JP3983300B2

JP3983300B2 - バンプの形成方法

Info

Publication number: JP3983300B2
Application number: JP52120998A
Authority: JP
Inventors: 明岡本
Original assignee: Nigata Semitsu Co Ltd
Current assignee: NSC Co Ltd
Priority date: 1996-11-06
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2017-10-29
Also published as: CN1236484A; AU4725297A; HK1023649A1; DE69737939T2; EP0949668A1; KR100368946B1; TW354412B; KR20000052897A; EP0949668A4; DE69737939D1; WO1998020541A1; EP0949668B1; CN1153266C

Description

技術分野
本発明は、ＢＧＡ技術に基づいて実装を行う場合や、フリップチップ実装を行う場合のように、パッドが形成された２つの基板（例えば、プリント配線板と半導体チップ）を接続するのに用いられるバンプの形成方法に関する。
背景技術
半導体チップをプリント配線板に実装する技術の一つにＢＧＡ（Ball Grid Array）技術と呼ばれるものがある。ＢＧＡ技術は、半導体チップとプリント配線板の双方にパッドを形成し、これらパッドをバンプと呼ばれる半田ボールや金ボール等を介して接合するものである。このようなバンプを用いることにより、半導体チップにピン形状の端子を取り付けて実装を行う場合や、ボンディングワイヤを用いたＣＯＢ（Chip On Board）実装を行う場合よりもはるかに実装面積を小さくすることができる。
一方、半導体チップをパッケージングせずにベアチップの状態でプリント配線板に実装するいわゆるフリップチップ実装も最近では広く行われるようになってきた。フリップチップ実装の場合にも、ベアチップのパッドとプリント配線板のパッドとがバンプを介して接合される。
ＢＧＡ技術に基づく実装やフリップチップ実装などに用いられるバンプの形成方法として、通常バンプ方式、転写バンプ方式、ボールバンプ方式およびメサバンプ方式の４つの方式が一般に知られている。通常バンプ方式は、半導体ウエハの上面をバンプ形成箇所を除いてレジストで覆い、めっき処理によってバンプを形成した後にレジストを除去するものである。転写バンプ方式は、インナーリードの先端にバンプを転写接合し、このバンプと半導体チップのアルミニウム電極とを位置合わせして加熱・加圧するものである。また、ボールバンプ方式は、ワイヤボンディングを行う装置を用いて各パッドにバンプを取り付けるものであり、メサバンプ方式は、インナーリードの先端にバンプを一体形成するものである。
これら４つの方式のうち、転写バンプ方式とメサバンプ方式は、インナーリードの利用を前提としており、ＢＧＡ技術に基づく実装やフリップチップ実装には向かない。また、ボールバンプ方式は、各パッドに順々にバンプを取り付けるため、パッドの数が多くなるほど実装に手間がかかるという問題がある。一方、通常バンプ方式は、めっき処理によってバンプを形成するため、バンプのサイズや形状にばらつきが生じやすいという問題がある。
発明の開示
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、複雑な工程を要することなく所望のサイズおよび形状のバンプを形成できるバンプの形成方法を提供することにある。
本発明のバンプの形成方法は、第１の基板の上面をパッド形成領域を除いてレジストで覆う工程と、第１の基板のレジストで覆った面を下にしてその下方からレジストで覆った面に向けて導電性材料を噴霧し、第１の基板上のパッド形成領域にほぼ半球状のバンプを形成する工程とを備えている。第１の基板上のパッド形成領域を下向きにして、その下方から導電性材料を噴霧することにより、重力の作用によりパッド形成領域に半球状のバンプを形成しており、複雑な工程を要することなくバンプを形成することができる。
発明を実施するための最良の形態
〔実施形態〕
第１図は、バンプの形成方法と半導体装置の製造工程を説明する図である。この図は、パッケージングされた半導体チップをプリント配線板上にＢＧＡ技術に基づいて実装する例を示しており、具体的には、半導体チップのパーケージに形成されたパッドとプリント配線板に形成されたパッドとをバンプを介して接合するものである。上述したプリント配線板が第１の基板に、パッケージングされた半導体チップが第２の基板にそれぞれ対応している。
まず第１図（ａ）に示すように、半導体チップ上のパッドと同じ間隔でプリント配線板１上にパッド２を形成する。次に、第１図（ｂ）に示すように、プリント配線板１の上面をパッド形成領域を除いてレジスト３で覆う。次に、第１図（ｃ）に示すように、プリント配線板１のレジスト３で覆った面を下に向け、その下方から溶融半田を噴霧してパッド形成領域にバンプ４を形成する。
第２図は第１図（ｃ）の工程を詳細に説明する図である。同図に示すように、プリント配線板１は、レジスト形成面を下に向けた状態でベルトコンベア１１に下向きに取り付けられる。ベルトコンベア１１の下方には、溶融半田を噴霧するノズル１２が設置されている。ベルトコンベア１１が移動を開始すると、ノズル１２の上方を通過したプリント配線板１に溶融半田が吹き付けられる。プリント配線板１上のレジスト３で覆われた部分には半田は付着せず、レジスト３で覆われていないパッド形成面のみに半田層が形成される。この半田層は、重力の作用を受けてほぼ半球状になり、これがバンプ４として利用される。また、ノズル１２からは常に一定量の半田が噴霧されるため、バンプ４のサイズはほぼ均一になる。
バンプ４が形成されたプリント配線板１はレジスト除去後に、第１図（ｄ）に示すように半導体チップ５のパッド６と位置合わせされた後、高温の炉に通される。その結果、第１図（ｅ）に示すようにバンプ４が溶融し、半導体チップ５はバンプ４を介してプリント配線板１と接合される。
このように、本実施形態では、プリント配線板１のパッド形成面を下に向けてその下方から溶融半田を噴霧してパッド形成領域に半田層を形成するため、この半田層は重力の作用を受けて理想的な半球状のバンプ４になる。したがって、特別な装置等を用いることなく、簡易な工程で半球状のバンプ４を形成することができる。
また、バンプ形成箇所以外はレジスト３で覆っているため、余計な部分に半田が付着することはない。さらに、プリント配線板１を一定速度で移動させながらノズル１２から一定量の溶融半田を吹き付けるため、バンプ４のサイズや形状のばらつきをなくすことができる。また、ベルトコンベア１１に一定間隔で複数のプリント配線板１を載置すれば、複数のプリント配線板１に同一形状のバンプ４を短時間に形成することができ、製造効率がよくなる。
なお、ノズル１２から噴霧する物質は、上述した溶融半田に限定されず、付着性および導電性に優れた各種の物質（例えば金など）を利用可能である。また、２種類以上の物質を噴霧して上述したバンプ４を形成してもよい。第３図は、バンプ４を２層構造とし、上層に低温で溶融する半田層４ａを、下層に高温で溶融する半田層４ｂを形成した例を示している。このような構造にすると、上層の半田層４ａが溶融した時点で半導体チップ５との電気的接触が確保されるため、バンプ４を一層構造にする場合よりも、バンプ４の付着性を高めることができる。なお、バンプ４を多層構造とする場合には、１本のノズル１２から異なる材料を噴霧してもよく、あるいは２本以上のノズル１２を設けてもよい。また、プリント配線板１の面積が広い場合は、複数のノズル１２を一列に並べて、各ノズル１２から同時に同量の溶融半田を噴霧すればよい。
〔参考形態〕
以下に説明する参考形態は、スクリーン印刷によってバンプ４を形成するものである。
第４図はスクリーン印刷の概略を説明する図である。プリント配線板１の上方には、バンプ４の形状が描かれたスクリーンマスク２１が配置されている。スクリーンマスク２１は、両端がスクリーン枠２２によって支持されており、スキージ２３を押し当てるとプリント配線板１の上面に密着配置され、スキージ２３を離すと元の位置（図示の点線位置）に復帰する。
スクリーンマスク２１の上面に、半田や金などで構成される導電性のペースト２４を載せた状態でスキージ２３をスクリーンマスク２１に押し当て、そのままスキージ２３を図示の矢印の方向に移動させる。スクリーンマスク２１は、スキージ２３が押し当てられた部分のみプリント配線板１に密着配置され、スキージ２３が通過した部分のスクリーンマスク２１はプリント配線板１から離れる。これにより、プリント配線板１上にはスクリーンマスク２１のパターンに応じた形状の印刷パターン２５が転写される。
スクリーン印刷が終了すると、印刷パターン２５が乾く前に印刷面を下にして所定時間放置される。これにより、印刷パターン２５は重力の作用を受けて半球状になって固化され、バンプ４が完成する。
その後は、第１図（ｄ）、（ｅ）と同様の工程が行われ、半導体チップ５がプリント配線板１に取り付けられる。
このように、参考形態は、スクリーン印刷を利用してバンプ４を形成するため、バンプ４のサイズのばらつきをなくすことができる。また、実施形態と異なり、プリント配線板１上にパッドやレジストを形成する処理が不要なため、製造工程をより一層簡易化できる。
なお、スクリーン印刷をする際、第５図に示すように、バンプ４のサイズよりも広めかつ厚めに印刷パターン２５を形成すれば、表面張力により印刷パターン２５が縮んでも、その面積をバンプ４と同程度にすることができる。また、表面張力により図示の点線のように丸く変形するため、印刷した面を下向きにする必要がなくなり、製造工程をより簡略化できる。あるいは、表面張力と重力の両方を利用してバンプ４を形成してもよい。
上述した実施形態や参考形態では、プリント配線板１にバンプ４を形成する例を説明したが、半導体チップ５のパッドにバンプ４を形成してもよい。
また、上述した実施形態や参考形態では、ＢＧＡ技術に基づいて実装を行う場合のバンプ形成方法について説明したが、半導体ウエハから切り出されたベアチップをプリント配線板１に実装するいわゆるフリップチップ実装に用いられるバンプ４を形成する際にも実施形態や参考形態は適用可能である。ただし、フリップチップ実装の場合は、ＢＧＡ技術による実装を行う場合よりも、バンプ４のサイズを小さくしなければならないため、ノズル１２から噴射する材料や噴射量を変えたり、スクリーンマスク２１のパターン形状を変更する必要がある。
また、ベアチップ上に形成されるパッドの材質は、一般にはアルミニウムやポリシリコン等が用いられるが、これらには半田が付着しにくいため、その表面には密着性、相互拡散、半田のぬれを考慮した中間金属層を、溶融半田の噴霧工程に先立って予め形成しておく必要がある。例えば、メッキや蒸着によって銅や金等の半田が付着しやすい金属の表面層を形成しておく。あるいは、Ｃｒ−Ｃｕ−Ａｕ、ＴｉＷ−Ｃｕ、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｎｉ、Ａｌ／Ｎｉ−Ｎｉ−Ｃｕなどの表面層を形成しておく。このような表面層は、半田等が付着しにくいパッドが形成されたプリント配線板等にバンプ４を形成する場合にも有効である。
また、フリップチップ実装を行う場合は、半導体ウエハを切り出す前に半導体ウエハ上にバンプ４を形成し、バンプ形成後に個別のチップに切り出してもよい。
産業上の利用可能性
上述したように、本発明によれば、第１の基板の下方から、第１の基板のレジストで覆った面に向けて導電性材料を噴霧してバンプを形成するため、重力の作用により、理想的な半球状のバンプを形成することができる。また、第１の基板を搬送させながら導電性材料を噴霧すれば、第１の基板に均一に導電性材料を吹き付けることができ、バンプのサイズと形状のばらつきを抑えることができる。
また、２種類以上の導電性材料を噴霧すれば、多層構造のバンプを容易に形成することができる。したがって、バンプの上層側が下層側よりも低い温度で溶融するような構造にすることも容易にでき、バンプの付着性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バンプの形成方法と半導体装置の製造工程を説明する図である。
【図２】第１図（ｃ）の工程を詳細に説明する図である。
【図３】２層構造のバンプの一例を示す図である。
【図４】スクリーン印刷の概略を説明する図である。
【図５】印刷パターンの形状を示す図である。

Claims

第１および第２の基板の双方に形成されたパッド同士を接続するのに用いられるバンプの形成方法において、
前記第１の基板の上面をパッド形成領域を除いてレジストで覆う工程と、
前記第１の基板のレジストで覆った面を下にして、その下方から前記レジストで覆った面に向けて噴霧量を調整して導電性材料を噴霧し、前記第１の基板上のパッド形成領域にほぼ半球状の所定サイズのバンプを形成する工程と、
を備え、２種類以上の前記導電性材料を噴霧し、前記バンプの上層側が前記バンプの下層側よりも低い温度で溶融するように２種類以上の前記導電性材料によってそれぞれの層が形成された前記バンプを形成することを特徴とするバンプの形成方法。
前記第１の基板を搬送しながら前記導電性材料を噴霧することを特徴とする請求項１記載のバンプの形成方法。
前記第１の基板は半導体チップであることを特徴とする請求項１記載のバンプの形成方法。
前記半導体チップは、半導体ウエハから切り出されたベアチップであることを特徴とする請求項３記載のバンプの形成方法。
前記半導体ウエハの切り出しを行う前に、前記半導体ウエハの全面に前記バンプを形成することを特徴とする請求項４記載のバンプの形成方法。