(57)【要約】【課題】突起電極と基板との接触面積を増やすとともに、異物等の不着による接合不良を生じ難い、突起電極を有するチップ及びその製造方法を得る。【解決手段】部品表面に形成される突起電極であって、該突起電極は、部品の表面に形成された複数の金属バンプと、該金属バンプの先端部に形成された、平坦部または凹状部と、この平坦部または凹状部に形成された、多数のしわまたは溝とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品表面に形成される突起電極であって、
前記突起電極は、チップまたはウエハーの表面に形成された複数の金属バンプと、
該金属バンプの先端部に形成された、平坦部または凹状部と、
この平坦部または凹状部に形成された、多数のしわまたは溝と、を有することを特徴とする突起電極。
【請求項２】
請求項１記載の突起電極において、前記しわまたは溝は、前記平坦部または凹状部に放射状に形成されている突起電極。
【請求項３】
部品表面に突起電極を形成する製造方法であって、
チップまたはウエハー表面の突起電極形成位置に金属ペーストを印刷または金属ボールを搭載する段階と、
該金属ペーストまたは金属ボールが印刷または搭載されたチップまたはウエハーをリフローする段階と、
該リフローした金属ペーストまたは金属ボールの先端部が平坦にまたは凹状になり、かつこの平坦部または凹状部にしわまたは溝が形成されるように、ノズルから不活性ガスを前記金属ペーストまたは金属ボールトの先端部に吹き付ける段階と、
該金属ペーストまたは金属ボールの先端部が平坦または凹状になった状態で金属ペーストまたは金属ボールを冷却し固まらせて、前記平坦部または凹状部にしわまたは溝が形成された金属バンプを形成する段階と、を有することを特徴とする突起電極の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の突起電極の製造方法において、前記金属ペーストまたは金属ボールを冷却する段階は、前記不活性ガスを前記金属ペーストまたは金属ボールに吹き付けた状態で、周囲温度を下げる段階を含む突起電極の製造方法。
【請求項５】
部品表面に突起電極を形成する製造方法であって、
部品表面の突起電極形成位置に金属ボールを接合する段階と、
前記金属ボールの先端部が平坦または凹状になり、この平坦部または凹状部にしわまたは溝が形成されるように、ノズルから不活性ガスを前記金属ボールの先端部に吹き付ける段階と、
該金属ボールの先端部が平坦または凹状になった状態で金属ボールを冷却して固まらせ、平坦部または凹状部にしわまたは溝が形成された金属バンプを形成する段階と、を有することを特徴とする突起電極の製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の突起電極の製造方法において、前記突起電極形成位置に金属ボールを接合する段階は、レーザーで金属ボールを熔解して部品表面に接合する段階を含み、該熔解した金属ボールに対して前記のノズルから不活性ガスを吹き付ける段階を実施する突起電極の製造方法。
【請求項７】
請求項５または６記載の突起電極の製造方法は、前記不活性ガスを室温で前記金属ボールに吹き付ける段階を含む突起電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップ及びウエハー等の部品表面に形成される突起電極及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フリップチップ型ボンディングを採用するＢＧＡ（ball grid array package）等の実装部品は、多数の突起電極を備えている。突起電極の先端部の形状（断面形状）は、半径∞（直線）を含む、曲線、双曲線、放物線、サイクロイド形状等をしている。この形状は、突起電極の材料として半田やＳｎ、Ｓｎ合金等を採用した場合において、実装部品をリフロー炉に入れたときに自然に形成される。図５乃至図７に従来の実装部品及びその製造工程を示した。従来は、チップ１１１またはウエハー状態で表面に形成された半田接合金属１１３上に金属ペーストまたは金属ボール１１５を印刷等によって載せる（図５、図６の（Ａ））。そうしてこのチップまたはウエハー１１１を、例えば２６０℃のリフロー炉に１０秒間入れて金属ペーストまたは金属ボール１１５を熔融させる（図５、図６（Ｂ））。金属ペーストまたは金属ボール１１５は、この熔融により、球形になる。この球形に変形した金属ペーストまたは金属ボール１１５が冷却され、固まると、突起電極（金属バンプ）１１７となる。
【０００３】
このような金属ペーストまたは金属ボール１１５を突起電極１１７として備えたチップまたはウエハー１１１は、例えば図７に示したように、回路基板１３１上に乗せられ、リフロー炉に入れられて、赤外線とホットプレート１３３とで過熱される（図７）。このように従来のチップまたはウエハー１１１をそのまま回路基板１３１に実装しようとすると、突起電極１１７と回路基板１３１のコンタクトは点接触でなされることになる。そこで、チップを回路基板に実装する前に予め、突起電極の先端部を潰して複数ある突起電極１１７の高さを揃えたり、基板との接触面積を広げて平坦化し、または先端部をエッチングして凹ませて半田濡れをよくする発明が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開平５-９０３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、チップまたはウエハー１１１に突起電極１１７をリフロー形成した後に突起電極１１７の先端部に加工を施すのは工程が増えてコストアップし、突起電極１１７の加工不良を生じる可能性がある。また、突起電極の先端部を単に凹ませたのでは、凹部の縁が傾いたりして基板と偏った接触状態となったり、ゴミ等の異物が付着していると導通不良を生じ易かった。
【０００６】
そこで本発明は、突起電極と基板との接触面積を増やすとともに、異物等の不着による接合不良を生じ難い、突起電極及びその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成する本発明は、部品表面に形成される突起電極であって、前記突起電極は、チップまたはウエハーの表面に形成された複数の金属バンプと、該金属バンプの先端部に形成された、平坦部または凹状部と、この平坦部または凹状部に形成された、多数のしわまたは溝とを有することを特徴とする。
【０００８】
前記しわまたは溝は、前記平坦部または凹状部に放射状に形成することが好ましい。
【０００９】
方法にかかる本発明は、チップまたはウエハー表面の突起電極形成位置に金属ペーストを印刷または金属ボールを搭載する段階と、該金属ペーストまたは金属ボールが印刷または搭載されたチップまたはウエハーをリフローする段階と、該リフローした金属ペーストまたは金属ボールの先端部が平坦にまたは凹状になり、かつこの平坦部または凹状部にしわまたは溝が形成されるように、ノズルから不活性ガスを前記金属ペーストまたは金属ボールトの先端部に吹き付ける段階と、該金属ペーストまたは金属ボールの先端部が平坦または凹状になった状態で金属ペーストまたは金属ボールを冷却し固まらせて、前記平坦部または凹状部にしわまたは溝が形成された金属バンプを形成する段階と、を有することに特徴を有する。
【００１０】
前記金属ペーストまたは金属ボールを冷却する段階は、前記不活性ガスを前記金属ペーストまたは金属ボールに吹き付けた状態で、周囲温度を下げる段階を含むことが実際的である。
【００１１】
さらに別の観点からなる突起電極の製造方法に関する本発明は、部品表面の突起電極形成位置に金属ボールを接合する段階と、前記金属ボールの先端部が平坦または凹状になり、この平坦部または凹状部にしわまたは溝が形成されるように、ノズルから不活性ガスを前記金属ボールの先端部に吹き付ける段階と、該金属ボールの先端部が平坦または凹状になった状態で金属ボールを冷却して固まらせ、平坦部または凹状部にしわまたは溝が形成された金属バンプを形成する段階と、を有することに特徴を有する。
【００１２】
前記突起電極形成位置に金属ボールを接合する段階は、レーザーで金属ボールを熔解して部品表面に接合する段階を含み、該熔解した金属ボールに対して前記のノズルから不活性ガスを吹き付ける段階を実施することが好ましい。金属ボールを接合する段階で、多数のしわまたは溝を有する平坦部または凹状部を金属バンプの先端に形成することが可能になり、製造時間を短縮できる。
【００１３】
前記不活性ガスを室温で前記金属ボールに吹き付ける段階を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上の通り突起電極に関する本発明によれば、金属バンプの先端部の平坦部または凹状部にしわまたは溝が形成されているので、基板との接触箇所、接触面積が増えて接合精度が高くなり、ゴミ等が付着しても影響も小さくなる。
突起電極の製造方法に係る本発明によれば、金属バンプの形成段階で同時に、前記しわまたは溝を有する平坦部または凹状部を形成できるので、製造工程が簡単で、製造時間が余り延びない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明について、図に示した実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明を適用した突起電極を有するチップまたはウエハーの製造工程を示し実施形態であって、（Ａ）はチップまたはウエハーのＵＭＢ（Under Ball Metallurgy （半田接合金属））に金属ペーストを載せた状態を示す断面図、（Ｂ）はこのチップまたはウエハーをリフロー炉に入れて高温の不活性ガスを金属ペーストに吹き付けている状態を示す断面図である。
【００１６】
このチップまたはウエハー１１の表面には、突起電極形成位置に半田接合金属１３が形成されている。図では１個のみ示したが、通常は所定間隔で複数個形成される。そうしてこの半田接合金属１３の上に、印刷法等の公知の工程によって、金属ペースト１５が形成されている(図１（Ａ））。金属ペースト１５の材料としては、半田、Ｓｎ、Ｓｎ合金等が使用される。
【００１７】
このように金属ペースト１５を載せたチップまたはウエハー１１を、リフロー炉２１に入れて各金属ペースト１５を熔解し、球形に変形させるとともに、半田接合金属１３に接合させる。リフロー炉２１内の温度は金属ペースト１５の融点に応じて設定される。
【００１８】
更に本実施形態では、各金属ペースト１５にノズル２３を向けて、ノズル２３から、例えばＮ2などの不活性ガス２５を吹き付けて、金属ペースト１５の先端部を凹ませる（図１（Ｂ））。図示しないが、この状態において、この凹んだ表面には、多数のしわ（または溝）が放射状に形成されている。ノズル２３のノズル径は、金属ペースト１５の球径の直径より小さい。また、不活性ガス２５は室温とし、吹き付ける圧力は、例えばφ１５０μmの金属バンプの場合は６０hPa、吹き付け時間は５mS程度とする。
【００１９】
このように、不活性ガス２５の吹き付けにより金属ペースト１５の先端部が凹んだ状態でリフロー炉２１の温度を下げるか、チップまたはウエハー１１をリフロー炉２１から取り出して、金属ペースト１５を冷却する。すると、球形の金属ペースト１５は先端部が凹んだ状態で固まって、金属バンプ１７が形成される。この金属バンプ１７の凹部１７ａには、リフロー炉２１において吹き付けられた不活性ガス２５によって形成された放射状のしわ（または溝）が、しわ（または溝）１７ｂとして固まり、残っている（図２）。
【００２０】
このように金属バンプ１７の先端部に凹部１７ａ及び凹部１７ａ内に多数のしわ１７ｂが形成されているので、金属バンプ１７の先端部の表面積が増加している。したがって金属バンプ１７を基板３１に接合するに際して、金属バンプ１７と基板３１との接触面積が増加するので、確実な接合が可能になる。
【００２１】
以上の製造方法に関する実施形態では、チップ１１の表面に金属ペーストを印刷したが、本発明は、金属ボールをチップ表面に接合したチップに対しても適用できる。その第二の実施形態を、図４を参照して説明する。
【００２２】
第二の実施形態では、レーザー４１によって熔融された金属ボール１５′を、チップ１１の半田接合金属１３に接合させる（図４（Ａ））。
【００２３】
このように金属ボール１５′を接合したチップ１１を、図１（Ｂ）に示した実施形態同様に、各金属ボール１５′にノズル２３を向けて、ノズル２３から不活性ガス２５を吹き付けて、金属ボール１５′の先端部を凹ませる（図４（Ｂ））。
【００２４】
なお、この第二の実施形態では、金属ボール１５′はすでに半田接合合金１３に接合され、球形になっているので、リフロー炉２１で熔解する必要はなく、高温の不活性ガス２５を噴出して凹部及びしわを形成してもよい。あるいは、金属ボール１５′を接合する工程において、ノズルの切り換え、あるいは噴出する不活性ガスの温度、噴出圧等の切り換えによって金属ボール１５′に凹部及びしわを形成してもよい。この製造方法によれば、同一の工程で製造できるので、製造時間の短縮、工程の削減ができる。なお、金属ボール１５′の材料としては、半田、Ｓｎ、Ｓｎ合金等が使用される。
【００２５】
以上本発明をチップの突起電極に適用した実施形態について説明したが、本発明は、突起電極を有する部品一般に適用できる。
図示実施形態では、金属バンプ１７の先端部を凹部１７ａとしたが、ほぼ平坦に形成してもよい。
ノズル２３を全ての金属バンプ１７に対応させて設けると、同時に全ての金属バンプ１７を加工できるので製造時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の突起電極を有するチップまたはウエハーの製造過程を示す断面図であって、（Ａ）はチップに金属ペーストまたは金属ボールを載せた状態を示す断面図、（Ｂ）は高温の不活性ガスを金属ペーストまたは金属ボールに吹き付けている状態を示す断面図である。
【図２】本発明の突起電極を有するチップまたはウエハーにおける突起電極を拡大して示す斜視図である。
【図３】本発明の突起電極を有するチップを基板に実装するためにリフロー炉に入れたときの様子を示す概略側面図である。
【図４】本発明の突起電極を有するチップの製造過程の第二の実施形態を示す断面図であって、（Ａ）はチップに金属ボールを熔融し、接合に至る段階を示す断面図、（Ｂ）は不活性ガスを半田バンプに吹き付けている状態を示す断面図である。
【図５】従来の突起電極を有するチップの製造過程を示す斜視図であって、（Ａ）はチップに金属ペーストを載せた状態を示す斜視図、（Ｂ）は同金属ペーストを載せたチップをリフロー炉に入れた状態を示す斜視図である。
【図６】従来の突起電極を有するチップの製造過程を示す断面図であって、（Ａ）はチップに金属ペーストを載せた状態を示す断面図、（Ｂ）は同金属ペーストを載せたチップをリフロー炉に入れた状態を示す断面図である。
【図７】従来の突起電極を有するチップを基板に実装するためにリフロー炉に入れたときの様子を示す概略側面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１１  チップまたはウエハー(部品）
１３  半田接合合金
１５  金属ペーストまたは金属ボール
１５′  金属ボール
１７  金属バンプ（突起電極）
１７ａ  凹部
１７ｂ  しわ（または溝）
２１  リフロー炉
２３  ノズル
２５  不活性ガス
３１  基板
４１  レーザ
【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５】
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【図６】
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【図７】
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