JPH10229103A - Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

Info

Publication number
JPH10229103A
JPH10229103A JP3071997A JP3071997A JPH10229103A JP H10229103 A JPH10229103 A JP H10229103A JP 3071997 A JP3071997 A JP 3071997A JP 3071997 A JP3071997 A JP 3071997A JP H10229103 A JPH10229103 A JP H10229103A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor element
substrate
conductive member
back surface
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Abandoned
Application number
JP3071997A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiromi Yamada
弘美 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical Oki Electric Industry Co Ltd
Priority to JP3071997A priority Critical patent/JPH10229103A/en
Publication of JPH10229103A publication Critical patent/JPH10229103A/en
Abandoned legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the heat dissipation property of a semiconductor device and to enable a stable ground of the device from backside of a semiconductor element, by a method wherein the backside of the element is connected with a board through conductive members. SOLUTION: Heat, which is generated with the operation of a semiconductor element 15, is transferred to a ground electrode 21 via solder bumps 27 and is further transferred to a ground plate 23 from through holes 25. Moreover, as paths, which dissipates the heat from the backside of the element 15 to the electrode 21 on a board 13 through Au wires 31 which are conductive members, are formed, the heat dissipation property of a semiconductor device 11 can be raised and these Au wires 31 serve as electrical paths for connecting a ground potential point (ground) on the backside of the element 15 with a ground potential point on the board 13. Thereby, as the ground (a metal layer 29 for heat dissipation and grounding use) on the backside of the element 15 can be made to connect with a ground (the ground electrode 21) on the surface of the board 13 through the conductive members (such as the Au wires 13), a package and the element 15 can be mounted on the device 11.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置、特
に基板上に半導体素子をフリップ・チップ接続させた半
導体装置の構造および半導体装置の製造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a structure of a semiconductor device in which a semiconductor element is flip-chip connected on a substrate and a method of manufacturing the semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子(以下、チップと称する。)
の能動素子面を基板に向けて接続する方法をフリップ・
チップ接続といい、通常、チップにハンダ・バンプを形
成し、チップを裏返して基板の位置に合わせた後、ハン
ダを溶かして一度に接続して製造する。ここで、文献1
(文献1:VLSIパッケージング技術(下),著者名 香
山 成瀬,p.175-176,p.200-209,p.228-229 )によれ
ば、チップの高消費電力化に伴い、発生する熱をどのよ
うに放熱するかが重要となってきているため、上記のよ
うなフリップ・チップ接続の半導体装置に関しては、基
板側への十分な放熱経路を確保するためにハンダ・バン
プの数を増やしたり、基板中にサーマル・ビアを設けた
りする。また、チップ裏面から放熱させるためにチップ
にサーマルバンプを形成してチップ裏面にPHS(plat
ed heat sink)と呼ばれる放熱板を設けて装置の低熱抵
抗化を図っていた。
2. Description of the Related Art Semiconductor devices (hereinafter referred to as chips).
The method of connecting the active element surface of
This is called chip connection. Usually, solder bumps are formed on a chip, the chip is turned upside down, aligned with the position of the substrate, and then the solder is melted and connected at a time to manufacture. Here, Document 1
According to (Reference 1: VLSI packaging technology (below), author Naruse Kayama, pp. 175-176, pp. 200-209, pp. 228-229), it occurs with the increase in power consumption of chips. Since it is important how heat is dissipated, the number of solder bumps must be reduced for a flip-chip connected semiconductor device as described above to ensure a sufficient heat dissipation path to the substrate side. Increase or provide thermal vias in the substrate. Also, thermal bumps are formed on the chip to radiate heat from the back of the chip, and PHS (plat
A heat sink called an ed heat sink was provided to reduce the thermal resistance of the device.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなフリップ・チップ接続の半導体装置においては、
その低熱抵抗化は十分ではなく、このため文献2(文献
2:特開平7−106477)および文献3(文献3:
1994年電子情報通信学会春季大会,関口等,B−5
46)に示されているように、パッケージの内側に形成
されているヒートシンク部分にハンダや熱伝導板TAB
等を用いてチップの裏面を接続させることによって低熱
抵抗化およびチップ裏面の接地を試みている。ところ
が、これらの方法はパッケージとチップとの位置関係等
が制限され、また、パッケージおよびチップ間の幅等も
考慮に入れて実装しなければならないために実現が非常
に困難である。
However, in the above-described flip-chip connection semiconductor device,
The lowering of the thermal resistance is not sufficient, and therefore, Reference 2 (Reference 2: JP-A-7-106477) and Reference 3 (Reference 3:
1994 IEICE Spring Conference, Sekiguchi et al., B-5
46) As shown in 46), a solder or a heat conductive plate TAB is provided on a heat sink portion formed inside the package.
Attempts are made to lower the thermal resistance and ground the back surface of the chip by connecting the back surface of the chip using the method described above. However, these methods are very difficult to implement because the positional relationship between the package and the chip is limited, and the package must be mounted in consideration of the width between the package and the chip.

【0004】また、半導体素子の裏面の接地電位点を基
板の接地電位点に安定な状態で導通させる構造について
も模索されていた。
Further, a structure has been sought to stably connect the ground potential point on the back surface of the semiconductor element to the ground potential point on the substrate.

【0005】このため、放熱性に優れ、かつ半導体素子
の裏面から安定した接地ができるような半導体装置の出
現が望まれていた。
For this reason, there has been a demand for a semiconductor device which is excellent in heat dissipation and which can stably ground from the back surface of the semiconductor element.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】このため、この発明によ
れば、少なくとも基板と、基板上にフリップ・チップ接
続されている半導体素子とを具えている半導体装置にお
いて、半導体素子の裏面と基板とを導電性部材によって
接続することを特徴とする。
Therefore, according to the present invention, in a semiconductor device having at least a substrate and a semiconductor element flip-chip connected on the substrate, a back surface of the semiconductor element and a substrate are provided. Are connected by a conductive member.

【0007】ここで取り上げる半導体装置の半導体素子
は、GaAs基板等の半導体基板上に半導体の構成要素
がすべて含まれているチップ状の半導体素子で、また、
基板とはこの半導体素子を搭載する基板を指している。
また、半導体素子と基板とはフリップ・チップ接続され
ていて、半導体素子の表面と基板表面とがバンプによっ
て接着されている。基板の表面には、さらに接地用電極
が設けられており、この電極は金属メッキが施されたス
ルーホールを介して裏面側の放熱兼接地板に導通してい
る。また、半導体素子裏面側にもPHS(Plated Heat
Sink) と呼ばれる放熱板が形成されている。
The semiconductor element of the semiconductor device described here is a chip-shaped semiconductor element in which all the semiconductor components are contained on a semiconductor substrate such as a GaAs substrate.
The substrate refers to a substrate on which the semiconductor element is mounted.
The semiconductor element and the substrate are flip-chip connected, and the surface of the semiconductor element and the substrate surface are bonded by bumps. A grounding electrode is further provided on the surface of the substrate, and this electrode is electrically connected to the heat dissipation and grounding plate on the back side through a metal-plated through hole. Also, PHS (Plated Heat)
A heat sink called Sink) is formed.

【0008】上記のような半導体装置において、半導体
素子から発生する熱は、半導体素子表面と基板との接続
部分であるバンプから基板に伝えられ、基板に設けられ
ている接地板が放熱板となって、装置全体の熱抵抗を下
げている。この装置の半導体素子の裏面と基板とを新た
に導電性部材を用いて接続させると、一般的に導電性部
材は熱伝導性にも優れているため、半導体素子の動作に
よって発生した熱は、半導体素子裏面の放熱板からも、
この導電性材料を経由して基板に伝えられる。したがっ
て装置の熱伝導経路を増やすことができるため、より放
熱性を向上させることができる。
In the above-described semiconductor device, heat generated from the semiconductor element is transmitted to the substrate from bumps, which are connecting portions between the surface of the semiconductor element and the substrate, and the ground plate provided on the substrate serves as a heat sink. Therefore, the thermal resistance of the entire device is reduced. When the back surface of the semiconductor element of this device and the substrate are newly connected using a conductive member, the heat generated by the operation of the semiconductor element is generally From the heat sink on the back of the semiconductor element,
It is transmitted to the substrate via this conductive material. Therefore, since the number of heat conduction paths of the device can be increased, the heat dissipation can be further improved.

【0009】また、従来半導体素子の裏面の接地(グラ
ンド)は、パッケージの内側に形成されたハンダ層等に
導通させることによって行っていたため、パッケージと
半導体素子との位置関係に制限が生じて実装が困難だっ
た。しかしながら、この発明によれば、半導体素子の裏
面と基板とを導電性部材によって接続した構成となって
いるので、半導体素子の裏面の接地電位点と基板の接地
電位点とを導通することができる。このためパッケージ
と半導体素子との接地のための接続が必要なくなり、実
装作業が容易になる。
Conventionally, the grounding of the back surface of the semiconductor element has been performed by conducting to a solder layer or the like formed inside the package, so that the positional relationship between the package and the semiconductor element is limited, and mounting is performed. Was difficult. However, according to the present invention, since the back surface of the semiconductor element and the substrate are connected by the conductive member, the ground potential point on the back surface of the semiconductor element and the ground potential point of the substrate can be conducted. . For this reason, connection for grounding between the package and the semiconductor element is not required, and mounting work is facilitated.

【0010】また、この発明において、好ましくは、半
導体素子の裏面と導電性部材との接触点から、導電性部
材の基板への到達点までの、導電性部材の長さを、半導
体素子の動作周波数における波長の1/2倍の長さにす
るのがよい。
In the present invention, preferably, the length of the conductive member from the contact point between the back surface of the semiconductor element and the conductive member to the point where the conductive member reaches the substrate is determined by the operation of the semiconductor element. It is preferable that the length be half the wavelength at the frequency.

【0011】高周波数領域で動作させる半導体装置にお
いては、半導体素子の裏面の接地電位点は、基板の接地
電位点と比べて、導電性部材の長さに相当するインダク
タンス成分が加えられて、不安定になっている。通常、
このような配線のインダクタンスは0.7〜1.0nH
/mmと言われている。インダクタンス成分が加えられ
ると、周波数特性の低下や寄生発振等を引き起こすおそ
れがある。そこで、上記のように、半導体の裏面と導電
性部材との接触点から導電性部材の基板への到達点まで
の導電性部材の長さを、半導体素子の動作周波数におけ
る波長の1/2倍の長さに調節しておくと、導電性部材
の長さが0のときと同じ状態、すなわち、短絡している
ような状態をつくることができる(詳しくは、文献4
(文献4:内藤喜之,昭和61年(初版),コロナ社,
電子通信学会編,マイクロ波・ミリ波工学,p.1〜
p.12)を参照。)。このため実質的にはインダクタ
ンス成分の影響もなくなり、安定な接地ができる。
In a semiconductor device operated in a high-frequency region, the ground potential point on the back surface of the semiconductor element has an inductance component corresponding to the length of the conductive member added to the ground potential point on the back surface of the semiconductor element. It is stable. Normal,
The inductance of such wiring is 0.7-1.0 nH
/ Mm. When an inductance component is added, there is a possibility that the frequency characteristics may be degraded or parasitic oscillation may occur. Therefore, as described above, the length of the conductive member from the contact point between the back surface of the semiconductor and the conductive member to the point where the conductive member reaches the substrate is set to be 倍 times the wavelength at the operating frequency of the semiconductor element. If the length of the conductive member is adjusted, the same state as when the length of the conductive member is 0, that is, a short-circuited state can be created.
(Reference 4: Yoshiyuki Naito, 1986 (first edition), Corona,
IEICE, Microwave / Millimeter Wave Engineering, p. 1 to
p. See 12). ). Therefore, the effect of the inductance component is substantially eliminated, and stable grounding can be performed.

【0012】また、好ましくは導電性部材を金属線とす
るのがよい。
Preferably, the conductive member is a metal wire.

【0013】基板と半導体素子裏面とをワイヤボンディ
ングやリボンボンディングによって接続すると、半導体
素子に発生した熱を半導体素子の裏面側から基板へと逃
がす熱伝導経路をつくることができ、装置の放熱性を向
上させることができる。また、このワイヤやリボンの長
さを半導体素子の動作周波数における波長の1/2倍の
長さにして接続すると、半導体素子の裏面のグランドに
は、この金属線によって生じるインダクタンス成分が実
質的に加えられていない状態をつくることができるた
め、半導体素子の裏面のグランドと基板のグランドとを
安定に接続することができる。
When the substrate and the back surface of the semiconductor element are connected by wire bonding or ribbon bonding, a heat conduction path for releasing heat generated in the semiconductor element from the back surface side of the semiconductor element to the substrate can be created, thereby improving the heat dissipation of the device. Can be improved. Further, when the length of the wire or ribbon is set to be a half of the wavelength at the operating frequency of the semiconductor element and connected, the inductance component generated by the metal wire is substantially present on the ground on the back surface of the semiconductor element. Since a state in which the semiconductor element is not added can be created, the ground on the back surface of the semiconductor element and the ground on the substrate can be stably connected.

【0014】また、この発明において、好ましくは、導
電性部材を、半導体素子の裏面に接して形成される導電
性を有する放熱板とし、上記接触点を半導体素子の裏面
側の縁部とし、到達点を基板に設けられていて半導体素
子の周辺にあるバンプとしてもよい。
In the present invention, preferably, the conductive member is a conductive heat radiating plate formed in contact with the back surface of the semiconductor element, and the contact point is an edge on the back side of the semiconductor element. The points may be bumps provided on the substrate and around the semiconductor element.

【0015】上記の放熱板は半導体素子の裏面と接触し
て形成されていて、また半導体素子の裏面側の縁部より
張り出している張り出し部が設けられている。この張り
出し部と基板とをバンプで接続することによって、半導
体素子の裏面と基板とを接続している。ここで、半導体
素子の裏面側の縁部から、基板上の張り出し部を接続す
るためのバンプまでの長さ、つまり張り出し部の長さを
半導体素子の動作周波数における波長の1/2倍の長さ
に調整しておくと、既に説明したように、半導体素子裏
面の接地を安定にすることができる。さらに、導電性部
材を導電性を有する放熱板とすることで金属線よりも熱
を伝える面積が広くなることから、より放熱性を向上さ
せることができる。
The heat radiating plate is formed in contact with the back surface of the semiconductor element, and is provided with a protruding portion that protrudes from an edge on the back surface side of the semiconductor element. By connecting the overhang portion and the substrate with bumps, the back surface of the semiconductor element and the substrate are connected. Here, the length from the edge on the back side of the semiconductor element to the bump for connecting the overhang on the substrate, that is, the length of the overhang is の 長 times the wavelength at the operating frequency of the semiconductor element. With such adjustment, the grounding of the back surface of the semiconductor element can be stabilized as described above. Furthermore, since the conductive member is a conductive heat radiating plate, the area for conducting heat is larger than that of the metal wire, so that the heat radiating property can be further improved.

【0016】また、好ましくは導電性部材を帯状の誘電
体と、この誘電体上に形成した金属層とをもって構成し
てあり、半導体素子の裏面と導電性部材との接触点か
ら、この導電性部材の基板への到達点までの導電性部材
の長さDは、半導体素子の動作周波数における波長をλ
として誘電体の実効誘電率をεeff とするとき、D=λ
/2√εeff で表される長さとするのがよい。
Preferably, the conductive member is constituted by a strip-shaped dielectric and a metal layer formed on the dielectric, and the conductive member is formed from a contact point between the back surface of the semiconductor element and the conductive member. The length D of the conductive member up to the point at which the member reaches the substrate is determined by setting the wavelength at the operating frequency of the semiconductor element to λ.
When the effective permittivity of the dielectric is ε eff , D = λ
/ 2 表 ε eff .

【0017】この帯状の誘電体と、その上に形成された
金属層とで構成される導電性部材は、ある程度柔軟性ま
たは可撓性を有する部材で、半導体素子の裏面および基
板とは誘電体上の金属層が導通するように接続する。そ
して、半導体素子の裏面と導電性部材との接触点から、
この導電性部材の基板への到達点までの導電性部材の長
さDを、半導体素子の裏面のグランドが安定するように
半導体素子の動作周波数における波長λの1/2倍の長
さとするとき、この発明のように誘電体上の金属層(ラ
インとも称する。)を通る波の波長は、通常のワイヤ等
を通る波の波長の1/√εeff に短縮されるということ
を考慮すると、導電性部材の長さDはD=λ/2√ε
eff で表される長さとすることができる。
The conductive member composed of the strip-shaped dielectric and the metal layer formed thereon is a member having a certain degree of flexibility or flexibility. Connect so that the upper metal layer is conductive. Then, from the contact point between the back surface of the semiconductor element and the conductive member,
When the length D of the conductive member up to the point where the conductive member reaches the substrate is set to be a half of the wavelength λ at the operating frequency of the semiconductor element so that the ground on the back surface of the semiconductor element is stabilized. Considering that the wavelength of a wave passing through a metal layer (also referred to as a line) on a dielectric as in the present invention is reduced to 1 / √ε eff of the wavelength of a wave passing through a normal wire or the like, The length D of the conductive member is D = λ / 2√ε
It can be the length represented by eff .

【0018】誘電体上のラインを通る波の波長が通常の
ワイヤ等を通る波の波長の1/√ε eff となる理由につ
いて簡単に説明する。通常のワイヤ等を通る波の波長
は、光の波長λ、λ=2π/β(βは位相定数とす
る。)で与えられる。また、波の位相に注目すると、位
相速度(位相一定の場所が時間とともにどのように移動
していくか)vp はvp =ω/βとなる(ωは角速
度)。次に誘電体上のラインを通る波である平面波を考
えると、位相定数βはβ=ω√(εμ)(εは誘電率、
μは透磁率)と表されるため位相速度vp はvp =ω/
β=1/√(εμ)となる。このとき波長λはλ=2π
/β=2π/ω√(εμ)となる。すなわち通常の光の
波長である2π/ωの1/√(εμ)倍に短縮されてい
る。透磁率(μ)をほぼ1であるとすると1/√εとな
る。したがって、誘電体とこの誘電体上の金属層とで構
成される導電性部材の半導体素子の裏面への接触点から
基板への到達点までの長さを、半導体素子の動作周波数
における波長の1/2の長さにする場合には、その動作
周波数における波長をλとしたとき、λ/2√εeff
いう長さに短縮することができる。
The wavelength of a wave passing through a line on a dielectric
1 / √ε of the wavelength of the wave passing through the wire etc. eff Why
And will be described briefly. Wavelength of wave passing through ordinary wire etc.
Is the wavelength of light λ, λ = 2π / β (β is a phase constant
You. ). Focusing on the phase of the wave,
Phase velocity (how the phase shifts over time
Or v)p Is vp = Ω / β (ω is angular velocity
Every time). Next, consider a plane wave, which is a wave passing through a line on a dielectric.
Then, the phase constant β is β = ω√ (εμ) (ε is the permittivity,
where μ is the magnetic permeability)p Is vp = Ω /
β = 1 / √ (εμ). At this time, the wavelength λ is λ = 2π
/ Β = 2π / ω√ (εμ). That is, of ordinary light
1/2 (εμ) times the wavelength of 2π / ω.
You. Assuming that the magnetic permeability (μ) is approximately 1, 1 / √ε is obtained.
You. Therefore, it consists of a dielectric and a metal layer on this dielectric.
From the point of contact of the conductive member formed on the backside of the semiconductor element
The operating frequency of the semiconductor device is determined by the distance to the substrate
When the length is set to 1/2 of the wavelength in
Assuming that the wavelength at the frequency is λ, λ / 2√εeff When
The length can be shortened.

【0019】また、好ましくは、上記の半導体素子の裏
面と基板とを接続する導電性部材を誘電体とその表面上
に形成した金属層とで構成した半導体装置においては、
金属層と導通させてそれぞれ設けられた、基板接続用バ
ンプおよび半導体素子の裏面接続用バンプを具え、導電
性部材の、半導体素子の裏面との接触点を半導体素子の
裏面接続用バンプとし、基板への到達点を基板接続用バ
ンプとするのがよい。
Preferably, in a semiconductor device in which a conductive member for connecting the back surface of the semiconductor element and the substrate is composed of a dielectric and a metal layer formed on the surface,
A substrate connection bump and a back surface connection bump of the semiconductor element, each of which is provided in conduction with the metal layer, wherein a contact point of the conductive member with the back surface of the semiconductor element is used as a back surface connection bump of the semiconductor element; It is preferable that the point of reaching to be a substrate connection bump.

【0020】この半導体素子の裏面接続用バンプおよび
基板接続用バンプは導電性部材に予め形成させる。これ
らのバンプを形成する位置は、上記の接触点および到達
点となる位置とする。このため、半導体素子の裏面接続
用バンプと基板接続用バンプ間の距離は、半導体素子の
動作周波数における波長の1/2√εeff 倍の長さとな
る。位置合わせをしたバンプは圧力と超音波振動を加え
て、または熱圧着等の方法で金属層と接合する。
The bump for connecting the back surface and the bump for connecting the substrate of the semiconductor element are formed in advance on a conductive member. The positions at which these bumps are formed are the positions that are the above-mentioned contact points and arrival points. Therefore, the distance between the bump for connecting the back surface of the semiconductor element and the bump for connecting the substrate is 1 / 2√ε eff times the wavelength at the operating frequency of the semiconductor element. The aligned bumps are bonded to the metal layer by applying pressure and ultrasonic vibration or by a method such as thermocompression bonding.

【0021】また、上述したような半導体装置の製造方
法において、好ましくは共通の盤上に多数の半導体素子
を形成する工程と、この半導体素子を埋め込むように盤
上にレジストを塗布する工程と、上記の半導体素子の上
面に達するまでレジストをエッチバックする工程と、上
記半導体素子およびレジスト上に放熱兼接地用の金属層
を形成する工程と、上記半導体素子間の金属層およびレ
ジストを切断する工程と、盤とレジストを除去して上記
半導体素子と金属層を残存させる工程とを含むとよい。
In the method of manufacturing a semiconductor device as described above, preferably, a step of forming a large number of semiconductor elements on a common board, and a step of applying a resist on the board so as to embed the semiconductor elements, A step of etching back the resist until reaching the upper surface of the semiconductor element, a step of forming a metal layer for heat dissipation and grounding on the semiconductor element and the resist, and a step of cutting the metal layer and the resist between the semiconductor elements And removing the board and the resist to leave the semiconductor element and the metal layer.

【0022】これらの工程は、例えば上述した、導電性
部材を、半導体素子の裏面に接して形成される導電性を
有する放熱板とするような半導体装置において、半導体
素子の裏面側の縁部から張り出している、張り出し部分
を有する放熱板を半導体素子の裏面に接着させた構造体
の製造に用いられる工程である。基板に半導体素子をフ
リップ・チップ接続させた後に、この半導体素子の裏面
と基板とを導電性部材、例えばワイヤ等によって接続さ
せようとするとき、半導体素子と基板とを接続している
複数のバンプに歪みや大きさのずれが生じていて、半導
体素子が基板に対して水平でない状態に置かれている場
合には、ワイヤを半導体素子の裏面へ圧着するのが困難
となることがある。上述した製造方法によれば、導電性
部材である放熱板(放熱兼接地用の金属層)を予め半導
体素子に確実かつ容易に接着させた構造体をつくること
ができる。
These steps are performed, for example, in the above-described semiconductor device in which the conductive member is a conductive heat radiating plate formed in contact with the back surface of the semiconductor element. This is a process used for manufacturing a structure in which a radiating plate having an overhanging portion is attached to the back surface of the semiconductor element. After connecting the semiconductor element to the substrate by flip-chip bonding, when connecting the back surface of the semiconductor element to the substrate with a conductive member, for example, a wire or the like, a plurality of bumps connecting the semiconductor element and the substrate. When the semiconductor element is not horizontal with respect to the substrate due to distortion or size deviation, it may be difficult to crimp the wire to the back surface of the semiconductor element. According to the above-described manufacturing method, it is possible to manufacture a structure in which a heat sink (a metal layer for heat dissipation and grounding), which is a conductive member, is securely and easily bonded in advance to a semiconductor element.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、図を参照してこの発明の半
導体装置および半導体装置の製造方法の実施の形態につ
き説明する。なお、各図はこの発明が理解できる程度に
各構成成分の形状、大きさおよび配置関係を概略的に示
しているに過ぎない。また、以下の説明において、特定
の材料および条件を用いるが、これらの材料および条件
は好適な実施の形態の例に過ぎず、したがってこの発明
ではなんらこれに限定されるものではない。また、断面
図以外の図で用いられているハッチング(斜線)は断面
を示すものではなく、部分的に強調したり、他の部分と
区別するために使用している。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention; Each drawing merely schematically shows the shape, size, and arrangement relationship of each component so that the present invention can be understood. In the following description, specific materials and conditions will be used, but these materials and conditions are merely examples of preferred embodiments, and therefore, the present invention is not limited thereto. Further, hatching (hatched lines) used in drawings other than the cross-sectional view does not indicate a cross-section, but is used to partially emphasize or distinguish it from other portions.

【0024】<第1の実施の形態>第1の実施の形態と
して、基板上にフリップ・チップ接続されている半導体
素子を具えている半導体装置において、半導体素子の裏
面と基板とを金属線によって接続する例につき図1およ
び図2を参照して説明する。図1(A)は第1の実施の
形態の半導体装置の上から見た概略的な平面図で、図1
(B)は、図1(A)のX−X線に沿った断面の切り口
を示す図で、図1(C)は、図1(A)のY−Y線に沿
った断面の切り口を示す図である。図2はこの発明の概
略的な要部拡大図である。
<First Embodiment> As a first embodiment, in a semiconductor device having a semiconductor element which is flip-chip connected on a substrate, the back surface of the semiconductor element and the substrate are connected by metal wires. An example of connection will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a schematic plan view of the semiconductor device according to the first embodiment viewed from above.
FIG. 1B is a diagram showing a cross section taken along line XX of FIG. 1A, and FIG. 1C is a cross section taken along line YY of FIG. 1A. FIG. FIG. 2 is a schematic enlarged view of a main part of the present invention.

【0025】まず、図1を参照する。この半導体装置1
1は、基板13と半導体素子15とを含んでいるが、基
板13は、ここでは厚さ0.254mmのセラミック基
板17上にNiを蒸着し、このNi上にAuをメッキし
て信号ライン19および接地用電極21を形成してある
(図1(A))。また、この接地用電極21の下側に
は、セラミック基板17を貫通して、セラミック基板2
1の裏面全体に形成されている接地板23に達するスル
ーホール25が設けられている(図1(A)および
(C)参照)。このスルーホール25の内壁には金属メ
ッキが施されており、接地用電極21と接地板23とを
電気的に接続している。半導体素子15は、ここでは厚
さ0.2mmのGaAs基板を用いたHEMT素子15
で、基板13の接地用電極21および信号ライン19と
は半導体素子15の表面で、それぞれ異なるハンダ・バ
ンプ27によって接続されている。また、半導体素子1
5の裏面には放熱兼接地用の金属層29(PHS:Plate
d Heat Sink )が設けられていて、導電性部材例えばA
u線31によるリボンボンディングで、この金属層29
と基板13上の接地用電極21とが接続されている。
First, reference is made to FIG. This semiconductor device 1
1 includes a substrate 13 and a semiconductor element 15. The substrate 13 is formed by depositing Ni on a ceramic substrate 17 having a thickness of 0.254 mm, plating Au on the Ni, and forming a signal line 19 on the Ni. And a grounding electrode 21 (FIG. 1A). Under the grounding electrode 21, the ceramic substrate 2 penetrates through the ceramic substrate 17.
1 is provided with a through-hole 25 reaching the ground plate 23 formed on the entire back surface (see FIGS. 1A and 1C). The inner wall of the through hole 25 is metal-plated, and electrically connects the ground electrode 21 and the ground plate 23. Here, the semiconductor element 15 is a HEMT element 15 using a GaAs substrate having a thickness of 0.2 mm.
The ground electrode 21 and the signal line 19 of the substrate 13 are connected to each other by different solder bumps 27 on the surface of the semiconductor element 15. In addition, the semiconductor element 1
5 has a metal layer 29 (PHS: Plate) for heat dissipation and grounding.
d Heat Sink) and a conductive member such as A
This metal layer 29 is formed by ribbon bonding using the u-line 31.
And the ground electrode 21 on the substrate 13 are connected.

【0026】ここで、この装置11の放熱用の熱伝導経
路に注目すると、半導体素子15の動作に伴い発生する
熱は、ハンダ・バンプ27を介して接地用電極21へ伝
わり、さらにスルーホール25から接地板23へと伝わ
る。また、この発明において新たに半導体素子15の裏
面側から、ここでは導電性部材であるAu線31を通じ
て基板13上の接地用電極21へと熱を逃がす経路がで
きるため、半導体装置11の放熱性を向上させることが
できる。
Here, paying attention to the heat conduction path for heat radiation of the device 11, heat generated by the operation of the semiconductor element 15 is transmitted to the grounding electrode 21 via the solder bump 27 and further to the through hole 25. To the ground plate 23. Further, in the present invention, there is a new path for releasing heat from the back surface side of the semiconductor element 15 to the grounding electrode 21 on the substrate 13 through the Au wire 31 which is a conductive member here. Can be improved.

【0027】また、このAu線31は半導体素子15の
裏面の接地電位点(グランド)と基板13の接地電位点
とを接続する電気的な経路でもある。従来は半導体素子
の裏面のグランドは半導体装置のパッケージの内側に設
けられたヒートシンク部分に接続していたため、パッケ
ージと半導体素子との位置関係等に制限が生じて実装作
業が困難であったが、この発明の構成によれば、半導体
素子15の裏面のグランド(放熱兼接地用の金属層2
9)を導電性部材(例えばAu線31)によって基板1
3の表面のグランド(接地用電極21)と接続させるこ
とができるために、パッケージと半導体素子との上記の
ような制限を回避することができ、容易に実装すること
ができる。
The Au line 31 is also an electrical path connecting the ground potential point (ground) on the back surface of the semiconductor element 15 to the ground potential point on the substrate 13. Conventionally, the ground on the back surface of the semiconductor element was connected to a heat sink portion provided inside the package of the semiconductor device, so that the positional relationship between the package and the semiconductor element was limited, and mounting work was difficult. According to the configuration of the present invention, the ground (metal layer 2 for heat dissipation and grounding) on the back surface of semiconductor element 15 is formed.
9) the substrate 1 with a conductive member (for example, Au wire 31).
3 can be connected to the ground (electrode 21 for grounding) on the surface, so that the above-described restrictions between the package and the semiconductor element can be avoided, and the package can be easily mounted.

【0028】次に図2を参照して、導電性部材の長さ、
すなわち半導体素子15の裏面と導電性部材との接触点
から、導電性部材の基板への到達点までの導電性部材の
長さを決定することにつき説明する。
Next, referring to FIG. 2, the length of the conductive member,
That is, determination of the length of the conductive member from the contact point between the back surface of the semiconductor element 15 and the conductive member to the point where the conductive member reaches the substrate will be described.

【0029】導電性部材として、この例ではAu線(ワ
イヤ、またはリボン)31を使用している。上記の接触
点Oから到達点Q(到達点Qは接地用電極21上にあ
る。)までのAu線31の長さを、この半導体素子15
の動作周波数の波長の1/2の長さになるようにする。
この長さをDとして、動作周波数をfとすると、 D=C/2f(Cは光速)・・・ となる。また、図2に示すようにAu線31は半径rを
曲率半径とする弧の長さと、直線部分の長さyとからな
るため、Au線31の長さDは、 D={2πr×(90+θ)/360}+y(θはAu線と基板とのなす角度 )・・・ である。ここで半導体素子15の縁部15aから垂直に
基板13に直線をひいたときに、この直線と基板13と
が交差する点PからAu線31の基板13への到達点Q
までの基板13(ここでは接地用電極21)上における
最短直線距離をAとすると、距離AとAu線31の直線
部分の長さyとの関係は、 ycosθ=A−rsinθ・・・ という式で表される。よって、および式より距離
Aは、 A={(C/2f)−2πr×(90+θ)/360}cosθ+rsinθ ・・・ という式で表される。これにより、Au線31は半導体
素子15の縁部15aから垂直に基板13に直線をひい
たときの、この直線と基板13との交差点Pから距離A
だけ離れた点を基板への到達点Qとして形成すれば、A
u線31の長さを半導体素子15の動作周波数における
波長の1/2の長さにすることができる。
In this example, an Au wire (wire or ribbon) 31 is used as the conductive member. The length of the Au wire 31 from the contact point O to the arrival point Q (the arrival point Q is on the ground electrode 21) is determined by the length of the semiconductor element 15
動作 of the wavelength of the operating frequency.
Assuming that the length is D and the operating frequency is f, D = C / 2f (C is the speed of light). Further, as shown in FIG. 2, the Au line 31 is composed of an arc length having a radius of curvature r as a radius of curvature and a length y of a straight line portion. Therefore, the length D of the Au line 31 is D = {2πr × ( 90 + θ) / 360 ° + y (θ is the angle between the Au line and the substrate). Here, when a straight line is drawn on the substrate 13 from the edge 15a of the semiconductor element 15 vertically, a point Q where the Au line 31 reaches the substrate 13 from a point P where the straight line intersects the substrate 13
Assuming that the shortest linear distance on the substrate 13 (here, the grounding electrode 21) is A, the relationship between the distance A and the length y of the linear portion of the Au line 31 is represented by the following equation: ycos θ = A−rsin θ It is represented by Therefore, the distance A is represented by the following equation: A = {(C / 2f) −2πr × (90 + θ) / 360} cos θ + rsin θ Thereby, the Au line 31 is a distance A from the intersection P between the straight line and the substrate 13 when the straight line is drawn on the substrate 13 from the edge 15a of the semiconductor element 15 vertically.
If a point separated by a distance is formed as the arrival point Q to the substrate, A
The length of the u-line 31 can be set to 1 / of the wavelength at the operating frequency of the semiconductor element 15.

【0030】この結果、既に説明したように、Au線3
1の長さが0のときと同じ状態、すなわち、短絡してい
るような状態をつくることができる(詳しくは、文献4
のp.1〜p.12)を参照。)。このため半導体素子
の裏面のグランドには、Au線31によるインダクタン
ス成分の影響が実質的になくなり、基板13の接地用電
極21へ安定な接地ができる。
As a result, as described above, the Au wire 3
The same state as when the length of 1 is 0, that is, a short-circuited state can be created.
P. 1 to p. See 12). ). Therefore, the influence of the inductance component due to the Au wire 31 substantially disappears on the ground on the back surface of the semiconductor element, and stable grounding to the ground electrode 21 of the substrate 13 can be performed.

【0031】<第2の実施の形態>第2の実施の形態と
して、第1の実施の形態で用いた半導体装置と、構成は
ほとんど同じ半導体装置で、導電性部材を、半導体素子
の裏面に接して形成される導電性を有する放熱板とし、
導電性部材と半導体素子との接触点を半導体素子の裏面
側の縁部とし、導電性部材の基板への到達点を基板に設
けられていて半導体素子の周辺にあるバンプとする例に
つき、図3〜5を参照して説明する。
<Second Embodiment> As a second embodiment, the semiconductor device has almost the same structure as the semiconductor device used in the first embodiment, and a conductive member is provided on the back surface of the semiconductor element. A conductive heat sink formed in contact with the
An example in which a contact point between a conductive member and a semiconductor element is an edge on the back side of the semiconductor element, and a point where the conductive member reaches the substrate is a bump provided on the substrate and around the semiconductor element is shown in FIG. This will be described with reference to 3 to 5.

【0032】図3(A)〜(C)および図4(A)〜
(C)は第2の実施の形態の半導体装置の一部の概略的
な製造工程図である。なお、図3および図4における各
図は、主要工程段階において得られた構造体の断面切り
口で示してある。図5(A)は第2の実施の形態の半導
体装置の上から見た概略的な平面図で、図5(B)は図
5(A)のX−X線に沿って切断した切断面を概略的に
示す断面の切り口を示す図である。
FIGS. 3A to 3C and FIGS.
(C) is a schematic manufacturing process view of part of the semiconductor device of the second embodiment; Each drawing in FIGS. 3 and 4 is shown by a cross section of the structure obtained in the main process step. FIG. 5A is a schematic plan view of the semiconductor device according to the second embodiment as viewed from above, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line XX of FIG. 5A. It is a figure which shows the cut surface of the cross section which shows schematically.

【0033】まず、図3および図4を参照する。半導体
素子の裏面に接触して形成されていて、半導体素子の裏
面側の縁部より張り出している張り出し部を有する放熱
板を半導体素子の裏面に予め設けておく。このため、ま
ず、共通の盤41上に、多数の半導体素子15を形成す
る工程では、共通の盤41としてここでは石英盤41を
用い、石英盤41と多数の半導体素子15が形成されて
いるウェハの表面側とをワックス45を用いて張りつけ
る。その後このウェハの裏面に半導体素子15以外の領
域が開口するようにレジストパターンを形成し、開口領
域をエッチング除去する。その後レジストを除去して石
英盤41上に多数の半導体素子15を残存させる(図3
(A))。
First, reference is made to FIG. 3 and FIG. A heat radiating plate formed in contact with the back surface of the semiconductor element and having an overhang portion protruding from the edge on the back surface side of the semiconductor element is provided on the back surface of the semiconductor element in advance. Therefore, first, in the step of forming a large number of semiconductor elements 15 on the common board 41, the quartz board 41 is used here as the common board 41, and the quartz board 41 and the many semiconductor elements 15 are formed. Wafer 45 is attached to the front side of the wafer. Thereafter, a resist pattern is formed on the back surface of the wafer so that a region other than the semiconductor element 15 is opened, and the opening region is removed by etching. Thereafter, the resist is removed to leave many semiconductor elements 15 on the quartz disk 41 (FIG. 3).
(A)).

【0034】次に、半導体素子15を埋め込むように、
盤41上にレジスト47を塗布する(図3(B))。
Next, as shown in FIG.
A resist 47 is applied on the board 41 (FIG. 3B).

【0035】次に、半導体素子15の上面に到達するま
で、レジスト47をエッチバックする。ここで言う上面
とは、半導体素子15の裏面のことを指す。この例で
は、好ましくは、酸素を用いたドライエッチングによっ
てレジスト47をエッチバックするのがよい(図3
(C))。
Next, the resist 47 is etched back until it reaches the upper surface of the semiconductor element 15. Here, the upper surface refers to the back surface of the semiconductor element 15. In this example, the resist 47 is preferably etched back by dry etching using oxygen (FIG. 3).
(C)).

【0036】次に半導体素子15およびレジスト47上
に、放熱兼接地用の金属層49を形成する。ここでは、
好ましくは、例えばTi/AuをEB(Electron Beam
)蒸着などの方法を用いて積層させた後、金メッキを
施すのがよい。金の膜厚は20μmとした。放熱兼接地
用の金属層49aは後に放熱板49bとして用いる(図
4(A))。
Next, a metal layer 49 for heat dissipation and grounding is formed on the semiconductor element 15 and the resist 47. here,
Preferably, for example, Ti / Au is converted to EB (Electron Beam).
After the layers are stacked by using a method such as vapor deposition, gold plating is preferably performed. The thickness of the gold film was 20 μm. The metal layer 49a for heat dissipation and grounding is used later as a heat dissipation plate 49b (FIG. 4A).

【0037】次に半導体素子15間の金属層49aおよ
びレジスト47を切断する。この例では、好ましくは、
レーザカッタを使用して切断(ダイシングともいう。)
を行うのがよい(図4(B))。
Next, the metal layer 49a and the resist 47 between the semiconductor elements 15 are cut. In this example, preferably
Cutting using a laser cutter (also called dicing)
(FIG. 4B).

【0038】次に、盤41とレジスト47を除去して、
半導体素子15と金属層49aを残存させる。この例で
は、好ましくは、剃刀の刃を半導体素子15と石英盤4
1の間に差し込み、石英盤41を剥離するのがよい。そ
して金属層49aが形成された半導体素子15に対して
有機溶剤および超音波による洗浄を行って、レジスト4
7を除去し、またその他の不用物を取り除く(図4
(C))。
Next, the board 41 and the resist 47 are removed,
The semiconductor element 15 and the metal layer 49a are left. In this example, the razor blade is preferably connected to the semiconductor element 15 and the quartz disk 4.
It is preferable that the quartz disc 41 be inserted between the plates 1 and 1 to be peeled off. Then, the semiconductor element 15 on which the metal layer 49a is formed is cleaned with an organic solvent and an ultrasonic wave,
7 as well as other waste (see FIG. 4).
(C)).

【0039】以上の工程を経ることによって、半導体素
子15の裏面に、張り出し部49xを有する放熱板49
bが接着された半導体素子15を形成することができる
(図4(C))。
Through the above steps, a heat sink 49 having an overhang 49x is formed on the back surface of the semiconductor element 15.
The semiconductor element 15 to which b is bonded can be formed (FIG. 4C).

【0040】その後、半導体素子15の表面側にハンダ
・バンプ27を形成し、一方、半導体素子15を搭載す
る基板13の接地用電極21上の、上記の放熱板49b
の張り出し部49xが接続される位置に張り出し部接続
用バンプ51を形成しておく。その後、フリップ・チッ
プボンダを使用して半導体素子15の表面と基板13と
をフリップ・チップ接続する。そしてホットプレート上
で、超音波を用いたボンディングツールを使用して、放
熱板49bの張り出し部49xと、基板13の接地用電
極21とを張り出し部接続用バンプ51を介して接続す
る(図5(B)参照)。
Thereafter, solder bumps 27 are formed on the surface side of the semiconductor element 15, while the heat dissipation plate 49 b is provided on the ground electrode 21 of the substrate 13 on which the semiconductor element 15 is mounted.
Is formed at a position where the overhang portion 49x is connected. Thereafter, the surface of the semiconductor element 15 and the substrate 13 are flip-chip connected using a flip-chip bonder. Then, on the hot plate, the overhanging portion 49x of the heat sink 49b and the grounding electrode 21 of the substrate 13 are connected via the overhanging portion connection bump 51 by using a bonding tool using ultrasonic waves (FIG. 5). (B)).

【0041】この結果、図5(A)および図5(B)に
示す半導体装置11の構造が得られる。上述した製造方
法によれば、導電性部材である放熱板49b(放熱兼接
地用の金属層)を半導体素子15に確実に、また容易に
接着させることができる。
As a result, the structure of the semiconductor device 11 shown in FIGS. 5A and 5B is obtained. According to the above-described manufacturing method, the heat dissipation plate 49b (a metal layer for heat dissipation and grounding), which is a conductive member, can be securely and easily bonded to the semiconductor element 15.

【0042】ここで、半導体素子15の裏面側の縁部1
5aから、張り出し部接続用バンプ51までの長さ、つ
まり張り出し部49x部分の長さを半導体素子15の動
作周波数における波長の1/2倍の長さに調整すると、
既に説明したように、半導体素子15の裏面の接地を安
定にすることができる。さらに、導電性部材を導電性を
有する放熱板49bとすることで金属線よりも伝熱面積
が広くなることから、より放熱性を向上させることがで
きる。
Here, the edge 1 on the back side of the semiconductor element 15
When the length from 5a to the overhanging portion connection bump 51, that is, the length of the overhanging portion 49x is adjusted to の 長 the wavelength at the operating frequency of the semiconductor element 15,
As described above, the ground on the back surface of the semiconductor element 15 can be stabilized. Further, since the conductive member is a conductive heat radiating plate 49b, the heat transfer area is larger than that of the metal wire, so that the heat radiating property can be further improved.

【0043】<第3の実施の形態>第3の実施の形態と
して、第1および第2の実施の形態の半導体装置の構造
はほとんど変わらないが、導電性部材を、誘電体とこの
誘電体上に形成した金属層とをもって構成する例につ
き、図6および図7を参照して説明する。
<Third Embodiment> As a third embodiment, the structure of the semiconductor device according to the first and second embodiments is almost the same, but the conductive member is made of a dielectric and this dielectric. An example of a structure including the metal layer formed above will be described with reference to FIGS.

【0044】図6は、この例における導電性部材である
ポリイミド等の誘電体とその上に形成された金属層の構
造を概略的に示した平面図(図6(A))と図6(A)
のZ−Z線に沿って切断した切断面を概略的に示した断
面の切り口を示す図(図6(B))である。また、図7
はこの例の半導体装置の構造の、上から見た概略的な平
面図(図7(A))と図7(A)のX−X線に沿って切
断した切断面を概略的に示した断面の切り口を示す図
(図7(B))である。
FIG. 6 is a plan view (FIG. 6A) schematically showing the structure of a dielectric such as polyimide which is a conductive member in this example and a metal layer formed thereon. A)
FIG. 6B is a view schematically showing a cut surface of a cross section cut along the line ZZ of FIG. FIG.
FIG. 7 schematically shows a plan view (FIG. 7A) of the structure of the semiconductor device of this example viewed from above and a cut surface cut along the line XX of FIG. 7A. It is a figure (FIG. 7 (B)) which shows the cut surface of a cross section.

【0045】図6(A)および図6(B)を参照する
と、この例では、導電性部材として誘電体であるポリイ
ミドを材料とする、厚さ(h)のTABテープ61の表
面上に幅(w)の金属層63を形成し、このTABテー
プ61の裏面の全面に接地導体65が形成されているマ
イクロストリップ型の帯状構造体67を用いている。こ
の例ではこの帯状構造体67の表面に薄い誘電体膜69
が形成されている(図6(B))。また、この帯状構造
体67の金属層63と半導体素子15の裏面との接触点
の位置と、金属層63の基板13の接地用電極21への
到達点の位置には予めバンプが形成してある(図6およ
び図7(B)参照)。そして、これらのバンプをそれぞ
れ半導体素子の裏面接続用バンプ71a、基板接続用バ
ンプ71bとしている。バンプは、圧力と超音波振動を
加えて、または熱圧着等の方法で帯状構造体67の表面
側と接合する(図6(B))。このとき接合部分の薄い
誘電体69に孔が開いて、この帯状構造体67の金属層
63と導通する。また、この半導体素子の裏面接続用バ
ンプ71aと基板接続用バンプ71bとの間の距離D
は、半導体素子15の動作周波数における波長をλとし
てポリイミドの実効誘電率をεeff とするとき、λ/2
√εeff で表される長さとする。
Referring to FIG. 6A and FIG. 6B, in this example, the width of the conductive member on the surface of the TAB tape 61 having a thickness of (h) and made of polyimide which is a dielectric material. A metal layer 63 shown in FIG. 3 (w) is formed, and a microstrip-type band-shaped structure 67 having a ground conductor 65 formed on the entire back surface of the TAB tape 61 is used. In this example, a thin dielectric film 69 is formed on the surface of the belt-shaped structure 67.
Are formed (FIG. 6B). In addition, bumps are formed in advance at positions of contact points between the metal layer 63 of the band-shaped structure 67 and the back surface of the semiconductor element 15 and positions of points where the metal layer 63 reaches the ground electrode 21 of the substrate 13. (See FIGS. 6 and 7B). These bumps are used as a back surface connection bump 71a and a substrate connection bump 71b of the semiconductor element, respectively. The bump is bonded to the surface side of the band-shaped structure 67 by applying pressure and ultrasonic vibration or by a method such as thermocompression bonding (FIG. 6B). At this time, a hole is opened in the thin dielectric 69 at the bonding portion, and the dielectric 69 is electrically connected to the metal layer 63 of the band-shaped structure 67. Further, the distance D between the back surface connection bump 71a and the substrate connection bump 71b of this semiconductor element is determined.
Is λ / 2, where λ is the wavelength at the operating frequency of the semiconductor element 15 and ε eff is the effective dielectric constant of the polyimide.
Let と す る ε eff be the length.

【0046】第1および第2の実施の形態で既に説明し
たように、導電性部材の半導体素子15との接触点から
基板13への到達点間の長さDを、半導体素子15の裏
面のグランドが安定するように半導体素子15の動作周
波数における波長λの1/2倍の長さとする。
As already described in the first and second embodiments, the length D between the contact point of the conductive member with the semiconductor element 15 and the arrival point on the substrate 13 is defined as the length of the back surface of the semiconductor element 15. The length is set to 倍 of the wavelength λ at the operating frequency of the semiconductor element 15 so that the ground is stabilized.

【0047】この例では、導電性部材にマイクロストリ
ップ型の帯状構造体67を使用している。誘電体上の金
属層63(ラインとも称する。)を通る波の波長は、通
常のワイヤ等を通る波の波長の1/√εeff に短縮され
るということを考慮すると、接触点から到達点までの長
さDはD=λ/2√εeff で表される長さとすることが
できる。
In this example, a microstrip-type band-shaped structure 67 is used as a conductive member. Considering that the wavelength of the wave passing through the metal layer 63 (also referred to as a line) on the dielectric is reduced to 1 / √ε eff of the wavelength of the wave passing through a normal wire or the like, the point from the contact point to the arrival point The length D can be a length represented by D = λ / 2√ε eff .

【0048】この例においては、ポリイミドの誘電率ε
r が3.5である。文献5(文献:Brian C.Wadell,Art
ech House,Inc.,1991,Transmission Line Design Handb
ook,p.93-94)より、その実効誘電率εeff は近似的に、 εeff = (εr+1)/2+{(εr-1)/2} {1+(12.0 ×h/w)}-0.5 ・・・ と表される。ここで、hは誘電体(ポリイミド)の厚
さ、wは金属層63の幅である。
In this example, the dielectric constant ε of the polyimide
r is 3.5. Reference 5 (Reference: Brian C. Wadell, Art
ech House, Inc., 1991, Transmission Line Design Handb
ook, p.93-94), the effective permittivity ε eff is approximately: ε eff = (ε r +1) / 2 + {(ε r -1) / 2} {1+ (12.0 × h / w )} -0.5 ... Here, h is the thickness of the dielectric (polyimide), and w is the width of the metal layer 63.

【0049】この例では、hを0.127mm、wを
0.277mmとしたとき、εeff =2.74が得ら
れ、このため、接触点から到達点までの長さDを、通常
のワイヤ等で半導体素子15の動作周波数における波長
の1/2倍となるように設定した長さと比べて、約0.
60倍に短縮することができた。
In this example, when h is set to 0.127 mm and w is set to 0.277 mm, ε eff = 2.74 is obtained. Therefore, the length D from the contact point to the arrival point is calculated by using a normal wire. As compared with the length set to be half the wavelength at the operating frequency of the semiconductor element 15 by about 0.1 mm or more,
It could be reduced by 60 times.

【0050】この長さDを半導体素子の裏面接続用バン
プ71aと基板接続用バンプ71bとの間の距離とし
て、バンプを形成すると、結果として導電性部材である
金属層63の長さを実質的に半導体素子15の動作周波
数における波長の1/2倍の長さにしたことになるた
め、半導体素子15裏面のグランドを安定させることが
できる。
When the length D is defined as the distance between the bump 71a for connecting the back surface of the semiconductor element and the bump 71b for connecting the substrate, the length of the metal layer 63 which is a conductive member is substantially reduced. In other words, the length of the semiconductor element 15 at the operating frequency is 倍 times the wavelength, so that the ground on the back surface of the semiconductor element 15 can be stabilized.

【0051】さらに、ポリイミドが金属層の上面および
下面に接してそれぞれ上層および下層として構成されて
いてもよい。この場合、半導体素子の裏面接続用バンプ
および基板接続用バンプは上面側に形成する。また、上
層のポリイミドの膜厚に応じて実効誘電率εeff,buried
が以下の式で示される(文献5,p.113−114参
照。)。
Further, polyimide may be formed as an upper layer and a lower layer in contact with the upper and lower surfaces of the metal layer, respectively. In this case, the bump for connecting the back surface and the bump for connecting the substrate of the semiconductor element are formed on the upper surface side. In addition, the effective permittivity ε eff, buried
Is represented by the following equation (see Document 5, pages 113 to 114).

【0052】 εeff,buried=εeff [e(-2.0b/h)]+εr [1.0 −e(-2.0b/h) ]・・・ ここで、bは上層の厚みで、hは下層の厚さである。例
えば上層の厚さbを0.051mm、下層の厚さhを
0.127mmとして、他の条件は上記の帯状構造体と
同じとした場合、εeff,buriedは3.16となり、接触
点から到達点までの長さを、通常のワイヤ等で半導体素
子15の動作周波数における波長の1/2倍となるよう
に設定した長さと比べて、約0.56倍に短縮すること
ができる。
Ε eff, buried = ε eff [e (−2.0b / h) ] + ε r [1.0−e (−2.0b / h) ] where b is the thickness of the upper layer and h is the lower layer Is the thickness. For example, when the thickness b of the upper layer is 0.051 mm, the thickness h of the lower layer is 0.127 mm, and other conditions are the same as those of the above-mentioned band-shaped structure, ε eff, buried is 3.16, and from the contact point, The length up to the arrival point can be reduced to about 0.56 times as compared with a length set by a normal wire or the like so as to be half the wavelength at the operating frequency of the semiconductor element 15.

【0053】以上のようにして形成した帯状構造体67
を基板13と、基板13にフリップ・チップ接続された
半導体素子15に、半導体素子の裏面接続用バンプ71
aおよび基板接続用バンプ71bを介して接続すると、
図7(A)および図7(B)に示されるような半導体装
置11となる。半導体素子15で発生した熱は、半導体
素子15の裏面側から金属層63を通って、基板13の
接地用電極へ伝えることができる。このため、放熱性を
向上させることができる。
The belt-shaped structure 67 formed as described above
Are connected to the substrate 13 and the semiconductor element 15 flip-chip connected to the substrate 13 by bumps 71 for connecting the back surface of the semiconductor element.
a and the connection via the board connection bump 71b,
A semiconductor device 11 as shown in FIGS. 7A and 7B is obtained. The heat generated in the semiconductor element 15 can be transmitted from the back surface side of the semiconductor element 15 to the ground electrode of the substrate 13 through the metal layer 63. For this reason, heat dissipation can be improved.

【0054】また、帯状構造体67の長さを短縮するこ
とができるため、実装する装置を小型化することができ
る。
Further, since the length of the belt-shaped structure 67 can be reduced, the size of the device to be mounted can be reduced.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上、説明したように、少なくとも基板
と、基板上にフリップ・チップ接続されている半導体素
子とを具えている半導体装置において、半導体素子の裏
面と基板とを導電性部材によって電気的に接続すること
によって、半導体素子の裏面から基板への熱伝導経路が
形成されるために、装置の放熱性が向上する。
As described above, in a semiconductor device having at least a substrate and a semiconductor element flip-chip connected to the substrate, the back surface of the semiconductor element and the substrate are electrically connected by a conductive member. By the connection, a heat conduction path from the back surface of the semiconductor element to the substrate is formed, so that the heat dissipation of the device is improved.

【0056】また、半導体素子の裏面のグランドを基板
のグランドと導通させることができるために、半導体素
子とパッケージとの位置関係等の制限が回避されて、実
装が容易になる。
Further, since the ground on the back surface of the semiconductor element can be conducted to the ground of the substrate, restrictions on the positional relationship between the semiconductor element and the package can be avoided, and mounting can be facilitated.

【0057】また、導電性部材と半導体素子の裏面との
接触点から、導電性部材の基板への到達点との、導電性
部材の長さを、半導体素子の動作周波数における波長の
1/2倍の長さにして導電性部材を接続することによっ
て、高周波数で動作する半導体素子の裏面のグランドに
対して、導電性部材からのインダクタンス成分が実質的
に加えられない状態、すなわち半導体裏面の接地電位点
と基板の接地電位点とが短絡しているような状態をつく
ることができるため、半導体素子の裏面のグランドを安
定して基板のグランドへ接続させることができる。
Further, the length of the conductive member from the contact point between the conductive member and the back surface of the semiconductor element and the point at which the conductive member reaches the substrate is set to の of the wavelength at the operating frequency of the semiconductor element. By connecting the conductive member to twice the length, a state in which the inductance component from the conductive member is not substantially added to the ground on the back surface of the semiconductor element operating at a high frequency, that is, the semiconductor back surface Since a state in which the ground potential point and the ground potential point of the substrate are short-circuited can be created, the ground on the back surface of the semiconductor element can be stably connected to the ground of the substrate.

【0058】また、導電性部材は半導体素子の裏面に接
して形成される放熱兼接地用の金属層としてもよい。こ
の場合、半導体素子の縁部から張り出す、張り出し部を
有する金属層としなければならない。予め、張り出し部
を有する金属層を具えた半導体素子を製造しておくこと
によって、導電性部材の接続が容易でかつ確実となる。
また、導電性部材に金属線などを用いるよりも熱伝導面
積が広いために、より高い放熱性が期待できる。
Further, the conductive member may be a metal layer for heat dissipation and grounding which is formed in contact with the back surface of the semiconductor element. In this case, it is necessary to use a metal layer having an overhanging portion that overhangs from the edge of the semiconductor element. By manufacturing a semiconductor element having a metal layer having an overhang in advance, the connection of the conductive member becomes easy and reliable.
Further, since the heat conduction area is wider than using a metal wire or the like for the conductive member, higher heat dissipation can be expected.

【0059】また、導電性部材に、誘電体とその上に金
属層を具えている帯状構造体を用いれば、導電性部材と
半導体素子の裏面との接触点から導電性部材の基板への
到達点までの長さを、半導体素子の動作周波数における
波長の1/2√εeff の長さに短縮することができるた
め、実装をより小型化することができる。
Further, if a strip-shaped structure having a dielectric and a metal layer thereon is used as the conductive member, the conductive member can reach the substrate from the contact point between the conductive member and the back surface of the semiconductor element. Since the length up to the point can be reduced to 1 / 2√ε eff of the wavelength at the operating frequency of the semiconductor element, the size of the mounting can be further reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(A)は、第1の実施の形態の半導体装置の説
明に供する、概略的な構造平面図で、(B)および
(C)は、第1の実施の形態の説明に供する、概略的な
構造断面図である。
FIG. 1A is a schematic structural plan view for explaining a semiconductor device according to a first embodiment, and FIGS. 1B and 1C are for explanation of the first embodiment; FIG.

【図2】第1の実施の形態の説明に供する、要部拡大図
である。
FIG. 2 is an enlarged view of a main part, which is used for describing the first embodiment.

【図3】(A)〜(C)は、第2の実施の形態の説明に
供する、概略的な工程断面図である。
FIGS. 3A to 3C are schematic process cross-sectional views for explaining a second embodiment.

【図4】(A)〜(C)は、第2の実施の形態の説明に
供する、図3に続く概略的な工程断面図である。
FIGS. 4A to 4C are schematic process cross-sectional views subsequent to FIG. 3 for describing a second embodiment;

【図5】(A)は、第2の実施の形態の説明に供する、
概略的な構造平面図であり、(B)は、第2の実施の形
態の説明に供する、概略的な構造断面図である。
FIG. 5 (A) is provided for explanation of a second embodiment.
It is a schematic structure top view, (B) is a schematic structure sectional drawing used for description of 2nd Embodiment.

【図6】(A)は、第3の実施の形態の導電性部材の概
略的な構造平面図であり、(B)は、導電性部材の概略
的な構造断面図である。
FIG. 6A is a schematic structural plan view of a conductive member according to a third embodiment, and FIG. 6B is a schematic structural cross-sectional view of a conductive member.

【図7】(A)は、第3の実施の形態の説明に供する、
概略的な構造平面図であり、(B)は、第3の実施の形
態の説明に供する、概略的な構造断面図である。
FIG. 7 (A) is provided for explanation of a third embodiment.
It is a schematic structure top view, (B) is a schematic structure sectional drawing used for description of 3rd Embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11:半導体装置 13:基板 15:半導体素子、HEMT素子 15a:縁部 17:セラミック基板 19:信号ライン 21:接地用電極 23:接地板 25:スルーホール 27:ハンダ・バンプ 29:放熱兼接地用の金属層 31:Au線、導電性部材 41:盤、石英盤 45:ワックス 47:レジスト 49a:放熱兼接地用の金属層 49b:放熱板 49x:張り出し部 51:張り出し部接続用バンプ 61:TABテープ 63:金属層 65:接地導体 67:帯状構造体 69:薄い誘電体膜 71a:半導体素子の裏面接続用バンプ 71b:基板接続用バンプ 11: Semiconductor device 13: Substrate 15: Semiconductor element, HEMT element 15a: Edge 17: Ceramic substrate 19: Signal line 21: Grounding electrode 23: Grounding plate 25: Through hole 27: Solder bump 29: For heat dissipation and grounding Metal layer 31: Au wire, conductive member 41: Board, quartz board 45: Wax 47: Resist 49a: Metal layer for heat dissipation and grounding 49b: Heat sink 49x: Overhang portion 51: Overhang portion connection bump 61: TAB Tape 63: Metal layer 65: Ground conductor 67: Band-like structure 69: Thin dielectric film 71a: Bump for connecting back surface of semiconductor element 71b: Bump for connecting board

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも基板と、基板上にフリップ・
チップ接続されている半導体素子とを具えている半導体
装置において、 前記半導体素子の裏面と、前記基板とを導電性部材によ
って接続することを特徴とする半導体装置。
At least a substrate and a flip-flop on the substrate.
A semiconductor device comprising a semiconductor element connected to a chip, wherein a back surface of the semiconductor element and the substrate are connected by a conductive member.
【請求項2】 請求項1に記載の半導体装置において、 前記半導体素子の裏面と前記導電性部材との接触点か
ら、該導電性部材の前記基板への到達点までの、当該導
電性部材の長さを、前記半導体素子の動作周波数におけ
る波長の1/2倍の長さにすることを特徴とする半導体
装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive member has a shape ranging from a contact point between the back surface of the semiconductor element and the conductive member to a point at which the conductive member reaches the substrate. A semiconductor device, wherein the length is set to half the wavelength at the operating frequency of the semiconductor element.
【請求項3】 請求項2に記載の半導体装置において、 前記導電性部材を、金属線とすることを特徴とする半導
体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein said conductive member is a metal wire.
【請求項4】 請求項2に記載の半導体装置において、 前記導電性部材を、前記半導体素子の裏面に接して形成
される、導電性を有する放熱板とし、 前記接触点を、前記半導体素子の裏面側の縁部とし、 前記到達点を、前記基板に設けられていて、前記半導体
素子の周辺にあるバンプとすることを特徴とする半導体
装置。
4. The semiconductor device according to claim 2, wherein the conductive member is a conductive heat radiating plate formed in contact with a back surface of the semiconductor element, and the contact point is defined as a contact point of the semiconductor element. A semiconductor device, wherein the bump is provided on the substrate and is a bump around the semiconductor element.
【請求項5】 請求項1に記載の半導体装置において、 前記導電性部材を、帯状の誘電体と、該誘電体の表面上
に形成した金属層とをもって構成してあり、 前記半導体素子の裏面と前記導電性部材との接触点か
ら、該導電性部材の前記基板への到達点までの、当該導
電性部材の長さDは、前記半導体素子の動作周波数にお
ける波長をλとして前記誘電体の実効誘電率をεeff
するとき、D=λ/2√εeff で表される長さとするこ
とを特徴とする半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive member includes a strip-shaped dielectric and a metal layer formed on a surface of the dielectric, and a back surface of the semiconductor element. The length D of the conductive member from the contact point between the conductive member and the conductive member to the point at which the conductive member reaches the substrate is defined as the wavelength of the operating frequency of the semiconductor element as λ. When the effective permittivity is ε eff , the semiconductor device has a length represented by D = λ / 2√ε eff .
【請求項6】 請求項5に記載の半導体装置において、 前記誘電体の表面側に、前記金属層と導通させてそれぞ
れ設けられた、基板接続用バンプおよび半導体素子の裏
面接続用バンプを具え、 前記接触点を、前記半導体素子の裏面接続用バンプと
し、 前記到達点を、前記基板接続用バンプとしたことを特徴
とする半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 5, further comprising: a bump for connecting a substrate and a bump for connecting a back surface of a semiconductor element, which are provided on the front surface side of the dielectric so as to be electrically connected to the metal layer, respectively. The semiconductor device, wherein the contact point is a bump for connecting the back surface of the semiconductor element, and the reaching point is a bump for connecting the substrate.
【請求項7】 共通の盤上に、多数の半導体素子を形成
する工程と、 前記半導体素子を埋め込むように、前記盤上にレジスト
を塗布する工程と、 前記半導体素子の表面に到達するまで、前記レジストを
エッチバックする工程と、 前記半導体素子および前記レジスト上に、放熱兼接地用
の金属層を形成する工程と、 前記半導体素子間の前記金属層およびレジストを切断す
る工程と、 前記盤と前記レジストを除去して、前記半導体素子と前
記金属層を残存させる工程とを含むことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
7. A step of forming a large number of semiconductor elements on a common board, a step of applying a resist on the board so as to embed the semiconductor elements, and a step of reaching a surface of the semiconductor element. A step of etching back the resist; a step of forming a metal layer for heat dissipation and grounding on the semiconductor element and the resist; a step of cutting the metal layer and the resist between the semiconductor elements; and Removing the resist to leave the semiconductor element and the metal layer.
JP3071997A 1997-02-14 1997-02-14 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device Abandoned JPH10229103A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3071997A JPH10229103A (en) 1997-02-14 1997-02-14 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3071997A JPH10229103A (en) 1997-02-14 1997-02-14 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10229103A true JPH10229103A (en) 1998-08-25

Family

ID=12311461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3071997A Abandoned JPH10229103A (en) 1997-02-14 1997-02-14 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH10229103A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002093855A (en) * 2000-09-18 2002-03-29 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2011176049A (en) * 2010-02-23 2011-09-08 Panasonic Electric Works Co Ltd Mounting structure of semiconductor element
JP2016103546A (en) * 2014-11-27 2016-06-02 パナソニックIpマネジメント株式会社 Board device and electronic equipment

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002093855A (en) * 2000-09-18 2002-03-29 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2011176049A (en) * 2010-02-23 2011-09-08 Panasonic Electric Works Co Ltd Mounting structure of semiconductor element
JP2016103546A (en) * 2014-11-27 2016-06-02 パナソニックIpマネジメント株式会社 Board device and electronic equipment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI520304B (en) Semiconductor package including antenna layer and manufacturing method thereof
KR100367936B1 (en) High frequency integrated circuit device with laminated body
TWI491018B (en) Semiconductor package and manufacturing method thereof
US6528732B1 (en) Circuit device board, semiconductor component, and method of making the same
JPH08213474A (en) Integrated circuit and manufacture
JPH09321175A (en) Microwave circuit and chip
TW200400606A (en) Heat sink apparatus that provides electrical isolation for integrally shielded circuit
JPH04211137A (en) Structure and method for solder die bonding of integrated circuit
JP2790033B2 (en) Semiconductor device
GB2213638A (en) Micro-wave monolithic integrated circuit with heat sink
JP2010087469A (en) High frequency package device and manufacturing method thereof
JP2008543248A (en) Inductance reduction connection structure for strengthening microwave and millimeter wave systems
JPH10294401A (en) Package and semiconductor device
US8426290B1 (en) Suspended-membrane/suspended-substrate monolithic microwave integrated circuit modules
US20230162080A1 (en) Quantum device
JPH10229103A (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP4498292B2 (en) Semiconductor module and method for manufacturing semiconductor module
JP2004039732A (en) High-frequency circuit board and semiconductor device using it
JP2538072B2 (en) Semiconductor device
KR20170120752A (en) Semiconductor devices and Methods for manufacturing the same
JPWO2020121827A1 (en) Terahertz device and manufacturing method of terahertz device
JP2532126B2 (en) Waveguide type film carrier and its terminal connection method
JPH11195666A (en) Semiconductor device
JP2010186962A (en) Semiconductor package, and method of fabricating the same
JP2002299501A (en) Monolithic millimeter wave integrated circuit and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A762 Written abandonment of application

Effective date: 20040607

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762