JPH03218030A - 半導体集積回路装置およびそれに用いられるプリフォーム接合材 - 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、半導体集積回路装置の製造技術に関し、特に
半導体集積回路装置のダイボンディング技術において、
ダイボンディング部の高熱伝導化および高精度化構造が
可能とされ、放熱効率の向上を図ることができる半導体
集積回路装置およびそれに用いられるプリフォーム接合
材に適用して有効な技術に関する。

口従来の技術］ 近年、半導体集積回路装置の高密度化および高集積化に
伴い、消費電力密度の急上昇がもたらされ、電子計算機
などの熱問題は厳しい一面を持つようになってきている
。このような状況の中で、半導体チップ背面からの冷却
技術が重要となりつつあり、ダイボンディング技術にお
ける熱経路での熱抵抗低減が重要課題となっている。

また、従来のダイボンディング技術としては、たとえば
株式会社電気書院、１９８７年発行「Ｌｓｒ設計製作技
術ＪＰ１１８〜Ｐ１１９、または社団法人電子通信学会
、昭和５９年１１月３０日発行「ＬＳＩハンドブック．
Ｐ４０６〜Ｐ４０８などの文献に記載されるように、半
導体チップをダイボンディング基板に接着する接着方法
としては、共晶合合法、はんだ接着法および樹脂接着法
が用いられている。

たとえば、共晶合合法は、Ａｕ−Ｓｉ共晶合金の融点が
３７０℃と比較的低いことから広く用いられている。こ
の共晶合金法は、ダイボンディング時の酸化を防止する
ため、Ｎ２またはＮ２＋Ｈ雰囲気中において４００℃前
後に加熱しながら、Ａｕメッキされたグイパッドに半導
体チップ背面を押し付け、Ａｕ−Ｓｉ共晶反応を行わせ
て接合するものである。この時、共晶反応を起こし易く
するために、接合部分に振動を与える方法がとられてい
る。また、この合金層をさらに良好なものにするため、
半導体チップの背面にＡｕを蒸着したり、またはＡｕ箔
を挟む方法がとられている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前記のような従来技術においては、半導体チ
ップ背面とダイボンディング基板とを固着するろう材層
厚、およびろう材層の高熱伝導化の点について配慮がさ
れておらず、半導体集積回路装置の放熱性の均一化が図
れないという欠点がある。

従って、従来のダイボンディング技術においては、放熱
性の不均一および高集積化に起因する近年の半導体集積
回路装置における消費電力密度の増大に対応できなくな
るという問題がある。

そこで、本発明の目的は、ダイボンディング部の接合材
厚が均一化され、かつ高熱伝導接合材層の形成によって
放熱効率の向上が可能とされる半導体集積回路装置およ
びそれに用いられるプリフォーム接合材を提供すること
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
。

［課題を解決するための手段］ 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、下記のとおりである。

すなわち、本発明の半導体集積回路装置は、半導体チッ
プが接合材を介してダイボンディング基板に実装される
半導体集積回路装置であって、前記接合材中に高熱伝導
材料から形成される複数の熱伝導材が含有されるもので
ある。

また、前記熱伝導材を、直径が均一な球形状または同心
円リング状、あるいは高さが均一な多面体形状または多
角形リング状に形成したり、金属、ダイヤモンド、セラ
ミックまたはこれらの複合体から形成したものである。

さらに、前記熱伝導材の直径または高さを、ダイボンデ
ィング後の接合材厚にほぼ等しくなるように形成したも
のである。

また、本発明の半導体集積回路装置に用いられるプリフ
ォーム接合材は、前記熱伝導材が、前記半導体チップと
前記ダイボンディング基板との接合面に均一に含有され
て形成されるものである。

［作用］ 前記した半導体集積回路装置によれば、半導体チップが
グイポンディング基板に接合される接合材中に高熱伝導
材料から形成される複数の熱伝導材が含有されることに
より、高熱伝導化が可能とされる接合材層が形成され、
半導体集積回路装置の放熱効率の向上を図ることができ
る。

また、前記熱伝導材の形状を、直径が均一な球形状また
は同心円リング状、あるいは高さが均一な多面体形状ま
たは多角形リング状に形成したり、また素材を金属、ダ
イヤモンド、セラミックまたはこれらの複合体から形成
し、熱伝導材の直径または高さを、ダイボンディング後
の接合材厚にほぼ等しくなるように形成することにより
、ダイボンディング部の接合材厚が均一化され、半導体
集積回路装置の放熱性の均一化を図ることができる。

さらに、前記した半導体集積回路装置に用いられるプリ
フォーム接合材は、熱伝導材が、半導体チップとダイボ
ンディング基板との接合面に均一に含有されて形成され
ることにより、ダイボンディング工程が容易とされ、完
成された半導体集積回路装置における放熱性の均一化が
可能である。

［実施例１］ 第１図は本発明の一実施例である半導体集積回路装置の
要部を示す断面図、第２図（ａ）および（ｂ）は本実施
例の半導体集積回路装置に用いられる熱伝導材を示す断
面図、第３図は本実施例の半導体集積回路装胃に最適な
プリフォーム接合材を示す断面図である。

まず、第１図により本実施例の半導体集積回路装置の構
成を説明する。

本実施例の半導体集積回路装置は、たとえば半導体チッ
プ１がダイボンディング基板２に実装される半導体集積
回路装置とされ、半導体チップ１の背面が複数の高熱伝
導ボール（熱伝導材）３を含有するろう材（接合材）４
によってダイボンディング基板２の主面上に溶融固着さ
れている。

半導体チップ１は、ろう材４と接合可能となるようにそ
の背面にメタライズ層５が形成されている。また、メタ
ライズ層５は、たとえば下層よりＣｒ，Ｔｉ，Ｗなどの
接着層、Ｎｉ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃ　ｕ　，　Ｍ　ｏなどの
バリア層、Ａｕなどの酸化防止層が組み合わされ、三層
構造の複合膜から形成されている。

ダイボンディング基板２は、半導体チップ１と同様に、
三層構造のメタライズ層６がその主面に形成されている
。

高熱伝導ボール３は、たとえばＭｏ，Ｗ，Ｆｅなどのろ
う材４と反応しない金属、またはＮ１，Ｃｒ，Ｃｏなど
のろう材４と反応し難い金属などの高熱伝導材料３ａか
ら形成され、第２図（ａ）に示すように球形の単体構造
とされている。

一方、高熱伝導材料３ａが、ダイヤモンド．Ａｊｉ！Ｎ
，ＳｉＣ，Ｃ−ＢＮなどの絶縁材料、またはＡｇ，Ｃｕ
，Ａｕ，Ａｆなどのろう材４と反応し易い金属などから
形成される場合には、第２図０））のようにＴ　ｉ／Ｎ
　ｉ．　Ｃ　ｒ／Ｎ　ｉ、またはＮｉなどによってメッ
キコートしたバリアメタル層３ｂが形成された被覆構造
のものが用いられる。

ろう材４は、たとえばＰｂ−Ｓｎ，Ａｕ−Ｓｎ，Ｐｂ−
Ａｇ系はんだが用いられ、第３図に示すようなろう材４
に高熱伝導ボール３が含有されたプリフォームろう材７
とされ、直径の等しい高熱伝導ボール３が均一に配合さ
れている。

次に、本実施例の作用について説明する。

以上のように構成される本実施例の半導体集積回路装置
においては、半導体チップ１のダイボンディング時に、
プリフォームろう材７に熱伝導材である複数の高熱伝導
ボール３が接合面上に均一に配置されることにより、ろ
う材４による接合層８を所望の厚さ、すなわち高熱伝導
ボール３の直径に均一化することができる。

また、この場合に高熱伝導ボール３の直径を変えること
により、接合層８を所望の厚さに形成することができる
。

さらに、プリフォームろう材７に高熱伝導材料３ａによ
って形成された高熱伝導ボール３が含有されることによ
り、ろう材４による接合層８の高熱伝導化を図ることが
できる。

従って、本実施例の半導体集積回路装萱によれば、半導
体チップ１の放熱性が接合面において均一化され、放熱
性の向上が可能とされる半導体集積回路装置を得ること
ができる。

［実施例２］ 第４図は本発明の他の実施例である半導体集積回路装置
の要部を示す断面図、第５図（ａ）および（ｂ）は本実
施例の半導体集積回路装置に用いられる熱伝導材を示す
斜視図、第６図は本実施例の半導体集積回路装匿に最適
なプリフォーム接合材を示す断面図である。

本実施例の半導体集積回路装置は、第４図に示すように
半導体チップ１がダイボンディング基板２に実装される
半導体集積回路装置とされ、実施例１との相違点は半導
体チップ１の背面が複数の高熱伝導リング（熱伝導材）
９を含有するろう材（接合材）４によってダイボンディ
ング基板２の主面上に溶融固着されている点である。

すなわち、高熱伝導リング９は、実施例１と同様にろう
材と反応しない金属、またはろう材と反応し難い金属な
どの高熱伝導材料３ａから形成される場合には単体構造
とされ、一方絶縁材料またはろう材と反応し易い高熱伝
導材料３ａから形成される場合には、メッキコートした
被覆構造のものが用いられる。

そして、たとえば第５図（ａ）に示すような多角形、ま
たは第５図（ｂ）のように円形のリング状に形成され、
断面が多角形に形成されている。また、高熱伝導リング
９の高さは、ダイボンディング後のろう材４による接合
層８の厚さに合わせた所望の高さに形成されている。

従って、本実施例の半導体集積回路装置によれば、実施
例１と同様にろう材４による接合層８を所望の厚さ、す
なわち熱伝導材である高熱伝導リング９の高さに均一化
することができ、接合層８の高熱伝導化を図ることがで
きる。これにより、半導体チップ１の放熱性が接合面に
おいて均一化され、放熱性の向上が可能とされる半導体
集積回路装置を得ることができる。

［実施例３］ 第７図は本発明のさらに他の実施例である半導体集積回
路装置の要部を示す断面図である。

本実施例の半導体集積回路装置は、第７図に示すように
半導体チップ１がダイボンディング基板２に実装される
半導体集積回路装置とされ、実施例１および２との相違
点はろう材（接合材）４に高熱伝導材料３ａを含有する
ことなく、ダイボンディング基板２の表面に突起部２ａ
が形成されて半導体チップ１の背面が溶融固着されてい
る点である。

すなわち、ダイボンディング基板２は、その表面に第７
図に示すように複数の突起部２ａが形成され、この突起
部２ａがダイボンディング後のろう材４による接合層８
の厚さに合わせた所望の高さに形成されている。

従って、本実施例の半導体集積回路装置によれば、実施
例１および２と同様にろう材４による接合層８を所望の
厚さ、すなわちダイボンディング基板２の突起部２ａの
高さに均一化することができ、接合層８の高熱伝導化を
図ることができる。

これにより、半導体チップ１の放熱性が接合面において
均一化され、放熱性の向上が可能とされる半導体集積回
路装置を得ることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例１〜３に
基づき具体的に説明したが、本発明は前記各実施例に限
定されるものではな《、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、実施例１の半導体集積回路装置については、
ろう材４に含有される高熱伝導ボール３が球形である場
合について説明したが、本発胡は前記実施例１に限定さ
れるものではなく、たとえば八面体などの多面体に形成
された高熱伝導ボール３についても広く適用可能とされ
、その大きさはダイボンディング後の接合層８の厚さに
合わせた所望の高さに形成されればよい。

また、実施例２における高熱伝導リング９についても、
断面が多角形である場合に限定されず、たとえば円形で
もよく、またリング形状にスリット加工したものでもよ
い。

さらに、実施例３のダイボンディング基板２の突起部２
ａについても、第７図に示すような半楕球に限定されず
、たとえば半球または多面体でもよい。

［発明の効果］ 本願において開示される発明のうち、代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりで
ある。

（１）．半導体チップが接合材を介してダイボンディン
グ基板に実装される半導体集積回路装置において、接合
材中に高熱伝導材料から形成される複数の熱伝導材が含
有されることにより、ダイボンディング部の高熱伝導化
が可能とされるので、半導体集積回路装置の放熱効率の
向上を図ることができる。

（２），熱伝導材の形状を、直径が均一な球形状または
同心円リング状、あるいは高さが均一な多面体形状また
は多角形リング状に形成したり、また素材を金属、ダイ
ヤモンド、セラミックまたはこれらの複合体から形成し
、熱伝導材の直径または高さを、ダイボンディング後の
接合材厚にほぼ等しくなるように形成することにより、
ダイボンディング部の接合材厚が均一化され、高精度化
構造を得ることができるので、半導体集積回路装置の放
熱性の均一化を図ることができる。

（３）．半導体集積回路装置に用いられるプリフォーム
接合材において、熱伝導材が、単導体チップとダイボン
ディング基板との接合面に均一に含有されて形成される
ことにより、ダイボンディングエ程が容易とされると同
時に、完成された半導体集積回路装置における放熱性の
均一化が可能である。

（４）．前記（１）〜（３）により、放熱性の均一化お
よび高集積化が可能とされ、これらに起因する消費電力
密度の増大に対応できる半導体集積回路装置およびそれ
に用いられるプリフォーム接合材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１である半導体集積回路装置の
要部を示す断面図、 第２図（ａ）およびら）は実施例１の半導体集積回路装
置に用いられる熱伝導材を示す断面図、第３図は実施例
１の半導体集積回路装冒に最適なプリフォーム接合材を
示す断面図、 第４図は本発明の実施例２である半導体集積回路装置の
要部を示す断面図、 第５図（ａ）およびら）は実施例２の半導体集積回路装
置に用いられる熱伝導材を示す斜視図、第６図は実施例
２の半導体集積回路装置に最適なプリフォーム接合材を
示す断面図、 第７図は本発明の実施例３である半導体集積回路装置の
要部を示す断面図である。 １・・・半導体チップ、２・・・ダイボンディング基板
、２ａ・・・突起部、３・・・高熱伝導ボール（熱伝導
材）、３ａ・・・高熱伝導材料、３ｂ・・・バリアメタ
ル層、４・・・ろう材（接合材）、５．６・・・メタラ
イズ層、７・・・プリフォームろう材 （プリフォーム接合材） ８ ・接合層、 ９ ・高熱伝導リング （熱伝導材 ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体チップが接合材を介してダイボンディング基
   板に実装される半導体集積回路装置であって、前記接合
   材中に高熱伝導材料から形成される複数の熱伝導材が含
   有されることを特徴とする半導体集積回路装置。 ２、前記熱伝導材が、直径が均一な球形状または同心円
   リング状、あるいは高さが均一な多面体形状または多角
   形リング状に形成されることを特徴とする請求項１記載
   の半導体集積回路装置。 ３、前記熱伝導材が、金属、ダイヤモンド、セラミック
   またはこれらの複合体から形成されることを特徴とする
   請求項１記載の半導体集積回路装置。 ４、前記熱伝導材の直径または高さが、ダイボンディン
   グ後の接合材厚にほぼ等しく形成されることを特徴とす
   る請求項１記載の半導体集積回路装置。 ５、前記熱伝導材が、前記半導体チップと前記ダイボン
   ディング基板との接合面に均一に含有されることを特徴
   とする請求項１、２、３または４記載の半導体集積回路
   装置に用いられるプリフォーム接合材。