JPH02280349A - バンプの形成方法およびバンプの接続方法 - 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〕 本発明は、半導体基板と被接続側基板とを接続する際に
使用するバンプの形成方法およびそのバンプによって両
者を接続するバンプの接続方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、フリップチップ等の半導体装置には実装用基板の
接続バンドに接合されるバンプがその表面に突設されて
いる。従来のこの種のバンプを第５図によって説明する
。

第５図は例えば特開昭５４−１１３２４６号後方に開示
された従来のフリップチップの電極の構造を示す断面図
である。同図において、１は半導体基板で、この半導体
基板１上にはＡｔ電極２が形成されている。３は前記半
導体基板１の表面を保護するための絶縁層で、この絶縁
層３にはＡｔ電極２の信号入出力用微小部分を露出させ
るための開口部が設けられている。４は半田バンブで、
この半田バンプ４は前記Ａｔ電極２上に中間金属層５を
介して形成されている。この中間金属層５はＡｔ電極２
の露出部分から絶縁層３の開口部における開口縁部にわ
たって形成され、半田バンブ４とＡＩ電極２との密着性
を確保するために前記ＡＩ電極２上に形成されたＣｒ層
５ａと、半田の拡散を防止するために前記Ｃｒ層５ａ上
に形成されたＣｕ層５ｂと、半田リフロー時の濡れ性を
高めるために前記Ｃｕ層５ｂ上に形成されたＡｕ層５ｃ
とから構成されている。

次に、上述した半田バンプ４の形成方法について説明す
る。先ず、ウェハ状態の半導体基板１上に、写真製版工
程を繰り返してＡＩ電極２により所定の能動素子群（図
示せず）を形成する。次いで、ＡＩ電極２の表面保護膜
として絶縁層３を半導体基板１上に形成し、写真製版工
程によりこの絶縁層３におけるＡＩ電極２の信号入出力
用微小部分に相当する部分を除去する。そして、前記Ａ
Ｉ電極２の露出部分および絶縁層３における開口部の開
口縁部上にＣｒ層５ａを形成し、さらにこのＣｒ層５ａ
上にＣｕＪ１５ｂとＡｕ層５ｃとを順次形成して中間金
属層５を形成する。このようにして電極下地が形成され
た後、半導体基板１上にめっきレジスト（図示せず）を
塗布し、このめっきレジストを、中間金属層５が露出さ
れるように写真製版によってパターン形成する。次に、
この半導体基板１上に半田めっきを施し、中間金属層５
上に半田からなるめっき被膜を形成する。しかる後、前
記めっきレジストを除去し、前記めっき被膜を加熱リフ
ローすることによって半球上の半田バンプ４が形成され
る。

このような半田バンプ４を有する半導体基板１、所謂フ
リップチップを被接続回路基板上に実装するには、通常
は、半田バンプ４を被接続回路基板の接続バッドに対接
させて半導体基板１を被接続回路基板上に載置させ、そ
して、予め所定温度に加熱されたホットプレート上にこ
の被接続回路基板を載せ、ホットプレートの熱によって
半田バンブ４を溶融させて行なわれる。この接続方法を
第６図によって説明する。

第６図は半田バンプを有する従来のフリップチップを被
接続回路基板上に載せて加熱している状態を示す側断面
図で、同図において前記第５図で説明したものと同一も
しくは同等部材については同一符号を付し、ここにおい
て詳細な説明は省略する。第６図において、６は半導体
基板１を実装するための被接続回路基板で、この被接続
回路基板６上には半田バンブ４と接合される接続バッド
７が形成されている。８は半田バンプ４を加熱溶融させ
るためのホットプレートで、このホットプレート８は上
部に被接続回路基板６が載置される伝熱面８ａが設けら
れ、かつヒータ（図示せず）が内蔵されており、半田バ
ンプ４が溶融される温度以上の温度にまで加熱されるよ
うに構成されている。

上述した被接続回路基板６上に半導体基板１を実装する
には、先ず、被接続回路基板６の接続バッド７に半田付
は性を高めるためのフラツクス（図示せず）を予め塗布
する。そして、この接続バッド７にフリップチップの半
田バンブ４が対接されるように、フリップチップを被接
続回路基板６上に位置合わせして載置させる。次いで、
半田バンブ４の融点以上の温度に加熱されたホットプレ
ート８上に上述した被接続回路基板６を移載させる。こ
の際、ホットプレート８の熱が伝熱面８ａから被接続回
路基板６および接続バッド７を介して半田バンブ４に伝
導されることになり、この熱によって半田バンブ４が溶
融されることになる。そして、半田バンブ４が溶融され
た後、被接続回路基板６をホットプレート８から離間さ
せて冷却することによって、半導体基板１が被接続回路
基板６に半田付けされることになり、フリップチップの
バンプ接続が完了される。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、このように構成された従来の半田バンプ４を
有するフリップチップにおいては、半田バンプ４とＡＩ
電極２との間にＣｒ層５ａ＋　　Ｃｕ層５ｂ、Ａｕ層５
０等からなる中間金属層５を形成するために各層の成膜
工程や写真製版工程が必要となる。このため、工程数が
多くなりコスト高となるだけでなく、エツチング時のオ
ーバーハングやエツチング残りの発生によってバンプ形
成工程で歩留まりが低下されるという問題があった。

また、従来のバンプ接続方法は、第６図に示すように半
田溶融による合金接合であるため、被接続回路基板６上
に搭載されたフリップチ・ノブの半田バンプ４をその溶
融温度以上に全体的あるいは局部的に加熱する必要があ
る。半田の溶融温度はその組成によって異なるが、通常
は１８０℃〜２５０℃であり、このような温度に加熱す
ることに支障のある回路基板、例えばポリエステルフィ
ルムからなる基板や表示パネル用ガラス基板などでは熱
変形やクラックが発生するために上述したような半田バ
ンプ４を有するフリップチップを実装することは不可能
であった。さらに、半田バンプ接続を確実に行なうため
に通常は被接続回路基板６のＡＩ電極２上にフラックス
を塗布するが、半田リフロー後にフリップチップの下部
に残留されたフラックスを完全に洗浄除去することは難
しく、高倍転性が要求される回路装置においてはフラッ
クスの選定や洗浄方法が重要課題となっていた。また、
被接続回路基板６上に実装する半導体基板１の寸法が大
きくなるほど半導体基板１と被接続回路基板６との熱膨
張係数の差によって生じるバンプ接続部のせん断心力が
増大されるため、半田クラックが生じ接続不良が引き起
こされ易くなる。

このため、大型の半導体基板１を使用するにも半田バン
プ接続による実装方法では限度があった。

さらにまた、実装後に半導体基板１の動作不良が検出さ
れた際には不良半導体基板は正常なものと交換されるが
、この交換作業において不良半導体基板を取外し、良品
半導体基板を取付けるために少なくとも２回半田溶融を
行なう必要がある。このため、被接続回路基板６におい
ては再び全体的あるいは局所的に加熱されることになり
、この再加熱によって接続パッド７が損傷されることが
あった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るバンプの形成方法は、電極が表面に形成さ
れた基板を感光性レジストで覆い、この感光性レジスト
における前記電極のバンプ形成部分と対応する部位を露
光、現像することによって除去し、次いで、前記除去部
分に、導電性を有しかつ硬化されることによって弾力性
を得る樹脂を充填し、この樹脂を硬化させた後、前記感
光性レジストを除去するものである。また、本発明に係
るバンプの接続方法は、基板上に設けられた導電性およ
び弾力性を有する樹脂からなるバンプを被接続側基板の
接続部に圧接し、この状態で前記基板の側部を被接続側
基板に樹脂によって接着し固定するものである。

〔作　用〕

本発明に係るバンプの形成方法においては、基板の電極
上に中間金属層等を介在させることなく直接的にバンプ
を形成することができるから、バンプ形成工程を簡略化
することができる。

また、本発明に係るバンプの接続方法においては、バン
プを被接続側基板の接続部に圧接することによって導通
を得ることができるため、接続にあたり加熱する必要が
なくなり、しかも、不良基板の交換も接着用樹脂を除去
することによって行なうことができる。また、大型の半
導体基板あるいは回路基板を接続した際には熱膨張係数
の差によりバンプ接続部にせん断心力が加わるが、この
せん断心力はバンプが弾性変形されることによって吸収
されることになる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例として半導体基板電極上へのバ
ンプの形成方法について第１図を用いて詳細に説明する
。

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明に係るバンプの形成方法
を説明するための工程図で、同図（ａ）はバンプ形成前
の半導体基板を示す断面図、同図（ｂ）は半導体基板を
感光性レジストで覆った状態を示す断面図、同図（ｃ）
は感光性レジストにおけるバンプ形成部分と対応する部
位を除去した状態を示す断面図、同図（ｄ）は導電性樹
脂バンプを充填した状態を示す断面図、同図（ｅ）はバ
ンプ形成終了後の状態を示す断面図である。これらの図
において前記第５図および第６図で説明したものと同一
もしくは同等部材については同一符号を付し、ここにお
いて詳細な説明は省略する。第１図（ａ）〜（ｅ）にお
いて、１１は感光性レジストで、この感光性レジスト１
１はドライフィルムもしくは液状のものが使用され、半
導体基板１上に２０〜１００μｍの厚みをもってラミネ
ートあるいは塗布されている。１２は本発明に係る導電
性樹脂バンプで、この導電性樹脂バンプ１２は導電性を
有しかつ硬化されることによって弾力性を得る樹脂によ
って形成されている。この導電性樹脂バンプ１２を形成
するための樹脂は、例えば、室温硬化型、加熱硬化型あ
るいは紫外線硬化型のシリコン、エポキシあるいはウレ
タン樹脂等が使用され、これらの樹脂にＡｇ、Ｎｔ、　
Ｃ等の導電性充填剤を適宜組合わせ混ぜ合わせることに
よって導電性が付与されている。

次に、半導体基板１上に導電性樹脂バンプ１２を形成す
る方法について説明する。先ず、第１図（ａ）に示すよ
うに、従来と同様にして／ｌ電極２により所定の能動素
子群（図示せず）が形成されたウェハ状態の半導体基板
１上に、外部との接続に必要なＡＩ電極２を露出させて
絶縁層３を形成する。

次いで、同図（ｂ）に示すように、半導体基板ｌ上にド
ライフィルムもしくは液状の感光性レジスト１１を２０
〜１００μｍの厚みをもってラミネートあるいは塗布す
る。そして、同図（ｃ）に示すように、写真製版によっ
てＡＩ電極２上の感光性レジスト１１を除去する。次に
、同図（ｄ）に示すように、前記感光性レジスト１１の
除去部分に、溶融された状態の導電性樹脂バンプ１２と
なる樹脂を充填し、硬化させる。この樹脂の充填方法と
しては、感光性レジスト１１をマスキングとしてスキー
ジ（図示せず）を使用して前記除去部分に刷り込む方法
、微量デイスペンサを用いて上記レジスト除去部分に塗
布する方法、あるいはウェハ全体を上記樹脂中にディッ
ピングする方法等の何れかの方法が採用される。なお、
この際、必要によってはレジスト除去部分へ樹脂を完全
に充填するために真空脱泡処理を行なってもよい。前記
樹脂を硬化させた後、同図（ｅ）に示すように、感光性
レジスト１１を除去することによって、ＡＩ電極２上に
導電性および弾力性を有する導電性樹脂バンプ１２が形
成されることになる。

したがって、本発明に係るバンブの形成方法によれば、
半導体基板１のＡＩ電極２上に中間金属層等を介在させ
ることなく直接的にバンプを形成することができるから
、バンブ形成工程が簡略化されることになる。

次に、上述したように導電性樹脂バンプ１２が形成され
た半導体基板ｌを被接続回路基板６に実装する方法を第
２図および第３図を用いて詳細に説明する。

第２図および第３図は本発明に係るバンプの接続方法を
説明するための図で、第２図は半導体基板を被接続回路
基板上に仮固定させた状態を示す断面図、第３図は半導
体基板の実装後の状態を示す断面図である。これらの図
において、前記第５図および第１図で説明したものと同
一もしくは同等部材については同一符号を付し、ここに
おいて詳細な説明は省略する。第２図および第３図にお
いて、１３は被接続回路基板６上に半導体基板１を仮固
定するための絶縁性粘着部材で、この絶縁性粘着部材１
３はテープ状あるいは液状のものが使用され、その厚み
寸法は前記導電性樹脂ハンプ１２の高さ寸法よりも１０
〜３０μｍ程度小さくなるように設定されている。また
、この絶縁性粘着部材１３は半導体基板１の表面もしく
は被接続回路基板６の表面上であって、導電性樹脂バン
プ１２と接続バッド７との接続部より半導体基板１の幅
方向中程に配設されている。１４は半導体基ｖｉ１を被
接続回路基板６側へ押圧するための押圧治具、１５は半
導体基板１を被接続回路基板６に固定するための接着樹
脂である。

次に、半導体基板１を被接続回路基板６に実装する方法
について説明する。先ず、絶縁性粘着部材１３を半導体
基板１もしくは被接続回路基板６上の所定位置に貼着さ
せる。そして、第２図に示すように、導電性樹脂バンプ
１２が被接続回路基板６の接続パッド７に接触されるよ
うに半導体基板１を被接続回路基板６上に位置合わせし
、次いで、第３図に示すように、この半導体基板１を押
圧治具１４によって被接続回路基板６側へ押圧する。こ
の際、押圧治具１４の加圧力により、弾力性を有する導
電性樹脂バンプ１２が撓むように変形し、この導電性樹
脂バンプ１２が被接続回路基板６の接続バソド７に接触
された状態で確実に電気的に接続されることになり、し
かも、絶縁性粘着部材１３によって、導電性樹脂バンプ
１２が接続パッド７に対して位置ずれを起こさないよう
に半導体基板ｌが被接続回路基板６に仮固定されること
なる。次に、このようにして押圧治具１４によって半導
体基板１を押圧し導電性樹脂バンプ１２と接続バッド７
との電気的接触が保たれた状態で、半導体基板１の側部
に短時間硬化型の接着樹脂１５をデイスペンサ（図示せ
ず）等によって塗布する。この接着樹脂１５が硬化した
後、押圧治具１４を半導体基板１から離間させることに
より半導体基板１と被接続回路基板６とのバンプ接続が
完了する。なお、半導体基板１を位置合わせして押圧治
具１４で押圧した後、押圧治具１４を直ちに離間させて
も絶縁性粘着部材１３の粘着力のみで導電性樹脂バンプ
１２と接続バッド７との電気的接続が得られる場合には
、押圧治具１４を離間させた状態で接着樹脂１５を塗布
してもよい。

したがって、本発明に係るバンプの接続方法によれば、
導電性樹脂バンプ１２を被接続側基板６の接続バッド７
に圧接することによって導通を得ることができるため、
導電性樹脂バンプ１２の接続を常温で行なうことができ
半導体基板１を被接続回路基板６に実装するにあたり加
熱する必要がなくなり、また、不良半導体基板の交換も
、実装後に接着樹脂１５を剥離または切削除去すること
によって行なうことができる。さらにまた、半導体基板
ｌは導電性樹脂バンプ１２を弾性変形させた状態で実装
されるため、大型の半導体基板ｌを接続する際に問題と
なる半導体基板１と被接続回路基板６との熱膨張係数の
差によって発生するバンプ接続部のせん断心力を、導電
性樹脂バンプ１２が弾性変形されることによって吸収す
ることができる。

なお、前記実施例では半導体基板１のＡｔ電挽２上に導
電性樹脂バンプ１２を形成した例を示したが、本発明は
このような限定にとられれることなく、例えば４電性樹
脂バンプ１２を被接続回路基板６の接続パッド７上に形
成し、この導電性樹脂バンプ１２を半導体基板１のＡｕ
、Ｃｕ、ｐｂ／３ｎ。

Ｓｎ等の金属バンプに接続させてもよく、また、第４図
（ａ）に示すように導電性樹脂バンプ１２を半導体基板
１のＡＩ電極２および被接続回路基板６の接続バッド７
の両方に形成しても前記実施例と同等の効果が得られる
。さらにまた、前記実施例では導電性樹脂バンプ１２の
導電性充填剤として粉末の４電性材料を使用したが、第
４図（ｂ）に示すように、例えば金属球１６のような球
状導電性材料を樹脂バンプ内に埋め込んでもよい。この
ようにすると、より安定した電気的接続が得られる。な
お、第４図（ａ）および第４図（ｂ）において前記第１
図ないし第３図で説明したものと同一もしくは同等部材
については同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

また、前記実施例では、半導体基板１の導電性樹脂バン
プ１２と被接続回路基板６の接続バッド７との位置ずれ
を防止するために絶縁性粘着部材１３を使用した例を示
したが、押圧による位置ずれが問題にならない場合には
この絶縁性粘着部材１３は使用しなくともよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係るバンプの形成方法は、
電極が表面に形成された基板を感光性レジストで覆い、
この感光性レジストにおける前記電極のバンプ形成部分
と対応する部位を露光、現像することによって除去し、
次いで、前記除去部分に、導電性を有しかつ硬化される
ことによって弾力性を得る樹脂を充填し、この樹脂を硬
化させた後、前記感光性レジストを除去するため、基板
の電極上に中間金属層等を介在させることなく直接的に
バンプを形成することができるから、バンプ形成工程を
簡略化することができる。したがって、バンプ形成工程
を短縮することができ製造コストを低く抑えることがで
き、しかも、歩留まり向上を図ることができる。

また、本発明に係るバンプの接続方法は、基板上に設け
られた導電性および弾力性を有する樹脂からなるバンプ
を被接続側基板の接続部に圧接し、この状態で前記基板
の側部を被接続側基板に樹脂によって接着し固定するた
め、バンプを被接続側基板の接続部に圧接することによ
って導通を得ることができる。したがって、接続にあた
り加熱する必要がなくなるから、耐熱性に乏しい回路基
板にもバンプ接続を実施することができる。また、基板
はバンプを弾性変形させた状態で被接続側基板に実装さ
れるため、大型の半４体基板を接続する際に問題となる
半導体基板と被接続回路基板との熱膨張係数の差によっ
て発生するバンプ接続部のせん断心力を、バンプが弾性
変形されることによって吸収することができるから、バ
ンプ接続部に熱応力によるクランクが生じるのを確実に
防ぐことができ、大型（例えば１５ｍｍ角程度）の半導
体基板をもバンプによって実装することができる。

さらにまた、実装後の基板に動作不良が検出された際の
不良基板の交換も、接着用樹脂を除去することにより被
接続側基板の接続部を損傷させることなく容易に行なう
ことができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｅ）は本発明に係るバンプの形成方法
を説明するための工程図で、同図（ａ）はバンプ形成前
の半導体基板を示す断面図、同図（ｂ）は半導体基板を
感光性レジストで覆った状態を示す断面図、同図（ｃ）
は感光性レジストにおけるバンプ形成部分と対応する部
位を除去した状態を示す断面図、同図（ｄ）は導電性樹
脂バンプを充填した状態を示す断面図、同図（ｅ）はバ
ンプ形成終了後の状態を示す断面図である。第２図およ
び第３図は本発明に係るバンプの接続方法を説明するた
めの図で、第２図は半導体基板を被接続回路基板上に仮
固定させた状態を示す断面図、第３図は半導体基板の実
装後の状態を示す断面図である。第４図（ａ）　、　（
ｂ）は他の実施例を示す断面図で、同図（ａ）は導電性
樹脂バンブを半導体基板と被接続回路基板の両方に設け
た例を示し、同図（ｂ）は導電性樹脂バンプ内に金属球
を埋設した例を示す図である。 第５図は特開昭５４−１１３２４６号後方に開示された
従来のフリップチップの電極の構造を示す断面図、第６
図は半田バンプを有する従来のフリップチップを被接続
回路基板上に載せて加熱している状態を示す側断面図で
ある。 １・・・・半導体基板、２・・・・ＡＩ電極、６・・・
・被接続回路基板、７・・・・接続パッド、１１・・・
・感光性レジスト、１２・・・・導電性樹脂バンブ、１
５・・・・接着樹脂。 第　１　酋Ｉ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極が表面に形成された基板を感光性レジストで
   覆い、この感光性レジストにおける前記電極のバンプ形
   成部分と対応する部位を露光、現像することによって除
   去し、次いで、前記除去部分に、導電性を有しかつ硬化
   されることによって弾力性を得る樹脂を充填し、この樹
   脂を硬化させた後、前記感光性レジストを除去すること
   を特徴とするバンプの形成方法。
2. （２）基板上に設けられた導電性および弾力性を有する
   樹脂からなるバンプを被接続側基板の接続部に圧接し、
   この状態で前記基板の側部を被接続側基板に樹脂によっ
   て接着し固定することを特徴とするバンプの接続方法。