JPS60200558A - 半導体装置 - 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】 〔技術分野〕 本発明は半導体装置、さらには多品種化に有用であり、
高密展実装ン要求される半導体装置に適用して特に有効
な技術に関する。

〔背景技術］ 大規模集積回路（ＬＳＩ）の如き半導体装置においては
、半導体素子（半導体ベレツト）はシリコン（Ｓｉ）材
料で作られているのが通常であり、この半導体ベレット
はダイボンディング、フェイスダウンボンディング等の
方式で基板に実装される。

ところが、通常用いられる基板はアルミナ系材料で作ら
れているので、基板の材料と半導体ベレットのシリコン
材料との間の熱膨張率の差により、半導体ベレットと基
板との間の接続部に応力が集中し、半導体ベレットの剥
離、配線の断線の不良発生をひき起こす原因となり易い
上に、冷却のために複雑な系が要求されるという問題が
ある。

また、通常のチップキャリア型構造では、半導体ベレッ
トの高密度実装に限界があり、微細化が困難になってい
る上に、接続部の破断という問題もある。

特開昭５４−７３５６４号公報に示される構造では、半
導体ベレットを取り付けたシリコンの補助基板をアルミ
ナ系材料の主基板に固設することが提案されているが、
このような主基板は補助基板との熱膨張率の差のために
接続部の剥離等の問題がある上に、熱放散性が悪いとい
う難点がある。

また、特開昭５４−７３５６４号公報に示される構造で
は、補助基板上に配線層を形成している。この配線層は
、補助基板上に取り付ける半導体ベレットが異なる場合
、それに応じて設計変更する必要があるが、この設計変
更は容易に行い難いことが本発明者の検討により明らか
になった。すなわち、１つの半導体ベレットの出力端子
数は非常に多く、入出力される信号数も多い。このため
、補助基板上に形成すべき配線は極めて複雑になり、設
計変更は容易でない。−万で、この配線が複雑であるた
めに、異なる半導体ベレットを取り付けた場合や同一の
半導体ベレットを用いても論理の構成等の条件が異なる
場合（以下、異なる品種という）は、先に設計した配線
層をそのままあるいは一部の変更を加えた上で流用する
ことは不可能となる。

したがって、多数の異なる品種を設計する（以下、多品
種化という）場合、−品種毎に個別に設計を行う必要が
あり、困難となる。

〔発明の目的］ 本発明の目的は、多品種化を容易に達成できる半導体装
置を提供することにある。

本発明の他の目的は、接続部の剥離やクラック等を防止
できる半導体装置を提供することにある。

本発明の他の目的は放熱性の良好な半導体装置を提供す
ることにある。

本発明のさらに他の目的は、高密度実装を行うことので
きる半導体装置を提供することにある。

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
。

〔発明の概要〕

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
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、半導体素子を取り付ける配線用補助基板をマ
スタスライス型の構造とすることにより、多品種化を容
易に達成することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明による半導体装置の一実施例を示す断面
図、第２図はその一部の拡大断面図、第３図乃至第５図
は配線用補助基板の電極および配線の形態を示す底面図
である。

この実施例において、半導体装置のベースを構成する主
基板１の一面には、金−シリコン（Ａｕ−８ｉ　）共晶
部２を介して配線用補助基板３が固着されている。また
、この配線用補助基板３０反対面すなわち回路配線形成
面には、複数個の半導体ベレット（半導体素子）５が半
田よりなるノくンプ電極４により互いに対面状態でフリ
ップチップ方式に接続され、この半田ノ（ンプ電極４に
より半導体ベレット５と配線用補助基板３の配線との間
の電気的接続が行われている。

本実施例の半導体ベレット５はシリコン（Ｓｉ　）で作
られ、また配線用補助基板３もシリコンで作られている
。

さらに、前記主基板１は特開昭５７−２５９１号公報に
記載されている０、１〜３．５重ｉ％のべＩＪ　ＩＪウ
ムを含む炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分とする材料で作
られている。炭化ケイ素（ＳｉＣ）は炭素（Ｃ）とケイ
素（Ｓｉ、シリコン）との化合物で、ＳｉＣの粉末にた
とえば焼結助剤としての酸化ベリリウム（Ｂｅｄ）粉末
およびバインダを混合し、粉末プレスで成形してこれを
ホットプノスにより焼結することにより作ることができ
る。

前記配線用補助基板３はいわゆるマスタスライス１式に
よって設計される。第６図に概略的に構造を示す。

第１７ｉ１ｉ１アルミニウム配線１７，１７８．第２Ｎ
アルミニウム配置１１８，１８ａおよび半田ノゝンプ電
極４形成のための下地電極を配＋Ｉ！層として有する。

１８ａはポンディングパッドであり、１７ａポンデイン
グパツドに接続された配線である。これらの各配線Ｓ間
はたとえばバイアススノ（ツタにより形成した５ｉｆｔ
よりなる絶縁膜２０．２１が形成されている。１５は単
結晶または多結晶シリコンよりなる基板、１６は基板１
５の熱酸化により形成した厚いｓｉｏ、膜である。

第１＃アルミニウム配線は、王として、配線用補助基板
３における電源、グラウンド（ＧＮＤ）用固定配線とし
て用いられ、その間に同一方向に延在する信号線として
も用いられ配線用補助基板３内の信号線レイアウトの自
由度を拡充するよう構成されている。

第２層アルミニウム配線は配線用補助基板３における信
号線として用いられ、第１層アルミニウム配線からなる
信号線とは直交する方向に延在される。

第３図乃至第５図は補助基板３上に形成される配線の状
態を示す。

第３図は第１１１アルミニウム配線１７　ａ　（１７）
。

２３．２４が形成された状態を示す。

２２．２３は全品種に共通の固定電位線であり、たとえ
ば２２は電源電圧Ｖ。。の印加される電源線、２３はこ
の単導体装置の基準電位となる接地電位が接続されるグ
ランド（ＧＮＤ）配線である。固定電位線は何本（伺種
類の電位線）でもよく、半導体ペレット５が何であるか
によって決まる。

２４は固定電位線の設けられない領域に品種に応じた設
計に従ってマスクスライス的に設けられる信号線である
。信号線２４は、固定電位線を横切らないように、同一
方向（図中横方向）に延在される。

電源関係の配線を不変とし、信号＋Ｉをこれと交わらな
いように設けることにより、信号線配置の自由度を増す
とともに、各品種の設ｉｔを容易にできる。

仮想線２５はポンディングパッド１８ａに接続される配
線１７ａの設けられる領域を示す。１７ａを設けず信号
線又は固定電位線を設けてもよいが、設計を各品種に共
通とするために、ポンディングパッド１８ａに対応して
１７ａ’＆設ける領域としておくことがよい。

仮想線２６は半導体ベレット５が取り付けられる領域を
示す。

また、図中○印は絶縁膜２０または２１に、第１層およ
び第２層アルミニウム配線、電極１９を接続するために
設けられたコンタクトホールな示す。このコンタクトホ
ールな設は得る位置は行列状に規定されており、配線段
ｎｔを容易にする。

第４図は第２層アルミニウム配線１８ａ（１８）。

２７．２８が形成された状態を示す。

２７．２８はポンディングパッド１８ａの設けられた領
域以外に、品種に応じた設計に従ってマスクスライス的
に設けられた信号線である。信号線２７．２８は信号線
２４と直交する方向に延在される。

第２Ｎアルミニウム配線２７．２８は全て品種に応じて
設計されるので、各品種の設計を容易にできる。

なお、第トおよび第２配線層は、信号線２８のように、
半導体ペレット５が取り付けられる領域下にも形成され
る。

また、長い信号線たとえば信号線２４の終端２９には、
反射波による干渉な防止するために終端抵抗を設けるこ
とができる。すなわち、第１導電型シリコン単結晶基板
１５０表面であって、酸化膜１６によって周囲を囲まれ
規定された部分に、第２導電型半導体領域を周知のイオ
ン打込み法等により形成し、これにアルミニウム配ａ！
層を接続すれば抵抗として用いることが可能である。

第５図は、半田バンブ形成用の下地電極１９を形成した
状態を示す。同図において他の領域は省略しである。

配線用補助基板３０周辺部にはワイヤボンディング用の
電極バッド１８ａが多数設けられている。

そして、この配線用補助基板３のワイヤボンディング用
の電極パッド１８ａは外部端子であるり−ド７０内端部
とワイヤ６でボンディングされ、電気的に接続されてい
る。リード７はたとえば低融点ガラスよりなる封止材８
によって、ムライトからなる枠体９と主基板１との間に
挾み込まれた状態で気密封止される。また、配線用補助
基板３゜半導体ベレット５やワイヤ６は、たとえばシリ
コンゲルの如き被覆材１０により覆われ、防湿性がより
完全になるよう構成されている。

前記枠体９０反対側（第１図とｗｃ２図の下側）にはキ
ャップ１２がエポキシ樹脂等からなる接着材１１で気密
式に接着固定され、半導体ベレット５ケ気密封止してい
る。このキャップ１２は前記主基板１（ベース）と同様
の材料で作られている。

−万、前記主基板１の反対面側（第１図と第２図の上面
側）には、アルミニウムの如き材料の放熱フィン１４が
たとえばエポキシ樹脂系の接着材１３により固着され、
主基板１を通してより良好な放熱を行うよう構成され℃
いる。

次に、本実施例の作用について説明する。

本実施例では、複数個のシリコン半導体ベレット５を同
じくシリコンの配線用補助基板３に取り付けたマルチチ
・ノブ型の実装構造であり、この配線用補助基板３はマ
スクスライス型構造を有している。

したかって、配線用補助基板３は配線を変えることによ
り多品種の半導体装置に併用することができ、コスト的
にも有利である。

また、回路設計の自動化も容易に可能である。

さらに、本実施例における生基板１（ベース）は炭化ケ
イ素（ＳｉＣ）を主成分とする材料で作られている。

この材料は熱膨張係数がＳｉと非常に近く、これにより
、主基板１に対する配線用補助基板３の固着は熱応力に
起因するクラックや剥離等の問題を生じることなく確保
され、信頼性が大巾に向上する。

また、前記材料は放熱性が非常に良好な材料であるので
、複数個の半導体ベレット５から発生された熱は半田パ
ッド４を介して配線用補助基板３を介して主基板１に伝
達され、さらにこの主基板１を経て王に放熱フィン１４
に伝達され、該放熱フィン１４を経て周囲に放散される
。

したがって、このような放熱性の向上によってより多数
のベレット５を実装でき、さらに高密度の実装が可能に
なる。その結果、より高速での処理が可能となる。

また、本実施例では、半導体ベレット５および配線用補
助基板３０両方がシリコン材料で作られているので、熱
膨張係数の差に起因する半導体ベレット５のクラックや
剥離等が生じることを防止することができ、ベレット付
けの信頼性が向上する。

〔効果〕

（１）、半導体素子を実装する配線用補助基板がマスタ
スライス型構造であることにより多品種化を容易に実現
でき、低コストである。

（２）、半導体素子を実装した配線用補助基板を炭化ケ
イ素を主成分とする材料で作られた主基板に固設するこ
とにより、主基板の放熱性を向上させることができる。

（３）、前記（１）により、さらに多数の半導体素子を
実装することができ、より高密度の実装が可能である。

（４）、炭化ケイ素を主成分とする材料よりなる主基板
は配線用補助基板との熱膨張係数のマツチングがとれる
ので、熱膨張係数の差に起因するクラックや剥離等を防
止することができ、信頼性を向上させることができる。

（５）、半導体素子と配線用補助基板とを同一材料たと
えばシリコンで作ることにより、両者の熱膨張係数の差
に起因するクラックや剥離等を防止でき、信頼性が向上
する。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に眺明したが、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。

たとえば、補助基板上の配線は３層以上の配線層からな
ってもよい。また、配線用補助基板や半導体素子は必す
しもシリコンで作られている必要はなく、主基板との熱
膨張係数のマツチングのとれる材料であればよい。また
、主基板は必すしも前記したもので作る必要はなく、他
のセラミック等で作ることも可能である。さらに、半導
体素子は複数個でなくてもよい。

〔利用分野〕

以上の説明では王として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である主基板と配線用補助
基板および半導体素子よりなる半導体装置に適用した場
合について説明したが、それに限定されるものではなく
、たとえば、配線用第　３　図 ２′３ 第　４　図 ２グ 第　５　図 第　６　図 ／、３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体素子をマスクスライス型の配線用補助基板に
   対面状態で電気的に接続し、この配線用補助基板を主基
   板に固設してなることを特徴とする半導体装置。 ２、配線用補助基板がシリコンで作られていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 ３　主基板が炭化ケイ素を主成分とする材料で作られて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の半導体装置。