(57)【要約】【課題】半導体装置における、狭ピッチに形成されたバンプの接合時の潰れによる短絡を防止する。【解決手段】半導体装置や回路基板に形成したバンプの内部に、接合後のバンプ高さを保つためのコアとなる導電性材料または樹脂材料を形成する。コア材の表面には導電性の金属材料層を形成し、その金属材料で機械的且つ電気的に接合する。【選択図】　　図１
2004006705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の外部取り出し電極であるバンプを形成した面が回路基板に対向した状態で接合するフリップチップ実装で、回路基板は電気絶縁層と導電パターンからなり、その導電パターンは半導体装置のバンプと接合した半導体装置の実装構造において、前記半導体装置の構成部であるバンプに予め半田メッキまたは錫メッキ処理された球状材料を用いたことを特徴とする半導体装置の実装構造。
【請求項２】
半導体装置の外部取り出し電極であるバンプを形成した面が回路基板に対向した状態で接合するフリップチップ実装で、回路基板は電気絶縁層と導電パターンからなり、その導電パターンは半導体装置のバンプと接合した半導体装置の実装構造において、バンプのほぼ中央部に導電材料からなる球状材料を用い、その表面には複数の導電材料層を形成した
ことを特徴する半導体装置の実装構造。
【請求項３】
半導体装置の外部取り出し電極であるバンプを形成した面が回路基板に対向した状態で接合するフリップチップ実装で、回路基板は電気絶縁層と導電パターンからなり、その導電パターンは半導体装置のバンプと接合した半導体装置の実装構造において、バンプのほぼ中央部に樹脂材料からなる球状絶縁材料を配置し、該球状絶縁材料の表面には導電性材料層を形成していることを特徴とする半導体装置の実装構造。
【請求項４】
半導体装置の外部取り出し電極を有する面と回路基板を対向させた形で接合するフリップチップ実装で、接合部となるバンプを回路基板側に形成して接合した半導体装置の実装構造において、前記回路基板の構成部であるバンプに球状材料を用いたことを特徴とする回路基板を用いた半導体装置の実装構造。
【請求項５】
請求項４記載の回路基板であって、そのバンプ構成は、バンプのほぼ中央部に導電性材料からなる球状材料を配置し、該球状材料の表面には球状材料とは異なる導電材料層を形成していることを特徴とする回路基板。
【請求項６】
請求項４乃至請求項５記載の回路基板であって、そのバンプ構成は、バンプのほぼ中央部に樹脂材料からなる球状材料を配置し、該球状絶縁材料の表面には導電性材料層を形成していることを特徴とする回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置、回路基板およびその実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、電子部品や半導体デバイスの小型化、更には高密度実装技術の発展が著しい。特に携帯機器の小型化、軽量化、薄型化が注目されている。
【０００３】
最近では半導体装置の表面に形成した外部取り出し電極（以下、バンプと言う）面を下にした（フェイスダウン）で回路基板の導電パターンへ直接接合するフリップチップ接合方式（以下、ＦＣＢと言う）を採用する製品が増えてきている。
【０００４】
従来のフリップチップ実装技術は、チップの電極形成面に半田のバンプを形成して、金メッキされた回路基板の導電パターンに搭載し、その後加熱して半田を溶融させて接合する方法があり、Ｃ４と呼ばれている。（例えば、非特許文献１参照。）
また、チップ上に半田バンプを形成し、その上に銅ボールを搭載して熱処理することでバンプを形成する方法も提案されている。（例えば、非特許文献２参照。）
【０００５】
【非特許文献１】大澤直著「電子材料のはんだ付技術」工業調査会出版、１９９２年１０月１０日発行、ｐ．２３３〜２３４
【０００６】
【非特許文献２】大澤直著「電子材料のはんだ付技術」工業調査会出版、１９９２年１０月１０日発行、ｐ．２３３〜２３４
更には、チップの電極形成面に金バンプを形成し、金メッキされた回路基板の導電パターンとの間に液状またはフィルム状の絶縁性樹脂を挟み込み、加熱する事によって絶縁性樹脂が収縮硬化し、チップのバンプと回路基板の導電パターンを圧接させる方法が採用されている製品もある。
【０００７】
このようなＦＣＢを行う上で、回路基板の絶縁層がポリイミドなどのフィルムからなる所謂フレキシブル基板を用いる製品が多い。
【０００８】
特に、携帯機器関連の製品を見ると、液晶パネルの実装部分や携帯オーディオ、ビデオカメラなどでの実例が多い。
【０００９】
また、高周波無線などに使用される回路実装にはセラミックス基板が、半導体パッケージなどではガラスエポキシ樹脂基板などが良く用いられる。
【００１０】
回路基板は、概ね平坦化された絶縁層の上に導電パターンを形成している。この導電パターンとチップ側のバンプが位置合わせされて接合する。
【００１１】
または、回路基板側にメッキ法でバンプを形成した事例も報告されている。
【００１２】
通常、これらのバンプは電気メッキ法で形成されることが多く、材料としては金またはハンダからなるバンプが主流である。
【００１３】
図７は、従来の実装構造を示している。半導体装置（１）には金バンプ（８）が形成され、回路基板の導電パターン（３）と接合している状態を示した断面説明図である。
金バンプ（８）は通常電気メッキ法で形成する。また、回路基板の導電パターン（３）は錫メッキや金メッキがされている事が多い。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
携帯機器の小型化を進める上でベアチップのＦＣＢは重要である。
【００１５】
更なる携帯機器の小型化を進めるためにはチップのサイズも小さくする必要があり、それにはバンプ間距離を縮めるとともに、チップを構成するバンプ自体も小さくする必要がある。
【００１６】
しかし、バンプ間距離が小さくなるほど、またはバンプが小さいほど接合時の圧力によってバンプが変形して、隣接パターンと短絡を発生する。
【００１７】
また、バンプが潰れてしまうことでチップ表面と回路基板表面が接触することもあり、チップのエッジで短絡する所謂エッジショートが発生する。
【００１８】
従って、バンプをチップ側に形成しても、回路基板側に形成しても同じ課題が発生する。
【００１９】
図７は半導体装置と回路基板を接触させ、圧力を加える前の状態を示している。
半導体装置（１）と回路基板の隙間（１０）は金バンプ（８）の高さで保たれている。
【００２０】
しかし、図８に示した様に半導体装置（１）に圧力を加えていくと金バンプ（８）が潰れ、半導体装置（１）と回路基板の隙間（１０）は極端に近づき、場合によっては接触することもある。
【００２１】
更には、バンプが潰れることで、バンプ間距離（９）も近づき、金バンプ（８）が隣接するバンプと接触して短絡してしまう。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明による半導体装置、回路基板、およびそれらの実装構造では、接合時の変形が少ないバンプを製造して実装する。
【００２３】
具体的には、第一に、半導体装置の外部取り出し電極であるバンプを形成した面が回路基板に対向した状態で接合するフリップチップ実装で、回路基板は電気絶縁層と導電パターンからなり、その導電パターンは半導体装置のバンプと接合した半導体装置の実装構造において、前記半導体装置の構成部であるバンプに予め半田メッキまたは錫メッキ処理された球状材料を用いる。
【００２４】
第二に、半導体装置の外部取り出し電極であるバンプを形成した面が回路基板に対向した状態で接合するフリップチップ実装で、回路基板は電気絶縁層と導電パターンからなり、その導電パターンは半導体装置のバンプと接合した半導体装置の実装構造において、バンプのほぼ中央部に導電材料からなる球状材料を用い、その表面には複数の導電材料層を形成した。
【００２５】
第三に、半導体装置の外部取り出し電極であるバンプを形成した面が回路基板に対向した状態で接合するフリップチップ実装で、回路基板は電気絶縁層と導電パターンからなり、その導電パターンは半導体装置のバンプと接合した半導体装置の実装構造において、バンプのほぼ中央部に樹脂材料からなる球状絶縁材料を配置し、該球状絶縁材料の表面には導電性材料層を形成した。
【００２６】
第四に、半導体装置の外部取り出し電極を有する面と回路基板を対向させた形で接合するフリップチップ実装で、接合部となるバンプを回路基板側に形成して接合した半導体装置の実装構造において、前記回路基板の構成部であるバンプに球状材料を用いた。
【００２７】
第五に、回路基板上のバンプ構成は、バンプのほぼ中央部に導電性材料からなる球状材料を配置し、該球状材料の表面には球状材料とは異なる導電材料層を形成した。
【００２８】
第六に、回路基板上のバンプ構成は、バンプのほぼ中央部に樹脂材料からなる球状材料を配置し、該球状絶縁材料の表面には導電性材料層を形成した。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図８を参照して本発明に係わる実施の形態を詳細に説明する。
【００３０】
図１は本発明によるフリップチップ実装構造を示す断面説明図である。
【００３１】
半導体装置（１）と回路基板上の導電パターン（３）がバンプを介して接続されている。このバンプは半導体装置（１）の表面の電極（１１）上に形成されていて、バンプのコアとなる球状材料（５）とその表面を覆っている導電材料（６）から成っている。球状材料（５）は予め半導体装置（１）の電極（１１）上に導電材料（６）で固定されている。
【００３２】
半導体装置（１）と回路基板はバンプのコアとなる球状材料（５）によって隙間を保たれ、且つ半導体装置（１）と回路基板の導電パターン（３）は、導電材料（６）であるハンダ材料などで機械的且つ電気的に接続している。
【００３３】
図２は本発明によるバンプの構造を示す断面説明図である。
【００３４】
バンプを構成する球状材料（５）とその表面を覆う導電材料（６）や絶縁材料（１６）で複数の組み合わせが可能となる。
【００３５】
例えば、球状材料（５）に導電性の材料を用いた場合には、その表面を覆う材料としては、半田または錫などからなる導電材料（６）を用いる。球状材料（５）に樹脂を用いた場合でも、表面を覆う材料として半田または錫などからなる導電材料（６）を用いらことが可能である。
【００３６】
樹脂材料を用いた場合には、バンプ自体に弾性特性を持たせる事ができ、温度サイクルなどに対する信頼性を向上させる事が出来る。
【００３７】
球状材料（５）は半導体装置（１）と回路基板間の隙間を維持するための機能のみを有し、実際の電気的且つ機械的接合は最表層の導電材料（６）で行われる。
【００３８】
図３は本発明によるバンプの構造を示す断面説明図である。
【００３９】
本例では、球状材料（５）となるコア材料の表面に２層の導電材料層を形成した例を示している。球状材料（５）は、金属材料が良い。
【００４０】
金属材料の場合には、実装後の半導体装置（１）と回路基板の隙間を維持し易い。
【００４１】
例えば、コアとなる球状材料（５）に「銅」、中間層（１２）に「ニッケル」、最表層（１３）に「金」と言った組み合わせが可能である。
【００４２】
このような構成をした球状材料は超音波接合法などで半導体装置（１）や回路基板上の導電パターン（３）に接合することが可能である。
【００４３】
図４は本発明によるバンプの構造を示す断面説明図である。
本例では、回路基板側にバンプを形成した状態を示している。
回路基板の主な構成は、絶縁層（４）とその上に形成された導電パターン（３）から成る。回路基板によっては、絶縁層（４）と導電パターン（３）を接着するための接着層が間に介在しているものもある。
【００４４】
回路基板の導電パターン（３）上に球状材料（５）を固定し、回路基板の導電パターン（３）の一部と球状材料（５）を導電材料（６）で接合している。
図５は本発明によって回路基板上に形成したバンプの構造を示す断面説明図である。
【００４５】
回路基板の導電パターン（３）上に球状材料（５）を保持し、熱処理することで導電材料（６）を溶融し、導電パターン（３）の表面と球状材料（５）を接合している。
【００４６】
この様な構造にすることで、回路基板の導電パターン（３）と球状材料（５）を電気的且つ機械的に接続することができる。
図６は、本発明によるバンプの構造を示す断面説明図である。
本例では、球状材料（５）となるコア材料の表面に２層の構造を取った例を示している。球状材料（５）は、金属材料が良い。
【００４７】
金属材料の場合には、実装後の半導体装置（１）と回路基板の隙間を維持し易い。例えば、コアとなる球状材料（５）に「銅」、中間層（１２）に「ニッケル」、最表層（１３）に「金」と言った組み合わせが可能である。
【００４８】
【発明の効果】
本実施の形態によれば、バンプ間の距離が小さくなっても、接合時の熱や圧力によるバンプの潰れがほとんど発生しなくなる。
【００４９】
その結果、隣接するバンプ間でショートすることが無くなった。
【００５０】
従って、実装工程上の管理がし易くなると同時に製品の歩留まりを向上することができる。また、樹脂材料を用いた場合には、バンプ自体に弾性特性を持たせる事ができ、温度サイクルなどに対する信頼性を向上させる事が出来る。
【００５１】
更に、球状粒子の最表面を金で覆った物は、半導体装置の電極や回路基板の導電パターン表面が金やアルミニウムなどであれば、球状粒子と半導体装置または回路基板と超音波接合することが出来る。
【００５２】
超音波接合は、常温で接合できるため半導体装置や回路基板に熱によるダメージを与えずに済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるバンプを形成した半導体装置をフリップチップ実装した構造を示す断面説明図である。
【図２】本発明によって半導体装置に形成したバンプ形成部分を拡大した断面説明図である。
【図３】本発明によって半導体装置に形成したバンプを拡大した断面説明図である。
【図４】本発明によるバンプを形成した回路基板を示す断面説明図である。
【図５】本発明によって回路基板に形成したバンプ形成部分を拡大した断面説明図である。
【図６】本発明によって回路基板に形成したバンプ形成部分を拡大した断面説明図である。
【図７】従来のフリップチップ実装構造を示す断面説明図である。
【図８】従来のフリップチップ実装構造を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１　　　半導体装置
２　　　絶縁層
３　　　導電パターン
４　　絶縁層
５　　　球状材料
６　　　導電材料
８　　　バンプ
９　　　バンプ間距離
１０　　　間隙
１１　　　電極
１２　　　中間層
１３　　　最表層
【図１】
2004006705.tif 000003
【図２】
2004006705.tif 000004
【図３】
2004006705.tif 000005
【図４】
2004006705.tif 000006
【図５】
2004006705.tif 000007
【図６】
2004006705.tif 000008
【図７】
2004006705.tif 000009
【図８】
2004006705.tif 000010