JPH08139097A - フリップチップ用接続ボール及び半導体チップの接合方法 - Google Patents

フリップチップ用接続ボール及び半導体チップの接合方法

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JPH08139097A
JPH08139097A JP6302904A JP30290494A JPH08139097A JP H08139097 A JPH08139097 A JP H08139097A JP 6302904 A JP6302904 A JP 6302904A JP 30290494 A JP30290494 A JP 30290494A JP H08139097 A JPH08139097 A JP H08139097A
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flip
semiconductor chip
plating
connection ball
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Hidenori Hayashida
英徳 林田
Shoji Tsuchiya
昇二 土屋
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WORLD METAL KK
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 フリップチップ用接続ボールの粒径のばらつ
きを低減させ、半導体チップと基板の接合信頼性を向上
させる。 【構成】 フリップチップ用接続ボール１を、微細粒体
２とその上に無電解メッキ法により形成したＳｎ又はＰ
ｂ−Ｓｎ系メッキ被膜３とから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップの基板へ
の実装に使用するフリップチップ用接続ボールに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、半導体チップを基板に実装す
る方法としては、ワイヤーボンディング法や、金バンプ
法、半田バンプ法といったフリップチップ方式のワイヤ
ーレスボンディング法が採用されているが、特に、近年
では、高密度実装化に伴い、ＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ−Ｃｈ
ｉｐ Ｍｏｄｕｌｅ）の製造に際して半導体チップの実
装面積を低減させることができ、実装コストの点でも有
利な半田バンプ法の使用が増大している。
【０００３】この半田バンプ法は、通常、５０〜７０μ
ｍという高さの高い半田バンプを半導体チップの入出力
端子に形成し、そのバンプを基板の電極パッドと熱圧着
することにより半導体チップを基板に接合する方法であ
る。この場合、半田バンプは、通常、真空法又は電気メ
ッキ法により形成されている。
【０００４】また、半導体チップに厚さ数μｍの薄い半
田薄型バンプを形成し、これとは別にＣｕ、Ａｇ等の金
属球体や樹脂球体上に半田メッキを施したフリップチッ
プ用接続ボールを形成し、半導体チップに形成した半田
薄型バンプと基板の電極パッドとをフリップチップ用接
続ボールを介して接合する方法も知られている。この場
合、Ｃｕ、Ａｇ等の金属球体や樹脂球体上への半田メッ
キは、電気メッキ法により行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半田バンプ法に使用する半田バンプを半導体チップの入
出力端子に真空法や電気メッキ法で形成するためには、
本来的に大掛かりな製造設備が必要となり、また生産性
も低くなるので、結果的に実装コストが高くなるという
問題がある。
【０００６】また、真空法を利用して半田バンプを形成
する方法では、複数のバンプを形成した場合にバンプの
高さが不均一になりやすい。例えば、高さ５０〜７０μ
ｍの半田バンプを形成する場合には、±２０μｍ程度の
ばらつきが生じる。そのため半導体チップの実装に際し
て、複数のバンプを同時に接続するときの接合信頼性を
確保することが困難であるという問題もあった。
【０００７】また、通常の高さ５０〜７０μｍの半田バ
ンプに代えて高さ数μｍの半田薄型バンプを形成し、こ
れとフリップチップ用接続ボールとを用いて実装する方
法においても、そのフリップチップ用接続ボールを、Ｃ
ｕ、Ａｇ等の金属球体や樹脂球体上に電気メッキで半田
メッキすることにより形成しているので、均一な径のも
のが得られず、接合信頼性を確保することが困難である
という問題があった。即ち、Ｃｕ、Ａｇ等の金属球体や
樹脂球体上に電気メッキにより半田メッキ被膜を形成す
る場合に、金属球体や樹脂球体の直径が１０００μｍ以
上であれば半田メッキやスズメッキは可能ではあるが個
々の球体のメッキ厚は不均一となる。特に、金属球体や
樹脂球体の直径が１００μｍ以下となると、メッキ厚の
ばらつきはさらに大きくなる。例えば、平均６０μｍの
厚さの半田メッキ被膜に対して±３０μｍ程度のばらつ
きが生じる。さらには、接続ボール同士が半田メッキ中
に半田メッキで接合されてしまう場合もある。このた
め、均一な径のフリップチップ用接続ボールを得ること
ができず、フリップチップ用接続ボールを使用してバン
プ接合を行う場合にも、接合信頼性を確保することが困
難となっていた。
【０００８】また、金バンプ法では、通常、半導体チッ
プに高さ１５〜２０μｍの金バンプを形成し、これを基
板のＳｎメッキ端子等と接合するが、この方法では金バ
ンプの形成コストが高くつくという問題があり、また半
導体チップの実装時のリペア工程において、一旦基板に
接合した半導体チップを基板から取り外し、再度接合す
る場合のボンディング性が低いという問題もあった。
【０００９】本発明は以上のような従来技術の課題を解
決しようとするものであり、均一な径のフリップチップ
用接続ボールを安価に生産性よく得られるようにし、そ
れにより、低コストで接合信頼性の高いフリップチップ
ボンディングを可能とすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者は、フリップチ
ップ用接続ボールの製造に際して、微細粒体上に、電気
メッキ法ではなく無電解メッキ法を用いてＳｎ又はＰｂ
−Ｓｎ系メッキ被膜を形成することにより均一な径のフ
リップチップ用接続ボールを得られることを見出し、本
発明を完成させるに至った。
【００１１】即ち、本発明は、微細粒体上に無電解メッ
キ法によるＳｎ又はＰｂ−Ｓｎ系メッキ被膜が形成され
ていることを特徴とするフリップチップ用接続ボールを
提供する。
【００１２】また、本発明は、このような接続ボールを
用いた半導体チップの接合方法として、半導体チップの
入出力端子に半田薄型バンプを形成し、その半田薄型バ
ンプと該半導体チップを実装すべき基板の電極パッドと
を上記フリップチップ用接続ボールを介して重ね合わ
せ、その重なった部分を加熱することにより両者を接合
する方法を提供する。
【００１３】以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】図１は本発明のフリップチップ用接続ボー
ル１の断面図であり、微細粒体２上に無電解メッキ法に
よるＳｎ又はＰｂ−Ｓｎ系メッキ被膜３が形成された構
造となっている。
【００１５】ここで、微細粒体２としては、種々の金
属、樹脂、セラミックス又はガラスからなる粒体を使用
することができる。また、直径１０〜１０００μｍ程
度、好ましくは１０〜５００μｍの球状粒体を好ましく
使用でき、特に真球が好ましい。
【００１６】このような微細粒体２をなす金属製粒体と
しては、Ｃｕ又はＣｕ合金（Ｚｎ、Ａｇ又はＳｎ含有）
からなる粒体を好ましく使用することができ、市販のも
のを使用することができる。また、樹脂製の微細粒体２
としては、ＡＢＳ、ＰＰ、ＰＰＳ、アクリル、ポリカー
ボネート、アルキッド、ナイロン、ＰＥＴ等の粒体を使
用することができる。特に、ＡＢＳ又はＡＢＳブレンド
樹脂からなるものが好ましい。セラミックス製の微細粒
体２としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、サファイヤ、Ａ
ｌＮ、ＳｉＮ、ＢＮ等の粒体を使用することができる。
なかでも、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２が安価に得られ、メッ
キ性も良好なので好ましい。ガラス製微細粒体２として
は、アルカリガラス、鉛ガラス、パイレックス等からな
るものを使用することができ、可能な限りＮａを含まな
いものが好ましい。
【００１７】また、微細粒体２が非電導性の粒体である
場合には、予め、その表面にＣｕ、Ｎｉ−Ｃｕ等の下地
皮膜を常法により形成しておくことが好ましい。
【００１８】Ｓｎ又はＰｂ−Ｓｎ系メッキ被膜３は、Ｓ
ｎ単独又はＰｂ−Ｓｎ系の合金の被膜からなる。この被
膜厚さは、一般には厚さ０．０１〜１００μｍ程度とす
ることが好ましく、特に０．１〜５０μｍ程度とするこ
とが好ましい。
【００１９】また、このＳｎ又はＰｂ−Ｓｎ系メッキ被
膜３は無電解メッキ法により形成したものとする。無電
解メッキによる被膜とすることにより、所定の膜厚の被
膜を、膜厚のばらつき小さく形成することが可能とな
る。
【００２０】このメッキ被膜３を形成するＰｂ−Ｓｎ系
合金としては、Ｐｄ−Ｓｎ、Ｐｄ−Ｓｎ−Ｉｎ、Ｐｂ−
Ｓｎ−Ｃｕ等を使用することができる。これらＰｂ−Ｓ
ｎ系合金又はＳｎが、さらにＰ、Ｂ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｂ
ｉ、Ｃｄ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ等を含有していてもよい。
【００２１】また、メッキ被膜３には、密着性の点か
ら、微細粒体２との界面に熱処理等によって拡散層、融
解層を形成することが好ましい。
【００２２】Ｓｎ又はＰｂ−Ｓｎ系メッキ被膜３の無電
解メッキ条件は、微細粒体２の種類や、当該Ｓｎ又はＰ
ｂ−Ｓｎ系メッキ被膜の種類等に応じて適宜選択するこ
とができる。例えば、Ｃｕからなる微細粒体２上にＰｂ
−Ｓｎ系メッキ被膜３を形成する場合、無電解メッキ液
として、Ｐｂ塩とＳｎ塩を含有する液を使用し、ｐＨ
０．１〜１２、好ましくはｐＨ０．１〜１．０、温度２
０〜９０℃、好ましくは４０〜７０℃という条件でメッ
キを行うことができる。
【００２３】また、Ｓｎ又はＰｂ−Ｓｎ系メッキ被膜３
の形成に際しては、必要に応じて、その無電解メッキに
先立ち、微細粒体２の表面をエッチング液で洗浄し、パ
ラジウム水溶液で下地処理しておくことが特に好まし
い。
【００２４】この場合、エッチング液としては、密着性
の点から１〜５％Ｈ２ＳＯ４溶液を使用することが好ま
しい。
【００２５】また、下地処理用のパラジウム水溶液とし
ては、例えば、塩化パラジウム０．０１〜１０ｇ／ｌ、
好ましくは０．１〜３ｇ／ｌ、３５％塩酸０．０１〜５
０ｍｌ／ｌ、好ましくは０．１〜１０ｍｌ／ｌ及びクエ
ン酸カリウム１〜１００ｇ／ｌ、好ましくは３〜５０ｇ
／ｌからなる塩化パラジム水溶液を例示することができ
る。また、このような塩化パラジウム水溶液は、ｐＨ１
〜１１、好ましくはｐＨ３〜９で温度０〜７０℃、好ま
しくは５〜５０℃で使用することが好ましい。この他、
有機酸パラジウム（クエン酸パラジウム、リンゴ酸パラ
ジウム、コハク酸パラジウム等）の水溶液も使用するこ
とができる。
【００２６】本発明のフリップチップ用接続ボール１
は、従来のフリップチップ用接続ボールと同様に、半導
体チップの薄型バンプ（半田薄型バンプ、無電解Ｎｉ系
メッキ層と無電解貴金属メッキ層からなる薄型バンプ
等）と基板との接合に使用することができる。
【００２７】例えば、図２に示したように、半導体チッ
プ５のＡｌからなる入出力端子６の上に真空法により厚
さ５〜３０μｍの半田薄型バンプ７を形成する。一方、
基板８のＣｕ製の電極パッド９には、半田づけ性を向上
させる点から、好ましくは厚さ１〜１０μｍのＮｉ薄層
１０及び厚さ０．００１〜５μｍのＡｕ薄層１１を順次
形成する。そして、半導体チップ５の半田薄型バンプ７
とフリップチップ用接続ボール１と基板８の電極パッド
９とを位置合わせし、約１９０〜３００℃の温度で熱圧
着することにより半導体チップ５を基板８に実装するこ
とができる。
【００２８】この場合、フリップチップ用接続ボール１
は、予め、半導体チップ５の半田薄型バンプ７又は基板
８の電極パッド９のいずれか一方と固定し、その後その
フリップチップ用接続ボール１を介して半導体チップ５
と基板８とを接合してもよい。
【００２９】また、半田薄型バンプに代えて、入出力端
子６上に厚さ０．３〜２０μｍの無電解Ｎｉ系メッキ層
および厚さ０．００５〜５０μｍの無電解貴金属メッキ
層を順次積層した薄型バンプを形成してもよい。これに
より、より接合信頼性を高めることができるので好まし
い。
【００３０】
【作用】本発明のフリップチップ用接続ボールは、微細
粒体上にＳｎ又はＰｂ−Ｓｎ系メッキ被膜が無電解メッ
キにより形成されているので、微細粒体上のメッキ厚さ
のばらつきが抑制され、均一な径のものとなる。よっ
て、複数の端子を同時に接合する場合でも、全ての端子
について高い接合信頼性を確保することが可能となる。
【００３１】また、本発明のフリップチップ用接続ボー
ルは真空法を利用することなく製造できるので、安価に
生産性高く得られるものとなる。
【００３２】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。
【００３３】実施例１ 直径５０μｍの銅微細粒体の表面酸化物を０．１％Ｈ２
ＳＯ４溶液で除去し、水洗した。その後、ＰｄＣｌ
２０．１ｇ／ｌ、３５％ＨＣｌ１ｍｌ／ｌからなるＰｄ
水溶液に３０秒間浸漬し、次で水洗した。
【００３４】次に、メタンスルホン酸スズ１０ｇ／ｌ、
メタンスルホン酸鉛２０ｇ／ｌ、メタンスルホン酸１０
ｇ／ｌ、チオ尿素１０ｇ／ｌ、酒石酸３０ｇ／ｌからな
る無電解半田メッキ液を調製し、これを用いて上述の銅
微細粒体に温度６０℃で３０分間無電解メッキを行っ
た。その結果、銅微細粒体の表面が溶解し、Ｓｎ及びＰ
ｂが析出してＳｎ−Ｐｂ系メッキ被膜（組成：Ｓｎ６０
％、Ｐｂ４０％）が形成された。このメッキ被膜の厚さ
は２０±２μｍであり、メッキ中に粒子同士が接合した
ものはなかった。また、外観は均一であった。
【００３５】得られたＳｎ−Ｐｂ系メッキ被膜を水洗し
乾燥することによりフリップチップ用接続ボールを得
た。
【００３６】一方、Ｃ−ＭＯＳチップの入出力端子であ
る３μｍ厚のアルミニウム端子に厚さ５μｍの半田バン
プを真空法により形成し、その上に上記フリップチップ
用接続ボールを転写法で固定し、２００℃で２０秒間加
熱し、Ｃ−ＭＯＳチップの入出力端子上にバンプを形成
した。これにより均一な高さのバンプが形成された。
【００３７】次に、このチップをセラミック基板のパッ
ドに位置合わせし、２００℃で２０秒間加熱した。これ
により、Ｃ−ＭＯＳチップとセラミック基板とを良好に
接合することができた。この場合、Ｃ−ＭＯＳチップと
セラミック基板との位置合わせは、セラミック基板上で
Ｃ−ＭＯＳチップの水平をとるための格別な操作をする
ことなく容易に行うことができた。
【００３８】また、Ｃ−ＭＯＳチップを基板に実装する
場合のリペア工程として、一旦セラミック基板と接合し
たＣ−ＭＯＳチップをセラミック基板から取り外し、再
度、セラミック基板に接合したところ、この場合も良好
に接合することができた。
【００３９】実施例２ 実施例１と同様にして、直径５０μｍの銅球の表面酸化
物を除去し、さらにＰｄ水溶液で処理した。
【００４０】次に、硫酸２０ｇ／ｌ、硫酸第一スズ１０
ｇ／ｌ、チオ尿素１０ｇ／ｌ、ロッセル塩２０ｇ／ｌか
らなる無電解スズメッキ液を調製し、これを用いて上述
の銅微細粒体に温度６０℃で３０分間無電解メッキを行
った。その結果、銅微細粒体の表面が溶解し、Ｓｎが析
出してＳｎメッキ被膜が形成された。このメッキ被膜の
厚さは５±１μｍであり、メッキ中に粒子同士が接合し
たものはなかった。また、外観は均一であった。
【００４１】得られたＳｎメッキ被膜を水洗し乾燥する
ことによりフリップチップ用接続ボールを得た。
【００４２】一方、図３に示したように、液晶ドライバ
ー用ＬＳＩチップ５の入出力端子である３μｍ厚のアル
ミニウム端子６上に、予め無電解メッキ法で厚さ３μｍ
のＮｉメッキ被膜１２及び厚さ０．１μｍのＡｕメッキ
被膜１３を形成した。なお、アルミニウム端子６の周囲
にはＰＩＱからなるパッシベーション膜１４をフォトリ
ソ法により形成した。そしてＡｕメッキ被膜１３上に上
記フリップチップ用接続ボール１を置き、転写法で固定
した。次いで、表面がＡｕメッキされたリード１５を有
する銅板１６の当該リード１５をフリップチップ用接続
ボール１上に位置合わせして置き、３８０〜４００℃で
加熱圧着した。これにより、ＬＳＩチップ５の入出力端
子上のＡｕメッキ被膜１３と、フリップチップ用接続ボ
ール１の表面のＳｎメッキ被膜と、Ａｕメッキリード１
５との各界面にＡｕ−Ｓｎ合金層が形成され、ＬＳＩチ
ップ５と銅板１６のリード１５とを完全に接合すること
ができた。
【００４３】比較例１ 直径５０μｍの銅球に、電気メッキにより厚さ５０μｍ
の半田メッキ層を形成し、フリップチップ用接続ボール
とした。この場合、半田メッキ層の厚さのばらつきは±
２０μｍであり、電気メッキ中に粒子同士接合したもの
が約６０％あった。
【００４４】このフリップチップ用接続ボールを用いて
実施例１と同様に、Ｃ−ＭＯＳチップとセラミック基板
とを接合したところ、Ｃ−ＭＯＳチップとセラミック基
板との距離が高さ方向に不均一となり、両者を良好に接
合することができなかった。
【００４５】
【発明の効果】本発明によれば、均一な径のフリップチ
ップ用接続ボールが安価にかつ高い生産性で得られる。
よって、低コストで接合信頼性の高いフリップチップボ
ンディングを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフリップチップ用接続ボールの断面図
である。
【図２】本発明のフリップチップ用接続ボールを用いた
半導体チップと基板との接合方法の説明図である。
【図３】本発明のフリップチップ用接続ボールを用いた
半導体チップと基板との接合方法の説明図である。
【符号の説明】
１ フリップチップ用接続ボール ２ 微細粒体 ３ Ｓｎ又はＰｂ−Ｓｎ系メッキ被膜 ５ 半導体チップ ６ 入出力端子 ７ 半田薄型バンプ ８ 基板 ９ 電極パッド １０ Ｎｉ薄層 １１ Ａｕ薄層 １２ Ｎｉメッキ被膜 １３ Ａｕメッキ被膜 １４ パッシベーション膜 １５ Ａｕメッキリード １６ 銅板

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 微細粒体上に無電解メッキ法によるＳｎ
    又はＰｂ−Ｓｎ系メッキ被膜が形成されていることを特
    徴とするフリップチップ用接続ボール。
  2. 【請求項２】 微細粒体が、金属、樹脂、セラミックス
    又はガラスからなる請求項１記載のフリップチップ用接
    続ボール。
  3. 【請求項３】 半導体チップの入出力端子に薄型バンプ
    を形成し、その薄型バンプと該半導体チップを実装すべ
    き基板の電極パッドとを、請求項１又は２に記載のフリ
    ップチップ用接続ボールを介して重ね合わせ、その重な
    った部分を加熱することにより両者を接合することを特
    徴とする半導体チップの接合方法。
  4. 【請求項４】 半導体チップの入出力端子を構成する基
    材金属層上に無電解メッキ法によりＮｉ系メッキ層を形
    成し、該Ｎｉ系メッキ層上に無電解メッキ法により貴金
    属メッキ層を形成することにより半導体チップの入出力
    端子の薄型バンプを形成する請求項３記載の半導体チッ
    プの接合方法。
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