JPH04137641A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、絶縁基板と半導体素子とがフリップチップ方
式で接続された半導体装置に関する。

（従来の技術） 近年、半導体集積回路技術の進歩により、端子数が１０
０を越える半導体素子やパッドピッチが１００μｍ以下
の半導体素子が出現してきている。それに伴い半導体素
子の実装密度を高めるために、組立て時に電極の数に依
存せず、−度にボンディングが可能でチップの実装か極
めて小容積にできる、フリップチップ方式、ビームリー
ド方式、テープキャリヤ方式等のボンディング方式が注
目されている。特にフリップチップ方式は他の方式のも
のより高密度に実装できるので期待されている。

第４図にはフリップチップ方式を用いた従来の半導体装
置の一例が示されている。

半導体素子１にはＰｂ−３ｎ等の半田バンブ２が形成さ
れている。そしてバンプ２と、絶縁基板３に設けられた
配線４とが相対向して接合している。このように構成さ
れた半導体装置では、半導体素子１と絶縁基板３との接
合部であるバンプ２の接点柔軟度が低く、半導体素子１
と絶縁基板３との熱膨張係数の不一致からバンプ２に熱
歪みが生じ易いので接合不良が発生したり、最悪の場合
には疲労破壊するという問題かあった。

そこで、半導体素子１と絶縁基板３との間の隙間に保護
用の樹脂を充填してバンプ２を補強する半導体装置か種
々考えられている。

第５図には半導体素子１と絶縁基板３との間の隙間に樹
脂５を充填するのみならず、樹脂５で半導体素子１を覆
うことで水分等の侵入を防ぎ、耐湿性の改善を図った半
導体装置か示されている。

しかしながら、このように構成された従来の樹脂封止タ
イプの半導体装置にあって次のような問題があった。す
なわち、絶縁基板３と半導体素子１との間の隙間は狭い
ので、樹脂５をこの隙間に充填するために、樹脂５の充
填剤の含有量を減らし、樹脂５の粘度を低くする必要か
あった。しかし、樹脂５の粘度を低くすると、樹脂５と
絶縁基板３との熱膨張係数の差、樹脂５と半導体素子１
との熱膨張係数の差か大きくなり、耐熱ストレス性が低
下する。このため、多量の樹脂５を用いてバンプ２を封
止した半導体装置に熱衝撃試験を行うと、樹脂５の外周
辺やバンプ２に亀裂が入り易くなり、装置の信頼性が低
下するという問題かあり・た。また、このような問題を
解消した第６図に示されるような半導体装置、すなわち
、熱衝撃試験でバンプ２に亀裂が入らない程度の量の樹
脂５を用いてバンプ２を封止した半導体装置では、封止
性か低下するという欠点かある。このため、この半導体
装置に高温高湿試験を行うと、樹脂５内に水分か容易に
浸入し、信頼性が低下するという問題かあった。

（発明が解決しようとする課題） 上述の如くバンプを樹脂で封止するには、充填剤の含有
量を少なくして樹脂の粘度を下げる必要があった。しか
しながら、このような樹脂てバンプを封止した半導体装
置では、樹脂量の大小により、それぞれ亀裂か生じ易く
なったり、水分か侵入し易くなるという不都合があった
。その結果、耐熱衝撃性、耐湿性か低下し、信頼性が低
下するという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、耐熱衝撃性、耐湿性に優れた半導体
装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明の半導体装置は、
絶縁基板と、この絶縁基板に形成された配線にバンプを
介してフェイスダウンに接続された半導体素子と、前記
バンプを封止する樹脂組成物とを有する半導体装置にお
いて、前記バンプを封止する曲げ弾性率の大きい第１の
樹脂組成物と、前記絶縁基板に接合し且つ前記第１の樹
脂組成物を覆う曲げ弾性率が小さい第２の樹脂組成物と
を有することを特徴とする。

（作用） 本発明によれば、ハンプは曲げ弾性率の大きい第１の樹
脂組成物で封止されているので強固に補強され、第１の
樹脂組成物は第２の樹脂組成物で覆われているので第１
の樹脂組成物自身または第１の樹脂組成物と絶縁基板と
の界面から浸入する水分等を防止できる。また、第２の
樹脂組成物は曲げ弾性率か小さいので絶縁基板と第２の
樹脂組成物との界面近傍での熱膨張係数が異なっても剥
離、亀裂が起こり難くなる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら実施・例を説明をする。

第１図には本発明の一実施例に係る半導体装置の断面図
が示されている。

これを製造工程に従い説明すると、最初、半導体素子１
１の電極、すなわちアルミポンディングパッド上に、銅
バンブをコアとし、電気メツキにより半田バンプ１２を
形成する。次に、厚さ１ｍｍ程度の無アルカリガラスか
らなる絶縁基板１３上に、Ｉ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ　
Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）　　クロム金をそれぞれ厚さ１０
００人、１０００人。

２０００人程度堆積着し、この金属積層膜をパタニング
して配線１４を形成する。

次に、バンプ１２と配線１４との位置合わせを行い、半
導体素子１１と絶縁基板１３とをフェイスダウンで接合
する。このときの位置合わせの方法として、半導体素子
１１と絶縁基板１３とにそれぞれ位置合わせ用のマーク
を設け、対応するマーク同士を一致させることにより位
置合わせしてもよい。

次に、半導体素子１１と絶縁基板１３との間の隙間に、
第１の樹脂組成物として例えば、酸無水物硬化エポキシ
樹脂１５を含浸する。そして、このエポキシ樹脂１５が
半導体素子１１と絶縁基板１３との間の隙間を埋めてバ
ンプ１２を封止したら、所定の硬化条件でエポキシ樹脂
１５を硬化させる 次に第２の樹脂組成物としてエポキシ樹脂１５より曲げ
弾性率の小さい樹脂組成物であるシリコーン樹脂１６を
用いて、エポキシ樹脂１５及び半導体素子１１か露出し
ないように覆う。このようにすることで半導体素子１１
を保護すると共にエポキシ樹脂１６と半導体素子１１及
び絶縁基板１３とのそれぞれの密着強度を強めて半導体
素子１１と絶縁基板との接続を強固なものとする。

この後、樹脂１５．１６を同時に硬化して半導体素子１
１及び絶縁基板１３との接合が完成ｔ、６゜上述した酸
無水硬化エポキシ樹脂１５として第１表に示されるよう
な組成の酸無水硬化ビスフェノールエポキシ樹脂したも
のか使用できる。

ここては、油化ンエルエポキシ社製のエポキシ樹脂（Ｅ
Ｐ−８２８）、　　日立化成工業社製の酸無水物硬化材
（ＨＮ−２２００）、東芝セラミック社製のシリカ充填
材、旭化成工業のイミダゾール系触媒（ＨＸ−３７４２
）をそれぞれ１００８０．１００，５．０重量部で組成
したものを用いた。このエポキシ樹脂の曲げ弾性率は５
５０Ｋｇｆ／ｍｍ２である。また、シリコーン樹脂１６
として東芝シリコーンＴＳＥ３９９　（常温硬化シリコ
ーン樹脂）を用いた。このシリコーン樹脂の曲げ弾性率
は１５Ｋｇｆ／ｍｍ２である。

このように構成された半導体装置では、バンプ１２か曲
げ弾性率の大きいエポキシ樹脂１５により補強されると
共に、エポキシ樹脂１５がシリコン樹脂１６により覆わ
れているのでエポキシ樹脂１５とバンプ１２との界面か
ら浸入する水分等を防止することができる。また、シリ
コーン樹脂１６は、その曲げ弾性率が小さいので亀裂、
剥離が起こり難くなっている。したがって、従来のよう
にシリコン樹脂１６の外周辺に亀裂、剥離が起こるとい
う不都合は生じない。また、エポキシ樹脂１５は、粘性
が低いので半導体素子１１と絶縁基板１３との間の隙間
に容易に含浸するという利点かある。また、エポキシ樹
脂１５の極性基は硬化中では比較的少なくなっている。

このため、エポキシ樹脂１５と水との親和性は低くなっ
ているので耐湿性が向上する。

本実施例のように、バンブ１２を曲げ弾性率の大きい第
１の樹脂組成物で封止し、更にこの第１の樹脂組成物を
曲げ弾性率の小さい第２の樹脂組成物で覆うことで、耐
湿性、耐熱衝撃性か改善され、信頼性の高い半導体装置
を得ることかできる。

なお、本実施例ではシリコーン樹脂１６に常温硬化タイ
プのものを用いたので、エポキシ樹脂１５を所定の硬化
条件で硬化させた後にこのエポキシ樹脂１５をシリコー
ン樹脂１６て覆ったが、必要に応じて、例えば製品形態
や仕様状況に合わせて、半硬化状態のエポキシ樹脂１５
をシリコーン樹脂１６て覆った後、両樹脂を同時に硬化
させてもよい。更に、半導体素子１１と絶縁基板１３と
の間の隙間に含浸した直後のエポキシ樹脂１５、すなわ
ちほとんど硬化してない状態でエポキシ樹脂］、５をシ
リコーン樹脂１６か覆い、両エポキシ樹脂１５．１６を
同時に硬化させてもよい。

第２図には本発明の第２の実施例に係る半導体装置の断
面図か示されている。なお、第１図と同一部分には同一
符号を付して詳しい説明は省略する。

この実施例か先に説明した実施例と異なる点は、シリコ
ーン樹脂１６ａか半導体素子１１の裏面を覆わないで、
エポキシ樹脂１５を封止したことにある。このようにし
て製造された半導体装置では、半導体素子１１がエポキ
シ樹脂１６ａにより保護されず露出するが、耐環境試験
の結果は第１の実施例のそれと較べても遜色なく、信頼
性が改善されたのを確認した。

第３図に本発明の第３の実施例に係る半導体装置の断面
図を示す。なお、第１図と同一部分には同一符号を付し
て詳しい説明は省略する。

この実施例が第１．第２の実施例と異なる点は、半導体
素子１１と絶縁基板１３との間の隙間をエポキシ樹脂１
５で完全に埋めていないことにある。

すなわちエポキシ樹脂１５ａは、バンブ１２を封止する
のに必要な部分たけ半導体素子１１と絶縁基板］３との
間の隙間を埋めている。

この実施例では、中央部分に空気か存在しているが、こ
れにより信頼性が損なわれることはなく、先の実施例と
同様の効果が得られた。

本発明者等は、第１図、第２図、第３図に示される構成
の半導体装置と、第５図、第６図に示される構成の半導
体装置との耐環境性を実際の装置を用いて調べてみた。

一４０〜１００℃で１サイクル各３０分の熱衝撃試験を
行ったところ、第１図、第２図、第３図に示される構成
の半導体装置の６００サイクル後におけるそれぞれのバ
ンブ接合部分の抵抗は約１Ω以下であったか、第５図に
示される構成の半導体装置では３００サイクルを経過し
ないうちに、樹脂５に亀裂が入り接続が取れなくなる部
分が生じた。

また、７０℃、９０％Ｒ，Ｈ，の高温高湿放置試験を行
ったところ、第１図、第２図、第３図に示される構成の
半導体装置の１００ＯＨ後におけるそれぞれのバンプ接
合部分の抵抗は、約１Ω以下で安定であったが、第６図
に示される構成の半導体装置では、５００Ｈでバンプ接
合部分に不良が生じた。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。実施例では曲げ弾性率の高い第１の樹脂組成物とし
てエポキシ樹脂を用いたが、アクリル系樹脂等を用いて
も同様の効果が得られる。

また、曲げ弾性率の低い第２の樹脂組成物としてシリコ
ーン樹脂１６を用いたが、アクリル系樹脂等を用いても
同様の効果が得られる。つまり第１の樹脂組成物として
アクリル系樹脂、第２の樹脂組成物としてシリコーン系
樹脂を用いても、第１の樹脂組成物としてエポキシ系樹
脂、第２の樹脂組成物としてアクリル系樹脂を用いても
同様な効果が得られる。要は第１の樹脂組成物としてバ
ンブを補強できる程度の曲げ弾性率をもつ樹脂組成物を
用いて、第２の樹脂組成物として剥離、亀裂が起こらな
い程度の曲げ弾性率をもつ樹脂組成物を用いればよい。

また、上記実施例では半導体素子１１と絶縁基板１３と
をバンプ１２を介して接合させた後に、エポキシ樹脂１
５てバンプ１２を封止したか、予め絶縁基板］３上にエ
ポキシ樹脂１５をポツティングして、半導体素子１１と
絶縁基板１３とを接合してもよい。この場合も先の実施
例と同様に、導体素子１１と絶縁基板１３との間は狭い
ので、エポキシ樹脂１５の粘度は低いことか望ましい。

またこの場合には、配線１４とハンプとは絶縁性接着剤
を介して接続されているので、半田バンプ１２のように
接続用材料で構成されたハンプを用いる必要かなくなる
ので、金、銅等のハンプ材料を用いることか可能となる
。

また、無アルカリガラス以外の絶縁基板］３の材料とし
て、セラミック、ガラスエポキシ、金属コア　ポリイミ
ドまたは紙フエノール等を用いてもよい。また、ｉＴｏ
、　　クロム、金の積層膜以外の配線１４の材料として
は、ニッケル、銅、チタン、ＩＴＯ，クロム、アルミニ
ウム、モリブデン。

タンタル、タングステン、金７銀、パラシュウムあるい
はこれら配線材料を複数組合わせたものを用いてもよい
。

なお、上記実施例では銅バンプをコアとし、電気メツキ
を用いて半田ハンプ１２を形成したか、コアの金属は必
ずしも必要ではない。また、半田バンブ１２を形成する
際、電気メツキを用いず、真空蒸着法を用いて半田バン
ブ１２を形成したり、溶融半田中に半導体素子１１を浸
漬させて半田バンブ１２を形成してもよい。さらにまた
、使用す。

る製品や製造工程に応じて錫と鉛との割合を変えたり、
他の金属材料を用いて半田以外のバンプ材料を用いても
よい。例えば、液晶表示装置等のように温度条件が制約
される製品には、インジウム。

ビスマス、カドニウム等の低融点の金属を用いてバンプ
を形成してもよい。また、バンプの耐腐食性を図りたい
場合には、銀、アンチモン等のバンブ材料を用いるとよ
い。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施できる。

［発明の効果］ 本発明によれば、曲げ弾性率の大きい第１の樹脂組成物
でバンプを封止し、更にこの第１の樹脂組成物を曲げ弾
性率か小さい第２の樹脂組成物で覆ったので、バンプの
補強ができると共に第１の樹脂組成物自身または第１の
樹脂組成物と絶縁基板との界面に侵入する水分等を防止
できる。その結果、耐環境性か向上し、信頼性の高い半
導体装置を得ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る半導体装置の断面
図、第２図は本発明の第２の実施例に係る半導体装置の
断面図、第３図は本発明の第３の基板、 １６゜ 半導体素子、１２・・・ハンプ、１３・・絶縁１４・・
・配線、１５．１５ａ・・・エポキシ樹脂、１６ａ・・
・フェノール硬化エポキシ樹脂。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第４図 第５図 第６図 ＼；　Ｃつ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁基板と、この絶縁基板に形成された配線にバ
   ンプを介してフェイスダウンに接続された半導体素子と
   、前記バンプを封止する樹脂組成物とを有する半導体装
   置において、前記樹脂組成物は、前記バンプを封止する
   曲げ弾性率の大きい第１の樹脂組成物と、前記絶縁基板
   に接合し且つ前記第１の樹脂組成物を覆う曲げ弾性率が
   小さい第２の樹脂組成物とを有することを特徴とする半
   導体装置。
2. （２）前記第１の樹脂組成物は、酸無水物硬化エポキシ
   樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体
   装置。
3. （３）前記第２の樹脂組成物は、シリコーン樹脂からな
   ることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。