(57)【要約】【課題】フリップチップパッケージ及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明のフリップチップパッケージは、基板と、基板上に実装されるフリップチップと、フリップチップが基板に電気的に連結される部分である基板上のチップ連結部分に形成された第１アンダーフィルと、チップ連結部分以外の基板上に形成された第２アンダーフィルと、を備え、第１アンダーフィルは、第２アンダーフィルより高い強度の材質で形成される。また、その製造方法は、基板を準備する工程と、基板と基板に実装されるフリップチップとが電気的に連結される部分である基板上のチップ連結部分以外の部分に第２アンダーフィルを形成する工程と、チップ連結部分に第１アンダーフィルを形成する工程と、チップ連結部分にバンプを通じてフリップチップを実装する工程と、を有し、第１アンダーフィルは、第２アンダーフィルより高い強度の材質で形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に実装されるフリップチップと、
前記フリップチップが前記基板に電気的に連結される部分である前記基板上のチップ連結部分に形成された第１アンダーフィルと、
前記チップ連結部分以外の前記基板上に形成された第２アンダーフィルと、を備え、
前記第１アンダーフィルは、前記第２アンダーフィルより高い強度の材質で形成されることを特徴とするフリップチップパッケージ。
【請求項２】
前記第１アンダーフィルは、前記第２アンダーフィルより４倍以上の強度を有することを特徴とする請求項１に記載のフリップチップパッケージ。
【請求項３】
前記チップ連結部分は、前記基板上の中央部分に形成され、
前記フリップチップは、バンプを通じて前記基板に電気的に連結されることを特徴とする請求項１に記載のフリップチップパッケージ。
【請求項４】
前記基板の上部に前記フリップチップが存在しない部分のうち、前記チップ連結部分から延びた前記基板上の所定部分には、アンダーフィルが形成されないことを特徴とする請求項３に記載のフリップチップパッケージ。
【請求項５】
前記バンプは、金スタッド、ソルダー、及び銅フィラーバンプのうちの何れか一つであることを特徴とする請求項３に記載のフリップチップパッケージ。
【請求項６】
前記チップ連結部分以外の部分は、前記基板の下部にソルダーボールが形成されるソルダーボールランド部分を含むことを特徴とする請求項１に記載のフリップチップパッケージ。
【請求項７】
前記フリップチップパッケージは、前記フリップチップを密閉する密封材を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のフリップチップパッケージ。
【請求項８】
前記基板は、印刷回路基板であることを特徴とする請求項１に記載のフリップチップパッケージ。
【請求項９】
基板を準備する工程と、
前記基板と前記基板に実装されるフリップチップとが電気的に連結される部分である前記基板上のチップ連結部分以外の部分に第２アンダーフィルを形成する工程と、
前記チップ連結部分に第１アンダーフィルを形成する工程と、
前記チップ連結部分にバンプを通じて前記フリップチップを実装する工程と、を有し、
前記第１アンダーフィルは、前記第２アンダーフィルより高い強度の材質で形成されることを特徴とするフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項１０】
前記第１アンダーフィルは、ライティング又はドッティング方式で塗布され、
前記第２アンダーフィルは、プリンティング方式で塗布されることを特徴とする請求項９に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項１１】
前記第１アンダーフィルは、前記第２アンダーフィルより４倍以上の強度を有することを特徴とする請求項９に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項１２】
前記チップ連結部分は、前記基板上の中央部分に形成され、
前記基板の上部に前記フリップチップが存在しない部分のうち、前記チップ連結部分から延びた前記基板上の所定部分には、アンダーフィルを形成しないことを特徴とする請求項９に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項１３】
前記バンプは、金スタッド、ソルダー、及び銅フィラーバンプのうちの何れか一つであることを特徴とする請求項９に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項１４】
前記フリップチップパッケージの製造方法は、
前記フリップチップを実装する工程以後に、
前記第１及び第２アンダーフィルを硬化熱処理する工程と、
前記フリップチップを密封材で密封する工程と、
前記基板の下部にソルダーボールを形成する工程と、を更に有することを特徴とする請求項９に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項１５】
前記チップ連結部分以外の部分は、前記ソルダーボールが形成される部分であるソルダーボールランド部分を含むことを特徴とする請求項１４に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項１６】
前記基板は、印刷回路基板であることを特徴とする請求項９に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項１７】
基板を準備する工程と、
前記基板と前記基板に実装されるフリップチップとが電気的に連結される部分である前記基板上のチップ連結部分以外の部分に第２アンダーフィルを形成する工程と、
前記チップ連結部分にバンプを通じて前記フリップチップを実装する工程と、
前記チップ連結部分に第１アンダーフィルを形成する工程と、を有し、
前記第１アンダーフィルは、前記第２アンダーフィルより高い強度の材質で形成されることを特徴とするフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項１８】
前記第１アンダーフィルは、前記第２アンダーフィルより４倍以上の強度を有することを特徴とする請求項１７に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項１９】
前記チップ連結部分は、前記基板上の中央部分に形成され、
前記基板の上部に前記フリップチップが存在しない部分のうち、前記チップ連結部分から延びた前記基板上の所定部分には、アンダーフィルを形成しないことを特徴とする請求項１７に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項２０】
前記フリップチップパッケージの製造方法は、
前記第１アンダーフィルの形成工程以後に、
前記第１及び第２アンダーフィルを硬化熱処理する工程と、
前記フリップチップを密封材で密封する工程と、
前記基板の下部にソルダーボールを形成する工程と、を更に有することを特徴とする請求項１７に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【請求項２１】
前記基板は、印刷回路基板であることを特徴とする請求項１７に記載のフリップチップパッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子及びその製造方法に関し、特に、フリップチップパッケージ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体素子の高性能及び高スピードに対する要求が増大するにつれて、フリップチップパッケージに対する要求も増大している。しかし、ダイ又はチップ連結部分の信頼性、及びフリップチップがモジュール基板、例えば、印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）に実装された後の信頼性の確保が可能なアンダーフィル（ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ）素材の開発が非常に困難になっている。
【０００３】
既存のフリップチップパッケージは、ＰＣＢ基板、基板上に実装されたフリップチップ、基板とフリップチップとの間を充填するアンダーフィル、フリップチップを密閉するＥＭＣ（Ｅｐｏｘｙ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）のような密封材を含む。また、基板の下部には、フリップチップパッケージをメインボードのような外部基板に実装するためのソルダーボールが形成される。
【０００４】
このような既存のフリップチップパッケージは、一種類のアンダーフィルを利用して形成されるが、上述したチップ連結部分の信頼性及びフリップチップ実装後の信頼性の確保のために、高強度アンダーフィルを使用している。しかし、高強度アンダーフィルを使用する場合、温度変化による変化率の差によって、熱的ストレス及び機械的ストレスがソルダーボールのランド部分、すなわち、ＰＣＢ基板の下部のソルダーボールが形成される部分に集中して、ソルダー結合にクラックが発生する。それにより、従来の単一物質のアンダーフィルを使用するフリップチップパッケージは、ボードレベルにおける信頼性が落ちるという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、チップ連結部分の信頼性を確保しつつ、ソルダーボールランドを含むパッケージ外郭部分での熱的ストレス及び機械的ストレスを減少させて、ソルダー結合の信頼性を確保しうるフリップチップパッケージ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明の一特徴によるフリップチップパッケージは、基板と、前記基板上に実装されるフリップチップと、前記フリップチップが前記基板に電気的に連結される部分である前記基板上のチップ連結部分に形成された第１アンダーフィルと、前記チップ連結部分以外の前記基板上に形成された第２アンダーフィルと、を備え、前記第１アンダーフィルは、前記第２アンダーフィルより高い強度の材質で形成される。
本発明において、前記第１アンダーフィルは、前記第２アンダーフィルより４倍以上の強度を有しうる。また、前記チップ連結部分は、前記基板上の中央部分に形成され、前記フリップチップは、バンプを通じて前記基板に電気的に連結される。また、前記基板の上部に前記フリップチップが存在しない部分のうち、前記チップ連結部分から延びた前記基板上の所定部分には、アンダーフィルが形成されないこともある。
本発明において、前記バンプは、金スタッド、ソルダー、及び銅フィラーバンプのうちの何れか一つであり、前記チップ連結部分以外の部分は、前記基板の下部にソルダーボールが形成されるソルダーボールランド部分を含みうる。また、前記基板は、印刷回路基板でありうる。
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明の一特徴によるフリップチップパッケージの製造方法は、基板を準備する工程と、前記基板と前記基板に実装されるフリップチップとが電気的に連結される部分である前記基板上のチップ連結部分以外の部分に第２アンダーフィルを形成する工程と、前記チップ連結部分に第１アンダーフィルを形成する工程と、前記チップ連結部分にバンプを通じて前記フリップチップを実装する工程と、を有し、前記第１アンダーフィルは、前記第２アンダーフィルより高い強度の材質で形成される。
本発明において、前記第１アンダーフィルは、ライティング又はドッティング方式で塗布され、前記第２アンダーフィルは、プリンティング方式で塗布される。また、前記第１アンダーフィルは、前記第２アンダーフィルより４倍以上の強度を有しうる。
また、前記フリップチップパッケージの製造方法は、前記フリップチップを実装する工程以後に、前記第１及び第２アンダーフィルを硬化熱処理する工程と、前記フリップチップを密封材で密封する工程と、前記基板の下部にソルダーボールを形成する工程と、を更に有しうる。
【０００８】
また、上記目的を達成するためになされた本発明の他の特徴によるフリップチップパッケージの製造方法は、基板を準備する工程と、前記基板と前記基板に実装されるフリップチップとが電気的に連結される部分である前記基板上のチップ連結部分以外の部分に第２アンダーフィルを形成する工程と、前記チップ連結部分にバンプを通じて前記フリップチップを実装する工程と、前記チップ連結部分に第１アンダーフィルを形成する工程と、を有し、前記第１アンダーフィルは、前記第２アンダーフィルより高い強度の材質で形成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のフリップチップパッケージ及びその製造方法によれば、チップが基板に連結されるチップ連結部分には、高強度のアンダーフィルを形成し、チップ連結部分以外の部分に、低強度のアンダーフィルを形成することにより、チップ連結部分の信頼性を、そのまま維持しつつ、ソルダーボールランド部分に集中するストレスを減少さることができる。これにより、チップ連結部分の信頼性及びソルダー結合の信頼性の何れをも向上させ、ボードレベルの信頼性を確保することができる。
【００１０】
また、本発明によるフリップチップパッケージの製造方法によれば、アンダーフィルの形成後にチップが実装されるため、フィレット（ｆｉｌｌｅｔ）制御問題やアンダーフィルギャップの確保問題を解決することができる。また、異種のアンダーフィルに対する硬化熱処理を１回の工程を通じて処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のフリップチップパッケージ及びその製造方法を実施するための最良の形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明で、ある構成要素が他の構成要素の上部に存在すると記述されるとき、これは、他の構成要素の真上に存在することもでき、その間に第３の構成要素が介在することもある。また、図面で、各構成要素の厚さやサイズは、説明の便宜及び明確性のために省略又は誇張され、図面上で、同一符号は、同じ構成要素を表す。また、使われる用語は、単に、本発明を説明するための目的として使われたものであり、意味の限定や本発明の範囲を制限するために使われたものではない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態によるフリップチップパッケージの断面を示す断面図である。
【００１３】
図１を参照すると、本実施形態のフリップチップパッケージは、基板１００、基板１００上に実装されるフリップチップ３００、基板１００とフリップチップ３００との間に形成されるアンダーフィル２００、フリップチップ３００を密閉させる密封材４００、及び基板１００の下部に形成されたソルダーボール５００を備える。
【００１４】
本実施形態のフリップチップパッケージは、従来とは異なり、アンダーフィル２００を、単一物質を利用して形成するものではなく、チップ連結部分Ａとその他の部分Ｂとを区分して、異なる材質のアンダーフィル物質で形成する。すなわち、チップ連結部分Ａには、高強度材質の第１アンダーフィル２２０が充填され、その他の部分Ｂには、低強度材質の第２アンダーフィル２４０が充填される。
【００１５】
一般的に、チップ連結部分以外の部分Ｂは、基板１００の下部にソルダーボール５００が形成されるソルダーボールランド部分を含む。また、基板１００は、例えば、ＰＣＢ基板でありうるが、このようなＰＣＢ基板は、コア１１０、コア１１０の上部及び下部ＰＳＲ（Ｐｈｏｔｏ  Ｓｏｌｄｅｒ  Ｒｅｓｉｓｔ）１２０ａ、１２０ｂ、及びチップのバンプ（ｂｕｍｐ）３２０とソルダーボール５００とを連結するための上部及び下部パッド１３０ａ、１３０ｂを備えうる。
【００１６】
第１アンダーフィル２２０の強度は、第２アンダーフィル２４０の強度より４倍以上の高い強度を有することが望ましい。現在、実験上、第１アンダーフィル２２０を数ＧＰａほどの強度を有する材質で形成し、第２アンダーフィル２４０を数十〜数百ＭＰａほどの強度を有する材質で形成する場合、ソルダーボールランド部分に加えられるストレスが非常に減少するということが確認されている。すなわち、本発明のフリップチップパッケージは、ソルダーボールランド部分を含む外郭部分に低強度のアンダーフィルを使用することによって、従来のソルダーボールランド部分に集中したストレスを緩和させ、それにより、フリップチップパッケージのソルダー結合の欠陥のようなボードレベルの欠陥を減らすことができる。
【００１７】
例えば、−２５〜１２５℃の温度サイクルで、ボードレベルにおけるパッケージの欠陥が従来に比べて４倍以上減少するということが確認されている。すなわち、本発明のように、チップ連結部分に高強度のアンダーフィルを使用し、その他の部分に低強度のアンダーフィルを使用することにより、フリップチップパッケージのソルダー結合の信頼性を４倍以上向上させることができる。
【００１８】
ここで、長方形の２点鎖線Ｃ（図２）は、基板上にチップが配される位置を示す。
【００１９】
図２は、図１のフリップチップパッケージの基板の上部に形成されるアンダーフィルの構造を示す平面図であって、アンダーフィルの上部にチップ及び密封材が無いことを仮定して示した図面である。
【００２０】
図２を参照すると、基板１００の上部にアンダーフィル２００が示されるが、チップが実装される部分Ｃの中央部分、すなわち、チップ連結部分に第１アンダーフィル２２０が形成され、その外郭に第２アンダーフィル２４０が形成されることを確認しうる。上述したように、第１アンダーフィル２２０の強度は第２アンダーフィルの強度より高い。ここで、点線の円は基板の下部に形成されるソルダーボール５００を示す。
【００２１】
一方、チップ連結部分から延びてフリップチップ３００が存在しない基板１００の上部の所定部分には、アンダーフィルが形成されないということが見られるが、これは、第２アンダーフィル２４０及び第１アンダーフィル２２０の形成を更に容易に実施するためである。従って、アンダーフィル２００が形成されない部分にも、必要に応じてアンダーフィル２００が形成されることもある。
【００２２】
図３乃至図６は、本発明の第２実施形態によるフリップチップパッケージの製造方法を示す断面図である。
【００２３】
図３を参照すると、まず、基板１００上に第２アンダーフィル２４０を形成する。第２アンダーフィル２４０は、チップ連結部分及びチップ連結部分から延びた所定部分を除いて、基板１００上の外郭部分にプリンティング方式（ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ）で形成される。また、基板１００は、上述したように、ＰＣＢ基板であり、このようなＰＣＢ基板は、コア１１０、コア１１０の上部及び下部ＰＳＲ１２０ａ、１２０ｂ、及びフリップチップ３００のバンプ３２０とソルダーボール５００とを連結するための上部及び下部パッド１３０ａ、１３０ｂを備えうる。
【００２４】
図４を参照すると、第２アンダーフィル２４０の形成後、チップ連結部分に第１アンダーフィル２２０を形成する。このような第１アンダーフィル２２０は、ライティング（ｗｒｉｔｉｎｇ）方式又はドッティング方式（ｄｏｔｔｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ）で形成されるが、後にフリップチップ３００のバンプ３２０が基板１００上部のパッド１３０ａと連結されるチップ連結部分を正確に充填しうるように形成することが望ましい。
【００２５】
図５を参照すると、第１アンダーフィル２２０の形成後、フリップチップ３００を実装する。その際、フリップチップ３００の下部に形成されたバンプ３２０を正確に基板の上部の上部パッド１３０ａと結合する。このようなチップの実装は、例えば、金スタッド、ソルダー、又は銅フィラーなどのバンプ３２０を利用して、上部パッド１３０ａに熱圧着して結合することによってなされる。また、チップの実装後に硬化熱処理を行う際、異種のアンダーフィル、すなわち、第１及び第２アンダーフィル２２０、２４０に対する熱処理を一度に行うことができる。
【００２６】
本発明のフリップチップの製造方法は、上述したように、第１アンダーフィルを形成した後にチップを実装するため、従来のフィレット制御の問題やアンダーフィルギャップの確保問題を容易に解決することができる。
【００２７】
図６を参照すると、フリップチップ３００の実装後、基板１００の全面にＥＭＣのような密封材４００を塗布してフリップチップ３００を密閉する。また、基板１００の下部パッド１３０ｂには、ソルダーボール５００を形成する。
【００２８】
本発明によるフリップチップパッケージの製造方法は、チップ連結部分Ａには、高強度のアンダーフィルを使用し、その他の部分、すなわち、ソルダーボールランド部分を含む基板外郭部分Ｂに、低強度のアンダーフィルを使用することにより、従来の単一材質のアンダーフィルを使用することによって発生するボードレベルのソルダー結合の欠陥問題を解決できるフリップチップパッケージの製造を可能にする。
【００２９】
本発明のフリップチップパッケージは、チップ連結部分に、高強度のアンダーフィルを使用することによって、チップ連結部分の信頼性をそのまま維持し、ソルダーボールランド部分を含む基板の外郭部分に、低強度のアンダーフィルを使用することによって、従来のソルダーボールランド部分に集中したストレスを緩和させうる。それにより、本発明によって製造されたフリップチップパッケージは、ソルダー結合の欠陥のようなボードレベルの欠陥を減らすことができる。
【００３０】
図７及び図８は、本発明の第３実施形態によるフリップチップパッケージの製造方法を示す断面図である。本実施形態では、第２実施形態で説明した構成と同じ内容の説明は省略する。
【００３１】
図７を参照すると、本実施形態では、図４と異なり、第２アンダーフィル２４０を形成した後、第１アンダーフィル２２０を直ぐに形成せず、まずフリップチップ３００を基板１００上に実装する。やはり、フリップチップ３００の下部のバンプ３２０を基板１００の上部パッド１３０ａに熱圧着方式を通じて結合することによって、フリップチップ３００を基板１００上に実装しうる。
【００３２】
図８を参照すると、フリップチップ３００を基板１００上に実装した後に、チップ連結部分のフリップチップ３００と基板１００との間を、第１アンダーフィル２２０を利用して充填する。その後の密封材４００の形成過程及びソルダーボール５００の形成過程は、第２実施形態と同じである。
【００３３】
本実施形態では、第１アンダーフィルを、チップ実装した後に形成したが、第２実施形態と同様に、チップ連結部分には、高強度のアンダーフィルが使われ、ソルダーボールランドを含む基板上の外郭部分には、低強度のアンダーフィルが使われる。これにより、チップ連結部分の信頼性を維持しつつ、ボードレベルの信頼性を向上させることができる。
【００３４】
以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態によるフリップチップパッケージの断面を示す断面図である。
【図２】図１のフリップチップパッケージの基板の上部に形成されるアンダーフィルの構造を示す平面図である。
【図３】本発明の第２実施形態によるフリップチップパッケージの製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態によるフリップチップパッケージの製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるフリップチップパッケージの製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態によるフリップチップパッケージの製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態によるフリップチップパッケージの製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態によるフリップチップパッケージの製造方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１００    基板
１１０    コア
１２０ａ    上部ＰＳＲ
１２０ｂ    下部ＰＳＲ
１３０ａ    上部パッド
１３０ｂ    下部パッド
２００    アンダーフィル
２２０    第１アンダーフィル
２４０    第２アンダーフィル
３００    フリップチップ
３２０    バンプ
４００    密封材
５００    ソルダーボール
【図１】
2008277823.tif 000003
【図２】
2008277823.tif 000004
【図３】
2008277823.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2008277823.tif 000008
【図７】
2008277823.tif 000009
【図８】
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