JPH01215046A - 共晶はんだバンプ電極の試験方法 - Google Patents

共晶はんだバンプ電極の試験方法

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JPH01215046A
JPH01215046A JP63041142A JP4114288A JPH01215046A JP H01215046 A JPH01215046 A JP H01215046A JP 63041142 A JP63041142 A JP 63041142A JP 4114288 A JP4114288 A JP 4114288A JP H01215046 A JPH01215046 A JP H01215046A
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JP
Japan
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semiconductor chip
bump electrode
solder
adhesion
temperature
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JP63041142A
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English (en)
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Yoshikiyo Usui
吉清 臼井
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/071Connecting or disconnecting
    • H10W72/0711Apparatus therefor
    • HELECTRICITY
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    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/071Connecting or disconnecting
    • H10W72/072Connecting or disconnecting of bump connectors

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  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はフリップチップ等の半導体チ゛ツブの実装ない
しは接続のために設けられるバンプ電極の試験方法であ
って、錫−鉛系共晶はんだからなるバンプ電極の半導体
チップとの密着性を試験する方法に関する。
(従来の技術〕 上述のフリップチップ等のバンプ電極が設けられた半導
体チップは、よく知られているようにセラ電ツク配線基
板等に実装すると同時にバンプ電極を介して外部回路と
の接続を果たすことができ、ボンディング作業やボンデ
ィング線のためのスペースが不要になる利点をもち、最
近広く採用されるに至っている。このバンプ電極用材料
には銅も用いられるが、低温実装が可能で量産に向く点
ではんだバンプが広(用いられ、とくに錫を53〜73
%程度含む錫−鉛系のいわゆる共晶はんだは、はんだの
中でも最も低温で実装が可能な特長を有する。ところが
このはんだバンプは、半導体チップの配線基板から絶縁
膜によって絶縁された配wA膜上に下地膜を介して設け
られるので、半導体チップとの密着性が不充分なものが
発生することがあり、このためはんだバンプを備える半
導体チップの量産時には品質管理のためにバンプ電極の
密着性試験を行なうのが望ましい0本発明はかかるはん
だバンプ電極の試験方法に関し、第4図にその横置と配
線基板への実装状態を示す。
第4図(alははんだバンプ電極20を実装前の状態で
示すものである。このバンプ電極20を半導体チップl
Oに設けるには、そ半導体基板1の表面を酸化膜等の絶
縁膜2で覆った上で、−その上に半導体チップ内に作り
込まれたトランジスタやダイオードなどと接続されたふ
つうはアルミの配線膜3を設ける。この配線膜3を窒化
膜等の保護膜4で覆った上で、そのバンプ電極を設ける
べき場所に窓を明ける0次にこの窓を介して配線膜3に
導電接触するようにバンプ電極用の下地膜21として例
えばチタニウムと銅をご(薄り被着した上で、この下地
膜21の上に電気めっき等の手段ではんだ22を厚く成
長させる。このはんだ22の先端を図示のように丸くす
るには半導体チップを加熱してはんだを溶融すればよく
、このいわゆるリフロー時にはんだ22の表面張力によ
う先端が丸(なってはんだバンプ電極20が形成される
第4図中)はこの半導体チップ10を配線基板30に実
装した状態を示す、配線基板30はセラミック基板31
上に配線導体32を配列したもので、実装に当たっては
半導体チップ10のはんだバンプ電極20の先端をこの
配線導体32に接触させた状態ではんだの溶融点以上の
温度に短時間加熱してやればよい。
これによって、図示のようにはんだ22が配線導体32
と接合されて半導体チップlOの配線基板30への取り
付けとバンプ電極20を介する接続が同時に完了する。
各バンプ電極20はその径がふつう200〜300n程
度の小さなものであり、1個の半導体チップに多いとき
には100個以上のバンプ電極が小間隔で並べて設けら
れるので、前述の密着性試験をバンプ電極−つ一つにつ
いて行なうことは困難で、第4図偽)のように半導体チ
ップlOを配線基板30等に実装しておいた上で、図示
のように引張力Pを掛けて半導体チップ10を配線基板
30から強制的に引き剥がす、この際密着性が悪いとバ
ンプ電極20の半導体チップ1Gへの取り付は部1例え
ば図でNGで示した個所で外れるが、密着性が良好な場
合はバンプ電極20のはんだ22の途中1例えば図でG
で示した個所で破断する。従って、半導体チップ10を
それを実装した配線基板30から強引に引き剥がした時
に、バンプ電極内で破断が生じたか否かによりバンプ電
極の半導体チップへの密着性の良否を判定することがで
き、例えば試験された半導体チップ内で密着性の不良な
バンプ電極が所定個数以上あれば、この半導体チップと
同時に製作°されたロフトの半導体チップを不良と判定
する。
〔発明が解決しようとする課It) 上述のバンプ電極の密着性試験方法は非常に簡便でかつ
正確に密着性を評価できるが、バンプ電極に用いられる
はんだの種類によってうま(行(場合と行かない場合が
ある0例えば594程度の錫を含む比較的柔らかい錫−
鉛系はんだの場合にはうまく行くが、比較的硬い前述の
共晶はんだの場合には余りうまく行かない、これは後者
の場合に、密着性がかなり良好なときにも前述の引き剥
がし試験時にバンプ電極内で破断が生ぜずバンプ電極が
その付は根の所て半導体チップから外れてしまいやすい
ためである。良否の判定基準がバンプ電極内で破断が生
じるか否かにあるから、密着性が良好なのに破断が生じ
ないようでは、良品まで不良と判定してしまうおそれが
ある。なお、5%錫のはんだと問題の共晶はんだとでは
、その引張強度においてそれ程差があるわけではない。
この問題を解決するため、共晶はんだバンプの場合には
半導体チップをそれが実装された配線基板から完全に引
き剥がしてしまうことを止めて、バンプ電極に必要な密
着強度に相当する所定の引張力を掛けるだけですませる
ことも考えられるが、この引張力を掛けた後で多数の小
さなバンプ電極がその半導体チップへの付は根部で外れ
かかっているか否かを一々確かめることは実際には至難
の業である。
本発明はかかる問題点を解決して、バンプ電極が共晶は
んだである場合にもその半導体チップへの密着性を正確
に試験できるようにすることを課題とする。
(課題を解決するための手段〕 本発明によればこの課題は、錫−鉛系共晶はんだからな
るバンプ電極の半導体チップとの密着性を試験するに当
たって、バンプ電極が設けられた半導体チップを所定の
対象上にバンプ電極を介して取り付けた上で、50〜l
OO℃の温度下で半導体チップのバンプ電極が設けられ
h面に直角な方向に引張力を掛けて半導体チップを対象
から引き剃がし、この引き剥がし時にバンプ電極内で破
断が生じたか否かによりバンプ電極の半導体チップに対
する密着性の良否を判定することにより解決される。な
お、本発明方法は63±lO%の錫を含む錫−鉛系共晶
はんだに有利に適用することができる。
〔作用〕
本発明は、密着性が正常なバンプ電極を備える半導体チ
ップをそれが実装ないしは取り付けられた配線基板など
の対象から引張力によ°って引き剥がす際に、バンプ電
極内でうまく破断が生じて呉れるかどうかは、バンプ電
極の材料に固有な引張強度よりはむしろ伸びの方に関連
があり、共晶はんだの場合この伸びが温度によって太き
(変化することに着目してなされたもので、上記の構成
にいうように引き剥がし時の温度を50〜100℃にす
ることにより共晶はんだの伸びを大きくして、バンプ電
極の半導体チップへの密着性が良好なときにはバンプ電
極内で破断を生じさせ、密着性が不良のときにはバンプ
電極がその付は根で外れるようにして、バンプ電極の密
着性の良否を正確に判定できるようにしたものである。
〔実施例〕
以下、図を参照しながら本発明の詳細な説明する。第1
図は本発明方法による試験を実施する際に用いる治具や
試験の要領を例示するものである。
第1図に示すように試験用治具に装入する前に、まず試
験をすべきバンプ電極を備えた半導体チップ10が、こ
の例ではセラミック配線基板である所定の実装対象上に
、その多数のバンプ電極20を配線基板の配線導体32
に接合することにより実装され、この対象に取り付けら
れた半導体チップlOの図では上面である背面の中央部
に、例えばナツト11が瞬間接着剤等の手段で強固に図
示のように縦に取り付けられる。試験用の保持治具40
はヒータ等の適宜な加熱手段42を内蔵した台41の上
に、図示のように板を折り曲げて作られた金具43を1
対取り付けた簡単なもので、この保持治具40を引張試
験機のテーブルに熱絶縁を介して固定した上で、加熱手
段42によって台41を50〜100℃の温度になるよ
うにあらかじめ加熱しておく、この温度はとくに厳密に
一定値に制御する要はない、試験に当たっては、保持治
具40の青金具43の先端と台41の上面との間の隙間
44に半導体チップ10とナツト11を取り付けた対象
30を図の前後方向から装入し、その短時間後に引張試
験機の可動部に係合された引張治具45の先端のフック
45aをナツト11の内孔に図示のように引っ゛掛けた
上で、引張試験機を操作して引張力Pを掛けて半導体チ
ップlOを対象30から引き剥がす。
第2図はこのようにして半導体チップ10を対象30か
ら引き剥がした後、の良否の判定基準を模式的に示すも
ので、同図(jl)が良の場合で同図偽)が不良の場合
である。同図(−)ではバンプ電極20の途中がGの個
所で破断しており、バンプ電極20の半導体チップへの
密着性が充分てあり、一方間図−)ではバンプ電極20
の半導体チップ10への付は根の個所NGで外れてしま
っており密着性が不充分である。
かかる良否の判定は対象から引き剥がされた半導体チッ
プ10を目視することにより簡単にでき、半導体チップ
内の不良バンプ電極数を数えて記録に残すとともに、例
えば不良バンプ電極数が0であればその半導体チップと
が作られたロフトを良とし、そうでなければさらに数個
の半導体チップについて同じ試験を繰り返えしてその結
果に応じてロフトの良否を決定する。なお、以上の説明
かられかるように半導体チップを実装対象から引き剥が
すときの引張力Pの値は本発明方法の場合の良否の判定
にはとくに関係しないが、参考値として記録しておき、
ロフトの良否の総合判定時に参照できるようにしてお(
のが望ましい。
第3図は63%の錫を含む錫−鉛系共晶はんだの引張応
力dと伸びεとの相関特性の測定結果を温度をパラメー
タにして太線で示すもので、参考用に従−来がらあまり
問題のなかった5%の錫を含む錫−鉛系はんだの特性が
細線で示されている0図かられかるように、共晶はんだ
の場合は岡じ引張応力σを掛けたときの伸び虐が温度に
よって著しく変化し、温度が上がると伸び1の値が大き
くなる。一方、5%錫のはんだの場合は温度が一50℃
から+50℃までの室温RTを含む温度範囲で特性は余
り変わらず、これが従来から問題がない理由であると考
えられる0図かられかるように共晶はんだの室温RTに
おける引張応力σの値は5%錫はんだより太き(、従っ
て同じ゛引張応力σに対応する伸び番が格段に小さい、
しかし□、共晶はんだの50〜100℃の温度範囲にお
ける特性は、図かられかるように5%錫はんだの室温R
Tにおける特性とほぼ同等であり、従って同じ引張応力
σを掛けたときに同程度の伸び6が生じる。これから本
発明方法による共晶はんだバンプ電極に対する試験は、
従来から問題がない5%錫はんだのバンプ電極に対する
試験と実質的に同じであることが富付けされる。
〔発明の効果〕
以上の記載からすでに明らかなように本発明方法では、
錫−鉛系共晶はんだからなるバンプ電極の半導体チップ
との密着性を試験するに当たって、バンプ電極が設けら
れた半導体チップを所定の対象上にバンプ電極を介して
取り付けた上で、50〜100℃の温度下で半導体チッ
プのバンプ電極が設けられた面に直角な方向に引張力を
掛けて半導体チップを対象から引き剃がし、この引き剥
がし時にバンプ電極内で破断が生じたか否かによりバン
プ電極の半導体チップに対する密着性の良否を判定する
するようにしたので、引き剥がし用の引張力が掛かった
ときにそれに応じて共晶はんだに充分な伸びが生じ、従
来のようにバンプ電極あ半導体チップへの付は根の接合
部に応力が集中して、この部分の密着性が充分あるのに
外れてしまうようなことがなくなり、密着性が良好なと
きは必ずバンプ電極内で破断が生じるので、5%錫はん
だと同様に正確にバンプ電極の半導体チップに対する密
着性の良否を判定することができる。
このバンプ電極内で破断が生じるか否かで密着性を判定
する方法は一種の破壊試験ではあるが、半導体チップに
多数設けられる小さなバンプ電極の良否を見分ける上で
は経験上置も正確でかつ量産に適する簡便な方法である
0本発明方法の実施により共晶はんだのバンプ電極の試
験にあった問題点を解消することができ、共晶はんだの
もつ低温実装の利点を集積回路等の半導体チップに充分
に生かして使用することがはじめて可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図から第3図までが本発明に関し、第1図は本発明
による共晶はんだバンプ電極の試験方法の実施に適する
治具と試験の要領を例示する要部の側面図、第2図はバ
ンプ電極の密着性の良否の判定要領を図解するバンプ電
極と半導体チップおよび実装対象の要部の側面図、第3
図は錫を63九含有する錫−鉛系共晶はんだの引張応力
と伸びの関係を温度をパラメータとし、かつ5%錫はん
だと対比して示す特性線図である。第4図はバンプ電極
とその配線基板への実装時の構造とともに従来からの試
験要領を説明するバンプ電極と半導体チップおよび配線
基板の要部の断面図である0図において、 1:半導体基板、2:絶縁膜、3:配線膜、4:保護膜
、10:半導体チップ、20:バンプ電極、21:バン
プ電極の下地膜、22:バンプ電極用はんだ、30:実
装対象ないしは配線基板、31:セラミック基゛板、3
2:配線導体、40X試験用保持治具、41:台、42
:加熱手謙、43!金具、44:実装対象の装入用隙間
、45:引張治具、45a:引張治具のフック、a:は
んだの伸び、G:バンプ、電極の破断個所、NG=バン
プ電極が半導体チップから外れる個所、P:引張力、R
h室温、σ:はんだの引張第1図 (’/、) 第3図 手続補正書(自発) 昭和63年5月10日 9□庁□7 や          番1、事件の表示
   特願昭13−4t//’l−22、発明の名称 
 デー11Lだ゛バレン0愛手蚤乃拭瀕ち迅 3、補正をする者       出願人事件との関係 住  所  川崎市川崎区田辺新田1番1号名 称 (
J3)富士電機株式会社 4、代 理 人 6、補正により増加する発明の数 補正の内容 1、明細書第10頁第19行に「第3図は」とあるを次
の通り補正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  半導体チップ上に設けられた錫−鉛系共晶はんだから
    なるバンプ電極の半導体チップとの密着性を試験する方
    法であって、バンプ電極が設けられた半導体チップを所
    定の対象上にバンプ電極を介して取り付けた上で50〜
    100℃の温度下で半導体チップのバンプ電極が設けら
    れた面に直角な方向に引張力を掛けて半導体チップを対
    象から引き剃がし、この引き剥がし時にバンプ電極内で
    破断が生じたか否かによりバンプ電極の半導体チップに
    対する密着性の良否を判定することを特徴とする共晶は
    んだバンプ電極の試験方法。
JP63041142A 1988-02-24 1988-02-24 共晶はんだバンプ電極の試験方法 Pending JPH01215046A (ja)

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Cited By (6)

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