(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子が形成され、表面の電極パッドに接続用バンプを備えた半導体装置チップと、表面に接続用電極を有する実装用基板と、前記半導体装置チップと実装用基板との間に介在し、半導体装置チップのバンプと実装用基板の電極との間を接続しているインターポーザとを備えた半導体装置実装体において、
前記インターポーザは半導体装置チップに接続されるチップ側部材と実装用基板に接続される基板側部材との２つの部材からなり、
チップ側部材はそのベースが半導体装置チップの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する材質にて構成され、基板側部材はそのベースが実装用基板の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する材質にて構成されており、
チップ側部材は半導体装置チップに接続される表面側の面とその反対側の裏面側の面とにそれぞれ電極を備え、表面と裏面の電極間がベースを貫通するスルーホールを介して電気的に接続されており、
基板側部材は実装用基板に接続される表面側の面とその反対側の裏面側の面とにそれぞれ電極を備え、表面と裏面の電極間がベースを貫通するスルーホールを介して電気的に接続されており、
チップ側部材の表面側の電極が半導体装置チップの電極パッドに電気的に接続され、基板側部材の表面側の電極が実装用基板の電極に電気的に接続され、チップ側部材の裏面側の電極と基板側部材の裏面側の電極とが互いに電気的に接続されており、
チップ側部材の裏面側の電極と基板側部材の裏面側の電極との接続部分において、互いに電気的に接続がなされる電極の表面積は、一方が他方よりも大きいことを特徴とする半導体装置実装体。
【請求項２】
チップ側部材の裏面側の電極と基板側部材の裏面側の電極は金により形成されている請求項１に記載の半導体装置実装体。
【請求項３】
チップ側部材の裏面側の電極と基板側部材の裏面側の電極との接続が異方導電フィルムを介在してなされている請求項１又は２に記載の半導体装置実装体。
【請求項４】
チップ側部材の裏面側の電極と基板側部材の裏面側の電極との接続が導電シートを介在してなされている請求項１又は２に記載の半導体装置実装体。
【請求項５】
チップ側部材の裏面側の電極と基板側部材の裏面側の電極との接続が導電性接着剤を介在してなされている請求項１又は２に記載の半導体装置実装体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は素子が形成された半導体装置チップをプリント配線基板などの実装用基板に実装した実装体に関するものであり、とくに半導体装置チップと実装用基板の間に両者を電気的に接続するインターポーザを介在させた実装体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置チップをフリップチップ法により実装用基板に実装するには、通常は半導体装置チップの電極パッドに形成したバンプと実装用基板の電極との間を直接接続している。直接接続方法としては、光又は熱硬化性樹脂を用いる方法（特公平２−７１８０号公報参照）や、導電フィラーとしてＡｇ−Ｐｄ合金の微紛からなるものを含む導電性接着剤を介在させる方法（特公平７−４４１９９号公報参照）等の改良もなされている。
【０００３】
他の実装方法としては、半導体装置チップの電極パッド上のバンプと実装用基板の電極との間にインターポーザと称される接続用媒体を介在させる方法も行なわれている。インターポーザは絶縁性材質のベースの両面に接続用電極を備え、ベースを貫通するスルーホールを介して両面の電極間を導通させたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
半導体装置チップと実装用基板との間を直接接続する方法では、半導体装置チップを実装用基板に実装した後、温度サイクル試験、熱衝撃試験等の熱ストレスをかけると、その熱ストレスにおいて半導体装置チップと実装用基板との熱膨張係数の違いにより半導体装置チップと実装用基板の間に応力がかかり、接続部が剥がれるなど信頼性が低下する問題が生じる。
【０００５】
また、インターポーザを介在させた実装体においても、インターポーザの材質によっては半導体装置チップとインターポーザの間の熱膨張係数の差により、又はインターポーザと実装用基板の間の熱膨張係数の差によって応力が発生し、接続部が剥がれるなど信頼性が低下する問題が生じる。
そこで、本発明はインターポーザを用いて接続した実装体において、接続の信頼性を向上させることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、素子が形成され、表面の電極パッドに接続用バンプを備えた半導体装置チップと、表面に接続用電極を有する実装用基板と、半導体装置チップと実装用基板との間に介在し、半導体装置チップのバンプと実装用基板の電極との間を接続しているインターポーザとを備えた半導体装置実装体であり、そのインターポーザは半導体装置チップに接続されるチップ側部材と実装用基板に接続される基板側部材との２つの部材からなり、チップ側部材はそのベースが半導体装置チップの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する材質にて構成され、基板側部材はそのベースが実装用基板の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する材質にて構成されており、チップ側部材は半導体装置チップに接続される表面側の面とその反対側の裏面側の面とにそれぞれ電極を備え、表面と裏面の電極間がベースを貫通するスルーホールを介して電気的に接続されており、基板側部材は実装用基板に接続される表面側の面とその反対側の裏面側の面とにそれぞれ電極を備え、表面と裏面の電極間がベースを貫通するスルーホールを介して電気的に接続されており、チップ側部材の表面側の電極が半導体装置チップの電極パッドに電気的に接続され、基板側部材の表面側の電極が実装用基板の電極に電気的に接続され、チップ側部材の裏面側の電極と基板側部材の裏面側の電極とが互いに電気的に接続されており、チップ側部材の裏面側の電極と基板側部材の裏面側の電極との接続部分において、互いに電気的に接続がなされる電極の表面積は、一方が他方よりも大きい。
また、チップ側部材の裏面側の電極と基板側部材の裏面側の電極は金により形成されている例を挙げることができる。
これにより、熱膨張により電極が変位しても両電極の接続を維持することができる。そして、両電極を同じ大きさの大きな面積のものにする場合に比べて、一方を小さくすることにより金など電極材料の消費を抑えることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
インターポーザのチップ側部材の材質としてはセラミックが用いられ、基板側部材としては実装用基板と同じ材質のガラスエポキシ（ＦＲ４など）やＢＴレジンなどが適する。
【０００９】
チップ側部材の裏面側の電極と基板側部材の裏面側の電極との接続に異方導電フィルムを介在させてもよい。異方導電フィルムは、絶縁性接着剤に金属コートプラスチック粒子や金属粒子などの導電粒子を分散させたフイルム状接着剤である。異方導電フィルムは、被接続部材間に挟み、加熱・加圧を加えることによって接着剤が溶融し、分散している導電粒子が被接続部材の電極間に捕獲されて両電極間を導通させるとともに、隣接する電極間に充填された接着剤が導電粒子を互いに孤立させて隣接する電極間を絶縁させるものである。
【００１０】
チップ側部材の裏面側の電極と基板側部材の裏面側の電極との接続に導電シートを介在させてもよい。導電シートは、絶縁ゴムのシートに、その厚さ方向に貫通する多数の電極線を埋め込んだものであり、被接続部材間に挟み、被接続部材間を加圧することにより電極線により被接続部材間の電気的接続がなされ、その加圧力を解除すれば被接続部材間の電気的接続が解除されるものである。
【００１１】
チップ側部材の裏面側の電極と基板側部材の裏面側の電極との接続を導電性接着剤を介在して行なってもよい。導電性接着剤は、絶縁性接着剤に金属コートプラスチック粒子や金属粒子などの導電粒子を分散させた接着剤であり、異方導電フィルムと同様の機構により、分散している導電粒子が被接続部材の電極間に捕獲されて両電極間を導通させるとともに、隣接する電極間に充填された接着剤が導電粒子を互いに孤立させて隣接する電極間を絶縁させるものである。
【００１２】
【実施例】
図１は参考例を電極間の接続前の状態として表わしたものである。半導体装置チップ２は素子が形成され、その接続部の電極パッド部には金や半田による接続用バンプ４が形成されている。実装用基板６はプリント配線基板であり、その表面には配線パターンを構成する接続用電極８が形成されている。電極８は金電極の表面にハンダが塗布されたものである。
【００１３】
チップ２と実装用基板６の間に介在させるインターポーザは、チップ側部材１０と基板側部材１２とから構成されている。チップ側部材１０のベースの材質としてはチップ２の熱膨張係数に近い熱膨張係数をもつものとしてアルミナセラミックが用いられ、基板側部材１２のベースの材質としては実装用基板６のプリント配線基板と同じガラスエポキシである。
【００１４】
チップ側部材１０の面のうち、チップ２と接続される表面側の面にはチップ２のバンプ４と対応した位置に金ランドの電極１４が形成されており、チップ側部材１０の反対側の裏面側の面にはコンタクト部として金ランドの電極１６が形成されている。表面側の電極１４と裏面側の電極１６の間はチップ側部材１０のベースを貫通するスルーホールに埋め込まれた導電材により接続されている。
【００１５】
インターポーザの基板側部材１２も同様であり、その面のうち実装用基板６と接続される表面側の面には実装用基板６の電極８と対応した位置に金ランドの電極１８が形成されており、基板側部材１２の反対側の裏面側の面にはコンタクト部として金ランドの電極２０が形成されている。表面側の電極１８と裏面側の電極２０の間は基板側部材１２のベースを貫通するスルーホールに埋め込まれた導電材により接続されている。
【００１６】
チップ２のバンプ４とチップ側部材１０の電極１４の間の接続、実装用基板６の電極８と基板側部材１２の電極１８の間の接続、及びチップ側部材１０の電極１６と基板側部材１２の電極２０の間の接続は熱圧着により行われる。
【００１７】
図２は実施例におけるインターポーザを電極間の接続前の状態として表わしたものであり、インターポーザのチップ側部材１０の電極１６と基板側部材１２の電極２０の大きさが、一方が小さく他方が大きく設定されている。一例として、チップ側部材１０の電極１６の大きさが直径０.２〜０.８ｍｍ、基板側部材１２の電極２０の大きさが直径０.３〜０.９ｍｍで、
（電極１６の大きさ）＜（電極２０の大きさ）
である。チップ側部材１０と基板側部材１２は互いに材質が異なり、熱膨張係数はチップ側部材（セラミック）１０よりも基板側部材（ガラスエポキシ）１２の方が大きい。そのため基板側部材１２の熱変形により電極２０が変位するが、それでも一方の電極が大きく設定されていることによって、両電極１６と２０の間の接続が外れない。両電極１６と２０を同じ大きさの大きな面積のものにしてもよいが、一方を小さくすることにより金などの電極材料の消費量を抑えることができる。
【００１８】
図３は、他の実施例において、チップ側部材１０の電極１６と基板側部材１２の電極２０の間の接続に異方導電フィルム２２を用いた例である。異方導電フィルム２２をチップ側部材１０と基板側部材１２の間に挟み、加熱・加圧を加えることによって接着剤が溶融し、分散している導電粒子がチップ側部材１０の電極１６と基板側部材１２の電極２０の間に捕獲されて両電極１６，２０間を導通させるとともに、隣接する電極間に充填された接着剤が導電粒子を互いに孤立させて、隣接する電極１６，１６間及び電極２０，２０間を絶縁させる。
【００１９】
図４は、さらに他の実施例において、チップ側部材１０の電極１６と基板側部材１２の電極２０の間の接続に導電シート２４を用いた例である。導電シート２０の場合はチップ側部材１０と基板側部材１２の間を矢印のように加圧することにより、導電シート２０を介してチップ側部材１０の電極１６と基板側部材１２の電極２０の間の電気的接続がなされ、その圧力を解除すれば両者の接続を容易に解除することができる。その結果、チップ側部材１０と基板側部材１２の交換が容易になる。
【００２０】
さらに他の実施例は、チップ側部材１０の電極１６と基板側部材１２の電極２０の間の接続に導電性接着剤を用いたものである。導電性接着剤は、絶縁性接着剤に金属コートプラスチック粒子や金属粒子などの導電粒子を分散させた接着剤であり、図３に示された異方導電フィルムと同様の機構により、分散している導電粒子がチップ側部材１０の電極１６と基板側部材１２の電極２０の間に捕獲されて両電極１６，２０間を導通させるとともに、隣接する電極間に充填された接着剤が導電粒子を互いに孤立させて、隣接する電極１６，１６間及び電極２０，２０間を絶縁させる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明では、半導体装置チップのバンプと実装用基板の電極との間を接続しているインターポーザとして、半導体装置チップに接続されるチップ側部材と実装用基板に接続される基板側部材との２つの部材からなるものを使用する。そのチップ側部材はそのベースが半導体装置チップの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する材質にて構成され、基板側部材はそのベースが実装用基板の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する材質にて構成されており、チップ側部材は半導体装置チップに接続される表面側の面とその反対側の裏面側の面とにそれぞれ電極を備え、表面と裏面の電極間がベースを貫通するスルーホールを介して電気的に接続されており、基板側部材は実装用基板に接続される表面側の面とその反対側の裏面側の面とにそれぞれ電極を備え、表面と裏面の電極間がベースを貫通するスルーホールを介して電気的に接続されており、チップ側部材の表面側の電極が半導体装置チップの電極パッドに電気的に接続され、基板側部材の表面側の電極が実装用基板の電極に電気的に接続され、チップ側部材の裏面側の電極と基板側部材の裏面側の電極とが互いに電気的に接続されるようにした。その結果、半導体装置チップと実装用基板との間の熱膨張係数の差による応力をインターポーザ部分で吸収できるようになり、半導体装置チップとインターポーザの間の接続部にかかる応力、及びインターポーザと実装用基板の間の接続部にかかる応力を緩和することができ、接続の信頼性が向上する。
さらに、チップ側部材の裏面側の電極と基板側部材の裏面側の電極との接続部分において、互いに電気的に接続がなされる電極の表面積は、一方が他方よりも大きくしているので、熱膨張により電極が変位しても両電極の接続を維持することができる。そして、両電極を同じ大きさの大きな面積のものにする場合に比べて、一方を小さくすることにより金など電極材料の消費を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例を示す概略断面図である。
【図２】第１の実施例におけるインターポーザを示す概略断面図である。
【図３】第２の実施例におけるインターポーザを示す概略断面図である。
【図４】第３の実施例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
２      半導体装置チップ
４      バンプ
６      実装用基板
８，１４，１６，１８，２０      電極
１０      チップ側部材
１２      基板側部材
２２      異方導電フィルム
２４      導電シート
【図１】
0003604250.tif 000002
【図２】
0003604250.tif 000003
【図３】
0003604250.tif 000004
【図４】
0003604250.tif 000005