專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件和用于半導(dǎo)體器件的多層基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，特別涉及一種用于確保半導(dǎo)體元件上的微細(xì)電極與基板連接的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件的安裝領(lǐng)域中，正關(guān)注一種倒裝芯片安裝技術(shù)，其涉及半導(dǎo)體元件與基板的連接，作為與器件的多管腳化和高密度化相對(duì)應(yīng)的連接方式，不是利用現(xiàn)有的引線鍵合的回路連接、而是通過(guò)在半導(dǎo)體芯片上的電極部分形成的凸點(diǎn)電極直接與布線基板上的電極連接。
利用引線鍵合，就必須在半導(dǎo)體器件中承載的半導(dǎo)體芯片周?chē)_保用于連接的電極焊盤(pán)區(qū)域，且管腳越多該區(qū)域越大。
另一方面，根據(jù)倒裝芯片安裝技術(shù)，由于能在承載芯片區(qū)域內(nèi)完成連接，因而不僅能使安裝面積小型化，而且還能縮短連接布線的長(zhǎng)度。
并且，由于電路面成為承載基板側(cè)，因此可以在其上層層疊相同尺寸或比其大的其它半導(dǎo)體芯片，適用于近來(lái)倍受關(guān)注的三維安裝結(jié)構(gòu)時(shí)也有利。
作為倒裝芯片安裝方式，雖然在芯片電極部分設(shè)置焊料凸點(diǎn)，利用焊料連接來(lái)實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)通的方式是主流，但近來(lái)作為與狹窄間距化相對(duì)應(yīng)的方式，在芯片電極部分設(shè)置金凸點(diǎn)并利用金凸點(diǎn)連接而實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)通的方式正在增多。
在利用上述金凸點(diǎn)的連接方法中，相對(duì)于金/金的金屬接合和在金凸點(diǎn)/基板電極間涂敷焊料膏來(lái)實(shí)現(xiàn)金/焊料連接的所謂的冶金學(xué)的接合，有利用金凸點(diǎn)和基板電極間的接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)通的非冶金學(xué)的接合方式。
冶金學(xué)接合方式在接合部的可靠性這一點(diǎn)上通常有優(yōu)點(diǎn)，但由于具有焊盤(pán)連接工序，因此就具有成為高溫加工的缺點(diǎn)。
另一方面，由于非冶金學(xué)接合方式除了能夠以低溫加工實(shí)現(xiàn)連接以外，還能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的低成本加工，所以認(rèn)為，在實(shí)現(xiàn)未來(lái)的狹窄間距連接方面是一種有效的方式。
但是，非冶金學(xué)接合方式雖然存在上述優(yōu)點(diǎn)，但由于是接觸導(dǎo)通，所以存在若設(shè)計(jì)和材料的選定不合適連接可靠性就不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，現(xiàn)階段不適用于通用的產(chǎn)品。
例如，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1及專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了與提高非冶金學(xué)接合方式中的連接可靠性相關(guān)的發(fā)明。這些專(zhuān)利文獻(xiàn)1及2中，公開(kāi)了為了均一地實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片上設(shè)置的凸點(diǎn)電極和在承載基板上形成的電極的接觸狀態(tài)，使基板表層絕緣層的彈性系數(shù)恰當(dāng)?shù)倪B接結(jié)構(gòu)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1 特開(kāi)平9-199468號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 特開(kāi)平10-245615號(hào)公報(bào)可是，作為半導(dǎo)體器件，基于超過(guò)現(xiàn)在的多功能化、小型化等需求，要求電極之間的間距進(jìn)一步狹窄。
因此，在非冶金學(xué)接合方式中，為了實(shí)現(xiàn)上述狹窄間距化，存在如何使凸點(diǎn)電極和基板電極的接觸狀態(tài)穩(wěn)定化的這樣的問(wèn)題。
由于伴隨未來(lái)間距狹窄化的凸點(diǎn)電極的微細(xì)化，例如熱壓接合時(shí)密封凸點(diǎn)周?chē)恼辰硬牧?非導(dǎo)電或各向異性導(dǎo)電樹(shù)脂)的線膨脹系數(shù)大時(shí)，由于粘接材料的熱收縮而使凸點(diǎn)電極的塑性變形加速，再次加熱時(shí)就會(huì)產(chǎn)生接觸面容易分離·斷線的情況。
與此相反，在粘接材料的線膨脹系數(shù)小的情況下，若承載基板表層的剛性(彈性系數(shù))下降，就不能得到穩(wěn)定的規(guī)定接觸擠壓，也會(huì)產(chǎn)生接觸面容易分離·斷線的情況。
因此，如上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1及2中所述的技術(shù)，只是使承載基板表層的絕緣材料的剛性(彈性系數(shù))恰當(dāng)化，難以確保與狹窄間距連接相對(duì)應(yīng)的非冶金學(xué)的倒裝芯片連接的高可靠性。
并且，在現(xiàn)有技術(shù)中雖不是太大的問(wèn)題，但對(duì)于未來(lái)間距的狹窄化，承載凸點(diǎn)電極和基板電極時(shí)的位置偏移就會(huì)成為問(wèn)題。即，采用狹窄間距化的情況，例如，凸點(diǎn)承載位置相對(duì)于基板電極僅偏移10～15μm，接觸導(dǎo)通區(qū)域就會(huì)減少一半左右。此傾向隨著狹窄間距化的推進(jìn)就更加顯著。
因此，考慮半導(dǎo)體器件的實(shí)際批量生產(chǎn)過(guò)程時(shí)，即使允許凸點(diǎn)電極位置的上述程度的偏移，也必須不影響連接合格率(組裝合格率)。
并且，為了實(shí)現(xiàn)在狹窄間距電極間的連接，必定需要將基板電極周?chē)牟季€圖形微細(xì)化，因此對(duì)應(yīng)于產(chǎn)生的熱應(yīng)力等，就會(huì)顯著降低基板布線強(qiáng)度。
因此，考慮半導(dǎo)體器件中的安裝結(jié)構(gòu)整體的可靠性的情況下，需要不僅能夠確保凸點(diǎn)電極接觸導(dǎo)通部的連接可靠性，而且還能夠確保對(duì)基板上的微細(xì)布線的連接可靠性的基板結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)一種提高凸點(diǎn)電極和基板電極的連接可靠性的半導(dǎo)體器件及用于半導(dǎo)體器件的多層基板。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明按如下方式構(gòu)成。
(1)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，包括形成有金屬性凸點(diǎn)電極的半導(dǎo)體元件；具有與該半導(dǎo)體元件的凸點(diǎn)電極配置位置相對(duì)應(yīng)地配置的布線層及多個(gè)絕緣材料層的多層基板；用于在該多層基板的布線層和金屬凸點(diǎn)接觸的狀態(tài)下使上述多層基板和上述半導(dǎo)體元件連接的、位于上述半導(dǎo)體元件和上述多層基板之間的熱固化性粘接材料。
在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，將上述熱固化性粘接材料的熱固化后的彈性系數(shù)設(shè)為Ea、并將上述多層基板的半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層的熱固化后的彈性系數(shù)設(shè)為Eb時(shí)，在常溫環(huán)境或金屬凸點(diǎn)和上述布線層的熱壓接合溫度下，滿(mǎn)足1/3Eb＜Ea＜Eb＜3Ea的關(guān)系。
(2)優(yōu)選在上述(1)中，將隔著上述半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層與半導(dǎo)體元件相對(duì)的芯材料層的彈性系數(shù)設(shè)為Ec時(shí)，在常溫環(huán)境或上述金屬凸點(diǎn)電極和布線層的熱壓接合溫度下，滿(mǎn)足3Ea＜Ec的關(guān)系。
(3)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，將熱固化性粘接材料的熱固化后的線膨脹系數(shù)設(shè)為αa、并將多層基板的半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層的熱固化后的線膨脹系數(shù)設(shè)為αb時(shí)，在常溫環(huán)境或金屬凸點(diǎn)和布線層的熱壓接合溫度下，滿(mǎn)足1/3αa＜αb＜αa＜3 αb的關(guān)系。
(4)優(yōu)選在上述(3)中，將隔著上述半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層與半導(dǎo)體元件相對(duì)的芯材料層的線膨脹系數(shù)設(shè)為αc，在常溫環(huán)境或上述金屬凸點(diǎn)電極和布線層的熱壓接合溫度下，滿(mǎn)足αc＜1/3αa的關(guān)系。
(5)在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，將熱固化性粘接材料的熱固化后的彈性系數(shù)設(shè)為Ea、并將多層基板的半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層的熱固化后的彈性系數(shù)設(shè)為Eb、將隔著半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層與半導(dǎo)體元件相對(duì)的芯材料層的彈性系數(shù)設(shè)為Ec時(shí)，在常溫環(huán)境或金屬凸點(diǎn)和布線層的熱壓接合溫度下，滿(mǎn)足Ea＜Eb＜Ec的關(guān)系。
(6)在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件中，將熱固化性粘接材料的熱固化后的線膨脹系數(shù)設(shè)為αa、并將多層基板的半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層的熱固化后的線膨脹系數(shù)設(shè)為αb、將隔著半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層與半導(dǎo)體元件相對(duì)的芯材料層的線膨脹系數(shù)設(shè)為αc時(shí)，在常溫環(huán)境或上述金屬凸點(diǎn)電極和布線層的熱壓接合溫度下，滿(mǎn)足αc＜αb＜αa的關(guān)系。
(7)優(yōu)選上述在(1)、(2)或(5)中，上述彈性系數(shù)Ea、Eb、Ec將利用粘彈性測(cè)量法測(cè)量出的儲(chǔ)存彈性系數(shù)或經(jīng)過(guò)由毫微壓痕(nanoindenter)的按壓試驗(yàn)中得到的表層彈性系數(shù)作為基準(zhǔn)。
(8)此外，優(yōu)選在上述(3)、(4)或(6)中，上述線膨脹系數(shù)αa、αb、αc將利用熱膨脹測(cè)量法測(cè)量出的線膨脹系數(shù)作為基準(zhǔn)。
(9)此外，優(yōu)選在上述(1)到(7)中，半導(dǎo)體元件的熱壓接合溫度處于160℃～200℃的范圍內(nèi)。
(10)此外，優(yōu)選在上述(1)到(7)中，上述粘接材料及絕緣材料層含有填料(filler)。
(11)此外，優(yōu)選在上述(1)到(7)中，上述粘接材料含有導(dǎo)電粒子。
(12)本發(fā)明的用于半導(dǎo)體器件的多層基板，包括與半導(dǎo)體元件的凸點(diǎn)電極配置位置相對(duì)應(yīng)地配置的布線層；多個(gè)絕緣材料層；用于在上述布線層和半導(dǎo)體元件的金屬凸點(diǎn)接觸的狀態(tài)下與半導(dǎo)體元件連接的、位于在上述半導(dǎo)體元件側(cè)配置的絕緣材料層上的熱固化性粘接材料。
在上述用于半導(dǎo)體器件的多層基板中，將上述熱固化性粘接材料的熱固化后的彈性系數(shù)設(shè)為Ea、并將半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層的熱固化后的彈性系數(shù)設(shè)為Eb時(shí)，在常溫環(huán)境或金屬凸點(diǎn)電極和布線層的熱壓接合溫度下，滿(mǎn)足1/3Eb＜Ea＜Eb＜3Ea的關(guān)系。
(13)優(yōu)選在上述(12)中，將隔著上述半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層與半導(dǎo)體元件相對(duì)的芯材料層的彈性系數(shù)設(shè)為Ec時(shí)，在常溫環(huán)境或金屬凸點(diǎn)電極和布線層的熱壓接合溫度下，滿(mǎn)足3Ea＜Ec的關(guān)系。
根據(jù)本發(fā)明，就能夠?qū)崿F(xiàn)提高凸點(diǎn)電極和基板電極的連接可靠性的半導(dǎo)體器件及用于半導(dǎo)體器件的多層基板。
因此，能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體器件制造組裝時(shí)的高合格率化，同時(shí)在溫度循環(huán)試驗(yàn)等的加速試驗(yàn)中與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)高可靠性。
并且，針對(duì)未來(lái)電極間的間距狹窄化，相對(duì)于假設(shè)發(fā)生的凸點(diǎn)/焊盤(pán)間的位置偏移，也能夠維持穩(wěn)定的連接狀態(tài)。
由此，即使相對(duì)于伴隨狹窄間距化的基板布線的微細(xì)化，由于大幅度地減少了對(duì)布線的負(fù)載，因此也能夠?qū)崿F(xiàn)包含基板的模塊結(jié)構(gòu)整體的高可靠性。


圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的簡(jiǎn)要截面圖。
圖2是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的簡(jiǎn)要截面圖。
圖3是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的簡(jiǎn)要截面圖。
圖4是表示本發(fā)明中的半導(dǎo)體器件的制造過(guò)程圖。
圖5是表示基板表層絕緣材料的彈性系數(shù)對(duì)凸點(diǎn)連接狀態(tài)影響的機(jī)理。
圖6是表示壓接時(shí)在凸點(diǎn)/焊盤(pán)間產(chǎn)生位置偏移時(shí)的凸點(diǎn)/焊盤(pán)間接觸擠壓狀態(tài)。
圖7是表示在每個(gè)凸點(diǎn)區(qū)域檢測(cè)的初始連接電阻的結(jié)果的曲線圖。
圖8是表示在溫度循環(huán)試驗(yàn)中的凸點(diǎn)連接部分的整體的連接電阻的變化圖。
圖9是表示利用根據(jù)有限要素方法的結(jié)構(gòu)解析而計(jì)算出的在引出布線部中產(chǎn)生的等效塑性變形的結(jié)果的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的簡(jiǎn)要截面圖。
在圖1中，在LSI芯片1的電極焊盤(pán)上形成有金屬凸點(diǎn)2。雖然沒(méi)有限制金屬凸點(diǎn)2的材料種類(lèi)，但其基本上可以由金合金構(gòu)成，并利用引線鍵合加工形成柱狀凸點(diǎn)、或利用電鍍加工形成鍍層凸點(diǎn)來(lái)形成金屬凸點(diǎn)2。
在承載LSI芯片1的承載基板8上，形成在與LSI芯片1上形成的金屬凸點(diǎn)2相對(duì)應(yīng)的位置上配置的布線圖形(表面鍍金)4。此布線圖形4構(gòu)成布線層。在實(shí)施金屬凸點(diǎn)2和布線圖形4之間的位置對(duì)準(zhǔn)之后，在承載基板8上，通過(guò)粘接材料3用高溫加壓焊接LSI芯片1，一并進(jìn)行相互的電連接(基本上通過(guò)金屬凸點(diǎn)2和布線圖形4之間接觸擠壓來(lái)進(jìn)行接觸導(dǎo)通)與LSI電路面的密封。
在粘接材料3中，一般可以使用以熱固化性的環(huán)氧樹(shù)脂為主的非導(dǎo)電性粘接薄片(NCFNon conductive film)或液狀膏(NCPNonconductive paste)、或混有導(dǎo)電粒子的各向異性導(dǎo)電薄片(ACFAnisotropic conductive film)等。
承載基板8包括芯材料料6和一般被稱(chēng)為裝配層的絕緣材料層5，各層間通過(guò)Cu布線及Cu柱進(jìn)行電連接。作為以狹窄間距實(shí)現(xiàn)布線形成的方法，一般利用半添加方法的布線形成工藝，當(dāng)絕緣材料的剛性高時(shí)，由于未充分進(jìn)行表面粗化，就會(huì)存在Cu鍍層的粘接性降低的情況。在此情況下，提出了一種對(duì)Cu箔一側(cè)進(jìn)行機(jī)械的表面粗化后粘貼絕緣材料的方法，如利用此方法、即使絕緣材料的剛性高、也不會(huì)產(chǎn)生Cu鍍層的粘接性的問(wèn)題。
在承載基板8的背面?zhèn)?圖1的下方側(cè)面)，形成用于承載焊料球的區(qū)域(land)布線，通過(guò)助焊劑，將尺寸適合于焊料凸點(diǎn)7的承載間距的焊料球轉(zhuǎn)印到各區(qū)域表面，經(jīng)過(guò)回流焊工序形成焊料凸點(diǎn)7。但是，不一定必須形成焊料凸點(diǎn)7，也可以是沒(méi)有焊料凸點(diǎn)7狀態(tài)的半導(dǎo)體器件。
在此，將用于電連接金屬凸點(diǎn)2和布線圖形4并密封LSI芯片1的LSI電路面的粘接材料3的熱固化后的彈性系數(shù)設(shè)為Ea、將承載基板8表層的絕緣材料5的熱固化后的彈性系數(shù)設(shè)為Eb、并且在具有芯層的多層基板的情況下將其芯材料6的彈性系數(shù)設(shè)為Ec時(shí)，在本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，在常溫及粘接材料3的熱壓接合溫度下，構(gòu)成滿(mǎn)足下面關(guān)系式(1)中所示關(guān)系的材料體系。
至少Ea＜Eb＜Ec，優(yōu)選1/3Eb＜Ea＜Eb＜3Ea(＜Ec＝---(1)或者，在本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，將粘接材料3的熱固化后的線膨脹系數(shù)設(shè)為αa、將絕緣材料層5的線膨脹系數(shù)設(shè)為αb、并且在具有芯層的多層基板的情況下將其芯材料6的膨脹系數(shù)設(shè)為αc時(shí)，在常溫及粘接材料3的熱壓接合溫度下，構(gòu)成滿(mǎn)足下面關(guān)系式(2)中所示關(guān)系的材料體系。
至少，αa＞αb＞αc、優(yōu)選(αc＜)1/3αa＜αb＜αa＜3αb ---(2)但是，上述關(guān)系式(1)的彈性系數(shù)，將利用對(duì)象材料的DMA法(粘彈性測(cè)量法)的儲(chǔ)存彈性率測(cè)量或經(jīng)過(guò)由毫微壓痕的按壓試驗(yàn)中得到的彈性系數(shù)作為基準(zhǔn)，就上述關(guān)系式(2)中的線膨脹系數(shù)而言，將從利用對(duì)象材料的TMA法(熱膨脹測(cè)量法)的測(cè)量結(jié)果中得到的線膨脹系數(shù)作為基準(zhǔn)。
具體是，半導(dǎo)體芯片1的熱壓接合溫度為200℃的情況下，例如芯材料6的彈性系數(shù)為15GPa，線膨脹系數(shù)為10ppm(面方向(XY方向))左右，表層絕緣材料5的彈性系數(shù)為1GPa、線膨脹系數(shù)為50ppm(面方向(XY方向))左右，粘接材料3的彈性系數(shù)為0.5GPa(表層絕緣材料5的1/3或以上)、線膨脹系數(shù)為100ppm(表層絕緣材料的3倍或以下)左右。
在常溫環(huán)境中，例如，芯材料6的彈性系數(shù)為20GPa、線膨脹系數(shù)為12ppm(XY方向)左右，表層絕緣材料5的彈性系數(shù)為10GPa、線膨脹系數(shù)為20ppm(XY方向)左右，粘接材料3的彈性系數(shù)為5GPa(表層絕緣材料5的1/3或以上)、線膨脹系數(shù)為40ppm(表層絕緣材料的3倍或以下)左右。
再有，在關(guān)系式(1)中，使3Ea(＜Ec)是因?yàn)?，如果芯材?的彈性系數(shù)Ec比3Ea大，芯材料6就容易變形，熱壓接合時(shí)絕緣材料5(裝配層)也容易變形。
如圖1中所示，在承載基板8的芯材料6的兩面形成的絕緣材料層5不一定是一層結(jié)構(gòu)，根據(jù)產(chǎn)品的形態(tài)，可形成兩層～四層的絕緣材料層，在此，根據(jù)連接金屬凸點(diǎn)2的布線圖形4的正下方的絕緣材料層特性，來(lái)規(guī)定作為對(duì)象的絕緣材料的彈性系數(shù)及線膨脹系數(shù)。
說(shuō)明如上所述構(gòu)成的本發(fā)明的第一實(shí)施方式的原理。
圖5是在粘接材料3(在此假設(shè)為非導(dǎo)電膜)的彈性系數(shù)Ea在常溫下為5～6GPa、在粘接材料3的熱壓接合溫度下為0.5～0.6GPa左右(現(xiàn)在通常普遍使用的材料)的情況下、用其與基板表層絕緣材料5的彈性系數(shù)的關(guān)系來(lái)表示對(duì)凸點(diǎn)連接狀態(tài)影響的機(jī)理的示意圖。并且，圖5(A)示出了低載重的情況，圖5(B)示出了高載重的情況。
此外，若將基板表層絕緣材料5的彈性系數(shù)設(shè)為Eb，則在Ea＞Eb時(shí)，即當(dāng)粘接材料3的彈性系數(shù)比絕緣材料5的彈性系數(shù)大，最左側(cè)的圖示出了這種情況。通過(guò)通常廣泛使用的半添加工藝中的與使用絕緣材料的裝配基板的組合就相當(dāng)于在最左側(cè)的圖中所示的情況(不同于本發(fā)明)。
在半添加工藝中，在基板8的芯材料6上層疊絕緣材料5之后，在其表層形成非電解鍍的Cu布線層4。為了確保絕緣材料5和Cu鍍層4的粘接性，通?？蓪?shí)施所謂的表面粗化的化學(xué)處理。
因此，當(dāng)絕緣材料5的彈性系數(shù)大(硬度高)時(shí)，由于難于進(jìn)行表面粗化處理，所以在半添加工藝中通常廣泛使用的絕緣材料5的彈性系數(shù)在常溫下是2～3GPa的低彈性，小于粘接材料3在常溫下的彈性系數(shù)(5～6GPa)(粘接材料3的熱壓接合溫度也相同)。
如圖5(A)中所示，此粘接材料3和基板絕緣材料5的材料體系中，當(dāng)壓接載重低時(shí)，就不能得到充分的凸點(diǎn)/焊盤(pán)間的接觸擠壓，就會(huì)導(dǎo)致接觸狀態(tài)不穩(wěn)定。相反，如圖5(B)中所示，當(dāng)壓接載重增大時(shí)，就會(huì)使基板側(cè)Cu焊盤(pán)部分4的變形過(guò)大，就會(huì)提高發(fā)生如圖所示的布線損害的可能性。
因此，在本材料體系的關(guān)系下，為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的連接狀態(tài)，就必須進(jìn)行將壓接載重調(diào)準(zhǔn)(tuning)到合適范圍等的工藝管理，就會(huì)大大地影響批量生產(chǎn)時(shí)的制造成本和合格率。
另一方面，圖5的最右側(cè)的圖是不同于本發(fā)明、且假設(shè)與用含有常規(guī)廣泛使用的玻璃布薄片的預(yù)浸材料片(prepreg)來(lái)制造的高剛性基板(一般不作為針對(duì)狹窄間距的裝配基板)的組合的情況。
在這種常規(guī)預(yù)浸材料片的情況，常溫下的彈性系數(shù)為15～20GPa左右，屬于比粘接材料3的彈性系數(shù)大3倍或3倍以上時(shí)的情況(Eb＞3Ea)。在此情況下，不論壓接載重的大小如何，都容易穩(wěn)定地保持凸點(diǎn)/焊盤(pán)間的接觸擠壓。但是，由于與凸點(diǎn)2周?chē)恼辰硬牧系膭傂韵啾?、基板表層的剛性非常高，所以在壓接加工時(shí)和組裝后的溫度循環(huán)試驗(yàn)等中，凸點(diǎn)2的塑性變形就過(guò)大。特別是進(jìn)行升溫時(shí)，就會(huì)發(fā)生凸點(diǎn)/焊盤(pán)間的剝離，斷線可能性就會(huì)變高。
并且，由于常規(guī)預(yù)浸材料的情況下的基板焊盤(pán)表面的變形量小，特別是當(dāng)壓接載重小時(shí)，就難于吸收焊盤(pán)間的初始高度偏差和凸點(diǎn)2的初始高度偏差，就會(huì)使連接狀態(tài)整體地變得不穩(wěn)定。
圖5中央所示出的是使用根據(jù)本發(fā)明的材料體系的情況下的凸點(diǎn)連接狀態(tài)。示出了在本發(fā)明的情況下，與彈性系數(shù)的一般關(guān)系即Ea＞Eb相反，以滿(mǎn)足Ea＜Eb＜3Ea關(guān)系的材料體系接合的狀態(tài)。
由于本發(fā)明的情況下的基板表層5的剛性比凸點(diǎn)2周?chē)恼辰硬牧?大，所以，即使壓接載重小，也能夠穩(wěn)定地保持凸點(diǎn)/焊盤(pán)間的接觸擠壓。
相反，即使壓接載重高的情況，基板焊盤(pán)表面也會(huì)以恰當(dāng)?shù)某潭茸冃?，不僅可抑制凸點(diǎn)2的過(guò)大的塑性變形，而且還能夠在不引起布線損害的范圍內(nèi)維持適度的彈性反力，由此就能夠維持穩(wěn)定的接合狀態(tài)。
因此，在本發(fā)明的情況下，由于不論壓接載重的大小和其批量生產(chǎn)時(shí)的偏差如何，都能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的連接狀態(tài)，所以能夠確保低成本、高的合格率。
圖6是假設(shè)壓接時(shí)在凸點(diǎn)/焊盤(pán)間發(fā)生位置偏移的情況下、利用根據(jù)有限要素法的結(jié)構(gòu)解析計(jì)算出的凸點(diǎn)/焊盤(pán)間的接觸擠壓的結(jié)果。
圖6(A)表示相對(duì)于預(yù)先規(guī)定的粘接材料3的彈性系數(shù)(Ea＝0.5～0.6GPa/200℃)、基板表層的絕緣材料5的彈性系數(shù)小的情況(Eb＝0.1GPa/200℃)的解析結(jié)果。此外，圖6(B)表示相當(dāng)于本發(fā)明的材料體系的彈性系數(shù)大的情況(Eb＝1GPa/200℃)的解析結(jié)果。
此外，圖6(C)示出了將絕緣材料5的彈性系數(shù)為Eb＝0.1GPa/200℃和Eb＝1GPa/200℃時(shí)的位置偏移和接觸擠壓的關(guān)系進(jìn)行比較的曲線圖。
可是，今后，倒裝芯片連接技術(shù)將要求應(yīng)對(duì)50μm或50μm以下的非常狹窄間距的連接，當(dāng)考慮半導(dǎo)體器件批量生產(chǎn)時(shí)的對(duì)準(zhǔn)偏差時(shí)，就必須實(shí)現(xiàn)凸點(diǎn)/焊盤(pán)間的位置偏移可允許到某一程度的連接結(jié)構(gòu)。
但是，在現(xiàn)在常規(guī)使用的與裝配基板的組合(Ea＞Eb)中，由于基板表層5為低剛性，所以相對(duì)于凸點(diǎn)2的位置偏移就導(dǎo)致了基板側(cè)焊盤(pán)表面傾斜，因此即使在凸點(diǎn)/焊盤(pán)相互重疊的區(qū)域中，也幾乎不能獲得接觸擠壓(僅凸點(diǎn)邊緣部分)。
另一方面，在滿(mǎn)足本發(fā)明的Ea＜Eb(并且＜3Ea)關(guān)系的材料體系(Eb＝1GPa/200℃)中，即使相對(duì)于凸點(diǎn)的位置偏移，就凸點(diǎn)/焊盤(pán)相互重疊的區(qū)域而言，也能夠穩(wěn)定地獲得充分的接觸擠壓。
如上述所述，根據(jù)本發(fā)明的材料體系，即使針對(duì)在狹窄間距連接中可能會(huì)出現(xiàn)的凸點(diǎn)2的大的位置偏移(大約為凸點(diǎn)直徑的一半)，也能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的連接狀態(tài)。
圖7是表示實(shí)際使用試作的TEG樣品、測(cè)量每個(gè)凸點(diǎn)區(qū)域(1～21ch)的初始(接觸)連接電阻的結(jié)果。再有，TEG樣品的芯片/基板間通過(guò)凸點(diǎn)連接部分以數(shù)字圖形構(gòu)成。為了確認(rèn)凸點(diǎn)位置偏移的影響，在此試作樣品中，雖然各個(gè)凸點(diǎn)位置的偏移程度不同，但作為裝置設(shè)定，故意引入凸點(diǎn)直徑一半左右的位置偏移來(lái)試作此樣品。
在圖7中，在與現(xiàn)在常規(guī)使用的裝配基板的組合(Ea＞Eb＝0.1GPa/200℃)中，初始的連接電阻增高，而各測(cè)量區(qū)域的布線長(zhǎng)度相等，所以認(rèn)為這是由接觸導(dǎo)通部的接觸電阻之差引起的。
因此，換言之，圖7中所示的曲線圖是實(shí)際驗(yàn)證圖6中所示的凸點(diǎn)位置偏移時(shí)的影響機(jī)理的測(cè)量結(jié)果。
另一方面，在圖7中，以滿(mǎn)足根據(jù)本發(fā)明的材料體系關(guān)系的材料結(jié)構(gòu)試作的兩種TEG樣品的情況(Ea＜Eb＝1GPa/200℃、1.3GPa/200℃＜3Ea)中，即使引入凸點(diǎn)2的偏移也都能夠獲得相同水平的連接電阻值，并能夠達(dá)到穩(wěn)定水平。
再有，在圖7中，每個(gè)測(cè)量區(qū)域的連接電阻值不同不是因?yàn)橥裹c(diǎn)連接部分的接觸電阻沒(méi)有改變而是由于各測(cè)量區(qū)域的布線長(zhǎng)度不同。
圖8是表示將上述TGE樣品投入溫度循環(huán)試驗(yàn)時(shí)的監(jiān)測(cè)凸點(diǎn)連接部分整體電阻變化的結(jié)果圖。圖8(A)是現(xiàn)有的材料體系的情況，圖8(B)是本發(fā)明的材料體系的情況。
如圖8中所示，在滿(mǎn)足根據(jù)本發(fā)明的材料體系的TGE樣品的情況下，與現(xiàn)有的材料體系比較，不僅降低了初始的連接電阻，而且也減少了溫度循環(huán)試驗(yàn)時(shí)的連接電阻變化，所以在寬的溫度范圍也能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的連接。
此外，在本發(fā)明的材料系統(tǒng)中，電的溫度循環(huán)的壽命也是以-55/125℃的條件，循環(huán)1000個(gè)周期的壽命。
圖9是表示基板8側(cè)的連接焊盤(pán)用區(qū)域布線向周邊方向引出的基板結(jié)構(gòu)中、將形成有凸點(diǎn)2的半導(dǎo)體芯片1進(jìn)行倒裝芯片連接時(shí)，利用根據(jù)有限要素法的結(jié)構(gòu)解析計(jì)算出的引出布線部產(chǎn)生的等效塑性變形(金屬疲勞破壞的評(píng)價(jià)指標(biāo))的結(jié)果的曲線圖。
圖9所示的比較結(jié)果是假設(shè)應(yīng)對(duì)無(wú)鉛的回流焊條件、加熱到260℃情況下所產(chǎn)生的變形值。此外，在圖9表示現(xiàn)在常規(guī)使用的與裝配基板的組合(Ea＞Eb＝0.1GPa/200℃)的情況和滿(mǎn)足根據(jù)本發(fā)明的材料體系關(guān)系的材料結(jié)構(gòu)(Ea＜Eb＝1GPa/200℃、(且＜3Ea))時(shí)的解析結(jié)果。
如圖9所示，回流焊接加熱時(shí)在基板布線所發(fā)生的等效塑性變形，在現(xiàn)在常規(guī)使用的裝配基板的情況下(Ea＞Eb＝0.1GPa/200℃)變得非常大(超過(guò)1％)，由于今后將加速無(wú)鉛化而導(dǎo)致加熱溫度上升，且布線的微細(xì)圖形化也會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，從而變形量也將進(jìn)一步增大。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明的材料體系的情況(Ea＜Eb＝1GPa/200℃、(且＜3Ea))在相同加熱條件下產(chǎn)生的變形量為0.1％或0.1％以下，表明對(duì)微細(xì)布線圖形的載重變得非常小。
因此，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明相對(duì)于將來(lái)的回流加熱溫度的上升和布線的微細(xì)化，可實(shí)現(xiàn)能夠確保高可靠性的模塊結(jié)構(gòu)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式，由于粘接材料3的熱固化后的彈性系數(shù)Ea、絕緣材料5的熱固化后的彈性系數(shù)Eb、芯材料6的熱固化后的彈性系數(shù)Ec，滿(mǎn)足1/3Eb＜Ea＜Eb＜3Ea(＜Ec)的關(guān)系，所以能夠?qū)崿F(xiàn)提高凸點(diǎn)電極2和基板電極4的連接可靠性的半導(dǎo)體器件。
再有，可將多層基板8與LSI芯片分別制造銷(xiāo)售，此后，與作為半導(dǎo)體器件的LSI芯片進(jìn)行連接。在此多層基板8中，具有粘接材料3、絕緣材料5、布線圖形4和芯材料6，假設(shè)粘接材料3的熱固化后的彈性系數(shù)Ea、絕緣材料5的熱固化后的彈性系數(shù)Eb、芯材料6的熱固化后的彈性系數(shù)Ec，滿(mǎn)足1/3Eb＜Ea＜Eb＜3Ea(＜Ec)的關(guān)系，就能夠?qū)崿F(xiàn)可用于半導(dǎo)體器件的多層基板，該多層基板可構(gòu)成提高凸點(diǎn)電極2和基板電極4的連接可靠性的半導(dǎo)體器件。
圖2是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的簡(jiǎn)要截面圖。此第二實(shí)施方式的基本結(jié)構(gòu)與上述第一實(shí)施方式相同。但是，如圖2中所示，在與第一實(shí)施方式相同的材料體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)承載基板8上承載多個(gè)LSI芯片1、1b。
作為L(zhǎng)SI芯片1、1b的具體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，也可是微處理器(微機(jī))和存儲(chǔ)器(DRAM)混載以及這些與快閃存儲(chǔ)器的3芯片結(jié)構(gòu)。此外，當(dāng)將RF芯片與微機(jī)進(jìn)行混載安裝的情況下，也可以在其周邊同時(shí)安裝無(wú)源元件，進(jìn)行單模塊化。此外，將圖形引擎等的發(fā)熱量大的元件與存儲(chǔ)器(DRAM)混載安裝的情況下，在芯片上面粘接由銅或鋁制造的散熱板，就能夠降低熱電阻。
即使在此第二實(shí)施方式中，也能夠獲得與第一實(shí)施方式相同的效果。
圖3是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的半導(dǎo)體器件的簡(jiǎn)要截面圖。
此第三實(shí)施方式是將多個(gè)半導(dǎo)體芯片1、1b以三維的形式進(jìn)行層疊的例子。即，在第三實(shí)施方式中，下層的半導(dǎo)體芯片1承載在與第一實(shí)施方式相同的材料體系結(jié)構(gòu)中的基板8上。并且，上層的半導(dǎo)體芯片1b通過(guò)粘接材料9固定在下層的半導(dǎo)體芯片1的上面。
由于利用倒裝芯片連接下層半導(dǎo)體芯片1，故無(wú)論上層芯片1b比下層芯片1面積小還是大，都能夠承載在下層的半導(dǎo)體芯片1上。此外，上層的芯片1b通過(guò)引線鍵合10與在承載基板8上形成的電極部分4電連接。
為了保護(hù)上層芯片1b的電路面，對(duì)整個(gè)芯片承載區(qū)域進(jìn)行傳遞模塑，用樹(shù)脂11密封。
在上述第三實(shí)施方式中，毫無(wú)疑問(wèn)，下層半導(dǎo)體芯片1也能夠獲得與第一實(shí)施方式相同的效果，即使在上層半導(dǎo)體芯片1b的引線鍵合連接中，通過(guò)與第一實(shí)施方式相同的作用效果，也能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的連接。
即，實(shí)現(xiàn)利用超聲振動(dòng)的引線鍵合時(shí)的金屬接合的前提條件，是能夠在接合時(shí)維持穩(wěn)定的接觸狀態(tài)。
因此，已經(jīng)表明，不僅是利用金屬凸點(diǎn)的接觸擠壓的接觸導(dǎo)通連接形態(tài)，即使是利用超聲波振動(dòng)的金屬凸點(diǎn)的金屬間接合的實(shí)施方式，只要利用滿(mǎn)足第一實(shí)施方式中所示的關(guān)系式(1)的材料體系來(lái)構(gòu)成，就能夠獲得相同的效果。
再有，在圖示出的第三實(shí)施方式中，雖然示出了層疊兩個(gè)半導(dǎo)體器件1、1b的兩層芯片的情況下的例子，但是，也可在芯片1b的上層層疊3層、4層，利用引線鍵合10，與在承載基板8上形成的電極部分4電連接。
在圖4中，示出了利用根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造工序及現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件的制造工序。
在圖4中，在現(xiàn)有工藝中，在半導(dǎo)體芯片的電極上形成金屬凸點(diǎn)，利用晶片的切割、將帶有凸點(diǎn)的芯片分割成單個(gè)芯片。并且，在基板上的芯片承載位置上，實(shí)施薄片狀粘接材料的粘貼或涂敷膏狀粘接材料，在將芯片上電極的凸點(diǎn)位置和基板上的布線圖形位置對(duì)準(zhǔn)之后，進(jìn)行預(yù)壓接。最后，以達(dá)到粘接材料的固化溫度進(jìn)行加熱，實(shí)施正式壓接，結(jié)束連接加工。
在現(xiàn)有技術(shù)中的制造工藝中，在粘貼薄片狀的粘接材料的加工和涂敷膏狀粘接材料的過(guò)程中，由于對(duì)承載的產(chǎn)品芯片尺寸和連接間距等進(jìn)行單獨(dú)設(shè)定，故在應(yīng)對(duì)定作的多品種少量生產(chǎn)中，就會(huì)存在導(dǎo)致TAT(產(chǎn)品交貨期)的長(zhǎng)期化。
將尺寸不同的多個(gè)半導(dǎo)體芯片同時(shí)承載在基板上的情況下，就可能進(jìn)一步長(zhǎng)期化。
相對(duì)于此，在本發(fā)明的制造過(guò)程1中，在晶片級(jí)的狀態(tài)下，事先粘貼薄片狀的粘接材料，在粘貼薄片狀粘接材料的狀態(tài)下，切割成帶有凸點(diǎn)的單個(gè)芯片。此后，將帶NCF的芯片進(jìn)行單片化并實(shí)施常溫預(yù)壓接后，進(jìn)行正式壓接。
由此，不需要在基板的芯片承載位置上事先粘貼粘接薄片等過(guò)程，就能夠僅以位置對(duì)準(zhǔn)后的正式壓接工藝來(lái)完成連接加工。
此制造工程1，在如第二實(shí)施方式那樣同時(shí)承載、連接多個(gè)半導(dǎo)體芯片1、1b時(shí)特別有效。
此外，制造工藝2與現(xiàn)有技術(shù)相同，通過(guò)切割晶片對(duì)芯片進(jìn)行單片化。此后，如現(xiàn)有技術(shù)那樣，不在基板上粘貼NCF，將單獨(dú)制造的多層基板與芯片進(jìn)行常溫預(yù)壓接。然后進(jìn)行正式壓接。
如上述實(shí)施方式所述，在單獨(dú)制造的多層基板中，粘接劑3、絕緣材料5、芯材料6的彈性系數(shù)Ea、Eb、Ec滿(mǎn)足1/3Eb＜Ea＜Eb＜3Ea(＜Ec)的關(guān)系。
此制造工藝2，由于是由多層基板8和粘接材料3的材料體系構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，所以在半導(dǎo)體器件的組裝加工中，例如，基板廠家就以將粘接材料(圖中NCF)預(yù)壓接在事先制作出的多層基板的半導(dǎo)體元件承載面的狀態(tài)作為出廠產(chǎn)品的形態(tài)。
由此，半導(dǎo)體廠家僅利用熱壓接合半導(dǎo)體元件的加工就能完成安裝，從而能夠?qū)崿F(xiàn)制造過(guò)程的短周期及低成本化。
對(duì)于基板廠家，也可以作為將基板與粘接材料組合的多層基板體系來(lái)進(jìn)行銷(xiāo)售，其中也能夠具有新的附加價(jià)值，所以對(duì)于兩者都是有效的過(guò)程。
最近，正在關(guān)注高密度地安裝現(xiàn)存的多個(gè)LSI、實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)LSI同等水平的高性能化和小型模塊化的系統(tǒng)·內(nèi)·封裝技術(shù)。
本發(fā)明的倒裝片技術(shù)，在加速上述系統(tǒng)·內(nèi)·封裝技術(shù)的開(kāi)發(fā)上占有重要的地位。
因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，本發(fā)明是用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字照相機(jī)和便攜式電話(huà)等的高性能化和大幅度小型化的關(guān)鍵技術(shù)，且產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值非常高。
再有，在上述的例子中，將粘接劑材料3的熱效應(yīng)后的彈性系數(shù)Ea和芯材料6的彈性系數(shù)Ec的關(guān)系設(shè)為3Ea＜Ec，這是為了避免熱壓接合時(shí)絕緣材料層5容易變形，此關(guān)系對(duì)于本發(fā)明的效果不是必要的。
此外，可以將本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的熱壓接合溫度設(shè)為160℃～200℃的范圍。
此外，粘接材料3及絕緣材料5、6也可以含有填料。
并且，粘接材料3可以含有導(dǎo)電粒子。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括形成有金屬性凸點(diǎn)電極的半導(dǎo)體元件；具有與該半導(dǎo)體元件的凸點(diǎn)電極配置位置相對(duì)應(yīng)地配置的布線層及多個(gè)絕緣材料層的多層基板；用于在該多層基板的布線層和金屬凸點(diǎn)接觸的狀態(tài)下使上述多層基板和上述半導(dǎo)體元件連接的、位于上述半導(dǎo)體元件和上述多層基板之間的熱固化性粘接材料，其特征在于將上述熱固化性粘接材料的熱固化后的彈性系數(shù)設(shè)為Ea、并將上述多層基板的半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層的熱固化后的彈性系數(shù)設(shè)為Eb時(shí)，在常溫環(huán)境或金屬凸點(diǎn)和上述布線層的熱壓接合溫度下，滿(mǎn)足1/3Eb＜Ea＜Eb＜3Ea的關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于將隔著上述半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層與上述半導(dǎo)體元件相對(duì)的芯材料料層的彈性系數(shù)設(shè)為Ec時(shí)，在常溫環(huán)境或上述金屬凸點(diǎn)電極和上述布線層的熱壓接合溫度下，滿(mǎn)足3Ea＜Ec的關(guān)系。
3.一種半導(dǎo)體器件，包括形成有金屬性凸點(diǎn)電極的半導(dǎo)體元件；具有與該半導(dǎo)體元件的凸點(diǎn)電極配置位置相對(duì)應(yīng)地配置的布線層及多個(gè)絕緣材料層的多層基板；用于在該多層基板的布線層和金屬凸點(diǎn)接觸的狀態(tài)下使上述多層基板和上述半導(dǎo)體元件連接的、位于上述半導(dǎo)體元件和上述多層基板之間的熱固化性粘接材料，其特征在于將上述熱固化性粘接材料的熱固化后的線膨脹系數(shù)設(shè)為αa、并將上述多層基板的半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層的熱固化后的線膨脹系數(shù)設(shè)為αb時(shí)，在常溫環(huán)境或金屬凸點(diǎn)和上述布線層的熱壓接合溫度下，滿(mǎn)足1/3αa＜αb＜αa＜3αb的關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于將隔著上述半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層與上述半導(dǎo)體元件相對(duì)的芯材料料層的線膨脹系數(shù)設(shè)為αc時(shí)，在常溫環(huán)境或上述金屬凸點(diǎn)電極和上述布線層的熱壓接合溫度下，滿(mǎn)足αc＜1/3αa的關(guān)系。
5.一種半導(dǎo)體器件，包括形成有金屬性凸點(diǎn)電極的半導(dǎo)體元件；具有與該半導(dǎo)體元件的凸點(diǎn)電極配置位置相對(duì)應(yīng)地配置的布線層及多個(gè)絕緣材料層的多層基板；用于在該多層基板的布線層和金屬凸點(diǎn)接觸的狀態(tài)下使上述多層基板和上述半導(dǎo)體元件連接的、位于上述半導(dǎo)體元件和上述多層基板之間的熱固化性粘接材料，其特征在于將上述熱固化性粘接材料的熱固化后的彈性系數(shù)設(shè)為Ea、并將上述多層基板的半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層的熱固化后的彈性系數(shù)設(shè)為Eb、將隔著上述半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層與半導(dǎo)體元件相對(duì)的芯材料料層的彈性系數(shù)設(shè)為Ec時(shí)，在常溫環(huán)境或金屬凸點(diǎn)和上述布線層的熱壓接合溫度下，滿(mǎn)足Ea＜Eb＜Ec的關(guān)系。
6.一種半導(dǎo)體器件，包括形成有金屬性凸點(diǎn)電極的半導(dǎo)體元件；具有與該半導(dǎo)體元件的凸點(diǎn)電極配置位置相對(duì)應(yīng)地配置的布線層及多個(gè)絕緣材料層的多層基板；用于在該多層基板的布線層和金屬凸點(diǎn)接觸的狀態(tài)下使上述多層基板和上述半導(dǎo)體元件連接的、位于上述半導(dǎo)體元件和上述多層基板之間的熱固化性粘接材料，其特征在于將上述熱固化性粘接材料的熱固化后的線膨脹系數(shù)設(shè)為αa、將上述多層基板的半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層的熱固化后的線膨脹系數(shù)設(shè)為αb、將隔著上述半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層與半導(dǎo)體元件相對(duì)的芯材料料層的線膨脹系數(shù)設(shè)為αc時(shí)，在常溫環(huán)境或上述金屬凸點(diǎn)電極和上述布線層的熱壓接合溫度下，滿(mǎn)足αc＜αb＜αa的關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述彈性系數(shù)Ea、Eb、Ec以利用粘彈性測(cè)量法測(cè)量出的儲(chǔ)存彈性系數(shù)或經(jīng)過(guò)利用毫微壓痕的按壓試驗(yàn)中得到的表層彈性系數(shù)作為基準(zhǔn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述線膨脹系數(shù)αa、αb、αc以利用熱膨脹測(cè)量法測(cè)量出的線膨脹系數(shù)作為基準(zhǔn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于半導(dǎo)體元件的熱壓接合溫度處于160℃～200℃的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述粘接材料及絕緣材料層含有填料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述粘接材料含有導(dǎo)電粒子。
12.一種用于半導(dǎo)體器件的多層基板，包括與半導(dǎo)體元件的凸點(diǎn)電極配置位置相對(duì)應(yīng)地配置的布線層、多個(gè)絕緣材料層和熱固化性粘接材料，所述熱固化性粘接材料用于在上述布線層和半導(dǎo)體元件的金屬凸點(diǎn)接觸的狀態(tài)下與上述半導(dǎo)體元件連接，并位于在上述半導(dǎo)體元件側(cè)配置的絕緣材料層上，其特征在于將上述熱固化性粘接材料的熱固化后的彈性系數(shù)設(shè)為Ea、并將半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層的熱固化后的彈性系數(shù)設(shè)為Eb時(shí)，在常溫環(huán)境或上述金屬凸點(diǎn)電極和上述布線層的熱壓接合溫度下，滿(mǎn)足1/3Eb＜Ea＜Eb＜3Ea的關(guān)系。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于半導(dǎo)體器件的多層基板，其特征在于將隔著上述半導(dǎo)體元件側(cè)絕緣材料層與上述半導(dǎo)體元件相對(duì)的芯材料料層的彈性系數(shù)設(shè)為Ec時(shí)，在常溫環(huán)境或上述金屬凸點(diǎn)電極和上述布線層的熱壓接合溫度下，滿(mǎn)足3Ea＜Ec的關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)一種提高了凸點(diǎn)電極和基板電極的連接可靠性的半導(dǎo)體器件。將用于電連接金屬凸點(diǎn)(2)和布線圖形(4)、密封LSI芯片(1)的LSI電路面的粘接材料(3)的熱固化后的彈性系數(shù)設(shè)為Ea，將承載基板(8)表層的絕緣材料(5)的熱固化后的彈性系數(shù)設(shè)為Eb，并且在具有芯層的多層基板的情況下將其芯材料(6)的彈性系數(shù)設(shè)為Ec時(shí)，在常溫及粘接材料(3)的熱壓接合溫度下，用滿(mǎn)足如下的關(guān)系式的材料體系來(lái)構(gòu)成半導(dǎo)體器件。即，至少Ea＜Eb＜Ec，優(yōu)選1/3Eb＜Ea＜Eb＜3Ea(＜Ec)。按這樣的關(guān)系來(lái)設(shè)定彈性系數(shù)，由于不論壓接載重的大小及其批量生產(chǎn)時(shí)的偏差如何都能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定連接的狀態(tài)，因此，就能夠確保低成本、高合格率。
文檔編號(hào)H01L23/29GK1674219SQ20051005636
公開(kāi)日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月22日
發(fā)明者田中直敬, 河野賢哉, 永井朗, 田崎耕司, 安田雅昭 申請(qǐng)人:日立化成工業(yè)株式會(huì)社