JP3547270B2 - Mounting structure and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路チップ等の半導体装置が回路基板上にフリップチップ実装されている実装構造体、およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、回路基板の入出力端子電極に半導体装置を実装する際には、半田付けを用いたワイヤボンディング方法がよく利用されてきた。しかし、近年、半導体装置のパッケージの小型化と接続端子数の増加により接続端子の間隔が狭くなり、従来の半田付け技術で対処することが次第に困難になってきた。
【0003】
そこで、最近では集積回路チップ等の半導体装置を回路基板の入出力端子電極上に直接実装することにより、実装面積を小型化して効率的使用を図る技術が提案されている。
【0004】
なかでも、半導体装置を回路基板にフェイスダウン状態でフリップチップ実装する技術は、半導体装置と回路基板との電気的接続が一括してできること、および接続後の機械的強度が強いこと等の利点があるため、有用な技術であるといえる。
【0005】
例えば、工業調査会、1980年1月15日発行、日本マイクロエレクトロニクス協会編、「IC化実装技術」には、半田メッキ法を用いた実装技術が記載されている。以下、この実装技術を図面に基づいて説明する。
【0006】
図5は、半導体装置を構成するIC基板1の電極パッド3上に、半田から成る電気的接続接点(以下「半田バンプ」という)11を形成させた状態の一部拡大断面図を示している。この半導体装置は、まずIC基板1の電極パッド3上に蒸着法によって密着金属膜13および拡散防止金属膜12が形成され、さらにその上にメッキ法によって半田バンプ11が形成されている。
【0007】
次に、図5のように構成された半導体装置を、フェイスダウン状態で回路基板に実装する。この実装した状態の一部拡大断面図を示しているのが図6である。実装の際には、回路基板5に形成されている入出力端子電極8上に半田バンプ11が当接するように位置合わせが行われ、回路基板5上に半導体装置が載置される(以下、回路基板5上に半導体装置が実装されたものを「実装構造体」という)。その後、この実装構造体を高温に加熱することにより、半田バンプ11が回路基板5の入出力端子電極8に融着する。
【0008】
また、最近では、導電性接着剤を用いて実装構造体を構成する技術も提案されている。図7は、導電性接着剤を用いて構成されている実装構造体の概略断面図を示したものである。この実装構造体は、図7に示すように、IC基板1の電極パッド3上に、ワイヤボンディング法またはメッキ法等により電気的接続接点(以下「Auバンプ」という)14が形成され、導電性接着剤(接合層)7を介して、Auバンプ14と回路基板5の入出力端子電極8とが接続されている。このような実装構造体においては、IC基板1のAuバンプ14に導電性接着剤7を転写してから、回路基板5の入出力端子電極8にAuバンプ14が当接するように位置合わせを行い、その後導電性接着剤7を硬化させて電気的接続を得ている。
【0009】
以上の各技術を用いて構成されている実装構造体においては、図6および図7に示すように、半導体装置と回路基板5との接続部の補強を行うために、半導体装置と回路基板5との間に封止樹脂を封入して封止樹脂層6を形成させる技術も提案されている。そして、この封止樹脂層6が硬化することにより、半導体装置と回路基板5との接続部が補強される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術に係る実装構造体においては、封止樹脂層の硬化の際に起こる樹脂の硬化収縮とIC基板の熱膨張との差により、歪みが発生するおそれがある。歪みが発生すると、例えばIC基板側に凸状に膨らみが発生し、実装構造体の各部に歪みが生じてしまう。このような実装構造体の各部の歪みは、IC基板、バンプ電極および回路基板のそれぞれの接続部において、断線または接触不良等を引き起こす原因となる。
【0011】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、半導体装置と回路基板との接続部の安定性および信頼性の高い実装構造体を提供するとともに、この実装構造体の製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の実装構造体は、半導体装置と回路基板とがフリップチップ方式を用いて電気的に接続されている実装構造体において、前記半導体装置と前記回路基板との間に封止樹脂層が形成され、前記半導体装置の前記回路基板との接続面の裏面に熱伝導性を有するフィラを含有している樹脂層が形成されていることを特徴とする。
【0013】
本発明の構成によれば、前記封止樹脂の硬化時に発生する硬化収縮と前記半導体装置を構成するIC基板の熱膨張との差による歪みを、前記樹脂層を設けることにより緩和することができるため、前記半導体装置と前記回路基板との接続部の安定性および信頼性の高い実装構造体を得ることができる。
【0014】
また、前記樹脂層が、熱硬化性樹脂を用いて構成されていることが好ましい。さらに、前記樹脂層に貫通孔が形成されていることも好ましい。
【0015】
このような構成にすれば、前記実装構造体を構成する半導体装置等に発生する熱を効率よく発散させることができ、前記封止樹脂の硬化収縮と前記半導体装置を構成するIC基板の熱膨張との差を緩和することが可能となる。したがって、実装構造体の各部の歪みを効果的に防止し、安定性および信頼性の高い接続部を有する実装構造体を得ることができる。
【0016】
さらに、本発明は、半導体装置と回路基板とをフリップチップ方式を用いて電気的に接続する実装構造体の製造方法において、前記半導体装置と前記回路基板との間に樹脂を封入して未硬化の封止樹脂層を形成し、前記半導体装置の前記回路基板との接続面の裏面に未硬化の樹脂層を形成した後、前記封止樹脂層と前記樹脂層とをほぼ同時に硬化させることを特徴とする。
【0017】
また、前記製造方法においては、熱伝導性を有するフィラを含有している樹脂層を用いて、前記半導体装置の前記回路基板との接続面の裏面に未硬化の樹脂層を形成することが好ましく、前記未硬化の樹脂層に貫通孔を形成する工程を含むことも好ましい。さらに、シート状に形成された未硬化の樹脂層を用いて、前記半導体装置の前記回路基板との接続面の裏面に未硬化の樹脂層を形成することも好ましい。
【0018】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態に係る実装構造体を図面に基づいて説明する。
(第一の実施形態)
図1は、本発明の第一の実施形態に係る実装構造体の断面図を示している。この図1に示すように、本実施形態に係る実装構造体を構成する半導体装置は、IC基板1の電極パッド3上に電気的接続点(以下「バンプ電極」という)2が形成され、IC基板1の電極パッド3を有する面の裏面に、スクリーン印刷法を用いて熱硬化性の樹脂層4が約30μmの厚さで形成されている。
【0019】
半導体装置を回路基板5に実装する際には、バンプ電極2に半田または導電性接着剤等から成る接合層7を転写法または印刷法等によって形成し、バンプ電極2と回路基板5の入出力端子電極8とが当接するように位置合わせを行い、回路基板5上に半導体装置をフェイスダウン状態で積載する。そして、半導体装置と回路基板5との間に封止樹脂を封入して封止樹脂層6を形成させ、この封止樹脂層6とIC基板1に形成された樹脂層4とをほぼ同時に硬化させる。このようにして、実装構造体が造られる。
【0020】
本実施形態においては、以上のように、樹脂層4と封止樹脂層6とがIC基板1を挟み込む構成とし、さらにこれらの各樹脂層4,6とをほぼ同時に硬化させるようにしたので、従来封止樹脂層6の硬化時に起こる樹脂の硬化収縮とIC基板1の熱膨張との差に起因して発生していた歪みを効果的に防止することができる。したがって、実装構造体の各部の歪みも緩和されるため、半導体装置と回路基板1との接続部は補強され、安定性および信頼性の高い接続部を有する実装構造体を得ることができる。
【0021】
また、本実施形態においては、樹脂層4の形成方法としてスクリーン印刷法を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば転写法等の他の方法を用いてもよい。さらに、樹脂層4の厚みについても、特に限定する必要はなく、樹脂の硬化速度および実装構造体の歪み具合等を考慮して適宜決定すればよい。また、樹脂層4を形成させる時期は、封止樹脂層6の硬化前であればよく、特に限定する必要はない。
【0022】
(第二の実施形態)
図2は、本発明の第二の実施形態に係る実装構造体の断面図を示している。この第二の実施形態においては、IC基板1の電極パッド3を有する面の裏面に、熱伝導性を有するフィラ9を含む樹脂層24が形成されている。その他の構成については、基本的に第一の実施形態と同様である。
【0023】
本実施形態においては、以上のような構成としたので、半導体装置に発生する熱が樹脂層24中のフィラ9を介して効率よく発散する。また、封止樹脂層6の硬化時に起こる樹脂の硬化収縮とIC基板1の熱膨張との差を効果的に緩和することが可能となり、実装構造体の各部の歪みを防止することができるため、安定性および信頼性の高い接続部を有する実装構造体を得ることができる。
【0024】
(第三の実施形態)
図3は、本発明の第三の実施形態に係る実装構造体の断面図を示している。この第三の実施形態においては、IC基板1の電極パッド3を有する面の裏面に、貫通孔10を有する樹脂層34が形成されている。その他の構成については、基本的に第一の実施形態と同様である。
【0025】
IC基板1の電極パッド3を有する面の裏面に、貫通孔10を有する樹脂層34を形成する方法としては、未硬化の樹脂をシート状にして、そのシートに貫通孔10を設けた後に半導体装置のサイズに切断して(または、半導体装置のサイズに切断した後に貫通孔10を設けて)、シートを半導体装置に積載する方法がある。または、IC基板1の電極パッド3を有する面の裏面に、貫通孔10の部分を空けた状態にして樹脂を塗布する方法もある。
【0026】
本実施形態においては、以上のような構成としたので、半導体装置に発生する熱がこもらずに、貫通孔10を介して効率よく発散する。また、封止樹脂層6の硬化時に起こる樹脂の硬化収縮とIC基板1の熱膨張との差を効果的に緩和することが可能となり、実装構造体の各部の歪みを防止することができるため、安定性および信頼性の高い接続部を有する実装構造体を得ることができる。
【0027】
さらに、前記未硬化樹脂層形成方法を用いることにより、半導体装置の実装構造体を安定的に製造することができる。
(第四の実施形態)
図4は、本発明の第四の実施形態に係る実装構造体の断面図を示している。この第四の実施形態においては、IC基板1の電極パッド3を有する面の裏面に、樹脂層44が形成されている。この樹脂層44は、熱伝導性を有するフィラ9を含有しており、さらに図4に示すように貫通孔10を備えている。貫通孔10を有する樹脂層44の形成方法は、第三の実施形態と同様である。また、その他の構成については、基本的に第一の実施形態と同様である。
【0028】
本実施形態においては、以上のように、熱伝導性を有するフィラ9を含む樹脂層44に貫通孔10を設けた構成としたので、半導体装置に発生する熱がフィラ9および貫通孔10を介して効率よく発散する。また、封止樹脂層6の硬化時に起こる樹脂の硬化収縮とIC基板1の熱膨張との差を効果的に緩和することが可能となり、実装構造体の各部の歪みを防止することができるため、安定性および信頼性の高い接続部を有する実装構造体を得ることができる。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体装置と回路基板との接続部の安定性および信頼性の高い実装構造体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形態に係る実装構造体の概略断面図
【図2】本発明の第二の実施形態に係る実装構造体の概略断面図
【図3】本発明の第三の実施形態に係る実装構造体の概略断面図
【図4】本発明の第四の実施形態に係る実装構造体の概略断面図
【図5】従来技術に係る実装構造体を構成する半導体装置の一部拡大断面図
【図6】従来技術に係る実装構造体の一部拡大断面図
【図7】従来技術に係る他の実装構造体の概略断面図
【符号の説明】
1 IC基板
2 電気的接続点(バンプ電極)
3 電極パッド
4,24,34,44 樹脂層
5 回路基板
6 封止樹脂層
7 導電性接着剤(接合層)
8 入出力端子電極
9 フィラ
10 貫通孔
11 半田バンプ
12 拡散防止金属膜
13 密着金属膜
14 電気的接続点(Auバンプ)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mounting structure in which a semiconductor device such as an integrated circuit chip is flip-chip mounted on a circuit board, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when a semiconductor device is mounted on input / output terminal electrodes of a circuit board, a wire bonding method using soldering has been often used. However, in recent years, the size of the semiconductor device package and the increase in the number of connection terminals have reduced the distance between the connection terminals, and it has become increasingly difficult to deal with the conventional soldering technology.
[0003]
Therefore, recently, a technique has been proposed in which a semiconductor device such as an integrated circuit chip is directly mounted on input / output terminal electrodes of a circuit board to reduce the mounting area and achieve efficient use.
[0004]
Among them, the technology of flip-chip mounting a semiconductor device on a circuit board in a face-down state has the advantages that the electrical connection between the semiconductor device and the circuit board can be made collectively and that the mechanical strength after connection is strong. This is a useful technique.
[0005]
For example, a mounting technology using a solder plating method is described in "Industrial Research Council", published on January 15, 1980, edited by the Japan Microelectronics Association, "IC mounting technology". Hereinafter, this mounting technique will be described with reference to the drawings.
[0006]
FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view showing a state in which an electrical connection contact (hereinafter, referred to as “solder bump”) 11 made of solder is formed on an
[0007]
Next, the semiconductor device configured as shown in FIG. 5 is mounted on a circuit board in a face-down state. FIG. 6 shows a partially enlarged sectional view of the mounted state. At the time of mounting, positioning is performed so that the
[0008]
Recently, a technique for forming a mounting structure using a conductive adhesive has also been proposed. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a mounting structure constituted by using a conductive adhesive. In this mounting structure, as shown in FIG. 7, electrical connection contacts (hereinafter referred to as “Au bumps”) 14 are formed on the
[0009]
As shown in FIGS. 6 and 7, in the mounting structure configured using each of the above techniques, the semiconductor device and the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the mounting structure according to the above-described conventional technique, distortion may occur due to a difference between the curing shrinkage of the resin and the thermal expansion of the IC substrate that occur when the sealing resin layer is cured. When distortion occurs, for example, a convex bulge occurs on the IC substrate side, and distortion occurs in each part of the mounting structure. Such distortion of each part of the mounting structure causes disconnection or poor contact at each connection part of the IC substrate, the bump electrode, and the circuit board.
[0011]
The present invention has been made in order to solve such a problem, and provides a mounting structure having high stability and reliability of a connection portion between a semiconductor device and a circuit board, and a method of manufacturing the mounting structure. The purpose is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a mounting structure of the present invention is a mounting structure in which a semiconductor device and a circuit board are electrically connected using a flip-chip method. A sealing resin layer, and a resin layer containing a filler having thermal conductivity is formed on the back surface of the connection surface of the semiconductor device with the circuit board.
[0013]
According to the configuration of the present invention, the distortion caused by the difference between the curing shrinkage that occurs when the sealing resin is cured and the thermal expansion of the IC substrate that constitutes the semiconductor device can be reduced by providing the resin layer. Therefore, it is possible to obtain a mounting structure with high stability and reliability of the connection between the semiconductor device and the circuit board.
[0014]
Further, the resin layer, it is good preferable configured with a thermosetting resin. Further, it is preferable that a through hole is formed in the resin layer.
[0015]
With such a configuration, heat generated in the semiconductor device and the like forming the mounting structure can be efficiently dissipated, and the curing shrinkage of the sealing resin and the thermal expansion of the IC substrate forming the semiconductor device can be achieved. Can be reduced. Therefore, distortion of each part of the mounting structure can be effectively prevented, and a mounting structure having a stable and highly reliable connection portion can be obtained.
[0016]
Further, the present invention provides a method of manufacturing a mounting structure for electrically connecting a semiconductor device and a circuit board by using a flip-chip method, wherein a resin is sealed between the semiconductor device and the circuit board and uncured. Forming an uncured resin layer on the back surface of the connection surface of the semiconductor device with the circuit board, and then curing the sealing resin layer and the resin layer almost simultaneously. Features.
[0017]
Further, in the manufacturing method, it is preferable that an uncured resin layer is formed on a back surface of a connection surface of the semiconductor device with the circuit board using a resin layer containing a filler having thermal conductivity. Preferably, the method further includes a step of forming a through hole in the uncured resin layer. Further, it is preferable that an uncured resin layer is formed on the back surface of the connection surface of the semiconductor device with the circuit board using the uncured resin layer formed in a sheet shape.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a mounting structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view of a mounting structure according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in a semiconductor device constituting a mounting structure according to the present embodiment, an electrical connection point (hereinafter, referred to as “bump electrode”) 2 is formed on an
[0019]
When the semiconductor device is mounted on the
[0020]
In the present embodiment, as described above, the resin layer 4 and the sealing
[0021]
Further, in the present embodiment, the case where the screen printing method is used as the method of forming the resin layer 4 has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, using another method such as a transfer method. Is also good. Furthermore, the thickness of the resin layer 4 does not need to be particularly limited, and may be appropriately determined in consideration of the curing speed of the resin, the degree of distortion of the mounting structure, and the like. The timing of forming the resin layer 4 may be any time before the sealing
[0022]
(Second embodiment)
FIG. 2 is a sectional view of a mounting structure according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, a
[0023]
In the present embodiment, with the above configuration, heat generated in the semiconductor device is efficiently radiated through the
[0024]
(Third embodiment)
FIG. 3 is a sectional view of a mounting structure according to a third embodiment of the present invention. In the third embodiment, a
[0025]
As a method of forming the
[0026]
In the present embodiment, since the configuration is as described above, heat generated in the semiconductor device does not remain and is efficiently radiated through the through
[0027]
Further, by using the method for forming an uncured resin layer, a mounting structure of a semiconductor device can be stably manufactured.
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a sectional view of a mounting structure according to a fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, a
[0028]
In the present embodiment, as described above, the through
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a mounting structure with high stability and reliability of the connection between the semiconductor device and the circuit board.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a mounting structure according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a mounting structure according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a mounting structure according to a third embodiment; FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a mounting structure according to a fourth embodiment of the present invention; FIG. FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view of a mounting structure according to the prior art. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of another mounting structure according to the prior art.
1
3
8 I /
Claims (7)
前記半導体装置と前記回路基板との間に封止樹脂層が形成され、
前記半導体装置の前記回路基板との接続面の裏面に熱伝導性を有するフィラを含有している樹脂層が形成されていることを特徴とする実装構造体。In a mounting structure in which the semiconductor device and the circuit board are electrically connected using a flip-chip method,
A sealing resin layer is formed between the semiconductor device and the circuit board,
A mounting structure, wherein a resin layer containing a filler having thermal conductivity is formed on a back surface of a connection surface of the semiconductor device with the circuit board.
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