JP4995883B2

JP4995883B2 - 半導体フリップチップ構造体

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Publication number: JP4995883B2
Application number: JP2009240624A
Authority: JP
Inventors: 宏欣徐; 睿清徐
Original assignee: 力成科技股▲分▼有限公司
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2029-10-19
Also published as: JP2011086879A

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に表面接合装置で半田付けた柱状バンプを有する半導体フリップチップ構造体に関する。

周知のフリップチップ接合技術（ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐｂｏｎｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）として、複数個の球状ソルダバンプ（ｓｏｌｄｅｒｂｕｍｐ）をチップ主面上に設置してチップ反転及びリフローを介しバンプを基板（またはプリント回路基板）上にある対応する接続パッドに電気的及び機械的に接合するフリップチップ接合方式が知られている。このフリップチップ接合方式は、多ピン化チップパッケージに応用することができ、ワイヤボンディング電気接続方式と比較してチップ−基板間の電気接続経路を最短に提供し、さらに高密度Ｉ／Ｏ端子を有する製品に適用して、優れた高周波信号の伝送品質を備える。従来、ソルダバンプはリフロー処理により基板の接続パッドに接合され、その際にリフロー温度でソルダバンプは溶融してしまうので、フリップチップ−基板間隙を維持することができなくなり、かつソルダバンプは外観的に球状になって円弧のように外へ拡散する。ソルダバンプは相互接触することによって短絡と汚染などの問題が起き、それらを避けるためソルダバンプ位置を変えかつバンプ間のピッチを大きくする判断により、チップ主面には再配線層（ＲＤＬ）を設計することが必要である。

上述した問題に対し、ＩＢＭ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＢｕｓｉｎｅｓｓ−ＭａｃｈｉｎｅｓＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）社は従来のソルダバンプに替え柱状バンプの採用を決めた。この柱状バンプによれば、再配線層を配置しなくても柱状バンプ間のピッチ（即ちチップボンディングパッド間のピッチ）は８０ｕｍより短く、ソルダを用い柱状バンプを基板上の接続パッドに接続し、それは金属柱の半田付けによるチップ接合技術（ＭＰＳ−Ｃ２、ＭｅｔａｌＰｏｓｔ−Ｓｏｌｄｅｒ−ＣｈｉｐＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）と称される。この技術により、リフローの際の温度は柱状バンプの溶融温度に達しないためバンプは柱状を維持して球状に変形せず、柱状バンプ間のピッチが縮小でき、従来のソルダバンプ相互接触による短絡問題は起きない。従って、バンプをより高い密度で配置でき、再配線層も省略でき、さらに所定フリップチップ間隙を維持することができ、さらに底部充填材の充填に影響することがない。この技術は特許文献１の「バンプ構造、バンプの形成方法、実装接続体」に開示されている。

現在、上述特定領域の運用において、フリップチップ接合装置（ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐｂｏｎｄｅｒ）は柱状バンプによるフリップチップの半田接合として用いられる。例えば、図１に示すように、基板１１０は表面の周辺に設置した複数個の指状接続パッド１１１を設け、図２に示すように、チップ１２０は指状接続パッド１１１群と対応する複数個の柱状バンプ１２１及び素子作動領域１２４を有し、素子作動領域１２４はチップ１２０の主面に位置し、柱状バンプ１２１群は素子作動領域１２４内に位置することがない。再配線層が配置されない時、柱状バンプ１２１群は周辺又は中央に並んでいる。図３に示すように、ソルダ１３０は柱状バンプ１２１の接合面に設置され、リフロー処理によって柱状バンプ１２１群と指状接続パッド１１１群とを接合させる。接合工程において、チップ１２０の柱状バンプ１２１群を適切に指状接続パッド１１１群に位置合わせする。接合装置の配置精度（ｐｌａｃｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙ）は厳しく求められ、指状接続パッド１１１の中央にある垂直線は柱状バンプ１２１の側辺を越えない。図３に示すように、バンプと接続パッドとの最大偏移差許容値（即ちチップ偏移許容値であって配置精度ともいう）は指状接続パッド１１１の幅の１／２より大きくなることはない。ここで、接続パッドの幅は約２５ｕｍである。リフロー温度でのソルダ表面張力により柱状バンプ１２１群を接続パッド１１１群に位置合わせすることができる。故に、バンプ間微細ピッチを備えるチップに対し、例えば８０ｕｍ或いはより小さいピッチ（５０ｕｍ）である場合、配置精度は相対的に高く要求されることに対し、周知のフリップチップ接合技術にはフリップチップ接合装置を利用しなければ柱状バンプの半田接合は不可能である。

図４Ａに示すように、リフロー前に柱状バンプ１２１群を完全に指状接続パッド１１１群に位置合わせすると、リフロー後にチップ１２０は精確に基板１１０と接合して偏移現象が起きることはない。また図４Ｂに示すように、位置ずれが少々有る場合、チップ１２０のチップ偏移量δが指状接続パッド１１１の接続パッド幅Ｗの１／２より小さければ（δ＜１／２Ｗ）、柱状バンプ１２１群を指状接続パッド１１１の中央垂直線に位置合わせすることができる。リフロー処理過程において、液体に溶融したソルダ１３０には自己位置合わせ及び修正の特性が有ることによって柱状バンプ１２１群を引きながら指状接続パッド１１１群に位置合わせして（図４Ｃ参照）、チップ偏移を減らせる。

しかしながら、図５Ａに示すように、リフロー前にチップ偏移量δが接続パッド幅Ｗの１／２より長い場合（δ＞１／２Ｗ）、柱状バンプ１２１群の各部位を指状接続パッド１１１の中央垂直線に位置合わせることができず、位置合わせ失敗となる。図５Ｂに示すように、柱状バンプ１２１群にあるソルダ１３０は殆ど指状接続パッド１１１間の隙間に集中し、一旦ソルダ１３０が隣り合う２つの接続パッド１１１と同時接触すれば、リフローの際に液体に溶融したソルダ１３０は自己位置調整及び修正の作用がなくなり、短絡現象が発生する。或いは、図５Ｃに示すように、リフロー処理過程において、たとえソルダ１３０により柱状バンプ１２１群が少々引かれ位置修正されても、ピン配置が正しい指状接続パッド１１１群と半田接合する表面が一部だけであり、容易に断裂する。故に、チップ偏移量δが接続パッド幅Ｗの１／２より長い場合、フリップチップ接合効率と電気接続信頼性は大幅に低くになる。

図６Ａに示すように、リフロー前にチップ偏移量δが接続パッド幅Ｗの１／２より遥かに大きく接続パッド群間のピッチに達する場合、柱状バンプ１２１群をピン配置が正しくない指状接続パッド１１１群に位置合わせすることになる。そして、図６Ｂに示すように、リフロー後に柱状バンプ１２１群はピン配置が正しくない指状接続パッド１１１群に半田接合されて信号エラー問題を起こす。

従って、柱状バンプによるフリップチップの半田接合過程（金属柱の半田付けによるチップ接合と称してもよい）において、チップ偏移量許容値δは０〜１／２Ｗであり、この範囲を超えたらリフロー処理過程において自動位置調整が順調にできず、リフロー後にチップは偏移や回転移動などの問題が起きる。さらに信号エラーを起こしてフリップチップの再接合或は廃棄をしなければならなくなり、製品の良品率とコストに悪影響を与える。よって、柱状バンプによるフリップチップの半田接合作業にはフリップチップ接合装置しか利用できず、理由としては該装置の配置精度が約±１０ｕｍ、接続パッド幅Ｗの１／２より小さいことである（２０ｕｍより小さく約１２．５ｕｍである）。現在、利用される表面接合装置（ＳＭＴＭｏｕｎｔｅｒ）の配置精度は約±５０ｕｍであり、精度要求に達しないので電気接続品質の低下と大量不良品の発生を招くことになる。

特開平９−９７７９１号

本発明の主な目的は、上述問題を解決するため表面接合装置で半田付けた柱状バンプを有する半導体フリップチップ構造体を提供する。柱状バンプによるフリップチップの半田接合応用において、配置精度が比較的低い表面接合装置を利用して柱状バンプによるフリップチップの半田接合作業を行うことが可能となり、それによって、従来のフリップチップ接合装置に代わって生産性の向上及びコスト削減が可能となる。
本発明のもう一つの目的は、表面接合装置で半田付けた柱状バンプを有する半導体フリップチップ構造体を提供する。柱状バンプによるフリップチップの半田接合応用において、柱状バンプの半田付けの際に位置合わせ精度の向上をさせることが可能となる。

上述目的を達するため、本発明に係る半導体フリップチップ構造体は、主に基板、チップ、複数個の第一ソルダ及び複数個の付加ソルダを備える。基板には複数個の第一接続パッドと複数個の付加パッドとが設けられ、第一接続パッドは第一排列線上に配列され、該第一排列線に沿って定義した第一接続パッド幅と第一接続パッドピッチとを有し、ここでは、第一接続パッドピッチは第一接続パッド幅より長い。チップには同一表面に突起する複数個の第一柱状バンプと複数個の付加バンプとが設けられ、第一柱状バンプ群は第一ソルダ群を介して第一接続パッド群に半田接合され、付加バンプ群は付加ソルダ群を介して付加パッド群に半田接合される。ここでは、各付加バンプは接合平面を有し、各接合平面の形状と面積とは各付加パッドの半田接合表面と対応する。接合平面は複数個の屈曲凸角と両屈曲凸角間にある長辺とを有し、長辺は第一接続パッドピッチより二倍以上長い。

上述した技術により、本発明の半導体フリップチップ構造体は以下に示す幾つかのメリットと効用が有る。
１．付加パッド、付加バンプ及び付加ソルダによる特定組成は本発明の技術手段として適切に用いられる。付加バンプの接合平面の形状と面積とは付加パッドの半田接合表面と対応し、かつ接合平面は複数個の屈曲凸角と両屈曲凸角間にある長辺とを有し、該長辺は第一接続パッドピッチより二倍以上長い。よって、柱状バンプによるフリップチップの半田接合応用において、リフローの際に偏移や回転移動した柱状バンプは自動的に所定位置に戻ることができるので、配置精度が比較的低い表面接合装置を利用して柱状バンプによるフリップチップの半田接合作業を行うことが可能となり、それにより、従来のフリップチップ接合装置に代わって生産性の向上をさせる。

２．付加パッド、付加バンプ及び付加ソルダによる特定組成は本発明の技術手段として適切に用いられる。接合平面は複数個の屈曲凸角を有し、付加バンプの接合平面の形状を変えて屈曲凸角の数を増やすことができる。よって、柱状バンプによるフリップチップの半田接合応用において、柱状バンプの半田付けの際に位置合わせ精度を向上させることが可能となる。

従来の半導体フリップチップ構造体の基板を示す平面図である。従来の半導体フリップチップ構造体のチップ主面を示す平面図である。従来の半導体フリップチップ構造体においてチップと基板との接合を示す部分側面図である。従来の半導体フリップチップ構造体における柱状バンプと指状接続パッドとの接合時の状態を示す模式図である。従来の半導体フリップチップ構造体における柱状バンプと指状接続パッドとの接合時の状態を示す模式図である。従来の半導体フリップチップ構造体における柱状バンプと指状接続パッドとの接合時の側面から見た状態を示す模式図である。従来の半導体フリップチップ構造体における柱状バンプと指状接続パッドとの接合時の状態を示す模式図である。従来の半導体フリップチップ構造体における柱状バンプと指状接続パッドとの接合時の側面から見た状態を示す模式図である。従来の半導体フリップチップ構造体における柱状バンプと指状接続パッドとの接合時の側面から見た状態を示す模式図である。従来の半導体フリップチップ構造体における柱状バンプと指状接続パッドとの接合時の状態を示す模式図である。従来の半導体フリップチップ構造体における柱状バンプと指状接続パッドとの接合時の側面から見た状態を示す模式図である。本発明の第１実施形態の半導体フリップチップ構造体を示す断面図である。本発明の第１実施形態の半導体フリップチップ構造体の基板を示す平面図である。本発明の第１実施形態の半導体フリップチップ構造体の基板を示す部分拡大図である。本発明の第１実施形態の半導体フリップチップ構造体のチップ主面を示す平面図である。本発明の第１実施形態の半導体フリップチップ構造体のチップを示す部分斜視図である。本発明の第１実施形態例の半導体フリップチップ構造体において、チップと基板との接合時の側面から見た状態を示す模式図である。本発明の第１実施形態例の半導体フリップチップ構造体において、チップと基板との接合時の側面から見た状態を示す模式図である。本発明の第１実施形態例の半導体フリップチップ構造体において、チップと基板との接合時の側面から見た状態を示す模式図である。本発明の第２実施形態の半導体フリップチップ構造体の基板を示す平面図である。本発明の第２実施形態の半導体フリップチップ構造体の基板を示す部分拡大図である。本発明の第２実施形態の半導体フリップチップ構造体のチップ主面を示す平面図である。本発明の第２実施形態の半導体フリップチップ構造体のチップを示す部分斜視図である。本発明の第３実施形態の半導体フリップチップ構造体の基板を示す平面図である。本発明の第３実施形態の半導体フリップチップ構造体の基板を示す部分拡大図である。本発明の第３実施形態の半導体フリップチップ構造体のチップ主面を示す平面図である。本発明の第３実施形態の半導体フリップチップ構造体のチップを示す部分斜視図である。本発明の第３実施形態の半導体フリップチップ構造体において、チップと基板との接合の際の自動回転位置合わせを示す模式図である。本発明の第３実施形態の半導体フリップチップ構造体において、チップと基板との接合の際の自動回転位置合わせを示す模式図である。

以下、添付された図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。しかしながら、図面においては、本発明の基本構成や実施方法を示す概略図であり、本発明に係る要素と構成だけを示し、実際に実施する部材の個数、外形、寸法を一定の比率で記載するものではなく、説明の便宜及び明確性のために簡略または誇張されている。一方、実際に使われる個数、外形、寸法は様々な設計に応じ、部材の配置はより複雑になる可能性がある。

（第１実施形態）
図７は、本発明の第１実施形態の半導体フリップチップ構造体の断面図を示す。半導体フリップチップ構造体２００は、主に基板２１０、チップ２２０、複数個の第一ソルダ２３０及び複数個の付加ソルダ２４０を備える。ここでは、図８Ａと図８Ｂとは基板２１０の平面図と部分拡大図とをそれぞれ示し、図９Ａと図９Ｂとはチップ２２０の主面の平面図と部分拡大図とをそれぞれ示す。

図８Ａ及び図８Ｂに示すように、基板２１０は複数個の第一接続パッド２１１と複数個の付加接続パッド２１２とを備え、第一接続パッド２１１群は第一排列線Ｌ１上に配列され、第一排列線Ｌ１に沿って定義された第一接続パッド幅Ｗ１と第一接続パッドピッチＰ１とを有する。ここでは、第一接続パッドピッチＰ１は第一接続パッド幅Ｗ１より長い。接続パッドピッチというのは、第一排列線Ｌ１にある合い隣り合う第一接続パッド２１１の中心相互間の距離である。通常、第一接続パッドピッチＰ１は第一接続パッド幅Ｗ１の二倍ぐらいであり、チップ接合パッドピッチと対応して８０ｕｍより小さい。第１実施形態においては、第一接続パッドピッチＰ１は５０ｕｍである。また、基板２１０はさらに複数個の第二接続パッド２１３を設け、第二接続パッド２１３群は第二排列線Ｌ２上に配列され、第二排列線Ｌ２に沿って定義された第二接続パッド幅Ｗ２と第二接続パッドピッチＰ２とを有する。ここでは、第二接続パッドピッチＰ２は第二接続パッド幅Ｗ２より長い。第１実施形態において、第二接続パッドピッチＰ２は第二接続パッド幅Ｗ２の二倍ぐらいである。第一排列線Ｌ１と第二排列線Ｌ２とは接続パッドの排列方向により定義した仮想直線であって、基板２１０上に設置した実存直線ではなく、相互に直交することができるので第一接続パッド２１１群の設置方向と第二接続パッド２１３群の設置方向とは相互に直交して周辺排列のようになっている。第１実施形態において、第一接続パッド２１１群と第二接続パッド２１３群との間に角隅ギャップ２１４が形成できるため、第一接続パッド２１１群と第二接続パッド２１３群とは完全周辺排列ではなく基板２１０の表面周辺に隣接する。

図９Ａ及び図９Ｂに示すように、チップ２２０は同一表面２２０Ａに突起する複数個の第一柱状バンプ２２１と複数個の付加バンプ２２２とを設け、上述した表面２２０Ａはチップ２２０の主面になってもよい。即ち表面２２０Ａは素子作動領域２２４を設け、素子作動領域２２４の内には集積回路配置を設ける。第１実施形態において、第一柱状バンプ２２１群と付加バンプ２２２群とは素子作動領域２２４の外に位置してチップ２２０の回路配置に影響することがなく、従来の再配線層（ＲＤＬ）の設置も不要である。第一柱状バンプ２２１群はチップ２２０と基板２１０との電気接続として用いられる。第１実施形態において、第一柱状バンプ２２１群と付加バンプ２２２群とは同一材料によって形成されてもよいが、付加バンプ２２２群は電気接続機能を備えず自動的位置合わせと機械的接続だけを提供する。第１実施形態において、第一柱状バンプ２２１群と付加バンプ２２２群とは銅バンプであってもよく、第一柱状バンプ２２１群は柱状に形成される。チップ２２０はさらに複数個の第二柱状バンプ２２３を設け、第二柱状バンプ２２３群はチップ２２０の同一表面２２０Ａに突起して第二接続パッド２１３群に半田接合される。付加バンプ２２２群は、第一排列線Ｌ１と第二排列線Ｌ２との間にある内角の角隅に設置され、つまり角隅ギャップ２１４に隣接するが、第一排列線Ｌ１と第二排列線Ｌ２との上には位置しない。そのため、第一柱状バンプ２２１群と第二柱状バンプ２２３群とはチップ２２０の表面周辺に高密度に配列されることができ、チップの寸法を変える必要がない。具体的に言えば、第一柱状バンプ２２１群と第二柱状バンプ２２３群とはチップ２２０の表面角隅に位置せず、即ち非完全周辺排列ということである。第１実施形態において、図９Ｂに示すよう付加バンプ２２２群は接合平面２２２Ａを有し、各接合平面２２２Ａの形状と面積は各付加パッド２１２の半田接合表面２１２Ａと対応する（図８Ｂ、図９Ｂ参照）。接合平面２２２Ａは複数個の屈曲凸角２２２Ｂと両屈曲凸角間にある辺長Ｓである長辺とを有し（図９Ａ参照）、長辺の辺長Ｓは第一接続パッドピッチＰ１の二倍より長い。具体的に言えば、長辺の辺長Ｓは１００ｕｍより大きく、第一接続パッド幅Ｗ１は２０〜５０ｕｍ程度であり、つまり、長辺の辺長Ｓは第一接続パッド幅Ｗ１の二倍〜四倍程度より長い。第１実施形態において、接合平面２２２ＡはＬ形状となって五個の屈曲凸角２２２Ｂを有する。一般的に言えば、付加バンプ２２２群の接合平面２２２Ａは特定形状を持って屈曲凸角２２２Ｂを四個以上に増やすことができるので、柱状バンプは半田付けの際に位置合わせ精度をより向上させることが可能となる。第１実施形態において、各接合平面２２２Ａの屈曲凸角２２２Ｂ群は９０°または９０°より小さく、つまり、直角や鋭角になる。一方、各第一柱状バンプ２２１は平坦頂上表面２２１Ａを有し、平坦頂上表面２２１Ａは接合平面２２２Ａより面積が小さく、かつ第一接続パッド２１１群と対応しない形状を有する。第１実施形態において、平坦頂上表面２２１Ａと接合平面２２２Ａとは同一水平面に位置することができることにより、第一柱状バンプ２２１群と付加バンプ２２２群とは同一高度に位置し、平坦頂上表面２２１Ａは円形状であり、かつ第一接続パッド２１１群は指状であり、第一接続パッド２１１群は平坦頂上表面２２１Ａ群より面積が小さくない。他に、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、付加パッド２１２群は長辺と対応する側辺を有し、該側辺は第一排列線Ｌ１に平行している。

図１０Ａに示すように、第一ソルダ２３０群は第一柱状バンプ２２１群と第一接続パッド２１１群との半田接合として用いられる。リフロー前に予め第一ソルダ２３０群を第一柱状バンプ２２１群の平坦頂上表面２２１Ａ上に形成する。第一ソルダ２３０群の材質は錫−銀（ＳｎＡｇ）である。第一ソルダ２３０群は平坦頂上表面２２１Ａ群だけを被覆するが、第一柱状バンプ２２１群の側面を完全に被覆しないことで、第一ソルダ２３０群の厚みは第一柱状バンプ２２１群の高度より小さくなる。それにより、第一柱状バンプ２２１群と第一接続パッド２１１群との半田接合の際に第一ソルダ２３０は顕著な円弧のように拡散することがなく（図７参照）、第一柱状バンプ２２１群をより高い密度でチップ２２０の表面２２０Ａに設置させることができる。再び図１０Ａに示すように、複数個の付加ソルダ２４０は付加バンプ２２２群と付加パッド２１２群との半田接合として用いられる。付加ソルダ２４０群は屈曲凸角２２２Ｂ群までを被覆するが、付加バンプ２２２群を完全に被覆しないことで、付加ソルダ２４０群の厚みは付加バンプ２２２群の高度より小さくなる。それにより、リフローの際に付加ソルダ２４０群は長距離（接続パッドの１／２を超える）の自動位置合わせと調整を確実に行うことができる。例えば、付加ソルダ２４０群の厚みは約付加バンプ２２２群の２／３である。第一ソルダ２３０群と付加ソルダ２４０群とは、印刷や粘着技術で第一柱状バンプ２２１群と付加バンプ２２２群との上にそれぞれ直接付着され、或いはメッキ方式で第一柱状バンプ２２１群と付加バンプ２２２群との表面上にそれぞれ形成されることも可能である。また、第二柱状バンプ２２３群と第二接続パッド２１３群とを半田接合するためさらに複数個の第二ソルダ（図示せず）を有する。ここでは、付加ソルダ２４０群、第一ソルダ２３０群及び第二ソルダの材質は同一であってもよいし、異なっていてもよく、同一材質である場合、チップ偏移量は接続パッド幅の１／２より大きく、接続パッドピッチより小さい状況を改善することができる。第１実施形態において、付加ソルダ２４０群のリフロー温度は第一ソルダ２３０群のリフロー温度より小さいことは、さらにチップ偏移量が接続パッドピッチより大きく接続パッド幅の１／２より小さい状況を改善することができる。リフロー過程においては、加熱後の付加ソルダ２４０群は液体に溶融して表面張力の位置調整を行い、そして、液体状態の付加ソルダ２４０群により付加バンプ２２２群の中心は付加パッド２１２群の中心へ近寄ってチップ２２０を精確に基板２１０に位置合わせて接合する。次に、温度が上がった後に第一ソルダ２３０群は同様に溶融して柱状バンプの半田接合として用いられて電気接続を完成する（図７、図１０Ｃ参照）。

図１０Ａに示すように、第１実施形態では表面接合装置を用いてフリップチップ接合によってチップ２２０を基板２１０に接合する際に、チップ２２０の付加バンプ２２２群と第一柱状バンプ２２１群とを基板２１０の付加パッド２１２群と第一接続パッド２１１群とにそれぞれ位置合わせする。このとき、表面接合装置は一括処理方式を採用して量産ができるが、配置精度が比較的高くないので、半田接合中にチップ２２０を基板２１０に位置あわせできない問題が容易に発生する。すなわち、図１０Ｂに示すように、チップ２２０の偏移量は上述した周知の許容範囲を超えるかもしれず、第一柱状バンプ２２１群の偏移量が第一接続パッド群幅Ｗ１の１／２より大きくなって（δ＞１／２Ｗ）、さらに第一接続パッドピッチＰ１に接近する（即ち位置あわせエラーを起す）こともある。しかし、付加バンプ２２２群の偏移量は付加パッド２１２群幅の１／２より小さく未だ許容範囲内である（即ち偏移量は１／２Ｓより小さい）ので、リフローの際に付加ソルダ２４０群は液体に溶融して付加バンプ２２２群と付加パッド２１２群との間に出来た表面張力を介し付加バンプ２２２群を引きながら付加パッド２１２群に位置あわせるとともに、第一柱状バンプ２２１群を位置調整して所定位置に引く。図１０Ｃに示すように、リフロー後にチップ２２０は順調に基板２１０上に接合され、かつ第一柱状バンプ２２１群を対応する第一接続パッド２１１群に精確接合させることにより、電気接続が確実に達成できる。

第１実施形態において、付加バンプ２２２群の接合平面２２２Ａの形状と面積が付加パッド２１２群の半田接合表面２１２Ａと対応すること、及び接合平面２２２Ａの屈曲凸角２２２Ｂ群と長辺との特定関係によれば、配置精度（ｐｌａｃｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙ）が比較的低い表面接合装置（ＳＭＴｍｏｕｎｔｅｒ）を利用しても柱状バンプによるフリップチップの半田接合作業を行うことが可能となり、それによって、従来の高価なフリップチップ接合装置に代わることだけではなく、量産ができる表面接合装置はより高い生産性を上げる利点がある。上述した効果を実現できる具体例において、半導体フリップチップ構造体２００がソルダのリフローの際に、付加ソルダ２４０群が液体に溶融することにより、付加バンプ２２２群は表面張力を有して自動位置調整を行い、偏移した第一柱状バンプ２２１群を所定位置に引きながら基板２１０の第一接続パッド２１１群に位置合わせする。従って、直接、一般の表面接合装置を用いてフリップチップ接合うことにより表面接合装置の生産量（ＵＰＨ、ｕｎｉｔｐｅｒｈｏｕｒ）が大きいという利点を利用し、かつ付加バンプ２２２群を介し従来の高配置精度で位置合わせができないという問題を改善することにより、生産量が大幅増加し、良品率の維持ができるとともに、従来の高価なフリップチップ接合装置に代わることも可能になる。従来に用いたフリップチップ接合装置と第１実施形態において用いる表面接合装置との生産量比較を表１に示す。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の半導体フリップチップ構造体は、主に図１１Ａ及び図１１Ｂに示す基板２１０と図１２Ａ及び図１２Ｂに示すチップ２２０とを備え、さらに複数個の第一ソルダ２３０と複数個の付加ソルダ２４０とを有する。ここで、第１実施形態で用いた部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、第２実施形態において、各付加バンプ２２２は近隣の第一付加バンプ３２２Ａと第二付加バンプ３２２Ｂとに分離することにより構成される。第一付加バンプ３２２Ａと第二付加バンプ３２２Ｂとの間に充填材通路３２５が形成され、充填材通路３２５は角隅ギャップ２１４に位置合わせされることにより、フリップチップ間隙に底部充填材は十分に充填され易くなる。具体的に言えば、第一付加バンプ３２２Ａ群と第二付加バンプ３２２Ｂ群との接合平面２２２Ａは狭長矩形であってもよく、かつ第一付加バンプ３２２Ａ群の設置方向と第二付加バンプ３２２Ｂ群の設置方向とは相互垂直になる。ここで、上述した狭長矩形は、長側辺は短側辺より二倍以上長くなり、各接合平面２２２Ａでは四個の屈曲凸角２２２Ｂを有する。

再び図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、付加パッド２１２群の形状と面積は接合平面２２２Ａ群と対応し、かつ付加パッド２１２群は長辺と対応する側辺を有し、該側辺は第一排列線Ｌ１に平行している。このような構成によれば、チップ２２０は基板２１０と接合した後に底部充填材を充填材通路３２５を経由して注入し易くなり、チップ２２０と基板２１０との間の中央部分に十分充填して半導体フリップチップ構造体はより緊密な結合性が得られる。さらに、底部充填材によりチップ２２０と基板２１０との間に起きた全体熱膨張特性の不安定或は外力による衝撃を有効に低減してチップ使用寿命を長くすることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態の半導体フリップチップ構造体は、主に図１３Ａ及び図１３Ｂに示す基板２１０と図１４Ａ及び図１４Ｂに示すチップ２２０とを備え、さらに複数個の第一ソルダと複数個の付加ソルダとを有する。ここで、第１実施形態で用いた部材と同一の機能を有する部材には同一の部材番号を付記し、その説明を省略する。

図１３及び図１４に示すように、付加パッド２１２群は側辺を有し、該側辺は付加バンプ２２２群の長辺と対応して第一排列線Ｌ１と平行せず斜めになる。側辺と第一排列線Ｌ１とが形成した挟角は０°以上９０°以下であり、第３実施形態において、図１３Ｂに示すように挟角は約４５°であるため、側辺は角隅ギャップ２１４に向くことになる。具体的に言えば、付加バンプ２２２群の接合平面２２２Ａの形状と面積は付加パッド２１２群の半田接合表面２１２Ａと対応することで、接合平面２２２Ａの側辺が第一柱状バンプ２２１群の設置方向と形成した挟角は０°以上９０°以下であり、即ち両者は平行関係ではなく垂直関係でもない。

図１５Ａに示すように、チップ２２０を基板２１０に接合する際に、リフロー処理を行ってチップ２２０と基板２１０との間の電気接合を完成させるが、チップ２２０に回転偏移が起き基板２１０との位置合わせを行えないことがある。しかし、チップ２２０と基板２１０との間に回転角度が出来たとき、付加パッド２１２群の設置を介しリフローの際に付加バンプ２２２群の表面に形成した付加ソルダが高温で溶融して液体になり、液体になった付加ソルダが表面張力により自己位置合わせ及び修正を行うことにより、付加バンプ２２２群を所定位置へ回転移動させ（図１５Ａの矢印の示すように）、付加バンプ２２２群を付加パッド２１２群に位置あわせする。図１５Ｂに示すように、付加バンプ２２２群と付加パッド２１２群との位置合わせを自動的に行うと同時に、第一柱状バンプ２２１群を引きながら第一接続パッド２１１群に位置合わせることにより、チップ２２０は基板２１０との位置合わせを完成して基板２１０に確実接合され、かつチップ２２０と基板２１０との間の電気接続品質を確保する。
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の保護範囲は特許申請範囲で限定されて、この保護範囲に基準して、本発明の精神と範囲内に触れるどんな変更や修正も本発明の保護範囲に属する。

Ｓ：長辺の辺長、Ｌ１：第一排列線、Ｌ２：第二排列線、Ｗ１：第一接続パッド幅、Ｗ２：第二接続パッド幅、Ｐ１：第一接続パッドピッチ、Ｐ２：第二接続パッドピッチ、２００：半導体フリップチップ構造体、２１０：基板、２１１：第一接続パッド、２１２：付加パッド、２１２Ａ：半田接合表面、２１３：第二接続パッド、２１４：角隅ギャップ、２２０：チップ、２２０Ａ：表面、２２１：第一柱状バンプ、２２１Ａ：平坦頂上表面、２２２：付加バンプ、２２２Ａ：接合平面、２２２Ｂ：屈曲凸角、２２３：第二柱状バンプ、２２４：素子作動領域、２３０：第一ソルダ、２４０：付加ソルダ、２６０：底部充填材、３２２Ａ：第一付加バンプ、３２２Ｂ：第二付加バンプ、３２５：充填材通路。

Claims

基板、チップ、複数個の第一ソルダ及び複数個の付加ソルダを備え、
前記基板には、複数個の第一接続パッドと複数個の付加パッドとが設けられ、前記第一接続パッド群は第一排列線上に配列され、前記第一排列線に沿って定義した第一接続パッド幅と第一接続パッドピッチとを有し、前記第一接続パッドピッチは前記第一接続パッド幅より長く、
前記チップには同一表面に突起する複数個の第一柱状バンプと複数個の付加バンプとが設けられ、
前記第一ソルダ群は前記第一柱状バンプ群を前記第一接続パッド群に半田接合することに用いられ、
前記付加ソルダ群は前記付加バンプ群を前記付加パッド群に半田接合することに用いられ、
前記各付加バンプは接合平面を有し、前記各接合平面の形状と面積は前記各付加パッドの半田接合表面と対応し、前記接合平面は複数個の屈曲凸角と両屈曲凸角間にある長辺とを有し、前記長辺は前記第一接続パッドピッチより二倍以上長く、
前記基板はさらに複数個の第二接続パッドを有し、前記第二接続パッド群は第二排列線上に配列され、前記第二排列線に沿って定義した第二接続パッド幅と第二接続パッドピッチとを有し、前記第二接続パッドピッチは前記第二接続パッド幅より長く、前記第二排列線は前記第一排列線と相互に垂直し、
前記チップはさらに複数個の第二柱状バンプを有し、前記第二柱状バンプ群は前記チップの同一表面に突起して前記第二接続パッド群に半田接合され、前記付加バンプ群は前記第一排列線と前記第二排列線との間にある内角の角隅に設置され、
前記第二柱状バンプ群と前記第二接続パッド群とを半田接合するためさらに複数個の第二ソルダを有し、
前記第一接続パッド群と前記第二接続パッド群との間に角隅ギャップが形成可能であるため、前記第一接続パッド群と前記第二接続パッド群とは完全周辺排列ではなく、かつ前記付加バンプ群は前記角隅ギャップに隣接し、
前記各付加バンプは近隣の第一付加バンプと第二付加バンプとに分離することにより構成され、前記第一付加バンプと前記第二付加バンプとの間に充填材通路が形成され、前記充填材通路は角隅ギャップに位置合わせされることを特徴とする半導体フリップチップ構造体。
前記付加ソルダ群のリフロー温度は前記第一ソルダのリフロー温度より低いことを特徴とする請求項１に記載の半導体フリップチップ構造体。
前記各第一柱状バンプは平坦頂上表面を有し、前記平坦頂上表面は前記接合平面より面積が小さく、かつ前記第一接続パッドと対応しない形状を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体フリップチップ構造体。
前記付加パッドは側辺を有し、前記側辺は前記付加バンプ群の前記長辺と対応して前記第一排列線に平行せず斜めになり、前記側辺と前記第一排列線とが形成した挟角は０°以上９０°以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体フリップチップ構造体。
前記付加パッドは側辺を有し、前記側辺は前記付加バンプ群の前記長辺と対応して前記第一排列線に平行することを特徴とする請求項１に記載の半導体フリップチップ構造体。
前記付加ソルダ群は前記屈曲凸角群までを被覆するが、前記付加バンプ群を完全に被覆しないことで、前記付加ソルダ群の厚みは前記付加バンプ群の高度より小さくなることを特徴とする請求項１に記載の半導体フリップチップ構造体。
前記付加バンプ群と前記第一柱状バンプ群とは銅バンプであり、前記第一柱状バンプ群は柱状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体フリップチップ構造体。