JPS587833A - 回路装置組立体 - Google Patents
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- Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (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。
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、絶縁体基板と薄膜装置との間に相互接続を形
成するだめの手段に係る。
成するだめの手段に係る。
本発明の目的は、絶縁体基板と薄膜装置とを相互接続す
るための改良された手段を提供すふことである。
るための改良された手段を提供すふことである。
薄膜を用いて形成された回路チップ装置と基板との組立
体は、一般的にはんだ付は又は硬ろう付けによる相互接
続を含んでいる。今日知られている薄膜回路組立体に於
ては、例えばスパッタされた二酸化シリコン、アルミナ
、セラミック、又はガラスから形成され得る絶縁体基板
上に、薄膜複合金属によって引張り応力が加えられる。
体は、一般的にはんだ付は又は硬ろう付けによる相互接
続を含んでいる。今日知られている薄膜回路組立体に於
ては、例えばスパッタされた二酸化シリコン、アルミナ
、セラミック、又はガラスから形成され得る絶縁体基板
上に、薄膜複合金属によって引張り応力が加えられる。
その様な応力は、特に基板がもろい材料から成る場合に
、基板表面に亀裂又はスポーリング(spa I I
ing)を生じ得る。それらの応力は又、上記表面に引
張り応力を予め与えておくことにもなシ、異なる膨張、
熱サイクル、又は衝撃から誘起される応力の如き、小さ
な応力が更に加えられた場合には、上記表面が容易に破
壊されることになる。
、基板表面に亀裂又はスポーリング(spa I I
ing)を生じ得る。それらの応力は又、上記表面に引
張り応力を予め与えておくことにもなシ、異なる膨張、
熱サイクル、又は衝撃から誘起される応力の如き、小さ
な応力が更に加えられた場合には、上記表面が容易に破
壊されることになる。
本発明に於て、始めは許容範囲内であった応力が、はん
だ又は硬ろうの合金の付着後、はんだと端子金属との界
面に金属間化合物が形成されることによって、著しく変
化し得ることが解っへ薄膜金属の変換によシ形成された
上記金属間化合物は、該金属間化合物が形成された構成
要素の金属とは全く異なる構造、容量及び膨張率を有す
る。その1つの例は、スパッタされた二酸化シリコン絶
縁体上に鉛−錫のはんだパッド及びクロム−銅−金の端
子金属(metallurgy)を用いている、チップ
装置と基板との組立体である。蒸着されたときは、その
様な構造体は安定であるが、装置が再溶融及び結合され
た後には、構造的変化が生じる。
だ又は硬ろうの合金の付着後、はんだと端子金属との界
面に金属間化合物が形成されることによって、著しく変
化し得ることが解っへ薄膜金属の変換によシ形成された
上記金属間化合物は、該金属間化合物が形成された構成
要素の金属とは全く異なる構造、容量及び膨張率を有す
る。その1つの例は、スパッタされた二酸化シリコン絶
縁体上に鉛−錫のはんだパッド及びクロム−銅−金の端
子金属(metallurgy)を用いている、チップ
装置と基板との組立体である。蒸着されたときは、その
様な構造体は安定であるが、装置が再溶融及び結合され
た後には、構造的変化が生じる。
下の二酸化シリコンに極めて亀裂を生じ易くする程の応
力を予め加えておくことになる。
力を予め加えておくことになる。
更に、本発明に於て、最終的な端子の構造は、該装置に
於ける始めの端子構造に依存しないだけでなく、基板に
も依存しないことが解った。例えば、基板の端子からの
Auの如き元素は、再溶融及び固体化の際に、溶解して
チップ端子へと移動しそしてAu5u又はAuCu5n
の金属間化合物としてエピタキシャルに固体化し得る。
於ける始めの端子構造に依存しないだけでなく、基板に
も依存しないことが解った。例えば、基板の端子からの
Auの如き元素は、再溶融及び固体化の際に、溶解して
チップ端子へと移動しそしてAu5u又はAuCu5n
の金属間化合物としてエピタキシャルに固体化し得る。
従って、形成される接続部が安定であるためには、その
最終的な量及び分布並びに応力レベルが規定される必要
がある。これを達成するために最も簡単且つ最も有効な
方法は、始めの端子及びはんだに於ける銅及び金の全体
量を制限することであり、従ってそれらが反応及び移動
するとき、それらのすべてが1つの端子に集中した場合
であっても、応力の問題を生じる程の金属間化合物は存
在していない。
最終的な量及び分布並びに応力レベルが規定される必要
がある。これを達成するために最も簡単且つ最も有効な
方法は、始めの端子及びはんだに於ける銅及び金の全体
量を制限することであり、従ってそれらが反応及び移動
するとき、それらのすべてが1つの端子に集中した場合
であっても、応力の問題を生じる程の金属間化合物は存
在していない。
最終的な金属間化合物の分布が重要であることが解った
ので、上記問題に対する他の解決方法が考えられ得る。
ので、上記問題に対する他の解決方法が考えられ得る。
例えば、再溶融及び結合のために極めて短かいサイクル
時間を用い5ることによって、形成される金属間化合物
の量を制限する方法が試みられ得る。しかしながら、こ
の方法は、その様な迅速なサイクルが達成された場合に
は極端な熱衝撃が生じる点で、非実際的である。又、P
dの如き他の元素を接続部に加えることによって、多く
の再溶融により誘起されたスポーリング又は溶液により
助長されたスポーリングにより金属間化合物を解体し得
る。更に、応力が問題にならないことがある接続部の冷
たい側(多層セラミックの側)に応力形成元素をドライ
ブするために、パッドが溶融される間、温度勾配を与え
ることも可能である(第3図参照)。
時間を用い5ることによって、形成される金属間化合物
の量を制限する方法が試みられ得る。しかしながら、こ
の方法は、その様な迅速なサイクルが達成された場合に
は極端な熱衝撃が生じる点で、非実際的である。又、P
dの如き他の元素を接続部に加えることによって、多く
の再溶融により誘起されたスポーリング又は溶液により
助長されたスポーリングにより金属間化合物を解体し得
る。更に、応力が問題にならないことがある接続部の冷
たい側(多層セラミックの側)に応力形成元素をドライ
ブするために、パッドが溶融される間、温度勾配を与え
ることも可能である(第3図参照)。
次に、図面を参照して、本発明をその好実施例について
詳細に説明する。第1図に於て、多層セラミックの如き
基板120表面上に導体10のノくターンが形成されて
いる。その導体ノ(ターンは半導体回路チップ装置14
を受取るための接続点を有し、例えばモリブデンから形
成され得る導体10が周知の方法で端子(NiAu)5
2に接続されている。
詳細に説明する。第1図に於て、多層セラミックの如き
基板120表面上に導体10のノくターンが形成されて
いる。その導体ノ(ターンは半導体回路チップ装置14
を受取るための接続点を有し、例えばモリブデンから形
成され得る導体10が周知の方法で端子(NiAu)5
2に接続されている。
各回路チップ装置14の製造中に、オーム接点を設ける
ために、アルミニウム・ランド18が該回路チップ装置
の各半導体領域上に付着される。
ために、アルミニウム・ランド18が該回路チップ装置
の各半導体領域上に付着される。
次に、周囲雰囲気から保護するために、回路チップ装置
120表面上体にSio2層20が付着される。後の金
属化工程のためにアルミニウム・ランド18が露出され
る様に、貫通孔22が上記ランド18の真上に於てSi
o2層20中20中される。
120表面上体にSio2層20が付着される。後の金
属化工程のためにアルミニウム・ランド18が露出され
る様に、貫通孔22が上記ランド18の真上に於てSi
o2層20中20中される。
この実施例に於ては、金属化工程は、アルミニウム・ラ
ンド18に電気接点を設けるために、クロム層24、銅
層26及び金層28の連続的薄膜層を真空付着すること
を含む。1200乃至1800んの厚さを有するクロム
層24は接着剤として働き、ガラス−金属間を封止して
、該接点領域を周囲雰囲気から保護する。銅層26及び
金層28は、クロム層24への金属の付着を可能にする
。
ンド18に電気接点を設けるために、クロム層24、銅
層26及び金層28の連続的薄膜層を真空付着すること
を含む。1200乃至1800んの厚さを有するクロム
層24は接着剤として働き、ガラス−金属間を封止して
、該接点領域を周囲雰囲気から保護する。銅層26及び
金層28は、クロム層24への金属の付着を可能にする
。
それから、鉛及び錫から形成された略125μmの全体
の厚さを有するはんだの山30が、金層28に接触する
様にマスクを経て真空付着される。はんだの山30は、
回路チップ装置14と導体10のパターンとの間に良好
な機械的及び電気的相互接続を達成するとともに、回路
チップ装置14と基板12との間を離隔させる様に働(
。
の厚さを有するはんだの山30が、金層28に接触する
様にマスクを経て真空付着される。はんだの山30は、
回路チップ装置14と導体10のパターンとの間に良好
な機械的及び電気的相互接続を達成するとともに、回路
チップ装置14と基板12との間を離隔させる様に働(
。
はんだの山30が真空付着された後、そのはんだの山が
再溶融される様に組立体全体が焼成される。その結果、
比較的小さい応力を受けていた銅層26及び金層28が
、Cu3Sn、 Autumn、及びAuSnの如き、
Au及び(uとSnとにより形成された金属間化合物の
極めて大きな応力を受ける層29に変換される。それか
ら、回路チップ装置14が基板に適切に結合され得る様
に、基板12が清浄化されそして導体100〕(ターン
にフラノクス処理が施される。回路チップ装置が再溶融
処理により基板に融着され、それからはんだを固体化す
るために熱サイクルの終りに基板が冷却され・′る。
再溶融される様に組立体全体が焼成される。その結果、
比較的小さい応力を受けていた銅層26及び金層28が
、Cu3Sn、 Autumn、及びAuSnの如き、
Au及び(uとSnとにより形成された金属間化合物の
極めて大きな応力を受ける層29に変換される。それか
ら、回路チップ装置14が基板に適切に結合され得る様
に、基板12が清浄化されそして導体100〕(ターン
にフラノクス処理が施される。回路チップ装置が再溶融
処理により基板に融着され、それからはんだを固体化す
るために熱サイクルの終りに基板が冷却され・′る。
本発明の実施に於ては、銅層26が800乃至2 s
o o 叉゛の範囲の厚さに付着される。本発明に於て
、金属間化合物をエピタキシャル付着しそして変換され
たはんだ付けされ得る膜表面上に隣接して残され得る、
Au、 Cu及びSn の如き元素の量を制限すること
により、即ち銅層及び金層の厚さを規定された厳密な範
囲内に薄く形成することにより、はんだの再溶融及び基
板への回路チップ装置の結合の結果鋼層及び金層の変換
とともに生じる金属間応力が実質的に減少され又は除去
されることが解った。銅層な800乃至2 s o O
X−の厚さに付着することによって、石英の絶縁体に於
ける亀裂が相当に減少される。更に、相互接続を強化す
るために、金層28は基板中の他のすべてのAuととも
に、2500X′以下の全体的厚さに形成される。
o o 叉゛の範囲の厚さに付着される。本発明に於て
、金属間化合物をエピタキシャル付着しそして変換され
たはんだ付けされ得る膜表面上に隣接して残され得る、
Au、 Cu及びSn の如き元素の量を制限すること
により、即ち銅層及び金層の厚さを規定された厳密な範
囲内に薄く形成することにより、はんだの再溶融及び基
板への回路チップ装置の結合の結果鋼層及び金層の変換
とともに生じる金属間応力が実質的に減少され又は除去
されることが解った。銅層な800乃至2 s o O
X−の厚さに付着することによって、石英の絶縁体に於
ける亀裂が相当に減少される。更に、相互接続を強化す
るために、金層28は基板中の他のすべてのAuととも
に、2500X′以下の全体的厚さに形成される。
た層の厚さに制限することによって、回路チップ装置を
支持するために用いられた基板の亀裂の発生に於て著し
い減少が達成された。
支持するために用いられた基板の亀裂の発生に於て著し
い減少が達成された。
半導体回路チップ装置を基板にはんだ接続する間に生じ
得る基板の亀裂を防ぐための他の方法は、金属間化合物
をスポール・オフさせそして再溶融を延長することによ
りその材料をはんだ中に分散させる方法である。しかし
ながら、この方法は、回路チップ装置と基板との間の相
互接続に於て銅及び金の量を制御する方法程、有効では
ない。
得る基板の亀裂を防ぐための他の方法は、金属間化合物
をスポール・オフさせそして再溶融を延長することによ
りその材料をはんだ中に分散させる方法である。しかし
ながら、この方法は、回路チップ装置と基板との間の相
互接続に於て銅及び金の量を制御する方法程、有効では
ない。
第3図に於て、5jo2に応力を加える金属間化合物の
厳密な位置が領域Aに示されている。金属間化合物が領
域B又はCに存在する場合には、応力の問題は何ら生じ
ない。
厳密な位置が領域Aに示されている。金属間化合物が領
域B又はCに存在する場合には、応力の問題は何ら生じ
ない。
以上に於て、本発明をその特定の好実施例について説明
したが、本発明は何らそれらによって限定されないこと
を理解されたい。例えば、多くのはんだ付は及び硬ろう
付は操作に於て生じる如く、実質的に液状の他の金属と
反応し、そしてエピタキシャル付着して基板に隣接して
残される硬くもろい表面を形成する、接続部中のすべて
の金属が、該接続部及び絶縁体に亀裂を生ぜしめる程の
応力を予め加え得る。その様な亀裂を防ぐために、該接
続部に於けるその様な材料の量を制限する必要かめるこ
とが解った。
したが、本発明は何らそれらによって限定されないこと
を理解されたい。例えば、多くのはんだ付は及び硬ろう
付は操作に於て生じる如く、実質的に液状の他の金属と
反応し、そしてエピタキシャル付着して基板に隣接して
残される硬くもろい表面を形成する、接続部中のすべて
の金属が、該接続部及び絶縁体に亀裂を生ぜしめる程の
応力を予め加え得る。その様な亀裂を防ぐために、該接
続部に於けるその様な材料の量を制限する必要かめるこ
とが解った。
第1図は導体のパターンが形成されている超小型誘電体
基板を示す平面図、第2図は再溶融される前のはんだの
山を有しているチップ装置を部分的に破断して示す断面
図、第3図は本発明によるチップ装置と基板との完全な
接続を示す断面図でるる。 10・・・・導体、12・・・・絶縁体基板、14・・
・・回路チップ装置、18・・・・アルミニウム・ラン
ド、20・・・・StO層、22・・・・貫通孔、24
・・・・クロム層、26・・・・銅層、28・・・・金
層、29・・・・金属間化合物層、50・・・・はんだ
の山、32・・・・端子(N i A u )。 −1(
基板を示す平面図、第2図は再溶融される前のはんだの
山を有しているチップ装置を部分的に破断して示す断面
図、第3図は本発明によるチップ装置と基板との完全な
接続を示す断面図でるる。 10・・・・導体、12・・・・絶縁体基板、14・・
・・回路チップ装置、18・・・・アルミニウム・ラン
ド、20・・・・StO層、22・・・・貫通孔、24
・・・・クロム層、26・・・・銅層、28・・・・金
層、29・・・・金属間化合物層、50・・・・はんだ
の山、32・・・・端子(N i A u )。 −1(
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 絶縁体基板と、 上記基板上に形成された導体のパターンと、上記導体の
パターン上に付着されたはんだ付は可能な金属手段と、 上記導体に電気的に接続される様に上記基板に結合され
た回路チップ装置とを有し、 上記のはんだ付は可能な金属手段が、金属間応力が最小
にされる様な所定の厚さを有している、回路装置組立体
。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US27893081A | 1981-06-30 | 1981-06-30 | |
US278930 | 1994-07-20 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS587833A true JPS587833A (ja) | 1983-01-17 |
Family
ID=23066992
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57081724A Pending JPS587833A (ja) | 1981-06-30 | 1982-05-17 | 回路装置組立体 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0068091B1 (ja) |
JP (1) | JPS587833A (ja) |
DE (1) | DE3278896D1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01308167A (ja) * | 1988-05-31 | 1989-12-12 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Dc−dcコンバータ |
JP2002280417A (ja) * | 2001-01-15 | 2002-09-27 | Nec Corp | 半導体装置及びその製造方法並びに半導体製造装置 |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3788263T2 (de) * | 1986-09-25 | 1994-03-24 | Toshiba Kawasaki Kk | Verfahren zum elektrischen Verbinden von zwei Objekten. |
US5118584A (en) * | 1990-06-01 | 1992-06-02 | Eastman Kodak Company | Method of producing microbump circuits for flip chip mounting |
CA2075462C (en) * | 1992-01-27 | 1999-05-04 | George Erdos | Bump structure and method for bonding to a semi-conductor device |
DE102005040686A1 (de) * | 2005-08-26 | 2006-11-16 | Infineon Technologies Ag | Verbindungselement zwischen Halbleiterchip und Schaltungsträger sowie Verfahren zur Herstellung und Verwendung des Verbindungselements |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5123074A (ja) * | 1974-08-21 | 1976-02-24 | Hitachi Ltd | |
JPS567482A (en) * | 1979-06-29 | 1981-01-26 | Hitachi Ltd | Manufacturing of semiconductor device |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4113578A (en) * | 1973-05-31 | 1978-09-12 | Honeywell Inc. | Microcircuit device metallization |
CA1122856A (en) * | 1978-09-20 | 1982-05-04 | Nicholas G. Koopman | Process for in-situ modification of solder composition |
US4434434A (en) * | 1981-03-30 | 1984-02-28 | International Business Machines Corporation | Solder mound formation on substrates |
-
1982
- 1982-04-15 DE DE8282103179T patent/DE3278896D1/de not_active Expired
- 1982-04-15 EP EP82103179A patent/EP0068091B1/en not_active Expired
- 1982-05-17 JP JP57081724A patent/JPS587833A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5123074A (ja) * | 1974-08-21 | 1976-02-24 | Hitachi Ltd | |
JPS567482A (en) * | 1979-06-29 | 1981-01-26 | Hitachi Ltd | Manufacturing of semiconductor device |
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JP2002280417A (ja) * | 2001-01-15 | 2002-09-27 | Nec Corp | 半導体装置及びその製造方法並びに半導体製造装置 |
JP4656275B2 (ja) * | 2001-01-15 | 2011-03-23 | 日本電気株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3278896D1 (en) | 1988-09-15 |
EP0068091A2 (en) | 1983-01-05 |
EP0068091B1 (en) | 1988-08-10 |
EP0068091A3 (en) | 1984-11-14 |
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