JPH03274739A - 半導体装置及びその実装構造及びその実装方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は半導体装置を外部回路基板に実装する半導体
装置の実装方法に関するものである。

［従来の技術］ 最近では電子機器の小形化、薄形化に伴ない、薄くかつ
小型の半導体装置の出現が望まれ、テープキャリアのデ
バイスホールに半導体素子を配設し、半導体素子の電極
とテープキャリアのリードに設けたバンブとを接続し、
これに波状の樹脂（例えばエポキシ樹脂）からなる封止
剤を印刷或いはポツティングしてパッケージしたＴＡＢ
方式の半導体装置が出現している。

かかる半導体装置と外部回路基板との接続ピッチは約９
０１Ｊｆｆｉ程度まで微細化されている。

ところで、現在の半導体素子の集積度は外部回路基板に
対する実装接続の微細化に比べると格段に進んでおり、
パターン幅がサブミクロンの世界に突出している。この
半導体素子の集積度と実装接続のピッチとは３桁のオー
ダのギャップが生じており、数−〜数十−ピッチの実装
接続技術の開発が強く望まれている。かかる数−〜数十
−ピッチ実装技術として半導体素子の電極を直接外部回
路基板に接続する方法が最も効果的であると考えられる
。

第３図は従来の実装例を示す断面図である。図において
、１は半導体素子、２は半導体素子１のシリコン層、３
はシリコン層２上に設けられたアルミニウム配線層、４
はシリコン層２及びアルミニウム配線層３上に設けられ
たパッシベーションである絶縁層で、アルミニウム配線
層３の電極部位（パッド）３ａは外部に露出させられて
いる。

５はアルミニウム配線層３の電極部位３ａに設けられた
金の凸状電極（バンプ）である。６は外部回路基板、７
は外部回路基板６上に設けられたパターン配線である。

半導体素子１の外部回路基板６への実装は外部回路基板
６のパターン配線７の接続部位７ａに半導体素子１の凸
状電極５を位置決めし、ウレタン、エポキシ等の熱硬化
性樹脂或いは紫外線硬化樹脂８を外部回路基板６と半導
体素子１の能動面との間に封入し、半導体素子１を外部
回路基板６に向けて加圧した状態で上記樹脂を熱或いは
紫外線によって硬化させ、半導体素子１を外部回路基板
６に接着し、半導体素子１の凸状電極５を外部回路基板
６の接続部位７ａに接続して行っていた。かかる実装方
法によって１００−以下のピッチの接続が可能となった
。

第４図はもう一つの従来の実装例を示す断面図である。

図において、第３図の従来例と同一の構成は同一符号を
付して構成の説明を省略する。９は粒径が５ｇ１１１〜
１ｔ＋ＩＪｆｆｉの樹脂ボールにニッケル及び金メッキ
を施した導電粒子である。

この従来例の半導体素子１の外部回路基板１の外部回路
基板６への実装は外部回路基板６のパターン配線７の接
続部位７ａにのみ熱硬化性樹脂或いは紫外線硬化樹脂８
と混合した導電粒子９を塗布し、その導電粒子９に半導
体素子１のアルミニウム配線層３の外部に露出させられ
ている電極部位３ａを位置決めし、半導体素子１を外部
回路基板６に向けて加圧した状態で上記樹脂８を熱或い
は紫外線によって硬化させ、半導体素子１を外部回路基
板６に接着し、半導体素子１の電極部位３ａを導電粒子
９を介して外部回路基板６の接続部位７ａに接続して行
っていた。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の半導体装置の実装方法では、半導体
素子１のアルミニウム配線層３の電極部位３ａに金の凸
状電極５を設けており、その凸状電極５を設ける製造プ
ロセスにレジストによるフォトプロセスが入っており、
スパッタ等の真空薄膜技術を使用しているために、半導
体素子１の凸状電極５を形成するコストが非常に高くな
るという問題点があった。

また、従来のもう一つの半導体装置の実装方法では、半
導体素子１の電極部位３ａと外部回路基板６の接続部位
７ａを導電粒子９を介して接続するものであり、導電粒
子９を外部回路基板６の接続部位７ａにのみ塗布する必
要があるため、塗布に手間とコストがかかり、その導電
粒子９の樹脂ボールの粒径５〜１０１．ＬＩｔｌである
ため、接続ピッチが１００−までが限界であるという問
題点があった。

この発明は、上記の課題を解決すべくなされたもので、
接続ピッチを１０−以下とし、しかも安価な半導体装置
の実装方法を得ることを目的ととしたものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る半導体装置の実装方法は半導体素子のシ
リコン層上にアルミニウム配線層を設け、シリコン層及
びアルミニウム配線層上にアルミニウム配線層の電極部
位を残して絶縁層を設け、アルミニウム配線層の電極部
位に無電解メッキにより絶縁層よりわずかに厚いニッケ
ル金属層を設けて半導体装置を形成し、該半導体装置が
実装される外部回路基板の表面に粒子径がパターンギャ
ップに対して１７５以下の導電性粒子を接着性樹脂液に
分散させてなるゾル状又はゲル状の異方性接着剤を塗布
し、外部回路基板に対して半導体装置を加圧した状態で
異方性接着剤を熱・光等によって硬化させ、半導体装置
の金属層と外部回路基板の接続部位とを異方性接着剤の
導電性粒子を介して接続するようにしたものである。

［作　用コ この発明においては、半導体素子のアルミニウム配線層
の電極部位に無電解メッキにより絶縁層よりわずかに厚
いニッケル金属層を設け、外部回路基板の表面に塗布さ
れた粒子径がパターンギャップに対して１７５以下の導
電性粒子を接着性樹脂液に分散させてなる異方性接着剤
によって半導体装置のニッケル金属層と外部回路基板の
パターン配線の接続部位とを接続したから、半導体装置
のニッケル金属層と外部回路基板のパターン配線の接続
部位の接続面積が小さくなっても接続でき、接続ピッチ
１００　ｗｎ以下の接続が可能となり、しかもニッケル
金属層を設けることと、異方性接着剤を外部回路基板の
表面に塗布することも安価なため、半導体装置の実装を
安価に行うことができる。

［実施例コ 第１図はこの発明による実装例を示す断面図、第２図（
ａ）〜（Ｃ）はこの発明の半導体装置の実装方法の手順
を示す説明図である。図において従来例と同一の構成は
同一符号を付して重複した構成の説明を省略する。ｌＯ
は半導体素子１のアルミニウム配線層３の外部に露出し
ている電極部位３ａに設けられた１〜５−のニッケル金
属層で、絶縁層４よりわずかに厚く形成されている。１
１は金、ニッケル等の導電粒子を熱硬化性樹脂であるエ
ポキシ樹脂流に分散させてなるゾル状の異方性接着剤で
ある。

半導体素子１のアルミニウム配線層３の外部に露出して
いる電極部位３ａへのニッケル金属層１゜の形成は、ま
ず電極部位３ａ上の汚染物を取り除くため、イソプロピ
ルアルコールに浸漬した後硫酸にて軽くエツチングを行
い、４６０ｇ２溶液に浸漬してＰｄをアルミニウムの電
極部位３ａ表面に吸着させた後、市販の無電解Ｎｉメッ
キ液浸漬してニッケル金属層１０を形成する。

次にこの発明の半導体装置の実装方法の手順について説
明する。

まず、第２図（ａ＞に示す半導体素子１のアルミニウム
配線３の外部に露出している電極部位３ａに上述の無電
解メッキにより絶縁層４よりわずかに厚いニッケル金属
層１０を形成しく第２図（ｂ）を参照）、半導体装置を
構成する。　次に、半導体装置が実装される外部回路基
板６の表面にゾル状の異方性接着剤１１をスクリーン印
刷やタコ印刷によって塗布する。この異方性接着剤１１
の導電粒子は金、アルミニウムの単体で、その径がパタ
ーンギャップに対して１１５以下である１〜５−のもの
である。ここで、パターンギャップとは外部回路基板６
のアルミニウムのパターン配線７の互いに隣接する接続
部位３ａの側部間の距離をいう。

しかる後に、半導体装置を第２図（ｂ）に示す状態から
第２図（ｃ）に示す状態に反転させ、半導体素子１のニ
ッケル金属層ＩＯを外部回路基板６のパターン配線７の
接続部位７ａに位置決めし、外部回路基板６に対して半
導体チップ１を適宜加圧手段で加圧してニッケル金属層
１０が異方性接着剤１１を介して接続部位７ａを押圧す
るようにする。その押圧状態で、適宜加熱手段によって
異方性接着剤１↓を加熱して硬化させる。そうすると、
半導体素子１のニッケル金属層１ｏが異方性接着剤１１
の導電粒子を介して外部回路基板６の接続部位７ａと電
気的に接続し、更に半導体素子１が外部回路基板６に機
械的に接着し、半導体素子１の外部回路基板６への実装
が完了する。

かかる実装方法では異方性接着剤１１の導電粒子はその
粒子径がパターンギャップに対して１１５以下で１〜５
−程度であるため、半導体素子１のニッケル金属層１０
と外部回路基板６のパターン配線７の接続部位７ａの接
続面積が小さくなっても接続でき、接続ピッチ１００−
以下の実装接続が可能となった。

また、半導体素子１の電極部位３ａにニッケル金属層１
０を設けることは従来の金の凸状電極を設けることに比
べて極めて安価に行え、更に異方性接着剤１１を外部回
路基板６の表面全体に塗布することも、従来の外部回路
基板６の接続部位７ａだけに塗布する場合に比べて手間
もかからず、安価で済む。従って、実装コストは従来の
金の凸状電極を用いたものに比べて大幅に軽減された。

更に、半導体素子１のニッケル金属層ｌＯは絶縁層４よ
りわずかに厚く設けられているので、ニッケル金属層ｌ
Ｏだけが異方性接着剤１１を介して外部回路基板６の接
続部位７ａを加圧するため、絶縁層４にクラックを生じ
させるおそれもないものとしている。

また、この発明方法が実施された半導体素子１の電極構
造は、ニッケル金属ｓ１０を一層を設けたものであるが
、そのニッケル金属層１１上に無電解Ａｕメッキ液で置
換メッキを行って、金メ・ツキ層を施こし、より耐腐蝕
性を向上させると共１；低接触抵抗化を図るようにして
もよいことは勿論である。

また、異方性接着剤１１としてゾル状のものを用いてい
るが、ゲル状のものであっても実施し得ることはいうま
でもなく、その作用・効果はゾル状のものと同じである
。更に、異方性接着剤として紫外線硬化樹脂を用いても
実施し得ることは勿論である。

次に、この発明方法を実施して半導体装置を外部回路基
板に実装した場合の温度サイクル試験の結果を下記第１
表に示す。

第１表は接続ピッチが１００　ｕｓ以下の外部回路基板
６であって、その外部回路基板６がセラミック基板、ガ
ラス基板、アラミド基板、ガラエボ基板である場合であ
る。

第１表をみると、例えばガラス基板で５００サイクルで
始めて実装数２０個中、１個に接続不良が生じ、外部回
路基板６への実装後の熱応力を考えると、線膨脹率の小
さいセラミック基板、ガラス基板、アラミド基板が良好
てあり、ガラエボ基板では実装後の熱応力により、接続
不良が２００サイクルで生じ、外部回路基板６として不
適なことがわかる。なお、セラミック基板のときにはプ
リント配線はアルミニウムの蒸着によって行われ、ガラ
ス基板のときにはニッケルメッキによって行われる。

また、この発明方法を実施して半導体装置を実装した外
部回路基板６において、異方性接着剤１１の導電粒子の
粒子径が異なる場合におけるギャップ間ショートの結果
を下記第２表に示す。

外部回路基板６のパターン配線７の接続部位７ａにおけ
るピッチを５０ｐ、パターン幅を２ｈｍ、パターンギャ
ップを２５１１１１１にしたときの例である。ここで、
ピッチとは隣接する接続部位７ａの中心間距離であり、
パターン幅とは、接続部位７ａ自体の幅、パターンギャ
ップとは隣接する接続部位７ａの側部間距離をいう。

第　　２　　表 第２表でみると、異方性接着剤１１の導電粒子の粒径が
５〜１０ｔｍで実装数が５００個中に５個のギャップ間
ショートが生じており、粒径１〜５１ｍではギャップ間
ショートが生じていない。このことはパターンギャップ
に対して１１５以下粒径である導電粒子のものを使用す
ることが最適であることがわかる。

［発明の効果］ この発明は以上の説明から明らかなように、半導体素子
のアルミニウム配線層の電極部位に無電解メッキにより
絶縁層よりわずかに厚いニッケル金属層を設け、外部回
路基板の表面に塗布された粒子径がパターンギャップに
対して１７５以下の導電粒子を接着性樹脂液に分散させ
てなる異方性接着剤によって半導体装置のニッケル金属
層と外部回路基板のパターン配線の接続部位とを接続す
るようにしたので、半導体装置のニッケル金属層と外部
回路基板のパターン配線の接続部位の接続面積が小さく
なっても、異方性接着剤の導電粒子の粒子径が小さいた
めに接続でき、接続ピッチ１０〇−以下の実装接続が可
能となり、ニッケル金属層を設けることと、異方性接着
剤を外部回路基板の表面に塗布することも安価に行える
ため、半導体装置の実装を安価に行え、絶縁層に対して
もクラックを生じさせないという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による実装例を示す断面図、第２図（
ａ）〜（Ｃ）はこの発明の半導体装置の実装方法の手順
を示す説明図、第３図は従来の実装例を示す断面図、第
４図はもう一つの従来の実装例を示す断面図である。 １・・・半導体素子、２・・・シリコン層、３・・・ア
ルミニウム配線層、３ａ・・・電極部位、４・・・絶縁
層、６・・・外部回路基板、７・・・パターン配線、７
ａ・・・接続部位、１０・・・異方性接着剤、１１・・
・ニッケル金属層。 手鼻イ令系子 シリコン層 ｎ暑陳層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体素子のシリコン層上にアルミニウム配線層を設
   け、シリコン層及びアルミニウム配線層上にアルミニウ
   ム配線層の電極部位を残して絶縁層を設け、アルミニウ
   ム配線層の電極部位に無電解メッキにより絶縁層よりわ
   ずかに厚いニッケル金属層を設けて半導体装置を形成し
   、該半導体装置が実装される外部回路基板の表面に粒子
   径がパターンギャップに対して１／５以下の導電性粒子
   を接着性樹脂液に分散させてなるゾル状又はゲル状の異
   方性接着剤を塗布し、半導体装置のニッケル金属層を外
   部回路基板のパターン配線の接続部位に位置決めし、外
   部回路基板に対して半導体装置を加圧した状態で異方性
   接着剤を熱・光等によって硬化させ、半導体装置のニッ
   ケル金属層と外部回路基板の接続部位とを異方性接着剤
   の導電性粒子を介して接続するようにしたことを特徴と
   する半導体装置の実装方法。