JP2000299344A - フリップチップ構造とその製造方法 - Google Patents

フリップチップ構造とその製造方法

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JP2000299344A
JP2000299344A JP11189428A JP18942899A JP2000299344A JP 2000299344 A JP2000299344 A JP 2000299344A JP 11189428 A JP11189428 A JP 11189428A JP 18942899 A JP18942899 A JP 18942899A JP 2000299344 A JP2000299344 A JP 2000299344A
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Bunshun Ryu
文俊 劉
Ika Cho
夷華 張
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 リソグラフィー・エッチングならびに電気メ
ッキ工程を行うことなく、現行のパッケージ工程に適合
し、かつ良好な導電特性を備えるフリップチップ構造と
その製造方法を提供する。 【構成】 少なくとも1つのボンディングパッドを有す
るチップを提供するステップと、前記ボンディングパッ
ド上に導電材料を配置するステップと、前記導電材料上
に金属ボールを配置するステップとから構成されるフリ
ップチップ構造の製造方法であり、特に好ましくは金属
ボール表面を事前に電気メッキ処理するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路のパッケージ
構造に関し、特にフリップチップ(flip chip)構造とそ
の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来技術にかかるフリップチップ構造の
バンプ(bump)製造プロセスにおいては、図1(a)に示す
ように、アルミニウム製ボンディングパッド(bonding p
ad)10上にバリヤー膜12、チタン金属膜14、銅金
属膜16を順番に形成してから、銅金属膜16上にパタ
ーニングされたフォトレジスト膜18を形成する。
【0003】次に、図1(b)に示すように、フォトレジ
スト膜18により露出された銅金属膜16上に電気メッ
キによって銅金属膜20を形成してから、再び電気メッ
キで銅金属膜20およびフォトレジスト膜18表面の一
部分にスズ鉛(SnPb)膜22を形成する。
【0004】そして、図1(c)に示すように、フォトレ
ジスト膜18を除去した後、リフロー(reflow)を実施し
てスズ鉛膜22によりバンプ24を形成する。その後、
エッチングによりチタン金属膜14および銅金属膜16
を部分的に除去し、チタン金属膜14aならびに銅金属
膜16aを形成するものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような製造プロセ
スは、リソグラフィー・エッチング工程を複数回繰り返
す必要があるため工程が複雑であるとともに、電気メッ
キを行う必要があるため電気メッキによりチップ上の配
線に悪影響を及ぼす恐れがあった。
【0006】また、図2に示すように、従来技術にかか
る別のフリップチップ構造として、スクリーン印刷、デ
ィスペンシング(dispensing)、ピントランスファー
(pintransfer)等によりエポキシ樹脂のような導電性
樹脂をボンディングパッド26上に直接配設してバンプ
28として使用するものがある。しかしながら、導電性
樹脂を使用する場合、半田による接合ができなくなる。
したがって、このようなフリップチップ構造を採用する
場合、その後の組み立て工程および関連するキャリア(c
arrier)あるいはプリント回路基板に対して接点設計を
変更し、常用されてきた半田を導電性樹脂に置き換えな
ければならない。これは、製造コストの上昇という問題
を招く。
【0007】さらに、導電性樹脂の導電性は金属より劣
っているので、導電性樹脂を利用したフリップチップ構
造の導電性は、金属バンプを利用したフリップチップ構
造より劣ったものとなる。したがって、高伝達速度なら
びに低エネルギー損失という将来の観点からみれば、デ
バイス間における信号伝達の抵抗値が高いものとなり、
信号遅延または信号減衰を引き起こす恐れがある。
【0008】そこで、本発明の第1の目的は、複雑なリ
ソグラフィー・エッチングならびに電気メッキ工程を実
施する必要がなく、しかも従来のキャリア構造およびパ
ッケージ工程に適合するフリップチップ構造とその製造
方法を提供することにある。そして、本発明の第2の目
的は、良好な導電特性を備えるとともに将来の高伝達性
ニーズに対応することができるフリップチップ構造とそ
の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決して所望
の目的を達成するために、本発明にかかるフリップチッ
プ構造とその製造方法は、少なくとも1つのボンディン
グパッドを有するチップを提供するステップと、ボンデ
ィングパッド上に導電材料を配置するステップと、導電
材料上に金属ボールを配置するステップとを具備するも
のであり、特に好ましくはチップ上に複数個のボンディ
ングパッドを配置するとともに、導電材料を介して各ボ
ンディングパッド上に事前に電気メッキ処理を表面に施
した銅金属ボールを接合するものである。
【0010】
【作用】上記構成により、本発明にかかるフリップチッ
プ構造とその製造方法は、導電材料および金属ボール
(特に好ましくは銅金属ボール)によりバンプを形成する
ことで大量生産に適するとともに、従来のキャリア構造
およびパッケージ工程に適合することができるので、設
計を変更する必要がない。また、複雑なリソグラフィー
・エッチングならびに電気メッキ工程を行う必要がない
ので、製品の信頼性を向上させることができる。さら
に、銅金属ボールは、導電性が良好なので優れた信号伝
達性を達成することができるとともに、適切な表面電気
メッキ処理を施すことで回路基板またはキャリアとの電
気接続効果を向上させて歩留りを改善することができ
る。
【0011】
【実施例】以下、本発明にかかる好適な実施例を図面に
基づいて説明する。
【0012】図3(a)に示すように、チップ30上にボ
ンディングパッド32を設けるとともに、バリヤー膜3
4を形成してからボンディングパッド32を露出させ
る。尚、チップ30は一般の半導体チップであり、図示
していないが、多くの電気素子や配線が作り込まれてい
る。ボンディングパッド32の材料としては、例えばア
ルミニウムを使用でき、チップ30上の図示されていな
い配線ならびに電気素子に接続されている。導電材料3
6としては、例えば導電樹脂、異方性導電ペースト(A
CP:Anisotropic Conductive Paste)、異方性導電フ
ィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)あるい
は銀ペーストを使用することができる。導電材料36を
形成する方法としては、スクリーン印刷、ディスペンシ
ング、ピントランスファー、パンチ(punch)粘着(ACF
に対応)のいずれかを採用することが好ましい。
【0013】図3(b)に示すように、導電材料36上に
銅金属ボール38を配置する。この導電材料36および
銅金属ボール38によってバンプを形成する。銅金属ボ
ール38には、事前に電気めっき処理を施してメッキ膜
39を形成しておき、後工程での半田付け性(solderabi
lity)、耐酸化性、耐腐蝕性を向上させる。メッキ膜3
9の材料としては、金(Au)、銀(Ag)、スズ(Sn)、
パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)およびこれらの組み
合せから選択することができる。
【0014】上述の製造プロセスから理解されるよう
に、本発明ではバンプの作製にあたってリソグラフィー
・エッチング工程を必要としないので、工程を簡略化す
ることができる。しかも、銅金属ボール38のメッキ膜
39部分は、チップ30とは個別に形成できるため、チ
ップ30の電気特性に影響を及ぼすことがない。また、
導電材料36および銅金属ボール38の配置は、一括か
つ大量に行うことができるので生産性を向上させること
ができる。
【0015】図3(c)に示すように、キャリア40の配
線接点41上に半田42を配置してから、チップ30を
ひっくり返して(フリップさせて)キャリア40上に銅金
属ボール38および半田42を介して接合する。そし
て、アンダーフィル(underfill)を実施してチップ30
とキャリア40との間に充填樹脂44を注入して組み立
て信頼性を向上させる。尚、キャリア40としては、例
えば、ボールグリッドアレイ基板(BGA substrate)、
ランドグリッドアレイ基板(LGA substrate)あるいは
プリント回路基板(PCB)を使用することができる。ま
た、キャリア40の材料としては、例えば、BT樹脂、
FR4樹脂、セラミックス材料あるいはポリイミドを使
用することができる。
【0016】図4に本発明にかかるフリップチップ構造
の一実施例を示す。充填樹脂44を注入した後、封止樹
脂46でチップ30を被覆してパッケージ構造を形成す
る。さらに、封止樹脂46上にヒートスラッグ(heat sl
ug)48を被着させてパッケージ全体の放熱性を向上さ
せる。この封止樹脂46の材料として、例えば、エポキ
シ樹脂を含むものを使用することができる。
【0017】図5に本発明にかかるフリップチップ構造
の別の実施例を示す。充填樹脂44を注入した後、封止
樹脂46でチップ30をその背面(図5のチップの上側
平坦表面)を除いて被覆し、パッケージ構造を形成す
る。次に、露出された背面上にヒートスラッグ48を直
接被着させる。これにより、チップ30から発生する熱
が直接放熱されるので、放熱効果を向上できる点で好ま
しい。
【0018】図3から図5において、本発明のフリップ
チップ構造とその製造方法は、バンプを銅金属ボール3
8により形成するので、キャリア40上の半田42と直
接ボンディングでき、しかもメッキ膜39により半田4
2とのボンディング性を改善することができる。また、
本実施例では、銅金属ボール38をチップ30のボンデ
ィングパッド32上に配置してからキャリア40または
回路基板(図示せず)と接合しているが、銅金属ボール
38を先ずキャリア40または回路基板上に接合し、そ
の後ボンディングパッド32上に導電材料36を有する
チップ30と銅金属ボール38とを接合しても良い。そ
れによって達成される効果ならびに構造は、本実施例と
同等なものとなる。
【0019】したがって、本発明にかかるフリップチッ
プ構造は、従来技術のパッケージ工程への適合性に優れ
ており、製造プロセスおよびキャリア構造を変更する必
要がない。また、銅金属ボール38を電気メッキ処理す
ることにより半田付け性、耐酸化性、耐腐食性を向上さ
せることができる。
【0020】以上のごとく、本発明を好適な実施例によ
り開示したが、当業者であれば容易に理解できるよう
に、本発明の技術思想の範囲内において適当な変更なら
びに修正が当然なされうるものである。したがって、そ
の特許権保護の範囲は、特許請求の範囲およびそれと均
等な領域を基準として定めなければならない。
【0021】
【発明の効果】上記した構成により、本発明にかかるフ
リップチップ構造とその製造方法は、少なくとも下記の
利点を有する。
【0022】1.本発明では、バンプを導電材料および
金属ボール(特に好ましくは銅金属ボール)の使用により
複雑なリソグラフィー・エッチングおよび電気メッキ工
程を必要とすることなく直接形成するので、工程を大幅
に簡略化することができる。しかも、導電材料ならびに
銅金属ボールを一括して大量に配設することができるの
で、生産性を向上させることができる。
【0023】2.本発明は、金属ボール(特に好ましく
は銅金属ボール)をバンプとしているので、半田と直接
結合することができる。その結果、製造プロセスおよび
キャリア構造を変更する必要がなく、現在のパッケージ
工程に適合することができる。
【0024】3.将来的な半導体製品の高速化、省エネ
化のニーズに対応するために、銅を配線材料として採用
する傾向が強まっている。本発明にかかるフリップチッ
プ構造とその製造方法において、銅金属ボールを接合媒
体として使用する場合、良好な導電特性が得られる。ま
た、電気抵抗を低減して信号の遅延および減衰を防止で
きるので、将来的なニーズに適合したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c)は、従来技術のフリップチップ構造
とその製造方法を示す概略断面図である。
【図2】従来技術にかかる別のフリップチップ構造を示
す概略断面図である。
【図3】(a)〜(c)は、本発明にかかるフリップチップ
構造とその製造方法を示す概略断面図である。
【図4】本発明にかかるパッケージ上にヒートスラッグ
を設けたフリップチップ構造を示す概略断面図である。
【図5】本発明にかかるチップ上にヒートスラッグを設
けたフリップチップ構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
30 チップ 32 ボンディングパッド 36 導電樹脂 38 銅金属ボール 39 メッキ膜 40 キャリア 41 配線接点 42 半田 44 充填樹脂 46 パッケージ樹脂 48 ヒートスラッグ

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1つのボンディングパッドを
    有するチップを提供するステップと、前記ボンディング
    パッド上に導電材料を配置するステップと、前記導電材
    料上に金属ボールを配置するステップとを具備すること
    を特徴とするフリップチップ構造の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記導電材料を配置する方法は、スクリ
    ーン印刷であることを特徴とする請求項1に記載のフリ
    ップチップ構造の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記導電材料を配置する方法は、ディス
    ペンシング(dispensing)であることを特徴とする請求項
    1に記載のフリップチップ構造の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記導電材料を配置する方法は、ピント
    ランスファー(pin transfer)であることを特徴とする請
    求項1に記載のフリップチップ構造の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記フリップチップ構造の製造方法は、
    さらに前記チップ上にキャリアを被着するステップを含
    むことを特徴とする請求項1に記載のフリップチップ構
    造の製造方法。
  6. 【請求項6】 チップと、前記チップの表面上に配置さ
    れた複数個のボンディングパッドと、前記した複数個の
    ボンディングパッド上にそれぞれ配置される導電材料
    と、前記導電材料を介して前記した複数個のボンディン
    グパッドにそれぞれ接合される複数個の金属ボールとを
    具備することを特徴とするフリップチップ構造。
  7. 【請求項7】 チップと、前記チップの表面上に配置さ
    れた複数個のボンディングパッドと、前記した複数個の
    ボンディングパッド上にそれぞれ配置される導電材料
    と、前記導電材料を介して前記した複数個のボンディン
    グパッドにそれぞれ接合される複数個の金属ボールと、
    複数個の接点を介して前記した複数個の金属ボールに接
    合されるキャリアとを具備することを特徴とするフリッ
    プチップ構造。
  8. 【請求項8】 第1表面および第2表面を有するチップ
    と、前記チップの第1表面上に配置される複数個のボン
    ディングパッドと、前記した複数個のボンディングパッ
    ド上にそれぞれ配置される導電材料と、前記導電材料を
    介して前記した複数個のボンディングパッドにそれぞれ
    接合される複数個の金属ボールと、複数個の接点を介し
    て前記した複数個の金属ボールに接合されるキャリア
    と、前記チップを被覆するパッケージ材料とを具備する
    ことを特徴とするフリップチップ構造。
  9. 【請求項9】 前記フリップチップ構造は、前記パッケ
    ージ材料上にヒートスラッグ(heat slug)を被着させた
    ものであることを特徴とする請求項8に記載のフリップ
    チップ構造。
  10. 【請求項10】 第1表面および第2表面を有するチッ
    プと、前記チップの第1表面上に配置される複数個のボ
    ンディングパッドと、前記した複数個のボンディングパ
    ッド上にそれぞれ配置される導電材料と、前記導電材料
    を介して前記した複数個のボンディングパッドにそれぞ
    れ接合される複数個の金属ボールと、複数個の接点を介
    して前記した複数個の金属ボールに接合されるキャリア
    と、前記チップを前記第2表面を除いて被覆するパッケ
    ージ材料とを具備することを特徴とするフリップチップ
    構造。
  11. 【請求項11】 前記フリップチップ構造は、前記第2
    表面上に直接ヒートスラッグ(heat slug)を被着させた
    ものであることを特徴とする請求項10に記載のフリッ
    プチップ構造。
  12. 【請求項12】 前記ボンディングパッドの材料は、ア
    ルミニウムを含むものであることを特徴とする請求項
    1,6,7,8,10のいずれか1項に記載のフリップ
    チップ構造とその製造方法。
  13. 【請求項13】 前記金属ボールの材料は、銅を含むも
    のであることを特徴とする請求項1,6,7,8,10
    のいずれか1項に記載のフリップチップ構造とその製造
    方法。
  14. 【請求項14】 前記金属ボールは、事前にメッキ処理
    されてその表面にメッキ層を形成したものであることを
    特徴とする請求項1,6,7,8,10のいずれか1項
    に記載のフリップチップ構造とその製造方法。
  15. 【請求項15】 前記メッキ層の材料は、金、銀、ス
    ズ、パラジウム、ニッケルおよびこれらの組み合せから
    成るグループより選択されるものであることを特徴とす
    る請求項14に記載のフリップチップ構造とその製造方
    法。
  16. 【請求項16】 前記導電材料は、導電樹脂を含むもの
    であることを特徴とする請求項1,6,7,8,10の
    いずれか1項に記載のフリップチップ構造とその製造方
    法。
  17. 【請求項17】 前記導電材料は、銀ペーストを含むも
    のであることを特徴とする請求項1,6,7,8,10
    のいずれか1項に記載のフリップチップ構造とその製造
    方法。
  18. 【請求項18】 前記導電材料は、異方性導電ペースト
    を含むものであることを特徴とする請求項6,7,8,
    10のいずれか1項に記載のフリップチップ構造。
  19. 【請求項19】 前記導電材料は、異方性導電フィルム
    を含むものであることを特徴とする請求項6,7,8,
    10のいずれか1項に記載のフリップチップ構造。
  20. 【請求項20】 前記キャリアは、プリント回路基板を
    含むものであることを特徴とする請求項1,7,8,1
    0のいずれか1項に記載のフリップチップ構造とその製
    造方法。
  21. 【請求項21】 前記キャリアは、ボールグリッドアレ
    イ基板を含むものであることを特徴とする請求項1,
    7,8,10のいずれか1項に記載のフリップチップ構
    造とその製造方法。
  22. 【請求項22】 前記キャリアは、ランドグリッドアレ
    イ基板を含むものであることを特徴とする請求項1,
    7,8,10のいずれか1項に記載のフリップチップ構
    造とその製造方法。
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KR100455727B1 (ko) * 2002-01-07 2004-11-06 주식회사 하이닉스반도체 플립 칩 패키지

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