JPS644341B2

JPS644341B2 -

Info

Publication number: JPS644341B2
Application number: JP58167741A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Hatada; Minoru Hirai
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1983-09-12
Filing date: 1983-09-12
Publication date: 1989-01-25
Also published as: JPS6058645A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、半導体素子等の電極端子上に金属突
起を一括接合できる形成方法に関し、電極端子上
に何らの処理をすることなしに、金属突起を一括
して接合するものであつて、著じるしく簡便な工
程により、確実な接合を、高信頼度で実現できる
ものである。

従来例の構成とその問題点近年、IC，LSI等の半導体素子は各種の家庭電
化製品、産業用機器の分野へ導入されている。こ
れら家庭電化製品、産業用機器は省資源化、省電
力化のためにあるいは利用範囲を拡大させるため
に、少型化、薄型化のいわゆるポータブル化が促
進されてきている。

半導体素子においてもポータブル化に対応する
ために、パツケージングの小型化、薄型化が要求
されてきている。拡散工程、電極配線工程の終了
したシリコンスライスは半導体素子単位のチツプ
に切断され、チツプの周辺に設けられたアルミ電
極端子から外部端子へ電極リードを取出して取扱
いやすくしまた機械的保護のためにパツケージン
グされる。通常、これら半導体素子のパツケージ
ングにはDIL、チツプキヤリヤ、フリツプチツ
プ、テープキヤリヤ方式等が用いられているが、
DIL、チツプキヤリヤの如きは半導体素子の電極
端子から外部端子へは25〜35μφのAuまたはAlの
極細線で一本づつ順次接続するものである。この
ために、半導体素子上の電極端子数が増大するに
したがい、接続の箇所の信頼度は低下するばかり
か、外部端子の数もこれにしたがつて一定間隔で
増大するため、パツケージングの大きさも増大す
る。

メモリーやマイクロコンピユータ用のLSIと連
結しているＩ／Ｏの如きLSIでは機能数の増大と
ともに、電極端子数も60〜100端子と著じるしく
増大してしまい、前述した如く、パツケージング
の大きさは、わずか数10mm²の半導体素子を取扱う
のに数10cm²と大きくなつてしまう。このことは小
型化、薄型化の機器の促進を妨げるものであつ
た。

一方、接続箇所の信頼性が高く、小型化、薄型
化のパツケージングを提供できるものとして、フ
リツプチツプテープキヤリヤ方式がある。チツプ
キヤリヤやテープキヤリヤ方式による半導体素子
のパツケージングは半導体素子上の電極端子上に
バリヤメタルと呼ばれる多層金属膜を設け、さら
に、この多層金属膜に電気メツキ法により金属突
起を設ける。フリツプチツプ方式の場合、前記金
属突起は半田材で構成されており、金属突起と回
路基板上の配線パターンを位置合せし、半田リフ
ローさせることにより一括接合するものである。

一方、フイルムキヤリヤ方式の場合は、一定幅
の長尺のポリイミドテープ上に金属リード端子を
設け、半導体素子の電極端子上の前記金属突起と
リード端子とを、電極端子数に無関係に同時に一
括接続するものである。したがつて、両方の方式
においては一本づつ電極端子に極細線を接続する
前述のワイヤボンデイング方式と比較して、接続
箇所の信頼度は高くなり、かつ半導体素子の電極
端子に設けられるバンプ（金属突起）およびリー
ド端子の破壊強度が40ｇ以上もあるために、半導
体素子をバンプ又はリード端子のみで保持でき
る。さらにこのために前記半導体素子上の表面に
薄い保護コートをするのみで機器の実装が可能と
なり、薄型、小型化したパツケージングとして利
用できる。

このように、フリツプチツプ、テープキヤリヤ
方式は信頼性、小型、薄型のパツケージング、さ
らにテープキヤリヤ方式の場合は長尺のテープ状
態で取扱うことができるから、半導体素子を実装
する生産現場では操作性が抜群である等の数々の
特徴を有するものである。しかしながら、このフ
リツプチツプ、テープキヤリヤ方式の問題点は半
導体素子の電極端子上への金属突起物の形成にあ
る。すなわち、小型、薄型化したポータブル化し
た機器を生産するのはテレビ、ラジオ、ビデオ等
のアセンブリ工場である。これらアセンブリ工場
では機器に組込むための半導体素子を半導体メー
カから購入しなければならない。この時に問題に
なるのが、半導体メーカにおいて、全ての半導体
素子上に金属突起を形成できる実力あるいは設備
を必らずしも有していないという現実がある。せ
つかくの小型化、薄型化のパツケージング技術も
アセンブリー工場における機器の商品的魅力を発
揮することができない。

また、仮に半導体メーカで金属突起物を形成す
ることができたとしても次のような問題がある。
まず従来のフリツプチツプ、テープキヤリヤ方式
における半導体素子上に金属突起物を形成する通
常の方法について第１図でのべる。半導体素子１
上の保護膜２によつて被覆され、一部が開孔、露
出している電極端子３上にバリヤメタル４を形成
させる（第１図ａ）。

バリヤメタル４はCr―Cu，Ti―Pa，Ni―Cu
等の多層蒸着膜からなり、高真空度中で連続蒸着
して形成するものであつて、Cu，Ti，Niの如き
材料は電極端子３との接着力をもつ働きをする。

次に半導体素子１の表面に感光性樹脂を全面に
塗布し、電極端子３上のみに開孔５を形成した感
光性樹脂パターン６を形成させる（第１図ｂ）。
多層蒸着膜からなるバリヤメタル４をマイナス電
極として、電解メツキ処理（例えばフリツプチツ
プ方式では半田材をフイルムキヤリヤ方式では
Au材）すれば、感光性樹脂パターン６の開孔し
た領域５のみに第１図ｃの如く金属突起７を所望
の高さに形成することができる。

次に感光性樹脂パターン６を除去し、新たに、
第２の感光性樹脂を塗布し、金属突起７の周辺の
みに第２の感光性樹脂パターン８を残存させ（第
１図ｄ）、第２の感光性樹脂パターン８をエツチ
ング用マスクとして露出しているバリヤメタルを
除去し、不用となつた第２の感光性樹脂パターン
８も除去すれば第１図ｅの構造を得ることができ
る。フリツプチツプ方式の場合は、第１図ｅの状
態で回路基板上の配線パターンと位置合せし、前
記金属突起と、配線パターンとを半田リフローせ
しめ接合するものである。フイルムキヤリヤ方式
の場合には、完成した半導体素子１上の金属突起
７に、ポリイミイド樹脂９上に形成した金属リー
ド１０を重ね合せ、治具１１により１２のごとく
加圧、加熱すれば両者を接合できる。金属突起７
がAu、金属リード１０がSuメツキ処理されてお
れば、加熱、加圧することによりAu―Snの共晶
物を形成し、接合することができる（第１図ｆ）。

ところがこのような従来の工程では、次のよう
なことが問題であつた。

バリヤメタルが多層金属構造であるために、
金属膜相互間の付着力、さらに金属期間でのバ
リヤ抵抗の発生に注意する必要がある。すなわ
ち金属膜相互間の付着力が弱いと金属リード１
０に外力を加えただけで、金属膜間で剥離ある
いはバリヤメタルと突起との剥離が発生し、実
用に期さない。また、同じようにバリヤ抵抗の
増大は半導体素子の本来の電気特性を損なうも
のである。

従来のこのような工程を実施するにあたつて
は、金属膜の形成工程、メツキ工程、金属膜の
エツチング工程、フオトエツチ工程と、広範囲
の精度の高い工程を必要とし、その分だけ金属
突起を形成するためのコストが上昇するばかり
か、歩留り低下をまねいてしまう。

また、バリヤメタルをエツチングするのにか
なりの危険度の高い薬品を使用するために人体
に対しても有害であり、かつ公害防止にも投資
する必要がある。例えば、Crのエツチングに
はフエリシアン化カリウム、カセイソーダ溶液
を用いるし、TiのエツチングにはHF系の溶液
を使わなければならない。

第１図ｆの如くフイルムキヤリヤ方式におい
ては、金属リード１０と金属突起７を接合する
際に共晶物１３が発生し、共晶物が半導体素子
１の表面層にも落下し、高温共晶物であるから
保護膜２にクラツクを生じせしめ、電極端子３
の保護効果を減少し、信頼度の低下が生じる。

発明の目的本発明は、従来のフリツプチツプ、フイルムキ
ヤリヤ方式の前述した問題を一層せしめることが
でき、均一性、信頼性がよく、工程上も有利な接
合方法を用いた半導体素子への金属突起物の形成
とその接続方法を提供せんとするものである。

発明の構成本発明の主な特徴は、基板上に金よりなる金属
突起を形成し、治具に保持された半導体素子のア
ルミ電極を、治具を加圧、加熱して電極と突起の
合金接合により突起と接合し、基板に形成した金
属突起を転写方式により、半導体素子の電極に一
括接合形成し、しかるのち導体と接続することに
ある。

実施例係の説明次に本発明の実施例を第２図で説明する。基板
２１上には、例えば電解メツキ法により半導体素
子の電極と対応した位置に金属突起２２が複数個
形成されている。金属突起２２はAu（金）で形成
されるものである。電極２３を有する半導体素子
２４は、加圧、加熱できる治具すなわちツール２
５に吸着され、半導体素子２４のアルミ電極２３
と基板２１上の金属突起２２を位置合せし、ツー
ル２５を金属突起２２の上方より矢印２６の方向
に下降せしめる（第２図ａ）。

次いで、ツール２５により圧接し加圧、加熱す
れば、金属突起２２の上面は半導体素子２４の電
極２３であるアルミ配線側にAu，Alの合金にて
接合される。そしてツール２５を上昇させると電
極２３に接合された金属突起２２は基板２１から
剥離され、金属突起２２は電極２３に転写、続合
されたことになる。この状態を第２図ｂに示す。
このようにAu，Al合金接合によると、通常用い
られるアルミ電極２３上に何ら別の導体等の形成
をすることなく突起２２との接合を得ることがで
きる。

金属突起２２を半導体素子１４の電極１３に転
写、接合する際にツール２５を単に圧接するのみ
で転写、接合することもできるし、あるいはまた
ツール１５もしくは基板１１側に超音波振動を附
加する事により、転写接合の効率をさらに高める
事ができる。

転写接合する際の圧力は１バンプ（金属突起）
当り少なくとも５ｇ〜100ｇ、温度は1IC（半導体
素子）あたり100℃〜550℃の範囲を選ぶ事ができ
る。

上述の方法によれば、ツールの加熱、加圧にて
突起２２と電極２３のAu・Al合金接合にて突起
２２を転写し、剥離するため、金属突起２２全体
を熔融させる必要がないため突起２２の大きな変
形が起こらず、かつ加熱、加圧による合金接合に
て強固で信頼性の高い接合を得ることができ、多
数の金属突起２２を均一に転写接合することが可
能となる。

次に金属突起を転写、接合した半導体素子２４
をツール１５とともに第２図ｂの矢印の方向に持
上げ、回路基板またはフイルムキヤリヤ方式のリ
ードに接続する方法について第３図、第４図で説
明する。

回路基板３０の配線パターン３１と、半導体素
子２４の電極２３上に接合した金属突起２２の素
子と反対側主面とを位置合せし、ツール３２によ
り半導体素子２４を加圧、加熱するかもしくは超
音波振動を附加することにより、金属突起２２は
回路基板３０の配線パターン３１に接合され、第
３図の状態を得るものである。

すなわち従来のフリツプチツプ方式の構造によ
る接続が容易に得られる。

次にフイルムキヤリヤのリードに接続する場合
について第４図でのべる。フイルムキヤリヤは、
所定の位置に開孔部を有する長尺のポリイミド樹
脂フイルム３３上にCu箔を蝕刻し、Snメツキ処
理を施したリード３４が開孔部まで突出した構造
を有する。

半導体素子２４の電極上に転写、接合された金
属突起２２の主面とリード３４とを位置合せし、
ツール３５によつて加圧、加熱せしめる。この時
の加圧力は１リード当り５ｇ〜100ｇ、ツールの
温度は200℃〜550℃の範囲が望ましい。ここでリ
ード３４と金属突起２２とはリード側のSnと金
属突起のAuとが共晶合金を形成し、接合される
ことになるが、一方、加圧、加熱されることによ
りリード３４は金属突起２２を押しつぶし、半導
体素子２４の電極２３のアルミ配線との間に新し
い接合面を形成するから、金属突起２２と電極２
３は、さらに強い接合力を得る事ができる。

なお、前述した実施例は、ツール３５のみによ
つて加圧、加熱する手段について述べたが、ツー
ル３５によつて加圧、加熱する一方、半導体素子
２４の反対面３６をも加熱しても良い。この様な
方式においては、ツール３５の圧力、温度を低目
に設定できる効果がある。

本発明では、前述したごとく、素子の電極２３
に接合転写されたAu金属突起２２は変形が少な
く基板２１に形成された均一形状がほぼ維持され
ており、配線パターン又はリードへの接合も均一
性良く行うことができ、アルミ電極と信頼性の高
い強固な接合が可能となる。

次に金属突起を形成、剥離させるための基板の
構成についてのべる。第５図は実施例のひとつで
ある。基板２１の基台４０はガラスまたはセラミ
ツク、樹脂等の絶縁性材料で構成され、この表面
に、電解メツキ時の導電路を形成するために、金
属膜４１が設けられている。金属膜４１は、金属
突起２２を電解メツキ法により容易に形成できる
一方、半導体素子の電極と位置合せし、加圧、加
熱した時に容易に剥離する材料でなければならな
い。実験の結果Pd，Pt，ITO，Mo，SuS材等が
金属膜４１として適する事が判明した。本発明の
基板２１の構造は、メツキ用マスク材４２に開孔
パターンを形成し、ここに金属突起２２を形成し
た後、半導体素子の電極に剥離、転写せしめ、更
に再度メツキ法により基台４０上の前記開孔パタ
ーンに金属突起２２を形成し、このサイクルを複
数回繰返すことができる。したがつて、メツキ用
のマスク材４２には耐久性、耐熱性を有する材料
であつて、SiO₂，Si₃N₄，耐熱性樹脂（例えばポ
リイミド樹脂）、高抵抗化したITO，Cr₂O₃等の
膜を用いる事ができる。

第６図で基板の他の実施例についてのべる。第
６図ａにおいて、メツキ用の導電路となる基台４
０の表面に金属突起を形成する所定の位置に凸部
５１を形成せしめ、凹部５２を凸部５１の一部分
が突出する様に絶縁性物質５３で埋設せしめる。
この様な状態において、導電路４０を介してメツ
キすれば、金属突起２２は、図で示される様に凹
部５２に形成される。

次に半導体素子２４の電極２３と金属突起２２
とを位置合せし、加圧、加熱せしめれば、金属突
起２２は導電路４０の凸部５１によつて、中央部
に喰いこまれ、半導体素子２４の電極２３に近い
側で第６図ｂの如く矢印５４のごとく流動せし
め、この流動によつて金属突起２２の表面に形成
されていた酸化物等の接合を弱める物質は除去さ
れ、新鮮な電極表面と金属突起とが接触する事に
なるから、より強い接合力を得る事ができる。

以上のべた方法により、著じるしく簡単で、か
つ安価に半導体素子の電極に金属突起を接合形成
することができる。

次に以上の方法を用いた場合についてのべる。

従来のフリツプチツプやフイルムキヤリヤ方
式の接合は半導体素子上にバリヤメタルが多層
金属膜で構成されるために、多層膜相互間の付
着力、バリヤ抵抗の発生等が問題となる。しか
しながら本発明の場合、金属突起と半導体素子
上の電極配線間に介在する金属は金属突起のみ
で構成できるから、従来問題となつた蒸着膜間
の剥離やバリヤ抵抗の発生がない。さらに接合
部分が、全て合金化した状態とできるため、接
合部分の強度が高く、かつバリヤ抵抗も著しく
小さくでき信頼性も向上する。

また、本発明の方法の場合、従来のフリツプ
チツプやフイルムキヤリヤ方式に比較して、金
属突起を形成するにあたり、バリヤメタルの如
き多層膜を形成する工程、これを所望の形状に
形成するためのフオトリン工程、前記多層膜を
エツチング除去する工程等が不必要となるばか
りか、材料費も削除できるのでより安価で経済
的な工程を実現できる。

さらに多層膜であるバリヤメタルが不必要で
ありかつ、バリヤメタルのエツチングが不必要
であるから、これらバリヤメタルをエツチング
する際に用いる溶液の処理が不必要となる。例
えばバリヤメタルの一部がCrの如き材料で構
成されたとすれば、Crのエツチング溶液はフ
エリシアン化カリウム、カセイソーダ等のいわ
ゆる公害物質を用いることになるが、本発明の
構成では公害の心配がない。

半導体素子上に金属突起を形成する従来の構
成では、電気的特性、外観特性の不良となる半
導体素子上にも金属突起を形成するから、金属
突起の形成工程の価格が高くなるばかりか、価
格そのものが半導体素子の歩留りに影響される
ことになる。本発明の方法の場合は良品の半導
体素子のみに金属突起を接合する方法であるか
ら、材料費や工程の無駄がなく、経済的効果が
大である。

従来のフイルムキヤリヤ方式では、フイルム
テープは専門の製造メーカで供給することがで
きるが、半導体素子上に多層のバリヤメタルを
介して金属突起を形成する工程は、IC，LSIを
最も多く使用する通常のアセンブリ工場では実
施できない。金属突起を形成するためには半導
体の製造と同様な雰囲気と設備を必要とする。
すなわち、半導体素子上に多層バリヤメタルを
介して金属突起を形成するためには蒸着工程、
フオトエツチ工程、メツキ工程、エツチング工
程、水洗洗浄工程等を必要とする。特に歩留り
をフオトエツチ工程、蒸着工程、水洗洗浄工程
は半導体の製造に用いるクリーンルームや設備
が必要である。これらの工程を所有するために
は膨大な資金投資と半導体技術が不可欠である
から、電子部品の実装を半田付けで実施してき
たアセンブリ工場では、これら金属突起工程を
有することはフリツプチツプやフイルムキヤリ
ヤ方式による実装が小型化、薄型化の実現性が
高いのにもかかわらず困難であつた。

ツールに半導体素子を保持し、ツールを加
熱、加圧してAu金属突起を突起と素子の電極
との合金を形成して転写、接合するため、素子
のアルミ電極上に接続用の新たな金属等が必要
でなく、さらに基板上に形成された金属突起の
変形が起らず、強固で信頼性の高い均一な接合
が可能となり、多数の金属突起の一括転写接合
に好適である。

発明の効果本発明を用いた方法では、フイルムテープは従
来と同様専門の製造メーカに依託することができ
る。また金属突起の形成は単に指定した基板上に
メツキ処理するのみであるから、メツキ自体の付
着強度については問題視する必要がない。何故な
らば、金属突起は半導体素子の電極上に転写する
のであるから、付着強度は、むしろ弱い方が良
い。したがつて、通常のメツキ専門の製造メーカ
に依託加工することができる。更にまた、本発明
の基板は繰返し再生ができるからより一層実装コ
ストを安価にできる。本発明の方法を用いれば、
このようにフイルムテープ、金属突起を形成した
基板を専門の製造メーカに依託できるから、従来
のフリツプチツプやテープキヤリヤ方式の如く自
社内で設備、技術を有する必要がなく、自社内で
は単に加熱、加圧するいわゆるボンダーのみを準
備すれば良い。アセンブリ工場では電極配線の終
了した良品の半導体素子を入手し、前記ボンダー
で金属突起を転写し、そして、半導体素子の電極
配線上に接合し、依託加工したフイルムテープに
接続するか直接回路基板の配線パターン上に接合
するだけで良いから、自由に薄型、小型の商品設
計ができる等の効果を有するものである。

そして、本発明では、半導体素子を治具に保持
し、Au金属突起の上方から治具を加圧、加熱し
て素子の電極にAl金属突起を両者の合金にて接
合、転写させるため、余分な工程が極めて少な
く、多数の金属突起を均一性良く強固に転写、接
合することが可能となり、半導体素子等の電子部
品の組立、実装の量産にとつて工業的にすぐれた
価値を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｆは従来のフリツプチツプやフイル
ムキヤリヤ方式での金属突起の製造工程断面図、
第２図ａ，ｂは本発明の一実施例にかかる金属突
起物の形成方法を示す工程断面図、第３図は金属
突起物を有する半導体素子をフリツプチツプ方式
で回路基板に接続した断面図、第４図はフイルム
キヤリヤ方式のリードに接続した断面図、第５
図、第６図ａ，ｂは本発明の金属突起を形成する
基板の断面図である。２１……基板、２２……金属突起、２３……電
極、２４……半導体素子、２５……ツール、３０
……回路基板、３１……配線パターン、３３……
ポリイミド樹脂、３４……リード、４０……基
台。

Claims

【特許請求の範囲】１基板上に金からなる金属突起を形成し、治具
に保持された半導体素子上のアルミ電極と前記突
起の一主面とを前記治具を加圧、加熱して金アル
ミ合金にて接合し、前記基板上の金属突起を前記
基板上から剥離させて前記電極に転写せしめ、前
記半導体素子上の電極に接合された前記突起の他
主面を接続用導体に接合することを特徴とする半
導体装置の製造方法。２基板上の半導体素子の電極に対応する位置に
メツキ用の開孔パターンを有し、前記開孔パター
ンに金属突起を形成し、この金属突起を前記半導
体素子上の電極取出し領域に接合せしめて前記基
板から剥離させた後、前記基板のメツキ用開孔パ
ターンに再度メツキ処理をし、再度金属突起を形
成することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の半導体装置の製造方法。３半導体素子の電極に基板上の金属突起を転
写、接合せしめる際、超音波振動を附加すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体
装置の製造方法。４導体が回路配線パターンであることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の半導体装置の製
造方法。５導体が、長尺の絶縁フイルム上に形成した導
体リードもしくは長尺の導体フイルムに形成した
リードよりなることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の半導体装置の製造方法。