JPH05109820A - 半導体装置の実装方法 - Google Patents

半導体装置の実装方法

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JPH05109820A
JPH05109820A JP3265090A JP26509091A JPH05109820A JP H05109820 A JPH05109820 A JP H05109820A JP 3265090 A JP3265090 A JP 3265090A JP 26509091 A JP26509091 A JP 26509091A JP H05109820 A JPH05109820 A JP H05109820A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 フラックスを用いることなく接合強度を確保
しながらフリップチップボンディングできる半導体装置
の実装方法を提供するにある。 【構成】 ICチップ2にはアルミ電極3が形成され、
そのアルミ電極3には銅バンプ6が配置され、銅バンプ
6の表面には共晶ハンダ7(Pb−63Sn)が配置さ
れている。又、ガラス基板1には導電パターン10が形
成されている。そして、ガラス基板1上にICチップ2
を配置し、ハンダ7の融点の183℃より低い120〜
170℃でICチップ2とガラス基板1との間を加圧し
てハンダ7を塑性変形させながらハンダ7と導電パター
ン10とを接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置のうち、
フェイスダウンで実装されるフリップチップICの実装
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体チップの端子接続法として
フリップチップボンディングがあり、このフリップチッ
プボンディングには、フラックスを用いたハンダリフロ
ー法が一般的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、ハンダリフ
ロー法では、基板側にハンダダムが必要なため技術面、
コスト面で問題があり、又、フラックスの洗浄工程もコ
ストアップの要因となる。
【0004】そこで、この発明の目的は、フラックスを
用いることなく接合強度を確保しながらフリップチップ
ボンディングできる半導体装置の実装方法を提供するに
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、半導体チッ
プに形成したチップ側接続端子と、基板に形成した基板
側接続端子とを電気的に接続するに際し、前記チップ側
接続端子と基板側接続端子との間に、少なくともスズを
含む低融点金属を介在させ、この低融点金属の融点より
も低い温度で、前記半導体チップと基板との間を加圧し
て低融点金属を塑性変形させながら接合するようにした
半導体装置の実装方法をその要旨とするものである。
【0006】
【作用】チップ側接続端子と基板側接続端子との間に、
少なくともスズを含む低融点金属が介在され、この低融
点金属の融点よりも低い温度で、半導体チップと基板と
の間を加圧して低融点金属が塑性変形されながら接合が
行われる。
【0007】
【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に従って説明する。本実施例では、ガラス基板(液晶表
示装置)上に半導体チップを直載するCOG(Chip O
n Glass)製品に具体化している。
【0008】図2にはガラス基板1上にICチップ2が
直接ボンディングされた状態を示す。又、図1は、ボン
ディング部分(端子部分)の拡大図である。以下に、こ
のボンディング方法を説明する。
【0009】まず、図3にはボンディング前のICチッ
プ2の端子部分を示す。ICチップ2の表面(図3では
下面)にはチップ側接続端子としてアルミ電極3が形成
され、その表面はパッシベーション層4にて覆われてい
る。又、アルミ電極3の一部が露出され、この露出部分
において、アルミ電極3上にはクロムやチタンよりなる
バリアメタル5が形成されている。そのバリアメタル5
上には銅バンプ6が配置され、銅バンプ6の表面にはハ
ンダ7が配置されている。このハンダ7としては、Pb
−63Sn(共晶ハンダ)が用いられており、このハン
ダの融点は183℃である。このチップ側電極は、バリ
アメタル5を蒸着後、銅及びハンダの連続メッキを行
い、さらに、不活性雰囲気炉中250℃にてリフローす
ることにより電極先端部を半球状としている。
【0010】一方、ボンディング前のガラス基板1を図
5(平面図)に示すとともに、図4にはボンディング部
分(端子部分)の拡大図(縦断面図)を示す。図5に示
すように、ガラス基板1は、ソーダガラス上に液晶表示
部8と液晶駆動用IC実装部9とが形成されている。そ
して、IC実装部9にはICチップ2のバンプに対応し
たランドと入出力配線がパターニングされている。つま
り、図4に示すように、チップ側接続端子としての導電
パターン10が形成されている。導電パターン10は三
層構造をなし、ソーダガラス上にITO(インジウム・
スズ・オキサイド)層11とニッケル層12と金層13
とが順に積層されている。この積層構造は、ITO/N
i/Auを蒸着,メッキにて形成される。ここで、表面
の金層13は、配線母材としてのITO層11とニッケ
ル層12の酸化防止材となっている。
【0011】そして、ボンディングの際には、ガラス基
板1を所定位置に置き、吸着ヘッドによりICチップ2
をガラス基板1の上方に搬送し、位置合わせを行う。そ
して、ICチップ2をガラス基板1上に載置する。その
後、ダングステン(W)製の加熱ヘッドにてICチップ
2の裏面(図1,2の上面)から1つのバンプ当たり1
0〜150gの荷重をかけるとともに、加熱ヘッドの温
度を120〜170℃にして5〜10秒間保持する。つ
まり、ハンダ7の融点の183℃よりも低い温度で、I
Cチップ2とガラス基板1との間を加圧してハンダ7を
塑性変形させながら接合する。
【0012】このとき、加熱温度がハンダ7の融点以下
なのでハンダ7は溶融していないが十分軟らかくなって
おり、接合部は変形し面接触となっている。又、この加
圧してハンダ7を塑性変形させながら接合させる時にハ
ンダ7の表面が先送りされ、新鮮なハンダが露出されて
接合界面が作られる。そして、導電パターン10でのA
u(金)は接合部近傍のハンダ7中にほぼ拡散してお
り、ニッケルも界面のSn粒子に少量拡散していること
が確認できている。これには、EDX分析法による断面
分析を行った。
【0013】この接合の際に、空気中で加熱されている
ためダムが無くても密着面以外のハンダ7は酸化皮膜で
覆われて密着面の外側への濡れ拡がりが抑制される。さ
らに、端子数や端子サイズ(図1のLで示す)に応じて
加熱ヘッドによる加圧力を調整することにより接続面
積、ハンダバンプ形状を容易に調整することができる。
よって、ノンフラックスでフリップチップの多端子接続
がバラツキなく行える。
【0014】尚、局部加熱は、加熱ヘッドによらずに、
レーザをバンプ部分に照射することにより行ってもよ
い。ここで、前述の接合条件について説明すると、加熱
時間(5〜10秒)は、加熱ヘッドから基板側へ熱伝導
が行われるに十分な時間であり、かつ、生産性を確保す
るための上限の時間である。又、加熱温度の下限の12
0℃は、図6に示すように、ハンダ7が必要な軟らかさ
が得られる温度とし、加熱温度の上限の170℃は、図
7に示すように、必要な接合強度(2kg/チップ)を
得るための温度とした。即ち、図7において、プロット
点P4,P5に示す180℃では接合が弱く、プロット
点P1,P2,P3に示す150〜170℃では接合が
強い。尚、図8に示すように、200℃以上に加熱した
のでは、ハンダ7が溶融してしまい空気中では濡れ拡が
りはなく、必要な接合強度は得られない。
【0015】引き続き、本実施例では、さらに強固な接
合を得るために第2の工程として次の処理を行ってい
る。つまり、加熱ヘッドにてICチップ2を183〜2
50℃の温度(ハンダ7の融点以上)で、5〜30秒間
加熱する。この時、ガラス基板1とICチップ2とは加
圧せずに、ICチップ2の自重のみとする。その結果、
前工程にてハンダ7と導電パターン10(配線材料)と
が密面していた部分(つまり、接続界面)に存在したA
u(金)はハンダ7中へ均一に拡散する。よって、Au
/Sn界面にAu(金)が残っていることによる強度低
下を回避できる。又、ハンダ7中のSn成分と導電パタ
ーン10のNi(ニッケル)との合金層が成長する。
【0016】この第2工程では圧力を加えないのでハン
ダ7がつぶれることはない。又、この第2の工程におい
ても局部加熱はレーザをバンプ部分に照射することによ
り行ってもよい。図7において、プロット点P6は、プ
ロット点P1での加熱温度150℃,4.4kg荷重で
の処理後に第2の工程としてレーザをバンプ部分に照射
して230℃に加熱した場合であり、第2の工程を追加
して行うことにより引っ張り強度の向上が確認できた。
又、第1の工程後、接合部は面状に密着しているので、
第2の工程においては酸化防止のための水素リフローを
行うことなく空気中で行うことができる。
【0017】このように本実施例では、ICチップ2
(半導体チップ)に形成したアルミ電極3(チップ側接
続端子)と、ガラス基板1に形成した導電パターン10
(基板側接続端子)とを電気的に接続するに際し、アル
ミ電極3と導電パターン10との間に、ハンダ7(少な
くともスズを含む低融点金属)を介在させ、このハンダ
7の融点の183℃よりも低い120〜170℃で、I
Cチップ2とガラス基板1との間を加圧してハンダ7を
塑性変形させながら接合するようにした。その結果、フ
ラックスを用いることなく(無フラックス・無洗浄工
程)、接合強度を確保しながらフリップチップボンディ
ングできることとなる。又、高温も必要としない半導体
装置の実装方法となり、COG(Chip On Glass)製
品には好ましい方法となる。
【0018】尚、この発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、上記実施例では2つの工程とした
が、第1の工程のみでも十分な接合強度が得られる。
又、上記実施例では導電パターン10(配線材)をAu
/Ni/ITOとしたが、Au,Ni,Sn,Ag,A
g−Pd,Ag−Pt,Cuなどハンダが付くものであ
ればよく、又、ハンダとしてPb−63Sn以外の組成
のハンダを使用してもよく、要は、少なくともスズを含
む低融点金属であればよい。
【0019】さらに、前記実施例では銅バンプ6(突起
電極)上にハンダ7を設けたが、特に突起電極を設ける
必要はなく、ハンダボールをチップ2と基板1との間に
供給する方法でもよい。
【0020】さらには、この発明はガラス基板に限るこ
となく、各種の基板を用いた場合にも適用できる。この
場合、液晶表示部を有しない基板に対しては通常のリフ
ロー炉で全体加熱が可能となる。
【0021】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
フラックスを用いることなく接合強度を確保しながらフ
リップチップボンディングできる優れた効果を発揮す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例のボンディング部分(端子部分)の拡
大図である。
【図2】ボンディング後の状態を示す図である。
【図3】ボンディング前のICチップの端子部分を示す
図である。
【図4】ボンディング前のガラス基板の端子部分を示す
図である。
【図5】ボンディング前のガラス基板の平面図である。
【図6】ハンダの温度とヤング率との関係を示す図であ
る。
【図7】各種条件での垂直引っ張り強度の測定結果を示
す図である。
【図8】温度に対する垂直引っ張り強度の測定結果を示
す図である。
【符号の説明】 1 ガラス基板 2 半導体チップとしてのICチップ 3 チップ側接続端子としてのアルミ電極 7 ハンダ 10 基板側接続端子としての導電パターン

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップに形成したチップ側接続端
    子と、基板に形成した基板側接続端子とを電気的に接続
    するに際し、前記チップ側接続端子と基板側接続端子と
    の間に、少なくともスズを含む低融点金属を介在させ、
    この低融点金属の融点よりも低い温度で、前記半導体チ
    ップと基板との間を加圧して低融点金属を塑性変形させ
    ながら接合するようにしたことを特徴とする半導体装置
    の実装方法。
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