JPH11148068A - 異方性応力緩衝体及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents
異方性応力緩衝体及びそれを用いた半導体装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 2つの部材を接合する際の熱膨張係数差等に
起因する応力を逃がすと共に、所定の方向には適正な剛
性を備えること。 【解決手段】 厚さ方向への圧縮応力に対しては所定以
上の高いヤング率を示す高弾性係数体15的な特性を有
し、前記厚さ方向と交差する平面方向への引張り応力及
びずり応力に対しては、前記厚さ方向の特性に比べて低
いヤング率を示す低弾性係数体14的な特性を有する。
起因する応力を逃がすと共に、所定の方向には適正な剛
性を備えること。 【解決手段】 厚さ方向への圧縮応力に対しては所定以
上の高いヤング率を示す高弾性係数体15的な特性を有
し、前記厚さ方向と交差する平面方向への引張り応力及
びずり応力に対しては、前記厚さ方向の特性に比べて低
いヤング率を示す低弾性係数体14的な特性を有する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は異方性応力緩衝体及
びそれを用いた半導体装置に関する。
びそれを用いた半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】熱膨張係数の異なる材質から成る二つの
部材を結合する場合、或いは結合された二つの部材のう
ち一方のみがより加熱される場合、その熱膨張の差によ
って生じる応力を逃がすためには、弾性係数の小さい柔
らかい材料である低弾性係数体を応力緩衝体として介在
させることが一般的になされている。
部材を結合する場合、或いは結合された二つの部材のう
ち一方のみがより加熱される場合、その熱膨張の差によ
って生じる応力を逃がすためには、弾性係数の小さい柔
らかい材料である低弾性係数体を応力緩衝体として介在
させることが一般的になされている。
【0003】例えば、半導体装置を実装基板に搭載する
際に、半導体装置と実装基板の配線との電気的接続を適
切に行うためには、前記低弾性係数体(応力緩衝体)を
介在させている。その典型例として、半導体チップと略
同サイズに形成されたチップサイズ(チップスケール)
の半導体装置を、実装基板へ接続(表面実装)する場合
があり、半導体装置側に設けられた応力緩衝体によって
熱膨張による応力を吸収している。このようなチップサ
イズの半導体装置では、通常の半導体装置に比べてより
ベアチップに近い状態に形成されており、高密度実装を
行うことができる反面、半導体チップ自体の発熱等に起
因する熱膨張による応力が、より直接的に作用すること
になり、その応力を主に水平方向へ逃がす応力緩衝体は
必要不可欠な構成要素となっている。
際に、半導体装置と実装基板の配線との電気的接続を適
切に行うためには、前記低弾性係数体(応力緩衝体)を
介在させている。その典型例として、半導体チップと略
同サイズに形成されたチップサイズ(チップスケール)
の半導体装置を、実装基板へ接続(表面実装)する場合
があり、半導体装置側に設けられた応力緩衝体によって
熱膨張による応力を吸収している。このようなチップサ
イズの半導体装置では、通常の半導体装置に比べてより
ベアチップに近い状態に形成されており、高密度実装を
行うことができる反面、半導体チップ自体の発熱等に起
因する熱膨張による応力が、より直接的に作用すること
になり、その応力を主に水平方向へ逃がす応力緩衝体は
必要不可欠な構成要素となっている。
【0004】図6は、上記チップサイズの半導体装置の
一例(背景技術)を示す断面図である。10は半導体チ
ップであり、この半導体チップ10の電極端子12の形
成面10a側に、その電極端子12を覆うことなく絶縁
部材20が接着されている。絶縁部材20は、応力緩衝
体であるエラストマー22を主層として接着材24を介
して半導体チップ10に積層・接合されている。30は
配線パターンであり、一端が外部接続端子の接合される
端子部であるランド部32として形成され、他端が導体
層であるリード部34として形成されている。この配線
パターン30は、絶縁フィルム36によって支持されて
おり、この配線パターン30と絶縁性フィルム36によ
ってテープ基板38が構成されている。なお、35は接
着剤であり、配線パターン30を絶縁性フィルム36に
接着している。テープ基板38はランド部32側が絶縁
部材20の上に接着されており、リード部34が電極端
子12にボンディングによって接続されている。90は
樹脂封止部であり、リード部34がボンディングされた
後、リード部34及び電極端子12の露出部分を封止し
ている。また、外部接続端子は、例えば、はんだボール
40であり、ランド部32に接続されている。
一例(背景技術)を示す断面図である。10は半導体チ
ップであり、この半導体チップ10の電極端子12の形
成面10a側に、その電極端子12を覆うことなく絶縁
部材20が接着されている。絶縁部材20は、応力緩衝
体であるエラストマー22を主層として接着材24を介
して半導体チップ10に積層・接合されている。30は
配線パターンであり、一端が外部接続端子の接合される
端子部であるランド部32として形成され、他端が導体
層であるリード部34として形成されている。この配線
パターン30は、絶縁フィルム36によって支持されて
おり、この配線パターン30と絶縁性フィルム36によ
ってテープ基板38が構成されている。なお、35は接
着剤であり、配線パターン30を絶縁性フィルム36に
接着している。テープ基板38はランド部32側が絶縁
部材20の上に接着されており、リード部34が電極端
子12にボンディングによって接続されている。90は
樹脂封止部であり、リード部34がボンディングされた
後、リード部34及び電極端子12の露出部分を封止し
ている。また、外部接続端子は、例えば、はんだボール
40であり、ランド部32に接続されている。
【0005】また、応力緩衝体は、上記のようなチップ
サイズの半導体装置を実装基板に搭載する際に限らず、
通常の半導体パッケージに半導体チップが搭載されて成
る半導体装置を、実装基板に搭載する際に、その電気的
接続の信頼性を向上させるためにも有効に利用できる。
サイズの半導体装置を実装基板に搭載する際に限らず、
通常の半導体パッケージに半導体チップが搭載されて成
る半導体装置を、実装基板に搭載する際に、その電気的
接続の信頼性を向上させるためにも有効に利用できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、2つの
部材を接合する際の熱膨張係数差等に起因する応力の問
題を解決するためには、弾性係数の小さい柔軟性のある
材料(低弾性係数体)から成る応力緩衝体によって応力
を緩和すればよい。しかしながら、その応力緩衝体では
弾性係数が小さいため、全方向について柔らかく適正な
剛性(硬さ)を得られないという課題がある。一方、利
用分野によっては、一方向については低弾性係数体的な
性質を要し、他方向については弾性係数が大きくて硬い
高弾性係数体的な性質を要する場合がある。例えば、上
記のような半導体装置の分野において、実装基板へ搭載
するためには、その実装基板の搭載面に平行な平面方向
については応力緩衝体としての低弾性係数体的な性質を
要し、その搭載面方向に直交する方向(応力緩衝体の厚
さ方向)については所定の剛性(所定以上の高いヤング
率)を必要とする場合がある。応力緩衝体の厚さ方向に
所定の剛性を有すれば、ワイヤボンディングによって、
半導体チップと半導体装置とのワイヤによる電気的接続
が可能になる。従来の応力緩衝体では、全方向に弾性係
数が小さいため、その応力緩衝体の表面に形成された配
線部にワイヤボンディングを行うことは困難であった。
すなわち、ワイヤボンディングでは、熱、超音波と共に
所定の荷重をかけることによって接合がなされるが、応
力緩衝体がクッションとして作用し、その荷重がかけら
れないためである。なお、ワイヤボンディングのワイヤ
による電気的な接続は、実績があって信頼性が高く、他
の方法に比較しても特性劣化や高コスト化を抑制でき、
接続構造も単純化できるため高密度化(微細化)又は短
製造工程の要請にも対応できる。
部材を接合する際の熱膨張係数差等に起因する応力の問
題を解決するためには、弾性係数の小さい柔軟性のある
材料(低弾性係数体)から成る応力緩衝体によって応力
を緩和すればよい。しかしながら、その応力緩衝体では
弾性係数が小さいため、全方向について柔らかく適正な
剛性(硬さ)を得られないという課題がある。一方、利
用分野によっては、一方向については低弾性係数体的な
性質を要し、他方向については弾性係数が大きくて硬い
高弾性係数体的な性質を要する場合がある。例えば、上
記のような半導体装置の分野において、実装基板へ搭載
するためには、その実装基板の搭載面に平行な平面方向
については応力緩衝体としての低弾性係数体的な性質を
要し、その搭載面方向に直交する方向(応力緩衝体の厚
さ方向)については所定の剛性(所定以上の高いヤング
率)を必要とする場合がある。応力緩衝体の厚さ方向に
所定の剛性を有すれば、ワイヤボンディングによって、
半導体チップと半導体装置とのワイヤによる電気的接続
が可能になる。従来の応力緩衝体では、全方向に弾性係
数が小さいため、その応力緩衝体の表面に形成された配
線部にワイヤボンディングを行うことは困難であった。
すなわち、ワイヤボンディングでは、熱、超音波と共に
所定の荷重をかけることによって接合がなされるが、応
力緩衝体がクッションとして作用し、その荷重がかけら
れないためである。なお、ワイヤボンディングのワイヤ
による電気的な接続は、実績があって信頼性が高く、他
の方法に比較しても特性劣化や高コスト化を抑制でき、
接続構造も単純化できるため高密度化(微細化)又は短
製造工程の要請にも対応できる。
【0007】そこで、本発明の目的は、2つの部材を接
合する際の熱膨張係数差等に起因する応力を逃がすと共
に、所定の方向には適正な剛性を備える異方性応力緩衝
体を提供することにある。
合する際の熱膨張係数差等に起因する応力を逃がすと共
に、所定の方向には適正な剛性を備える異方性応力緩衝
体を提供することにある。
【0008】本発明は、上記目的を達成するために次の
構成を備える。すなわち、本発明にかかる異方性応力緩
衝体は、厚さ方向への圧縮応力に対しては所定以上の高
いヤング率を示す高弾性係数体的な特性を有し、前記厚
さ方向と交差する平面方向への引張り応力及びずり応力
に対しては、前記厚さ方向の特性に比べて低いヤング率
を示す低弾性係数体的な特性を有することを特徴とす
る。
構成を備える。すなわち、本発明にかかる異方性応力緩
衝体は、厚さ方向への圧縮応力に対しては所定以上の高
いヤング率を示す高弾性係数体的な特性を有し、前記厚
さ方向と交差する平面方向への引張り応力及びずり応力
に対しては、前記厚さ方向の特性に比べて低いヤング率
を示す低弾性係数体的な特性を有することを特徴とす
る。
【0009】また、前記異方性応力緩衝体が、接着性を
有し、他と接合後に前記の各特性を生じることで、種々
の用途に容易且つ好適に適用できる。
有し、他と接合後に前記の各特性を生じることで、種々
の用途に容易且つ好適に適用できる。
【0010】また、複数の柱状の高弾性係数体が、シー
ト状の低弾性係数体の中に該低弾性係数体の厚さ方向に
貫通した状態に設けられると共に、該複数の高弾性係数
体が、低弾性係数体の平面方向に分散されて成ること
で、前記異方性応力緩衝体を好適に構成できる。また、
高弾性係数体の粒子が、低弾性係数体の中に分散されて
成ることでも、前記異方性応力緩衝体を好適に構成でき
る。
ト状の低弾性係数体の中に該低弾性係数体の厚さ方向に
貫通した状態に設けられると共に、該複数の高弾性係数
体が、低弾性係数体の平面方向に分散されて成ること
で、前記異方性応力緩衝体を好適に構成できる。また、
高弾性係数体の粒子が、低弾性係数体の中に分散されて
成ることでも、前記異方性応力緩衝体を好適に構成でき
る。
【0011】また、前記低弾性係数体は、単体で20°
C以上100°C以下におけるヤング率が100KPa
以上10MPa以下であることで、応力緩衝体として好
適に利用できる。
C以上100°C以下におけるヤング率が100KPa
以上10MPa以下であることで、応力緩衝体として好
適に利用できる。
【0012】また、前記高弾性係数体の粒子が、球状粒
子であることで、所望の性質の前記異方性応力緩衝体を
好適に構成できる。さらに、前記高弾性係数体の粒子
が、平板状粒子であることでも、所望の性質の前記異方
性応力緩衝体を好適に構成できる。
子であることで、所望の性質の前記異方性応力緩衝体を
好適に構成できる。さらに、前記高弾性係数体の粒子
が、平板状粒子であることでも、所望の性質の前記異方
性応力緩衝体を好適に構成できる。
【0013】また、本発明は、前記異方性応力緩衝体の
一面が、半導体チップの電極端子が形成された面側に接
合され、該異方性応力緩衝体の他面に形成された配線部
と前記半導体チップの電極端子とがワイヤを介して電気
的に接続されていることを特徴とする半導体装置にもあ
る。
一面が、半導体チップの電極端子が形成された面側に接
合され、該異方性応力緩衝体の他面に形成された配線部
と前記半導体チップの電極端子とがワイヤを介して電気
的に接続されていることを特徴とする半導体装置にもあ
る。
【0014】また、前記異方性応力緩衝体の一面が、半
導体チップが該半導体チップの電極端子が形成された面
の反対面側で接合されて搭載されるパッケージ基体の表
面に接合され、該異方性応力緩衝体の他面に形成された
配線部と前記半導体チップの電極端子とがワイヤを介し
て電気的に接続されていることによっても、実装基盤に
好適に搭載できる半導体装置を好適に構成できる。
導体チップが該半導体チップの電極端子が形成された面
の反対面側で接合されて搭載されるパッケージ基体の表
面に接合され、該異方性応力緩衝体の他面に形成された
配線部と前記半導体チップの電極端子とがワイヤを介し
て電気的に接続されていることによっても、実装基盤に
好適に搭載できる半導体装置を好適に構成できる。
【0015】また、前記異方性応力緩衝体の厚さが、2
0μm以上200μm以下であることで、半導体パッケ
ージ設計上の許容できる接着層として好適に利用でき
る。を特徴とする請求項8又は9記載の半導体装置。
0μm以上200μm以下であることで、半導体パッケ
ージ設計上の許容できる接着層として好適に利用でき
る。を特徴とする請求項8又は9記載の半導体装置。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる好適な実施
の形態を添付図面と共に詳細に説明する。図1は本発明
による異方性応力緩衝体の一実施例を模式的に説明する
説明図である。図1(a)はその異方性応力緩衝体の斜
視図であり、図1(b)は厚さ方向に圧縮応力が作用す
る場合の断面図、また、図1(c)は平面方向のずり応
力に対する挙動を示す断面図である。なお、図1(b)
と図1(c)には、シート状の異方性応力緩衝体の両面
に、平面配線(配線部28)が形成された状態を示して
ある。この異方性応力緩衝体は、厚さ方向への圧縮応力
に対しては所定以上の高いヤング率を示す高弾性係数体
的な特性を有し、前記厚さ方向に交差する平面方向への
引張り応力及びずり応力に対しては、前記厚さ方向の特
性に比べて低いヤング率を示す低弾性係数体的な特性を
有するように構成されている。
の形態を添付図面と共に詳細に説明する。図1は本発明
による異方性応力緩衝体の一実施例を模式的に説明する
説明図である。図1(a)はその異方性応力緩衝体の斜
視図であり、図1(b)は厚さ方向に圧縮応力が作用す
る場合の断面図、また、図1(c)は平面方向のずり応
力に対する挙動を示す断面図である。なお、図1(b)
と図1(c)には、シート状の異方性応力緩衝体の両面
に、平面配線(配線部28)が形成された状態を示して
ある。この異方性応力緩衝体は、厚さ方向への圧縮応力
に対しては所定以上の高いヤング率を示す高弾性係数体
的な特性を有し、前記厚さ方向に交差する平面方向への
引張り応力及びずり応力に対しては、前記厚さ方向の特
性に比べて低いヤング率を示す低弾性係数体的な特性を
有するように構成されている。
【0017】すなわち、本実施例の異方性応力緩衝体で
は、図に明らかなように、複数の柱状の高弾性係数体1
5(低弾性係数体シート14よりヤング率が高い)が、
シート状に設けられた低弾性係数体である低弾性係数体
シート14の中に、その低弾性係数体シート14の厚さ
方向に貫通した状態に設けられると共に、その複数の高
弾性係数体15が、低弾性係数体シート14の平面方向
に分散していることで、好適に構成されている。従っ
て、低弾性係数体シート14は連続的に形成されている
のに対し、柱状の高弾性係数体15は平面的に不連続に
分布しているということができる。さらに、図1の実施
の形態では、低弾性係数体シート14中に、その厚さの
長さを有する柱状の高弾性係数体15が、低弾性係数体
シート14の厚さ方向に平行に立設され、平面方向へは
所定の間隔をおいて分布している。これにより、柱状の
高弾性係数体15が1つ以上含まれる接触面について、
前記厚さ方向(図1(b)の矢印G)からの圧縮的応力
に対しては、その柱状の高弾性係数体15の特性を反映
して高弾性係数体的に挙動する。これに対し、前記厚さ
方向に直交する平面方向からの引張り応力に対しては低
弾性係数のマトリックス部(低弾性係数体シート14)
の特性を反映して低弾性係数体的に挙動し、また、平面
方向(図1(c)の矢印F)のずり応力に対しても、こ
のマトリックスの特性と、柱状体(柱状の高弾性係数体
15)の傾斜を伴い、やはり低弾性係数体的に挙動する
(図1(c))。
は、図に明らかなように、複数の柱状の高弾性係数体1
5(低弾性係数体シート14よりヤング率が高い)が、
シート状に設けられた低弾性係数体である低弾性係数体
シート14の中に、その低弾性係数体シート14の厚さ
方向に貫通した状態に設けられると共に、その複数の高
弾性係数体15が、低弾性係数体シート14の平面方向
に分散していることで、好適に構成されている。従っ
て、低弾性係数体シート14は連続的に形成されている
のに対し、柱状の高弾性係数体15は平面的に不連続に
分布しているということができる。さらに、図1の実施
の形態では、低弾性係数体シート14中に、その厚さの
長さを有する柱状の高弾性係数体15が、低弾性係数体
シート14の厚さ方向に平行に立設され、平面方向へは
所定の間隔をおいて分布している。これにより、柱状の
高弾性係数体15が1つ以上含まれる接触面について、
前記厚さ方向(図1(b)の矢印G)からの圧縮的応力
に対しては、その柱状の高弾性係数体15の特性を反映
して高弾性係数体的に挙動する。これに対し、前記厚さ
方向に直交する平面方向からの引張り応力に対しては低
弾性係数のマトリックス部(低弾性係数体シート14)
の特性を反映して低弾性係数体的に挙動し、また、平面
方向(図1(c)の矢印F)のずり応力に対しても、こ
のマトリックスの特性と、柱状体(柱状の高弾性係数体
15)の傾斜を伴い、やはり低弾性係数体的に挙動する
(図1(c))。
【0018】なお、図面上には同一形状の多数の柱状の
高弾性係数体15が規則正しく分布しているが、本発明
では使用される仕様に応じて適宜設けられていればよ
い。すなわち、所定の部分範囲全体で所定の弾性係数体
的な特性を示すように構成されれば、高弾性係数体の形
状が揃っていたり、規則正しく分布することは要しな
い。すなわち、所定面積毎に所定範囲の同様な特性を有
すれば、高弾性係数体の形状や分布はランダムでもよ
い。また、前記異方性応力緩衝体が、接着性を有し、他
と接合後に前記の各特性を生じるようにすれば、別途接
着剤を要せず、種々の用途に容易且つ好適に適用でき
る。
高弾性係数体15が規則正しく分布しているが、本発明
では使用される仕様に応じて適宜設けられていればよ
い。すなわち、所定の部分範囲全体で所定の弾性係数体
的な特性を示すように構成されれば、高弾性係数体の形
状が揃っていたり、規則正しく分布することは要しな
い。すなわち、所定面積毎に所定範囲の同様な特性を有
すれば、高弾性係数体の形状や分布はランダムでもよ
い。また、前記異方性応力緩衝体が、接着性を有し、他
と接合後に前記の各特性を生じるようにすれば、別途接
着剤を要せず、種々の用途に容易且つ好適に適用でき
る。
【0019】このような構造からなる異方性応力緩衝体
は、例えば、以下のような方法で作製することができ
る。 (1)高弾性係数体シートにマスクを介して紫外波長領
域のエネルギービームを照射して連続的な特定部位の構
成分子間結合をある程度に切断し、それら領域の弾性係
数を下げる。 (2)ポリマー前駆体シートにマスクを介して特定波長
領域のエネルギービームを照射し、非連続的な特定部位
の重合度を他の部位より亢進させる。或いは、連続的な
特定部位の重合をある程度に阻害して本キュアする。 (3)高弾性係数体シートを支持体上に形成し、マスク
を介してエネルギービームを照射して連続的な特定部位
の構成物質を除去し、次いでその空隙部に低弾性係数体
を充填する。この際、高弾性係数体としては例えばポリ
イミドを用い、低弾性係数体としては例えばシリコーン
ゴムを用いればよい。
は、例えば、以下のような方法で作製することができ
る。 (1)高弾性係数体シートにマスクを介して紫外波長領
域のエネルギービームを照射して連続的な特定部位の構
成分子間結合をある程度に切断し、それら領域の弾性係
数を下げる。 (2)ポリマー前駆体シートにマスクを介して特定波長
領域のエネルギービームを照射し、非連続的な特定部位
の重合度を他の部位より亢進させる。或いは、連続的な
特定部位の重合をある程度に阻害して本キュアする。 (3)高弾性係数体シートを支持体上に形成し、マスク
を介してエネルギービームを照射して連続的な特定部位
の構成物質を除去し、次いでその空隙部に低弾性係数体
を充填する。この際、高弾性係数体としては例えばポリ
イミドを用い、低弾性係数体としては例えばシリコーン
ゴムを用いればよい。
【0020】次に、他の実施の形態について図2及び図
3に基づいて詳細に説明する。厚さ方向への圧縮応力に
対しては高弾性係数体的な特性を有し、前記厚さ方向に
交差する平面方向への引張り応力及びずり応力に対して
は低弾性係数体的な特性を有する異方性応力緩衝体は、
図2及び図3に示すように高弾性係数体の粒子16、1
8(低弾性係数体シート14よりヤング率が高い)を低
弾性係数体シート14中に分散した構成によって得るこ
とができる。高弾性係数体の粒子としては、球状粒子1
6(図2)或いは平板状粒子18(図3)を利用でき、
所望の性質の前記異方性応力緩衝体を好適に構成でき
る。 なお、高弾性係数体の粒子が分散される低弾性係
数体の材質としては、室温〜100°Cにおけるヤング
率が10MPa以下の樹脂が適しており、その樹脂とし
ては、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリオレフィ
ン樹脂、シアノエステル樹脂等を用いることができる。
3に基づいて詳細に説明する。厚さ方向への圧縮応力に
対しては高弾性係数体的な特性を有し、前記厚さ方向に
交差する平面方向への引張り応力及びずり応力に対して
は低弾性係数体的な特性を有する異方性応力緩衝体は、
図2及び図3に示すように高弾性係数体の粒子16、1
8(低弾性係数体シート14よりヤング率が高い)を低
弾性係数体シート14中に分散した構成によって得るこ
とができる。高弾性係数体の粒子としては、球状粒子1
6(図2)或いは平板状粒子18(図3)を利用でき、
所望の性質の前記異方性応力緩衝体を好適に構成でき
る。 なお、高弾性係数体の粒子が分散される低弾性係
数体の材質としては、室温〜100°Cにおけるヤング
率が10MPa以下の樹脂が適しており、その樹脂とし
ては、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリオレフィ
ン樹脂、シアノエステル樹脂等を用いることができる。
【0021】低弾性係数体シート14中に、特定サイズ
の高弾性係数体の粉末(高弾性係数体の粒子;図2の実
施例では球状粒子16)が特定体積割合で混合されてい
ることにより、厚さ方向(図2(b)の矢印G)からの
特に瞬間的圧縮応力に対しては、これら高弾性係数体の
粒子の粒同士の接触又はそれに近い状態が形成され、非
連続的ではあるが高弾性係数体的挙動を示す。一方、平
面方向(図2(c)の矢印F)からの特に緩慢な引張り
応力やずり応力に対しては、全体的な変形を伴い、低弾
性係数体的挙動を示す。この挙動は、応力のかかる速度
の影響もある点で、ややダイラタンシー(dilata
ncy)現象に似ている。
の高弾性係数体の粉末(高弾性係数体の粒子;図2の実
施例では球状粒子16)が特定体積割合で混合されてい
ることにより、厚さ方向(図2(b)の矢印G)からの
特に瞬間的圧縮応力に対しては、これら高弾性係数体の
粒子の粒同士の接触又はそれに近い状態が形成され、非
連続的ではあるが高弾性係数体的挙動を示す。一方、平
面方向(図2(c)の矢印F)からの特に緩慢な引張り
応力やずり応力に対しては、全体的な変形を伴い、低弾
性係数体的挙動を示す。この挙動は、応力のかかる速度
の影響もある点で、ややダイラタンシー(dilata
ncy)現象に似ている。
【0022】このような構造体は、低弾性係数体の流動
的前駆体中に、高弾性係数体の特定範囲の粒径の粉末
(高弾性係数体の粒子)を分散させた後、キュアするこ
とで得ることができる。また、前記流動的前駆体中に分
散する高弾性係数体の粒子として特定サイズの平板状の
高弾性係数体粉末(平板状粒子18)を用いる場合、平
板状粒子18は、流動的前駆体の流れ方向に沿うように
分散し易いため、平行に配向した状態にすることができ
る(図3参照)。このように、低弾性係数体シート14
中に、平板状粒子18を、シート平面に平行に配向して
比較的密に充填することにより、厚さ方向(図3(a)
の矢印G)からの圧縮応力に対しては、厚さ方向の直列
的な高弾性係数体の体積割合の寄与によって高弾性係数
体的な特性を有し、一方、平面方向(図3(b)の矢印
F)からのずり応力に対しては全体的な平面方向の変形
を伴い、相対的に低弾性係数体的な特性を有するように
することができる。平面方向に平行な平板状粒子18の
移動をより容易にするため、粒子自体は六方晶窒化ホウ
素のように、より潤滑性の高いものが良く、また、マト
リックスはより粘弾性の低い有機物が好ましい。また、
平板状粒子18としては、シリカ、アルミナ、スピネル
等の粒子を好適に用いることができる。
的前駆体中に、高弾性係数体の特定範囲の粒径の粉末
(高弾性係数体の粒子)を分散させた後、キュアするこ
とで得ることができる。また、前記流動的前駆体中に分
散する高弾性係数体の粒子として特定サイズの平板状の
高弾性係数体粉末(平板状粒子18)を用いる場合、平
板状粒子18は、流動的前駆体の流れ方向に沿うように
分散し易いため、平行に配向した状態にすることができ
る(図3参照)。このように、低弾性係数体シート14
中に、平板状粒子18を、シート平面に平行に配向して
比較的密に充填することにより、厚さ方向(図3(a)
の矢印G)からの圧縮応力に対しては、厚さ方向の直列
的な高弾性係数体の体積割合の寄与によって高弾性係数
体的な特性を有し、一方、平面方向(図3(b)の矢印
F)からのずり応力に対しては全体的な平面方向の変形
を伴い、相対的に低弾性係数体的な特性を有するように
することができる。平面方向に平行な平板状粒子18の
移動をより容易にするため、粒子自体は六方晶窒化ホウ
素のように、より潤滑性の高いものが良く、また、マト
リックスはより粘弾性の低い有機物が好ましい。また、
平板状粒子18としては、シリカ、アルミナ、スピネル
等の粒子を好適に用いることができる。
【0023】(第1実施例)30℃におけるヤング率が
約3GPaのポリイミド熱可塑性接着剤の厚さ約100
μmのシート上に、径約30μmのモリブデン粒を約5
体積パーセント分散させた溶液を塗布し、乾燥後、Kr
Fエキシマレーザービームを全面照射し、次いで洗浄し
て、柱状の高弾性係数体が低弾性係数体シート中に分布
した好適な異方性応力緩衝体を得ることができた。すな
わち、本実施例では、モリブデン粒を分散させた溶液は
マスクとして作用し、エキシマレーザービームがモリブ
デン粒によって反射されて照射されなかった部分が柱状
の高弾性係数体になることで、好適な異方性応力緩衝体
を得ることができたのである。なお、上記モリブデン粒
に代えて、エキシマレーザービームを反射させる粒子と
して他の重金属粒子を用いてもよい。
約3GPaのポリイミド熱可塑性接着剤の厚さ約100
μmのシート上に、径約30μmのモリブデン粒を約5
体積パーセント分散させた溶液を塗布し、乾燥後、Kr
Fエキシマレーザービームを全面照射し、次いで洗浄し
て、柱状の高弾性係数体が低弾性係数体シート中に分布
した好適な異方性応力緩衝体を得ることができた。すな
わち、本実施例では、モリブデン粒を分散させた溶液は
マスクとして作用し、エキシマレーザービームがモリブ
デン粒によって反射されて照射されなかった部分が柱状
の高弾性係数体になることで、好適な異方性応力緩衝体
を得ることができたのである。なお、上記モリブデン粒
に代えて、エキシマレーザービームを反射させる粒子と
して他の重金属粒子を用いてもよい。
【0024】(第2実施例)単体では1MPa前後のヤ
ング率を示すシリコーン系エラストマーの前駆体中に、
代表長径60〜100μmの市販の板状アルミナ粉を5
2体積パーセント混合し、これを35μm銅箔付きの2
5μm厚ポリイミドフィルム上に約100μm厚に塗布
し、150℃で30分のキュアを行い、ゴム状層を形成
することで、好適な異方性応力緩衝体を得ることができ
た。
ング率を示すシリコーン系エラストマーの前駆体中に、
代表長径60〜100μmの市販の板状アルミナ粉を5
2体積パーセント混合し、これを35μm銅箔付きの2
5μm厚ポリイミドフィルム上に約100μm厚に塗布
し、150℃で30分のキュアを行い、ゴム状層を形成
することで、好適な異方性応力緩衝体を得ることができ
た。
【0025】(第3実施例)ヤング率約3MPaのシリ
コーン系ゴムの厚さ約150μmのシート上に、メタル
マスクを介してエキシマレーザービームを全面照射し、
径約100μmのスルーホールを約50%面積密度に形
成した。次いで、ポリイミドワニスをスルーホールに充
填し、200°C1時間のキュアを行い、好適な異方性
応力緩衝体を得た。
コーン系ゴムの厚さ約150μmのシート上に、メタル
マスクを介してエキシマレーザービームを全面照射し、
径約100μmのスルーホールを約50%面積密度に形
成した。次いで、ポリイミドワニスをスルーホールに充
填し、200°C1時間のキュアを行い、好適な異方性
応力緩衝体を得た。
【0026】次に、以上に説明した本発明にかかる異方
性応力緩衝体を、半導体装置に適用した実施の形態につ
いて、図4及び図5に基づいて説明する。図4はチップ
サイズの半導体装置の要部を示す断面図である。この半
導体装置は、以上に説明した異方性応力緩衝体13の一
面が、半導体チップ10の電極端子12が形成された面
側に接合され、その異方性応力緩衝体13の他面に形成
された配線部28と半導体チップ10の電極端子12と
が、ワイヤボンディングによるワイヤ50を介して電気
的に接続(結線)してある。異方性応力緩衝体13は、
厚さ方向に、所定以上の高いヤング率を示す高弾性係数
体的な特性を有し、所定以上の剛性を有している。この
ため、所定の荷重がかけられるワイヤボンディングによ
っても、ワイヤ50を好適に接続できる。なお、本実施
例では、ポリイミド等の絶縁基材26を介して、異方性
応力緩衝体13の面上に配線部28が形成されている。
また、29はソルダーレジスト、40はソルダーボール
(はんだボール)、90は封止材である。このように異
方性応力緩衝体13を用いれば、ワイヤボンディングを
好適に行うことができると共に、チップサイズの半導体
装置を実装基板へ搭載する際の熱膨張による応力の問題
を解消できる。
性応力緩衝体を、半導体装置に適用した実施の形態につ
いて、図4及び図5に基づいて説明する。図4はチップ
サイズの半導体装置の要部を示す断面図である。この半
導体装置は、以上に説明した異方性応力緩衝体13の一
面が、半導体チップ10の電極端子12が形成された面
側に接合され、その異方性応力緩衝体13の他面に形成
された配線部28と半導体チップ10の電極端子12と
が、ワイヤボンディングによるワイヤ50を介して電気
的に接続(結線)してある。異方性応力緩衝体13は、
厚さ方向に、所定以上の高いヤング率を示す高弾性係数
体的な特性を有し、所定以上の剛性を有している。この
ため、所定の荷重がかけられるワイヤボンディングによ
っても、ワイヤ50を好適に接続できる。なお、本実施
例では、ポリイミド等の絶縁基材26を介して、異方性
応力緩衝体13の面上に配線部28が形成されている。
また、29はソルダーレジスト、40はソルダーボール
(はんだボール)、90は封止材である。このように異
方性応力緩衝体13を用いれば、ワイヤボンディングを
好適に行うことができると共に、チップサイズの半導体
装置を実装基板へ搭載する際の熱膨張による応力の問題
を解消できる。
【0027】図5は半導体チップが半導体パッケージに
封止された一般的な半導体装置の要部を示す断面図であ
る。この半導体装置は、以上に説明した本発明にかかる
異方性応力緩衝体13の一面が、半導体チップ10がそ
の半導体チップの電極端子12が形成された面の反対面
側で接合されて搭載されるパッケージ基体(パッケージ
ベース25)の表面に接合され、その異方性応力緩衝体
13の他面に形成された配線部28と、半導体チップ1
0の電極端子12とがワイヤボンディングによるワイヤ
50を介して電気的に接続(結線)してある。異方性応
力緩衝体13は、厚さ方向に、所定以上の高いヤング率
を示す高弾性係数体的な特性を有し、所定以上の剛性を
有している。このため、所定の荷重がかけられるワイヤ
ボンディングによっても、ワイヤ50を好適に接続でき
る。なお、本実施例では、ポリイミド等の絶縁基材26
を介して、異方性応力緩衝体13の面上に配線部28が
形成されている。また、29はソルダーレジスト、40
はソルダーボール(はんだボール)、90は封止材であ
る。このように異方性応力緩衝体13を用いれば、ワイ
ヤボンディングを好適に行うことができると共に、半導
体装置を実装基板へ搭載する際の熱膨張による応力の問
題を解消できる。
封止された一般的な半導体装置の要部を示す断面図であ
る。この半導体装置は、以上に説明した本発明にかかる
異方性応力緩衝体13の一面が、半導体チップ10がそ
の半導体チップの電極端子12が形成された面の反対面
側で接合されて搭載されるパッケージ基体(パッケージ
ベース25)の表面に接合され、その異方性応力緩衝体
13の他面に形成された配線部28と、半導体チップ1
0の電極端子12とがワイヤボンディングによるワイヤ
50を介して電気的に接続(結線)してある。異方性応
力緩衝体13は、厚さ方向に、所定以上の高いヤング率
を示す高弾性係数体的な特性を有し、所定以上の剛性を
有している。このため、所定の荷重がかけられるワイヤ
ボンディングによっても、ワイヤ50を好適に接続でき
る。なお、本実施例では、ポリイミド等の絶縁基材26
を介して、異方性応力緩衝体13の面上に配線部28が
形成されている。また、29はソルダーレジスト、40
はソルダーボール(はんだボール)、90は封止材であ
る。このように異方性応力緩衝体13を用いれば、ワイ
ヤボンディングを好適に行うことができると共に、半導
体装置を実装基板へ搭載する際の熱膨張による応力の問
題を解消できる。
【0028】次に図5に基づいて具体的な実施例につい
て説明する。 (第4実施例)キャビティー部を有する窒化アルミニウ
ムセラミック製の基板(パッケージベース25)に、電
解金めっき仕上げした回路フィルム(絶縁基材26及び
配線部28)を、実施例2と同様の板状アルミナ粉分散
型異方性応力緩衝材13(接着層)を介して接着し、キ
ュアした。その後、キャビティー内にアルミニウム面を
形成したシリコン片(ダミーチップ)を搭載し、径35
μm金線を用いたワイヤボンディグ法で第2ボンディン
グが良好に行えることを確認した。
て説明する。 (第4実施例)キャビティー部を有する窒化アルミニウ
ムセラミック製の基板(パッケージベース25)に、電
解金めっき仕上げした回路フィルム(絶縁基材26及び
配線部28)を、実施例2と同様の板状アルミナ粉分散
型異方性応力緩衝材13(接着層)を介して接着し、キ
ュアした。その後、キャビティー内にアルミニウム面を
形成したシリコン片(ダミーチップ)を搭載し、径35
μm金線を用いたワイヤボンディグ法で第2ボンディン
グが良好に行えることを確認した。
【0029】このように、本発明にかかる異方性応力緩
衝体13を半導体装置に用いれば、表面実装において材
料間の熱膨張係数差に起因する応力を緩和できる共に、
実績のあるワイヤボンディングを利用して電気的な接続
ができる。従って、半導体装置の信頼性を向上でき、ワ
イヤボンディングは、他の方法に比較しても特性劣化や
高コスト化を抑制でき、接続構造も単純化できるため高
密度化(微細化)及び短製造工程の要請にも好適に対応
できる。なお、異方性応力緩衝体13の厚さが、20μ
m以上200μm以下であることで、一般的な半導体パ
ッケージ設計上の許容できる接着層として好適に利用で
きる。
衝体13を半導体装置に用いれば、表面実装において材
料間の熱膨張係数差に起因する応力を緩和できる共に、
実績のあるワイヤボンディングを利用して電気的な接続
ができる。従って、半導体装置の信頼性を向上でき、ワ
イヤボンディングは、他の方法に比較しても特性劣化や
高コスト化を抑制でき、接続構造も単純化できるため高
密度化(微細化)及び短製造工程の要請にも好適に対応
できる。なお、異方性応力緩衝体13の厚さが、20μ
m以上200μm以下であることで、一般的な半導体パ
ッケージ設計上の許容できる接着層として好適に利用で
きる。
【0030】また、以上の図4及び図5では、異方性応
力緩衝体が、それ自体の接着性により、回路フィルム、
半導体チップ又は半導体パッケージと接合した状態を図
示したが、本発明はこれに限らず、異方性応力緩衝体に
別途接着剤層を形成して接合を行ってもよい。この場
合、接着剤層が形成された分、厚さ方向の圧縮応力に対
する高弾性係数体的な特性は若干低下するが、接着性が
向上して接合を確実に行うことができる。また、ワイヤ
ボンディング時にかかる応力はその速度が高く、実装時
での応力はその速度が低いので、半導体装置に用いる異
方性応力緩衝体13としてより好適には、前述したよう
な方向性の差に加えて、応力速度に対する応答性の差が
ある材質を選択的に利用すれば良い。すなわち、ダイラ
タンシー的な挙動を示すものがより良い。以上、本発明
につき好適な実施例を挙げて種々説明してきたが、本発
明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神
を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論の
ことである。
力緩衝体が、それ自体の接着性により、回路フィルム、
半導体チップ又は半導体パッケージと接合した状態を図
示したが、本発明はこれに限らず、異方性応力緩衝体に
別途接着剤層を形成して接合を行ってもよい。この場
合、接着剤層が形成された分、厚さ方向の圧縮応力に対
する高弾性係数体的な特性は若干低下するが、接着性が
向上して接合を確実に行うことができる。また、ワイヤ
ボンディング時にかかる応力はその速度が高く、実装時
での応力はその速度が低いので、半導体装置に用いる異
方性応力緩衝体13としてより好適には、前述したよう
な方向性の差に加えて、応力速度に対する応答性の差が
ある材質を選択的に利用すれば良い。すなわち、ダイラ
タンシー的な挙動を示すものがより良い。以上、本発明
につき好適な実施例を挙げて種々説明してきたが、本発
明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神
を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論の
ことである。
【0031】
【発明の効果】本発明にかかる異方性応力緩衝体によれ
ば、厚さ方向への圧縮応力に対しては所定以上の高いヤ
ング率を示す高弾性係数体的な特性を有し、前記厚さ方
向に交差する平面方向への引張り応力及びずり応力に対
しては低弾性係数体的な特性を有することを特徴とす
る。従って、この異方性応力緩衝体を2つの部材を接合
する際の応力緩衝体として用いれば、熱膨張係数差等に
起因する応力を好適に逃がすと共に、所定の方向には適
正な剛性を備えることができるという著効を奏する。
ば、厚さ方向への圧縮応力に対しては所定以上の高いヤ
ング率を示す高弾性係数体的な特性を有し、前記厚さ方
向に交差する平面方向への引張り応力及びずり応力に対
しては低弾性係数体的な特性を有することを特徴とす
る。従って、この異方性応力緩衝体を2つの部材を接合
する際の応力緩衝体として用いれば、熱膨張係数差等に
起因する応力を好適に逃がすと共に、所定の方向には適
正な剛性を備えることができるという著効を奏する。
【図1】柱状の高弾性係数体を分散してなる本発明の一
実施例を示す説明図である。
実施例を示す説明図である。
【図2】球状粒子を分散してなる本発明の一実施例を示
す断面図である。
す断面図である。
【図3】平板状粒子を分散してなる本発明の一実施例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図4】本発明にかかるチップサイズの半導体装置の一
実施例(要部)を示す断面図である。
実施例(要部)を示す断面図である。
【図5】本発明にかかる半導体装置の一実施例(要部)
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図6】背景技術(要部)を示す断面図である。
10 半導体チップ 12 電極端子 13 異方性応力緩衝体 14 低弾性係数体シート 15 柱状の高弾性係数体 16 球状粒子 18 平板状粒子 26 絶縁基材 28 配線部 40 ソルダーボール 50 ワイヤ
Claims (10)
- 【請求項1】 厚さ方向への圧縮応力に対しては所定以
上の高いヤング率を示す高弾性係数体的な特性を有し、
前記厚さ方向と交差する平面方向への引張り応力及びず
り応力に対しては、前記厚さ方向の特性に比べて低いヤ
ング率を示す低弾性係数体的な特性を有することを特徴
とする異方性応力緩衝体。 - 【請求項2】 接着性を有し、他と接合後に前記の各特
性を生じることを特徴とする請求項1記載の異方性応力
緩衝体。 - 【請求項3】 複数の柱状の高弾性係数体が、シート状
の低弾性係数体の中に該低弾性係数体の厚さ方向に貫通
した状態に設けられると共に、該複数の高弾性係数体
が、低弾性係数体の平面方向に分散されて成ることを特
徴とする請求項1又は2記載の異方性応力緩衝体。 - 【請求項4】 高弾性係数体の粒子が、低弾性係数体の
中に分散されて成ることを特徴とする請求項1又は2記
載の異方性応力緩衝体。 - 【請求項5】 前記低弾性係数体は、単体で20°C以
上100°C以下におけるヤング率が100KPa以上
10MPa以下であることを特徴とする請求項3又は4
記載の異方性応力緩衝体。 - 【請求項6】 前記高弾性係数体の粒子が、球状粒子で
あることを特徴とする請求項4記載の異方性応力緩衝
体。 - 【請求項7】 前記高弾性係数体の粒子が、平板状粒子
であることを特徴とする請求項4記載の異方性応力緩衝
体。 - 【請求項8】 前記請求項1、2、3、4、5、6又は
7記載の異方性応力緩衝体の一面が、半導体チップの電
極端子が形成された面側に接合され、該異方性応力緩衝
体の他面に形成された配線部と前記半導体チップの電極
端子とがワイヤを介して電気的に接続されていることを
特徴とする半導体装置。 - 【請求項9】 前記請求項1、2、3、4、5、6又は
7記載の異方性応力緩衝体の一面が、半導体チップが該
半導体チップの電極端子が形成された面の反対面側で接
合されて搭載されるパッケージ基体の表面に接合され、
該異方性応力緩衝体の他面に形成された配線部と前記半
導体チップの電極端子とがワイヤを介して電気的に接続
されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項10】 前記異方性応力緩衝体の厚さが、20
μm以上200μm以下であることを特徴とする請求項
8又は9記載の半導体装置。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP9316847A JPH11148068A (ja) | 1997-11-18 | 1997-11-18 | 異方性応力緩衝体及びそれを用いた半導体装置 |
| KR1019980034814A KR100285115B1 (ko) | 1997-11-18 | 1998-08-27 | 이방성 응력 완충체 |
| US09/192,490 US6242799B1 (en) | 1997-11-18 | 1998-11-17 | Anisotropic stress buffer and semiconductor device using the same |
| KR1020000043572A KR100309946B1 (ko) | 1997-11-18 | 2000-07-28 | 반도체 장치 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9316847A JPH11148068A (ja) | 1997-11-18 | 1997-11-18 | 異方性応力緩衝体及びそれを用いた半導体装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11148068A true JPH11148068A (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=18081589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9316847A Pending JPH11148068A (ja) | 1997-11-18 | 1997-11-18 | 異方性応力緩衝体及びそれを用いた半導体装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JPH11148068A (ja) |
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