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JP2928822B2 - 半導体装置およびその接続方法 - Google Patents

半導体装置およびその接続方法

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JP2928822B2
JP2928822B2 JP2022264A JP2226490A JP2928822B2 JP 2928822 B2 JP2928822 B2 JP 2928822B2 JP 2022264 A JP2022264 A JP 2022264A JP 2226490 A JP2226490 A JP 2226490A JP 2928822 B2 JP2928822 B2 JP 2928822B2
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bump
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KASHIO KEISANKI KK
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は半導体装置の実装技術における半導体装置
およびその接続方法に関する。
[従来の技術] 一般に、ICチップと基板を接続する接続方法として
は、ICチップの一面に多数のバンプ電極を突出させて設
け、この多数のバンプ電極を基板に配列された接続端子
上に位置決めした上、熱圧着により各バンプ電極を溶融
させて各接続端子に一度に接合するフェイスダウン方式
が知られている。この接続方法では、バンプ電極を接続
端子に接合した後、ICチップと基板の間に封止樹脂を流
し込んで硬化させることにより、バンプ電極と接続端子
の接合部分を保護するとともに、接合強度を確保する必
要がある。しかし、上述した接続方法では、接合後にIC
チップと基板の間に封止樹脂を注入する際、気泡等の発
生により一定量の封止樹脂を注入することが難しく、封
止樹脂により封止が確実にできず、しかもその作業が非
能率的であるという問題がある。
そこで、最近では、第11図に示すように、ICチップ1
と基板2の間に異方導電性接着剤5を介在させて、ICチ
ップ1のバンプ電極3と基板2の接続端子4を接続する
方法が検討されている。異方導電性接着剤5とは、絶縁
性接着剤6中に導電性微粒子7を分散混合したものであ
る。この異方導電性接着剤5を用いてICチップ1を基板
2に接続する際には、異方導電性接着剤5を基板2の接
続端子4上のみでなく、接続端子4間の基板2上にも被
着し、この状態で基板2の接続端子4とICチップ1のバ
ンプ電極3を異方導電性接着剤5を介在して熱圧着等に
より接合する。このとき、バンプ電極3と接続端子4の
対向間に介在された絶縁性接着剤6は隣接する接続端子
4間およびバンプ電極3間に流動し、互いに対向する接
続端子4とバンプ電極3は導電性微粒子7を挟んで直接
導電性微粒子7に接続する。この場合、各導電性微粒子
が互いに導通しないように充分に離間して分散されてい
れば、隣接する接続端子4または隣接するバンプ電極3
は短絡することはない。すなわち、異方導電性接着剤5
とは、接合状態において厚み方向には導電性を有する
が、面方向には絶縁性を呈するものであり、導電性に方
向性を有する接着剤ということである。したがって、こ
の異方導電性接着剤5を用いた接続方法では、異方導電
性接着剤5を基板2の接続端子4上に被着する際に、位
置合わせが必要でないので、能率的に接続作業を行なう
ことができ、また接続端子4間にも絶縁性接着剤6が介
在されるため、接合後に封止樹脂を充填しなくても、接
合強度を確保することができる。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上述した異方導電性接着剤5を用いた
ICチップ1の接続方法では、異方導電性接着剤5を介在
させて基板2の接続端子4にICチップ1のバンプ電極3
を熱圧着等により接合する際に、異方導電性接着剤5の
絶縁性接着剤6が流動し、バンプ電極3と接続端子4の
対向間から隣接するバンプ電極3間および隣接する接続
端子4間に流れ出す。このとき、導電性微粒子7は絶縁
性接着剤6の流動に伴ってバンプ電極3と接続端子4の
対向間から流れ出してしまうことがある。そのため、バ
ンプ電極3と接続端子4は第12図に示すように、導電性
微粒子7に直接接触せずに接合されてしまうことがあ
り、バンプ電極3と接続端子4の接続が不安定となり、
確実な接続が得られないという問題がある。特に、上述
した接続方法では、バンプ電極3および接続端子4のピ
ッチが微細になればなるほど、導電性微粒子7がバンプ
電極3と接続端子4の対向間から流れ出し易いので、よ
り一層、接続が不安定となり、微細なピッチの接続が困
難になるという問題がある。
この発明の目的は、安定した接続が図れ、接続信頼性
に優れ、かつバンプ電極のピッチが微細化しても確実な
接続が行なえる半導体装置およびその接続方法を提供す
ることである。
[課題を解決するための手段] この発明の半導体装置は、バンプ電極の頂面に全周囲
が前記バンプ電極の側縁部により囲まれた微粒子の直径
とほぼ同じ深さの陥没部を形成したものである。
また、この発明の接続方法は、上述した半導体装置と
接続端子の間に異方導電性接着剤を介在させて、前記半
導体装置のバンプ電極と前記接続端子を接続することで
ある。
[作用] この発明の半導体装置は、バンプ電極の頂面に全周囲
がバンプ電極の側縁部により囲まれた微粒子の直径とほ
ぼ同じ深さの陥没部を形成したので、例えば異方導電性
接着剤等を介在して接続端子にバンプ電極を接続する際
に、バンプ電極の陥没部内に導通用微粒子を抱き込むこ
とができ、したがって安定した接続が図れ、接続信頼性
を高めることができる。
また、この発明の接続方法によれば、半導体装置のバ
ンプ電極と接続端子を対向させて接近させる際に、バン
プ電極の頂面に形成された微粒子の直径とほぼ同じ深さ
の陥没部が導通用微粒子を抱き込むので、バンプ電極と
接続端子の対向間には、必ず導通用微粒子が介在するこ
ととなり、この異方導電性接着剤によりバンプ電極と接
続端子を接続することができ、したがって安定した接続
が図れ、接続信頼性が良く、かつバンプ電極が微細ピッ
チ化しても、確実に接続することができる。
[実施例] 以下、第1図〜第10図を参照して、この発明の一実施
例を説明する。
まず、第3図〜第10図を参照して、ICチップにバンプ
電極を形成する場合について説明する。第3図に示すよ
うに、予め、ICチップ10上の所定箇所にアルミニウム等
よりなるバッド電極11(図では2個のみを示すが、実際
には多数個ある)をパターン形成するとともに、このパ
ッド電極11の箇所を除くICチップ10の上面にパッシベー
ション膜12をパターン形成する。
この後、第4図に示すように、ICチップ10のパッシベ
ーション膜12および各パッド電極11上に下地金属層13を
真空蒸着またはスパッタリング等により被着する。しか
る後、第5図に示すように、下地金属層13上にメッキレ
ジスト14を所定の厚さで塗布し、このメッキレジスト14
をフォトリソグラフィ法により露光して現像することに
より、パッド電極11と対応する箇所のメッキレジスト14
を除去して開口部15を形成する。そして、第6図に示す
ように、電解メッキ等により開口部15内の下地金属層13
上にメッキ層を成長させて、銅、金、銀、半田等の金属
よりなるバンプ電極16を形成する。この場合、バンプ電
極16の高さはメッキレジスト14の厚さとほぼ同じである
ことが望ましいが、メッキレジスト14の厚さよりも薄く
ても、また厚くてもよい。
次に、第7図に示すように、メッキレジスト14および
バンプ電極16上にフォトレジスト17を塗布し、フォトリ
ソグラフィ法によりパターニングして、バンプ電極16の
上面にこれよりも小さい大きさの開口部18を形成する。
この後、第8図に示すように、フォトレジスト17をフォ
トマスクとして、等方性エッチングによりバンプ電極16
の上面をエッチングする。このエッチングは同図に点線
で示すように、フォトレジスト17の開口部18の開口面積
に応じて深さ方向および面方向にほぼ均等に進行して行
く。これにより、バンプ電極16の上面に所望の大きさの
陥没部19が形成される。この陥没部19の深さおよび大き
さはフォトレジスト17の開口部18の開口面積およびエッ
チング時間によって決定される。例えば、開口部18の開
口面積を狭くし形成してエッチング時間を長くすれば、
陥没部19は深くて狭い大きさに形成され、逆に開口部18
の開口面積を広くしてエッチング時間を短くすれば、陥
没部19は浅くて広い大きさに形成される。
最後に、第9図に示すように、フォトレジスト17およ
びメッキレジスト14を順に剥離し、かつバンプ電極16が
設けられた箇所以外の下地金属層13をエッチングして除
去すれば、陥没部19が形成されたバンプ電極16がICチッ
プ10上に突出して形成される。この陥没部19はバンプ電
極16の上面(頂面)16aに全周囲がバンプ電極16の側縁
部16bにより囲まれて形成されている。その形状は、フ
ォトレジスト17の開口部18が四角形状に形成されていれ
ば、第10図に示すように、ほぼ四角形状の凹部に形成さ
れ、また開口部18が円形状に形成されていれば、ほぼ半
球状の凹部に形成される。なお、陥没部19の大きさおよ
び深さについては後述する。
次に、第1図および第2図を参照して、上述したICチ
ップ10を基板20に接続する場合について説明する。
まず、第2図に示すように、予めICチップ10のバンプ
電極16と対応する接続端子21がパターン形成された基板
20上に導通用接着剤22を塗布する。この導通用接着剤22
は、絶縁性接着剤23中に導通用微粒子24を混合してな
り、接合状態において厚み方向には導電性を有するが、
面方向には絶縁性を呈する異方導電性接着剤である。絶
縁性接着剤23としては、熱可塑性樹脂よりなる熱溶融型
に属するホットメルト型のものが望ましいが、これに限
られず、後述する熱圧着時に一度溶融した後に硬化する
熱硬化性樹脂よりなるものでもよい。また、導通用微粒
子24としては、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム等
の金属粒子、またはカーボン粒子、あるいは無機、有機
等の絶縁性粒子の表面に導電膜を形成した導電性微粒子
等であるが、これ以外のもとして、上述した導電性微粒
子の外周面を電気的に隔絶する樹脂層で覆い、熱圧着時
に厚み方向の樹脂層が破壊されて導電面が露出し、かつ
面方向の樹脂層は破壊されずにそのまま残存するもので
もよい。いずれにおいても、導通用微粒子24はその直径
が10μm程度の大きさである。
次に、導通用接着剤22を介在させて基板20上にICチッ
プ10を上下反転させて配置し、第2図に示すように、IC
チップ10のバンプ電極16と基板20の接続端子21を対向さ
せて位置決めする。この場合、バンプ電極16に形成され
た陥没部19の大きさは、導通用接着剤22の導通用微粒子
24を複数個抱え込める大きさである。例えば、バンプ電
極16のピッチが微細(80〜100μm程度)であれば、バ
ンプ電極16が40〜50μm口程度となるので、陥没部19の
大きさは30〜40μm口程度に形成される。また、陥没部
19の深さは導通用微粒子24の直径(10μm程度)とほぼ
同じであることが望ましいが、それより浅くてもよい。
この後、バンプ電極16と接続端子21を対向させた状態
で熱圧着すると、導通用接着剤22の絶縁性接着剤23は熱
圧着時の熱により溶融して流動可能な状態となり、バン
プ電極16と接続端子21の接近により、その対向間から隣
接するバンプ電極16間および隣接する接続端子21間に流
れ出す。このとき、バンプ電極16の下では、絶縁性接着
剤23中に混合された導通用微粒子24が複数個(第1図で
は2個であるが、実際には2個以上)陥没部19内に抱き
込まれる。特に、導通用接着剤22として、導電性微粒子
の外周面が樹脂層で覆われた導通用微粒子24を用いた場
合には、導通用微粒子24を相互に密接させて絶縁性接着
剤23中に混合できるので、陥没部19は数多くの導通用微
粒子24を抱き込むことができる。
そして、バンプ電極16と接続端子21が更に接近して、
第1図に示すように接触する際には、余分な絶縁性接着
剤23は陥没部19内から押し出されるが、陥没部19内に抱
き込まれた導通用微粒子24は陥没部19内から流れ出すこ
とがなく陥没部19内に残る。そのため、バンプ電極16と
接続端子21の間には必ず導通用微粒子24が存在すること
となり、この導通用微粒子24によりバンプ電極16と接続
端子20が接続される。したがって、バンプ電極16と接続
端子20の安定した接続が図れ、接続信頼性を高めること
ができ、かつバンプ電極16のピッチが微細化しても、バ
ンプ電極16の陥没部19が導通用微粒子24を逃さないの
で、確実に接続することができる。
なお、この発明は上述した実施例に限定されるもので
はない。例えば、陥没部19の大きさは、導通用接着剤22
の導通用微粒子24を複数個抱え込める大きさに形成する
必要はなく、最低1個の導通用微粒子24を抱え込める程
度の大きさであってもよい。接続端子21は必ずしも基板
20に設けられたものに限らず、TAB方式のテープキャリ
ア等のように基板20から突出したフィンガリード等であ
ってもよい。
[発明の効果] 以上詳細に説明したように、この発明の半導体装置に
よれば、バンプ電極の頂面に全周囲がバンプ電極の側縁
部により囲まれた微粒子の直径とほぼ同じ深さの陥没部
を形成したので、例えば異方導電性接着剤を介在して接
続端子にバンプ電極を接続する際に、バンプ電極の陥没
部内に導通用微粒子を抱き込むことができ、したがって
安定した接続が図れ、接続信頼性を高めることができ
る。
また、この発明の接続方法によれば、半導体装置のバ
ンプ電極と接続端子を対向させて接近させる際に、バン
プ電極の頂面に形成された微粒子の直径とほぼ同じ深さ
の陥没部が導通用微粒子を抱き込むので、バンプ電極と
接続端子の対向間には、必ず導通用微粒子が介在するこ
ととなり、この導通用接着剤によりバンプ電極と接続端
子を接続することができ、したがって安定した接続が図
れ、接続信頼性が良く、かつバンプ電極が微細ピッチ化
しても、確実に接続することができる。
【図面の簡単な説明】 第1図〜第10図はこの発明の一実施例を示し、第1図は
導通用接着剤を介在させてICチップを基板に接続した状
態の断面図、第2図は導通用接着剤を介在させてICチッ
プを基板に熱圧着する状態を示す断面図、第3図〜第9
図は陥没部を有するバンプ電極をICチップに形成する行
程を示す各断面図、第10図はバンプ電極が形成されたIC
チップの要部平面図、第11図および第12図は従来例を示
し、第11図は異方導電性接着剤を介在してICチップを基
板に接続する状態を示す断面図、第12図はICチップを基
板に接続した状態の断面図である。 10……ICチップ、16……バンプ電極、16a……バンプ電
極の上面(頂面)、16b……バンプ電極の側縁部、19…
…陥没部、21……接続端子、22……導通用接着剤、23…
…絶縁性接着剤、24……導通用微粒子。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】バンプ電極と接続端子を絶縁性樹脂に粒子
    を混合してなる接着剤を介して接続する半導体装置にお
    いて、前記バンプ電極の頂面に全周囲が前記バンプ電極
    の側縁部により囲まれた前記粒子の直径とほぼ同じ深さ
    の陥没部を形成したことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】バンプ電極と接続端子を絶縁性樹脂に粒子
    を混合してなる接着剤を介して接続する半導体装置の接
    続方法において、前記バンプ電極の頂面に全周囲が前記
    バンプ電極の側縁部により囲まれた前記粒子の直径とほ
    ぼ同じ深さの陥没部内に粒子を抱き込んで前記半導体装
    置のバンプ電極と前記接続端子を接続することを特徴と
    する半導体装置の接続方法。
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