(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電子部品の実装面の中央領域に第１のはんだバンプを形成する工程と、
該第１の電子部品の該実装面の外周領域に、該第１のはんだバンプより小さい第２のはんだバンプを形成する工程と、
該第１の電子部品を該第１のはんだバンプ及び該第２のはんだバンプにより第２の電子部品に接合して、該第１のはんだバンプをたる形にし、該第２のはんだバンプを鼓形にする工程とを含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項２】
該第１のはんだバンプ及び該第２のはんだバンプを形成する工程は、
第１の凹部及び該第１の凹部より小さい第２の凹部を有するプレートを準備する工程と、
該第１の凹部及び該第２の凹部にはんだ粒子を含む金属ペーストを充填する工程と、
該プレートを加熱して、該第１の凹部に第１の金属ボールを形成し、該第２の凹部に第２の金属ボールを形成する工程と、
該第１の金属ボールを該第１のはんだバンプとして該第１の電子部品に転写し、該第２の金属ボールを該第２のはんだバンプとして該第１の電子部品に転写する工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の電子装置の製造方法。
【請求項３】
第１の電子部品と第２の電子部品とが、該第１の電子部品の実装面の中央領域に位置する第１のはんだバンプ及び該第１の電子部品の該実装面の外周領域に位置する第２のはんだバンプにより接合され、該第１のはんだバンプはたる形に形成され、該第２のはんだバンプは鼓形に形成されることを特徴とする電子装置。
【請求項４】
該第１のはんだバンプの体積は、該第２のはんだバンプの体積よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明ははんだバンプを形成した電子装置及び電子装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大量の情報を高速に処理する情報処理装置においては、半導体チップに電子回路や電子部品を集積したＬＳＩやＶＬＳＩ等が多く用いられている。電子回路が集積されている半導体チップを例えばセラミック基板に取り付けるために、半導体チップ又はセラミック基板にはんだバンプ等の金属バンプを設け、はんだバンプの溶着により、半導体チップをセラミック基板に固定するとともに、電気的な接続を行うことができる。このために、半導体チップ又はセラミック基板にはんだバンプを形成しておくことが必要である。
【０００３】
特開平７−２４９６３１号公報及び特開平９−３６１１８号公報は、複数の凹部を有するバンプ形成用プレートを用いて半導体チップ等の電子部品にはんだバンプを設ける方法を開示している。この方法では、平坦なバンプ形成用プレートの表面に凹部を形成し、バンプ形成用プレートの凹部にスキージングによってはんだペーストを充填し、バンプ形成用プレートを加熱して凹部のはんだペーストをはんだボールとし、バンプ形成用プレートに半導体チップを近づけてはんだボールをこのプレートから半導体チップに転写する。
【０００４】
バンプ形成用プレートの凹部にスキージングによってはんだペーストを充填することによって、はんだペーストの表面はバンプ形成用プレートの表面と同一面となり、一定の量のはんだペーストが各凹部内に充填される。バンプ形成用プレートの凹部内のはんだペーストのはんだ成分は加熱されて溶融し、表面張力により丸くなり、はんだボールとなる。はんだボールはバンプ形成用プレートの凹部内に保持された状態で、その頂部がバンプ形成用プレートの表面から上に突出する。従って、バンプ形成用プレートに半導体チップを近づけると、半導体チップの表面の電極パッドがはんだボールの頂部に接触する。こうして、はんだボールをバンプ形成用プレートから半導体チップに転写することができる。
【０００５】
この方法によれば、はんだバンプがバンプ形成用プレートの凹部の位置と対応して正確に配置され、且つはんだボールの大きさがプレートの凹部に充填されたはんだペーストの量（すなわち凹部の大きさ）に対応して一様になるので、低コストで精度よくバンプを形成できる。特に、バンプ形成用プレートとしてシリコン板を用い、凹部をシリコン板に異方性エッチングを行うことにより形成すると、小さなピッチで微小な多くの凹部を正確に形成することができるので、狭ピッチで高密度の配線を有する半導体チップに適する。
【０００６】
こうして、バンプが形成された半導体チップはバンプを利用して回路基板等に接合されることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
バンプを利用して半導体チップと回路基板とを接合してなる電子装置の使用において、電子装置の電子回路で熱が発生し、半導体チップと回路基板が変形する。半導体チップの熱膨張係数と回路基板の熱膨張係数との差により、半導体チップの変形量と回路基板の変形量とは差があり、半導体チップと回路基板とを接合している金属バンプにストレスが生じる。金属バンプにストレスが繰り返し生じると、金属バンプは次第に疲労していき、一部の金属バンプの耐久性及び信頼性が低下するという問題があった。金属バンプのストレスは、半導体チップ又は回路基板の中央領域で比較的に小さく、外周領域で比較的に大きくなり、外周領域に位置する金属バンプの耐久性及び信頼性が低下する傾向があった。
【０００８】
本発明の目的は、はんだバンプの耐久性及び信頼性を向上させることのできるはんだバンプを形成した電子装置及び電子装置の製造方法に関する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による電子装置の製造方法は、第１の電子部品の実装面の中央領域に第１のはんだバンプを形成する工程と、該第１の電子部品の該実装面の外周領域に、該第１のはんだバンプより小さい第２のはんだバンプを形成する工程と、該第１の電子部品を該第１のはんだバンプ及び該第２のはんだバンプにより第２の電子部品に接合して、該第１のはんだバンプをたる形にし、該第２のはんだバンプを鼓形にする工程とを含むことを特徴とする。この場合において、該第１のはんだバンプ及び該第２のはんだバンプを形成する工程は、第１の凹部及び該第１の凹部より小さい第２の凹部を有するプレートを準備する工程と、該第１の凹部及び該第２の凹部にはんだ粒子を含む金属ペーストを充填する工程と、該プレートを加熱して、該第１の凹部に第１の金属ボールを形成し、該第２の凹部に第２の金属ボールを形成する工程と、該第１の金属ボールを該第１のはんだバンプとして該第１の電子部品に転写し、該第２の金属ボールを該第２のはんだバンプとして該第１の電子部品に転写する工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
金属ペーストは、例えばはんだ粒子のような金属粒子と、フラックス等とからなるものであり、プレートの凹部にスキージングによって充填される。はんだペーストの表面はプレートの表面と同一面となり、凹部の体積に相当する量のはんだペーストが各凹部内に充填される。それから、プレートを加熱すると、金属ペースト中の金属粒子が溶融して丸くなって金属ボールとなる。そこで、プレートの凹部に位置する金属ボールをバンプを形成すべき装置に転写する。
【００１１】
プレートの外周領域に位置する凹部が中央領域に位置する凹部よりも小さいので、プレートの外周領域に位置する凹部に形成される金属ボールの大きさは、プレートの中央領域に位置する凹部に形成される金属ボールの大きさよりも小さい。このため、バンプを形成すべき装置に形成されたバンプの大きさは、外周領域に位置するものが中央領域に位置するものよりも小さい。そして、このバンプを形成した装置（第１の電子部品）をさらに別の装置（第２の電子部品）にバンプを利用して接合して電子装置を形成する。中央領域に位置する大きなバンプは比較的に大きく押しつぶされ、周辺領域に位置する小さなバンプは比較的に小さく押しつぶされる。従って、電子装置の使用において、バンプにストレスがかかっても、周辺領域に位置する小さなバンプの疲労は比較的に小さくなる。この結果、周辺領域に位置する小さなバンプの耐久性及び信頼性が向上する。
【００１２】
好ましくは、該プレートはシリコンからなり、該凹部はシリコンのプレートに異方性エッチングにより形成されたものである。あるいは、該プレートは感光性ガラスからなり、該凹部は感光性ガラスにエッチングにより形成されたものである。
好ましくは、該プレートは、プレートにエッチングにより凹部を有するレプリカを形成し、該レプリカに基づいて成形されたものである。
【００１３】
さらに、本発明による電子装置は、第１の電子部品と第２の電子部品とが、該第１の電子部品の実装面の中央領域に位置する第１のはんだバンプ及び該第１の電子部品の該実装面の外周領域に位置する第２のはんだバンプにより接合され、該第１のはんだバンプはたる形に形成され、該第２のはんだバンプは鼓形に形成されることを特徴とする。また、該第１のはんだバンプの体積は、該第２のはんだバンプの体積よりも大きいことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は第１本発明の実施例によるバンプの形成方法を示す図である。
図１（Ａ）において、表面１２に凹部１４ｘ、１４ｙを有する（バンプ形成用）プレート１０を準備する。本発明では、プレート１０の外周領域に位置する凹部１４ｘが中央領域に位置する凹部１４ｙよりも小さい。
【００１６】
それから、凹部１４ｘ、１４ｙに金属ペースト１６を充填する。金属ペースト１６の充填はスキージ１８を矢印Ａの方向に移動させながら行うスキージングによって行われる。金属ペースト１６は、例えばはんだ粒子のような金属粒子と、フラックス等とからなるものであり、スキージングによって、はんだペースト１６の表面は第１のプレート１０の表面と同一面となり、凹部１４ｘ、１４ｙの体積に対応する量のはんだペースト１６が各凹部１４ｘ、１４ｙ内に充填される。なお、凹部１４ｘ、１４ｙは、バンプを形成すべき半導体チップや回路基板の電極パッドの位置に対応して形成されている。
【００１７】
図１（Ｂ）において、プレート１０を加熱すると、金属ペースト１６中の金属粒子が溶融し、表面張力によって丸くなって金属ボール２６となる。
図１（Ｃ）において、バンプを形成すべき装置３０を加熱下でプレート１０に押しつけ、プレート１０の凹部１４ｘ、１４ｙに位置する金属ボール２６をバンプを形成すべき装置３０の電極パッド３２に転写する。プレート１０の凹部１４ｘ、１４ｙはバンプを形成すべき装置３０の電極パッド３２と対応する位置に形成されているので、金属ボール２６は電極パッド３２に付着する。そこで、図１（Ｄ）に示されるように、プレート１０をバンプを形成すべき装置３０から移動させる。金属ボール２６はプレート１０からバンプを形成すべき装置３０に転写され、装置３０のバンプ３４となる。
【００１８】
図１（Ｅ）においては、金属バンプ３４を成形した装置３０はさらに金属バンプ３４により回路基板５０の電極パッド５２に取り付けられることができる。回路基板５０の電極パッド５２は装置３０の金属バンプ３４と対応する位置に形成されており、装置３０と回路基板５０とは金属バンプ３４により電気的及び機会的に接合される。
【００１９】
バンプを形成すべき装置３０は例えば半導体チップである。しかし、バンプを形成すべき装置３０は半導体チップに限定されるものではなく、例えばＢＧＡや回路基板等のバンプを必要とするあらゆる電子部品とすることができる。また、金属バンプ３４を成形した装置３０は回路基板５０だけでなく、あらゆる電子部品にとすることができる。
【００２０】
本実施例においては、プレート１０の外周領域に位置する凹部１４ｘが中央領域に位置する凹部１４ｙよりも小さいので、プレート１０の外周領域に位置する凹部１４ｘに形成される金属ボール２６の大きさは、プレート１０の中央領域に位置する凹部１４ｙに形成される金属ボール２６の大きさよりも小さい。このため、バンプを形成すべき装置３０に形成されたバンプ３４の大きさは、外周領域に位置するものが中央領域に位置するものよりも小さい。そして、図１（Ｅ）に示されるように、このバンプ３４を形成した装置３０を回路基板５０にバンプ３４を利用して接合する際に、中央領域に位置する大きなバンプ３４は比較的に大きく押しつぶされ、たる形になる。周辺領域に位置する小さなバンプ３４は比較的に小さく押しつぶされ、鼓形になる。従って、装置３０と回路基板５０とを接合してなる電子装置の使用において、バンプ３４にストレスがかかっても、周辺領域に位置する小さなバンプの疲労は比較的に小さくなる。この結果、周辺領域に位置する小さなバンプ３４の耐久性及び信頼性が向上する。
【００２１】
図２は本発明の第２実施例を示す図である。装置（半導体チップ）３０を回路基板５０にフリップチップ接合してなる電子装置が示されている。装置（半導体チップ）３０を回路基板５０に接合するバンプ３４ａ、３４ｂ、３４ｃはチップ中心から１／３ずつの領域ごとに３段階の大きさに形成されており、外周領域に位置するバンプ３４ａは最も小さく（例えば８０μｍ）、中間領域に位置するバンプ３４ｂは次に小さく（例えば９０μｍ）、中央領域にバンプ３４ｃは最も大きい（例えば１００μｍ）。このように、バンプ３４ａ、３４ｂ、３４ｃの大きさを段階的に定めることにより、半導体チップの中心からエッジに向かうに従って熱ストレスの影響が大きくなるのに対応する。バンプ３４ａ、３４ｂ、３４ｃの大きさは図１のプレートの凹部１４ｘ、１４ｙの大きさに従って定まっていることは言うまでもない。
【００２２】
図３は本発明の第３実施例を示す図である。この実施例は、ＢＧＡ実装の例である。バンプを形成すべき装置３０は半導体チップ３０ａと、半導体チップ３０ａを搭載する基板３０ｂとからなり、バンプ３４ａ、３４ｂは基板３０ｂに設けられている。そして装置３０の基板３０ｂがバンプ３４ａ、３４ｂによって回路基板５０に接合される。このような構成では、半導体チップ３０ａのエッジの直下のバンプが熱ストレスに弱い。従って、半導体チップ３０ａのエッジの直下を境界として、バンプの大きさを変える。すなわち、半導体チップ３０ａのエッジの直下及びそれよりも外側に位置するバンプ３４ａは比較的に小さく（例えば４５０μｍ）、半導体チップ３０ａのエッジの直下よりも内側に位置するバンプ３４ｂは比較的に大きく（例えば６００μｍ）となる。このようにして、周辺部に位置するバンプの熱ストレスの影響を緩和する。バンプ３４ａ、３４ｂの大きさは図１のプレートの凹部１４ｘ、１４ｙの大きさに従って定まっていることは言うまでもない。
【００２３】
図４は図１のプレート１０の一例を示す平面図であり、図５は図４の線Ｖ−Ｖに沿った断面図である。この例においては、プレート１０は表面１２が〈１００〉の結晶面となるシリコン板で作られ、凹部１４（１４ｘ、１４ｙ）は表面１２に正方形の開口部を有するマスクを形成して異方性のエッチングを行うことによって形成されている。凹部１４は正四角錐の形状になる。ここで、マスクの正方形の開口部の大きさを変えることにより、凹部１４（１４ｘ、１４ｙ）の大きさを変える。
【００２４】
図６は図１のプレート１０の他の例を示す斜視図であり、図７は図６のプレートの凹部を説明する図である。この例においては、プレート１０は表面１２が〈１１０〉の結晶面となるシリコン板で作られ、凹部１４（１４ｘ、１４ｙ）は表面１２に菱形の開口部を有するマスクを形成して異方性のエッチングを行うことによって形成されている。凹部１４（１４ｘ、１４ｙ）は開口部が菱形で、表面１２に対して傾斜した底面１４ａと、表面１２に対してほぼ垂直な４側面１４ｂを有する。ここで、マスクの菱形の開口部の大きさを変えることにより、凹部１４（１４ｘ、１４ｙ）の大きさを変える。
【００２５】
このようにプレート１０をシリコン板で形成し、凹部１４（１４ｘ、１４ｙ）を異方性のエッチングを行うことによって形成すると、微小な多くの凹部１４（１４ｘ、１４ｙ）を正確に形成することができ、凹部１４（１４ｘ、１４ｙ）の大きさを正確に制御することができる。表面１２が〈１１０〉の結晶面となるシリコン板に異方性のエッチングを行うことによって形成された凹部１４（１４ｘ、１４ｙ）は、表面１２が〈１００〉の結晶面となるシリコン板に異方性のエッチングを行うことによって形成された凹部１４（１４ｘ、１４ｙ）と比べて、開口部の面積が同じであれば、体積が大きくなる。
【００２６】
図８は図１のプレート１０の他の例を示す断面図である。プレート１０は感光性ガラスからなり、凹部１４（１４ｘ、１４ｙ）は感光性ガラスにエッチングにより形成されたものである。
さらに、図４及び図５のプレート、図６及び図７のプレート、及び図８のプレートをレプリカとして利用し、第１のプレート１０及び第２のプレート２０を該レプリカに基づいて成形したものとすることができる。
【００２７】
例えば、図９（Ａ）は、図４及び図５のプレート、図６及び図７のプレート、及び図８のプレートと同様にして、エッチングによって形成された凹部１４Ａを有するレプリカ１０Ａを形成し、このレプリカ１０Ａの上にメッキ層４０Ａを形成し、このメッキ層４０Ａをプレート１０とする例を示している。
図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のメッキ層４０Ａを型として使用し、プレート４０Ｂを成形することを示している。４０Ｃはメッキ層４０Ａを支持する支持材である。このプレート４０Ｂをプレート１０として使用することもできる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子装置のバンプの耐久性及び信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるバンプの形成方法を示す図である。
【図２】本発明の第２実施例により得られた電子装置を示す図である。
【図３】本発明の第３実施例により得られた電子装置を示す図である。
【図４】図１のプレートの一例を示す平面図である。
【図５】図４の線Ｖ−Ｖに沿った断面図である。
【図６】図１のプレートの他の例を示す斜視図である。
【図７】図６のプレートの凹部を示す図である。
【図８】図１のプレートの他の例を示す断面図である。
【図９】図１のプレートの他の例を示す図である。
【符号の説明】
１０…プレート
１４ｘ、１４ｙ…凹部
１６…金属ペースト
１８…スキージ
２６…金属ボール
３０…バンプを形成すべき装置
３４…バンプ
５０…回路基板
【図１】
0003904326.tif 000002
【図２】
0003904326.tif 000003
【図３】
0003904326.tif 000004
【図４】
0003904326.tif 000005
【図５】
0003904326.tif 000006
【図６】
0003904326.tif 000007
【図７】
0003904326.tif 000008
【図８】
0003904326.tif 000009
【図９】
0003904326.tif 000010