(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と回路基板とを、バンプを用いて電気的に接続するフリップチップ実装方法において、
前記回路基板の電極上に第１の金バンプを形成し、
この第１の金バンプよりバンプ径が小さい複数の第２の金バンプを、その間に隙間が生じるようにして前記第１の金バンプ上に形成し、
前記半導体素子の電極上に、第３の金バンプを形成し、
この第３の金バンプの一部が、前記複数の第２の金バンプの間の隙間に嵌合するようにして接触させ、前記回路基板上に前記半導体素子を実装することを特徴とするフリップチップ実装方法。
【請求項２】
前記金バンプがボールボンディング法により形成されることを特徴とする請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップ実装方法に関し、詳しくは、半導体素子と回路基板とを、多段バンプを用いて電気的に接続するフリップチップ実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子を回路基板上に実装するフリップチップ実装方法としては、特開平８−１７８６号公報に開示されたものが知られている。
【０００３】
同公報に開示されたフリップチップ実装方法により得られる実装形態は、図８に示すように、半導体素子を含むパッケージ１０１、そのパッケージ１０１上の電極１０２、はんだバンプ１０３ａ、はんだバンプ１０３ｂ、樹脂１０４、回路基板１０５、回路基板１０５上の電極１０６から構成されている．
【０００４】
このようなフリップチップ実装方法では、パッケージ１０１上の電極１０２上にはんだバンプ１０３ａを接合した後、はんだバンプ１０３ａの上面を除く側面を覆うように樹脂１０４を付着させ硬化する。次に、はんだバンプ１０３ａの上面にはんだバンプ１０３ｂを接合し、多段バンプを形成する。
【０００５】
その後、回路基板１０５上の電極１０６と、はんだバンプ１０３ｂとを接合しフリップチップ実装が完了する。
【０００６】
図８に示す従来例では、はんだバンプ１０３ａの側面を樹脂１０４で覆うことにより、はんだバンプ１０３ａとはんだバンプ１０３ｂとを溶融接合する際に、はんだバンプ１０３ａが表面張力による横方向の膨らみを発生しないため、安定した形状を有する多段バンプを形成可能であるというものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示す従来例の場合、（１）熱で溶融するはんだバンプであるために、隣接するはんだバンプ間でブリッジする危険性が高く、狭バンプピッチで多段バンプを形成することが困難である。（２）樹脂１０４を付着硬化するための作業時間が必要であり、バンプ形成時間が長くなる。という問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、狭バンプピッチを有する多段バンプを短時間で形成し、回路基板上に半導体素子を能率よく実装できるフリップチップ実装方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、半導体素子と回路基板とを、バンプを用いて電気的に接続するフリップチップ実装方法において、前記回路基板の電極上に第１の金バンプを形成し、この第１の金バンプよりバンプ径が小さい複数の第２の金バンプを、その間に隙間が生じるようにして前記第１の金バンプ上に形成し、前記半導体素子の電極上に、第３の金バンプを形成し、この第３の金バンプの一部が、前記複数の第２の金バンプの間の隙間に嵌合するようにして接触させ、前記回路基板上に前記半導体素子を実装することを特徴とするものである。
【００１０】
この発明では、半導体素子と回路基板とをバンプを用いて電気的に接続するフリップチップ実装方法において、回路基板の電極上に形成した第１の金バンプ上に、バンプ径が第１の金バンプより小さい複数の第２の金バンプをその間に隙間が生じるように形成し、半導体素子の電極上には第３の金バンプを形成し、この第３の金バンプの一部を前記複数の第２の金バンプの間の隙間に嵌合するようにして接触するものであるから、半導体素子と回路基板の間隔を大きくすることができ、かつ、実装強度を高めることができるとともに、実装時に多少の位置ずれが生じても接触不良になりにくく歩留まりの高いフリップチップ実装品を得ることができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のフリップチップ実装方法であって、前記金バンプがボールボンディング法により形成されることを特徴とするものである。
【００１２】
この発明では、請求項１に記載の発明と同様な効果を奏するとともに、金バンプの形成に際して、基部を形成したところでワイヤを切断し、この基部をバンプとして用いるボールボンディング法を採用するので、短時間で多段バンプを形成し、フリップチップ実装能率を向上することが可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、以下の各実施の形態１乃至４においては、金の３段バンプを用いてフリップチップを実装する例で説明している。
【００２０】
（実施の形態１）
（構成）
図１乃至図３は本発明の実施の形態１を示すものであり、図１は実施の形態１のフリップチップ実装方法により半導体素子が実装された回路基板の断面図、図２は、実施の形態１の３段バンプの形成過程を示す断面図、図３は実施の形態１のフリップチップ実装方法の工程を示す断面図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施の形態１により得られる電子機器は、半導体素子１、半導体素子１上の電極２、電極２上に形成された第１の金バンプ３ａ、第２の金バンプ３ｂ、第３の金バンプ３ｃ、回路基板４、回路基板４上の電極５、半導体素子１と回路基板４の間を接着固定した異方性導電接着剤６から構成されている。
【００２２】
（作用）
図２（ａ）に示すように、３段バンプは、まず半導体素子１の電極２上に、ボールボンディング法により金属接合で第１の金バンプ３ａを形成する。このボールボンディング法は、半導体素子１を組み立てる際に用いられるワイヤボンディング装置がペアチップの電極と外部に接続する電極との間にワイヤを形成するのに対して、基部を形成したところでワイヤを切断し、この基部（ボール）をバンプとして用いるものである。
【００２３】
第１の金バンプ３ａの先端には、引きちぎり痕７ａが存在する。ここでは引きちぎり痕７ａをそのままにしているが、場合によっては平面プレート（図示せず）を押し当て先端をレベリングしてもよい。
【００２４】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１の金バンプ３ａ上に前記ボールボンディング法で第２の金バンプ３ｂを形成する。さらに、図２（ｃ）に示すように、第２の金バンプ３ｂ上に前記ボールボンデイング法で第３の金バンプ３ｃを形成する。
【００２５】
ここで、図２（ｂ）、（ｃ）における７ｂ及び７ｃは、前記引きちぎり痕７ａと同様に金バンプ形成時に発生する引きちぎり痕である。ここでは、半導体素子１の電極２上に３段バンプを形成したが、回路基板４の電極５上に形成してもよい。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、３段バンプが形成された半導体素子を、回路基板４の電極５と相対するように位置合わせした後、異方性導電接着剤６を回路基板４上に塗布する。場合によっては、異方性導電接着剤６を回路基板４に塗布した後、位置合わせしてもよい。
【００２７】
次に、図３（ｂ）に示すように、半導体素子１の上面から熱と圧力を加え、金バンプ３ｃと電極５を接触し、３段バンプを塑性変形させた後、異方性導電接着剤６を硬化収縮させて、金バンプ３ｃと電極５との電気的接続をとる。こうして、フリップチップを実装した回路基板４を製造する。
【００２８】
このように異方性導電接着剤６を塗布するに際して、特に電極５をよける必要もなく金バンプ３ｃと電極５を圧接すれば電気的接続が得られる。
【００２９】
ここでは、３段バンプとしたが形成するバンプの段数を替えることにより半導体素子１と回路基板４との間の距離を調整できる。
【００３０】
なお、異方性導電接着剤６に対して熱を効率的に伝えるために、回路基板４を加熱してもよい。
【００３１】
（効果）
上述したフリップチップ実装方法によれば、バンプを溶融せずに接続しているので、バンプ間のブリッジが発生しない。また、金バンプ３ａ、３ｂ、３ｃを同一形状にしているとともに、半導体素子１か又は回路基板４の一方にのみ金バンプ３ａ、３ｂ、３ｃを形成することにより、バンプ製造工程が簡略で少工程数で済み、加工費を最小にできる利点がある。
【００３２】
（実施の形態２）
（構成）
図４及び図５を参照して、本発明の実施の形態２を説明する。図４は、実施の形態２のフリップチップ実装方法により半導体素子１が実装された回路基板４を示す断面図である。図５は、実施の形態２の３段バンプの形成過程を示す断面図である。
【００３３】
本実施の形態２は、実施の形態１と以下の点で異なる。即ち、図４に示すように、金バンプ３ｄ、金バンプ３ｅ、金バンプ３ｆの順にバンプ径が小さい３段バンプ構成としている。
【００３４】
（作用）
図５（ａ）に示すように、本実施の形態２の３段バンプを形成するには、まず半導体素子１の電極２上に、バンプ径が最大の金バンプ３ｄを形成する。次に、図５（ｂ）に示すように金バンプ３ｄ上にバンプ径の小さい金バンプ３ｅを形成する。さらに、図５（ｃ）に示すように金バンプ３ｅ上にバンプ径が最小の金バンプ３ｆを形成し、３段バンプが完成する。これ以降の工程は実施の形態１の場合と同様である。
【００３５】
（効果）  上述したフリップチップ実装方法によれば、実施の形態１の効果を発揮することに加えて、多段バンプ形成工程において、バンプ形成中心位置が多少ずれてもバンプ構造が不安定にならないのでバンプ倒れが発生しにくく、バンプ形成工程の歩留まりが高くなるという効果を奏する。
【００３６】
（実施の形態３）
（構成）
図６を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。図６は、本実施の形態３のフリップチップ実装方法の工程を示す断面図である。
【００３７】
本実施の形態３は、異方性導電接着剤を用いていない点で実施の形態１の場合と異なり、これ以外の工程は実施の形態１と同様である。
【００３８】
（作用）
図６（ａ）に示すように、半導体素子１の電極２上に金バンプ３ａ、３ｂ、の２段ダンプを形成し、一方で回路基板４の電極５上に金バンプ３ｇを形成する。
【００３９】
次に、図６（ｂ）に示すように、２段バンプが形成された半導体素子１を、回路基板４の電極５と相対するように位置合わせした後、半導体素子１の上面から熱と圧力を加え、金バンプ３ｂと金バンプ３ｇを接触させ、金属接合させて金バンプ３ｂと金バンプ３ｇとの電気的接続をとる。こうしてフリップチップを実装した回路基板４を製造する。
【００４０】
尚、金バンプ３ｂと金バンプ３ｇとの接合部の信頼性を向上させるためこれら金バンプ３ｂと金バンプ３ｇとを接続した後に半導体素子１と回路基板４との間に絶縁性接着剤を注入、硬化してもよい。
【００４１】
（効果）
上述した本実施の形態３のフリップチップ実装方法によれば、実施の形態１の場合と同様な効果を発揮することに加えて、金バンプ３ｂと金バンプ３ｇとを接合する金−金接合のフリップッチップ実装方法であるため、金バンプと電極とを接触させる実施の形態１、２の実装方法に比べて、多段バンプを有する回路基板４を製造することが容易であるという利点がある。
【００４２】
（実施の形態４）
（構成）
図７を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。図７は、本実施の形態４のフリップチップ実装方法の工程を示す断面図である。
【００４３】
本実施の形態４は、実施の形態３と比べ、回路基板４の電極５に形成した金バンプ３ｈと、この金バンプ３ｈ上に形成した金バンプ３ｉを備え、金バンプ３ｉのバンプ径を金バンプ３ｈよりも小径とした点が異なるものである。
【００４４】
（作用）
図７（ａ）に示すように、半導体素子１の電極２上に金バンプ３ａを形成し、一方で回路基板４の電極５上に金バンプ３ｈを形成する。さらに、金バンプ３ｈ上に複数の小径の金バンプ３ｉを形成する。
【００４５】
次に、図７（ｂ）に示すように、金バンプ３ａが形成された半導体素子１を、回路基板４の電極５と相対するように位置合わせした後、半導体素子１の上面から熱と圧力を加え、金バンプ３ａと小径の金バンプ３ｉとを引きちぎり痕７ａが金バンプ３ｉの間の隙間に嵌合するようにして接触させ、かつ、金属接合させて金バンプ３ａと金バンプ３ｉとの電気的接続をとる。こうしてフリップチップを実装した回路基板４を製造する。
【００４６】
（効果）
本実施の形態４のフリップチップ実装方法によれば、実施の形態１乃至３の場合と同様な効果を発揮することに加え、金バンプ３ａと金バンプ３ｉが嵌合する状態で接触しかつ金属接合するために、接合強度が強い金−金接合の多段バンプを備えた回路基板４を製造できるという効果も奏する。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、フリップチップ実装を行う場合に、半導体素子と回路基板の間隔を大きくすることができ、かつ、実装強度を高めることができるとともに、実装時に多少の位置ずれが生じても接触不良になりにくく歩留まりの高いフリップチップ実装品を得ることができるフリップチップ実装方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のフリップチップ実装方法により半導体素子が実装された回路基板を示す断面図である。
【図２】実施の形態１の３段バンプの形成過程を示す断面図である。
【図３】実施の形態１のフリップチップ実装方法の工程を示す断面図である。
【図４】実施の形態２のフリップチップ実装方法により半導体素子が実装された回路基板を示す断面図である。
【図５】実施の形態２の３段バンプの形成過程を示す断面図である
【図６】実施の形態３のフリップチップ実装方法の工程を示す断面図である．
【図７】実施の形態４のフリップチップ実装方法の工程を示す断面図である。
【図８】従来のフリップチップ実装方法により半導体素子が実装された回路基板を示す断面図である。
【符号の説明】
１  半導体素子
２  電極
３ａ  金バンプ
３ｂ  金バンプ
３ｃ  金バンプ
３ｄ  金バンプ
３ｅ  金バンプ
３ｆ  金バンプ
３ｇ  金バンプ
３ｈ  金バンプ
３ｉ  金バンプ
４  回路基板
５  電極
６  異方性導電接着剤
７ａ  引きちぎり痕
７ｂ  引きちぎり痕
７ｃ  引きちぎり痕
７ｄ  引きちぎり痕
７ｅ  引きちぎり痕
７ｆ  引きちぎり痕
【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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