JPH0562981A - 半導体素子の突起電極形成方法とその接続方法 - Google Patents

半導体素子の突起電極形成方法とその接続方法

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JPH0562981A
JPH0562981A JP28337891A JP28337891A JPH0562981A JP H0562981 A JPH0562981 A JP H0562981A JP 28337891 A JP28337891 A JP 28337891A JP 28337891 A JP28337891 A JP 28337891A JP H0562981 A JPH0562981 A JP H0562981A
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Koichi Murakoshi
孝一 村越
Junichi Kanazawa
淳一 金沢
Masao Ikehata
昌夫 池端
Takashi Kanamori
孝史 金森
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Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気メッキ浴中に金属を被覆した柔軟なボー
ルを懸濁させ、メッキ金属とそのボールを共析させて突
起電極を形成し、それを基板側の電極パッドと接続する
ことにより、ボールの柔軟性により大きな加圧によって
も接続ダメージを小さくする。 【構成】 半導体素子1の電極部に電気メッキ浴中に電
極を被覆した柔軟なボール7を懸濁させ、メッキ金属8
とそのボールを共析させて一層の柔軟なボールが並んだ
突起電極9を形成し、該突起電極9をフェースダウンし
た後、基板20の所定の電極パッド21と位置合わせを
行い、圧接しながら、前記突起電極9を弾性変形させ、
接着樹脂22により固定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、チップオングラス(C
OG)実装やチップオンボード(COB)実装等に用い
る半導体素子の突起電極形成方法とその突起電極を用い
た半導体素子の接続方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体素子の実装構造としては、
以下に示すようなものがあった。図4はかかる従来の半
導体素子の実装状態を示す断面図である。この図に示す
ように、半導体素子31の電極32に形成したAuの突
起電極33を、ガラス基板34上の基板電極パッド35
に押圧して接着樹脂36で固定することによって、半導
体素子31とガラス基板34の基板電極パッド35との
間を接続するものである。
【0003】以上述べた例に用いられる突起電極33は
電気めっき法によって形成される。図5にかかる従来の
Au突起電極の形成工程の一例を示す。まず、図5
(a)に示すように、半導体素子41には、パッシベー
ション膜43で囲まれたAl電極42を形成する。次
に、図5(b)に示すように、スパッタ法や真空蒸着法
等により、Ti−W層44、Au層45をその半導体素
子41上に形成する。Ti−W層44は、密着の確保と
金属拡散防止のために付ける。また、Au層45は後工
程の電気めっきの密着性の向上並びに化学的に安定させ
るために付ける。
【0004】次いで、図5(c)に示すように、突起電
極を形成する箇所にホトリソグラフィーにより、めっき
レジスト用のフォトレジスト膜46を形成する。次に、
図5(d)に示すように、電気めっきによりAuの突起
電極47を形成する。最後に、図5(e)に示すよう
に、フォトレジスト膜46を除去し、(不要箇所のAu
層45とTi−W層44をエッチング法で除去して)A
uの突起電極47を形成する。
【0005】このようにして形成される突起電極の形状
は、フォトレジスト膜46の膜厚を突起電極47の高さ
より薄くしているため、キノコ状の突起電極となってい
るが、フォトレジスト膜46の膜厚を突起電極の高さよ
り厚くすれば、図6に示すような矩形状の突起電極48
を形成することができる。また、これらの電極形成は突
起の高さのばらつきや表面のヤケを防止するために電気
めっき時の電流密度を調整して行なわれる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上述
べた半導体素子をガラス基板上の電極パッドと突起電極
を介して接続する場合、突起電極が5〜10%のめっき
厚ばらつきを持っているので、図4に示すような実装方
法では、全ての突起電極に過大な圧力を加えて、一部塑
性変形させて接続しなければならず、そのため、半導体
素子あるいは基板の膜にダメージを与えるという問題が
あった。
【0007】また、突起電極と電極パッドの接続が接着
樹脂に支配されているため、周囲の温度が変動した時に
発生する熱応力に対して、突起電極と樹脂との熱膨張係
数が1桁違うために、大きい熱膨張系数の樹脂が突起電
極を引張・圧縮する。特に、引張力が大きくなった場合
に電極が外れて故障するといった信頼性の問題があっ
た。
【0008】本発明は、以上述べた突起電極の高さのば
らつきによる接続ダメージの問題と、突起電極と接着樹
脂間の熱膨張係数の違いによって発生する接続信頼性の
問題を除去するために、従来の電気めっき法により、め
っき金属のみを析出して突起電極を形成するのではな
く、電気めっき浴中に金属を被覆した柔軟なボール(例
えば、プラスチック系のボール)を懸濁させ、めっき金
属とそのボールを共析させて突起電極を形成し、それを
基板側の電極パッドと接続することにより、ボールの柔
軟性により大きな加圧によっても接続ダメージを小さく
することができ、しかも、ボールが接着樹脂とほぼ同じ
熱膨張係数の材料なので、温度変動による応力が小さく
なり、接続不良のない信頼性の優れた半導体素子の突起
電極形成方法とその接続方法を提供することを目的とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、半導体素子の突起電極形成方法におい
て、半導体素子の電極に少なくとも密着の確保と金属拡
散防止のための第1の金属膜と、後工程の電気めっきの
密着性の向上及び化学的に安定させるための第2の金属
膜とを形成し、該第2の金属膜上に電気めっき浴中に金
属を被覆した柔軟なボールを懸濁させ、めっき金属とそ
のボールを共析させて一層の柔軟なボールが並んだ突起
電極を形成するようにしたものである。
【0010】また、前記ボールはプラスチック系ボール
からなり、そのボールにはNi,Au,Cu,Co,S
n,Ag,Pd,Pt,Ph,Ruなどの金属を無電解
めっき法で被覆する。更に、そのように構成された半導
体素子の突起電極をフェースダウンした後、基板の所定
の電極パットと位置合わせを行い、圧接しながら、前記
突起電極を弾性変形させ、接着樹脂により固定するよう
にしたものである。
【0011】ここで、前記ボールは前記接着樹脂に熱膨
張係数が近い材料とするのが望ましい。また、突起電極
形成工程でめっきレジストを付けた後、そのレジスト全
面に紫外線硬化型導電性樹脂と無電解めっき法で被覆し
たプラスチック系ボールの混合液をスプレーやロールコ
ータで均一に塗布し、紫外線照射により導電性樹脂を硬
化させてボールを固定し、次に、電解めっき法によりめ
っきレジストに囲まれた穴の内部にあるボールをめっき
金属で覆って突起電極を形成するようにしたものであ
る。
【0012】
【作用】本発明によれば、突起電極を用いた半導体素子
のCOGの実装方法やCOB実装において、無電解めっ
き法によりAu等の金属を被覆した柔軟なボールをめっ
き液、例えば、Auめっき液中に混ぜて懸濁浴を作り、
それを電気めっき法によりめっき金属とボールを共析さ
せて一層の柔軟なボールが並んだ突起電極を形成し、そ
の突起電極で基板の電極パッドとの電気的接続を行う。
【0013】また、めっきレジストを形成した直後に、
無電解めっき法によりAuなどの金属を、被覆した弾性
を有する大きな導電性ボールを粘性の低い紫外線硬化型
導電性樹脂に混ぜた液をスプレー等により、そのめっき
レジストの上からボールが平面的に並ぶように全面塗布
した後、紫外線を照射してボールを固定し、次に電気め
っき法により、めっきレジストに囲まれた穴に入ったボ
ールを上からめっき金属で覆うことによって突起電極を
形成し、その突起電極で基板と電気的接続を行う。
【0014】従って、突起電極の高さにばらつきがあっ
ても、加圧接続した時の応力による変形が可能であり、
小さな荷重でも良好に電極の接続が得られるために、半
導体素子と基板側の電極パッドへのダメージを低減する
ことができる。更に、温度の変動があっても、突起電極
に柔軟なプラスチック系ボールを使うので、その回りを
取り囲む接着樹脂との間では、熱膨張係数の差による歪
みを小さくすることができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図1は本発明の実施例を示す半
導体素子の突起電極形成工程の断面図である。まず、図
1(a)に示すように、半導体素子1上にAlを蒸着
し、ホトリソを用いて所定の電極2を作り、更に、この
半導体素子1の全面をCVD法によって、絶縁性のパッ
シベーション膜3をつけ、電極2上に突起電極と接合す
るための穴をエッチングで開ける。
【0016】次に、図1(b)に示すように、電気めっ
き用の給電膜と密着用金属、拡散防止金属を形成する。
本例では、まず、EB蒸着法により給電膜としてAl膜
4を形成し、その上に密着用金属Ti、拡散防止金属P
tをEB蒸着により、Ti−Pt層5としてリフトオフ
法で形成する。次に、図1(c)に示すように、ホトリ
ソにより、めっきレジストのホトレジスト6を形成す
る。
【0017】次に、図1(d)に示すように、そのホト
レジスト6に囲まれた穴に、電気めっき浴中のめっき金
属(Au)8と、懸濁させたφ5μmの金属で被覆した
ボール7を同時に析出させる。なお、突起電極は、電流
密度が0.1A/dm2 で約20分のめっき条件によ
り、ボールが一層(5μm程度の高さ)で1μm〜数μ
mのめっき金属(Au)で固着された状態で形成でき
る。ボールの大きさについてはφ5μmに限られるもの
ではない。
【0018】最後に、図1(e)に示すように、ホトレ
ジスト6を剥離し、同時に不要のA1膜4をエッチング
で除去し、突起電極9を得ることができる。ここで、使
用した電気めっき浴とは、市販のAuめっき液にCu,
Ni或いはNi−Au等の金属膜で被覆した絶縁性のボ
ールを混入させ、沈澱しないように、エアポンプやスタ
ーラ等で攪拌し、図2に示すように、柔軟性を有するボ
ール11を被覆した金属12とめっき金属13が互いに
柔軟性を有するボール11をコアとして固着した状態で
存在する懸濁液のことである(めっき液は化学的に安定
であるという理由でAuを選んだが、混入する被覆用金
属によってはめっき液は他の物であってもかまわな
い。)この場合、ボールのコアである材料には、柔軟性
を有し、しかも接続時に用いる接着樹脂と相性のよい、
特に熱膨張係数の差の小さい、プラスチック系やジビニ
ルベンゼン系等のものを選ぶ。
【0019】次に、本発明を用いた突起電極による半導
体素子の実装構造を図3に示す。ここで、図3(a)は
その全体の断面図であり、図3(b)は一つの突起電極
接続部の拡大断面図である。図3(b)に示すように、
Ti−Pt層5上に形成される突起電極9(図1参照)
を、基板20上の所定の電極パッド21(このパッド金
属はITO,Au,Cr等の金属が一般的であるが、場
合によっては緩衝作用を持つ金属を選ぶと一層良い)
に、位置合わせしてボンディングする。この時、突起電
極9を構成しているボールは、ある程度柔軟性を有する
ものであるため、弾性変形することによって電極パッド
21の膜と、基板20との接続面積が大きくなり、基板
側と半導体素子1が電気的に低く安定な接続が得られ
る。
【0020】この状態を保持するために、突起電極9の
回りを接着樹脂22で固定する。この接着樹脂22は接
続部の外気からの保護も兼ねているので、熱膨張係数が
小さく、しかも前記したボール11と熱膨張係数が近い
材料を選ぶのが望ましい。なお、前記ボールにはNi,
Au,Cuに代えて、Co,Sn,Ag,Pd,Pt,
Ph,Ruなどの金属を無電解めっき法で被覆するよう
にしてもよい。
【0021】図7は本発明の他の実施例を示す半導体素
子の突起電極形成工程の断面図である。まず、図7
(a)に示すように、半導体素子51上にAlを蒸着
し、ホトリソを用いて所定のAlからなる電極53を作
り、更に、この半導体素子51の全面をCVD法によっ
て絶縁性のパッシベーション膜52をつけ、電極53上
の突起電極が予定される位置に穴をエッチングで開け
る。
【0022】次に、図7(b)に示すように、電気めっ
き用の給電膜と密着用金属・拡散防止金属を形成する。
この実施例では、まずEB蒸着法により給電膜としてA
l膜54を形成し、その上に密着用金属Ti、拡散防止
金属PtをEB蒸着により、Ti−Pt層55としてリ
フトオフ法で形成する。次に、図7(c)に示すよう
に、ホトリソによりめっきレジストになるホトレジスト
56を形成する。
【0023】次に、図7(d)に示すように、金属ある
いは金属で被覆し、予定される突起電極より少し径が小
さく弾性を有するボール57を、粘性の低い紫外線硬化
型導電性樹脂58に混ぜ、その混ぜた導電性の液をスプ
レーやロールコータ等で大きなボールが一様に、つまり
平面的に並ぶように塗布する。その後、ホトレジスト表
面あるいはホトレジストで囲まれた穴の中に入ったボー
ル57すべてを紫外線を照射して導電性接着剤58を硬
化させることにより固定する。
【0024】ここで、大きなボールの供給方法として
は、ボールと導電性樹脂を混合して塗布する方法のみな
らず、紫外線硬化あるいは速硬性の導電性接着剤をウエ
ハ全面に印刷し、そこへボールを散布する方法もある。
次に、図7(e)に示すように、そのホトレジスト56
に囲まれた穴に、電気めっき浴中のめっき金属(Au)
59に、先に供給したボール57が埋まる高さになるよ
うにコントロールして析出させる。
【0025】次いで、ホトレジスト56並びにホトレジ
スト56上のボールの層を剥離し、同時に不要の供給膜
Al膜54をエッチングで除去し、図7(f)に示すよ
うに、突起電極60を形成する。なお、この実施例で使
用した導電性の液は、紫外線硬化型の導電性樹脂と導電
性ボールからなり、 (1)導電性樹脂は、半導体素子全面のめっきレジスト
上面と、めっきレジストに囲まれた穴に一様に大きなボ
ールを分散させるために、粘度が低いタイプの紫外線硬
化型絶縁樹脂を主成分とし、そこへ、75〜85重量%
の金属粉(例えば、Au粉,Ag粉,Cu粉等)を混入
して作ったものである。ただし、金属粉の大きさは、導
電性ボールの分散に影響しない2μm以下と小さい粒径
のものを用いる。
【0026】(2)導電性ボールは、Cu,Ni,Ag
−PdあるいはNi−Auなどの金属膜で被覆した絶縁
性のボール(この場合、ボールのコアである材料には柔
軟性を有し、しかも接続時に用いる接着樹脂と相性の良
い、特に熱膨張係数の差の小さい、プラスチック系やジ
ビニルベンゼン系等のものを選ぶ。)を用いる。ここ
で、このボールの粒径は必要とする突起電極の高さより
小さくする、例えば突起電極の設計値が10μmなら
ば、ここで使用するボール径は突起電極より低い、5〜
8μmのものを選ぶとする。
【0027】次いで、本発明を用いた突起電極による実
装構造を図8に示す。図8(a)はその全体の断面図で
あり、図8(b)は一つの突起電極接続部の拡大断面図
である。これらの図に示すように、実装方法は、図8
(a)に示すように、前述した形成方法による突起電極
60をフェイスダウンした後、ガラス基板70の電極パ
ッド71と位置合せして、突起電極60を電極パッド7
1の面に全突起電極が面接触するまで変形するように加
圧し、最後に、接着樹脂72を流し込んで、その樹脂を
硬化させて接続部を固定する。ここで用いる接着樹脂7
2は、速硬性があり、しかも低温で、つまり100℃以
下で硬化する樹脂が適し、例えば硬化時に加熱しない紫
外線硬化樹脂は最適である。
【0028】この実装方法について、更に詳細に述べれ
ば、図8(b)に示すように、Ti−Pt層55上に形
成した突起電極60を、ガラス基板70上の所定の電極
パッド71に(このパッド金属はITO,Au,Cr等
の金属が一般的であるが、場合によっては、緩衝作用を
持つ金属性を選ぶと一層良い)位置合せし、加圧しなが
らボンディングする。この時、突起電極60を構成して
いる導電性ボール57はある程度、柔軟性を有するもの
であるため、めっき金属59が塑性変形しても突起の内
部にあるボール57が弾性変化するため、比較的小さな
加圧で電極パッド71の膜と面接触することができ、ガ
ラス基板70と半導体素子51が電気的に低く安定な接
続が容易に得られる。更に、この状態を保持するために
突起電極60の回りを接着樹脂72で固定する。この接
着樹脂72は接続部の外気からの保護も兼ねているの
で、信頼性の高い(熱膨張係数が小さく、しかも絶縁ボ
ールに近いもの)材料を選ぶ。
【0029】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可
能であり、これらを本発明の範囲から排除するものでは
ない。
【0030】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、半導体素子の突起電極をめっき金属(Au)と
金属を被覆(無電解めっき法により)した柔軟なボール
で形成するので、突起電極の高さにばらつきがあって
も、加圧接続した時の応力による変形が可能であり、小
さな荷重でも良好な電極の接続が得られ、半導体素子と
基板側の電極パッドへのダメージを低減することができ
る。
【0031】更に、温度の変動があっても、突起電極に
柔軟なボール(プラスチック系)を用いるので、そのま
わりを取り囲む接着樹脂との間では、熱膨張係数の差に
よる歪みは小さくなるため、突起電極の接続部を良好に
保持することができ、信頼性の向上を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す半導体素子の突起電極の
形成工程断面図である。
【図2】本発明で用いる電気めっき浴の説明図である。
【図3】本発明を用いた突起電極による半導体素子の実
装断面図である。
【図4】従来の半導体素子の実装状態を示す断面図であ
る。
【図5】従来のAuの突起電極の形成工程断面図であ
る。
【図6】従来の他のAuの突起電極の断面図である。
【図7】本発明の他の実施例を示す半導体素子の突起電
極の形成工程断面図である。
【図8】本発明の他の実施例により得られた突起電極に
よる半導体素子の実装断面図である。
【符号の説明】
1,51 半導体素子 2,53 電極 3,52 パッシベーション膜 4,54 Al膜 5,55 Ti−Pt層 6,56 ホトレジスト 7,11,57 ボール 8 めっき金属(Au) 9,60 突起電極 12 金属 13 めっき金属 20 基板 21,71 電極パッド 22,72 接着樹脂 58 紫外線硬化型導電性樹脂 59 金属(Au) 70 ガラス基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C25D 15/02 H 7179−4K L 7179−4K H01L 21/60 311 S 6918−4M (72)発明者 金森 孝史 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電気 工業株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)半導体素子の電極に少なくとも密着
    の確保と金属拡散防止のための第1の金属膜と、後工程
    の電気めっきの密着性の向上及び化学的に安定させるた
    めの第2の金属膜とを形成し、 (b)該第2の金属膜上に電気めっき浴中に金属を被覆
    した柔軟なボールを懸濁させ、めっき金属とそのボール
    を共析させて一層の柔軟なボールが並んだ突起電極を形
    成することを特徴とする半導体素子の突起電極形成方
    法。
  2. 【請求項2】 前記ボールはプラスチック系ボールであ
    る請求項1記載の半導体素子の突起電極形成方法。
  3. 【請求項3】 前記ボールにはNi,Au,Cu,C
    o,Sn,Ag,Pd,Pt,Ph,Ruなどの金属を
    無電解めっき法で被覆することを特徴とする請求項1記
    載の半導体素子の突起電極形成方法。
  4. 【請求項4】(a)半導体素子の電極に密着の確保と金
    属拡散防止のための第1の金属膜と、 後工程の電気めっきの密着性の向上及び化学的に安定さ
    せるための第2の金属膜とを形成し、 (b)該第2の金属膜上に電気めっき浴中に金属を被覆
    した柔軟なボールを懸濁させ、めっき金属とそのボール
    を共析させて一層の柔軟なボールが並んだ突起電極を形
    成し、 (c)該突起電極をフェースダウンした後、基板の所定
    の電極パットと位置合わせを行い、 (d)圧接しながら、前記突起電極を弾性変形させ、接
    着樹脂により固定することを特徴とする半導体素子の接
    続方法。
  5. 【請求項5】 前記ボールは前記接着樹脂に熱膨張係数
    が近い材料からなる請求項4記載の半導体素子の接続方
    法。
  6. 【請求項6】(a)半導体素子の電極に少なくとも密着
    の確保と金属拡散防止のための第1の金属膜と、後工程
    の電気めっきの密着性の向上及び化学的に安定させるた
    めの第2の金属膜とを形成し、 (b)該第2の金属膜上であって突起電極が予定される
    箇所に穴を有するようにめっきレジストを形成し、 (c)該レジスト全面に紫外線硬化型導電性樹脂と無電
    解めっき法で被覆したプラスチック系ボールの混合液を
    均一に塗布し、 (d)紫外線照射により導電性樹脂を硬化させて前記ボ
    ールを固定し、 (e)電解めっき法により、前記めっきレジストに囲ま
    れた穴の内部にあるボールをめっき金属で覆い、 (f)前記めっきレジストを除去し、突起電極を形成す
    ることを特徴とする半導体素子の突起電極形成方法。
  7. 【請求項7】(a)半導体素子の電極に少なくとも密着
    の確保と金属拡散防止のための第1の金属膜と、後工程
    の電気めっきの密着性の向上及び化学的に安定させるた
    めの第2の金属膜とを形成し、 (b)該第2の金属膜上であって突起電極が予定される
    箇所に穴を有するようにめっきレジストを形成し、 (c)該レジスト全面に紫外線硬化型導電性樹脂と無電
    解めっき法で被覆したプラスチック系ボールの混合液を
    均一に塗布し、 (d)紫外線照射により導電性樹脂を硬化させて前記ボ
    ールを固定し、 (e)電解めっき法により、前記めっきレジストに囲ま
    れた穴の内部にあるボールをめっき金属で覆い、 (f)前記めっきレジストを除去し、突起電極を形成
    し、 (g)該突起電極をフェースダウンした後、基板の所定
    の電極パットと位置合わせを行い、 (h)圧接しながら、前記突起電極を弾性変形させ、接
    着樹脂により固定することを特徴とする半導体素子の接
    続方法。
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