JP3377411B2 - フリップチップ実装構造 - Google Patents
フリップチップ実装構造Info
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- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
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- H01L2924/01327—Intermediate phases, i.e. intermetallics compounds
Landscapes
- Wire Bonding (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はフリップチップによ
る半導体チップの実装構造の改良に関するものである。
る半導体チップの実装構造の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣチップなどの半導体装置を配線基板
に高密度に実装する手段として、フリップチップボンデ
ィング方式が使用されている。これは、半導体装置の接
続電極を有する面を配線基板に向け、その半導体装置に
形成されているバンプと呼ばれる突起電極を介して配線
基板に接続する方式である。
に高密度に実装する手段として、フリップチップボンデ
ィング方式が使用されている。これは、半導体装置の接
続電極を有する面を配線基板に向け、その半導体装置に
形成されているバンプと呼ばれる突起電極を介して配線
基板に接続する方式である。
【０００３】半導体装置の不良が接続後に検出された場
合、該不良チップを除去し、別の正常の機能を発揮する
チップを再び接続する。
合、該不良チップを除去し、別の正常の機能を発揮する
チップを再び接続する。
【０００４】この交換工程において、バンプの材質とし
て、融点の低いＰｂ・Ｓｎ合金などを用いたはんだバン
プの場合は、加熱空気などによりはんだを溶融しチップ
を取外す。配線基板上に残るはんだ残渣は、再び溶融状
態でＰｂ・Ｓｎに対して濡れ性のよいプレートその他吸
着材を押し当て、溶融したはんだをプレートなどに移動
することにより除去することが可能である。清浄にされ
た配線基板には再び新しいＩＣチップが接続される。
て、融点の低いＰｂ・Ｓｎ合金などを用いたはんだバン
プの場合は、加熱空気などによりはんだを溶融しチップ
を取外す。配線基板上に残るはんだ残渣は、再び溶融状
態でＰｂ・Ｓｎに対して濡れ性のよいプレートその他吸
着材を押し当て、溶融したはんだをプレートなどに移動
することにより除去することが可能である。清浄にされ
た配線基板には再び新しいＩＣチップが接続される。
【０００５】しかし、バンプの材質がＡｕやＣｕの場合
は、溶融温度が高温に達し、配線基板や半導体装置に損
傷を与えることがあるため、バンプの溶融は実質的に不
可能となり、上述の補修方法をとることはできない。
は、溶融温度が高温に達し、配線基板や半導体装置に損
傷を与えることがあるため、バンプの溶融は実質的に不
可能となり、上述の補修方法をとることはできない。
【０００６】このため、図６（ａ）に示すように、配線
基板２にフリップチップボンディングより接合したチッ
プ１に、図６（ｂ）に示すように、剪断ツール７で外力
を加えてチップ１を配線基板２から除去する方法がとら
れる。
基板２にフリップチップボンディングより接合したチッ
プ１に、図６（ｂ）に示すように、剪断ツール７で外力
を加えてチップ１を配線基板２から除去する方法がとら
れる。
【０００７】しかしながら、この方法では、図６（ｃ）
に示すように、チップ１を除去後に配線基板２の電極上
に残留バンプ３２が残る場合があり、バンプを残さない
ように制御することは不可能である。通常は不規則にバ
ンプが残り、新たなチップを再度接合した場合に、残留
バンプ３２のため図６（ｄ）に示すような接続不良や、
図６（ｅ）に示すような短絡などが発生する。
に示すように、チップ１を除去後に配線基板２の電極上
に残留バンプ３２が残る場合があり、バンプを残さない
ように制御することは不可能である。通常は不規則にバ
ンプが残り、新たなチップを再度接合した場合に、残留
バンプ３２のため図６（ｄ）に示すような接続不良や、
図６（ｅ）に示すような短絡などが発生する。
【０００８】このため、ＡｕやＣｕ等の通常溶融できな
いバンプについては、実用上補修は不可能とされてお
り、不良が検出された場合には基板ごと廃棄されてい
た。
いバンプについては、実用上補修は不可能とされてお
り、不良が検出された場合には基板ごと廃棄されてい
た。
【０００９】しかし、セラミックなどの材質による高価
な配線基板の場合や、１枚の配線基板に複数のチップを
実装する場合、廃棄はコストアップの要因となる。こと
に、複数の半導体装置を実装した基板の場合、たとえば
９個のチップを接合する場合、１個のチップの不良によ
り他の８個の良品チップを含めて廃棄せざるを得ず、大
幅のコストアップ要因となる。
な配線基板の場合や、１枚の配線基板に複数のチップを
実装する場合、廃棄はコストアップの要因となる。こと
に、複数の半導体装置を実装した基板の場合、たとえば
９個のチップを接合する場合、１個のチップの不良によ
り他の８個の良品チップを含めて廃棄せざるを得ず、大
幅のコストアップ要因となる。
【００１０】基板再使用の要請が極めて高い場合には、
図７に示すように、スクレーパ８で接合面を掻爬し、残
留はんだ３２を除去するなどの残渣処理方法や、図８
（ａ）〜（ｄ）に示すような特開平０７−０５８１５２
に開示されている方法がある。
図７に示すように、スクレーパ８で接合面を掻爬し、残
留はんだ３２を除去するなどの残渣処理方法や、図８
（ａ）〜（ｄ）に示すような特開平０７−０５８１５２
に開示されている方法がある。
【００１１】前記の特許公開公報に開示されている方法
は、図８（ａ）に示すように、電気的接続は十分である
が、機械的接続が不十分な緩い接合条件でボンディング
ツール６によりチップ１を配線基板２に仮接合し、図８
（ｂ）の状態で良品／不良品検査後、図８（ｃ）に示す
ように剪断ツール７で不良チップ１−１を除去し、図８
（ｄ）に示すように良品チップ１−２を搭載後に本接合
を行なう手法がとられている。
は、図８（ａ）に示すように、電気的接続は十分である
が、機械的接続が不十分な緩い接合条件でボンディング
ツール６によりチップ１を配線基板２に仮接合し、図８
（ｂ）の状態で良品／不良品検査後、図８（ｃ）に示す
ように剪断ツール７で不良チップ１−１を除去し、図８
（ｄ）に示すように良品チップ１−２を搭載後に本接合
を行なう手法がとられている。
【００１２】参考のために、通常用いられるＡｕバンプ
の形成方法を以下に述べる。まず、めっきによるバンプ
形成工程は、図９（ａ）に示すように、チップ１のチッ
プ基材１１上に給電メタル４１をめっきにより形成し、
次に図９（ｂ）に示すように、レジスト４２を所望の厚
さ（通常、後述の図９（ｄ）のＡｕめっきの高さ以上）
に塗布し、硬化後、図９（ｃ）に示すように露光、現像
によりレジストの所定部に開口部４３を形成し、次に図
９（ｄ）に示すように、給電メタル４１を介してめっき
液中で通電する電解めっき方法により、所望の高さにま
でＡｕめっきを行ない、めっきバンプ３１を形成する。
その後、図９（ｅ）に示すように有機溶剤等によりレジ
ストを剥離し、図９（ｆ）に示すように、めっき部分を
マスクとして不要な給電メタル４１をエッチング等によ
り除去する。
の形成方法を以下に述べる。まず、めっきによるバンプ
形成工程は、図９（ａ）に示すように、チップ１のチッ
プ基材１１上に給電メタル４１をめっきにより形成し、
次に図９（ｂ）に示すように、レジスト４２を所望の厚
さ（通常、後述の図９（ｄ）のＡｕめっきの高さ以上）
に塗布し、硬化後、図９（ｃ）に示すように露光、現像
によりレジストの所定部に開口部４３を形成し、次に図
９（ｄ）に示すように、給電メタル４１を介してめっき
液中で通電する電解めっき方法により、所望の高さにま
でＡｕめっきを行ない、めっきバンプ３１を形成する。
その後、図９（ｅ）に示すように有機溶剤等によりレジ
ストを剥離し、図９（ｆ）に示すように、めっき部分を
マスクとして不要な給電メタル４１をエッチング等によ
り除去する。
【００１３】ワイヤによるバンプ形成工程（以下、ワイ
ヤバンピングという）は、図１０（ａ）に示すように、
ワイヤボンダのキャピラリ５からＡｕ製のワイヤ３３を
突出させ、図１０（ｂ）に示すように、トーチ９とＡｕ
によるワイヤ３３間でアーク放電などを発生し、ワイヤ
ボンダのキャピラリ５から突出したワイヤ３３の先端を
加熱、溶融させて、ボール３４を形成し、図１０（ｃ）
に示すように、チップ電極１２にキャピラリで圧接後、
図１０（ｄ）に示すように、キャピラリ５を引上げて切
断する。
ヤバンピングという）は、図１０（ａ）に示すように、
ワイヤボンダのキャピラリ５からＡｕ製のワイヤ３３を
突出させ、図１０（ｂ）に示すように、トーチ９とＡｕ
によるワイヤ３３間でアーク放電などを発生し、ワイヤ
ボンダのキャピラリ５から突出したワイヤ３３の先端を
加熱、溶融させて、ボール３４を形成し、図１０（ｃ）
に示すように、チップ電極１２にキャピラリで圧接後、
図１０（ｄ）に示すように、キャピラリ５を引上げて切
断する。
【００１４】切断方法には次のような各種がある。図１
０（ｅ）に示すように、キャピラリより上方にあるクラ
ンパ（図示せず）等を用いて、ワイヤとキャピラリを相
対的に固定して引き切る。
０（ｅ）に示すように、キャピラリより上方にあるクラ
ンパ（図示せず）等を用いて、ワイヤとキャピラリを相
対的に固定して引き切る。
【００１５】図１０（ｆ）に示すように、小さいループ
を描いてバンプにワイヤを擦りつけて切る。
を描いてバンプにワイヤを擦りつけて切る。
【００１６】図１０（ｇ）に示すように、キャピラリを
水平方向に微小振動させることにより、バンプにワイヤ
を擦りつけて切る、などが一般的である。これらにより
形成された通常のバンプ形状はそれぞれ図示のとおりで
ある。
水平方向に微小振動させることにより、バンプにワイヤ
を擦りつけて切る、などが一般的である。これらにより
形成された通常のバンプ形状はそれぞれ図示のとおりで
ある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】図７に示す方法では、
配線基板２を傷つけることなく、かつ掻爬したバンプが
再び配線基板２に付着したり、擦りつけたりしないよう
に除去しなければならないことから、装置化は困難であ
り、熟練者が顕微鏡を用いて丹念に除去しなければなら
ない。
配線基板２を傷つけることなく、かつ掻爬したバンプが
再び配線基板２に付着したり、擦りつけたりしないよう
に除去しなければならないことから、装置化は困難であ
り、熟練者が顕微鏡を用いて丹念に除去しなければなら
ない。
【００１８】他方、端子の狹ピッチ化や多端子化の進展
に伴い、バンプサイズが小さくなり、かつ、バンプ数が
増えたため、図７に示す除去手段は極めて困難性が高
く、かつ、時間を要するため不可能になりつつある。
に伴い、バンプサイズが小さくなり、かつ、バンプ数が
増えたため、図７に示す除去手段は極めて困難性が高
く、かつ、時間を要するため不可能になりつつある。
【００１９】図８は、装置化が容易でかつ確実な補修方
法であるが、ボンディングを２回に分けて行なうため量
産効率上、好ましくない。
法であるが、ボンディングを２回に分けて行なうため量
産効率上、好ましくない。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明のフリップチップ
実装構造においては、以下の手段を講ずる。
実装構造においては、以下の手段を講ずる。
【００２１】 バンプのチップ側接合面の単位面積あ
たりの接合強度を、バンプの基板側接合面の単位面積あ
たりの接合強度よりも大きくする。
たりの接合強度を、バンプの基板側接合面の単位面積あ
たりの接合強度よりも大きくする。
【００２２】 バンプのチップ側接合面積を、バンプ
の基板側接合面積よりも大きくする。
の基板側接合面積よりも大きくする。
【００２３】
【００２４】 チップ電極を、バンプが食い込みやす
いようにめっき処理で形成して、チップ側での接続強度
を上げる。
いようにめっき処理で形成して、チップ側での接続強度
を上げる。
【００２５】 フリップチップ接続前に熱処理を行な
って、熱拡散を進行させ、チップ側での接続強度を上げ
る。
って、熱拡散を進行させ、チップ側での接続強度を上げ
る。
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】バンプを基板側で破断させるためには、バ
ンプについて以下の条件が成り立たなければならない。
これは、１つの半導体装置上のすべてのバンプについて
成り立たなければならない。
ンプについて以下の条件が成り立たなければならない。
これは、１つの半導体装置上のすべてのバンプについて
成り立たなければならない。
【００３０】（バンプ自体の破断強度）＞（バンプとチ
ップ電極との接合強度）＞（バンプと基板電極との接合
強度）
ップ電極との接合強度）＞（バンプと基板電極との接合
強度）
【００３１】
（第１の実施の形態）図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の
第１の実施の形態の側断面図である。
第１の実施の形態の側断面図である。
【００３２】図１（ａ）は、チップ１上にＡｕを主成分
とするワイヤから、ワイヤバンピングにより、図１０
（ｃ）に示すようなバンプ３を形成した状態の側断面図
である。
とするワイヤから、ワイヤバンピングにより、図１０
（ｃ）に示すようなバンプ３を形成した状態の側断面図
である。
【００３３】図１（ｂ）は、図１（ａ）の要部拡大側断
面図である。Ａｕよりなるチップ電極１２上に形成され
たバンプ３は、下部の太鼓状部３８の上にワイヤスクラ
ブ跡３７である盛り上がり部を持つ形状となっている。
面図である。Ａｕよりなるチップ電極１２上に形成され
たバンプ３は、下部の太鼓状部３８の上にワイヤスクラ
ブ跡３７である盛り上がり部を持つ形状となっている。
【００３４】図１（ｃ）は、図１（ａ）の状態からチッ
プの上下を反転して配線基板２にフリップチップ接続し
た状態を示す側断面図である。
プの上下を反転して配線基板２にフリップチップ接続し
た状態を示す側断面図である。
【００３５】図１（ｄ）は、図１（ｃ）の要部拡大側断
面図であり、盛り上がり部は押し潰されており、Ａｕよ
りなるチップ電極１２と配線基板２のＡｕよりなる基板
電極２２との間には太鼓状のＡｕバンプ３が介在してお
り、この実施例では、特にすべてのバンプについてチッ
プ側と基板側の接続部の面積はほぼ同一となっている
が、接合部の単位面積あたりの接合強度は、後述のよう
に、前者が後者よりも強い。なお１１はチップ基材であ
り、２１は基板基材である。
面図であり、盛り上がり部は押し潰されており、Ａｕよ
りなるチップ電極１２と配線基板２のＡｕよりなる基板
電極２２との間には太鼓状のＡｕバンプ３が介在してお
り、この実施例では、特にすべてのバンプについてチッ
プ側と基板側の接続部の面積はほぼ同一となっている
が、接合部の単位面積あたりの接合強度は、後述のよう
に、前者が後者よりも強い。なお１１はチップ基材であ
り、２１は基板基材である。
【００３６】図１（ｅ）は、剪断によりチップを除去し
た状態を示す側断面図である。チップ側も基板側も、同
一接合面積であるが、単位面積あたりの接合強度は、後
述のように前者が後者よりも強いため、各バンプのチッ
プ側接合強度は、基板側接合強度よりも強い。このた
め、すべてのバンプがチップ側に接合されたままチップ
が除去され、基板側にバンプおよびバンプの残渣は残ら
ない。
た状態を示す側断面図である。チップ側も基板側も、同
一接合面積であるが、単位面積あたりの接合強度は、後
述のように前者が後者よりも強いため、各バンプのチッ
プ側接合強度は、基板側接合強度よりも強い。このた
め、すべてのバンプがチップ側に接合されたままチップ
が除去され、基板側にバンプおよびバンプの残渣は残ら
ない。
【００３７】このため、チップ除去後の配線基板に新た
なバンプ付チップを接合するにあたり、何ら不都合は生
じない。
なバンプ付チップを接合するにあたり、何ら不都合は生
じない。
【００３８】次に、チップ側および基板の双方ともにＡ
ｕ−Ａｕ同士の圧着でありながら、単位面積あたりの接
合強度が前者が後者よりも強くなるメカニズムを説明す
る。
ｕ−Ａｕ同士の圧着でありながら、単位面積あたりの接
合強度が前者が後者よりも強くなるメカニズムを説明す
る。
【００３９】
【表１】
【００４０】表１は、バンピング（バンプ形成）条件お
よび接合（ボンディング）条件の主なパラメータの値を
示す。
よび接合（ボンディング）条件の主なパラメータの値を
示す。
【００４１】温度，１バンプあたりの荷重，ＵＳ（超音
波）強度ともにバンピング時の方が接合時よりも高い。
波）強度ともにバンピング時の方が接合時よりも高い。
【００４２】
【表２】
【００４３】表２は、バンピング時の各パラメータの値
を変化させたときの、バンプの剪断強度を示す。
を変化させたときの、バンプの剪断強度を示す。
【００４４】各パラメータの値が高いほどバンプの剪断
強度は高くなっている。これら以外の重要なものとし
て、各パラメータの時間的な要素などが上げられる。
強度は高くなっている。これら以外の重要なものとし
て、各パラメータの時間的な要素などが上げられる。
【００４５】
【表３】
【００４６】表３は、表２に示す条件によりバンピング
され、表１の接合条件により接合されたチップを除去し
たとき、チップの剪断強度を１バンプあたりに換算した
強度と基板へのバンプ残り率を示す。
され、表１の接合条件により接合されたチップを除去し
たとき、チップの剪断強度を１バンプあたりに換算した
強度と基板へのバンプ残り率を示す。
【００４７】これによると、条件〜では、チップの
１バンプあたり換算剪断強度はほぼ一定の４０ｇｆとな
っている。
１バンプあたり換算剪断強度はほぼ一定の４０ｇｆとな
っている。
【００４８】条件〜では、チップの１バンプあたり
の換算剪断強度が前記４０ｇｆより低く、また、表２の
バンプの剪断強度（ＡＶＥ．）と同程度になっている。
の換算剪断強度が前記４０ｇｆより低く、また、表２の
バンプの剪断強度（ＡＶＥ．）と同程度になっている。
【００４９】すなわち、剪断時においてチップ側もしく
は基板側の接合強度が弱い側で破断することを示してい
る。
は基板側の接合強度が弱い側で破断することを示してい
る。
【００５０】なお、本実施例においてはバンプ自体が破
断するときの強度が６０ｇｆ／ｂｕｍｐ以上であるた
め、バンプ破断は発生していない。
断するときの強度が６０ｇｆ／ｂｕｍｐ以上であるた
め、バンプ破断は発生していない。
【００５１】また、前記の「ほぼ一定の剪断強度４０ｇ
ｆ／ｂｕｍｐ」は、本発明の実装構造を用いた半導体装
置に関して、実用上要求される接合条件を満たしてい
る。
ｆ／ｂｕｍｐ」は、本発明の実装構造を用いた半導体装
置に関して、実用上要求される接合条件を満たしてい
る。
【００５２】なお、条件〜において、チップの１バ
ンプあたり換算剪断強度が、表２のバンプの剪断強度
（ＡＶＥ．）より若干高いのは、接合加工時にチップ側
の接合強度が若干上昇することによる。
ンプあたり換算剪断強度が、表２のバンプの剪断強度
（ＡＶＥ．）より若干高いのは、接合加工時にチップ側
の接合強度が若干上昇することによる。
【００５３】なお、チップと基板の電極を共にＡｕで構
成することは、ＡｌやＳｎなど異種の金属を用いること
と比較して、脆い金属間化合物の生成がなく、これによ
り、信頼性が高く、電気抵抗が低く、また同種であり延
展性に優れていることから、機械的な要素も扱いやす
く、同種であることから固相相互拡散などの化学的要素
も扱いやすいため、接合強度の制御は容易になる。
成することは、ＡｌやＳｎなど異種の金属を用いること
と比較して、脆い金属間化合物の生成がなく、これによ
り、信頼性が高く、電気抵抗が低く、また同種であり延
展性に優れていることから、機械的な要素も扱いやす
く、同種であることから固相相互拡散などの化学的要素
も扱いやすいため、接合強度の制御は容易になる。
【００５４】（第２の実施の形態）図２（ａ）および
（ｂ）は本発明の第２の実施の形態の側断面図である。
（ｂ）は本発明の第２の実施の形態の側断面図である。
【００５５】図２（ａ）は、チップ上にワイヤからバン
ピングにより図１０（ｅ）に示すようなＡｕバンプを形
成した状態を示す要部拡大側断面図である。
ピングにより図１０（ｅ）に示すようなＡｕバンプを形
成した状態を示す要部拡大側断面図である。
【００５６】バンプは太鼓状部３８の上に短いワイヤ柱
部３５を重ねた形状となる。この実施の形態では、特に
Ａｕのチップ電極１２を成長速度の速いめっき処理によ
り約１０μｍの厚さに形成することによって、めっき表
面が凹凸のある粗い状態となっているため、バンピング
時にバンプの微視的な食い込みが起こり、チップ側接合
強度は向上する。
部３５を重ねた形状となる。この実施の形態では、特に
Ａｕのチップ電極１２を成長速度の速いめっき処理によ
り約１０μｍの厚さに形成することによって、めっき表
面が凹凸のある粗い状態となっているため、バンピング
時にバンプの微視的な食い込みが起こり、チップ側接合
強度は向上する。
【００５７】図２（ｂ）は、該チップ１を配線基板２に
フリップチップ接続した状態を示す要部拡大側断面図で
ある。短いワイヤ柱部は押し潰されて、Ａｕのチップ電
極１２と配線基板２のＡｕよりなる基板電極２２との間
にはバンプの太鼓状部３８が介在する。
フリップチップ接続した状態を示す要部拡大側断面図で
ある。短いワイヤ柱部は押し潰されて、Ａｕのチップ電
極１２と配線基板２のＡｕよりなる基板電極２２との間
にはバンプの太鼓状部３８が介在する。
【００５８】前述したように、バンプの微視的な食い込
みによりチップ側接合強度は向上し、基板側接合強度よ
りも強い接合強度を与えている。
みによりチップ側接合強度は向上し、基板側接合強度よ
りも強い接合強度を与えている。
【００５９】したがって、剪断により該チップを除去す
ると（図示せず）すべてのバンプがチップ側に接合され
たままチップが除去され、基板側にバンプは残らない。
このため、チップが除去された配線基板に新たなバンプ
付チップを接合するにあたり、不都合は生じない。
ると（図示せず）すべてのバンプがチップ側に接合され
たままチップが除去され、基板側にバンプは残らない。
このため、チップが除去された配線基板に新たなバンプ
付チップを接合するにあたり、不都合は生じない。
【００６０】（第３の実施の形態）図３（ａ）および
（ｂ）は本発明の第３の実施の形態の側断面図である。
（ｂ）は本発明の第３の実施の形態の側断面図である。
【００６１】図３（ａ）は、チップ上にワイヤからバン
ピングによりＡｕバンプを形成した状態を示す要部拡大
断面図である。Ａｕによりチップ電極１２上にバンプの
太鼓状部３８の上にバンプの円錐状部３９を重ねた形状
となっている。なお、この実施例ではバンプの上部は円
錐状であるが、角錐状であってもよい。
ピングによりＡｕバンプを形成した状態を示す要部拡大
断面図である。Ａｕによりチップ電極１２上にバンプの
太鼓状部３８の上にバンプの円錐状部３９を重ねた形状
となっている。なお、この実施例ではバンプの上部は円
錐状であるが、角錐状であってもよい。
【００６２】このために、特別な形状のキャピラリを用
い、柱状部が短くなるようなバンピング条件を採用して
いる。なお、スクラブにより切断する場合でも、キャピ
ラリの軌道をコントロールすることにより、楕円の錐状
に近い形にすることができる。
い、柱状部が短くなるようなバンピング条件を採用して
いる。なお、スクラブにより切断する場合でも、キャピ
ラリの軌道をコントロールすることにより、楕円の錐状
に近い形にすることができる。
【００６３】この後熱処理を行なうことにより、バンプ
のＡｕとチップ電極のＡｕの間で固相拡散が進行し、チ
ップ側接合強度が向上する。
のＡｕとチップ電極のＡｕの間で固相拡散が進行し、チ
ップ側接合強度が向上する。
【００６４】図３（ｂ）は、図３（ａ）のチップを配線
基板２にフリップチップ接続した状態を示す要部拡大側
断面図である。Ａｕによるチップ電極１２とＡｕによる
配線基板の基板電極２２との間には、チップ側接合面積
が基板側接合面積よりも十分大きいほぼ太鼓状のＡｕバ
ンプが介在している。
基板２にフリップチップ接続した状態を示す要部拡大側
断面図である。Ａｕによるチップ電極１２とＡｕによる
配線基板の基板電極２２との間には、チップ側接合面積
が基板側接合面積よりも十分大きいほぼ太鼓状のＡｕバ
ンプが介在している。
【００６５】なお、接合前後でのバンプの形状の変化に
ついて説明を付記する。バンピング後バンプは太鼓状の
上に円錐状を重ねた形状となっており、ボンディング後
の太鼓状の部分は若干高さが低く最大直径がやや大きく
なるが、チップ側の接合面積は変化が少ない。一方、円
錐状の部分は、接合前横断面積が小さいため、接合時の
応力によりこの部分が極めて顕著な変形を示す。
ついて説明を付記する。バンピング後バンプは太鼓状の
上に円錐状を重ねた形状となっており、ボンディング後
の太鼓状の部分は若干高さが低く最大直径がやや大きく
なるが、チップ側の接合面積は変化が少ない。一方、円
錐状の部分は、接合前横断面積が小さいため、接合時の
応力によりこの部分が極めて顕著な変形を示す。
【００６６】また、太鼓状の下部と円錐状の上部を用
い、先端に柱状部をほとんど持たない形状のバンプは、
フリップチップ接続の際に上方から加えられる応力によ
り圧縮され、次のような作用を示す。
い、先端に柱状部をほとんど持たない形状のバンプは、
フリップチップ接続の際に上方から加えられる応力によ
り圧縮され、次のような作用を示す。
【００６７】 円錐状のため横断面積が徐々に増すの
で、圧縮量のコントロールが非常に容易である。
で、圧縮量のコントロールが非常に容易である。
【００６８】 基板側の接合強度は、当初は圧縮され
ていない先端部、次に円錐状部を変形することによって
得られ、チップ側の接合強度への影響が少ないため、基
板側接合強度の制御は容易である。
ていない先端部、次に円錐状部を変形することによって
得られ、チップ側の接合強度への影響が少ないため、基
板側接合強度の制御は容易である。
【００６９】 柱状部の座屈が起こらず、チップが傾
いて接合されることはない。 柱状部の倒れによって、短絡やチップの平行ずれ接
続が起こらない。
いて接合されることはない。 柱状部の倒れによって、短絡やチップの平行ずれ接
続が起こらない。
【００７０】前述したように、熱処理によってバンプの
チップ側接合面にＡｕ−Ａｕの固相拡散が進行したこと
により、チップ側接合強度は増加しており、さらに、チ
ップ側接合面積が基板側接合面積よりも十分大きいこと
により、相対的に基板側接合強度よりも強い。
チップ側接合面にＡｕ−Ａｕの固相拡散が進行したこと
により、チップ側接合強度は増加しており、さらに、チ
ップ側接合面積が基板側接合面積よりも十分大きいこと
により、相対的に基板側接合強度よりも強い。
【００７１】このため、剪断により該チップを除去しよ
うとすると（図示せず）、すべてのバンプがチップ側に
接合されたままでチップが除去され、基板側にはバンプ
は残らない。
うとすると（図示せず）、すべてのバンプがチップ側に
接合されたままでチップが除去され、基板側にはバンプ
は残らない。
【００７２】したがって、チップが除去された配線基板
に新たなバンプ付チップを接合するに何ら不都合は生じ
ない。
に新たなバンプ付チップを接合するに何ら不都合は生じ
ない。
【００７３】（第４の実施の形態）図４（ａ）および
（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態の、めっきによる
バンプ形成後にこれをフリップチップ接続した場合の状
態を示す側断面図である。
（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態の、めっきによる
バンプ形成後にこれをフリップチップ接続した場合の状
態を示す側断面図である。
【００７４】図４（ａ）は、Ａｕ薄膜によるチップ電極
１２上に底面が広く上面の狭い断面が台形状Ａｕバンプ
をめっきによって形成した状態を示す要部拡大側断面図
である。
１２上に底面が広く上面の狭い断面が台形状Ａｕバンプ
をめっきによって形成した状態を示す要部拡大側断面図
である。
【００７５】図４（ｂ）は、チップを配線基板２へフリ
ップチップ接続した状態を示す要部拡大側断面図であ
る。チップのＡｕによるチップ電極１２と配線基板２の
Ａｕによる基板電極２２との間には、側断面が台形状で
あるバンプで、チップ側接合面積が基板側接合面積より
も十分大きいＡｕよりなるめっきバンプ３１が介在して
いる。
ップチップ接続した状態を示す要部拡大側断面図であ
る。チップのＡｕによるチップ電極１２と配線基板２の
Ａｕによる基板電極２２との間には、側断面が台形状で
あるバンプで、チップ側接合面積が基板側接合面積より
も十分大きいＡｕよりなるめっきバンプ３１が介在して
いる。
【００７６】チップ側接合面積が基板側接合面積よりも
十分大きいことにより、相対的にチップ側接合強度が基
板側接合強度よりも強くなる。このため、剪断により該
チップを除去しようとすると（図示せず）、すべてのバ
ンプがチップ側に接合されたままチップが除去され、基
板側にはバンプが残らない。
十分大きいことにより、相対的にチップ側接合強度が基
板側接合強度よりも強くなる。このため、剪断により該
チップを除去しようとすると（図示せず）、すべてのバ
ンプがチップ側に接合されたままチップが除去され、基
板側にはバンプが残らない。
【００７７】したがって、除去された配線基板に新たな
バンプ付チップをボンディングするに、何ら不都合を生
じない。
バンプ付チップをボンディングするに、何ら不都合を生
じない。
【００７８】図５（ａ）〜（ｆ）は、めっきによって底
面が広く上面の狭い断面がほぼ台形状のＡｕバンプを形
成する工程を示す側断面図である。
面が広く上面の狭い断面がほぼ台形状のＡｕバンプを形
成する工程を示す側断面図である。
【００７９】図５（ａ）に示すように、半導体基板であ
るチップ基材１１上に給電メタル４１を形成する。
るチップ基材１１上に給電メタル４１を形成する。
【００８０】次に図５（ｂ）に示すようにレジスト４２
を、形成すべきめっきの厚さ以上に塗布し硬化させる。
このとき、レジストは露光された部分が現像時に溶出す
るネガタイプを用いた。
を、形成すべきめっきの厚さ以上に塗布し硬化させる。
このとき、レジストは露光された部分が現像時に溶出す
るネガタイプを用いた。
【００８１】次に図５（ｃ）に示すように、露光，現像
によりレジストの所定部を開口し開口部４３を形成す
る。露光のとき、通常用いられるＵＶよりも波長か短い
ディープＵＶを用い、マスクをセミコンタクトにし、や
や長めの時間による露光を与える。ディープＵＶは散乱
されやすいため、レジスト深部ほど感光される面積が広
くなる。また、これを現像することにより、７０°程度
の逆テーパの開口部を形成することができる。
によりレジストの所定部を開口し開口部４３を形成す
る。露光のとき、通常用いられるＵＶよりも波長か短い
ディープＵＶを用い、マスクをセミコンタクトにし、や
や長めの時間による露光を与える。ディープＵＶは散乱
されやすいため、レジスト深部ほど感光される面積が広
くなる。また、これを現像することにより、７０°程度
の逆テーパの開口部を形成することができる。
【００８２】次に図５（ｄ）に示すように、給電メタル
４１を介して、めっき液中で電解めっき処理により、所
望の高さになるまでＡｕめっきをし、めっきバンプ３１
を形成する。その側断面形状はレジストの開口形状に従
い、底面が広く上面の狭い台形状となる。
４１を介して、めっき液中で電解めっき処理により、所
望の高さになるまでＡｕめっきをし、めっきバンプ３１
を形成する。その側断面形状はレジストの開口形状に従
い、底面が広く上面の狭い台形状となる。
【００８３】次に図５（ｅ）に示すように、有機溶剤な
どにより、レジストを剥離除去する。
どにより、レジストを剥離除去する。
【００８４】次に図５（ｆ）に示すようにめっき部分を
マスクとして不要な給電メタル４１をエッチングにより
除去する。このようにして図４（ａ）に示すようなバン
プが得られる。
マスクとして不要な給電メタル４１をエッチングにより
除去する。このようにして図４（ａ）に示すようなバン
プが得られる。
【００８５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、
バンプのチップ側接合面の単位面積あたりの接合強
度を、バンプ基板側接合面の単位面積あたりの接合強度
よりも大きくした。
度を、バンプ基板側接合面の単位面積あたりの接合強度
よりも大きくした。
【００８６】 バンプのチップ側接合面積をバンプの
基板側接合面積よりも大きくした。このため、すべての
バンプについて、チップ側での接合強度が基板側での接
合強度よりも高まった。
基板側接合面積よりも大きくした。このため、すべての
バンプについて、チップ側での接合強度が基板側での接
合強度よりも高まった。
【００８７】
【００８８】 チップ電極を、バンプが食い込みやす
いようにめっき処理で形成した。 フリップチップ接
続前に、バンプ形成後のチップに熱処理を行ない、接合
部の固相拡散を促進させた。
いようにめっき処理で形成した。 フリップチップ接
続前に、バンプ形成後のチップに熱処理を行ない、接合
部の固相拡散を促進させた。
【００８９】このため、主に、基板側での接合強度と比
較して相対的に、または絶対的にバンプのチップ側接合
強度を上げることができた。
較して相対的に、または絶対的にバンプのチップ側接合
強度を上げることができた。
【００９０】
【００９１】
【００９２】
【００９３】以上のようにして、本発明によれば、特に
装置を要せず、最小の工程ですべてのバンプの１つ１つ
について、基板側接合強度をチップ側接合強度よりも十
分に高めることができ、その結果、不良チップを除去す
る際に、必ずすべてのバンプが基板側のみで破断するフ
リップチップ実装構造が実現できる。
装置を要せず、最小の工程ですべてのバンプの１つ１つ
について、基板側接合強度をチップ側接合強度よりも十
分に高めることができ、その結果、不良チップを除去す
る際に、必ずすべてのバンプが基板側のみで破断するフ
リップチップ実装構造が実現できる。
【図１】（ａ）は本発明におけるチップのバンプ形成後
の断面図であり、（ｂ）はその要部拡大断面図である。
（ｃ）はチップを実装した場合の断面図であり、（ｄ）
はその要部拡大断面図である。（ｅ）はチップを除去し
た後の側断面図である。
の断面図であり、（ｂ）はその要部拡大断面図である。
（ｃ）はチップを実装した場合の断面図であり、（ｄ）
はその要部拡大断面図である。（ｅ）はチップを除去し
た後の側断面図である。
【図２】（ａ）は本発明に第２の実施の形態におけるチ
ップにバンプを形成した状態の側断面図であり、（ｂ）
は配線基板に実装した状態の側断面図である。
ップにバンプを形成した状態の側断面図であり、（ｂ）
は配線基板に実装した状態の側断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第３の実施の形態におけるチ
ップにバンプを形成した状態の側断面図であり、（ｂ）
はこれを配線基板に実装した状態の側断面図である。
ップにバンプを形成した状態の側断面図であり、（ｂ）
はこれを配線基板に実装した状態の側断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の第４の実施の形態におけるチ
ップにバンプを形成した状態の側断面図であり、（ｂ）
はこれを配線基板に実装した状態の側断面図である。
ップにバンプを形成した状態の側断面図であり、（ｂ）
はこれを配線基板に実装した状態の側断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は図４（ａ）のバンプ形成の各
工程を示す側断面図である。
工程を示す側断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は従来の補修方法の問題点を示
す側断面図である。
す側断面図である。
【図７】従来の補修方法の一例を示す側断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は従来のボンディング方法をも
含めた補修方法を示す側断面図である。
含めた補修方法を示す側断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｆ）は従来のめっきによるバンプ形
成工程を示す側断面図である。
成工程を示す側断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｇ）は従来のワイヤバンピングに
よるバンプ形成工程とこれによるバンプの側断面図であ
る。
よるバンプ形成工程とこれによるバンプの側断面図であ
る。
１ チップ
２ 配線基板
３ バンプ
５ キャピラリ
６ ボンディングツール
７ 剪断ツール
８ スクレーパ
９ トーチ
１１ チップ基材
１２ チップ電極
２１ 基板基材
２２ 基板電極
３１ めっきバンプ
３２ 残留バンプ
３３ ワイヤ
３４ ボール
３５ ワイヤ柱部
３６ ワイヤループ
３７ ワイヤスクラブ跡
３８ 太鼓状部
３９ 円錐状部
４１ 給電メタル
４２ レジスト
４３ 開口部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−129648（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−258145（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−134444（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−180020（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−37034（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−56326（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−82616（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−58152（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/60
Claims (6)
- 【請求項１】 チップの電極の上にＡｕバンプを形成
し、前記チップを配線基板へ圧着により接続したフリッ
プチップ実装構造において、（バンプ自体の破断強度）
＞（バンプとチップ電極との接合強度）＞（バンプと基
板電極との接合強度）とし、 チップ電極の接合面の形状を、ワイヤバンピング法によ
り形成されたバンプが食い込みやすいようにめっき処理
することにより、バンプとチップ電極との接合面の接合
強度を上げたことを特徴とする、フリップチップ実装構
造。 - 【請求項２】 チップの電極の上にＡｕバンプを形成
し、前記チップを配線基板へ圧着により接続したフリッ
プチップ実装構造において、 前記チップ電極の接合面の形状を、ワイヤバンピング法
により形成されたバンプが食い込みやすいようにめっき
処理することにより、前記バンプとチップの電極との接
合面の単位面積あたりの接合強度を、前記バンプと配線
基板との接合面の単位面積あたりの接合強度よりも大き
くすることにより、 相対的にバンプとチップの電極との接合面の接合強度
を、バンプと配線基板との接合面の接合強度より大きく
したことを特徴とする、フリップチップ実装構造。 - 【請求項３】 チップの電極の上にＡｕバンプを形成
し、前記チップを配線基板へ圧着により接続したフリッ
プチップ実装構造において、 前記チップ電極の接合面の形状を、ワイヤバンピング法
により形成されたバンプが食い込みやすいようにめっき
処理することにより、前記バンプのチップ電極との接合
面の接合面積を、前記バンプと配線基板との接合面の接
合面積よりも大きくすることにより、 相対的にバンプのチップ電極との接合面の接合強度を、
バンプと配線基板との接合面の接合強度よりも大きくし
たことを特徴とする、フリップチップ実装構造。 - 【請求項４】 チップの電極の上にＡｕバンプを形成
し、前記チップを配線基板へ圧着により接続したフリッ
プチップ実装構造において、（バンプ自体の破断強度）
＞（バンプとチップ電極との接合強度）＞（バンプと基
板電極との接合強度）とし、 バンプ形成後でフリップチップ接続前にチップに熱処理
を行なうことにより、バンプのチップ電極との接合面の
接合強度を上げたことを特徴とする、フリップチップ実
装構造。 - 【請求項５】 チップの電極の上にＡｕバンプを形成
し、前記チップを配線基板へ圧着により接続したフリッ
プチップ実装構造において、 バンプ形成後でフリップチップ接続前にチップに熱処理
を行なうことにより、前記バンプとチップの電極との接
合面の単位面積あたりの接合強度を、前記バンプと配線
基板との接合面の単位面積あたりの接合強度よりも大き
くすることにより、相対的にバンプとチップの電極との
接合面の接合強度を、バンプと配線基板との接合面の接
合強度より大きくしたことを特徴とする、フリップチッ
プ実装構造。 - 【請求項６】 チップの電極の上にＡｕバンプを形成
し、前記チップを配線基板へ圧着により接続したフリッ
プチップ実装構造において、 バンプ形成後でフリップチップ接続前にチップに熱処理
を行なうことにより、前記バンプのチップ電極との接合
面の接合面積を、前記バンプと配線基板との接合面の接
合面積よりも大きくすることにより、相対的にバンプの
チップ電極との接合面の接合強度を、バンプと配線基板
との接合面の接合強度よりも大きくしたことを特徴とす
る、フリップチップ実装構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21464697A JP3377411B2 (ja) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | フリップチップ実装構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21464697A JP3377411B2 (ja) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | フリップチップ実装構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1167821A JPH1167821A (ja) | 1999-03-09 |
| JP3377411B2 true JP3377411B2 (ja) | 2003-02-17 |
Family
ID=16659213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21464697A Expired - Fee Related JP3377411B2 (ja) | 1997-08-08 | 1997-08-08 | フリップチップ実装構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3377411B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6216941B1 (en) * | 2000-01-06 | 2001-04-17 | Trw Inc. | Method for forming high frequency connections to high temperature superconductor circuits and other fragile materials |
| JP4456234B2 (ja) * | 2000-07-04 | 2010-04-28 | パナソニック株式会社 | バンプ形成方法 |
| JP5272287B2 (ja) * | 2006-03-17 | 2013-08-28 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置 |
| JP2013084981A (ja) * | 2012-12-28 | 2013-05-09 | Nichia Chem Ind Ltd | 発光装置 |
-
1997
- 1997-08-08 JP JP21464697A patent/JP3377411B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1167821A (ja) | 1999-03-09 |
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