(57)【要約】【課題】高い電気的性能をより薄いパッケージによって達成することができるフリップチップＢＧＡパッケージング構造を提供する。【解決手段】金属基板はチップ配置領域、分配領域及び真空領域を有するチップ配置開口をし、前記分配領域及び真空領域を前記チップ配置領域と１対の領域として反対の角において隣接させ、薄膜相互接続層を前記金属基板上に形成し、ＢＵＭ層を前記薄膜相互接続層上に形成し、フリップチップを前記チップ配置開口において配置すると共に前記薄膜相互接続層及びバンプによって電気的に接続し、はんだマスク層を前記ＢＵＭ層上に形成し、前記はんだマスク層は、前記金属基板から最も離れた部分における前記ＢＵＭ層のトレース層の一部を露出させ、前記バンプとフリップチップとの間のギャップをアンダーフィルで満たし、はんだボールを前記はんだマスク層によって露出された前記トレース層と電気的に接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１表面及び第２表面とチップ配置開口とを有し、前記チップ配置開口が、チップ配置領域、分配領域及び真空領域を有し、前記分配領域及び真空領域が、前記チップ配置領域に接続され、前記チップ配置領域の２つの反対側の角において外に延びる、金属基板と、
前記金属基板の第１表面上を覆い、第１誘電体層及び第１トレース層を有し、前記第１誘電体層が前記金属基板の第１表面上にあり、前記第１トレース層が前記第１誘電体層を覆い、前記チップ配置開口内の前記第１誘電体層が複数のバンプ開口をさらに含む、薄膜相互接続層と、
前記薄膜相互接続層上に配置され、交互に配置された複数の第２誘電体層及び複数の第２トレース層を有し、前記第２誘電体層の１つが、隣接する２つの前記第２トレース層間に配置された、ビルドアップマルチレイヤ（ＢＵＭ）層と、
前記チップ配置開口において配置され、活性表面と、前記活性表面上の複数のバンプとを有し、前記バンプ開口によって露出された部分において前記バンプを介して前記第１とレース層に接続された、フリップチップと、
前記ＢＵＭ層上に配置され、前記金属基板から最も離れた前記第２トレース層の一部を露出させる開口を含む、はんだマスク層と、
前記バンプと前記フリップチップとの間のギャップ中に満たされるアンダーフィルと、
前記金属基板から最も離れた前記第２トレース層に、前記はんだマスク層によって露出された部分において取り付けられた複数のはんだボールとを具えることを特徴とするフリップチップボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）の構造。
【請求項２】
請求項１に記載の構造において、前記チップ配置開口上に前記チップ配置領域の外側領域において配置されたリーチスルービアをさらに具え、前記リーチスルービアが、前記第１誘電体層と、前記第１誘電体層と隣接した前記第２誘電体層とを通過し、前記金属基板に最も近い前記第２トレース層と、前記金属基板とに接触し、前記第１トレース層にも接触することを特徴とする構造。
【請求項３】
請求項１に記載の構造において、使用される誘電体材料が、エポキシベース材料のように、前記金属基板より大きいＣＴＥ（熱膨張係数）を有することを特徴とする構造。
【請求項４】
請求項１に記載の構造において、前記第１トレース層及び第２トレース層が、前記チップ配置開口のエッジの近くおよびエッジにおいて波型パターンであることを特徴とする構造。
【請求項５】
請求項１に記載の構造において、前記チップ配置開口中に満たされ、前記アンダーフィル及びフリップチップを取り囲むモールディングコンパウンドをさらに具え、前記フリップチップの後部側表面が露出されたままであることを特徴とする構造。
【請求項６】
第１表面及び第２表面を有する金属基板を設けるステップと、
薄膜堆積プロセスを行い、前記金属基板の第１表面上に第１誘電体層及び第１トレース層を有する相互接続層を形成するステップであって、前記第１誘電体層が前記金属基板の第１表面上にあり、前記第１トレース層が前記第１誘電体層上にある、ステップと、
ビルドアップマルチレイヤ（ＢＵＭ）プロセスを行い、前記相互接続層上にＢＵＭ層を形成するステップであって、第２誘電体層を反復的に形成し、前記第２誘電体層上に第２トレース層を形成し、前記所望のＢＵＭ層を形成するステップを含む、ステップと、
前記ＢＵＭ層上にはんだマスク層を形成するステップであって、前記はんだマスクが、複数の開口を有し、前記金属基板から最も離れた前記第２トレース層の一部を露出させる、ステップと、
前記基板の第２表面からチップ配置開口を形成し、前記第１誘電体層の一部を露出させるステップであって、前記チップ配置開口が、チップ配置領域、分配領域及び真空領域を有し、前記分配領域及び真空領域が、前記チップ配置領域に接続され、前記チップ配置領域の対角線に沿って外側に延びる、ステップと、
前記第１誘電体層において前記露出された部分において複数のバンプ開口を形成し、前記第１トレース層の一部を露出させるステップと、
前記チップ配置開口においてフリップチップを配置するステップであって、前記フリップチップが、活性表面と、前記活性表面上の複数のバンプとを有し、前記バンプが、前記第１トレース層に前記バンプ開口によって露出された部分において接続される、ステップと、
アンダーフィルプロセスを行い、前記チップ配置開口の分配領域において分配し、同時に、真空化プロセスを前記真空領域において行い、アンダーフィルを前記バンプと前記フリップチップとの間のギャップに満たすようにするステップと、
ボール取り付けプロセスを行い、はんだボールを、前記金属基板から最も離れた前記第２トレース層に、前記はんだマスク層によって露出された部分において接続させるステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、
リーチスルービアを、前記チップ配置領域の外側部分において位置する前記金属基板上に形成するステップであって、前記リーチスルービアが、前記第１誘電体層と、前記第１誘電体層と隣接する前記第２誘電体層とを通過し、前記金属基板に最も近い前記第２トレース層と、前記金属基板とに接触し、前記第１トレース層にも接触する、ステップをさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、前記リーチスルービアを形成するステップが、レーザ穴あけプロセス及び電気メッキプロセスを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法において、前記金属基板から最も離れた前記第２トレース層を配置した後で、パターン化する前に、前記バンプ開口をＮｉ／Ｃｕ／Ａｕでメッキし、前記開口を満たすことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、前記相互接続層における開口欠陥の製造試験の費用のかかるステップを、欠けているフリップチップバンプを検査し、ＢＧＡ側において低コストの設備を使用し、ＢＧＡビア開口を試験するステップに置き換えることができることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フリップチップボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）パッケージ及び製造プロセスに関する。より特に、本発明は、高密度ＢＧＡパッケージ及び製造プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
チップパッケージング技術は、パッケージングサイズを縮小し、Ｉ／Ｏ端子を増加する傾向において開発されており、フリップチップパッケージング技術は不可欠な技術の１つである。フリップチップ技術は、特徴的に、外部への接続のためにウェハ上の接続端子（通常は金属ボンディングパッド）上にバンプを形成し、このバンプを使用し、前記基板との電気的接続を得る。前記フリップチップ技術は、高密度において、かつ、より良い電気的性能に関する低いインダクタンス効果において、前記Ｉ／Ｏ端子との接続を得る。
【０００３】
パッケージング基板の慣例的な構造は、通常、ラミネート方法またはビルドアップ方法によって形成され、これは、外側層に関して平坦性を悪化させる。結果として、精度を制御するのは困難である。この種のパッケージング基板を高密度かつファインピッチにおいてフリップチップパッケージにおいて使用する場合、製造プロセスは難しく、歩留まりは大きく悪影響を受ける。
【０００４】
加えて、慣例的な高密度パッケージング基板を前記フリップチップ技術において含める場合、層間の安定性を得るために、より厚い内側基板層を使用することが必要である。結果として、合計の厚さは大きく、電気的な視点からの電源性能は劣化する。
【０００５】
さらに、前記慣例的な高密度パッケージング基板は、その厚さのため、硬いため、前記フリップチップを前記基板に結合した後、前記チップの絶縁層において、熱膨張率の差によって生じる変形及びストレスによるダメージが動作中に生じるおそれがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的の１つは、高い電気的性能をより薄いパッケージによって達成することができるフリップチップＢＧＡパッケージング構造及び製造プロセスを提供することである。
【０００７】
本発明の目的の１つは、フリップチップのバンプをファインピッチにすることができるフリップチップＢＧＡパッケージング構造及び製造プロセスを提供することである。
【０００８】
本発明の目的の１つは、前記チップがストレス及び変形をあまり受けず、その結果、パッケージング歩留まり及び確実性を効果的に改善することができるフリップチップＢＧＡパッケージング構造及び製造プロセスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ここに具体化し、広く記載したように、本発明は、金属基板と、１層以上の薄膜相互接続層及び／又はビルドアップマルチレイヤ（ＢＵＭ）層と、はんだマスク層と、フリップチップと、アンダーフィルと、はんだボールとを含むフリップチップＢＧＡパッケージの構造を提供する。前記金属基板は、チップ配置領域と、分配領域と、真空領域とを有するチップ配置開口を有し、前記分配領域及び真空領域を、前記チップ配置領域と、１対の領域として反対の角において隣接させる。前記薄膜相互接続層を、前記金属基板上に形成する。前記ＢＵＭ層を、前記薄膜相互接続層上に形成する。前記フリップチップを、前記チップ配置開口において配置し、前記薄膜相互接続層とバンプによって電気的に接続する。前記はんだマスク層を、前記ビルドアップ構造層上に形成し、前記はんだマスク層は、前記金属基板２００から最も離れた部分において前記ビルドアップ構造層のトレース層の一部を露出させる。前記バンプとダイ表面との間のギャップを、前記アンダーフィルで満たす。前記はんだボール２８０を、前記はんだマスク層２２０によって露出された前記トレース層２１６と電気的に接続する。
【００１０】
本発明のフリップチップＢＧＡパッケージにおいて、前記金属基板のチップ配置領域以外の部分において位置するリーチスルービア２１８をさらに含む。前記リーチスルービアは、前記薄膜相互接続層の誘電体層と、前記金属基板に最も近い前記ＢＵＭ層の誘電体層とを通過させる。結果として、前記リーチスルービアは、前記金属基板に最も近い前記ＢＵＭ層のトレース層と、前記金属基板とに接触し、前記薄膜相互接続層のトレース層にも接触する。
【００１１】
本発明は、第１表面及び第２表面を有する金属基板を含むフリップチップＢＧＡパッケージを形成する方法も提供する。相互接続層を前記金属基板の第１表面上に、堆積プロセスによって形成する。１層以上のＢＵＭ層を前記相互接続層上に形成する。はんだマスク層を前記ＢＵＭ層上に形成し、前記ＢＵＭ層のトレース層を露出させる。前記相互接続層の誘電体層の一部を露出させるために、チップ配置開口を前記金属基板の第２表面において形成する。前記チップ配置開口は、チップ配置領域と、分配領域と、真空領域とを有し、前記分配領域及び真空領域を、前記チップ配置領域に、前記チップ配置領域の２つの反対の角から外に延びる１対として接続する。前記相互接続層のトレース層を露出させるバンプ開口を、前記誘電体層において、前記相互接続層の露出された部分において形成する。フリップチップバンプ取り付けのため、バンプパッドをメッキし、前記開口をＣｕ／Ｎｉ／Ａｉ金属で満たす。フリップチップを前記チップ配置開口内に配置する。前記フリップチップは、多数のバンプを有し、前記バンプを前記相互接続層にバンプパッドを介して接続する。分配プロセスを行い、前記チップ配置開口の分配領域内にアンダーフィルを形成する。また、真空化プロセスを前記真空領域において行い、前記アンダーフィルを前記バンプとチップとの間のギャップ中に満たすようにする。ボール配置プロセスを行い、多数のはんだボールを有し、前記はんだボールを、前記はんだマスク層によって露出された部分における前記金属層から最も離れた前記ＢＵＭ層のトレース面に電気的に接続する。
【００１２】
前述のトレース層における回路パターンは、前記チップ配置開口のエッジに対して波型形状である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、前記分配領域及び真空領域は、１対として、前記チップ配置領域の対角線に沿って外に延びる。本発明において、前記アンダーフィルプロセスを、前記チップ配置領域のある角において行い、前記真空化プロセスを、前記チップ配置領域の反対の角において行う。この方法によって、前記アンダーフィルプロセスを行うのに使用される時間は減少し、バブル現象は有効に回避される。
【００１４】
加えて、前記チップ配置開口は、前記分配領域及び真空領域を有するため、前記チップ配置領域を小さくすることができ、結果として、パッケージングの確実性を改善することができる。
【００１５】
本発明の前記特徴によれば、前記リーチスルービアは、前記金属基板に最も近い前記ＢＵＭ層のトレース層を、前記金属基板に電気的に接続することを可能にする。同時に、前記リーチスルービアは、前記薄膜相互接続層の第１トレース層に接触し、前記金属基板を設置電源として使用し、結果としてより良好な導電性が生じる。
【００１６】
本発明の前記特徴によれば、前記トレース層は、前記チップ配置開口のエッジに対して波型形状である。前記基板の開口に沿ったストレス集中は、前記金属トレース層を変形させるかもしれない。波型形状トレースは、壊れることなく、前記ストレスにより良好に耐えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１−１１を参照し、本発明の好適実施例による製造プロセスであり、フリップチップＢＧＡパッケージを形成する方法を図式的に説明する。
【００１８】
図１において、第１表面２００ａ及び第２表面２００ｂを有する金属基板２００を設ける。
【００１９】
図２において、相互接続層２０２を、フィルム堆積プロセスによって、金属基板２００の第１表面２００ａ上に形成する。例えば、第１誘電体層２０４をコーティングプロセスによって形成し、例としてスパッタリングプロセスも使用し、第１トレース層２０６を形成する。第１誘電体層２０４は、金属基板２００の第１表面２００ａ上である。第１トレース層２０６は、第１誘電体層２０４上である。
【００２０】
図３−５において、ビルドアッププロセスを行い、ビルドアップマルチレイヤ（ＢＵＭ）層２０８（図５参照）を形成し、ＢＵＭ層２０８の誘電体層及びトレース層を、相互接続層２０２上に二者択一的に形成する。図３において、パターン化された第２誘電体層２１０を相互接続層２０２上に形成する。次に、図４において、パターン化された第２トレース層２１２を第２誘電体層２１０上に形成する。
【００２１】
ＢＵＭ層２０８を形成するプロセス中、導電性効果又は電流輸送効果を改善するために図４に示すようにいくつかのプロセスをさらに含める。
【００２２】
図４において、図４における電気メッキプロセスと共に図３におけるレーザ穴あけプロセスを使用し、リーチスルービア２１８を形成し、リーチスルービア２１８を、詳細に関して図１１に説明したように、金属基板２００のチップ配置開口２５０内のチップ配置領域２５０ａの外側部分において配置する。リーチスルービア２１８は、第１誘電体層２０４と、隣接する第２誘電体層２１０とを通過し、金属基板２００の第２トレース層２１２と金属基板２００とに接触する。ここで、第１トレース層２０６も同時に接触する。
【００２３】
ここで、金属基板２００を接地する。リーチスルービア２１８の特長によって、接地板は、大電流をきわめて小さい電圧降下で運ぶことができる。結果として、前記基板の電流輸送の能力は、大きく改善される。
【００２４】
図５において、次に、パターン化された第２誘電体層２１４を第２トレース層２１２上に形成する。他のパターン化された第２トレース層２１６を第２誘電体層２１４上に形成する。
【００２５】
図６において、はんだマスク層２２０をＢＵＭ層２０８上に形成する。このはんだマスク層は、多数の開口２２０ａを有し、金属基板２００から最も離れた第２トレース層２１６の一部を露出させる。ボールパッド２２２を第２トレース層２１６上に、開口２２０ａによって露出された部分において形成する。
【００２６】
図７において、チップ配置開口２５０を、金属基板２００において第２表面２００ｂから形成し、第１誘電体層２０４を露出させる。また、図１１を参照し、チップ配置開口２５０は、チップ配置領域２５０ａと、分配領域２５０ｂと、真空領域２５０ｃとを有し、参照符２６０によって示す要素は、配置すべきフリップチップである（図９参照）。チップ配置開口２５０は、チップ配置領域２５０ａがフリップチップ２６０よりわずかに大きい形状を有し、分配領域２５０ｂ及び真空領域２５０ｃをチップ配置領域２５０ａに接続し、分配領域２５０ｂ及び真空領域２５０ｃは、対として反対の角にあり、外側に延びる。
【００２７】
図８において、いくつかのバンプ開口２５２を、露出された第１誘電体層２０４において形成し、第１トレース層２０６を露出させる。バンプ開口２５２を形成する方法は、例えばレーザ穴あけ方法を含む。
【００２８】
図９において、フリップチップ２６０を、チップ配置開口２５０内のチップ配置領域２５０ａにおいて配置する。フリップチップ２６０は活性領域２６０ａを有し、いくつかのバンプ２６２を活性領域２６０ａ上に形成する。リフロープロセスによって、バンプ２６２を第１トレース層２０６に、バンプ開口２５２によって露出された部分において電気的に結合する。
【００２９】
次に、アンダーフィルプロセスを行い、チップ配置開口２５０の分配領域２５０ｂにおいて分配する。同時に、真空プロセスを真空領域２５０ｃにおいて行い、アンダーフィルをバンプ２６２間のギャップ中に満たせるようにする。
【００３０】
本発明によれば、チップ配置開口２５０の形状を変化させることができ、重要な考慮は、チップ配置領域２５０ａを、わずかにより大きい形状を有するフリップチップ２６０に近づけることである。分配領域２５０ｂ及び真空領域２５０ｃをチップ配置領域２５０ａに接続し、チップ配置領域２５０ａの逆の角において配置する。結果として、前記真空化プロセスを容易に行うことができる。
【００３１】
次に、モールディングプロセスを行う。モールディングコンパウンド２９０をチップ配置開口２５０中に満たし、アンダーフィル２７０を覆い、フリップチップ２６０を、露出された部分で取り囲む。
【００３２】
図１０において、ボール配置プロセスを行う。ボールパッド２２２を経て、はんだボール２８０を、金属基板２００から最も離れた第２トレース層２１６に、はんだマスク層２２０によって露出された部分において電気的に接続する。次に、前記フリップチップＢＧＡのパッケージングプロセスを行う。
【００３３】
図１２は、本発明の好適実施例による、前記チップ配置開口に関するトレース層を図式的に示す図である。図１２において、前記第１トレース層を、説明に関する例として使用する。前述のトレース層２０６、２１２、２１６の形成中、これらのトレース層の各々は、点線２４８によって示すチップ配置開口２５０のエッジを横切る場合、波型形状を有することに注意すべきである。
【００３４】
前記チップ配置開口のエッジの近く又はエッジにおいて各々のトレース層の波型トレースパターンを設計する理由は、以下の通りである。前記金属基板を前記チップ配置開口において除去するため、前記基板は、前記チップ配置開口における中心領域と、外側領域との間で加熱された場合、一様でない熱膨張率を有する。この一様でない熱膨張率は、前記チップ配置開口のエッジに沿ったストレス集中を生じる。
【００３５】
前記基板が（例えば熱膨張により）変形した場合、前記波型形状は、ストレス軽減機能を生じる。前記トレース層は、前記変形によるダメージを受けない。結果として、製品信頼性を改善することができる。さらに、前記トレースパターンは、前記波型形状に限定されず、のこぎり歯状形状または任意の曲がり形状であってもよい。
【００３６】
本発明によれば、本発明は少なくとも以下のような利点を有する。
【００３７】
（１）本発明は、前記チップ配置領域の対角線に沿って延びる１対としての分配領域及び真空領域を有する。ある角を分配プロセスで実行するのと同時に、他の角を真空プロセスで実行する。この方法において、分配時間を減少することができ、バブル現象も有効に回避することができる。
【００３８】
（２）同じ理由により、前記チップ配置開口は分配領域及び真空領域を有するため、前記チップ配置領域のサイズを小さくすることができ、パッケージング信頼性を改善することができる。
【００３９】
（３）本発明において、前記リーチスルービアは、前記金属基板に最も近いＢＵＭ層の第２トレース層を、前記金属基板と接触させることを可能にする。同時に、前記薄膜相互接続層の第１トレース層も接続する。したがって、前記金属層は接地される。これは、前記フリップチップに関する電流輸送効果の大きな効果を達成することができる。
【００４０】
本発明の各々のトレース層は、前記チップ配置開口のエッジの近く又はエッジにおいて波型形状である。前記基板が変形した場合、ストレス軽減機能を生じる。したがって、前記基板の変形に耐える能力は改善され、製品信頼性も改善される。
【００４１】
当業者には、本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、本発明の構造に種々の変更及び変形を行うことができることは明らかであろう。上記を考慮して、本発明は、特許請求の範囲およびこれらの等価物に入るならば、本願の変更及び変形をカバーすることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の好適実施例によるフリップチップＢＧＡを形成する方法を図式的に示す図である。
【図２】本発明の好適実施例によるフリップチップＢＧＡを形成する方法を図式的に示す図である。
【図３】本発明の好適実施例によるフリップチップＢＧＡを形成する方法を図式的に示す図である。
【図４】本発明の好適実施例によるフリップチップＢＧＡを形成する方法を図式的に示す図である。
【図５】本発明の好適実施例によるフリップチップＢＧＡを形成する方法を図式的に示す図である。
【図６】本発明の好適実施例によるフリップチップＢＧＡを形成する方法を図式的に示す図である。
【図７】本発明の好適実施例によるフリップチップＢＧＡを形成する方法を図式的に示す図である。
【図８】本発明の好適実施例によるフリップチップＢＧＡを形成する方法を図式的に示す図である。
【図９】本発明の好適実施例によるフリップチップＢＧＡを形成する方法を図式的に示す図である。
【図１０】本発明の好適実施例によるフリップチップＢＧＡを形成する方法を図式的に示す図である。
【図１１】本発明によるチップ配置開口を図式的に示す図である。
【図１２】本発明によるトレース層を図式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
２００  金属基板
２０２  相互接続層
２０４  第１誘電体層
２０６  第１トレース層
２０８  ＢＵＭ層
２１０、２１４  第２誘電体層
２１２、２１６  第２トレース層
２１８  リーチスルービア
２２０  はんだマスク層
２２０ａ  開口
２２２  ボールパッド
２５０  チップ配置開口
２５２  バンプ開口
２６０  フリップチップ
２６０ａ  活性領域
２６２  バンプ
２７０  アンダーフィル
２８０  はんだボール
２９０  モールディングコンパウンド
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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