-Four[/ ° C]
An oiliness improver and an antioxidant are contained as components.
Therefore, this grease has heat dissipation, insulation, and thermal oxidation stability.
Excellent effect on properties such as resistance, shear resistance, chemical resistance and water resistance
It is something. There was no electrical connection failure after sealing. The sample was subjected to a high temperature and high humidity test (60
° C, 90% R.C. H. , 1000 hours)
Of course, the fluctuation of contact resistance is within ± 20% and extremely stable
It turned out that a good connection was obtained. In addition, thermal shock test
(-40 ° C / 100 ° C, 30 minutes / 30 minutes)
However, the variation of the contact resistance is within ± 22% and extremely
Stable connections have been obtained, and it is
It has been certified. Grease has a low freezing point and a high boiling point,
It did not melt and flow or solidify. FIG. 8 shows a second embodiment according to the second aspect of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to an example. This embodiment
Is involved in mounting semiconductor chips on glass epoxy substrates.
Things. In FIG. 8, the semiconductor chip 21 and the glass
The wiring 24 on the epoxy substrate 23 is
Connected. In this case, the shape is formed on the semiconductor chip 21.
The formed bump 22 and the wiring 24 melt the bump 22.
Are joined by In this embodiment, the bump
A solder bump is used as 22 and a copper is used as the wiring 24.
Was. Mounting is performed on the glass epoxy substrate 23 first.
Flux (rosin) to improve solder wettability
System), and then the semiconductor chip 21 and the glass epoxy
While applying a load of 25 g per bump to the substrate 23
For 5 seconds, and then reflow at 260 ° C for 1 minute.
It was done by doing. And remove the flux,
Finally, the sealing grease 25 is supplied from the dispenser,
Grease the bottom of the semiconductor device (the bump joint).
And sealed. The grease used in this example was paraffin.
Oil-based petroleum grease with a freezing point of -72
° C, boiling point 252 ° C, thermal conductivity 2.1 [W / mK], electricity
Conductivity 2 × 10-16 [Ωcm], coefficient of thermal expansion 3.2 × 1
0-Four[/ ° C] with oiliness improver and acid as trace components
Contains antioxidants. Therefore, this grease is released
Heat resistance, insulation property, thermal oxidation stability, shear resistance, chemical resistance, resistance
It shows an excellent effect on water and the like. Electricity after mounting
There was no poor connection. For this sample, a high-temperature high-humidity test (6
0 ° C., 90% R.C. H. , 1000 hours)
In addition, the contact resistance fluctuation is within ± 15% and extremely stable
Connection was obtained. In addition, thermal shock test (-40 ° C /
(100 ° C, 30 minutes / 30 minutes), the contact resistance
The fluctuation of the resistance is within ± 17%, and extremely stable connection is obtained.
It has been confirmed that there is no problem in reliability. Guri
Has a low freezing point, high boiling point and excellent thixotropic
-It has the property of melting and flowing out,
It did not change. FIG. 9 shows a third embodiment according to the second aspect of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to an example. This embodiment
Is related to the mounting of semiconductor chips on ceramic substrates.
It is. In FIG. 9, the semiconductor chip 31 and the ceramic
The wiring 34 on the substrate 33 is connected via the bump 32.
ing. In this case, the bar formed on the semiconductor chip 31
The pump 32 and the wiring 34 are
They are joined by compressive force. In this embodiment, the bump 32
And gold as the wiring 34. First, the mounting on the ceramic substrate 33 is performed.
Line 34 and bump 32 are aligned,
Hooking the protrusion 36 on the protrusion 37 on the ceramic substrate 33
Electrical and mechanical bonding, and then the sealing grease 3
5 through the opening 38 of the silicone rubber connector 36
And the lower part of the semiconductor device (the bump junction)
This was performed by sealing. The grease used in this embodiment was paraffin.
Petroleum grease containing oil as a main component, freezing point -75
° C, boiling point 255 ° C, thermal conductivity 5.1 [W / mK], electricity
Conductivity 1 × 10-16 [Ωcm], coefficient of thermal expansion 5.2 × 1
0-Four[/ ° C] with oiliness improver and acid as trace components
Contains antioxidants. Therefore, this grease is released
Heat resistance, insulation property, thermal oxidation stability, shear resistance, chemical resistance, resistance
It shows an excellent effect on water and the like. Electricity after mounting
There was no poor connection. The sample was subjected to a high temperature and high humidity test (60
° C, 90% R.C. H. , 1000 hours)
Of the contact resistance is within ± 10% and extremely stable
Connection was obtained. In addition, thermal shock test (-40 ° C /
(100 ° C, 30 minutes / 30 minutes), the contact resistance
The fluctuation of the resistance is within ± 15%, and extremely stable connection is obtained.
It has been confirmed that there is no problem in reliability. Guri
Has a low freezing point, high boiling point and excellent thixotropic
-It has the property of melting and flowing out,
It did not change. FIG. 10 shows a fourth embodiment according to the second aspect of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to an example. This implementation
The example concerns the mounting of a semiconductor chip that drives a liquid crystal panel
Things. In FIG. 10, the semiconductor chip 41 and the glass
The wiring 44 on the substrate 43 is connected via the bump 42.
ing. In this case, the bus formed on the semiconductor chip 41
Electrical connection between the pump 42 and the wiring 44 without forming an alloy
Have been. The mechanical connection between the projection 46 and the pad 47 is fixed.
It is performed by phase diffusion bonding. In this embodiment, a gold bump is used as the bump 42.
And ITO as the wiring 44. Also, the protrusion 46
, And aluminum as the pad 47.
First, the pad 47 and the projection 4 on the glass substrate 43 are mounted.
6, and heat the semiconductor chip side to 370 ° C
And heat the glass substrate side to 80 ° C,
Press for 1.5 seconds while applying a load of 25 g per
And by Finally, dispensing the sealing grease 45
Supplied from the sensor to the lower part of the semiconductor device (bump junction)
Was sealed with grease. The grease used in this embodiment was paraffin.
Petroleum grease containing oil as its main component, having a freezing point of-
75 ° C, boiling point 250 ° C, thermal conductivity 1.5 [W / mK],
Electric conductivity 1 × 10-16 [Ωcm], coefficient of thermal expansion 4.2
× 10-Four[/ ° C], improves oiliness as a trace component
Agents and antioxidants. Therefore, this grease
Is heat dissipation, insulation, thermal oxidation stability, shear resistance, chemical resistance
It exhibits excellent effects on properties, water resistance and the like. After sealing
There was no electrical connection failure. The sample was subjected to a high temperature and high humidity test (60
° C, 90% R.C. H. , 1000 hours)
Of course, the fluctuation of contact resistance is within ± 20% and extremely stable
Connection was obtained. In addition, thermal shock test (-40 ° C /
(100 ° C, 30 minutes / 30 minutes), the contact resistance
The fluctuation of the resistance is within ± 20%, and extremely stable connection is obtained.
It has been confirmed that there is no problem in reliability. Guri
Has a low freezing point, high boiling point and excellent thixotropic
-It has the property of melting and flowing out,
It did not change. Comparative Example 1 This comparative example shows the mounting of a semiconductor chip that drives a liquid crystal panel.
(Not shown). Semiconductor chips and glass
Wiring on the substrate is connected via bumps. semiconductor
The bumps and wiring formed on the chip are connected by thermal pressure welding.
Solid phase diffusion bonding. In this comparative example, as a bump
Gold bumps were used and aluminum was used for the wiring. Implementation
Heats the semiconductor chip side to 370 ° C and
The glass substrate side is heated to 80 ° C.
Performed by pressing for 1.5 seconds while applying a load
Was. At this time, a material is placed between the semiconductor element and the glass substrate.
Was not sealed. The sample was subjected to a high temperature and high humidity test (60
C., 90% RH, 1000 hours).
Connection resistance increased about 10 times. Comparative Example 2 This comparative example shows the mounting of a semiconductor chip that drives a liquid crystal panel.
(Not shown). Semiconductor chips and glass
Wiring on the substrate is connected via bumps. semiconductor
The bumps and wiring formed on the chip are connected by thermal pressure welding.
Solid phase diffusion bonding. In this comparative example, as a bump
Gold bumps were used and aluminum was used for the wiring. Implementation
Heats the semiconductor chip side to 370 ° C and
The glass substrate side is heated to 80 ° C.
Performed by pressing for 1.5 seconds while applying a load
Was. Next, the heat for the sealing resin is supplied from the dispenser.
Supplying curable epoxy resin and potty on glass substrate
To impregnate between the semiconductor element and the glass substrate. That
As a result, there was no electrical connection failure of the sealing resin. The sample was subjected to a high temperature and high humidity test (60
° C, 90% R.C. H. , 1000 hours)
Of course, the fluctuation of contact resistance is within ± 20% and extremely stable
It turned out that a good connection was obtained. But thermal shock
Test (-40 ℃ / 100 ℃, 30min / 30min)
As a result, the contact resistance increased about 10 times. This is
Pumps, semiconductor devices, glass substrates and thermosetting epoxy resin
Changes due to differences in thermal expansion coefficient with
It was found to be due to racking. Next, a third embodiment of the present invention will be described.
You. FIG. 11 shows a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a perspective view showing the body device, and FIG. 12 is a sectional view thereof. FIG.
1 and FIG. 12, the second substrate 52 is disposed on the second substrate 52.
On the first substrate 51, semiconductor chips 53a, 53b
Are provided via the bump electrodes 54a and 54b.
You. A first external connection terminal 55 is provided on the first substrate 51.
A second external connection terminal 56 is provided on the second substrate 52.
Have been killed. In the figures, reference numerals 61a and 61b are half
Virtual center lines of the conductor chips 53a and 53b, 62a and 62
b is a virtual center line of the first substrate 51, and 63a and 63b are
The virtual center lines of the two substrates 52 are shown. Here, the virtual center line is defined as shown in FIG.
In this way, each side of the rectangular chip or rectangular substrate is bisected,
A pair of straight lines that go straight. Or a rectangular tip or
Denotes a pair of diagonal lines of the rectangular substrate. In addition, these pair
The straight line in each case is inside the rectangular chip or rectangular substrate.
You will pass through your heart. As shown in FIG. 11 and FIG.
The virtual center line 61a of the tops 53a and 53b is
The virtual center line 62a of 51 and the virtual center of the second substrate 52
It does not overlap with any of the lines 63a. In addition, the first group
The virtual center line 62a of the plate 51 is the virtual center line of the second substrate.
63a does not overlap. Also, the semiconductor chips 53a,
Virtual center line 61b of 53b, virtual center of first substrate 51
About the line 62b and the virtual center line 63b of the second substrate 52.
But they do not overlap as well. The semiconductor device shown in FIG. 11 and FIG.
When the cycle is added, the semiconductor device is as shown in FIG.
The first substrate 51 is deformed as follows.
The virtual center line 62a and the virtual center line 63 of the second substrate 52
semiconductor chips 53a and 53b deviated from a are mounted
The part that is being done is less. FIG. 14 shows the semiconductor shown in FIG. 11 and FIG.
First substrate 5 when temperature cycle is applied to the device
The relationship between the distance from the first virtual center line 62a and the deformation amount of the substrate.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship. From FIG. 14, the first substrate 51
The deformation amount is large near the virtual center line 62a, and ΔT is 20
At 0 ° C, the maximum shear strength of the bump electrode must be exceeded.
You can see that it goes. Next, referring to FIGS. 15 and 16, FIG.
The manufacturing process of the semiconductor device shown in FIGS.
You. First, as shown in FIG.
A bonding pad 71 is formed on the
A passivation film 72 is formed except for the portion of the pad 71.
A semiconductor chip wafer 53 is prepared. Next
Then, on this wafer 53, as shown in FIG.
To deposit a Cu / Ti laminated film 73 on the entire surface
Is formed. Next, as shown in FIG.
Resist (trade name AZ4903: Hoechst Japan)
Spin coat) to form a 50 μm thick resist film.
Formed, has an opening of 100 μm square by exposure and development
20 μm smaller on one side than the bonding pad
A resist pattern 74 having an opening having a size of 0 μm is formed.
Form. Thus, the portion corresponding to the bonding pad
Opening smaller in size than the bonding pad 71
Wafer on which a resist pattern 74 having
51 is made of copper sulfate 250 g / l and sulfuric acid (specific gravity 1.84) 5
Immersion in a solution consisting of 0 g / l,
The i / Cu film 73 is used as a cathode, the high-purity copper plate is used as an anode,
Flow density 5A / dmTwo And gently stir copper for 30 minutes.
Plating to a thickness of μm to form a copper plating layer. Next, the plating bath was changed to a total tin of 40 g / l,
35 g / l tin, 44 g / l lead, 40 g free boric acid /
l, boric acid 25 g / l, glue 3.0 g / l
The Ti / Cu film 73 is replaced with a cathode as in the previous case.
And a current density of 3.2 A using 40% tin as an anode.
/ DmTwo At a bath temperature of 25 ° C. with gentle stirring
/ Sn = 40/60 alloy is continuously plated to a thickness of 20μm
Then, a Pb / Sn alloy plating layer is formed. Thereafter, as shown in FIG.
54 made of a Pb / Sn alloy plating layer
From the wafer 53 formed only on the padding pad 71,
The resist pattern 74 is removed with acetone. Next, as shown in FIG.
/ Sn alloy plating layer as a mask,
With a mixed solution consisting of monium / sulfuric acid / ethanol,
The Cu layer of the Ti / Cu film 73 was removed by etching.
After that, it is further composed of EDTA, ammonia, and hydrogen peroxide
The Ti layer is removed by etching with a solution, and OFPR-8 is further removed.
00 is removed with acetone. Next, as shown in FIG.
Between the semiconductor chip 53 on which the semiconductor substrate 4 is formed and the FR-4 substrate.
The connection method is described below with reference to FIGS.
I will explain. First, as shown in FIG.
Steps 53a and 53b face down with respect to substrate 51
Of the semiconductor chips 53a, 53b.
The electrodes 54a and 54b and the electrodes of the substrate 51 are connected by a known technique.
Alignment using a half mirror
And bump electrodes 54a, 54b of body chips 53a, 53b.
The electrode made of Cu wiring on the FR-4 substrate 51 is brought into contact with the electrode.
You. At this time, the semiconductor chips 53a and 53b are
Held by a collet having a
Has also been heated to 280 ° C. Bump electrodes of semiconductor chips 53a and 53b
A holder for holding the chip in a state where the chip is in contact with 54a, 54b.
At the same temperature as the stage on which the substrate 51 is mounted.
Heat to 0 ° C. in a nitrogen atmosphere to form bumps 54a and 54b.
By melting the solder that has been formed, the semiconductor chip
The steps 53a and 53b are electrically connected to the substrate 51. At this time, the semiconductor chips 53a, 53b
The virtual center line does not overlap with the virtual center line of the substrate 51.
Relationship is maintained. Next, the semiconductor chips 53a, 5
3b to cover the semiconductor chips 53a, 53
The gap between 3b and substrate 51 is filled. Further, the semiconductor chip shown in FIG.
The substrate assembled with the above is mounted on an ILB
Using a method similar to that of TAB using
To make electrical connection. The first substrate and the second substrate
It is fixed by die bond connection. At this time, the first group
The virtual center line of the plate and the virtual center line of the second substrate are
The structure is not arranged on the line. Therefore, heat
It is possible to reduce the effect of stress due to strain on the chip.
It is possible to realize semiconductor devices with high heat resistance
Become. Semiconductor device having the above-described bump structure
Was evaluated according to the following procedure. That is, thermal expansion
Expansion coefficient is 14-17 × 10-6/ ℃ and 3.5 × of silicon
10-6/ ° C different by about one digit on a FR-4 substrate
Flip chip mounted with the connection structure shown in FIG.
30 minutes at -55 ° C, 5 minutes at 25 ° C, 1
Temperature cycle test at 50 ° C for 30 minutes and 25 ° C for 5 minutes
000 cycles, connection resistance increased
Was not. In addition, the semiconductor device was used for high-temperature and high-humidity storage tests.
As a result, no failure was observed up to 3000H.
Furthermore, when resin is injected between the semiconductor chip and the substrate,
No failure was observed up to 5000H. Therefore, from the above results, the half of the present invention
The conductor device has a structure that does not directly receive strain due to stress.
Therefore, it can be seen that the device has sufficient reliability. In addition,
The third aspect of the present invention is not limited to the above embodiment.
It is possible to make various changes without departing from the gist.
You. For example, an alloy having a different melting point to be formed is C
u, Pb / Sn, but not limited to In, S
b and the like may be added, and these are the main components.
It may be an alloy, and its height is limited
is not. Further, at the time of electroplating shown in the examples,
In addition, the barrier metal used as the cathode depends on its size, thickness and composition.
The same applies to resists.
It is not limited to this. The same applies to the method of forming the bumps.
Other methods may be used, and the metal to be formed is not limited.
No. Further, in the above embodiment, the semiconductor element is an FR-4 substrate.
The case of mounting on the board is described,
May be the case. Further on the second substrate of the first substrate
The mounting method for SM uses gull wings at both ends.
Although T has been described, the connection method is not particularly limited. [0093] As described above, the first aspect of the present invention is as follows.
According to the method, the semiconductor chip and the wiring board are sealed with resin.
In the case of sheet-shaped solid thermosetting resin or thermoplastic
Because resin is sandwiched during assembly,
Make sure that the resin penetrates sufficiently between the semiconductor chip and the wiring board.
Can be. Also, the curing temperature of the sheet-like thermosetting resin
Temperature, or thermal deformation temperature of thermoplastic resin, as bump
Keep it at or above the melting point of the metal used
Mechanical problems that occur when connecting the semiconductor chip to the wiring board
The distortion is reduced. In addition, adjust the size of the sheet
The resin around the semiconductor chip
There is no danger of protruding. In this way, resin sealing is simple
Possible to obtain more reliable semiconductor devices
It is. According to a second aspect of the present invention,
The semiconductor device is sealed with a
Suppresses deterioration of the coating interface and improves corrosion resistance and moisture resistance
The grease and the softness of the grease
Due to the sootropic property), bumps (bumps) such as solder
Pump), the difference in the coefficient of thermal expansion between semiconductor devices and wiring boards
It is possible to suppress the deterioration due to. As a result, trust
It is possible to obtain a semiconductor device with significantly improved reliability.
You. Further, according to a third aspect of the present invention, a semiconductor device is provided.
The virtual center line of the body element is temporarily
Is formed so that it does not overlap the center line of the
The coefficient of expansion and the coefficient of thermal expansion of the semiconductor chip are significantly different,
Large mechanical displacement of substrate due to temperature change of semiconductor device
Even in critical situations, the area where the semiconductor chip is mounted
It is possible to reduce the amount of deformation. That is, temperature
When the cycle is applied to the semiconductor device, the most stress concentration
To avoid areas where the substrate deformation is large
The stress at the bump connection portion of the body chip can be reduced.
Therefore, substrates with significantly different coefficients of thermal expansion from semiconductor elements
However, reliable flip-chip mounting is possible.
You.

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の第1の態様に係る実施例の半導体装
置の製造工程を示す断面図。 【図2】 本発明の第1の態様に係る実施例の半導体装
置の製造工程を示す断面図。 【図3】 本発明の第1の態様に係る実施例の半導体装
置の製造工程を示す断面図。 【図4】 本発明の第1の態様に係る実施例の半導体装
置の製造工程を示す断面図。 【図5】 本発明の第1の態様に係る他の実施例の半導
体装置を示す断面図。 【図6】 本発明の第1の態様に係る他の実施例の半導
体装置を示す断面図。 【図7】 本発明の第2の態様に係る第1の実施例の半
導体装置を示す断面図。 【図8】 本発明の第2の態様に係る第2の実施例の半
導体装置を示す断面図。 【図9】 本発明の第2の態様に係る第3の実施例の半
導体装置を示す断面図。 【図10】 本発明の第2の態様に係る第4の実施例の
半導体装置を示す断面図。 【図11】 本発明の第3の態様に係る実施例の半導体
装置を示す斜視図。 【図12】 本発明の第3の態様に係る実施例の半導体
装置を示す断面図。 【図13】 半導体装置に温度サイクルが加えられた場
合の基板の変形を示す断面図。 【図14】 半導体装置に温度サイクルが加えられた場
合の基板の変形量と基板の仮想中心線からの距離との関
係を示す特性図。 【図15】 本発明の第3の態様に係る実施例の半導体
装置の製造工程を示す断面図。 【図16】 本発明の第3の態様に係る実施例の半導体
装置の製造工程を示す断面図。 【図17】 従来の樹脂封止の半導体装置を示す断面
図。 【図18】 従来のマッシュル−ム型バンプを有する半
導体チップを示す断面図。 【図19】 従来のストレ−トウォ−ル型バンプを有す
る半導体チップを示す断面図。 【図20】 従来の半導体装置における半導体チップと
配線基板の接続構造を示す断面図。 【符号の説明】 1,11,21,31,41,53a,53b…半導体
チップ 2,12,22,32,42,54a,54b…バンプ 3,14,24,34,44,71…接続パッド 4,13,23,33,43,51,52…基板 5…樹脂シ−ト 15,25,35,45…グリース 60…封止樹脂 61a,61b…半導体チップの仮想中心線 62a,62b…第1の基板の仮想中心線 63a,63b…第2の基板のの仮想中心線
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention; FIG. 3 is a sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention; FIG. 4 is a cross-sectional view showing a step of manufacturing the semiconductor device of the example according to the first aspect of the present invention. FIG. 5 is a sectional view showing a semiconductor device of another example according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a sectional view showing a semiconductor device of another example according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7 is a sectional view showing a semiconductor device of a first example according to a second aspect of the present invention. FIG. 8 is a sectional view showing a semiconductor device of a second example according to the second aspect of the present invention. FIG. 9 is a sectional view showing a semiconductor device of a third example according to the second aspect of the present invention. FIG. 10 is a sectional view showing a semiconductor device of a fourth embodiment according to the second aspect of the present invention. FIG. 11 is a perspective view showing a semiconductor device of an example according to a third aspect of the present invention. FIG. 12 is a sectional view showing a semiconductor device of an example according to a third aspect of the present invention. FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating deformation of a substrate when a temperature cycle is applied to a semiconductor device. FIG. 14 is a characteristic diagram showing a relationship between a deformation amount of a substrate and a distance from a virtual center line of the substrate when a temperature cycle is applied to the semiconductor device. FIG. 15 is a sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the example of the third aspect of the present invention. FIG. 16 is a sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to the example of the third aspect of the present invention. FIG. 17 is a cross-sectional view showing a conventional resin-sealed semiconductor device. FIG. 18 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor chip having mashroom bumps. FIG. 19 is a cross-sectional view showing a conventional semiconductor chip having straight wall type bumps. FIG. 20 is a cross-sectional view showing a connection structure between a semiconductor chip and a wiring board in a conventional semiconductor device. [Description of Signs] 1,11,21,31,41,53a, 53b ... semiconductor chips 2,12,22,32,42,54a, 54b ... bumps 3,14,24,34,44,71 ... connection pads 4, 13, 23, 33, 43, 51, 52 ... substrate 5 ... resin sheet 15, 25, 35, 45 ... grease 60 ... sealing resin 61a, 61b ... semiconductor chip virtual center lines 62a, 62b ... Virtual center lines 63a, 63b of the first substrate ... virtual center lines of the second substrate

フロントページの続き (72)発明者 森 三樹 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者 本宮 明典 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 山田 浩 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株式会社東芝生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 平3−222339(JP,A) 特開 昭62−281361(JP,A) 特開 平2−96343(JP,A) 特開 平4−22144(JP,A) 特開 平5−315396(JP,A) 特開 平6−168981(JP,A) 特開 平6−232208(JP,A) 特開 昭64−10637(JP,A) 特開 平5−182971(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60 Continued on the front page (72) Inventor Miki Mori 33 Shinisogo-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Institute of Industrial Science (72) Inventor Akinori Motomiya Komukai Toshiba-cho, Kouki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa 1st Co., Ltd. In the Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Hiroshi Yamada 33 in Shinisogo-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture In-house Toshiba Institute of Industrial Technology (56) References JP-A-3-222339 (JP, A) JP-A-62 JP-A-281361 (JP, A) JP-A-2-96343 (JP, A) JP-A-4-22144 (JP, A) JP-A-5-315396 (JP, A) JP-A-6-168981 (JP, A) JP-A-6-232208 (JP, A) JP-A-64-10637 (JP, A) JP-A-5-182971 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/60

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 接続パッドを有する配線基板と、この配
線基板の接続パッド上に金属バンプを介して接続された
半導体チップとを具備し、前記配線基板と半導体チップ
との間は、グリースにより封止されていることを特徴と
する半導体装置。
(57) Claims 1. A wiring board having a connection pad, and a semiconductor chip connected to the connection pad of the wiring board via a metal bump, wherein the wiring board and the semiconductor A semiconductor device characterized by being sealed with grease between a chip and the chip.
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