JPH04234139A - 半導体チップの基板への直接取付け法 - Google Patents
半導体チップの基板への直接取付け法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、熱可塑性挿入
材をその間に使用して、半導体チップを基板またはモジ
ュールに直接取り付けることに関する。より詳しくは、
熱可塑性ポリマー挿入材、ならびにポリイミドとシロキ
サンの共重合体などの熱可塑性ポリマーと金粉などの微
細金属との複合体から形成することが好ましい接合材を
用いて、半導体チップを基板またはモジュールに直接取
り付けることに関する。
材をその間に使用して、半導体チップを基板またはモジ
ュールに直接取り付けることに関する。より詳しくは、
熱可塑性ポリマー挿入材、ならびにポリイミドとシロキ
サンの共重合体などの熱可塑性ポリマーと金粉などの微
細金属との複合体から形成することが好ましい接合材を
用いて、半導体チップを基板またはモジュールに直接取
り付けることに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体チップのマルチチップ・モジュー
ルへの直接チップ取付けは、商業的に実施され、密度及
び性能の点で明白な利益をもたらしている。多層セラミ
ック(MLC)モジュール上への直接チップ取付けには
利点があるものの、それに付随する欠点もある。通常、
電気的接続の信頼性に関連する理由から、接合温度サイ
クルが最高370℃に達する高温はんだが用いられ、そ
のため、構成部品において使用可能な材料の選択が、特
にポリマーに関して制限されている。
ルへの直接チップ取付けは、商業的に実施され、密度及
び性能の点で明白な利益をもたらしている。多層セラミ
ック(MLC)モジュール上への直接チップ取付けには
利点があるものの、それに付随する欠点もある。通常、
電気的接続の信頼性に関連する理由から、接合温度サイ
クルが最高370℃に達する高温はんだが用いられ、そ
のため、構成部品において使用可能な材料の選択が、特
にポリマーに関して制限されている。
【0003】多数のチップを搭載したモジュール上で、
マルチチップ・モジュールのバーンイン及び試験が行わ
れる。その結果、一般に1個または2個のチップのみを
取付けし直すために、モジュール基板全体にわたって多
くの再加工及びその後のはんだリフローが必要となる。 したがって、マルチチップ・モジュールは、そのチップ
側と基板側の両方にあるメタラジを含めて、10回ない
し20回のリフロー・サイクルに耐えるように設計する
必要がある。したがって、この技法は多くの利益を提供
するものの、付随する欠点も多い。
マルチチップ・モジュールのバーンイン及び試験が行わ
れる。その結果、一般に1個または2個のチップのみを
取付けし直すために、モジュール基板全体にわたって多
くの再加工及びその後のはんだリフローが必要となる。 したがって、マルチチップ・モジュールは、そのチップ
側と基板側の両方にあるメタラジを含めて、10回ない
し20回のリフロー・サイクルに耐えるように設計する
必要がある。したがって、この技法は多くの利益を提供
するものの、付随する欠点も多い。
【0004】本発明は、チップ上のC−4パターンを使
用しながら、それに付随する問題のいくつかを軽減する
ことのできる、この既存技術の利点のいくつかを取り込
んだものである。
用しながら、それに付随する問題のいくつかを軽減する
ことのできる、この既存技術の利点のいくつかを取り込
んだものである。
【0005】いくつかの米国特許が、本発明に対する従
来技術であると評価されているが、それらはすべて以下
の理由から全く異なるものである。米国特許第4648
179号明細書は、モジュールに接着される相互接続層
を製造するものであるが、チップの相互接続またはカプ
セル封じは開示も教示もしていない。米国特許第417
9802号明細書は、電気めっきした金属スタッドを使
用し、本質的に直接的スタッド接続である電気接続を行
うために少量のはんだを用いている。これとは対照的に
、本発明では、金属とポリマーの複合材料を用いて電気
接続を行い、カプセル封じした接続を設けてチップを基
板に接合することが好ましい。米国特許第464288
9号明細書は、細いワイアを使用し、それをはんだ及び
フラックスに囲まれた挿入紙内で位置決めし、次いでそ
れを加熱し融解させて、電気接続を行っている。その後
、挿入紙を洗浄操作で溶解して、完全に除去する。これ
とは対照的に、本発明では挿入材を用いてチップを基板
またはモジュールに接合し、かつカプセル封じする。
来技術であると評価されているが、それらはすべて以下
の理由から全く異なるものである。米国特許第4648
179号明細書は、モジュールに接着される相互接続層
を製造するものであるが、チップの相互接続またはカプ
セル封じは開示も教示もしていない。米国特許第417
9802号明細書は、電気めっきした金属スタッドを使
用し、本質的に直接的スタッド接続である電気接続を行
うために少量のはんだを用いている。これとは対照的に
、本発明では、金属とポリマーの複合材料を用いて電気
接続を行い、カプセル封じした接続を設けてチップを基
板に接合することが好ましい。米国特許第464288
9号明細書は、細いワイアを使用し、それをはんだ及び
フラックスに囲まれた挿入紙内で位置決めし、次いでそ
れを加熱し融解させて、電気接続を行っている。その後
、挿入紙を洗浄操作で溶解して、完全に除去する。これ
とは対照的に、本発明では挿入材を用いてチップを基板
またはモジュールに接合し、かつカプセル封じする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主目的は、熱
可塑性挿入材をその間に使用して、半導体チップを基板
またはモジュールに直接取り付ける方法を提供すること
にある。
可塑性挿入材をその間に使用して、半導体チップを基板
またはモジュールに直接取り付ける方法を提供すること
にある。
【0007】本発明のもう一つの目的は、チップのバー
ンインに耐え、接合部のカプセル封じをもたらし、フラ
ックスなしに低温でチップを基板に直接取り付ける方法
を提供することにある。
ンインに耐え、接合部のカプセル封じをもたらし、フラ
ックスなしに低温でチップを基板に直接取り付ける方法
を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、チップに永久
的に取り付けたダイシング可能な熱可塑性挿入材の使用
にもとづき、フラックスなしで低温でチップを直接取り
付ける方法及び構造を提供する。この挿入材は、接触接
合の高さを十分に制御し、容易に調節することができ、
熱疲労障害に対する耐性が増大した、カプセル封じした
接触接合をもたらし、偏平な挿入材を用い、C−4パタ
ーンの高さの変動がほとんどない、チップ・バーンイン
のための一時的接続を容易にし、フラックスの使用を必
要としないポリ[イミド−シロキサン]/金の複合体を
含む、様々な接合用メタラジ、またははんだその他の適
当な材料と共に使用でき、C−4パターン用の接触メタ
ラジに課せられる従来からの要件を軽減し、したがって
チップ直接取付けの接着、組立て、試験の費用を削減し
、安価で容易に製造可能である。
的に取り付けたダイシング可能な熱可塑性挿入材の使用
にもとづき、フラックスなしで低温でチップを直接取り
付ける方法及び構造を提供する。この挿入材は、接触接
合の高さを十分に制御し、容易に調節することができ、
熱疲労障害に対する耐性が増大した、カプセル封じした
接触接合をもたらし、偏平な挿入材を用い、C−4パタ
ーンの高さの変動がほとんどない、チップ・バーンイン
のための一時的接続を容易にし、フラックスの使用を必
要としないポリ[イミド−シロキサン]/金の複合体を
含む、様々な接合用メタラジ、またははんだその他の適
当な材料と共に使用でき、C−4パターン用の接触メタ
ラジに課せられる従来からの要件を軽減し、したがって
チップ直接取付けの接着、組立て、試験の費用を削減し
、安価で容易に製造可能である。
【0009】本明細書の教示によれば、本発明は、半導
体チップを基板またはモジュールに直接取り付ける方法
を提供する。本明細書で開示する好ましい実施例では、
複数のチップを取り付けた大型の挿入シートから始めて
、次いでこれをダイシングして、それぞれに挿入材を一
区画ずつ取り付けた個別のチップを形成することにより
、後で基板またはモジュールに取り付ける複数のチップ
を準備する。ただし、本発明は、対応する挿入材が本明
細書に記載されているように準備される、単一のチップ
の準備にも適用可能である。挿入材上で複数のチップを
準備する、ここに開示されている実施例では、最初に、
挿入シートを製作する。この挿入シートは、そのバイア
・パターンがチップの接点パターンと合致するようにチ
ップと基板の間で位置決めされるものである。次いで、
各チップが整合するバイア・パターンの上で位置決めさ
れるように、チップを挿入シート上に置き、適当な接着
剤などでチップを挿入シートに取り付ける。次いで、バ
イアに導電性付着材を充填する。それから、チップを取
り付けた挿入シートをダイシングして、それぞれに挿入
シートを一区画ずつ取り付けた個別のチップとする。次
いで、熱及び圧力を加えることにより、挿入材が取り付
けられたチップを、挿入材を間に挟んで基板またはモジ
ュールに取り付ける。この挿入材により、接触接合の高
さの制御及び接合部のカプセル封じが可能となる。
体チップを基板またはモジュールに直接取り付ける方法
を提供する。本明細書で開示する好ましい実施例では、
複数のチップを取り付けた大型の挿入シートから始めて
、次いでこれをダイシングして、それぞれに挿入材を一
区画ずつ取り付けた個別のチップを形成することにより
、後で基板またはモジュールに取り付ける複数のチップ
を準備する。ただし、本発明は、対応する挿入材が本明
細書に記載されているように準備される、単一のチップ
の準備にも適用可能である。挿入材上で複数のチップを
準備する、ここに開示されている実施例では、最初に、
挿入シートを製作する。この挿入シートは、そのバイア
・パターンがチップの接点パターンと合致するようにチ
ップと基板の間で位置決めされるものである。次いで、
各チップが整合するバイア・パターンの上で位置決めさ
れるように、チップを挿入シート上に置き、適当な接着
剤などでチップを挿入シートに取り付ける。次いで、バ
イアに導電性付着材を充填する。それから、チップを取
り付けた挿入シートをダイシングして、それぞれに挿入
シートを一区画ずつ取り付けた個別のチップとする。次
いで、熱及び圧力を加えることにより、挿入材が取り付
けられたチップを、挿入材を間に挟んで基板またはモジ
ュールに取り付ける。この挿入材により、接触接合の高
さの制御及び接合部のカプセル封じが可能となる。
【0010】より詳しく述べると、好ましい実施例では
、熱可塑性ポリマー、好ましくはポリイミドとシロキサ
ンの共重合体に微細金属、好ましくは金を混合させてペ
ースト状になる熱可塑性溶液からなる、導電性付着用複
合材料でバイアを充填する。挿入シートは、エラストマ
ー、充填エラストマー、熱可塑性ポリマーまたは熱可塑
性共重合体のうちから選択された熱可塑性誘電体のシー
トからなり、挿入シートと導電性付着材は、特に熱膨張
係数に関して、整合する特性をもつように選択されるこ
とが好ましい。挿入シートの製作に当たっては、シート
は好ましくはレーザ融除によって、あるいは打抜きまた
は穿孔によって、チップの接点パターンに合致するバイ
ア・パターンを作成することができる。チップを、第1
の接着剤で挿入シートに取り付け、第1の接着剤ほど接
着力の強くない第2の接着剤で基板またはモジュールに
取り付ける。こうした特徴により、第1の接着層をその
まま残しながら、第2の接着層を破壊して、チップを基
板またはモジュールから取り外し再加工することが可能
となる。
、熱可塑性ポリマー、好ましくはポリイミドとシロキサ
ンの共重合体に微細金属、好ましくは金を混合させてペ
ースト状になる熱可塑性溶液からなる、導電性付着用複
合材料でバイアを充填する。挿入シートは、エラストマ
ー、充填エラストマー、熱可塑性ポリマーまたは熱可塑
性共重合体のうちから選択された熱可塑性誘電体のシー
トからなり、挿入シートと導電性付着材は、特に熱膨張
係数に関して、整合する特性をもつように選択されるこ
とが好ましい。挿入シートの製作に当たっては、シート
は好ましくはレーザ融除によって、あるいは打抜きまた
は穿孔によって、チップの接点パターンに合致するバイ
ア・パターンを作成することができる。チップを、第1
の接着剤で挿入シートに取り付け、第1の接着剤ほど接
着力の強くない第2の接着剤で基板またはモジュールに
取り付ける。こうした特徴により、第1の接着層をその
まま残しながら、第2の接着層を破壊して、チップを基
板またはモジュールから取り外し再加工することが可能
となる。
【0011】バイアに導電性付着材を充填する段階に続
いて、バーンイン・モジュールに接触させることにより
、チップをバーンインし、試験することができる。バー
ンイン・モジュールには、各バイア用に1個ずつバンプ
が設けられ、バーンイン・モジュール上の各バンプの半
径は、チップを基板またはモジュールに直接取り付ける
段階の間中十分な複合体の流れを保証するため、基板上
に設けられた導電性付着材のバンプよりも大きいことが
好ましい。
いて、バーンイン・モジュールに接触させることにより
、チップをバーンインし、試験することができる。バー
ンイン・モジュールには、各バイア用に1個ずつバンプ
が設けられ、バーンイン・モジュール上の各バンプの半
径は、チップを基板またはモジュールに直接取り付ける
段階の間中十分な複合体の流れを保証するため、基板上
に設けられた導電性付着材のバンプよりも大きいことが
好ましい。
【0012】
【実施例】図1は、チップ10と基板12の両方の上に
C−4バンプのパターンで付着されたポリ[イミド−シ
ロキサン]/金の複合接合材14を利用して、半導体チ
ップ10を基板またはモジュール12に接合する方法を
示している。有利なことに、この方法は、はんだを使用
せず、フラックスなしであり、接合は複合共重合体のT
g(ガラス転移温度)より高い温度で行われる。このよ
うな直接チップ取付け法では、接合の際に、チップ10
と基板またはモジュール12の間に圧力を加える。この
手法では、各電気接触接合を形成する各バンプの高さを
正確に制御することは難しく、したがって有効熱疲労応
力が増加する恐れがある。
C−4バンプのパターンで付着されたポリ[イミド−シ
ロキサン]/金の複合接合材14を利用して、半導体チ
ップ10を基板またはモジュール12に接合する方法を
示している。有利なことに、この方法は、はんだを使用
せず、フラックスなしであり、接合は複合共重合体のT
g(ガラス転移温度)より高い温度で行われる。このよ
うな直接チップ取付け法では、接合の際に、チップ10
と基板またはモジュール12の間に圧力を加える。この
手法では、各電気接触接合を形成する各バンプの高さを
正確に制御することは難しく、したがって有効熱疲労応
力が増加する恐れがある。
【0013】本発明は、半導体チップ10と基板または
モジュール12の間に挿入材16を導入することにより
、電気接触接合の高さを正確に制御することができる。 図2は、ポリ[イミド−シロキサン]/金の複合ペース
ト27を電気的/機械的付着材として使用して、制御さ
れた接合高さと接合部のカプセル封じを実現する、本発
明の教示に従った挿入材16の使用に関する一連の段階
を示している。
モジュール12の間に挿入材16を導入することにより
、電気接触接合の高さを正確に制御することができる。 図2は、ポリ[イミド−シロキサン]/金の複合ペース
ト27を電気的/機械的付着材として使用して、制御さ
れた接合高さと接合部のカプセル封じを実現する、本発
明の教示に従った挿入材16の使用に関する一連の段階
を示している。
【0014】挿入材16は、厚さが通常8〜10ミル(
約200〜250ミクロン)の熱可塑性誘電体のシート
から製作できる。挿入材16は熱可塑性であるので、最
初の付着工程が容易であり、またチップの再加工と基板
またはモジュールからの取外しを可能とする。また挿入
材16は誘電体であるので、電気接触接合部を電気的に
絶縁する。挿入材16は、シリコンなどの熱可塑性誘電
体エラストマー、寸法が制御された充填エラストマー(
通常の充填材はガラス、セラミック、窒化アルミニウム
または何らかのその他の適当な誘電体充填材)、熱可塑
性誘電体ポリマー、またはポリイミドとシロキサンなど
の共重合体、あるいはその他の様々なポリマー及び共重
合体から製造できる。シロキサンが分子鎖の10ないし
20%存在し、共重合体に接着性を付与する、例えばジ
ェネラル・エレクトリック(GE)社から市販されてい
るポリイミドとシロキサンの共重合体が好ましい。
約200〜250ミクロン)の熱可塑性誘電体のシート
から製作できる。挿入材16は熱可塑性であるので、最
初の付着工程が容易であり、またチップの再加工と基板
またはモジュールからの取外しを可能とする。また挿入
材16は誘電体であるので、電気接触接合部を電気的に
絶縁する。挿入材16は、シリコンなどの熱可塑性誘電
体エラストマー、寸法が制御された充填エラストマー(
通常の充填材はガラス、セラミック、窒化アルミニウム
または何らかのその他の適当な誘電体充填材)、熱可塑
性誘電体ポリマー、またはポリイミドとシロキサンなど
の共重合体、あるいはその他の様々なポリマー及び共重
合体から製造できる。シロキサンが分子鎖の10ないし
20%存在し、共重合体に接着性を付与する、例えばジ
ェネラル・エレクトリック(GE)社から市販されてい
るポリイミドとシロキサンの共重合体が好ましい。
【0015】最初に、一方の面で比較的弱い接着剤の層
18を剥離シート20で覆い、もう一方の面にはより強
い接着剤の層22を設けた、面積の大きな挿入シートを
製作する。次いで、各バイアの直径が通常200〜25
0ミクロンの、接合しようとするチップ10のC−4パ
ターンに合致するバイア・パターンを作成するため、挿
入シートを好ましくはレーザ融除、あるいは打抜きまた
は穿孔する。次に、図2に示すようなはんだバンプ21
付きのチップ、あるいは図3のようなポリ[イミド−シ
ロキサン]/金の複合材バンプ23の付いたチップを、
挿入シート上の強い接着層22の上面に、はんだバンプ
21または複合材バンプ23が精密な位置合せの必要な
しにバイア内で位置決めされるように配置し、強力な接
着力で挿入シートの上面の接着層に永久的に接着する。
18を剥離シート20で覆い、もう一方の面にはより強
い接着剤の層22を設けた、面積の大きな挿入シートを
製作する。次いで、各バイアの直径が通常200〜25
0ミクロンの、接合しようとするチップ10のC−4パ
ターンに合致するバイア・パターンを作成するため、挿
入シートを好ましくはレーザ融除、あるいは打抜きまた
は穿孔する。次に、図2に示すようなはんだバンプ21
付きのチップ、あるいは図3のようなポリ[イミド−シ
ロキサン]/金の複合材バンプ23の付いたチップを、
挿入シート上の強い接着層22の上面に、はんだバンプ
21または複合材バンプ23が精密な位置合せの必要な
しにバイア内で位置決めされるように配置し、強力な接
着力で挿入シートの上面の接着層に永久的に接着する。
【0016】直接チップ取付けは、共重合体ポリ[イミ
ド−シロキサン]などの熱可塑性ポリマーに導電性微細
金属を混合して形成される複合ペースト24を用いて行
うことが好ましい。ペースト24は、スクリーン印刷す
るために、好ましくは金あるいは金で被覆した金属等の
微細金属を混合させたポリイミドとシロキサンの共重合
体ポリマーまたはセラミックであることが好ましいが、
これらには限定されない熱可塑性ポリマーの溶液から構
成することができる。この金属は、電気接触接合に導電
性を付与するもので、金または銀など任意の適当な微細
金属でよい。平均粒径2.2ミクロンの球状及び薄片状
の共沈混合物である、ニュージャージー州サウス・プレ
インフィールドの、メッツ・メタラージカル社(Met
z Metallurgical Corp.)か
ら市販されている製品1800粉末などの金が好ましい
。金粉は、ポリイミドとシロキサンの共重合体と、金粉
が30〜70体積%、好ましくは50体積%の割合で混
合することが好ましい。接合用に用いられて来たポリ[
イミド−シロキサン]共重合体は、Tgが100〜25
0℃、接合温度が200〜380℃である。
ド−シロキサン]などの熱可塑性ポリマーに導電性微細
金属を混合して形成される複合ペースト24を用いて行
うことが好ましい。ペースト24は、スクリーン印刷す
るために、好ましくは金あるいは金で被覆した金属等の
微細金属を混合させたポリイミドとシロキサンの共重合
体ポリマーまたはセラミックであることが好ましいが、
これらには限定されない熱可塑性ポリマーの溶液から構
成することができる。この金属は、電気接触接合に導電
性を付与するもので、金または銀など任意の適当な微細
金属でよい。平均粒径2.2ミクロンの球状及び薄片状
の共沈混合物である、ニュージャージー州サウス・プレ
インフィールドの、メッツ・メタラージカル社(Met
z Metallurgical Corp.)か
ら市販されている製品1800粉末などの金が好ましい
。金粉は、ポリイミドとシロキサンの共重合体と、金粉
が30〜70体積%、好ましくは50体積%の割合で混
合することが好ましい。接合用に用いられて来たポリ[
イミド−シロキサン]共重合体は、Tgが100〜25
0℃、接合温度が200〜380℃である。
【0017】次いで、上述のようにして準備したチップ
を有する挿入シートをひっくり返して、図2の最上部に
示す位置にする。図2の第2段階に示すように、バイア
中に複合ペースト24をスクリーン印刷し、余剰のペー
ストを拭い去る。次いで、シート20をはぎとってペー
ストの残渣を除去すると、図2の第3段階に示すように
、弱い接着層18が露出する。次いで、図2の第4段階
、ならびに図3及び図4にも示すように、チップが搭載
された挿入シートをダイシングし、基板またはモジュー
ル32に個別に位置合わせし、接合する。
を有する挿入シートをひっくり返して、図2の最上部に
示す位置にする。図2の第2段階に示すように、バイア
中に複合ペースト24をスクリーン印刷し、余剰のペー
ストを拭い去る。次いで、シート20をはぎとってペー
ストの残渣を除去すると、図2の第3段階に示すように
、弱い接着層18が露出する。次いで、図2の第4段階
、ならびに図3及び図4にも示すように、チップが搭載
された挿入シートをダイシングし、基板またはモジュー
ル32に個別に位置合わせし、接合する。
【0018】図3は、挿入材16とポリ[イミド−シロ
キサン]/金の複合材27を用いた複合材バンプ23付
きチップの直接取付け、及び再加工のために設けた接着
層の断面図を示している。図4は、挿入材16とポリ[
イミド−シロキサン]/金の複合材27を用いた、はん
だなし、フラックスなしのカプセル封じ接合をもたらす
、はんだバンプまたは複合材バンプのない基板への直接
取付けを示している。図4の実施例の利点は、はんだま
たは複合材の接合バンプを付着する段階が不要となるこ
とにある。
キサン]/金の複合材27を用いた複合材バンプ23付
きチップの直接取付け、及び再加工のために設けた接着
層の断面図を示している。図4は、挿入材16とポリ[
イミド−シロキサン]/金の複合材27を用いた、はん
だなし、フラックスなしのカプセル封じ接合をもたらす
、はんだバンプまたは複合材バンプのない基板への直接
取付けを示している。図4の実施例の利点は、はんだま
たは複合材の接合バンプを付着する段階が不要となるこ
とにある。
【0019】ダイシングの後または前に、挿入シートを
使ってバーンイン・モジュール25に接続させることに
より、チップをバーンインし、電気的に試験することが
できる。バーンイン・モジュール25は、多層セラミッ
ク(MLC)バーンイン・モジュールでよい。挿入シー
トの底面が偏平に設計されているので、モジュール上で
のパットの同時接続が可能である。したがって、図1の
構造で起こる恐れのあるC−4パターン・ボールの高さ
の変動がなくなる。
使ってバーンイン・モジュール25に接続させることに
より、チップをバーンインし、電気的に試験することが
できる。バーンイン・モジュール25は、多層セラミッ
ク(MLC)バーンイン・モジュールでよい。挿入シー
トの底面が偏平に設計されているので、モジュール上で
のパットの同時接続が可能である。したがって、図1の
構造で起こる恐れのあるC−4パターン・ボールの高さ
の変動がなくなる。
【0020】図5は、多層セラミック(MLC)バーン
イン・モジュール25との一時的な機械的接続による、
挿入材16上のチップのバーンインを示している。バー
ンインに続いて、上述のように、チップを取り付けた挿
入シートをダイシングすると、個々のチップは、図2、
図3及び図4に示すように直接チップ取付けがいつでも
可能な状態となる。好ましくはポリ[イミド−シロキサ
ン]/金の複合材27でメタラジ充填したバイアとの確
実な接着を保証するため、バーンイン・モジュール25
上のバンプ26(図5)の半径は、基板上のペースト・
バンプ28(図6)の半径よりも大きくすべきである。 図6は、挿入材16からダイシングしたバーンイン・チ
ップのマルチチップ・モジュールへの取付けを示す。半
径を大きくすると、直接的なチップ取付け中、十分な複
合材の流れが保証される。
イン・モジュール25との一時的な機械的接続による、
挿入材16上のチップのバーンインを示している。バー
ンインに続いて、上述のように、チップを取り付けた挿
入シートをダイシングすると、個々のチップは、図2、
図3及び図4に示すように直接チップ取付けがいつでも
可能な状態となる。好ましくはポリ[イミド−シロキサ
ン]/金の複合材27でメタラジ充填したバイアとの確
実な接着を保証するため、バーンイン・モジュール25
上のバンプ26(図5)の半径は、基板上のペースト・
バンプ28(図6)の半径よりも大きくすべきである。 図6は、挿入材16からダイシングしたバーンイン・チ
ップのマルチチップ・モジュールへの取付けを示す。半
径を大きくすると、直接的なチップ取付け中、十分な複
合材の流れが保証される。
【0021】挿入材の構造は、導電性複合材のバイア充
填材の代りに金属はんだのバイア充填材とも両立可能で
あり、第2の実施例ではそれと一緒に使用できるが、挿
入材の材料と化学的に反応せず、それを変質させない、
フラックスに限定されている。はんだウエーブ及び関連
技法を用いて、金属はんだを塗布することができる。バ
イア中で低温はんだを使用すると、基板への低温取付け
が保証される。
填材の代りに金属はんだのバイア充填材とも両立可能で
あり、第2の実施例ではそれと一緒に使用できるが、挿
入材の材料と化学的に反応せず、それを変質させない、
フラックスに限定されている。はんだウエーブ及び関連
技法を用いて、金属はんだを塗布することができる。バ
イア中で低温はんだを使用すると、基板への低温取付け
が保証される。
【0022】挿入材の特性は、特に熱膨張係数に関して
、ポリ[イミド−シロキサン]/金の複合材または挿入
材と一緒に使用される他の接合材の特性と合致し、した
がって挿入材が有効なカプセル封じ材としても機能する
ように選択することが好ましい。両者を、ポリイミドと
シロキサンの共重合体など同じ共重合体から形成するこ
とが好ましい。このように特性が合致すると、挿入材が
、チップ/基板領域全体に沿って応力を分配して、接合
部に対する応力を有効に削減し、その結果熱疲労に対す
る耐性が著しく向上することが判明している。
、ポリ[イミド−シロキサン]/金の複合材または挿入
材と一緒に使用される他の接合材の特性と合致し、した
がって挿入材が有効なカプセル封じ材としても機能する
ように選択することが好ましい。両者を、ポリイミドと
シロキサンの共重合体など同じ共重合体から形成するこ
とが好ましい。このように特性が合致すると、挿入材が
、チップ/基板領域全体に沿って応力を分配して、接合
部に対する応力を有効に削減し、その結果熱疲労に対す
る耐性が著しく向上することが判明している。
【0023】図2、図3及び図4に示すように、再加工
を考慮し、それを実現するために、接合工程で2種の接
着剤18及び22を用いる。チップと挿入材の間の接着
剤22は、挿入材と基板の間の接着剤18よりも高い結
合力を有するものを選択する。その結果、再加工のため
にチップを取りはずす際、挿入材と基板の界面は常には
がれる。残留するペースト及びポリマーを溶媒で局部的
に拭い取ることにより、残った接着剤を除去することが
できる。挿入材と基板の間に接着剤を用いず、基板と挿
入材の接合を挿入材の熱可塑特性及び接着特性によって
行う実施例では、可溶性ポリマーを同様にして除去する
。
を考慮し、それを実現するために、接合工程で2種の接
着剤18及び22を用いる。チップと挿入材の間の接着
剤22は、挿入材と基板の間の接着剤18よりも高い結
合力を有するものを選択する。その結果、再加工のため
にチップを取りはずす際、挿入材と基板の界面は常には
がれる。残留するペースト及びポリマーを溶媒で局部的
に拭い取ることにより、残った接着剤を除去することが
できる。挿入材と基板の間に接着剤を用いず、基板と挿
入材の接合を挿入材の熱可塑特性及び接着特性によって
行う実施例では、可溶性ポリマーを同様にして除去する
。
【0024】交換チップを接合するには、ポリ[イミド
−シロキサン]/金の複合ペースト27のパターンを局
部的に基板またはモジュールに塗布する必要がある。こ
れは、スクリーン印刷で行うのが難しい。しかし、この
複合ペースト27のパターンを基板に局部的に再塗布す
る方法を示す図7ないし図9のように、シリコン・パッ
ド30でスクリーンを介して複合ペースト27のパター
ンを拾い上げて(図7及び図8)、これを局部的にC−
4パターン・パッド上に付着させることにより、このパ
ターンを塗布することができる(図9)。
−シロキサン]/金の複合ペースト27のパターンを局
部的に基板またはモジュールに塗布する必要がある。こ
れは、スクリーン印刷で行うのが難しい。しかし、この
複合ペースト27のパターンを基板に局部的に再塗布す
る方法を示す図7ないし図9のように、シリコン・パッ
ド30でスクリーンを介して複合ペースト27のパター
ンを拾い上げて(図7及び図8)、これを局部的にC−
4パターン・パッド上に付着させることにより、このパ
ターンを塗布することができる(図9)。
【0025】
【発明の効果】本発明によって、熱可塑性挿入材をその
間に使用して、半導体チップを基板またはモジュールに
直接取付ける方法を提供することができる。
間に使用して、半導体チップを基板またはモジュールに
直接取付ける方法を提供することができる。
【図1】ポリ[イミド−シロキサン]/金の複合接合材
を用いて、はんだを使用せず、フラックスなしで、複合
接合材のTg(ガラス転移温度)より高い温度で半導体
チップを基板に接合する方法を示す図である。
を用いて、はんだを使用せず、フラックスなしで、複合
接合材のTg(ガラス転移温度)より高い温度で半導体
チップを基板に接合する方法を示す図である。
【図2】ポリ[イミド−シロキサン]/金の複合ペース
トを電気的/機械的付着材として使用して、制御された
接合高さと接合部のカプセル封じを実現する、本発明の
教示による挿入材の使用に関する一連の段階を示す図で
ある。
トを電気的/機械的付着材として使用して、制御された
接合高さと接合部のカプセル封じを実現する、本発明の
教示による挿入材の使用に関する一連の段階を示す図で
ある。
【図3】間に挿入材を挟み、ポリ[イミド−シロキサン
]/金の複合接合材を用いた、複合材バンプつきチップ
の基板への直接取付け、ならびに再加工のために設けた
接着層の断面図である。
]/金の複合接合材を用いた、複合材バンプつきチップ
の基板への直接取付け、ならびに再加工のために設けた
接着層の断面図である。
【図4】間に挿入材を挟み、ポリ[イミド−シロキサン
]/金の複合接合材を用いた、はんだなし、フラックス
なしのカプセル封じ接合をもたらす、はんだバンプまた
は複合材バンプのないチップの基板への直接取付けを示
す図である。
]/金の複合接合材を用いた、はんだなし、フラックス
なしのカプセル封じ接合をもたらす、はんだバンプまた
は複合材バンプのないチップの基板への直接取付けを示
す図である。
【図5】バーンイン・モジュールとの一時的な機械的接
続による、挿入材上でのチップのバーンインを示す図で
ある。
続による、挿入材上でのチップのバーンインを示す図で
ある。
【図6】挿入材からダイシングしたバーンイン・チップ
のマルチチップ・モジュールへの取付けを示す図である
。
のマルチチップ・モジュールへの取付けを示す図である
。
【図7】再加工時に交換チップを取り付けるため、複合
接合材のペースト・パターンを局部的に基板に再付着す
る方法を示す図である。
接合材のペースト・パターンを局部的に基板に再付着す
る方法を示す図である。
【図8】再加工時に交換チップを取り付けるため、複合
接合材のペースト・パターンを局部的に基板に再付着す
る方法を示す図である。
接合材のペースト・パターンを局部的に基板に再付着す
る方法を示す図である。
【図9】再加工時に交換チップを取り付けるため、複合
接合材のペースト・パターンを局部的に基板に再付着す
る方法を示す図である。
接合材のペースト・パターンを局部的に基板に再付着す
る方法を示す図である。
10 半導体チップ
12 基板またはモジュール
14 ポリ[イミド−シロキサン]/金属のペースト
複合材のバンプ 16 ポリマー挿入材 18 弱い接着層 21 はんだバンプ 22 強力な接着層 23 ポリ[イミド−シロキサン]/金属の複合材の
バンプ 24 ペースト 25 バーンイン・モジュール 26 硬質金属バンプ 27 ポリ[イミド−シロキサン]/金の複合材28
ペースト・バンプ
複合材のバンプ 16 ポリマー挿入材 18 弱い接着層 21 はんだバンプ 22 強力な接着層 23 ポリ[イミド−シロキサン]/金属の複合材の
バンプ 24 ペースト 25 バーンイン・モジュール 26 硬質金属バンプ 27 ポリ[イミド−シロキサン]/金の複合材28
ペースト・バンプ
Claims (19)
- 【請求項1】(a)バイア・パターンがチップの接点パ
ターンと合致するようにチップと基板の間に位置付けら
れる、熱可塑性の誘電体挿入材を製作する段階と、(b
)チップの接点パターンが合致するバイア・パターン上
に位置付けられるように、チップを上記挿入材上に配置
し、該チップを該挿入材に取り付ける段階と、(c)上
記挿入材のバイアを導電性付着材で充填する段階と、 (d)制御された接合高さおよび接合部のカプセル封じ
を可能にするため上記挿入材を間に挟んで、チップを基
板またはモジュールに直接取り付ける段階とを含む、半
導体チップを基板またはモジュールに直接取り付ける方
法。 - 【請求項2】(a)上記の挿入材製作段階が、バイア・
パターンがチップの接点パターンと合致するように複数
のチップと基板の間に位置付けられる、熱可塑性の誘電
体挿入シートを製作する段階を含み、 (b)上記の配置及び取り付け段階が、各チップの合致
するバイア・パターン上に位置付けられるように、チッ
プを上記挿入材上に配置し、該チップを該挿入シートに
取り付ける段階を含み、 (c)上記の充填段階が、上記挿入シート上のバイアを
導電性付着材で充填する段階と、 (d)上記各チップがそれを取り付けた上記挿入シート
の1区画を有するように該挿入シートを個別のチップに
ダイシングする段階とを含む、請求項1に記載の、半導
体チップを基板またはモジュールに直接取り付ける方法
。 - 【請求項3】上記バイアが、熱可塑性ポリマーと導電性
微細金属の溶液からなるペースト状の導電性付着材で充
填される、請求項2に記載の、半導体チップを基板また
はモジュールに直接取り付ける方法。 - 【請求項4】上記導電性付着材がポリイミドとシロキサ
ンの共重合体からなる、請求項3に記載の、半導体チッ
プを基板またはモジュールに直接取り付ける方法。 - 【請求項5】上記導電性微細金属が金からなる、請求項
4に記載の、半導体チップを基板またはモジュールに直
接取り付ける方法。 - 【請求項6】上記バイアが、熱可塑性ポリマーと導電性
微細金属の溶液からなるペースト状の導電性付着材で充
填される、請求項1に記載の、半導体チップを基板また
はモジュールに直接取り付ける方法。 - 【請求項7】上記導電性付着材がポリイミドとシロキサ
ンの共重合体からなる、請求項6に記載の、半導体チッ
プを基板またはモジュールに直接取り付ける方法。 - 【請求項8】上記導電性微細金属が金からなる、請求項
7に記載の、半導体チップを基板またはモジュールに直
接取り付ける方法。 - 【請求項9】上記挿入シートが、エラストマー、充填エ
ラストマー、熱可塑性ポリマー、熱可塑性共重合体のう
ちから選択された材料から形成される、請求項2に記載
の、半導体チップを基板またはモジュールに直接取り付
ける方法。 - 【請求項10】上記挿入シート及び上記導電性付着材が
、合致する特性及び合致する熱膨張係数を有するような
材料である、請求項9に記載の、半導体チップを基板ま
たはモジュールに直接取り付ける方法。 - 【請求項11】上記挿入材が、エラストマー、充填エラ
ストマー、熱可塑性ポリマー、熱可塑性共重合体のうち
から選択された材料から形成される、請求項1に記載の
、半導体チップを基板またはモジュールに直接取り付け
る方法。 - 【請求項12】上記挿入材及び上記導電性付着材が合致
する特性及び合致する熱膨張係数を有するような材料で
ある、請求項11に記載の、半導体チップを基板または
モジュールに直接取り付ける方法。 - 【請求項13】上記の挿入シート製作段階が、一方の面
には、上記挿入材を基板またはモジュールに取り付ける
ための剥離シートで覆われた比較的弱い接着剤の層を設
け、もう一方の面には、チップを上記挿入材に取り付け
るための比較的強い接着剤の層を設けた、上記挿入シー
トを製作することを含む、請求項2に記載の、半導体チ
ップを基板またはモジュールに直接取り付ける方法。 - 【請求項14】上記の挿入シート製作段階が、上記挿入
シートをレーザ融除して、チップの接点パターンに合致
したバイア・パターンを作成することを含む、請求項1
3に記載の、半導体チップを基板またはモジュールに直
接取り付ける方法。 - 【請求項15】上記チップが第1の接着剤で挿入材に取
り付けられる、請求項1に記載の、半導体チップを基板
またはモジュールに直接取り付ける方法。 - 【請求項16】上記チップが、第1の接着剤ほど接着力
が強くない第2の接着剤で基板またはモジュールに取り
付けられ、その結果第1の接着剤はそのまま残るが、第
2の接着剤ははがれて、チップを基板から取り外して再
加工することが可能な、請求項15に記載の、半導体チ
ップを基板またはモジュールに直接取り付ける方法。 - 【請求項17】上記第2接着剤をはがした後、上記導電
性付着材のパターンを基板またはモジュールに局部的に
塗布する、請求項16に記載の、半導体チップを基板ま
たはモジュールに直接取り付ける方法。 - 【請求項18】上記充填段階に続いて、バーンイン・モ
ジュールに接続させることによって、半導体チップをバ
ーンインする、請求項1に記載の、半導体チップを基板
またはモジュールに直接取り付ける方法。 - 【請求項19】上記バーンイン・モジュールに、基板ま
たはモジュール上に設けられた上記導電性付着材の上記
バンプよりも半径の大きなバンプを各バイア用に1つず
つ設け、それによって直接取付け段階の間中十分な複合
材の流れを保証する、請求項18に記載の、半導体チッ
プを基板またはモジュールに直接取り付ける方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/581,854 US5086558A (en) | 1990-09-13 | 1990-09-13 | Direct attachment of semiconductor chips to a substrate with a substrate with a thermoplastic interposer |
US581854 | 1990-09-13 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04234139A true JPH04234139A (ja) | 1992-08-21 |
JPH0680703B2 JPH0680703B2 (ja) | 1994-10-12 |
Family
ID=24326841
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3189607A Expired - Lifetime JPH0680703B2 (ja) | 1990-09-13 | 1991-07-04 | 半導体チップの基板への直接取付け法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5086558A (ja) |
EP (1) | EP0475022A1 (ja) |
JP (1) | JPH0680703B2 (ja) |
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