JP2005353668A - 構造体とその製造方法及び接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 接合部分の高密度化等が要求されているなかで、基板間の接合精度を上げることが求まれられている。
【解決手段】 そこで、本発明は単数或いは複数の電極バンプが形成された配線を有する基板を用意する工程と前記電極バンプが形成された個所の裏面側を一部除去することにより、前記個所にバネの機能を付与する工程とを備える電極バンプを有する構造体の製造方法を提供するものである。
【選択図】 図４

Description

本発明は異なる基板にそれぞれ設けた微小な（マイクロ）回路電極同士、すなわちバンプとパッド間の回路電極同士の接合を行う方法及び装置に関するものである。

近年、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｏｒｉｃ−Ｍｉｃｒｏ−Ｓｙｓｔｅｍ）の多機能化と小型軽量化にともなって、素子自体が複雑化しており製作が困難になってきている。このため、電子回路とＭＥＭＳをそれぞれ異なる基板に作製し、この後両基板の配線回路電極同士を電気的に接合し、同時に両基板を一体化する必要性が高まっている。

しかしながら、基板間の接合において、両基板に形成した微小な多数の回路電極同士を全て同時に歩留まり良く接合することは困難であった。

特許文献１において、面実装型半導体パッケージングとしてＩＣバンプの配列ピッチと同一ピッチのコイル状の接点電極が形成され、このバンプとコイル状の接点電極が相対向して互いに電気的に接合している。

特許文献２において、面実装型半導体パッケージングとしてＩＣに設けた金属バンプとコイル状のばね電極とを当接し、このばねによって、バンプとばね電極間は互いに押圧力で接触している。
特開平１０−３４０７７３号 特開２００２−１６４１３７号

しかしながら、上述した特許文献１に開示しているＩＣ上のバンプ電極とバネ電極との電気的結合は、予め基台に設けた穴を通してＩＣ基板上のバンプ電極をソケットに取り付けた個々のバネを介して常に押し付けた状態で行われている。このためＩＣ上のバンプ電極とソケットのバネ電極は一対一の関係にあるため、電極間のピッチの狭い複数の電極、あるいは微少な電極間同士で電気的接合する場合、すなわち高密度実装の場合、作製が難しくなることが考えられる。

そして、上述した特許文献２に開示しているＩＣ基板上のバンプ電極とコイルスプリングを有する一方のソケットの電極との電気的結合は、コイルスプリングの円周端部で該バンプ電極に当接して行われている。このためＩＣ上のバンプ電極とソケットのスプリングバネ電極は一対一の関係にあることから、電極間のピッチの狭い多数の電極、及び微少な電極間同士を電気的接合する場合、すなわち高密度実装の場合、作製が難しくなることが考えられる。

そこで、本発明は単数或いは複数の電極バンプが形成された配線を有する基板を用意する工程と前記電極バンプが形成された個所の裏面側を一部除去することにより、前記個所にバネの機能を付与する工程とを備える電極バンプを有する構造体の製造方法を提供するものである。

また、本発明は、基板と、基板上に形成された配線と、前記配線と電気的に接合した電極バンプとを備え、前記電極バンプが形成された個所の前記基板の厚さが、前記基板両端の厚さよりも薄いことを特徴とする構造体を提供するものである。

本発明は第一のＳｉ基板の配線回路上にＡｕからなる電極バンプ及び補強バンプをメッキによって形成し、該電極バンプ個所の裏面側を薄片化し、該薄片化したＳｉ個所を可撓性を有する板バネとして用いるので、丁度該板バネ上に電極バンプを載置する構造になるため、第二のＳｉ基板に形成した電極パッドと第一のＳｉ基板の該電極バンプを、及び第一のＳｉ基板の補強バンプと第二のＳｉ基板のパッドとをそれぞれ相対向し、整合した状態で両Ｓｉ基板に押圧力を印加することによって、該電極バンプ個所で電気的接合と同時に機械的接合強度を担い、そして該補強バンプ個所で該Ｓｉ基板間の接合強度を担うので、接合後該板バネによって該電極バンプ及び該電極パッドは常に押し付け合う状態を保ち、安定的に基板間電極間の電気的接合を得ることができる。

さらに、電極バンプ個所のＳｉ基板の板バネ化は、電極バンプ個所にあたる裏面のＳｉ部を薄片化する方法であるため、該Ｓｉ基板の裏面側を薄片化研磨するだけで可能になる。あるいは、フォトレジスト工程を用いて、該電極バンプ個所の裏面側のＳｉ部を局所的にエッチングする方法でも良く、これらの方法によって微少な、かつ極めて多数の電極バンプを必要とする場合においても、容易に確実に電極バンプ個所を板バネ化することが可能である。

以下本発明をより具体的に説明する。

図１、図２、図３、図４、図５、図６は本発明の特徴を良く表す図面であり、同図において、１は第一のＳｉ基板、２はＳｉ基板１の上に形成したＳｉ酸化膜からなる絶縁体、３は絶縁体２の上に形成したＡｌからなる配線、４は配線３の上に形成した窒化Ｓｉからなるパッシベイション膜、５は配線３の上に形成したＡｕからなる電極バンプ、６は電極バンプ５の周囲に形成したＡｕからなる補強バンプ、８は第一のＳｉ基板１の裏面を薄片化研磨した時の研磨代ライン、９は薄片化によって形成された板バネ部、１０は薄片化研磨する時に第一のＳｉ基板１を取り付けるための研磨台、１１は研磨台１０に設けた補強バンプ挿入用の溝、１２は第一のＳｉ基板１を研磨台１０に取り付けるための接着剤、１６は第二のＳｉ基板、１７はＳｉ酸化膜から成る絶縁体、１８はＳｉ酸化膜から成る絶縁体１７の上に形成したＡｕから成る電極パッドである。

次に上記構成において、第一のＳｉ基板１の所定の個所にフォトレジスト工程とメッキ成膜工程で電極バンプ５及び補強バンプ６を同時に形成し、この後図２に見るように第一のＳｉ基板１を研磨台１０の上に接着剤１２を用いて密着した状態で接着する。この時、補強バンプ６が研磨台１０の溝１１の中に挿入するように位置決めを行う。この接着工程で、電極バンプ５を設けたＳｉ部分は研磨台１０の表面から電極バンプ５に相当する高さに、及び該電極バンプ５を設けた以外のＳｉ部分は研磨台５の表面に密着してそれぞれ接着する。

この後、第一のＳｉ基板１を図２の破線で示した研磨代ライン８まで研磨によって薄片化する。該研磨によって第一のＳｉ基板１は、図３に見るように電極バンプ５の設置個所のＳｉ基板部は、より多く研磨されることになり、この後接着剤１２を剥離して研磨台１０から開放した時、図４に見るように電極バンプ５の設置面のＳｉ基板は平面状に弾性回復し、同時に該電極バンプの設置個所の裏面側は凹状に研磨形成される。そして、第一のＳｉ基板１と第二のＳｉ基板１６を対向し、電極バンプ５と電極パッド１８（図示なし）を互いに整合して、室温で該第一のＳｉ基板１と該第二のＳｉ基板１６間に荷重印加（図示なし）したところ、電極バンプ５と電極パッド１８を接合することができた。この時、補強バンプ６は第二のＳｉ基板設けたバンプ（図示なし）と強固に接合した。

接合後、両基板間接合は補強バンプ個所で強固に接合しているので、図５に見るように、特に薄片化の進んだ板バネ部９において弾性的な可撓性を有することになるので、該板バネ９の押圧力に相当する力が常に補強バンプ６に加わることになり、電極バンプ５は該押圧力で常に第二のＳｉ基板１６のパッドを常に一定のバネ力で押し付けることになり、安定的に基板間電極間接合を可能に出来る。

本実施例において、１９μｍ角の高さ１５μｍの寸法のＡｕ電極バンプ６であり、研磨台１０に接着剤１２としてロウ剤を用いて取り付け、この後ＢＧ／ＳＥ（Ｂａｃｋ Ｇｒｉｎｄ／Ｓｐｉｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）加工によって研磨したところ、該Ａｕ電極バンプ５の設置個所で該電極バンプ５の高さに相当する厚さ分だけ凹状に薄片化した。さらに、薄片化研磨を進めていった場合においても、該電極バンプ５の高さに相当する凹状の溝の深さに変わりはなかった。

本実施例において、一方のＳｉ基板に上記方法で作製した電極バンプ５と他方のＳｉ基板に作製したＡｕ電極パッド１８同士で、基板間の電極間接合を行ったところ、該電極バンプ５と該電極パッド１８間の電気的接合を得ることが出来た。

図７、図８、図９、図１０、図１１は本発明の特徴を良く表す図面であり、同図において、１は第一のＳｉ基板、２は第一のＳｉ基板１の上に形成したＳｉ酸化膜からなる絶縁体、３は絶縁体２の上に形成したＡｌからなる配線、４は配線３の上に形成した窒化Ｓｉからなるパッシベイション膜、５は配線３の上に形成したＡｕからなる電極バンプ、６は電極バンプ５の周囲に配置したＡｕからなる補強バンプ、７はバンプ電極５の周囲に配置したＡｕからなる補助バンプ、８は第一のＳｉ基板１の裏面を薄片化研磨した時の研磨代ライン、９は薄片化によって形成された板バネ部、１０は薄片化研磨時の第一のＳｉ基板１を取り付けるための研磨台、１１は研磨台１０に設けた補強バンプ６を挿入するための溝、１２は第一のＳｉ基板１を研磨台１０に取り付けるためのＵＶテープ、１３は研磨代ライン８を調整するための高さ調整板、１４は補助バンプ７の高さを調整するために用いる押圧板、１５は押圧板１４に印加するための印加荷重、１６は第二のＳｉ基板、１７はＳｉ酸化膜から成る絶縁体、１８は絶縁体１７の上に形成したＡｕから成る電極パッドである。

次に上記構成において、第一のＳｉ基板１の所定個所にフォトリソ工程、及びメッキ工程を経て、１７μｍ角・高さ１５μｍの寸法のＡｕ電極バンプ５、１２０μｍ角・高さ１５μｍの寸法の補強バンプ６、そして２００μｍ角・高さ１５μｍの寸法の補助バンプ７をそれぞれＡｕメッキで同時に形成し、この後図８に見るように予め研磨台１０の上に取り付けた高さ調整板１３の上に電極バンプ５及び補助バンプ７を当接し、同時に補強バンプ６を溝１１中に挿入して、第一のＳｉ基板１を研磨台１０上にＵＶテープを用いて取り付ける。該取り付け後、図８に見るように第一のＳｉ基板１において電極バンプ５及び補助バンプ７の個所の裏面側のＳｉは凸状に盛り上がり、補強バンプ７個所の裏面側のＳｉは平坦である。この後、ＢＧ／ＳＥ（Ｂａｃｋ Ｇｒｉｎｄ／Ｓｐｉｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）加工によって第一のＳｉ基板１の裏面側のＳｉの研磨を行った。このＢＧ／ＳＥ加工によって第一のＳｉ基板１の裏面側のＳｉを研磨代ライン８まで研磨し、さらに鏡面に研磨した（図９）。該ＢＧ／ＳＥ加工を施した後、該第一のＳｉ基板１を研磨台１０から取り外したところ、電極バンプ５及び補助バンプ７の個所での弾性変形が復元し、丁度該電極バンプ５及び補助バンプ７の個所の裏面側は、補助バンプ７の高さに高さ調整板１４を加えた距離に相当する分だけ凹状に窪んで薄片化されている。さらに薄片化研磨を進めていった場合においても、該凹状の窪みの深さに変わりはなかった。この後さらに図１０に見るように、補助バンプ７を押圧板１４を介して印加荷重１５を印加し、補助バンプ７を約６μｍの高さまで塑性変形した。この後第一のＳｉ基板１を洗浄し、そして２５０℃、１時間熱処理した。上記の方法で得た第一のＳｉ基板１と第二のＳｉ基板１６とを相対向し、電極バンプ５と電極パッド１８を互いに整合し、この後、室温で両Ｓｉ基板間に押圧力（図示なし）を印加したところ、両基板同士は強固に接合した。そして両基板間の電極間の電気的接合を調べたところ導通を確認した。

接合後、両基板間は補強バンプ個所で強固に接合しているので、図１１に見るように、特に薄片化の進んだバネ部９は弾性的な可撓性を有することになり、このため該板バネ部９の押圧力に相当する力は補強バンプ６で担うことになり、従って電極バンプ５は第二のＳｉ基板の電極パッドを常に一定のバネ力で押し付けることになる。上記方法により、安定的に基板間電極間接合を可能することが出来る。

本実施例において、電極バンプ５の個所の裏面側Ｓｉを研磨によって薄片化したが、この他にも例えば、フォトリソプロセス、及びウエットエッチングあるいはドライエッチングを用いて、予め第一のＳｉ基板１の電極バンプ５及び補助バンプ７の個所の裏面側Ｓｉ基板を局所的に薄片化することも出来る。

尚、本実施例において電極バンプ５、補強バンプ６及び補助バンプ７の材料として、Ａｕを用いたが、この他にも塑性変形能を有する材料であれば良く、例えば面心立法晶の金属材料であっても良い。好ましくはＡｕ、Ｃｕ、Ｓｎであっても良い。

以上説明したように、本発明は第一のＳｉ基板の配線回路上に電極バンプ及び補強バンプをメッキによって形成し、該バンプ個所の裏面側を薄片化し、該薄片化したＳｉ個所を可撓性を有する板バネとして用いるので、丁度、該板バネ上に電極バンプを搭載した構造になるため、第一のＳｉ基板の電極バンプと第二のＳｉ基板の電極パッドを、及び第一のＳｉ基板の補強バンプと第二のＳｉ基板の電極パッドをそれぞれ相対向し、整合した状態で両Ｓｉ基板に押圧力を印加することによって、該電極バンプ個所で電気的接合と同時に機械的な接合を、そして該補強バンプ個所で該Ｓｉ基板間の接合強度を担うため、接合後該板バネによって該電極バンプと該電極パッド間は常に押し付け合う状態を保ち、安定的に基板間電極間の電気的接合を得ることができる。

さらに、電極バンプ個所のＳｉ基板の板バネ化は、電極バンプ個所にあたる裏面のＳｉを薄片化するだけで可能になるため、微少でかつ極めて多数の電極バンプを必要とする場合、容易に電極バンプ個所を板バネ化することができる。

本発明の実施例１に関わる基板間電極接合バンプにばね性を付与する方法及び構造を説明する図である。 本発明の実施例１に関わる基板間電極接合バンプにばね性を付与する方法及び構造を説明する図である。 本発明の実施例１に関わる基板間電極接合バンプにばね性を付与する方法及び構造を説明する図である。 本発明の実施例１に関わる基板間電極接合バンプにばね性を付与する方法及び構造を説明する図である。 本発明の実施例１に関わる基板間電極接合バンプにばね性を付与する方法及び構造を説明する図である。 図５のＡ部の拡大図である。 本発明の実施例２に関わる基板間電極接合バンプにばね性を付与する方法及び構造を説明する図である。 本発明の実施例２に関わる基板間電極接合バンプにばね性を付与する方法及び構造を説明する図である。 本発明の実施例２に関わる基板間電極接合バンプにばね性を付与する方法及び構造を説明する図である。 本発明の実施例２に関わる基板間電極接合バンプにばね性を付与する方法及び構造を説明する図である。 本発明の実施例２に関わる基板間電極接合バンプにばね性を付与する方法及び構造を説明する図である。 図１１のＡ部拡大図である。

符号の説明

１、１６ Ｓｉ基板
２、１７ 絶縁体
３ 配線
４ パッシべイション膜
５ 電極バンプ
６ 補強バンプ
７ 補助バンプ
８ 研磨代ライン
９ 板バネ部
１０ 研磨台
１１ 溝
１２ 接着剤、ＵＶテープ
１３ 高さ調整板
１４ 押圧板
１５ 印加荷重
１８ 電極パッド

Claims (7)

1. 単数或いは複数の電極バンプが形成された配線を有する基板を用意する工程と
   前記電極バンプが形成された個所の裏面側を一部除去することにより、前記個所にバネの機能を付与する工程とを備える電極バンプを有する構造体の製造方法。
2. 前記個所の裏面側を一部除去する工程が、化学的エッチング又はスパッターリングエッチングによって行われることを特徴とする請求項１記載の構造体の製造方法。
3. 前記基板が、Ｓｉ基板であることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
4. 前記基板の一部を除去する工程が、前記バネの機能を付与する個所の裏面を凸状にし、前記凸部を研磨することによって、前記基板の一部を除去することを特徴とする請求項１記載の製造方法。
5. 前記電極バンプ及び前記電極パッドの材料はＡｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎのいずれかである請求項１記載の製造方法。
6. 請求項１記載の構造体と、電極パッドが形成された基板とを用意する工程と、
   前記構造体と基板を相対向し、重ね合わせて荷重を印加することによって、前記電極バンプと前記電極パッド間を接合する工程とを備えたことを特徴とする接合方法。
7. 基板と
   基板上に形成された配線と
   前記配線と電気的に接合した電極バンプとを備え、
   前記電極バンプが形成された個所の前記基板の厚さが、前記基板両端の厚さよりも薄いことを特徴とする構造体。

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