JP3947190B2 - 半導体チップの実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップの実装方法およびその実装部材に係り、特に半導体ベ
アチップ（以下半導体チップと称する）のフリップチップ実装における電極接続
に関するものである。

近年、半導体チップの電極は狭ピッチ化、微細化が進行しており、相対するプ
リント配線基板などの実装部材の電極配線も微細化していく傾向にある。
また、半導体チップの機能向上に伴うＩ／Ｏ数の増加により、電極端子数も増
加する傾向にある。
半導体チップの電極は、一般に半導体チップの周縁部に配置される、いわゆる
ペリフェラル（周辺側）配置であるが、このような電極の微細化・端子数増加に
伴い、電極形状を均一にすることが出来難い傾向にある。当然、各辺側に配置さ
れる電極の数も均等であるとは限らない。

このような半導体チップをプリント配線基板などの実装部材に実装する場合従
来は次のような方法を採用していた。（例えば、特許文献１参照）。
図６と図７は、この従来技術を示す図である。図６（ａ）から（ｃ）は、従来
の実施の形態の半導体チップを示す図である。図６（ａ）は、従来の半導体チッ
プの電極パッド配列を示す上面図であり、図６（ｂ）および（ｃ）は図６（ａ）
のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。

この従来の実施の形態の半導体チップ３１は、半導体基板の外表面に形成され、前記半導体基板の裏面からの高さがほぼ同程度となるように形成された電極３３に内部回路とは電気的に接続されていないダミー電極３３ｄを付加したことを特徴としている。

これにより、図６（ｂ）および（ｃ）の比較からも明らかなように、半導体基
板の相対向する辺側で、半導体チップの電極３３と、プリント基板３２の配線電
極３４との当接部の総面積が互いに等しくなり、熱圧着などの圧着方式で接続す
る場合にも熱圧着開始直後の電極のみにかかる圧力が相対向する辺側で等しく、
均一にかかるので、電極つぶれに差がなく、均一な接続を達成することが可能と
なる。

そして、このようにして形成された半導体チップ３１を、配線電極３４の形成
されたプリント基板３２にフリップチップで実装することによって形成した半導
体装置を図７（ａ）から（ｃ）に示す。図７（ａ）は、従来の実施の形態である
半導体チップの電極パッド配列を示す上面図であり、図７（ｂ）および（ｃ）は
図７（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。なお、図７（ａ）は、プ
リント基板３２を省略し、プリント基板の配線電極３４のみを示している。

この図から明らかなように、半導体チップ３１の電極３３と、プリント基板３
２の配線電極３４と当接する接続部の接触総面積が、相対向する辺側で等しくな
るように構成されているため、接着性樹脂３６中に導電性粒子（図示せず。）を
含有させた接着剤を介して、熱圧着などの圧着方式で接続する場合にも熱圧着開
始直後の電極のみにかかる圧力が相対向する辺で均一にかかるので、電極つぶれ
に差がなく、均一な接続を達成することが可能となる。

ここで、下辺側の１つの接続部を３７、上辺側の１つの接続部を３８で示す。

また、このような半導体チップは、電極がペリフェラル配置されているのがよ
り望ましい。

また、半導体チップ３１の、電極３３の少ない辺上には、ダミー電極３３ｄが
形成されており、容易に接触面積を調整することができる。

このように、図６（ａ）に示すように、半導体チップ３１の電極３３と配線電極
３４の接続部で、下辺側の１つの接続部３７と、上辺側の１つの接続部３８の面
積が等しく、電極数も等しくしたので、上辺側と下辺側の接触総面積が、等しく
なる設計にした。この場合、半導体電極の設計段階で、ダミー電極も含めて上下
の電極面積及び左右の電極面積を等しくなるようにする必要がある。これにより
、フリップチップ実装を熱圧着方式で行う時、相対向する辺の電極接続部に均等
に圧力が加わるので、均一なメカニカルコンタクトが成立する。

特開２００４−１９３１４７号公報の６ページ

しかしながら、このような従来の半導体チップの実装方法は、半導体チップに
ダミー電極が形成されていなければ採用することができない、という欠点があっ
た。
すなわち、均等な電極配置ではない半導体チップが既に存在している場合には
、このような手法を適用することはできない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、つまり、半導体設計に遡って開発するのであれば、この従来の方法で十分なのであるが、既存の半導体チップに電極メタライズがなければバンプ形成できないので、その代わりにこの半導体チップを実装する実装部材上に同じサイズのバンプ形成をするという解決法を採用することで容易に縁辺部に電極パッドが存在しない半導体チップであっても実装部材に実装可能なフリップチップ実装方法を提供することを目的とする。

本発明になる半導体チップ実装方法は、縁辺に形成された電極パッドが均等に
配置されていない半導体チップの実装部材への実装において、次の構成を有する
ことを特徴とするものである。
ａ）前記半導体チップの電極パッド上にワイヤボンディング法にて金バンプを
形成すること。
ｂ）前記半導体チップを実装する実装部材上のａ）で形成した金バンプに対向
する位置に電極パッドを形成すること。
ｃ）前記半導体チップの縁辺に均等に電極パッドが形成されていると仮定した
ときに、この半導体チップを実装する実装部材上のこの電極パッドに対向する位
置に電極パッドを形成すること。
ｄ）ｃ）で形成した実装部材上の電極パッド上にワイヤボンディング法にて、
ａ）にて形成した金バンプとほぼ同じ高さの金バンプを形成すること。
ｅ）ａ）で金バンプが形成された半導体チップをｄ）で金バンプが形成された
実装部材にフリップチップ実装方法により実装すること。

本発明になる半導体チップの実装方法において、前記半導体チップの縁辺に均
等に電極パッドが形成されていると仮定したときに、この半導体チップを実装す
る実装部材上のこの電極パッドに対向する位置に形成された電極パッドはこの電
極パッドが形成された実装部材の他の配線パターンとは電気的に接続がないこと
を特徴とするものである。

本発明になる半導体実装方法において、前記金バンプを形成するワイヤボンデ
ィング法に用いられる金ワイヤはその直径が２０から３０マイクロメートルであ
り、金純度が９９．９５パーセント以上であることを特徴とするものである。

本発明になる半導体チップの実装方法において、フリップチップ実装時の押圧
力が前記各電極パッドに均等に印加されるように、前記半導体チップの縁辺に均
等に電極パッドが形成されていると仮定したときに、この半導体チップを実装す
る実装部材上のこの電極パッドに対向する位置に電極パッドを形成されているこ
とを特徴とするものである。

本発明によれば、以上のような構成を採用することとしたので、半導体チップ
の縁辺部に形成されている電極パッドの数に関係なく、実装部材にダミーの電極
パッドを形成し、そこにワイヤボンディング法により金バンプを形成し、半導体
チップを実装部材に位置合わせしてフリップチップ実装することとしたので、半
導体チップのすべての電極パッドに均等に押圧力が印加されるので信頼性の高い
半導体チップの実装が可能となる。また、実装部材にそのような構成を採用した
ので、信頼性の高い半導体チップの実装が可能な実装部材を提供できる。

本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
（第1の実施の形態）

第１の実施の形態は、チップ上の電極数が１個または２個しかない面発光半導
体レーザチップ、湿度や温度などを計測する各種センサチップ、ＲＦＩＤチップ
などのベアチップを金バンプを介して基板上に実装する場合について説明する。
図１から図４はチップとして面発光半導体レーザチップの場合を例にとって第
１の実施の形態を説明する図である。

図１は面発光半導体レーザチップの電極配置を示す平面図、図２（ａ）はこの
面発光半導体半導体レーザチップの電極上に金ワイヤボンディングによる、先端
は引きちぎりにより尖らせた形状の金バンプを形成するという公知の方法で金バ
ンプを形成したときの平面図、図２（ｂ）はこの面発光半導体レーザチップを実
装するプリント配線板等の実装部材のこのチップを実装するために電極パッドを
形成し、配線パターンを形成し、金バンプを形成したときの実装部材の平面図、
図３（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図に対応する位置の実装部材の断面図を付加した
図、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図に対応する面発光半導体レーザチップの断
面図を付加した図、図４は面発光半導体レーザチップを実装部材にフリップチッ
プ実装した様子を示す図である。

図１において、１１はフリップチップ実装対象である面発光半導体レーザチッ
プ、１３は面発光半導体レーザチップ１１に形成されている電極パッド、１８は
面発光半導体レーザチップ１１の発光部である。
図２（ａ）において、１３ａは面発光半導体レーザチップ１１の電極パッド１
３上に形成された金バンプである。

図２（ｂ）および図３（ｂ）において、図２（ｂ）では図示を省略したが１２はプリント配線板などの実装部材、１４は実装部材１２上に形成された実装される面発光半導体レーザチップ１１の電極１３に対向する電極パッド、１４ｄは実装部材１２に面発光半導体レーザチップ１１をフリップチップ実装したときに面発光半導体レーザチップ１１が傾かないように形成された他の配線パターンに接続がないダミー電極パッド、１４ｄｄはダミー電極パッド１４ｄ上に形成された金バンプ、１７は電極パッド１４から引き出された配線パターンである。

次に、このような面発光半導体レーザチップ１１を実装部材１２にフリップチ
ップ実装する方法について説明する。
最初に、面発光半導体レーザチップ１１の電極パッド１３上に公知の手法の金
ワイヤボンディングによる、先端は引きちぎりにより尖らせた形状の金バンプを
形成する。このときの金ワイヤは直径が２０から３０マイクロメートルで、純度
が９９．９５パーセントのものを用いるのがよい。

第二に、実装部材１２に面発光半導体レーザチップ１１の電極パッド１３上に
形成した金バンプに対向する位置に電極パッド１４を形成する。それと同時に、
面発光半導体レーザチップ１１の縁辺に均等に電極パッドが形成されていると仮
定したときに、実装部材１２上のこの電極パッドに対向する位置に電極パッド１
４ｄを形成する。この電極パッド１４ｄは、実装部材１２の他の配線パターンと
は接続されていない完全なダミー電極とする。このようにダミー電極１４ｄを形
成するのは前述したように面発光半導体レーザチップ１１を実装部材１２に実装
したときに均一な荷重を印加させ、実装時の傾きを防止するためである。そして
、電極パッド１４から所定の配線パターン１７を引き出す。これらの電極パッド
１４、１４ｄおよび配線パターン１７は公知のパターン形成方法により形成する
。

第三に、電極パッド１４ｄ上に前述と同様にして金バンプ１４ｄｄを形成する
。この金バンプ１４ｄｄは面発光半導体レーザチップ１１の電極パッド１３上に
形成された金バンプ１３ａとほぼ同じ高さに形成する。このようにほぼ同じ高さ
に形成するのは、面発光半導体レーザチップ１１を実装部材１２にフリップチッ
プ実装するときにすべての金バンプに均等の荷重を印加することが可能となり、
信頼性の高い実装が可能となるからである。ここで、電極パッド１４に金バンプ
を形成しないのは、フリップチップ実装に必要な金バンプが面発光半導体レーザ
チップ１１側に形成されているからである。

最後に、金バンプ１３ａが形成された面発光半導体レーザチップ１１を同じく
金バンプ１４ｄｄが形成された実装部材１２を位置合わせして、重ね合わせ、所
定の荷重を印加しつつフリップチップ実装する。このフリップチップ実装方法と
しては、公知の熱圧着法、超音波法、圧接法、ＡＣＦ（異方導電性接着テープ）
法等を用いることができる。こうして、面発光半導体レーザチップ１１を実装部
材１２への実装が終了する。

このような半導体チップの実装方法においては、所定の荷重を印加するときに
、実装部材１２上に形成された金バンプ１４ｄｄが面発光半導体レーザチップ１
１の表面に形成された表層膜を傷を付ける可能性があるという危惧が生じるが、
本発明のような金バンプの場合は問題とはならない。その理由は金バンプの圧縮
降伏応力は実測レベルで４００から５００ＭＰａであり、金の変形開始応力（降
伏値）は面発光半導体レーザチップなどの半導体チップの表層膜である酸化膜の
圧縮破壊限界応力値よりもはるかに低いからである。

したがって、面発光半導体レーザチップの表層膜には傷は付かないのであるか
ら、当然に短絡や絶縁破壊などの電気的な問題も発生しないことは言うまでもな
いことである。
（第２の実施の形態）

第２の実施の形態は、３ピン以上のＬＳＩ（大規模集積回路）であっても半導
体チップ回路レイアウト上、４辺の電極パッド配置が不均一な場合の半導体チッ
プを金バンプを介して基板上に実装する場合について説明する。
図５はこのような場合の第２の実施の形態を説明する図である。

図５は４辺の電極パッド配置が不均一な半導体チップの平面図（図５（ａ））
とこの半導体チップを実装するために電極パッドと配線パターンを形成した実装
部材の平面図である。

図５（ａ）において、２１は３以上のＬＳＩであって、ＡからＤの４辺の電極
パッド配置が不均一な半導体チップ、２３はその電極パッドである。図５（ｂ）
において、２２は半導体チップ２１を実装する実装部材、２４は半導体チップ２
１を実装するための電極パッド、２３ｄは半導体チップ２１を実装部材２２に実
装する場合の圧力の不均一性を防止するためのダミー電極パッド、２７は配線パ
ターンである。２３ｄはダミー電極パッドであるから、配線パターンは存在しな
い。このダミー電極パッド２３ｄは前述の第１の実施の形態で述べたような観点
から形成されることは言うまでもないことである。

このような半導体チップ２１の実装部材２２への実装方法は前述の第１の実施
の形態で説明したことの繰り返しとなるので、その説明は省略するが、フリップ
チップ実装時の荷重の均一性が保たれるから、実装時に半導体チップ２１が傾く
ことはない。

本発明の１実施の形態である面発光半導体レーザチップの電極配置を示す平面図である。 図２（ａ）は、図１の面発光半導体半導体レーザチップの電極上に金バンプを形成したときの平面図、図２（ｂ）はこの面発光半導体レーザチップを実装する実装部材のこのチップを実装するために電極パッドを形成し、配線パターンを形成し、金バンプを形成した平面図（図２（ｂ））である。 図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ断面図に対応する位置の実装部材の断面図を付加した図、図３（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ断面図に対応する面発光半導体レーザチップの断面図を付加した図である。 図１の面発光半導体レーザチップを実装部材にフリップチップ実装した様子を示す図である。 本発明の第２の実施の形態を説明する図である。 図６（ａ）から（ｃ）は、従来の実施の形態の半導体チップを示す図である。 図７（ａ）は、従来の半導体チップの電極パッド配列を示す上面図であり、図７（ｂ）および（ｃ）は図７（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１１ 面発光半導体レーザチップ
１２ 実装部材
１３ 電極パッド
１３ａ 金バンプ
１４ 電極パッド
１４ｄ ダミー電極パッド
１４ｄｄ 金バンプ
１７ 配線パターン
１８ 発光部
２１ 半導体チップ
２２ 実装部材
２３ 電極パッド
２３ｄ ダミー電極パッド
２４ 電極パッド
２７ 配線パターン

Claims (4)

1. 縁辺に形成された電極パッドが均等に配置されていない半導体チップの実装部材への実装において、次の構成を有することを特徴とする半導体チップの実装方法。
   ａ）前記半導体チップの電極パッド上にワイヤボンディング法にて金バンプを形成すること。
   ｂ）前記半導体チップを実装する実装部材上のａ）で形成した金バンプに対向する位置に電極パッドを形成すること。
   ｃ）前記半導体チップの縁辺に均等に電極パッドが形成されていると仮定したときに、この半導体チップを実装する実装部材上のこの電極パッドに対向する位置に電極パッドを形成すること。
   ｄ）ｃ）で形成した実装部材上の電極パッド上にワイヤボンディング法にて、ａ）にて形成した金バンプとほぼ同じ高さの金バンプを形成すること。
   ｅ）ａ）で金バンプが形成された半導体チップをｄ）で金バンプが形成された実装部材にフリップチップ実装方法により実装すること。
2. 前記ｃ）で形成された電極パッドはこの電極パッドが形成された実装部材の他の配線パターンとは電気的に接続がないことを特徴とする請求項１記載の半導体チップの実装方法。
3. 前記金バンプを形成するワイヤボンディング法に用いられる金ワイヤはその直径が２０から３０マイクロメートルであり、金純度が９９．９５パーセント以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体チップの実装方法。
4. 前記半導体チップの実装方法において、フリップチップ実装時の押圧力が前記各電極パッドに均等に印加されるようにｃ）で形成された電極パッドが形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体チップの実装方法。

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