端子及连接方法与流程

1.本公开涉及端子和连接方法。具体地，本公开涉及用于将半导体元件连接至基板的端子以及使用该端子的连接方法。


背景技术：

2.传统上，进行将布置有大量端子的半导体芯片接合并安装到基板上的裸芯片安装。例如，在将布置于lsi芯片上的金(au)凸块接合到布置于硅(si)基板上的电极的情况下，提出了如下半导体装置的制造方法：金(au)凸块通过包含树脂的接合材料接合，在所述树脂中，分散有金属粒子(例如，参考专利文献1)。在该半导体装置的制造方法中，作为接合材料，使用通过将银(ag)纳米粒子或锡(sn)纳米粒子分散在环氧树脂中而形成的接合材料。将该接合材料布置在lsi芯片的au凸块和基板的电极之间，加热至200℃，并且通过施加19.6n的载荷进行压力接合。结果，诸如ag等金属粒子像陶瓷一样烧结，并且au凸块和电极接合。
3.引用文献列表
4.专利文献
5.专利文献1：日本专利申请特开第2007-208082号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的问题
7.在上述现有技术中，存在半导体芯片与基板之间的接合部因温度应力而损坏的问题。由于半导体芯片和基板的热膨胀系数的差异等，半导体芯片和基板表现出不同的热行为。在这种情况下，存在应力集中在半导体芯片与基板之间的接合部并且半导体芯片损坏的问题。
8.本公开就是鉴于上述问题而做出的，并且本公开的目的是防止半导体芯片和基板之间的接合部的损坏。
9.问题的解决方案
10.本公开是为了解决上述问题而做出的，并且本公开的第一方面是一种端子，所述端子设置在元件的电极和安装有所述元件的基板的电极之间，并且电连接所述元件的所述电极和所述基板的所述电极，所述端子包括：多个单元网格，所述单元网格通过将多个梁接合成立方体形状而形成；和连接部，其连接所述多个单元网格中的相邻单元网格。
11.此外，根据第一方面，所述梁可以包含树脂。
12.此外，根据第一方面，所述连接部可以包含树脂。
13.此外，根据第一方面，还可以包括导电构件，所述导电构件与所述梁和所述连接部相邻设置，并且具有导电性。
14.此外，根据第一方面，还可以包括：柔性构件，其被构造为向所述立方体形状的内侧鼓出的杆状，所述柔性构件设置在所述梁的所述立方体形状的内侧，并且具有与所述梁
的两端附近接合的端部，且所述柔性构件被构造为在温度升高的情况下，向所述立方体形状的内侧弯曲；和柔性构件连接部，其与所述梁的中央部和所述柔性构件的中央部接合，以连接所述梁和所述柔性构件，其中，所述连接部可以与所述相邻单元网格各者的所述梁的中央部接合，以连接所述相邻单元网格。
15.此外，根据第一方面，所述柔性构件的热膨胀系数可以高于所述梁的热膨胀系数。
16.此外，根据第一方面，所述柔性构件可以包含树脂。
17.此外，在第一方面中，所述柔性构件连接部可以包含树脂。
18.此外，根据第一方面，还可以包括加强构件，所述加强构件在经由所述单元网格的所述立方体形状的中心彼此面对的两个顶点处与所述多个梁接合。
19.此外，根据第一方面，所述加强构件可以包含树脂。
20.此外，本发明的第二方面是一种连接方法，所述连接方法包括通过在元件的电极和安装有所述元件的基板的电极之间设置端子来电连接所述元件的所述电极和所述基板的所述电极，其中，所述端子包括：多个单元网格，所述单元网格通过将多个梁接合成立方体形状而形成；和连接部，其连接所述多个单元网格中的相邻单元网格。
21.根据本发明的各方面，具有如下效果：通过将多个梁接合成立方体形状而形成的多个单元网格分别由连接部接合以形成端子。通过这些网格形状，期待柔韧性的提高。
附图说明
22.图1是示出根据本公开的第一实施例的半导体装置的构成例的图。
23.图2是示出根据本公开的第一实施例的端子的构成例的图。
24.图3是示出根据本公开的实施例的单元网格的构成例的图。
25.图4是示出根据本公开的实施例的端子的收缩的示例的图。
26.图5是示出根据本公开的实施例的端子的制造方法的示例的图。
27.图6是示出根据本公开的第二实施例的半导体装置的构成例的图。
28.图7是示出根据本公开的第三实施例的端子的构成例的图。
具体实施方式
29.接下来，将参照附图说明用于执行本公开的方式(在下文中，称为实施例)。在以下附图中，相同或相似的部分由相同或相似的附图标记表示。此外，将按以下顺序说明实施例。
30.1.第一实施例
31.2.第二实施例
32.3.第三实施例
33.《1.第一实施例》
34.[半导体装置的构成]
[0035]
图1是示出根据本公开的第一实施例的半导体装置的构成例的图。图中的半导体装置1是通过将半导体芯片20安装在基板30上而构成的。
[0036]
半导体芯片20是包含硅(si)等的半导体芯片。在半导体芯片20上布置有多个焊盘21。焊盘21是传输半导体芯片20的信号的电极状端子。焊盘21能够包括诸如铝(al)或au等
金属。注意，半导体芯片20是权利要求中描述的元件的示例。焊盘21是权利要求中描述的电极的示例。
[0037]
基板30是设置在电子设备等中的电路板。半导体芯片20是安装在基板30上的裸芯片。在基板30上布置有多个焊盘(land)31。焊盘31是与诸如半导体芯片20的焊盘21等端子接合的导体。具体地，焊盘31能够包括依次层叠的铜(cu)和au。注意，焊盘31是权利要求中描述的电极的示例。
[0038]
在将半导体芯片20安装在基板30上的情况下，半导体芯片20的焊盘21与基板30的焊盘31接合。这里，在焊盘21和焊盘31之间布置有端子10。端子10连接焊盘21和焊盘31。
[0039]
[端子的构成]
[0040]
图2是示出根据本公开的第一实施例的端子的构成例的图。该图是示出端子10的构成例的图，并且是设置有图1的半导体装置1的端子10的区域的放大图。
[0041]
如上所述，端子10设置在半导体芯片20的焊盘21和基板30的焊盘31之间，以电连接半导体芯片20的焊盘21和基板30的焊盘31。端子10包括单元网格100和连接部11。
[0042]
单元网格100是通过将多个梁连接成立方体形状而形成的格子状结构。单元网格100被布置成三维格子形状以形成端子10。稍后将说明单元网格100的构成细节。
[0043]
连接部11连接多个单元网格100中的相邻单元网格100。单元网格100由连接部11连接，并且多个单元网格100布置成三维格子形状。例如，连接部11能够包括树脂。稍后将说明连接部11的构成细节。
[0044]
在图中，为了方便起见，示出了以二维方式排列的9个单元网格100，但是单元网格100的数量不受限制，并且在该图的纸面的深度方向上进一步布置有多个单元网格100，以形成三维形状。
[0045]
此外，图中的端子10包括导电构件12。导电构件12是具有导电性并且与单元网格100和连接部11相邻布置的构件。图中的阴影区域表示导电构件12。该图示出了在单元网格100和连接部11的表面上附着并设置导电构件12的膜的示例。例如，导电构件12能够包括分散有诸如ag等金属粒子的树脂。通过设置导电构件12，即使在使用包括绝缘体的单元网格100和连接部11的情况下，也能够把导电性赋予端子10，并且焊盘21和焊盘31也能够彼此电连接。导电构件12可以通过将分散有金属粒子的液态树脂附着到单元网格100和连接部11的表面并且使该树脂固化来形成。
[0046]
此外，在图中的焊盘21和端子10之间设置有连接部22，并且在端子10和焊盘31之间设置有连接部32。连接部22和连接部32连接端子10和焊盘21、焊盘31。例如，连接部22和连接部32包括诸如银膏等导电性粘接剂、或具有低熔点的焊锡等，并且连接部22和连接部32将端子10与焊盘21和焊盘31接合。通过布置连接部22和连接部32，端子10能够与焊盘21和焊盘31电连接和机械连接。
[0047]
此外，作为连接部22和连接部32，例如，也能够使用含有诸如共晶镓铟(egain)等液态金属的弹性体。通过将含有共晶镓铟的弹性体应用于焊盘21、焊盘31与端子10之间的连接部并且对连接部施加压力，弹性体中的液态金属彼此接合，从而能够获得电连接。此外，由于接合的液态金属具有自我修复功能，因此能够提高与焊盘21等的连接部的可靠性。
[0048]
半导体装置1能够如下制造。首先，在半导体芯片20的焊盘21上设置连接部22。接下来，将端子10与设置在焊盘21上的连接部22相邻放置，并且使连接部22固化以将端子10
连接到焊盘21。接下来，在基板30的焊盘31上设置连接部32。接下来，以将与端子10连接的焊盘21和设置有连接部32的焊盘31对准的方式，将半导体芯片20安装在基板30上。这里，端子10设置在焊盘21和焊盘31之间。接下来，使连接部32固化以将端子10与焊盘31连接。通过上述步骤，能够将半导体芯片20安装在基板30上。
[0049]
[单元网格的构成]
[0050]
图3是示出根据本公开的实施例的单元网格的构成例的图。该图是示出单元网格100的构成例的图。图中的单元网格100包括梁110、柔性构件120、加强构件140和柔性构件连接部130。注意，在图的单元网格100中，还示出了连接部11。图中由虚线表示的立方体101是表示单元网格100的外部形状的辅助线，而不是构成单元网格100的辅助线。
[0051]
梁110形成为杆状并且接合成立方体形状。多个梁110彼此接合以形成单元网格100的外部形状。梁110表示在立方体101的各表面上相对的顶点之间布置的示例。此外，图中的梁110表示两个梁110在立方体101的各表面上相交并且以对角方式构造的示例。例如，梁110可以包括树脂。
[0052]
柔性构件120使梁110向立方体101的内侧弯曲。柔性构件120形成为向立方体101的内侧鼓出的杆状，并且柔性构件120设置在梁110的立方体101的内侧，且具有与梁110的两端附近接合的端部。柔性构件120可以设置在多个梁110的每一个上。此外，与梁110类似，柔性构件120能够被构造为两个柔性构件120在立方体101的各表面上相交的形状。柔性构件120能够包括热膨胀系数高于梁110的热膨胀系数的构件，例如，包括热膨胀系数高于构成梁110的构件的热膨胀系数的树脂。在这种情况下，当温度升高时，柔性构件120延伸得比梁110长。利用这种构造，随着温度升高，柔性构件120变形为向立方体101的内侧弯曲的形状。
[0053]
柔性构件连接部130被构造为杆状以连接梁110和柔性构件120。柔性构件连接部130与梁110的中央部和柔性构件120的中央部接合，以连接梁110和柔性构件120。图中的柔性构件连接部130设置在立方体101的各表面上。通过设置柔性构件连接部130，在柔性构件120随着温度升高而弯曲的情况下，能够使梁110向立方体101的内侧弯曲。例如，柔性构件连接部130能够包括树脂。
[0054]
加强构件140加强彼此接合的多个梁110。加强构件140设置在经由立方体101的中心彼此面对的两个顶点之间，并且在这两个顶点处与梁110接合。该图示出了四个加强构件140被构造为在立方体101的中央部处相交的示例。例如，加强构件140能够包括树脂。
[0055]
注意，连接部11能够设置在梁110的与设置有柔性构件连接部130的一侧不同的一侧。
[0056]
如上所述，梁110、柔性构件120、柔性构件连接部130、加强构件140和连接部11能够包括树脂。对于这种树脂，可以应用光固化树脂。具体地，这些梁110等能够包括被赋予光固化性的聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)。因此，能够使用3d打印机等来制造端子10。
[0057]
通过使用由连接部11连接的多个单元网格100来构造端子10，能够赋予端子10柔性。结果，即使在由于半导体芯片20和基板30之间的热膨胀系数的差异等而导致半导体装置1随着温度升高而变形并且向端子10施加应力的情况下，也能够分散应力。能够防止端子10被损坏。
[0058]
注意，pegda的热膨胀系数为1.56
×
10-4
[k-1
]。能够通过在pegda中添加增强材料
来调节热膨胀系数。具体地，能够通过添加cu纳米粒子(粒径：50nm～80nm)来降低pegda的热膨胀系数。这是因为添加的cu的热膨胀系数低至2
×
10-5
。例如，通过添加5％的cu纳米粒子，能够使pegda的热膨胀系数降低至5.1
×
10-5
[k-1
]。
[0059]
因此，柔性构件120包括pegda，并且梁110、柔性构件连接部130、加强构件140和连接部11包括通过添加cu纳米粒子而增强的pegda。结果，能够使柔性构件120的热膨胀系数高于梁110等的热膨胀系数，并且当温度上升时，梁110能够向立方体101的内侧弯曲。梁110能够弯曲到单元网格100的内侧。
[0060]
[端子的收缩]
[0061]
图4是示出根据本公开的实施例的端子的收缩的示例的图。该图是示出在端子10的温度升高的情况下连接的单元网格100的行为的图。此外，该图是示出由连接部11连接的单元网格100a和单元网格100b中的每一个的一组梁110、柔性构件120、柔性构件连接部130和加强构件140的图。
[0062]
该图的a是示出在温度升高之前的单元网格100a和单元网格100b的状态的图。该图的a中的“d”表示在温度升高之前单元网格100a和单元网格100b之间的间隔。
[0063]
该图的b是示出在温度升高之后的单元网格100a和单元网格100b的状态的图。随着温度升高，柔性构件120延伸。如上所述，柔性构件120被构造成两端与梁110和加强构件140接合并且中央部向立方体101的内侧鼓出的形状。因此，在温度升高的情况下，柔性构件120延伸并且中央部向立方体101的内侧弯曲。结果，通过柔性构件连接部130连接到柔性构件120的梁110被拉入立方体101内并且弯曲。在梁110的挠度量大于连接部11的伸长量的情况下，单元网格100a和单元网格100b彼此靠近。该图的b中的“d
’”
表示在温度升高之后的单元网格100a和单元网格100b之间的间隔，并且比该图的a中的“d”窄。通过连接这样的单元网格100而构成的端子10具有随着温度升高而体积减小的特性。注意，为了方便起见，在该图的b中，省略了除柔性构件120以外的构件由于温度升高而伸长的说明。
[0064]
如上所述，通过使柔性构件120的热膨胀系数高于梁110的热膨胀系数，能够将端子10的热膨胀系数设置为负值。此外，能够通过调节柔性构件120和梁110等的热膨胀系数来构造具有任意热膨胀系数的端子10。例如，还能够构造具有值为“0”的热膨胀系数的端子10。能够布置具有与半导体芯片20和基板30的热行为相对应的热膨胀系数的端子10，并且能够防止半导体芯片20和基板30之间的接合部的损坏。
[0065]
[端子的制造方法]
[0066]
图5是示出根据本公开的实施例的端子的制造方法的示例的图。该图是示出用于制造端子10的3d打印机装置的示例的图。图中的3d打印机装置包括样品保持单元301、材料传送盘302、电机303、z轴驱动电机304、材料供应单元305、分配器306、图像输出单元307、包括透镜308和反射板309的光学系统以及控制单元310。
[0067]
样本保持单元301保持正在制造的端子10。端子10被保持在样品保持单元301的下表面上。
[0068]
分配器306保持构成梁110等的树脂材料。梁110等包括光固化树脂。分配器306保持未固化的树脂材料。分配器306在材料供应单元305的控制下将树脂材料供给到稍后描述的材料传送盘302。能够设置适合于树脂材料的类型的分配器306。
[0069]
材料供应单元305在控制单元310的控制下将材料树脂供给到分配器306。材料供
应单元305将适合于形成端子10的部分的树脂材料供应到分配器306。
[0070]
材料传送盘302将分配器306供应的树脂材料传送到端子10的形成单元。材料传送盘302通过旋转来传送树脂材料。注意，用于形成端子10的部分是样品保持单元301正下方的区域。
[0071]
电机304使材料传送盘302旋转。作为电机304，能够使用步进电机。
[0072]
图像输出单元307在控制单元310的控制下发射用于使树脂材料固化的光。图像输出单元307基于通过在z轴方向上将端子10的图像分解为多层而构造的图像数据来发射光。
[0073]
光学系统将从图像输出单元307发射的光引导至用于形成端子10的单元。
[0074]
z轴驱动电机304使样品保持单元301沿z轴方向移动。z轴驱动电机304以与端子10的形成相对应的速度使样品保持单元301向图中上方移动。
[0075]
控制单元310控制整个制造装置。控制单元310基于端子10的构成数据控制图像输出单元307和材料供应单元305，以在样品保持单元301的下表面上形成端子10。例如，在形成梁110和加强构件140的情况下，从分配器306向材料传送盘302供应用于梁110等的材料树脂(分散有cu的固化前的pegda)。另一方面，从图像输出单元307发射与用于形成梁110等的图像数据的一层对应的光，并且该光被引导至用于形成端子10的部分。结果，材料树脂在用于形成端子10的部分处被固化，并且形成一层的梁110等。接下来，从分配器306向材料传送盘302供应柔性构件120的材料树脂(固化前的pegda)，并且从图像输出单元307发射用于形成柔性构件120的图像数据的一层的光，并且形成一层的柔性构件120。通过对所有层执行上述操作，能够制造出端子10。
[0076]
如上所述，本公开的第一实施例的端子10包括单元网格100和连接部11，并且端子10被构造为具有柔性结构。通过这种构成，在由于半导体芯片20和基板30的温度升高引起的变形而对端子10施加应力的情况下，能够分散应力以防止损坏端子10。
[0077]
《2.第二实施例》
[0078]
根据上述第一实施例的端子10被构造为具有单一的热膨胀系数。另一方面，根据本公开的第二实施例的端子与上述第一实施例的不同之处在于：层叠有热膨胀系数不同的端子区域。
[0079]
[半导体装置的构成]
[0080]
图6是示出根据本公开的第二实施例的半导体装置的构成例的图。与图1类似，该图是示出半导体装置1的构成例的图。该半导体装置1与图1的半导体装置1的不同之处在于：设置端子50而不是端子10。
[0081]
图中的端子50包括层叠的两个端子区域18和19。端子区域18和端子区域19均是包括单元网格100和连接部11的端子区域。端子区域18和端子区域19分别与焊盘21和焊盘31相邻设置。设置在端子区域18和端子区域19的单元网格100中的柔性构件120能够被构造为具有不同的热膨胀系数。通过这种布置，端子区域18和端子区域19能够被构造为具有不同的热膨胀系数。通过将端子区域18和端子区域19构造为具有分别与焊盘21和焊盘31对应的热膨胀系数，施加到端子50的应力能够集中在端子区域18和端子区域19的接合部上。能够减少端子50与焊盘21、焊盘31之间的连接部的应力。
[0082]
由于除了该部分之外的端子50的构成与在本公开的第一实施例中描述的端子10的构成类似，因此将省略其说明。
[0083]
如上所述，在根据本公开的第二实施例的端子50中，通过布置具有不同热膨胀系数的端子区域18和端子区域19，能够减少施加在端子50与焊盘21和焊盘31之间的连接部上的应力。能够防止端子50与焊盘21和焊盘31之间的连接部损坏。
[0084]
《3.第三实施例》
[0085]
在上述第一实施例的端子10中，膜状导电构件12被设置为附着在单元网格100和连接部11的表面上。另一方面，本公开的第三实施例的端子与上述第一实施例的不同之处在于：用导电构件填充通过连接部11连接的多个单元网格100。
[0086]
[端子的构成]
[0087]
图7是示出根据本公开的第三实施例的端子的构成例的图。与图2类似，该图是示出端子10的构成例的图。该端子10与图2的端子的不同之处在于：省略了连接部22和连接部32，并且设置导电构件13来代替导电构件12。
[0088]
导电构件13是通过填充由连接部11连接的多个单元网格100来布置的导电构件。导电构件13能够包括诸如共晶镓铟等液态金属。能够通过用导电构件13浸渍并填充单元网格100来构造端子10。在这种情况下，能够省略连接部22和连接部32。此外，可以通过将金属颗粒分散到即使在固化后也具有高柔韧性的树脂中来形成导电构件13。
[0089]
此外，能够在由连接部11连接的多个单元网格100中填充包含ag或cu的纳米粒子的材料，这些纳米粒子的尺寸和形状被控制为具有等离子体共振。在填充之后，用光照射纳米粒子，并且通过光的共振产生的热转换效应来烧制纳米粒子。这里，能够通过调节照射的光的强度和频率来调节纳米粒子的烧制，并且能够调节端子10的柔性。此外，也可以根据诸如半导体芯片20等元件来调整照射的光的条件，并且可以针对各元件布置具有不同柔性的端子10。
[0090]
由于除了该部分以外的端子10的构成与在本公开的第一实施例中描述的端子10的构成相似，因此将省略其说明。
[0091]
如上所述，在根据本公开的第三实施例的端子10中，通过设置填充在由连接部11连接的多个单元网格100中的导电构件13，能够省略连接部22和连接部32。能够简化半导体装置1的构成。
[0092]
注意，能够将根据第三实施例的端子10的构成与其他实施例组合。具体地，能够使用图7的导电构件13代替图6的导电构件12。
[0093]
最后，注意上述实施例中的每一个的说明是本公开的示例，并且本公开不限于上述实施例。因此，不用说，即使对于不是上述各个实施例的其他实施例，在不脱离根据本公开的技术思想的情况下，也能够根据设计等进行各种修改。
[0094]
此外，在本说明书中记载的效果仅仅是示例并且不受限制。此外，可以有其他效果。
[0095]
此外，上述实施例的附图是示意性的，并且各部分的尺寸比例等不一定与实际一致。此外，不用说，附图也包含具有不同尺寸关系和比例的部分。
[0096]
注意，本技术可以具有以下构成。
[0097]
(1)一种端子，其设置在元件的电极和安装有所述元件的基板的电极之间，并且所述端子电连接所述元件的所述电极和所述基板的所述电极，所述端子包括：
[0098]
多个单元网格，所述单元网格通过将多个梁接合成立方体形状而形成；和
[0099]
连接部，其连接所述多个单元网格中的相邻单元网格。
[0100]
(2)根据(1)所述的端子，其中，所述梁包含树脂。
[0101]
(3)根据(1)或(2)所述的端子，其中，所述连接部包含树脂。
[0102]
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的端子，还包括导电构件，所述导电构件与所述梁和所述连接部相邻设置，并且具有导电性。
[0103]
(5)根据(1)至(4)中任一项所述的端子，还包括：
[0104]
柔性构件，其被构造为向所述立方体形状的内侧鼓出的杆状，所述柔性构件设置在所述梁的所述立方体形状的内侧，并且具有与所述梁的两端附近接合的端部，且所述柔性构件被构造为在温度升高的情况下，向所述立方体形状的内侧弯曲；和
[0105]
柔性构件连接部，其与所述梁的中央部和所述柔性构件的中央部接合，以连接所述梁和所述柔性构件；
[0106]
其中，所述连接部与所述相邻单元网格各者的所述梁的中央部接合，以连接所述相邻单元网格。
[0107]
(6)根据(5)所述的端子，其中，所述柔性构件的热膨胀系数高于所述梁的热膨胀系数。
[0108]
(7)根据(5)所述的端子，其中，所述柔性构件包含树脂。
[0109]
(8)根据(5)所述的端子，其中，所述柔性构件连接部包含树脂。
[0110]
(9)根据(1)至(8)中任一项所述的端子，还包括加强构件，所述加强构件被构造为在经由所述单元网格的所述立方体形状的中心彼此面对的两个顶点处与所述多个梁接合。
[0111]
(10)根据(9)所述的端子，其中，所述加强构件包含树脂。
[0112]
(11)一种连接方法，其包括通过在元件的电极和安装有所述元件的基板的电极之间设置端子来电连接所述元件的所述电极和所述基板的所述电极，所述端子包括：多个单元网格，所述单元网格通过将多个梁接合成立方体形状而形成；和连接部，其连接所述多个单元网格中的相邻单元网格。
[0113]
[附图标记列表]
[0114]
1：半导体装置
[0115]
10,50：端子
[0116]
11：连接部
[0117]
12：导电构件
[0118]
18,19：端子区域
[0119]
20：半导体芯片
[0120]
21：焊盘
[0121]
22,32：连接部
[0122]
30：基板
[0123]
31：焊盘
[0124]
100,100a,100b：单元网格
[0125]
101：立方体
[0126]
110：梁
[0127]
120：柔性构件
[0128]
130：柔性构件连接部
[0129]
140：加强构件