JP2011106874A - 半導体チップの強度測定方法および半導体チップの強度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体チップを基板に実装する際に生じる電極近傍の引っ張り負荷を想定した、半導体チップの電極近傍の強度を定量的に測定する手法を提供すること。
【解決手段】ブロック３に荷重を加えるツール３０と、加えた荷重を検出するロードセル３１とを備え、ツール３０は、ブロック３に接続された突起部２に、半導体チップ１の電極１２が面で接続された後、突起部２が電極１２から接着面２ｓの少なくとも一部において、剥離されるような力が加わるように、ブロック３に荷重を加える、半導体チップの強度測定装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体チップの電極近傍の強度を測定する半導体チップの強度測定方法および半導体チップの強度測定装置に関するものである。

近年、半導体パッケージの小型、低コスト化のため、チップ内部配線の微細化が進行している。それに伴い、小さいチップ面積により多くの信号端子を形成する目的で、半導体チップの接合ピン数の増加すなわち信号端子の微細、狭ピッチ化が進行している。

半導体チップの熱膨張係数は、接合対象となる基板や封止樹脂の熱膨張係数に比べ極端に小さく、実装時の加熱、冷却処理によって生じる各部材の熱膨張、収縮差によって半導体チップの各部分には大きな応力が発生する。

特に基板と半導体チップを接合している金属電極近傍では、電極を鉛直方向に引っ張る負荷が発生し、その影響で接合部近傍のチップのクラック、断線などのダメージにより、半導体チップの電気的な特性を損なう可能性が生じている。

より詳しく説明する。図１１は、基板１００に半導体チップ１０１が接合されている状態を示す図である。図１１では、半導体チップ１０１は、基板１００にフリップチップ実装されており、その電極１０１ａが、基板１００の電極１００ａとバンプ１０２を介して接続されている。そして、多層基板などの場合には、図１１に示すように、半導体チップ１０１は、封止樹脂１０３によって封止されている。このような半導体チップの実装構造体について、加熱が行われた場合、封止樹脂１０３及び基板１００の熱膨張に伴って、半導体チップ１０１の電極１００ａに対して、下方に引っ張る負荷（矢印１０４参照）が発生することになる。

このため、半導体チップのダメージ発生の可能性を検討するにあたり、半導体チップの引っ張り方法の負荷に対する強度を定量的に測定する試験方法が求められている。

このような引っ張り方法の負荷に対する強度を測定する方法として、例えばｍ−ＥＬＴ法が、提案されている。（例えば、特許文献１参照）。図１２（ａ）は、ｍ―ＥＬＴ法を説明するための断面図である。ｍ―ＥＬＴ法では、半導体ウエハ１１０上に樹脂１１１を均一な厚みで形成し、それらを個片分割した後に低温環境に晒すことで、矢印Ｖに示すように収縮が発生し、試験片端部から膜剥れが発生する（矢印Ｑ参照）。この膜剥がれが発生した際の温度を測定することによって、強度測定が行われる。図１２（ａ）には、破壊した部分が符号１１２によって示されている。

また、他の方法として、図１２（ｂ）に示すワイヤプル法が提案されている。このワイヤプル法では、半導体チップ１２０の電極１２０a表面にワイヤボンド１２１を形成しワイヤを治具に引っ掛けて持ち上げる（矢印Ｔ参照）ことによって、強度測定が行われる。

更に、他の方法として、図１２（ｃ）に示す溶融プル法が提案されている。この溶融プル法では、半導体チップ１２０の電極１２０ａ表面にはんだボール１２２を形成し、熱伝導性の高い棒状の治具１２３の先端に溶融させ、治具を持ち上げる（矢印Ｔ参照）ことによって強度測定が行われる。

特開２００６−１３８７４１号公報

しかしながら、上記ｍ―ＥＬＴ法によって再現される破壊現象は、チップ端部（コーナー部）の負荷による膜剥れ現象であり、半導体チップを接合している金属電極近傍の引っ張り応力によるクラックや剥れ現象とは異なるものである。また、試験片の作製はウエハ単位で行う必要がある。

また、上記ワイヤプル法では、半導体チップの破壊に至る前に、ワイヤが先に切れてしまい、所望の測定ができない可能性がある。

また、上記溶融プル法では、微細になる電極やはんだボール形状に対応した棒状治具の取り付けが困難であり、サンプル作製ができなくなる可能性がある。

本発明は、従来の半導体チップの強度測定方法の課題を考慮し、より正確に引っ張り負荷を想定した半導体チップの強度を測定することが可能な半導体チップの強度測定装置、及び半導体チップの強度測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の本発明は、
板状部材に荷重を加える荷重部と、
加えた荷重を検出する検出部とを備え
前記荷重部は、前記板状部材に接続された突起部に、半導体チップの電極が面で接続された後、前記突起部が前記電極から前記面の少なくとも一部において、剥離されるような力が加わるように、前記板状部材に荷重を加える、半導体チップの強度測定装置である。

また、第２の本発明は、
前記板状部材は、前記電極の表面と平行になるように配置されており、
前記荷重部は、前記板状部材に、その面に対して垂直方向に荷重を加える、第１の本発明の半導体チップの強度測定装置である。

また、第３の本発明は、
前記少なくとも一部は、前記面の端部であり、
荷重を加えた時、前記端部の反対側の前記面の端部には、圧縮される力が加わる、第２の本発明の半導体チップの強度測定装置である。

また、第４の本発明は、
前記板状部材と、前記半導体チップの表面の間に配置されたスペーサを備えた、第１の本発明の半導体チップの強度測定装置である。

また、第５の本発明は、
前記板状部材は、前記電極の表面と平行になるように配置され、
前記荷重部が、前記板状部材に対して、その面の垂直方向であって、
前記半導体チップ側に向けて荷重を加える場合、前記スペーサは、前記突起部を基準として、前記板状部材の荷重が加えられる部分の側に配置され、
前記半導体チップの反対側に向けて荷重を加える場合、前記スペーサは、前記突起部を基準として前記板状部材の荷重が加えられる部分の反対側に配置されている、第４の本発明の半導体チップの強度測定装置である。

また、第６の本発明は、
前記板状部材には、複数の前記突起部が設けられ、
前記半導体チップには、前記複数の突起に対応した複数の電極が設けられ、
前記複数の突起部は、前記荷重部によって荷重を加えられた前記板状部材が傾く際の回動する軸方向に並んでいる、第１〜５のいずれかの本発明の半導体チップの強度測定装置である。

また、第７の本発明は、
前記突起部は、金、アルミニウム、及びハンダのうち少なくとも一種類を含む金属である、第１〜６のいずれかの本発明の半導体チップの強度測定装置である。

また、第８の本発明は、
前記スペーサは、金、アルミニウム、及びハンダのうち少なくとも一種類を含む金属である、第４又は５の本発明の半導体チップの強度測定装置である。

また、第９の本発明は、
前記板状部材に荷重を加える荷重部と、
加えた荷重を検出する検出部とを備えた、半導体チップの強度測定装置を用いた、半導体チップの強度測定方法であって、
前記板状部材と前記半導体チップの電極とを前記突起部を介して、前記突起部が前記電極と面で接着されるように結合する結合工程と、
前記荷重部によって、前記突起部が前記電極から前記面の少なくとも一部において、剥離されるような力が加わるように、前記板状部材に荷重を加える荷重工程と、
前記検出部によって、前記荷重の最大値を検出する検出工程とを備えた、半導体チップの強度測定方法である。

また、第１０の本発明は、
前記接続工程は、前記板状部材及び前記半導体チップの電極のうちの一方に前記突起部を形成する突起部形成工程と、
形成された前記突起部を、前記板状部材及び前記半導体チップの電極の他方に押圧し、且つ加熱することによって、形成された前記突起部と前記前記板状部材及び前記半導体チップの電極のうちの他方とを接着する接着工程とを有する、第９の本発明の半導体チップの強度測定方法である。

本発明によれば、より正確に引っ張り負荷を想定した半導体チップの強度を測定することが可能な半導体チップの強度測定装置、及び半導体チップの強度測定方法を提供することが出来る。

本発明にかかる実施の形態１における半導体チップの強度測定装置の模式図 （ａ）本発明にかかる実施の形態１における実装構造体の正面構成図、（ｂ）本発明にかかる実施の形態１における実装構造体の平面図 （ａ）本発明にかかる実施の形態１における実装構造体を作成する工程を説明するための図、（ｂ）本発明にかかる実施の形態１における実装構造体を作成する工程を説明するための図 （ａ）本発明にかかる実施の形態１における半導体チップの強度測定方法の原理を説明するための図、（ｂ）図４（ａ）のα部拡大図 本発明にかかる実施の形態１におけるツールとロードセルの関係の一例を示す図 （ａ）本発明にかかる実施の形態１の変形例における半導体チップの強度測定方法の原理を説明するための図、（ｂ）図６（ａ）のα部拡大図 （ａ）本発明にかかる実施の形態１の変形例における実装構造体の正面構成図、（ｂ）本発明にかかる実施の形態１の変形例における実装構造体の正面構成図 （ａ）本発明にかかる実施の形態２における実装構造体の正面構成図、（ｂ）本発明にかかる実施の形態２における実装構造体の平面図 （ａ）本発明にかかる実施の形態２における半導体チップの強度測定方法の原理を説明するための図、（ｂ）図９（ａ）のγ部拡大図 （ａ）本発明にかかる実施の形態２の変形例における半導体チップの強度測定方法の原理を説明するための図、（ｂ）図１０（ａ）のδ部拡大図 半導体チップに生じる引っ張り方向の応力について説明するための図 （ａ）従来の強度試験方法であるｍ−ＥＬＴ法の概要を説明するための図、（ｂ）従来の強度試験方法であるワイヤプル法の概要を説明するための図、（ｃ）従来の強度試験方法であり溶融プル法の概要を説明するための図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明にかかる実施の形態１における半導体チップの強度測定装置に半導体チップを配置した状態を示す正面構成図である。

図１に示すように、測定対象である半導体チップ１に引っ張り負荷を付与するために、強度測定のサンプルとして、半導体チップ１に突起部２を介してブロック３が実装された実装構造体１０が構成されている。

また、図１に示すように、本実施の形態１の半導体チップの強度測定装置には、半導体チップ１を取り付けるための取り付け具２０が設けられている。この取り付け具２０は、土台となるステージ２０ａと、半導体チップ１をステージ２０ａに押さえ付けるカバー２０ｂを有している。

また、ブロック３に荷重を印加するためのツール３０が設けられており、ツール３０は、荷重を計測するためのロードセル３１の先端に設けられている。

このロードセル３１は、例えば、歪みゲージを用いて荷重を計測するものであり、半導体チップの強度測定装置には、ロードセル３１から時刻歴で検出される荷重データを表示する波形表示部３２と、その波形を処理し、ブロック３に印加した荷重の最大値を求める波形処理部３３が設けられている。

次に、半導体チップ１の強度を測定するためのサンプルである実装構造体１０の構成について説明する。

図２（ａ）は、実装構造体１０の正面構成図である。

図２（ａ）に示すように、実装構造体１０の内、半導体チップ１は、基材１１および、その表面に形成された複数の電極１２を有している。基材１１の材料として例えばシリコンなどが挙げられ、また電極１２の材料として例えばアルミニウムなどが挙げられる。

この半導体チップ１に形成されている複数の電極１２の内、外周の辺１ａ付近（図２（ａ）の右側）に設けられている電極１２には、突起部２を介してブロック３が結合されている。

結合後の実装構造体１０としては、ブロック３は、その一方の端部３ｂ（図２（ａ）の左側）が、半導体チップ１の表面１ｂと対向し、他方の端部３ｃ（図２（ａ）の右側）が、半導体チップ１の表面１ｂと対向しないように、半導体チップ１の辺１ａから突出するように配置されている。すなわち半導体チップ１に対し、ブロックがカンチレバー状に配置している構成となっている。

また、図２（ｂ）は、実装構造体１０の平面構成図である。図２（ｂ）には、カンチレバー状に形成された半導体チップ１とブロック３の位置関係を平面図でも示しており、この平面図を用いて説明すると、ブロック３は、その一方の端部３ｂ（図２（ｂ）の左側）が半導体チップ１と重なり、他方の端部３ｃ（図２（ｂ）の右側）が半導体チップ１とは重なりあわず突出するように配置されている。

図２（ｂ）の平面図に示すように、半導体チップ１とブロック３を結合している突起部２は、強度の測定対象となる電極１２の上にのみ形成されている。すなわち、本実施の形態１では、図２（ｂ）に示すように、半導体チップ１の辺１ａに沿った３つの電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃについて強度測定を行うため、これら３つの電極１２に突起部２が設けられており、３つの電極１２部分の合計の強度の測定が行われる。

電極１２とブロック３を結合する突起部２の材料としては、電極１２の材料と結合性が高く、微小な電極１２のサイズに応じて形成することを可能とするものであれば良く、例えば金や、はんだなどの金属材料などが挙げられる。

又、ブロック３の材料としては、剛性（硬さ）の高いものが望ましく、本実施の形態では、基材１１のシリコンと同様、ブロック３もシリコンで形成されているとする。
また、突起部２を形成する金及びはんだなどの金属材料との結合性を考慮して、ブロック３の表面は、金などの材料で蒸着処理されている方がより望ましい。なお、図２（ａ）には、ブロック３の蒸着処理された表面が、蒸着処理面３ａとして示されている。

なお、本発明の荷重部の一例は、本実施の形態のツール３０及びツール３０を移動させる駆動手段に相当する。また、本発明の検出部の一例は、本実施の形態のロードセル３１、波形表示部３２、及び波形処理部３３に相当する。また、本発明の板状部材の一例は、本実施の形態のブロック３に相当する。

次に、本実施の形態１の半導体チップの強度測定方法について説明する。

はじめに、半導体チップ１にブロック３を結合し、実装構造体１０を作成する工程について説明する。この工程が、本発明の結合工程に一例に相当する。

半導体チップ１とブロック３を結合する方法には、種々の方法が考えられる。例えば突起部２を金で形成する場合、図３（ａ）に示すように、あらかじめスタッドバンプもしくはメッキ法などを用いて、ブロック３の蒸着処理面３ａ上に突起部２を形成し、ブロック３を半導体チップ１と対向するように反転させた後、図３（ｂ）に示すように半導体チップ１の電極１２に対して突起部２を押圧しながら、加熱することで、半導体チップ１とブロック３を、突起部２を介して結合する方法が挙げられる。

また、突起部２をはんだで形成する場合、ボール搭載法もしくはメッキ法などを用いて、ブロック３上に突起部２を形成し、その後、上記と同様に半導体チップ１と対向するようにブロック３を反転させた後、突起部２を電極１２に押圧しながら加熱することで、半導体チップ１とブロック３を結合することも考えられる。

また、ブロック３側ではなく、半導体チップ１の電極１２に突起部２を形成した後、ブロック３に突起部２を加圧しながら、加熱を行い、半導体チップ１とブロック３を結合し搭載する方法も考えられる。

このように、半導体チップ１及びブロック３のいずれか一方に、突起部２を形成する工程が、本発明の突起部形成工程の一例に相当する。また、半導体チップ１及びブロック３のいずれか一方に形成された突起部２を、突起部２の形成されていない半導体チップ１又はブロック３に押圧しながら加熱する工程が、本発明の接着工程に相当する。

次に、上記のように形成された実装構造体１０に対し、負荷を加える工程について説明する。この工程が、本発明の荷重工程の一例に相当する。

本実施の形態では、図１に示すような方法で実装構造体１０に対して負荷が加えられる。図１に示すように、カンチレバー状の実装構造体１０は、その半導体チップ１の裏面１ｃ側と、ステージ２０ａの表面が接触するように配置される。そして、半導体チップ１の表面側に配置されたカバー２０ｂと、ステージ２０ａによって半導体チップ１を挟むことによって、外的な負荷に対し半導体チップ１が移動しないように固定される。

なお、半導体チップ１の固定方法として、本実施の形態では、カバー２０ｂとステージ２０ａによる機械的な固定方法が実施されているが、ステージ２０ａの表面と、半導体チップ１の裏面を樹脂によって接着固定する方法であってもよい。

このように半導体チップ１が固定された実装構造体１０において、カンチレバー状に半導体チップ１に実装されたブロック３に荷重が加えられる。

ここで、ブロック３の半導体チップ１と重なり合っていない端部３ｃ側に、突起部２が設けられている蒸着処理面３ａから、その面に対して垂直方向に荷重が加えられる。すなわち図１では左方向に荷重が加えられる（図１中矢印Ｒ参照）。

荷重を加える方法としては、図１に示すように、荷重印加部３Ｐにツール３０を押し当て、平行方向（図１中左方向）に荷重を印加しながら移動させる方法が用いられる。

そして、ツール３０を移動する際に発生している荷重は、ロードセル３１にて時刻歴で検出され、波形表示部３２に出力されて、表示される。出力された波形データは、波形処理部３３にて処理され、時刻歴の荷重ピーク値が破壊強度として出力される。この工程が、本発明の検出工程の一例に相当する。

この試験方法による、半導体チップ１の電極１２における、引っ張り方向の強度測定の原理を、図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

図４（ａ）に示すように、半導体チップ１の位置が固定されているため、上述したツール３０の移動に伴う荷重Ｐの付加に従って、実装構造体１０は、突起部２を中心にしてブロック３が回転する方向に移動する様に変形する（矢印Ｒ参照）。

その際、突起部２には、ねじり方向の変形が与えられる。詳細には、図４（ａ）のα部拡大図である図４（ｂ）に示すように、突起部２の内、荷重印加部３Ｐに近い側で引っ張り方向、反対側には圧縮方向の応力が発生することになる（図４（ｂ）矢印参照）。この圧縮方向の応力が発生する部分の近傍が、ブロック３が回動する軸Ｌとなり、図２（ｂ）においても軸Ｌが示されている。

そして、突起部２に生じる応力の方向は、電極１２およびその直下の基材１１においても同様に発生する。

すなわち、突起部２の電極１２との接着面２ｓの端部２ｂにおいて、圧縮方向の応力が発生し、端部２ｂにおいて、引っ張り方向の応力が発生することになる。

そして、当該箇所においては、特に荷重印加部３Ｐ側に近い端部２ａに発生する高い引っ張り応力に起因して、電極１２およびその直下近傍の基材１１が破壊する現象が再現される。

破壊が発生した後は、その位置（図中Ｘ参照）を起点にその破壊領域が広がり、最終的には突起部２もしくはその直下が基材１１から破断してしまい、それ以上の荷重が印加されなくなる。

印加した荷重Ｐは突起部２直下の引っ張り応力に関連するものであり、その応力によって発生する破壊強度を、印加中の荷重Ｐの最大量（ピーク）をモニタリングすることによって検出することが可能となる。

すなわち、半導体チップ１が破壊されるまでの間は、ツール３０の移動に対してブロック３が抵抗することになり、ブロック３にかかる荷重Ｐは徐々に増加する。そして、半導体チップ１が破壊されると、ブロック３はツール３０の移動に抵抗できないため、ブロック３にかかる荷重Ｐは急激に減少することになる。

例えば、抜き取り検査等を行う場合には、この荷重Ｐの最大量が、所定の閾値以上である場合には、合格とし、所定閾値以下で半導体チップ１が破壊された場合には、不合格とすることが出来る。

なお、ツール３０及びロードセル３１としては、既存の構成のものが用いられるが、例えば、図５に示すような構成としてもよい。図５は、ブロック３、ツール３０及びロードセル３１の構成の一例を示す図である。図５に示すように、ツール３０は、棒状部材３０ａと、その棒状部材３０ａを支持する支持部材３０ｂを有し、棒状部材３０ａの一端がブロック３の荷重印加部３Ｐに向けて配置され、支持部材３０ｂがロードセル３１のロードボタン３１ａに取り付けられている。そして、駆動部３５によって軸３４がＲ方向に移動することにより、ツール３０及びロードセル３１がブロック３の蒸着処理面３ａに対して垂直な方向Ｒに移動される。

ツール３０の先端がブロック３に当接すると、ブロック３の抵抗力によってロードセル３１に荷重が加えられ、その荷重の値が、ロードセル３１内の歪みゲージの抵抗値の変化により演算されて、求められる。なお、この場合、ツール３０は、軸３４、及び駆動部３５が、本発明の荷重部の一例に相当する。

また、本実施の形態では、ブロック３に対する荷重Ｐの印加面を、図４（ａ）に示すように、ブロック３の、半導体チップ１と対向している側の面（すなわち、蒸着処理面３ａ）と記載したが、逆に、半導体チップ１と対向していない側の面（下記図６中面３ｅで示す）としても、同様の効果が得られる。

図６（ａ）は、本実施の形態１と反対方向Ｓに荷重を印加する場合の実装構造体１０の状態を示す図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のβ部拡大図である。図６（ａ）に示すように、荷重Ｐを印加する面を、ブロック３の面３ｅ、すなわち、半導体チップ１と対向していない側の面とし、かつ荷重印加部３Ｐ´の位置を半導体チップ１から離れた位置とすることで、実装構造体１０は、突起部２を中心にして、ブロック３が図４と反対の回転方向（矢印Ｓ方向）に移動する様に変形する。

その際、突起部２には、ねじり方向の変形が与えられ、詳細には図６（ｂ）の拡大図に示すように、突起部２の内、荷重印加部３Ｐ´から遠い側で引っ張り方向の応力が発生し、反対側には圧縮方向の応力が発生することになる。この圧縮方向の応力が発生する部分が、ブロック３が回動する軸Ｌとなる。この応力の方向は電極１２およびその直下の基材１１においても同様に発生する。

すなわち、突起部２の電極１２との接着面２ｓの端部２ａにおいて、引っ張り方向の応力が発生し、端部２ｂにおいて、圧縮方向の応力が発生することになる。

そして、当該箇所においては、特に荷重印加部３Ｐ´側から遠い端部２ａに発生する高い引っ張り応力に起因して、電極１２およびその直下近傍の基材１１が破壊する現象が再現される。この破壊が発生した部分が、Ｙとして示されている。

図４（ａ）において上述した、半導体チップ１と対向している面（蒸着処理面３ａ）側からの荷重の印加方法では、基材１１そのものが薄く、剛性が低い場合、荷重印加中に基材１１が辺１ａ側から反ることによって、ステージ２０ａと離れてしまい、突起部２に十分な応力を伝えることができず、測定精度に影響を及ぼす可能性がある。

しかしながら、図６（ａ）に示すように、荷重を印加する側の面を半導体チップ１と対向していない面（面３ｅ）とすることで、基材１１の反りが発生する側である辺１ｄ側がカバー２０ｂとステージ２０ａによって挟まれて固定されているため、荷重印加中の基材１１の反りを抑える作用が働く。そのため、基材１１が反ることがなく、突起部２に十分な応力を伝えることができ、精度の高い測定を実施することが可能になる。

また、本実施の形態では、荷重の印加方向を、半導体チップ１および結合されたブロック３に対し垂直方向であると説明しているが、図１におけるステージ２０ａ及びカバー２０ｂの固定面の角度を変えるなどして、所望の角度で荷重を印加することが可能になる。

このようにブロック３に荷重を印加する角度を可変にすることで、突起部２に発生する引っ張り応力と、圧縮応力の負荷バランスを様々に変化させることができ、半導体パッケージング時に発生する応力状態をより効果的に再現することができる。

また、本実施の形態では、半導体チップ１とブロック３の結合に使用している電極１２を３箇所としているが、評価したい対象電極の数が多い場合においても、ブロック３の幅方向の寸法を大きくすることにより、所望の数の電極に対し同時に評価することが可能になる。なお、図２（ｂ）に示す電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃに対応する位置に並んで配置されている３つの突起部２が、本発明の板状部材が傾く際の回動する軸方向に並んでいる複数の突起部に相当する。また、評価したい対象電極の数が３箇所より多くても少なくても良い。

次に、上記実施の形態で示した実装構造体１０の寸法の代表例を、図２（ａ）を用いて説明する。

半導体チップの外形寸法は、商品である半導体製品に用いる寸法のものであり、その制約はない。本実施例では、およそ５ｍｍ〜１５ｍｍ程度の寸法（図２（ａ）中左右方向）が想定されている。厚みに関しても同様であるが、半導体チップ１の剛性は高いものが望ましい。本実施例では、約５００ｕｍ程度の厚みが想定されている。

電極１２の寸法（図２（ａ）中左右、及び奥行き方向）および隣接距離に関しても、商品である半導体製品に用いる寸法のものが対象となるため制約はなく、（背景技術）の欄において示した溶融ブル法での可能サイズ以下であってもよい。本実施例では、電極１２の寸法（図２（ａ）中左右及び奥行き方向）が約１００ｕｍ、ピッチが約３００ｕｍと想定されている。

突起部２の寸法（図２（ａ）中左右及び奥行き方向）に関しても同様であるが、本実施例では、電極１２の寸法に合わせ、約１００ｕｍ程度を想定している。高さに関しては、約１００ｕｍとしている。

ブロック３の外形寸法（図２（ａ）中左右方向）は、半導体チップ１の外周から評価したい電極までの距離と、半導体チップの外周から、荷重印加部３Ｐまでの距離を確保することが望まれる。半導体チップ１の外周（辺１ａ）から評価したい電極１２までの距離を約３００ｕｍ、半導体チップ１の外周（辺１ａ）から荷重印加部３Ｐまでの距離を約５００ｕｍとした場合、８００ｕｍ以上のサイズが必要となる。本実施例では、ブロック３の長さ方向の（図２（ｂ）において左右方向の長さ）外形寸法は約２ｍｍ程度に設定されている。幅方向（図２（ｂ）において上下方向の長さ）に関しては、接合時に搬送可能なチップサイズであればよく、ここでは約１ｍｍ程度に設定されている。ブロック３の厚みに関しては、ある程度の剛性が保てれば制約はなく、ここでは約３００ｕｍ程度としている。

以上のように、本実施の形態１に示したような半導体チップの強度測定方法を用いた場合の、従来の方式と比較した利点について説明する。

図１２（ａ）に示すｍ−ＥＬＴ法は、半導体チップの端部（コーナー）の負荷による膜剥れ現象を再現する方法であり、本手法の目的とする金属電極近傍の引っ張りによるクラックは剥れ現象を再現することはできない。

又、図１２（ｃ）に示す溶融プル法では、電極が微細になった場合やはんだボール形状になった場合、測定サンプルの作成そのものができない可能性がある。

又、図１２（ｂ）に示すワイヤプル法は、微細になる電極に対するサンプル作製が容易だが、ワイヤが先に切れてしまい、所望の負荷を電極に印加することができない。ワイヤプル法に用いるワイヤの直径を、仮に３０ｕｍとした場合、その断面積は約７００ｕｍ^２となるが、本実施例では、突起部２の外形が約１００ｕｍであるため、断面積が７８５０ｕｍ^２となり、単純には約１１倍程度の負荷を電極近傍に印加することが可能となる。そのため、当該箇所の破壊を効果的に再現することが可能となる。尚、本実施例で見積もった前記効果は、作製するサンプルの突起部２の外形寸法によって変化することが予想される。

なお、上述した実施の形態では、ブロック３は、半導体チップ１の辺１ａから突出していたが、突出していなくてもよい。すなわち、図７（ａ）の実装構造体４０に示すブロック４３のように、荷重が印加される側の端部４３ｃが半導体チップ１上に配置されていてもよい。但し、この場合、蒸着処理面４３ａから荷重を印加し難いため、図６（ａ）に示したように半導体チップ１に対向していない側の面４３ｅから荷重を印加する方が好ましい。この荷重印加部４３Ｐ´が、図７（ａ）中に示されている。また、図７（ａ）に示す構成では、荷重印加部４３Ｐ´は、突起部２から近い位置となるが、大きな負荷を電極部分に印加するためには、てこの原理を利用できるため荷重印加部の位置が突起部２から遠い方がより好ましい。

又、上記実施の形態では、端部３ｂは半導体チップ１の上方に配置されているが、半導体チップ１から突出して配置されていても良い。このような構成の実装構造体５０が図７（ｂ）に示されている。但し、ブロック５３の蒸着処理面５３ａから荷重を負荷する場合（荷重印加部５３Ｐ参照）、半導体チップ１が破壊される負荷を加える前に、ブロック５３の５３ｂ側が半導体チップ１に接触しないように、半導体チップ１の辺１ｄ方向への長さ、及び突起部２の高さを考慮する方が好ましい。なお、半導体チップ１に対向していない側のブロック５３の面５３ｅから荷重を印加する場合（荷重印加部５３Ｐ´参照）には、端部５３ｂ側が半導体チップ１に当接することがないため、前述したような半導体チップ１の長さや突起部２の高さ等を考慮しなくてもよい。

また、図２（ａ）で説明した実装構造体１０において端部３ｃ側に荷重を印加していたが、端部３ｂ側に荷重を印加してもよい。この場合、端部３ｃが半導体チップ１から突出していなくても良い。

また、上記説明では、いずれもブロック３を押すことによって半導体チップに負荷を加えていたが、ブロック３を引くことによって半導体チップに負荷を加えても良い。

（実施の形態２）
以下に、本発明にかかる実施の形態２における半導体チップの強度測定装置について説明する。本実施の形態２は、実施の形態１と基本的な構成は同じであるが、実装構造体の構成が異なっている。そのため、本相違点を中心に説明する。なお、実施の形態１と同様の構成については同一の符号が付されている。

図８（ａ）は、本発明にかかる実施の形態２の実装構造体６０の正面構成図である。又、図８（ｂ）は、本発明にかかる実施の形態２の実装構造体６０の平面構成図である。

図８（ａ）に示すように、本実施の形態２の実装構造体６０は、半導体チップ１、基材１１および、基材１１の表面に回路形成用に形成された電極１２を有している。なお、基材１１および電極１２の材料は実施の形態１で示した材と同様である。

この半導体チップ１に形成されている電極１２の内、その外周の辺１ａ付近（図８（ａ）の右側）に設けられている電極１２には、突起部２を介してブロック３が結合されている。このブロック３は、半導体チップ１の辺１ａを超えて、半導体チップ１の表面から突出するように配置されている。

結合後の実装構造体６０の形状は図８（ａ）に示す通りで、実装構造体６０に用いる突起部２やブロック３の材料および表面処理状態は、実施の形態１に示した材料と同様である。

図８（ａ）の本実施の形態２の実装構造体６０では、上記構成に加え、ブロック３と半導体チップ１が重なりあっている領域の内、ブロック３の端部３ｂ側のエッジ（図８（ｂ）の左側）に沿うように、ブロック３と半導体チップ１の間隙にスペーサ４が配置されている。

このスペーサ４は、半導体チップ１と、カンチレバー状に作製したブロック３の間に、所望の厚みのプレート（アルミ）などを挟み込むことで形成することが可能であるが、半導体チップ１への前処理が可能であれば、半導体チップ１の表面１ｂに、メッキ法で形成された金属や、塗布法で形成されたポリイミドなどの保護膜を配置することによってスペーサ４を形成することも有効である。

このようなスペーサ４を挟み込むことによる、半導体チップ１の電極１２における、引っ張り方向の強度測定の原理を、図９（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図９（ａ）は、引っ張り方向の強度測定の原理を説明するための実装構造体６０の正面構成図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のγ部拡大図である。

図９（ａ）に示すように、ブロック３の、半導体チップ１と対向している面である蒸着処理面３ａに対し荷重Ｐを印加することによって、半導体チップ１の位置が固定されており、かつスペーサ４によってブロック３との間隙が規制されているため、ブロック３は、スペーサ４を中心に回転するように移動する（図中矢印Ｒ参照）。

その際、突起部２には、図９（ｂ）の拡大図に示すように、突起部２の全域において、引っ張り方向の応力が発生することになる。

すなわち、実施の形態１の図４（ａ）と比較すると、本実施の形態２では、ブロック３の回動する軸が、突起部２の左端近傍（図４（ａ）の軸Ｌ参照）から、スペーサ４に移動していることになる。そのため、突起部２の荷重印加部３Ｐ側と比較して小さくなるものの、突起部２の荷重印加部３Ｐと反対側においても、引っ張り方向の応力が発生することになる。

この応力の方向は電極１２およびその直下の基材１１にも同様であり、突起部２の電極１２との接着面２ｓの端部２ａの方が、端部２ｂと比較して小さくなるものの、電極１２全体に引っ張り方向の応力が印加される。そのため、サンプル作製上の形状バラつき等を吸収し、精度の高い測定が可能となる。尚、特に端部２ｂにおいて、その位置の引っ張り応力が大きいため、破断が発生し易く、破断部分がＸで示されている。

次に、本実施の形態で示す実装構造体７０の寸法の代表例を、図８（ａ）を用いて説明する。

半導体チップ１の外形寸法、およびブロック３の外形寸法は、実施の形態１と同様である。電極１２の寸法および隣接距離に関しても、実施の形態１と同様である。突起部２の寸法に関しても実施の形態１と同様である。

スペーサ４の外形寸法（図８（ａ）において左右方向）は、ブロック３の端部３ｃ側のエッジ（図８（ｂ）の左側）より、突起部２までの距離以内であればよく、約５００ｕｍに設定されている。高さは実施の形態１同様、１００ｕｍに設定されている。

なお、本実施の形態２では、半導体チップ１の電極１２の上にスペーサ４が配置されていたが、電極１２の間の基材の表面に設けられていてもよく、電極１２と基材の表面に亘って設けられていてもよい。

また、本実施の形態２では、スペーサ４が突起部２を基準として荷重印加部３Ｐと反対側に配置されているが、荷重印加部３Ｐ側に配置されていてもよい。
図１０（ａ）は、そのような本実施の形態２の変形例の実装構造体７０の構成を示す正面構成図である。又、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のδ部拡大図である。

図１０（ａ）に示す実装構造体７０は、突起部２を基準として、荷重印加部３Ｐ側の半導体チップ１とブロック３の間に、スペーサ４が配置されている。このような構成の実装構造体７０では、半導体チップ１と対向していない側の面３ｅ側から荷重Ｐが加えられる（図中矢印Ｓ参照）。この方向から荷重を加えることによって、スペーサ４近傍を軸としてブロック３が矢印Ｓ方向に回動する。この際、突起部２のスペーサ４と反対側に生じる引っ張り応力よりも小さくなるものの、突起部２のスペーサ４側の端部にも引っ張り応力が生じることになり、突起部２の全体に亘って、引っ張り応力が負荷される。

この引っ張り応力は、突起部２の直下の電極１２及び基材１１にも同様に生じ、突起部２の電極１２との接着面２ｓの端部３ｂの方が、端部３ａと比較して小さくなるものの、電極１２全体に引っ張り方向の応力が印加される。そのため、サンプル作製上の形状バラつき等を吸収し、精度の高い測定が可能となる。尚、特に端部２ａにおいて、この位置の引っ張り応力が大きいため、破断が発生し易く、破断部分がＹで示されている。

また、突起部２からブロック３の端部３ｂまでの長さが長い場合、端部３ｂ側に荷重を印加してもよい。例えば、図７（ｂ）の実装構造体５０を用いて説明すると、端部５３ｂ側に面５３ｅから荷重を印加する場合、突起部２の全体に引っ張り応力を付与するためには、スペーサ４は、突起部２を基準として荷重印加部側（端部５３ｂ側）に配置される。また、端部５３ｂ側に蒸着処理面５３ａから荷重を印加する場合、突起部２の全体に引っ張り応力を付与するためには、スペーサ４は、突起部２を基準として荷重印加部の反対側（端部５３ｃ側）に配置される。

要するに、ブロック３が、電極１２の表面と平行になるように配置され、ツール３０が、ブロック３に対して、その面の垂直方向であって、半導体チップ１側に向けて荷重を加える場合、スペーサ４は、突起部２を基準として、ブロックの荷重が加えられる部分の側に配置され、ブロック３に対して、半導体チップ１の反対側に向けて荷重を加える場合、スペーサ４は、突起部２を基準としてブロック３の荷重が加えられる部分の反対側に配置されておりさえすればよい。

なお、本実施の形態２の実装構造体においても、実施の形態１の変形例において説明したように図７（ａ）のようなブロックの変形例を適用しても良いし、引っ張ることによって半導体チップ１に負荷を付与するようにしてもよい。

以上のように、半導体チップを基板に実装する際に生じる電極近傍の引っ張り負荷を想定した、半導体チップの電極近傍の強度を定量的に測定する手法を提供することができ、半導体パッケージにおける負荷を想定し、その際のチップの破壊を回避するようなチップの材料および構造設計にフィードバックすることが可能となる。

本発明の半導体チップの実装構造および半導体チップの強度測定方法および装置によれば、より正確に引っ張り負荷を想定した半導体チップの強度を測定することができ、半導体チップ及び半導体パッケージの製造等の際に用いることが出来る。

１ 半導体チップ
２ 突起部
３ ブロック
４ スペーサ
１０ 実装構造体
１１ 基材
１２ 電極
２０ａ ステージ
２０ｂ カバー
３０ ツール
３１ ロードセル
３２ 波形表示部
３３ 波形処理部

Claims (10)

1. 板状部材に荷重を加える荷重部と、
   加えた荷重を検出する検出部とを備え
   前記荷重部は、前記板状部材に接続された突起部に、半導体チップの電極が面で接続された後、前記突起部が前記電極から前記面の少なくとも一部において、剥離されるような力が加わるように、前記板状部材に荷重を加える、半導体チップの強度測定装置。
2. 前記板状部材は、前記電極の表面と平行になるように配置されており、
   前記荷重部は、前記板状部材に、その面に対して垂直方向に荷重を加える、請求項１に記載の半導体チップの強度測定装置。
3. 前記少なくとも一部は、前記面の端部であり、
   荷重を加えた時、前記端部の反対側の前記面の端部には、圧縮される力が加わる、請求項２記載の半導体チップの強度測定装置。
4. 前記板状部材と、前記半導体チップの表面の間に配置されたスペーサを備えた、請求項１記載の半導体チップの強度測定装置。
5. 前記板状部材は、前記電極の表面と平行になるように配置され、
   前記荷重部が、前記板状部材に対して、その面の垂直方向であって、
   前記半導体チップ側に向けて荷重を加える場合、前記スペーサは、前記突起部を基準として、前記板状部材の荷重が加えられる部分の側に配置され、
   前記半導体チップの反対側に向けて荷重を加える場合、前記スペーサは、前記突起部を基準として前記板状部材の荷重が加えられる部分の反対側に配置されている、請求項４記載の半導体チップの強度測定装置。
6. 前記板状部材には、複数の前記突起部が設けられ、
   前記半導体チップには、前記複数の突起部に対応した複数の電極が設けられ、
   前記複数の突起部は、前記荷重部によって荷重を加えられた前記板状部材が傾く際の回動する軸方向に並んでいる、請求項１〜５の何れかに記載の半導体チップの強度測定装置。
7. 前記突起部は、金、アルミニウム、及びハンダのうち少なくとも一種類を含む金属である、請求項１〜６のいずれかに記載の半導体チップの強度測定装置。
8. 前記スペーサは、金、アルミニウム、及びハンダのうち少なくとも一種類を含む金属である、請求項４又は５に記載の半導体チップの強度測定装置。
9. 板状部材に荷重を加える荷重部と、
   加えた荷重を検出する検出部とを備えた、半導体チップの強度測定装置を用いた、半導体チップの強度測定方法であって、
   前記板状部材と前記半導体チップの電極とを前記突起部を介して、前記突起部が前記電極と面で接着されるように結合する結合工程と、
   前記荷重部によって、前記突起部が前記電極から前記面の少なくとも一部において、剥離されるような力が加わるように、前記板状部材に荷重を加える荷重工程と、
   前記検出部によって、前記荷重の最大値を検出する検出工程とを備えた、半導体チップの強度測定方法。
10. 前記接続工程は、前記板状部材及び前記半導体チップの電極のうちの一方に前記突起部を形成する突起部形成工程と、
    形成された前記突起部を、前記板状部材及び前記半導体チップの電極の他方に押圧し、且つ加熱することによって、形成された前記突起部と前記前記板状部材及び前記半導体チップの電極のうちの他方とを接着する接着工程とを有する、請求項９記載の半導体チップの強度測定方法。