JPH06151507A - 回路基板上の端子電極とその形成方法及び実装体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は回路基板上の端子電極と半導体装置
とを信頼性良く接続することができるようにする。 【構成】 回路基板３上に形成された端子電極２表面に
凹凸面１を設ける。次に、半導体装置の突起電極１０の
先端部９に接合層８を形成し、回路基板３上の端子電極
２に電気的・機械的に接続した実装体を得る。 【効果】 回路基板３上の表面先端部に凹凸面１が形成
された端子電極２と半導体装置の突起電極１０の先端面
とを接合層８を、隣接部とショートをおこすことなく、
接合界面に供給することができ、また、前記端子電極２
の表面先端部の凹凸面１による接合界面の接着面積増加
により、機械的により強固な接合が得られる。また、端
子電極２の表面先端部の凹凸面１に接合層の導電粒子が
より多く入り込むことで、電気的接触率をより向上させ
ることができる。ゆえに、熱衝撃による応力に耐える強
度や吸湿による水分などの侵入や酸化を防ぎ、信頼性の
良い接合ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置を回路基板
に実装する際の、回路基板上の端子電極とその形成方法
および端子電極への半導体装置の実装体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の回路基板上への実装
には半田付けがよく利用されていたが、近年、半導体装
置のパッケージの小型化と接続端子数の増加により、接
続端子間隔が狭くなり、従来の半田付け技術で対処する
ことが次第に困難になってきた。

【０００３】そこで、最近では裸の半導体装置を回路基
板上に直付けして実装面積の小型化と効率的使用を図ろ
うとする方法が考案されてきた。なかでも、半導体装置
を回路基板に接続するに際し、あらかじめ半導体装置の
電極パッド上に密着金属や拡散防止金属の蒸着膜と、こ
の上にメッキにより形成した半田層とからなる電極構造
を有する半導体装置を下向き（フェースダウン）にし
て、高温に加熱して半田を回路基板の端子電極に融着す
る実装構造が、接続後の機械的強度が強く、接続が一括
にできることなどから有効な方法であるとされている。
（たとえば、工業調査会、１９８０年１月１５日発行、
日本マイクロエレクトロニクス協会編、『ＩＣ化実装技
術』）以下図面を参照しながら、上述した従来の回路基
板の端子電極への半田突起電極を有する半導体装置の実
装体、さらに、従来の回路基板の端子電極へのワイヤボ
ンディング法による突起電極を有する半導体装置の実装
体の具体例について説明する。

【０００４】まず、第１の従来例として、図４（ａ）は
回路基板へ実装する前の半田突起電極を有する半導体装
置の概略断面図であり、図４（ｂ）は回路基板上の端子
電極への半田突起電極を有する半導体装置の実装体の概
略一部断面図である。

【０００５】図４（ａ）において、１１は電極パッド、
１２は半導体装置のＩＣ基板、１３は密着金属膜、１４
はパッシベーション膜、１５は拡散防止金属膜、１６は
半田突起電極である。

【０００６】図４（ｂ）において、２は端子電極、３は
回路基板である。以上の構成要素よりなる従来の回路基
板上の端子電極への半田突起電極を有する半導体装置の
実装体について、以下その概略を説明する。

【０００７】図４（ａ）のような、半田突起電極１６を
有する半導体装置を図４（ｂ）において、スクリーン印
刷法によって回路基板３上に形成された端子電極２の所
定の位置に位置合わせを行ってフェースダウンで載置し
た後、２００〜３００℃の高温に加熱して半田突起電極
１６を溶融し、端子電極２に融着することで半導体装置
の実装体を得る。

【０００８】次に、第２の従来例として、図５（ａ）は
回路基板へ実装する前のワイヤボンディング法により形
成されたＡｕ突起電極を有する半導体装置の概略断面図
であり、図５（ｂ）は回路基板上の端子電極へのワイヤ
ボンディング法によるＡｕ突起電極を有する半導体装置
の実装体の概略一部断面図である。

【０００９】図５（ａ）において、１０はＡｕ突起電
極、１１は電極パッド、１２は半導体装置のＩＣ基板で
ある。図５（ｂ）において、２は端子電極、３は回路基
板、８は導電性接着剤からなる接合層である。

【００１０】以上の構成要素よりなる従来の回路基板上
の端子電極へのワイヤボンディング法によるＡｕ突起電
極を有する半導体装置の実装体について、以下その概略
を説明する。

【００１１】図５（ａ）のような、ワイヤボンディング
法によるＡｕ突起電極１０を有する半導体装置を、図５
（ｂ）において、導電性接着剤からなる接合層８を前記
Ａｕ突起電極１０の先端部に転写法や印刷法により形成
したのち、スクリーン印刷法によって回路基板３上に形
成された端子電極２の所定の位置に位置合わせを行って
フェースダウンで載置した後、８０〜１５０℃で前記接
合層を熱硬化して、前記半導体装置のＡｕ突起電極１０
と回路基板３上の端子電極２とを電気的に接合すること
で半導体装置の実装体を得る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記のよ
うな半導体装置の突起電極や実装体においては、以下の
ような問題を有している。 １．高温に加熱して半田を溶融して端子電極と接続する
際に、ＩＣ基板と回路基板との間隔を維持することがで
きないため、半田が広がって隣接とショートする危険が
ある。 ２．半導体装置の突起電極と回路基板上の端子電極とを
導電性接着剤を介して接続する場合に、回路基板上に高
粘度の端子電極用ペーストをスクリーン印刷法により形
成し、焼成したときの端子電極の断面形状が蒲鉾形であ
るため、半導体装置を端子電極に実装した際に、半導体
装置の突起電極先端部に転写された接合層の接着面積が
小さくなり、接合界面部が不安定になり、抵抗値が増大
する危険がある。 ３．半導体装置の突起電極と回路基板上の端子電極とを
導電性接着剤を介して接続する場合に、接合層を転写し
た前記突起電極先端面を前記回路基板上の端子電極に荷
重をかけて載置するために、前記接合層の大部分は接合
部周辺で取り巻くよう（バルク）に形成されるため、熱
衝撃時の熱膨張による応力や吸湿による接着力低下で前
記バルク部に亀裂・剥離が発生すると、接合界面部が不
安定になり抵抗値が増大する危険がある。 ４．回路基板上の端子電極の高さが前記回路基板の面の
微小なそり・うねりに沿ってバラツキが発生すること
と、端子電極形成時の端子電極高さ自体のバラツキがあ
るため、半導体装置を端子電極に載置、接合する際に半
導体装置の突起電極先端面と端子電極表面とのギャップ
が広すぎて接合不安定となる箇所が発生する危険があ
る。 ５．半導体装置の突起電極と回路基板上の端子電極との
接続において、材質にＣｕ等の酸化し易い金属で形成し
た端子電極に半導体装置を実装する場合に、実装前に端
子電極が酸化しており、接合不安定となる箇所が発生す
る危険がある。

【００１３】本発明は前記の課題を解決するもので、半
導体装置と回路基板とを容易に信頼性良く、かつ、微細
ピッチで接続することを可能とする回路基板上の端子電
極とその形成方法およびその端子電極への半導体装置の
実装体を提供することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は回路基板上の端子電極表面先端部に凹凸面
を形成し、さらに前記端子電極へ半導体装置をフェース
ダウンで実装する際に、接合層を介して電気的に接続す
る。

【００１５】

【作用】本発明は、前記のように半導体装置を回路基板
に実装する際において、回路基板上の端子電極表面先端
部に凹凸面を設けることにより、前記半導体装置の突起
電極先端面と前記回路基板上の前記端子電極表面先端部
の凹凸面との界面の接着面積を大きくすることができ
る。よって、接合層を隣接部とショートをおこすことな
く、前記界面に供給することができ、機械的により強固
な接合が得られる。また、端子電極表面先端部の凹凸面
と半導体装置の突起電極先端面との界面に接合層の導電
粒子がより多く入り込むことで、電気的接触率をより向
上させることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら説明する。図１は本発明の一実施例における回路基板
上の端子電極の概略断面図、図２は同回路基板上の端子
電極形成方法の概略説明図、図３は接合層を用いた回路
基板上の端子電極への半導体装置の実装体の概略一部断
面図である。

【００１７】図１において、１は端子電極表面に形成さ
れた凹凸面、２は端子電極、３は回路基板であり、図２
において、４は研磨層、５は超音波発振器内蔵の平面土
台Ｂ、６は回路基板固定用平面土台Ａ、７は吸着溝であ
り、図３において、８は接合層、９は突起電極先端部、
１０は突起電極、１１は電極パッド、１２はＩＣ基板で
ある。

【００１８】上記の構成要素よりなる回路基板上の端子
電極の形成方法と前記回路基板上の端子電極と半導体装
置の突起電極との接続に導電性接着剤からなる接合層を
用いた実装体について、図面を参照しながら説明する。

【００１９】まず、図１に示すように回路基板３の面に
はスクリーン印刷法などにより端子電極２が設けられ、
この端子電極２は凹凸面１を有している。つぎに前記凹
凸面の形成について説明する。図２（ａ）に示すよう
に、回路基板３上に形成された端子電極２がフェースア
ップになるように吸着機能などの基板位置固定装置を備
えた平面土台Ａ６に設置する。

【００２０】次に前記平面土台Ａ６と面平行でかつ、交
換・移動可能な研磨層４が取り付けられた平面土台Ｂ５
を前記研磨層４側をフェースダウンで前記端子電極２上
に載置する。

【００２１】そして、前記平面土台Ｂ５内蔵の超音波発
振器（図示せず）を作動させ、平面土台Ｂ５をＸ−Ｙ面
で振動させることによって、図２（ｂ）に示すような表
面先端部に凹凸面１を有する端子電極２が得られる。

【００２２】さらに、図３に示すように、半導体装置の
突起電極１０の先端部９に導電性接着剤からなる接合層
８を転写法や印刷法により形成したのち、図２（ｂ）で
得られた、表面先端部に凹凸面１を有する端子電極２の
所定の位置に前記半導体装置を位置合わせを行ったの
ち、フェースダウンで積載し、接合層８を溶融または硬
化させて回路基板３上の端子電極２と半導体装置とを接
着することで回路基板３上の端子電極２への半導体装置
の実装を行う。

【００２３】この実施例によれば、半導体装置の突起電
極１０の材質をＡｕで形成することにより、ＩＣ基板１
２と回路基板３との間に一定間隔を維持することができ
る。また、回路基板３上の端子電極２へ半導体装置の突
起電極１０を導電性接着剤からなる接合層８を介して接
合する際に、半導体装置の突起電極先端部９に転写され
た導電性接着剤からなる接合層８が、前記端子電極２の
表面先端部の凹凸面１に入り込むため、接着剤が広がっ
て隣接とショートする危険を無くすことができる。さら
に、端子電極２の表面先端部に凹凸面１を形成すること
によって、凹部に導電性接着剤の導電粒子と樹脂が入り
込むことで導電粒子の接触確率が高くなり、突起電極先
端部９との接着力も強固になるため、信頼性の高い回路
基板上の端子電極への半導体装置の実装体が得られる。

【００２４】この実装構造により突起電極１０を接合層
８を介して回路基板上３の表面先端部に凹凸面１を設け
た端子電極２と接続する際に、ＩＣ基板１２と回路基板
３との間隔を低温度では溶融することのない突起電極１
０により維持することができ、突起電極先端部９に接合
層８を適量、転写または印刷して形成し、端子電極２の
表面先端部の凹部に導電粒子と樹脂が入り込み、電気的
接続が良好となり、端子電極２への半導体装置の実装体
が得られる。したがって、従来の回路基板３上の端子電
極２への実装体では不可能であった接合層の広がりの規
制、熱衝撃・熱膨張や吸湿による接合部の劣化が表面先
端部に凹凸面１を有する端子電極２を形成することで解
消でき、熱衝撃・熱膨張による応力に強く、吸湿による
水分などの進入を抑え、基板の多少のそり・うねりによ
る端子電極の高さのバラツキを少なく抑えた半導体装置
の実装が可能となる。

【００２５】さらに、端子電極２の表面先端部に凹凸面
１を形成する工程を半導体装置を実装する直前におこな
うことで、端子電極２表面の酸化膜や不純物を排除する
ことができ、電気的接続や接着力を増強し、信頼性の高
い回路基板への半導体装置の実装を実現できる。

【００２６】なお、本実施例では端子電極の形成にスク
リーン印刷法を用いたが、他の方法でも端子電極が形成
できるのであればこの限りではない。また、端子電極の
材質はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ等、回路基板上に形成可能なも
のであれば使用可能である。

【００２７】また、本実施例の端子電極の形状について
も表面先端部に凹凸面を有する端子電極であれば特に制
限を加えるものではない。さらに、端子電極２の表面先
端部に凹凸面１を形成するための研磨層４は、端子電極
先端部１と研磨層４が擦れるため、研磨層４が摩耗し、
摩耗粉が端子電極先端部に付着することを避けるため、
研磨層４が摩耗に耐える硬い物質のものが好まれる。た
とえば、ダイヤモンドの薄膜研磨層などがある。しか
し、そこまでしなくても研磨層が端子電極２の材質との
耐摩耗性に優れていれば、端子電極２の表面に凹凸面１
を形成するのに問題ない。また、摩耗粉を吸引する装置
を備えてもよいし、凹凸面形成後にエアーでブローか吸
引をするか、またはブラシで掃いて摩耗粉を除去しても
よい。

【００２８】また、図２に示すように、研磨層４表面が
尖っているが、接合層８の導電粒子の大きさを考慮した
形状であれば問題ない。また、形成される端子電極２の
高さも平面土台Ｂ５の超音波振動時間と押圧する際の荷
重とを調整することで制御することが可能である。ま
た、研磨層４は摩耗に応じて取り替えるか、移動するこ
とが可能である。

【００２９】また、本実施例では導電性接着剤からなる
接合層８を突起電極１０の先端部９に転写法や印刷法に
より形成したが、他の方法でも例えば回路基板３上の端
子電極２上に印刷や転写などによってあらかじめ接合層
８を形成しても良い。また、接合層８に用いられる導電
性粒子はＡｇＰｄ、Ａｕや複合導電性物質などでもよ
い。

【００３０】また、粘度の低い導電性接着剤からなる接
合層では突起電極形状によりＩＣ基板１２の電極パッド
１１や端子電極間まで接着剤が広がり隣接部とショート
する危険がある場合に、接合層にシート状の異方性導電
材を用いると溶剤や樹脂の広がりがないため、ＩＣ基板
１２の電極パッド１１や端子電極間間で広がり隣接部と
ショートする危険が無くなる。この場合、端子電極実装
部に異方性導電材シートを積層し、半導体装置をフェー
スダウンで前記異方性導電材シートに積載した後、加圧
して、異方性導電材からなる接合層を熱圧着または硬化
させて端子電極２と突起電極１０とを接着することが必
要となる。

【００３１】

【発明の効果】以上の実施例の説明より明らかなよう
に、本発明は、回路基板上に通常のスクリーン印刷法、
オフセット印刷法やエッチング法等を用いて端子電極の
表面先端部に凹凸面を形成したため、半導体装置の突起
電極先端面を接合表面積と電気的接触率の増加により良
好に接続することができる。また、研磨層による接合凹
凸面の活性化と、実装部の端子電極高さバラツキを小さ
く抑えることができる。ゆえに、極めて安定で信頼性の
良い回路基板上の端子電極への半導体装置の実装体を実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路基板上の端子電極の概
略断面図

【図２】ａ，ｂはそれぞれ本発明の一実施例の回路基板
上の端子電極形成方法の概略説明図

【図３】本発明の一実施例の接合層を用いた回路基板上
の端子電極への半導体装置の実装体の概略断面図

【図４】ａは従来の回路基板へ実装する前の半田突起電
極を有する半導体装置の概略断面図 ｂは従来の回路基板上の端子電極への半田突起電極を有
する半導体装置の実装体の概略断面図

【図５】ａは従来の回路基板へ実装する前のワイヤボン
ディング法により形成されたＡｕ突起電極を有する半導
体装置の概略断面図 ｂは従来の回路基板上の端子電極へのワイヤボンディン
グ法によるＡｕ突起電極を有する半導体装置の実装体の
概略一部断面図

【符号の説明】

１ 端子電極表面に形成された凹凸面 ２ 端子電極 ３ 回路基板 ４ 研磨層 ５ 超音波発振器内蔵の平面土台Ｂ ６ 回路基板固定用平面土台Ａ ７ 吸着溝 ８ 接合層 ９ 突起電極先端部 １０ 突起電極 １１ 電極パッド １２ ＩＣ基板

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に凹凸面が形成された回路基板上の
   端子電極。
2. 【請求項２】 回路基板を端子電極が上向きになるよう
   に平面土台Ａに設置する工程と、前記平面土台Ａと面平
   行でかつ、研磨層が取り付けられた平面土台Ｂを前記研
   磨層側を前記端子電極上に載置する工程と、前記平面土
   台Ｂを超音波振動させることによって、前記端子電極表
   面に凹凸面を形成する工程とからなる回路基板上の端子
   電極の形成方法。
3. 【請求項３】 端子電極の材質がＡｕ、Ｃｕ、ＣｕとＡ
   ｕメッキのいずれかである請求項２記載の回路基板上の
   端子電極の形成方法。
4. 【請求項４】 端子電極がスクリーン印刷法、オフセッ
   ト印刷法、エッチング法のいずれかで形成される請求項
   ２記載の回路基板上の端子電極の形成方法。
5. 【請求項５】 フェースダウンで回路基板に実装する半
   導体装置の実装体であって、半導体装置の電極パッド部
   上の突起電極を接合層を介して、回路基板上の、表面に
   凹凸面を設けた端子電極に電気的に接続した半導体装置
   の実装体。
6. 【請求項６】 突起電極の材質がＡｕ、半田のいずれか
   からなる請求項５記載の半導体装置の実装体。
7. 【請求項７】 半導体装置の電極パッド部上の突起電極
   は、ボールボンディング法、メッキ法のいずれかにより
   形成する請求項５記載の半導体装置の実装体。
8. 【請求項８】接合層が導電性接着剤、異方性導電材、半
   田のいずれかからなる請求項５記載の半導体装置の実装
   体。