(57)【要約】【課題】微細なピッチを有する基板パッドを具現すること。【解決手段】金バンプとインクジェット印刷を利用するプリップチップ方法が提示される。半導体チップに金バンプを形成する段階と、基板の第１パッドにインクジェット印刷を利用してソルダーインクをプリンティングする段階と、金バンプとソルダーインクの接触のため上記半導体チップを上記基板に実装する段階と、基板をリフローする段階を含むプリップチップ方法は、工程費用と工程時間を減らすことができるし、微細なピッチを有する半導体チップを基板に実装することができて、ソルダーレジストを形成する必要がないので微細なピッチを有する基板パッドを具現することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップに金バンプを形成する段階と、
基板の第１パッドにインクジェット印刷を利用してソルダーインクをプリンティングする段階と、
上記金バンプと上記第１パッドの接触のため上記半導体チップを上記基板に実装する段階と、
上記基板をリフローする段階を含むプリップチップ方法。
【請求項２】
上記基板の第２パッドにスクリーン印刷を通じてクリムソルダーをプリンティングする段階と、
上記クリムソルダーが印刷された第２パッドに一般部品を実装する段階を追加に含む
請求項１に記載のプリップチップ方法。
【請求項３】
アンダーフィル（underfill）する段階を追加に含む
請求項１または請求項２のいずれかに記載のプリップチップ方法。
【請求項４】
上記金バンプはメッキによって形成される
請求項１または請求項２のいずれかに記載のプリップチップ方法。
【請求項５】
上記半導体チップと上記一般部品は、チップマウンターによって実装される
請求項２に記載のプリップチップ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリップチップ方法に関し、さらに詳しく説明すると、インクジェット印刷によってプリンティングされたソルダーインクを利用して、半導体チップに形成された金バンプを基板のパッドに接合するプリップチップ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チップ（die）を基板（substrate）に装着するとか物理的に連結することをポンディング（bonding）というが、ポンディングには、ダイボンディング（die bonding）、ワイヤポンディング（wire bonding）及びプリップチップポンディング（flipchip bonding）などがある。ここで、プリップチップポンディングは、チップの接続パッドに突起（bump）を作ってＰＣＢ基板に直接接続する方式であって、先接続の過程がなく、軽薄短小であるだけでなく集積度や性能面で優れて、極小型化になっている電子製品に広く脚光を浴びている技術である。
【０００３】
今日、プリップチップ方法は、インターネットバックボーンスイッチングアプリケーションを含めて多様なアプリケーションに利用されている。プリップチップ方法を使うことでスイッチングシステムの電気的、熱的性能を進めることができるし、配線長さは勿論、基板とシステム全体の小型化が可能になる。今日、プリップチップ方法は、サイズと重量及び最小配線幅の要求にしたがってコンピューター及びモバイル用携帯電話機などに使われている。
【０００４】
従来のプリップチップ方法は、図１ないし図３に示しているように、ソルダーバンプを利用する方法、ソルダーバンプを再配置する方法、金バンプ及び接着剤を利用する方法などがある。
【０００５】
図１は、従来のソルダーバンプ１３を利用するプリップチップ方法を示す断面図であって、ソルダーバンプ１３を基板パッド１９と接触させた状態で溶融させて半導体チップ１１と基板パッド１９を連結する方式である。基板１７上に形成された多数の基板パッド１９にはソルダーバンプ１３との接合のためクリムソルダー１５が塗布されている。クリムソルダー１５はメタルマスクを利用してスクリーン印刷によって上記基板パッド１９に塗布される。そして、基板パッド１９の間には、溶融されたソルダーバンプ１３の流れによる基板パッド間のショートを防止するためのソルダーレジスト２１が形成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、最近半導体チップの高集積化及び小型化に伴って電気的に基板パッドと繋がれるチップパッドの数が増加するだけでなく、チップパッドのピッチ（間隔）も小さくなっていて、これにより基板パッドの大きさ及びピッチも微細化されている。したがって、上記基板パッド１９にソルダークリムを印刷するメタルマスクのオープン領域もまた微細化されるが、これはメタルマスクのオープン領域を通過するソルダークリムの通過性を悪くする。そして、基板の設計においてもソルダーレジスト２１を考慮しなければならないので微細ピッチを有する基板パッドの設計に制限が発生する。
【０００７】
このような問題点を解決するために、ソルダーバンプ１３を再配置した従来のプリップチップ方法が図２に示されている。このような方法は、図２に示された半導体チップ１１の元々のチップパッド２５からまたパターン２７を連結してパッドを再配置しその上にソルダーバンプ１３を形成する方法である。しかし、このような方法は、パッドの再配置によって工程時間及び工程費用を増加させる問題点が発生する。
【０００８】
図３は、金バンプ１４及び接着剤を利用した従来のプリップチップ方法を示す断面図である。図３に示されているように、半導体チップ１１には金バンプ１４（gold  bump）が基板パッド１９に対応して形成されている。基板１７の一面には異方性伝導フィルム（Anisotropy Conductive Film、ＡＣＦ）または非伝導性ペースト（Non Conductive Paste、ＮＣＰ）のような接着剤（adhesive）が塗布されている。金バンプ１４は基板パッド１９と熱圧着によって結合される。
【０００９】
このように、金バンプ及び接着剤を利用した従来のプリップチップ方法は、異方性伝導フィルム（ＡＣＦ）または、非伝導性ペースト（ＮＣＰ）のような接着剤（adhesive）の価格が高価であるだけでなく、プリップチップボンドを用いる熱圧着のようなポンディング方法を利用するので工程時間が長くて工程費用の増加する問題点がある。
【００１０】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために導出されたもので、本発明の目的は、工程費用と工程時間を減らすことだけではなく、微細なピッチを有する半導体チップを基板に実装することができるプリップチップ方法を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、基板の設計において、ソルダーレジストを形成する必要がないので基板パッド間のピッチを減らすことができるプリップチップ方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記のような目的を果たすために次のような実施例によって具現される。
【００１３】
本発明の一実施例によるプリップチップ方法は、半導体チップに金バンプを形成する段階と、基板の第１パッドにインクジェット印刷を利用してソルダーインクをプリンティングする段階と、金バンプと第１パッドとの接触のために半導体チップを基板に実装する段階と、基板をリフローする段階を含む。
【００１４】
本発明のプリップチップ方法は、基板の第２パッドにスクリーン印刷を通じてクリムソルダーをプリンティングする段階と、第２パッドに一般部品を実装する段階を追加に含むこともできる。また、本発明の一実施例によるプリップチップ方法は基板をアンダーフィルする段階を追加に含むこともできる。
【００１５】
金バンプはメッキによって形成され、半導体チップと一般部品をチップマウンターを利用して基板に実装することで工程速度を早くすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上記のような構成によって、本発明は、次のような效果を有する。本発明は、工程費用と工程時間を減らすことだけではなく、微細なピッチを有する半導体チップを基板に実装することができる效果を図ることができる。
【００１７】
また、本発明は基板の設計において、ソルダーレジストを形成する必要がないから基板パッド間のピッチを減らすことができる效果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下では、本発明の望ましい一実施例に対して添付された図面を参照して説明する事にする。
【００１９】
図４は、本発明の望ましい一実施例によるプリップチップ方法を示すフローチャートである。図４に示しているように、本発明のプリップチップ方法は半導体チップに金バンプを形成する段階（Ｓ１１）と、基板の第２パッドにスクリーン印刷を通じてクリムソルダーをプリンティングする段階（Ｓ１３）と、基板の第１パッドにインクジェット印刷を利用してソルダーインクをプリンティングする段階（Ｓ１５）と、半導体チップ及び一般部品を実装する段階（Ｓ１７）と、リフロー段階（Ｓ１９）及びアンダーフィルする段階（
Ｓ２１）を含む。
【００２０】
図５Ａ及び図５Ｂは、半導体チップ３１に金バンプ３３の形成段階（Ｓ１１）を示す断面図及び平面図である。金（Ａｕ）は、軟性及び電気伝導度が優秀なことだけでなく熱的信頼性（thermal reliability）及び見掛け信頼性の優秀な長所がある。上記金バンプ３３は、上記半導体チップ３１上にメッキによって形成される。そして上記金バンプ３３の幅及び高さ、そして金バンプ３３間のピッチは基板のパッド（未図示）によって変わることができる。上記半導体チップ３１が基板に実装される場合、上記金バンプ３３は第１パッドに印刷されたソルダーインクによって第１パッドと結合する。
【００２１】
図６は、メタルマスク４８を利用して基板４３の第２パッド３９'にクリムソルダー３７を塗布する段階（Ｓ１３）を示す平面図である。図６に示されているように、上記基板４３上には、微細なピッチで半導体チップが実装される第１パッド３９と、上記第１パッド３９に比べて相対的に大きいピッチで一般部品（抵抗、キャパシタ、インダクター、ＯＰアンプなど）が実装される第２パッド３９'が形成されている。上記第２パッド３９'は上記第１パッド３９に比べてパッド自体の大きさ及びパッド間のピッチ（間隔）が大きくてクリムソルダーの通過性が優秀であるから、メタルマスク４８を利用してクリムソルダー３７を第２パッド３９'上に容易く塗布することができる。メタルマスク４８には上記第２パッド３９'と同一形象を有する穴４８ａが多数形成されている。上記第２パッド３９'の間にはソルダーレジスト４１（図面で灰色に表示）が塗布されている。
【００２２】
図７は、インクジェット印刷を利用して上記基板４３の第１パッド３９にソルダーインクをプリンティングする段階（Ｓ１５）を示す平面図であり、図８は、基板４３の第１パッド３９にインクジェット印刷によって形成されたソルダーインクを示す断面図である。
【００２３】
図７によれば、半導体チップ（未図示）が実装される第１パッド３９は微細なピッチを有するから、上記のようにクリムソルダーとメタルマスクを利用するスクリーン印刷を用いるのが困難である。したがって、微細なパターンの印刷が可能なだけでなく作業時間を縮めることができるインクジェットプリンタを利用して上記第１パッド３９上にソルダーインク３５（solder ink）をプリンティングする。図８に示されているように、上記ソルダーインク３５の厚さは上記金バンプ３３の厚さに比べて薄くプリンティングする。上記ソルダーインク３５の厚さは上記金バンプ３３の大きさ及びピッチ間隔によって変わることができる。
【００２４】
上記基板４３の第１パッド３９部分にはソルダーレジスト４１が塗布されていない。これは、上記第１パッド３９に接合する上記金バンプ３３が従来のソルダーバンプのように溶融されて他のパッドに流れないからである。そして、上記ソルダーインク３５もとても薄くプリンティングされるので溶融によって他のパッドに流れないからである。したがって、本発明の一実施例による上記第１パッド３９は、ソルダーレジストを具備する必要がないからパッド間の間隔を微細に具現することができる。そして、微細なピッチを有する半導体チップの実装も可能になる。
【００２５】
上記ソルダーインク３５はメタルナノ粒子を含む微細液滴のインクである。上記ソルダーインク３５に含まれた金属は、錫（Ｓｎ）６３重量％及び、鉛（Ｐｂ）３７重量％である。そして、鉛の伝導性を高めるために、銀（Ａｇ）を含んで、錫（Ｓｎ）６２重量％、鉛（Ｐｂ）３６重量％及び、銀（Ａｇ）２重量％を使うこともできる。また、人体に有害な鉛を含まないで、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）を含むＰｂ−ｆｒｅｅソルダーインク３５を使うこともできる。上記ソルダーインク３５は、上記リフロー段階（Ｓ１９）で溶融されて上記金バンプ３３と上記第１パッド３９との間の金属間化合物（intermetallic compound、ＩＭＣ）を形成する。金属間化合物は非常に安定した物質なので接合に対する信頼性が優秀である。そして、上記ソルダーインク３５は、図３に示されている従来の接着剤（ＮＣＰ、ＡＣＦ）のような役目をするから、本発明のプリップチップ方法は、高価の接着剤を具備する必要がなくて工程費用を節減することができる。
【００２６】
図９は、本発明の一実施例による半導体チップ３１及び一般部品４５をチップマウンター４７（chip mounter）を利用して実装する段階（Ｓ１７）を示す概略図である。
【００２７】
図９に示されているように、上記チップマウンター４７は、上記第１パッド３９に半導体チップ３１を実装して、上記第２パッド３９'に抵抗、キャパシタ、インダクター、ＯＰアンプなどのような一般部品４５を実装する。上記半導体チップ３１及び上記一般部品４５は、一般的なチップマウンター４７によって高速に実装されるし、プリップチップボンドを使う工程がないから、本発明のプリップチップ方法は工程時間を減らすことができる。
【００２８】
上記チップマウンター４７は、クリムソルダー３７またはソルダーインク３５が形成された基板のパッドに半導体チップまたは一般部品を高速に実装する装置である。上記チップマウンター４７は２１２５、３２１６及びＴＡＮＴＡＬのような小型チップだけでなく、ＣＯＮＮＥＣＴＯＲ類、ＳＯＰ（Small Outline Package、Leadが両方向の外に向けるＩＣ）、ＳＯＪ（Small Outline Junction、Leadが両方向の中に向けるＩＣ）、ＱＦＰ（Quad Flat Package、Leadが外に向ける四角形態の平たいＩＣ）、ＰＬＣＣ（Plastic Leadless Carry Package、Leadが中に向けるＩＣ）、ＢＧＡ（Ball Grid Arrgy、格子形態でパッケージの底にソルダーボルが付いているリードがない部品）、ＣＳＰ（Chip Size Package）などのようなＩＣを高速に実装することができる。
【００２９】
図１０は、本発明の一実施例によるリフロー段階（Ｓ１９）によって上記ソルダーインク３５が溶融して、上記金バンプ３３と上記第１パッド３９の間に金属間化合物（ＩＭＣ）の形成された状態を示す断面図である。リフロー（reflow）とは、半導体チップ３１及び一般部品４５の実装された基板４３を一定の温度で加熱して、クリムソルダー３７及びソルダーインク３５を溶融させる過程を言う。リフロー温度は、使うクリムソルダー３７及びソルダーインク３５によって変わるが、一般的にソルダーのとける２００℃内外である。リフロー時間も基板の大きさ、チップの数または種類によって変わる。一般的にリフローをする場合には、クリムソルダーの滲み及びクラックの発生を防止するため温度をゆっくりあげてゆっくり下げるのが望ましい。
【００３０】
上記ソルダーインク３５による金属間化合物（ＩＭＣ）を通じて、上記金バンプ３３と上記第１パッド３９が接合されるが、上記ソルダーインク３５の厚さは３０μｍ以下で非常に薄いので溶融によっても流れることはない。
【００３１】
上記アンダーフィル段階（Ｓ２１）は、半導体チップ３１または一般部品４５の下を絶縁樹脂で完全に埋める段階である。アンダーフィルをすれば、落下衝撃や基板の変位衝撃のような物理的な衝撃に対して耐衝撃性を有することができる。そして、使用温度の変化による熱衝撃、ほこりや湿気による電気的マイグレイション（migration）または鉛によってα-rayからの誤動作を予防することができる。アンダーフィルに使われる樹脂は、物理的、化学的に安定するだけでなく高温で侵透性の早い樹脂が望ましい。また、syringe内に気泡が発生してはいけない。アンダーフィル装置としては、樹脂の定量塗布が可能であり樹脂を早く充填することができる装置が望ましい。アンダーフィル装置によって樹脂を充填した後、硬化装置によって樹脂を硬化させる。
【００３２】
本発明の技術思想が上述した実施例によって具体的に記述されたが、上述した実施例はその説明のためであって、その制限のためではないし、本発明の技術分野の通常の専門家であれば、本発明の技術思想の範囲内で多様な実施例が可能であることは理解できるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来のソルダーバンプを利用するプリップチップ方法を示す断面図である。
【図２】従来のソルダーバンプの再配置を利用するプリップチップ方法を示す概略図である。
【図３】従来の金バンプ及び接着剤を利用するプリップチップ方法を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施例によるプリップチップ方法を示すフローチャートである。
【図５Ａ】金バンプが半導体チップに形成された状態を示す断面図である。
【図５Ｂ】金バンプが半導体チップに形成された状態を示す平面図である。
【図６】メタルマスクを利用するスクリーンプリンティングによって一般部品が実装される第２パッドにクリムソルダーを塗布した状態を示す平面図である。
【図７】インクジェット印刷を利用して、ソルダーインクを基板の第１パッドに印刷した状態を示す平面図である。
【図８】基板の第１パッド上にインクジェット印刷によって形成されたソルダーインクを示す断面図である。
【図９】チップマウンターを利用して半導体チップ及び一般部品を基板に実装する状態を示す概略図である。
【図１０】ソルダーインクが溶解され金バンプと基板の第１パッドが結合された状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１  半導体チップ
１４  金バンプ
３１  半導体チップ
３３  金バンプ
３５  ソルダーインク
３９  第１パッド
３９'  第２パッド
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
2006303442.tif 000008
【図６】
2006303442.tif 000009
【図７】
2006303442.tif 000010
【図８】
2006303442.tif 000011
【図９】
2006303442.tif 000012
【図１０】
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