JP4168500B2 - 半導体装置およびその実装方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置及びその実装方法に関し、特に、マイクロ波、ミリ波レベルの高周波領域に使用される半導体装置に好適である。
【0002】
【従来の技術】
従来より、半導体装置の相互接続にはワイヤボンドが用いられることが多い。ワイヤボンドは、図19(a)及び(b)((a)のA−A断面図)に示すように接続すべき素子(たとえば半導体素子J1と信号線路素子J2との接続)をキャリア(筐体)J3にマウントした後、その配線部を径数十ミクロン程度の微細な金属製のワイヤJ4で接続する方法である。
【0003】
この方法では装置を直流動作させる場合、もしくは低い周波数で動作させる場合は問題はないが、装置をマイクロ波やミリ波といった高周波で動作させる場合、ワイヤJ4のインピーダンスが信号線路に比較して高いため、ワイヤJ4でインピーダンスが不連続となって高周波の反射が発生し、著しく特性(高周波特性の損失)が劣化するという問題があった。
【0004】
また、従来より、別の接続方法として半田のリフローを利用したフリップチップ実装という方法がある(例えば、特開平9−219422号公報参照)。この方法は、図19(c)及び(d)((c)のB−B断面図)に示すように、接続する半導体素子J5と信号線路J6の線路に予め半田J7を形成しておき、信号線路J6をキャリア(筐体)J8にマウントした後、半導体素子J5を表裏逆にかつ各々の半田J7の位置が一致するように配置し、加熱、半田J7を溶融(リフロー)させて電気的に接続する方法である。
【0005】
この方法によると、先にワイヤーボンドで生じたようなインピーダンス不連続は小さいが、半導体素子J5の表面が下向きになるために、伝送される電磁波が導電性のキャリアJ8により影響され高周波特性が著しく劣化するという問題がある。
また、コネクタ等の外部信号線路とチップの配線とを接続する際においては、高周波領域に使用される半導体装置では、該線路や配線の幅が狭いため、微小領域の半田接続が必要である。しかし、従来の半田付けでは、外部信号線路とチップの配線とを近接もしくは接触させてから半田を付けていたために、接続部分への半田の位置合わせがずれたり、半田が広がってしまう等の不具合が生じ、やはり、高周波特性が著しく劣化する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記点に鑑み、複数のチップの配線部同士、またはチップの配線部と外部信号線路とを電気的に相互接続してなる半導体装置を実装した形態において、高周波特性の劣化を防止するような半導体装置の実装方法を提供することを目的とする。また、そのような実装方法を用いて実装された半導体装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明では、複数のチップ(2、8)の配線部(5、7)を電気的に相互接続してなり、高周波領域で使用される半導体装置の実装方法であって、基板(300、310)上に、チップ単位毎に配線部(5、7)を含むパターン及びチップを分割する際の分割代(50、60)を形成する工程と、前記基板上において、前記配線部から前記分割代に及んで半田(52、62)をパターニング形成する工程と、前記基板を前記分割代にて切断することにより前記複数のチップに分割し、分割されたチップにおいて、前記半田が素子形成面におけるチップ端部まで形成され、チップ端面には形成されない状態とする工程と、相互接続する前記複数のチップの前記素子形成面を同一方向としたまま、互いの前記チップ端面を接触させるとともに互いの前記配線部の半田を接触させ、前記半田を溶融させることによって互いの前記配線部の半田を一体化させる工程と、前記一体化された半田を凝固させて前記複数のチップの配線部を電気的に相互接続する工程と、を有することを特徴とする。
【0010】
本発明によれば、配線部から分割代に及んで半田をパターニング形成し、基板を分割代にて切断することにより複数のチップに分割しているため、各チップの配線部の端部まで正確に半田を形成することができ、相互接続するチップの半田を高精度に接触させることができる。また、チップの素子形成面を同一にしたまま半田による実装を行うことができるため、上記のインピーダンスの不連続及び筐体の電磁波に対する悪影響の低減が行われ、高周波特性の劣化を防止するような半導体装置の実装方法を提供できる。
【0013】
また、請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の実装方法において、半田(6、10、26、30、52、62)の形成をフォトリソグラフィ法により行うようにしているから、チップ(2、8、22、28)の配線部(5、7、25a、27a)に対して正確に半田を形成することができる。また、請求項3記載の発明のように、半田(6、10、26、30、52、62)を形成する工程においては、溶融したときの幅が配線部(5、7、25a、27a)の幅を超えないような幅で、該半田を形成することが好ましい。それによって、半田の広がりによる配線幅の不要な拡大を防止することができ、かつ、半田が配線部からはみ出すことによる隣接配線部間のショートを防止することができる。
【0016】
また、請求項4記載の発明では、半田(6、10、26、30、52、62)を溶融させる工程において、チップ(2、8、22、28)全体を加熱することを特徴しており、大掛かりな装置を導入することなく、例えば、オーブン等の安価な装置を用いて、安価に半田の加熱を行うことができる。また、請求項5記載の発明では、半田(6、10、26、30、52、62)を溶融させる工程において、配線部(5、7、25a、27a)の該半田を局所的に加熱することを特徴としており、半導体装置に不要な熱履歴を与えることなく、従って、半導体装置に与えるダメージを少なくして半田の加熱を行うことができる。
【0017】
また、請求項6記載の発明は、請求項5記載の局所加熱の具体的手段を提供するもので、電磁波、もしくは光を照射することによって配線部(5、7、25a、27a)の半田(6、10、26、30、52、62)を局所的に加熱することを特徴とし、簡便に且つ位置精度よく、局所加熱を実施することができる。また、請求項7記載の発明によれば、半田(6、10、26、30、52、62)の凝固を該半田を強制的に冷却することにより行うようにしたことを特徴としており、半田が溶融した後の液だれを防止しつつ、請求項1〜請求項6記載の発明を実施することができる。
【0018】
また、請求項8記載の発明は、半導体装置に関するものであり、第1、第2のチップ(2、8、22、28)の配線部(5、7、25a、27a)は、素子形成面に形成され、チップの端面には形成されていないものであり、第1のチップ(2、22)の端面と第2のチップ(8、28)の端面が接触するとともに、これら両チップは素子形成面の向きが一致しており、且つ、該両チップの素子形成面に形成された配線部(5、7、25a、27a)間は、半田材からなる接合部(13、33)によって電気的に相互接続されていることを特徴としている。
【0019】
本発明の半導体装置は、請求項1記載の実装方法を用いて実現することができ、高周波特性の劣化を防止するような半導体装置の実装形態を実現できる。また、請求項8、9記載の発明は、第1のチップ(2、22)と第2のチップ(8、28)の少なくとも一方の端面に、素子形成面からこれと反対側の面への半田の流出を阻止するための阻止部(80)を形成したことを特徴としており、請求項1記載の実装方法における半田溶融工程の際の半田の液だれによる短絡等を防止できる。
【0020】
そして、この阻止部(80)は、請求項8や請求項9の発明のように、端面からチップ(8、28)の内部に窪んだ窪み構造を有するものや、両チップ(2、8、22、28)の端面を互いに対応する凹凸形状とした段差構造を有するものにすることができる。なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、各平面図におけるハッチング部分は便宜上示したもので、断面を示すものではない。
(第1実施形態)
以下、たとえば、InP基板上に製作した、InAlAs/歪InGaAs HEMTを用いた増幅器のMMIC(Milliwave Monolithic IC)素子と、アルミナ基板上に製作した信号線路とを接続、実装した場合について、説明する。なお、本実施形態は、このMMIC素子に限定されるものではなく、その他の半導体素子、アルミナ等の上に形成された信号線路等の接続に広く用いることができる。
【0022】
図1は、本実施形態に係るコプレーナ型増幅器1を複数のチップ単位でパターニング形成した半導体ウエハ100の全体平面図である。図2は、図1の円で囲んだA部拡大図であり、半導体ウエハ100から分割された上記MMIC素子としての第1のチップ(増幅器チップ)2を示す平面(素子形成面)図である。
図2に示す様に、第1のチップ2は、基板(半導体ウエハ100が分割されたもの)3上に、上記HEMT(図2中、円で囲んだ部分)4とコプレーナ型の配線部5とを有する増幅器1が、パターニングされてなる。
【0023】
第1のチップ2の配線部5は、図示例では、第1のチップ2の中央部分にて直列する2本の信号線路5aと、これら信号線路5aの両側に並列する2本のGND線路5bとからなっている。また、チップ2の外縁部に位置する線路5a及び5bの端部には、半田材(本例ではAu−Sn)からなるバンプ(本発明でいう半田)6が形成されている。
【0024】
図3において、(a)は、コプレーナ型信号線路7を、複数のチップ単位でパターニング形成したアルミナ基板110の全体平面図であり、(b)は、(a)の円で囲んだB部拡大図であり、アルミナ基板110から分割された上記アルミナ基板上に製作した信号線路としての第2のチップ(信号線路チップ)8を示す平面(素子形成面)図である。
【0025】
図3(b)に示す様に、第2のチップ8は、基板(アルミナ基板110が分割されたもの)9上に、上記第1のチップ2に対応した数(図では3本)の配線を有するコプレーナ型信号線路(配線部)7が、パターニングされてなる。
第2のチップ8の配線部としてのコプレーナ型信号線路7は、図示例では、第2のチップ8の中央部分に位置する信号線路7aと、信号線路7aの両側に並列するGND線路7bとからなる。また、線路7a、7bの一端部には、半田材(本例ではAu−Sn)からなるバンプ(本発明でいう半田)10が形成されている。
【0026】
本実施形態では、これら両チップ2、8の配線部5、7を電気的に相互接続してなる半導体装置を提供するものである。次に、その実装方法について説明する。
まず、図2に示す第1のチップ2は、増幅器1を半導体ウエハ100上に複数のチップ単位で、周知のフォトリソグラフィ技術及びパターニング技術を用いて形成し、各増幅器1における各線路5a、5bの端部にフォト工程にてバンプ(半田)6を形成した後、この半導体ウエハ100を分割することにより、形成される。ここで、バンプ6は、半導体ウエハ100上にレジストをパターニング形成した後にAu−Sn合金を蒸着するというフォトリソグラフィによるメタルオフ法で行われる。以下、各バンプの配線部への形成は同様に行われる。
【0027】
図3(b)に示す第2のチップ8は、コプレーナ型信号線路7をアルミナ基板110上に複数のチップ単位で、周知のフォトリソグラフィ技術及びパターニング技術を用いて形成し、各コプレーナ型信号線路7における各線路7a、7bの一端部にフォト工程にてバンプ(半田)10を形成した後、このアルミナ基板110を分割することにより形成される。ここまでが、本実施形態の半田形成工程である。
【0028】
次に、図4及び図5に示す半田溶融工程及び半田凝固工程を行う。まず、第1および第2のチップ2、8を、両チップ2、8の素子形成面を同一方向に向けつつ素子形成面とは反対側の面にて、金属キャリア(筐体)11の搭載面11a上に搭載する。この際、両チップ2、8を各々の配線部5、7同士の位置(アライメント)が合うように配置して、互いのチップ端面を接触または接近させる。この状態を図4(a)、図4(a)のC−C断面図である図4(b)、図4(a)のD−D断面図である図4(c)に示す。
【0029】
次に、この状態でキャリア11ごと、両チップ2、8を炉(オーブン、図無)に入れ加熱し、第1の2上に形成されているバンプ6と、第2のチップ8上に形成されているバンプ10とを溶融させ、一つの液滴12として一体化させる(半田溶融工程)。
次に、キャリア11ごと両チップ2、8を上記炉から出し、冷却して液滴12を凝固させて接合部13を形成し、両チップ2、8の配線部5、7が電気的に接続された半導体装置を完成する(半田凝固工程)。この状態を図5(a)及び図5(a)のE−E断面図である図5(b)に示す。
【0030】
ところで、本実施形態によれば、バンプ6、10にて両チップ2、8の配線部5、7の相互接続が行え、ワイヤーボンドを用いた場合に発生した大きなインピーダンスの不連続は発生しないため、高周波の反射による半導体装置の特性劣化を防止できる。
また、本実施形態によれば、相互接続する両チップ2、8の素子形成面を同一方向としたまま(双方をキャリア11上に表向けにしたまま)、チップ同士を電気的に接続できるため、伝送される電磁波が導電性のキャリア(筐体)11により影響され高周波特性が著しく劣化するのを低減することができる。
【0031】
従って、本実施形態によれば、高周波特性の劣化を防止するような半導体装置の実装方法を提供でき、また、そのような実装方法を用いてキャリア11に実装された半導体装置を提供することができる。
また、本実施形態では、上記図19(c)、(d)に示したフリップチップ実装に比べて、接合部の耐久性が高いという利点を持つ。通常、図19に示す様に、フリップチップ実装においては、キャリアJ8側のチップである信号線路J6とこれと反対側のチップである半導体素子J5を接合する半田J7が、半導体素子J5の幅(例えば10〜数10mm)分だけ離れている。
【0032】
ここで、温度上昇が発生すると、半導体素子J5及び金属キャリアJ8に対して、図19の左右方向に膨張が発生する。両者J5、J8は、熱膨張係数が異なるため、半田J7に対して、図19の左右方向にせん断力が発生し、剥離が生じやすくなる。また、この膨張は、半導体素子J5の幅が広い程、大きくなる。
これに対して、本実施形態では、図5に示す様に、接合部13は、接触若しくは非常に近接した両チップ2、8の間に設けられており、接合部13における両チップ2、8との接合部分の間隔(両チップ2、8の端面の間隔)は、略ゼロに等しいため、上記膨張の程度は小さい。しかも、接合部13を構成する半田と金属キャリア11との熱膨張係数は似ているため、両者11、13は、同程度に膨張を行う。よって、本実施形態では、上記フリップチップ実装に比べて、接合部の耐久性が高くなるのである。
【0033】
また、本実施形態によれば、バンプ(半田)6、10の形成をフォトリソグラフィ法により行うようにしているから、チップ2、8の配線部5、7に対して正確にバンプ6、10を形成することができる。
また、本実施形態によれば、半田溶融工程において、複数のチップ2、8全体を加熱しており、大掛かりな装置を導入することなく、オーブン等の既存の安価な装置を用いて、安価に加熱を行うことができる。
【0034】
なお、半田形成工程において、各チップ2、8に分割した後に、バンプ6、10を形成するようにしてもよい。
(第2実施形態)
上記第1実施形態では、コプレーナ型増幅器を有するMMIC素子からなるチップと、コプレーナ型信号線路からなるチップとを電気的に相互接続した半導体の実装について述べたが、本実施形態では、両チップがマイクロストリップ型の構成を有する場合について述べる。
【0035】
図6は、本実施形態に係るマイクロストリップ型増幅器21を複数のチップ単位でパターニング形成した半導体ウエハ200の全体平面図である。図7は、図6の円で囲んだF部拡大図であり、半導体ウエハ200から分割された上記MMIC素子としての第1のチップ(増幅器チップ)22を示す平面(素子形成面)図である。
【0036】
図7に示す様に、第1のチップ22は、基板(半導体ウエハ200が分割されたもの)23上に、上記第1実施形態同様のHEMT(図7中、円で囲んだ部分)4とマイクロストリップ型の配線25とを有する増幅器21が、パターニングされてなる。
配線25は、図示例では、第1のチップ22の中央部分にて直列する2本の信号線路(本発明でいう配線部)25aと、チップ22における素子形成面とは反対側の図示しない面(裏面)側に形成されたGND線路とからなっている。また、チップ22の外縁部に位置する線路25aの端部には、半田材(本例ではAu−Sn)からなるバンプ(本発明でいう半田)26が形成されている。
【0037】
図8において、(a)は、マイクロストリップ型信号線路27を、複数のチップ単位でパターニング形成したアルミナ基板210の全体平面図であり、(b)は、(a)の円で囲んだG部拡大図であり、アルミナ基板210から分割された上記アルミナ基板上に製作した信号線路としての第2のチップ(信号線路チップ)28を示す平面(素子形成面)図である。
【0038】
図8(b)に示す様に、第2のチップ28は、基板(アルミナ基板210が分割されたもの)29に、上記第1のチップ22に対応した数(図では1本)のマイクロストリップ型信号線路27が、パターニングされてなる。
マイクロストリップ型信号線路27は、図示例では、第2のチップ28の中央部分に位置する信号線路(本発明でいう配線部)27aと、チップ28における素子形成面とは反対側の図示しない面(裏面)側に形成されたGND線路とからなっている。また、信号線路27aの一端部には、半田材(本例ではAu−Sn)からなるバンプ(本発明でいう半田)30が形成されている。
【0039】
本実施形態では、これら両チップ22、28の配線部25a、27aを電気的に相互接続してなる半導体装置を提供するものである。次に、その実装方法について説明する。
まず、図7に示す第1のチップ22は、増幅器21を半導体ウエハ200上に複数のチップ単位で、周知のフォトリソグラフィ技術及びパターニング技術を用いて形成し、各増幅器21における信号線路25aの端部にフォト工程にてバンプ(半田)26を形成した後、この半導体ウエハ200を分割することにより、形成される。なお、半導体ウエハ200の裏面(図示せず)には予めグランドとなる金属膜を形成しており、これによって、第1のチップ22における上記GND線路が形成される。
【0040】
図8(b)に示す第2のチップ28は、マイクロストリップ型信号線路27をアルミナ基板210上に複数のチップ単位で、周知のフォトリソグラフィ技術及びパターニング技術を用いて形成し、各マイクロストリップ型信号線路27における信号線路27aの一端部にフォト工程にてバンプ(半田)30を形成した後、このアルミナ基板210を分割することにより形成される。なお、アルミナ基板210の裏面(図示せず)には予めグランドとなる金属膜を形成しており、これによって、第2のチップ28における上記GND線路が形成される。ここまでが、本実施形態の半田形成工程である。
【0041】
次に、上記第1実施形態と同様の要領で、半田溶融工程及び半田凝固工程を行う。まず、半田溶融工程では、両チップ22、28を、素子形成面を同一方向に向けて、金属キャリア11上に搭載し、各々の配線部25a、27aの位置合わせを行い、互いのチップ端面を接触または接近させる。この状態を図9(a)、図9(a)のH−H断面図である図9(b)、図9(a)のI−I断面図である図9(c)に示す。そして、両バンプ26、30を溶融させ、一つの液滴32として一体化させる。
【0042】
次に、半田凝固工程にて、液滴32を凝固させて接合部33を形成し、両チップ22、28の配線部25a、27aの電気的接続を完成する。この状態を図10(a)及び図10(a)のJ−J断面図である図10(b)に示す。
ところで、本実施形態によれば、上記第1実施形態と同様に、両チップ22、28の素子形成面を同一にしたまま半田による実装を行うことができるため、インピーダンスの不連続及び筐体の電磁波に対する悪影響の低減が行われる。従って、高周波特性の劣化を防止するような半導体装置の実装方法を提供でき、また、そのような実装方法を用いてキャリア11に実装された半導体装置を提供することができる。
【0043】
また、本実施形態では、裏面にグランド(GND線路)を形成するマイクロストリップ型の信号線路形態では従来困難であったフリップチップ実装を実現することができる。即ち、素子形成面側の配線部25a、27aは、バンプ26、30により電気的に接続され、両チップ22、28の裏面側のGND線路は、金属キャリア11によって電気的に接続される。
【0044】
また、本実施形態においても、上記第1実施形態と同様に、接合部の耐久性が高い実装形態を実現できると共に、フォトリソグラフィ法による半田形成の効果、複数のチップの全体加熱による効果を奏する。
なお、半田形成工程において、各チップ22、28に分割した後に、バンプ26、30を形成するようにしてもよい。
【0045】
(第3実施形態)
本実施形態は、上記半田溶融工程において、電磁波、もしくは光を照射することによって、配線部のバンプ(半田)を局所的に加熱する、局所加熱方法を適用したことが上記各実施形態と異なる。本例では、上記第1実施形態と同様に、コプレーナ型増幅器1を有するMMIC素子からなる第1のチップ2の配線部5と、第2のチップ8の配線部(コプレーナ型信号線路)7とを電気的に相互接続してなる半導体装置について、上記第1実施形態と異なるところについて説明する。
【0046】
本実施形態に係る実装方法を図11に示す。図11は、上記第1実施形態と同様にして、半田形成工程までを行った後の半田溶融工程を示す図であり、第1のチップ2と第2のチップ8とを金属キャリア11上に搭載し、互いのチップ端面を接触または接近させた状態を示す。次に、この状態で、レーザ光を図11中の破線に示す領域40に局所的に照射し、バンプ6、10を局所加熱する。
【0047】
この局所加熱により、両バンプ6、10を溶融させ、一つの液滴12とし、次に、上記第1実施形態と同様に、半田凝固工程を行い、両チップ2、8の配線部5、7の電気的接続を完成する。この状態は上記図5と同様である。
本実施形態においても、上記第1実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、半田溶融工程において、配線部5、7のバンプ(半田)6、10を局所的に加熱しているから、半導体装置(チップ2、8)に不要な熱履歴を与えることなく、従って、半導体装置に与えるダメージを少なくして半田の加熱を行い、接続ができる。
【0048】
また、本例では、レーザ光を用いているため、簡便に且つ位置精度よく、局所加熱を実施することができるが、レーザ光に限らず、電磁波、もしくは他の光を照射することによっても同様の効果が得られる。
なお、上記第2実施形態にて、この局所加熱を行ってもよい。
(第4実施形態)
本実施形態は、上記第1実施形態において、半田形成工程に特徴を持たせたものであり、基板上に、チップ単位毎に配線部を含むパターン及びチップを分割する際の分割代を形成し、更に、配線部から該分割代に及んで半田をパターニング形成することが、上記第1実施形態と異なる。以下、主として、当該異なる部分について説明し、同一部分は図中、同一符号を付し説明を省略する。
【0049】
図12(a)は、本実施形態に係るコプレーナ型増幅器1を複数のチップ単位でパターニング形成した半導体ウエハ300の一部平面構成図であり、図12(b)は図12(a)のK−K断面図である。
半導体ウエハ300上に、配線部5を有するコプレーナ型増幅器1をチップ単位としたパターンを、周知のフォトリソグラフィ技術及びパターニング技術を用いて形成するが、この増幅器1は後の工程でダイシングによって分割、チップ化するため、隣接する増幅器1の間にはダイシング代(分割代)50を設ける。ダイシング代50は、分割後のチップの端となるチップ端(図12にて破線図示)51の間に相当する。
【0050】
次に、半導体ウエハ300上において、増幅器1の配線部5の端部からダイシング代50に渡って、半田材(本例ではAu−Sn)からなるバンプ(本発明でいう半田)52を、フォトリソグラフィ技術を用いて形成する。
また、図13は、本実施形態に係るコプレーナ型信号線路(配線部)7を複数のチップ単位でパターニング形成したアルミナ基板310の一部平面図である。
【0051】
アルミナ基板310上に、コプレーナ型信号線路7をチップ単位としたパターンを、周知のフォトリソグラフィ技術及びパターニング技術を用いて形成するが、このコプレーナ型信号線路7は、後の工程でダイシングによって分割、チップ化するため、隣接するコプレーナ型信号線路7の間にはダイシング代(分割代)60を設ける。ダイシング代60は、分割後のチップの端となるチップ端61の間に相当する。
【0052】
次に、アルミナ基板310上において、コプレーナ型信号線路7の端部からダイシング代60に渡って、半田材(本例ではAu−Sn)からなるバンプ(本発明でいう半田)62を、フォトリソグラフィ技術を用いて形成する。以上、各基板300、310上にチップ単位毎に配線部5、7を含むパターン及び分割代50、60を形成する工程と、バンプ52、62を形成する工程とが、本実施形態の半田形成工程に相当する。
【0053】
次に、各基板300及び310をチップ分割工程に供する。まず、半導体ウエハ300から増幅器1をダイシングで切り出し、上記第1実施形態と同様に、第1のチップ2が形成されるが、本実施形態では、バンプ52が配線部5の端部からダイシング代50に渡って形成されていたために、第1のチップ2において、バンプ52は正確にチップ端部まで形成されている。
【0054】
また、アルミナ基板310からコプレーナ型信号線路7をダイシングで切り出し、上記第1実施形態と同様に、第2のチップ8が形成されるが、本実施形態では、バンプ62が配線部7の端部からダイシング代60に渡って形成されていたために、第2のチップ8において、バンプ62は正確にチップ端部まで形成されている。
【0055】
次に、両チップ2、8を、上記第1実施形態と同様に、半田溶融工程及び半田凝固工程(図4及び図5参照)に供することにより、両チップ2、8の配線部5、7が電気的に相互接続される。ここで、本実施形態では、両チップ2、8において、バンプ52、62が各々正確にチップ端部まで形成されているため、各バンプ52、62は高精度に接近、接触させることができる。
【0056】
このように、本実施形態によれば、上記第1実施形態と同様の作用効果を得ることができることに加えて、分割代50、60に及んでバンプを形成したために各チップ端部までバンプ52、62を形成でき、その結果、より正確に半田の液滴を一体化できるため、歩留まりを著しく向上させることができる。
なお、本実施形態にて、上記局所加熱を行ってもよい。
【0057】
(第5実施形態)
本実施形態は、チップの配線部を外部信号線路に電気的に相互接続してなり、マイクロ波、ミリ波レベルの高周波領域で使用される半導体装置の実装方法についてなされたものである。図14において、(a)は本実施形態に係るチップ28であり、(b)は本実施形態に係る外部信号線路70の外観図である。
【0058】
図14(a)に示すチップ28は、上記第2実施形態に示したマイクロストリップ型信号線路27を有する第2のチップ28(図8(b)参照)と同様のものであり、説明を省略する。図14(b)に示す外部信号線路70は、同軸ケーブルの形態をなし、GND線路としての被覆管71の内部に、絶縁部72を介して金属線73が絶縁保持されている。本例では、この金属線73とチップ28の信号線路(配線部)27aとが、相互接続されるようになっている。
【0059】
本実施形態の実装方法を図15に示す。なお、図15において、(b)は(a)のL−L断面図、(c)は(a)の矢印M方向からみた図、(d)はバンプ溶融後の(b)に対応した断面図である。まず、上記第2実施形態同様に、バンプ30が形成されたチップ28を形成する(本実施形態の半田形成工程)。
次に、図15(a)ないし(c)に示す様に、このチップ28と外部信号線路70とを、金属キャリア11上に搭載し、外部信号線路70の金属線73とチップ28の信号線路27aのバンプ30とを接触もしくは接近させる。
【0060】
ここで、金属キャリア11には、外部信号線路70を支持するための貫通穴11dを有する側壁部11cが設けられており、外部信号線路70は該貫通穴11dを通してキャリア11内に配置される。貫通穴11dは、金属線73と信号線路27aとの位置合わせを考慮した位置に設けられている。
次に、この状態でキャリア11ごとチップ28と外部信号線路70とを炉に入れ加熱し、チップ28の信号線路27a上に形成されているバンプ30を溶融させ、一つの液滴30aとし、続いて、キャリア11ごとチップ28と外部信号線路70とを炉から出し、冷却して液滴30aを凝固させ、金属線73と信号線路27aとの電気的接続を完成する。この状態が図15(d)である。
【0061】
ところで、本実施形態によれば、予めチップ28の信号線路(配線部)27aにバンプ(半田)30を形成するようにしているから、高周波領域に使用される半導体装置における微小領域の半田接続に対しても、簡便且つ精度良く外部信号線路70との電気接続が可能である。また、接続部でのマイクロ波反射特性を向上させることができる。従って、半田の位置合わせのずれや半田の広がり等の不具合を防止でき、高周波特性の劣化を防止するような半導体装置の実装方法を提供できる。
【0062】
なお、チップ28の信号線路27aにバンプを形成する代わりに、外部信号線路70の金属線73に予めバンプを形成し、同様に半田溶融及び凝固の各工程を行うことによっても、同様の効果が得られる。
また、本実施形態では、特に、チップ28の信号線路27aにバンプ30を形成する際、フォト工程にて行っているから、より精度良くバンプを形成することができる。また、上記例ではキャリアごと炉で加熱して半田を溶融させる方法を示したが、上記第3実施形態と同様に、レーザ等で半田を局所的に加熱してもよい。
【0063】
(第6実施形態)
本実施形態では、上記各実施形態に比べて、配線部に半田を形成する工程において、溶融したときの幅が配線部の幅を超えないような幅で半田を形成することを特徴としたものである。図16に、本実施形態に係るチップ(半導体装置)2、8を示す。
【0064】
図16(a)は、上記第1実施形態と同様の第1のチップ2であるが、配線部5の端部に形成されたバンプ6の幅を配線部5の幅より細くし、後の工程でバンプを溶融させたときの幅方向の広がりが、配線部5の幅を超えないようにしてあることが特徴である。
また、図16(b)は、上記第1実施形態と同様の第2のチップ8であるが、配線部7の端部に形成されたバンプ10の幅を配線部(コプレーナ型信号線路)7の幅より細くし、後の工程でバンプを溶融させたときの幅方向の広がりが、配線部7の幅を超えないようにしてあることが特徴である。
【0065】
本実施形態では、これら両チップ2、8の配線部5、7を電気的に相互接続してなる半導体装置を提供するものである。次に、その実装方法について説明する。
第1のチップ2(第2のチップ8)は、上記第1実施形態と同様に、増幅器1(コプレーナ型信号線路7)を半導体ウエハ100(アルミナ基板110)上に複数のチップ単位で形成し、フォト工程にてバンプ6(バンプ10)を形成した後、この半導体ウエハ100(アルミナ基板110)を分割することにより、形成される(半田形成工程)。ここで、配線部5、7の幅よりも細くしたバンプ6、10は、フォト工程におけるパターニング幅を調整することで形成可能である。 次に、上記第1実施形態同様に、半田溶融工程を行う。即ち、第1および第2のチップ2、8を、金属キャリア11の搭載面11a上に搭載し、互いのチップ端面を接触または接近させる。この状態を図17に示す。次に、キャリア11ごと、両チップ2、8を炉に入れ加熱し、両バンプ6、バンプ10を溶融させ、一つの液滴12として一体化させる。
【0066】
次に、上記第1実施形態同様に、半田凝固工程を行い、上記図5に示したように、両チップ2、8の配線部5、7の電気的接続を完成する。
本発明においても上記第1実施形態と同様の効果を奏するが、それに加えて、半田形成工程においては、溶融したときの幅が配線部5、7の幅を超えないような幅で、バンプ(半田)6、10を形成するため、半田による配線幅の不要な拡大を防止することができ、かつ、半田が配線部からはみ出すことによる隣接配線部(例えば信号線路5aとGND線路5b)間のショートを防止することができる。
【0067】
なお、本実施形態を上記各実施形態における配線部へのバンプ形成に適用しても良い。
以上の各実施形態においては半田としてAu−Snを用いたが、その他の半田を用いてもよい。また、半田溶融工程の際に、キャリアごと炉内で加熱したが、炉を用いずにホットプレート上で行ってもよい。また、半田凝固工程において、半田バンプの冷却を、自然放冷してもよいし、ファン等で強制冷却してもよい。半田を強制的に冷却することにより、半田が溶融した後の液だれを防止できる。
【0068】
なお、上記した各実施形態の組み合わせ以外にも、可能ならば各実施形態を適宜組み合わせた実装方法としてよい。
(第7実施形態)
本実施形態は半導体装置の実装構造に係るものであり、その断面構造を図18(a)〜(c)に示す。
【0069】
上記第1〜第4及び第6実施形態にて述べた実装方法において、チップの実装構造は、図18(a)に示すように、第1のチップ2、22の端面と第2のチップ8、28の端面が接近あるいは接触するとともに、これら両チップ2、8、22、28は素子形成面の向きが一致しており、且つ、上記両チップの素子形成面に形成された配線部5、7、25a、27a間は、半田材からなる接合部13、33によって電気的に相互接続された構造となる。
【0070】
ここで、更に、第1のチップ2、22と第2のチップ8、28の少なくとも一方の端面に、素子形成面からこれと反対側の面への半田の流出を阻止するための阻止部80を形成すれば、半田溶融工程の際の半田の液だれによる短絡等を防止できる。
具体的に素子部80は、図18(b)に示す様に、第2のチップ8、28の端面からチップ8、28(アルミナ基板9、29)の内部に窪んだ窪み構造を有するものや、図18(c)に示す様に、両チップ2、8、22、28の端面を互いに対応する凹凸形状とした段差構造を有するものにできる。なお、後者の構成においては、両チップ2、8、22、28の基板2、9、23、29は、アルミナ基板とする。
【0071】
それによって、半田溶融時に、溶融した半田がチップ裏面(素子形成面とは反対側の面)にこぼれて、表面(素子形成面)の信号線路5a、7a、25a、27aと金属キャリア11や、マイクロストリップ構造の場合は裏面のグランド線路(図示せず)とがショートすることを防ぐことができ、歩留まりをさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るコプレーナ型増幅器をパターニング形成した半導体ウエハの全体平面図である。
【図2】図1のA部拡大図である。
【図3】(a)は、本発明の実施形態に係るコプレーナ型信号線路をパターニング形成したアルミナ基板の全体平面図、(b)は(a)のB部拡大図である。
【図4】本発明の第1実施形態に係る実装方法のうち半田溶融工程の説明図である。
【図5】本発明の第1実施形態に係る実装方法のうち半田凝固工程の説明図である。
【図6】本発明の実施形態に係るマイクロストリップ型増幅器をパターニング形成した半導体ウエハの全体平面図である。
【図7】図6のF部拡大図である。
【図8】(a)は本発明の実施形態に係るマイクロストリップ型信号線路をパターニング形成したアルミナ基板の全体平面図、(b)は(a)のG部拡大図である。
【図9】本発明の第2実施形態に係る実装方法のうち半田溶融工程の説明図である。
【図10】本発明の第2実施形態に係る実装方法のうち半田凝固工程の説明図である。
【図11】本発明の第3実施形態に係る実装方法のうち半田溶融工程の説明図である。
【図12】(a)は本発明の第4実施形態に係るコプレーナ型増幅器をパターニング形成した半導体ウエハの一部平面構成図、(b)は(a)のK−K断面図である。
【図13】上記第4実施形態に係るコプレーナ型信号線路をパターニング形成したアルミナ基板の一部平面図である。
【図14】本発明の第5実施形態を示す図であって、(a)はチップの平面図、(b)は外部信号線路の外観図である。
【図15】上記第5実施形態に係る実装方法の説明図である。
【図16】本発明の第6実施形態に係るチップの平面図である。
【図17】上記第5実施形態に係る実装方法の説明図である。
【図18】本発明の第7実施形態に係る実装構造を示す概略断面図である。
【図19】従来の半導体装置の実装構造を示す図である。
【符号の説明】
2…第1のチップ(コプレーナ型増幅器チップ)、5…増幅器の配線部、
6、10、26、30、52、62…バンプ、
7…コプレーナ型信号線路(配線部)、
8…第2のチップ(コプレーナ型信号線路チップ)、13、33…接合部、
22…第1のチップ(マイクロストリップ型増幅器チップ)、
25a、27a…信号線路(配線部)、27…マイクロストリップ型信号線路、
28…第2のチップ(マイクロストリップ型信号線路チップ)、
50、60…分割代、70…外部信号線路、80…阻止部、
300…半導体ウエハ、310…アルミナ基板。
Claims (9)
- 複数のチップ(2、8)の配線部(5、7)を電気的に相互接続してなり、高周波領域で使用される半導体装置の実装方法であって、
基板(300、310)上に、チップ単位毎に配線部(5、7)を含むパターン及びチップを分割する際の分割代(50、60)を形成する工程と、
前記基板上において、前記配線部から前記分割代に及んで半田(52、62)をパターニング形成する工程と、
前記基板を前記分割代にて切断することにより前記複数のチップに分割し、分割されたチップにおいて、前記半田が素子形成面におけるチップ端部まで形成され、チップ端面には形成されない状態とする工程と、
相互接続する前記複数のチップの前記素子形成面を同一方向としたまま、互いの前記チップ端面を接触させるとともに互いの前記配線部の半田を接触させ、前記半田を溶融させることによって互いの前記配線部の半田を一体化させる工程と、
前記一体化された半田を凝固させて前記複数のチップの配線部を電気的に相互接続する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の実装方法。 - 前記半田(6、10、26、30、52、62)の形成は、フォトリソグラフィ法により行われることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の実装方法。
- 前記半田(6、10、26、30、52、62)を形成する工程において、溶融したときの幅が前記配線部(5、7、25a、27a)の幅を超えないような幅で、前記半田を形成することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の実装方法。
- 前記半田(6、10、26、30、52、62)を溶融させる工程において、前記チップ(2、8、22、28)全体を加熱することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の半導体装置の実装方法。
- 前記半田(6、10、26、30、52、62)を溶融させる工程において、前記配線部(5、7、25a、27a)の半田を局所的に加熱することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の半導体装置の実装方法。
- 電磁波、もしくは光を照射することによって前記配線部(5、7、25a、27a)の半田(6、10、26、30、52、62)を局所的に加熱することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の実装方法。
- 前記半田(6、10、26、30、52、62)の凝固は、前記半田を強制的に冷却することにより行われることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の半導体装置の実装方法。
- 第1、第2のチップ(2、8、22、28)の配線部(5、7、25a、27a)を電気的に相互接続してなり、高周波領域で使用される半導体装置であって、
前記第1、第2のチップの配線部は、素子形成面に形成され、チップの端面には形成されていないものであり、
前記第1のチップ(2、22)の端面と前記第2のチップ(8、28)の端面が接触するとともに、前記第1のチップと前記第2のチップとは素子形成面の向きが一致しており、
前記両チップの前記素子形成面に形成された配線部(5、7、25a、27a)間は、半田材からなる接合部(13、33)によって電気的に相互接続されており、
前記第1のチップ(2、22)と前記第2のチップ(8、28)の少なくとも一方の端 面には、前記素子形成面からこれと反対側の面への半田の流出を阻止するための阻止部(80)が形成されており、
前記阻止部(80)は、前記端面から前記チップ(8、28)の内部に窪んだ窪み構造を有するものであることを特徴とする半導体装置。 - 第1、第2のチップ(2、8、22、28)の配線部(5、7、25a、27a)を電気的に相互接続してなり、高周波領域で使用される半導体装置であって、
前記第1、第2のチップの配線部は、素子形成面に形成され、チップの端面には形成されていないものであり、
前記第1のチップ(2、22)の端面と前記第2のチップ(8、28)の端面が接触するとともに、前記第1のチップと前記第2のチップとは素子形成面の向きが一致しており、
前記両チップの前記素子形成面に形成された配線部(5、7、25a、27a)間は、半田材からなる接合部(13、33)によって電気的に相互接続されており、
前記第1のチップ(2、22)と前記第2のチップ(8、28)の少なくとも一方の端面には、前記素子形成面からこれと反対側の面への半田の流出を阻止するための阻止部(80)が形成されており、
前記阻止部(80)は、前記両チップ(2、8、22、28)の端面を互いに対応する凹凸形状とした段差構造を有することを特徴とする半導体装置。
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