(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方のチップ電極と他方の基板もしくはチップ電極を電気的に接続する接続構造を有する半導体装置の製造方法において、
一方の電極と他方の電極のそれぞれに微小金ボール（ワイヤボールボンディング法によるボールを除く）を接合し、両電極に接合された前記微小金ボールを低融点微小ボールをリフローして相互に接合することによって、前記チップ電極と前記基板もしくはチップ電極を電気的に接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
一方の電極または他方の電極に微小金ボールを接合する際、これらの電極に対応する位置に微小金ボールを配列保持し、この配列保持した微小金ボールを各電極に転写接合することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記微小金ボールを配列保持する際、前記微小金ボールを吸着して行うようにしたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記微小金ボールを配列保持する際、微振動を与えることにより余剰の微小金ボールを除去するようにしたことを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
一方のチップ電極と他方の基板もしくはチップ電極が電気的に接続されて成る半導体装置において、
一方の電極と他方の電極のそれぞれに微小金ボール(ワイヤボールボンディング法によるボールを除く)を接合し、両電極に接合された前記微小金ボールを低融点微小ボールをリフローして相互に接合することによって、これらの微小金ボールを介して前記チップ電極と前記基板もしくはチップ電極を電気的に接続することを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップの電極とプリント基板等の電極を電気的に接続する接続構造を有する半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より半導体チップの電極と外部回路等との接合媒体となるバンプとして、ウェハバンプ，スタッドバンプおよび転写バンプ等が知られている。近年、半導体装置の高密度化に伴って、電極の狭ピッチ化あるいはバンプの微小化が進んでいる。バンプを形成すべき微小金属ボールを予め半導体チップの電極と同一座標に配列させ、それを一括で電極上に接合するようにしたバンプの形成方法が実用化されつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した所謂ボールバンプにおいて、あるいはまたメッキ等の場合においてもバンプ高さには限界があり、結果的にコストが高くならざるを得ない。また、半導体チップ側と基板側の熱膨張率の差のために、バンプリフロー時等の熱応力に起因して極端な場合には破壊が発生する場合があった。
【０００４】
さらに、半導体チップのパッケージングの際、樹脂モールドすべく所定の樹脂を流し込んでも、半導体チップと基板の間の狭い隙間には十分な量の樹脂を流し込むことができない。このため樹脂モールドによって必ずしも十分な保護を図ることができず、また熱膨張に耐え得るだけの高い接着強度を確保するのが難しかった。
【０００５】
本発明はかかる実情に鑑み、優れた耐久強度を有し、確実な電気的接続を保証する半導体装置の製造方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、一方のチップ電極と他方の基板もしくはチップ電極を電気的に接続する接続構造を有する半導体装置の製造方法において、一方の電極と他方の電極のそれぞれに微小金ボール（ワイヤボールボンディング法によるボールを除く）を接合し、両電極に接合された前記微小金ボールを低融点微小ボールをリフローして相互に接合することによって、前記チップ電極と前記基板もしくはチップ電極を電気的に接続することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の半導体装置の製造方法において、一方の電極または他方の電極に微小金ボールを接合する際、これらの電極に対応する位置に微小金ボールを配列保持し、この配列保持した微小金ボールを各電極に転写接合することを特徴とする。
また、本発明の半導体装置の製造方法において、前記微小金ボールを配列保持する際、前記微小金ボールを吸着して行うようにしたことを特徴とする。
また、本発明の半導体装置の製造方法において、前記微小金ボールを配列保持する際、微振動を与えることにより余剰の微小金ボールを除去するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の半導体装置は、一方のチップ電極と他方の基板もしくはチップ電極が電気的に接続されて成る半導体装置において、一方の電極と他方の電極のそれぞれに微小金ボール(ワイヤボールボンディング法によるボールを除く)を接合し、両電極に接合された前記微小金ボールを低融点微小ボールをリフローして相互に接合することによって、これらの微小金ボールを介して前記チップ電極と前記基板もしくはチップ電極を電気的に接続することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、チップ電極と基板もしくはチップ電極とを電気的に接続する際、これらの電極間に異種の微小金属ボールを2個以上接合することで、電極間隔を長く確保しながら接合することができる。このように接合距離を長くすることにより、熱膨張率の差に基づく熱応力に対する高い緩和吸収性を備えることで半導体チップの保護に優れた作用を発揮する。疲労破壊に対して優れた耐久性と熱膨張に対して高い接着強度を確保することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明による半導体装置の製造方法および装置の好適な実施の形態を説明する。
この実施形態における半導体装置は、半導体チップの電極と基板の電極を電気的に接続し、その後、樹脂モールドによってパッケージされるものとする。半導体チップの電極と基板の電極の間には、少なくとも２個の微小ボールを重ねて接合し、両電極が電気的に接続される。
【００１１】
図1は、本実施形態における主要工程を示している。まず、図1において半導体チップ1の電極2と基板11の電極12のそれぞれに微小金属ボールBが接合される。なお、微小金属ボールBを電極2または電極12に熱圧着により接合することができる。半導体チップ1の電極2の形成材料としては、たとえばアルミニウムであってよい。また基板11の電極12の形成材料として、たとえばCu上にAuやPdをメッキしたものであってよい。基板11は、プリント配線基板あるいはキャリアテープ等とする。微小金属ボールBは、1例として半導体チップ1側および基板11側とも金(Au)製とし、直径30〜500μm程度のサイズが好適である。
【００１２】
つぎに、半導体チップ1の電極2および基板11の電極12にそれぞれ接合された微小金属ボールBは、図2のように両電極を低融点微小ボールをリフローして相互に接合される。これにより半導体チップ1の電極2と基板11の電極12が電気的に接続される。
【００１４】
このようにバンプ高さを十分に確保することで、電極間の接合距離を長くし、熱膨張率の差に基づく熱応力に対する高い緩和吸収性を備える。疲労破壊に対して優れた耐久性と熱膨張に対して高い接着強度を確保することができる。また、樹脂モールドでパッケージする場合、半導体チップ１と基板１１の間に十分な量の樹脂を流し込むことができ、これにより半導体装置の強度を高め、十分な保護を図ることができる。
【００１５】
ここで、本実施形態において、少なくとも1つ分以上の半導体チップ1の電極2または基板11の電極12に対応する位置に微小金属ボールBを配列保持するボール供給手段を使用する。このボール供給手段は、図3に示すように微小金属ボールBを配列保持するためのボール配列ヘッド20を備えている。
【００１６】
ボール配列ヘッド２０は、１つ以上の半導体チップ１の電極部２（または基板１１の電極１２）に対応する多数のボール配列孔２１ａを有する配列基板２１を備え、吸引チャンバ２２を介して真空引されるようになっている。吸引チャンバ２２には真空吸引源としての真空ポンプが接続され、ボール配列ヘッド２０は、ボール配列孔２１ａにて微小金属ボールＢを配列保持する。
【００１７】
ボール配列ヘッド20は微小金属ボールBの供給部において、微小金属ボールBを収容する容器30上方から、所定タイミングで該容器30内に下降する(図3(A))。さらに、図3(B)のように吸引チャンバ22を介して真空引することで、配列基板21のボール配列孔21aにて微小金属ボールBを配列保持する。なお、配列基板21のボール配列孔21aに微小金属ボールBを吸着させる際、容器30を加振することで容器30内で微小金属ボールBを浮遊状態にし、吸着し易くする等の手段がとられる。
【００１８】
図3(C)のように配列基板21の各ボール配列孔21aに1つの微小金属ボールBが吸着される。ここで、微小金属ボールBを吸着する際、配列基板21から余剰ボールを除去して各ボール配列孔21aに1つの微小金属ボールBを吸着させるための余剰ボール除去手段をさらに含んでいる。この余剰ボール除去手段はたとえば、配列基板21に微振動を与えることにより余分な微小金属ボールBを配列基板21から離脱させるように構成することができる。
【００１９】
さらに、上記のように配列基板21に配列保持された微小金属ボールBの配列状態が検査される。この場合、図3(C)に示すように配列基板21の下方から画像認識手段(TVカメラ)40により微小金属ボールBの配列状態を撮影し、配列状態の良否を確認することができる。
【００２０】
このように半導体チップ１の電極２および基板１１の電極１２のそれぞれに微小金属ボールＢを接合する際、ボール配列ヘッド２０によってこれらの電極２，１２に対応する位置に微小金属ボールＢを配列保持し、配列保持した微小金属ボールＢを各電極２，１２に転写接合する。
【００２１】
上述したように、半導体チップ1の電極2および基板11の電極12間に異種の微小金属ボールBを2個以上接合することで、電極間隔を長く確保することができる。
【００２２】
図2においては半導体チップ1のアルミニウム電極2と基板11の銅電極12の間に、図示のように3個の微小金属ボールB1、B2およびB3が介挿される。銅の電極12には錫(Sn)メッキが施される。
【００２３】
上記の場合、金/低融点金属/金の順序とした微小金属ボールBを用いた接合の場合には低融点金属を溶融温度以上に加熱して、リフローするのが好ましい。
【００２４】
上記実施形態において、半導体チップ１と基板１１を微小金属ボールＢを介して電気的に接続する場合の例を説明した。この場合に限らず、その他半導体チップ同士あるいは基板同士を電気的に接続する場合においても本発明を同様に適用することができ、上記実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、この種の半導体装置においてチップ電極を基板またはチップ電極と電気的に接続する際、これらの電極間に異種の微小金属ボールを2個以上接合することで、電極間隔を長く確保することができる。このように電極間距離を長くすることにより、熱膨張率の差に基づく熱応力に対する高い緩和吸収性を備えることで半導体チップの保護に優れ、疲労破壊に対する優れた耐久性と熱膨張に対する高い接着強度を確保する。チップサイズの小さいものをパッケージングする場合でも、適正かつ円滑に樹脂モールドができる等の利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明方法の実施形態における主要工程を示す図である。
【図２】  本発明の態様を示す図である。
【図３】  本発明の実施形態に係るボール配列ヘッドによるボール配列保持工程を示す図である。
【符号の説明】
１  半導体チップ
２  電極
１１  基板
１２  電極
２０  ボール配列ヘッド
２１  配列基板
３０  容器
Ｂ  微小金属ボール
【図１】
0003704229.tif 000002
【図２】
0003704229.tif 000003
【図３】
0003704229.tif 000004