(57)【要約】【課題】フリップチップ接続される半導体チップの接続パッドと回路基板の接続電極との間をコイルスプリングを用いて電気的に接続する構成において、接続部分に生じた応力集中を決め細かく吸収する。【解決手段】開示される半導体装置１０は、図１に示すように、接続用半田３が下層に形成された複数のチップ電極（接続パッド）２が下面に設けられた半導体チップ１と、接続用半田６が上層に形成された複数の接続電極５が上面に設けられた回路基板４とが、接続用半田３、６がそれぞれコイルスプリング７に接続されるようにフリップチップ接続され、コイルスプリング７は、図２に示すように、導電線８の両端部に隙間なく巻かれた複数のコイル部８ａ、８ｂ及び８ｃ、８ｄが形成され、これら複数のコイル部８ａ〜８ｄから所望のピッチで巻かれた例えば２つのコイル部８ｅ、８ｆが形成されている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の接続パッドを備えた半導体チップと、該半導体チップがフリップチップ接続される複数の接続電極を備えた回路基板と、前記各接続パッドと対応する前記各接続電極との間に設けられて両者を電気的に接続するコイルスプリングとを有する半導体装置であって、
前記コイルスプリングは、該コイルスプリングを構成する導電線に、一様でないピッチで巻かれたコイル部が形成された異形コイルから構成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
複数の接続パッドを備えた半導体チップと、該半導体チップがフリップチップ接続される複数の接続電極を備えた回路基板と、前記各接続パッドと対応する前記各接続電極との間に設けられて両者を電気的に接続するコイルスプリングとを有する半導体装置であって、
前記コイルスプリングは、該コイルスプリングを構成する導電線に、所望のピッチで巻かれたコイル部が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記コイルスプリングは、前記導電線の端部に隙間なく巻かれた複数のコイル部が形成され、該複数のコイル部から所望のピッチて巻かれた少なくとも１つのコイル部が形成されていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記複数のコイル部のコイル外径と、前記少なくとも１つのコイル部のそれとが異なることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記複数のコイル部のコイル外径が、前記少なくとも１つのコイル部のそれより小さいことを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記複数のコイル部のコイル外径が、前記少なくとも１つのコイル部のそれより大きいことを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
【請求項７】
前記コイルスプリングは、前記導電線の端部のみにコイル部が形成されていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項８】
前記コイル部は、隙間なく巻かれた複数のコイル部から構成されることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】
前記コイルスプリングの軸方向は、前記回路基板の表面に垂直な方向に平行に選ばれていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記コイルスプリングは、トーションスプリングから構成されることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項１１】
複数の接続パッドを備えた半導体チップと、該半導体チップがフリップチップ接続される複数の接続電極を備えた回路基板と、前記各接続パッドと対応する前記各接続電極との間に設けられて両者を電気的に接続するコイルスプリングとを有する半導体装置であって、
前記コイルスプリングは、該コイルスプリングを構成する導電線に複数のコイル部が形成されて、該複数のコイル部の内側面のみが絶縁膜で覆われていることを特徴とする半導体装置、
【請求項１２】
複数の接続パッドを備えた半導体チップと、該半導体チップがフリップチップ接続される複数の接続電極を備えた回路基板と、前記各接続パッドと対応する前記各接続電極との間に設けられて両者を電気的に接続するコイルスプリングとを有する半導体装置であって、
前記コイルスプリングは、該コイルスプリングを構成する導電線に複数のコイル部が形成されて、該複数のコイル部の外側面が高半田濡れ性膜で覆われる一方、前記複数のコイル部の内側面が低半田濡れ性膜で覆われていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】
複数の接続パッドを備えた半導体チップと、該半導体チップがフリップチップ接続される複数の接続電極を備えた回路基板と、前記各接続パッドと対応する前記各接続電極との間に設けられて両者を電気的に接続するコイルスプリングとを有する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップの所望表面に前記複数の接続パッドを形成した後、該接続パッド上に第１の接続用半田を形成する半導体チップ形成工程と、
耐熱性材料から成る治工具を用いて、予め用意された前記コイルスプリングを直立させるように整列させて、該コイルスプリングを前記第１の接続用半田上に位置決めした後、局所加熱法により前記コイルスプリングの一端を前記第１の接続用半田に接続するコイルスプリング接続工程と、
第２の接続用半田が形成された前記複数の接続電極が設けられた回路基板を用意し、前記コイルスプリングを前記第２の接続用半田上に位置決めした後、局所加熱法により前記コイルスプリングの他端を前記第２の接続用半田に接続することにより前記半導体チップを前記回路基板上に接続するフリップチップ接続工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記コイルスプリングとして、該コイルスプリングを構成する導電線に、所望のピッチで巻かれたコイル部が形成されているものを用いることを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記局所加熱法として、リフロー法あるいはパルスヒート法を用いることを特徴とする請求項１３又は１４記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置及びその製造方法に係り、詳しくは、フリップチップ接続される半導体チップの接続パッドと、回路基板の接続電極との間に設けられて両者を電気的に接続するコイルスプリングを有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の代表であるＬＳＩ（大規模半導体集積回路）は、集積度の向上につれてより高性能化されて、各種の電子機器に適用されている。このような半導体装置を製造する場合、所望の回路素子を集積した半導体チップから外部に電極を引き出す場合、大別してワイヤボンディング接続方式とフリップチップ接続方式（非ワイヤボンディング接続方式）との２つの方式に分けることができる。
【０００３】
上述のワイヤボンディング接続方式は、半導体チップの表面の側辺に沿って備えた複数の接続パッド（電極パッド）にそれぞれワイヤの一端をボンディング（接続）し、これらのボンディングワイヤの他端を半導体チップの周囲に引き出して複数の外部端子（外部リード）に接続する方式である。一方、フリップチップ接続方式は、全表面に複数の接続パッドを形成した半導体チップを下向きに反転して、複数の接続電極を備えた回路基板と対向させて対応する接続パッドと接続電極とを電気的に接続する方式である。
【０００４】
上述のワイヤボンディング接続方式とフリップチップ接続方式とを比較した場合、フリップチップ接続方式は半導体チップの周囲に余分な面積を占有することなく半導体チップから外部に電極を引き出すことができるので、回路基板を有効に活用することができる。また、フリップチップ接続方式は、ボンディングワイヤのような導電体を空間に配置することがないので、浮遊容量、浮遊インダクタンス等を発生させることがほとんどないため、特に高周波用途向けに優れている特長を有している。
【０００５】
しかしながら、フリップチップ接続方式では、半導体チップの接続パッドと回路基板の接続電極とを直接接続するので、半導体チップを構成する材料と回路基板を構成する材料との熱膨張差に起因して、接続部分に応力集中が生ずるため、接続部分に接続不良が発生し易くなって、接続信頼性を低下させるおそれがある。したがって、半導体チップと回路基板との接続不良を改善することが望まれている。
【０００６】
上述のように半導体チップを回路基板にフリップチップ接続する構成において、半導体チップと回路基板との熱膨張差に起因する両者間の接続不良を改善するようにした半導体装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。図１４〜図１６は、同半導体装置の構成を示す側面図である。同半導体装置は、例えば図１４に示すように、メタル層１０３が下層に形成された複数のチップ電極（接続パッド）１０２が下面に設けられた半導体チップ１０１と、メタル層１０６が上層に形成された複数の回路基板電極（接続電極）１０５が上面に設けられた回路基板１０４とが、メタル層１０３、１０６がそれぞれ縦型コイルスプリング１０７に接続されるようにフリップチップ接続されている。縦型コイルスプリング１０７の軸方向は、回路基板１０４の表面に垂直な方向（垂直方向）に平行に選ばれている。また、同半導体装置は、例えば図１５に示すように、上記縦型コイルスプリング１０７に代えて、横型コイルスプリング１０８が用いられている。横型コイルスプリング１０８の軸方向は、回路基板１０４の表面に平行な方向（平行方向）に選ばれている。また、同半導体装置は、例えば図１６に示すように、回路基板１０４に代えてマザーボード１０９が用いられ、縦型コイルスプリング１０７と横型コイルスプリング１０８とが混在して用いられている。
【０００７】
図１４乃至図１６に示したような構成の従来の半導体装置によれば、半導体チップ１０１と回路基板１０４とを縦型コイルスプリング１０７あるいは横型コイルスプリング１０８を用いて、もしくは半導体チップ１０４とマザーボード１０９とを縦型コイルスプリング１０７及び横型コイルスプリング１０８を混在して用いることにより、半導体チップ１０１を構成する材料と回路基板１０４を構成する材料とに熱膨張差が存在していても、あるいは半導体チップ１０１を構成する材料とマザーボード１０９を構成する材料とに熱膨張差が存在していても、縦型コイルスプリング１０７及び横型コイルスプリング１０８のスプリング特性により、接続部分に生じた応力集中は吸収されるため、接続部分において接続不良が発生しなくなるので、接続信頼性が低下するおそれがなくなる。したがって、半導体チップと回路基板との接続不良を改善することができるようになる。
【０００８】
【特許文献１参照】
特開２００２−１５１５５０号公報（第７−１３頁、図１、１１、１６及び図１８）。
【特許文献２参照】
特開２００１−３２０１４８号公報（図１、２）。
【特許文献３参照】
特開平０９−１３４９７６号公報（図２）。
【特許文献４参照】
特開平１０−０５６０４２号公報（図２）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１記載の従来の半導体装置では、半導体チップをコイルスプリングを用いてフリップチップ接続して接続部分に生じた応力集中を吸収するようにしているが、応力集中を決め細かく吸収したい用途には適さない、という問題がある。
すなわち、従来の半導体装置では、図１４に示したように複数の縦型コイルスプリング１０７を用いて、また、図１５に示したように複数の横型コイルスプリング１０８を用いて、また、図１６に示したように複数の縦型コイルスプリング１０７及び横型コイルスプリング１０８を混在して用いてコイルスプリング１０７、１０８のスプリング特性を利用することによりそれぞれ接続部分に生じた応力集中を吸収するようにしているが、それぞれに用いている縦型コイルスプリング１０７及び横型コイルスプリング１０８はすべてのコイル部のピッチが等しい同一形状に形成されているので、応力集中を吸収する場合、応力集中を決め細かく吸収するには適さなくなる。なお、特許文献１の図１８には、縦型コイルスプリングの複数のコイル部のコイル外径を異ならせたものを等しいコイル外径のものに混在させて用いた半導体装置が示されているが、このような構成では１つの半導体装置に形状の異なる複数種類のコイルスプリングを用意しなければならないので、組立作業が煩雑になってコストアップが避けられなくなる。
【００１０】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、フリップチップ接続される半導体チップの接続パッドと回路基板の接続電極との間をコイルスプリングを用いて電気的に接続する構成において、接続部分に生じた応力集中を決め細かく吸収することができるようにした半導体装置及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、複数の接続パッドを備えた半導体チップと、該半導体チップがフリップチップ接続される複数の接続電極を備えた回路基板と、上記各接続パッドと対応する上記各接続電極との間に設けられて両者を電気的に接続するコイルスプリングとを有する半導体装置に係り、上記コイルスプリングは、該コイルスプリングを構成する導電線に、一様でないピッチで巻かれたコイル部が形成された異形コイルから構成されることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項２記載の発明は、複数の接続パッドを備えた半導体チップと、該半導体チップがフリップチップ接続される複数の接続電極を備えた回路基板と、上記各接続パッドと対応する上記各接続電極との間に設けられて両者を電気的に接続するコイルスプリングとを有する半導体装置に係り、上記コイルスプリングは、該コイルスプリングを構成する導電線に、所望のピッチで巻かれたコイル部が形成されていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の半導体装置に係り、上記コイルスプリングは、上記導電線の端部に隙間なく巻かれた複数のコイル部が形成され、該複数のコイル部から所望のピッチて巻かれた少なくとも１つのコイル部が形成されていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の半導体装置に係り、上記複数のコイル部のコイル外径と、上記少なくとも１つのコイル部のそれとが異なることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の半導体装置に係り、上記複数のコイル部のコイル外径が、上記少なくとも１つのコイル部のそれより小さいことを特徴としている。
【００１６】
また、請求項６記載の発明は、請求項４記載の半導体装置に係り、上記複数のコイル部のコイル外径が、上記少なくとも１つのコイル部のそれより大きいことを特徴としている。
【００１７】
また、請求項７記載の発明は、請求項２記載の半導体装置に係り、上記コイルスプリングは、上記導電線の端部のみにコイル部が形成されていることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項８記載の発明は、請求項７記載の半導体装置に係り、上記コイル部は、隙間なく巻かれた複数のコイル部から構成されることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項９記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか１に記載の半導体装置に係り、上記コイルスプリングの軸方向は、上記回路基板の表面に垂直な方向に平行に選ばれていることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項１０記載の発明は、請求項２記載の半導体装置に係り、上記コイルスプリングは、トーションスプリングから構成されることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項１１記載の発明は、複数の接続パッドを備えた半導体チップと、該半導体チップがフリップチップ接続される複数の接続電極を備えた回路基板と、上記各接続パッドと対応する上記各接続電極との間に設けられて両者を電気的に接続するコイルスプリングとを有する半導体装置に係り、上記コイルスプリングは、該コイルスプリングを構成する導電線に複数のコイル部が形成されて、該複数のコイル部の内側面のみが絶縁膜で覆われていることを特徴としている。
【００２２】
また、請求項１２記載の発明は、複数の接続パッドを備えた半導体チップと、該半導体チップがフリップチップ接続される複数の接続電極を備えた回路基板と、上記各接続パッドと対応する上記各接続電極との間に設けられて両者を電気的に接続するコイルスプリングとを有する半導体装置に係り、上記コイルスプリングは、該コイルスプリングを構成する導電線に複数のコイル部が形成されて、該複数のコイル部の外側面が高半田濡れ性膜で覆われる一方、上記複数のコイル部の内側面が低半田濡れ性膜で覆われていることを特徴としている。
【００２３】
また、請求項１３記載の発明は、複数の接続パッドを備えた半導体チップと、該半導体チップがフリップチップ接続される複数の接続電極を備えた回路基板と、上記各接続パッドと対応する上記各接続電極との間に設けられて両者を電気的に接続するコイルスプリングとを有する半導体装置の製造方法に係り、上記半導体チップの所望表面に上記複数の接続パッドを形成した後、該接続パッド上に第１の接続用半田を形成する半導体チップ形成工程と、耐熱性材料から成る治工具を用いて、予め用意された上記コイルスプリングを直立させるように整列させて、該コイルスプリングを上記第１の接続用半田上に位置決めした後、局所加熱法により上記コイルスプリングの一端を上記第１の接続用半田に接続するコイルスプリング接続工程と、第２の接続用半田が形成された上記複数の接続電極が設けられた回路基板を用意し、上記コイルスプリングを上記第２の接続用半田上に位置決めした後、局所加熱法により上記コイルスプリングの他端を上記第２の接続用半田に接続することにより上記半導体チップを上記回路基板上に接続するフリップチップ接続工程とを含むことを特徴としている。
【００２４】
また、請求項１４記載の発明は、請求項１３記載の半導体装置の製造方法に係り、上記コイルスプリングとして、該コイルスプリングを構成する導電線に、所望のピッチで巻かれたコイル部が形成されているものを用いることを特徴としている。
【００２５】
また、請求項１５記載の発明は、請求項１３又は１４記載の半導体装置の製造方法に係り、上記局所加熱法として、リフロー法あるいはパルスヒート法を用いることを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は実施例を用いて具体的に行う。
◇第１実施例
図１は、この発明の第１実施例である半導体装置の構成を示す側面図、図２は同半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリングを示す側面図、図３及び図４は同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図である。
この例の半導体装置１０は、図１に示すように、Ｐｂ（鉛）−Ｓｎ（錫）合金のような接続用半田３が下層に形成されたＡｌ（アルミニウム）のような複数のチップ電極（接続パッド）２が下面に設けられたシリコン（Ｓｉ）から成る半導体チップ１と、Ｐｂ−Ｓｎ合金のような接続用半田６が上層に形成されたＣｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｌ等から構成された複数の接続電極５が上面に設けられたガラスエポキシ、アルミナ、セラミック等から成る回路基板４とが、接続用半田３、６がそれぞれコイルスプリング７に接続されるようにフリップチップ接続されている。ここで、コイルスプリング７は、図２に示すように、Ｃｕのような良導電材料から成る導電線８の両端部に密着した、すなわち隙間なく巻かれた複数のコイル部８ａ、８ｂ及び８ｃ、８ｄが形成され、これら複数のコイル部８ａ〜８ｄから所望の間隔を開けて巻かれた、すなわち所望のピッチで巻かれた例えば２つのコイル部８ｅ、８ｆが形成されている。コイルスプリング７の軸方向は、回路基板４の表面に垂直な方向（垂直方向）に平行になるように選ばれている。
【００２７】
このような構成のコイルスプリング７を用いて半導体チップ１を回路基板４にフリップチップ接続することにより、コイルスプリング７のスプリング特性を利用して、半導体チップ１を構成する材料と回路基板４を構成する材料とに存在する熱膨張差を吸収する場合、接続部分に生じた応力集中を決め細かく吸収することができるようになる。すなわち、この例のコイルスプリング７は、図１４〜図１６に示したような、従来の半導体装置に用いられた縦型コイルスプリング１０７あるいは横型コイルスプリング１０８のように、すべてのコイル部のピッチが等しくなるような同一形状には形成されていないので、半田付けにより接続する場合コイルスプリングの形状の相違により接続状態が微妙に違ってくるため、これに基いて接続部分に生じた応力集中を決め細かく吸収することができるようになる。
【００２８】
次に、図３及び図４を参照して、この例の半導体装置の製造方法を工程順に説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、Ｓｉから成る半導体チップ１の所望表面にＡｌのような複数のチップ電極（接続パッド）２を形成した後、周知のボール搭載法、マスクによる印刷法、めっき法等の手段により、チップ電極２上にＰｂ−Ｓｎ合金のような接続用半田３を形成する。
【００２９】
次に、図３（ｂ）に示すように、複数のチップ電極２に対応する位置にドリルやレーザ加工により予め複数のスプリング位置決め用孔１１を設けた、カーボンのような半導体チップ１に熱膨張係数が近い耐熱性材料から治工具１２を用意して、振動による振込み法のような手法により、各スプリング位置決め用孔１１にそれぞれコイルスプリング７を直立させるように供給して整列させる。スプリング位置決め用孔１１の内径は、コイルスプリング７の整列を容易にするために、用いるコイルスプリング７の外径よりも略１０μｍ程度大きくなるように設けておくことが望ましい。なお、治工具１２の背面には予め真空吸引孔１３を設けておく。
【００３０】
次に、図４（ｃ）に示すように、真空吸引孔１３を通じてコイルスプリング７を真空吸引して保持した状態で、治工具１２を反転して半導体チップ１上に移動して、各コイルスプリング７を半導体チップ１の接続用半田３上に位置決めして搭載する。なお、半導体チップ１の接続用半田３あるいはコイルスプリング７には予めフラックスを塗布しておくようにする。次に、半導体チップ１を治工具１３と一体にしてリフロー炉内を通過させて、局所加熱を行うことにより接続用半田３を溶融させて各コイルスプリング７の一端を接続用半田３に接続する。次に、フラックスの洗浄、除去を行うことにより、接続用半田３にコイルスプリング７の一端が接続された半導体チップ１を得る。
【００３１】
次に、図４（ｄ）に示すように、Ｐｂ−Ｓｎ合金のような接続用半田６が上層に形成されたＣｕ、Ｎｉ、Ａｌ等から構成された複数の接続電極５が上面に設けられたガラスエポキシ、アルミナ、セラミック等から成る回路基板４を用意し、コイルスプリング７が接続された半導体チップ１を反転して回路基板４上に配置して、コイルスプリング７を回路基板４の接続用半田６上に位置決めして搭載する。
次に、図４（ｃ）の工程と略同様な局所加熱処理を行って、接続用半田６を溶融させて各コイルスプリング７の他端を接続用半田６に接続する。このような半田付け処理時に、接続用半田６の融点が半導体チップ１の接続用半田３の融点よりも低い成分の半田を用いることにより、既に接続用半田３に一端が接続されているコイルスプリング７の接続状態に影響を与えることなく、コイルスプリング７の他端のみを接続することができる。以上により、図１に示したようなこの例の半導体装置１０を完成させる。
【００３２】
このように、この例の半導体装置１０によれば、Ｐｂ−Ｓｎ合金のような接続用半田３が下層に形成されたＡｌのような複数のチップ電極２が下面に設けられたシリコンから成る半導体チップ１と、Ｐｂ−Ｓｎ合金のような接続用半田６が上層に形成されたＣｕ、Ｎｉ、Ａｌ等から構成された複数の接続電極５が上面に設けられたガラスエポキシ、アルミナ、セラミック等から成る回路基板４とが、接続用半田３、６がそれぞれコイルスプリング７に接続されるようにフリップチップ接続された構成において、コイルスプリング７は、Ｃｕのような良導電材料から成る導電線８の両端部に隙間なく巻かれた複数のコイル部８ａ、８ｂ及び８ｃ、８ｄが形成され、これら複数のコイル部８ａ〜８ｄから所望のピッチで巻かれた例えば２つのコイル部８ｅ、８ｆが形成された形状を有しているので、コイルスプリング７のスプリング特性を利用して、半導体チップ１を構成する材料と回路基板４を構成する材料とに存在する熱膨張差を吸収する場合、従来のように、すべてのコイル部のピッチが等しくなるような同一形状には形成されていないので、半田付けにより接続する場合形状の相違により接続状態が微妙に違ってくるようになる。
また、この例の半導体装置の製造方法によれば、半導体チップ１の所望表面にＡｌのような複数のチップ電極２を形成した後、周知のボール搭載法、マスクによる印刷法、めっき法等の手段により、チップ電極２上にＰｂ−Ｓｎ合金のような接続用半田３を形成し、次に、耐熱性材料から治工具１２を用意して、コイルスプリング７を接続用半田３上に位置決めした後、局所加熱法によりコイルスプリング７の一端を接続用半田３に接続し、次にコイルスプリング７を接続用半田６上に位置決めした後、局所加熱法によりコイルスプリング７の他端を接続用半田６に接続することにより半導体チップ１を回路基板４上にフリップチップ接続するので、周知のプロセスを組み合わせるだけで簡単な組立作業で半導体装置１０を製造することができ、コストアップを避けることができる。
したがって、フリップチップ接続される半導体チップの接続パッドと回路基板の接続電極との間をコイルスプリングを用いて電気的に接続する構成において、接続部分に生じた応力集中を決め細かく吸収することができる。
【００３３】
◇第２実施例
図５は、この発明の第２実施例である半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリングを示す側面図である。この第２実施例の半導体装置の構成が、上述の第１実施例のそれと大きく異なるところは、フリップチップ接続に用いられるコイルスプリングの形状を変更するようにした点である。
この例の半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリング１５は、図１の第１実施例と略同様に、接続用半田３が下層に形成された複数のチップ電極（接続パッド）２が下面に設けられた半導体チップ１と、接続用半田６が上層に形成された複数の接続電極５が上面に設けられた回路基板４とが、接続用半田３、６がそれぞれコイルスプリングに接続されるようにフリップチップ接続された構成において、図５に示すように、コイルスプリング１５は、Ｃｕのような良導電材料から成る導電線１６の両端部に隙間なく巻かれた複数のコイル部１６ａ、１６ｂ及び１６ｃ、１６ｄが形成され、これら複数のコイル部１６ａ〜１６ｄから所望のピッチで巻かれた例えば２つのコイル部１６ｅ、１６ｆが形成され、かつ隙間なく巻かれた複数のコイル部１６ａ〜１６ｄのコイル径Ｄ１は、それらのコイル部１６ａ〜１６ｄから所望のピッチで巻かれた２つのコイル部１６ｅ、１６ｆのコイル径Ｄ２よりも小さく形成されている。
【００３４】
すなわち、コイルスプリング１５は、従来のように、すべてのコイル部のピッチが等しくなるような同一形状には形成されておらずに、上述したような形状を有しているので、コイルスプリング１５のスプリング特性を利用して、半導体チップ１を構成する材料と回路基板４を構成する材料とに存在する熱膨張差を吸収する場合、コイルスプリング形状の相違により接続状態が微妙に違ってくるので、第１実施例と略同様に作用させることができる。
【００３５】
このように、この例の半導体装置によれば、フリップチップ接続に用いられるコイルスプリング１５は、従来のようにコイル部のピッチが等しくなるような同一形状には形成されていないので、第１実施例と略同様な効果を得ることができる。
【００３６】
◇第３実施例
図６は、この発明の第３実施例である半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリングを示す側面図である。この第３実施例の半導体装置の構成が、上述の第１実施例のそれと大きく異なるところは、フリップチップ接続に用いられるコイルスプリングの形状を変更するようにした点である。
この例の半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリング１７は、図１の第１実施例と略同様に、接続用半田３が下層に形成された複数のチップ電極（接続パッド）２が下面に設けられた半導体チップ１と、接続用半田６が上層に形成された複数の接続電極５が上面に設けられた回路基板４とが、接続用半田３、６がそれぞれコイルスプリングに接続されるようにフリップチップ接続された構成において、図６に示すように、コイルスプリング１７は、Ｃｕのような良導電材料から成る導電線１８の両端部に隙間なく巻かれた複数のコイル部１８ａ、１８ｂ及び１８ｃ、１８ｄが形成され、これら複数のコイル部１８ａ〜１８ｄから所望のピッチで巻かれた例えば３つのコイル部１６ｅ〜１６ｇが形成され、かつ所望のピッチで巻かれた複数のコイル部１８ａ〜１８ｄのコイル径Ｄ１は、それらのコイル部１６ａ〜１６ｄから所望のピッチで巻かれたコイル部１８ｅ、１８ｇのコイル径Ｄ２及びコイル部１８ｆのコイル部Ｄ３よりも大きく形成されている。
【００３７】
すなわち、コイルスプリング１７は、従来のように、すべてのコイル部のピッチが等しくなるような同一形状には形成されておらずに、上述したような形状を有しているので、コイルスプリング１７のスプリング特性を利用して、半導体チップ１を構成する材料と回路基板４を構成する材料とに存在する熱膨張差を吸収する場合、コイルスプリング形状の相違により接続状態が微妙に違ってくるので、第１実施例と略同様に作用させることができる。
【００３８】
このように、この例の半導体装置によれば、フリップチップ接続に用いられるコイルスプリング１７は、従来のようにコイル部のピッチが等しくなるような同一形状には形成されていないので、第１実施例と略同様な効果を得ることができる。
【００３９】
◇第４実施例
図７は、この発明の第４実施例である半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリングを示す側面図である。この第４実施例の半導体装置の構成が、上述の第１実施例のそれと大きく異なるところは、フリップチップ接続に用いられるコイルスプリングの形状を変更するようにした点である。
この例の半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリング１９は、図１の第１実施例と略同様に、接続用半田３が下層に形成された複数のチップ電極（接続パッド）２が下面に設けられた半導体チップ１と、接続用半田６が上層に形成された複数の接続電極５が上面に設けられた回路基板４とが、接続用半田３、６がそれぞれコイルスプリングに接続されるようにフリップチップ接続された構成において、図７に示すように、コイルスプリング１９は、Ｃｕのような良導電材料から成る導電線２０の両端部のみに隙間なく巻かれた複数のコイル部２０ａ、２０ｂ及び２０ｃ、２０ｄが形成され、中央部にはコイル部は形成されていない。
【００４０】
すなわち、コイルスプリング１９は、従来のように、すべてのコイル部のピッチが等しくなるような同一形状には形成されておらずに、上述したような形状を有しているので、コイルスプリング１９のスプリング特性を利用して、半導体チップ１を構成する材料と回路基板４を構成する材料とに存在する熱膨張差を吸収する場合、コイルスプリング形状の相違により接続状態が微妙に違ってくるので、第１実施例と略同様に作用させることができる。
【００４１】
このように、この例の半導体装置によれば、フリップチップ接続に用いられるコイルスプリング１９は、従来のようにコイル部のピッチが等しくなるような同一形状には形成されていないので、第１実施例と略同様な効果を得ることができる。
【００４２】
◇第５実施例
図８は、この発明の第５実施例である半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリングを示す側面図である。この第５実施例の半導体装置の構成が、上述の第１実施例のそれと大きく異なるところは、フリップチップ接続に用いられるコイルスプリングの形状を変更するようにした点である。
この例の半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリング２１は、図１の第１実施例と略同様に、接続用半田３が下層に形成された複数のチップ電極（接続パッド）２が下面に設けられた半導体チップ１と、接続用半田６が上層に形成された複数の接続電極５が上面に設けられた回路基板４とが、接続用半田３、６がそれぞれコイルスプリングに接続されるようにフリップチップ接続された構成において、図８に示すように、コイルスプリング２１は、Ｃｕのような良導電材料から成る導電線２２の一端部のみに隙間なく巻かれた複数のコイル部２２ａ、２２ｂが形成され、これらコイル部２２ａ、２２ｂから所望のピッチで巻かれたコイル部２２ｃが形成され、他端部にはコイル部は形成されていないように構成されている。
【００４３】
すなわち、コイルスプリング２１は、従来のように、すべてのコイル部のピッチが等しくなるような同一形状には形成されておらずに、上述したような形状を有しているので、コイルスプリング２１のスプリング特性を利用して、半導体チップ１を構成する材料と回路基板４を構成する材料とに存在する熱膨張差を吸収する場合、コイルスプリング形状の相違により接続状態が微妙に違ってくるので、第１実施例と略同様に作用させることができる。
【００４４】
このように、この例の半導体装置によれば、フリップチップ接続に用いられるコイルスプリング２１は、従来のようにコイル部のピッチが等しくなるような同一形状には形成されていないので、第１実施例と略同様な効果を得ることができる。
【００４５】
◇第６実施例
図９は、この発明の第６実施例である半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリングを示す側面図である。この第６実施例の半導体装置の構成が、上述の第１実施例のそれと大きく異なるところは、フリップチップ接続に用いられるコイルスプリングの形状を変更するようにした点である。
この例の半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリング２３は、図１の第１実施例と略同様に、接続用半田３が下層に形成された複数のチップ電極（接続パッド）２が下面に設けられた半導体チップ１と、接続用半田６が上層に形成された複数の接続電極５が上面に設けられた回路基板４とが、接続用半田３、６がそれぞれコイルスプリングに接続されるようにフリップチップ接続された構成において、図９に示すように、コイルスプリング２３は、Ｃｕのような良導電材料から成る導電線２４の略中央部のみに、その軸方向が回路基板４の表面に平行になるように巻かれたコイル部２４ａが形成された、いわゆるトーションスプリングが形成されている。
【００４６】
すなわち、コイルスプリング２３は、従来のように、すべてのコイル部のピッチが等しくなるような同一形状には形成されておらずに、上述したような形状を有しているので、コイルスプリング２３のスプリング特性を利用して、半導体チップ１を構成する材料と回路基板４を構成する材料とに存在する熱膨張差を吸収する場合、コイルスプリング形状の相違により接続状態が微妙に違ってくるので、第１実施例と略同様に作用させることができる。
【００４７】
このように、この例の半導体装置によれば、フリップチップ接続に用いられるコイルスプリング２３は、従来のようにコイル部のピッチが等しくなるような同一形状には形成されていないので、第１実施例と略同様な効果を得ることができる。
【００４８】
◇第７実施例
図１０は、この発明の第７実施例である半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリングを示す側面図である。この第７実施例の半導体装置の構成が、上述の第１実施例のそれと大きく異なるところは、フリップチップ接続に用いられるコイルスプリングの構成を変更するようにした点である。
この例の半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリング２５は、図１の第１実施例と略同様に、接続用半田３が下層に形成された複数のチップ電極（接続パッド）２が下面に設けられた半導体チップ１と、接続用半田６が上層に形成された複数の接続電極５が上面に設けられた回路基板４とが、接続用半田３、６がそれぞれコイルスプリングに接続されるようにフリップチップ接続された構成において、図１０に示すように、コイルスプリング２５は、Ｃｕのような良導電材料から成る導電線２６に複数のコイル部２６ａ〜２６ｄが等しいピッチで形成され、これらのコイル部２６ａ〜２６ｄは内側面のみが酸化膜のような絶縁膜２７で覆われるように形成されている。
【００４９】
上述のコイルスプリング２５を製造するには、図１１に示したように、予めＣｕのような導電線２６の周囲を酸化膜のような絶縁膜２７で覆った線材２８を用意して、コイル部２６ａ〜２６ｄを加工する際に、レーザのような加工手段によりコイル部２６ａ〜２６ｄの外側面のみの絶縁膜２７を飛散させるようにすればよい。
【００５０】
上述のコイルスプリング２５は、複数のコイル部２６ａ〜２６ｄのピッチが等しくなるように形成されているが各コイル部２６ａ〜２６ｄの内側面のみが絶縁膜２７で覆われた構成になっているので、コイルスプリング２５のスプリング特性を利用して、半導体チップ１を構成する材料と回路基板４を構成する材料とに存在する熱膨張差を吸収する場合、コイルスプリングの構成の相違により接続状態が微妙に違ってくるので、第１実施例と略同様に作用させることができる。
【００５１】
このように、この例の半導体装置によれば、フリップチップ接続に用いられるコイルスプリング２５は、各コイル部は半田濡れ性が異なるような構成になっているので、第１実施例と略同様な効果を得ることができる。
【００５２】
◇第８実施例
図１２は、この発明の第８実施例である半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリングを示す側面図、図１３は図１２のＡ−Ａ矢視断面図である。この第８実施例の半導体装置の構成が、上述の第１実施例のそれと大きく異なるところは、フリップチップ接続に用いられるコイルスプリングの構成を変更するようにした点である。
この例の半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリング２９は、図１の第１実施例と略同様に、接続用半田３が下層に形成された複数のチップ電極（接続パッド）２が下面に設けられた半導体チップ１と、接続用半田６が上層に形成された複数の接続電極５が上面に設けられた回路基板４とが、接続用半田３、６がそれぞれコイルスプリングに接続されるようにフリップチップ接続された構成において、図１２に示すように、コイルスプリング２９は、Ｃｕのような良導電材料から成る導電線３０に複数のコイル部３０ａ〜３０ｄが等しいピッチで形成され、これらのコイル部３０ａ〜３０ｄは外側面がＡｕ（金）のような高半田濡れ性膜３１で覆われる一方、その内側面がＣｒ（クロム）のような低半田濡れ性膜３２で覆われるように形成されている。
【００５３】
上述のコイルスプリング２５を製造するには、予めＣｕのような導電線３０を用意して、コイル部３０ａ〜３０ｄを加工した後、めっき法のような成膜法によりコイル部３０ａ〜３０ｄの外側面及び内側面にそれぞれ高半田濡れ性膜３１及び低半田濡れ性膜３２を形成すればよい。
【００５４】
上述のコイルスプリング２９は、複数のコイル部３０ａ〜３０ｄのピッチが等しくなるように形成されているが各コイル部３０ａ〜３０ｄの外側面及び内側面がそれぞれ高半田濡れ性膜３１及び低半田濡れ性膜３２で覆われた構成になっているので、コイルスプリング２９のスプリング特性を利用して、半導体チップ１を構成する材料と回路基板４を構成する材料とに存在する熱膨張差を吸収する場合、コイルスプリングの構成の相違により接続状態が微妙に違ってくるので、第１実施例と略同様に作用させることができる。
【００５５】
このように、この例の半導体装置によれば、フリップチップ接続に用いられるコイルスプリング２９は、各コイル部は半田濡れ性が異なるような構成になっているので、第１実施例と略同様な効果を得ることができる。
【００５６】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、コイルスプリングに形成するコイル部の数は各実施例で示した例に限らず、必要に応じて任意の数のコイル部を形成することができる。要するに、この発明の半導体装置に用いられるコイルスプリングは、コイルスプリングを構成する導電線に、一様でないピッチで巻かれたコイル部が形成された異形コイルから構成されていればよい。また、この発明の半導体装置の製造方法において、治工具内へコイルスプリングを固定する方法は真空吸引法に限らずに、粘着剤等を用いてこの粘着力によりコイルスプリングの一端を固定するようにしてもよい。また、コイルスプリングを接続用半田に接続するための局所加熱法は、実施例で示したリフロー法に限らずに、パルスヒート法のような他の方法を用いてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の半導体装置によれば、複数の接続パッドを備えた半導体チップと、半導体チップがフリップチップ接続される複数の接続電極を備えた回路基板と、各接続パッドと対応する各接続電極との間に設けられて両者を電気的に接続するコイルスプリングとを有する構成において、コイルスプリングは、コイルスプリングを構成する導電線に所望のピッチで巻かれたコイル部が形成されているので、コイルスプリングのスプリング特性を利用して、半導体チップを構成する材料と回路基板を構成する材料とに存在する熱膨張差を吸収する場合、従来のように、すべてのコイル部のピッチが等しくなるような同一形状には形成されていないので、半田付けにより接続する場合形状の相違により接続状態が微妙に違ってくる。
また、この発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体チップの所望表面に複数の接続パッドを形成した後、接続パッド上に接続用半田を形成し、次に、耐熱性材料から治工具を用意して、コイルスプリングを接続用半田上に位置決めした後、局所加熱法によりコイルスプリングの一端を接続用半田に接続し、次にコイルスプリングを回路基板の接続用半田上に位置決めした後、局所加熱法によりコイルスプリングの他端を回路基板の接続用半田に接続することにより半導体チップを回路基板上にフリップチップ接続するので、周知のプロセスを組み合わせるだけで簡単な組立作業で半導体装置を製造することができ、コストアップを避けることができる。
したがって、フリップチップ接続される半導体チップの接続パッドと回路基板の接続電極との間をコイルスプリングを用いて電気的に接続する構成において、接続部分に生じた応力集中を決め細かく吸収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例である半導体装置の構成を示す側面図である。
【図２】同半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリングを示す側面図である。
【図３】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図である。
【図４】同半導体装置の製造方法を工程順に示す工程図である。
【図５】この発明の第２実施例である半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリングを示す側面図である。
【図６】この発明の第３実施例である半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリングを示す側面図である。
【図７】この発明の第４実施例である半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリングを示す側面図である。
【図８】この発明の第５実施例である半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリングを示す側面図である。
【図９】この発明の第６実施例である半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリングを示す側面図である。
【図１０】この発明の第７実施例である半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリングを示す側面図である。
【図１１】この発明の第７実施例の半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリングを構成する導電線を示す断面図である。
【図１２】この発明の第８実施例である半導体装置のフリップチップ接続に用いられるコイルスプリングを示す側面図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図１４】従来の半導体装置の構成を示す側面図である。
【図１５】従来の半導体装置の構成を示す側面図である。
【図１６】従来の半導体装置の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１　　　半導体チップ
２　　　チップ電極（接続パッド）
３、６　　　接続用半田
４　　　回路基板
５　　　接続電極
７、１５、１７、１９、２１、２３、２５、２９　　　コイルスプリング
８、１６、１８、２０、２２、２４、２６、３０　　　導電線
８ａ〜８ｄ、１６ａ〜１６ｄ、１８ａ〜１８ｄ、２０ａ〜２０ｄ　　　隙間なく巻かれた複数のコイル部
８ｄ、８ｆ、１６ｅ、１６ｆ、１８ｅ〜１８ｇ、２２ａ〜２２ｃ、２４ａ、２６ａ〜２６ｄ、３０ａ〜３０ｄ　　　コイル部
１０　　　半導体装置
１１　　　スプリング位置決め用孔
１２　　　治工具
１３　　　真空吸引孔
２７　　　絶縁膜
２８　　　線材
３１　　　高半田濡れ性膜
３２　　　低半田濡れ性膜
【図１】
2004140195.tif 000003
【図２】
2004140195.tif 000004
【図３】
2004140195.tif 000005
【図４】
2004140195.tif 000006
【図５】
2004140195.tif 000007
【図６】
2004140195.tif 000008
【図７】
2004140195.tif 000009
【図８】
2004140195.tif 000010
【図９】
2004140195.tif 000011
【図１０】
2004140195.tif 000012
【図１１】
2004140195.tif 000013
【図１２】
2004140195.tif 000014
【図１３】
2004140195.tif 000015
【図１４】
2004140195.tif 000016
【図１５】
2004140195.tif 000017
【図１６】
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