JP3741553B2 - Semiconductor device connection structure and connection method, and semiconductor device package using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の接続構造および接続方法ならびにそれを用いた半導体装置パッケージに関するものであり、半導体装置等の電子部品を回路基板上に実装する接続構造およびそれを用いた半導体装置パッケージならびにその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体装置を回路基板上にベアチップの状態で直接実装するフリップチップ接続は、半導体装置の電極に形成された突起電極と対応する回路基板の電極とを位置合せし、加圧、加熱により電気的な接続を行ない、その後、半導体装置と回路基板との隙間に熱硬化性の液体樹脂等を注入し、樹脂硬化を行なうことで封止し、半導体装置と回路基板との電気的、機械的接続をより強固にしていた。
【0003】
図6は、特公平4−51057号公報に示される従来の半導体装置の接続方法の一例を示す断面図である。
【0004】
図6を参照して、フリップチップ接続を工程順に説明すると、まず、図6(a)に示すように、半導体装置1の電極2上に、ワイヤバンピング法あるいはめっき法によって突起電極5を形成する。必要に応じて、該突起電極5の高さを整えるためにレベリングを行なうこともできる。
【0005】
次に、図6(b)に示すように、半導体装置1の電極2上の突起電極5と、回路基板3上の接続パッド4との位置合せを行ない、半導体装置1の電極2上の突起電極5と回路基板3上の接続パッド4とを当接せしめ、加圧、加熱することによって電気的な接続を行なう。
【0006】
最後に、図6(c)に示すように、半導体装置1と回路基板3との隙間にディスペンサ50等を用いて液状の熱硬化性の封止樹脂56を注入した後、加熱硬化させて封止を完了する。
【0007】
このように、従来の半導体装置の接続方法においては、半導体装置を回路基板に電気的に接続した後に、液状熱硬化性の封止樹脂をディスペンサ等を用いて半導体装置の周辺部に滴下し、回路基板との隙間に充填し、オーブン等で熱硬化していた。
【0008】
一方、テープキャリアタイプの半導体装置の製造に関しては、特開平5−114618号公報に開示されている技術があった。図7は、このような従来の半導体装置の接続方法の他の例を示す断面図である。
【0009】
図7を参照して、この方法は、複数のフィンガーリード60を有するキャリアテープ70の所定の位置に、半導体装置1を配設する工程と、半導体装置1の電極5とフィンガーリード60との接続部全体の上に半導体装置1の能動面と同じ大きさかまたはわずかに大きめの高分子液晶からなるフィルム66を載せ、加熱溶融させて封止する工程とを有するものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した図6に示す特公平4−51057号公報に開示された方法においては、以下のような問題があった。すなわち、ディスペンサ50による樹脂の吐出量にはばらつきがあり、かつ樹脂の滴下領域が必要である。また、LSIの高密度化、多ピン化が進み、必然的に微細ピッチ化が進むと、当然チップと基板との間隙は狭くなる。たとえば、半導体装置1と接続パッド4の表面との間隙が25〜30μm、半導体装置1と基板3との間隙が50μm程度のものが検討されている。したがって、このような狭い間隙に封止樹脂56を充填するためには、当然封止樹脂56の粘度を低くしなければならない。しかしながら、樹脂の粘度が低いと、半導体装置1の周辺部に大きなフィレット(樹脂の流れ出し)56aが形成されてしまう。
【0011】
また、たとえば熱硬化性樹脂として一般的なエポキシ樹脂やポリイミド樹脂を使用した場合、耐加水分解性や耐吸水性に問題があり、信頼性低下の原因となっていた。
【0012】
また、上述した図7に示す特開平5−114618号公報に開示された方法においては、次のような問題点があった。すなわち、テープキャリアタイプの半導体装置1を高分子液晶からなるフィルム66によって封止する前に、半導体装置1の電極5と、キャリアテープ70の上面に形成された銅箔等からなるフィンガーリード60とを熱圧着等の方法により接続しなければならない。したがって、電極5の融点が高分子液晶からなるフィルム66の融点よりも低いかあるいは同程度の場合には、封止工程における加熱動作によって電極の接続が切断、剥離してしまうので、半田等の融点の比較的低い材料を電極に用いることができなかった。
【0013】
また、封止工程においては加熱のみしか行なっていないため、複数のフィンガーリード60間の空隙にまで溶融状態の高分子液晶66が行き渡らず、したがって、接着強度が不十分となるという問題があった。さらに、フィンガーリード60間の空隙間の空気および水分が原因となって、半導体装置1の性能劣化を引き起こすという問題もあった。
【0014】
本発明の目的は、上述した問題点を解決し、高い信頼性を有する半導体装置の接続構造および接続方法ならびにそれを用いた半導体装置パッケージを提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明による半導体装置の接続構造は、半導体装置の電極と、回路基板の電極に対応する接続パッドとを、導電性の突起電極を介して接続することにより、半導体装置を回路基板上に実装するフリップチップ接続構造において、半導体装置と回路基板との間隙に、熱可塑性を有する高分子液晶材料を含有した樹脂部材を備え、半導体装置の表面にポリイミドからなる樹脂部材が貼付され、ポリイミドからなる樹脂部材の表層部がプラズマ放電処理されていることを特徴としている。
【0017】
請求項2の発明による半導体装置パッケージは、請求項1の発明の半導体装置の接続構造を備え、回路基板は、接続パッドと電気的に接続された複数の外部入出力端子を含むことを特徴としている。
【0018】
請求項3の発明による半導体装置パッケージは、請求項2の発明の構成において、回路基板の半導体装置搭載面が、熱硬化性樹脂で覆われたことを特徴としている。
【0019】
請求項4の発明による半導体装置の接続方法は、半導体装置の素子面の複数の電極と、回路基板の複数の電極に対応する複数の接続パッドとを、導電性の突起電極を介して接続することにより、半導体装置を回路基板上に実装するフリップチップ接続方法であって、複数の接続パッドより内側の領域、もしくは半導体装置の素子面の複数の電極より内側の領域に、シート状の熱可塑性を有する高分子液晶材料を含有した樹脂部材を設置する工程と、回路基板上の複数の接続パッド、または半導体装置の素子面の複数の電極に、導電性の突起電極を形成する工程と、半導体装置と回路基板との対向する電極同士を位置合せし、当接する工程と、加圧と加熱とを併用して、高分子液晶材料を含有した樹脂部材により、半導体装置と回路基板との電気的、機械的接続ならびに封止を同時に行なう工程とを含むことを特徴としている。
【0020】
請求項5の発明による半導体装置の接続方法は、請求項4の発明の構成において、シート状の高分子液晶材料を含有した樹脂部材の厚さは、フリップチップ実装後の半導体装置の電極形成面と回路基板の表面とのギャップよりも厚くなるように形成されていることを特徴としている。
【0021】
【発明の実施の形態】
(参考例1)
図1は、本発明に関連する参考例1に係る半導体装置の接続構造の一例を示す断面図である。
【0022】
図1を参照して、半導体装置1の電極2の最表層には、Alが形成されている。また、該電極2には、Auワイヤを用いたワイヤバンピング法によって、Auからなる突起電極5が形成されている。一般に、電極2を除く半導体装置1の最表面には、絶縁保護膜として、SiN等が形成されている。
【0023】
一方、回路基板3としては、PPO(ポリフェニリンオキサイド)基板が使用され、該基板3の接続パッド4の最表層には、Auが形成されている。
【0024】
したがって、突起電極5と接続パッド4とは、Au−Au固相拡散接合により、電気的な接続が行なわれている。
【0025】
また、半導体装置1と回路基板3との間隙には、高分子液晶材料からなる樹脂部材6が充填されている。該高分子液晶材料からなる樹脂部材6は、フィルム状のVECTRA(登録商標)(Hoechst Celanese Corporation製)である。
【0026】
なお、本参考例1では、回路基板3をPPO基板としたが、これに限られるわけではなく、他の有機系基板が用いられてもよい。具体的には、たとえば、ガラスエポキシ基板、ポリイミド基板等を用いることができる。また、回路基板3は、硬質であってもよいし、逆にフレキシブル状であってもよい。
【0027】
また、突起電極5の形成方法は、ワイヤバンピング法に限らず、めっき法等を用いてもよい。さらに、突起電極5の材質もAuに限らず、その他の金属または合金でもよい。たとえば、Pb40Sn60、Pb70Sn30、Sn96.5Ag3.5の半田等を用いることができる。
【0028】
(実施の形態1)
図2は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の接続構造の一例を示す断面図である。
【0029】
図2を参照して、半導体装置1の電極2の最表層にはAlが形成され、少なくとも電極2を除く半導体装置1の最表層にポリイミド樹脂層7が形成されている。さらに、該ポリイミド樹脂層7は、封止材としての高分子液晶材料からなる樹脂部材6に対する密着性を向上する目的で、その表面にはプラズマ処理がなされている。
【0030】
一方、回路基板3としては、ポリイミドベース銅張積層板が使用され、該基板3の接続パッド4の最表層には、Auが形成されている。また、該接続パッド4には、Au合金ワイヤを用いたワイヤバンピング法によって、Au合金からなる突起電極5が形成されている。
【0031】
したがって、回路基板3の突起電極5と半導体装置1の電極2とは、Au−Al固相拡散接合により、電気的な接続が行なわれている。
【0032】
また、半導体装置1と回路基板3との間隙には、高分子液晶材料からなる樹脂部材6が充填されている。高分子液晶材料からなる樹脂部材6は、前述した参考例1で用いたものと同じである。
【0033】
なお、本実施の形態では、回路基板3として、ポリイミドベース銅張積層板を用いたが、これに限られるわけではなく、他の有機系基板や無機系基板が用いられてもよい。
【0034】
また、突起電極形成方法は、ワイヤバンピング法に限らず、めっき法等を用いてもよい。さらに、突起電極5の材質も、Au合金に限らず、その他の金属または合金でもよい。また、突起電極5の形成は、半導体装置1の電極2側へ形成してもよい。さらに、電極2と接続パッド4のメタル構造も、図2に示すものに限定されるものではない。
【0035】
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2に係る半導体装置パッケージの一例を示す断面図である。
【0036】
図3を参照して、半導体装置1の電極2の最表層にはAlが形成され、電極2を除く半導体装置の最表層には、ポリイミド樹脂層7が形成されている。なお、図3の場合においても、図2の場合と同様に、ポリイミド樹脂層7の表面がプラズマ処理され得ることは言うまでもない。
【0037】
一方、回路基板13としては、ポリイミドベース銅張積層板が使用され、該基板13の接続パッド4の最表層には、Auが形成されている。また、該接続パッド4には、Au合金ワイヤを用いたワイヤバンピング法によって、Au合金からなる突起電極5が形成されている。
【0038】
したがって、実施の形態1と同様に、突起電極5と電極2とは、Au−Al固相拡散接合により、電気的な接続が行なわれている。
【0039】
また、半導体装置1と回路基板13との間隙には、高分子液晶材料からなる樹脂部材6が充填されている。高分子液晶材料からなる樹脂部材6は、前述した参考例1や実施の形態1で用いたものと同様である。
【0040】
また、回路基板13は、マトリクス状に配置された接続用の開口部10を有し、該開口部10を介して接続パッド4に接続された半田ボール8を外部入出力端子とし、半導体装置1をパッケージ化している。
【0041】
また、外部の衝撃から保護するため、半導体装置1搭載面は、熱硬化性のエポキシ樹脂等のモールド樹脂9で金型成形されている。この他、半導体装置1搭載面を、熱硬化性の液状樹脂をポッティングして硬化してもよい。
【0042】
なお、前述した実施の形態1、2と同様、回路基板の基材、突起電極形成方法、突起電極の材質、電極および接続パッドのメタル構造、ならびにモールド樹脂の種類等は、ここに示すものに限定されるものではない。
【0043】
(実施の形態3)
図4は、本発明の実施の形態3に係る半導体装置の接続方法の一例を示す断面図である。
【0044】
▲1▼ ステップ1
まず、図4(a)に示すように、電極2の部分を除く素子面の最表層に厚さが4μmのポリイミド樹脂層7が形成された半導体装置1の表面に、矢印20に示すようにArガス中でプラズマ放電処理を行なう。装置としては、九州松下電器(株)製のPC20F−Gを使用し、純度99.99%以上のArを流量50cc/分で流しながら、出力750W、周波数13.56MHz、放電時間30秒の条件で放電処理を行なう。なお、電極2の最表面には、Al−1%Siが形成されている。
【0045】
このように、半導体装置1に形成されたポリイミド樹脂層7にプラズマ放電処理を施すほか、たとえば、プラズマ放電処理を施したポリイミド樹脂層7を半導体装置1の表面に、接着、貼付する方法をとることもできる。
【0046】
なお、ポリイミド樹脂層7の厚みは、ここに示すものに限定されるものではない。また、耐熱性、耐候性、電気的特性向上等の目的のために、他の樹脂とブレンドしたポリイミド樹脂あるいは添加剤を含有したポリイミド樹脂等を使用してもよい。同様に、プラズマ放電処理に用いるガスの種類や放電条件も、前述したものに限定されるわけではない。
【0047】
▲2▼ ステップ2
次に、図4(b)に示すように、回路基板3の複数の接続パッド4より内側の領域に、厚さが30〜50μm程度のフィルム状の熱可塑性を有する高分子液晶材料からなる樹脂部材6を設置する。該高分子液晶材料からなる樹脂部材6は、フィルム状のVECTRA(登録商標)(Hoechst Celanese Corporation製)である。高分子液晶材料からなる樹脂部材6の設置方法は、熱による仮圧着でもよいし、単に回路基板3上に載せるだけでもよい。なお、この実施の形態において、回路基板3は、ポリイミドベース銅張積層板であり、接続パッド4の最表層にはAuが形成されている。
【0048】
高分子液晶材料からなる樹脂部材6の厚さは、フリップチップ実装後の半導体装置1の電極形成面と基板3の表面とのギャップh1 (図1参照)よりも厚くなるように設定される。この理由を以下に説明する。
【0049】
半導体装置1上に形成された突起電極5と、基板3の電極4との接続信頼性は、Au−Au拡散による接合強度に加え、高分子液晶材料からなる樹脂部材6の密着力による機械的強度に保護されている。そのため、高分子液晶材料からなる樹脂部材6による密着力を高めるほど、両電極間の接続信頼性は向上する。したがって、高分子液晶材料からなる樹脂部材6の厚さがギャップh1 よりも厚くなるように設定しておけば、半導体装置1の接続時の荷重印加によって、高分子液晶材料からなる樹脂部材6が半導体装置1の電極形成面全体に押し広げられることになる。そのため、高分子液晶材料からなる樹脂部材6の接着面積が大きくなる結果、接着強度を大きくすることができるからである。
【0050】
本実施の形態では半導体装置1の外形が7×5mmであり、その電極2が外周部より100〜200μm内側に形成されている。h1 =30μmに対し、厚さが40μmの高分子液晶材料からなる6.5×4mmの樹脂部材6を使用する。
【0051】
▲3▼ ステップ3
次に、図4(c)に示すように、回路基板3の接続パッド4に、φ80μmのAu合金からなる突起電極5を形成する。該突起電極5は、φ20μmのAu合金ワイヤ(田中電子工業(株)製のGBC−Type)を用いたワイヤバンピング法によって形成する。該突起電極5は、Auとほぼ変わらない融点を有するAu合金からなっている。前述した高分子液晶材料からなる樹脂部材6の融点は280℃であるので、突起電極の融点の方が高い。
【0052】
なお、突起電極形成方法は、ワイヤバンピング法に限らず、めっき法等を用いることもできる。
【0053】
▲4▼ ステップ4
次に、図4(d)に示すように、半導体装置1と回路基板3との対向する電極2と突起電極5とを位置合せし、当接する。
【0054】
▲5▼ ステップ5
次に、図4(e)に示すように、加熱および加圧ツール30で、突起電極のAu合金と、電極2の最表面のAl−1%SiをAu−Al固相拡散接合する。
【0055】
詳細に説明すると、加熱および加圧ツール30を一定温度、たとえば440℃となるように制御し、2kgf/cm2 の圧力を加える。これにより、Au−Al固相拡散接合が行なわれると同時に、封止材としての高分子液晶材料からなる樹脂部材6が軟化し、その後の冷却によって高分子液晶材料からなる樹脂部材6が固化することにより、封止が完了する。
【0056】
この際、ステージ40を設定温度320℃に加熱しておくことにより、封止樹脂としての高分子液晶材料からなる樹脂部材6および電極5に対して所定温度まで素早く熱を伝達することができる。その結果、短時間で高分子液晶材料からなる樹脂部材6を溶融させるとともに、Au−Al固相拡散接合を促進させることができる。また、加圧動作により、溶融した高分子液晶材料からなる樹脂部材6が広がるため、電極2と突起電極5との接合部を含む半導体装置1と回路基板3との間隙を封止することが可能となる。
【0057】
従来のテープキャリアタイプの半導体装置の場合には、電極接続工程と封止工程とが別々に行なわれるので、半田材として利用可能なのは、高分子液晶材料からなる樹脂部材6の融点よりも十分高いものだけであった。したがって、たとえば、高分子液晶材料からなる樹脂部材6の融点が280℃のとき、電極の材質として融点が260℃の半田(Pb70Sn30)を用いることはできなかった。
【0058】
しかしながら、本発明においては、ステップ5に示したように、電極接続工程と封止工程とを同時に行なうことを特徴としているので、たとえば、ステップ5でのステージ加熱温度を半田の融点以下に設定しておけば、高分子液晶材料からなる樹脂部材6の融点が280℃のとき、電極の材質として融点が260℃の半田(Pb70Sn30)を用いることは可能である。これにより、電極材料の選択に制限が生じない。
【0059】
(参考例2)
図5は、本発明に関連する参考例2に係る半導体装置パッケージの一例を示す断面図であり、積層型(スタックド)の半導体装置への適用例を示している。
【0060】
図5を参照して、この半導体装置パッケージにおいては、回路基板13上に、第1のチップ1と第2のチップ81とが搭載されている。この第1のチップ1と第2のチップ81とは、その裏面同士が接着剤85により接着されている。
【0061】
第1のチップ1の周辺部には、複数の第1の電極2が形成されている。第2のチップ81の周辺部には、複数の第2の電極82が形成されている。
【0062】
第1のチップ1に形成された電極2と、回路基板13の表面上の第1の接続パッド4とは、金属部材5を介してフリップチップ方式により接続されている。第2のチップ81上に形成された電極82と、回路基板13の表面上の第1の接続パッド4より外周に形成された第2の接続パッド87とは、金属ワイヤ88を介してワイヤボンディング方式により接続されている。第1および第2のチップ1、81は、さらにその全体が覆われるように、第2の樹脂9によりモールドされている。
【0063】
また、回路基板13の裏面には、第3の接続パッド80がマトリクス状に形成され、第3の接続パッド80上には、半田ボール8が形成されている。さらに、第1の接続パッド4に囲まれる領域の基板13には、少なくとも1つの貫通孔84が形成されている。この貫通孔84は、第1の樹脂6が吸湿後のリフローにより膨張することを防止する働きがある。
【0064】
また、この半導体装置パッケージにおいて、第1のチップ1の電極2の最表層にはAlが形成されている。一方、回路基板13としては、ポリイミドベース銅張積層板が使用され、該基板13の第1の接続パッド4の最表層には、Auが形成されている。また、第1の接続パッド4には、Au合金ワイヤを用いたワイヤバンピング法によって、Au合金からなる突起電極5が形成されている。
【0065】
したがって、実施の形態1と同様に、突起電極5と電極2とは、Au−Al固相拡散接合により、電気的な接続が行なわれている。
【0066】
また、第1のチップ1と回路基板13との間隙には、高分子液晶材料からなる第1の樹脂部材6が充填されている。高分子液晶材料からなる第1の樹脂部材6は、前述した参考例1や実施の形態1で用いたものと同様である。さらに、前述した参考例1や実施の形態1と同様、回路基板の基材、突起電極形成方法、突起電極の材質、電極および接続パッドのメタル構造、ならびにモールド樹脂の種類等は、ここに示すものに限定されるものではない。
【0067】
【実施例】
(信頼性試験結果)
上述した実施の形態3の方法に従い、実施例の半導体装置パッケージを作製した。
【0068】
一方、比較のため、フリップチップ接続を行なった半導体装置に対し、封止材としてのエポキシ樹脂をディスペンサにより充填して、比較例の半導体装置パッケージを作製した。
【0069】
このようにして得られた実施例と比較例の半導体装置パッケージについて、PCT(Pressure Cooker Test)における電極の導通状態を試験した。実験条件としては、温度を121℃、圧力を2atm、湿度を飽和とした。
【0070】
得られた結果を表1に示す。
【0071】
【表1】
【0072】
表1より明らかなように、比較例の半導体装置パッケージでは、300時間経過後において全サンプル数6個中2個が不良となった。これに対し、実施例の半導体装置パッケージは、800時間経過後も、導通状態に変化は見られなかった。
【0073】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、半導体装置と高分子液晶材料またはそのブレンド樹脂部材との密着力を向上させることができる。
【0075】
請求項2および3の発明によれば、より高い信頼性に対する要求に応じることができる。
【0076】
請求項4の発明によれば、封止樹脂をシート状としているので、従来のようにポッティング領域を確保する必要がない。また、狭い間隙に封止樹脂を充填する必要がないので、樹脂の粘度を低くしたことが原因で従来発生していた半導体装置周辺部の大きなフィレット(樹脂の流れ出し)の形成を防止することができる。これらはいずれも、半導体装置の設置面積を減少させるという効果を有する。
【0077】
また、この発明によれば、ディスペンサによる樹脂の吐出と比較して、樹脂量はシートのサイズおよび厚さにより容易に管理できる。そのため、樹脂量のばらつきを少なくすることができる。
【0078】
さらに、この発明によれば、封止、接続工程において、加熱とともに加圧動作を行なうので、溶融した高分子液晶材料からなる樹脂部材が半導体装置あるいは回路基板上に形成された電極間の隙間に入りやすくなる。その結果、高分子液晶材料からなる樹脂部材の封止材としての機能(接着力)を一層高めることができる。
【0079】
請求項5の発明によれば、高分子液晶材料からなる樹脂部材が半導体装置の電極形成面全体に押し広げられることにより、安定した接続を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に関連する参考例1の半導体装置の接続構造を示す断面図である。
【図2】 本発明の実施の形態1の半導体装置の接続構造を示す断面図である。
【図3】 本発明の実施の形態2の半導体装置パッケージを示す断面図である。
【図4】 本発明の実施の形態3の半導体装置の接続方法を示す断面図である。
【図5】 本発明に関連する参考例2の半導体装置パッケージを示す断面図である。
【図6】 従来の半導体装置の接続方法の一例を示す断面図である。
【図7】 従来の半導体装置の接続方法の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体装置
2 半導体装置の電極
3、13 回路基板
4 接続パッド
5 突起電極
6 高分子液晶材料からなる樹脂部材
7 ポリイミド樹脂層
8 半田ボール
9 モールド樹脂
10 開口部
なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a connection structure and a connection method for a semiconductor device, and a semiconductor device package using the connection method, and a connection structure for mounting an electronic component such as a semiconductor device on a circuit board, a semiconductor device package using the connection structure, and the semiconductor device package It relates to a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, flip chip connection, in which a semiconductor device is directly mounted on a circuit board in a bare chip state, aligns the protruding electrode formed on the electrode of the semiconductor device with the corresponding circuit board electrode, and applies electricity by pressing and heating. After that, a thermosetting liquid resin or the like is injected into the gap between the semiconductor device and the circuit board, and the resin is cured to seal, so that the electrical and mechanical connection between the semiconductor device and the circuit board is achieved. The connection was made stronger.
[0003]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a conventional method for connecting a semiconductor device disclosed in Japanese Patent Publication No. 4-51057.
[0004]
The flip-chip connection will be described in the order of steps with reference to FIG. 6. First, as shown in FIG. 6A, the protruding
[0005]
Next, as shown in FIG. 6B, the
[0006]
Finally, as shown in FIG. 6C, a liquid
[0007]
Thus, in the conventional method for connecting a semiconductor device, after electrically connecting the semiconductor device to the circuit board, a liquid thermosetting sealing resin is dropped on the periphery of the semiconductor device using a dispenser or the like, The gap between the circuit board and the circuit board was filled and thermally cured in an oven or the like.
[0008]
On the other hand, regarding the manufacture of a tape carrier type semiconductor device, there has been a technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-114618. FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of such a conventional method for connecting a semiconductor device.
[0009]
Referring to FIG. 7, this method includes a step of disposing
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, the method disclosed in Japanese Patent Publication No. 4-51057 shown in FIG. 6 has the following problems. That is, the amount of resin discharged by the
[0011]
For example, when a general epoxy resin or polyimide resin is used as the thermosetting resin, there is a problem in hydrolysis resistance and water absorption resistance, which causes a decrease in reliability.
[0012]
Further, the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-114618 shown in FIG. 7 has the following problems. That is, before sealing the tape carrier
[0013]
Further, since only heating is performed in the sealing step, the
[0014]
An object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a highly reliable connection structure and connection method for a semiconductor device and a semiconductor device package using the connection structure.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
Connection structure of a semiconductor device according to a first aspect of the present invention, the electrode of the semiconductor device, and a connection pad corresponding to the electrode of the circuit board, by connecting through the conductive protrusion electrodes, a semiconductor device circuit board In the flip-chip connection structure to be mounted on the semiconductor device, a resin member containing a polymer liquid crystal material having thermoplasticity is provided in a gap between the semiconductor device and the circuit board, and a resin member made of polyimide is pasted on the surface of the semiconductor device. A surface layer portion of the resin member made of is subjected to plasma discharge treatment.
[0017]
The semiconductor device package according to the invention of
[0018]
A semiconductor device package according to a third aspect of the invention is characterized in that, in the configuration of the second aspect of the invention, the semiconductor device mounting surface of the circuit board is covered with a thermosetting resin.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for connecting a semiconductor device, wherein a plurality of electrodes on an element surface of a semiconductor device and a plurality of connection pads corresponding to a plurality of electrodes on a circuit board are connected via conductive protruding electrodes. A flip-chip connection method for mounting a semiconductor device on a circuit board, wherein a sheet-like thermoplastic resin is formed in a region inside a plurality of connection pads or a region inside a plurality of electrodes on an element surface of the semiconductor device. A step of installing a resin member containing a polymer liquid crystal material comprising: a step of forming conductive protruding electrodes on a plurality of connection pads on a circuit board or a plurality of electrodes on an element surface of a semiconductor device; and a semiconductor By aligning and abutting the opposing electrodes of the device and the circuit board, and applying pressure and heating together, a resin member containing a polymer liquid crystal material is used to electrically connect the semiconductor device and the circuit board. Specifically, it is characterized by comprising the step of performing mechanical connection and sealing at the same time.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device connecting method according to the fourth aspect of the invention, wherein the thickness of the resin member containing the sheet-like polymer liquid crystal material is determined by the flip-chip mounted semiconductor device electrode formation surface. And the surface of the circuit board is formed so as to be thicker.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
( Reference Example 1 )
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a connection structure of a semiconductor device according to Reference Example 1 related to the present invention.
[0022]
Referring to FIG. 1, Al is formed on the outermost surface layer of
[0023]
On the other hand, a PPO (polyphenyline oxide) substrate is used as the
[0024]
Therefore, the protruding
[0025]
A gap between the
[0026]
In the first reference example , the
[0027]
Further, the method for forming the protruding
[0028]
(Embodiment 1 )
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the connection structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
[0029]
Referring to FIG. 2, Al is formed on the outermost layer of
[0030]
On the other hand, a polyimide-based copper-clad laminate is used as the
[0031]
Therefore, the protruding
[0032]
A gap between the
[0033]
In the present embodiment, a polyimide-based copper clad laminate is used as the
[0034]
The protruding electrode forming method is not limited to the wire bumping method, and a plating method or the like may be used. Furthermore, the material of the protruding
[0035]
(Embodiment 2 )
FIG. 3 is a sectional view showing an example of a semiconductor device package according to
[0036]
Referring to FIG. 3, Al is formed on the outermost layer of
[0037]
On the other hand, a polyimide-based copper-clad laminate is used as the
[0038]
Therefore, as in the first embodiment, the protruding
[0039]
A gap between the
[0040]
The
[0041]
In order to protect from external impacts, the mounting surface of the
[0042]
As in the first and second embodiments, the circuit board base material, the protruding electrode forming method, the protruding electrode material, the metal structure of the electrode and the connection pad, and the type of the mold resin are as shown here. It is not limited.
[0043]
(Embodiment 3 )
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device connection method according to the third embodiment of the present invention.
[0044]
▲ 1 ▼
First, as shown in FIG. 4A, an
[0045]
In this way, the
[0046]
In addition, the thickness of the
[0047]
▲ 2 ▼
Next, as shown in FIG. 4B, a resin made of a polymer liquid crystal material having a film-like thermoplasticity with a thickness of about 30 to 50 μm in a region inside the plurality of
[0048]
The thickness of the
[0049]
The connection reliability between the protruding
[0050]
In the present embodiment, the outer shape of the
[0051]
(3)
Next, as shown in FIG. 4C, a protruding
[0052]
The protruding electrode forming method is not limited to the wire bumping method, and a plating method or the like can also be used.
[0053]
▲ 4 ▼
Next, as shown in FIG. 4D, the
[0054]
▲ 5 ▼
Next, as shown in FIG. 4 (e), Au—Al solid phase diffusion bonding of the Au alloy of the protruding electrode and Al-1% Si on the outermost surface of the
[0055]
More specifically, the heating and
[0056]
At this time, by heating the
[0057]
In the case of a conventional tape carrier type semiconductor device, since the electrode connecting step and the sealing step are performed separately, the solder member can be used sufficiently higher than the melting point of the
[0058]
However, the present invention is characterized in that the electrode connection process and the sealing process are performed simultaneously as shown in
[0059]
( Reference Example 2 )
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device package according to Reference Example 2 related to the present invention , and shows an application example to a stacked type (stacked) semiconductor device.
[0060]
Referring to FIG. 5, in this semiconductor device package,
[0061]
A plurality of
[0062]
The
[0063]
Further,
[0064]
In this semiconductor device package, Al is formed on the outermost layer of the
[0065]
Therefore, as in the first embodiment, the protruding
[0066]
A gap between the
[0067]
【Example】
(Reliability test results)
According to the method of the third embodiment described above, the semiconductor device package of the example was manufactured.
[0068]
On the other hand, for comparison, a semiconductor device package of a comparative example was manufactured by filling a flip-chip connected semiconductor device with an epoxy resin as a sealing material using a dispenser.
[0069]
Thus, about the semiconductor device package of the Example and comparative example which were obtained, the conductive state of the electrode in PCT (Pressure Cooker Test) was tested. As experimental conditions, the temperature was 121 ° C., the pressure was 2 atm, and the humidity was saturated.
[0070]
The obtained results are shown in Table 1.
[0071]
[Table 1]
[0072]
As can be seen from Table 1, in the semiconductor device package of the comparative example, 2 out of 6 samples were defective after 300 hours. In contrast, in the semiconductor device package of the example, no change was observed in the conductive state even after 800 hours had elapsed.
[0073]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, it is possible to improve the adhesion between the semiconductor device and the polymer liquid crystal material or the blend resin member thereof .
[0075]
According to invention of
[0076]
According to invention of
[0077]
Further, according to the present invention, the amount of resin can be easily managed by the size and thickness of the sheet as compared with the discharge of the resin by the dispenser. Therefore, variation in the amount of resin can be reduced.
[0078]
Furthermore, according to the present invention, in the sealing and connecting process, a pressing operation is performed together with heating, so that a resin member made of a molten polymer liquid crystal material is placed in a gap between electrodes formed on a semiconductor device or a circuit board. Easy to enter. As a result, the function (adhesive force) as a sealing material of the resin member made of the polymer liquid crystal material can be further enhanced.
[0079]
According to the invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a connection structure of a semiconductor device of Reference Example 1 related to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a connection structure of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a semiconductor device package according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a method for connecting a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a semiconductor device package of Reference Example 2 related to the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an example of a conventional method for connecting a semiconductor device.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of a conventional method for connecting a semiconductor device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記半導体装置と前記回路基板との間隙に、熱可塑性を有する高分子液晶材料を含有した樹脂部材を備え、
前記半導体装置の表面に、ポリイミドからなる樹脂部材が貼付され、
前記ポリイミドからなる樹脂部材の表層部が、プラズマ放電処理されていることを特徴とする、請求項1記載の半導体装置の接続構造。And the electrode of the semiconductor device, and a connection pad corresponding to the electrode of the circuit board, by connecting through the conductive protrusion electrodes, the flip chip connection structure for mounting the semiconductor device on the circuit board,
In the gap between the semiconductor device and the circuit board, a resin member containing a polymer liquid crystal material having thermoplasticity ,
A resin member made of polyimide is attached to the surface of the semiconductor device,
2. The connection structure of a semiconductor device according to claim 1, wherein a surface layer portion of the resin member made of polyimide is subjected to plasma discharge treatment .
前記回路基板は、前記接続パッドと電気的に接続された複数の外部入出力端子を含むことを特徴とする、半導体装置パッケージ。The semiconductor device connection structure according to claim 1 ,
The semiconductor device package, wherein the circuit board includes a plurality of external input / output terminals electrically connected to the connection pads.
前記複数の接続パッドより内側の領域、もしくは前記半導体装置の素子面の複数の電極より内側の領域に、シート状の熱可塑性を有する高分子液晶材料を含有した樹脂部材を設置する工程と、
前記回路基板上の複数の接続パッド、または前記半導体装置の素子面の複数の電極に、導電性の突起電極を形成する工程と、
前記半導体装置と前記回路基板との対向する電極同士を位置合せし、当接する工程と、
加圧と加熱とを併用して、前記高分子液晶材料を含有した樹脂部材により、前記半導体装置と前記回路基板との電気的、機械的接続ならびに封止を同時に行なう工程とを含むことを特徴とする、半導体装置の接続方法。By connecting a plurality of electrodes on the element surface of the semiconductor device and a plurality of connection pads corresponding to the plurality of electrodes of the circuit board via conductive protruding electrodes, the semiconductor device is placed on the circuit board. Flip chip connection method for mounting,
Installing a resin member containing a sheet-like thermoplastic polymer liquid crystal material in a region inside the plurality of connection pads, or in a region inside a plurality of electrodes on the element surface of the semiconductor device;
Forming conductive bump electrodes on a plurality of connection pads on the circuit board or a plurality of electrodes on an element surface of the semiconductor device;
Aligning and contacting the opposing electrodes of the semiconductor device and the circuit board; and
A step of simultaneously performing electrical and mechanical connection and sealing between the semiconductor device and the circuit board by a resin member containing the polymer liquid crystal material in combination with pressurization and heating. A method for connecting a semiconductor device.
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