JPH1187406A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 裏面に接地電極を有する半導体素子をフリッ
プチップ実装した半導体装置において半導体素子の良好
な接地状態を確保することが困難であった。 【解決手段】 絶縁基板１の上面に形成された半導体素
子搭載部に、上面に接地電極３が形成された半導体素子
２を搭載させるとともに、半導体素子搭載部内に形成さ
れた配線電極パッド５と半導体素子２の下面に形成され
た配線電極４とを導電性相互接続部材８により電気的に
接続させて成り、かつ、半導体素子２の接地電極３と半
導体素子搭載部の近傍に形成された接地電極パッド６と
が半導体素子２を封止する導電性封止材９で接続されて
いる半導体装置である。フリップチップ実装され封止さ
れた半導体素子２の良好な接地状態を確保でき、半導体
装置の小型化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子がベア
チップで実装された半導体装置に関し、特に半導体素子
がフェースダウンでフリップチップ実装された半導体装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体集積回路素子等の半導体素
子として片面（表面）に配線電極が形成され他面（裏
面）にも接地電極が形成されているような両面電極構造
のものを用いて絶縁基板上に実装して半導体装置を構成
する場合には、接地面が形成された絶縁基板の半導体素
子搭載部に半導体素子を裏面側を下にしていわゆるフェ
ースアップで固定し、半導体素子の上面（表面）側の電
極と絶縁基板の半導体素子搭載部の周囲に形成された電
極パッドとをボンディングワイヤによって電気的に接続
して、その後、封止用樹脂を半導体素子およびボンディ
ングワイヤを覆うように塗布して封止が行なわれること
により半導体装置が構成されていた。

【０００３】このような実装構造を用いた半導体装置で
は、半導体素子搭載部の周囲に多数の電極パッドを形成
する必要があることから、半導体素子の高密度化に伴っ
て電極パッドの配置やボンディングワイヤとの接続が困
難となり、また半導体装置の小型化の要求に十分に応え
ることが難しいという問題点があった。また、ＧＨｚ帯
のような高周波用の半導体素子に対しては、電極と電極
パッドとの電気的接続にボンディングワイヤを用いるこ
とから、接続長が長くなるために高周波特性が悪化して
しまうという問題点もあった。

【０００４】これに対し、半導体素子の高密度化や半導
体装置の小型化の要求に応えることができ、しかも電気
的接続の接続長を短くして良好な高周波特性を得ること
ができる半導体装置として、半導体素子として片面（表
面）側のみに電極を形成した片面電極構造のものを用い
ていわゆるフリップチップ実装した半導体装置が実用化
されている。

【０００５】このような半導体素子をフリップチップ実
装した半導体装置においては、絶縁基板上面の電極パッ
ドが形成された半導体素子搭載部に、半導体素子を表面
側を下にしてベアチップ状態でフェースダウンで搭載
し、絶縁基板の電極パッドと半導体素子の電極とをそれ
らの少なくとも一方に形成した半田や金等の金属バンプ
により電気的に接続して半導体素子を絶縁基板上に実装
し、その後、半導体素子の４辺に封止樹脂を塗布し封止
を行なうか、またはボンディングワイヤによる接続のも
のと同様に半導体素子の上面（裏面）を覆うように封止
樹脂を塗布して封止が行なわれることにより半導体装置
が構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来のフリップチップ実装による半導体装置では、半導
体素子として片面電極構造のものしか用いることができ
ず、裏面に接地電極が形成されたような両面電極構造の
半導体素子を用いようとしても、接地電極が形成された
裏面すなわち絶縁基板に実装した場合の上面を接地する
ことが困難であるため、半導体素子の接地をとることが
困難であるという問題点があった。

【０００７】これに対し、絶縁基板の上面の半導体素子
の近傍に接地電極パッドを形成し、その接地電極パッド
に半導体素子の上面の接地電極をボンディングワイヤに
より電気的に接続して接地をとる方法も考えられる。

【０００８】しかし、この場合は、接続手段であるボン
ディングワイヤが細いために良好な接地状態を確保する
ことができず、半導体素子の動作が不安定になるという
問題点があった。また、ＧＨｚ帯のような高周波用の半
導体素子に対しては、接地のための接続長が長くなるた
め、高周波特性を悪化させてしまうという問題点もあっ
た。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みて案出されたもの
であり、その目的は、裏面に接地電極が形成された半導
体素子をフェースダウンでフリップチップ実装し封止材
で封止して成る半導体装置について、半導体素子を封止
しつつ良好な接地状態を確保し、半導体素子の安定した
動作が確保できるとともに所望の高周波特性を発揮させ
ることができ、しかも小型化にも対応できる半導体装置
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
絶縁基板の上面に形成された半導体素子搭載部に、上面
に接地電極が形成された半導体素子を搭載させるととも
に、前記半導体素子搭載部内に形成された配線電極パッ
ドと前記半導体素子の下面に形成された配線電極とを導
電性相互接続部材により電気的に接続させて成り、か
つ、前記半導体素子の接地電極と前記半導体素子搭載部
の近傍に形成された接地電極パッドとが前記半導体素子
を封止する導電性封止材で接続されていることを特徴と
するものである。

【００１１】本発明の半導体装置によれば、表面側に配
線電極が形成され裏面側に接地電極が形成された半導体
素子が絶縁基板上の半導体素子搭載部に表面側を下面と
してフェースダウンでフリップチップ実装され、その半
導体素子の裏面すなわち実装後の上面の接地電極と絶縁
基板上の半導体素子搭載部の近傍に形成された接地電極
パッドとがこれらを共に覆って封止する導電性封止材で
接続されていることから、この導電性封止材によって半
導体素子を封止するとともに半導体素子の接地電極と絶
縁基板の接地電極パッドとの導通をとって良好な接地状
態を確保することができる。その結果、裏面に接地電極
が形成された両面電極構造の半導体素子を用いて良好な
接地をとりつつフェースダウンでフリップチップ実装す
ることができ、半導体素子の安定した動作を確保しつつ
小型化にも対応できる半導体装置となる。

【００１２】また、本発明の半導体装置によれば、導電
性封止材により半導体素子の接地電極に対して良好な接
地状態を確保することができ、ボンディングワイヤによ
る接続のように細い導電体によって接地のための接続長
が長くなることもないため、ＧＨｚ帯のような高周波用
の半導体素子に対しても高周波特性を悪化させることが
なく、所望の高周波特性を発揮させることができる半導
体装置となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付の図面に基づ
き詳細に説明する。図１は本発明の半導体装置の実施の
形態の一例を示す断面図である。図１において、１は絶
縁基板であり、セラミック基板や多層セラミック配線基
板・ガラス基板・樹脂基板等の絶縁性材料から成る。ま
た、２は絶縁基板１の半導体素子搭載部に搭載された両
面電極構造の半導体素子集積回路素子等の半導体素子で
ある。なお、絶縁基板１の半導体素子搭載部は、この例
のように絶縁基板１上の一部に平坦面として設定される
場合の他に、絶縁基板１上に形成された凹部内に設定さ
れる場合もある。

【００１４】３は半導体素子２の上面（裏面）に形成さ
れた接地電極、４は半導体素子の下面（表面）に形成さ
れた配線電極である。このうち接地電極３は、半導体素
子２の上面全体にいわゆる全面ベタ電極として形成され
るものも多い。一方、５は絶縁基板１の上面の半導体素
子搭載部内に半導体素子２の配線電極４に対応して形成
された配線電極パッド、６は絶縁基板１の上面の半導体
素子搭載部の近傍に形成された接地電極パッドである。

【００１５】なお、この例においては絶縁基板１上に形
成された配線導体（図示せず）を覆って絶縁層７を形成
し、その絶縁層７に窓を開けて配線導体の一部を露出さ
せることにより配線電極パッド５および接地電極パッド
６を形成しているが、各パッド間の絶縁が確保できれ
ば、この絶縁層７は必ずしも設けなくともよい。

【００１６】８は導電性相互接続部材であり、半田や金
・銅等の金属バンプ、もしくは銀ペーストや半田ペース
ト・異方性導電ペースト等の導電性ペースト、または異
方性導電シート等により、絶縁基板１の配線電極パッド
５と半導体素子２の配線電極４とを電気的に接続するも
のである。また、このようなフリップチップ実装におい
ては、半導体素子２を絶縁基板１の半導体素子搭載部に
搭載するための機械的接続手段としても利用することが
できる。

【００１７】そして、９は搭載された半導体素子２の上
面（裏面）を絶縁基板１上の接地電極パッド６と共に覆
うように付与された導電性封止材であり、この導電性封
止材９により、半導体素子２が封止されるとともに半導
体素子２の上面の接地電極３と絶縁基板１の上面の接地
電極パッド６とが電気的に接続されて半導体素子２の接
地が良好に確保される。

【００１８】このような導電性封止材９としては、半導
体素子２の封止材として耐湿度性に優れ気密封止可能で
あるとともに接地電極３と接地電極パッド６との良好な
接地導通を確保するための導電性材料として低抵抗であ
るような導電性材料が用いられる。例えば、エポキシ系
樹脂やポリイミド系樹脂に銀等の金属粉末を混入した導
電性樹脂や半田のような金属材料等が用いられる。

【００１９】10は半導体素子２の周囲の絶縁基板１の上
面との隙間を充填するように塗布された絶縁性樹脂であ
る。この絶縁性樹脂10は、導電性封止材９と導電性相互
接続部材８あるいは配線電極４・配線電極パッド５との
ショートを防止するため、半導体素子２の下面への導電
性封止材９の浸入を防止するために付与されるものであ
るが、導電性封止材９が適度な粘性や凝固性を有してい
るため、導電性封止材９を半導体素子２の上面と接地電
極パッド６とを覆うように塗布し固化させた場合にも半
導体素子２の下面に導電性封止材９が浸入せずショート
を発生させないときなどには、特に必要とはされない。

【００２０】なお、導電性封止材９として例えば半田等
のように、付与後に一旦流動性を持たせて良好な封止を
行なうため等に比較的高温での処理を必要とするものを
用いる場合には、半導体素子２の特性に悪影響を与えな
い程度の温度で処理できるものを選定するとともに、絶
縁層７や絶縁性樹脂10にはその温度に耐え得るものを選
定する。

【００２１】また、半導体素子２の下面と絶縁基板１の
上面との隙間には、半導体素子２を半導体素子搭載部へ
強固に固着し、あるいは熱応力等に対する導電性相互接
続部材８の破壊等を防止し、あるいは半導体素子２の発
熱を絶縁基板１に良好に伝導するなどのために、いわゆ
るアンダーフィル樹脂を付与してもよい。

【００２２】このような本発明の半導体装置によれば、
導電性封止材９によって半導体素子２を封止するととも
に半導体素子２の接地電極３と絶縁基板１の接地電極パ
ッド６とを電気的に接続し導通をとって良好な接地状態
を確保することができるので、裏面に接地電極３が形成
された両面電極構造の半導体素子２を用いて良好な接地
をとりつつフェースダウンでフリップチップ実装するこ
とができ、半導体素子２の安定した動作を確保しつつ小
型化にも対応できる半導体装置となる。

【００２３】また、導電性封止材９により半導体素子２
の接地電極３に対して良好な接地状態を確保することが
でき、ＧＨｚ帯のような高周波用の半導体素子２に対し
ても高周波特性を悪化させることがなく、所望の高周波
特性を発揮させることができる。

【００２４】次に、本発明の半導体装置の実施の形態の
他の例を図２に図１と同様の断面図で示す。

【００２５】図２において、11は絶縁基板、12は絶縁基
板11の半導体素子搭載部に搭載された両面電極構造の半
導体素子であり、13は半導体素子12の上面（裏面）に形
成された接地電極、14は半導体素子の下面（表面）に形
成された配線電極である。また、15は絶縁基板11の上面
の半導体素子搭載部内に半導体素子12の配線電極14に対
応して形成された配線電極パッド、16は絶縁基板11の上
面の半導体素子搭載部の近傍に形成された接地電極パッ
ド、17は絶縁基板11上に形成された配線導体（図示せ
ず）を覆い、その一部に窓を開けて配線導体の一部を露
出させることにより配線電極パッド15および接地電極パ
ッド16を形成している絶縁層、18は導電性相互接続部材
である。

【００２６】また、19は絶縁基板11の上面の半導体素子
搭載部近傍の接地電極パッド16の外側にこれらの領域を
囲うように形成されたダム部材であり、20は搭載された
半導体素子12の上面（裏面）を絶縁基板11上の接地電極
パッド16と共に覆うように付与された、半導体素子12を
封止するとともに接地電極13と接地電極パッド16とを接
続する導電性封止材、21は半導体素子12の周囲の絶縁基
板11の上面との隙間を充填するように塗布された絶縁性
樹脂である。

【００２７】この例においては、絶縁基板11上面の接地
電極パッド16の外側領域を囲うようにダム部材19を設け
たことから、このダム部材19により導電性封止材20の絶
縁基板11の上面の他の領域への流れ出しを防止すること
ができ、例えば導電性封止材20が絶縁基板11上面の他の
領域に形成された配線導体上に拡がってショートを発生
させること等を防止することができる。

【００２８】このようなダム部材19は、例えば熱硬化性
のやや粘度の高い樹脂を用いて半導体素子12を適当なス
ペースをあけて取り囲むように塗布し、その囲まれたス
ペースに半導体素子12に覆いかぶせるように導電性封止
材20を塗布して、熱を加えて硬化させることにより形成
すればよい。

【００２９】なお、この例においても、半導体素子搭載
部は絶縁基板11の上面に形成した凹部内に形成してもよ
く、絶縁性樹脂21は必ずしも必要とされるものではな
く、半導体素子２の下面と絶縁基板１の上面との隙間に
アンダーフィル樹脂を付与してもよい。

【００３０】次に、本発明の半導体装置の実施の形態の
さらに他の例を図３に図１・図２と同様の断面図で示
す。

【００３１】図３において、22は絶縁基板としての半導
体素子収納用パッケージである。23は両面電極構造の半
導体素子であり、半導体素子収納用パッケージ22の上面
に形成された半導体素子22を収容するための空間を形成
するための凹部22ａ内に形成された半導体素子搭載部に
搭載されている。なお、このような半導体素子搭載部
は、凹部22ａ内にさらに階段状に形成された凹部の内部
に形成されたものであってもよい。

【００３２】24は半導体素子23の上面（裏面）に形成さ
れた接地電極、25は半導体素子の下面（表面）に形成さ
れた配線電極である。また、26は絶縁基板22の上面の半
導体素子搭載部内に半導体素子23の配線電極25に対応し
て形成された配線電極パッド、27は絶縁基板22の上面の
半導体素子搭載部の近傍に形成された接地電極パッド、
28は絶縁基板22上に形成された配線導体（図示せず）を
覆い、その一部に窓を開けて配線導体の一部を露出させ
ることにより配線電極パッド26および接地電極パッド27
を形成している絶縁層、29は導電性相互接続部材であ
る。

【００３３】30は搭載された半導体素子23の上面（裏
面）を絶縁基板22上の接地電極パッド27と共に覆うよう
に付与された、半導体素子23を封止するとともに接地電
極24と接地電極パッド27とを接続する導電性封止材、31
は半導体素子23の周囲の絶縁基板22の上面との隙間を充
填するように塗布された絶縁性樹脂である。

【００３４】この例においては、絶縁基板として半導体
素子収納用パッケージ22を用いて、その上面の凹部22ａ
内の半導体素子搭載部近傍に形成された接地電極パッド
27の外側領域を囲うように凹部22ａの側壁が形成されて
おり、この凹部22ａからはみ出さないように導電性封止
材30を塗布・付与し、半導体素子23の上面と接地電極パ
ッド27とを覆って半導体素子23を封止するとともに接地
電極24と接地電極パッド27とを接続する。そして必要に
応じて蓋体（図示せず）により凹部22ａを封止すること
により半導体装置となる。なお、この例のように蓋体に
よっても半導体素子を封止する場合には、導電性封止材
30は良好な接地の導通が確保できれば、必ずしも半導体
素子23の封止の信頼性は高くなくともよいものとでき
る。

【００３５】このような半導体素子収納用パッケージ22
としては、例えば絶縁基板としてセラミック材料を用い
たものや、ガラスセラミックスを用いたもの、有機絶縁
性樹脂を用いたものや無機絶縁物粉末と有機絶縁性樹脂
を用いたもの等、種々のパッケージを使用することがで
きる。

【００３６】なお、この例においても、絶縁性樹脂31は
必ずしも必要とされるものではなく、半導体素子23の下
面と絶縁基板22の上面との隙間にアンダーフィル樹脂を
付与してもよい。

【００３７】なお、本発明は以上の例に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更
・改良を施すことは何ら差し支えない。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、本発明の半導体装置によ
れば、表面側に配線電極が形成され裏面側に接地電極が
形成された半導体素子が絶縁基板上の半導体素子搭載部
に表面側を下面としてフェースダウンでフリップチップ
実装され、その半導体素子の実装後の上面の接地電極と
絶縁基板上の半導体素子搭載部の近傍に形成された接地
電極パッドとが半導体素子を封止する導電性封止材で接
続されていることから、この導電性封止材によって半導
体素子を封止するとともに半導体素子の良好な接地状態
を確保することができる。

【００３９】また、本発明の半導体装置によれば、導電
性封止材により半導体素子の接地電極に対して良好な接
地状態を確保することができ、ボンディングワイヤによ
る接続のように細い導電体によって接地のための接続長
が長くなることもないため、ＧＨｚ帯のような高周波用
の半導体素子に対しても高周波特性を悪化させることが
なく、所望の高周波特性を発揮させることができる。

【００４０】以上により、本発明によれば、裏面に接地
電極が形成された両面電極構造の半導体素子をフェース
ダウンでフリップチップ実装し封止材で封止して成る半
導体装置について、半導体素子を封止しつつ良好な接地
状態を確保し、半導体素子の安定した動作が確保できる
とともに所望の高周波特性を発揮させることができ、し
かも小型化にも対応できる半導体装置を提供することが
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の実施の形態の一例を示す
断面図である。

【図２】本発明の半導体装置の実施の形態の他の例を示
す断面図である。

【図３】本発明の半導体装置の実施の形態のさらに他の
例を示す断面図である。

【符号の説明】

１、11・・・・・絶縁基板 22・・・・・・・半導体素子収納用パッケージ（絶縁基
板） ２、12、23・・・半導体素子 ３、13、24・・・接地電極 ４、14、25・・・配線電極 ５、15、26・・・配線電極パッド ６、16、27・・・接地電極パッド ８、18、29・・・導電性相互接続部材 ９、20、30・・・導電性封止材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板の上面に形成された半導体素子
   搭載部に、上面に接地電極が形成された半導体素子を搭
   載させるとともに、前記半導体素子搭載部内に形成され
   た配線電極パッドと前記半導体素子の下面に形成された
   配線電極とを導電性相互接続部材により電気的に接続さ
   せて成り、かつ、前記半導体素子の接地電極と前記半導
   体素子搭載部の近傍に形成された接地電極パッドとが前
   記半導体素子を封止する導電性封止材で接続されている
   ことを特徴とする半導体装置。