(57)【要約】【課題】端子どうしを対向させた状態において、両端子間のより確実な電気的接続を図ることができる簡便な方法を提供することをその課題としている。【解決手段】互いに対向する第１の端子１１と第２の端子２１とが、熱接着性樹脂膜中に導電性粒子３２を分散させてなる異方性導電膜３０を介して導電接続されている端子間の接続構造であって、第１及び第２の端子１１，２１は、少なくともその表面が、金、ニッケル、錫、アルミまたは銅により形成されており、かつ導電性粒子３２は、少なくともその表面が金またはニッケルにより形成されているとともに、導電性粒子３２と第１の端子１１間および／または導電性粒子３２と第２の端子間２１は、合金化結合されている。【選択図】  図２
2005020028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端子と、第２の端子とを互いに対向させ、これら端子間に異方性導電膜を介装するとともに、上記第１の端子と第２の端子を互いに圧し付けるとともに、両端子間に超音波振動を付与する端子間の接続方法であって、
上記第１及び第２の端子は、少なくともその表面が、金、ニッケル、錫、アルミまたは銅により形成されており、かつ上記導電性粒子は、少なくともその表面が金またはニッケルにより形成されていることを特徴とする、端子間の接続方法。
【請求項２】
互いに対向する第１の端子と第２の端子とが、熱接着性樹脂膜中に導電性粒子を分散させてなる異方性導電膜を介して導電接続されている端子間の接続構造であって、
上記第１及び第２の端子は、少なくともその表面が、金、ニッケル、錫、アルミまたは銅により形成されており、かつ上記導電性粒子は、少なくともその表面が金またはニッケルにより形成されているとともに、
上記導電性粒子と第１の端子間および／または上記導電性粒子と第２の端子間は、合金化結合されていることを特徴とする、端子間の接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端子間の接続構造に関し、たとえば、能動面に複数の端子が形成されたＩＣなどの半導体チップをいわゆるチップ・オン・ボード実装方式でプリント配線基板上に実装する場合などに好適に採用しうるものである。
【背景技術】
【０００２】
図８は、チップ・オン・ボード方式で半導体チップ１０を基板２０上に実装した状態の拡大断面図である。半導体チップ１０の能動面には、複数の端子パッド１１がやや突出状に形成されている。一方、プリント配線基板２０の表面には、上記半導体チップ１０の各端子パッド１１の配置と対応して、複数の端子２１が露出形成されている。チップ・オン・ボード方式とは、上記半導体チップ１０の能動面を異方性導電膜３０を介して基板２０に対向させてこれに加熱圧接させ、対向する端子１１，２１どうしを導電接続し、その余の領域を絶縁性をたもったまま相互接着する方式である。
【０００３】
上記異方性導電膜３０は、接着性の樹脂膜３１中に導電性の粒子３２を分散させた構造をもっている。導電性の粒子３２としては、金属球のほか、たとえば樹脂製ボールの表面にニッケルメッキを施したもの、あるいはニッケルメッキの上にさらに金メッキを施したものなどが使用される。
【０００４】
加熱状態において相互間に上記の異方性導電膜３０を介在させた上で上記半導体チップ１０と基板２０間に所定の圧力を加えると、図８に表れているように、半導体チップ１０の端子１１と基板２０上の端子２１間で軟化させられた異方性導電膜３０が圧し潰され、上記導電性の粒子３２が両端子１１，２１間に接触させられ、これにより両端子１１，２１間の電気的接続が図られる。異方性導電膜３０のうち、上記のようにして圧し潰されない領域は、依然として導電性の粒子３２は分散状態にあるため、この領域での絶縁性は維持される。同時に、半導体チップ１０の能動面と基板２０間は、上記異方性導電膜３０のもつ接着力によって相互に接着される。このように、上記した実装方式においては、異方性導電膜３０を介在させた状態で半導体チップ１０と基板２０間を押圧するという簡単な操作をするだけで、必要な箇所のみの電気的導通をはかりながら、半導体チップ１０を基板２０に実装することができるのであり、いわゆるチップボンディングとワイヤボンディングとによって基板上に半導体チップを実装する場合に比較して、著しく簡便な実装方式である。
【０００５】
ところで、上記した従来の手法による異方性導電膜３０を用いた端子間の接続方法においては、単に異方性導電膜３０を介して接続するべき両者間を熱圧迫させるだけであるため、とくに電気的接続の安定性に欠けるという問題がある。
【０００６】
すなわち、加熱温度の管理、および、圧接力の管理を適正に行わないと、異方性導電膜３０内の導電性粒子３２が導通を図るべき両端子１１，２１に適正に接触しない状態が生まれるおそれがある。また、半導体チップを実装するべき基板がガラスエポキシをベースとするプリント配線基板である場合等には、この基板に撓みや反りが生じている場合があり、このような場合には、上記のような電気的接続不良がより起こりやすい。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−９４８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、端子どうしを対向させた状態において、両端子間のより確実な電気的接続を図ることができるあらたな接続構造を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１０】
本発明の第１の側面によって提供される端子間の接続方法は、第１の端子と、第２の端子とを互いに対向させ、これら端子間に異方性導電膜を介装するとともに、上記第１の端子と第２の端子を互いに圧し付けるとともに、両端子間に超音波振動を付与する端子間の接続方法であって、上記第１及び第２の端子は、少なくともその表面が、金、ニッケル、錫、アルミまたは銅により形成されており、かつ上記導電性粒子は、少なくともその表面が金またはニッケルにより形成されていることを特徴としている。
【００１１】
上記異方性導電膜は、従来のチップ・オン・ボード方式で半導体チップを基板に実装する場合に用いるものと基本的に同じである。すなわち、接着性の樹脂膜中に導電性の粒子を分散させた構造をもったものである。導電性の粒子は、樹脂膜中に分散されているが故に、自然状態においては、各導電性の粒子は絶縁性の樹脂によって互いに隔絶されており、したがって、この異方性導電膜の両面間は、絶縁状態にある。しかし、この異方性導電膜の選択された領域に好ましくは加熱状態において厚み方向の圧迫力を加えてこの膜を圧し潰すと、上記導電性の粒子の表面が圧し潰されて厚みが減少した膜の両面に露出するようになり、この粒子を挟むように対向する面が互いに電気的に導通させられる。
【００１２】
本発明においては、第１の端子と第２の端子とを電気的に接続するにあたって、両端子間に介在させられる上記の異方性導電膜を両端子間で圧迫させるだけでなく、超音波振動を加えている。好ましくは、この場合、上記第１および第２の端子とその間に介装させられる異方性導電膜は、加熱状態におかれる。第１の端子と第２の端子の相互間に超音波振動を与えると、これらの間に圧し潰された格好で介在する異方性導電膜中の導電性粒子と各端子間は、振動摩擦によって確実な電気的接続が図られるとともに、両端子および導電性粒子の被膜金属を選択することにより、これらの相互接触部には共晶合金が生成され、これにより、両端子と導電性粒子間のより確実な電気的接続が図られる。第１の端子が形成された面と、第２の端子が形成された面との間は、異方性導電膜による接着により、相互に固定される。その結果、本発明に係る端子間の接続方法によれば、従来の異方性導電膜を用いた接続法に比較し、端子間の電気的接続の安定性が高まる。このことは、半導体チップをチップ・オン・ボード実装法によって基板上に実装する場合、リードフレーム上に半導体チップをボンディングする場合等に等しくあてはまる効果である。なお、異方性導電膜を介在させた状態での両端子の圧迫操作および超音波付与操作中、好ましくは加熱状態とすることが好ましいが、加熱をすることなくとも、圧迫操作と超音波付与操作をするだけで、そのエネルギを適正に選択することにより、振動摩擦による昇温が得られ、両端子が形成された面どうしが実質的に熱接着されることが確認されている。さらに、本発明によれば、上記第１または第２の端子と上記導電性粒子とを合金化結合させるのに好適である。
【００１３】
本発明の第２の側面によって提供される端子間の接続構造は、互いに対向する第１の端子と第２の端子とが、熱接着性樹脂膜中に導電性粒子を分散させてなる異方性導電膜を介して導電接続されている端子間の接続構造であって、上記第１及び第２の端子は、少なくともその表面が、金、ニッケル、錫、アルミまたは銅により形成されており、かつ上記導電性粒子は、少なくともその表面が金またはニッケルにより形成されているとともに、上記導電性粒子と第１の端子間および／または上記導電性粒子と第２の端子間は、合金化結合されていることを特徴としている。
【００１４】
このような構成によれば、端子金属と異方性導電膜中の導電性粒子の金属を適当に選択するとともに、導電接続するべき両端子間に超音波振動を与えることによって達成される。したがって、第１の端子と第２の端子間の導電接続の安定性が高度に達成される。
【００１５】
本発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１７】
図１ないし図３は、本発明をプリント配線基板上に半導体チップをチップ・オン・ボード実装方式によって実装する場合に適用する場合を示している。なお、これらの図において、図８に示した従来例と同等の部材および部分には同一の符号を付してある。
【００１８】
ＩＣチップなどの半導体チップ１０の能動面には、アルミニウムパッド上に金メッキまたはニッケルメッキによるバンプ１１が形成された恰好で、複数の第１の端子１１が形成されている。この半導体チップ１０の能動面における上記第１の端子１１以外の領域は、パシペーションによって絶縁されている。
【００１９】
一方、上記半導体チップ１０が搭載されるべきプリント配線基板２０は、ガラスエポキシなどの基材の表面に銅被膜を形成するとともにこれに対して所定のパターンエッチングを施すなどして配線パターンが形成されており、この配線パターン２１に導通するようにして、ニッケルメッキおよび金メッキが施された恰好で、上記第１の端子１１と対応する複数の第２の端子２１が形成されている。このように露出させられる第２の端子２１以外の基板２０上の領域は、通常、グリーンレジストと呼ばれる絶縁性の樹脂被膜によって覆われる。第２の端子２１は、ニッケルメッキおよび金メッキが施されているが故に、基板表面に対してやや突出状となる。
【００２０】
上記プリント配線基板２０には、図１および図２に示すようにして、異方性導電膜３０を介して、能動面を下向きにした半導体チップ１０が、第１の端子１１と上記基板２０上の第２の端子２１とが対応するように位置決めされながら、所定の圧力で押圧される。このとき、プリント配線基板２０が載置される支持台４０は、その内部に組み込まれたヒータ（図示略）によって、たとえば１８０℃程度に加熱させられる。
【００２１】
上記半導体チップ１０の基板２０への押圧は、図２に示すように、超音波ホーン５０を用いて行われる。すなわち、実施形態においては、上記半導体チップ１０は、基板２０に対して、単に熱圧着されるだけではなく、超音波振動を与えられる。
【００２２】
上記異方性導電膜３０は、たとえば、エポキシ系の樹脂膜３１中に導電性粒子３２を分散させたものである。導電性粒子３２としては、金属粒子が用いられるほか、樹脂粒子の表面に金メッキまたはニッケルメッキが施されたものなどが使用される。導電膜の自然状態での厚みは、たとえば３０〜５０μｍ、導電性粒子の球径はたとえば５μｍである。
【００２３】
異方性導電膜３０は、その選択されさた領域が厚み方向に加熱圧迫させられると、樹脂成分が軟化して圧し潰される。上記の例においては、半導体チップ１０側の第１の端子１１および基板２０側の第２の端子２１がともに突出状となっているので、異方性導電膜３０のうち、上記対向状の第１の端子１１と第２の端子２１との間に挟まれる領域が選択的に圧し潰され、その結果、樹脂中に分散させられている導電性粒子３２が半導体チップ１０側の第１の端子１１と、基板２０側の第２の端子２１に接触させられる。それだけではなく、本発明においては、基板２０と半導体チップ１０との間に所定のエネルギによる超音波振動を与えている。そのため、上記導電性粒子３２と第１の端子１１間、および上記導体粒子３２と第２の端子２１間に振動摩擦による確実な導電接触状態が得られる。異方性導電膜３０のうち、上記第１の端子１１と第２の端子２１とに挟まれない領域は、押し潰されないか、または、圧し潰される程度が低いため、内部の導電性粒子３２は依然として異方性導電膜３０の厚み方向に分散された状態となり、したがって、半導体チップ１０と基板２０の両表面における上記両端子１１，２１以外の領域間の絶縁性が維持される。
【００２４】
上記の例では、第１の端子１１、第２の端子２１および異方性導電膜３０中の導電性粒子３２の表面がともに金またはニッケルであるため、上記のような超音波エネルギの付与により、これらの金表面が原子レベルで再結晶し、相互間に高度な電気的導通性が得られる。
【００２５】
さらに、上記第１の端子１１または第２の端子２１の表面を錫、アルミ、または銅とすると、導電性粒子３２の金表面との間に共晶合金部分が形成され、この場合もまた、相互の高度な電気的導通性が得られる。
【００２６】
上記の例は、半導体チップ１０をプリント配線基板２０上に実装する場合に本発明を適用したものであるが、本発明はこれに限らず、図４および図５に示すように、半導体チップ１０をリードフレーム６０上にボンディングする場合にも適用できる。リードフレーム６０には、上記半導体チップ１０上に形成した第１の端子１１と接続するべき第２の端子２１としての内部リード６１が形成されており、その表面には、好ましくは、金メッキまたはニッケルメッキが施される。このリードフレーム６０は、たとえば、ヒータブロック７０上に支持され、その上に上記の異方性導電膜３０を介在させた格好で半導体チップ１０がその能動面を下にして位置決め載置され、そして、図５に示すように、上記と同様にこの半導体チップ１０が、超音波ホーン５０によって超音波振動を与えられながら、上記リードフレーム６０に向けて所定の圧力で押圧される。
【００２７】
この場合においても、上記と同様に、リードフレーム６０の内部リード６１と半導体チップ１０の端子との間が、異方性導電膜３０を介してより確実に導通させられる。
【００２８】
上記の各例は、いずれも、異方性導電膜３０を介して対向する第１の端子１１と第２の端子２１間を選択的に導通接続するものであるが、本発明は、これに限られない。実験によれば、図６および図７に示すように、単に第１の端子１１（たとえば半導体チップ１０上の端子１１）と第２の端子２１（たとえばプリント配線基板２０上の端子２１）間にたとえばエポキシ系の樹脂膜３５を介在させ、適度に加熱させた状態において、超音波を付与しつつ両端子間を圧接させることにより、対向する第１の端子１１と第２の端子２１との間が適正に導通させられうることが判明している。この場合、両端子１１，２１以外の領域は、圧し潰されない樹脂膜によって絶縁性が保持される。
【００２９】
すなわち、図７に詳示するように、第１の端子１１と第２の端子２１間を加熱圧接させながら、両者間に超音波振動を与えると、両端子１１，２１間の樹脂膜が超音波振動による摩擦熱によってより流動性が高められるとともに、両端子が相互にスライド方向に振動することによって上記流動性が高められた樹脂が両端子１１，２１間のすきまから押し出され、その結果、第１の端子１１と第２の端子２１との直接接触が達成されるのである。
【００３０】
そして、この方法は、上記のように、半導体チップ１０をプリント配線基板２０上に搭載する場合のみならず、半導体チップ１０をリードフレーム上にボンディングする場合にも同様に適用できる。
【００３１】
また、上記の各例では、第１の端子１１と第２の端子２１間を超音波振動をあたえつつ相互に圧接するに際して、外部加熱を併用しているが、外部加熱は、必要に応じて行えばよい。
【００３２】
もちろん、この発明の範囲は上述した各実施形態に限定されるものではなく、対向する第１の端子と第２の端子間の電気的接続をする場合のすべてに適用しうる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る端子間の接続方法の一例の説明図である。
【図２】本発明に係る端子間の接続方法の一例の説明図である。
【図３】本発明に係る端子間の接続構造の一例の拡大断面図である。
【図４】本発明に係る端子間の接続方法の他の例の説明図である。
【図５】本発明に係る端子間の接続方法の他の例の説明図である。
【図６】本発明に係る端子間の接続方法の他の例の説明図である。
【図７】本発明に係る端子間の接続方法の他の例の説明図である。
【図８】従来例の説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  半導体チップ
１１  第１の端子
２０  基板
２１  第２の端子
３０  異方性導電膜
３１  樹脂膜
３２  導電性粒子
３５  樹脂膜
５０  超音波ホーン
６０  リードフレーム
７０  ヒータブロック
【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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【図７】
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【図８】
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