(57)【要約】【課題】実装工程において一般的なボンディング装置を用いてチップの平行度を高め、バンプ接合の信頼性を向上した半導体基板及びその製造方法を提供する。【解決手段】バンプ４を表面に設けた半導体チップ３を、基板１の表面に設けた電極パッド２ａ上にバンプ４が位置するように載置し、バンプ４と電極パッド２ａを接触させ一体化してなる半導体基板において、バンプ４と電極パッド２ａが接触しているときに半導体チップ３に基板１とは反対方向の力を半導体チップ３のバンプ４を設けた表面に分布するように生じさせる平行度改善手段５を有し、平行度改善手段５は、半導体チップ３と基板１との距離が近くなるほど大きな力を生じさせるものであることを特徴としている。【選択図】図１
2005051013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンプを表面に設けた半導体チップを、基板の表面に設けた電極パッド上にバンプが位置するように載置し、バンプと電極パッドを接触させ一体化してなる半導体基板において、バンプと電極パッドが接触しているときに半導体チップに基板とは反対方向の力を半導体チップのバンプを設けた表面に分布するように生じさせる平行度改善手段を有し、平行度改善手段は、半導体チップと基板との距離が近くなるほど大きな力を生じさせるものであることを特徴とする半導体基板。
【請求項２】
平行度改善手段は、バンプを設けた面に対して略平行な磁極面を有する半導体チップに設けられた第１の磁石に、この磁極面に対向する磁極面が同種の極性となるように基板に設けられた第２の磁石により磁界を与え、第１の磁石と第２の磁石との間に働く斥力により半導体チップに基板とは反対方向に力を生じさせるものであることを特徴とする請求項１記載の半導体基板。
【請求項３】
第１の磁石と第２の磁石は、少なくともどちらか一方が略環状であり、半導体チップ側から基板へ向かう方向に見たときに一方の環内に他方の磁石を内包するものであることを特徴とする請求項２記載の半導体基板。
【請求項４】
バンプを表面に設けた半導体チップを、基板の表面に設けた電極パッド上にバンプが位置するように載置し、バンプと電極パッドを接触させ一体化する半導体基板の製造方法において、バンプと電極パッドが接触しているときに、半導体チップに基板とは反対方向に、半導体チップと基板との距離が近くなるほど大きな力を半導体チップのバンプを設けた表面に分布するように生じさせる平行度改善手段により、半導体チップのバンプが設けられた面と基板の表面との平行度を改善して半導体チップと基板とをバンプ接合することを特徴とする半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップと基板をバンプ接合した半導体基板とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バンプ接合は、例えば図６（ａ）のように、基板１が有する電極パッド２ａ上に半導体チップ３が有するバンプ４が位置するようにボンディング装置（図示せず）により位置決めし、同図（ｂ）のように、半導体チップ３を基板１に向けて加圧してバンプ４を電極パッド２ａに接触させ、例えば超音波により接触部を加熱して溶融することにより一体化し、その後同図（ｃ）のようにアンダーフィル６を半導体チップ３と基板１との間に注入する実装工程により行われる。この実装工程において、基板１の表面と半導体チップ３のバンプ４を有する表面との平行度が悪く、傾いていると、他の工程などにおいて加わる熱ストレスに起因する応力によりバンプ接合部にクラックが生じたり、接合不良が生じることがある。
【０００３】
この平行度を向上させるために、特許文献１においては、ヘッドに保持されたベアチップの突起電極を配線基板に押しつけることによって、ベアチップと面接触する平板およびこの平板からの力により弾性変形する緩衝材をヘッドに備えたベアチップ搭載装置が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−１７３００７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された構成は、半導体チップ（ベアチップ）と基板（配線基板）との平行度を向上させることができるので有用であるが、このような特殊なボンディング装置（ベアチップ搭載装置）を有さない実装工程において平行度を向上させる技術を開示するものではなかった。
【０００５】
本発明は、上記事由に鑑みてなしたもので、その課題は、実装工程において一般的なボンディング装置を用いてチップの平行度を高め、バンプ接合の信頼性を向上した半導体基板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】
上記課題を解決するために、バンプを表面に設けた半導体チップを、基板の表面に設けた電極パッド上にバンプが位置するように載置し、バンプと電極パッドを接触させ一体化してなる半導体基板において、バンプと電極パッドが接触しているときに半導体チップに基板とは反対方向の力を半導体チップのバンプを設けた表面に分布するように生じさせる平行度改善手段を有し、平行度改善手段は、半導体チップと基板との距離が近くなるほど大きな力を生じさせるものであることを特徴としている。
【０００７】
また、バンプを表面に設けた半導体チップを、基板の表面に設けた電極パッド上にバンプが位置するように載置し、バンプと電極パッドを接触させ一体化する半導体基板の製造方法において、バンプと電極パッドが接触しているときに、半導体チップに基板とは反対方向に、半導体チップと基板との距離が近くなるほど大きな力を半導体チップのバンプを設けた表面に分布するように生じさせる平行度改善手段により、半導体チップのバンプが設けられた面と基板の表面との平行度を改善して半導体チップと基板とをバンプ接合することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本願発明の半導体基板においては、バンプと電極パッドが接触しているときに、半導体チップのバンプの設けられた表面と基板表面とが傾いて、その間の距離が近いところと遠いところが存在すると、平行度改善手段は、半導体チップに、距離が近くなるほど大きな力を基板から離れる方向に生じさせるので、実装工程において一般的なボンディング装置を用いてチップの平行度を高め、バンプ接合の信頼性を向上した半導体基板を提供できる。
【０００９】
また、本願発明の半導体基板の製造方法においては、バンプと電極パッドが接触しているときに、半導体チップのバンプの設けられた表面と基板表面とが傾いて、その間の距離が近いところと遠いところが存在すると、平行度改善手段は、距離が近くなるほど大きな力を生じさせるので、実装工程において特殊なボンディング装置を用いることなくチップの平行度を高め、バンプ接合の信頼性を向上することができる半導体基板の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本願発明の第１の実施形態について、図１、図２を用いて説明する。この半導体基板は、バンプ４を表面に設けた半導体チップ３を、基板１の表面に設けた電極パッド２ａ上にバンプ４が位置するように載置し、バンプ４と電極パッド２ａを接触させ一体化したものである。このものは、バンプ４と電極パッド２ａが接触しているときに半導体チップ３に基板１とは反対方向の力を半導体チップ３のバンプ４を設けた表面に分布するように生じさせる平行度改善手段５を有し、平行度改善手段５は、半導体チップ３と基板１との距離が近くなるほど大きな力を生じさせている。
【００１１】
そして、平行度改善手段５は、基板１表面に対して略平行な磁極面を有する半導体チップ３に設けられた第１の磁石５ａに、この磁極面に対向する磁極面が同種の極性となるように基板１に設けられた第２の磁石５ｂにより磁界を与え、第１の磁石５ａと第２の磁石５ｂとの間に働く斥力により半導体チップ３に基板１とは反対方向に力を生じさせる。また、第１の磁石５ａと第２の磁石５ｂは、少なくともどちらか一方が略環状であり、半導体チップ３側から基板１へ向かう方向に見たときに一方が他方を内包するものとなっている。
【００１２】
次に、本実施形態を詳細に説明する。基板１は、樹脂により平板状に形成されたものである。このものは、複数の配線パターン２を有しており、配線パターン２の端部には電極パッド２ａが設けられている。また、このものは、半導体チップ３の実装面側に第２の磁石５ｂを有している。
【００１３】
配線パターン２は、導体の薄膜により基板１上に設けられるもので、基板１に実装される半導体チップ３のような素子と他の素子とを接続するものである。このものは、端部にバンプ４と接続する円形の電極パッド２ａを有している。
【００１４】
半導体チップ３は、直方体の半導体に電気回路を微細に加工したものであり、その表面には電気回路の端子として形成される複数の（ここでは４つの）バンプ４が設けられている。このものは、バンプ４が電極パッド２ａ上に位置するように基板１の面とは平行に載置され、載置されたときに基板１側になる表面に第１の磁石５ａが設けられている
バンプ４は、金で半導体チップ３の一表面の四隅の近傍に円筒状に形成されている。このものは、半導体チップ３が基板１上に載置されるときに、電極パッド２ａ上に位置しており、その接触面を、例えば超音波などにより加熱して溶融することにより一体化されている。
【００１５】
平行度改善手段５は、第１の磁石５ａと第２の磁石５ｂとを有して形成されている。第１の磁石５ａは、厚さ方向に着磁された円板状の永久磁石であり、半導体チップ３のバンプ４を設けた側の表面に設けられている。第２の磁石５ｂは、厚さ方向に着磁された円環状で板状の永久磁石であり、基板１の半導体チップ３の実装面に設けられた凹部に嵌め合わせて設けられている。
【００１６】
第１の磁石５ａと第２の磁石５ｂとは、バンプ４を電極パッド２ａに接触させたときに第１の磁石５ａの中心軸と第２の磁石５ｂの中心軸とがほぼ一致するように構成されている。そして、上面視（半導体チップ３側から基板１へ向かう方向に見たとき）で、第１の磁石５ａの外周面と第２の磁石の内周面とは、その間隔が全周にわたって等間隔になるようになっている。このように、これらの磁石は、上面視で一方の環内に他方の磁石が内包されている（ここでは、第１の磁石５ａが第２の磁石５ｂに内包されている）ので、半導体チップ３が基板１に対して平行な方向にずれた場合にそのずれを修正する方向の力が生じる。
【００１７】
また、第１の磁石５ａと第２の磁石５ｂは、対向する磁極面が同極になるように側面視で略平行になるように構成されているので、半導体チップ３と基板１との距離が近づくほど大きな斥力が生じる。ここで、第１の磁石と第２の磁石は一定の面積を有して半導体チップ３のバンプ４を設けた表面の中心部分を含む領域を占めており、この斥力は、半導体チップ３に基板１とは反対方向に、半導体チップ３のバンプ４を設けた表面に分布するように生じる。そのため、半導体チップ３のバンプ４の設けられた表面と基板表面とが傾くと、斥力を発生する領域において、その間の距離が近いところと遠いところが存在するようになり、距離の近いところでは大きな斥力を、距離の大きなところでは小さな斥力を生じる。
【００１８】
したがって、ボンディング装置による加圧力と半導体チップ３の重量（バンプ４と第１の磁石５ａの重量を含む）と第１の磁石５ａと第２の磁石５ｂの残留磁束密度等により定まる一定位置における安定状態が存在し、その安定状態においては、半導体チップ３と基板１の実装面とは平行となる。
【００１９】
この平行度改善手段５は、実装工程において、バンプ４と電極パッド２ａを接触させたときを含め、そののち実装工程を終了しても常に半導体基板に存在している。
【００２０】
次に、この半導体基板を製造する製造方法を図２に基づいて説明する。まず、図２（ａ）のように、半導体チップ３にはバンプ４を設けられ、基板１には配線パターン２と配線パターン２の端部に電極パッド２ａが設けられ、それぞれが分離されている。そして、半導体チップ３を保持し、移動させるボンディング装置の架台（図示せず）により、バンプ４を電極パッド２ａ上に位置合わせする。
【００２１】
そして、同図（ｂ）のように、半導体チップ３を載置し、架台により加圧しつつ、例えば超音波を用いるなどして接触部を加熱し溶融する。このとき、半導体チップ３のバンプ４を設けた面と基板１の半導体チップ３の実装面との平行度が低下していると、半導体チップ３の一部が他の部分と比較して基板１との間の距離が小さい箇所が生じる。平行度改善手段５は、第１の磁石５ａと第２の磁石５ｂとの距離が近づくほど大きな力で斥力が生じるので、半導体チップ３は平行度を改善するように基板１とは逆方向に力を受ける。したがって、一般的なボンディング装置を用いた場合にも、平行度改善手段５により、バンプ接合の平行度を向上することができる。
【００２２】
それから、同図（ｃ）のように、アンダーフィル６を半導体チップ３と基板１との間に注入し、その後、リフロー工程により各部の残留応力を除去する。
【００２３】
このように、第１の実施形態においては、バンプ４と電極パッド２ａが接触しているときに、半導体チップ３のバンプ４の設けられた表面と基板表面とが傾いて、その間の距離が近いところと遠いところが存在すると、平行度改善手段５は、半導体チップ３に、距離が近くなるほど大きな力を基板１から離れる方向に生じさせるので、実装工程において一般的なボンディング装置を用いてチップの平行度を高めることができ、バンプ接合の信頼性を向上した半導体基板を提供できる。
【００２４】
また、平行度改善手段５は、半導体チップ３に設けられた第１の磁石５ａと基板１に設けられた第２の磁石５ｂにより構成され、第１の磁石５ａと第２の磁石５ｂは、少なくともどちらか一方が略環状であり、半導体チップ３側から基板１へ向かう方向に見たときに一方の環内に他方の磁石を内包するので、バンプ接合時に半導体チップ３が基板１に対して平行な方向にずれた場合にそのずれを修正する方向の力が生じる。したがって、半導体チップ３の基板１に対して平行な方向のずれを小さくした半導体基板を提供できる。
【００２５】
次に、本願発明の第２の実施形態について、図３を用いて説明する。このものは、第１の実施形態と比較して、平行度改善手段５の第１の磁石５ａと第２の磁石５ｂの構成が異なっており、その他は第１の実施形態と同じ構成である。
【００２６】
第１の磁石５ａは、厚さ方向に着磁された矩形の板状の永久磁石であり、半導体チップ３のバンプ４を設けた側の表面に設けられている。
【００２７】
第２の磁石５ｂは、第１の磁石５ａと向かい合う面の磁極が同極になるように厚さ方向に着磁された、矩形の略環状に板状に形成された永久磁石であり、４つの磁石片５ｂａ〜５ｂｄに分かれて基板１の半導体チップ３の実装面に埋め込んで設けられている。
【００２８】
磁石片５ｂａ〜５ｂｄは、それぞれ合同なＬ字状に形成されており、上面視で、第２の磁石５ｂの内周側に位置する角部を形成する２辺と、第１の磁石５ａの角部を構成する２辺との対応する辺が平行で、その間隔が等しくなるように配設されている。そして、磁石片５ｂａと磁石片５ｂｂ、磁石片５ｂｂと磁石片５ｂｃ、磁石片５ｂｃと磁石片５ｂｄ、磁石片５ｂｄと磁石片５ｂａの間には磁石のない部分が設けられている。このようにして、第１の磁石５ａと第２の磁石５ｂとは、バンプ４を電極パッド２ａに接触させたときに第１の磁石５ａの中心軸と第２の磁石５ｂの中心軸とがほぼ一致するように構成されている。また、第１の磁石５ａと第２の磁石５ｂは、対向する磁極面が同極になるように側面視で略平行になるように構成されている。
【００２９】
したがって、第２の実施形態においても、半導体チップ３と基板１との距離が近づくほど大きな斥力が生じるとともに、上面視で一方が他方に内包されているので、半導体チップ３が基板１に対して平行な方向にずれた場合にそのずれを修正する方向の力が生じる。そのため、実装工程において一般的なボンディング装置を用いてチップの平行度を高めることができ、バンプ接合の信頼性するとともに、半導体チップ３の基板１に対して平行な方向のずれを小さくした半導体基板を提供できる。
【００３０】
次に、本願発明の第３の実施形態について、図４を用いて説明する。このものは、第２の実施形態と比較して、バンプ４と、平行度改善手段５の構成が異なっており、その他は第２の実施形態と同じ構成である。
【００３１】
バンプ４は、金で半導体チップ３の一表面に四隅から等距離離れて円筒状に形成されている。このものは、半導体チップ３が基板１上に載置されるときに、電極パッド２ａ上に位置しており、その接触面を加熱し溶融することにより一体化されている。
【００３２】
平行度改善手段５は、第１の磁石５ａと第２の磁石５ｂとを有して形成されている。第１の磁石５ａは、厚さ方向に着磁され、４つのバンプ４を取り囲むように矩形の略環状に板状に形成された永久磁石であり、４つの磁石片５ａａ〜５ａｄに分かれて半導体チップ３のバンプ４を設けた側の表面に設けられている。これらの磁石片５ａａ〜５ａｄは、上面視でＬ字状に形成されており、第１の磁石５ａの内周側の角部が最も近いバンプ４の中心からそれぞれほぼ等距離になるように配設されている。
【００３３】
第２の磁石５ｂは、第１の磁石５ａと向かい合う面が同極になるように厚さ方向に着磁された、矩形の略環状に板状に形成された永久磁石であり、４つの磁石片５ｂａ〜５ｂｄに分かれて基板１の半導体チップ３と対向する側の面に埋め込んで設けられている。
【００３４】
磁石片５ｂａ〜５ｂｄは、上面視でそれぞれ合同なＬ字状に形成されており、第２の磁石５ｂの内周側に位置する角部を形成する２辺と、第１の磁石５ａの外周側の角部を構成する２辺のそれぞれ対応する辺が平行で、その間隔が等しくなるように配設されている。このようにして、第１の磁石５ａと第２の磁石５ｂとは、バンプ４を電極パッド２ａに接触させたときに第１の磁石５ａの中心軸と第２の磁石５ｂの中心軸とがほぼ一致するように構成されている。また、第１の磁石５ａと第２の磁石５ｂは、対向する磁極面が同極になるように側面視で略平行になるように構成されている。
【００３５】
したがって、第２の実施形態においても、半導体チップ３と基板１との距離が近づくほど大きな斥力が生じるとともに、上面視で一方の環内に他方の磁石が内包されているので、半導体チップ３が基板１に対して平行な方向にずれた場合にそのずれを修正する方向の力が生じる。そのため、実装工程において一般的なボンディング装置を用いてチップの平行度を高めることができ、バンプ接合の信頼性を向上させるとともに、半導体チップ３の基板１に対して平行な方向のずれを小さくした半導体基板を提供できる。
【００３６】
次に、本願発明の第４の実施形態について、図５を用いて説明する。このものは、第１の実施形態と比較して平行度改善手段５の構成が異なっており、その他は第１の実施形態と同じ構成である。
【００３７】
平行度改善手段５は、第１の磁石５ａと、第２の磁石５ｃとを有して形成されている。第１の磁石５ａは、厚さ方向に着磁された円板状の永久磁石であり、半導体チップ３のバンプ４を設けた側の表面に設けられている。
【００３８】
第２の磁石５ｃは、上面視で第１の磁石５ａと合同の円柱状の永久磁石であり、第１の磁石５ａと向かい合う面が同極になるように着磁されている。このものは、図２に示した半導体基板の実装工程におけるバンプ４と電極パッド２ａが接触している加圧、加熱工程において、例えば、ボンディング装置の下方に配設するなどして、基板１の半導体チップ３の実装面の反対側に配されている。このようにすることにより、半導体基板の実装工程における加圧・加熱工程においてのみ、半導体チップ３に基板１との距離が近くなるほど大きな力を基板１とは反対方向に生じさせることができる。
【００３９】
そのため、実装工程において、バンプ４と電極パッド２ａが接触しているときのみ平行度改善手段５を有しているので、半導体チップ３のバンプ４を有する面と、基板１の半導体チップ３に対向する面との平行度を改善するようにでき、半導体基板に用いる磁石の量を低減することができる。
【００４０】
なお、ここでは、加圧、加熱工程のときに第２の磁石５ｃが存在する場合について説明したが、バンプ４と電極パッド２ａが接触しているリフロー工程において存在するようにしても平行度を改善させることができる。
【００４１】
また、第２の磁石５ｃは、基板１の半導体チップ３の実装面の反対側に配して第１の磁石５ａと第２の磁石５ｃとの間に働く斥力により半導体チップ３に基板１とは反対側に力を生じさせるものについて説明したが、それに限るものではなく、基板１の半導体チップ３の実装面側に配して、第１の磁石５ａと第２の磁石５ｃとの間に働く吸引力により半導体チップ３に基板１とは反対側に力を生じさせるものであってもよい。
【００４２】
なお、平行度改善手段５が半導体チップ３を加圧、加熱するときに働く場合について説明したが、それに限るものではなく、半導体チップ３の自重と、溶融時のバンプ４の粘弾性等を考慮して磁石の磁力を調整することにより、リフロー工程において平行度を向上するように働くようにすることもできる。
【００４３】
また、第２の磁石５ｂ，５ｃが永久磁石のものについてのみ説明したが、電磁石で構成されていてもよい。そして、電磁石の電流を制御して第１の磁石５ａを基板１側に引きつける力を生じさせてから、離れる方向の力を生じさせることにより、バンプ接合後のバンプ４の形状を中央部が滑らかに細くなる略鼓状にして、応力に強い形状にすることができる。
【００４４】
また、平行度改善手段５として、磁石の磁力を用いるものについてのみ説明したが、それに限るものではなく、静電力や、勢いよく吹き出す空気により得られる揚力を利用するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本願発明の第１の実施形態の半導体基板を示すものであり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【図２】本願発明の第１の実施形態の半導体基板の実装工程を示すＡ−Ａ断面図であり、（ａ）はバンプを電極パッド上に位置決めする工程、（ｂ）バンプを電極パッド上に載置後加圧、加熱する工程、（ｃ）アンダーフィルを注入する工程である。
【図３】本願発明の第２の実施形態の半導体基板を示す上面図である。
【図４】本願発明の第３の実施形態の半導体基板を示す上面図である。
【図５】本願発明の第４の実施形態の半導体基板を示す、第１の実施形態のＡ−Ａ断面に相当する断面図である。
【図６】従来の半導体基板の実装工程を示す側面図であり、（ａ）はバンプを電極パッド上に位置決めする工程、（ｂ）バンプを電極パッド上に載置後加圧、加熱する工程、（ｃ）アンダーフィルを注入する工程である。
【符号の説明】
【００４６】
１    基板
２    配線パターン
２ａ  電極パッド
３    半導体チップ
４    バンプ
５    平行度改善手段
５ａ  第１の磁石
５ｂ  第２の磁石
５ｃ  第２の磁石
６    アンダーフィル
【図１】
2005051013.tif 000003
【図２】
2005051013.tif 000004
【図３】
2005051013.tif 000005
【図４】
2005051013.tif 000006
【図５】
2005051013.tif 000007
【図６】
2005051013.tif 000008