JPS61203648A - Circuit apparatus having solder connector - Google Patents

Circuit apparatus having solder connector

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JPS61203648A
JPS61203648A JP445786A JP445786A JPS61203648A JP S61203648 A JPS61203648 A JP S61203648A JP 445786 A JP445786 A JP 445786A JP 445786 A JP445786 A JP 445786A JP S61203648 A JPS61203648 A JP S61203648A
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Japan
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solder
chip
substrate
connections
connection
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JP445786A
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メアリーベル・シー・ブレークスリー
ジヨン・ジエイ・グニーウエク
アーネスト・エヌ・レヴイン
ジヨゼ・イー・オルドネツ
ユージン・アール・スカーヴインコ
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International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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Publication date
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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
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    • H01L2224/16235Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the bump connector connecting to a via metallisation of the item
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 A、産業上の利用分野 本発明は微小電子回路チップとその支持基板との間の電
気接続に関する。より具体的に言えば、本発明は、微小
電子回路チップの動作において、チップが加熱されそし
て冷却するサイクルの間に、接続体に許容限度を超える
剪断応力を生じることなく、より高密度のはんだ接続体
マトリックスを有する、より大きなサイズの微小電子チ
ップを使用出来るように構成された新規なはんだ接続体
及びそのようなはんだ接続体の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Field of Industrial Application This invention relates to electrical connections between a microelectronic chip and its supporting substrate. More specifically, the present invention provides for the operation of microelectronic chips in which denser solder can be used during the cycles in which the chip is heated and cooled without creating unacceptable shear stresses in the connections. A novel solder connection configured to allow use of larger size microelectronic chips having a connection matrix and a method of manufacturing such a solder connection.

B、開示の概要 本発明に従って、微小電子回路チップはチップの表面の
はんだ堰止め用のはんだダム(dam)によって作られ
る延長されたはんだ柱によって基板へ電気的に接続され
る。はんだダムはチップの表面上にある接続パッドのう
ちの少くとも一部のパッドに設けられる。はんだ柱の長
さの増加によりはんだ接続体の曲がりを大きくすること
が出来るので、そのようなはんだ柱のマトリックスのサ
イズを相当に大きくすることが出来る。
B. SUMMARY OF THE DISCLOSURE In accordance with the present invention, a microelectronic chip is electrically connected to a substrate by elongated solder posts created by solder dams on the surface of the chip. Solder dams are provided on at least some of the connection pads on the surface of the chip. Since the bending of the solder connection can be increased by increasing the length of the solder posts, the size of the matrix of such solder posts can be increased considerably.

C1従来技術 集積回路装置の製造技術の過去20年間の長足の進歩は
、極めて多数の独立した回路素子を含む非常に複雑な回
路を1個のシリコンチップに設けることを可能とした。
C1 Prior Art The rapid advances in integrated circuit device fabrication technology over the past twenty years have made it possible to implement very complex circuits on a single silicon chip, including a large number of independent circuit elements.

はんだ接続の代表的なチップは一辺が約6.4ミリの四
角形なので、データを送受し、又は動作電力を受は取る
ために、チップを外部回路へ電気的に接続するための接
続点、即ちはんだパッドは非常に小さくすることが必要
である。第2図はチップ10を基板へ装着するために一
般に使われている従来技術を説明するための拡大した斜
視図であり、第3図はその断面図である。通常、シリコ
ンチップは微小電子回路がその一方の側にのみ設けられ
ている。微小電子回路を接続するための下方へ突出した
はんだボール12のマトリックスが既に広く知られてい
る態様で接続されている。そのような微小なはんだボー
ルは接続時に多少つぶれ、チップ10に対して、制御さ
れたつぶれを持つ接続体を与え、これは通常、この分野
でC−4接続又はC−4と呼ばれている。
A typical chip for solder connection is a square with a side of approximately 6.4 mm, so it is a connection point for electrically connecting the chip to external circuitry in order to send and receive data or receive and receive operating power. The solder pads need to be very small. FIG. 2 is an enlarged perspective view illustrating a conventional technique commonly used for mounting the chip 10 on a substrate, and FIG. 3 is a cross-sectional view thereof. Typically, a silicon chip has microelectronic circuitry on only one side. A matrix of downwardly projecting solder balls 12 for connecting microelectronic circuits is connected in a manner already widely known. Such tiny solder balls collapse somewhat upon connection, providing the chip 10 with a connection with controlled collapse, which is commonly referred to in the art as a C-4 connection or C-4. .

C−4はんだボールははんだ接続パッド16の対応マト
リックスを有する基板14と接触して置かれる。はんだ
接続パッド16は基板の上表面と実質的に同一平面にあ
る。
The C-4 solder balls are placed in contact with a substrate 14 having a corresponding matrix of solder connection pads 16. Solder connection pads 16 are substantially coplanar with the top surface of the substrate.

基板14は米国特許第4245273号に記載されてい
るタイプの多層セラミックス構造のものを可とする。そ
のような基板は周辺接続パッド18、基板の下面にある
入/出力及びパワー・パッド(図示せず)及び水平及び
垂直方向に延びる導電路20.24を含む。導電路20
.24はチップ10と接続パッド16とを相互接続する
ように、基板14の内部を通って、所定の如く種々の入
/出力及び電源へ延びている。そのような基板の例は、
1982年4月のアイ・ビー・エム・テクニカル・ディ
スクロージャ・プリテン(IBMTechnical 
Disclosure Bulletin) Vol、
24. No、 11A中の“配分されたECパッド設
計”(SharedECPad Design)と題す
るフバツチャ(Hubacher)の文献(第5554
頁乃至第5557頁)にも記載されている。
Substrate 14 can be a multilayer ceramic structure of the type described in U.S. Pat. No. 4,245,273. Such a substrate includes peripheral connection pads 18, input/output and power pads (not shown) on the underside of the substrate, and horizontally and vertically extending conductive tracks 20.24. Conductive path 20
.. 24 extend through the interior of substrate 14 to interconnect chip 10 and connection pads 16 to various input/outputs and power supplies as desired. An example of such a board is
IBM Technical Disclosure Statement, April 1982
Disclosure Bulletin) Vol.
24. No. 11A, Hubacher's document entitled "SharedECPad Design" (No. 5554).
(pages 5557).

チップ10を基板14に接続するためには、はんだボー
ル12が接続パッド16と接触して置かれ、周囲の温度
がはんだの熔融温度まで上昇され、そしてはんだは第3
図に示された形の短い接続柱26を形成するようにリフ
ロー(reflo%I)する。
To connect chip 10 to substrate 14, solder balls 12 are placed in contact with connection pads 16, the ambient temperature is raised to the melting temperature of the solder, and the solder is placed in a third
Reflow (reflo%I) to form short connecting posts 26 of the shape shown in the figure.

従来の技術の代表例として、そのような接続柱26(i
’)長さit、0.025ミ+Jメール乃至o、050
ミリメートルか、又は使われたはんだボールの直径の約
半分である0本明細書で使われる術語″はんだ″は20
0℃乃至320℃の熔融温度を有し、主成分が鉛(40
%乃至95%)及び錫(5%乃至60%)から成る合金
を意味する。
As a representative example of the prior art, such a connecting column 26 (i
') Length it, 0.025 mm + J mail to o, 050
millimeters, or approximately half the diameter of the solder ball used. The term "solder" as used herein is 20
It has a melting temperature of 0℃ to 320℃, and the main component is lead (40℃).
% to 95%) and tin (5% to 60%).

D1発明が解決しようとする問題点 C−4はんだ接続体は第2図及び第3図に示された態様
でシリコン素子を基板へ接続するため広く使われて来た
が、このタイプの接続の適用範囲は、基板に対して限ら
れた数の接続しか必要としない、より小さいサイズのチ
ップに制限されていた。基板14の熱膨張とチップ10
の熱膨張との差異によってC4結合部中に生ずる剪断ひ
ずみのため、このような制限を受ける。室内温度と動作
温度との間で生ずるチップの膨張と基板の膨張との間の
差異ははんだ柱26の変形によって吸収それなければな
らない。許容される変形の節回は結合部の所定の疲労サ
イクル寿命により支配される結合部の最大剪断変位δは
、以下の式によって与えられる。
D1 PROBLEM TO BE SOLVED BY THE INVENTION C-4 Solder connections have been widely used to connect silicon devices to substrates in the manner shown in FIGS. 2 and 3; The scope has been limited to smaller size chips that require only a limited number of connections to the substrate. Thermal expansion of the substrate 14 and the chip 10
This limitation is due to the shear strain created in the C4 bond due to the difference in thermal expansion of the C4 bond. The difference between chip expansion and substrate expansion that occurs between room and operating temperatures must be accommodated by the deformation of the solder posts 26. The allowable deformation knots are governed by the given fatigue cycle life of the joint. The maximum shear displacement δ of the joint is given by the following equation:

上式において、LはC−4接続体マトリックスの最外部
の寸法であり、α 及びC5はシリコンデバイス及び基
板の熱膨張係数であり、ΔTは室内温度から動作温度へ
の温度上昇である。はんだ柱26の高さhが高くなると
、剪断ひずみγは次式に従って減少することが、以前か
ら認識されている。
In the above equation, L is the outermost dimension of the C-4 connector matrix, α and C5 are the coefficients of thermal expansion of the silicon device and substrate, and ΔT is the temperature rise from room temperature to operating temperature. It has been previously recognized that as the height h of the solder post 26 increases, the shear strain γ decreases according to the following equation.

δ ここでδは問題のはんだ柱の剪断変位量である。゛C−
4接続体の性能は、チップと基板を与えられた組み合せ
で動作した時に、最も外側にあるC−4接続体が受ける
最大剪断ひずみを参考にして決定される。従って、与え
られた許容最大剪断ひずみに対して、C−4接続体の高
さhを増加することは、C−4接続体ののマトリックス
全体のサイズをそれに従って大きくシ、且つシリコン・
デバイスそれ自体の許容サイズをそれに付随して増大す
る。より大きいサイズのチップはチップ上でより多くの
機能を遂行し、集積度を増大させるから、動作速度の向
上及び製造効率の向上が達成出来る。
δ Here, δ is the amount of shear displacement of the solder column in question.゛C-
The performance of the 4-connector is determined by reference to the maximum shear strain experienced by the outermost C-4 connector when operating with a given combination of chip and substrate. Therefore, for a given maximum allowable shear strain, increasing the height h of the C-4 connections will correspondingly increase the overall size of the matrix of C-4 connections and
The allowable size of the device itself is concomitantly increased. Larger size chips perform more functions on the chip and increase the degree of integration, thereby achieving increased operating speed and manufacturing efficiency.

チップ及びその基板間の接続体の長さを増加する試みの
公知技術が米国特許第3591839号及び40671
04号に開示されている。しかしながらC−4接続体の
高さを単純に増加することは付加的な問題を生じ、より
大きなチップを使用するのを困難にする0例えば、接続
体は温度サイクルの間に変形するので、高密度に実装さ
れたC−4接続体の間で電気的なショートを起す可能性
が増加する。従って、接続体間に非常に小さいスペース
が必要な時に、C−4接続体が拡がって相互に接触する
傾向を回避することが必要である。
Known techniques attempting to increase the length of connections between a chip and its substrate are disclosed in U.S. Pat.
It is disclosed in No. 04. However, simply increasing the height of the C-4 connector creates additional problems, making it difficult to use larger chips. For example, the connector deforms during temperature cycling, so The possibility of electrical shorts occurring between densely packed C-4 connections increases. It is therefore necessary to avoid the tendency of the C-4 connections to spread out and touch each other when very little space is required between the connections.

本発明の主目的は電子回路装置のサイズを増加し、しか
も動作中のゆがみや、製造工程中のはんだのりフローに
より、接続体間の電気的ショートが起きるのを阻止する
延長されたはんだ柱接続体構造を有する電子回路装置を
提供することである。
The main purpose of the present invention is to provide an extended solder post connection which increases the size of electronic circuit devices and prevents electrical shorts between the connections due to distortion during operation or solder paste flow during the manufacturing process. An object of the present invention is to provide an electronic circuit device having a physical structure.

本発明の他の目的は、チップを基板に装着する際に、は
んだを最初にリフローする場合か、又はチップの取り換
えを行うためリフローする場合の何れかにおいて、各接
続点が流れるはんだを堰止めるための手段を含む新規な
接続体構造及びその形成方法を与えることにある。
Another object of the present invention is that each connection point dams flowing solder when the chip is attached to a board, either when the solder is first reflowed or when the solder is reflowed to replace the chip. An object of the present invention is to provide a new connector structure including means for the purpose of the present invention and a method for forming the same.

本発明の他の目的は微小量子チップを保持し且つ電気的
に接続するための基板を製造する既知の技術と共に使用
することの出来る接続体及びその製造方法を提供するこ
とにある。
Another object of the present invention is to provide a connector and method for manufacturing the same that can be used with known techniques for manufacturing substrates for holding and electrically connecting microscopic quantum chips.

E0問題点を解決するための手段 本発明は、接続体間の間隔の増大を伴うことなく、また
より長い接続体が電気ショートを起す傾向を助長するこ
となしにC−4接続体の高さを増加する技術を提供する
Means for Solving the E0 Problem The present invention improves the height of C-4 connections without increasing the spacing between the connections and without increasing the tendency of longer connections to create electrical shorts. Provide technology to increase

本発明の方法の1実施例に従って、接続体を取り囲むダ
ム手段を少くとも一部の接続体に設けることによって、
電気接続体のマトリックスを有する電子回路装置上に、
はんだ接続体が形成される。
According to one embodiment of the method of the invention, by providing at least some of the connections with dam means surrounding the connections,
On an electronic circuit device having a matrix of electrical connections,
A solder connection is formed.

上記のダム手段は上記電気接続体と対応する電気接続体
のマトリックスを有する基板へ電子回路装置を装着する
際か、又は電子回路装置を基板から除去する際に、熔融
はんだをその中に収容するために、中央に開放空間部を
限定する。次に、熔融はんだが電子回路装置のダム手段
の開放空間部に導入され、そして露出した接触面を有す
る延長されたはんだ柱をダム手段の中に形成するよう冷
却される。基板と電子回路装置を結合するために、電子
回路装置上のはんだ柱が基板の対応接続体と接触するよ
うに、電子回路装置が基板上に置かれ、そして、このよ
うにして形成された集合体ははんだが融けるよう加熱さ
れて、はんだ柱が熔融して電子回路装置を基板へ電気的
に接続する。
Said dam means receives molten solder therein during attachment of the electronic circuit device to a substrate having a matrix of electrical connections corresponding to said electrical connections, or upon removal of the electronic circuit device from the substrate. Therefore, an open space is defined in the center. Molten solder is then introduced into the open space of the dam means of the electronic circuit device and cooled to form an elongated solder column within the dam means with exposed contact surfaces. To join the substrate and the electronic circuit device, the electronic circuit device is placed on the substrate such that the solder posts on the electronic circuit device are in contact with the corresponding connections on the substrate, and the assembly thus formed The body is heated to melt the solder and the solder posts melt and electrically connect the electronic circuit device to the board.

本発明の方法に従って、電子回路装置の接続点を取り囲
んで、電子回路装置の表面上に電気絶縁体材料の層を設
け、そして上述の中央開放空間部を限定するよう、上記
の層を貫通する複数個の開孔を設けることにより、熔融
はんだを堰止めるためのダム手段が形成される。はんだ
が冷却した時にダム手段を形成する開孔がはんだ柱から
少くとも部分的に分離するように、絶縁体材料及びはん
だの膨張係数が選ばれているので、これにより熱膨張又
は収縮中にはんだ柱が動くことの出来る空隙を与える。
In accordance with the method of the invention, a layer of electrically insulating material is provided on the surface of the electronic circuit device, surrounding the connection points of the electronic circuit device, and passing through said layer so as to define said central open space. By providing a plurality of openings, a dam means for damming the molten solder is formed. The expansion coefficients of the insulator material and solder are chosen such that the apertures forming the dam means at least partially separate from the solder pillars when the solder cools, so that the solder does not disturb the solder during thermal expansion or contraction. Provide a gap in which the pillar can move.

F、実施例 以下に本発明の良好な実施例について図面を参照して説
明する。図面の各回において、同じ参照数字は同じ要素
を表わしている。
F. EXAMPLES Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same reference numerals represent the same elements in each of the drawings.

第1図は本発明の実施例を示している。先ず、電子回路
チップ10の下面に、感光性重合体、又は感光性誘電体
エポキシの層28が形成される8層28は約0.050
ミリメートル乃至0.200ミリメートルの厚さを有す
る0次に、バイア(Via)孔3oがフォトリソグラフ
ィック技術を使って層28を貫通して穿孔される。従来
技術で知られているよりも長い軸方向寸法を有するはん
だボール又ははんだ柱を与えるため、はんだがバイア孔
30の中に付着される。このような態様で形成されたチ
ップが第1図に示されたように基板14へ結合された時
、より長い接続体26が得られるから、より高密度に実
装されたC−4結合部を持つより大きなチップを使用す
ることが出来る。また1層28はチップ10を基板14
へ結合するりフローの間、はんだの流れを少くとも部分
的に堰止める手段として機能するので、短絡路を惹起す
るはんだの拡がりの可能性を減少する。
FIG. 1 shows an embodiment of the invention. First, eight layers 28 of photosensitive polymer or photosensitive dielectric epoxy are formed on the bottom surface of the electronic circuit chip 10, and the thickness of the eight layers 28 is approximately 0.050.
A zero order via hole 3o having a thickness of millimeter to 0.200 millimeter is drilled through layer 28 using photolithographic techniques. Solder is deposited within the via hole 30 to provide a solder ball or solder column having a longer axial dimension than known in the prior art. When a chip formed in this manner is bonded to substrate 14 as shown in FIG. 1, longer connections 26 are obtained, allowing for more densely packed C-4 connections. You can use larger chips than you have. In addition, one layer 28 connects the chip 10 to the substrate 14.
It serves as a means to at least partially dam the flow of solder during bonding and flow, thereby reducing the possibility of solder spreading causing short circuits.

第4図及び第5図は電気絶縁体で且つ容易に変形しうる
リング32を基板14の各接続パッド16の回りに設け
た構成例を示している。普通のフォトリソグラフィック
技術を用いて、感光性ポリイミドのような適当な材料の
層からυフグ32を形成することが出来る。リング32
を形成した後、リングの中央開放空間部は、その道の専
門家により良く知られているはんだ浸漬技術、又はウェ
ーブはんだ付け(wave soldering)技術
によって、はんだで満たすことが出来る。かくして、リ
ングは上述したようにはんだダムとして機能する。
4 and 5 show an example of an arrangement in which an electrically insulating and easily deformable ring 32 is provided around each connection pad 16 of the substrate 14. FIG. υ puffer 32 can be formed from layers of a suitable material, such as photosensitive polyimide, using common photolithographic techniques. ring 32
After forming the ring, the central open space of the ring can be filled with solder by solder dipping or wave soldering techniques well known to those skilled in the art. The ring thus functions as a solder dam as described above.

第4図に示されたチップ10が室内温度と動作温度との
間を往復すると、接続体26は塑性変形し、リング32
は弾性変形する。高さh□が約0゜064ミリメートル
、内径r1が約0.057ミリメードル、外径r2が行
0.079ミリメートルのポリイミド・リングの場合、
リング32とチップ1oの下面との間にある接続体26
の保持されていない部分の剪断ひずみは約25%まで減
少される。この状態において、半径方向の厚さ約0゜0
20ミリメートルのリング32は、第5図に示されるよ
うに接続体26の下方部分を僅かばかり変形させる。リ
ングの厚さが厚くなると、与えられる剪断ひずみの変化
は小さくなる。C−4接続体のこの改良は、剪断強度の
最高制限を破らないで、チップのサイズを約25%増加
させる。
As the chip 10 shown in FIG.
is elastically deformed. In the case of a polyimide ring with a height h□ of approximately 0°064 mm, an inner diameter r1 of approximately 0.057 mm, and an outer diameter r2 of 0.079 mm,
Connection body 26 between ring 32 and the bottom surface of chip 1o
The shear strain in the unretained portion of is reduced to about 25%. In this state, the radial thickness is approximately 0°0
The 20 mm ring 32 deforms the lower portion of the connector 26 slightly as shown in FIG. The thicker the ring, the smaller the change in shear strain applied. This modification of the C-4 connector increases the chip size by approximately 25% without violating the maximum shear strength limit.

剪断ひずみの改善は以下の簡単な分析で示される。各リ
ング32の上面における剪断力のバランスは、 を必要とする。
The improvement in shear strain is demonstrated in the simple analysis below. The balance of shear forces on the top surface of each ring 32 requires:

上式において、τ。はC−4はんだ柱の保持されていな
い部分の剪断応力であり、一定値と仮定する。r□はC
−4はんだ柱の半径であり、円柱と仮定する。τ、はリ
ング32内のはんだ中の剪断応力であり、一定値と仮定
する。τ はリング32中の剪断応力であり、一定値と
仮定する。r2はリング32の外径である。
In the above formula, τ. is the shear stress of the unretained portion of the C-4 solder pillar, which is assumed to be a constant value. r□ is C
-4 is the radius of the solder pillar, assumed to be a cylinder. τ is the shear stress in the solder within the ring 32, and is assumed to be a constant value. τ is the shear stress in the ring 32 and is assumed to be a constant value. r2 is the outer diameter of the ring 32.

ポリイミドのような重合体は完全弾性体として取り扱い
うるから、 δ1 τ =μ ・−(2) p  p h、 である。上式において、μ は重合体の剪断係数であり
、δ1はリング32の上部の変位であり、そしてhlは
リング32の高さである。
Since a polymer such as polyimide can be treated as a perfectly elastic body, δ1 τ = μ ·−(2) p ph,. In the above equation, μ is the shear modulus of the polymer, δ1 is the displacement of the top of ring 32, and hl is the height of ring 32.

接続体26内の当該部分のひずみは約1%であり、且つ
はんだ材料は加工硬化性の塑性変形材料であると考えう
るから、 τ=A+Bγn(3) である、上述において、A、B及びnは定数であり、γ
は剪断ひずみである。” 5 / 95 S n / 
Pbはんだ及び不純物を含むはんだの機械的特性′″(
5/ 95 S n  P b  5older an
d SolderContaining Impuri
ties)と題する、ラソーレ(Rathore)、イ
ウ(Yih)及びエデンフェルド(Edenfeld)
によるIBM技術報告書(I BMTechnical
 Report) TR221009(1970年)に
開示された情報に基づいて、A、B及びnの概略値は、
約1%のひずみに対してAは98 kg / cx ”
、Bは280kg/口”、rlは約0.5である。
The strain in this part within the connecting body 26 is about 1%, and the solder material can be considered to be a work-hardening plastically deformable material, so τ=A+Bγn(3) In the above, A, B, and n is a constant and γ
is the shear strain. ” 5 / 95 S n /
Mechanical properties of Pb solder and solder containing impurities'' (
5/ 95 S n P b 5older an
dSolder Containing Impuri
Rathore, Yih and Edenfeld
IBM technical report by
Report) Based on the information disclosed in TR221009 (1970), the approximate values of A, B and n are:
A is 98 kg/cx for approximately 1% strain
, B is 280 kg/mouth", and rl is approximately 0.5.

式(1)、(2)及び(3)を組み合せると、が導かれ
る。
Combining equations (1), (2) and (3) leads to:

h、=hい δ=δ□+δ。とすると、となる。h,=h δ=δ□+δ. Then, it becomes.

rlが0.057ミリメードル、hiとり、が両方とも
0.064ミリメートル、μ が18.I X 1Q 
’ N / m ”、Bが8.5X10’N/m”、そ
して現在使われているチップの代表的な最大変位、δが
61.9/10−’ミリメートルである場合、種々のr
2の値に対するδ。及びδ1の値を以下に示す。
rl is 0.057 mm, hi is both 0.064 mm, μ is 18. I X 1Q
for various r
δ for the value of 2. The values of and δ1 are shown below.

r2(no)  δ、(mm)    δ、(III、
l)   δ。/δ0.079  48.3 X 10
−’  13.7 X 10−’  0.780.09
5  53.1 x 10−’  9.14 x 10
−’  0.860.122  56.6 x 10−
5 5.33 x 10−’  0.91中心間の距離
が0.228ミリメートルの間隔を有する接続体パッド
のアレーに対して、0.114ミリメートルより大きい
値のr2は意味がないことは注意を要する。然し乍ら、
この例は、0゜114ミリメートルの間隔を明けられた
円筒状開孔を有する固体の重合体層の剛性を表わすもの
として使うことが出来る。   。
r2(no) δ, (mm) δ, (III,
l) δ. /δ0.079 48.3 X 10
-' 13.7 X 10-' 0.780.09
5 53.1 x 10-' 9.14 x 10
-' 0.860.122 56.6 x 10-
5 5.33 x 10-' 0.91 Note that for an array of connection pads with center-to-center spacing of 0.228 mm, values of r2 greater than 0.114 mm have no meaning. It takes. However,
This example can be used to represent the stiffness of a solid polymer layer with cylindrical apertures spaced 0.degree. 114 millimeters apart. .

δ。/δの値は第3図に示されたリングにより保持され
ていない標準的なタイプの接続体26と対比したときの
、リング32により保持されていない、接続体26の非
保持部分の剪断ひずみの減少の目安を与える。壁の厚さ
が0.020ミリメートルの最も薄い重合体リングに対
しては、剪断ひずみが約22%減少される。標準の許容
しつる最大剪断ひずみが付与されるように、チップの太
きさを増加したとすると、新しいチップのサイズは元の
大きさより約25%増加する。
δ. The value of /δ is the shear strain in the unretained portion of the connection 26 that is not retained by the ring 32 as compared to the standard type connection 26 that is not retained by the ring shown in FIG. gives an indication of the decrease in For the thinnest polymer ring with a wall thickness of 0.020 millimeters, shear strain is reduced by about 22%. If the chip thickness were increased to accommodate the standard maximum allowable shear strain, the new chip size would be approximately 25% larger than the original size.

第6図乃至第15図は、動作温度においてはんだ柱から
離れており、従って、はんだ柱の下部に、より大きな移
動の自由を与え、そして剪断ひずみをより効果的に減少
させるようにはんだダムを形成した構成例を示している
。基板14の膨張係数よりも大きい膨張係数を有する電
気絶縁体の層34が基板14の上面に与えられている。
Figures 6 to 15 are further away from the solder column at operating temperature, thus providing the lower part of the solder column with greater freedom of movement and reducing shear strain more effectively with the solder dam. An example of the formed configuration is shown. A layer 34 of electrical insulator having a coefficient of expansion greater than that of the substrate 14 is provided on the top surface of the substrate 14.

例えば、0905ミリメートル乃至0.125ミリメー
トルの範囲の厚さを有するポリイミド・プラスチック層
を与えることが出来る。そのようなポリイミド・プラス
チック層は25 X 10’−’/K”の膨張係数α 
を有するのに反して、基板14に92%のアルミナCA
Q203)セラミックが使われた場合、基板14の膨張
係数α5は6.5X10−’/に°である。第6図及び
第7図に示されたような垂直で円筒形のバイア孔36の
アレーが上述の層34に設けられた場合、各バイア孔3
6の上部は、基板14及び接着層34がはんだ付けの温
度から常温に戻された時、バイア孔の底部に対して、ひ
ろがることになる(第8図参照)。これは、層34と基
板14とが良好に接着しているものとした場合、上部の
層中の2方性(bi−axial)の引張応力によって
引き起される。
For example, a polyimide plastic layer having a thickness in the range 0.905 mm to 0.125 mm can be provided. Such a polyimide plastic layer has an expansion coefficient α of 25 x 10'-'/K''.
92% alumina CA on the substrate 14.
Q203) When ceramic is used, the expansion coefficient α5 of the substrate 14 is 6.5×10−′/°. If an array of vertical cylindrical via holes 36 as shown in FIGS. 6 and 7 is provided in the layer 34 described above, each via hole 3
The top of 6 will expand against the bottom of the via hole when the substrate 14 and adhesive layer 34 are brought back from soldering temperature to room temperature (see FIG. 8). This is caused by bi-axial tensile stresses in the upper layer, assuming good adhesion between layer 34 and substrate 14.

そのような層34を有する基板が第9図に示されたよう
な態様でチップ10へ結合された時、室温において、は
んだ接続体26と各バイア孔36の内壁38との間に空
隙が存在する。更に、はんだは基板よりも大きく収縮し
、一層大きな空隙を形成する。5%の錫を含む鉛はんだ
の熱膨張係数は約25 x 10−’/に’である。従
って、ポリイミド重合体壁38及びはんだの両者とも相
互に離れるよう移動する。
When a substrate with such layer 34 is bonded to chip 10 in the manner shown in FIG. do. Additionally, the solder shrinks more than the substrate, creating larger voids. The coefficient of thermal expansion of lead solder containing 5% tin is approximately 25 x 10-'/'. Thus, both the polyimide polymer wall 38 and the solder move away from each other.

第6図乃至第9図に示された構造は基板14の上面に大
きな膨張係数を持つ電気絶縁体物質の層を付着すること
により形成される。この層の中に所望のC−4接続体の
寸法を有する開孔を設ける。
The structure shown in FIGS. 6-9 is formed by depositing a layer of electrically insulating material with a large coefficient of expansion on the top surface of substrate 14. Apertures having the desired C-4 connection dimensions are provided in this layer.

開孔は、層を貫通し、C−4接続体を電気的に接続する
下側のはんだパッド16及び導電路20へ通じるように
形成される。従って、これ等の開孔は既に述べたような
態様ではんだダムとしての機能を果す。次に、これ等の
開孔は、蒸着はんだづけ技術、浸漬はんだづけ技術、ウ
ェーブはんだづけ技術、又は他の既知のはんだづけ技術
によって熔融はんだで満たされる。次に、通常のC−4
はんだボールが設けられているシリコンデバイスを基板
の上に置き、はんだがリフローされ、そして室温に低下
された後、第9図に示された構造を得る。
Apertures are formed through the layers leading to the underlying solder pads 16 and conductive tracks 20 that electrically connect the C-4 connections. These apertures therefore function as solder dams in the manner already described. These openings are then filled with molten solder by vapor soldering, dip soldering, wave soldering, or other known soldering techniques. Next, normal C-4
The silicon device provided with solder balls is placed on the substrate, and after the solder is reflowed and cooled to room temperature, the structure shown in FIG. 9 is obtained.

リフロ一温度から室温に冷却すると、チップ10のシリ
コンは基板14のセラミック材料よりも収縮が小さいの
で、はんだ接続体26は第10図乃至第15図に示され
たように、極端にゆがめられる。チップがその動作温度
へ上昇した時、極端にゆがめられたはんだ接続体、即ち
チップの周辺部にあるはんだ接続体は、室温のときに接
続子が対向している、バイア孔36の内壁38から離れ
る方向へ変形される。C−4はんだ柱がバイア孔36の
反対側の内壁に突き当る前に、層34の上面のレベルに
あるC−4はんだ柱の点pが動く距離は2Δ′か、又は
Δ′のおよそ2倍である。この場合、Δ′はバイア孔3
6の上部の伸縮性、及びC−4はんだ柱の収縮性を考慮
して、チップの中央部にあるはんだ柱26について見積
られる。
Upon cooling from reflow temperature to room temperature, the silicon of chip 10 shrinks less than the ceramic material of substrate 14, so that solder connections 26 are severely distorted, as shown in FIGS. 10-15. When the chip is brought up to its operating temperature, the severely distorted solder connections, ie the solder connections at the periphery of the chip, are removed from the inner wall 38 of the via hole 36, where the connectors are opposite at room temperature. Deformed in the direction of separation. The distance that point p of the C-4 solder post at the level of the top surface of layer 34 moves before the C-4 solder post hits the inner wall on the opposite side of via hole 36 is 2Δ', or approximately 2 of Δ'. It's double. In this case, Δ′ is via hole 3
The solder pillar 26 in the center of the chip is estimated by considering the elasticity of the upper part of C-4 and the shrinkability of the C-4 solder pillar.

層34のポリイミド物質は塑性的に変形するはんだ材料
に対して剛性があるから、C−4柱が変形してバイア孔
36の内壁38と接触する事態を回避する必要がある。
Since the polyimide material of layer 34 is rigid against the plastically deforming solder material, it is necessary to avoid deforming the C-4 pillars into contact with the inner wall 38 of the via hole 36.

C−4はんだ柱がバイア孔の内壁と接触するようになっ
た時、基板14に対する、チップ10のそれ以上の変位
は1層34゜即ち、はんだダムより上にあるC−4柱の
部分の変形によってまかなわれねばならない、半径が0
゜057ミリメードルのバイア孔であってその中心間距
離が0.229ミリメーチルのバイア孔36のアレーを
有するポリイミド層34と、固化温度が300℃である
5%錫の鉛はんだとに対して、許容されうる最大剪断ひ
ずみを越えることなく且つすべてのC−4柱がそのバイ
ア孔36の内壁38に接触することなしに、140%の
オーダでチップのサイズの増大を達成することが出来る
ものと見積られている。
When the C-4 solder post comes into contact with the inner wall of the via hole, any further displacement of the chip 10 with respect to the substrate 14 will be 34° per layer, i.e., the portion of the C-4 post above the solder dam. The radius is 0, which must be covered by deformation.
For a polyimide layer 34 having an array of via holes 36 with 0.057 mm diameter via holes having a center-to-center spacing of 0.229 mm, and a 5% tin lead solder with a solidification temperature of 300 degrees C. It is estimated that an increase in chip size on the order of 140% can be achieved without exceeding the maximum shear strain that can be applied and without all C-4 pillars touching the inner wall 38 of its via hole 36. It is being

はんだダムにより与えられるC−4柱の隔離と、どのC
−4柱もはんだダムに衝突することなく達成しろる効果
的な剪断ひずみとの観点から、C−4接続体のサイズ及
び間隔を減少することもまた本発明に従って可能である
。より小さく且つより近接して配列された開孔を層34
中に形成することは容易である。チップ1oのはんだボ
ールは、C−4接続体の間隔が密になれば、それに伴っ
て小さく作られる。現在使われている代表的なチップに
対して、直径0.051ミリメートルの重合体ダムは0
.025ミリメーチルのC−4柱の半径を可能とし、約
0.025ミリメートルのhoに対して0.100ミリ
メートルの中心間隔を可能とする。これはC−4接続体
のサイズ及び間隔を約60%減少する。
The isolation of the C-4 pillar provided by the solder dam and which C
It is also possible according to the invention to reduce the size and spacing of the C-4 connections in view of the effective shear strain that can be achieved without -4 pillars impinging on the solder dam. The smaller and more closely arranged apertures in layer 34
It is easy to form inside. The solder balls of the chip 1o are made smaller as the distance between the C-4 connectors becomes closer. For typical chips currently in use, a polymer dam with a diameter of 0.051 mm is
.. Allows for a C-4 column radius of 0.025 mm, allowing for a center spacing of 0.100 mm for a ho of approximately 0.025 mm. This reduces the size and spacing of the C-4 connections by approximately 60%.

チップの動作温度T0において、第9図に示されたひず
みのないタイプの接続体における、バイア孔36の内壁
38及びC−4柱間の空隙Δは次式で見積ることが出来
る。
At the operating temperature T0 of the chip, the gap Δ between the inner wall 38 of the via hole 36 and the C-4 column in the strain-free type connection shown in FIG. 9 can be estimated by the following equation.

Δ=Ca、−(!、)(T8−To) r、+(α、−
a、、 )(’r s−’ro) r□(s)上式にお
いて、α は重合体の膨張係数であり、α、は基板14
の材料の膨張係数であり、α5ははんだの膨張係数であ
り、T ははんだリフロー温度であり、r□は第9図に
見られるようにバイア孔36の下部の半径である。この
関係は、熱的びずみが層34の上面で完全に弛緩されて
いる(これは層34の厚さh8がr□にほぼ等しい構造
の場合に大略該当する)ことを前提としている。
Δ=Ca,-(!,)(T8-To) r,+(α,-
a,, )('r s-'ro) r□(s) In the above formula, α is the expansion coefficient of the polymer, and α is the coefficient of expansion of the substrate 14.
is the coefficient of expansion of the material, α5 is the coefficient of expansion of the solder, T is the solder reflow temperature, and r is the radius of the bottom of the via hole 36 as seen in FIG. This relationship assumes that thermal strains are completely relaxed at the top surface of layer 34 (which is generally the case for structures where the thickness h8 of layer 34 is approximately equal to r□).

α 及びα が25 X I O−’/に’であり、T
sS が297℃であり、Toが85℃であり且つrユが0.
057ミリメードルである場合、Δは46×10−sミ
リメートルである。
α and α are 25
sS is 297°C, To is 85°C, and r is 0.
057 millimeters, Δ is 46×10 −s millimeters.

チップ10及び基板14の間の膨張係数の差異はチップ
の周辺部においてC−4柱にひずみをもたらし、第12
図に示されているように、C−4柱をバイア孔36の一
方の側に対して押し付ける状態にしうる。室温TRにお
いて、そのようなC−4柱がバイア孔36の他の側に達
するため移動しなければならない距離は以下の式によっ
て定義される。
The difference in coefficient of expansion between the chip 10 and the substrate 14 causes a strain on the C-4 pillar at the periphery of the chip, causing the 12th
As shown, the C-4 post may be pressed against one side of the via hole 36. At room temperature TR, the distance such a C-4 pillar must travel to reach the other side of via hole 36 is defined by the following equation:

チップの動作温度T。において、C−4柱が移動しなけ
ればならない距離は第14図に示されたような2Δであ
る。従って、Toにおいて、チップ対基板の膨張の不整
合から生ずる変位δは、C−4柱がバイア孔36の内壁
38に接触するほど大きくなるべきではない。この関係
は次式によって表わされる。
Chip operating temperature T. , the distance that the C-4 column must travel is 2Δ as shown in FIG. Therefore, at To, the displacement δ resulting from the chip-to-substrate expansion mismatch should not be so large that the C-4 pillar contacts the inner wall 38 of the via hole 36. This relationship is expressed by the following equation.

上式において。In the above formula.

位は約1%の最大許容剪断ひずみγmを越える剪断ひず
みを生じてはならないから、従って、又 C−4柱のマトリックスの最大外郭寸法、Lの値は、 2Δ=γmh、          (11)にするこ
とによって最大にすることが出来、これはh工の値を0
.086ミリメードルにするah。
Therefore, the maximum outer dimension of the matrix of the C-4 column, the value of L, should be 2Δ=γmh, (11) This can be maximized by setting the value of h to 0.
.. Make it 086 mm ah.

のこの値に対して、Lの値は9.14ミリメートルにな
り、これは、現在許容されている最大のチップサイズに
比べて略140%の増加を示す。
For this value of , the value of L would be 9.14 millimeters, which represents an increase of approximately 140% compared to the maximum chip size currently allowed.

第16図乃至第22図は、くぼんだはんだダム中にC−
4柱を保持する独特な構造を多層セラミック基板に形成
した構成例を示している。第16図に示された如く、多
層セラミック基板は一体の基板を与えるために組み立て
られ且つ焼結された複数枚の層14a乃至14aを含む
0例えば上述した米国特許第4245273号はこのよ
うな多層セラミック基板を製造する従来の技術を開示し
ている。第16図乃至第22図に示されている構成では
、焼結されていない新しいセラミックの最終層40は、
パッド16及び導電路20と一致して整置される複数個
のバイア孔36と、例えば導電路22及び接続パッド1
8と一致して整置される他のバイア孔42とを設けるた
めに予めパンチされる(第17図参照)、バイア孔36
に合致する開孔46を有するマスク44が与えられる。
Figures 16 to 22 show C-
This shows an example of a configuration in which a unique structure holding four pillars is formed on a multilayer ceramic substrate. As shown in FIG. 16, a multilayer ceramic substrate includes a plurality of layers 14a-14a that are assembled and sintered to provide a unitary substrate. Conventional techniques for manufacturing ceramic substrates are disclosed. In the configuration shown in FIGS. 16-22, the final layer 40 of unsintered fresh ceramic is
A plurality of via holes 36 aligned with pads 16 and conductive paths 20, such as conductive paths 22 and connection pads 1.
Via hole 36 is pre-punched (see FIG. 17) to provide another via hole 42 aligned in line with 8.
A mask 44 is provided having an aperture 46 matching the .

マスク44はバイア孔42に相当する位置には開孔がな
い、バイア孔36には、例えばテレフタル酸ペーストの
如き可燃性の物質が充填される(第18図参照)。次に
、バイア孔42に合致する開孔52を有する他のマスク
50が与えられる。マスク50はバイア孔36に相当す
る位置には開孔がない、バイア孔42にはモリブデン・
ペーストの如き導電性物質が充填される。また、パッド
18への接続路を与えるために、公知の方法で導電路2
2が層40の表面上に設けられる(第16図)。
Mask 44 has no openings at positions corresponding to via holes 42; via holes 36 are filled with a combustible material, such as terephthalic acid paste (see FIG. 18). Next, another mask 50 is provided having an aperture 52 that matches the via hole 42 . The mask 50 has no openings at the positions corresponding to the via holes 36, and the via holes 42 are made of molybdenum.
Filled with a conductive material such as paste. Also, in order to provide a connection path to pad 18, conductive path 2
2 is provided on the surface of layer 40 (FIG. 16).

次に、層40は既に組み立てられた多層基板14a乃至
14e八積層され、そして第20図に示された構造とな
るよう焼結される。この際、可燃性の物質48は熔融は
んだを受は入れるための空間であるバイア孔36を残す
よう焼失する。モリブデンの導電路20の露出面を被覆
するために、ニッケル又は金がバイア孔36の底面にメ
ッキされ、その後、はんだボールがバイア孔36の中に
セットされ、そして第21図に示されたようにパイア孔
36を充填するようリフローされる。他の方法として、
超音波を用いてはんだ浴に浸漬することにより、はんだ
ラミネーションにより、又ははんだ蒸着によりバイア孔
36にはんだを充填してリフローすることも可能である
。はんだによる汚染を避けるために、臨時の保護被覆を
基板の他の面に施すことも出来る。最後に、標準のC−
4はんだボールを下面に取付けられているチップ10が
基板14と接触して置かれ、はんだボールがバイア孔3
6中のはんだと接触する。かくして、はんだはリフロー
され、そして第6図に示されたような延長されたC−4
柱が作られる。
Next, layer 40 is laminated onto the previously assembled multilayer substrates 14a-14e and sintered to form the structure shown in FIG. At this time, the combustible material 48 is burned away leaving a via hole 36 which is a space for receiving molten solder. To coat the exposed surface of the molybdenum conductive track 20, nickel or gold is plated on the bottom of the via hole 36, and then a solder ball is set into the via hole 36 and as shown in FIG. It is then reflowed to fill the pipe hole 36. As another method,
The via holes 36 can also be filled with solder and reflowed by immersion in a solder bath using ultrasound, by solder lamination, or by solder evaporation. Temporary protective coatings can also be applied to other sides of the board to avoid solder contamination. Finally, the standard C-
A chip 10 with 4 solder balls attached to its underside is placed in contact with the substrate 14, with the solder balls attached to the via holes 3
Contact with the solder in 6. The solder is thus reflowed and the extended C-4 as shown in FIG.
A pillar is made.

導電路20の上端面を適当なダイで下方に加圧すること
によって、0.025ミリメートル乃至0゜125ミリ
メートルの深さを有する窪みを作るエンボス技術を使っ
て、上部層40にバイア孔36を形成することもまた本
発明の技術範囲に属する。成る応用例では、剪断ひずみ
が周辺部よりずっと小さい接続体マトリックスの中心部
は通常の接続体を用い、接続体マトリックスの周辺部の
みにはんだダムを有するC−4柱を用いる場合がある。
Via holes 36 are formed in the upper layer 40 using an embossing technique that creates a recess having a depth of 0.025 mm to 0.125 mm by pressing the upper end surface of the conductive path 20 downward with a suitable die. It is also within the scope of the present invention to do so. In some applications, the center of the connector matrix, where the shear strain is much lower than the periphery, may use regular connectors, and only the periphery of the connector matrix may use C-4 pillars with solder dams.

現在用いられている信頼性のあるC−4のデザインにお
いては、約0.127ミリメードルのC−4ボールの1
7X17のマトリックスを中心間隔0.254ミリメー
トルで使用出来る。第16図に示された構造を用いた場
合は、0.127ミリメードルの深さの窪みのマトリッ
クスが、現在許容されている疲労ひずみレベルにおいて
、42X42のC−4柱のマトリックスをサポートする
のに使うことが出来る。
The reliable C-4 design currently in use uses a C-4 ball of approximately 0.127 millimeters.
A 7×17 matrix can be used with a center spacing of 0.254 mm. Using the structure shown in Figure 16, a matrix of 0.127 mm deep depressions would support a matrix of 42x42 C-4 columns at currently allowed fatigue strain levels. It can be used.

もし、通常の0.127ミリメードルのはんだボールが
バイア孔36中の厚み0.127ミリメードルのはんだ
柱へ第10図のように結合されたならば、約297℃の
りフロ一温度と約85℃の動作温度との間におけるはん
だの体積収縮及び熱的縮みの差によって、約−0,01
56の縮み差ΔL/Lを生ずる。直径が0.127ミリ
メードルのバイア孔に対して、この縮み率は、動作温度
において、バイア孔及びC−4柱の間に約99゜lXl
0−5ミリメートルの空隙Δ(第15図)を生ずる。第
12図に示されたように、外側のC−4柱は室温におい
て極端な位置にゆがめられ、そのバイア孔の反対側の内
壁に実際上接触する。
If a normal 0.127mm solder ball is bonded to a 0.127mm thick solder post in the via hole 36 as shown in Figure 10, the temperature will be approximately 297°C and the temperature will be approximately 85°C. Due to the difference in volumetric shrinkage and thermal shrinkage of the solder between the operating temperature and the
This results in a shrinkage difference ΔL/L of 56. For a via hole with a diameter of 0.127 millimeters, this shrinkage rate is approximately 99° lXl between the via hole and the C-4 column at operating temperature.
This creates an air gap Δ (FIG. 15) of 0-5 mm. As shown in FIG. 12, the outer C-4 pillar is distorted to an extreme position at room temperature, effectively touching the inner wall opposite the via hole.

外側のC−4柱が過度の剪断ひずみを受けず、且つその
バイア孔の反対側の内壁に接触しないようにするために
、第16図においては等式(8)、(9)及び(10)
の条件が満足されなければならない。
Equations (8), (9), and (10) are used in FIG. )
The following conditions must be met.

そのような場合、若しγmが0.0094に等しく、α
bが6 、5 X 10−’/に@に等しく、且っα 
が2 、5 X 10””/に’に等しければ、C−4
柱の最大の横方向変位、δは177.8XIO−5ミリ
メートルである。はんだ柱のマトリックスの一辺のはん
だ柱の最大数をnとし、はんだ柱の中心間の間隔をaと
すると、等式(10)におけるLの値は(n−1)aに
等しいから、1つの辺上のはんだ柱の最大数は、従来技
術が17であるのに対し、本発明では約42にすること
が出来る。最外端にあるC−4柱はそのバイア孔の反対
側の内壁に接触するまで変形しない。
In such case, if γm is equal to 0.0094 and α
b is equal to 6, 5 x 10-'/ and α
is equal to 2,5 x 10''/', then C-4
The maximum lateral displacement of the column, δ, is 177.8XIO-5 mm. If the maximum number of solder pillars on one side of the solder pillar matrix is n, and the spacing between the centers of solder pillars is a, then the value of L in equation (10) is equal to (n-1)a, so one The maximum number of solder pillars on a side can be approximately 42 in the present invention, compared to 17 in the prior art. The outermost C-4 pillar does not deform until it contacts the inner wall opposite its via hole.

第22図は別の構成例を示しており、この場合、基板1
4は第16図乃至第21図に示されたタイプのはんだ柱
のための窪みが設けられており、一方、チップ10にも
また第1図に示されたタイプのはんだ柱のための窪みが
設けられている。チップ10又はチップ10及び基板1
4の両方の接続点のすべての接続点、又は選ばれ接続点
だけにこのような窪みすなわちはんだダムを設けること
は本発明の技術範囲に属する。
FIG. 22 shows another configuration example, in which the substrate 1
4 is provided with a recess for a solder post of the type shown in FIGS. 16 to 21, while the chip 10 is also provided with a recess for a solder post of the type shown in FIG. It is provided. Chip 10 or chip 10 and substrate 1
It is within the scope of the present invention to provide such recesses or solder dams at all or only selected connection points of both connection points in FIG.

G0発明の詳細 な説明してきたように、本発明は従来のC−4接続体に
比べて、より優れたはんだ接続体を与えるための新規な
C−4はんだ接続体の製造方法を提供することにより、
接続体同志がショートする問題を回避して、より大きな
サイズで且つより高密度の電子チップを使用することが
でき、結果として集積度を増大させ、コンピュータ等の
動作速度を向上し、製造効率を改善することが出来る。
G0 Invention As described in detail, the present invention provides a novel method for manufacturing a C-4 solder connection to provide a solder connection that is superior to conventional C-4 connections. According to
Avoiding the problem of short circuits between connectors, larger size and higher density electronic chips can be used, resulting in increased integration, faster computer operation, and improved manufacturing efficiency. It can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例の部分的断面図、第2図は結合
前の従来−のチップと基板を示す斜視図、第3図は従来
の接続構造を示す部分的断面図、第4図はリング状ダム
手段が基板の上面に与えられている構造の部分的断面図
、第5図は熱膨張の差によって第4図の構造が変形した
ことを示す部分的断面図、第6図はダム手段が基板の上
面の電気絶縁体物質の層により与えられている構造の部
分的断面図、第7@及び第8図は第6図に示された構造
の一部の断面図であって、異なった熱膨張及び収縮によ
って電気絶縁材料層を貫通する開孔がどのように変形す
るかを説明する図、第9図は第6図の構造の部分的断面
図であって、動作中の異なった熱膨張による接続子の変
形に対して、ダム手段の内壁がどのようにしてはんだ接
続体から離隔するかを説明する図、第10図乃至第15
図は第6図の構造の部分的断面図であって、リフローの
温度、室温及び動作温度において、チップの周辺部及び
チップの中央部における接続体の異なったひずみを説明
する図、第16図ははんだを受は入れるため適当な開孔
を有する最終セラミック層を与えることによってダム手
段が多層セラミック基板に形成された他の構造を室温の
状態で示す部分的断面図、第17図乃至第21図は第1
6図に示したタイプの基板を準備するためのステップを
説明するための図、第22図はダム手段が基板及びチッ
プの両方に設けられている第16図に示した構造の変形
を示す図である。 10・・・・チップ、12・・・・はんだボール、14
・・・・基板、16.18・・・・接続パッド、2o、
24・・・・導電路、26・・・・接続体、32・・・
・リング、3o、36.42・・・・バイア孔。 出願人  インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人  弁理士  山  本  仁  ′朗(外1名
) 第1図 従来校術 第2図 第3図 第7図          第8図 リフロー:l変時            リフし−X
 +L賄第10図      第11図 第12図        第13内 勤作温炭時         @作温良時第14図  
    第15図 第16図 第18図 第19図
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a conventional chip and substrate before bonding, FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a conventional connection structure, and FIG. Figure 5 is a partial cross-sectional view of a structure in which ring-shaped dam means are provided on the top surface of the substrate; Figure 5 is a partial cross-sectional view showing the structure of Figure 4 deformed due to differences in thermal expansion; Figure 6; 7 is a partial cross-sectional view of a structure in which the dam means is provided by a layer of electrically insulating material on the top surface of the substrate; FIGS. 7 and 8 are cross-sectional views of a portion of the structure shown in FIG. FIG. 9 is a partial cross-sectional view of the structure of FIG. 6 during operation. Figures 10 to 15 illustrating how the inner wall of the dam means separates from the solder connection with respect to deformation of the connector due to different thermal expansions;
16 is a partial cross-sectional view of the structure of FIG. 6, illustrating the different strains of the connector at the periphery of the chip and at the center of the chip at reflow temperature, room temperature and operating temperature; FIG. Figures 17-21 are partial cross-sectional views at room temperature showing other structures in which dam means are formed in a multilayer ceramic substrate by providing a final ceramic layer with suitable apertures for receiving solder; The figure is the first
Figure 22 is a diagram illustrating a modification of the structure shown in Figure 16 in which dam means are provided both on the substrate and on the chip; It is. 10... Chip, 12... Solder ball, 14
... Board, 16.18... Connection pad, 2o,
24... Conductive path, 26... Connection body, 32...
・Ring, 3o, 36.42... Via hole. Applicant International Business Machines Corporation Agent Patent attorney Hitoshi Yamamoto (1 other person) Figure 1 Conventional technique Figure 2 Figure 3 Figure 7 Figure 8 Reflow: l change time Refushi-X
+L supply Fig. 10 Fig. 11 Fig. 12 Fig. 13 When working at home to make heated coal @ When the production temperature is good Fig. 14
Figure 15 Figure 16 Figure 18 Figure 19

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基板と接続されるべき電気接続体のマトリックス
を有する電子回路装置において、 少くとも一部の上記電気接続体を取り囲み且つ中央の開
放空間部を限定する電気絶縁材料製のはんだダム手段と
、 上記中央の開放空間部に取り付けられ且つ上記ダム手段
から突出したはんだ柱と、 とを有する、はんだ接続体を有する電子回路装置。
(1) In an electronic circuit device having a matrix of electrical connections to be connected to a substrate, solder dam means made of electrically insulating material surrounding at least some of the electrical connections and defining a central open space; An electronic circuit device having a solder connection body, comprising: a solder post attached to the central open space and protruding from the dam means.
JP445786A 1985-02-15 1986-01-14 Circuit apparatus having solder connector Pending JPS61203648A (en)

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US702199 1985-02-15

Publications (1)

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JPS61203648A true JPS61203648A (en) 1986-09-09

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01218033A (en) * 1988-02-26 1989-08-31 Fujitsu Ltd Bump bonding structure
JP2007324418A (en) * 2006-06-01 2007-12-13 Fujitsu Ltd Semiconductor device, manufacturing method for solder bump connection board, and manufacturing method for semiconductor device

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