JPH0634992A - 半導体集積回路装置の接続方法 - Google Patents
半導体集積回路装置の接続方法Info
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Abstract
る電気的接続抵抗の経時変化率の低減と、温度熱膨張係
数の違いに起因する歪みに対して安定な電気的接続方法
を提供する。 【構成】 接続電極110をもつ半導体集積回路片10
2と回路基板電極114をもつ回路基板116とを、弾
力性を有する導電性粒子、もしくは導電性粒子と弾力性
を有する非導電性粒子とを絶縁性接着剤と共に混練して
導電接続体112とし、この導電性接続体を用いて接続
電極と回路基板電極との電気的接続を行う。
Description
路基板との接続方法に関する。
の接続方法としては、半導体集積回路装置を封止した上
で、この封止ずみの半導体集積回路装置をソケットを介
して回路基板に接続する方法や、あるいはこのソケット
を省略して、封止ずみの半導体集積回路装置を直接回路
基板にはんだ接続する方法が一般的である。
ットの接続部の摺動部、あるいは封止ずみの半導体集積
回路装置部品の細長い足ピン部分の機械的変形により、
回路基板と半導体集積回路装置との温度熱膨張係数の差
異による機械的歪みや、応力が吸収され、機械的接続と
電気的接続とが両立する。
表面には金メッキが施され、酸化による接続不良が生じ
ないようにしている。
がある優れた方法である。しかしながら、半導体集積回
路装置と回路基板との実装に要する体積が大きく、装置
の小形化の隘路になっている。
方法として、半導体集積回路片(以下ICチップと記載
する)の各接続電極部分に、バンプと呼ばれるはんだの
突起電極を形成し、回路基板に直接ICチップをはんだ
付けする、いわゆるフリップチップ方式が提案され、実
用化されている。
mの短い距離で対向させ、直径が数十μmと大きいハン
ダバンプを用いて機械的に固着するため、ICチップと
と回路基板とにおける機械的寸法が温度熱膨脹係数の差
異による変形が発生し、応力の逃げ場がなく、これによ
る機械的破壊が生じる。
コンのICチップとエポキシ材料からなる回路基板とを
接続する場合、ICチップの大きさとしては数mm、シ
リコンのICチップとガラス材料からなる回路基板とを
接続する場合で、ICチップの大きさは10mm程度が
上限である。
装置の外部接続電極であるアルミニウム電極上にバリヤ
金属層を介して金バンプを形成し、薄い絶縁フィルム上
に薄い銅箔を形成してパターニングした可撓性を有する
回路基板にICチップを実装して、温度熱膨脹係数の差
異による変形や、応力を吸収し、この可撓性の回路基板
を通常の回路基板に接続する方法、いわゆるTAB方式
が提案され実施されている。
路基板を介在させるための実装面積が大きくなり、半導
体集積回路装置へのバリヤ金属層形成のための工程追
加、および金バンプ形成のための貴金属使用によるコス
トの増加の欠点がある。
撓性の回路基板との接続部における貴金属の使用は、簡
易的な耐湿樹脂封止においては、短い距離の接続電極間
において、貴金属溶出再結晶化による電極短絡事故を生
じ易いという信頼性上の欠点がある。
て多少不安はあるが、ICチップを導電ペ−ストを用い
て回路基板に、直接実装する方法が存在する。
と電気的接続するために、半導体集積回路装置の外部接
続電極であるアルミニウム電極上に、バンプとよばれる
金メッキを行った、大きさが数十μmの多数の突起電極
を形成する。さらに、昔から知られる凸版印刷の手法を
用いて、この突起電極部分にのみ導電ペ−ストを塗布
し、これを回路基板に接続する。
−ストは、二液混合型あるいは熱硬化型の接着剤と、銀
粒子あるいはパラジウム銀微粒子を混練したもので、機
械的接続と電気的接続とを同時に達成する。
るには、多数の突起電極の高さが揃っていることと、接
続電極間ピッチ寸法を充分広くして導電ペ−ストの接続
電極からのはみ出し距離よりも大きいこととが必要であ
る。
法においても、前述の温度熱膨脹係数の差異によって発
生する機械的歪みによる応力や、変形の問題を解決しな
ければならない。
ICチップの大きさは、数mm以下の寸法で実用になっ
ている。これ以上の寸法のICチップでは、機械的歪み
による接続の剥がれやICチップの破壊が生じる。
は、前述のバンプの形成のための半導体集積回路の製造
プロセスにおける追加工程のためのコスト増加と、通常
と異なる大きな接続電極のためのICチップの面積効率
の低下とが存在し、かえってICチップの単価が増大す
る。
総合評価では、ICチップを回路基板へ直接実装するこ
とによる経済効果は必ずしも大きくなく、信頼性では不
安定要素が存在し、体積効果にのみの優位性に依存する
傾向がある。
ICチップ実装面積と、実装体積の縮小と、多接続端子
の接続コストの画期的低下とは、強く望まれ有効な技術
の出現が待たれている。
従来の導電ペ−ストを用いた実装方法におけるICチッ
プと回路基板とを含む断面構造を示す。
トランジスタや抵抗やコンデンサーなどの素子を形成す
る能動領域704の最上部のアルミニウムからなる金属
導電層706の一部が露出するように、保護膜層708
に接続穴をエッチングで形成する。この金属導電層70
6上には、クロムやチタンの単層膜、あるいは積層膜か
らなるバリヤ層(図示せず)を介してバンプ710を設
ける。
金メッキ膜を設ける。バンプ710の直径は百数十μm
あり、バンプの高さは数十μmある。通常、バンプ71
0高さのばらつきは、10μm程度ある。
と回路基板716との隙間が規定されているために、バ
ンプ710高さの誤差を吸収しており、導電ペ−スト7
12の横方向のはみ出し量は、バンプ710高さのばら
つき程度、すなわち10μm程度のばらつきが発生す
る。
で隣り合った電極同志が短絡しないために、導電ペース
ト712の最低はみ出し量の2倍以上の距離、たとえば
30μm以上の寸法を必要とする。
極ピッチは、数十μm以下の実装は無理があるのが実情
である。
絡事故を生じて接続歩留りを低下させ、そのうえ温度変
化により実装領域での接続はがれを生じ、接続抵抗が不
安定になる。
金バンプの高さを数μmと低くして直接回路基板に押し
付け、紫外線硬化樹脂により、ICチップと回路基板と
を接続する構造が提案されている。しかしながらバンプ
高さばらつきを押し付け圧力のみで吸収させるには無理
がある。
方法として、導電性被膜を被覆したプラスチック球を、
さらに薄い膜厚の熱溶融性のプラスチックで覆い、数μ
mの高さの金バンプと回路基板とを接着し、熱によって
回路基板とICチップとの導通接続をはかり、横方向の
電極間短絡を逃げるという構造の提案もあるが、導電接
続性にも短絡防止にもゆとりを持った材料や条件は厳し
い。
従来技術のICチップ実装方法で解決が望まれている課
題は、ICチップに形成するバンプと呼ばれる接続用の
突起電極の形成コストの低下と、電極面積の縮小と、金
属溶出再結晶短絡事故を引き起こす恐れのある高価な貴
金属使用の廃止と、温度熱膨脹係数の差異により生ずる
接続剥がれの防止と、ICチップの破壊防止とである。
めの新しい接続方法を提供することにある。さらに詳し
く記すと、貴金属を用いずに安定であり、なおかつ導電
性に優れ、金属溶出再結晶短絡を起こしにくい接続方法
を提供することが、本発明の目的である。
に、本発明は下記記載の方法を採用する。
は、接続電極を備える半導体集積回路片と、回路基板電
極を備える回路基板とを、弾力性のある導電性粒子、も
しくは導電性粒子と弾力性のある非導電性粒子とを絶縁
性接着剤と共に混練し導電接続体とし、導電性粒子ある
いは非導電性粒子の粒子径間隔で回路基板電極と半導体
集積回路片とを接着し、半導体集積回路片の接続電極と
回路基板の回路基板電極の電気的接続を導電接続体を用
いて行うことを特徴とする。
図1は本発明による半導体集積回路装置の接続方法にお
ける実施例の一つである。
トランジスタや抵抗やコンデンサーなどの能動素子や受
動素子を形成した能動領域104上にアルミニウムから
なる接続電極110が露出するように保護膜108に開
口を形成する。
114を設ける。回路基板116は液晶表示装置の場合
は、ガラス基板であり、回路基板電極114は、透明電
極膜で構成する。
路基板電極114とは、導電接続体112を用いて、電
気的接続を行う。
基板電極とICチップの接続電極との接続を行う実施例
を説明する。
ン、あるいはポリイミドなどの弾力性のある絶縁性プラ
スチック粒子210の表面に、パラジウム銀や酸化物導
電体の導電性被膜212を形成し、さらに軟化点の低い
絶縁性プラスチック微粒子、あるいはワックス微粒子か
らなる絶縁性粒子214を設けたもので構成する。この
絶縁性粒子214の大きさは、1μm以下のものを用い
る。
ICチップ202の両側に配置した接着剤232中のス
ペ−サ部材230により一定の間隔、たとえば5μmで
対向配置する。同時に導電性が付与された絶縁性プラス
チック粒子210を歪ませて接続圧を発生させる。
導電性被膜212により導電被覆されているが、図2の
上下方向は、強い圧力で絶縁性プラスチック粒子210
の表面の絶縁性粒子214が、絶縁性プラスチック粒子
210内に埋没したり、熱で潰れたりして、上下方向で
回路基板電極208と、ICチップ202の接続電極2
04とを導通させる。
げ場があるので絶縁性粒子214の埋没や潰れが起き
ず、導通が行われない。
程度の平面密度で均一にICチップ202上、もしくは
回路基板206上に塗布する。
10表面の絶縁性粒子214の存在により、電極横方向
の導通は疎外され、電極上下方向のみ強い圧力が発生で
き、導通する。
電極208が存在する領域だけが導通するので、従来の
導電ぺ−ストを凸版印刷法にて、パターン化印刷する方
法と異なり、10μmピッチ程度までの微細ピッチの電
極接続が達成できる。
続方法におけるさらに別の実施例を示す。
μm程度のテトロン、あるいはポリイミドなどの弾力性
のある絶縁性プラスチック表面にパラジウム銀や酸化物
導電体膜を形成した導電性粒子312と、導電性粒子3
12より粒径の小さいテトロン、あるいはポリイミドな
どの絶縁性プラスチックからなる非導電性粒子310と
を絶縁性接着剤316とを混練して構成する。
の2種類の粒子が混在しており、上下方向すなわちIC
チップ302の接続電極304と回路基板306の回路
基板電極308との間には、導電性粒子312と非導電
性粒子310とが一層に配列し、横方向には導電性粒子
312と非導電性粒子310とが混ざって配列する。
たスペ−サ部材330の寸法を導電性粒子312寸法よ
りも小さく設定することにより、導電性粒子312に押
し付け圧が発生し、接続電極304と回路基板電極30
8との導通が得られる。
電性粒子310の直列接続状態が発生するので、非導電
性粒子310に対する導電性粒子312の比率を1/7
以下にしておくと、1個の導電性粒子312の周囲を全
て非導電性粒子310とすることが可能となり、電極横
方向短絡は起こらなくなる。
12の直径よりも少しだけ小さくすることにより、電極
上下方向の導通確率を低下させることがなくなり、導通
確率の低下を防ぐことができる。
粒子312の直径の1/4以下にすると、非導電性粒子
310の横方向接続防止の寸法効果が減少する。
示し、異方性導電部材を用いた接続方法を示す。
金の細線を冷間加工で少し折り曲げて絶縁性プラスチッ
クなどの柔らかい媒体中に分散固定する。形状記憶合金
細線は、鉄やニッケルのメッキ処理で磁場中配向を可能
にし、さらに接続抵抗を低下させるために銀パラジウム
メッキを施すと良い。形状記憶合金細線に、あらかじめ
絶縁被覆を施してから、束ねて絶縁性接着剤で固着する
方法も作り易い利点がある。
に形状記憶合金細線404を柔らかいプラスチックから
なる鞘406で被覆し、シート状にして、これを異方性
導電部材とする。
を示すが、温度が上昇して一定温度以上になると可塑性
を失い、高温時の形状に戻る。
金細線404を、冷間加工で曲げた形状記憶合金細線4
04を用い、ICチップと回路基板とを絶縁性接着剤4
02を用いて固着した後に、加熱を行うとICチップの
実装時に、形状記憶合金細線404が真っ直ぐに伸び、
挫屈や変形で減少していた接続用の接触圧が回復して実
装接続抵抗を安定確保できる。
の電気的接触によるショートを防いで、異方性導電部材
の絶縁シ−トを形成するのに有効である。さらに鞘40
6をワックスのような熱軟化性の材料で構成しておく
と、加熱時の形状記憶合金細線404の形状回復による
接続圧の発生が容易になる。
404を固めてシ−ト状にするのに用いるだけではな
く、ICチップと回路基板とを固着する作用も有する。
を示す。
やして小さく丸めたものであり、図5(b)は形状記憶
合金細線とプラスチック材料やワックス材料とともに丸
めて球状導電性粒子504としたものであり、図5
(c)は加熱により膨脹した形状記憶合金細線ボ−ル5
06をそれぞれ示す。
互いに絡みやすく、表面を導電被覆したプラスチック粒
子のような異方性導電構造を形成し難い。
材料やプラスチック材料と共に練り合わせた球状導電性
粒子504は団子状にすることができ、絡み合いを防ぎ
導電性粒子として取扱うことができる。
後に加熱工程を経過すると、溶融したワックス球のなか
で形状記憶合金細線が形状を膨らませ、図5(c)に示
す形状記憶合金細線ボール506の状態となり、接続圧
を発生し、プラスチック材料からなる導電性粒子にない
利点がある。
物被覆や金属膜を被覆して導電性を持たせた可撓性絶縁
性細線を、ワックスと共に低温で練り固めた複合材料
は、形状記憶合金と全く同様に高温加熱工程で篭状に膨
脹して接続圧を発生するので、図5に示す導電性粒子と
同様に利用することができる。
続方法を、液晶表示素子を構成するガラス基板上の配線
とICチップとの接続に適用したチップオングラス実装
方法における実施例を示す。
を構成するガラス基板604とガラス基板606との間
に液晶層600を設ける。この液晶層600は封止材6
22により、ガラス基板604とガラス基板606との
間に封入されている。
は、光の振動面の方向を規定する偏向板624、626
を設ける。
6には、表示を行うための透明電極膜630、632を
設ける。
置を駆動するための液晶駆動用ICチップ602を、本
発明の接続方法を用いて、導電接続体608により実装
している。
号や電源は、ガラス基板604に熱硬化型導電性接着剤
612を用いて接続する回路基板接続電極614より供
給する。
600を透過するとき変調され、偏向板624、626
の効果で振幅変調に変化させられる。
とガラス基板606とには、表面に酸化インジウムすず
混合物薄膜からなる透明導電膜630、632を形成
し、液晶層600に駆動電圧を印加する。
い間隔を介して対向して配置し、その間に一定方向に配
向処理した液晶層600を挟持している。
動用ICチップ602との温度熱膨脹係数の差異に起因
する機械的歪は、導電接続体608の使用で吸収され、
電気接続のための接続圧は本発明の接続方法で安定して
維持され、電気的接続の問題は生じない。
半導体集積回路装置の接続方法においては、ICチップ
と回路基板との接続に貴金属を用いずに接続を行ってい
るので貴金属固有の金属溶出短絡事故を抑圧できる。ま
たさらに従来使用していた導電ペーストとは異なり、本
発明の接続方法で用いる導電接続体は、物理的、化学的
に安定である。
来に比較して小さな寸法でICチップの実装が可能にな
る。また導電ペースト形成のための凸版印刷工程ののよ
うな時間と手間の掛かる工程を必要としないので、プロ
セスコストが大幅に低下できる。接続の安定性の点から
見ると、形状記憶合金効果で温度熱膨脹や経時変化に対
して接続圧が安定して確保され、接続の安定性と信頼性
とで優れている。さらに、貴金属を用いないために材料
費の点でも優れている。
接続方法を示す断面図である。
接続方法を示す断面図である。
接続方法を示す断面図である。
接続方法に用いる異方性導電部材を示す斜視図である。
接続方法に用いる導電接続体を示す斜視図である。
表示装置に適用した実施例を示す断面図である。
面図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 接続電極を備える半導体集積回路片と、
回路基板電極を備える回路基板とを、弾力性のある導電
性粒子、もしくは導電性粒子と弾力性のある非導電性粒
子とを絶縁性接着剤と共に混練し導電接続体とし、導電
性粒子あるいは非導電性粒子の粒子径間隔で回路基板電
極と半導体集積回路片とを接着し、半導体集積回路片の
接続電極と回路基板の回路基板電極の電気的接続を導電
接続体を用いて行うことを特徴とする半導体集積回路装
置の接続方法。 - 【請求項2】 回路基板はガラス上に透明導電膜を形成
した液晶素子基板であり、半導体集積回路片は液晶駆動
用集積回路素子であることを特徴とする請求項1に記載
の半導体集積回路装置の製造方法。 - 【請求項3】 導電接続体は、形状記憶合金から形成す
る微小バネ構造体であることを特徴とする請求項1に記
載の半導体集積回路装置の製造方法。 - 【請求項4】 導電接続体は、表面が導電被覆された微
小な弾力性プラスチックバネ構造体であることを特徴と
する請求項1に記載の半導体集積回路装置の製造方法。 - 【請求項5】 導電接続体は、表面を導電被覆した微小
な弾力性プラスチック体で、さらにこの弾力性プラスチ
ック体上に絶縁性の熱可塑性微細粉末を塗布した構造で
あることを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路
装置の製造方法。 - 【請求項6】 導電接続体は、冷間圧縮した形状記憶合
金細片をプラスチックで固めた複合体であり、温度上昇
により圧縮が解ける構造であることを特徴とする請求項
1に記載の半導体集積回路装置の製造方法。 - 【請求項7】 ICチップの接続電極と、回路基板の回
路基板電極との接続は異方性導電部材を用いて行い、異
方性導電部材は、形状記憶合金が冷間加工変形された微
小バネ構造体であり、バネ構造体の側面が絶縁性の鞘で
覆われ、バネ構造体を多数束ねて異方性導電部材を構成
し、半導体集積回路片と回路基板とを異方性導電部材を
挟んで固着した後、加熱して電気的接続のための接続圧
を異方性導電部材に発生させることを特徴とする半導体
集積回路装置の接続方法。
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JP21474792A JP3198162B2 (ja) | 1992-07-21 | 1992-07-21 | 半導体集積回路装置の接続方法 |
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