JPH0513603A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPH0513603A
JPH0513603A JP16143091A JP16143091A JPH0513603A JP H0513603 A JPH0513603 A JP H0513603A JP 16143091 A JP16143091 A JP 16143091A JP 16143091 A JP16143091 A JP 16143091A JP H0513603 A JPH0513603 A JP H0513603A
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JP
Japan
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cap
package substrate
semiconductor chip
solder
chip
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JP16143091A
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English (en)
Inventor
Toshihiko Sato
俊彦 佐藤
Tetsuya Hayashida
哲哉 林田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
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    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73253Bump and layer connectors

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  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パッケージ基板上に実装した半導体チップを
キャップで気密封止したチップキャリヤの信頼性、製造
歩留りを向上させる。 【構成】 パッケージ基板2とキャップ4との接合部に
封止リング11を介装し、その熱膨張率、板厚を適当に
設定することにより、半導体チップ3、パッケージ基板
2およびキャップ4の熱膨張係数差に起因してCCBバ
ンプ6に加わる応力、歪を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置に
関し、特に、チップキャリヤ(Chip Carrier)の高信頼化
に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】特開昭62−249429号、特開昭6
3−310139号公報には、パッケージ基板に実装し
た半導体チップをキャップで気密封止したチップキャリ
ヤが記載されている。
【0003】上記文献に記載されたチップキャリヤは、
ムライトのような高熱伝導性セラミックからなるパッケ
ージ基板上にCCBバンプを介して半導体チップをフェ
イスダウンボンディングし、この半導体チップをキャッ
プで気密封止したパッケージ構造を備えている。上記キ
ャップは、窒化アルミニウム(AlN)などの高熱伝導
性セラミックからなり、Pb/Sn合金からなる半田に
よってパッケージ基板上に接合されている。
【0004】上記パッケージ基板とキャップとによって
囲まれたキャビティの内部に封止された半導体チップの
背面は、キャップの下面に半田付けされている。これ
は、半導体チップから発生した熱を半田を通じてキャッ
プに伝達するためである。
【0005】上記パッケージ基板の内層には、例えばW
(タングステン)からなる内部配線が形成されており、
この内部配線を通じてパッケージ基板の上面側の電極と
下面側の電極とが電気的に接続されている。パッケージ
基板の下面側の電極には、チップキャリヤを基板に実装
するためのCCBバンプが接合される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前述したチ
ップキャリヤは、パッケージ基板上にCCBバンプを介
して実装した半導体チップの背面をキャップの下面に半
田付けするため、互いに材質の異なる半導体チップ、パ
ッケージ基板およびキャップの熱膨張係数差に起因して
CCBバンプに応力、歪が加わり易く、その結果、CC
Bバンプの寿命が低下し、最悪の場合にはCCBバンプ
が破断することがあるという問題点を有している。
【0007】その対策として、キャップとパッケージ基
板との接合部の半田の肉厚を数百μm程度まで厚くし、
この厚い半田によって前記CCBバンプに加わる熱応
力、歪を吸収、緩和しようとする提案がなされている。
【0008】しかしながら、Pb/Sn合金からなる半
田は、これをいったん溶融した後冷却すると、その内部
に樹枝状結晶(デンドライト)が成長し、この樹枝状結
晶の成長方向に沿って収縮孔が形成されるという特性が
ある。そのため、キャップとパッケージ基板との接合部
の半田の肉厚を数百μm程度まで厚くすると、パッケー
ジ基板の主面に対して水平な方向に成長した樹枝状結晶
に沿って形成される収縮孔を通じて外部の水分がキャビ
ティの内部に浸入してしまうという問題が生ずる。
【0009】本発明は、上記した問題点に着目してなさ
れたものであり、その目的は、前述したパッケージ構造
を有するチップキャリヤの信頼性、製造歩留りを向上さ
せることのできる技術を提供することにある。
【0010】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【0011】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を説明すれば、以下の
とおりである。
【0012】本発明のチップキャリヤは、半導体チップ
をフェイスダウンボンディングしたパッケージ基板上に
キャップを半田付けして前記半導体チップを気密封止す
ると共に、前記半導体チップの背面を前記キャップの下
面に半田付けしたもので、さらに前記パッケージ基板と
キャップとの接合部に封止リングを介装したものであ
る。
【0013】
【作用】上記した手段によれば、パッケージ基板とキャ
ップとの接合部に介装した封止リングの熱膨張率、板厚
を適当に設定することにより、半導体チップ、パッケー
ジ基板およびキャップの熱膨張係数差に起因してCCB
バンプに加わる応力、歪を低減することができるので、
CCBバンプの寿命、接続信頼性が向上する。
【0014】また、パッケージ基板とキャップとの接合
部に封止リングを介装することにより、キャップとパッ
ケージ基板との接合部における半田の肉厚を10μm程
度まで薄くすることができるので、半導体チップの気密
封止性が向上する。
【0015】
【実施例】図1は、本発明の一実施例であるチップキャ
リヤの断面図である。このチップキャリヤ1は、ムライ
トなどの高熱伝導性セラミックからなるパッケージ基板
2上に半導体チップ3をフェイスダウンボンディング
し、さらにこの半導体チップ3をキャップ4で気密封止
したパッケージ構造を有している。
【0016】上記キャップ4は、窒化アルミニウムなど
の高熱伝導性セラミックからなり、半田5を介してパッ
ケージ基板2上に接合されている。キャップ4とパッケ
ージ基板2との接合部における上記半田5の肉厚は、例
えば10μm程度である。なお、半田5は、例えば10
重量%程度のSnを含有するPb/Sn合金(溶融温度
=275〜300℃程度)からなる。
【0017】上記半導体チップ3は、CCBバンプ6を
介してパッケージ基板2上に実装されている。上記CC
Bバンプ6は、例えば1〜4重量%程度のSnを含有す
るPb/Sn合金(溶融温度=320〜327℃程度)
からなり、パッケージ基板2上の電極7と電気的に接続
されている。
【0018】上記電極7は、W(タングステン)のよう
な高融点金属からなり、内部配線8を通じてパッケージ
基板2の下面の電極9と電気的に接続されている。この
電極9には、チップキャリヤ1を基板に実装する際の外
部端子となるCCBバンプ(図示せず)が接合される。
【0019】上記パッケージ基板2とキャップ4とによ
って囲まれたキャビティ内に封止された半導体チップ3
の背面は、前記半田5によってキャップ4の下面に接合
されている。これは、半導体チップ3から発生する熱を
半田5を通じてキャップ4に伝達するためである。
【0020】また、上記半田5の濡れ性を向上させるた
め、キャップ4の内面およびパッケージ基板2の周辺部
には、メタライズ層10が設けられている。このメタラ
イズ層10は、例えばTi、NiおよびAuの薄膜を蒸
着法によって順次堆積した複合金属膜からなる。
【0021】本実施例のチップキャリヤ1の特徴は、上
記パッケージ基板2とキャップ4との接合部に図2に示
すような四角枠状の封止リング11を介装した点にあ
る。この封止リング11は、例えば42アロイ、コバー
ルなどの金属板をプレスにより成形したもので、その表
面には、半田5の濡れ性を向上させるためのメタライズ
層10が必要に応じて設けられる。
【0022】上記封止リング11は、半導体チップ3、
パッケージ基板2およびキャップ4の熱膨張係数差に起
因してCCBバンプ6に加わる応力、歪を低減すること
を目的としている。すなわち、半導体チップ3の発熱時
におけるキャップ4の脚部および封止リング11の縦方
向の伸びと、半導体チップ3およびCCBバンプ6の縦
方向の伸びとがほぼ一致するように、封止リング11の
材料(熱膨張率)およびその板厚を設定することによ
り、CCBバンプ6に加わる応力、歪を低減することが
できる。
【0023】また、パッケージ基板2とキャップ4との
接合部に封止リング11を介装することにより、この接
合部の半田5の肉厚を10μm程度まで薄くすることが
できる。
【0024】次に、図3、図4を用いて上記チップキャ
リヤ1の組立て方法の一例を説明する。
【0025】まず、図3に示すように、半導体チップ3
の素子形成面に設けたCCBバンプ6をパッケージ基板
2上の電極7の上に位置決めした後、CCBバンプ6を
加熱、溶融させて電極10に接合する。
【0026】次に、図4に示すように、上下を逆にした
キャップ4の脚部に封止リング11を載せると共に、内
面中央部に半田5を載せ、さらにこの半田5の上に半導
体チップ3を載せた状態で半田5を加熱、溶融する。こ
れにより、半導体チップ3の背面がキャップ4に接合さ
れると共に、溶融した半田5の一部がキャップ4の内面
に設けたメタライズ層12の表面を伝ってキャップ4と
パッケージ基板2との隙間に流れ込み、半導体チップ3
の封止が行われる。
【0027】以上のような構成からなる本実施例のチッ
プキャリヤ1によれば、下記のような効果が得られる。
【0028】(1).パッケージ基板2とキャップ4との接
合部に封止リング11を介装し、その熱膨張率、板厚を
適当に設定することにより、半導体チップ3、パッケー
ジ基板2およびキャップ4の熱膨張係数差に起因してC
CBバンプ6に加わる応力、歪が低減されるので、CC
Bバンプ6の寿命、接続信頼性が向上する。
【0029】(2).上記(1) により、キャップ4とパッケ
ージ基板2との接合部における半田5の肉厚を10μm
程度まで薄くすることができる。これにより、半田5の
冷却時に生じる収縮孔を通じて外部の水分がキャビティ
の内部に浸入するのを防止することができるので、半導
体チップ3の気密封止性が向上する。
【0030】(3).上記(1)、(2) により、チップキャリ
ヤ1の信頼性、製造歩留りが向上する。
【0031】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0032】パッケージ基板とキャップとの接合部に封
止リングを介装した本発明によれば、例えば図5に示す
ように、キャップ4を平らなセラミック板で構成するこ
とができる。このようにすると、キャップ4の加工が簡
単になるため、その製造コストを低減することができ
る。
【0033】また、キャビティ内に封止する半導体チッ
プは、一個に限定されるものではなく、複数個でもよ
い。
【0034】
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。
【0035】本発明によれば、CCBバンプの寿命、接
続信頼性が向上すると共に、半導体チップの気密封止性
が向上するので、チップキャリヤの信頼性、製造歩留り
が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるチップキャリヤの断面
図である。
【図2】封止リングの斜視図である。
【図3】チップキャリヤの組立て方法を示す断面図であ
る。
【図4】チップキャリヤの組立て方法を示す断面図であ
る。
【図5】本発明の他の実施例であるチップキャリヤの断
面図である。
【符号の説明】
1 チップキャリヤ 2 パッケージ基板 3 半導体チップ 4 キャップ 5 半田 6 CCBバンプ 7 電極 8 内部配線 9 電極 10 メタライズ層 11 封止リング

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップをフェイスダウンボンディ
    ングしたパッケージ基板上にキャップを半田付けして前
    記半導体チップを気密封止すると共に、前記半導体チッ
    プの背面を前記キャップの下面に半田付けしてなるチッ
    プキャリヤを備えた半導体集積回路装置であって、前記
    パッケージ基板と前記キャップとの接合部に封止リング
    を介装したことを特徴とする半導体集積回路装置。
  2. 【請求項2】 前記キャップを平板で構成したことを特
    徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置。
  3. 【請求項3】 パッケージ基板とキャップとの接合部の
    半田の肉厚を10μm程度にしたことを特徴とする請求
    項1記載の半導体集積回路装置。
JP16143091A 1991-07-02 1991-07-02 半導体集積回路装置 Pending JPH0513603A (ja)

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