JP5003067B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
近年の電子機器の高機能化並びに軽薄短小化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化、さらには高密度実装化が進んできている。これらの電子機器に使用される半導体パッケージは、小型化かつ多ピン化してきており、また、半導体パッケージを含めた電子部品を実装する、実装用基板も小型化してきている。 With recent demands for higher functionality and lighter, thinner and smaller electronic devices, electronic components have been increasingly integrated and densely packaged. Semiconductor packages used in these electronic devices have been reduced in size and increased in pin count, and mounting substrates on which electronic components including the semiconductor package are mounted have also been reduced in size.
高密度の実装を実現する半導体パッケージとして、パッケージオンパッケージ(POP)構造が提案されている(特許文献1)。特許文献1では、一方の半導体チップが搭載された実装基板にバンプ電極を設け、このバンプ電極上に、他方の半導体チップが搭載された基板が配置される。これにより、二つの半導体チップが、それぞれ、実装基板と電気的に接続される。 A package-on-package (POP) structure has been proposed as a semiconductor package that realizes high-density mounting (Patent Document 1). In Patent Document 1, a bump electrode is provided on a mounting substrate on which one semiconductor chip is mounted, and a substrate on which the other semiconductor chip is mounted is disposed on the bump electrode. Thereby, each of the two semiconductor chips is electrically connected to the mounting substrate.
一方、電極が設けられた基板間を接続する技術としては、異方導電フィルム(Anisotropic Conductive Film:ACF)を用いるものがある(特許文献2)。特許文献2においては、基板の接着面に突出して設けられた電極同士を対向させて、電極間を異方導電フィルム中の導電性粒子により接続している。
前述したPOP構造において、一方の半導体チップに設けられている電極と他方の半導体チップに設けられている電極とを導通させる場合、一方の半導体チップから実装基板、バンプ電極および基板を介して他方の半導体チップに接続させる構成が考えられる。 In the POP structure described above, when an electrode provided on one semiconductor chip is electrically connected to an electrode provided on the other semiconductor chip, the other semiconductor chip is connected to the other via a mounting substrate, a bump electrode, and the substrate. A configuration for connection to a semiconductor chip is conceivable.
ところが、この場合、導通経路に多くの部材が介在し、また導通経路が長くなるため、チップ間の接続信頼性の面で、改善の余地があった。 However, in this case, since many members are interposed in the conduction path and the conduction path becomes long, there is room for improvement in terms of connection reliability between chips.
また、後述するように、半導体チップに設けられた電極は、異方導電フィルムによる接着に供される基板に設けられた電極と構成の前提が異なっている。このため、異方導電フィルムによる基板間の接続方法を、半導体チップ間の接続にそのまま適用することはできなかった。 As will be described later, the electrode provided on the semiconductor chip is different in the premise of the configuration from the electrode provided on the substrate provided for adhesion by the anisotropic conductive film. For this reason, the connection method between the substrates using the anisotropic conductive film cannot be applied as it is to the connection between the semiconductor chips.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、異なる半導体チップに設けられた電極間を確実に接続する技術を提供する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a technique for reliably connecting electrodes provided on different semiconductor chips.
本発明によれば、
表面に第一絶縁膜および第一電極を有する第一半導体チップと、
表面に第二絶縁膜および第二電極を有する第二半導体チップと、
を含み、
前記第一絶縁膜が前記第一半導体チップの前記表面の一部を被覆し、前記第一絶縁膜の未被覆領域において、前記第一半導体チップの前記表面に、前記第一絶縁膜の表面よりも前記第一半導体チップ側に後退して前記第一電極が設けられ、
前記第二絶縁膜が前記第二半導体チップの前記表面の一部を被覆し、前記第二絶縁膜の未被覆領域において、前記第二半導体チップの前記表面に、前記第二絶縁膜の表面よりも前記第二半導体チップ側に後退して前記第二電極が設けられ、
前記第一半導体チップと前記第二半導体チップとが、前記第一絶縁膜と前記第二絶縁膜とを内側にして対向するとともに、前記第一電極と前記第二電極とが対向した状態で、接着テープを介して接着されており、
前記接着テープが、第一樹脂と、前記第一樹脂中に存在する複数の導電性粒子と、を含み、
前記複数の導電性粒子が、
前記第一および第二電極が対向する領域にあって、これらの電極に接している第一導電性粒子と、
前記第一導電性粒子と略同一の粒径を有し、前記第一および第二絶縁膜が対向する領域にあって、前記第一および第二絶縁膜のうちの少なくとも一方に陥入している第二導電性粒子と、
を含む半導体装置が提供される。
According to the present invention,
A first semiconductor chip having a first insulating film and a first electrode on the surface;
A second semiconductor chip having a second insulating film and a second electrode on the surface;
Including
The first insulating film covers a part of the surface of the first semiconductor chip, and in the uncovered region of the first insulating film, the surface of the first semiconductor chip is more than the surface of the first insulating film. Also retracted to the first semiconductor chip side and the first electrode is provided,
The second insulating film covers a part of the surface of the second semiconductor chip, and in the uncovered region of the second insulating film, on the surface of the second semiconductor chip, from the surface of the second insulating film Also retracted to the second semiconductor chip side and the second electrode is provided,
The first semiconductor chip and the second semiconductor chip are opposed to each other with the first insulating film and the second insulating film inside, and the first electrode and the second electrode are opposed to each other. It is bonded via an adhesive tape,
The adhesive tape includes a first resin and a plurality of conductive particles present in the first resin,
The plurality of conductive particles are
A first conductive particle in a region where the first and second electrodes face each other, and in contact with these electrodes;
The first conductive particles have substantially the same particle size, the first and second insulating films are in regions facing each other, and are indented into at least one of the first and second insulating films. Second conductive particles having,
A semiconductor device is provided.
本発明においては、接着テープ中に、粒径が略同一の第一および第二導電性粒子が含まれる。そして、第二導電性粒子が、第一または第二絶縁膜中に陥入しているため、第一電極と第二電極とが共通の第一導電性粒子に接触する程度まで第一電極と第二電極との距離が近接した構成となっている。すなわち、本発明においては、第二導電性粒子の絶縁膜への陥入と第一導電性粒子の第一および第二電極への接触との協働作用により、絶縁膜の表面からそれぞれの半導体チップ側に後退して設けられた一対の電極間が一つの第一導電性粒子を介して確実に電気的に接続された構成となっている。 In the present invention, the adhesive tape includes first and second conductive particles having substantially the same particle size. And since the 2nd electroconductive particle is invaginated in the 1st or 2nd insulating film, it is the 1st electrode and the 1st electrode to such an extent that the 1st electrode and the 2nd electrode contact common 1st electroconductive particle. The distance from the second electrode is close. That is, in the present invention, each semiconductor is separated from the surface of the insulating film by the cooperative action of the intrusion of the second conductive particles into the insulating film and the contact of the first conductive particles with the first and second electrodes. A pair of electrodes provided so as to recede to the chip side is reliably electrically connected via one first conductive particle.
なお、本発明においては、半導体チップに設けられた電極間を接続する。このため、前述したように、基板に設けられた電極を接続する場合とは構成の前提が異なる。この点について、以下、図8(a)および図8(b)を参照してさらに説明する。 In the present invention, the electrodes provided on the semiconductor chip are connected. For this reason, as described above, the premise of the configuration is different from the case where the electrodes provided on the substrate are connected. This point will be further described below with reference to FIGS. 8 (a) and 8 (b).
図8(a)は、基板に設けられた電極間の接続構造を示す断面図である。図8(a)では、第一基板201と第二基板211の電極形成面同士が接着テープ281により接着されている。接着テープ281においては、樹脂層289中に複数の導電性粒子283が分散している。第一基板201および第二基板211に、それぞれ、対向する基板に向かって突出した第一電極291および第二電極293が設けられている。第一電極291の表面が第一半導体チップ225の表面よりも第二半導体チップ231に近接しており、第二電極293の表面が第二半導体チップ231の表面よりも第一半導体チップ225に近接している。
FIG. 8A is a cross-sectional view showing a connection structure between electrodes provided on a substrate. In FIG. 8A, the electrode forming surfaces of the
図8(a)では、基板間距離Hが、電極間距離Lに等しい。このため、電極間距離Lが導電性粒子283の粒径dに等しくなった状態、つまり、第一電極291および第二電極293に挟まれた一つの導電性粒子283がこれらの電極に接触した状態で、電極間が電気的に接続される。
In FIG. 8A, the inter-substrate distance H is equal to the inter-electrode distance L. Therefore, the distance L between the electrodes is equal to the particle diameter d of the
これに対し、本発明においては、第一および第二半導体チップの表面に、それぞれ、第一および第二凹部が設けられており、これらの凹部が、それぞれ、第一および第二電極により構成されている。 On the other hand, in the present invention, the first and second recesses are provided on the surfaces of the first and second semiconductor chips, respectively, and these recesses are constituted by the first and second electrodes, respectively. ing.
図8(b)は、このような半導体チップの構成を示す断面図である。図8(b)では、第一半導体チップ225および第二半導体チップ231が、表面に、それぞれ、第一絶縁膜296および第二絶縁膜298を有する。また、第一半導体チップ225および第二半導体チップ231の表面に、それぞれ、第一凹部292および第二凹部294が設けられている。また、これらの凹部の底部が、それぞれ、第一電極291および第二電極293により構成されている。第一電極291の表面が第一絶縁膜296の表面よりも第二半導体チップ231から離れており、第二電極293の表面が第二絶縁膜298の表面よりも第一半導体チップ225から離れている点で、接続しようとする電極の配置が図8(a)とは異なっている。
FIG. 8B is a cross-sectional view showing the configuration of such a semiconductor chip. In FIG. 8B, the
この場合、チップ間距離hは絶縁膜間の距離に等しく、電極間距離Lがチップ間距離hよりも大きい。このため、仮に、図8(b)において、図8(a)と同様に接着テープ281を用いて半導体チップ同士を接着することを想定した場合、導電性粒子283が第一絶縁膜296および第二絶縁膜298に接触した状態で接着されると考えられる。また、第一絶縁膜296および第二絶縁膜298との対向領域に存在する導電性粒子283がこれらの絶縁膜中に非意図的に陥入することがあったとしても、第一電極291と第二電極293とが共通の導電性粒子283に接触する構成とはならない。
In this case, the inter-chip distance h is equal to the distance between the insulating films, and the inter-electrode distance L is larger than the inter-chip distance h. For this reason, in FIG. 8B, when it is assumed that the semiconductor chips are bonded to each other using the
これに対し、本発明においては、第二導電性粒子を第一および第二絶縁膜中に意図的に陥入させた構成となっているため、第一および第二電極が半導体装置の外側に後退している構成でありながら、図8(b)とは異なり、電極間が一つの第一導電性粒子に接触する構成が実現されている。よって、本発明によれば、第一および第二電極間を、単一の第一導電性粒子を介して確実に電気的に接続することができる。 In contrast, in the present invention, since the second conductive particles are intentionally intruded into the first and second insulating films, the first and second electrodes are outside the semiconductor device. Unlike the configuration shown in FIG. 8B, a configuration in which the electrodes are in contact with one first conductive particle is realized, although the configuration is retracted. Therefore, according to the present invention, the first and second electrodes can be reliably electrically connected via the single first conductive particle.
ところで、本発明で見出された半導体チップ間の接続構造、すなわち第二導電性粒子が第一または第二絶縁膜中に陥入した構成は、従来の製法では得ることが困難であった。本発明においては、さらに、半導体チップ間を接続する際に、第一および第二絶縁膜の材料および導電性粒子の材料を選択するとともに、接着を所定の条件で行うことにより、このような接続構造を得ることが可能であることを見出した。たとえば、第一半導体チップと第二半導体チップとの接着温度における第一および第二絶縁膜と導電性粒子との弾性率の関係を設定することにより、第二導電性粒子を絶縁膜中に陥入させることが可能となった。この点については、後述する実施形態および実施例においてさらに具体的に説明する。 By the way, the connection structure between the semiconductor chips found in the present invention, that is, the configuration in which the second conductive particles are indented into the first or second insulating film has been difficult to obtain by the conventional manufacturing method. In the present invention, when connecting the semiconductor chips, the material of the first and second insulating films and the material of the conductive particles are selected and the bonding is performed under predetermined conditions. It was found that a structure can be obtained. For example, by setting the elastic modulus relationship between the first and second insulating films and the conductive particles at the bonding temperature between the first semiconductor chip and the second semiconductor chip, the second conductive particles fall into the insulating film. It became possible to enter. This point will be described more specifically in the embodiments and examples described later.
なお、これらの各構成の任意の組み合わせや、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of these components, or a conversion of the expression of the present invention between a method, an apparatus, and the like is also effective as an aspect of the present invention.
たとえば、本発明によれば、
上記半導体装置の製造方法であって、
前記第一半導体チップ、前記第二半導体チップおよび前記接着テープを準備する工程と、
前記接着テープの一方の面に前記第一半導体チップの前記表面を当接させるとともに、前記接着テープの他方の面に前記第二半導体チップの前記表面を当接させた状態で、前記第一および第二半導体チップと前記接着テープとを圧着し、前記第一導電性粒子を前記第一および第二電極に接触させるとともに、前記第二導電性粒子を、前記第一および第二絶縁膜中に陥入させる工程と、
を含む半導体装置の製造方法が提供される。
For example, according to the present invention,
A method for manufacturing the semiconductor device, comprising:
Preparing the first semiconductor chip, the second semiconductor chip and the adhesive tape;
With the surface of the first semiconductor chip in contact with one surface of the adhesive tape and the surface of the second semiconductor chip in contact with the other surface of the adhesive tape, A second semiconductor chip and the adhesive tape are pressure-bonded to bring the first conductive particles into contact with the first and second electrodes, and the second conductive particles are placed in the first and second insulating films. The invading process,
A method for manufacturing a semiconductor device is provided.
以上説明したように、本発明によれば、接着テープ中の複数の導電性粒子が、第一および第二電極が対向する領域にあって、これらの電極に接している第一導電性粒子と、第一導電性粒子と略同一の粒径を有し、第一および第二絶縁膜が対向する領域にあって、第一および第二絶縁膜のうちの少なくとも一方に陥入している第二導電性粒子とを含むため、異なる半導体チップに設けられた電極間を確実に接続することができる。 As described above, according to the present invention, the plurality of conductive particles in the adhesive tape are in a region where the first and second electrodes face each other, and the first conductive particles in contact with these electrodes and The first conductive particles have substantially the same particle size, the first and second insulating films are in regions facing each other, and are indented into at least one of the first and second insulating films. Since the two conductive particles are included, the electrodes provided on different semiconductor chips can be reliably connected.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、共通の構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings, common constituent elements are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.
(第一の実施形態)
図1は、本実施形態の半導体装置の構成を示す断面図である。
図1に示した半導体装置100は、第一半導体チップ125、第二半導体チップ131および接着テープ181を含む。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device of this embodiment.
The
第一半導体チップ125は、表面に第一絶縁膜(第一半導体チップコート196)および第一電極191を有する。第一半導体チップコート196は、第一半導体チップ125の表面の一部を被覆している絶縁膜である。第一半導体チップ125に、第一凹部192が設けられ、第一凹部192の底部が第一電極191により構成されている。第一凹部192は、第一半導体チップコート196の未被覆領域である。第一凹部192においては、第一半導体チップコート196が選択的に除去されて、開口している。また、第一凹部192の側面が、第一半導体チップコート196により構成されている。第一半導体チップコート196は、第一電極191の非形成領域から第一電極191の形成領域にわたって設けられている。
The
また、第一電極191は、第一半導体チップコート196の未被覆領域において、第一半導体チップ125の表面に設けられている。第一電極191の表面は、第一半導体チップコート196の表面よりも第一半導体チップ125側に後退して設けられている。
The
第二半導体チップ131は、表面に第二絶縁膜(第二半導体チップコート198)および第二電極193を有する。第二半導体チップコート198は、第二半導体チップ131の表面の一部を被覆している絶縁膜である。第二半導体チップ131に、第二凹部194が設けられ、第二凹部194の底部が第二電極193により構成されている。第二凹部194は、第二半導体チップコート198の未被覆領域である。第二凹部194においては、第二半導体チップコート198が選択的に除去されて、開口している。また、第二凹部194の側面が、第二半導体チップコート198により構成されている。第二半導体チップコート198は、第二電極193の非形成領域から第二電極193の形成領域にわたって設けられている。
The
また、第二電極193は、第二半導体チップコート198の未被覆領域において、第二半導体チップ131の表面に設けられている。第二電極193の表面は、第二半導体チップコート198の表面よりも第二半導体チップ131側に後退して設けられている。
The
なお、図1では、第一電極191が第一凹部192の底部全体を構成し、第二電極193が第二凹部194の底部全体を構成している態様を例示したが、これらの電極は、凹部の少なくとも一部を構成していればよい。
In addition, in FIG. 1, although the
また、図1においては、半導体装置100中に第一凹部192と第二凹部194との対向領域が一つ設けられた構成を例示したが、凹部の対向領域は、半導体装置100の所定の位置に所定の数だけ設けることができる。
1 illustrates a configuration in which one opposing region between the first
第一凹部192および第二凹部194の平面形状に特に制限はないが、たとえば円形とする。このとき、第一凹部192および第二凹部194の平面視における径、つまり第一電極191および第二電極193の開口パッド径は、導電粒子183の大きさ等に応じて適宜設定されるが、たとえば0.5μm以上100μm以下とする。また、第一電極191および第二電極193の開口パッド間隔は、たとえば1μm以上200μm以下とする。ここで、開口パッド間隔とは、隣接する電極の中心間距離を指す。
The planar shape of the
第一半導体チップ125と第二半導体チップ131とは、第一半導体チップコート196と第二半導体チップコート198とを内側にして対向するとともに、第一凹部192の底部を構成する第一電極191と第二凹部194の底部を構成する第二電極193とが対向した状態で、接着テープ181を介して接着されている。本実施形態においては、第一半導体チップ125の表面および第二半導体チップ131の表面は、いずれも素子形成面であって、素子形成面同士を内側に対向した状態で、半導体チップが接着されている。
The
第一半導体チップコート196および第二半導体チップコート198は、たとえばパッシベーション膜として機能する。第一半導体チップコート196および第二半導体チップコート198の材料は、たとえば半導体チップにおけるコート材として用いられるものとすることができる。また、ここでは、第一半導体チップコート196および第二半導体チップコート198が、いずれも有機樹脂材料からなる。有機樹脂材料として、具体的には、ポリイミド(PI)、ポリベンゾオキサゾール(PBO)およびポリベンゾシクロブテン(BCB)、ノルボルネン等の環状オレフィン類等が挙げられ、これらの群から選択された少なくとも一種以上を用いることができる。
The first
また、第一半導体チップコート196および第二半導体チップコート198の厚さは、導電性粒子183等に応じて設定され、たとえば3μm以上15μm以下とする。
The thicknesses of the first
次に、接着テープ181について説明する。
接着テープ181は、第一電極191と第二電極193との間に設けられるとともに、第一電極191の表面および第二電極193の表面に接して設けられている。また、接着テープ181は、第一樹脂(樹脂層189)と、樹脂層189に存在する複数の導電性粒子183と、を含む。
Next, the
The
複数の導電性粒子183は、第一導電性粒子183aおよび第二導電性粒子183bを含む。
The plurality of
第二導電性粒子183bは、第一導電性粒子183aと略同一の粒径を有する。ここで、第一導電性粒子183aと第二導電性粒子183bとが略同一の粒径を有するとは、第一凹部192と第二凹部194との対向領域が半導体装置100中に複数設けられている場合にも、各対向領域において第一電極191と第二電極193とを第一導電性粒子183aにより安定的に接続できる程度に同程度の粒径であって、プラスマイナス5%程度の粒径のばらつきは許容される。たとえば、第一導電性粒子183aおよび第二導電性粒子183bの平均粒径が2μmのとき、粒径が1.9〜2.1μm程度であってもよい。
The second
また、第一導電性粒子183aおよび第二導電性粒子183bの粒径は、第一凹部192の深さと第二凹部194の深さとの合計よりも大きい。これにより、第二導電性粒子183bが第一半導体チップコート196または第二半導体チップコート198に陥入した状態で、第一導電性粒子183aを第一凹部192および第二凹部194の底部を構成する第一電極191および第二電極193にさらに確実に接触させることができる。
The particle diameters of the first
また、第一導電性粒子183aおよび第二導電性粒子183bの粒径の上限に特に制限はないが、隣接電極間のショート不良を抑制する観点では、たとえば、100μm以下とする。
Moreover, although there is no restriction | limiting in particular in the upper limit of the particle size of the
第一導電性粒子183aは、第一電極191および第二電極193が対向する領域(以下、第一領域とも呼ぶ。)にあって、これらの電極に接している。
The first
また、第二導電性粒子183bは、第一半導体チップコート196および第二半導体チップコート198が対向する領域(以下、第二領域とも呼ぶ。)にあって、第一半導体チップコート196および第二半導体チップコート198のうちの少なくとも一方に陥入している。
The second
また、複数の導電性粒子183は、第一および第二の領域において、以下のように存在している。
すなわち、第一領域においては、複数の導電性粒子183のうちの一部、つまり第一導電性粒子183aが、第一電極191および第二電極193に接する姿態で存在する。これにより、第一電極191と第二電極193とが電気的に接続される。また、一つの第一領域中に、一つの第一導電性粒子183aが存在している。また、積層方向において一対の電極間が一つの第一導電性粒子183aにより接続されている。
Further, the plurality of
That is, in the first region, a part of the plurality of
また、第二領域においては、複数の導電性粒子183のうちの一部、つまり第二導電性粒子183bが、以下(i)または(ii)の姿態で存在している。
(i)第一半導体チップコート196および第二半導体チップコート198のうちのいずれか一方の膜中に、粒子の一部が陥入している。
(ii)第一半導体チップコート196および第二半導体チップコート198の両方に、粒子の一部がそれぞれ陥入している。
なお、図1では、上記(ii)の構成が例示されている。
In the second region, a part of the plurality of
(I) Part of the particles is invaded in one of the first
(Ii) Part of the particles is indented in both the first
In addition, in FIG. 1, the structure of said (ii) is illustrated.
複数の導電性粒子183は、第二樹脂からなるコア粒子185と、コア粒子185の外側を被覆する導電層(金属層187)とを含む。
The plurality of
第二樹脂の材料として、たとえば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ジビニルベンゼン共重合体、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、(メタ)アクリレート−ジビニルベンゼン共重合体、(メタ)アクリレート共重合体、スチレン樹脂、スチレンーブタジエン共重合体、ベンゾグアナミン樹脂等の有機物やシリカ等の無機物が挙げられる。その中でも、絶縁膜に対する陥入性と接着剤樹脂の緩みに追随できる弾力性を考慮すると、ジビニルベンゼン共重合体、(メタ)アクリレート−ジビニルベンゼン共重合体、(メタ)アクリレート共重合体、ベンゾグアナミン樹脂が好ましい。また、コア粒子185は、中空であっても中実であってもよい。
As a material of the second resin, for example, epoxy resin, urethane resin, melamine resin, phenol resin, divinylbenzene copolymer, styrene-divinylbenzene copolymer, (meth) acrylate-divinylbenzene copolymer, (meth) acrylate Examples thereof include organic substances such as copolymers, styrene resins, styrene-butadiene copolymers, and benzoguanamine resins, and inorganic substances such as silica. Among them, in consideration of the indentation to the insulating film and the elasticity that can follow the loosening of the adhesive resin, divinylbenzene copolymer, (meth) acrylate-divinylbenzene copolymer, (meth) acrylate copolymer, benzoguanamine Resins are preferred. The
金属層187は、コア粒子185全面を被覆している。金属層187は、たとえばめっき層であってもよい。
The
また、接着テープ181において、導電性粒子183の配合比は、導電性粒子183以外の成分に対して、接続信頼性を向上させる観点で0.1体積%以上、好ましくは1体積%以上とする。また、接着テープの成膜性を向上させる観点では、接着テープ中の導電性粒子183以外の成分に対して10体積%以下、好ましくは5体積%以下とする。
In addition, in the
接着テープ181の樹脂層189の材料としては、特に制限されるものではなく、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂の混合系が用いられる。このうち、成膜性および樹脂の溶融粘度の観点から、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合系が好適である。さらに具体的には、樹脂層189の材料が、エポキシ樹脂およびアクリルゴムを含む構成としてもよい。
The material of the
熱可塑性樹脂としては、特に制限されるものはなく、たとえば、フェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、シロキサン変性ポリイミド樹脂、ポリブタジエン、ポリプロピレン、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体、ポリアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ポリアミド樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−アクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリ酢酸ビニル、ナイロン、アクリルゴム等を用いることができる。これらは、単独または2種以上を混合して用いることができる。 The thermoplastic resin is not particularly limited. For example, phenoxy resin, polyester resin, polyurethane resin, polyimide resin, siloxane-modified polyimide resin, polybutadiene, polypropylene, styrene-butadiene-styrene copolymer, styrene-ethylene- Butylene-styrene copolymer, polyacetal resin, polyvinyl butyral resin, polyvinyl acetal resin, butyl rubber, chloroprene rubber, polyamide resin, acrylonitrile-butadiene copolymer, acrylonitrile-butadiene-acrylic acid copolymer, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer Coalescence, polyvinyl acetate, nylon, acrylic rubber, etc. can be used. These can be used individually or in mixture of 2 or more types.
また、上記熱可塑性樹脂は、接着性や他の樹脂との相溶性を向上させる目的で、ニトリル基、エポキシ基、水酸基、カルボキシル基を有するものを用いてもよく、このような樹脂として、たとえばアクリルゴムを用いることができる。 The thermoplastic resin may be one having a nitrile group, an epoxy group, a hydroxyl group, or a carboxyl group for the purpose of improving adhesiveness or compatibility with other resins. As such a resin, for example, Acrylic rubber can be used.
熱硬化性樹脂としては、特に制限されるものではないが、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、フェノール樹脂、(メタ)アクリレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、マレイミド樹脂等が用いられる。中でも、硬化性と保存性、硬化物の耐熱性、耐湿性、耐薬品性に優れるエポキシ樹脂が好適に用いられる。 Although it does not restrict | limit especially as a thermosetting resin, An epoxy resin, oxetane resin, a phenol resin, (meth) acrylate resin, unsaturated polyester resin, diallyl phthalate resin, maleimide resin etc. are used. Among them, an epoxy resin excellent in curability and storage stability, heat resistance, moisture resistance, and chemical resistance of a cured product is preferably used.
エポキシ樹脂は、室温で固形のエポキシ樹脂と、室温で液状のエポキシ樹脂のうち、いずれを用いてもよい。また、樹脂が室温で固形のエポキシ樹脂と、室温で液状のエポキシ樹脂とを含んでもよい。これにより、樹脂層189を構成する樹脂の溶融挙動の設計の自由度をさらに高めることができる。
As the epoxy resin, any one of an epoxy resin solid at room temperature and an epoxy resin liquid at room temperature may be used. The resin may include an epoxy resin that is solid at room temperature and an epoxy resin that is liquid at room temperature. Thereby, the freedom degree of design of the melting behavior of resin which comprises the
室温で固形のエポキシ樹脂としては、特に限定されるものではなく、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、3官能エポキシ樹脂、4官能エポキシ樹脂等が挙げられる。さらに具体的には、固形3官能エポキシ樹脂とクレゾールノボラック型エポキシ樹脂とを含んでもよい。 The epoxy resin that is solid at room temperature is not particularly limited, and is not limited to bisphenol A type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, glycidylamine type epoxy resin, glycidyl ester type. An epoxy resin, a trifunctional epoxy resin, a tetrafunctional epoxy resin, etc. are mentioned. More specifically, a solid trifunctional epoxy resin and a cresol novolac type epoxy resin may be included.
また、室温で液状のエポキシ樹脂は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂またはビスフェノールF型エポキシ樹脂とすることができる。また、これらを組み合わせて用いてもよい。 The epoxy resin that is liquid at room temperature can be a bisphenol A type epoxy resin or a bisphenol F type epoxy resin. Moreover, you may use combining these.
また、樹脂層189がアクリルゴムを含む構成とすることにより、フィルム状の接着テープを作製する際の成膜安定性を向上させることができる。また、接着テープの弾性率を低下させ、被接着物と接着テープ間の残留応力を低減できることができるため、被接着物に対する密着性を向上させることができる。
In addition, when the
接着テープ181において、樹脂の配合比は、導電性粒子183を除く接着テープ181の構成成分の合計に対し、たとえばアクリルゴムが10重量%以上50重量%以下とする。アクリルゴムの配合比を10重量%以上とすることにより、成膜性の低下を抑制し、さらに、接着テープの硬化後の弾性率の増加が抑制されるため、被接着物との密着性をさらに向上させることができる。また、アクリルゴムの配合比を50重量%以下とすることにより、樹脂の溶融粘度の増加を抑制し、導電性粒子183が導電部材の表面へさらに確実に接触できるようになる。
In the
また、エポキシ樹脂の配合比は、導電性粒子183を除く接着テープ181の構成成分の合計に対し、たとえば20重量%以上80重量%以下とする。エポキシ樹脂の配合比を20重量%以上とすることにより、接着後の弾性率をさらに充分に確保し、接続信頼性を向上させることができる。また、エポキシ樹脂の配合比を80重量%以下とすることにより、溶融粘度をさらに高めることができるため、第一導電性粒子183aおよび第二導電性粒子183bをそれぞれ上述した第一領域中および第二領域中にさらに確実に存在させることができる。
Moreover, the compounding ratio of the epoxy resin is, for example, 20 wt% or more and 80 wt% or less with respect to the total of the constituent components of the
また、接着テープ181は、樹脂層189中に硬化剤をさらに含んでもよく、また、硬化剤として機能する樹脂を含んでいてもよい。
The
硬化剤としては、特に限定されるものではなく、フェノール類、アミン類、チオール類があげられるが、エポキシ樹脂との反応性や硬化後の物性を考えた場合、フェノール類が好適に用いられる。 The curing agent is not particularly limited, and examples thereof include phenols, amines, and thiols. In view of reactivity with the epoxy resin and physical properties after curing, phenols are preferably used.
フェノール類としては、特に限定されるものではないが、接着テープの硬化後の物性を考えた場合、2官能以上が好ましい。たとえば、ビスフェノールA、テトラメチルビスフェノールA、ジアリルビスフェノールA、ビフェノール、ビスフェノールF、ジアリルビスフェノールF、トリスフェノール、テトラキスフェノール、フェノールノボラック類、クレゾールノボラック類等が挙げられるが、溶融粘度、エポキシ樹脂との反応性および硬化後の物性を考えた場合、フェノールノボラック類およびクレゾールノボラック類を好適に用いることができる。 Although it does not specifically limit as phenols, When the physical property after hardening of an adhesive tape is considered, bifunctional or more is preferable. Examples include bisphenol A, tetramethylbisphenol A, diallyl bisphenol A, biphenol, bisphenol F, diallyl bisphenol F, trisphenol, tetrakisphenol, phenol novolacs, cresol novolacs, etc., but melt viscosity, reaction with epoxy resin When considering the properties and physical properties after curing, phenol novolacs and cresol novolacs can be preferably used.
また、硬化剤の配合量は、導電性粒子183を除く接着テープ181の構成成分の合計を100としたときに、樹脂を確実に硬化させる観点では、たとえば5重量%以上、好ましくは10重量%以上とする。また、接着時の樹脂の流動性を向上させる観点では、導電性粒子183を除く接着テープ181の構成成分の合計を100としたときに、硬化剤の配合量をたとえば40重量%以下、好ましくは30重量%以下とする。
Further, the blending amount of the curing agent is, for example, 5% by weight or more, preferably 10% by weight from the viewpoint of surely curing the resin when the total of the constituent components of the
また、接着テープ181は、樹脂層189中に硬化触媒をさらに含んでもよい。硬化触媒を含む構成とすることにより、接着テープの作製時に、樹脂をさらに確実に硬化させることができる。
The
硬化触媒は、樹脂の種類に応じて適宜選択できるが、たとえば、融点が150℃以上のイミダゾール化合物を使用することができる。イミダゾール化合物の融点が低すぎると、導電性粒子183が電極表面へ接触する前に接着テープ181の樹脂が硬化してしまい接続が不安定になったり、接着テープ181の保存性が低下する懸念がある。そのため、イミダゾールの融点は150℃以上が好ましい。融点が150℃以上のイミダゾール化合物として、2−フェニルヒドロキシイミダゾール、2−フェニル−4−メチルヒドロキシイミダゾール等が挙げられる。なお、イミダゾール化合物の融点の上限に特に制限はなく、たとえば接着テープ181の接着温度に応じて適宜設定することができる。
Although a curing catalyst can be suitably selected according to the kind of resin, For example, an imidazole compound whose melting | fusing point is 150 degreeC or more can be used. If the melting point of the imidazole compound is too low, there is a concern that the resin of the
また、硬化触媒の配合比は、導電性粒子183を除く接着テープ181の構成成分の合計を100としたときに、たとえば0.01重量%以上5重量%以下とする。硬化触媒の配合比を0.01重量%以上とすることにより、エポキシ樹脂の硬化触媒としての機能をさらに効果的に発揮させて、接着テープ181の硬化性を向上させることができる。また、硬化触媒の配合比を5重量%以下とすることにより、接着テープ181の保存性をさらに向上させることができる。
The blending ratio of the curing catalyst is, for example, 0.01% by weight or more and 5% by weight or less when the total of the constituent components of the
また、接着テープ181は、樹脂層189中にシランカップリング剤をさらに含んでもよい。シランカップリング剤を含む構成とすることにより、第一半導体チップコート196および第一半導体チップコート196に対する接着テープ181の密着性をさらに高めることができる。シランカップリング剤としては、エポキシシランカップリング剤、芳香族含有アミノシランカップリング剤等が挙げられ、これらの少なくとも一方を含めばよい。また、たとえばこれらの両方を含む構成とすることができる。シランカップリング剤の配合比は、導電性粒子183を除く接着テープ181の構成成分の合計を100としたときに、たとえば0.01重量%以上5重量%以下とする。
The
さらに、接着テープ181は、樹脂層189中に上記以外の成分を含んでいてもよい。たとえば、樹脂の相溶性、安定性、作業性等の各種特性向上のため、各種添加剤を適宜添加してもよい。
Furthermore, the
次に、半導体装置100の製造方法を説明する。半導体装置100の製造方法は、具体的には、以下の工程を含む。
ステップ11:第一半導体チップ125、第二半導体チップ131および接着テープ181を準備する工程、および、
ステップ12:接着テープ181の一方の面に第一半導体チップ125の表面(素子形成面)を当接させるとともに、接着テープ181の他方の面に第二半導体チップ131の表面(素子形成面)を当接させた状態で、第一半導体チップ125および第二半導体チップ131と接着テープ181とを圧着し、第一導電性粒子183aを第一電極191および第二電極193に接触させるとともに、第二導電性粒子183bを、第一半導体チップコート196および第二半導体チップコート198に陥入させる工程。
Next, a method for manufacturing the
Step 11: preparing the
Step 12: The surface (element forming surface) of the
ステップ11において、フィルム状の接着テープ181は、樹脂、導電性粒子183、および必要に応じて他の添加剤を混合し、樹脂中に導電性粒子183を分散させる。そして、ポリエステルシート等の剥離基材上に得られた分散液を塗布し、所定の温度で乾燥することにより得られる。
In step 11, the film-like
図2は、ステップ12の接着工程を説明する図である。図2は、チップ間の接続後の状態を示す断面図である。 FIG. 2 is a diagram for explaining the bonding process in step 12. Figure 2 is a sectional view showing a state after the connection between the switch-up.
なお、図1の第一電極191は、図2におけるUBM(アンダーバンプメタル)141に対応する。また、図1の第二電極193は、図2におけるUBM143に対応する。UBM141およびUBM143は、たとえばTi(下地:チップ接触面側)/Cu(接着テープ側)の積層膜である。UBM141およびUBM143は、他に、Cr/Niの積層膜またはNi膜とすることもできる。
Incidentally, the
ステップ12において、第一半導体チップ125、接着テープ181および第二半導体チップ131を下からこの順に積層する。このとき、第一半導体チップ125の表面に設けられた第一電極191と第二半導体チップ131の表面に設けられた第二電極193とを対向させる。そして、積層体を所定の温度で加熱して接着する。
In step 12, the
ただし、第一導電性粒子183aが第一電極191および第二電極193に接するとともに第二導電性粒子183bが第一半導体チップコート196または第二半導体チップコート198中に陥入している構造は、従来の方法で得ることは困難である。そこで、本実施形態においては、第一半導体チップコート196および第二半導体チップコート198ならびに樹脂層189として所定の材料を選択して用いる。
However, the structure in which the first
具体的には、導電性粒子183が絶縁膜(第一半導体チップコート196または第二半導体チップコート198)に陥入するかどうかは、熱圧着時の導電性粒子183の硬さと陥入させる絶縁膜の硬さとの関係で決まり、
(熱圧着時の導電性粒子の硬さ)>(熱圧着時の絶縁膜の硬さ)
の場合に良好な接続が得られることから、かかる条件を選択する。
Specifically, whether the
(Hardness of conductive particles during thermocompression bonding)> (Hardness of insulating film during thermocompression bonding)
In such a case, such a condition is selected because a good connection can be obtained.
また、本発明者がさらに検討した結果、熱圧着時の導電性粒子183の硬さを示す指標として、圧着温度における導電性粒子183のK値(単位:N/mm2)(A)を用い、熱圧着時の半導体チップコートの硬さを示す指標として、圧着温度における第一半導体チップコート196または第二半導体チップコート198の引っ張り弾性率(単位:MPa)(B)を用い、
3<(圧着温度における導電性粒子のK値(N/mm2):A)/(圧着温度における半導体チップコートの引っ張り弾性率(MPa):B)<30、
より好ましくは、
5<(A)/(B)<20、
を満たす条件とすることにより、第一電極191と第二電極193とがより一層高い信頼性で安定的に電気的に接続されることが実験的に見出された。
Further, as a result of further examination by the present inventors, the K value (unit: N / mm 2 ) (A) of the
3 <(K value of conductive particles at pressure bonding temperature (N / mm 2 ): A) / (Tension elastic modulus (MPa) of semiconductor chip coat at pressure bonding temperature: B) <30,
More preferably,
5 <(A) / (B) <20,
It has been experimentally found that the
(A)/(B)の値が小さすぎると、第二導電性粒子183bが対向する半導体チップコート間で破壊される懸念がある。また、第一半導体チップコート196と第二半導体チップコート198とが接触する懸念がある。これにより、電極間の間隔が狭くなり、電極上の第一導電性粒子183aが塑性変形し、接続信頼性が低下する懸念がある。
If the value of (A) / (B) is too small, there is a concern that the second
また、(A)/(B)の値が大きすぎると、第二導電性粒子183bの第一半導体チップコート196または第二半導体チップコート198に対する陥入性が良すぎるため、下地である半導体チップを損傷し接続信頼性を低下させる懸念がある。
If the value of (A) / (B) is too large, the indentation property of the second
(A)/(B)の値を上記範囲とすることにより、第二導電性粒子183bを第一半導体チップコート196または第二半導体チップコート198中に確実に陥入させて電極間を第一導電性粒子183aにより確実に接続し、また接続信頼性を向上させることができる。
By setting the value of (A) / (B) within the above range, the second
なお、以上において、熱圧着時の導電性粒子の硬さの指標として用いるK値の定義は、特許文献2に記載された通りである。 In addition, in the above, the definition of K value used as a parameter | index of the hardness of the electroconductive particle at the time of thermocompression bonding is as having described in patent document 2. FIG.
すなわち、同文献には、K値について以下のように記載されている。
ランダウーリフシッツ理論物理学教程「弾性理論」(東京図書1972年発行)42頁によれば、半径がそれぞれR、R'の二つの弾性球体の接触問題は次式により与えられる。
h=F2/3[D2(1/R+1/R')]1/3 (1)
D=(3/4)[(1−σ2)/E+(1−σ'2)/E'] (2)
ここに、hはR+R'と両球の中心間の距離の差、Fは圧縮力、EおよびE'は二つの弾性球の弾性率、σおよびσ'は弾性球のポアッソン比を表す。
That is, the document describes the K value as follows.
According to the Landauri Fuschitz theory physics course "elastic theory" (Tokyo book 1972), page 42, the contact problem of two elastic spheres with radii R and R 'is given by the following equation.
h = F 2/3 [D 2 (1 / R + 1 / R ′)] 1/3 (1)
D = (3/4) [(1-σ 2 ) / E + (1-σ ′ 2 ) / E ′] (2)
Here, h is the difference in distance between R + R ′ and the center of both spheres, F is the compressive force, E and E ′ are the elastic moduli of the two elastic spheres, and σ and σ ′ are the Poisson's ratio of the elastic spheres.
一方、球を剛体の板に置き換えて、かつ両側から圧縮する場合、R'→∞(無限大)、E>>E'とすると、近似的に次式が得られる。
F=(21/2/3)(S3/2)(E・R1/2)(1−σ2) (3)
ここで、Sは圧縮変形量を表す。
On the other hand, when the sphere is replaced with a rigid plate and compressed from both sides, when R ′ → ∞ (infinity), E >> E ′, the following equation is approximately obtained.
F = (2 1/2 / 3) (S 3/2 ) (E · R 1/2 ) (1-σ 2 ) (3)
Here, S represents the amount of compressive deformation.
圧縮硬さKを次のように定義する。
K=E/(1−σ2) (4)
The compression hardness K is defined as follows.
K = E / (1-σ 2 ) (4)
よって、(3)式よりK値を表す式
K=(3/√2)・F・S-3/2・R-1/2 (5)
が得られる。
Therefore, (3) wherein represents a K value from equation K = (3 / √2) · F · S -3/2 · R -1/2 (5)
Is obtained.
このK値は球体の硬さを普遍的かつ定量的に表すものである。このK値を用いることにより、微細電極間の導電接続に使用される導電性微球体の好適な硬さを定量的かつ一義的に表すことが可能となる。
なお、上記式(5)中、Rは、第二導電性粒子183bの半径である。なお、本実施形態においては、第一導電性粒子183aの半径は第二導電性粒子183bの半径に等しい。また、本実施形態において、FおよびSは、それぞれ、第二導電性粒子183bの10%圧縮変形における荷重値(N)および圧縮変位(mm)である。
This K value represents the hardness of the sphere universally and quantitatively. By using this K value, it is possible to quantitatively and uniquely represent the suitable hardness of the conductive microspheres used for the conductive connection between the fine electrodes.
In the above formula (5), R is the radius of the second
さらに、同文献には、K値の測定方法について、以下の内容が記載されている。
すなわち、K値の測定は、以下のようにして行われる。室温において、平滑表面を有する鋼板の上に樹脂微球体を散布し、その中から1個の樹脂微球体を選ぶ。次に、微小圧縮試験機(たとえば、PCT−200型 島津製作所製)を用いて、ダイヤモンド製の直径50μmの円柱の平滑な端面で樹脂微球体を圧縮する。この際、圧縮荷重を電磁力として電気的に検出し、圧縮変位を作動トランスによる変位として電気的に検出する。
Furthermore, the same document describes the following contents for the measurement method of the K value.
That is, the measurement of the K value is performed as follows. At room temperature, resin fine spheres are dispersed on a steel plate having a smooth surface, and one resin fine sphere is selected therefrom. Next, using a micro compression tester (for example, PCT-200 model, manufactured by Shimadzu Corporation), the resin microspheres are compressed with a smooth end surface of a diamond column having a diameter of 50 μm. At this time, the compression load is electrically detected as an electromagnetic force, and the compression displacement is electrically detected as a displacement by the operating transformer.
そして、圧縮変位−荷重の関係が求められる。この関係から、樹脂微球体の10%圧縮変形における荷重値(F)、圧縮変位(S)がそれぞれ求められ、これらの値と(5)式とから、K値と圧縮歪との関係が求められる。但し、圧縮歪は圧縮変位を樹脂微球体の粒子径で割った値を%で表したものである。 And the relationship of compression displacement-load is calculated | required. From this relationship, the load value (F) and compression displacement (S) in 10% compression deformation of the resin microsphere are obtained, and the relationship between the K value and the compression strain is obtained from these values and Equation (5). It is done. However, the compressive strain is a value obtained by dividing the compression displacement by the particle diameter of the resin microsphere in%.
後述する実施例中のK値の測定においては、同文献と同様に、圧縮速度としては、定負荷速度圧縮方式で行い、毎秒2.6mNの割合で荷重を増加させた。最大荷重を98mNとした。 In the measurement of the K value in the examples described later, as in the same document, the compression speed was the constant load speed compression method, and the load was increased at a rate of 2.6 mN per second. The maximum load was 98 mN.
また、所定の材料の選別とともに、圧着温度と第一半導体チップコート196または第二半導体チップコート198の弾性率との関係を工夫して設定し、さらに選別した材料に対応する圧着条件を選択する。こうすることにより、第一導電性粒子183aおよび第二導電性粒子183bが上述した姿態で設けられた構造体100を得ることがはじめて可能となる。
In addition to selecting a predetermined material, the relationship between the pressure bonding temperature and the elastic modulus of the first
たとえば、圧着温度において、第一導電性粒子183aが第一電極191および第二電極193に接触する程度まで第二導電性粒子183bを第一半導体チップコート196または第二半導体チップコート198中に陥入させるように、導電性粒子183の硬度を第一半導体チップコート196または第二半導体チップコート198の硬度よりも大きくする。
For example, the second
また、接着温度は、樹脂層189の物性および第一半導体チップコート196および第二半導体チップコート198のガラス転移温度に応じて設定される。また、接着温度は、樹脂層189の溶融温度以上とする。この観点では、接着温度をたとえば180℃以上、好ましくは200℃以上とする。また、接着温度において、樹脂の溶融粘度が低いことが好ましく、この観点では、接着温度をたとえば300℃以下、好ましくは280℃以下とする。また、樹脂の溶融粘度が低い領域を広げる観点で、接着温度を低くするとよい。また、接着温度は、第一半導体チップ125および第二半導体チップ131に形成された素子に応じて、素子が劣化しない温度とすることができる。
The adhesion temperature is set according to the physical properties of the
また、第二領域において、第二導電性粒子183bを第一半導体チップコート196または第二半導体チップコート198中にさらに確実に陥入させて電極間を近接させるため、接着時に所定の圧力を加える。加圧圧力は、第二導電性粒子183bを第一半導体チップコート196または第二半導体チップコート198中にさらに確実に陥入させる観点では、たとえば、0.1MPa以上、好ましくは1MPa以上とする。また、加圧圧力の上限は、たとえば導電性粒子183の硬さに応じて設定することができ、たとえば10MPa以下、好ましくは6MPa以下とする。
Further, in the second region, the second
加熱により、樹脂層189中の樹脂が溶融する。また、加圧により、第二領域において、第二導電性粒子183bが第一半導体チップコート196または第二半導体チップコート198中に陥入する。それとともに、溶融した樹脂が第一導電性粒子183aと第一電極191および第二電極193との間の領域から排出される。
By heating, the resin in the
ここで、第二導電性粒子183bと第一導電性粒子183aとは、略同一の粒径である。このため、第二導電性粒子183bは、電極間隔Lが第一導電性粒子183aの粒径と等しくなるまで第一半導体チップコート196または第二半導体チップコート198中に陥入する。そして、電極間隔Lが第一導電性粒子183aの粒径と等しくなった状態、つまり第一導電性粒子183aが第一電極191および第二電極193に接触した状態で、積層体を冷却することにより、樹脂層189が硬化し、電極間が第一導電性粒子183aにより接続されるとともに、第二導電性粒子183bが第一半導体チップコート196または第二半導体チップコート198中に陥入した状態が維持される。
Here, the second
本実施形態においては、複数の導電性粒子183が、第一導電性粒子183aおよび第二導電性粒子183bを含む。そして、第二導電性粒子183bが、第二領域において第一半導体チップコート196および第二半導体チップコート198のうち少なくとも一方に陥入しており、第一半導体チップ125および第二半導体チップ131の素子形成面から半導体装置100の外側に後退した第一電極191と第二電極193とが、共通の第一導電性粒子183aに接触できる程度に近接した構成となっている。このため、半導体チップの積層方向において、第一電極191と第二電極193とが、積層方向において、一つの第一導電性粒子183aを介して確実に電気的に接続される。
In the present embodiment, the plurality of
また、本実施形態においては、第一凹部192の深さが、第二領域つまり電極の非形成領域における第一半導体チップコート196の厚さよりも小さく、第二凹部194の深さが第二領域つまり電極の非形成領域における第二半導体チップコート198の厚さよりも小さい。このため、第一電極191および第二電極193と第一導電性粒子183aとが接触している状態で、第二領域において、第一半導体チップコート196の半導体装置100の外側の面と第二半導体チップコート198の半導体装置100の外側の面との距離が、第一導電性粒子183aの粒径よりも大きく、第二導電性粒子183bの陥入量について、厚さ方向にマージンが確保された構成となっている。
In the present embodiment, the depth of the
よって、半導体装置100は、製造工程において、第二導電性粒子183bが、第一半導体チップコート196または第二半導体チップコート198よりも半導体装置100の外側まで陥入することが抑制される構造となっている。このため、半導体チップの素子形成面同士を内側に対向して接着する場合にも、第二導電性粒子183bが、第一半導体チップコート196または第二半導体チップコート198よりも半導体装置100の外側(半導体チップの下層側)に配置された構成部材に接触または陥入しにくい。このため、半導体装置100は、第一半導体チップコート196および第二半導体チップコート198の下層の設計の自由度が高く、また、製造安定性により一層優れた構成となっている。
Therefore, the
また、本実施形態では、フィルム状の接着テープ181を用いており、接着時に所定の単一温度に加熱処理すればよく、半導体チップ間を簡単に接着することができる。ただし、接着時の加熱処理は、単一温度での処理には限られず、たとえば、200℃で100秒加熱後250℃で100秒加熱するステップキュアや、200℃で10秒熱圧着後、250℃で10分オーブン硬化させるポストキュアを行ってもよい。
Moreover, in this embodiment, the film-like
以下の実施形態においては、第一の実施形態に記載の構成を用いた半導体パッケージの具体例を説明する。 In the following embodiments, specific examples of semiconductor packages using the configuration described in the first embodiment will be described.
(第二の実施形態)
図3は、本実施形態の半導体装置の構成を示す断面図である。図3に示した半導体装置110では、第一の実施形態に記載の半導体装置100が第一樹脂基板101上に搭載された構造となっている。
(Second embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device of this embodiment. The
半導体装置110においても、第二半導体チップ131、接着テープ181および第一半導体チップ125がこの順に積層されており、第二半導体チップ131中の第二電極(不図示)と第一半導体チップ125中の第一電極(不図示)とが、接着テープ181中の第一導電性粒子(不図示)を介して接続されている。
Also in the
また、第二半導体チップ131の裏面に設けられた電極と、実装基板である第一樹脂基板101の電極とが、ワイヤ159により接続されている。第一半導体チップ125、第二半導体チップ131およびワイヤ159は、封止樹脂163により封止されている。第一樹脂基板101は、ここでは、第一樹脂基板101、ビルトアップ103およびコア105が積層してなり、第一樹脂基板101の裏面には、複数のバンプ電極161が設けられている。
In addition, an electrode provided on the back surface of the
本実施形態では、第一樹脂基板101上に搭載された第二半導体チップ131と第一半導体チップ125とが、接着テープ181により接着されているため、第一半導体チップ125中の第一電極(不図示)と第二半導体チップ131中の第二電極(不図示)とを短い導通経路で確実に電気的に接続することができる。
In the present embodiment, since the
また、接着テープ181を用いることにより、チップ間の接着を簡素なプロセスで行うとともに、電極間を高い信頼性で安定的に接続することができる。
Further, by using the
また、第一半導体チップ125中の第一電極(不図示)と第一樹脂基板101上の電極とをワイヤボンディングしなくても、第一半導体チップ125と第一樹脂基板101とを電気的に接続することができる。
Further, the
(第三の実施形態)
図4は、本実施形態の半導体装置の構成を示す断面図である。図4に示した半導体装置120の基本構成は図3と同様であるが、図4においては、第二半導体チップ131がバンプ電極165を介して実装基板である第一樹脂基板101にフリップ接続されており、第一樹脂基板101と第二半導体チップ131との間に第一半導体チップ125が配置されている。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device of this embodiment. The basic configuration of the
本実施形態においても、第一半導体チップ125と第二半導体チップ131とが接着テープ181により接着されているため、第二の実施形態と同様の効果が得られる。
Also in this embodiment, since the
(第四の実施形態)
第二および第三の実施形態において、第一樹脂基板101のチップ搭載面全体を封止樹脂163で封止してもよい。
(Fourth embodiment)
In the second and third embodiments, the entire chip mounting surface of the
図5および図6は、このような半導体装置の構成を示す断面図である。
図5は、図3と同じ基本構成の2段スタック型のチップオンチップ(COC)構造の例である。
5 and 6 are cross-sectional views showing the configuration of such a semiconductor device.
FIG. 5 is an example of a two-stage stack type chip-on-chip (COC) structure having the same basic configuration as FIG.
また、図5は、2段スタック型の例であるが、半導体チップをさらに多段スタックとしてもよい。図6は、このような構成の例である。 FIG. 5 shows an example of a two-stage stack type, but the semiconductor chips may be further multi-stage stacks. FIG. 6 is an example of such a configuration.
図6に示した半導体装置の基本構成は図5と同様であるが、第一半導体チップ125の上部にさらに第三半導体チップ145が積層されており、第一半導体チップ125と第三半導体チップ145とが接着テープ181により接着されている点が異なる。
The basic configuration of the semiconductor device shown in FIG. 6 is the same as that in FIG. 5, but a
図6の例では、第三半導体チップ145は第一半導体チップ125と同じ大きさであり、第三半導体チップ145も封止樹脂163中に埋設されている。
In the example of FIG. 6, the
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
(実施例1)
(接着テープの作製)
樹脂層中に導電性粒子を含む厚さ40μmの接着テープを作製した。
Example 1
(Preparation of adhesive tape)
An adhesive tape having a thickness of 40 μm containing conductive particles in the resin layer was produced.
樹脂層の構成成分および配合比は、表1に示した通りとした。なお、表1において、特に断りのない限り、配合を重量部で示した。 The constituent components and the compounding ratio of the resin layer were as shown in Table 1. In Table 1, blending is shown in parts by weight unless otherwise specified.
導電性粒子183として、以下のものを用いた。
平均粒径(数平均粒子径):25μm
コア粒子185材料:ジビニルベンゼン共重合体
金属層187:Ni/Auめっき
The following were used as the
Average particle diameter (number average particle diameter): 25 μm
また、接着テープ中の導電性粒子の配合量は、接着テープ中のアクリルゴム、エポキシ樹脂、フェノールノボラック、シランカップリング剤およびイミダゾールの合計体積に対して、2.5vol%とした。 Moreover, the compounding quantity of the electroconductive particle in an adhesive tape was 2.5 vol% with respect to the total volume of the acrylic rubber, an epoxy resin, a phenol novolak, a silane coupling agent, and an imidazole in an adhesive tape.
樹脂層の構成成分を表1に示した配合で混合し、これに導電性粒子を分散させて得られたワニスをポリエステルシートに塗布し、上記有機溶剤が揮発する温度で乾燥させたところ、良好な成膜性の接着テープが得られた。 When the constituents of the resin layer were mixed in the formulation shown in Table 1, and the varnish obtained by dispersing the conductive particles was applied to the polyester sheet and dried at a temperature at which the organic solvent volatilized, it was good. A film-forming adhesive tape was obtained.
(半導体チップの接着および評価)
上で得られた接着テープを用いて、図7に示した半導体チップ間の接続を行った。なお、図7の基本構成は前述した図2と同様である。半導体装置の材料および構成は、以下の通りである。また、図7に示した導電性粒子の構成を表2に示す。
第一半導体チップ125および第二半導体チップ131:板厚625μm
第一半導体チップコート196:ポリベンゾオキサゾール
第二半導体チップコート198:ポリベンゾオキサゾール
第一電極191:Ti/Cu、Φ75μm径
第二電極193:Ti/Cu、Φ75μm径
第一凹部192:深さ10μm
第二凹部194:深さ10μm
(Adhesion and evaluation of semiconductor chips)
Connection between the semiconductor chips shown in FIG. 7 was performed using the adhesive tape obtained above. The basic configuration of FIG 7 is similar to FIG. 2 described above. The material and configuration of the semiconductor device are as follows. Table 2 shows the configuration of the conductive particles shown in FIG.
First semiconductor chip coat 196: Polybenzoxazole second semiconductor chip coat 198: Polybenzoxazole first electrode 191: Ti / Cu, φ75 μm diameter second electrode 193: Ti / Cu, φ75 μm diameter first recess 192: Depth 10 μm
Second recess 194: depth 10 μm
接着の際は、第一半導体チップ125と第二半導体チップ131との間に接着テープ181を配し、さらに、半導体チップの上面に圧力が均一に加わるように200μm厚のシリコンゴムを配し、250℃、2MPa、600秒で熱圧着した。
At the time of bonding, an
なお、圧着温度における導電性粒子183の硬さの指標(A)として、導電性粒子の圧縮硬さ(K値)を、上述した方法により測定した。なお、圧縮速度としては、定負荷速度圧縮方式で行い、毎秒2.6mNの割合で荷重を増加させた。また、最大荷重を98mNとした。
In addition, as an index (A) of the hardness of the
また、圧着温度における半導体チップコート樹脂の硬さの指標(B)として、半導体チップコート樹脂の引張弾性率をオリエンテック社製引張試験機(テンシロンRTA−100)を用いて、20μm厚の試験片(3mm×30mm)について引張試験(延伸速度:8mm/分)を250℃雰囲気中で実施し、応力―歪曲線の初期の勾配から弾性率を測定した。 Further, as an index (B) of the hardness of the semiconductor chip coat resin at the pressure bonding temperature, the tensile modulus of the semiconductor chip coat resin is measured using a tensile tester (Tensilon RTA-100) manufactured by Orientec Co., Ltd. A tensile test (stretching speed: 8 mm / min) was performed on (3 mm × 30 mm) in an atmosphere at 250 ° C., and the elastic modulus was measured from the initial gradient of the stress-strain curve.
得られた積層体の接続状態を、SEM(走査型電子顕微鏡)により観察を行った。第一半導体チップコートおよび第二半導体チップコートに導電性粒子が陥入し、第一電極および第二電極間に導電性粒子が接触した状態で介在しているものを「○」、第一半導体チップコートおよび第二半導体チップコートに導電性粒子が陥入せず、第一電極および第二電極間に導電性粒子が接触していない状態のものを「×」とした。 The connection state of the obtained laminate was observed with an SEM (scanning electron microscope). The first semiconductor chip coat and the second semiconductor chip coat are conductive particles intruded and the conductive particles are in contact with each other between the first electrode and the second electrode. “X” indicates that the conductive particles did not intrude into the chip coat and the second semiconductor chip coat and the conductive particles were not in contact between the first electrode and the second electrode.
(実施例2)
実施例1において、接着テープ中の導電性粒子として、以下のものを用いた。
平均粒径(数平均粒子径):50μm
コア粒子185材料:アクリル共重合体
金属層187:Ni/Auめっき
それ以外は、実施例1の材料および方法に準じて接着テープおよびこれを用いた半導体装置の作製ならびに評価を行った。
(Example 2)
In Example 1, the following were used as conductive particles in the adhesive tape.
Average particle diameter (number average particle diameter): 50 μm
(実施例3)
実施例1において、以下および表2に示す構成とした。
第一半導体チップ125および第二半導体チップ131:板厚625μm
第一半導体チップコート196:ポリベンゾオキサゾール
第二半導体チップコート198:ポリベンゾオキサゾール
第一電極191:Ti/Cu、Φ75μm径
第二電極193:Ti/Cu、Φ75μm径
第一凹部192:深さ5μm
第二凹部194:深さ5μm
(Example 3)
In Example 1, it was set as the structure shown below and Table 2. FIG.
First semiconductor chip coat 196: Polybenzoxazole second semiconductor chip coat 198: Polybenzoxazole first electrode 191: Ti / Cu, φ75 μm diameter second electrode 193: Ti / Cu, φ75 μm diameter first recess 192: Depth 5 μm
Second recess 194: depth 5 μm
また、実施例1において、接着テープ中の導電性粒子として、以下のものを用いた。
平均粒径(数平均粒子径):15μm
コア粒子185材料:ジビニルベンゼン共重合体
金属層187:Ni/Auめっき
それ以外は、実施例1の材料および方法に準じて接着テープおよびこれを用いた半導体装置の作製ならびに評価を行った。
In Example 1, the following were used as conductive particles in the adhesive tape.
Average particle diameter (number average particle diameter): 15 μm
(比較例1)
実施例1において、接着テープ中の導電性粒子として、以下のものを用いた。
平均粒径(数平均粒子径):25μm
コア粒子材料:ベンゾグアナミン−ホルムアルデヒド共縮合体
金属層:Ni/Auめっき
(Comparative Example 1)
In Example 1, the following were used as conductive particles in the adhesive tape.
Average particle diameter (number average particle diameter): 25 μm
Core particle material: benzoguanamine-formaldehyde cocondensate Metal layer: Ni / Au plating
それ以外は、実施例1の材料および方法に準じて接着テープおよびこれを用いた半導体装置の作製ならびに評価を行った。ただし、本比較例では、圧着条件を180℃、2MPa、600秒とした。 Other than that, production and evaluation of an adhesive tape and a semiconductor device using the same were performed in accordance with the materials and methods of Example 1. However, in this comparative example, the pressure bonding conditions were 180 ° C., 2 MPa, and 600 seconds.
この圧着条件では、チップコートの上の導電性粒子は、半導体チップコートに陥入せずに、粉砕した。また、電極上の導電性粒子も半導体チップコートに存在する導電性粒子と同様に粉砕し、良好な接続状態が得られなかった。 Under this pressure bonding condition, the conductive particles on the chip coat were pulverized without entering the semiconductor chip coat. Also, the conductive particles on the electrode were pulverized in the same manner as the conductive particles present in the semiconductor chip coat, and a good connection state could not be obtained.
100 半導体装置
101 第一樹脂基板
103 ビルトアップ
105 コア
107 ビルトアップ
110 半導体装置
120 半導体装置
125 第一半導体チップ
131 第二半導体チップ
141 第一UBM
143 第二UBM
145 第三半導体チップ
159 ワイヤ
161 バンプ電極
163 封止樹脂
165 バンプ電極
181 接着テープ
183 導電性粒子
183a 第一導電性粒子
183b 第二導電性粒子
185 コア粒子
187 金属層
189 樹脂層
191 第一電極
192 第一凹部
193 第二電極
194 第二凹部
196 第一半導体チップコート
198 第二半導体チップコート
201 第一基板
211 第二基板
225 第一半導体チップ
231 第二半導体チップ
281 接着テープ
283 導電性粒子
289 樹脂層
291 第一電極
292 第一凹部
293 第二電極
294 第二凹部
296 第一絶縁膜
298 第二絶縁膜
DESCRIPTION OF
143 Second UBM
145
Claims (7)
表面に第二絶縁膜および第二電極を有する第二半導体チップと、
を含み、
前記第一絶縁膜が前記第一半導体チップの前記表面の一部を被覆し、前記第一絶縁膜の未被覆領域において、前記第一半導体チップの前記表面に、前記第一絶縁膜の表面よりも前記第一半導体チップ側に後退して前記第一電極が設けられ、
前記第二絶縁膜が前記第二半導体チップの前記表面の一部を被覆し、前記第二絶縁膜の未被覆領域において、前記第二半導体チップの前記表面に、前記第二絶縁膜の表面よりも前記第二半導体チップ側に後退して前記第二電極が設けられ、
前記第一半導体チップと前記第二半導体チップとが、前記第一絶縁膜と前記第二絶縁膜とを内側にして対向するとともに、前記第一電極と前記第二電極とが対向した状態で、接着テープを介して接着されており、
前記接着テープが、第一樹脂と、前記第一樹脂中に存在する複数の導電性粒子と、を含み、
前記複数の導電性粒子が、
前記第一および第二電極が対向する領域にあって、これらの電極に接している第一導電性粒子と、
前記第一導電性粒子と略同一の粒径を有し、前記第一および第二絶縁膜が対向する領域にあって、前記第一および第二絶縁膜のうちの少なくとも一方に陥入している第二導電性粒子と、
を含む半導体装置。 A first semiconductor chip having a first insulating film and a first electrode on the surface;
A second semiconductor chip having a second insulating film and a second electrode on the surface;
Including
The first insulating film covers a part of the surface of the first semiconductor chip, and in the uncovered region of the first insulating film, the surface of the first semiconductor chip is more than the surface of the first insulating film. Also retracted to the first semiconductor chip side and the first electrode is provided,
The second insulating film covers a part of the surface of the second semiconductor chip, and in the uncovered region of the second insulating film, on the surface of the second semiconductor chip, from the surface of the second insulating film Also retracted to the second semiconductor chip side and the second electrode is provided,
The first semiconductor chip and the second semiconductor chip are opposed to each other with the first insulating film and the second insulating film inside, and the first electrode and the second electrode are opposed to each other. It is bonded via an adhesive tape,
The adhesive tape includes a first resin and a plurality of conductive particles present in the first resin,
The plurality of conductive particles are
A first conductive particle in a region where the first and second electrodes face each other, and in contact with these electrodes;
The first conductive particles have substantially the same particle size, the first and second insulating films are in regions facing each other, and are indented into at least one of the first and second insulating films. Second conductive particles having,
A semiconductor device including:
前記第一および第二絶縁膜が、有機樹脂材料からなる半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device in which the first and second insulating films are made of an organic resin material.
前記複数の導電性粒子が、第二樹脂からなるコアと、前記コアの外側を被覆する導電層と、
を有する半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The plurality of conductive particles, a core made of a second resin, a conductive layer covering the outside of the core,
A semiconductor device.
前記第一半導体チップの前記一方の面および前記第二半導体チップの前記一方の面が、いずれも素子形成面である半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4,
The semiconductor device in which the one surface of the first semiconductor chip and the one surface of the second semiconductor chip are both element formation surfaces.
前記接着テープの圧着温度における前記第二導電性粒子の下記式で示されるK値(N/mm2)を(A)とし、前記圧着温度における前記第一または第二絶縁膜の引っ張り弾性率(MPa)を(B)としたときに、
3<(A)/(B)<30
である、半導体装置。
K=(3/√2)・F・S-3/2・R-1/2
(ただし、上記式において、FおよびSは、それぞれ、前記第二導電性粒子の10%圧縮変形における荷重値(N)および圧縮変位(mm)である。また、Rは前記第二導電性粒子の半径である。) The semiconductor device according to claim 1,
The K value (N / mm 2 ) represented by the following formula of the second conductive particles at the pressure bonding temperature of the adhesive tape is (A), and the tensile elastic modulus of the first or second insulating film at the pressure bonding temperature ( When (MPa) is (B),
3 <(A) / (B) <30
A semiconductor device.
K = (3 / √2) ・ F ・ S -3/2・ R -1/2
(In the above formula, F and S are the load value (N) and compression displacement (mm) in 10% compression deformation of the second conductive particles, respectively, and R is the second conductive particles) The radius of
前記第一半導体チップ、前記第二半導体チップおよび前記接着テープを準備する工程と、
前記接着テープの一方の面に前記第一半導体チップの前記表面を当接させるとともに、前記接着テープの他方の面に前記第二半導体チップの前記表面を当接させた状態で、前記第一および第二半導体チップと前記接着テープとを圧着し、前記第一導電性粒子を前記第一および第二電極に接触させるとともに、前記第二導電性粒子を、前記第一および第二絶縁膜中に陥入させる工程と、
を含む半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
Preparing the first semiconductor chip, the second semiconductor chip and the adhesive tape;
With the surface of the first semiconductor chip in contact with one surface of the adhesive tape and the surface of the second semiconductor chip in contact with the other surface of the adhesive tape, A second semiconductor chip and the adhesive tape are pressure-bonded to bring the first conductive particles into contact with the first and second electrodes, and the second conductive particles are placed in the first and second insulating films. The invading process,
A method of manufacturing a semiconductor device including:
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