JPH0574776A

JPH0574776A - 半導体装置の実装構造

Info

Publication number: JPH0574776A
Application number: JP23444691A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Tsukamoto; 研一塚本; Koji Fukumoto; 康治福本; Masayasu Oizumi; 正恭大泉; Norikatsu Asari; 典克浅利; Hiroshi Ichikawa; 浩市川
Original assignee: Hitachi ULSI Engineering Corp; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Solutions Technology Ltd
Priority date: 1991-09-13
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1993-03-26

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体チップの実装構造を構成簡単にして、
製造、組立工程を削減し歩留りの向上、生産コストを低
下させることができ、しかも信頼性が高く、小型化が図
られた実装構造とする。【構成】半導体（Ｓｉ）チップ１の上面１Ａ、並び
に、該チップの下面１Ｂ及び側面１Ｃにチップ１と同一
の元素（Ｓｉ）を含有する酸化シリコン（又は窒化シリ
コン）から成る被覆部３が形成されると共にチップ上面
１Ａ側に形成された被覆部３Ａの所定位置に半導体チッ
プの電極１１に対応して挿通孔３ａが設けられ、この挿
通孔３ａにハンダバンプ２が装着されて半導体装置１０
の引出し電極が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体技術さらには半導
体の実装技術に適用して特に有効な技術に関し、例えば
ワイヤレスボンディング方式の実装技術に利用して有用
な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体チップを実装する技術が種
々提案されている（例えば最新図解半導体ガイド誠文堂
新光社、昭和５９年６月１２日版９３頁）。特に処理速
度の高速化のために大きな電圧が印加されて半導体チッ
プが高温に熱せられるＬＳＩを実装するに当たっては、
図８に示すようなワイヤレスボンディング方式による実
装構造が一般に利用されている。具体的には、上記実装
構造では、パッケージ本体８０は例えばセラミックにて
形成され、その内部にタングステン，ポリシド薄膜，銅
等によって配線構造が形成されている。そして、半導体
チップ７１のパッド７２，７２…は、ハンダバンプ７
３，７３…にて、パッケージ８０の配線構造の電極８
１，８１…に一旦接続され、更にパッケージ８０の内部
配線構造、電極８２，８２…を介してハンダバンプ８
３，８３…によってパッケージ外部に引出されている。
このように引き出された配線構造は、該半導体装置７０
が搭載される配線基板９０側の電極９１に接触され、加
熱することで溶着されるようになっている（図８）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記実
装構造は上述のように、半導体チップを搭載するパッケ
ージに、半導体チップと配線基板とを接続するための配
線構造を形成しておく必要があり、構造が複雑で、しか
も製造、組立工程が多くなって歩留りの低下、コスト高
を招来する。

【０００４】又、上記従来の実装構造は、パッケージ８
０が通常セラミックにて形成されるが、該セラミック製
パッケージと半導体チップ７０の熱膨張係数が異なるた
め、ＬＳＩの動作のオン／オフに伴う半導体チップの加
熱によって、チップ７０とパッケージ８０の接合部（ハ
ンダバンプ７３，７３…部分）に熱ひずみが生じ、この
部分で疲労破壊が生じる。このような実装構造内での接
合部の疲労破壊は、半導体装置全体としての信頼性を低
下させる。

【０００５】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、構成簡単な構造でしかも信頼性の高く、小型化が
図られた半導体装置の実装構造を提供することを目的と
する。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な
特徴については、本明細書の記述および添附図面から明
らかになるであろう。

【０００６】

【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説明すれば、下記のと
おりである。すなわち、本願の請求項１記載の実装構造
は、活性化領域が形成された半導体チップの上面、並び
に、該チップの下面及び側面に半導体チップと同一の元
素を含有する化合物から成るパッケージ被覆部が形成さ
れると共にチップ上面に形成された被覆部の所定位置に
半導体チップの電極に対応して挿通孔が設けられ、この
挿通孔にハンダバンプが装着されて引出し電極が形成さ
れている。又、請求項２に記載の実装構造は、活性化領
域が形成された半導体チップの上面及び該チップの側面
に半導体チップと同一の元素を含有する化合物から成る
パッケージ被覆部が形成され、その下面に金属薄板が形
成されると共に、上記チップ上面に形成された被覆部の
所定位置に半導体チップの電極に対応して挿通孔が設け
られ、この挿通孔にハンダバンプが装着されて引出し電
極が形成されている。又、請求項３に記載の実装構造
は、活性化領域が形成された半導体チップの上面並び
に、該チップの下面及び側面にプラスチック製被覆部が
形成されると共にチップ上面に形成されたプラスチック
製被覆部の所定位置に半導体チップの電極に対応して挿
通孔が設けられ、この挿通孔にハンダバンプが装着され
て引出し電極が形成されている。

【０００７】

【作用】上記した請求項１に記載の手段によれば、半導
体チップの上面、下面及び側面に、チップ（Ｓｉ）と同
一材料（例えばＳｉＯ2）の被覆部を形成するだけで、
パッケージとすることができ、半導体チップから外部の
配線基板への配線構造も、上記被覆部に設けられた挿通
孔にハンダバンプを挿入するだけで極めて簡便に構成さ
れる。又、請求項２記載の手段によれば、半導体チップ
の上面及び側面にチップと同一材料（例えばシリコン）
の被覆部を形成し、更にチップの下面に金属薄板を形成
するだけでパッケージとすることができ、上記手段と同
様に配線構造が極めて簡便な構成となり、しかも上記金
属薄板に放熱フィンを接着させるだけで優れた熱抵抗を
低減させる構造とすることができる。又、請求項３に記
載の手段によれば、半導体チップ全面にプラスチックを
塗布してこれに電極用の挿通孔を設け、これにハンダバ
ンプを挿入するだけで極めて簡便でしかも廉価なパッケ
ージ構造が得られる。

【０００８】

【実施例】（第１実施例）以下、本発明が適用された半
導体装置の第１の実施例を図１〜図３を参照して説明す
る。図１は、本発明の実装構造が用いられた半導体装置
１０の縦断面図、図２は該半導体装置１０に形成された
バンプ構造を示す要部拡大図である。ここで図１，図２
は半導体装置１０の上下を逆にして配線基板（プリント
基板）９０に搭載した状態を示している。

【０００９】図１に示すように本実施例の実装構造は、
シリコン（Ｓｉ）チップ１の電極１１，１１…と接続さ
れるハンダバンプ２，２…及び被覆部３によって構成さ
れている。このうち被覆部３はＳｉチップ１の上面１
Ａ、下面１Ｂ及びその側面１Ｃを全面に亘って覆うもの
で、厚さ５００μｍ程度の耐水性に優れたシリコン化合
物（例えばＳｉＯ2）によって形成されている。

【００１０】上述の実装構造が採られた半導体装置１０
は、Ｓｉチップ１の上面、即ち活性化領域（図示省略）
が形成されたチップ表面１Ａ（図中下側の面）側に、バ
ンプ構造（図２）が形成されている。ハンダバンプ２
は、同図に示すように、Ｓｉチップ１の上面１Ａの被覆
部３Ａに刻設されたの窓部３ａに挿着され、その下端部
は、Ｓｉチップ１の電極１１に、金属薄膜（Ｐｂ−Ｓ
ｎ）１２を介して接続されている。ここでＳｉチップ
１、被覆部３の厚さは共に５００μｍ程度に形成されて
半導体装置１０の機械的強度が保たれている。尚、、金
属薄膜１ｂの膜厚は２〜３μｍ程度である。

【００１１】このように形成された半導体装置１０は、
上記ハンダバンプ２が該半導体装置１０が搭載される配
線基板９０側の電極パッド９１，９１…と相対応するよ
うに位置合わせが行われる。そして、この状態で熱処理
炉を通されることによって半導体装置１０と配線基板９
０とのボンディングが行われる。このように本実施例の
実装構造は、半導体チップ１に直接被覆部たる酸化シリ
コンが形成されているために、従前必要であった、パッ
ケージ用のプラスチックモールド等を必要とせずにパッ
ケージの小型化が達成されしかも、気密性、耐水性、耐
圧性に優れている。かかる実装構造は高密度実装構造に
有効である。また、構造が簡便であるため、製造工程も
少なく生産コストも大幅に低減される。

【００１２】ところで、上述のように被覆部３をシリコ
ン化合物（ＳｉＯ2）によって形成するのは、この材質
がＳｉの熱膨張係数と略等しく、従ってＬＳＩの高速動
作処理に伴って、該Ｓｉチップ１が発熱膨張した場合で
あっても、Ｓｉチップ１本体と、これを覆う被覆部３と
の間に熱ひずみが生じる可能性が、他の素材を用いたと
きと比べて著しく低いからである。従って、Ｓｉチップ
１の加熱によって、該チップ１と被覆部３更にはハンダ
バンプ２との間の配線構造に、熱ひずみによる翦断応力
が生じることがなく、耐熱性に優れた実装構造が達成さ
れる。尚、半導体装置１０を、伸縮性に富んだプラスチ
ック製の配線基板９０に搭載するときには、半導体装置
１０の電極と配線基板９０の電極との間には従来の実装
構造においてチップとセラミックパッケージとの間に生
じていたような熱ひずみが生じることはない。

【００１３】図３は、Ｓｉチップ１に被覆部３を形成す
る手法の一例を示す説明図である。被覆部３を形成する
にあたってはダイシングが行われた後のＳｉチップ１，
１…を台座部（台座シール）に乗せ、等方性のＣＶＤに
りるＳｉＯ2を堆積させる。この場合、先ず台座シール
との接合面以外の全面に（図示例では、上面１Ａ及び側
面１Ｃ）に、所定幅（厚さ約５００μｍ）の被覆部３が
形成される。そして、その後、半導体装置１０を台座シ
ールより一旦外して１個１個分断した後、これを上面１
Ａを下にして半導体装置１０を再び台座部に載せ、これ
に対しＣＶＤを行う。このような作業によって、Ｓｉチ
ップ１の全面にＳｉＯ2から成る被覆部３が形成され
る。

【００１４】このように形成された被覆部３のうち半導
体装置１０の上面側（Ｓｉチップの表面１Ａ側）の被覆
部３Ａ（図１では下側）には、ハンダボール２を挿着す
るための窓部３ａが、例えばマスクパターンを用いたド
ライエッチングにより設けられる。この窓部３ａの形成
に用いられるマスクパターンは、Ｓｉチップ表面１Ａに
形成された電極１１の配置パターンに対応させて作成さ
れる。

【００１５】（第２実施例）図４は、Ｓｉチップ２１の
上面２１Ａ及び側面２１Ｃを、上述の第１の実施例と同
一素材（ＳｉＯ2）の被覆部２３で覆い、他の一面（下
面２１Ｂ）を金属薄板（Ａｕ）２４で覆った第２実施例
の実装構造を示す断面図である。尚、図４は半導体装置
２０の上・下を逆にして配線基板９０に搭載した状態を
示している。

【００１６】この実装構造では、Ｓｉチップの下面２１
Ｂに形成された金属薄板２４は、５μｍ程度の膜厚で、
該下面２１Ｂを気密にして耐水構造を達成している。こ
のように５μｍ程度で、十分な耐水性が達成できるの
は、Ｓｉチップ２１の下面２１Ｂが平坦となっていて、
金属薄板２４との高い密着性が得られるからである。
尚、Ｓｉチップ２１の下面２１Ｂに金属薄板（Ａｕ）２
４を形成するにあたっては、蒸着スパッタリング等が用
いられる。尚、耐圧性に関しては、Ｓｉチップの上面２
１Ａに形成される被覆部２３Ａの厚さを厚く（５００μ
ｍ程度）することによって十分達成される。仮に、耐圧
性をより一層向上させるのであれば、図５に示す半導体
装置３０のように、Ｓｉチップ３１自体の厚さを、通常
の厚さ（５００μｍ程度）より厚くすれば良い（例えば
１０００μｍ程度）。

【００１７】又、上述の金属薄板２４を接地させたり、
或はバイアス電圧を掛けることによって、容易に半導体
チップ２１の接地或はバイアス電圧の印加を行うことが
できる。

【００１８】図６は、上記第２実施例で示した構造の半
導体装置の下面４１Ｂ側の被覆部を形成する金属薄膜４
４（図では上側）に放熱フィン（金属（Ａｌ）フィン）
４５を接着させた半導体装置の変形例を示すものであ
る。この変形例の半導体装置４０は、Ｓｉチップ４１の
下面（活性化領域が形成された面の反対側の面）４１Ｂ
に熱伝導性の高い金属薄板（Ａｕ）４４が接続されて被
覆部の下側面を形成しているため、この金属板４４に放
熱フィン４５を直接ハンダ付けすることで、構成簡単で
しかも熱抵抗が低減された冷却効率の良い半導体装置の
冷却構造が得られる。又、かかる構造は従前のものに比
して部品点数、製造工程も少なく、生産コストも大幅に
低減される。

【００１９】（第３実施例）図７は、Ｓｉチップ５１の
上面５１Ａ，下面５１Ｂ及び側面５１Ｃをプラスチック
製の被覆部５３にて覆った第３実施例の実装構造を示す
断面図である（図７は半導体装置５０の上下を逆にして
配線基板９０に搭載した状態を示している）。このよう
な実装構造を形成するに当たっては、ダイシングされた
Ｓｉチップ５１全面にプラスチックの溶剤を塗布し、そ
の後、Ｓｉチップ５１の電極５４，５４…に対応する位
置にエッチングによって接続孔５５，５５…を開け、こ
れにハンダバンプ５２，５２…を挿着すれば良い。この
ようにＳｉチップ５１全面にプラスチックを塗布すると
云う極めて簡便なプロセスで半導体チップの実装構造が
達成されるので生産コストが低減され、しかも製造工程
の簡略化、部品点数の現象により歩留りが向上する。

【００２０】尚、このようにプラスチックにて被覆部５
３を形成した場合、プラスチックが熱変化に応じて伸縮
し易いため、温度サイクルが生じた場合であっても半導
体チップとプラスチック製被覆部５３との間には、従来
の実装構造においてチップとセラミックパッケージとの
間に生じていたような熱ひずみが生じることはない。

【００２１】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
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。例えば、被
覆部を形成するに当たっては、シリコン酸化膜に限ら
ず、例えばＳｉ3Ｎ4等、他のシリコン化合物を用いても
よい。又、Ｓｉチップの下面に密着される金属薄板は、
金（Ａｕ）薄板に限らず他の金属の薄板を形成するよう
にしてもよい。

【００２２】

【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。すなわち、構成簡単な実装構造にて、
温度サイクルに起因して発生する熱ひずみによる配線構
造の接合部の疲労破壊をなくして、熱抵抗が低減された
信頼性の高い実装構造を達成することができる。また、
本発明の実装構造は部品点数が少ないため故障率も低減
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体チップの上面、下面及び側面を酸化シリ
コンから成る被覆部にて覆った第１実施例の実装構造を
示す半導体装置１０の縦断面図である。

【図２】半導体装置１０に形成されたバンプ構造を示す
要部拡大断面図である。

【図３】被覆部３の形成方法を示す断面図である。

【図４】半導体チップの上面及び側面を酸化シリコンで
覆い、下面を金属薄板で覆った第２実施例の実装構造を
示す半導体装置２０の縦断面図である。

【図５】半導体チップ自体の厚さを、通常の厚さより厚
くして耐圧性をより一層向上させた変形例を示す半導体
装置３０の縦断面図である。

【図６】半導体チップの下面に形成された金属薄板に放
熱フィンを接着させた変形例を示す半導体装置４０の縦
断面図である。

【図７】半導体チップの上面、下面及び側面をプラスチ
ックで覆った第３実施例にの実装構造を示す半導体装置
５０の縦断面図である。

【図８】セラミック製のパッケージを用いた従来の半導
体チップの実装構造を示す半導体装置８０の縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１，２１，５１半導体チップ（Ｓｉチップ）１Ａ，２１Ａ，５１Ａ半導体チップ上面１Ｂ，２１Ｂ，５１Ｂ半導体チップ下面１Ｃ，２１Ｃ，５１Ｃ半導体チップ側面２，２２，５２ハンダバンプ３，２３，５３被覆部３ａ挿通孔１０，２０，５０半導体装置１１チップの電極２４金属薄板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 23/29 23/31 8617−4ＭＨ０１Ｌ 23/30 Ｚ (72)発明者福本康治東京都小平市上水本町５丁目20番１号日立超エル・エス・アイ・エンジニアリング株式会社内 (72)発明者大泉正恭東京都小平市上水本町５丁目20番１号日立超エル・エス・アイ・エンジニアリング株式会社内 (72)発明者浅利典克東京都小平市上水本町５丁目20番１号日立超エル・エス・アイ・エンジニアリング株式会社内 (72)発明者市川浩東京都小平市上水本町５丁目20番１号日立超エル・エス・アイ・エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性化領域が形成された半導体チップの
上面、並びに、該チップの下面及び側面に半導体チップ
と同一の元素を含有する化合物から成るパッケージ被覆
部が形成されると共にチップ上面に形成された被覆部の
所定位置に半導体チップの電極に対応して挿通孔が設け
られ、この挿通孔にハンダバンプが装着されて引出し電
極が形成されていることを特徴とする半導体装置の実装
構造。
【請求項２】活性化領域が形成された半導体チップの
上面及び該チップの側面に半導体チップと同一の元素を
含有する化合物から成るパッケージ被覆部が形成され、
その下面に金属薄板が形成されると共に、上記チップ上
面に形成された被覆部の所定位置に半導体チップの電極
に対応して挿通孔が設けられ、この挿通孔にハンダバン
プが装着されて引出し電極が形成されていることを特徴
とする半導体装置の実装構造。
【請求項３】活性化領域が形成された半導体チップの
上面並びに、該チップの下面及び側面にプラスチック製
被覆部が形成されると共にチップ上面に形成されたプラ
スチック製被覆部の所定位置に半導体チップの電極に対
応して挿通孔が設けられ、この挿通孔にハンダバンプが
装着されて引出し電極が形成されていることを特徴とす
る半導体装置の実装構造。