JPH07114218B2 - 微小箇所の電気接続方法及び該方法により形成された半導体装置 - Google Patents

微小箇所の電気接続方法及び該方法により形成された半導体装置

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JPH07114218B2
JPH07114218B2 JP3062764A JP6276491A JPH07114218B2 JP H07114218 B2 JPH07114218 B2 JP H07114218B2 JP 3062764 A JP3062764 A JP 3062764A JP 6276491 A JP6276491 A JP 6276491A JP H07114218 B2 JPH07114218 B2 JP H07114218B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は、微小箇所の電気接続方
法及び該方法により形成された半導体装置に関するもの
で、特に電子部品のリード線の接続に際し使用されるも
のである。
【従来の技術】従来、半導体チップのボンディングパッ
ドとリード線とを接続するには、金ワイヤ又はアルミニ
ウムワイヤを用いたワイヤボンディングによる金属接合
を利用した方法を使用するのが一般的である。最近で
は、ＴＡＢやフリップチップ等のボンディングパッド上
にバンプを形成し、該バンプとリード線との金属間接合
を利用して電気的接続を行う方法が知られている。ま
た、電子部品のプリント基板上への接続は、半田を用い
た半田付けが多く利用されている。しかしながら、半導
体チップのボンディングパッドとリード線とをワイヤボ
ンディング方法により接続する場合、以下に示すような
問題点が生じる。即ち、第一に、ワイヤをボンディング
パッドに金属接合させる際には、加熱、加圧、超音波振
動等の物理的負荷が印加される。このため、ボンディン
グパッド直下の半導体素子にダメージを与え、電気的不
都合を生じさせることがある。つまり、かかる不都合を
防止するためには、ボンディングパッド直下及びその近
傍には半導体素子を配置することができない。第二に、
隣接するワイヤ間の最短距離は、ボンディング時に使用
するボンディング用キャピラリーの外形によって規制さ
れるため、現実的には、半導体チップ上のパッド間ピッ
チは、約１００μｍ以下に縮小することが困難である。
このため、多数のパッドが必要な半導体チップでは、チ
ップサイズを拡大せざるをえない。なお、パッドを半導
体素子上へ配置できれば、この問題は軽減されるが、上
記第一の問題点に示すように、該パッドを半導体素子上
へ配置することはできない。また、ＴＡＢやフリップチ
ップ等のワイヤを用いない接続方法の場合には、以下に
示すような問題点が生じる。即ち、第一に、金バンプと
リード線との金属接合を良好にするために、該接合に際
しては、ワイヤボンディング方法よりも高温かつ高圧力
を加えることが多い。このため、半導体素子にダメージ
を誘起することがしばしある。第二に、バンプ形成時の
パッド間ピッチは、８０μｍ程度まで縮小できるが、金
属接合を行うために、バンプの大きさを縮小することは
機械的な強度を確保するという観点からは好ましくな
く、おのずと限界が生じてくる。第三に、多数のバンプ
を同時に接続するために、バンプの高さの均一性が要求
されると同時に、接続時のＴＡＢ接続装置の機械的精度
も高いものが必要とされる。このため、接続条件等も厳
しいものとなり、又、接続の安定性に欠けることとな
る。さらに、半導体装置のリード線（リード部）をプリ
ント基板等へ接続する場合には、以下に示すような問題
点がある。即ち、第一に、リード線をプリント基板等へ
接続する場合には、主に半田が用いられるが、かかる場
合には半田を予めリード線へ固着しておかなければなら
ない。第二に、半田による接続時には、フラックス等を
用いなければならない。また、該フラックスの除去に
は、一般に有機溶剤を用いることが多い。しかし、有機
溶剤や半田蒸気は有害であるため、環境保全対策を行わ
なければならず、費用面からも好ましくない。第三に、
半田を用いた接続方法では、数多くの作業工程を必要と
するし、又、金属接合の信頼性もさほど高くない。
【発明が解決しようとする課題】このように、従来で
は、半導体チップのボンディングパッドからのリード線
取り出しにおいて、パッド間ピッチの縮小が困難であ
り、チップサイズの拡大を招いていた。また、半導体装
置等の電子部品のプリント基板への接合においては、半
田を用いていたため、環境汚染等の問題が生じており、
又、作業効率が悪く、信頼性も低いという欠点があっ
た。本発明は、上記欠点を解決すべくなされたものであ
り、半導体素子に機械的、熱的ダメージを与えることな
く、微小箇所を高い信頼性で接続することができる電気
接続方法及び該方法により形成された半導体装置を提供
することを目的とする。
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の微小箇所の電気接続方法は、第１の接続箇
所と第２の接続箇所を近接または接触させ、該接続箇所
に金属超微粒子を吹き付け、金属塊を固着させることに
より、前記第１および第２の接続箇所を互いに電気的に
接続させる。本発明の微小箇所の電気接続方法は、第１
の接続箇所と第２の接続箇所を近接または接触させ、該
接続箇所に汚染層を除去するための比較的大きな微粒子
を吹き付けた後、該接続箇所に金属超微粒子を吹き付
け、金属塊を固着させることにより、前記第１および第
２の接続箇所を互いに電気的に接続させる。本発明の微
小箇所の電気接続方法は、第１の接続箇所と第２の接続
箇所を近接または接触させ、該接続箇所に汚染層を除去
するための活性な微粒子を吹き付けた後、該接続箇所に
金属超微粒子を吹き付け、金属塊を固着させることによ
り、前記第１および第２の接続箇所を互いに電気的に接
続させる。また、本発明の半導体装置は、半導体チップ
と、前記半導体チップ上に形成されたバンプと、前記バ
ンプ上に配置されたリード線と、前記バンプおよびリー
ド線を互いに固着する、金属超微粒子の吹き付けによっ
て形成される金属塊とを備えている。本発明の半導体装
置は、基板と、前記基板上に設けられた配線と、前記配
線上にリード線またはリード部が配置された電子部品
と、前記配線と前記リード線またはリード部を互いに固
着する、金属超微粒子の吹き付けによって形成される金
属塊とを備えている。
【作用】上記方法によれば、第１および第２の接続箇所
は、金属超微粒子を吹き付け、金属塊を固着させること
により、互いに電気的に接続されている。このため、半
導体素子に機械的、熱的ダメージを与えることなく、微
小箇所を高い信頼性で接続することができる。また、第
１および第２の接続箇所は、比較的大きな微粒子を吹き
付けた後、該接続箇所に金属超微粒子を吹き付け、金属
塊を固着させることにより、互いに電気的に接続されて
いる。このため、該接続箇所の汚染層を除去することが
でき、良好な接続強度を得ることができる。さらに、第
１の接続箇所と第２の接続箇所を近接または接触させ、
該接続箇所に活性な微粒子を吹き付けた後、該接続箇所
に金属超微粒子を吹き付け、金属塊を固着させることに
より、前記第１および第２の接続箇所を互いに電気的に
接続させている。このため、該接続箇所の汚染層を除去
することができ、良好な接続強度を得ることができる。
本発明の半導体装置は、半導体チップ上に形成されたバ
ンプと、前記バンプ上に配置されたリード線とが、金属
超微粒子の吹き付けによって形成される金属塊により固
着されている。また、基板上に設けられた配線と、前記
配線上にリード線またはリード部が配置された電子部品
とが、金属超微粒子の吹き付けによって形成される金属
塊により固着されている。このため、微小箇所を高い信
頼性で接続することが可能となる。
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例に
係わる電気接続方法を実施するための装置の概略図を示
すものである。以下、図１を参照しながら、本発明の電
気接続方法について説明する。まず、金属、例えばＡｕ
（金）の超微粒子を生成するため、ポンプ１１によって
超微粒子生成室１２内の圧力を０．５〜２気圧にする。
また、蒸発機構１３によって、超微粒子生成室１２内に
配置された貯蔵部１４のＡｕを蒸発させ、直径約０．１
μｍ以下の超微粒子１５を生成する。さらに、搬送ガ
ス、例えばＨｅ（ヘリウム）ガス、Ａｒ（アルゴン）ガ
ス、Ｈ２（水素）ガス、Ｎ２（窒素）ガス等を超微粒子
生成室１２内へ導入し、この超微粒子１５を搬送管１６
を介して堆積室１７へ導く。一方、堆積室１７内のチッ
プ等配置部１８には、半導体チップが配置されている。
なお、半導体チップは、約２５０℃に加熱されている。
また、図２に示すように、半導体チップ１９に設けられ
たアルミニウム膜からなるパッド２０上には、これにほ
ぼ接触した状態で直径約３０μｍのリード線２１が配置
されている。ここで、図３に示すように、超微粒子を噴
射するノズル２２を半導体チップ１９のパッド２０上に
移動させる。なお、堆積室１７内の圧力は、予めポンプ
２３により０．１Ｔｏｒｒ前後まで減圧させておく。こ
の後、超微粒子１５を搬送管１６の先端に設けられた直
径約７０μｍの細いノズル２２から３０〜３００ｍ／秒
程度の高速で噴射させ、超微粒子１５をパッド２０上に
約３０μｍ堆積させる。これにより、リード線２１は、
Ａｕの金属塊２４によって、パッド２０上に固着される
と同時に、電気的にも良好な接続が行われる。なお、金
属塊２４は、バルク金属と同じような特性ともつと共
に、条件を適当に調整することにより、数秒で直径約１
００μｍ、高さ約１０μｍに形成することができる。上
記電気接続方法によれば、半導体素子に機械的、熱的ダ
メージを与えることなく、簡単な方法で微小箇所を接続
することができる。また、該方法により形成された半導
体装置によれば、パッド２０とリード線２１との固着強
度は１０ｇ以上となり、十分な強度を得ることができ
る。また、電気抵抗も０．０１Ω以下と低抵抗を達成で
きる。さらに、金属塊２４の大きさも１００μｍ以下に
抑えることが可能であることが確かめられた。なお、上
記実施例において、超微粒子１５としては、Ａｕの他、
Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）等を用いることができ
る。また、搬送ガスとしては、Ｈｅガスを用いるのが緻
密な金属塊を得るのに最も適し、又、接着強度も最も優
れていることがわかった。ところで、ボンディングパッ
ドが多数配置されている場合、作業性を高めるため、複
数のノズルを該パッドと同じ数だけ同じように配置し、
同時に複数のノズルから超微粒子を噴射させて、一度に
電気接続を行うことも可能である。また、時間的なタイ
ミングをとりながら噴射させてもよい。ボンディングパ
ッドのアルミニウム膜表面がアルミナ層でひどく汚染さ
れている場合、良好な電気的接続がとれないことがあ
る。この場合、硬い物質で形成された数μｍと比較的大
きな粒子を噴射させ、該汚染層を除去することが可能で
ある。該硬い物質には、金属、セラミックス、またはド
ライアイスや氷のように、冷却することで固体となるよ
うなものを使用することができる。また、該粒子によっ
てクラックを入れた後に超微粒子を噴射させ、電気的接
続を行うことも可能である。また、Ｔｉ（チタン）、Ｃ
ｕ（銅）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウ
ム）、Ｖ（バナジウム）等の活性な超微粒子をごく少量
噴射させた後、Ａｕ（金）、Ｎｉ（ニッケル）等の超微
粒子を噴射させて電気的接続を行えば、汚染層による影
響を除去することができる。また、Ａｕ、Ｎｉ等の超微
粒子に、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｖ等の活性な超微粒
子を混ぜて噴射させてもよい。また、Ａｕ、Ｎｉ等の超
微粒子に、該微粒子よりも大きな粒子を混ぜて噴射させ
ても効果的である。また、メッキ法や選択ＣＶＤ法を用
いて、ボンディングパッド表面にＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ
（銀）、Ｗ（タングステン）等を堆積させ、該パッド表
面を改善させてから金属超微粒子を噴射させ、電気接続
を行ってもよい。次に、電子部品（ＬＳＩ等）をプリン
ト基板に接続する方法について、図４を参照しながら説
明する。まず、プリント基板３１の配線（例えばＣｕ配
線）３２上に電子部品３３のリード線３４を接触させ
る。この後、リード線幅と略同一の直径を有するノズル
３５から電気接続箇所へ金属超微粒子（例えばＮｉ超微
粒子）３６を噴射させる。これにより、金属塊３７が形
成され、プリント基板３１の配線３２と電子部品３３の
リード線３４との電気接続が行われる。なお、上記電気
接続方法では、例えば図５に示すように、リード線がな
く、リード部３８において電気接続を行わなければなら
ない電子部品についても、良好な接続を行うことができ
る。上記電気接続方法は、あらゆる電子部品に適用する
ことが可能である。例えば、表面波素子、抵抗体素子、
キャパシタンス素子等に適用することができる。図６
は、半導体チップのボンディングパッドの配置を概略的
に示すものである。本発明の電気接続方法では、基板中
に形成される半導体素子に全く熱的、機械的ダメージが
入らないため、該素子上にボンディングパッドを配置す
ることが可能である。また、パッド１９Ａとパッド１９
Ｂのピッチを１００μｍ以上離しても、この間にパッド
１９Ｃを配置することにより、実質的に狭ピッチなパタ
ーンを実現することができる。なお、あまりに狭ピッチ
のパターンでリード線を配置すると、隣接するリード線
同志が互いに接触するおそれが生じる。そこで、例えば
図７に示すように、リード線２０を有機絶縁物被膜４０
で覆うのが効果的である。この場合、リード線接続時に
は、接続部の有機絶縁物被膜４０をトーチ（Ｈ２とＯ２
バーナー）等により熱的に除去し、又は活性化されたハ
ロゲンガス等で化学的に除去した後、金属微粒子で固着
接続する。さらに、図８に示すように、リード線２０
を、１０〜２０μｍ間隔で数μｍ幅のクラック又は隙間
を設けた、有機又は無機で生成された絶縁物被膜４０で
覆うのが効果的である。この場合、リード線接続時に
は、該絶縁物被膜４０上から金属超微粒子で固着接続す
る。このような接続方法では、クラック又は隙間を金属
微粒子が埋め込んでしまうため、問題なく良好な電気接
続が行える。
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の微小箇
所の電気接続方法及び該方法により形成された半導体装
置によれば、次のような効果を奏する。バンプとリード
線、または電子部品のリード線とプリント基板の配線と
が、金属超微粒子を吹き付け、金属塊を固着させること
により、互いに電気的に接続されている。このため、半
導体素子に機械的、熱的ダメージを与えることなく、微
小箇所を高い信頼性で接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係わる電気接続方法を実施
するための装置の概略図。
【図２】本発明の一実施例に係わる電気接続方法を示す
断面図。
【図３】本発明の一実施例に係わる電気接続方法を示す
断面図。
【図４】本発明の一実施例に係わる電気接続方法を示す
断面図。
【図５】本発明の一実施例に係わる電気接続方法を示す
断面図。
【図６】本発明の電気接続方法を用いた場合におけるパ
ッドの配置の一例を示す平面図。
【図７】本発明の他の実施例に係わる電気接続方法を示
す平面図。
【図８】本発明の他の実施例に係わる電気接続方法を示
す平面図。
【符号の説明】
１１，２３…ポンプ、１２…超微粒子生成室、１３…蒸
発機構、１４…貯蔵部、１５，３６…超微粒子、１６…
搬送管、１７…堆積室、１８チップ等配置部、１９…半
導体チップ、２０…パッド、２１，３４…リード線、２
２，３５…ノズル、２４，３７…金属塊、３１…プリン
ト基板、３２…配線、３３…電子部品、３８…リード
部。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の接続箇所と第２の接続箇所を近接
    または接触させ、該接続箇所に金属超微粒子を吹き付
    け、金属塊を固着させることにより、前記第１および第
    ２の接続箇所を互いに電気的に接続させることを特徴と
    する微小箇所の電気接続方法。
  2. 【請求項２】 前記金属超微粒子には、前記第１および
    第２の接続箇所における汚染層を除去するための比較的
    大きな微粒子が含まれていることを特徴とする請求項１
    記載の微小箇所の電気接続方法。
  3. 【請求項３】 前記金属超微粒子には、チタン、銅、ハ
    フニウム、ジルコニウムまたはバナジウムの活性な微粒
    子が含まれていることを特徴とする請求項１記載の微小
    箇所の電気接続方法。
  4. 【請求項４】 第１の接続箇所と第２の接続箇所を近接
    または接触させ、該接続箇所に汚染層を除去するための
    比較的大きな微粒子を吹き付けた後、該接続箇所に金属
    超微粒子を吹き付け、金属塊を固着させることにより、
    前記第１および第２の接続箇所を互いに電気的に接続さ
    せることを特徴とする微小箇所の電気接続方法。
  5. 【請求項５】 第１の接続箇所と第２の接続箇所を近接
    または接触させ、該接続箇所に汚染層を除去するための
    活性な微粒子を吹き付けた後、該接続箇所に金属超微粒
    子を吹き付け、金属塊を固着させることにより、前記第
    １および第２の接続箇所を互いに電気的に接続させるこ
    とを特徴とする微小箇所の電気接続方法。
  6. 【請求項６】 前記活性な微粒子は、チタン、銅、ハフ
    ニウム、ジルコニウムまたはバナジウムの微粒子である
    ことを特徴とする請求項５記載の微小箇所の電気接続方
    法。
  7. 【請求項７】 前記金属超微粒子は、金、ニッケルまた
    は銅の超微粒子であることを特徴とする請求項１または
    ４または５記載の微小箇所の電気接続方法。
  8. 【請求項８】 前記金属超微粒子の搬送ガスとして、ヘ
    リウムガスを用いたことを特徴とする請求項１または４
    または５記載の微小箇所の電気接続方法。
  9. 【請求項９】 前記比較的大きな微粒子は、前記金属超
    微粒子よりも硬い物質から構成されていることを特徴と
    する請求項２または４記載の微小箇所の電気接続方法。
  10. 【請求項１０】 半導体チップと、前記半導体チップ上
    に形成されたバンプと、前記バンプ上に配置されたリー
    ド線と、前記バンプおよびリード線を互いに固着する、
    金属超微粒子の吹き付けによって形成される金属塊とを
    具備することを特徴とする半導体装置。
  11. 【請求項１１】 基板と、前記基板上に設けられた配線
    と、前記配線上にリード線またはリード部が配置された
    電子部品と、前記配線と前記リード線またはリード部を
    互いに固着する、金属超微粒子の吹き付けによって形成
    される金属塊とを具備することを特徴とする半導体装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記リード線は、部分的に絶縁物被膜
    によって覆われていることを特徴とする請求項１０記載
    の半導体装置。
  13. 【請求項１３】 前記金属超微粒子は、金、ニッケルま
    たは銅の超微粒子であることを特徴とする請求項１０ま
    たは１１記載の半導体装置。
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