JPH07169790A - フリップチップ接合方法 - Google Patents

フリップチップ接合方法

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JPH07169790A
JPH07169790A JP31388193A JP31388193A JPH07169790A JP H07169790 A JPH07169790 A JP H07169790A JP 31388193 A JP31388193 A JP 31388193A JP 31388193 A JP31388193 A JP 31388193A JP H07169790 A JPH07169790 A JP H07169790A
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JP
Japan
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circuit board
semiconductor chip
solder
chip
solder bumps
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JP31388193A
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Kozo Shimizu
浩三 清水
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L2924/01Chemical elements
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • 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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    • H05K3/3431Leadless components
    • HELECTRICITY
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    • H05K3/3457Solder materials or compositions; Methods of application thereof
    • H05K3/3473Plating of solder

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 はんだバンプの製造方法に関し、断線障害を
無くす。 【構成】 半導体チップの端子取り出し位置に金属より
なる突起を設け、一方、半導体チップを装着する回路基
板のパッドにはんだバンプを設け、突起をはんだバンプ
に位置合わせした後、回路基板を加熱して突起を中央に
含むはんだにより半導体チップと回路基板とを回路接続
することを特徴としてフリップチップ接合を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は破断障害を無くしたフリ
ップチップ接合方法に関する。大量の情報を高速に処理
する必要から、情報処理装置の主体を構成する半導体装
置は集積化が進んでLSIやVLSIが実用化されてい
る。
【0002】こゝで、かゝる集積回路素子は耐湿技術の
進歩により半導体チップのまゝでセラミック回路基板な
どに装着できるフリップチップ構造がとられるようにな
っている。
【0003】すなわち、半導体チップ面上にマトリック
ス状に端子電極が配列しているはんだバンプを設け、こ
れを多層セラミック回路基板の最上層にマトリックス状
にパターン形成してある電極パッドに位置合わせして、
直接に溶着することにより回路接続が行なわれている。
【0004】
【従来の技術】半導体チップの端子取り出し位置にはん
だバンプを形成する方法として蒸着法,めっき法,印刷
法などが知られている。
【0005】図6はフリップチップ接合方法により装着
した半導体チップ1と回路基板2との接合状態を示す断
面図であって、半導体チップ1の表面にはアルミニウム
(Al) などの金属を用いて配線パターンが形成されてい
るが、この端子取り出し位置には、はんだ付け性を良く
するために銅(Cu)やニッケル(Ni)などの薄膜よりなるパ
ッド3が真空蒸着技術と写真蝕刻技術( フォトリソグラ
フィ) を用いて作られており、この上にメッキ法や真空
蒸着法などにより、はんだバンプ4が設けられている。
(以上同図A)一方、セラミックスなどを用いて形成さ
れている回路基板2の表面には薄膜形成技術と写真蝕刻
技術により半導体チップ1の装着を行なうパッド5を含
む配線パターンがが形成されている。そして、半導体チ
ップ1の表面にマトリックス状に配列しているはんだバ
ンプ4を回路基板2の上にマトリックス状にパターン形
成してあるパッド5に正確に位置合わせした状態で回路
基板2を加熱することにより、はんだバンプ4を構成す
るはんだが溶融してボール状となることにより半導体チ
ップ1と回路基板2との回路接続が行なわれている。
【0006】然し、半導体集積回路が形成されている半
導体チップは集積度の向上と共にはんだバンプの直径は
100 μm 程度に、また、バンプのピッチが250 μm 程度
にまで縮小しているが、このように微少化すると、はん
だバンプの形成が困難になる以外に位置合わせが難しく
なり、また、半導体チップ1を回路基板2に接続するは
んだバンプの破断が生じ易くなってきた。
【0007】すなわち、半導体チップ1を構成する半導
体材料例えばシリコン(Si) と回路基板2を構成するセ
ラミックス例えばアルミナ(Al2O3)や窒化アルミ(AlN)
とは熱膨張係数が異なっており、使用に当たって半導体
集積回路は発熱を伴うことから、温度サイクルを生じ、
これが原因ではんだバンプの破断を生じ易い。
【0008】そこで、はんだバンプの破断を防ぐ方法と
して半導体チップ1と回路基板2との間にエポキシなど
の熱硬化性樹脂を充填することが行なわれている。この
方法は樹脂が硬化する際に生ずる圧縮応力を利用して半
導体チップ1と回路基板2とを密着せしめ、これにより
はんだバンプの破断を無くするものである。然し、この
方法をとる場合は半導体チップ1と回路基板2とは固着
することから、半導体チップ1の交換や修復が不可能と
なる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】集積度が向上した半導
体チップにおいては電極取り出し数は膨大であり、一般
にはマトリックス状にはんだバンプを形成し、回路基板
上にパターン形成してあるパッドに位置合わせして接合
するフリップチップ接合方法が採られている。然し、集
積度が向上してはんだバンプの直径が100 μm 程度まで
小形化してくると、ヤング率の小さな材料からなるはん
だバンプは機械的なストレスにより破断が生じ易い。
【0010】すなわち、はんだバンプは一般に6-4 はん
だ(63%Sn−37%Pb)と言われる低融点合金(融点183
℃) を用いて作られていることからヤング率が小さく、
そのため、前記の熱膨張係数の違いにより生ずる温度サ
イクルによっても容易に破断が生ずる。そこで、低融点
合金を使用するに拘らず、破断が生じないフリップチッ
プ接合方法を実用化することが課題である。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の課題は半導体チッ
プの端子取り出し位置に金属よりなる突起を設け、一
方、回路基板のパッドにはんだバンプを設け、前記突起
を該はんだバンプに位置合わせした後、回路基板を加熱
して前記突起を中央に含むはんだにより半導体チップと
回路基板とを回路接続することを特徴としてフリップチ
ップ接合方法を構成することにより解決することができ
る。
【0012】
【作用】本発明は半導体チップの端子取り出し位置にヤ
ング率が大きく且つはんだ付け性の優れた材料からなる
突起を設けることで、従来の問題点を解決するものであ
る。すなわち、銅(Cu)やニッケル(Ni)など比較的廉価で
はんだ付け性の優れた金属からなり、はんだバンプに較
べて遙かに直径が小さな突起を用い、これを心棒とする
ことにより破断を回避するものである。
【0013】この具体的な方法として発明者等は図1に
示す三つの方法を提案する。すなわち、同図(A)は半
導体チップ1の端子取り出し位置に写真蝕刻技術とメッ
キ技術とを用いて高さが低い突起7を形成するもので、
直径は、はんだバンプの1/2〜1/3,高さは1/5 で足り、
これにより半導体チップ1の端子取り出し位置が固定で
き、これにより、少なくとも半導体チップ1の接合部で
の破断を無くすることができる。
【0014】次に、同図(B)は半導体チップ1の端子
取り出し位置に写真蝕刻技術とメッキ技術とを用いて高
さが高い突起8を形成するもので、直径は同図(A)と
同様に、はんだバンプの1/2 〜1/3 でよいが、高さはは
んだバンプの高さと等しくするもので、これにより、半
導体チップと回路基板との装着距離は決まり、また、破
断を無くすることができる。
【0015】また、同図(C)は半導体チップ1の端子
取り出し位置に写真蝕刻技術と薄膜形成技術を用いて従
来のはんだバンプの直径にほゞ等しいパッド9を設けた
後、この中心部に同図(B)と同様に高い突起8を設け
るもので、このパッド9の存在により、はんだバンプを
構成するはんだを半導体チップ側に引上げることから、
はんだバンプの断面形状を従来のボール型よりウエスト
(Waist)型に変えることができ、半導体チップと回路基
板との膨張係数による歪みの影響を回避するのに最適な
接合形状とすることができる。
【0016】
【実施例】実施例1:請求項1,図1(A)および図2
関連 10 mm 角のSiよりなる半導体チップ1には端子取り出し
位置が441 個存在するが、この端子取り出し位置に写真
蝕刻技術を用いて直径が30μm のレジスト窓開け部を設
け、無電解メッキ法により高さが10μm の低い突起7を
形成した。なお、無電解メッキの成長速度は液温70℃で
毎時7μm であり、また、回路基板との接合予定間隔は
60μm である。( 以上図2A)一方、アルミナよりなる
回路基板11の半導体チップ1の装着位置には直径が80μ
m でCuよりなるパッドが441 個パターン形成されてお
り、この上に無電解メッキ法により低融点はんだ(63%
Sn−37%Pb)を成長させた後、加熱して高さが60μm の
ボール状のはんだバンプ12が形成してあり、この回路基
板11のはんだバンプ12に半導体チップ1の低い突起7を
位置合わせした。(以上同図B)次に、回路基板11を低
融点はんだの融点にまで加熱し、相互間隔を60μm に保
って冷却することにより装着が終わった。(以上同図
C) 実施例2:請求項2,図1(B)および図3関連 実施例1と同様にして端子取り出し位置に写真蝕刻技術
を用いて直径が30μmのレジスト窓開け部を設け、無電
解メッキ法により高さが60μm の高い突起8を形成し
た。(以上図3A)一方、アルミナよりなる回路基板11
の半導体チップ1の装着位置には実施例1と同様に直径
が80μm でCuよりなるパッドが形成されており、この上
に無電解メッキ法により低融点はんだ(63%Sn−37%P
b)が高さが60μm のボール状をしたはんだバンプ12が
形成してあり、このはんだバンプ12に半導体チップ1の
低い突起8を位置合わせした。(以上同図B)次に、回
路基板11を低融点はんだの融点にまで加熱した後、冷却
すると相互間隔は自動的に60μm になって装着が終わっ
た。(以上同図C) 実施例3:請求項3,図1(C)と図4関連 10 mm 角のSiよりなる半導体チップ1の端子取り出し位
置に写真蝕刻技術を用いて直径の100 μm のレジスト窓
開け部を設け、真空蒸着法によりCuを1000Åの厚さに形
成した後、リフトオフ法によりパッド14を形成した後、
実施例2と同様にして、無電解メッキ法を用いて高さが
60μm の高い突起8を形成した。(以上図4A)一方、
アルミナよりなる回路基板11の半導体チップ1の装着位
置には実施例2と同様に直径が80μm でCuよりなるパッ
ドが形成されており、この上に無電解メッキ法により低
融点はんだ(63%Sn−37%Pb)で高さが60μm のボール
状をしたはんだバンプ12が形成してあり、このはんだバ
ンプ12に半導体チップ1の高い突起8を位置合わせし
た。(以上同図B)次に、回路基板を低融点はんだの融
点にまで加熱すると、はんだバンプのはんだはパッド14
にまで這い上がる結果、はんだはウェスト形状となり、
また相互間隔は自動的に60μm になって装着が終わっ
た。(以上同図C)以上実施例1〜3の方法により実装
した回路基板について−55℃〜125 ℃の熱衝撃試験を20
00回行なったが何れの方法についてもバンプの破断は認
められなかった。
【0017】なお、図5は上記三種類の接合方法を実施
した場合に発生する塑性歪み量を有限要素法による弾塑
性解析を行なって求めた結果であって、従来例に較べて
何れも少なくなるが、特に実施例1より実施例3に進む
に従って塑性歪み量は少なくなることが判る。
【0018】
【発明の効果】本発明の実施によりはんだバンプの形成
において、塑性歪み量を少なくすることができ、これに
より破断による不良発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る突起の形成状態を示す断面図であ
る。
【図2】本発明に係るフリップチップ接合工程を示す断
面図である。
【図3】本発明に係る別のフリップチップ接合工程を示
す断面図である。
【図4】本発明に係る更に別のフリップチップ接合工程
を示す断面図である。
【図5】フリップチップ接合の弾塑性解析結果である。
【図6】半導体チップと回路基板との接合状態を示す断
面図である。
【符号の説明】
1 半導体チップ 2, 11 回路基板 3,5,9,14 パッド 4,12 はんだバンプ 7 低い突起 8 高い突起

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体チップの端子取り出し位置に金属
    よりなる突起を設け、一方、該半導体チップを装着する
    回路基板のパッドにはんだバンプを設け、前記突起を該
    はんだバンプに位置合わせした後、回路基板を加熱して
    前記突起を中央に含むはんだにより半導体チップと回路
    基板とを回路接続することを特徴とするフリップチップ
    接合方法。
  2. 【請求項2】 前記突起の高さが半導体チップと回路基
    板との接合間隔に等しいことを特徴とする請求項1記載
    のフリップチップ接合方法。
  3. 【請求項3】 前記突起がはんだ付け性の優れた金属よ
    りなるパッドの上に形成されていることを特徴とする請
    求項1および2記載のフリップチップ接合方法。
JP31388193A 1993-12-15 1993-12-15 フリップチップ接合方法 Withdrawn JPH07169790A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006351589A (ja) * 2005-06-13 2006-12-28 Sony Corp 半導体チップ、電子装置及びその製造方法
JP2014150235A (ja) * 2013-02-01 2014-08-21 ▲き▼邦科技股▲分▼有限公司 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP2016018914A (ja) * 2014-07-09 2016-02-01 三菱マテリアル株式会社 半導体装置及びその製造方法

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