JP2005020028A - Method of connecting between terminals and connection structure between terminals - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、端子間の接続構造に関し、たとえば、能動面に複数の端子が形成されたICなどの半導体チップをいわゆるチップ・オン・ボード実装方式でプリント配線基板上に実装する場合などに好適に採用しうるものである。 The present invention relates to a connection structure between terminals, and is suitable for, for example, mounting a semiconductor chip such as an IC having a plurality of terminals formed on an active surface on a printed wiring board by a so-called chip-on-board mounting method. It can be adopted.
図8は、チップ・オン・ボード方式で半導体チップ10を基板20上に実装した状態の拡大断面図である。半導体チップ10の能動面には、複数の端子パッド11がやや突出状に形成されている。一方、プリント配線基板20の表面には、上記半導体チップ10の各端子パッド11の配置と対応して、複数の端子21が露出形成されている。チップ・オン・ボード方式とは、上記半導体チップ10の能動面を異方性導電膜30を介して基板20に対向させてこれに加熱圧接させ、対向する端子11,21どうしを導電接続し、その余の領域を絶縁性をたもったまま相互接着する方式である。
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of the
上記異方性導電膜30は、接着性の樹脂膜31中に導電性の粒子32を分散させた構造をもっている。導電性の粒子32としては、金属球のほか、たとえば樹脂製ボールの表面にニッケルメッキを施したもの、あるいはニッケルメッキの上にさらに金メッキを施したものなどが使用される。
The anisotropic
加熱状態において相互間に上記の異方性導電膜30を介在させた上で上記半導体チップ10と基板20間に所定の圧力を加えると、図8に表れているように、半導体チップ10の端子11と基板20上の端子21間で軟化させられた異方性導電膜30が圧し潰され、上記導電性の粒子32が両端子11,21間に接触させられ、これにより両端子11,21間の電気的接続が図られる。異方性導電膜30のうち、上記のようにして圧し潰されない領域は、依然として導電性の粒子32は分散状態にあるため、この領域での絶縁性は維持される。同時に、半導体チップ10の能動面と基板20間は、上記異方性導電膜30のもつ接着力によって相互に接着される。このように、上記した実装方式においては、異方性導電膜30を介在させた状態で半導体チップ10と基板20間を押圧するという簡単な操作をするだけで、必要な箇所のみの電気的導通をはかりながら、半導体チップ10を基板20に実装することができるのであり、いわゆるチップボンディングとワイヤボンディングとによって基板上に半導体チップを実装する場合に比較して、著しく簡便な実装方式である。
When a predetermined pressure is applied between the
ところで、上記した従来の手法による異方性導電膜30を用いた端子間の接続方法においては、単に異方性導電膜30を介して接続するべき両者間を熱圧迫させるだけであるため、とくに電気的接続の安定性に欠けるという問題がある。
By the way, in the connection method between the terminals using the anisotropic
すなわち、加熱温度の管理、および、圧接力の管理を適正に行わないと、異方性導電膜30内の導電性粒子32が導通を図るべき両端子11,21に適正に接触しない状態が生まれるおそれがある。また、半導体チップを実装するべき基板がガラスエポキシをベースとするプリント配線基板である場合等には、この基板に撓みや反りが生じている場合があり、このような場合には、上記のような電気的接続不良がより起こりやすい。
That is, unless the management of the heating temperature and the pressure contact force are properly performed, a state in which the
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、端子どうしを対向させた状態において、両端子間のより確実な電気的接続を図ることができるあらたな接続構造を提供することをその課題としている。 The present invention has been conceived under such circumstances, and has a new connection structure capable of achieving a more reliable electrical connection between both terminals in a state where the terminals are opposed to each other. The issue is to provide.
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
本発明の第1の側面によって提供される端子間の接続方法は、第1の端子と、第2の端子とを互いに対向させ、これら端子間に異方性導電膜を介装するとともに、上記第1の端子と第2の端子を互いに圧し付けるとともに、両端子間に超音波振動を付与する端子間の接続方法であって、上記第1及び第2の端子は、少なくともその表面が、金、ニッケル、錫、アルミまたは銅により形成されており、かつ上記導電性粒子は、少なくともその表面が金またはニッケルにより形成されていることを特徴としている。 According to the connection method provided between the terminals provided by the first aspect of the present invention, the first terminal and the second terminal are opposed to each other, and an anisotropic conductive film is interposed between the terminals. The first terminal and the second terminal are pressed against each other, and are connected to each other by applying ultrasonic vibration between the two terminals, and at least the surface of the first and second terminals is made of gold. The conductive particles are formed of nickel, tin, aluminum, or copper, and at least the surface thereof is formed of gold or nickel.
上記異方性導電膜は、従来のチップ・オン・ボード方式で半導体チップを基板に実装する場合に用いるものと基本的に同じである。すなわち、接着性の樹脂膜中に導電性の粒子を分散させた構造をもったものである。導電性の粒子は、樹脂膜中に分散されているが故に、自然状態においては、各導電性の粒子は絶縁性の樹脂によって互いに隔絶されており、したがって、この異方性導電膜の両面間は、絶縁状態にある。しかし、この異方性導電膜の選択された領域に好ましくは加熱状態において厚み方向の圧迫力を加えてこの膜を圧し潰すと、上記導電性の粒子の表面が圧し潰されて厚みが減少した膜の両面に露出するようになり、この粒子を挟むように対向する面が互いに電気的に導通させられる。 The anisotropic conductive film is basically the same as that used when a semiconductor chip is mounted on a substrate by a conventional chip-on-board method. That is, it has a structure in which conductive particles are dispersed in an adhesive resin film. Since the conductive particles are dispersed in the resin film, in the natural state, the conductive particles are isolated from each other by the insulating resin. Is in an insulated state. However, when the film is crushed by applying a compressive force in the thickness direction to the selected region of the anisotropic conductive film, preferably in the heated state, the surface of the conductive particles is crushed and the thickness is reduced. The film is exposed on both surfaces of the film, and the surfaces facing each other so as to sandwich the particles are electrically connected to each other.
本発明においては、第1の端子と第2の端子とを電気的に接続するにあたって、両端子間に介在させられる上記の異方性導電膜を両端子間で圧迫させるだけでなく、超音波振動を加えている。好ましくは、この場合、上記第1および第2の端子とその間に介装させられる異方性導電膜は、加熱状態におかれる。第1の端子と第2の端子の相互間に超音波振動を与えると、これらの間に圧し潰された格好で介在する異方性導電膜中の導電性粒子と各端子間は、振動摩擦によって確実な電気的接続が図られるとともに、両端子および導電性粒子の被膜金属を選択することにより、これらの相互接触部には共晶合金が生成され、これにより、両端子と導電性粒子間のより確実な電気的接続が図られる。第1の端子が形成された面と、第2の端子が形成された面との間は、異方性導電膜による接着により、相互に固定される。その結果、本発明に係る端子間の接続方法によれば、従来の異方性導電膜を用いた接続法に比較し、端子間の電気的接続の安定性が高まる。このことは、半導体チップをチップ・オン・ボード実装法によって基板上に実装する場合、リードフレーム上に半導体チップをボンディングする場合等に等しくあてはまる効果である。なお、異方性導電膜を介在させた状態での両端子の圧迫操作および超音波付与操作中、好ましくは加熱状態とすることが好ましいが、加熱をすることなくとも、圧迫操作と超音波付与操作をするだけで、そのエネルギを適正に選択することにより、振動摩擦による昇温が得られ、両端子が形成された面どうしが実質的に熱接着されることが確認されている。さらに、本発明によれば、上記第1または第2の端子と上記導電性粒子とを合金化結合させるのに好適である。 In the present invention, when the first terminal and the second terminal are electrically connected, the anisotropic conductive film interposed between the two terminals is not only compressed between the two terminals, but also the ultrasonic wave. Adding vibration. Preferably, in this case, the first and second terminals and the anisotropic conductive film interposed therebetween are placed in a heated state. When ultrasonic vibration is applied between the first terminal and the second terminal, there is vibration friction between the conductive particles in the anisotropic conductive film interposed between the first terminal and the second terminal. As a result, a reliable electrical connection can be achieved, and by selecting a coating metal of both terminals and conductive particles, a eutectic alloy is formed at these mutual contact portions, and thereby, between the two terminals and the conductive particles. A more reliable electrical connection can be achieved. The surface on which the first terminal is formed and the surface on which the second terminal is formed are fixed to each other by adhesion with an anisotropic conductive film. As a result, according to the connection method between the terminals according to the present invention, the stability of the electrical connection between the terminals is enhanced as compared with the connection method using the conventional anisotropic conductive film. This is an effect that is equally applicable when a semiconductor chip is mounted on a substrate by a chip-on-board mounting method, or when a semiconductor chip is bonded on a lead frame. In addition, it is preferable to be in a heated state during the compression operation and ultrasonic application operation of both terminals with an anisotropic conductive film interposed therebetween, but the compression operation and ultrasonic application are performed without heating. It has been confirmed that, by simply selecting the energy, by appropriately selecting the energy, a temperature rise due to vibration friction can be obtained, and the surfaces on which both terminals are formed are substantially thermally bonded. Furthermore, according to the present invention, it is suitable for alloying and bonding the first or second terminal and the conductive particles.
本発明の第2の側面によって提供される端子間の接続構造は、互いに対向する第1の端子と第2の端子とが、熱接着性樹脂膜中に導電性粒子を分散させてなる異方性導電膜を介して導電接続されている端子間の接続構造であって、上記第1及び第2の端子は、少なくともその表面が、金、ニッケル、錫、アルミまたは銅により形成されており、かつ上記導電性粒子は、少なくともその表面が金またはニッケルにより形成されているとともに、上記導電性粒子と第1の端子間および/または上記導電性粒子と第2の端子間は、合金化結合されていることを特徴としている。 In the connection structure between terminals provided by the second aspect of the present invention, the first terminal and the second terminal facing each other are anisotropically formed by dispersing conductive particles in the thermal adhesive resin film. A connection structure between terminals that are conductively connected via a conductive conductive film, wherein the first and second terminals have at least a surface formed of gold, nickel, tin, aluminum, or copper, The conductive particles have at least a surface formed of gold or nickel, and the conductive particles and the first terminal and / or the conductive particles and the second terminal are alloyed and bonded. It is characterized by having.
このような構成によれば、端子金属と異方性導電膜中の導電性粒子の金属を適当に選択するとともに、導電接続するべき両端子間に超音波振動を与えることによって達成される。したがって、第1の端子と第2の端子間の導電接続の安定性が高度に達成される。 According to such a configuration, it is achieved by appropriately selecting the terminal metal and the metal of the conductive particles in the anisotropic conductive film, and applying ultrasonic vibration between both terminals to be conductively connected. Therefore, the stability of the conductive connection between the first terminal and the second terminal is highly achieved.
本発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the drawings.
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
図1ないし図3は、本発明をプリント配線基板上に半導体チップをチップ・オン・ボード実装方式によって実装する場合に適用する場合を示している。なお、これらの図において、図8に示した従来例と同等の部材および部分には同一の符号を付してある。 1 to 3 show a case where the present invention is applied to a case where a semiconductor chip is mounted on a printed wiring board by a chip-on-board mounting method. In these drawings, members and portions equivalent to those of the conventional example shown in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals.
ICチップなどの半導体チップ10の能動面には、アルミニウムパッド上に金メッキまたはニッケルメッキによるバンプ11が形成された恰好で、複数の第1の端子11が形成されている。この半導体チップ10の能動面における上記第1の端子11以外の領域は、パシペーションによって絶縁されている。
On the active surface of the
一方、上記半導体チップ10が搭載されるべきプリント配線基板20は、ガラスエポキシなどの基材の表面に銅被膜を形成するとともにこれに対して所定のパターンエッチングを施すなどして配線パターンが形成されており、この配線パターン21に導通するようにして、ニッケルメッキおよび金メッキが施された恰好で、上記第1の端子11と対応する複数の第2の端子21が形成されている。このように露出させられる第2の端子21以外の基板20上の領域は、通常、グリーンレジストと呼ばれる絶縁性の樹脂被膜によって覆われる。第2の端子21は、ニッケルメッキおよび金メッキが施されているが故に、基板表面に対してやや突出状となる。
On the other hand, the printed
上記プリント配線基板20には、図1および図2に示すようにして、異方性導電膜30を介して、能動面を下向きにした半導体チップ10が、第1の端子11と上記基板20上の第2の端子21とが対応するように位置決めされながら、所定の圧力で押圧される。このとき、プリント配線基板20が載置される支持台40は、その内部に組み込まれたヒータ(図示略)によって、たとえば180℃程度に加熱させられる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the printed
上記半導体チップ10の基板20への押圧は、図2に示すように、超音波ホーン50を用いて行われる。すなわち、実施形態においては、上記半導体チップ10は、基板20に対して、単に熱圧着されるだけではなく、超音波振動を与えられる。
The
上記異方性導電膜30は、たとえば、エポキシ系の樹脂膜31中に導電性粒子32を分散させたものである。導電性粒子32としては、金属粒子が用いられるほか、樹脂粒子の表面に金メッキまたはニッケルメッキが施されたものなどが使用される。導電膜の自然状態での厚みは、たとえば30〜50μm、導電性粒子の球径はたとえば5μmである。
The anisotropic
異方性導電膜30は、その選択されさた領域が厚み方向に加熱圧迫させられると、樹脂成分が軟化して圧し潰される。上記の例においては、半導体チップ10側の第1の端子11および基板20側の第2の端子21がともに突出状となっているので、異方性導電膜30のうち、上記対向状の第1の端子11と第2の端子21との間に挟まれる領域が選択的に圧し潰され、その結果、樹脂中に分散させられている導電性粒子32が半導体チップ10側の第1の端子11と、基板20側の第2の端子21に接触させられる。それだけではなく、本発明においては、基板20と半導体チップ10との間に所定のエネルギによる超音波振動を与えている。そのため、上記導電性粒子32と第1の端子11間、および上記導体粒子32と第2の端子21間に振動摩擦による確実な導電接触状態が得られる。異方性導電膜30のうち、上記第1の端子11と第2の端子21とに挟まれない領域は、押し潰されないか、または、圧し潰される程度が低いため、内部の導電性粒子32は依然として異方性導電膜30の厚み方向に分散された状態となり、したがって、半導体チップ10と基板20の両表面における上記両端子11,21以外の領域間の絶縁性が維持される。
When the selected region of the anisotropic
上記の例では、第1の端子11、第2の端子21および異方性導電膜30中の導電性粒子32の表面がともに金またはニッケルであるため、上記のような超音波エネルギの付与により、これらの金表面が原子レベルで再結晶し、相互間に高度な電気的導通性が得られる。
In the above example, the surfaces of the
さらに、上記第1の端子11または第2の端子21の表面を錫、アルミ、または銅とすると、導電性粒子32の金表面との間に共晶合金部分が形成され、この場合もまた、相互の高度な電気的導通性が得られる。
Furthermore, when the surface of the
上記の例は、半導体チップ10をプリント配線基板20上に実装する場合に本発明を適用したものであるが、本発明はこれに限らず、図4および図5に示すように、半導体チップ10をリードフレーム60上にボンディングする場合にも適用できる。リードフレーム60には、上記半導体チップ10上に形成した第1の端子11と接続するべき第2の端子21としての内部リード61が形成されており、その表面には、好ましくは、金メッキまたはニッケルメッキが施される。このリードフレーム60は、たとえば、ヒータブロック70上に支持され、その上に上記の異方性導電膜30を介在させた格好で半導体チップ10がその能動面を下にして位置決め載置され、そして、図5に示すように、上記と同様にこの半導体チップ10が、超音波ホーン50によって超音波振動を与えられながら、上記リードフレーム60に向けて所定の圧力で押圧される。
In the above example, the present invention is applied when the
この場合においても、上記と同様に、リードフレーム60の内部リード61と半導体チップ10の端子との間が、異方性導電膜30を介してより確実に導通させられる。
Even in this case, similarly to the above, the
上記の各例は、いずれも、異方性導電膜30を介して対向する第1の端子11と第2の端子21間を選択的に導通接続するものであるが、本発明は、これに限られない。実験によれば、図6および図7に示すように、単に第1の端子11(たとえば半導体チップ10上の端子11)と第2の端子21(たとえばプリント配線基板20上の端子21)間にたとえばエポキシ系の樹脂膜35を介在させ、適度に加熱させた状態において、超音波を付与しつつ両端子間を圧接させることにより、対向する第1の端子11と第2の端子21との間が適正に導通させられうることが判明している。この場合、両端子11,21以外の領域は、圧し潰されない樹脂膜によって絶縁性が保持される。
In each of the above examples, the
すなわち、図7に詳示するように、第1の端子11と第2の端子21間を加熱圧接させながら、両者間に超音波振動を与えると、両端子11,21間の樹脂膜が超音波振動による摩擦熱によってより流動性が高められるとともに、両端子が相互にスライド方向に振動することによって上記流動性が高められた樹脂が両端子11,21間のすきまから押し出され、その結果、第1の端子11と第2の端子21との直接接触が達成されるのである。
That is, as shown in detail in FIG. 7, when ultrasonic vibration is applied between the
そして、この方法は、上記のように、半導体チップ10をプリント配線基板20上に搭載する場合のみならず、半導体チップ10をリードフレーム上にボンディングする場合にも同様に適用できる。
This method can be applied not only when the
また、上記の各例では、第1の端子11と第2の端子21間を超音波振動をあたえつつ相互に圧接するに際して、外部加熱を併用しているが、外部加熱は、必要に応じて行えばよい。
In each of the above examples, external heating is used together when the
もちろん、この発明の範囲は上述した各実施形態に限定されるものではなく、対向する第1の端子と第2の端子間の電気的接続をする場合のすべてに適用しうる。 Of course, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be applied to all cases where electrical connection is made between the first terminal and the second terminal that face each other.
10 半導体チップ
11 第1の端子
20 基板
21 第2の端子
30 異方性導電膜
31 樹脂膜
32 導電性粒子
35 樹脂膜
50 超音波ホーン
60 リードフレーム
70 ヒータブロック
10
Claims (2)
上記第1及び第2の端子は、少なくともその表面が、金、ニッケル、錫、アルミまたは銅により形成されており、かつ上記導電性粒子は、少なくともその表面が金またはニッケルにより形成されていることを特徴とする、端子間の接続方法。 The first terminal and the second terminal are opposed to each other, an anisotropic conductive film is interposed between the terminals, the first terminal and the second terminal are pressed against each other, and between the two terminals A connection method between terminals for applying ultrasonic vibration to
The first and second terminals have at least a surface formed of gold, nickel, tin, aluminum, or copper, and the conductive particles have at least a surface formed of gold or nickel. The connection method between the terminals characterized by this.
上記第1及び第2の端子は、少なくともその表面が、金、ニッケル、錫、アルミまたは銅により形成されており、かつ上記導電性粒子は、少なくともその表面が金またはニッケルにより形成されているとともに、
上記導電性粒子と第1の端子間および/または上記導電性粒子と第2の端子間は、合金化結合されていることを特徴とする、端子間の接続構造。 A connection structure between terminals in which a first terminal and a second terminal facing each other are conductively connected via an anisotropic conductive film in which conductive particles are dispersed in a heat-adhesive resin film. And
The first and second terminals have at least a surface formed of gold, nickel, tin, aluminum, or copper, and the conductive particles have at least a surface formed of gold or nickel. ,
A connection structure between terminals, wherein the conductive particles and the first terminal and / or the conductive particles and the second terminal are bonded by alloying.
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JP (1) | JP2005020028A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008192984A (en) * | 2007-02-07 | 2008-08-21 | Elpida Memory Inc | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
-
2004
- 2004-10-06 JP JP2004293299A patent/JP2005020028A/en active Pending
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JP2008192984A (en) * | 2007-02-07 | 2008-08-21 | Elpida Memory Inc | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
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