(57)【要約】【課題】熱圧着方式等の圧着方式を用いて、半導体チップのフリップチップ実装を行うような場合に、電極同士のメカニカルコンタクトを均等にすることのできる半導体チップ、その実装方法および半導体装置を提供する。【解決手段】電極がペリフェラル配置された半導体チップと、プリント配線基板などの実装部材とを圧着方式で、接続する際、各辺における接触総面積が各対辺で、等しくなるようにしている。この方法は特にフリップチップ実装を行う場合に、有効である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の外表面に前記半導体基板の裏面からの高さが同程度となるように形成された電極を有し、前記半導体基板の相対向する辺側の前記電極の総面積が互いに等しくなるように形成されていることを特徴とする半導体チップ。
【請求項２】
前記半導体チップは、前記電極がペリフェラル配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップ。
【請求項３】
前記電極は、内部回路と電気的に接続されていない少なくともひとつのダミー電極を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体チップ。
【請求項４】
半導体チップを実装部材上に圧着方式で実装し電気的に接続する実装方法において、
前記半導体チップの電極と前記実装部材との接触総面積が前記半導体チップの相対向する辺側で等しくなるようにしたことを特徴とする半導体チップの実装方法。
【請求項５】
前記実装方法は、前記電極がペリフェラル配置された半導体チップを、プリント基板上に熱圧着方式を用いてフリップチップ実装を行う方法を含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体チップの実装方法。
【請求項６】
前記半導体チップは、半導体基板の外表面に形成され前記半導体基板の裏面からの高さがほぼ同程度となるように形成された電極を有し、前記半導体チップの相対向する辺側の前記電極の総面積が互いに等しくなるように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体チップの実装方法。
【請求項７】
前記電極は、内部回路と電気的に接続されていない少なくともひとつのダミー電極を含むことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の半導体チップの実装方法。
【請求項８】
前記プリント基板は、電極接続部のプリント配線電極幅を、前記半導体チップの電極との接触総面積が相対向する辺側で、等しくなるように調整せしめられていることを特徴とする請求項４に記載の半導体チップの実装方法。
【請求項９】
前記プリント基板は、電極接続部のプリント配線電極長さを、前記半導体チップの電極との接触総面積が相対向する辺側で、等しくなるように調整せしめられていることを特徴とする請求項４に記載の半導体チップの実装方法。
【請求項１０】
前記プリント基板は、電気的に浮遊状態のダミー電極を具備することにより、前記半導体チップの電極との接触総面積が相対向する辺側で、等しくなるように調整せしめられていることを特徴とする請求項４に記載の半導体チップの実装方法。
【請求項１１】
表面に電極が配置された半導体チップを、プリント基板上にフリップチップ方式で実装せしめられた半導体装置であって、
前記電極と前記プリント基板上の配線電極との接触総面積比が相対向する辺側上で、等しくなるように構成したことを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
表面に電極が配置された半導体チップを、プリント基板側にフリップチップ方式で実装せしめられた半導体装置であって、
電極接続総面積比が各対辺側で、１．５倍以内となるように構成されたことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ、その実装方法および半導体装置にかかり、特に半導体ベアチップ（以下半導体チップと称する）のフリップチップ実装における電極接続に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップとプリント配線基板、リードフレームなどの実装部材とを接続する方法として、半導体チップの電極と実装部材の配線電極との間に異方性導電性フイルムまたは、絶縁ペーストを挟み込み、熱圧着するフリップチップ実装方法が一般に知られている。
【０００３】
この実装方法では、異方性導電性フイルムを用いる場合は、チップとプリント配線基板などの実装部材の電極同士が、導電粒子を電極間に挟んだ状態でメカニカルにコンタクトし、絶縁ペーストを用いる場合は、単にメカニカルコンタクトのみで、導通する。隣接電極の絶縁保持や、チップと実装部材の接着には、通常熱硬化型の樹脂で設計された絶縁樹脂がその役割を果すという実装メカニズムになっている。（例えば、非特許文献１参照）
【０００４】
ここで、異方性導電性フイルムの場合、電極間に挟みこまれる導電粒子が、接続する電極高さのばらつきを吸収する役割を果しており、絶縁ペーストを用いる場合では、熱圧着時にチップの電極を潰すことで、電極高さのばらつきを吸収している。
【０００５】
また、電極間隔が狭スペース化するものに対しては、隣接電極間の絶縁を維持するため、導電粒子に絶縁被膜を形成しておくようにし、熱圧着時に電極間に挟み込まれた粒子のみが、絶縁被膜が破れ導通するようにしたものも提案されている。（例えば、特許文献１参照）
そして現在、この実装方法は、多端子、狭ピッチ接続を要望される、液晶駆動用半導体装置において、標準的工法として、用いられている。（例えば、非特許文献２参照）
【０００６】
従来の異方性導電性フイルムを用いたフリップチップ実装後の断面は、図７に示すように、半導体チップ１のチップ電極３とプリント配線基板２の基板電極４が、異方性導電性樹脂６中の導電粒子５を介して、メカニカルにコンタクトすることで、電気的に導通する状態を形成している。
【０００７】
一方、絶縁ペーストの場合は、導電粒子を介在させることなく、電極同士のメカニカルコンタクトのみで、電気的に導通する状態を作っている。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６３−２３７３７２（特許第２５４６２６２号公報）（７頁、第１図、第５図）
【非特許文献１】
エレクトロニクス実装技術（技術調査会刊行雑誌）１９９７年７月号、４６〜５１頁
【非特許文献２】
エレクトロニクス実装技術（技術調査会刊行雑誌）２０００年１２月号、５５〜５６頁
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、半導体チップの電極は狭ピッチ化、微細化が進行しており、相対するプリント配線基板などの実装部材の電極配線も微細化していく傾向にある。
また、半導体チップの機能向上に伴うＩ／Ｏ数の増加により、電極端子数も増加する傾向にある。
半導体チップの電極は、一般に半導体チップの周縁部に配置される、いわゆるペリフェラル（周辺側）配置であるが、このような電極の微細化・端子数増加に伴い、電極形状を均一にすることが出来難い傾向にある。当然、各辺側に配置される電極の数も均等であるとは、限らない。
【００１０】
このように電極形状が均一でない、電極数も各辺側で不均等である半導体チップと、基板配線電極が、全端子同じルールで、配線幅、長さに設定されているプリント配線基板を、異方性導電性フイルムや、絶縁ペーストを用いて、熱圧着フリップチップ実装を行う場合を考える。
【００１１】
最初に電極同士を位置合わせしたあと、半導体チップ裏面から加熱・加圧するが、この時電極同士が接近し、同時に樹脂が熱流動後、熱硬化することで、実装が成立する。
【００１２】
ところが、この熱流動時には、電極部のみに圧着荷重が加わった状態であり、電極接続面積すなわち、接触面積の総和が、各辺で異なっていると、圧着は、金属またはセラミックス材料からなる平坦なツールで各辺上で均一に荷重を加えているので、圧力のアンバランスが生じることになる。
【００１３】
つまり、総接触面積が小さい辺側の電極は大きく潰れ、総接触面積が大きい辺側の電極は潰れ難い状態になる。
【００１４】
その後、周りの樹脂が硬化するので、半導体チップ全体で、圧着荷重を受けることになるが、電極潰れの差が生じているので、チップ自体も傾いた状態になり、接続不良が生じやすく装置としての信頼性にも影響することが予想される。
【００１５】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、熱圧着方式等の圧着方式を用いて、半導体チップのフリップチップ実装を行うような場合に、電極同士のメカニカルコンタクトを均等にすることのできる半導体チップ、その実装方法および半導体装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明の電極接続方法は、電極がペリフェラル配置された半導体チップと、プリント配線基板などの実装部材とを圧着方式で、接続する際、各辺における接触総面積が相対向する辺側で、等しくなるようにしている。この方法は特にフリップチップ実装を行う時、有効である。
【００１７】
かかる構成によれば、熱圧着開始直後の電極のみにかかる圧力が相対向する辺上で均一にかかるので、電極つぶれに差がなく、均一なメカニカルコンタクト状態にすることができる。
【００１８】
すなわち、本発明の半導体チップは、半導体基板の外表面に形成され、前記半導体基板の裏面からの高さが同程度となるように形成された電極を有し、前記半導体基板の相対向する辺側の前記電極の総面積が互いに等しくなるように形成されていることを特徴とする。
【００１９】
かかる構成によれば、平坦面上に接続端子が形成された実装部材に実装する場合にも、相対向する辺側で接触部の総面積が互いに等しくなるため、熱圧着などの圧着方式で接続する場合にも熱圧着開始直後の電極のみにかかる圧力が相対向する辺で均一にかかるので、電極つぶれに差がなく、均一な接続を達成することが可能となる。
【００２０】
また、このような半導体チップは、電極がペリフェラル配置されているのがより望ましい。
【００２１】
また、電極は、容易に接触面積を調整することができるため、内部回路と電気的に接続されていない少なくともひとつのダミー電極を含むようにするのが望ましい。
【００２２】
本発明の実装方法は、半導体チップを圧着方式で実装部材上に実装し電気的に接続する実装方法において、前記半導体チップの電極と前記実装部材との接触総面積が相対向する各辺側で、等しくなるようにしたことを特徴とする。
【００２３】
また、内部回路と電気的に接続されていない少なくともひとつのダミー電極を含むようにすれば、容易に接触面積を調整することができる。
【００２４】
また、電極がペリフェラル配置された半導体チップを、プリント基板上に、熱圧着方式で、フリップチップ実装を行うようにするのが望ましい。
【００２５】
また、前記半導体チップは、半導体基板の外表面に形成され、前記半導体基板の裏面からの高さがほぼ同程度となるように形成された電極を有し、前記半導体チップの相対向する辺側の前記電極の総面積が互いに等しくなるように形成するのが望ましい。
【００２６】
また、前記電極は、内部回路と電気的に接続されていない少なくともひとつのダミー電極を含むことを特徴とする。
【００２７】
望ましくは、電極接続部のプリント配線電極幅を、前記半導体チップの電極との接触総面積が相対向する各辺で、等しくなるように調整せしめるようにすれば、容易に熱圧着直後の電極にかかる圧力が相対向する各辺で均一になるようにすれば、電極つぶれに差がなく、均一なメカニカルコンタクト状態を形成することが可能となる。
【００２８】
また、電極接続部のプリント配線電極長さを、前記半導体チップの電極との接触総面積が相対向する辺側で、等しくなるように調整するようにしても、同様に、容易に熱圧着直後の電極にかかる圧力が相対向する各辺で均一になるようにすれば、電極つぶれに差がなく、均一なメカニカルコンタクト状態を形成することが可能となる。
【００２９】
また、プリント基板に、電気的に浮遊状態のダミー電極を付加することにより、前記半導体チップの電極との接触総面積が相対向する辺側で、等しくなるように容易に調整することができ、均一なメカニカルコンタクト状態を形成することが可能となる。
【００３０】
さらにまた、表面に電極が配置された半導体チップを、プリント基板上にフリップチップ方式で実装せしめられた半導体装置であって、前記電極と前記プリント基板上の配線電極との接触総面積比が相対向する辺側で、等しくなるように構成したことを特徴とする。
【００３１】
かかる構成によれば、熱圧着開始直後の電極のみにかかる圧力が、相対向する辺側で均一にかかるので、電極つぶれに差がなく、均一なメカニカルコンタクト状態にすることができる。
【００３２】
また本発明の半導体装置は、表面に電極が配置された半導体チップを、プリント基板上にフリップチップ方式で実装せしめられた半導体装置であって、電極接続総面積比が各対辺側で、１．５倍以内となるように構成されたことを特徴とする。
実験結果から、つぶれ量の差が２μｍ以内に収まったとき、対向辺での接続抵抗値が安定することがわかった。そしてこれを実現するためには、接続面積比１．５以内にすることによって達成されることがわかった。かかる値に設定することにより、熱圧着開始直後の電極のみにかかる圧力が相対向する辺側で、ほぼ均一にかかるので、電極つぶれの差が小さくなり、ほぼ均一なメカニカルコンタクト状態にすることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、図２に示す従来技術における部材と同一の部材については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３４】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）乃至（ｃ）は、本発明の第１の実施の形態の半導体チップを示す図である。図１（ａ）は、本発明の半導体チップの電極パッド配列を示す上面図であり、図１（ｂ）および（ｃ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。
【００３５】
本実施の形態の半導体チップは、半導体基板１の外表面に形成され、前記半導体基板の裏面からの高さがほぼ同程度となるように形成された電極３が、内部回路とは電気的に接続されていないダミー電極３ｄを付加したことを特徴とする。
【００３６】
これにより、図１（ｂ）および（ｃ）の比較からも明らかなように、半導体基板の相対向する辺側で、半導体チップの電極３と、プリント基板２の配線電極４との当接部の総面積が互いに等しくなり、熱圧着などの圧着方式で接続する場合にも熱圧着開始直後の電極のみにかかる圧力が相対向する辺側で等しく、均一にかかるので、電極つぶれに差がなく、均一な接続を達成することが可能となる。
【００３７】
そして、このようにして形成された半導体チップ１を、配線電極４の形成されたプリント基板２にフリップチップで実装することによって形成した半導体装置を図２（ａ）乃至（ｃ）に示す。図２（ａ）は、本発明の半導体チップの電極パッド配列を示す上面図であり、図２（ｂ）および（ｃ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。なお、図２（ａ）は、プリント基板２を省略し、プリント基板の配線電極４のみを示した。
【００３８】
この図から明らかなように、半導体チップ１の電極３と、プリント基板２の配線電極４と当接する接続部の接触総面積が、相対向する辺側で等しくなるように構成されているため、上述したように接着性樹脂６中に導電性粒子５を含有させた接着剤を介して、熱圧着などの圧着方式で接続する場合にも熱圧着開始直後の電極のみにかかる圧力が相対向する辺で均一にかかるので、電極つぶれに差がなく、均一な接続を達成することが可能となる。
【００３９】
ここで、下辺側の１つの接続部を７、上辺側の１つの接続部を８で示す。
【００４０】
また、このような半導体チップは、電極がペリフェラル配置されているのがより望ましい。
【００４１】
また、半導体チップ１の、電極３の少ない辺上には、ダミー電極３ｄが形成されており、容易に接触面積を調整することができる。
【００４２】
このように、図１（ａ）に示すように、半導体チップ１の電極３と基板電極４の接続部で、下辺側の１つの接続部７と、上辺側の１つの接続部８の面積が等しく、電極数も等しくしたので、上辺側と下辺側の接触総面積が、等しくなる設計にした。この場合、半導体電極の設計段階で、ダミー電極も含めて上下の電極面積及び左右の電極面積を等しくなるようにする必要がある。これにより、フリップチップ実装を熱圧着方式で行う時、相対向する辺の電極接続部に均等に圧力が加わるので、均一なメカニカルコンタクトが成立する。
【００４３】
（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態の半導体チップを示す図である。図３にプリント基板の配線電極４のみを配した図（プリント基板２は省略）示す。図３は、上辺側の電極パッド数が下辺側電極の電極パッド数よりも少ない場合で、上辺側の半導体チップ電極３のサイズをｙ方向に長くすることで、上辺側の接続部８の面積が大きくなり、上辺側と下辺側の接触総面積が、等しくなる設計になっている。
【００４４】
すなわち、本実施の形態では、プリント基板２の配線電極４との電極接続部７、８に位置する半導体チップ１の電極パッドの長さｌを、半導体チップ１の電極との接触総面積が相対向する辺側で、等しくなるように大きくしたことを特徴とするものである。
【００４５】
かかる構成によれば、電極３の数が少ない上辺側では、電極パッドの長さｌを大きくすることにより、接触面積が同程度となるように構成している。このようにして、容易に熱圧着直後の電極にかかる圧力が相対向する辺で均一になるようにすることができ、電極つぶれに差がなく、均一なメカニカルコンタクト状態を形成することが可能となる。
【００４６】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態の半導体チップを示す図である。図４にプリント基板の配線電極４のみを配した図（プリント基板２は省略）を示す。図４は、上辺側の電極パッド数が下辺側電極の電極パッド数よりも少ない場合で、上辺側の半導体チップ電極３のサイズをｘ方向に大きくすることで、上辺側の電極接続部８の面積が大きくなり、上辺側と下辺側の接触総面積が、等しくなる設計になっている。
【００４７】
すなわち、図４は、同じく上辺側の電極数が下辺側電極数よりも少ない場合で、上辺側の基板電極４の幅Ｗ１を太く、下辺側の基板電極４の幅Ｗ２を細くすることで、上辺側の接触接続部８の面積が大きくなり、下辺側の接触接続部７の面積が小さくなり、上辺側と下辺側の接続総面積が、等しくなる設計になっている。
【００４８】
（第４の実施の形態）
図５は、本発明の第４の実施の形態の半導体装置を示す図である。この例ではプリント基板上の配線電極で調整するようにしたことを特徴とする。図５にプリント基板の配線電極４のみを配した図（プリント基板２は省略）示す。図５は、同じく半導体チップ１の上辺側の電極数が下辺側電極数よりも少ない場合で、半導体チップの下辺側の各電極３と、プリント基板２の各配線電極４との接触面積が小さくなるように、プリント基板２の各配線電極４の位置を外方にずらしたことを特徴とする。
【００４９】
かかる構成によれば、プリント基板２の下辺側の各配線電極４の位置をずらすことで、下辺側の接触総面積を減らし、上辺側と下辺側の接触総面積が、等しくなる設計になっている。
【００５０】
（第５の実施の形態）
図６は、本発明の第５の実施の形態の半導体装置を示す図である。この例ではプリント基板上の配線電極で調整するようにしたことを特徴とする。図６にプリント基板の配線電極４のみを配した図（プリント基板２は省略）示す。図６は、同じく半導体チップ１の上辺側の電極数が下辺側電極数よりも少ない場合で、下辺側の電極３の中で、元々、導通に関与しないダミー電極３ｄに相対する位置のプリント基板２の配線電極４を設置しないことで、下辺側の接触総面積を減らし、上辺側と下辺側の接触総面積が、等しくなる設計になっている。
【００５１】
すなわち、この例では、図６に示すように、上辺側の電極数が下辺側の電極数よりも少ない場合に、下辺側の電極３の中で、元々、導通に関与しないダミー電極３ｄに相対する配線電極４を設置しないことで、下辺側の接触総面積を減らし、上辺側と下辺側の接触総面積が、等しくなる設計にしている。これにより、フリップチップ実装を熱圧着方式で行う時、対辺側の電極接続部に均等に圧力が加わるので、均一なメカニカルコンタクトが成立する。
【００５２】
なお、上辺側・下辺側の電極数、電極接続面積が極端に違う場合、例えば、入力信号が少なく、出力信号が多い液晶駆動用半導体チップなどでは、半導体の設計変更で、第１乃至第２の実施の形態に取り組むようにすればよい。
また実装段階では、基板配線について第３乃至第５の実施の形態に取り組むことで、上辺側・下辺側の接続面積比を１．５倍以下に設計する。これにより、フリップチップ実装を熱圧着方式で行う時、対辺側の電極接続部にほぼ均等に圧力が加わるので、ほぼ均一なメカニカルコンタクトが成立する。
これの数値範囲は種々の実験の結果から得られたものである。接続面積比とつぶれ量の差の関係を変化しながら、接続状態を観察した。この結果を図８に示す。ここで縦軸はつぶれ量、横軸は接続面積比を示す。この結果から、つぶれ量の差が２μｍ以内に収まったとき、対向辺での接続抵抗値が安定することがわかった。そしてこれを実現するためには、接続面積比１．５以内にすることによって達成されることがわかった。このように設定することにより、熱圧着開始直後の電極のみにかかる圧力が相対向する辺側で、ほぼ均一にかかるので、電極つぶれの差が小さくなり、ほぼ均一なメカニカルコンタクト状態にすることができる。
【００５３】
また前記実施の形態では、プリント基板上への半導体チップの搭載について説明したが、フィルムキャリアや、リードフレームへの実装に際しても本発明は有効であることはいうまでもない。
【００５４】
また、前記実施の形態では、熱圧着方式で実装する場合について説明したが、これに限定されることなく、光硬化性樹脂を用いて実装する場合あるいは、熱可塑性樹脂を用いて実装する場合などにおいても圧着工程を含む場合には適用可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、熱圧着方式のフリップチップ実装において、半導体ベアチップとプリント配線基板の電極接続、メカニカルコンタクトが、上辺側・下辺側、左辺側・右辺側など、相対向する２辺側で均一になるので、電気的接続信頼性の高い実装状態を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態の半導体チップの上面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態の半導体チップを用いて実装した半導体装置の上面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図、図２（ｃ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図２（ａ）では、プリント基板を省略している。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態を示す図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態を示す図である。
【図７】従来の異方性導電性フイルムによるフリップチップ実装断面図である。
【図８】異方性導電性フイルムによるフリップチップ実装の場合の接続面積比とつぶれ量を測定した結果を示す図である。
【符号の説明】
１  半導体チップ
２  プリント基板
３  チップ電極
４  配線電極
５  導電粒子
６  異方性導電性フイルムの樹脂
７  下辺側の電極接続部
８  上辺側の電極接続部
３ｄ  ダミー電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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