(57)【要約】【課題】  フリップチップ接続における加圧時に半導体チップが破損するのを防止可能とした、フリップチップ接続におけるバンプ配置方法、半導体チップ及び光モジュールを提供する。【解決手段】  複数のバンプ２を、半導体チップ１のバンプ配置面１ａに、階段状の表面を構成する各階段面１１ａの長さ方向に対して全ての辺それぞれが斜め又は直交するように構成された多角形の角部に位置するように配置する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
階段状に形成された表面を有する化合物半導体基板上に半導体素子が構成された半導体チップを、配線基板にフリップチップ接続する際のバンプの配置方法であって、
複数のバンプを、前記半導体チップのバンプ配置面に、前記階段状の表面を構成する各面の長さ方向に対して全ての辺それぞれが斜め又は直交するように構成された多角形の角部に位置するように配置することを特徴とするフリップチップ接続におけるバンプ配置方法。
【請求項２】
前記バンプが３個であり、前記多角形が正３角形であることを特徴とする請求項１記載のフリップチップ接続におけるバンプ配置方法。
【請求項３】
階段状に形成された表面を有する化合物半導体基板上に半導体素子が構成された半導体チップを、配線基板にフリップチップ接続する際のバンプの配置方法であって、
４個のバンプを、前記半導体チップのバンプ配置面に、前記階段状の表面を構成する各面の長さ方向に対して４辺それぞれが斜め又は直交するように構成された４辺形の角部に位置するように配置することを特徴とするフリップチップ接続におけるバンプ配置方法。
【請求項４】
前記４辺形が、菱形又は正方形であることを特徴とする請求項３記載のフリップチップ接続におけるバンプ配置方法。
【請求項５】
前記４辺形の２つの対角線の一方が、前記階段状の表面を構成する各面の長さ方向に一致し、他方が直交するように前記各バンプを配置することを特徴とする請求項４記載のフリップチップ接続におけるバンプ配置方法。
【請求項６】
半導体チップは、バンプ配置面の外形形状が正方形を成すものであって、前記各バンプが、半導体チップの側面から外形寸法の１／４の位置又はそれよりも内側にそれぞれのバンプの中心が位置するように配置されてなることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載のフリップチップ接続におけるバンプ配置方法。
【請求項７】
前記バンプと該バンプがフリップチップ接続される前記配線基板上の電極とがそれぞれＡｕから構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載のフリップチップ接続におけるバンプ配置方法。
【請求項８】
前記半導体素子が面発光レーザであることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載のフリップチップ接続におけるバンプ配置方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７の何れかに記載のフリップチップ接続におけるバンプ配置方法によってバンプが配置された半導体チップ。
【請求項１０】
請求項９記載の半導体チップを備え、且つ前記半導体素子が面発光レーザであることを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フリップチップ接続におけるバンプ配置方法、半導体チップ及び光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップに搭載されたＡｕ（金）バンプと配線基板上に形成された金パッド（配線パターン）とをフリップチップ接続する際には、金バンプが潰れるほど非常に強い力で加圧されるため、ＩＣチップが破損するという問題があった。これは、半導体チップが、脆弱な化合物半導体基板を用いた半導体チップの場合に顕著に見られる。化合物半導体基板を用いた半導体素子としては面発光レーザがあるが、面発光レーザを有する光モジュールにおいてこの問題を解決する技術として、従来、小さな荷重で面発光レーザとサブマウントとを接合できる構造に変えることで実装時の荷重による不都合を解消するようにした技術がある（例えば特許文献１参照）。なお、このような問題は、金バンプ以外の他のバンプであっても、強い荷重でバンプを潰しながら接合を行う場合に同様に生じる問題である。
【特許文献１】特開平８−１５３９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１の技術は、面発光レーザの構造を変えることにより実装時の加圧時の問題を解消するものである。一方、本件発明者らは、単に半導体チップ上に形成するバンプの配置を工夫することにより破損を防止できることを見出した。
【０００４】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、フリップチップ接続における加圧時に半導体チップが破損するのを防止可能としたフリップチップ接続におけるバンプ配置方法、この方法でバンプが配置された半導体チップ及び光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るフリップチップ接続におけるバンプ配置方法は、階段状に形成された表面を有する化合物半導体基板上に半導体素子が構成された半導体チップを、配線基板にフリップチップ接続する際のバンプの配置方法であって、複数のバンプを、半導体チップのバンプ配置面に、階段状の表面を構成する各面の長さ方向に対して全ての辺それぞれが斜め又は直交するように構成された多角形の角部に位置するように配置するものである。
このように半導体チップにバンプを配置することで、フリップチップ接続における加熱加圧時に、半導体チップが破損するのを防止することができる。
【０００６】
また、本発明に係るフリップチップ接続におけるバンプ配置方法は、バンプが３個であり、多角形が正３角形であるものである。
半導体チップに３個のバンプを配置する場合、このように配置することによりフリップチップ接続における加熱加圧時の半導体チップの破損を防止することが可能となる。
【０００７】
また、本発明に係るフリップチップ接続におけるバンプ配置方法は、階段状に形成された表面を有する化合物半導体基板上に半導体素子が構成された半導体チップを、配線基板にフリップチップ接続する際のバンプの配置方法であって、４個のバンプを、半導体チップのバンプ配置面に、階段状の表面を構成する各面の長さ方向に対して４辺それぞれが斜め又は直交するように構成された４辺形の角部に位置するように配置するものである。
半導体チップに４個のバンプを配置する場合、このように配置することによりフリップチップ接続における加熱加圧時の半導体チップの破損を防止することが可能となる。
【０００８】
また、本発明に係るフリップチップ接続におけるバンプ配置方法は、４辺形を、菱形又は正方形としたものである。
また、本発明に係るフリップチップ接続におけるバンプ配置方法は、４辺形の２つの対角線の一方が、階段状の表面を構成する各面の長さ方向に一致し、他方が直交するように各バンプを配置するものである。
これにより、バンプ配置面に対するバンプの配置バランスが良くなり、確実に半導体チップの破損を防止することが可能となる。
【０００９】
また、本発明に係るフリップチップ接続におけるバンプ配置方法は、上記半導体チップが、バンプ配置面の外形形状が正方形を成すものであって、各バンプが、半導体チップの側面から外形寸法の１／４の位置又はそれよりも内側にそれぞれのバンプの中心が位置するように配置されてなるものである。
このように配置することで、フリップチップ接続における加熱加圧時の半導体チップの破損を、より確実に防止することが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係るフリップチップ接続におけるバンプ配置方法は、バンプとバンプがフリップチップ接続される配線基板上の電極とがそれぞれＡｕから構成されているものである。
このように、Ａｕ同士のフリップチップ接続で実装される半導体チップにおいて、加圧時の破損を防止することが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係るフリップチップ接続におけるバンプ配置方法は、上記半導体素子が面発光レーザであるものである。
本発明の方法でバンプを配置する対象として、半導体素子として面発光レーザが構成された半導体チップがある。
【００１２】
本発明に係る半導体チップは、上記の何れかに記載のフリップチップ接続におけるバンプ配置方法によってバンプが配置されたものである。
これにより、フリップチップ接続における加熱加圧時の破損が無く、高い歩留まりで配線基板にフリップチップ接続することのできる半導体チップを得ることができる。
【００１３】
本発明に係る光モジュールは、上記半導体チップを備え、且つ半導体素子が面発光レーザであるものである。
これにより、フリップチップ接続における加熱加圧時の破損が無く、高い歩留まりで配線基板にフリップチップ接続することのできる半導体チップを備えた光モジュールを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１のフリップチップ接続におけるバンプ配置方法を説明するに先立って、まず、フリップチップ接続及び半導体チップの構造について説明する。
【００１６】
図１は、フリップチップ接続の説明図である。図２は、半導体素子が構成された半導体チップを示す図である。なお、本例においては、フリップチップ接続される半導体素子が面発光レーザである場合について説明するが、半導体素子は面発光レーザに限定されるわけではない。
【００１７】
半導体チップ１を配線基板３上にフリップチップ接続する際には、図１（ａ）に示すように、半導体チップ１のバンプ配置面１ａに形成された金（Ａｕ）バンプ２と配線基板３の金パッド４とを位置合わせする。そして、図１（ｂ）に示すように半導体チップ１を加熱しながら配線基板３の表面に金バンプが変形する程度の十分な荷重をかけて押圧する。これにより、半導体チップ１が配線基板３上に接合される。なお、図１において符号５０は光モジュールで、半導体チップ１と、この半導体チップ１がフリップチップ接続されたプリント配線基板３とを備えたものである。
【００１８】
ここで、半導体チップ１は、図２に示すように化合物半導体基板１１上に結晶成長により半導体素子としての面発光レーザ１２が構成された構造となっている。化合物半導体基板１１は、結晶成長が効率良く行われるようにその表面が階段状に形成されている。このため、接合時に非常に強い力で押圧された際に、その荷重分布が面全体に均等とならず、例えば半導体チップ１の図示左半分１３側に偏って荷重が集中した場合、半導体チップ１は、化合物半導体基板１１の形状が影響して左半分１４との境界部分で矢印Ａ方向（階段状の表面を構成する階段面１１ａの長さ方向）に亀裂が入って破損し易い。半導体チップ１は、このように偏荷重に弱い性質を有することから、本実施の形態１ではこの破損原因を考慮した半導体チップ１へのバンプ配置を行い、フリップチップ接続における加熱加圧時の半導体チップ１の破損防止を図る。以下、その配置の具体例について詳述する。
【００１９】
図３は、本発明の実施の形態１のフリップチップ接続におけるバンプ配置の一例を示した図で、バンプ配置面１ａの平面図を示している。バンプ配置面１ａは、本例では、その外形形状が正方形を成している。なお、ここではバンプが４個の例を示しているが、もちろんこの数に限定されるものではない。また、図３及び後述のバンプ配置面１ａの平面図における複数の横線は、化合物半導体基板１１の階段状の表面を図示したものであって、実際にバンプ配置面１ａから目視できるわけではない。
この例では、４個のバンプ２（２０ａ〜２０ｄ）を、半導体チップ１のバンプ配置面１ａに菱形状に、すなわち菱形２０の角部に位置するように配置している。このように配置した場合、接合加圧時に仮にバンプ２０ａ、２０ｂ側に偏って荷重が集中したとしても、その荷重が集中する分布が、各階段面１１ａを跨ぐ分布となるため、矢印Ａ方向に亀裂が入るのを防止することが可能となる。これは、例えばバンプ２０ｂ、２０ｃや、バンプ２０ａ、２０ｄに荷重が集中した場合も同様である。
【００２０】
すなわち、菱形２０の各辺それぞれが、各階段面１１ａの長さ方向（矢印Ａ方向）に対して斜めとなっているため、その辺の両端に設けられた２つのバンプに荷重が集中したとしても、その荷重分布が各階段面１１ａを跨ぐ分布となる。したがって、矢印Ａ方向に亀裂が入るのを防止できる。よって、以上の内容を整理すると、各バンプ２０ａ〜２０ｄを、半導体チップ１のバンプ配置面１ａに、矢印Ａ方向に対して全ての辺それぞれが斜めとなるように構成された多角形（本例では４辺形）の角部に位置するように配置することで、加熱加圧時の半導体チップ１の破損を防止することが可能となる。
【００２１】
図４は、本発明の実施の形態１のフリップチップ接続におけるバンプ配置の他の例を示している。
この例では、４個のバンプ２１ａ〜２１ｄを、半導体チップ１のバンプ配置面１ａに正方形状に、すなわち正方形２１の角部に位置するように配置している。このように配置した場合も、正方形２１の各辺それぞれが階段面１１ａの長さ方向に対して斜めとなることから、半導体チップ１の破損を防止することが可能となる。
【００２２】
なお、図３の菱形配置の場合も図４の正方形配置の場合も、その各４辺形の２つの対角線の一方が矢印Ａ方向に一致し、他方が直交するようにしているが、この配置に限定されない。すなわち、４辺それぞれが矢印Ａ方向に斜めとされていれば、図３の菱形及び図４の正方形を、例えば、その四角形の中心を支点として回転させたバンプ配置としても良い。但し、各４辺形の２つの対角線の一方が矢印Ａ方向に一致し、他方が直交する配置とすると、４辺形の各辺が跨ぐ階段面１１ａの数を各辺において全て同じとすることができるため、破損防止効果を高いものとすることができる。
【００２３】
なお、４個のバンプを配置する場合の多角形（４辺形）としては、配置バランスを考えると菱形又は正方形とすることが好ましいが、上述の条件を満足していれば、この形に限定されるものではない。また、前述の通り、バンプ数は４個に限定されるものではない。例えば、３個とし、図５に示すように正３角形２２の角部に位置するように配置しても良い。なお、この例では、正３角形の一辺が階段面１１ａの長さ方向に対して斜めではなく垂直となっているが、この場合も、上記と同様の利点を得られるものと思われる。
【００２４】
このように、本実施の形態１によれば、各バンプを、半導体チップ１のバンプ配置面１ａに、階段面１１ａの長さ方向に対して全ての辺それぞれが斜め又は垂直となるように構成された多角形の角部に位置するように配置するようしたので、フリップチップ接続における加熱加圧の際に、半導体チップ１が破損するのを防止することが可能となる。よって、高い歩留まりで半導体チップ１を配線基板３に接合することが可能となる。
【００２５】
実施の形態２．
実施の形態２では、バンプを配置するときの多角形の形状が同じで、その多角形の大きさを変えた場合の加熱加圧時の破損防止効果を考察する。
【００２６】
図６は、実施の形態２のバンプ配置例を示す図である。図６の配置は、図３の配置と多角形の形状は同じであるが、それぞれのバンプ２３ａ〜２３ｄの中心位置が、図３では半導体チップ１の側面から外形寸法の１／４の位置よりも外側の位置であるのに対し、図６ではちょうど１／４又は１／４よりも内側の位置としたものである。
【００２７】
ここで、発明者らが図３の配置と図６の配置の場合において加圧実験を行い、破損が発生しない最大荷重を測定したところ、図３の配置の場合には耐荷重が２００ｇｆまでだったのに対し、図６の配置の場合には３００ｇｆであった。図６の配置が、図３の配置に比べて耐荷重値が大きい理由は必ずしも明確ではないが、図３では、図６に比べて半導体チップ１の外周側に分散して配置されているため、偏荷重の影響を受けやすいものと思われる。よって、図６に示すように、半導体チップ１の側面から外形寸法の１／４の位置又はそれよりも内側にそれぞれの各バンプ２３ａ〜２３ｄの中心が位置するように配置することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】フリップチップ接続の説明図。
【図２】半導体素子が構成された半導体チップを示す図。
【図３】実施の形態１のフリップチップ接続におけるバンプ配置の一例を示す図。
【図４】バンプ配置例（正方形状）を示す図。
【図５】バンプ配置例（正３角形状）を示す図。
【図６】実施の形態２のバンプ配置例を示す図。
【符号の説明】
【００２９】
１  半導体チップ、１ａ  バンプ配置面、２  バンプ、３  配線基板、４  金パッド（電極）、１１  化合物半導体基板、１１ａ  階段面、１２  面発光レーザ、２０ａ〜２０ｄ，２１ａ〜２１ｄ，２３ａ〜２３ｄ  バンプ。
【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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