JPH11297762A - 電子部品の実装構造及び実装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接続部の抵抗値を小さくでき、はんだフリ
ー、フラックスフリーであり、温度サイクルや高温に対
する信頼性があり、かつ電子部品の電極における腐食が
防止できるようにする。 【解決手段】 保護膜３の表面にシランカップリング剤
４を塗布しておき、Ａｕ合金バンプ７ｂを中央部分８及
びその縁の部分９が突出した形状とすれば、熱圧着の際
にＡｕ合金バンプ７ａ、７ｂが接合すると共に、シラン
カップリング剤４を介して保護膜３と第２のＡｕ合金バ
ンプ７ｂの縁の部分９とが結合するようにできる。これ
により、ＩＣチップ１と基板５との電気的接続を耐劣化
性、耐腐食性に優れた金属結合で行うことができると共
に、縁の部分９によってＩＣチップ１に備えられた電極
２を外部雰囲気から遮蔽することができ、電極２の腐食
を防止することができる。また、金属結合とすること
で、接続部における抵抗値を小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

【０００２】

【従来の技術】フリップチップＩＣとして、図９に示す
ようにはんだバンプ１０１と呼ばれるはんだの突起を形
成し、一括リフローによってはんだバンプ１０１を溶融
し基板１０２とＩＣ１０３を接続する方法が提案されて
いる（特公昭５９−５３７０８号公報参照）。この接続
方法は高信頼で量産性の良い接合を得られる反面、工程
内でフラックス、洗浄液等の有害物質を使用するため耐
環境性に問題があった。

【０００３】近年、環境汚染防止という要望があり、フ
ラックス等の有害物質を使用しない方法として、図１０
に示すようにはんだバンプに代えてＡｕバンプ１１１と
導電性接着剤１１２を利用してＩＣ１１３と基板１１４
とを接続する方法（特公平６−３８２０号公報参照）
や、図１１に示すようにＡｕバンプ１２１とはんだ１２
２とを利用してＩＣ１２３と基板１２４とを接続するＥ
ＳＣ法（Ｅｐｏｘｙ ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ Ｓｏ
ｌｄｅｒ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）が提案されている。

【０００４】これら２つの方法では、ワイヤボンディン
グにより圧着されたメタルボールからバンプ電極を形成
する方法（以下、ＳＢＢ法という（特公平６−９５４６
８号公報参照））によりＡｕバンプ１１１、１２１を形
成しているので、比較的量産性がよく、かつ複雑でない
工程で接続を行うことができるという効果が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示すようにＡｕバンプ１１１と導電性接着剤１１２を
利用する場合、低コストである反面、導電性接着剤１１
２の接続抵抗がはんだを用いた場合よりも約４倍大きく
なり、さらに導電性接着剤１１２に含まれる導電性フィ
ラーの均一性によって接続抵抗の抵抗値が左右されるた
め、バラツキが大きくなるという問題がある。

【０００６】一方、図１１に示すＥＳＣ法では、接続抵
抗を低くするために導電性接着剤の代わりにはんだ１２
２を使用し、Ａｕバンプ１２１及びはんだ１２２の接合
部を熱硬化性樹脂１２５で被覆することでフラックスレ
スを実現しているが、その反面、Ａｕバンプ１２１とは
んだ１２２の接合界面の合金が脆く、温度サイクルや高
温に対する信頼性が乏しくなること、さらにＩＣチップ
のＡｌ電極１２６においてＡｕバンプ１２１で覆われて
いない表面が腐食し易くなることという２つの問題があ
る。

【０００７】本発明は上記問題に鑑みてなされ、接続部
の抵抗値を小さくでき、温度サイクルや高温に対する信
頼性があり、かつ電子部品の電極における腐食が防止で
きる半導体装置の実装構造及び実装方法を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、以下の技術的手段を採用する。請求項１に記載の発
明においては、電子部品（１）に形成された複数の電極
（２）のそれぞれに第１のＡｕ合金バンプ（７ａ）を形
成する工程と、基板（５）に形成された複数の電極
（２）のそれぞれに中央部分（８）及び該中央部分
（８）の縁の部分（９）が突出する第２のＡｕ合金バン
プ（７ｂ）を形成する工程と、保護膜（３）の表面に該
保護膜（３）に濡れると共に第２のＡｕ合金バンプ（７
ｂ）に含有された金属と反応するシラノール基を有する
シランカップリング剤（４）を塗布する工程と、第１の
Ａｕ合金バンプ（７ａ）と第２のＡｕ合金バンプ（７
ｂ）とを位置合わせする工程と、電子部品（１）及び基
板（５）を互いに押さえられる方向に加圧して、第１、
第２のＡｕ合金バンプ（７ａ、７ｂ）を接合させると共
に、シランカップリング剤（４）を介して第２のＡｕ合
金バンプ（７ｂ）の縁の部分（９）と保護膜（３）とを
結合させる工程と、を備えていることを特徴としてい
る。

【０００９】このように、保護膜（３）の表面にシラン
カップリング剤（４）を塗布しておき、第２のＡｕ合金
バンプ（７ｂ）の電子部品側を中央部分（８）及びその
縁の部分（９）が突出した形状とすれば、熱圧着の際に
第１、第２のＡｕ合金バンプ（７ａ、７ｂ）が接合する
と共に、シランカップリング剤（４）を介して保護膜
（３）と第２のＡｕ合金バンプ（７ｂ）の縁の部分
（９）とが結合するようにできる。

【００１０】これにより、電子部品（１）と基板（５）
との電気的接続を耐劣化性、耐腐食性に優れた金属結合
で行うことができると共に、縁の部分（９）によって電
子部品（１）に備えられた電極（２）を外部雰囲気から
遮蔽することができ、電極（２）の腐食を防止すること
ができる。また、金属結合とすることで、接続部におけ
る抵抗値を小さくすることができる。

【００１１】具体的には、請求項２に示すように、第２
のＡｕ合金バンプ（７）を、ＡｕにＰｂとＡｇが混入さ
れた合金によって構成すれば、ＰｂとＡｇをシランカッ
プリング剤（４）のシラノール基と反応させることがで
きる。また、請求項３に示すように、保護膜（３）をポ
リイミドによって構成し、シランカップリング剤（４）
をアミノ基が含まれたもので構成すれば、アミノ基をポ
リイミドと結合又は相溶化するようにできる。

【００１２】請求項４に記載の発明においては、電子部
品（１）に形成された複数の電極（２）と、基板（５）
に形成された複数の電極（６）とがＡｕ合金バンプ
（７）によって電気的に接続されており、Ａｕ合金バン
プ（７）は、電子部品（１）側において、中央部分
（８）と該中央部分の縁の部分（９）が突出した形状を
成し、中央部分（８）が電子部品（１）に形成された電
極（２）と接続され、縁の部分（９）がシランカップリ
ング剤（４）を介して保護膜（３）と結合していること
を特徴としている。

【００１３】このように、Ａｕ合金バンプ（７）によっ
て電子部品（１）と基板（５）との電気的接続を行うよ
うにすることで、耐劣化性、耐腐食性に優れた金属結合
で行うことができる。また、Ａｕ合金バンプ（７）の縁
の部分（９）がシランカップリング剤（４）を介して保
護膜（３）と結合しているため、電子部品（１）の電極
（２）が覆われて外部雰囲気と遮蔽されるため、該電極
（２）の腐食を防止することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に従って説明する。電子部品として半導体装置を実装
基板に実装した時の断面図を図１に示す。この図に基づ
き、半導体装置の実装構造について説明する。ＩＣチッ
プ（電子部品）１の表面側には、アルミニウム等で形成
された複数の電極２が形成されている。そして、電極２
側を下にしてＩＣチップ１が配置されている。この電極
の周囲において、ＩＣチップ１の最表面はポリイミド樹
脂によって構成された保護膜３で覆われている。また、
この保護膜３の表面には、シランカップリング剤４が塗
布されている。

【００１５】一方、基板（実装基板）５の表面には、Ｉ
Ｃチップ１に形成された複数の電極２のそれぞれと対向
するように、アルミニウム等で形成された複数の電極６
が備えられている。複数の電極２と複数の電極６とは、
Ａｕ合金からなる金属バンプ（以下、Ａｕ合金バンプと
いう）７を介して電気的に接続されており、これにより
ＩＣチップ１と基板５との電気的接続がなされている。

【００１６】Ａｕ合金バンプ７は、ＩＣチップ１側にお
いて、中央部分８が突出しており、この部分が電極２と
接合されている。また、Ａｕ合金バンプ７は、ＩＣチッ
プ１側の中央部分の縁（外周）の部分９も突出した形状
を成しており、この縁の部分９がシランカップリング剤
４を介して保護膜３と結合されている。これにより、電
極２と外部雰囲気から遮蔽されるため、電極２への水分
やハロゲンイオンの侵入を防ぐことができ、電極２が腐
食されることから防止できるようになっている。

【００１７】次に、図１に示されるＩＣチップ１と基板
５との実装方法について、図２から図５に基づいて説明
する。ＩＣチップ１と基板５との実装は、ＩＣチップ１
及び基板５のそれぞれの電極２、６にＡｕ合金からなる
Ａｕ合金バンプを形成し、Ａｕ合金バンプの高さを均一
にする第１工程と、ＩＣチップ１の保護膜３にシランカ
ップリング剤４を塗布する第２工程と、ＩＣチップ１と
基板５とを位置合わせして実装を行う第３工程とから構
成される。

【００１８】まず、第１工程について図２〜図４に基づ
いて説明する。図２は、ＩＣチップ１に設けられた電極
２のそれぞれにＡｕ合金バンプ７ａを形成する工程を示
しており、図３は具体的なＡｕ合金バンプ７ａの形成方
法を示しており、図４は基板５に備えられた電極６のそ
れぞれにＡｕ合金バンプ７ｂを形成する工程を示してい
る。

【００１９】まず、アルミニウム等で構成された電極２
及びポリイミド樹脂で構成された保護膜３を備えたＩＣ
チップ１を用意する。そして、ワイヤーボンダーを利用
したＳＢＢ法によって、図２（ａ）に示すようにＩＣチ
ップ１の表面に形成された電極２のそれぞれにＡｕ合金
バンプ７ａを形成する。このワイヤボンダーを利用した
Ａｕ合金バンプの形成方法を図３に示して説明する。な
お、本実施形態では、ボンディング用のワイヤとしてＡ
ｕが９８〜９９％、Ｐｂが０．５〜１．０％、Ａｇが
０．５〜１．０％、その他を０．０１％未満の構成を有
するＡｕ合金で構成された、φ２５〜５０μｍ程度の径
を有するＡｕ合金ワイヤ１１を用いている。

【００２０】まず、図３（ａ）に示すように、Ａｕ合金
ワイヤ１１に電気的放電等の熱エネルギーを加えて、ボ
ンディングキャピラリ１２の先端にＡｕ合金ワイヤ１１
の径の２〜２．５倍程度の大きさとなるイニシャルボー
ル１３を形成する。この後、図３（ｂ）に示すように、
ボンディングキャピラリ１２の先端で温度と超音波振動
を加えながらイニシャルボール１３を電極２に固着す
る。次に、図３（ｃ）に示すように、ボンディングキャ
ピラリ１２を移動させることにより、固着したイニシャ
ルボール１３に繋がっているＡｕ合金ワイヤ１１を引っ
張って切断する。これにより、図３（ｄ）に示すような
Ａｕ合金バンプ７ａが形成される。

【００２１】この図３に示される工程を連続して行い、
図２（ａ）に示すように、ＩＣチップ１の表面に備えら
れた電極２の全てにＡｕ合金バンプ１１を形成する。そ
の後、図２（ｂ）に示すように、平面が確保された平板
１４でＡｕ合金バンプ７ａの先端を押し付けて、Ａｕ合
金バンプ７ａの高さを均一にする。これにより、図２
（ｃ）に示されるように、高さが均一なＡｕ合金バンプ
７ａを備えたＩＣチップ１が完成する。

【００２２】次に、図３に示した工程と同様の工程を行
って、基板５に備えられた電極６のそれぞれにＡｕ合金
バンプ７ｂを形成する。但し、今度は図５に示すよう
に、図３（ａ）で示したイニシャルボール１３の径がＡ
ｕ合金ワイヤの径の３〜４倍程度となるようにして行
う。このように大きな径のイニシャルボール１３を用い
ると、イニシャルボール１３をボンディングキャピラリ
１２の先端で押し潰したときに、イニシャルボール１３
はボンディングキャピラリ１２の先端からはみ出して盛
り上がった状態となる。このため、図４（ａ）に示すよ
うに、中央部８とその縁（外周）の部分９が突出したＡ
ｕ合金バンプ７ｂが電極６上に形成される。

【００２３】そして、平面が確保された平板でＡｕ合金
バンプ７ｂの先端を押し付け、図４（ｂ）に示すように
中央部８とその縁（外周）の部分９が略同等量突出した
Ａｕ合金バンプ７ｂを備えた基板５が完成する。次に、
第２工程を行う。この第２工程を図６に基づいて説明す
る。まず、第１工程を経てＡｕ合金バンプ７ａが形成さ
れたＩＣチップ１を用意する。そして、ポリイミドと濡
れるアミノ基を有するシランカップリング剤４の水溶液
を調整し、スプレー噴霧装置１５によるスプレー噴射に
よってＩＣチップ１の全体に塗布する。このとき、水溶
液の塗布量を滴ができない程度にするのが望ましい。そ
の後、８０〜１００℃、５分間の加熱処理を行い、シラ
ンカップリング剤４を乾燥させてＩＣチップ１の表面に
定着させる。このようにして、シランカップリング剤４
が塗布されたＩＣチップ１が完成する。

【００２４】続いて、第３工程を行う。この第３工程を
図７に基づいて説明する。まず、前工程までに形成した
ＩＣチップ１と基板５を用意する。そして、図７（ａ）
に示すように、ＩＣチップ１のＡｕ合金バンプ７ａと基
板５のＡｕ合金バンプ７ｂとが一致するようにマウンタ
ーで位置合わせして、ＩＣチップ１を基板５上に搭載す
る。なお、マウンターの位置精度が±３０μｍである
が、基板５のＡｕ合金バンプ７ｂの径がφ１５０μｍ、
ＩＣチップ１のＡｕ合金バンプ７ａの径がφ９０μｍで
あるため位置精度の余裕度は大きい。

【００２５】次に、２００〜２５０℃に加熱しながら３
０ｇｆ／バンプ（１つＡｕ合金バンプに対して３０ｇ
ｆ）の荷重を加える。これにより、基板５に形成された
Ａｕ合金バンプ７ｂの中央部８においては、図７（ｂ）
に示すように、ＩＣチップ１に形成されたＡｕ合金バン
プ７ａと共に熱圧着されて一体（Ａｕ合金バンプ７）と
なり、ＩＣチップ１と基板５とが電気的に接続される。
このＡｕ合金バンプ同士の結合は耐腐食性、耐熱劣化性
に優れた金属結合（Ａｕ−Ａｕ結合）であるため、基板
５とＩＣチップ１は信頼性が高く、また接続抵抗の小さ
い接続となる。また、従来のはんだを使用した接続方法
とは異なり、環境に有害なフラックスを必要としないた
め、耐環境性に優れている。

【００２６】一方、基板５に形成されたＡｕ合金バンプ
７ｂの縁の部分９においては、シランカップリング剤４
を介して保護膜３と結合する。この結合メカニズムを図
８（ａ）、（ｂ）に示して説明する。なお、図８（ａ）
は結合前の図であり、図８（ｂ）は結合後の図である。
図８（ａ）に示すように、シランカップリング剤４はシ
ラノール基とアミノ基を備えている。そして、図８
（ｂ）に示すように、このシランカップリング剤４のア
ルコシキル基（Ｓｉ−ＯＲ）が加水分解後にシラノール
基となり、このシラノール基とＡｕ合金バンプ中のＰｂ
（パラジウム）またはＡｇ（銀）とが縮合反応してＳｉ
−Ｏ−Ｍ結合を形成する。また、シランカップリング剤
４のアミノ基が保護膜３のポリイミド樹脂と結合あるい
は相溶化する。以上のことからＡｕ合金とＩＣチップ１
の保護膜３はシランカップリング剤４を介して結合す
る。

【００２７】これにより、ＩＣチップ１と基板５との電
気的接続が成されると共に、ＩＣチップ１に形成された
電極２と外部雰囲気とが遮蔽され、図１に示したＩＣチ
ップ１の実装構造となる。 （他の実施形態）上記実施形態では、Ａｕ合金ワイヤ１
１をＡｕにＰｂ、Ａｇを含有させたもので構成したが、
Ｐｂ、Ａｇに限らず、シランカップリング剤４のシラノ
ール基（Ｓｉ−ＯＨ）と結合するものであればその他の
ものでも適用することができる。但し、Ａｕに含有させ
たときに、Ａｕ合金ワイヤとして加工できるものを選択
する必要がある。

【００２８】また、保護膜３としてポリイミドを用いて
いるため、アミノ基を有するシランカップリング剤４を
用いているが、ポリイミド以外のものを用いる場合に
は、その材料と最適な結合を行う有機反応基を有したシ
ランカップリング剤４を用いることで上記実施形態と同
様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかわるＩＣチップ１と
基板５との実装構造を示す図である。

【図２】ＩＣチップ１の電極２にＡｕ合金バンプ７ａを
形成する工程を示す図である。

【図３】Ａｕ合金バンプ７ａの形成方法を説明するため
の図である。

【図４】基板５の電極６にＡｕ合金バンプ７ｂを形成す
る工程を示す図である。

【図５】Ａｕ合金バンプ７ｂを形成するときのイニシャ
ルボール１３の大きさを示す図である。

【図６】シリカカップリング剤４の塗布工程を説明する
ための図である。

【図７】ＩＣチップ１を基板５に実装する工程を説明す
るための図である。

【図８】Ａｕ合金バンプ７と保護膜３との結合状態を説
明するための図である。

【図９】従来のはんだバンプ１０１によるＩＣチップ１
０２の実装構造を示す図である。

【図１０】従来のＡｕバンプ１１１及び導電性接着剤１
１２によるＩＣチップ１１３と基板１１４との実装構造
を示す図である。

【図１１】従来のＡｕバンプ１２１及びはんだバンプ１
２２を熱硬化性樹脂１２５で被膜したＩＣチップ１２３
と基板１２４との実装構造を示す図である。

【符号の説明】

１…ＩＣチップ、２…電極、３…保護膜、４…シリカカ
ップリング剤、５…基板、６…電極、７…Ａｕ合金バン
プ、８…中央部分、９…縁の部分、１１…Ａｕ合金ワイ
ヤ、１２…ボンディングキャピラリ、１３…イニシャル
ボール。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一面側に複数の電極（２）を有し、該複
   数の電極（２）の周囲が保護膜（３）で覆われた電子部
   品（１）と、 前記複数の電極（２）と対応するように複数の電極
   （６）が形成された基板（５）とを備え、前記電子部品
   （１）を前記基板（５）上に搭載し、前記電子部品
   （１）に形成された複数の電極（２）と、前記基板
   （５）に形成された複数の電極（６）とを電気的に接続
   してなる電子部品の実装方法において、 前記電子部品（１）に形成された複数の電極（２）のそ
   れぞれに第１のＡｕ合金バンプ（７ａ）を形成する工程
   と、 前記基板（５）に形成された複数の電極（２）のそれぞ
   れに、中央部分（８）及び該中央部分（８）の縁の部分
   （９）が突出する第２のＡｕ合金バンプ（７ｂ）を形成
   する工程と、 前記保護膜（３）の表面に、該保護膜（３）に濡れると
   共に前記第２のＡｕ合金バンプ（７ｂ）に含有された金
   属と反応するシラノール基を有するシランカップリング
   剤（４）を塗布する工程と、 前記第１のＡｕ合金バンプ（７ａ）と前記第２のＡｕ合
   金バンプ（７ｂ）とを位置合わせする工程と、 前記電子部品（１）及び前記基板（５）を互いに押さえ
   られる方向に加圧して、前記第１、第２のＡｕ合金バン
   プ（７ａ、７ｂ）を接合させると共に、前記シランカッ
   プリング剤（４）を介して前記第２のＡｕ合金バンプ
   （７ｂ）の前記縁の部分（９）と前記保護膜（３）とを
   結合させる工程と、を備えていることを特徴とする電子
   部品の実装方法。
2. 【請求項２】 前記第２のＡｕ合金バンプ（７）を、Ａ
   ｕにＰｂとＡｇが混入された合金によって構成すること
   を特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。
3. 【請求項３】 前記保護膜（３）をポリイミドによって
   構成し、前記シランカップリング剤（４）をアミノ基が
   含まれたもので構成することを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の電子部品の実装方法。
4. 【請求項４】 一面側に複数の電極（２）を有し、該複
   数の電極（２）の周囲が保護膜（３）で覆われていると
   共に該保護膜（３）の表面にシランカップリング剤
   （４）が塗布されてなる電子部品（１）と、 前記複数の電極（２）のそれぞれと対応するように複数
   の電極（６）が形成された基板（５）とを備え、 前記電子部品（１）に形成された複数の電極（２）と、
   前記基板（５）に形成された複数の電極（６）とがＡｕ
   合金バンプ（７）によって電気的に接続されており、 前記Ａｕ合金バンプ（７）は、前記電子部品（１）側に
   おいて、中央部分（８）と該中央部分の縁の部分（９）
   が突出した形状を成し、前記中央部分（８）が前記電子
   部品（１）に形成された電極（２）と接続され、前記縁
   の部分（９）が前記シランカップリング剤（４）を介し
   て前記保護膜（３）と結合していることを特徴とする電
   子部品の実装構造。