JP2633745C - - Google Patents

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JP2633745C
JP2633745C JP2633745C JP 2633745 C JP2633745 C JP 2633745C JP 2633745 C JP2633745 C JP 2633745C
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JP
Japan
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semiconductor device
electrode
protrusion
solder
bonding layer
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】 本発明は、半導体装置を回路基板に実装する際の電極構造に関するものであり
、特にフェースダウンで実装してなる半導体装置用電極と実装体に関する。 【0002】 【従来の技術】 従来、半導体装置の回路基板上への実装には半田付けがよく利用されていたが
、近年、半導体装置のパッケージの小型化と接続端子数の増加により、接続端子
間隔が狭くなり、従来の半田付け技術で対処することが次第に困難になってきた
。 【0003】 そこで、最近では裸の半導体装置を回路基板上に直付けして実装面積の小型化
と効率的使用を図ろうとする方法が考案されてきた。 【0004】 なかでも、半導体装置を回路基板に接続するに際し、あらかじめ半導体装置の
アルミ電極パッド上に密着金属や拡散防止金属の蒸着膜とこの上にメッキにより
形成した半田層とからなる電極構造を有する半導体装置を下向き(フェースダウ
ン)にして、高温に加熱して半田を回路基板の端子電極に融着する実装構造が、
接続後の機械的強度が強く、接続が一括にできることなどから有効な方法である
とされている。(例えば、工業調査会、1980年1月15日発行、日本マイク
ロエレクトロニクス協会編、『IC化実装技術』) 以下図面を参照しながら、上述した従来の半導体装置の電極構造と実装構造の
一例について説明する。 【0005】 (図3)は従来の半田バンプ電極を有する半導体装置の電極構造の概略説明図
であり、(図4)は上記半導体装置の実装構造の概略説明図である。 【0006】 (図3)において、8は半導体装置のIC基板であり、9はアルミ電極パッド
である。10は密着金属膜であり、11は拡散防止金属膜である。12は半田突
起であり、13はパッシベーション膜である。(図4)において、14は回路基
板であり、15は端子電極である。 【0007】 以上のように構成された従来の半田バンプ電極を有する半導体装置の電極構造
と実装構造について、以下その概略を説明する。 【0008】 まず、半導体装置のIC基板8のアルミ電極パッド9上にCuなどの密着金属 膜10およびCrなどの拡散防止金属膜11を蒸着により形成する。その後、電
極部以外をフォトレジストで覆い、メッキ法により半田を拡散防止金属膜11上
に析出させて半田リフローを行うことにより、半田突起12を形成して(図3)
の半田バンプ電極を得る。 【0009】 さらに、以上のようにして得た半田バンプ電極を有する半導体装置を、回路基
板14の所定の位置に位置合わせを行ってフェースダウンで積載した後、200
〜300℃の高温に加熱して半田突起12を溶融し、端子電極15に融着するこ
とによって半導体装置の実装を行うものである。 【0010】 【発明が解決しようとする課題】 しかしながら上記のような半田バンプ電極を有する半導体装置の電極構造や実
装構造においては、 1.半導体装置のアルミ電極パッド上に密着金属膜や拡散防止金属膜が必要で
、電極構造が複雑となり、汎用性に欠ける。 【0011】 2.高温に加熱して半田を溶融して端子電極と接続する際に、IC基板と回路
基板とのギャップを維持することが出来ないため、半田が広がって隣接とショー
トする危険がある。 などといった課題を有していた。 【0012】 本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、
半導体装置と回路基板とを容易に信頼性良く接続することのできる半導体装置の
電極構造と実装構造を提供することにある。 【0013】 【課題を解決するための手段】 本発明は上記の課題を解決するため、フェースダウンで回路基板に実装する半
導体装置において、半導体装置のアルミ電極パッド部上に台座部と頂上部の2段
突起状のバンプ電極を備え、上記2段突起状のバンプ電極の頂上部にのみ無機接 合層を形成した電極構造を有し、かつ、半導体装置のアルミ電極パッド部上の2
段突起状のバンプ電極を無機接合層を介して回路基板上の端子電極に電気的に接
続する実装構造を有することを特徴として、信頼性の高い半導体装置の回路基板
への実装を実現しようとするものである。 【0014】 【作用】 本発明は、半導体装置のアルミ電極パッド部上に直接形成した2段突起形状の
バンプ電極の頂上部にのみ無機接合層を形成した電極構造を有することにより、
半導体装置を回路基板の端子電極に接合する際に接合層が隣接とショートするこ
となく微細ピッチでの接合が可能となり、かつ、信頼性の高い半導体装置の実装
構造が実現できる。 【0015】 【実施例】 以下、本発明の一実施例の半導体装置用電極と実装体について、図面を参照し
ながら説明する。 【0016】 (図1)は、本発明の一実施例における半導体装置の電極構造の概略説明図で
あり、(図2)は、上記実施例の電極構造を有する半導体装置の実装構造の概略
説明図である。 【0017】 (図1)において、1は半導体装置のIC基板であり、2はアルミ電極パッド
である。3は台座部と頂上部からなる2段突起状のバンプ電極であり、4は2段
突起形状のバンプ電極の頂上部にのみ形成した半田接合層である。5はパッシベ
ーション膜である。(図2)において、6は回路基板であり、7は端子電極であ
る。 【0018】 以上のように構成された半導体装置の電極構造と実装構造について、以下図面
を用いて説明する。 【0019】 まず、半導体装置のIC基板1のアルミ電極パッド2上に通常のワイヤボンデ
ィング技術と同様にAuワイヤの先端のAuボールを固着した後、Auワイヤを
切断することにより台座部と頂上部を有する2段突起状のバンプ電極3を形成す
る。 【0020】 その後、2段突起状のバンプ電極3の頂上部にのみ、半田接合層4を転写法や
印刷法によって形成する。この時、必要に応じて半田リフローを行う。 【0021】 上記により、汎用の半導体装置のアルミ電極パッド2上に2段突起状のバンプ
電極3と半田接合層4からなる電極構造が容易に得られる。 【0022】 本発明の半導体装置の電極構造は、上記した方法により、通常のワイヤボンデ
ィング装置で2段突起形状のバンプ電極を得ることが出来るため、通常のアルミ
電極パッドを有する汎用の半導体装置を用いることが可能となり、極めて汎用性
が高い。 【0023】 さらに、以上のようにして得た電極構造を有する半導体装置を、回路基板6の
所定の位置に位置合わせを行ってフェースダウンで積載した後、200〜300
℃の高温に加熱して半田接合層4を溶融し、端子電極7に融着することによって
半導体装置の実装を行う。 【0024】 この高温に加熱して半田接合層4を溶融して端子電極7と接続する際に、IC
基板1と回路基板6とのギャップを2段突起状のバンプ電極3により維持するこ
とが出来、かつ、頂上部にのみ半田接合層4を形成することが出来るため、半田
の広がりを規制することが可能となって隣接とショートする危険がなく、微細ピ
ッチでの接続が可能な半導体装置の実装構造が得られる。 【0025】 本発明の半導体装置の実装構造は、上記した方法により、従来の半田バンプ電
極による実装構造では不可能であった半田の広がりの規制が2段突起状のバンプ 電極を用いることで可能となり、極めて安定で信頼性良く、かつ、高密度に半導
体装置を実装できる。 【0026】 なお、本実施例では2段突起状のバンプ電極をワイヤボンディング装置を用い
て形成するとしたが、その形状が2段突起状であればメッキなど他の方法で形成
しても良い。 【0027】 また、バンプ電極をAuからなるものとしたが、その材質はAuに限られる物
でなく、例えば、Cuなど他の金属から形成しても良い。 【0028】 さらに、2段突起状のバンプ電極の頂上部に形成する半田接合層は、半田ペー
ストを転写や印刷によって形成しても良い。 【0029】 【発明の効果】 以上に説明したように、本発明の半導体装置用電極と実装体によれば、通常の
ワイヤボンディング装置で半導体装置のアルミ電極パッド部上に直接形成するこ
とができるため、汎用の半導体装置を用いることが可能となり、極めて汎用性が
高い。 【0030】 さらに、2段突起形状のバンプ電極の頂上部にのみ無機接合層を形成した電極
構造を有することにより、半導体装置を回路基板の端子電極に接合する際に無機
接合層の広がりの規制が可能となり、無機接合層が隣接とショートすることなく
微細ピッチでの接合が可能な実装構造となり、極めて安定で信頼性良く、かつ、
高密度に半導体装置を実装できる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode structure for mounting a semiconductor device on a circuit board, and more particularly to an electrode for a semiconductor device which is mounted face down. And the implementation. 2. Description of the Related Art Conventionally, soldering has often been used for mounting a semiconductor device on a circuit board. However, recently, due to the miniaturization of the package of the semiconductor device and the increase in the number of connection terminals, the number of connection terminals has been increased. The spacing has become narrower and increasingly difficult to address with conventional soldering techniques. Therefore, recently, a method has been devised in which a bare semiconductor device is directly mounted on a circuit board to reduce the mounting area and efficiently use the semiconductor device. Above all, when connecting a semiconductor device to a circuit board, an electrode structure composed of a vapor deposited film of an adhesion metal or a diffusion preventing metal on an aluminum electrode pad of the semiconductor device in advance and a solder layer formed thereon by plating is used. The mounting structure in which the semiconductor device is turned downward (face down) and heated to a high temperature to fuse the solder to the terminal electrodes of the circuit board,
It is considered to be an effective method because the mechanical strength after connection is strong and the connection can be made collectively. (For example, Industrial Research Council, published on January 15, 1980, edited by Japan Microelectronics Association, "IC mounting technology") An example of the above-described electrode structure and mounting structure of the conventional semiconductor device will be described with reference to the drawings. explain. FIG. 3 is a schematic explanatory view of an electrode structure of a semiconductor device having a conventional solder bump electrode, and FIG. 4 is a schematic explanatory view of a mounting structure of the semiconductor device. In FIG. 3, reference numeral 8 denotes an IC substrate of a semiconductor device, and reference numeral 9 denotes an aluminum electrode pad. Reference numeral 10 denotes an adhesion metal film, and reference numeral 11 denotes a diffusion prevention metal film. Reference numeral 12 denotes a solder protrusion, and reference numeral 13 denotes a passivation film. In FIG. 4, 14 is a circuit board, and 15 is a terminal electrode. An outline of an electrode structure and a mounting structure of a conventional semiconductor device having a solder bump electrode configured as described above will be described below. First, an adhesion metal film 10 such as Cu and a diffusion prevention metal film 11 such as Cr are formed on an aluminum electrode pad 9 of an IC substrate 8 of a semiconductor device by vapor deposition. Thereafter, the portions other than the electrode portions are covered with a photoresist, and solder is deposited on the diffusion preventing metal film 11 by a plating method and solder reflow is performed to form solder protrusions 12 (FIG. 3).
Is obtained. Further, after the semiconductor device having the solder bump electrodes obtained as described above is positioned at a predetermined position on the circuit board 14 and mounted face-down,
The semiconductor device is mounted by heating to a high temperature of about 300 ° C. to melt the solder protrusions 12 and fuse them to the terminal electrodes 15. However, in the electrode structure and the mounting structure of the semiconductor device having the solder bump electrodes as described above, the following are required. The adhesion metal film and the diffusion prevention metal film are required on the aluminum electrode pad of the semiconductor device, which complicates the electrode structure and lacks versatility. [0011] 2. When heating to a high temperature to melt the solder and connect it to the terminal electrodes, it is not possible to maintain the gap between the IC substrate and the circuit board. And so on. [0012] The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object
An object of the present invention is to provide an electrode structure and a mounting structure of a semiconductor device which can easily and reliably connect the semiconductor device and a circuit board. In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a semiconductor device mounted on a circuit board face down, wherein a pedestal portion and a top portion are provided on an aluminum electrode pad portion of the semiconductor device. A bump electrode having a two-step projection, an electrode structure having an inorganic bonding layer formed only on the top of the two-step bump electrode, and a two-step bump electrode on the aluminum electrode pad of the semiconductor device.
It has a mounting structure that electrically connects the step-shaped bump electrodes to the terminal electrodes on the circuit board via the inorganic bonding layer, and aims to realize a highly reliable semiconductor device mounted on the circuit board. Is what you do. The present invention has an electrode structure in which an inorganic bonding layer is formed only on the top of a two-step projection-shaped bump electrode formed directly on an aluminum electrode pad of a semiconductor device.
When a semiconductor device is bonded to a terminal electrode of a circuit board, bonding can be performed at a fine pitch without a short circuit between adjacent bonding layers, and a highly reliable semiconductor device mounting structure can be realized. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic explanatory view of an electrode structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic explanatory view of a mounting structure of the semiconductor device having the electrode structure of the above embodiment. FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an IC substrate of a semiconductor device, and reference numeral 2 denotes an aluminum electrode pad. Numeral 3 denotes a bump electrode having a two-stage protrusion composed of a pedestal portion and a top portion, and numeral 4 denotes a solder bonding layer formed only on the top portion of the bump electrode having a two-stage protrusion shape. 5 is a passivation film. In FIG. 2, 6 is a circuit board, and 7 is a terminal electrode. An electrode structure and a mounting structure of the semiconductor device configured as described above will be described below with reference to the drawings. First, an Au ball at the tip of an Au wire is fixed onto an aluminum electrode pad 2 of an IC substrate 1 of a semiconductor device in the same manner as in a normal wire bonding technique, and then the Au wire is cut to form a pedestal and a top. To form a bump electrode 3 having a two-step protrusion shape. After that, the solder bonding layer 4 is formed only on the top of the bump electrode 3 having a two-step projection by a transfer method or a printing method. At this time, solder reflow is performed as needed. As described above, it is possible to easily obtain an electrode structure including the bump electrode 3 having a two-step projection and the solder bonding layer 4 on the aluminum electrode pad 2 of a general-purpose semiconductor device. According to the electrode structure of the semiconductor device of the present invention, a bump electrode having a two-step projection can be obtained by a normal wire bonding apparatus by the above-described method. It can be used and is extremely versatile. Further, after the semiconductor device having the electrode structure obtained as described above is positioned face to face at a predetermined position on the circuit board 6, and then mounted 200 to 300
The semiconductor device is mounted by heating to a high temperature of ℃ to melt the solder bonding layer 4 and fuse it to the terminal electrode 7. When the solder bonding layer 4 is melted by heating to the high temperature and connected to the terminal electrode 7, the IC
Since the gap between the substrate 1 and the circuit board 6 can be maintained by the two-stage projecting bump electrodes 3 and the solder bonding layer 4 can be formed only on the top, the spread of the solder is restricted. This makes it possible to obtain a semiconductor device mounting structure which can be connected at a fine pitch without danger of short-circuiting with an adjacent one. According to the mounting structure of the semiconductor device of the present invention, the spread of the solder, which was impossible with the conventional mounting structure using the solder bump electrodes, can be achieved by using the bump electrodes having the two-step projections. Thus, the semiconductor device can be mounted very stably, with high reliability and with high density. In the present embodiment, the bump electrode having a two-step projection is formed by using a wire bonding apparatus. However, the bump electrode may be formed by another method such as plating if the shape is a two-step projection. Although the bump electrode is made of Au, the material is not limited to Au. For example, the bump electrode may be made of another metal such as Cu. Further, the solder bonding layer formed on the top of the bump electrode having a two-step projection may be formed by transferring or printing a solder paste. As described above, according to the semiconductor device electrode and the mounting body of the present invention, it can be formed directly on the aluminum electrode pad portion of the semiconductor device by a normal wire bonding apparatus. Therefore, a general-purpose semiconductor device can be used, and the versatility is extremely high. Further, by having an electrode structure in which an inorganic bonding layer is formed only on the top of the bump electrode having a two-step projection, the spread of the inorganic bonding layer when the semiconductor device is bonded to the terminal electrode of the circuit board is restricted. Is possible, and the inorganic bonding layer has a mounting structure capable of bonding at a fine pitch without short-circuiting with the adjacent, extremely stable and reliable, and
A semiconductor device can be mounted with high density.

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の一実施例における半導体装置の電極の概略説明図である。 【図2】 本発明の一実施例の電極構造を有する半導体装置の実装体の概略説明図である
。 【図3】 従来の半田バンプ電極を有する半導体装置の電極の概略説明図である。 【図4】 従来の半田バンプ電極を有する半導体装置の実装体の概略説明図である。 【符号の説明】 1 半導体装置のIC基板 2 アルミ電極パッド 3 2段突起状のバンプ電極 4 半田接合層 5 パッシベーション膜 6 回路基板 7 端子電極 8 半導体装置のIC基板 9 アルミ電極パッド 10 密着金属膜 11 拡散防止金属膜 12 半田突起 13 パッシベーション膜 14 回路基板 15 端子電極
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic explanatory view of an electrode of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic explanatory view of a package of a semiconductor device having an electrode structure according to one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic explanatory view of an electrode of a semiconductor device having a conventional solder bump electrode. FIG. 4 is a schematic explanatory view of a conventional package of a semiconductor device having solder bump electrodes. [Description of Signs] 1 IC substrate of semiconductor device 2 Aluminum electrode pad 3 Two-step protruding bump electrode 4 Solder bonding layer 5 Passivation film 6 Circuit board 7 Terminal electrode 8 IC substrate of semiconductor device 9 Aluminum electrode pad 10 Adhesive metal film DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Diffusion prevention metal film 12 Solder protrusion 13 Passivation film 14 Circuit board 15 Terminal electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 半導体装置を基板上の端子電極部にフェースダウンで実装した
構成であって、 前記半導体装置の電極パッド部上にワイヤボンディング法により直接形成され
た第1の突起部と、前記第1の突起部の上に形成され、かつ前記第1の突起部の
前記電極パッド部と平行な断面積より小さな前記電極パッド部と平行な断面積を
有する第2の突起部とからなる2段突起状のAuからなるバンプ電極と、 前記基板の端子電極部とは、 前記バンプ電極の第1の突起部を中心に2段突起状のバンプ電極上のみに実装
前に形成された半田接合層を介して電気的に接続されており、 前記半田接合層は、実装後において、前記第の突起部の周囲に保持されてい
ることを特徴とする半導体装置の実装体。 【請求項2】 第1の突起部と第2の突起部と半田接合層よりなる電極構造で
あって、 前記第1および第2の突起部は、ワイヤボンディング法により形成され、前記
第2の突起部の水平面の断面積が前記第1の突起部の水平面の断面積より小さく
、かつ前記第2の突起部が前記第1の突起部の上に形成されて2段突起状のAu
からなるバンプ電極を構成し、 前記半田接合層は、前記第1の突起部を中心に2段突起状のバンプ電極上のみ
に形成されていることを特徴とする電極構造。
Claims: 1. A semiconductor device comprising a semiconductor device mounted face-down on a terminal electrode portion on a substrate, the first device being directly formed on an electrode pad portion of the semiconductor device by a wire bonding method. of the projection portion, the formed on the first projecting portion, and the second with the first parallel cross-sections and the electrode pad portion and small the electrode pad portion than parallel cross-sectional area of the protrusions A bump electrode made of a two-step projection made of Au and a terminal electrode part of the substrate are mounted only on a two-step projection-shaped bump electrode centering on the first projection of the bump electrode.
The semiconductor device is electrically connected via a solder bonding layer formed before, and the solder bonding layer is held around the second protrusion after mounting . Implementation body. 2. An electrode structure comprising a first protrusion, a second protrusion, and a solder bonding layer, wherein the first and second protrusions are formed by a wire bonding method. A cross-sectional area of a horizontal surface of the protrusion is smaller than a cross-sectional area of a horizontal surface of the first protrusion, and the second protrusion is formed on the first protrusion to form a two-step protrusion Au.
An electrode structure, comprising: a bump electrode comprising: a solder bonding layer formed only on a bump electrode having a two-stage protrusion centering on the first protrusion.

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