501242 A7 B7 五、發明説明（1 ) 技術領域 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於將具有LSI晶片等的半導體晶片搭載於 有機材料的載基板的構造的半導體封裝。 背景技術 習知以覆晶方式將半導體晶片連接於基板的方式，使 用銲錫凸塊（Solder bump)的方式已知爲C4技術。其係在 晶片側的A1電極銲墊（Pad)上透過阻障金屬（Barrier metal) 形成銲錫凸塊，在基板側的連接端子施以銲錫濡濕性良好 的鍍Au，以無助銲劑（Flux)在非氧化性環境中回銲（ Reflow )銲錫而接合的方法。基板爲陶瓷的情形是氣密密 封而使用，基板爲有機基板的情形，在晶片與樹脂之間塡 充調整熱膨脹率的樹脂與矽的化合物以提升銲錫接合部的 可靠度而使用。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另一方面，不使用銲錫的Au凸塊/ Αιι銲墊的覆晶 (Flip chip)接合在以往以來，已知有熱壓接法或超音波倂 用熱壓接法。習知以來所進行的熱壓接的條件爲加熱溫度 3 50°C、負荷150〜250g/凸塊，凸塊數未滿50個的等級的 晶片被接合著。又，於超音波倂用熱壓接法中，以加熱溫 度200°C、負荷300g，6凸塊左右的晶片被接合著。在任 何一種的情形，載基板爲陶瓷製。在熱壓接法中，藉提升 加熱溫度雖可使負荷降低，即使如此，也需要1 50g/凸塊 。又，在超音波倂用熱壓接法中，雖然使加熱溫度降低至 200°C，但是負荷高至300g/凸塊。此係爲了在大氣中確實 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 501242 A7 B7 五、發明説明（2) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 接合Au/Au，而做種種檢討所發現的條件，在此以下的溫 度或負荷條件中因接合變得不安定，故無法適用於實際的 產品組裝。在上述的兩壓接法中，Au凸塊的壓接形狀成 爲代表尺寸爲厚度15〜25//m、直徑150//m以上的大大 壓潰形狀的接合部。 又，習知的其它的Au凸塊/ Au銲墊連接法，已知爲 在兩者之間利用導電性樹脂爲黏著劑進行加熱壓接的連接 方法。在此方法中，藉由在晶片與基板間塡充樹脂固定， 成爲可以獲得指定的長期可靠度的構造。 最近的LSI晶片由於超微細配線技術的開發，使高積 集化進行，晶片的多針腳（Pin)化或伴隨晶片收縮的窄銲 墊間距化急速進展。在將這些晶片構裝於封裝的情形，以 習知的周邊銲墊的接合技術會產生兩個問題。即因在TAB 或銲線等中，可以接合的銲墊間距（Pitch)的界限爲40// m 等級，以及無法以最短路徑連接由晶片的端子到封裝的外 部端子爲止的配線，故配線阻抗增加，於信號傳送產生延 遲，降低處理速度的兩個問題。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 對應此的方法爲：將晶片的電極端子在晶片全面配置 爲區域狀而構裝的方法。在習知的大型計算機等的領域已 經被採用的銲錫凸塊接合法（C4 )雖然可以解決上述兩 個問題’但是’在適用於半導體封裝的情形’由於婷錫溫 度的點產生問題。即在大型計算機中，晶片的銲錫材料由 於進行之後的階層錫焊的必要性，使用高熔點銲錫（熔點 爲300°C的95Pb-5Sn銲錫）。一般錫焊溫·度比銲錫的熔點 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇><297公釐） -5- 501242 A7 B7_____ 五、發明説明（3) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 約高50°C左右爲適合，故基板材料在並不是陶瓷而是有 機材料的情形，由於基板的熱劣化，故無法使用此高熔點 銲錫。假如使用在200°C〜240°C的範圍具有固相溫度的 銲錫，在將半導體封裝搭載於配線基板的共晶錫銲製程中 ，封裝內部的銲錫接合部部份地再熔解，產生發生斷線不 良的問題。即在半導體封裝的內部連接中，必須實現以 250°C以下的低的連接溫度，具有250°C以上的耐熱性的 連接部。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 適合此要求的接合法有使用Au凸塊的覆晶接合法。 此接合法係將高熔點接合性優異的Au作成凸塊狀，倂用 加熱或超音波，以固相壓接的方法，故以低的接合溫度可 以獲得有耐熱性的接合部。但是，習知的Au凸塊接合法 每一個凸塊的接合負荷需要300g，實際上如考慮1〇〇至 2000凸塊左右的晶片，施加於晶片的負荷成爲30〜600kg ，加壓工具的一端接觸等使晶片的缺陷或破裂產生成爲大 問題。可以施加於晶片的最大負荷經驗上被認爲係20〜 80kg的左右，故若不能以每一凸塊的接合負荷爲20〜80g 的條件進行可靠度高的接合的話，實際的適用有困難。以 習知的熱壓接法如提升接合溫度，雖然可以低負荷條件做 可靠度高的接合，但是因基板爲有機材料，由熱損傷的觀 點，加熱溫度即使爲有耐熱性的聚亞醯胺（ρ ο 1 y i m i d e )也 無法提升至250°C、在環氧樹脂系也無法提升至200°C以 上。在以低的加熱溫度與比較低的負荷進行有可靠度的接 合的超音波倂用熱壓加法中，爲了獲得有可靠度的接合部 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' 501242 A7 B7 五、發明説明（4) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ’需要高的超音波能量，由於超音波振動，有損傷晶片的 問題。又，因加熱壓接與超音波壓接的任何一種，接合後 的凸塊壓接形狀都成爲顯著壓潰的形狀，故藉由晶片收縮 使銲墊間距窄間距化至200 // m左右的話，由於凸塊變形 造成與鄰接銲墊的短路成爲問題。同時，因凸塊間的空隙 爲高度20// m左右，鄰接間隔成爲50// m，在塡充樹脂的 情形，容易產生空隙，塡膠（underfill )的塡充變得困難 ’也有封裝的可靠度降低的問題。 相對於此，使用Au凸塊與導電性樹脂的方法，連接 條件由於是以低的加熱溫度·低的接合負荷壓接的方法， 故可減小凸塊的變形而連接。又因是在連接製程中，.在晶 片與基板間預先塡充樹脂後進行壓接的方法，不會有空隙 等的產生，可以組裝良好的封裝。但是，導電性樹脂的情 形，由於吸收溼氣的體積膨脹，導電性粒子的接觸狀態變 差，有電阻隨著時間而增加的可靠度上的問題。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另一方面最近的降低封裝成本策略，在晶圓階段組裝 成封裝的方式的晶片規模封裝被提出。雖然一般採用對配 線基板的封裝的構裝透過銲錫球凸塊而接合的構造，惟在 無藉由塡膠的樹脂補強以確保該銲錫接合部的可靠度於封 裝的搭載構裝成本或確保修護性上很重要。因此，爲了防 止由於Si晶片的熱膨賬率與配線基板的熱膨脹率的差所 產生的熱變形集中於銲錫接合部，在銲錫部以外需要使熱 變形緩和的構造。因此，在B G A封裝中，一般採用使用 有機載基板的構造。但是，若在晶圓狀態下與載基板接合 本紙張尺度刺巾關家標準（CNS ) A4規格（21GX 297公釐) ~ 501242 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（5) 的話，由於載基板的熱膨脹與Si晶圓的熱膨脹的差，在 晶圓周邊的接合部產生與晶圓尺寸成比例的大的變形。產 生的變形的大小與接合溫度成比例，反比例於凸塊高。在 透過習知的銲錫的接合中，在晶圓周邊的接合部產生與晶 圓尺寸成比例的大的變形。產生的變形的大小與接合溫度 成比例，反比例於凸塊高。在透過習知的銲錫的接合中， 由對配線基板的構裝的耐錫銲性的觀點，封裝組裝的錫銲 溫度必然變高，因此由變形變大以及銲錫強度變弱的理由 ，在接合後，將工件冷卻至室溫時，有在晶圓周邊的銲錫 接合部產生大的變形而破損的問題。另一方面，在使用 Au凸塊的接合構造中，吸收分子的脫離與由於界面擴散 的接合性改善的點，習知技術的可能接合的加熱溫度在 70°C以上，又，在200°C以下的低溫中，Au凸塊的大幅塑 性變形爲接合不可欠缺的要素之故，要將壓接後的形狀提 升爲縱橫比（高度/直徑的比）在1 / 5以上有其困難。 特別是在接合溫度爲130°C以下，縱橫比顯著低至1/ 10 以下。如利用第1 9圖所示構造模型槪算接合溫度假定爲 7〇°C的情形的接合體的熱變形，晶圓尺寸在8英吋的情形 ，由Si的熱膨脹率a = 3x 10_6/ K與載帶基板的熱膨脹 率a = 15x 1(Τ6/ K的差，在晶圓周邊的凸塊接合部可以 確認0.060mm的偏差產生。此偏差以凸塊的變形與基板 的變形以及Si晶圓的變形吸收。因此，此時的Si晶圓與 載基板間的變形的分擔係由各構件的應力平衡槪算。各構 件的楊氏係數爲Si : 190Gpa、Au凸塊：88Gpa、聚亞醯胺 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 501242 A7 _______ B7 ___ 五、發明説明（6) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 基板：9 G p a，剖面比率由構件的厚度與A u凸塊的空間體 積比率決定之故，設凸塊高爲Η、Au凸塊的上下的剪斷 方向的偏差爲△，凸塊的拉伸方向的主變形（ε )以2次 元模型，ε = ( ( Η2+Δ 2) W2-H) /Η表示，凸塊高與主變 形的關係成爲第2 0圖所示的曲線。另一方面，Au凸塊 的延伸爲依存於材質者，在以電鍍或球銲形成的情形，爲 3〜6%，在主變形超過此値的條件下，Au凸塊破壞。即在 接合溫度70°C的情形，即使具有充分的接合強度的凸塊 ，凸塊高度也需要50// m以上，在接合溫度200°C的情形 ，凸塊高度需要80 // m以上。假如，在晶片或基板與Au 凸塊的接合強度弱的情形，需要更高的凸塊高度。因此， Au凸塊高度在接合後的熱收縮Au凸塊不破壞的最小的高 度，即在接合溫度70°C的情形，凸塊高度爲50 // m的情 形，壓接直徑成爲500 // m以上，接合溫度200°C的情形 ，凸塊高度爲80 // m的情形，壓接直徑成爲400 // m以上 。因此，如考慮壓接直徑的偏差或形狀的偏差，要使凸塊 間距窄間距化爲500 // m以下有其困難。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明的揭示 本發明的目的在於提供：收容超多針腳或高速動作的 LSI晶片等的半導體晶片，可以最大限度擷取該晶片性能 ，而且，內部連接部的耐熱性與可靠度高的半導體封裝。 又，提供具備實現該半導體封裝所必要的低溫製程與量產 性與良好良率的晶片/基板間的覆晶接合方法以及裝置。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' -9- 501242 A7 _ B7 五、發明説明（7) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明的其它目的在於提供：在以晶圓等級構裝的情 形，於接合晶圓與有機載基板後的冷卻過程中，不會引起 由於熱變形的接合部損傷的問題的構裝構造，而且，可以 使凸塊間距變小的構裝構造，提供在晶圓階段的低成本的 封裝構裝方法。 於依據本發明的半導體封裝的構造中，作成有機載基 板與半導體晶片在50 // m以上分離的狀態，基板與晶片 以被配置爲區域狀的Au凸塊爲中間材，金屬地被強固接 合，在兩者之間隙塡充樹脂的構造。又，於依據本發明的 接合方法中，覆晶接合面的材料構成爲Au/ Au，規定該 接合表面的潔淨度，水分含有量在水蒸汽分壓：l〇〇Pa以 下的乾燥環境中，加熱壓接或施加摩擦或弱超音波振動以 加熱壓接。藉由此接合方法，可以製造依據上述本發明的 半導體封裝。 以下，就成爲本發明的基本的本發明者的檢討結果等 ，若干具體地敘述的。 一般，Au係強度14〜25kg/mm2的左右，又，並非 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 加工硬化的材料之故，疲勞壽命與銲錫材料相比，長1位 數以上，如可以Au凸塊做覆晶接合，封裝的溫度循環可 靠度提升。但是，如不顯著壓潰Αιι凸塊，無法獲得具有 充分結合強度的有可靠度的接合部之故，存在由於接合負 荷或超音波振動的晶片的損傷的問題，或晶片與基板間之 間隙變得過窄之故，無法充分進行樹脂的塡充的問題。因 此，在使用有機基板的半導體封裝中，Au凸塊的適用很 本紙張尺度適财關家縣（CNS ) A4規格（21GX297公釐) 一 " -10- 501242 A7 B7 五、發明説明（8) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 難。另一方面’於Au或Ag等的貴金屬的接合中，在超 高真空中’如潔淨化表面，在常溫而且低負荷的條件，可 以使凸塊的變形抑制得小而壓接。但是，於適用於半導體 封裝的量產線上’在真空中潔淨化後，對位晶片與基板的 處理機構與該製程的生產節拍（tact )有問題，在量產性 與生產成本的點，於實際產品的適用上有其困難。成爲問 題的理由爲：在真空中挾持晶片或基板的手段困難，或以 可以在真空排氣的材料構成對位機構部的情形的裝置成本 高、在真空中’如高速驅動，可動部容易引起摩耗或凝結 ’裝置壽命變短等。假如，在常壓下的條件，有可以獲得 與真空中同等的接合性的接合方法，可以解決上述問題， 可以容易進行晶片與基板的處理，可以使各機構部的驅動 高速動作。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 我們依據此種想法，於表面潔淨狀態與接合狀態中， 進行種種的檢討。第1 2圖係顯示接合環境爲大氣中以及 氮氣中的情形，於Au蒸鍍膜在100°C的加熱溫度超音波 接合Au球時的接合結果。接合負荷爲50g。橫軸爲超音 波輸出，縱軸爲接合強度成爲1 6g以上的比例。Au膜表 面的處理在各環境的情形，皆係描繪未處理的情形與離子 照射進行潔淨化的情形的接合結果。可以獲得銲線成功率 :100%的超音波輸出，在表面潔淨化於氮氣中接合的情 形，可以超音波輸出OmW，即只是負荷而能夠接合，在 氮氣中，即使不潔淨化，以1.4mW到達100%。另一方面 ，在大氣中的情形，即使潔淨化，可以獲得銲線成功率： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X297公釐） _ 11 _ 501242 A7 B7 五、發明説明（9) 100%爲15mW，在不潔淨化的情形，需要151mW。即在氮 氣中於沒有潔淨化的面接合比潔淨化而在大氣中接合，其 接合性還好。第1 3圖係顯示以俄歇（Anger)分析調查 表面的污染狀態的結果。在未處理的試料中，很淸楚有機 物污染或S污染很顯著，表面的Au濃度也低至33原子％ 。另一方面，施以表面潔淨化處理的試料即使曝露於氮氣 或大氣，污染左右與未處理相比爲低，表面的Au濃度也 維持在55〜61 %原子的高水準。如此，於Αιι彼此的接合 中，不只以表面的污染左右決定接合性，環境氣體的影響 大。 因此，接著爲了調查環境氣體的哪種東西使接合性變 差，進行大氣的氣體分析，檢討氮氣以外的含有氣體的對 接合性的影響。第1 4圖係顯示大氣（空氣）的氣體組成 。對接合性造成影響的氣體被認爲係氧氣以及水分。因此 ，製作包含這些氣體的環境氣體，在其中進行接合，比較 接合性。第1 5圖係顯示於Ar氣體包含氧氣或水分的氣 體與空氣以及氮氣環境氣體中接合時的接合結果。斜線部 份爲可以獲得銲線成功率·’ 100%的超音波輸出區域。氧 氣完全對接合性沒有給予影響，了解到係水分不好。第 1 6係顯示環境氣體中的水分含有量與可以獲得銲線成功 率100 %的最小超音波輸出的關係。在兩者之間明白確認 相關關係，在水分含有量〇·〇3〜0.1 vol%附近，接合性急 速變差。即環境氣體中的水分含有量如在〇.〇3〜0.1 vol% 以下，藉由進行表面潔淨化處理，以接合溫度100°C、接 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣·
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12- 501242 A7 B7 五、發明説明（1C) 口負何50g的低溫·低負荷條件，可以將Au球與Au銲 墊壓接爲接合強度1 6g以上。由這些的結果，在Au的接 合中，明白接合環境氣體中的水分的管理非常重要。又， 水分管理如果充分，如將Au接合表面潔淨化處理爲All 《辰度成爲2 0原子％以上，可以獲得充分的接合強度。 如應用此結果，藉由在管理表面潔淨化處理與水分的 環境氣體中組合接合方法，將形成Au凸塊的晶片於有機 基板上的Αιι銲墊或Au凸塊，以負荷$ 50g/凸塊、接合溫 度：1 00〜2 00°C的條件，可以抑制凸塊的變形，能夠高強 度接合。換言的，藉由適用控制表面潔淨化與環境氣體的 Au凸塊/ Αιι銲墊的接合方法，能夠實現可以收容超多針 腳或高速動作的LSI晶片，最大限度擷取該晶片的性能， 而且，接合部的長期可靠度高的封裝。而且，可以量產性 好，而且良好的良率組裝該半導體封裝。 將藉由此方法組裝半導體封裝，進行可靠度試驗的結 果顯示於第1 7圖、第1 8圖。第1 7圖係顯示種種改變 Au凸塊高度的封裝的溫度循環試驗結果。晶片尺寸爲 5 m m〜1 0 m m四方。在凸塊高度與破壞壽命之間明顯有相關 ，超過實用上必要的1000次爲凸塊高度約50 // m以上。 又，第1 8圖係顯示調查重複銲錫回銲的情形的凸塊接合 強度與破壞產生率的關係的結果。凸塊強度在20g中，雖 然少但是可以見到破壞的發生。因此，由封裝的可靠度的 點，期望凸塊高：50// m以上，凸塊強度：30g以上。 接著，考慮晶圓等級的載基板的接合。如適用依據本 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501242 A7 ____B7____ 五、發明説明（11) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 發明的接合方法，於接合溫度70°C〜100°C下，可以第 1 2圖所示的小的壓壞率接合。Si晶圓與載基板間的變 形於第1 9圖的模型條件中，約60 // m，具有第2 0圖所 示的凸塊高與主變形的關係。如使接合溫度爲70°C、凸 塊局度爲50//m，主變形成爲約3%，產生13〜20 kg/ mm2的應力。假如，Au凸塊的接合界面強度比此値 還弱，因在界面破壞，故有必要使接合強度充分高。在習 知上，如不使凸塊壓潰率在50%以上，無法獲得充分的接 合強度，故爲了使凸塊高在50 // m，凸塊直徑成爲420 // m，500 // m間距以下的實現有其困難，藉由採用潔淨化 表面，於乾環境中進行銲線的方式，以壓潰率22%、縱橫 比0 · 5 2可以接合。因此，可以壓接直徑1 〇〇 // m實現凸塊 高50// m。即200 // m間距的銲線成爲可能。又相反地， 使凸塊直徑在200 // m，使凸塊高爲1〇〇 // m，可以使變形 降低爲0.3%，凸塊內的產生應力爲2.6kg/ mm2，被抑制 在彈性範圍的變形，故完全沒有接合部的破壞之虞。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 依據上述的檢討，乃完成之後詳述的Au表面的潔淨 化以及照料到接合環境的水分量的接合方法的本發明。而 且，藉由依據本發明的接合方法，可以獲得如下的新的各 半導體封裝。 1 )半導體晶片的電極端子與有機基板的內部連接端 子透過直徑300//m以下、高度50//m以上，而且高度/ 直徑的比在1 / 5以上的Au凸塊被接合的半導體封裝。 2 )半導體晶片的複數個電極端子與在有機基板中， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X297公釐）~ — -14 - 501242 A7 B7 五、發明説明（θ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 與這些電極端子相同尺寸被排列的複數個內部連接端子透 過Au凸塊被連接，而且，有機基板的複數個外部連接端 子係以液相溫度1 90 // m以上的銲錫凸塊所構成的半導體 封裝。 3)半導體晶片與有機基板的複數個內部連接端子透 過間距400 // m以下的Αιι凸塊被覆晶接合，於有機基板 中，外部連接端子的區域與內部連接端子的區域藉由縫隙 被分割，外部連接端子與內部連接端子以通過縫隙的配線 被接線的半導體封裝。 4 )半導體晶片與在有機基板中，被配置爲區域狀的 複數個內部連接端子透過Au凸塊以面朝下方式被接合， 內部連接端子的區域與外部連接端子的區域在投影面上重 疊的半導體封裝。 5 )具有電極端子，以1 mm以下之間隙被配置的複數 個半導體晶片與有機基板的複數個內部連接端子透過Au 凸塊被連接，有機基板的外部連接端子以液相溫度1 90°C 以上的銲錫凸塊構成的半導體封裝。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，於上述各半導體封裝中，在半導體晶片與有機基 板之間，最好塡充樹脂。 實施發明用的較佳形態 以下，利用圖面詳細說明本發明的實施例。 第1圖係顯示依據本發明的半導體封裝的剖面構造。 圖中，在半導體晶片1 (以下，記爲晶片1 )的A1或Au 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -15- 501242 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 _五、發明説明（θ 電極靜墊2，A u凸塊7藉由球歸線被形成。有機載基板 係由：有機絕緣板3、以及被設置於有機絕緣板3的一方 的表面的內部連接端子4、以及被設置在一方的表面的裏 面的外部連接端子5、以及覆蓋外部連接端子5的周圍的 絕緣板表面的鍍保護層（Resist) 6構成。內部連接端子4 以及外部連接端子5係藉由貼合Cu電鍍或Cu箔進行鈾 刻的方法而形成，各連接端子間藉由設置於有機絕緣板3 的通孔與配線被導通接線。在各連接端子中’於底層施以 N i或P d電鍍後，在最表面施以鍍A u。封裝的組裝係在 載基板的內部連接端子4藉由球銲線形成Au凸塊8，與 晶片1的A u凸塊6對位，使A U彼此相接的搭載，使其 的環境真空排氣爲IPa以下，加熱爲150〜250°C進行加 壓接合。負荷爲30〜80g/凸塊，凸塊不過度壓潰地進行變 形量控制而接合。 第2圖係顯示藉由球銲線所形成的初期的Au凸塊形 狀。晶片側的球凸塊形狀（A )係使壓接直徑Dc成爲110 土 1 0 // m、毛細管工具的前端面接觸的肩部的高度He成爲 25± 5 // m、凸塊中央的突起部份的直徑Dh成爲50 // m、 該部份的高度Hh成爲50土 10 // m地選擇放電或銲線條件 與毛細管工具形狀。接合強度可以獲得剪斷強度在80g以 上。另一方面，基板側的球凸塊形狀（B )係以比晶片側 還使球的變形小，肩部的高度Hk成爲高至40± 1 0 // m的 左右的條件接合。在此情形的球銲線中，爲了提升接合性 ’在銲線的前，濺鍍基板的接合端子表面。接合強度可以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -16 - 501242 A7 B7 _ 五、發明説明（塒 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 獲得在50g以上。壓接此兩者的凸塊後的形狀爲以凸塊中 央的突起部份，成爲凸塊彼此金屬地接合的狀懸地以變形 量控制以控制凸塊的壓潰量而接合。在被接合的凸塊柱中 ，中間變爲最細的部份被形成在凸塊彼此的接合部份’在 強度的點也是該接合界面成爲最低。壓接後的晶片/基板 間的高度Η可以獲得70± 1 0 // m的左右’壓接後置於大 氣中，於基板形成堤（d a m ) 1 9 ’流入流動性高的樹脂9 使的硬化，最後在外部連接端子形成銲錫凸塊1 〇完成封 裝。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如依據本實施例，具有如下的效果。1 )以覆晶接合 方式連接晶片的A1電極銲墊與有機載基板的內部連接端 子間之故，即使爲多針腳的LSI晶片’將銲墊配置爲區域 狀可以緩和銲墊間距而接合，可以構裝於半導體封裝。2 )爲以最短距離電氣地導通晶片與有機載基板間的構造， 故可以構成傳送速度快的封裝，可以實現充分擷取高速處 理的LSI晶片的性能的封裝。3 )晶片與基板間分開50 // m以上而被接合，故產生於A u凸塊柱的變形變小。4 ) 係以Au凸塊柱的中央部吸收由於晶片與基板間的熱膨脹 差所導致的變形的構造，故在最弱的A1銲墊/ Au凸塊接 合界面不會施加高應力。5 ) Au與銲錫相比，高強度、疲 勞壽命長，封裝內接合部的溫度循環壽命長。6 )在印刷 電路基板搭載封裝的情形，外部連接端子被形成在具有與 電路基板相同的熱膨脹係數的有機載基板上，故在接合兩 者的銲錫凸塊不會產生大的熱變形。7 )藉由3 )〜6 )， I紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 501242 A7 _______B7 __ 五、發明説明（1今 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 封裝的內部以及外部接合部的溫度循環可靠度顯著變高。 又，藉由新的接合組裝製程的採用，以小的接合負荷條件 ，可以進行高強度的接合，故接合製程的晶片損傷的危險 性減少，可以實現良率高的構裝製程。即不損傷性能地可 高速地將超多針腳的LSI晶片以高的良率構裝於可靠度高 的半導體封裝。 進而，如依據本發明，以面朝下方式連接在晶片投影 區域內完成，故可以使複數個晶片接近構裝。因此，於多 晶片封裝中，可以大幅小型化封裝尺寸。又，封裝內的接 合部的耐熱性與習知的Au銲線方式的封裝相同，故與習 知相同地，可以銲錫回銲製程進行對電路基板的構裝。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第3圖係顯示依據本發明的其它的實施例的半導體封 裝的剖面構造。圖中，有機載基板係使用：以與設置開口 部的聚亞醯胺膠帶13被圖案化，使相同的Cu銲墊（land )的表裏兩面分別爲內部以及外部連接端子的內部·外兼 用連接端子14所構成的膠帶基板。連接端子的兩面爲： 底層被施以鍍Ni，最表面被施以鍍Au。在開口部側的內 部連接端子形成Au凸塊16，被與被形成在LSI晶片1 1 的A1或Au電極1 2的上的Au凸塊15接合。Au凸塊的 接合方法如下述。首先，將基板側的A u凸塊表面藉由A r 濺鍍而潔淨化，不暴露於大氣地將基板傳入水蒸汽分壓 lOOPa以下的乾燥的環境的接合室。形成Au凸塊的晶片 在真空室加熱，使吸附水分脫離而傳入接合室。在接合室 使兩者的Au凸塊對位，將晶片以面朝下方式搭載於基板 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X297公釐） 501242 A7 B7 五、發明説明（ 上，由晶片側以接合工具加熱加壓，施加5〜1 0 // m的數 次的摩擦或超音波振動而接合。此時，藉由變形量控制， 防止Au凸塊的過大的壓潰，確保晶片/基板間的空隙在 5 0 // m以上。於晶片/基板間之間隙塡充樹脂1 7使的硬 化後，在基板的外部連接端子形成無鉛的液相溫度1 90°C 〜23 0°C的銲錫凸塊18。在本封裝中，晶片與膠帶基板的 尺寸被設計爲相同。 如依據本實施例，藉由與第1圖的實施例相同的理由 ，具有在不損及特性下，可以將超高速處理的LSI晶片構 裝於小型的封裝。同時，可以使搭載於電路基板的情形的 封裝的內外接合部的長期可靠度提高的效果。又，也具有 大幅小型化多晶片封裝的情形的封裝尺寸的效果。 進而，如依據本實施例，晶片與膠帶基板的尺寸相同 ，成爲接合地方在投影面上全部被收容在晶片面的內部的 構造。因此，可以將具有Au凸塊的複數個半導體積體電 路裝置（例如LSI )被形成在一片Si晶圓上者搭載構裝 於複數個封裝份的圖案被形成的膠帶基板，藉由在銲錫凸 塊形成後的最終製程切斷分離，能夠總括組裝複數個晶片 尺寸封裝，能夠大幅降低生產成本。又詳細的製法與第1 圖的實施例相同。 又本實施例係合適於200針腳以下的情形。 第4圖係顯示依據本發明的其它的半導體封裝的剖面 構造。又，第5圖係顯示被使用於第4圖的有機載基板的 平面圖。有機載基板係以聚亞醯胺膠帶23以及被黏著於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2Κ)Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -19- 501242 A7 B7 五、發明説明（ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 該膠帶，被蝕刻的Cu箔圖案所構成的膠帶基板。於聚亞 醯胺膠帶上在外部連接端子部以及內部連接端子區域2 4 與外部連接端子區域2 5的邊界設置開口部。後者的開口 部的縫隙29爲內部連接區域的膠帶的變形不傳達於外部 連接區域的左右的大小。C u箔圖案係由內部·外部連接 端子2 6、27與通過縫隙29的配線部28構成。膠帶基 板的被鍍Au的內部連接端子26與被形成在晶片2 1的電 極端子2 2的Au凸塊30被金屬地接合。接合方法爲： 首先，將膠帶基板的內部連接端子表面以Ar離子電鍍潔 淨化，在水蒸汽分壓l〇〇Pa以下的乾燥環境中定位搭載晶 片，使全體的溫度加熱至200°C，由晶片側施加壓力與超 音波振動進行壓接。在外部連接端子區域的晶片搭載側以 黏著劑3 2貼合具有與構裝封裝的電路基板同等的熱膨脹 係數的補強板3 1。在晶片與基板間流入流動性高的樹脂 3 3固定。在注入樹脂時，不使由縫隙部2 9洩漏樹脂地 使用下擋板材料，縫隙部也以樹脂固定。因此，通過縫隙 的配線被以樹脂覆蓋保護。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如依據本實施例，可以使電極端子數超過1 50針腳的 超多針腳的LSI晶片以高熔點、疲勞壽命長、耐環境性高 的構件確實覆晶接合於膠帶基板的端子，故可以將超多針 腳·超高速處理的LSI晶片組裝於成本便宜而且在電路基 板構裝狀態的可靠度高的塑膠封裝。又，在將依據本實施 例的封裝搭載於電路基板時，由於晶片與在基板間的熱膨 脹差的熱變形在縫隙部被遮斷，外部連接端子區域的熱膨 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇χ297公釐） -20- 501242 A7 _ B7 五、發明説明（1$ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 脹係數幾乎與電路基板的熱膨脹係數相同。因此，不會在 銲錫凸塊連接部產生大的熱應力，銲錫凸塊連接部的溫度 循環壽命變得很長。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第6圖係顯示使本發明適用於複數個晶片以1 m m以 下之間隙被接近配置的多晶片封裝的實施例的封裝剖面構 造。圖中，在模組基板4 3的各面形成內部連接端子44 與外部連接端子45以及配線圖案。在內部連接端子對底 層實施厚的鍍Ni 4 7，在其上製作形成鍍Au 4 8的Au •凸塊。在晶片4 1的A1電極銲墊42，藉由打線接合（Wire bonding)法形成有Au柱狀凸塊46。Au凸塊彼此的接合係 箱由灑鑛潔淨化基板側的Au凸塊表面，不暴露於大氣地 傳入塡充氣密乾燥的環境氣體的接合室，晶片側的AlI凸 塊在真空中加熱處理，去除吸附的水分或有機物，使兩者 對位而相面對，施加加熱與加壓與摩擦振動而接合。於模 組基板接合複數個晶片，在晶片/基板間塡充樹脂4 9。 在模組基板的裏面形成與主基板連接用的液相溫度19(TC 以上的銲錫凸塊50。也可以代替銲錫凸塊代的以導線端 子，將導線端子錫銲於主基板的構造。 如依據本實施例，因模組基板與晶片的連接爲強度高 的Au凸塊彼此的金屬接合，故內部連接部的溫度循環可 靠度高，而且，因有耐熱性的接合部，故具有不存在對主 基板的錫銲的加熱溫度的限制的效果。又，使對模組基板 的晶片的搭載間隔可以接近至晶片彼此相接的狀態爲止而 構裝，也具有可以最小限度使模組的尺寸變小的效果。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' 一 -21 - 501242 Α7 Β7 五、發明説明（1令 第7圖係顯示依據本發明的接合方法的接合順序。以 球銲線法形成的Au凸塊具有：凸塊材質的Au純度高而 柔’在覆晶接合的前的製程中可以形成凸塊，故凸塊表面 的潔淨度高的特徵。因此，可以省略兩者的表面潔淨化處 理’於大氣壓下，在載基板上對位晶片搭載，在該狀態下 使周圍的環境真空排氣爲l〇〇Pa以下而加熱，使吸附於凸 塊表面的水分或有機物脫離進行加壓接合。此時，與加壓 一起，進行複數次振幅：數〜十數// m的摩擦或施以超音 波振動的話，可容易謀求接合強度的提升。晶片的定位係 在大氣中設置基板與晶片於接合裝置而進行，定位後以加 壓工具對晶片施以每一凸塊數g以下左右的負荷。如此， 防止加壓時的晶片與基板間的位置偏差的發生，儘可能使 曝露於真空環境的接合面積大，可以促進吸附物的脫離。 接合後，將附晶片的基板取出於大氣中，使液狀樹脂滲透 於晶片/基板間，在使氣泡脫氣後，藉由加熱使樹脂硬化 。之後，於載基板裏面的被鍍Au的外部連接端子塗佈銲 料，搭載銲錫球，藉由加熱，回銲銲錫以形成銲錫凸塊。 在使複數個封裝組裝於一片基板的情形，最後的製程爲進 行將封裝個別切開的切斷加工，完成組裝製程。 第8圖係顯示實現第7圖的接合方法用的接合裝置的 一構成例。圖中，真空排氣用的上處理室（chamber) 54 與下處理室51透過0型環6 1而氣密。在上處理室5 4 的中央部，對晶片6 8加壓用的加壓工具兼真空凸緣5 5 透過蛇腹氣密地被一體化。被固定於支持臂5 3的汽缸 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格U敵騰羡） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 501242 A7 B7 五、發明説明（2() (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 6 2被配置在凸緣的上部，該活塞7 5被安裝於凸緣，控 制凸緣的上下動作。上處理室與凸緣的動作獨立，可以上 下動’藉由被安裝於支持臂的驅動機構6 3而控制。上處 理室與凸緣的相對移動距離設計爲2 0 mm以上，以凸緣 在半導體晶片68施加低的負荷的狀態下，將上處理室往 上提起’可以將確認位置照相機插入處理室內而構成。在 A u凸塊6 9與A u銲墊7 1接觸的狀態下，供給設定半導 體晶片6 8以及載基板7 0的加熱工作台5 7在內部具備 加熱益60 ’進而’具備使工作台左右只有微量驅動用的 工作台驅動機構5 9。而且，加熱工作台被以具有支撐移 動與接合負何的任務的軸承5 8所支撐。真空排氣的空間 的大小設計爲可以收谷晶片與基板的最小的大小，使 l(T2t〇ir以下爲止的真空排氣時間成爲20秒以下而選擇真 空排氣泵6 4 °在使處理室回復爲大氣壓的洩漏氣體係使 用N2氣體6 6。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如依據本實施例，使接合機構配置於真空處理室的外 ，作成可以只使接合試料周邊真空排氣的構造，故在大氣 壓下對位後，至獲得接合所必要的真空環境爲止的所需要 時間被大幅縮短，可以在1分鐘以內的時間進行基板與曰日曰 片的對位真空排氣―加壓接合—大氣洩漏的1次的接合 製程’於量產品的生產上可以適用依據本發明的接合方法 。又，在加壓接合過程中，由基板側施加數V m左右的摩 擦之故，以低的負荷可以提升接合強度，也具有可Μ 低晶片損傷的可能性的效果。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐)~~'' ----— -23- 501242 A7 B7 五、發明説明（21) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第9圖係顯示依據本發明的接合方法的其它的接合順 序。藉由電鍍形成的Au銲墊或Au凸塊如形成厚至數// m 以上’在成本的觀點變得太貴之故，有必要以1 # m以下 的厚度製作。另一方面，鍍Au薄的情形，銲墊的Au變 形成爲非常小之故，表面的污染等級對接合大有影響。因 此，在圖的順序中，藉由濺鍍淸除潔淨化基板側的Au銲 墊表面，晶片側的Au凸塊表面在真空中加熱，只進行去 除吸附水分的處理。進行兩處理後，在不接觸大氣的狀態 下，導入水蒸汽分壓在lOOPa以下的乾燥空氣，或以N2 或Ar爲主體的氣體環境中，氣體壓在5X103〜2X105Pa以 上的氣密的處理室，基板載置於加熱工作台，晶片以真空 吸附夾持在加壓工具，使兩者對位加壓，施加超音波振動 或摩擦以壓接接合。基板以複數個封裝份的圖案構成的情 形，依序供給晶片進行接合。接合後取出於大氣，在晶片 /基板間塡充樹脂使的硬化，於基板側的外部連接端子形 成銲錫凸塊後，進行切斷加工，完成組裝。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1 0圖係顯示實現第9圖的接合方法用的接合裝置 的一構成例。裝置的基本構成係由：潔淨化處理基板的銲 墊表面的前處理室8 1、真空加熱處理半導體晶片，供給 於後述的接合室的晶片供給室8 3、對位基板與晶片，加 壓·加熱進行摩擦或超音波銲線的接合室8 2、由接合室 取出含晶片的基板的基板搬出室8 6、對各各的氣密的前 處理室、接合室、晶片供給室以及基板搬出室供給乾燥氣 體的乾燥氣體供給機構8 5、將各室真空排氣的真空排氣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -24- 501242 A7 _ B7 五、發明説明（勾 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 系統6 4與對前處理室供給基板的基板供給機構8 7所形 成。各室間被以閘閥88、89、90連結，成爲進行基板或 晶片的移送的構造。乾燥氣體只要是空氣、氮氣、氬氣等 水蒸汽分壓在1 〇〇Pa以下者，不管氧化性或非氧化性，任 何其中一種都可以。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1 1圖係顯示第1 0圖的前處理室與接合室的裝置 構成的一實施例。圖中，在前處理室100設置以Ar離子 濺鍍載基板1 29的機構。陰極電極1 07藉由裝置與絕緣構 件1 08被電氣絕緣地配置，與接地同電位的陽極電極1 06 被配置於上部。將基板設定於陰極電極上，使處理室內真 空排氣後，導入A r氣體，在各電極間由高頻電源1 〇 9施 加重疊直流成分的高頻電壓，在電極間使產生輝光放電。 此時，Ar氣體被電離而離子化，藉由直流電壓分而被加 速於基板方向，物理蝕刻基板表面，進行潔淨化。潔淨化 後，導入氮氣氣體，使與相鄰的接合室U6成爲相同氣體 壓。在接合室設置··由基板搬運機構127、照相機125與 其的驅動系統126與XY可動工作台124與控制裝置123 所形成的對位機構、由加壓機構11 8與支持臂1 2 1與超音 波振動機構11 9與接合工具1 2 0與控制裝置1 22形成的 接合機構、未圖示出的搬運晶片1 3 1至接合工具爲止的晶 片供給機構。.接合室在裝置稼動時，一度真空排氣，將氮 氣氣體導入至大氣壓附近爲止，維持常壓的乾燥環境。基 板1 3 0被搭載於加熱機構被內藏的加熱工作台1 2 8上。晶 片1 3 1藉由真空吸附被夾持於接合工具。照相機被插入晶 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -25 - 501242 A7 B7 五、發明説明（2$ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 片與基板之間，一邊確認晶片的Au凸塊與基板的Au靜 墊的位置，一邊以XY可動工作台進行對位’移動照相機 後，以加壓機構將晶片向下移動，加上壓力與超音波進行 接合。 如依據本實施例，即使基板側的內部連接端子的Au 銲墊被有機污染或以由底層來的擴散的氧化性金屬所污染 ，以Ar離子物理鈾刻表面，進行潔淨化之故，與晶片側 的Au凸塊的接合性被大幅改善，可以獲得可靠度高的高 強度的接合部。又，使接合室的環境成爲水分含有量少的 乾燥的常壓的氮氣氣體環境之故，不損及接合係’而且能 以真空吸附方式夾持晶片，驅動系統的可動部不會引起凝 結地可以長壽命使用之故，能夠實現有量產性的製程’可 以達成可靠度高的晶片與載基板的接合。藉由此，晶片上 的電極銲墊即使爲被配置爲區域狀的超多針腳的超高速 LSI晶片，透過Au凸塊直接而且高強度地可以接合晶片 與有機載基板，不損及晶片的性能地可以實現高信賴、低 成本的半導體封裝。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如以上詳細說明般地，如依據本發明，可以緻密收容 超多針腳或高速動作的LSI晶片，可以最大限度擷取該晶 片的性能。又，利用低成本的有機載基板，能夠提供連接 部可靠度高的半導體封裝。進而，可以提供能夠以量產性 高的製程生產該半導體封裝的Au凸塊/ Au銲墊或Au凸 塊/ Au凸塊的覆晶接合方法以及實現該方法用的接合裝 置。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X ：297公釐） -26- 501242 A7 B7 五、發明説明（2今 圖面的簡單說明 施例。 第i圖係依據本發明的半導贈封裝的剖面構造的—實 第2圖係顯示Au凸塊形狀圖。 第3圖係依據本發明的半導鳙封裝的剖面構造的其它 的實施例。 第4圖係依據本發明的半導_封裝的剖面構造的其它 的實施例。 第5圖係使用於第4圖的半_ ^巧壯約右她却甘^ ^聪对裝的有機載基板的 平面圖。 第6圖係依據本發明的多晶片半導體封裝的剖面構造 的一實施例。 第7圖係威不依據本發明的晶片與載基板的接合方法 的一接合順序例。 第8圖係貫現第7圖的接合方法用的裝置構成的一實 施例 第9圖係依據本發明的晶片與載基板的接合方法的其 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •靡衣· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 它的接合順序例。 第10圖係實現第9圖的接合方法用的裝置構成的一 實施例。 第11圖係第10圖的前處理室與接合室的裝置構成的 一實施例。 第1 2圖係顯示氮氣以及大氣的接合環境對接合結果 的影響的實驗結果。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -27- 501242 A7 B7 五、發明説明（2导 第1 3圖係顯示接合表面的污染狀態的俄歇分析結果 〇 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第14圖係大氣環境氣體的氣體組成。 第1 5圖係顯示各種接合環境氣體對接合結果的影響 的實驗結果。 第1 6圖係顯不接合環境氣體中的水分含有量對接合 結果的影響的實驗結果。 第1 7圖係依據本發明的半導體封裝的溫度循環實驗 結果。 第1 8圖係依據本發明的半導體封裝的銲錫回銲重複 試驗結果。 第19圖係半導體封裝的模型。 第20圖係凸塊高度與變形的關係。 第21圖係壓潰率與接合強度的關係。 主要元件對照表 1 半導體晶片 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 Au電極銲墊 3 有機絕緣板 4 內部連接端子 5 外部連接端子 17 樹脂 18 銲錫凸塊 24 內部連接端子區域 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2川><297公釐） 501242 A7 B7 五、發明説明（2与 25 外部連接端子區域 2 8 配線部 29 縫隙 43 模組基板 57 加熱工作台 6 2 汽缸 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -29-