(57)【要約】 【課題】  半導体チップの設計を変更することなく、超音波フリップチップ接合時の半導体チップの破損に起因する歩留まりの低下を防ぎ、かつ振動方向の両端に位置する各接続パッドとこれらの各接続パッドに対向する各突起電極との接合強度を向上させることができる半導体チップの実装構造を提供する。【解決手段】  半導体チップ３１の突起電極３３が回路基板３２の基板側接続パッド３４に押圧された状態で、超音波振動が半導体チップ３１に印加されて、突起電極３３と基板側接続パッド３４とが接合される。複数の突起電極３３および複数の基板側接続パッド３４が、振動方向Ａに沿って並び、各突起電極３３と各基板側接続パッド３４とが対向する。両端の各基板側接続パッド３４には、これらの各基板側接続パッド３４から振動方向Ａに沿って互いに離反する方向に延びる延在部分４７がそれぞれ連なる。【選択図】      図１
2006319211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
突起電極を有する半導体チップと、接続パッドが絶縁基材に設けられて構成される回路基板とを含み、半導体チップが回路基板に載置されて、突起電極が接続パッドに押圧された状態で、超音波振動が半導体チップに印加されて、突起電極と接続パッドとが接合される半導体チップの実装構造であって、
複数の突起電極が、超音波振動の振動方向に沿って予め定める間隔で並ぶとともに、複数の接続パッドが、振動方向に沿って並び、各突起電極と各接続パッドとが対向し、
振動方向に沿って並ぶ各接続パッドのうち、振動方向の両端に位置する各接続パッドには、前記両端に位置する各接続パッドから振動方向に沿って互いに離反する方向に延びる延在部分がそれぞれ連なり、各延在部分は絶縁基材に設けられることを特徴とする半導体チップの実装構造。
【請求項２】
振動方向の一端に位置する接続パッドとこの接続パッドに連なる延在部分とを合わせた振動方向寸法および振動方向の他端に位置する接続パッドとこの接続パッドに連なる延在部分とを合わせた振動方向寸法は、接続パッドの振動方向寸法の２倍以上３倍以下に選ばれることを特徴とする請求項１記載の半導体チップの実装構造。
【請求項３】
前記絶縁基材は、樹脂材料から成ることを特徴とする請求項１または２記載の半導体チップの実装構造。
【請求項４】
第１接続パッドを有する半導体チップと、第２接続パッドが絶縁基材に設けられ、第２接続パッドに突起電極が設けられて構成される回路基板とを含み、半導体チップが回路基板に載置されて、突起電極が第１接続パッドに押圧された状態で、超音波振動が半導体チップに印加されて、突起電極と第１接続パッドとが接合される半導体チップの実装構造であって、
複数の突起電極が、超音波振動の振動方向に沿って予め定める間隔で並ぶとともに、複数の第１接続パッドおよび複数の第２接続パッドが、振動方向に沿って並び、各突起電極と各第１接続パッドとが対向し、
振動方向に沿って並ぶ各第２接続パッドのうち、振動方向の両端に位置する各第２接続パッドには、前記両端に位置する各第２接続パッドから振動方向に沿って互いに離反する方向に延びる延在部分がそれぞれ連なり、各延在部分は絶縁基材に設けられることを特徴とする半導体チップの実装構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップが回路基板に実装されて構成される半導体チップの実装構造に関し、詳しくは、超音波フリップチップ接合によって半導体チップと回路基板とが接合されて構成される半導体チップの実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機に代表される携帯機器などの電子機器は、急速に普及している。電子機器の普及の原動力として、１つには、電子機器の飛躍的な小型化、軽量化および薄型化がある。このような電子機器の小型化、軽量化および薄型化に伴って、電子機器に使用される半導体装置は、小型化および薄型化が要求されている。
【０００３】
半導体装置は、半導体チップが回路基板に実装されて構成される。半導体チップと回路基板とは、たとえばフリップチップ接合によって接合される。フリップチップ接合では、半導体チップの能動素子面が回路基板に向けられて、半導体チップの接続パッドと回路基板の接続パッドとが、導電性を有する接続部材である突起電極を介して接合される。このようなフリップチップ接合によれば、半導体装置に対する小型化および薄型化の要求に応えることができ、しかも生産効率を高くすることができる。
【０００４】
フリップチップ接合の１つとして、超音波振動を併用した超音波フリップチップ接合がある。超音波フリップチップ接合は、接合に要する時間を短縮することができるという利点を有する。このような超音波フリップチップ接合は、昨今、多用されるようになっている。
【０００５】
図１４は、従来の技術の半導体チップの実装構造を示す断面図である。図１５は、回路基板１を示す正面図である。従来の技術の実装構造を有する半導体装置２は、半導体チップ３と回路基板１とを含む。半導体チップ３は、突起電極４を有する。回路基板１は、接続パッド５が絶縁基材６に設けられて構成される。半導体装置２は、半導体チップ３が回路基板１に対して図１５において仮想線７で示される位置に配置され、半導体チップ３の突起電極４と回路基板１の接続パッド５とが接合されて、構成される。
【０００６】
絶縁基材６は、セラミック基板、あるいは有機基板である。有機基板は、樹脂材料から成り、セラミック基板よりも低価格である。回路基板１のコストを低下させるために、絶縁基材６として、有機基板が使用される傾向がある。
【０００７】
図１６は、半導体チップ３に押圧力および超音波振動が印加されている状態を示す断面図である。半導体チップ３の突起電極４と回路基板１の接続パッド５とは、超音波フリップチップ接合によって接合される。
【０００８】
詳細に述べると、まず、半導体チップ３を接合ツール８に装着し、半導体チップ３の突起電極４と回路基板１の接続パッド５とが対向するように、半導体チップ３と回路基板１とを位置合せする。次に、半導体チップ３を回路基板１に載置して、半導体チップ３の突起電極４と回路基板１の接続パッド５とを当接させる。この後、接合ツール８を介して半導体チップ３に、半導体チップ３から回路基板１に向かう方向９の押圧力を印加するとともに、回路基板１に平行な方向１０に振動する超音波振動を印加する。これによって、突起電極４と接続パッド５とが擦れ合い、突起電極４と接続パッド５との間の汚染層が除去されて、突起電極４と接続パッド５とが接合される。
【０００９】
図１７は、超音波フリップチップ接合時の絶縁基材６の状態を示す断面図である。超音波フリップチップ接合時、半導体チップ３への押圧力および超音波振動に起因して、絶縁基材６が変形して、図１７に示すように、接続パッド５が絶縁基材６に食い込んでしまうことがある。この場合、突起電極４と接続パッド５との相対振動が小さくなり、突起電極４と接続パッド５とを接合することが困難になるという問題がある。有機基板は、セラミック基板に比べて変形しやすいので、有機基板が絶縁基材６として使用される場合は、セラミック基板が絶縁基材６として使用される場合に比べて、前記問題が顕著になる。
【００１０】
このような問題を解決するためには、半導体チップに印加する超音波振動を強くすればよいけれども、この場合、半導体チップの入出力電極にクラックが生じる可能性が高くなる。
【００１１】
この点を考慮して、特許文献１に開示される技術では、半導体チップには、入出力電極からみて外周部寄りにダミー電極が形成され、ダミー電極にも、突起電極であるバンプが設けられる。この技術では、超音波フリップチップ接合時に、ダミー電極でクラックを生じさせて、入出力電極のクラックを防止する。したがって超音波振動を強くしても、半導体チップの破損に起因する歩留まりの低下を防ぐことができる。このような技術を用いることによって、半導体装置２の歩留まりの低下を防いで、突起電極４と接続パッド５との接合強度を向上させることができる。
【００１２】
【特許文献１】特開平８−３３０８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前記特許文献１に開示される技術では、接合強度を向上させるためにダミー電極が設けられるので、半導体チップの寸法が必然的に大きくなり、半導体チップを含む半導体装置が大型化してしまうという問題がある。また、新たに半導体チップを設計し直す必要があり、コストが増大してしまうという問題がある。
【００１４】
本願発明者が検討した結果、複数の突起電極が超音波振動の振動方向に沿って並ぶとともに、複数の接続パッドが振動方向に沿って並び、各突起電極と各接続パッドとが対向する場合、振動方向に関する位置によって、突起電極と接続パッドとの接合強度がばらつく傾向があることが判明した。
【００１５】
図１８は、超音波振動の振動方向に沿って並ぶ各突起電極と各接続パッドとの接合強度を示す図である。図１８において、横軸は、接続パッドの位置を示し、縦軸は、接合強度を示す。ここでは、説明の便宜上、振動方向に沿って４つの接続パッドが並ぶ場合を想定する。図１８では、振動方向の両端Ｐ１，Ｐ４に位置する各接続パッドとこれらの各接続パッドに対向する各突起電極との接合強度を示すとともに、振動方向の両端Ｐ１，Ｐ４間の中間Ｐ２，Ｐ３に位置する各接続パッドとこれらの各接続パッドに対向する各突起電極との接合強度を示す。
【００１６】
この図１８に示すように、従来の技術では、振動方向に関する位置によって、接合強度にばらつきがある。具体的には、前記両端Ｐ１，Ｐ４の各接続パッドは、前記中間Ｐ２，Ｐ３の各接続パッドに比べて、突起電極との接合強度が低くなる。すなわち前記両端Ｐ１，Ｐ４の各接続パッドは、前記中間Ｐ２，Ｐ３の各接続パッドに比べて、突起電極との接合性が劣り、その結果、電気的な接続に対する信頼性が低下する。
【００１７】
このような点を考慮すると、前記両端Ｐ１，Ｐ４の各接続パッドとこれらの各接続パッドに対向する各突起電極との接合強度を向上させることが望まれる。
【００１８】
図１９は、超音波フリップチップ接合時における接続パッド５の挙動を示す模式図である。この図１９を参照して、接合強度のばらつきの理由を説明する。ここでは、説明の便宜上、超音波振動の振動方向Ａに沿って４つの接続パッド５が並ぶ場合を想定する。以下、４つの接続パッド５を、振動方向一方Ａ１側から順に、第１〜第４接続パッド１１〜１４と称する場合がある。第１および第４接続パッド１１，１４は、前記両端Ｐ１，Ｐ４の各接続パッドに相当し、第２および第３接続パッド１２，１３は、前記中間Ｐ２，Ｐ３の各接続パッドに相当する。各接続パッド１１〜１４は剛体とみなし、絶縁基材６は弾性体とみなす。
【００１９】
超音波フリップチップ接合時、接続パッド５は、突起電極４から押圧力および摩擦力を受ける。これによって接続パッド５には、予め定める軸線まわりの回転モーメントが働く。前記予め定める軸線は、接続パッド５の絶縁基材６に対向する面内で、振動方向Ａに垂直な方向に延び、接続パッド５の振動方向Ａ中央に位置する軸線である。
【００２０】
たとえば第２接続パッド１２に着目する。回路基板１に対して半導体チップ３が振動方向他方Ａ２に変位するとき、第２接続パッド１２には、この第２接続パッド１２の振動方向他方Ａ２側の端部を絶縁基材６に近接させる方向に回転モーメント１６が働く。これによって、第２接続パッド１２の振動方向一方Ａ１側の端部が絶縁基材６から浮き上がろうとし、第２接続パッド１２の振動方向他方Ａ２側の端部が絶縁基材６に沈み込もうとする。
【００２１】
このとき、第１接続パッド１１にも同様に、回転モーメント１７が働く。これによって第１接続パッド１１の振動方向他方Ａ２側の端部は、絶縁基材６に沈み込もうとする。また第３接続パッド１３にも同様に、回転モーメント１８が働く。これによって第３接続パッド１３の振動方向一方Ａ１側の端部が絶縁基材６から浮き上がろうとする。
【００２２】
したがって第２接続パッド１２では、両隣の第１および第３接続パッド１１，１３の存在によって、この第２接続パッド１２に働く回転モーメント１６が相殺される。これによって、見掛け上、前記回転モーメント１６は小さくなり、第２接続パッド１２の変位が抑えられる。
【００２３】
第３接続パッド１３に関しても、第２接続パッド１２の場合と同様に、回転モーメント１８が働くけれども、両隣の第２および第４接続パッド１２，１４の存在によって、この第３接続パッド１３に働く回転モーメント１８は相殺される。これによって、見掛け上、前記回転モーメント１８は小さくなり、第３接続パッド１３の変位が抑えられる。
【００２４】
第１接続パッド１１に関しては、振動方向他方Ａ２側に第２接続パッド１２が存在するけれども、振動方向一方Ａ１側には接続パッドが存在しないので、この第１接続パッド１１に働く回転モーメント１７の相殺はできない。したがって第１接続パッド１１は変位する。具体的には、第１接続パッド１１の振動方向一方Ａ１側の端部が絶縁基材６から浮き上がる。
【００２５】
第４接続パッド１４に関しては、振動方向一方Ａ１側に第３接続パッド１３が存在するけれども、振動方向他方Ａ２側には接続パッドが存在しないので、この第４接続パッド１４に働く回転モーメント１９の相殺はできない。したがって第４接続パッド１４は変位する。具体的には、第４接続パッド１４の振動方向他方Ａ２側の端部が絶縁基材６に沈み込む。
【００２６】
このように、回路基板１に対して半導体チップ３が振動方向他方Ａ２に変位するとき、第２および第３接続パッド１２，１３の変位は抑えられるけれども、第１および第４接続パッド１１，１４は変位する。また振動方向一方Ａ１に変位する場合も、振動方向他方Ａ２に変位する場合と同様に、第２および第３接続パッド１２，１３の変位は抑えられるけれども、第１および第４接続パッド１１，１４は変位する。
【００２７】
半導体チップ３に超音波振動が印加されるとき、回路基板１に対して半導体チップ３は振動方向一方Ａ１および他方Ａ２に交互に変位する。このとき、前述のように、第２および第３接続パッド１２，１３の変位は抑えられるけれども、第１および第４接続パッド１１，１４は、絶えず変位する。
【００２８】
したがって第１および第４接続パッド１１，１４は、第２および第３接続パッド１２，１３に比べて、突起電極４との相対振動が小さくなる。この結果、第１および第４接続パッド１１，１４では、突起電極４との間の汚染層の除去が不十分となり、突起電極４との接合強度が低くなる。
【００２９】
本発明の目的は、半導体チップの設計を変更することなく、超音波フリップチップ接合時の半導体チップの破損に起因する歩留まりの低下を防ぎ、かつ振動方向の両端に位置する各接続パッドとこれらの各接続パッドに対向する各突起電極との接合強度を向上させることができる半導体チップの実装構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明は、突起電極を有する半導体チップと、接続パッドが絶縁基材に設けられて構成される回路基板とを含み、半導体チップが回路基板に載置されて、突起電極が接続パッドに押圧された状態で、超音波振動が半導体チップに印加されて、突起電極と接続パッドとが接合される半導体チップの実装構造であって、
複数の突起電極が、超音波振動の振動方向に沿って予め定める間隔で並ぶとともに、複数の接続パッドが、振動方向に沿って並び、各突起電極と各接続パッドとが対向し、
振動方向に沿って並ぶ各接続パッドのうち、振動方向の両端に位置する各接続パッドには、前記両端に位置する各接続パッドから振動方向に沿って互いに離反する方向に延びる延在部分がそれぞれ連なり、各延在部分は絶縁基材に設けられることを特徴とする半導体チップの実装構造である。
【００３１】
また本発明は、振動方向の一端に位置する接続パッドとこの接続パッドに連なる延在部分とを合わせた振動方向寸法および振動方向の他端に位置する接続パッドとこの接続パッドに連なる延在部分とを合わせた振動方向寸法は、接続パッドの振動方向寸法の２倍以上３倍以下に選ばれることを特徴とする。
また本発明は、前記絶縁基材は、樹脂材料から成ることを特徴とする。
【００３２】
また本発明は、第１接続パッドを有する半導体チップと、第２接続パッドが絶縁基材に設けられ、第２接続パッドに突起電極が設けられて構成される回路基板とを含み、半導体チップが回路基板に載置されて、突起電極が第１接続パッドに押圧された状態で、超音波振動が半導体チップに印加されて、突起電極と第１接続パッドとが接合される半導体チップの実装構造であって、
複数の突起電極が、超音波振動の振動方向に沿って予め定める間隔で並ぶとともに、複数の第１接続パッドおよび複数の第２接続パッドが、振動方向に沿って並び、各突起電極と各第１接続パッドとが対向し、
振動方向に沿って並ぶ各第２接続パッドのうち、振動方向の両端に位置する各第２接続パッドには、前記両端に位置する各第２接続パッドから振動方向に沿って互いに離反する方向に延びる延在部分がそれぞれ連なり、各延在部分は絶縁基材に設けられることを特徴とする半導体チップの実装構造である。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、半導体チップが回路基板に載置されて、半導体チップの突起電極が回路基板の接続パッドに押圧された状態で、超音波振動が半導体チップに印加される。これによって突起電極と接続パッドとが擦れ合い、突起電極と接続パッドとの間の汚染層が除去されて、突起電極と接続パッドとが接合される。このような超音波フリップチップ接合によって、半導体チップが回路基板に実装されて、半導体チップの実装構造が実現される。
【００３４】
超音波フリップチップ接合時、接続パッドは、突起電極から押圧力および摩擦力を受ける。これによって接続パッドには、回転モーメントが働く。このように接続パッドには、回転モーメントが働くので、接続パッドは、絶縁基材を押し下げる押下げ力および絶縁基材を引き上げる引上げ力を、絶縁基材に与える。
【００３５】
回路基板に対して半導体チップが振動方向一方に変位するとき、接続パッドの振動方向一方側の端部は、絶縁基材に押下げ力を与え、接続パッドの振動方向他方側の端部は、絶縁基材に引上げ力を与える。回路基板に対して半導体チップが振動方向他方に変位するとき、接続パッドの振動方向一方側の端部は、絶縁基材に引上げ力を与え、接続パッドの振動方向他方側の端部は、絶縁基材に押下げ力を与える。
【００３６】
本発明の実装構造では、複数の突起電極が、超音波振動の振動方向に沿って予め定める間隔で並ぶとともに、複数の接続パッドが、振動方向に沿って並ぶ。これらの各突起電極と各接続パッドとが対向する。
【００３７】
このように各突起電極と各接続パッドとが配置されるので、振動方向に隣り合う各接続パッドにおける振動方向の各端部のうち、内側の２つの端部が絶縁基材に与える押下げ力および引上げ力は、相殺される。したがって、前記内側の２つの端部からの押下げ力および引上げ力による絶縁基材の変形が抑えられ、これによって前記内側の２つの端部の変位が抑えられる。
【００３８】
また本発明の実装構造では、振動方向に沿って並ぶ各接続パッドのうち、振動方向の両端に位置する各接続パッドには、前記両端に位置する各接続パッドから振動方向に沿って互いに離反する方向に延びる延在部分がそれぞれ連なる。これらの各延在部分が絶縁基材に設けられる。
【００３９】
このように各延在部分が設けられるので、前記両端に位置する各接続パッドにおける振動方向の各端部のうち、外側の２つの端部の変位が抑えられる。詳細に述べると、前記外側の２つの端部には、延在部分がそれぞれ連なるので、前記外側の２つの端部からの押下げ力および引上げ力は、分散されて絶縁基材に与えられる。したがって前記外側の２つの端部からの押下げ力および引上げ力による絶縁基材の変形が抑えられ、これによって前記外側の２つの端部の変位が抑えられる。
【００４０】
以上のように、振動方向に沿って並ぶ各接続パッドにおける振動方向の各端部の変位が抑えられるので、超音波フリップチップ接合時に、前記両端に位置する各接続パッドとこれらの各接続パッドに対向する各突起電極との相対振動を大きくすることができる。これによって前記両端に位置する各接続パッドと各突起電極との間の汚染層を確実に除去することができる。したがって前記両端に位置する各接続パッドと各突起電極との接合強度を向上させることができる。
【００４１】
このような本発明では、接合強度を向上させるにあたって、超音波振動を強くする必要がないので、前記特許文献１に開示される技術のように、超音波フリップチップ接合時の半導体チップの破損に起因する歩留まりの低下を防ぐために、半導体チップの設計を変更する必要がない。したがって、半導体チップの設計を変更することなく、超音波フリップチップ接合時の半導体チップの破損に起因する歩留まりの低下を防ぎ、かつ前記両端に位置する各接続パッドと各突起電極との接合強度を向上させることができる。
【００４２】
また本発明によれば、振動方向の一端に位置する接続パッドとこの接続パッドに連なる延在部分とを合わせた振動方向寸法および振動方向の他端に位置する接続パッドとこの接続パッドに連なる延在部分とを合わせた振動方向寸法は、接続パッドの振動方向寸法の２倍以上３倍以下に選ばれる。２倍以上３倍以下に選ばれることによって、前記両端に位置する各接続パッドと各突起電極との接合強度を確実に向上させることができる。２倍未満では、接合強度を充分に向上させることができない。３倍を超えると、接合強度の向上という効果は飽和する。
【００４３】
また本発明によれば、樹脂材料から成る絶縁基材が用いられる。樹脂材料から成る絶縁基材は、セラミック基板に比べて、安価である。したがって回路基板のコストを低減することができる。樹脂材料から成る絶縁基材は、セラミック基板に比べて変形しやすいので、このような絶縁基材が使用される場合、前記両端に位置する各接続パッドと各突起電極との接合強度が低下しやすいけれども、前述のように延在部分が設けられることによって、接合強度の低下を防ぐことができる。
【００４４】
本発明によれば、半導体チップが回路基板に載置されて、半導体チップの第１接続パッドが回路基板の突起電極に押圧された状態で、超音波振動が半導体チップに印加される。これによって第１接続パッドと突起電極とが擦れ合い、第１接続パッドと突起電極との間の汚染層が除去されて、第１接続パッドと突起電極とが接合される。このような超音波フリップチップ接合によって、半導体チップが回路基板に実装されて、半導体チップの実装構造が実現される。
【００４５】
超音波フリップチップ接合時、第２接続パッドは、突起電極から押圧力および摩擦力を受ける。これによって第２接続パッドには、回転モーメントが働く。このように第２接続パッドには、回転モーメントが働くので、第２接続パッドは、絶縁基材を押し下げる押下げ力および絶縁基材を引き上げる引上げ力を、絶縁基材に与える。
【００４６】
回路基板に対して半導体チップが振動方向一方に変位するとき、第２接続パッドの振動方向一方側の端部は、絶縁基材に押下げ力を与え、第２接続パッドの振動方向他方側の端部は、絶縁基材に引上げ力を与える。回路基板に対して半導体チップが振動方向他方に変位するとき、第２接続パッドの振動方向一方側の端部は、絶縁基材に引上げ力を与え、第２接続パッドの振動方向他方側の端部は、絶縁基材に押下げ力を与える。
【００４７】
本発明の実装構造では、複数の突起電極が、超音波振動の振動方向に沿って予め定める間隔で並ぶとともに、複数の第１接続パッドおよび複数の第２接続パッドが、振動方向に沿って並び、各突起電極と各第１接続パッドとが対向する。
【００４８】
このように各突起電極と各第１接続パッドと各第２接続パッドとが配置されるので、振動方向に隣り合う各第２接続パッドにおける振動方向の各端部のうち、内側の２つの端部が絶縁基材に与える押下げ力および引上げ力は、相殺される。したがって、前記内側の２つの端部からの押下げ力および引上げ力による絶縁基材の変形が防がれ、これによって前記内側の２つの端部の変位が防がれる。
【００４９】
また本発明の実装構造では、振動方向に沿って並ぶ各第２接続パッドのうち、振動方向の両端に位置する各第２接続パッドには、前記両端に位置する各第２接続パッドから振動方向に沿って互いに離反する方向に延びる延在部分がそれぞれ連なる。これらの各延在部分が絶縁基材に設けられる。
【００５０】
このように各延在部分が設けられるので、前記両端に位置する各第２接続パッドにおける振動方向の各端部のうち、外側の２つの端部の変位が防がれる。詳細に述べると、前記外側の２つの端部には、延在部分がそれぞれ連なるので、前記外側の２つの端部からの押下げ力および引上げ力は、分散されて絶縁基材に与えられる。したがって前記外側の２つの端部からの押下げ力および引上げ力による絶縁基材の変形が防がれ、これによって前記外側の２つの端部の変位が防がれる。
【００５１】
以上のように、振動方向に沿って並ぶ各第２接続パッドにおける振動方向の各端部の変位が防がれるので、両端に位置する各第２接続パッドに設けられる各突起電極の変位が防がれる。このように各突起電極の変位が防がれるので、超音波フリップチップ接合時に、両端に位置する各突起電極とこれらの各突起電極に対向する第１接続パッドとの相対振動を大きくすることができる。これによって両端に位置する各突起電極と各第１接続パッドとの間の汚染層を確実に除去することができる。したがって両端に位置する各突起電極と各第１接続パッドとの接合強度を向上させることができる。
【００５２】
このような本発明では、接合強度を向上させるにあたって、超音波振動を強くする必要がないので、前記特許文献１に開示される技術のように、超音波フリップチップ接合時の半導体チップの破損に起因する歩留まりの低下を防ぐために、半導体チップの設計を変更する必要がない。したがって、半導体チップの設計を変更することなく、超音波フリップチップ接合時の半導体チップの破損に起因する歩留まりの低下を防ぎ、かつ両端に位置する各突起電極と各第１接続パッドとの接合強度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
図１は、本発明の実施の一形態の半導体チップの実装構造を簡略化して示す断面図である。本実施の形態の実装構造を有する半導体装置３０は、携帯電話機などの電子機器に使用される半導体装置である。半導体装置３０は、半導体チップ３１と回路基板３２とを含む。半導体装置３０は、半導体チップ３１が回路基板３２に実装されて構成される。
【００５４】
半導体チップ３１は、突起電極３３を有する。回路基板３２は、接続パッド３４を有する。本実施の形態では、半導体チップ３１が回路基板３２に載置されて、半導体チップ３１の突起電極３３が回路基板３２の接続パッド３４に押圧された状態で、超音波振動が半導体チップ３１に印加される。これによって突起電極３３と接続パッド３４とが接合される。このような超音波フリップチップ接合によって、半導体チップ３１が回路基板３２に実装されて、本実施の形態の実装構造が実現される。
【００５５】
図２は、半導体チップ３１を簡略化して示す正面図である。この図２と前記図１とを参照して、半導体チップ３１を説明する。半導体チップ３１は、チップ本体３６と、接続パッド（以下「チップ側接続パッド」という）３７と、突起電極３３とを有する。
【００５６】
チップ本体３６には、半導体素子が形成される。半導体チップ３１は、シリコン（Ｓｉ）などから成る。半導体チップ３１は、板状であり、厚み方向から見た形状が、たとえば四角形状、具体的には正方形状である。半導体チップ３１は、たとえば１０ｍｍ角であり、厚みが０．１ｍｍである。
【００５７】
チップ側接続パッド３７は、チップ本体３６、具体的にはチップ本体３６の厚み方向一方側の表面３８に設けられる。チップ側接続パッド３７は、導電性を有し、チップ本体３６の半導体素子に電気的に接続される。チップ側接続パッド３７は、アルミニウム（Ａｌ）−シリコン（Ｓｉ）から成る。チップ側接続パッド３７は、たとえば４５μｍ角であり、厚みが１μｍである。チップ側接続パッド３７は、スパッタリングによって形成される。
【００５８】
突起電極３３は、チップ側接続パッド３７に設けられる。突起電極３３は、チップ側接続パッド３７から、チップ本体３６の厚み方向に突出する。突起電極３３は、導電性を有し、チップ側接続パッド３７に電気的に接続される。突起電極３３は、金（Ａｕ）から成る。突起電極３３は、たとえば５０μｍ角であり、高さが２０μｍである。突起電極３３は、電解めっきによって形成される。突起電極３３は、いわゆるめっきバンプである。
【００５９】
本実施の形態では、超音波フリップチップ接合時に半導体チップ３１に印加される超音波振動の振動方向Ａに沿って予め定める間隔（以下「突起電極間隔」という）Ｌ１で、複数の突起電極３３が並ぶ。突起電極間隔Ｌ１は、隣り合う突起電極３３間の距離である。突起電極間隔Ｌ１は、突起電極３３の振動方向寸法Ｗ１１の２倍未満に選ばれる。突起電極間隔Ｌ１は、たとえば５０μｍである。この場合、隣り合う突起電極３３の中心間の距離Ｌ３は、１００μｍである。
【００６０】
詳細に述べると、チップ側接続パッド３７は、チップ本体３６の厚み方向一方側の表面（以下「チップ側パッド形成面」という）３８の各縁辺部分３９ａ〜３９ｄに、各縁辺４０ａ〜４０ｄに沿って並ぶように配置される。各チップ側接続パッド３７には、突起電極３３がそれぞれ設けられる。各突起電極３３は、チップ側パッド形成面３８の各縁辺４０ａ〜４０ｄに沿って、たとえば５０μｍ間隔で並ぶように配置される。
【００６１】
前記各縁辺４０ａ〜４０ｄのうち１組の対向する縁辺４０ａ，４０ｃの延びる方向は、超音波振動の振動方向Ａと平行である。換言すれば、超音波フリップチップ接合時は、前記１組の対向する縁辺４０ａ，４０ｃの延びる方向と振動方向Ａとが平行になるように、超音波振動が印加される。
【００６２】
図３は、回路基板３２の一部を簡略化して示す正面図である。この図３と前記図１とを参照して、回路基板３２を説明する。回路基板３２は、絶縁基材４５と、接続パッド（以下「基板側接続パッド」という）３４と、配線部分４６と、延在部分４７とを有する。
【００６３】
絶縁基材４５は、電気絶縁性を有する絶縁材料から成る。具体的には、絶縁基材４５は、絶縁材料となる樹脂材料から成る有機基板である。前記樹脂材料は、たとえばガラス布エポキシ樹脂、アラミド繊維不織布エポキシ樹脂、液晶ポリマー樹脂である。絶縁基材４５は、板状であり、厚み方向から見た形状が、たとえば四角形状、具体的には正方形状である。絶縁基材４５は、たとえば１５ｍｍ角であり、厚みが０．１ｍｍである。
【００６４】
基板側接続パッド３４は、絶縁基材４５、具体的には絶縁基材４５の厚み方向一方側の表面４８に設けられる。基板側接続パッド３４は、導電性を有する。基板側接続パッド３４は、銅（Ｃｕ）から成る。基板側接続パッド３４は、たとえば６０μｍ角であり、厚みが１８μｍである。
【００６５】
基板側接続パッド３４には、たとえば、ニッケル（Ｎｉ）から成る層と、金（Ａｕ）から成る層とが順次、積層されてもよい。この場合、基板側接続パッド３４と、ニッケル（Ｎｉ）から成る層と、金（Ａｕ）から成る層とを含んで構成される部分を、基板側接続パッド３４と称することにする。ニッケル（Ｎｉ）から成る層の厚みは、たとえば約２μｍであり、金（Ａｕ）から成る層の厚みはたとえば約０．５μｍである。
【００６６】
配線部分４６は、基板側接続パッド３４に連なる。配線部分４６は、絶縁基材４５、具体的には絶縁基材４５の厚み方向一方側の表面（以下「基板側パッド形成面」という）４８に設けられる。配線部分４６は、導電性を有し、基板側接続パッド３４に電気的に接続される。配線部分４６は、銅（Ｃｕ）から成る。配線部分４６の厚みは、たとえば約１８μｍである。また配線部分４６上にソルダレジストを施してもよい。
【００６７】
本実施の形態では、超音波フリップチップ接合時に半導体チップ３１に印加される超音波振動の振動方向Ａに沿って予め定める間隔（以下「パッド間隔」という）Ｌ２で、複数の基板側接続パッド３４が並ぶ。パッド間隔Ｌ２は、隣り合う基板側接続パッド３４間の距離である。パッド間隔Ｌ２は、たとえば４０μｍである。各基板側接続パッド３４は、半導体チップ３１の各突起電極３３にそれぞれ対向する。
【００６８】
また本実施の形態では、振動方向Ａに沿って並ぶ各基板側接続パッド３４のうち、振動方向Ａの両端に位置する各基板側接続パッド３４には、前記両端に位置する各基板側接続パッド３４から振動方向Ａに沿って互いに離反する方向に延びる延在部分４７がそれぞれ連なる。すなわち、振動方向Ａに沿って並ぶ各基板側接続パッド３４のうち、最も振動方向一方Ａ１に位置する基板側接続パッド（以下「一端の基板側接続パッド」という）３４には、振動方向一方Ａ１に延びる延在部分４７が連なり、最も振動方向他方Ａ２に位置する基板側接続パッド（以下「他端の基板側接続パッド」という）３４には、振動方向他方Ａ２に延びる延在部分４７が連なる。
【００６９】
延在部分４７は、絶縁基材４５、具体的には絶縁基材４５の基板側パッド形成面４８に設けられる。延在部分４７は、銅（Ｃｕ）から成る。延在部分４７の厚みは、たとえば約１８μｍである。
【００７０】
延在部分４７には、たとえば、ニッケル（Ｎｉ）から成る層と、金（Ａｕ）から成る層とが順次、積層されてもよい。この場合、基板側接続パッド３４と、ニッケル（Ｎｉ）から成る層と、金（Ａｕ）から成る層とを含んで構成される部分を、延在部分４７と称することにする。ニッケル（Ｎｉ）から成る層の厚みは、たとえば約２μｍであり、金（Ａｕ）から成る層の厚みはたとえば約０．５μｍである。
【００７１】
さらに本実施の形態では、一端の基板側接続パッド３４とこの基板側接続パッド３４に連なる延在部分４７とを合わせた振動方向寸法（以下「一端のパッド部分寸法」という）Ｗ１は、基板側接続パッド３４の振動方向寸法（以下「パッド寸法」という）Ｗの２倍以上３倍以下に選ばれる。他端の基板側接続パッド３４とこの基板側接続パッド３４に連なる延在部分４７とを合わせた振動方向寸法（以下「他端のパッド部分寸法」という）Ｗ２は、パッド寸法Ｗの２倍以上３倍以下に選ばれる。
【００７２】
詳細に述べると、絶縁基材４５の基板側パッド形成面４８に、前記チップ側パッド形成面３８に対応する正方形４９を描いたとき、基板側接続パッド３４は、前記正方形４９の各縁辺部分５０ａ〜５０ｄに、各縁辺５１ａ〜５１ｄに沿って並ぶように配置される。各基板側接続パッド３４は、前記正方形４９の各縁辺５１ａ〜５１ｄに沿って、たとえば４０μｍ間隔で並ぶように配置される。
【００７３】
前記各縁辺５１ａ〜５１ｄのうち１組の対向する縁辺５１ａ，５１ｃの延びる方向は、超音波振動の振動方向Ａと平行である。換言すれば、超音波フリップチップ接合時は、前記１組の対向する縁辺５１ａ，５１ｃの延びる方向と振動方向Ａとが平行になるように、超音波振動が印加される。
【００７４】
前記１組の対向する縁辺５１ａ，５１ｃの一方の縁辺５１ａに沿って並ぶ各基板側接続パッド３４のうち、両端の基板側接続パッド３４には、延在部分４７がそれぞれ連なる。前記１組の対向する縁辺５１ａ，５１ｃの他方の縁辺５１ｃに沿って並ぶ各基板側接続パッド３４のうち、両端の基板側接続パッド３４には、延在部分４７がそれぞれ連なる。
【００７５】
各基板側接続パッド３４には、配線部分４６がそれぞれ連なる。各配線部分４６は、各基板側接続パッド３４から、前記正方形４９の外方に向かってそれぞれ延びる。
【００７６】
一端の基板側接続パッド３４に連なる配線部分４６の振動方向寸法Ｗ３１は、一端のパッド部分寸法Ｗ１と同一である。他端の基板側接続パッド３４に連なる配線部分４６の振動方向寸法Ｗ３２は、他端のパッド部分寸法Ｗ２と同一である。
【００７７】
このような回路基板３２を製造するにあたっては、まず、たとえば両面銅張基板を準備する。両面銅張基板は、絶縁基材４５の厚み方向両側の表面に全体にわたって銅箔が設けられた基板である。次に、絶縁基材４５の厚み方向一方側の表面に設けられる銅箔を、所定の配線パターンにエッチングする。これによって、基板側接続パッド３４、配線部分４６および延在部分４７が同時に形成される。この後、めっき処理によって、基板側接続パッド３４に、ニッケル（Ｎｉ）から成る層および金（Ａｕ）から成る層を順次、積層する。前記金（Ａｕ）から成る層は、無電解めっきによって形成される。このようにして、回路基板３２を製造することができる。
【００７８】
基板側接続パッド３４、配線部分４６および延在部分４７は、同一の材質から成り、同一の方法で、同時に形成される。したがって、工程数を増加させることなく、延在部分４７を形成することができる。
【００７９】
図４は、半導体チップ３１を回路基板３２に実装する実装手順を説明するための図であり、図４（１）は半導体チップ３１を回路基板３２に近接させている状態を示し、図４（２）は半導体チップ３１に押圧力および超音波振動を印加している状態を示し、図４（３）は接合ツール５６を半導体チップ３１から離反させている状態を示す。
【００８０】
この実装手順は、たとえば接合装置によって実行される。大略的には、接合装置は、ステージと、接合ツール５６と、ツール駆動手段と、超音波振動印加手段とを含む。ステージは、回路基板３２を水平に保持し、この回路基板３２を移動させる。接合ツール５６は、ステージの上方に設けられ、半導体チップ３１を負圧で真空吸着して保持する。接合ツール５６は、たとえば鉄（Ｆｅ）から成り、半導体チップ３１を吸着するための吸着孔が形成される。ツール駆動手段は、接合ツール５６を上下方向に移動させるとともに、接合ツール５６を介して半導体チップ３１に押圧力を印加する。超音波振動印加手段は、接合ツール５６を介して半導体チップ３１に超音波振動を印加する。
【００８１】
図２に示す半導体チップ３１と図３に示す回路基板３２とが準備され、半導体チップ３１が接合ツール５６に装着され、回路基板３２がステージに載置されると、実装作業が開始される。実装作業が開始されると、ステージによって、半導体チップ３１の各突起電極３３と回路基板３２の各基板側接続パッド３４とが対向するように、回路基板３２が半導体チップ３１に対して位置合わせされる。
【００８２】
次に、ツール駆動手段によって、図４（１）に示すように、接合ツール５６が降下される。ツール駆動手段は、接合ツール５６を所定位置まで降下させる。これによって半導体チップ３１が回路基板３２に載置されて、半導体チップ３１の各突起電極３３と回路基板３２の各基板側接続パッド３４とが当接される。
【００８３】
次に、図４（２）に示すように、ツール駆動手段による半導体チップ３１への押圧力の印加が開始され、また超音波振動印加手段による半導体チップ３１への超音波振動の印加が開始される。
【００８４】
半導体チップ３１には、半導体チップ３１から回路基板３２に向かう方向Ｂに、全体にわたって均一に押圧力が印加される。また半導体チップ３１には、この半導体チップ３１の前記１組の対向する縁辺４０ａ，４０ｃの延びる方向に平行な振動方向Ａに振動する超音波振動が印加される。
【００８５】
半導体チップ３１への押圧力は、たとえば７０〜９０ＭＰａに選ばれる。超音波振動の振幅は、たとえば２〜５μｍに選ばれる。超音波振動の周波数は、たとえば６０ｋＨｚに選ばれる。
【００８６】
超音波振動の印加を開始してから所定時間を経過すると、超音波振動印加手段による半導体チップ３１への超音波振動の印加が終了され、またツール駆動手段による半導体チップ３１への押圧力の印加が終了される。超音波振動を印加する印加時間は、たとえば０．２〜１．０秒に選ばれる。この後、半導体チップ３１が接合ツール５６から離脱され、ツール駆動手段によって、図４（３）に示すように、接合ツール５６が上昇され、実装作業が終了される。
【００８７】
前述のように、半導体チップ３１に押圧力が印加された状態、したがって半導体チップ３１の各突起電極３３が回路基板３２の各基板側接続パッド３４に押圧された状態で、超音波振動が半導体チップ３１に印加される。これによって各突起電極３３と各基板側接続パッド３４とが擦れ合い、各突起電極３３と各基板側接続パッド３４との間の汚染層が除去される。汚染層は、各突起電極３３の表面および各基板側接続パッド３４の表面に形成される層であって、酸化膜などを含む層である。
【００８８】
汚染層が除去された状態で、さらに各突起電極３３が各基板側接続パッド３４に押圧されることによって、各突起電極３３および各基板側接続パッド３４の凹凸部が完全に潰され、各突起電極３３の各基板側接続パッド３４に対向する各対向面が全体にわたって、各基板側接続パッド３４に接合される。このような超音波フリップチップ接合によって、半導体チップ３１が回路基板３２に実装されて、本実施の形態の実装構造が実現される。
【００８９】
図５は、振動方向Ａに沿って並ぶ各突起電極３３と各基板側接続パッド３４との接合強度を示す図である。図５において、横軸は、基板側接続パッド３４の位置を示し、縦軸は、接合強度を示す。
【００９０】
各突起電極３３と各基板側接続パッド３４とを、超音波フリップチップ接合によって接合した後、半導体チップ３１を、各突起電極３３を残して除去した。この後、振動方向Ａに沿って並ぶ各基板側接続パッド３４とこれらの各基板側接続パッド３４上に残存した各突起電極３３との接合部のせん断強度を、シェアツールを用いて測定した。前記接合部のせん断強度は、接合強度に相当する。
【００９１】
ここでは、説明の便宜上、振動方向Ａに沿って４つの基板側接続パッド３４が並ぶ場合を想定する。図５では、振動方向Ａの両端Ｐ１，Ｐ４に位置する各基板側接続パッド３４とこれらの各基板側接続パッド３４に対向する各突起電極３３との接合強度を示すとともに、振動方向Ａの両端Ｐ１，Ｐ４間の中間Ｐ２，Ｐ３に位置する各基板側接続パッド３４とこれらの各接続パッド３４に対向する各突起電極３３との接合強度を示す。
【００９２】
この図５に示すように、本実施の形態では、振動方向Ａに関する位置による接合強度のばらつきが抑制されている。具体的には、前記両端Ｐ１，Ｐ４の各基板側接続パッド３４は、前記中間Ｐ２，Ｐ３の各基板側接続パッド３４に比べて、各突起電極３３との接合強度が同じ程度である。また図１８と比較すると、前記両端Ｐ１，Ｐ４の各基板側接続パッド３４と各突起電極３３との接合強度が向上されている。
【００９３】
図６は、超音波フリップチップ接合時における各基板側接続パッド３４の挙動を示す模式図である。この図６を参照して、接合強度のばらつきが抑制される理由を説明する。各基板側接続パッド３４は剛体とみなし、絶縁基材４５は弾性体とみなす。
【００９４】
超音波フリップチップ接合時、基板側接続パッド３４は、突起電極３３から押圧力および摩擦力を受ける。これによって基板側接続パッド３４には、予め定める軸線Ｌ３１まわりの回転モーメントが働く。前記予め定める軸線Ｌ３１は、基板側接続パッド３４の絶縁基材４５に対向する面内で、振動方向Ａに垂直な方向に延び、基板側接続パッド３４の振動方向Ａ中央に位置する軸線Ｌ３１である。
【００９５】
このように基板側接続パッド３４には、回転モーメントが働くので、基板側接続パッド３４は、絶縁基材４５を押し下げる押下げ力および絶縁基材４５を引き上げる引上げ力を、絶縁基材４５に与える。押下げ力は、基板側接続パッド３４から絶縁基材４５に向かう方向の力であり、絶縁基材４５を圧縮する圧縮力である。引上げ力は、絶縁基材４５から基板側接続パッド３４に向かう方向の力であり、絶縁基材４５を引っ張る引張力である。この引上げ力は、押下げ力とは反対方向の力である。
【００９６】
回路基板３２に対して半導体チップ３１が振動方向一方Ａ１に変位するとき、基板側接続パッド３４には、この基板側接続パッド３４の振動方向一方Ａ１側の端部を絶縁基材４５に近接させる方向に回転モーメントが働く。このとき、基板側接続パッド３４の振動方向一方Ａ１側の端部は、絶縁基材４５に押下げ力を与え、基板側接続パッド３４の振動方向他方Ａ２側の端部は、絶縁基材４５に引上げ力を与える。
【００９７】
回路基板３２に対して半導体チップ３１が振動方向他方Ａ２に変位するとき、基板側接続パッド３４には、この基板側接続パッド３４の振動方向一方Ａ１側の端部を絶縁基材４５から離反させる方向に回転モーメントが働く。このとき、基板側接続パッド３４の振動方向一方Ａ１側の端部は、絶縁基材４５に引上げ力を与え、基板側接続パッド３４の振動方向他方Ａ２側の端部は、絶縁基材４５に押下げ力を与える。
【００９８】
本実施の形態の実装構造では、複数の突起電極３３が、超音波振動の振動方向Ａに沿って突起電極間隔Ｌ１で並ぶとともに、複数の基板側接続パッド３４が、振動方向Ａに沿って並ぶ。これらの各突起電極３３と各基板側接続パッド３４とが対向する。
【００９９】
このように各突起電極３３と各基板側接続パッド３４とが配置されるので、振動方向Ａに隣り合う各基板側接続パッド３４における振動方向Ａの各端部のうち、内側の２つの端部が絶縁基材４５に与える押下げ力および引上げ力は、相殺される。したがって、前記内側の２つの端部からの押下げ力および引上げ力による絶縁基材４５の変形が抑えられ、これによって前記内側の２つの端部の変位が抑えられる。
【０１００】
前記内側の２つの端部とは、振動方向Ａに隣り合う各基板側接続パッド３４のうち、振動方向一方Ａ１側の基板側接続パッド３４における振動方向他方Ａ２側の端部と、振動方向他方Ａ２側の基板側接続パッド３４における振動方向一方Ａ１側の端部とを意味する。
【０１０１】
また本実施の形態の実装構造では、両端の各基板側接続パッド３４には、これらの両端の各基板側接続パッド３４から振動方向Ａに沿って互いに離反する方向に延びる延在部分４７がそれぞれ連なり、各延在部分４７は、絶縁基材４５に設けられる。
【０１０２】
このように各延在部分４７が設けられるので、両端の各基板側接続パッド３４における振動方向Ａの各端部のうち、外側の２つの端部の変位が抑えられる。詳細に述べると、前記外側の２つの端部には、延在部分４７がそれぞれ連なるので、前記外側の２つの端部からの押下げ力および引上げ力は、分散されて絶縁基材４５に与えられる。したがって前記外側の２つの端部からの押下げ力および引上げ力による絶縁基材４５の変形が抑えられ、これによって前記外側の２つの端部の変位が抑えられる。
【０１０３】
前記外側の２つの端部とは、両端の各基板側接続パッド３４のうち、振動方向一方Ａ１側の基板側接続パッド３４における振動方向一方Ａ１側の端部と、振動方向他方Ａ２側の基板側接続パッド３４における振動方向他方Ａ２側の端部とを意味する。
【０１０４】
以上のように、振動方向Ａに沿って並ぶ各基板側接続パッド３４における振動方向Ａの各端部の変位が抑えられるので、超音波フリップチップ接合時に、両端の各基板側接続パッド３４とこれらの各基板側接続パッド３４に対向する各突起電極３３との相対振動を大きくすることができる。これによって両端の各基板側接続パッド３４と各突起電極３３との間の汚染層を確実に除去することができる。したがって両端の各基板側接続パッド３４と各突起電極３３との接合強度を向上させることができる。
【０１０５】
このような本実施の形態では、接合強度を向上させるにあたって、超音波振動を強くする必要がないので、前記特許文献１に開示される技術のように、超音波フリップチップ接合時の半導体チップ３１の破損に起因する歩留まりの低下を防ぐために、半導体チップ３１の設計を変更する必要がない。したがって、半導体チップ３１の設計を変更することなく、超音波フリップチップ接合時の半導体チップ３１の破損に起因する歩留まりの低下を防ぎ、かつ両端の各基板側接続パッド３４と各突起電極３３との接合強度を向上させることができる。
【０１０６】
ここで、振動方向Ａに沿って４つの基板側接続パッド３４が並ぶ場合を想定する。以下、４つの基板側接続パッド３４を、振動方向一方Ａ１側から順に、第１〜第４基板側接続パッド６１〜６４と称する場合がある。第１および第４基板側接続パッド６１，６４は、両端Ｐ１，Ｐ４の各基板側接続パッドに相当し、第２および第３基板側接続パッド６２，６３は、中間Ｐ２，Ｐ３の各基板側接続パッドに相当する。
【０１０７】
たとえば、第２基板側接続パッド６２に着目する。回路基板３２に対して半導体チップ３１が振動方向他方Ａ２に変位するとき、第２基板側接続パッド６２には、この第２基板側接続パッド６２の振動方向他方Ａ２側の端部を絶縁基材４５に近接させる方向に回転モーメント６６が働く。これによって、第２基板側接続パッド６２の振動方向一方Ａ１側の端部が絶縁基材４５から浮き上がろうとし、第２基板側接続パッド６２の振動方向他方Ａ２側の端部が絶縁基材４５に沈み込もうとする。
【０１０８】
このとき、第１基板側接続パッド６１にも同様に、回転モーメント６７が働く。これによって第１基板側接続パッド６１の振動方向他方Ａ２側の端部は、絶縁基材４５に沈み込もうとする。また第３基板側接続パッド６３にも同様に、回転モーメント６８が働く。これによって第３基板側接続パッド６３の振動方向一方Ａ１側の端部は、絶縁基材４５から浮き上がろうとする。
【０１０９】
したがって第２基板側接続パッド６２では、両隣の第１および第３基板側接続パッド６１，６３の存在によって、この第２基板側接続パッド６２に働く回転モーメント６６が相殺される。これによって、見掛け上、前記回転モーメント６６は小さくなり、第２基板側接続パッド６２の変位が抑えられる。
【０１１０】
第３基板側接続パッド６３に関しても、第２基板側接続パッド６２の場合と同様に、回転モーメント６８が働くけれども、両隣の第２および第４基板側接続パッド６２，６４の存在によって、この第３基板側接続パッド６３に働く回転モーメント６８は相殺される。これによって、見掛け上、前記回転モーメント６８は小さくなり、第３基板側接続パッド６３の変位が抑えられる。
【０１１１】
第１基板側接続パッド６１に関しては、振動方向他方Ａ２側に第２接続パッド６２が存在するけれども、振動方向一方Ａ１側には基板側接続パッドが存在しないので、この第１基板側接続パッド６１に働く回転モーメント６７の相殺はできない。このような第１基板側接続パッド６１であっても、振動方向一方Ａ１側の端部に延在部分４７が連なるので、この延在部分４７によって回転モーメント６７による変位が抑えられる。
【０１１２】
第４基板側接続パッド６４に関しては、振動方向一方Ａ１側に第３接続パッド６３が存在するけれども、振動方向他方Ａ２側には基板側接続パッドが存在しないので、この第４基板側接続パッド６４に働く回転モーメント６９の相殺はできない。このような第４基板側接続パッド６４であっても、振動方向他方Ａ２側の端部に延在部分４７が連なるので、この延在部分４７によって回転モーメント６９による変位が抑えられる。
【０１１３】
このように、回路基板３２に対して半導体チップ３１が振動方向他方Ａ２に変位するとき、第１〜第４基板側接続パッド６１〜６４の変位が抑えられる。また振動方向一方Ａ１に変位する場合も、振動方向他方Ａ２に変位する場合と同様に、第１〜第４基板側接続パッド６１〜６４の変位が抑えられる。
【０１１４】
半導体チップ３１に超音波振動が印加されるとき、回路基板３２に対して半導体チップ３１は振動方向一方Ａ１および他方Ａ２に交互に変位する。このとき、前述のように、第１〜第４基板側接続パッド６１〜６４の変位が抑えられ、これによって第１〜第４基板側接続パッド６１〜６４は同等の挙動をすることができる。換言すれば、両端の第１および第４基板側接続パッド６１，６４が、中間の第２および第３基板側接続パッド６２，６３と同等の挙動をすることができる。
【０１１５】
したがって両端の第１および第４基板側接続パッド６１，６４と各突起電極３３との相対振動の大きさを、中間の第２および第３基板側接続パッド６２，６３と各突起電極３３との相対振動の大きさと、同じ程度にすることができる。これによって、両端の第１および第４基板側接続パッド６１，６４と各突起電極３３との接合強度を、中間の第２および第３基板側接続パッド６２，６３と各突起電極３３との接合強度と同じ程度にすることができる。したがって全ての基板側接続パッド６１〜６４において、突起電極３３との間で良好な接合が達成され、電気的な接続に対する信頼性の高い半導体装置３０を実現することができる。
【０１１６】
図７は、一端のパッド部分寸法Ｗ１と接合強度との関係を示す図である。他端のパッド部分寸法Ｗ２と接合強度との関係は、一端のパッド部分寸法Ｗ１と接合強度との関係と同様であるので、説明を省略する。図７において、横軸は、一端のパッド部分寸法Ｗ１を示し、縦軸は、一端の基板側接続パッド３４と突起電極３３との接合強度を示す。また図７において、接合強度の値Ｓは、中間の基板側接続パッド３４と突起電極３３との接合強度を示す。
【０１１７】
図７では、パッド寸法Ｗを６０μｍとし、これに対して、一端のパッド部分寸法Ｗ１を、６０μｍ、１２０μｍ、１８０μｍ、２４０μｍ、３００μｍと変えた場合の接合強度を示す。すなわち、一端のパッド部分寸法Ｗ１を、パッド寸法Ｗの１倍、２倍、３倍、４倍、５倍と変えた場合の接合強度を示す。測定方法は、前記図５に示す接合強度の測定方法と同様である。
【０１１８】
この図７に示すように、一端のパッド部分寸法Ｗ１がパッド寸法Ｗの２倍以上３倍以下に選ばれることによって、一端の基板側接続パッド３４と突起電極３３との接合強度が確実に向上され、この接合強度が、中間の基板側接続パッド３４と突起電極３３との接合強度と同等となる。また２倍未満では、一端の基板側接続パッド３４と突起電極３３との接合強度を充分に向上させることができず、この接合強度が、中間の基板側接続パッド３４と突起電極３３との接合強度よりも小さくなってしまう。また３倍を超えると、一端の基板側接続パッド３４と突起電極３３との接合強度の向上という効果は飽和する。
【０１１９】
前記接合強度は、超音波接合の条件パラメータ、たとえば半導体チップ３１への押圧力ならびに超音波振動の振幅および周波数などによって異なる。本実施の形態では、前記超音波接合の条件パラメータの全てに基づいて、各パット部分寸法Ｗ１，Ｗ２が決定される。
【０１２０】
本実施の形態によれば、樹脂材料から成る絶縁基材４５が用いられる。樹脂材料から成る絶縁基材４５は、セラミック基板に比べて、安価である。したがって回路基板３２のコストを低減することができる。樹脂材料から成る絶縁基材４５は、セラミック基板に比べて変形しやすいので、このような絶縁基材４５が使用される場合、両端の各基板側接続パッド３４と各突起電極３３との接合強度が低下しやすいけれども、前述のように延在部分４７が設けられることによって、接合強度の低下を防ぐことができる。
【０１２１】
また本実施の形態によれば、前述のように延在部分４７が設けられるだけで、振動方向Ａに沿って並ぶ全ての基板側接続パッド３４において、突起電極３３との良好な接合を得ることができる。その結果、現状の回路基板の作製コストを維持しつつ、半導体装置３０の歩留まりを向上させることができる。また各基板側接続パッド３４の中心間の距離を変更をすることなく、半導体装置３０の歩留まりを向上させることができる。さらに、回路基板３２は、超音波フリップチップ接合に好適に用いられるだけでなく、他のフリップチップ接合用の回路基板としても適用することができ、汎用性を高くすることができる。
【０１２２】
図８は、本発明の実施の他の形態の半導体チップの実装構造を簡略化して示す断面図である。本実施の形態の実装構造を有する半導体装置７０は、前述の実施の形態の半導体装置３０に類似するので、対応する部分には同一の符号を付し、共通する点は説明を省略する。半導体装置７０は、半導体チップ７１と回路基板７２とを含む。
【０１２３】
図９は、半導体チップ７１を簡略化して示す正面図である。この図９と前記図８とを参照して、半導体チップ７１を説明する。本実施の形態では、振動方向Ａに沿って突起電極間隔Ｌ１で並ぶ複数の突起電極３３によって構成される突起電極群７３，７４が２つ、振動方向Ａに沿って予め定める間隔（以下「電極群間隔」という）Ｌ１１をあけて並ぶ。
【０１２４】
以下、振動方向Ａに沿って並ぶ各突起電極群７３，７４のうち、振動方向一方Ａ１側の突起電極群７３を、第１の突起電極群７３といい、振動方向他方Ａ２側の突起電極群７４を、第２の突起電極群７４という。
【０１２５】
電極群間隔Ｌ１１は、振動方向Ａに沿って並ぶ各突起電極群７３，７４における各突起電極３３のうち、内側の２つの突起電極３３間の距離である。前記内側の２つの突起電極３３とは、第１の突起電極群７３における最も振動方向他方Ａ２に位置する突起電極３３と、第２の突起電極群７４における最も振動方向一方Ａ１に位置する突起電極３３とを意味する。電極群間隔Ｌ１１は、突起電極間隔Ｌ１の２倍以上である。電極群間隔Ｌ１１は、たとえば４００μｍである。
【０１２６】
図１０は、回路基板７２の一部を簡略化して示す正面図である。この図１０と前記図８とを参照して、回路基板７２を説明する。本実施の形態では、振動方向Ａに沿ってパッド間隔Ｌ２で並ぶ複数の基板側接続パッド３４によって構成される基板側接続パッド群７５，７６が２つ、振動方向Ａに沿って並ぶ。各基板側接続パッド３４は、半導体チップ７１の各突起電極３３にそれぞれ対向する。
【０１２７】
以下、振動方向Ａに沿って並ぶ各基板側接続パッド群７５，７６のうち、振動方向一方Ａ１側の基板側接続パッド群７５を、第１の基板側接続パッド群７５といい、振動方向他方Ａ２側の基板側接続パッド群７６を、第２の基板側接続パッド群７６という。
【０１２８】
第１の基板側接続パッド群７５の各基板側接続パッド３４のうち、振動方向Ａの両端の各基板側接続パッド３４には、両端の各基板側接続パッド３４から振動方向Ａに沿って互いに離反する方向に延びる延在部分４７がそれぞれ連なる。すなわち、第１の基板側接続パッド群７５の各基板側接続パッド３４のうち、最も振動方向一方Ａ１に位置する基板側接続パッド（以下「第１の基板側接続パッド群７５における一端の基板側接続パッド」という）３４には、振動方向一方Ａ１に延びる延在部分４７が連なり、最も振動方向他方Ａ２に位置する基板側接続パッド（以下「第１の基板側接続パッド群７５における他端の基板側接続パッド」という）３４には、振動方向他方Ａ２に延びる延在部分４７が連なる。
【０１２９】
第２の基板側接続パッド群７６の各基板側接続パッド３４のうち、振動方向Ａの両端の各基板側接続パッド３４には、両端の各基板側接続パッド３４から振動方向Ａに沿って互いに離反する方向に延びる延在部分４７がそれぞれ連なる。すなわち、第２の基板側接続パッド群７６の各基板側接続パッド３４のうち、最も振動方向一方Ａ１に位置する基板側接続パッド（以下「第２の基板側接続パッド群７６における一端の基板側接続パッド」という）３４には、振動方向一方Ａ１に延びる延在部分４７が連なり、最も振動方向他方Ａ２に位置する基板側接続パッド（以下「第２の基板側接続パッド群７６における他端の基板側接続パッド」という）３４には、振動方向他方Ａ２に延びる延在部分４７が連なる。
【０１３０】
第１の基板側接続パッド群７５における一端の基板側接続パッド３４とこの基板側接続パッド３４に連なる延在部分４７とを合わせた振動方向寸法Ｗ２１は、パッド寸法Ｗの２倍以上３倍以下に選ばれる。第２の基板側接続パッド群７６における他端の基板側接続パッド３４とこの基板側接続パッド３４に連なる延在部分４７とを合わせた振動方向寸法Ｗ２２は、パッド寸法Ｗの２倍以上３倍以下に選ばれる。
【０１３１】
第１の基板側接続パッド群７５における他端の基板側接続パッド３４とこの基板側接続パッド３４に連なる延在部分４７とを合わせた振動方向寸法Ｗ２３は、たとえば２３５μｍである。第２の基板側接続パッド群７６における一端の基板側接続パッド３４とこの基板側接続パッド３４に連なる延在部分４７とを合わせた振動方向寸法Ｗ２４は、たとえば２３５μｍである。第１の基板側接続パッド群７５における他端の基板側接続パッド３４に連なる延在部分４７と、第２の基板側接続パッド群７６における一端の基板側接続パッド３４に連なる延在部分４７との間の距離Ｌ４１は、たとえば４０μｍである。
【０１３２】
図１１は、振動方向Ａに沿って並ぶ各突起電極３３と各基板側接続パッド３４との接合強度の比較例を示す図である。図１２は、振動方向Ａに沿って並ぶ各突起電極３３と各基板側接続パッド３４との接合強度を示す図である。図１１および図１２において、横軸は、基板側接続パッド３４の位置を示し、縦軸は、接合強度を示す。本実施の形態では、前述のように延在部分４７が設けられるけれども、比較例では、延在部分４７が設けられない。測定方法は、前記図５に示す接合強度の測定方法と同様である。
【０１３３】
ここでは、説明の便宜上、振動方向Ａに沿ってパッド間隔Ｌ２で並ぶ３つの基板側接続パッド３４によって構成される基板側接続パッド群７５，７６が２つ、振動方向Ａに沿って並ぶ場合を想定する。
【０１３４】
図１１および図１２では、第１の基板側接続パッド群７５の両端Ｐ１，Ｐ３に位置する各基板側接続パッド３４とこれらの各基板側接続パッド３４に対向する各突起電極３３との接合強度を示し、第１の基板側接続パッド群７５の中間Ｐ２に位置する基板側接続パッド３４とこの基板側接続パッド３４に対向する突起電極３３との接合強度を示す。また第２の基板側接続パッド群７６の両端Ｐ４，Ｐ６に位置する各基板側接続パッド３４とこれらの各基板側接続パッド３４に対向する各突起電極３３との接合強度を示し、第２の基板側接続パッド群７６の中間Ｐ５に位置する基板側接続パッド３４とこの基板側接続パッド３４に対向する突起電極３３との接合強度を示す。
【０１３５】
比較例では、図１１に示すように、振動方向Ａに関する位置によって、接合強度のばらつきが生じる。具体的には、第１の基板側接続パッド群７５において、両端Ｐ１，Ｐ３の各基板側接続パッド３４は、中間Ｐ２の基板側接続パッド３４に比べて、突起電極３３との接合強度が低い。第２の基板側接続パッド群７６において、両端Ｐ４，Ｐ６の各基板側接続パッド３４は、中間Ｐ５の基板側接続パッド３４に比べて、突起電極３３との接合強度が低い。
【０１３６】
これに対して本実施の形態では、図１２に示すように、振動方向Ａに関する位置による接合強度のばらつきを抑制することができる。具体的には、第１の基板側接続パッド群７５において、両端Ｐ１，Ｐ３の各基板側接続パッド３４は、中間Ｐ２の基板側接続パッド３４に比べて、突起電極３３との接合強度が同じ程度である。第２の基板側接続パッド群７６において、両端Ｐ４，Ｐ６の各基板側接続パッド３４は、中間Ｐ５の基板側接続パッド３４に比べて、突起電極３３との接合強度が同じ程度である。
【０１３７】
このような本実施の形態によれば、前述の実施の形態と同様の効果を達成することができる。
【０１３８】
前述の実施の各形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において構成を変更することができる。本発明は、突起電極を有する半導体チップの回路基板への実装に、広く適用できる。
【０１３９】
図１３は、一端の基板側接続パッド３４とこの基板側接続パッド３４に連なる延在部分１００とを示す斜視図である。一端の基板側接続パッド３４に連なる延在部分１００は、振動方向一方Ａ１に延びる第１延在部１０１と、配線部分４６とは反対方向に延びる第２延在部１０２とを含んでいてもよい。この場合、一端の基板側接続パッド３４の変位をさらに確実に防ぐことができ、一端の基板側接続パッド３４と突起電極３３との接合強度を向上させることができる。他端の基板側接続パッド３４に関しても、同様である。
【０１４０】
半導体チップ３１のチップ側接続パッド３７には、めっきバンプに代えて、ボールバンプが設けられてもよい。また絶縁基材４５の構成は、単層、両面および多層のいずれであってもよい。絶縁基材４５は、樹脂材料から成る有機基板に限らず、たとえばセラミック基板であってもよい。
【０１４１】
さらに、突起電極がチップ側接続パッドに設けられる場合について説明してきたけれども、本発明の実施のさらに他の形態では、突起電極は、第１接続パッドであるチップ側接続パッドではなく、第２接続パッドである基板側接続パッドに設けられてもよい。
【０１４２】
この場合でも、振動方向に沿って並ぶ各基板側接続パッドにおける振動方向の各端部の変位が防がれるので、両端に位置する各基板側接続パッドに設けられる各突起電極の変位が防がれる。このように各突起電極の変位が防がれるので、超音波フリップチップ接合時に、両端に位置する各突起電極とこれらの各突起電極に対向するチップ側接続パッドとの相対振動を大きくすることができる。これによって両端に位置する各突起電極と各チップ側接続パッドとの間の汚染層を確実に除去することができる。したがって両端に位置する各突起電極と各第１接続パッドとの接合強度を向上させることができる。
【０１４３】
このような本実施の形態では、接合強度を向上させるにあたって、超音波振動を強くする必要がないので、前記特許文献１に開示される技術のように、超音波フリップチップ接合時の半導体チップの破損に起因する歩留まりの低下を防ぐために、半導体チップの設計を変更する必要がない。したがって、半導体チップの設計を変更することなく、超音波フリップチップ接合時の半導体チップの破損に起因する歩留まりの低下を防ぎ、かつ両端に位置する各突起電極と各チップ側接続パッドとの接合強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明の実施の一形態の半導体チップの実装構造を簡略化して示す断面図である。
【図２】半導体チップ３１を簡略化して示す正面図である。
【図３】回路基板３２の一部を簡略化して示す正面図である。
【図４】半導体チップ３１を回路基板３２に実装する実装手順を説明するための図である。
【図５】振動方向Ａに沿って並ぶ各突起電極３３と各基板側接続パッド３４との接合強度を示す図である。
【図６】超音波フリップチップ接合時における各基板側接続パッド３４の挙動を示す模式図である。
【図７】一端のパッド部分寸法Ｗ１と接合強度との関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の他の形態の半導体チップの実装構造を簡略化して示す断面図である。
【図９】半導体チップ７１を簡略化して示す正面図である。
【図１０】回路基板７２の一部を簡略化して示す正面図である。
【図１１】振動方向Ａに沿って並ぶ各突起電極３３と各基板側接続パッド３４との接合強度の比較例を示す図である。
【図１２】振動方向Ａに沿って並ぶ各突起電極３３と各基板側接続パッド３４との接合強度を示す図である。
【図１３】一端の基板側接続パッド３４とこの基板側接続パッド３４に連なる延在部分１００とを示す斜視図である。
【図１４】従来の技術の半導体チップの実装構造を示す断面図である。
【図１５】回路基板１を示す正面図である。
【図１６】半導体チップ３に押圧力および超音波振動が印加されている状態を示す断面図である。
【図１７】超音波フリップチップ接合時の絶縁基材６の状態を示す断面図である。
【図１８】超音波振動の振動方向に沿って並ぶ各突起電極と各接続パッドとの接合強度を示す図である。
【図１９】超音波フリップチップ接合時における接続パッド５の挙動を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１４５】
３０，７０  半導体装置
３１，７１  半導体チップ
３２，７２  回路基板
３３  突起電極
３４  基板側接続パッド
４５  絶縁基材
４７  延在部分
【図１】
2006319211.tif 000003
【図２】
2006319211.tif 000004
【図３】
2006319211.tif 000005
【図４】
2006319211.tif 000006
【図５】
2006319211.tif 000007
【図６】
2006319211.tif 000008
【図７】
2006319211.tif 000009
【図８】
2006319211.tif 000010
【図９】
2006319211.tif 000011
【図１０】
2006319211.tif 000012
【図１１】
2006319211.tif 000013
【図１２】
2006319211.tif 000014
【図１３】
2006319211.tif 000015
【図１４】
2006319211.tif 000016
【図１５】
2006319211.tif 000017
【図１６】
2006319211.tif 000018
【図１７】
2006319211.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2006319211.tif 000021