JP2640973B2 - 半導体素子接続構造 - Google Patents
半導体素子接続構造Info
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- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
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- H01L2224/9212—Sequential connecting processes
- H01L2224/92122—Sequential connecting processes the first connecting process involving a bump connector
- H01L2224/92125—Sequential connecting processes the first connecting process involving a bump connector the second connecting process involving a layer connector
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体素子の接続構造に関するものである。
（従来の技術） 従来の半導体素子のフリップチップ接続の概略構造を
第３図に示す。１は半導体素子、２は配線基板、３はは
んだバンプ、４は半導体素子１と配線基板２のそれぞれ
に設けられた電極であり、Ａ−Ａ′は半導体素子の中心
を示している。
第３図に示す。１は半導体素子、２は配線基板、３はは
んだバンプ、４は半導体素子１と配線基板２のそれぞれ
に設けられた電極であり、Ａ−Ａ′は半導体素子の中心
を示している。
フリップチップ接続は、半導体素子１と配線基板２の
電極４の電気的接続を、はんだバンプ３を加熱溶融する
一括接続で行なえるので、ワイヤボンデイング法に比べ
て作業性が優れている。又、ワイヤボンディング法及び
TAB（Tape Automated Bonding）法のように電極配置が
半導体素子の周辺に限定されないので、大幅に接続端子
数を増大出来るという特徴をもっている。
電極４の電気的接続を、はんだバンプ３を加熱溶融する
一括接続で行なえるので、ワイヤボンデイング法に比べ
て作業性が優れている。又、ワイヤボンディング法及び
TAB（Tape Automated Bonding）法のように電極配置が
半導体素子の周辺に限定されないので、大幅に接続端子
数を増大出来るという特徴をもっている。
しかしながら、この接続構造では第４図に示すよう
に、温度変化が生じた場合半導体素子１と配線基板２と
の熱膨張係数の差による寸法ずれＢが発生し、はんだバ
ンプ３に剪断歪みを生じ接続信頼性が低下する。
に、温度変化が生じた場合半導体素子１と配線基板２と
の熱膨張係数の差による寸法ずれＢが発生し、はんだバ
ンプ３に剪断歪みを生じ接続信頼性が低下する。
剪断歪みは、はんだバンプ３と半導体素子１との中心
距離の増加と共に増大するためはんだバンプ３の許容し
うる剪断歪み量からはんだバンプ３を配置出来る領域が
制限され、多端子化ならびに大面積の半導体素子への適
用が困難であった。
距離の増加と共に増大するためはんだバンプ３の許容し
うる剪断歪み量からはんだバンプ３を配置出来る領域が
制限され、多端子化ならびに大面積の半導体素子への適
用が困難であった。
このはんだバンプの剪断歪みを低減させる手段とし
て、半導体素子の熱膨張係数の近い配線基板材料を用い
る方法が考えられるが、配線基板材料が制限されてしま
うという欠点がある。
て、半導体素子の熱膨張係数の近い配線基板材料を用い
る方法が考えられるが、配線基板材料が制限されてしま
うという欠点がある。
一方、ポリイミドフィルムで支持したはんだバンプを
重ねて多段バンプを形成し、剪断歪みを低減する方法
（特公昭62−29370号公報）が提案されている。
重ねて多段バンプを形成し、剪断歪みを低減する方法
（特公昭62−29370号公報）が提案されている。
しかしながら、前記の方法は、はんだバンプを積み重
ねるため、必要部材の増加、接続工数の増加にともなう
価格上昇という欠点がある。
ねるため、必要部材の増加、接続工数の増加にともなう
価格上昇という欠点がある。
又、第５図は金属バンプを圧力で当接させて電気的接
続を得る半導体素子接続構造である。第５図に於いて、
半導体素子１と配線基板２のそれぞれの電極４上には金
属バンプ13が形成されている。この金属バンプ13には樹
脂５の硬化時の収縮力により圧力が加わり、金属バンプ
13同士が機械的に接触し電気的接続が得られる。
続を得る半導体素子接続構造である。第５図に於いて、
半導体素子１と配線基板２のそれぞれの電極４上には金
属バンプ13が形成されている。この金属バンプ13には樹
脂５の硬化時の収縮力により圧力が加わり、金属バンプ
13同士が機械的に接触し電気的接続が得られる。
しかしながら、この接続構造では金属バンプ13の高さ
がバラツクと電気的接続が得られない箇所が生ずる。
又、樹脂５の熱膨張係数は金属バンプ13に比べて大きい
ため、温度変化が生じると圧力が弱まり、金属バンプ13
の接触が不安定になるので、接続信頼性に欠けるという
問題点があった。
がバラツクと電気的接続が得られない箇所が生ずる。
又、樹脂５の熱膨張係数は金属バンプ13に比べて大きい
ため、温度変化が生じると圧力が弱まり、金属バンプ13
の接触が不安定になるので、接続信頼性に欠けるという
問題点があった。
（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記に述べた半導体素子と配線基板の間に
発生する大きな剪断歪み、バンプ高さのバラツキ及び樹
脂の熱膨張係数による圧力変動に対して電気的接続の信
頼性が高く、しかも微細接続が可能な安価な半導体素子
接続構造を提供するものである。
発生する大きな剪断歪み、バンプ高さのバラツキ及び樹
脂の熱膨張係数による圧力変動に対して電気的接続の信
頼性が高く、しかも微細接続が可能な安価な半導体素子
接続構造を提供するものである。
（課題を解決するための手段，作用） 本発明は、上記課題を解決するために提案された半導
体素子接続構造で、超弾性体材料を介在させそのバンプ
を加圧または接続によって接合を得る半導体素子接続構
造である。
体素子接続構造で、超弾性体材料を介在させそのバンプ
を加圧または接続によって接合を得る半導体素子接続構
造である。
従来のフリップチップ接続方法では、熱歪によって、
はんだバンプ部に歪が集中し、しばしばバンプ部で剪断
破壊が発生している。このバンプ部材としては、従来か
らPb−Snはんだが主に使用され、その部分に熱変形によ
って繰返し塑性歪が重畳し、破壊の限界歪に達して破断
している。
はんだバンプ部に歪が集中し、しばしばバンプ部で剪断
破壊が発生している。このバンプ部材としては、従来か
らPb−Snはんだが主に使用され、その部分に熱変形によ
って繰返し塑性歪が重畳し、破壊の限界歪に達して破断
している。
本発明では、この熱歪を受ける部分の材料として超弾
性体材料を使用し、繰返しの歪に対しても弾性範囲で変
形を繰返すことにより、破断を防止することを狙ったも
のである。この超弾性体材料としては、例えばNi−Ti,C
u−Al−Ni,Au−Cd,Ag−Cd,Cu−Zn−Al,Cu−Sn,Fe−Pt,F
e−Pd,In−Tl,Ni−Al等が用いられ、弾性変形として0.5
％以上の伸びを示す超弾性体を使用することが望しい。
この超弾性体をバンプに形成する方法としてはメッキ、
蒸着等が用いられる。
性体材料を使用し、繰返しの歪に対しても弾性範囲で変
形を繰返すことにより、破断を防止することを狙ったも
のである。この超弾性体材料としては、例えばNi−Ti,C
u−Al−Ni,Au−Cd,Ag−Cd,Cu−Zn−Al,Cu−Sn,Fe−Pt,F
e−Pd,In−Tl,Ni−Al等が用いられ、弾性変形として0.5
％以上の伸びを示す超弾性体を使用することが望しい。
この超弾性体をバンプに形成する方法としてはメッキ、
蒸着等が用いられる。
このバンプを使用した半導体素子実装構造として、二
つの接合方法が用いられる。
つの接合方法が用いられる。
一つは、半導体ICと配線基板をバンプを介して樹脂硬
化などを利用して加圧力によって接合する方法である。
化などを利用して加圧力によって接合する方法である。
他は、両者をバンプを介して溶融等によって一体化さ
せ接合する方法である。接合方法としては、バンプ自体
を溶融するか、はんだ層等を蒸着等によって超弾性体バ
ンプの上に形成して、それを溶融して接合するなどの手
段を採用すればよい。
せ接合する方法である。接合方法としては、バンプ自体
を溶融するか、はんだ層等を蒸着等によって超弾性体バ
ンプの上に形成して、それを溶融して接合するなどの手
段を採用すればよい。
上記の必要弾性変形量は、半導体ICと基板材料の種
類，寸法，温度差等によって変わるが、少なくとも0.5
％以上の伸びとすることが好ましい。
類，寸法，温度差等によって変わるが、少なくとも0.5
％以上の伸びとすることが好ましい。
超弾性体をバンプに使用することにより、熱膨張差に
よる大きな剪断歪にも柔軟に対応でき、信頼性の高いフ
リップチップ接続が可能になった。
よる大きな剪断歪にも柔軟に対応でき、信頼性の高いフ
リップチップ接続が可能になった。
以下に実施例によって説明する。
（実施例） 実施例１ 超弾性体材料として、50.5at％Ni−Ti（弾性伸び８
％）を用い第１図に示す説明図のようにフリップチップ
接続を行なった。
％）を用い第１図に示す説明図のようにフリップチップ
接続を行なった。
すなわち、第１図（ａ）に示すように、50.5at％Ni−
Tiの超弾性体のバンプ３をメッキまたは蒸着等により、
半導体IC1の電極パッド４上に形成する。
Tiの超弾性体のバンプ３をメッキまたは蒸着等により、
半導体IC1の電極パッド４上に形成する。
このバンプ付きICを基板の電極上に位置合わせして同
図（ｂ）のように紫外線硬化樹脂５を流す。
図（ｂ）のように紫外線硬化樹脂５を流す。
次いで、第１図（ｃ）のごとく、全バンプが基板電極
に接触するように力を加えながら紫外線６を照射して樹
脂を硬化させる。
に接触するように力を加えながら紫外線６を照射して樹
脂を硬化させる。
この際、加圧力は、全バンプが基板の電極に接触し、
しかも、超弾性体バンプの変形が弾性範囲になるように
調節する。
しかも、超弾性体バンプの変形が弾性範囲になるように
調節する。
このような構造にすることにより、０〜150℃の温度
サイクルを1000回繰返しても断線は認められなかった。
サイクルを1000回繰返しても断線は認められなかった。
実施例２ 超弾性体材料として、Cu−14wt％Al−4wt％Ni（弾性
伸び７％）を用い第２図に示す説明図のように、フリッ
プチップ接続を行なった。
伸び７％）を用い第２図に示す説明図のように、フリッ
プチップ接続を行なった。
すなわち、第２図（ａ）に示すようにCu−14wt％Al−
4wt％Niの超弾性体のバンプ３を蒸着等により、半導体I
C1及び基板２の電極パッド４上に形成する。
4wt％Niの超弾性体のバンプ３を蒸着等により、半導体I
C1及び基板２の電極パッド４上に形成する。
これらのバンプの上に低融点はんだ層７等を蒸着等に
よって形成し、ICと基板の位置合わせを行って、同図
（ｂ）のようにお互いのバンプを接触させる。
よって形成し、ICと基板の位置合わせを行って、同図
（ｂ）のようにお互いのバンプを接触させる。
これを同図（ｃ）のようにリフロー炉に入れて、はん
だ層部分を溶融接合させ一体化させる。
だ層部分を溶融接合させ一体化させる。
このような構造にすることにより、０〜150℃の温度
サイクルを1000回繰返しても断線はみられなかった。
サイクルを1000回繰返しても断線はみられなかった。
（発明の効果） 上記の方法によって、半導体ICと基板の電極を接続す
ることにより、熱歪による破断に対し、信頼性の高いフ
リップチップ接続が可能となった。
ることにより、熱歪による破断に対し、信頼性の高いフ
リップチップ接続が可能となった。
第１図は、加圧により電気的接続を得る半導体素子接続
構造の説明図である。 第２図は、接合により電気的接続を得る半導体素子接続
構造の説明図である。 第３図は、一般的なフリップチップ接合を示したもの
で、第４図は、第３図の接合が熱歪によってバンプが変
形した状態を示す図である。 第５図は、金属バンプを加圧して電気的接続を得る状態
の説明図である。 １……半導体IC、２……基板、３……バンプ材、４……
電極パッド、５……樹脂、６……紫外線、７……低融点
はんだ、13……金属バンプ材。
構造の説明図である。 第２図は、接合により電気的接続を得る半導体素子接続
構造の説明図である。 第３図は、一般的なフリップチップ接合を示したもの
で、第４図は、第３図の接合が熱歪によってバンプが変
形した状態を示す図である。 第５図は、金属バンプを加圧して電気的接続を得る状態
の説明図である。 １……半導体IC、２……基板、３……バンプ材、４……
電極パッド、５……樹脂、６……紫外線、７……低融点
はんだ、13……金属バンプ材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 敬介 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電 気工業株式会社内 (72)発明者 井口 泰男 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電 気工業株式会社内 (72)発明者 金森 孝史 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電 気工業株式会社内 (72)発明者 大関 芳雄 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新 日本製鐵株式會社第１技術研究所内 (56)参考文献 特開 平２−58346（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】超弾性体材料を介在させて電気的接続を形
成してなる半導体素子接続構造。 - 【請求項２】加圧により接続を得る請求項１記載の半導
体素子接続構造。 - 【請求項３】接合により接続を得る請求項１記載の半導
体素子接続構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63290875A JP2640973B2 (ja) | 1988-11-17 | 1988-11-17 | 半導体素子接続構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63290875A JP2640973B2 (ja) | 1988-11-17 | 1988-11-17 | 半導体素子接続構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02137240A JPH02137240A (ja) | 1990-05-25 |
| JP2640973B2 true JP2640973B2 (ja) | 1997-08-13 |
Family
ID=17761636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63290875A Expired - Lifetime JP2640973B2 (ja) | 1988-11-17 | 1988-11-17 | 半導体素子接続構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2640973B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2932185B2 (ja) | 1989-03-10 | 1999-08-09 | 新日本製鐵株式会社 | 異方性導電シートおよびそれを用いた電子部品の接続方法 |
| JP2006165241A (ja) * | 2004-12-07 | 2006-06-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電子部品実装構造体およびその製造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2570468B2 (ja) * | 1990-06-01 | 1997-01-08 | 日本電気株式会社 | Ｌｓｉモジュールの製造方法 |
-
1988
- 1988-11-17 JP JP63290875A patent/JP2640973B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2932185B2 (ja) | 1989-03-10 | 1999-08-09 | 新日本製鐵株式会社 | 異方性導電シートおよびそれを用いた電子部品の接続方法 |
| JP2006165241A (ja) * | 2004-12-07 | 2006-06-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電子部品実装構造体およびその製造方法 |
| JP4492330B2 (ja) * | 2004-12-07 | 2010-06-30 | パナソニック株式会社 | 電子部品実装構造体およびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02137240A (ja) | 1990-05-25 |
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