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JPH10256309A - Method for mounting semiconductor element - Google Patents

Method for mounting semiconductor element

Info

Publication number
JPH10256309A
JPH10256309A JP9055025A JP5502597A JPH10256309A JP H10256309 A JPH10256309 A JP H10256309A JP 9055025 A JP9055025 A JP 9055025A JP 5502597 A JP5502597 A JP 5502597A JP H10256309 A JPH10256309 A JP H10256309A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor element
circuit board
bonding
mounting
bump
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP9055025A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3811248B2 (en
Inventor
Eishin Nishikawa
英信 西川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP05502597A priority Critical patent/JP3811248B2/en
Publication of JPH10256309A publication Critical patent/JPH10256309A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3811248B2 publication Critical patent/JP3811248B2/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/81Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151Die mounting substrate
    • H01L2924/156Material
    • H01L2924/15786Material with a principal constituent of the material being a non metallic, non metalloid inorganic material
    • H01L2924/15787Ceramics, e.g. crystalline carbides, nitrides or oxides

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  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method by which a semiconductor element can be mounted on a circuit board without using any flux. SOLUTION: A method for mounting semiconductor element includes a preheating process in which bumps 2 are formed on the electrode of a semiconductor element 1 and, at the same time, joining pads 6 are formed on the electrode of a circuit board 4 and the joints between the bumps 2 and pads 6 are heated to a prescribed temperature for a prescribed period of time, a tentatively joining process in which metal welding is performed by exciting the joints with ultrasonic waves while the joints are heated, a main joining process in which the joints are alloyed by performing metal diffusion between the pads 6 and bumps 2 by heating the joints to a prescribed temperature, and a sealing process in which a cap 7 is attached to a circuit board 4 for sealing a semiconductor element 1 bonded to the board 4.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を回路
基板に装着する半導体素子の実装方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of mounting a semiconductor device on a circuit board.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子は高集積化の進展による小型
化に伴って、その実装技術においても実装密度向上の要
求から、樹脂モールド前の半導体素子を直接基板に装着
し、その後に樹脂モールドを施す実装技術が開発されて
いる。この半導体素子を基板に直接実装する技術とし
て、半導体素子上の電極に半田等によりバンプを形成
し、基板上に形成された電極と前記バンプとを直接接続
した後、半導体素子に樹脂モールド等による密閉封止を
施す実装技術が知られている。
2. Description of the Related Art Along with the miniaturization of semiconductor devices due to the progress of high integration, there is a demand for the mounting density of the mounting technology. Therefore, the semiconductor device before the resin molding is directly mounted on the substrate, and then the resin molding is performed. Mounting technology to be applied has been developed. As a technique for directly mounting this semiconductor element on a substrate, bumps are formed on electrodes on the semiconductor element by soldering or the like, and the electrodes formed on the substrate are directly connected to the bumps. A mounting technique for performing hermetic sealing is known.

【0003】図9(a)(b)は上記実装技術の従来方
法を示すものである。同図(a)において、半導体素子
30の素子電極32上にはバンプ31が形成されてい
る。このバンプ31は高融点半田による半田球31aを
低融点半田31bにより素子電極32に接合して形成さ
れる。一方、基板33上に形成された基板電極34に
は、低融点半田ペースト35が塗布されている。前記バ
ンプ31と基板電極34とを同図(b)に示すように当
接させ、低融点半田が溶融する温度で加熱することによ
り、低融点半田ペースト35が溶融して前記半田球31
aと基板電極34とが接続され、ひいては素子電極32
と基板電極34とが接続され、半導体素子30の基板3
3への実装がなされる。
FIGS. 9A and 9B show a conventional method of the above mounting technology. In FIG. 1A, a bump 31 is formed on an element electrode 32 of a semiconductor element 30. The bump 31 is formed by joining a solder ball 31a made of a high melting point solder to an element electrode 32 with a low melting point solder 31b. On the other hand, a low melting point solder paste 35 is applied to a substrate electrode 34 formed on the substrate 33. The bump 31 and the substrate electrode 34 are brought into contact with each other as shown in FIG. 3B and heated at a temperature at which the low-melting-point solder melts, so that the low-melting-point solder paste 35 is melted and the solder ball 31 is melted.
a and the substrate electrode 34 are connected to each other,
And the substrate electrode 34 are connected, and the substrate 3 of the semiconductor element 30 is
3 is implemented.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら,上記従
来技術においては、半田付けのためにフラックスが使用
されるため、フラックスの洗浄工程が不可欠となる。こ
の洗浄工程は、ウェット工程であるため、洗浄液の処理
等の設備が必要で、実装コストが増加する問題点があっ
た。また、洗浄が完全になされているか否かの見極めが
困難である問題点もあり、洗浄不十分であった場合には
フラックス中に含まれるハロゲン等のイオンにより電極
に腐食を発生させる原因となる。
However, in the above-mentioned prior art, since a flux is used for soldering, a flux cleaning step is indispensable. Since this washing step is a wet step, equipment such as treatment of a washing liquid is required, and there is a problem that mounting cost is increased. Also, there is a problem that it is difficult to determine whether or not the cleaning has been completed. If cleaning is insufficient, ions such as halogens contained in the flux may cause corrosion on the electrode. .

【0005】また、半導体素子の電気的検査時に、比較
的柔らかな材質により形成されたバンプ(上記従来例で
は、高融点半田部31aが、それに該当する)に検査プ
ローブを接触させることになり、検査プローブ表面に異
質金属が付着するプローブ汚染が生じる問題点があっ
た。
Further, at the time of electrical inspection of a semiconductor element, an inspection probe is brought into contact with a bump formed of a relatively soft material (in the above conventional example, the high melting point solder portion 31a corresponds thereto). There is a problem that probe contamination in which foreign metal adheres to the surface of the inspection probe occurs.

【0006】本発明は、上記従来の実装技術の問題点に
鑑みて創案されたもので、フラックスを使用することな
く半導体素子の基板への直接装着を可能とすると共に、
半導体素子の検査時にプローブ汚染を生じさせない半導
体素子の実装方法及び実装構造を提供することを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the conventional mounting technology, and enables a semiconductor element to be directly mounted on a substrate without using a flux.
An object of the present invention is to provide a mounting method and a mounting structure of a semiconductor element that do not cause probe contamination during inspection of the semiconductor element.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本願の第1発明は、上記
目的を達成するため、素子電極上に回路基板との接続の
ためのバンプが形成された半導体素子を前記回路基板の
実装位置に配設し、前記バンプと回路基板上に形成され
た基板電極とを接合した後、前記半導体素子に密閉封止
処理を施し、半導体素子を回路基板に実装する半導体素
子の実装方法において、加熱した前記バンプと加熱した
前記基板電極とを当接させた接合部を所定温度に飽和さ
せるプリヒート工程と、前記接合部に加熱と超音波加振
とを加えて前記接合部を金属融着させる仮接合工程と、
金属融着状態にある前記接合部を所定温度に加熱して金
属拡散を促進させて接合する本接合工程と、前記回路基
板に接合された半導体素子を密閉封止するキャップを取
り付ける封止工程とを行って回路基板に半導体素子を実
装することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a bump formed on an element electrode for connection to a circuit board at a mounting position of the circuit board. After arranging and bonding the bump and the substrate electrode formed on the circuit board, the semiconductor element is subjected to a hermetic sealing process, and the semiconductor element is heated in a method for mounting a semiconductor element on a circuit board. A preheating step of saturating a bonding portion where the bump and the heated substrate electrode are in contact with each other to a predetermined temperature, and a temporary bonding in which heating and ultrasonic vibration are applied to the bonding portion to fuse the metal to the bonding portion Process and
A main bonding step of heating the bonding portion in a metal fusion state to a predetermined temperature to promote metal diffusion and bonding, and a sealing step of attaching a cap for hermetically sealing the semiconductor element bonded to the circuit board. And mounting the semiconductor element on the circuit board.

【0008】この実装方法におけるプリヒート工程は次
の仮接合工程における金属融着を容易になさせる作用を
なし、仮接合工程は加熱と超音波加振とにより接合部に
金属融着を生じさせて接合部を仮接合する作用をなす。
接合部に金属融着が生じた状態で加熱することにより金
属拡散が促進され、バンプと基板電極とが接合する本接
合工程がなされる。以上の工程により半導体素子は回路
基板に取り付けられるので、半導体素子をキャップで密
閉封止することにより半導体素子の実装が完了する。こ
の実装方法では従来方法におけるフラックスの使用がな
いので、腐食やフラックス洗浄の設備やコストを削減す
ることができる。
The preheating step in this mounting method has the function of facilitating metal fusion in the next temporary bonding step. The temporary bonding step involves heating and ultrasonic vibration to cause metal fusion at the joint. It acts to temporarily join the joints.
By heating in a state where the metal fusion is generated at the bonding portion, metal diffusion is promoted, and a main bonding step of bonding the bump and the substrate electrode is performed. Since the semiconductor element is attached to the circuit board by the above steps, the semiconductor element is completely sealed by sealing the semiconductor element with a cap. In this mounting method, no flux is used in the conventional method, so that equipment and cost for corrosion and flux cleaning can be reduced.

【0009】上記プリヒート工程における加熱温度を半
導体素子側が300〜400℃、回路基板側が150〜
250℃にすること、プリヒート工程における加熱時間
を1〜5秒にすることにより、半導体素子への熱的悪影
響を回避し、酸化膜の発生を抑制して次工程における金
属融着が容易となる最適の加熱温度及び加熱時間とな
る。
The heating temperature in the preheating step is 300 to 400 ° C. for the semiconductor element side and 150 to 400 ° C. for the circuit board side.
By setting the heating temperature to 250 ° C. and the heating time in the preheating step to 1 to 5 seconds, a thermal adverse effect on the semiconductor element is avoided, the generation of an oxide film is suppressed, and metal fusion in the next step becomes easy. The optimum heating temperature and heating time are obtained.

【0010】上記仮接合工程における超音波の加振出力
を1バンプ当たり30〜80mWにすること、仮接合工
程における超音波の加振時間を10〜100m秒にする
ことにより、半導体素子への悪影響を回避しつつ接合部
の酸化膜を除去して金属融着させる最適の加振出力及び
加振時間となる。
By setting the ultrasonic vibration output in the temporary bonding step to 30 to 80 mW per bump and setting the ultrasonic vibration time in the temporary bonding step to 10 to 100 msec, the adverse effect on the semiconductor element is reduced. The optimum vibration output and vibration time can be obtained for removing the oxide film at the junction and fusing the metal while avoiding the problem.

【0011】上記仮接合工程における超音波加振を回路
基板側から行うことにより、半導体素子への悪影響をよ
り軽減させることができる。
By performing the ultrasonic vibration in the temporary bonding step from the circuit board side, the adverse effect on the semiconductor element can be further reduced.

【0012】上記仮接合工程における接合部の加熱温度
を半導体素子側が300〜400℃、回路基板側が15
0〜250℃とすることにより、半導体素子への悪影響
を回避しつつ接合部の酸化膜を除去して金属融着を促進
させる最適の加熱温度となる。
In the above-mentioned temporary joining step, the heating temperature of the joint is 300 to 400 ° C. for the semiconductor element side and 15 ° C. for the circuit board side.
By setting the temperature to 0 to 250 ° C., the optimum heating temperature is set to remove the oxide film at the junction and promote metal fusion while avoiding adverse effects on the semiconductor element.

【0013】上記本接合工程における加熱温度を200
〜400℃とすること、本接合工程における加熱時間を
60〜120秒とすることにより、半導体素子への悪影
響を回避し、接合部の合金化して接合するに最適の加熱
温度及び加熱時間となる。
The heating temperature in the main bonding step is set to 200
By setting the heating time in the main bonding step to 60 to 120 seconds, the adverse effect on the semiconductor element is avoided, and the optimum heating temperature and heating time for alloying and bonding the bonding portion are obtained. .

【0014】本願の第2発明は、上記目的を達成するた
め、素子電極上に回路基板との接続のためのバンプが形
成された半導体素子を前記回路基板の実装位置に配設
し、前記バンプと回路基板上に形成された基板電極とを
接合した後、前記半導体素子に密閉封止処理を施し、半
導体素子を回路基板に実装する半導体素子の実装方法に
おいて、前記バンプが所定金属材料の積層構造により形
成され、前記基板電極上に所定金属材料からなる接合パ
ッドが形成されてなり、加熱した前記バンプと加熱した
前記接合パッドとを当接させた接合部を所定温度に飽和
させるプリヒート工程と、前記接合部に加熱と超音波加
振とを加えて前記接合部を金属融着させる仮接合工程
と、金属融着状態にある前記接合部を所定温度に加熱し
て金属拡散により前記接合部を接合する本接合工程と、
この各工程により回路基板に接合された半導体素子を密
閉封止するキャップを取り付ける封止工程とを行うこと
により回路基板に半導体素子を実装することを特徴とす
る。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a bump formed on an element electrode for connection to a circuit board at a mounting position of the circuit board. And a substrate electrode formed on the circuit board, and then performing a hermetic sealing process on the semiconductor element, and mounting the semiconductor element on the circuit board. Forming a bonding pad made of a predetermined metal material on the substrate electrode, and saturating a bonding portion where the heated bump and the heated bonding pad are in contact with each other to a predetermined temperature; and A temporary joining step of applying heat and ultrasonic vibration to the joined portion to fuse the joined portion with a metal, and heating the joined portion in a metal-fused state to a predetermined temperature and diffusing the metal. And the bonding step of bonding the engaging portion,
The semiconductor element is mounted on the circuit board by performing a sealing step of attaching a cap for hermetically sealing the semiconductor element bonded to the circuit board in each of the steps.

【0015】この実装方法では、バンプの構造が従来構
造のような比較的柔らかな材質で形成されていないの
で、半導体素子の電気的検査時に検査プローブを当接さ
せてもプローブ汚染を生じさせない。また、基板電極上
に接合パッドが形成されるので、上記実装方法を用いた
ときの接合が容易になされる。
In this mounting method, the structure of the bump is not formed of a relatively soft material as in the conventional structure. Therefore, even if the inspection probe is brought into contact with the semiconductor element during the electrical inspection, no probe contamination occurs. In addition, since the bonding pad is formed on the substrate electrode, bonding when the above mounting method is used is easily performed.

【0016】上記バンプを、素子電極上にTi層を設
け、このTi層の上にNi層を形成させ、露出する表面
全体にAu層を形成して構成することにより、Ti層は
素子電極とNi層との間における金属間化合物生成を防
止する。また、Ni層はバンプ高さを所要高さに形成す
ることに寄与すると共に熱的信頼性を確保する。また、
Au層はパンプの腐食に対する信頼性を確保する。
The above-mentioned bump is formed by providing a Ti layer on the device electrode, forming a Ni layer on the Ti layer, and forming an Au layer on the entire exposed surface. Prevents formation of an intermetallic compound with the Ni layer. In addition, the Ni layer contributes to forming the bump height to a required height and secures thermal reliability. Also,
The Au layer ensures reliability against pump corrosion.

【0017】上記バンプを形成するTi層の厚さが0.
1〜0.5μm、Ni層の厚さが5〜15μm、Au層
の厚さが1〜3μmに形成すると、コスト高になること
を抑えて、Ti層による金属間化合物生成の防止、Ni
層による熱的衝撃からの緩衝効果、Au層による腐食に
対する信頼性を確保するのに最適の構成とすることがで
きる。
The thickness of the Ti layer for forming the bumps is set to 0.
When the thickness of the Ni layer is 1 to 0.5 μm, the thickness of the Ni layer is 5 to 15 μm, and the thickness of the Au layer is 1 to 3 μm, it is possible to prevent an increase in cost and to prevent generation of an intermetallic compound by the Ti layer.
An optimal configuration can be obtained to ensure a buffer effect from thermal shock by the layer and reliability against corrosion by the Au layer.

【0018】上記接合パッドを基板電極上にSn、P
b、Ag、Bi、In、Sbのいずれか1種類以上の金
属により形成することにより、これらが半導体材料への
拡散を発生させる温度より低温で溶融する材料であるた
め、半導体素子の特性に変化を与えることが防止でき
る。
The above bonding pad is formed on a substrate electrode by Sn, P
When formed of any one or more kinds of metals, b, Ag, Bi, In, and Sb, these are materials that melt at a temperature lower than the temperature at which diffusion into the semiconductor material occurs, so that the characteristics of the semiconductor element change. Can be prevented.

【0019】上記接合パッドの周囲に接合パッドの溶出
を防止する溶出防止壁を形成することにより、接合金属
の不要部位への溶出を防止し、接合状態を安定させるこ
とができる。
By forming an elution preventing wall around the bonding pad for preventing the elution of the bonding pad, elution of the bonding metal to an unnecessary portion can be prevented and the bonding state can be stabilized.

【0020】上記溶出防止壁を2〜5μmの高さに形成
することにより、接合金属の溶出防止が可能にしてバン
プと接合パッドとの接合を阻害しない最適の状態を得る
ことができる。
By forming the elution preventing wall at a height of 2 to 5 μm, elution of the bonding metal can be prevented, and an optimum state in which the bonding between the bump and the bonding pad is not hindered can be obtained.

【0021】上記溶出防止壁を接合パッドが溶融した溶
融金属との濡れ性の悪い絶縁材料により形成することに
よって、溶出した接合金属が溶出防止壁に付着せず、溶
出防止が容易となる。
By forming the elution preventing wall from an insulating material having poor wettability with the molten metal in which the bonding pad is melted, the eluting bonding metal does not adhere to the elution preventing wall, thereby facilitating elution prevention.

【0022】上記キャップを絶縁材料で形成し、その内
面または外面に導体層を形成し、この導体層を回路基板
上の接地電位部位に接続することにより、半導体素子を
密閉封止して吸湿に対する信頼性を確保するキャップ
に、静電シールドの効果を付与させることができる。
The cap is formed of an insulating material, a conductor layer is formed on the inner surface or outer surface thereof, and the conductor layer is connected to a ground potential portion on the circuit board, thereby hermetically sealing the semiconductor element to prevent moisture absorption. The effect of the electrostatic shield can be imparted to the cap that ensures reliability.

【0023】上記キャップを金属材料で形成し、キャッ
プを回路基板上の接地電位部位に接続することにより、
半導体素子を密閉封止して吸湿に対する信頼性を確保す
るキャップに、静電シールドの効果を付与させることが
できる。
By forming the cap from a metal material and connecting the cap to a ground potential portion on the circuit board,
An effect of an electrostatic shield can be imparted to a cap that hermetically seals a semiconductor element and ensures reliability against moisture absorption.

【0024】上記キャップの表面上にフィン状の凹凸を
形成することにより、半導体素子を密閉封止して吸湿に
対する信頼性を確保するキャップの表面積が増加するこ
とになり、半導体素子が動作中に発生させる熱量の外部
放散を容易にすることができる。
By forming the fin-like irregularities on the surface of the cap, the surface area of the cap for ensuring the reliability against moisture absorption by hermetically sealing the semiconductor element increases, and the semiconductor element is operated during operation. External heat dissipation of the generated heat can be facilitated.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の一実施形態について説明し、本発明の理解に供する。
尚、以下の実施形態は本発明を具体化した一例であっ
て、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings to provide an understanding of the present invention.
The following embodiments are examples embodying the present invention and do not limit the technical scope of the present invention.

【0026】図1(a)〜(d)は、回路基板4への半
導体素子1の実装方法を順を追って示すものである。図
1(a)において、半導体素子1の電極(図示せず)に
はバンプ2が形成され、回路基板4の基板電極5上には
接合パッド6が形成されている。半導体素子1は図1
(a)に示すように、真空吸引ノズルなどの実装治具3
により吸着保持され、基板固定ステージ(図示せず)に
より所定位置に固定された回路基板4上の実装位置に移
動し、バンプ2と接合パッド6とを当接させる。
FIGS. 1A to 1D show a method of mounting the semiconductor element 1 on the circuit board 4 in order. In FIG. 1A, bumps 2 are formed on electrodes (not shown) of the semiconductor element 1, and bonding pads 6 are formed on substrate electrodes 5 of the circuit board 4. Semiconductor device 1 is shown in FIG.
As shown in (a), a mounting jig 3 such as a vacuum suction nozzle
The bump 2 is moved to a mounting position on the circuit board 4 fixed at a predetermined position by a substrate fixing stage (not shown), and the bump 2 and the bonding pad 6 are brought into contact with each other.

【0027】前記実装治具3は所定温度に加熱されてお
り、回路基板4も所定温度に加熱されている。このプリ
ヒート工程は、実装治具3側からの加熱温度を300〜
400℃、回路基板4側からの加熱温度は150〜25
0℃で、加熱時間を1〜5秒とすることにより、バンプ
2と接合パッド6とが当接した接合部を所定温度に飽和
させる。前記加熱温度及び加熱時間以上の加熱は接合パ
ッド6上の酸化膜を厚くさせるだけでなく、半導体素子
1の電気特性を変化させる悪影響を及ぼし、実装時間を
無駄に増加させてしまうことになる。
The mounting jig 3 is heated to a predetermined temperature, and the circuit board 4 is also heated to a predetermined temperature. In this preheating step, the heating temperature from the mounting jig 3 side is set to 300 to
400 ° C., the heating temperature from the circuit board 4 side is 150 to 25
By setting the heating time at 0 ° C. to 1 to 5 seconds, the junction where the bump 2 and the bonding pad 6 are in contact with each other is saturated to a predetermined temperature. Heating at a temperature higher than the above-mentioned heating temperature and heating time not only increases the thickness of the oxide film on the bonding pad 6, but also adversely affects the electrical characteristics of the semiconductor element 1, resulting in wasteful mounting time.

【0028】次に、上記加熱温度及び加熱時間を維持し
つつ、超音波加振を加えてバンプ2と接合パッド6との
接合部を仮接合する仮接合工程を実施する。この仮接合
工程では、図1(b)に示すように、実装治具3側から
超音波振動を加える。仮接合時の加熱温度は、実装治具
3側が300〜400℃、基板4の固定ステージ側が1
50〜250℃が適切な温度であり、前記温度より低い
温度では仮接合は不可能であり、逆に高い温度では半導
体素子1の電気特性を変化させてしまったり、前記接合
パッド6上の酸化膜が厚くなってしまい仮接合が不可能
となる。また、超音波加振の出力は1バンプ当たり30
〜80mWで、これより低い出力では仮接合は不可能で
あり、高い出力では半導体素子1にダメージを与えるこ
とになる。更に、超音波の出力時間は10〜100m秒
で、これより短い出力時間では仮接合がならず、長い出
力時間では半導体素子1にダメージを与えることにな
る。
Next, while maintaining the above-mentioned heating temperature and heating time, a temporary bonding step of temporarily bonding the bonding portion between the bump 2 and the bonding pad 6 by applying ultrasonic vibration is performed. In this temporary joining step, as shown in FIG. 1B, ultrasonic vibration is applied from the mounting jig 3 side. The heating temperature during the temporary bonding is 300 to 400 ° C. on the mounting jig 3 side, and 1 on the fixed stage side of the substrate 4.
An appropriate temperature is 50 to 250 ° C., and a temporary bonding cannot be performed at a temperature lower than the above temperature. On the other hand, at a high temperature, the electrical characteristics of the semiconductor element 1 may be changed, or the oxidation on the bonding pad 6 may be changed. The film becomes thick and temporary bonding becomes impossible. The output of ultrasonic vibration is 30 per bump.
If the output is lower than 80 mW, temporary junction is impossible, and if the output is higher, the semiconductor element 1 is damaged. Further, the output time of the ultrasonic wave is 10 to 100 msec. If the output time is shorter than this, the temporary bonding is not performed, and if the output time is longer, the semiconductor element 1 is damaged.

【0029】この超音波加振は接合パッド6上の酸化膜
を除去し、バンプ2と接合パッド6との金属融着を容易
にするもので、この状態は図2(a)に拡大図示するよ
うに、バンプ2と接合パッド6とが接触し、上記加熱と
超音波加振とにより金属接触から金属融着まで進行させ
る作用がなされる。
This ultrasonic vibration removes an oxide film on the bonding pad 6 and facilitates metal fusion between the bump 2 and the bonding pad 6, and this state is shown in an enlarged scale in FIG. As described above, the bump 2 and the bonding pad 6 come into contact with each other, and the heating and the ultrasonic vibration have an effect of progressing from metal contact to metal fusion.

【0030】尚、上記超音波加振は、回路基板4側から
行ってもよく、半導体素子1への加振が減少するので、
超音波による半導体素子1への悪影響を減少させること
ができる。
The ultrasonic vibration may be performed from the circuit board 4 side, and the vibration to the semiconductor element 1 is reduced.
An adverse effect on the semiconductor element 1 due to ultrasonic waves can be reduced.

【0031】上記仮接合工程の後、図1(c)に示すよ
うに、加熱温度200〜400℃、加熱時間60〜12
0秒で加熱することにより、金属融着状態のバンプ2と
接合パッド6との間の接合部に金属拡散による両者間の
合金化が生じ、信頼性の高い接合による本接合がなされ
る。この本接合工程における前記加熱温度は、200℃
以下では前記合金化がなされず、400℃以上では半導
体素子1の電気特性を変化させる悪影響を及ぼす。ま
た、加熱時間は60〜120秒で、これより短い加熱時
間では合金化が不十分となり、長いと実装時間が長くな
り過ぎるので、この加熱時間が最適である。この加熱に
より図2(b)に示すように、仮接合工程により密着し
たバンプ2から接合パッド6への金属拡散が起こり、両
者間の合金化が促進されて信頼性の高い接合がなされ
る。
After the temporary joining step, as shown in FIG. 1C, the heating temperature is 200 to 400 ° C., and the heating time is 60 to 12 hours.
By heating for 0 seconds, alloying between the bumps 2 and the bonding pads 6 in the metal fusion state occurs due to metal diffusion at the bonding portions, and the main bonding with high reliability is performed. The heating temperature in this main bonding step is 200 ° C.
In the following, the alloying is not performed, and at 400 ° C. or more, there is an adverse effect of changing the electrical characteristics of the semiconductor element 1. The heating time is 60 to 120 seconds. If the heating time is shorter than this, the alloying becomes insufficient, and if the heating time is longer, the mounting time becomes too long. Therefore, the heating time is optimal. By this heating, as shown in FIG. 2 (b), metal diffusion from the bumps 2 closely contacted by the temporary bonding step to the bonding pads 6 occurs, and alloying between the two is promoted, and highly reliable bonding is performed.

【0032】以上の接合工程が完了した後、図1(d)
に示すように半導体素子1を覆うキャップ7を取り付
け、回路基板4上に装着された半導体素子1の密封性を
高めて吸湿に対する信頼性の向上を図る。
After the above-mentioned joining process is completed, FIG.
As shown in (1), a cap 7 covering the semiconductor element 1 is attached to improve the sealing performance of the semiconductor element 1 mounted on the circuit board 4 to improve the reliability against moisture absorption.

【0033】次に、上記実装方法を実施するための実装
構造について説明する。
Next, a mounting structure for implementing the above mounting method will be described.

【0034】図3は半導体素子1に形成されたバンプ2
の構造を示す断面図で、半導体素子1に設けられた素子
電極8上にTi層9が形成され、このTi層9の上にN
i層11、更にNi層11の表面を覆ってAu層12が
形成され、パンプ2が構成されている。前記Ti層9
は、素子電極8とNi層11との間の金属化合物の生成
を防止する作用をなし、Ni層11は実装時に必要な実
装高さを得ると共に熱衝撃に対する信頼性の向上の作用
をなし、Au層12は前記Ni層11が酸化腐食される
ことを防止する作用をなす。
FIG. 3 shows bumps 2 formed on semiconductor element 1.
2 is a cross-sectional view showing the structure of FIG. 1. A Ti layer 9 is formed on an element electrode 8 provided on the semiconductor element 1, and an N
An Au layer 12 is formed so as to cover the surface of the i-layer 11 and the Ni layer 11, thereby forming a pump 2. The Ti layer 9
Has a function of preventing generation of a metal compound between the device electrode 8 and the Ni layer 11, and the Ni layer 11 has a function of obtaining a mounting height required at the time of mounting and improving a reliability against thermal shock, The Au layer 12 functions to prevent the Ni layer 11 from being oxidized and corroded.

【0035】前記Ti層9の厚さは0.1〜0.5μ
m、Ni層11の厚さは5〜15μm、Au層12の厚
さは1〜3μmが適当である。この厚さは、Ti層9を
0.1μmよりも薄くするとTi層9内の空孔から金属
化合物を発生させる。また、Ni層11を5μm以上に
することにより熱衝撃に対する緩衝効果が得られる。更
に、Au層12は1μm以上であれば腐食に対する信頼
性を確保することができる。これらの厚さを大きくして
もよいが、いずれもコスト高を招くことになるため、前
記した各層の厚さの範囲が最適である。
The thickness of the Ti layer 9 is 0.1 to 0.5 μm.
The thickness of the m and Ni layer 11 is suitably 5 to 15 μm, and the thickness of the Au layer 12 is suitably 1 to 3 μm. When the thickness of the Ti layer 9 is made smaller than 0.1 μm, a metal compound is generated from the vacancies in the Ti layer 9. Further, by setting the Ni layer 11 to 5 μm or more, a buffering effect against thermal shock can be obtained. Furthermore, if the Au layer 12 is 1 μm or more, reliability against corrosion can be ensured. Although the thicknesses of these layers may be increased, the cost increases in any case, so the above-mentioned thickness ranges of the respective layers are optimal.

【0036】図4は回路基板4上に形成された基板電極
5の断面図で、基板電極5上に前記パンプ2と基板電極
5とを接合するための接合パッド6が形成されている。
この接合パッド6は、Sn/Pb、Sn、Sn/Agの
うち、いずれかの金属材料により形成される。これらの
金属材料は、上記実装方法を実施したときの加熱温度で
溶融し、基板電極5とバンプ2とを接合させる。この接
合パッド6を形成する金属材料は、半導体材料への拡散
が発生する温度より低温で溶融するため、実装時に半導
体素子1の電気特性を変化させることがない。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the substrate electrode 5 formed on the circuit board 4. A bonding pad 6 for bonding the pump 2 and the substrate electrode 5 is formed on the substrate electrode 5.
The bonding pad 6 is formed of one of Sn / Pb, Sn, and Sn / Ag metal materials. These metal materials are melted at the heating temperature when the above-described mounting method is performed, and the substrate electrode 5 and the bump 2 are joined. Since the metal material forming the bonding pad 6 is melted at a temperature lower than the temperature at which diffusion into the semiconductor material occurs, the electrical characteristics of the semiconductor element 1 do not change during mounting.

【0037】図5は前記接合パッド6が形成された回路
基板4の断面図で、上記実装方法を実施する上における
有効な構造を示している。前記したように接合パッド6
が溶融したとき、必要外の場所に溶融金属が流出しない
ように、同図に示すように、基板電極5上に形成された
接合パッド6の周囲に溶出防止壁13を形成して構成さ
れている。この溶出防止壁13は、高分子材料、ガラ
ス、セラミック等の絶縁材料によって、高さ2〜5μm
の範囲に形成される。前記絶縁材料は接合パッド6が溶
融した溶融金属との濡れ性が悪く、溶出防止に効果的に
作用すると共に、バンプ2と接合パッド6との接合のた
めのフィレット形成を容易にさせる。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the circuit board 4 on which the bonding pads 6 are formed, and shows an effective structure for implementing the above mounting method. As described above, the bonding pad 6
As shown in the figure, an elution preventing wall 13 is formed around a bonding pad 6 formed on the substrate electrode 5 so as to prevent the molten metal from flowing out of an unnecessary place when the metal is melted. I have. The elution preventing wall 13 is made of an insulating material such as a polymer material, glass, or ceramic, and has a height of 2 to 5 μm.
Formed in the range. The insulating material has poor wettability with the molten metal in which the bonding pad 6 is melted, effectively acts to prevent elution, and facilitates formation of a fillet for bonding the bump 2 and the bonding pad 6.

【0038】続いて、半導体素子1が回路基板4上に接
合された後、半導体素子1を密閉封止するためのキャッ
プ7の構造について説明する。
Next, the structure of the cap 7 for hermetically sealing the semiconductor element 1 after the semiconductor element 1 is bonded on the circuit board 4 will be described.

【0039】従来では半導体素子を密閉封止するために
樹脂モールドが多く採用されるが、本実施形態では、半
導体素子1を覆うキャップ7を用いて半導体素子1を密
封し、吸湿等に対する信頼性の確保を得ている。この構
成によれば、樹脂モールドにより電極間の浮遊容量の発
生が少なく、回路動作の安定を図ることができる。この
キャップ7の形成材料は、樹脂、セラミック、ガラス、
金属のいずれかを採用することができる。
Conventionally, a resin mold is often used to hermetically seal the semiconductor element. In this embodiment, however, the semiconductor element 1 is hermetically sealed using the cap 7 that covers the semiconductor element 1, and the reliability against moisture absorption and the like is improved. Has secured. According to this configuration, the stray capacitance between the electrodes is less generated by the resin mold, and the circuit operation can be stabilized. The material for forming the cap 7 is resin, ceramic, glass,
Any of the metals can be employed.

【0040】図6はキャップ7の一実施形態を示す断面
図で、絶縁材料からなるキャップ本体7aの内面には導
体層15が形成されている。この導体層15は、図7に
示すように回路基板4上の接地電位部位に接続すること
により、キャップ7は静電シールドの効果も備えること
になる。前記導電層15はキャップ本体7aの外面に形
成しても、同様の作用効果は発揮させ得る。また、キャ
ップ7を金属材料で形成したときには、導電層15の形
成は不要で、キャップ7自体を接地接続することで同様
の作用効果が発揮される。
FIG. 6 is a sectional view showing an embodiment of the cap 7, in which a conductor layer 15 is formed on the inner surface of a cap body 7a made of an insulating material. By connecting this conductor layer 15 to a ground potential portion on the circuit board 4 as shown in FIG. 7, the cap 7 also has an effect of electrostatic shielding. Even when the conductive layer 15 is formed on the outer surface of the cap body 7a, the same function and effect can be exerted. When the cap 7 is formed of a metal material, the formation of the conductive layer 15 is unnecessary, and the same operation and effect can be obtained by connecting the cap 7 to ground.

【0041】図8はキャップ7の別なる実施形態を示す
断面図で、キャップ7の表面にフィン状の凹凸17が形
成されている。このような形状により、キャップ7の表
面積が増加するので、半導体素子1が動作中に発生する
熱の外部放散が効果的になされる。この構造は熱量発生
の比較的大きな半導体素子1を安定動作させるのに効果
的である。
FIG. 8 is a sectional view showing another embodiment of the cap 7, in which fin-shaped irregularities 17 are formed on the surface of the cap 7. FIG. With such a shape, the surface area of the cap 7 increases, so that the external heat generated during operation of the semiconductor element 1 is effectively dissipated. This structure is effective for stably operating the semiconductor element 1 that generates a relatively large amount of heat.

【0042】上記実施形態に示した実装方法は、以下に
示す具体的データにより接合強度、実装性能の確認によ
り立証できた。
The mounting method described in the above embodiment was proved by checking the bonding strength and the mounting performance based on the following specific data.

【0043】6個の素子電極を有する半導体素子1の各
素子電極8に、図3に示した構造でそれぞれにバンプ2
をメッキ法により形成した。素子電極8の材質はAl
で、Ti層9は0,5μm、Ni層11は12μm、A
u層12は3μmとした。
Each of the device electrodes 8 of the semiconductor device 1 having six device electrodes is provided with a bump 2 in the structure shown in FIG.
Was formed by a plating method. The material of the device electrode 8 is Al
The Ti layer 9 is 0.5 μm, the Ni layer 11 is 12 μm, and A
The u layer 12 was 3 μm.

【0044】一方、セラミック基板上に配線及び基板電
極5が形成された回路基板4には、図4に示したような
構造に、基板電極5上に接合パッド6が形成されるよう
に、メッキ法によりSnを5μm厚に形成した。
On the other hand, the circuit board 4 having the wiring and the substrate electrode 5 formed on the ceramic substrate is plated in such a structure as shown in FIG. 4 so that the bonding pad 6 is formed on the substrate electrode 5. Sn was formed to a thickness of 5 μm by the method.

【0045】上記実装構造に形成した半導体素子1を、
図1(a)〜(d)に示した実装方法により回路基板4
に実装した。350℃に加熱した実装治具3により半導
体素子1を吸着し、200℃に加熱された回路基板4の
所定位置に移動して、バンプ2と接合パッド6とを当接
させた。この当接状態で1秒待機して、接合部の温度を
230〜250℃に飽和させるプリヒート工程を行っ
た。次に、1バンプ当たり50mW、出力時間50m秒
で超音波加振を接合部に加える仮接合工程を行った。次
いで、回路基板4に加熱温度280℃、加熱時間50m
秒で加熱し、バンプ2と接合パッド6との本接合工程を
行った。最後に、半導体素子1にキャップ7を被せ、回
路基板4に熱硬化性接着剤に200℃の温度を加えて固
定し密封封止した。
The semiconductor element 1 formed in the above mounting structure is
The circuit board 4 is mounted by the mounting method shown in FIGS.
Implemented. The semiconductor element 1 was sucked by the mounting jig 3 heated to 350 ° C., moved to a predetermined position on the circuit board 4 heated to 200 ° C., and the bump 2 and the bonding pad 6 were brought into contact. After waiting for one second in this contact state, a preheating step of saturating the temperature of the joined portion to 230 to 250 ° C. was performed. Next, a temporary bonding step of applying ultrasonic vibration to the bonding portion at 50 mW per bump and an output time of 50 ms was performed. Next, a heating temperature of 280 ° C. and a heating time of 50 m were applied to the circuit board 4.
In a second, the main bonding process of the bump 2 and the bonding pad 6 was performed. Finally, the semiconductor element 1 was covered with a cap 7, and the circuit board 4 was fixed by applying a temperature of 200 ° C. to a thermosetting adhesive, and hermetically sealed.

【0046】上記実装方法を用いて実装した半導体素子
1を回路基板4から引き剥がすテストを行ったとき、バ
ンプ接合強度は1バンプ当たり30gf以上であること
が確認され、これを越える引き剥がし動作では半導体素
子自体が破壊された。即ち、接合強度は半導体素子強度
よりも大きいことが示され、充分な接合強度であること
がわかる。これは従来のフラックスを用いた加熱接合の
強度と同等である。
When a test was conducted in which the semiconductor element 1 mounted by using the above mounting method was peeled off from the circuit board 4, it was confirmed that the bump bonding strength was 30 gf or more per bump. The semiconductor element itself has been destroyed. That is, the bonding strength is shown to be higher than the semiconductor element strength, and it is understood that the bonding strength is sufficient. This is equivalent to the strength of heat bonding using a conventional flux.

【0047】図5に示したような接合パッド6の周囲に
溶出防止壁13を形成する実装構造は、エポキシ系樹脂
の印刷、硬化により接合パッド6の周囲に3μm高さの
溶出防止壁13を硬化温度150℃で形成した。溶出防
止壁13を形成しない場合では接合パッド6の溶出がみ
られ、バンプ2の側面へのフィレットの形成が不十分で
あったが、溶出防止壁13の形成により溶出が発生しな
いため、バンプ2の側面へのSnのフィレットの形成が
確実になされており、接合信頼性の向上が確認された。
The mounting structure in which the elution preventing wall 13 is formed around the bonding pad 6 as shown in FIG. 5 is such that the 3 μm height elution preventing wall 13 is formed around the bonding pad 6 by printing and curing an epoxy resin. It was formed at a curing temperature of 150 ° C. When the elution preventing wall 13 was not formed, the bonding pad 6 was eluted, and the fillet was not sufficiently formed on the side surface of the bump 2. The formation of the fillet of Sn on the side surface was surely performed, and the improvement of the joining reliability was confirmed.

【0048】図7に示したようなキャップ構造は、キャ
ップ7をセラミックにより形成し、その内面及び回路基
板4上の配線との接合部位に、Pb、Cu、Ni、Au
の順に導体層15をメッキ法により形成した。また、接
地電位に接続された配線上にはSnをメッキ法により形
成させた。この状態でキャップ7を所定位置に配設し、
加熱温度280℃、加熱時間60秒でSnを加熱するこ
とにより溶融させ、導電層15と配線とを接続したとこ
ろ、静電シールドの効果が達成されることが確認でき
た。また、キャップ7に図8に示したようなフィン状の
凹凸17を形成した場合には、半導体素子1の熱放散が
促進されるため、動作中の温度上昇が30℃以内に抑制
されることが確認された。
In the cap structure as shown in FIG. 7, the cap 7 is made of ceramic, and Pb, Cu, Ni, Au
In this order, the conductor layer 15 was formed by plating. Sn was formed on the wiring connected to the ground potential by plating. In this state, the cap 7 is arranged at a predetermined position,
When Sn was heated and melted at a heating temperature of 280 ° C. and a heating time of 60 seconds to connect the conductive layer 15 and the wiring, it was confirmed that the effect of the electrostatic shield was achieved. Further, when the fin-shaped irregularities 17 as shown in FIG. 8 are formed on the cap 7, the heat dissipation of the semiconductor element 1 is promoted, so that the temperature rise during operation is suppressed within 30 ° C. Was confirmed.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上の説明の通り本願の第1発明に係る
半導体素子の実装方法によれば、プリヒート工程は次の
仮接合工程における金属融着を容易になさせる作用をな
し、仮接合工程は加熱と超音波加振とにより接合部に金
属融着を生じさせて接合部を仮接合する作用をなし、接
合部に金属融着が生じた状態で加熱することにより金属
拡散が促進され、バンプと基板電極とが接合する本接合
工程がなされる。以上の工程により半導体素子は回路基
板に取り付けられるので、半導体素子をキャップで密閉
封止することにより半導体素子の実装が完了する。この
実装方法では従来方法におけるフラックスの使用がない
ので、腐食やフラックス洗浄の設備やコストを削減する
ことができる。
As described above, according to the method for mounting a semiconductor device according to the first invention of the present application, the preheating step has an effect of facilitating metal fusion in the next temporary bonding step. Heating and ultrasonic vibration cause metal fusion to occur at the joints and perform the function of temporarily joining the joints.By heating while the metal fusion occurs at the joints, metal diffusion is promoted, A main bonding step is performed in which the bump and the substrate electrode are bonded. Since the semiconductor element is attached to the circuit board by the above steps, the semiconductor element is completely sealed by sealing the semiconductor element with a cap. In this mounting method, no flux is used in the conventional method, so that equipment and cost for corrosion and flux cleaning can be reduced.

【0050】また、本願の第2発明に係る半導体素子の
実装方法によれば、バンプの構造が従来構造のような比
較的柔らかな材質で形成されていないので、半導体素子
の電気的検査時に検査プローブを当接させてもプローブ
汚染を生じさせない。また、基板電極上に接合パッドが
形成されるので、上記実装方法を用いたときの接合が容
易になされる。
Further, according to the method of mounting a semiconductor device according to the second aspect of the present invention, the bump structure is not formed of a relatively soft material as in the conventional structure. Contact of the probe does not cause probe contamination. In addition, since the bonding pad is formed on the substrate electrode, bonding when the above mounting method is used is easily performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体素子の実装方法の一例の手順を
示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing a procedure of an example of a method for mounting a semiconductor device of the present invention.

【図2】同実装方法による接合部の状態変化を説明する
もので、(a)は仮接合時の状態、(b)は本接合時の
状態である。
FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating a change in the state of a bonding portion according to the mounting method, wherein FIG. 2A illustrates a state at a time of temporary bonding, and FIG.

【図3】そのバンプの一実施形態を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing one embodiment of the bump.

【図4】その接合パッドの一実施形態を示す断面図であ
る。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing one embodiment of the bonding pad.

【図5】その接合パッド周囲に形成する溶出防止壁の実
施形態を示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing an embodiment of an elution preventing wall formed around the bonding pad.

【図6】そのキャップの一実施形態を示す断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing one embodiment of the cap.

【図7】そのキャップの装着構造を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a mounting structure of the cap.

【図8】そのキャップの別実施形態を示す断面図であ
る。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing another embodiment of the cap.

【図9】従来技術になる実装方法を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a mounting method according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体素子 2 バンプ 4 回路基板 5 基板電極 6 接合パッド 7 キャップ 8 素子電極 13 溶出防止壁 15 導体層 17 フィン状の凹凸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor element 2 Bump 4 Circuit board 5 Substrate electrode 6 Bonding pad 7 Cap 8 Element electrode 13 Elution prevention wall 15 Conductive layer 17 Fin-like unevenness

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 素子電極上に回路基板との接続のための
バンプが形成された半導体素子を前記回路基板の実装位
置に配設し、前記バンプと回路基板上に形成された基板
電極とを接合した後、前記半導体素子に密閉封止処理を
施し、半導体素子を回路基板に実装する半導体素子の実
装方法において、加熱した前記バンプと加熱した前記基
板電極とを当接させた接合部を所定温度に飽和させるプ
リヒート工程と、前記接合部に加熱と超音波加振とを加
えて前記接合部を金属融着させる仮接合工程と、金属融
着状態にある前記接合部を所定温度に加熱して金属拡散
を促進させて接合する本接合工程と、回路基板に接合さ
れた半導体素子を密閉封止するキャップを取り付ける封
止工程とを行って回路基板に半導体素子を実装すること
を特徴とする半導体素子の実装方法。
A semiconductor device having a bump formed on an element electrode for connection to a circuit board is disposed at a mounting position of the circuit board, and the bump and the board electrode formed on the circuit board are connected to each other. After the bonding, the semiconductor element is hermetically sealed, and in a semiconductor element mounting method of mounting the semiconductor element on a circuit board, a bonding portion where the heated bump and the heated substrate electrode are brought into contact with each other is fixed. A preheating step of saturating to a temperature, a temporary joining step of applying heat and ultrasonic vibration to the joint to fuse the joint to a metal, and heating the joint in a metal-fused state to a predetermined temperature. The semiconductor device is mounted on the circuit board by performing a main bonding step of bonding by promoting metal diffusion and a sealing step of attaching a cap for hermetically sealing the semiconductor element bonded to the circuit board. semiconductor Element mounting method.
【請求項2】 プリヒート工程における加熱温度が、半
導体素子側が300〜400℃、回路基板側が150〜
250℃であることを特徴とする請求項1記載の半導体
素子の実装方法。
2. The heating temperature in the preheating step is 300 to 400 ° C. for the semiconductor element side and 150 to 400 ° C. for the circuit board side.
2. The method according to claim 1, wherein the temperature is 250 [deg.] C.
【請求項3】 プリヒート工程における加熱時間が、1
〜5秒であることを特徴とする請求項2記載の半導体素
子の実装方法。
3. The heating time in the preheating step is 1
3. The method according to claim 2, wherein the time is from 5 to 5 seconds.
【請求項4】 仮接合工程における超音波の加振出力
が、1バンプ当たり30〜80mWであることを特徴と
する請求項1記載の半導体素子の実装方法。
4. The method according to claim 1, wherein the ultrasonic vibration output in the temporary bonding step is 30 to 80 mW per bump.
【請求項5】 仮接合工程における超音波の加振時間
が、10〜100m秒であることを特徴とする請求項4
記載の半導体素子の実装方法。
5. The ultrasonic vibration time in the temporary bonding step is 10 to 100 msec.
A mounting method of the semiconductor element described in the above.
【請求項6】 仮接合工程における超音波加振を、回路
基板側から行うことを特徴とする請求項1、4または6
記載の半導体素子の実装方法。
6. The ultrasonic vibration in the temporary joining step is performed from the circuit board side.
A mounting method of the semiconductor element described in the above.
【請求項7】 仮接合工程における接合部の加熱温度
が、半導体素子側が300〜400℃、回路基板側が1
50〜250℃であることを特徴とする請求項1、4、
5または6記載の半導体素子の実装方法。
7. The heating temperature of the bonding portion in the temporary bonding step is 300 to 400 ° C. for the semiconductor element side and 1 for the circuit board side.
The temperature is 50 to 250 ° C.,
7. The mounting method of the semiconductor element according to 5 or 6.
【請求項8】 本接合工程における加熱温度が、200
〜400℃であることを特徴とする請求項1記載の半導
体素子の実装方法。
8. The heating temperature in the main bonding step is 200
2. The method for mounting a semiconductor device according to claim 1, wherein the temperature is from 400 to 400 [deg.] C.
【請求項9】 本接合工程における加熱時間が、60〜
120秒であることを特徴とする請求項8記載の半導体
素子の実装方法。
9. The heating time in the main bonding step is 60 to
9. The method according to claim 8, wherein the time is 120 seconds.
【請求項10】 素子電極上に回路基板との接続のため
のバンプが形成された半導体素子を前記回路基板の実装
位置に配設し、前記バンプと回路基板上に形成された基
板電極とを接合した後、前記半導体素子に密閉封止処理
を施し、半導体素子を回路基板に実装する半導体素子の
実装方法において、前記バンプが所定金属材料の積層構
造により形成され、前記基板電極上に所定金属材料から
なる接合パッドが形成されてなり、加熱した前記バンプ
と加熱した前記接合パッドとを当接させた接合部を所定
温度に飽和させるプリヒート工程と、前記接合部に加熱
と超音波加振とを加えて前記接合部を金属融着させる仮
接合工程と、金属融着状態にある前記接合部を所定温度
に加熱して金属拡散により前記接合部を接合する本接合
工程と、この各工程により回路基板に接合された半導体
素子を密閉封止するキャップを取り付ける封止工程とを
行うことにより回路基板に半導体素子を実装することを
特徴とする半導体素子の実装方法。
10. A semiconductor device in which a bump for connecting to a circuit board is formed on an element electrode is provided at a mounting position of the circuit board, and the bump and the board electrode formed on the circuit board are connected to each other. After the bonding, the semiconductor element is hermetically sealed, and in a semiconductor element mounting method of mounting the semiconductor element on a circuit board, the bump is formed by a laminated structure of a predetermined metal material, and a predetermined metal A bonding pad made of a material is formed, a preheating step of saturating a bonding portion where the heated bump and the heated bonding pad are brought into contact with each other to a predetermined temperature, and heating and ultrasonic vibration to the bonding portion. A temporary joining step of adding the metal to the joining portion, and a main joining step of heating the joining portion in a metal-fused state to a predetermined temperature and joining the joining portion by metal diffusion. And mounting a semiconductor element on the circuit board by performing a sealing step of attaching a cap for hermetically sealing the semiconductor element bonded to the circuit board.
【請求項11】 バンプが、素子電極上にTi層を設
け、このTi層の上にNi層を形成させ、露出する表面
全体にAu層を形成してなることを特徴とする請求項1
0記載の半導体素子の実装方法。
11. The bump according to claim 1, wherein a Ti layer is provided on the device electrode, a Ni layer is formed on the Ti layer, and an Au layer is formed on the entire exposed surface.
0. A method for mounting a semiconductor device according to item 0.
【請求項12】 バンプを形成するTi層の厚さが0.
1〜0.5μm、Ni層の厚さが5〜15μm、Au層
の厚さが1〜3μmであることを特徴とする請求項11
記載の半導体素子の実装方法。
12. A Ti layer forming a bump having a thickness of 0.1 mm.
12. The thickness of the Ni layer is 5 to 15 [mu] m, and the thickness of the Au layer is 1 to 3 [mu] m.
A mounting method of the semiconductor element described in the above.
【請求項13】 接合パッドが、基板電極上にSn、P
b、Ag、Bi、In、Sbのいずれか1種類以上の金
属により形成されてなることを特徴とする請求項10記
載の半導体素子の実装方法。
13. A bonding pad comprising Sn, P on a substrate electrode.
The method for mounting a semiconductor device according to claim 10, wherein the method is formed of at least one metal selected from the group consisting of b, Ag, Bi, In, and Sb.
【請求項14】 接合パッドの周囲に接合パッドの溶出
を防止する溶出防止壁を形成したことを特徴とする請求
項10または13記載の半導体素子の実装方法。
14. The method for mounting a semiconductor device according to claim 10, wherein an elution preventing wall for preventing elution of the bonding pad is formed around the bonding pad.
【請求項15】 溶出防止壁が、2〜5μmの高さに形
成されてなることを特徴とする請求項14記載の半導体
素子の実装方法。
15. The method according to claim 14, wherein the elution preventing wall is formed at a height of 2 to 5 μm.
【請求項16】 溶出防止壁が、接合パッドが溶融した
溶融金属との濡れ性の悪い絶縁材料により形成されてな
ることを特徴とする請求項14または15記載の半導体
素子の実装方法。
16. The method for mounting a semiconductor element according to claim 14, wherein the elution preventing wall is formed of an insulating material having poor wettability with a molten metal in which a bonding pad is melted.
【請求項17】 キャップを絶縁材料により形成し、そ
の内面または外面に導体層を形成し、この導体層を回路
基板上の接地電位部位に接続させてなることを特徴とす
る請求項10記載の半導体素子の実装方法。
17. The cap according to claim 10, wherein the cap is formed of an insulating material, a conductor layer is formed on an inner surface or an outer surface thereof, and the conductor layer is connected to a ground potential portion on the circuit board. How to mount a semiconductor device.
【請求項18】 キャップを金属材料で形成し、このキ
ャップを回路基板上の接地電位部位に接続させてなるこ
とを特徴とする請求項10記載の半導体素子の実装方
法。
18. The method according to claim 10, wherein the cap is formed of a metal material, and the cap is connected to a ground potential portion on the circuit board.
【請求項19】 キャップの表面上にフィン状の凹凸が
形成されてなることを特徴とする請求項10、17また
は18記載の半導体素子の実装方法。
19. The method according to claim 10, wherein fin-like irregularities are formed on the surface of the cap.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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