JP2678944B2 - 半導体チツプを基板に結合する方法 - Google Patents

半導体チツプを基板に結合する方法

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はデバイスの支持部分、接触部分、絶縁部分
又は接続部分としての基板に半導体チップを結合する方
法に関する。
［従来の技術］ 種々の電子又は光・電子半導体デバイスの製造のため
に、半導体チップを基板に結合することが必要である。
その際基板はデバイスの支持体として半導体材料から成
り、ダイオード、トランジスタ又は集積回路の形に構成
することができる。基板はまた結合部分として例えば導
電路を有することもでき、又は光導波路構造を有するこ
ともできる。更に基板は誘電性材料例えばセラミックか
ら成り、絶縁機能又は支持機能を受け持つこともでき
る。また基板は電気的又は熱的接触部分又は結合部分と
して、電圧源に接続するために又は場合によってはヒー
トシンクへの必要な熱的接触を形成するために用いるこ
ともできる。このような事例は例えば、レーザダイオー
ドをペルチェ式冷却要素に結合することが必要であると
きに起こる。
今日通常行われる半導体チップを基板に結合する方法
に際しては、半導体は合金化とろう付けとにより又は接
着剤により熱的又は電気的に伝導性に基板上に取り付け
られる。しかしながらこれらの方法は高価かつ複雑であ
り、更にリードフレーム又はチップに不利に作用するお
それがある。例えば合金化の際に必要な比較的高い温度
に基づき、半導体装置の基板上に設けられ通常の方法で
用いられる導体路が浸透合金化するおそれがあるか、又
は拡散工程により既に完成された半導体チップ（例えば
シリコン装置の基板）の中に存在するpn接合が不都合に
変化させられるおそれがある。
［発明が解決しようとする課題］ この発明の課題は、高温工程あるいはろう又はフラッ
クスのような補助的な結合媒体を必要とすることなく、
半導体チップを基板に結合する簡単で安価な方法を提供
することである。
［課題を解決するための手段］ この課題はこの発明に基づき、特許請求の範囲第１項
に記載された構成を有する方法により解決される。
この発明の有利な実施態様は請求項２以下に記載され
ている。
この発明に基づく方法の場合には、半導体チップ又は
基板の裏面は必要な接触のために小さい隆起いわゆるバ
ンプを取り付けられるように構成される。この隆起は延
性の金属から成る。延性の金属としてはアルミニウム、
銀又は金が特に適している。隆起は10μｍないし50μｍ
の直径と５μｍないし40μｍの高さとを有するのが有利
である。基板との結合は圧力及び／又は超音波により行
われる。この結合方法の態様は現在広く採用されている
ネイルヘツド・ボール・ボンディングに類似している。
その際基板は180℃ないし300℃の温度に予熱される（超
音波併用熱圧着法）のが有利である。
パッド上に前記の隆起又は隆起を備えた支持体を取り
付けるときには、この発明に基づく方法を集積回路のボ
ンディングのために用いることもできる。
［作用効果］ この発明に基づく方法により簡単かつ安価にいわゆる
ピギーバック装置を実現することもできる。例えば両方
向のシリアルなデータ交換のためのピギーバック・ダイ
オード装置の場合には、例えば発光ダイオードが比較的
小さい光出射角を備えた光送信器として、光ファイバの
導入のために孔を備えた比較的大きいホトダイオードの
面の下方に、発光ダイオードから出射される光の主ビー
ム円錐がホトダイオードの孔の下方に来るように組み立
てられる。
この発明に基づく方法の特別の長所は、非常に簡単な
ピギーバック・ハイブリッドを製造できるということに
ある。ガラスファイバによる最近の情報伝送のために
は、ホトダイオードが前置増幅器集積回路と共に一つの
パッケージの中にハイブリッド化されている検出器が必
要となる。この発明に基づく方法により、電気的接続の
ために補助的なボンディングワイヤを必要とすることな
く、集積回路及びホトダイオードの直接の結合が可能と
なる。
ワイヤを用いない直接の結合技術によりキャパシタン
ス及びインダクタンスの非常に小さい前置増幅器を実現
することができ、それによりこの前置増幅器は非常に良
好な伝送特性を有する。更にピギーバック装置は場所を
とらず、それにより標準パッケージ（TO形パッケージ）
の採用が可能となる。
この発明に基づく結合方法の別の適用分野は光半導体
送信器（発光ダイオード及び赤外発光ダイオード）であ
る。
ヒートシンクのそばにpn接合を有する（倒立組立）半
導体送信器の場合には、導電性接着剤又はろうを使用す
る従来の結合方法の場合に短絡の危険が存在する。この
発明に基づく隆起（バンプ）結合方法によればこの危険
は確実に避けられる。また半導体送信器の出射特性が損
なわれない。特に妨げとなる残留接着剤が存在しないこ
とにより、発光半導体デバイスの縁での光吸収又は散乱
が避けられる。
この発明に基づく方法の重要な長所は従来の結合方法
又は接触方法に比べて特に、隆起構造により結合しよう
とする半導体チップと基板との間の間隔を自由に調節で
きることにある。
［実施例］ 次にこの発明に基づく結合方法の一実施例と複数の適
用例とを示す図面により、この発明を詳細に説明する。
第１図に示された一実施例の場合には、半導体チップ
１の裏面はチップ１と基板２との間の結合のために隆起
３が形成されるように構成される。半導体チップ１と基
板２との結合は圧力及び超音波により行われる。隆起３
はこの実施例では約10μｍの直径を有する比較的小さい
隆起部分Ａと、約50μｍの直径を有する比較的大きい段
落部分Ｂとから成る。隆起部分Ａの段落部分Ｂに対する
比率は、結合の際に結合エネルギーが隆起部分Ａの中で
変換され、段落部分Ｂの形状寸法がほとんど変化しない
（間隔片としての機能）ように調節されるのが有利であ
る。
第２図は適用例として、半導体チップ１としてのホト
ダイオードと基板２としての半導体集積回路との結合を
示す。蛇行状の矢印６によりホトダイオード（チップ
１）上への光入射方向が示されている。半導体チップ
（ホトダイオード）１と基板（集積回路）２との必要な
結合を隆起３が受け持ち、この隆起はこの適用例ではｎ
形電極（パッド）４又はｐ形電極（パッド）５とこれに
対応するホトダイオード（チップ１）の図示されていな
い電極との間に設けられている。
第３図に示された適用例の場合には、半導体チップ１
として発光ダイオードが基板２としての導体路に隆起３
を介して結合される。発光ダイオード（チップ１）に結
合された導体路（基板２）は反射器として構成されるの
が合目的であり、第２の導体路はボンディングワイヤ７
を介して発光ダイオードに対する必要な第２の接触を受
け持つ。
第４図はこの発明に基づく方法の別の適用例として、
チップ１としてのホトダイオードと基板２としての前置
増幅器との隆起３を介しての結合を示す。この適用例で
はｐ形電極５がホトダイオード（チップ１）のｐ形拡散
領域８に結合されている。基板２（前置増幅器）に通じ
る隆起３はｎ形電極（パッド）４上に設けられている。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明に基づく結合方法の一実施例としての
隆起の側面図、第２図ないし第４図はそれぞれ結合方法
の異なる適用例の側面図である。 １……半導体チップ ２……基板 ３……隆起 Ａ……隆起部分 Ｂ……段落部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギユンター、ワイトル ドイツ連邦共和国レーゲンスブルク、プ ラシユベーク３ (56)参考文献 特開 昭59−72737（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】デバイスの支持部分、接触部分、絶縁部分
    または接続部分としての基板に半導体チップを結合する
    方法であって、半導体チップまたは基板の裏面が必要な
    結合のために隆起を形成するように構成され、隆起のた
    めに延性の金属が用いられ、基板との結合が圧力および
    ／または超音波作用のもとに行われるようになったもの
    において、前記隆起（３）が比較的大きい段落部分
    （Ｂ）とその上に備えられた比較的小さい隆起部分
    （Ａ）とから形成され、隆起部分（Ａ）の段落部分
    （Ｂ）に対する比率は、結合の際に結合エネルギーが隆
    起部分（Ａ）の中で変換され、段落部分（Ｂ）の形状寸
    法がほとんど変化しないように調節されることを特徴と
    する半導体チップを基板に結合するための方法。
  2. 【請求項２】隆起（３）のための延性の金属としてアル
    ミニウム、銀または金が用いられることを特徴とする請
    求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】隆起（３）の直径が10μｍないし50μｍで
    あり、隆起（３）の高さが５μｍないし40μｍであるこ
    とを特徴とする請求項１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】基板（２）がほぼ180℃ないし300℃の温度
    に予熱されることを特徴とする請求項１ないし３の一つ
    に記載の方法。
  5. 【請求項５】半導体チップ（１）は、基板（２）として
    の集積半導体回路と結合されることを特徴とする請求項
    １ないし４の１つに記載の方法。
  6. 【請求項６】半導体チップ（１）は、隆起（３）を介し
    て基板（２）としての導体路と結合されることを特徴と
    する請求項１ないし４の１つに記載の方法。
  7. 【請求項７】半導体チップ（１）としてのホトダイオー
    ドが、隆起（３）を介して基板（２）としての前置増幅
    器チップに結合されることを特徴とする請求項１ないし
    ４の１つに記載の方法。
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