電子装置及び電子部品
【課題】電子部品の電極間隔が狭い場合でもはんだバンプの高さを高くできるようにする。
【解決手段】ＵＢＭ１０５の長さＬｕを開口１０４の１辺の長さＬｈよりも小さくする。これにより、ＵＢＭ１０５の長さＬｕは比較例１のＵＢＭ１０５′の長さＬｕ′よりも小さくなる。したがって、はんだバンプ３００の底面部分の面積は、比較例１のはんだバンプ３００′の底面部分の面積よりも小さくなる。その結果、はんだバンプ３００の表面張力の作用によって、はんだバンプ３００の体積を増やさずともその高さをはんだバンプ３００′よりもΔｈだけ高くすることができる。
【解決手段】ＵＢＭ１０５の長さＬｕを開口１０４の１辺の長さＬｈよりも小さくする。これにより、ＵＢＭ１０５の長さＬｕは比較例１のＵＢＭ１０５′の長さＬｕ′よりも小さくなる。したがって、はんだバンプ３００の底面部分の面積は、比較例１のはんだバンプ３００′の底面部分の面積よりも小さくなる。その結果、はんだバンプ３００の表面張力の作用によって、はんだバンプ３００の体積を増やさずともその高さをはんだバンプ３００′よりもΔｈだけ高くすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣチップ等の電子部品をフリップチップ接合により基板に実装した電子装置及び電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近のエレクトロニクス実装技術は飛躍的に向上し、電子装置の小型化と高性能化を実現するキー技術となっている。特に、ベアチップをプリント配線基板等に直接実装するベアチップ実装は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）等の半導体パッケージに用いられていたインターポーザをなくすことができ、実装面積の大幅な縮小化、あるいは信号伝送距離の短縮が可能となることから、高密度実装を実現する手段として広く用いられている。
【０００３】
ベアチップ実装におけるＩＣチップ上の電極と基板の電極との接合方式としては、ワイヤボンディング接合やフリップチップ接合等がある。フリップチップ接合は、ＩＣチップの電極部分にはんだバンプを形成し、基板側の電極と直接接続する方式である。
【０００４】
従来、フリップチップ接合によりＩＣチップを基板に実装した電子装置として、例えば特許文献１に記載のものが知られている。この従来技術では、ＩＣチップの電極パッド上ではんだバンプを溶融させて表面張力により球状化を図ることで、電極パッドの径とほぼ等しい高さのはんだバンプを形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１５２００７号公報（第４頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術には、以下の課題が存在する。
【０００７】
ＩＣチップの小型化に伴い電極間隔が狭くなると、電極上に形成されるはんだバンプ間の距離も狭くなる。このため、隣り合う電極が短絡しないように、はんだの体積を小さくする必要がある。一方で、一般に基板の表面には製造上の要因等により微小なうねりが存在するため、ＩＣチップと基板との間には一定の距離を確保する必要がある。このため、ＩＣチップの電極に形成するはんだバンプの高さを一定以上に高くする必要がある。はんだバンプの高さを高くするには、はんだの体積を大きくする必要がある。
【０００８】
したがって、上記従来技術の構成では、小型のＩＣチップを用いる場合にははんだバンプ間の距離が狭くなるため、はんだの体積を大きくすることができず、はんだバンプの高さを高くすることが困難であった。
【０００９】
本発明の目的は、電子部品の電極間隔が狭い場合でもはんだバンプの高さを高くすることができる電子装置及び電子部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、チップ本体、前記チップ本体に形成された複数の電極、及び、前記電極において開口し前記チップ本体の表面を覆うように形成された保護膜を有する電子部品と、前記複数の電極に対向して配置された複数の基板電極を有する基板と、前記複数の電極と前記複数の基板電極とを電気的に接続する複数のはんだバンプと、を備え、前記はんだバンプと前記電極との接合面積が、前記保護膜の開口面積よりも小さい電子装置が適用される。
【００１１】
また、本発明の別の観点によれば、チップ本体と、前記チップ本体に形成された複数の電極と、前記電極において開口し前記チップ本体の表面を覆うように形成された保護膜と、前記複数の電極上に各々形成され、前記電極とはんだバンプとを接合するための複数のＵＢＭと、を備え、前記ＵＢＭは、前記保護膜の開口面積よりも小さい面積となるように形成されている電子部品が適用される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電子部品の電極間隔が狭い場合でもはんだバンプの高さを高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る電子装置の概略構成について説明するための概略構成図である。
【図２】電極とはんだバンプの接合部分の詳細構造を表す縦断面図である。
【図３】図２に示す構成によりはんだバンプの高さを高くできることを説明するための説明図である。
【図４】図２に示す構成によりはんだバンプの耐久性を向上できることを説明するための説明図である。
【図５】はんだバンプの形成工程を表すフローチャートである。
【図６】ＵＢＭの形成工程を表す縦断面図である。
【図７】作製した各形状のＵＢＭにおけるバンプ高さの計算値を表す図である。
【図８】作製した各形状のＵＢＭについて測定したバンプ高さと計算値とを比較した図である。
【図９】スクリーン印刷法により形成されたはんだバンプと、はんだボール搭載法により形成された実施例のはんだバンプとの高さ寸法をそれぞれ測定して比較した結果を表す図である。
【図１０】比較対象とされた各はんだバンプの高さ寸法を表す図である。
【図１１】本発明が有効となる範囲における電極ピッチと保護膜の開口長さとの関係を表す図である。
【図１２】はんだバンプ形成方法におけるバンプ高さと電極ピッチとの関係を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係る電子装置の構成の概略について説明する。図１は、本実施形態に係る電子装置の概略構成について説明するための概略構成図である。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る電子部品の一例であるＩＣチップ１００には、チップ本体１０１に複数の電極１０２が設けられている。このＩＣチップ１００は、プラスチックやセラミックスなどのパッケージに収納されずに基板２００に対し直接的に実装される、いわゆるベアチップである。
【００１７】
ＩＣチップ１００の各電極１０２上には、はんだバンプ３００が形成される。一般にはんだバンプの形成方法としては、はんだボール搭載法やスクリーン印刷法、めっき法等が挙げられるが、はんだボールは寸法精度に優れ、はんだの体積を均一にし易い利点があるため、本実施形態でははんだボール搭載法を用いている。したがって、各電極１０２上に球状のはんだボールが搭載され、リフロー処理により溶融されてはんだバンプ３００が形成される。図１（ｂ）に示すように、はんだバンプ３００は表面張力によって電極１０２との接合部分を底面とした球状に形成される。はんだボールを電極１０２上に搭載する方法としては、はんだボールをジグに真空吸着させ、これを電極１０２上に位置決めして搭載する真空吸着法や、メタルマスクを用いてメタルマスクの開口部にはんだボールを転がし込む転がし込み法等が用いられる。
【００１８】
図１（ｃ）に示すように、基板２００の基板本体２０１には、ＩＣチップ１００の複数の電極１０２に対向して複数の基板電極２０２が配置されている。はんだバンプ３００は、一端側がＩＣチップ１００の電極１０２に接合されるとともに、他端側が基板２００の基板電極２０２に接合され、ＩＣチップ１００の複数の電極１０２と基板２００の複数の基板電極２０２とを電気的に接続する。このようにして、ＩＣチップ１００の電極１０２上にはんだバンプ３００が形成され、基板２００の基板電極２０２とフリップチップ接合されることにより、電子装置１が構成される。
【００１９】
なお、ここでは基板２００に対し１つのＩＣチップ１００のみ接合して電子装置１を構成した例を示したが、基板２００に対し他のＩＣチップ、半導体素子等の電子部品を接合してもよい。
【００２０】
次に、図２を参照しつつ、電極とはんだバンプの接合部分の詳細構造について説明する。図２は、電極とはんだバンプの接合部分の詳細構造を表す縦断面図である。
【００２１】
図２中の拡大図に示すように、ＩＣチップ１００は、チップ本体１０１、チップ本体１０１に形成された複数の電極１０２、及び、チップ本体１０１の表面を覆うように形成された保護膜１０３を有している。保護膜１０３は、電極１０２において四角形状に開口しており、電極１０２を露出させる。以下、この開口を開口１０４と記載する。保護膜１０３は、樹脂材料あるいはソルダーレジスト材料によって形成される。
【００２２】
はんだバンプ３００は、電極１０２上に形成されたＵＢＭ（Ｕｎｄｅｒ Ｂｕｍｐ Ｍｅｔａｌ）１０５を介して電極１０２に接合されている。ＵＢＭ１０５は、電解ニッケルめっきにより円形状あるいは四角形状に形成されている（図７に記載）。一般に、電極１０２はアルミ等の金属によって形成されるが、その表面には強固な酸化膜が存在するため、はんだの電極１０２への接合は酸化膜によって阻害される。このため、溶融したはんだはＵＢＭ１０５にのみ濡れ、電極１０２には濡れないので、はんだバンプ３００と電極１０２との接合部分の大きさや形状は、ＵＢＭ１０５の長さおよび形状によって決められる。
【００２３】
本実施形態では、ＵＢＭ１０５が保護膜１０３の開口１０４の開口面積よりも小さい面積となるように電極１０２上に形成されている。具体的には、ＵＢＭ１０５の長さＬｕ（ＵＢＭ１０５が円形状である場合にはその直径であり、四角形状である場合にはその１辺の長さ。以下同様）が、開口１０４の１辺の長さＬｈよりも小さくなっている。これにより、はんだバンプ３００と電極１０２との接合面積は、保護膜１０３の開口１０４の開口面積よりも小さくなっている。また、ＵＢＭ１０５はその周囲が全周に亘って保護膜１０３の開口端面１０４ａと離間するように形成されており、これによりはんだバンプ３００は、保護膜１０３と接触しないように電極１０２に接合されている。その結果、はんだバンプ３００とＵＢＭ１０５との接合部の周囲には、電極１０２が露出している。
【００２４】
次に、図３を参照しつつ、図２に示す構成によりはんだバンプ３００の高さを高くできることを比較例１を用いて説明する。図３は、図２に示す構成によりはんだバンプの高さを高くできることを説明するための説明図であり、図３（ａ）は比較例１、図３（ｂ）は本発明の構成を示している。なお、図３（ａ）及び図（ｂ）に示すはんだバンプの体積はいずれも同一である。
【００２５】
図３（ａ）に示す比較例１では、ＵＢＭ１０５′の長さＬｕ′が開口１０４の１辺の長さＬｈと等しくなっている。この場合、ＵＢＭ１０５′が円形状である場合には開口１０４に内側より接する内接円状となり、四角形状である場合にはＵＢＭ１０５′の面積と保護膜１０３の開口面積とは略同一となる。これに対し、図３（ｂ）に示す本発明では、上述したようにＵＢＭ１０５の長さＬｕが開口１０４の１辺の長さＬｈよりも小さくなっている。すなわち、ＵＢＭ１０５の長さＬｕは比較例１のＵＢＭ１０５′の長さＬｕ′よりも小さくなっている。したがって、はんだバンプ３００の底面部分の面積は、ＵＢＭ１０５，１０５′が円形状又は四角形状のいずれであっても、比較例１のはんだバンプ３００′の底面部分の面積よりも小さくなる。これにより、はんだバンプ３００の表面張力の作用によって、はんだバンプ３００の体積を増やさずともその高さをはんだバンプ３００′よりもΔｈだけ高くすることができる。
【００２６】
次に、図４を参照しつつ、図２に示す構成によりはんだバンプ３００の耐久性を向上できることを比較例２を用いて説明する。図４は、図２に示す構成によりはんだバンプの耐久性を向上できることを説明するための説明図である。
【００２７】
図４に示す比較例２では、保護膜１０３′の開口１０４′が小さく形成されており、その１辺の長さＬｈ′がＵＢＭ１０５の長さＬｕと等しくなっている。すなわち、この比較例２は、保護膜１０３′の開口１０４′の開口面積を小さく絞ることで、本実施形態と同様にはんだバンプ３００の底面部分の面積を小さくし、同様の高さを得た構成である。
【００２８】
このような比較例２と本実施形態の構成について、本願発明者等がはんだバンプにひずみを与えたときのはんだ内の塑性ひずみをシミュレーションしたところ、図４に示すように、本実施形態の構成は比較例２と比較してはんだ内の最大塑性ひずみが約２０％減少することが判明した。これは、比較例２では、保護膜１０３′とはんだバンプ３００とが接触するため、保護膜１０３′の開口端面１０４ａ′がはんだバンプ３００に食い込んだ構造となっており、はんだバンプ３００にひずみを与えた場合に保護膜１０３′の食い込み部分に応力集中が生じるためと考えられる。一方、本実施形態においては、はんだバンプ３００と保護膜１０３とが接触しない構成となっている。これにより、上述のような応力集中が生じることがないので、比較例２の構成に比べてはんだ内の最大塑性ひずみを減少させることができる。その結果、はんだバンプ３００の耐久性を高め、電子装置１の信頼性を向上することができる。
【００２９】
次に、図５及び図６を参照しつつ、はんだバンプ３００の形成工程を説明する。図５は、はんだバンプの形成工程を表すフローチャートであり、図６は、ＵＢＭの形成工程を表す縦断面図である。
【００３０】
図５に示すように、まずステップＳ１０では、チップ本体１０１が成膜機に設置される。図６（ａ）に示すように、チップ本体１０１には電極１０２及び保護膜１０３が形成されている。
【００３１】
次のステップＳ２０では、Ｔｉ／Ｃｕによる成膜加工が行われる。これにより、図６（ｂ）に示すように、電極１０２及び保護膜１０３の表面にＴｉ／Ｃｕが蒸着され金属薄膜１０６が形成される。
【００３２】
次のステップＳ３０では、前述の成膜機から取り出して、上記ステップＳ２０で形成された金属薄膜１０６上にフォトレジストが塗布され、露光装置によりマスクパターニングが行われる。これにより、図６（ｂ）に示すように、電極１０２の一部及び保護膜１０３上にフォトレジスト膜１０７が形成される。フォトレジスト膜１０７は、ＵＢＭ１０５が保護膜１０３の開口面積よりも小さく形成されるように、電極１０２の周囲を覆うように形成されている。
【００３３】
次のステップＳ４０では、電解ニッケルめっきによりＵＢＭ１０５が形成される。これにより、図６（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜１０７によるマスク部分以外の部分にＵＢＭ１０５が形成される。
【００３４】
なお、電解ニッケルめっきは、アルカリ、酸性溶液等での表面洗浄が不要であり、処理温度が４０℃−５０℃程度と低いので、フォトレジスト膜１０７の膨潤に起因するはく離が生じにくい。そのため、例えば、アルカリ、酸性溶液等での表面洗浄を行い、処理温度の高い無電解ニッケル−リンめっき等のようにポストベーク処理を行う必要がない。ポストベーク処理を行うと、フォトレジストの成分によって電極１０２の表面が汚染されることがあり、接合の阻害要因となるので、電解ニッケルめっきでは、このような接合の阻害要因を可能な限り排除することができる。このように、電解ニッケルめっきによって、容易に所定の形状のＵＢＭ１０５を形成することができる。そして、はんだバンプ３００と良好な接合性を得ることができる。
【００３５】
また、電解ニッケルめっきによって形成されたＵＢＭ１０５の表面に、さらに金属又は合金の薄膜を形成してもよい。例えば、金、パラジウム・金、はんだ、ロジウム、白金、または銀の各種めっきによって薄膜が形成されても同様に良好な接合性を得ることができる。
【００３６】
次のステップＳ５０では、上記ステップＳ３０で形成したフォトレジスト膜１０７の除去、及び、上記ステップＳ２０で形成したＴｉ／Ｃｕによる金属薄膜１０６のエッチングが行われる。これにより、図６（ｄ）に示すように、フォトレジスト膜１０７及びＵＢＭ１０５部分以外の金属薄膜１０６が除去される。このようにして、電極１０２上にＵＢＭ１０５が保護膜１０３の開口１０４の開口面積よりも小さく形成され、ＩＣチップ１００が形成される。
【００３７】
次のステップＳ６０では、フラックスの塗布が行われる。フラックスは、はんだのＵＢＭ１０５に対するぬれ性を向上する役割を果たすものである。次のステップＳ７０では、前述した真空吸着法や転がし込み法等により、はんだボールが電極１０２上に搭載される。そして、ステップＳ８０では、リフローの加熱処理によりはんだボールが溶融され、はんだバンプ３００が形成される。以上により、はんだバンプ３００と電極１０２との接合面積が、保護膜１０３の開口１０４の開口面積よりも小さくなるように、はんだバンプ３００が形成される。
【００３８】
次に、実施例を挙げて本実施形態をさらに詳細に説明する。
【実施例】
【００３９】
本願発明者等は、以上説明した方法により実際にはんだバンプ３００を作製してバンプ高さの測定を行った。測定にあたっては、１枚のチップ本体１０１上に図７に示す８種類の形状のＵＢＭ１０５を各々複数作製した。図７は、各形状のＵＢＭにおけるバンプ高さの計算値を表す図であり、図８は、作製した各形状のＵＢＭについて測定したバンプ高さと計算値とを比較した図である。
【００４０】
図７に示すように、円形について直径の異なる５種類のＵＢＭ（Φ４０μｍ，Φ４５μｍ，Φ５０μｍ，Φ５５μｍ，Φ６０μｍ）を作製し、四角形（この例では正方形）について１辺の長さが異なる３種類のＵＢＭ（□４０μｍ，□５０μｍ，□６０μｍ）を作製した。また、それぞれの形状のＵＢＭについて、Φ５０μｍのはんだボールを用いた場合におけるバンプ高さを、公知のＧｏｌｄｍａｎの式を変形した下記の数式１を用いて計算した。計算結果を図７に示す。
【００４１】
【数１】
ｈｂｕｍｐ：バンプ高さ
Ｌu：ＵＢＭ径または辺長
【００４２】
さらに、作製した各形状のＵＢＭについて、複数のはんだバンプ３００のバンプ高さを測定した。それらの測定値の平均値（平均バンプ高さ）と図７に示す計算結果との比較結果を図８に示す。このとき作製したＵＢＭの厚さは約２μｍであり、保護膜の厚さは約３μｍとした。図８に示すように、バンプ高さの測定値と計算値とは、ほぼ同じ結果となっている。したがって、図７に示すバンプ高さの計算値は、実際に作製したはんだバンプの高さとほぼ一致することが判明した。以上の結果から、ＵＢＭ１０５が円形あるいは四角形のいずれであっても、長さＬｕが小さいほど、言い換えればはんだバンプ３００と電極１０２との接合面積が小さいほど、バンプ高さが高くなることが確認された。また、ＵＢＭ１０５の形状が円形の場合と四角形の場合では、円形の場合の方がバンプ高さを高くできることが確認された。さらに、はんだバンプ３００の高さは、ＵＢＭ１０５の長さＬｕを変更することによって調節することが可能であり、またＵＢＭ１０５の形状によっても調節することが可能であることが確認された。
【００４３】
なお、上述したように、電解ニッケルめっきによりＵＢＭ１０５を形成することによって、このような所定の高さのはんだバンプ３００を実現でき、電極１０２と強固に接合させることが可能となる。
【００４４】
なお、上記結果からバンプ高さを高くするにはＵＢＭ１０５の形状を円形にする方が有利であることがわかるが、以下の理由からも、ＵＢＭ形状は四角形状よりも円形状であることが好ましい。すなわち、前述したようにはんだバンプ３００と電極１０２との接合部の形状はＵＢＭ１０５の形状とほぼ同一となるが、接合部が四角形等の多角形である場合、はんだバンプ３００にひずみを与えた場合にはんだ内部に局所的な応力集中が生じるおそれがあるのに対し、接合部が円形状である場合にははんだ内部に生じる応力を一様とすることができるからである。その結果、はんだバンプの耐久性を高め、電子装置１の信頼性を向上することができる。
【００４５】
また本願発明者等は、本実施例で作製されたはんだバンプと比較する比較例として、スクリーン印刷法により３種類のはんだバンプを作製し、これらのはんだバンプと、はんだボール搭載法により形成された本実施例のはんだバンプとの高さ寸法をそれぞれ測定して比較した。図９及び図１０にその比較結果を示す。図９は、この比較結果を表す図であり、図１０は、比較対象とされた各はんだバンプの高さ寸法を表す図である。なお、スクリーン印刷法で形成されたはんだバンプは、本実施例と異なり、保護膜の開口面積と略同一面積であるＵＢＭを介して電極に接合されたものである。一方、はんだボール搭載法により形成されたはんだバンプは、前述したように保護膜の開口面積よりも小さく形成されたＵＢＭを介して電極に接合されたものである（図７のΦ４０，Φ５０，Φ６０μｍ参照）。
【００４６】
図９及び図１０に示すように、本実施例においてはんだボール搭載法により形成されたはんだバンプ３００のバンプ高さは、スクリーン印刷により形成されたはんだバンプよりも、２倍程度高くなることが確認された。これは、ＵＢＭ１０５の面積を保護膜１０３の開口面積よりも小さくしたことによる効果である。また、平均バンプ高さのばらつき（変動）は、スクリーン印刷法により形成されたはんだバンプでは０．１程度であり、はんだボール搭載法で形成された本実施例のはんだバンプ３００では、Φ４０，Φ５０で０．０８となっており、本実施例のはんだバンプ３００ではスクリーン印刷法で形成されたはんだバンプよりもバンプ高さを高くできると共に、平均バンプ高さのばらつきを抑制できることが確認された。
【００４７】
また、本願発明者等は、図７に示す８種類の形状のＵＢＭ１０５を、電極１０２の間隔（電極ピッチ）が異なる複数種類のチップ本体１０１に対して作製し、狭ピッチにおいて必要とするバンプ高さ（図１２に示すハッチング領域）を確保できるか否かを確認した。
【００４８】
その結果、図１１に示すように、電極ピッチＤが保護膜１０３の開口１０４の最長寸法の辺の長さＬｈの２倍以下となる狭ピッチのＩＣチップ１００を用いる場合でも、必要なバンプ高さを確保できることが確認された。特に、電極ピッチが５０〜１００μｍの範囲において、はんだバンプの高さを２５〜５０μｍ程度に確保できることが確認され、当該範囲において本発明が有効であることが確認された。なお、一般に保護膜１０３の開口１０４の一辺の長さＬｈは電極１０２の一辺の長さとほぼ一致するので、上記は電極ピッチＤが電極の長さの２倍以下となる狭ピッチのＩＣチップ１００とも言い換えることができる。また、開口１０４の形状は四角形状に限らず円形や台形等も考えられるが、この場合には上記最長寸法の辺の長さは、円形の場合には直径となり、台形の場合には下底に対応する辺の長さとなる。
【００４９】
図１２は、従来のはんだバンプ形成方法におけるバンプ高さと電極ピッチとの関係を表す図である。この図１２に上記の本発明が特に有効となる範囲を表すと、斜線で示す範囲となる。本実施形態によれば、このように従来のバンプ形成方法では実現できなかった範囲において、電極ピッチが狭いＩＣチップ１００でもはんだバンプ３００の高さを高くすることが可能である。
【００５０】
以上説明した本実施形態に係る電子装置１は、はんだバンプ３００と電極１０２との接合面積が、保護膜１０３の開口面積よりも小さくなるように構成されている。これにより、はんだバンプ３００と電極１０２との接合面積が保護膜１０３の開口面積と等しい場合に比べ、球状のはんだバンプ３００の底面部分の面積を小さくすることができるので、表面張力の作用によって、はんだバンプ３００の体積を増やさずともその高さを高くすることができる。したがって、電子部品１の電極ピッチが狭い場合でもはんだバンプ３００の高さを高くすることができる。
【００５１】
また、本実施形態では特に、はんだバンプ３００と保護膜１０３とが接触しない構成となっている。これにより、次のような効果を奏する。すなわち、電子装置１においては、ＩＣチップ１００による発熱により、基板２００がＩＣチップ１００よりも膨張し、ＩＣチップ１００と基板２００の接合部に寸法差が生じるため、ＩＣチップ１００と基板２００とを接合するはんだバンプ３００には、電子装置１が使用される度に繰り返しひずみが生じることになる。ここで、はんだバンプ３００の高さを高くする構成として、例えば図４の比較例２に示すように、保護膜１０３′の開口面積を小さく絞ることで、はんだバンプ３００の底面部分の面積を小さくする構成が考えられる。この場合、保護膜１０３′とはんだバンプ３００とが接触するため、保護膜１０３′の開口端面１０４ａ′がはんだバンプ３００に食い込んだ構造となる。このような構造では、はんだバンプ３００にひずみを与えた場合に保護膜１０３′の食い込み部分に応力集中が生じ、はんだ内の最大塑性ひずみが増大する。その結果、はんだバンプ３００の耐久性が低下し、電子装置１の信頼性の低下を招く。これに対し、本実施形態においては、はんだバンプ３００と保護膜１０３とが接触しないため、上述のような応力集中が生じることがない。したがって、上述の構成に比べてはんだ内の最大塑性ひずみを減少させることができる。その結果、はんだバンプ３００の耐久性を高め、電子装置１の信頼性を向上することができる。
【００５２】
また、本実施形態では特に、はんだバンプ３００が、電極１０２上に保護膜１０３の開口面積よりも小さく形成されたＵＢＭ１０５を介して電極１０２に接合されている。これにより、はんだバンプ３００と電極１０２との接合面積を、保護膜１０３の開口面積よりも確実に小さくすることができる。また、ＵＢＭ１０５の大きさが保護膜１０３の開口面積よりも小さいので、ＵＢＭ１０５の周囲には電極１０２が露出することになる。ＵＢＭ１０５の大きさを小さくすることにより、さらにはんだバンプ３００の高さを高くすることができる。さらに、ＵＢＭ１０５の大きさまたは形状を変更することにより、はんだバンプ３００の高さを調節することが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態では特に、はんだバンプ３００は、円形状のＵＢＭ１０５を介して電極１０２に接合されている。ＵＢＭ１０５を円形状に形成することで、はんだバンプ３００と電極１０２との接合部の形状を円形にすることができる。これにより、接合部が四角形等の多角形である場合に比べ、はんだバンプ３００にひずみを与えた場合にはんだ内部に生じる応力を一様とすることができるので、はんだバンプ３００の耐久性を高め、電子装置１の信頼性を向上することができる。
【００５４】
また、本実施形態では特に、はんだバンプ３００と電極１０２との接合面積が、保護膜１０３の開口面積よりも小さくなるように構成され、且つ、はんだバンプ３００が接合されるＵＢＭ１０５は、電解ニッケルめっきにより形成されている。これにより、容易に所定の形状のＵＢＭ１０５を形成することができ、且つ、ＵＢＭ１０５とはんだバンプ３００の良好な接合性を得ることができる。
【００５５】
また、本実施形態では特に、ＩＣチップ１００は、電極１０２の電極ピッチＤが保護膜１０３の開口１０４の一辺の長さＬｈの２倍以下となるように構成されている。このように電極ピッチＤが狭ピッチのＩＣチップ１００を用いる場合でも、はんだバンプ３００の高さを高くすることができる。
【００５６】
また、本実施形態では特に、ＩＣチップ１００は、電極ピッチＤが５０〜１００μｍとなるように構成されている。このような狭ピッチのＩＣチップ１００を用いる場合でも、はんだバンプ３００の高さを２５〜５０μｍ程度に高く確保することができる。
【００５７】
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【符号の説明】
【００５８】
１ 電子装置
１００ ＩＣチップ（電子部品）
１０１ チップ本体
１０２ 電極
１０３ 保護膜
１０５ ＵＢＭ
２００ 基板
２０２ 基板電極
３００ はんだバンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣチップ等の電子部品をフリップチップ接合により基板に実装した電子装置及び電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近のエレクトロニクス実装技術は飛躍的に向上し、電子装置の小型化と高性能化を実現するキー技術となっている。特に、ベアチップをプリント配線基板等に直接実装するベアチップ実装は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）等の半導体パッケージに用いられていたインターポーザをなくすことができ、実装面積の大幅な縮小化、あるいは信号伝送距離の短縮が可能となることから、高密度実装を実現する手段として広く用いられている。
【０００３】
ベアチップ実装におけるＩＣチップ上の電極と基板の電極との接合方式としては、ワイヤボンディング接合やフリップチップ接合等がある。フリップチップ接合は、ＩＣチップの電極部分にはんだバンプを形成し、基板側の電極と直接接続する方式である。
【０００４】
従来、フリップチップ接合によりＩＣチップを基板に実装した電子装置として、例えば特許文献１に記載のものが知られている。この従来技術では、ＩＣチップの電極パッド上ではんだバンプを溶融させて表面張力により球状化を図ることで、電極パッドの径とほぼ等しい高さのはんだバンプを形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１５２００７号公報（第４頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術には、以下の課題が存在する。
【０００７】
ＩＣチップの小型化に伴い電極間隔が狭くなると、電極上に形成されるはんだバンプ間の距離も狭くなる。このため、隣り合う電極が短絡しないように、はんだの体積を小さくする必要がある。一方で、一般に基板の表面には製造上の要因等により微小なうねりが存在するため、ＩＣチップと基板との間には一定の距離を確保する必要がある。このため、ＩＣチップの電極に形成するはんだバンプの高さを一定以上に高くする必要がある。はんだバンプの高さを高くするには、はんだの体積を大きくする必要がある。
【０００８】
したがって、上記従来技術の構成では、小型のＩＣチップを用いる場合にははんだバンプ間の距離が狭くなるため、はんだの体積を大きくすることができず、はんだバンプの高さを高くすることが困難であった。
【０００９】
本発明の目的は、電子部品の電極間隔が狭い場合でもはんだバンプの高さを高くすることができる電子装置及び電子部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、チップ本体、前記チップ本体に形成された複数の電極、及び、前記電極において開口し前記チップ本体の表面を覆うように形成された保護膜を有する電子部品と、前記複数の電極に対向して配置された複数の基板電極を有する基板と、前記複数の電極と前記複数の基板電極とを電気的に接続する複数のはんだバンプと、を備え、前記はんだバンプと前記電極との接合面積が、前記保護膜の開口面積よりも小さい電子装置が適用される。
【００１１】
また、本発明の別の観点によれば、チップ本体と、前記チップ本体に形成された複数の電極と、前記電極において開口し前記チップ本体の表面を覆うように形成された保護膜と、前記複数の電極上に各々形成され、前記電極とはんだバンプとを接合するための複数のＵＢＭと、を備え、前記ＵＢＭは、前記保護膜の開口面積よりも小さい面積となるように形成されている電子部品が適用される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電子部品の電極間隔が狭い場合でもはんだバンプの高さを高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る電子装置の概略構成について説明するための概略構成図である。
【図２】電極とはんだバンプの接合部分の詳細構造を表す縦断面図である。
【図３】図２に示す構成によりはんだバンプの高さを高くできることを説明するための説明図である。
【図４】図２に示す構成によりはんだバンプの耐久性を向上できることを説明するための説明図である。
【図５】はんだバンプの形成工程を表すフローチャートである。
【図６】ＵＢＭの形成工程を表す縦断面図である。
【図７】作製した各形状のＵＢＭにおけるバンプ高さの計算値を表す図である。
【図８】作製した各形状のＵＢＭについて測定したバンプ高さと計算値とを比較した図である。
【図９】スクリーン印刷法により形成されたはんだバンプと、はんだボール搭載法により形成された実施例のはんだバンプとの高さ寸法をそれぞれ測定して比較した結果を表す図である。
【図１０】比較対象とされた各はんだバンプの高さ寸法を表す図である。
【図１１】本発明が有効となる範囲における電極ピッチと保護膜の開口長さとの関係を表す図である。
【図１２】はんだバンプ形成方法におけるバンプ高さと電極ピッチとの関係を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係る電子装置の構成の概略について説明する。図１は、本実施形態に係る電子装置の概略構成について説明するための概略構成図である。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る電子部品の一例であるＩＣチップ１００には、チップ本体１０１に複数の電極１０２が設けられている。このＩＣチップ１００は、プラスチックやセラミックスなどのパッケージに収納されずに基板２００に対し直接的に実装される、いわゆるベアチップである。
【００１７】
ＩＣチップ１００の各電極１０２上には、はんだバンプ３００が形成される。一般にはんだバンプの形成方法としては、はんだボール搭載法やスクリーン印刷法、めっき法等が挙げられるが、はんだボールは寸法精度に優れ、はんだの体積を均一にし易い利点があるため、本実施形態でははんだボール搭載法を用いている。したがって、各電極１０２上に球状のはんだボールが搭載され、リフロー処理により溶融されてはんだバンプ３００が形成される。図１（ｂ）に示すように、はんだバンプ３００は表面張力によって電極１０２との接合部分を底面とした球状に形成される。はんだボールを電極１０２上に搭載する方法としては、はんだボールをジグに真空吸着させ、これを電極１０２上に位置決めして搭載する真空吸着法や、メタルマスクを用いてメタルマスクの開口部にはんだボールを転がし込む転がし込み法等が用いられる。
【００１８】
図１（ｃ）に示すように、基板２００の基板本体２０１には、ＩＣチップ１００の複数の電極１０２に対向して複数の基板電極２０２が配置されている。はんだバンプ３００は、一端側がＩＣチップ１００の電極１０２に接合されるとともに、他端側が基板２００の基板電極２０２に接合され、ＩＣチップ１００の複数の電極１０２と基板２００の複数の基板電極２０２とを電気的に接続する。このようにして、ＩＣチップ１００の電極１０２上にはんだバンプ３００が形成され、基板２００の基板電極２０２とフリップチップ接合されることにより、電子装置１が構成される。
【００１９】
なお、ここでは基板２００に対し１つのＩＣチップ１００のみ接合して電子装置１を構成した例を示したが、基板２００に対し他のＩＣチップ、半導体素子等の電子部品を接合してもよい。
【００２０】
次に、図２を参照しつつ、電極とはんだバンプの接合部分の詳細構造について説明する。図２は、電極とはんだバンプの接合部分の詳細構造を表す縦断面図である。
【００２１】
図２中の拡大図に示すように、ＩＣチップ１００は、チップ本体１０１、チップ本体１０１に形成された複数の電極１０２、及び、チップ本体１０１の表面を覆うように形成された保護膜１０３を有している。保護膜１０３は、電極１０２において四角形状に開口しており、電極１０２を露出させる。以下、この開口を開口１０４と記載する。保護膜１０３は、樹脂材料あるいはソルダーレジスト材料によって形成される。
【００２２】
はんだバンプ３００は、電極１０２上に形成されたＵＢＭ（Ｕｎｄｅｒ Ｂｕｍｐ Ｍｅｔａｌ）１０５を介して電極１０２に接合されている。ＵＢＭ１０５は、電解ニッケルめっきにより円形状あるいは四角形状に形成されている（図７に記載）。一般に、電極１０２はアルミ等の金属によって形成されるが、その表面には強固な酸化膜が存在するため、はんだの電極１０２への接合は酸化膜によって阻害される。このため、溶融したはんだはＵＢＭ１０５にのみ濡れ、電極１０２には濡れないので、はんだバンプ３００と電極１０２との接合部分の大きさや形状は、ＵＢＭ１０５の長さおよび形状によって決められる。
【００２３】
本実施形態では、ＵＢＭ１０５が保護膜１０３の開口１０４の開口面積よりも小さい面積となるように電極１０２上に形成されている。具体的には、ＵＢＭ１０５の長さＬｕ（ＵＢＭ１０５が円形状である場合にはその直径であり、四角形状である場合にはその１辺の長さ。以下同様）が、開口１０４の１辺の長さＬｈよりも小さくなっている。これにより、はんだバンプ３００と電極１０２との接合面積は、保護膜１０３の開口１０４の開口面積よりも小さくなっている。また、ＵＢＭ１０５はその周囲が全周に亘って保護膜１０３の開口端面１０４ａと離間するように形成されており、これによりはんだバンプ３００は、保護膜１０３と接触しないように電極１０２に接合されている。その結果、はんだバンプ３００とＵＢＭ１０５との接合部の周囲には、電極１０２が露出している。
【００２４】
次に、図３を参照しつつ、図２に示す構成によりはんだバンプ３００の高さを高くできることを比較例１を用いて説明する。図３は、図２に示す構成によりはんだバンプの高さを高くできることを説明するための説明図であり、図３（ａ）は比較例１、図３（ｂ）は本発明の構成を示している。なお、図３（ａ）及び図（ｂ）に示すはんだバンプの体積はいずれも同一である。
【００２５】
図３（ａ）に示す比較例１では、ＵＢＭ１０５′の長さＬｕ′が開口１０４の１辺の長さＬｈと等しくなっている。この場合、ＵＢＭ１０５′が円形状である場合には開口１０４に内側より接する内接円状となり、四角形状である場合にはＵＢＭ１０５′の面積と保護膜１０３の開口面積とは略同一となる。これに対し、図３（ｂ）に示す本発明では、上述したようにＵＢＭ１０５の長さＬｕが開口１０４の１辺の長さＬｈよりも小さくなっている。すなわち、ＵＢＭ１０５の長さＬｕは比較例１のＵＢＭ１０５′の長さＬｕ′よりも小さくなっている。したがって、はんだバンプ３００の底面部分の面積は、ＵＢＭ１０５，１０５′が円形状又は四角形状のいずれであっても、比較例１のはんだバンプ３００′の底面部分の面積よりも小さくなる。これにより、はんだバンプ３００の表面張力の作用によって、はんだバンプ３００の体積を増やさずともその高さをはんだバンプ３００′よりもΔｈだけ高くすることができる。
【００２６】
次に、図４を参照しつつ、図２に示す構成によりはんだバンプ３００の耐久性を向上できることを比較例２を用いて説明する。図４は、図２に示す構成によりはんだバンプの耐久性を向上できることを説明するための説明図である。
【００２７】
図４に示す比較例２では、保護膜１０３′の開口１０４′が小さく形成されており、その１辺の長さＬｈ′がＵＢＭ１０５の長さＬｕと等しくなっている。すなわち、この比較例２は、保護膜１０３′の開口１０４′の開口面積を小さく絞ることで、本実施形態と同様にはんだバンプ３００の底面部分の面積を小さくし、同様の高さを得た構成である。
【００２８】
このような比較例２と本実施形態の構成について、本願発明者等がはんだバンプにひずみを与えたときのはんだ内の塑性ひずみをシミュレーションしたところ、図４に示すように、本実施形態の構成は比較例２と比較してはんだ内の最大塑性ひずみが約２０％減少することが判明した。これは、比較例２では、保護膜１０３′とはんだバンプ３００とが接触するため、保護膜１０３′の開口端面１０４ａ′がはんだバンプ３００に食い込んだ構造となっており、はんだバンプ３００にひずみを与えた場合に保護膜１０３′の食い込み部分に応力集中が生じるためと考えられる。一方、本実施形態においては、はんだバンプ３００と保護膜１０３とが接触しない構成となっている。これにより、上述のような応力集中が生じることがないので、比較例２の構成に比べてはんだ内の最大塑性ひずみを減少させることができる。その結果、はんだバンプ３００の耐久性を高め、電子装置１の信頼性を向上することができる。
【００２９】
次に、図５及び図６を参照しつつ、はんだバンプ３００の形成工程を説明する。図５は、はんだバンプの形成工程を表すフローチャートであり、図６は、ＵＢＭの形成工程を表す縦断面図である。
【００３０】
図５に示すように、まずステップＳ１０では、チップ本体１０１が成膜機に設置される。図６（ａ）に示すように、チップ本体１０１には電極１０２及び保護膜１０３が形成されている。
【００３１】
次のステップＳ２０では、Ｔｉ／Ｃｕによる成膜加工が行われる。これにより、図６（ｂ）に示すように、電極１０２及び保護膜１０３の表面にＴｉ／Ｃｕが蒸着され金属薄膜１０６が形成される。
【００３２】
次のステップＳ３０では、前述の成膜機から取り出して、上記ステップＳ２０で形成された金属薄膜１０６上にフォトレジストが塗布され、露光装置によりマスクパターニングが行われる。これにより、図６（ｂ）に示すように、電極１０２の一部及び保護膜１０３上にフォトレジスト膜１０７が形成される。フォトレジスト膜１０７は、ＵＢＭ１０５が保護膜１０３の開口面積よりも小さく形成されるように、電極１０２の周囲を覆うように形成されている。
【００３３】
次のステップＳ４０では、電解ニッケルめっきによりＵＢＭ１０５が形成される。これにより、図６（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜１０７によるマスク部分以外の部分にＵＢＭ１０５が形成される。
【００３４】
なお、電解ニッケルめっきは、アルカリ、酸性溶液等での表面洗浄が不要であり、処理温度が４０℃−５０℃程度と低いので、フォトレジスト膜１０７の膨潤に起因するはく離が生じにくい。そのため、例えば、アルカリ、酸性溶液等での表面洗浄を行い、処理温度の高い無電解ニッケル−リンめっき等のようにポストベーク処理を行う必要がない。ポストベーク処理を行うと、フォトレジストの成分によって電極１０２の表面が汚染されることがあり、接合の阻害要因となるので、電解ニッケルめっきでは、このような接合の阻害要因を可能な限り排除することができる。このように、電解ニッケルめっきによって、容易に所定の形状のＵＢＭ１０５を形成することができる。そして、はんだバンプ３００と良好な接合性を得ることができる。
【００３５】
また、電解ニッケルめっきによって形成されたＵＢＭ１０５の表面に、さらに金属又は合金の薄膜を形成してもよい。例えば、金、パラジウム・金、はんだ、ロジウム、白金、または銀の各種めっきによって薄膜が形成されても同様に良好な接合性を得ることができる。
【００３６】
次のステップＳ５０では、上記ステップＳ３０で形成したフォトレジスト膜１０７の除去、及び、上記ステップＳ２０で形成したＴｉ／Ｃｕによる金属薄膜１０６のエッチングが行われる。これにより、図６（ｄ）に示すように、フォトレジスト膜１０７及びＵＢＭ１０５部分以外の金属薄膜１０６が除去される。このようにして、電極１０２上にＵＢＭ１０５が保護膜１０３の開口１０４の開口面積よりも小さく形成され、ＩＣチップ１００が形成される。
【００３７】
次のステップＳ６０では、フラックスの塗布が行われる。フラックスは、はんだのＵＢＭ１０５に対するぬれ性を向上する役割を果たすものである。次のステップＳ７０では、前述した真空吸着法や転がし込み法等により、はんだボールが電極１０２上に搭載される。そして、ステップＳ８０では、リフローの加熱処理によりはんだボールが溶融され、はんだバンプ３００が形成される。以上により、はんだバンプ３００と電極１０２との接合面積が、保護膜１０３の開口１０４の開口面積よりも小さくなるように、はんだバンプ３００が形成される。
【００３８】
次に、実施例を挙げて本実施形態をさらに詳細に説明する。
【実施例】
【００３９】
本願発明者等は、以上説明した方法により実際にはんだバンプ３００を作製してバンプ高さの測定を行った。測定にあたっては、１枚のチップ本体１０１上に図７に示す８種類の形状のＵＢＭ１０５を各々複数作製した。図７は、各形状のＵＢＭにおけるバンプ高さの計算値を表す図であり、図８は、作製した各形状のＵＢＭについて測定したバンプ高さと計算値とを比較した図である。
【００４０】
図７に示すように、円形について直径の異なる５種類のＵＢＭ（Φ４０μｍ，Φ４５μｍ，Φ５０μｍ，Φ５５μｍ，Φ６０μｍ）を作製し、四角形（この例では正方形）について１辺の長さが異なる３種類のＵＢＭ（□４０μｍ，□５０μｍ，□６０μｍ）を作製した。また、それぞれの形状のＵＢＭについて、Φ５０μｍのはんだボールを用いた場合におけるバンプ高さを、公知のＧｏｌｄｍａｎの式を変形した下記の数式１を用いて計算した。計算結果を図７に示す。
【００４１】
【数１】
ｈｂｕｍｐ：バンプ高さ
Ｌu：ＵＢＭ径または辺長
【００４２】
さらに、作製した各形状のＵＢＭについて、複数のはんだバンプ３００のバンプ高さを測定した。それらの測定値の平均値（平均バンプ高さ）と図７に示す計算結果との比較結果を図８に示す。このとき作製したＵＢＭの厚さは約２μｍであり、保護膜の厚さは約３μｍとした。図８に示すように、バンプ高さの測定値と計算値とは、ほぼ同じ結果となっている。したがって、図７に示すバンプ高さの計算値は、実際に作製したはんだバンプの高さとほぼ一致することが判明した。以上の結果から、ＵＢＭ１０５が円形あるいは四角形のいずれであっても、長さＬｕが小さいほど、言い換えればはんだバンプ３００と電極１０２との接合面積が小さいほど、バンプ高さが高くなることが確認された。また、ＵＢＭ１０５の形状が円形の場合と四角形の場合では、円形の場合の方がバンプ高さを高くできることが確認された。さらに、はんだバンプ３００の高さは、ＵＢＭ１０５の長さＬｕを変更することによって調節することが可能であり、またＵＢＭ１０５の形状によっても調節することが可能であることが確認された。
【００４３】
なお、上述したように、電解ニッケルめっきによりＵＢＭ１０５を形成することによって、このような所定の高さのはんだバンプ３００を実現でき、電極１０２と強固に接合させることが可能となる。
【００４４】
なお、上記結果からバンプ高さを高くするにはＵＢＭ１０５の形状を円形にする方が有利であることがわかるが、以下の理由からも、ＵＢＭ形状は四角形状よりも円形状であることが好ましい。すなわち、前述したようにはんだバンプ３００と電極１０２との接合部の形状はＵＢＭ１０５の形状とほぼ同一となるが、接合部が四角形等の多角形である場合、はんだバンプ３００にひずみを与えた場合にはんだ内部に局所的な応力集中が生じるおそれがあるのに対し、接合部が円形状である場合にははんだ内部に生じる応力を一様とすることができるからである。その結果、はんだバンプの耐久性を高め、電子装置１の信頼性を向上することができる。
【００４５】
また本願発明者等は、本実施例で作製されたはんだバンプと比較する比較例として、スクリーン印刷法により３種類のはんだバンプを作製し、これらのはんだバンプと、はんだボール搭載法により形成された本実施例のはんだバンプとの高さ寸法をそれぞれ測定して比較した。図９及び図１０にその比較結果を示す。図９は、この比較結果を表す図であり、図１０は、比較対象とされた各はんだバンプの高さ寸法を表す図である。なお、スクリーン印刷法で形成されたはんだバンプは、本実施例と異なり、保護膜の開口面積と略同一面積であるＵＢＭを介して電極に接合されたものである。一方、はんだボール搭載法により形成されたはんだバンプは、前述したように保護膜の開口面積よりも小さく形成されたＵＢＭを介して電極に接合されたものである（図７のΦ４０，Φ５０，Φ６０μｍ参照）。
【００４６】
図９及び図１０に示すように、本実施例においてはんだボール搭載法により形成されたはんだバンプ３００のバンプ高さは、スクリーン印刷により形成されたはんだバンプよりも、２倍程度高くなることが確認された。これは、ＵＢＭ１０５の面積を保護膜１０３の開口面積よりも小さくしたことによる効果である。また、平均バンプ高さのばらつき（変動）は、スクリーン印刷法により形成されたはんだバンプでは０．１程度であり、はんだボール搭載法で形成された本実施例のはんだバンプ３００では、Φ４０，Φ５０で０．０８となっており、本実施例のはんだバンプ３００ではスクリーン印刷法で形成されたはんだバンプよりもバンプ高さを高くできると共に、平均バンプ高さのばらつきを抑制できることが確認された。
【００４７】
また、本願発明者等は、図７に示す８種類の形状のＵＢＭ１０５を、電極１０２の間隔（電極ピッチ）が異なる複数種類のチップ本体１０１に対して作製し、狭ピッチにおいて必要とするバンプ高さ（図１２に示すハッチング領域）を確保できるか否かを確認した。
【００４８】
その結果、図１１に示すように、電極ピッチＤが保護膜１０３の開口１０４の最長寸法の辺の長さＬｈの２倍以下となる狭ピッチのＩＣチップ１００を用いる場合でも、必要なバンプ高さを確保できることが確認された。特に、電極ピッチが５０〜１００μｍの範囲において、はんだバンプの高さを２５〜５０μｍ程度に確保できることが確認され、当該範囲において本発明が有効であることが確認された。なお、一般に保護膜１０３の開口１０４の一辺の長さＬｈは電極１０２の一辺の長さとほぼ一致するので、上記は電極ピッチＤが電極の長さの２倍以下となる狭ピッチのＩＣチップ１００とも言い換えることができる。また、開口１０４の形状は四角形状に限らず円形や台形等も考えられるが、この場合には上記最長寸法の辺の長さは、円形の場合には直径となり、台形の場合には下底に対応する辺の長さとなる。
【００４９】
図１２は、従来のはんだバンプ形成方法におけるバンプ高さと電極ピッチとの関係を表す図である。この図１２に上記の本発明が特に有効となる範囲を表すと、斜線で示す範囲となる。本実施形態によれば、このように従来のバンプ形成方法では実現できなかった範囲において、電極ピッチが狭いＩＣチップ１００でもはんだバンプ３００の高さを高くすることが可能である。
【００５０】
以上説明した本実施形態に係る電子装置１は、はんだバンプ３００と電極１０２との接合面積が、保護膜１０３の開口面積よりも小さくなるように構成されている。これにより、はんだバンプ３００と電極１０２との接合面積が保護膜１０３の開口面積と等しい場合に比べ、球状のはんだバンプ３００の底面部分の面積を小さくすることができるので、表面張力の作用によって、はんだバンプ３００の体積を増やさずともその高さを高くすることができる。したがって、電子部品１の電極ピッチが狭い場合でもはんだバンプ３００の高さを高くすることができる。
【００５１】
また、本実施形態では特に、はんだバンプ３００と保護膜１０３とが接触しない構成となっている。これにより、次のような効果を奏する。すなわち、電子装置１においては、ＩＣチップ１００による発熱により、基板２００がＩＣチップ１００よりも膨張し、ＩＣチップ１００と基板２００の接合部に寸法差が生じるため、ＩＣチップ１００と基板２００とを接合するはんだバンプ３００には、電子装置１が使用される度に繰り返しひずみが生じることになる。ここで、はんだバンプ３００の高さを高くする構成として、例えば図４の比較例２に示すように、保護膜１０３′の開口面積を小さく絞ることで、はんだバンプ３００の底面部分の面積を小さくする構成が考えられる。この場合、保護膜１０３′とはんだバンプ３００とが接触するため、保護膜１０３′の開口端面１０４ａ′がはんだバンプ３００に食い込んだ構造となる。このような構造では、はんだバンプ３００にひずみを与えた場合に保護膜１０３′の食い込み部分に応力集中が生じ、はんだ内の最大塑性ひずみが増大する。その結果、はんだバンプ３００の耐久性が低下し、電子装置１の信頼性の低下を招く。これに対し、本実施形態においては、はんだバンプ３００と保護膜１０３とが接触しないため、上述のような応力集中が生じることがない。したがって、上述の構成に比べてはんだ内の最大塑性ひずみを減少させることができる。その結果、はんだバンプ３００の耐久性を高め、電子装置１の信頼性を向上することができる。
【００５２】
また、本実施形態では特に、はんだバンプ３００が、電極１０２上に保護膜１０３の開口面積よりも小さく形成されたＵＢＭ１０５を介して電極１０２に接合されている。これにより、はんだバンプ３００と電極１０２との接合面積を、保護膜１０３の開口面積よりも確実に小さくすることができる。また、ＵＢＭ１０５の大きさが保護膜１０３の開口面積よりも小さいので、ＵＢＭ１０５の周囲には電極１０２が露出することになる。ＵＢＭ１０５の大きさを小さくすることにより、さらにはんだバンプ３００の高さを高くすることができる。さらに、ＵＢＭ１０５の大きさまたは形状を変更することにより、はんだバンプ３００の高さを調節することが可能となる。
【００５３】
また、本実施形態では特に、はんだバンプ３００は、円形状のＵＢＭ１０５を介して電極１０２に接合されている。ＵＢＭ１０５を円形状に形成することで、はんだバンプ３００と電極１０２との接合部の形状を円形にすることができる。これにより、接合部が四角形等の多角形である場合に比べ、はんだバンプ３００にひずみを与えた場合にはんだ内部に生じる応力を一様とすることができるので、はんだバンプ３００の耐久性を高め、電子装置１の信頼性を向上することができる。
【００５４】
また、本実施形態では特に、はんだバンプ３００と電極１０２との接合面積が、保護膜１０３の開口面積よりも小さくなるように構成され、且つ、はんだバンプ３００が接合されるＵＢＭ１０５は、電解ニッケルめっきにより形成されている。これにより、容易に所定の形状のＵＢＭ１０５を形成することができ、且つ、ＵＢＭ１０５とはんだバンプ３００の良好な接合性を得ることができる。
【００５５】
また、本実施形態では特に、ＩＣチップ１００は、電極１０２の電極ピッチＤが保護膜１０３の開口１０４の一辺の長さＬｈの２倍以下となるように構成されている。このように電極ピッチＤが狭ピッチのＩＣチップ１００を用いる場合でも、はんだバンプ３００の高さを高くすることができる。
【００５６】
また、本実施形態では特に、ＩＣチップ１００は、電極ピッチＤが５０〜１００μｍとなるように構成されている。このような狭ピッチのＩＣチップ１００を用いる場合でも、はんだバンプ３００の高さを２５〜５０μｍ程度に高く確保することができる。
【００５７】
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【符号の説明】
【００５８】
１ 電子装置
１００ ＩＣチップ（電子部品）
１０１ チップ本体
１０２ 電極
１０３ 保護膜
１０５ ＵＢＭ
２００ 基板
２０２ 基板電極
３００ はんだバンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ本体、前記チップ本体に形成された複数の電極、及び、前記電極において開口し前記チップ本体の表面を覆うように形成された保護膜を有する電子部品と、
前記複数の電極に対向して配置された複数の基板電極を有する基板と、
前記複数の電極と前記複数の基板電極とを電気的に接続する複数のはんだバンプと、を備え、
前記はんだバンプと前記電極との接合面積が、前記保護膜の開口面積よりも小さい
ことを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記はんだバンプは、
前記電極上に前記保護膜の開口面積よりも小さく形成されたＵＢＭを介して前記電極に接合されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記はんだバンプは、
電解ニッケルめっきにより形成された前記ＵＢＭを介して前記電極に接合されている
ことを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記ＵＢＭは、
前記保護膜と接触しないように前記電極上に形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の電子装置。
【請求項５】
前記はんだバンプは、
円形状の前記ＵＢＭを介して前記電極に接合されている
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の電子装置。
【請求項６】
前記ＵＢＭの表面に、
金属又は合金の薄膜が形成されている
ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の電子装置。
【請求項７】
前記電子部品は、
前記複数の電極の電極ピッチが前記開口の最長寸法の辺の長さの２倍以下となるように構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子装置。
【請求項８】
前記電子部品は、
前記電極ピッチが５０〜１００μｍとなるように構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電子装置。
【請求項９】
チップ本体と、
前記チップ本体に形成された複数の電極と、
前記電極において開口し前記チップ本体の表面を覆うように形成された保護膜と、
前記複数の電極上に各々形成され、前記電極とはんだバンプとを接合するための複数のＵＢＭと、を備え、
前記ＵＢＭは、
前記保護膜の開口面積よりも小さい面積となるように形成されている
ことを特徴とする電子部品。
【請求項１】
チップ本体、前記チップ本体に形成された複数の電極、及び、前記電極において開口し前記チップ本体の表面を覆うように形成された保護膜を有する電子部品と、
前記複数の電極に対向して配置された複数の基板電極を有する基板と、
前記複数の電極と前記複数の基板電極とを電気的に接続する複数のはんだバンプと、を備え、
前記はんだバンプと前記電極との接合面積が、前記保護膜の開口面積よりも小さい
ことを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記はんだバンプは、
前記電極上に前記保護膜の開口面積よりも小さく形成されたＵＢＭを介して前記電極に接合されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記はんだバンプは、
電解ニッケルめっきにより形成された前記ＵＢＭを介して前記電極に接合されている
ことを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記ＵＢＭは、
前記保護膜と接触しないように前記電極上に形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の電子装置。
【請求項５】
前記はんだバンプは、
円形状の前記ＵＢＭを介して前記電極に接合されている
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の電子装置。
【請求項６】
前記ＵＢＭの表面に、
金属又は合金の薄膜が形成されている
ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の電子装置。
【請求項７】
前記電子部品は、
前記複数の電極の電極ピッチが前記開口の最長寸法の辺の長さの２倍以下となるように構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電子装置。
【請求項８】
前記電子部品は、
前記電極ピッチが５０〜１００μｍとなるように構成されている
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電子装置。
【請求項９】
チップ本体と、
前記チップ本体に形成された複数の電極と、
前記電極において開口し前記チップ本体の表面を覆うように形成された保護膜と、
前記複数の電極上に各々形成され、前記電極とはんだバンプとを接合するための複数のＵＢＭと、を備え、
前記ＵＢＭは、
前記保護膜の開口面積よりも小さい面積となるように形成されている
ことを特徴とする電子部品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１０４８０７（Ｐ２０１２−１０４８０７Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０７３５３（Ｐ２０１１−２０７３５３）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【出願人】（０００１６４４６１）九州日立マクセル株式会社 (338)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【出願人】（０００１６４４６１）九州日立マクセル株式会社 (338)
【Ｆターム（参考）】
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