[发明专利]具有可靠电连接的半导体器件

说明书

本发明涉及一种半导体器件和制造该器件的方法，其中具有凸出电极的半导体芯片和具有焊盘电极的布线衬底通过其中分散有无机填料的树脂材料粘接在一起。特别是，本发明涉及一种半导体器件和制造该器件的方法，能够提高半导体芯片的凸出电极和布线衬底的焊盘电极之间的电连接可靠性。

对于电子设备例如摄像机和便携计算机等来说，轻量和小型化是很重要的。因此，需要在这些电子设备中所用的电子部件或电子元件具有小的外部尺寸。另外，即使电子部件的外部尺寸不能再减小，也能通过增加电子部件的集成度来减小电子设备的尺寸。

图10显示了用作上述电子元件的传统半导体器件的一个实例的剖视图。图10所示的传统半导体器件包括布线衬底104和固定在布线衬底104上的半导体芯片101。半导体芯片101具有半导体衬底102和多个形成在半导体衬底102的一个主面上的凸出电极或凸起电极103。在半导体衬底102中，形成有若干半导体元件和/或电子电路元件，这些元件内部互连形成电子电路单元或多个单元。

每个凸出电极103按如下方法形成。首先，将由金等制成的金属丝的端部熔化形成金属球，按压金属球使其连接到半导体衬底102上，然后，拉住并在中部截断金属丝。用这种方法，在半导体衬底102上形成若干凸出电极103。

图11是在将半导体芯片101固定到布线衬底104上之前，一个凸出电极103的剖视图。如图11所示，凸出电极103具有大直径的部分也就是基部103a和小直径部分也就是柱状部分或细长部分103b。柱状部分103b的端部呈旋转抛物面形。举例来说，当采用直径为30μm的金丝时，基部103a的直径可以是70-100μm，高度可以是15-25μm，而且，在这种情况下，柱状部分103b的直径大约是30μm，长度可以是45-55μm。通过改变所用金属丝的直径，就能改变103a和103b部分的直径。

布线衬底104包括绝缘衬底105，在衬底105的一个表面上形成有导体图形(图中未示出)，在绝缘衬底105上的部分导体图形上形成有焊盘电极106。绝缘衬底105由耐热材料制成，焊盘电极106的位置对应于凸出电极103的位置。绝缘衬底105上的导电图形是例如通过蚀刻形成在绝缘衬底上的、厚12-18μm的铜箔而形成的，焊盘电极106是通过在铜箔上形成厚3-5μm的镀镍层然后再形成厚0.03-1.0μm的镀金层而形成的。

图10所示半导体器件还包括用于密封的树脂材料部分107。为了缓和由于半导体芯片101和布线衬底104之间热膨胀系数差异的影响，在树脂材料部分107中分散有粒径2-6μm的氧化铝或氧化硅无机填料108，其浓度或比率为50-80wt％。

现在将对具有上述结构的半导体器件的传统制造方法进行介绍，图12A至图12D是按照制造步骤说明图10所示的半导体器件的传统制造方法的剖视图，首先，如图12A所示，布线衬底104位于支撑平板109上，在支撑平板109中设有加热器(图中未示出)，能够根据需要对布线衬底104加热。

如图12B所示，在布线衬底104上涂敷液体树脂材料107a，然后，如图12C所示，在吸管110的底部吸起半导体芯片101，使半导体芯片101的凸出电极103面朝下，然后在支撑平板109的上面移动用吸管110吸起的半导体芯片101，在吸管110中设有加热器(图中未示出)，用于加热半导体芯片101。

调整半导体芯片101的位置，使凸出电极103正好位于由液体树脂材料107a覆盖的布线衬底104上的对应焊盘电极106的上方，然后，使吸管110下降，至此，如图12D所示，使凸出电极103接触并压在树脂材料107a中的焊盘电极106上。凸出电极103的柱状部分103b被挤压而向径向延伸。当凸出电极103被叠压在焊盘电极106上时，同时也将液体树脂材料107a挤向半导体芯片101的周围。液体树脂材料107a覆盖其上形成焊盘电极的半导体芯片101的表面，也覆盖凸出电极103与焊盘电极106之间的连接部分。

此外，在保持半导体芯片101压在布线衬底104上的同时，用吸管110中的加热器对半导体芯片101进行加热，并且用支撑平板109中的加热器对布线衬底进行加热，从而，在每个凸出电极103上施加10-60秒0.294-0.49N(30-50gf)压力的同时，加热布线衬底104到80-100摄氏度，加热半导体芯片到270-300摄氏度。至此，通过热压接合使凸出电极103和焊盘电极106实现电连接。