(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップバンプの形成された半導体チップをパッケージ基板に実装してパッケージする方法であって、
電極パッドが形成された回路基板を提供する段階と、
前記電極パッドにハンダバンプを形成する段階と、
前記チップバンプの形状に対応して凸部または凹部が形成された治具の前記凸部または前記凹部が前記ハンダバンプに対向するようにして、前記治具を前記回路基板に熱加圧する段階と、
前記治具を離型する段階と、
前記チップバンプと前記ハンダバンプとが対応するようにして前記半導体チップを前記回路基板に実装する段階と、 
前記ハンダバンプをリフローして前記チップバンプと前記ハンダバンプとをボンディングする段階と、
を含み、
前記チップバンプの先端が平らなポストバンプであり、
前記凹部が、ドーム状の溝であることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパッケージ基板の製造方法及び半導体パッケージの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップパッケージング（flip chip packaging）とは、半導体チップのような電子素子を回路基板に付着する際に、ワイヤのような追加的連結構造を使用せず、半導体チップや回路基板の電極パターンにハンダバンプを融着して半導体チップと回路基板とをボンディングし、パッケージングをする方式である。
【０００３】
最近、大容量データの高速処理に対する要求や電子製品の軽薄短小化によって電子素子のバンプのサイズ及びピッチ（bump pitch）が次第に小さくなっている。このようなバンプサイズの小型化につれ、各バンプの高さをコントロールすることが重要となり、厳しくなってきている。
【０００４】
図１〜図４は、従来技術による半導体チップパッケージの製造方法を示す工程図である。従来技術による半導体パッケージの製造方法をよく見ると、先ず、図１に示すように、回路基板１０２の回路パターン１０４の一部として形成される電極パッド１０６上にハンダバンプ１０８を融着する。このとき、電極パッド１０６に融着されるハンダバンプ１０８のサイズや高さは一定しない。次に、図２に示すように、平らなコイニング（coining）用加圧板１１０を用いてハンダバンプ１０８の先端を加圧してハンダバンプ１０８の先端を平らにし、高さを一定にする。次に、図３に示すように、加圧板１１０を分離して先端が平らで高さが一定であるハンダバンプ１０８を回路基板１０２に形成する。次に、図４に示すように、半導体チップのバンプ１１４と回路基板１０２のハンダバンプ１０８とが対応するようにして半導体チップ１１２を回路基板１０２に載置する。次に、ハンダバンプ１０８をリフロー（reflow）して半導体チップ１１２を回路基板１０２にボンディングする。
【０００５】
しかし、従来技術による半導体チップパッケージの製造方法は最近電子素子のバンプのサイズやピッチが小さくなる傾向から、半導体チップのバンプと回路基板のハンダバンプとの間に接合信頼性が落ちるという問題点があった。
【０００６】
特に、半導体チップのバンプを、金属をメッキして形成するポストバンプタイプにする場合、半導体チップのバンプの先端及び回路基板のハンダバンプの先端の両方ともに平らな面が形成されるために、半導体チップのバンプと回路基板のハンダバンプとを対応づけてリフロー工程を行う際に、半導体チップのバンプと回路基板のハンダバンプとの接合面に空隙（air void）が生じて接合信頼性が著しく低下するという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
こうした従来技術の問題点に鑑み、本発明は、半導体チップのチップバンプとパッケージ基板のハンダバンプとの間に接合信頼性を向上させることができるパッケージ基板の製造方法及び半導体パッケージの製造方法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】
【０００８】
本発明の一実施形態によれば、チップバンプの形成された半導体チップが実装されるパッケージ基板を製造する方法であって、電極パッドが形成された回路基板を提供する段階と、電極パッドにハンダバンプ（solder bump）を形成する段階と、チップバンプの形状に対応して凸部または凹部が形成された治具の凸部または凹部がハンダバンプに対向するようにして、治具を基板に熱加圧する段階と、治具を離型する段階と、を含むパッケージ基板の製造方法が提供される。
【０００９】
治具を離型する段階以前に、ハンダバンプを硬化させる段階をさらに含むことができる。
【００１０】
ハンダバンプを形成する段階は、ハンダバンプに対応して開口部が形成されたマスクを回路基板に載置する段階と、ハンダペーストをスクィージングして開口部に圧入する段階と、ハンダペーストをリフローする段階と、マスクを除去する段階と、を含むことができる。
【００１１】
チップバンプは先端が平らなポストバンプであることができ、治具の凹部はドーム状の溝の形態であることができる。
【００１２】
また、チップバンプの先端が平らなポストバンプであることができ、治具の凹部はスクラッチ（scratch）状の溝であることができる。
【００１３】
チップバンプは、先端に円錐状突起が形成されている針型バンプであることができ、治具の凸部は突起に対応する円錐状凸部であることができる。
【００１４】
チップバンプは、先端が平らなポストバンプである場合、治具の凸部は中央が凹んだ噴火口状の凸部であることができる。
【００１５】
また、本発明の他の実施形態によれば、チップバンプの形成された半導体チップをパッケージ基板に実装してパッケージする方法であって、電極パッドが形成された回路基板を提供する段階と、電極パッドにハンダバンプを形成する段階と、チップバンプの形状に対応して凸部または凹部が形成された治具の凸部または凹部をハンダバンプに対向するようにして、治具を基板に熱加圧する段階と、治具を離型する段階と、チップバンプとハンダバンプとが対応するようにして半導体チップを回路基板に実装する段階と、ハンダバンプをリフローしてチップバンプとハンダバンプとをボンディングする段階と、を含む半導体パッケージの製造方法が提供される。
【００１６】
治具を離型する段階以前に、ハンダバンプを硬化する段階をさらに含むことができる。
【００１７】
ハンダバンプを形成する段階は、ハンダバンプに対応する開口部が形成されたマスクを回路基板に載置する段階と、ハンダペーストをスクィージングして開口部に圧入する段階と、ハンダペーストをリフローする段階と、マスクを除去する段階と、を含むことができる。
【００１８】
チップバンプは、先端が平らなポストバンプであることができ、治具の凹部はドーム状の溝であることができる。
【００１９】
また、チップバンプは、先端が平らなポストバンプである場合、治具の凹部はスクラッチ状の溝であることができる。
【００２０】
チップバンプは、先端に円錐状突起が形成された針型バンプであることができ、治具の凸部は突起に対応する円錐状凸部であることができる。
【００２１】
チップバンプの先端が平らなポストバンプである場合、治具の凸部は中央が凹んだ噴火口状の凸部であることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、半導体チップのチップバンプとパッケージ基板のハンダバンプとの間の接合信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は多様な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができるため、本願では特定実施例を図面に例示し、詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施例に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物及び代替物を含むものとして理解されるべきである。本発明を説明するに当たって、係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【００２４】
本願で用いた用語は、ただ特定の実施例を説明するために用いたものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文の中で明らかに表現しない限り、複数の表現を含む。本願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在を指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除するものではないと理解しなければならない。
【００２５】
以下、本発明に係るパッケージ基板の製造方法及び半導体パッケージの製造方法の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明し、添付図面を用いて説明することに当たって、同一かつ対応する構成要素は、同一の図面符号を付し、これに対する重複説明は省略する。
【００２６】
図５は、本発明の一実施例によるパッケージ基板の製造方法を示す順序図であり、図６〜図９は、本発明の一実施例によるパッケージ基板の製造方法を示す工程図である。図６〜図９を参照すると、回路基板１２、回路パターン１４、電極パッド１６、ハンダバンプ１８、ドーム状の溝２０、治具２２が示されている。
【００２７】
本実施例によるパッケージ基板の製造方法は、チップバンプの形成された半導体チップが実装されるパッケージ基板を製造する方法であって、電極パッド１６が形成された回路基板１２を提供する段階と、電極パッド１６にハンダバンプ１８を形成する段階と、チップバンプの形状に対応して凸部または凹部が形成された治具２２（jig）の凸部または凹部をハンダバンプ１８に対向するようにして、治具２２を基板に熱加圧する段階と、治具２２を離型する段階と、を含み、半導体チップのバンプとパッケージ基板のハンダバンプ１８との間の接合信頼性を向上させることができる。
【００２８】
本実施例に係るパッケージ基板の製造方法を見ると、先ず、図６に示すように、段階Ｓ１００で、電極パッド１６の形成された回路基板１２が提供され、段階Ｓ２００で、回路基板１２の電極パッド１６にハンダバンプ１８を形成する。回路基板１２は半導体チップが載置されるパッケージ基板である。回路基板１２に形成される電極パッド１６は回路パターン１４の一部として形成されることができる。電極パッド１６はハンダバンプ１８を媒介にして回路基板１２と半導体チップとを電気的に接続するためのものであって、複数形成することができ、これによりハンダバンプ１８も複数形成できる。
【００２９】
電極パッド１６にはハンダバンプ１８が突出して形成される。電極パッド１６にハンダバンプ１８が形成される方法は、先ず、ハンダバンプ１８に対応する開口部が形成されたマスクを回路基板１２に載置する。次に、マスクの上に、導電性のハンダペーストを塗布し、スクィージ（squeeze）で開口部にハンダペーストを圧入する。次に、マスクが載置された状態で熱を加えてリフローし、またハンダペーストを硬化させる。次に、マスクを除去して回路基板１２の電極パッド１６上にハンダバンプ１８を形成する。
【００３０】
上記以外にもインクジェット方式でハンダインクを電極パッド１６に印刷してハンダバンプ１８を形成することも可能である。
【００３１】
前述した方法により、回路基板１２の電極パッド１６にハンダバンプ１８を形成すると、ハンダバンプ１８のサイズや高さが不均一である。
【００３２】
次に、図７及び図８に示すように、段階Ｓ３００で、チップバンプの形状に対応して凸部または凹部が形成された治具２２の凸部または凹部をハンダバンプ１８に対向するようにして、基板に治具２２を熱加圧する。
【００３３】
前述した方法により、電極パッド１６にハンダバンプ１８を 形成すると、ハンダバンプ１８のサイズや高さは不均一であって、半導体チップのチップバンプとの接合信頼性が著しく低下することになる。よって、ハンダバンプ１８の高さを一定にするために、凸部または凹部が形成された治具２２を熱加圧してハンダバンプ１８の高さを一定にする。
【００３４】
最近、大容量データの高速処理に対する要求と、電子製品の軽薄短小化による電子素子のバンプのサイズ及びピッチがますます小さくなっている傾向から、半導体チップのバンプと回路基板１２のハンダバンプ１８との間の接合信頼性が非常に低下している。
【００３５】
このような接合信頼性を改善するために、半導体チップのチップバンプの形態は金属をメッキして得られる金属ポストバンプ構造に変化しつつあるが、これも接合信頼性を向上させるには困難がある。
【００３６】
一方、半導体チップのバンプとして金属をメッキしたポストバンプにする場合、半導体チップのバンプの先端及び回路基板１２のハンダバンプ１８の先端の両方ともに平らな面が形成される。したがって、半導体チップのバンプと回路基板１２のハンダバンプ１８とを互いに対応づけてリフロー工程を行う際に、半導体チップのバンプと回路基板１２のハンダバンプ１８との接合面に空隙が生じて接合信頼性が低下するという問題点がある。
【００３７】
本発明は、このような接合信頼性の低下する問題点を解決するために、半導体チップのチップバンプの形状に対応して、回路基板１２に形成されるハンダバンプ１８の形状を変形させることにその特徴がある。すなわち、チップバンプとハンダバンプ１８との接合信頼性を向上させるために、半導体チップのチップバンプの形状に応じて半導体チップが実装されるパッケージ基板のハンダバンプ１８の形状を変形させて、半導体チップのチップバンプとパッケージ基板のハンダバンプ１８との接合信頼性を向上させることである。
【００３８】
本実施例では、半導体チップのチップバンプとして金属をメッキして形成されたポストバンプにする場合、それに対応するハンダバンプ１８の先端の形状をドーム（dome）状で、一定の高さを有するようにして、ポストバンプの平らな先端とハンダバンプ１８のドーム状の先端とが接触するようにし、接合部での空隙の発生が防止できる。
【００３９】
チップバンプの形状に応じてハンダバンプ１８の形状を変更させるために、凸部または凹部が形成された治具２２を使用する。本実施例では、回路基板１２に形成されるハンダバンプ１８の先端を一定高さのドーム状に形成するために、治具２２に形成される凹部をドーム状の溝２０にする。
【００４０】
回路基板１２の電極パッド１６に形成されたハンダバンプ１８の先端を一定高さのドーム状に形成するために、治具２２のドーム状の溝２０がハンダバンプ１８に対向するようにして、治具２２を回路基板１２に熱加圧する。ここで、熱加圧とは、ハンダバンプ１８がリフローするように熱を加えながら回路基板１２に治具２２を押さえてハンダバンプ１８の先端がドーム状になるようにすることを含む概念である。
【００４１】
チップバンプの形状に応じて変形されるハンダバンプ１８の形状及びこれを形成するための治具２２の凸部または凹部の形状は後述する。
【００４２】
次に、図９に示すように、段階Ｓ４００で、ハンダバンプ１８を硬化し、段階Ｓ５００で、治具２２を離型する。治具２２を熱加圧する過程中にハンダバンプ１８が融解されてその形状を失うことがある場合には、治具２２を離型する前にハンダバンプ１８を硬化し、その後治具２２を回路基板１２から離型してパッケージ基板にハンダバンプ１８を形成する。しかし、ハンダバンプ１８の粘着性が高くて治具２２を離型してもその形状が維持される場合には、ハンダバンプ１８を硬化することなく、すぐ治具２２を離型することも可能である。
【００４３】
前述した工程を経て、実装される半導体チップのチップバンプの形状に対応するハンダバンプ１８を回路基板１２に形成することにより、接合信頼性を向上させることができる。
【００４４】
図１０は、本発明の一実施例に係るハンダバンプの形状を示す使用状態図であり、図１１は、本発明の他の実施例に係るハンダバンプの形状を示す使用状態図であり、図１２は、本発明のまた他の実施例に係るハンダバンプの形状を示す使用状態図である。また、図１３は、本発明のまた他の実施例に係るハンダバンプの形状を示す使用状態図である。図１０乃至図１３を参照すると、回路基板１２、電極パッド１６、ハンダバンプ１８、ポストバンプ２４、半導体チップ２６、針型バンプ２８が示されている。
【００４５】
図１０は、前述した一実施例により形成されたハンダバンプ１８と半導体チップ２６のチップバンプとの接続状態を示している。本実施例では、半導体チップ２６のチップバンプが金属をメッキして形成されたポストバンプ２４である場合、それに対応するハンダバンプ１８の先端をドーム状にし、ポストバンプ２４の平らな先端とハンダバンプ１８のドーム状の先端とが接触するようにして接合部での空隙の発生を防止することができる。
【００４６】
一方、図１１は、先端にスクラッチが形成されたハンダバンプ１８とチップバンプとの接合構造を示している。本実施例では、半導体チップ２６のチップバンプがポストバンプ２４である場合、それに対応するハンダバンプ１８の先端にスクラッチ状の溝を形成してチップバンプと接合する際に、スクラッチ状の溝を通して空気が抜けるようにしてチップバンプとハンダバンプ１８との接合面での空隙の発生を防止することができる。
【００４７】
図１２は、先端に円錐状突起が形成された針型バンプ２８と、針型バンプ２８が容易に挿入できるように先端に針型バンプ２８の形状に対応する円錐状溝が形成されたハンダバンプ１８との接合構造を示している。本実施例では、半導体チップ２６のチップバンプが円錐状突起の形成された針型バンプ２８である場合、針型バンプ２８が容易に挿入できるようにハンダバンプ１８の先端に円錐状溝を形成し、針型バンプ２８とハンダバンプ１８との接触面積を増やして接合信頼性を高めることができる。
【００４８】
図１３は、チップバンプが金属をメッキして形成されたポストバンプ２４である場合、それに対応する中央部が膨らんでいる、噴火口状の先端が形成されたハンダバンプ１８の接合構造を示している。本実施例では、ポストバンプ２４の平らな先端とハンダバンプ１８の膨らんでいる部分とが接触するようにして空隙の発生を防止し、リフローの際にハンダバンプ１８がポストバンプ２４の外郭を容易に囲むようにして接合信頼性を向上させることができる。
【００４９】
図１４は、本発明の一実施例によるハンダバンプを形成するための治具の形態を示す図であり、図１５は、本発明の他の実施例によるハンダバンプを形成するための治具の形態を示す図であり、図１６は、本発明のまた他の実施例によるハンダバンプを形成するための治具の形態を示す図である。また、図１７は、本発明のまた他の実施例によるハンダバンプを形成するための治具の形態を示す図である。図１４乃至図１７を参照すると、治具２２、ドーム状の溝２０、スクラッチ３０、円錐状凸部３２、噴火口状の凸部３４が示されている。
【００５０】
図１４乃至図１７には、前述した図１０乃至図１３の実施例によるハンダバンプを形成するための、回路基板に形成されたハンダバンプを熱加圧する治具２２の形態が示されている。
【００５１】
図１４を見ると、ハンダバンプの先端を一定サイズのドーム状に形成するために、治具２２にドーム状の溝２０が形成されている。ドーム状の溝２０にハンダバンプが挿入されながら熱加圧により回路基板の電極パッドに一定サイズのドーム状のハンダバンプを形成できる。
【００５２】
図１５を見ると、ハンダバンプの先端をスクラッチ３０状の溝に形成するために、治具２２にスクラッチ３０状の溝が形成されている。電極パッドにハンダバンプが形成されたら、スクラッチ３０状の溝が形成された治具２２を回路基板に熱加圧することによりハンダバンプの先端にスクラッチ３０状の溝を形成できる。
【００５３】
図１６を見ると、ハンダバンプの先端を円錐状の溝に形成するために、治具２２に円錐状の凸部３２が形成されている。電極パッドにハンダバンプが形成されたら、円錐状の凸部３２が形成された治具２２を回路基板に熱加圧することによりハンダバンプの先端に円錐状の溝を形成できる。
【００５４】
図１７を見ると、ハンダバンプの先端を中央が膨らんだ噴火口状に形成するために、治具２２の中央部が凹んだ噴火口状の凸部３４が形成されている。電極パッドにハンダバンプが形成されたら、中央が凹んだ噴火口状の凸部３４が形成された治具２２を回路基板に熱加圧することにより中央が膨らんだ噴火口状の先端を有するハンダバンプを形成できる。
【００５５】
図１８及び図１９は、本発明のまた他の実施例による半導体パッケージの製造方法を示す工程図である。図１８及び図１９を参照すると、回路基板１２、回路パターン１４、電極パッド１６、ハンダバンプ１８、ポストバンプ２４、半導体チップ３６が示されている。
【００５６】
本実施例による半導体パッケージの製造方法は、前述した一実施例により一定サイズのドーム状を有するハンダバンプ１８を電極パッド１６に形成してパッケージ基板を完成する。
【００５７】
パッケージ基板を製造する方法は、前述した内容と同様であるため、本実施例ではその説明を省略する。ここで、半導体チップ３６のチップバンプに対応してパッケージ基板に形成されるハンダバンプ１８の形状は、前述した治具２２を用いて形成できる。
【００５８】
本実施例では、前述した一実施例と同じく、回路基板１２の電極パッド１６に一定高さのドーム状のハンダバンプ１８を形成し、半導体チップ３６を実装する場合を提示しているが、半導体チップ３６のチップバンプの形状に対応して前述した多様な形態のハンダバンプ１８を回路基板１２に形成し、半導体チップ３６を実装することも可能である。
【００５９】
次に、チップバンプに対応するハンダバンプ１８が回路基板１２の電極パッド１６に形成されたら、図１８に示すように、チップバンプとハンダバンプ１８とが対応するようにして半導体チップ３６を回路基板１２に実装する。
【００６０】
次に、図１９に示すように、ハンダバンプ１８をリフローしてチップバンプとハンダバンプ１８とをボンディングする。熱によりハンダバンプ１８をリフローし、硬化過程中の空隙の発生を防止でき、チップバンプとハンダバンプ１８との接触面が金属結合することにより、接合強度を高めることができる。
【００６１】
前述したように、半導体チップ３６のチップバンプの形状に応じて半導体チップ３６が実装されるパッケージ基板のハンダバンプ１８の形状を変形することにより、チップバンプとハンダバンプ１８との接合信頼性を向上させることができる。
【００６２】
以上では、本発明の好ましい実施例に対して説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることを理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】従来技術による半導体チップパッケージの製造方法を示す工程図である。
【図２】従来技術による半導体チップパッケージの製造方法を示す工程図である。
【図３】従来技術による半導体チップパッケージの製造方法を示す工程図である。
【図４】従来技術による半導体チップパッケージの製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明の一実施例によるパッケージ基板の製造方法を示す順序図である。
【図６】本発明の一実施例によるパッケージ基板の製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明の一実施例によるパッケージ基板の製造方法を示す工程図である。
【図８】本発明の一実施例によるパッケージ基板の製造方法を示す工程図である。
【図９】本発明の一実施例によるパッケージ基板の製造方法を示す工程図である。
【図１０】本発明の一実施例によるハンダバンプの形状を示す使用状態図である。
【図１１】本発明の他の実施例によるハンダバンプの形状を示す使用状態図である。
【図１２】本発明のまた他の実施例によるハンダバンプの形状を示す使用状態図である。
【図１３】本発明のまた他の実施例によるハンダバンプの形状を示す使用状態図である。
【図１４】本発明の一実施例によるハンダバンプを形成するための治具の形態を示す図である。
【図１５】本発明の他の実施例によるハンダバンプを形成するための治具の形態を示す図である。
【図１６】本発明のまた他の実施例によるハンダバンプを形成するための治具の形態を示す図である。
【図１７】本発明のまた他の実施例によるハンダバンプを形成するための治具の形態を示す図である。
【図１８】本発明のまた他の実施例による半導体パッケージの製造方法を示す工程図である。
【図１９】本発明のまた他の実施例による半導体パッケージの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００６４】
１２  回路基板
１４  回路パターン
１６  電極パッド
１８  ハンダバンプ
２０  ドーム状の溝
２２  治具
２４  ポストバンプ
２６  半導体チップ
２８  針型バンプ
３０  スクラッチ
３２  円錐状凸部
３４  噴火口状の凸部
【図１】
0004934831.tif 000002
【図２】
0004934831.tif 000003
【図３】
0004934831.tif 000004
【図４】
0004934831.tif 000005
【図５】
0004934831.tif 000006
【図６】
0004934831.tif 000007
【図７】
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【図８】
0004934831.tif 000009
【図９】
0004934831.tif 000010
【図１０】
0004934831.tif 000011
【図１１】
0004934831.tif 000012
【図１２】
0004934831.tif 000013
【図１３】
0004934831.tif 000014
【図１４】
0004934831.tif 000015
【図１５】
0004934831.tif 000016
【図１６】
0004934831.tif 000017
【図１７】
0004934831.tif 000018
【図１８】
0004934831.tif 000019
【図１９】
0004934831.tif 000020