JPS62281435A - 半導体装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に関し、特に、フリップチップに
よる半導体素子のボンディング技術の改良に関する。

〔従来の技術〕

半導体素子はその内部配線を外部のものと接続してはじ
めてその機能をはだすことができる。

半導体素子は多数の外部への接続端子をもっており、そ
の外部のものとの接続方式にはワイヤボンディング方式
の他、ワイヤレス方式もあり、後者の一方式としていわ
ゆるフリップチップによる接続方法がある。このフリシ
ブチップとは、一般に、半導体素子（チップ）を裏返し
にしてその表面または基板に形成された接続端子を用い
てボンディングする、いわゆるフェイスダウンボンディ
ングすることから与えられた呼称であり、フリップチッ
プにはその接続端子の形態によって、チップに金属ボー
ルをつけるボール方式、Ａ２あるいはＡｇなどの合金に
より突起電極をつけるバンプ方式あるいは基板にペデス
タルをつけるペデスタル方式などがある。

これらのボール方式やバンプ方式は、いずれも、一般に
、内部配線（入２電極配線である場合が多い）を形成し
たプレーナー素子（ウェハ）に保護膜を形成し、該保護
膜を除去して接続端子用窓をあけ、上記内部配線に、例
えばＣｒ−Ｃｕ−Ａｕよりバリヤ金属をそれぞれ蒸着し
て多層に形成した上で、バンプ部分を残してエツチング
除去し、さらに、例えばマスク蒸着により、半田（Ｓｎ
−Ｐｂ）バンプを形成する。これらの方式として一般に
最も採用されているのは、コンドロールド・コラップス
（リフローチップ）であり、この方式によるチップボン
ディングはいわゆるＣＣＢ（コンドロールド・コラップ
ス・ボンディング）接続と称されている。

しかし乍ら、これらの方式は、上記のように接続端子完
成までに時間ががかり過ぎ、例えば１４日間位もの日数
を要している。

なお、フリップチップについて述べた文献の例としては
、１９８０年１月１５日■工業調査会発行ｒＩＣ化実装
技術」Ｐ８１があげられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明はかかる従来技術の有する欠点を解消し、短時間
に接続端子を形成し、基板との接続が短時間に行なうこ
とができ、特に、ＣＣＢ接続の場合の欠点を解消するこ
とができる技術を提供することを目的とする。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明では、ワイヤボンディングに使われて
いる熱圧着法（ネイルヘッドボンディング）を、その接
続端子の形成に利用したもので、半導体素子のワイヤボ
ンディングに際し、外部リードを取付ける場所であるボ
ンディングパッドに、従来のボール方式やバンプ方式と
異なり、直接、当該ネイルヘッド方式による金属接続端
子を形成する。その例は、ノズル中に金属ｉ１（例えば
Ａｕ線）を通し、該Ａｕ線を、水素炎で焼き切り、その
先端部を溶融し、入Ｕボールを形成し、これをチップの
内部配線（ｉ配線）の前記ボンディングパッド上に押付
は接合させ、次いで、適当のところでＡｕ線を切断する
。これにより、チップのボンディングパッドに直接金属
接続端子が形成され、基板側にはこの接続端子の金属が
その中に拡散できる金属部を突設しておく。この金属部
は、例えば半田より構成される。

前記金属接続端子と金属部とを溶融させると、例えばＡ
ｕ−３ｎ共晶合金が形成され、接合を行なうことができ
る。

〔作用〕

このように、ネイルヘッド方式を利用し、バリヤー金属
を介さずに、直接、Ａ２ポンディ／グバッド上に、Ａ２
ボールなどよりなる金属接続端子を形成することにより
、従来方式に比して工程数が簡略化され、したがって、
工期も著しく短縮され、この接続端子の形成は、例えば
０．２秒程度で行なうことがモきる。基板との接合も、
−日程度で行なうことができる。

〔実施例〕

次に、本発明を実施例に基づき、図面を参照しつつ説明
する。

第４図に示すように、ノズル１の中に、Ａｕ線２を通し
、この金線２を水素焔３で焼き切ってできたボール（玉
）４を、半導体素子５の上にもってきて、Ａ２配線６の
ボンディングパッド７の上に押付けする。

半導体素子５は、デバイス８上に、例えばＳｉｎ。

膜よりなる絶縁膜９を被覆し、該絶縁膜９上にＡ２電極
配線６が敷設され、さらに、例えばガラス膜より成るデ
バイス表面保護膜１０が該配線６上に被覆され、該保護
膜１０にはホトレジスト技術などにより電極用窓があけ
られ、ボンディングパッド７が形成されている。半導体
素子（チップ）５は、例えばシリコン単結晶基板から成
り、周知の技術によってこのチップ内には多数の回路素
子が形成され、１つの回路機能が与えられている。回路
素子の具体例は、例えばＭＯＳトランジスタから成り、
これらの回路素子によって、例えば論理回路およびメモ
リの回路機能が形成されている。

上記Ａｕボール４の接合部、ＡＵ線２を適宜位置で切断
する。

これにより、第１図に示すように、半導体素子５のボン
ディングパッド７には、Ａｕボールよりなる金属接続端
子４が、該パッド７上に直接形成される。

一方、基板との接続においては、当該半導体素子５を、
第２図に示すように、フェイスダウンポンディングにて
、基板１１表面に突設された例えば半田（Ｓｎ−Ｐｂ）
よりなる金属部１２に当接し、当該人Ｕポール４と当該
半田１２とを溶融させて、第３図に示すように、その接
続を完成させる。

半田１２中には人Ｕが拡散し、Ａ　ｕ　−Ｓ　ｎ共晶合
金が形成される。

基板１１は、例えばプリント配線基板より成り、図示し
ていないが、基板表面には導体パターンが形成されてい
る。

これら、半導体素子５と基板１１との接続は各種の態様
であり得る。

第５図および第６図にその態様による半導体装置の二三
の例を示す。

なお、これらの図において、第１図〜第４図を含めて共
通する符号は同一の機能を示す。

第５図に示すように、配線基板１３上Ｋ、半導体素子５
をマルチに搭載する。半導体素子５と配線基板１３との
接続は前記で述べた本発明による方式により行われてい
る。第５図にて、１４は当該方式による接合部で、四角
形状の半導体素子５の裏面において基盤目状に前記Ａｕ
ポール４が形成されており、接合部１４も複数個所にお
いて形成されている。

配線基板１３は、例えばウェハに配線を施したもので、
該配線基板１３の導体部１５と、パッケージベース１６
の裏面に垂設されたアウターリード１７とは、コネクタ
ワイヤ１８などを介して電気的に接続されている。この
パッケージは図示のごとく、アキシャルタイプに構成さ
れている。

パッケージベース１６の上には、当該半導体素子５を接
続した配線基板１３が接合材料１９により固着されてい
る。

パッケージベース１６上には、ボッティング枠２０を接
合材料２１により取付し、該ボッティング枠２０に、封
止材２２をボッティングする。該封止材２２は、例えば
シリコーンゲルより成る。

ボッティング枠２０上には、接合材料２３を用いて、キ
ャップ２４を取付けする。

第６図は、第５図に示すものと同様の材料を用いて構成
した半導体装置を示す。ただ、この装置では、アウター
リード２５をデュアルインライン（ＤＩＬ）様に引出し
、さらに、同図に示すように、パッケージベース１６の
一方の面に放熱フィン２６を取付している。

本発明によれば、第４図に示すように、ネイルヘッド方
式によりＡｕポール４を形成して、半導体素子５のボン
ディングパッド７に直接、金属接続端子を形成し、これ
を基板１１の半田よりなる半球状金属部１２に接続する
方式をとったので、Ａｕポール４は例えば０．２秒／−
ポールの高スピードで形成でき、また、バリヤー金属を
介さず、したがって、短時間で接続端子が形成され、そ
れに伴ない、基板１１との接合も短時間で行なうことが
できる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。

例えば前記実施例ではＡｕポールを形成する例を示した
が、Ｃｕポールなど他の金属や合金でもよい。

また、基板の金属部にあっても、半田のほかＳｎなどの
金属や合金により構成されていてもよい。

本発明による接続方式はテープキャリアなどの他の接続
方式にも適用することができる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとうりであ
る。

すなわち本発明によれば短時間に半導体素子と基板との
接続を行なうことができ、従来例に比して大巾に素子の
接続端子の形成、外部のものとの接続時間の短縮をはか
ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による接続端子を有する半導体素子の要
部−個所面図、 第２図は基板との接続前説明断面図、 第３図は同接続后の説明断面図、 第４図は本発明実施例による接続端子形成説明一部所面
図、 第５図は本発明による接続形式を用いた半導体装置の一
例断面図、 第６図は同地の例を示す断面図である。 １・・ノズル、２・・・金属線（Ａｕ線）、３・・・水
素焔、４・・・金属接続端子（Ａｕボール）、５・・・
半導体素子、６・・・内部配線（Ａ［配線）、７・・・
ボンディングパッド、８・・・デバイス、９・・・絶縁
膜、１゜・・・デバイス表面保護膜、１１・・・基板、
１２・・・金属部、１３・・・配線基板、１４・・・接
合部、１５・・・導体部、１６・・・バクケージベース
、１７・・・アウターリード、１８・・・コネクタワイ
ヤ、１９・・・接合材料、２０・・・ボンティング枠、
２１・・・接合材料、２２・・・封止材、２３・・・接
合材料、２４・・・キャップ、２５・・・アウターリー
ド、２６・・・放熱フィン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体素子のボンディングパッドに、直接、ネイル
   ヘッド方式による金属接続端子を形成し、当該半導体素
   子を接続する側の基板に、前記接続端子の金属との間で
   共晶合金を形成する金属部を突設し、フリップチップ方
   式により当該半導体素子を当該基板に接続して成る構造
   を有する半導体装置。 ２、ネイルヘッド方式による金属接続端子の形成が、金
   線の端部を溶融して得られた金ボールを、直接、半導体
   素子のボンディングパッドに接続後、当該金属の切断を
   行なうことより成り、かつ、基板の金属部が半球状の半
   田より成る、特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。