JPH11168116A - 半導体チップ用電極バンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 半導体チップと配線基板との良好な接合性を
確保するとともに、半導体チップと配線基板との間にア
ンダーフィル材を必要とすることなく、熱応力緩衝機能
を有するバンプ構造を提供する。 【解決手段】 主部材に弾性を有する導電性樹脂５を用
い、その表面に第一、第二の金属層６，７を有し、且
つ、バンプ先端から底面周縁部にかけて略ガルウィング
形状となる曲線を有することを特徴とする半導体チップ
１用電極バンプ８である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップ用電
極バンプに係る、特に半導体チップを配線基板に接合す
るために、半導体チップ上に形成されたバンプ形状に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、エレクトロニクス機器の高性能
化、多機能化に伴う半導体素子の微細化と半導体装置の
小型化に対応するため、半導体チップと配線基板との接
続用電極として半導体チップの電極パッド上に、半田や
Ａｕからなる金属バンプを形成したフリップチップと指
称される半導体装置が提案されている。

【０００３】第４図は、従来技術によるフリップチップ
に用いられる半導体チップの電極に形成されたバンプを
示すものである。この種のバンプＢは、半導体チップ１
上に形成され、保護膜ＰでカバーされたＡｌ電極パッド
２上に、アディティブ法を用いて積上げられたＡｕ、あ
るいは半田メッキで形成されたもの、または既成の金属
ボールを載置溶融して形成されたものなどがあり、これ
らのバンプを回路基板の電極パッドに導電ペーストを用
いて接着し硬化させることにより、半導体チップと回路
基板とを接続することが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この種のバンプに要求
される機能は、半導体チップと配線基板との電気的接続
以外にも、両者の熱膨張係数の差に起因する熱応力を緩
衝する役割も担っている。しかしながら、前記のような
金属からなるバンプは、剛性は高いが柔軟性に欠けるた
め、横方向の繰り返し応力、具体的には加熱、冷却など
の熱サイクルにより、バンプの特に付け根部分にクラッ
クを生じてしまい、半導体チップと配線基板との接合性
および導電性を損ない、半導体装置の信頼性を著しく低
下させるという問題があった。

【０００５】そこで、上記のような問題を解消するため
に、半導体チップと配線基板との間に、両者の接着を兼
ねた熱応力緩衝機能を有する、アンダーフィルと呼ばれ
る液状封止材を充填することが知られている。

【０００６】ところが、上記アンダーフィル材を充填す
ると、確かに熱応力緩衝の点では有効ではあるが、製造
工程が増え余分なコストを必要とする。また、充填後は
検査によって不良が発見されてもリペアすることができ
ないなど、後工程で発生する問題に対応ができないとい
った課題が残る。

【０００７】そこで本発明は、半導体チップと配線基板
との良好な接合性を確保するとともに、半導体チップと
配線基板との間にアンダーフィル材を必要とすることな
く、熱応力緩衝機能を有するバンプ構造を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する請求
項１記載の発明は、半導体チップの電極パッド上に形成
されたバンプであって、前記バンプは、導電性樹脂を構
成部材とし、第一の表層にＮｉメッキ層を有し、さらに
その上層となる第二の表層にＡｕメッキ層を有する構成
とし、バンプ先端部より底面周縁部に向かって略ガルウ
ィング形状の曲線となるように形成されている構成とし
た。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明による一実施例につ
いて添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００１０】図１は、本発明による半導体チップ用電極
バンプを示すものであり、当該バンプの形成方法を説明
する。まず、半導体チップ１上に形成したＡｌパッド２
上に、バリアメタル層３を蒸着して電極パッド４を形成
する。このとき電極パッド４の周囲は保護膜Ｐでカバー
する。次に、前記電極パッド４の上面にＡｇ、Ｃｕ、Ｎ
ｉ、Ｐｄなどの金属微粉体と、フェノール樹脂、あるい
はポリイミド樹脂などを混合してなる導電性樹脂５をメ
タルマスクを用いたスクリーン印刷にて転写し、高さ１
００〜３００μｍの導電性樹脂バンプ( 以下、樹脂バン
プと称する）を形成する。なお、メタルマスクは電極パ
ッドに向かって広く開口するようにテーパーが付けてあ
るため、この時点で形成された樹脂バンプは台形状を有
している。

【００１１】次に、転写された樹脂バンプを、１８０
℃、３０分間のベーキングを行って焼成する。このとき
樹脂バンプは電極パッド４上で末広がりの態様となり、
バンプ先端から底面周縁部に向かって略ガルウィング形
状の曲線状に形成される。

【００１２】そして前記焼成後、樹脂バンプ表面をまず
第一の表層として１〜２μｍのＮｉメッキ層６で被覆
し、この後、さらに第二の表層として０．３〜１μｍの
Ａｕメッキ層７を被覆して本発明バンプ８が完成する。

【００１３】なお、図１においては、本発明バンプ８は
電極パッド４の露出面内で形成しているが、例えば図３
に示すように、電極パッド４を含むようにして、底面周
縁部を保護膜Ｐ上に形成するようにしてもよい。

【００１４】そして最後に、図２に示すように、前記バ
ンプ８を配線基板９の電極パッド１０に位置合わせし、
リフローして半導体チップ１と配線基板９とを接合す
る。この時、配線基板９側の電極パッド１０にはクリー
ム半田が塗布してあるため、バンプの半分程度の高さま
で半田１１が吸い上がり、第二の表層であるＡｕメッキ
層７を溶食するが、Ａｕメッキ層７が０．３〜１μｍの
薄い層であるために、Ａｕと半田とで金属間化合物を形
成しても、脆弱層は極力小さく形成されることになり、
また同時に、半田は第一の表層であるＮｉメッキ層にア
ンカー効果によって接合するため、至って強固な接合状
態を得ている。

【００１５】また、本発明バンプが第一、第二の表層を
有する他の効果として、半導体チップと配線基板との熱
膨張係数の差に起因する熱応力を受けた際に、本発明バ
ンプはその主材料に弾性を有する導電性樹脂を用いてい
るため、他の金属バンプに比べ明らかに優れた熱応力緩
衝機能を有するが、それでも過度な熱サイクルを受け続
けた場合に、樹脂バンプ内部で金属微粉体と樹脂との間
にクラックが入り、導電を遮断することがある。しか
し、そのような場合にも、バンプの第一、第二の表層で
半導体チップと配線基板とがつながった状態を維持する
ので、導電性は保たれたままである。

【００１６】さらに、本発明バンプは、その先端から底
面周縁部に向かって略ガルウィング形状となる曲線を有
するため、熱応力を受けても、この曲線部分が柔軟な動
きをすることによって前記熱応力を緩衝することがで
き、また、前記のように本発明バンプがその主材料とし
て用いた導電樹脂の弾性と併せて、従来の金属バンプで
問題となっていた、バンプ付け根部分でのクラックの発
生を防止することができる。

【００１７】さらにまた、本発明バンプは、高い熱応力
緩衝機能と導電性とを同時に確保しているため、半導体
チップと配線基板との間にアンダーフィル材を充填する
必要がなく、製造工程の簡略化が図られると同時に、不
良発見時のリペアも至って簡単に行うことができる。

【００１８】さらにまた、本発明バンプは、その高さを
１００〜３００μｍで形成しているため、フラックスの
洗浄も容易にしかも確実に実施できる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるバン
プは、主材料に弾性を有する導電性樹脂を用い、表面に
第一、第二の金属層を有し、且つ、バンプ先端から底面
周縁部にかけて略ガルウィング形状となる曲線構造を有
しているため、半導体チップと配線基板との熱膨張差を
有しても、良好な熱応力緩衝性が示されるとともに、ア
ンダーフィル材を必要としないため、余分な製造工程を
簡略化でき、さらに不良発見およびその対応を容易に行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体チップ用電極バンプ

【図２】本発明バンプと配線基板との接合状態図

【図３】本発明による他の半導体チップ用電極バンプ図

【図４】従来技術による半導体チップ用電極バンプ図

【符号の説明】

１、半導体チップ ２、Ａｌパッド ３、バリアメタル層 ４、電極パッド ５、導電性樹脂 ６、Ｎｉメッキ層 ７、Ａｕメッキ層 ８、バンプ ９、配線基板 １０、電極パッド １１、半田

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップの電極パッド上に形成され
   たバンプであって、前記バンプは、導電性樹脂を構成部
   材とし、第一の表層にＮｉメッキ層を有し、さらにその
   上層となる第二の表層にＡｕメッキ層を有する構成と
   し、バンプ先端部より底面周縁部に向かって略ガルウィ
   ング形状の曲線となるように形成されていることを特徴
   とする半導体チップ用電極バンプ。