JP4854287B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は基板面に半導体チップなどの電気部品を実装する実装方法に関するものである。 The present invention relates to a mounting method for mounting an electrical component such as a semiconductor chip on a substrate surface.
図5は基板1に半導体チップ2を実装する一例を示している。
図5(a)では、基板1の接続端子3に、導電性接着剤4を介して半導体チップ2の電極部5を押し付け、導電性接着剤4が硬化した後に、図5(b)に示すようにアンダーフィル6を基板1と半導体チップ2との間に充填し硬化させて、接続端子3と電極部5との電気接続個所に水分などが浸入しないように保護している。
In FIG. 5A, the
上記のような実装構造の場合、硬化した導電性接着剤4の弾性率は1000MPa程度,硬化したアンダーフィル6の弾性率は1000MPa程度であって、半導体チップ2は基板1に強固に固定されている。
In the case of the mounting structure as described above, the elastic modulus of the cured
このような実装済みの半導体装置において、半導体チップ2に図6に仮想線で示すように変形しようとする反りが発生しても、半導体チップ2は上記のように導電性接着剤4ならびにアンダーフィル6によって基板1に強固に固定されているため、変形することができず、当初にはこの反りに伴う応力が蓄積されるだけであるが、蓄積された前記応力がアンダーフィル6の付勢力を超えたときに、図6に示すように半導体チップ2が実際に反り返った状態に変形し、接続端子3と電極部5との電気接続個所に破断Aが発生して電気接続が不良になる障害が発生する。
In such a mounted semiconductor device, even if the
本発明は電気接続個所をアンダーフィルで水分などの浸入から保護することができ、しかも、電気部品に変形が発生した場合でも電気接続を維持することができる実装方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a mounting method that can protect an electrical connection portion from intrusion of moisture or the like with an underfill, and that can maintain electrical connection even when deformation occurs in an electrical component. .
本発明の半導体装置は、電気部品の電極部を基板の接続端子に電気接続した半導体装置であって、前記接続端子の端子面の中央および前記電極部の電極面の中央にそれぞれ1つのみ凹部が設けられ、前記電極部と基板の接続端子の間に硬化状態において2MPa〜5MPaの弾性率の導電性接着剤が介装され、前記導電性接着剤の周囲に硬化状態で20MPa〜100MPaの弾性率を有するアンダーフィル樹脂が充填されていることを特徴とする。 The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device in which an electrode part of an electrical component is electrically connected to a connection terminal of a substrate, and only one recess is provided in each of the center of the terminal surface of the connection terminal and the center of the electrode surface of the electrode part. And a conductive adhesive having an elastic modulus of 2 MPa to 5 MPa in a cured state is interposed between the electrode portion and the connection terminal of the substrate, and an elastic property of 20 MPa to 100 MPa in the cured state around the conductive adhesive. It is characterized by being filled with an underfill resin having a rate.
この構成によると、導電性接着剤が従来に比べて低弾性率であるため、電気部品の変形を許容することによって不要な応力が電気部品に蓄積されることを低減でき、しかも、前記変形に伴って導電性接着剤が引き延ばされることによって、前記電気部品に変形が発生した場合でも電気接続を維持できる。 According to this configuration, since the conductive adhesive has a lower elastic modulus than conventional ones, it is possible to reduce the accumulation of unnecessary stress in the electrical component by allowing the electrical component to be deformed. As a result, the conductive adhesive is stretched, so that the electrical connection can be maintained even when the electrical component is deformed.
(実施の形態1)
図1(b)は本発明の実装方法によって実装した半導体装置を示している。
電気部品としての半導体チップ2の電極部5と基板1の接続端子3の間には、硬化状態において低弾性率の導電性接着剤7が介装されている。また、半導体チップ2と基板の間には硬化状態でも低弾性率を有するアンダーフィル6が充填されている。ここで、導電性接着剤7には硬化状態の弾性率が2MPa〜5MPaになるよう調製した導電性シリコンゴムを使用した。アンダーフィル6には硬化状態の弾性率が20MPa〜100MPaになるよう調製したシリコン樹脂を使用した。前記導電性シリコンゴムはシリコン樹脂に炭素粉末などの導電性物質を分散させて構成されている。半導体チップ2の電極部5と基板1の接続端子3は何れも高弾性率の例えば金(Au)であった。金(Au)の弾性率は10000MPa以上である。シリコンゴム,シリコン樹脂以外に、フッ素ゴム,フッ素樹脂などを用いても良い。シリコンゴムとフッ素樹脂の組み合わせ、フッ素ゴムとシリコン樹脂の組み合わせでもよい。
(Embodiment 1)
FIG. 1B shows a semiconductor device mounted by the mounting method of the present invention.
A
実装工程の最初は図1(a)に示すように、各接続端子3に対してインクジェットプリンタ(図示せず)のヘッドから導電性接着剤7が供給される。導電性接着剤7はディスペンサによって供給しても良い。
At the beginning of the mounting process, as shown in FIG. 1A, a
次に図1(b)に示すように、接続端子3に、導電性接着剤7を介して半導体チップ2の電極部5を押し付け、導電性接着剤7が硬化した後にアンダーフィル6を基板1と半導体チップ2との間に充填し硬化させて、接続端子3と電極部5との電気接続個所に水分などが浸入しないように保護している。
Next, as shown in FIG. 1B, the
このように構成したため、半導体チップ2に図1(c)に示すように中央部に比べて外周部が大きく上方に反り返る変形が発生した場合には、導電性接着剤7ならびにアンダーフィル6が低弾性率であるため、半導体チップ2の前記変形を妨げることが従来に比べて少なく、半導体チップ2に不要な応力が蓄積されない。このように半導体チップ2の前記変形を許容するとともに、導電性接着剤7が従来に比べて低弾性率であるため、図1(c)の外周側の接続端子3と電極部5との接続個所に見られるように、半導体チップ2の前記変形に伴って、導電性接着剤7が上下方向に引き延ばされることによって、半導体チップ2に変形が発生した場合でも電気接続を維持できる。
With this configuration, when the
(実施の形態2)
図2は本発明の(実施の形態2)を示す。
図1に示した(実施の形態1)では、接続端子3の端子面と電極部5の電極面の対向部か、何れも平面であったが、この(実施の形態2)では図2(a)に見られるように、接続端子3の端子面の中央部に凹部8が形成されている。電極部5の電極面の中央部には凹部9が形成されている。その他は(実施の形態1)と同じである。
(Embodiment 2)
FIG. 2 shows (Embodiment 2) of the present invention.
In (Embodiment 1) shown in FIG. 1, both the terminal surface of the
このように構成したため、インクジェットプリンタのヘッドから発射されて接続端子3の端子面に着弾した導電性接着剤7、またはディスペンサから供給された導電性接着剤7を、接続端子3に電極部5を押し付けるまで、安定して接続端子3の端子面の中央に維持させることができる。
Since it comprised in this way, the
また、このように凹部8,9を設けることによって、導電性接着剤7と接続端子3との接着面積が増大し、導電性接着剤7と電極部との接着面積が増大して、図2(b)に示すように半導体チップ2の変形に伴う導電性接着剤7の上下方向への引き延ばし動作がより確実になり、電気接続の信頼性が向上する。
Further, by providing the
なお、上記の各実施の形態では導電性接着剤7を基板1の側の接続端子3に供給したが、これは半導体チップ2の電極部5に供給して、接続端子3と電極部5とで導電性接着剤7を挟み込むように構成することもできる。また、接続端子3と電極部5の両方に導電性接着剤7を供給して、接続端子3と電極部5とで導電性接着剤7を挟み込むように構成することもできる。
In each of the above embodiments, the
上記の(実施の形態2)では、接続端子3に凹部8を設け、電極部5にも凹部9を設けたが、導電性接着剤7が着弾しない方の面には凹部を形成しないことによってもほぼ同様の効果を期待できる。
In the above (Embodiment 2), the
(実施の形態3)
図3は本発明の(実施の形態3)を示す。
(実施の形態1)では、半導体チップ2の電極部5と基板1の接続端子3は高弾性率であり、導電性接着剤7とアンダーフィル6がともに低弾性率のものを使用したが、この(実施の形態3)では半導体チップ2の電極部5Aが低弾性率の導電性樹脂で形成されている点だけが(実施の形態1)とは異なっている。
(Embodiment 3)
FIG. 3 shows (Embodiment 3) of the present invention.
In (Embodiment 1), the
具体的には、電極部5Aもフッ素系樹脂に導電性粒子を20重量%〜50重量%入れて導電性を付与した。ここで導電性粒子をさらに多くした場合には、弾性率が上がるので好ましくない。導電性粒子としては、銀粒子1μmを用いたが、他の導電性粒子でもよい。導電性粒子の径が大きくなると弾性率が高くなるので、1μm以下の径のものがよい。
Specifically, the
このように構成したため、基板1に実装した半導体チップ2が、図3(b)に示すように変形した場合には、それに伴って、低弾性率の導電性接着剤7,低弾性率のアンダーフィル6,ならびに低弾性率の電極部5Aが、弾性変形することによって、半導体チップ2に変形が発生した場合でも電気接続を維持できる。
With this configuration, when the
下記の(表1)のサンプル1〜サンプル5は、電極部5Aの材質とアンダーフィル6の材質との組み合わせと熱特性の実験結果を示している。なお、サンプル6は比較例で、電極部5Aの材質が金(Au)、アンダーフィル6がエポキシ樹脂である。
ここで(表1)の熱特性とは、高湿高温にて10℃と80℃の繰り返しを500サイクル与えた各サンプルの電導率を測定し、◎印は変化1%未満、○印は変化1%以上で3%未満、△印は変化3%以上、×印は熱特性の改善が見られない、である。使用した各樹脂の弾性率は、下記の通りである。 Here, the thermal characteristics of (Table 1) indicate the electrical conductivity of each sample subjected to 500 cycles of 10 ° C. and 80 ° C. at high humidity and high temperature, ◎ indicates less than 1% change, ○ indicates change. 1% or more and less than 3%, Δ mark indicates a change of 3% or more, and X mark indicates no improvement in thermal characteristics. The elastic modulus of each resin used is as follows.
フッ素樹脂 50〜 200Mpa
エポキシ樹脂 1000〜2000Mpa
シリコン樹脂 1〜 50Mpa
金(Au) 10000Mpa以上
(表1)の実験結果を検討する。
Fluorine resin 50-200Mpa
Epoxy resin 1000-2000Mpa
Silicone resin 1-50Mpa
The experimental result of gold (Au) 10000 Mpa or more (Table 1) will be examined.
比較例のサンプル6は、基板1と半導体チップ2とエポキシ樹脂のアンダーフィル6と金(Au)の電極部5Aとの熱膨張の差が大きく、熱的に不安定。
サンプル4とサンプル5は、サンプル6に比較してシリコン樹脂の電極部5A,フッ素樹脂の電極部5Aが周辺の熱膨張を緩和しているため良いが、熱的に弱い。
The
サンプル2は、電極部5Aとアンダーフィル6が同じ熱膨張率なので、安定しているが、熱的安定性に弱い。
サンプル1とサンプル3は、何れも熱特性が良好であった。
The
サンプル5は、サンプル1とサンプル3と同じく電極部5Aにフッ素樹脂を使用しているが、熱特性はあまりよくない。これは、アンダーフィル6として使用しているエポキシ樹脂のために電極部5Aに変形が発生しているためと思われる。
このように、電極部5Aとアンダーフィル6に硬化状態で低弾性率の樹脂を採用したサンプル1〜サンプル3が従来例のサンプル6に比べて熱特性が飛躍的に向上して信頼性の向上が確認できた。また、(実施の形態1)のように半導体チップ2の変形に伴って、低弾性率の導電性接着剤7とだけが変形する場合と比べると、この(実施の形態3)では導電性接着剤7とアンダーフィル6に加えて電極部5Aが効果的に弾性変形し、信頼性はより高い。
Thus,
なお、上記の例では半導体チップ2の電極部5Aと基板1の接続端子3の内の一方である電極部5Aだけを、硬化状態で低弾性率の導電性樹脂で形成したが、基板1の接続端子3だけを硬化状態で低弾性率の導電性樹脂で形成したり、半導体チップ2の電極部5Aと基板1の接続端子3の両方を硬化状態で低弾性率の導電性樹脂で形成して構成することもできる。
In the above example, only the
(実施の形態4)
図4は本発明の(実施の形態4)を示す。
(実施の形態1)では、半導体チップ2の電極部5と基板1の接続端子3は高弾性率であり、導電性接着剤7とアンダーフィル6がともに低弾性率のものを使用したが、この(実施の形態4)では図4(a)に示すように、半導体チップ2と基板1の電気的接続に、高弾性率の材料として従来例として図5に示したものと同じ、硬化した状態での弾性率が1000MPa程度の導電性接着剤4を使用した。半導体チップ2の電極部5Aは(実施の形態3)を示す図3(a)と同じ低弾性率の導電性樹脂を採用した。
(Embodiment 4)
FIG. 4 shows (Embodiment 4) of the present invention.
In (Embodiment 1), the
このように構成したため、基板1に実装した半導体チップ2が、図4(b)に示すように変形した場合には、それに伴って、低弾性率のアンダーフィル6,ならびに低弾性率の電極部5Aが弾性変形することによって、半導体チップ2に変形が発生した場合でも電気接続を維持でき、従来例に比べて信頼性が向上する。
With this configuration, when the
なお、上記の例では半導体チップ2の電極部5Aと基板1の接続端子3の内の一方である電極部5Aだけを、硬化状態で低弾性率の導電性樹脂で形成したが、基板1の接続端子3だけを硬化状態で低弾性率の導電性樹脂で形成したり、半導体チップ2の電極部5Aと基板1の接続端子3の両方を硬化状態で低弾性率の導電性樹脂で形成して構成することもできる。
In the above example, only the
また、(実施の形態3)(実施の形態4)において、基板1の接続端子3の面と半導体チップ2の電極部5Aの面は何れも平面であったが、(実施の形態2)の図2に示すように凹部8,9を形成することもできる。基板1の接続端子3の面と半導体チップ2の電極部5Aの面の一方にだけ凹部8または凹部9を形成することもできる。
Further, in (Embodiment 3) (Embodiment 4), the surface of the
劣悪な動作環境においても安定して動作する高信頼性の半導体装置の実現に寄与できる。 This contributes to the realization of a highly reliable semiconductor device that operates stably even in a poor operating environment.
1 基板
2 半導体チップ(電気部品)
3 接続端子
5,5A 電極部
6 アンダーフィル
7 導電性接着剤
8,9 凹部
1
3
Claims (2)
前記接続端子の端子面の中央および前記電極部の電極面の中央にそれぞれ1つのみ凹部が設けられ、前記電極部と基板の接続端子の間に硬化状態において2MPa〜5MPaの弾性率の導電性接着剤が介装され、
前記導電性接着剤の周囲に硬化状態で20MPa〜100MPaの弾性率を有するアンダーフィル樹脂が充填されている
半導体装置。 A semiconductor device in which an electrode part of an electrical component is electrically connected to a connection terminal of a substrate,
Only one recess is provided in the center of the terminal surface of the connection terminal and in the center of the electrode surface of the electrode part, and the conductivity of elasticity is 2 MPa to 5 MPa in the cured state between the electrode part and the connection terminal of the substrate. An adhesive is inserted,
A semiconductor device in which an underfill resin having an elastic modulus of 20 MPa to 100 MPa in a cured state is filled around the conductive adhesive.
請求項1記載の半導体装置。 The conductive adhesive semiconductor device according to claim 1 Symbol placement was conductive silicon rubber or a conductive fluororesin.
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