JPS5868945A - フリツプチツプボンデイング法 - Google Patents
フリツプチツプボンデイング法Info
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- JPS5868945A JPS5868945A JP16773181A JP16773181A JPS5868945A JP S5868945 A JPS5868945 A JP S5868945A JP 16773181 A JP16773181 A JP 16773181A JP 16773181 A JP16773181 A JP 16773181A JP S5868945 A JPS5868945 A JP S5868945A
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- pads
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- bump
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- H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L24/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector
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- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
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- H01L2924/01322—Eutectic Alloys, i.e. obtained by a liquid transforming into two solid phases
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- H01L2924/013—Alloys
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
- Wire Bonding (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体素子などの突起状のバンプ電極を基板上
の導体に設けられた平向状パッド部に接触１腐させて接
続するフリップチップボンディング法に関する。
の導体に設けられた平向状パッド部に接触１腐させて接
続するフリップチップボンディング法に関する。
半導体素子あるいは集積回路の電極を基板上の配ＩＭ＊
体める゛いは端子導体とリード線を用いないで接続する
のに、素子に設けられたはんだよルなる球状電極（バン
プ）を基板上の導体のはんだ被覆部（パッド）Ｋ抑圧融
着させる方法はフリップチップ・ボンディング法あるい
は−フエイスダウン・ボンディング法として知られてい
る。この場合複数のパンダとパッドの同時に良好に接触
させるためにバングの高さは一定でなければならず、ま
た融着後素子の表面と基板面との間には所定の間隔が保
たれることが゛必要である。これに対１てバンプに鋼球
の芯を入れることが行われる。しかしこのようなバンプ
は均一な寸法の銅球を作るのに費用がか＼ること、銅球
の上を被覆するはんだ層の厚さ、を均一にすることが困
難なことならびに銅とはんだ中のすすとが化合して臆い
金属間化合物を作）、これが接続部の機械的強度を低下
させて信頼性を損なう可能性があることなどの欠点があ
る。
体める゛いは端子導体とリード線を用いないで接続する
のに、素子に設けられたはんだよルなる球状電極（バン
プ）を基板上の導体のはんだ被覆部（パッド）Ｋ抑圧融
着させる方法はフリップチップ・ボンディング法あるい
は−フエイスダウン・ボンディング法として知られてい
る。この場合複数のパンダとパッドの同時に良好に接触
させるためにバングの高さは一定でなければならず、ま
た融着後素子の表面と基板面との間には所定の間隔が保
たれることが゛必要である。これに対１てバンプに鋼球
の芯を入れることが行われる。しかしこのようなバンプ
は均一な寸法の銅球を作るのに費用がか＼ること、銅球
の上を被覆するはんだ層の厚さ、を均一にすることが困
難なことならびに銅とはんだ中のすすとが化合して臆い
金属間化合物を作）、これが接続部の機械的強度を低下
させて信頼性を損なう可能性があることなどの欠点があ
る。
これらの欠点を解消するために、半導体素子または集積
回路の電極領域に半導体基体との密着性のよいチタン、
アルミニウムおるいはクロムなどの層を蒸着し、必要で
ない箇所を選択エツチングで除去した後さらにその上に
はんだの接着性のよいニッケルなどの層を被着し、最後
にはんだめつきをするかあるいは鉛およびすすの二層め
っきをし、還元ふん囲気中で加熱して融解あるい４は鉛
とすすを合金化をさせて所望の寸法の球状のはんだより
なるバンプを形成する。ごのようＫしてつくられたバン
プをパッドと加熱融着する際、素子と基板との所定の間
隔を保つのは融解はんだの粘性および表面張力である。
回路の電極領域に半導体基体との密着性のよいチタン、
アルミニウムおるいはクロムなどの層を蒸着し、必要で
ない箇所を選択エツチングで除去した後さらにその上に
はんだの接着性のよいニッケルなどの層を被着し、最後
にはんだめつきをするかあるいは鉛およびすすの二層め
っきをし、還元ふん囲気中で加熱して融解あるい４は鉛
とすすを合金化をさせて所望の寸法の球状のはんだより
なるバンプを形成する。ごのようＫしてつくられたバン
プをパッドと加熱融着する際、素子と基板との所定の間
隔を保つのは融解はんだの粘性および表面張力である。
、この表面張力を各バンプ。
パッド間で均一にするため、例えばパッドの周辺をはん
だの濡れない材料で被覆−して融解はんだの゛面積を規
−制する方法などがとられる。しかし、各バンプのはん
だが一様に融解し、工程中に等しい簡れ性、粘性および
表面張力を持つためには、各−バンプが均質であること
逅必要である。実際に・直径５０＊ｔｉのシリコン円板
に上述のようＫめっきによって畝百個のはんだバンプを
形成し、そのＰｂ分あるいはＳｎ分を分析してみると、
めっき液あるいはめっき電極の管理を如何によくしても
、その成分に土５％のばらつきが見られる。Ｐｂ−８ｎ
系においてＳｎ分に１０％の差があることはその融点に
数十度の差がらることを意味し、同一温度で作業した場
合にはんだの粘性および表面張力に基づく素子・基板の
等間隔保持は極めて困難である。また同一温度で融解し
ないバングが生ずること２Ｅ ｌ）す、接続・部の十分
な機械的強巖が得られない。これは作業温度を高めるこ
とによシ解決できるが、低融点の組成のバンプが融けす
ぎて素子と基板の間隔が保たれず、素子の端部が基板に
接触するばかりかＱ流れ出たはんだによって短絡が生ず
ることがある。
だの濡れない材料で被覆−して融解はんだの゛面積を規
−制する方法などがとられる。しかし、各バンプのはん
だが一様に融解し、工程中に等しい簡れ性、粘性および
表面張力を持つためには、各−バンプが均質であること
逅必要である。実際に・直径５０＊ｔｉのシリコン円板
に上述のようＫめっきによって畝百個のはんだバンプを
形成し、そのＰｂ分あるいはＳｎ分を分析してみると、
めっき液あるいはめっき電極の管理を如何によくしても
、その成分に土５％のばらつきが見られる。Ｐｂ−８ｎ
系においてＳｎ分に１０％の差があることはその融点に
数十度の差がらることを意味し、同一温度で作業した場
合にはんだの粘性および表面張力に基づく素子・基板の
等間隔保持は極めて困難である。また同一温度で融解し
ないバングが生ずること２Ｅ ｌ）す、接続・部の十分
な機械的強巖が得られない。これは作業温度を高めるこ
とによシ解決できるが、低融点の組成のバンプが融けす
ぎて素子と基板の間隔が保たれず、素子の端部が基板に
接触するばかりかＱ流れ出たはんだによって短絡が生ず
ることがある。
本発明はこれらに対し所定の高さのバンプが形成でき、
さらに所定の間隔を保持して融着可能なフリップチップ
ボンディング法を提供することを目的とする。
さらに所定の間隔を保持して融着可能なフリップチップ
ボンディング法を提供することを目的とする。
この目的は半導体素子または集積、回路上の電極。
の所定の領域に被覆されたすす層を融解してバンプを形
成し、基板上の導、体に所定の領域に被覆され九鉛層よ
シなるパッドにバンプを加圧接触させ、１８８℃以上２
８２℃以下の温度に加熱して接触部に鉛・すす合金を形
成することによシバソッとパッドを融着することによっ
て達成される。
成し、基板上の導、体に所定の領域に被覆され九鉛層よ
シなるパッドにバンプを加圧接触させ、１８８℃以上２
８２℃以下の温度に加熱して接触部に鉛・すす合金を形
成することによシバソッとパッドを融着することによっ
て達成される。
以下図を引用して本発明の実施例について説明する。半
導体板ｌの半導体素子あるいは集積回路の電極部にＳｎ
よシなる層を部分めっきおるいは蒸潰後の選択エツチン
グによって設ける。この８ａ層を還元ふん囲気中５ある
いはフラックスと共存し専状態で融解して８ｎよりなる
球状のバンプ２を形成する。このバンプは単一金属であ
るため組成のばらつきのおそれがなく、まためつきめる
いは蒸着。
導体板ｌの半導体素子あるいは集積回路の電極部にＳｎ
よシなる層を部分めっきおるいは蒸潰後の選択エツチン
グによって設ける。この８ａ層を還元ふん囲気中５ある
いはフラックスと共存し専状態で融解して８ｎよりなる
球状のバンプ２を形成する。このバンプは単一金属であ
るため組成のばらつきのおそれがなく、まためつきめる
いは蒸着。
により所定の厚さの８ａ層を設けることにより、所望の
寸法のバンプ２を得ることができる。一方、基板８の側
には導体層４や上にバンプ２と接触させる部位にめっき
、蒸着などＫよ）被覆された所定のｘ−ｈのＰｂ層から
なるパッド５を形成しておく。
寸法のバンプ２を得ることができる。一方、基板８の側
には導体層４や上にバンプ２と接触させる部位にめっき
、蒸着などＫよ）被覆された所定のｘ−ｈのＰｂ層から
なるパッド５を形成しておく。
このようにして形成されたバンプ２とパッド５を従来の
フリップチップボンディング法と同様に位置合せして接
触させ、一つのバンプ当たシ数ないし数十ｇの荷重をか
け、さらに必ＪＩＩＫ応じて熱あるいは超音波振動を与
えると、硬い８ｎバンプが軟いｐｂパッドに食込み、良
好に接触する。上述の方法で形成されたバンプ２の高さ
Ｋは１０／ｊｍｌｉｔのばらつきが生ずることがおるが
、高いバンプがよシ深くパッドに食い込むので接触不良
の原因にはならない。次いで８ｎの融点（２８２℃）以
下でＰｂ−８ｎ系の共晶点（１８８℃）以上の温度で加
熱、すると、共晶点をわずかに越える温度からバンプと
パッド、すなわち８ａとｐｂの葺触部分がＰｂ−８ｎ共
晶を作りながら融解する。しかし加熱を適尚な時間に２
８２℃以下の温度で止めると、バンプおよびパッド全体
が融解せず融解部分の表面張゛力によって半導体板ｌを
持ち上げ半導体板ｌと基１１Ｌ８との尋間隔保持を維持
でき、る。これによって冷却後バンプとパッドによる所
定の素子１基板間隔における接続ができ上がる。
フリップチップボンディング法と同様に位置合せして接
触させ、一つのバンプ当たシ数ないし数十ｇの荷重をか
け、さらに必ＪＩＩＫ応じて熱あるいは超音波振動を与
えると、硬い８ｎバンプが軟いｐｂパッドに食込み、良
好に接触する。上述の方法で形成されたバンプ２の高さ
Ｋは１０／ｊｍｌｉｔのばらつきが生ずることがおるが
、高いバンプがよシ深くパッドに食い込むので接触不良
の原因にはならない。次いで８ｎの融点（２８２℃）以
下でＰｂ−８ｎ系の共晶点（１８８℃）以上の温度で加
熱、すると、共晶点をわずかに越える温度からバンプと
パッド、すなわち８ａとｐｂの葺触部分がＰｂ−８ｎ共
晶を作りながら融解する。しかし加熱を適尚な時間に２
８２℃以下の温度で止めると、バンプおよびパッド全体
が融解せず融解部分の表面張゛力によって半導体板ｌを
持ち上げ半導体板ｌと基１１Ｌ８との尋間隔保持を維持
でき、る。これによって冷却後バンプとパッドによる所
定の素子１基板間隔における接続ができ上がる。
バンプを形成するＳｏには、でＬｋ ｆ ｖた素子を極
低温で使用してすずペストの発生するおそれがある場合
、あるいは８ｎが半導体素子あるいは集積回路上の電極
金属、例えばＮｉとの濡れが悪い場合、−Ｉｎ、Ｃｄ、
８ｂｆどをバンプの硬嘔あるいは融点を大きく変えない
範囲で添加することは差支えない。またパッドにおいて
も、それを設ける導体がＡｇ−Ｐｄ系またはλｇ−Ｐｉ
’系からなる厚膜回路であってＰｂとの濡れ性が悪い場
合には、Ｐｂ本来の硬さあるいは融点を大きく−変えな
い範囲でＩｎ、８ｎ、Ａｇなどを添加することは差支え
ない。しかしこれらの添加物によって脆い金属化合物が
形成されると接続部の信頼性が低゛下するので、他元素
の添加は慎重に行う・ことが肝要でらる〇 以上述べたように、本発明は従来はんだＫよっ゛〔形成
されたバンプとパッドをはんだの成分であるＳｎとｐｂ
により形成するものである。これにより形成材料の組成
のばらり色の問題がな（，８ｎと九の４ｆＬ差によシ児
圧接触時に良好な接触が得られ、さらに両金属の融点以
下の加熱によって融着するため素子、基板の等間隔保持
が可能で接触、短絡などのおそれもなく、生産性、信頼
性の高い素子′！Ｌ極と基板導体、との接続を達成する
ことがで自るので・本発明の効果は極めて大無い。
低温で使用してすずペストの発生するおそれがある場合
、あるいは８ｎが半導体素子あるいは集積回路上の電極
金属、例えばＮｉとの濡れが悪い場合、−Ｉｎ、Ｃｄ、
８ｂｆどをバンプの硬嘔あるいは融点を大きく変えない
範囲で添加することは差支えない。またパッドにおいて
も、それを設ける導体がＡｇ−Ｐｄ系またはλｇ−Ｐｉ
’系からなる厚膜回路であってＰｂとの濡れ性が悪い場
合には、Ｐｂ本来の硬さあるいは融点を大きく−変えな
い範囲でＩｎ、８ｎ、Ａｇなどを添加することは差支え
ない。しかしこれらの添加物によって脆い金属化合物が
形成されると接続部の信頼性が低゛下するので、他元素
の添加は慎重に行う・ことが肝要でらる〇 以上述べたように、本発明は従来はんだＫよっ゛〔形成
されたバンプとパッドをはんだの成分であるＳｎとｐｂ
により形成するものである。これにより形成材料の組成
のばらり色の問題がな（，８ｎと九の４ｆＬ差によシ児
圧接触時に良好な接触が得られ、さらに両金属の融点以
下の加熱によって融着するため素子、基板の等間隔保持
が可能で接触、短絡などのおそれもなく、生産性、信頼
性の高い素子′！Ｌ極と基板導体、との接続を達成する
ことがで自るので・本発明の効果は極めて大無い。
図は本発明の一実施例を示す断面図でおる。
Claims (1)
- １）半導体素４または集積回路、上の電極の所定の填域
に被覆されたすす層を融解して突起状バンプを形成し、
基板上の導体の所定の領域に被覆された鉛層よシなる平
面状パッドに前記バンプを加圧接触させ、１８８℃以上
２８２℃以下の温度に加熱して前ｉ己バンプとしくラド
の接触部に鉛・すす合金を形成することによりバンプと
パッドを融着す石ことを特値とするフリップチップボン
ディング法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16773181A JPS5868945A (ja) | 1981-10-20 | 1981-10-20 | フリツプチツプボンデイング法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16773181A JPS5868945A (ja) | 1981-10-20 | 1981-10-20 | フリツプチツプボンデイング法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5868945A true JPS5868945A (ja) | 1983-04-25 |
Family
ID=15855100
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16773181A Pending JPS5868945A (ja) | 1981-10-20 | 1981-10-20 | フリツプチツプボンデイング法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5868945A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0395990A (ja) * | 1989-09-07 | 1991-04-22 | Sumitomo Special Metals Co Ltd | 電子回路基板のはんだ付け方法及び電子回路基板 |
| US9875986B2 (en) | 2015-10-09 | 2018-01-23 | International Business Machines Corporation | Micro-scrub process for fluxless micro-bump bonding |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5231670A (en) * | 1975-07-29 | 1977-03-10 | Matsushita Electronics Corp | Assembling method of semiconductor integrated circuit element |
| JPS5311961B1 (ja) * | 1970-09-16 | 1978-04-26 |
-
1981
- 1981-10-20 JP JP16773181A patent/JPS5868945A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5311961B1 (ja) * | 1970-09-16 | 1978-04-26 | ||
| JPS5231670A (en) * | 1975-07-29 | 1977-03-10 | Matsushita Electronics Corp | Assembling method of semiconductor integrated circuit element |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0395990A (ja) * | 1989-09-07 | 1991-04-22 | Sumitomo Special Metals Co Ltd | 電子回路基板のはんだ付け方法及び電子回路基板 |
| US9875986B2 (en) | 2015-10-09 | 2018-01-23 | International Business Machines Corporation | Micro-scrub process for fluxless micro-bump bonding |
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