JPH0775789B2 - 化学ハンダおよびそれを用いる結合方法 - Google Patents

化学ハンダおよびそれを用いる結合方法

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JPH0775789B2
JPH0775789B2 JP3131624A JP13162491A JPH0775789B2 JP H0775789 B2 JPH0775789 B2 JP H0775789B2 JP 3131624 A JP3131624 A JP 3131624A JP 13162491 A JP13162491 A JP 13162491A JP H0775789 B2 JPH0775789 B2 JP H0775789B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化学ハンダおよびそれを
用いる物体の結合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決すべき課題】現在、敷設
された導体アレイに半導体チップを接続する技術として
は、熱圧着ボンディングとハンダをベースとするボンデ
ィング（solder-based bonding）とが挙げられる。熱圧
着ボンディングは低コスト法であり、多くの低〜中性能
のチップの応用に使用されている。それはチップ／導体
相互連結を形成するためにかなりの圧力の適用を必要と
し、時おり下にある能動的なチップ構造体を損傷する。
一般に、このボンディング方法は、ボンディングパッド
の下の能動的な回路構成を有するチップに使用するのに
適していない。周辺Ｉ／Ｏと領域Ｉ／Ｏの相互連結を有
するチップにそれを使用すると回路構成およびボンディ
ングパッドに適応させるために利用できるケイ素の領域
を顕著に減少させ、チップのコストを増大させる。
【０００３】ハンダをベースとする技術は、低応力結合
方法を提供し、回路構成をボンディングパッドの下に設
けることを可能にするので、前記チップ構造体を相互連
結するために使用されてきた。しかしなから、ハンダを
ベースとする技術は比較的費用がかかり、典型的に高級
最終パッケージング用途に限定されてきた。
【０００４】混成回路技術に使用されるものと類似した
厚いフィルムペーストを使用してコネクタ電線路を書く
ことによってチップを連結する努力がこれまでになされ
てきた。これらのペーストは典型的には重合体中の金属
フレーク４０％〜８０％を懸濁したものであり、その重
合体が硬化されて（すなわち、揮発されるのではなく）
金属の電線路を形成する。抵抗率が純金属の抵抗率に近
い金属的電線路を作ることが好ましいけれども、金属的
電線路中に若干のペーストが残るので、実際にはより高
い抵抗率のものになる。
【０００５】導電性回路を与えるための別の先行技術
は、基体上に電線路を“書き込む”ためにレーザを使用
して基体上に揮発性の有機金属錯体を化学的に蒸着する
ことである。この操作は直接“書き込み”技術であるか
ら、操作の量が少なく、大量の生産に適している。回路
はまたレーザを使用して熱可塑性重合体中の錯体を還元
することによっても書き込まれてきた。これらの場合の
どれも直接的結合は形成されない。そのおのおのは回路
を生成するためにレーザ析出または厚いフィルムペース
トの細線印刷のどちらかによる方法を使用している。こ
れらの試みは次の参考文献においてさらに詳細に述べら
れている。
【０００６】A. Auerbach，“レーザを使用して重合体
ホスト中に錯体形成された金属塩を還元する方法”，J.
Electro. Chem. Soc., １３２，６，Ｐ１４３７，１９
８５。
【０００７】M. Ohuchi 等，“重合体導体を利用するプ
レナーＬＳＩ相互連結方法”，ＩＭＣ １９８６会報，
神戸，５月，２８〜３６，１９８６。
【０００８】Auerbach，“デバイスパッケージング用の
新企画，“ＩＥＥＥ Transactionson Components, et
c.,”Vol. ＣＨＭＴ−８，３号，９月，１９８５，３０
９〜３１２頁。
【０００９】Hsu 等，“厚膜状金，溶射薄膜状金および
金属−有機薄膜金のワイヤボンド性”，マイクロ電子工
学１９８５年国際シンポジウム会報，国際ハイブリッド
マイクロ電子工学協会，Anaheim, Calif., １９８５年
１１月１１〜１５日，４２８〜４３４頁。
【００１０】C. Needes 等，“銅ハイブリッド回路用厚
膜材料”ＩＭＣ １９８６会報，神戸，５月，２８〜３
０，１９８６。
【００１１】F. Houle, C. Jones, T. Baum, C. Pico,
C. A. Kovac, “銅のレーザ化学蒸着”，Appl. Phys. L
ett., ４６，２０４頁，１９８５。
【００１２】T. Baum および C. Jones, “金のレーザ
化学蒸着”，Appl. Phys. Lett. ４７，５３８頁，１９
８５。
【００１３】上記の蒸着技術の或る局面においてその半
導体への応用には困難が認められる。たとえば、金属フ
レークを搬送するために使用されたペーストを追い出す
ためには、高温を使用しなければならない。これらの温
度は回路の構成要素を損傷させることがあるか、不都合
な影響を与えるかの傾向があり、しかもなお最終の伝導
ライン中に配合されていた有機物質を残すのである。
【００１４】ある種の有機金属がペースト／重合体の組
合せよりもずっと低温で（たとえば、８００℃〜１５０
０℃と対照して１００〜３００℃程度で）金属状態に還
元することが知られている。有機金属が、後で施される
導体のパターンのための金属シード添加層を生成させる
ために先行技術で使用されてきた。たとえば、Baum 等
の米国特許第４,５７４,０９５号においては、パラジウ
ムの有機金属化合物が光に選択的に照射され、かくして
この照射領域にパラジウムのシードを析出させる。パラ
ジウムのシードの析出に次いで、銅がその上に析出させ
られる。
【００１５】Jackson の米国特許第４,７０１,３５１号
において、薄い有機金属層がコーティングとして適用さ
れ、次いでその上に置かれたホトレジストの追加のコー
ティングを有する。次の加工の間じゅう、有機金属の一
部は金属状態に還元され、その上に後で導体の析出が起
り得る基体を与える。
【００１６】Steinmann の米国特許第４,７３４,４８１
号において、１つの組の有機金属化合物重合体、特にさ
まざまな型の基体に対する光活性コーティング剤用に有
用な重合体が記述されている。好ましい有機金属重合体
は末端がキャップされたポリフタルアルデヒドである。
これらの材料は他の感光性のフォトマイクログラフィー
材料と同様に使用される。換言すれば、それらは層とし
て適用され、慣用方法で画像様に露出され照射された領
域は分解され、それと共に生成した単量体は蒸発し、下
の基体が露出される。これらの有機金属の使用に由来す
る利点は、それらは比較的低い処理温度で揮発性の単量
体の状態に転換し、少ししかかまたはまったく残留物を
残さないということである。
【００１７】それゆえ本発明の目的は、低温を使用し良
好な冶金的結果を与える物体の結合技術を提供すること
にある。
【００１８】本発明のもう一つの目的は、均質な金属の
結合の発生を可能にする低温での物体の結合技術を提供
することにある。
【００１９】本発明のそれ以上の目的は、低応力、低温
度条件によって特徴づけられる金属−金属結合を形成す
る方法を提供することにある。
【００２０】
【発明の概要】この発明は前もって決められた温度範囲
内で金属と揮発性の化合物に熱分解する有機金属を含む
化学ハンダについてのものである。このハンダはまた上
記と同じ温度範囲内で揮発性の画分に分解し、金属だけ
を残す重合体マトリックスを含む。
【００２１】また、この発明は化学ハンダが第１と第２
の物体の間に配置され、ハンダを前もって決められた温
度範囲に昇温させ、有機金属化合物を熱分解し、重合体
マトリックスを分解するために熱が適用される、第１と
第２の物体を結合する方法についてのものである。この
残留金属は第１と第２の物体を結合するのである。
【００２２】
【発明の詳述】本発明の化学ハンダの好ましい実施態様
としては溶媒および重合体をブレンドしてペーストにし
た或る選択された有機金属錯体が包含される。適切な有
機金属錯体は熱で揮発性の配位子と共に純粋な金属へ還
元されるものである。そのような錯体の例としては硝酸
銀、アセチルアセトナト銅、酢酸第二銅、アセチルアセ
トナトパラジウム、アセチルアセトナト白金、およびア
セチルアセトナトジメチル金が挙げられる。
【００２３】これら有機金属錯体の各々は、加熱したと
き、揮発性画分とともに純粋な金属状態へ還元される。
これらの化合物は各々はおおよそ３２５℃より低い温度
範囲で還元相を完成する。好ましくは、有機金属錯体は
金、銀、タングステン、ニッケル、アルミニウム、銅、
パラジウム、または白金のクラスから選ばれる金属を含
むべきである。
【００２４】化学ハンダとして使用するのに適する重合
体は高イオン純度を有し相対的に低温（すなわち、３２
５℃以下）で揮発性、非腐蝕性オリゴマー、または揮発
性画分の中のフラグメントへ分解しなければならない。
“分解”の用語は以下、本明細書中では、解重合および
フラクメンテーション両反応を含んで使用される。
【００２５】このような重合体が非腐蝕性、揮発性成分
へ分解する事実は、汚染残留物および清浄のための必要
性を取り除く。小量のパーセントの重合体残留物はソル
ダ中へ収容することができるが、１０％より少ない残留
物しか許容できないということが知られている。残留物
の濃度は加熱後の残留金属の抵抗率を測定することによ
り決定できる。本質的に、できるだけ金属塊に近い抵抗
率を得ることが最も望ましい。
【００２６】化学ハンダとして使用するために好ましい
重合体はポリフタルアルデヒドである。許容できる他の
重合体は、ポリ（イソプロペニルケトン類）、たとえ
ば、ポリ（イソプロペニルｔ−ブチルケトン）；ポリ
（α−メチルスチレン類）、たとえば、ポリ（ｐ−ヒド
ロキシ−α−メチルスチレン）；ポリ（ｔ−ブチルカー
ボネート類）；ポリ（アルケンオキシド類）；ポリ（ア
ルケンサルファイド類）；たとえば、ポリ（スチレンオ
キシド）、ポリ（スチレンサルファイド）；無水フタル
酸とエポキシドの交互共重合体；またはポリ（メタクリ
レート類）、たとえば、ポリ（メタクリル酸メチル）、
ポリ（メタクリル酸ベンジル）である。
【００２７】本発明の化学ハンダ使用するために適する
溶媒としては、極性プロトン性溶媒、たとえば、ジメチ
ルホルムアミド、Ｎ,Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−
メチル−２−ピロリジン；芳香族炭化水素、たとえば、
トルエン、キシレン；またはグライム；ジグライム；γ
−ブチロラクトン；（＋／−）プロピレンカーボネー
ト；プロピレングリコールメチルエーテルアセテート；
メチルエチルケトン；メチルイソ−ブチルケトンが挙げ
られる。
【００２８】本発明で使用できる重合体は可逆性である
重合／解重合反応をそれぞれ示す。熱を加えたとき、反
応平衡は単量体が高い温度で揮発性にされる状態で、単
量体状態の方へ移動する。いくつかの例では、解重合反
応が単量体状態に戻らないが、重合体がそれ自体が揮発
性であるオリゴマーの画分に分解するという結果にな
る。
【００２９】加熱段階の結果が揮発性化合物または高い
温度で追い出された画分を導くということは各々の場合
において重要である。ポリフタルアルデヒドで、それに
分解がおよそ１３０℃および１９０℃で開始し、少しし
かまたは何一つ残らないということが観察された。
【００３０】有機金属反応に関しては、高い温度で有機
金属が反応して有機部分を揮発して０価金属を生じる。
残っている金属はクラスターを形成し最終的には凝集し
て連続的な金属析出物を形成する。アセチルアセトナト
ジメチル金では、有機金属の分解は１３０℃から１５０
℃の間で開始し、２００℃〜３００℃の間で完了すると
いうことが認められている。
【００３１】０価金属への有機金属錯体の還元分解は加
熱中還元ガスに錯体をさらすことによりさらに促進でき
る。これは加熱中錯体のまわりに均質のガス流を供給す
る結合 thermode の使用を通じて成し遂げることができ
る。Ｎ2中３％〜１０％のＨ2の還元ガスすなわち形成ガ
スが好ましい。
【００３２】次に図１を参照すると、順番に不動態化層
（passivation layer）１４に取り囲まれた伝導性陸地
領域（conductive land area）１２を具備した半導体チ
ップ１０が示されている。化学ハンダ１６の析出物は陸
地領域１２に据え付けられ、伝導性リード１８は熱およ
び適度な量の加圧力を有し、化学ハンダの析出物１６と
接触させられる。全体の結合体を温度を上げたとき、化
学ハンダ１６の中の重合体成分は分解し、揮発して、陸
地領域１２に伝導体１８を結合した金属析出物を残す。
【００３３】図２において、化学ハンダの析出物１６が
領域１２ではなくて伝導体１８に前もって加えられてい
たことを除いて実質的に同一の構造を示している。伝導
体１８と領域１２の間に熱および適度な圧力を加えたと
き、それらの間で結合が起きるやいなや分解重合体生成
物が揮発した。
【００３４】化学ハンダの適用は分配によってかまたは
マスクもしくはスクリーンを通しての慣用の印刷技術に
よって成し遂げることができる。リトグラフ法もまた化
学ハンダの中へ光増感剤を混合することにより使用可能
である。許容しうる光増感剤は、チオキサントン類、ポ
リ芳香族炭化水素類（アントラセン類）、カチオン性ま
たはラジカル開始剤、スルフォニウム塩類またはエステ
ル類である。光増感剤の包含物は化学ハンダの一面をお
おう適用を可能ならしめ、続いてホストジスト材料のマ
スキング、露光、現像により、望ましいパターンを残
す。いったん溶媒が追い出されると、材料は安定にな
り、もっと先に使用するまで貯蔵することができる。
【００３５】
【実施例】化学ハンダは半導体チップの面と次の方法に
よるテープ自動化結合（ＴＡＢ）パッケージの内部のリ
ードの間の相互連絡を創り出した。すなわちポリフタル
アルデヒドとＤＭＦの１：１の混合物をアセチルアセト
ナトジメチル金と混合し、重合体中に有機金属錯体の２
０％配合を得た。その結果得られたペーストは次いで半
導体チップの１３０入力／出力パッドに沿って施され
た。
【００３６】ＴＡＢフレームの内部リードを半導体チッ
プのパッド上に整合し、その上に接触させて置き、３０
０℃に加熱した。その結果生じた相互連結は８０ｇの平
均引張り強度を有し、最高引張り強度は１２１ｇである
ことが認められた。これは７０ｇの典型的なＴＡＢ熱圧
縮結合強度および１２ｇの典型的なワイヤボンディング
強度と対照的なものである。
【００３７】前述の記述は本発明を単に説明するだけで
あることを理解すべきである。様々な代替および修正が
本発明からはなれることなく当技術に精通している者に
より考案することができる。従って、本発明は添付した
特許請求の範囲の中にかかるすべての代替、修正および
変化のすべてが包含されることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】化学ハンダのボールが半導体チップ領域に適用
された半導体チップとリードのアセンブリの断面図。
【図２】化学ハンダがチップ領域でなくてリードに前も
って加えられた図１に示した構造の断面図。
【符号の説明】
１０ 半導体チップ １２ 伝導性陸地領域 １４ 不動態化層 １６ 化学ハンダ １８ 伝導性リード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒロシ・イトウ アメリカ合衆国カリフオルニア州95120. サンホゼー．エコーリツジドライブ7149 (72)発明者 カロライン・アン・コバツク アメリカ合衆国コネチカツト州06877．リ ツジフイールド．ブルーリツジロード20 (72)発明者 マイクル・ジヨン・パーマー アメリカ合衆国ニユーヨーク州12586．ウ オルデン．アール・デイー２．ボツクス 372 (72)発明者 ロジヤー・アラン・ポラク アメリカ合衆国ニユーヨーク州10570．プ レザントビル．グロウブストリート12 (72)発明者 ペイジ・アダムズ・プア アメリカ合衆国ノースカロライナ州27713. ダラム．ハンツマンドライブ1214

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 前もって決められた、高められた温度範
    囲内で金属と揮発性成分に熱分解する有機金属化合物；
    および 前記の前もって決められた、高められた温度範囲内で揮
    発性画分に分解する重合体のマトリックスからなる 化学ハンダ。
  2. 【請求項２】 前記重合体マトリックスが上限が３２５
    ℃である温度範囲で揮発性、非腐食性、オリゴマーに分
    解する請求項１記載の化学ハンダ。
  3. 【請求項３】 前記重合体マトリックスがポリフタルア
    ルデヒドである請求項２記載の化学ハンダ。
  4. 【請求項４】 前記重合体マトリックスが、ポリ（イソ
    プロペニルケトン）、ポリ（α−メチルスチレン）、ポ
    リ（ｔ−ブチルカーボネート）、ポリ（アルケンオキシ
    ド、ポリ（アルケンスルフイド）、無水フタル酸とエポ
    キシドの交互共重合体、ポリ（メタクリレート）からな
    るクラスから選ばれる請求項２記載の化学ハンダ。
  5. 【請求項５】 前記有機金属化合物が、硝酸銀、アセチ
    ルアセトナト銅、酢酸第二銅、アセチルアセトナトパラ
    ジウム、アセチルアセトナト白金、アセチルアセトナト
    ジメチル金からなるクラスから選ばれる請求項１記載の
    化学ハンダ。
  6. 【請求項６】 さらに光増感剤を含んでなる請求項１記
    載の化学ハンダ。
  7. 【請求項７】 前記光増感剤が、チオキサントン、ポリ
    芳香族炭化水素（アントラセン）、カチオン性開始剤、
    ラジカル開始剤、スルホニウム塩、エステルからなるク
    ラスから選ばれる請求項６記載の化学ハンダ。
  8. 【請求項８】 前記有機金属化合物が、金、銀、タング
    ステン、ニッケル、アルミニウム、銅、パラジウム、お
    よび白金からなる群から選ばれる金属からなる請求項１
    記載の化学ハンダ。
  9. 【請求項９】 第１と第２の物体を結合する方法におい
    て、 前記第１と第２の物体の間に前もって決められた温度範
    囲内で金属と揮発性成分に熱分解する有機金属化合物、
    および前記高められた温度範囲内で揮発性画分に分解す
    る重合体マトリックスからなる化学ハンダを配置する工
    程；および 前記有機金属化合物を熱分解させ、前記重合体マトリッ
    クスを分解させるために前記前もって決められた高めら
    れた温度範囲内に前記化学ハンダを加熱し、前記第１と
    第２の物体を結合する金属が残る工程からなる 結合方法。
  10. 【請求項１０】 前記重合体マトリックスが、ポリフタ
    ルアルデヒド、ポリ（イソプロペニルケトン）、ポリ
    （α−メチルスチレン）、ポリ（ｔ−ブチルカーボネー
    ト）、ポリ（アルケンオキシド）、ポリ（アルケンスル
    フイド）、無水フタル酸とエポキシドの交互共重合体、
    ポリ（メタクリレート）からなるクラスから選ばれる請
    求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記有機金属化合物が、硝酸銀、アセ
    チルアセトナト銅、酢酸第二銅、アセチルアセトナトパ
    ラジウム、アセチルアセトナト白金、およびアセチルア
    セトナトジメチル金からなるクラスから選ばれる請求項
    １０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記加熱工程が還元ガスの存在におい
    て起る請求項９記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記還元ガスが窒素中の３％〜１０％
    の水素である請求項１２記載の方法。
JP3131624A 1990-06-14 1991-05-08 化学ハンダおよびそれを用いる結合方法 Expired - Lifetime JPH0775789B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US53828890A 1990-06-14 1990-06-14
US538288 1990-06-14

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JPH04238693A JPH04238693A (ja) 1992-08-26
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JP3131624A Expired - Lifetime JPH0775789B2 (ja) 1990-06-14 1991-05-08 化学ハンダおよびそれを用いる結合方法

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US (2) US5503698A (ja)
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JP (1) JPH0775789B2 (ja)
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