説明

半導体実装方法

【課題】 パッケージ基板の電極構造を工夫することにより、低荷重でありかつ安定な金すずフリップチップで接合できるようにし、信頼性の高い高密度実装を実現する。
【解決手段】 実装基板上に半導体チップをフリップチップ実装するとともに、前記半導体チップと前記実装基板とを樹脂にて固着する半導体実装方法において、前記半導体チップ側の各バンプと接触する基板側の各電極部は2つに分離されかつ上部より円錐形状の穴加工が施されるとともに、前記各バンプは前記各電極部とその円錐形状部分において接触することにより、バンプ側面と電極穴内部との間で合金層を形成し、金バンプ先端を潰す必要がないので低荷重での接合を可能にし、かつバンプ側面と電極穴内部の広い面積で擦れ合ってすずめっきの酸化膜を剥がすことができることにより、より良好な合金層が形成できるように構成した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高速LSIチップの実装技術に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の高速LSIチップの実装技術について、図4(a)、(b)を参照して説明する。先ず、図4(a)、(b)に示すように、フリップチップ実装方法は、半導体チップ7のパッド電極にバンプボンダを用いてバンプ8を形成する。次に、パッケージ基板絶縁体10上の銅パターン電極11に半田13めっきをするか、または半田を印刷し、リフロー等をすることで銅パターン電極11を半田コーティングする。また、金すず接合の場合は、すずを銅パターン電極11にめっきする。フリップチップボンダを用いた熱圧着工程でバンプ8と半田13又はすずの接合を形成する。そして、バンプ8と半田13又はすずの接合後または同時に熱硬化性樹脂、例えばアンダーフィル樹脂を注入して硬化させることにより、半導体チップ7とパッケージ基板絶縁体10の接合信頼性を確保している。
【0003】
具体的には、半導体チップ7側のバンプ8の突出部9を、パッケージ基板絶縁体10上の銅パターン電極11上に押しつけて半田13又はすず表面の酸化膜12を突き破ることによって、半導体チップ7のバンプ8と半田13又はすずの接合が行なわれる。
【0004】
また、パッケージ基板は、図5(a)、(b)に示すように、パッケージ基板絶縁体1上に銅パターン電極2を形成している。パッケージ基板絶縁体1と銅パターン電極2の端部には、保護等の目的で耐熱性コーティング材であるソルダーレジスト3をコーティングする。
【0005】
【特許文献1】特開平10−117065号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
近年、半導体チップのパッド電極も高密度化に対応して、50μm程度のサイズが実現可能になってきた。また、ワイヤーボンディング技術を利用することにより、直径50μm程度のサイズで金バンプは、形成できるようになってきた。
【0007】
しかしながら、このような小径バンプをフリップチップ接合するためのパッケージ基板の電極幅を高密度化に対応して狭めていくと、例えば接合時電極上50μm幅の中央に金バンプ先端を合わせることが難しいことにより、場合によっては電極から金バンプがずれて滑り落ちるような問題がある。
【0008】
また、高密度化に従ってフリップチップ接合ピン数が増えると、パッケージ基板の電極上で金バンプ先端を押しつけて接合する方式では、必要な荷重が金バンプ数に比例して増えていくという問題がある。例えば、1ピンあたり20gの荷重が必要だとすると、2000ピンの接合を行うためには40kgの荷重が必要になる。
【0009】
一方、荷重をかけないために予めバンプ先端を押しつぶしておくことも考えられるが、この場合バンプと電極の間にアンダーフィル樹脂を挟みこんでしまうことにより、合金層形成の妨げとなる可能性があるという問題がある。
【0010】
本発明は、パッケージ基板の電極構造を工夫することにより、低荷重でありかつ安定な金すずフリップチップで接合できるようにし、信頼性の高い高密度実装を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記のような目的を達成するために本発明は、請求項1に示すように、実装基板上に半導体チップをフリップチップ実装するとともに、前記半導体チップと前記実装基板とを樹脂にて固着する半導体実装方法において、前記半導体チップ側の各バンプと接触する基板側の各電極部は2つに分離されかつ上部より円錐形状の穴加工が施されるとともに、前記各バンプは前記各電極部とその円錐形状部分において接触することを特徴としている。
【0012】
また、請求項2に示すように、請求項1記載の半導体実装方法において、前記各電極部上に施されるめっき処理の材質はすずであり、前記各バンプの材質は金であることを前提としている。
【0013】
また、請求項3に示すように、請求項1または2記載の半導体実装方法において、前記各電極部は、電気的に分離していることを特徴としている。
【0014】
さらに、請求項4に示すように、請求項1乃至3いずれかに記載の半導体実装方法において、前記各バンプを前記各電極部の円錐形状部分における側面部に接触させることにより、前記各電極部上のすずめっきの酸化膜を剥がすことを特徴とした実装方法である。
【発明の効果】
【0015】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を説明すれば下記の通りである。
【0016】
基板側の銅パターン電極部は2つに分離され、分離された銅パターン電極部の上部より円錐形状に穴加工を施すことにより、細い金バンプの先端は、上からの荷重により円錐形状の穴に習って入るようになる。金バンプが、円錐形状の穴に習って入るようになることにより、位置ずれが起こりにくくなる。
【0017】
また、基板側の2つに分離された銅パターン電極部の上部より円錐形状の穴を加工し、銅パターン電極部上の円錐形状の穴で金バンプの側面を接合することにより、金バンプの先端を押しつける必要がなくなり、低荷重での接合ができるようになる。
【0018】
次に、基板側の各銅パターン電極部を2つに分離することにより、銅パターン電極部の上部より形成された円錐形状の穴にアンダーフィル樹脂が入ったとしても、円錐形状の穴に金バンプを押し付けることで銅パターン電極部横からアンダーフィル樹脂が流れ出ることができる。
【0019】
そして、基板側の2つに分離された銅パターン電極部と半導体チップ側の金バンプでフリップチップ接合を行うことにより、銅パターン電極部の一端をLSIへの信号または電源接続にし、別の銅パターン電極部の一端を信号または電源が接続されていることを確認するためのセンス端子にすることができる。
【0020】
つまり、銅パターン電極部を二分割することにより、一方の銅パターン電極部から半導体チップに信号を送り、もう一方の銅パターン電極部で正しく信号が接続されているかを確認することができるため、フリップチップ実装の検査カバレッジを向上することが可能となる半導体実装方法が得られる。
【0021】
さらに、二分割された銅パターン電極部の円錐形状の穴において、半導体チップ側の金バンプの先端の側面が銅パターン電極部の円錐形状の穴と擦れ合うことにより、銅パターン電極部の円錐形状の穴のすずめっきの酸化膜を剥がすことができる。半導体チップ側の金バンプの先端が銅パターン電極部の円錐形状の穴のすずめっきの酸化膜を剥がすことにより、より良好な合金層を形成する半導体実装方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
以下、図面を用いて、本発明の半導体実装方法を説明する。
【実施例1】
【0023】
図1(a)、(b)は、本発明の半導体実装方法の一実施例を示す平面図および断面図である。図において、前記図5(a)、(b)と同様のものは同一符号を付して示す。
【0024】
半導体実装方法において、図1(a)、(b)に示すように、2つに分離した銅パターン電極2からなるパッケージ基板絶縁体1上の銅パターン電極2を基板の露光・めっき・エッチング工程を通じて形成する。その後、図2に示すように、UVレーザー加工機など微細なスポット径をもつ穴加工機を用いて、分離された2つの銅パターン電極2の中央に金バンプ5の最大径よりやや小さい円錐形状の穴をあける。次に、ソルダーレジスト3で銅パターン電極2とパッケージ基板絶縁体1の端部を覆った部分以外の銅パターン電極2上にすずめっき4処理を行う。そして、図3に示すように、半導体チップ6側の金バンプ5の先端を銅パターン電極2上の円錐形状の穴に擦れ合せることでフリップチップ接合を実施する。
【0025】
図1(a)、(b)において、銅パターン電極2が2つに分離され、パッケージ基板絶縁体1と、パッケージ基板絶縁体1上におく銅パターン電極2の端部をソルダーレジスト3で覆う構成になっている。
【0026】
図2において、パッケージ基板絶縁体1上の銅パターン電極2が2つに分離された状態で、2つに分離した銅パターン電極2の中央に、金バンプ5の最大径よりもやや小さい円錐形状の穴をあけた構成になっている。
【0027】
図3において、銅パターン電極2上をソルダーレジスト3で覆っていない部分にすずめっき4処理を行い、半導体チップ6側の金バンプ5とパッケージ基板絶縁体1上の銅パターン電極2とがフリップチップ接合する構成になっている。
【0028】
具体的には、細い金バンプ5の先端は、半導体チップ6側から荷重をかけることにより、金バンプ5の先端が銅パターン電極2上の円錐形状の穴に習って入るため接合位置が動きにくくなる。
【0029】
また、2分割した銅パターン電極2に円錐形状の穴を形成し、銅パターン電極2上の円錐形状の穴に金バンプ5の側面が接合することにより、金バンプ5の先端を潰す必要がなくなる。金バンプ5の先端を潰すことなく、半導体チップ6側の金バンプ5とパッケージ基板絶縁体1側の銅パターン電極2を接合できることにより、金バンプ5にかかる荷重が低荷重となり、低荷重での接合ができるようになる。
【0030】
さらに、銅パターン電極2は2つに分離していることにより、銅パターン電極2の円錐形状の穴にアンダーフィル樹脂が入ったとしても、銅パターン電極2上の円錐形状の穴に金バンプ5の先端を押し付けることで銅パターン電極2の分離している部分からアンダーフィル樹脂が流れ出ることができる。
【0031】
そして、パッケージ基板絶縁体1側の2つに分離した銅パターン電極2と半導体チップ6側の金バンプ5でフリップチップ接合を行うことにより、銅パターン電極2の一端を半導体チップ6への信号または電源接続にし、別の銅パターン電極2の一端を信号または電源が接続されていることを確認するためのセンス端子にすることができる。
【0032】
すなわち、銅パターン電極2を二分割することにより、一方の銅パターン電極2から半導体チップに信号を送り、もう一方の銅パターン電極2で信号が正しく接続されているかを確認することができるため、フリップチップ実装の検査カバレッジを向上することができる。
【0033】
次に、銅パターン電極2上の円錐形状の穴があいているすずめっき4処理部分に半導体チップ6側の金バンプ5の先端を擦れ合せることにより、銅パターン電極2上のすずめっき4の酸化膜を剥がすことができる。酸化膜を剥がすことによって半導体チップ6側の金バンプ5とパッケージ基板絶縁体1側の銅パターン電極2との接合を行うことにより、より良好な合金層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】図1は本発明の半導体実装方法の実施の形態の中の一部分を示すものであり、(a)は2つに分離した電極からなるパッケージ基板電極部の一例を示す平面図、(b)は(a)のX−X'断面図。
【図2】図2は本発明の半導体実装方法の2つに分離した電極の中央に円錐形状の穴加工を施した部分の一例を示す拡大図。
【図3】図3は本発明の半導体実装方法のバンプの先端を電極の円錐形状の穴に擦れ合せることにより行うフリップチップ接合方式の一例を示す断面図。
【図4】図4は従来の半導体実装方法の一例を示すものであり、(a)はフリップチップ接合前の一例を示す断面図、(b)はフリップチップ接合方式の一例を示す断面図。
【図5】図5は従来の半導体実装方法の実施の形態の中の一部分を示すものであり、(a)はパッケージ基板と銅パターン電極の一例を示す平面図、(b)は(a)のX−X' 断面図。
【符号の説明】
【0035】
1 パッケージ基板絶縁体
2 銅パターン電極
3 ソルダーレジスト
4 すずめっき
5 金バンプ
6 半導体チップ
7 半導体チップ
8 バンプ
9 突出部
10 パッケージ基板絶縁体
11 銅パターン電極
12 酸化膜
13 半田

【特許請求の範囲】
【請求項1】
実装基板上に半導体チップをフリップチップ実装するとともに、前記半導体チップと前記実装基板とを樹脂にて固着する半導体実装方法において、
前記半導体チップ側の各バンプと接触する基板側の各電極部は2つに分離されかつ上部より円錐形状の穴加工が施されるとともに、
前記各バンプは前記各電極部とその円錐形状部分において接触することを特徴とする半導体実装方法。
【請求項2】
前記各電極部上に施されるめっき処理の材質はすずであり、前記各バンプの材質は金であることを特徴とする請求項1記載の半導体実装方法。
【請求項3】
前記各電極部は、電気的に分離していることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体実装方法。
【請求項4】
前記各バンプを前記各電極部の円錐形状部分における側面部に接触させることにより、前記各電極部上のすずめっきの酸化膜を剥がすことを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の半導体実装方法。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2009−99647(P2009−99647A)
【公開日】平成21年5月7日(2009.5.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−267517(P2007−267517)
【出願日】平成19年10月15日(2007.10.15)
【出願人】(000006507)横河電機株式会社 (4,443)
【Fターム(参考)】