JP3659406B2 - バンプ構造とバンプの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の実装用のバンプ構造の改良と、このバンプの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子のパッド電極部に形成される実装用のバンプは、例えば、図１８に示すように構成されている。
図１８において、半導体素子２は、その実装面，すなわち、半導体素子２が実装される回路基板等の基板電極に対向される面に、複数の電極パッド３が形成されている。
この複数の電極パッド３上に、バンプ製造用キャピラリ（図示せず）に通したワイヤの先端に金属ボールを形成して、この金属ボールを電極パッド３に熱圧着することにより、図示するようにバンプ１の基部１ａを形成する。次いで、キャピラリをループ状軌跡を描いて移動させることにより、先端部１ｂを形成する。
【０００３】
このようなバンプ１は、回路基板等の基板電極の上に載置されて、導電性樹脂を介してリフロー炉内で加熱され接続される。導電性樹脂を硬化させた後で、半導体素子２と回路基板の間に封止樹脂を注入して硬化させることで、フリップチップ実装が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなフリップチップ実装構造においては、図１９に示すような問題がある。
図１９は、フリップチップ実装構造を模式化して示したものであり、導電性樹脂や封止樹脂の図示は省略されている。
半導体素子２は、例えば、一般的なＩＣチップであり、回路基板５は、例えばセラミック製の回路基板である。バンプ１は、通常、Ａｕ等の金属で形成されており、このＡｕは、ＩＣチップである半導体素子２や回路基板５と線膨張係数が異なることから、上述したリフロー時等において、バンプ１の接合部に応力がかかり、接合部が破断してしまう。
【０００５】
ここで、バンプ１を構成するＡｕもしくはＡｕ合金は、ＩＣチップである半導体素子２や回路基板５と比べると弾性係数（ヤング率）が低いという物性を有しており、バンプ１は他の箇所と比べると最も変形しやすい。
このため、例えば、図２０に示すように、バンプ１の高さｈ１を高くすれば、回路基板５とバンプ１の接合箇所と、バンプ１と半導体素子２との接合箇所との寸法が大きくなって、変形できる箇所が大きくなり、その分大きく変形することで、応力を吸収し、他の接合箇所に応力がかかることを防止できると考えられる。
しかしながら、キャピラリを用いた金属ボールの形成工程では、球形のボールを形成しているので、バンプ１の高さを容易に高くすることは困難である。
【０００６】
本発明の目的は、上述の問題を解決するためになされたものであり、丈夫な構造をもつバンプ構造とバンプの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、請求項１の発明によれば、バンプ製造用キャピラリに通したワイヤの先端に金属ボールを形成することにより、バンプを製造するバンプの製造方法であって、バンプが形成される半導体素子のパッド電極部に対して、前記金属ボールを押圧しながら第１の方向に超音波を印加して第１のバンプを形成し、前記第１のバンプの形成後に前記第１のバンプの上に、さらに金属ボールを押圧して、前記第１の方向と交差する第２の方向に超音波を印加しながら第２のバンプを形成する、バンプの製造方法により、達成される。
請求項１の構成によれば、第１のバンプを形成する際に、第１の方向に超音波を印加しているので、この第１の方向に沿って、第１のバンプ形状が僅かに引き延ばされる。これに対して、第２のバンプを形成する時には、第１の方向と交差する第２の方向に超音波を印加することで、第１のバンプ形成時に引き延ばされた形状が矯正される。このことにより、どちらの方向からの応力に対しても、対向できる均一な形状となる。
すなわち、第１及び第２のバンプを重ねることにより、バンプの高さを高くすることができ、より変形できることで、他の接合箇所に応力がかからないようにすると共に、バンプ形状を均一にすることによって、応力に強い構造とすることができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、前記超音波を印加する前記第１の方向と前記第２の方向とがほぼ９０度異なることを特徴とする。
請求項２の構成によれば、第１のバンプを形成する際に、第１の方向に超音波を印加したことにより、第１のバンプ形状が僅かに引き延ばされる。これに対して、第２のバンプを形成する時には、第１の方向と９０度交差する方向に超音波を印加することで、バンプ形状が矯正されて、バンプは全体として、上から見た形態において、円形となり、理想的な均一形状とすることができる。
【０００９】
また、上述の目的は、請求項３の発明によれば、バンプ製造用キャピラリに通したワイヤの先端に金属ボールを形成することにより、バンプを製造するバンプの製造方法であって、バンプが形成される半導体素子のパッド電極部に対して、前記金属ボールを押圧しながら第１の方向に超音波を印加して第１のバンプを形成し、前記第１のバンプの形成後に前記第１のバンプの上に、さらに金属ボールを押圧して、前記第１の方向と交差する第２の方向に超音波を印加しながら前記第１のバンプよりも大きな第２のバンプを形成する、バンプの製造方法により、達成される。
請求項３の構成によれば、第１及び第２のバンプを重ねることにより、バンプの高さを高くすることができる。このためバンプは長くなったことで、その分大きく変形できる。このため、応力が変形として吸収されることで、他の接合箇所に応力がかからないようにでき、強い構造とすることができる。ここで、バンプの大きさは大きいほうが接合力がつよく、第２のバンプは大きくてよい。これに対して、第１のバンプは、半導体素子のパッド電極部に接合されるため、第１のバンプが大きいと、比較的小さなパッド電極部を傷つけてしまう。このため、第１のバンプを必要以上に大きくしないようにしている。
【００１０】
しかも前記第１のバンプは、半導体素子のパッド電極部に対して、前記金属ボールを押圧しながら前記第１の方向に超音波を印加して形成され、前記第２のバンプは、前記第１のバンプの上に、さらに金属ボールを押圧して、前記第１の方向と交差する第２の方向に超音波を印加しながら形成することで、バンプ形状をより均一な形状とすることができ、丈夫な構造とすることができる。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３の構成において、前記超音波を印加する前記第１の方向と前記第２の方向とがほぼ９０度異なることを特徴とする。
請求項４の構成によれば、バンプ形状を最も均一な形状とすることができる。
【００１２】
また、上述の目的は、請求項５の発明によれば、半導体素子のパッド電極部に形成された金属製の第１のバンプと、この金属製の第１のバンプの上に形成された金属製の第２のバンプとを備えており、前記第１のバンプが、金属ボールを前記パッド電極部に押し付ける際に第１の方向に沿って超音波が印加されており、かつ前記第２のバンプが金属ボールを前記第１のバンプの上に押し付ける際に、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って超音波が印加されていることにより、前記第１及び第２のバンプでなるバンプ全体が平面視においてほぼ円形となるようにした、バンプ構造により、達成される。
請求項５の構成によれば、このバンプ構造は、請求項１の構成で説明したのと同様の理由により、応力に強い構造とすることができる。すなわち、第１及び第２のバンプを重ねることにより、バンプの高さを高くすることができ、より変形できることで、他の接合箇所に応力がかからないようにすると共に、バンプ全体の形状をほぼ均一な円形にすることによって、応力に強い構造とすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明のバンプの製造方法の第１の実施形態を示す工程図であり、図３は、図１及び図２の製造工程により製造したバンプの構造を示す概略断面図である。
【００２０】
図１（ａ）において、バンプ製造用のキャピラリ１１は、通常用いられるものと同じであり、キャピラリ１１の孔１２の径は、例えば、直径４０μｍ程度である。
キャピラリ１１の孔１２には、ボンディングワイヤ１３が挿通されている。このボンディングワイヤ１３は、例えばＡｕ／Ｐｂボンディングワイヤである。
これに対して、半導体素子２１の電極パッド２２には、Ａｌ電極２３が、例えば、１００μｍないし１５０μｍ程度のピッチで形成されている。
【００２１】
そして、このキャピラリ１１の孔１２に、ボンディングワイヤ１３を通して、図１（ａ）に示すように、キャピラリ１１の先端で、放電スパークにより、金属ボール１４を形成する。次いで、キャピラリ１１を、図示されているように、電極パッド２２のＡｌ電極２３の上に位置するように移動させ、半導体素子２１を、例えば加熱ステージ上で、摂氏２００度程度に加熱する。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に示すように、キャピラリ１１を下降させて、例えば、半導体素子２１を損傷しないように適切に選択された所定の加重を金属ボール１４にかけることにより、第１のバンプ１５を形成する。この場合、荷重を与えながら、第１の方向として、図において水平な方向，すなわち、矢印Ｘで示す方向に、キャピラリ１１を介して伝達される超音波による振動を与える。
ここで、半導体素子２１側を加熱するだけでなく、金属ボール１４に超音波を印加するのは、超音波の振動により、金属ボール１４自体を加熱するためである。
次いで、図１（ｃ）に示すように、キャピラリ１１を上方へ引き上げて、第１のバンプ１５に先端部１６を形成することで、第１のバンプ１５が完成する。
【００２３】
続いて、キャピラリ１１の孔１２に、ボンディングワイヤ１３を通して、図２（ａ）に示すように、ふたたび、キャピラリ１１の先端で、放電スパークにより、金属ボール１４を形成する。次いで、図示されているように、電極パッド２２のＡｌ電極２３の上の第１のバンプ１５の真上にキャピラリ１１を移動させる。
【００２４】
そして、図２（ｂ）に示すように、キャピラリ１１を下降させて、半導体素子２１を損傷しないように適切に選択された所定の加重，好ましくは、同一の金属材料を接合させることから、例えば、第１のバンプ１５の形成時よりも小さな荷重を金属ボール１４にかけることにより、第２のバンプ３５を形成する。
この場合、第１のバンプ１５を形成した際に印加した超音波と交差する第２の方向に超音波を印加しながら、荷重を加える。この超音波は、好ましくは、第１の方向に対して９０度異なる方向であり、図において、紙面に垂直な方向，すなわち、Ｙで示す方向に、キャピラリ１１を介して伝達される。この超音波は、第１のバンプ１５の形成時よりも小さくてよい。
そして、キャピラリ１１を上方へ引き上げることにより、図２（ｃ）に示すように、第２のバンプ３５の先端部３６を形成して、第２のバンプ３５を完成する。
【００２５】
このような方法によれば、図２（ｄ）の上面図に示すように、第１のバンプ１５の形成時に、Ｘ方向に沿って超音波を印加することで、超音波を印加方向に沿って第１のバンプ１５はやや長円形もしくは楕円形となる。
次いで、第２のバンプ３５の形成時に、図２（ｅ）に示すように、第１の方向と交差する方向，好ましくは、第１の方向と９０度異なる方向Ｘに超音波を印加することで、第１のバンプ１５の長円形もしくは楕円形が矯正される状態となる。このため、バンプ全体３７は、どちらの方向にも均一な、平面視でほぼ円形となる。
これにより、実装後に加わる応力が均一となって、部分的に応力が集中する箇所がなくなり、強靱な構造の２段構造のバンプ３７となる。
【００２６】
半導体素子２１の複数の電極パッド２２に必要な数のバンプ３７を形成した後で、図２（ｃ）に示すバンプ３７の上から平坦面で押圧して、各バンプ３７の高さを均一にするように押圧してレベリングを行い、図３に示すような実装構造を実現する。
【００２７】
図３は、２段構造のバンプ３７を用いて、半導体素子２１を実装対象として、例えば回路基板４６にフリップチップ実装した構造を示している。
フリップチップ実装においては、実際には、半導体素子２１と回路基板４６は、バンプ３７にて電気的接続がなされ、導電性樹脂を介してリフロー炉内で加熱され接続される。この導電性樹脂を硬化させた後で、半導体素子２１と回路基板４６との間に封止樹脂を注入して硬化させる構造である。
【００２８】
図３では、理解の便宜のため導電性樹脂や封止樹脂の図示を省略している。
図示されているように、このフリップチップ実装構造においては、バンプ３７が、図１及び図２で説明した方法で製造され、上述した構造を有している。
すなわち、バンプ３７は、第１のバンプ１５及び第２のバンプ３５の２段構造でなることから、バンプの高さを高くすることができ、応力が働いた場合に、より変形できることで、他の接合箇所に応力がかからないようにすることができる。これにより、応力に強い丈夫な構造とすることができる。これに加えて、バンプ高さを高く形成すると同時に、バンプ形状を均一にすることによって、バンプの形状の上で、応力が集中する箇所をつくらないので、この点においても、応力に強い構造とすることができる。
【００２９】
図４及び図５は、本発明のバンプの製造方法の第２の実施形態を示す工程図であり、図６は、図４及び図５の製造工程により製造したバンプによるフリップチップ実装構造を示す概略断面図である。これらの図において、第１の実施形態と同じ符号を付した箇所は同一の構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００３０】
図４（ａ）において、キャピラリ１１の孔１２には、ボンディングワイヤ１３が挿通されている。キャピラリ１１の先端で、放電スパークにより、金属ボール１４を形成する。次いで、図示されているように、キャピラリ１１を電極パッド２２のＡｌ電極２３の上に位置するように移動させ、半導体素子２１を、例えば加熱ステージ上で、摂氏２００度程度に加熱する。
【００３１】
次に、図４（ｂ）に示すように、キャピラリ１１を下降させて、例えば、半導体素子２１を損傷しないように適切に選択された所定の加重を金属ボール１４にかけることにより、第１のバンプ４１を形成する。この場合、荷重を与えながら、図１（ｂ）で説明したのと同様に超音波を印加してもよい。
次いで、図４（ｃ）に示すように、キャピラリ１１を上方へ引き上げて、第１のバンプ４１に先端部４２を形成することで、第１のバンプ４１が完成する。
【００３２】
続いて、キャピラリ１１の孔１２に、ボンディングワイヤ１３を通して、図５（ａ）に示すように、ふたたび、キャピラリ１１の先端で、放電スパークにより、金属ボール２４を形成する。この金属ボール２４は、図４（ａ）の金属ボール１４よりも大きな径とする必要がある。例えば、金属ボール２４は、金属ボール１４と比べて、１５０パーセントないし２００パーセント程度大きくする。
次いで、図示されているように、電極パッド２２のＡｌ電極２３の上の第１のバンプ４１の真上にキャピラリ１１を移動させる。
【００３３】
そして、図５（ｂ）に示すように、キャピラリ１１を下降させて、例えば、第１のバンプ４１の形成時よりも小さな荷重を金属ボール２４にかけることにより、第２のバンプ４３を形成する。
この時、図２（ｂ）で説明したのと同様に超音波を印加しながら荷重を加えてもよい。
【００３４】
そして、キャピラリ１１を上方へ引き上げることにより、図５（ｃ）に示すように、第２のバンプ４３の先端部４４を形成して、第２のバンプ４３を完成する。
これにより、図５（ｃ）に示されているように、第１のバンプ４１の上に、この第１のバンプ４１よりも径の大きい第２のバンプ４３が形成された２段構造のバンプ４５が形成される。
好ましくは、第２のバンプ４３は、第１のバンプ４１よりも１５０パーセントないし２００パーセント程度径が大きい。
【００３５】
図６は、２段構造のバンプ４５を用いて、半導体素子２１を実装対象として、例えば回路基板４６にフリップチップ実装した構造を示している。
図６では、理解の便宜のため導電性樹脂や封止樹脂の図示を省略している。
図示されているように、このフリップチップ実装構造においては、バンプ４５が、図１及び図２で説明した方法で製造され、上述した構造を有している。
【００３６】
これにより、第１のバンプ４１と第２のバンプ４３を重ねることにより、バンプ４５の高さを高くすることができる。このためバンプはより変形できることで、他の接合箇所に応力がかからないようにできて、強い構造とすることができる。ここで、バンプの大きさは大きいほうが接合力が強いことから、回路基板４６側に接合される第２のバンプ４３は大きくてよい。これに対して、第１のバンプ４１は、半導体素子２１の電極パッド２２に接合されるため、第１のバンプ４１が大き過ぎると、比較的小さな電極パッド２２を傷つけてしまう。このため、バンプ４５では、第２のバンプ４３を大きくして接合力を向上させるとともに、第１のバンプ４１を必要以上に大きくしないようにしている。
【００３７】
かくして、この第２の実施形態においても、第１のバンプ４１及び第２のバンプ４３の２段構造でなることから、バンプの高さを高くすることができ、応力が働いた場合に、より変形できることで、他の接合箇所に応力がかからないようにすることができる。これにより、応力に強い丈夫な構造とすることができる。これに加えて、第２のバンプ４３を大きくして接合力を向上させることでさらに丈夫な構造としている。
さらにまた、第１の実施形態と同様に、バンプ高さを高く形成すると同時に、第１のバンプ４１及び第２のバンプ４３をそれぞれ形成する場合に、超音波の印加方向を変えることで、バンプ形状を均一にすれば、バンプの形状の上で、応力が集中する箇所をつくらないので、この点においても、一層応力に強い構造とすることができる。
【００３８】
図７及び図８は、本発明のバンプの製造方法の第３の実施形態を示す工程図である。これらの図において、第１の実施形態と同じ符号を付した箇所は同一の構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００３９】
図７（ａ）において、キャピラリ１１の孔１２には、ボンディングワイヤ１３が挿通されている。キャピラリ１１の先端で、放電スパークにより、金属ボール１４を形成する。次いで、図示されているように、キャピラリ１１を電極パッド２２のＡｌ電極２３の上に位置するように移動させ、半導体素子２１を、例えば加熱ステージ上で、摂氏２００度程度に加熱する。
【００４０】
次に、図７（ｂ）に示すように、キャピラリ１１を下降させて、例えば、半導体素子２１を損傷しないように適切に選択された所定の加重を金属ボール１４にかけることにより、第１のバンプ５１を形成する。この場合、荷重を与えながら、図１（ｂ）で説明したのと同様に超音波を印加してもよい。
次いで、図７（ｃ）に示すように、キャピラリ１１を上方へ引き上げて、第１のバンプ５１に先端部５２を形成することで、第１のバンプ５１が完成する。
【００４１】
続いて、キャピラリ１１の孔１２に、ボンディングワイヤ１３を通して、図８（ａ）に示すように、ふたたび、キャピラリ１１の先端で、放電スパークにより、金属ボール２４を形成する。そして、キャピラリ１１を電極パッド２２のＡｌ電極２３の上の第１のバンプ４１の真上から、半導体素子２１の外側に向かってずれた位置に位置決めする。
具体的には、電極パッド２２のＡｌ電極２３の上の第１のバンプ４１のバンプ高さ方向に沿った、仮想の中心線Ｌ２と、この方向と平行な方向の金属ボール２４の中心を通る仮想の中心線Ｌ１が水平方向に距離Ａだけ半導体素子２１の外側に向かってずれた位置に、キャピラリ１１を位置決めする。
この場合、ずれを形成する距離Ａは、３０μｍないし５０μｍ程度であることが好ましい。
【００４２】
そして、このように位置決めしたキャピラリ１１を、図８（ｂ）に示すように、下降させて、例えば、第１のバンプ５１の形成時よりも小さな荷重を金属ボール１４にかけることにより、第２のバンプ５３を形成する。
この場合、図２（ｂ）で説明したのと同様に超音波を印加しながら荷重を加えてもよい。
【００４３】
そして、キャピラリ１１を上方へ引き上げることにより、図８（ｃ）に示すように、第２のバンプ５３の先端部５４を形成して、第２のバンプ５３を完成する。
これにより、図８（ｃ）に示されているように、第１のバンプ５１の上に、この第１のバンプ５１と水平方向に僅かにずれた位置に重ねられた第２のバンプ５３が形成された２段構造のバンプ５５が形成される。
【００４４】
図９は、２段構造のバンプ５５を用いて、半導体素子２１を実装対象として、例えば回路基板４６にフリップチップ実装した構造を示している。
図９では、理解の便宜のため導電性樹脂や封止樹脂の図示を省略している。
図示されているように、このフリップチップ実装構造においては、バンプ５５が、図７及び図８で説明した方法で製造され、上述した構造を有している。
【００４５】
ここで、図９のようなフリップチップ実装構造におけるバンプ５５の応力特性を説明する。
図１０は、第１のバンプ６１の上に、位置をずらさずに第２のバンプ６２を重ねた構造のバンプ６５を示しており、図示の状態では、製造工程と上下の位置を逆に示し、かつ図解の便宜のため第１及び第２のバンプの大きさを変えている。このバンプ６５を図９の左側に示されたバンプ５５と同じ位置に配置した場合に、バンプ６５に加わる応力が集中する概略的位置をコンピュータシミュレーションにより求めると、おおよそ散点状に示す領域Ｆ１及びＦ２となる。
【００４６】
これに対して、図１１は、第３の実施形態と同様に、第１のバンプ５１の上に、位置を半導体素子４６の内側に向かってずらして第２のバンプ５３を重ねた構造のバンプ５５を示しており、図示の状態では、製造工程と上下の位置を逆に示し、かつ図解の便宜のため第１及び第２のバンプの大きさを変えている。このバンプ５５を図９の左側に示されたバンプ５５と同じ位置に配置した場合に、バンプ５５に加わる応力が集中する概略的位置をコンピュータシミュレーションにより求めると、おおよそ散点状に示す領域Ｆ３及びＦ４となる。
【００４７】
また、図１２は、第３の実施形態と同様に、第１のバンプ５１の上に、位置を半導体素子４６の外側に向かってずらして第２のバンプ５３を重ねた構造のバンプ５５を示しており、図示の状態では、製造工程と上下の位置を逆に示し、かつ図解の便宜のため第１及び第２のバンプの大きさを変えている。このバンプ５５を図９の左側に示されたバンプ５５と同じ位置に配置した場合に、バンプ５５に加わる応力が集中する概略的位置をコンピュータシミュレーションにより求めると、おおよそ散点状に示す領域Ｆ５，Ｆ６，Ｆ７となる。
【００４８】
図１３は、図１０のバンプ６５によるフリップチップ実装構造を模式化して示したものであり、導電性樹脂や封止樹脂の図示は省略されている。
これに対して、図１４は、第１のバンプ５１と第２のバンプ５３の位置を第３の実施形態のようにずらして２段構成とした場合のバンプ５５によるフリップチップ実装構造を模式化して示したものであり、特に、図１２の構成に対応している。
【００４９】
この図１３及び図１４を比較すると、フリップチップ実装構造において、レベリングの実行において、バンプの高さを一定にすると、図１３におけるバンプ６５の高さはバンプの長さｈ２と一致する。しかし、図１４の構成では、バンプ５５は、半導体素子２１と回路基板４６との間で斜めに配置されることになる。
すなわち、２段のバンプ５１，５３がその中心線をずらして接合されることにより、バンプ高さｈ２を高くしなくても、基板側と第２のバンプ５３の接合箇所と、第１のバンプ５１と半導体素子４１の接合箇所との距離寸法ｈ３は大きくなる。これにより、バンプ５５の長さを大きくできるので、その分、より変形できることで、他の接合箇所に応力がかからないようにすることができ、応力に強い構造とすることができる。
【００５０】
図１５は、第１のバンプと、これに重ねた第２のバンプの相互の偏心量と応力との関係を示す図であり、Ｃ１は図１０の構成に対応し、Ｃ２は図１１の構成に対応し、Ｃ３は図１２の構成に対応している。
図示されているように、２段のバンプ５１，５３がその中心線をずらして接合されることにより、その位置ずれが内側であっても外側であっても、加わる応力が低下していることがわかる。
【００５１】
図１６は、本発明のバンプの製造方法の第４の実施形態を示す概略斜視図であり、これらの図において、第１の実施形態と同じ符号を付した箇所は同一の構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
また、図１７は、第４の実施形態の２段構造のバンプを用いて、半導体素子２１を実装対象として、例えば回路基板４６にフリップチップ実装した構造を示している。
半導体素子２１は、例えば、一般的な形状のＩＣチップであって、多角形状，例えば、直方体もしくは立方体である。この半導体素子２１の実装面２５の複数の電極パッド２２に対応して金属製の複数の２段以上のバンプ６５が形成されている。
【００５２】
ここで、半導体素子２１は、図示の場合は半導体素子２１の実装面２５が多角形，図示の場合、四角形でなっており、この実装面２５の対角Ｋ１，Ｋ３もしくはＫ２，Ｋ４の少なくともひとつの隅部Ｋ１に対応して設けられた電極パッド２６は、他の複数の電極パッド２２よりも大きく形成されている。そして、これに対応して、電極パッド２６上には、第１のバンプ７１の上に第２のバンプを重ねて２段構造のバンプ７５が形成されており、このバンプ７５は、他の２段構造のバンプ６５よりも大きく形成されている。
ここで、大きなバンプ７５が形成される実装面２５は、必ずしも多角形である必要はなく、円形の場合も考えられる。つまり、大きなバンプ７５が形成される箇所は、半導体素子２１が実装された後で、この半導体素子２１の実装面２５における応力が集中しやすい位置であって、例えば、図示のような対角の角隅部である場合や、他のバンプから距離が離れて形成されるバンプ位置等である。
【００５３】
このバンプ７５の製造方法は、第１の実施形態で説明した方法と同じであるが、超音波の印加方向に関しては、第１のバンプ７１の形成時と第２のバンプ７３の形成時において、第１の実施形態で説明したように異ならせてもよいし、同じ方向としてもよい。また、第２または第３の実施形態で説明した手法を採用して他のバンプ６５よりも大きく形成してもよい。
【００５４】
以上説明した第４の実施形態によれば、半導体素子２１の実装面２５の隅部Ｋ１は、応力が加わりやすい箇所である。このため、破断しやすい箇所である実装面２５の対角の隅部に設けられるバンプ７５の大きさを他のバンプ６５よりも大きくすることで、強靱な実装構造とすることができる。
【００５５】
本発明は上述の実施形態に限定されない。
上述の各実施形態の手法もしくは構造は相互に組み合わせることができ、あるいは、その一部を省略したり、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、丈夫な構造をもつバンプ構造とバンプの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバンプの製造方法の第１の実施形態を示す工程図。
【図２】本発明のバンプの製造方法の第１の実施形態を示す工程図。
【図３】図１及び図２の製造工程により製造したバンプの構造を示す概略断面図。
【図４】本発明のバンプの製造方法の第２の実施形態を示す工程図。
【図５】本発明のバンプの製造方法の第２の実施形態を示す工程図。
【図６】図４及び図５の製造工程により製造したバンプの構造を示す概略断面図。
【図７】本発明のバンプの製造方法の第３の実施形態を示す工程図。
【図８】本発明のバンプの製造方法の第３の実施形態を示す工程図。
【図９】図７及び図８の製造工程により製造したバンプの構造を示す概略断面図。
【図１０】第１のバンプの上に、位置をずらさずに第２のバンプを重ねた構造のバンプに加わる応力が集中する概略的位置をコンピュータシミュレーションにより示す概略斜視図。
【図１１】第１のバンプの上に、位置をずらして第２のバンプを重ねた構造のバンプに加わる応力が集中する概略的位置をコンピュータシミュレーションにより示す概略斜視図。
【図１２】第１のバンプの上に、位置をずらして第２のバンプを重ねた構造のバンプに加わる応力が集中する概略的位置をコンピュータシミュレーションにより示す概略斜視図。
【図１３】図１０のバンプによる実装構造の模式図。
【図１４】図１２のバンプによる実装構造の模式図。
【図１５】図１１ないし図１３のバンプによる実装構造の応力特性を示すグラフである。
【図１６】本発明のバンプの構造の第４の実施形態を示す概略斜視図。
【図１７】図１６のバンプの構造による実装構造を示す概略断面図。
【図１８】従来のバンプの構造を示す概略図。
【図１９】フリップチップ実装構造の模式図。
【図２０】フリップチップ実装構造の模式図。
【符号の説明】
１１ キャピラリ
１３ ボンディングワイヤ
１４ 金属ボール
１５，４１，５１，６１，７１ 第１のバンプ
３５，４３，５３，６２，７３ 第２のバンプ
２１ 半導体素子
２２ 電極パッド
２３ Ａｌ電極
４６ 回路基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の実装用のバンプ構造の改良と、このバンプの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子のパッド電極部に形成される実装用のバンプは、例えば、図１８に示すように構成されている。
図１８において、半導体素子２は、その実装面，すなわち、半導体素子２が実装される回路基板等の基板電極に対向される面に、複数の電極パッド３が形成されている。
この複数の電極パッド３上に、バンプ製造用キャピラリ（図示せず）に通したワイヤの先端に金属ボールを形成して、この金属ボールを電極パッド３に熱圧着することにより、図示するようにバンプ１の基部１ａを形成する。次いで、キャピラリをループ状軌跡を描いて移動させることにより、先端部１ｂを形成する。
【０００３】
このようなバンプ１は、回路基板等の基板電極の上に載置されて、導電性樹脂を介してリフロー炉内で加熱され接続される。導電性樹脂を硬化させた後で、半導体素子２と回路基板の間に封止樹脂を注入して硬化させることで、フリップチップ実装が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなフリップチップ実装構造においては、図１９に示すような問題がある。
図１９は、フリップチップ実装構造を模式化して示したものであり、導電性樹脂や封止樹脂の図示は省略されている。
半導体素子２は、例えば、一般的なＩＣチップであり、回路基板５は、例えばセラミック製の回路基板である。バンプ１は、通常、Ａｕ等の金属で形成されており、このＡｕは、ＩＣチップである半導体素子２や回路基板５と線膨張係数が異なることから、上述したリフロー時等において、バンプ１の接合部に応力がかかり、接合部が破断してしまう。
【０００５】
ここで、バンプ１を構成するＡｕもしくはＡｕ合金は、ＩＣチップである半導体素子２や回路基板５と比べると弾性係数（ヤング率）が低いという物性を有しており、バンプ１は他の箇所と比べると最も変形しやすい。
このため、例えば、図２０に示すように、バンプ１の高さｈ１を高くすれば、回路基板５とバンプ１の接合箇所と、バンプ１と半導体素子２との接合箇所との寸法が大きくなって、変形できる箇所が大きくなり、その分大きく変形することで、応力を吸収し、他の接合箇所に応力がかかることを防止できると考えられる。
しかしながら、キャピラリを用いた金属ボールの形成工程では、球形のボールを形成しているので、バンプ１の高さを容易に高くすることは困難である。
【０００６】
本発明の目的は、上述の問題を解決するためになされたものであり、丈夫な構造をもつバンプ構造とバンプの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、請求項１の発明によれば、バンプ製造用キャピラリに通したワイヤの先端に金属ボールを形成することにより、バンプを製造するバンプの製造方法であって、バンプが形成される半導体素子のパッド電極部に対して、前記金属ボールを押圧しながら第１の方向に超音波を印加して第１のバンプを形成し、前記第１のバンプの形成後に前記第１のバンプの上に、さらに金属ボールを押圧して、前記第１の方向と交差する第２の方向に超音波を印加しながら第２のバンプを形成する、バンプの製造方法により、達成される。
請求項１の構成によれば、第１のバンプを形成する際に、第１の方向に超音波を印加しているので、この第１の方向に沿って、第１のバンプ形状が僅かに引き延ばされる。これに対して、第２のバンプを形成する時には、第１の方向と交差する第２の方向に超音波を印加することで、第１のバンプ形成時に引き延ばされた形状が矯正される。このことにより、どちらの方向からの応力に対しても、対向できる均一な形状となる。
すなわち、第１及び第２のバンプを重ねることにより、バンプの高さを高くすることができ、より変形できることで、他の接合箇所に応力がかからないようにすると共に、バンプ形状を均一にすることによって、応力に強い構造とすることができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、前記超音波を印加する前記第１の方向と前記第２の方向とがほぼ９０度異なることを特徴とする。
請求項２の構成によれば、第１のバンプを形成する際に、第１の方向に超音波を印加したことにより、第１のバンプ形状が僅かに引き延ばされる。これに対して、第２のバンプを形成する時には、第１の方向と９０度交差する方向に超音波を印加することで、バンプ形状が矯正されて、バンプは全体として、上から見た形態において、円形となり、理想的な均一形状とすることができる。
【０００９】
また、上述の目的は、請求項３の発明によれば、バンプ製造用キャピラリに通したワイヤの先端に金属ボールを形成することにより、バンプを製造するバンプの製造方法であって、バンプが形成される半導体素子のパッド電極部に対して、前記金属ボールを押圧しながら第１の方向に超音波を印加して第１のバンプを形成し、前記第１のバンプの形成後に前記第１のバンプの上に、さらに金属ボールを押圧して、前記第１の方向と交差する第２の方向に超音波を印加しながら前記第１のバンプよりも大きな第２のバンプを形成する、バンプの製造方法により、達成される。
請求項３の構成によれば、第１及び第２のバンプを重ねることにより、バンプの高さを高くすることができる。このためバンプは長くなったことで、その分大きく変形できる。このため、応力が変形として吸収されることで、他の接合箇所に応力がかからないようにでき、強い構造とすることができる。ここで、バンプの大きさは大きいほうが接合力がつよく、第２のバンプは大きくてよい。これに対して、第１のバンプは、半導体素子のパッド電極部に接合されるため、第１のバンプが大きいと、比較的小さなパッド電極部を傷つけてしまう。このため、第１のバンプを必要以上に大きくしないようにしている。
【００１０】
しかも前記第１のバンプは、半導体素子のパッド電極部に対して、前記金属ボールを押圧しながら前記第１の方向に超音波を印加して形成され、前記第２のバンプは、前記第１のバンプの上に、さらに金属ボールを押圧して、前記第１の方向と交差する第２の方向に超音波を印加しながら形成することで、バンプ形状をより均一な形状とすることができ、丈夫な構造とすることができる。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３の構成において、前記超音波を印加する前記第１の方向と前記第２の方向とがほぼ９０度異なることを特徴とする。
請求項４の構成によれば、バンプ形状を最も均一な形状とすることができる。
【００１２】
また、上述の目的は、請求項５の発明によれば、半導体素子のパッド電極部に形成された金属製の第１のバンプと、この金属製の第１のバンプの上に形成された金属製の第２のバンプとを備えており、前記第１のバンプが、金属ボールを前記パッド電極部に押し付ける際に第１の方向に沿って超音波が印加されており、かつ前記第２のバンプが金属ボールを前記第１のバンプの上に押し付ける際に、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って超音波が印加されていることにより、前記第１及び第２のバンプでなるバンプ全体が平面視においてほぼ円形となるようにした、バンプ構造により、達成される。
請求項５の構成によれば、このバンプ構造は、請求項１の構成で説明したのと同様の理由により、応力に強い構造とすることができる。すなわち、第１及び第２のバンプを重ねることにより、バンプの高さを高くすることができ、より変形できることで、他の接合箇所に応力がかからないようにすると共に、バンプ全体の形状をほぼ均一な円形にすることによって、応力に強い構造とすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明のバンプの製造方法の第１の実施形態を示す工程図であり、図３は、図１及び図２の製造工程により製造したバンプの構造を示す概略断面図である。
【００２０】
図１（ａ）において、バンプ製造用のキャピラリ１１は、通常用いられるものと同じであり、キャピラリ１１の孔１２の径は、例えば、直径４０μｍ程度である。
キャピラリ１１の孔１２には、ボンディングワイヤ１３が挿通されている。このボンディングワイヤ１３は、例えばＡｕ／Ｐｂボンディングワイヤである。
これに対して、半導体素子２１の電極パッド２２には、Ａｌ電極２３が、例えば、１００μｍないし１５０μｍ程度のピッチで形成されている。
【００２１】
そして、このキャピラリ１１の孔１２に、ボンディングワイヤ１３を通して、図１（ａ）に示すように、キャピラリ１１の先端で、放電スパークにより、金属ボール１４を形成する。次いで、キャピラリ１１を、図示されているように、電極パッド２２のＡｌ電極２３の上に位置するように移動させ、半導体素子２１を、例えば加熱ステージ上で、摂氏２００度程度に加熱する。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に示すように、キャピラリ１１を下降させて、例えば、半導体素子２１を損傷しないように適切に選択された所定の加重を金属ボール１４にかけることにより、第１のバンプ１５を形成する。この場合、荷重を与えながら、第１の方向として、図において水平な方向，すなわち、矢印Ｘで示す方向に、キャピラリ１１を介して伝達される超音波による振動を与える。
ここで、半導体素子２１側を加熱するだけでなく、金属ボール１４に超音波を印加するのは、超音波の振動により、金属ボール１４自体を加熱するためである。
次いで、図１（ｃ）に示すように、キャピラリ１１を上方へ引き上げて、第１のバンプ１５に先端部１６を形成することで、第１のバンプ１５が完成する。
【００２３】
続いて、キャピラリ１１の孔１２に、ボンディングワイヤ１３を通して、図２（ａ）に示すように、ふたたび、キャピラリ１１の先端で、放電スパークにより、金属ボール１４を形成する。次いで、図示されているように、電極パッド２２のＡｌ電極２３の上の第１のバンプ１５の真上にキャピラリ１１を移動させる。
【００２４】
そして、図２（ｂ）に示すように、キャピラリ１１を下降させて、半導体素子２１を損傷しないように適切に選択された所定の加重，好ましくは、同一の金属材料を接合させることから、例えば、第１のバンプ１５の形成時よりも小さな荷重を金属ボール１４にかけることにより、第２のバンプ３５を形成する。
この場合、第１のバンプ１５を形成した際に印加した超音波と交差する第２の方向に超音波を印加しながら、荷重を加える。この超音波は、好ましくは、第１の方向に対して９０度異なる方向であり、図において、紙面に垂直な方向，すなわち、Ｙで示す方向に、キャピラリ１１を介して伝達される。この超音波は、第１のバンプ１５の形成時よりも小さくてよい。
そして、キャピラリ１１を上方へ引き上げることにより、図２（ｃ）に示すように、第２のバンプ３５の先端部３６を形成して、第２のバンプ３５を完成する。
【００２５】
このような方法によれば、図２（ｄ）の上面図に示すように、第１のバンプ１５の形成時に、Ｘ方向に沿って超音波を印加することで、超音波を印加方向に沿って第１のバンプ１５はやや長円形もしくは楕円形となる。
次いで、第２のバンプ３５の形成時に、図２（ｅ）に示すように、第１の方向と交差する方向，好ましくは、第１の方向と９０度異なる方向Ｘに超音波を印加することで、第１のバンプ１５の長円形もしくは楕円形が矯正される状態となる。このため、バンプ全体３７は、どちらの方向にも均一な、平面視でほぼ円形となる。
これにより、実装後に加わる応力が均一となって、部分的に応力が集中する箇所がなくなり、強靱な構造の２段構造のバンプ３７となる。
【００２６】
半導体素子２１の複数の電極パッド２２に必要な数のバンプ３７を形成した後で、図２（ｃ）に示すバンプ３７の上から平坦面で押圧して、各バンプ３７の高さを均一にするように押圧してレベリングを行い、図３に示すような実装構造を実現する。
【００２７】
図３は、２段構造のバンプ３７を用いて、半導体素子２１を実装対象として、例えば回路基板４６にフリップチップ実装した構造を示している。
フリップチップ実装においては、実際には、半導体素子２１と回路基板４６は、バンプ３７にて電気的接続がなされ、導電性樹脂を介してリフロー炉内で加熱され接続される。この導電性樹脂を硬化させた後で、半導体素子２１と回路基板４６との間に封止樹脂を注入して硬化させる構造である。
【００２８】
図３では、理解の便宜のため導電性樹脂や封止樹脂の図示を省略している。
図示されているように、このフリップチップ実装構造においては、バンプ３７が、図１及び図２で説明した方法で製造され、上述した構造を有している。
すなわち、バンプ３７は、第１のバンプ１５及び第２のバンプ３５の２段構造でなることから、バンプの高さを高くすることができ、応力が働いた場合に、より変形できることで、他の接合箇所に応力がかからないようにすることができる。これにより、応力に強い丈夫な構造とすることができる。これに加えて、バンプ高さを高く形成すると同時に、バンプ形状を均一にすることによって、バンプの形状の上で、応力が集中する箇所をつくらないので、この点においても、応力に強い構造とすることができる。
【００２９】
図４及び図５は、本発明のバンプの製造方法の第２の実施形態を示す工程図であり、図６は、図４及び図５の製造工程により製造したバンプによるフリップチップ実装構造を示す概略断面図である。これらの図において、第１の実施形態と同じ符号を付した箇所は同一の構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００３０】
図４（ａ）において、キャピラリ１１の孔１２には、ボンディングワイヤ１３が挿通されている。キャピラリ１１の先端で、放電スパークにより、金属ボール１４を形成する。次いで、図示されているように、キャピラリ１１を電極パッド２２のＡｌ電極２３の上に位置するように移動させ、半導体素子２１を、例えば加熱ステージ上で、摂氏２００度程度に加熱する。
【００３１】
次に、図４（ｂ）に示すように、キャピラリ１１を下降させて、例えば、半導体素子２１を損傷しないように適切に選択された所定の加重を金属ボール１４にかけることにより、第１のバンプ４１を形成する。この場合、荷重を与えながら、図１（ｂ）で説明したのと同様に超音波を印加してもよい。
次いで、図４（ｃ）に示すように、キャピラリ１１を上方へ引き上げて、第１のバンプ４１に先端部４２を形成することで、第１のバンプ４１が完成する。
【００３２】
続いて、キャピラリ１１の孔１２に、ボンディングワイヤ１３を通して、図５（ａ）に示すように、ふたたび、キャピラリ１１の先端で、放電スパークにより、金属ボール２４を形成する。この金属ボール２４は、図４（ａ）の金属ボール１４よりも大きな径とする必要がある。例えば、金属ボール２４は、金属ボール１４と比べて、１５０パーセントないし２００パーセント程度大きくする。
次いで、図示されているように、電極パッド２２のＡｌ電極２３の上の第１のバンプ４１の真上にキャピラリ１１を移動させる。
【００３３】
そして、図５（ｂ）に示すように、キャピラリ１１を下降させて、例えば、第１のバンプ４１の形成時よりも小さな荷重を金属ボール２４にかけることにより、第２のバンプ４３を形成する。
この時、図２（ｂ）で説明したのと同様に超音波を印加しながら荷重を加えてもよい。
【００３４】
そして、キャピラリ１１を上方へ引き上げることにより、図５（ｃ）に示すように、第２のバンプ４３の先端部４４を形成して、第２のバンプ４３を完成する。
これにより、図５（ｃ）に示されているように、第１のバンプ４１の上に、この第１のバンプ４１よりも径の大きい第２のバンプ４３が形成された２段構造のバンプ４５が形成される。
好ましくは、第２のバンプ４３は、第１のバンプ４１よりも１５０パーセントないし２００パーセント程度径が大きい。
【００３５】
図６は、２段構造のバンプ４５を用いて、半導体素子２１を実装対象として、例えば回路基板４６にフリップチップ実装した構造を示している。
図６では、理解の便宜のため導電性樹脂や封止樹脂の図示を省略している。
図示されているように、このフリップチップ実装構造においては、バンプ４５が、図１及び図２で説明した方法で製造され、上述した構造を有している。
【００３６】
これにより、第１のバンプ４１と第２のバンプ４３を重ねることにより、バンプ４５の高さを高くすることができる。このためバンプはより変形できることで、他の接合箇所に応力がかからないようにできて、強い構造とすることができる。ここで、バンプの大きさは大きいほうが接合力が強いことから、回路基板４６側に接合される第２のバンプ４３は大きくてよい。これに対して、第１のバンプ４１は、半導体素子２１の電極パッド２２に接合されるため、第１のバンプ４１が大き過ぎると、比較的小さな電極パッド２２を傷つけてしまう。このため、バンプ４５では、第２のバンプ４３を大きくして接合力を向上させるとともに、第１のバンプ４１を必要以上に大きくしないようにしている。
【００３７】
かくして、この第２の実施形態においても、第１のバンプ４１及び第２のバンプ４３の２段構造でなることから、バンプの高さを高くすることができ、応力が働いた場合に、より変形できることで、他の接合箇所に応力がかからないようにすることができる。これにより、応力に強い丈夫な構造とすることができる。これに加えて、第２のバンプ４３を大きくして接合力を向上させることでさらに丈夫な構造としている。
さらにまた、第１の実施形態と同様に、バンプ高さを高く形成すると同時に、第１のバンプ４１及び第２のバンプ４３をそれぞれ形成する場合に、超音波の印加方向を変えることで、バンプ形状を均一にすれば、バンプの形状の上で、応力が集中する箇所をつくらないので、この点においても、一層応力に強い構造とすることができる。
【００３８】
図７及び図８は、本発明のバンプの製造方法の第３の実施形態を示す工程図である。これらの図において、第１の実施形態と同じ符号を付した箇所は同一の構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
【００３９】
図７（ａ）において、キャピラリ１１の孔１２には、ボンディングワイヤ１３が挿通されている。キャピラリ１１の先端で、放電スパークにより、金属ボール１４を形成する。次いで、図示されているように、キャピラリ１１を電極パッド２２のＡｌ電極２３の上に位置するように移動させ、半導体素子２１を、例えば加熱ステージ上で、摂氏２００度程度に加熱する。
【００４０】
次に、図７（ｂ）に示すように、キャピラリ１１を下降させて、例えば、半導体素子２１を損傷しないように適切に選択された所定の加重を金属ボール１４にかけることにより、第１のバンプ５１を形成する。この場合、荷重を与えながら、図１（ｂ）で説明したのと同様に超音波を印加してもよい。
次いで、図７（ｃ）に示すように、キャピラリ１１を上方へ引き上げて、第１のバンプ５１に先端部５２を形成することで、第１のバンプ５１が完成する。
【００４１】
続いて、キャピラリ１１の孔１２に、ボンディングワイヤ１３を通して、図８（ａ）に示すように、ふたたび、キャピラリ１１の先端で、放電スパークにより、金属ボール２４を形成する。そして、キャピラリ１１を電極パッド２２のＡｌ電極２３の上の第１のバンプ４１の真上から、半導体素子２１の外側に向かってずれた位置に位置決めする。
具体的には、電極パッド２２のＡｌ電極２３の上の第１のバンプ４１のバンプ高さ方向に沿った、仮想の中心線Ｌ２と、この方向と平行な方向の金属ボール２４の中心を通る仮想の中心線Ｌ１が水平方向に距離Ａだけ半導体素子２１の外側に向かってずれた位置に、キャピラリ１１を位置決めする。
この場合、ずれを形成する距離Ａは、３０μｍないし５０μｍ程度であることが好ましい。
【００４２】
そして、このように位置決めしたキャピラリ１１を、図８（ｂ）に示すように、下降させて、例えば、第１のバンプ５１の形成時よりも小さな荷重を金属ボール１４にかけることにより、第２のバンプ５３を形成する。
この場合、図２（ｂ）で説明したのと同様に超音波を印加しながら荷重を加えてもよい。
【００４３】
そして、キャピラリ１１を上方へ引き上げることにより、図８（ｃ）に示すように、第２のバンプ５３の先端部５４を形成して、第２のバンプ５３を完成する。
これにより、図８（ｃ）に示されているように、第１のバンプ５１の上に、この第１のバンプ５１と水平方向に僅かにずれた位置に重ねられた第２のバンプ５３が形成された２段構造のバンプ５５が形成される。
【００４４】
図９は、２段構造のバンプ５５を用いて、半導体素子２１を実装対象として、例えば回路基板４６にフリップチップ実装した構造を示している。
図９では、理解の便宜のため導電性樹脂や封止樹脂の図示を省略している。
図示されているように、このフリップチップ実装構造においては、バンプ５５が、図７及び図８で説明した方法で製造され、上述した構造を有している。
【００４５】
ここで、図９のようなフリップチップ実装構造におけるバンプ５５の応力特性を説明する。
図１０は、第１のバンプ６１の上に、位置をずらさずに第２のバンプ６２を重ねた構造のバンプ６５を示しており、図示の状態では、製造工程と上下の位置を逆に示し、かつ図解の便宜のため第１及び第２のバンプの大きさを変えている。このバンプ６５を図９の左側に示されたバンプ５５と同じ位置に配置した場合に、バンプ６５に加わる応力が集中する概略的位置をコンピュータシミュレーションにより求めると、おおよそ散点状に示す領域Ｆ１及びＦ２となる。
【００４６】
これに対して、図１１は、第３の実施形態と同様に、第１のバンプ５１の上に、位置を半導体素子４６の内側に向かってずらして第２のバンプ５３を重ねた構造のバンプ５５を示しており、図示の状態では、製造工程と上下の位置を逆に示し、かつ図解の便宜のため第１及び第２のバンプの大きさを変えている。このバンプ５５を図９の左側に示されたバンプ５５と同じ位置に配置した場合に、バンプ５５に加わる応力が集中する概略的位置をコンピュータシミュレーションにより求めると、おおよそ散点状に示す領域Ｆ３及びＦ４となる。
【００４７】
また、図１２は、第３の実施形態と同様に、第１のバンプ５１の上に、位置を半導体素子４６の外側に向かってずらして第２のバンプ５３を重ねた構造のバンプ５５を示しており、図示の状態では、製造工程と上下の位置を逆に示し、かつ図解の便宜のため第１及び第２のバンプの大きさを変えている。このバンプ５５を図９の左側に示されたバンプ５５と同じ位置に配置した場合に、バンプ５５に加わる応力が集中する概略的位置をコンピュータシミュレーションにより求めると、おおよそ散点状に示す領域Ｆ５，Ｆ６，Ｆ７となる。
【００４８】
図１３は、図１０のバンプ６５によるフリップチップ実装構造を模式化して示したものであり、導電性樹脂や封止樹脂の図示は省略されている。
これに対して、図１４は、第１のバンプ５１と第２のバンプ５３の位置を第３の実施形態のようにずらして２段構成とした場合のバンプ５５によるフリップチップ実装構造を模式化して示したものであり、特に、図１２の構成に対応している。
【００４９】
この図１３及び図１４を比較すると、フリップチップ実装構造において、レベリングの実行において、バンプの高さを一定にすると、図１３におけるバンプ６５の高さはバンプの長さｈ２と一致する。しかし、図１４の構成では、バンプ５５は、半導体素子２１と回路基板４６との間で斜めに配置されることになる。
すなわち、２段のバンプ５１，５３がその中心線をずらして接合されることにより、バンプ高さｈ２を高くしなくても、基板側と第２のバンプ５３の接合箇所と、第１のバンプ５１と半導体素子４１の接合箇所との距離寸法ｈ３は大きくなる。これにより、バンプ５５の長さを大きくできるので、その分、より変形できることで、他の接合箇所に応力がかからないようにすることができ、応力に強い構造とすることができる。
【００５０】
図１５は、第１のバンプと、これに重ねた第２のバンプの相互の偏心量と応力との関係を示す図であり、Ｃ１は図１０の構成に対応し、Ｃ２は図１１の構成に対応し、Ｃ３は図１２の構成に対応している。
図示されているように、２段のバンプ５１，５３がその中心線をずらして接合されることにより、その位置ずれが内側であっても外側であっても、加わる応力が低下していることがわかる。
【００５１】
図１６は、本発明のバンプの製造方法の第４の実施形態を示す概略斜視図であり、これらの図において、第１の実施形態と同じ符号を付した箇所は同一の構成であるから、重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
また、図１７は、第４の実施形態の２段構造のバンプを用いて、半導体素子２１を実装対象として、例えば回路基板４６にフリップチップ実装した構造を示している。
半導体素子２１は、例えば、一般的な形状のＩＣチップであって、多角形状，例えば、直方体もしくは立方体である。この半導体素子２１の実装面２５の複数の電極パッド２２に対応して金属製の複数の２段以上のバンプ６５が形成されている。
【００５２】
ここで、半導体素子２１は、図示の場合は半導体素子２１の実装面２５が多角形，図示の場合、四角形でなっており、この実装面２５の対角Ｋ１，Ｋ３もしくはＫ２，Ｋ４の少なくともひとつの隅部Ｋ１に対応して設けられた電極パッド２６は、他の複数の電極パッド２２よりも大きく形成されている。そして、これに対応して、電極パッド２６上には、第１のバンプ７１の上に第２のバンプを重ねて２段構造のバンプ７５が形成されており、このバンプ７５は、他の２段構造のバンプ６５よりも大きく形成されている。
ここで、大きなバンプ７５が形成される実装面２５は、必ずしも多角形である必要はなく、円形の場合も考えられる。つまり、大きなバンプ７５が形成される箇所は、半導体素子２１が実装された後で、この半導体素子２１の実装面２５における応力が集中しやすい位置であって、例えば、図示のような対角の角隅部である場合や、他のバンプから距離が離れて形成されるバンプ位置等である。
【００５３】
このバンプ７５の製造方法は、第１の実施形態で説明した方法と同じであるが、超音波の印加方向に関しては、第１のバンプ７１の形成時と第２のバンプ７３の形成時において、第１の実施形態で説明したように異ならせてもよいし、同じ方向としてもよい。また、第２または第３の実施形態で説明した手法を採用して他のバンプ６５よりも大きく形成してもよい。
【００５４】
以上説明した第４の実施形態によれば、半導体素子２１の実装面２５の隅部Ｋ１は、応力が加わりやすい箇所である。このため、破断しやすい箇所である実装面２５の対角の隅部に設けられるバンプ７５の大きさを他のバンプ６５よりも大きくすることで、強靱な実装構造とすることができる。
【００５５】
本発明は上述の実施形態に限定されない。
上述の各実施形態の手法もしくは構造は相互に組み合わせることができ、あるいは、その一部を省略したり、図示しない他の構成と組み合わせることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、丈夫な構造をもつバンプ構造とバンプの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバンプの製造方法の第１の実施形態を示す工程図。
【図２】本発明のバンプの製造方法の第１の実施形態を示す工程図。
【図３】図１及び図２の製造工程により製造したバンプの構造を示す概略断面図。
【図４】本発明のバンプの製造方法の第２の実施形態を示す工程図。
【図５】本発明のバンプの製造方法の第２の実施形態を示す工程図。
【図６】図４及び図５の製造工程により製造したバンプの構造を示す概略断面図。
【図７】本発明のバンプの製造方法の第３の実施形態を示す工程図。
【図８】本発明のバンプの製造方法の第３の実施形態を示す工程図。
【図９】図７及び図８の製造工程により製造したバンプの構造を示す概略断面図。
【図１０】第１のバンプの上に、位置をずらさずに第２のバンプを重ねた構造のバンプに加わる応力が集中する概略的位置をコンピュータシミュレーションにより示す概略斜視図。
【図１１】第１のバンプの上に、位置をずらして第２のバンプを重ねた構造のバンプに加わる応力が集中する概略的位置をコンピュータシミュレーションにより示す概略斜視図。
【図１２】第１のバンプの上に、位置をずらして第２のバンプを重ねた構造のバンプに加わる応力が集中する概略的位置をコンピュータシミュレーションにより示す概略斜視図。
【図１３】図１０のバンプによる実装構造の模式図。
【図１４】図１２のバンプによる実装構造の模式図。
【図１５】図１１ないし図１３のバンプによる実装構造の応力特性を示すグラフである。
【図１６】本発明のバンプの構造の第４の実施形態を示す概略斜視図。
【図１７】図１６のバンプの構造による実装構造を示す概略断面図。
【図１８】従来のバンプの構造を示す概略図。
【図１９】フリップチップ実装構造の模式図。
【図２０】フリップチップ実装構造の模式図。
【符号の説明】
１１ キャピラリ
１３ ボンディングワイヤ
１４ 金属ボール
１５，４１，５１，６１，７１ 第１のバンプ
３５，４３，５３，６２，７３ 第２のバンプ
２１ 半導体素子
２２ 電極パッド
２３ Ａｌ電極
４６ 回路基板
Claims (5)
- バンプ製造用キャピラリに通したワイヤの先端に金属ボールを形成することにより、バンプを製造するバンプの製造方法であって、
バンプが形成される半導体素子のパッド電極部に対して、前記金属ボールを押圧しながら第１の方向に超音波を印加して第１のバンプを形成し、
前記第１のバンプの形成後に前記第１のバンプの上に、さらに金属ボールを押圧して、前記第１の方向と交差する第２の方向に超音波を印加しながら第２のバンプを形成する
ことを特徴とする、バンプの製造方法。 - 前記超音波を印加する前記第１の方向と前記第２の方向とがほぼ９０度異なることを特徴とする、請求項１に記載のバンプの製造方法。
- バンプ製造用キャピラリに通したワイヤの先端に金属ボールを形成することにより、バンプを製造するバンプの製造方法であって、
バンプが形成される半導体素子のパッド電極部に対して、前記金属ボールを押圧しながら第１の方向に超音波を印加して第１のバンプを形成し、
前記第１のバンプの形成後に前記第１のバンプの上に、さらに金属ボールを押圧して、前記第１の方向と交差する第２の方向に超音波を印加しながら前記第１のバンプよりも大きな第２のバンプを形成する
ことを特徴とする、バンプの製造方法。 - 前記超音波を印加する前記第１の方向と前記第２の方向とがほぼ９０度異なることを特徴とする、請求項３に記載のバンプの製造方法。
- 半導体素子のパッド電極部に形成された金属製の第１のバンプと、
この金属製の第１のバンプの上に形成された金属製の第２のバンプと
を備えており、
前記第１のバンプが、金属ボールを前記パッド電極部に押し付ける際に第１の方向に沿って超音波が印加されており、
かつ前記第２のバンプが金属ボールを前記第１のバンプの上に押し付ける際に、前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って超音波が印加されていることにより、前記第１及び第２のバンプでなるバンプ全体が平面視においてほぼ円形となるようにした
ことを特徴とする、バンプ構造。
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