JPH05235098A - フリップチップ実装方法 - Google Patents

フリップチップ実装方法

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JPH05235098A
JPH05235098A JP3492992A JP3492992A JPH05235098A JP H05235098 A JPH05235098 A JP H05235098A JP 3492992 A JP3492992 A JP 3492992A JP 3492992 A JP3492992 A JP 3492992A JP H05235098 A JPH05235098 A JP H05235098A
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JP
Japan
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flip chip
plate
circuit board
chip
solder
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JP3492992A
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English (en)
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Teru Nakanishi
輝 中西
Kaoru Hashimoto
薫 橋本
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
    • H01L24/741Apparatus for manufacturing means for bonding, e.g. connectors
    • H01L24/743Apparatus for manufacturing layer connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/741Apparatus for manufacturing means for bonding, e.g. connectors
    • H01L2224/743Apparatus for manufacturing layer connectors

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  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 裸の半導体装置(LSIなど)チップを回路
基板に直接にはんだ付けするフリップチップ実装方法に
関し、はんだ接合部でのクラックや破断の発生を低減し
かつはんだ接合部の押しつぶし並びに冷却具による直接
のダメージを防止することのできるフリップチップ実装
方法を提供する。 【構成】 放熱具で冷却されるフリップチップを回路基
板にはんだ付けするフリップチップ実装方法において、
フリップチップ14と放熱具25との間に配置される板
11であって、はんだ付け温度では溶融しない突起体1
2を備えている板を用意し、該板とフリップチップとを
接合材13で接合し、そして、フリップチップと回路基
板とをはんだバンプ16、22を介してはんだ付けし、
突起物12が回路基板20に接した状態ではんだ接合部
23の中央が括れているように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置を回路基板
に実装する技術に関し、より詳しくは、裸の半導体装置
(LSIなど)チップを回路基板に直接にはんだ付けす
るフリップチップ実装方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電子機器の発展とともにその心臓部とも
いうべき半導体チップ(LSI素子など)も高性能化
(大容量、高速演算)が進んでいる。しかしながら、い
かに高性能な半導体チップが開発されたとしてもその実
装方法が技術的に追従していないと、半導体チップの性
能を十分に発揮させることが出来ない。そこで、このよ
うな半導体チップの性能を効果的に発揮させる実装方法
としては、裸のLSIチップを回路基板に直接にはんだ
付けするフリップチップ接合方法が有望である。このフ
リップチップ接合は、従来の実装方法におけるパッケー
ジ部分やアウターリードフレーム部分を省略しているの
で、より高密度に実装でき、しかもリードフレームによ
る信号伝播がないことによる信号の高速伝播が可能にな
る。また、LSIチップの素子形成面全体から入出力端
子が取り出せるので、LSIチップの多端子化に対応で
きる。
【0003】通常は、図1に示すように、プリント回路
基板1の配線パッド部のメタライズ層2の上にはんだバ
ンプ3を載せ、LSIチップ4の電極(パッド部)のメ
タライズ層5を回路基板1と位置合わせしながら、はん
だの溶融温度まで加熱してはんだ接合する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】電子機器(コンピュー
タ)稼働時に、LSIチップの発熱に起因して、チップ
と回路基板との熱膨張係数の差によってはんだ接合部
(はんだバンプ)に直接応力が発生する。この応力発生
が繰返し起こると、はんだ接合部は金属疲労を起こし、
クラック発生や破断を招くという問題がある。通常、は
んだ付け(はんだ接合)する際に、はんだが溶融すると
その表面張力の作用によってはんだバンプの形状は図1
のように太鼓状(中央部が膨れている)形状となる。こ
のような場合に、はんだ接合部の中央部には繰返し応力
はあまり作用せず、LSIチップと回路基板との界面近
くにて最大応力発生する。さらに、LSIチップと基板
のメタライズ層とのかいめんの近傍には、はんだ付け時
に硬くて脆い金属間化合物が生成され、これがはんだ接
合部の破断を促進する。
【0005】また、LSIチップの発熱量が多くなり、
その熱を速やかに除くために、チップを冷却する。その
冷却方式は色々なやり方が提案されているが、冷却具の
負荷がLSIチップをとおしてはんだ接合部にかかりフ
リップチップ接合の信頼性に影響を与える。例えば、内
部に冷却水流路を備えた冷却ベローズを裸のLSIチッ
プに直接に接触させる(突き当てる)ような場合には、
LSIチップにダメージを与える恐れがあり、はんだ接
合部をさらに押しつぶす恐れがある。
【0006】本発明の目的は、はんだ接合部でのクラッ
クや破断の発生を低減しかつはんだ接合部の押しつぶし
並びに冷却具による直接のダメージを防止することので
きるフリップチップ実装方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的が、放熱具で
冷却されるフリップチップを回路基板にはんだ付けする
フリップチップ実装方法において、フリップチップと放
熱具との間に配置される板であって、はんだ付け温度で
は溶融しない突起体を備えている板を用意し、該板とフ
リップチップとを接合材で接合し、そして、フリップチ
ップと回路基板とをはんだバンプを介してはんだ付け
し、突起物が回路基板に接した状態ではんだ接合部の中
央が括れていることを特徴とするフリップチップ実装方
法によって達成される。
【0008】フリップチップと放熱具との間に配置する
板に熱伝導性の良い板を用い、そして接合材に液体金
属、耐熱性樹脂または熱伝導性が良くかつ耐熱性の優れ
たペーストを用いることが好ましい。上述の板にフリッ
プチップ材料と同等の熱膨張係数の板を用い、そして接
合材にはんだ、液体金属、耐熱性樹脂または熱伝導性が
良くかつ耐熱性の優れたペーストを用いることも好まし
い。
【0009】放熱具に冷却ベローズまたは放熱フィンを
用いることができ、そして、突起体に入出力用のピン、
Auスタッドバンプなどを用いることができる。
【0010】
【作用】本発明によると、フリップチップ接合でのはん
だ接合部の形状は、中央部が括れているので、仮にフリ
ップチップ(LSIチップ)の発熱に起因してはんだ接
合部に熱応力が発生したとしても、その中央部に最大応
力が発生するようにして、硬くて脆い金属間化合物の生
成箇所から離れているので、クラックや破断の発生が従
来りも大幅に低下する。
【0011】また、フリップチップと放熱具との間に板
を配置するので、放熱具が直接にLSIチップに接触す
ることはなく、直接のダメージを与えることはない。さ
らに、この板には突起体が備えられており、放熱具の圧
力が介在板にかかった時に、突起体にその圧力を受けて
はんだ接合部にはさらに押しつぶすような力はかからな
い。
【0012】
【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明の実施態
様例によって本発明を詳細に説明する。図2〜図5に示
すようにして、本発明に係るフリップチップ実装方法に
したがって、フリップチップ(LSIチップ)を回路基
板に実装する。
【0013】先ず、図2に示すように、LSIチップと
放熱具との間に配置する板11として、熱伝導性の良い
板(例えば、Al、Cuの金属板)あるいはLSIチッ
プと同等の熱膨張係数の板(AlN板、Cuを含浸した
多孔質Mo焼結板)を用意する。この板11の少なくと
も四隅に突起体12を取り付ける。この突起体12に
は、入出力用の金属ピンあるいはAuスタッドバンプを
用い、その高さをはんだ接合部が括れた形状を保ち、太
鼓形状にならないように設定しておく。そして、LSI
チップを板11に接着するための接合材13を該板に塗
布する。この接合材13には、液体金属(Ga-In, Ga-S
n, Hg)、耐熱性樹脂(ポリエチレン、パラフィン、オ
イル(シリコン系などのオイル)など)、熱伝導性が良
くかつ耐熱性の優れたペースト(Agペースト、Cuペ
ースト、カーボンペースト)を用いる。板11でなく、
LSIチップに接合材を塗布しても良く、両者に塗布し
ておくことも可能である。これらの接合材13を用いる
ことよって、LSIチップと板11との熱膨張係数差に
よる熱応力発生を回避することができる。
【0014】特に、LSIチップと同等の熱膨張係数の
板を使用する場合には、接合材13を塗布するではな
く、図3に示すように、はんだ13を用いてLSIチッ
プ14を該板11にはんだ付けすることができる。な
お、はんだ付けの場合には、LSIチップの裏面にNi
(Ni+Au)コーティングを施し、AlN板にも同じ
コーティングを施しておく。
【0015】図3に示すように、実装すべきLSIチッ
プ14を用意し、このチップには形成された素子の電極
(パッド部)のメタライズ層15にはんだバンプ16が
載せてある。このLSIチップ14の背面を接合材13
で板11に接合する。図4に示すように、回路基板20
を用意し、この基板には配線パッド部のメタライズ層2
1の上にはんだバンプ22が載せてある。LSIチップ
14と回路基板1との位置合わせを行いながら、LSI
チップ13のはんだバンプ16と回路基板20のはんだ
バンプ22とをはんだの溶融温度まで加熱してはんだ接
合する。このはんだ付けの際には、液状フラックスを用
いたはんだリフー方式で融合することになる。初期状態
でははんだバンプ同士が溶け合いはじめ、さらに進行す
ると、LSIチップ側が沈み込もうとするが、予め取り
付けておいた突起体12が回路基板20に当接して所定
高さに維持される。このはんだバンプの融合によっては
んだ接合部23(図5)となり、その中央部が括れてい
る形状となる。この形状となるようにそれぞれのはんだ
バンプの高さ・形、突起体の高さ等を制御することが重
要である。
【0016】このようなはんだ接合部23を形成するは
んだ付けで、LSIチップを回路基板に実装し、図5に
示すように、冷却具である冷却ペローズ25を板11に
押し当てる。このベローズ25の内部には冷却水26が
流れており、高い冷却能でL発熱しているSIチップ1
4を冷却することができる。ペローズ25の代わりに、
放熱フィン(図示せず)を板11に取り付けて、LSI
チップを冷却することもできる。このような冷却具の押
し付け力ないし重さが板11にかかる訳であるが、突起
体12が板11を支えてLSIチップ14には余計な荷
重はかからないし、はんだ接合部23は括れた形状を維
持することが出来る。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るフリ
ップチップ実装方法により、はんだ接合部に生じる応力
の最大発生箇所をはんだ接合部中央にしているので従来
よりもクラック・破断の恐れを低減し、さらに突起体付
の板をフリップチップと冷却具との間に設けているの
で、冷却具の押しつけないし荷重によるフリップチップ
じ自身への損傷を与えずかつはんだ接合部の押し潰し変
形を防止することができる。これらのことから、フリッ
プチップの半導体装置としての寿命が延びかつ信頼性も
向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のフリップチップ実装したチップと回路基
板の概略断面図である。
【図2】突起体付きの板の概略断面図である。
【図3】フリップチップを接合した板の概略断面図であ
る。
【図4】はんだ付けしたフリップチップと回路基板の概
略断面図である。
【図5】冷却ベローズおよび実装したチップと回路基板
の概略断面図である。
【符号の説明】
11…板 12…突起体 13…接合材 14…フリップチップ(LSIチップ) 16…はんだバンプ 20…回路基板 22…はんだバンプ 23…はんだ接合部 25…冷却ベローズ
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 23/473

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放熱具で冷却されるフリップチップを回
    路基板にはんだ付けするフリップチップ実装方法におい
    て、前記フリップチップ(14)と前記放熱具(25)
    との間に配置される板(11)であって、はんだ付け温
    度では溶融しない突起体(12)を備えている板(1
    1)を用意し、該板と前記フリップチップとを接合材
    (13)で接合し、そして、前記フリップチップ(1
    4)と前記回路基板(20)とをはんだバンプ(16、
    22)を介してはんだ付けし、前記突起物が前記回路基
    板に接した状態ではんだ接合部(23)の中央が括れて
    いることを特徴とするフリップチップ実装方法。
  2. 【請求項2】 前記板(11)に熱伝導性の良い板を用
    い、そして前記接合材(13)に液体金属、耐熱性樹脂
    または熱伝導性が良くかつ耐熱性の優れたペーストを用
    いることを特徴とする請求項1記載の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記板(11)にフリップチップ材料と
    同等の熱膨張係数の板を用い、そして前記接合材(1
    3)にはんだ、液体金属、耐熱性樹脂または熱伝導性が
    良くかつ耐熱性の優れたペーストを用いることを特徴と
    する請求項1記載の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記放熱具(25)に冷却ベローズまた
    は放熱フィンを用いることを特徴とする請求項1記載の
    製造方法。
  5. 【請求項5】 前記突起体(12)に入出力用のピンま
    たはAuスタッドバンプを用いることを特徴とする請求
    項1記載の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08213425A (ja) * 1995-02-03 1996-08-20 Matsushita Electron Corp 半導体装置およびその製造方法
US6681482B1 (en) 1998-11-17 2004-01-27 Agere Systems, Inc. Heatspreader for a flip chip device, and method for connecting the heatspreader
JP2006165241A (ja) * 2004-12-07 2006-06-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電子部品実装構造体およびその製造方法
US7138300B2 (en) 2004-09-22 2006-11-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Structural design for flip-chip assembly

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Effective date: 20010626