JPH04127548A - 半導体チップの実装方法 - 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】 〔概　要〕 チップが直に基板に固着されるＣＯＢの半導体装置に関
し、 バンプの数が増えピッチが狭くなっても、り一ドレスの
小さな実装面積で、安定に、安価にボンディングできる
ことを目的とし、 チップと、接着剤と、導電性部材と、基板を有し、前記
チップは、表面に金属からなるバンプを有するものであ
り、前記接着剤は、バンプに被着されて接着層をなすも
のであって、熱硬化性の樹脂からなり、前記導電性部材
は、接着層に付着されて導電層をなすものであって、少
なくとも表面に導電性を有する粒子からなり、前記基板
は、表面にバンプに対応したパッドを有するプリント板
であり、前記チップは、バンプが、接着層と導電層を介
してパッドに押圧されて導通可能に固着されるものであ
るように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体装置に係わり、特にチップを直に基板に
固着させるＣＯＨにおいて、バンプの数が増えピッチが
狭くなっても、リードレスボンディングの小さな実装面
積と、リードボンディングの高い接続信頼性の両特長を
有してなる半導体装置に関する。

近年、半導体装置は、機能や集積度の高度化に伴って、
パッケージから引き出される端子の本数がますま増大す
る傾向にある。そして、必然的に端子のピッチがますま
す狭くなっている。

一方、パッケージの厚みやパッケージの値段を惜しんで
電子機器をより薄くしたいとかより安くしたいとかの要
請も強くなっている。そこで、半導体チップを直接プリ
ント板などに実装するいわゆるＣＯＢ　（Ｃｈｉｌ）　
Ｏｎ　Ｂｏａｒｄ）技術が盛んに検討されている。中で
も、例えば液晶表示装置のような薄型のフラットデイス
プレィにおいては、透明なガラス板が用いられるので、
このガラス板を基板としたＣＯＧ　（Ｃｈｉｐ　Ｏｎ　
Ｇｌａｓｓ）が実装技術の要として検討されている。以
下ＣＯＢで総称する。

そして、このＣＯＢにおいては、端子の数が多くピッチ
も狭いチップを、如何に効率的に信頼性よく実装するか
が課題となっている。

〔従来の技術〕

ＣＯＢには、目的や用途に応じているいろな方式がある
。

半導体チップの表面の周縁部には、端子を外部に取り出
すためにＡｕやＡ１などからなる突出した電極部が設け
られ、バンプと呼ばれている。そして、例えばチップが
直に基板にマウントされてワイヤボンディングされる場
合には、チップの表面を上にしてボンディングがなされ
る。そのあとポツティング樹脂などで被覆してチップが
保護される。

このワイヤボンディング方式は、リードフレームにチッ
プをマウントしてボンディングし、そのあと樹脂封止さ
れるプラスチックパッケージなどで多用されている。し
かし、端子の数が多くなりピッチが狭くなるとＣＯＢに
は向かない。

それに対して、ワイヤを用いないで直に基板にＣＯＨす
るワイヤレスボンディングの場合には、チップの表裏を
引っ繰り返したいわゆるフェイスダウンボンディングが
行われる。

第７図はＣＯＢの例を説明する断面図である。

図中、１はチップ、１１はバンプ、４は基板、４１はパ
ッド、５はポツティング樹脂、６はリードである。

同図（Ａ）に示したリードを用いない方式にはいろいろ
な方式がある。

例えば、チップｌには、はんだバンプ１１が突出して設
けられている。

基板４はチップｌが実装されるプリント板であリ、予備
はんだされたパッド４１がそれぞれのバンプ１１に対応
して設けられている。

チップ１をフェースダウンし、バンプ１１を基板４のパ
ッド４１に当接してはんだリフローし、バンプ１１をパ
ッド４１にボンディングさせる。そのあと例えばウレタ
ン系のポツティング樹脂５で覆っ゛てチップｌやボンデ
ィング部分を保護する。この方式はフリップチップ方式
と呼ばれる。

はんだの代わりに導電性接着剤を用いる方式もある。

また、チップ１には、例えば金バンプ１１が設けられて
いる。

基板４には、金めつきが施されたパッド４１がそれぞれ
のバンプ１１に対応して設けられている。

チップｌをフェースダウンし、バンプ１１を例えばエポ
キシ系のポッティング樹脂５を介して基板４のパッド４
１に当接させる。そして、ポツティング樹脂５が硬化す
る際の収縮力によってバンプ１１とパッド４１が互いに
圧接されなからボンデインクが行われる。この方式はマ
イクロバンプ方式と呼ばれる。

同図（Ｂ）に示したリードを用いた方式にもいろいろな
方式がある。

例えば、ウェーハの段階でチップＩの端子部に金のビー
ム状のり一ド６を設けておき、基板４には金パツド４１
を設けておく。

チップ１を基板４の上にフェイスダウンし、リード６を
パッド４１に位置合わせして例えば熱圧着によってボン
ディングする。この方式はビームリード方式と呼ばれる
。

また、ＴＡＢ　（Ｔａｐｅ　Ａａｔｏｍａｔｅｄ　　Ｂ
ｏｎｄｉｎｇ）技術を用いたボンディング方式もある。

この方式は、ＴＡＢリードと呼ばれるリード６がバンプ
１１に対応して設けられたＴＡＢテープと呼ばれる枠状
をなすポリイミドフィルムを用いる。

そして、ＴＡＢテープの中央部にチップｌを配設して、
リード６の内側端部（インナリード）をバンプ１１にボ
ンディングし、外側端部（アウタリード）を基板４にボ
ンディングする。この方式はリード６の本数が多くピッ
チが狭いチップｌにも適用できるので、特に最近盛んに
用いられるようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようにＣＯＢにはいろいろな方式があり、リードを
用いない直付けの場合には実装面積も厚みもは望チップ
に等しく最も小型に実装できる方式である。しかし、フ
リップチップ方式は、はんだによる固い接続なので、熱
や機械的な歪みに対する耐性が良くない。導電性接着剤
を用いれば軟らかい接続ができるが、狭いピッチで並ん
だ多数のバンプに、導電性を保ったま＼で数μｍの厚さ
に接着剤層を被着することが困難である。また、マイク
ロバンプ方式は、全てのバンプの高さが一様でしかもパ
ッドの平面性が良くないと接続不良が起こる。

一方、リードを用いたＣＯＢの場合には、り一ドの突出
した分だけ実装面積が大きくなる不利が避けられない。

しかも、ビームリード方式はチップが高価であり、ＴＡ
Ｂ方式の場合にもＴＡＢテープ代が嵩み、低価格指向に
馴染まない。

このように、従来のＣＯＢ方式は、バンプの数が増えピ
ッチが狭くなってくるとそれぞれに欠点があって適用す
るには問題があった。

そこで本発明は、チップのバンプに接着剤層を薄く被着
し、その接着剤層に導電性部材を付着させたあと、基板
のパッドに固着し、リードボンディングとリードレスボ
ンディングの両者の利点を有してなる半導体装置を提供
することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上で述べた課題は、 チップと、接着剤と、導電性部材と、基板を有し、 前記チップは、表面に金属からなるバンプを有するもの
であり、 前記接着剤は、バンプに被着されて接着層をなすもので
あって、熱硬化性の樹脂からなり、前記導電性部材は、
接着層に付着されて導電層をなすものであって、少なく
とも表面に導電性を有する粒子からなり、 前記基板は、表面にバンプに対応したパッドを有するプ
リント板であり、 前記チップは、バンプが、接着層と導電層を介してパッ
ドに押圧されて導通可能に固着されるものである ように構成された半導体装置によって解決される。

〔作　用〕

本発明においては、接着剤と導電性部材を用いて、バン
プの数が増えピッチが狭（なったチップに対しても、安
定で小さな実装面積で低価格にＣＯＢが実現できるよう
にしている。

すなわち、まず、バンプに熱硬化性の接着剤を薄く被着
して接着層を設けるようにしている。

次いで、金属の微粉末からなる導電性部材をこの接着層
にまぶして付着させ、導電層を設けるようにしている。

この際、接着層の粘度を調整して層厚を十分に薄くし、
導電性部材を十分に細かくして、接着層とその接着層に
付着させた導電層がバンプの表面からはみ出て、隣接す
るバンプ同士が短絡しないようにしている。

次いで、接着層と導電層を介してバンプを基板のパッド
に位置合わせして押圧し接着層を熱硬化させるようにし
ている。

こうすると、バンプの高さやパッドの平面性にばらつき
があっても接続が安定し、実装面積が小さくて安価なＣ
ＯＢが実現できる。

〔実施例〕

第１図は本発明の第一の実施例の説明図、第２図は第１
図の要部の拡大断面図、第３図は本発明の第二の実施例
の説明図、第４図は本発明の第三の実施例の要部の拡大
断面図、第５図は本発明の第四の実施例の要部の拡大断
面図、第６図は本発明の第五の実施例の要部の拡大断面
図である。

図中、■はチップ、１１はバンプ、２は接着剤、２１は
接着層、３は導電性部材、３１は導電層、４は基板、４
１はパッド、５はポツティング樹脂である。

チップには半導体素子が形成されており、周縁部の電極
取り出し部には金バンプとかはんだバンプとか呼ばれる
バンプ１１が設けられている。

接着剤２は例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、不飽
和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂からなり、未硬
化の状態では低粘度の液状のものが用いられる。また、
基板４が透明なガラス板の場合には、例えばアクリル系
の紫外線硬化性樹脂が用いられる。

導電性部材３は少なくとも表面に導電性を有する粒子か
らなり、例えばＡｕやＡｇ、Ｎｉ、はんだなどの金属の
粉末とか、ガラスやセラミック、プラスチックなどのビ
ーズの表面を金属で被着した微細粒子などが用いられる
。

基板４はチップ１が実装されるプリント板であり、チッ
プ１のバンプ１１に対応したパッド４１が設けられてい
る。また、基板４が透明なガラス板の場合には、例えば
ＩＴＯ（Ｉ　ｎ５ｎｏｘｉｄｅ）の透明導電膜からなる
バンプ４１が設けられている。

実施例：ｌ 第１図〜第２図において、バンプ１１にはＡｕめっきが
施され、高さは１０μｍ、幅は５０μｍ、パターン間隔
は５０μｍである。

第１図（Ａ）において、硬化剤を調合した未硬化の液状
のエポキシ樹脂を、平滑なガラス板上に７μｍの厚さに
敷いて、チップｌを平行に上方から下ろし、バンプ１１
の表面にのみ接着剤２を被着させて層厚５μｍの接着層
２１を得る。

同図（Ｂ）において、導電性部材３には平均粒径１μｍ
φのＡｇの粉末を用い、表面が平滑になるように７μｍ
の厚さの層状に敷き詰める。そして、その上にバンプ１
１に接着層２１が形成されたバンプＩｔを上方から下ろ
して、接着層２１に導電性部材３を付着させて導電層３
１となす。導電性部材３の敷き詰めを粉末同士が凝集す
るように強くすれば、敷き詰める層を制御することによ
って付着量を加減することができる。

同図（Ｃ）において、バンプ１１の表面に接着層２１と
導電層３１が形成されたチップ１を、基板４に設けられ
たパッド４１の上に位置合わせして押圧する。そして、
図示してない加熱手段によって接着層２１を熱硬化させ
る。

一方、基板４が透明なガラス板でバンプ４１も透明な場
合には、基板４の裏側から図示してない紫外線照射手段
によって接着層２１を硬化させる。

こうして、第２図は示したようなバンプ１１とパッド４
１がボンディングされ、本発明になる半導体装置が得ら
れる。

実施例：２ 第３図において、ポツティングとは一般に、振動や衝撃
に耐えるように、あるいは外界囲気に曝されないように
、電子デバイス類に樹脂を充填することである。こ＼で
はチップｌに設けられた半導体素子やバンプＵとパッド
４１のボンディング部分を保護するために、例えばシリ
コーン樹脂からなるポッティング樹脂５を用いている。

第３図（Ａ）において、基板４の上にポッティング樹脂
５を滴下する。

次いで同図（Ｂ）において、実施例１で得られたバンプ
１１の表面に接着層２１と導電層３１が形成されたチッ
プ１を基板４の上に位置合わせし、バンプ１１をパッド
４１に押圧すると、ポッティング樹脂５がチップＩと基
板４に挟まれて周縁部に押し広げられる。そして、接着
層２１とポッティング樹脂５を図示してない加熱手段に
よって硬化させれば、本発明になる半導体装置が得られ
る ポツティング樹脂５を垂らす量は、ポツティング樹脂５
がチップ１に押し広げられて周縁部に逃げ、チップ１の
側面を覆う程度がよい。

実施例＝３ 第４図（Ａ）において、一般に熱硬化性樹脂は加熱する
と初期段階で粘度が低下し、しかも樹脂同士が相溶する
ものが多い。そのため、接着層２１とポッティング樹脂
５が混ざり合って導電層３１が破壊され、短絡や導通不
良を起こし易い。

そこで、同図（Ｂ）において、実施例１で得られたバン
プ１１の表面に接着層２１と導電層３１が形成されたチ
ップ１は、バンプ１１を上面にして予備加熱をし、接着
層２１を半硬化させる。予備加熱によって接着層２１は
粘度が一旦低下するので導電層３１をなす導電性部材３
を取り込んだ状態になる。

そのあと、実施例２に示したように基板４に載せて押圧
し、接着層２１とポツティング樹脂５を熱硬化させる。

接着層２１が半硬化してきいるのでポツティング樹脂５
と混ざり合うことが防げる。

こうして本発明になる半導体装置が得られる。

実施例：４ 第５図において、導電性部材３には懸濁重合によって球
状に作られたアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）の平均粒径１．
５μｍφの微細粒子に、無電解めっきによってＣｕを被
着したＡｕのバンプ１１よりも軟らかい粒子を用いる。

実施例１と示したように接着層２１にこの導電性部材３
を付着させて導電層３１を工程する。そして、チップｌ
を基板４に押圧し、−辺が５０μｍの方形のバンプ１１
にＩ００ｇｆ／バンプの荷重を加えて接着層２１を熱硬
化させる。

導電層３１をなす導電性部材３が押し潰されて導電性部
材３同士の接触面積が広くなるので、ボンディングの安
定性がよりよくなる。

実施例：５ 第６図において、導電性部材３にはＡｕのバンプ１１よ
りも固く、平均粒径１μｍφのＮｉの粉末を用いる。

実施例１と示したように接着層２１にこの導電性部材３
を付着させて導電層３１を構成する。そして、チップ１
を基板４に押圧し、−辺が５０μｍの方形のバンプ１１
に１５０ｇ　ｆ　／バンプの荷重を加えて接着層２１を
熱硬化させる。

導電層３１をなす固い導電性部材３がバンプ１１に押し
込まれて食い込み、接触面積が広くなるので、ボンディ
ングの安定性がよりよくなる。

ところで、バンプ１１とパッド４１との押圧は、バンプ
１１とパッド４１が導通する程度に強く押し付けること
が必要である。しかし、それによって接着層２１と導電
層３１がバンプ１１の周縁にはみ出て、隣合うバンブ１
１同士やバッド４１同士が短絡しないようにする必要が
ある。そして、接着層２１の層厚や粘度、敷き詰める導
電性部材３の充填密度と接着層２１への付着量、バンプ
１１と導電性部材３の硬さの違い、押圧力などの条件設
定を行なう必要があり、種々の変形が可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、チップのバンプ上に熱硬化性の接着層
と導電層を設けることによって、従来のリードを用いた
ボンディングとリードレスボンディングの両方の利点を
兼ね備えたＣＯＢを実現することができる。

従って、本発明は、今後ますます要請が強まる電子機器
の薄型化に呼応し、しかも引き出される端子が増大しピ
ッチが挟小化していくチップを用いたＣＯＨの発展に対
して、寄与するところが大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例の説明図、第２図は第１
図の要部の拡大断面図、 第３図は本発明の第二の実施例の説明図、第４図は本発
明の第三の実施例の要部の拡大断面図、 第５図は本発明の第四の実施例の要部の拡大断面図、 第６図は本発明の第五の実施例の要部の拡大断面図、 第７図はＣＯＢの例を説明する断面図、である。 図において、 １はチップ、 ２は接着剤、 ３は導電性部材、 ４は基板、 ５よポッティング樹脂、 である。 １１はバンプ、 ２１は接着層、 ３１は導電層、 ４１はパッド、 （Ａ）扶羞斉淋着 （８）　　導′Ｉｌ÷う二部オ；１イ寸着（Ｃ）加ト礫
化 本発明の第一の実施例の説明図 第　１　口 第 菌 （Ａ）ポッティングｍＪｌし商下 （８）　力ひ１４更化 本発明の亮二の実施例の説明間 第　３　凶 （Ａ）導電１破壊 （Ｂ） 今Ｌ（更イヒ。 本発明の第三の実施例の受部の紘大断面凶第 囚 １チツプ 本発明の第四の実施例の要部の繊天断面凶第 圓 本発明の第五の実施例の要部の拡大断血凹兜 囚

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）チップ（１）と、接着剤（２）と、導電性部材（３
   ）と、基板（４）を有し、 前記チップ（１）は、表面に金属からなるバンプ（１１
   ）を有するものであり、 前記接着剤（２）は、前記バンプ（１１）に被着されて
   接着層（２１）をなすものであって、熱硬化性の樹脂か
   らなり、 前記導電性部材（３）は、前記接着層（２１）に付着さ
   れて導電層（３１）をなすものであって、少なくとも表
   面に導電性を有する粒子からなり、 前記基板（４）は、表面に前記バンプ（１１）に対応し
   たパッド（４１）を有するプリント板であり、前記チッ
   プ（１）は、バンプ（１１）が、前記接着層（２１）と
   前記導電層（３１）を介して前記パッド（４１）に押圧
   されて導通可能に固着されるものであることを特徴とす
   る半導体装置。 ２）前記チップ（１）は、バンプ（１１）が前記パッド
   （４１）に固着される際、熱硬化性のポッティング樹脂
   （５）を介して封着されるものである 請求項１記載の半導体装置。 ３）前記チップ（１）は、前記接着層（２１）が半硬化
   されて該接着層（２１）の粘度が前記ポッティング樹脂
   （５）の粘度よりも大きくなったあと、バンプ（１１）
   が前記パッド（４１）に固着されるものである請求項２
   記載の半導体装置。 ４）前記導電性部材（３）は、前記バンプ（１１）が前
   記パッド（４１）に固着される際、押し潰されて変形す
   るように、硬度が該バンプ（１１）の硬度よりも小さい
   ものである請求項１または２記載の半導体装置。 ５）前記導電性部材（３）は、前記バンプ（１１）が前
   記パッド（４１）に固着される際、押し込まれて食い込
   むように、硬度が該バンプ（１１）の硬度よりも大きい
   ものである請求項１または２記載の半導体装置。 ６）前記接着剤（２）は、紫外線硬化性の樹脂からなり
   、 前記基板（４）は、表面に透明導電膜からなるパッド（
   ４１）を有する透明なガラス板である請求項１記載の半
   導体装置。