JP2001068509A - 半導体実装方法および半導体デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合強度が大で、クラック現象の生じにくい
高品質な半導体デバイスを得ることのできる半導体実装
方法を提供する。 【解決手段】 半導体素子１のパッド部２上に形成され
たバンプ３を、回路基板４上の電極５に接触させた状態
で、前記バンプ３を加圧加熱することにより、半導体素
子１を回路基板４に接合する半導体実装方法において、
前記電極５上の前記バンプ３の頂部１０を囲む位置に、
複数の基板側バンプ６を予め形成し、半導体素子１側の
バンプ３を前記複数の基板側バンプ６の内側に接触した
状態で前記バンプ３および基板側バンプ６を加圧加熱す
ることにより、半導体素子１を回路基板４に接合させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を回路
基板に接合する半導体実装方法、およびその半導体実装
方法により得られる半導体デバイスに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子を回路基板に実装する
方法としては、半導体素子上に設けたパッド部と回路基
板上に設けた電極を、予め半導体素子のパッド部に形成
したバンプを介して接合する半導体実装方法が用いられ
ていた。またバンプをパッド部に形成する方法としては
ボールボンディング法およびメッキ法等が用いられてい
た。

【０００３】以下に図５を参照しながら、従来の半導体
実装方法について説明する。

【０００４】予め半導体素子１のパッド部２上にボール
ボンディング法等によりバンプ３を形成し、この半導体
素子１に形成されたバンプ３を、接合する回路基板４上
の所定の電極５に対向するように位置決めする。次いで
バンプ３を、所定の電極５に超音波振動を加えながら接
触させた後、半導体素子１の背面より加熱ツール７にて
加圧加熱する。この圧力および熱エネルギはバンプ３ま
で伝達して、電極５との接合部９を昇温し、バンプ３を
電極５に拡散させる。これにより半導体素子１のパッド
部２と回路基板４の電極５とを接合させていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような半導体実装方法において得られた半導体デバイス
は、下記のような問題が生じていた。

【０００６】半導体素子を回路基板に接合する際、半導
体素子に超音波振動を加えながら回路基板の所定の電極
に接触させ、次いで加熱ツールにより加圧加熱するた
め、この接合部はバンプの変形によって、接合部内に強
い応力が発生し、半導体素子のパッド部に過大な負荷と
なり、パッド部にクラック現象を発生させる問題点があ
った。特に砒化ガリウム、インジウムリンの材質により
構成された半導体素子は柔らかくて傷が付きやすく、し
かも、もろくて欠けや割れも生じやすいため、よりクラ
ック現象を発生させていた。この結果、従来の半導体実
装方法において得られる半導体デバイスは、品質の劣化
したものであったり、また製造歩留りの低いものであっ
た。

【０００７】本発明は上記問題点に鑑み、半導体素子と
回路基板を接合する際、半導体素子に形成したバンプの
変形を最小限にすることで、接合部内の応力を緩和し、
パッド部への負荷を軽減し、かつ接合強度の高い、実装
品質に優れた半導体デバイスを得ることのできる半導体
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】本発明は上記目的を達成
するために、半導体素子のパッド部上に形成されたバン
プを、回路基板上の電極に接触させた状態で、前記バン
プを加圧加熱することにより、半導体素子を回路基板に
接合する半導体実装方法において、前記電極上の前記バ
ンプの頂部を囲む位置に、複数の基板側バンプを予め形
成し、半導体素子側のバンプを前記複数の基板側バンプ
の内側に接触した状態で前記バンプおよび基板側バンプ
を加圧加熱することにより、半導体素子を回路基板に接
合させることを特徴とする。

【０００９】また、半導体素子側に形成したバンプの材
質と、回路基板側に形成した基板側バンプの材質が異な
ることを特徴とし、さらに前記基板側バンプが前記バン
プの一箇所に対し、少なくとも三箇所以上において、前
記バンプの頂部を囲むように形成されることを特徴とす
る。

【００１０】本発明によれば、予め半導体素子にバンプ
を形成し、なおかつ回路基板においても、予め基板側バ
ンプを形成している。このような構成を備えた半導体素
子と回路基板とを接合する際、この接合部において、バ
ンプと基板側バンプとが互いに金属拡散して接合してな
る半導体デバイスを得ることができる。

【００１１】上記のような本発明の半導体デバイスの接
合部は、従来の半導体実装方法において得られる半導体
デバイスの接合部と比較すると、基板側バンプはバンプ
の頂部を囲むように形成されているため、バンプと基板
側バンプは嵌合構造を形成しており、垂直方向のみなら
ず水平方向に対しても、強固な接合を得ることができ、
また半導体素子と回路基板との距離（接合部の大きさ）
を基板側バンプを有していることにより大とすることが
できる結果、半導体素子と回路基板との間の熱膨張率の
差によって生ずる接合部の変形による応力が緩和され、
半導体素子のパッド部にかかる負荷が軽減される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図１〜
図４に基づいて詳細に説明する。

【００１３】図１の（ａ）（ｂ）は本実施形態の半導体
実装方法によって得られる半導体デバイスの構成を示し
たものである。

【００１４】図１において、１は半導体素子、２はパッ
ド部、３はバンプ、４は回路基板、５は電極、６は基板
側バンプ、７は加熱ツール、８は接合部、１０は前記バ
ンプ３の頂部である。

【００１５】次にこれらの基本構成のもとに、本実施形
態の半導体実装方法について説明する。

【００１６】半導体素子１を回路基板４上に接合させる
半導体実装方法としては、図２に示すように、半導体素
子１のパッド部２上に、予めボールボンディング法など
によりバンプ３を形成する。また図３に示すように、前
記バンプ３を接合する回路基板４の所定の電極５におい
ても、予めボールボンディング法などにより基板側バン
プ６を形成する。このとき、基板側バンプ６の形成状態
は、図１の（ｂ）に示すように、半導体素子１のパッド
部２上に形成されたバンプ３の一箇所に対して、回路基
板４の所定の電極５に形成された基板側バンプ６が、少
なくとも三箇所以上（図示例では三箇所）において前記
バンプ３の頂部１０を囲むように形成する。またバンプ
３と基板側バンプ６との材質は各々異なる材質で形成さ
れている。この材質に関しては、詳しくは後述する。

【００１７】このように形成された半導体素子１のバン
プ３を図４に示すように、接合する回路基板４側に形成
した基板側バンプ６に対向するように位置決めする。次
いで半導体素子１に回路基板４の所定の電極５に接触さ
せた後、半導体素子１の背面より加熱ツール７にて加圧
加熱する。この圧力および熱エネルギはバンプ３および
基板側バンプ６に伝達して、電極５との接合部８を昇温
し、バンプ３および基板側バンプ６を拡散させる。これ
により半導体素子１のパッド部２と回路基板４の電極５
とを接合することができる。

【００１８】次に本実施形態のバンプ３と基板側バンプ
６の材質について説明する。

【００１９】まず基板側バンプ６の材質は純度９９．９
９％の高純度金（Ａｕ）による金属ワイヤより形成し
た。このようにして形成された基板側バンプ６の硬度
は、マイクロビッカース硬度計において計測すると、指
示値８０が得られた。

【００２０】次に半導体素子１側のバンプ３の材質は、
純度９９．９９％の高純度金（Ａｕ）にパラジウムを１
％程度添加した高張力金属ワイヤより形成した。このよ
うにして形成されたバンプ３の硬度はマイクロビッカー
ス硬度計において計測すると、指示値９０が得られた。

【００２１】このようにバンプ３と基板側バンプ６を各
々異なる材質で形成することにより、硬度差を設けるこ
とができる。これにより半導体素子１と回路基板４を接
合する際、接合部８における回路基板４側の基板側バン
プ６が半導体素子１側のバンプ３より低硬度のため、超
音波振動を加える際に生じる負荷を吸収する作用が働
く。さらに、加圧加熱を加える際、半導体素子１の熱膨
張率と回路基板４の熱膨張率の差により生じる負荷にお
いても、緩和することができ半導体素子１のパッド部２
への負荷の集中を防止して、パッド部２に生じるクラッ
クを防ぐことができる。これにより、半導体素子１の材
質としてシリコンだけでなく、機械的強度の低い砒化ガ
リウムやインジウムリン等の材質により構成された半導
体素子１に対しても有効である。

【００２２】本発明は上記の実施形態に示すほか種々の
態様に構成することができる。例えば、本実施形態にお
いて、ボールボンディング法を用いてバンプ３および基
板側バンプ６を形成したが、メッキ法を用いても本実施
形態と同様の効果を得ることができる。また本実施形態
において、バンプおよび基板側バンプを形成する際、バ
ンプまたは基板側バンプのどちらか一方、もしくは双方
に、高さを一定化させるレベリング工程あるいはフラッ
タニング工程を施しておくと、より効果的である。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、接合強度が大で、クラ
ック現象の生じにくい高品質な半導体デバイスを得るこ
とのできる半導体実装方法を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明による半導体実装方法において得
られる半導体デバイスの断面図である。 （ｂ）本発明による半導体実装方法において接合位置を
示す斜視図である。

【図２】（ａ）半導体素子の断面図である。 （ｂ）半導体素子上にバンプを形成した断面図である。

【図３】（ａ）回路基板の断面図である。 （ｂ）本発明による回路基板上に基板側バンプを形成し
た断面図である。

【図４】半導体素子を回路基板に接合するプロセスを示
す図である。

【図５】従来の半導体実装方法において得られる半導体
デバイスの断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体素子 ２ パッド部 ３ バンプ ４ 回路基板 ５ 電極 ６ 基板側バンプ ７ 加熱ツール ８ 接合部 １０ 頂部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子のパッド部上に形成されたバ
   ンプを、回路基板上の電極に接触させた状態で、前記バ
   ンプを加圧加熱することにより、半導体素子を回路基板
   に接合する半導体実装方法において、前記電極上の前記
   バンプの頂部を囲む位置に、複数の基板側バンプを予め
   形成し、半導体素子側のバンプを前記複数の基板側バン
   プの内側に接触した状態で前記バンプおよび基板側バン
   プを加圧加熱することにより、半導体素子を回路基板に
   接合させることを特徴とする半導体実装方法。
2. 【請求項２】 半導体素子側に形成したバンプの材質
   と、回路基板側に形成した基板側バンプの材質が異なる
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体実装方法。
3. 【請求項３】 回路基板側に形成した基板側バンプが、
   半導体素子側に形成したバンプの一箇所に対し、少なく
   とも三箇所以上において、前記バンプの頂部を囲むよう
   に形成されることを特徴とする請求項１または２記載の
   半導体実装方法。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載の半導
   体実装方法を用いて得られる半導体デバイス。