JP3658156B2

JP3658156B2 - Mounted body and manufacturing method thereof

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Publication number: JP3658156B2
Application number: JP29289697A
Authority: JP
Inventors: 正浩小野; 力三谷; 司白石; 芳宏別所
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2017-10-24
Also published as: JPH11126793A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスなどを回路基板に実装した実装体及びその製造方法に関するものであり、特に、接続パッドがエリア配列になっている場合にも対応した、高性能で低コストに実装可能な実装体及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯用電子機器の小型化、高性能化に伴い、半導体デバイスなどの小型化、高性能化がますます求められている。そのため端子ピン数が増加し、狭ピッチ化あるいはエリア配列にすることが必要となる。しかし、狭ピッチにも限界があり、能動素子上にもパッドを設けエリア配列で実装することが重要となってきている。これが可能な技術としてＩＢＭで開発された半田バンプによる、通称Ｃ４（Con-trolled Collaps Chip Connection）と呼ばれる実装技術がある（「エレクトロニクス実装技術」１９９６．８（Ｖｏｌ．１２Ｎｏ．８）Ｐ７８〜Ｐ８３）。図３９はその接続構造の概略断面図である。図３９に示すように、ＩＣチップ表面のＳｉＯ₂膜１０６上に、アルミニウムからなるパッド電極１０７及びガラス保護膜１０５が形成されている。アルミニウムからなるパッド電極１０７の表面にはアルミニウムの酸化膜がついているため、この酸化膜の除去処理を行った後、真空蒸着によりバリアメタルと称する金属膜が形成される。具体的には、順にＣｒ層１０４、Ｃｒ−Ｃｕ層１０３、Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物層１０２である。さらに、この表面に半田バンプ１０１が形成される。半田バンプ１０１はＰｂ：Ｓｎが９５：５の重量割合からなるものである。かくして、これを回路基板の端子電極上に当接してリフローをすれば半田が溶融し接続が完了する。
【０００３】
その他、半田以外にもバリアメタルを形成した後、Ａｕめっきバンプを形成する構造などもある。
【０００４】
これらの従来技術は、ＩＣチップの能動素子上にパッドがきて、そこに突起電極を形成してもＩＣチップの能動素子へのダメージがないことが期待ができる。しかし、これらの技術はいずれもめっきもしくはそれに付随した処理がなされているため、めっきの装置、廃液処理、洗浄処理などに関係するコスト高の問題、あるいは環境問題などが常につきまとっている。また、電解めっきを行う場合には電流を流すための電極をますます微細化されてきている回路中にどう確保するかという問題があり、また、無電解めっきを行う場合には突起電極の高さを均一に揃えることが非常に難しいので実装体の信頼性が懸念される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
エリア配列での接続による実装は能動素子上にパッドを設け実装することが前提となるため、半導体装置側に設けられたパッド上に突起電極を形成する際、あるいは実装の際に、加圧が極度に大きい場合には能動素子が破壊される危険性がある。そのためエリア接続が可能となっている従来技術ではめっきバンプを主体にした実装技術となっている。しかし、めっき技術は必要とされる設備費が非常に高いこと、また廃液処理、洗浄などの環境問題からもコストの高い実装であると言える。また、めっきの方法にもよるが電解あるいは無電解めっきなどの場合には形成された突起電極（バンプ）の形状の安定性にも問題点が残る。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みて、能動素子を破壊することなく突起電極を一括にかつ低コストで形成でき、信頼性にも優れた高性能な実装体を提供すること、及びそのような実装体を製造する方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、突起電極を一括に回路基板の入出力端子電極上又は入出力端子電極中に形成し、接合層として導電性接着剤もしくは半田を介してバリアメタルを形成した半導体装置と接続することにより、能動素子を破壊することなく、かつドライプロセスのため低コストで実装できることを見出だし、本発明を完成した。
【０００８】
即ち、本発明の実装体は、端子電極と前記端子電極上に形成されたバリアメタルとを有する半導体装置と、入出力端子電極と前記入出力端子電極上又は前記入出力端子電極中に形成された突起電極（バンプと称される場合もある）とを有する回路基板と、前記バリアメタルと前記突起電極又は前記入出力端子電極とを電気的に接続する接合層とからなる実装体であって、前記突起電極は、略おわん型形状を有する第１金属部と前記略おわん型形状の凹部に充填された第２金属部とからなり、前記接合層は導電性接着剤又は半田からなることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の上記実装体の製造方法は、半導体装置の端子電極上にバリアメタルを形成する工程と、回路基板の入出力端子電極上に溶射により突起電極を形成する工程又は溶射により形成された突起電極を内部に含む入出力端子電極を回路基板上に形成する工程と、前記電極上に導電性接着剤又は半田を転写する工程と、転写された前記導電性接着剤又は半田に半導体装置の前記バリアメタルを当接して前記回路基板に前記半導体装置を実装する工程とからなることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、ＩＣチップなどの半導体装置（能動素子）ではなく、回路基板の入出力端子電極上又は入出力端子電極中に突起電極を形成する。従って、突起電極を形成する際に半導体装置（能動素子）を破壊する危険性が全くない。
【００１１】
また、突起電極の形成は溶射により行うので、ドライプロセスでかつ多数の突起電極を一括して形成することができるので、低コストである。
【００１２】
また、突起電極として、略おわん型形状を有する第１金属部とその凹部に充填された第２金属部とからなる特殊な構成とした。これにより、第１金属部をアルミニウムで、第２金属部を銅から構成すれば、酸化されやすい良導体の銅をアルミニウムで覆って保護し、中心に配置することになるから、銅の酸化を防ぐと同時に導電性において信頼性の高い構造にすることができる。従って、かかる趣旨より、本発明でいう略おわん型形状とは、中央部に凹みを有し、その凹みに第２金属部を充填できる機能を有するものであれば特に限定されない。
【００１３】
さらに、突起電極をこのような特殊な構成にしたことにより、アルミニウムと銅などの比較的安価な導電体を用いることができる。
【００１４】
また、接合層は、半田あるいは導電性接着剤からなる。これらは、リフローあるいは硬化を行うだけなので、ほとんど加圧することなく実装でき、半導体装置（能動素子）にダメージを与えることがない。
【００１５】
また、突起電極を回路基板の入出力端子電極中に形成すれば、回路基板と一体化させて形成することができ、突起電極の密着強度が大きくなる。さらに、かかる構成にすれば、入出力端子電極の表面層をＡｕにすることが容易であり、このような入出力端子電極と半導体装置とを接合層を介して接合させることにより、信頼性の高い構造となる。しかも突起電極の形成は入出力端子電極を形成する工程中に含まれるだけなのでコスト高にもならない。
【００１６】
本発明の実装体においては、半導体装置と回路基板の間隙が樹脂で封止されていることが望ましい。ただし、少なくとも両者を電気的に接続している部分のまわりを囲むように封止されていればよい。これにより接続部が補強され、信頼性の向上が可能となる。ここで用いる樹脂は、無機物のフィラーを含むことが望ましい。無機物のフィラーとしてはシリカ（ＳｉＯ₂）やアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などがある。また、樹脂にはエポキシ樹脂をベースにして、硬化剤としてフェノール樹脂や酸無水物系樹脂を含んだものが望ましい。
【００１７】
また、回路基板の入出力端子電極上又は入出力端子電極中に形成する突起電極（バンプ）は、第１段突起電極とこれより小さな第２段突起電極とが積層された２段型形状にすることが望ましい。これにより突起電極（突起電極を入出力端子電極中に形成する場合は当該入出力端子電極）の表面積が大きくなるので、導電性接着剤あるいは半田の転写を安定に行うことができるので接合部の信頼性が向上する。なお、２段型形状にするには、溶射により１段目の突起電極を形成したあと、その上に１段目より小さい突起電極を溶射により形成することで簡単に２段型突起電極を形成することができる。
【００１８】
本発明において、バリアメタルは、例えばＣｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、及びＰｔの中から選ばれた少なくとも１種を含む金属からなるのが好ましく、より具体的には、例えば、Ｃｒを下地金属とし、その上にＣｕを真空蒸着法あるいはスパッタ等を用いて形成したものが使用できる。
【００１９】
半導体装置の端子電極は、例えば、Ａｌを真空蒸着法などで形成したものが使用できる。この上に上記のバリアメタルが形成される。
【００２０】
一方、回路基板の入出力端子電極は、例えばＣｕを印刷で形成し、それをエッチングすることにより配線電極とし、その上にＮｉ、Ａｕを順にめっき又はフラッシュめっき等により設けて形成される。この他、Ａｕ配線電極を印刷して、焼成することによって形成することももちろん可能である。
【００２１】
突起電極を入出力端子電極中に形成する場合は、このＣｕ上に溶射により突起電極を形成した後に、その上にＮｉ、Ａｕを順にめっき又はフラッシュめっき等により設ければよい。
【００２２】
接合層に半田を用いる場合、半田は一般的な安価な共晶半田（ＳｎーＰｂ系）で十分である。
【００２３】
また、接合層に導電性接着剤を用いる場合、含まれる導電性フィラーはＡｇ、Ｃｕ、Ｎｉなど導電性をもつフィラーなら問題はなく、接着剤樹脂は例えばエポキシ樹脂の熱可塑型あるいは熱硬化型のいずれでも使用可能である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる実装体を模式的に示した断面図である。
【００２５】
図１において、半導体装置１１の端子電極１２上にはバリアメタル１３が形成されている。本実施の形態では、端子電極１２はＡｌを真空蒸着して形成した。また、バリアメタル１３は、Ｃｒを下地金属とし、その上にＣｕを真空蒸着して形成した。一方、回路基板１５の入出力端子電極１４上には、突起電極２１が形成されている。入出力端子電極１４は、Ｃｕを印刷で形成し、それをエッチングすることにより配線電極とし、その上にＮｉ、Ａｕを順にめっきして形成したものである。突起電極（バンプ）２１は、略おわん型形状をしたアルミニウムからなる第１金属部２１ａと、その凹部に充填された銅からなる第２金属部２１ｂとから構成されている。突起電極２１は溶射により形成されたものである。そして、半導体装置１１のバリアメタル１３と回路基板１５の突起電極２１とは導電性接着剤からなる接合層２２により電気的に接続されている。本実施の形態の突起電極は、略おわん型形状のアルミニウムが銅の回りを囲むように覆っているので、実装体の製造過程で銅の酸化が進行せず、しかも電気的接続部として良好な導電性を安価に確保することができる。
【００２６】
図２は、図１の実装体の半導体装置１１と回路基板１５の間隙を封止樹脂２４で封止した実装体を模式的に示した断面図である。本例では、封止樹脂２４は半導体装置１１と回路基板１５の間隙全体を封止しているが、少なくとも両者の電気的接続部の周りを囲むように封止するものであってもよい。この樹脂封止により電気的接続部の信頼性がさらに向上する。
【００２７】
図３〜図５は、図１の実装体の製造方法を示した概略図である。
【００２８】
図３は、回路基板１５の入出力端子電極１４上にプラズマ溶射により突起電極を形成する工程を示している。溶射装置５１から放射された溶射金属５２は、所定の大きさの孔があけられた溶射用マスク５３の孔を通って入出力端子電極１４上に堆積する。溶射は、まず略おわん型形状の第１金属部２１ａを形成するため、アルミニウムを溶射する。溶射金属を略おわん型形状に堆積させるためには、溶射時のパワーを調節することにより可能である。その後、第１金属部２１ａの凹部に銅を充填させるように溶射し、第２金属部２１ｂを形成する。かくして、突起電極２１が完成する。本発明では、このように回路基板上に突起電極を形成するので、突起電極形成工程で半導体素子を破壊する心配は全くない。また、プラズマ溶射というドライプロセスを用い、一度に多数の突起電極を形成できるので、低コストである。
【００２９】
図４は、上記図３により形成された突起電極２１に導電性接着剤を転写する工程を示した概略図である。図４（ａ）に示すように、回路基板１５上の突起電極２１を下向きにして導電性接着剤ペースト２３につけ、引き上げると、同図（ｂ）に示すように突起電極２１上に導電性接着剤２２′が転写する。
【００３０】
図５は、上記図４により転写された導電性接着剤２２′に半導体装置１１のバリアメタル１３を当接する工程を示した概略図である。当接後、導電性接着剤２２′を硬化させれば、半導体装置の実装が完了する。このように、当接して導電性接着剤を硬化させれば実装が完了するので、半導体素子に過大な力が加えられることがなく、半導体素子が破壊する可能性が極めて少ない。
【００３１】
（実施の形態２）
図６は、本発明の第２の実施の形態にかかる実装体を模式的に示した断面図である。図６は、接合層として、上記の実施の形態１の図１の導電性接着剤２２に代えて半田２５を使用している点で図１と相違し、その他の構成は図１と同様である。
【００３２】
図７は、図６の実装体の半導体装置１１と回路基板１５の間隙を封止樹脂２４で封止した実装体を模式的に示した断面図である。図７は、接合層として、上記の実施の形態１の図２の導電性接着剤２２に代えて半田２５を使用している点で図２と相違し、その他の構成は図２と同様である。本例では、封止樹脂２４は半導体装置１１と回路基板１５の間隙全体を封止しているが、少なくとも両者の電気的接続部の周りを囲むように封止するものであってもよい。
【００３３】
図８〜図１０は、図６の実装体の製造方法を示した概略図である。
【００３４】
図８は、回路基板１５の入出力端子電極１４上にプラズマ溶射により突起電極２１を形成する工程を示している。構成は、上記の実施の形態１の図３と全く同様である。
【００３５】
図９は、上記図８により形成された突起電極２１に半田を転写する工程を示した概略図である。図９は、上記の実施の形態１の図４の導電性接着剤ペースト２３に代えて半田ペースト２６を使用して突起電極２１上に半田２５′を転写させている点で図４と相違し、その他の構成は図４と同様である。なお、半田は、本例のように半田ペーストの膜に突起電極をつけることによって突起電極上に転写する方法の他、あらかじめ半導体素子の端子電極側に印刷などにより供給する方法で供給してもよい。
【００３６】
図１０は、上記図９により転写された半田２５′に半導体装置１１のバリアメタル１３を当接する工程を示した概略図である。図１０は、接合層材料として、上記の実施の形態１の図５の導電性接着剤２２′が半田２５′に代わっている点で図５と相違し、その他の構成は図５と同様である。当接後、半田２５′をリフローさせれば、半導体装置の実装が完了する。
【００３７】
（実施の形態３）
図１１は、本発明の第３の実施の形態にかかる実装体を模式的に示した断面図である。
【００３８】
図１１は、突起電極として、上記の実施の形態１の図１の突起電極２１に代えて２段型突起電極２７を形成している点で図１と相違し、その他の構成は図１と同様である。図１１に示したように、２段型突起電極２７は、入出力端子電極１４上に形成された第１段突起電極２８とさらにこの上に形成された第２段突起電極２９とから構成される。第１段突起電極２８及び第２段突起電極２９は、いずれも略おわん型形状をしたアルミニウムからなる第１金属部２８ａ、２９ａと、その凹部に充填された銅からなる第２金属部２８ｂ、２９ｂとから構成されている。第２段突起電極２９を第１段突起電極２８より小さくして、凸状の２段型にすることにより、突起電極の表面積が大きくなり、導電性接着剤２２の転写量（図１５を参照）が安定し、接合部の信頼性が向上する。
【００３９】
図１２は、図１１の実装体の半導体装置１１と回路基板１５の間隙を封止樹脂２４で封止した実装体を模式的に示した断面図である。図１２は、突起電極として、上記の実施の形態１の図２の突起電極２１に代えて２段型突起電極２７を使用している点で図２と相違し、その他の構成は図２と同様である。本例では、封止樹脂２４は半導体装置１１と回路基板１５の間隙全体を封止しているが、少なくとも両者の電気的接続部の周りを囲むように封止するものであってもよい。
【００４０】
図１３〜図１６は、図１１の実装体の製造方法を示した概略図である。
【００４１】
図１３は、回路基板１５の入出力端子電極１４上にプラズマ溶射により第１段突起電極２８を形成する工程を示している。構成は、上記の実施の形態１の図３で溶射用マスク５３を用いて突起電極２１を形成したのに代えて、溶射用マスク５４を用いて第１段突起電極２８を形成する以外は図３と同様である。即ち、所定の開口部を有する溶射用マスク５４を用いて、プラズマ溶射のパワーを調整しながらアルミニウムを溶射し、入出力端子電極１４上に略おわん型形状の第１金属部２８ａを形成する。ついで、銅のプラズマ溶射により、前記略おわん型形状の凹部に銅を充填させるようにして第２金属部２８ｂを形成する。かくして、第１段突起電極２８が形成される。
【００４２】
図１４は、上記図１３により形成された第１段突起電極２８上にプラズマ溶射により第２段突起電極２９を形成する工程を示している。第１段突起電極２８の形成時に使用した溶射用マスク５４より開口部が小さな溶射用マスク５５を用いて、プラズマ溶射のパワーを調整しながらアルミニウムを溶射し、第１段突起電極２８上に略おわん型形状の第１金属部２９ａを形成する。ついで、銅のプラズマ溶射により、前記略おわん型形状の凹部に銅を充填させるようにして第２金属部２９ｂを形成する。かくして、第１段突起電極２８上に第２段突起電極２９が形成される。
【００４３】
本発明の方法によれば、突起電極は常に一括で形成されるため、１個１個形成するようなボールボンディング法と違い、２回の工程で全ての２段型突起電極が形成できる。
【００４４】
図１５は、上記図１４により形成された２段型突起電極２７に導電性接着剤２２′を転写する工程を示した概略図である。図１５は、突起電極として、上記の実施の形態１の図４の突起電極２１に代えて２段型突起電極２７を設けている点で図４と相違し、その他の構成は図４と同様である。本実施の形態のように、突起電極を、第１段突起電極２８にこれより小さな第２段突起電極２９を積層して凸状の２段型にすることにより、突起電極の表面積が大きくなり、導電性接着剤２２′の転写量が安定し、接合部の信頼性が向上する。
【００４５】
図１６は、上記図１５により転写された導電性接着剤２２′に半導体装置１１のバリアメタル１３を当接する工程を示した概略図である。図１６は、突起電極として、上記の実施の形態１の図５の突起電極２１に代えて２段型突起電極３０を設けている点で図５と相違し、その他の構成は図５と同様である。当接後、導電性接着剤２２′を硬化させれば、半導体装置の実装が完了する。
【００４６】
（実施の形態４）
図１７は、本発明の第４の実施の形態にかかる実装体を模式的に示した断面図である。図１７は、接合層として、上記の実施の形態３の図１１の導電性接着剤２２に代えて半田２５を使用している点で図１１と相違し、その他の構成は図１１と同様である。
【００４７】
図１８は、図１７の実装体の半導体装置１１と回路基板１５の間隙を封止樹脂２４で封止した実装体を模式的に示した断面図である。図１８は、接合層として、上記の実施の形態３の図１２の導電性接着剤２２に代えて半田２５を使用している点で図１２と相違し、その他の構成は図１２と同様である。本例では、封止樹脂２４は半導体装置１１と回路基板１５の間隙全体を封止しているが、少なくとも両者の電気的接続部の周りを囲むように封止するものであってもよい。
【００４８】
図１９〜図２２は、図１７の実装体の製造方法を示した概略図である。
【００４９】
図１９は、回路基板１５の入出力端子電極１４上にプラズマ溶射により第１段突起電極２８を形成する工程を示している。構成は、上記の実施の形態３の図１３と全く同様である。
【００５０】
図２０は、上記図１９により形成された第１段突起電極２８上にプラズマ溶射により第２段突起電極２９を形成する工程を示している。構成は、上記の実施の形態３の図１４と全く同様である。
【００５１】
図２１は、上記図２０により形成された２段型突起電極２７に半田２５′を転写する工程を示した概略図である。図２１は、上記の実施の形態３の図１５の導電性接着剤ペースト２３に代えて半田ペースト２６を使用して２段型突起電極２７上に半田２５′を転写させている点で図１５と相違し、その他の構成は図１５と同様である。本実施の形態のように、突起電極を、第１段突起電極２８にこれより小さな第２段突起電極２９を積層して凸状の２段型にすることにより、突起電極の表面積が大きくなり、半田２５′の転写量が安定し、接合部の信頼性が向上する。
【００５２】
なお、半田は、本例のように半田ペーストの膜に突起電極をつけることによって突起電極上に転写する方法の他、あらかじめ半導体素子の端子電極側に印刷などにより供給する方法で供給してもよい。
【００５３】
図２２は、上記図２１により転写された半田２５′に半導体装置１１のバリアメタル１３を当接する工程を示した概略図である。図２２は、接合層材料として、上記の実施の形態３の図１６の導電性接着剤２２′が半田２５′に代わっている点で図１６と相違し、その他の構成は図１６と同様である。当接後、半田２５′をリフローさせれば、半導体装置の実装が完了する。
【００５４】
（実施の形態５）
図２３は、本発明の第５の実施の形態にかかる実装体を模式的に示した断面図である。
【００５５】
図２３において、半導体装置１１の端子電極１２上にはバリアメタル１３が形成されている。本実施の形態では、端子電極１２はＡｌを真空蒸着して形成した。また、バリアメタル１３は、Ｃｒを下地金属とし、その上にＣｕを真空蒸着して形成した。一方、回路基板１５の入出力端子電極３０中には、突起電極２１が形成されている。入出力端子電極３０は、Ｃｕを印刷で形成し、それをエッチングすることにより配線電極３０ａとし、その上に溶射により突起電極２１を形成し、その上に下地層３０ｂとしてＮｉを、表面層３０ｃとしてＡｕを、順にめっきして形成したものである。このように、突起電極２１を回路基板の入出力端子電極３０中に形成すれば、突起電極２１を回路基板と一体化させて形成することができ、突起電極の密着強度が大きくなる。さらに、入出力端子電極の表面層３０ｃをＡｕにして、このような入出力端子電極と半導体装置とを接合層を介して接合させることにより、信頼性の高い構造となる。突起電極（バンプ）２１は、配線電極３０ａ上に形成され、略おわん型形状をしたアルミニウムからなる第１金属部２１ａと、その凹部に充填された銅からなる第２金属部２１ｂとから構成されている。突起電極２１は溶射により形成されたものである。そして、半導体装置１１のバリアメタル１３と回路基板１５の入出力端子電極３０とは導電性接着剤からなる接合層２２により電気的に接続されている。本実施の形態の突起電極は、略おわん型形状のアルミニウムが銅の回りを囲むように覆っているので、実装体の製造過程で銅の酸化が進行せず、しかも電気的接続部として良好な導電性を安価に確保することができる。
【００５６】
図２４は、図２３の実装体の半導体装置１１と回路基板１５の間隙を封止樹脂２４で封止した実装体を模式的に示した断面図である。本例では、封止樹脂２４は半導体装置１１と回路基板１５の間隙全体を封止しているが、少なくとも両者の電気的接続部の周りを囲むように封止するものであってもよい。この樹脂封止により電気的接続部の信頼性がさらに向上する。
【００５７】
図２５〜図２８は、図２３の実装体の製造方法を示した概略図である。
【００５８】
図２５は、回路基板１５の配線電極３０ａ上にプラズマ溶射により突起電極を形成する工程を示している。溶射装置５１から放射された溶射金属５２は、所定の大きさの孔があけられた溶射用マスク５３の孔を通って配線電極３０ａ上に堆積する。溶射は、まず略おわん型形状の第１金属部２１ａを形成するため、アルミニウムを溶射する。溶射金属を略おわん型形状に堆積させるためには、溶射時のパワーを調節することにより可能である。その後、第１金属部２１ａの凹部に銅を充填させるように溶射し、第２金属部２１ｂを形成する。かくして、突起電極２１が完成する。本発明では、このように回路基板上に突起電極を形成するので、突起電極形成工程で半導体素子を破壊する心配は全くない。また、プラズマ溶射というドライプロセスを用い、一度に多数の突起電極を形成できるので、低コストである。
【００５９】
次ぎに、突起電極２１を覆うように、Ｎｉからなる下地層３０ｂ、及びＡｕからなる表面層３０ｃを、順にめっきにより形成する。かくして、図２６に示したような、入出力端子電極３０と入出力端子電極中に形成された突起電極２１とを有する回路基板１５を得る。このように、本実施の形態の突起電極の形成は、入出力端子電極を形成する工程中に含まれるだけなので、実施の形態１に比較してコスト高になることはない。
【００６０】
図２７は、上記図２５、２６により形成された入出力端子電極３０上に導電性接着剤を転写する工程を示した概略図である。図２７（ａ）に示すように、回路基板１５上の入出力端子電極３０を下向きにして導電性接着剤ペースト２３につけ、引き上げると、同図（ｂ）に示すように入出力端子電極３０上に導電性接着剤２２′が転写する。
【００６１】
図２８は、上記図２７により転写された導電性接着剤２２′に半導体装置１１のバリアメタル１３を当接する工程を示した概略図である。当接後、導電性接着剤２２′を硬化させれば、半導体装置の実装が完了する。このように、当接して導電性接着剤を硬化させれば実装が完了するので、半導体素子に過大な力が加えられることがなく、半導体素子が破壊する可能性が極めて少ない。
【００６２】
（実施の形態６）
図２９は、本発明の第６の実施の形態にかかる実装体を模式的に示した断面図である。図２９は、接合層として、上記の実施の形態５の図２３の導電性接着剤２２に代えて半田２５を使用している点で図２３と相違し、その他の構成は図２３と同様である。
【００６３】
図３０は、図２９の実装体の半導体装置１１と回路基板１５の間隙を封止樹脂２４で封止した実装体を模式的に示した断面図である。図３０は、接合層として、上記の実施の形態５の図２４の導電性接着剤２２に代えて半田２５を使用している点で図２４と相違し、その他の構成は図２４と同様である。本例では、封止樹脂２４は半導体装置１１と回路基板１５の間隙全体を封止しているが、少なくとも両者の電気的接続部の周りを囲むように封止するものであってもよい。
【００６４】
実装体の製造方法は、実施の形態５の導電性接着剤ペーストに代えて半田ペーストを使用している点で相違し、その他の構成は図２５〜図２８と同様である。半田の場合、図２８のように当接した後、リフローさせれば、半導体装置の実装が完了する。
【００６５】
なお、半田は、本例のように半田ペーストの膜に入出力端子電極をつけることによって入出力端子電極上に転写する方法の他、あらかじめ半導体素子の端子電極側に印刷などにより供給する方法で供給してもよい。
【００６６】
（実施の形態７）
図３１は、本発明の第７の実施の形態にかかる実装体を模式的に示した断面図である。
【００６７】
図３１は、突起電極として、上記の実施の形態５の図２３の突起電極２１に代えて２段型突起電極２７を形成している点で図２３と相違し、その他の構成は図２３と同様である。図３１に示したように、２段型突起電極２７は、配線電極３０ａ上に形成された第１段突起電極２８とさらにこの上に形成された第２段突起電極２９とから構成される。第１段突起電極２８及び第２段突起電極２９は、いずれも略おわん型形状をしたアルミニウムからなる第１金属部２８ａ、２９ａと、その凹部に充填された銅からなる第２金属部２８ｂ、２９ｂとから構成されている。第２段突起電極２９を第１段突起電極２８より小さくして、凸状の２段型にすることにより、突起電極の表面積が大きくなり、その結果入出力端子電極３０の表面積が大きくなって、導電性接着剤２２の転写量（図３５を参照）が安定し、接合部の信頼性が向上する。
【００６８】
２段型突起電極２７上に、下地層３０ｂとしてＮｉを、表面層３０ｃとしてＡｕを、順にめっきして形成する。このように、突起電極２１を回路基板の入出力端子電極３０中に形成すれば、突起電極２１を回路基板と一体化させて形成することができ、突起電極の密着強度が大きくなる。さらに、入出力端子電極の表面層３０ｃをＡｕにして、このような入出力端子電極と半導体装置とを接合層を介して接合させることにより、信頼性の高い構造となる。
【００６９】
図３２は、図３１の実装体の半導体装置１１と回路基板１５の間隙を封止樹脂２４で封止した実装体を模式的に示した断面図である。図３２は、突起電極として、上記の実施の形態５の図２４の突起電極２１に代えて２段型突起電極２７を使用している点で図２４と相違し、その他の構成は図２４と同様である。本例では、封止樹脂２４は半導体装置１１と回路基板１５の間隙全体を封止しているが、少なくとも両者の電気的接続部の周りを囲むように封止するものであってもよい。
【００７０】
図３３〜図３６は、図３１の実装体の製造方法を示した概略図である。
【００７１】
図３３は、回路基板１５の配線電極３０ａ上にプラズマ溶射により第１段突起電極２８を形成する工程を示している。構成は、上記の実施の形態５の図２５で溶射用マスク５３を用いて突起電極２１を形成したのに代えて、溶射用マスク５４を用いて第１段突起電極２８を形成する以外は図２５と同様である。即ち、所定の開口部を有する溶射用マスク５４を用いて、プラズマ溶射のパワーを調整しながらアルミニウムを溶射し、配線電極３０ａ上に略おわん型形状の第１金属部２８ａを形成する。ついで、銅のプラズマ溶射により、前記略おわん型形状の凹部に銅を充填させるようにして第２金属部２８ｂを形成する。かくして、第１段突起電極２８が形成される。
【００７２】
図３４は、上記図３３により形成された第１段突起電極２８上にプラズマ溶射により第２段突起電極２９を形成する工程を示している。第１段突起電極２８の形成時に使用した溶射用マスク５４より開口部が小さな溶射用マスク５５を用いて、プラズマ溶射のパワーを調整しながら、アルミニウムを溶射し、第１段突起電極２８上に略おわん型形状の第１金属部２９ａを形成する。ついで、銅のプラズマ溶射により、前記略おわん型形状の凹部に銅を充填させるようにして第２金属部２９ｂを形成する。かくして、第１段突起電極２８上に第２段突起電極２９が形成される。
【００７３】
本発明の方法によれば、突起電極は常に一括で形成されるため、１個１個形成するようなボールボンディング法と違い、２回の工程で全ての２段型突起電極が形成できる。
【００７４】
次ぎに、２段型突起電極を覆うように、Ｎｉからなる下地層、及びＡｕからなる表面層を、順にめっきにより形成する。かくして、入出力端子電極と入出力端子電極中に形成された２段型突起電極とを有する回路基板を得る。このように、本実施の形態の突起電極の形成は、入出力端子電極を形成する工程中に含まれるだけなので、実施の形態３に比較してコスト高になることはない。
【００７５】
図３５は、上記により形成された入出力端子電極３０に導電性接着剤２２′を転写する工程を示した概略図である。図３５は、突起電極として、上記の実施の形態５の図２７の突起電極２１に代えて２段型突起電極２７を設けている点で図２７と相違し、その他の構成は図２７と同様である。本実施の形態のように、突起電極を第１段突起電極２８にこれより小さな第２段突起電極２９を積層して凸状の２段型にすることにより、突起電極の表面積が大きくなり、その結果入出力端子電極３０の表面積が大きくなって、導電性接着剤２２′の転写量が安定し、接合部の信頼性が向上する。
【００７６】
図３６は、上記図３５により転写された導電性接着剤２２′に半導体装置１１のバリアメタル１３を当接する工程を示した概略図である。図３６は、突起電極として、上記の実施の形態５の図２８の突起電極２１に代えて２段型突起電極２７を設けている点で図２８と相違し、その他の構成は図２８と同様である。当接後、導電性接着剤２２′を硬化させれば、半導体装置の実装が完了する。
【００７７】
（実施の形態８）
図３７は、本発明の第８の実施の形態にかかる実装体を模式的に示した断面図である。図３７は、接合層として、上記の実施の形態７の図３１の導電性接着剤２２に代えて半田２５を使用している点で図３１と相違し、その他の構成は図３１と同様である。
【００７８】
図３８は、図３７の実装体の半導体装置１１と回路基板１５の間隙を封止樹脂２４で封止した実装体を模式的に示した断面図である。図３８は、接合層として、上記の実施の形態７の図３２の導電性接着剤２２に代えて半田２５を使用している点で図３２と相違し、その他の構成は図３２と同様である。本例では、封止樹脂２４は半導体装置１１と回路基板１５の間隙全体を封止しているが、少なくとも両者の電気的接続部の周りを囲むように封止するものであってもよい。
【００７９】
実装体の製造方法は、実施の形態７の導電性接着剤ペーストに代えて半田ペーストを使用している点で相違し、その他の構成は図３３〜図３６と同様である。半田の場合、図３６のように当接した後、リフローさせれば、半導体装置の実装が完了する。
【００８０】
本実施の形態のように、突起電極を第１段突起電極２８にこれより小さな第２段突起電極２９を積層して凸状の２段型にすることにより、突起電極の表面積が大きくなり、その結果入出力端子電極３０の表面積が大きくなって、半田の転写工程での半田の転写量が安定し、接合部の信頼性が向上する。
【００８１】
なお、半田は、本例のように半田ペーストの膜に入出力端子電極をつけることによって入出力端子電極上に転写する方法の他、あらかじめ半導体素子の端子電極側に印刷などにより供給する方法で供給してもよい。
【００８２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明により、能動素子を破壊することなく実装でき、しかもドライプロセスにより一括して形成されたエリア配列の突起電極（バンプ）のため低コストで信頼性が高い実装体が得られる。
【００８３】
すなわち、本発明は以下のような効果を有する。
【００８４】
(1) ＩＣチップなどの半導体装置（能動素子）ではなく、回路基板の入出力端子電極上又は入出力端子電極中に突起電極を形成するために、突起電極を形成する際に半導体装置（能動素子）を破壊する危険性が全くない。
【００８５】
(2) 突起電極の形成は溶射により行うので、ドライプロセスでかつ多数の突起電極を一括して形成することができ、低コストである。
【００８６】
(3) 突起電極として、略おわん型形状を有する第１金属部とその凹部に充填された第２金属部とからなる特殊な構成としたことにより、第１金属部をアルミニウムで、第２金属部を銅から構成すれば、酸化されやすい良導体の銅をアルミニウムで覆って保護し、中心に配置することになるから、銅の酸化を防ぐと同時に導電性において信頼性の高い構造にすることができる。
【００８７】
(4) 突起電極を(3)のような特殊な構成にしたことにより、アルミニウムと銅などの比較的安価な導電体を用いることができる。
【００８８】
(5) 接合層は、半田あるいは導電性接着剤からなるため、リフローあるいは硬化を行うだけで、ほとんど加圧することなく実装でき、半導体装置（能動素子）にダメージを与えることがない。
【００８９】
(6) 突起電極を回路基板の入出力端子電極中に形成すれば、回路基板と一体化させて形成することができ、突起電極の密着強度が大きくなる。さらに、入出力端子電極の表面層をＡｕで形成することが容易になり、かかる入出力端子電極と半導体装置とを接合層を介して接合すれば、信頼性の高い構造となる。しかも突起電極の形成は入出力端子電極を形成する工程中に含まれるだけなのでコスト高にもならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる実装体を模式的に示した断面図である。
【図２】図１の実装体の半導体装置と回路基板の間隙を封止樹脂で封止した実装体を模式的に示した断面図である。
【図３】図１の実装体の製造方法を示すものであって、回路基板の入出力端子電極上にプラズマ溶射により突起電極を形成する工程を示した概略図である。
【図４】図１の実装体の製造方法を示すものであって、突起電極に導電性接着剤を転写する工程を示した概略図である。
【図５】図１の実装体の製造方法を示すものであって、転写された導電性接着剤に半導体装置のバリアメタルを当接する工程を示した概略図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態にかかる実装体を模式的に示した断面図である。
【図７】図６の実装体の半導体装置と回路基板の間隙を封止樹脂で封止した実装体を模式的に示した断面図である。
【図８】図６の実装体の製造方法を示すものであって、回路基板の入出力端子電極上にプラズマ溶射により突起電極を形成する工程を示した概略図である。
【図９】図６の実装体の製造方法を示すものであって、突起電極に半田を転写する工程を示した概略図である。
【図１０】図６の実装体の製造方法を示すものであって、転写された半田に半導体装置のバリアメタルを当接する工程を示した概略図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態にかかる実装体を模式的に示した断面図である。
【図１２】図１１の実装体の半導体装置と回路基板の間隙を封止樹脂で封止した実装体を模式的に示した断面図である。
【図１３】図１１の実装体の製造方法を示すものであって、回路基板の入出力端子電極上にプラズマ溶射により第１段突起電極を形成する工程を示した概略図である。
【図１４】図１１の実装体の製造方法を示すものであって、第１段突起電極上にプラズマ溶射により第２段突起電極を形成する工程を示した概略図である。
【図１５】図１１の実装体の製造方法を示すものであって、２段型突起電極に導電性接着剤を転写する工程を示した概略図である。
【図１６】図１１の実装体の製造方法を示すものであって、転写された導電性接着剤に半導体装置のバリアメタルを当接する工程を示した概略図である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態にかかる実装体を模式的に示した断面図である。
【図１８】図１７の実装体の半導体装置と回路基板の間隙を封止樹脂で封止した実装体を模式的に示した断面図である。
【図１９】図１７の実装体の製造方法を示すものであって、回路基板の入出力端子電極上にプラズマ溶射により第１段突起電極を形成する工程を示した概略図である。
【図２０】図１７の実装体の製造方法を示すものであって、第１段突起電極上にプラズマ溶射により第２段突起電極を形成する工程を示した概略図である。
【図２１】図１７の実装体の製造方法を示すものであって、２段型突起電極に半田を転写する工程を示した概略図である。
【図２２】図１７の実装体の製造方法を示すものであって、転写された半田に半導体装置のバリアメタルを当接する工程を示した概略図である。
【図２３】本発明の第５の実施の形態にかかる実装体を模式的に示した断面図である。
【図２４】図２３の実装体の半導体装置と回路基板の間隙を封止樹脂で封止した実装体を模式的に示した断面図である。
【図２５】図２３の実装体の製造方法を示すものであって、回路基板の配線電極上にプラズマ溶射により突起電極を形成する工程を示した概略図である。
【図２６】図２３の実装体の製造方法を示すものであって、突起電極を覆うように、Ｎｉ下地層及びＡｕ表面層を形成して得られた回路基板の概略図である。
【図２７】図２３の実装体の製造方法を示すものであって、突起電極を内部に含む入出力端子電極に導電性接着剤を転写する工程を示した概略図である。
【図２８】図２３の実装体の製造方法を示すものであって、転写された導電性接着剤に半導体装置のバリアメタルを当接する工程を示した概略図である。
【図２９】本発明の第６の実施の形態にかかる実装体を模式的に示した断面図である。
【図３０】図２９の実装体の半導体装置と回路基板の間隙を封止樹脂で封止した実装体を模式的に示した断面図である。
【図３１】本発明の第７の実施の形態にかかる実装体を模式的に示した断面図である。
【図３２】図３１の実装体の半導体装置と回路基板の間隙を封止樹脂で封止した実装体を模式的に示した断面図である。
【図３３】図３１の実装体の製造方法を示すものであって、回路基板の配線電極上にプラズマ溶射により第１段突起電極を形成する工程を示した概略図である。
【図３４】図３１の実装体の製造方法を示すものであって、第１段突起電極上にプラズマ溶射により第２段突起電極を形成する工程を示した概略図である。
【図３５】図３１の実装体の製造方法を示すものであって、２段型突起電極を内部に含む入出力端子電極に導電性接着剤を転写する工程を示した概略図である。
【図３６】図３１の実装体の製造方法を示すものであって、転写された導電性接着剤に半導体装置のバリアメタルを当接する工程を示した概略図である。
【図３７】本発明の第８の実施の形態にかかる実装体を模式的に示した断面図である。
【図３８】図３７の実装体の半導体装置と回路基板の間隙を封止樹脂で封止した実装体を模式的に示した断面図である。
【図３９】従来の半田バンプの構成を示した概略断面図である。
【符号の説明】
１１半導体装置
１２端子電極
１３バリアメタル
１４入出力端子電極
１５回路基板
２１突起電極
２１ａ第１金属部
２１ｂ第２金属部
２２、２２′ 導電性接着剤
２３導電性接着剤ペースト
２４封止樹脂
２５、２５′ 半田
２６半田ペースト
２７２段型突起電極
２８第１段突起電極
２８ａ第１金属部
２８ｂ第２金属部
２９第２段突起電極
２９ａ第１金属部
２９ｂ第２金属部
３０入出力端子電極
３０ａ配線電極
３０ｂ下地層
３０ｃ表面層
５１溶射装置
５２溶射金属
５３、５４、５５溶射用マスク
１０１半田（Ｐｂ−Ｓｎ）バンプ
１０２Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物
１０３Ｃｒ−Ｃｕ層
１０４Ｃｒ層
１０５ガラス保護膜
１０６ＳｉＯ₂膜
１０７Ａｌパッド電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mounting body in which a semiconductor device or the like is mounted on a circuit board, and a method for manufacturing the same, and in particular, it can be mounted at high performance and at low cost corresponding to the case where connection pads are arranged in an area. The present invention relates to a mounting body and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
With the miniaturization and high performance of portable electronic devices, there is an increasing demand for miniaturization and high performance of semiconductor devices. Therefore, the number of terminal pins increases, and it is necessary to reduce the pitch or area arrangement. However, there is a limit to the narrow pitch, and it has become important to provide pads on active elements and mount them in an area arrangement. As a technology capable of this, there is a mounting technology called C4 (Controlled Collaps Chip Connection) using solder bumps developed by IBM ("Electronics mounting technology" 1996. 8 (Vol. 12 No. 8) P78-P83. ). FIG. 39 is a schematic sectional view of the connection structure. As shown in FIG. 39, SiO on the surface of the IC chip. ₂ On the film 106, a pad electrode 107 and a glass protective film 105 made of aluminum are formed. Since the aluminum oxide film is attached to the surface of the pad electrode 107 made of aluminum, a metal film called a barrier metal is formed by vacuum deposition after the removal process of the oxide film. Specifically, a Cr layer 104, a Cr—Cu layer 103, and a Cu—Sn intermetallic compound layer 102 are sequentially formed. Further, solder bumps 101 are formed on this surface. The solder bump 101 has a weight ratio of Pb: Sn of 95: 5. Thus, if this is brought into contact with the terminal electrode of the circuit board and reflowed, the solder is melted and the connection is completed.
[0003]
In addition to the solder, there is a structure in which an Au plating bump is formed after a barrier metal is formed.
[0004]
These conventional techniques can be expected to have no damage to the active element of the IC chip even if a pad is formed on the active element of the IC chip and a protruding electrode is formed thereon. However, since all of these techniques are plated or a process associated therewith, there are always high cost problems related to plating apparatuses, waste liquid processing, cleaning processes, and the like, or environmental problems. In addition, when performing electroplating, there is a problem of how to secure an electrode for passing a current in an increasingly fine circuit, and when performing electroless plating, the height of the protruding electrode is high. Since it is very difficult to make the thickness uniform, there is a concern about the reliability of the mounting body.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Since mounting by connection in an area arrangement is based on the premise that a pad is provided on an active element and mounted, pressure is applied when a protruding electrode is formed on the pad provided on the semiconductor device side or when mounting. If it is extremely large, there is a risk that the active element will be destroyed. For this reason, the conventional technology that enables area connection is a mounting technology mainly composed of plating bumps. However, it can be said that the plating technique requires a very high equipment cost, and it is a high-cost mounting because of environmental problems such as waste liquid treatment and cleaning. Further, although depending on the plating method, in the case of electrolytic or electroless plating, there remains a problem in the stability of the shape of the formed protruding electrode (bump).
[0006]
Accordingly, in view of the above problems, the present invention provides a high-performance mounting body that can form protruding electrodes collectively and at low cost without destroying active elements, and that is excellent in reliability, and It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing such a mounting body.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The inventors of the present invention have formed a bump electrode on the input / output terminal electrode of the circuit board or in the input / output terminal electrode, and connected to a semiconductor device in which a barrier metal is formed as a bonding layer via a conductive adhesive or solder. Thus, it was found that the active device can be mounted at low cost without destroying the active device, and the present invention has been completed.
[0008]
That is, the mounting body of the present invention is formed on a semiconductor device having a terminal electrode and a barrier metal formed on the terminal electrode, and on the input / output terminal electrode and the input / output terminal electrode or in the input / output terminal electrode. A mounting body comprising a circuit board having a protruding electrode (also referred to as a bump) and a bonding layer that electrically connects the barrier metal and the protruding electrode or the input / output terminal electrode. The protruding electrode comprises a first metal part having a substantially bowl-shaped shape and a second metal part filled in the substantially bowl-shaped recess, and the joining layer comprises a conductive adhesive or solder. Features.
[0009]
Further, the method for manufacturing the mounting body of the present invention is formed by a step of forming a barrier metal on the terminal electrode of the semiconductor device and a step of forming a protruding electrode by spraying on the input / output terminal electrode of the circuit board or by spraying. Forming an input / output terminal electrode including a protruding electrode on the circuit board; transferring a conductive adhesive or solder onto the electrode; and transferring the conductive adhesive or solder to the transferred semiconductor device And a step of mounting the semiconductor device on the circuit board by contacting the barrier metal.
[0010]
In the present invention, a protruding electrode is formed on or in an input / output terminal electrode of a circuit board, not a semiconductor device (active element) such as an IC chip. Therefore, there is no risk of destroying the semiconductor device (active element) when forming the protruding electrode.
[0011]
In addition, since the protruding electrodes are formed by thermal spraying, a large number of protruding electrodes can be formed at a time by a dry process, so that the cost is low.
[0012]
Further, the protruding electrode has a special configuration including a first metal portion having a substantially bowl shape and a second metal portion filled in the concave portion. Thus, if the first metal part is made of aluminum and the second metal part is made of copper, the good conductor copper, which is easily oxidized, is covered with aluminum to be protected and placed in the center, thus preventing copper oxidation. At the same time, a highly reliable structure in terms of conductivity can be achieved. Therefore, from this point of view, the substantially bowl shape referred to in the present invention is not particularly limited as long as it has a recess at the center and can fill the recess with the second metal portion.
[0013]
Furthermore, since the protruding electrode has such a special configuration, a relatively inexpensive conductor such as aluminum and copper can be used.
[0014]
The bonding layer is made of solder or a conductive adhesive. Since these are only reflowed or cured, they can be mounted with almost no pressure and do not damage the semiconductor device (active element).
[0015]
Further, if the protruding electrode is formed in the input / output terminal electrode of the circuit board, it can be formed integrally with the circuit board, and the adhesion strength of the protruding electrode is increased. Furthermore, with such a configuration, it is easy to make the surface layer of the input / output terminal electrode Au, and by connecting such an input / output terminal electrode and the semiconductor device via a bonding layer, reliability can be improved. High structure. In addition, since the formation of the protruding electrode is only included in the process of forming the input / output terminal electrode, the cost is not increased.
[0016]
In the mounting body of the present invention, it is desirable that the gap between the semiconductor device and the circuit board is sealed with resin. However, it is only necessary to be sealed so as to surround at least the part that electrically connects both. As a result, the connecting portion is reinforced, and reliability can be improved. The resin used here preferably contains an inorganic filler. Silica (SiO2) is used as an inorganic filler. ₂ ) And alumina (Al ₂ O _Three )and so on. The resin is preferably based on an epoxy resin and containing a phenol resin or an acid anhydride resin as a curing agent.
[0017]
In addition, the protruding electrodes (bumps) formed on or in the input / output terminal electrodes of the circuit board have a two-stage shape in which a first-stage protruding electrode and a smaller second-stage protruding electrode are stacked. It is desirable to do. As a result, since the surface area of the protruding electrode (the input / output terminal electrode when the protruding electrode is formed in the input / output terminal electrode) is increased, the conductive adhesive or the solder can be stably transferred. Reliability is improved. In order to obtain a two-stage shape, a first-stage protruding electrode is formed by thermal spraying, and then a second-stage protruding electrode is simply formed on the first-stage protruding electrode by thermal spraying. can do.
[0018]
In the present invention, the barrier metal is preferably made of a metal containing at least one selected from, for example, Cr, Cu, Ti, Ni, Au, and Pt. It is possible to use a metal which has Cu formed thereon by vacuum deposition or sputtering.
[0019]
As the terminal electrode of the semiconductor device, for example, an Al formed by a vacuum deposition method can be used. The barrier metal is formed on this.
[0020]
On the other hand, the input / output terminal electrodes of the circuit board are formed by, for example, forming Cu by printing and etching it to form a wiring electrode, and then providing Ni and Au thereon by plating or flash plating. In addition to this, it is of course possible to form an Au wiring electrode by printing and firing.
[0021]
When the protruding electrode is formed in the input / output terminal electrode, after forming the protruding electrode on the Cu by thermal spraying, Ni and Au may be provided on the Cu by plating or flash plating in order.
[0022]
When solder is used for the bonding layer, a general inexpensive eutectic solder (Sn—Pb system) is sufficient.
[0023]
Further, when a conductive adhesive is used for the bonding layer, there is no problem if the conductive filler contained is a filler having conductivity such as Ag, Cu, Ni, and the adhesive resin is, for example, an epoxy resin thermoplastic type or thermosetting type. Either of these can be used.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body according to the first embodiment of the present invention.
[0025]
In FIG. 1, a barrier metal 13 is formed on the terminal electrode 12 of the semiconductor device 11. In the present embodiment, the terminal electrode 12 is formed by vacuum deposition of Al. Further, the barrier metal 13 was formed by using Cr as a base metal and then vacuum-depositing Cu thereon. On the other hand, a protruding electrode 21 is formed on the input / output terminal electrode 14 of the circuit board 15. The input / output terminal electrode 14 is formed by forming Cu by printing, etching it to form a wiring electrode, and then plating Ni and Au in that order. The protruding electrode (bump) 21 includes a first metal portion 21a made of aluminum having a substantially bowl shape, and a second metal portion 21b made of copper filled in the concave portion. The protruding electrode 21 is formed by thermal spraying. The barrier metal 13 of the semiconductor device 11 and the protruding electrode 21 of the circuit board 15 are electrically connected by a bonding layer 22 made of a conductive adhesive. The protruding electrode of the present embodiment is covered with substantially bowl-shaped aluminum so as to surround copper, so that oxidation of copper does not proceed during the manufacturing process of the mounting body, and is excellent as an electrical connection portion. Conductivity can be ensured at low cost.
[0026]
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body in which the gap between the semiconductor device 11 and the circuit board 15 of the mounting body in FIG. In this example, the sealing resin 24 seals the entire gap between the semiconductor device 11 and the circuit board 15. However, the sealing resin 24 may be sealed so as to surround at least the electrical connection portion between them. This resin sealing further improves the reliability of the electrical connection portion.
[0027]
3 to 5 are schematic views showing a method of manufacturing the mounting body shown in FIG.
[0028]
FIG. 3 shows a process of forming protruding electrodes on the input / output terminal electrodes 14 of the circuit board 15 by plasma spraying. The sprayed metal 52 radiated from the spraying device 51 is deposited on the input / output terminal electrode 14 through the hole of the spraying mask 53 having a hole of a predetermined size. The thermal spraying is performed by spraying aluminum in order to form the first metal portion 21a having a substantially bowl shape. In order to deposit the sprayed metal in a substantially bowl shape, it is possible to adjust the power during spraying. Thereafter, the second metal portion 21b is formed by thermal spraying so that the concave portion of the first metal portion 21a is filled with copper. Thus, the protruding electrode 21 is completed. In the present invention, since the protruding electrodes are formed on the circuit board in this way, there is no fear of destroying the semiconductor element in the protruding electrode forming step. In addition, since a large number of protruding electrodes can be formed at one time using a dry process called plasma spraying, the cost is low.
[0029]
FIG. 4 is a schematic view showing a process of transferring a conductive adhesive to the protruding electrode 21 formed according to FIG. As shown in FIG. 4A, the protruding electrode 21 on the circuit board 15 faces downward and is applied to the conductive adhesive paste 23, and when pulled up, as shown in FIG. The agent 22 'is transferred.
[0030]
FIG. 5 is a schematic view showing a process of bringing the barrier metal 13 of the semiconductor device 11 into contact with the conductive adhesive 22 ′ transferred according to FIG. If the conductive adhesive 22 'is cured after the contact, the mounting of the semiconductor device is completed. As described above, since the mounting is completed when the conductive adhesive is cured by contact, an excessive force is not applied to the semiconductor element, and the possibility that the semiconductor element is destroyed is extremely low.
[0031]
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 differs from FIG. 1 in that solder 25 is used instead of the conductive adhesive 22 of FIG. 1 of the first embodiment as the bonding layer, and the other configuration is the same as FIG. is there.
[0032]
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body in which the gap between the semiconductor device 11 and the circuit board 15 of the mounting body in FIG. 6 is sealed with a sealing resin 24. FIG. 7 differs from FIG. 2 in that solder 25 is used instead of the conductive adhesive 22 of FIG. 2 of the first embodiment as the bonding layer, and the other configuration is the same as FIG. is there. In this example, the sealing resin 24 seals the entire gap between the semiconductor device 11 and the circuit board 15. However, the sealing resin 24 may be sealed so as to surround at least the electrical connection portion between them.
[0033]
8-10 is the schematic which showed the manufacturing method of the mounting body of FIG.
[0034]
FIG. 8 shows a process of forming the protruding electrode 21 on the input / output terminal electrode 14 of the circuit board 15 by plasma spraying. The configuration is exactly the same as in FIG. 3 of the first embodiment.
[0035]
FIG. 9 is a schematic view showing a process of transferring the solder to the protruding electrode 21 formed according to FIG. FIG. 9 differs from FIG. 4 in that the solder 25 'is transferred onto the protruding electrodes 21 using a solder paste 26 instead of the conductive adhesive paste 23 of FIG. 4 of the first embodiment. Other configurations are the same as those in FIG. In addition to the method of transferring the solder onto the protruding electrode by attaching the protruding electrode to the solder paste film as in this example, the solder may be supplied in advance by printing or the like to the terminal electrode side of the semiconductor element. Good.
[0036]
FIG. 10 is a schematic view showing a step of bringing the barrier metal 13 of the semiconductor device 11 into contact with the solder 25 'transferred according to FIG. FIG. 10 is different from FIG. 5 in that the conductive adhesive 22 ′ of FIG. 5 of the first embodiment is replaced with the solder 25 ′ as the bonding layer material, and the other configuration is the same as FIG. is there. If the solder 25 'is reflowed after the contact, the mounting of the semiconductor device is completed.
[0037]
(Embodiment 3)
FIG. 11: is sectional drawing which showed typically the mounting body concerning the 3rd Embodiment of this invention.
[0038]
11 differs from FIG. 1 in that a two-stage protruding electrode 27 is formed as a protruding electrode instead of the protruding electrode 21 of FIG. It is the same. As shown in FIG. 11, the two-stage protruding electrode 27 includes a first-stage protruding electrode 28 formed on the input / output terminal electrode 14 and a second-stage protruding electrode 29 formed thereon. The Each of the first step protrusion electrode 28 and the second step protrusion electrode 29 includes a first metal portion 28a, 29a made of aluminum having a substantially bowl shape, and a second metal portion 28b made of copper filled in the recess, 29b. By making the second-stage protruding electrode 29 smaller than the first-stage protruding electrode 28 into a convex two-stage type, the surface area of the protruding electrode is increased, and the transfer amount of the conductive adhesive 22 (see FIG. 15). ) Is stabilized, and the reliability of the joint is improved.
[0039]
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body in which the gap between the semiconductor device 11 and the circuit board 15 of the mounting body in FIG. 11 is sealed with a sealing resin 24. FIG. 12 is different from FIG. 2 in that a two-stage protruding electrode 27 is used as the protruding electrode instead of the protruding electrode 21 of FIG. It is the same. In this example, the sealing resin 24 seals the entire gap between the semiconductor device 11 and the circuit board 15. However, the sealing resin 24 may be sealed so as to surround at least the electrical connection portion between them.
[0040]
13-16 is the schematic which showed the manufacturing method of the mounting body of FIG.
[0041]
FIG. 13 shows a step of forming the first stage protruding electrode 28 on the input / output terminal electrode 14 of the circuit board 15 by plasma spraying. The configuration is the same as that of FIG. 3 except that the projection electrode 21 is formed using the thermal spraying mask 53 in FIG. 3 except that the first stage projection electrode 28 is formed using the thermal spraying mask 54. Same as 3. That is, using a thermal spraying mask 54 having a predetermined opening, aluminum is sprayed while adjusting the power of plasma spraying to form a substantially bowl-shaped first metal part 28 a on the input / output terminal electrode 14. Subsequently, the second metal portion 28b is formed by copper plasma spraying so that the substantially bowl-shaped recess is filled with copper. Thus, the first stage protruding electrode 28 is formed.
[0042]
FIG. 14 shows a step of forming the second step protrusion electrode 29 by plasma spraying on the first step protrusion electrode 28 formed according to FIG. The thermal spraying mask 55 having a smaller opening than the thermal spraying mask 54 used when forming the first stage protruding electrode 28 is used to thermally spray aluminum while adjusting the power of the plasma spraying. A bowl-shaped first metal portion 29a is formed. Next, the second metal portion 29b is formed by copper plasma spraying so that the substantially bowl-shaped recess is filled with copper. Thus, the second step protrusion electrode 29 is formed on the first step protrusion electrode 28.
[0043]
According to the method of the present invention, since the protruding electrodes are always formed in a lump, unlike the ball bonding method in which each protruding electrode is formed one by one, all the two-stage protruding electrodes can be formed in two steps.
[0044]
FIG. 15 is a schematic view showing a process of transferring the conductive adhesive 22 ′ to the two-stage protruding electrode 27 formed according to FIG. FIG. 15 is different from FIG. 4 in that a protruding electrode 27 is provided in place of the protruding electrode 21 of FIG. 4 of the first embodiment, and the other configuration is the same as that of FIG. It is. As in the present embodiment, the surface area of the projecting electrode is increased by stacking the projecting electrode on the first projecting electrode 28 with the smaller second projecting electrode 29 to form a convex two-stage type. As a result, the transfer amount of the conductive adhesive 22 'is stabilized, and the reliability of the joint is improved.
[0045]
FIG. 16 is a schematic view showing a process of bringing the barrier metal 13 of the semiconductor device 11 into contact with the conductive adhesive 22 ′ transferred according to FIG. 16 differs from FIG. 5 in that a two-stage protruding electrode 30 is provided as a protruding electrode instead of the protruding electrode 21 of FIG. 5 of the first embodiment, and the other configurations are the same as FIG. It is. If the conductive adhesive 22 'is cured after the contact, the mounting of the semiconductor device is completed.
[0046]
(Embodiment 4)
FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 17 is different from FIG. 11 in that solder 25 is used instead of the conductive adhesive 22 of FIG. 11 of the third embodiment as the bonding layer, and the other configuration is the same as FIG. is there.
[0047]
FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body in which the gap between the semiconductor device 11 and the circuit board 15 of the mounting body in FIG. 17 is sealed with a sealing resin 24. 18 differs from FIG. 12 in that solder 25 is used instead of the conductive adhesive 22 of FIG. 12 of the third embodiment as the bonding layer, and the other configuration is the same as FIG. is there. In this example, the sealing resin 24 seals the entire gap between the semiconductor device 11 and the circuit board 15. However, the sealing resin 24 may be sealed so as to surround at least the electrical connection portion between them.
[0048]
19 to 22 are schematic views showing a method of manufacturing the mounting body of FIG.
[0049]
FIG. 19 shows a step of forming the first stage protruding electrode 28 on the input / output terminal electrode 14 of the circuit board 15 by plasma spraying. The configuration is exactly the same as FIG. 13 of the third embodiment.
[0050]
FIG. 20 shows a process of forming the second step protrusion electrode 29 on the first step protrusion electrode 28 formed in FIG. 19 by plasma spraying. The configuration is exactly the same as FIG. 14 of the third embodiment.
[0051]
FIG. 21 is a schematic view showing a process of transferring the solder 25 ′ to the two-stage protruding electrode 27 formed according to FIG. FIG. 21 shows that the solder 25 'is transferred onto the two-stage protruding electrode 27 using a solder paste 26 instead of the conductive adhesive paste 23 of FIG. 15 of the third embodiment. The other configuration is the same as that of FIG. As in the present embodiment, the surface area of the projecting electrode is increased by stacking the projecting electrode on the first projecting electrode 28 with the smaller second projecting electrode 29 to form a convex two-stage type. The transfer amount of the solder 25 'is stabilized, and the reliability of the joint is improved.
[0052]
In addition to the method of transferring the solder onto the bump electrode by attaching the bump electrode to the solder paste film as in this example, the solder may be supplied in advance by printing or the like to the terminal electrode side of the semiconductor element. Good.
[0053]
FIG. 22 is a schematic view showing a step of bringing the barrier metal 13 of the semiconductor device 11 into contact with the solder 25 'transferred according to FIG. FIG. 22 differs from FIG. 16 in that the conductive adhesive 22 ′ of FIG. 16 in the third embodiment is replaced with the solder 25 ′ as the bonding layer material, and the other configuration is the same as FIG. is there. If the solder 25 'is reflowed after the contact, the mounting of the semiconductor device is completed.
[0054]
(Embodiment 5)
FIG. 23 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body according to the fifth embodiment of the present invention.
[0055]
In FIG. 23, a barrier metal 13 is formed on the terminal electrode 12 of the semiconductor device 11. In the present embodiment, the terminal electrode 12 is formed by vacuum deposition of Al. Further, the barrier metal 13 was formed by using Cr as a base metal and then vacuum-depositing Cu thereon. On the other hand, protruding electrodes 21 are formed in the input / output terminal electrodes 30 of the circuit board 15. The input / output terminal electrode 30 is formed by printing Cu and etching it to form a wiring electrode 30a. A protruding electrode 21 is formed thereon by thermal spraying, and Ni is formed on the surface layer 30c as a base layer 30b thereon. Are formed by sequentially plating Au. Thus, if the protruding electrode 21 is formed in the input / output terminal electrode 30 of the circuit board, the protruding electrode 21 can be formed integrally with the circuit board, and the adhesion strength of the protruding electrode is increased. Further, the surface layer 30c of the input / output terminal electrode is made of Au, and such an input / output terminal electrode and the semiconductor device are bonded to each other through a bonding layer, thereby achieving a highly reliable structure. The protruding electrode (bump) 21 is formed on the wiring electrode 30a, and includes a first metal portion 21a made of aluminum having a substantially bowl shape, and a second metal portion 21b made of copper filled in the concave portion. ing. The protruding electrode 21 is formed by thermal spraying. The barrier metal 13 of the semiconductor device 11 and the input / output terminal electrode 30 of the circuit board 15 are electrically connected by a bonding layer 22 made of a conductive adhesive. The protruding electrode of the present embodiment is covered with substantially bowl-shaped aluminum so as to surround copper, so that oxidation of copper does not proceed during the manufacturing process of the mounting body, and is excellent as an electrical connection portion. Conductivity can be ensured at low cost.
[0056]
FIG. 24 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body in which the gap between the semiconductor device 11 and the circuit board 15 of the mounting body in FIG. 23 is sealed with a sealing resin 24. In this example, the sealing resin 24 seals the entire gap between the semiconductor device 11 and the circuit board 15. However, the sealing resin 24 may be sealed so as to surround at least the electrical connection portion between them. This resin sealing further improves the reliability of the electrical connection portion.
[0057]
25 to 28 are schematic views showing a method of manufacturing the mounting body of FIG.
[0058]
FIG. 25 shows a process of forming a protruding electrode on the wiring electrode 30a of the circuit board 15 by plasma spraying. The sprayed metal 52 radiated from the spraying device 51 is deposited on the wiring electrode 30a through the hole of the spraying mask 53 having a hole of a predetermined size. The thermal spraying is performed by spraying aluminum in order to form the first metal portion 21a having a substantially bowl shape. In order to deposit the sprayed metal in a substantially bowl shape, it is possible to adjust the power during spraying. Thereafter, the second metal portion 21b is formed by thermal spraying so that the concave portion of the first metal portion 21a is filled with copper. Thus, the protruding electrode 21 is completed. In the present invention, since the protruding electrodes are formed on the circuit board in this way, there is no fear of destroying the semiconductor element in the protruding electrode forming step. In addition, since a large number of protruding electrodes can be formed at one time using a dry process called plasma spraying, the cost is low.
[0059]
Next, a base layer 30b made of Ni and a surface layer 30c made of Au are sequentially formed so as to cover the protruding electrodes 21 by plating. Thus, the circuit board 15 having the input / output terminal electrodes 30 and the protruding electrodes 21 formed in the input / output terminal electrodes as shown in FIG. 26 is obtained. As described above, the formation of the protruding electrode according to the present embodiment is only included in the process of forming the input / output terminal electrode, so that the cost is not increased as compared with the first embodiment.
[0060]
FIG. 27 is a schematic view showing a process of transferring a conductive adhesive onto the input / output terminal electrode 30 formed according to FIGS. As shown in FIG. 27A, when the input / output terminal electrode 30 on the circuit board 15 faces downward and is applied to the conductive adhesive paste 23 and pulled up, as shown in FIG. The conductive adhesive 22 'is transferred to the surface.
[0061]
FIG. 28 is a schematic view showing a process of bringing the barrier metal 13 of the semiconductor device 11 into contact with the conductive adhesive 22 ′ transferred according to FIG. If the conductive adhesive 22 'is cured after the contact, the mounting of the semiconductor device is completed. As described above, since the mounting is completed when the conductive adhesive is cured by contact, an excessive force is not applied to the semiconductor element, and the possibility that the semiconductor element is destroyed is extremely low.
[0062]
(Embodiment 6)
FIG. 29 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 29 differs from FIG. 23 in that solder 25 is used instead of the conductive adhesive 22 of FIG. 23 of the fifth embodiment as the bonding layer, and the other configuration is the same as FIG. is there.
[0063]
FIG. 30 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body in which the gap between the semiconductor device 11 and the circuit board 15 of the mounting body in FIG. 29 is sealed with a sealing resin 24. 30 differs from FIG. 24 in that solder 25 is used in place of the conductive adhesive 22 of FIG. 24 of the fifth embodiment as the bonding layer, and the other configuration is the same as FIG. is there. In this example, the sealing resin 24 seals the entire gap between the semiconductor device 11 and the circuit board 15. However, the sealing resin 24 may be sealed so as to surround at least the electrical connection portion between them.
[0064]
The mounting body manufacturing method is different in that a solder paste is used instead of the conductive adhesive paste of the fifth embodiment, and the other configurations are the same as those in FIGS. In the case of soldering, the semiconductor device mounting is completed by reflowing after contact as shown in FIG.
[0065]
In addition to the method of transferring the solder onto the input / output terminal electrode by attaching the input / output terminal electrode to the solder paste film as in this example, the solder is supplied in advance to the terminal electrode side of the semiconductor element by printing or the like. You may supply.
[0066]
(Embodiment 7)
FIG. 31 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body according to the seventh embodiment of the present invention.
[0067]
FIG. 31 is different from FIG. 23 in that a two-stage protruding electrode 27 is formed instead of the protruding electrode 21 of FIG. It is the same. As shown in FIG. 31, the two-stage protruding electrode 27 is composed of a first-stage protruding electrode 28 formed on the wiring electrode 30a and a second-stage protruding electrode 29 formed thereon. Each of the first step protrusion electrode 28 and the second step protrusion electrode 29 includes a first metal portion 28a, 29a made of aluminum having a substantially bowl shape, and a second metal portion 28b made of copper filled in the recess, 29b. By making the second-stage protruding electrode 29 smaller than the first-stage protruding electrode 28 into a convex two-stage type, the surface area of the protruding electrode is increased, and as a result, the surface area of the input / output terminal electrode 30 is increased. The transfer amount of the conductive adhesive 22 (see FIG. 35) is stabilized, and the reliability of the joint is improved.
[0068]
On the two-stage protruding electrode 27, Ni is formed as a base layer 30b and Au is plated as a surface layer 30c in order. Thus, if the protruding electrode 21 is formed in the input / output terminal electrode 30 of the circuit board, the protruding electrode 21 can be formed integrally with the circuit board, and the adhesion strength of the protruding electrode is increased. Further, the surface layer 30c of the input / output terminal electrode is made of Au, and such an input / output terminal electrode and the semiconductor device are bonded to each other through a bonding layer, thereby achieving a highly reliable structure.
[0069]
FIG. 32 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body in which the gap between the semiconductor device 11 and the circuit board 15 of the mounting body in FIG. 31 is sealed with a sealing resin 24. FIG. 32 is different from FIG. 24 in that a two-stage protruding electrode 27 is used as the protruding electrode in place of the protruding electrode 21 of FIG. It is the same. In this example, the sealing resin 24 seals the entire gap between the semiconductor device 11 and the circuit board 15. However, the sealing resin 24 may be sealed so as to surround at least the electrical connection portion between them.
[0070]
33 to 36 are schematic views showing a method for manufacturing the mounting body of FIG.
[0071]
FIG. 33 shows a process of forming the first stage protruding electrode 28 on the wiring electrode 30a of the circuit board 15 by plasma spraying. The configuration is the same as that shown in FIG. 25 of the fifth embodiment except that the first stage protruding electrode 28 is formed using the thermal spraying mask 54 instead of forming the protruding electrode 21 using the thermal spraying mask 53. 25. That is, using a thermal spraying mask 54 having a predetermined opening, aluminum is sprayed while adjusting the power of plasma spraying to form a substantially bowl-shaped first metal part 28a on the wiring electrode 30a. Subsequently, the second metal portion 28b is formed by copper plasma spraying so that the substantially bowl-shaped recess is filled with copper. Thus, the first stage protruding electrode 28 is formed.
[0072]
FIG. 34 shows a step of forming the second step protrusion electrode 29 by plasma spraying on the first step protrusion electrode 28 formed according to FIG. The thermal spraying mask 55 having a smaller opening than the thermal spraying mask 54 used at the time of forming the first stage protruding electrode 28 is used to spray aluminum while adjusting the power of plasma spraying, and onto the first stage protruding electrode 28. A first bowl-shaped first metal portion 29a is formed. Next, the second metal portion 29b is formed by copper plasma spraying so that the substantially bowl-shaped recess is filled with copper. Thus, the second step protrusion electrode 29 is formed on the first step protrusion electrode 28.
[0073]
According to the method of the present invention, since the protruding electrodes are always formed in a lump, unlike the ball bonding method in which each protruding electrode is formed one by one, all the two-stage protruding electrodes can be formed in two steps.
[0074]
Next, a base layer made of Ni and a surface layer made of Au are sequentially formed by plating so as to cover the two-stage protruding electrode. Thus, a circuit board having an input / output terminal electrode and a two-stage protruding electrode formed in the input / output terminal electrode is obtained. As described above, the formation of the protruding electrode according to the present embodiment is only included in the process of forming the input / output terminal electrode, and therefore the cost is not increased as compared with the third embodiment.
[0075]
FIG. 35 is a schematic view showing a process of transferring the conductive adhesive 22 ′ to the input / output terminal electrode 30 formed as described above. FIG. 35 differs from FIG. 27 in that a two-stage protruding electrode 27 is provided as a protruding electrode instead of the protruding electrode 21 of FIG. 27 of the fifth embodiment, and the other configurations are the same as FIG. It is. The surface area of the protruding electrode is increased by stacking the protruding electrode on the first protruding electrode 28 and forming the protruding second electrode 29 by stacking a smaller protruding second electrode 29 as in the present embodiment. As a result, the surface area of the input / output terminal electrode 30 is increased, the transfer amount of the conductive adhesive 22 'is stabilized, and the reliability of the joint is improved.
[0076]
FIG. 36 is a schematic view showing a step of bringing the barrier metal 13 of the semiconductor device 11 into contact with the conductive adhesive 22 ′ transferred according to FIG. 36 differs from FIG. 28 in that a two-stage protruding electrode 27 is provided as a protruding electrode instead of the protruding electrode 21 of FIG. 28 of the fifth embodiment, and the other configurations are the same as FIG. It is. If the conductive adhesive 22 'is cured after the contact, the mounting of the semiconductor device is completed.
[0077]
(Embodiment 8)
FIG. 37 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body according to the eighth embodiment of the present invention. FIG. 37 differs from FIG. 31 in that solder 25 is used in place of the conductive adhesive 22 of FIG. 31 of the seventh embodiment as the bonding layer, and the other configuration is the same as FIG. is there.
[0078]
FIG. 38 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body in which the gap between the semiconductor device 11 and the circuit board 15 of the mounting body in FIG. 37 is sealed with a sealing resin 24. FIG. 38 is different from FIG. 32 in that solder 25 is used instead of the conductive adhesive 22 of FIG. 32 of the seventh embodiment as the bonding layer, and the other configuration is the same as FIG. is there. In this example, the sealing resin 24 seals the entire gap between the semiconductor device 11 and the circuit board 15. However, the sealing resin 24 may be sealed so as to surround at least the electrical connection portion between them.
[0079]
The manufacturing method of the mounting body is different in that a solder paste is used instead of the conductive adhesive paste of the seventh embodiment, and other configurations are the same as those in FIGS. In the case of soldering, the semiconductor device mounting is completed by reflowing after contact as shown in FIG.
[0080]
The surface area of the protruding electrode is increased by stacking the protruding electrode on the first protruding electrode 28 and forming the protruding second electrode 29 by stacking a smaller protruding second electrode 29 as in the present embodiment. As a result, the surface area of the input / output terminal electrode 30 is increased, the amount of solder transferred in the solder transfer process is stabilized, and the reliability of the joint is improved.
[0081]
In addition to the method of transferring the solder onto the input / output terminal electrode by attaching the input / output terminal electrode to the solder paste film as in this example, the solder is supplied in advance to the terminal electrode side of the semiconductor element by printing or the like. You may supply.
[0082]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, active elements can be mounted without being destroyed, and projection electrodes (bumps) having an array of areas formed collectively by a dry process are low in cost and highly reliable. A mounting body is obtained.
[0083]
That is, the present invention has the following effects.
[0084]
(1) A semiconductor device (active) is formed when forming a protruding electrode to form a protruding electrode on or in an input / output terminal electrode of a circuit board, not a semiconductor device (active element) such as an IC chip. There is no risk of destroying the device.
[0085]
(2) Since the protruding electrodes are formed by thermal spraying, a large number of protruding electrodes can be formed in a dry process at a low cost.
[0086]
(3) As the protruding electrode, the first metal part is made of aluminum and the second metal is made of a special configuration comprising a first metal part having a substantially bowl shape and a second metal part filled in the concave part. If the part is made of copper, the good conductor copper which is easily oxidized is covered with aluminum and protected, and placed in the center. Therefore, it is possible to prevent copper oxidation and at the same time make the structure highly reliable in terms of conductivity. it can.
[0087]
(4) Since the protruding electrode has a special configuration as in (3), a relatively inexpensive conductor such as aluminum and copper can be used.
[0088]
(5) Since the bonding layer is made of solder or a conductive adhesive, it can be mounted with almost no pressure only by reflowing or curing, and the semiconductor device (active element) is not damaged.
[0089]
(6) If the protruding electrode is formed in the input / output terminal electrode of the circuit board, it can be formed integrally with the circuit board, and the adhesion strength of the protruding electrode is increased. Furthermore, it becomes easy to form the surface layer of the input / output terminal electrode with Au, and if such an input / output terminal electrode and the semiconductor device are bonded via a bonding layer, a highly reliable structure is obtained. In addition, since the formation of the protruding electrode is only included in the process of forming the input / output terminal electrode, the cost is not increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body in which a gap between the semiconductor device and the circuit board of the mounting body in FIG. 1 is sealed with a sealing resin.
FIG. 3 is a schematic view showing a method of manufacturing the mounting body of FIG. 1 and showing a step of forming protruding electrodes by plasma spraying on input / output terminal electrodes of a circuit board.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing the mounting body of FIG. 1 and showing a process of transferring a conductive adhesive to a protruding electrode.
FIG. 5 is a schematic view showing a method of manufacturing the mounting body of FIG. 1 and showing a step of bringing a barrier metal of a semiconductor device into contact with a transferred conductive adhesive.
FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body according to a second embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body in which a gap between the semiconductor device and the circuit board of the mounting body in FIG. 6 is sealed with a sealing resin.
8 is a schematic diagram showing a method of manufacturing the mounting body of FIG. 6 and showing a process of forming protruding electrodes on the input / output terminal electrodes of the circuit board by plasma spraying.
FIG. 9 is a schematic view showing a method of manufacturing the mounting body of FIG. 6 and showing a step of transferring solder to the protruding electrodes.
10 is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing the mounting body of FIG. 6 and showing a step of bringing a barrier metal of a semiconductor device into contact with the transferred solder. FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body according to a third embodiment of the present invention.
12 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body in which a gap between the semiconductor device and the circuit board of the mounting body in FIG. 11 is sealed with a sealing resin.
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing the mounting body of FIG. 11 and showing a step of forming first-stage protruding electrodes on the input / output terminal electrodes of the circuit board by plasma spraying.
14 is a schematic view showing a method of manufacturing the mounting body shown in FIG. 11 and showing a step of forming a second step protrusion electrode by plasma spraying on the first step protrusion electrode. FIG.
FIG. 15 is a schematic view showing a method of manufacturing the mounting body shown in FIG. 11 and showing a step of transferring a conductive adhesive to a two-stage protruding electrode.
16 is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing the mounting body of FIG. 11 and showing a step of bringing a barrier metal of a semiconductor device into contact with a transferred conductive adhesive.
FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body according to a fourth embodiment of the present invention.
18 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body in which a gap between the semiconductor device and the circuit board of the mounting body in FIG. 17 is sealed with a sealing resin.
FIG. 19 is a schematic diagram showing a method of manufacturing the mounting body of FIG. 17 and showing a step of forming first-stage protruding electrodes on the input / output terminal electrodes of the circuit board by plasma spraying.
FIG. 20 is a schematic view showing a method of manufacturing the mounting body of FIG. 17 and showing a step of forming a second step protrusion electrode on the first step protrusion electrode by plasma spraying.
FIG. 21 is a schematic view showing a method of manufacturing the mounting body shown in FIG. 17 and showing a process of transferring solder to the two-stage protruding electrode.
FIG. 22 is a schematic diagram showing a method of manufacturing the mounting body of FIG. 17 and showing a step of bringing a barrier metal of the semiconductor device into contact with the transferred solder.
FIG. 23 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body according to a fifth embodiment of the present invention.
24 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body in which a gap between the semiconductor device and the circuit board of the mounting body in FIG. 23 is sealed with a sealing resin.
FIG. 25 is a schematic view showing a method of manufacturing the mounting body of FIG. 23 and showing a step of forming a protruding electrode by plasma spraying on a wiring electrode of a circuit board.
FIG. 26 is a schematic diagram of a circuit board obtained by forming a Ni underlayer and an Au surface layer so as to cover the protruding electrodes, showing a method of manufacturing the mounting body of FIG.
FIG. 27 is a schematic view showing a method of manufacturing the mounting body shown in FIG. 23 and showing a step of transferring a conductive adhesive to an input / output terminal electrode including a protruding electrode therein.
FIG. 28 is a schematic view showing a method of manufacturing the mounting body shown in FIG. 23 and showing a step of bringing the barrier metal of the semiconductor device into contact with the transferred conductive adhesive.
FIG. 29 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body according to a sixth embodiment of the present invention.
30 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body in which a gap between the semiconductor device and the circuit board of the mounting body in FIG. 29 is sealed with a sealing resin.
FIG. 31 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body according to a seventh embodiment of the present invention.
32 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body in which a gap between the semiconductor device and the circuit board of the mounting body in FIG. 31 is sealed with a sealing resin.
FIG. 33 is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing the mounting body of FIG. 31 and illustrating a step of forming a first-stage protruding electrode on the wiring electrode of the circuit board by plasma spraying.
FIG. 34 is a schematic diagram showing a method of manufacturing the mounting body of FIG. 31 and showing a step of forming a second step protrusion electrode on the first step protrusion electrode by plasma spraying.
FIG. 35 is a schematic diagram illustrating a method of manufacturing the mounting body of FIG. 31 and showing a step of transferring a conductive adhesive to an input / output terminal electrode including a two-stage protruding electrode therein.
FIG. 36 is a schematic view showing a method of manufacturing the mounting body of FIG. 31 and showing a step of bringing the barrier metal of the semiconductor device into contact with the transferred conductive adhesive.
FIG. 37 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body according to an eighth embodiment of the present invention.
38 is a cross-sectional view schematically showing a mounting body in which a gap between the semiconductor device and the circuit board of the mounting body in FIG. 37 is sealed with a sealing resin.
FIG. 39 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a conventional solder bump.
[Explanation of symbols]
11 Semiconductor devices
12 terminal electrode
13 Barrier metal
14 Input / output terminal electrodes
15 Circuit board
21 Projection electrode
21a First metal part
21b Second metal part
22, 22 'conductive adhesive
23 Conductive adhesive paste
24 Sealing resin
25, 25 'solder
26 Solder paste
27 Two-stage protruding electrode
28 First-stage protruding electrode
28a First metal part
28b Second metal part
29 Second-stage protruding electrode
29a First metal part
29b Second metal part
30 Input / output terminal electrodes
30a Wiring electrode
30b Underlayer
30c surface layer
51 Thermal spraying equipment
52 Thermal spray metal
53, 54, 55 Thermal spray mask
101 Solder (Pb-Sn) bump
102 Cu-Sn intermetallic compound
103 Cr-Cu layer
104 Cr layer
105 Glass protective film
106 SiO ₂ film
107 Al pad electrode

Claims

A semiconductor device having a terminal electrode and a barrier metal formed on the terminal electrode, a circuit board having an input / output terminal electrode and a protruding electrode formed on the input / output terminal electrode, the barrier metal and the protrusion A mounting body comprising a bonding layer for electrically connecting an electrode, wherein the protruding electrode includes a first metal portion having a substantially bowl-shaped shape and a second metal portion filled in the concave portion having the substantially bowl-shaped shape. And the bonding layer is made of a conductive adhesive.

The mounting body according to claim 1, wherein the electrical connection portion is sealed with a resin.

Forming a barrier metal on the terminal electrode of the semiconductor device; forming a protruding electrode on the input / output terminal electrode of the circuit board by spraying; transferring a conductive adhesive onto the protruding electrode; The method for manufacturing a mounting body according to claim 1, further comprising: mounting the semiconductor device on the circuit board by bringing the barrier metal of the semiconductor device into contact with the conductive adhesive.

A semiconductor device having a terminal electrode and a barrier metal formed on the terminal electrode, a circuit board having an input / output terminal electrode and a protruding electrode formed on the input / output terminal electrode, the barrier metal and the protrusion A mounting body comprising a bonding layer for electrically connecting an electrode, wherein the protruding electrode includes a first metal portion having a substantially bowl-shaped shape and a second metal portion filled in the concave portion having the substantially bowl-shaped shape. And the bonding layer is made of solder.

The mounting body according to claim 4, wherein the electrical connection portion is sealed with resin.

Forming a barrier metal on the terminal electrode of the semiconductor device, forming a protruding electrode on the input / output terminal electrode of the circuit board by spraying, transferring the solder on the protruding electrode, and transferring the transferred The method of manufacturing a mounting body according to claim 4, further comprising: mounting the semiconductor device on the circuit board by bringing the barrier metal of the semiconductor device into contact with solder.

A semiconductor device having a terminal electrode and a barrier metal formed on the terminal electrode, a circuit board having an input / output terminal electrode and a protruding electrode formed on the input / output terminal electrode, the barrier metal and the protrusion A mounting body comprising a bonding layer for electrically connecting an electrode, wherein the protruding electrode is formed on a first-stage protruding electrode formed on the input / output terminal electrode and on the first-stage protruding electrode A two-stage protruding electrode having a second-stage protruding electrode smaller than the first-stage protruding electrode, and both the first-stage protruding electrode and the second-stage protruding electrode have a substantially bowl shape. A mounting body comprising a first metal portion and a second metal portion filled in the substantially bowl-shaped recess, and the bonding layer further comprising a conductive adhesive.

The mounting body according to claim 7, wherein the electrical connection portion is sealed with a resin.

Forming a barrier metal on the terminal electrode of the semiconductor device, forming a two-stage protruding electrode on the input / output terminal electrode of the circuit board by thermal spraying using a mask having a different opening size, and the protrusion A step of transferring a conductive adhesive onto the electrode; and a step of bringing the barrier metal of the semiconductor device into contact with the transferred conductive adhesive and mounting the semiconductor device on the circuit board. The manufacturing method of the mounting body of Claim 7.

A semiconductor device having a terminal electrode and a barrier metal formed on the terminal electrode, a circuit board having an input / output terminal electrode and a protruding electrode formed on the input / output terminal electrode, the barrier metal and the protrusion A mounting body comprising a bonding layer for electrically connecting an electrode, wherein the protruding electrode is formed on a first-stage protruding electrode formed on the input / output terminal electrode and on the first-stage protruding electrode A two-stage protruding electrode having a second-stage protruding electrode smaller than the first-stage protruding electrode, and both the first-stage protruding electrode and the second-stage protruding electrode have a substantially bowl shape. A mounting body comprising a first metal part and a second metal part filled in the substantially bowl-shaped recess, and the joining layer is made of solder.

The mounting body according to claim 10, wherein the electrical connection portion is sealed with a resin.

Forming a barrier metal on the terminal electrode of the semiconductor device, forming a two-stage protruding electrode on the input / output terminal electrode of the circuit board by thermal spraying using a mask having a different opening size, and the protrusion 11. The method according to claim 10, comprising: a step of transferring solder onto an electrode; and a step of mounting the semiconductor device on the circuit board by bringing the barrier metal of the semiconductor device into contact with the transferred solder. Method for manufacturing the mounting body.

A semiconductor device having a terminal electrode and a barrier metal formed on the terminal electrode; a circuit board having an input / output terminal electrode and a protruding electrode formed in the input / output terminal electrode; and the barrier metal and the input A mounting body comprising a bonding layer for electrically connecting an output terminal electrode, wherein the protruding electrode is filled with a first metal portion having a substantially bowl-shaped shape and a recess having a substantially bowl-shaped shape. A mounting body comprising a metal part, wherein the bonding layer is made of a conductive adhesive.

The mounting body according to claim 13, wherein the electrical connection portion is sealed with resin.

Forming a barrier metal on a terminal electrode of a semiconductor device, forming an input / output terminal electrode including a protruding electrode formed by thermal spraying on a circuit board, and conductive bonding on the input / output terminal electrode; 14. The method of claim 13, further comprising: transferring an agent; and mounting the semiconductor device on the circuit board by bringing the barrier metal of the semiconductor device into contact with the transferred conductive adhesive. Method for manufacturing the mounting body.

A semiconductor device having a terminal electrode and a barrier metal formed on the terminal electrode; a circuit board having an input / output terminal electrode and a protruding electrode formed in the input / output terminal electrode; and the barrier metal and the input A mounting body comprising a bonding layer for electrically connecting an output terminal electrode, wherein the protruding electrode is filled with a first metal portion having a substantially bowl-shaped shape and a recess having a substantially bowl-shaped shape. A mounting body comprising a metal part, wherein the bonding layer is made of solder.

The mounting body according to claim 16, wherein the electrical connection portion is sealed with a resin.

Forming a barrier metal on a terminal electrode of a semiconductor device; forming an input / output terminal electrode including a protruding electrode formed by spraying on a circuit board; and transferring solder onto the input / output terminal electrode 17. The method of manufacturing a mounting body according to claim 16, comprising: a step of mounting the semiconductor device on the circuit board by bringing the barrier metal of the semiconductor device into contact with the transferred solder.

A semiconductor device having a terminal electrode and a barrier metal formed on the terminal electrode; a circuit board having an input / output terminal electrode and a protruding electrode formed in the input / output terminal electrode; and the barrier metal and the input A mounting body comprising a bonding layer that electrically connects an output terminal electrode, wherein the protruding electrode is formed on the first-stage protruding electrode and the first-stage protruding electrode. It is a two-stage protruding electrode composed of a small second-stage protruding electrode, and both the first-stage protruding electrode and the second-stage protruding electrode are a first metal part having a substantially bowl shape and the substantially bowl-shaped electrode. A mounting body comprising: a second metal portion filled in a concave portion of the shape; and the bonding layer further comprising a conductive adhesive.

20. The mounting body according to claim 19, wherein the electrical connection portion is sealed with a resin.

Forming a barrier metal on the terminal electrode of the semiconductor device and forming an input / output terminal electrode on the circuit board including a two-stage protruding electrode formed by thermal spraying using a mask having a different opening size A step of transferring a conductive adhesive onto the input / output terminal electrode, and mounting the semiconductor device on the circuit board by bringing the barrier metal of the semiconductor device into contact with the transferred conductive adhesive The method for manufacturing a mounting body according to claim 19, further comprising a step.

A semiconductor device having a terminal electrode and a barrier metal formed on the terminal electrode; a circuit board having an input / output terminal electrode and a protruding electrode formed in the input / output terminal electrode; and the barrier metal and the input A mounting body comprising a bonding layer that electrically connects an output terminal electrode, wherein the protruding electrode is formed on the first-stage protruding electrode and the first-stage protruding electrode. It is a two-stage protruding electrode composed of a small second-stage protruding electrode, and both the first-stage protruding electrode and the second-stage protruding electrode are a first metal part having a substantially bowl shape and the substantially bowl-shaped electrode. A mounting body comprising: a second metal portion filled in a concave portion of the shape; and the bonding layer is made of solder.

The mounting body according to claim 22, wherein the electrical connection portion is sealed with resin.

Forming a barrier metal on the terminal electrode of the semiconductor device and forming an input / output terminal electrode on the circuit board including a two-stage protruding electrode formed by thermal spraying using a mask having a different opening size A step of transferring solder onto the input / output terminal electrode, and a step of bringing the barrier metal of the semiconductor device into contact with the transferred solder and mounting the semiconductor device on the circuit board. The method for manufacturing a mounting body according to claim 22, wherein:

The projecting electrode is formed by plasma spraying, wherein the first metal part is made of Al and the second metal part is made of Cu. , 13, 14, 16, 17, 19, 20, 22, and 23.

The mounting body according to any one of claims 2, 5, 8, 11, 14, 17, 20, and 23, wherein the resin that seals the electrical connection portion includes an inorganic filler.

The step of forming the protruding electrode is a step of filling the second metal part by plasma spraying into the concave part having the substantially bowl shape after forming the first metal part having a substantially bowl shape by plasma spraying. The manufacturing method of the mounting body in any one of Claim 3, 6, 15, and 18.

The step of forming the two-stage protruding electrode includes forming a first metal part having a substantially bowl shape by plasma spraying, and then filling the second metal part by plasma spraying into the concave part having a substantially bowl shape. Forming a stepped electrode, and forming a substantially bowl-shaped first metal portion on the first stepped electrode by plasma spraying, and then forming a second metal portion on the substantially bowl-shaped recess by plasma spraying. The method for manufacturing a mounting body according to any one of claims 9, 12, 21 and 24, comprising: forming a second-stage protruding electrode by filling.