JP2009176979A - 接続子の接続方法および該接続方法を用いた接続子の接続構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明の目的は、良好な接続強度を安定して得ることができる接続子の接続方法および該接続方法を用いた接続構造を提供する。
【解決手段】 湾曲形状の一方の先端に接続面２１を有する接続子２を、前記接続面と平行を成すと共に該接続面よりも広い取付け面１１を有する半導体チップ１上に半田３を用いて面接続する接続子の接続方法において、所定量の溶融させた半田において、浮力を得るために少なくとも前記接続面の面積および自重が考慮された接続子を用意する工程と、用意した接続子よりも半田との親和性有するメッキ２４を前記接続面に施す工程と、前記半導体チップの前記取付け面上に、前記メッキを施した接続子を半田を用いて取付ける工程と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体チップ上に配置する接続子の接続方法および該方法を用いた接続構造に関するものである。
特許文献１および特許文献２などには、半導体チップ上に配置される接続子が半田を用いて取付けられている様子が開示されている。接続子には、一般的に銅が用いられており、銅の良好な導電性を利用して半導体チップが外部と電気的に接続される。
半導体チップにおいて、接続子を取り付けるための取り付け面には予め半田が塗布されており、該取付け面の面積は、接続子の接続面の面積よりも広く形成されている。この取付け部位と接続子の接続面との間に供給される半田によって、半導体チップと接続子とが接続される。
一方、特許文献３には、金属メッキ１０を施したアイランド１が示されており、該アイランド１０上に配置される半導体チップ５をろう材（半田）６によって取り付けることを開示している。尚、金属メッキが施されたアイランド１には、配置される半導体チップ５の周囲を取り囲むように、当該アイランド１の縁端の周辺の金属メッキ１０が線状に取り除かれている。このように、金属メッキ１の一部が取り除かれることによって、半導体チップ５をアイランド１上に配置して取り付ける際、金属メッキ１０が取り除かれたことによる濡れ性の悪さを利用して、ろう材６の過剰な流出の防止を図っている。
ところで、前記した特許文献３に開示されている濡れ性の悪さを利用する先行技術を、特許文献１および特許文献２などに適用することも考えられる。すなわち、接続子が配置される半導体チップの取付け面に予めメッキを施し、このメッキの一部を配置される接続子の外周形状に応じて取り除く。このようにメッキの一部が取り除かれたことで、接続子を取り付ける際、濡れ性の悪さを利用して、半田の過剰な流出の防止を図ることができる。
特開２００３−１９７８２８ 実開平５−９３０４７ 実開昭６３−１１４０２７
しかし、前記した接続子の取り付けでは、濡れ性の悪さを利用して半田の流出を防止することができるものの、流出が抑制される半田は、湾曲形状の接続子に這い上がり易くなる恐れがある。この場合、半田の這い上がりの有無によって、接続子を取り付けるための半田量の過不足を招いてしまい、良好な接続強度を安定して得ることができない恐れがある。
また、半田が這い上がる量を見越して予め半田の供給量を多くした場合には、溶融させた半田における接続子の浮力と自重とのバランス調整が難しく、半田の這い上がりの有無又は這い上がり量によって、溶融させた半田において、接続子の浮力を得ることができず、溶融半田の表面張力を利用して所望の位置に接続子を配置させる、いわゆるセルフアライメントを図ることができず、良好な接続強度を安定して得ることができない恐れがある。
そこで、本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は良好な接続強度を安定して得ることができる接続子の接続方法および該接続方法を用いた接続構造を提供することにある。
本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、湾曲形状の一方の先端に接続面を有する接続子を、前記接続面と平行を成すと共に該接続面よりも広い取付け面を有する半導体チップ上に半田を用いて面接続する接続子の接続方法において、所定量の溶融させた半田において、浮力を得るために少なくとも前記接続面の面積および自重が考慮された接続子を用意する工程と、用意した接続子よりも半田との親和性有するメッキを前記接続面に施す工程と、前記半導体チップの前記取付け面上に、前記メッキを施した接続子を半田を用いて取付ける工程と、を備えることを特徴とする。
湾曲形状の一方の先端に接続面を有する接続子を、前記接続面と平行を成すと共に該接続面よりも広い取付け面を有する半導体チップ上に半田を用いて面接続する接続子の接続構造において、前記接続子は、所定量の溶融させた半田において浮力を得るために少なくとも前記接続面の面積および自重が考慮されており、当該接続子よりも半田との親和性有するメッキが前記接続面に施されており、前記半導体チップの前記取付け面上に、前記メッキが施された接続子が半田を用いて取付けられていることを特徴とする。
本発明によれば、少なくとも接続面の面積および自重を考慮して、所定量の溶融させた半田において浮力を得る接続子の裏面に、接続子よりも半田との親和性有するメッキを選択的に施すことにより、半田との親和性効果を利用して半田の這い上がりを防止する。これにより半田の這い上がりを防止することができ、半田の這い上がりの有無によって生じる接続子を取り付けるための半田量の過不足が無く、もって良好な接続強度を安定して得ることができる。
また、本発明によれば、接続子の接続面にメッキを施すことにより、半田との親和性を利用して半田の這い上がりを防止することができることから、半田の供給量を予め定めることができ、また定めた条件下の溶融半田において浮力を得る接続子を予め用意することができる。これにより、溶融半田における表面張力を利用して所望の位置に接続子を配置させることができ、良好なセルフアライメントを得ることができ、もって良好な接続強度を安定して得ることができる。
本発明の接続子の取付構造１０は、図１に示すように半導体チップ１と、該半導体チップ１上に接続子２を半田３を用いて取付けられた構造であり、これらが図示省略のフレーム上に実装される。
半導体チップ１の表面には電極が形成されており、該電極は接続子２を取付けるための取付け面１１として機能する。
接続子２は、アルミを主材とする矩形状の板材に折り曲げ加工を施して形成される。矩形状の板材の一端側が半導体チップの取付け面と対向する接続面２１を成し、他端側が半導体チップの底面と同じ面高さを有する第２の接続面２３を成し、該接続面２１の端から上部へ向って弧を描き第２の接続面２３へと続く湾曲部２２を成し、これらが一体的に形成されている。
接続子２は、半導体チップ１と半田３を介して接続するための接続面２１を有しており、該接続面２１は、取り付け面１１よりも狭く形成されている。尚、接続面２１は、半導体チップ１の取付け面１１に半田３で面接続される。
また接続子２は溶融した半田３において浮力を得るべく、自重および接続面２１の面積が適宜設定されている。
接続子２は、図１および図２に示すように接続面２１が半導体チップ１の取付け面よりも狭くなるように形成されており、接続面２１には縁周および連成される湾曲部２２の近くを除く領域にメッキ２４が施されている。尚、メッキ２４には、半田付けが可能なニッケルや金などが用いられている。
接続面２１に形成されるメッキ２４は、接続子２（素地）よりも半田３との親和性がある。これにより、半田３とメッキ２４との親和性により、溶融した半田３がメッキ２４に接する部位に留まり易く、半田が接続子２の湾曲部２２に這い上がることを防止することができる。
これにより、半田の這い上がりの有無によって生じる接続子を取り付けるための半田量の過不足が生じることがなく、接続に用いる半田量を一定に保つことができるため、半田量に起因する接続強度のブレが低減し、接続子２と半導体チップ１との接続強度を安定させることができる。
また、溶融した半田で浮力を得るように接続子２の自重および接続面２１の面積を適宜設定すると共に、接続面２１にメッキ２４を施すことにより、溶融半田の表面張力を利用して所望の位置に接続子を配置させる、いわゆるセルフアライメントを得ることができる。
ところでセルフアライメントをより得るために、接続面２１に施すメッキ２４を接続面２１全面に施すことなく、例えば図２に示すように縁周および連成される湾曲部２２の近くの領域（被メッキ領域２５）を除くようにメッキを施してもよい。また、図３（ａ）に示すように縁周や連成される湾曲部２２の接続辺および該接続面に対向する辺を除いてメッキ２４を施すようにしてもよい。このような形状にメッキを施した場合でも、溶融した半田によるセルフアライメントを得ることができる。
また、図３（ｂ）に示すように接続面２１に十字を基調とする（十字、田の字など）被メッキ領域２５が形成されるようにメッキ２４を施してもよい。この被メッキ領域２５は、メッキ２４領域と比較して溶融した半田がのり難く、これを利用して被メッキ領域２５を半田に含まれるガスを抜くための経路として活用することができる。尚、被メッキ領域２５はこの形状に限定する必要はなく同様の効果を得ることができる範囲内で、適宜その形状を変更してもよい。
更に図３（ｄ）に示すように、接続面２１に溝２６を設け、溝２６が形成されていない領域にメッキ２４を施すようにしてもよい。この場合も、溝２６が半田に含まれるガスを抜くための経路となる。
加えて、図３（ｃ）に示すように接続面２１に市松模様のようにメッキ２４を施してもよく、この場合、メッキ２４を施す領域を分割することで、四隅に施したメッキ２４でセルフアライメント効果を得ることができる。更に、四隅の中心に施されたメッキ２４付近は熱応力が低いため熱応力の影響を受けにくく、結果的に熱疲労の防止も図ることができる。
次に、接続子の接続方法を説明する。
先ず、アルミを主材とする接続子２を用意する（ステップＳ1）。
接続子２は、図１に示すように、湾曲部２２の一方の先端に接続面２１を有し、他方の先端に第２の接続面２３を有しており、これらが一体的に形成されている。
尚、用意する接続子２は、溶融した半田において浮力を得るべく、少なくとも自重および接続面２１の面積が適宜設定されている。
次に、用意した接続子２の接続面２１であって、半導体チップ１上の取付け面１１に対向する裏面側にニッケルを用いてメッキ２４を施す（ステップＳ２）。尚、メッキは、接続面２１全面に施されておらず、具体的には縁周および連成される湾曲部２２の近くの領域にはメッキが施されていない。尚、ニッケルを用いたメッキ２４は、アルミと比較して半田との親和性があり、いわゆる半田の濡れが良い。
従って、素地がアルミの接続子２の接続面２１にメッキを施し、これに溶融した半田が供給されると、半田との親和性の乖離差によって、メッキに半田が留まり易い。
次に、取付け面１１と接続面２１とを対向させるべく、半導体チップ１上に接続子２を配置し、取付け面１１と接続面２１との間を半田を用いて接続する（ステップＳ３）。
尚、半田を用いた接続は、半導体チップ１上に接続子２を配置した後に溶融した半田を適量供給してもよく、また予め半導体チップ上の取付け面１１上にクリーム半田などを塗布しておき、その上に接続子２を配置した後、リフローによって半田を溶融させてもよい。
いずれの場合であっても、取付け面１１と接続面２１との間において、接続面２１に施されたメッキの親和性により、溶融した半田はメッキ上に留まり易い。これにより、半田が接続子２の湾曲部２２に這い上がることを防止することができ、半田の這い上がりの有無によって生じる接続子を取り付けるための半田量の過不足が生じることがなく、接続に用いる半田量を一定に保つことができるため、半田量に起因する接続強度のブレを低減できる、結果的に接続子２と半導体チップ１との接続強度を安定させることができる。
また、本発明の接続方法によれば、接続子２は溶融半田の表面張力を利用して浮力を得ており、セルフアライメント効果を得て、半導体チップ１上の所望位置に接続子２を配置させることができ、適切な配置によって接続子２と半導体チップ１との接続強度をより安定させることができる。
前記した実施例の説明に用いた図では、接続子２の接続面２１に施すメッキの形状は方形状を基本とする例で説明を行ったが、本発明はこれに限る必要はなく、本発明と同様の効果を得ることができる範囲内において例えば円状、矩形状、縞状などの様々な形状にメッキを施すようにしても良い。
また、前記した実施例の説明に用いた図では、接続子２の接続面２１や半導体チップ１の取付け面１１の面形状は方形を例に説明を行ったが、本発明はこれに限る必要は無く、面形状を適宜変更しても良い。また、面形状以外のその他の構成の形状も、実施例の説明に用いた図の形状に限定する必要は無く、本発明と同様の効果を得ることができる範囲内で適宜、その形状を変更してもよい。
本発明の接続子の接続構造を示す側面図である。 本発明の接続子の接続構造における接続面２１に施されるメッキ形状を示す図である（接続子の湾曲部の記載が割愛されている）。 本発明の接続子の接続構造における接続面２１に施される他のメッキ形状を示す図である。
符号の説明
１ 半導体チップ
２ 接続子
３ 半田
１０ 接続子の接続構造
１１ 取付け面
２１ 接続面
２２ 湾曲部
２３ 第２の接続面
２４ メッキ
２５ 被メッキ領域
２６ 溝

Claims (14)

  1. 湾曲形状の一方の先端に接続面を有する接続子を、前記接続面と平行を成すと共に該接続面よりも広い取付け面を有する半導体チップ上に半田を用いて面接続する接続子の接続方法において、
    所定量の溶融させた半田において、浮力を得るために少なくとも前記接続面の面積および自重が考慮された接続子を用意する工程と、
    用意した接続子よりも半田との親和性有するメッキを前記接続面に施す工程と、
    前記半導体チップの前記取付け面上に、前記メッキを施した接続子を半田を用いて取付ける工程と、を備えることを特徴とする接続子の接続方法。
  2. 前記接続面において前記湾曲形状の一方の先端から所定の間隔を置いてメッキを施すことを特徴とする請求項１記載の接続子の接続方法。
  3. 前記接続面において縁周を除く領域にメッキを施すことを特徴とする請求項１記載の接続子の接続方法。
  4. 前記接続面において半田のガス抜きのための被メッキ領域を有するようにメッキを施すことを特徴とする請求項１記載の接続子の接続方法。
  5. 前記接続面において市松模様状にメッキを施すことを特徴とする請求項１記載の接続子の接続方法。
  6. 前記接続子は、アルミを主材とすることを特徴とする請求項１記載の接続子の接続方法。
  7. 前記メッキには、ニッケルが用いられていることを特徴とする請求項１記載の接続子の接続方法。
  8. 湾曲形状の一方の先端に接続面を有する接続子を、前記接続面と平行を成すと共に該接続面よりも広い取付け面を有する半導体チップ上に半田を用いて面接続する接続子の接続構造において、
    前記接続子は、所定量の溶融させた半田において浮力を得るために少なくとも前記接続面の面積および自重が考慮されており、当該接続子よりも半田との親和性有するメッキが前記接続面に施されており、
    前記半導体チップの前記取付け面上に、前記メッキが施された接続子が半田を用いて取付けられていることを特徴とする接続子の接続構造。
  9. 前記接続面において前記湾曲形状の一方の先端から所定の間隔を置いてメッキが施されていることを特徴とする請求項８記載の接続子の接続構造。
  10. 前記接続面において縁周を除く領域にメッキが施されていることを特徴とする請求項８記載の接続子の接続構造。
  11. 前記接続面において半田のガス抜きのための被メッキ領域を有するようにメッキが施されていることを特徴とする請求項８記載の接続子の接続構造。
  12. 前記接続面において市松模様状にメッキが施されていることを特徴とする請求項８記載の接続子の接続構造。
  13. 前記接続子は、アルミを主材とすることを特徴とする請求項８記載の接続子の接続構造。
  14. 前記メッキには、ニッケルが用いられていることを特徴とする請求工８記載の接続子の接続構造。
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