JP4608178B2 - 電子デバイスおよび電子デバイス形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の突起状電極（バンプ）を有する電子デバイス、もしくは、突起状電極間の接合方法を改良した電子デバイス形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子デバイス内に含まれている電極同士を接合するための従来技術として、特開２００２−２８９７６８号公報（特許文献１）には、半導体装置が開示されている。
【０００３】
図５は、特許文献１に記載されている一実施形態であって、表面にバンプ電極１１１が形成された第１の半導体チップ１０１上に、第２の半導体チップ１０２のバンプ電極１２１が接合されるＣＯＣタイプで形成されている。この第１および第２の半導体チップ１０１，１０２のバンプ電極１１１，１２１は、それぞれＡｕのような融点が比較的高い第１の金属からなり、そのバンプ電極１１１，１２１の接合部はその第１の金属と第２の金属との合金層１０３により形成され、第２の金属は、第１の金属の溶融温度より低い温度で溶融して第１の金属と合金化し得る材料からなっていることが記載されている。
【０００４】
また、特開平１１−１２１６８７号公報（特許文献２）には、半導体チップ同士を確実に導通接続するための技術が開示されている。
【０００５】
さらに、特開平１１−１６３０５１号公報（特許文献３）には、「複数の半導体チップがそれらの厚み方向に積層しており、上記半導体チップの積層面に設けられた電極パッドどうしが異方性導電膜を介して電気的に接合している半導体チップの実装構造であって、上記電極パッドは、導電保護層を表面に有しており、上記半導体チップは、積層面でない領域にワイヤボンディング用の電極パッドを有しており、上記ワイヤボンディング用の電極パッドも、上記導電保護層を表面に有していることを特徴とする、半導体チップの実装構造。」が開示されている。
【０００６】
このような従来技術において、接合しようとする２つの対向する電極には、同一の硬さを備えた金属を用いることが前提とされている。
【０００７】
また、いずれの従来技術においても、接合しようとする２つの対向する電極は、いずれも同一の接合面積を有している。すなわち、接合面についてみると、上下にある２つの電極は同一の平面形状を有している。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２８９７６８号公報（第１頁，図１）
【０００９】
【特許文献２】
特開平１１−１２１６８７号公報（第１頁，図２）
【００１０】
【特許文献３】
特開平１１−１６３０５１号公報（第１頁，図１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、接合された両電極の上下にある基板間に過大な力が加わった場合には、接合されている２つの対向する電極の硬さが同じであることから、両方の電極が共につぶれてしまうことが生じ得る。その結果、つぶれた電極を有する基板にも機械的歪みが生じてしまうことになり、電気回路の破損および性能劣化を招来するという不都合が生じてくる。
【００１２】
また、従来の技術では、接合された両電極の接合面形状が同じであることから、バンプ位置ずれに起因して、電極間の接合強度が変化してくるという問題が生じる。そこで、接合条件の管理を厳しくしなければならず、製造工程上の問題となっている。
【００１３】
よって本発明の目的は、上述の点に鑑み、接合された２つの電極が同時に破損してしまうことにより両方の基板に機械的歪みをもたらす、という欠点を除去した電子デバイスおよび電子デバイス形成方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、バンプ位置のずれ量に拘わらず接合強度を一定とすることにより、接合条件の管理を容易にした電子デバイスおよび電子デバイス形成方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る本発明は、第１の基板と第２の基板上に各々設けられた対向する電極同士を接合してなる電子デバイスにおいて、前記第１の基板がシリコンＩＣ基板であり、前記第１の基板上に形成された第１の硬度を有し、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｗなどを含んだ金属の表面をＡｕで被覆した第１の金製突起状電極と、前記第２の基板がシリコン配線基板であり、前記第２の基板上に形成された第２の硬度を有するＡｕのみからなる第２の金製突起状電極とを備え、前記第１の金製突起状電極における第１の硬度が、マイクロビッカース硬度測定法により測定した場合に、前記第２の金製突起状電極における第２の硬度に比べて高く、前記第１の金製突起状電極の接合可能面積が、前記第２の金製突起状電極の接合可能面積よりも大きくなるように、前記第１の金製突起状電極と、前記第２の金製突起状電極とが熱圧着または超音波接合により固着され、前記第１の基板と前記第２の基板の接合時に、前記第２の硬度を有する前記第２の金製突起状電極のみがつぶれ、前記第１の硬度を有する前記第１の金製突起状電極がつぶれないようにしたことにより、前記第１の基板に機械的歪が生じるのを防止したことを特徴とする。
【００１９】
請求項２に係る発明は、第１の基板と第２の基板上に各々設けられた対向する電極同士を接合してなる電子デバイスの形成方法において、前記第１の基板がシリコンＩＣ基板であり、前記第１の基板上に第１の硬度を有し、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｗなどを含んだ金属の表面をＡｕで被覆した第１の金製突起状電極を形成し、前記第２の基板がシリコン配線基板であり、前記第２の基板上に第２の硬度を有するＡｕのみからなる第２の金製突起状電極を形成し、前記第１の金製突起状電極における第１の硬度が、マイクロビッカース硬度測定法により測定した場合に、前記第２の金製突起状電極における第２の硬度に比べて高く、前記第１の金製突起状電極の接合可能面積が、前記第２の金製突起状電極の接合可能面積よりも大きくなるように、前記第１の金製突起状電極と、前記第２の金製突起状電極とを熱圧着または超音波接合により固着し、前記第１の基板と前記第２の基板の接合時に、前記第２の硬度を有する前記第２の金製突起状電極のみがつぶれ、前記第１の硬度を有する前記第１の金製突起状電極がつぶれないようにしたことにより、前記第１の基板に機械的歪が生じるのを防止したことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
図１の（Ａ）は、本発明を適用した一実施の形態による、電子デバイスの断面構成を示す。本図において、２は第１の基板、４は第２の基板、６は第１の金製突起状電極（以下、第１のＡｕバンプという）、８は第２の金製突起状電極（以下、第２のＡｕバンプという）である。ここで、マイクロビッカース硬度測定法により測定した場合、第１のＡｕバンプ６における硬度は、第２のＡｕバンプ８における硬度に比べて、高く形成してある。また、第１および第２のＡｕバンプ６，８を固着するために、熱圧着または超音波接合による接合手法を用いる。
【００２５】
図１の（Ｂ）は第１および第２のＡｕバンプ６，８を固着する前の状態を示した説明図である。本図において、Ｓ１は、第１のＡｕバンプ６における接合可能面積を示す。また、Ｓ２は、第２のＡｕバンプ８における接合可能面積を示す。
ここで、Ｓ１＞Ｓ２となるように両バンプの形状を設定しておく。
【００２６】
第１の基板２としては、例えば、シリコン（ＩＣ，シリコンの配線基板）、ＧａＡｓ（ホール素子，ＬＥＤ，トランジスタ）、ＧａＰチップ（ＬＥＤ）、水晶（振動子，フィルタ）、リチウムタンタレート（ＳＡＷフィルタ）などを用いる。第２の基板４としては、例えば、シリコン（ＩＣ，シリコンの配線基板）、プリント配線板、セラミック基板、ＴＡＢ基板、ポリイミドフィルム基板などを用いる。
【００２７】
図２は、第１のＡｕバンプ６における断面構造を示す説明図である。本図では３種類の構造を例示してある。すなわち、６Ａとして示す第１のＡｕバンプは、金の内部にＮｉ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｗなどを含んだ電極である。６Ｂとして示す第１のＡｕバンプは、金より硬度が高いこれら金属の表面のうち、接合面側にのみ金を被覆することにより形成した電極である。６Ｃとして示す第１のＡｕバンプは、金より硬度がこれら高い金属の全表面上に金を被覆することにより形成した電極である。
【００２８】
図３は、その他の実施の形態による電子デバイスを示す。本図において、１２は第１の基板、１４は第２の基板、１６は第１の金製突起状電極（第１のＡｕバンプ）、１８は第２の金製突起状電極（第２のＡｕバンプ）である。図１に示した実施の形態と同様、マイクロビッカース硬度測定法により測定した場合、第１のＡｕバンプ１６における硬度は、第２のＡｕバンプ１８における硬度に比べて、高く形成してある。これら第１および第２のＡｕバンプ１６，１８を固着するために、熱圧着または超音波接合による接合手法を用いる。さらに、図１に示した実施の形態と同様、第１のＡｕバンプ１６が有する接合可能平面の面積は、第２のＡｕバンプ１８が有する接合可能平面の面積より大である。
【００２９】
図３に示した実施の形態では、図１に示した実施の形態と異なり、第２のＡｕバンプ１８が第１のＡｕバンプ１６の中央部分に位置していない。すなわち図１に示した実施の形態からみれば、図３では、バンプ位置にずれが生じていることになる。しかし、第２のＡｕバンプ１８における接合面が第１のＡｕバンプ１６における接合面内に含まれている限り、両バンプ間の接合強度に変化が生じないというメリットがある。
【００３０】
図４は、本発明の効果を具体的に説明するための説明図である。従来例では、第１の基板と第２の基板との間に大きな力が加わった場合、２つのＡｕバンプが共につぶれるため、それぞれの基板にも機械的歪みが生じることになる。このように、従来例では機械的強度の面から信頼性に問題がある。他方、本発明では、硬度的に弱い第２のＡｕバンプのみがつぶれ、第１のＡｕバンプはつぶれないため、第１の基板は何の損傷も受けない。換言すると、第２のＡｕバンプのみがつぶれることに起因して、基板へのダメージは、第２の基板のみが受けることになる。
【００３１】
また、より柔らかく且つ小さな面積を有する電極（＝第２のＡｕバンプ）の方がダメージを受けることになるので、第２の基板のダメージ領域についても、より狭めることができる。
【００３２】
さらに、第２のＡｕバンプにおける接合可能平面積（Ｓ２：図１（Ｂ）参照）が第１のＡｕバンプにおける接合可能平面積（Ｓ１）より小さいので、たとえバンプ位置ずれが生じたとしても、両Ａｕバンプ間の接合強度に悪影響を与えることはない。その結果、本発明では、接合条件の管理が容易となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、接合された２つの金製突起状電極が同時に破損してしまうことにより両方の基板に機械的歪みをもたらす、という欠点を除去することができる。また本発明によれば、バンプ位置のずれ量に拘わらず接合強度を一定とすることにより、接合条件の管理が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による、電子デバイスの断面構成図である。
【図２】第１の金製突起状電極（第１のＡｕバンプ）における断面構造を示す説明図である。
【図３】その他の実施の形態による電子デバイスを示す断面構成図である。
【図４】本発明の効果を具体的に説明するための説明図である。
【図５】特許文献１に記載されている一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
２ 第１の基板
４ 第２の基板
６ 第１の金製突起状電極（第１のＡｕバンプ）
８ 第２の金製突起状電極（第２のＡｕバンプ）

Claims (2)

1. 第１の基板と第２の基板上に各々設けられた対向する電極同士を接合してなる電子デバイスにおいて、
   前記第１の基板がシリコンＩＣ基板であり、前記第１の基板上に形成された第１の硬度を有し、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｗなどを含んだ金属の表面をＡｕで被覆した第１の金製突起状電極と、
   前記第２の基板がシリコン配線基板であり、前記第２の基板上に形成された第２の硬度を有するＡｕのみからなる第２の金製突起状電極とを備え、
   前記第１の金製突起状電極における第１の硬度が、マイクロビッカース硬度測定法により測定した場合に、前記第２の金製突起状電極における第２の硬度に比べて高く、
   前記第１の金製突起状電極の接合可能面積が、前記第２の金製突起状電極の接合可能面積よりも大きくなるように、前記第１の金製突起状電極と、前記第２の金製突起状電極とが熱圧着または超音波接合により固着され、
   前記第１の基板と前記第２の基板の接合時に、前記第２の硬度を有する前記第２の金製突起状電極のみがつぶれ、前記第１の硬度を有する前記第１の金製突起状電極がつぶれないようにしたことにより、前記第１の基板に機械的歪が生じるのを防止したことを特徴とする電子デバイス。
2. 第１の基板と第２の基板上に各々設けられた対向する電極同士を接合してなる電子デバイスの形成方法において、
   前記第１の基板がシリコンＩＣ基板であり、前記第１の基板上に第１の硬度を有し、Ｎｉ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｗなどを含んだ金属の表面をＡｕで被覆した第１の金製突起状電極を形成し、
   前記第２の基板がシリコン配線基板であり、前記第２の基板上に第２の硬度を有するＡｕのみからなる第２の金製突起状電極を形成し、
   前記第１の金製突起状電極における第１の硬度が、マイクロビッカース硬度測定法により測定した場合に、前記第２の金製突起状電極における第２の硬度に比べて高く、
   前記第１の金製突起状電極の接合可能面積が、前記第２の金製突起状電極の接合可能面積よりも大きくなるように、前記第１の金製突起状電極と、前記第２の金製突起状電極とを熱圧着または超音波接合により固着し、
   前記第１の基板と前記第２の基板の接合時に、前記第２の硬度を有する前記第２の金製突起状電極のみがつぶれ、前記第１の硬度を有する前記第１の金製突起状電極がつぶれないようにしたことにより、前記第１の基板に機械的歪が生じるのを防止したことを特徴とする電子デバイスの形成方法。

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