JPS63261841A - 半導体装置の多層配線基板内埋込実装構造 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はフリップチップなどのバンプと称される突起導
体を備えた半導体装置の多層配線基板内埋込実装構造、
より正確には３層以上の積重構造をもつ多層配線基板内
に一方の面に接続用の突起導体を備えた板状の半導体装
置を埋込実装する構造に関する。

（従来の技術〕 電子装置が高度化するに伴い半導体装置を配線基板上に
高密度で実装して装置を小形化する要求が増している。

この実装の高密度化には、半導体装置を一旦バンケージ
に収納することな（、チップの状態で配線基板上に直接
に実装するのがを利で、セラミック基板に対しては半導
体チップの状態での実装が広く行なわれているが、プラ
スチック基板を用いるいわゆるプリント配線基板への小
形のチップ以外にはあまり行なわれていない、これはプ
ラスチックやその上の導体層の熱膨張係数がチップのそ
れと大きく異なり、使用中にチップに熱応力が掛かりや
すいためで、大形のチップの場合には一旦セラミック基
板に実装したものをプリント配線基板に実装することが
行なわれている。

このようにセラミック基板を介するにせよ、前述のよう
に小形のチップを直接実装するにせよ、プリント配線基
板上の導体とそれらを接続するためにふつうはワイヤボ
ンディングが用いられており、そのためにセラミック基
板やチップのまわりにかなりの面積が必要になる。また
ＴＡＢ方式と称される可撓接続シートを用いる接続法も
利用されており、ワイヤボンディング法よりは接続の手
間を省くことができ、接続に必要な面積も若干少なくて
すむが、セラミック基板やチップのまわりに接続のため
の面積が余分に必要なことには変わりがない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、半導体装置にも上述のように用いられる通常
のもののほか、前述のバンプを備えたフリップチップが
あり、バンプを例えば半田バンプとしてプリント配線基
板の配線導体に直接半田付けすればよいので、ワイヤボ
ンディング方式やＴＡＢ方式におけるようなチップのま
わりの接続用面積を要せず、原理上は実装密度を大幅に
向上できるのであるが、この場合にもチップとプリント
配線基板との熱膨張係数の差の問題があってセラミック
基板に対するようには直接に実装することができない、
もっともフリップチップの場合、チップ自体が配線基板
上の配線導体上に固着するわけではな（、チップは半田
層を介して配線基板により支持される実装形態になるの
であるが、チップと配線基板とに熱膨張差がある以上、
半田層に２またそれを介してチップに過大な応力が掛か
ることになるからである。

本発明はフリップチップ等の突起導体を備える半導体装
置がもつ上記の利点を生かしながら、その実装上の問題
点を解決して、チップとは熱膨張係数の異なる配線基板
上に該半導体装置を直接に実装することができる実装構
造を得ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば上記の目的は、配線基板として３Ｎ以上
の多層構造のものを用い、突起導体を備える半導体装置
をそれに実装できるよう、突起導体の配置に適合した接
続導体を備えた接続配線基板と、半導体装置を収納する
に適合した断面形状の空孔が設けられた保持配線基板と
、半導体装置の他面に対応する押圧面を備えた押圧配線
基板と、該押圧配線基板の押圧面と半導体装置の突起導
体を備えるとは反対側の面との間に介装される弾性Ｖ。

材からなる押圧部材とを設け、保持配線基板の空札内に
半導体装置を納めたａ′態で配線基板が積み重ねられた
とき半導体装置が押圧配線基板の押圧面により押圧部材
を介して接続配′ＩｆＡ基板に付けて押圧され、半導体
装置の突起導体が押圧部材の弾性力により接続配線基板
の接続導体に微摺動を許す状態で導電接触するように構
成することにより達成される。

〔作用〕

上記の構成かられかるように、本発明による半導体装置
の実装構造は多層配線基板の内部に半導体装置を収納し
てしまう埋込実装であって、半導体装置は上記構成にい
う接続配線基板と押圧配線基板とにより両側の開口が閉
鎖された保持配線基板内の空孔内に納められて、外部の
雰囲気とくに塵埃の影響から隔離される。この空孔内で
半導体装置の各突起導体ないしバンプは接続配線基板の
対応する接続導体と接続されるのであるが、その接続は
前述の半田付は等のように突起導体を接続導体と接合し
てしまうのではなく、半導体装置の裏側に配設されたシ
リコーンラバーなどからなる押圧部材のもつ弾性力によ
って突起導体が接続導体に押し付けられて導電接触する
ことによって接続が果たされる。従って、半導体装置と
接続導体を担持する接続配線基板との間に熱膨張差があ
っても、突起導体はそれに応じて押し付けられた状態の
ままで接続導体に対して微摺動することができるので、
半導体装置にも突起導体もに熱応力が掛かることがない
。

このように本発明による実装構造では電気的接続を熱応
力が発生したときに微摺動を許す導電接触に軒っている
が、該導電接触部は外部から隔離された空孔内にあるの
で塵埃や湿気等の外部影響を受けることがなく、接続コ
ネクタにおける導電接触よりも接触信鯨度がずっと高い
、しかし高湿下で利用されるような場合には、接触面が
酸化されないよう突起導体を例えば金バンブとし、接続
導体の表面にも酸化され難い金めつき等の処理を施すの
が望ましい、また、周知のように半導体装置としてのチ
ップのｆ量は非常に小さいので、押圧部材のもつ弾性係
数とこの質量との比が高く、従って押圧部材と半導体装
置とが構成するばね一質量系の固有振動周波数が高いの
で、本発明における導電接触は外部からかかる振動に対
して本質的に不感性である。

なお、前述のように本発明構造において半導体装置に熱
応力が掛かることはないが、反面押圧部材のもつ弾性力
が半導体装置に掛かる。しかし、容易にわかるようにこ
の弾性に基づいて半導体装置内に生じるひずみ応力は熱
応力に比べれば桁違いに小さいから、半導体装置がこれ
によって損傷を受けるおそれは全くない、しかも、半導
体装置を構成している単結晶シリコンは公知のように理
想的な弾性体であって、押圧部材からの力を受けたとき
掻く僅かに変形して、ふつうはその周縁部に並べられて
いる突起導体の高さや対応する接続導体に微妙な差ない
しは出入りがあっても、むしろそれらに対して導電接触
力を均一化する役目を果たす。

〔実施例〕

以下、図を参照しながら本発明の詳細な説明する。第１
図はフリップチップである半導体装置１の実装後の状態
が、第２図はその実装中の状態がそれぞれ示されている
。

フリップチップ１は例えばゲートアレイやＲＡＭ等の集
積回路であって、方形板状のチップの図示のような左右
両辺ないしは四辺に沿って金バンプ２がふつうは０．１
〜０．２　ｔｓの間隔で数十個差べて配列されている。

配線基板はそれぞれいわゆるガラスエポキシ等のプラス
チック基板上に銅の配ｋｌＩ体を両面に所定のパターン
で形成したプリント配ｖＡ基板であって、図には多層配
線基板中の３枚の配線基板のみが示されている０図中の
下側の配線基板が接続配線基板ｌＯであって、その上面
にはフリップチップ１の金バンプ２に対応する個所にフ
ァインパターンで接続導体１１の先端部が例えばスパイ
グー状に並べて配置され、その先端部のバンブと接触す
る上面は必要に応じて局部的に平坦に磨かれた上で例え
ば金めつきが施されている。

図で中央の配線基板は保持配線基板２０であって、図示
のようにフリップチップ１の外側輪郭に適合した空孔２
１がプレスや機械加工により明けられている。この空孔
２１の寸法はとくに精密にする要はないが、フリップチ
ップを挿入したときそれとの隙間が０．１ｆｉ程度で図
の前後左右方向のフリップチップに対する寸法上の余裕
が過剰でないことが望ましい０図の上側の配線基板が押
圧配線基板３０であり、その下面の前述の空孔２１の上
方開口を閉鎖する部分が平坦な押圧面３１に形成されて
いる。

図示の場合この押圧面３１として配線導体がないプラス
チック基板面が用いられている。なお、これらの配線基
板１０〜３０はいずれも多層配線基板を構成する配線基
板であるから、通例のように所定の個所にスルーホール
５が必要に応じて設けられる。

この実施例における押圧部材４０は環状のシリコーンラ
バーであって、フリップチップ１のバンプ２がある面と
は反対の図の上面にあらかじめ固着されている。この押
圧部材はいわゆる０リングであってもよいが、最も簡単
には比較的高粘度の市販の液状のシリコーンラバー　（
例えば東芝シリコーンＴＳＪ３１３８）をフリップチッ
プの背面に環状にディスペンサにより塗布形成すること
ができる。この場合にはゲル化後に加熱条件下で完全キ
ュアさせておく要がある。この押圧部材の形状は環状に
限らず要所にシリコーンラバーを滴下後硬化させてもよ
く、また弾性材としてもゴム弾性材に限らず、例えばプ
ラスチックや金凡の板ばねであってもよい。

フリップチップ１の実装の要領は第２図に示されており
、まず矢印Ｐで示すように接続配線基板１０上に通例の
ように接着剤層等を介して保持配線基板２０を積み重ね
、矢印Ｑで示すようにフリップチップ１を金バンブ２を
下にして保持配線基板２０の空孔２１内に挿入する。つ
いで矢印Ｒで示すように押圧配ｙ、、基板３０を保持配
線基板２０上に再び接着剤層等を介して積み重ねる。こ
の際、空孔２１とフリップチップ１との間の図の前後左
右方向の隙間が比較的大な場合には、押圧部材４０の図
面に軽く接着剤を塗って置くようにしてもよい。以上に
より配線基板１０〜３０は第１図の状態になるので、配
線基板相互間に所定の圧力を掛けた状態で接着剤層を常
温ないしは加熱硬化させて一体化された多層配線基板と
する。以後はふつうのようにスルーホールめっき６を施
して配′ｉＪＡ基板間を接続すればよい。

以上かられかるように、本発明による半導体装置の埋込
実装作業はふつうの多層配線基板の組立作業と本質的に
変わるところがなく、実装作業のために特別な熟練を要
しない、もちろん、半導体装置の埋込実装終了後の多層
配線基板の上下面には従来と同様に他の半導体装置や電
子部品を実装することができる。なお、押圧部材４０に
より半導体装置１が押圧される部分は、第１図に示され
たように半導体装置のバンプ２が並んでいる周縁部より
は内側にするのがよく、前述のようにこれによって多数
のバンプと接続導体間の導電接触圧力に生じうるばらつ
きが均等化される。

〔発明の効果〕

以上の説明からすでに明らかなように、本発明による半
導体装置の多層配線基板内埋込実装構造では、半導体装
置は保持配線基板の空札内に納められ、押圧部材の弾性
力によりその突起導体が接続配線基板の接続導体にそれ
ぞれ押し付けられて導電接触する状態で半導体装置と配
線基板間の接続がなされるので、使用中の温度変化によ
り半導体装置と配線基板間に熱膨張差が生じても、突起
導体は接続導体に押し付けられた状態のままで接続導体
上を微摺動することができ、従来のように半導体装置や
突起導体に熱応力が掛かることがなくなるので、半導体
装置をプリント配線基板に直接実装することが可能にな
る０本発明により直接実装できる半導体装置のチップ寸
法にはとくに制限がないので、従来のように大形のチッ
プを一旦セラミック基板に実装した上で配線基板に実装
するような２重の手間を掛ける要がなくなり、余分な実
装用面積も不要になる。また、本発明の実施によりフリ
ップチップ等の突起導体つき半導体装置がもつ実装上の
利点を生かすことができ、ワイヤボンディング方式やＴ
ＡＢ方式におけるように半導体装置のまわりに接続のた
めの専用面積を設ける要がなくなるので実装密度を大幅
に向上させることができ、前述の実施例からもわかるよ
うに実装のための手数もこれらの方式よりずっと簡単に
なる。

さらに本発明による実装構造は埋込実装であって、半導
体装置は多層配線基板内の空孔内に納められてしまうの
で、多層配線基板の外表面をすべて他の電子部品類の実
装用に使うことができる。

突起導体を備える半導体装置はこの空孔内で外部から隔
離されて塵埃等の影響から安全に保護されるので、突起
導体と接続導体間の導電接触による接続の信鯨度は高く
、また前述のように外部からの振動に対しても不怒であ
る。

以上の効果をもつ本発明による埋込実装構造は、部品点
数の多い複雑な電子回路の実装用にとくに適し、今後と
も電子装置がますます高度化されるに伴いその真価が発
揮されるものと期待される。

【図面の簡単な説明】

図はすべて本発明に関するもので、第１図は本発明によ
る半導体装置の多層配線基板内埋込実装構造の実施例の
要部を拡大して示す断面図、第２図はその実装要領を図
解するその展開断面図である０図において、 １：半導体装置ないしはフリップチップ、２：突起導体
ないしはバンプ、５ニスルーホール、６：スルーホール
めっき、１０：接続配線基板、１１：接続導体、２０：
保持配線基板、２１：空孔、３０：押圧配線基板、３１
：押圧面、Ｐ、Ｑ、Ｒ：実装手順を示す矢印、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）３層以上の積重構造をもつ多層配線基板内に一方の
   面に接続用の突起導体を備えた板状の半導体装置を埋込
   実装する構造であって、突起導体の配置に適合した接続
   導体を備えた接続配線基板と、半導体装置を収納するに
   適合した断面形状の空孔が設けられた保持配線基板と、
   半導体装置の他面に対応する押圧面を備えた押圧配線基
   板と、該押圧配線基板の押圧面と半導体装置の他方の面
   との間に介装される弾性材からなる押圧部材とを備え、
   保持配線基板の空孔内に半導体装置を納めた状態で配線
   基板が積み重ねられたとき半導体装置が押圧配線基板の
   押圧面により押圧部材を介して接続配線基板に付けて押
   圧され、半導体装置の突起導体が押圧部材の弾性力によ
   り接続配線基板の接続導体に微摺動を許す状態で導電接
   触するようにしたことを特徴とする半導体装置の多層配
   線基板内埋込実装構造。 ２）特許請求の範囲第１項記載の構想において、半導体
   装置がフリップチップであり、突起導体がバンプである
   ことを特徴とする半導体装置の多層配線基板内埋込実装
   構造。 ３）特許請求の範囲第２項記載の構造において、バンプ
   が金バンプであることを特徴とする半導体装置の多層配
   線基板内埋込実装構造。 ４）特許請求の範囲第３項記載の構造において、接続配
   線基板の接続導体面に金めっきが施されたことを特徴と
   する半導体装置の多層配線基板内埋込実装構造。 ５）特許請求の範囲第１項記載の構造において、押圧部
   材がゴム弾性材からなることを特徴とする半導体装置の
   多層配線基板内埋込実装構造。 ６）特許請求の範囲第５項記載の構造において、ゴム弾
   性材としてシリコーンラバーが用いられることを特徴と
   する半導体装置の多層配線基板内埋込実装構造。 ７）特許請求の範囲第５項記載の構造において、押圧部
   材が半導体装置の他方の面に固着されたことを特徴とす
   る半導体装置の多層配線基板内埋込実装構造。 ８）特許請求の範囲第５項記載の構造において、押圧部
   材が環状に形成されたことを特徴とする半導体装置の多
   層配線基板内埋込実装構造。