TWI223362B - External electrode connector - Google Patents

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1223362 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明為關於以電氣連接基板或半導體元件等之 電極連接器。 【先前技術】 先前習知之半導體裝置為一體接合半導體元件和 異性導電薄膜之構造，在元件的外部電極之各銲墊上 合薄膜的導通路之端部，再藉由薄膜連接外部。又， 向異性導電薄膜為在由絕緣性樹脂所構成之薄膜基板 金屬導線互相絕緣之狀態下，且在厚度方向貫通該薄 板之狀態，設有複數個導通路之構造（例如，參照專 獻1 )。（專利文獻1日本專利特開2 0 0 0 - 2 8 6 2 9 3號公 第1頁，第1圖）。 【發明内容】 (發明所欲解決之問題） 先前習知之半導體裝置由於藉被設在絕緣性薄膜 的厚度方向之金屬性的導通路實施半導體裝置之銲墊 和外部的電氣連接，因此，各向異性導電薄膜的導通 銲墊或該導通路和外部之電氣的接合面積很小，半導 置的銲墊和外部會有導電不良之問題。又，即使不至 良，但半導體裝置的銲塾和導通路和外部之接觸電阻 大，而會有發生傳送信號劣化之問題。另一方面，在 體裝置和外部間加上負荷藉以增加半導體裝置的銲墊 通路及導通路和外部之接觸壓力雖然可提高此等間的 312/發明說明書(補件)/92-08/92114890 外部 各向 ，接 該各 中於 膜基 利文 報， 基板 (pad) 路和 體裝 於不 會變 半導 和導 導通 6 1223362 性，但在此情況下，因該負荷半導體裝置的外部電極之 質層的層間絕緣膜會有發生破裂之問題。 本發明為了解決上述問題而所完成，其目的為在外部 極間連接時外部電極之基質層較不會發生破裂，而可得 良好的導電性之外部電極連接器。 (解決問題之手段） 本發明之外部電極連接器為具備有：第1金屬層；及 被形成於該第1金屬層上同時被與該第1金屬層電氣連 且導電體和彈性體交替或前述導電體被配列在前述彈性 主面内部之第1緩衝層；及，被形成於該第1緩衝層上 電氣連接該第1緩衝層之第2金屬層；前述彈性體的楊 模數（Young’s modulus)比前述第 1金屬層，及前述導 體，及前述第2金屬層的揚氏模數均更小。 【實施方式】 (實施形態1 ) 圖1 ( a )表示本發明的實施形態1之外部電極連接器 剖面圖，（b )為其I - I剖面圖。如該圖所示，外部電極 接器1為由：順序重疊金等的第1金屬層2 a ;及，交替 列金等的導電體3 a和聚醯亞胺或橡膠等的彈性體4 a之 1緩衝層5 a ;及，金等的第2金屬層2 b ;如此所成之構道 又，第1金屬層2a和導電體3a，及導電體3a和第2金 層2 b為形成導電狀態。又，彈性體4 a的楊氏模數為比 1金屬層2a、及導電體3a，及第2金屬層2b的揚氏模 更小0 312/發明說明書(補件)/92-08/92114890 基 電 到 接 體 且 氏 電 的 連 配 第 〇 屬 第 數 7 1223362 圖2(a)為半導體元件之平面圖，（b)為其II-ΙΙ剖面 圖，及（c)為銲墊周邊部剖面之擴大圖。在半導體元件6 之主面為由半導體元件6的外部電極之鋁等所構成的銲墊 7被配列為棋盤格狀，除了銲墊外開口部8被包覆有表面 保護膜9。又，半導體元件6的剖面為如（b )或（c )所 示，在半導體基板1 0上形成有外部電極之基質層之層間絕 緣膜1 1，在該層間絕緣膜1 1上被形成有銲墊7之構造。 又，雖然未圖示，但銲墊7為電氣連接層間絕緣膜1 1上或 形成在其内部之内部金屬配線所聯繫的内部電路。 圖3 ( a )表示在半導體元件的銲墊上連接此一外部電極 連接器之狀態的圖，（b )表示在安裝基板上安裝連接該外 部電極連接器的半導體元件之狀態的圖，及（c )為在安裝 時的銲墊周邊部之擴大圖，在連接面上塗佈有導電性接著 材料（未圖示）之外部電極連接器1為，以接合器（b ο n d e r ) 被安裝於由鈦等所構成之可防止形成在銲墊7表面上的外 部電極連接器1之第1金屬層2 a的金等擴散至銲墊7之鋁 等的障礙金屬（barrier metal)13上。被安裝有該外部電 極連接器1之半導體元件6和安裝基板1 2為，在連接面被 疊合塗佈有導電性接著材料（未圖示）之外部電極連接器 1和在安裝基板1 2上形成安裝基板1 2的外部電極之基板 電極1 4的位置後，在圖上下方向藉以附加負荷而被連接。 又，圖4 ( a )表示使用該外部電極連接器連接半導體元 件彼此間之狀態，及（b )為在連接時的銲墊周邊部之擴大 圖，半導體元件6彼此也在連接面疊合塗佈有導電性接著 312/發明說明書(補件)/92-08/92114890 1223362 材料（未圖示）之外部電極連接器和連接有2個半導體元 件6的銲墊7之位置，並自圖上下方向藉加予負荷而被連 接。又，在雙方的半導體元件6之銲墊7表面上，對安裝 基板作安裝時亦以同樣理由而被形成障礙金屬1 3。 其次藉圖5及圖6說明外部電極連接器1之製造方法。 圖5 ( a )為在形成外部電極連接器1之前的銲墊周邊部之 圖，其僅表示銲墊7、表面保護膜9、層間絕緣膜11。在 銲墊7表面藉濺射而形成障礙金屬13(圖5(b))，其次， 在障礙金屬13的表面藉藏鑛（sputtering)形成第1金屬層 2a之金的層（圖5(c))，其次，在第1金屬層2a的表面 藉自旋式塗覆（spin-coat)形成彈性體 4a 之聚酸亞胺層 (圖5 ( d ))，其次，藉光微影技術而形成為了在彈性體4 a 形成導電體3 a的開口部1 5 (圖6 ( a ))，其次，藉電鍍在 開口部1 5充填導電體3 a之金（圖6 ( b ))，其次，藉濺鍍 形成第2金屬層2b之金的層（圖6(c))，其次，在光微 影技術後藉餘刻（e t c h i n g )除去不必要之第2金屬層2 b、 彈性體4a、第一金屬層2a、障礙金屬13(圖6(d))。在 此處，在圖 5 ( d )〜圖 6 ( b )的步驟所形成之層為第 1 緩衝層5 a。 又，在本實施形態雖然表示在半導體元件6上一體形成 外部電極連接器1之方法，但也可使外部電極連接器1取 代在半導體元件6的銲墊周邊部形成而使具有角柱狀凹部 的金屬模（m ο 1 d )作為基部以上述同樣的步驟製造各別零 件，在半導體元件6的障礙金屬1 3上使用導電性接著材料 9 312/發明說明書(補件)/92-08/92114890 1223362 (未圖示）而接合亦可。又，在本實施形態雖然第1金屬 層 2 a的材料為了防止對銲墊7的擴散而形成有障礙金屬 1 3，但第1金屬層2 a的材料和銲墊7的材料在相同時或不 須要考慮材料擴散所發生之問題時則不需要有障礙金屬 1 3也可以。 其次，藉圖3說明該外部電極連接器1之效果。要對安 裝基板1 2上安裝裝有外部電極連接器1之半導體元件6 時，雖然在圖3 ( c )的上下方向會有很大的負荷，但因該 負荷彈性體4 a會在圖3 ( c )的左右方向變形將受到的負 荷之一部份分散到圖3 ( c )的左右方向。因此，可減輕銲 墊7及層間絕緣膜1 1所受到的負荷，而使層間絕緣膜1 1 變得難以破裂。又，由於外部電極連接器1接合銲墊7或 基板電極 1 4之接合面全體為金屬製，因此，可使銲墊 7 和基板電極14安定的導通。又，圖4表示在連接半導體元 件6彼此間時亦可以同樣的原理得到相同的效果。又，在 本實施形態中，雖然說明由於作為外部電極之連接面的面 積很小，因此，使用難以取得導電性之外部電極之基質層 的層間絕緣膜容易損壞之半導體元件的銲墊，或安裝基板 的基板電極之外部電極連接器的效果，但本發明之外部電 極連接器的適用範圍並不限定於此，其也可使用於液晶 板、撓性基板等一般具有外部電極之電氣的連接零件。 又，在實施形態1之第1缓衝層5 a，雖然導電體3 a和 彈性體4a交替配列，但如圖7所示，也可在彈性體4a主 面内部使圓柱狀之導電體3a配列為棋盤格狀。 10 312/發明說明書(補件)/92-08/92114890 1223362 又，第1金屬層2a、導電體3a、彈性體4a其雖各自為 由單一的材料所構成，但也可由合金或聚醯亞胺和橡膠的 混合體等複數的材料所構成。又，第1金屬層2a、導電體 3 a、及第2金屬層2 b雖為由同一的材料所構成，但也可由 其他的材料所構成。 (實施形態2 ) 圖8 ( a )表示本發明之實施形態2的外部電極連接器和 銲墊周邊部之剖面圖，及（b )為外部電極連接器之I V - I V 剖面圖和V - V剖面圖。又，在和圖1至圖7所示之實施形 態1相同或相當的部分為附加同一符號而省略其說明。如 該圖所示，實施形態2之外部電極連接器1之構造為，在 第2金屬層2b上具備有第2緩衝層5b，在第2缓衝層5b 上具備有第3金屬層2c，在該第2緩衝層5b的主面之垂 直方向中，在第2緩衝層5b的導電體3b和第1緩衝層5a 之導電體3a在互相不會重疊的位置，配置有導電體3b和 導電體3 a。在連接半導體元件彼此間時或在安裝基板上安 裝半導體元件時的負荷假如加至第2緩衝層 5 b的導電體 3b時，其負荷主要會加至導電體3b之正下面，但在本實 施形態中由於導電體3 b的正下面必定置有第1緩衝層5 a 的彈性體4 a，因此，更容易使負荷分散。 又，實施形態2的第1緩衝層5 a和第2緩衝層5 b，雖 然交替配列有導電體 3a、3b和彈性體 4a、4b，但如圖 9 所示，也可在彈性體4a、4b主面内部使導電體3a、3b配 列為棋盤格狀。又，實施形態2的外部電極連接器1，以 11 312/發明說明書(補件)/92-08/92114890 1223362 和圖5、圖6所示的實施形態1之外部電極連接器1 的步驟形成第2金屬層2 b後，再將形成導電性3 b之 在第2緩衝層5b的主面之垂直方向中變更為不會重疊 體3a之位置，而藉反覆圖5(d)〜圖6(d)的步驟 造。 (實施形態3 ) 圖10(a)表示本發明的實施形態3之半導體元件 墊周邊部之剖面圖，（b )為該銲墊之擴大圖，及（c ) VIII-VIII剖面圖。又，在和圖1至圖7表示之實施开 相同或相當之部份為附加同一符號而省略其說明。實 態3的外部電極連接器為構成銲墊1 0 7之連接器，第 屬層2 a被連接半導體元件6的外部電極基質層之層間 膜1 1及形成在由鋁等所構成的内部金屬配線1 6上之 的障礙金屬13，第2金屬層2b的表面變成銲墊面Π 圖 11(a)表示在安裝基板上安裝具備有本發明的 形態3之銲墊1 0 7的半導體元件之狀態的圖，及（b ) 在連接該半導體元件彼此間之狀態的圖。如圖 1 1 ( ε 示，具備有該銲墊1 〇 7之半導體元件6為，在銲墊1 基板電極 1 4之間夾住在連接面上塗佈有導電性接著 (未圖示）之焊料1 8，自圖的上下方向藉施加負荷壓 裝於安裝基板1 2上。又，如圖1 1 ( b )所示，半導體 的銲墊1 0 7彼此間為，在銲墊1 0 7間夾住連接面上塗 導電性接著材料（未圖示）之焊料1 8，自圖的上下方 施加負荷而被接合。 312/發明說明書(補件)/92-08/92114890 相同 位置 導電 以製 的銲 為其 $態1 施形 1金 絕緣 鈦等 7 〇 實施 表示 I )所 0 7和 材料 著安 元件 佈有 向藉 12 1223362 該實施形態3的半導體元件6之銲墊1 Ο 7，由於銲墊1 Ο 7 本身被構成含有彈性體4 a，因此，在連接半導體元件6的 銲墊1 0 7彼此間或對安裝基板1 2上要安裝半導體元件 6 時藉銲墊1 0 7受到的負荷彈性體4 a使其變形而和銲墊面分 散至水平方向，因此可減輕層間絕緣膜1 1受到損傷。又， 層間絕緣膜1 1的損傷，雖然在晶圓試驗中對探針之探測針 (未圖示）的銲墊面1 7接觸時也會發生，但此實施形態3 之半導體元件6的銲墊1 0 7，由於構成銲墊1 0 7本身可分 散負荷，因此，在晶圓試驗中也可減輕層間絕緣膜1 1的損 傷。進一步，該實施形態3的銲墊1 0 7，因為接連内部金 屬配線 16 之面和接連焊料 1 8 或探測針之面雙方均為金 屬，因此，在内部金屬配線1 6和焊料1 8之間，及内部金 屬配線1 6和探測針之間可成為安定之導通狀態。又，上述 銲墊構造為使用既存之半導體元件製造設備，其可和圖 5 及圖6所記載之外部電極連接器的製造步驟以同樣的步驟 製造。 又，此實施形態3之半導體元件6，雖然在内部金屬配 線1 6和第1金屬層2 a間形成有障礙金屬，但内部金屬配 線1 6和第1金屬層2是同一材料時或在其等間的材料不會 有擴散之問題時則不須要有障礙金屬1 3。另一方面，在第 1金屬層2 a和導電體3 a間會發生材料擴散之問題時或在 導電體3 a和第2金屬層2 b間發生材料擴散之問題時，假 如各自在第1金屬層2 a和第1緩衝層5 a間或在第1緩衝 層5 a和第2金屬層2 b間形成有障礙金屬1 3時則可防止該 13 312/發明說明書(補件)/92-08/92114890 161223362 等間之材料擴散。 又，實施形態 3的半導體元件 6由於内部金屬配線 被形成在層間絕緣膜1 1内部，因此，雖然銲墊1 0 7構成 於層間絕緣膜1 1和内部金屬配線1 6的兩方上部，但如 1 2所示，在層間絕緣膜1 1上要形成内部金屬配線1 6 _ 會變成銲墊1 0 7被形成在層間絕緣膜1 1上，内部金屬配 1 6被連接在第1金屬層2 a的側面上之構造。 又，在圖8、圖9表示和實施形態2的外部電極連接 同樣，在第2金屬層2b上形成第2緩衝層5b，在第2 衝層5b上形成第3金屬2c，在該第2緩衝層5b之主面 垂直方向中，在第2緩衝層5b的導電體3b和第1緩衝 5 a的導電體3 a互相不會重疊之位置上，假如構成配置 導電體3 b和導電體3 a，則在安裝時對層間絕緣膜1 1可 減輕其損傷性。又，實施形態3之銲墊1 0 7，雖然導電 3 a和彈性體4 a交替配列，但和圖7表示的實施形態1 外部電極連接器同樣，也可在彈性體4a的主面内部使圓 狀之導電體3a配列為棋盤格狀。進一步，第1金屬層2 導電體3 a、彈性體4 a為各自由單一之材料所構成，但 可由合金或聚醯亞胺和橡膠的混合體之複數種材料所 成。又，即使第1金屬層2a、導電體3a及第2金屬層 為由同一材料所構成，但也可由其他的材料所構成。又 在本實施形態中，由於連接外部電極連接器之連接部的 積很小，因此難以得到導電性，其雖然可適用於外部電 基質層之層間絕緣膜1 1容易損壞之半導體元件的銲墊， 312/發明說明書(補件)/92-08/92114890 位 圖 線 器 緩 的 層 有 更 體 之 柱 1 ' 也 構 2b ， 面 極 但 14 1223362 也可將此外部電極連接器適用在安裝基板的基板電極或液 晶之銲墊上。 (發明之效果） 如以上所說明，本發明之外部電極連接器為具備有：第 1金屬層；及，導電體和彈性體交替或導電體被配列在彈 性體主面内部之第1緩衝層；及，第2金屬層；由於彈性 體的楊氏模數比第1金屬層及導電體及第2金屬層的楊氏 模數更小，因此，難以發生連接外部電極間時所產生之外 部電極之基質層的破裂。又，其可安定地導通外部電極間。 【圖式之簡單說明】 圖1 ( a )表示在本發明的實施形態1中外部電極連接器 的剖面圖，圖1 ( b )為其I - I剖面圖。 圖2(a)為半導體元件之平面圖，圖2(b)為其II-II 剖面圖，圖2 ( c )為銲塾周邊部剖面之擴大圖。 圖3 ( a )表示在本發明的實施形態1中，在半導體元件 連接外部電極連接器之狀態的圖，圖3 ( b )表示在安裝基 板上連接外部電極連接器的半導體元件後之狀態的圖，圖 3 ( c )為安裝時之銲墊周邊部的擴大圖。 圖4 ( a )表示在本發明的實施形態1中，藉外部電極連 接器連接半導體元件彼此間之狀態的圖，圖4 ( b )為在安 裝時之銲墊周邊部的擴大圖。 圖5 ( a )〜（d )表示在本發明的實施形態1中之外部電極 連接器的製造步驟圖。 圖6 ( a )〜（d )表示在本發明的實施形態1中之外部電極 15 312/發明說明書(補件)/92-08/92114890 1223362 連 接 器 的 製 造 步 驟 圖 〇 圖 7 (a) 表 示 在 本 發 明 的 實 施 形 態 1 中 之 其 他 的 外 部 電 極 連 接 器 之 剖 面 圖 圖 7 ( b) 為 1其 I II - I II 剖 面 圖 〇 圖 8 (a) 表 示 在 本 發 明 的 實 施 形 態 2 中 之 外 部 電 極 連 接 器 和 銲 墊 周 邊 部 的 剖 面 圖 圖 8 (t )) 為 該 外 部 電 極 連 接 器 之 I V- IV 剖 面 圖 和 V -V 剖 面 圖 〇 圖 9 (a) 表 示 在 本 發 明 的 實 施 形 態 2 中 之 其 他 的 外 部 電 極 連 接 器 和 銲 墊 周 邊 部 的 剖 面 圖 圖 9 (b ) 為 該 外 部 電 極 連 接 器 之 V I - VI 剖 面 圖 和 V II -V II 剖 面 圖 〇 圖 1 〇( a) 表 示 在 本 發 明 的 實 施 形 態 3 中 之 半 導 體 元 件 的 銲 墊 周 邊 部 之 剖 面 圖 圖 1 0 (t 丨） 為 該 銲 墊 之 擴 大 圖 1 圖 10 ( c : >為其 VI II -V II I剖面圖 0 圖 1 1 ( :a ) 表 示 在 本 發 明 的 實 施 形 態 3 中 在 安 裝 基 板 上 安 裝 具 備 有 銲 墊 的 半 導 體 元 件 之 狀 態 的 圖 y 圖 1 1 1 (b ) 為 表 示 在 連 接 該 半 導 體 元 件 彼 此 間 之 狀 態 的 圖 〇 圖 1 2 表 示 在 本 發 明 的 實 施 形 態 3 中 之 其 他 的 半 導 體 元 件 之 銲 墊 周 邊 部 的 剖 面 圖 〇 (元件4 守號說明） 1 外 部 電 極 連 接 器 2 a 第 1 金 屬 層 2b 第 2 金 屬 層 2c 第 3 金 屬 層 3a、3b 導電體 4a、4b 彈性體 312/發明說明書(補件)/92-08/92114890 16 1223362 5a 第 1 緩 衝 層 5b 第 2 緩 衝 層 6 半 導 體 元 件 7 > 1 07 銲 墊 8 銲 墊 開 口 9 表 面 保 護 膜 10 半 導 體 基 板 11 層 間 絕 緣 膜 12 安 裝 基 板 13 障 礙 金 屬 14 基 板 電 極 15 開 口 部 16 内 部 金 屬 配線 17 銲 墊 面 18 焊 料 312/發明說明書(補件)/92-08/92114890 17

Claims (1)

1223362 拾、申請專利範圍： 1. 一種連接外部電極間之外部電極連接器，其特徵為， 具備有：第1金屬層；及，被形成於該第1金屬層上同時 電氣連接該第1金屬層且導電體和彈性體交替或前述導電 體被配列在前述彈性體主面内部之第1緩衝層；及，被形 成於該第1緩衝層上且電氣連接該第1緩衝層之第2金屬 層；前述彈性體的楊氏模數比前述第1金屬層，及前述導 電體，及前述第2金屬層的楊氏模數更小者。 2 .如申請專利範圍第1項之外部電極連接器，其中具備 有：被形成在第2金屬層上，電氣連接該第2金屬層同時 導電體和彈性體交替或前述導電體被配列在前述彈性體主 面内部之第2緩衝層；及，被形成於該第2緩衝層上且電 氣連接該第2緩衝層之第3金屬層；在前述第2缓衝層的 主面垂直方向中，在第1緩衝層的導電體和前述第2緩衝 層的前述導電體互相不會重疊之位置，配置有前述第1緩 衝層的前述導電體和前述第2緩衝層的前述導電體者。 3. 如申請專利範圍第1或 2項之外部電極連接器，其 中，外部電極為内部金屬配線，該内部金屬配線連接第 1 金屬層，表面形成為銲墊面者。 4. 如申請專利範圍第3項之外部電極連接器，其中，在 内部金屬配線和第1金屬層之間或在該第1金屬層和第1 緩衝層之間或該第1緩衝層和第2金屬層之間具備有障礙 金屬者。 18 312/發明說明書(補件)/92-08/92114890