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発明の名称 ブリッジ型パターンを利用するソルダ接合構造
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−158348(P2007−158348A)
公開日 平成19年6月21日(2007.6.21)
出願番号 特願2006−329093(P2006−329093)
出願日 平成18年12月6日(2006.12.6)
代理人 【識別番号】100104156
【弁理士】
【氏名又は名称】龍華 明裕
発明者 キム・スング / ユ・ゼグァン / イ・ヨンビン / ウィ・ユグム / ホ・ソクファン / リュ・チャンソプ
要約 課題
ソルダが塗布される接続パッドの形状を変更することで、リフロー工程によって形成されるソルダ接合部の大きさを増やしてソルダ接合の信頼性を向上させることができるソルダ接合構造を提供する。

解決手段
金属バンプを備える半導体素子、前記金属バンプが接続される接続パッドを備え、前記金属バンプ及び前記接続パッドのボンディングによって前記半導体素子が実装される基板、及び前記接続パッド上に形成され、前記金属バンプと前記接続パッドを電気的に連結するソルダ接合部を含み、前記接続パッドはブリッジ型パターンに形成され、ソルダ接合に十分な大きさのソルダ接合部を形成する。
特許請求の範囲
【請求項1】
金属バンプを備える半導体素子;
前記金属バンプが接続される接続パッドを備え、前記金属バンプ及び前記接続パッドのボンディングによって前記半導体素子が実装される基板;及び
前記接続パッド上に形成され、前記金属バンプと前記接続パッドを電気的に連結するソルダ接合部;を含み、
前記接続パッドはブリッジ型パターンに形成され、ソルダ接合に十分な大きさのソルダ接合部を形成することを特徴とする、ブリッジ型パターンを利用するソルダ接合構造。
【請求項2】
前記ブリッジ型パターンは、任意の間隔を置いて形成される少なくとも二つのパターン領域を含むことを特徴とする、請求項1に記載のブリッジ型パターンを利用するソルダ接合構造。
【請求項3】
前記ソルダ接合部はリフロー工程によって形成され、前記任意の間隔は、リフロー工程によって、少なくとも二つのパターン領域上のソルダペーストが単一のソルダ接合部に形成されるのに十分な間隔であることを特徴とする、請求項2に記載のブリッジ型パターンを利用するソルダ接合構造。
【請求項4】
前記ソルダ接合部の大きさは、ブリッジ型パターンではない同一線幅のパターンを利用する場合より大きく形成されることを特徴とする、請求項3に記載のブリッジ型パターンを利用するソルダ接合構造。
【請求項5】
前記半導体素子はフリップチップ素子であることを特徴とする、請求項1に記載のブリッジ型パターンを利用するソルダ接合構造。
【請求項6】
前記金属バンプはスタッドバンプであることを特徴とする、請求項5に記載のブリッジ型パターンを利用するソルダ接合構造。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明はフリップチップ(flip chip)接続用ソルダ接合構造に係り、特にソルダが塗布される接続パッドの形状をブリッジ型パターン(bridge type pattern)に変更することで、リフロー(reflow)工程によって形成されるソルダ接合部の大きさを増やしてソルダ接合の信頼性を向上させることができるソルダ接合構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、半導体チップなどの電子部品をフリップチップ実装しようとする場合、予め半導体チップを実装しようとするプリント基板の接続パッド(回路パターン)上にペースト状態のソルダを塗布した後、リフロー工程によってソルダ接合部(または"ソルダボール(solder ball)"という)のような接続媒体を形成し、スタッドバンプ(stud bump)などの金属バンプが形成された半導体チップをプリント基板にフリップボンディング方式で接触ボンディングを行うことになる。
【0003】
近来、半導体部品の高密度化、高集積化の趨勢にしたがい、半導体チップ側のバンプ及びバンプに対応するプリント基板側の接続パッドの大きさがますます小さくて細くなっている。このように、高密度化及び高集積化の結果として、対応する回路パターンの幅が細くなり、接続パッド上に形成されるソルダ接合部の大きさが減少し、その結果、ソルダ接合部とバンプが充分に接触しなくてソルダ接合構造の信頼性が低下する問題をもたらしている。
【0004】
図1はこのようなソルダ接合構造の一例を示す断面図で、これを参照して、接触不良状態のソルダ接合構造を説明すれば次のようである。
【0005】
例えば、図1に示すように、ソルダレジスト12(SR;solder resist)と同一の保護層から突出した金属バンプ14を備えた半導体チップ10が、やはりソルダレジスト22間で露出した接続パッド24を備えたプリント基板20上にフリップチップボンディング(flip chip bonding)方式でボンディングされる。この時、プリント基板上の接続パッド24が細くなることによって、その上に形成されるソルダ接合部の大きさが減少し、これは、場合によって、金属バンプがソルダ接合部と接触することができなくなる結果をもたらし得る。
【0006】
すなわち、図1の点線で示す大きさがフリップチップボンディングに適正な大きさとする時、それより小さく形成されたソルダ接合部30を備えたプリント基板20上に、金属バンプ14を備えた半導体チップ10が実装されれば、その接合構造は信頼性を確保しにくい問題をもたらすことになる。
【0007】
一方、これを解消するために、回路パターン(接続パッド)の幅を大きくすれば、これはソルダ接合構造を有する半導体部品の高密度化及び高集積化に逆行する結果をもたらすことになる。
【0008】
このような問題点を解消するために、次のような接続パッドの形態が提案された。
【0009】
図2は従来の他の例によるソルダ接合用回路パターンを示す平面図である。図2は、従来の例によって接続パッド44が一部分(例えば、中央部分)で幅が拡張した形態を有するように形成されたことを特徴とするプリント基板40を示す。具体的に、図2に示すように、ソルダレジスト42間で露出した接続パッド44が近位部44a及び遠位部44bに区分されれば、近位部の幅(Wa)に比べて遠位部の幅(Wb)が広く形成されたことを特徴とする。
【0010】
しかし、これは、接続パッドの幅が遠位部の拡張した幅(Wb)に形成されたものと類似の結果をもたらすことになり、拡張した幅全体にわたって塗布されたソルダペーストの量は塗布しようとするソルダペーストの量より多くなってソルダの消費量を増加させるなどの問題をもたらし得る。
【0011】
ついで、図3は従来のさらに他の例によって形成されたソルダ接合用回路パターンの断面図である。図3によるプリント基板50は、ソルダレジスト52間で露出した接続パッド54に加え、ソルダレジスト52の縁部に形成された屈曲伸張部56をさらに含み、ペースト状態のソルダ60が接続パッド54及び屈曲伸張部56上に塗布されることを特徴とする。
【0012】
これは、先の例と同様に、接続パッドの幅(または長さ)が屈曲伸張部を含む大きさに拡張したことと類似の結果をもたらし、これもやはりソルダの消費量を増加させる問題をもたらし得る。また、このような構造を形成するためには、ソルダレジストを形成した後、再び更なるパターン屈曲伸張部を形成する工程を行わなければいけないから、これによる製造工程の複雑化及び作業時間及び作業工数の増加がもたらされる問題もある。
【特許文献1】特開2000−77471号公報
【特許文献2】大韓民国公開特許第2001−60271号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
したがって、本発明の目的は、比較的小さな幅の接続パッド上に十分な大きさのソルダ接合部を形成することで、信頼できるソルダ接合構造を提供することである。
【0014】
本発明の他の目的は、ソルダ接合の信頼性を確保するとともにこのような接合構造を利用する半導体製品の高密度及び化高集積化を達成することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
このような目的を達成するため、本発明は、金属バンプを備える半導体素子と;金属バンプが接続される接続パッドを備え、金属バンプ及び接続パッドのボンディングによって前記半導体素子が実装される基板;及び接続パッド上に形成され、金属バンプと接続パッドを電気的に連結するソルダ接合部;を含み、前記接続パッドはブリッジ型パターンに形成され、ソルダ接合に十分な大きさのソルダ接合部を形成することを特徴とするブリッジ型パターンを利用するソルダ接合構造を提供する。
【0016】
また、本発明において、ブリッジ型パターンは、任意の間隔を置いて形成される少なくとも二つのパターン領域を含むことを特徴とする。
【0017】
また、本発明において、ソルダ接合部は、リフロー工程によって形成され、任意の間隔は、リフロー工程によって、少なくとも二つのパターン領域上のソルダペーストが単一のソルダ接合部に形成されるのに十分な間隔であることを特徴とする。
【0018】
また、本発明において、ソルダ接合部の大きさは、ブリッジ型パターンではない同一線幅のパターンを利用する場合より大きく形成されることを特徴とする。
【0019】
また、本発明において、半導体素子はフリップチップ素子であり、金属バンプはスタッドバンプであることを特徴とする。
【発明の効果】
【0020】
本発明によるソルダ接合構造は、所定の間隔を置いて分離された少なくとも二つのパターン領域で構成された接続パッド(ブリッジ型パターン)、このような形状の接続パッド上に形成されるソルダ接合部、及びこれに対応して当接する金属バンプを含んでなる。このようなソルダ接合構造は、より小さな幅の微細パターン上に十分な大きさのソルダ接合部を形成することで、金属バンプを備えた半導体チップと接続パッドを備えたプリント基板との間のソルダ接合を充分に信頼できるようになすことができる。また、接続パッドを形成する従来の工程によって構成でき、別途の追加工程が要求されないので、作業工数及び工程の増加なしにソルダ接合の信頼性を充分に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、添付図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する。
【0022】
図4は本発明の一実施例によるソルダ接合用回路パターンを示す平面図である。図4に示すように、本発明によるプリント基板120は、ソルダレジスト122間で露出した接続パッド124が任意の間隔(S)を置いて互いに分離した形態の少なくとも二つのパターン領域124a、124bに区分されて形成されたことを特徴とする。例えば、二つの分離したパターン領域124a、124b上に塗布されるペースト形態のソルダがリフロー(reflow)工程で膨れ上がりながら互いに凝集して単一形状のソルダ接合部を形成することになり、このような現象をいわゆる"ブリッジ現象"という。以下、この明細書でソルダ接合部の形成の時、ブリッジ現象を引き起こして単一ソルダ接合部を形成するように形成された接続パッドの形状を"ブリッジ型パターン"という。
【0023】
ブリッジ型パターンは、結局、互いに分離した少なくとも二つのパターン領域で形成される接続パッドを示す。この際、パターン領域間の間隔は二つのパターン領域上に塗布されたソルダペーストがリフロー工程で膨れ上がりながら凝集して、単一ソルダ接合部を形成するのに十分な程度の距離を維持することが望ましい。
【0024】
すなわち、パターン領域間の間隔があまり遠ければ、二つの分離したパターン領域上にそれぞれ独立したソルダ接合部が形成されて、所望形態のソルダ接合部を得ることができなくなり、逆にパターン領域間の間隔があまり狭ければ、本発明で得ようとする形態(大きさ)のソルダ接合部を得ることができないことがあるからである。
【0025】
このように、ブリッジ型パターン上に形成されるソルダ接合部は、分離したパターン領域とその間に介在した間隔(S)の幅の和に基づいて形成されるので、間隔を排除したパターン領域の大きさ(単一パターンの場合)に基づいて形成されるソルダ接合部の大きさより大きく形成できる。
【0026】
したがって、従来に比べ、広幅のパターンを形成しないで、パターンを任意の間隔で分離させることだけで、十分な大きさのソルダ接合部を形成することができ、これにより、これに接続される金属バンプを利用してフリップチップボンディングを行う場合にも、十分な信頼性を有する接続を維持することができる。
【0027】
図5A及び5Bはそれぞれ従来のパターンと本発明のパターンによって形成されるソルダ接合部の大きさを模式的に示す断面図である。図5A及び5Bに基づいて、従来と本発明によるそれぞれの接続パッドを比較して説明すれば次のようである。
【0028】
図5Aは従来の接続パッド24が形成されたプリント基板20上に形成されたソルダ接合部30を示し、図5Bは本発明の一実施例による接続パッド124が形成されたプリント基板120上に形成されたソルダ接合部130を示す。従来及び本発明による接続パッド上に形成されたソルダ接合部30、130の大きさ(例えば、ソルダ接合部の高さh、h)が同一であるとすると、その基盤となる接続パッド24、124の幅に差があることが分かる。
【0029】
すなわち、従来の接続パッド24は単一形状の大きな幅(W)に形成されたものであるが、これとは異なり、本発明による接続パッド124は任意の間隔(S)を置いて形成された二つの分離したパターン領域124a、124bから形成されたものである。結局、より小さな幅(W124a、W124b)を有する接続パッド124上で、ブリッジ現象によって、より大きな幅(W)のパッド24上に形成されたソルダ接合部30と同一の大きさ(高さ)のソルダ接合部130を形成することができるものである。
【0030】
図6は本発明によるソルダ接合構造を示す断面図である。図6は、金属バンプ114がソルダレジスト112間で突出した半導体素子110と本発明の接続パッド124(二つの分離したパターン領域で形成される)が備えられたプリント基板120のフリップボンディング状態を示す。図1に示した従来の場合とは異なり、本発明によるソルダ接合構造は、ソルダレジスト122間に形成されるソルダ接合部130がブリッジ型パターン(図4の124a及び124b参照)で構成される接続パッド124上で十分な大きさに形成されるので、対応する金属バンプ114との接続が信頼できるようになされることができる。
【0031】
このように、より小さな幅を有する接続パッド上に十分な大きさのソルダ接合部を形成することで、フリップチップ半導体素子用微細回路パターンを提供することができ、これにより、半導体素子の高密度化、高集積化を容易に達成することができる。
【0032】
つぎに、図7A〜図7Fは本発明の他の実施例によるソルダ接合用接続パッドブリッジ型パターンの変形例を示す平面図で、これら図に基づいて、本発明による多様な接続パッドの形状を提示する。
【0033】
図7A〜図7Fに示すように、本発明による接続パッド144、146、148、150、152、154は、ソルダレジスト142間で露出し、それぞれ任意の間隔を置いて形成される多数の分離したパターン領域を含んで形成される。このように、間隔を置いて分離した多数のパターン領域上にペースト状態のソルダが塗布された後、リフロー工程などによってソルダが膨れ上がることにより、所望大きさのソルダ接合部が形成できる。この際、各パターン領域を含む接続パッド144、146、148、150、152、154はみんな従来に比べて小さな幅の微細パターンに形成され、分離した各パターン領域上に塗布されたソルダがブリッジ現象によって凝集結合することにより、単一ソルダ接合部に形成できる。
【0034】
より具体的にそれぞれの形状を説明すれば、図7Aに示すプリント基板140aの接続パッド144は、基本パターン領域144a及び任意の間隔(S)を置いて互いに分離したパターン領域144bを含んで構成される。
【0035】
図7Bに示すプリント基板140bの接続パッド146は、基本パターン領域146a及びその一側に任意の間隔(S)を置いて分離したパターン領域146bを含んで構成される。
【0036】
図7Cに示すプリント基板140cの接続パッド148は、両側の基本パターン領域148a、148c及びその間に任意の間隔(S)を置いて形成された独立したパターン領域148bを含んで構成される。
【0037】
図7Dに示すプリント基板140dの接続パッド150は、基本パターン領域150a及び中央部の一側に分離したパターン領域150bを含んで構成される。この際、基本パターン領域150aは分離したパターン領域150bに対応する大きさだけ一部が湾曲した形状を有する。
【0038】
図7Eに示すプリント基板140eの接続パッド152は、基本パターン領域152a及びその一側に間隔を置いてさらに形成されたパターン領域152bを含んで構成される。この際、基本パターン領域152aには湾曲部(図7D参照)が形成されない。
【0039】
ついで、図7Fに示すプリント基板140fの接続パッド154は、両側の基本パターン領域154a、154b及びその間に間隔を置いて介在した多数の独立パターン領域154cを含んで構成される。
【0040】
以上説明したように、本発明によるソルダ接合構造は、任意の間隔を置いて分離した少なくとも二つのパターン領域を含む接続パッド(ブリッジ型パターン)を備えたプリント基板を提供することにより、比較的小さな幅の回路パターンを形成するにもかかわらず、分離した領域の間で起こるブリッジ現象によって十分な大きさのソルダ接合部を形成する点に特徴があり、これにより十分な信頼性を確保したソルダ接合構造を提供することができる。
【0041】
また、このような接続パッドを形成するために、既存の工程に別途の工程を付け加える必要がないので、費用及び作業時間の大きな増加なしに信頼度の高いフリップチップボンディング工程を行うことができる。
【0042】
例えば、図3に示す従来の屈曲伸張部(図3の56参照)を形成するために行われる一連の工程、すなわちソルダレジスト塗布後、その上に屈曲伸張部を形成するためのパターン形成工程などの工程が要求されない。したがって、本発明によるソルダ接合構造は、既存の微細パターンを形成するための工程を適用して半導体製品の高密度化及び高集積化を成すとともに十分な接続信頼性を確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【0043】
本発明は、ソルダが塗布される接続パッドの形状をブリッジ型パターンに変更することで、リフロー工程によって形成されるソルダ接合部の大きさを増やしてソルダ接合の信頼性を向上させるソルダ接合構造に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】従来の一例によるソルダ接合構造を示す断面図である。
【図2】従来の他の例によるソルダ接合用回路パターンを示す平面図である。
【図3】従来のさらに他の例によるソルダ接合用回路パターンを示す断面図である。
【図4】本発明の一実施例によるソルダ接合用回路パターンを示す平面図である。
【図5A】従来のパターンと本発明のパターンによって形成されるソルダ接合部の大きさを模式的に示す断面図である。
【図5B】従来のパターンと本発明のパターンによって形成されるソルダ接合部の大きさを模式的に示す断面図である。
【図6】本発明によるソルダ接合構造を示す断面図である。
【図7A】本発明の他の実施例によるソルダ接合用回路パターンの変形例を示す平面図である。
【図7B】本発明の他の実施例によるソルダ接合用回路パターンの変形例を示す平面図である。
【図7C】本発明の他の実施例によるソルダ接合用回路パターンの変形例を示す平面図である。
【図7D】本発明の他の実施例によるソルダ接合用回路パターンの変形例を示す平面図である。
【図7E】本発明の他の実施例によるソルダ接合用回路パターンの変形例を示す平面図である。
【図7F】本発明の他の実施例によるソルダ接合用回路パターンの変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
【0045】
110 半導体チップ
112、122、142 ソルダレジスト
114 バンプ
120 プリント基板
124 接続パッド
124a、124b パターン領域
130 ソルダ接合部
140a、140b、140c、140d、140e、140f プリント基板
144、146、148、150、152、154 接続パッド
h 高さ
S 間隔
W 幅




 

 


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