JP2009111336A - Electronic component mounting structure and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子に代表される電子部品を実装基板などにフリップチップ実装した電子部品実装構造体およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an electronic component mounting structure in which an electronic component typified by a semiconductor element is flip-chip mounted on a mounting substrate or the like, and a manufacturing method thereof.
近年、半導体素子の高密度化に伴って、半導体素子の電極端子のピッチおよび面積が小さくなっている。これに伴い、半導体素子を実装基板にフリップチップ実装する際に用いる突起電極に関しても要求が厳しくなっている。 In recent years, as the density of semiconductor elements increases, the pitch and area of the electrode terminals of the semiconductor elements have decreased. Along with this, there is a strict requirement for the protruding electrode used when flip-chip mounting the semiconductor element on the mounting substrate.
そして、電極端子の狭ピッチ化に伴い、実装基板の隣接する接続端子間での短絡の発生や、半導体素子と実装基板との熱膨張係数の差に起因する応力により突起電極と電極端子間の接続不良が生じやすいという課題がある。特に、携帯電話などの携帯用電子機器では落下衝撃なども頻繁に受けるため、このような接続不良が使用中に生じると、携帯用電子機器の不良につながる。 As the pitch of the electrode terminals is narrowed, a short circuit occurs between adjacent connection terminals of the mounting board, and stress caused by a difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor element and the mounting board causes a gap between the protruding electrode and the electrode terminal. There is a problem that poor connection is likely to occur. In particular, since portable electronic devices such as mobile phones are frequently subjected to drop impacts and the like, if such a connection failure occurs during use, it leads to a failure of the portable electronic device.
一方、狭ピッチ化を避けるために、半導体素子の回路形成面全体を用いて、突起電極を形成するエリアバンプ方式では、実装エリア全体に実装基板の高い平面度が要求される。 On the other hand, in order to avoid a narrow pitch, in the area bump method in which the protruding electrode is formed using the entire circuit formation surface of the semiconductor element, a high flatness of the mounting substrate is required for the entire mounting area.
これらに対して、例えば断面が円錐状または角錐状の突起電極、あるいは導電性の樹脂を用いた突起電極を形成して、これらの課題を解決することが検討されている。例えば、先端が尖った導電性樹脂バンプを半導体チップ上に形成して、この導電性樹脂バンプを用いて実装した半導体装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 In order to solve these problems, for example, a projecting electrode having a conical or pyramidal cross section or a projecting electrode using a conductive resin has been studied. For example, a semiconductor device in which a conductive resin bump with a sharp tip is formed on a semiconductor chip and mounted using the conductive resin bump is disclosed (for example, see Patent Document 1).
特許文献1による導電性樹脂バンプは、以下に示す形成工程からなる。まず、先端が尖った凹部を平板の主面上に半導体チップ上に形成された電極パッドに対応して形成する工程と、これらの凹部に導電性樹脂を充填する工程とを有する。その後、半導体チップ上に平板の主面が半導体チップの電極パッドを担持する面と対面するとともに、上記凹部が半導体チップ上の対応する電極パッドと整合するように位置合わせする工程と、平板を半導体チップに位置合わせした状態で重ね合わせる工程を有する。そして、重ね合わせた状態で樹脂を硬化させて電極パッド上に、先端が尖った導電性樹脂バンプを転写形成する工程とからなる。
The conductive resin bump according to
このとき、凹部を形成する工程として、例えば(100)面を主面とする単結晶シリコン(Si)基板を用いて、(100)面上に凹部をウェットエッチング法により形成する方法が開示されている。この方法により、半導体素子の電極端子上にバリアメタルを形成することなく、例えば高さが60μmで、ばらつきが標準偏差にして2.5μm以内の突起電極を形成できる。その結果、確実な接続とともに、安価な半導体装置が得られるとしている。 At this time, as a step of forming the concave portion, for example, a method of forming a concave portion on the (100) plane by wet etching using a single crystal silicon (Si) substrate having the (100) plane as a main surface is disclosed. Yes. By this method, without forming a barrier metal on the electrode terminal of the semiconductor element, it is possible to form a protruding electrode having a height of, for example, 60 μm and a standard deviation of 2.5 μm or less. As a result, an inexpensive semiconductor device can be obtained with reliable connection.
また、別の例として、接続信頼性が高く、しかもエリアバンプ方式であっても実装基板の反りを吸収できる突起電極が開示されている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2に示されている突起電極は、下段バンプの上に、これより小さい上段バンプが形成された2段形状からなり、上段バンプの弾性率を下段バンプの弾性率より小さくしている。これにより、半導体素子と実装基板との間で生じる応力を突起電極で吸収する構造である。このとき、導電性接着剤を用いる場合、突起電極と導電性接着剤により、さらに応力を吸収できるような構造とすることができる。このため、これを用いた半導体装置において、接続信頼性が良好になる。また、エリアバンプ方式の場合は、実装基板に反りがある場合でも、この反りを突起電極で吸収できるとしている。
As another example, there is disclosed a protruding electrode that has high connection reliability and can absorb the warping of the mounting substrate even if it is an area bump method (see, for example, Patent Document 2). The protruding electrode disclosed in
また、上段バンプを導電性樹脂、特に感光性導電性樹脂で形成し、この樹脂で形成されたバンプの表面に金属膜を形成する例も開示されている。
特許文献1に示された突起電極は、単結晶Si基板などを用いて凹部を形成して、凹部に導電性樹脂を埋め込み、その後、これを半導体素子の電極端子上に転写する方法を用いて、角錐状で、かつ厚みのばらつきの小さな形状で形成するものである。しかし、上記方法では、突起電極自体の厚みのばらつきを抑制することはできるが、例えば半導体素子に反りがある場合や半導体素子の突起電極を形成する面などに凹凸がある場合、結果として、半導体素子の表面に形成された突起電極面は一定の高さとならない。すなわち、半導体素子の裏面から突起電極の先端部までの高さのばらつきは解消されない。そのため、半導体素子の電極端子が狭ピッチで、かつ多ピン化する場合、突起電極面の高さのばらつきは、接続安定性を低下させ、実装不良が生じやすくなるという課題を有する。
The protruding electrode disclosed in
そこで、実装不良を防ぐために、半導体素子に対して大きな押圧力を加えることが必要となる。しかし、大きな押圧力を加えると、半導体素子中の回路が破損しやすくなるため、半導体素子の回路形成面上に突起電極を形成することが困難になるという課題もある。 Therefore, in order to prevent mounting defects, it is necessary to apply a large pressing force to the semiconductor element. However, when a large pressing force is applied, the circuit in the semiconductor element is likely to be damaged, which makes it difficult to form the protruding electrode on the circuit formation surface of the semiconductor element.
また、特許文献2の2段形状を有する突起電極においては、上段バンプの弾性率を下段バンプの弾性率より小さくすることにより、実装時の接触のばらつきや衝撃を吸収することができる。しかし、上記と同様に、半導体素子の表面に形成された突起電極面は一定の高さとならない。すなわち、半導体素子の裏面から突起電極の先端部までの高さのばらつきは解消されず、特許文献1と同様な課題を有する。
Further, in the protruding electrode having a two-stage shape disclosed in
また、特許文献1と特許文献2の突起電極においては、一般的に、図7に示すように、1つの半導体素子302内の電極端子303上に形成される突起電極307の形状は、一様で同じ構成となっている。しかし、実際には、1つの半導体素子302の中に複数の機能領域からなる回路ブロックが配置され、これにより、様々な機能を有している。そのため、半導体素子302とキャリア基板305との間での設計の不整合(ミスマッチ)、例えば位置ずれ、配置不良などが生じた場合、接合部で補正することが困難になる。その結果、半導体素子302もしくはキャリア基板305の再設計が必要となり、生産効率が低下する。
In the protruding electrodes of
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、狭ピッチで、かつ多ピンの電極端子を有する半導体素子を用いても、実装不良が生じにくく、かつ実装時の押圧力による特性変動や破損などを抑制できる、接続信頼性の高い電子部品実装構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. Even when a semiconductor element having a narrow pitch and a multi-pin electrode terminal is used, a mounting failure is hardly caused, and a characteristic variation due to a pressing force at the time of mounting is achieved. An object of the present invention is to provide an electronic component mounting structure with high connection reliability that can suppress damage and damage, and a method for manufacturing the same.
上述したような目的を達成するために、本発明は、電子部品の複数の電極端子と、電極端子に対応して基板上に形成された複数の接続端子とが、少なくとも導電フィラーと樹脂材料からなる突起電極により接合された電子部品実装構造体において、電子部品は、複数の機能領域を有し、機能領域に対応して設けた、少なくとも2種類以上の異なる機能を有する突起電極を介して接続した構成を有する。 In order to achieve the above-described object, the present invention provides a plurality of electrode terminals of an electronic component and a plurality of connection terminals formed on the substrate corresponding to the electrode terminals, at least from a conductive filler and a resin material. In the electronic component mounting structure bonded by the protruding electrode, the electronic component has a plurality of functional areas and is connected via protruding electrodes having at least two different functions provided corresponding to the functional areas. The configuration is as follows.
さらに、電子部品の機能領域に対応して、突起電極の外形形状を異ならせてもよい。 Furthermore, the outer shape of the protruding electrode may be varied in accordance with the functional area of the electronic component.
さらに、電子部品の機能領域に対応して、突起電極の機械的強度を異ならせてもよい。 Furthermore, the mechanical strength of the protruding electrode may be varied in accordance with the functional area of the electronic component.
さらに、電子部品の機能領域が、少なくとも第1機能領域と、第1機能領域より機械的強度の低い第2機能領域を有し、第1機能領域に設けた第1突起電極よりも、第2機能領域に設けた第2突起電極の弾性変形量を大きくしてもよい。 Furthermore, the functional area of the electronic component has at least a first functional area and a second functional area having a mechanical strength lower than that of the first functional area, and is second than the first protruding electrode provided in the first functional area. The amount of elastic deformation of the second protruding electrode provided in the functional region may be increased.
さらに、第1突起電極が太鼓状で、第2の突起電極が斜め円柱状またはコイルバネ状からなってもよい。 Further, the first protruding electrode may be a drum shape, and the second protruding electrode may be an oblique columnar shape or a coil spring shape.
さらに、電子部品の機能領域に対応して、突起電極の導電率を変化させてもよい。 Furthermore, the conductivity of the protruding electrode may be changed corresponding to the functional area of the electronic component.
さらに、電子部品の導電率が、少なくとも導電フィラーの密度、粒径、または樹脂材料により調整されてもよい。 Furthermore, the electrical conductivity of the electronic component may be adjusted by at least the density, particle size, or resin material of the conductive filler.
さらに、突起電極において、電子部品の電極端子と基板の接続端子との接続部の断面形状を等しくしてもよい。 Furthermore, in the protruding electrode, the cross-sectional shape of the connection portion between the electrode terminal of the electronic component and the connection terminal of the substrate may be made equal.
さらに、突起電極の断面形状が、円柱形状、角柱形状、円錐形状、角錐形状、円錐台形状、角錐台形状、斜め円柱形状、太鼓形状または筒状形状であってもよい。 Furthermore, the cross-sectional shape of the protruding electrode may be a cylindrical shape, a prism shape, a conical shape, a pyramid shape, a truncated cone shape, a truncated pyramid shape, an oblique cylindrical shape, a drum shape, or a cylindrical shape.
さらに、電子部品が、突起電極が設けられた半導体素子であり、基板の接続端子と半導体素子の突起電極とが、接触により電気的に接続されていてもよい。 Further, the electronic component may be a semiconductor element provided with a protruding electrode, and the connection terminal of the substrate and the protruding electrode of the semiconductor element may be electrically connected by contact.
これらの構成により、電子部品の機能領域の構造や特性に応じて、形状、構造または電気的特性の最適な突起電極を介して接続できる。その結果、特性変動が小さく信頼性に優れた電子部品実装構造体を実現できる。 With these configurations, the connection can be made via the protruding electrode having the optimum shape, structure, or electrical characteristics in accordance with the structure and characteristics of the functional region of the electronic component. As a result, it is possible to realize an electronic component mounting structure with small characteristic variation and excellent reliability.
また、本発明の電子部品実装構造体の製造方法は、電子部品の機能領域に対応させて、異なる機能を有する突起電極を形成する工程と、基板の接続端子上に絶縁性樹脂を形成する工程と、電子部品の突起電極と、基板の接続端子と位置合わせして接合する工程と、絶縁性樹脂を硬化する工程と、を含む。 Further, the method for manufacturing an electronic component mounting structure according to the present invention includes a step of forming a protruding electrode having a different function corresponding to a functional region of the electronic component, and a step of forming an insulating resin on the connection terminal of the substrate. And a step of aligning and joining the protruding electrode of the electronic component, the connection terminal of the substrate, and a step of curing the insulating resin.
この方法により、電子部品の機能領域の構造や特性に応じて、形状、構造または電気的特性の最適な突起電極を形成できる。その結果、特性変動が小さく信頼性に優れた電子部品実装構造体を高い生産効率で作製できる。 By this method, it is possible to form a protruding electrode having an optimum shape, structure, or electrical characteristic according to the structure and characteristics of the functional region of the electronic component. As a result, it is possible to manufacture an electronic component mounting structure with small characteristics variation and excellent reliability with high production efficiency.
本発明によれば、電子部品の機能領域の構造や特性に応じて、形状、構造または電気的特性の最適な突起電極を介して接続した、特性変動が小さく信頼性に優れた電子部品実装構造体およびその製造方法を実現できる。 According to the present invention, an electronic component mounting structure with small characteristic variation and excellent reliability connected via a protruding electrode having an optimum shape, structure, or electrical characteristic according to the structure and characteristics of the functional area of the electronic component. Body and its manufacturing method can be realized.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ要素については、同じ符号を付して説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the same element, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
(実施の形態)
以下、本発明の実施の形態における電子部品実装構造体について、図面を用いて説明する。
(Embodiment)
Hereinafter, an electronic component mounting structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態における電子部品実装構造体1の構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an electronic
図1に示すように、本実施の形態の電子部品実装構造体1は、複数の電極端子3を有する電子部品2と、電極端子3に対応する位置に接続端子6を設けた基板5と、電極端子3と接続端子6とを接続する突起電極7とを備えている。このとき、電子部品2の電極端子3と基板5の接続端子6とは、異なる機能を有する突起電極7により接続されている。ここで、突起電極7は、少なくとも感光性樹脂と導電フィラーとを含む導電性樹脂から構成されている。
As shown in FIG. 1, the electronic
なお、異なる機能とは、以下で詳細に説明するように、例えば形状などの構造や導電率などの電気的な特性が異なることを意味している。 The different functions mean that the structure such as the shape and the electrical characteristics such as the conductivity are different, as will be described in detail below.
以下では、電子部品として、回路形成面側に複数の機能領域を有する半導体素子を例に説明する。ここで、機能領域とは、例えば電源部、アナログ回路部、デジタル回路部およびメモリー素子部などの回路ブロックである。また、基板として、例えばガラスエポキシ基板などの実装基板を例に説明する。 Hereinafter, as an electronic component, a semiconductor element having a plurality of functional regions on the circuit formation surface side will be described as an example. Here, the functional area is a circuit block such as a power supply unit, an analog circuit unit, a digital circuit unit, and a memory element unit. Further, as a substrate, a mounting substrate such as a glass epoxy substrate will be described as an example.
そして、電子部品2を構成する半導体素子の、以下で図面を用いて具体的に説明するように複数の機能領域に応じて、突起電極7は、円錐台形状、斜め円柱形状、太鼓形状といった複数の異なる外形形状や異なる導電率(抵抗値)などの機能を備えて構成されている。このとき、図1に示すように、例えば突起電極7は厚み方向に5層から構成され、第1層7a、第2層7b、第3層7c、第4層7dおよび第5層7eは、同一の材料により形成されている。
Then, as will be described in detail below with reference to the drawings of the semiconductor element constituting the
さらに、本実施の形態では、電子部品2と実装基板5との間に絶縁性樹脂8を充填して、電子部品2と実装基板5とを接着固定している。そして、電子部品2の電極端子3以外の表面には保護膜4が形成されている。しかし、保護膜4は必ずしも設ける必要はない。
Further, in the present embodiment, an insulating
本実施の形態によれば、電子部品の機能領域の構造や特性に応じて、形状、構造または電気的特性の最適な突起電極を介して、特性変動の小さい、信頼性に優れた電子部品実装構造体を実現できる。 According to the present embodiment, the electronic component mounting with small characteristic variation and excellent reliability is provided through the protruding electrode having the optimum shape, structure, or electrical characteristic according to the structure and characteristic of the functional region of the electronic component. A structure can be realized.
なお、本実施の形態では、電子部品2としてベアチップなど半導体素子を用いた例で説明するが、これに限られない。例えば、パッケージ化された半導体素子を用いてもよい。
In the present embodiment, an example in which a semiconductor element such as a bare chip is used as the
また、本実施の形態では、5層からなる突起電極を例に説明したが、これに限られず、形状の異なる突起電極を形成できれば、層数は特に制限されない。 In the present embodiment, the protruding electrode having five layers has been described as an example. However, the number of layers is not particularly limited as long as protruding electrodes having different shapes can be formed.
以下に、本発明の実施の形態における電子部品実装構造体1の製造方法の概略について、図2を用いて説明する。
Below, the outline of the manufacturing method of the electronic
図2は、本発明の実施の形態における電子部品実装構造体の製造方法の概略を説明するフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart for explaining the outline of the method for manufacturing the electronic component mounting structure according to the embodiment of the present invention.
まず、感光性樹脂と導電フィラーとを含む導電性樹脂からなる突起電極7を、電子部品2である半導体素子の電極端子3上または実装基板5の接続端子6上に形成する(ステップS01)。
First, the protruding
つぎに、接続端子6が形成された実装基板5の面上に絶縁性樹脂8を形成する(ステップS02)。
Next, the insulating
つぎに、突起電極7が形成された電子部品2を、突起電極7を介して電極端子3と接続端子6とを位置合わせする(ステップS03)。
Next, the
つぎに、少なくとも電子部品2を押圧して、電極端子3と接続端子6とを突起電極7を介して接続する(ステップS04)。このとき、電子部品2の押圧により絶縁性樹脂8は接続端子6と突起電極7との間から排除されて、最終的に突起電極7と接続端子6とが圧接されて接触し、電気的な接続が行われる。
Next, at least the
つぎに、上記接続工程の後に、絶縁性樹脂8を硬化させる(ステップS05)。これにより、電子部品2と実装基板5とが接着固定され、電子部品実装構造体1が作製される。
Next, the insulating
なお、上記方法では、予め絶縁性樹脂8を実装基板5上に設けた例で説明したが、これに限られない。例えば、位置合わせして押圧し、突起電極7と接続端子6とを接続した後に、電子部品2と実装基板5との間に絶縁性樹脂8を注入して充填してもよい。
In the above method, the example in which the insulating
以下では、本実施の形態の電子部品実装構造体1の特徴である、半導体素子の機能領域に対応して設けられる異なる形状の突起電極7の製造方法について、図3を用いて説明する。
Below, the manufacturing method of the
図3は、本発明の実施の形態の電子部品実装構造体1における突起電極7の製造方法を説明する主要工程の断面図である。そして、図3(a)は突起電極7の第1層7aの製造方法、図3(b)は突起電極7の第2層7bの製造方法を説明する断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of main processes for explaining a method of manufacturing the protruding
まず、図3(a)に示すように、底部21と一体的に形成された外周部22とから構成された容器20の内部に感光性樹脂と導電フィラーとを含む液状樹脂24を、少なくとも電子部品2の電極端子3が浸漬される程度以上の高さまで入れる。このとき、容器20の底部21は、液状樹脂24を硬化するための可視光や紫外線を透過する、例えば石英ガラスなどの透明部材で構成されている。
First, as shown in FIG. 3A, a
そして、電子部品2の主面に形成された電極端子3と底部21との間隔T1を突起電極7の第1層7aの厚みに設定する。このとき、底部21の下方に設置した、例えば液晶パネルなどからなるフォトマスク23には、突起電極7の第1層7aを形成するための形状に相当する第1の開口部23aで開口されている。この場合、フォトマスク23である液晶パネルに、第1の開口部23aの形状に対応する制御信号を印加することにより、複数の第1の開口部23aを一括に開口することができる。
The distance T1 between the
上記の状態で、フォトマスク23を介して、例えば可視光や紫外線などの光25を、底部21から液状樹脂24に照射する。これにより、第1の開口部23aを通過した光25は、電極端子3と底部21との間にある液状樹脂24を硬化させ、突起電極7の第1層7aが形成される。
In the state described above, the
つぎに、図3(b)に示すように、電子部品2を引き上げて、突起電極7の第1層7aと底部21との間隔T2を突起電極7の第2層7bの厚みに設定する。そして、図3(a)と同様の方法により、フォトマスク23を介して光25を、底部21から液状樹脂24に照射する。このとき、フォトマスク23には、第1の開口部23aに対して、半導体素子の複数の機能領域に対応する、例えば異なる形状の突起電極を形成するために、第2の開口部23bが、例えば配置、開口形状、位置をずらして設けられている。これにより、第2の開口部23bを通過した光25は、第1層7aと底部21との間にある液状樹脂24を硬化させ、突起電極7の第2層7bが、第1層7a上に形成される。
Next, as shown in FIG. 3B, the
つぎに、電子部品2を所定の間隔だけ引き上げながら、図3(a)と図3(b)の工程を順次繰り返し、異なる開口形状の配置と形状を変えたフォトマスクの開口部を介して光を照射することによって、第2層7b上に、第3層7cから第5層7eを形成する。これにより、円錐台形状、斜め円柱形状、太鼓形状といった複数の異なる形状を有する突起電極7が、異なる複数の機能領域に対応して半導体素子2の電極端子3上に形成される。上記の場合、5層からなる突起電極7を形成するため、間隔の設定と露光プロセスとを5回繰り返すことになる。このとき、突起電極7を構成する各層の厚みは、アスペクト比や要求される性能に応じて自由に設定できるが、上記では、1層の厚みを10μmで形成している。
Next, while pulling up the
つぎに、容器20から電子部品2を取り出し、洗浄して不要な液状樹脂を除去する。これにより、機能領域に対応して、形状などが異なる突起電極7が形成された電子部品2が作製される。
Next, the
なお、本実施の形態では、容器20の底部21が透明部材からなる場合を例に説明したがこれに限られず、フォトマスク自体を底部21としてもよい。これにより、より微細なパターンを精度よく形成できる。
In the present embodiment, the case where the
また、上記では、容器に底部側から突起電極を形成した例で説明したが、これに限られない。例えば、図4の別の例で示すように、液状樹脂の液面側から露光して突起電極を形成してもよい。 Moreover, although the above demonstrated in the example which formed the protruding electrode in the container from the bottom part side, it is not restricted to this. For example, as shown in another example of FIG. 4, the protruding electrode may be formed by exposing from the liquid surface side of the liquid resin.
図4は、本発明の実施の形態の電子部品実装構造体1において、突起電極7の製造方法の別の例を説明する断面図である。そして、図4(a)は突起電極7の第1層7aの製造方法、図4(b)は突起電極7の第2層7bの製造方法を説明する断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining another example of the method for manufacturing the protruding
基本的には、図3に示す製造方法と同じであるが、電子部品2を液状樹脂中に沈降させながら層状の突起電極を形成する点で異なる。なお、図4においては、電子部品2は電極端子3を2個のみとし、かつ保護膜4を形成していない構成を例に示している。
Basically, it is the same as the manufacturing method shown in FIG. 3 except that the layered protruding electrode is formed while the
まず、図4(a)に示すように、容器10の内部に電子部品2の電極端子3が形成された面を上向きにして液状樹脂24中に沈める。このとき、電子部品2の面上に形成されている電極端子3と液状樹脂24の液表面との間の間隔T1を突起電極7の第1層7aの厚みに設定する。そして、フォトマスク23を介して光25を液状樹脂24に照射する。これにより、第1の開口部23aを通過した光25は、電極端子3の表面上にある液状樹脂24を硬化させ、突起電極7の第1層7aが形成される。
First, as shown in FIG. 4A, the
つぎに、図4(b)に示すように、電子部品2をさらに沈降させて、突起電極7の第1層7aと液状樹脂24の液表面との間の間隔T2を突起電極7の第2層7bの厚みに設定する。そして、図4(a)と同様に、フォトマスク23を介して光25を液状樹脂24に照射する。このとき、フォトマスク23には、第1の開口部23aに対して、半導体素子2の複数の機能領域に対応する異なる形状の突起電極7を形成するために、第2の開口部23bが、例えば配置、開口形状、位置をずらして設けられている。これにより、第2の開口部23bを通過した光25は、第1層7aの表面上にある液状樹脂24を硬化させ、突起電極7の第2層7bが、第1層7a上に形成される。
Next, as shown in FIG. 4B, the
つぎに、電子部品2を設定した間隔だけ沈降させながら、図4(a)と図4(b)の工程を順次繰り返し、異なる開口形状の配置と形状を変えたフォトマスク23の開口部を介して光を照射することによって、第2層7b上に、第3層7cから第5層7eを形成する。これにより、円錐台形状、斜め円柱形状、太鼓形状といった複数の異なる形状を有する突起電極7が、異なる複数の機能領域に対応して半導体素子の電極端子3上に形成される。上記の場合、5層からなる突起電極7を形成するため、間隔の設定と露光プロセスとを5回繰り返すことになる。
Next, while the
つぎに、容器10から電子部品2を取り出し、洗浄して不要な液状樹脂を除去する。これにより、機能領域に対応して、形状などが異なる突起電極7が形成された電子部品2が作製される。なお、突起電極7の層数などは適時、必要な形状に応じて変更することができる。
Next, the
ここで、電子部品2としては、例えば外形サイズ8mm角のROMやRAMなどの半導体メモリーからなるLSIチップなどの高密度集積回路素子やメモリーなど大容量記憶素子を含む機能素子を含む半導体素子が用いられる。このとき、半導体素子は、例えば150μmピッチ、900ピンでエリア上に配置された100μm角の、例えばエリアバンプ配置が可能にパターン形成された配線(図示せず)の一部を露出させた開口部からなる電極端子3上を有している。
Here, as the
また、液状樹脂24としては、例えば感光・熱可塑性アクリルオリゴマー、アクリルモノマー、開始剤、カップリング剤、密着性付与剤、反応性希釈剤、溶剤などからなる感光性樹脂に50重量%以上80重量%未満の3μmの球状のAg粒子を導電フィラーとして含む構成で突起電極7が形成される。このとき、液状樹脂24の中に、平均粒径が5μm以下の鱗片状、または数nm〜数100nmの球状のAu、Cu、PtまたはAgなどの金属粒子を含んでいてもよい。これにより、固有抵抗率の小さい微細な金属粒子による接触面積が拡大し、電極端子3と突起電極7との接続抵抗または突起電極7の固有抵抗をさらに下げることができる。また、導電フィラーとしては、Ag、Au、Cu、Ni、Pt、Pdあるいはこれらの合金などの金属粒子やはんだ合金などが用いられる。
Further, as the
なお、本実施の形態では、突起電極7を電子部品2の電極端子3上に設ける例で説明したが、これに限られない。例えば、突起電極7を、ガラスエポキシ基板、アラミド基板、ポリイミド基板やセラミック基板などの実装基板や回路基板の接続端子上に設けてもよく、同様の目的および効果が得られる。
In this embodiment, the example in which the protruding
なお、本実施の形態では、個別の電子部品2の状態で突起電極7を形成する例で説明したが、これに限られない。例えば、電子部品2が半導体素子の場合、複数の半導体素子がシリコン基板上に形成されている半導体ウェハーの状態で形成してもよい。これにより、生産効率を向上できる。
In the present embodiment, the example in which the protruding
また、本実施の形態では、フォトマスク23の開口部の形状を層ごとに変えて突起電極を形成する例で説明したが、これに限られない。例えば、フォトマスクの開口部の形状を、液状樹脂中から連続的に引き上げ、または液状樹脂中に連続的に沈降させる電子部品の移動と同期させて連続的に変更することにより、任意の形状の突起電極7を作製できる。
In the present embodiment, the example in which the protruding electrode is formed by changing the shape of the opening of the
また、本実施の形態では、円錐台形状、斜め円柱形状、太鼓形状の突起電極を形成した例で説明したが、これに限られない。例えば、円柱形状、角柱形状、円錐形状、角錐形状、角錐台形状、筒状形状、バネ状形状、コの字型形状で形成してもよい。そして、これらの形状は、液晶パネルなどのフォトマスクの開口部を制御することで容易に形成できる。 Further, in the present embodiment, an example in which a truncated cone shape, an oblique columnar shape, and a drum-shaped protruding electrode are described is described, but the present invention is not limited thereto. For example, it may be formed in a cylindrical shape, a prismatic shape, a conical shape, a pyramid shape, a truncated pyramid shape, a cylindrical shape, a spring shape, or a U-shape. These shapes can be easily formed by controlling the opening of a photomask such as a liquid crystal panel.
また、本実施の形態では、導電フィラーと感光性樹脂からなる突起電極を例に説明したが、これに限られない。例えば、形成した突起電極7の表面に無電界めっきなどにより導電性皮膜を形成してもよい。これにより、実装基板の接続端子6との接続抵抗を小さくできる。この場合、まず、例えば突起電極(電極端子)の領域以外に設けた保護膜上にレジスト膜を形成する。そして、蒸着法やスパッタリング法などを用いて、半導体素子の全面に導電性薄膜を形成した後、レジスト膜を除去することにより、表面に導電性皮膜を有する突起電極7を形成することができる。
In the present embodiment, the protruding electrode made of the conductive filler and the photosensitive resin has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, a conductive film may be formed on the surface of the formed protruding
また、本実施の形態では、電子部品2と実装基板との間に絶縁性樹脂を充填して接着固定した構造を例に説明したが、これに限られない。例えば、異方導電性樹脂を用いて接続と接着固定を行ってもよい。この場合、まず、電子部品2と実装基板とを位置合わせする工程の前に、電極端子3が形成された電子部品2の面上または接続端子が形成された実装基板の面上に絶縁性樹脂または異方導電性樹脂を形成する。その後、絶縁性樹脂または異方導電性樹脂を硬化させることにより、電子部品2と実装基板とを接着固定する。この方法により、電子部品2と実装基板との間の接着を確実に、かつより強固に固定できるので接続信頼性が向上する。また、導電フィラーと感光性樹脂からなる突起電極には、特に接着性が要求されなくなるので、感光性樹脂の選択の自由度が大きくなる。
In the present embodiment, the structure in which an insulating resin is filled between the
本実施の形態の電子部品実装構造体1によれば、半導体素子などの電子部品の複数の機能領域に対応して、電極端子と接続端子6とを異なる形状の突起電極7を介して、例えば圧接などの接触により電気的に接続する。そのため、熱衝撃や機械的な衝撃を受けても接続不良が生じにくく信頼性を向上できる。また、微小な径でも、大きな高さを有する、すなわちアスペクト比の大きな突起電極を容易に形成できるので、狭ピッチであっても短絡などの不良の生じずに接続することが可能となる。その結果、機能領域の特性に対応した最適な形状や特性を備えた突起電極を介して電子部品と実装基板とを接続した信頼性に優れた電子部品実装構造体1を実現できる。
According to the electronic
以下に、本発明の実施の形態の電子部品実装構造体において、複数の機能領域ごとに異なる形状の突起電極を形成した実施例1について、図5を用いて具体的に示す。 Hereinafter, Example 1 in which protruding electrodes having different shapes are formed for each of a plurality of functional regions in the electronic component mounting structure according to the embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIG.
図5(a)は、本発明の実施の形態の実施例1における電子部品実装構造体の機能領域を説明する平面図である。そして、図5(b)から図5(e)は、電子部品の機能領域ごとに対応して形成した突起電極の形状を説明する断面図である。なお、図5(a)には、図示しないが、各機能領域に多くの突起電極が形成されている。 Fig.5 (a) is a top view explaining the functional area | region of the electronic component mounting structure in Example 1 of embodiment of this invention. FIG. 5B to FIG. 5E are cross-sectional views for explaining the shape of the protruding electrode formed corresponding to each functional region of the electronic component. In addition, although not shown in FIG. 5A, many protruding electrodes are formed in each functional region.
図5(a)に示すように、電子部品実装構造体100を構成する電子部品2である半導体素子は、例えば電源部101、グランド部104、デジタル部102およびアナログ部103などの複数の機能領域を有する回路ブロックから構成されている。ここで、電源部101は半導体素子への電源供給部からなる機能領域で、グランド部104は半導体素子の接地(アース)のための機能領域を構成している。また、デジタル部102はデジタル信号を扱う機能領域で、アナログ部103はアナログ信号を扱う機能領域をそれぞれ構成している。
As shown in FIG. 5A, the semiconductor element which is the
そして、上記回路ブロックからなる複数の機能領域は、例えば実装基板5に実装するときの押圧力に対する耐力や半導体特性の変動などに差を有する場合が一般的である。そのため、実施例1では、以下で説明するように、各機能領域に対応して突起電極の外形形状を変えて、電子部品実装構造体100を実現するものである。
In general, the plurality of functional regions including the circuit blocks have a difference in, for example, resistance to pressing force when mounted on the mounting
まず、図5(b)に示すように、電源部101およびグランド部104の機能領域においては、断面形状が太鼓状の突起電極71を介して接続することにより、実装基板5と電子部品2間の応力に対して高い耐力を有する突起電極71を介して実装できる。これは、太鼓状の形状によって、突起電極71と電子部品2、実装基板5との間で発生する応力を緩和する効果によるものである。
First, as shown in FIG. 5B, in the functional region of the
また、図5(c)および図5(d)に示すように、デジタル部102の機能領域においては、電子部品2上の電極端子3と実装基板5上の接続端子6のそれぞれの断面形状の大きさが等しい、例えば円柱状の形状または円錐台状の突起電極72、73を介して接続する。これにより、インピーダンスの不整合(ミスマッチ)の抑制や調整をすることができる。
Further, as shown in FIGS. 5C and 5D, in the functional area of the
また、図5(e)に示すように、アナログ部103の機能領域においては、断面形状が、例えば斜め円柱状またはコイルバネ形状の突起電極74で接続することにより、等価回路定数(インダクタンス)の微調整が可能となる。これにより、電子部品2または実装基板5の再設計が必要なくなり、生産効率が向上する。この場合、突起電極74の長さ、断面積や経路形状を調整することで、インダクタンスを調整できる。
Further, as shown in FIG. 5 (e), in the functional region of the
すなわち、上述したように、電源部101およびグランド部104の機能領域に対しては、物理的または機械的な強度の高い突起電極71を設けることができる。
That is, as described above, the protruding
しかし、アナログ部103の機能領域に対しては、物理的または機械的強度が弱いため、電源部101およびグランド部104の機能領域のような強固な突起電極71を形成できない。そのため、斜め円柱状またはコイルバネ形状などの弾性変形しやすい突起電極74とする。
However, since the physical or mechanical strength of the functional region of the
また、デジタル部102の機能領域に対しては、実装基板5の接続端子6と電子部品2の電極端子3の大きさに対応して接続できる形状の突起電極72、73を形成し、インピーダンスなどの電気的特性を合わせることを可能にしている。
In addition, for the functional area of the
実施例1の電子部品実装構造体100によれば、異なる機能領域に対応して、異なる形状の突起電極71、72、73、74を介して電子部品2と実装基板5とを実装することができる。この結果、電子部品2である半導体素子の各機能領域の特性や物理的な強度に合わせた突起電極71、72、73、74により、安定した信頼性に優れた電子部品実装構造体100を実現できる。また、半導体素子の各機能領域の、設計品と製造品との特性などの不一致を、機能領域に対応して突起電極の外形形状を変えることで対応できる。その結果、再設計などにかかる時間を削減して、短期間での製品の出荷が可能となる。
According to the electronic
なお、上記実施例1では、電子部品2の機能領域が4つの場合を例に説明したが、これに限られない。例えば、少なくとも2つの機能領域以上を有する電子部品に対して、少なくとも外形形状の異なる2種類以上の突起電極を用いればよい。具体的には、電子部品が2つの機械的強度の高い第1機能領域と、機械的強度の低い第2機能領域からなる場合、第1機能領域に形成する第1突起電極を、図4(b)に示す、例えば太鼓状の形状で形成し、第2突起電極を、図4(e)に示す、例えば弾性変形量の大きな斜め円柱状またはコイルバネ形状で形成してもよい。これにより、第2突起電極は押圧力により容易に変形するため、機械的強度の弱い第2機能領域の応力による破損や特性変動などを効果的に抑制できる。
In the first embodiment, the case where the
以下に、本発明の実施の形態の電子部品実装構造体において、複数のこの機能領域ごとに異なる特性(機能)の突起電極を形成した実施例2について、図6を用いて具体的に示す。ここで、異なる特性(機能)とは、導電率や抵抗率(抵抗値)などの電気的な特性が異なることを意味している。 Hereinafter, Example 2 in which protruding electrodes having different characteristics (functions) are formed for each of the plurality of functional regions in the electronic component mounting structure according to the embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIG. Here, different characteristics (functions) mean that electrical characteristics such as conductivity and resistivity (resistance value) are different.
図6(a)は本発明の実施の形態の実施例2における電子部品実装構造体の機能領域を説明する平面図である。そして、図6(b)は図6(a)のA−A線断面模式図、図6(c)は図6(a)のB−B線断面模式図、図6(d)は図6(a)のC−C線断面模式図である。なお、図6(a)にも、図示しないが、図5(a)と同様に各機能領域に多くの突起電極が形成されている。 Fig.6 (a) is a top view explaining the functional area | region of the electronic component mounting structure in Example 2 of embodiment of this invention. 6B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 6A, FIG. 6C is a schematic cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 6A, and FIG. It is CC sectional view schematic diagram of (a). Although not shown in FIG. 6A, many protruding electrodes are formed in each functional region as in FIG. 5A.
そして、図6(a)に示すように、電子部品実装構造体200を構成する電子部品220である半導体素子は、例えば電源配線部201、グランド配線部203および信号配線部202などの複数の機能領域を有している。
6A, the semiconductor element that is the
そして、図6(b)(c)に示すように、電源配線部201やグランド配線部203では、導電フィラーの含有率を、例えば85重量%から95重量%に高めて導電率を大きくした突起電極205を介して、電子部品220と実装基板250を電気的に接続している。
Then, as shown in FIGS. 6B and 6C, in the power
また、図6(b)(d)に示すように、信号配線部202では、導電フィラーの含有率を、例えば65重量%から80重量%で導電率を調整した突起電極207を介して、電子部品220と実装基板250を電気的に接続している。
Further, as shown in FIGS. 6B and 6D, in the
なお、実施例2の突起電極205、207の製造方法は、基本的には図3または図4で説明したのと同様の方法で作製できるが、以下の点で異なる。
The manufacturing method of the protruding
すなわち、突起電極205と突起電極207を、導電フィラーと感光性樹脂との配合比が異なる、少なくとも2種類の液状樹脂中で形成する点である。このとき、同じ容器を用いて、液状樹脂を入れ替えにより形成してもよく、また異なる容器を準備して、例えば電子部品を移し変えることにより異なる特性(機能)を有する突起電極を形成してもよい。
That is, the protruding
実施例2によれば、大きな電流が流れる電源配線部201とグランド配線部203を導電率の大きい突起電極205で電子部品220と実装基板250とを接続できるため、突起電極205による電圧の低下や、消費電力の増加を抑制できる。
According to the second embodiment, the power
また、実施例2によれば、信号配線部202を導電率の小さい突起電極207で電子部品220と実装基板250とを接続できるため、例えばフィルタ、増幅器の負荷として用いられる共振回路を有する信号配線部202において、帯域幅や位相特性などを改善する、例えばダンピング抵抗として突起電極207を機能させることができる。さらに、共振回路に過渡信号が流入する場合に発生する高電圧やオーバーシュートなどの電圧振動を抑制し、他の回路素子の破損を未然に防止できる。
Further, according to the second embodiment, the
なお、実施例2では、突起電極の導電率を、導電フィラーの含有率(密度)で調整する例で説明したが、これに限られない。例えば、導電フィラーの粒径、形状または感光性樹脂の樹脂材料を変更することにより、突起電極の導電率を調整してもよい。これにより、突起電極の導電率の調整範囲を容易に拡大でき、設計自由度の高い電子部品実装構造体200を実現できる。
In addition, although Example 2 demonstrated the example which adjusts the electrical conductivity of a protruding electrode with the content rate (density) of an electroconductive filler, it is not restricted to this. For example, the conductivity of the protruding electrode may be adjusted by changing the particle size or shape of the conductive filler or the resin material of the photosensitive resin. Thereby, the adjustment range of the conductivity of the protruding electrode can be easily expanded, and the electronic
なお、本実施の形態では、液晶パネルなどのフォトマスクを例に説明した、これに限られない。例えば、突起電極を構成する各層に対応する開口部の形状を備えた金属マスクなどからなるフォトマスクを複数用意し、開口部の形状に合わせて、フォトマスク取り替えて露光して突起電極を形成してもよい。 In the present embodiment, a photomask such as a liquid crystal panel has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, prepare a plurality of photomasks consisting of a metal mask or the like having an opening shape corresponding to each layer constituting the protruding electrode, replace the photomask according to the shape of the opening, and expose to form the protruding electrode. May be.
また、本実施の形態では、実装基板としてガラスエポキシ基板を例に説明したが、これに限られない。例えば、樹脂基材、セラミック基材または単結晶シリコン基材を用いて形成された回路基板を用いてもよい。 In the present embodiment, the glass epoxy substrate is described as an example of the mounting substrate, but the present invention is not limited to this. For example, a circuit board formed using a resin base material, a ceramic base material, or a single crystal silicon base material may be used.
また、本実施の形態では、各層が、同じ種類の感光性樹脂と導電フィラーとを含む液状樹脂を用いて形成した突起電極を例に説明したが、これに限られない。例えば、硬度、弾性率または導電率などの少なくとも1つが異なる導電フィラーを含む複数種の液状樹脂を準備して、突起電極の各層を形成してもよい。この場合、複数種の液状樹脂を充填した各容器に電子部品を移し替えて露光することにより、異なる特性の層を有する突起電極を形成できる。これにより、電子部品と実装基板との熱膨張係数の差による熱応力などが作用しても、接続部の不良発生をさらに抑制することができ、高信頼性の電子部品実装構造体を得ることができる。さらに、突起電極の硬度、弾性率または導電率の調整範囲を大幅に拡大できるため、半導体素子などからなる電子部品の作製時の特性ばらつきを有していても、突起電極により特性ばらつきの少ない電子部品実装構造体を実現できる。 In the present embodiment, the description has been given of the bump electrode formed using a liquid resin in which each layer includes the same type of photosensitive resin and conductive filler. However, the present invention is not limited to this. For example, a plurality of types of liquid resins including conductive fillers that differ in at least one of hardness, elastic modulus, electrical conductivity, and the like may be prepared to form each layer of the protruding electrode. In this case, projecting electrodes having layers with different characteristics can be formed by transferring and exposing the electronic components to the respective containers filled with a plurality of types of liquid resins. As a result, even if thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the electronic component and the mounting substrate acts, it is possible to further suppress the occurrence of defects in the connection portion, and to obtain a highly reliable electronic component mounting structure Can do. Furthermore, since the adjustment range of the hardness, elastic modulus, or conductivity of the protruding electrode can be greatly expanded, even if there is a variation in characteristics when manufacturing an electronic component made of a semiconductor element, etc., A component mounting structure can be realized.
本発明の電子部品実装構造体は、小型・薄型化で多機能化が進む携帯電話、携帯型デジタル機器やデジタル家電機器などの技術分野において有用である。 The electronic component mounting structure according to the present invention is useful in technical fields such as mobile phones, portable digital devices, digital home appliances, and the like that are becoming more and more multifunctional in size and thickness.
1,100,200 電子部品実装構造体
2,220,302 電子部品(半導体素子)
3,303 電極端子
4 保護膜
5,250 基板(実装基板)
6 接続端子
7,71,72,73,74,205,207,307 突起電極
7a 第1層
7b 第2層
7c 第3層
7d 第4層
7e 第5層
8 絶縁性樹脂
10,20 容器
21 底部
22 外周部
23 フォトマスク
23a 第1の開口部
23b 第2の開口部
24 液状樹脂
25 光
101 電源部
102 デジタル部
103 アナログ部
104 グランド部
201 電源配線部
202 信号配線部
203 グランド配線部
305 キャリア基板
1,100,200 Electronic component mounting structure 2,220,302 Electronic component (semiconductor element)
3,303
6
Claims (11)
前記電子部品は、複数の機能領域を有し、
前記機能領域に対応して設けた、少なくとも2種類以上の異なる機能を有する前記突起電極を介して接続したことを特徴とする電子部品実装構造体。 In the electronic component mounting structure in which the plurality of electrode terminals of the electronic component and the plurality of connection terminals formed on the substrate corresponding to the electrode terminal are joined by the protruding electrode made of at least a conductive filler and a resin material,
The electronic component has a plurality of functional areas,
An electronic component mounting structure, wherein the electronic component mounting structure is connected via the protruding electrodes provided corresponding to the functional regions and having at least two different types of functions.
第1機能領域に設けた第1突起電極よりも、第2機能領域に設けた第2突起電極の弾性変形量を大きくしたことを特徴とする請求項3に記載の電子部品実装構造体。 The functional area of the electronic component has at least a first functional area and a second functional area having lower mechanical strength than the first functional area,
4. The electronic component mounting structure according to claim 3, wherein the amount of elastic deformation of the second protruding electrode provided in the second functional region is larger than that of the first protruding electrode provided in the first functional region.
第2突起電極が斜め円柱状またはコイルバネ状からなることを特徴とする請求項4に記載の電子部品実装構造体。 The first protruding electrode is drum-shaped,
5. The electronic component mounting structure according to claim 4, wherein the second protruding electrode has an oblique cylindrical shape or a coil spring shape.
前記基板の前記接続端子と前記半導体素子の前記突起電極とが、接触により電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電子部品実装構造体。 The electronic component is a semiconductor element provided with the protruding electrode;
The electronic component mounting structure according to claim 1, wherein the connection terminal of the substrate and the protruding electrode of the semiconductor element are electrically connected by contact.
基板の接続端子上に絶縁性樹脂を形成する工程と、
前記電子部品の前記突起電極と、前記基板の前記接続端子と位置合わせして接合する工程と、
前記絶縁性樹脂を硬化する工程と、
を含むことを特徴とする電子部品実装構造体の製造方法。 Forming bump electrodes having different functions corresponding to the functional area of the electronic component;
Forming an insulating resin on the connection terminals of the substrate;
A step of aligning and bonding the protruding electrode of the electronic component and the connection terminal of the substrate;
Curing the insulating resin;
The manufacturing method of the electronic component mounting structure characterized by including this.
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