(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上において使用する集積回路において、
（ａ）前記基板と対面すべく意図された面である対面用の面、
（ｂ）前記対面用の面上に配設されている前記基板へ接続するための複数個の回路接続部、
（ｃ）前記集積回路と前記基板との間の結合に対して機械的強度を与えるために使用され前記集積回路の一部を前記集積回路の機能を損なうこと無しに除去して形成されている固定点であって、前記集積回路の少なくとも一つの角部内において前記複数個の回路接続部よりも一層外側に位置されている固定点、
（ｄ）前記集積回路と前記基板との間に接着しており且つその一部が前記固定点内に充填されている下側充填物質、
を有することを特徴とする集積回路。
【請求項２】
請求項１において、前記集積回路がフリップチップ型であることを特徴とする集積回路。
【請求項３】
請求項２において、前記固定点が前記集積回路を貫通して穿孔された少なくとも１個の孔を有していることを特徴とする集積回路。
【請求項４】
請求項３において、前記孔が複数個設けられており、その各孔は前記回路接続部のどれよりも前記集積回路の中心から離れているように前記集積回路の周辺部近くに位置されていることを特徴とする集積回路。
【請求項５】
請求項４において、前記下側充填物質がエポキシ樹脂であることを特徴とする集積回路。
【請求項６】
請求項１において、前記固定点が前記対面用の面内に形成された球状の凹部を有することを特徴とする集積回路。
【請求項７】
請求項１において、前記固定点が、前記対面用の面内に形成した溝を有していることを特徴とする集積回路。
【請求項８】
請求項７において、前記溝が２個の矩形状部分を有しており、各矩形状部分は集積回路の隣接する一対の側面の周辺部近くに配置されており且つ前記一対の側面によって形成される角部で連結していることを特徴とする集積回路。
【請求項９】
半導体装置において、
（ａ）基板、
（ｂ）前記基板へ接続するための複数個の回路接続部が配置されている一つの面を具備しているＩＣ、
（ｃ）前記基板及び前記ＩＣの内の少なくとも一方の一部を前記ＩＣの機能を損なうこと無しに除去して形成されている固定点であって、前記一つの面内の少なくとも一つの角部内において前記複数個の回路接続部よりも一層外側である第１位置又は前記第１位置に対応する前記基板上の第２位置に位置されている固定点、
（ｄ）前記基板と前記ＩＣとの間に接着しており且つその一部が前記固定点内に充填されている下側充填物質、
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項９において、前記ＩＣがフリップチップＩＣであり、且つ前記基板がプリント回路基板である、ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記ＩＣが前記固定点を有しており、前記固定点が前記ＩＣを貫通して穿孔されている孔を有している、ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】
請求項１０において、前記プリント回路基板が前記固定点を有しており、前記固定点は、前記ＩＣと対面する前記プリント回路基板の面内に表面凹部を有しており、前記固定点は前記プリント回路基板を貫通することはない、ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大略、集積回路の技術分野に関するものであって、更に詳細には、ＩＣフリップチップパッケージ用の組立技術分野に関するものである。本発明は、熱サイクリング応力に起因する層剥離の発生を減少させるメカニズムを提供している。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路（ＩＣ）を基板へ接続させる標準的な方法では従来のワイヤボンディング技術を使用する。回路が基板から離れる方向に上方に向いた状態で基板に対して接着剤又はその他の方法で固定される。次いで、典型的に、周辺部の金ワイヤを使用して回路を基板へ接続させる。
【０００３】
この標準的な相互接続方法に対する代替の方法はフリップチップ技術である。フリップチップの場合には、ＩＣをフリップ即ち反転させ、従って回路は基板に対して対面する。この場合には、回路接続部は面上において直接的にアクセスすることが可能でありＩＣの周辺部へ経路付けさせることは必要ではない。回路を基板へ相互接続させる従来の方法は半田バンプによるものである。その他の方法としては、テープ自動化ボンディング、ワイヤ相互接続、等方性及び異方性導電性接着剤、金属バンプ、柔軟性のバンプ、及び圧力コンタクト等がある。
【０００４】
フリップチップは従来のアプローチと比較して多数の著しい利点を提供している。これらの利点としては、リードがより短いこと、ワイヤボンディングがないこと、チップの配線コストが減少されること、ノイズが低いこと、インダクタンスが低いこと、速度が速いこと、Ｉ／Ｏ密度が高いこと、回路密度が高いこと、装置の面積が小さいこと、及び高さが低いこと等がある。特に、パワー即ち電力及び接地は多数の位置において基板から直接的にアクセスすることが可能であるので、パワー及び接地の経路付けは簡単化される。図１は半田バンプ１０２を具備する典型的なダイ表面１００を示している。その他の多数の半田バンプのアレイが可能であり且つ入手可能である。
【０００５】
典型的に、フリップチップの背面又は正面が露出される。然しながら、高温の適用例では、フリップチップの頂部をヒートシンクでカバーすることが多い。プラスチック包囲体の外側へヒートシンクを付与するよりもヒートシンクを直接シリコンへ付与することの方がより熱的に効率的である。
【０００６】
半田バンプフリップチップ組立体においては、典型的に、半田をＩＣ上に付着させ、次いでＩＣを基板上へ配置させる。フリップチップ組立体における基板は、典型的に、プリント回路基板である。この配置は、例えば、スプリットビーム光学的アライメントシステムで行うことが可能である。図２は半田バンプ１０２を具備するＩＣ２０２の断面を示している。ＩＣ２０２は、最初に、単独で示され、次いで基板２０６と当接して示されている。半田バンプ１０２はＩＣ２０２上の回路と基板２０６との間の電気的接続を与える。それは、又、わずかな機械的強度を与えるが、半田ボンドは、典型的に、非常に強いものではない。
【０００７】
ＩＣ及び基板が異なる熱膨脹率を有する場合には、室温と動作温度との間での装置がサイクル動作される場合に機械的な応力が発生する。これらのサイクル動作は、一般的に、熱ショックサイクル又は熱応力サイクルと呼ばれる。シリコンはほぼ３乃至４ｐｐｍ／℃の熱膨脹率を有している。一般的な基板物質であるセラミックは約６ｐｐｍ／℃の熱膨張率を有している。熱膨脹率が約１７ｐｐｍ／℃であるガラスファイバー等のより廉価な基板物質の場合にはこの問題が悪化する。
【０００８】
面積がより大きな装置の場合にもこの問題が悪化する。膨脹は単位長さ当たり、又は単位面積当たりのものであるから、より大きな装置においては、熱膨脹は装置の面積にわたってより大きな絶対値の膨脹を発生する。より大きな装置の場合の半田バンプは中立軸からより大きな距離にあると言われる。従って、正方形又は矩形状の面積及び半田バンプアレイであると仮定した場合に、ＩＣの角部における半田バンプはより大きな応力が発生する。これらの角部の半田バンプは、実際的には、基板から最初に分離するものである。
【０００９】
応力サイクル動作期間中により大きな機械的強度及び接着性を与えるために、アンダーフィル（ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ）即ち下側充填と呼ばれる処理が一般的に使用される。ＩＣを基板へ半田付けした後に、エポキシ樹脂又はその他の物質をＩＣと基板との間の空間内へ挿入させ、それは接着剤として作用する。空間内へ挿入されることに加えて、表面張力がＩＣと基板との間に毛細管作用を発生し、それがエポキシ樹脂を該空間内へ引きずり込む。エポキシ樹脂は、又、表面張力によってＩＣの側部に沿って引き上げられる。図３は半田バンプ１０２を具備するＩＣ２０２の別の断面図を示している。図２におけるように、ＩＣ２０２は、最初に、単独で示されており、次いで、基板２０６と当接して示されている。当接された部分は、ＩＣ２０２と基板２０６との間に付与された下側充填物の層３０２を示している。エポキシ樹脂の機械的な結合力をより強いものとするために、エポキシ樹脂の下側充填物質を付与する前に、例えば化学的に基板又はＩＣの表面を粗くさせることが可能である。
【００１０】
この下側充填処理は、装置に対してより大きな強度を与えるものであるが、角部は中立軸から最も離れているものであるから弱点部はいまだに角部にある。充分な数の熱応力サイクル動作の後に、その装置は図４で示したような変形した形状をとる場合がある。図示した如く、角部又はその近くにある半田バンプ４０２は基板２０６から分離されており、従って、最早電気的な接触を構成するものではない。ＩＣ２０２と基板２０６とが互いに引き離される場合に、半田バンプとＩＣ２０２との接触状態が破壊される場合がある。図５及び６はＩＣの角部におけるＩＣと基板との間の分離状態の音波画像を示している。明るい部分が分離状態を表わしている。
【００１１】
前述した如く、この問題はより大型のＩＣの場合に悪化する。ガラスファイバ及び熱膨脹係数が高いその他の廉価な物質が基板物質としてより一般的なものとなる場合にはこの問題が悪化される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠点を解消し、ＩＣと基板との間により高い結合力を与えることの可能な半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の１側面によれば基板上において使用するＩＣが回路とアンカー点（固定点）を有している。該回路は基板と接続するための回路接続部を有している。該アンカー（固定）点は、ＩＣと基板との間のボンド即ち結合に対し機械的強度を与える。
【００１４】
本発明の別の側面によれば、基板上で使用するＩＣを製造する方法が、ＩＣ上に回路を配置させ、且つアンカー（固定）点を形成する各ステップを有している。該回路は、基板に対する接続用の回路接続部を有している。該アンカー（固定）点は、ＩＣと基板との間のボンド即ち結合に対して機械的強度を与える。
【００１５】
【発明の実施の形態】
現在のフリップチップ組立体に関連する問題は、ＩＣをアンダーフィル即ち下側充填層へアンカー即ち固定することによって少なくとも部分的に解決することが可能である。図７は各角部に孔７０２を具備するＩＣ１００の表面を示している。図８は孔７０２の断面を示しており且つその一部の円８０２で示した部分は図９において拡大して示してある。図９は孔７０２を充填する下側充填層３０２を示しており、それはアンカー即ち固定手段を与えている。
【００１６】
孔７０２は、より一般的には、アンカー（固定）点として呼ぶことが可能である。アンカー（固定）点は事実上任意の形状及び寸法を有することが可能である。図７乃至９に示した好適実施例では円筒状の領域を使用しており、該領域の平面図は円であって、その場合に該アンカー（固定）点はリベットのように作用する。角部におけるアンカー（固定）点の配置は強度を与える上で効果的である。何故ならば、前述した如く、応力は角部において最も高いからである。その他の実施例では、平面図において、矩形状、角部においてＬ形状の領域、又は角部に配置された円弧状のアンカー（固定）点を使用することが可能であり、それらは全てＩＣを貫通して延在することが可能である。然しながら、これらのアンカー（固定）点は、効果があるためにＩＣを貫通して延在することは必ずしも必要ではない。
【００１７】
これらのアンカー（固定）点の変形例は溝及びその他の表面の凹部を包含することが可能である。この場合には、リベットというよりもペグとして作用する。表面の凹部は球状、円錐状、又は下側充填物とＩＣとの間の境界に対して横方向の安定性のベクトル成分を与えるその他の任意の形状とすることが可能である。図１０及び１１はＬ形状の矩形状の溝１０４を具備する回路表面１００上の半田バンプ１０２を具備するＩＣ２０２を示している。溝１０４は２つの脚部を有しており、それらはＩＣ２０２の周辺近くにおいてＩＣ２０２の側部のうちの２つに沿って走行しており且つこれら２つの側部によって形成される角部近くで連結している。図１１に示されるように、溝１０４は下側充填層３０２によって充填され、従って付加的な機械的強度を与える。図１０及び１１は単に例示的なものであって、実際の適用例では、残りの３つの角部において同様の溝を有する蓋然性がある。
【００１８】
表面凹部の別の実施例を図１２及び１３に示してある。この場合には、表面凹部１０６はフリップチップＩＣ２０２の回路面上に刻設した半球状の形状である。ドーム形状の表面凹部１０６も下側充填層３０２で充填されており、ＩＣ２０２と基板２０６との間のボンド即ち結合に対して付加的な強度を与えている。このような表面凹部に対する典型的な深さは約７８０ミクロン（３０ミル）の厚さを有するフリップチップＩＣに対してはほぼ１００ミクロンである。表面凹部は化学的エッチングプロセスで形成することが可能である。この例が示すように、表面凹部はＩＣの表面を単に粗くする一般的な実施方法以上のものを有している。それはＩＣ又は基板上に特定のアンカー（固定）点を配置させるものである。
好適実施例ではＩＣを貫通して孔を形成するために３つのステップからなるプロセスを使用している。第一ステップにおいては、小さな直径のタップ孔を回路側からＩＣを貫通してレーザーによって穿設する。第二ステップ及び第三ステップにおいては、このタップ孔を各側からカウンタボア（端ぐり孔）処理してより大きな直径のものとする。然しながら、カウンタボアはＩＣの中間にまで到達するものではない。円筒の中間部には空間が残され、該中間部における直径はカウンタボアの直径よりもより小さい。図７乃至９は好適実施例のアンカー（固定）点の２つの直径を示している。次いで、その孔を図９に示したように下側充填処理期間中に充填する。この場合にも、毛細管作用がエポキシ樹脂を該孔を介して引き込むことに貢献する。この好適実施例では、装置の寿命が約２年乃至４年のばされるものと期待される。
【００１９】
ＩＣ内にアンカー（固定）点を形成することに加えて又はその代わりに基板内にアンカー（固定）点を形成することも可能である。好適実施例においては、下側充填物質はエポキシ樹脂であって、それはガラスファイバーからなるプリント回路基板である基板と反応する。その反応はエポキシ樹脂と基板との間にボンド即ち結合を形成し、それはＩＣ内のシリコンとエポキシ樹脂との間のボンド即ち結合の約２倍強いものである。そのために、エポキシ樹脂と基板との間よりもエポキシ樹脂とＩＣとの間にアンカー即ち固定状態を与えることがより重要である。然しながら、変形実施例では、付加的な強度がより大きな信頼性を与える場合には両方の物質にアンカーを設けることが可能である。更に、その他の実施例では、異なる下側充填物質及び異なる基板物質を使用することも可能である。
【００２０】
上述した実施例では、ＩＣを基板へ電気的に接続するための方法として半田バンプを使用する場合について説明したが、アンカー（固定）点はその他のタイプのフリップチップ技術と共に使用することも可能である。更に、アンカー（固定）点はフリップチップ組立体以外のその他のタイプの相互接続技術と共に使用することも可能である。例えば、モールド型チップ組立体の場合には、ＩＣはプラスチックモールディングに対して取付けることが必要である。一般的な破壊パターンは剪断応力でありそれは熱ショックサイクルから発生する。この破壊パターンの発生を減少させるために本発明のアンカー（固定）点技術を使用することが可能である。
【００２１】
以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ制限されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに種々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来技術における半田バンプを具備するフリップチップＩＣ表面を示した概略底面図。
【図２】  最初は単独であり、次いでプリント回路基板等の基板へ接続した図１のフリップチップＩＣを示した概略断面図。
【図３】  フリップチップＩＣと基板との間にアンダーフィル（下側充填）層が設けられている状態を示した概略図。
【図４】  熱応力の影響を示した基板へ接続されているフリップチップＩＣの概略断面図。
【図５】  熱応力の影響を示したＩＣを具備する回路基板上のフリップチップＩＣの音波画像を示した概略平面図。
【図６】  熱応力の影響を示したＩＣを具備する回路基板上のフリップチップＩＣの音波画像を示した概略平面図。
【図７】  本発明に基づくアンカー（固定）点を示した半田バンプを具備するフリップチップＩＣ表面の概略底面図。
【図８】  最初は単独で示してあり、次いで、プリント回路基板等の基板上へ接続した状態を示してあり且つ本発明に基づくアンカー（固定）点の２つを示した図７のフリップチップＩＣの概略断面図。
【図９】  アンカー（固定）点を下側充填物質で充填した状態を示した図８の一部の分解拡大概略断面図。
【図１０】  本発明に基づく表面凹部を示した半田バンプを具備するフリップチップＩＣ表面を示した概略底面図。
【図１１】  最初は単独であり、次いで、プリント回路基板等の基板へ接続した図１０のフリップチップＩＣを示した概略断面図。
【図１２】  本発明に基づくアンカー（固定）点を示した半田バンプを具備したフリップチップＩＣ表面を示した概略底面図。
【図１３】  最初は単独の状態であり、次いで、プリント回路基板等の基板へ接続した図１２のフリップチップＩＣを示した概略断面図。
【符号の説明】
１００  ＩＣ表面
１０２  半田バンプ
３０２  下側充填層
７０２  孔（アンカー点）
【図１】
0004610031.tif 000002
【図２】
0004610031.tif 000003
【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】
0004610031.tif 000008
【図８】
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【図９】
0004610031.tif 000010
【図１０】
0004610031.tif 000011
【図１１】
0004610031.tif 000012
【図１２】
0004610031.tif 000013
【図１３】
0004610031.tif 000014