(57)【要約】【課題】電子部品及びその製造方法に関し、極めて簡単且つ容易な手段を採ることで、電子部品間の距離が精密に制御され、且つ、電子部品間に介在するハンダ・ボールが鼓型に整形されるようにする。【解決手段】基板１１と基板１２とが所定融点Ｔ２の材料からなるバンプ１３Ｂの高さで間隔を規定されて対向すると共に該所定融点Ｔ２に比較して低い融点Ｔ１の材料からなり且つ鼓型を成すバンプ１３Ａで電気接続される。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電子部品と第２の電子部品とが所定融点Ｔ２の材料からなる第１のバンプの高さで間隔を規定されて対向すると共に該所定融点Ｔ２に比較して低い融点Ｔ１の材料からなり且つ鼓型を成す第２のバンプで電気接続されてなること
を特徴とする電子部品。
【請求項２】
表面に電気接続されるべき下地金属膜が形成され且つ電子部品間の間隔を規定する第１のバンプが当接するべき領域をもつ第１の電子部品及び表面に電気接続されない下地金属膜と電気接続されるべき下地金属膜とが形成され且つ電気接続されない下地金属膜上には融点がＴ２（Ｔ２＞Ｔ１）の材料からなる第１のバンプが形成されると共に電気接続されるべき下地金属膜上には融点がＴ１（Ｔ１＜Ｔ２）の材料からなる第２のバンプが形成されてなる第２の電子部品を対向させてアライメントする工程と、
温度Ｔ（Ｔ＞Ｔ２＞Ｔ１）を上昇して第１の電子部品と第２の電子部品のボンディングを行う工程と、
第１の電子部品及び第２の電子部品の間隔を開いて融点がＴ１の第２のバンプを鼓型にしてから温度Ｔ（Ｔ２＞Ｔ＞Ｔ１）を下降して融点Ｔ２の第１のバンプを略当初の形状に復元して固化する工程と、
第１の電子部品及び第２の電子部品の間隔を小さくして融点Ｔ２の第１のバンプで該間隔を規定してから温度Ｔ（Ｔ２＞Ｔ１＞Ｔ）を更に下降して融点Ｔ１の第２のバンプを鼓型の形状のまま固化しボンディングを完成する工程と
が含まれてなることを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項３】
第１のバンプ及び第２のバンプの形状をバンプの径、高さ、融点を調整して制御すること
を特徴とする請求項２記載の電子部品の製造方法。
【請求項４】
第１のバンプの高さを下地金属膜の面積と金属量で調整すること
を特徴とする請求項２記載の電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ、パッケージ、プリント板などの間を電気接続するのに好適な接続構造を備えた電子部品及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、イメージ・センサなど、多数のセンサ素子を集積したハイブリッド半導体装置に於いては、各センサ素子の電気的接続数は著しく増加しつつある。
【０００３】
従来、前記電気的接続はワイヤ・ボンディングなどに依存していたが、接続数の増加などの問題から導電体バンプを用いて行うようになってきた。
【０００４】
図５は導電体バンプを用いる接続構造を説明する為の電子部品を表す要部切断側面図であり、図に於いて、１は第１の基板、２は金属部分、３は第２の基板、４は金属部分、５は金属部分２と金属部分４とを結合するハンダ・ボール（導電体バンプ）をそれぞれ示している。
【０００５】
図５に見られるような導電体バンプを用いた接続構造を採った場合、ハンダ・ボール５の形状は表面張力で決定される為、任意の形状にはならないばかりか、応力集中を回避できる形状は得られない。
【０００６】
図６はハンダ・ボールに於ける応力の集中及び分散について説明する為の電子部品を表す要部切断側面図であり、図５に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。
【０００７】
図６（Ａ）に矢印Ａ及びＢで指示してあるような熱歪みに依る応力が加わった場合、その応力は、矢印Ｃで指示してある位置、即ち、ハンダ・ボール５の根元の部分に集中する。
【０００８】
前記説明したようなハンダ・ボールの根元に応力が集中することを回避するには、ハンダ・ボールの形状を鼓型にすると良いことが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００９】
図６（Ｂ）に見られる鼓型ハンダ・ボール６に於いて、熱歪みに依る応力が加わった場合、その応力はハンダ・ボール６の根元に集中することなく、鼓型に於ける弧面の全面に分散されることが知られている。
【００１０】
ところで、前記したようにハンダ・ボールを鼓型に整形するには、ハンダ・ボールのサイズ（ハンダの体積）を一定にした上で、接続対象物間の距離を精密に制御しなければならず、そのスルー・プットは著しく悪いものとなっている。
【００１１】
バンプに関連する技術については、前記説明した従来の技術の他に種々な公知技術が知られているので、その若干の例を挙げて説明する。
【００１２】
融点を異にする二種類のバンプを構成し、融点が低いバンプの表面張力を利用し、ｘ−ｙ平面上で精密なアライメントを行う発明が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１３】
特許文献１の発明に於いては、バンプ形状を鼓型に決定する為のｚ方向の制御である接続対象物間のギャップの制御は行っていない。
【００１４】
また、予めスペーサに依って接続対象物間のギャップを決定しておき、バンプ材料の融点以上の温度にすることで、バンプを下側対象物の下地金属側に垂れるようにして接続を行う発明が知られ、下地金属の形状、面積を最適にしておくことで、鼓型にすることができる（例えば、特許文献２参照。）。
【００１５】
特許文献２の発明に於いては、スペーサで予め固定するので、ｘ−ｙ平面のセルフ・アライメント効果を期待することはできず、そして、接続対象物間のギャップを予め固定した後でバンプを溶解接続するのであるから、バンプ形状についての自由度が減少する。
【００１６】
更にまた、放熱フィン−（ハンダ１）−半導体チップ−（ハンダ２）−基板の順に積層し、そして、この場合、ハンダ１の融点がハンダ２の融点に比較し高くなっていて、そのハンダ２で半導体チップと基板との接続を行い、次いで、温度を上昇して、ハンダ１で放熱フィンと半導体チップとを接続するものである。このとき、チップ間にハンダが拡がってギャップを狭めることで、半導体チップを持ち上げ、ハンダ２を鼓型にする。（例えば、特許文献３参照。）。この特許文献３の発明に於いては、放熱フィンなる余分なものが設置される。
【００１７】
更にまた、スペーサとしてチップ型部品を使用して接続対象物間のギャップを決定し、フリップ・チップ・ボンディングを行う発明が知られている（例えば、特許文献４参照。）。
【００１８】
特許文献４の発明に於いては、スペーサで予め固定するので、ｘ−ｙ平面のセルフ・アライメント効果を期待することができず、そして、接続対象物間のギャップを予め固定した後でバンプを溶解接続するのであるから、バンプ形状についての自由度が減少する。
【００１９】
【特許文献１】
特開平６−１１２４６３号公報
【特許文献２】
特開平６−１７７４３８号公報
【特許文献３】
特開平７−９４６２６号公報
【特許文献４】
特開平９−１３００３１号公報
【非特許文献１】技術情報協会編「ベアチップ実装」株式会社技術情報協会  １９９０年１月３１日発行  第１４４頁乃至第１４６頁
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、極めて簡単且つ容易な手段を採ることで、電子部品間の距離が精密に制御され、且つ、電子部品間に介在するハンダ・ボールが鼓型に整形されるようにする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明に依る電子部品及びその製造方法に於いては、第１の電子部品（例えば基板１１：図４参照、以下同様）と第２の電子部品（例えば基板１２）とが所定融点Ｔ２の材料からなる第１のバンプ（融点Ｔ２のバンプ１３Ｂ）の高さで間隔を規定されて対向すると共に該所定融点Ｔ２に比較して低い融点Ｔ１の材料からなり且つ鼓型を成す第２のバンプ（融点Ｔ１のバンプ１３Ａ）で電気接続されることが基本になっている。
【００２２】
前記手段を採ることに依り、電子部品間の距離が精密に制御され、且つ、電子部品間に介在するハンダ・ボールを鼓型に整形され、従って、熱サイクル、或いは、機械的衝撃などで発生する応力集中は解消されて信頼性が向上する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明では、融点を異にする材料でそれぞれ構成されたバンプを用いて接続対象物である半導体チップ、パッケージ、プリント板など電子部品の接続を行うようにしている。但し、高融点の材料で構成されたバンプは、接続を主たる目的とするものではなく、電子部品間の間隔を規定し、且つ、その間隔を維持する役割を果たすものである。
【００２４】
ここで、融点が低い材料からなるバンプの融点をＴ１とし、また、融点が高い材料からなるバンプの融点をＴ２とし、更に、電子部品に於ける融点Ｔ２のバンプが位置するであろう箇所の何れか一方の表面はバンプが結合され難い状態、例えば、金属などの下地は設けない構成にしてあるものとする。
【００２５】
電子部品の接続を行うには、当初、全てのバンプを融点Ｔ２よりも高い温度で溶融して下地を濡らした状態とし、その状態で電子部品の間隔を若干引き離してから、温度Ｔ１よりも高く且つ温度Ｔ２よりも低い温度に下降させると、融点Ｔ２のバンプは表面張力に依って半球状をなして固化し、結合され難い状態にある表面をもつ電子部品から離隔した状態となる。
【００２６】
次いで、両電子部品の内の少なくとも一方の保持を解除すると、融点Ｔ１のバンプに於ける表面張力に起因して両電子部品は引き付けられるような状態となるが、無制限に引き付けられるわけではなく、既に固化している融点Ｔ２のバンプに抑止されて両電子部品間の間隔は一定、即ち、融点Ｔ２のバンプの高さに維持され、そして、融点Ｔ１のバンプは鼓型の形状になっている。
【００２７】
この後、接続された両電子部品の温度を融点Ｔ１以下にすることで、融点Ｔ１のバンプは鼓型を維持したまま固化し、従って、熱歪に起因する応力はバンプ全体に分散され、その根元にだけ集中することはなくなる。
【００２８】
前記説明した融点Ｔ２のバンプの最終的な高さは、接続対象物である電子部品の何れか一方に形成されている下地金属のサイズと金属量に依って決定されるので、それを制御することで接続された電子部品間の間隔を予め決定することができる。
【００２９】
前記したように、融点Ｔ２のバンプに依って、電子部品間の間隔が一定に維持されることから、融点Ｔ１のバンプについても、下地金属のサイズと金属量を所望の値に設定しておくことで、バンプを所望の形状にすることが可能である。
【００３０】
実施例
本発明は、特に、水銀カドミウムテルルなどの化合物半導体を用いたハイブリッド型赤外線検知器（ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｆｏｃａｌ  ｐｌａｎｅ  ａｒｒａｙ：ＩＲＦＰＡ）などに実施して好適である。
【００３１】
このハイブリッド型赤外線検知器では、水銀カドミウムテルルなどの化合物半導体を材料にしたフォトダイオード・アレイ及び化合物半導体とは熱膨張率を異にするシリコンを材料とする読み出し用ＩＣをバンプで貼り合わせた構成となっていて、各フォトダイオードに対してバンプが必要であるから、シリコンを用いた読み出し用ＩＣにはバンプを大量且つ稠密に敷き詰めたものとなる。
【００３２】
図１乃至図４はＩＲＦＰＡを組み立てる工程を説明する為の工程要所に於けるＩＲＦＰＡの要部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。
【００３３】
図１参照
（１）
水銀カドミウムテルルなどを材料にしたフォトダイオード・アレイが作り込まれ、且つ、表面に下地金属膜１１Ａが形成されてなる基板１１と、シリコンを材料にした読み出し用ＩＣが作り込まれ、且つ、表面に下地金属膜１２Ａ及び１２Ｂが形成されると共に下地金属膜１２Ａには融点Ｔ１（低温）のＩｎバンプ１３Ａが、また、下地金属膜１２Ｂには融点Ｔ２（高温）のＩｎＺｎバンプ１３Ｂがそれぞれ接続された基板１２とを対向させてアライメントする。
【００３４】
ここで、融点Ｔ２のＩｎＺｎバンプ１３Ｂは基板１１と基板１２との間隔を規定する為のものであり、また、融点Ｔ１のＩｎバンプ１３Ａは基板１１と基板１２とを電気接続する為のものであることは云うまでもない。尚、Ｉｎの融点Ｔ１は１５６〔℃〕、Ｉｎ９０〔％〕・Ｚｎ１０〔％〕のＩｎＺｎ合金の融点Ｔ２は約２００〔℃〕である。
【００３５】
図２参照
（２）
Ｔ＞Ｔ２＞Ｔ１である温度Ｔ、例えばＴ＝２１０〔℃〕に昇温して基板１１と基板１２とをボンディングする。
【００３６】この場合、Ｉｎバンプ１３Ａに対しては基板１１側の表面に下地金属膜１１Ａが用意されているので電気接続されるが、ＩｎＺｎバンプ１３Ｂに対しては基板１１側の表面に下地金属膜が存在せず、金属には馴染み難い材料、例えばＳｉＯ２  膜になっているので、電気接続は行われない。
【００３７】
図３参照
（３）
温度Ｔを２１０〔℃〕に維持したまま、基板１１と基板１２との間隔を拡げるとＩｎバンプ１３Ａは下地金属膜１１Ａ及び１２Ａ間にボンディング状態に在って鼓型を成しているが、ＩｎＺｎバンプ１３Ｂは基板１１側表面から離れてしまい、半球状に復元してしまう。
【００３８】
（４）
次いで、温度Ｔを１８０〔℃〕、即ち、Ｔ２＞Ｔ＞Ｔ１とすると、ＩｎＺｎバンプ１３Ｂは固化し、Ｉｎバンプ１３Ａは依然として溶融状態に在る。
【００３９】
図４参照
（５）
温度ＴをＴ２＞Ｔ＞Ｔ１の状態に保ちながら、基板１１及び基板１２の保持を緩めて間隔を小さくすると既に固化しているＩｎＺｎバンプ１３Ｂの頂部が基板１１に再び当接し、基板１１と基板１２との間隔を規制するので、それ以上、接近することはなくなり、溶融状態に在るＩｎバンプ１３Ａは鼓型の形状を維持することができる。
【００４０】
（６）
温度ＴをＴ２＞Ｔ１＞Ｔとすると、全てのバンプは固化状態となって、基板１１及び１２は、所定の間隔を維持し、鼓型のＩｎバンプ１３Ａに依って電気接続されるので、応力がＩｎバンプ１３Ａの根元に集中することはなく、剥離
などは生じない。
【００４１】
【発明の効果】
本発明に依る電子部品及びその製造方法に於いては、第１の電子部品と第２の電子部品とが所定融点Ｔ２の材料からなる第１のバンプの高さで間隔を規定されて対向すると共に該所定融点Ｔ２に比較して低い融点Ｔ１の材料からなり且つ鼓型を成す第２のバンプで電気接続される。
【００４２】
前記構成を採ることに依り、電子部品間の距離が精密に制御され、且つ、電子部品間に介在するハンダ・ボールを鼓型に整形され、従って、熱サイクル、或いは、機械的衝撃などで発生する応力集中は解消されて信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＩＲＦＰＡを組み立てる工程を説明する為の工程要所に於けるＩＲＦＰＡの要部切断側面図である。
【図２】ＩＲＦＰＡを組み立てる工程を説明する為の工程要所に於けるＩＲＦＰＡの要部切断側面図である。
【図３】ＩＲＦＰＡを組み立てる工程を説明する為の工程要所に於けるＩＲＦＰＡの要部切断側面図である。
【図４】ＩＲＦＰＡを組み立てる工程を説明する為の工程要所に於けるＩＲＦＰＡの要部切断側面図である。
【図５】導電体バンプを用いる接続構造を説明する為の電子部品を表す要部切断側面図である。
【図６】ハンダ・ボールに於ける応力の集中及び分散について説明する為の電子部品を表す要部切断側面図である。
【符号の説明】
１１  基板
１１Ａ  下地金属膜
１２  基板
１２Ａ及び１２Ｂ  下地金属膜
１３Ａ  Ｉｎバンプ
１３Ｂ  ＩｎＺｎバンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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