JP4608178B2 - Electronic device and electronic device forming method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の突起状電極(バンプ)を有する電子デバイス、もしくは、突起状電極間の接合方法を改良した電子デバイス形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子デバイス内に含まれている電極同士を接合するための従来技術として、特開2002−289768号公報(特許文献1)には、半導体装置が開示されている。
【0003】
図5は、特許文献1に記載されている一実施形態であって、表面にバンプ電極111が形成された第1の半導体チップ101上に、第2の半導体チップ102のバンプ電極121が接合されるCOCタイプで形成されている。この第1および第2の半導体チップ101,102のバンプ電極111,121は、それぞれAuのような融点が比較的高い第1の金属からなり、そのバンプ電極111,121の接合部はその第1の金属と第2の金属との合金層103により形成され、第2の金属は、第1の金属の溶融温度より低い温度で溶融して第1の金属と合金化し得る材料からなっていることが記載されている。
【0004】
また、特開平11−121687号公報(特許文献2)には、半導体チップ同士を確実に導通接続するための技術が開示されている。
【0005】
さらに、特開平11−163051号公報(特許文献3)には、「複数の半導体チップがそれらの厚み方向に積層しており、上記半導体チップの積層面に設けられた電極パッドどうしが異方性導電膜を介して電気的に接合している半導体チップの実装構造であって、上記電極パッドは、導電保護層を表面に有しており、上記半導体チップは、積層面でない領域にワイヤボンディング用の電極パッドを有しており、上記ワイヤボンディング用の電極パッドも、上記導電保護層を表面に有していることを特徴とする、半導体チップの実装構造。」が開示されている。
【0006】
このような従来技術において、接合しようとする2つの対向する電極には、同一の硬さを備えた金属を用いることが前提とされている。
【0007】
また、いずれの従来技術においても、接合しようとする2つの対向する電極は、いずれも同一の接合面積を有している。すなわち、接合面についてみると、上下にある2つの電極は同一の平面形状を有している。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−289768号公報(第1頁,図1)
【0009】
【特許文献2】
特開平11−121687号公報(第1頁,図2)
【0010】
【特許文献3】
特開平11−163051号公報(第1頁,図1)
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、接合された両電極の上下にある基板間に過大な力が加わった場合には、接合されている2つの対向する電極の硬さが同じであることから、両方の電極が共につぶれてしまうことが生じ得る。その結果、つぶれた電極を有する基板にも機械的歪みが生じてしまうことになり、電気回路の破損および性能劣化を招来するという不都合が生じてくる。
【0012】
また、従来の技術では、接合された両電極の接合面形状が同じであることから、バンプ位置ずれに起因して、電極間の接合強度が変化してくるという問題が生じる。そこで、接合条件の管理を厳しくしなければならず、製造工程上の問題となっている。
【0013】
よって本発明の目的は、上述の点に鑑み、接合された2つの電極が同時に破損してしまうことにより両方の基板に機械的歪みをもたらす、という欠点を除去した電子デバイスおよび電子デバイス形成方法を提供することにある。
【0014】
本発明の他の目的は、バンプ位置のずれ量に拘わらず接合強度を一定とすることにより、接合条件の管理を容易にした電子デバイスおよび電子デバイス形成方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1に係る本発明は、第1の基板と第2の基板上に各々設けられた対向する電極同士を接合してなる電子デバイスにおいて、前記第1の基板がシリコンIC基板であり、前記第1の基板上に形成された第1の硬度を有し、Ni,Ti,Cr,Wなどを含んだ金属の表面をAuで被覆した第1の金製突起状電極と、前記第2の基板がシリコン配線基板であり、前記第2の基板上に形成された第2の硬度を有するAuのみからなる第2の金製突起状電極とを備え、前記第1の金製突起状電極における第1の硬度が、マイクロビッカース硬度測定法により測定した場合に、前記第2の金製突起状電極における第2の硬度に比べて高く、前記第1の金製突起状電極の接合可能面積が、前記第2の金製突起状電極の接合可能面積よりも大きくなるように、前記第1の金製突起状電極と、前記第2の金製突起状電極とが熱圧着または超音波接合により固着され、前記第1の基板と前記第2の基板の接合時に、前記第2の硬度を有する前記第2の金製突起状電極のみがつぶれ、前記第1の硬度を有する前記第1の金製突起状電極がつぶれないようにしたことにより、前記第1の基板に機械的歪が生じるのを防止したことを特徴とする。
【0019】
請求項2に係る発明は、第1の基板と第2の基板上に各々設けられた対向する電極同士を接合してなる電子デバイスの形成方法において、前記第1の基板がシリコンIC基板であり、前記第1の基板上に第1の硬度を有し、Ni,Ti,Cr,Wなどを含んだ金属の表面をAuで被覆した第1の金製突起状電極を形成し、前記第2の基板がシリコン配線基板であり、前記第2の基板上に第2の硬度を有するAuのみからなる第2の金製突起状電極を形成し、前記第1の金製突起状電極における第1の硬度が、マイクロビッカース硬度測定法により測定した場合に、前記第2の金製突起状電極における第2の硬度に比べて高く、前記第1の金製突起状電極の接合可能面積が、前記第2の金製突起状電極の接合可能面積よりも大きくなるように、前記第1の金製突起状電極と、前記第2の金製突起状電極とを熱圧着または超音波接合により固着し、前記第1の基板と前記第2の基板の接合時に、前記第2の硬度を有する前記第2の金製突起状電極のみがつぶれ、前記第1の硬度を有する前記第1の金製突起状電極がつぶれないようにしたことにより、前記第1の基板に機械的歪が生じるのを防止したことを特徴とする。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0024】
図1の(A)は、本発明を適用した一実施の形態による、電子デバイスの断面構成を示す。本図において、2は第1の基板、4は第2の基板、6は第1の金製突起状電極(以下、第1のAuバンプという)、8は第2の金製突起状電極(以下、第2のAuバンプという)である。ここで、マイクロビッカース硬度測定法により測定した場合、第1のAuバンプ6における硬度は、第2のAuバンプ8における硬度に比べて、高く形成してある。また、第1および第2のAuバンプ6,8を固着するために、熱圧着または超音波接合による接合手法を用いる。
【0025】
図1の(B)は第1および第2のAuバンプ6,8を固着する前の状態を示した説明図である。本図において、S1は、第1のAuバンプ6における接合可能面積を示す。また、S2は、第2のAuバンプ8における接合可能面積を示す。
ここで、S1>S2となるように両バンプの形状を設定しておく。
【0026】
第1の基板2としては、例えば、シリコン(IC,シリコンの配線基板)、GaAs(ホール素子,LED,トランジスタ)、GaPチップ(LED)、水晶(振動子,フィルタ)、リチウムタンタレート(SAWフィルタ)などを用いる。第2の基板4としては、例えば、シリコン(IC,シリコンの配線基板)、プリント配線板、セラミック基板、TAB基板、ポリイミドフィルム基板などを用いる。
【0027】
図2は、第1のAuバンプ6における断面構造を示す説明図である。本図では3種類の構造を例示してある。すなわち、6Aとして示す第1のAuバンプは、金の内部にNi,Ti,Cr,Wなどを含んだ電極である。6Bとして示す第1のAuバンプは、金より硬度が高いこれら金属の表面のうち、接合面側にのみ金を被覆することにより形成した電極である。6Cとして示す第1のAuバンプは、金より硬度がこれら高い金属の全表面上に金を被覆することにより形成した電極である。
【0028】
図3は、その他の実施の形態による電子デバイスを示す。本図において、12は第1の基板、14は第2の基板、16は第1の金製突起状電極(第1のAuバンプ)、18は第2の金製突起状電極(第2のAuバンプ)である。図1に示した実施の形態と同様、マイクロビッカース硬度測定法により測定した場合、第1のAuバンプ16における硬度は、第2のAuバンプ18における硬度に比べて、高く形成してある。これら第1および第2のAuバンプ16,18を固着するために、熱圧着または超音波接合による接合手法を用いる。さらに、図1に示した実施の形態と同様、第1のAuバンプ16が有する接合可能平面の面積は、第2のAuバンプ18が有する接合可能平面の面積より大である。
【0029】
図3に示した実施の形態では、図1に示した実施の形態と異なり、第2のAuバンプ18が第1のAuバンプ16の中央部分に位置していない。すなわち図1に示した実施の形態からみれば、図3では、バンプ位置にずれが生じていることになる。しかし、第2のAuバンプ18における接合面が第1のAuバンプ16における接合面内に含まれている限り、両バンプ間の接合強度に変化が生じないというメリットがある。
【0030】
図4は、本発明の効果を具体的に説明するための説明図である。従来例では、第1の基板と第2の基板との間に大きな力が加わった場合、2つのAuバンプが共につぶれるため、それぞれの基板にも機械的歪みが生じることになる。このように、従来例では機械的強度の面から信頼性に問題がある。他方、本発明では、硬度的に弱い第2のAuバンプのみがつぶれ、第1のAuバンプはつぶれないため、第1の基板は何の損傷も受けない。換言すると、第2のAuバンプのみがつぶれることに起因して、基板へのダメージは、第2の基板のみが受けることになる。
【0031】
また、より柔らかく且つ小さな面積を有する電極(=第2のAuバンプ)の方がダメージを受けることになるので、第2の基板のダメージ領域についても、より狭めることができる。
【0032】
さらに、第2のAuバンプにおける接合可能平面積(S2:図1(B)参照)が第1のAuバンプにおける接合可能平面積(S1)より小さいので、たとえバンプ位置ずれが生じたとしても、両Auバンプ間の接合強度に悪影響を与えることはない。その結果、本発明では、接合条件の管理が容易となる。
【0033】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、接合された2つの金製突起状電極が同時に破損してしまうことにより両方の基板に機械的歪みをもたらす、という欠点を除去することができる。また本発明によれば、バンプ位置のずれ量に拘わらず接合強度を一定とすることにより、接合条件の管理が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態による、電子デバイスの断面構成図である。
【図2】第1の金製突起状電極(第1のAuバンプ)における断面構造を示す説明図である。
【図3】その他の実施の形態による電子デバイスを示す断面構成図である。
【図4】本発明の効果を具体的に説明するための説明図である。
【図5】特許文献1に記載されている一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
2 第1の基板
4 第2の基板
6 第1の金製突起状電極(第1のAuバンプ)
8 第2の金製突起状電極(第2のAuバンプ)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic device having a plurality of protruding electrodes (bumps) or an electronic device forming method in which a bonding method between protruding electrodes is improved.
[0002]
[Prior art]
As a conventional technique for joining electrodes included in an electronic device, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-289768 (Patent Document 1) discloses a semiconductor device.
[0003]
FIG. 5 shows an embodiment described in
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-121687 (Patent Document 2) discloses a technique for reliably conducting and connecting semiconductor chips.
[0005]
Furthermore, Japanese Patent Laid-Open No. 11-163051 (Patent Document 3) states that “a plurality of semiconductor chips are stacked in the thickness direction, and electrode pads provided on the stacked surface of the semiconductor chips are anisotropic. A mounting structure of a semiconductor chip electrically bonded through a conductive film, wherein the electrode pad has a conductive protective layer on the surface, and the semiconductor chip is used for wire bonding in a region that is not a laminated surface. A semiconductor chip mounting structure is disclosed in which the electrode pad for wire bonding also has the conductive protective layer on the surface thereof.
[0006]
In such a conventional technique, it is assumed that a metal having the same hardness is used for two opposing electrodes to be joined.
[0007]
In any conventional technique, two opposing electrodes to be bonded have the same bonding area. That is, when it sees about a joint surface, two electrodes on the upper and lower sides have the same planar shape.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2002-289768 A (first page, FIG. 1)
[0009]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-121687 (first page, FIG. 2)
[0010]
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-163051 (first page, FIG. 1)
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, when an excessive force is applied between the substrates above and below the joined electrodes, the two opposing electrodes that are joined have the same hardness, so both electrodes collapse together. Can occur. As a result, the substrate having the crushed electrode is also mechanically strained, resulting in inconvenience that the electric circuit is damaged and the performance is deteriorated.
[0012]
Further, in the conventional technique, since the joining surface shapes of the joined electrodes are the same, there arises a problem that the joining strength between the electrodes changes due to the bump position deviation. Therefore, it is necessary to strictly manage the joining conditions, which is a problem in the manufacturing process.
[0013]
Therefore, in view of the above points, an object of the present invention is to provide an electronic device and a method for forming an electronic device that eliminates the drawback of causing mechanical distortion in both substrates due to simultaneous damage of two bonded electrodes. It is to provide.
[0014]
Another object of the present invention is to provide an electronic device and an electronic device forming method that facilitates management of bonding conditions by making the bonding strength constant regardless of the deviation amount of the bump position.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention according to
[0019]
According to a second aspect of the present invention, in the method for forming an electronic device formed by bonding opposing electrodes provided on the first substrate and the second substrate, respectively, the first substrate is a silicon IC substrate. the on the first substrate having a first hardness, Ni, Ti, Cr, the surface of the metal containing and W to form a first gold protruding electrodes coated with Au, the second The substrate is a silicon wiring substrate, a second gold protruding electrode made only of Au having a second hardness is formed on the second substrate , and the first gold protruding electrode in the first gold protruding electrode is formed . the hardness, when measured by a micro Vickers hardness measurement method, the second rather high compared to the hardness of the second gold projecting electrode, is bondable area of the first gold projecting electrode, To be larger than the bondable area of the second gold protruding electrode, The first gold protruding electrode and the second gold protruding electrode are fixed by thermocompression bonding or ultrasonic bonding, and the second substrate is bonded to the second substrate at the time of bonding the first substrate and the second substrate. Only the second gold protruding electrode having a hardness of crushes, and the first gold protruding electrode having the first hardness is not crushed. It is characterized by preventing the occurrence of distortion .
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0024]
FIG. 1A shows a cross-sectional configuration of an electronic device according to an embodiment to which the present invention is applied. In this figure, 2 is a first substrate, 4 is a second substrate, 6 is a first gold protruding electrode (hereinafter referred to as a first Au bump), and 8 is a second gold protruding electrode ( Hereinafter, this is referred to as a second Au bump). Here, when measured by the micro Vickers hardness measurement method, the hardness of the
[0025]
FIG. 1B is an explanatory view showing a state before the first and second Au bumps 6 and 8 are fixed. In this figure, S1 indicates the bondable area of the
Here, the shapes of both bumps are set so that S1> S2.
[0026]
Examples of the
[0027]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a cross-sectional structure of the
[0028]
FIG. 3 shows an electronic device according to another embodiment. In this figure, 12 is a first substrate, 14 is a second substrate, 16 is a first gold protruding electrode (first Au bump), 18 is a second gold protruding electrode (second Au Au bump). Similar to the embodiment shown in FIG. 1, when measured by the micro Vickers hardness measurement method, the hardness of the
[0029]
In the embodiment shown in FIG. 3, unlike the embodiment shown in FIG. 1, the
[0030]
FIG. 4 is an explanatory diagram for specifically explaining the effect of the present invention. In the conventional example, when a large force is applied between the first substrate and the second substrate, the two Au bumps are crushed together, so that mechanical distortion also occurs in each substrate. Thus, the conventional example has a problem in reliability in terms of mechanical strength. On the other hand, in the present invention, only the second Au bump, which is weak in hardness, is crushed and the first Au bump is not crushed, so the first substrate is not damaged. In other words, only the second substrate receives damage to the substrate due to the collapse of only the second Au bump.
[0031]
In addition, since the softer electrode (= second Au bump) having a smaller area is damaged, the damage area of the second substrate can be further narrowed.
[0032]
Furthermore, since the bondable plane area (S2: see FIG. 1B) in the second Au bump is smaller than the bondable plane area (S1) in the first Au bump, even if the bump position shift occurs, There is no adverse effect on the bonding strength between the two Au bumps. As a result, in the present invention, management of joining conditions becomes easy.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to eliminate the disadvantage that the two gold protruding electrodes that are joined are damaged at the same time, thereby causing mechanical distortion in both substrates. In addition, according to the present invention, it is possible to easily manage the bonding conditions by making the bonding strength constant regardless of the deviation amount of the bump position.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of an electronic device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a cross-sectional structure of a first gold protruding electrode (first Au bump).
FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram showing an electronic device according to another embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram for specifically explaining the effect of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment described in
[Explanation of symbols]
2 First substrate 4
8 Second gold protruding electrode (second Au bump)
Claims (2)
前記第1の基板がシリコンIC基板であり、前記第1の基板上に形成された第1の硬度を有し、Ni,Ti,Cr,Wなどを含んだ金属の表面をAuで被覆した第1の金製突起状電極と、
前記第2の基板がシリコン配線基板であり、前記第2の基板上に形成された第2の硬度を有するAuのみからなる第2の金製突起状電極とを備え、
前記第1の金製突起状電極における第1の硬度が、マイクロビッカース硬度測定法により測定した場合に、前記第2の金製突起状電極における第2の硬度に比べて高く、
前記第1の金製突起状電極の接合可能面積が、前記第2の金製突起状電極の接合可能面積よりも大きくなるように、前記第1の金製突起状電極と、前記第2の金製突起状電極とが熱圧着または超音波接合により固着され、
前記第1の基板と前記第2の基板の接合時に、前記第2の硬度を有する前記第2の金製突起状電極のみがつぶれ、前記第1の硬度を有する前記第1の金製突起状電極がつぶれないようにしたことにより、前記第1の基板に機械的歪が生じるのを防止したことを特徴とする電子デバイス。 In an electronic device formed by bonding opposing electrodes provided on the first substrate and the second substrate,
The first substrate is a silicon IC substrate, and has a first hardness formed on the first substrate , and a metal surface containing Ni, Ti, Cr, W, etc. is coated with Au . 1 gold protruding electrode;
The second substrate is a silicon wiring substrate, and includes a second gold protruding electrode made of only Au having a second hardness formed on the second substrate ,
First hardness in the first gold protruding electrodes, as measured by micro Vickers hardness measurement method, rather high compared to the second hardness at the second gold projecting electrode,
The first gold protruding electrode and the second gold protruding electrode so that a bondable area of the first gold protruding electrode is larger than a bondable area of the second gold protruding electrode; The gold protruding electrode is fixed by thermocompression bonding or ultrasonic bonding,
When the first substrate and the second substrate are joined, only the second gold protruding electrode having the second hardness is crushed, and the first gold protruding shape having the first hardness is collapsed. An electronic device characterized in that mechanical distortion is prevented from occurring in the first substrate by preventing the electrodes from collapsing .
前記第1の基板がシリコンIC基板であり、前記第1の基板上に第1の硬度を有し、Ni,Ti,Cr,Wなどを含んだ金属の表面をAuで被覆した第1の金製突起状電極を形成し、
前記第2の基板がシリコン配線基板であり、前記第2の基板上に第2の硬度を有するAuのみからなる第2の金製突起状電極を形成し、
前記第1の金製突起状電極における第1の硬度が、マイクロビッカース硬度測定法により測定した場合に、前記第2の金製突起状電極における第2の硬度に比べて高く、
前記第1の金製突起状電極の接合可能面積が、前記第2の金製突起状電極の接合可能面積よりも大きくなるように、前記第1の金製突起状電極と、前記第2の金製突起状電極とを熱圧着または超音波接合により固着し、
前記第1の基板と前記第2の基板の接合時に、前記第2の硬度を有する前記第2の金製突起状電極のみがつぶれ、前記第1の硬度を有する前記第1の金製突起状電極がつぶれないようにしたことにより、前記第1の基板に機械的歪が生じるのを防止したことを特徴とする電子デバイスの形成方法。 In the method for forming an electronic device formed by bonding opposing electrodes provided on the first substrate and the second substrate, respectively,
The first substrate is a silicon IC substrate, a first gold having a first hardness on the first substrate and having a metal surface containing Ni, Ti, Cr, W, etc. coated with Au. Forming a protruding electrode,
The second substrate is a silicon wiring substrate, to form a second gold projected electrodes composed only Au having a second hardness on the second substrate,
First hardness in the first gold protruding electrodes, as measured by micro Vickers hardness measurement method, rather high compared to the second hardness at the second gold projecting electrode,
The first gold protruding electrode and the second gold protruding electrode so that a bondable area of the first gold protruding electrode is larger than a bondable area of the second gold protruding electrode; The gold protruding electrode is fixed by thermocompression bonding or ultrasonic bonding,
When the first substrate and the second substrate are joined, only the second gold protruding electrode having the second hardness is crushed, and the first gold protruding shape having the first hardness is collapsed. A method of forming an electronic device , characterized in that mechanical distortion is prevented from occurring in the first substrate by preventing the electrodes from collapsing .
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