JP4126840B2 - バンプを有する電子部品及びその実装方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一面側に突出して形成されたバンプを有し該バンプを介して基板上に実装される電子部品、及び、その製造方法、並びに、該電子部品の基板上への実装方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の電子部品の実装に係るものとしては、例えば、スタッドバンプによるIC実装がある。これは、半導体チップ(電子部品)のパッド上にワイヤボンディング手法を用いてバンプを複数個形成し、このバンプに導電性接着剤を転写した後、半導体チップを基板上に搭載し、基板上に形成された導体部(ランド)とバンプとを、導電性接着剤を介して電気的に接続するようにしたものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、チップサイズの大型化、チップを搭載する基板の積層化等によって、基板の反りが最大40μm程度発生する状況となっている。現状では、図6に示す様に、このような大きな反りDが発生したとき、バンプJ1の高さHが低い(例えば約50μm程度)ため、基板J2にチップJ3を搭載しようとすると、基板J2上のランドJ4及び導電性接着剤J5とバンプJ1とが接触できない部分が発生する。
【0004】
本発明は上記問題に鑑み、一面側に突出して形成されたバンプを有し該バンプを介して基板上に実装される電子部品において、基板の反りが発生しても、全てのバンプを基板の導体部に接触させることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は電子部品に係るものであり、一面側に突出して形成されたバンプ(11)を有し、このバンプを介して基板(20)上に実装される電子部品において、該バンプを、該一面側から突出方向に複数のバンプ部(12、13)を積み重ねてなるものとし、更に、隣接するバンプ部間のうち少なくとも1箇所をくびれた形状としたことを特徴としている。
【0006】
基板に反りが発生した場合、上記図6に示したように、電子部品と基板との距離が広い部分と狭い部分とが存在する。ここで、本発明によれば、バンプを複数のバンプ部を積み重ねた構成とすることにより、バンプの高さを十分に稼げるから、上記距離が広い部分でもバンプと導体部との接触を確保できる。
【0007】
また、実装時には、バンプは適切に変形して潰れなければならないが、本発明では、隣接するバンプ部間のうち少なくとも1箇所をくびれた形状としているため、このくびれ部がバンプのうち他の部位よりも変形しやすい変形部となり、バンプの適切な潰れを実現できる。従って、本発明の電子部品を用いれば、変形基板に大きな反りが発生しても、全てのバンプを基板の導体部に接触させることができる。
【0008】
ここで、請求項1の発明のように、複数のバンプ部(12、13)のうち、一面に接続されるバンプ部(12)即ち1段目のバンプ部を、他のバンプ部(13)よりも柔らかい材質により構成することが好ましい。それにより、電子部品側である1段目のバンプが潰れやすくなるため、バンプが潰れる際の荷重により電子部品に与える損傷を、1段目のバンプの潰れが緩衝することによって極力低減することができる。
【0009】
また、請求項2の発明は、請求項1に記載の電子部品の製造方法に係るものであり、複数のバンプ部(12、13)を、ボールボンディング法により、電子部品(10)の一面側から、各々順次形成していくことを特徴としている。それにより、請求項1又は2の電子部品を適切に製造することができる。
【0010】
また、請求項2の発明では、電子部品(10)の一面上に積み重ねられる複数のバンプ部(12、13)のうち、2段目以降のバンプ部(13)を形成するためのボールの径を、1段目のバンプ部(12)を形成するためのボールの径よりも大きくしている。これは、電子部品とバンプ部との接合性と、バンプ部同士の接合性とを比べた場合、構成される材質等によって、通常、後者の方が接合性に優れることによる。
【0011】
例えば、1段目バンプ部と2段目バンプ部との接合性は、1段目バンプ部と電子部品との接合性よりも優れる。そのため、ボールボンディング法におけるバンプ部形成時のボールの加圧力は、2段目バンプ部を1段目バンプ部上に形成するときの方が、1段目バンプ部を電子部品の一面上に形成するときよりも、弱いもので済む。
【0012】
そのため、もし、1段目のボールを2段目以降よりも大きな外径とすると、1段目バンプ部の加圧力が大きいので、せっかく1段目のボール径を大きくしても、その潰れが大きく、1段目バンプ部の高さを稼ぐには不利である。その点、請求項2の発明によれば、2段目以降のボール径の方を大きくすることにより、バンプ全体の高さを、適切に稼ぐことができ、好ましい。
【0015】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図1は、本発明の実施形態に係るバンプ11を有する電子部品10を示す概略断面図、図2は、電子部品10のバンプ11の製造方法を示す工程図(概略断面図)、図3は、電子部品10の基板20への実装方法を示す工程図(概略断面図)である。限定されるものではないが、本例では、電子部品としてICチップ10を採用している。
【0017】
図1に示す様に、シリコン(Si)等の半導体よりなるICチップ(半導体チップ)10の一面(回路面)10a上には、複数個のバンプ11が突出して設けられている。このバンプ11は例えばAu等よりなり、ICチップ10の一面10aに設けられた図示しないアルミ等よりなるパッド上に、ボールボンディング法により、形成されている。
【0018】
バンプ11は、上記一面10a側から突出方向(図1中の上方)に複数のバンプ部12、13を積み重ねて高さを稼ぐと共に、隣接するバンプ部間のうち少なくとも1箇所が、くびれた形状となって高さ方向に潰れやすくなっている。本例では、一面10a側より、1段目バンプ部12、2段目バンプ部13と2個のバンプ部が積み重ねられており、これら両バンプ部12、13の間に、くびれ部14が形成されている。
【0019】
これら両バンプ部12、13は、後述するように、ボールボンディング法により、一面10a側から各々順次形成していくものであり、例えば、ICチップ10の上記パッドとの接合性を確保するための1段目バンプ部12の高さは、40〜50μm、バンプ11全体の高さHは、100〜150μm(好ましくは130μm以上)とすることができる。
【0020】
また、このバンプ11は、後述するチップ10の実装の際にICチップ10に与える損傷を極力低減し、ICチップ10との確実な接合を確保するために、1段目バンプ部(一面10aに接続されるバンプ部)12を、2段目バンプ部13よりも柔らかい材質により構成することが好ましい。例えば、1段目バンプ部12は、純度99.99%のAu、2段目バンプ部13は、Cuやベリリウム等の不純物の量を変えて1段目よりも硬くしたAu、とすることができる。
【0021】
かかるICチップ10におけるバンプ11の製造方法について、図2を参照して説明する。まず、図2(a)に示す様に、第1のワイヤボンディング装置を用い、キャピラリ90の貫通孔91にAuワイヤ92を挿通した状態で、トーチ電極93からの放電によりキャピラリ90から突出したAuワイヤ92の先端にボール94を形成する。次に、図2(b)に示す様に、キャピラリ90を、ICチップ10の一面10aの上記パッド上に位置させてボールボンディングを行うことによって、1段目バンプ部12を形成する。
【0022】
次に、図2(c)に示す様に、第2のワイヤボンディング装置を用い、上記と同様、トーチ電極93からの放電によりキャピラリ90から突出したAuワイヤ92の先端にボール94を形成し、続いて、図2(d)に示す様に、キャピラリ90を、1段目バンプ部12上に位置させてボールボンディングを行うことによって、2段目バンプ部13を形成する。このように、複数(本例では2個)のバンプ部12、13を、複数のワイヤボンディング装置を用いて、ボールボンディング法により、ICチップ10の一面10a側から、各々順次形成していくことで、バンプ11が形成される。
【0023】
ここで、上記バンプの製造方法において、2段目バンプ部13を形成するためのボール94(1段目ボール)の径を、1段目バンプ部12を形成するためのボール94(2段目ボール)の径よりも大きくすることが好ましい。このことは、第1、第2のワイヤボンディング装置として同じものを用いてはできないため、ワイヤボンディング装置において、トーチ電極93から放電される電圧を可変とできるように制御プログラムに改良を加え、その放電エネルギーを、1段目ボール形成時よりも2段目ボール形成時で高くするようにした。
【0024】
例えば、ボンディング条件は次のようにできる。ボールの径(イニシャルボール径)は、1段目が100μm、2段目が140μm、ボンディング荷重は、1段目が40g、2段目が30g以下、パワーは、1段目を50(設定値)とすると2段目が30(設定値)、ボンディングのタイムは、1段目、2段目ともに20msecとした。この条件例では、出来上がった状態において、1段目バンプ部12の高さが60μm、2段目バンプ部13の高さが80μmとなった。
【0025】
1段目ボールの径を、2段目ボールの径よりも大きくすることは、次のような利点がある。共にAuよりなる1段目バンプ部12と2段目バンプ部13との接合性は、1段目バンプ部12とシリコン等よりなるICチップ10との接合性よりも優れる。そのため、ボールボンディング法におけるバンプ部形成時のボールの加圧力(ボンディング荷重)は、2段目バンプ部13を形成するときの方が、1段目バンプ部12を形成するときよりも、弱いもので済む。
【0026】
もし、1段目ボールを2段目ボールよりも大きな外径とすると、1段目バンプ部12形成時の加圧力が大きいので、せっかく1段目ボールの径を大きくしても、その潰れが大きく、1段目バンプ部12の高さを稼ぐには不利である。その点、2段目ボールの径の方を大きくすることにより、バンプ11全体の高さを、適切に稼ぐことができ、好ましい。
【0027】
また、ボンディング荷重が、2段目バンプ部13形成時の方が弱くても済むということは、そもそも、2段目ボールの方が1段目ボールよりも潰し量が小さいということである。よって、上記のように、ボール径を2段目の方を大きくせずに、例えば1段目と2段目の両ボール径が同じ場合でも、2段目バンプ部13の方が高く形成することができる。
【0028】
また、2段目ボールの径の方を大きくし、1段目ボールの径を小さくできるため、ICチップ10の上記パッドと接続される1段目バンプ部12のサイズを小さくできる。そのため、ICチップ10における上記パッドのピッチの狭化に対応するものとして、有利である。
【0029】
次に、ICチップ10の基板20への実装方法について、図3を参照して述べる。まず、図3(a)、(b)に示す様に、ICチップ10となるウェハ(ICチップとするために切断される前のウェハ)30上に、上記図2に示したボールボンディング法により、順次、1段目バンプ部12、2段目バンプ部13を形成していく。しかる後、ダイシング等により、ウェハ30をカットし、図1に示すICチップ10を作製する。なお、ウェハ状態でなく、チップに対して1段目及び2段目バンプ部12、13を形成するようにしても良い。
【0030】
一方、図3(c)に示す様に、一面側にバンプ11に対応して形成されたランド(導体部)21を有する基板20を用意する。この基板20は、例えば96%アルミナよりなるセラミック基板上を用い、該基板上において、ICチップ10の上記パッドに相当する位置に、Ag等の厚膜導体よりなる300μm□のランド21が形成されたものを用いることができる。
【0031】
そして、基板20のランド21上に、スクリーン印刷手法を用いて、導電性接着剤40を転写して配設する。例えば、スクリーンマスク50は、厚さ70μmで275μmの開口径を有するものを使用し、荷重:1N、印刷速度(スキージ51の移動速度):30mm、オフセット:0mmの印刷条件で行うことができる。また、導電性接着剤40としては、ビスフェノール型封止樹脂を主剤成分とし、硬化剤成分をアミン−フェノール混合型とした材料を使用できる。
【0032】
この基板への導電性接着剤印刷工程の後、作製されたICチップ10を、その一面(回路面)10aを下向きにして、バンプ11を導電性接着剤40を介してランド21に接するように加圧しながら、基板20の一面上に搭載する(図3(d))。搭載条件は、IC搭載機(図示せず)を用いて、例えば、荷重:1N、搭載時間:1秒の条件にて行うことができる。また、この搭載工程では、コンデンサ60等の他の部品も基板20の一面上に搭載する。
【0033】
しかる後、チップ10等が搭載された基板20を、硬化炉(図示せず、例えば、150℃、10分ピークを有する連続型のもの)に入れ、導電性接着剤40の硬化を行う。この硬化工程により、ICチップ10が基板20に固定され、チップ10及びバンプ11とランド21とが電気的に接続される。こうして、ICチップ10の実装が終了する。
【0034】
なお、その後、図3(e)に示す様に、ICチップ10と共に基板20に実装された他の部品のうち、ワイヤボンディングする部品61についてワイヤボンディングを行ったり、さらに、基板20上の実装部品を保護するために、モールドする等により、パッケージ化を行っても良い。
【0035】
ところで、本実施形態によれば、バンプ11を有するICチップ10において、バンプ11を、チップ10の一面10a側からに突出方向に複数のバンプ部12、13が積み重ねてなるものとし、更に、隣接するバンプ部12、13間のうち少なくとも1箇所にくびれ部14を形成したことを特徴としている。それによれば、バンプ11の高さが十分であるため、反りが発生した基板20においてチップ−基板間距離が広い部分でも、バンプ11とランド21との接触を確保できる。
【0036】
また、くびれ部14がバンプ11のうち他の部位よりも変形しやすい変形部となるため、実装時におけるバンプ11が適切な潰れ、基板20の反りによるやバンプ11の高さばらつきを吸収できる。もし、くびれ部14が無く、バンプ11全体に応力が加わる場合には、最悪、ICチップ10とバンプ11との接合が破壊される恐れがある。
【0037】
図4は、本実施形態におけるバンプ11の潰れの様子を示す概略断面図であるが、くびれ部14においては、(a)→(b)のように、2段目バンプ部13が主として変形したり、(a)→(c)のように、1段目バンプ部12が主として変形する。従って、本実施形態のICチップ10を用いれば、基板20に大きな反りが発生しても、全てのバンプ11を基板20のランド21に接触させることができる。
【0038】
ここで、本実施形態の好ましい形態として上述した様に、1段目バンプ部12を、2段目バンプ部13よりも柔らかい材質により構成した場合、図4(b)に示す様に、1段目バンプ部12が潰れやすくなる。これにより、バンプ11が潰れる際の荷重によってICチップ10に与える損傷が、ICチップ10側の1段目バンプ部12が変形することで緩衝され、極力低減される。
【0039】
また、1段目バンプ部12を、2段目バンプ部13よりも柔らかい材質により構成した場合には、上記製造方法において、次のような利点もある。この利点について、図5に示す説明図を参照して述べる。図5に示す様に、2段目バンプ部13を形成する際、図中の矢印Y1に示す様に、超音波による振動が印加され、バンプ全体が左右に振られる。
【0040】
ここで、1段目バンプ部12を構成するワイヤ92として硬いものを用いると、1段目バンプ部12直下のチップ10(Si等)に応力が加わり、クラックK1が発生する可能性がある。そのため、1段目バンプ部12の形成には、極力柔らかいワイヤを用い、2段目のワイヤボンディング時におけるチップ10へのダメージを低減する必要がある。よって、1段目バンプ部12を、2段目バンプ部13よりも柔らかい材質により構成することは、有利である。
【0041】
また、上記実装方法によれば、基板20のランド(導体部)21上に導電性接着剤40を配設した後、ICチップ10のバンプ11を、導電性接着剤40を介してランド21に電気的に接続している。それにより、基板20に搭載されるチップ10が複数個ある場合であっても、導電性接着剤40の配設が、スクリーン印刷を1回行うだけで済むという利点がある。もし、導電性接着剤40の配設をICチップ10に転写するとした場合、複数のチップ10毎に、転写を行わなければならないため、手間がかかる。
【0042】
なお、ICチップ10の基板20への搭載時において、バンプ11を潰した際に、導電性接着剤40の這い上がりによるショートを防止する必要がある。そのためには、導電性接着剤40の厚み、導電性接着剤40とバンプ11との最低接触深さ、チップ10と這い上がった導電性接着剤40とのクリアランス等を考慮して、バンプ11の高さを決定する必要がある。
【0043】
ちなみに、上記実装方法によって出来上がった構造において、導電性接着剤40とバンプ11とは、全て確実に接触しており(30μm以上)、且つ、ICチップ10への導電性接着剤40の付着や、ランド21間への導電性接着剤40の付着等によるショート等の不具合は、確認されなかった。
【0044】
(他の実施形態)
なお、バンプ11の1段目バンプ部12、2段目バンプ部13の材質を変えない場合、1台のワイヤボンディング装置でも、1段目、2段目のボール径は上述のように変えることが可能である。ただし、この場合でも生産性向上のため、複数台のワイヤボンディング装置を用いることが好ましい。
【0045】
また、バンプ11の材質(ボールの材質)としては、Au以外にも、導電性接着剤40との接続が可能である他の材質を用いても良い。この様な材質としては、例えば、Au、Ag、Pd、Cu及びこれらの合金等が挙げられる。また、基板側に導電性接着剤40を配設する場合の上記効果は無いが、導電性接着剤の配設は、ICチップ(電子部品)側に転写することで行っても良い。
【0046】
また、バンプ11は、3段以上であっても良いことは、上述の通りである。この場合、隣接する各バンプ部間のうち少なくとも1箇所をくびれた形状とすればよい。勿論、隣接する各バンプ部間の全てをくびれた形状としても良い。また、電子部品としては、フリップチップ等でも良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る電子部品を示す概略断面図である。
【図2】図1に示す電子部品のバンプの製造方法を示す工程図である。
【図3】図1に示す電子部品の基板への実装方法を示す工程図である。
【図4】上記実施形態におけるバンプの潰れの様子を示す概略断面図である。
【図5】バンプ形成時におけるICチップへのクラック発生の様子を示す図である。
【図6】基板の反りによる問題を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
10…ICチップ、11…バンプ、12…1段目バンプ部、13…2段目バンプ部、20…基板、21…ランド、40…導電性接着剤。
Claims (2)
- 一面側に突出して形成されたバンプ(11)を有し、このバンプを介して基板(20)上に実装される電子部品において、
前記バンプは、前記一面側から突出方向に複数のバンプ部(12、13)を積み重ねてなるものであり、
隣接する前記バンプ部間のうち少なくとも1箇所が、くびれた形状となっており、
前記複数のバンプ部のうち、前記一面に接続されるバンプ部(12)は、他のバンプ部(13)よりも柔らかい材質により構成されていることを特徴とするバンプを有する電子部品。 - 前記複数のバンプ部(12、13)を、ボールボンディング法により、前記一面側から、各々順次形成していくことにより請求項1に記載のバンプを有する電子部品を製造する方法であって、
前記一面上に積み重ねられる前記複数のバンプ部のうち、2段目以降のバンプ部(13)を形成するためのボールの径を、1段目のバンプ部(12)を形成するためのボールの径よりも大きくすることを特徴とするバンプを有する電子部品の製造方法。
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