JP2709497B2 - 半導体素子接続構造 - Google Patents
半導体素子接続構造Info
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- JP2709497B2 JP2709497B2 JP1027303A JP2730389A JP2709497B2 JP 2709497 B2 JP2709497 B2 JP 2709497B2 JP 1027303 A JP1027303 A JP 1027303A JP 2730389 A JP2730389 A JP 2730389A JP 2709497 B2 JP2709497 B2 JP 2709497B2
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- connection
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- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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- H10W74/10—Encapsulations, e.g. protective coatings characterised by their shape or disposition
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- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
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- H10W90/724—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bump connectors between a chip and a stacked insulating package substrate, interposer or RDL
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体素子の接続構造に関するものである。
（従来の技術） 従来の半導体素子のフリップチップ接続の概略構造を
第３図に示す。１は半導体素子,2は配線基板,3は、はん
だバンプ,4は半導体素子１と配線基板２のそれぞれに設
けられた電極であり、Ａ−Ａ′は半導体素子の中心を示
している。
第３図に示す。１は半導体素子,2は配線基板,3は、はん
だバンプ,4は半導体素子１と配線基板２のそれぞれに設
けられた電極であり、Ａ−Ａ′は半導体素子の中心を示
している。
フリップチップ接続は、半導体素子１と配線基板２の
電極４との電気的接続を、はんだバンプ３を加熱溶融す
る一括接続で行えるので、ワイヤボンディング法に比べ
て作業性が優れている。又、ワイヤボンディング法及び
TAB（Tape Automated Bonding）法のように電極配置が
半導体素子の周辺に限定されないので、大幅に接続端子
数を増大できるという特徴をもっている。
電極４との電気的接続を、はんだバンプ３を加熱溶融す
る一括接続で行えるので、ワイヤボンディング法に比べ
て作業性が優れている。又、ワイヤボンディング法及び
TAB（Tape Automated Bonding）法のように電極配置が
半導体素子の周辺に限定されないので、大幅に接続端子
数を増大できるという特徴をもっている。
しかしながら、この接続構造では第４図に示すよう
に、温度変化が生じた場合半導体素子１と配線基板２と
の熱膨張係数の差による寸法ずれＢが発生し、はんだバ
ンプ３に剪断歪みを生じ接続信頼性が低下する。
に、温度変化が生じた場合半導体素子１と配線基板２と
の熱膨張係数の差による寸法ずれＢが発生し、はんだバ
ンプ３に剪断歪みを生じ接続信頼性が低下する。
剪断歪みは、はんだバンプ３と半導体素子１との中心
距離の増加とともに増大するため、はんだバンプ３の許
容し得る剪断歪み量から、はんだバンプ３を配置できる
領域が制限され、多端子化ならびに大面積の半導体素子
への適用が困難であった。
距離の増加とともに増大するため、はんだバンプ３の許
容し得る剪断歪み量から、はんだバンプ３を配置できる
領域が制限され、多端子化ならびに大面積の半導体素子
への適用が困難であった。
このはんだバンプの剪断歪みを低減させる手段とし
て、半導体素子と熱膨張係数の近い配線基板材料を用い
る方法が考えられるが、配線基板材料が制限されてしま
うという欠点がある。
て、半導体素子と熱膨張係数の近い配線基板材料を用い
る方法が考えられるが、配線基板材料が制限されてしま
うという欠点がある。
一方、ポリイミドフィルムで支持したはんだバンプを
重ねて多段バンプを形成し、剪断歪みを低減する方法
（特開昭62−293730号公報）が提案されている。
重ねて多段バンプを形成し、剪断歪みを低減する方法
（特開昭62−293730号公報）が提案されている。
しかしながら、はんだバンプを積み重ねるため、必要
部材の増加、接続工数の増加に伴う価格上昇という欠点
がある。
部材の増加、接続工数の増加に伴う価格上昇という欠点
がある。
又、第５図は金属バンプを圧力で当接させて電気的接
続を得る半導体素子接続構造である。第５図において、
半導体素子１と配線基板２のそれぞれの電極４上には金
属バンプ13が形成されている。この金属バンプ13には樹
脂５の硬化時の収縮力により圧力が加わり、金属バンプ
13同士が機械的に接続し電気的接続が得られる。
続を得る半導体素子接続構造である。第５図において、
半導体素子１と配線基板２のそれぞれの電極４上には金
属バンプ13が形成されている。この金属バンプ13には樹
脂５の硬化時の収縮力により圧力が加わり、金属バンプ
13同士が機械的に接続し電気的接続が得られる。
しかしながら、この接続構造では金属バンプ13の高さ
がバラツクと電気的接続が得られない箇所が生ずる。
又、樹脂５の熱膨張係数は金属バンプ13に比べて大きい
ため、温度変化が生じると圧力が弱まり、金属バンプ13
の接触が不安定になるので、接続信頼性に欠けるという
問題があった。
がバラツクと電気的接続が得られない箇所が生ずる。
又、樹脂５の熱膨張係数は金属バンプ13に比べて大きい
ため、温度変化が生じると圧力が弱まり、金属バンプ13
の接触が不安定になるので、接続信頼性に欠けるという
問題があった。
（発明が解決しようとする課題） 本発明では、上記に述べた半導体素子と配線基板の間
に発生する大きな剪断歪み、バンプ高さのバラツキ及び
樹脂との熱膨張係数の差による圧力変動に対して電気的
接続の信頼性が高く、しかも微細接続が可能な安価な半
導体素子接続構造を提供するものである。
に発生する大きな剪断歪み、バンプ高さのバラツキ及び
樹脂との熱膨張係数の差による圧力変動に対して電気的
接続の信頼性が高く、しかも微細接続が可能な安価な半
導体素子接続構造を提供するものである。
（課題を解決するための手段） 本発明は、超弾性体材料を介在させて加圧により電気
的接続を得る半導体素子接続構造であって、接触面に凹
凸を形成したことを特徴とする半導体素子接続構造であ
る。
的接続を得る半導体素子接続構造であって、接触面に凹
凸を形成したことを特徴とする半導体素子接続構造であ
る。
本発明では、前述の課題を解決するために、半導体素
子と配線基板等との間に超弾性体材料を介在させて電気
的接続を形成し、バンプ構造をした超弾性体材料をバネ
又は硬化時の収縮率の大きな樹脂などで加圧し、弾性範
囲内で収縮変形させることによりバンプ高さのバラツキ
を吸収する。
子と配線基板等との間に超弾性体材料を介在させて電気
的接続を形成し、バンプ構造をした超弾性体材料をバネ
又は硬化時の収縮率の大きな樹脂などで加圧し、弾性範
囲内で収縮変形させることによりバンプ高さのバラツキ
を吸収する。
さらには接触面にエッチング加工、ホーニング加工、
型押しなどの化学的あるいは機械的加工、又は硬質金属
微粒子の圧入などにより凹凸を形成し、接触面同士の摩
擦力を大きくし接触面でのすべりを防止することによ
り、半導体素子と基板などの熱膨張係数差によって生ず
る剪断歪みに対しても超弾性体材料の弾性範囲内での変
形として吸収し、安定な電気的接続を得るものである。
型押しなどの化学的あるいは機械的加工、又は硬質金属
微粒子の圧入などにより凹凸を形成し、接触面同士の摩
擦力を大きくし接触面でのすべりを防止することによ
り、半導体素子と基板などの熱膨張係数差によって生ず
る剪断歪みに対しても超弾性体材料の弾性範囲内での変
形として吸収し、安定な電気的接続を得るものである。
凹凸の形成は、介在させる超弾性体材料側であって
も、基板等に設けられている電極に凹凸を形成してもよ
く、要は前述のように接触面の摩擦力を大きくするよう
な効果を生ずるようにすればよい。
も、基板等に設けられている電極に凹凸を形成してもよ
く、要は前述のように接触面の摩擦力を大きくするよう
な効果を生ずるようにすればよい。
硬質金属微粒子は、導電性が良好で、超弾性体材料あ
るいは基板等の電極よりも硬質のものが望しい。
るいは基板等の電極よりも硬質のものが望しい。
超弾性体材料としては、弾性変形が0.5％以上の金
属、例えばCu−Zn−Sn,Au−Cu−Zn,Ag−Cd,Au−Cd,Fe−
Pt,Fe−Pdなどを用いることが望ましい。
属、例えばCu−Zn−Sn,Au−Cu−Zn,Ag−Cd,Au−Cd,Fe−
Pt,Fe−Pdなどを用いることが望ましい。
（実施例） 次に本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例１ 第１図（ａ），（ｂ）は本発明の接続部の断面構造を
示すものであり、半導体素子１の電極４にメッキにより
形成したバンプ構造の超弾性体材料（Cu−34.7wt％ Zn
−3.0wt％ Sn）６に塩化鉄溶液による選択エッチングに
より凹部７を設けたものである。配線基板２の電極４と
位置合せを行った後、硬化時の収縮率の大きな樹脂５を
使用して加圧力を与え電気的接続を得る構造である。こ
のときこの超弾性体材料６は２％の弾性歪を有し加圧力
により弾性範囲内で圧縮変形しており超弾性体材料６の
高さのバラツキを吸収し、かつ熱歪みに対して弾性範囲
内で変形追従する。また、超弾性体材料６の配線基板２
の電極４と接触する部分にエッチングにより凹部７を形
成してあるため、この部分の摩擦力が大きくなり第１図
（ｂ）に示す如く半導体素子１と配線基板２の熱膨張係
数差によって剪断歪みが生じてもこの面でのすべりはな
い。すなわち、圧力を加えるだけで接続部の一体化が行
われることになる。したがって剪断歪みは超弾性体材料
６の弾性範囲内の変形で吸収することができ、安定な電
気的接続が得られた。
示すものであり、半導体素子１の電極４にメッキにより
形成したバンプ構造の超弾性体材料（Cu−34.7wt％ Zn
−3.0wt％ Sn）６に塩化鉄溶液による選択エッチングに
より凹部７を設けたものである。配線基板２の電極４と
位置合せを行った後、硬化時の収縮率の大きな樹脂５を
使用して加圧力を与え電気的接続を得る構造である。こ
のときこの超弾性体材料６は２％の弾性歪を有し加圧力
により弾性範囲内で圧縮変形しており超弾性体材料６の
高さのバラツキを吸収し、かつ熱歪みに対して弾性範囲
内で変形追従する。また、超弾性体材料６の配線基板２
の電極４と接触する部分にエッチングにより凹部７を形
成してあるため、この部分の摩擦力が大きくなり第１図
（ｂ）に示す如く半導体素子１と配線基板２の熱膨張係
数差によって剪断歪みが生じてもこの面でのすべりはな
い。すなわち、圧力を加えるだけで接続部の一体化が行
われることになる。したがって剪断歪みは超弾性体材料
６の弾性範囲内の変形で吸収することができ、安定な電
気的接続が得られた。
実施例２ 第２図（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施例の接続
部の断面構造を示したもので、第２図（ａ）は半導体素
子１の電極４にメッキで形成したバンプ構造の超弾性体
材料（Cu−34.7wt％ Zn−3.0wt％ Sn）８の先端に硬質
金属（タングステン）微粒子９を圧入した状態を示して
いる。次に第２図（ｂ）で示すように配線基板２の電極
４と位置合せを行い硬化時の収縮率の大きな樹脂５を使
用して加圧力を加え電気的な接続を得た。このとき超弾
性体材料８は２％の弾性歪みを有し加圧力により弾性範
囲内で圧縮変形しており超弾性体材料の高さのバラツキ
を吸収し、熱歪みに対して弾性範囲内で変形追従する。
第２図（ｃ）は半導体素子１と配線基板２の熱膨脹係数
差により剪断歪を生じた状態を示している。超弾性体材
料８の配線基板２の電極４と接触する部分は硬質金属微
粒子９が圧入されていることから、圧力を加えることに
よりこの接触部には大きな摩擦力が生じ、剪断力による
すべりは発生し難く、あたかも接続部が一体化している
ようになる。したがって剪断歪みは超弾性体材料８の弾
性範囲内の変形で吸収でき、安定な電気的接続を得るこ
とができた。
部の断面構造を示したもので、第２図（ａ）は半導体素
子１の電極４にメッキで形成したバンプ構造の超弾性体
材料（Cu−34.7wt％ Zn−3.0wt％ Sn）８の先端に硬質
金属（タングステン）微粒子９を圧入した状態を示して
いる。次に第２図（ｂ）で示すように配線基板２の電極
４と位置合せを行い硬化時の収縮率の大きな樹脂５を使
用して加圧力を加え電気的な接続を得た。このとき超弾
性体材料８は２％の弾性歪みを有し加圧力により弾性範
囲内で圧縮変形しており超弾性体材料の高さのバラツキ
を吸収し、熱歪みに対して弾性範囲内で変形追従する。
第２図（ｃ）は半導体素子１と配線基板２の熱膨脹係数
差により剪断歪を生じた状態を示している。超弾性体材
料８の配線基板２の電極４と接触する部分は硬質金属微
粒子９が圧入されていることから、圧力を加えることに
よりこの接触部には大きな摩擦力が生じ、剪断力による
すべりは発生し難く、あたかも接続部が一体化している
ようになる。したがって剪断歪みは超弾性体材料８の弾
性範囲内の変形で吸収でき、安定な電気的接続を得るこ
とができた。
（発明の効果） 本発明により、半導体素子と基板等の接続において、
最も熱歪みを受ける接続部において、繰返し熱歪みを受
けても安定な電気的接続を得ることができる。
最も熱歪みを受ける接続部において、繰返し熱歪みを受
けても安定な電気的接続を得ることができる。
第１図（ａ），（ｂ）及び第２図（ａ）〜（ｃ）は本発
明の実施例を示した半導体素子接続構造の断面図であ
る。 第３図は従来のフリップチップ結合を示す説明図、第４
図は熱歪みによりバンプが変形した状態を示す説明図、
第５図は金属バンプを加圧して電気的接続を得る構造の
断面図である。 １……半導体素子、２……配線基板、３……バンプ材、
４……電極、５……樹脂、6,8……超弾性体材料、７…
…凹部、９……硬質金属微粒子、13……金属バンプ材。
明の実施例を示した半導体素子接続構造の断面図であ
る。 第３図は従来のフリップチップ結合を示す説明図、第４
図は熱歪みによりバンプが変形した状態を示す説明図、
第５図は金属バンプを加圧して電気的接続を得る構造の
断面図である。 １……半導体素子、２……配線基板、３……バンプ材、
４……電極、５……樹脂、6,8……超弾性体材料、７…
…凹部、９……硬質金属微粒子、13……金属バンプ材。
フロントページの続き (72)発明者 大関 芳雄 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新 日本製鐵株式會社第１技術研究所内 (72)発明者 渡辺 敬介 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電 気工業株式会社内 (72)発明者 金森 孝史 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電 気工業株式会社内 (72)発明者 井口 泰男 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電 気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−28337（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−137240（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−206124（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−206125（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−206139（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−145826（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−178940（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】超弾性体材料を介在させて加圧により電気
的接続を得る半導体素子接続構造であって、接触面に凹
凸を形成したことを特徴とする半導体素子接続構造。 - 【請求項２】化学的あるいは機械的加工により接触面に
凹凸を形成した請求項１記載の半導体素子接続構造。 - 【請求項３】硬質金属微粒子を圧入して接触面に凹凸を
形成した請求項１記載の半導体素子接続構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1027303A JP2709497B2 (ja) | 1989-02-06 | 1989-02-06 | 半導体素子接続構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1027303A JP2709497B2 (ja) | 1989-02-06 | 1989-02-06 | 半導体素子接続構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02206142A JPH02206142A (ja) | 1990-08-15 |
| JP2709497B2 true JP2709497B2 (ja) | 1998-02-04 |
Family
ID=12217325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1027303A Expired - Fee Related JP2709497B2 (ja) | 1989-02-06 | 1989-02-06 | 半導体素子接続構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2709497B2 (ja) |
-
1989
- 1989-02-06 JP JP1027303A patent/JP2709497B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02206142A (ja) | 1990-08-15 |
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