(57)【要約】【課題】高信頼性化、高密度化および低コスト化に対応し、更に接合不良を低減したバンプを用いた電子部品を提供する。【解決手段】基板１上に形成されたパッド電極２上に形成された固相拡散接合用バンプを備えたフリップチップ接続方式の電子部品で、バンプは主体層４を備え、超音波印加方法に対し、内側部のバンプが、外側部のバンプより、横断面積が小さいバンプを備える。【効果】本発明によるバンプを有する電子部品によれば、より一層の高信頼性化および高密度化に対応することが可能となり、基板への実装時における接合不良等を低減することが可能となる。更に超音波エネルギーを緩和することが可能となり、基板に対するダメージ低減効果も有することから、基板のクラックの発生抑制も可能となる。また、バンプの形成に係る低コスト化を実現することが可能となる。【選択図】　　　　　　図１
2004140209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された複数のパッド電極と、前記パッド電極上に形成された複数の固相拡散接合用バンプを備えたフリップチップ接続方式の電子部品であって、
前記複数の固相拡散接合用バンプは、少なくとも一つの横断面積が異なるものを含むことを特徴とする電子部品。
【請求項２】
前記複数の固相拡散接合用バンプは、超音波印加方向に対し、前記電子部品内の内側部に位置するバンプの方が、前記電子部品内の外側部に位置するバンプより、横断面積が小さいことを特徴とする、請求項１に記載の電子部品。
【請求項３】
前記電子部品は、弾性表面波を利用したデバイスであることを特徴とする、請求項１または２に記載の電子部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固相拡散接合用バンプを用いた電子部品、例えば携帯電話等の移動体通信分野やテレビジョン等の電子回路に用いられる固相拡散接合用バンプを用いた電子部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化・薄型化および信号処理速度の高速化が急速に進むなか、更に電子機器を小型化しようとする動きも活発に進められている。電子機器の小型化をより一層進展させるためには、電子部品の実装密度を如何に向上させるかが重要なポイントの一つとなる。このような中で、最近では、パッケージを用いないでプリント配線基板に直接電子部品を実装するベアチップ実装方式の展開が進められている。
【０００３】
このベアチップ実装は、大きく２つの実装方式が提案されている。一つは、ワイヤーボンディング方式を用いた実装方式であり、実装基板上にベアチップの能動面を上にして接着し、ベアチップ上の電極と基板上の配線電極とを、例えばＡｕのワイヤーで接続する方式である。二つめは、フリップチップ実装方式と呼ばれるもので、ベアチップの能動面に設けられたバンプと基板上の配線電極とをフェイスダウンにして接続するものである。
【０００４】
しかし、集積回路の多様化、高密度化がますます増大し、外部回路との接続を行う端子の数が急速に増大し、また複雑になってきている。このため、ベアチップの周辺に設けたボンディングパッドとの接続により、外部との接続を行うワイヤーボンディング方式は、既にその限界に達している。また、ワイヤーボンディング方式は、内部領域の配線を周辺部のボンディングパッドまで引き回す形となるため、配線長が長くなり、信号伝播速度が遅延する欠点を有する。これは、高速動作が要求される電子部品の実装方式としては不向きである。
【０００５】
このような理由からも、接続領域をチップ上に限定することが出来るフリップチップ実装方式が注目されている。フリップチップ実装方式は、ワイヤーボンディング実装方式に比べてチップ上の配線長を短く出来るので、高速化を促進できる利点も備える。
【０００６】
フリップチップ実装方式は、ベアチップ部品に接合用のバンプを備える構造となるが、用いられるバンプ形成工法としては、スタッドバンプ法、またはボールバンプ法等が一般に知られている。また、バンプは基板との接合法から熱溶融接合用バンプと固相拡散接合用バンプに分類され、接合時の熱拡散等が少なく、より高い信頼性を有するバンプとしては、固相拡散接合用バンプが挙げられる。
【０００７】
固相拡散接合用バンプが形成されたベアチップ部品は、基板に実装され、固相拡散接合される。ここで、固相拡散接合は、加熱することのみにより接合させることも可能ではあるが、加熱のみによる拡散接合は、接合部を高温にする必要があることから、接合部が変質したり、バンプが形成されたベアチップ部品の構造やその動作に悪影響を与える恐れがある。また、異なる基板材質のものを接合させる為に、その構成する部材の熱膨張係数の相違が助長され、接合部にひずみの発生および残存が生じ、良好な接合状態が得られないことがある。
【０００８】
このような理由からも、より低温で接合するために、超音波振動の印加と加熱とを併用することで、良好な接合条件が得られる。また、接合時に加える荷重を小さくすることも可能となることが、一般に知られている。また、超音波振動を印加することで、より低温で固相拡散接合が可能となるが、これは、熱エネルギーに変えて、振動エネルギーを接合に寄与させたためである。
【０００９】
これらに用いるバンプ形成方法として、従来のバンプの形成法であるスタッドバンプ法は、半導体チップのパッド電極上にバンプを形成するために、キャピラリー先端から導出された、例えばＡｕの金属ワイヤーの先端に膨頭部を形成し、チップ上の接続用パッド電極部に押し当て、先端部の膨頭部を押し潰し圧着する。次に金属ワイヤーでループ形状を形成し、押し潰された膨頭部に圧着することで、接合用パッド電極部上にバンプを形成する（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
一方、微細なピッチの接合を接合時の物理的なストレスなく行うために、突起形状のバンプと半導体素子の電極部に設けた穴とを接合することで、その実装性を向上させる製造方法が提案されている。突起形状のバンプは、ワイヤーボンディングで基板と接続後、引き千切り方式により、円錐形状の突起バンプを形成することが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
また、基板との接続時に導通不良を発生させることなく高密度実装を容易に、また接合時の物理的なストレスなく接合するために、突起形状のバンプを形成することが提案されている。その突起形状のバンプを形成するために、Ｓｎ膜を形成した逆突起形状の孔に、ワイヤーボンディング法を用いて形成したバンプを熱圧着することで、母材をＡｕ、表面層をＳｎからなる合金化した複数の突起形状のバンプをチップ上に配列された各パッド電極上に形成する（例えば、特許文献３参照。）。
【００１２】
【特許文献１】
特開平７−１８３３０３号公報
【特許文献２】
特開２０００−２８６３０４号公報
【特許文献３】
特開２００２−９３８４２号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記説明した従来技術によるバンプを備える電子部品には、以下の問題が存在する。
【００１４】
特許文献１においては、キャピラリー先端から導出した金属ワイヤーの先端部をパッド上に押し当てて先端部を潰し圧着する。次に金属ワイヤーでループ形状を形成し、押し潰された膨頭部に圧着することで、接合用パッド電極上にバンプを形成する。その後、金属ワイヤーを切断し、バンプを形成することから、接続用パッド電極上に形成されたバンプの形状は、大きな高さバラツキが存在する。またバンプ形状の安定に欠けるために、基板との接続時に導通不良を引き起こすという課題を有している。更に、バンプ形状を所望する位置にて、所望する形状に制御することが困難であることは明確である。
【００１５】
また、バンプの形成がキャピラリーを用いた形成であることから、バンプの形成を一つ一つ行う必要があるため、多量にバンプを形成する時には、製造コスト要因の一つとなり、今後の低価格化に対し課題を有する。更に、小型化に対応した微小なバンプの形成に対しては、適用不可であることは明らかである。
【００１６】
また、特許文献２においては、ワイヤーボンディングにより基板と接合後、引き千切り方式により円錐状のバンプを形成することから、バンプ形状および高さに大きなバラツキを有する。またバンプの形成がキャピラリーを用いた形成であることから、バンプの形成を一つ一つ行う必要があるため、多量にバンプを形成する時には、製造コスト要因の一つとなり、今後の低価格化に対し課題を有する。更に、電子部品等の小型化に対応する微小なバンプの形成において、限界があることは明らかである。
【００１７】
また、特許文献３においては、突起形状のバンプを形成するために、突起形状に対向した別な基板に孔形状を設ける等、多数の工程を有することになり製造コスト面において大きな課題を有する。更に対向した孔形状によりバンプ形状を決定することから、電子部品等の小型化に対応する微小なバンプ形成に対して大きな課題を有する。
【００１８】
また、超音波振動の印加を併用することで固相拡散接合を行う時、超音波エネルギーは基板中で減衰し、電子部品内の各バンプに一様に、また充分に超音波エネルギーが伝わらないために、超音波エネルギーが最も伝わりにくいバンプにも充分なエネルギーが伝わるように、印加する超音波エネルギーを大きくしなければならないとの課題を有する。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決すべく本発明は、基板上に形成された複数のパッド電極と、パッド電極上に形成された複数の固相拡散接合用バンプを備えたフリップチップ接続方式の電子部品で、複数の固相拡散接合用バンプは、少なくとも一つの横断面積が異なるものを含むバンプを用いた電子部品である。
【００２０】
また、超音波印加方向に対し、電子部品内の内側部に位置するバンプの方が、電子部品内の外側部に位置するバンプより、横断面積が小さいバンプを用いた電子部品である。
【００２１】
以上のような本発明のバンプを用いた電子部品によれば、より一層の高信頼性化および高密度化に対応し、また、接合不良等を低減することができ、更に、バンプの形成及び製造コストの低コスト化を実現することが可能となる。
【００２２】
また、本発明のバンプを用いた電子部品は、弾性波を用いたデバイスである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について添付図にもとづいて詳細に説明する。
【００２４】
図１（ａ）は、本発明の電子部品を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ部断面図、また図２は、その固相拡散接合用バンプ形成における概略プロセスフローをそれぞれ示す。なお、以下の説明では、電子部品として弾性表面波装置を例として説明する。
【００２５】
図１（ａ）、（ｂ）において、電子部品２０は、基板１と、基板１の上面にＩＤＴやバスバー等の配線電極６と共に形成されたパッド電極部２と、超音波印加方向に対して、外側部に位置する固相拡散接合用バンプ７と内側部に位置する固相拡散接合用バンプ８を有する。また、固相拡散接合用バンプ７および８は、四角柱形状となっており、実装する基板の接続電極部と固相拡散接合用バンプとの接合を電子部品内全域にて良好な状態にすることを目的として、超音波印加方向に対して、電子部品内内側部のバンプ８の方が、電子部品内外側部のバンプ７より小さい横断面積を有する。また、これらの固相拡散接着用バンプは、パッド電極２の上面に形成された接着層３と、接着層３の上面に形成された主体層４と、主体層４の上面に形成された表面酸化防止層５を有する。詳細を図２の概略プロセスフローを用いて説明する。
【００２６】
先ず図２（ａ）に示すように、基板１、例えば圧電基板であるＬｉＴａＯ３の上面に、フォトリソグラフィー技術を用いて、ＩＤＴやバスバー等の配線電極膜（図示せず）と共にパッド電極部２、例えばＡｌを形成する。なお、目的に応じて基板１は、水晶やＬｉＮｂＯ３等の圧電基板を用い、配線電極材料としてはＡｌに限らず、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＴａおよびＷ等の金属材料を用いることもある。
【００２７】
次に図２（ｂ）に示すように、固相拡散接合用バンプを形成するために、パッド電極部２の上面に、フォトリソグラフィー技術を用いて、所望の固相拡散接合用バンプ形状を形成する部分が開口したレジスト９を形成する。この時、バンプ総高さが５０μｍとする場合、このレジスト９の膜厚を５０μｍとする。なお、現状のフォトリソグラフィー技術を用いれば、アライメント精度は０．５μｍ以下に抑えることが可能であり、また、レジスト開口部の寸法バラツキは、±１μｍ以下に抑えることが可能である。レジスト９は、スピンコーター等を用いて、所定の膜厚のレジストを塗布し、所定のパターンが形成されたフォトリソマスクを介してレジストを露光し、現像処理することによりパターン形成される。レジスト開口部のパターンは、超音波印加方向に対し、電子部品内の内側部に位置するバンプの方が、電子部品内の外側部に位置するバンプより小さいバンプ横断面積を有するべく形成される。ここで、レジスト９のパターンは、リフトオフを考慮して逆テーパー形状になることが好ましい。
【００２８】
次に図２（ｃ）に示すように、パッド電極部２の上面にパッド電極部２と主体層４との密着力を確保するための接着層３として、例えばＴｉを０．１μｍ形成する。接着層３は、Ｔｉに限らずＮｉ−ＣｒやＣｒ等でもよい。次にバンプの主体層４として、例えばＣｕを４０μｍ形成する。ここで、主体層４は、Ｃｕに限らずＡｕ、またはＡｌ等、比抵抗の小さい金属材料を用いるとよい。また、主体層４は、固相拡散接合用バンプ総高さの５１％以上を占めることが望ましい。次に最表面層に表面酸化防止層５として、例えばＡｕを０．１μｍ形成する。表面酸化防止層５としてはＡｕに限らず、常温の大気中で表面酸化膜を殆ど形成しないＰｔ、Ｐｄ等も適している。
【００２９】
これらバンプを構成する各層は真空蒸着法で形成され、真空を破らずに連続で成膜することが好ましい。なお、真空蒸着法を成膜工法としてを用いるため、形成するバンプの高さバラツキを±３％以下、また、基板内での高さバラツキを±１％以下で形成することが可能で、更に例えば、１チップのサイズが２．０×２．０ｍｍのものでは、このチップ内におけるバンプ高さバラツキを、±０．０１％以下に抑制することも可能である。
【００３０】
次に図２（ｄ）に示すように、剥離液への浸漬、揺動等によってレジスト９を剥離（リフトオフ）し、柱状構造の固相拡散接合用バンプ７および８が形成される。
【００３１】
このように、実装する基板の接続電極部と固相拡散接合用バンプとの接合を電子部品内全域にて良好な状態にすることを目的として、固相拡散接合用バンプは、超音波印加方向に対し、電子部品内の内側部に位置する固相拡散接合用バンプ８の方が、電子部品内の外周部に位置する固相拡散接合用バンプ７より小さいバンプ横断面積を有するべく形成される。
【００３２】
また、本発明における電子部品の固相拡散接合用バンプは、横断面積に関するものであり、その横断面形状は特に問わない。他の実施例について、以下に説明する。
【００３３】
図３（ａ）は、本発明の電子部品を示す平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ部断面図を示す。なお、以下の説明でも、電子部品として弾性表面波装置を例として説明する。
【００３４】
図３（ａ）、（ｂ）において、電子部品３０は、基板１と、基板１の上面にＩＤＴやバスバー等の配線電極６と共に形成されたパッド電極部２と、超音波印加方法に対して、外側部に位置する固相拡散接合用バンプ１０と内側部に位置する固相拡散接合用バンプ１１を有する。固相拡散接合用バンプ１０および１１は、円柱形状となっており、実装する基板の接続電極部と固相拡散接合用バンプとの接合を電子部品内全域にて良好な状態にすることを目的として、超音波印加方向に対して、電子部品内内側部のバンプ１１の方が、電子部品内外側部のバンプ１０より小さい横断面積を有する。また、これらの固相拡散接合用バンプは、パッド電極２の上面に形成された接着層３と、接着層３の上面に形成された主体層４と、主体層４の上面に形成された表面酸化防止層５を有する。
【００３５】
図４（ａ）は、本発明の電子部品を示す平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＣ−Ｃ部断面図を示す。なお、以下の説明でも、電子部品として弾性表面波装置を例として説明する。
【００３６】
図４（ａ）、（ｂ）において、電子部品４０は、基板１と、基板１の上面にＩＤＴやバスバー等の配線電極６と共に形成されたパッド電極部２と、超音波印加方向に対して、外側部に位置する固相拡散接合用バンプ１２と内側部に位置する固相拡散接合用バンプ１３を有する。固相拡散接合用バンプ１２および１３は、円柱形状および四角柱形状となっており、実装する基板の接続電極部と固相拡散接合用バンプとの接合を電子部品内全域にて良好な状態にすることを目的として、超音波印加方向に対して、電子部品内の内側部に位置するバンプ１３の方が、電子部品内の外側部に位置するバンプ１２より小さい横断面積を有する。また、これらの固相拡散接合用バンプは、パッド電極２の上面に形成された接着層３と、接着層３の上面に形成された主体層４と、主体層４の上面に形成された表面酸化防止層５を有する。
【００３７】
本発明のバンプを用いた電子部品によれば、従来の電子部品に比較し、電子部品内内側部のバンプにおいて、その横断面積効果によりバンプ横断面積単位当たりの超音波エネルギー（超音波エネルギー／バンプ横断面積）が向上する。超音波エネルギーの印加による固相拡散接合においては、バンプ横断面積単位当たりの超音波エネルギーがバンプの固相拡散状態を決定する一つの要因となる。このバンプ横断面積単位当たりの超音波エネルギーが向上した結果として、バンプにおける固相拡散接合性が向上し、良好な状態を得ることが可能となる。
【００３８】
また、本発明のバンプを用いた電子部品によれば、従来の電子部品に比較し、電子部品内の内側部に位置するバンプ拡散接合性が向上することにより、固相拡散接合時において印加する超音波エネルギーを緩和しても良好なバンプの接合状態を得ることが可能となる。超音波エネルギーの印加は、基板に振動を与えることから、接合条件の一つである超音波エネルギーを緩和することで、基板に対する超音波印加によるダメージの低減効果も得られ、基板のクラック発生の抑制も可能となる。
【００３９】
また、以上の実施形態では、固相拡散接合バンプ形成法として蒸着リフト法を用いたが、電解めっき法を用いてもよい。
【００４０】
次に図５に本発明の固相拡散接合用バンプを備えた電子部品と従来の電子部品との接着不良発生率に対する比較結果を示し、本発明の効果を示す。この内容は、接合不良の多い材料とされるピュアなＣｕバンプを用いた固相拡散接合用バンプに、本発明のバンプを有する電子部品、例えば図１にて示した固相拡散接合用バンプの電子部品とバンプの層構成を同等とした従来の電子部品との比較である。図５から、接合不良の対する本発明の効果が明確に認められ、接合不良の発生率の低下が確認できる。
【００４１】
一方、電子部品内外側部固相拡散接合バンプ７、１０および１２、電子部品内内側部固相拡散接合用バンプ８、１１および１３は、それぞれ複数のバンプを有する構成時に、それらは異なるバンプ横断面積でもよく、電子部品内内側部の固相拡散接合用バンプが、電子部品内外周部の固相拡散接合用バンプより小さいバンプ横断面積を有すればよい。バンプ形成位置に関しても、ＩＤＴやバスバー等の配線電極の形成位置等により決定されることから、例に示した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で各種構成されてもよい。
【００４２】
なお、バンプとしての構成は、上記各実施例に示した多層バンプに限らず、更に幅広い選定が可能であり、単層バンプでもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によるバンプを有する電子部品によれば、電子機器のより一層の高信頼性化および高密度化に対応することが可能となり、基板への実装時における接合不良等を低減することが可能となる。また固相拡散接合時において、超音波エネルギーを緩和することが可能となり、基板に対するダメージ低減効果も有することから、基板のクラックの発生抑制も可能となる。
また、バンプの形成に係る製造コストの低コスト化を実現することができる電子部品を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子部品の一実施例を示す平面図および断面図である。
【図２】図１の電子部品の固相拡散接合用バンプの形成方法を示す概略プロセスフローである。
【図３】本発明の電子部品における別の実施例を示す平面図および断面図である。
【図４】本発明の電子部品における更に別の実施例を示す平面図および断面図である。
【図５】本発明の電子部品と従来の電子部品との接着不良発生率の比較結果を示す図である。
【符号の説明】
１…基板
２…パッド電極
３…接着層
４…主体層
５…表面酸化防止層
６…配線電極
７、１０、１２…外側部固相拡散接合用バンプ
８、１１、１３…内側部固相拡散接合用バンプ
９…レジスト
２０、３０、４０…電子部品
【図１】
2004140209.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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