JP6218131B2 - Semiconductor device and mounting method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、基板上に素子電極面を載置して電気的接続を図る半導体素子及びその実装方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor element for mounting an element electrode surface on a substrate for electrical connection and a mounting method thereof.
近年、LED等の半導体素子の小型化及び薄型化により、実装用の基板との電気的接続を図るための素子電極が微小になると共に、素子電極間同士の間隔も狭くなってきている。このような微小な素子電極を有する半導体素子を精度よく基板に実装するために、フリップチップ実装が用いられている。このフリップチップ実装は、ボール状のバンプが形成された素子電極面を基板に形成された外部電極に合わせてフェースダウンすることによって、電気的接続を図るものである(特許文献1,2)。
In recent years, with miniaturization and thinning of semiconductor elements such as LEDs, element electrodes for electrical connection with a mounting substrate have become minute and the distance between element electrodes has also become narrower. In order to mount a semiconductor element having such a small element electrode on a substrate with high accuracy, flip chip mounting is used. In this flip chip mounting, an element electrode surface on which ball-shaped bumps are formed is faced down with an external electrode formed on a substrate to achieve electrical connection (
図6は、半導体素子1をフリップチップ実装する場合の従来の断面構造を示したものである。このフリップチップ実装用の基板6には、ポリイミド、ガラスエポキシ、BTレジン等の樹脂が使用され、その上面には半導体素子1の素子電極3に対応する外部電極7がパターン形成されている。そして、半導体素子1の下面側に設けられている素子電極3の裏面にボール状のバンプ4を形成し、このバンプ4が形成された面を前記外部電極7に合わせて位置決め配置した後、リフロー処理等を施すことによって、素子電極3と外部電極7とが電気的に接続される。
FIG. 6 shows a conventional cross-sectional structure when the
図7は前記バンプ4を形成するための工程を示したものである。最初に、半導体素子1の下面側に、素子電極3の上方を露出開口するようにして保護膜9及びこの保護膜9上にレジスト5を所定の厚みに形成する(工程a)。次に、前記レジスト5の開口部5a内にブロック状のハンダメッキ層8を形成(工程b)した後、レジスト5を除去する(工程c)。最後に、前記ブロック状のハンダメッキ層8をリフロー炉で加熱し、ハンダメッキを一旦溶融することによってボール状のバンプ4が形成される(工程d)。
FIG. 7 shows a process for forming the
バンプの形成工程は、半導体素子の形成工程の最終段階で最も重要なプロセスの一つであり、高い信頼性が要求されている。しかしながら、図7に示したように、バンプを形成するには、レジストの形成及び除去といった処理が必要となるなどの複数の工程を要していた。また、バンプを一定の厚みのボール状に成形するには時間がかかると共に、その厚みを一定にするには高度な精度が要求される。 The bump formation process is one of the most important processes in the final stage of the semiconductor element formation process, and high reliability is required. However, as shown in FIG. 7, in order to form a bump, a plurality of processes such as a process of forming and removing a resist are required. In addition, it takes time to form a bump into a ball having a constant thickness, and high accuracy is required to make the thickness constant.
特に、半導体素子の小型化等によって、素子電極の間隔が狭くなっているため、バンプの大きさや形成範囲を精度よくコントロールしないとショート等の電気的不具合に伴う製品不良が発生しやすいといった問題があった。 In particular, since the gap between the element electrodes is reduced due to miniaturization of the semiconductor element and the like, there is a problem that a product failure due to an electrical failure such as a short circuit is likely to occur unless the size and formation range of the bumps are accurately controlled. there were.
そこで、本発明の目的は、素子電極と基板側の外部電極に簡易且つ精度よく電気的接続を図るための導電板を備えた半導体素子及びその実装方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor element provided with a conductive plate for easily and accurately connecting an element electrode and an external electrode on the substrate side, and a mounting method thereof.
上記課題を解決するために、本発明の半導体素子は、素子本体と、該素子本体の下面に設けられる平面四角形状からなる一対の素子電極と、該素子電極に接合され少なくとも前記素子電極の平面形状より小さい導電板とを備え、該導電板が離型シートを伴っていると共に、導電板は前記一対の素子電極の各外側縁部に寄せて配置され、各素子電極の内側縁部の上面が露出することを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a semiconductor element of the present invention includes an element body, a pair of planar electrodes formed on a lower surface of the element body, and a planar surface of the element electrode joined to the element electrode. A conductive plate smaller than the shape, the conductive plate is accompanied by a release sheet , and the conductive plate is disposed close to each outer edge of the pair of element electrodes, and the upper surface of the inner edge of each element electrode Is exposed .
また、本発明の半導体素子の実装方法は、複数の導電板が配置された大判の離型シートを用意し、それぞれの下面に素子電極を備えた複数の素子本体を前記大判の離型シート上に配置して、複数の素子本体のそれぞれの素子電極と複数の導電板とを接合し、複数の外部電極が形成された大判の基板上に素子本体を実装する際には前記離型シートを剥離し、対応する導電板と外部電極との導通接続を図った後、前記大判の基板を各素子本体に沿って分離することを特徴とする。 Further, the semiconductor element mounting method of the present invention provides a large release sheet having a plurality of conductive plates arranged thereon, and a plurality of element bodies each provided with an element electrode on the lower surface thereof are disposed on the large release sheet. When the element body is mounted on a large substrate on which a plurality of external electrodes are formed, the element sheet and the plurality of conductive plates are joined to each other. After peeling and achieving a conductive connection between the corresponding conductive plate and the external electrode, the large substrate is separated along each element body.
本発明に係る半導体素子によれば、予め離型シート上に配置された導電板を素子電極に合わせて接合するだけで、この導電板を介した基板への実装が可能となる。また、導電板を素子電極に合わせた形状や厚みに形成するのが容易となる。さらに、導電板を素子電極に接合した後は、導電板に伴う離型シートを剥離するだけでよいので、残留物も残らず後処理も容易である。 According to the semiconductor element of the present invention, it is possible to mount the conductive plate on the substrate via the conductive plate simply by joining the conductive plate previously arranged on the release sheet to the element electrode. In addition, it is easy to form the conductive plate in a shape and thickness that match the element electrode. Furthermore, after the conductive plate is bonded to the element electrode, it is only necessary to peel the release sheet associated with the conductive plate, so that no residue remains and post-processing is easy.
本発明に係る半導体素子の実装方法によれば、半導体素子の素子電極に対応する位置に導電板を配置した離型シートを用意し、該離型シート上に配置された導電板に合わせて素子電極を位置決め配置することによって、導電板を素子電極の裏面に精度よく短時間で接合させることができる。 According to the semiconductor element mounting method of the present invention, a release sheet in which a conductive plate is arranged at a position corresponding to the element electrode of the semiconductor element is prepared, and the element is aligned with the conductive plate arranged on the release sheet. By positioning and arranging the electrodes, the conductive plate can be bonded to the back surface of the element electrode with high accuracy in a short time.
また、大判の離型シートに半導体素子ごとの複数の導電板を配置させておくことによって、複数の半導体素子の素子電極に対して一括して導電板を接合することができるので、大量生産に適したものとなる。 In addition, by arranging a plurality of conductive plates for each semiconductor element on a large release sheet, the conductive plates can be collectively bonded to the element electrodes of the plurality of semiconductor elements. It will be suitable.
以下、本発明に係る半導体素子の実施形態として、基本的なPN接合によるダイオード素子を例にして説明する。図1及び図2は、本発明の第1実施形態の半導体素子11を示したものである。素子本体12は、窒化ガリウム系化合物半導体やアルミニウムガリウムヒ素あるいはガリウムヒ素リン系のチップで構成されている。この素子本体12は、サファイアガラスからなるサブストレートと、このサブストレートの上にP型半導体、N型半導体を拡散成長させた拡散層(P層及びN層)とからなっている。前記P型半導体及びN型半導体はそれぞれP型電極,N型電極を備えており、このP型電極,N型電極の露出する部分が一対の素子電極13となる。
Hereinafter, as an embodiment of a semiconductor device according to the present invention, a diode device having a basic PN junction will be described as an example. 1 and 2 show a
前記一対の素子電極13は、図1に示したように、素子本体12の下面12a側に対向するように平面状に設けられている。また、各素子電極13の裏面には所定厚みの導電板14が接合形成されている。この導電板14は、従来のボール状のバンプに代わるものであり、銅(Cu)、銀(Ag)又は金(Au)等の導電材料を各素子電極13の形状や大きさに合わせて平板状に形成されている。また、半導体素子11を実装用の基板に水平に実装するため、各導電板13の厚みは略均一となっている。
As shown in FIG. 1, the pair of
前記導電板14は、図2に示したように、離型シート15を伴っており、この離型シート15に予め貼着配置されている。そして、この導電板14の貼着面とは反対側の面に対して半導体素子11の素子電極13を対向させ、導電板14に素子電極13が一致するように半導体素子11を配置し、導電板14に素子電極13を密着させる。そして、この状態で導電板14と素子電極13との間を熱圧着や超音波照射等による手段、あるいは、ロウ材を用いた溶接手段によって両者を接合させた後、半導体素子11の実装時に離型シート15を導電板14から剥離する。
As shown in FIG. 2, the
次に、図3に基づいて、前記導電板14の接合から半導体素子11を基板上へ実装するまでの工程について説明する。最初に、半導体素子11の素子電極13の形状及び位置に合わせた導電板14を離型シート15上に配置したものを用意する(工程a)。この離型シート15は、半導体素子11が実装される基板と略同じ大きさに形成され、表面が離型剤を含有した材料でコーティングされている。前記導電板14は、素子電極13の形状や位置に対応する位置に離間可能となるように一時的に貼着される。
Next, based on FIG. 3, a process from joining the
前記導電板14が貼着された離型シート15に向けて、素子電極13が形成されている下面12aを下にして半導体素子11を載置する(工程b)。この載置は、導電板14に素子電極13一致するように重ね合わせ、熱圧着、超音波照射あるいはロウ材を介した溶接手段によって導電板14を素子電極13に接合させる(工程c)。
The
前記導電板14と素子電極13との接合が終了した後、離型シート15を導電板14の裏面から剥離する(工程d)。そして、外部電極17が形成されている基板16上に向けて半導体素子11を移送した後、外部電極17上に、対応する素子電極13を位置決め載置し、導電板14を介した熱圧着、超音波照射あるいはロウ材を介した溶接手段によって素子電極13と外部電極17とが電気的に接続される(工程e)。
After the joining of the
本実施形態にあっては、素子電極13と外部電極17との間の略全面に導電板14が均一な厚みで介在しているので、接合にムラがなく、接合強度も向上する。また、前記導電板14が導電率の高いCu、Ag、Au等の材料で均一な平板状に形成されているため、導電効率の向上効果も得られる。
In the present embodiment, since the
図4は第2実施形態の半導体素子21を示したものである。この実施形態では、導電板24の平面形状を素子電極13の平面形状よりも小さくし、素子電極13の四方の縁部を僅かに露出させて形成したものである。このため、半導体素子21と導電板24との位置合わせは、素子電極13と導電板24のそれぞれの中心部を一致させるようにして行う。この実施形態にあっては、導電板24を素子電極13より小さく形成してあるので、左右一対の導電板24間の間隔が広がり、隣接する素子電極13間でのショート等の電気的接合不良が起きにくくなる。また、導電板24を熱、超音波あるいはロウ材を用いて接合する際に、素子電極13の外側へのはみ出しを防止することができる。
FIG. 4 shows the
図5は第3実施形態の半導体素子31を示したものである。この実施形態では、導電板34の平面形状を素子電極13の平面形状よりも小さく形成すると共に、導電板34を素子電極13からはみ出さないように素子電極13の外周縁部に寄せて接合したものである。前記第2実施形態の半導体素子21と比較すると、左右一対の導電板34間の間隔が広がるため、隣接する素子電極13間でのショート等の電気的接合不良を起きにくくするという効果は共通であるが、各導電板34の対向する側を除いた外周部が各素子電極13の外周部までをカバーしているので、実装する基板側の外部電極との密着性及び導電性が高まる。
FIG. 5 shows a
上記第1乃至第3実施形態で示したように、導電板14,24,34が素子電極13の形状に合わせて一様な厚みに形成できるので、外部電極17との接合が従来のボール状のバンプに比べてより確実になる。また、素子電極13の形状や大きさに適合するように、精度よく導電板を形成することができる。
As shown in the first to third embodiments, the
上記実施形態では、導電板14,24,34を素子電極13の平面形状と同一かそれより小さい平板で一定の厚みの形成したが、一定の導電率が確保できるだけの密着した平面領域があればよい。このため、全てフラットな平面でなくてもよく、例えば、複数のドットによる点接触の集合体となるような凸状パターンのとして形成することもできる。
In the above embodiment, the
上記図3では、単体の半導体素子11を単体の基板16に実装する工程を示したが、複数の導電板を所定位置に配置した大判の離型シートを用意し、この大判の離型シート上に前記各導電板と対応する素子電極を有する複数の素子本体を載置することによって、複数の素子本体に対して導電板を一括して接合することができる。そして、複数の素子本体の素子電極に対応する外部電極が複数配列形成された大判の基板上に前記大判の離型シートが剥離された素子電極を位置決め載置して、それぞれの素子電極と外部電極との導通接続を図った後、各素子本体に沿って大判の基板をダイシングによって分離する。これによって、単体の基板上に単体の半導体素子を実装してなる半導体チップを一括して量産することができる。
In FIG. 3, the process of mounting the
1 半導体素子
3 素子電極
4 バンプ
5 レジスト
5a 開口部
6 基板
7 外部電極
8 ハンダメッキ層
9 保護膜
11 半導体素子
12 素子本体
12a 下面
13 素子電極
14 導電板
15 離型シート
16 基板
17 外部電極
DESCRIPTION OF
Claims (6)
それぞれの下面に素子電極を備えた複数の素子本体を前記大判の離型シート上に配置して、複数の素子本体のそれぞれの素子電極と複数の導電板とを接合し、
複数の外部電極が形成された大判の基板上に素子本体を実装する際には前記離型シートを剥離し、
対応する導電板と外部電極との導通接続を図った後、
前記大判の基板を各素子本体に沿って分離することを特徴とする半導体素子の実装方法。 Prepare a large release sheet with a plurality of conductive plates,
A plurality of element bodies having element electrodes on their lower surfaces are arranged on the large release sheet, and the element electrodes and the plurality of conductive plates of the plurality of element bodies are joined together,
When mounting the element body on a large substrate on which a plurality of external electrodes are formed, the release sheet is peeled off,
After connecting the corresponding conductive plate and external electrode,
A method for mounting a semiconductor device, comprising separating the large substrate along each device body.
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