JPH0432253A - 半導体集積回路装置の実装構造およびそれに用いる実装基板 - Google Patents

半導体集積回路装置の実装構造およびそれに用いる実装基板

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JPH0432253A
JPH0432253A JP2138939A JP13893990A JPH0432253A JP H0432253 A JPH0432253 A JP H0432253A JP 2138939 A JP2138939 A JP 2138939A JP 13893990 A JP13893990 A JP 13893990A JP H0432253 A JPH0432253 A JP H0432253A
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chip
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Norio Kishikawa
岸川 範夫
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    • H05K3/34Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
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  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路装置に関し、特にチップキャ
リヤ(Chip Carrier)の実装に適用して有
効な技術に関するものである。
〔従来の技術〕
パッケージ基板上に実装した半導体チップをキャップで
気密封止したチップキャリヤについては、例えば特開昭
62−249429号、特開昭63−310139号公
報などに記載されている。上記文献に記載されたチップ
キャリヤは、セラミックで構成したパッケージ基板の主
面上に半田バンプを介して半導体チップをフェイスダウ
ンボンディングし、この半導体チップをセラミックキャ
ップで気密封止したハーメチック・シール構造を備えて
いる。
上記チップキャリヤは、その組立て工程が完了した後、
不良品を取り除くための選別試験(テスティングおよび
エージング)に付される。選別試験は、チップキャリヤ
をテスティングボード上に実装して行う。チップキャリ
ヤをテスティングボード上に実装するには、まずチップ
キャリヤの下面の電極に半田バンプを接続する。半田バ
ンプの接続は、半田デイツプ法または半田ボール供給法
を用いて行う。チップキャリヤの下面の電極に接続され
た半田バンプは、パッケージ基板の内部配線を通じて半
導体チップと電気的に接続されている。続いて、この半
田バンプをテスティングボードのペデスタル上に載置す
る。テスティングボードはセラミック多層基板からなり
、その配線層ふよびペデスタルは、w(タングステン)
などの高融点遷移金属からなる。Wは半田との反応性が
乏しいため、ペデスタルの表面には、あらかじめ半田と
の反応性が高いN 1/ A 11などの半田メタライ
ズ層を形成しておく。その後、リフロー炉内で上記半田
バンプを加熱、再溶融することによってチップキャリヤ
をテスティングボード上に実装する。上記テスティング
ボード上での選別試験が完了した後、チップキャリヤは
テスティングボードから取り外され、良品のチップキャ
リヤはモジュール基板などに実装される。チップキャリ
ヤをモジニール基板上に実装する方法は、チップキャリ
ヤをテスティングボード上に実装する方法と路間−であ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、上記したチップキャリヤをテスティングボー
ド上に実装する際、チップキャリヤの下面の電極に接続
した半田バンプの量が少ないと、チップキャリヤの電極
とテスティングボードのペデスタルとの接続が不完全に
なるという問題がある。これは、半日バンプの量が少な
いと、リフロー炉内で半田バンプを加熱した際に、溶融
した半田がペデスタルの表面全体に濡れ広がってその膜
厚が極めて薄くなるため、パッケージ基板やテスティン
グボードの反りに起因して電極とペデスタルとの間に隙
間が生じてしまうからである。特に、半田デイツプ法に
よって接続された半田バンプは、その膜厚が約30μm
程度と薄いため、接続不良が生じ易い。他方、半田ボー
ル供給法は、半田デイツプ法に比べて膜厚の厚い半田バ
ンプを形成することができるが、この方法は多量の半田
を必要とするため、チップキャリヤの製造コストが高く
なるという間1題がある。
本発明は上記した問題点に着目してなされたものであり
、その目的はチップキャリヤと実装基板との接続信頼性
を向上させることのできる技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、チップキャリヤの製造コストを低
減することのできる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
〔課題を解決するための手段〕
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本願の一発明は、半導体チップを封止したチップキャリ
ヤの電極に半田バンプを接続し、前記半田バンプを介し
て前記チップキャリヤの電極を実装基板のペデスタル上
に半田付けする半導体集積回路装置の実装構造であって
、前記ペデスタルの表面に形成する半田メタライズ層を
前記ペデスタルの上面のみに形成するものである。
〔作用〕
上記した手段によれば、ペデスタルの上面のみに半田メ
タライズ層を形成することにより、リフロー炉内で半田
バンプを加熱した際、溶融した半田がペデスタルの上面
のみで拡散し、半田メタライズ層が形成されていない他
の箇所に濡れ広がることはないので、電極とペデスタル
との間に充分な量の半田が確保される。
〔実施例〕
第2図は、本実施例のチップキャリヤ1の断面構造であ
る。
チップキャリヤ1は、パッケージ基板2の主面上に半田
バンプ3を介して半導体チップ4をフェイスダウンボン
ディングし、この半導体チップ4をキャップ5で気密封
止したハーメチック・シール構造を備えている。パッケ
ージ基板2は、ムライト、窒化アルミニウムなどのセラ
ミックからなり、その寸法は、縦×横が約10〜14M
X10〜14mm程度である。キャップ5は、窒化アル
ミニウムなどの高熱伝導性セラミックからなり、封重用
半田6を介してパッケージ基板2の主面に接合されてい
る。パッケージ基板2の主面の周縁部およびキャップ5
の脚部の下面のそれぞれには、上記封止用半田6の濡れ
性を向上させるための半田メタライズM7が形成されて
いる。上記キャップ5の内部に封止されたチップ4の背
面(上面)は、伝熱用半田8を介してキャップ5の下面
に接合されている。これは、チップ4から発生する熱を
伝熱用半田8を通じてキャップ5に伝達するための構造
である。上記伝熱用半田8の濡れ性を向上させるため、
キャップ5の下面(またはチップ4の背面でもよい)に
は、半田メタライズ層7が設けられている。半田メタラ
イズ層7は、例えばT i / N i / A uの
複合金rR膜からなる。
パッケージ基板2の内層には、Wなどの高融点遷移金属
からなる配線9が形成され、この配線9を通じてパッケ
ージ基板2の主面側の電極10と下面側の電極10とが
電気的に接続されている。
パッケージ基板2の下面側の電極10には、チップキャ
リヤ1をテスティングボード(後述)に実装する際の外
部端子となる半田バンプ11が接続されている。
上記チップキャリヤ1を組立てるには、まずチップ4の
主面に接続した半田バンプ3をチップマウント装置を用
いてパッケージ基板2の主面の電極10上に正確に位萱
決めする。上記半田バンプ3の表面には、あらかじめフ
ラックスを塗布しておく。続いて、上記チップ4を載せ
たパッケージ基板2をトレーに載せて不活性ガス雰囲気
のりフロー炉に移送し、この中で半田バンプ3を加熱、
再溶融することによって、チップ4をパッケージ基板2
の土面にフェイスダウンボンディングする。
次に、封止用半田6を介して上記パッケージ基板2の主
面にキャップ5を接合する。また、伝熱用半田8を介し
てチップ4の背面をキャップ5の下面に接合する。パッ
ケージ基板2の主面にキャップ5を半田付けするには、
あらかじめパッケージ基板2の主面およびキャップ5の
脚部に封止用半田(半田ズリフオーム)6を被着してお
き、この封止用半田6の表面にフラックスを塗布した後
、パッケージ基板2の主面にキャップ5を被せ、次いで
リフロー炉にて封止用半田6を加熱、再溶融する。その
際、封止用半田6の濡れ広がり性を向上させるため、キ
ャップ5の上に錘りなどを載せて適度の荷重を印加する
。また、チップ4の背面をキャップ5の下面に半田付け
するには、キャップ5の下面(またはチップ4の背面)
にあらかじめ伝熱用半田(半田プリフォーム)8を被着
しておき、この伝熱用半田8の表面にフラックスを塗布
した後、前記リフロー炉にて伝熱用半田8を加熱、再溶
融する。
キャップ5をパッケージ基板2の主面に半田付けする作
業と、チップ4め背面をキャップ5の下面に半田付けす
る作業とは同時に行われる。従って、封止用半田6と伝
熱用半田8とは、溶融温度がほぼ等しい半田材料で構成
される。また、封止用半田6および伝熱用半田8は、半
田バンプ3を構成する半田材料よりも低い溶融温度の半
田材料で構成される。さもないと、リフロー炉内で封止
用半田6および伝熱用半田8を加熱、再溶融する際に半
田バンプ3までもが再溶融し、キャップ5に加わる荷重
によって半田バンプ3が潰れてしまうために、隣り合っ
た半田バンプ3同士が短絡してしまうからである。この
ような理由から、半田バンプ3は、例えば3〜4重量%
程度のSnを含有するPb/Sn合金(溶融温度−32
0〜330℃程度)などの高融点半田で構成され、封止
用半田6および伝熱用半田8は、例えば10重量%程度
のSnを含有するP b / S n合金(溶融温度−
290〜310℃程度)などの低融点半田で構成される
最後に、パッケージ基板2の下面側の電極10に半田バ
ンプ11を接続する。半田バンプ11の接続は、半田デ
イツプ法または半田ボール供給法を用いて行う。半田バ
ンプ11は、前記封止用半田6や伝熱用半田8よりもさ
らに低融点の半田材料、例えば3.5重量%程度のAg
を含有するSn/Ag合金(溶融温度=220〜230
℃程度)で構成される。
第1図は、上記のような方法で組立てられたチツブキャ
リヤ1の選別試験(テスティングおよびエージング)を
行うために用意したテスティングボード12の断面構造
である。
テスティングボード12は、アルミナ、ムライトなどの
セラミックで構成された多層基板からなり、その寸法は
、縦X横が約47aX47mm程度である。テスティン
グボード12の主面には、上記チップキャリヤ1の半田
バンプ11を接続するためのペデスタル13が形成され
ている。ペデスタル13は、高さが約0.1−程度、底
部の径が約0、311I11程度の切頭円錐形をなして
いる。ペデスタル130数ふよびそれらの間隔は、上記
チップキャリヤ1の下面に接続された半田バンプ11の
数およびそれらの間隔と一致している。テスティングボ
ード12の内層には、上記ペデスタル13を通じてチッ
プキャリヤ1に信号や電源を供給するための配線14が
形成されている。上記ペデスタル13および配線14は
、Wなどの高融点遷移金属で構成されている。Wは半田
との反応性が乏しいため、ペデスタル130表面には、
半田の濡れ性を向上させるための半田メタライズ層15
が形成されている。半田メタライズ層15は、Ni/A
u5Cr/Au、Cr/Cu/Auなどの複合金属膜で
構成されている。本実施例のテスティングボード12は
、上記半田メタライズ層15をペデスタル13の上面の
みに形成し、側面には形成していない。
上記チップキャリヤ1をテスティングボード12上に実
装するには、まずチップキャリヤ1の半田バンプ11を
テスティングボード12の主面のペデスタル13上に正
確に位置決めする。半田バンプ11またはペデスタル1
3の表面には、あらかじめフラックスを塗布しておく。
これにより、チップキャリヤ1はフラックスの粘着力に
よってテスティングボード12上に仮付けされる。続い
て、上記テスティングボード12を不活性ガス雰囲気の
りフロー炉に移送し、この中で半田バンプ11を加熱、
再溶融する。このとき、溶融した半田バンプ11.は、
ペデスタル13の上面のみで拡散し、半田メタライズ層
15が形成されていない側面に濡れ広がることはないの
で、第3図に示すように、チップキャリヤ1の下面の電
極10とペデスタル13との間には充分な量の半田11
aが確保される。
このように、テスティングボード12のペデスタル13
の上面にのみ半田メタライズ層15を形成する本実施例
の実装構造によれば、チップキャリヤ1 (パッケージ
基板2)の下面の反りや、テスティングボード12の主
面の反りに起因してペデスタル13の高さや半田バンプ
11の高さにばらつきが生じている場合においても、す
べての電極10とペデスタル13との間に半田11aを
確保することができるので、チップキャリヤ1とテステ
ィングボード12との接続信頼性を向上させることがで
きる。
また、本実施例によれば、チップキャリヤ1の電極10
に接続する半田バンプ11の体積を従来よりも小さくす
ることができ、かつ半田メタライズ層15を構成する金
属の使用量を少なくすることができるので、チップキャ
リヤ1の製造コストを低減することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。
例えばチップキャリヤのパッケージ基板とチップとの接
続は、半田バンプを介して行う方式に限定されるもので
はなく、ワイヤボンディング方式やTAB方式で行って
もよい。
チップキャリヤを実装する基板は、テスティングボード
に限定されるものではなく、例えば選別試験が完了した
後のチップキャリヤを実装するモジュール基板であって
もよい。
〔発明の効果〕
本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
半導体チップを封止したチップキャリヤの電極に半田バ
ンプを接続し、前記半田バンプを介して前記チップキャ
リヤの電極を実装基板のペデスタル上に半田付けする際
、前記ペデスタルの上面にのみ半田メタライズ層を形成
する本発明の半導体集積回路製蓋の実装構造によれば、
前記チップキャリヤの電極と実装基板のペデスタルとの
間に充分な量の半田を確保することができるので、前記
チップキャリヤと実装基板との接続信頼性が向上する。
また、チップキャリヤの電極に接続する半田バンプの体
積を従来よりも小さくすることができ、かつ半田メタラ
イズ層を構成する金属の使用量を少なくすることができ
るので、チップキャリヤの製造コストを低減することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例である半導体集積回路製蓋
の実装構造において用いる実装基板の要部断面図、 第2図は、チップキャリヤの要部断面図、第3図は、こ
のチップキャリヤを実装基板に実装した状態を示す要部
断面図である。 1・・・チップキャリヤ、2・・・パッケージ基板、3
.1 体チップ、5 田、7.15 伝熱用半田、 極、lla・ ボード、13 1・・・半田バンプ、4・・・半導 ・・・キャップ、6・・・封止用半 ・・・半田メタライズ層、8・・・ 9.14・・・配線、10・・・電 ・・半田、12・・・テスティング ・・・ペデスタル。 代理人 弁理士 筒 井 大 和

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体チップを封止したチップキャリヤの電極に半
    田バンプを接続し、前記半田バンプを介して前記チップ
    キャリヤの電極を実装基板のペデスタル上に半田付けす
    る半導体集積回路装置の実装構造であって、前記ペデス
    タルの表面に形成する半田メタライズ層を前記ペデスタ
    ルの上面のみに形成したことを特徴とする半導体集積回
    路装置の実装構造。 2、ペデスタルの上面のみに半田メタライズ層を形成し
    たことを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置
    の実装構造に用いる実装基板。
JP2138939A 1990-05-29 1990-05-29 半導体集積回路装置の実装構造およびそれに用いる実装基板 Pending JPH0432253A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6046074A (en) * 1995-06-05 2000-04-04 International Business Machines Corporation Hermetic thin film metallized sealband for SCM and MCM-D modules

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6046074A (en) * 1995-06-05 2000-04-04 International Business Machines Corporation Hermetic thin film metallized sealband for SCM and MCM-D modules

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