JPH04273453A - 直接チップ取り付け方法 - Google Patents

直接チップ取り付け方法

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JPH04273453A
JPH04273453A JP3281962A JP28196291A JPH04273453A JP H04273453 A JPH04273453 A JP H04273453A JP 3281962 A JP3281962 A JP 3281962A JP 28196291 A JP28196291 A JP 28196291A JP H04273453 A JPH04273453 A JP H04273453A
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JP
Japan
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solder
chip
circuit card
column
bonding
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JP3281962A
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English (en)
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Charles F Carey
チヤールズ・フランシス・カーレイ
Kenneth M Fallon
ケニース・ミツチエル・フアローン
Rochelle Ginsburg
ロツチエル・ギンスブルグ
Charles G Woychik
チヤールズ・ジエラード・オイチツク
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International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子回路パッケージに
関するものであり、とりわけ、改良された制御式コラプ
ス・チップ接続（今後は、「Ｃ４」と呼ぶ）による直接
チップ取り付け法に関するものである。直接チップ取り
付け法は、改良されたハンダ冶金と、チップのＩ／Ｏ表
面における改良されたハンダ球制限冶金（今後は「ＢＬ
Ｍ」と呼ぶ）、及び、チップ及びその関連するハンダ球
が取り付けられる基板における改良された上面冶金（今
後は「ＴＳＭ」と呼ぶ）を組み合わせるものである。本
発明は、とりわけ、チップのＩ／Ｏ表面から延びるＳｎ
の濃厚なキャップを備えたＰｂの濃厚なハンダ・コラム
と、カード上に共晶組成プレートの存在しないことを特
徴とする、フラックス抜きの低温チップ取り付け法に関
するものである。本発明の方法によれば、チップ取り付
け処理のステップ数が減り、隔離性が高くなる。
【０００２】
【従来技術】電子パッケージに関する一般構造及び製造
プロセスについては、例えば、ニューヨーク州ニューヨ
ーク市の　ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ　ＢｏｏｋＣｏｍｐ
ａｎｙ　社刊の　Ｄｏｎａｌｄ　Ｐ．　Ｓｅｒａｐｈｉ
ｍ，　Ｒｏｎａｌｄ　Ｌａｓｋｙ，　　及び、Ｃｈｅ−
Ｙｏ　Ｌｉ　による　Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｐａｃｋａｇｉｎｇ（１９８８年
）、及び、ニューヨーク州ニューヨーク市の　Ｖａｎ　
ＮｏｓｔｒａｎｄＲｅｉｎｈｏｕｌｄ　社刊の　Ｒａｏ
　Ｒ．　Ｔｕｍｍａｌａ　及びＥｕｇｅｎｅ　Ｊ．　Ｒ
ｙｍａｓｚｅｗｓｋｉ　による　Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃ　Ｐａｃｋａｇｉｎｇ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ（
１９８８年）に解説されており、参照されたい。
【０００３】Ｓｅｒａｐｈｉｍ　他及び　Ｔｕｍｍａｌ
ｅ　他による解説のように、電子回路には、多くの独立
した電子回路コンポーネント、例えば、数千ないし数百
万の独立した抵抗器、コンデンサ、インダクタ、ダイオ
ード、及び、トランジスタが含まれている。これらの独
立した回路コンポーネントは、相互接続されて、回路を
形成し、個々の回路が相互接続されて、機能ユニットを
形成する。電力及び信号分配は、これらの相互接続を介
して行われる。個々の機能ユニットは、機械的支持及び
構造保護を必要とする。電気回路は、動作のために電気
エネルギを必要とし、機能を果たせる状態に保つため、
熱エネルギの除去を必要とする。チップ、モジュール、
回路カード、回路ボード、及び、その組み合わせといっ
た超小型電子パッケージを利用して、回路コンポーネン
ト及び回路の保護、収容、冷却、及び、相互接続が行わ
れる。
【０００４】単一の集積回路内において、回路コンポー
ネント間及び回路間の相互接続、熱放散、及び機械的保
護は、集積回路チップによって行われる。そのモジュー
ル内に密閉されたこのチップは、第１レベルのパッケー
ジングと呼ばれる。
【０００５】少なくとも、もう１つのパッケージング・
レベルがある。第２レベルのパッケージングは、回路カ
ードである。回路カードは、少なくとも４つの機能を果
たす。まず、所望の機能を果たすのに必要な回路全体の
ビット・カウントは、第１レベルのパッケージ、すなわ
ち、チップのビット・カウントを超えるので、回路カー
ドが設けられる。第２に、第２レベルのパッケージ、す
なわち、回路カードが、第１レベルのパッケージ、すな
わち、チップまたはモジュールに集積するのが容易でな
いコンポーネントのための場所を提供する。これらのコ
ンポーネントには、例えば、コンデンサ、精密抵抗器、
インダクタ、電気機械スイッチ、光カップラ等が含まれ
る。第３に、回路カードは、他の回路素子との信号の相
互接続を可能にする。第４に、第２レベルのパッケージ
が、熱管理、すなわち、熱放散を可能にする。
【０００６】カードがこれらの機能を果たすためには、
Ｉ／Ｃチップとカードのボンディング、及び、カードの
配線との接続が必要になる。チップ当たりのＩ／Ｏ数が
少ない場合、チップ周囲におけるＩ／Ｏの直列ワイヤ・
ボンディングは、満足のゆく相互接続テクノロジであっ
た。しかし、チップ当たりのＩ／Ｏ数が増すにつれて、
テープによる自動ボンディング（今後は、「ＴＡＢ」ボ
ンディングと呼ぶ）が、直列ワイヤ・ボンディングに取
って代わった。さらに多数のチップ当たりのＩ／Ｏを取
り扱うため、さまざまな「フリップ・チップ」ボンディ
ング法が開発された。こうしたいわゆる「フリップ・チ
ップ」ボンディング法の場合、ＩＣチップの面とカード
のボンディングが行われる。
【０００７】フリップ・チップ・ボンディングについて
は、ニューヨーク州ニューヨーク市の　ＭｃＧｒａｗ−
Ｈｉｌｌ　Ｂｏｏｋ　Ｃｏｍｐａｎｙ　社刊の　Ｄｏｎ
ａｌｄ　Ｐ．　Ｓｅｒａｐｈｉｍ，　Ｒｏｎａｌｄ　Ｌ
ａｓｋｙ、及び、Ｃｈｅ−Ｙｏ　Ｌｉ　による　Ｐｒｉ
ｎｃｉｐｌｅｓ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｐａｃ
ｋａｇｉｎｇ（１９８８年）の５７７〜６１９頁、とり
わけ、５８３〜５９８頁における　Ｃｈａｒｌｅｓ　Ｇ
．　Ｗｏｙｃｈｉｃｋ　及び　Ｒｉｃｈａｒｄ　Ｃ．　
Ｓｅｎｇｅｒ　による　”Ｊｏｉｎｉｎｇ　Ｍａｔｅｒ
ｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｃｓｓｅｓｉｎ　Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃ　Ｐａｃｋａｇｉｎｇ”、及び、ニューヨー
ク州ニューヨーク市の　Ｖａｎ　Ｎｏｓｔｒａｎｄ　Ｒ
ｅｉｎｈｏｌｄ　社刊の　Ｒａｏ　Ｒ．　Ｔｕｍｍａｌ
ａ　及び　Ｅｕｇｅｎｅ　Ｊ．　Ｒｙｍａｓｚｅｗｓｋ
ｉ　による　Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｐａｃ
ｋａｇｉｎｇ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ（１９８８年）の　３
６１〜４５３　頁、とりわけ、３６１〜３９１頁におけ
る　Ｎｉｃｈｏｌａｓ　Ｇ．　Ｋｏｏｐｍａｎ，　Ｔｉ
ｍｏｔｈｙ　Ｃ．　Ｒｅｉｌｅｙ、及び、Ｐａｕｌ　Ａ
．　Ｔｏｔｔａ　による”Ｃｈｉｐ−Ｔｏ−Ｐａｃｋａ
ｇｅ　Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ”　に解説が
あり、両方とも、参照されたい。その中で述べられてい
るように、フリップ・チップ・ボンディングは、チップ
の表面全体におけるハンダ・バンプのパターン形成を可
能にする。こうして、フリップ・チップ・パッケージを
利用することによって、Ｉ／Ｏのフル・ポピュレーショ
ン領域アレイが可能になる。フリップ・チップ・プロセ
スにおいては、チップ上のハンダ濡れ性の端子にハンダ
・バンプが溶着され、カード上にハンダ濡れ性の端子の
合わせフットプリントが形成される。次に、このため「
フリップ・チップ」の名がつけられているのであるが、
チップはひっくり返され、チップのハンダ・バンプと基
板のフットプリントとの整合がとられ、チップとカード
の接合が、全て、ハンダ・バンプのリフローによって同
時に行われる。
【０００８】以前のフリップ・チップとは対照的なＣ４
プロセスの場合、チップのハンダで濡らすことのできる
端子は、ハンダ球制限冶金（「ＢＬＭ」）によって、包
囲され、カードのハンダ濡れ性の端子の合わせフットプ
リントは、上面冶金（「ＴＳＭ」）と呼ばれる、ガラス
・ダムまたはストップ・オフによって包囲される。これ
らの構造は、リフロー時に、溶融ハンダの流れを制限す
る働きをする。
【０００９】チップのハンダ球制限冶金（「ＢＬＭ」）
は、一般に、ＩＢＭ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒｅｓ．
及び　Ｄｅｖ．，１３，（３）（１９６９年）の　２２
６　頁における　Ｐ．Ａ．　Ｔｏｒｔａ　及び　Ｒ．Ｐ
．　Ｓｏｐｈｅｒ　による　”ＳＴＬ　Ｄｅｖｉｃｅ　
Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ｍｏｎｏｌｉ
ｔｈｉｃ　Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ”　に解説のように、Ｃ
ｒ、Ｃｕ、及び、Ａｕの全てまたはいずれかによる蒸着
薄膜の円形パッドである。この導電性薄膜ウエルによっ
て形成されるＣｒダムは、チップに沿ったハンダ流を抑
制し、チップ・モジュールを密閉し、ハンダ用の導電接
点として機能する。先行技術によるプロセスの場合、Ｂ
ＬＭ及びハンダは、マスクを用いて蒸着され、ウェーハ
表面にＩ／Ｏパッドのアレイが形成される。「マスク」
という用語は、一般に用いられている。マクスは、金属
マスクとすることができる。代替案として、本書で用い
られているように「マスク」は、ＢＬＭ溶着、フォトレ
ジストの塗布、フォトレジストの現像、及び、後述のよ
うに、同時に行われるフォトレジストの除去とＢＬＭの
サブ・エッチングが後続し、ハンダ・コラムがマスクの
働きをすることになるハンダの溶着からなるシーケンス
を表すものとすることができる。
【００１０】先行技術によるＣ４プロセスの場合、Ｐｂ
／Ｓｎは、Ｐｂ及びＳｎの溶融合金によって溶着される
のが普通である。Ｐｂは、Ｓｎに比べて蒸気圧が高いの
で、最初にＰｂが溶着し、続いてＳｎがかぶさる。ハン
ダは、蒸着、真空蒸着、蒸気蒸着、または、電着によっ
て上述のＢＬＭウエルに被着し、ハンダ・コラムが形成
されることになる。コラムまたは球と称する、結果得と
してられる溶着ハンダは、Ｓｎのキャップで包囲された
Ｐｂの円錐台体である。このハンダ・コラムまたは球は
、例えば、Ｈ２雰囲気内で加熱することによってリフロ
ーし、ハンダを均質化して、後続のボンディングに備え
てハンダ・バンプを形成することができる。
【００１１】ハンダは、９５Ｐｂ／５Ｓｎといった高鉛
ハンダで普通である。従来のＣ４プロセスの場合、この
化学量の高鉛ハンダは、例えば、摂氏約３１５度を超え
るような高融点である。溶融温度が高いので、後続の超
小型電子パッケージにおける接続に、融点の低いハンダ
を用いることが可能になる。
【００１２】カード上の濡れ性の表面接点は、チップＩ
／Ｏにおけるハンダ球の「フットプリント」ミラー・イ
メージである。該フットプリントは、導電性であり、し
かも、ハンダで濡水性である。フットプリントを形成す
るハンダ濡れ性の表面接点は、厚膜テクノロジと薄膜テ
クノロジのいずれかによって形成される。ハンダ流は、
接点まわりにダムを形成して抑制される。
【００１３】チップは、例えば、自己整合によって、カ
ードとの整合がとられ、熱リフローによってカードに接
合される。一般に、先行技術によるＣ４プロセスでは、
フラックスが用いられる。フラックスは、チップを所定
位置に保持するため、基板とチップのいずれか、または
、その両方に塗布される。次に、チップをカードに接合
するため、チップとカードのアセンブリを、熱リフロー
にかけることになる。チップとカードの接合後、残留フ
ラックスを除去する必要がある。これには、付随した環
境問題に関して、芳香族溶剤及びハロゲン化炭化水素系
溶剤といった有機溶剤の利用が必要になる。
【００１４】留意すべきは、Ｃ４プロセスが、ほぼ自己
整合式のアセンブリ・プロセスであるということである
。これは、リフロー前のハンダ・コラムまたは球の幾何
学形状と、リフロー時の溶解ハンダの表面張力及びハン
ダ・コラムの幾何学形状との相互作用によるものである
。チップ上のハンダ・コラムとカード上の導電性フット
プリント接点の係合表面が接触すると、溶融ハンダの表
面張力によって、自己アライメントがとれることになる
。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的の１つは
、高密度のカード及びボードを提供することにある。
【００１６】本発明のもう１つの目的は、例えば、９５
Ｐｂ／５Ｓｎのハンダの溶融温度より低い温度で、例え
ば、ＦＲ−４プリプレグ・エポキシ・ガラス・ファイバ
複合材といった高分子タイプ材料に対する直接チップ取
り付けを用いることによって、セラミック基板チップ・
キャリヤの必要をなくすことにある。
【００１７】本発明のさらにもう１つの目的は、直接チ
ップ取り付けにおける工程数を減少させることにある。
【００１８】本発明のもう１つの目的は、Ｉ／Ｃチップ
をそのままの状態で電気テスト及びバーン・インできる
ようにし、同時に、再加工に備えて、接合部のリフロー
と機械的破壊の両方または一方を可能にすることにある
。
【００１９】本発明のさらにもう１つの目的は、ハンダ
冶金及び冶金制御を改良することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本明細書に開示の本発明
によれば、従来技術の問題が解消され、本発明の目的が
達成される。本発明は、Ｉ／Ｃチップを超小型電子回路
カードに接合し、それによって、回路が形成されるよう
にする制御式コラプス・チップ接続（「Ｃ４」）による
直接チップ取り付け法に関するものである。本発明によ
れば、Ｉ／Ｃチップのハンダ濡れ性のＩ／Ｏ端子に、ハ
ンダが溶着される。ハンダの溶着は、少なくとも、原子
百分率が６のＳｎを含むＰｂ／Ｓｎハンダ合金の溶融池
によって行われる。ハンダは、最初、Ｉ／ＣチップのＩ
／Ｏ端子に溶着され、比較的Ｐｂの濃厚なコアと、比較
的Ｓｎの濃厚なキャップを備えた不均一で、異方性のコ
ラムが形成される。
【００２１】超小型電子回路カードには、導電性で、ハ
ンダ濡れ性のＩ／Ｏ端子の合わせフットプリントが設け
られている。従来技術と対照区別して、ハンダ濡れ性の
Ｉ／Ｏ端子は、溶着ハンダ合金がほとんどなく、Ｃｕ表
面、または、任意選択により、Ｃｕと酸化防止剤の表面
が形成される。
【００２２】チップの溶着ハンダと超小型電子回路カー
ドの対応するフットプリントの整合をとり、ハンダのリ
フローによって、少なくとも、ハンダ・コラムにＰｂ／
Ｓｎ共晶のゾーンまたは領域が形成され、それによって
、チップと超小型電子回路カードのボンディングが行わ
れる。
【００２３】前記プロセスは、フラックスなしで実施す
ることができ、これによって、有機溶剤の必要がなくな
る。
【００２４】
【実施例】本発明によれば、技術の問題が解消し、本発
明の目的は、Ｉ／Ｃチップのフラックスと、カード・ラ
ンドに電気メッキされたＰｂ／Ｓｎハンダ合金の両方を
不要にする改善されたハンダ冶金によって達成される。 本発明は、Ｉ／Ｃチップを超小型電子回路カードに接合
し、それによって回路が形成されるようにする制御式コ
ラプス・チップ接続（「Ｃ４」）法に関するものである
。
【００２５】図１には、アセンブルされていないパッケ
ージ１の一般構成が表されている。このパッケージ１に
は、Ｃ４ボンディングによって接合されるＩ／Ｃチップ
１０とカード２１が含まれている。Ｉ／Ｃチップ１０の
Ｉ／Ｏ端子１１には、ハンダ・バンプ３０が設けられて
いる。Ｉ／Ｃチップ１０におけるこれらのハンダ・バン
プは、回路カード２１の凹状Ｉ／Ｏランド５１に対応し
ている。
【００２６】図２には、アセンブルされた超小型電子回
路パッケージ１の断面図が示されている。図２には、回
路カード２１に取り付けられたＩ／Ｃチップ１０が示さ
れている。Ｉ／Ｃチップ１０は、ハンダ接合部３１によ
って、回路カード２１に対し電気的に接続され、冶金的
にボンディングが施されている。図２には、また、例え
ば、スルーホール及びバイア２３、及び、信号面及び電
力面２５といった、回路カード２１の内部回路構成も示
されている。
【００２７】図３は、リフローされたハンダ球コネクタ
３１を備えた、Ｉ／Ｃチップ１０及びカード２１の断面
図である。この構造は、従来技術を表している。Ｉ／Ｃ
チップ１０は、Ｉ／Ｏリード線１１の配列、即ち内部リ
ード線１３への接点１２を備えている。個々の接点は、
パッシベーション層１４によって包囲されている。パッ
シベーション層１４内の凹所は、Ｃｒ接着層のような接
着層１５及びＡｕフラッシュ層のようなフラッシュ層１
６を備えたウエルである。チップ１０から外側に延びて
いるのは、ハンダ球３０である。ハンダ球３０は、リフ
ロー済みのため、特有の球形を備えている。回路カード
２１のランド５１は、共晶Ｓｎ−Ｐｂでコーテイングさ
れている。
【００２８】本発明によれば、Ｉ／Ｃチップ１０のハン
ダ濡れ性のＩ／Ｏ端子に、ハンダが溶着される。ハンダ
の溶着は、キャップを形成する量のＳｎを含むＰｂ／Ｓ
ｎハンダ合金溶融池等のＰｂ／Ｓｎ供給源によって行わ
れる。キャップを形成するＳｎ量とは、Ｐｂ／Ｓｎハン
ダ合金を溶融させあるいは蒸気にして被着させる時、リ
フローしないでその上に十分な厚さのＳｎの濃厚なキャ
ップ３７を生じさせ、後続のリフロー時に、Ｐｂ／Ｓｎ
共晶のゾーン及び領域の両方または一方を形成し、それ
によってＩ／Ｃチップ１０におけるフラックス及び回路
カード２１におけるＰｂ／Ｓｎの電気メッキを不要にす
るような量である。Ｓｎの濃厚なキャップ３７とは、溶
着及び固化時に厚さが０．０１２７ｍｍを超えることに
なり、また、溶着及び固化時に、原子百分率が７３．１
を超えるＳｎ（重量百分率が６１．９のＳｎ）を含んで
いるキャップ３７である。これには、少なくとも、原子
百分率が約６の公称Ｓｎ含有量のバルク合金が必要にな
る。最初、ハンダは、Ｉ／Ｃチップ１０のＩ／Ｏ端子１
１に溶着されて、比較的Ｐｂの濃厚なコア３５と比較的
Ｓｎの濃厚なキャップ３７を備えた、不均一で異方性の
コラム３３を形成する。
【００２９】超小型電子回路カード２１には、ハンダ濡
れ性のＩ／Ｏ端子５１の合わせフットプリントが設けら
れている。従来技術の実施例とは対照区別的に、ハンダ
濡れ性のＩ／Ｏ端子５１は、実質的に溶着したハンダ合
金表面ではなく、Ｃｕ表面、または、任意選択によりＣ
ｕ及び酸化防止剤の表面５３である。
【００３０】図４には、本発明のＩ／Ｃチップ１０及び
カード２１の構造が明示されている。図４は、非リフロ
ーのハンダ・コラム・コネクタ３３及びＣｕランド５３
を備えた、Ｉ／Ｃチップ１０及び回路カード２１の断面
図である。Ｉ／Ｃチップ１０は、また、内部リード線１
２に、接点１１の配列も備えている。個々の接点１１は
、パッシベーション層１４によって包囲されている。 パッシベーション層の凹所は、Ｃｒ接着層のような接着
層１５、及び、Ａｕフラッシュ層のようなフラッシュ層
１６を備えたウエルである。Ｉ／Ｃチップ１０から外側
に延びるのは、ハンダ・コラム３３である。このハンダ
・コラム３３は、リフロー、溶融、または、再溶融を施
されていない。それは、組成上、不均一で、異方性のコ
ラムであり、Ｐｂの濃厚なコア３５の上にＳｎの濃厚な
キャップ３７が配置されている。回路カード２１は、Ｉ
／Ｃチップ１０のハンダ・コラム３３に対応する銅でコ
ーティングされたランド５３を備えている。ハンダ・コ
ラム３３の高さと、回路カード２１のランド５１におい
て増すバイアの高さが組み合わさって、機械的信頼性を
高めることになる。
【００３１】チップ２１のハンダ・コラム３３は、超小
型電子回路カード２１における対応するＣｕ５３のラン
ド５１のフットプリントと整合がとられる。図５は、整
合時、及び、溶融及び接続時における、Ｐｂの濃厚なコ
ア３５及びＳｎの濃厚なキャップ３７を含む、構造上異
方性のハンダ・コラム３３を備えたＩ／Ｃチップ１０の
概略図である。次に、以前にリフローされていないハン
ダ・コラム３３に、リフローを施して、Ｐｂ／Ｓｎが形
成され、チップ１０と超小型電子回路カード２１のボン
ディングが行われる。
【００３２】図６は、ハンダ・コラム３３、及び、ハン
ダ・コラム３３のリフロー後における図５のＣｕメッキ
５３されたカード・ランド５１を含む、Ｉ／Ｃチップ１
０の概略図である。リフローは、Ｐｂ／Ｓｎ共晶温度、
すなわち、１８３℃を超える温度で実施される。加熱は
、気相加熱で実施することができる。ボンディングは、
Ｐｂの濃厚なコア３５とＳｎの濃厚なキャップ３７の界
面におけるＰｂ／Ｓｎ共晶合金の形成によって行われる
。Ｓｎの濃厚なキャップ３７は、ハンダ・コラム３１の
Ｐｂの濃厚なコア３５と相互作用し、Ｓｎ／Ｐｂ共晶が
形成される。
【００３３】Ｐｂ／Ｓｎ共晶は、原子百分率が２６．１
のＰｂ（重量百分率が３８．１のＰｂ）であり、その形
成には、Ｐｂに近い多量のＳｎ、すなわち、Ｐｂの濃厚
なコア３５におけるＰｂに近いＳｎの濃厚なキャップ３
７におけるＳｎを用いることが望ましい。Ｓｎの濃厚な
キャップ３７のサイズは、Ｓｎの公称濃度の高い合金、
すなわち、主成分全体がＳｎ及びＰｂで、原子百分率が
６以上のＳｎを用いて増大させることができる。
【００３４】本発明のプロセスのリフロー・ステップは
、フラックスを用いずに実施することができる。これは
、Ｓｎの濃厚なキャップ３７の上に形成されるＳｎ酸化
物の薄層が、共晶ハンダ中に溶解するためである。フラ
ックスなしでリフローすれば、有機溶剤によるフラック
スの除去が不要となる。
【００３５】図５及び図６に示すように、ランド５１に
は、メッキされたハンダがなく、Ｓｎ／Ｐｂの電気メッ
キは不要である。Ｓｎの濃厚なキャップ３７は、共晶形
成のためのＳｎ供給源として働くので、カード・ランド
５１におけるＰｂ／Ｓｎの電気メッキを不要にする。望
ましい実施例の場合、Ｅｎｔｅｋのような抗酸化剤また
は腐食抑制剤をランド５１に塗布することができる。
【００３６】図７及び図８には、本発明の代替実施例が
示されている。図７に示す構造の場合、溶融及び接続前
におけるカード・ランド５１の樹枝状結晶５５が示され
ている。Ｃｕ、Ｐｄ、及びＣｕ−Ｐｄ合金によって形成
することの可能なこれらの樹枝状結晶５５は、リフロー
前に、可逆性機械接続を形成する。これによって、チッ
プの再加工が必要な場合に、ハンダの再加工を必要とせ
ずに、Ｉ／Ｃチップ１０と回路カード２１に対する電気
テスト及びバーン・インが可能になる。
【００３７】樹枝状結晶５５は、電気メッキ、無電解メ
ッキ、蒸着等のさまざまな方法で形成することができる
。次に、非リフロー・コラム３３を樹枝状結晶５５のパ
ッド５３に直接重ねることによって、パッケージ１がア
センブルされる。樹枝状結晶５５が、ハンダ・コラム３
３のＳｎが濃厚なキャップ３７を貫通して、機械的及び
電気的相互接続を形成する。これで、電気テスト及びＩ
／Ｃチップのバーン・インを実施することが可能になる
。必要があれば、Ｉ／Ｃチップ１０を除去して、交換す
ることも可能である。機械的接続のため、また、リフロ
ーにフラックスが不要のため、一時的樹枝状結晶ボンデ
ィングが実現可能になる。
【００３８】図８は、溶融及び接続後における、図７の
Ｉ／Ｃチップ１０、ハンダ・コラム３３、及び、カード
・ランド５３の概略図である。
【００３９】
【発明の効果】本発明の方法によれば、制御式チップ・
コラプス接続による直接チップ取り付けによって、高密
度の電子パッケージが製造される。本発明の直接チップ
取り付け方法によって、工程数が減少するが、これには
、とりわけ、Ｉ／Ｃチップにおけるハンダのリフローを
省略するだけでなく、回路カードに対するハンダのメッ
キを省略したり、キャリアに対するチップの取り付け時
にＩ／Ｃチップのハンダに対するフラックス塗布の省略
するといった処置がとられる。本発明の以上の態様によ
って、直接チップ取り付けの工程数が減少するだけでな
く、冶金も改良されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｉ／Ｃチップ、Ｉ／ＣチップのＩ／Ｏにおける
ハンダ・バンプを含むカード、及び、カード上の対応す
る凹状ランドの一般構成を表した図である。
【図２】Ｉ／Ｃチップとカードのハンダ接合部と、カー
ドの内部回路要素を示す、カードに取り付けられたＩ／
Ｃチップの断面図である。
【図３】従来技術を表す、リフローされたハンダ球コネ
クタを備えた、Ｉ／Ｃチップ及びカードの断面図である
。
【図４】本発明の非リフロー・ハンダ・コラム・コネク
タ、及び、Ｃｕランドを備えた、Ｉ／Ｃチップ及びカー
ドの対応する断面図である。
【図５】溶融及び接続前における、本発明の実施例の１
つによるＩ／Ｃチップ、ハンダ・コラム、及び、カード
・ランドの概略図である。
【図６】溶融及び接続後における、図５のＩ／Ｃチップ
、ハンダ・コラム、及び、カード・ランドの概略図であ
る。
【図７】溶融及び接続前におけるカード・ランドに、樹
枝状結晶が設けられている、本発明の代替実施例による
Ｉ／Ｃチップ、ハンダ・コラム、及び、カード・ランド
の概略図である。
【図８】溶融及び接続後における図７のＩ／Ｃチップ、
ハンダ・コラム、及び、カード・ランドの概略図である
。
【符号の説明】
１　　パッケージ １０　　Ｉ／Ｃチップ １１　　Ｉ／Ｏリード線 １２　　接点 １３　　内部リード線 １４　　パッシベーション層 １５　　接着層 １６　　フラッシュ層 ２１　　回路カード ２２　　スルーホール及びバイア ２５　　信号面及び電力面 ３０　　ハンダ・バンプ ３１　　ハンダ接合部 ３３　　コラム ３５　　コア ３７　　キャップ ５１　　凹状ランド ５５　　樹枝状結晶

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Ｉ／Ｃチップのハンダ濡れ性のＩ／Ｏ端子
    にハンダを溶着させるステップと、超小型電子回路カー
    ドにハンダ濡れ性のＩ／Ｏ端子の合わせフットプリント
    を形成するステップと、前記チップに溶着したハンダと
    前記超小型電子回路カードの対応するフットプリントの
    整合をとるステップと、ハンダのリフローによって前記
    チップと前記超小型電子回路カードのボンディングを行
    うステップから成る、Ｉ／Ｃチップを超小型電子回路カ
    ードに接合する方法において、前記ハンダ溶着はキャッ
    プを形成する量のＳｎを含みＳｎの濃厚なキャップとＰ
    ｂの濃厚な内部コアを備えたコラムを形成するＰｂ／Ｓ
    ｎ合金を用いることと、ハンダボンデイング用の保護さ
    れたＣｕ表面を有する超小型電子回路カード上の前記Ｉ
    ／Ｏ端子に対応する部分に、前記コラムを接触させるこ
    とと、ハンダを加熱して、Ｐｂ／Ｓｎの共晶組成を形成
    することを特徴とする接合方法。
  2. 【請求項２】厚さが少なくとも約０．０１２７ｍｍのＳ
    ｎの濃厚なキャップを備えたハンダ・コラムを形成する
    ステップが含まれることを特徴とする請求項１に記載の
    接合方法。
  3. 【請求項３】少なくとも、公称バルク合金組成において
    原子百分率が６のＳｎを含んでいるＰｂ／Ｓｎハンダ合
    金を用いて、Ｐｂ／Ｓｎハンダ合金コラムを溶着させる
    ステップが含まれることを特徴とする請求項２に記載の
    接合方法。
  4. 【請求項４】少なくとも原子百分率が７３．９のＳｎか
    ら成るＳｎの濃厚なキャップを備えたハンダ・コラムを
    形成するステップが含まれることを特徴とする請求項１
    に記載の接合方法。
  5. 【請求項５】少なくとも、原子百分率が約６のＳｎを含
    むＰｂ／Ｓｎハンダ合金からなるＰｂ／Ｓｎハンダ合金
    コラムを溶着させるステップが含まれることを特徴とす
    る請求項１に記載の接合方法。
  6. 【請求項６】少なくとも、原子百分率が約６のＳｎを含
    むＰｂ／Ｓｎハンダ合金からなるＰｂ／Ｓｎハンダ合金
    コラムを溶着させ、厚さが少なくとも約０．０１２７ｍ
    ｍのＳｎの濃厚なキャップを備えたハンダ・コラムを形
    成するステップが含まれることと、前記Ｓｎの濃厚なキ
    ャップが、少なくとも原子百分率が約７３．９のＳｎか
    ら成ることを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
  7. 【請求項７】超小型電子回路カード上におけるほとんど
    ハンダ合金のない保護されたＣｕランドに対してＩ／Ｃ
    チップ上の前記ハンダ・コラムのボンディングを施すス
    テップが含まれることが特徴とする請求項１に記載の接
    合方法。
  8. 【請求項８】超小型電子回路カードのＣｕランドに樹枝
    状結晶を形成するステップが含まれることを特徴とする
    請求項１に記載の接合方法。
  9. 【請求項９】前記樹枝状結晶が、Ｃｕ、Ｐｄ、及び、そ
    の合金から成るグループから選択された金属で構成され
    ることを特徴とする請求項８に記載の接合方法。
  10. 【請求項１０】Ｉ／Ｃチップのハンダ濡れ性のＩ／Ｏ端
    子にハンダを溶着させるステップと、超小型電子回路カ
    ードにハンダ濡れ性の／Ｏ端子の合わせフットプリント
    を形成するステップと、前記チップに溶着したハンダと
    前記超小型電子回路カードの対応するフットプリントの
    整合をとるステップと、ハンダのリフローによって、チ
    ップと超小型電子回路カードのボンディングを行うステ
    ップから成る、Ｉ／Ｃチップを超小型電子回路カードに
    接合する方法において、少なくとも原子百分率が６のＳ
    ｎを含むＰｂ／Ｓｎ合金からなるハンダを溶着させて、
    少なくとも厚さが約０．０１２７ｍｍのＳｎの濃厚なキ
    ャップを備えたハンダ・コラムを形成することと、前記
    Ｓｎの濃厚なキャップが、原子百分率が少なくとも約７
    ３．９のＳｎと、Ｐｂの濃厚な内部コアから成ることと
    、ハンダ・コラムを超小型電子回路カードの前記Ｉ／Ｏ
    端子に対応する部分に接触させることと、前記超小型電
    子回路カードのＩ／Ｏ端子対応部分が、ハンダに対する
    ボンディング用の保護されたＣｕ表面を備えることと、
    ハンダを加熱して、Ｐｂ／Ｓｎ共晶を形成することを特
    徴とする接合方法。
  11. 【請求項１１】Ｉ／Ｃチップのハンダ濡れ性のＩ／Ｏ端
    子にハンダを溶着させるステップと、超小型電子回路カ
    ードにハンダ濡れ性のＩ／Ｏ端子の合わせフットプリン
    トを形成するステップと、前記Ｉ／Ｃチップに溶着した
    ハンダと前記超小型電子回路カードの対応するフットプ
    リントの整合をとるステップと、ハンダのリフローによ
    って、チップと超小型電子回路カードのボンディングを
    行うステップから成る、Ｉ／Ｃチップを超小型電子回路
    カードに接合する方法において、キャップを形成する量
    のＳｎを含むＰｂ／Ｓｎ合金からなるハンダを溶着させ
    て、Ｓｎの濃厚なキャップとＰｂの濃厚な内部コアを備
    えたコラムを形成することと、ハンダ・コラムを超小型
    電子回路カードのＩ／Ｏ端子に対応する部分に接触させ
    ることと、前記超小型電子回路カードのＩ／Ｏ端子対応
    部分にに、Ｃｕ、Ｐｂ、及び、その合金からなるグルー
    プから選択された金属によって形成される樹枝状結晶が
    設けられた、ハンダボンディング用のＣｕ表面が備わっ
    ていることと、ハンダを加熱して、Ｐｂ／Ｓｎの共晶を
    形成することを特徴とする接合方法。
  12. 【請求項１２】Ｉ／Ｃチップのハンダ濡れ性のＩ／Ｏ端
    子にハンダを溶着させるステップと、超小型電子回路カ
    ードにハンダ濡れ性のＩ／Ｏ端子の合わせフットプリン
    トを形成するステップと、前記Ｉ／Ｃチップに溶着した
    ハンダと前記超小型電子回路カードの対応するフットプ
    リントの整合をとるステップと、ハンダのリフローによ
    って、Ｉ／Ｃチップと超小型電子回路カードのボンディ
    ングを行うステップから成る、Ｉ／Ｃチップを超小型電
    子回路カードに接合する方法において、原子百分率が少
    なくとも約６のＳｎを含むＰｂ／Ｓｎ合金からなるハン
    ダを溶着させて、厚さが少なくとも約０．０１２７ｍｍ
    のＳｎの濃厚なキャップを備えたハンダ・コラムを形成
    することと、前記Ｓｎの濃厚なキャップが、原子百分率
    が少なくとも約７３．９のＳｎとＰｂの濃厚な内部コア
    から成ることと、ハンダ・コラムを超小型電子回路カー
    ドのＩ／Ｏ端子に対応する部分に接触させることと、前
    記超小型電子回路カードにＩ／Ｏ端子に、Ｃｕ、Ｐｄ、
    及び、その合金からなるグループから選択された金属に
    よって形成される樹枝状結晶が設けられた、ハンダにボ
    ンディング用のＣｕ表面が備わっていることと、ハンダ
    を加熱して、Ｐｂ／Ｓｎの共晶を形成することを特徴と
    する接合方法。
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