JP2009177078A - Mounting structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、実装構造に関する。 The present invention relates to a mounting structure.
電子部品の実装構造および実装方法に関して、例えば、特開平8−70019号公報に示されるように、二つの電子部品にそれぞれバンプ電極を設け、少なくとも一方の電子部品のバンプ電極にエッチングによって微細な凹凸を形成し、二つの電子部品のバンプ電極同士が互いに対向するように二つの電子部品を配置し、二つの電子部品を加圧して接続する技術がある。 Regarding the mounting structure and mounting method of an electronic component, for example, as shown in JP-A-8-70019, bump electrodes are provided on two electronic components, and fine bumps are formed on the bump electrode of at least one electronic component by etching. Is formed, two electronic components are arranged so that the bump electrodes of the two electronic components face each other, and the two electronic components are pressurized and connected.
この技術によれば、一方の電子部品のバンプ電極に他方の電子部品のバンプ電極の凸部が食い込むので、アンカーリング効果(投錨効果)によって両バンプ電極が接続される。したがって、低温での実装が可能であり、電子部品を破壊することなく接続することができる。また、バンプ電極で接合されるため、ハンダを使った実装方法と比較して、バンプ電極をファインピッチ化することができる。
上記先行技術では、バンプ電極に形成された微細な凹凸形状が制御されていないため、互いに対向するバンプ電極に形成された凸部同士が接触し押圧されて変形することにより接合される面積は、バンプ電極の接合面の面積に比べて非常に小さくなってしまう。接合時の荷重を大きくすることによって、凸部同士の接触・押圧でなくとも十分な接合強度を得る手法が考えられるが、この手法では、大きな荷重をかけることにより電子部品にダメージを与えてしまうおそれがある。 In the above prior art, since the fine uneven shape formed on the bump electrode is not controlled, the areas joined by pressing and deforming the convex portions formed on the bump electrodes facing each other, The area of the bonding surface of the bump electrode is very small. By increasing the load during bonding, a method to obtain sufficient bonding strength even if it is not contact / press between convex parts can be considered, but this method damages electronic components by applying a large load There is a fear.
本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、二つの電子部品のバンプ電極同士が小さい荷重によって十分な機械的強度をもって接合された実装構造を提供することである。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a mounting structure in which bump electrodes of two electronic components are joined with a sufficient mechanical strength by a small load. It is.
本発明による実装構造は、少なくとも一つの第一のバンプ電極を有する半導体チップと、少なくとも一つの第二のバンプ電極を有する基板とを有している。前記第一のバンプ電極と前記第二のバンプ電極が互いに機械的かつ電気的に接合されており、これにより、前記半導体チップと前記基板とが互いに機械的かつ電気的に接合されている。前記第一と第二のバンプ電極のおのおのは、互いに接合される前に、一方向に延びている少なくとも一本の山型突起を有している。前記第一と第二のバンプ電極は、それらの前記山型突起が少なくとも部分的に互いに対向するように配置されて互いに押圧されたことによりそれらの前記山型突起が互いに塑性変形したことによって互いに機械的かつ電気的に接合されている。 The mounting structure according to the present invention includes a semiconductor chip having at least one first bump electrode and a substrate having at least one second bump electrode. The first bump electrode and the second bump electrode are mechanically and electrically bonded to each other, whereby the semiconductor chip and the substrate are mechanically and electrically bonded to each other. Each of the first and second bump electrodes has at least one mountain-shaped protrusion extending in one direction before being bonded to each other. The first and second bump electrodes are arranged such that their chevron projections are arranged at least partially opposite each other and pressed against each other, so that the chevron projections are plastically deformed with each other. It is mechanically and electrically joined.
本発明によれば、二つの電子部品のバンプ電極同士が小さい荷重によって十分な機械的強度をもって接合された実装構造が提供される。 According to the present invention, a mounting structure is provided in which bump electrodes of two electronic components are joined with a sufficient mechanical strength by a small load.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施形態による実装構造を示す側面図であり、図2は本発明の一実施形態による実装構造を示す斜視図である。図1と図2のいずれも、半導体チップと基板とが互いに接合される前の状態を示している。 FIG. 1 is a side view showing a mounting structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing the mounting structure according to an embodiment of the present invention. 1 and 2 both show a state before the semiconductor chip and the substrate are bonded to each other.
図1と図2に示すように、実装構造100は、半導体チップとしてのMEMSチップ110と、基板としての配線基板130とを有している。MEMSチップ110は例えばSiから作製され、配線基板130は例えばSiO2もしくは石英から作製される。MEMSチップ110は半導体チップの一例であり、半導体チップはMEMSチップに限定されない。配線基板130は基板の一例であり、基板は配線基板に限定されない。配線基板130は例えばMEMS基板であってよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
MEMSチップ110は、中心部付近にMEMSチップ側機能部112を有している。MEMSチップ110は、少なくとも一つのバンプ電極150Aを有している。例えば、MEMSチップ110は、複数のバンプ電極150Aを有している。MEMSチップ110は、これに限らないが、例えば四つバンプ電極150Aを有している。バンプ電極150Aは、MEMSチップ側機能部112の周辺に設けられている。
The MEMS
配線基板130は、MEMSチップ側機能部112に対応する位置に配線基板側機能部132を有している。配線基板130は、少なくとも一つのバンプ電極150Bを有している。例えば、配線基板130は、複数のバンプ電極150Bを有している。配線基板130は、これに限らないが、例えば四つのバンプ電極150Bを有している。バンプ電極150Bは、MEMSチップ側機能部112の周辺に設けられている。
The
バンプ電極150Aとバンプ電極150Bは互いに対応する位置に設けられている。具体的には、バンプ電極150Aとバンプ電極150Bは、MEMSチップ110と配線基板130とが適切に対向して配置された状態において、少なくとも部分的に対向するように、好ましくは全体的に対向するように設けられている。
The
バンプ電極150Aとバンプ電極150Bは同じ構造体であり、同様の形状をしている。続く説明では、バンプ電極150Aとバンプ電極150Bを区別する必要がないときは、両者を代表的に単にバンプ電極150と呼ぶ。バンプ電極150の詳細形状を図3に示す。図3に示すように、バンプ電極150は、MEMSチップ110や配線基板130に固定された面の反対側に、少なくとも一つの山型突起152を有している。例えば、バンプ電極150は、複数の山型突起152を有している。バンプ電極150は、これに限らないが、例えば五つの山型突起152を有している。山型突起152は、これに限らないが、例えば三角形の断面を有している。これに限らないが、一例では、バンプ電極150は、全体の外形が100μm程度、高さが50μm程度であり、五つの山型突起152が20μmピッチで配置され、山型突起152の高さはいずれも20μmである。
The
前述したように、バンプ電極150Aとバンプ電極150Bは互いに対応する位置に設けられている。このため、MEMSチップ110と配線基板130とが適切に対向して配置された状態では、バンプ電極150Aの山型突起152Aとバンプ電極150Bの山型突起152Bは、少なくとも部分的に互いに対向し、好ましくは全体的に互いに対向する。
As described above, the
バンプ電極150の作製方法について以下に説明する。まず、MEMSチップ110や配線基板130の所定の位置に一般的なAuスタッドバンプを形成する。このスタッドバンプの上部を十分に平面度が小さい部材により押圧してレベリングする。形成する山型突起152に対応した凹凸を有する冶具を用意し、その凹凸でレベリング済みのスタッドバンプの表面を押圧して変形させることにより、冶具表面の凹凸を転写して山型突起152を形成する。このようにして、山型突起152を有するバンプ電極150をMEMSチップ110と配線基板130に作製しておく。
A method for manufacturing the
図4に示すように、バンプ電極150Aとバンプ電極150Bは、MEMSチップ110と配線基板130とが適切な位置関係で対向して配置された状態において、バンプ電極150Aの山型突起152Aが延びている方向とバンプ電極150Bの山型突起152Bが延びている方向とが、MEMSチップ110と配線基板130の間に広がる平面への投影において、互いに交差するように、例えば互いに直交するように、MEMSチップ110と配線基板130にそれぞれ設けられている。
As shown in FIG. 4, the
上記のようにMEMSチップ110と配線基板130にそれぞれバンプ電極150Aとバンプ電極150Bを形成し、図1と図2に示すように、MEMSチップ110と配線基板130をアライメントしてバンプ電極150Aとバンプ電極150Bが互いに対向するように配置した後、MEMSチップ110と配線基板130を加圧・加熱してバンプ電極150Aとバンプ電極150Bを互いに接合する。例えば、接合工程に用いる装置は一般的なフリップチップボンダであり、印加圧力は一つのバンプ電極当たり約200gf以下、印加温度は常温〜100℃程度である。
As described above, the
次に、実装時にバンプ電極が互いに接合されるメカニズムについて説明する。アライメント後、MEMSチップ110と配線基板130とを互いに近づけていくと、バンプ電極150Aとバンプ電極150Bは図4の位置関係から互いに近づけられ、バンプ電極150Aの山型突起152Aとバンプ電極150Bの山型突起152Bが互いに接触する。この状態から適切な荷重でMEMSチップ110と配線基板130とを互いに押圧することにより、バンプ電極150A,150Bの全体形状は変形することなく、バンプ電極150Aの山型突起152Aとバンプ電極150Bの山型突起152Bが塑性変形する。
Next, a mechanism for bonding the bump electrodes to each other during mounting will be described. After the alignment, when the
MEMSチップ110と配線基板130は、バンプ電極150Aとバンプ電極150Bが互いに機械的かつ電気的に接合されていることにより、互いに機械的かつ電気的に接合されており、バンプ電極150Aとバンプ電極150Bは、バンプ電極150Aの山型突起152Aとバンプ電極150Bの山型突起152Bとが少なくとも部分的に互いに対向するように配置されて互いに押圧されたことにより、バンプ電極150Aの山型突起152Aとバンプ電極150Bの山型突起152Bとが互いに塑性変形したことによって、互いに機械的かつ電気的に接合されている。
The
図5は、山型突起152Aが塑性変形したバンプ電極150Aを示している。また図6は、山型突起152Bが塑性変形したバンプ電極150Bを示している。図5と図6において、網掛け部は、互いに押圧されたことにより塑性変形した山型突起152A,152Bの接触界面を示している。また図7は、バンプ電極150A,150Bが図4の位置関係から互いに接触され互いに押圧されたことにより、山型突起152A,152Bが塑性変形する様子を断面で示している。
FIG. 5 shows a
このようにバンプ電極150A,150Bの山型突起152A,152Bが塑性変形することにより、山型突起152A,152Bの接触界面では、金属表面の接合阻害層が破壊され、金属表面が互いに密着して金属接合する。当然、塑性変形を伴わないバンプ電極同士の接触では、バンプ電極の表面に存在する接合阻害層の影響により、金属接合は起こらない。
As described above, the
このように、山型突起152A,152Bの接触界面が金属接合することにより、バンプ電極150A,150Bは互いに機械的かつ電気的に接合される。その結果、MEMSチップ110と配線基板130とが互いに機械的かつ電気的に接合される。
As described above, the contact surfaces of the
実装後(すなわちMEMSチップ110と配線基板130の接合後)の実装構造100では、MEMSチップ110と配線基板130は、バンプ電極150Aとバンプ電極150Bが互いに機械的かつ電気的に接合されていることにより、互いに機械的かつ電気的に接合されている。また、バンプ電極150Aとバンプ電極150Bは、バンプ電極150Aの山型突起152Aとバンプ電極150Bの山型突起152Bとが少なくとも部分的に互いに対向するように配置されて互いに押圧されたことにより、バンプ電極150Aの山型突起152Aとバンプ電極150Bの山型突起152Bとが互いに塑性変形したことによって、互いに機械的かつ電気的に接合されている。
In the mounting
本実施形態では、バンプ電極150A,150Bに山型突起152A,152Bを形成し、バンプ電極150A,150Bの山型突起152A,152Bを互いに接触させて互いに押圧して塑性変形させることによって、MEMSチップ110と配線基板130とが互いに機械的かつ電気的に接合される。山型突起152A,152Bは比較的容易に塑性変形するので、MEMSチップ110と配線基板130を互いに押圧する荷重が比較的小さいながらも、バンプ電極150A,150Bの相互間に比較的大きい塑性変形量・金属接合面積が得られるため、MEMSチップ110と配線基板130が効果的な接合強度をもって接合される。
In the present embodiment, the
一方、図8に示される通常のバンプ電極170で十分な塑性変形量・金属接合面積つまり十分な接合強度を得るためには、バンプ電極170の全体を塑性変形させる必要があり、大きな荷重が必要となる。その結果、MEMSチップにダメージを与えてしまうおそれがある。また、本実施形態と同様の効果を期待して、バンプ電極170の表面にランダムに凹凸を形成して比較的低い荷重で実装を行う手法も考えられるが、この手法では、凸部同士が接触・変形する部分もあるが、多くの部分では凸部と凹部が互いに接触すると予想され、十分な塑性変形量・金属接合面積つまり十分な接合強度を得ることは難しい。
On the other hand, in order to obtain a sufficient amount of plastic deformation and a metal bonding area, that is, a sufficient bonding strength with the
本実施形態では、図3に示すような山型突起をバンプ電極150に設けているが、ほかの形状として、例えばアレイ状の微小な凸部をバンプ電極150に設ける手法も考えられる。しかし、このようなアレイ状の凸部をバンプ電極150に設けた場合、確実に凸部同士を接触させるためには、接合時に非常に高精度な位置あわせが必要となってしまう。これに対して、本実施形態では、図4に示すように山型突起152A,152Bが角度的に90度ずらして対向することにより、MEMSチップ110と配線基板130のアライメントが多少ずれしたとしても、山型突起同士の接触が確実に得られる。
In the present embodiment, the mountain-shaped projections as shown in FIG. 3 are provided on the
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. Also good.
例えば、山型突起152を塑性変形させる際に加熱して金属接合の形成の促進を図っているが、加熱することなく常温で接合することも可能である。また、実装工程前にバンプ電極150の表面をプラズマ照射等の手段で洗浄して接合強度の向上を図ってもよい。
For example, although the
また、バンプ電極150に高さ20μm程度の五つの山型突起152を設けているが、山型突起152の高さや個数もこれに限定されるものではない。ただし、高アスペクト比であることが望ましい。また、バンプ電極150の材質や作製方法に関しても、いろいろな変形例が考えられる。例えば、バンプ電極150の材質に関しては、Cuや各種ハンダ材料であってもよく、作製方法に関しては、スタッドバンプに冶具形状を転写する以外に、メッキ法によってバンプと山型突起の形成を行なってもよい。
In addition, although the five
100…実装構造、110…MEMSチップ、112…MEMSチップ側機能部、130…配線基板、132…配線基板側機能部、150…バンプ電極、150A…バンプ電極、150B…バンプ電極、152…山型突起、152A…山型突起、152B…山型突起。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
少なくとも一つの第二のバンプ電極を有する基板とを有し、
前記半導体チップと前記基板は、前記第一のバンプ電極と前記第二のバンプ電極が互いに機械的かつ電気的に接合されていることにより、互いに機械的かつ電気的に接合されており、
前記第一と第二のバンプ電極のおのおのは、互いに接合される前に、一方向に延びている少なくとも一本の山型突起を有しており、前記第一と第二のバンプ電極は、それらの前記山型突起が少なくとも部分的に互いに対向するように配置されて互いに押圧されたことによりそれらの前記山型突起が互いに塑性変形したことによって互いに機械的かつ電気的に接合されている、実装構造。 A semiconductor chip having at least one first bump electrode;
A substrate having at least one second bump electrode;
The semiconductor chip and the substrate are mechanically and electrically joined to each other by mechanically and electrically joining the first bump electrode and the second bump electrode to each other;
Each of the first and second bump electrodes has at least one mountain-shaped protrusion extending in one direction before being bonded to each other, and the first and second bump electrodes are The chevron projections are mechanically and electrically joined to each other by being plastically deformed with each other because the chevron projections are arranged at least partially opposite each other and pressed against each other. Mounting structure.
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