JP4547523B2

JP4547523B2 - チップ部品組立体とその製造方法

Info

Publication number: JP4547523B2
Application number: JP2000290268A
Authority: JP
Inventors: 知徳藤井; 健司高橋; 至洋冨田
Original assignee: Toshiba Corp; Taiyo Yuden Co Ltd; Renesas Electronics Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Taiyo Yuden Co Ltd; Renesas Electronics Corp
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2020-09-25
Also published as: JP2002100730A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のチップ部品を重ね合わせると共に、それらチップ部品のバンプ電極を互いに接合して回路の導通を図ったチップ部品組立体とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２１世紀には高密度情報ネットワーク社会が実現されようとしているが、ここに用いられる情報通信機器には、音声・画像デジタル処理を含む高速・高機能化と小型軽量、低消費電力が求められている。これらの情報通信機器が取り扱う情報量は、爆発的な増加が見込まれる。これに対して、情報処理を行うＣＰＵの高速化はＬＳＩの性能向上のみでは追従できない傾向にあり、実装技術の重要性が認識されつつある。実装技術としても信号の高速化に対応して、ＤＩＰ、ＴＳＯＰ、ＢＧＡ等のパケージングを主体とした技術改良や、ビルドアップ基板のような高密度配線板の導入による技術改良で対処してきた。
【０００３】
しかし、平面上の回路パターンを前提とした従来技術の改良では数年後には改良の限界に達すると予測される。
そこで、注目されるのは、回路を形成した半導体ウエハや絶縁基板を裁断して得たチップ部品を、積み重ねてＬＳＩ化するという技術である。
【０００４】
従来において、このようなチップ部品の積み重ね技術としては、従来の積み重ね技術を適用することが考えられている。例えば、半導体ウエハや絶縁基板に回路を構成した後、これら半導体ウエハや絶縁基板をダイシングソーで裁断して個々のチップ部品に分離する。その後、これらチップ部品を積み重ね、非導電性フィルム（ＮＣＦ：Non Conductive Film）、非導電性ペースト（ＮＣＰ：Non Conductive Paste）、異方導電性フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）或いは異方導電性ペースト（ＡＣＰ：Anisotropic Conductive Paste）で接着すると共に、封止する。同時に、チップ部品の機械的な固定と電気的な回路の導通を図る。
【０００５】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、既に提案されている前記のようなチップ部品の組立手段において、チップ部品の回路を互いに接続するバンプ電極は、封止材の中で単に接触しているかまたは封止材に含まれる導電粒子を挟んで間接的に接合しているだけである。このため、バンプ電極の確実な導通が図り難い状況にある。特に、チップ部品が小型化している状況の中で、バンプ電極の径も小さくなっており、益々バンプ電極の導通が図り難くなっている。
【０００６】
さらに、前記のような従来のバンプ電極では、封止材を使用してチップ部品のバンプ電極を有する面側を接着して始めてバンプ電極の導通が確保されるの。このため、チップ部品を接着する前にバンプ電極の導通の適否を検査し、判断することが出来ない。すなわち、チップ部品を接着して始めてバンプ電極の導通検査が可能となる。従って、その時点でバンプ電極の位置ずれ、接触不良等によるバンプ電極の導通不良が発見されても、チップ部品が既に接着されているので、それを分離して修復することが困難である。
【０００７】
本発明は、前記従来のチップ部品組立体とその製造技術における課題に鑑み、バンプ電極の接続信頼性が高く、チップ部品の接着前にバンプ電極の導通の適否を判断することができ、そのため、万一の導通不良の際には修復が容易なチップ部品組立体とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記の目的を達成するため、チップ部品５を積み重ねてそれらのバンプ電極３、４を接合する際に、単にそれらのバンプ電極３、４を接触させるだけでなく、一方のチップ部品５のバンプ電極４を他方のチップ部品５のバンプ電極３に突き刺して導通を図るようにしたものである。そのため、突き刺す側の一方のチップ部品５のバンプ電極４を突起状とし、このバンプ電極４を突き刺す受入側の他方のチップ部品５のバンプ電極３を突き刺しやすい形状、構造とした。
【０００９】
本発明によるチップ部品組立体は、一方のチップ部品５のバンプ電極３が同チップ部品５の内部の回路と導通する基部９より幅広くした差込部７と、その下に設けられた同差込部７より硬い突当部６とを有し、他方のチップ部品５のバンプ電極４が同チップ部品５の内部の回路と導通する基部９から立設され、前記バンプ電極４の差込部７より高く、径や幅が小さい突起状の先端部８を有し、このチップ部品５のバンプ電極４の先端部８を、前記チップ部品５のバンプ電極３の差込部７に突き刺した状態でバンプ電極３、４を接合したものである。従って、このチップ部品組立体を製造する工程では、突起状のチップ部品５のバンプ電極４の先端部８を、これと接合すべき他のチップ部品５のバンプ電極３の差込部７に突き刺すための工程を有する。
【００１０】
このようなチップ部品組立体では、チップ部品を互いに固定する前にバンプ電極３、４の導通が図れるので、チップ部品５の接着前の仮固定の状態でそれらバンプ電極３、４の導通検査を行うことができる。そのため、万一の導通不良の場合でも、チップ部品を容易に分離して再組立をすることが可能である。しかも、一方のチップ部品５のバンプ電極４の先端部８を他方のチップ部品５のバンプ電極３の差込部７に突き刺すため、接着前でもそれらチップ部品５の仮固定がなされ、容易に検査することができる。さらに、バンプ電極３、４を単に接触させるだけでなく、一方のチップ部品５のバンプ電極４の先端部８を他方のチップ部品５のバンプ電極３の差込部７に突き刺すため、機械的にも結合強度を確保することができ、高い信頼性が得られる。
【００１１】
前記の場合において、突起状のバンプ電極４の先端部８を突き刺す受入側のバンプ電極３は、突起状のバンプ電極４の先端部８を受け入れる差込部７と、突起状の前記バンプ電極４の先端部８を停止させる突当部６とを有し、バンプ電極４の先端部８をバンプ電極３の差込部７より高くする。これによって、突起状のバンプ電極４の先端部８を、受入側のバンプ電極３の差込部７に突き刺した際に、前記突起状のバンプ電極４の先端部８を前記受入側のバンプ電極３の突当部６で停止させて、バンプ電極４の先端部８をバンプ電極３の差込部７に差し込む深さを一定にすることができる。
【００１２】
突起状のバンプ電極４の先端部８を突き刺す受入側のバンプ電極３の差込部７は、低融点金属からなるものがよい。これにより、受入側のバンプ電極３の差込部７に突起状のバンプ電極４の先端部８を突き刺した後、差込部７をリフローし、再硬化させることにより、より確実なバンプ電極３、４の機械的、電気的な接合が図れる。
【００１３】
バンプ電極４の先端部８は、突起状であるため、他方のバンプ電極３の差込部７に突き刺しやすい。特に突起状のチップ部品５のバンプ電極４の先端部８が尖っていると、さらに他方のバンプ電極３の差込部７に突き刺しやすくなる。
突起状のバンプ電極４の先端部８を他方のバンプ電極３の差込部７に突き刺す深さは、バンプ電極４の先端部７の高さの１〜９９％とする。絶対値としては、突起状のバンプ電極４の先端部８は、１〜１００μｍの深さだけ他方のチップ部品５のバンプ電極３の差込部７に突き刺す。これは、一方のバンプ電極４の先端部７を他方のバンプ電極３の差込部７に突き刺す高さをが１％或いは１μｍ未満では、十分な接合がとれず、このため、接触不良となるからである。他方、一方のバンプ電極４を他方のバンプ電極３に９９％、１００μ以上突き刺すのは不可能である。
【００１４】
突起状のバンプ電極４の先端部８と、これを突き刺す受入側のバンプ電極３の差込部７との径の比は０．０５〜０．８であって、受入側のバンプ電極３の差込部７の径が１〜１００μｍとする。これは、バンプ電極３、４の差込部７と先端部８の径の比が０．０５未満である場合には、接合面積が少ないため、電気抵抗が高くなる。また、強度も低下するため、接合信頼性が低下してしまう。逆にバンプ電極３、４の差込部７と先端部８の径の比が０．８より大きな場合は、突き刺すための荷重が大きくなり、実装時の負荷でチップ部品５を破壊してしまう恐れがある。
【００１５】
さらに、受入側のバンプ電極３の差込部７の径が１μｍ未満である場合は、突起状のバンプ電極４の先端部８の径はさらに小さくなり、１μｍ未満となるため、バンプ電極３、４の接合面積が小さくなるため、電気抵抗が高くなる。また、強度も低下するため、接合信頼性が低下してしまう。逆に、バンプ電極３の差込部７の径が１００μｍを越えるの場合は、接合ピッチが広くなってしまい、チップ上に形成できるバンプ電極３の数が少なくなってしまう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１（Ａ）と図２（Ａ）は、バンプ電極３、４を接合する前の状態を示し、図１（Ｂ）と図２（Ｂ）は、バンプ電極３、４を接合した後の状態を示している。
【００１７】
これらの図に示すように、チップ部品５の両面にはそれぞれバンプ電極３、４が設けられている。チップ部品５の図において上面に設けられたバンプ電極４は、突起状のものである。他方、チップ部品５の図において下面に設けられたバンプ電極３は、前記の柱状或いは突起状のバンプ電極４に比べて径や幅が大きい。
【００１８】
図２には、それらバンプ電極３、４の具体的な形状が示されている。バンプ電極３、４は、導体製の基部９を介してチップ部品５に固定されており、バンプ電極３、４はその基部９を介してチップ部品５の内部に形成された回路（図示せず）に導通している。
【００１９】
バンプ電極３は、その基部９と一体になった部分が突当部６となっており、その上に基部９より幅が広い差込部７が設けられている。差込部７は比較的軟らかく、且つ低融点の金属からなり、例えば、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ｂｉのうち何れかを１０重量％以上含む金属からなる。突当部６は、差込部７より硬い金属からなり、その差込部７に使用される金属との関係にもよるが、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕの何れから３０重量％以上含む金属からなる。このバンプ電極３の差込部７の径または幅は、１〜１００μｍの範囲に選択される。
【００２０】
他方、突起状のバンプ電極４の先端部８は、その基部９を介してチップ部品５から立設されており、その高さは前記のバンプ電極３の差込部７より高いが、径や幅は前記バンプ電極３の差込部７より小さい。このバンプ電極４の先端部８は、前記のバンプ電極３の差込部７より硬い金属からなり、差込部７に使用される金属との関係にもよるが、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕの何れから３０重量％以上含む金属からなる。このバンプ電極４の先端部８と前記バンプ電極３の差込部７との径の比は、０．０５〜０．８の範囲になるよう選択される。
【００２１】
このようなバンプ電極３、４を有するチップ部品５を重ね合わせ、それらのバンプ電極３、４を接合するときは、まず図１（Ａ）と図２（Ａ）に示すように、バンプ電極３、４を互いに対向させた状態で２つのチップ部品５を上下に配置する。次に、図１（Ｂ）と図２（Ｂ）に示すように、２つのチップ部品５を上下に重ねると共に、バンプ電極３、４を合わせ、さらに加圧してバンプ電極４の先端部８を他方のバンプ電極３の差込部７に突き刺す。このとき、チップ部品５に適当な圧力を加えることにより、バンプ電極４の先端部８がバンプ電極３の差込部７に差し込まれる。バンプ電極４の先端部８がバンプ電極３の差込部７にさらに差し込まれるとバンプ電極４の先端部８がバンプ電極３の突当部６に当たり、そこから先は差込抵抗が急に大きくなるため、差し込めなくなる。これにより、バンプ電極４の先端部８は、概ねバンプ電極３の差込部７の高さ分だけ差し込まれ、機械的、電気的に接合される。
【００２２】
突起状のバンプ電極４の先端部８を他方のバンプ電極３に突き刺す深さは、バンプ電極３の差込部７の高さの１〜９９％とする。絶対値としては、突起状のバンプ電極４の先端部８は、１〜１００μｍの深さだけ他方のチップ部品５のバンプ電極３の差込部７に突き刺さす。
この時点では、バンプ電極３、４が互いに機械的に結合しており、チップ部品５は互いに仮固定される。しかも、バンプ電極３、４は電気的にも導通しているべきであるから、ここでバンプ電極３、４の電気的な導通検査を行うことができる。その結果、何からの不良が発生したら、チップ部品５を分離して再接合することが可能である。
【００２３】
その後に、例えばバンプ電極４の差込部７が低融点金属からなる場合、差込部７を加熱してリフローし、再硬化させることにより、バンプ電極３、４の接合をより確かなものにすることができる。
このようにしてチップ部品５を必要な枚数だけ積み重ねると共に、それらのバンプ電極３、４を接合した後、図３に示すように、ノズル１３からチップ部品５の間にアンダーフィル１０として樹脂を注入し、充填し、硬化させる。さらに、図４に示すように、このアンダーフィル１０を硬化させる。
【００２４】
次に、図５に示す本発明の実施形態について説明すると、この実施形態では、予めチップ部品５の下面に封止材１１を塗布しておき、前述と同様にしてチップ部品５を積み重ね、それらのバンプ電極３、４を互いに接合した後、封止材１１を硬化させるものである。封止材１１としては、例えば非導電性フィルム（ＮＣＦ：Non Conductive Film）や非導電性ペースト（ＮＣＰ：Non Conductive Paste）等を使用するのが好ましい。また、異方導電性フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）や異方導電性ペースト（ＡＣＰ：Anisotropic Conductive Paste）を封止材１１として使用してもよい。
【００２５】
この実施形態においても、封止材１１を硬化させる前の時点で、既にバンプ電極３、４が電気的にも導通しているべきであるから、ここでバンプ電極３、４の電気的な導通検査を行うことができる。その結果、何からの不良が発生したら、封止材１１を硬化させる前にチップ部品５を分離して再接合することが可能である。
【００２６】
また、この実施形態では、チップ部品５を積み重ねると、チップ部品５の下面に予め塗布された封止材１１がチップ部品５の間に充填された状態となる。その後この封止材１１が硬化されるため、前述のようなアンダーフィルの充填工程は不要となる。その他の構成は前述の実施形態と同様である。
【００２７】
次に、図６に示す本発明の実施形態について説明すると、この実施形態は、図５により前述した実施形態において、チップ部品５の上面側のバンプ電極４の先端部８を尖らせたものである。
この実施形態では、バンプ電極４の先端部８を尖らせたことにより、そのバンプ電極４の先端部８を他方のバンプ電極３の差込部７に突き刺しやすくなる。従って特に、バンプ電極４の先端部８とこれを突き刺す受入側のバンプ電極３の差込部７との硬度差が小さい時や、バンプ電極３、４の接合時のチップ部品５への圧力を小さくしたい場合等に有効である。その他の構成は前述の実施形態と同様である。
【００２８】
なお前述の実施例では、チップ部品５を積み重ね、バンプ電極３、４を接合するとき、下側に突起状の先端部８を有するバンプ電極４を配置し、上側にこのバンプ電極４を突き刺す受入側の差込部７を有するバンプ電極３を配置したが、もちろんこの逆であってもよい。さらに、一部のチップ部品５の両面にそれぞれ突起状の先端部８を有するバンプ電極４のみを設け、他のチップ部品５の両面に受入側の差込部７を有するバンプ電極３のみを設け、突起状の先端部８を有するバンプ電極４のみを設けたチップ部品５と受入側の差込部７を有するバンプ電極３のみを設けたチップ部品５とを交互に積み重ねてバンプ電極３、４を接合してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によるチップ部品組立体とその製造方法では、チップ部品を接着する前の仮固定の状態でバンプ電極３、４の導通検査を行うことができ、万一の導通不良の場合でも、チップ部品を容易に分離して再組立をすることが可能である。しかも、接着前でもチップ部品５の仮固定がなされるので、容易に検査することができる。さらに、バンプ電極４の先端部７をバンプ電極３の差込部８に突き刺す接合構造により、高い信頼性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態によるチップ部品組立体の製造方法において、２枚のチップ部品を重ね合わせる前後の状態を示す概略側面図である。
【図２】同実施形態によるチップ部品組立体の製造方法において、バンプ電極を接合する前後の状態を示す概略要部拡大側面図である。
【図３】同実施形態によるチップ部品組立体の製造方法において、複数枚重ねたチップ部品の間にアンダーフィルを充填する工程を示す概略側面図である。
【図４】同実施形態によるチップ部品組立体の製造方法において、複数枚重ねたチップ部品の間に充填したアンダーフィルを硬化させる工程を示す概略側面図である。
【図５】本発明の他の実施形態によるチップ部品組立体の製造方法において、バンプ電極を接合する前後の状態を示す概略要部拡大側面図である。
【図６】本発明の他の実施形態によるチップ部品組立体の製造方法において、バンプ電極を接合する前後の状態を示す概略要部拡大側面図である。
【符号の説明】
３受入側のバンプ電極
４差込側のバンプ電極
５チップ部品
６受入側のバンプ電極の突当部
７受入側のバンプ電極の差込部
８差込側のバンプ電極の先端部
９バンプ電極の基部

Claims

チップ部品（５）を重ね合わせると共に、それらチップ部品（５）のバンプ電極（３）、（４）を互いに接合して回路の導通を図ったチップ部品組立体において、一方のチップ部品（５）のバンプ電極（３）は、同チップ部品（５）の内部の回路と導通する基部（９）より幅広い差込部（７）と、その下に設けられた同差込部（７）より硬い突当部（６）とを有し、他方のチップ部品（５）のバンプ電極（４）は、同チップ部品（５）の内部の回路と導通する基部（９）から立設され、前記バンプ電極（３）の差込部（７）より高く、径や幅が小さい突起状の先端部（８）を有し、このバンプ電極（４）の先端部（８）を、前記バンプ電極（３）の差込部（７）に突き刺した状態でバンプ電極（３）、（４）を接合してなることを特徴とするチップ部品組立体。
バンプ電極（３）の差込部（７）に突き刺した突起状の前記バンプ電極（４）の先端部（８）は、前記バンプ部品（３）の突当部（６）で停止されてなることを特徴とする請求項１に記載のチップ部品組立体。
突起状のバンプ電極（４）の先端部（８）を突き刺す受入側のバンプ電極（３）の差込部（７）は、低融点金属からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のチップ部品組立体。
突起状のチップ部品（５）のバンプ電極（４）は、その先端部（８）が尖っていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のチップ部品組立体。
突起状のバンプ電極（４）の先端部（８）は、その高さの１〜９９％の深さだけ他方のチップ部品（５）のバンプ電極（３）の差込部（７）に突き刺されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のチップ部品組立体。
突起状のバンプ電極（４）の先端部（８）は、１〜１００μｍの深さだけ他方のチップ部品（５）のバンプ電極（３）の差込部（７）に突き刺されていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のチップ部品組立体。
突起状のバンプ電極（４）の先端部（８）と、これを突き刺す受入側のバンプ電極（３）の差込部（７）の径の比が０．０５〜０．８であって、受入側のバンプ電極（３）の径が１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のチップ部品組立体。
複数のチップ部品（５）を重ね合わせると共に、それらチップ部品（５）のバンプ電極（３）、（４）を互いに接合して回路の導通を図ったチップ部品組立体を製造する方法において、一方のチップ部品（５）のバンプ電極（３）は、同チップ部品（５）の内部の回路と導通する基部（９）より幅広い差込部（７）と、その下に設けられた同差込部（７）より硬い突当部（６）とを有し、他方のチップ部品（５）のバンプ電極（４）は、同チップ部品（５）の内部の回路と導通する基部（９）から立設され、前記バンプ電極（３）の差込部（７）より高く、径や幅が小さい突起状の先端部（８）を有し、このバンプ電極（４）の先端部（８）を、前記バンプ電極（３）の差込部（７）に突き刺した状態でバンプ電極（３）、（４）を接続し、チップ部品（５）の接着前の仮固定の状態でそれらバンプ電極（３）、（４）の電気的な導通検査を行うことを特徴とするチップ部品組立体の製造方法。
突起状のバンプ電極（４）の先端部（８）を、受入側のバンプ電極（３）の差込部（７）に突き刺し、さらに前記突起状のバンプ電極（４）の先端部８が前記受入側のバンプ電極（３）の突当部（６）で停止させられるまで差し込むことを特徴とする請求項８に記載のチップ部品組立体の製造方法。
受入側のバンプ電極（３）の差込部（７）を低融点金属とし、この受入側のバンプ電極（３）の差込部（７）に突起状のバンプ電極（４）の先端部（８）を突き刺し、チップ部品（３）、（４）の回路の導通検査を行った後、差込部（７）をリフローし、再硬化させることを特徴とする請求項８又は９に記載のチップ部品組立体の製造方法。