JP2015532780A - コンタクトバンプ接続、コンタクトバンプ、およびコンタクトバンプ接続を作るための方法 - Google Patents

コンタクトバンプ接続、コンタクトバンプ、およびコンタクトバンプ接続を作るための方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、コンタクトバンプ接続（２４）、および少なくとも１つの端面（１１）が設けられた電子部品と前記部品に接触するとともに少なくとも１つの第２端面（２５）を有するコンタクト基板（２６）との間のコンタクトバンプ接続を作り出すための方法に関し、前記第１端面にはコンタクトバンプ（１０）が設けられ、前記コンタクトバンプ（１０）は、突出縁部（１５）と、前記突出縁部によって囲まれるとともに前記コンタクトバンプのヘッド端部に向けて開放された変位コンパートメント（１８）内の少なくとも１つの変位ピン（１６）とを有し、前記第１端面との接触領域（３１）において、前記第２端面は接触ビード（３０）を有し、前記接触ビード（３０）は、前記変位コンパートメントへの接触材料（２９）の変位によって形成されるとともに前記変位ピンを囲み、前記接触ビードはビード冠部（３３）を有し、前記ビード冠部（３３）は、前記変位コンパートメントの底部（１７）に対して配向され、前記接触領域を囲む前記第２端面のレベル接触面（３２）に対して突出する。

Description

本発明は、少なくとも１つの端面が設けられた電子部品と部品に接触するとともに少なくとも１つの第２端面を有するコンタクト基板との間のコンタクトバンプ接続、コンタクトバンプ接続を作るためのコンタクトバンプ、およびコンタクトバンプを作るための方法に関する。
最初に述べたタイプのコンタクトバンプ接続は、通常、チップの端面をコンタクト基板の端面に接触させることに役立つ。特に、いわゆる「フリップチップ法」によってチップがコンタクト基板上に配置され、チップの端面がコンタクト基板の端面に対して配向される、このようなコンタクト接続は、コンタクト基板の端面と接触したアンテナによってチップとデータリーダーとの間の非接触データ伝送を可能とする、いわゆる「非接触チップカード」を作るために使用される。
概して言えば、チップの「フリップチップ」接触には、多くの場合に技術専門用語で「バンプ」とも言われる接触隆起部を有するチップの端面を準備する必要がある。前記のコンタクトバンプにより、チップとは独立した電線導体もしくは他の接触装置を必要とすることなく、導電的な方法でチップの端面をコンタクト基板の端面に接触させることができる。
ＤＥ１０１５７２０５Ａ１文献から、コンタクトバンプを作るための方法が知られている。方法により、コンタクトバンプの上部を有する特定の表面トポグラフィを含むコンタクトバンプを形成することが可能となる。コンタクトバンプの上部は突起を有し、この突起は、たとえば柱形状もしくは星形状に形成され、接続材料の順応を高めることが可能と想定される。前記の材料は、接着剤またははんだ材料の態様で作用し、たとえば、チップの端面に配置されたコンタクトバンプとコンタクト基板の端面との間に導電接続を作ることが可能と想定される。さらに、コンタクトバンプの既知の表面トポグラフィは、コンタクト基板の端面上の酸化物層の破壊を可能とすることが想定され、最終的に、コンタクトバンプの突起が係合することによってもコンタクト基板の端面との機械的結合を作ることが想定される。
ここに、コンタクトバンプの表面トポグラフィが提案される。この表面トポグラフィは、コンタクトバンプの接触支持体上に、異なる方法で形成された突起または異なる方法で配置された突起を有する。突起は、接触支持体の中央領域または縁部支持体の縁部領域に位置しており、コンタクト基板の端面の接触材料との係合によるコンタクト基板のメタライゼーションを伴う局所的な押し込みを可能とすることが想定される。
実験において、上記のタイプのコンタクトバンプを有するコンタクトバンプ接続が高いせん断強度によって特徴付けられることが分かった。しかしながら、コンタクト基板からチップを分離しようとする際に実現される引張強度は十分なものではなく、既知のコンタクトバンプ接続においては、十分な機械的固定のために、コンタクトバンプとコンタクト基板のメタライゼーションとを機械的に接続することに加え、チップとコンタクト基板との間に接着剤を使用する必要がある。
機械的に永続性または安定性のある方法でコンタクト基板上にチップを接触させるための接着剤を使用する場合、接着材による接続を硬化させるために通常必要となる反応時間の結果として、このような接続が作られた場合に実現できる出力形態が限定され、原則的には不利であることが分かった。
このため、本発明は、特に接着剤などの付加的な接続材料がなくとも永続的に丈夫であって実施の際に起こる機械的応力に抵抗する機械的接続を作ることが可能なコンタクトバンプ接続を提案する目的に基づいている。
前記の目的は、請求項１の特徴を有するコンタクトバンプ接続によって得られる。
本発明に従うコンタクトバンプ接続において、第１端面にはコンタクトバンプが設けられ、コンタクトバンプは、突出縁部を有するとともに、少なくとも１つの変位ピンを変位コンパートメント内に有し、変位コンパートメントは、突出縁部に包まれるとともに、コンタクトバンプのヘッド端部に向けて開放され、第２端面は、第１端面との接触領域において、接触ビードを有し、接触ビードは、変位コンパートメントへ第２端面の接触材料が変位することによって形成されるとともに、変位ピンを囲い、前記接触ビードはビード冠部を有し、ビード冠部は、変位コンパートメントの底部に配向されるとともに、接触領域を囲う第２端面のレベル接触面と比して突出している。
これ故に、本発明に従うコンタクトバンプ接続は、第１端面に配置されたコンタクトバンプと第２端面の接触材料との間にポジティブ・フィットを有し、変位コンパートメントは、接続ピンによる内部の限定と、突出縁部による外部の限定とを有し、コンタクトバンプの変位コンパートメント内における接触材料の大きな変位がもたらされる態様となり、変位コンパートメントの底部へ延在するビード冠部が形成され、対応する広範な軸方向への貫通がコンタクトバンプと接触材料との間に得られる。変位コンパートメントの径方向内側および径方向外側の限定の結果、変位ピンおよび突出縁部の変位により、接触材料が径方向内側および径方向外側の両方に配向された圧縮力に晒され、一方での接触材料と変位ピンとの間の接触面、および他方での接触材料と突出縁部との間の接触面において、接触材料は突出縁部の表面トポグラフィに対してしっかりと嵌め込まれ、この手順において、接触材料は、変位コンパートメントの壁の表面トポグラフィにおける任意の不均一な継ぎ目または窪みを満たすとともに、変位コンパートメントの壁における潜在的なアンダーカット部を満たす。
その結果、たとえばチップなどの電子部品のコンタクトバンプとコンタクト基板の接触材料との間における軸方向の貫通のみでなく、それを超えたコンタクトバンプの径方向の貫通または接触材料との係合があり、コンタクトバンプ接続は、コンタクトバンプ接続に作用する引張応力を別個の方法で吸収することができる。
このような引張応力は、たとえば、チップのカード曲げ応力に関連して起こり、この曲げ応力は実施の際にチップカードの機能にリスクをもたらす決定的な応力である。
コンタクトバンプ接続の好ましい実施形態において、突出縁部は、周方向に形成されるとともに、変位コンパートメントの周囲を限定し、特に強い変位効果が得られる。
変位ピンの自由端が突出縁部の上方縁部の下方に配置され、変位コンパートメントが、変位ピンの自由端から突出縁部の上方縁部に延在し、変位に抵抗しない変位コンパートメント部分、ならびに変位コンパートメントの底部から変位ピンの自由端に延在し、変位抵抗要素として機能して変位に抵抗する変位ピンが設けられた変位コンパートメント部分に分割されると、コンタクトバンプ接続の高抗張力を実現するために特に有利であることが証明されている。
変位に抵抗しない変位コンパートメント部分は、このようなコンタクトバンプ接続を作る際に接触材料で満たされる第１部分であり、接続を作る際にこの第１段階において、圧入抵抗は、変位に抵抗しないこのコンパートメントに変位抵抗がないという事実により、比較的小さな圧入力で乗り越えることができる。変位に抵抗する変位コンパートメント部分に接着材料を連続的に変位させた後に限り、圧入手順が行われると、圧入力が上昇する。これは、変位に抵抗するコンパートメントにおいて内圧が増大することによって引き起こされる。これによって、接触材料に対する機械的接触の開始時において、最小限の圧入力で目的とする方法によってコンタクトバンプを位置決めすることができ、接触後の圧入力の増大のみが確立され、変位コンパートメント内にビード冠部を形成することによって機械的に安定したポジティブ・フィット接続が最終的にもたらされる。
変位に抵抗する変位コンパートメント部分が環状コンパートメントとして形成された場合は特に有利であり、対称な圧縮応力がコンタクトバンプと接触材料との間の接触面において得られる。
第１端面がチップもしくはチップモジュールの端面から形成される場合、および第２端面がアンテナ導体の端部から形成される場合は特に有利であり、アンテナ導体を形成するための材料は同時にコンタクト基板の端面の接触材料を形成し、コンタクトバンプとコンタクト基板上に形成された電子部品との間で特に早急な接触が可能となる。電子部品は、すなわちアンテナ導体である。
本発明に従うコンタクトバンプは、請求項６の特徴を有する。
本発明に従えば、コンタクトバンプは、突出縁部を有するとともに、変位コンパートメント内に少なくとも１つの変位ピンを有し、変位コンパートメントは、突出縁部に囲まれ、コンタクトバンプのヘッド端部に向けて開放され、この変位ピンは、突出縁部によって径方向の外側で限定された変位コンパートメントと組み合わせて、既に上で詳細に説明された利点を有する。
好ましくは、突出縁部は、周方向に形成され、変位コンパートメントの周囲を限定し、突出縁部は変位コンパートメントを取り囲み、特に強い変位効果が得られる。
好ましくは、変位ピンの自由端は突出縁部の上方縁部の下方に配置され、コンタクトバンプにおいて、既に上で説明したように、変位コンパートメントは、変位に抵抗しない変位ピンの上方の変位コンパートメント部分、および変位に抵抗し、変位コンパートメントの底部から変位ピンの自由端に到達する変位コンパートメント部分に分割される。
好ましくは、突出縁部と変位ピンとの間の変位コンパートメントに変位ピンを配置することにより、環状コンパートメントが形成される。
本発明に従う方法は、請求項１０の特徴を有する。
本発明に従えば、端面の機械的な接続を作るために、第１端面に配置されたコンタクトバンプが第２端面の接触材料の接触面に圧入され、コンタクトバンプの変位コンパートメントにおいて、突出縁部および変位ピンが第２端面の接触材料内に入り込む一方、圧入方向に対し、前記接触材料が径方向内側へ向けた突出縁部の圧力および径方向外側へ向けた変位ピンの圧力の両方に晒され、上で既に詳しく説明したように、接触材料が、突出縁部によって径方向外側で変位コンパートメントを限定する壁面および変位ピンによって径方向内側で変位コンパートメントを限定する壁面に対し、径方向にしっかりと嵌めこまれる、またはこれに入り込む。
好ましくは、接続を作る第１段階において、第２端面の接触材料は、コンタクトバンプの変位コンパートメントにおいて、接続ピンの自由端に達するまでコンタクトバンプの突出縁部による径方向内側への圧力に晒され、接続を作る第２段階において、コンタクトバンプが第２端面の接触材料内に入り込み続けた場合、接触材料は、突出縁部および接続ピンによって、径方向内側および径方向外側に向けた圧力に晒される。
第２端面の接触材料への第１端面のコンタクトバンプの圧入手順が振動を伴って重ね合わせられた場合、接触材料が変位コンパートメントの壁面に入り込む深さがさらに増大され得る。
好ましくは、振動を伴う重ね合わせは、圧入方向に対する横方向の面においてもたらされ、既知の超音波が特に使用され、圧入方向に対する後方および横方向の圧入力および振動にチップが晒される。
代替的に、または付加的に、振動を伴う重ね合わせは、圧入方向においてももたらされ得る。
方法の適用は、第１端面が設けられるとともにチップとして具現化される電子部品と部品に接触するとともにアンテナ基板として具現化されるコンタクト基板との間のコンタクトバンプ接続を作るために特に有利であることが証明されており、アンテナ導体の端部は同時にコンタクト基板の端面を形成する。
以下では、図面を参照し、コンタクトバンプならびにコンタクトバンプによってもたらされるコンタクトバンプ接続の好ましい実施形態についてより詳細に説明する。
コンタクトバンプを断面で示す図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面線に従って図１に示されるコンタクトバンプを断面で示す図である。 コンタクトバンプ接続を断面で示す図である。 コンタクトバンプ接続の作成における異なる段階を示す図である。 コンタクトバンプ接続の作成における異なる段階を示す図である。 コンタクトバンプ接続の作成における異なる段階を示す図である。
図１は、コンタクトバンプ１０を示す。コンタクトバンプ１０は、チップ１２の端面１１上に配置される。コンタクトバンプに隣接するチップ表面には、パッシベーション１３が設けられる。
図１および図２に示されるコンタクトバンプ１０は、コンタクトバンプ基材１４を有する。コンタクトバンプ基材１４には、ここでは完全に環状である周方向の突出縁部１５と、中央変位ピン１６とが設けられる。中央変位ピン１６は、突出縁部１５によって径方向外側に向けて限定された変位コンパートメント１８の底部に配置される。
図１および図２に示されるコンタクトバンプ１０は、原則的に異なる態様で作られる。コンタクトバンプ１０を作るために、チップ１２の端面１１上におけるパラジウムの無流沈殿またはパラジウム合金の沈殿と特定のフォトリソグラフィ法とを組み合わせることによる作成が特定の方法において適している。この特定の方法は、たとえば国際特許出願公開第２０００／０４８２４２号Ａ１に記載されるような方法であり、この文献の内容は引用により本件出願文書に援用される。
沈殿法により、図１に示されるコンタクトバンプ１０の表面のトポグラフィを作ることができる。径方向外側において変位コンパートメント１８を限定するとともに実質的に変位コンパートメント開口１９に向けて錐形に広がる外壁２０、ならびに変位ピン１６によって規定されるとともに錐形に変位コンパートメント開口１９に向けて先細る変位コンパートメントの内壁２１には、突起部２２および窪み部２３を形成する凹凸部が設けられる。
図３は、コンタクトバンプ接続２４を示す。このコンタクトバンプ接続２４において、チップ１２の端面１１上に配置されるコンタクトバンプ１０は、コンタクト基板２６の端面２５に接続される。この場合において、端面２５は、アンテナ導体２７の端部によって形成される。アンテナ導体２７は、たとえばキャリア箔２８として形成される基板の上に、ワイヤ状に配置される、またはコーティングによって形成される条導体構造の形状で配置される。
図３に示されるコンタクトバンプ接続２４を作るために、アンテナ導体２７の端部によって形成された端面２５にコンタクトバンプ１０が上方から圧入される。この場合においてアンテナ導体２７によって形成された接触材料２９は、図３に示されるように、接触材料２９の変形が圧入手順の最後に生じるまで変位コンパートメント１８内に変位される。これにより、変位コンパートメント１８内において、変位ピン１６を包むコンタクトビード３０が形成される。コンタクトビード３０は、ビード冠部３３を有し、ビード冠部３３は、変位コンパートメント１８の底部１７に対して配向され、コンタクトバンプ１０と端面２５との間の接触領域３１を囲う接触面３２に対して突出する。
図４から図６において、圧入手順の異なる段階が概略的に示される。図４は、端面２５の接触面３２に入り込む直前のコンタクトバンプ１０を示し、接触面が形成されたばかりである。図５は、第１の変位段階を示す。この段階において、接触材料２９は、変位コンパートメント開口１９を通って、変位体を有さない変位コンパートメント部分３４に入り込む。変位コンパートメント部分３４への接触材料２９の変位は、外側から変位コンパートメント１８の外壁２０を通って接触材料２９に対して径方向に作用する変位圧力Ｆａによって主に引き起こされる。
圧入手順が行われる時、変位コンパートメント１８内へ変位した接触材料２９は、図６に示されるように、変位体として変位ピン１６を有する変位コンパートメント部分３５に到達し、変位コンパートメント部分３５内へ向けて、内方向に向けられた変位圧力Ｆｉが、変位コンパートメント１８の外壁を介して径方向外側からだけでなく、変位ピン１６によって形成された内壁２１を介して径方向内側から接触材料に作用し、変位が素早くもたらされ、図３に示されるビード冠部３３が形成され、圧入に必要となる力が同時に上昇してもたらされる。
接触材料２９に作用する外圧Ｆａおよび接触材料２９に作用する内圧Ｆｉにより、接触材料２９は、変位コンパートメント１８の外壁２０および内壁２１に対してしっかりと嵌まり、接触材料は外壁２０および内壁２１の突起２２の外形に沿って進み、同様に外壁２０および内壁２１の窪み部２３に圧入され、圧入方向３６においてコンタクトバンプ１０と接触材料２９との軸方向の係合がもたらされるのみならず、圧入方向３６において横方向および径方向の係合ももたらされる。
たとえばチップである電子部品とコンタクト基板との間の機械的接続をさらに補強することが望ましい場合、コンタクトバンプ接続を作る前後に、コンタクトバンプの方位部分、および／またはコンタクト基板の端面の包囲部分において、ポリマー接着剤を電子部品および／またはコンタクト基板に対して加えることができる。
特に感圧接着剤を使用する場合、接着剤は、コンタクトバンプ接続を作り出す際に交差結合され得る。感温接着剤を使用する場合、接着剤は、コンタクトバンプ接続を作り出した後、後続の温度露出によって交差結合され得る。
原則的に、任意の追加の接着剤による接続なくして、十分に機械的に安定したコンタクトバンプ接続がもたらされ、これにより、接着剤の交差結合または硬化のための反応時間がコンタクトバンプ接続を作り出すために必要な時間に対して影響を与えることはない。接続時間は、コンタクトバンプ接続を作り出す際の圧入手順の時間のみによって定められる。

Claims (15)

  1. 少なくとも１つの端面（１１）が設けられた電子部品と、前記部品と接触するとともに少なくとも１つの第２端面（２５）を有するコンタクト基板（２６）との間のコンタクトバンプ接続（２４）であって、
    前記第１端面にはコンタクトバンプ（１０）が設けられ、前記コンタクトバンプ（１０）は、突出縁部（１５）を有するとともに、前記突出縁部によって少なくとも部分的に囲まれるとともに前記コンタクトバンプのヘッド端部に向けて開放される変位コンパートメント（１８）内の変位ピン（１６）とを有し、前記第１端面との接触領域（３１）において、前記第２端面は接触ビード（３０）を有し、前記接触ビード（３０）は、前記変位コンパートメント内への前記第２端面の接触材料（２９）が変位することによって形成されるとともに前記変位ピンを囲み、前記接触ビードは、ビード冠部（３３）を有し、前記ビード冠部（３３）は、前記変位コンパートメントの底部（１７）に配向され、前記接触領域を囲む前記第２端面のレベル接触面（３２）と比して突出する、コンタクトバンプ接続。
  2. 前記突出縁部（１５）は、周方向に形成され、前記変位コンパートメント（１８）の周囲を限定する、請求項１に記載のコンタクトバンプ接続。
  3. 前記変位ピン（１６）の自由端は、前記突出縁部（１５）の上方縁部の下方に配置され、前記変位コンパートメント（１８）は、前記変位ピンの前記自由端から前記突出縁部の前記上方縁部へ延在する変位に抵抗しない変位コンパートメント部分（３４）、ならびに前記変位コンパートメントの前記底部（１７）から前記変位ピンの前記自由端に延在し、変位抵抗として機能するとともに変位に抗する変位ピンが設けられる変位コンパートメント部分（３５）に分割される、請求項１または２に記載のコンタクトバンプ接続。
  4. 変位に抵抗する前記変位コンパートメント部分（３５）は、環状コンパートメントとして形成される、請求項３に記載のコンタクトバンプ接続。
  5. 前記第１端面（１１）は、チップ（１２）またはチップモジュールの端面から形成され、前記第２端面（２５）は、アンテナ導体（２７）の端部から形成される、請求項１から４のいずれか１項に記載のコンタクトバンプ接続。
  6. 請求項１から５のうちの１つ以上に記載のコンタクトバンプ接続（２４）を作り出すためのコンタクトバンプ（１０）であって、
    前記コンタクトバンプは、突出縁部（１５）と、少なくとも部分的に前記突出縁部によって囲まれるとともに前記コンタクトバンプのヘッド端部に向けて開放される変位コンパートメント（１８）内の少なくとも１つの変位ピン（１６）とを有する、コンタクトバンプ。
  7. 前記突出縁部（１５）は、周方向に形成され、前記変位コンパートメント（１８）の周囲を限定する、請求項６に記載のコンタクトバンプ。
  8. 前記変位ピン（１６）の前記自由端は、前記突出縁部（１５）の上方縁部の下方に配置される、請求項６または７に記載のコンタクトバンプ。
  9. 前記変位ピン（１６）を前記突出縁部（１５）と前記変位ピンとの間の変位コンパートメント（１８）内に配置することにより、環状コンパートメントが形成される、請求項６から８に記載のコンタクトバンプ。
  10. 少なくとも１つの端面（１１）が設けられた電子部品と、前記部品に接触するとともに少なくとも１つの第２端面（２５）を有するコンタクト基板（２６）との間に請求項１から５の１項以上に記載のコンタクトバンプ接続（２４）を作り出すための方法であって、
    前記端面（１１，２５）の機械的接続を作り出すために、前記第１端面（１１）上に配置された前記コンタクトバンプ（１０）は、前記第２端面（２５）の接触材料（２９）の接触面（３２）内に圧入され、前記コンタクトバンプの前記変位コンパートメント（１８）において、前記突出縁部（１５）および前記変位ピン（１６）が前記第２端面の前記接触材料内に入り込む一方で、前記圧入方向（３６）に対し、前記接触材料が、突出縁部の径方向内側への圧力および変位ピンの径方向外側への圧力の両方に晒される、方法。
  11. 前記接続を作る第１段階において、前記第２端面（２５）の前記接触材料（２９）は、前記コンタクトバンプ（１０）の前記変位コンパートメント（１８）において、前記接続ピン（１６）の前記自由端に到達するまで、前記コンタクトバンプの前記突出縁部（１５）によって径方向内側への圧力に晒され、前記接続を作る第２段階において、前記第２端面の前記接触材料に前記コンタクトバンプが入り込み続けると、前記接触材料は、前記突出縁部および前記接続ピンにより、径方向内側および径方向外側の両方に向けられた圧力に晒される、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記第１端面（１１）の前記コンタクトバンプ（１０）を前記第２端面（２５）の前記接触材料（２９）内に圧入する手順は、振動を伴って重ね合わせられる、請求項１０または１１に記載の方法。
  13. 振動を伴う前記重ね合わせは、圧入方向（３６）に対して横方向の面にもたらされる、請求項１２に記載の方法。
  14. 振動を伴う前記重ね合わせは、圧入方向（３６）においてもたらされる、請求項１２に記載の方法。
  15. チップ（１２）とアンテナとを含むトランスポンダを作り出すための請求項１０から１４のいずれか１項に記載の方法の適用であって、チップ基板上に配置された前記チップの第１端面（１１）は、前記コンタクトバンプ（１０）が前記端面に設けられ、アンテナ導体に配置されたアンテナの前記端面と接触し、前記端面は、アンテナ導体（２７）の末端部によって形成される、方法の適用。
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