JP2000252323A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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semiconductor
semiconductor pellet
bump
substrate
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滋一 樋野
Shunichi Iwanaga
俊一 岩永
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Kansai Nippon Electric Co Ltd
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Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd
Kansai Nippon Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ペレットに形成したバンプ電極を配線
基板のパッド電極に加圧して接続する場合、可撓性のあ
る樹脂を用いた配線基板では半導体基板とバンプ電極の
間の電気的接続が損なわれることがあった。 【解決手段】 半導体基板２に平面電極１２を形成した
半導体ペレット１と、絶縁基板５に形成したパッド電極
１０上に異径バンプ電極１３の径大部１３ａを接続した
配線基板４とを対向させ、半導体ペレット１の平面電極
１２とバンプ電極１３の径小部１３ｂとを圧接して、半
導体ペレット１と配線基板４の間を樹脂１１で接着した
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体ペレットと配
線基板とをバンプ電極を介して電気的に接続した構造の
半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】可搬形の例えばビデオカメラやノート型
パーソナルコンピュータなどの電子回路装置では小型、
軽量化が要求され、これに用いられる電子部品も一層の
小型化が要求されている。このような要求に対応するた
め、電子部品本体を直接的に配線基板に実装して実装密
度を高め小型化を実現した半導体装置が一般的に用いら
れている。このような半導体装置の一例を図７に示す。
図において、１は半導体ペレットで、半導体基板２内に
図示省略するが多数の電子回路素子を形成して内部接続
し、その一主面に電子回路の要部と接続されたバンプ電
極３を多数形成したものである。このバンプ電極３はめ
っきにより一括して形成することの他、ワイヤの先端に
形成した金属ボールを半導体基板上の要部にキャピラリ
で押し付けて接続した後、ワイヤを引き切ることによっ
ても形成することが出来、この場合には基部が径大で先
端部が回転放物体状で径小の異径となる。具体的に金ワ
イヤを用いた場合、径大部が直径８０μｍ、高さ２０μ
ｍ、径小部が直径２５μｍ、高さ５０μｍの電極を形成
することが出来る。４は配線基板で、セラミックやガラ
ス、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁基板
５上に一般的に絶縁基板５に銅箔を積層しこの銅箔をエ
ッチングして導電パターン６を形成し、この導電パター
ン６上をさらにレジスト膜７で被覆し、レジスト膜７の
うち半導体ペレット１のバンプ電極３と対応する部分を
窓明けして導電パターン６の一部を露呈させ、窓明け部
分にニッケルなどの中間層８を形成してさらにその表面
を金９で被覆してパッド電極１０を形成している。１１
は配線基板４上に配列されたパッド電極１０で囲まれる
領域に予め供給され、バンブ電極３とパッド電極１０と
を位置決めした状態で配線基板４に対向配置された半導
体ペレット１によって押し拡げられた樹脂系接着材で、
熱硬化性のエポキシ樹脂などが用いられる。この半導体
装置は、半導体ペレット１を加圧してバンプ電極３とパ
ッド電極１０とを圧接させ電気的に接続する際に、配線
基板４上に予め供給された接着材１１が電極重合部間に
流入するが、バンプ電極３の先端が凸球面状をなしパッ
ド電極１０と当接する面積が微小であると重合加圧され
る時に樹脂の噛み込みが少なく、圧接面に荷重が集中
し、加圧が進行すると圧着面から接着材１１を順次追い
出しつつ圧着面がパッド電極の中央部から周縁に向かっ
て拡大するため各電極３、１０は密着し電気的に支障な
く接続する。ところで小型の半導体装置では単位体積当
たりの発熱量が大きくなるため半導体ペレット１で発生
した熱を効率よく放熱する必要がある。そのためベース
樹脂に熱伝導性が良好なフィラーを分散させた高熱伝導
性の接着材１１を用いている。このフィラーは金属微粒
子が好ましいが、シリカやアルミナなどの熱伝導性が良
好な微粒子も用いられる。また小型の半導体装置では外
形寸法と同時に軽量化の要求もあり、これに対応するた
め配線基板４の絶縁基板５としてセラミックやガラスの
代わりに樹脂製の基板が用いられる。この場合、半導体
ペレット１と配線基板４ではそれぞれの熱膨張率が大き
く異なるため、半導体ペレットが動作し発熱して温度上
昇すると配線基板４が大きく反る。接着材９は両者を強
固に接着しているが、半導体装置の動作と停止を繰り返
すと、熱膨張、収縮を繰り返して接着界面に亀裂を生
じ、この亀裂が成長してバンプ電極３とパッド電極１０
の接続部に反り応力が集中して電気的接続を損なうとい
う問題があった。そのため、接着材１１の熱膨張率を半
導体ペレット１と配線基板４のそれぞれの熱膨張率の中
間に調整することにより、両者の接着界面での熱膨張率
の差を緩和し半導体装置の信頼性を向上させている。こ
の熱膨張率を調整するため接着材１１のベース樹脂に粒
径２〜２０μｍのシリカやアルミナなどの微粒子からな
るフィラーを５０〜７０重量％程度分散させている。一
方、バンプ電極３とパッド電極１０とを接続するための
加圧力は、電極数に比例して増大する。例えば１バンプ
電極当たりの荷重が５０ｇでは、電極数が１００の場
合、全体で５Ｋｇの荷重をかける必要がある。そのため
バンプ電極３の数が多くしかもその高さのばらつきが顕
著であると、加圧作業の開始時に突出した少数のバンプ
電極に過大な力がかかり半導体基板２にマイクロクラッ
クを生じ、集積度が高い半導体ペレットでは内部配線や
素子を損傷することがあった。また背の高いバンプ電極
３が多数ある場合には、加圧力が分散されて突出した電
極の接続を強固にできるが背の低い少数のバンプ電極に
は加圧力が十分伝達されず接続強度が不十分となる虞が
あった。このような問題は電極数が増加すると生じ易
く、金属ボールによって形成されたバンプ電極を有する
半導体装置では顕著であるため、バンプ電極形成面に硬
質の平坦なプレートを押し付けてバンプ電極の高さを揃
えるレベリング処理をしている。特開平１１−１６９４
６号公報（先行技術）には配線基板に導電粒子を分散さ
せた異方性導電膜を貼り付け、バンプ電極を有する半導
体ペレットをこの導電膜の上から加圧、加熱してバンプ
電極とパッド電極とを電気的に接続するとともに半導体
ペレットと配線基板とを接着する半導体装置の実装方法
が開示されており、バンプ電極をレベリングすると同時
にバンプ電極に導電粒子の粒径より小さい凹凸を形成
し、この凹凸に導電粒子を噛み込ませることにより電気
的接続を確実に出来ることが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、半導体基板
２にバンプ電極３を形成する際に、半導体基板２のバン
プ接続部には加圧と超音波振動とが集中するため電極接
合面に微細なクラックを生じ電気的接続を不安定にする
ことがあった。また先端部が回転放物体状のバンプ電極
をレベリング処理して電極の互いに対向する面を平行に
すると、ベース樹脂に分散させたフィラーが電気的に絶
縁性のものではバンプ電極とパッド電極の電気的接続が
不安定となるため上記先行技術を直ちに採用することが
出来なかった。また、配線基板４に用いられる絶縁基板
５が樹脂の場合、レベリング処理されていない回転放物
体状のバンプ電極をパッド電極に押し付けると、その先
端部に加圧力が集中し押し潰されて周面が膨出すると同
時にバンプ電極３の先端部がパッド電極を陥没させて絶
縁基板５内に押し込まれ、パッド電極が褶曲する。これ
によりバンプ電極にかかる押圧力の方向と配線基板４か
ら押し返される力の方向がずれると、バンプ電極３には
側方からの力がかかり、その結果バンプ電極３と半導体
基板２の接続部に不所望な力がかかりマイクロクラック
を生じたり局部的な剥離を生じ電気的接続を損なうとい
う問題があった。この電気的接続の不具合は半導体装置
が動作、停止を繰り返す度に生じる熱膨張、熱収縮によ
り進行して半導体装置の特性を劣化させ最終的には不良
にし寿命を短縮するため改善が望まれていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
を目的として提案されたもので、半導体基板の一主面に
平面電極を形成した半導体ペレットと、絶縁基板の一主
面に前記半導体ペレットの平面電極位置と対応してパッ
ド電極を形成し、このパッド電極に両端の径が異なるバ
ンプ電極の径大部を接続した配線基板とを対向させ、半
導体ペレットの平面電極とバンプ電極の径小部とを圧接
して、半導体ペレットと配線基板の間を樹脂で接着した
ことを特徴とする半導体装置を提供する。また本発明
は、半導体基板の一主面に平面電極を形成した半導体ペ
レットを、絶縁基板上の前記半導体ペレットの平面電極
位置と対応する位置にパッド電極を形成しこのパッド電
極に両端の径が異なるバンプ電極の径大部を接続した配
線基板に対向させ、前記バンプ電極の径小部を半導体ペ
レットの平面電極に圧接して、半導体ペレットと配線基
板との間を樹脂で接着したことを特徴とする半導体装置
の製造方法を提供する。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明による半導体装置は、半導
体ペレットには平面電極を、配線基板にはそのパッド電
極に異径のバンプ電極の径大部を形成し、上記平面電極
とバンプ電極の径小部とを加圧接続するとともに半導体
ペレットと配線基板とを樹脂系接着材で接着したもので
あるが、上記平面電極をアルミニウムで形成し、配線基
板のパッド電極の表面を金で被覆してさらにこのパッド
電極に金からなるバンプ電極を接続して、このバンプ電
極を半導体ペレットの平面電極に接続することが出来
る。
【０００６】
【実施例】以下に本発明の実施例を図１から説明する。
図において図７と同一物には同一符号を付し重複する説
明を省略する。本発明による半導体装置が図７装置と相
異するのは半導体ペレットの電極と、この電極と電気的
に接続される配線基板の電極のみである。即ち、半導体
ペレット１は半導体基板２に平面電極１２が形成されて
いる。この電極１２は半導体ペレットの電極材料として
一般的なアルミニウムが用いられる。配線基板４には図
７装置と同様に銅の導電パターン６をレジスト膜７で被
覆し、レジスト膜７のうち半導体ペレット１の平面電極
１２と対応する部分を窓明けして導電パターン６の一部
を露呈させ、窓明け部分にニッケルなどの中間層８を形
成してさらにその表面を金９で被覆してパッド電極１０
を形成している。１３は異径のバンプ電極で、パッド電
極１０に接続された径大部１３ａと柱状の径小部１３ｂ
からなり、径小部１３ｂの端面は平面電極１２に接続さ
れている。この半導体装置の製造方法を図２〜図６から
説明する。先ず図２に示すように、絶縁基板５に導電パ
ターン６を形成しこの導電パターン６の要部にパッド電
極１０を形成した配線基板４を平坦な支持テーブル１４
上に位置決めする。そして位置決めされた配線基板５の
パッド電極１０上に、金ワイヤ１５を挿通したキャピラ
リ１６を配置する。この金ワイヤ１５はキャピラリ１６
の下端から突出した先端部を溶融させて金ボール１５ａ
が形成されている。次に図３に示すようにキャピラリ１
６を降下させて金ボール１５ａをキャピラリ１６の下端
でパッド電極１０に押し付けて電気的に接続した後、キ
ャピラリ１６をわずかに上昇させて、さらにキャピラリ
１６とワイヤ１５とを上昇させて、ワイヤ１５の引き出
し部を引き切ると、図４に示すようにパッド電極１０上
に異径のバンプ電極１３が接続される。このバンプ電極
１３は径大部１３ａがパッド電極１０に接続されるが、
径大部１３ａは径小部１３ｂの先端に比して接着面積が
格段に広く可撓性を有する樹脂製の絶縁基板５であって
も加圧力が局部に集中しないため、基板４の褶曲変形が
少ない。このようにしてパッド電極１０にバンプ電極１
３を接続した後、図５に示すようにバンプ電極１３によ
って囲まれる領域に所定量の樹脂系接着材１１を供給す
る。そして図６に示すように吸着コレット１７で吸着し
た半導体ペレット１を配線基板４上に配置する。この半
導体ペレット１は下面に形成した平面電極１２をバンプ
電極１３と対向させ配線基板４と平行を保って降下す
る。そして盛り上がった接着材１１の上端に半導体ペレ
ット１の下面中央部が接触すると、接着材１１は押され
て外方へ拡がり、平面電極１２がバンプ電極１３の径小
部１３ｂの先端に当接する。ここで半導体ペレット１の
一辺長さを１０ｍｍ、平面電極１２が周面から０．５ｍ
ｍの位置にあるものとし、平面電極１２とバンプ電極１
３が完全に接続された状態で、半導体ペレット１と配線
基板４の間隔を６０μｍとし、接着材１１が図１に示す
ようにペレット１の側壁に０．５ｍｍはみ出すものと
し、さらに接着材１１で覆われるパッド電極１０、バン
プ電極１３の体積を無視すると、予め供給される接着材
１１の全所要量はおよそ６．２５立方ｍｍとなる。接着
材１１をシリンジ（図示せず）を用いると通常は半球面
状に供給されるが、仮に一辺５ｍｍの方形に供給するも
のとすれば供給高さは約０．２５ｍｍとなる。この状態
で半導体ペレット１を下げて接着材１１を押し拡げる
と、半導体ペレット１と配線基板４の間隔が約０．０８
ｍｍとなったところで、接着材１１は平面電極１２位置
に達する。一方、パッド電極１２の厚さを約３０μｍ、
バンプ電極１３の初期高さを約７０μｍとすれば、バン
プ電極１３の先端は絶縁基板５の上面から１００μｍ突
出しており、平面電極１２とバンプ電極１３が当接した
時には接着材１１は一辺８ｍｍの領域まで拡がっている
が、電極１３位置には到達せず、拡がった接着材１１が
電極位置に到達した時には既にバンプ電極１３の先端は
ペレット１の平面電極１２に圧着されている。実際には
接着材１１は平面視円形に供給されるため、平面電極１
２とバンプ電極１３とが当接する前に接着材１１が電極
位置に到達することもあるが、バンプ電極１３の先端形
状は回転放物体であるため、電気的接続には支障はな
い。この状態からさらに半導体ペレット１を２０μｍ下
げると、平面電極１２とバンプ電極１３の電気的接続が
完了し、半導体ペレット１と配線基板４の間隔を約６０
μｍに保って接着材１１により接着され、図１に示す半
導体装置が製造される。この半導体装置は異径のバンプ
電極１３が、その径大部１３ａが配線基板４に接続され
るため、絶縁基板５として可撓性のある樹脂を用いたも
のでも、パッド電極１０部分の褶曲変形が小さくバンプ
電極１３の軸を傾斜させることなく接続できる。またこ
のバンプ電極１５先端部が当接する半導体ペレット１の
平面電極１２も褶曲変形せず、平面電極１２と配線基板
４は平行を保ち、平面電極１２に対してバンプ電極１３
の軸は直交状態を保つため、加圧されたバンプ電極１３
にはこれを傾斜させる力がかからず、半導体ペレット１
からバンプ電極１３に与えらる力が有効に伝達されるた
め、バンプ電極１３をレベリング処理して高さを揃えな
くとも、バンプ電極１３先端の径小部１３ｂに力を集中
させその周面をスムーズに膨出させて平面電極１２との
電気的接続を確実にできる。そのため、半導体基板５の
平面電極１２の接続部には電気的接続にとって好ましく
ない微細なクラックを生じず局部的な剥離もしにくいた
め電気的接続の信頼性も高めることが出来、動作時に発
熱をともなうものでも長寿命の半導体装置を実現でき
る。また製造時に小さな個々の半導体ペレット１にバン
プ電極がないため、半導体ペレット１のハンドリングが
容易で、半導体ペレットの損傷を防止できる。
【０００７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、半導体ペ
レットと配線基板の電気的接続を確実にでき、信頼性の
高い半導体装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例を示す要部側断面図
【図２】 図１半導体装置の製造方法を説明する側断面
図
【図３】 図２に示す工程でのバンプ電極の形成方法を
示す要部拡大側断面図
【図４】 図３に示す工程で形成されたバンプ電極の一
例を示す要部拡大側断面図
【図５】 図４に示す配線基板上に接着材を供給する状
態を示す側断面図
【図６】 図５に示す配線基板上に半導体ペレットを供
給する状態を示す側断面図
【図７】 従来の半導体装置の一例を示す側断面図
【符号の説明】
１ 半導体ペレット ２ 半導体基板 ４ 配線基板 ５ 絶縁基板 １０ パッド電極 １１ 接着材（樹脂） １２ 平面電極 １３ａ 径大部 １３ｂ 径小部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体基板の一主面に平面電極を形成した
    半導体ペレットと、絶縁基板の一主面に前記半導体ペレ
    ットの平面電極位置と対応してパッド電極を形成し、こ
    のパッド電極に両端の径が異なるバンプ電極の径大部を
    接続した配線基板とを対向させ、半導体ペレットの平面
    電極とバンプ電極の径小部とを圧接して、半導体ペレッ
    トと配線基板の間を樹脂で接着したことを特徴とする半
    導体装置。
  2. 【請求項２】半導体ペレットの平面電極がアルミニウム
    であり、バンプ電極材料が金であり、配線基板のパッド
    電極の表面が金で被覆されていることを特徴とする請求
    項１に記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】半導体基板の一主面に平面電極を形成した
    半導体ペレットを、絶縁基板上の前記半導体ペレットの
    平面電極位置と対応する位置にパッド電極を形成しこの
    パッド電極に両端の径が異なるバンプ電極の径大部を接
    続した配線基板に対向させ、前記バンプ電極の径小部を
    半導体ペレットの平面電極に圧接して、半導体ペレット
    と配線基板との間を樹脂で接着したことを特徴とする半
    導体装置の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006318974A (ja) * 2005-05-10 2006-11-24 Toshiba Components Co Ltd バンプ構造を用いた半導体素子及びその製造方法
JP2008135481A (ja) * 2006-11-27 2008-06-12 Matsushita Electric Works Ltd 電子装置およびその製造方法
US7960819B2 (en) 2006-07-13 2011-06-14 Cree, Inc. Leadframe-based packages for solid state emitting devices
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