(57)【要約】【課題】二つの電子部品のバンプ電極同士が小さい荷重によって十分な機械的強度をもって接合された実装構造を提供する【解決手段】実装構造１００はＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０とを有している。ＭＥＭＳチップ１１０はバンプ電極１５０Ａを有し、配線基板１３０はバンプ電極１５０Ｂを有している。バンプ電極１５０Ａ，１５０Ｂは互いに対応する位置に設けられて配置されている。バンプ電極１５０Ａ，１５０Ｂは、それぞれ、山型突起１５２Ａ，１５２Ｂを有している。ＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０は、バンプ電極１５０Ａとバンプ電極１５０Ｂとが互いに対向するように配置されて加圧される。これにより、互いに接触した山型突起１５２Ａ，１５２Ｂが塑性変形し、バンプ電極１５０Ａ，１５０Ｂが互いに接合される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの第一のバンプ電極を有する半導体チップと、
少なくとも一つの第二のバンプ電極を有する基板とを有し、
前記半導体チップと前記基板は、前記第一のバンプ電極と前記第二のバンプ電極が互いに機械的かつ電気的に接合されていることにより、互いに機械的かつ電気的に接合されており、
前記第一と第二のバンプ電極のおのおのは、互いに接合される前に、一方向に延びている少なくとも一本の山型突起を有しており、前記第一と第二のバンプ電極は、それらの前記山型突起が少なくとも部分的に互いに対向するように配置されて互いに押圧されたことによりそれらの前記山型突起が互いに塑性変形したことによって互いに機械的かつ電気的に接合されている、実装構造。
【請求項２】
前記山型突起が三角形の断面を有している、請求項１に記載の実装構造。
【請求項３】
前記第一のバンプ電極の前記山型突起が延びている前記一方向と前記第二のバンプ電極の前記山型突起が延びている前記一方向とが、前記半導体チップと前記基板の間に広がる平面への投影において、互いに交差している、請求項１に記載の実装構造。
【請求項４】
前記第一のバンプ電極の前記山型突起が延びている前記一方向と前記第二のバンプ電極の前記山型突起が延びている前記一方向とが互いに直交している、請求項３に記載の実装構造。
【請求項５】
前記半導体チップがＭＥＭＳチップである、請求項１に記載の実装構造。
【請求項６】
前記基板がＭＥＭＳ基板である、請求項１または請求項５に記載の実装構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の実装構造および実装方法に関して、例えば、特開平８−７００１９号公報に示されるように、二つの電子部品にそれぞれバンプ電極を設け、少なくとも一方の電子部品のバンプ電極にエッチングによって微細な凹凸を形成し、二つの電子部品のバンプ電極同士が互いに対向するように二つの電子部品を配置し、二つの電子部品を加圧して接続する技術がある。
【０００３】
この技術によれば、一方の電子部品のバンプ電極に他方の電子部品のバンプ電極の凸部が食い込むので、アンカーリング効果（投錨効果）によって両バンプ電極が接続される。したがって、低温での実装が可能であり、電子部品を破壊することなく接続することができる。また、バンプ電極で接合されるため、ハンダを使った実装方法と比較して、バンプ電極をファインピッチ化することができる。
【特許文献１】特開平８−７００１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記先行技術では、バンプ電極に形成された微細な凹凸形状が制御されていないため、互いに対向するバンプ電極に形成された凸部同士が接触し押圧されて変形することにより接合される面積は、バンプ電極の接合面の面積に比べて非常に小さくなってしまう。接合時の荷重を大きくすることによって、凸部同士の接触・押圧でなくとも十分な接合強度を得る手法が考えられるが、この手法では、大きな荷重をかけることにより電子部品にダメージを与えてしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、二つの電子部品のバンプ電極同士が小さい荷重によって十分な機械的強度をもって接合された実装構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による実装構造は、少なくとも一つの第一のバンプ電極を有する半導体チップと、少なくとも一つの第二のバンプ電極を有する基板とを有している。前記第一のバンプ電極と前記第二のバンプ電極が互いに機械的かつ電気的に接合されており、これにより、前記半導体チップと前記基板とが互いに機械的かつ電気的に接合されている。前記第一と第二のバンプ電極のおのおのは、互いに接合される前に、一方向に延びている少なくとも一本の山型突起を有している。前記第一と第二のバンプ電極は、それらの前記山型突起が少なくとも部分的に互いに対向するように配置されて互いに押圧されたことによりそれらの前記山型突起が互いに塑性変形したことによって互いに機械的かつ電気的に接合されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、二つの電子部品のバンプ電極同士が小さい荷重によって十分な機械的強度をもって接合された実装構造が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１は本発明の一実施形態による実装構造を示す側面図であり、図２は本発明の一実施形態による実装構造を示す斜視図である。図１と図２のいずれも、半導体チップと基板とが互いに接合される前の状態を示している。
【００１０】
図１と図２に示すように、実装構造１００は、半導体チップとしてのＭＥＭＳチップ１１０と、基板としての配線基板１３０とを有している。ＭＥＭＳチップ１１０は例えばＳｉから作製され、配線基板１３０は例えばＳｉＯ２もしくは石英から作製される。ＭＥＭＳチップ１１０は半導体チップの一例であり、半導体チップはＭＥＭＳチップに限定されない。配線基板１３０は基板の一例であり、基板は配線基板に限定されない。配線基板１３０は例えばＭＥＭＳ基板であってよい。
【００１１】
ＭＥＭＳチップ１１０は、中心部付近にＭＥＭＳチップ側機能部１１２を有している。ＭＥＭＳチップ１１０は、少なくとも一つのバンプ電極１５０Ａを有している。例えば、ＭＥＭＳチップ１１０は、複数のバンプ電極１５０Ａを有している。ＭＥＭＳチップ１１０は、これに限らないが、例えば四つバンプ電極１５０Ａを有している。バンプ電極１５０Ａは、ＭＥＭＳチップ側機能部１１２の周辺に設けられている。
【００１２】
配線基板１３０は、ＭＥＭＳチップ側機能部１１２に対応する位置に配線基板側機能部１３２を有している。配線基板１３０は、少なくとも一つのバンプ電極１５０Ｂを有している。例えば、配線基板１３０は、複数のバンプ電極１５０Ｂを有している。配線基板１３０は、これに限らないが、例えば四つのバンプ電極１５０Ｂを有している。バンプ電極１５０Ｂは、ＭＥＭＳチップ側機能部１１２の周辺に設けられている。
【００１３】
バンプ電極１５０Ａとバンプ電極１５０Ｂは互いに対応する位置に設けられている。具体的には、バンプ電極１５０Ａとバンプ電極１５０Ｂは、ＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０とが適切に対向して配置された状態において、少なくとも部分的に対向するように、好ましくは全体的に対向するように設けられている。
【００１４】
バンプ電極１５０Ａとバンプ電極１５０Ｂは同じ構造体であり、同様の形状をしている。続く説明では、バンプ電極１５０Ａとバンプ電極１５０Ｂを区別する必要がないときは、両者を代表的に単にバンプ電極１５０と呼ぶ。バンプ電極１５０の詳細形状を図３に示す。図３に示すように、バンプ電極１５０は、ＭＥＭＳチップ１１０や配線基板１３０に固定された面の反対側に、少なくとも一つの山型突起１５２を有している。例えば、バンプ電極１５０は、複数の山型突起１５２を有している。バンプ電極１５０は、これに限らないが、例えば五つの山型突起１５２を有している。山型突起１５２は、これに限らないが、例えば三角形の断面を有している。これに限らないが、一例では、バンプ電極１５０は、全体の外形が１００μｍ程度、高さが５０μｍ程度であり、五つの山型突起１５２が２０μｍピッチで配置され、山型突起１５２の高さはいずれも２０μｍである。
【００１５】
前述したように、バンプ電極１５０Ａとバンプ電極１５０Ｂは互いに対応する位置に設けられている。このため、ＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０とが適切に対向して配置された状態では、バンプ電極１５０Ａの山型突起１５２Ａとバンプ電極１５０Ｂの山型突起１５２Ｂは、少なくとも部分的に互いに対向し、好ましくは全体的に互いに対向する。
【００１６】
バンプ電極１５０の作製方法について以下に説明する。まず、ＭＥＭＳチップ１１０や配線基板１３０の所定の位置に一般的なＡｕスタッドバンプを形成する。このスタッドバンプの上部を十分に平面度が小さい部材により押圧してレベリングする。形成する山型突起１５２に対応した凹凸を有する冶具を用意し、その凹凸でレベリング済みのスタッドバンプの表面を押圧して変形させることにより、冶具表面の凹凸を転写して山型突起１５２を形成する。このようにして、山型突起１５２を有するバンプ電極１５０をＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０に作製しておく。
【００１７】
図４に示すように、バンプ電極１５０Ａとバンプ電極１５０Ｂは、ＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０とが適切な位置関係で対向して配置された状態において、バンプ電極１５０Ａの山型突起１５２Ａが延びている方向とバンプ電極１５０Ｂの山型突起１５２Ｂが延びている方向とが、ＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０の間に広がる平面への投影において、互いに交差するように、例えば互いに直交するように、ＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０にそれぞれ設けられている。
【００１８】
上記のようにＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０にそれぞれバンプ電極１５０Ａとバンプ電極１５０Ｂを形成し、図１と図２に示すように、ＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０をアライメントしてバンプ電極１５０Ａとバンプ電極１５０Ｂが互いに対向するように配置した後、ＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０を加圧・加熱してバンプ電極１５０Ａとバンプ電極１５０Ｂを互いに接合する。例えば、接合工程に用いる装置は一般的なフリップチップボンダであり、印加圧力は一つのバンプ電極当たり約２００ｇｆ以下、印加温度は常温〜１００℃程度である。
【００１９】
次に、実装時にバンプ電極が互いに接合されるメカニズムについて説明する。アライメント後、ＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０とを互いに近づけていくと、バンプ電極１５０Ａとバンプ電極１５０Ｂは図４の位置関係から互いに近づけられ、バンプ電極１５０Ａの山型突起１５２Ａとバンプ電極１５０Ｂの山型突起１５２Ｂが互いに接触する。この状態から適切な荷重でＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０とを互いに押圧することにより、バンプ電極１５０Ａ，１５０Ｂの全体形状は変形することなく、バンプ電極１５０Ａの山型突起１５２Ａとバンプ電極１５０Ｂの山型突起１５２Ｂが塑性変形する。
【００２０】
ＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０は、バンプ電極１５０Ａとバンプ電極１５０Ｂが互いに機械的かつ電気的に接合されていることにより、互いに機械的かつ電気的に接合されており、バンプ電極１５０Ａとバンプ電極１５０Ｂは、バンプ電極１５０Ａの山型突起１５２Ａとバンプ電極１５０Ｂの山型突起１５２Ｂとが少なくとも部分的に互いに対向するように配置されて互いに押圧されたことにより、バンプ電極１５０Ａの山型突起１５２Ａとバンプ電極１５０Ｂの山型突起１５２Ｂとが互いに塑性変形したことによって、互いに機械的かつ電気的に接合されている。
【００２１】
図５は、山型突起１５２Ａが塑性変形したバンプ電極１５０Ａを示している。また図６は、山型突起１５２Ｂが塑性変形したバンプ電極１５０Ｂを示している。図５と図６において、網掛け部は、互いに押圧されたことにより塑性変形した山型突起１５２Ａ，１５２Ｂの接触界面を示している。また図７は、バンプ電極１５０Ａ，１５０Ｂが図４の位置関係から互いに接触され互いに押圧されたことにより、山型突起１５２Ａ，１５２Ｂが塑性変形する様子を断面で示している。
【００２２】
このようにバンプ電極１５０Ａ，１５０Ｂの山型突起１５２Ａ，１５２Ｂが塑性変形することにより、山型突起１５２Ａ，１５２Ｂの接触界面では、金属表面の接合阻害層が破壊され、金属表面が互いに密着して金属接合する。当然、塑性変形を伴わないバンプ電極同士の接触では、バンプ電極の表面に存在する接合阻害層の影響により、金属接合は起こらない。
【００２３】
このように、山型突起１５２Ａ，１５２Ｂの接触界面が金属接合することにより、バンプ電極１５０Ａ，１５０Ｂは互いに機械的かつ電気的に接合される。その結果、ＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０とが互いに機械的かつ電気的に接合される。
【００２４】
実装後（すなわちＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０の接合後）の実装構造１００では、ＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０は、バンプ電極１５０Ａとバンプ電極１５０Ｂが互いに機械的かつ電気的に接合されていることにより、互いに機械的かつ電気的に接合されている。また、バンプ電極１５０Ａとバンプ電極１５０Ｂは、バンプ電極１５０Ａの山型突起１５２Ａとバンプ電極１５０Ｂの山型突起１５２Ｂとが少なくとも部分的に互いに対向するように配置されて互いに押圧されたことにより、バンプ電極１５０Ａの山型突起１５２Ａとバンプ電極１５０Ｂの山型突起１５２Ｂとが互いに塑性変形したことによって、互いに機械的かつ電気的に接合されている。
【００２５】
本実施形態では、バンプ電極１５０Ａ，１５０Ｂに山型突起１５２Ａ，１５２Ｂを形成し、バンプ電極１５０Ａ，１５０Ｂの山型突起１５２Ａ，１５２Ｂを互いに接触させて互いに押圧して塑性変形させることによって、ＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０とが互いに機械的かつ電気的に接合される。山型突起１５２Ａ，１５２Ｂは比較的容易に塑性変形するので、ＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０を互いに押圧する荷重が比較的小さいながらも、バンプ電極１５０Ａ，１５０Ｂの相互間に比較的大きい塑性変形量・金属接合面積が得られるため、ＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０が効果的な接合強度をもって接合される。
【００２６】
一方、図８に示される通常のバンプ電極１７０で十分な塑性変形量・金属接合面積つまり十分な接合強度を得るためには、バンプ電極１７０の全体を塑性変形させる必要があり、大きな荷重が必要となる。その結果、ＭＥＭＳチップにダメージを与えてしまうおそれがある。また、本実施形態と同様の効果を期待して、バンプ電極１７０の表面にランダムに凹凸を形成して比較的低い荷重で実装を行う手法も考えられるが、この手法では、凸部同士が接触・変形する部分もあるが、多くの部分では凸部と凹部が互いに接触すると予想され、十分な塑性変形量・金属接合面積つまり十分な接合強度を得ることは難しい。
【００２７】
本実施形態では、図３に示すような山型突起をバンプ電極１５０に設けているが、ほかの形状として、例えばアレイ状の微小な凸部をバンプ電極１５０に設ける手法も考えられる。しかし、このようなアレイ状の凸部をバンプ電極１５０に設けた場合、確実に凸部同士を接触させるためには、接合時に非常に高精度な位置あわせが必要となってしまう。これに対して、本実施形態では、図４に示すように山型突起１５２Ａ，１５２Ｂが角度的に９０度ずらして対向することにより、ＭＥＭＳチップ１１０と配線基板１３０のアライメントが多少ずれしたとしても、山型突起同士の接触が確実に得られる。
【００２８】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【００２９】
例えば、山型突起１５２を塑性変形させる際に加熱して金属接合の形成の促進を図っているが、加熱することなく常温で接合することも可能である。また、実装工程前にバンプ電極１５０の表面をプラズマ照射等の手段で洗浄して接合強度の向上を図ってもよい。
【００３０】
また、バンプ電極１５０に高さ２０μｍ程度の五つの山型突起１５２を設けているが、山型突起１５２の高さや個数もこれに限定されるものではない。ただし、高アスペクト比であることが望ましい。また、バンプ電極１５０の材質や作製方法に関しても、いろいろな変形例が考えられる。例えば、バンプ電極１５０の材質に関しては、Ｃｕや各種ハンダ材料であってもよく、作製方法に関しては、スタッドバンプに冶具形状を転写する以外に、メッキ法によってバンプと山型突起の形成を行なってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態による実装構造を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態による実装構造を示す斜視図である。
【図３】図１と図２に描かれたバンプ電極の斜視図である。
【図４】図１と図２に描かれたチップ側バンプ電極と基板側バンプ電極の相対的位置関係を示す斜視図である。
【図５】山型突起が塑性変形したチップ側バンプ電極の斜視図である。
【図６】山型突起が塑性変形した基板側バンプ電極の斜視図である。
【図７】チップ側バンプ電極と基板側バンプ電極が互いに押圧されることにより山型突起が塑性変形する様子を示している。
【図８】通常のバンプ電極の斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１００…実装構造、１１０…ＭＥＭＳチップ、１１２…ＭＥＭＳチップ側機能部、１３０…配線基板、１３２…配線基板側機能部、１５０…バンプ電極、１５０Ａ…バンプ電極、１５０Ｂ…バンプ電極、１５２…山型突起、１５２Ａ…山型突起、１５２Ｂ…山型突起。
【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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