【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフリップチップ接続構造を有し接続信頼性の向上を図った半導体装置、その製造方法並びにその製造に使用するコイルスプリング切断治具及びコイルスプリング供給治具に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、フリップチップ接続構造を持つ半導体装置においては、パッケージングの際に使用される材料の熱膨張差に起因する接続バンプへの応力集中を防止することが重要な課題となっている。

【０００３】特開平９−３２１１７０号公報には、機能素子デバイス（半導体素子）を基板に搭載して封止材で封止し、前記封止材と前記基板との間の熱膨張差により前記基板の形状が反った場合でも前記基板を前記マザーボードに確実に接続するために、前記基板と前記基板を実装するマザーボードとの間に弾性伝導体を設ける技術が開示されている。

【０００４】しかしながら、この技術においては、機能素子デバイスと基板との間の接続信頼性は改善されないという問題点がある。

【０００５】また、特開平５−１６０１９８号公報に示されている半導体装置は、応力集中防止を目的として複雑な構造体を形成している。 図２７は、特開平５−１６
０１９８号公報に示されている半導体装置の構成を示す断面図である。 この半導体装置においては、図２７に示すように、下面に配線５７が設けられた搭載基板６３上に、搭載基板６３に接着された有機多層配線基板６２が設けられ、有機多層配線基板６２の上面には電極６１が設けられている。 また、有機多層配線基板６２の上方には両面に電極５４が形成された弾性配線基板５５が設けられ、弾性配線基板５５の下面に設けられた電極５４と有機多層配線基板６２の電極６１との間にはバンプ６０
が設けら、電極５４はバンプ６０を介して電極６１に接続されている。 弾性配線基板５５において、弾性配線基板５５の上面に設けられた電極５４と下面に設けられた電極５４とは相互に千鳥状に配置されている。

【０００６】更に、弾性配線基板５５の上方には、下面に電極５２を具備する機能素子デバイス５１が設けられ、弾性配線基板５５の上面に設けられた電極５４と電極５２との間にはバンプ５３が設けられ、電極５４はバンプ５３を介して電極５２に接続されている。 更にまた、放熱板を兼ねたキャビティー構造のキャップ６４が機能素子デバイス５１の上面に絶縁性の弾性材５６を介して接着されており、キャップ６４は搭載基板６３に接着層６５を介して接着されている。 キャップ６４は有機多層基板６２、弾性配線基板５５及び機能素子デバイス５１を覆っており、キャップ６４及び搭載基板６３によりキャビティー６６を形成している。

【０００７】特開平５−１６０１９８号公報に記載されている半導体装置においては、このような構造とすることにより、搭載基板６３とキャップ６４との間に搭載された機能素子デバイス５１を搭載基板６３に電気的及び機械的に接続するバンプ５３及びバンプ６０に対して応力が集中することを防止している。 これは、キャップ６
４と搭載基板６３との間の熱膨張差が、絶縁性の弾性材５６、バンプ５３、弾性配線基板５５、バンプ６０及び有機多層配線基板６２並びに接着層６５によって吸収されることを意図しているためである。

【０００８】しかしながら、特開平５−１６０１９８号公報に開示されている半導体装置においては、バンプへの応力集中を吸収するための構造が極めて複雑になっている。 その結果、部品構造が複雑になり、製造プロセスが複雑且つ多工程化しパッケージコストが高くなるという問題点がある。 また、ヒートシンク付きの高消費電力機能素子デバイスのパッケージでは、機能素子デバイス５１をメタルによって直接ヒートシンク（キャップ６
４）に接続できないため、熱抵抗が高くなるという問題点がある。

【０００９】また、従来のＣ４（Controlled collapse
chip connection）技術等のフリップチップ接続では、
はんだ又は金等からなる金属バンプを機能素子デバイス（半導体素子）の接続パッド上に形成し、対応する回路基板の接続電極に対して金属接合するように熱及び荷重を加えている。 従って、従来のＣ４技術等のフリップチップ接続構造を持つ半導体装置においては、金属バンプが機能素子デバイスの接続パッド及び回路基板の接続電極の両者に対して固層拡散により接続されているため、
機能素子デバイスを回路基板に接続した後の電気検査（導通試験）において、機能素子デバイス又は機能素子デバイスと回路基板の接続部分に不良が発見された場合は、機能素子デバイスと回路基板との接続体を再度加熱して、金属バンプを溶融させるか又は活性な状態にして機能素子デバイスを回路基板から引き剥がしている。 この加熱及び引き剥がしにより、剥離後の機能素子デバイス及び回路基板の電極に損傷を与えると共に、剥離後のバンプの形状を維持することが難しいため、一旦引き剥がした機能素子デバイス及び回路基板を再度接続することが困難となる。 一旦引き剥がした機能素子デバイス及び回路基板を再接続する場合には、バンプの除去及び電極の洗浄が必要となり、これらの処理を行っても、再接続後の機能素子デバイス及び回路基板は信頼性が低下するという問題点がある。 この問題点は特開平５−１６０
１９８号公報に開示された技術によっても解消されていない。

【００１０】特開平７−１６１８６５号公報には、前述の機能素子デバイスと回路基板との再接合に伴う損傷を回避することを目的として、機能素子デバイス（半導体素子）をフレームに固定し、この機能素子デバイス及びフレームをパッケージ本体に搭載し、このパッケージ本体に複数のピン穴を設け、このピン穴内に導電性のピン端子及びこのピン端子とパッケージ本体との間に配置され前記ピン端子を前記パッケージ本体から突出させる方向に付勢する圧縮コイルばねを設けている。 これにより、圧縮コイルばねの作用により前記ピン端子が回路基板上に形成された接続電極に押圧され、はんだを使用せずに前記接続ピンを前記接続電極に接続することができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の技術には以下に示すような問題点がある。 特開平７−１
６１８６５号公報に開示されている技術においては、特開平５−１６０１９８号公報に開示された技術と同様に、半導体装置の構造が複雑になるという問題点がある。 このため、半導体装置のコストが上昇すると共に、
半導体装置を小型化することが困難になる。 また、機能素子デバイスとフレームとの間の熱膨張差及び機能素子デバイスとパッケージ本体との間の熱膨張差に起因する接続不良を防止することができない。

【００１２】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、機能素子デバイスと回路基板との間の熱膨張差に起因する接続不良の発生を防止でき、仮接続後の電気検査において不良となった機能素子デバイスと回路基板との接続体を一旦分離した後再度接続することが容易で、構造が単純でパッケージコストが低く、高消費電力用機能素子デバイスを使用する場合においても低熱抵抗化が可能な接続信頼性が高いフリップチップ接続構造を持つ半導体装置、その製造方法並びにその製造に使用するコイルスプリング切断治具及びコイルスプリング供給治具を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置は、複数の接続パッドを備えた機能素子デバイスと、この機能素子デバイス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、前記接続パッドと前記接続電極との間に設けられて両者を接続するコイルスプリングと、を有することを特徴とする。

【００１４】本発明においては、機能素子デバイスと回路基板との間の接続に従来のバンプの代わりにコイルスプリングを使用しているため、このコイルスプリングの伸縮により機能素子デバイスと回路基板との間の熱膨張差に起因する応力集中を吸収することができる。 このため、構造が簡単で、パッケージコストが低いフリップチップ接続構造を備えた半導体装置が得られる。 また、熱膨張差を考慮する必要がないため、ヒートシンクを機能素子デバイスに直接接合することができ、高消費電力用機能素子デバイスを使用する場合においても低熱抵抗化が可能となる。 更に、はんだ等のバンプを使用しないため、機能素子デバイスを回路基板に接続した後の電気検査により、機能素子デバイス又は機能素子デバイスと回路基板との間の接続部分に不良が発見された場合においても、加熱することなく機能素子デバイスを回路基板から引き剥がすことが可能である。 このため、これらの引き剥がされた機能素子デバイス及び回路基板を再度接続することが容易になり、再接続後も接続信頼性が高いフリップチップ接続構造を有する半導体装置が得られる。

【００１５】また、少なくとも１個の前記コイルスプリングの軸方向を、前記回路基板における前記機能素子デバイスに対向する面に実質的に垂直とすることができる。 これにより、特に、前記回路基板における前記機能素子デバイスに対向する面に実質的に垂直な方向の応力をより効果的に緩和することができる。 また、前記軸方向を、前記回路基板における前記機能素子デバイスに対向する面に実質的に平行とすることもできる。 これにより、前記回路基板における前記機能素子デバイスに対向する面に実質的に平行な方向に働く応力をより効果的に緩和できると共に、電気的ノイズが少ない接続を実現でき、また、前記接続パッドとコイルスプリングとの間の接続点及び前記接続電極とコイルスプリングとの間の接続点が多数になるため、接続信頼性がより向上する。

【００１６】なお、コイルスプリングは機能素子デバイス間の接続に使用されていてもよく、回路基板間、マザーボード間及び回路基板とマザーボードとの間の接続に使用されていてもよい。

【００１７】本発明に係る半導体装置の製造方法は、接続パッドを備えた機能素子デバイスが複数個形成されたウェハにおいて、１列に配列した前記接続パッド毎にこれらの接続パッド上にコイルスプリングをその軸方向が前記配列方向に実質的に平行になるように配置しこのコイルスプリングを前記接続パッドに接続する工程と、前記ウェハ上にレジストを塗布し露光及び現像を行い前記接続パッド間に開口部を形成し前記接続パッド間において前記コイルスプリングを露出させる工程と、前記コイルスプリングの前記露出部をエッチングにより除去する工程と、前記レジストを除去する工程と、前記ウェハを前記機能素子デバイス毎に切り分ける工程と、切り分けられた前記機能素子デバイスを前記コイルスプリングを介して回路基板の接続電極に接続する工程と、を有することを特徴とする。

【００１８】本発明においては、ウェハ上にこのウェハ表面に形成された複数の接続パッドに渡るコイルスプリングを接続した後、このコイルスプリングを各接続パッドに対応した所定の長さに切り分けることにより、微細で取り扱いが困難なコイルスプリングを簡便に効率よく機能素子デバイスに接続することができる。

【００１９】本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、接続電極を備えた回路基板において、１列に配列した前記接続電極毎にこれらの接続電極上にコイルスプリングをその軸方向が前記配列方向に実質的に平行になるように配置しこのコイルスプリングを前記接続電極に接続する工程と、前記回路基板上にレジストを塗布し露光及び現像を行い前記接続電極間に開口部を形成し前記接続電極間において前記コイルスプリングを露出させる工程と、前記コイルスプリングの前記露出部をエッチングにより除去する工程と、前記レジストを除去する工程と、前記接続電極を前記コイルスプリングを介して機能素子デバイスの接続パッドに接続する工程と、を有することを特徴とする。

【００２０】本発明に係る更に他の半導体装置の製造方法は、接続パッドを備えた機能素子デバイスが複数個形成されたウェハにおいて、１列に配列した前記接続パッド毎にこれらの接続パッド上にコイルスプリングをその軸方向が前記配列方向に実質的に平行になるように配置しこのコイルスプリングを前記接続パッドに接続する工程と、前記接続パッド間における前記コイルスプリングをレーザ光により切断する工程と、前記ウェハを前記機能素子デバイス毎に切り分ける工程と、前記切り分けられた機能素子デバイスを前記コイルスプリングを介して回路基板の接続電極に接続する工程と、を有することを特徴とする。

【００２１】本発明に係る更に他の半導体装置の製造方法は、接続電極を備えた回路基板において１列に配列した前記接続電極毎にこの接続電極上にコイルスプリングをその軸方向が前記配列方向に実質的に平行になるように配置しこのコイルスプリングを前記接続電極に接続する工程と、前記接続電極間における前記コイルスプリングをレーザ光により切断する工程と、前記接続電極を前記コイルスプリングを介して機能素子デバイスの接続パッドに接続する工程と、を有することを特徴とする。

【００２２】本発明に係る更に他の半導体装置の製造方法は、シリコンテンプレートを用意し、前記接続パッド又は前記接続電極がこのシリコンテンプレートに対向するように前記ウェハ又は前記回路基板を前記シリコンテンプレート上に配置するときに、前記ウェハ表面又は前記回路基板表面における前記コイルスプリングが配置される予定の領域に整合するように前記シリコンテンプレート表面にＶ字形の溝を形成する工程と、このＶ字形の溝に前記接続パッド又は前記接続電極の幅以下長さに切断されたコイルスプリングを配置する工程と、このコイルスプリングに前記接続パッド又は前記接続電極が当接するように前記ウェハ又は前記回路基板を前記シリコンテンプレート上に配置する工程と、前記コイルスプリングを前記接続パッド又は前記接続電極に接続する工程と、を有することを特徴とする。

【００２３】本発明においては、各接続パッド又は各接続電極に対応するようにシリコンテンプレート表面に任意の方向に伸びるＶ字形の溝を形成することにより、コイルスプリングの位置を精度よく調整できると共に、コイルスプリングの軸方向を接続パッド又は接続電極毎に個別に調節することができる。 これにより、各接続パッド及び各接続電極に加わる応力を最適に緩和することができる。

【００２４】本発明に係る更に他の半導体装置の製造方法は、コイルスプリングを所定の長さに切断する切断工程と、切断された前記コイルスプリングをウェハ状の機能素子デバイスの各接続パッド上に配置する配置工程と、このコイルスプリングを前記接続パッドに接続する接続工程と、前記ウェハを前記機能素子デバイス毎に切り分けるダイシング工程と、切り分けられた前記機能素子デバイスの接続パッドを前記コイルスプリングを介して回路基板の接続電極に接続し前記機能素子デバイスを前記回路基板に搭載する搭載工程と、を有することを特徴とする。

【００２５】本発明においては、コイルスプリングをウェハ表面の複数の接続パッドに接続した後、ウェハをダイシングすることにより、半導体装置を効率良く製造することができる。

【００２６】本発明に係る更に他の半導体装置の製造方法は、コイルスプリングを所定の長さに切断する切断工程と、切断された前記コイルスプリングを回路基板の接続電極上に配置する配置工程と、前記コイルスプリングを前記接続電極に接続する接続工程と、前記接続電極を前記コイルスプリングを介して機能素子デバイスの接続パッドに接続し前記機能素子デバイスを前記回路基板に搭載する搭載工程と、を有することを特徴とする。

【００２７】本発明に係る更に他の半導体装置の製造方法は、コイルスプリングを所定の長さに切断し第１及び第２のコイルスプリングを形成する切断工程と、機能素子デバイスの各接続パッド上に前記第１のコイルスプリングをその軸方向が前記機能素子デバイスにおける前記接続パッドが設けられている面に実質的に垂直になるように配置すると共に回路基板の接続電極上に前記第２のコイルスプリングをその軸方向が前記回路基板における前記接続電極が設けられている面に実質的に垂直になるように配置する配置工程と、前記第１のコイルスプリングを前記接続パッドに接続すると共に前記第２のコイルスプリングを前記接続電極に接続する接続工程と、前記第１のコイルスプリングを前記第２のコイルスプリングに絡ませることにより両者を接続させる工程と、前記機能素子デバイスの電気試験を行う工程と、前記機能素子デバイスが良品である場合は前記第１及び第２のコイルスプリングを加熱し前記第１のコイルスプリングを前記第２のコイルスプリングに接合し、前記機能素子デバイスが不良品である場合は前記第１のコイルスプリングを前記第２のコイルスプリングから引き離す工程と、を有することを特徴とする。

【００２８】本発明においては、第１及び第２のコイルスプリングを相互に機械的に絡ませることにより、機能素子デバイスを回路基板に仮接続することができ、この仮接続後に電気検査を行い、機能素子デバイス又は機能素子デバイスと回路基板との接続部分に不良が発見された場合は前述の相互に絡んだ前記第１及び第２のコイルスプリングをほどくことにより、機能素子デバイス及び回路基板からなる接続体を加熱し損傷を与えることなく、機能素子デバイスを回路基板から引き剥がすことができる。 このため、これらの引き剥がされた機能素子デバイス及び回路基板を再度接続することが容易になり、
再接続後も接続信頼性が高いフリップチップ接続構造を有する半導体装置を得ることができる。

【００２９】本発明に係るコイルスプリング切断治具は、機能素子デバイス又は回路基板に接続するコイルスプリングを切断するコイルスプリング切断治具であって、内部の高さが前記コイルスプリングの外径より大きい箱体を有し、この箱体の少なくとも１つの側面に内径が前記コイルスプリングの外径よりも大きい前記コイルスプリングを入出する孔部が複数個１列に設けられ、前記箱体における前記側面に実質的に直交し前記孔部の配列方向に実質的に平行な側面に外部からレーザ光を導入して前記コイルスプリングを切断する前記配列方向と実質的に平行に延びるスリット状の開口部が所定の間隔で設けられていることを特徴とする。

【００３０】本発明においては、前記箱体にコイルスプリングを収納し、この箱体の外部からレーザ光を照射することにより、多数のコイルスプリングを効率的に所定の長さに切断することができる。

【００３１】本発明に係る他のコイルスプリング切断治具は、機能素子デバイス又は回路基板に接続するコイルスプリングを切断するコイルスプリング切断治具であって、内径がコイルスプリングの外径よりも大きくレーザ光を透過する透明材料からなるコイルスプリングを収納する複数のパイプと、この複数のパイプを収納し連結するパイプホルダーと、を有することを特徴とする。

【００３２】本発明においては、コイルスプリングを前記パイプに収納したまま切断することにより、多数のコイルスプリングを効率的に所定の長さに切断することができると共に、切断後のコイルスプリングを配列させたまま保持することができ、切断後のコイルスプリングの取り扱いを容易にすることができる。

【００３３】本発明に係るコイルスプリング供給治具は、コイルスプリングを機能素子デバイスの接続パッド上又は回路基板の接続電極上に供給するコイルスプリング供給治具であって、内径が前記コイルスプリングの外径よりも大きく上下に開口部を備えた複数のガイド穴を具備する筐体と、この筐体の下部に取り付けられ前記各ガイド穴に嵌入可能な複数のピンを具備する押し上げピンと、を有し、前記ガイド穴は前記機能素子デバイスにおける接続パッドの位置又は前記回路基板における接続電極の位置に整合するように配置されていることを特徴とする。

【００３４】本発明においては、機能素子デバイスにおける接続パッドの位置又は回路基板における接続電極の位置に整合するように配置された複数のガイド穴に、夫々複数のコイルスプリングを収納し、この収納されたコイルスプリングの最下部を前記押し上げピンにより押圧することによりコイルスプリングを押し上げ、各ガイド穴の上部に設けられた開口部から１個ずつコイルスプリングを突出させることができるため、複数の接続パッド又は複数の接続電極に同時にコイルスプリングを供給することができ、また、この供給を連続的に行うことができる。 更に、本発明のコイルスプリング供給治具を前述のコイルスプリング切断治具と共に使用することにより、前記コイルスプリング切断治具に収納された複数のコイルスプリングを配列させたままコイルスプリング供給治具に移し替えることができるため、半導体装置の製造をより効率的に行うことができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して具体的に説明する。 先ず、本発明の第１の実施例について説明する。 図１は本実施例に係る半導体装置４６ａの構成を示す側面図である。 図１に示す半導体装置４６ａにおいては、回路基板６が設けられ、回路基板６の上面には複数の表回路基板電極５が設けられ、表回路基板電極５の上層には厚さ０．０１乃至０．１μｍ程度のメタル層３が形成されている。 メタル層３の上には縦型コイルスプリング４が設けられ、メタル層３を介して表回路基板電極５に接続されている。 縦型コイルスプリング４はらせん状のスプリングであり、
その軸方向は回路基板６の表面に垂直な方向（以下、垂直方向という）に平行である。

【００３６】縦型コイルスプリング４上には機能素子チップ１が設けられており、機能素子チップ１の下面には複数のチップ電極２が設けられ、チップ電極２の下層にはメタル層３が形成され、チップ電極２はメタル層３を介して縦型コイルスプリング４に接続されている。 このように、機能素子チップ１はチップ電極２、縦型コイルスプリング４及び表回路基板電極５を介して回路基板６
にフリップチップ接続されている。 機能素子チップ１
は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＬｉＴａＯ ₃ 、ＬｉＮｂＯ ₃又は水晶等からなる基材に配線を形成したものである。 また、
回路基板６には、プリント基板、フレキシブル基板等の有機基板又はアルミナ基板、ガラスセラミックス基板、
ガラス基板等のセラミックス基板が好適であるが、それらに限定されない。 メタル層３には、Ｔｉ及びＰｄからなる薄膜層、Ｃｒ及びＰｄからなる薄膜層、Ｃｒ及びＣ
ｕからなる薄膜層等が好適であり、また、導電性接着材層を設けてもよい。

【００３７】次に、本実施例に係る半導体装置４６ａの製造に使用するカット治具２９及びコイルホルダー３７
について説明する。 図２（ａ）乃至（ｃ）は本実施例に係る半導体装置４６ａの製造において使用するカット治具２９の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は正面図である。 カット治具２９は、長さがチップ電極２の幅の数倍以上の長さである連続的なコイルスプリング（以下、連続コイルスプリング３１という）を機能素子チップ１（図１参照）のチップ電極２
（図１参照）の幅又は機能素子チップ１と回路基板６
（図１参照）との間の距離に相当する長さに切断し、多数の個片化されたコイルスプリング（図示せず）を形成するためのものである。

【００３８】図２（ａ）乃至（ｃ）に示すように、カット治具２９には内部の高さが連続コイルスプリング３１
の外径よりも大きい箱体４３が設けられ、箱体４３の１
つの側面４３ａには、直径が連続コイルスプリング３１
の外径よりも少し大きい複数個の治具穴３２が、機能素子チップ１（図１参照）のチップ電極２（図１参照）の形成ピッチに対応して１列に配列して形成されている。
また、側面４３ａと直角をなし、治具穴３２の配列方向に平行な箱体４３の側面、即ち、上面４３ｂには、治具穴３２の配列方向に伸びるスリット状の細い治具開口部３０が設けられている。 治具開口部３０は複数個が周期的に設けられており、この周期はチップ電極２の幅又は機能素子チップ１と回路基板６との間の距離にほぼ等しい。

【００３９】図３（ａ）及び（ｂ）は、本実施例に係るコイルスプリング供給治具であるコイルホルダー３７の構成を示す断面図であり、（ａ）はコイルホルダー３７
に個片化されたコイルスプリング４４を収納する動作を示し、（ｂ）はコイルホルダー３７から機能素子チップ１にコイルスプリング４４を供給する動作を示す。 ホルダー３７は、個片化されたコイルスプリング４４を機能素子チップ１又は回路基板（図１参照）へ供給し、縦型コイルスプリング４を形成するための治具である。

【００４０】図３（ａ）に示すように、コイルホルダー３７には、筐体４５が設けられ、筐体４５には、円筒形の形状を持ち底面の直径がコイルスプリング４４の外径よりもやや大きい複数個のガイド穴３６が、相互に平行に配列され設けられている。 ガイド穴３６の周期は、図２（ａ）乃至（ｃ）に示すカット治具２９における治具穴３２の周期に等しく、従って、チップ電極２の周期に等しい。 ガイド穴３６は筐体４５を貫通しており、ガイド穴３６の両端部には夫々上部開口部３６ａ及び下部開口部３６ｂが設けられている。 筐体４５は、各ガイド穴３６に複数個のコイルスプリング４４を収納することによりコイルスプリング４４を保持するものである。 また、筐体４５の下部にはストッパー３８が取り付けられている。 ストッパー３８は、ガイド穴３６に収納したコイルスプリング４４が下部開口部３６ｂから落下しないようにするものである。 ストッパー３８は板状の基材３
８ａと基材３８ａの片面のガイド穴３６に整合する位置に設けられガイド穴３６に嵌入可能な複数の突起部３８
ｂとから構成されている。 ストッパー３８は突起部３８
ｂを下部開口部３６ｂに嵌入させることにより、筐体４
５に対して固定されている。

【００４１】また、ストッパー３８は筐体４５に対して着脱可能であり、筐体４５にはストッパー３８の代わりに押し上げピン４０を取り付けることもできる。 図３
（ｂ）に示すように、押し上げピン４０は、板状の形状を持つ基材４０ａと基材４０ａの片面のガイド穴３６に整合する位置に設けられガイド穴３６に嵌入可能な複数のピン４０ｂとから構成される。 押し上げピン４０は、
下部開口部３６ｂよりガイド穴３６に挿入され、ガイド穴３６に収納されたコイルスプリング４４の下端部を押圧することによってコイルスプリング４４を押し上げ、
コイルスプリング４４をガイド穴３６の上部開口部３６
ａより突出させるものである。

【００４２】次に、本実施例に係る半導体装置４６ａの製造方法について説明する。 図２（ａ）乃至（ｃ）に示すように、先ず、カット治具２９の箱体４３に治具穴３
２を介して連続コイルスプリング３１を挿入する。 その後、箱体４３の上面４３ｂの上方からＹＡＧ又は炭酸ガスレーザー等のレーザ光２８を治具開口部３０の位置にスキャンするか上面４３ｂの全面に照射して、レーザ光２８を治具開口部３０を介して箱体４３の内部に導入する。 これにより、箱体４３内に収納されている連続コイルスプリング３１を個片に切断し、個片化された複数のコイルスプリング４４（図３（ａ）参照）を形成する。

【００４３】次に、図３（ａ）に示すように、コイルホルダー３７の下部にストッパー３８を取り付ける。 次に、コイルホルダー３７における上部開口部３６ａの位置がカット治具２９の治具穴３２（図２（ｃ）参照）の位置に整合するように、コイルホルダー３７の上部開口部が設けられている面をカット治具２９の側面４３ａに当接させ、カット治具２９の箱体４３に収納されているコイルスプリング４４を治具穴３２及び上部開口部４３
ａを介してコイルホルダー３７のガイド穴３６に移し替える。 このとき、各ガイド穴３６には夫々複数個のコイルスプリング４４が収納され、ガイド穴３６の軸方向に沿って１列に積み重ねられている。

【００４４】次に、図３（ｂ）に示すように、コイルホルダー３７の筐体４５からストッパー３８を取り外し、
代わりに押し上げピン４０を筐体４５に取り付ける。

【００４５】図４は、機能素子チップ１が多数形成されているウェハ２４の構成を示す平面図である。 ウェハ２
４においては、機能素子チップ１が多数形成されており、各機能素子チップ１の表面にはバリアメタルが形成されたチップ電極２が複数設けられている。

【００４６】図３（ｂ）に示すように、ウェハ２４を吸着保持しながらウェハ２４に対して加熱、加圧及び位置決めを行う加熱吸着ヘッド３９により、ウェハ２４を吸着し、コイルホルダー３７の上方に位置決めする。 次に、コイルホルダー３７において、押し上げピン４０を上方に移動させることによって、ピン４０ｂによりガイド穴３６内に１列に積み重ねられたコイルスプリング４
４の最下部を押圧し、コイルスプリング４４を押し上げる。 これにより、各ガイド穴３６の最上部に配置されているコイルスプリング４４が各ガイド穴３６の上部開口部３６ａより突出する。

【００４７】次に、この突出したコイルスプリング４４
をウェハ２４における機能素子チップ１のチップ電極２
に当接させ、加熱吸着ヘッド３９によりメタル層３を加熱リフローしコイルスプリング４４をチップ電極２に接合し、チップ電極２上に縦型コイルスプリング４を形成する。 この動作を繰り返すことにより、ウェハ２４の多数の機能素子チップ１上に縦型コイルスプリング４を形成する。

【００４８】次に、ウェハ２４をダイシングし、各機能素子チップ１に切り分ける。 図５はこのようにして形成された表面に縦型コイルスプリング４を有する機能素子チップ１の構成を示す側面図である。 機能素子チップ１
の表面に複数のチップ電極２が設けられ、チップ電極２
の上層にはメタル層３が設けられ、縦型コイルスプリング４がメタル層３を介してチップ電極２に接続されている。

【００４９】次に、図５に示すような機能素子チップ１
の縦型コイルスプリング４を、図１に示すように、表面にメタル層３が形成された表回路基板電極５を有する回路基板６におけるメタル層３に当接させる。 その後、表回路基板電極５上のメタル層３を加熱リフローし、縦型コイルスプリング４をメタル層３を介して表回路基板電極５に接続する。 これにより、半導体装置４６ａを得ることができる。

【００５０】本実施例においては、機能素子チップ１が回路基板６に縦型コイルスプリング４によって接続されているため、機能素子チップ１を構成する材料と回路基板６を構成する材料との熱膨張差によって生じる接続部への応力集中を縦型コイルスプリング４のスプリング特性によって吸収でき、接続信頼性が高いフリップチップ接続構造を得ることができる。 また、機能素子チップ１
及び回路基板６の材料選定を熱膨張係数差を考慮することなく行うことができるため、半導体装置の設計自由度が増大し、設計が容易となる。

【００５１】また、カット治具２９により、連続コイルスプリング３１を一括して切断し個片化されたコイルスプリング４４を形成できるため、長さが揃ったコイルスプリング４４を高精度且つ高効率に製造することができる。

【００５２】更に、コイルホルダー３７により、微細なコイルスプリング４４を効率よく簡便に機能素子チップ１のチップ電極２上に供給することができる。 これにより、複数のコイルスプリング４４を機能素子チップ１に一括して接続することができるため、縦型コイルスプリング４を効率よく低コストで形成することができる。

【００５３】なお、本実施例においては、機能素子チップ１上に縦型コイルスプリング４を形成した後に、ウェハ２４を各機能素子チップ１にダイシングする例を示したが、ウェハ２４を各機能素子チップ１にダイシングした後に、機能素子チップ１上に縦型コイルスプリング４
を形成してもよい。

【００５４】また、本実施例においては、機能素子チップ１上に縦型コイルスプリング４を形成し、その後、縦型コイルスプリング４を回路基板６に接続する例を示したが、本実施例において示した方法と同様の方法により、回路基板６の表回路基板電極５上に縦型コイルスプリング４を形成し、その後、縦型コイルスプリング４に機能素子チップ１を接続してもよい。

【００５５】更に、本実施例においては、コイルスプリング４４をメタル層３に加熱リフローにより接続する例を示したが、熱圧着、超音波又はスクラブ等により接続してもよい。

【００５６】次に、本発明の第２の実施例について説明する。 図６は本実施例に係る半導体装置４６ｂの構成を示す側面図である。 また、図７（ａ）は半導体装置４６
ｂにおけるコイルスプリング６７の形状を示す平面図であり、（ｂ）はその側面図である。 図６に示すように、
半導体装置４６ｂにおいては、図１に示した前記第１の実施例に係る半導体装置４６ａにおける縦型コイルスプリング４の代わりに、１ピッチ以下の長さに切断されたコイルスプリング６７が配置され、機能素子チップ１のチップ電極２を回路基板６の表回路基板電極５に接続している。

【００５７】図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、コイルスプリング６７の軸方向から見たその両端部の間の角度（以下、中心角θという）は３６０°以下である。 即ち、コイルスプリング６７の形状は、軸方向から見ると中心角３６０℃以下の扇形の外周をなし、軸方向に垂直な方向から見るとＶ字形になっている。 半導体装置４６
ｂにおけるコイルスプリング６７以外の構成は、前記第１の実施例の半導体装置４６ａと同一である。

【００５８】コイルスプリング６７は、例えば図２
（ａ）乃至（ｃ）に示すカット治具２９により、連続コイルスプリング３１を１ピッチ以下の長さに切断することにより形成される。 本実施例に係る半導体装置４６ｂ
の製造方法におけるコイルスプリング６７以外の製造方法は、前記第１の実施例に係る半導体装置４６ａの製造方法と同一である。

【００５９】本実施例によれば、コイルスプリング６７
の長さを１ピッチ以下とすることにより、前記第１の実施例と比較して、機能素子チップ１と回路基板６との間においてインダクタンスの発生が少なく電気的ノイズが少ない接続が可能となる。

【００６０】また、図８は本実施例の変形例に係る半導体装置４６ｃの構成を示す側面図である。 半導体装置４
６ｃにおいては、図６に示す半導体装置４６ｂにおけるコイルスプリング６７の代わりに、コイルスプリング６
８が設けられている。 コイルスプリング６８は、コイルスプリング６７をその軸方向が回路基板６の表面に対して平行な方向（以下、水平方向という）になるように配置したものである。 これにより、半導体装置４６ｃにおいては、半導体装置４６ｂと比較して、機能素子チップ１と回路基板６との間において、インダクタンスの発生がより少なく電気的ノイズがより少ない接続が可能となる。

【００６１】次に、本発明の第３の実施例について説明する。 図９は本実施例に係る半導体装置４６ｄの構成を示す側面図である。 半導体装置４６ｄは、図１に示す半導体装置４６ａにマザーボード９が接続された構成となっている。 半導体装置４６ｄにおいては、マザーボード９が設けられ、マザーボード９の上面にはマザーボード電極８が設けられ、マザーボード電極８の上層には厚さ０．０１乃至０．１μｍ程度のメタル層３が形成されている。 マザーボード９は、機能素子チップ１が接続された回路基板６を搭載するためのものである。 マザーボード９の上方には回路基板６が設けられ、回路基板６の上面及び下面には夫々複数の表回路基板電極５及び裏回路基板電極７が形成され、表回路基板電極５の上層及び裏回路基板電極７の下層には厚さ０．０１乃至０．１μｍ
程度のメタル層３が形成されている。 マザーボード電極８と裏回路基板電極７との間には縦型コイルスプリング４が設けられ、その両端部はマザーボード電極８の上層のメタル層３及び裏回路基板電極７の下層のメタル層３
に夫々接続されている。 縦型コイルスプリング４はらせん状のスプリングであり、その軸方向は垂直方向に平行である。

【００６２】また、表回路基板電極５の上層に形成されたメタル層３上には、別の縦型コイルスプリング４が設けられ、メタル層３を介して表回路基板電極５に接続されている。 縦型コイルスプリング４上には機能素子チップ１が設けられており、機能素子チップ１の下面には複数のチップ電極２が設けられ、チップ電極２の下層にはメタル層３が形成され、チップ電極２はメタル層３を介して縦型コイルスプリング４に接続されている。 このように、機能素子チップ１はチップ電極２、縦型コイルスプリング４及び表回路基板電極５を介して回路基板６にフリップチップ接続されている。

【００６３】なお、本実施例における機能素子チップ１、回路基板６及びメタル層３を構成する材料は、前記第１の実施例と同様である。

【００６４】次に、本実施例に係る半導体装置４６ｄの製造に使用するカット治具４７について説明する。 図１
０（ａ）及び（ｂ）はカット治具４７の構成を示し、
（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図である。 カット治具４
７は、図２（ａ）乃至（ｃ）に示すカット治具２９と同様に、連続コイルスプリング３１を図９に示す機能素子チップ１のチップ電極２の幅若しくは機能素子チップ１
と回路基板６との間の距離に相当する長さ又はマザーボード電極８の幅若しくは回路基板６とマザーボード９との間の距離に相当する長さに切断し、図３（ａ）に示す多数の個片化されたコイルスプリング４４を形成するためのものである。

【００６５】図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、カット治具４７においては、パイプホルダー３５が設けられ、パイプホルダー３５の内部には、コイルスプリング４４の外径よりも少し大きい内径を有する複数のカット治具用透明パイプ３３が相互に平行に１列に配列して設けられており、その配列のピッチは機能素子チップ１のチップ電極２の形成ピッチと同じである。 パイプホルダー３５及びカット治具用透明パイプ３３はレーザ光２８
を透過させる透明物質により構成されている。 また、カット治具用透明パイプ３３は形状は直管状であり、両端部に開口部を有し、内部がパイプ穴３４となっている。

【００６６】次に、本実施例に係る半導体装置４６ｄの製造方法について説明する。 先ず、図１０に示すように、カット治具４７のパイプ穴３４に連続コイルスプリング３１を挿入する。 次に、カット治具用透明パイプ３
３の側面に直交する方向からパイプホルダー３５に、カット治具用透明パイプ３３の軸方向に所定のピッチで、
レーザ光２８を照射する。 レーザ光２８の照射方法は、
カット治具用透明パイプ３３の軸方向に多数列配置されたレーザ光２８をカット治具用透明パイプ３３の軸直交方向にスキャンさせるか、又は、カット治具用透明パイプ３３の軸直交方向に延びるスリット状の開口部を有する遮蔽マスク（図示せず）を、パイプホルダー３５におけるレーザ光２８が照射する面を覆うように配置し、レーザ光２８をこの遮蔽マスクの全面に照射する。 このとき、レーザ光２８は、パイプホルダー３５及びカット治具用透明パイプ３３を透過して連続コイルスプリング３
１に到達し、連続コイルスプリング３１を切断し、図３
（ａ）に示す個片にカットされたコイルスプリング４４
を形成する。

【００６７】次に、図３（ａ）及び（ｂ）に示すコイルホルダー３７の上部開口部３６ａをカット治具４７のパイプ穴３４に当接させ、カット治具４７のパイプ穴３４
に収納されているコイルスプリング４４をコイルホルダー３７のガイド穴３６に移し替える。

【００６８】次に、図３（ｂ）及び図９に示すように、
前記第１の実施例と同様な方法でコイルホルダー３７を使用して、コイルスプリング４４をマザーボード９のマザーボード電極８上に接続し、マザーボード電極８上に縦型コイルスプリング４を形成する。 次に、縦型コイルスプリング４上に回路基板６を配置し、回路基板６の下面に形成されメタル層３を備える裏回路基板電極７を縦型コイルスプリング４の上端部に接続する。

【００６９】次に、前記第１の実施例と同様な方法により、回路基板６上に縦型コイルスプリング４を形成し、
この上に機能素子チップ１を配置し、機能素子チップ１
のチップ電極２を回路基板６上の縦型コイルスプリング４に接続する。 このようにして、本実施例に係る半導体基板４６ｄが形成される。

【００７０】本実施例の半導体装置４６ｄは、機能素子チップ１と回路基板６との間及び回路基板６とマザーボード９との間に縦型コイルスプリング４が設けられているため、機能素子チップ１と回路基板６との間及び回路基板６とマザーボード９との間の熱膨張差に起因する応力を緩和することができる。 これにより、機能素子チップ１と回路基板６との間及び回路基板６とマザーボード９との間の接続信頼性が向上すると共に、半導体装置の設計自由度が増大する。

【００７１】また、本実施例においては、カット治具４
７を使用しているため、コイルスプリング４４を精度よく一括して形成することができる。 また、カット治具４
７のパイプ穴３４に収納された多数のコイルスプリング４４を、そのままコイルホルダー３７に移し替えることにより、微細であるため取り扱いが困難なコイルスプリング４４を容易に取り扱うことが可能となる。

【００７２】なお、本実施例においては、連続コイルスプリング３１を切断してコイルスプリング４４を形成するためにカット治具４７を使用する例を示したが、図２
（ａ）乃至（ｃ）に示すカット治具２９を使用してもよい。 また、前記第１及び第２の実施例において、カット治具４７を使用することもできる。

【００７３】次に、本発明の第４の実施例について説明する。 図１１は本実施例に係る半導体装置４６ｅの構成を示す側面図である。 半導体装置４６ｅは、図１に示す前記第１の実施例に係る半導体装置４６ａにおける縦型コイルスプリング４の代わりに横型コイルスプリング１
０を設けた構成となっている。 横型コイルスプリング１
０は、コイルスプリング４４を軸方向を水平方向にして配置し、機能素子チップ１を横型コイルスプリング１０
を介して回路基板６に接続したものである。 半導体装置４６ｅにおける横型コイルスプリング１０以外の構成は、図１に示す前記第１の実施例に係る半導体装置４６
ａの構成と同一である。

【００７４】次に、本実施例に係る半導体装置４６ｅの製造方法について説明する。 図１２（ａ）乃至（ｃ）
は、半導体装置４６ｅの製造方法を工程順に示す側面図である。 先ず、図４に示すウェハ２４における機能素子チップ１上に、図１２（ａ）に示すようにチップ電極２
を形成し、チップ電極２の上層にメタル層３を形成する。 次に、メタル層３上に、コイルスプリング連結リード２５により連結された複数の横型コイルスプリング１
０をその軸方向を機能素子チップ１の表面に平行な方向、即ち水平方向になるように配置し、メタル層３を加熱リフローすることにより横型コイルスプリング１０をチップ電極２に接続する。

【００７５】次に、図１２（ｂ）に示すように、機能素子チップ１上に、チップ電極２、メタル層３及びコイルスプリング連結リード２５により連結された複数の横型コイルスプリング１０を覆うように感光性レジスト２６
を塗布する。 次に、感光性レジスト２６を露光及び現像することによって、コイルスプリング連結リード２５を感光性レジスト２６から露出させる。

【００７６】次に、図１２（ｃ）に示すように、エッチングを行い、コイルスプリング連結リード２５を除去し各横型コイルスプリング１０を分離する。 このとき、横型コイルスプリング１０は感光性レジスト２６によりエッチングから保護される。 次に、感光性レジスト２６を除去し、ウェハ２４をダイシングし、各機能素子チップ１に切り分ける。

【００７７】次に、図１１に示すように、横型コイルスプリング１０に回路基板６を接続することにより、半導体装置４６ｅが形成される。

【００７８】本実施例の半導体装置４６ｅにおける機能素子チップ１、回路基板６及びメタル層３の材料は前記第１の実施例と同様である。 また、本実施例においては、横型コイルスプリング１０をメタル層３に加熱リフローにより接続する例を示したが、熱圧着、超音波又はスクラブ等により接続してもよい。

【００７９】本実施例においては、機能素子チップ１が回路基板６に横型コイルスプリング１０によって接続されているため、機能素子チップ１と回路基板６との間の熱膨張差によって生じる接続部分への応力集中を横型コイルスプリング１０のスプリング特性によって吸収でき、機能素子チップ１と回路基板６との間のフリップチップ接続の信頼性を向上させることができる。 また、これにより、機能素子チップ１及び回路基板６の材料選定が容易となる。

【００８０】また、前記第１の実施例と比較して、横型コイルスプリング１０がチップ電極２及び表回路基板電極５に夫々複数の点において接続されるため、水平方向の応力をより効果的に吸収できると共に、横型コイルスプリング１０とチップ電極２及び表回路基板電極５との間の接続信頼性がより向上する。 また、横型コイルスプリング１０における電気的ノイズの発生が少ない。

【００８１】更に、本実施例においては、前述の如く、
複数のチップ電極２上にコイルスプリングリード２５により連結された横型コイルスプリング１０を同時に接合し、その後コイルスプリングリード２５を除去することにより、各チップ電極２上に横型コイルスプリング１０
を一括して効率良く低コストで形成することができる。

【００８２】次に、本発明の第５の実施例について説明する。 図１３は本実施例に係る半導体装置４６ｆの構成を示す側面図である。 半導体装置４６ｆの構成は、図９
に示す前記第３の実施例に係る半導体装置４６ｄにおける縦型コイルスプリング４を横型コイルスプリング１０
に置き換えたものである。 半導体装置４６ｆにおける横型コイルスプリング１０以外の構成は半導体装置４６ｄ
の構成と同一である。

【００８３】次に、本実施例に係る半導体装置４６ｆの製造方法について説明する。 図１４は半導体装置４６ｆ
の製造方法を示す側面図である。 先ず、図４に示すウェハ２４における機能素子チップ１上に、図１４に示すようにチップ電極２を形成し、チップ電極２の上層にメタル層３を形成する。 次に、メタル層３上に、コイルスプリング連結リード２５により連結された複数の横型コイルスプリング１０をその軸方向が水平方向になるように配置し、メタル層３を加熱リフローすることにより横型コイルスプリング１０をチップ電極２に接続する。

【００８４】次に、ＹＡＧ又は炭酸ガスレーザー等のレーザ光２８をコイルスプリング連結リード２５に照射することにより、コイルスプリング連結リード２５を切断し、各横型コイルスプリング１０を分離する。 次に、ウェハ２４をダイシングし、各機能素子チップ１に切り分ける。

【００８５】一方、図１４に示す方法と同様の方法により、マザーボード９上に設けられたマザーボード電極８
（図９参照）上に横型コイルスプリング１０を形成する。

【００８６】次に、図１３に示すように、マザーボード９上に回路基板６を配置し、マザーボード電極８上の横型コイルスプリング１０に回路基板６の裏回路基板電極７を接続する。 次に、前述の工程により横型コイルスプリング１０を形成した機能素子チップ１を回路基板６上に配置し、横型コイルスプリング１０を回路基板６の表回路基板電極５に接続し、半導体装置４６ｆを形成する。

【００８７】本実施例によれば、マザーボード９を回路基板６に横型コイルスプリング１０を介して接続することにより、マザーボード９と回路基板６との間の熱膨張差を横型コイルスプリング１０により吸収し接続信頼性を向上させると共に、前記第３の実施例における半導体装置４６ｄと比較して、水平方向の応力をより効果的に吸収でき、電気的ノイズが少なく、接続信頼性がより優れた半導体装置を得ることができる。

【００８８】また、本実施例においては、コイルスプリング連結リード２５をレーザ光２８により切断することにより、前記第４の実施例と比較して、コイルスプリング連結リード２５の切断に要する工程を簡略化することができる。

【００８９】なお、本実施例においては、コイルスプリング連結リード２５をレーザ光２８により切断する方法を示したが、前記第４の実施例において示したコイルスプリング連結リード２５をエッチングにより切断する方法によって、半導体装置４６ｆを製造してもよい。 また、前記第４の実施例における半導体装置４６ｅを、本実施例において示したコイルスプリング連結リード２５
をレーザ光２８により切断する方法によって製造することも可能である。

【００９０】図１５は、本実施例の変形例における半導体装置の製造方法を示す模式図である。 図１５に示すように、本変形例においては、予め、横型コイルスプリング１０における接続部分、即ち、図１５におけるめっき部分４８に、濡れ性が良好な金属をめっきする。 めっきする金属は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｒｄ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｐｄからなる群より選択される１種の金属若しくは２種以上の金属からなる合金又はＳｎとＰｂとの２層膜等が好適である。 めっきの膜厚は０．２乃至１０μｍ程度が好適である。 また、めっき方法には電解めっき法、ディップ法又は蒸着法等がある。 これにより、横型コイルスプリング１０とチップ電極２、表回路基板電極６、裏回路基板電極６及びマザーボード電極８との接続をより良好にすることができる。

【００９１】次に、本発明の第６の実施例について説明する。 図１６は本実施例に係る半導体装置４６ｇの構成を示す側面図である。 半導体装置４６ｇの構成は、図１
に示す前記第１の実施例に係る半導体装置４６ａにおける縦型コイルスプリング４の一部を横型コイルスプリング１０に置き換え、また、回路基板６をマザーボード９
に置き換えたものである。 半導体装置４６ｇにおいては、マザーボード９が設けられ、マザーボード９の上面に複数のマザーボード電極８が形成され、マザーボード電極８の上層にメタル層３が形成されている。 また、一部のマザーボード電極８上には縦型コイルスプリング４
が設けられ、残りのマザーボード電極８上には横型コイルスプリング１０が設けられている。 更に、縦型コイルスプリング４又は横型コイルスプリング１０上には、下面にチップ電極２が形成された機能素子チップ１が設けられている。 機能素子チップ１のチップ電極２は下層にメタル層３が形成され、縦型コイルスプリング４又は横型コイルスプリング１０を介してマザーボード電極８に接続されている。 なお、機能素子チップ１及びメタル層３を構成する材料は、前記第１の実施例と同一である。

【００９２】次に、本実施例に係る半導体装置４６ｇの製造方法について説明する。 図１７は本実施例に係る半導体装置４６ｇの製造方法を示す断面図である。 図１７
に示すように、リソグラフィー技術及び異方性エッチング技術により、シリコン基板の表面にＶ溝４１を形成し、表面にＶ溝４１を有するシリコンテンプレート４２
を作製する。 このとき、Ｖ溝４１の配列パターンは機能素子チップ１におけるチップ電極２の配列パターンを反転させたパターンとする。

【００９３】次に、シリコンテンプレート４２のＶ溝４
１の一部にコイルスプリング連結リード２５により連結された横型コイルスプリング１０を軸方向が水平方向になるように配置する。 次に、図３（ｂ）に示す吸着ホルダー３９を使用して、下面にチップ電極２が形成された機能素子チップ１を吸着し、横型コイルスプリング１０
上に位置決めしてチップ電極２を横型コイルスプリング１０に当接させ、チップ電極２の表層に形成されているメタル層３を加熱リフローすることにより、一部のチップ電極２を横型コイルスプリング１０に接続する。

【００９４】次に、図１２（ｂ）及び（ｃ）に示す方法又は図１４に示す方法により、コイルスプリング連結リード２５を切断する。

【００９５】次に、前記第１の実施例に示した方法により、残りのチップ電極２上に縦型コイルスプリング４を形成する。 このようにして形成した横型コイルスプリング１０及び縦型コイルスプリング４をマザーボード９のマザーボード電極８に接続し、図１６に示す半導体装置４６ｇを形成する。

【００９６】本発明においては、機能素子チップ１がマザーボード９に縦型コイルスプリング４及び横型コイルスプリング１０によって接続されているため、機能素子チップ１及びマザーボード９の材料の熱膨張差によって生じ、接続部の位置によりその大きさ及び方向が異なる応力が、縦型コイルスプリング４及び横型コイルスプリング１０のスプリング特性によって最適に吸収できるため、機能素子チップ１とマザーボード９との間のフリップチップ接続の信頼性が向上する。 また、機能素子チップ１及びマザーボード９の材料選定が容易となる。

【００９７】また、本実施例においては、表面にＶ溝４
１が形成されたシリコンテンプレート４２を使用することにより、横型コイルスプリング１０の位置決めを高精度に行うことができる。 これにより、横型コイルスプリング１０を機能素子チップ１へ高精度に一括して接続することができる。

【００９８】なお、本実施例において示したシリコンテンプレート４２を使用する方法は、前記第４及び第５の実施例に適用することもできる。 また、この方法により、機能素子チップ１だけでなく、マザーボード９及び回路基板６に横型コイルスプリング１０を接続することもできる。

【００９９】次に、本発明の第７の実施例について説明する。 図１８は本実施例に係る半導体装置４６ｈの構成を示す側面図である。 図１８に示すように、半導体装置４６ｈにおいては、機能素子チップ１とマザーボード９
とが、２種類以上且つ２方向以上のコイルスプリングによりフリップチップ接続されている。 即ち、チップ電極２はマザーボード電極８に、縦型コイルスプリング４、
他の縦型コイルスプリング６９及び横型コイルスプリング１０により電気的及び機械的に接続されている。

【０１００】図１９は縦型コイルスプリング６９の形状を示す側面図である。 図１９に示すように、縦型コイルスプリング６９は、半径が異なる２つの部分、即ち、小半径部６９ａ及び大半径部６９ｂを有している。 本実施例に係る半導体装置４６ｈの製造方法は、前記第６の実施例において示した製造方法と同一である。

【０１０１】本実施例においては、機能素子チップ１とマザーボード９とを２種類以上且つ２方向以上のコイルスプリングにより接続することにより、接続部の位置により大きさ及び方向が異なる接続部への応力集中を効果的に緩和することができる。 また、複数のコイルスプリングを無方向的に配置すると、フリップチップ接続後の半導体装置全体から接続部分に加えられる応力を、いずれの方向に対しても等方的に緩和することができる。

【０１０２】図２０（ａ）及び（ｂ）は、本実施例の変形例におけるコイルスプリングの形状を示す側面図である。 図２０（ａ）に示すコイルスプリング７０ａは、３
本の横型コイルスプリング１０を連結して３角形状を形成している。 また、図２０（ｂ）に示すコイルスプリング７０ｂは、４本の横型コイルスプリング１０を連結して４角形状を形成している。 本変形例においては、図１
８に示す半導体装置４６ｈを製造する工程において、チップ電極２上にコイルスプリング７０ａ及び７０ｂを接続し、接続後コイルスプリング７０ａ及び７０ｂを切断する。 これにより、軸方向が異なる複数の横型コイルスプリング１０をチップ電極２に一括して接続することができる。 なお、本変形例における半導体装置の構成は、
図１８に示す半導体装置４６ｈの構成と同一である。

【０１０３】また、図２１（ａ）乃至（ｃ）及び図２２
（ａ）乃至（ｃ）は本実施例の他の変形例における縦型コイルスプリングの形状を示す模式図である。 図２１
（ａ）に示す狭ピッチコイルスプリング７１は縦型コイルスプリング４と比較してピッチが狭くなっている。 図２１（ｂ）に示す広ピッチコイルスプリング７２は縦型コイルスプリング４と比較してピッチが広くなっている。 図２１（ｃ）に示す間欠コイルスプリング７３はコイル部７３ａと直線部７３ｂとから構成されている。 図２２（ａ）に示す間欠コイルスプリング７４もコイル部７４ａと直線部７４ｂとから構成されているが、軸方向から見た直線部７４ｂの位置が間欠コイルスプリング７
３とは異なっている。 図２２（ｂ）に示す間欠コイルスプリング７５は、狭ピッチ部７５ａ、広ピッチ部７５ｂ
及び直線部７５ｃから構成されている。 図２２（ｃ）に示す間欠コイルスプリング７６は、コイルの半径が周期的に連続的に変化している。 このような種々の形状のコイルスプリングを使用することにより、コイルスプリングのばね定数を一定値ではなく、コイルスプリングに印加される応力の大きさ及び方向により最適に変化させることが可能となる。

【０１０４】次に、本発明の第８の実施例について説明する。 図２３は本実施例に係る半導体装置４６ｉの構成を示す側面図である。 半導体装置４６ｉは、図９に示す半導体装置４６ｄにおける回路基板６とマザーボード９
との間の縦型コイルスプリング４の代わりに導電性バンプ１１を設けたものである。 半導体装置４６ｉにおける導電性バンプ１１以外の構成は、半導体装置４６ｄと同一である。

【０１０５】回路基板６とマザーボード９との間の熱膨張差に起因する応力があまり大きくない場合には、本実施例に示すように、回路基板６とマザーボード９とを導電性バンプ１１により接続することにより、キャリアー基板６とマザーボード９との間の耐震性を向上させることが可能となる。 これにより、耐震性及び接続信頼性が高いフリップチップ接続構造を有する半導体装置が得られると共に、機能素子チップ１、回路基板６及びマザーボード９の構造及び材料等の選定が容易となる。 なお、
本実施例においては、機能素子チップ１と回路基板６との接続に縦型コイルスプリング４を使用する例を示したが、横型コイルスプリングを使用してもよい。

【０１０６】次に、本発明の第９の実施例について説明する。 図２４は本実施例に係る半導体装置４６ｊの構成を示す断面図である。 図２４に示すように、半導体装置４６ｊにおいては、図１１に示す半導体装置４６ｅにヒートシンク１２が取り付けられた構成となっている。 即ち、回路基板６上に横型コイルスプリング１０が設けられ、横型コイルスプリング１０上に機能素子チップ１が設けられ、機能素子チップ１は横型コイルスプリング１
０を介して回路基板６に接続されている。 そして、機能素子チップ１の裏面、即ち、横型コイルスプリング１０
が接続されていない側の面には、ヒートシンク１２が高熱伝導性樹脂、ハンダ又はＡｕ−Ｓｉ等の接合材（図示せず）を介して接合されている。 このとき使用する接合材は、必ずしも熱膨張係数が低い材料又は熱膨張係数がバンプ接続材料の熱膨張係数に整合した材料である必要はなく、任意の特性のものでよい。

【０１０７】また、ヒートシンク１２と回路基板６とのパッケージ構造は、ヒートシンク１２と回路基板６との間隔調整のためのスペーサー１４をボルト１３によって固定した構造となっている。 即ち、ヒートシンク１２と回路基板６との間にはスペーサ−１４が配置されており、ボルト１３が回路基板６及びスペーサー１４をこの順に貫通してヒートシンク１２に達するように設けられ、回路基板６及びスペーサー１４をヒートシンク１２
に連結させている。 更に、ヒートシンク１２、スペーサ−１４及び回路基板６によって封止された空間は不活性ガスによって充填されている。

【０１０８】本実施例においては、ヒートシンク１２を機能素子チップ１の裏面に直接接合することにより、機能素子チップ１が高消費電力型機能素子であっても、機能素子チップ１が発熱する熱をヒートシンク１２により効果的に放出することができる。 また、ヒートシンク１
２と回路基板６との間及び機能素子チップ１と回路基板６との間の熱膨張差による応力が横型コイルスプリング１０によって吸収されるため、これらの応力について考慮する必要がない構造となっている。 そのため、熱膨張差を考慮してスペーサー１４の寸法及び材料等を微妙に調整することが不要になる。 これにより、機能素子チップ１、回路基板６及びヒートシンク１２等の構造の選択肢が増えると共に、実装が容易となり、ヒートシンク付き半導体装置の構造の単純化が可能となると共に、パッケージコストが低い高消費電力型機能素子を搭載したフリップチップ型半導体装置を得ることができる。 なお、
横型コイルスプリング４の代わりに縦型コイルスプリングを使用しても何ら差し支えない。

【０１０９】次に、本発明の第１０の実施例について説明する。 図２５は本実施例に係る半導体装置４６ｋの構成を示す断面図である。 図２５に示すように、半導体装置４６ｋにはキャビティー１５ａを有するパッケージ１
５が設けられている。 パッケージ１５のキャビティー１
５ａの底部には回路基板６が搭載されている。 回路基板６上には横型コイルスプリング１０が設けられ、横型コイルスプリング１０上には機能素子チップ１が設けられ、機能素子チップ１は横型コイルスプリング１０を介して回路基板６に接続されている。 回路基板６と機能素子チップ１との間の構成は図１１に示す半導体装置４６
ｅの構成と同一である。

【０１１０】また、機能素子チップ１の裏面、即ち、横型コイルスプリング１０が接続されていない側の面には、ヒートシンク１２が高熱伝導性樹脂、ハンダ又はＡ
ｕ−Ｓｉ等の接合材（図示せず）を介して接合されている。 このとき使用する接合材は、必ずしも熱膨張係数が低い材料又は熱膨張係数がバンプ接続材料の熱膨張係数に整合した材料である必要はなく、任意の特性のものでよい。

【０１１１】更に、半導体装置４６ｋのパッケージ構造は、ヒートシンク１２をパッケージ１５に接着又は機械的に接合した構造となっており、パッケージ１５は複数のリードピン１６を備え、リードピン１６は回路基板６
に接続されている。 また、ヒートシンク１２及びパッケージ１５により封止された空間は不活性ガスによって充填されている。

【０１１２】本実施例における半導体装置４６ｋは、キャビティー１５ａを有するパッケージ１５を使用することにより、図２４に示す前記第９の実施例に係る半導体装置４６ｊと比較して、単純な構成とすることができる。 また、機能素子チップ１、回路基板６、ヒートシンク１２及びパッケージ１５における熱膨張差に起因する応力が横型コイルスプリング１０によって吸収されるため、これらの応力について考慮する必要がない構造となっている。 そのため、熱膨張差を考慮してパッケージ１
５のキャビティー１５ａの深さ寸法及び材料等の微妙な調整が不要となり、機能素子チップ１、回路基板６、ヒートシンク１２等の構造を単純化でき、実装が容易となる。 なお、コイルスプリングは縦型であっても何ら差し支えない。

【０１１３】次に、本発明の第１１の実施例について説明する。 図２６（ａ）及び（ｂ）は本実施例に係る半導体装置の構成及び製造方法を示す側面図である。 本実施例の半導体装置においては、図２６（ｂ）に示すように、機能素子チップ１が回路基板６に２本の縦型コイルスプリング４及び６９により接続されている。 本実施例の半導体装置における縦型コイルスプリング４及び６９
以外の構成は、図１に示す前記第１の実施例に係る半導体装置４６ａの構成と同一である。

【０１１４】本実施例における半導体装置の製造方法について説明する。 先ず、図２６（ａ）に示すように、前記第１の実施例に示した方法と同様の方法により、縦型コイルスプリング６９を機能素子チップ１のチップ電極２にメタル層３を介して接続する。 また、同様に、縦型コイルスプリング４を回路基板６の表回路基板電極５にメタル層３を介して接続する。

【０１１５】次に、縦型コイルスプリング４と縦型コイルスプリング６９とが相互に押圧されるように、機能素子チップ１及び回路基板６に垂直方向の荷重を印加し、
更に、水平方向にスクラブ又は振動を加える。 これにより、縦型コイルスプリング４と縦型コイルスプリング６
９とが相互に絡み合う。

【０１１６】この結果、図２６（ｂ）に示すように、垂直方向の荷重を除去した状態であっても、縦型コイルスプリング４及び縦型コイルスプリング６９は、互いに元の形に戻ろうとする弾性力により電気的に接続された状態となる。

【０１１７】この状態において機能素子チップ１の内部及び機能素子チップ１と回路基板６との間の接続について電気検査を行う。 この電気検査により接続部分が電気的に接続されていないことが確認された場合には、機能素子チップ１及び回路基板６に相互に離れるように上下逆向きの力を与え、互いに絡み合っている縦型コイルスプリング４及び縦型コイルスプリング６９を引き剥がす。

【０１１８】これに対して、電気検査の結果、接続部分が電気的に導通が取れていることを確認できた場合は、
機能素子チップ１及び回路基板６を加熱し縦型コイルスプリング４を縦型コイルスプリング６９に接合して半導体装置を形成する。

【０１１９】本実施例の製造方法によれば、電気検査の結果、接続部分が電気的に接続されていないことが確認された場合には、機能素子チップ１及び回路基板６に熱を加えることなく、機能素子チップ１を回路基板６から容易に引き剥すことができる。 このため、引き剥がされた機能素子チップ１及び回路基板６は損傷を受けることなく、再度接続することができる。

【０１２０】なお、本実施例においては、機能素子チップ１と回路基板６との接続に縦型コイルスプリング４及び縦型コイルスプリング６９を使用する例を示したが、
使用する縦型コイルスプリングはこれらに限定されず、
例えば、図１９（ａ）及び（ｂ）、図２１（ａ）乃至（ｃ）並びに図２２（ａ）乃至（ｃ）に示す狭ピッチコイルスプリング７１、広ピッチコイルスプリング７２、
間欠コイルスプリング７３乃至７６等から任意に選択することができる。

【０１２１】なお、本発明においては、コイルスプリングを形成するワイヤの断面形状は特に限定されないが、
例えば、円形、楕円形、正方形、長方形、三角形又は台形であることができる。

【０１２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フリップチップ接続構造を有する半導体装置において、
機能素子デバイスを回路基板に電気的及び機械的に接続する手段としてバンプではなくコイルスプリングを使用することにより、従来大きな問題となっていた機能素子デバイスと回路基板との間の熱膨張差に起因するバンプへの応力集中をコイルスプリングにより吸収することができる。 その結果、バンプへの応力集中を考慮した構造、プロセス及び材料を検討する必要がなくなり、構造及びプロセスが簡単で、パッケージコストが低く、しかも信頼性が高いフリップチップ接続構造を有する半導体装置を得ることができる。 また、高消費電力用機能素子デバイスを使用する場合においても、機能素子デバイスを直接ヒートシンクに接続することができるため、最高レベルの低熱抵抗化が可能な半導体装置を得ることができる。 更に、電気検査で不良となった機能素子デバイスと回路基板とからなる接続体に対して、熱を加えずに機能素子デバイスを回路基板又はマザーボード等から機械的に引き剥がすことができるため、これらの引き剥がされた機能素子デバイス及び回路基板に損傷を与えることを防止でき、一旦引き剥がされた機能素子デバイス及び回路基板を再度接続することが容易になり、再接合された機能素子デバイス及び回路基板の接続信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体装置の構成を示す側面図である。

【図２】（ａ）乃至（ｃ）は、本実施例に係る半導体装置の製造方法において使用するカット治具２９の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は正面図である。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本実施例に係るコイルスプリング供給治具であるコイルホルダー３７の構成を示す断面図である。

【図４】本実施例に係る半導体装置において機能素子チップ１が多数形成されているウェハ２４の構成を示す平面図である。

【図５】本実施例における機能素子チップ１の構成を示す側面図である。

【図６】本発明の第２の実施例に係る半導体装置４６ｂ
の構成を示す側面図である。

【図７】（ａ）はコイルスプリング６７の形状を示す平面図であり、（ｂ）はその側面図である。

【図８】本実施例の変形例に係る半導体装置４６ｃの構成を示す側面図である。

【図９】本発明の第３の実施例に係る半導体装置４６ｄ
の構成を示す側面図である。

【図１０】（ａ）及び（ｂ）はカット治具４７の構成を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図である。

【図１１】本発明の第４の実施例に係る半導体装置４６
ｅの構成を示す側面図である。

【図１２】（ａ）乃至（ｃ）は、半導体装置４６ｅの製造方法を工程順に示す側面図である。

【図１３】本発明の第５の実施例に係る半導体装置４６
ｆの構成を示す側面図である。

【図１４】半導体装置４６ｆの製造方法を示す側面図である。

【図１５】本実施例の変形例における半導体装置の製造方法を示す側面図である。

【図１６】本発明の第６の実施例に係る半導体装置４６
ｇの構成を示す側面図である。

【図１７】本実施例に係る半導体装置４６ｇの製造方法を示す断面図である。

【図１８】本発明の第７の実施例に係る半導体装置４６
ｈの構成を示す側面図である。

【図１９】縦型コイルスプリング６９の形状を示す側面図である。

【図２０】（ａ）及び（ｂ）は、本実施例の変形例におけるコイルスプリングの形状を示す側面図である。

【図２１】（ａ）及び（ｂ）は、本実施例の他の変形例におけるコイルスプリングの形状を示す側面図である。

【図２２】（ａ）乃至（ｃ）は本実施例の他の変形例における縦型コイルスプリングの形状を示す側面図である。

【図２３】本発明の第８の実施例に係る半導体装置４６
ｉの構成を示す側面図である。

【図２４】本発明の第９の実施例に係る半導体装置４６
ｊの構成を示す断面図である。

【図２５】本発明の第１０の実施例に係る半導体装置４
６ｋの構成を示す断面図である。

【図２６】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１１の実施例に係る半導体装置の構成及び製造方法を示す側面図である。

【図２７】従来の半導体装置の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１；機能素子チップ ２；チップ電極 ３；メタル層 ４；縦型コイルスプリング ５；表回路基板電極 ６；回路基板（キャリアー基板） ７；裏回路基板電極 ８；マザーボード電極 ９；マザーボード １０；横型コイルスプリング １１；導電性バンプ １２；ヒートシンク １３；ボルト １４；スペーサー １５；パッケージ １５ａ；キャビティー １６；リードピン ２４；ウェハ ２５；コイルスプリング連結リード ２６；感光性レジスト ２８；レーザ光 ２９；カット治具 ３０；治具開口部 ３１；連続コイルスプリング ３２；治具穴 ３３；カット治具用透明パイプ ３４；パイプ穴 ３５；パイプホルダー ３６；ガイド穴 ３６ａ；上部開口部 ３６ｂ；下部開口部 ３７；コイルホルダー ３８；ストッパー ３８ａ；基材 ３８ｂ；突起部 ３９；加熱吸着ヘッド ４０；押し上げピン ４０ａ；基材 ４０ｂ；ピン ４１；Ｖ溝 ４２；シリコンテンプレート ４３；箱体 ４３ａ；箱体４３の側面 ４３ｂ；箱体４３の上面 ４４；コイルスプリング ４５；筐体 ４６ａ乃至ｋ；半導体装置 ４７；カット治具 ４８；めっき部分 ５１；機能素子デバイス ５２；電極 ５３；バンプ ５４；電極 ５５；弾性配線基板 ５６；絶縁性の弾性材 ５７；配線 ６０；バンプ ６１；電極 ６２；有機多層配線基板 ６３；搭載基板 ６４；キャップ ６５；接着層 ６６；キャビティー ６７；コイルスプリング ６８；コイルスプリング ６９；縦型コイルスプリング ６９ａ：小半径部 ６９ｂ；大半径部 ７０ａ、ｂ；コイルスプリング ７１；狭ピッチコイルスプリング ７２；広ピッチコイルスプリング ７３乃至７６；間欠コイルスプリング ７３ａ、７４ａ；コイル部 ７３ｂ、７４ｂ、７５ｃ；直線部 ７５ａ；狭ピッチ部 ７５ｂ；広ピッチ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. ⁷識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/92 ６０２Ｒ ６０４Ａ 23/12 Ｐ (72)発明者 高橋 信明 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 北城 栄 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 嶋田 勇三 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 5E344 AA01 BB06 CD11 DD03 DD10 EE11 5F044 KK01 KK17 KK19 LL00 LL13 QQ02 QQ04