JP2000323508A - 転写バンプシート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 転写バンプシート上の導体端子を、加熱転写
時においても位置ずれを生じることなく、半導体チップ
の電極に対して一括転写することの出来る転写バンプシ
ートを提供する。 【解決手段】 転写バンプシート１のベースシート４０
上の導体端子３を、加熱転写時における常温との温度差
（△Ｔs，△Ｔt）、および半導体チップ１０および転写
バンプシート１の熱膨張係数（α，β）の差を考慮し
て、下記の式により算出された位置に形成する。 Ｘtn ＝ Ｘsn・(１＋α・△Ｔs)／(１＋β・△Ｔt)

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップをフ
リップチップ接続するためのバンプを、一括転写するこ
とにより搭載するための転写バンプシートに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の高機能化並びに軽薄短
小化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化、さらには
高密度実装化が進んできており、これらの電子機器に使
用される半導体パッケージは、従来にも増して益々小型
化かつ多ピン化が進んできている。

【０００３】半導体パッケージはその小型化に伴って、
従来のようなリードフレームを使用した形態のパッケー
ジでは、小型化に限界がきているため、最近では回路基
板上にチップを実装したものとして、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ
Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａ
ｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）と言った、エリア実装型の新し
いパッケージ方式が提案されている。これらの半導体パ
ッケージにおいて、半導体チップの電極と従来型半導体
パッケージのリードフレームの機能とを有する、半導体
搭載用基板と呼ばれるプラスチックやセラミックス等各
種絶縁材料と、導体配線で構成される基板の端子との電
気的接続方法として、ワイヤーボンディング方式やＴＡ
Ｂ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）
方式、さらにはＦＣ（Ｆｒｉｐ Ｃｈｉｐ）方式などが
知られているが、最近では、半導体パッケージの小型化
に有利な、ＦＣ接続方式を用いたＢＧＡやＣＳＰの構造
が盛んに提案されている。このＦＣ接続方式は一般に、
半導体チップの電極にあらかじめバンプを形成してお
き、このバンプと基板上の端子を位置合わせして、熱圧
着により接続する方式である。

【０００４】半導体チップに予めバンプを形成する方法
として、電解メッキによる方法とスタッドバンプによる
方法がある。電解メッキでバンプを形成する方法では、
バンプをはんだだけで所望の大きさに形成するため、製
造時間および製造コストがかかってしまう。また、電解
メッキではメッキ槽の電流分布を完全に均一にするのは
困難であるため、形成したバンプの大きさにばらつきが
生じてしまう。バンプの大きさのばらつきは、メッキ時
間が長いほど顕著になるため、バンプをはんだのみで形
成する方法では解決が困難である。また、バンプ接続部
分の耐湿信頼性を得るためには、バンプをはんだだけで
構成するのではなく、銅コアはんだバンプのように金属
コアを有するバンプを採用する必要がある。これを実現
するには、はんだメッキ、銅メッキ、はんだメッキの工
程後、リフローにより銅コアはんだバンプを形成する必
要があり、製造工程のさらなる複雑化により製造コスト
がかかってしまう。一方、スタッドバンプは、半導体チ
ップの電極に金ワイヤをボンディングし、切断すること
により形成する。この方法では、半導体チップの電極に
１つ１つバンプを形成するため、製造時間がかかるだけ
でなく、金ワイヤの価格が高いため製造コストがかかっ
てしまう。

【０００５】そこで、半導体チップに１つ１つバンプを
形成するのではなく、予め作製された導体端子を一括転
写することにより、半導体チップにバンプを形成する、
転写バンプ方式が知られている。これは、ベースシート
にはんだバンプ（導体端子）を形成した転写バンプシー
トと、半導体チップとを位置合わせし、加熱加圧するこ
とにより、転写バンプシート側のバンプ（導体端子）が
半導体チップ側に一括転写されるというものである。

【０００６】この転写バンプシートにおいては、ベース
シート上の導体端子が、半導体チップの電極と対向する
位置に形成されているため、転写されたバンプが半導体
チップの電極に対して位置ずれを生じる場合がある。こ
れは、転写する際に、転写バンプシートおよび半導体チ
ップに加わる熱によって、各々の熱膨張が異なるため、
元々、半導体チップの電極と対向する位置に形成されて
いた転写バンプシート上の導体端子の位置が、ずれてし
まうことにより生じる問題である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の転写
バンプシートのこのような問題点に鑑み、鋭意研究をし
た結果なされたもので、転写バンプシート上の導体端子
を、半導体チップの電極に対して位置ずれを生じること
なく転写できる、転写バンプシートを提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、半導体チ
ップをフリップチップ接続するためのバンプを、半導体
チップの電極の位置に合わせて一括転写することにより
搭載するための転写バンプシートであって、該転写バン
プシートのベースシート上の導体端子が、加熱転写時に
おける常温との温度差、および半導体チップと転写バン
プシートの熱膨張係数の差を考慮して、補正された位置
に形成されたものであることを特徴とする、転写バンプ
シートである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明するが、本発明はこれによって何ら
限定されるものではない。

【００１０】図２は、本発明における転写バンプシート
の製造方法を説明するための図で、図２(ｆ)は、この製
造方法により得られる転写バンプシートの構造を示す断
面図である。転写バンプシート１は、ベースシート４０
および導体端子３から構成されている。ベースシート４
０は、ベース樹脂２および補強板３０から構成され、導
体端子３は、金属コア４およびはんだコート５から構成
されている。

【００１１】図２の製造方法では、まず、ベース樹脂２
および金属箔６からなる２層シートを用意する(ａ)。２
層シートは、ベース樹脂２上に金属箔６を、加熱加圧し
積層して得ることができる。または、金属箔６上に樹脂
ワニスを均一に塗工した後、乾燥して得る方法もある。
次に、ベース樹脂２の金属箔６と接していない面に、補
強板３０を積層する(ｂ)。さらに、金属箔６上にエッチ
ングマスク７を形成し(ｃ)、続いて、金属箔６をエッチ
ングして、導体端子３の一部を構成する金属コア４を形
成する(ｄ)。その後、エッチングマスク７を剥離し
(ｅ)、無電解メッキにより、金属コア４の表面に導体端
子３の一部を構成するはんだコート５を形成して(ｆ)、
転写バンプシート１が得られる。

【００１２】補強板３０は、転写バンプシート１の反り
を抑制できるものであれば、どのような材質でも良く、
例えば金属があげられるが、中でも容易に入手可能な銅
などが一般に用いられる。補強板３０の厚みは、転写バ
ンプシート１の反りを抑制できれば、どのような厚みで
も良い。例えば、補強板３０には、厚み１２５μｍの圧
延銅箔を使用することができる。

【００１３】導体端子３（バンプ）の金属コア４を形成
するための金属箔６は、エッチング可能な金属または合
金であればどのようなものでも良いが、一般的には銅箔
が用いられる。銅を用いることにより、電気抵抗を大幅
に低減することができ、さらには、バンプ接続部の耐湿
信頼性が向上することが期待できる。銅以外の金属また
は合金でも、エッチング可能でバンプのコアとして適し
たものであれば、本発明の転写バンプシートの製造方法
を適用することができる。また、はんだコート５に用い
られるはんだは、電解メッキまたは無電解メッキ可能な
ものであればどのようなものでも良く、例えばＳｎ−Ｐ
ｂ共晶はんだが挙げられる。

【００１４】図３は、図２の製造方法で作製した本発明
の転写バンプシート１’を用いて、半導体チップ１０へ
導体端子３’を一括転写して、バンプ１２を形成する転
写方法を説明するための図である。まず、転写バンプシ
ート１’を、ボンディング装置の基板受け台２２の所定
の位置に置き、吸着孔２１を有する加熱加圧ツール２０
に、半導体チップ１０を吸着固定する。ここで、転写バ
ンプシート１’および半導体チップ１０に予め形成され
ている位置決めマークを、画像認識装置により読み取
り、転写バンプシート１’の導体端子３’と、半導体チ
ップ１０の電極１１とを対向させ、正確に位置合わせす
る(ａ)。

【００１５】続いて、加熱加圧ツール２０を降下させ、
半導体チップ１０を転写バンプシート１’に、所定の温
度および圧力で平行に押し付ける(ｂ)。はんだコート
５’が溶融温度に到達した時点で、はんだコート５’は
表面張力の均衡がとれた形状に変化する(ｃ)。所定の時
間だけ加熱加圧した後、加熱加圧ツール２０を上昇さ
せ、半導体チップ１０および転写バンプシート１’を加
熱加圧ツール２０から取り外す。はんだコート５’が凝
固した後に、ベース樹脂２’および補強板３０’を除去
することにより、導体端子３’が半導体チップ１０側に
一括転写されて、バンプ１２が形成された半導体チップ
１０が得られる(ｄ)。

【００１６】本発明における転写バンプシート１を用い
た場合、図２(ｄ)から分かるように、転写されたバンプ
１２の端面（図では下面）に、バンプ１２のコアとなる
金属コア４が露出している。はんだコート５のはんだの
量が少ない場合には、半導体チップ１０を基板に実装す
る際に、はんだによる接合が困難になることもある。こ
れは、実装時に金属コア４の露出面にはんだが回り込む
ように、はんだの量を調整することで容易に解決でき
る。

【００１７】本発明における転写バンプシート１の、導
体端子３の大部分を占める金属コア４は、厚みの均一な
金属箔６をエッチングする方法で形成されるため、各導
体端子３の金属コア４の厚みは非常に均一である。ま
た、はんだコート５は無電解メッキにより形成されるた
め、はんだコート５の厚みも非常に均一になる。従っ
て、導体端子３の厚みは非常に均一であり、導体端子３
の厚みばらつきによるバンプ転写ミスは発生しない。

【００１８】次に、本発明による転写バンプシート１
の、導体端子の位置補正方法について説明する。図１
は、導体端子３の位置補正をしていない従来の転写バン
プシートの断面図で、(ａ)は常温時における断面、(ｂ)
は加熱、転写時における断面を示す。

【００１９】従来の転写バンプシートでは、図１(ａ)に
示すように、常温時に導体端子３と電極１１が、位置ず
れなく対向する位置に配置されている。すなわち、任意
のｎ番目の導体端子３ａと対応するｎ番目の電極１１ａ
の、半導体チップ１０の中心からの距離（半導体チップ
１０の中心と転写バンプシート１の中心とが一致するよ
うに位置合わせする）を、それぞれＸtnおよびＸsnとす
ると、式が成立する。 Ｘtn ＝ Ｘsn ‥‥‥‥‥

【００２０】転写する際には、転写バンプシート１およ
び半導体チップ１０を加熱するが、常温からの温度上昇
を△Ｔ(℃)とする。また、半導体チップ１０および転写
バンプシート１の熱膨張係数を、それぞれα（１／℃）
およびβ（１／℃）とする。このときのｎ番目の導体端
子３ａと対応するｎ番目の電極１１ａの、半導体チップ
１０の中心からの距離を、それぞれＸtn’およびＸsn’
とすると、式および式が成立する。 Ｘtn’＝ (１＋β・△Ｔ)・Ｘtn ‥‥‥‥‥ Ｘsn’＝ (１＋α・△Ｔ)・Ｘsn ‥‥‥‥‥

【００２１】式〜式を整理すると、式が得られ
る。 Ｘtn’−Ｘsn’＝ Ｘsn・(β―α)・△Ｔ／(１＋α・△Ｔ) ‥‥‥‥‥

【００２２】転写する際には、式に示すような、導体
端子３ａと電極１１ａの位置ずれが生じる。これはＸsn
に比例するため、半導体チップ１０の最外周に位置する
電極１１と、それに対応する導体端子３の位置ずれが最
も大きくなる。

【００２３】このような位置ずれを防止あるいは抑制す
るには、導体端子３と電極１１の常温における位置を一
致させておくのではなく、転写時の加熱温度における位
置を一致させるようにすればよい。すなわち、式およ
び式において、Ｘtn’＝Ｘsn’とすることにより、
式のように常温における最適な位置を算出できる。 Ｘtn ＝ Ｘsn・(１＋α・△Ｔ)／(１＋β・△Ｔ) ‥‥‥‥‥

【００２４】すべての導体端子３に対して、式に示す
ような位置補正を行なうことにより、すべての導体端子
３を位置ずれを生じることなく電極１１に転写すること
ができる。

【００２５】転写する際の、加熱加圧ツール２０および
基板受け台２２の温度が異なる場合には、式を変形す
ればよい。すなわち、加熱加圧ツール２０および基板受
け台２２の、常温からの温度上昇を、それぞれ△Ｔs
(℃)および△Ｔt(℃)とすると、式のように最適な位
置を算出できる。 Ｘtn ＝ Ｘsn・(１＋α・△Ｔs)／(１＋β・△Ｔt) ‥‥‥‥‥

【００２６】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明するが、本発明はこれによって何ら限定されるもので
はない。

【００２７】比較例１ 厚み７０μｍの圧延銅箔に、厚さ３０μｍのシリコーン
変性ポリイミド樹脂を積層し、銅箔と樹脂層からなる２
層シートを得た後、樹脂層に対して補強板として厚み１
２５μｍの圧延銅箔を積層した。７０μｍ銅箔面に対し
て、ドライフィルムレジストを積層し、露光、現像した
後、銅箔をエッチングし、最後にドライフィルムレジス
ト剥離の工程を経て、ピッチ２５０μｍ、直径１００μ
ｍの銅円柱を４０９６個形成した。さらに、銅円柱の表
面にＳｎ−Ｐｂ共晶はんだを無電解メッキすることによ
り、厚み１０μｍのはんだコートを形成し、銅円柱をコ
アとする導体端子を形成した、従来技術による転写バン
プシートを作製した。

【００２８】実施例１ 比較例１と同様の工程により、式による導体端子の位
置補正を行った本発明の転写バンプシートを作製した。
後述する転写条件から、室温は２５℃で、△Ｔs＝１２
５℃、△Ｔt＝２２５℃とした。また、半導体チップの
熱膨張係数は実測により求め、α＝２.６×１０^-6（１
／℃）、ベースシートの熱膨張係数は補強板のそれが支
配的と考え、１２５μｍ銅箔の熱膨張係数を測定して代
用し、β＝１６.４×１０^-6（１／℃）とした。なお、
この代用は、後述の転写実験において位置ずれを抑制で
きていることから妥当であると思われる。

【００２９】比較例１および実施例１で作製した転写バ
ンプシートを用いて、半導体チップに対するバンプの転
写を行った。転写条件は、半導体チップ側の加熱加圧ツ
ールの温度：１５０℃、基板受け台（転写バンプシート
側の加熱加圧ツール）の温度：２５０℃、荷重：６kgf
／４０９６バンプ、加熱加圧時間：１０秒、とした。

【００３０】各転写バンプシートを用いて、上記の条件
において転写実験を実施したところ、両サンプルにおい
て４０９６個のバンプが、完全に半導体チップ側に転写
されていることが確認された。半導体チップに搭載され
たバンプは、ピッチ２５０μｍ、直径１２０μｍ、高さ
８０μｍであった。

【００３１】比較例１および実施例１の転写バンプシー
トを用いて転写した、バンプの位置ずれを測定した。転
写した４０９６バンプのうちコーナーにあるバンプを選
定して、電極中心位置とバンプ中心位置の座標を比較し
た結果、比較例１では約４０μｍ、実施例１では約４μ
ｍの位置ずれが認められた。この結果から、位置補正の
効果が得られていることが確認できた。また、ベースシ
ートの熱膨張係数βとして、補強板である１２５μｍ銅
箔の熱膨張係数を代用したことについても、実施例１に
おいては妥当であったことが確認できた。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、転写バンプシート上の
導体端子を、転写時の温度に合わせて補正した位置に形
成することにより、転写バンプシートの導体端子を、半
導体チップの電極に対して、位置ずれを生じることなく
転写することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 導体端子の位置補正をしていない従来の転写
バンプシートの断面図で、(ａ)は常温時における断面、
(ｂ)は加熱、転写時における断面を示す。

【図２】 本発明における転写バンプシートの製造方法
を示す断面図である。

【図３】 本発明による転写バンプシートを用いて、半
導体チップへバンプを一括転写する転写方法を示す断面
図である。

【符号の説明】

１，１’転写バンプシート ２，２’ベース樹脂 ３，３’導体端子 ３ａ ｎ番目の導体端子 ４ 金属コア ５，５’はんだコート ６ 金属箔 ７ エッチングマスク １０ 半導体チップ １１ 電極 １１ａ ｎ番目の電極 １２ バンプ ２０ 加熱加圧ツール ２１ 吸着孔 ２２ 基板受け台 ３０，３０’補強板 ４０ ベースシート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 八月朔日 猛 東京都品川区東品川２丁目５番８号 住友 ベークライト株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップをフリップチップ接続する
   ためのバンプを、半導体チップの電極の位置に合わせて
   一括転写することにより搭載するための転写バンプシー
   トであって、該転写バンプシートのベースシート上の導
   体端子が、加熱転写時における常温との温度差、および
   半導体チップと転写バンプシートの熱膨張係数の差を考
   慮して、補正された位置に形成されたものであることを
   特徴とする転写バンプシート。
2. 【請求項２】 転写バンプシートのベースシート上の各
   導体端子が、それぞれ下記の式により算出された位置に
   形成されていることを特徴とする、請求項１記載の転写
   バンプシート。 Ｘtn ＝ Ｘsn・(１＋α・△Ｔs)／(１＋β・△Ｔt) 式中、 Ｘtn ：半導体チップの中心に対応する転写バンプシー
   トの中心と、中心からｎ番目の導体端子との距離 Ｘsn ：半導体チップの中心と、中心からｎ番目の電極
   との距離 △Ｔs：半導体チップ側の加熱加圧ツールの、加熱転写
   時における温度の常温との温度差 △Ｔt：転写バンプシート側の加熱加圧ツール（基板受
   け台）の、加熱転写時における温度の常温との温度差 α ：半導体チップの熱膨張係数 β ：転写バンプシートの熱膨張係数