(57)【要約】【課題】フリップチップ接続のチップに加わる応力を低減することができる形状に基板を設定し、そのような形状に設定した基板の使用によりチップに加わる応力を低減して低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）の層間絶縁層の剥離発生を抑え、高信頼性のチップ実装を実現する。【解決手段】低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）の層間絶縁層を有するチップ２０５を基板５０５にバンプでフリップチップ接続したチップ実装構造体５００は、基板５０５が、チップ２０５と基板５０５の熱膨張係数の差から生じる熱応力によってチップのコーナー部における層間絶縁層に加わる機械的応力を低減させる形状を成す。特に、基板５０５の形状が、チップ２０５のコーナーから基板５０５の対応する縁までの距離をＡとし、チップ２０５の１辺から基板５０５の対応する縁までの距離をＢとすると、Ａ＜Ｂとなる形状である。【選択図】  図６
2015115512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）の層間絶縁層を有するチップを基板にバンプでフリップチップ接続したチップ実装構造体であって、
前記基板が、前記チップと前記基板の熱膨張係数の差から生じる熱応力によって前記チップのコーナー部における前記層間絶縁層に加わる機械的応力を低減させる形状を成す、
チップ実装構造体。
【請求項２】
前記基板の形状が、前記チップの中心と前記基板の中心は同じ位置で、前記チップの中心から前記チップの各コーナーを通る線上における前記チップの各コーナーから前記基板の対応する各縁までの距離をＡとし、前記チップの各辺から前記基板の対応する前記チップの各辺に平行な各縁までの距離をＢとすると、Ａ＜Ｂとなる形状である、請求項１に記載のチップ実装構造体。
【請求項３】
前記基板の形状が、正方形の各コーナーにおいて一辺の長さがｃの正方形を切り取った形状であり、ｃが、
【数１】
2015115512.tif 000020
である、請求項２に記載のチップ実装構造体。
【請求項４】
前記基板の形状が、正方形の各コーナーにおいて二辺の長さがｄの直角二等辺三角形を切り取った形状であり、ｄが、
【数２】
2015115512.tif 000021
である、請求項２に記載のチップ実装構造体。
【請求項５】
前記基板の形状が、正方形の各コーナーから前記チップの各コーナーの方へ長さがｅの切り込みを入れた形状であり、ｅが、
【数３】
2015115512.tif 000022
である、請求項２に記載のチップ実装構造体。
【請求項６】
前記基板の形状が、前記チップの中心と前記基板の中心は同じ位置で、前記チップの中心から前記チップの各コーナーまでの距離よりも大きな半径を有する円形状である、請求項１に記載のチップ実装構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：集積回路）チップ（以下、単に「チップ」と云う。）の実装技術に関し、特に、フリップチップ接続のチップに加わる応力が低減された形状を成す基板にチップを搭載したチップ実装構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの微細化に伴い、ＢＥＯＬ（Ｂａｃｋ−Ｅｎｄ−Ｏｆ−Ｌｉｎｅ）における層間絶縁材料の低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）化が進んできた。しかし、例えばＳｉＣＯＨ（炭化ヒドロキシルケイ素）のような低誘電率の絶縁材料は多孔質であるために非常に脆く、層間絶縁層そのものの機械的強度が低下し、フリップチップ実装後のリフロー冷却時に加わる応力で層間絶縁層の剥離が発生している。
【０００３】
そして、チップとチップを搭載する基板との接続部は、鉛フリー化によって、これまで用いられてきた鉛入り半田と比較して硬くて延性が低いため、チップと基板の熱膨張係数の差によって発生する層間絶縁層への応力はますます増加する傾向にある。
【０００４】
また、電気特性の向上や基板層数の削減による低コスト化を狙いとした、例えば有機基板を使用するようなプリント基板の薄型化は、基板の反りを増大させ、層間絶縁層への応力の増加に繋がってきている。
【０００５】
図１に層間絶縁層の剥離の概要を示す。例えばシリコンのような半導体基体１００の表面では、Ｌｏｗ−ｋ層１０５が形成され、Ｌｏｗ−ｋ層１０５の上に、例えば酸化物のような絶縁層１１０が形成され、絶縁層１１０の上に、例えば感光性ポリイミド（ＰＳＰＩ：Ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）のような保護層１１５が形成される。保護層１１５では、Ｌｏｗ−ｋ層１０５の電極部分に開口が形成され、開口にＵＢＭ（Ｕｎｄｅｒ Ｂｕｍｐ Ｍｅｔａｌｌｕｒｒｇｙ）層１２０が形成され、ＵＢＭ層１２０の上に、例えば半田のようなバンプ１２５が形成される。バンプ１２５に矢印で示すような応力が加わると、Ｌｏｗ−ｋ層１０５および絶縁層１１０には層間剥離のようなひび割れ１３０が起きる。
【０００６】
特許文献１には、半導体素子と回路基板との間に設けられる支持基板の表面に、半導体素子の外周部に設けられた電極端子に対向して電極端子を設け、支持基板の裏面に、表面の電極端子と導通する電極端子を碁盤目状に設け、表面および裏面の電極端子をそれぞれ半導体素子および回路基板にバンプ接続することにより、半導体素子と回路基板との熱膨脹係数の差により生じる応力を碁盤目状に配置されるたバンプに分散して、応力の集中による回路装置の不良を低減することが示されている。
【０００７】
特許文献１の技術は、半導体素子と回路基板との間に設けられる支持基板の裏面において、半導体素子と回路基板との熱膨脹係数の差により生じる応力を碁盤目状に配置されたバンプに分散して半導体素子に加わる応力を低減するものであり、半導体素子と回路基板との間に支持基板を使用する必要があり、支持基板の裏面に設けられる電極端子の配置は碁盤目状に制約され、装置の設計に応じて自由に変えることはできない。
【０００８】
特許文献２には、半導体チップの各コーナーにスルーホール構造で接続面側にボールバンプを有する補強ランドを形成して、実装された際に実装基板に補強ランドを接続することにより、半導体チップのコーナー近傍の回路接続用パッドに加わる熱応力が減衰され、回路接続用パッドの剥離や電気的断絶が防止されることが示されている。
【０００９】
特許文献２の技術は、半導体チップの各コーナーに補強ランドを形成するものであり、半導体チップの各コーナーに補強ランドを設けるための領域を確保する必要があり、半導体チップの各コーナーは使用が制約され自由に使用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−４７９５５号公報
【特許文献２】特開２００２−１００６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、フリップチップ接続のチップに加わる応力を低減することができる形状に基板を設定し、そのような形状に設定した基板の使用によりチップに加わる応力を低減して低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）の層間絶縁層の剥離発生を抑え、高信頼性のチップ実装を実現することを目的とする。本発明の目的には、そのような形状を成す基板にチップを搭載したチップ実装構造体を提供することが含まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明により提供される１実施態様のチップ実装構造体は、低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）の層間絶縁層を有するチップを基板にバンプでフリップチップ接続したチップ実装構造体であり、基板が、チップと基板の熱膨張係数の差から生じる熱応力によってチップのコーナー部における層間絶縁層に加わる機械的応力を低減させる形状を成す。
【００１３】
好ましくは、基板の形状が、チップの中心と基板の中心は同じ位置で、チップの中心からチップの各コーナーを通る線上におけるチップの各コーナーから基板の対応する各縁までの距離をＡとし、チップの各辺から基板の対応するチップの各辺に平行な各縁までの距離をＢとすると、Ａ＜Ｂとなる形状であると良い。
【００１４】
好ましくは、基板の形状が、正方形の各コーナーにおいて一辺の長さがｃの正方形を切り取った形状であり、ｃが、
【数１】
2015115512.tif 000003
であると良い。
【００１５】
好ましくは、基板の形状が、正方形の各コーナーにおいて二辺の長さがｄの直角二等辺三角形を切り取った形状であり、ｄが、
【数２】
2015115512.tif 000004
であると良い。
【００１６】
好ましくは、基板の形状が、正方形の各コーナーからチップの各コーナーの方へ長さがｅの切り込みを入れた形状であり、ｅが、
【数３】
2015115512.tif 000005
であると良い。
【００１７】
好ましくは、基板の形状が、チップの中心と基板の中心は同じ位置で、チップの中心からチップの各コーナーまでの距離よりも大きな半径を有する円形状であると良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、フリップチップ接続のチップに加わる応力を低減することができる形状に基板は設定され、そのような形状に設定された基板の使用によりチップに加わる応力は低減されて低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）の層間絶縁層の剥離発生は抑えられ、高信頼性のチップ実装が実現される。特に、高信頼性のチップ実装は、本発明により提供される、そのような形状に設定された基板にチップを搭載したチップ実装構造体によって達成される。
【００１９】
本発明は、基板の形状を設定して設定した形状の基板を使用することによりチップに加わる応力を低減するので、特許文献１の技術のように半導体素子と回路基板との間でさらに別の支持基板を使用する必要などは無く、チップ実装構造体のコストを抑えることができ、また、特許文献２の技術のように半導体チップの各コーナーの領域を補強のために犠牲にする必要などは無く、チップの各コーナーの領域も有効に使うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】層間絶縁層の剥離の概要を示す断面図である。
【図２】構造解析した第１のチップ実装構造体を概略的に示す斜視図である。
【図３】構造解析した第２のチップ実装構造体を概略的に示す斜視図である。
【図４】構造解析した第３のチップ実装構造体を概略的に示す斜視図である。
【図５】構造解析した第１乃至第３のチップ実装構造体におけるチップのコーナーに発生する応力を正規化して示す棒グラフである。
【図６】（Ａ）は本発明の１実施形態に係るチップ実装構造体の第１の実施例を概略的に示す上平面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【図７】（Ａ）は本発明の１実施形態に係るチップ実装構造体の第２の実施例を概略的に示す上平面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【図８】（Ａ）は本発明の１実施形態に係るチップ実装構造体の第３の実施例を概略的に示す上平面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【図９】（Ａ）は本発明の１実施形態に係るチップ実装構造体の第４の実施例を概略的に示す上平面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、記載された実施形態の内容に限定して解釈されるべきではない。なお、実施形態の説明の全体を通じて同じ構成部分乃至構成要素には同じ番号を付している。
【００２２】
本発明者は、例えばＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ：有限要素法）を用いてチップ実装構造体の構造解析を行うことにより基板の形状とチップに加わる応力との関係を調べ、基板の形状を工夫することでチップのコーナーにおけるバンプから層間絶縁層に加わる応力が低下することを見出した。
【００２３】
図２に、構造解析した第１のチップ実装構造体２００を概略的に斜視図で示す。チップ実装構造体２００は、従来の矩形形状を成す基板２１０にチップ２０５が搭載された構成を有する。２１５には、チップ２０５のコーナーにおけるバンプ２２０の配置を模式的に拡大して示してある。チップ実装構造体２００では、チップ２０５のコーナーから基板２１０の対応する縁までの距離Ａは、チップ２０５の１辺から基板２１０の対応するチップ２０５の１辺に平行な縁までの距離Ｂよりも大きい、即ちＡ＞Ｂである。
【００２４】
図３に、構造解析した第２のチップ実装構造体３００を概略的に斜視図で示す。チップ実装構造体３００は、矩形形状のコーナーを小さく切り落とした形状を成す基板３０５にチップ２０５が搭載された構成を有する。チップ実装構造体３００では、チップ２０５のコーナーから基板３０５の対応する縁までの距離Ａは、チップ２０５の１辺から基板３０５の対応するチップ２０５の１辺に平行な縁までの距離Ｂと等しい、即ちＡ＝Ｂである。
【００２５】
図４に、構造解析した第３のチップ実装構造体４００を概略的に斜視図で示す。チップ実装構造体４００は、矩形形状のコーナーを大きく切り落とした形状を成す基板４０５にチップ２０５が搭載された構成を有する。チップ実装構造体４００では、チップ２０５のコーナーから基板４０５の対応する縁までの距離Ａは、チップ２０５の１辺から基板４０５の対応するチップ２０５の１辺に平行な縁までの距離Ｂよりも小さい、即ちＡ＜Ｂである。
【００２６】
図５に、構造解析した第１乃至第３のチップ実装構造体２００、３００および４００におけるチップのコーナーに発生する応力を正規化して棒グラフで示す。第１のチップ実装構造体２００（Ａ＞Ｂ）の場合の応力を基準に正規化してある。第２のチップ実装構造体３００（Ａ＝Ｂ）の場合には、矩形形状のコーナーを小さく切り落としてＡ＝Ｂの形状としたことにより、従来の矩形形状のＡ＞Ｂの場合よりも多少ではあるが応力の低下が見られる。第３のチップ実装構造体４００（Ａ＜Ｂ）の場合には、矩形形状のコーナーを大きく切り落としてＡ＜Ｂの形状にしたことにより、従来の矩形形状のＡ＞Ｂの場合よりも実質的に応力の低下が見られる。
【００２７】
本発明者は、この見出した知見に基づいて、チップのコーナー部における層間絶縁層に加わる機械的応力を低減させるＡ＜Ｂの形状に基板を設定して使用すること提案する。高信頼性のチップ実装は、そのような形状に設定された基板にチップを搭載したチップ実装構造体によって達成される。
【００２８】
図６に、本発明の１実施形態に係るチップ実装構造体の第１の実施例５００を概略的に示す。（Ａ）は上平面図であり、（Ｂ）は側面図である。第１の実施例５００では、基板５０５は、正方形の各コーナーにおいて一辺の長さがｃの正方形５１０を切り取った形状を成す。基板５０５の形状がＡ＜Ｂの形状であるためには、長さｃは以下に示す大きさである必要がある。まず、距離Ａを求める。チップ２０５のコーナーから正方形５１０を切り取る前の基板５０５の元の正方形のコーナーまでの長さは、
【数４】
2015115512.tif 000006
であり、また、正方形５１０の対角線の長さは、
【数５】
2015115512.tif 000007
であるから、距離Ａは、次の式で表される。
【数６】
2015115512.tif 000008
そして、Ａ＜Ｂであるから、
【数７】
2015115512.tif 000009
となる。この式を長さｃについて解くと、
【数８】
2015115512.tif 000010
となり、基板５０５の形状がＡ＜Ｂの形状であるためには、長さｃはこの大きさである必要がある。例えば、チップ２０５のサイズが２０ｍｍ角であり、基板５０５の元の正方形のサイズが５０ｍｍ角であるとすると、距離Ｂは、Ｂ＝５０／２−２０／２＝１５ｍｍである。距離Ｂが１５ｍｍのときには、Ｂ＝１５とすると、長さｃは、ｃ＞４．４ｍｍである必要がある。
【００２９】
図７に、本発明の１実施形態に係るチップ実装構造体の第２の実施例６００を概略的に示す。（Ａ）は上平面図であり、（Ｂ）は側面図である。第２の実施例６００では、基板６０５は、正方形の各コーナーにおいて二辺の長さがｄの直角二等辺三角形６１０を切り取った形状を成す。基板６０５の形状がＡ＜Ｂの形状であるためには、長さｄは以下に示す大きさである必要がある。まず、距離Ａを求める。チップ２０５のコーナーから直角二等辺三角形６１０を切り取る前の基板６０５の元の正方形のコーナーまでの長さは、
【数９】
2015115512.tif 000011
であり、また、直角二等辺三角形６１０の底辺から二等辺の頂点までの高さである長さは、
【数１０】
2015115512.tif 000012
であるから、距離Ａは、次の式で表される。
【数１１】
2015115512.tif 000013
そして、Ａ＜Ｂであるから、
【数１２】
2015115512.tif 000014
となる。この式を長さｄについて解くと、
【数１３】
2015115512.tif 000015
となり、基板６０５の形状がＡ＜Ｂの形状であるためには、長さｄはこの大きさである必要がある。例えば、チップ２０５のサイズが２０ｍｍ角であり、基板６０５の元の正方形のサイズが５０ｍｍ角であるとすると、距離Ｂは、Ｂ＝５０／２−２０／２＝１５ｍｍである。距離Ｂが１５ｍｍのときには、Ｂ＝１５とすると、長さｄは、ｄ＞８．８ｍｍである必要がある。
【００３０】
図８に、本発明の１実施形態に係るチップ実装構造体の第３の実施例７００を概略的に示す。（Ａ）は上平面図であり、（Ｂ）は側面図である。第３の実施例７００では、基板７０５は、正方形の各コーナーからチップ２０５の各コーナーの方へ長さがｅの切り込みを入れた形状を成す。基板７０５の形状がＡ＜Ｂの形状であるためには、ｅは以下に示す大きさである必要がある。まず、距離Ａを求める。チップ２０５のコーナーから切り込みを入れる前の基板７０５の元の正方形のコーナーまでの長さは、
【数１４】
2015115512.tif 000016
であり、元の正方形のコーナーから長さがｅの切り込みを入れるのであるから、距離Ａは、次の式で表される。
【数１５】
2015115512.tif 000017
そして、Ａ＜Ｂであるから、
【数１６】
2015115512.tif 000018
となる。この式を長さｅについて解くと、
【数１７】
2015115512.tif 000019
となり、基板７０５の形状がＡ＜Ｂの形状であるためには、長さｅはこの大きさである必要がある。例えば、チップ２０５のサイズが２０ｍｍ角であり、基板７０５の元の正方形のサイズが５０ｍｍ角であるとすると、距離Ｂは、Ｂ＝５０／２−２０／２＝１５ｍｍである。距離Ｂが１５ｍｍのときには、Ｂ＝１５とすると、長さｅは、ｅ＞６．２ｍｍである必要がある。
【００３１】
図９に、本発明の１実施形態に係るチップ実装構造体の第４の実施例８００を概略的に示す。（Ａ）は上平面図であり、（Ｂ）は側面図である。第４の実施例８００では、基板８０５は、チップ２０５の中心と基板８０５の中心は同じ位置で、チップ２０５の中心からチップ２０５の各コーナーまでの距離よりも大きな半径を有する円形状を成す。基板がこのような円形状であるならば、距離Ａはその半径の長さからチップ２０５の対角線の長さの半分を引いた大きさであり、距離Ｂはその半径の長さからチップ２０５の１辺の長さの半分を引いた大きさであり、チップ２０５の対角線の長さの方がチップ２０５の１辺の長さよりも大きいので、基板８０５はＡ＜Ｂの形状となっている。例えば、チップ２０５のサイズが２０ｍｍ角であり、基板８０５のサイズが直径５０ｍｍ円であるとすると、距離Ａは半径の長さ２５ｍｍからチップ２０５の対角線の長さの半分１４．１ｍを引いた大きさ１０．９ｍｍであり、距離Ｂは半径の長さ２５ｍｍからチップ２０５の１辺の長さの半分１０ｍを引いた大きさ１５ｍｍであるので、基板８０５はＡ＜Ｂの形状となっている。
【００３２】
以上、実施態様を用いて本発明の説明をしたが、本発明の技術的範囲は実施態様について記載した範囲には限定されない。実施態様に種々の変更又は改良を加えることが可能であり、そのような変更又は改良を加えた態様も当然に本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３３】
２０５  チップ
５０５、６０５、７０５、８０５  基板
【図１】
2015115512.tif 000023
【図２】
2015115512.tif 000024
【図３】
2015115512.tif 000025
【図４】
2015115512.tif 000026
【図５】
2015115512.tif 000027
【図６】
2015115512.tif 000028
【図７】
2015115512.tif 000029
【図８】
2015115512.tif 000030
【図９】
2015115512.tif 000031