JP3385549B2 - Composite tungsten ball, probe device and semiconductor package using the same - Google Patents

Composite tungsten ball, probe device and semiconductor package using the same

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JP3385549B2
JP3385549B2 JP14785796A JP14785796A JP3385549B2 JP 3385549 B2 JP3385549 B2 JP 3385549B2 JP 14785796 A JP14785796 A JP 14785796A JP 14785796 A JP14785796 A JP 14785796A JP 3385549 B2 JP3385549 B2 JP 3385549B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は,半導体素子を搭載
した半導体装置において,回路基板に搭載した個々の半
導体素子の接続状態を判定可能にする探針装置,および
高密度化したFC(フリップチップ)パッケージにおけ
る,チップから外周囲材料への導電性を必要とする,接
続ボールを有するFC−BGA(ボールグリッドアレ
イ)と,それに用いるボールとに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a semiconductor element mounted thereon, and a probe device capable of determining a connection state of individual semiconductor elements mounted on a circuit board, and a high density FC (flip chip). The present invention relates to an FC-BGA (ball grid array) having a connecting ball that requires conductivity from a chip to an outer peripheral material in a package, and a ball used for the FC-BGA.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子を搭載する半導体装置の高密
度化,高集積化が進む中で,とりわけ実装技術としての
大規模化,高速化が大きく進展している。
2. Description of the Related Art With the progress of higher density and higher integration of a semiconductor device having a semiconductor element mounted thereon, a large-scale and high-speed mounting technology has been particularly advanced.

【0003】実用上優れていると言われているQFP
(クワッドフラットパッケージ)は従来,通常では25
0ピン,外部動作周波数が50MHzであるが,BGA
なら370ピン,155MHzの領域をカバーできると
言われている。
QFP which is said to be excellent in practical use
(Quad flat package) is usually 25
0 pin, external operating frequency is 50MHz, BGA
If so, it is said that it can cover the area of 370 pins and 155 MHz.

【0004】さらにまた,チップのコンタクトとして用
いられるボールの利点を用いて,より高密度の実装を可
能にしつつ,コスト低減も進められており,所謂,CS
P(チップサイズパッケージ)−BGAではFC−BG
Aが高密度化および信頼性の点で大きく期待されてい
る。
Furthermore, by taking advantage of a ball used as a contact of a chip, it is possible to realize a higher density mounting and at the same time, cost reduction is being promoted.
P (chip size package) -FC-BG for BGA
A is highly expected in terms of high density and reliability.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】一方,フリップチップ
の直下に位置させるボールは,高密度,高実装化には径
が小さい精度の良い導電性ボール,例えばφ100μm
以下で直径バラツキは±10%以内が良いが,安定した
接続状態を形成させるため,このボールを挟んでチップ
とその反対側に位置する絶縁ボード等々に,ボールに向
かったおしつける力,即ち押圧をかけてセットするた
め,柔らかい材質では変形してしまい,また材質によっ
ては割れ,またリペア時の精度も保てなくなる問題等も
あった。
On the other hand, the balls positioned directly under the flip chip are conductive balls having a small diameter and high precision, for example, φ100 μm for high density and high mounting.
In the following, the diameter variation is better within ± 10%, but in order to form a stable connection state, the force to press the ball toward the ball, that is, the pressing force, is applied to the chip and the insulating board located on the opposite side to sandwich the ball. Since it is set over, there are problems such as deformation with soft materials, cracks with some materials, and loss of accuracy during repair.

【0006】このようなBGAに用いられる球体にタン
グステン球を用いることが考えられる。
It is conceivable to use a tungsten sphere for the sphere used in such a BGA.

【0007】しかし,タングステン球の製法の一つとし
て,線・棒材を切断し,その後バレル等により丸める方
法があるが,基本的に結晶の繊維組織が発達しているた
め,熱伝導に異方性があるばかりか,一定方向に力が加
わった場合,繊維方向に平行の割れが生じ易く上記用途
に不都合である。
However, as one of the methods for manufacturing the tungsten sphere, there is a method of cutting a wire / bar and then rolling it with a barrel or the like. However, since the crystalline fiber structure is basically developed, it has a difference in heat conduction. Not only is it anisotropic, but when a force is applied in a certain direction, cracks parallel to the fiber direction tend to occur, which is inconvenient for the above applications.

【0008】また,一般的な造粒法により,タングステ
ン粉から,所望のタングステン球の得られる径の造粒を
施した後プラズマ処理をしても球体にはなるものの,中
にポアが残ることはさけられず,その後めっき時の膨れ
や電気伝導のバラツキ原因となりこれも不都合である。
[0008] In addition, even if a plasma treatment is performed after performing a granulation of a tungsten powder to a desired diameter of a tungsten sphere by a general granulation method, it becomes a sphere, but pores remain in the sphere. This cannot be avoided and causes swelling during plating and variations in electrical conduction, which is also inconvenient.

【0009】さらにまた,別の課題として回路基板にチ
ップを搭載したパッケージにおいて,個々のチップの電
気的接続状態を判定するのに,プローブピンを所望の位
置に設定したプローバーボード(探針装置)がある。
Furthermore, as another problem, in a package in which chips are mounted on a circuit board, a prober board (probe device) in which probe pins are set at desired positions to determine the electrical connection state of each chip There is.

【0010】先述した,高密度・高実装化したパッケー
ジは,求極はCSP(チップサイズパッケージ)と言わ
れており,FC−BGAのその一つとされている。この
CSPを複数個搭載したマルチチップ型モジュールでは
所謂,各個々のチップの接続状態を確実に判定するため
には,信頼性のある探針装置が必要であり,しかもまた
極めて大切である。
The above-mentioned high-density and highly-packaged package is called CSP (chip size package) for the polarity, and is one of FC-BGA. In the multi-chip type module in which a plurality of CSPs are mounted, a so-called reliable probe device is necessary and so important in order to reliably determine the so-called connection state of each individual chip.

【0011】この時プローブピンは通常先端が尖ってい
ることにより,チップやその他チップの外周囲材料と接
触した場合,キズをつけるばかりか,損耗も大きく,数
万回以上接続状態を判定した時,針の先端の寸法・形状
を保つことは難しく,ひいては,判定精度の信頼性をも
そこなうことになり,この解決が望まれていた。
At this time, since the probe pin usually has a sharp tip, when it comes into contact with the tip or other peripheral material of the tip, it is not only scratched, but also is greatly damaged, and when the connection state is judged tens of thousands of times or more. However, it is difficult to maintain the size and shape of the tip of the needle, which in turn impairs the reliability of the determination accuracy, and this solution has been desired.

【0012】そこで,本発明の第1の技術的課題は,基
板上にチップ等を高密度・高実装化が可能であり,割れ
やつぶれることのない信頼性のある複合タングステン球
を提供することにある。
[0012] Therefore, a first technical object of the present invention is to provide a reliable composite tungsten sphere capable of high-density and high-density mounting of chips and the like on a substrate without cracking or crushing. It is in.

【0013】また,本発明の第2の技術的課題は,上記
複合タングステン球を先端部に有するチェック針を備え
た探針装置を提供することにある。
A second technical object of the present invention is to provide a probe device having a check needle having the composite tungsten sphere at the tip thereof.

【0014】さらに,本発明の第3の技術的課題は,上
記複合タングステン球を電気コンタクトに用いた半導体
パッケージを提供することにある。
Further, a third technical object of the present invention is to provide a semiconductor package using the composite tungsten sphere as an electrical contact.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、タング
ステン元素を少なくとも95重量%含む金属球と、前記
金属球表面に形成された導電性の被覆層とを備えた複合
タングステン球であって、前記金属球は、液相焼結の際
に生じた粗粒タングステン粉をプラズマ中を通過させる
ことによって形成され、ポアの無い緻密な組織を有し、
前記複合タングステン球は、直径が0.05〜0.2m
mで直径ばらつきが直径の±10%以内であることを特
徴とする複合タングステン球が得られる。
According to the present invention, there is provided a composite tungsten sphere comprising a metal sphere containing at least 95% by weight of elemental tungsten and a conductive coating layer formed on the surface of the metal sphere. , The metal spheres during liquid phase sintering
Coarse Tungsten Powder Produced in Plasma is Passed Through Plasma
Is formed by having a free dense structure of pores,
The composite tungsten sphere has a diameter of 0.05 to 0.2 m.
A composite tungsten sphere is obtained which is characterized in that the diameter variation at m is within ± 10% of the diameter.

【0016】また,本発明によれば,半導体パッケージ
の回路基板電気特性検査に用いられる探針装置であっ
て,前記複合タングステン球を先端に備えたチェック針
を有することを特徴とする探針装置が得られる。
Further, according to the present invention, there is provided a probe device used for inspecting electrical characteristics of a circuit board of a semiconductor package, the probe device having a check needle having the composite tungsten sphere at a tip thereof. Is obtained.

【0017】さらに,本発明によれば,半導体チップを
搭載した半導体パッケージの電気コンタクトに用いられ
るボールとして,前記複合タングステン球を有すること
を特徴とする半導体パッケージが得られる。
Further, according to the present invention, there is obtained a semiconductor package characterized by having the composite tungsten sphere as a ball used for electrical contact of a semiconductor package having a semiconductor chip mounted thereon.

【0018】即ち,本発明の複合タングステン球を用い
ることによって,パッケージにおける電気特性をチェッ
クする,高信頼性,長寿命の探針装置が得られる。さら
にまた,BGAにおいて特にFCするボールが変形せせ
ず,精度の良い導電性ボールを有する半導体パッケージ
が得られる。
That is, by using the composite tungsten sphere of the present invention, a highly reliable and long-life probe device for checking the electrical characteristics of the package can be obtained. Furthermore, in the BGA, a ball which is particularly FC does not deform, and a semiconductor package having an accurate conductive ball can be obtained.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0020】図1は本発明の実施の形態による複合タン
グステン球に用いられるタングステン球の金属組織を示
す電子顕微鏡写真である。図1を参照すると,タングス
テン球は,内部組織にポアの無く,また,結晶粒組織に
方向性が無く,半導体パッケージ及び半導体パッケージ
の特性検査用の探針装置等に必要とされる球径を備えて
いる。
FIG. 1 is an electron micrograph showing a metal structure of a tungsten sphere used in a composite tungsten sphere according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a tungsten sphere has no pores in its internal structure and has no directivity in its grain structure, and has a spherical diameter required for a semiconductor package and a probe device for inspecting the characteristics of a semiconductor package. I have it.

【0021】本発明の実施の形態による複合タングステ
ン球は,図1に示すタングステン球の表面にAu,C
u,Ni,Ag等の被膜の一層又は2層以上からなる被
覆層を形成したものである。
The composite tungsten sphere according to the embodiment of the present invention has Au, C on the surface of the tungsten sphere shown in FIG.
A coating layer composed of one layer or two or more layers of u, Ni, Ag, etc. is formed.

【0022】次に,本発明の実施の形態による複合タン
グステン球の製造方法について述べる。
Next, a method of manufacturing the composite tungsten sphere according to the embodiment of the present invention will be described.

【0023】上記用途に必要とされる0.05〜0.2
mm径の球を得るには,同サイズに近い粗粒素粉を用い
て球形化処理する。まず,原料となるタングステン粉に
ニッケル,鉄,銅,コバルト,マンガン等の結合金属粉
を混合した混合粉を成形し,これを液相焼結して合金と
するが,その際に生じる結合相がタングステン粒子同士
の拡散を活性にすることにより,結合相中のタングステ
ン粒子を粗大化させる。この時,粗粒粉の粒径はその焼
結条件により制御できることから,高温長時間の焼結で
更に粗大化の促進が図れる。またこの粗粒粉は個々の粉
末をそれ自体粗大化したものであるため,単結晶あるい
はそれに近い組織となり,充分緻密化したものとなる。
0.05 to 0.2 required for the above applications
In order to obtain a sphere with a diameter of mm, a spheroidizing treatment is performed using coarse-grained raw powder having a size close to the same size. First, a mixed powder of nickel, iron, copper, cobalt, manganese, and other binding metal powders is mixed with tungsten powder, which is the raw material, and this is liquid-phase sintered to form an alloy. Activates the diffusion of the tungsten particles with each other to coarsen the tungsten particles in the binder phase. At this time, since the particle size of the coarse powder can be controlled by the sintering conditions, the coarsening can be further promoted by sintering at high temperature for a long time. Further, since this coarse-grained powder is obtained by coarsening each powder itself, it becomes a single crystal or a structure close to it, and becomes sufficiently densified.

【0024】次に,タングステン粉を粗大化する際に生
成した結合相中に分散している,粗大化タングステン粉
を結合相と分離するために,結合相と全率固溶する低融
点金属たとえば亜鉛,カドミウム,テルル等を加え,不
活性ガスで加圧された容器内で加熱し,結合相を低融点
金属と反応させ融体化させる。この融体化により,結合
相は粗大化したタングステン粉と分離する。更にその後
の減圧加熱により低融点金属のみを蒸発させ,残された
粗大化したタングステン粉と微粒となって残っている結
合相合金を篩や分級により分離し,原料となる粗粒タン
グステン粉が得られる。
Next, in order to separate the coarsened tungsten powder, which is dispersed in the binder phase generated when the tungsten powder is coarsened, from the binder phase, a low melting point metal that forms a solid solution with the binder phase, such as Zinc, cadmium, tellurium, etc. are added and heated in a container pressurized with an inert gas to react the binder phase with the low melting point metal to form a melt. Due to this melting, the binder phase is separated from the coarse tungsten powder. After that, only the low-melting metal is evaporated by heating under reduced pressure, and the coarse and coarse tungsten powder that remains is separated from the binder phase alloy that remains as fine particles by sieving and classification to obtain the raw material coarse tungsten powder. To be

【0025】焼結条件を制御することにより得られた,
原料粗粒素粉として適正な粒径の粗粒タングステン粉を
以下のように処理する。
Obtained by controlling the sintering conditions,
Coarse tungsten powder having a proper particle size as the raw material coarse powder is processed as follows.

【0026】アルゴンガス等の不活性ガスを媒体とし
た,高周波コイルにより上部からプラズマ炎を発生させ
る装置において,前述の粗粒タングステン粉を微量粉末
供給機を用いてプラズマ中を通過させ,溶融タングステ
ンの表面張力により球状化させかつ急冷凝固させながら
下部に落下させる。これにより高真球度で図1の電子顕
微鏡写真に見られるような,内部にポアの無い,半導体
パッケージ等に必要とされる球径のタングステン球が得
られる。
In a device in which an inert gas such as argon gas is used as a medium and a plasma flame is generated from above by a high-frequency coil, the above-mentioned coarse-grained tungsten powder is passed through a plasma by using a trace powder feeder to melt molten tungsten. It is made spherical by the surface tension of and is dropped to the lower part while being rapidly solidified. As a result, it is possible to obtain a tungsten sphere having a high sphericity and having a spherical diameter required for a semiconductor package or the like, which does not have a pore inside as shown in the electron micrograph of FIG.

【0027】次いで,球形化されたタングステンボール
を傾斜分級等により精密に分級し53μm(280me
sh)〜63μm(250mesh)および63μm
(250mesh)〜75μm(200mesh)等何
種類かの径の整ったボールが得られる。
Then, the spherical tungsten balls are precisely classified by tilt classification or the like to obtain 53 μm (280 me).
sh) to 63 μm (250 mesh) and 63 μm
It is possible to obtain balls having several kinds of diameters, such as (250 mesh) to 75 μm (200 mesh).

【0028】前述したように,球体の製法の一つとし
て,線・棒材から切断し,バレル等により形成する方法
では,基本的に結晶の繊維組織が発達しているため,熱
伝導に異方性があるばかりか,一定方向に力が加わった
場合繊維方向に平行の割れが生じ易く不都合である。ま
た,一般的な造粒法によるタングステン粉から,造粒
し,プラズマ処理するものは,球体にはなるが,ポアが
残ることはさけられず,その後めっき時の膨れや電気伝
導のバラツキ原因となりこれも不都合である。
As described above, in one of the methods of manufacturing a sphere, a method of cutting from a wire / bar and forming it with a barrel or the like basically has a crystalline fibrous structure, which causes a difference in heat conduction. In addition to being anisotropic, when a force is applied in a certain direction, cracks parallel to the fiber direction easily occur, which is inconvenient. In addition, the one obtained by granulating and plasma-treating the tungsten powder by the general granulation method becomes a sphere, but it is unavoidable that pores remain, and thereafter it causes swelling during plating and variation in electric conduction. This is also inconvenient.

【0029】それに対し,本発明の実施の形態による方
法によれば,ポアもなく,また粉末を粒成長および球状
化させたため,粒界破壊の不安も緩和される。加えて,
主成分は95wt%以上がタングステンであり,残部も
Ni,Fe以外は不可避不純物であり,Ni,Feにつ
いても粗粒素粉用W合金として作るものの,このまま焼
結して用いる製品の特性を出すために調整されているた
め大幅にバラツクものではなく,本発明の実施の形態に
よる複合タングステン球の用途には実質的にはタングス
テンの熱的・電気的特性を期待できる。純分で95%未
満にはならない。
On the other hand, according to the method according to the embodiment of the present invention, since there is no pore, and since the powder is made to grow and spheroidize, anxiety of grain boundary destruction is alleviated. in addition,
95% by weight or more of the main component is tungsten, and the balance is unavoidable impurities other than Ni and Fe. Although Ni and Fe are made as W alloys for coarse-grained powder, the characteristics of the product used by sintering are obtained. Therefore, the thermal and electrical characteristics of tungsten can be substantially expected for the use of the composite tungsten sphere according to the embodiment of the present invention. Not less than 95% pure.

【0030】得られた裸タングステン球の不純物等の一
例を下記表1に示す。
An example of impurities of the obtained bare tungsten sphere is shown in Table 1 below.

【0031】[0031]

【表1】 上記表1に示すように,タングステン元素の純分は概ね
96wt%であった。また,めっきについては,一般の
タングステン材料と同様のプロセス湿式めっきによりN
i,Cu,Au,Ag等可能で,後者2元素については
下地にNi,またはCuを施せば安定成膜が2〜8μm
程度まで自在に可能である。これにより複合タングステ
ン球が得られた。
[Table 1] As shown in Table 1 above, the pure content of the tungsten element was approximately 96 wt%. As for plating, N-type plating is performed by the same process wet plating as general tungsten materials.
i, Cu, Au, Ag, etc. are possible, and stable film formation of the latter two elements is 2 to 8 μm if Ni or Cu is applied to the base.
It is possible to a degree. Thereby, a composite tungsten sphere was obtained.

【0032】この複合タングステン球からなるボール
に,はんだ(PbSn)めっきをしてFC−BGAに組
み込む場合には,最表皮Au,探針として用いる場合も
最表皮Auとすることでヌレ性,導電性等,性能を悪化
させることなく目的を達することができる。
When a ball made of this composite tungsten sphere is plated with solder (PbSn) and incorporated into an FC-BGA, the outermost skin Au is used, and even when it is used as a probe, the outermost skin Au is used for its wettability and conductivity. The purpose can be achieved without degrading performance such as sex.

【0033】もちろん付着率を著しく抑えたいケースで
は乾式めっきも良い。
Of course, dry plating is also preferable in the case where it is desired to suppress the adhesion rate remarkably.

【0034】現在用いられているBGA用はんだボール
はφ0.6〜0.9mmが多く,小径の品種でもφ0.
15〜0.2mmである。高密度・高実装では少なくと
もφ0.2mm以下,望ましくはφ0.1mm以下が必
要であるが,精度にも関わるがφ0.15mm以下,特
に言えばφ0.1mm以下は製造不可能であり,一般的
に言う鋼球も特殊なものでもφ0.3mmが限界であ
る。
Most of the BGA solder balls currently used have a diameter of 0.6 to 0.9 mm, and even a small diameter product has a diameter of φ0.
It is 15 to 0.2 mm. For high density and high mounting, at least φ0.2 mm or less, preferably φ0.1 mm or less is required, but it also affects accuracy, but φ0.15 mm or less, particularly φ0.1 mm or less cannot be manufactured. Even with the special steel balls mentioned above, φ0.3 mm is the limit.

【0035】故に,本発明に実施の形態に係わるボール
はφ0.2mm以下が意味あり,しかも本発明の実施の
形態によれば製造可能と言える。
Therefore, the balls according to the embodiment of the present invention have a diameter of 0.2 mm or less, and it can be said that the balls can be manufactured according to the embodiment of the present invention.

【0036】又φ0.05mm未満では,まだ周辺技術
のレベルもさることながら,分級が本発明だけでは未達
であり実施は困難である。
If the diameter is less than 0.05 mm, classification is not achieved by the present invention alone, and the implementation is difficult, not to mention the level of peripheral technology.

【0037】次に,本発明の実施の形態による複合タン
グステン球の使用例について,図面を用いて具体的に説
明する。
Next, an example of use of the composite tungsten sphere according to the embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

【0038】(例1)図2は図1の複合タングステン球
を先端部に有するプローブピンをチェック針として用い
た場合の例を示している。
(Example 1) FIG. 2 shows an example in which the probe pin having the composite tungsten sphere of FIG. 1 at its tip is used as a check needle.

【0039】図2を参照すると,探針装置は,プローバ
ーボード10aの凹部内に突設されたプローブピン1
と,プローバボード10bから突設されたプローブピン
1とを備えている。このプローブピン1の先端部には,
複合タングステン球が設けられている。
Referring to FIG. 2, the probe device includes a probe pin 1 projecting in a recess of the prober board 10a.
And a probe pin 1 protruding from the prober board 10b. At the tip of this probe pin 1,
A composite tungsten sphere is provided.

【0040】半導体チップ21は,チップホルダー22
に搭載され,このチップホルダー22は,フェイスダウ
ンボンディングでパッケージ基板23に接続固定されて
いる。チップホルダー22の表面には,ワイヤボンディ
ング24で接続されたボンディングパッド25と,この
ボンディングパッド25に接続されたプロービングパッ
ド26とを備えている。また,チップホルダー22の裏
面には,プロービングパッドにチップホルダ22の内部
導体で接続されたランド27が裏面全体にマトリックス
状に配置されている。パッケージ基板23の表面には,
ランド27に直接接続されるランド28を備え,内部導
体29を介して,裏面に配置されたプロービング用のラ
ンド30に接続されている。
The semiconductor chip 21 has a chip holder 22.
The chip holder 22 is connected and fixed to the package substrate 23 by face-down bonding. On the surface of the chip holder 22, a bonding pad 25 connected by a wire bonding 24 and a probing pad 26 connected to the bonding pad 25 are provided. Further, on the back surface of the chip holder 22, lands 27 connected to the probing pad by the internal conductor of the chip holder 22 are arranged in a matrix on the entire back surface. On the surface of the package substrate 23,
The land 28 is directly connected to the land 27, and is connected to the probing land 30 arranged on the back surface via the internal conductor 29.

【0041】探針装置のプローブピン1は,それぞれ,
プロービングパッド26及びランド30に当接した状態
が示されている。
The probe pins 1 of the probe device are respectively
The state of contacting the probing pad 26 and the land 30 is shown.

【0042】プローブピン1は,その先端に複合タング
ステン球を接合することによって,尖ったタングステン
針等よりはるかに,接触したチップ及び配線等へのキズ
を付けないことと,精密な分級によって得られた径バラ
ツキの極めて少ないボール故,安定で信頼性のある探針
装置とすることができた。
The probe pin 1 is obtained by bonding a composite tungsten sphere to the tip of the probe pin 1 so as not to scratch the tip and wiring which are in contact with the tip and wiring far more than a sharp tungsten needle and the like. Since the balls have extremely small diameter variations, a stable and reliable probe device could be obtained.

【0043】しかも,又実際にプローブピンの場合と同
一の圧力で接触を繰り返し,テストを行なった所,ピン
(針)形状のものより損耗も少なく(但しタングステン
材質であろ事によるコバール等よりは決定的に良い),
操作時に触れた外周囲材料への支障のあるキズも全く発
生せず,信頼性のある回路基板の電気特性チェック用探
針装置の得られる事が判った。
In addition, when the contact was repeated with the same pressure as in the case of the probe pin and the test was conducted, the wear was less than that of the pin (needle) shape (however, it is better than Kovar due to the fact that it is made of tungsten, etc.). Decisively good),
It was found that a reliable probe device for checking the electrical characteristics of a circuit board was obtained without any damage to the surrounding materials that was touched during operation.

【0044】(例2)図3は図1の複合タングステン球
をFC−BGAでのボールとして使用した例を示す断面
図である。図3を参照すると,ムライトセラミックス基
板60上に複数のポリイミドからなる絶縁樹脂層58と
これらのの表裏面に形成されたり,表裏面を貫通して形
成されたAlからなる導体パターン68及びこれらの間
に設けられたCr−Si−Oからなる薄膜抵抗59とに
よって薄膜層57が構成されている。ムライトセラミッ
クス基板60は,表裏面を貫通する貫通孔67により連
絡しており,この貫通孔内壁には,導体が形成されてい
る。
Example 2 FIG. 3 is a sectional view showing an example in which the composite tungsten sphere of FIG. 1 is used as a ball in FC-BGA. Referring to FIG. 3, a plurality of insulating resin layers 58 made of polyimide are formed on a mullite ceramics substrate 60, and conductor patterns 68 made of Al formed on the front and back surfaces of these and penetrating the front and back surfaces thereof and these. A thin film layer 57 is formed by a thin film resistor 59 made of Cr—Si—O provided between them. The mullite ceramics substrate 60 is connected by a through hole 67 penetrating the front and back surfaces, and a conductor is formed on the inner wall of this through hole.

【0045】薄膜層57の上面には,導体パターン68
と接続されるビアホールが形成され,その内面には,C
r/Ni−Cu合金からなる第1の金属層63と,第1
の金属層上に形成されたNi/Auからなる第2の金属
層62が充填形成されている。
A conductor pattern 68 is formed on the upper surface of the thin film layer 57.
A via hole connected to is formed, and C is formed on the inner surface.
a first metal layer 63 made of an r / Ni-Cu alloy;
A second metal layer 62 made of Ni / Au formed on the metal layer is filled and formed.

【0046】LSIチップ51は,下面に設けられた導
体パターン51aから金属ボール2を介して薄膜層57
に電気接続されている。
The LSI chip 51 has a thin film layer 57 from the conductor pattern 51a provided on the lower surface through the metal balls 2.
Electrically connected to.

【0047】一方,セラミックス基板の上面の貫通孔の
導体と,薄膜層の底面の導体61とは,直接接触してい
る。また,セラミックス基板60の底面の貫通孔部分に
は,内部の導体と接続するNi/Auメッキからなる入
出力パッド65が形成されており,この入出力パッドは
破線で示すように,バンプ64を介して,図示しない配
線基板や他の回路部品と接続される。
On the other hand, the conductor in the through hole on the upper surface of the ceramic substrate and the conductor 61 on the bottom surface of the thin film layer are in direct contact with each other. In addition, an input / output pad 65 made of Ni / Au plating connected to an internal conductor is formed in the through hole portion on the bottom surface of the ceramic substrate 60. The input / output pad has a bump 64 as shown by a broken line. It is connected to a wiring board (not shown) or other circuit components via the.

【0048】薄膜層57とこの上に搭載されたチップを
覆うように,AlNからなるキャップが設けられ,半田
部56によって,セラミック基板60と接合されてい
る。また,LSIチップの上面も半田部56を介して,
キャップ66の天井面に接合されている。
A cap made of AlN is provided so as to cover the thin film layer 57 and the chip mounted thereon, and is joined to the ceramic substrate 60 by the solder portion 56. In addition, the upper surface of the LSI chip is also
It is joined to the ceiling surface of the cap 66.

【0049】本発明の実施の形態による複合タングステ
ン球は,ボール2に用いられている。
The composite tungsten sphere according to the embodiment of the present invention is used for the ball 2.

【0050】ここで,このようなボールのサイズは,チ
ップパッケージと回路基板との間隔を決定し,適切な性
能を有するボールであれば,ボール直径は小さい程高密
度・高実装が可能である。特にジョイント部のボールは
50〜200ミクロンが望ましい。
Here, the size of such a ball determines the distance between the chip package and the circuit board, and if the ball has appropriate performance, the smaller the ball diameter, the higher the density and the higher mounting possible. . Particularly, the balls in the joint portion are preferably 50 to 200 μm.

【0051】図4は本発明の実施の形態による複合タン
グステン球をFC−BGAでのボールとして使用した他
の例を示す断面図である。図4を参照して,半導体チッ
プ裏面とセラミック基板54の図示しない夫々のランド
とは,ジョイントボール53を介して接続されている。
セラミックス基板の表面のランドと,裏面のパッド55
とは図示しない内部導体またはワイヤボンディングによ
って接続されている。裏面のパッド55は,図示しない
配線基板に複合タングステン球2を介して接続される。
尚,ジョイントボール53として,本発明の実施の形態
による複合タングステン球も用いることができる。
FIG. 4 is a sectional view showing another example in which the composite tungsten sphere according to the embodiment of the present invention is used as a ball in FC-BGA. Referring to FIG. 4, the back surface of the semiconductor chip and the respective lands (not shown) of ceramic substrate 54 are connected via joint balls 53.
Lands on the front surface of the ceramic substrate and pads 55 on the back surface
Are connected by an internal conductor or wire bonding (not shown). The pad 55 on the back surface is connected to a wiring board (not shown) via the composite tungsten sphere 2.
As the joint ball 53, the composite tungsten sphere according to the embodiment of the present invention can also be used.

【0052】先述した様に,押圧及び挟み込み工程によ
り組立てられるが,例えば5×10-3gf/μm2 以上
の力が加わっても,本発明の実施の形態による複合タン
グステン球は当然耐えられる。
As mentioned above, the composite tungsten sphere according to the embodiment of the present invention can withstand even if a force of 5 × 10 −3 gf / μm 2 or more is applied, though it is assembled by the pressing and sandwiching process.

【0053】Auめっき後,はんだ(PbSn)めっき
を施し組み立てればタングステン及びめっきの特性を生
かし,導電性を有するFCボールとなる。又この時の電
気抵抗率は,ほぼ5.5×10-6Ωcmであり,FCボ
ールとしての強度も先の性能も合わせ望ましいものであ
った。
After the Au plating, the solder (PbSn) plating is applied and assembled, and the FC ball having conductivity is obtained by utilizing the characteristics of tungsten and plating. The electrical resistivity at this time was approximately 5.5 × 10 −6 Ωcm, which was desirable in terms of strength as an FC ball and the above performance.

【0054】尚,図1に示す,およそ100μmのボー
ルにAuめっきを4μm施し図2に示す50(この場合
はんだはタングステン)の設定条件となるように,はん
だを用いて2枚の平行板間での電気抵抗を測定したとこ
ろ,およそ0.01mΩであった。一般にこの値は2.
5mΩ以下が必要とされているが,FCがボールで接続
された状態での接続間の電気抵抗に当たり十分好ましい
値となった。
It should be noted that between the two parallel plates, solder is used so that the setting condition of 50 (in this case solder is tungsten) shown in FIG. 2 is obtained by applying Au plating of 4 μm to a ball of about 100 μm shown in FIG. When the electric resistance was measured, it was about 0.01 mΩ. Generally this value is 2.
Although it is required to be 5 mΩ or less, it is a sufficiently preferable value in terms of electric resistance between connections when FC is connected by balls.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上,説明したように,本発明によれ
ば,高密度・高実装化が可能であり,割れやつぶれるこ
とのない信頼性のある複合タングステン球を提供するこ
とができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a highly reliable composite tungsten sphere capable of high density and high packaging, and free from cracking or crushing.

【0056】また,本発明によれば,上記した利点を有
する複合タングステン球を先端部に有するチェック針を
備えた探針装置を提供することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to provide the probe device having the check needle having the composite tungsten ball having the above-mentioned advantages at the tip thereof.

【0057】さらに,本発明によれば,上記した利点を
有する複合タングステン球を電気コンタクトに用いた半
導体パッケージを提供することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor package using the composite tungsten sphere having the above-mentioned advantages for electrical contact.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態による複合タングステン球
の金属組織を示す電子顕微鏡写真である。
FIG. 1 is an electron micrograph showing a metal structure of a composite tungsten sphere according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の複合タングステン球をチェック針に用い
た例を示す正面図である。
FIG. 2 is a front view showing an example in which the composite tungsten sphere of FIG. 1 is used as a check needle.

【図3】図1の複合タングステン球を半導体パッケージ
に用いた一例を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example in which the composite tungsten sphere of FIG. 1 is used in a semiconductor package.

【図4】図1の複合タングステン球を半導体パッケージ
に用いた他の例を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example in which the composite tungsten sphere of FIG. 1 is used in a semiconductor package.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プローブピン 2 金属ボール 10a プローバーボード 10b プローバボード 21 半導体チップ 22 チップホルダー 23 パッケージ基板 24 ワイヤボンディング 25 ボンディングパッド 26 プロービングパッド 27 ランド 28 ランド 29 内部導体 30 ランド 51 LSIチップ 51a 導体パターン 53 ジョイントボール 55 パッド 56 半田部 57 薄膜層 58 絶縁樹脂層 60 セラミックス基板 61 導体 62 第2の金属層 63 第1の金属層 64 バンプ 65 入出力パッド 66 キャップ 67 スルーホール 68 導体パターン 1 probe pin 2 metal balls 10a prober board 10b prober board 21 semiconductor chips 22 Chip holder 23 Package substrate 24 wire bonding 25 Bonding pad 26 Probing Pad 27 lands 28 lands 29 Inner conductor 30 lands 51 LSI chip 51a Conductor pattern 53 Joint Ball 55 Pad 56 Solder part 57 Thin film layer 58 Insulating resin layer 60 ceramics substrate 61 conductor 62 Second metal layer 63 First metal layer 64 bumps 65 I / O pad 66 cap 67 Through hole 68 conductor pattern

フロントページの続き (72)発明者 天野 良成 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住 友電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 平5−136221(JP,A) 特開 平7−20150(JP,A) 特開 平9−293753(JP,A) 特開 平8−153727(JP,A) 特開 平2−6339(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 35/40 B22F 1/02 B22F 9/00 H01L 23/12 H01L 21/60 H01L 21/66 G01R 1/073 G01R 31/26 Front page continuation (72) Inventor Yoshinari Amano 1-1-1 Kunyokita, Itami City, Hyogo Prefecture Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works (56) Reference JP-A-5-136221 (JP, A) Japanese Patent Laid-Open No. 7-20150 (JP, A) Japanese Patent Laid-Open No. 9-293753 (JP, A) Japanese Patent Laid-Open No. 8-153727 (JP, A) Japanese Patent Laid-Open No. 2-6339 (JP, A) (58) Fields investigated (Int .Cl. 7 , DB name) B23K 35/40 B22F 1/02 B22F 9/00 H01L 23/12 H01L 21/60 H01L 21/66 G01R 1/073 G01R 31/26

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 タングステン元素を少なくとも95重量
%含む金属球と、前記金属球表面に形成された導電性の
被覆層とを備えた複合タングステン球であって、前記金
属球は、液相焼結の際に生じた粗粒タングステン粉をプ
ラズマ中を通過させることによって形成され、ポアの無
い緻密な組織を有し、前記複合タングステン球は、直径
が0.05〜0.2mmで、直径ばらつきが直径の±1
0%以内であることを特徴とする複合タングステン球。
1. A composite tungsten sphere comprising metal spheres containing at least 95% by weight of elemental tungsten and a conductive coating layer formed on the surface of the metal sphere, the metal sphere being liquid phase sintered. Coarse tungsten powder generated during
It is formed by passing through a plasma and has a dense structure without pores. The composite tungsten sphere has a diameter of 0.05 to 0.2 mm and a diameter variation of ± 1 of the diameter.
A composite tungsten sphere characterized by being within 0%.
【請求項2】 半導体パッケージの回路基板電気特性検
査に用いられる探針装置であって,請求項1記載の複合
タングステン球を先端に備えたチェック針を有すること
を特徴とする探針装置。
2. A probe device used for inspecting the electrical characteristics of a circuit board of a semiconductor package, which has a check needle having the composite tungsten ball according to claim 1 at its tip.
【請求項3】 半導体チップを搭載した半導体パッケー
ジの電気コンタクトに用いられるボールとして,請求項
1記載の複合タングステン球を有することを特徴とする
半導体パッケージ。
3. A semiconductor package comprising the composite tungsten sphere according to claim 1 as a ball used for electrical contact of a semiconductor package on which a semiconductor chip is mounted.
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