JP2003045911A - 半導体素子の実装構造および実装用配線基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フリップチップ実装された半導体素子の突起
電極と実装用配線基板の電極パッドとの接合強度を高
め、実装信頼性を向上させる。 【解決手段】 突起電極２が形成された半導体素子を、
突起電極２に対向する位置に上面に金属凸部４が設けら
れた電極パッド３が形成された配線基板に、突起電極２
と金属凸部４とを位置合せして接合した半導体素子の実
装構造であって、突起電極２に金属凸部４の頂部が陥入
しているとともに、金属凸部４の側面と電極パッド３の
上面とのなす角度ａおよび接合部における金属凸部４の
側面と突起電極２の側面とのなす角度ｂを90°以上とし
た。接合部において応力集中する箇所をなくし応力を分
散できることから、電極パッド３と突起電極２との接合
強度を大きく向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は情報通信分野や半導
体分野等において半導体素子がフリップチップ実装され
て電子回路基板や半導体パッケージ等に使用される半導
体素子の実装用配線基板における半導体素子の実装構造
およびそれに用いる実装用配線基板に関し、特に実装さ
れた半導体素子の突起電極と実装用配線基板上の電極パ
ッドとの接続強度および接続信頼性を改善した半導体素
子の実装構造および実装用配線基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】回路基板や半導体素子収納用パッケージ
等に用いられる配線基板である半導体素子の実装用配線
基板に半導体素子等の電子部品を搭載実装する方法の一
つとして、いわゆるフリップチップ実装法がある。

【０００３】この実装法は、一般的には、半導体素子の
素子面に設けられた電極端子上にワイヤボンディング技
術等によって金等の金属から成る突起電極を設け、一
方、この半導体素子が実装される実装用配線基板にはそ
の突起電極に対向する位置に電極パッドを設けておき、
これら半導体素子の突起電極と実装用配線基板の電極パ
ッドとを位置合せして半導体素子を載置し、突起電極を
電極パッドに当接させた後に加熱加圧することにより、
あるいは加熱加圧しつつ超音波を印加することにより突
起電極を電極パッドに接合して、半導体素子を実装用配
線基板にいわゆるフェースダウンで実装するものであ
る。

【０００４】このようなフリップチップ実装法において
は、実装用配線基板の電極パッドと半導体素子の突起電
極とを機械的かつ電気的に接続する方法には様々な方法
が用いられている。

【０００５】例えば、図２（ａ）に要部断面図で示すよ
うに、半導体素子１の素子面、ここでは下面に金等から
成る突起電極２を形成し、これを実装用配線基板の実装
部に形成された電極パッド３と当接させて載置した後、
同図（ｂ）に同様の断面図で示すように、半導体素子１
の上からコレット等により加熱加圧、あるいは超音波を
印加して、突起電極２と電極パッド３とを接合する方法
がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の接続方法には以下のような問題点があっ
た。

【０００７】まず、フリップチップ実装を行なう場合
に、突起電極の高さが非常に低いため、実装用配線基板
の実装部の凹凸や電極パッドの厚さ（高さ）バラツキが
原因となり、複数の突起電極のうち一部の突起電極の接
続が行なえず、その結果、その半導体素子全体が実装不
良となることがあるという問題点があった。

【０００８】このような実装不良を防ぐためには、半導
体素子の全ての突起電極が実装用配線基板の電極パッド
と接続されることが必要であり、そのためには、突起電
極の高さバラツキを少なくし、また実装用配線基板の実
装部における平坦度を良くするとともに電極パッドの厚
さ（高さ）バラツキを少なくする必要がある。ただし、
突起電極の高さバラツキは、実装時に突起電極を押しつ
ぶすこととなることから、実装用配線基板の平坦度や電
極パッドの厚さ（高さ）バラツキほど重要とはならな
い。

【０００９】従って、実装不良の発生を防止するために
は、実装用配線基板には実装部にできるだけ凹凸の無い
平坦度の良好なものを用いて、電極パッドをはじめとす
る配線パターンを厚さ（高さ）バラツキを抑えて形成す
ることが望ましいと考えられている。

【００１０】ところで、半導体素子の突起電極と実装用
配線基板の電極パッドとを加熱加圧し超音波エネルギー
を併用して接合する超音波フリップチップ実装において
は、実装部に凹凸の無い平坦度の良好な実装用配線基
板、特に電極パッドが平坦な実装用配線基板を用いてフ
リップチップ実装で半導体素子を実装すると、使用時の
環境温度や作動時に半導体素子から発生する熱等により
熱膨張が起こり、半導体素子と実装用配線基板との熱膨
張係数の差が原因となって突起電極と電極パッドとの接
続部分に基板に水平方向の応力がかかることになる。

【００１１】また、突起電極は、半導体素子に対してワ
イヤボンディング法により１つの突起電極毎に個別に超
音波で接合されて形成され、さらにフリップチップ実装
時に半導体素子の上から一括で超音波が印加されている
ため、半導体素子に対する接合強度は比較的強いもの
の、実装用配線基板の電極パッドとの間では、フリップ
チップ実装時に半導体素子の上から一括で超音波が印加
されているだけなので比較的弱い接合強度となってい
る。

【００１２】従って、実装後に温度サイクルを重ねるこ
とにより、最も弱い接合部分である実装用配線基板の電
極パッドと半導体素子の突起電極との接合界面から断線
することとなるという問題点があった。

【００１３】本発明は上記従来技術における問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、フリップチップ
実装された半導体素子の突起電極と実装用配線基板の電
極パッドとの接合強度を高め、実装信頼性を向上した半
導体素子の実装構造およびそれに用いる実装用配線基板
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体素子の実
装構造は、突起電極が素子面に形成された半導体素子
を、絶縁基板の上面の前記突起電極に対向する位置に上
面に金属凸部が設けられた電極パッドが形成された配線
基板に、前記突起電極と前記金属凸部とを位置合せして
接合した半導体素子の実装構造であって、前記突起電極
に前記金属凸部の頂部が陥入しているとともに、前記金
属凸部の側面と前記電極パッドの上面とのなす角度およ
び接合部における前記金属凸部の側面と前記突起電極の
側面とのなす角度が90°以上であることを特徴とするも
のである。

【００１５】また、本発明の半導体素子の実装構造は、
上記構成において、前記金属凸部の形状が円錐状または
円錐台状であることを特徴とするものである。

【００１６】さらに、本発明の半導体素子の実装構造
は、上記構成において、前記金属凸部は、前記電極パッ
ドの上面に突起電極用金属を搭載して円錐状または円錐
台状に成形して成るものであることを特徴とするもので
ある。

【００１７】さらにまた、本発明の半導体素子の実装構
造は、上記構成において、前記金属凸部は、前記電極パ
ッドの上面に金属ペーストを付与して円錐状または円錐
台状に成形して成るものであることを特徴とするもので
ある。

【００１８】さらにまた、本発明の半導体素子の実装構
造は、上記構成において、前記金属凸部は、前記電極パ
ッドの上面に複数の金属層を積層して円錐状または円錐
台状に成形して成るものであることを特徴とするもので
ある。

【００１９】また、本発明の半導体素子の実装構造は、
上記構成において、前記金属凸部は、高さが３μｍ以上
10μｍ以下であることを特徴とするものである。

【００２０】また、本発明の半導体素子の実装構造は、
上記構成において、前記金属凸部は、高さの３分の１の
位置における直径が60μｍ以上100μｍ以下であること
を特徴とするものである。

【００２１】本発明の実装用配線基板は、絶縁基板の上
面に、半導体素子の素子面に形成された突起電極に対向
するように上面に金属凸部が設けられた電極パッドが形
成されて成り、前記金属凸部がその頂部を前記半導体素
子の前記突起電極に陥入させて接合される半導体素子の
実装用配線基板であって、前記金属凸部の側面と前記電
極パッドの上面とのなす角度が90°以上であることを特
徴とするものである。

【００２２】また、本発明の実装用配線基板は、上記構
成において、前記金属凸部の形状が円錐状または円錐台
状であることを特徴とするものである。

【００２３】さらに、本発明の実装用配線基板は、上記
構成において、前記金属凸部は、前記電極パッドの上面
に突起電極用金属を搭載して円錐状または円錐台状に成
形して成るものであることを特徴とするものである。

【００２４】さらにまた、本発明の実装用配線基板は、
上記構成において、前記金属凸部は、前記電極パッドの
上面に金属ペーストを付与して円錐状または円錐台状に
成形して成るものであることを特徴とするものである。

【００２５】さらにまた、本発明の実装用配線基板は、
上記構成において、前記金属凸部は、前記電極パッドの
上面に複数の金属層を積層して円錐状または円錐台状に
成形して成るものであることを特徴とするものである。

【００２６】また、本発明の実装用配線基板は、上記構
成において、前記金属凸部は、高さが３μｍ以上10μｍ
以下であることを特徴とするものである。

【００２７】また、本発明の実装用配線基板は、上記構
成において、前記金属凸部は、高さの３分の１の位置に
おける直径が60μｍ以上100μｍ以下であることを特徴
とするものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の半導体素子の実装構造に
よれば、突起電極が素子面に形成された半導体素子を、
絶縁基板の上面の突起電極に対向する位置に上面に金属
凸部が設けられた電極パッドが形成された配線基板に、
突起電極と金属凸部とを位置合せして接合し、突起電極
に金属凸部の頂部が陥入しているとともに、金属凸部の
側面と電極パッドの上面とのなす角度および金属凸部と
突起電極との接合部における金属凸部の側面と突起電極
の側面とのなす角度を90°以上としたことから、金属凸
部が設けられた電極パッドと突起電極との接合部におい
て、電極パッドと金属凸部との間、金属凸部と突起電極
との間のいずれにも応力集中する箇所をなくし、応力を
分散させることができる。そのため、実装後に温度サイ
クルを重ねることにより、半導体素子と実装用配線基板
との熱膨張係数の差が原因となって突起電極と電極パッ
ドとの接続部分にかかる基板に水平方向の応力に対し
て、応力集中する場所が無くなることから強い接合構造
とすることができ、接続信頼性の向上した実装構造とな
る。

【００２９】また、本発明の半導体素子の実装構造によ
れば、金属凸部の形状を円錐状または円錐台状としたと
きには、これらの頂部と、これらの頂部が陥入され塑性
変形した半導体素子の突起電極とがお互いに良好に噛み
合うように接合されることとなり、配線基板の水平方向
の応力に対しても接合強度を十分に向上させることがで
きるため、また、金属凸部の側面と電極パッドの上面と
のなす角度および金属凸部と突起電極との接合部におけ
る金属凸部の側面と突起電極の側面とのなす角度をいず
れも容易に90°より大きな角度として応力集中する箇所
をなくし、応力を分散できる構造となることから、電極
パッドと突起電極との接合強度を大きく向上させること
ができる。

【００３０】このように金属凸部を円錐状または円錐台
状の形状とするに当たって、その大きさや高さ・側面の
角度・円錐台の上面の大きさ等は、接合後の形状におい
て、金属凸部全体が突起電極に完全に覆われてしまうこ
とがなく、さらに金属凸部が大きいために突起電極に陥
入できないということがないように設定すればよい。

【００３１】さらに、本発明の半導体素子の実装構造に
よれば、金属凸部を、電極パッドの上面に半導体素子の
突起電極と同様の突起電極用金属を搭載して、所定のツ
ールで加圧すること等により円錐状または円錐台状に成
形して成るものとしたときには、半導体素子の突起電極
と同じ材料を用いて金属凸部を形成することから、接合
間に異物を生成することがなく、強度の優れた接合とな
る。また、基板製造工程においても、金属凸部の形成に
は実装工程で用いる装置と同じものを使用して基板完成
後に加工することで対応可能になるため、大幅な工程変
更を伴わずに金属凸部を形成することができる。

【００３２】このような金属凸部を形成するのに用いる
突起電極用金属としては、例えば金・銀・アルミ等があ
り、半導体素子の電極パッドや突起電極の材質と同じ材
質に合わせて選択すればよい。

【００３３】また、突起電極用金属を電極パッドの上面
に搭載するには、半導体素子の突起電極の形成に用いて
いるワイヤボンディング装置を用いて同様に搭載すれば
よく、その突起電極用金属を円錐状または円錐台状に成
形するには、金属凸部の形状に作製したツールを、電極
パッド上に形成した突起電極用金属にかぶせて加圧して
やればよい。中でも、実装用配線基板のシート毎にそれ
に合わせて金属凸部を形成するツールを作製すると、量
産性にも優れた成形が可能となる。

【００３４】さらにまた、本発明の半導体素子の実装構
造によれば、金属凸部を、電極パッドの上面に粘度調整
された金属ペーストを印刷もしくは塗布することにより
付与して円錐状または円錐台状に成形して成るものとし
たときには、金属ペーストの粘度調整をすることにより
一括して金属凸部を形成することができ、金属凸部を１
つ１つ加工していくわけではないので、量産に向いた形
成効率に優れた形成が可能となる。

【００３５】このような金属ペーストとしては、ペース
ト中に金が含まれた金ペーストまたは銀が含まれた銀ペ
ーストを用いればよい。また、金属ペーストを電極パッ
ドの上面に付与するには、ディスペンサを用いるか、ま
たは電極パッド上にマスクを用いて金属ペーストを印刷
すればよく、円錐状または円錐台状に成形するには、デ
ィスペンサで塗布後の高さを維持しつつ、底部や頂部が
円形に広がるようにペーストの粘度を調整するか、また
は印刷後に同様に高さを維持しつつ、底部や頂部が円形
に広がるように金属ペーストの粘度を調整すればよい。

【００３６】さらにまた、本発明の半導体素子の実装構
造によれば、金属凸部を、電極パッドの上面に複数の金
属層を積層して円錐状または円錐台状に成形して成るも
のとしたときには、複数の金属凸部を一括して作製でき
るので量産に向いた構造となる。また、複数の金属層を
積層して金属凸部を形成するため、金属凸部の形状バラ
ツキが少なく、電気特性にも優れ、良品率の点でも優れ
た構造となる。

【００３７】このような金属層としては、金・銀または
アルミニウムを用いればよく、また、これらを積層して
円錐状または円錐台状に成形するには、電極パッドに対
応した開口の直径の異なる複数枚のマスクを用いて、印
刷もしくは蒸着すればよい。

【００３８】また、本発明の半導体素子の実装構造によ
れば、金属凸部を、高さが３μｍ以上10μｍ以下である
ものとしたときには、一般的に10μｍから30μｍの高さ
に形成される通常の突起電極に対してその高さの30％程
度の高さに相当する位置で金属凸部と突起電極が接する
こととなり、金属凸部の側面と電極パッドの上面とのな
す角度および金属凸部と突起電極との接合部における金
属凸部の側面と突起電極の側面とのなす角度をいずれも
容易に90°より大きな角度とできるので、応力集中する
箇所をなくし、応力を分散できる構造となることから、
電極パッドと突起電極との接合強度を大きく向上させる
ことができる。

【００３９】また、本発明の半導体素子の実装構造によ
れば、金属凸部を、その高さの３分の１の位置における
直径が60μｍ以上100μｍ以下であるものとしたときに
は、一般的に60μｍから100μｍの直径に形成される通
常の突起電極に対して、金属凸部の頂部を容易かつ確実
に陥入させることができ、半導体素子の突起電極が加圧
あるいは超音波により変形することにより頂部が十分に
覆われることとなるので、金属凸部の側面と電極パッド
の上面とのなす角度および金属凸部と突起電極との接合
部における金属凸部の側面と突起電極の側面とのなす角
度をいずれも容易に90°より大きな角度とでき、応力集
中する箇所をなくし、応力を分散できる構造となること
から、電極パッドと突起電極との接合強度を大きく向上
させることができる。

【００４０】本発明の実装用配線基板によれば、絶縁基
板の上面に、半導体素子の素子面に形成された突起電極
に対向するように上面に金属凸部が設けられた電極パッ
ドが形成されて成り、金属凸部がその頂部を半導体素子
の突起電極に陥入させて接合されるものであり、金属凸
部の側面と電極パッドの上面とのなす角度を90°以上と
したことから、半導体素子を実装したときに、金属凸部
が設けられた電極パッドと突起電極との接合部におい
て、電極パッドと金属凸部との間、金属凸部と突起電極
との間のいずれにも応力集中する箇所をなくし、応力を
分散させることができる。そのため、実装後に温度サイ
クルを重ねることにより、半導体素子と実装用配線基板
との熱膨張係数の差が原因となって突起電極と電極パッ
ドとの接続部分にかかる基板に水平方向の応力に対し
て、応力集中する場所が無くなることから強い接合構造
とすることができ、接続信頼性の向上した実装用配線基
板となる。

【００４１】また、本発明の実装用配線基板によれば、
金属凸部の形状を円錐状または円錐台状としたときに
は、これらの頂部と、これらの頂部が陥入され塑性変形
する半導体素子の突起電極とがお互いに良好に噛み合う
ように接合されることとなり、実装後の配線基板の水平
方向の応力に対しても接合強度を十分に向上させること
ができるため、また、金属凸部の側面と電極パッドの上
面とのなす角度および金属凸部とこれに接合される突起
電極との接合部における金属凸部の側面と突起電極の側
面とのなす角度をいずれも容易に90°より大きな角度と
して応力集中する箇所をなくし、応力を分散できる構造
となることから、電極パッドと突起電極との接合強度を
大きく向上させることができる。

【００４２】さらに、本発明の実装用配線基板によれ
ば、金属凸部を、電極パッドの上面に半導体素子の突起
電極と同様の突起電極用金属を搭載して、所定のツール
で加圧すること等により円錐状または円錐台状に成形し
て成るものとしたときには、前述したと同様に、半導体
素子の突起電極と同じ材料を用いて金属凸部を形成する
ことから、接合間に異物を生成することがなく、強度の
優れた接合となる。また、基板製造工程においても、金
属凸部の形成には実装工程で用いる装置と同じものを使
用して基板完成後に加工することで対応可能になるた
め、大幅な工程変更を伴わずに金属凸部を形成すること
ができる。

【００４３】さらにまた、本発明の実装用配線基板によ
れば、金属凸部を、電極パッドの上面に粘度調整された
金属ペーストを印刷もしくは塗布することにより付与し
て円錐状または円錐台状に成形して成るものとしたとき
には、前述したと同様に、金属ペーストの粘度調整をす
ることにより一括して金属凸部を形成することができ、
金属凸部を１つ１つ加工していくわけではないので、量
産に向いた形成効率に優れた形成が可能となる。

【００４４】さらにまた、本発明の実装用配線基板によ
れば、金属凸部を、電極パッドの上面に複数の金属層を
積層して円錐状または円錐台状に成形して成るものとし
たときには、前述したと同様に、複数の金属凸部を一括
して作製できるので量産に向いた構造となる。また、複
数の金属層を積層して金属凸部を形成するため、金属凸
部の形状バラツキが少なく、電気特性にも優れ、良品率
の点でも優れた構造となる。

【００４５】また、本発明の実装用配線基板によれば、
金属凸部を、高さが３μｍ以上10μｍ以下であるものと
したときには、一般的に10μｍから30μｍの高さに形成
される半導体素子の通常の突起電極に対してその高さの
30％程度の高さに相当する位置で金属凸部と突起電極が
接することとなり、金属凸部の側面と電極パッドの上面
とのなす角度および金属凸部とこれに接合される突起電
極との接合部における金属凸部の側面と突起電極の側面
とのなす角度をいずれも容易に90°より大きな角度とで
きるので、応力集中する箇所をなくし、応力を分散でき
る構造となることから、電極パッドと突起電極との接合
強度を大きく向上させることができる。

【００４６】また、本発明の実装用配線基板によれば、
金属凸部を、その高さの３分の１の位置における直径が
60μｍ以上100μｍ以下であるものとしたときには、一
般的に60μｍから100μｍの直径に形成される半導体素
子の通常の突起電極に対して、金属凸部の頂部を容易か
つ確実に陥入させることができ、半導体素子の突起電極
が加圧あるいは超音波により変形することにより頂部が
十分に覆われることとなるので、金属凸部の側面と電極
パッドの上面とのなす角度および金属凸部とこれに接合
される突起電極との接合部における金属凸部の側面と突
起電極の側面とのなす角度をいずれも容易に90°より大
きな角度とでき、応力集中する箇所をなくし、応力を分
散できる構造となることから、電極パッドと突起電極と
の接合強度を大きく向上させることができる。

【００４７】なお、本発明の半導体素子の実装構造およ
び実装用配線基板において、その配線基板の絶縁基板に
は特に制約はなく、半導体素子を実装して各種の電子回
路基板やパッケージ等に使用されるものであれば、各種
のセラミックスを始めとする絶縁性無機材料であって
も、各種の絶縁性有機樹脂およびこれに各種の繊維基材
を組み合わせた絶縁性有機系材料であっても、絶縁性無
機材料粉末を絶縁性有機樹脂で結合した複合材料であっ
ても構わない。

【００４８】また、配線基板の電極パッドやこれに接続
される配線導体等についても特に制約はない。

【００４９】次に、本発明の半導体素子の実装構造およ
び実装用配線基板について図面を参照しつつ具体例を説
明する。

【００５０】図１（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ本発明の
半導体素子の実装構造および実装用配線基板の実施の形
態の一例を示す要部断面図である。これらの図において
１は半導体素子の素子面に設けられた電極、２は半導体
素子の素子面の電極１上に形成された金等の金属から成
る突起電極、３は配線基板の絶縁基板の上面の突起電極
２に対向する位置に形成された電極パッド、４は電極パ
ッド３の上面に設けられた金属凸部である。突起電極２
は半導体素子の素子面に複数形成され、電極パッド３は
絶縁基板の上面の突起電極２にそれぞれ対向する位置に
複数形成される。また、５は電極パッド３の上面に円錐
状の金属凸部４を形成するための成形用ツールを示し、
６は電極パッド３の上面に搭載された突起電極用金属を
示している。なお、これらの図においては、本発明の半
導体素子の実装構造および実装用配線基板について、突
起電極２と電極パッド３の金属凸部４との接合部近傍の
要部のみを図示している。

【００５１】このような本発明の半導体素子の実装用配
線基板を次のようにして作製した。まず、半導体素子の
実装用配線基板の絶縁基板にはアルミナセラミックスを
用い、その表面の実装部に対して、半導体素子のφ60μ
ｍ・高さ20μｍの突起電極２に対応する複数の電極パッ
ド３を形成し、さらに各電極パッド３の上面に、図１
（Ａ）に示すように、半導体素子の電極１に設けた突起
電極２と同様の突起電極用金属６を搭載した。この突起
電極用金属６を、円錐状の凹部を有する成形用ツール５
で加圧することにより、絶縁基板の電極パッド３上にφ
80μｍ・高さ20μｍの円錐状の金属凸部４を設けた。

【００５２】このとき、金属凸部４の側面と電極パッド
３の上面とのなす角度（図１（Ｃ）中にａで示す）は、
90°以上とする。これにより、金属凸部４と電極パッド
３との接合部において応力を分散させることができる。

【００５３】なお、ここで成形用ツール５の凹部を円錐
台状とすることにより、同様にして電極パッド３の上面
に円錐台状の金属凸部４を設けることができる。

【００５４】次に、図１（Ｂ）に示すように、金属凸部
４が形成された電極パッド３と半導体素子の電極１に形
成された突起電極２とを位置合せする。

【００５５】図１（Ｃ）に示すように、突起電極２を金
属凸部４に押し当てて加熱加圧および超音波を印加する
ことにより、金属凸部４の頂部を突起電極２に陥入させ
て突起電極２と電極パッド３上の金属凸部４とを接合
し、半導体素子の実装を行なった。

【００５６】実装後の接合部の形状は、金属凸部４の頂
部、この例では円錐状の金属凸部４の先端部または円錐
台状の金属凸部４の上面部（台座部）は、半導体素子の
突起電極２が加熱加圧あるいは超音波により変形するこ
とによって突起電極２中に陥入し、金属凸部４の頂部が
突起電極２に覆われるため、突起電極２と金属凸部４と
の接合部における金属凸部４の側面と突起電極２の側面
とのなす角度（図１（Ｃ）中にｂで示す）が90°以上と
なる。これにより、突起電極２と金属凸部４との接合部
において応力を分散させることができる。

【００５７】この図１（Ｃ）に示したような構造で接合
された本発明の半導体素子の実装構造における突起電極
２と金属凸部４が設けられた電極パッド３との接合部に
ついて、シェアーテストを行なった結果、一つの突起電
極２当たりで約1.5Ｎの強度があった。

【００５８】また、比較例として、図２に示す従来の実
装構造により、金属凸部４の形成されていない電極パッ
ド３に半導体素子の突起電極２を接合して半導体素子を
実装した。その時の突起電極２と電極パッド３との接合
についてシェアーテストを行なった結果、一つの突起電
極２当たりで約700ｍＮの強度であった。

【００５９】以上の結果から、本発明の半導体素子の実
装構造および実装用配線基板によると、金属凸部４の側
面と電極パッド３の上面とのなす角度および接合部にお
ける金属凸部４の側面と突起電極２の側面とのなす角度
をいずれも90°以上としたことにより、接合部の接合強
度を大幅に向上させることができ、実装強度を大幅に改
善できたことが確認できた。

【００６０】なお、以上はあくまで本発明の実施の形態
の例示であって、本発明はこれらに限定されるものでは
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更や改
良を加えることは何ら差し支えない。例えば、以上の例
では金属凸部の形状を円錐状または円錐台状とした例を
中心に説明したが、金属凸部の形状は、半球状やドーム
状、あるいはいわゆる重ね餅状のような２段以上の積み
重ね形状としてもよい。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、本発明の半導体素子の実
装構造によれば、半導体素子の突起電極に配線基板の電
極パッドに設けた金属凸部の頂部が陥入しているととも
に、金属凸部の側面と電極パッドの上面とのなす角度お
よび金属凸部と突起電極との接合部における金属凸部の
側面と突起電極の側面とのなす角度を90°以上としたこ
とから、金属凸部が設けられた電極パッドと突起電極と
の接合部において応力を分散させることができるため、
実装後の温度サイクルに対しても強い接合構造とするこ
とができ、接続信頼性の向上した実装構造となる。

【００６２】また、本発明の半導体素子の実装構造によ
れば、金属凸部の形状を円錐状または円錐台状としたと
きには、これらの頂部と、これらの頂部が陥入され塑性
変形した半導体素子の突起電極とがお互いに良好に噛み
合うように接合されることとなり、配線基板の水平方向
の応力に対しても接合強度を十分に向上させることがで
き、金属凸部の側面と電極パッドの上面とのなす角度お
よび金属凸部と突起電極との接合部における金属凸部の
側面と突起電極の側面とのなす角度をいずれも容易に90
°より大きな角度として応力集中する箇所をなくし応力
を分散できることから、電極パッドと突起電極との接合
強度を大きく向上させることができる。

【００６３】さらに、本発明の半導体素子の実装構造に
よれば、金属凸部を、電極パッドの上面に半導体素子の
突起電極と同様の突起電極用金属を搭載して、所定のツ
ールで加圧すること等により円錐状または円錐台状に成
形して成るものとしたときには、半導体素子の突起電極
と同じ材料を用いて金属凸部を形成することから、接合
間に異物を生成することがなく、強度の優れた接合とな
る。また、基板製造工程においても、金属凸部の形成に
は実装工程で用いる装置と同じものを使用して基板完成
後に加工することで対応可能になるため、大幅な工程変
更を伴わずに金属凸部を形成することができる。

【００６４】さらにまた、本発明の半導体素子の実装構
造によれば、金属凸部を、電極パッドの上面に粘度調整
された金属ペーストを印刷もしくは塗布することにより
付与して円錐状または円錐台状に成形して成るものとし
たときには、金属ペーストの粘度調整をすることにより
一括して金属凸部を形成することができ、金属凸部を１
つ１つ加工していくわけではないので、量産に向いた形
成効率に優れた形成が可能となる。

【００６５】さらにまた、本発明の半導体素子の実装構
造によれば、金属凸部を、電極パッドの上面に複数の金
属層を積層して円錐状または円錐台状に成形して成るも
のとしたときには、複数の金属凸部を一括して作製でき
るので量産に向いた構造となる。また、複数の金属層を
積層して金属凸部を形成するため、金属凸部の形状バラ
ツキが少なく、電気特性にも優れ、良品率の点でも優れ
た構造となる。

【００６６】また、本発明の半導体素子の実装構造によ
れば、金属凸部を、高さが３μｍ以上10μｍ以下である
ものとしたときには、金属凸部の側面と電極パッドの上
面とのなす角度および金属凸部と突起電極との接合部に
おける金属凸部の側面と突起電極の側面とのなす角度を
いずれも容易に90°より大きな角度とでき、応力集中す
る箇所をなくし応力を分散できることから、電極パッド
と突起電極との接合強度を大きく向上させることができ
る。

【００６７】また、本発明の半導体素子の実装構造によ
れば、金属凸部を、その高さの３分の１の位置における
直径が60μｍ以上100μｍ以下であるものとしたときに
は、金属凸部の頂部を突起電極に容易かつ確実に陥入さ
せることができ、半導体素子の突起電極が加圧あるいは
超音波により変形することにより頂部が十分に覆われる
こととなるので、金属凸部の側面と電極パッドの上面と
のなす角度および金属凸部と突起電極との接合部におけ
る金属凸部の側面と突起電極の側面とのなす角度をいず
れも容易に90°より大きな角度とでき、応力集中する箇
所をなくし応力を分散できることから、電極パッドと突
起電極との接合強度を大きく向上させることができる。

【００６８】本発明の実装用配線基板によれば、電極パ
ッドの上面に設けられた金属凸部がその頂部を半導体素
子の突起電極に陥入させて接合されるものであり、金属
凸部の側面と電極パッドの上面とのなす角度を90°以上
としたことから、金属凸部が設けられた電極パッドと突
起電極との接合部において応力を分散させることができ
るため、実装後の温度サイクルに対しても強い接合構造
とすることができ、接続信頼性の向上した実装構造とな
る。

【００６９】また、本発明の実装用配線基板によれば、
金属凸部の形状を円錐状または円錐台状としたときに
は、これらの頂部と、これらの頂部が陥入され塑性変形
する半導体素子の突起電極とがお互いに良好に噛み合う
ように接合されることとなり、実装後の配線基板の水平
方向の応力に対しても接合強度を十分に向上させること
ができ、金属凸部の側面と電極パッドの上面とのなす角
度および金属凸部とこれに接合される突起電極との接合
部における金属凸部の側面と突起電極の側面とのなす角
度をいずれも容易に90°より大きな角度として応力集中
する箇所をなくし応力を分散できることから、電極パッ
ドと突起電極との接合強度を大きく向上させることがで
きる。

【００７０】さらに、本発明の実装用配線基板によれ
ば、金属凸部を、電極パッドの上面に半導体素子の突起
電極と同様の突起電極用金属を搭載して、所定のツール
で加圧すること等により円錐状または円錐台状に成形し
て成るものとしたときには、半導体素子の突起電極と同
じ材料を用いて金属凸部を形成することから、接合間に
異物を生成することがなく、強度の優れた接合となる。
また、基板製造工程においても、金属凸部の形成には実
装工程で用いる装置と同じものを使用して基板完成後に
加工することで対応可能になるため、大幅な工程変更を
伴わずに金属凸部を形成することができる。

【００７１】さらにまた、本発明の実装用配線基板によ
れば、金属凸部を、電極パッドの上面に粘度調整された
金属ペーストを印刷もしくは塗布することにより付与し
て円錐状または円錐台状に成形して成るものとしたとき
には、金属ペーストの粘度調整をすることにより一括し
て金属凸部を形成することができ、金属凸部を１つ１つ
加工していくわけではないので、量産に向いた形成効率
に優れた形成が可能となる。

【００７２】さらにまた、本発明の実装用配線基板によ
れば、金属凸部を、電極パッドの上面に複数の金属層を
積層して円錐状または円錐台状に成形して成るものとし
たときには、複数の金属凸部を一括して作製できるので
量産に向いた構造となる。また、複数の金属層を積層し
て金属凸部を形成するため、金属凸部の形状バラツキが
少なく、電気特性にも優れ、良品率の点でも優れた構造
となる。

【００７３】また、本発明の実装用配線基板によれば、
金属凸部を、高さが３μｍ以上10μｍ以下であるものと
したときには、金属凸部の側面と電極パッドの上面との
なす角度および金属凸部とこれに接合される突起電極と
の接合部における金属凸部の側面と突起電極の側面との
なす角度をいずれも容易に90°より大きな角度とでき、
応力集中する箇所をなくし応力を分散できることから、
電極パッドと突起電極との接合強度を大きく向上させる
ことができる。

【００７４】また、本発明の実装用配線基板によれば、
金属凸部を、その高さの３分の１の位置における直径が
60μｍ以上100μｍ以下であるものとしたときには、半
導体素子の突起電極に対して金属凸部の頂部を容易かつ
確実に陥入させることができ、半導体素子の突起電極が
加圧あるいは超音波により変形することにより頂部が十
分に覆われることとなるので、金属凸部の側面と電極パ
ッドの上面とのなす角度および金属凸部とこれに接合さ
れる突起電極との接合部における金属凸部の側面と突起
電極の側面とのなす角度をいずれも容易に90°より大き
な角度とでき、応力集中する箇所をなくし応力を分散で
きることから、電極パッドと突起電極との接合強度を大
きく向上させることができる。

【００７５】以上により、本発明によれば、フリップチ
ップ実装された半導体素子の突起電極と実装用配線基板
の電極パッドとの接合強度を高め、実装信頼性を向上し
た半導体素子の実装構造およびそれに用いる実装用配線
基板を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ本発明の半導体素
子の実装構造および実装用配線基板の実施の形態の一例
を示す要部断面図である。

【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ従来の半導体
素子の実装構造および実装用配線基板の例を示す要部断
面図である。

【符号の説明】

１・・・半導体素子の電極 ２・・・突起電極 ３・・・電極パッド ４・・・金属凸部 ６・・・突起電極用金属 ａ・・・金属凸部の側面と電極パッドの上面とのなす角
度 ｂ・・・接合部における金属凸部の側面と突起電極の側
面とのなす角度

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 突起電極が素子面に形成された半導体素
   子を、絶縁基板の上面の前記突起電極に対向する位置に
   上面に金属凸部が設けられた電極パッドが形成された配
   線基板に、前記突起電極と前記金属凸部とを位置合せし
   て接合した半導体素子の実装構造であって、前記突起電
   極に前記金属凸部の頂部が陥入しているとともに、前記
   金属凸部の側面と前記電極パッドの上面とのなす角度お
   よび接合部における前記金属凸部の側面と前記突起電極
   の側面とのなす角度が９０°以上であることを特徴とす
   る半導体素子の実装構造。
2. 【請求項２】 前記金属凸部の形状が円錐状または円錐
   台状であることを特徴とする請求項１記載の半導体素子
   の実装構造。
3. 【請求項３】 前記金属凸部は、前記電極パッドの上面
   に突起電極用金属を搭載して円錐状または円錐台状に成
   形して成るものであることを特徴とする請求項２記載の
   半導体素子の実装構造。
4. 【請求項４】 前記金属凸部は、前記電極パッドの上面
   に金属ペーストを付与して円錐状または円錐台状に成形
   して成るものであることを特徴とする請求項２記載の半
   導体素子の実装構造。
5. 【請求項５】 前記金属凸部は、前記電極パッドの上面
   に複数の金属層を積層して円錐状または円錐台状に成形
   して成るものであることを特徴とする請求項２記載の半
   導体素子の実装構造。
6. 【請求項６】 前記金属凸部は、高さが３μｍ以上１０
   μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体
   素子の実装構造。
7. 【請求項７】 前記金属凸部は、高さの３分の１の位置
   における直径が６０μｍ以上１００μｍ以下であること
   を特徴とする請求項１記載の半導体素子の実装構造。
8. 【請求項８】 絶縁基板の上面に、半導体素子の素子面
   に形成された突起電極に対向するように上面に金属凸部
   が設けられた電極パッドが形成されて成り、前記金属凸
   部がその頂部を前記半導体素子の前記突起電極に陥入さ
   せて接合される半導体素子の実装用配線基板であって、
   前記金属凸部の側面と前記電極パッドの上面とのなす角
   度が９０°以上であることを特徴とする実装用配線基
   板。
9. 【請求項９】 前記金属凸部の形状が円錐状または円錐
   台状であることを特徴とする請求項８記載の実装用配線
   基板。
10. 【請求項１０】 前記金属凸部は、前記電極パッドの上
    面に突起電極用金属を搭載して円錐状または円錐台状に
    成形して成るものであることを特徴とする請求項９記載
    の実装用配線基板。
11. 【請求項１１】 前記金属凸部は、前記電極パッドの上
    面に金属ペーストを付与して円錐状または円錐台状に成
    形して成るものであることを特徴とする請求項９記載の
    実装用配線基板。
12. 【請求項１２】 前記金属凸部は、前記電極パッドの上
    面に複数の金属層を積層して円錐状または円錐台状に成
    形して成るものであることを特徴とする請求項９記載の
    実装用配線基板。
13. 【請求項１３】 前記金属凸部は、高さが３μｍ以上１
    ０μｍ以下であることを特徴とする請求項８記載の実装
    用配線基板。
14. 【請求項１４】 前記金属凸部は、高さの３分の１の位
    置における直径が６０μｍ以上１００μｍ以下であるこ
    とを特徴とする請求項８記載の実装用配線基板。