JP2002540593A - アンダーフィル材料を封止するフィラーを有する制御崩壊チップ接続（ｃ４）集積回路パッケージ - Google Patents

アンダーフィル材料を封止するフィラーを有する制御崩壊チップ接続（ｃ４）集積回路パッケージ

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Abstract

(57)【要約】 充填材が基板に取り付けられた集積回路を含むことがある集積回路パッケージに施される封止処理ステップ。このパッケージは、集積回路、基板、ならびにアンダーフィル材料およびＩＣを封止する充填材に取り付けられたアンダーフィル材料を含むことがある。充填材によって生成される均一な封止が、熱的機械的負荷中の集積回路（ダイ）の亀裂を阻止することがある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の背景） １．発明の分野 本発明は集積回路パッケージに関連する。
【０００２】 ２．背景情報 集積回路は、通常、印刷回路基板にはんだ付けされるパッケージの中に組み立
てられる。図１は、フリップ・チップまたはＣ４パッケージと通例呼ばれる集積
回路パッケージのタイプを示す。集積回路１は、基板３の上面にはんだ付けされ
る多数のはんだバンプ２を含む。
【０００３】 基板３は、通常、集積回路の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有する複合材料
から構成される。パッケージの温度が変化することによって、集積回路１と基板
３がそれぞれ異なって膨張する。膨張の差によって歪み、はんだバンプ２を割る
ようになることある。はんだバンプ２は電流を集積回路１と基板３の間で運ぶの
で、バンプ２のどんな亀裂も回路１の動作に影響を及ぼす。
【０００４】 パッケージは、集積回路１と基板３の間に位置するアンダーフィル材料（埋込
材料）４を含むことがある。アンダーフィル材料４は、通常、ＩＣパッケージの
はんだ結合の信頼性および熱機械的湿気安定性を強化するエポキシである。
【０００５】 パッケージは、集積回路１の底全体にわたって二次元アレイに配列された何百
ものはんだバンプ２を有することがある。エポキシ４は、通常、集積回路の片面
に沿って硬化されていないエポキシ材料を線状に配設することによって、はんだ
バンプ界面に押し込まれる。そしてエポキシははんだバンプの間を流れる。エポ
キシ４は、はんだバンプ２のすべてを覆うように設けられる必要がある。
【０００６】 エポキシ４を集積回路の片面だけに配設して、空隙がアンダーフィル中に形成
されないことを確実にすることが望ましい。空隙は集積回路／基板界面の構造の
整合性を弱める。さらに、アンダーフィル材料４は基板３と集積回路１の両方に
ついて良好な接着強度を有して、熱的および湿気の負荷による剥離を防止する必
要がある。したがって、エポキシ４は、良好な接着特性を有しながら集積回路／
基板界面全体を流れ得る状態で供給される材料である必要がある。
【０００７】 基板３は、通常、セラミック材料から構成される。セラミック材料は大量に製
造するのが比較的高価である。したがって、Ｃ４パッケージとして有機基板を提
供することが望ましいだろう。有機基板は、アンダーフィル処理中に放出される
ことがある湿気を吸収する傾向がある。アンダーフィル処理中の湿気の放出は、
アンダーフィル材料中に間隙を生成することがある。有機基板はまた、セラミッ
ク基板に比べてより大きい熱膨張係数を有する傾向があり、ダイやアンダーフィ
ル、はんだバンプにより大きい歪みを生ずることがある。エポキシのより大きい
歪みは、熱負荷中に基板内に広がり、金属トレースを損傷することによってパッ
ケージを破壊する亀裂をまねくことがある。より大きい歪みはまた熱負荷中にダ
イ故障をまねき、空気および湿気の間隙に対する感受性を増すことがある。特に
比較的大きいバンプ密度を有するパッケージの場合、バンプは熱負荷中に間隙内
に押し入ることがある。有機基板を利用するＣ４パッケージを提供することが望
ましいであろう。
【０００８】 （発明の概要） 本発明の一実施態様は、基板に取り付けられた集積回路を含む集積回路パッケ
ージである。このパッケージは、集積回路と基板に取り付けられた第１のアンダ
ーフィル材料とこのアンダーフィル材料を封止するフィラーを含む。
【０００９】 （発明の詳細な説明） 図面を参照数字によってより詳細に参照すると、図２、３は、本発明の集積回
路パッケージ１０の実施形態を示す。パッケージ１０は、第１の表面１４と第２
の反対側の表面１６を有する基板１２を含む。基板１２の第１の表面１４に集積
回路１８が複数のはんだバンプ２０によって取り付けられている。そのはんだバ
ンプ２０は集積回路１８全体にわたって二次元アレイに配列されている。はんだ
バンプ２０は、制御崩壊チップ接続（controlled collapse chip connection:
Ｃ４）と通例呼ばれるプロセスを用いて、集積回路１８と基板１２に取り付けら
れる。
【００１０】 はんだバンプ２０は電流を集積回路１８と基板１２の間を運ぶ。一実施形態で
は、基板１２は有機誘電体材料である。パッケージ１０は、基板１２の第２の表
面１６に複数のはんだボール２２が取り付けられている。はんだボール２２は、
パッケージ１０を印刷回路基板（示されていない）に取り付けるためにリフロー
される。
【００１１】 基板１２は、経路トレース、電源／接地面、貫通穴などを含むことがあり、こ
れらは第１の表面１４上のはんだバンプ２０を第２の表面１６上のはんだボール
２２に電気的に接続する。集積回路１８は、封止材（示されていない）によって
封止されることもある。さらに、パッケージ１０はヒート・スラグまたはヒート
・シンクのような熱素子（示されていない）を取り込んで、集積回路１８によっ
て発生する熱を取り除くようにすることもある。
【００１２】 パッケージ１０は、集積回路１８と基板１２に取り付けられる第１のアンダー
フィル材料２４を含む。パッケージ１０はまた、基板１２および集積回路１８に
取り付けられる第２のアンダーフィル材料２６をも含む。第２のアンダーフィル
材料２６は、ＩＣと第１のアンダーフィル材料２４の縁を囲み封止する周囲のフ
ィレットを形成している。第２の材料２６の封止機能が、湿気移動、集積回路の
亀裂、および第１のアンダーフィル材料の亀裂を阻止している。このシールプロ
セスがセラミック基板に取り付けられたＩＣの剥離を減少させることができる。
【００１３】 第１のアンダーフィル材料２４は、製品名がセミコート５２３０−ＪＰである
日本の信越によって製造されるエポキシでよい。セミコート５２３０−ＪＰ材料
は好適な流動および接着特性を与える。第２のアンダーフィル材料２６は、製品
名がセミコート１２２Ｘである信越によって製造される無水物エポキシでよい。
セミコート１２２Ｘ材料はセミコート５２３０−ＪＰ材料より低い接着特性を有
するが、かなり良い破損／亀裂耐性を有する。
【００１４】 図４はパッケージ１０を組み立てるプロセスを示す。基板１２は、先ず、ステ
ップ１において炉２８内でベークされて、基板材料からの湿気が取り除かれる。
基板１２は後のアンダーフィル処理ステップの処理温度より高い温度でベークさ
れて、次のステップで湿気が基板１２から確実に放出されないようにすることが
好ましい。例えば、基板１２は１６３度（℃）でベークされる。
【００１５】 ベーク処理後に集積回路１８が基板１２に取り付けられる。集積回路１８は、
通常、はんだバンプ２０をリフローすることによって取り付けられる。
【００１６】 第１のアンダーフィル材料２４は、第１の処理ステーション３０で集積回路１
８の片側に沿って基板１２に配設される。第１のアンダーフィル材料２４はウィ
ッキング作用によって集積回路１８と基板１２の間を流れる。例えば、第１のア
ンダーフィル材料２４は１１０〜１２０℃の温度で配設される。一連の処理ステ
ップで集積回路１８と基板１２の間の空間を完全に充填させる。
【００１７】 第１のアンダーフィル材料２４の流出および部分的ゲル化を完成させるためパ
ッケージ１０は炉３２を通して動かされる。例えば、アンダーフィル材料２４は
炉３２内で１２０〜１４５℃の温度まで加熱されて、アンダーフィル材料２４を
部分的にゲル化させる。部分的ゲル化が間隙形成を減らし、集積回路１８とアン
ダーフィル材料２４間の接着を向上させることがある。接着の向上によって、湿
気移動およびアンダーフィル材料２４とＩＣ１８の間の剥離、ならびにアンダー
フィル材料２４と基板の間の剥離を減らす。間隙形成の減少が熱負荷中のバンプ
が押し出される可能性を低下させる。パッケージは、アンダーフィル材料をウィ
ッキング処理中に加熱する炉３２内を動かされる。基板１２をウイッキング処理
中に絶えず動かすことが、集積回路をアンダーフィルするのに必要な時間を減ら
し、したがってパッケージを製造するコストを削減する。基板１２はステーショ
ン３０と３４の間を炉３２を通して、コンベア（示されていない）に載って動か
される。
【００１８】 第２のアンダーフィル材料２６は、第２の処理ステーション３４で集積回路１
８の４つの側面すべてに沿って基板１２に施される。第２の材料２６は、第１の
材料２４を囲んで封止するフィレットを生成するように配置される。例えば、第
２のアンダーフィル材料２６は約８０〜１２０℃の温度で形成される。
【００１９】 第１および第２のアンダーフィル材料２４と２６は固い状態に硬化される。こ
れらの材料は約１５０℃の温度で硬化させられる。アンダーフィル材料２４、２
６が硬化された後に、はんだボール２２が基板１２の第２の表面１６に取り付け
られる。
【００２０】 いくつかの典型的な実施形態が説明され、添付図面に示されたが、いろいろな
他の変更が当業者に起こることがあるので、そのような実施形態は広範な発明の
単なる例示であり、それを制限せず、そして本発明は示され説明された特定の構
成および配列に限定されないことが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術による集積回路パッケージの側面図である。
【図２】 本発明の集積回路パッケージの実施形態の上面図である。
【図３】 集積回路パッケージの拡大側面図である。
【図４】 集積回路パッケージを組み立てるプロセスを示す概略図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年４月９日（２００１．４．９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板と、 前記基板の前記第１の表面に取り付けられた集積回路と、 前記基板および前記集積回路に取り付けられたアンダーフィル材料と、 前記アンダーフィル材料を封止するフィラーとを備える集積回路パッケージ。
  2. 【請求項２】 前記フィラーが前記アンダーフィル材料を囲む請求項１に記
    載のパッケージ。
  3. 【請求項３】 前記フィラーが前記集積回路および前記基板に取り付けられ
    る請求項１に記載のパッケージ。
  4. 【請求項４】 前記アンダーフィル材料がエポキシである請求項１に記載の
    パッケージ。
  5. 【請求項５】 前記フィラーが無水物エポキシである請求項４に記載のパッ
    ケージ。
  6. 【請求項６】 前記集積回路および前記基板に取り付けられたはんだバンプ
    をさらに備える請求項１に記載のパッケージ。
  7. 【請求項７】 基板に取り付けられた集積回路をアンダーフィルするプロセ
    スであって、 集積回路および基板に取り付けられるアンダーフィル材料を施すステップと、 アンダーフィル材料を封止するステップとを含むプロセス。
  8. 【請求項８】 アンダーフィル材料が集積回路と基板の間を流れる請求項７
    に記載のプロセス。
  9. 【請求項９】 集積回路と基板の間を流れる間に基板が炉内を動く請求項８
    に記載のプロセス。
  10. 【請求項１０】 アンダーフィル材料が施される前に基板を加熱するステッ
    プをさらに含む請求項７に記載のプロセス。
  11. 【請求項１１】 アンダーフィル材料を部分的ゲル状態に加熱するステップ
    をさらに含む請求項１０に記載のプロセス。
  12. 【請求項１２】 基板が前記部分的にゲル化されたアンダーフィル材料の温
    度より大きい温度に加熱される請求項１０に記載のプロセス。
  13. 【請求項１３】 アンダーフィル材料が施される前に集積回路を基板にはん
    だバンプを用いて取り付けるステップをさらに含む請求項７に記載のプロセス。
  14. 【請求項１４】 はんだボールを基板に取り付けるステップをさらに含む請
    求項１３に記載のプロセス。
  15. 【請求項１５】 集積回路を基板に取り付け、アンダーフィルするプロセス
    であって、 基板をベークするステップと、 集積回路を基板に取り付けるステップと、 アンダーフィル材料を基板に施すステップと、 フィラーをアンダーフィル材料の周りに形成するステップとを含むプロセス。
  16. 【請求項１６】 集積回路と基板の間を流れる間に基板が炉内を動く請求項
    １５に記載のプロセス。
  17. 【請求項１７】 アンダーフィル材料が施される前に集積回路を基板にはん
    だバンプを用いて取り付けるステップをさらに含む請求項１６に記載のプロセス
    。
  18. 【請求項１８】 はんだボールを基板に取り付けるステップをさらに含む請
    求項１７に記載のプロセス。
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