JPH0562977A - 集積回路装置用バンプ電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】実装時に導電性樹脂を介して実装相手方と接着
かつ接続される集積回路装置用バンプ電極のチップ内の
配列ピッチを縮小する。 【構成】バンプ電極２０をチップ１０表面から縦方向に
立ち上がる周面をもつ柱状の本体部２１とその外周から
横方向に張り出す平笠状の先端部２２を備える茸状に形
成し、先端部２２の高さｈを本体部２１と合わせた全体
高さＨの５〜25％にし、かつ先端部の周縁２２ａを斜方
向に向けて凸な曲面に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は集積回路のいわゆるフリ
ップチップに用いられるバンプ電極であって実装時に導
電性樹脂を介して相手方と接着かつ接続されるものに関
する。

【０００２】

【従来の技術】バンプ電極を備えるフリップチップとし
て構成された集積回路装置は、周知のとおりチップの状
態のままで配線基板等に直接実装されるもので、パッケ
ージに一旦収納した後に実装する場合に比べて余分な手
間を省いて種々な製品のコストを低減でき、しかも実装
に要するスペースを節約して装置を小形化できる利点が
あるため、電子装置類，例えば表示装置や印字装置等の
主には量産装置に用いるとくにチップ当たりの外部との
接続点数の多い場合に適する集積回路装置として広く採
用されるに至っている。

【０００３】このフリップチップの実装に当たっては、
従来からその金，銅，はんだ等からなるバンプ電極を実
装相手方である配線基板等の配線導体に熱圧接やはんだ
付けにより接合することが多いが、接合には 300〜500
℃の高温とバンプ電極あたり数十ｇの圧力が必要なの
で、量産時の実装速度の向上に限界がありかつ接合中に
バンプ電極やチップが損傷を受けるおそれを完全には排
除できない。このため、フリップチップの電流容量があ
まり大きくない場合は、導電性樹脂によりバンプ電極を
相手方に接着かつ接続する実装方法が有利になって来
る。本発明はかかる導電性樹脂を利用する実装に適する
フリップチップ用のバンプ電極に関し、以下図３を参照
しながらその従来技術を説明する。

【０００４】図３(a) にチップ10にバンプ電極20を設け
る要領を, 図３(b) のこのチップ10を配線基板30に実装
する要領をそれぞれ示す。図３(a) は半導体領域１内に
集積回路が作り込まれたチップ10のごく一部の拡大断面
である。半導体領域１の表面を覆う絶縁膜２上に集積回
路と接続されたアルミの金属膜３が配設されており、バ
ンプ電極20はそれを覆う保護膜４に開口した窓内に露出
された金属膜３に接続するよう設けられる。バンプ電極
20用に金属を電解めっき法で成長させるための下地とし
て、窓内で金属膜３と接続されるチタン等からなる下側
下地膜５と銅等からなる上側下地膜６をごく薄い膜厚で
被着し、上側下地膜５を保護膜４の窓とほぼ同サイズに
フォトエッチングによりパターンニングする。

【０００５】次に、電解めっき用のマスク膜Ｍとしてフ
ォトレジストからなるマスク膜Ｍをスピンコートし、フ
ォトプロセスにより上側下地膜６のみを露出させるよう
窓を開口する。バンプ電極20用の金属は通例のように下
側下地膜５をめっき電極膜とする電解めっき法によって
上側下地膜６の上に成長されるが、バンプ電極20には最
低でも数十μｍの高さが必要なのでそれ用の金属はマス
ク膜Ｍの窓内を埋めた後にさらに図のように高く成長さ
れ、この際にそのマスク膜Ｍの上側部分が図示のように
側方にかなり張り出して電解めっきされるので、バンプ
電極20は首23が短くて大きな笠24をもつ茸状に形成され
る。

【０００６】図３(b) に示す実装状態では、フリップチ
ップ10はバンプ電極20が突設された表面を下に向けた姿
勢で配線基板30等の上にいわゆるフェースダウン方式で
実装されるが、導電性樹脂40を利用する場合はいわゆる
ＣＯＧ (Chip On Glass)方式で実装される場合が多い。
この際の配線基板30にはガラス等の透明な絶縁基板31の
上にＩＴＯ (インジウム錫酸化物) 等の 0.5μｍ以下の
ごく薄い導電性膜からなる配線導体32を多数並べて配設
したものを用い、導電性樹脂40には例えば銀とパラジュ
ウムの微粉を含む Ag-Pd系樹脂ペーストを用いる。

【０００７】実装作業に当たっては、バンプ電極20の先
端の笠24に導電性樹脂40を所定微量だけあらかじめ付け
て置いたチップ10を、ふつう 100℃程度の温度に加熱さ
れた配線基板30の上に位置決め載置した上で、バンプ電
極20あたり１ｇ以下の僅かな圧力で押し付けた状態で導
電性樹脂40を硬化させることにより、バンプ電極20を配
線導体32に接着すると同時に接続を果たす。この実装中
に笠24と配線導体32の相互間の導電性樹脂40は側方に押
し出されて若干は広がるが、図のように笠24の範囲から
あまり食み出さない状態で硬化させることができる。こ
れにより、実装作業をふつう10〜20秒の短時間内に終え
ることができ、かつ多数のバンプ電極20の高さにかなり
のばらつきがあっても導電性樹脂40により吸収されて確
実な接続状態が保証される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、導電性
樹脂を利用するフリップチップの実装には多くの利点が
あるが、図３のような平たな茸状のバンプ電極20ではそ
のいわば本体である首23に対して笠24の幅がその２〜３
倍に広がるので、同図(b) のバンプ電極20の配列ピッチ
Ｐをある限度以下, ふつうは 100μｍ程度以下には縮小
できず、このため最近のように集積回路装置の高集積化
が進んでそのチップサイズが小形化されて来ると、外部
接続点数が 100個程度以上のフリップチップ10ではバン
プ電極20をその限られたチップ面積内に合理的に配列す
るのが非常に困難になって来る問題がある。この様子を
図４に示す。

【０００９】図４(a) のようにバンプ電極20のサイズが
小さな場合は、周知のようにバンプ電極20をチップ10の
周縁部に狭いピッチＰで配列するのがチップ面積を有効
利用する上で望ましいが、バンプ電極20の径が例えば２
倍になるとピッチＰを 1.5倍程度に広げる必要があるた
め、チップサイズを増すかあるいは図４(b) のようにバ
ンプ電極20をチップ10の内部にも配列しなければならな
くなる。前者の場合は集積度が約半分に低下し、後者の
場合でも内部に配列されたバンプ電極20の付近がむだな
スペースになりやすいのでかなりの集積度低下を免れ
ず、内部配列数がとくに多いと集積度が半分以下に低下
してしまう。

【００１０】この問題の解決のため、バンプ電極20を図
５に示す形状に形成することは可能である。これは、図
３のバンプ電極20では首23であった部分だけを所望の高
さに成長させるもので、このためには図５(a) に示すよ
うにマスク膜Ｍを数十μｍの厚みに付けて窓を開口して
置き、この窓内にバンプ電極20用の金属を電解めっきで
窓から食み出さない限度内で柱状の本体25として成長さ
せれば、図３のような笠24の首23からの側方への張り出
すのをなくしてバンプ電極20のサイズを図３の場合の半
分以下に縮小できる。

【００１１】ところが、図５(b) に示すようにかかる柱
状のバンプ電極20を備えるフリップチップ10を配線基板
30に実装して見ると、加熱された導電性樹脂40が硬化す
る前のまだ流動性が高い内に絶縁基板31の表面に沿って
流れるため接続点相互間に図のような短絡Ｓが発生しや
すく、これを完全に防止するにはバンプ電極20の配列ピ
ッチＰを図３の場合と同程度にする必要があることが判
明した。

【００１２】以上のように、導電性樹脂を利用して実装
されるフリップチップの従来からのバンプ電極ではその
配列ピッチを数十μｍ程度にまで縮小するのは非常に困
難であり、集積回路装置の高集積化を図る上での隘路に
なっているのが現状である。本発明はかかる事情から、
フリップチップ上の配列ピッチを従来より縮小できるバ
ンプ電極を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的は本発明によれ
ば、フリップチップの表面からほぼ縦方向に真っ直ぐ立
ち上がる周面をもつ柱状の本体部とその外周から横方向
に張り出した平笠状の先端部を備える茸状に形成され、
先端部が本体部と合わせたバンプ電極の全体の高さの５
〜25％の高さに形成され、かつ先端部の周縁が斜方向に
向け凸な曲面に形成されたバンプ電極によって達成され
る。

【００１４】なお、上述の先端部の高さは全体高さの10
〜20％とするのがさらに望ましく、本体部の高さが10〜
40μｍの小形のバンプ電極では先端部の高さを２〜10μ
ｍ，より望ましくは５〜10μｍの範囲内にするのがよ
い。また、本発明のバンプ電極を備えるフリップチップ
を相手方に実装する際には、従来どおりバンプ電極側に
導電性樹脂を付けて置いた上で所定の硬化温度に保たれ
た相手方の上に載置するのがよく、この際のバンプ電極
への導電性樹脂の付着量を正確に管理するには、導電性
樹脂が所定の厚みに塗着された治具の表面にバンプ電極
の先端部の表面を接触させることにより導電性樹脂をバ
ンプ電極に付けるのが有利である。導電性樹脂を硬化さ
せる間にフリップチップを相手方に押し付ける圧力は、
バンプ電極あたり１ｇ以下，望ましくは 0.5ｇ以下とす
るのがよい。

【００１５】

【作用】本願発明者の実験結果によれば、図３の笠24は
バンプ電極20が横に広がる短所はあるものの、導電性樹
脂40が図５のように実装相手方の面に沿って流れるのを
防ぐ長所があり、図３の首23からこの笠24が横に張り出
す程度はその高さにほぼ比例する。そこで、本発明では
従来とは逆にバンプ電極の首23に相当する柱状の本体部
の高さを大きく, 笠24に相当する平笠状の先端部の高さ
を小さく形成し、バンプ電極の横への広がりを抑えつつ
導電性樹脂の横方向の流れを防止することによりバンプ
電極の配列ピッチを従来より短縮する。このため、本発
明では前項の構成にいうようにバンプ電極の先端部を全
体高さの５〜25％の高さに形成して先端部の本体部から
の横への張り出しを同程度に抑える。

【００１６】さらに本発明は、バンプ電極用の金属を成
長させる際の電解めっきがもつ特質を利用してその先端
部の周縁を斜方向に向けて凸な曲面に形成することによ
り、実装時に先端部と相手方の相互間から押し出される
余剰な導電性樹脂をこの曲面ないしはそれに続く先端部
の本体部からの張り出し部分に保持させて、硬化前の導
電性樹脂の横方向への流れ出しを一層確実に防止し、か
つ硬化後の導電性樹脂による接着強度を強化するように
したものである。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は本発明によるバンプ電極とそれを備える集
積回路装置のフリップチップを実装する要領を示し、図
２はこのバンプ電極の製造方法を示す。なお、これら図
中の前に説明した図３以降と同じ部分に同じ符号が付け
られているので、重複する部分に対する説明は適宜省略
することとする。

【００１８】図１(a) は本発明のバンプ電極20を示すチ
ップ10の一部の拡大断面図である。このバンプ電極20
は、本発明においても従来と同様に保護膜４に開口され
た窓内で金属膜３と導電接触する下側下地膜５をめっき
電極膜として上側下地膜６上に金や銅等の所定の金属を
電解めっき法によって茸状に成長させて形成されるが、
図３(a) の従来のバンプ電極とは茸の形状が異なり、そ
の首に当たる本体部21の高さを大きく，笠に当たる先端
部22の高さを逆に小さく形成される。図のように本体部
21はチップ面からほぼ縦方向に真っ直ぐに立ち上がる周
面をもつ柱状で、先端部22はその外周から横方向に張り
出した平笠状である。

【００１９】この本発明のバンプ電極20では、先端部22
の高さｈが全体の高さＨの５〜25％程度，望ましくは10
〜20％とされ、かつ先端部22の周縁22ａが図のように斜
方向に向けて凸な曲面に形成される。なお、この周縁22
ａが本体部21の周面から張り出す程度は先端部22の高さ
ｈとほぼ同じになり、その中心部22ｂは図示のようにや
や凹な面になる。

【００２０】かかるバンプ電極20を備えるフリップチッ
プ10は図１(c) に示すように相手方である配線基板30に
実装されるが、同図(b) はこの実装に先立ちバンプ電極
20の先端面に導電性樹脂40をあらかじめ付着させる要領
を示す。これには、図の下側に示された治具50の平坦面
上にスピンコート法やスクリーン印刷法により導電性樹
脂40を数μｍ程度の所定厚みに塗着して置き、チップ10
を下向けにしてバンプ電極20の先端を治具50に接触させ
ることにより、図示のように先端部22の表面に所定微量
の導電性樹脂40を付着させるのがよい。

【００２１】同図(c) に示す実装工程では、相手方であ
る配線基板30を例えば 100℃前後の温度に保持し、その
上にチップ10を正確に位置決めかつ載置して軽く押し付
けた状態で導電性樹脂40を硬化させることにより、バン
プ電極20の先端部22を図示のように配線基板30の配線導
体32と接着かつ接続することでよく、この実装作業はふ
つう10〜20秒の短時間で完了する。この実装中の押し付
け圧力はバンプ電極20あたり１ｇ以下, 望ましくは 0.1
〜0.5ｇとするのが適当であり、例えばバンプ電極数に
応じたグラム数の重錘をチップ10の裏面上に乗せた状態
で導電性樹脂40を硬化させるのがよい。

【００２２】かかる僅かな圧力下でも、硬化前の流動性
をもつ導電性樹脂40はバンプ電極20の先端部22と配線導
体32の相互間から横方向に若干押し出されるが、先端部
22の周縁22ａが前述のように曲面に形成されているの
で、それと配線導体32との間の楔状の隙間内に逃げてそ
こに保持された状態で短時間後に硬化する。このように
本発明のバンプ電極20では、図１(b) の工程での導電性
樹脂40の付着量がとくに過剰でない限り、導電性樹脂40
は硬化するまでバンプ電極20の先端部22の外周の付近に
留まり、図５(b) のように配線基板30の絶縁基板31の表
面に沿って流れて短絡Ｓが発生するおそれはほぼ皆無に
なる。なお、配線導体32の横幅を先端部22より数〜10μ
ｍ広いめに形成して置けば、導電性樹脂40の付着量が過
剰ぎみでも上述の楔状の隙間に保持し切れない分を本体
部21から先端部22が張り出した部分に逃がして短絡発生
を一層確実に防止できる。

【００２３】図１のバンプ電極20はその本体部21の高さ
を10〜40μｍ，先端部22の高さｈを２〜10μｍの範囲に
するのがよく、導電性樹脂40の横方向の流れを上述のよ
うに防止できるので、バンプ電極20を本体部21の径ない
しはサイズの２倍程度か若干狭めのピッチでチップ10上
に配列できる。従って、本発明では50μｍの実効径のバ
ンプ電極20を 100μｍ以下のピッチで配列することが可
能である。

【００２４】次に図２を参照して図１のバンプ電極の製
造方法を簡単に説明する。図２(a)は半導体領域１を覆
う絶縁膜２上に配設された金属膜３と接続するバンプ電
極を設けるため保護膜４に窓を明けた状態を示す。同図
(b) はバンプ電極用下地膜の形成工程であり、チタンや
クローム等の下側下地膜５を金属膜３と接続するよう0.
2μｍ程度の膜厚にスパッタし、その上に銅やパラジュ
ウム等の上側下地膜６を 0.5μｍ程度の膜厚にスパッタ
した上でフォトエッチングによりバンプ電極用の例えば
50μｍ径のサイズにパターンニングする。

【００２５】図２(c) は電解めっきの準備工程であり、
フォトレジストを10〜40μｍの厚みにスピンコートした
上でフォトプロセスにより上側下地膜６のみを露出させ
る窓を明けてマスク膜Ｍとする。同図(d) の電解めっき
工程では、通例のように下側下地膜５をめっき電極とし
て金や銅等の金属を電解めっきにより上側下地膜６上に
成長させてバンプ電極20とする。この際、そのマスク膜
Ｍの窓内に成長された部分が本体部21となり、窓外の例
えば２〜10μｍの高さｈにかつそれから外方に食み出す
ように成長された部分が先端部22となる。

【００２６】この図２(d) の工程以降は、通例のように
まずマスク膜Ｍを除去し次にバンプ電極20と上側下地膜
６をマスクとする化学エッチングにより下側下地膜６を
除去することにより、バンプ電極20の電解めっき用相互
間接続を取り除いて図１(a)に示すバンプ電極20の完成
状態とする。なお、電解めっきによるバンプ電極20の成
長高さにはチップ10の面内で数％程度のばらつきが発生
し得るが、図１(c) の実装状態では導電性樹脂40によっ
て吸収される。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では導電性
樹脂を介して相手方に実装すべき集積回路装置用のバン
プ電極をチップ表面からほぼ縦方向に真っ直ぐ立ち上が
る周面をもつ柱状の本体部とその外周から横方向に張り
出した平笠状の先端部を備える茸状に形成し、先端部に
本体部と合わせたバンプ電極の全体の高さの５〜25％の
高さを持たせ、先端部の周縁を斜方向に向けて凸な曲面
に形成することにより、次の効果を得ることができる。

【００２８】(a) バンプ電極の本体部の高さを大に, 先
端部の高さを小に形成して、先端部によるバンプ電極の
横方向への広がりを最低に抑え、かつ実装時の導電性樹
脂の横方向の流れを先端部によって防止することによ
り、従来の茸状のバンプ電極と比べてチップ面上の配列
ピッチを半分以下に短縮できる。これにより、チップの
周縁部に従来より多数個のバンプ電極を配列できるよう
になり、集積回路装置の集積度を向上することができ
る。 (b) バンプ電極の先端部の周縁を斜方向に向けて凸な曲
面に形成して、実装時に先端部と相手方の相互間から押
し出される導電性樹脂を曲面と相手方との間の楔状の隙
間に保持させることにより、硬化前の流動性に富む導電
性樹脂が接続点から相手方の表面に沿って流れ出すのを
防止して接続点相互間の短絡のおそれをほぼ皆無にし、
かつ硬化後の導電性樹脂による接着強度を高めて接続の
信頼性を向上することができる。 (c) 導電性樹脂の硬化時間を短縮するのがその横方向へ
の流れ出しを防止する上で有利なので、本質的に高速実
装に適する。

【００２９】このように、本発明はフリップチップ内の
バンプ電極の配列ピッチを縮小して集積回路装置の高集
積化上の隘路を開拓し、実装時の仕損じを減少させ、実
装の信頼性を高め、かつ実装作業の能率を向上する著効
を奏し得るもので、本発明を実施することによりフリッ
プチップの小形化による経済性の向上およびその用途の
一層の拡大に貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるバンプ電極の実施例を示し、同図
(a) は集積回路装置のチップのバンプ電極が設けられた
部分の拡大断面図、同図(b) は実装前の準備工程を示す
チップと導電性樹脂の塗着用治具の側面図、同図(b) は
実装工程を示すチップと実装相手方の側面図である。

【図２】図１のバンプ電極の製造方法を示し、同図(a)
〜(d) はそれを主な工程ごとの状態で示すチップの要部
拡大断面図である。

【図３】従来技術によるバンプ電極を示し、同図(a) は
集積回路装置のチップのバンプ電極を設けた部分の拡大
断面図、同図(b) は実装状態を示すチップと実装相手方
の側面図である。

【図４】バンプ電極のチップ面内の配列状態を示し、同
図(a) はバンプ電極をチップの周縁部のみに配列した場
合のチップの上面図、同図(b) はバンプ電極をチップの
中央部にも配列した場合のチップの上面図である。

【図５】異なる従来技術によるバンプ電極を示し、同図
(a) は集積回路装置のチップのバンプ電極を設けた部分
の拡大断面図、同図(b) は実装状態を示すチップと実装
相手方の側面図である。

【符号の説明】

10 集積回路装置のチップ 20 バンプ電極 21 バンプ電極の本体部 22 バンプ電極の先端部 22ａ 先端部の周縁 30 実装相手方ないしは配線基板 32 バンプ電極が接続される配線導体 40 導電性樹脂 Ｈ バンプ電極の全体高さ ｈ バンプ電極の先端部の高さ Ｐ バンプ電極の配列ピッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】集積回路用のチップから突設され実装時に
   導電性樹脂を介して相手方と接着かつ接続されるバンプ
   電極であって、チップ表面からほぼ縦方向に真っ直ぐ立
   ち上がる周面をもつ柱状の本体部とその外周から横方向
   に張り出した平笠状の先端部を備える茸状に形成され、
   先端部が本体部と合わせたバンプ電極の全体の高さの５
   〜25％の高さをもち、先端部の周縁が斜方向に向け凸な
   曲面に形成されたことを特徴とする集積回路装置用バン
   プ電極。
2. 【請求項２】請求項１に記載のバンプ電極において、バ
   ンプ電極の先端部が全体の高さの10〜20％の高さをもつ
   ように形成されたことを特徴とする集積回路装置用バン
   プ電極。
3. 【請求項３】請求項１に記載のバンプ電極において、バ
   ンプ電極の本体部の高さが10〜40μｍに，先端部の高さ
   が２〜10μｍにそれぞれされたことを特徴とする集積回
   路装置用バンプ電極。