JPH03126238A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

半導体素子の製造方法

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JPH03126238A
JPH03126238A JP26430289A JP26430289A JPH03126238A JP H03126238 A JPH03126238 A JP H03126238A JP 26430289 A JP26430289 A JP 26430289A JP 26430289 A JP26430289 A JP 26430289A JP H03126238 A JPH03126238 A JP H03126238A
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JP
Japan
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electrode
positioning
semiconductor chip
wiring pattern
circuit board
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JP26430289A
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English (en)
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Harutaka Taniguchi
谷口 春隆
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/4228Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements
    • G02B6/4232Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements using the surface tension of fluid solder to align the elements, e.g. solder bump techniques
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01078Platinum [Pt]

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  • Wire Bonding (AREA)

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〕 本発明は半導体チップに設けた電極パッド上の金属突起
電極と回路基板上に設けた配線パターン電極とを接続す
る方法に関する。
〔従来の技術〕
近年、多数個の機能素子を微細なピッチに配列した半導
体素子を用いるデバイスや機器の開発が盛んである6例
えばメモリーカード、液晶やELデイスプレィパネルな
どに適用され、多数個のIC,LSIを一定の面積を有
する基板に高密度でしかも薄型に搭載したものなどが多
く利用されている。
IC,LSIの実装手段としてフリンブチップ方式が既
によ(知られているが、古くは半導体チップの金属突起
電極とこれに相対する配線パターン電極を持った配線基
板との間に導電性ペーストを塗布した後、加圧、加熱に
よりペーストを熱硬化させて半導体チップと配線基板の
隙間を樹脂封止する方法がある。フリップチップ接続方
法の中でも、最近はさらに高密度実装の必要性から、半
導体チップの金属突起電極とこれに相対する配線パター
ン電極を持った配線基板との間に、熱硬化性樹脂を充填
し、半導体チップ上の金属突起電極と配線基板上の配線
パターンt8iとを位置合わせし加圧した後、加熱して
樹脂を硬化させ、樹脂の収縮力と接着力によって金属突
起電極と配線パターン電極を接触保持させるという新し
い方法も知られている。また、この熱硬化性樹脂の代り
に、異方導電性接着剤を用いることもできる。
この様子を第8図、第9図に示す、第8図は半導体チッ
プ1を電極形成面から見た模式平面図であり、中央部の
回路部分の図示は省略したが、周辺部近傍には多くの電
極パッド2とその上の金属突起を極3を設けである。第
9図は半導体チップ1と回路基Fi4をフリップチップ
接続した状態の半導体素子を示す模式断面図である。第
9図の回路基Vi4は配線基板5と配線パターン電極6
からなり、チップ1の金属突起を極3と配線パターン電
極6とを位置合わせした後、これらの間に樹脂7を充填
して硬化させる。
しかしながら、このような新しいフリシブチップ接続方
法にも次のような問題がある。
〔発明が解決しようとする課題) 例えば半導体素子1個当たり約50pin以上の高密度
実装では十−程度の微細ピッチとなり、半導体チップ上
の金属電極と配線基板上の配線パターンとを位置合わせ
することが非常に難しくなり、これを精度よ(迅速に行
なうためには画像処理などを必要とし、そのために位置
合わせモニターや画像処理装置を備えなければならない
ので、多大の費用がかかり、半導体素子の価格も高価な
ものになってしまう。
したがって本発明の目的は画像処理装置などを用いるこ
となく、微細ピンチを有する半導体チップと回路基板の
位置合わせが簡単で、接続不良などを生じないフリブチ
ツブ接続方法を従供することにある。
(課題を解決するための手段) 上記課題を解決するために本発明の方法は、半導体チッ
プに通常の電極パッドと金属突起電極のほかに、これら
の空き位置にあらかじめ位置決め用の電極バンドと半田
バンプを形成しておき、回路基板の方にも通常の配線パ
ターン電極のほかに位置決め用配線パターン電極を半導
体チップ側と対応する位置に形成しておき、この半導体
チップと回路基板とをフリップチップボンディングする
際、目視で位置合わせを行った後、半田バンプをリフロ
ーして半導体チップの金属突起電極と回路基板の配線パ
ターン電極をセルファラインにより接触させ、さらに熱
硬化性樹脂を半導体チップと回路基板との間に埋め込み
硬化させて固定するという手順により半導体素子を製造
するものである。
(作用〕 本発明は上記のように通常半導体チップに形成する金属
突起電極と回路基板に形成する配線パターン電極だけで
フリップチップボンディングを行なうのではなく、電気
的な導通を必要^い位置決め用電極パッドとこれに対応
する位置決め用配線電極パターンを形成しておき、目視
で位置合わせした後、この位置決め用の電極部分に介在
する半田バンプをリフローさせることにより、電気的導
通を必要とする部分まで同時にセルファライン効果で自
動的に正確に位置合わせを行なうことができる。即ち本
発明の方法は電気的導通を必要とする部分と電気的導通
を必要とせず単に接合のための位置合わせを行なう部分
とをうま(使い分けて、半導体チップと回路基板の精度
の高い位置合わせを可能としている。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例に基づき説明する。
第1図は本発明に用いられる半導体チップの電極形成面
から見た模式平面図であり、回路部分の図示は省略し、
第8図と共通部分を同一符号で表しである。第1図が第
8図と異なる所は、電極パッド2と金属突起電極3のほ
かに半導体チップ1の四隅にそれぞれ位置決め用電極パ
ッド2aとその上に半田バンプ8を設けたことにある。
これを回路基板4に接続して得られる半導体素子の模式
断面図を示したのが第2図であり、第9図と対応・比較
することができ、第9図と共通部分を同一符号で表わす
、そして第2図に示したように配線基仮5と配線パター
ン電極6からなる回路基板4には、そのほかに本発明に
用いる位置決め用配線パターン電極6aを設けてあり、
この位置決め用配線パターン電極6aが第1図の半導体
子ツブ1の四隅に設けた位置決め電極パッド2aとそれ
ぞれ位置的に対応しており、これらが半田バンプ8によ
り接続されるとともに、半導体チップlの金属突起電極
3と回路基vi、4の配線パターン電極6とが位置精度
よく接触しているのである。そして樹脂7を第9図の場
合と同様に半導体チップlと回路基板歪の間隙に充填し
である。
さ 次に第2図の半導体素子台製造する方法について述べる
。第3図(a)〜(C)はその主な製造工程を示した模
式断面図であり、第2図と共通部分に同一符号を用いで
ある。
半導体チップ1に設けたNの電極パッド2の上にTl−
Pd−Auの多層金属膜を被着させた後、電解メツキ法
により、Au、 Cuなどを直径10〜50n、厚さ5
〜20nに金属突起を極3を形成する。また半導体チッ
プ1aの四隅に設けた位置決め用電極パッド2aには金
属突起電極3より高くなるように半田ボールバンプ8を
、または電解メツキ法による半田メツキを65〜100
.n角、深さ20〜100.の図示し7てないコンタク
トホールに形成しリフローする。
一方回路基板4の方はガラス、セラミックス、樹脂もし
くは金属酸化物を表面に被覆した金属などの配線基板5
に、半導体チップ1の金属突起電極3の位置と対応する
ように配線パターンtpi6を形成し、半導体チップ1
の位置決め用電極パッド2aと対応する位置には、それ
ぞれ位置決め用配線パターン電極6aを形成しておく、
配線パターン電極6はCu、 M、 Au、  I T
 Oなどを母体として、例えばCuなど酸化しやすいも
のにはAuメツキ、 Snメツキ、半田メツキなどを施
す。位置決め用配線パターン電8i6aについても同様
である。第3図(alはこのようにして得られた半導体
チップ1と回路基Fi4とを接続面で向かい合わせた状
態を示したものである6次いで半導体チップ1上の金属
突起電極3と回路基板4上の配線パターン電極6とを目
視により位置合わせした後加熱し、位置決め用電極パッ
ド2aと位置決め用配線パターン電極6aとの間にある
半田バンプ8をリフローさせると、回路部に僅かなずれ
があってもセルファライン効果により自然に精密な位置
合わせが行なわれるようになる。半田バンプ8の材料は
接合強度や密着性よりもセルファライン効果の方が主目
的であるから低融点合金でよく、後述の熱硬化性樹脂7
の硬化温度であるほぼ200°C以下に合わせて、In
 −Sn −pbもしくはf−Sn合金などを用いるこ
とができる。
そして冷却後、半導体チップlと回路基板4との間隙に
流動性の高い液状の絶縁性熱硬化性樹脂7を流し込んだ
状態が第3図軸)である、その後第3図(C)のように
矢印方向から加圧することにより金属突起電極3と配線
パターン電極6とを接触させ加熱して半田バンプ8をさ
らに潰す、樹脂7は加圧により押し拡げられ、金属突起
電極3と配線パターンを極6とは電気的な接続が得られ
る。この状態で室温まで冷却して加圧を除去する。樹脂
7は熱硬化性であるから、半導体チップlと回路基板4
とは金属突起電極3と配線パターン電極6との電気的導
通を保持したまま固定される。このとき半田バンプ8は
りフローによるセルファライン効果を利用した位置合わ
せのために用いられるものであり、電気的な導通には関
与しないが、樹脂7との熱膨張係数の差によってクラン
クなどが発生しないように、樹脂7に例えばエポキシ樹
脂などほぼ同程度の熱膨張係数を持つものを選択するの
がよい、しかし、たとえ半田バンプ8自体に剥離やクラ
ンクを生じたとしても、金属突起電極3と配線パターン
電極6との電気的導通は既に確保されているから、得ら
れる半゛導体素子の特性に悪い影響を与えることはない
[第3図(C)]。
なお樹脂7は絶縁性樹脂を用いた場合について述べたが
、樹脂7に直径1〜20n程度のA、などの導電性粒子
を混ぜた異方導電性樹脂を用いて、半導体チップ1の周
縁から流し込み加熱加圧して金属突起電極3と配線パタ
ーン電極6との電気的接続を得ることもできる。
第4図は半導体チップlの電極形成面から見た模式平面
図であるが、第1図と異なる点は位置決め用電極バッド
2aとその上の半田バンプ8を半導体チップ1の四隅に
設けるのではなく、中心部にただ1個所のみとしたこと
であり、その他は第1図の場合と全く同じである。これ
は回路部の形成位置の関係で位置決め精度をやや緩やか
にすることが可能な場合に適用され、簡便で費用を節減
することができるという点で有効である。
第5図はこの半導体チフブ1と回路Mvi4とをボンデ
ィングした半導体素子の模式断面図を示したものであり
、当然のことながら回路基板(の位置決め用配線パター
ン電極6aも半導体チップ1の位置決め用電極バッド2
aと対応する位置に1個所のみ設けである。
第6図は半導体チッブ1と回路基板4の接続に関しては
第2図と同様でるが、樹脂7を半導体チップ1と回路基
板4の間隙だけでなく、半導体チップlの外周まで全体
を覆うことより、耐湿性などについての信頼性を高める
ようにした半導体素子の模式断面図を示したものであり
、製造方法は基本的に第2図のものと同じである。
第7図は位置合わせ用電極については、これを中心部に
1個用いた第5図と同じ構成を持つが、樹脂7を半導体
チソブエの全周に亘って被覆した半導体素子の模式断面
図を示したものである。
以上述べてきたように、本発明の方法は半導体チップ1
および回路基板4上にそれぞれ対応する位置に形成する
電極バッド2および配線パターン電極6のほかに、これ
らの空き位置に半導体素子の電気的導通には直接関与し
ない位置決め用電極パッド2aおよび位置決め用配線パ
ターン電極6aを互いに対応するように、あらかじめ回
路部の設定位置に応じて少なくとも1組設けておき、こ
れらを用いて目視で位置合わせし、半導体チップ1と回
路基板4を半田バンプ8によりボンディングするのであ
って、半田バンプ8のりフロー時におけるセルファライ
ン効果によって、同時に回路部の高精度な位置合わせを
、高価な装置などを必要とすることなく可能としたもの
である。
〔発明の効果〕
多数個の機能素子を高密度に組み込んだピッチ幅の狭い
半導体チップを回路基板にフリップチップボンディング
する際、半導体チップと回路基板との位置合わせが難し
く高価な装置を要していたが、本発明の方法によれば実
施例で説明したように、半導体チップと回路基板のそれ
ぞれに通常の電気的導通を必要とする電極のほかに、そ
の空き位置に電気的導通を必要とせず互いに対応する位
置に設けた単に位置合わせのための電極と、これらの間
に介在させる半田バンプを利用して、その半田バンプの
リフロー時にセルファライン効果により同時に電気的導
通を必要とする電極も位置合わせが行なわれるようにし
たため、半導体チップと回路基板とを目視で位置合わせ
してもその精度が極めて高(、しかも簡単な方法である
から高価な装置などの補助手段を必要とせず、経済的に
寄与する所も大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に用いられる半導体チップの模式平面図
、第2図は本発明の方法によりボンディングした半導体
の模式断面図、第3図は(a)〜(C)は本発明の方法
を示す主なボンディング工程図、第4図は第1図とは異
なる例を示した半導体チップの模式平面図、第5図は第
4図の半導体チップをボンディングした半導体素子の模
式断面図、第6図は第2図とは異なる例を示した半導体
素子の模式断面図、第7図は第5図とは異なる例を示し
た半導体素子の模式断面図、第8図は従来の半導体チッ
プの模式平面図、第9図は従来の半導体素子の模式断面
図である。 に半導体チップ、2:電極バッド、2a:位置決め用電
極バッド、3:金属突起電極、4=回路基板、5:配線
基板、6:配線パターン電極、6a:位置決め用配線パ
ターン電極、7:樹脂、8:半第4図 第5図 第7図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)半導体チップと回路基板をフリップチップボンディ
    ングする半導体素子の製造方法であって、通電用の電極
    パッドとその上に設けた金属突起電極、これらの空き位
    置に少なくとも一つの位置決め用電極パッドとその上に
    設けた半田バンプを備えた半導体チップを用いて、前記
    電極パッドと対応する位置に配置した配線パターン電極
    の空き位置に形成した少なくとも一つの位置決め用配線
    パターン電極を備えた回路基板に目視で位置合わせした
    後、加圧加熱し前記半田バンプをリフローしセルフアラ
    インにより前記金属突起電極と前記配線パターン電極と
    を接触させ、次いで少なくとも前記半導体チップと前記
    回路基板との間隙に熱硬化性樹脂を埋め込み再度加圧加
    熱して前記樹脂を硬化することを特徴とする半導体素子
    の製造方法。
JP26430289A 1989-10-11 1989-10-11 半導体素子の製造方法 Pending JPH03126238A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5381307A (en) * 1992-06-19 1995-01-10 Motorola, Inc. Self-aligning electrical contact array

Cited By (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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EP0651937A4 (en) * 1992-06-19 1995-08-30 Motorola Inc AUTOMATIC ALIGNMENT ELECTRICAL CONTACT ARRANGEMENT.

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