JP2010272818A - Mounting structure, and method of manufacturing the same - Google Patents
Mounting structure, and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010272818A JP2010272818A JP2009125678A JP2009125678A JP2010272818A JP 2010272818 A JP2010272818 A JP 2010272818A JP 2009125678 A JP2009125678 A JP 2009125678A JP 2009125678 A JP2009125678 A JP 2009125678A JP 2010272818 A JP2010272818 A JP 2010272818A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor element
- substrate
- bump
- mounting structure
- terminal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L24/14—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of a plurality of bump connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
- H01L2224/0601—Structure
- H01L2224/0603—Bonding areas having different sizes, e.g. different heights or widths
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
- H01L2224/061—Disposition
- H01L2224/06102—Disposition the bonding areas being at different heights
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
- H01L2224/14—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of a plurality of bump connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/8119—Arrangement of the bump connectors prior to mounting
- H01L2224/81193—Arrangement of the bump connectors prior to mounting wherein the bump connectors are disposed on both the semiconductor or solid-state body and another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
- H01L2224/818—Bonding techniques
- H01L2224/8184—Sintering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
- H01L2224/8319—Arrangement of the layer connectors prior to mounting
- H01L2224/83192—Arrangement of the layer connectors prior to mounting wherein the layer connectors are disposed only on another item or body to be connected to the semiconductor or solid-state body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
- H01L2224/838—Bonding techniques
- H01L2224/8384—Sintering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
- H01L2924/1204—Optical Diode
- H01L2924/12041—LED
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/151—Die mounting substrate
- H01L2924/156—Material
- H01L2924/15786—Material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
- H01L2924/15787—Ceramics, e.g. crystalline carbides, nitrides or oxides
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
Abstract
Description
本発明は、実装構造体、およびその製造方法に関し、特に実装構造体を構成する半導体素子と基板とを接合する接合構造の改良に関する。 The present invention relates to a mounting structure and a method for manufacturing the same, and more particularly to an improvement in a bonding structure for bonding a semiconductor element and a substrate constituting the mounting structure.
半導体素子などの電子部品を、セラミックやポリイミド等の基板上に実装する方法として、金属ナノ粒子を接合材料として用いた方法が注目されている。金属ナノ粒子とはAu、Ag、Cu、Sn等の100nm未満のサイズの金属粒子である。この金属ナノ粒子は、微細化により、表面活性度が高く且つ融点が低くなっており、低温(例えば150〜350℃)での焼結が可能である。 As a method for mounting an electronic component such as a semiconductor element on a substrate such as ceramic or polyimide, a method using metal nanoparticles as a bonding material has attracted attention. Metal nanoparticles are metal particles having a size of less than 100 nm, such as Au, Ag, Cu, and Sn. The metal nanoparticles have high surface activity and low melting point due to miniaturization, and can be sintered at a low temperature (for example, 150 to 350 ° C.).
また、金属ナノ粒子は、互いに結合してサイズが大きくなると、厚みがミリメートル単位以上である通常サイズの金属材料(以下、バルク金属材料という)と同等の高い融点となる。このため、電子部品の実装時の熱ストレスの低減および実装後の耐熱温度の向上が要求される幅広い製品への適用に好適である。また、導電ペースト(例えば、エポキシ系導電性接着剤)を使用して接合する場合と比較して、金属ナノ粒子を使用しての接合は、樹脂ではなく金属を溶融して接合が行われる。したがって、抵抗率が低く、接合強度の大きい、より優れた接合が実現される。 Further, when the metal nanoparticles are bonded to each other to increase in size, the metal nanoparticles have a high melting point equivalent to that of a metal material of normal size (hereinafter referred to as a bulk metal material) having a thickness of millimeter units or more. For this reason, it is suitable for application to a wide range of products that require reduction of thermal stress during mounting of electronic components and improvement of heat-resistant temperature after mounting. Moreover, compared with the case where it joins using an electrically conductive paste (for example, epoxy-type conductive adhesive), joining using a metal nanoparticle melt | dissolves a metal instead of resin, and joining is performed. Therefore, a more excellent bonding with a low resistivity and a high bonding strength is realized.
特許文献1に、金属ナノ粒子を接合材料として使用して、半導体素子を基板に実装した実装構造の一例が示されている。特許文献1の実装構造においては、半導体素子の端子に設けられたバンプと、基板の電極との間に金属ナノ粒子を介在させ、その金属ナノ粒子を焼結して半導体素子の端子と基板の電極とを接合している(特許文献1の図1参照)。
しかしながら、金属ナノ粒子を焼結して形成される層は熱伝導率がバルク金属材料よりも小さい。このため、半導体素子のバンプと基板の電極との間に金属ナノ粒子が介在している上記従来技術においては、半導体素子が発生した熱を基板に効果的に放熱することが困難となる。その結果、半導体素子の発熱量が大きい場合には十分な放熱を行うことができず、半導体素子の動作が不安定になる等の様々な不具合が生じる。また、半導体素子がLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)素子である場合には、発光効率が著しく低下したりする等の不具合が生じる。 However, the layer formed by sintering metal nanoparticles has a lower thermal conductivity than the bulk metal material. For this reason, in the prior art in which metal nanoparticles are interposed between the bumps of the semiconductor element and the electrodes of the substrate, it is difficult to effectively dissipate the heat generated by the semiconductor element to the substrate. As a result, when the heat generation amount of the semiconductor element is large, sufficient heat dissipation cannot be performed, and various problems such as an unstable operation of the semiconductor element occur. In addition, when the semiconductor element is an LED (Light Emitting Diode) element, problems such as a significant decrease in light emission efficiency occur.
さらには、近年、半導体素子の処理能力はますます向上し、その発熱量もますます大きくなる傾向にあることから、半導体素子から基板への良好な放熱性が求められている。そのためには、半導体素子の端子または基板の電極と、これらを接合する接合部(バンプ等)との接触面積を大きくするのが効果的である。しかしながら、放熱性を良好とするためにバンプの面積を大きくすると、接合のために、より大きな荷重を与えたり、より高温に加熱したりするなどの必要があり、半導体素子を損傷する危険性が増大する。 Furthermore, in recent years, the processing capability of semiconductor elements has been further improved, and the amount of heat generated has also been increasing. Therefore, good heat dissipation from the semiconductor elements to the substrate is required. For this purpose, it is effective to increase the contact area between the terminal of the semiconductor element or the electrode of the substrate and the joint (bump or the like) for joining them. However, if the bump area is increased in order to improve heat dissipation, it is necessary to apply a larger load or heat to a higher temperature for bonding, which may damage the semiconductor element. Increase.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、半導体素子を基板に接合する際の半導体素子の損傷を抑えながら、半導体素子から基板への高い放熱性と、強固な接合性とを達成することができる実装構造体、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 in view of the above problems, and has high heat dissipation from the semiconductor element to the substrate and strong bondability while suppressing damage to the semiconductor element when the semiconductor element is bonded to the substrate. It is an object of the present invention to provide a mounting structure that can be achieved and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するために、本発明は、半導体素子と基板とを備え、前記半導体素子の端子と前記基板の電極とを対向させるとともに、導体からなる接合部により接合して、前記半導体素子を前記基板に実装した実装構造体であって、
前記接合部は、バルク金属材料よりなるバンプと、その周囲に配された、金属粒子を焼結した焼結体とを含み、
前記バンプと前記焼結体とがそれぞれ独立に、前記半導体素子の端子と前記基板の電極とを電気的に接続している実装構造体を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention comprises a semiconductor element and a substrate, the terminal of the semiconductor element and the electrode of the substrate are opposed to each other, and the semiconductor element is bonded by a bonding portion made of a conductor. A mounting structure mounted on the substrate,
The joint includes a bump made of a bulk metal material, and a sintered body that is disposed around the bump and sinters metal particles,
Provided is a mounting structure in which the bump and the sintered body electrically connect the terminal of the semiconductor element and the electrode of the substrate independently.
ここで、バルク金属材料とは、目視により形が判別し得る程度の大きさ、つまり厚みがマイクロメートル単位以上の通常の大きさの金属材料をいう。 Here, the bulk metal material refers to a metal material having a size that can be visually discriminated, that is, a normal size having a thickness of a micrometer unit or more.
本発明の好ましい形態の実装構造体においては、前記金属粒子は、平均粒径が0.5nm以上且つ100nm以下の金属ナノ粒子である。 In a mounting structure according to a preferred embodiment of the present invention, the metal particles are metal nanoparticles having an average particle diameter of 0.5 nm or more and 100 nm or less.
本発明の別の好ましい形態の実装構造体においては、前記半導体素子の端子または前記基板の電極は、前記バンプとの接触面積が、前記焼結体との接触面積よりも大きい。 In another preferred embodiment of the mounting structure of the present invention, the contact area of the terminal of the semiconductor element or the electrode of the substrate with the bump is larger than the contact area with the sintered body.
本発明の別の好ましい形態の実装構造体においては、前記半導体素子は、少なくとも1つの端子が、複数個の前記バンプを含む接合部により前記基板の電極と接合されている。 In another preferred form of the mounting structure of the present invention, at least one terminal of the semiconductor element is bonded to the electrode of the substrate by a bonding portion including a plurality of the bumps.
本発明の別の好ましい形態の実装構造体においては、前記半導体素子の端子は、略全面が前記接合部と接触しており、その中央部における前記バンプとの接触面積の比率が、その周辺部における前記バンプとの接触面積の比率よりも大きい。 In another preferred embodiment of the mounting structure of the present invention, the entire surface of the terminal of the semiconductor element is in contact with the bonding portion, and the ratio of the contact area with the bump in the central portion is the peripheral portion. Is larger than the ratio of the contact area with the bump.
本発明の別の好ましい形態の実装構造体においては、前記バンプが所定の間隔をおいて互いに平行に並ぶ複数の列をなすように形成されている。 In another preferred embodiment of the mounting structure of the present invention, the bumps are formed in a plurality of rows arranged in parallel with each other at a predetermined interval.
本発明の別の好ましい形態の実装構造体においては、前記金属粒子が、金、銀および銅、並びにそれらの合金よりなる群から選択される少なくとも1種を含む。 In another preferred embodiment of the mounting structure of the present invention, the metal particles include at least one selected from the group consisting of gold, silver and copper, and alloys thereof.
本発明の別の好ましい形態の実装構造体においては、前記バンプが、金、銀および銅、並びにそれらの合金よりなる群から選択される少なくとも1種を含む。 In another preferred embodiment of the mounting structure of the present invention, the bump includes at least one selected from the group consisting of gold, silver and copper, and alloys thereof.
本発明の別の好ましい形態の実装構造体においては、前記半導体素子の端子または前記基板の電極が、金または金合金を含み、または表面が金または金合金によりコーティングされた導体から構成されている。 In another preferred embodiment of the mounting structure of the present invention, the terminal of the semiconductor element or the electrode of the substrate is made of a conductor containing gold or a gold alloy or having a surface coated with gold or a gold alloy. .
本発明の別の好ましい形態の実装構造体においては、前記半導体素子がLED素子である。 In another preferred embodiment of the mounting structure of the present invention, the semiconductor element is an LED element.
また、本発明は、半導体素子と基板とを備え、前記半導体素子の端子と前記基板の電極とを対向させるとともに、導体からなる接合部により接合して、前記半導体素子を前記基板に実装した実装構造体であって、
前記接合部の少なくとも1つが、バルク金属材料よりなるバンプと、その周囲に配された、金属粒子を焼結した焼結体とを含み、当該接合部は、前記バンプと前記焼結体とがそれぞれ独立に、前記半導体素子の端子と前記基板の電極とを電気的に接続しているとともに、
前記接合部の他の少なくとも1つが、前記バンプのみからなる実装構造体を提供する。
In addition, the present invention includes a semiconductor element and a substrate, the terminal of the semiconductor element and the electrode of the substrate are opposed to each other, and the semiconductor element is mounted on the substrate by bonding with a bonding portion made of a conductor. A structure,
At least one of the joint portions includes a bump made of a bulk metal material and a sintered body that is disposed around the bump and is sintered with metal particles, and the joint portion includes the bump and the sintered body. Independently, while electrically connecting the terminal of the semiconductor element and the electrode of the substrate,
A mounting structure is provided in which at least one of the joints is composed only of the bumps.
さらに、本発明は、半導体素子の端子および基板の電極の少なくとも一方に、バルク金属材料からなるバンプを形成する工程a、
前記半導体素子の端子および前記基板の電極の他方に金属粒子を含むペーストを供給する工程b、
前記半導体素子の端子と前記基板の電極とを対向させ、前記バンプにより前記半導体素子の端子と前記基板の電極とを接合する工程c、並びに
前記バンプの周囲に配された前記金属粒子を含むペーストを加熱して、前記半導体素子の端子と前記基板の電極とをさらに接合するように、前記金属粒子の焼結体を形成する工程d、
を含む実装構造体の製造方法を提供する。
Furthermore, the present invention provides a step a for forming a bump made of a bulk metal material on at least one of a terminal of a semiconductor element and an electrode of a substrate,
Supplying a paste containing metal particles to the other of the terminal of the semiconductor element and the electrode of the substrate b;
A step c in which the terminal of the semiconductor element and the electrode of the substrate are made to face each other, and the terminal of the semiconductor element and the electrode of the substrate are joined by the bump; and a paste containing the metal particles arranged around the bump Forming a sintered body of the metal particles so as to further bond the terminal of the semiconductor element and the electrode of the substrate,
The manufacturing method of the mounting structure containing is provided.
本発明の好ましい形態の製造方法は、さらに、前記形成されたバンプをレベリングする工程eを含む。 The manufacturing method according to a preferred embodiment of the present invention further includes a step e of leveling the formed bump.
本発明の別の好ましい形態の製造方法においては、前記工程cが、前記バンプに超音波振動を付与して行われる。 In another preferable embodiment of the manufacturing method of the present invention, the step c is performed by applying ultrasonic vibration to the bump.
本発明の別の好ましい形態の製造方法においては、前記工程bにおいて、前記ペーストを、前記半導体素子の端子または前記基板の電極の他方の、前記バンプと対向する部分を除いた部分に供給する。 In the manufacturing method according to another preferred embodiment of the present invention, in the step b, the paste is supplied to a portion of the terminal of the semiconductor element or the electrode of the substrate other than the portion facing the bump.
本発明の実装構造体によれば、接合部を構成するバンプおよび金属粒子の焼結体の両方が、直接的に半導体素子の端子および基板の電極と接触して、それらを接合するので、半導体素子が発生した熱を基板へ効果的に放熱することができる。
また、より大きな放熱性およびより強固な接合性を得るために、接合部の接合面積を大きくする場合にも、金属粒子の焼結体の接合面積を大きくすることで、大きな荷重をかけたり、高温に加熱したりすることなしに、半導体素子の端子と基板の電極とを接合することができる。
According to the mounting structure of the present invention, both the bumps constituting the joint and the sintered body of the metal particles are in direct contact with the terminals of the semiconductor element and the electrodes of the substrate to join them. The heat generated by the element can be effectively radiated to the substrate.
Also, in order to obtain greater heat dissipation and stronger bondability, even when increasing the bonded area of the bonded portion, by increasing the bonded area of the sintered body of metal particles, a large load can be applied, The terminal of the semiconductor element and the electrode of the substrate can be joined without heating to a high temperature.
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。
(実施の形態1)
図1に、本発明の実施の形態1に係る実装構造体の概略構成を、一部を断面にした横断面図により示す。図示例の実装構造体10は、基板2と、基板2に実装される半導体素子4とを含んでいる。基板2の表面には、半導体素子4の端子5と接続される電極3が形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a mounting structure according to
半導体素子4は、端子5が基板2の電極3と対向するように配置されており、その状態で導体からなる接合部6により端子5と電極3とが接合されて、半導体素子4は、基板2に実装される。電極3および端子5は、例えばAu(金)、Ag(銀)、Cu(銅)もしくはAl(アルミニウム)、またはそれらの合金から形成することができる。ただし、後で説明する焼結体12との接合性を考慮するならば、電極3および端子5は、酸化しにくいAuもしくはAu合金から形成されるか、または表面をAuまたはAu合金によりコーティングした金属とするのが好ましい。
The
接合部6は、バルク金属材料からなるバンプ8と、その周囲に配される金属粒子の焼結体12とから構成される。バンプ8および焼結体12は、それぞれ、基板2の電極3および半導体素子4の端子5のそれぞれとの接触面を有している。その結果、基板2の電極3と半導体素子4の端子5とは、バンプ8および焼結体12の両方により導通された状態となっている。すなわち、バンプ8と焼結体12とがそれぞれ独立に、半導体素子4の端子5と基板2の電極3とを電気的に接続している。
The
基板2は、例えばアルミナ基板や窒化アルミニウム基板等の放熱性のよい素材から構成された基板とするのが好ましい。その他、メタルコア基板、およびメタルベース基板のような高放熱基板とすることもできる。
The
バンプ8は、マイグレーションや酸化をしにくいことから、Auで形成するのが好ましい。しかしながら、Auの合金、Ag、Agの合金、Cu、またはCuの合金等の熱伝導性の良い導体であれば、バンプ8の素材として好適に使用することができる。
The
焼結体12は金属粒子を含むペーストをバンプ8の周囲に供給し、その金属粒子を焼結して形成される。
図2に、焼結体12を形成するために使用されるペーストの一例を模式的に示す。図示例のペースト14は、導電成分である多数の金属粒子16と、個々の金属粒子16が、互いに融着しないように分離させる分散剤18と、分散剤18により互いに分離された金属粒子16を分散させる分散媒20とから構成されている。なお、図2においては、視認性を考慮して、個々の金属粒子16を断面により示す一方で、分散剤18については、個々の金属粒子16の断面を構成する平面と交わる位置にあるものを正面図により示している。
The
In FIG. 2, an example of the paste used in order to form the sintered compact 12 is shown typically. The illustrated
金属粒子16には、平均粒径が0.5〜100nmの金属粒子(金属ナノ粒子)を使用することができる。そのような金属粒子16の一例として、粒径が3〜7nmである、ハリマ化成(株)製のNPG−Jがある。また、金属粒子16の素材として、Au、Ag、およびCu、並びにそれらの合金を使用することができる。
分散媒20には、テルピネオール、デカノール、テトラデカン、トルエンまたはデカリン等を使用することができる。
As the
As the
次に、図3Aから図3Dを参照して、接合部6により基板2の電極3と半導体素子4の端子5とを接合する手順の一例を説明する。
Next, an example of a procedure for joining the
図3Aにおいては、半導体素子4の一例としてのLED素子の端子5の上に、例えばワイヤーボンディング装置を使用してバンプ8を形成している。このとき、図に示すようにバンプ8の高さに差がある場合には、バンプ8の高さを一定とするようにレベリングを行うのが好ましい。バンプ8は、ワイヤーボンディング装置を使用して形成することができる他、メッキ法、塗布法または印刷法により形成することができる。塗布法または印刷法による場合には、バンプ形成用のペーストを供給した後に、焼成してバンプ8を形成することができる。
In FIG. 3A, bumps 8 are formed on the
また、バンプ8は、端子5の面積が比較的大きい場合には、図3Aに示すように、半導体素子4の1つの端子5の上に複数個形成するのが好ましい。これにより、焼結体12よりも熱伝導性に優れるバンプ8が、1つの端子5の上に分散して存在することになり、半導体素子4が発生した熱をより均一に基板へ放熱することができる。その結果、半導体素子4がLED素子からなる場合にも、その発熱を効果的に放熱することが可能となり、発光効率の低下を効果的に抑制することができる。
When the area of the
一方、図3Bに示すように、基板2の電極3の上には、金属粒子16を含むペースト14を供給する。ペースト14を供給する方法は塗布または印刷によることができる。ペースト14の塗布または印刷の具体的方法を挙げれば、例えば、スクリーンおよびスキージを使用する方法、インクジェット方式、転写用のステージの上に塗布したペースト14を電極上に形成されたバンプ8に転写する方法等がある。
ペースト14を基板2の電極3の上に供給した後、必要に応じて乾燥工程を行うことができる。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, a
After the
なお、半導体素子4がLED素子の場合には、発熱性を有しないN極端子においては特に伝熱性を上げる必要がないので、接合部を、焼結体12を有しないバンプ8のみから構成することができる。これにより、ペースト14の使用量を削減することができる。
In the case where the
次に、図3Cに示すように、図示しないフリップチップボンダーの搭載ツール22により、半導体素子4を、端子5と基板2の電極3とを対向させるようにして保持する。搭載ツール22を通して半導体素子4に超音波振動を印加しながら、バンプ8を基板2の電極3に押し付けるように、半導体素子4を基板2に向かって押圧する。これにより、バンプ8により半導体素子4の端子5と基板2の電極3とが接合される。超音波振動を半導体素子4に印加しながら接合することで、バンプ8と電極2とをより強固に接合することができる。
Next, as shown in FIG. 3C, the
ここで、超音波振動を印加せずに、押圧のみにより、または加熱しながら押圧することにより、バンプ8と電極3とを接合してもよい。超音波振動を印加しないことにより、半導体素子4に与える物理的ダメージを低減することができる。
Here, the
次に、図3Dに示すように、基板2を通してペースト14を加熱することにより、分散剤18および分散媒20を分解するとともに、ペースト14中の金属粒子16(図2参照)同士を互いに溶着させて焼結体12を形成する。焼結体12を形成するための焼成は、例えば電気炉およびホットプレート等を使用して、200〜300℃の温度で基板2を30〜60分間加熱するようにして行うことができる。
Next, as shown in FIG. 3D, by heating the
ここで、焼結体12の形成は、バンプ8と電極3とを接合するときに(図3C参照)同時にペースト14(基板2)を加熱するようにして行ってもよい。これにより、工程数を削減することができる。
また、基板2を通して加熱する方法に限らず、例えば超音波や、電磁波等のエネルギーをペースト14に付与することにより、ペースト14中の金属粒子16を焼結してもよい。
Here, the
Further, the method is not limited to the method of heating through the
以上述べたように、本実施の形態の実装構造体においては、基板2の電極3と半導体素子4の端子5とを接合する接合部6が、バルク金属材料からなるバンプ8と、金属粒子16の焼結体12とから構成されている。このため、接合部6の全てをバンプ8から形成する場合と比較して、基板2の電極3と半導体素子4の端子5とを接合するときに、半導体素子4を基板2に向かって押圧するときの荷重をより小さくすることができる。したがって、接合部6と、基板2の電極3および半導体素子4の端子5との接触面積を容易に大きくすることができ、半導体素子4が発生する熱の放熱性を容易に向上させることができる。また、基板2の電極3と半導体素子4の端子5との接合をより強固なものとすることができるとともに、導電性も向上する。
As described above, in the mounting structure of the present embodiment, the joint 6 that joins the
また、図4に示すように、比較的面積の大きい1つの端子5にバンプ8を複数個設ける場合には、端子5の周辺部よりも中央部により多くのバンプ8を設けるのが好ましい。これにより、端子5の周辺部よりも中央部の熱伝導性がより大きくなり、焼結体12の焼結は、端子5の中央部が周辺部よりも先に完了する。その結果、焼結の際に発生する気体を外部へ効率よく逃がすことができ、焼結体12内部の空隙を低減することができる。したがって、放熱性が向上する。
As shown in FIG. 4, when a plurality of
図5に、メッキ法、塗布法または印刷法により、平面視による面積の大きな1つのバンプ8を形成した場合を示す。図示例のバンプ8は、端子5の周辺部よりも中央部において平面視による面積が大きくなっている。その結果、端子5の周辺部よりも中央部の熱伝導性がより大きくなり、図4の場合と同様の効果を得ることができる。
FIG. 5 shows a case where one
また、図6および図7に示すように、バンプ8は、所定の間隔をおいて互いに平行に並ぶ複数の列をなすように形成することが好ましい。これにより、焼結体12の焼結の際に発生する気体を外部へ効率よく逃がすことができる。焼結体12の焼結は、バンプ8の周囲から順次完了するからである。その結果、焼結体12内部の空隙を低減することができ、放熱性が向上する。
Further, as shown in FIGS. 6 and 7, the
ここで、バンプ8と基板2の電極3および半導体素子4の端子5との接触面積は、焼結体12とそれらとの接触面積よりも大きい方が好ましい。これは、バルク金属材料からなるバンプ8は、金属ナノ粒子の焼結体12よりも一般的に熱伝導性に優れるからであり、その結果、放熱性が向上する。
Here, the contact area between the
また、本実施の形態1においては、半導体素子4の端子5のほぼ全面と接触するように接合部6を設けている(図3D等参照)。その結果、接合部6を通した放熱性が顕著に向上する。
なお、接合部6の全てをバンプ8から構成し、その平面視面積を大きくして放熱性の向上を図ろうとすると、高荷重および高温加熱の下で接合を行う必要があり、半導体素子4に損傷を与える可能性が増大する。本実施の形態の実装構造体によれば、そのような不具合を生じることなく放熱性を向上させることができる。
In the first embodiment, the
Note that if all of the
(実施の形態2)
次に、図8を参照して、本発明の実施の形態2を説明する。実施の形態2は、実施の形態1を改変したものであり、基本的な構成は実施の形態1と共通であるので、以下に、実施の形態1とは異なる部分を主に説明する。
図8に示すように、実施の形態2の実装構造体10Aにおいては、ペースト14は、基板2の電極3の、バンプ8と対向する部分には供給されておらず、バンプ8と対向しない部分にのみ供給されている。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is a modification of the first embodiment, and the basic configuration is the same as that of the first embodiment. Therefore, the parts different from the first embodiment will be mainly described below.
As shown in FIG. 8, in the mounting
これにより、ペースト14を、バンプ8と電極3との間に全く介在させることなくバンプ8と電極3とを接合することが可能となる。その結果、バンプ8と電極3との接触面積をさらに大きくすることができる。したがって、半導体素子4から基板2への放熱性がさらに向上する。また、バンプ8と電極3とを接合する際に、バンプ8と対向する部分のペースト14をバンプ8によって押しのける必要がなくなる。このため、半導体素子の実装をより低荷重で実現することができ、薄い半導体素子であっても損傷することなく基板2に実装することが可能となる。
Thereby, it becomes possible to join the
以上、本発明を実施の形態により説明したが、本発明は、種々改変が可能である。例えば、バンプ8は半導体素子4の端子5に形成するものとしたが、バンプ8を基板2の電極3に形成し、ペースト14を半導体素子4の端子5に供給することも可能である。
半導体素子4はLED素子に限らず、本発明は、発熱性を有する全ての半導体素子に好適に適用できる。
As mentioned above, although this invention was demonstrated by embodiment, this invention can be variously modified. For example, the
The
焼結体12の材料である金属粒子16は、金属ナノ粒子としたが、ミクロンサイズの金属粒子を金属粒子16として使用することもできる。ただし、金属ナノ粒子は、素材金属よりも遙かに低い融点で粒子を焼結することができ、焼結後には融点がバルク金属材料と同じ温度にまで上昇するという特徴を持つ。そのため、低温で接合でき、実装後に耐熱温度が向上するという点で、焼結体12の材料は金属ナノ粒子を用いるのが好ましい。
Although the
ペースト14は、バンプ8を基板2の電極3と接合する前に電極3の上に供給したが、バンプ8を基板2の電極3と接合した後に、基板2の電極3と半導体素子4の端子5との間に注入する等して、供給することもできる。
さらに、半導体素子4の端子5の全てが基板2の電極2と対向している必要はなく、複数設けられた端子5の中の少なくとも1つが基板2と対向していればよい。
The
Furthermore, it is not necessary for all the
本発明の実装構造体、およびその製造方法によれば、低荷重下での半導体素子の端子と基板の電極との間での良好な接合、並びに半導体素子から基板への接合部を通した良好な放熱性が達成される。したがって、発熱量の多い半導体素子や、温度の上昇により性能の劣化が激しい半導体素子の実装への適用に有効である。 According to the mounting structure of the present invention and the manufacturing method thereof, good bonding between the terminal of the semiconductor element and the electrode of the substrate under a low load, and good passing through the bonding portion from the semiconductor element to the substrate Heat dissipation is achieved. Therefore, it is effective for application to mounting of a semiconductor element having a large amount of heat generation or a semiconductor element whose performance is severely deteriorated due to a rise in temperature.
2 基板
3 電極
4 半導体素子
5 端子
6 接合部
8 バンプ
10 実装構造体
12 焼結体
14 ペースト
16 金属粒子
2
Claims (15)
前記接合部は、バルク金属材料よりなるバンプと、その周囲に配された、金属粒子を焼結した焼結体とを含み、
前記バンプと前記焼結体とがそれぞれ独立に、前記半導体素子の端子と前記基板の電極とを電気的に接続している実装構造体。 A mounting structure comprising a semiconductor element and a substrate, the terminal of the semiconductor element and the electrode of the substrate are opposed to each other and bonded by a bonding portion made of a conductor, and the semiconductor element is mounted on the substrate,
The joint includes a bump made of a bulk metal material, and a sintered body that is disposed around the bump and sinters metal particles,
The mounting structure in which the bump and the sintered body electrically connect the terminal of the semiconductor element and the electrode of the substrate independently.
前記接合部の少なくとも1つが、バルク金属材料よりなるバンプと、その周囲に配された、金属粒子を焼結した焼結体とを含み、当該接合部は、前記バンプと前記焼結体とがそれぞれ独立に、前記半導体素子の端子と前記基板の電極とを電気的に接続しているとともに、
前記接合部の他の少なくとも1つが、前記バンプのみからなる実装構造体。 A mounting structure comprising a semiconductor element and a substrate, the terminal of the semiconductor element and the electrode of the substrate are opposed to each other and bonded by a bonding portion made of a conductor, and the semiconductor element is mounted on the substrate,
At least one of the joint portions includes a bump made of a bulk metal material and a sintered body that is disposed around the bump and is sintered with metal particles, and the joint portion includes the bump and the sintered body. Independently, while electrically connecting the terminal of the semiconductor element and the electrode of the substrate,
A mounting structure in which at least one of the joint portions is composed only of the bumps.
前記半導体素子の端子および前記基板の電極の他方に金属粒子を含むペーストを供給する工程b、
前記半導体素子の端子と前記基板の電極とを対向させ、前記バンプにより前記半導体素子の端子と前記基板の電極とを接合する工程c、並びに
前記バンプの周囲に配された前記金属粒子を含むペーストを加熱して、前記半導体素子の端子と前記基板の電極とをさらに接合するように、前記金属粒子の焼結体を形成する工程d、
を含む実装構造体の製造方法。 Forming a bump made of a bulk metal material on at least one of a terminal of a semiconductor element and an electrode of a substrate; a,
Supplying a paste containing metal particles to the other of the terminal of the semiconductor element and the electrode of the substrate b;
A step c in which the terminal of the semiconductor element and the electrode of the substrate are made to face each other, and the terminal of the semiconductor element and the electrode of the substrate are joined by the bump; and a paste containing the metal particles arranged around the bump Forming a sintered body of the metal particles so as to further bond the terminal of the semiconductor element and the electrode of the substrate,
A method for manufacturing a mounting structure including:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009125678A JP5322774B2 (en) | 2009-05-25 | 2009-05-25 | Mounting structure and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009125678A JP5322774B2 (en) | 2009-05-25 | 2009-05-25 | Mounting structure and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010272818A true JP2010272818A (en) | 2010-12-02 |
JP5322774B2 JP5322774B2 (en) | 2013-10-23 |
Family
ID=43420578
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009125678A Active JP5322774B2 (en) | 2009-05-25 | 2009-05-25 | Mounting structure and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5322774B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014093413A (en) * | 2012-11-02 | 2014-05-19 | Toyota Industries Corp | Semiconductor device |
FR3047111A1 (en) * | 2016-01-26 | 2017-07-28 | Commissariat Energie Atomique | ASSEMBLY COMPRISING MIXED INTERCONNECT MEANS COMPRISING INTERMEDIATE INTERCONNECTION ELEMENTS AND METAL SINTERED JOINTS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63289844A (en) * | 1987-05-21 | 1988-11-28 | Fuji Electric Co Ltd | Bump electrode of semiconductor device |
JP2003017531A (en) * | 2001-07-02 | 2003-01-17 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
JP2007208082A (en) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Fujitsu Ltd | Method of manufacturing semiconductor device |
WO2009063638A1 (en) * | 2007-11-15 | 2009-05-22 | Panasonic Corporation | Semiconductor light emitting device |
JP2009224615A (en) * | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device |
-
2009
- 2009-05-25 JP JP2009125678A patent/JP5322774B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63289844A (en) * | 1987-05-21 | 1988-11-28 | Fuji Electric Co Ltd | Bump electrode of semiconductor device |
JP2003017531A (en) * | 2001-07-02 | 2003-01-17 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
JP2007208082A (en) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Fujitsu Ltd | Method of manufacturing semiconductor device |
WO2009063638A1 (en) * | 2007-11-15 | 2009-05-22 | Panasonic Corporation | Semiconductor light emitting device |
JP2009224615A (en) * | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014093413A (en) * | 2012-11-02 | 2014-05-19 | Toyota Industries Corp | Semiconductor device |
FR3047111A1 (en) * | 2016-01-26 | 2017-07-28 | Commissariat Energie Atomique | ASSEMBLY COMPRISING MIXED INTERCONNECT MEANS COMPRISING INTERMEDIATE INTERCONNECTION ELEMENTS AND METAL SINTERED JOINTS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME |
WO2017129687A1 (en) * | 2016-01-26 | 2017-08-03 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Assembly comprising hybrid interconnecting means including intermediate interconnecting elements and sintered metal joints, and manufacturing process |
US20180374813A1 (en) * | 2016-01-26 | 2018-12-27 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Assembly comprising hybrid interconnecting means including intermediate interconnecting elements and sintered metal joints, and manufacturing process |
US11011490B2 (en) | 2016-01-26 | 2021-05-18 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Assembly comprising hybrid interconnecting means including intermediate interconnecting elements and sintered metal joints, and manufacturing process |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5322774B2 (en) | 2013-10-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6632686B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
JP6072667B2 (en) | Semiconductor module and manufacturing method thereof | |
JP2010131669A5 (en) | ||
JP2012099779A (en) | Power module using burning join and manufacturing method of the power module | |
JP4539980B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP6854810B2 (en) | Semiconductor device | |
JP6575386B2 (en) | Manufacturing method of joined body, manufacturing method of power module substrate with heat sink, and manufacturing method of heat sink | |
US20150123263A1 (en) | Two-step method for joining a semiconductor to a substrate with connecting material based on silver | |
JP2006059904A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
JP6261819B1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device | |
JP2006228804A (en) | Ceramic substrate for semiconductor module and its manufacturing method | |
JP6399906B2 (en) | Power module | |
JP4191567B2 (en) | Connection structure using conductive adhesive and method for manufacturing the same | |
CN109411372B (en) | Method for uniformly current-assisted sintering of nano-silver solder paste temperature field based on copper-clad ceramic substrate | |
JP5322774B2 (en) | Mounting structure and manufacturing method thereof | |
JP2009158816A (en) | Semiconductor apparatus | |
JP5414622B2 (en) | Semiconductor mounting substrate and mounting structure using the same | |
JP6936595B2 (en) | Semiconductor device | |
JP6985599B2 (en) | Electronic device and manufacturing method of electronic device | |
JP4876612B2 (en) | Insulated heat transfer structure and power module substrate | |
JP2014029964A (en) | Joint body manufacturing method, power module manufacturing method, and power module | |
KR101198848B1 (en) | Semiconductor Device and Fabricating Method thereof | |
JP2010278193A (en) | Electronic component, electronic component device using the same and method of manufacturing them | |
JP2000195888A (en) | Semiconductor device | |
JP2014063827A (en) | Wiring board, wiring board with solder bump and semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120302 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121019 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121025 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121218 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130418 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130617 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130704 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130716 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5322774 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |