(57)【要約】【課題】セラミック配線基板の半導体が実装される部分のコプラナリティが大きな半導体装置において、実装後の初期導通を確保し、且つ基板と半導体の熱膨張率の差によって発生する接続部の応力を緩和して、接続不良の発生しにくい信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】セラミック配線基板と、素子面の電極パッドに突起電極を有する半導体とを、セラミック配線基板の配線導体と半導体の素子面を対向させ、セラミック配線基板の配線導体と半導体の突起電極の間にセラミック配線基板と半導体を電気的に接続するための導電性接着剤を有することを特徴とする半導体装置において、導電性接着剤の導電粒子の大きさがセラミック配線基板の配線導体と半導体の突起電極との間より小さく、形状が球形であることを特徴とする。【選択図】図１
2011091080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の面に配線導体を有するセラミック配線基板と、
素子面の電極パッドに突起電極を有する半導体と、
前記セラミック配線基板の配線導体と前記半導体の突起電極を電気的に接続するための導電性接着剤と、
を有する半導体装置において、
前記導電性接着剤の導電粒子の大きさが前記セラミック配線基板の配線導体と前記半導体の突起電極との間より小さいこと、
を特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記導電性接着剤の導電粒子の形状が球形状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記導電性接着剤の導電粒子の粒径が５マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項１および２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記セラミック配線基板で前記配線導体の実装部に於けるコプラナリティが５マイクロメートル以上であることを特徴とする請求項１から３に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線導体を有するセラミック配線基板と素子面の電極パッドに突起電極を有する半導体とを導電性接着剤を介して電気的に接続してなる半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置を、図５を用いて説明する。図５（ａ）は半導体装置全体の断面を示した図である。図５（ａ）に示すように、少なくとも片面に配線導体４３を有する配線基板４１と素子面の電極パッド４４に突起電極４５を有する半導体４２を、突起電極４５の先端に供給された導電性接着剤４６を介して電気的に接続され、配線基板４１と半導体４２の隙間に封止樹脂４８が充填されている。突起電極４５は実装時に若干高さがつぶれる程度に荷重がかけられる。突起電極４５が実装時につぶれる高さを有しているため配線基板４１の反りやうねりに柔軟に対応できる。
【０００３】
配線基板４１の材料としてガラスエポキシ等の樹脂材料やセラミックス等から成り、表面に銅箔から成る配線導体４３が形成されている。半導体４２の素子面の電極パッド４４上にワイヤーボンディング法により金属ワイヤを引きちぎって先端の尖った突起電極４５を形成している。突起電極４５の材料として、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｐｄ、Ｃ、Ｐｔ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒのうち少なくとも１つを含んでいる。また、封止樹脂４８はエポキシ系樹脂を主成分として含み、紫外線硬化型樹脂でもよくＳｉｏ２などの無機物のフィラーを含んでいる。図５（ｂ）は半導体装置の配線導体４３と突起電極４５が電気的に接続されている部分の拡大図である。導電性接着剤４６の中に導電性粒子４７が存在し、導電性粒子４７の形状は粒子間の接触抵抗を下げるためフレーク形状にしている。導電性粒子４７の材料としてＡｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、Ｐｔ、Ｆｅのうち少なくとも１つを含んでいる。ここで従来の技術での半導体装置の実装工程を図５を用いて説明する。図６（ａ）に示すように半導体４２の電極パッド４４上に突起電極４５を形成する。次に図６（ｂ）に示すように導電性接着剤４６を平らな金属板に塗膜し、突起電極４５の先端に導電性接着剤４６を転写させる。次に図６（ｃ）に示すように配線導体４３と突起電極４５の位置を合わせ、突起電極４５がつぶれるまで荷重をかけて実装する。次に図６（ｄ）に示すように配線基板４１と半導体４２の隙間に封止樹脂４８を充填した後、加熱若しくは紫外線照射により封止樹脂４８を硬化させる。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開２００２−１４１３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の構成では、配線基板４１の反りやうねりに対応するため突起電極４５がつぶれるまで荷重をかけて実装する。つぶれるまで荷重をかけて実装すると配線基板４１と突起電極４５の間にあった導電性接着剤４６が押し出されてしまい、初期接続不良やヒートサイクル信頼性が低下してしまう問題がある。
導電性接着剤４６は配線基板４１と半導体４２の熱膨張差により発生する応力を緩和する効果がありヒートサイクル信頼性を確保するために配線基板４１の配線導体４３と半導体４２の突起電極４４の間に必要である。
【０００５】
図６（ｃ）の突起電極４５がつぶれるまで荷重をかけて実装する際、導通不良が発生するメカニズムを図７を用いて説明する。図７（ａ）は荷重をかける前の突起電極４５部分の側面図であり、図７（ｄ）はそのときの配線導体４３と突起電極４５が電気的に接続されている部分の拡大図である。次に図７（ｂ）は荷重をかけた後の突起電極４５部分の側面図であり、図７（ｅ）はそのときの配線導体４３と突起電極４５が電気的に接続されている部分の拡大図である。配線基板４１の反りやうねりに対応するため突起電極４５がつぶれるまで荷重をかけて実装するため、配線導体４３と突起電極４５の間にあった導電粒子４７が押し出されてしまう。図７（ｃ）は実装時の荷重が開放されたときの突起電極４５部分の側面図であり、図７（ｆ）はそのときの配線導体４３と突起電極４５が電気的に接続されている部分の拡大図である。図７（ｆ）に示すように、実装時の荷重が開放されたときの押し返しの作用により配線導体４３と突起電極４５先端に隙間６１ができ、導電粒子４７の形状がフレーク状で且つ大きいため隙間６１に入り込むことができず、基板の反りやうねりには柔軟に対応できるが、初期接続不良やヒートサイクルでの信頼性不良が生じるという課題を有していた。
【０００６】
また、信頼性を確保するためには、半導体４２内全ての突起電極４５の先端と配線導体４３の間に導電粒子４７が必要である。そのためには突起電極４５の高さを揃える必要がある。他の従来技術ではワイヤーボンディング法により金属ワイヤを引きちぎって先端の尖った突起電極４５を形成した後、平らな板で押さえて突起電極４５の先端を平らにすると共に各電極間の突起電極４５の高さをそろえている。その後導電性接着剤４６を転写させ、突起電極４５先端の導電性接着剤４６が押しだされない程度の荷重をかけて実装し信頼性を確保している。しかしながら、この方法では半導体が実装される部分のコプラナリティが大きな配線基板へ実装した場合、配線基板４１の反りやうねりにより配線導体４３と半導体４２の間の距離が大きい個所では突起電極４５に付着した導電性接着剤４６が配線導体４３に接触せずに導通不良が生じる。また、全ての電極を接触させようとして荷重をかけて実装すると、配線導体４３と半導体４２の間の距離が小さい個所では配線導体４３と突起電極４５の間にあった導電粒子４７が押し出されてしまい、図７（ｆ）に示すように実装時の荷重が開放されたときの押し返しの作用により配線導体４３と突起電極４５先端に隙間６１ができ初期接続不良やヒートサイクルでの信頼性不良が生じるという課題を有していた。
【０００７】
本発明は従来の課題を解決するもので、コプラナリティの大きな配線基板４１に半導体４２を実装する際、配線導体４３と突起電極４５先端に発生する隙間６１による初期接続不良やヒートサイクルでの信頼性不良が発生しにくい信頼性の高い半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の半導体装置は、少なくとも一方の面に配線導体を有するセラミック配線基板と、素子面の電極パッドに突起電極を有する半導体と、前記セラミック配線基板の配線導体と前記半導体の突起電極を電気的に接続するための導電性接着剤を有する半導体装置において、前記導電性接着剤の導電粒子の大きさが前記セラミック配線基板の配線導体と前記半導体の突起電極との間より小さいことを特徴としたものである。
【０００９】
さらに、半導体装置において、前記導電性接着剤の導電粒子の形状が球形状であることを特徴としたものである。
【００１０】
さらに、半導体装置において、前記導電性接着剤の導電粒子の粒径が５マイクロメートル以下であることを特徴としたものである。
【００１１】
さらに、半導体装置において、前記セラミック配線基板で前記配線導体の実装部に於けるコプラナリティが５マイクロメートル以上であることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体装置において、コプラナリティの大きなセラミック配線基板に導電性接着剤を用いて半導体を実装する際、荷重をかけて実装した後押し返しによる配線導体と突起電極の間に発生する隙間に導電粒子が入り込むことで、初期導通不良を防ぐことができる。実装後の半導体装置において、温度変化により発生する応力によるセラミック配線基板と半導体との接続不良を防ぐことができ、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の断面を模式的に示す図
【図２】本発明の実施の形態１におけるセラミック配線基板に半導体と実装する工程をそれぞれ示した側面図
【図３】本発明の実施の形態１における配線導体と突起電極の間の導通が確保された部分を拡大した側面図
【図４】本発明の実施の形態１における実装後の半導体装置と従来技術での半導体装置をヒートサイクル試験に投入した結果を示す図
【図５】従来技術における半導体装置の断面を模式的に示す図
【図６】従来技術におけるセラミック配線基板に半導体と実装する工程をそれぞれ示した側面図
【図７】従来技術における配線導体と突起電極の間に発生した隙間による導通不良部分を拡大した側面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の半導体の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施例１における半導体装置の側面図である。この半導体装置は表面に配線導体１１を有するセラミック配線基板１と、素子面の電極パッド１２に突起電極１３を有する半導体２を備え、セラミック配線基板１の配線導体１１と半導体２の突起電極１３の間に導電性接着剤１４を有し、電気的に接続されている。また、セラミック配線基板１と半導体２の間に封止樹脂１６が充填されている。
【００１５】
配線導体１１の導体厚みは１５マイクロメートルであり、銀を主とする導電材料でありスクリーン印刷により形成され、導体表面に無電解Ｎｉ／Ａｕメッキされている。セラミック配線基板１の半導体２が実装される部分のコプラナリティは５〜１５マイクロメートルある。半導体２の大きさは６ミリ角で厚みは５００マイクロメートルである。半導体２の素子面の電極パッド１２はＡｌであり、電極パッド１２上の突起電極１３はＡｕで形成されている。突起電極１３は凸形状をしており台座径が６０マイクロメートルで高さが４０マイクロメートルである。導電性接着剤１４は導電粒子１５とエポキシ系樹脂を混ぜ合わせた導電性の熱硬化樹脂である。導電粒子１５の材料はＡｇででき５マイクロメートル以下の球形状をしている。封止樹脂１６はエポキシ系樹脂を主成分として含み、Ｓｉｏ２の無機物のフィラーを含んだ絶縁性の熱硬化樹脂である。
【００１６】
図２は本発明の実施例１におけるセラミック配線基板１に半導体２を実装する工程をそれぞれ示した側面図である。図２（ａ）に示すように、まず、半導体２の素子面の電極パッド１２に突起電極１３を形成する。Ａｕワイヤーの先端を熱により球状にし、熱と荷重と超音波により電極パッド１２に圧着してワイヤーを引きちぎる。必要な電極パッド１２に同様の方法で突起電極１３を形成し、平らな板で押さえて突起電極１３の先端を平らにすると共に突起電極１３の高さを揃える。次に図２（ｂ）に示すように突起電極１３が形成された素子面を下向きにして、平らな金属板に１９マイクロメートルの膜厚で塗膜された導電性接着剤１４に突起電極１３を浸し、導電性接着剤１４を突起電極１３の先端に転写させる。次に図２（ｃ）に示すようにセラミック配線基板１と半導体２を位置合わせした後、単位突起電極１３あたり１０グラムの荷重をかけて配線基板１に実装する。１２０℃の硬化炉に１２０分投入し導電性接着剤１４を硬化する。次に図２（ｄ）に示すようにセラミック基板１と半導体２の間に封止樹脂１６をディスペンサーにて充填する。１２０℃で１２０分、１５０℃で１２０分硬化炉に投入し封止樹脂１６を硬化する。
【００１７】
図３は実施例１における配線導体１１と突起電極１３の間の導通が確保された部分を拡大した側面図である。図３（ａ）は荷重をかける前の突起電極１３部分の側面図であり、図３（ｄ）はそのときの配線導体１１と突起電極１３が電気的に接続されている部分の拡大図である。次に図３（ｂ）は荷重をかけた後の突起電極１３部分の側面図であり、図３（ｅ）はそのときの配線導体１１と突起電極１３が電気的に接続されている部分の拡大図である。配線基板１に反りやうねりがあるため、配線導体１１と半導体２の間の距離が各電極間でばらついている。全ての突起電極１３に付着した導電性接着剤１４が配線導体１１に接触するよう荷重をかけて実装する。このとき配線導体１１と半導体２の間の距離が狭い部分（図１に於いては、中央部より両端部の方が配線導体１１と半導体２の間の距離が狭いことを図示）では配線導体１１と突起電極１３の間にあった導電粒子１５が押し出されてしまう。図３（ｃ）は実装時の荷重が開放されたときの突起電極１３部分の側面図であり、図３（ｆ）はそのときの配線導体１１と突起電極１３が電気的に接続されている部分の拡大図である。図３（ｆ）に示すように実装時の荷重が開放されたときの押し返しの作用により配線導体１１と突起電極１３の先端に隙間ができようとする。その際、導電粒子１５が配線導体１１と突起電極１３の間に入り込み、導通を確保することができる。
【００１８】
導電性接着剤１４の導電粒子１５を５マイクロメートル以下にし、球形状にすることで、実装での押し返しの力により隙間ができた場合でも毛細管現象により隙間に導電粒子１５が戻り、導通が確保される。従来の導電粒子では形状がフレーク状のため転がりにくく、隙間に入り込こみにくい。また従来導電粒子１５の形状をフレーク形状にすることで、導電粒子同士が面接触になり接続抵抗値を下げていた。本発明では隙間に戻りやすくするために球形状にしているが粒子径を小さくすることで粒子同士の接触点が増加し接触抵抗値を従来のフレーク状と同等にしている。
【００１９】
図４は、実施の形態１における実装後の半導体装置と従来技術での半導体装置をヒートサイクル試験に投入した結果を示す図である。試験条件は−４０℃〜１２５℃、各３０分であり１０００サイクル投入し、導通部の抵抗値を測定し初期値から変化した割合を縦軸に、サイクル数を横軸にしてグラフ化している。
【００２０】
図４に示すように、従来品は５００サイクルあたりまで抵抗値が序々に上昇し、６００サイクルをすぎると抵抗値が急激に上昇している。本発明品は初期から１０００サイクルまで抵抗値の変化がほとんど無い結果となった。
【００２１】
以上のように実施の形態１においてはコプラナリティが大きなセラミック配線基板１に素子面の電極パッドに突起電極１３を有する半導体２を、セラミック配線基板１の配線導体１１と半導体２の素子面を対向させて導電性接着剤１４を用いて電気的に接続する際、導電性接着剤１４の導電粒子１５の大きさを５マイクロメートル以下にし、形状を球形にすることで、実装での押し返しの力により隙間ができた場合でも毛細管現象により隙間に導電粒子１５が戻り導通が確保され、実装後の温度変化による導通不良を防ぐことができ信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明にかかる半導体装置は、コプラナリティが大きなセラミック配線基板に素子面の電極パッドに突起電極を有する半導体を、セラミック配線基板の配線導体と半導体の素子面を対向させて導電性接着剤を用いて電気的に接続する際、実装での押し返しの力により配線導体と突起電極の間に隙間ができた場合でも毛細管現象により隙間に導電性接着剤が戻り導通が確保される。また、実装後の温度変化による導通不良を防ぐことができ信頼性の高い半導体装置を得ることができ、コプラナリティが大きなセラミック配線基板に素子面の電極パッドに突起電極を有する半導体を、セラミック配線基板の配線導体と半導体の素子面を対向させて、導電性接着剤を用いて電気的に接続する半導体装置に適用できる。
【符号の説明】
【００２３】
１  セラミック配線基板
２  半導体
１１  配線導体
１２  電極パッド
１３  突起電極
１４  導電性接着剤
１５  導電粒子
１６  封止樹脂
４１  配線基板
４２  半導体
４３  配線導体
４４  電極パッド
４５  突起電極
４６  導電性接着剤
４７  導電性粒子
４８  封止樹脂
６１  隙間
【図１】
2011091080.tif 000003
【図２】
2011091080.tif 000004
【図３】
2011091080.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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