JPH01273327A - 半導体装置の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体装置の製法に関する。

〔従来の技術〕

半導体素子を絶縁基板に実装する場合、絶縁基板上に形
成された電路の接合位置に突起電極を設けておき、同突
起電極に半導体素子のパッドを接合するという方法が利
用されている。このような方法は、半導体素子と絶縁基
板上の電路とを突起電極を介して一括して接合する（ギ
ヤングボンディングする）ことができるので、ワイヤボ
ンディングよりも短時間で行うことが可能である。

−括接合に用いる絶縁基板の１例が第２図に示される。

絶縁基板１には、導体（たとえば、銅）からなる電路３
１が無電解めっきや導体ペースト印刷等により形成され
ている。電路３１のインナーリード部には、Ａｕの突起
電極（「バンブ」ともいう）４２０が形成されている。

半導体素子６のＡｌパッド７を突起電極４２０に対向さ
せて、約３００〜４００℃で熱圧着させたり、約１５０
〜２５０℃で超音波を併用して熱圧着させたりして接合
している。

Ａｕの突起電極４２０は、たとえば、つぎのようにして
作られる。絶縁基板１の電路３１形成面にレジストを塗
布し、フォトリソグラフィで突起電橋部のレジストを除
去して電路３１を露出させ、この露出部に電解めっきに
より金めつきを成長させている。

他方、Ａｌパフドア・・・に半田の突起電極を形成した
半導体素子６をフェースダウンで位置合わせしたのち、
半田突起電極を２５０〜３５０℃で熔融させて接合する
方法が１８Ｍ社等で行われている。

Ａｕ突起電極や半田突起電極などが従来使用されている
のは、めっきにより容易に形成することができるからで
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記のような接合方法は、いずれも、加熱を必
要としているため、半導体素子に少なからず悪影響を与
えている。このため、常温付近で接合することができる
方法が要望されていた。

他方、半導体素子６のＡｌパッド７と、Ａｕ突起電極ま
たは半田突起電極とを加熱を利用して接合すると、金属
間化合物を作って信頼性に悪影響を与えるという問題点
がある。

そこで、この発明は、常温または常温付近の温度で接合
可能で、しかも、信頼性の高い接合が得られる半導体装
置の製法を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

請求項１および２の各発明にかかる半導体装置の製法は
、上記課題を解決するため、絶縁基板表面に形成された
電路の、半導体素子のＡｌパッドとの接合位置にＡｊｌ
’突起電極を設けておき、同Ａβ突起電極と前記Ａｌパ
ッドとを超音波接合するようにしている。

請求項２の発明にかかる半導体装置の製法は、以上に加
えてさらに、ＡＩ！突起電極をつぎのようにして作るよ
うにしている。すなわち、絶縁基板の電路層形成面全面
にＡｌ層を形成し、同Ａｌ層のうち少なくとも半導体素
子に対応する部分の表面を前記絶縁基板表面に平行とな
るよう平滑にしてから、同平滑部分のうち半導体素子の
ＡＩ！パッドとの接合位置に対応する部分以外のＡｌ層
をすべてエツチング除去することにより、高さの揃った
Ａｌ突起電極を得るのである。

〔作　　　用〕

ＡｌパッドとＡＩ！突起電極とを超音波接合するので、
常温または常温付近で接合することができ、しかも、接
合部分の信頼性に悪影響を与える金属間化合物が作られ
ず、信頼性が向上する。

Ａｌ突起電極の高さが揃えられていると、半導体素子の
ＡｌパッドとＡｌ突起電極とを接合するときに、均一に
当接し、接合の信頼性がさらに向上する。しかも、突起
電極の状態にしてから高さ揃えを行うのではなく、絶縁
基板の少なくとも片面全面に形成されたＡｉｍの状態で
高さを揃えるので、突起電極の位置がずれたり、傷付い
たりしにくい。

〔実　施　例〕

第２図にみるような絶縁基板１に、フェースダウンで半
導体素子６を位置合わせし、接合する。

絶縁基板１には、多数の電路３１・・・が所望のパター
ンで形成されている。電路３１・・・の一端３１ａ・・
・は、絶縁基板１の中央付近の半導体素子対向部８の縁
に四角く臨んでおり、他端３１ｂ・・・は、絶縁基板１
の周辺部に２列の枠状に形成されたスルーホール２・・
・の縁のランドとなっている。スルーホール２内にも導
体層（図示されず）が形成されており、裏面側の縁にも
ランド（図示されず）が形成されている。スルーホール
２には外部との電気的接続に用いる端子ビン５が電気的
に接続されている。

電路３１の一端３１ａには、ＡＩ！突起電極４２が形成
されている。ＩＣなどの半導体素子６のＡｌパッド７が
前記Ａｌ突起電極４２に対向するように、半導体素子６
を位置合わせし、ＡＮ突起電極４２とＡＪパッド７とを
超音波接合する。超音波エネルギーと圧力により、Ａｌ
突起電極４２とＡｌパッド７とが一体化するため、従来
の全突起電極や半田突起電極などのような加熱は不要で
ある。したがって、常温または常温付近の温度で接合が
可能であり、半導体素子へのダメージが少なくなる。

また、全突起電極とＡｌパッドとを接合する場合には、
金とＡＩとの分散速度の違いにより、接合部に空孔が発
生して接合信頼性を劣化させることがあった（このよう
な現象を「パープルプレーグ」と称する）。しかし、こ
の発明の方法では、パープルプレーグがなくなる。これ
は、突起電極とパッドとがどちらもＡＩｌからなってい
るからである。

なお、超音波エネルギーおよび圧力は、それぞれ、Ａｌ
突起電極の個数、その他の条件により適宜設定すればよ
（、特に限定はない。圧力は、たとえば、数百ｇ〜数ｋ
ｇ程度の範囲の中から選ばれる。

ＡｌパッドとＡｌ突起電極を接合した後、必要に応じて
半導体素子を封止して半導体パッケージとしてもよい。

この封止は、樹脂封止、気密封止のいずれでもよい。

Ａｌ突起電極は、めっき法により形成してもよいが、困
難であるので、たとえば、下記の方法により形成する。

しかし、Ａｌ突起電極の作り方は、下記の方法に限定さ
れない。

第１図（ａ）〜（ｆ）は、請求項２にかかる発明の方法
の一部の工程を順番に表す。

第１図（ａ）にみるように、セラミック基板などの絶縁
基板１にスルーホール穴明けを施す。２０がスルーホー
ル穴である。この穴明けは、たとえば、セラミック基板
の場合だと、グリーンシートをパンチングしたり、また
は、焼成セラミックをレーザー穴明けしたりすることに
より行う。絶縁基板１としては、セラミック基板に限定
されず、たとえば、樹脂を用いてなる基板などであって
もよい。

つぎに、第１図山）にみるように、絶縁基板１の全面に
電路層３を形成する。これは、たとえば、絶縁基板１を
無電解めっき液に浸漬することにより行う。このように
すれば、スルーホール穴２０内にもめっき液が入るので
、穴２０内側面もめっきされる。電路層３は、このよう
に絶縁基板１の全表面に形成する必要はなく、たとえば
、電路３１となる部分のみに形成してもよい。

つぎに、第１図（Ｃ）にみるように、絶縁基板１の電路
層３形成面の少なくとも片面全面にＡＪｊｉｉ４を形成
する。Ａｌ層４は、たとえば、Ａｌをスパッタリングま
たは蒸着することにより作られる。

この場合、絶縁基板１の片面全面にＡｌ１層４を形成す
るのではなく、突起電極部のみを露出させてこの露出部
にＡＩＦｉ４を形成し、Ａｊ２突起電極としてもよい。

第１図（Ｃ１にみるように、絶縁基板１の片面全面にＡ
ｌ１層４を形成した場合には、後に形成されるＡｌ突起
電極の高さを揃えるために、Ａｌ層４表面を研磨などに
より絶縁基板１表面と平行になるよう平滑にするのがよ
い。ここで、平滑とは、１〜２μ以下とするのが好まし
い。ただし、ＡＩ層４全面を平滑にする必要はなく、少
なくとも半導体素子と対向する部分（たとえば、チップ
の大きさ１０龍角の範囲内）４１のみを平滑にすればよ
い。

つぎに、Ａｌ層４にエツチングレジストを塗布し、突起
電極形状のマスクで露光した後、未露光部分のレジスト
を除去し、露出しているＡｌ層４部分をエツチング除去
する（フォトリソグラフィーを利用する）。この時、エ
ツチング液は、Ａｌ用のエツチング液、たとえば、リン
酸を使用する。もちろん、ＡＩ層４の下の電路層３をエ
ツチングしないエツチング液を選択する。その後、第１
図（ｄｌにみるように、レジストを除去すると、高さの
揃ったＡＪ突起電極４２が得られる。

再度、エツチングレジストを塗布し、電路パターンのマ
スクを利用して電路層３のフォトリソグラフィを行い、
第１図（ｅ）にみるように、電路３１を得る。ここでの
フォトリソグラフィでは、Ａｌ突起電極４２は、電路パ
ターン内に含まれるため、レジストで保護される。電路
層３として銅層を形成した場合には、塩化第二鉄等のエ
ツチング液を使用する。

第１図（ｆ）にみるように、絶縁基板１の電路３１に端
子ピン５を電気的に接続させる。この接続は、たとえば
、ろう付けにより行う。このとき使用するろう材は、Ａ
Ｊの融点が６６０℃であるので、この温度以下のものを
用いるのがよい。端子ピン５は、スルーホール２内に挿
入してもよい。

なお、上記各レジストは、露光部分を除去して使用する
タイプであってもよい。

以上のような方法によりＡｌ突起電極を作ると、Ａｌ突
起電極の高さが揃うので、接合信頼性を高めることがで
きる。従来の方法では、突起電極の高さが不揃いである
。これは、金めつき法では、電路パターン各々の電気抵
抗値のばらつきや電解めっき特有の電流分布のばらつき
などにより、めっきの成長度合が異なっているからであ
る。このような高さの不揃いの全突起電極を研摩すると
、ズレが生じたり、傷んだりするので、接合信頼性は高
まらない。

なお、この発明は、上記のようなものに限定されない。

〔発明の効果〕

請求項１および２の各発明にかかる半導体装置の製法は
、以上のように、絶縁基板側の突起電極と半導体素子側
のパッドとの接合を常温または常温付近の温度で行うこ
とができ、半導体素子へのダメージが少ない。しかも、
突起電極とパッドとがどちらも同じ材質であるので、接
合信頼性の劣化が生じない。

請求項２の発明にかかる半導体装置の製法は、以上に加
えてさらに、接合時に突起電極が半導体素子のバッドと
均一に当接することが容易であり、接合の信頼性の向上
に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｆｌは請求項２の発明にかかる製法の
一部の工程を順番に表す断面図、第２図は絶縁基板を接
合しようとする半導体素子とともに表す斜視図である。 １・・・絶縁基板　４・・・Ａｌ層　６・・・半導体素
子７・・・バッド　３１・・・電路　４２・・・ＡＩ！
突起電極代理人　弁理士　　松　本　武　彦 第１図 第２図 手続補正書く自発 １．事件の表示 昭和６３年特踊廓１０１８７９号 ２、発明の名称 半導体装置の製法 ３、補正をする者 事件との阿系　　　特許出願人 住　　所　　　大阪府門真市大字門真１０４８番地名　
称（５８３）松下電工株式会社 代表者　（１１ｍ役三好俊夫 ４、代理人 な　　　　し ６、補正の対象 明細書 ７、補正の内容 （１）明細書の特許請求の範囲欄の全文を下記のとおり
に訂正する。 一記一 「１　基板表面Ｑ−電路　に多　　れた　　　　と半導
体素子（７）ｚ＜ラドを電気的に接合する工程を備えた
半導体装置の製法において、前記突起１極皇ドパ・・　
′とｉじ　’ｔｋＵなる　ので　　、前記バンドと前記
突起電極とを超音波接合することを特徴とする半導体装
置の製法。 、前記基板の電路層形成面全面に突起蚕ｊ玉成層を形成
し、同　　、　　　３底層のうち少なくとも半導体素子
に対応する部分の表面を前」基板表面に平行となるよう
平滑にしてから、同平滑部分のうち半導体素子勿パッド
との接合位置に対応する部分以外のズ且呈り展戊層をす
べてエツチング除去することにより形成され火玉のであ
るーζ２３Ｊ１改上土五半導体装置の製法。」 （２）明細書第４頁第４行ないし第５行に「常温または
常温付近の温度で接合可能で、しかも、」とあるを削除
する。 （３）明細書第４頁第９行ないし第５頁第１７行に［請
求項１・・・しに（い。」とあるを、下記のごとくに訂
正する。 一記一 「上記課題を解決するため、請求項１の発明にかかる半
導体装置の製法は、基板表面の電路上に形成された突起
電極が半導体素子のパッドと同じ材料からなるものであ
り、前記パッドと前記突起電極とを超音波接合により電
気的に接合するようにしている。 上記課題を解決するため、請求項２の発明にかかる半導
体装置の製法は、基板表面の電路上に形成された突起電
極と半導体素子のパッドを電気的に接合するにあたり、
前記突起電極として、前記基板の電路層形成面全面に突
起電極形成層を形成し、同突起電極形成層のうち少なく
とも半導体素子に対応する部分の表面を前記基板表面に
平行となるよう平滑にしてから、同平滑部分のうち半導
体素子のパッドとの接合位置に対応する部分以外の突起
電極形成層をすべてエツチング除去することにより形成
されたものを用いるようにしている（作　　　用） 請求項１の発明にかかる半導体装置の製法では、同じ材
料からなるパッドと突起電極とを超音波接合するので、
接合部分の信頼性に悪影響を与える金属間化合物が作ら
れず、信頼性が向上する。 請求項２の発明にかかる半導体装置の製法では、突起電
極が上記のようにして作られたものであるので、突起電
極の高さが揃えられており、半導体素子のパッドと突起
電極とを接合するときに、均一に当接し、接合の信頼性
が向上する。しかも、突起電極の状態にしてから高さ揃
えを行うのではなく、基板の少なくとも片面全面に形成
された突起電極形成層の状態で高さを揃えるので、突起
電極の位置がずれたり、傷付いたりしにくい。」（４）
明細書第７頁第４行に「分散」とあるを、「拡散」と訂
正する。 （５）明細書第１１頁第７行および第８行にそれぞれｒ
ＡＺ突起電極」とあるを、「突起電極」と訂正する。 （６）明細書第１１頁第１８行に「れない。」とあるを
、「れない。以上では、突起電極がＡ２突起電極である
として説明していたが、突起電極は、Ａｌｆ突起電極に
限定されない。」と訂正する。 （７）明細書第１１頁第２０行ないし第１２頁第１０行
に「請求項１・・・寄与する。」とあるを、下記のごと
くに訂正する。 一記一 「請求項１の発明にかかる半導体装ヱの製法は、以上の
ように、基板側の突起電極と半導体素子側のパッドとが
同じ材質であり、両者を超音波接合するので、接合信頼
性の高いものとすることができる。 請求項２の発明にかかる半導体装置の製法は、以上のよ
うに、接合時に突起電極が半導体素子のパッドと均一に
当接することが容易であり、接合の信頼性の向上に寄与
する。」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁基板表面に形成された電路と半導体素子のＡｌ
   パッドを電気的に接合する工程を備えた半導体装置の製
   法において、前記電路の前記Ａｌパッドとの接合位置に
   Ａｌ突起電極を設けておき、前記Ａｌパッドと前記Ａｌ
   突起電極とを超音波接合することを特徴とする半導体装
   置の製法。 ２、Ａｌ突起電極が、絶縁基板の電路層形成面全面にＡ
   ｌ層を形成し、同Ａｌ層のうち少なくとも半導体素子に
   対応する部分の表面を前記絶縁基板表面に平行となるよ
   う平滑にしてから、同平滑部分のうち半導体素子のＡｌ
   パッドとの接合位置に対応する部分以外のＡｌ層をすべ
   てエッチング除去することにより形成された、高さの揃
   ったものである請求項１記載の半導体装置の製法。