JPH0661368A - フリップチップ型半導体装置 - Google Patents

フリップチップ型半導体装置

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JPH0661368A
JPH0661368A JP4208671A JP20867192A JPH0661368A JP H0661368 A JPH0661368 A JP H0661368A JP 4208671 A JP4208671 A JP 4208671A JP 20867192 A JP20867192 A JP 20867192A JP H0661368 A JPH0661368 A JP H0661368A
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semiconductor chip
sealing
substrate
wiring board
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Katsuhiko Suzuki
勝彦 鈴木
Katsunobu Suzuki
克信 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【構成】配線基板1Aに設けられた突起電極12,封止
壁18と半導体チップ上の端子用電極3aとの封止用電
極19がお互いに位置決めして半田接続したフリップチ
ップ構造の半導体装置。 【効果】封止壁と封止用電極が接続され配線基板とチッ
プのみで気密封止が得られる。又、この構造は接続部面
積が均等に全面に渡ってあるので応力分散により破壊し
ない。更に封止電極は電源、GNDラインにも利用でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップの電極を
CCB法(コントロールド・コラップス・ボンディング
(Controlled Collapse Bond
ing))により基板上の電極に接合するフリップチッ
プ型の半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のCCB法によるフリップチップ型
半導体装置は、米国特許第3429040号、特公昭6
3−64055号公報に述べられている。前者について
図5を参照して説明する。
【0003】配線基板1aには、配線導体2aが形成さ
れており基板側端子用電極3bの周辺にははんだの流出
防止用の壁4が設けられている。半導体チップ5の端子
用電極3aにははんだバンプ6aが事前にリフローによ
り付着されている。はんだ付着形状はほぼ球形をしてい
る。この半導体チップ5aと配線基板1との接続は、光
学系の位置決め機構の付属した加熱接続装置を用いて両
者の位置を決めてからお互いを接触させて半導体チップ
5aの自重によりはんだ広がりを壁4により防止しなが
ら接合させることによる。従って接続時の隣接電極との
短絡不良が多発したりはんだ形状が安定せず温度サイク
ル、熱衝撃等により応力破壊にいたる例がしばしばあっ
た。
【0004】後者について図6を参照して説明する。配
線基板1bはガラス板で出来ており基板側端子用電極3
bに対して半導体チップ5bが接続される。半導体チッ
プ5bの端子用電極3aにはリフローによりはんだバン
プ6bが球形状に形成されている。この半導体チップ5
bとガラス製の配線基板1bを接合して図の様な鼓型形
状にする方法は、光学系位置決め加熱接続装置を用いて
配線基板1bの光透過性を利用して両者の位置合わせを
してからランプ加熱で接続する。鼓型にする方法は、加
熱しながら半導体チップ5bを配線基板1からほんの少
し引き離す事によりバンプ中央部がへこみ、鼓型が得ら
れる。この後に半導体チップを覆うように被覆樹脂で固
めてフリップチップ型の半導体装置が完成する。この鼓
型はんだパンブは熱応力分散され信頼性向上に有効であ
る。しかしながら製造方法が複雑になり製造歩留等が低
下することは必然である。
【0005】又、図7は特開昭63−127557号公
報記載のフリップチップ型半導体装置の断面図を示す。
配線基板1c上にチップキャリア8がはんだバンプ6c
により接続されその上部に半導体チップ5cが同様にハ
ンダバンプ6で接続されている。半導体チップ5cの裏
面にはヒートシンク8が熱伝導性グリース9を介して接
着されている。この構造の特徴は、チップキャリア8を
用いて配線基板1cと半導体チップ5cの応力吸収と半
導体チップ5cとヒートシンク8の間に熱伝導性グリー
ス9を介して高発熱量、高発熱密度の熱放散をしている
ことである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のフリッ
プチップ型半導体装置は、半導体チップの端子用電極に
はんだバンプを形成するものである為フラックスを使用
したリフローによりはんだを付着させる。従って半導体
チップ表面の汚染が避けられずその処理に必要以上の工
数が掛かる。また、はんだバンプ形状は球形であり配線
基板への半導体チップの接続は、位置決め後加熱融着し
て半導体チップの自重で接続する。従って電極のピッチ
法にもよるが短絡や歩留低下がある為多ピン化、高密度
化ができない欠点があった。又、外気から遮断するに
は、放熱板兼キャップをチップ裏面と基板部で接続封止
することにより気密を得る手法がとられるのが普通であ
るが完全な外気との遮断が難しかった。あるいは被覆樹
脂による場合、熱膨張の相違による耐熱性が問題となる
ことは、樹脂封止型半導体装置一般と共通である。ま
た、熱放散させるために熱伝導性グリースを使用する場
合熱放散が若干悪くなること、有機物が半導体チップと
接触しているので熱分解の恐れがあり汚染の恐れがあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のフリップチップ
型半導体装置は、周辺部に枠状に設けられた封止用電極
および複数の端子用電極を有する半導体チップと、前記
半導体チップの封止用電極および端子用電極のそれぞれ
に対応して設けられた基板側封止用電極および基板側端
子用電極、前記基板側封止用電極に接合された封止壁お
よび前記基板側封止用電極に接合された突起電極を有す
る配線基板と、前記封止用電極、基板側封止用電極およ
び封止壁を接合する接合部材と、前記端子用電極、基板
側端子用電極および突起電極を接合する接合部材とを有
するというものである。
【0008】
【実施例】図1は本発明の第1の実施例の部分平面図、
図2は図1のA−A線断面図である。配線基板1Aには
外部リード10が基板裏面にろう付けされている。ろう
付け部から基板内部にスルーホール11の導体で基板側
端子電極3bおよび突起電極12に接続されている。突
起電極12は、ピッチ150μm、バンプ径50μm、
高さ50μmの円柱状Cuバンプの表面にNiとAuが
それぞれ2〜3μmの厚さにめっきされ更にその上に1
0μmの厚さのPb−Snはんだめっき層17が施され
ている。又、突起電極12の周囲を囲む様に封止壁18
が幅50μm、高さ50μmの寸法で突起電極と同様の
構成で形成されている。半導体チップ5Aには端子用電
極3aと封止用電極19aが配線基板1Aの基板側封止
用電極19bと封止壁18に対応して設けられている。
この電極19a,19bにAuめっきが厚さ1〜2μm
被着されている。この配線基板1Aと半導体チップ5A
を光学位置決め加熱接続装置を用いて突起電極12と半
導体チップの端子用電極3a、封止壁18と封止用電極
19aとが接続されている。上記加熱装置のヒーターブ
ロック上(図示せず)に半導体チップ5Aを真空吸着に
より固定し配線基板1Aの突起電極12を下向きにして
半導体チップの電極3aと相対するように位置決め後配
線基板1Aを下降させて両電極を接触させながら窒素雰
囲気内で加熱すると突起電極12のCu、Niは融けず
にはんだ層17が半導体チップの電極3AのAuめっき
層側に自重で流れていきそこで冷却すると突起電極と半
導体チップの電極3aが接合される。はんだめっき層1
7の厚さは、それほど厚くすることを要しないし、半導
体チップと配線基板との間の突起電極がスペーサとして
作用するので両者の間隔が狭くなりすぎることはなく、
隣接電極間の短絡なしに接続が完璧に行われる。
【0009】次に放熱と半導体チップ保護の為にキャッ
プ兼放熱板13が封止される。キャップ13の材質は高
発熱密度、高消費電力に対応する高熱伝導性金属である
Cu、AlやAlN、SiCのセラミック等を用いる。
半導体チップ5Aの裏面とキャップ13の内面の接触部
14には50μm程度の厚さのCuやAlなどの純金属
薄膜15(キャップの内面に被着してもよいし、あるい
は金属箔でもよい)を介して接触させキャップ兼放熱板
13に圧力を掛けながら半導体チップ5Aの周辺で樹脂
16、例えばエポキシ、シリコン、ポリイミド等の樹脂
で接着したものである。このように物理的な圧着による
半導体チップと金属の接触だけであるので熱膨張差によ
る応力発生もなく熱放散がより良く行われる。キャップ
兼放熱板13を樹脂接着すると熱硬化した時に樹脂の収
縮により半導体チップ裏面に圧力が働き接触が確保され
る。又、封止壁18と封止用電極19aの接続は、突起
電極12の接続と同時に行われる。
【0010】図3は本発明は本発明の第2の実施例の部
分平面図、図4は図3のA−A線断面図である。
【0011】配線基板1Bの外周には外部リード10が
ろう付けされている。ろう付け部から基板表面又は基板
にスルーホール11の配線導体2で突起電極12の周囲
を囲む用に封止壁18−1,18−2が二重に設けられ
ている。この封止壁18−1,18−2は、幅50μ
m、高さ50μmの寸法で突起電極と同様の構造であ
る。半導体チップ5Bには端子用電極3aと、封止用電
極19a−1,19a−2が配線基板側の突起電極1
2、封止壁18−1,18−2に対応して設けられてい
る。その他は、第1の実施例と同様である。
【0012】以上の実施例で、封止用電極は半導体チッ
プの電源配線または接地配線を兼ねることができる。そ
の場合には、封止壁を設けることによる半導体チップの
面積の増大はないので好都合であるばかりでなく、抵抗
が小さくでき電源雑音の低下に有効である。また、気密
封止は、キャップ兼放熱板と配線基板との封止によるほ
か、封止壁などによっても可能であるので、気密性の改
善も可能である。
【0013】
【発明の効果】以上説明した様に本発明は、配線基板の
突起電極と封止壁は高融点、高電気伝導率、高熱伝導率
の金属で形成しその表面に低融点ろう材をめっきしたも
のを使っている。従ってこの電極に対して半導体チップ
電極に位置決めして加熱接続するとき突起電極と半導体
チップ面は必ず突起電極の高さだけギャップが空くので
作業性の向上と接続が確実になり低融点ろうによる短絡
の発生が防止できる。又、従来ははんだバンプを半導体
チップ電極に付着させている為に作業方法が難しく半導
体チップの汚染があったが本発明は配線基板の突起電極
にめっき法で被着するので作業が簡単で汚染の心配がな
い。又、封止壁と封止用電極とが接続されているので半
導体チップを外気環境から保護する気密性の確保が出来
ると共に電源線およびまたは接地線として使用すること
もでき、電位降下の防止、電源雑音などの雑音の低下に
有効である。
【0014】次に、この突起電極と封止壁による接続が
半導体チップ全面に均等にわたって行われているので配
線基板と半導体チップの熱膨張差による応力に接続部が
耐えられる構造である。
【0015】更にキャップと半導体チップの接着が高純
度金属薄膜を介して行われるのでチップとキャップの熱
膨張差は全く関係なく高熱伝導金属、高熱膨張金属を用
いる事が出来るので高消費電力の超LSIを搭載するの
に適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す平面図である。
【図2】図1のA−A線断面図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示す平面図である。
【図4】図3のA−A線断面図である。
【図5】第1の実施例を示す平面図(図5(a))およ
び断面図(図5(b))である。
【図6】第2の従来例を示す断面図である。
【図7】第3の従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
1A,1B,1a,1b,1c 配線基板 2A,2B 配線導体 3a 端子用電極 3b 基本側端子用電極 4 壁 5A,5B,5a,5b,5c 半導体チップ 6a,6b,6c はんだバンプ 7 被覆樹脂 8 ヒートシンク 9 熱伝導性グリース 10 外部リード 11 スルーホール 12 突起電極 13 キャップ兼放熱板 14 接着部 15 純金属薄膜 16 樹脂 17 はんだ層 18,18−1,18−2 封止壁 19a 封止用電極 19b 基板側封止用電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 23/50 G 9272−4M

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周辺部に枠状に設けられた封止用電極お
    よび複数の端子用電極を有する半導体チップと、前記半
    導体チップの封止用電極および端子用電極のそれぞれに
    対応して設けられた基板側封止用電極および基板側端子
    用電極、前記基板側封止用電極に接合された封止壁およ
    び前記基板側封止用電極に接合された突起電極を有する
    配線基板と、前記封止用電極、基板側封止用電極および
    封止壁を接合する接合部材と、前記端子用電極、基板側
    端子用電極および突起電極を接合する接合部材とを有す
    ることを特徴とするフリップチップ型半導体装置。
  2. 【請求項2】 基板側封止用電極が配線基板に設けられ
    た固定電位供給用の端子に接続されている請求項1記載
    のフリップチップ型半導体装置。
JP4208671A 1992-08-05 1992-08-05 フリップチップ型半導体装置 Pending JPH0661368A (ja)

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JP4208671A JPH0661368A (ja) 1992-08-05 1992-08-05 フリップチップ型半導体装置

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JP4208671A JPH0661368A (ja) 1992-08-05 1992-08-05 フリップチップ型半導体装置

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JPH0661368A true JPH0661368A (ja) 1994-03-04

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