JP2003347352A - 不導体接着材によって基板にｉｃチップをボンディングする方法、および、この方法により形成されたアセンブリ - Google Patents

不導体接着材によって基板にｉｃチップをボンディングする方法、および、この方法により形成されたアセンブリ

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JP2003347352A JP2002283307A JP2002283307A JP2003347352A JP 2003347352 A JP2003347352 A JP 2003347352A JP 2002283307 A JP2002283307 A JP 2002283307A JP 2002283307 A JP2002283307 A JP 2002283307A JP 2003347352 A JP2003347352 A JP 2003347352A
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chip
substrate
bump
bonding
conductive adhesive
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English (en)
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Yu-Te Hsieh
有 ▲とく▼ 謝
Shyh-Ming Chang
世 明 張
Wen-Ti Lin
文 迪 林
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Industrial Technology Research Institute ITRI
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Industrial Technology Research Institute ITRI
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の接合方法の欠点あるいは短所を改善し
た、不導体接着材によって基板にＩＣチップをボンディ
ングする方法を提供する。 【解決手段】 約５重量％〜約２５重量％の不導体フィ
ラーを含む不導体接着材８８によってＩＣチップ９４を
ボンディングする方法である。フィラー材中のフィラー
粒子９２は、バンプ９６を形成している金属材料よりも
硬い硬さ、好ましくは、２倍の硬さを有する。さらに、
フィラー粒子は、ＩＣチップ上の多数のバンプとの間の
電気的なショートが発生しないように、非導電性であ
る。接着材中のフィラーの濃度は、ＩＣチップや基板９
０の熱膨張率ＣＴＥに一致させるために、接着材のＣＴ
Ｅを減らすように十分に高く、また、ＩＣチップ上のバ
ンプと基板上のボンディングパッド８４との間の電気通
信を妨げないように十分に低い。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バンプおよび接着
材によってＩＣチップ／基板アセンブリを形成する方法
およびこの方法により形成されたアセンブリに関する。
さらに詳しくは、約５重量％〜約２５重量％の不導体フ
ィラーを含む不導体接着材によって基板にＩＣチップを
ボンディングする方法、および、この方法により形成さ
れたアセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】（発明の背景）現代の半導体デバイスの
成形加工においては、常にデバイスの集積密度が増大し
デバイスの大きさが小さくなることから、デバイスのパ
ッケージ化や相互接続技術においてより厳しい条件が要
求されている。近年では、ＩＣチップをパッケージ化す
る際には、フリップチップ接合方法あるいはフリップチ
ップダイレクトチップ接合（ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐ ｄｉ
ｒｅｃｔ ｃｈｉｐ ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ：ＤＣＡ）
方法が用いられている。
【０００３】フリップチップ接合方法においては、ＩＣ
リードフレームをパッケージに接合するのに代えて、プ
リント回路基板やインターポーザへのボンディングを引
き続けて行うために、はんだボールの配列がダイの表面
に形成されている。はんだボールは蒸着方法によって形
成することができる。この蒸着方法は、主としてスズか
ら形成されたはんだ材料を利用し、所望のパターンでは
んだボールを形成するために、マスクを通してはんだ材
料を導いている。近年、フリップチップパッケージプロ
セスにおいてはんだボールを大量生産するために、電着
あるいはプリントの技術が用いられている。
【０００４】ダイレクトチップ接合方法においては、プ
リント回路基板（ｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏ
ａｒｄ：ＰＣＢ）や可撓性の基板と半導体チップとの間
のすべての相互接続を同時に形成することができ、した
がって、成形加工処理能力を最大にすることができる。
たとえば、ダイレクトチップ接合では、はんだバンプや
はんだボールが、プリント回路基板や可撓性の基板に直
接にチップを接合するために使用されている。通例のプ
リント回路基板において、相互接続の密度は、チップ表
面上で見られる密度に一致するほど十分な高密度では形
成されていない。換言すれば、チップに形成される複数
のボンディングパッド間のピッチは、プリント回路基板
上の相互接続間に形成されるピッチよりも小さい。した
がって、トランジッションないし遷移を提供し、異なっ
て間隔があけられるボンディングパッド／相互接続に適
合させるために、インターポーザが使用されている。イ
ンターポーザボードは、プリント回路基板で使用されて
いる材料、すなわちエポキシ系樹脂材料と同じ材料から
通常製造されている。半導体チップにボンディングする
ためのフリップチップ方法において高密度相互接続プリ
ント回路基板が利用される場合、インターポーザの使用
は必ずしも必要ではない。
【０００５】プリント回路基板、可撓性基板あるいはイ
ンターポーザにおける有機基板や高分子ベース基板の使
用は、そのような基板に対して大部分が非有機的ないし
無機性であるシリコンチップのフリップチップ接合のた
めの問題の新しいソースをもたらすことになる。その問
題は、プリント回路基板とシリコンチップとの間の熱膨
張率（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅｒｍａ
ｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ：ＣＴＥ）の不一致である。プ
リント回路基板材料の熱膨張率は、シリコン材料の熱膨
張率の少なくとも５倍である。したがって、シリコンチ
ップとプリント回路基板の有機基板との間の熱膨張率Ｃ
ＴＥの極端な不一致は、それらの間に形成されたはんだ
接続が極めて大きい熱歪みにさらされることになる。こ
の熱歪みによって、はんだ接続に早発の不良が生じてし
まう。
【０００６】そのような熱歪みを軽減するために提案さ
れた一つの方法は、シリコンチップと有機基板との間に
封入層を導入することである。プリント回路基板とシリ
コンチップとの間のギャップ（あるいはスタンドオフ）
を充填するために、封入材料が使用される。封入材料
は、アンダーフィル材として公知であり、シリカ充填さ
れたエポキシ樹脂が一般的である。シリコンチップは通
常カバーされているので、最終の成形加工ステップにお
いては、ポリイミド薄膜のようなポリマーパッシベーシ
ョン／ストレスバッファ層によって、アンダーフィル
は、チップ上のポリイミド層と、はんだ接続を封入して
いるプリント回路基板の有機基板との間の接合を形成し
ている。
【０００７】まず、図１を参照する。図１は、多数のは
んだボール１２とアンダーフィル層１４とによって接合
されたフリップチップ１０を示す図である。封入材料す
なわちアンダーフィル層１４は、一般的に、プリント回
路基板１６とシリコンチップ１８との間のギャップすな
わちスタンドオフを充填するためのシリカ充填エポキシ
樹脂である。図１に示すように、アンダーフィル層１４
は、シリコンチップ１８を覆うパッシベーション／スト
レスバッファ層であるポリイミド層２０と、はんだボー
ル１２を封入しているプリント回路基板１６との間の接
合を形成している。
【０００８】シリコンチップとプリント回路基板用の有
機基板との間のアンダーフィル層の導入は、フリップチ
ップアセンブリの熱サイクリング抵抗を高める一方、シ
リコンチップと基板との間にアンダーフィル材を一定量
供給して、ギャップを充填することは時間がかかる作業
である。
【０００９】図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、一の従
来法においては、基板２８の上面２６上にアンダーフィ
ル材２４を一定量供給するために、アンダーフィルディ
スペンサ２２がまず使用される。したがって、アンダー
フィル材２４からなる層３０は上面２６の上に形成され
る。次いで、上面３８上に多数のはんだボール３６が予
め付着されたＩＣチップ３４を基板２８の上方で正しい
位置に置くために、チップホルダー３２が使用される。
チップホルダー３２は、通常、真空ホルダーである。そ
れから、ＩＣチップすなわちダイ３４は、多数のはんだ
ボール３６が基板２８の表面２６上の対応する電気伝導
体（図示せず）に接続される状態で、基板２８上へプレ
スされる。次いで、フリップチップ用のアセンブリ４０
は、リフローオーブン内に置かれて、多数のはんだボー
ル３６において用いられているはんだ材料のリフロー温
度未満でない温度にまで加熱される。リフロープロセス
は、アンダーフィル材３０をさらに硬化させ、その機械
的強度を改善する。
【００１０】この技術においては、いくつかの固有の欠
点がある。例えば、第１に、ＩＣチップ上の多数のはん
だボールと基板上の多数の電気伝導体との間にアンダー
フィル材層が存在し得ることである。アンダーフィル材
は絶縁体であることから、ジョイントの間に形成される
接触抵抗に影響を及ぼす。第２に、アンダーフィル材層
３０上にＩＣダイ３４をプレスするプロセスにおいて、
アンダーフィル材層３０の中に空気が必然的に閉じ込め
られてしまうことである。アンダーフィル材層３０すな
わちエポキシ材料層３０の中に閉じ込められた空気の気
泡は、アンダーフィル材による機械的強度の増強に影響
を及ぼし、さらに、アンダーフィル材とＩＣダイとの間
やアンダーフィル材と基板との間に形成される接着ない
し接着力に影響を及ぼすことになる。
【００１１】図３（Ａ）〜（Ｆ）に示すように、アンダ
ーフィル材を一定量供給する他の従来技術において、ア
ンダーフィル材は、アンダーフィル液体上へのキャピラ
リ効果によって、ＩＣダイと基板との間のスタンドオフ
の中に供給される。図３（Ａ）に示すように、ウェーハ
４２は、まず、ダイヤモンドソー４６によって、個々の
ダイ４４に区切って分解される。ＩＣダイ４４は、ダイ
の上面５０上に多数のはんだボール４８を備えている。
図３（Ｂ）に示すように、すべてのダイ４４がウェーハ
４２から切り離された後に、それらのダイ４４は保持な
いし収納トレー５２の中に載置される。プロセスの次の
ステップにおいて、トレー５２からＩＣダイ４４を取り
出すとともに基板５６上にダイを正しい位置に置くため
に、真空ヘッド５４が使用される。はんだボール４８の
数および位置に対応している多数の電気伝導体５８が基
板５６の上面６０に備えられている。それゆえ、基板５
６がプリント回路基板あるいはインターポーザであり得
ることに留意する必要がある。図３（Ｄ）に示すよう
に、はんだボール４８を電気伝導体５８によく接触させ
ることによってＩＣダイ４４が基板５６に取り付けられ
た後に、はんだをリフローして、ＩＣダイ４４と基板５
６との間の永久的な接合を形成するために、はんだリフ
ロープロセスが実行される。なお、簡略化のため、図３
（Ｄ）には多数の電気伝導体５８の図示を省略してあ
る。
【００１２】フリップチップパッケージ６２は、今、ア
ンダーフィルプロセスのための準備ができている。この
アンダーフィルプロセスにおいては、フリップチップパ
ッケージ６２のエッジでアンダーフィル材６６を一定量
供給するために、液体シリンジのようなアンダーフィル
ディスペンサ６４が使用される。チップ４４と基板５６
との間のギャップ６８すなわちスタンドオフは、約５０
μｍ〜約１００μｍと比較的小さいので、キャピラリ効
果によって、アンダーフィル材６６がギャップ６８の中
に流れ込んで、ギャップを充填する。アンダーフィル供
給プロセスはキャピラリ効果を利用しているので、いく
つか要素がアンダーフィル充填プロセスに影響し得る。
たとえば、アンダーフィル材５６の粘度や、基板５６お
よびＩＣダイ４４の温度などである。さらに、アンダー
フィル材５６を供給するためのキャピラリフロープロセ
スは時間がかかり、すなわち、１０ｍｍ×１０ｍｍの大
きさを有するＩＣダイの下に充填するためには、１分に
及ぶフロー時間が必要である。図３（Ｆ）には、ＩＣダ
イ４４と基板５６との間に一定量供給されたアンダーフ
ィル材を備える完成されたフリップチップ６２が示され
る。
【００１３】基板にＩＣチップをボンディングするさら
に他の従来技術において、ボンディングを達成するため
に不導体接着材が使用されている。この技術は、図４
（Ａ）（Ｂ）に示される。アセンブリ７０は、不導体接
着材７６によって相互に接合されたＩＣチップ７２およ
び基板７４により形成されている。ＩＣチップ７２と基
板７４との間の電気通信は、金バンプ８２でＩＣチップ
７２上のボンディングパッド７８と基板７４上のボンデ
ィングパッド８０との間で確立されている。不導体接着
材７６、シリコンチップ７２および高分子物質ベースの
基板７４との間で、かなり熱的な不一致がある。不導体
接着材７６によるボンディングプロセスの後に、アセン
ブリ７０は、内部の熱応力に起因して、曲がったり、ね
じれたりし得る。この状態が図４（Ｂ）に示されてい
る。接着材中にいかなるフィラーも含むことのない不導
体接着材７６によって相互に接合されたＩＣチップ／ア
センブリ７０は、熱応力試験や他のいかなる熱的信頼性
試験にも合格することができない。−５５℃〜＋１２５
℃の間で繰り返される熱応力試験の後におけるＩＣチッ
プ／基板アセンブリの欠陥のあるサンプルは、電子走査
型顕微鏡写真を表した図５に示される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、従来の接合方法の欠点あるいは短所を改善した、不
導体接着材によって基板にＩＣチップをボンディングす
る方法を提供することにある。
【００１５】本発明の他の目的は、バンプを形成してい
る金属の硬さよりも硬い硬さを備える不導体フィラーを
含んでいる不導体接着材によって基板にＩＣチップをボ
ンディングする方法を提供することにある。
【００１６】本発明のさらに他の目的は、不導体フィラ
ー材料をまさに正しい量だけ含んでいる不導体接着材に
よって基板にＩＣチップをボンディングする方法を提供
することにある。
【００１７】本発明のさらに他の目的は、約５重量％〜
約２５重量％の不導体フィラーを含んでいる不導体接着
材によって基板にＩＣチップをボンディングする方法を
提供することにある。
【００１８】本発明のさらに他の目的は、約５重量％〜
約２５重量％のケイ砂からなる不導体フィラーを含んで
いる不導体接着材によって基板にＩＣチップをボンディ
ングする方法を提供することにある。
【００１９】本発明のさらに他の目的は、約５重量％〜
約２５重量％の不導体フィラーを含んでいる不導体接着
材によって形成されたＩＣチップ／基板アセンブリを提
供することにある。
【００２０】本発明のさらに他の目的は、バンプを形成
している金属の硬さよりも硬い硬さを備える不導体フィ
ラーを含んでいる不導体接着材によって相互に接合され
たＩＣチップ／基板アセンブリを提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、不導体
接着材によって基板にＩＣチップをボンディングする方
法、および、当該方法によってボンディングされたＩＣ
チップ／基板アセンブリが開示される。
【００２２】本発明の目的は、下記する手段により達成
される。
【００２３】（１）不導体接着材によって基板にＩＣチ
ップをボンディングする方法であって、アクティブ面上
に形成されたバンプを備えるＩＣチップを準備するステ
ップと、上面に形成されたボンディングパッドを備える
基板を準備するステップと、約５重量％〜約２５重量％
の不導体フィラーを含む不導体接着材を基板の前記上面
上に付着させるステップと、基板の前記上面に並置され
るＩＣチップの前記アクティブ面を正しい位置に置くこ
とによって、前記ボンディングパッドに前記バンプを位
置合わせするステップと、熱および圧力の下で前記ＩＣ
チップおよび前記基板をともにプレスするステップと、
を有する、不導体接着材によって基板にＩＣチップをボ
ンディングする方法。
【００２４】（２）前記不導体フィラーは、前記バンプ
の硬さよりも硬いことを特徴とする上記（１）に記載の
不導体接着材によって基板にＩＣチップをボンディング
する方法。
【００２５】（３）前記不導体フィラーは、前記バンプ
の硬さよりも少なくとも２倍硬いことを特徴とする上記
（１）に記載の不導体接着材によって基板にＩＣチップ
をボンディングする方法。
【００２６】（４）前記バンプは、金、ニッケルおよび
スズ合金のグループから選択される金属から形成される
ことを特徴とする上記（１）に記載の不導体接着材によ
って基板にＩＣチップをボンディングする方法。
【００２７】（５）前記バンプは、金から形成されるこ
とを特徴とする上記（１）に記載の不導体接着材によっ
て基板にＩＣチップをボンディングする方法。
【００２８】（６）基板は、高分子材料から形成される
ことを特徴とする上記（１）に記載の不導体接着材によ
って基板にＩＣチップをボンディングする方法。
【００２９】（７）前記不導体接着材は、熱硬化性樹脂
ベースの接着材であることを特徴とする上記（１）に記
載の不導体接着材によって基板にＩＣチップをボンディ
ングする方法。
【００３０】（８）前記不導体フィラーは、約０．２μ
ｍ〜約２０μｍの粒径を有することを特徴とする上記
（１）に記載の不導体接着材によって基板にＩＣチップ
をボンディングする方法。
【００３１】（９）前記不導体フィラーは、好ましく
は、約０．５μｍ〜約１０μｍの粒径を有することを特
徴とする上記（１）に記載の不導体接着材によって基板
にＩＣチップをボンディングする方法。
【００３２】（１０）前記不導体フィラーは、ケイ砂で
あることを特徴とする上記（１）に記載の不導体接着材
によって基板にＩＣチップをボンディングする方法。
【００３３】（１１）不導体接着材を付着させるステッ
プは、好ましくは、約１０重量％〜約２０重量％の不導
体フィラーを含む不導体接着材を付着させることを特徴
とする上記（１）に記載の不導体接着材によって基板に
ＩＣチップをボンディングする方法。
【００３４】（１２）前記ＩＣチップおよび前記基板を
ともにプレスするステップは、インナーリードボンダー
ツールでなされることを特徴とする上記（１）に記載の
不導体接着材によって基板にＩＣチップをボンディング
する方法。
【００３５】（１３）アクティブ面上に形成されたバン
プを備えるＩＣチップと、上面に形成されたボンディン
グパッドを備える基板と、前記ＩＣチップと前記基板と
の間に配置され、前記バンプと前記ボンディングパッド
とが電気通信可能な状態で前記ＩＣチップと前記基板と
を対面の関係でボンディングする不導体接着材と、を有
し、前記不導体接着材は、約５重量％〜約２５重量％の
不導体フィラーを含んでなるＩＣチップ／基板アセンブ
リ。
【００３６】（１４）前記ＩＣチップは、ＬＣＤ表示パ
ネル用のドライバチップであることを特徴とする上記
（１３）に記載のＩＣチップ／基板アセンブリ。
【００３７】（１５）前記不導体フィラーは、バンプの
硬さよりも硬いことを特徴とする上記（１３）に記載の
ＩＣチップ／基板アセンブリ。
【００３８】（１６）前記不導体フィラーは、前記バン
プと前記ボンディングパッドとの間の電気通信を妨げな
いように前記バンプ内にプレスされる粒子を有している
ことを特徴とする上記（１３）に記載のＩＣチップ／基
板アセンブリ。
【００３９】（１７）前記不導体フィラーは、約０．２
μｍ〜約２０μｍの粒径を有していることを特徴とする
上記（１３）に記載のＩＣチップ／基板アセンブリ。
【００４０】（１８）前記不導体接着材は、熱硬化性樹
脂材料であることを特徴とする上記（１３）に記載のＩ
Ｃチップ／基板アセンブリ。
【００４１】（１９）前記不導体接着材はエポキシ系接
着剤であり、前記不導体フィラーはケイ砂であることを
特徴とする上記（１３）に記載のＩＣチップ／基板アセ
ンブリ。
【００４２】（２０）前記バンプは、金、ニッケルおよ
びスズ合金のグループから選択される金属から形成され
ることを特徴とする上記（１３）に記載のＩＣチップ／
基板アセンブリ。
【００４３】（２１）前記バンプは金から形成され、前
記ボンディングパッドは銅から形成されることを特徴と
する上記（１３）に記載のＩＣチップ／基板アセンブ
リ。
【００４４】（２２）前記バンプと前記ボンディングパ
ッドとの間のボンディングがないことを特徴とする上記
（１３）に記載のＩＣチップ／基板アセンブリ。
【００４５】
【発明の実施の形態】本発明の目的、特徴および利点は
以下の詳細な説明および添付の図面から明らかになるだ
ろう本発明は、不導体フィラー、狭くは、約５重量％〜
約２５重量％の特定の濃度で不導体フィラーを含む不導
体接着材によって、基板にＩＣチップを結合するための
方法を開示する。ここで、不導体フィラーは、金属バン
プの硬さよりも硬い硬さを有している。金属バンプは、
金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）およびスズ（Ｓｎ）合金
のような金属材料から形成され得る。不導体フィラー
は、金属バンプ材料の硬さよりも硬い、好ましくは、金
属バンプ材料の硬さよりも少なくとも２倍硬い、シリカ
粒子あるいは他のいかなる適切なフィラー粒子であり得
る。
【００４６】不導体接着材によって基板にＩＣチップを
ボンディングする本発明に係る方法が適切に機能するた
めには、以下の３つの臨界的な処理ないし加工の必要条
件が満たされなければならない。
【００４７】まず第１番目に、フィラー粒子は、不導体
すなわち非導電性の材料から形成されていなければなら
ない。
【００４８】第２番目に、インナーリードボンダーにお
いてボンディング操作が実施されている間に、フィラー
粒子がバンプの上面の中にプレスされ押し込まれ得るよ
うに、フィラー粒子は、バンプを形成するために使用さ
れる金属材料よりも硬い硬さ、好ましくは、２倍の硬さ
を有していなければならない。
【００４９】第３番目に、接着材は、まさに正しい量の
不導体フィラー、すなわち、約５重量％〜約２５重量％
の不導体フィラーを含んでいなければならない。接着材
中のフィラーの割合があまりに低いならば、接着材の熱
膨張率（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｒｍａ
ｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ：ＣＴＥ）の減少が十分でな
くなり、接着材、ＩＣチップおよび基板の間のひどい熱
的不一致が存在してしまう。他方、接着材中のフィラー
の濃度があまりに高すぎるならば、基板上のボンディン
グパッドとＩＣチップ上のバンプとの間のインターフェ
ースないし境界面には、過剰な数のフィラー粒子が存在
してしまい、ボンディングパッドとバンプとの間の電気
通信ないし電気的な連絡が確立できなくなってしまう。
【００５０】フィラー粒子を含有しない従来のいかなる
不導体接着材も、熱的不一致の問題が生じることから、
本発明に係るＩＣチップ／基板アセンブリにおいては利
用することができない。
【００５１】好ましい実施形態において、基板にＩＣチ
ップをボンディングするための本発明に係る方法は、次
の操作ステップを経て実行される。
【００５２】すなわち、まず、アクティブ面上に形成さ
れた金製バンプを備えるＩＣチップを準備し、次いで、
上面に形成された銅製ボンディングパッドを備える基板
を準備する。それから、シリカ粒子のような不導体フィ
ラーを約５重量％〜約２５重量％含む不導体接着材が、
基板の上面上に付着される。次いで、基板の上面に並置
されるＩＣチップのアクティブ面を正しい位置に置くこ
とによって、バンプがボンディングパッドに位置合わせ
される。そして、ＩＣチップおよび基板は、ＩＣチップ
／基板アセンブリを形成するために、熱および圧力の下
で一緒にプレスされる。
【００５３】本発明はさらに、ＩＣチップ／基板構造を
提供することを目的としており、そのＩＣチップ／基板
アセンブリは、アクティブ面上に形成された金製バンプ
を備えるＩＣチップと、上面に形成された銅製ボンディ
ングパッドを備える基板と、シリカ粒子約５重量％〜約
２５重量％およびエポキシ樹脂を含む不導体接着材とに
よって構成されている。この不導体接着材は、ＩＣチッ
プと基板との間に配置され、バンプとボンディングパッ
ドとが電気通信可能な状態でＩＣチップと基板とを対面
の関係でボンディングしている。
【００５４】基板にＩＣチップをボンディングするため
の本発明に係る方法は、いかなる半導体の実装アプリケ
ーションにおいても使用できるが、ＬＣＤ表示パネル用
のドライバチップであるＩＣチップを可撓性を有する基
板に対してボンディングするのに特に適している。
【００５５】ここで、図６（Ａ）を参照する。この図に
は、上面８６に形成されたボンディングパッド８４を備
える基板９０が示されている。プロセスの第１ステップ
において、不導体接着材８８は、上面８６だけでなくボ
ンディングパッド８４も覆うために、基板９０の上面８
６上にまず付着される。不導体接着材は、エポキシのよ
うな熱硬化性樹脂材料から好適に形成されることがで
き、約５重量％〜約２５重量％の不導体フィラー、より
好ましくは、約１０重量％〜約２０重量％の不導体フィ
ラーを含んでいる。好ましい実施形態に示される本発明
に係る方法において利用される好適な不導体フィラー
は、ケイ砂である。
【００５６】図７は、図６（Ｄ）の本発明に係るＩＣチ
ップ／基板アセンブリ１００の電子走査型顕微鏡写真を
表した図であり、この図７に不導体フィラー粒子９２が
示されている。
【００５７】ケイ砂からなる不導体フィラーは、約０．
２μｍ〜約２０μｍの粒径、より好ましくは、直径で約
０．５μｍ〜約１０μｍの粒径を有している。本発明の
好ましい実施形態においては、１３重量％のケイ砂ある
いはＳｉＯ2粒子が用いられている。厳しい熱応力サイ
クル試験にパスすることができ、製品としての信頼性が
高いＩＣチップ／基板アセンブリを製造するためには、
不導体接着材の材料のＣＴＥ（熱膨張率）が、ＩＣチッ
プ（すなわちシリコン）のＣＴＥおよび基板のＣＴＥに
できるかぎり近いものでなければならない。基板は、通
常、高分子材料から形成され、可撓性の基板が使用され
るときには、ポリイミドやポリエステルのような高分子
材料から形成される。可撓性の基板９０のために、銅製
ボンディングパッド８４は、通常、任意に、銅と基板と
の間の接着層とともに形成される。ボンディングパッド
８４は、１２μｍのような適切な厚さ、および、４０μ
ｍのような適切な直径を有することができる。
【００５８】図６（Ｂ）は、アクティブ面９８に形成さ
れた多数のバンプ９６を備えるＩＣチップ９４が基板９
０上の正しい位置に置かれた状態を示す図である。バン
プ９６は、不導体フィラー粒子９２の硬さと比較してか
なり低い硬さを有する金属材料から好適に形成され得
る。例えば、不導体フィラー粒子９２がシリカ粒子であ
るときには、フィラー粒子がバンプ９６の上面にプレス
され押し込まれることができるとともにバンプ９６とボ
ンディングパッド８４との間の電気通信が妨げられない
ような金（Ａｕ）から、バンプ９６は好適に形成され得
る。フィラー粒子とバンプ材料との間の硬さの相違は、
本発明に係る新規な方法にとって満足されなければなら
ない臨界的な必要条件である。バンプ材料がフィラー粒
子の硬さと同じような硬さを有する場合には、フィラー
粒子はバンプの表面に止められてしまい、このために、
インナーリードボンダーにおいて実施されるボンディン
グ操作の後に、バンプの表面とボンディングパッドの表
面との間にギャップが形成されてしまうことになる。こ
のようなギャップにより、バンプとボンディングパッド
との間の電気通信、すなわち、ＩＣチップ９４と基板９
０との間の電気通信が妨げられてしまう。また、バンプ
９６は、鉛（Ｐｂ）とともに、あるいは、鉛を含むこと
なく、ニッケル（Ｎｉ）や、スズ（Ｓｎ）を含むはんだ
合金のような材料から形成され得る。
【００５９】図６（Ｃ）に示すように、プロセスの次の
ステップにおいては、ＩＣチップ９４と基板９０とをボ
ンディングするために、インナーリードボンダー１１０
が、ＩＣチップ／基板アセンブリ１００を形成するのに
適切な熱および圧力の下で使用される。インナーリード
ボンダー１１０は、公知の技術であるので、詳細な説明
は省略する。
【００６０】図６（Ｄ）は、インナーリードボンダー１
１０においてボンディングプロセスが実施された後の、
ＩＣチップ／基板１００の最終アセンブリの状態を示す
拡大断面図である。電子走査型顕微鏡によって得られた
さらなる拡大図は、図７に示されている。本発明に係る
方法の新規な特徴がここに明らかに示されており、イン
ナーリードボンダー１１０においてボンディングプロセ
スを実施している間に、フィラー粒子９２は、金製バン
プ９６の上面１０２の中にプレスされ押し込まれる。し
たがって、金製バンプ９６と銅製ボンディングパッド８
４との間のインターフェース１０４の中に２つのフィラ
ー粒子９２が存在しているが、フィラー粒子９２による
ギャップがインターフェース１０４に形成されていない
ことから、フィラー粒子９２は、金製バンプ９６と銅製
ボンディングパッド８４との二つの間における電気通信
を妨げていないことに注目すべきである。このようなこ
とは、バンプ材料がフィラー粒子の硬さに等しい硬さを
有するか、あるいはひじょうに近い硬さを有するような
場合には、起きないであろう。
【００６１】さらに、図７に示すように、不導体接着材
中に存在するフィラー粒子の濃度は重要である。もし、
バンプ９６とボンディングパッド８４との間のインター
フェース１０４にあまりに多くのフィラー粒子が存在す
るならば、バンプ９６とボンディングパッド８４との二
つの間の電気通信が影響を受けるであろう。他方、も
し、不導体接着材８８の中に存在するフィラー粒子９２
の濃度があまりに低いならば、接着材８８のＣＴＥが、
ＩＣチップ９４および基板９０のＣＴＥに一致するほど
十分に低くないので、熱サイクル試験の後に信頼性に関
する問題を引き起こすことになる。さらに、もし、フィ
ラー粒子９２がグラファイト粒子のような電気伝導性材
料から形成されるとともに、フィラー粒子の濃度が接着
材８８内において十分に高いならば、多数のバンプ９６
と多数のボンディングパッド８４との間に電気的なショ
ートが生じ得るであろう。
【００６２】本発明に係る新規な方法および当該方法の
好結果の実行ないし実施のための臨界的な必要条件、す
なわち、フィラー粒子は非電伝導性でなければならない
こと、フィラー粒子の硬さはバンプを形成している金属
材料よりもかなり硬く、すなわち少なくとも２倍硬くな
ければならないこと、さらに、フィラー粒子の濃度は、
接着剤のＣＴＥを落とすのに十分高い濃度であり、バン
プとボンディングパッドとの間の電気通信を妨げること
がないように十分低い濃度でなければならないことは、
上記の説明および図６（Ａ）〜（Ｄ）、図７の添付図面
において明らかに示されている。
【００６３】なお、本発明の一実施形態について説明お
よび図示したが、これは発明の理解のためのものであっ
て、本発明を実施形態のものに限定することを意図した
ものではない。
【００６４】さらに、本発明の好ましい実施形態につい
て記載したが、本発明の精神および範囲に逸脱しない範
囲において、適宜改変可能である。
【００６５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来の接合方法の欠点あるいは短所を改善した、不導体
接着材によって基板にＩＣチップをボンディングする方
法を提供することができた。
【００６６】また、本発明によれば、約５重量％〜約２
５重量％の不導体フィラーを含んでいる不導体接着材に
よって形成されたＩＣチップ／基板アセンブリを提供す
ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、多数のはんだボールおよびアンダー
フィル材により接合されたＩＣダイおよび基板を含んで
いる従来のフリップチップパッケージを示す拡大断面図
である。
【図２】 図２（Ａ）は、基板の上面上にアンダーフィ
ル材を一定量供給するための従来法を示す概略図であ
る。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示される従来法であっ
て、ＩＣチップが基板上の正しい位置に置かれた状態を
示す概略図である。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）に示され
るアンダーフィル材を一定量供給するための従来法であ
って、ＩＣダイと基板との間のアンダーフィル材でＩＣ
ダイが基板に接合された後の状態を示す概略図である。
【図３】 図３（Ａ）は、１枚のウェーハから複数のＩ
Ｃダイを切断するためにダイヤモンドソーがまず最初に
使用される他の従来法を示す概略図である。図３（Ｂ）
は、切断された複数のＩＣダイが収納トレー内に載置さ
れた状態を示す概略図である。図３（Ｃ）は、真空ダイ
ホルダーデバイスによって、ＩＣダイが対応する基板の
上の正しい位置に置かれた状態を示す概略図である。図
３（Ｄ）は、基板にＩＣダイが接合された状態を示す概
略図である。図３（Ｅ）は、キャピラリ効果によってダ
イと基板との間のギャップがアンダーフィル材により充
填された状態の、図３（Ｄ）のフリップチップパッケー
ジを示す概略図である。図３（Ｆ）は、図３（Ｅ）に示
されるフリップチップパッケージであって、ダイと基板
との間のギャップがアンダーフィル材により充填された
後の状態を示す概略図である。
【図４】 図４（Ａ）は、不導体接着材によって相互に
アセンブリされた第３番目の従来技術におけるＩＣチッ
プ／基板アセンブリを示す拡大断面図である。図４
（Ｂ）は、図４（Ａ）のＩＣチップ／基板アセンブリで
あって、接着材、基板およびＩＣチップの間の熱的不一
致の影響を概念的に示す拡大断面図である。
【図５】 図５は、熱応力試験に合格しなかった後の図
４（Ｂ）に示されるＩＣチップ／基板アセンブリについ
ての電子走査型顕微鏡写真を模式的に表す図である。
【図６】 図６（Ａ）は、本発明の実施形態に係る、不
導体接着材が上面に付着された基板を示す拡大断面図で
ある。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示される基板の頂部
上の正しい位置にＩＣチップが配置された状態を示す拡
大断面図である。図６（Ｃ）は、インナーリードボンダ
ーにおいて一緒にプレスされる基板およびＩＣチップを
示す拡大断面図である。図６（Ｄ）は、不導体接着材に
よってボンディングされた本発明に係るＩＣチップ／基
板アセンブリを示す拡大断面図である。
【図７】 図７は、図６（Ｄ）に示される本発明に係る
ＩＣチップ／基板アセンブリについての電子走査型顕微
鏡写真を模式的に表す図であって、フィラー粒子が金製
バンプの中にプレスされ押し込まれている状態を示す図
である。
【符号の説明】
８４…ボンディングパッド ８６…上面 ８８…不導体接着材 ９０…基板 ９２…不導体フィラー粒子 ９４…ＩＣチップ ９６…バンプ ９８…アクティブ面 １００…ＩＣチップ／基板アセンブリ

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 不導体接着材によって基板にＩＣチップ
    をボンディングする方法であって、 アクティブ面上に形成されたバンプを備えるＩＣチップ
    を準備するステップと、 上面に形成されたボンディングパッドを備える基板を準
    備するステップと、 約５重量％〜約２５重量％の不導体フィラーを含む不導
    体接着材を基板の前記上面上に付着させるステップと、 基板の前記上面に並置されるＩＣチップの前記アクティ
    ブ面を正しい位置に置くことによって、前記ボンディン
    グパッドに前記バンプを位置合わせするステップと、 熱および圧力の下で前記ＩＣチップおよび前記基板をと
    もにプレスするステップと、を有する、不導体接着材に
    よって基板にＩＣチップをボンディングする方法。
  2. 【請求項２】 前記不導体フィラーは、前記バンプの硬
    さよりも硬いことを特徴とする請求項１に記載の不導体
    接着材によって基板にＩＣチップをボンディングする方
    法。
  3. 【請求項３】 前記不導体フィラーは、前記バンプの硬
    さよりも少なくとも２倍硬いことを特徴とする請求項１
    に記載の不導体接着材によって基板にＩＣチップをボン
    ディングする方法。
  4. 【請求項４】 前記バンプは、金、ニッケルおよびスズ
    合金のグループから選択される金属から形成されること
    を特徴とする請求項１に記載の不導体接着材によって基
    板にＩＣチップをボンディングする方法。
  5. 【請求項５】 前記バンプは、金から形成されることを
    特徴とする請求項１に記載の不導体接着材によって基板
    にＩＣチップをボンディングする方法。
  6. 【請求項６】 基板は、高分子材料から形成されること
    を特徴とする請求項１に記載の不導体接着材によって基
    板にＩＣチップをボンディングする方法。
  7. 【請求項７】 前記不導体接着材は、熱硬化性樹脂ベー
    スの接着材であることを特徴とする請求項１に記載の不
    導体接着材によって基板にＩＣチップをボンディングす
    る方法。
  8. 【請求項８】 前記不導体フィラーは、約０．２μｍ〜
    約２０μｍの粒径を有することを特徴とする請求項１に
    記載の不導体接着材によって基板にＩＣチップをボンデ
    ィングする方法。
  9. 【請求項９】 前記不導体フィラーは、好ましくは、約
    ０．５μｍ〜約１０μｍの粒径を有することを特徴とす
    る請求項１に記載の不導体接着材によって基板にＩＣチ
    ップをボンディングする方法。
  10. 【請求項１０】 前記不導体フィラーは、ケイ砂である
    ことを特徴とする請求項１に記載の不導体接着材によっ
    て基板にＩＣチップをボンディングする方法。
  11. 【請求項１１】 不導体接着材を付着させるステップ
    は、好ましくは、約１０重量％〜約２０重量％の不導体
    フィラーを含む不導体接着材を付着させることを特徴と
    する請求項１に記載の不導体接着材によって基板にＩＣ
    チップをボンディングする方法。
  12. 【請求項１２】 前記ＩＣチップおよび前記基板をとも
    にプレスするステップは、インナーリードボンダーツー
    ルでなされることを特徴とする請求項１に記載の不導体
    接着材によって基板にＩＣチップをボンディングする方
    法。
  13. 【請求項１３】 アクティブ面上に形成されたバンプを
    備えるＩＣチップと、 上面に形成されたボンディングパッドを備える基板と、 前記ＩＣチップと前記基板との間に配置され、前記バン
    プと前記ボンディングパッドとが電気通信可能な状態で
    前記ＩＣチップと前記基板とを対面の関係でボンディン
    グする不導体接着材と、を有し、前記不導体接着材は、
    約５重量％〜約２５重量％の不導体フィラーを含んでな
    るＩＣチップ／基板アセンブリ。
  14. 【請求項１４】 前記ＩＣチップは、ＬＣＤ表示パネル
    用のドライバチップであることを特徴とする請求項１３
    に記載のＩＣチップ／基板アセンブリ。
  15. 【請求項１５】 前記不導体フィラーは、バンプの硬さ
    よりも硬いことを特徴とする請求項１３に記載のＩＣチ
    ップ／基板アセンブリ。
  16. 【請求項１６】 前記不導体フィラーは、前記バンプと
    前記ボンディングパッドとの間の電気通信を妨げないよ
    うに前記バンプ内にプレスされる粒子を有していること
    を特徴とする請求項１３に記載のＩＣチップ／基板アセ
    ンブリ。
  17. 【請求項１７】 前記不導体フィラーは、約０．２μｍ
    〜約２０μｍの粒径を有していることを特徴とする請求
    項１３に記載のＩＣチップ／基板アセンブリ。
  18. 【請求項１８】 前記不導体接着材は、熱硬化性樹脂材
    料であることを特徴とする請求項１３に記載のＩＣチッ
    プ／基板アセンブリ。
  19. 【請求項１９】 前記不導体接着材はエポキシ系接着剤
    であり、前記不導体フィラーはケイ砂であることを特徴
    とする請求項１３に記載のＩＣチップ／基板アセンブ
    リ。
  20. 【請求項２０】 前記バンプは、金、ニッケルおよびス
    ズ合金のグループから選択される金属から形成されるこ
    とを特徴とする請求項１３に記載のＩＣチップ／基板ア
    センブリ。
  21. 【請求項２１】 前記バンプは金から形成され、前記ボ
    ンディングパッドは銅から形成されることを特徴とする
    請求項１３に記載のＩＣチップ／基板アセンブリ。
  22. 【請求項２２】 前記バンプと前記ボンディングパッド
    との間のボンディングがないことを特徴とする請求項１
    ３に記載のＩＣチップ／基板アセンブリ。
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