JP3614828B2 - チップサイズパッケージの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、LSIのパッケージに係り、特に、LSIチップと略同じ大きさのチップサイズパッケージの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、例えば、
(1)“日経マイクロデバイス”1995年2月号 P.96〜97
(2)“チップサイズパッケージ技術”サーキットテクノロジ Vol.9
No.7 P475〜478に記載されるようなものがあった。
【0003】
従来、この種のパッケージは、μ−BGA、チップサイズパッケージ、CSP等種々の名前で呼ばれ、また色々なタイプのチップサイズパッケージが開発されている。
【0004】
図8はかかる従来のチップサイズパッケージの一部破断斜視図である。
【0005】
この図に示すように、LSIチップ1に半田蒸着と銅バンプを形成後、モールド樹脂2により樹脂封止し、外部端子用の半田バンプ3をつける。なお、4は配線パターン、5は電極パッドである。結果として、略LSIと同じ大きさのパッケージを得ることができる。
【0006】
また、図9は従来のチップサイズパッケージのうちテープキャリア方式の一部破断斜視図である。
【0007】
この図において、LSIチップ5の表面には弾性のある接着剤6をコートし、LSIの各パッドにはフレキシブル配線7を接続し、且つこのフレキシブル配線7には半田バンプ9が形成されている。この半田バンプ9の周囲には、ポリイミドフィルム8等で形成され、前記した弾性のある接着剤6でこのLSIに固定されている。10は保護枠である。結果として、略LSIと同じ大きさのパッケージを得ることができる。
【0008】
すなわち、このパッケージでは、LSIをバンプを有するポリイミド配線基板に実装し、次に、これを目的の配線基板に実装する形態をとっていた。
【0009】
他の形態のパッケージにおいても、配線が施されたLSIチップを、配線基板に実装するようにしている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したように、従来のチップサイズパッケージでは、LSIをウエハから切り出した後、各々のチップサイズパッケージを作製することになるので、専用の金型を必要とし、低価格化の障害となっていた。
【0011】
また、従来のチップサイズパッケージでは、LSIを配線基板に実装するのに2回実装することとなり、工程数が多くなり、結果として高価格になる。
【0012】
更に、LSIをウエハから切り出した後、各々のチップサイズパッケージを作製することとなるので、その作製が煩雑であり、製造の信頼性上も問題である。
【0013】
また、従来エポキシ樹脂のモールドに関してはモールドに離型剤が添加されていた。これは金型と樹脂との接着を防ぐ目的のものであるが、LSI及びその周辺の金属との接着力が弱くなり、信頼性低下につながった。
【0014】
更に、今までにもLSIにバンプを直接作製し、これをフェースダウン方式で基板に実装する方法は提案され、実用化している。しかし、この方法ではLSIの保護が全くなされておらず、機械的にも弱いものであった。
【0015】
本発明は、上記問題点を除去し、金型を用いることなく、工程数を低減して、低価格化を図ることができ、LSIの保護が十分なチップサイズパッケージの製造方法を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕チップサイズパッケージの製造方法において、それぞれ集積回路が形成された複数の半導体チップ領域を有し、前記複数の半導体チップ領域上にそれぞれ複数の電極が形成された半導体ウエハを準備する工程と、前記複数の電極にそれぞれ接続される複数のバンプを、前記複数の電極上に形成する工程と、前記複数の半導体チップ領域における前記複数のバンプに対して、加重をかけることによって、前記複数のバンプの上部を実質的に平坦に、かつ高さを実質的に等しくする工程と、前記半導体ウエハを樹脂によって覆う工程と、前記複数のバンプの上面を露出させるように、前記樹脂を研磨する工程と、前記複数のバンプ上に複数の半田ボールを形成する工程と、前記複数の半田ボールが形成された前記半導体ウエハを個々の半導体チップに分割する工程とを含むことを特徴とする。
【0017】
〔2〕上記〔1〕記載のチップサイズパッケージの製造方法において、前記複数の電極を露出させ、前記半導体ウエハの表面を覆う保護膜を形成する工程を有することを特徴とする。
【0018】
〔3〕上記〔2〕記載のチップサイズパッケージの製造方法において、前記保護膜はPSGを用いて形成することを特徴とする。
【0019】
〔4〕上記〔1〕から〔3〕のいずれか1項に記載のチップサイズパッケージの製造方法において、前記複数のバンプは、金、銅、半田のいずれか一つを用いて形成することを特徴とする。
【0020】
〔5〕上記〔1〕から〔4〕のいずれか1項に記載のチップサイズパッケージの製造方法において、前記樹脂は、エポキシ樹脂を用いて形成することを特徴とする。
【0021】
〔6〕上記〔1〕から〔5〕のいずれか1項に記載のチップサイズパッケージの製造方法において、前記複数の電極は、一辺が50μm〜100μmの長方形状、または正方形状であり、約1μmの厚さを有するように形成することを特徴とする。
【0022】
〔7〕上記〔1〕から〔6〕のいずれか1項に記載のチップサイズパッケージの製造方法において、前記複数のバンプの各々は、30μm〜60μmの高さを有するように形成することを特徴とする。
【0023】
〔8〕上記〔1〕から〔7〕のいずれか1項に記載のチップサイズパッケージの製造方法において、前記複数のバンプは、一つのバンプあたり6g〜10gの加重がかけられることを特徴とする。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【0025】
図1は本発明の第1実施例を示すウエハの平面図、図2は図1のA−A′線におけるチップの製造工程断面図である。
【0026】
図1においては、1枚のウエハが示されており、前処理を終了し、更に各LSIの電極にバンプを形成した状態を示している。
【0027】
この図において、101,102,103,104…は各LSI(半導体チップ)であり、実線C1,C3,C5,C2,C4,C6,C8に沿ってウエハから切り取られる。 201,202,203,204,205,206,207,208は各LSIにおける電極であり、通常は1μm厚のアルミニウムが用いられる。301,302,…,308はバンプであり、この実施例では、いわゆるスタッド方式(ワイヤボンディングの技術を用い、ボンディング時のボールをバンプとする)を用いた。
【0028】
また、電極201,202,203,204,205,206,207,208は、各々1辺が50〜100μmの長方形または正方形の形状をなしており、バンプ301,302,303…は通常各々最大直径が30〜60μmで高さもほぼ同じ値である。
【0029】
以下、図1に示されるLSI104のA−A′線に沿ったウエハサイズチップの製造方法について図2を参照しながら説明する。
【0030】
(1)まず、図2(a)に示すように、100はLSI104を保護するためのPSG膜(酸化膜)であり、電極204,205上のバンプ304,305はワイヤボンディング技術で作製されるので先端がくびれた形状になっている。次工程前に1バンプ当たり6〜10gの加重をかけ、各バンプの高さを揃え、また各バンプの先端の表面を平坦にしておくと都合がよい。
【0031】
バンプの材質としては金、または銅が望ましい。両者とも、通常の技術で作製することができる。特に、金のスタッド方式のバンプに関しては、製造装置も販売され、LSIの前工程を変更することなく作製することができる。
【0032】
また、銅バンプに関してはボンディング時、Arに水素を添加したガス雰囲気が必要であり、またボンディング圧力も若干大きめなため、LSIのアルミ電極の厚さを2μm程度と通常より厚くする必要が生じたが、条件を最適化することにより、良好な銅のスタッド方式のバンプを得ることが可能であった。
【0033】
最近、錫−鉛を主成分にした半田ワイヤをボンディングして、半田のバンプをLSIのアルミ電極に形成する技術も実用化されている。この技術を用いると容易に半田バンプ301,302,303,304,305…を形成することができ、更に続行する工程も容易になる。
【0034】
(2)全てのアルミ電極にバンプを形成、加圧後、図2(b)に示すように、ウエハ全面にエポキシ樹脂200を被着し、ホットプレスにより押圧、加熱しつつ硬化させる。プレスによる圧力は、15〜20kg重/cm2 、温度は80〜100℃、硬化時間にほぼ1時間を要した。この押圧工程により、バンプ301,302,303,304,305…の平らな突起上面がエポキシ樹脂200の表面に露出する。樹脂はエコボンド(エマーソンアンドカミング社製の商品名)のように硬化前後における体積変化率の低いものを用いた。樹脂や押圧条件により、バンプ301,302,303,304,305…の平らな突起上面にエポキシ樹脂200が薄く残存する場合がある。この時は表面をサンドペーパー、またはサンドブラスト等で若干研磨することで露出させることができた。
【0035】
(3)次に、通常の工程により、図2(c)に示すように、バンプ301,302,303,304,305…の平らな突起上面に半田ボール604,605を設置する。エポキシ樹脂200上に半田レジストが存在してもよい。これらの工程はウエハ全域にわたって行われる。半田ボール604,605を設置後、図1の実線C1,C3,C5,C2,C4,C6,C8に沿ってウエハをカッティングする。
【0036】
上記のようにして、カッティングを行ったチップサイズパッケージを以下に示す。
【0037】
図3は本発明の第1実施例を示すチップサイズパッケージの斜視図である。
【0038】
この図の点線で示した50は、このチップサイズパッケージを補強するための補強板である。このチップサイズパッケージは、表面にエポキシ樹脂をコーティングしているので十分な強度を持つが、使用する前においては、更なる強度を必要とする場合がある。ウエハカッティング前、補強板50を張り付けることにより、極少ない工程で、補強板付きチップサイズパッケージを得ることができる。
【0039】
この様な構造になっているから、LSIチップと同じ面積である。
【0040】
本発明によれば、このパッケージは小さいままで、強度的にも、耐湿等においてもいわゆるモールドパッケージと同等の信頼性を持つものである。
【0041】
次に、本発明の第2実施例について説明する。
【0042】
図4は本発明の第2実施例を示すウエハのチップとなる部分の平面図、図5はそのウエハのチップの断面図(図4のB−B′断面図)、図6は本発明の第2実施例を示すチップサイズパッケージの斜視図である。なお、第1実施例と同じ部分については、同じ符号を付してそれらの説明は省略する。
【0043】
これらの図において、402,404,405,407はエポキシ樹脂200上に形成された配線金属であり、半田ボールの位置をアルミ電極の真上の位置から移動させるためのものである。この配線金属を形成する工程は、例えばアルミニウム蒸着、ホトリソ、エッチング工程で行えばよく、なんら新しい技術は使用しない。メッキ技術によってもよい。半田ボール601,602,603,604,605,…を設置するため半田レジスト500を形成する。
【0044】
この実施例では、第1実施例のように、接続用の半田ボールをLSIのアルミ電極の真上に形成するのではなく、平面的に離れた場所に形成する。
【0045】
すなわち、図5に示すように、まず、第1実施例のように、LSI104の各アルミ電極204,205上に、スタッドバンプ304,305をたて、次に、エポキシ樹脂200を被着、押圧、加熱して、加工後、このエポキシ樹脂200の表面に配線金属404,405を形成し、更に半田レジスト500を塗布後、半田ボール604,605を設置する。
【0046】
最後にウエハをカッティングしてLSIを切り出す。
【0047】
このように、半田ボール形成後、一枚のウエハをカッティングした一個のLSIに相当する部分を拡大すると、図6のようになる。
【0048】
この実施例では、バンプ形成後、半田ボール移動のための配線金属の形成を行った。エポキシ樹脂形成前に半田ボール移動のための配線金属の形成を行うことも可能である。
【0049】
図7はかかる本発明の第3実施例を示す配線金属の形成を先に行った場合のチップサイズパッケージの要部断面図である。図5と同じ部分については、同じ符号を付してそれらの説明は省略する。
【0050】
この図において、704,705は半田ボール604,605の位置を移動するための配線金属、804,805はバンプである。
【0051】
上記実施例によれば、接続用の半田ボール604,605が所望の場所にあるチップサイズパッケージを容易に得ることが可能である。
【0052】
特に、第1実施例と同様に、ウエハのカッティングを最後に行うようにしたので、各パッケージ当たりの工数が少なくなり、低価格化を実現できる。また、エポキシ樹脂のLSIへの接着力も十分なものが得られる。
【0053】
第1実施例、第2実施例共にバンプはスタッドバンプとして説明した。しかし通常のメッキによるバンプを用いても、十分に本発明を実施することが可能であった。
【0054】
また、第1実施例、第2実施例はバンプ形成後、樹脂封止する工程を用いている。しかし、樹脂を全面に被着後、この樹脂を部分的に必要箇所に応じてホトリソ技術等で除去し、除去箇所に無電解メッキなどでバンプを形成する手法も有効であった。
【0055】
図10〜図12は本発明の第4実施例を示す図であり、図10は本発明の第4実施例を示すチップサイズパッケージの製造工程断面(図11のC−C′線断面)図、図11はそのチップサイズパッケージの平面図、図12はそのチップサイズパッケージの斜視図である。
【0056】
ウエハの全体平面図は、第1実施例と同様であるのでここでは図示は省略する。
【0057】
以下、そのチップサイズパッケージの製造方法を図10を用いて説明する。
【0058】
(1)まず、図10(a)に示すように、LSI104を保護するためのPSG膜(酸化膜)100が形成される。アルミ電極204,205に接続されるバンプ304,305はワイヤボンディング技術で作製されるので先端がくびれた形状になっている。
【0059】
バンプの材質としては金、または銅が望ましい。両者とも、通常の技術で作製することができる。特に、金のスタッド方式のバンプに関しては、製造装置も販売され、LSIの前工程を変更することなく作製することができる。
【0060】
また、銅バンプに関してはボンディング時Arに水素を添加したガス雰囲気が必要であり、またボンディング圧力も若干大きめなため、LSIのアルミ電極の厚さを2μm程度と通常より厚くする必要が生じたが、条件を最適化することにより、良好な銅のスタッド方式のアルミニウムを得ることが可能であった。
【0061】
最近、錫−鉛を主成分にした半田ワイヤをボンディングして半田のバンプをLSIのアルミ電極に形成する技術も実用化されている。この技術を用いると容易に半田バンプ304,305…を形成することができ、更に続行する工程も容易になる。
【0062】
(2)次に、図10(b)に示すように、全てのLSI104のアルミ電極204,205にバンプ304,305を形成し、加圧による先端平坦化後、このウエハ全面に銅箔1400(例えば、15μmの厚さ)を鑞付けする。この銅箔1400表面に、予め錫あるいは半田等を1μm程度の厚さにメッキしておき、このメッキ膜(図示なし)とバンプ304,305とを低温鑞付けする。
【0063】
次に、この銅箔1400とPSG膜100間にエポキシ樹脂1200を注入、加熱硬化させる。樹脂は、エコボンド(エマーソンアンドカミング社製の商品名)のように、硬化前後における体積変化率の低いものを用いた。LSI104と銅箔1400間の距離は40μm前後であるから、毛細管現象により効率よく、また、確実に樹脂1200を充填でき、また、LSI104表面、銅箔1400面との接着性も極めて良好であった。なお、バンプ材料が半田である場合は、銅箔に予め錫、半田等をメッキしなくても容易にバンプと銅箔を接続できた。
【0064】
(3)次いで、図10(c)に示すように、銅箔1400をエッチング加工し、所望の配線金属1404,1405をエポキシ樹脂1200上に形成した。銅箔1400のエッチング加工は、例えば、感光性のドライフィルムを銅箔1400にコーティング後、マスクを用いて露光、現像等の処理を行った後、塩化第二鉄の溶液による銅の選択エッチングにより行った。
【0065】
(4)次に、電極1404,1405を形成後、半田ボール604,605を設置するため半田レジスト1500を塗布し、その後、半田ボール604,605を所定の場所に設置する。
【0066】
このようにして得られたチップサイズパッケージの平面を図11に示す。
【0067】
この図において、1401,1402,1403,1404,1405,…は樹脂1200上に形成された銅箔からなる配線金属であり、601,602,603,604,605,…は半田ボールである。
【0068】
LSIのアルミ電極201,203,206,208についてはその真上に外部回路との接続点を設置するようにしてある。アルミ電極204,205については、それぞれの場所に設置されたバンプ(304,305等)を通して、外部回路との接続点を移動するよう設計されている。
【0069】
半田ボール601,602,603、604,605,…の設置後、図1のように、点線C1,C3,C5,C2,C4,C6,C8に沿ってウエハをカッティングする。カッティング後のLSI104が図12に示されている。
【0070】
図12に示した700は、このチップサイズパッケージを補強するための補強板である。このチップサイズパッケージは表面にエポキシ樹脂をコーティングしているので十分な強度を持つが、使用する前においては、さらなる強度を必要とする場合がある。ウエハカッティング前、補強板700を張り付けることにより、極少ない工程で、補強板700付きチップサイズパッケージを得ることが可能である。
【0071】
また、エポキシ樹脂をチップ表面に被着しているので、いわゆる樹脂モールドと略同じ信頼性を保証できる。
【0072】
従来文献に示したように、従来のチップサイズパッケージはLSIのダイスカッティング後、パッケージを行っていた。しかし、本発明ではパッケージ化の作業を全てウエハ単位で行えるため、工数が少なく、低価格化を実現できる。
【0073】
従来のエポキシ樹脂のモールドに関してはモールドに離型剤が添加されていた。これは金型と樹脂との接着を防ぐ目的のものであるが、LSI及びその周辺の金属との接着力が弱くなり信頼性低下につながった。
【0074】
しかし、本発明の技術では金型を用いないので、エポキシ樹脂に離型剤を添加する必要はない。また、樹脂との接着を促進するシランカップリング剤等を有効に用いることができた。
【0075】
本発明によれば、このパッケージは小さいままで、強度的にも、耐湿等においてもいわゆるモールドパッケージと同等の信頼性を持つものである。
【0076】
本発明においては、バンプはスタッド方式として説明した。しかし通常のメッキによるバンプを用いることも当然可能であり、他の手法でもよい。またバンプの材料も銅、金、錫−鉛半田のみでなく、他の材料の使用も可能である。
【0077】
ウエハ全面のバンプに張り付ける箔を銅箔として説明したが、これ以外に金箔、コバール板等を用いても良好なチップサイズパッケージを得ることができた。
【0078】
また、各バンプとの接続は、低温鑞付けではなく、高温圧接、超音波接続等を用いても可能であった。この場合、銅箔に半田メッキ、錫メッキ等は不要であった。
【0079】
銅箔のパターニングはドライフィルムを用いる手法で説明したが、レジストをコーティングする手法等の方法でも十分対応しえるものである。
【0080】
銅箔とLSI間にエポキシ樹脂を毛細管現象で注入したが、例えばポリイミド樹脂等、他の系統の樹脂でも対応可能である。
【0081】
外部回路との接続は半田ボールで行うとして説明したが、接続予定場所に金属片を溶接して接続端子とすることも可能である。あるいは導電性塗料を必要箇所に塗布してもよい。
【0082】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0083】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【0084】
(1)LSIチップと同じ面積のチップサイズパッケージを得ることができる。
【0085】
また、樹脂をチップ表面に被着しているので、いわゆる樹脂モールドとほぼ同じ信頼性を保証できる。
【0086】
すなわち、パッケージは小さいままで、強度的にも、耐湿等においても、いわゆるモールドパッケージと同等の信頼性を確保することができる。
【0087】
(2)上記(1)の効果に加え、LSIの表面の強度と接続の信頼性を高めることができる。
【0088】
(3)上記(1)の効果に加え、LSIのパッド電極と半田ボールとの位置を任意に変更でき、接続の自由度を高めることができる。
【0089】
(4)パッケージ化の作業を全てウエハ単位で行えるため、工数が少なく、低価格化を実現できる。
【0090】
このように、ウエハのカッティングを最後に行うので、各パッケージ当たりの工数が少なくなり、低価格化を実現できる。
【0091】
(5)上記(4)の効果に加え、LSIをウエハから切り出す前に、そのウエハ全面に補強板を接着するようにしたので、LSIを機械的に補強することができ、確実にウエハから切り出しを行うことができる。
【0092】
(6)金型を用いないので、エポキシ樹脂に離型剤を添加する必要はない。また、樹脂との接着を促進するシランカップリング剤等を有効に用いることができた。
【0093】
(7)上記(6)と同様な、チップサイズパッケージを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示すウエハの平面図である。
【図2】図1のA−A′線におけるチップの製造工程断面図である。
【図3】本発明の第1実施例を示すチップサイズパッケージの斜視図である。
【図4】本発明の第2実施例を示すウエハのチップとなる部分の平面図である。
【図5】本発明の第2実施例を示すウエハのチップの断面(図4のB−B′線断面)図である。
【図6】本発明の第2実施例を示すチップサイズパッケージの斜視図である。
【図7】本発明の第3実施例を示す配線金属の形成を先に行った場合のチップサイズパッケージの要部断面図である。
【図8】従来のチップサイズパッケージの一部破断斜視図である。
【図9】従来のチップサイズパッケージのうちテープキャリア方式の一部破断斜視図である。
【図10】本発明の第4実施例を示すチップサイズパッケージの製造工程断面(図11のC−C′線断面)である。
【図11】本発明の第4実施例を示すチップサイズパッケージの平面図である。
【図12】本発明の第4実施例を示すチップサイズパッケージの斜視図である。
【符号の説明】
50,700 補強板
100 PSG膜(酸化膜)
101,102,103,104,… LSI(半導体チップ)
200,1200 エポキシ樹脂
201,202,203,204,205,206,207,208 電極(アルミニウム)
301,302,303,304,305,306,307,308,804,805 バンプ(スタッドバンプ)
402,404,405,407,704,705,1401,1402,1403,1404,1405 配線金属
500,1500 半田レジスト
601,602,603,604,605,… 半田ボール
1400 銅箔
Claims (8)
- (a)それぞれ集積回路が形成された複数の半導体チップ領域を有し、前記複数の半導体チップ領域上にそれぞれ複数の電極が形成された半導体ウエハを準備する工程と、
(b)前記複数の電極にそれぞれ接続される複数のバンプを、前記複数の電極上に形成する工程と、
(c)前記複数の半導体チップ領域における前記複数のバンプに対して、加重をかけることによって、前記複数のバンプの上部を実質的に平坦に、かつ高さを実質的に等しくする工程と、
(d)前記半導体ウエハを樹脂によって覆う工程と、
(e)前記複数のバンプの上面を露出させるように、前記樹脂を研磨する工程と、
(f)前記複数のバンプ上に複数の半田ボールを形成する工程と、
(g)前記複数の半田ボールが形成された前記半導体ウエハを個々の半導体チップに分割する工程とを含むことを特徴とするチップサイズパッケージの製造方法。 - 請求項1記載のチップサイズパッケージの製造方法において、前記複数の電極を露出させ、前記半導体ウエハの表面を覆う保護膜を形成する工程を有することを特徴とするチップサイズパッケージの製造方法。
- 請求項2記載のチップサイズパッケージの製造方法において、前記保護膜はPSGを用いて形成することを特徴とするチップサイズパッケージの製造方法。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載のチップサイズパッケージの製造方法において、前記複数のバンプは、金、銅、半田のいずれか一つを用いて形成することを特徴とするチップサイズパッケージの製造方法。
- 請求項1から4のいずれか1項に記載のチップサイズパッケージの製造方法において、前記樹脂は、エポキシ樹脂を用いて形成することを特徴とするチップサイズパッケージの製造方法。
- 請求項1から5のいずれか1項に記載のチップサイズパッケージの製造方法において、前記複数の電極は、一辺が50μm〜100μmの長方形状、または正方形状であり、約1μmの厚さを有するように形成することを特徴とするチップサイズパッケージの製造方法。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載のチップサイズパッケージの製造方法において、前記複数のバンプの各々は、30μm〜60μmの高さを有するように形成することを特徴とするチップサイズパッケージの製造方法。
- 請求項1から7のいずれか1項に記載のチップサイズパッケージの製造方法において、前記複数のバンプは、一つのバンプあたり6g〜10gの加重がかけられることを特徴とするチップサイズパッケージの製造方法。
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