JP2003023025A - 電気的相互接続方法 - Google Patents
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Abstract
を回路基板に搭載する場合、両者を着脱自在に一時的に
接合可能にすると共に半永久的にも接合可能として、試
験・検査や通常の用い方を任意に選択実施できるように
する。 【解決手段】 Si半導体基板1の表面に電極2を表出
させる開口をもつパッシベーション膜3、レジスト膜4
を形成し、前記開口に於ける側壁の一部にNiからなる
金属膜5を形成し、金属膜5をシードとするめっきに依
ってNiからなる金属膜6を形成して金属膜5を厚膜化
し、前記開口をもつ被膜を除去して厚膜化された金属膜
5からなる柱状電極端子6Aを表出させ、柱状電極端子
6Aの少なくとも頂面に金属膜5及び6とは異なる金属
膜、即ち、Auからなる柔軟性金属膜7を形成し、柱状
電極端子6Aの頂面を柔軟性金属膜7を介し回路基板8
に形成された電極9と接合する。
Description
ーバ、通信機などに用いられる半導体素子、或いは、そ
の半導体素子を収容したパッケージを回路基板に電気的
に接続するのに好適な方法に関する。
小型化、薄型化などに伴って、半導体素子は高集積化さ
れ、また、その配線は微細化されつつあり、その結果、
半導体素子の入出力端子、即ち、電極は数が増加し、ま
た、寸法やピッチは縮小されている。
化されている半導体素子をチップのまま、又は、パッケ
ージに収納して回路基板に搭載することが行われてい
て、半導体素子をチップの状態で搭載する方法として
は、ワイヤ・ボンディング法、テープ・オートメイテッ
ド・ボンディング(tape automated b
onding:TAB)法、フリップ・チップ接合法
(メタラジカル接合法)、導電性接着剤法(メカニカル
接合法)などが知られ、また、パッケージに収納して回
路基板に搭載する方法としては、主としてはんだ付けに
依るメタラジカル接合法、或いは、メカニカル接合法が
多用されている。
その接合は半永久的であって、一度接合した後は自由に
着脱することは困難であり、従って、半導体素子或いは
パッケージの試験・検査に前記手段を採ることはできな
い。
合と、その後の通常の使用の為の接合とは別の方法で実
施しているのが現状であり、任意に着脱できる接合を実
現することは非常に困難であった。
子などを回路基板に搭載する場合、両者を着脱自在に一
時的に接合可能にすると共に半永久的にも接合可能とし
て、試験・検査や通常の用い方を任意に選択実施できる
ようにする。
子、半導体素子を収容したパッケージ、回路基板などに
於ける電極部のみを露出させる開口をもつ被膜を形成
し、その開口に於ける側壁の少なくとも一部に金属膜を
形成し、その金属膜をシードにしてめっき法で厚膜化
し、その上にシード金属及び厚膜化金属とは異なる金属
の膜で覆って金属ピン状、若しくは、金属柱状の電極端
子を構成し、その電極端子を介して半導体素子と回路基
板、或いは、半導体素子を収容したパッケージと回路基
板を電気的に相互接続することが基本になっている。
ド金属膜及び厚膜化金属膜の材料として、弾性及び靱性
に富む材料、即ち、ばね性を有し、且つ、ある程度撓ん
でも復原できる特性をもつ材料を用い、また、厚膜化金
属膜を覆う材料としては、柔軟性をもち、回路基板と半
導体素子などとを接合する為に押圧した際、変形して確
実な金属−金属接触が実現されるような材料を用いる。
形成する理由は、前記した金属のばね性を最大限に利用
する為であって、従来の技術に見られるようなバンプ形
状の電極端子では、ばね性を利用することは非常に困難
であった。
みでも回路基板と半導体素子などとの間で金属−金属接
触は実現することが可能であるが、その接触を更に確実
にする為には、表面に柔軟性をもつ金属膜を形成し、押
圧して接合する際、柔軟性金属膜が変形して相手方の電
極端子に密着することが望ましく、また、そのようにす
れば、相手方の電極端子を損傷させるおそれが少なくな
る。
例示すると、ばね性をもつ金属にはパラジウム、白金、
ロジウム、イリジウム、ニッケル、コバルト、チタンな
どを挙げることができ、また、柔軟性をもつ金属には金
や銅を挙げることができる。
とに依り、電極端子は一時的な接合及び半永久的な接合
の何れか一方に対応したり、或いは、それ等の両方に対
応することができるので、一時的に接合して試験・検査
を容易且つ簡単に実施することが可能であり、しかも、
その後、良品であれば、半永久的に接合して実用に供す
ることもできる。
施の形態1を説明する為の工程要所に於ける半導体素子
及び回路基板を表す要部切断側面図であり、以下、これ
等の図を参照しつつ説明する。尚、図1の○で囲んだ部
分は要部を上面から見た図である。
のSi半導体基板1には半導体素子として所要の素子領
域が作り込まれているものであるが、簡明にする為、A
lからなる電極2と電極2の一部を表出させる開口3A
をもつパッシベーション膜3が形成された状態を表して
ある。尚、電極2の主構成材料はAlであるが、必要あ
れば、その表面に他の適当な金属膜、例えばNi膜など
を積層してもよい。
50〔μm〕のレジスト層4を形成し、次いで、露光及
び現像を行って開口3Aと同パターンの開口4Aを形成
する。尚、このレジスト層4は、市販のドライ・フィル
ム膜に代替しても良い。
ーション膜3及びレジスト膜4の開口側壁の一部にNi
からなる金属膜5を形成する。尚、この金属膜5はめっ
きを行う場合のシードとなるものであるから、その厚さ
は適切に選択して良い。尚、ここで適用した斜め真空蒸
着法は、斜めスパッタリング法に代替することができ
る。
表面を覆うNi膜及びNiからなる金属膜5をシードと
してNiの無電解めっきを行って厚さ約20〔μm〕の
無電解めっき金属膜6を形成する。
し、パッシベーション膜3の開口内に於いて電極2上に
平面的にコンタクトした金属膜6の部分、及び、そのエ
ッジに連なる金属膜6及び金属膜5からなる柱状の電極
端子が表出される。尚、図では、この柱状電極端子を記
号6Aで指示してある。
及び柱状電極端子6A上に厚さ約0.1〔μm〕〜0.
5〔μm〕程度の範囲で選択したAuからなる柔軟性金
属膜7を形成する。尚、このAuからなる柔軟性金属膜
7は、柱状電極端子6Aの頂面をNiに比較して軟質に
すると共に全体の酸化防止の役割を果たすものである。
をもつ回路基板8を用意して、回路基板8に於ける電極
9と前記Si半導体基板1の柱状電極端子6Aとを対向
させる。尚、10はパッシベーション膜を示している。
向させ、柱状電極端子6Aと電極9とを柔軟性金属膜7
を介して突き合わせ、柱状電極端子6Aが撓む程度に加
圧して接合する。尚、この接合は、Auからなる柔軟性
金属膜7を介して電極9の最上層のAu層にコンタクト
するので密着性は良好である。
気的接続は良好であることが確認された。
2を説明する為の工程要所に於ける回路基板及び半導体
素子を表す要部切断側面図であり、以下、これ等の図を
参照しつつ説明する。
i、Auを積層して構成した電極12が形成され、ま
た、電極12の一部を表出する開口13Aが形成された
パッシベーション膜13で覆われている。
50〔μm〕のレジスト層14を形成し、次いで、露光
及び現像を行って開口13Aと同パターンの開口14A
を形成する。
ーション膜13及びレジスト膜14の開口側壁の一部に
Niからなる金属膜15を形成する。尚、この金属膜1
5はめっきを行う場合のシードとなるものであるから、
その厚さは適切に選択して良い。尚、ここで適用した斜
め真空蒸着法は、斜めスパッタリング法に代替すること
ができる。
の表面側に在るNi膜及びNiからなる金属膜15をシ
ードとしてNiの無電解めっきを行って、厚さ約20
〔μm〕の無電解めっき金属膜16を形成する。
離し、パッシベーション膜13の開口内に於いて電極1
2上に平面的にコンタクトしている金属膜16の部分、
及び、そのエッジに連なって起立した金属膜16及び金
属膜15からなる柱状の電極端子が表出される。尚、図
では、この柱状電極端子を記号16Aで指示してある。
6及び柱状電極端子16A上に厚さ約1〔μm〕〜5
〔μm〕程度の範囲で選択したAuからなる柔軟性金属
膜17を形成する。このAuからなる柔軟性金属膜17
は、柱状電極端子16Aの頂面をNiに比較して軟質に
すると共に全体の酸化防止の役割を果たすものである。
いるSi半導体基板18を用意する。ここでは、半導体
素子を構成する要素として、通常のAlからなる電極1
9のみを表してあり、このSi半導体基板18に於ける
電極19と前記回路基板11の柱状電極端子16Aとを
対向させる。電極19は、前記同様、その表面に必要に
応じて他の金属膜、例えばNi膜などを積層してよい。
尚、20はパッシベーション膜を示している。
を対向させて、柱状電極端子16Aと電極19とを柔軟
性金属膜17を介して突き合わせ、柱状電極端子16A
が撓む程度に加圧して接合する。尚、この接合は、Au
からなる柔軟性金属膜17を介して電極19にコンタク
トするので密着性は良好である。
気的接続は良好であることが確認された。これは、柱状
電極端子16Aがチップ試験用プローブとして応用でき
ることを示している。
の形態2に於けるNiからなる金属膜15をPd或いは
Pd−Ni合金からなる金属膜に代替し、また、Niか
らなる無電解めっき金属膜16をPd或いはPd−Ni
合金からなる無電解めっき金属膜に代替した構成が挙げ
ることができ、そして、その効果は実施の形態2と殆ど
変わりない。
する為の工程要所に於ける半導体素子及び回路基板を表
す要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつ
つ説明する。尚、図1乃至図3に於いて用いた記号と同
記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとす
る。
(A)と全く同じであり、半導体素子を構成する所要の
素子領域が作り込まれ、また、本発明に依る柱状の電極
端子6Aが形成され、そして、柱状電極端子6Aなどを
Auからなる柔軟性金属膜7で覆った状態に在るSi半
導体基板1及び下からCu、Ni、Auを積層した構成
の電極9をもつ回路基板8を用意し、回路基板8に於け
る電極9とSi半導体基板1の柱状電極端子6Aとを対
向させる。
を柔軟性金属膜7を介して突き合わせ、柱状電極端子6
Aが撓む程度に加圧して接合したが、この実施の形態4
では、柱状電極端子6A、柔軟性金属膜7、電極9をは
んだ21に依って半永久的に接続する。
されているSn−37〔重量%〕Pbからなるはんだを
用い、220〔℃〕に加熱して接合したが、はんだ材料
及び加熱温度は、これに限定されない。
態を含め、多くの形態で実施することができ、以下、そ
れを付記として例示する。
収容したパッケージ或いは回路基板などの基体(例えば
Si半導体基板1、回路基板11など)の表面に電極
(例えば電極2、電極12など)を表出させる開口(例
えば開口3A、開口4A、開口13A、開口14Aな
ど)をもつ被膜(例えばパッシベーション膜3、レジス
ト膜4、パッシベーション膜13、レジスト膜14な
ど)を形成する工程と、次いで、前記開口に於ける側壁
の一部に第一の金属膜(例えばNiからなる金属膜5、
Niからなる金属膜15など)を形成する工程と、次い
で、第一の金属膜をシードとするめっき法を適用して第
一の金属膜を厚膜化(例えばNiからなる金属膜6、N
iからなる金属膜16など)する工程と、次いで、前記
開口をもつ被膜を除去して厚膜化された第一の金属膜か
らなる柱状電極端子(例えば柱状電極端子6A、柱状電
極端子16Aなど)を表出させる工程と、次いで、前記
柱状電極端子の少なくとも頂面に第一の金属膜とは異な
る第二の金属膜(例えばAuからなる柔軟性金属膜7、
Auからなる柔軟性金属膜17など)を形成する工程
と、次いで、前記柱状電極端子の頂面を第二の金属膜を
介し他の基体(例えば回路基板8、Si半導体基板18
など)に形成された電極(例えば電極9、電極19)と
接合する工程とが含まれてなることを特徴とする電気的
相互接続方法。(1)
からなり、且つ、第二の金属膜は柔軟性に富む材料から
なることを特徴とする(付記1)記載の電気的相互接続
方法。(2)
属膜を介し他の基体に形成された電極に機械的に押圧し
て接合することを特徴とする(付記1)記載の電気的相
互接続方法。(3)
極端子を他の基体に形成された電極にはんだ或いは導電
性接着剤などの接合材料を用いて固定することを特徴と
する(付記1)記載の電気的相互接続方法。(4)
パラジウム、白金、ロジュウム、イリジウム、ニッケ
ル、コバルトから選択され、第二の金属膜を構成する材
料が金或いは銅から選択されることを特徴とする(付記
1)記載の電気的相互接続方法。
を或いは第二の金属膜の間に別の金属膜を介在させるこ
とを特徴とする(付記1)或いは(付記5)記載の電気
的相互接続方法。
ては、基体の表面に電極を表出させる開口をもつ被膜を
形成し、開口に於ける側壁の一部に第一の金属膜を形成
し、第一の金属膜をシードとして第一の金属膜を厚膜化
し、開口をもつ被膜を除去して厚膜化された第一の金属
膜からなる柱状電極端子を表出させ、柱状電極端子の少
なくとも頂面に第一の金属膜とは異なる第二の金属膜を
形成し、柱状電極端子の頂面を第二の金属膜を介し他の
基体に形成された電極と接合する。
とに依り、電極端子は一時的な接合及び半永久的な接合
の何れか一方に対応したり、或いは、それ等の両方に対
応することができるので、一時的に接合して試験・検査
を容易且つ簡単に実施することが可能であり、しかも、
その後、良品であれば、半永久的に接合して実用に供す
ることもできる。
程要所に於ける半導体素子及び回路基板を表す要部切断
側面図である。
程要所に於ける半導体素子及び回路基板を表す要部切断
側面図である。
程要所に於ける半導体素子及び回路基板を表す要部切断
側面図である。
程要所に於ける回路基板及び半導体素子を表す要部切断
側面図である。
程要所に於ける回路基板及び半導体素子を表す要部切断
側面図である。
程要所に於ける回路基板及び半導体素子を表す要部切断
側面図である。
程要所に於ける半導体素子及び回路基板を表す要部切断
側面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】半導体素子或いは半導体素子を収容したパ
ッケージ或いは回路基板などの基体の表面に電極を表出
させる開口をもつ被膜を形成する工程と、 次いで、前記開口に於ける側壁の一部に第一の金属膜を
形成する工程と、 次いで、第一の金属膜をシードとするめっき法を適用し
て第一の金属膜を厚膜化する工程と、 次いで、前記開口をもつ被膜を除去して厚膜化された第
一の金属膜からなる柱状電極端子を表出させる工程と、 次いで、前記柱状電極端子の少なくとも頂面に第一の金
属膜とは異なる第二の金属膜を形成する工程と、 次いで、前記柱状電極端子の頂面を第二の金属膜を介し
他の基体に形成された電極と接合する工程とが含まれて
なることを特徴とする電気的相互接続方法。 - 【請求項2】第一の金属膜は靱性に富む材料からなり、
且つ、第二の金属膜は柔軟性に富む材料からなることを
特徴とする請求項1記載の電気的相互接続方法。 - 【請求項3】柱状電極端子の頂面を第二の金属膜を介し
他の基体に形成された電極に機械的に押圧して接合する
ことを特徴とする請求項1記載の電気的相互接続方法。 - 【請求項4】第二の金属膜で覆われた柱状電極端子を他
の基体に形成された電極にはんだ或いは導電性接着剤な
どの接合材料を用いて固定することを特徴とする請求項
1記載の電気的相互接続方法。
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2001
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