JPH04355936A - 半導体装置の実装方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワイヤレス（フェース
ダウン）ボンディング法により、半導体装置を基板に実
装する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】バンプを介して半導体装置と基板をワイ
ヤレス（フェースダウン）接合する実装方法は、ワイヤ
ボンディング法に比べ実装密度が小さい、一括（ギャン
グ）ボンディングを行うため接合時間が短い等の特長を
有し、現在開発されつつある実装方法である。

【０００３】図７〜図９はかかる従来の接合方法を示す
もので、図中、１はプラスチック、セラミック等よりな
る基板、２は基板１に形成された導体、３はバンプ、４
は封止樹脂、５は半導体装置、６は電極パッドである。

【０００４】図７に示すものは、バンプ３に半田を用い
たもので、バンプ接合部に集中する応力を緩和する、耐
湿性を向上する等の目的で、接合後半導体装置５の下部
に封止樹脂４が充填されている。

【０００５】図８に示すものは、バンプ３に金または銅
等の金属を用いたもので、前記従来例と同様の目的で、
接合後半導体装置５の下部に封止樹脂４が充填されてい
る。この金属バンプ３と半導体装置５の電極パッド６と
の接合は、金属バンプ３が基板導体２上に形成されてい
る場合、熱圧着による金属結合で行われる。

【０００６】また、金属バンプ３が半導体装置５側に形
成されている所謂フリップチップタイプのものは、図９
に示すように、その金属バンプ３上に導電性接着剤７等
を塗布し、その導電性接着剤７を介して基板導体２と接
続される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
如き従来例においては、バンプ３と半導体装置５または
バンプ３と導体２が金属的に結合されていたり、また、
導電性接着剤７等により固定されて結合しているため、
基板１と半導体装置５の膨張差による応力を吸収する能
力が極めて低く、ヒートサイクルのような熱ストレスに
より、接合部にクラック等が入り破断され、信頼性に欠
けるという欠点があった。また、導電性接着剤７等をバ
ンプ３表面に塗布して接続する方法は、接続抵抗が高い
という問題もある。

【０００８】また、図７及び図８に示す従来例において
、半導体装置５の下部を封止する場合、接合後、封止樹
脂４を半導体装置５の周辺に塗布し、浸透圧により充填
するが、半導体装置５が大きいと、その中心部まで樹脂
が充填されないという問題がある。さらに、バンプ３の
高さが低いと、同様に樹脂が入り込みにくくなり、半導
体装置５下部の中心部まで樹脂が充填できない。

【０００９】この状態で熱的なストレスが加わると、バ
ンプ３の接合部に加わる応力が均一にならず、ある点に
集中するようになり、クラック等による接合部の破断が
起きやすくなるていう問題がある。また、この半導体装
置５下部への封止工程（樹脂塗布→浸透のための放置→
樹脂硬化）が余計にかかってしまう。

【００１０】さらに、図９に示す従来例において、半導
体装置５を封止する場合、凹部を有するキャップを装置
全体に被せて気密封止を行うが、この場合もやはりその
封止工程が余計にかかるという問題がある。この封止工
程には、キャップの位置合わせ、キャップの基板への接
着、キャップの加圧等がある。

【００１１】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、半導体装置の基板への接
合と、半導体装置下部の気密封止が同時に行える半導体
装置の実装方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、表面に導体パターンが形成された基板と半導
体装置とをバンプを介して接合する実装方法において、
少なくとも半導体装置の大きさより大きな開口を有し、
内側面に挿入した半導体装置を所定位置に固定できる手
段を有するキャップ枠に、半導体装置をその電極面がキ
ャップ枠の開口端側に位置するように配置して固着し、
しかる後、半導体装置が固着されたキャップ枠と共に、
半導体装置の電極パッドを基板導体上のバンプと、また
は半導体装置上のバンプを基板導体と位置合わせして接
触、加圧し、その状態を保持しながらキャップ枠の開口
端を基板と固着したことを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】本発明によれば、半導体装置は基板と圧接され
、電極パッド−バンプ−導体パターン間で電気的コンタ
クトが得られる。また、同時に半導体装置下部の気密封
止も行なえ、工程の合理化が図れる。

【００１４】

【実施例】本発明に係る実装方法の一例を図１〜図３を
参照して説明する。

【００１５】先ず、図２に示すように、内向きのフラン
ジ１１を有するとともに、そのフランジ１１の先端が開
口部１２を形成する断面Ｌ字形のキャップ枠１０に、半
導体装置５をその電極パッド６面が上になるように配置
するとともに、キャップ枠１０のフランジ１１内面に塗
布した接着剤１３により、半導体装置５をキャップ枠１
０に接着固定する。この接着固定時の位置合わせは、キ
ャップ枠１０の開口部１２から半導体装置５を目視でき
るので精度良く行える。

【００１６】ここで、キャップ枠１０の材料は特に限定
されず、例えばプラスチック、セラミックを用い、放熱
性を向上するためにはアルミニウム、銅などの金属を用
いてもよく、また、接着剤１３は特に限定しないが、熱
硬化性または常温硬化性の樹脂等が作業性が良く適当で
ある。キャップ枠１０の内面高さｈ（図１参照）は、半
導体装置５の厚みより大きく、半導体装置５の厚みとバ
ンプ３の高さｔ（図１参照）を加えた寸法より小さく設
計されている。

【００１７】次に、図１に示すように、半導体装置５の
裏面（電極パッド６のない面）を吸着ヘッド１４で吸着
し、基板１上に形成されたバンプ３と、半導体装置５に
形成された電極パッド６との位置合わせを行う。この実
施例では、吸着ヘッド１４を用いているが、吸着ヘッド
に限定されない。

【００１８】基板１上に形成されたバンプ３の材料は特
に限定されず、導電部が金、銀、銅、アルミニウム、ニ
ッケル、インジウムなどの金属であれば良く、樹脂等を
金属メッキしたものや、導電性の樹脂でも良い。なお、
このバンプ３は、電解メッキ、無電解メッキ、ワイヤボ
ンダーを用いて形成するボールバンプ、接着（印刷）等
により形成されるものである。

【００１９】また、バンプ３の高さは約３０μｍが適当
であるが、それ以下でもそれ以上でもよい。バンプ３の
大きさは、半導体装置５の電極パッド６より小さく、接
合部は平坦な方がよい。バンプ３の形状は、丸、四角等
どのような形状であってもかまわないが、全てのバンプ
の高さは均一な方がよい。

【００２０】基板１上には、キャップ枠１０の開口端が
相対する位置に接着剤１５等を塗布（または付着）して
おく。なお、上記接着剤１５はキャップ枠１０の開口端
に塗布しておいてもよい。接着剤１５の厚みは、キャッ
プ枠１０を基板１に接着硬化させた後、半導体装置５と
基板１の圧接状態が維持され、かつ、キャップ枠１０と
基板１が確実に密着する厚みが必要であり、例えば１０
０μｍ程度が適当である。

【００２１】バンプ３と電極パッド６を位置合わせした
後、図１に示すように加圧し、バンプ３と電極パッド６
を圧接する。この圧接状態を保持するように接着剤１５
等で固定する。吸着ヘッド１４は直接半導体装置５と接
触し、吸着ヘッド１４と半導体装置５との間には、キャ
ップ枠１０のフランジ１１や接着剤１３等が介在しない
。

【００２２】これにより、吸着ヘッド１４の位置合わせ
、平行度（電極パッド６とバンプ３表面の平行性）の調
整を確実に行うことができる。つまり、半導体装置５を
キャップ枠１０に接着するとき、接着剤１３の厚みのバ
ラツキによる傾きがあっても、さほど問題なく電極パッ
ド６とバンプ３は確実に平行に圧接される。また、キャ
ップ枠１０の開口端またはそれに相対する基板１上に塗
布した接着剤１５の厚みにバラツキがあっても、電極パ
ッド６とバンプ３の圧接時の平行性にはさほど影響はな
い。

【００２３】キャップ枠１０に接着した半導体装置５を
基板１上のバンプ３と位置合わせを行う場合、位置認識
用カメラ（図示せず）は、基板１上のバンプ３を写すも
のと、半導体装置５の電極パッド６を写すものとで、写
す方向が異なるため、最低２台は必要である。しかし、
半導体装置５の裏面に任意の認識マークを付けておけば
、上方向から基板１上のバンプ３を写す１台の位置認識
用カメラで済む。

【００２４】半導体装置５が接着されたキャップ枠１０
の開口端と基板１との接着に用いる接着剤１５は、例え
ば樹脂であれば熱硬化性の樹脂、常温硬化性の樹脂など
があるが、極力短時間で硬化するものが望ましい。熱硬
化性樹脂（エポキシ、アクリル、シリコン系など）の場
合は加熱を行い、光硬化性樹脂の場合は紫外線硬化を行
う。接着剤以外にろう付け、半田付け、ガラス封着でも
よい。

【００２５】このようにして半導体装置５を基板１に接
合し、同時に半導体装置５表面（電極パッド６のある面
）の気密封止を行うことができる。図３（ａ）は封止状
態を示す断面図であり、図３（ｂ）は本実施例に用いた
キャップ枠１０を示す一部破断斜視図である。

【００２６】次に、図４は異なる実施例を示すもので、
前記実施例と異なる点は、フランジ１１の代わりに、図
４（ｂ）に示すように、半導体装置５を載置できるコー
ナ片１１’を設けたことで、他の構成は前記実施例と同
様であるので、同等構成に同一符号を付すことにより説
明を省略する。

【００２７】接着剤１３はコーナ片１１’の内面に塗布
するが、キャップ枠１０の内側面には塗布せず、半導体
装置５をキャップ枠１０に前記接着剤１３で固定した後
、半導体装置５の裏面からキャップ枠１０の内側面と半
導体装置５の周縁との間の隙間を樹脂等で埋めてもよい
し、予め塗布しておいてもよい。

【００２８】次に、図５はさらに異なる実施例を示すも
ので、本実施例ではフランジ１１の代わりに、図５（ｂ
）に示すように、半導体装置５を載置ための突起１１”
をキャップ枠１０の内側面に複数本配列して設けたもの
である。この突起１１”の半導体装置５の裏面と接する
部分は面でなくてもよく、点でもよい。

【００２９】この実施例において、半導体装置５をキャ
ップ枠１０に固着するには、先ず、半導体装置５をキャ
ップ枠１０の開口端より挿入して突起１１”に載置し、
半導体装置５の裏面から接着剤１３を塗布して接着固定
する。なお、突起１１”に予め接着剤１３を塗布してお
いてもよいのは勿論である。

【００３０】さらに、図６に示す実施例は、半導体装置
５をキャップ枠１０に機械的に嵌め込んだものであり、
キャップ枠１０の形状に特徴があり、半導体装置５を挿
入し易くするため、キャップ枠１０の開口端内側をフラ
ンジ１１部内側より広く形成してある。この実施例にお
いて、キャップ枠１０の材料に、加熱により寸法が縮小
するものを用いれば、半導体装置５を嵌め込んだ後、加
熱すればキャップ枠１０と半導体装置５の隙間が埋まる
。また逆に、加熱により拡大するもを用いれば、半導体
装置５を嵌め込むとき加熱して広げておき、その後冷却
してキャップ枠１０と半導体装置５の隙間を埋めればよ
い。

【００３１】このように本発明によれば、半導体装置５
と基板１との電気的コンタクトが加圧接触による圧接で
あるため、半導体装置５と基板１との熱膨張差を吸収で
き、接合信頼性が向上する。このため、大型の半導体装
置（チップ）に適合し易い接合方法と言える。また、半
導体装置５の実装と気密封止が同時に可能であり、従来
のように、キャップ封止、半導体装置下部への樹脂充填
による封止等の工程が省略できる。

【００３２】さらに、低コスト化のため、キャップ枠１
０及び基板１を安価なプラスチックを用い、樹脂等の接
着剤によりキャップ枠１０と基板１を接着固定すること
も可能である。また、このとき、樹脂を低温（２００℃
以下）で硬化するものあるいは光硬化性のものを用いれ
ば、半導体装置５と基板１との接合時に、半導体装置５
に熱的ダメージを与えないというメリットがある。

【００３３】さらにまた、キャップ枠１０の寸法精度、
半導体装置５をキャップ枠１０に接着固定する接着剤１
３の厚み精度、キャップ枠１０の開口端と基板１間の接
着剤１５の厚み精度等が多少悪くても、半導体装置５の
電極パッド６とバンプ３、または半導体装置５の電極パ
ッド６上のバンプ３と基板導体２との圧接を確実に行な
うことができ、接合信頼性が良い。

【００３４】

【発明の効果】本発明は上記のように、半導体装置と基
板との電気的コンタクトが加圧接触による圧接であるた
め、半導体装置と基板との熱膨張差を吸収でき、接合信
頼性が向上する。また、半導体装置の実装と気密封止が
同時に可能であり、従来のように、キャップ封止、半導
体装置下部への樹脂充填による封止等の工程が省略でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実装方法の一例を示す断面図であ
る。

【図２】上記実施例方法におけるキャップ枠に半導体装
置を固定する状態を示す断面図である。

【図３】上記実施例方法により実装された状態を示すも
ので、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は本実施例に用い
たキャップ枠を示す一部破断斜視図である。

【図４】本発明の異なる実施例方法により実装された状
態を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は本実施例に
用いたキャップ枠を示す一部破断斜視図である。

【図５】本発明のさらに異なる実施例方法により実装さ
れた状態を示すもので、（ａ）は断面図であり、（ｂ）
は本実施例に用いたキャップ枠を示す一部破断斜視図で
ある。

【図６】本発明のさらに異なる実施例方法により実装さ
れた状態を示すもので、（ａ）は断面図であり、（ｂ）
は本実施例に用いたキャップ枠を示す一部破断斜視図で
ある。

【図７】従来例方法により実装された状態を示す断面図
である。

【図８】異なる従来例方法により実装された状態を示す
断面図である。

【図９】さらに異なる従来例方法により実装された状態
を示す断面図である。

【符号の説明】

１　　基板 ２　　導体パターン ３　　金属バンプ ５　　半導体装置 ６　　電極パッド １０　　キャップ枠 １１　　フランジ（半導体装置固定手段）１２　　開口
部 １３　　接着剤 １５　　接着剤

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　表面に導体パターンが形成された基板
   と半導体装置とをバンプを介して接合する実装方法にお
   いて、少なくとも半導体装置の大きさより大きな開口を
   有し、内側面に挿入した半導体装置を所定位置に固定で
   きる手段を有するキャップ枠に、半導体装置をその電極
   面がキャップ枠の開口端側に位置するように配置して固
   着し、しかる後、半導体装置が固着されたキャップ枠と
   共に、半導体装置の電極パッドを基板導体上のバンプと
   、または半導体装置上のバンプを基板導体と位置合わせ
   して接触、加圧し、その状態を保持しながらキャップ枠
   の開口端を基板と固着したことを特徴とする半導体装置
   の実装方法。