JP4385878B2

JP4385878B2 - 実装方法

Info

Publication number: JP4385878B2
Application number: JP2004212070A
Authority: JP
Inventors: 佳治佐名川; 充彦植田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2024-07-20
Also published as: JP2006032791A

Description

本発明は、チップを回路基板上に常温実装する実装方法に関するものである。

従来より、チップ（半導体素子）を回路基板に実装することによって半導体パッケージを製造することが行われており、チップを回路基板上に実装する方法として、例えば３００℃以上の高温環境で接合させる方法がある。しかし、チップと回路基板との熱膨張率が異なるために、実装時の温度上昇で接合部に熱応力が発生し、接合部の破壊につながっていた。

そこで、実装時に接合部に発生する熱応力を低減させる有効な手段として、実装工程を常温環境で行う常温接合法が提案されている。（例えば、特許文献１，２参照）。この常温接合法には、表面活性化接合法や超音波接合法がある。
特開２００１−３５１８９２号公報冨田誠、外３名、「表面活性化による低温フリップチップ接合」、第１２回マイクロエレクトロニクスシンポジウム論文集、社団法人エレクトロニクス実装学会、２００２年１０月

しかし、従来の常温接合法では十分な接合強度を得ることができなかった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、常温接合の接合強度を向上させた実装方法を提供することにある。

請求項１の発明は、チップに設けられた金バンプ部を回路基板の導電部に接合する実装方法において、回路基板の基板面に対して垂直方向の荷重と前記基板面に対して水平な一方向の荷重とを金バンプ部と導電部との接合面に印加して、金バンプ部と導電部とを互いに水平な一方向に変位させた状態で常温接合することを特徴とする。

この発明によれば、金バンプと導電部とを互いに水平方向に変位させる時に接合面が洗浄処理されて接合強度を向上させることができる。

請求項２の発明は、請求項１において、金バンプ部と導電部とを常温接合する前に、金バンプ部にアニール処理を行うことを特徴とする。

この発明によれば、接合強度をさらに向上させることができる。

請求項３の発明は、請求項１において、金バンプ部と導電部とを常温接合する前に、チップと回路基板の各接合面側に表面活性化処理を行うことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１において、金バンプ部と導電部とを常温接合する前に、金バンプ部にアニール処理を行ってからチップと回路基板の各接合面側に表面活性化処理を行うことを特徴とする。

この発明によれば、バンプアニール処理と表面活性化処理との両方を用いることで、請求項２，３に比べて接合強度を一層向上させることができる。

請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかにおいて、チップの一端に、金バンプ部を設けた面に近付くにつれて外側へ広がるテーパ面を形成し、前記基板面に対して水平な一方向の荷重をテーパ面に当接した治具に印加することを特徴とする。

この発明によれば、治具に水平方向の荷重を印加すれば、垂直方向の荷重と水平方向の荷重とを金バンプ部と導電部との接合面に印加することができる。

請求項６の発明は、請求項１乃至４いずれかにおいて、導電部は回路基板の一端に向かうにつれてチップから離れるテーパ面に形成され、前記基板面に対して水平な一方向の荷重をチップの一端に当接した治具に印加することを特徴とする。

この発明によれば、治具に水平方向の荷重を印加すれば、垂直方向の荷重と水平方向の荷重とを金バンプ部と導電部との接合面に印加することができる。また、請求項５記載のチップ一端のテーパ加工が不要になる。

以上説明したように、本発明では、回路基板の基板面に対して垂直方向の荷重と前記基板面に対して水平方向の荷重とを金バンプ部と導電部との接合面に印加して、金バンプ部と導電部とを互いに水平方向に変位させた状態で常温接合するので、金バンプと導電部とを互いに水平方向に変位させる時に接合面が洗浄処理されて接合強度を向上させることができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図１（ａ）（ｂ）、図２は、本実施形態に係る実装工程を示す断面図であり、まず図２に示すように、シリコンチップ１の一面に設けた電極パット２上に純度９９％以上の金（Ａｕ）からなる金スタッドバンプ部３を形成する。この金スタッドバンプ３は、金ワイヤの先端を溶融する等の方法で形成されており、基部３ａの略中心にはワイヤが頂部３ｂとして突出している。本実施形態では図３に示すように、基部３ａは、幅Ｗ１＝９０±１０μｍ、高さＨ１＝２０〜３０μｍであり、頂部３ｂは、ワイヤ径φ１＝２５μｍであって、金スタッドバンプ３は全高Ｈ２＝７０〜１２０μｍに形成される。

そして、図１（ａ）に示すように、回路基板４の一面に金メッキを施すことで形成した導電部５に、シリコンチップ１の一面に設けた金スタッドバンプ部３の頂部３ｂを対向させ、常温環境において、回路基板４の基板面に対して垂直方向の荷重Ｆ１をシリコンチップ１の他面側から印加し、金スタッドバンプ３の頂部３ｂを導電部５に密着させる。ここで、金スタッドバンプ部３と導電部５との接合面に印加される垂直方向の荷重＝１０ｇｆ／ｂｕｍｐである。

次に、図１（ｂ）に示すように、常温環境において、基板面に対して垂直方向の荷重Ｆ１をシリコンチップ１の他面側から印加するとともに、基板面に対して水平方向の荷重Ｆ２をシリコンチップ１の一端側から印加することで、金スタッドバンプ部３と導電部５との接合面には基板面に対して垂直方向の荷重と水平方向の荷重とが印加され、金スタッドバンプ３は導電部５に対して水平方向に変位しながら導電部５に接合（Ａｕ／Ａｕ接合）する。シリコンチップ１の水平方向の変位距離Ｘ１は１００μｍ程度であり、金スタッドバンプ部３の基部３ａは、電極パット２と導電部５との間で引き伸ばされた状態に変形している。

このように、金スタッドバンプ３と導電部５との常温接合時に、基板面に対して垂直方向の荷重Ｆ１と基板面に対して水平方向の荷重Ｆ２とを同時に印加し、金スタッドバンプ３と導電部５とを互いに水平方向に変位させた状態で接合するので、水平方向への変位時に接合面が洗浄処理されて十分な接合強度を得ることができ、接合信頼性が向上している。

また、金スタッドバンプ３は純度９９％以上の金から形成されているので不純物が少なく、回路基板４に施した金メッキからなる導電部５とのＡｕ／Ａｕ接合の強度をさらに向上させている。

なお、本実施形態では金スタッドバンプを用いているが、金メッキバンプを用いた場合も、上記同様の常温接合を行って上記同様の効果を得ることができる。

（実施形態２）
本実施形態では、実施形態１の図１（ａ）（ｂ）に示す常温接合前に、金スタッドバンプ３にアニール処理（バンプアニール処理）を行って、金スタッドバンプ部３の硬度を低下させている。したがって、金スタッドバンプ部３と導電部５との接合面積が増加して、接合強度がさらに向上する。

（実施形態３）
本実施形態では図４（ａ）（ｂ）に示すように、実施形態１の図１（ａ）（ｂ）に示す常温接合前に、金スタッドバンプ部３を形成したシリコンチップ１の一面、および導電部５を形成した回路基板４の一面に、ＡｒプラズマＰを照射している。このＡｒプラズマ照射により、金スタッドバンプ部３と導電部５との各接合表面が活性化し、常温時におけるＡｕ／Ａｕ接合の接合性が向上して、接合強度がさらに向上する。

また、ＡｒプラズマＰを照射する前に、実施形態２で説明したバンプアニール処理を行えば、接合強度の一層の向上を図ることができる。

（実施形態４）
本実施形態では図５に示すように、実装治具６を用いて金スタッドバンプ３と導電部５との常温接合を行うもので、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

本実施形態のシリコンチップ１はその一端にテーパ部１ａを形成しており、テーパ部１ａは、シリコンチップ１の他面から金スタッドバンプ部３を形成した一面に近付くにつれて外側に広がる斜面で構成される。

実装治具６は、一端側から延設されてシリコンチップ１の他面上に載置される延設片６ａと、延設片６ａの一面側に形成されてテーパ部１ａに対向する斜面６ｂをテーパ部１ａに当接させた突部６ｃとから構成される。

そして、実装治具６の一端側から他端側に水平方向の荷重Ｆ３を印加することで、実装治具６の斜面６ｂとシリコンチップ１のテーパ部１ａとの当接面には、基板面に対して垂直方向の荷重Ｆ４と、基板面に対して水平方向の荷重Ｆ５とが発生し、金スタッドバンプ部３と導電部５との接合面には基板面に対して垂直方向の荷重と水平方向の荷重とが印加される。したがって、金スタッドバンプ３は導電部５に対して水平方向に変位しながら導電部５に接合（Ａｕ／Ａｕ接合）する。

（実施形態５）
本実施形態では図６に示すように、実装治具７を用いて金スタッドバンプ３と導電部５との常温接合を行うもので、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。

本実施形態の回路基板４は立体回路形成基板（ＭＩＤ）であり、その一面には斜面４ｂを有する凸部４ａが突設されており、斜面４ｂは、回路基板４の一端に向かうにつれてチップ１から離れる方向に形成されている。導電部５は斜面４ｂ上に設けられる。

実装治具７は、一端側から延設されてシリコンチップ１の他面上に載置される延設片７ａと、延設片７ａの一面側に形成されてシリコンチップ１の一端に当接する当接面７ｂを形成した突部７ｃとから構成される。

そして、導電部５の面は、金スタッドバンプ部３の突出方向に対して斜めに接する方向に形成されており、金スタッドバンプ部３が導電部５に接触した状態で、実装治具７の一端側から他端側に水平方向の荷重Ｆ３を印加することで、金スタッドバンプ部３と導電部５との接合面には、基板面に対して垂直方向の荷重Ｆ４と、基板面に対して水平方向の荷重Ｆ５とが発生する。したがって、金スタッドバンプ３は導電部５に対して水平方向に変位しながら導電部５に接合（Ａｕ／Ａｕ接合）する。

（ａ）（ｂ）本発明の実施形態１の実装方法を示す断面図である。同上のシリコンチップに形成された金スタッドバンプ部を示す断面図である。同上の金スタッドバンプ部の各寸法を示す図である。（ａ）（ｂ）本発明の実施形態３の実装方法を示す断面図である。本発明の実施形態４の実装方法を示す断面図である。本発明の実施形態５の実装方法を示す断面図である。

符号の説明

１シリコンチップ
２電極パット
３金スタッドバンプ部
４回路基板
５導電部
Ｆ１垂直方向荷重
Ｆ２水平方向荷重

Claims

チップに設けられた金バンプ部を回路基板の導電部に接合する実装方法において、回路基板の基板面に対して垂直方向の荷重と前記基板面に対して水平な一方向の荷重とを金バンプ部と導電部との接合面に印加して、金バンプ部と導電部とを互いに水平な一方向に変位させた状態で常温接合することを特徴とする実装方法。
金バンプ部と導電部とを常温接合する前に、金バンプ部にアニール処理を行うことを特徴とする請求項１記載の実装方法。
金バンプ部と導電部とを常温接合する前に、チップと回路基板の各接合面側に表面活性化処理を行うことを特徴とする請求項１記載の実装方法。
金バンプ部と導電部とを常温接合する前に、金バンプ部にアニール処理を行ってからチップと回路基板の各接合面側に表面活性化処理を行うことを特徴とする請求項１記載の実装方法。
チップの一端に、金バンプ部を設けた面に近付くにつれて外側へ広がるテーパ面を形成し、前記基板面に対して水平な一方向の荷重をテーパ面に当接した治具に印加することを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の実装方法。
導電部は回路基板の一端に向かうにつれてチップから離れるテーパ面に形成され、前記基板面に対して水平な一方向の荷重をチップの一端に当接した治具に印加することを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の実装方法。