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技術 はんだ突起の体積を増大させるための制御された形状のはんだ溜とそれにより形成される構造体

出願人 ユニティヴ・インターナショナル・リミテッド
発明者 グレン・エイ・リンポール・エイ・マギル
出願日 1998年7月24日 (21年4ヶ月経過) 出願番号 1998-209692
公開日 1999年4月13日 (20年8ヶ月経過) 公開番号 1999-102926
状態 特許登録済
技術分野 ワイヤレスボンディング ボンディング バンプ電極
主要キーワード 対応平面 プリント回路盤 超小型電子チップ 突起構造体 長突起 超小型電子機械システム 間隙体積 広幅部分
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この項目の情報は公開日時点(1999年4月13日)のものです。
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図面 (20)

課題

高性能超小型電子装置電気的及び機械的な接続に使用されるはんだ突起バンプ)において、比較的高さを有し、表面積の増加を必要とせず、かつ、効率的に低コストで製造できるはんだ突起構造体を提供する。

解決手段

はんだ溜(リザーバ)部分とはんだ突起(バンプ)部分とを含むはんだ構造体からなり、上記はんだ溜部分の形状は非線形である超小型電子基板上のはんだ突起構造体。及び、超小型電子基板上に突起下部金属組織皮膜を形成する段階と、超小型電子基板上の上記突起下部金属組織皮膜上に、非線形はんだ溜部分とはんだ突起部分とを含むはんだ構造体を形成する段階と、を含んでなる超小型電子基板上にはんだ突起構造体を形成する方法。

概要

背景

高性能超小型電子装置では、他の超小型電子装置への電気的及び機械的なインターコネクションの為に、はんだボール又は、はんだ突起バンプ)が使用されることが多い。例えば、超大規模集積VLSIチップは、はんだボール又ははんだ突起を用いて、回路盤又は他の次のレベルパッケージ基板に電気的に接続される。この接続技術は「畳み込み制御式チップ接続(Controlled Collapse Chip Connection)-C4 」又は「フリップチップ」技術とも称されるものであり、以下、本明細書中では「はんだ突起」と称するものとする。

この技術における重要な進歩は、米国特許第5,162,257号、Yung「はんだ突起作成方法(Solder BumpFabrication Method) 」に開示され、本発明の譲受人に譲渡されている。この特許では、コンタクトパッドを含む超小型電子基板上に突起下部金属組織が形成され、コンタクト・パッド上の突起下部金属組織上に、はんだ突起が形成される。はんだ突起とコンタクト・パッドとの間の突起下部金属組織は金属間化合物に変換されるが、これは、はんだ突起同士の間の突起下部金属組織をエッジングするエッジング液への耐性を有している。従って、はんだ突起の基部は維持される。

多くの場合、コンタクト・パッドから離れた位置で基板上にはんだ突起を設け、コンタクト・パッドとはんだ突起との間に電気的接続部を形成することが望まれる。例えば、基板の縁に沿ってコンタクト・パッドを配置するワイヤボンディング用に、超小型電子基板は設計されるだろう。その後、その超小型電子基板を、基板の内部にはんだ突起を設置する必要がある様な用途に使用することが望まれるかもしれない。基板内部において対応するコンタクト・パッドの別の場所にはんだ突起を設置する為には、インターコネクション又は再分配経路導体が必要となる。

米国特許第5,327,013号、Moore et al.「集積回路ダイのはんだ突起(Solder Bumpingof IntegratedCircuit Die)」は、集積回路ダイ上に再分配経路導体とはんだ突起とを形成する方法を開示している。この方法は、導電性を有するはんだウェタブル(wettable)複合材料端子の形成を含んでいる。この端子は、金属接点から離れた不動態皮膜上にあるボンディング・パッドと、そのパッドから金属接点へ延びたランナとを含んでいる。はんだの本体は、パッドに接続され、かつランナを通して電気的につながれた突起を形成するように、ボンディング・パッド上に再流動される。

しかし、この方法においては、はんだ合金微小ボール体をボンディング・パッド上に押し付けることによりはんだ突起が形成されている。これに加え、再流動の間におけるランナに沿ったはんだの広がりは制限されている。実施形態例においては、ポリマー状はんだ抵抗材料から形成されたはんだストップがランナに塗付され、はんだをボンディング・パッドに閉じ込めている。

多くの場合、比較的に高さの有るはんだ突起を形成することが望ましい。例えば、はんだ突起を高くすれば、フリップチップモジュールにおける超小型電子チップと基板との間隙は大きくなり、洗浄及び下側充填が容易に改善される。これに加え、単位長当りの歪みは突起の高さの上昇に比例して減少するため、一般的にはんだ突起を高くすれば信頼性が増すことが期待される。

はんだ突起の高さを上昇させる公知の技術は、はんだパッドの直径を同一に維持しながらはんだの体積を増大させることである。しかし、この技術では、増加分のはんだをメッキ又は蒸着する為に、基板上のそのスペースを広げる必要があり、及び/又は、処理段階を加える必要がある。その結果、一個の突起に対して必要とされる表面積の増大、及び/又は、増加分のはんだの提供に伴う付加的なコストにより、はんだを高くした利益は相殺されてしまう。はんだの単位長さ当りの歪みを減少する他の方法としては、高融点はんだの柱、支柱又は梁を鋳造し、これらを半導体低温はんだを用いて取付ける方法が挙げられる。

上述した文献にも関わらず、当業界においては、比較的に高さを有し、表面積の増加を必要とせず、効率的かつ低コストで製造できるはんだ突起構造体に対する要望が依然として存在している。

概要

高性能の超小型電子装置で電気的及び機械的な接続に使用されるはんだ突起(バンプ)において、比較的高さを有し、表面積の増加を必要とせず、かつ、効率的に低コストで製造できるはんだ突起構造体を提供する。

はんだ溜(リザーバ)部分とはんだ突起(バンプ)部分とを含むはんだ構造体からなり、上記はんだ溜部分の形状は非線形である超小型電子基板上のはんだ突起構造体。及び、超小型電子基板上に突起下部金属組織皮膜を形成する段階と、超小型電子基板上の上記突起下部金属組織皮膜上に、非線形はんだ溜部分とはんだ突起部分とを含むはんだ構造体を形成する段階と、を含んでなる超小型電子基板上にはんだ突起構造体を形成する方法。

目的

本発明の目的は、優れたはんだ突起構造体を提供することにある。

本発明の別の目的は、はんだ突起の体積を増大し、従って高さを上昇させる為のはんだ再分配リザーバを備えたはんだ突起構造体を提供することにある。

本発明の更なる目的は、超小型電子装置を含む密閉チャンバ内の優れた真空を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

はんだ溜部分とはんだ突起部分とを含むはんだ構造体から成り、該はんだ溜部分の形状が非線形である超小型電子基板上のはんだ突起構造体。

請求項2

上記はんだ溜部分が上記はんだ突起部分を少なくとも部分的に囲む請求項1記載のはんだ突起構造体。

請求項3

上記はんだ構造体が上記はんだ突起部分から延びる複数のはんだ溜部分を含んで成る請求項1記載のはんだ突起構造体。

請求項4

上記はんだ溜部分が上記はんだ突起部分からほぼ等しい長さで放射状に延びる請求項3記載のはんだ突起構造体。

請求項5

上記はんだ溜部分がはんだ再流動プロセスの間に、該はんだ溜部分の長さに沿って圧力勾配を設計する形状である請求項1記載のはんだ突起構造体。

請求項6

上記圧力勾配が上記再流動プロセスの間に、上記はんだ突起部分へのはんだの流動速度加速させる請求項5記載のはんだ突起構造体。

請求項7

上記圧力勾配が上記再流動プロセスの間に上記はんだ突起部分にへのはんだの流動速度を減速させる請求項5記載のはんだ突起構造体。

請求項8

上記はんだ溜部分が上記超小型電子基板から該はんだ溜部分の除去を容易にするノッチを含む請求項1記載のはんだ突起構造体。

請求項9

はんだ溜部分とはんだ突起部分とを含むはんだ構造体から成り、該はんだ溜部分が、少なくとも該溜部分の一部において不均一な幅を有する超小型電子基板上のはんだ突起構造体。

請求項10

離れた位置関係にある基板及び蓋部と、該蓋部と該基板との間を密閉チャンバと定義するために、それらを接続させるはんだリングであり、該はんだリングがそれらと組合わされた少なくとも一個のはんだ溜を含むはんだリングと、該チャンバ内に形成されたMEMSデバイスとを含んでなる超小型電子機械システムMEMS)モジュール

請求項11

上記はんだリングと実質的に同心円をなして整列された第2はんだリングを更に含んでなる請求項10記載のMEMSモジュールであり、該第2はんだリングがそれらと組合わされた少なくとも一個のはんだ溜を含む。

請求項12

上記チャンバ内の伸長電気的接触部を更に含んでなる請求項10記載のMEMSモジュールであり、該伸長電気的接触部が上記蓋部を上記基板に電気的に接続する。

請求項13

上記チャンバが真空を維持するよう制御された環境を含む請求項10記載のMEMSモジュール。

請求項14

離れた位置関係にある基板及びチップと、該蓋部を該基板に電気的に接続する伸長接触突起と、該チップを該基板に接続させる複数の機械突起であり、該機械的突起の少なくとも一個がそれらと組み合わされたはんだ溜を含む複数の機械的突起とを含んでなるフリップチップ構造体

請求項15

上記機械的突起が再流動後の第1体積を、上記伸長接触突起が再流動後の第2体積を有し、上記第1体積が上記第2体積よりも大きい請求項14記載のフリップチップ構造体。

請求項16

超小型電子基板上に突起下部金属組織皮膜を形成する段階と、超小型電子基板上の上記突起下部金属組織皮膜上に、非線形はんだ溜部分とはんだ突起部分とを含むはんだ構造体を形成する段階とを含んでなる超小型電子基板上にはんだ突起構造体を形成する方法。

請求項17

はんだ構造体を形成する上記段階が、複数のはんだ溜を含有するはんだ構造体を形成する段階を含む請求項16記載の方法。

請求項18

はんだ構造体を形成する上記段階が、はんだ突起部分を少なくとも部分的に囲むはんだ溜を含有するはんだ構造体を形成する段階を含む請求項16記載の方法。

請求項19

はんだ構造体を形成する上記段階が、はんだ溜の長さに沿って圧力勾配を設計する形状のはんだ溜を含有するはんだ構造体を形成する段階を含む請求項16記載の方法。

請求項20

超小型電子基板上に突起下部金属組織皮膜を形成する段階と、超小型電子基板上の該突起下部金属組織皮膜上に、はんだ突起部分とそれから延びる複数のはんだ溜部分とを含有するはんだ構造体を形成する段階とを含んでなる超小型電子基板上にはんだ突起構造体を形成する方法。

請求項21

超小型電子基板上に接触はん突起構造体を形成する段階と、超小型電子基板上に、はんだ溜をそれぞれ有する複数の機械的はんだ突起構造体を形成する段階と、超小型電子基板を第2基板に接続する段階と、超小型電子基板を第2基板に接続するために、比較的高さのある機械的はんだ突起により伸ばされた接触はんだ突起と機械的はんだ突起とのはんだを再流動する段階とを含んでなるフリップチップ・モジュールを形成する方法。

請求項22

接触はんだ突起構造体を形成する上記段階が、第1体積の接触部を形成する段階を含み、複数の機械的はんだ突起を形成する上記段階が、機械的はんだ突起を形成する段階を含み、第1体積が第2体積よりも小さい請求項21記載の方法。

請求項23

超小型電子基板上に、それらと組合わされた少なくとも一個のはんだ溜を含むはんだリングを形成する段階と、超小型電子基板と第2基板との間をチャンバと定義するために、それらを真空環境で接続させる段階と、チャンバの体積を増大させ、チャンバを該真空環境よりも比較的低圧にするため、第2基板に対し超小型電子基板を密閉するように、はんだリングのはんだを再流動させる段階とを含んでなるフリップチップ・モジュールを形成する方法。

請求項24

上記はんだリングに実質的に同心円をなした第2はんだリングであって、それらと組合わされた少なくとも一個のはんだ溜を含む第2はんだリングを形成する段階を更に含む請求項23記載の方法。

技術分野

0001

本発明は超小型電子装置の分野に関し、特に、超小型電子装置用のはんだ突起バンプ)に関する。

背景技術

0002

高性能の超小型電子装置では、他の超小型電子装置への電気的及び機械的なインターコネクションの為に、はんだボール又は、はんだ突起(バンプ)が使用されることが多い。例えば、超大規模集積VLSIチップは、はんだボール又ははんだ突起を用いて、回路盤又は他の次のレベルパッケージ基板に電気的に接続される。この接続技術は「畳み込み制御式チップ接続(Controlled Collapse Chip Connection)-C4 」又は「フリップチップ」技術とも称されるものであり、以下、本明細書中では「はんだ突起」と称するものとする。

0003

この技術における重要な進歩は、米国特許第5,162,257号、Yung「はんだ突起作成方法(Solder BumpFabrication Method) 」に開示され、本発明の譲受人に譲渡されている。この特許では、コンタクトパッドを含む超小型電子基板上に突起下部金属組織が形成され、コンタクト・パッド上の突起下部金属組織上に、はんだ突起が形成される。はんだ突起とコンタクト・パッドとの間の突起下部金属組織は金属間化合物に変換されるが、これは、はんだ突起同士の間の突起下部金属組織をエッジングするエッジング液への耐性を有している。従って、はんだ突起の基部は維持される。

0004

多くの場合、コンタクト・パッドから離れた位置で基板上にはんだ突起を設け、コンタクト・パッドとはんだ突起との間に電気的接続部を形成することが望まれる。例えば、基板の縁に沿ってコンタクト・パッドを配置するワイヤボンディング用に、超小型電子基板は設計されるだろう。その後、その超小型電子基板を、基板の内部にはんだ突起を設置する必要がある様な用途に使用することが望まれるかもしれない。基板内部において対応するコンタクト・パッドの別の場所にはんだ突起を設置する為には、インターコネクション又は再分配経路導体が必要となる。

0005

米国特許第5,327,013号、Moore et al.「集積回路ダイのはんだ突起(Solder Bumpingof IntegratedCircuit Die)」は、集積回路ダイ上に再分配経路導体とはんだ突起とを形成する方法を開示している。この方法は、導電性を有するはんだウェタブル(wettable)複合材料端子の形成を含んでいる。この端子は、金属接点から離れた不動態皮膜上にあるボンディング・パッドと、そのパッドから金属接点へ延びたランナとを含んでいる。はんだの本体は、パッドに接続され、かつランナを通して電気的につながれた突起を形成するように、ボンディング・パッド上に再流動される。

0006

しかし、この方法においては、はんだ合金微小ボール体をボンディング・パッド上に押し付けることによりはんだ突起が形成されている。これに加え、再流動の間におけるランナに沿ったはんだの広がりは制限されている。実施形態例においては、ポリマー状はんだ抵抗材料から形成されたはんだストップがランナに塗付され、はんだをボンディング・パッドに閉じ込めている。

0007

多くの場合、比較的に高さの有るはんだ突起を形成することが望ましい。例えば、はんだ突起を高くすれば、フリップチップモジュールにおける超小型電子チップと基板との間隙は大きくなり、洗浄及び下側充填が容易に改善される。これに加え、単位長当りの歪みは突起の高さの上昇に比例して減少するため、一般的にはんだ突起を高くすれば信頼性が増すことが期待される。

0008

はんだ突起の高さを上昇させる公知の技術は、はんだパッドの直径を同一に維持しながらはんだの体積を増大させることである。しかし、この技術では、増加分のはんだをメッキ又は蒸着する為に、基板上のそのスペースを広げる必要があり、及び/又は、処理段階を加える必要がある。その結果、一個の突起に対して必要とされる表面積の増大、及び/又は、増加分のはんだの提供に伴う付加的なコストにより、はんだを高くした利益は相殺されてしまう。はんだの単位長さ当りの歪みを減少する他の方法としては、高融点はんだの柱、支柱又は梁を鋳造し、これらを半導体低温はんだを用いて取付ける方法が挙げられる。

0009

上述した文献にも関わらず、当業界においては、比較的に高さを有し、表面積の増加を必要とせず、効率的かつ低コストで製造できるはんだ突起構造体に対する要望が依然として存在している。

発明が解決しようとする課題

0010

本発明の目的は、優れたはんだ突起構造体を提供することにある。

0011

本発明の別の目的は、はんだ突起の体積を増大し、従って高さを上昇させる為のはんだ再分配リザーバを備えたはんだ突起構造体を提供することにある。

0012

本発明の更なる目的は、超小型電子装置を含む密閉チャンバ内の優れた真空を提供することにある。

課題を解決するための手段

0013

これら及び他の目的は、本発明にかかる、はんだ突起を形成するはんだの体積を増大させるため、再流動段階において突起に増加分のはんだを提供する制御された形状のはんだ溜(はんだリザーバ)によって達成される。この制御された形状のリザーバは、所定量のはんだをはんだ突起に提供するための形状及び寸法とされる。従って、得られるはんだ突起の高さは予め決定され、この高さは、リザーバから流動された増加分のはんだ体積であるから、はんだ再分配リザーバを備えない類似のはんだ突起よりも高いことは言うまでもない。多くの超小型電子チップの設計における厳しいスペース要件適合するため、はんだ溜は最小限のスペースとなるような形状になる。その結果、はんだ突起のスペース要件を付加することなく、又はコストを増大すること無く、はんだ突起を高くできる。

0014

本発明によって形成されたはんだ構造体の他の利点としては、はんだ突起が高くなると、フリップチップ構造体における空間又は間隙が広がることが挙げられる。これにより、溶剤及び他の残留物を更に効率的に洗浄すると共に、更に効率的に下側充填を行うことが可能となる。リザーバからの増加分のはんだの助けにより形成された比較的大きな突起により接触突起は伸ばされるため、高さのあるはんだ突起も、はんだ溜を備えない電気接触突起と組合せて利用することも可能である。その結果、比較的大体積の突起のため、長さ(即ち高さ)が長い程歪みが分散されるから、接触突起は更に信頼性が高くなる。更なる利点は、MEM真空パッケージ密閉チャンバの体積を増大させ、圧力を減圧させるために、比較的高さを有するはんだ突起は利用されることである。これにより、低圧真空を発生させる為に通常は必要とされる装置設備が無くても低圧真空を発生させることが可能となる。更に、シングルマスク段階を使用することにより、はんだ再分配リザーバを含むはんだ突起構造体と、突起下部金属組織皮膜との両者を明確にすることができる。

0015

本発明の一実施例に依れば、超小型電子基板上のはんだ構造体は、はんだ溜部分とはんだ突起部分とを含み、はんだ溜部分は非線形状である。はんだ溜部分ははんだ突起部分を囲んでスペースを節約しても良い。これに加え、上記はんだ構造体は、はんだ突起部分から延びる複数のはんだ溜部分を備えても良い。これら放射状に延びたはんだ溜の長さは異なっても良いが、実際的には、長さが等しいのが好適である。

0016

更に、はんだ溜部分は、はんだ再流動プロセスの間にはんだ溜部分の長さに沿って圧力勾配を生成する形状としても良い。従って、はんだ流動の速度は制御できることになり、これは特定の状況では極めて好都合である。圧力勾配ははんだ突起部分へのはんだの流動速度加速しても良く、又は、圧力勾配ははんだ突起部分へのはんだの流動速度を減速しても良い。

0017

はんだ突起構造体に占められる面積を減少させるため、はんだ再流動プロセスの次のはんだ溜部分の残存はんだの除去プロセスを容易にするために、ノッチをはんだ溜部分は含んでも良い。突起下部金属組織における銅の不完全な変換を容易にする鉛高含有はんだにより、残存はんだの除去は更に容易化される。従って、残存銅は次のエッジング段階で溶解され、それにより、リザーバの残存はんだはノッチによってできた脆弱な部分で剥がれてエッジング液中に浮遊する。

0018

本発明の別の側面によると、超小型電子基板上のはんだ構造体は、はんだ溜部分とはんだ突起部分とから成り、はんだ溜部分は、リザーバ部分の少なくともある一部において不均一な幅を有している。従って、はんだ流動プロセスにおける突起構造体へのはんだの流動速度を加速又は減速させる圧力勾配を、はんだ溜に実現させることができる。上述したように、はんだ流動プロセスにおけるはんだの流動速度の制御は、ある用途において望ましい。

0019

本発明の更なる別の側面によると、超小型電子機械システム(MEMS)モジュールは、離れた位置関係にある基板及び蓋部と、上記蓋部を上記基板との間を密閉チャンバと定義するために、それらを接続させるはんだリングであり、それらと組合わされた少なくとも一個のはんだ溜を含むはんだリングと、を含んでなる。これに加え、上記デバイスは、上記チャンバ内に形成されたMEMSデバイスを含んでいる。

0020

第1はんだリングと同心円をなして整列された第2はんだリングが含まれても良く、第2はんだリングはまた、それらと組合わされた少なくとも一個のはんだ溜を含む。上記MEMSモジュールはチャンバ内の伸長電気的接触部を更に含んでなり、該伸長電気的接触部は蓋部を基板に電気的に接続しても良い。上記チャンバは、真空に維持された制御環境であるのが好適である。

0021

本発明の更なる別の側面によると、フリップチップ構造体は、離れた位置関係にある基板及びチップと、上記蓋部を上記基板に電気的に接続する伸長接触突起と、上記チップを上記基板に接続する複数の機械的突起とを含んでなり、機械的突起はそれらに組合わされたはんだ溜を含んでいる。上述した様に、機械的突起と組合わされたはんだ溜は非線形で、かつ不均一な幅の部分を有しても良い。

0022

本発明に係る超小型電子基板上にはんだ突起構造体を形成する方法は、超小型電子基板上に突起下部金属組織皮膜を形成する段階と、超小型電子基板上の上記突起下部金属組織皮膜上に、非線形はんだ溜部分とはんだ突起部分とを含むはんだ構造体を形成する段階とを含んでなる。はんだ構造体を形成する段階は、複数のはんだ溜を含むはんだ構造体を形成する段階を含んでも良い。更に、はんだ構造体を形成する段階は、はんだ突起部分と、上記はんだ突起部分を少なくとも部分的に囲む溜とを形成する段階を含んでも良い。そして更に、はんだ構造体を形成する段階は、はんだ溜の長さに沿って圧力勾配を設計する形状のはんだ溜を含むはんだ構造体を形成する段階を含んでも良い。

0023

本発明の更なる側面に依れば、超小型電子基板上にはんだ突起構造体を形成する方法は、超小型電子基板上に突起下部金属組織皮膜を形成する段階と、超小型電子基板上の上記突起下部金属組織皮膜上に、はんだ突起部分とそれから延びた複数のはんだ溜部分とを含むはんだ構造体を形成する段階と、を含んでなる。

0024

本発明の更なる側面に依れば、フリップチップ・モジュールの形成方法は、超小型電子基板上に接触はんだ突起構造体を形成する段階と、はんだ溜をそれぞれ有する複数の機械的はんだ突起構造体を超小型電子基板上に形成する段階と、を含んでなる。溜から突起への溶融はんだの流動は時間を要することから、本発明は、はんだ付け操作を順序付ける手段を提供する。更に上記方法は、上記超小型電子基板を第2基板に接続する段階と、超小型電子基板を第2基板に接続するために、僅か遅れて形成される比較的大きな機械的はんだ突起により伸ばされる接触はんだ突起と機械的はんだ突起とのはんだを再流動する段階と、を含んでなる。

0025

本発明の更なる側面に依れば、フリップチップ・モジュールの形成方法は、それらと組合わされた少なくとも一個のはんだ溜を含むはんだリングを超小型電子基板上に形成する段階と、超小型電子基板と第2基板との間をチャンバと定義するためそれらを真空環境で接続する段階と、第2基板へ超小型電子基板をシールしチャンバの体積を増大させるため、はんだリングのはんだを再流動させる段階と、を含んでなる。従って、密閉チャンバの体積が増大するため、チャンバは真空環境よりも相対的に低圧になる。上記方法は更に、上記はんだリングと実質的に同心円をなす第2はんだリングを形成する段階を含んでも良く、第2はんだリングはそれぞれと組合わされた少なくとも一個のはんだ溜を含む。

0026

添付図面を参照して行われる以下の詳細な説明を吟味すれば、本発明の他の特徴及び利点は当業者に明らかとなろう。本明細書中では、斯かる付加的な特徴及び利点の全ては添付の請求の範囲に定義された本発明の範囲内に含めることを意図している。

発明を実施するための最良の形態

0027

以下に、本発明の好適実施例を示す添付図面を参照して、本発明を更に詳述する。しかし、本発明は多くの異なる形態で実施されるので、本明細書中に示された実施例に限定されると解釈してはならず、寧ろ、これらの実施例は本開示を完成させ、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるために提供されたものである。図中、皮膜や領域の厚さは明確化の為に誇張されている。また、明細書を通して同一の番号は同一の構成部分を指している。

0028

I.再分配経路導体

0029

図5の側面図及び対応する図10の平面図のように、超小型電子構造体11は再分配経路導体17とはんだ突起21とを含んでいる。この超小型電子構造体11は、基板15上のコンタクト・パッド14と不動態皮膜12とを含んでいる。再分配経路導体17及びはんだ突起21は、突起下部金属組織皮膜16A、16B及びはんだ皮膜22A、22Bのそれぞれ対応する部分を含んでいる。

0030

再分配経路導体17は、比較的狭長突起下部金属組織部分16B上に、同じく狭長はんだ部分22B(本発明でははんだ溜とも称される)を含んでいる。また、はんだ突起21は、広幅突起下部金属組織部分16A上に、同じく広幅はんだ部分22Aを含んでいる。図5のように、広幅はんだ部分22Aが隆起している一方、狭長はんだ部分22Bは比較的に薄いのが好ましい。

0031

従って、はんだ突起21は基板上でコンタクト・パッド14から比較的距離のある箇所に、それらの間の電気的接続を提供する再分配経路導体17と共に配置される。この配置構成には、コンタクト・パッド14をある特定の箇所にレイアウトした基板は、ある決まった箇所に対応のはんだ突起を有するという利点がある。例えば、ワイヤボンディング用にコンタクト・パッドを配置してあるレイアウトを基板がもち、その基板をフリップチップ用に使用することが望まれた場合は、特に有用である。このはんだ突起及び再分配経路導体は、図1図10に関して以下に説明するように、同時に製造されるものである。

0032

再分配経路導体17は図示のように直線状であるが、それは屈曲部及び湾曲部を有しても良い。更に、はんだ突起21は図示のように円形状、又は、矩形状などの他の形状を有しても良い。

0033

はんだ突起21と再分配経路導体17は、同時に形成されるのが好適である。図1図5は製造時の種々の段階における超小型電子構造体の側断面図であり、一方、図6図10は、同一の超小型電子構造体の対応平面図である。図1及び図6のように、超小型電子構造体11は最初に基板15上に不動態皮膜12及び露出されたコンタクト・パッド14を含んでいる。

0034

基板15は、ケイ素ガリウムヒ素炭化ケイ素ダイアモンド、もしくは当業者公知の他の基板材料などの半導体材料の皮膜を含んでも良い。また、この半導体材料の皮膜はトランジスタ抵抗器コンデンサインダクタ等の電子デバイスを1個又はそれ以上含んでも良い。コンタクト・パッド14は、アルミニウム、銅、チタン、又はその金属の組合せを含むAlCu及びAlTi3 等の金属間化合物、又は当業者公知の他の材料から成っても良い。このパッドの接触は、基板における電子デバイスに接続されるのが好適である。

0035

不動態皮膜12は、ポリイミド二酸化ケイ素窒化ケイ素、又は当業者公知の他の不動態材料を含んでも良い。図のように、基板15と接触していない側であるコンタクト・パッド14の上面縁部分を不動態皮膜12はカバーし、コンタクト・パッド14の中央部分を露出させて残している。当業者公知のように、基板という語句は、図1及び図6の不動態皮膜12とコンタクト・パッド14とを含むものとして定義される。

0036

図2及び図7のように、不動態皮膜上には突起下部金属組織皮膜16が形成され、はんだ突起とコンタクト・パッド14との間を接続すると共に、メッキ用電極を提供している。また突起下部金属組織皮膜16は、引続く処理段階の間においてコンタクト・パッド14及び不動態皮膜12を保護すると共に、はんだが付着する表面を提供する。この突起下部金属組織皮膜は、不動態皮膜12及びコンタクト・パッド14上のクロム皮膜と、そのクロム皮膜上のクロム/銅の皮膜層と、この皮膜層上の銅皮膜とを含むのが好適である。この構造は不動態皮膜12及びコンタクト・パッド14に付着してそれらを保護すると共に、引続いてメッキされるはんだに対する基部を提供する。

0037

上記突起下部金属組織皮膜はまた、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第5,767,010号「チタンバリア皮膜を含むはんだ突起作成法及び構造体(Solder BumpFabrication Methodsand Structures Including a Titanium Barrier Layer)」に開示されているように、基板とクロム皮膜との間にチタンバリア皮膜を含んでも良い。このチタンバリア皮膜は、突起下部金属組織皮膜の他の構成要素を除去するために使用されるエッジング液から不動態皮膜を保護すると共に、はんだ突起と再分配経路導体との間の短絡につながる可能性のある不動態皮膜上の残留物の形成を防止するものである。この点、チタン皮膜はそれほどの残留物を残さずに不動態皮膜から容易に除去される。

0038

例えば、米国特許第4,950,623号 Dishon 「はんだ突起の構築方法(Method of Building Solder Bumps)」、米国特許第5,162,257号 Yung「はんだ突起作成方法(Solder BumpFabrication Method) 」、及び米国特許第5,767,010号 Mis et al. 「チタンバリア皮膜を含むはんだ突起作成法及び構造体(Solder Bump Fabrication Methodsand Structures Including a Titanium Barrier Layer)」には、様々な突起下部金属組織皮膜が開示されている。これらの特許の各々は本発明の譲受人に譲渡されており、またその結果、各々の開示内容は組み合わされて本明細書全体に言及されている。

0039

突起下部金属組織皮膜16の上には、はんだダム18が形成される。このはんだダム18は、突起下部金属組織皮膜16上で、チタン又はクロムなどのはんだノン・ウェッタブル材料の皮膜を含むのが好適である。以下に論じるように、はんだに覆われていない突起下部金属組織皮膜16の第1部分(露出部分)を除去する前に再流動段階が行われると、はんだダム18は、はんだを含有して使用される。その後、はんだダム18上にマスク皮膜20が形成される。このマスク皮膜は、フォトレジスト・マスク又は当業者公知の他のマスクを含んで良い。

0040

突起下部金属組織皮膜16の第1部分上のはんだダムを覆うと共に、はんだ突起と再分配経路導体とが上に形成される突起下部金属組織皮膜16の第2部分上のはんだダム18の領域を覆わないようなパターンに、マスク皮膜20はされる。はんだダムの未被覆部分はその後に除去されて、図3及び図8のように、突起下部金属組織皮膜16の第2部分を露出する。より詳細には、はんだダム及びパターン化マスク皮膜に覆われていない突起下部金属組織皮膜16の第2部分は、広幅部分16A及び狭長部分16Bを含んでいる。

0041

図4及び図9のように、はんだ皮膜22は突起下部金属組織皮膜16の第2部分上に電気メッキされるのが好適である。当業者公知のように、突起下部金属組織皮膜16に電気バイアスをかけると共に、超小型電子構造体を鉛とスズとを含む溶液内に浸すことにより、はんだが電気メッキされる。この電気メッキプロセスにより、突起下部金属組織皮膜16の複数の第2部分上にはんだ皮膜を同時に形成することができる。はんだは、マスク皮膜20上にはメッキされない。代わりに、はんだは、ペーストとしてスクリーン印刷により、蒸着により、電子ビーム析出により、化学メッキにより、又は、当業者公知の他の方法により、応用される。更に、鉛—スズはんだが本明細書を通して例示的に使用されているが、金はんだ、鉛—インジウムはんだ、又はスズはんだ等の当業者公知の他のはんだを使用しても良い。

0042

はんだ皮膜22は、狭長部分22Bと広幅部分22Aとを含んでいる。マスク皮膜20を除去した後、超小型電子構造体11は加熱され、これにより、狭長はんだ部分22Bから広幅はんだ部分22Aへとはんだは流動し、広幅はんだ部分22Aにおいて隆起はんだ突起が形成される。図5及び図10の様に、はんだダム18は、突起下部金属組織皮膜16の狭長部分16B及び広幅部分16Aを越えてはんだが広がるのを阻止する。

0043

即ち、はんだは、その融点(鉛90%とスズ10%のはんだでは約299℃)以上に加熱されると流動し、この過程は一般的にはんだ再流動と称される。再流動の間、はんだの表面張力により、はんだ突起を提供する比較的幅の広い幾何体(geometry)上の広幅はんだ部分22Aの内部圧力は比較的に低くなり、再分配経路導体を提供する比較的幅の狭い幾何体上の狭長はんだ部分22Bの内部圧力は比較的に高くなる。

0044

この内部圧力差を均一化する為に、狭長はんだ部分22Bから広幅はんだ部分22Aへとはんだは流動する。従って、広幅はんだ部分22Aで隆起したはんだ突起を、再分配経路導体上の狭長はんだ部分22Bで比較的薄いはんだ皮膜を形成する。そして、はんだがその融点以下の温度に冷却されると、隆起はんだ突起と再分配経路導体上のはんだの薄膜とを含む形状を維持して、はんだは凝固する。

0045

プリント回路基板(PCB)製造の分野においては、スクリーン印刷によりPCB領域上にはんだを均一な高さで塗付し、さらに上記領域の一部を拡大することによりはんだの高さが局部的に増加されることが知られている。Swanson 「PCBアセンブリ:中国のアセンブリ技術 (PCB Assembly: Assembly Technologyin China) 」Electronic Packaging & Production (January 1995)の40〜42頁を参照されたい。しかし、この知見に対し、超小型電子基板上にはんだを均一な高さで電気メッキし、さらに加熱することにより基板上に再分配経路導体と共に隆起はんだ突起を生成する、ということを実現したのは本出願が最初である。

0046

更に、Moore et al.米国特許第5,327,013号は、はんだ合金の微小ボール体がパッド上に押圧され、さらにポリマ製はんだレジスト材料をランナに塗付することによりはんだをボンディング・パッドに閉じ込める、ということを記述している。上記特許は、ボンディング・パッドに対してランナ部分の幅を圧縮することにより、再流動の間、ランナに沿ったはんだの拡散が制限されることを述べてはいるが、ランナ部分とボンディング・パッドの相対面積によってランナからボンディング・パッドへはんだが流動し複数の高さのはんだ構造体を形成する、という示唆は見られない。これに加え、これらの文献のいずれも、シングルマスク段階のみを使用して隆起はんだ突起と共に再分配経路導体を形成するために、狭長部分と広幅部分とを有するはんだ構造体が、突起下部金属組織皮膜をマスクすることに使用される、ということを示唆していない。

0047

本明細書中に記述された方法は、再流動された(液状)はんだにおいて表面張力により誘起された内部圧力の差を利用して、狭長はんだ部分22Bに薄いはんだ皮膜を、及び、広幅はんだ部分22Aに隆起したはんだ突起を形成するものである。はんだの1水滴の内部圧力Pは、次式によって決定される、
P=2T/r
ここで、Tは液状はんだの表面張力であり、rは水滴の半径である。

0048

液状はんだが突起下部金属組織皮膜などの平坦なウェッタブル表面上に在るとき、上記式は次式となる。
P=2T/r’
この式において、r’は液状はんだの見かけ半径であり、この見かけ半径ははんだの露出表面により形成された弧の半径(曲率半径)である。見かけ半径は、はんだと接触する突起下部金属組織皮膜の第2部分の様な、はんだの下側に位置するウェッタブル皮膜の幅に依存する。従って、再流動はんだ構造体の内部圧力は、はんだと接触する突起下部金属組織の第2部分の幅と反比例する。換言すると、比較的に広幅の突起下部金属組織部分上のはんだ部分は比較的に低い内部圧力を有する一方、狭長(相対的に狭幅)の突起下部金属組織部分上のはんだ部分は比較的に高い内部圧力を有する。狭長はんだ部分22B及び広幅はんだ部分22Aの見かけ半径がほぼ等しくなった時点で、内部圧力は相互に等しくなる。

0049

従って、図4及び図9のように、均一の高さのはんだ皮膜22がその融点以上に加熱されると、狭長はんだ部分22Bからはんだ皮膜22へとはんだは流動し、これは、隆起はんだ突起を形成することにより各部分がほぼ同一の見かけ半径を有するまで続くことになる。もし、はんだ構造体に覆われていない突起下部金属組織皮膜16の第1部分の除去前に、はんだ流動段階が実施されるのであれば、はんだ部分22A−Bとはんだに近接する突起下部金属組織16A−Bとの間には、突起下部金属組織の除去に通常的に用いられるエッジング液に耐性を有する金属組織間化合物が形成されることになる。従って、はんだに覆われていない突起下部金属組織の第1部分を除去する次の段階の間、この金属間化合物により、はんだのアンダカットが減少されるが、これは、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第5,162,257号Yung「はんだ突起作成方法(Solder BumpFabrication Method) 」にて論じられた処である。

0050

突起下部金属組織皮膜16は、はんだが鉛—スズはんだであるはんだ構造体に隣接する銅皮膜を含むのが好適である。従って、はんだを流動させる段階によって、はんだは銅と反応し、はんだ構造体に隣接する金属間化合物(この金属間化合物はCu3 Snを含んでなる)の領域を形成する。この金属間化合物は、はんだ構造体のアンダカットを減少する突起下部金属組織皮膜を除去するために通常使われるエッジング液とは容易に反応しない。

0051

次に、はんだに覆われていないはんだダム18及び突起下部金属組織16の第1部分を選択的にエッジングするマスクとして、はんだ皮膜22は好適に使用される。はんだ部分22A−Bに対し優先的に突起下部金属組織皮膜16をエッジングする化学的エッジング液が使用される。従って、突起下部金属組織皮膜をパターン形成する付加的な段階は必要とされない。換言すると、必要とされるマスク段階はマスク皮膜20の形成段階のみであり、これは、はんだダム18をパターン形成し(図3及び図8)、メッキ段階図3及び図8)の間に突起下部金属組織皮膜16の第2部分を選択的に露出し、且つ、メッキ段階の後ではんだにより覆われていない突起下部金属組織皮膜の第1部分を除去する(図5及び図10)為に必要とされるものである。

0052

代わりに、はんだ部分22A及び22Bに覆われていない突起下部金属組織皮膜16の第1部分は、はんだを流動させる前に選択的に除去される。この場合、狭長はんだ部分22B及び広幅はんだ部分22Aはそれぞれ、狭長の突起下部金属組織16B及び広幅の突起下部金属組織16Aのみにより支持されると共に、液状はんだは突起下部金属組織にウェッタブルであるが、不動態皮膜12まではウェッタブルではない。従って、はんだ流動段階の間に不動態皮膜ははんだを含むことができると共に、はんだダム18は除去される。

0053

別の代替例において、はんだダムは、突起下部金属組織皮膜16上のはんだノン・ウェッタブル皮膜と、その突起下部金属組織皮膜の逆側となるはんだノン・ウェッタブル皮膜上の銅などのはんだウェッタブル皮膜と、を含み得るが、これは、上記米国特許第5,767,010号Mis et al.「チタンバリア皮膜を含むはんだ突起作成法及び構造体(Solder BumpFabrication Methodsand Structures Including a Titanium Barrier Layer)」に開示されている。はんだダム又はマスクに覆われていない突起下部金属組織皮膜の第2部分と同様、はんだウェッタブル皮膜により、はんだダムの部分に対しはんだをメッキすることが許容される。

0054

従って、マスク皮膜20は、はんだダムの部分と、突起下部金属組織皮膜16の部分とを覆わないことにより、大容量のはんだがメッキされることを許容する。そして、マスク皮膜20と、はんだウェッタブル皮膜の下側部分とが除去される。加熱によりはんだが流動するとき、はんだの下側となるはんだウェッタブル皮膜の残りの部分ははんだ内に溶け込み、はんだをはんだノン・ウェッタブルな皮膜に露出する。従って、はんだは、ウェッタブル突起下部金属組織皮膜の第2部分に引き込まれることになる。

0055

一例として、突起下部金属組織皮膜16の第1部分は、はんだダム18及びマスク皮膜20に覆われる。また、図3及び図8のように、突起下部金属組織皮膜16の第2部分は覆われておらず、且つ、上記第2部分は、幅150マイクロメータ及び長さ500マイクロメータから成る狭長部分16Bと、直径(又は幅)500マイクロメータから成る円形状広幅部分16Aとを有している。次に、図4のように、狭長部分16Bと広幅部分16Aとを含む突起下部金属組織皮膜16の第2部分上には、高さ35マイクロメータを均一に有するはんだ皮膜22が電気メッキされる。このはんだは、鉛90%でスズ10%である。マスク皮膜20を除去した後、はんだはその融点(約299℃)以上に加熱され、その流動が許容される。

0056

はんだがウェットしないはんだダム18により、はんだウェッタブル突起下部金属組織皮膜の第2部分16A−B上に、液状はんだは含有される。上記はんだ構造体は様々な幅を有していることから、高さが均一であればはんだ構造体の内部圧力は一致していない。特に、元のはんだ高さにおいては、狭長はんだ部分22Bの内部圧力は比較的に高く(約1.283×104 Pa、すなわち、1.86psi)、且つ、広幅はんだ部分22Aの内部圧力は比較的に低い(約3.848×103 Pa、すなわち、0.558psi)。

0057

従って、図5及び図10のように、内部圧力が均一化するまで狭長はんだ部分22Bから広幅はんだ部分22Aへはんだは流動し、これにより、広幅はんだ部分22Aにて隆起はんだ突起を形成する。図5及び図10において、はんだ構造体に覆われていないはんだダム18と突起下部金属組織皮膜16の第1部分もまた除去されている。

0058

この例においては、約3.4×103 Pa(0.493psi)の内部圧力において平衡が得られる。平衡時において狭長はんだ部分22Bは高さ約10マイクロメータであると共に広幅はんだ部分22Aは高さ約130マイクロメータであり、両部分ともに約281マイクロメータの曲率半径を有している。従って、シングルマスク段階により、二段階形状のはんだ構造体が提供される。冷却されたとき、この構造体はその形状を維持し凝固する。これに加え、はんだに覆われていない突起下部金属組織皮膜を除去するとき、高さ10マイクロメータのはんだを備えた狭長はんだ部分22Bは、対応する突起下部金属組織皮膜部分16Bをマスクするに十分である。はんだ構造体の広幅部分は、上述の方法により形成されたはんだ突起が狭長はんだ部分に対して十分に隆起されてプリント回路盤への適切な接続を提供すべく、はんだ構造体の狭長部分の幅の少なくとも2倍の幅(或いは、もし広幅部分が円形であれば直径)を有する。

0059

図面及び明細書において本発明の典型的な好適実施例を開示すると共に、特定の語句を使用して来たが、これらは一般的かつ記述的な意味においてのみ使用されたものであって制限することを意図してはおらず、本発明の範囲は添付の請求の範囲により示される。

0060

II.制御された形状のはんだ溜

0061

上述した様に、狭長はんだ部分22Bは広幅はんだ部分22Aに対して、はんだ再分配リザーバとしての機能をする。表面張力に起因する圧力差により、比較的高圧の狭長はんだ部分22Bの溶解はんだ液は、比較的低圧の広幅はんだ部分22Aへと流動する。広幅はんだ部分22Aのはんだ体積が増大するため、隆起はんだ突起が形成される。その様にして形成されたはんだ突起は、同一のパッド直径及びはんだメッキ厚さを用いても、はんだ再分配リザーバ無しで形成されたはんだ突起よりも、比較的高さを有している。従って、表面張力に起因するはんだ再分配リザーバとはんだ突起等の広幅部分との間の圧力差を利用することにより、比較的に高い突起が好適に達成される。以下の説明は、この圧力差を利用することにより一層効率よく又信頼性のあるはんだ構造体を生成する様々な実施例に関するものである。

0062

図11を参照すると、本発明に係るはんだ構造体30が示されている。はんだ構造体30は、矩形のはんだ再分配リザーバ32と、はんだ再分配リザーバ32を突起36等の広幅部分に接続するチャネル34とを含んでいる。従って、一般的にはんだ再流動と称される様に、はんだ構造体を形成するはんだが加熱されて液体状態となり流動すると、内部圧力差により、はんだははんだ再分配リザーバ32からチャネル34を経て突起36へと流動する。はんだ再分配リザーバ32からの増加分のはんだは、はんだ突起を形成するはんだの体積を増大させ、これにより、比較的に背の高いはんだ突起を形成する。従って、領域配列内で隣接する突起間の間隙は、再流動の間に各突起内に流入するはんだを蓄積する為に利用される。

0063

一例として、直径0.125mmのパッドが0.25mmピッチであり、めっきテンプレートにおける特定形状最小距離が0.025mm、はんだメッキの厚さが0.05mmである領域配列フリップチップを仮定する。これらの条件下では、はんだ突起のはんだ体積は6.4×10-4mm3 であり、高さは0.07mmである。しかし、図11のように、はんだ突起パッドの回りに、幅0.063mmで一辺0.25mmの正方形のはんだ再分配リザーバ32を配備することにより、突起体積は1.23×10-3mm3 に増大する。従って、配列におけるはんだ突起のピッチに影響を与えること無く、はんだ突起の高さは著しく上昇する。

0064

上記はんだ構造体30及び以下に論じる構造体は、上述したシングルマスクプロセスにより製造されるのが好適であるが、当業者公知の他の適切な固体液体気体、及び電気機械析出方法を利用しても良いことを言及する。更に、本明細書中に記述されたはんだ突起は円形状であるが、はんだ突起は正方形、長方形又は多角形等のどの形状でも良いということが、当業者公知であることを言及する。

0065

更に、はんだ再分配リザーバ32は正方形であるが、他の形状のはんだ再分配リザーバであっても本発明の範囲内である。はんだ再分配リザーバの種々の形状及び寸法は、はんだの増加量、流動速度、最小特定形状間隙等の種々の設計パラメータにより制御される。例えば、図12のように、突起に増加分のはんだを提供するため、上記はんだ再分配リザーバ32と同じ幅のU字型はんだ再分配リザーバ40を含むはんだ構造体38を利用しても良い。別の例としては、図13のように、はんだ構造体50は、規則的に延びた複数のはんだ再分配リザーバ54の内に突起部分52を含んでなる。従って、はんだ再分配リザーバの形状の各寸法を設計することにより、はんだ突起の体積、高さ及び面積を正確に制御することができる。

0066

はんだ再分配リザーバを形成するはんだラインが、はんだ流動の効率が減少し始める臨界長さに達する可能性もある。この臨界長さ又はその付近での流動を改善するため、且つ/又は、はんだの流動速度をより良く制御をするため、図14図16のように、傾斜ライン幅を活用しても良い。図17のように、ライン幅と内部圧力は本質的に反比例の関係にある。従って、末端から突起に接した端にかけてライン幅が広くなる様に、はんだ再分配リザーバを設計することにより、はんだの流動速度は増す。はんだが完全に溶融する前に移動できるような広範囲可塑性流動を有するはんだに関しては、流動速度が増すことが望ましい。従って、図14及び図15のように、はんだ構造体60及び62はそれぞれ、連続的なライン幅傾斜を有するはんだ再分配リザーバ64及び66を含んでいる。しかし、連続的なライン幅傾斜が本発明の要件ではない。ライン幅傾斜は、はんだ再分配リザーバを形成するはんだラインの一部分でも良い。

0067

代わりに、はんだ再分配リザーバ72を有するはんだ構造体70のように、流動速度を減速させるため、はんだ再分配リザーバは、末端からはんだ突起に接した端にかけて狭くなる様なライン幅を有しても良い。即ち、共融はんだ等の様々な状況では、速い流動が不安定及び不測の事態を発生させるので、はんだ再分配リザーバのはんだ流動速度は遅いことが望ましい。特に、共融はんだでの不安定性及び不測性は、はんだの同時の溶融、高融点合金等ではなく、様々な要因により引き起こされるものである。

0068

上述したように、再流動後、はんだ再分配リザーバには少量のはんだが残存する。本明細書中に記載のはんだ再分配リザーバは、基板上に極めて少ないスペースを有する形状及びサイズとされるが、依然として再流動段階後、はんだ再分配リザーバを除去することが望まれる。本発明によれば、突起下部金属組織の銅(又は他のウェッタブル金属)の皮膜が完全に金属間化合物に変換するのを抑制することにより、残りの銅は突起下部金属組織のエッジング段階において除去される。銅の除去により、はんだ再分配リザーバの残存はんだは剥がれて突起下部金属組織のエッジング液中に浮遊することとなる。はんだ再分配リザーバは面積が小さく、はんだリザーバが剥がれる脆弱部分である狭い幅又はノッチ74(図16)を有する、それにより剥がれる部分を制御しても良い。

0069

一例として、金属組織皮膜における銅の不完全な変換を引き起こすひとつの方法は、鉛高含有はんだを使用することである。別の技術としては、上述した技術により達成される様に、銅の変換を完了させるため、はんだ再分配リザーバの残留はんだの中に不十分なスズの量を残すように、速いはんだ流動速度を使用することを含む。しかし、他の技術は、基板のはんだ再分配リザーバをリリースする犠牲的な銅皮膜を形成するために、銅の完全な変換を抑制すること利用していることを言及する。

0070

好適には、本発明によるはんだ再分配リザーバを利用して作成されたはんだ突起は、パッドの直径及びメッキの厚さが同一であれば、はんだ再分配リザーバ無しのはんだ突起よりも高さを有している。これは、再流動段階に続いてチップと基板の間から溶剤及び他の残留物を適切に洗浄することが困難となることの多いフリップチップ設計において特に好適である。溶剤及び他の残留物の除去が不完全であると、下側充填エポキシの付着が弱くなったり、漏電、又は金属腐食の原因になるだろう。もしチップと基板との間隙が十分に広くなければ、洗浄溶液境界皮膜は洗浄溶液がチップと基板との間に流入するのを阻止し又は抑制するだろう。

0071

しかし、はんだ再分配リザーバを用いて得られた背の高いはんだ突起は、チップと基板との間隙を増大させ、洗浄溶液の効果を向上させる。

0072

また、間隙が広くなれば下側充填プロセスも同様に恩恵を受ける。下側充填エポキシは通常、低粘度であることから、間隙が狭過ぎるとチップと基板との間で流動しないこともある。背の高いはんだ突起は洗浄を向上し、それにより良好な下側充填で行われることになる。図11に示された構造体が、0.250mmピッチで、高さ0.050mmまでメッキされた場合、間隙は0.07mmから0.100mmに広くなることが予測される。

0073

更に、はんだ突起の高さが高い程、はんだ突起は物理的に信頼できる。これは主として、上記で論じた単位長さ当りの歪みの減少によるものである。単位長さ当りの歪みの減少による格別の利点は、はんだに対する弾性限度を低下させることである。これは、はんだの疲労破損の原因となる可塑性ダメージを排除するものである。

0074

本発明の有効な用途は、図18及び図19に示されており、フリップチップデバイスにおける電気的接続の信頼性が向上されている。特に図18を参照すると、チップ80は、本発明に係るはんだ再流動リザーバ84を1個以上有する機械的突起82と、チップ80と基板88(図19)との間の電気的接続部を形成する1個以上の接触はんだ突起86とを含んでなっても良い。チップ80にわたりメッキ厚さが実質的に均一であったとすれば、機械的突起82は接触突起86よりも大きな体積を有することから、更なる高さを有することになる。接触突起86は、機械的突起82と組み合わされたコンタクト・パッド92と等しいか又はそれより大きいコンタクト・パッド90を有さねばならないことが決定付けられている。接触突起86と同一サイズ又はそれより大きなコンタクト・パッドを使用することにより、機械的突起82は、接触突起86が基板88にはんだ付けされるまで、接触突起86より大きく成長することはない。代わりに、はんだ再分配リザーバから接触突起86へのはんだの流動速度を、上述のように適切な寸法及び形状を使用することにより低速化しても良い。図19のように、背の高い機械的突起82はチップ80と基板88との間に大きな間隙又は空間を形成し、各接触突起86を緊張させる。上述した様に、単位長さ当りの歪みが減少されているため、伸長された接触突起86は更に信頼性が高くなる。尚、図18及び図19の突起の設計及び形状は、接触突起を緊張させ又は引き伸ばすことにより接触突起の信頼性を向上するために用いられる突起及び組み合わされたはんだ再分配リザーバの単なる一例である。

0075

本発明の別の有効な用途として、図20(A)〜(C)及び図21のように、密閉チャンバ内に良好な真空が形成される。特に、蓋部すなわちキャップ102は、密閉チャンバ108を作るために基板106と結合するためのはんだされたシールリング104によってパターンされている。これは本発明の要件ではないが、図示実施例において、図21に最も良く示されるように、重複して及び高信頼性の為に第2シールリング110が設置されている。しかし、第2シールリング110は第1シールリング104にわたる圧力差を減少するものである。各シールリング104、110には、本発明に係る少なくとも一個のはんだ再分配リザーバ112が組み合わされている。図示実施例のはんだ再分配リザーバ112は矩形状であるが、所望の結果を達成するために、はんだ再分配リザーバの形状及びサイズを本明細書中の記載ようにすることも可能である。

0076

超小型電子機械システム(MEMS)デバイス112又は真空環境を好む他のデバイスが、チャンバ108の内部に配置される。MEMSデバイス112は基板106上に作成されて示されているが、MEMSデバイスが蓋部102又は基板106のいずれか又は両者の上に作成されることは、当業者公知である。

0077

基板上には、はんだシールリング104、110に接着する為の対応する金属又は他の従来のはんだウェッタブル材料の形態に、接着領域114が配置される。この接着領域の作成は公知であり、本明細書中で詳述する必要は無い。代わりに、キャップ102と共に、はんだダムを使用しても良い。また、はんだシールリング104、110は図示のように正方形でも良く、又は代りに、円形、矩形、多角形、又は他の形状でも良い。

0078

図20(A)〜(C)を特に参照すると、キャップ102は先ず、はんだシールリング104、110をはんだ付けされる。次に、はんだリングが基板106上にはんだウェッタブルパッドと提携する様に、キャップ102は基板106上に置かれる。得られるチャンバ108は真空環境の圧力となるために、この手順は真空環境で行われることが好適である。再流動において、はんだ再分配リザーバからの増加分のはんだによって、はんだシールリング104、110のサイズは増大し、これにより、チャンバ108の体積を膨張させる。体積の膨張と共に、チャンバ108の圧力は低下する。従って、チャンバ108の圧力は、チャンバ108の密閉時における真空環境の圧力よりも低くなる。

0079

一例として、上記の様に間隙が広がると、Aをシールリングにより囲まれた面積とすれば、間隙体積は0.070mm×Aから0.1mm×Aに増大する。従って、体積増加は10/7倍すなわち1.43倍となる。圧力は体積に反比例することから、間隙が広がらない場合よりも圧力は30%低くなる。

0080

図面及び明細書において、特定の語句を使用して本発明の典型的な好適実施例を開示してきたが、これらは限定を目的としたのでは無く、一般的に、かつ解説の意味で使用したものであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の通りである。

発明の効果

0081

上記したところから明かなように、本発明によれば、高性能の超小型電子装置で電気的及び機械的な接続に使用されるはんだ突起(バンプ)において、比較的高さを有し、表面積の増加を必要とせず、かつ、効率的に低コストで製造できるはんだ突起構造体を提供することが可能となる。

図面の簡単な説明

0082

図1本発明に係る再分配経路導体を製造する間の種々の段階における超小型電子基板の側断面図である。
図2本発明に係る再分配経路導体を製造する間の種々の段階における超小型電子基板の側断面図である。
図3本発明に係る再分配経路導体を製造する間の種々の段階における超小型電子基板の側断面図である。
図4本発明に係る再分配経路導体を製造する間の種々の段階における超小型電子基板の側断面図である。
図5本発明に係る再分配経路導体を製造する間の種々の段階における超小型電子基板の側断面図である。
図6図1図5にそれぞれ対応する再分配経路導体を製造する間の種々の段階における超小型電子基板の上面図である。
図7図1図5にそれぞれ対応する再分配経路導体を製造する間の種々の段階における超小型電子基板の上面図である。
図8図1図5にそれぞれ対応する再分配経路導体を製造する間の種々の段階における超小型電子基板の上面図である。
図9図1図5にそれぞれ対応する再分配経路導体を製造する間の種々の段階における超小型電子基板の上面図である。
図10図1図5にそれぞれ対応する再分配経路導体を製造する間の種々の段階における超小型電子基板の上面図である。
図11本発明に係る制御された形状のはんだ溜の種々の実施例の平面図である。
図12本発明に係る制御された形状のはんだ溜の種々の実施例の平面図である。
図13本発明に係る制御された形状のはんだ溜の種々の実施例の平面図である。
図14本発明に係る制御された形状のはんだ溜の種々の実施例の平面図である。
図15本発明に係る制御された形状のはんだ溜の種々の実施例の平面図である。
図16本発明に係る制御された形状のはんだ溜の種々の実施例の平面図である。
図17溜のライン幅とはんだの内部圧力との関係を示すグラフである。
図18本発明のはんだ溜を取入れたフリップチップ構造体の断面図である。
図19本発明に係るはんだ溜を含む機械的接触突起と、電気的接触突起とを含む基板の平面図である。
図20(A)〜(C)は、本発明に係る圧力制御チャンバを製造する間の種々の段階における超小型電子基板の断面図である。
図21図20(A)〜(C)における頂部基板の底面図である。

--

0083

11超小型電子構造体
12不動態皮膜
14コンタクト・パッド
15基板
16突起下部金属組織皮膜
16A 突起下部金属組織皮膜
16B 突起下部金属組織皮膜
17再分配経路導体
18はんだダム
20マスク皮膜
21はんだ突起
22 はんだ皮膜
22A はんだ皮膜
22B はんだ皮膜
30 はんだ構造体
32 はんだ再分配リザーバ
34チャネル
36 突起
38 はんだ構造体
40 はんだ再分配リザーバ
50 はんだ構造体
52 突起部分
54 はんだ再分配リザーバ
60 はんだ構造体
62 はんだ構造体
64 はんだ再分配リザーバ
66 はんだ再分配リザーバ
70 はんだ構造体
72 はんだ再分配リザーバ
74ノッチ
80チップ
82機械的突起
84 はんだ再流動溜
86 接触はんだ突起
88 基板
90 コンタクト・パッド
92 コンタクト・パッド
102 蓋部/キャップ
104シールリング
106 基板
108密閉チャンバ
110 第2シールリング
112 はんだ再分配リザーバ
114接着領域
116超小型電子機械システムデバイス

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