(57)【要約】【課題】片側で固定された半導体チップの製作の従来技術の欠点を避けた新規な製作方法を提供する。【解決手段】半導体チップ５をフラップチップボンディング技術によってサブストレート１０上に接合するための方法において、ａ）構成部材を有する構成部材領域及び縁部領域を備えた半導体チップを準備し、縁部領域に接合部分を設けてあり、ｂ）表面に複数の複数のランドを備えたサブストレートを準備し、ｃ）はんだ材料をボンドパッド及び／又はランド上に施し、ｄ）半導体チップをサブストレート上に位置決めし、ｅ）はんだ部材をはんだ付け過程で溶融し、半導体チップの接合部分を、溶融するはんだ部材の表面張力に基づきサブストレートに向けて運動させ、かつ構成部材領域を、構成部材領域と縁部領域との間の旋回軸線若しくは旋回点５７を中心とした前記運動に起因する旋回運動５６によってサブストレートから離す。【選択図】図３ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップ（５）をフラップチップボンディング技術によってサブストレート（１０）上に接合するための方法において、次の工程を含んでおり、即ち、
ａ）構成部材（１２）を有する構成部材領域（１５）及び縁部領域（１７）を備えた半導体チップ（５）を準備し、この場合に縁部領域（１７）に接合部分（２５）を設けてあり、接合部分は複数のボンドパッド（２０，２２）を備えており、
ｂ）表面に複数の複数のランド（４０，４２）を備えたサブストレート（１０）を準備し、
ｃ）はんだ材料（４５）をボンドパッド（２０，２２）及び／又はランド（４０，４２）上に施し、
ｄ）半導体チップ（５）をサブストレート（１０）上に位置決めし、
ｅ）はんだ部材（４５）をはんだ付け過程で溶融し、これによって半導体チップ（５）の接合部分（２５）を、溶融するはんだ部材（４５）の表面張力に基づきサブストレート（１０）に向けて運動させ、かつ構成部材領域（１５）を、構成部材領域（１５）と縁部領域（１７）との間の旋回軸線若しくは旋回点（５７）を中心とした前記運動に起因する旋回運動によってサブストレート（１０）から離すことを特徴とする、半導体チップをサブストレート上に接合するための方法。
【請求項２】
工程ｂ）においてサブストレート（１０）上に、複数のランド（４０，４２）から成る第１のランド列（３０）及び第２のランド列（３５）を形成し、かつ工程ｃ）においてはんだ部材（４５）をボンドパッド（２０，２２）及び／又はランド（４０，４２）上に施すことによって、第１のバンプ列（５０）及び第２のバンプ列（５５）を形成する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程ａ）において半導体チップ（５）を準備し、該準備の場合に第１のバンプ列（５０）のためのボンドパッド（２０）は、第２のバンプ列（５５）のためのボンドパッド（２２）よりも大きな面積を有するようにしてある請求項２に記載の方法。
【請求項４】
工程ｂ）においてサブストレート（１０）を準備し、該準備の場合に第１のランド列（３０）のランド（４０）は、第２のランド列（３５）のランド（４２）よりも大きな面積を有するようにしてある請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
工程ｂ）においてサブストレート（１０）を準備し、該準備の場合に第１のランド列（３０）のランド（４０は、第１のバンプ列（５０）のためのボンドパッド（２０）よりも大きな面積を有するようにしてある請求項２から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
工程ｃ）に基づき、互いに異なる量のはんだ部材（４５）をボンドパッド（２０，２２）若しくはランド（４０，４２）上に施して、第１のバンプ列（５０）及び第２のバンプ列（５５）を形成する請求項２から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
工程ｃ）に基づき、１つ若しくは複数の支持脚部（６０）を半導体チップ（５）の構成部材領域（１５）に若しくはサブストレート（１０）の上面に形成する請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
工程ｃ）の後に、液体（７５）をはんだ部材（４５）に例えば浸漬法によって施す請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
工程ｅ）の後に半導体チップ（５）の接続部を、半導体チップ（５）の接合部分（２５）とサブストレート（１０）のランド（４０，４２）の領域との間に充填された充填部材（６５）によって補強する請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
工程ｅ）に基づき、はんだ付け過程をリフローソルダリング技術の適切な加熱手段若しくは凝縮熱法或いはリフローソルダリング技術の別の手段によって行う請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
半導体チップの構成部材（１２）はセンサー部材若しくは微細構造のセンサー部材である請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
サブストレート（１０）上に搭載された半導体チップ（５）であって、半導体チップ（５）はサブストレート（１０）上にフラップチップボンディング技術によって接合されている形式のものにおいて、
半導体チップ（５）は、構成部材（１２）を有する構成部材領域（１５）、及び縁部領域（１７）を備えており、縁部領域（１７）上に第１のバンプ列（５０）及び第２のバンプ列（５５）のためのボンドパッド（２０，２２）を配置してあり、
サブストレート（１０）は、第１のランド列（３０）及び第２のランド列（３５）を成すランド（４０，４２）を備えており、この場合に第１のランド列（３０）内のランド（４０）は、第１のバンプ列（５０）のためのボンドパッド（２０）よりも大きな面積を有していることを特徴とする、サブストレート上に搭載された半導体チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップをフラップチップボンディング技術によってサブストレート上に接合するための方法、並びに該方法によって形成された装置若しくはユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
部品類の搭載及びはんだ付け接合は益々煩雑に成っている。このために一方では微細構造或いはマイクロマシン若しくは小型化の高度な技術を必要とし、かつ他方では経済的及び信頼性の高い技術を開発することが強く求められている。フラップチップボンディング技術は１つの手段である。フラップチップボンディング技術においては、パッケージされていない、即ち未包装の半導体チップを例えば同時ソルダリングによって直接に１つのサブストレート上に搭載するようになっている。これによって短い配線距離を保証している。半導体チップは通常は機能側、即ち構成部材若しくは機能部材の設けられた側を下方に向けて、即ちフェースダウンでサブストレート（基板若しくはプリント配線板）上に位置決めされ、かつソルダリング過程若しくは接着過程によって接合される。このために、結合パートナー（半導体チップとサブストレート）のうちの一方は接触隆起部を有しており、該接触隆起部は「はんだバンプ」若しくは単に「バンプ」と呼ばれている。はんだ付け過程時にバンプは溶融して、半導体チップをサブストレートに電気的及び機械的に結合するようになっている。
【０００３】
通常はバンプは半導体チップの全周にわたって設けられ、若しくは半導体チップの相対する２つの縁部領域に設けられている。これによって半導体チップは、はんだ付け過程（ソルダリングプロセス）の後には少なくとも両側で、即ち少なくとも相対する両方の縁部領域でサブストレートに固定されている。このような手段は、殊にマイクロ構造のセンサー部材（センサーエレメント）を備える半導体チップにとって不都合である。半導体チップとサブストレートとの間の異なる熱膨張は、温度変化に際して両者間に相対的な変位若しくはずれをもたらし、その結果、機械的な応力を発生させることになる。このような応力はセンサー部材の測定値に許容できないほどに影響を及ぼすことになる。
【０００４】
応力を避ける若しくは減少させる１つの可能性（手段）は、すべてのバンプ、即ち電気的及び機械的なすべての接触部を１つの縁部領域にしか配置しないことであり、例えばドイツ連邦共和国特許出願第１０２００４０１１２０３．７号明細書に記載してある。
【０００５】
しかしながら、片側でのみ固定された半導体チップの製作には改良の余地がある。ソルダリング過程の前及びソルダリング過程中の確実な保持のためにホルダー（保持部）を設けてあり、該ホルダーは半導体チップをソルダリング過程のために堅く保持（固定）している。ホルダーはソルダリング過程の後に再び除去されるか、半導体チップに残されたままである。最初に述べた１つの例では、ホルダーの除去のために費用の掛かる付加的な工程を必要とし、かつ後に述べた別の例では、ホルダーは作動時に力を半導体チップに生ぜしめ、該力はセンサー部材に影響を及ぼすことになる。
【０００６】
片側でのみ固定される半導体チップのマウント（搭載若しくは実装）のための方法の改善が求められ、この場合に、従来は半導体チップの保持のために必要な保持部の除去を省略することができるようにすることである。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願第１０２００４０１１２０３．７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
片側で固定された半導体チップの製作の従来技術の欠点を避けることのできる製作方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、半導体チップをフラップチップボンディング技術によってサブストレート上に接合するための方法において、次の工程を設けてあり、即ち、構成部材（例えばセンサー部材）を有する構成部材領域及び縁部領域を備えた半導体チップを準備し（形成し）、この場合に縁部領域に接合部分（接続部分）を設けてあり、接合部分は複数のボンドパッド（接合用隆起部）を備えており、表面に複数の複数のランド（接合用隆起部）を備えたサブストレートを準備し（形成し）、次いで、はんだ材料（接着剤）をボンドパッド及び／又はランド上に施し、次いで、半導体チップをサブストレート上に位置決めし、次いで、はんだ部材をはんだ付け過程で溶融し、これによって半導体チップの接合部分を、溶融するはんだ部材の表面張力に基づきサブストレートに向けて運動させ、かつ半導体チップの構成部材領域を、構成部材領域と縁部領域との間の旋回軸線（回転軸線）若しくは旋回点（回転点）を中心とした前記運動に起因する旋回運動（回転運動）によってサブストレートから持ち上げる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に基づく前記方法によって、片側でのみ固定された半導体チップを、ソルダリング過程の後に除去しなければならない保持部を用いることなしに製作できるようになっいる。その結果、半導体チップのセンサー部材への有害な力の影響は、避けられている。本発明に基づく前記方法では、はんだ付け過程によって、てこ作用に基づき半導体チップの運動力（旋回力）を生ぜしめるようにしており、該運動力によって両方の結合パートナー（半導体チップとサブストレート）の安定した確実な最終位置若しくは最終状態を保証している。特に温度変化に際しても、両方の結合パートナー間に機械的な応力は発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１に本発明の方法の基本的な概念を示してあり、半導体チップ５はフリップチップボンディング技術によってサブストレート１０上に搭載してある。この場合に、半導体チップとサブストレートとははんだ材料４５によって互いに電気的及び機械的に結合されている。半導体チップ５は構成部材領域１５を有しており、構成部材領域（構成部材区分）は構成部材１２を備えている。構成部材１２は、例えばセンサー部材（センサーエレメント）であり、マイクロマシン、微細構造体、微細パターン、微細なダイヤフラム、微小梁（カンチレバー）若しくはマイクロブリッジであってよい。半導体チップ５のための適当な材料は、珪素若しくはシリコンである。ピエゾ抵抗性の材料も、抵抗変形からセンサー信号を得るために微細構造体若しくは微細パターンに適切に用いられてよい。構成部材１２はセンサー部材の他に、HF-構成部分（高周波・構成部分）若しくは振動部材であってもよい。図２乃至図４は、図面を見やすくするために構成部材領域１５の構成部材１２を省略して描いてある。
【００１１】
半導体チップ５はさらに縁部領域１７に接合部分２５を有している。接合部分（接合領域）２５は複数のボンドパッド（接合用隆起部）２０，２２を有しており、ボンドパッド（接着用パッド）は半導体チップ５上の接着面として用いられる。図１は断面図であり、１つのボンドパッド２０，２２だけを示している。サブストレート１０上にも接着面を設けてあり、該接着面はランド（隆起部）４０，４２と呼ばれる。サブストレート１０は有機性の回路基板(PCB = Printed Circuit Board )若しくはセラミック性の回路支持体であってよい。射出成形被覆された打ち抜き加工成形格子若しくはモールド成形された回路支持体(MID = Molded Interconnect Devices )をサブストレート１０として用いることもできる。
【００１２】
半導体チップ５をサブストレート１０上にマウント（搭載）するための方法は、次の工程を含んでいる。即ち前に述べたように、まず１つの工程ａ）において、半導体チップ５に構成部材領域１５及び縁部領域１７を形成し、この場合に縁部領域１７には接合部分２５を設けてあり、該接合部分は複数のボンドパッド２０，２２を有している。次の工程ｂ）において、接着面としての複数のランド４０，４２を有する表面を、サブストレート１０に形成する。次いで１つの工程ｃ）において、はんだ部材４５をボンドパッド２０，２２上若しくはランド４０，４２上に施す。必要に応じて半導体チップ５を分割することができる。次いで１つの工程ｄ）において、半導体チップ５をサブストレート１０上に位置決めする。最終的に工程ｅ）において、はんだ部材４５をはんだ接合過程によって溶解させて、半導体チップ５の接合部分２５を、溶融するはんだ部材４５の表面張力に基づきサブストレート１０に向けて運動させ（引っ張って）、該運動に伴って構成部材領域１５を、該構成部材領域１５と接合部分２５との間の旋回軸線若しくは旋回点を中心とした旋回運動によってサブストレート１０から離す。
【００１３】
工程ｅ）でのソルダリング過程によって半導体チップ５の旋回運動を生ぜしめるようになっており、この場合に旋回運動の旋回軸線若しくは旋回点は接合部分２５と構成部材領域１５との間に位置している。構成部材領域１５は半導体チップの旋回運動によってサブストレート１０の表面から持ち上がり、即ち離れて、サブストレート１０に、いまや直接にではなく、間接的に接合部分２５のはんだ部材４５を介して接続されている。
【００１４】
ソルダリング過程時に回転モーメントを生ぜしめることは、種々の手段によって可能である。有利な実施例では、面積の異なるランド４０，４２を用いてある。図２の平面図に示してあるように、サブストレート１０の表面に第１のランド列３０（５０）及び第２のランド列３５（５５）を設けてある。これに適合して、半導体チップ５の接合部分２５にも同じ数量及び配列（パターン）のボンドパッド２０，２２を設けて、即ちボンドパッド２０，２２の第１の列及び第２の列を設けてある。図２の実施例では、第１のランド列３０（５０）のランド４０は、第２のランド列３５（５５）のランド４２よりも大きな面積を有している。第２のランド列３５（５５）のランド４２は、通常は第２のバンプ列５５のためのボンドパッド２２とほぼ同じ面積であるのに対して、第１のランド列３０（５０）のランド４０は、第１のバンプ列５０のためのボンドパッド２０よりも著しく大きな面積である。
【００１５】
工程ｃ）においてはんだ部材４５をボンドパッド２０，２２上若しくはランド４０，４２上に施すことによって、図３ａに示してあるように、第１のバンプ列５０及び第２のバンプ列５５を形成してある。
【００１６】
前述の手段とは異なって、はんだ部材４５を必要に応じてボンドパッド上にではなくランド４０，４２上に施すこと、若しくは、はんだ部材４５を追加的（付加的）にランド４０，４２上に施すことも可能である。有利には１つ若しくは複数の支持脚部（支持台）６０を半導体チップ５の構成部材領域１５に、若しくはサブストレート１０の、構成部材領域１５と相対する領域に設けることも可能である。支持脚部６０はフリップチップボンディングの際の半導体チップ５の離反運動若しくは傾倒運動を防止しようとするものである。注意することは、支持脚部６０をはんだ面には設けないようにし、即ちはんだ面以外に設けるようにし、その結果、半導体チップ５の構成部材領域１５をサブストレート１０の表面に接触させるだけで、サブストレートの表面と堅く結合しないようにすることである。支持脚部６０は、フラップチップマウントの完了した状態では一方の結合パートナー（図示の実施例では、半導体チップ５）とのみ結合しており、応力は生じていない。
【００１７】
工程ｄ）において、サブストレート１０上での半導体チップ５の位置決めを行うようになっている。第２のバンプ列５５は第１のバンプ列５０と構成部材領域１５との間に配置されている。
【００１８】
図３ｂは、工程ｅ）を示しており、該工程では、はんだ部材４５はソルダリング過程によって溶融される。ソルダリング過程は、リフローソルダリング、即ち再溶融はんだ付けのそれ自体公知の加熱手段、例えば加熱プレート方式、凝縮熱方式若しくはリフローソルダリングの他の方法によって実施されてよい。ソルダリング過程によって、第１のバンプ列内の溶融するはんだ部材４５は、第１のランド列３０の面積の大きなランド４０に沿って流れるのに対して、第２のバンプ列内の同一体積のはんだ部材４５は第２のランド列３５の面積の小さなランド４２上をほとんど流れないでいる。面積の大きなランド４０に沿って流れるはんだ部材４５の表面張力は、サブストレート１０に向けられた力５８を半導体チップ５に生ぜしめ、即ち、半導体チップ５の接合部分２５をサブストレート１０に向けて引っ張ることになる。これに対して、第２のランド列３５の面積の小さなランド４２内でははんだ部材４５はほとんど流れないので、第２のバンプ列５５の、はんだ部材と接触する箇所は、前記引っ張り力によって生ぜしめられる旋回運動（回転運動）５６の旋回軸線（回転軸線）若しくは旋回点（回転点）５７として作用することになる。旋回運動５６は、サブストレート１０から離れる方向に向けられた力５９を構成部材領域１５に生ぜしめ、その結果、構成部材領域１５はサブストレート１０から離れて持ち上げられる。
【００１９】
図３ｃには有利な実施例を示してあり、この場合には工程ｅ）の後に、半導体チップ５は、必要に応じて半導体チップ５の機械的な負荷容量若しくは負荷能力を高めるために、半導体チップ５の接合部分２５とサブストレート１０の、ランド４０，４２を有する領域との間に充填物６５を充填することによって補強されている。充填物６５は、通常は絶縁性のプラスチック部材である。充填物６５が半導体チップ５の下面全体にわたって流れることを阻止するために、サブストレート１０に切欠き７０を設けてある。切欠き７０の縁は、充填物６５が構成部材領域１５内に達しないように作用している。
【００２０】
前述の方法は、必要に応じて次に述べる手段を組み合わせて実施することも有利である。この場合に方法の基本工程に変更はない。例えば後のソルダリング過程を確実に実施するために、工程ｃ）の後に液体をはんだ部材４５に塗布する。液体は、例えばはんだ部材４５若しくははんだ部材でぬらそうとする表面から酸化物を除く補助剤である。液体７５は、例えば図４に示してあるように、浸漬によって、即ち、液体７５内へのはんだ部材４５の短時間の漬け込みによって塗布される。はんだバンプ（はんだ隆起部又は接着剤隆起部）を設けられた半導体チップ５は、容器８０内の流状の液体７５に浸漬される。このために有利には、バンプ列５０，５５内のすべてのはんだバンプは同じ高さを有している。半導体チップ５の種類に応じてさらに有利には、付加的な支持脚部６０によって、構成部材１２を液体７０と接触させないようにしてある。支持脚部６０は通常はバンプ列５０，５５内のはんだバンプよりも小さくなっており、これによって支持脚部自体を液体７５内に浸漬させないようになっている。支持脚部６０はすでに述べたように複数の機能を有している。
【００２１】
さらなる実施例として、ランド４０，４２の面積を互いに異ならせることの代わりに、ボンドパッド２０，２２の面積を互いに異ならせることも可能である。ソルダリング過程の際の旋回モーメントを生ぜしめるために、工程ａにおいて半導体チップ５を適切に形成してあり、この場合に、該半導体チップでは第１のバンプ列５０のボンドパッド２０は、第２のバンプ列５５のボンドパッド２２よりも大きな面積を有している（図５、参照）。両方のランド列３０，３５のランド４０，４２は互いに異ならせられなくてよい。
【００２２】
別の実施例では工程ｃにおいて、互いに異なる量のはんだ材料４５を第１のバンプ列５０及び第２のバンプ列５５の形成のために、ボンドパッド２０，２２及び／又はランド４０，４２に施してある。図６に示してあるように、第１のバンプ列５０に設けられたはんだ材料４５は第２のバンプ列５５に設けられたはんだ材料よりも少ない量である。これによって、ボンドパッド２０，２２若しくはランド４０，４２の大きさを、ソルダリング過程の際の旋回モーメントの形成のために互いに異ならせる必要がなくなる。後に述べた両方の実施例は異なる大きさのはんだバンプの形成のためのものであり、浸漬に基づく液体７５による処理を最適にするために用いることを目的としたものではない。
【００２３】
前述の実施例を種々に組み合わせて用いることは可能である。例えば、ランド４０，４２の大きさを互いに異ならせることに加えて、ボンドパッド２０，２２若しくはランド４０，４２上のはんだ材料４５の大きさ若しくは量を互いに異ならせることも可能である。双方の再溶融過程によって半導体チップ５の構成部材領域１５を、前に述べた方法によって持ち上げることも可能である。半導体チップ５の１つの側での第１の再溶融過程の実施の後に第２の再溶融過程によって、両方の結合パートナーを互いに相対的に旋回させることも可能である。半導体チップを下方から上方に位置するサブストレートに接合する場合に、即ち図３ｂを反転した状態で半導体チップ５をサブストレートに接合する場合には、重力は必然的に半導体チップ５の構成部材領域１５をサブストレート１０から離反旋回させるために役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】フリップチップボンディングによってサブストレート上に搭載された半導体チップの断面図
【図２】２つのランド列を備えたサブストレートの平面図
【図３ａ】サブストレート上に半導体チップを搭載する方法の１つの実施例の１つの工程を示す断面図
【図３ｂ】サブストレート上に半導体チップを搭載する方法の１つの実施例の別の工程を示す断面図
【図３ｃ】サブストレート上に半導体チップを搭載する方法の１つの実施例のさらに別の工程を示す断面図
【図４】はんだ部材に液体を塗布する浸漬過程を示す断面図
【図５】ソルダリング過程時の回転モーメントを生ぜしめる手段の実施例の断面図
【図６】ソルダリング過程時の回転モーメントを生ぜしめる手段の別の実施例の断面図
【符号の説明】
【００２５】
５  半導体チップ、  １０  サブストレート、  １２  構成部材、  １５  構成部材領域、  １７  縁部領域、  ２０，２２  ボンドパッド、  ２５  接合部分、  ３０，３５  ランド列、  ４０，４２  ランド、  ４５  はんだ部材、  ５０，５５  バンプ列、  ５６  旋回運動、  ５７  旋回軸線若しくは旋回点、  ５８，５９  力、  ６０  支持脚部、  ７０  切欠き、  ７５  液体、  ８０  容器
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
2006287234.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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