JPH02224256A - 半導体素子接続構造 - Google Patents

半導体素子接続構造

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JPH02224256A
JPH02224256A JP1044256A JP4425689A JPH02224256A JP H02224256 A JPH02224256 A JP H02224256A JP 1044256 A JP1044256 A JP 1044256A JP 4425689 A JP4425689 A JP 4425689A JP H02224256 A JPH02224256 A JP H02224256A
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広明 大塚
Yoshio Ozeki
大関 芳雄
Keisuke Watanabe
敬介 渡辺
Takashi Kanamori
孝史 金森
Yasuo Iguchi
泰男 井口
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は半導体素子の接続構造に関するものである。
(従来の技術) 従来の半導体素子のフリップチップ接続の概略構造を第
8図に示す。図中の1は半導体素子、2は配線基板、3
ははんだバンプ、4は半導体素子1と配線基板2のそれ
ぞれに設けられた電極であり、A−λは半導体素子の中
心を示している。
フリップチップ接続は、半導体素子1と配線基板2の電
極4の電気的接続を、はんだバンプ3を加熱溶融する一
括接続で行えるので、ワイヤボンディング法に比べて作
業性が優れている。又、ワイヤボンディング法及びT 
A B (Tape AutomatedBondin
g )法のように電極配置が半導体素子の周辺に限定さ
れないので、大幅に接続端子数を増大できるという特徴
をもっている。
しかしながら、この接続構造では第9図に示すように、
・温度変化が生じた場合半導体素子1と配線基板2との
熱膨張係数の差による寸法ずれBが発生し、はんだバン
プ3に剪断歪みを生じ接続信頼性が低下する。
剪断歪みは、はんだバンプ3と半導体素子1との中心距
離の増加とともに増大するため、はんだバンプ3の許容
しうる剪断歪み量からはんだバンプ3を配置できる領域
が制限され、多端子化ならびに大面積の半導体素子への
適用が困難であった。
このはんだバンプの剪断歪みを低減させる手段として、
半導体素子と熱膨張係数の近い配線基板材料を用いる方
法が考えられるが、配線基板材料が制限されてしまうと
いう欠点がある。
一方、ポリイミドフィルムで支持したはんだバンプを重
ねて多段バンプを形成し、剪断歪みを低減する方法(特
開昭62−293730号公報)が提案されている。
しかしながら、はんだバンプを積み重ねるため、必要部
材の増加、接続工数の増加に伴う価格上昇という欠点が
ある。
又、第10図は金属バンプを圧力で当接させて電気的接
続を得る半導体素子接続構造である。第10図において
、半導体素子1と配線基板2のそれぞれの電極4上には
金属バンプ33が形成されている。この金属バンプ33
には樹脂5の硬化時の収縮力により圧力が加わり、金属
バンブ33同士が機械的に接触し電気的接続が得られる
しかしながら、この接続構造では金属バンプ33の高さ
がバラツクと電気的接続が得られない箇所が生ずる。又
、樹脂5の熱膨張係数は金属バンプ33に比べて大きい
ため、温度変化が生じると圧力が弱まり、金属バンプ3
3の接触が不安定になるので、接続信頼性に欠けるとい
う問題点があつた。
(発明が解決しようとする課題) 本発明では、上記に述べた半導体素子と配線基板の間に
発生する大きな剪断歪み、バンプ高さのバラツキ及び樹
脂との熱膨張係数の差による圧力変動に対して電気的接
続の信頼性が高く、しかも微細接続が可能な安価な半導
体素子接続構造を提供するものである。
(課題を解決するための手段) 本発明では、上記課題を解決するために超弾性体材料を
介在させた半導体素子実装構造として、超弾性体材料を
半導体素子の接続部又は実装配線基板の接続部に選択的
に電解析出させ、バンプ構造とし、そのバンプを接続点
として加圧又は表面にコートしたはんだなどを溶融させ
ることにより接続を得る半導体素子接続構造である。
これは超弾性体材料を半導体素子における熱歪みを受け
る部分に使用することにより繰り返しの歪みに対しても
弾性範囲で変形を繰り返すことで破断を防止することを
狙ったものであり、外部歪みに柔軟に追従するバンプ構
造であるため信軌性の高い接続が得られる。
超弾性体材料としては、弾性歪みが0.5%以上の金属
、例えばCu−Zn−5n、 Au−Cu−Zn、 A
g−Cd。
Au−Cd、 Pe−Pt、 Pe−Pdなどが用いら
れ、これらの合金を合金めっき浴により接続点に選択析
出させるものである。
このように形成した超弾性合金は、超弾性特性を向上さ
せるため、必要に応じて、加熱急冷等の熱処理を施して
もよい。
本発明では、超弾性合金のバンプ材料を、フォトリソグ
ラフィ(フォトリソ)及びめっき工程で高精度にかつ極
めて安価に形成できるため信頼性の高い半導体接続を得
ることができる。
(実施例) 実施例1 次に本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
第1図は本発明の接続部の断面構造を示すもので6は銅
層、7は超弾性バンプ、8は金を示している。
この実施例では7の超弾性バンプを2の配線基板側に形
成したものでこの超弾性バンプ7と半導体素子1の電極
4をアライメントし収縮性樹脂5で固定接続したもので
ある。
第2図は本実施例の工程を示すもので以下順に説明する
。まず配線が施された配線基板2に全面に銅N6を無電
解銅めっきで形成する。次にバンプ部分となるところの
み露出するようにフォトリソでめっきレジストを形成す
る。次に超弾性バンプ材料としてCu−Zn−5n(組
成比Cu  34.7wt%Zn−3,0wt%Sn)
を銅層の露出したバンプ部分に電気めっきにより析出さ
せる。ここで用いた、銅合金めっき液組成を第1表に示
した。
第  1  表 この合金めっきではCu、 Zn、 Snの酸化電位が
著しく異なるためめっき装置は第3図に示すような分離
陽極型の装置を用いた。
第3図において、9は銅陽極板、10は銅陽極板、11
は亜鉛陽極板、12はめっき槽、17はめっき液、13
は各陽極電流を調整するための可変抵抗器、14はそれ
ぞれの陽極の電流計、15はそれぞれの陽極対陰極の電
圧計、16は直流電源を示している。
図に示すように3種の陽極金属をそれぞれ個別の回路を
作って、それぞれについて陽極電流及び陽極と陰極(被
めっき物)との電位差を調整することにより、めっき液
内のそれぞれの金属イオン濃度を一定に保つことができ
、また析出金属の組成も一定に保つことができる。
以上のめっき液及びめっき装置を用いて超弾性バンプ7
を形成した後接触抵抗を下げることとエツチングレジス
トのために超弾性バンプ7の上に金めつき層8を施す、
その後めっきレジストを剥離し、塩化第2鉄又は過硫酸
アンモニウム溶液などでバンブ部以外の銅層6を除去す
る。
このようなエツチング工程を必要とすることから、配線
基板2の導体は、予め金などの耐エツチング金属のコー
トを施しておく必要がある。
このようにして完成した配線基板2の半導体素子搭載部
に収縮樹脂を印刷などによりコートし、半導体素子をア
ライメントし硬化させることにより接続を得るものであ
る。
又、接続手段としては、収縮樹脂の代わりに仮バネなど
の加圧方法を用いても良い。
一方溶融接続を得る場合には、金めつき層8の代わりに
はんだめっきを行い半導体素子をアライメントした後、
リフロー炉ではんだを溶融させ接続させることもできる
このような接続構造とすることにより本弾性体バンプは
、2%の弾性歪みを示し、0〜150°Cの温度サイク
ルを1000回繰返しても電気的接触は維持された。
実施例2 第1の実施例では、超弾性バンプを配線基板2に形成し
たものを示したが、本実施例では半導体素子側にバンプ
を形成した例を示す。
第4図は本発明の第2の実施例における接続部の断面構
造を示すもので半導体素子1上の電極4の表面にアルミ
ニウム層18を形成し、その後チタン、白金、金711
9を形成し、この上に超弾性金属バンプ20としてFe
−26at%Pdを電気めっきにより選択的に形成し、
バンプ表面に金層8を形成して配線基板2の電極4とコ
ンタクトするものである。
第5図は詳細な工程フローを示したものでる。
まず半導体素子1のバンプ電極部4以外の部分は予めパ
ッシベーション膜で保護しておき、半導体素子全面にア
ルミニウム蒸着膜18を形成する。
このアルミニウム蒸着膜18はめっき用の通電フィルム
として作用する。その後、フォトリソによりバンプ部を
露出させるようにレジスト膜を形成し、チタン、白金、
金層19を蒸着する。この時の断面を第6図に示した。
第6図において21はパッシベーション膜、22はレジ
スト膜を示している。
この後、有機溶剤中に浸漬しレジスト膜22を溶解剥離
することによりバンプ部以外のチタン。
白金、金層を除去できる。これは一般にリフトオフ法と
よばれるものである。
次に第7図に示すようにバンプ部が露出するようにめっ
きレジスト23を形成し電気めっきで鉄系超弾性バンプ
20を形成する。鉄系超弾性バンプ(Fe−Pd系)の
めっき液組成を第2表に示した。
第2表 Fe −Pdめっき液組成 めっき装置は第3図に示したものと基本的に同じであり
この場合は2つの陽極板(Fe、 Pd)としてめっき
した。
次に金めつき8を施し、めっきレジスト23を剥離して
、アルミニウムエツチング液を用いてバンプ部以外のア
ルミニウム層18をエツチングして完成となる。
以下実施例1と同様の接続構造とすることができる。
なお、本実施例においてもバンプ表面にはんだめっきを
施すことによりはんだでの溶融接続とすることができる
このような構造とすることにより本弾性体バンプは1%
の弾性歪みを示し、0〜150°Cの温度サイクルを1
000回繰り返しても電気的接触は維持された。
(発明の効果) 以上のように本発明は、半導体素子接続バンプとして、
それぞれを接触させてバンプ自身の弾性変形を利用して
配線基板及び半導体素子の歪みに追従するバンプ構造を
電気めっきとフォトリソにより高精度でかつ安価に得る
ことができ、信顛性の高いフリップチップ接合が可能と
なった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1の超弾性バンプを配線基板側
に形成した半導体素子接続構造を示す説明図、第2図は
第1図の半導体素子接続構造を実現するための工程フロ
ー図、第3図はめっき装置の説明図、第4図は実施例2
として半導体素子側に超弾性バンプを形成した接続構造
を示す説明図、第5図は第4図の半導体素子接続構造を
実現するための工程フロー図、第6図及び第7図は実施
例2の工程を詳細に説明するためのプロセス断面図、第
8図〜第10図は従来のはんだバンプにより接続された
半導体素子と配線基板の断面図で、第9図は温度変化に
より配線基板が膨張しバンプ、剪断歪みが導入された様
子を示し、第10図ははんだバンプを圧力で接触させて
樹脂で固めた場合の半導体素子接続構造の断面を示す。 1・・・半導体素子、2・・・配線基板、3・・・はん
だバンプ、4・・・金属電極、5・・・樹脂、6・・・
銅めっき層、7・・・銅系超弾性バンプ、8・・・金層
、9・・・銀陽極板、10・・・銅陽極板、11・・・
亜鉛陽極板、12・・・めっき槽、13・・・可変抵抗
器、14・・・電流針、15・・・電圧計、16・・・
直流電源、17・・・めっき液、18・・・アルミニウ
ム蒸着層、19・・・チタン、白金、金層、20・・・
鉄系超弾性バンプ、21・・・パッシベーション膜、2
2・・・レジスト膜、23・・・めっきレジ7’、l−
,33・・・金属バンプ。 特許出願人 新日本製鐵株式會社他1名第2図 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 超弾性体材料を介在させて電気的接続する半導体素子接
    続構造であって、前記超弾性体材料を電気めっきにて形
    成したことを特徴とする半導体素子接続構造。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5784779A (en) * 1995-05-20 1998-07-28 Robert Bosch Gmbh Method for joining an electrical connection of a non-packaged IC component with a conductive strip on a substrate
JP2011060926A (ja) * 2009-09-09 2011-03-24 Hitachi Ltd 半導体装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5784779A (en) * 1995-05-20 1998-07-28 Robert Bosch Gmbh Method for joining an electrical connection of a non-packaged IC component with a conductive strip on a substrate
JP2011060926A (ja) * 2009-09-09 2011-03-24 Hitachi Ltd 半導体装置

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