JPH0845940A - 半田ワイヤ及び半田バンプ電極 - Google Patents
半田ワイヤ及び半田バンプ電極Info
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- JPH0845940A JPH0845940A JP6176916A JP17691694A JPH0845940A JP H0845940 A JPH0845940 A JP H0845940A JP 6176916 A JP6176916 A JP 6176916A JP 17691694 A JP17691694 A JP 17691694A JP H0845940 A JPH0845940 A JP H0845940A
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- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/01—Manufacture or treatment
- H10W72/012—Manufacture or treatment of bump connectors, dummy bumps or thermal bumps
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- H10W72/01221—Manufacture or treatment of bump connectors, dummy bumps or thermal bumps using local deposition
- H10W72/01225—Manufacture or treatment of bump connectors, dummy bumps or thermal bumps using local deposition in solid form, e.g. by using a powder or by stud bumping
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ＩＣチップＡｌ電極上の半田バンプをリフロー
処理するに際して、Ａｌ電極上に別工程で皮膜形成を行
う工程を省略し、且つ３５０℃でリフロー処理を行って
も接合強度の劣化が小さい半田バンプ電極を提供する。 【構成】Ｃｕ（０．０１〜５．０重量％），Ｎｉ（０．
０１〜５．０重量％），Ｚｎ（０．０１〜５．０重量
％）から選ばれる２種以上、及び０．００１〜１．０重
量％Ｔｉを含有し、残部がＳｎ又はＰｂ−Ｓｎである半
田ワイヤを用いて、ＩＣチップ１のＡｌ電極２上に半田
バンプ３を形成し、この半田バンプ３を介してＩＣチッ
プ１と基板４の電極２，５を接合した。この時、半田バ
ンプ３を３５０℃でリフロー処理して電極２，５間の位
置ずれを修正し、ＩＣチップ１と基板４の接合不良を防
止する。半田バンプ３はリフロー処理を行っても剪断強
度の劣化を低く抑えることが出来、実用可能な剪断強度
を得ることが出来た。
処理するに際して、Ａｌ電極上に別工程で皮膜形成を行
う工程を省略し、且つ３５０℃でリフロー処理を行って
も接合強度の劣化が小さい半田バンプ電極を提供する。 【構成】Ｃｕ（０．０１〜５．０重量％），Ｎｉ（０．
０１〜５．０重量％），Ｚｎ（０．０１〜５．０重量
％）から選ばれる２種以上、及び０．００１〜１．０重
量％Ｔｉを含有し、残部がＳｎ又はＰｂ−Ｓｎである半
田ワイヤを用いて、ＩＣチップ１のＡｌ電極２上に半田
バンプ３を形成し、この半田バンプ３を介してＩＣチッ
プ１と基板４の電極２，５を接合した。この時、半田バ
ンプ３を３５０℃でリフロー処理して電極２，５間の位
置ずれを修正し、ＩＣチップ１と基板４の接合不良を防
止する。半田バンプ３はリフロー処理を行っても剪断強
度の劣化を低く抑えることが出来、実用可能な剪断強度
を得ることが出来た。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＩＣチップの半田バンプ
電極及びそれに用いる半田ワイヤに関し、詳しくは、バ
ンプを介したワイヤレスボンディング法によりＩＣチッ
プを基板に接続する半田バンプ電極、及びそれに用いる
半田ワイヤに関する。
電極及びそれに用いる半田ワイヤに関し、詳しくは、バ
ンプを介したワイヤレスボンディング法によりＩＣチッ
プを基板に接続する半田バンプ電極、及びそれに用いる
半田ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＩＣチップの高機能化に伴いＬＳ
Ｉの入出力端子が増大する傾向にある。このため、ＩＣ
チップと基板を接続する方法として、フリップチップボ
ンディング等のバンプを介したワイヤレスボンディング
方法が注目を集めている。この方法は、ワイヤボンディ
ング方法がＩＣチップの周辺しか電極パッドを設けるこ
とが出来ないのに対して、その全面に電極パッドを形成
出来るため、電極パッド数を増やし実装密度を高める方
法に適している。
Ｉの入出力端子が増大する傾向にある。このため、ＩＣ
チップと基板を接続する方法として、フリップチップボ
ンディング等のバンプを介したワイヤレスボンディング
方法が注目を集めている。この方法は、ワイヤボンディ
ング方法がＩＣチップの周辺しか電極パッドを設けるこ
とが出来ないのに対して、その全面に電極パッドを形成
出来るため、電極パッド数を増やし実装密度を高める方
法に適している。
【０００３】ここで、バンプを介したワイヤレスボンデ
ィング方法の代表例としてフリップチップボンディング
について説明する。この方法は図１に示す通り、ＩＣチ
ップ１のＡｌ電極２に半田バンプ３を形成し、基板４に
は対応する位置に所定の電極５を形成する。このＩＣチ
ップ１と基板４はそれぞれ電極２，５と半田バンプ３を
介して接合される。この時、図２に示す様に、ＩＣチッ
プ１を基板４の所定位置に高精度で搭載することが困難
なため、電極２と５の位置にずれが生じることがある。
この様に電極２，５の中心線の位置がずれた状態でＩＣ
チップ１と基板４が接合された場合接合不良となり、半
導体の作動不良の原因となる。
ィング方法の代表例としてフリップチップボンディング
について説明する。この方法は図１に示す通り、ＩＣチ
ップ１のＡｌ電極２に半田バンプ３を形成し、基板４に
は対応する位置に所定の電極５を形成する。このＩＣチ
ップ１と基板４はそれぞれ電極２，５と半田バンプ３を
介して接合される。この時、図２に示す様に、ＩＣチッ
プ１を基板４の所定位置に高精度で搭載することが困難
なため、電極２と５の位置にずれが生じることがある。
この様に電極２，５の中心線の位置がずれた状態でＩＣ
チップ１と基板４が接合された場合接合不良となり、半
導体の作動不良の原因となる。
【０００４】この対応として特開平６−１３２３５３号
公報等には、半田バンプをリフローさせて接合精度を向
上させることが提案されており、これはＩＣチップと基
板の電極位置に多少のずれがあっても両電極間に介在す
る半田バンプをリフローさせると、半田バンプが溶融し
た状態でその表面張力により表面積を極力小さくするよ
うに自己修正が行われ、ＩＣチップのずれを解消出来る
とするものである。この方法はＩＣチップ搭載上のずれ
を解消する方法として有効な方法であるが、ＩＣチップ
Ａｌ電極上の半田バンプ材料をリフローするとＩＣチッ
プと半田バンプの接合強度が低下するという問題が生じ
る。
公報等には、半田バンプをリフローさせて接合精度を向
上させることが提案されており、これはＩＣチップと基
板の電極位置に多少のずれがあっても両電極間に介在す
る半田バンプをリフローさせると、半田バンプが溶融し
た状態でその表面張力により表面積を極力小さくするよ
うに自己修正が行われ、ＩＣチップのずれを解消出来る
とするものである。この方法はＩＣチップ搭載上のずれ
を解消する方法として有効な方法であるが、ＩＣチップ
Ａｌ電極上の半田バンプ材料をリフローするとＩＣチッ
プと半田バンプの接合強度が低下するという問題が生じ
る。
【０００５】前記接合強度低下の対応として、ＩＣチッ
プＡｌ電極上にＣｒ，Ｃｕ，Ａｕ又はＴｉ，Ｎｉ，Ａｕ
等の多層スパッタ膜を形成することが試みられている。
しかし乍らこの方法は、工程が増えて時間を要しコスト
高になるという問題を有すると共に、リフロー処理温度
を低く抑えて、接合強度が低下することを防止する必要
がある。ここで、リフロー処理工程において他の接続材
料を融点の高い順に溶融し、半田バンプ材料は最後に低
温度でリフロー処理して接合強度が低下することを防止
する方法では、やはり工程が増えて時間を要するだけで
なくコスト高になるという問題を有する。このため、従
来多層スパッタ膜を形成した後２２７℃でリフロー処理
していたものを、多層スパッタ膜を形成することなく且
つ３５０℃でリフロー処理を行っても接合強度の低下を
防止することにより、他の接続材料の溶融を同時に行う
ことが検討されている。
プＡｌ電極上にＣｒ，Ｃｕ，Ａｕ又はＴｉ，Ｎｉ，Ａｕ
等の多層スパッタ膜を形成することが試みられている。
しかし乍らこの方法は、工程が増えて時間を要しコスト
高になるという問題を有すると共に、リフロー処理温度
を低く抑えて、接合強度が低下することを防止する必要
がある。ここで、リフロー処理工程において他の接続材
料を融点の高い順に溶融し、半田バンプ材料は最後に低
温度でリフロー処理して接合強度が低下することを防止
する方法では、やはり工程が増えて時間を要するだけで
なくコスト高になるという問題を有する。このため、従
来多層スパッタ膜を形成した後２２７℃でリフロー処理
していたものを、多層スパッタ膜を形成することなく且
つ３５０℃でリフロー処理を行っても接合強度の低下を
防止することにより、他の接続材料の溶融を同時に行う
ことが検討されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来事情
に鑑み、ＩＣチップＡｌ電極上の半田バンプをリフロー
処理するに際して、Ａｌ電極上に別工程で皮膜形成を行
う工程を省略し、且つ３５０℃でリフロー処理を行って
も接合強度の劣化が小さい半田ワイヤ及びバンプ電極を
提供せんとするものである。
に鑑み、ＩＣチップＡｌ電極上の半田バンプをリフロー
処理するに際して、Ａｌ電極上に別工程で皮膜形成を行
う工程を省略し、且つ３５０℃でリフロー処理を行って
も接合強度の劣化が小さい半田ワイヤ及びバンプ電極を
提供せんとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための技術的手段】以上の目的を達成
するために本願第１発明は、半田材料の組成が下記〔組
成Ｉ〕であることを特徴とするＩＣチップのバンプ電極
用半田ワイヤである。 〔組成Ｉ〕Ｃｕ（０．０１〜５．０重量％），Ｎｉ
（０．０１〜５．０重量％），Ｚｎ（０．０１〜５．０
重量％）から選ばれる２種以上、及び０．００１〜１．
０重量％Ｔｉを含有し、残部がＳｎ又はＰｂ−Ｓｎであ
る。
するために本願第１発明は、半田材料の組成が下記〔組
成Ｉ〕であることを特徴とするＩＣチップのバンプ電極
用半田ワイヤである。 〔組成Ｉ〕Ｃｕ（０．０１〜５．０重量％），Ｎｉ
（０．０１〜５．０重量％），Ｚｎ（０．０１〜５．０
重量％）から選ばれる２種以上、及び０．００１〜１．
０重量％Ｔｉを含有し、残部がＳｎ又はＰｂ−Ｓｎであ
る。
【０００８】また本願第２発明は、半田材料の組成が下
記〔組成II〕であることを特徴とするＩＣチップのバン
プ電極用半田ワイヤである。 〔組成II〕Ｃｕ（０．０１〜５．０重量％），Ｎｉ
（０．０１〜５．０重量％），Ｚｎ（０．０１〜５．０
重量％）から選ばれる２種以上、及び０．００１〜１．
０重量％Ｔｉ、１．０〜１０．０重量％Ｓｂ、０．２〜
１０．０重量％Ａｇを含有し、残部がＳｎ又はＰｂ−Ｓ
ｎである。
記〔組成II〕であることを特徴とするＩＣチップのバン
プ電極用半田ワイヤである。 〔組成II〕Ｃｕ（０．０１〜５．０重量％），Ｎｉ
（０．０１〜５．０重量％），Ｚｎ（０．０１〜５．０
重量％）から選ばれる２種以上、及び０．００１〜１．
０重量％Ｔｉ、１．０〜１０．０重量％Ｓｂ、０．２〜
１０．０重量％Ａｇを含有し、残部がＳｎ又はＰｂ−Ｓ
ｎである。
【０００９】また本願第３発明は、半田材料の組成が下
記〔組成Ｉ〕であり、ＩＣチップＡｌ電極上で３５０℃
でリフローさせた後の剪断強度が１９ＭＰａ以上である
ことを特徴とするＩＣチップの半田バンプ電極用半田ワ
イヤである。 〔組成Ｉ〕Ｃｕ（０．０１〜５．０重量％），Ｎｉ
（０．０１〜５．０重量％），Ｚｎ（０．０１〜５．０
重量％）から選ばれる２種以上、及び０．００１〜１．
０重量％Ｔｉを含有し、残部がＳｎ又はＰｂ−Ｓｎであ
る。
記〔組成Ｉ〕であり、ＩＣチップＡｌ電極上で３５０℃
でリフローさせた後の剪断強度が１９ＭＰａ以上である
ことを特徴とするＩＣチップの半田バンプ電極用半田ワ
イヤである。 〔組成Ｉ〕Ｃｕ（０．０１〜５．０重量％），Ｎｉ
（０．０１〜５．０重量％），Ｚｎ（０．０１〜５．０
重量％）から選ばれる２種以上、及び０．００１〜１．
０重量％Ｔｉを含有し、残部がＳｎ又はＰｂ−Ｓｎであ
る。
【００１０】さらに本願第４発明は、ＩＣチップＡｌ電
極上に形成された半田バンプ電極において、半田材料の
組成が下記〔組成Ｉ〕であり、且つＩＣチップＡｌ電極
と半田バンプの境界にＣｕ，Ｎｉ，Ｚｎから選ばれる２
種以上、及びＴｉを含有する金属間化合物を形成してな
ることを特徴とするＩＣチップの半田バンプ電極であ
る。 〔組成Ｉ〕Ｃｕ（０．０１〜５．０重量％），Ｎｉ
（０．０１〜５．０重量％），Ｚｎ（０．０１〜５．０
重量％）から選ばれる２種以上、及び０．００１〜１．
０重量％Ｔｉを含有し、残部がＳｎ又はＰｂ−Ｓｎであ
る。
極上に形成された半田バンプ電極において、半田材料の
組成が下記〔組成Ｉ〕であり、且つＩＣチップＡｌ電極
と半田バンプの境界にＣｕ，Ｎｉ，Ｚｎから選ばれる２
種以上、及びＴｉを含有する金属間化合物を形成してな
ることを特徴とするＩＣチップの半田バンプ電極であ
る。 〔組成Ｉ〕Ｃｕ（０．０１〜５．０重量％），Ｎｉ
（０．０１〜５．０重量％），Ｚｎ（０．０１〜５．０
重量％）から選ばれる２種以上、及び０．００１〜１．
０重量％Ｔｉを含有し、残部がＳｎ又はＰｂ−Ｓｎであ
る。
【００１１】
【作用】以下、本発明の構成と作用についてさらに説明
する。まず半田材料について説明すれば、半田材料はＰ
ｂ−Ｓｎ合金を基合金とする。ここで半田材料中のＳｎ
含有量は、下限が２重量％。上限が９８重量％程度であ
ることが好ましい。Ｓｎ含有量が２重量％未満の時、半
田の表面酸化が激しく実用に耐えないという欠点があ
る。Ｓｎ含有量の上限９８重量％程度は、有効な添加元
素を含みうる量である。
する。まず半田材料について説明すれば、半田材料はＰ
ｂ−Ｓｎ合金を基合金とする。ここで半田材料中のＳｎ
含有量は、下限が２重量％。上限が９８重量％程度であ
ることが好ましい。Ｓｎ含有量が２重量％未満の時、半
田の表面酸化が激しく実用に耐えないという欠点があ
る。Ｓｎ含有量の上限９８重量％程度は、有効な添加元
素を含みうる量である。
【００１２】また本発明の半田材料は、０．００１〜
１．０重量％Ｔｉを含有し、更に、Ｃｕ（０．０１〜
５．０重量％），Ｎｉ（０．０１〜５．０重量％），Ｚ
ｎ（０．０１〜５．０重量％）の中から選ばれた２種以
上を含有することが必要である。Ｐｂ−Ｓｎ合金に対し
てＴｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎをこのように添加した合金半
田は、Ａｌ電極上でスパッタ膜被覆処理することなく３
５０℃でリフローさせても、半田バンプ材の剪断強度の
劣化が小さく１９ＭＰａ以上に出来る。また被覆処理す
ることなく２２７℃でリフローさせた後の剪断強度を基
準とした剪断強度維持率を９０％以上とすることが出来
る。
１．０重量％Ｔｉを含有し、更に、Ｃｕ（０．０１〜
５．０重量％），Ｎｉ（０．０１〜５．０重量％），Ｚ
ｎ（０．０１〜５．０重量％）の中から選ばれた２種以
上を含有することが必要である。Ｐｂ−Ｓｎ合金に対し
てＴｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎをこのように添加した合金半
田は、Ａｌ電極上でスパッタ膜被覆処理することなく３
５０℃でリフローさせても、半田バンプ材の剪断強度の
劣化が小さく１９ＭＰａ以上に出来る。また被覆処理す
ることなく２２７℃でリフローさせた後の剪断強度を基
準とした剪断強度維持率を９０％以上とすることが出来
る。
【００１３】Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎの含有量は、Ｔｉ
（０．００５〜０．５重量％）、Ｃｕ（０．０５〜５．
０重量％）、Ｎｉ（０．０５〜５．０重量％）、Ｚｎ
（０．０５〜５．０重量％）であることが好ましい。こ
の時、Ａｌ電極上でスパッタ膜被覆処理することなく３
５０℃でリフローさせても、半田バンプ材の剪断強度の
劣化は更に小さく、前記剪断強度維持率を１００％とす
ることが出来る。
（０．００５〜０．５重量％）、Ｃｕ（０．０５〜５．
０重量％）、Ｎｉ（０．０５〜５．０重量％）、Ｚｎ
（０．０５〜５．０重量％）であることが好ましい。こ
の時、Ａｌ電極上でスパッタ膜被覆処理することなく３
５０℃でリフローさせても、半田バンプ材の剪断強度の
劣化は更に小さく、前記剪断強度維持率を１００％とす
ることが出来る。
【００１４】ここで、Ｔｉ含有量が０．００１重量％未
満の時、スパッタ膜被覆処理することなく３５０℃でリ
フローさせると、剪断強度は１９ＭＰａ以上に保持でき
るものの前記剪断強度維持率は約５０％に低下する。Ｔ
ｉ含有量が５．０重量％を越えると、アーク放電により
ボール形成する際、Ｔｉが酸化してボールが偏心すると
いう欠点がある。Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎの内少なくとも２種
を前記必要量含有しない時、スパッタ膜被覆処理するこ
となく３５０℃でリフローさせると、剪断強度は１９Ｍ
Ｐａに達しない。Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎの内少なくとも２種
の含有量が各々５．０重量％を越えると、ワイヤが著し
く硬化し伸線加工に支障をきたすという欠点がある。こ
のためＴｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎの含有量は前述のごと
く、Ｔｉ（０．００１〜１．０重量％）、Ｃｕ（０．０
１〜５．０重量％）、Ｎｉ（０．０１〜５．０重量
％）、Ｚｎ（０．０１〜５．０重量％）と定めた。
満の時、スパッタ膜被覆処理することなく３５０℃でリ
フローさせると、剪断強度は１９ＭＰａ以上に保持でき
るものの前記剪断強度維持率は約５０％に低下する。Ｔ
ｉ含有量が５．０重量％を越えると、アーク放電により
ボール形成する際、Ｔｉが酸化してボールが偏心すると
いう欠点がある。Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎの内少なくとも２種
を前記必要量含有しない時、スパッタ膜被覆処理するこ
となく３５０℃でリフローさせると、剪断強度は１９Ｍ
Ｐａに達しない。Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎの内少なくとも２種
の含有量が各々５．０重量％を越えると、ワイヤが著し
く硬化し伸線加工に支障をきたすという欠点がある。こ
のためＴｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎの含有量は前述のごと
く、Ｔｉ（０．００１〜１．０重量％）、Ｃｕ（０．０
１〜５．０重量％）、Ｎｉ（０．０１〜５．０重量
％）、Ｚｎ（０．０１〜５．０重量％）と定めた。
【００１５】さらに本発明においては、半田材料を前記
構成にすることに加えて、半田材料として通常含有され
る成分を含み得るものである。冷間加工性を向上させる
ための０．２〜１０重量％Ａｇ、半田材料の強度を向上
させ取扱いを容易にするための１〜１０重量％Ｓｂ等が
例示出来る。
構成にすることに加えて、半田材料として通常含有され
る成分を含み得るものである。冷間加工性を向上させる
ための０．２〜１０重量％Ａｇ、半田材料の強度を向上
させ取扱いを容易にするための１〜１０重量％Ｓｂ等が
例示出来る。
【００１６】本発明において半田材料を上記した構成に
することにより、Ａｌ電極上でスパッタ膜被覆処理する
ことなく３５０℃でリフローさせても半田バンプ材の剪
断強度の劣化を小さく出来る理由は十分に解明されてい
ないものの、Ａｌ電極上で半田バンプ材を３５０℃でリ
フローさせた場合、従来はＡｌ成分が半田バンプ材中に
拡散されてＡｌ電極が消滅する傾向にあることに対し、
本発明においては図３に示すように、Ａｌ電極２と半田
バンプ材3aの境界に金属間化合物６が形成され、この化
合物６の中にＣｕ，Ｎｉ，Ｚｎの内少なくとも２種、及
びＴｉを含むことが、Ａｌ電極上で３５０℃でリフロー
させてもＡｌ成分が半田バンプ材中に拡散されることを
阻止する働きをしているものと考えられる。
することにより、Ａｌ電極上でスパッタ膜被覆処理する
ことなく３５０℃でリフローさせても半田バンプ材の剪
断強度の劣化を小さく出来る理由は十分に解明されてい
ないものの、Ａｌ電極上で半田バンプ材を３５０℃でリ
フローさせた場合、従来はＡｌ成分が半田バンプ材中に
拡散されてＡｌ電極が消滅する傾向にあることに対し、
本発明においては図３に示すように、Ａｌ電極２と半田
バンプ材3aの境界に金属間化合物６が形成され、この化
合物６の中にＣｕ，Ｎｉ，Ｚｎの内少なくとも２種、及
びＴｉを含むことが、Ａｌ電極上で３５０℃でリフロー
させてもＡｌ成分が半田バンプ材中に拡散されることを
阻止する働きをしているものと考えられる。
【００１７】次に、半田ワイヤの製造方法について説明
する。本発明になる半田ワイヤの製造方法としては次の
二つの方法が例示出来る。第１の方法は上記構成の半田
材料を溶解し、鋳造、押出、伸線加工を行うことにより
直径３０〜１００μｍのワイヤに仕上げる。第２の方法
は前記構成の半田材料を溶解し、該溶湯を水中に噴射す
る急冷凝固法により素線を得、次いで伸線加工を行うこ
とにより直径３０〜１００μｍのワイヤに仕上げる。本
発明においては第２の方法である急冷凝固法が好ましく
採用される。この理由は、均一な組成が得られると共に
良好な機械的性質が得られ、バンプ形成のハンドリング
が容易になるためである。
する。本発明になる半田ワイヤの製造方法としては次の
二つの方法が例示出来る。第１の方法は上記構成の半田
材料を溶解し、鋳造、押出、伸線加工を行うことにより
直径３０〜１００μｍのワイヤに仕上げる。第２の方法
は前記構成の半田材料を溶解し、該溶湯を水中に噴射す
る急冷凝固法により素線を得、次いで伸線加工を行うこ
とにより直径３０〜１００μｍのワイヤに仕上げる。本
発明においては第２の方法である急冷凝固法が好ましく
採用される。この理由は、均一な組成が得られると共に
良好な機械的性質が得られ、バンプ形成のハンドリング
が容易になるためである。
【００１８】以下に、図４を参照して、半田バンプの形
成方法と、ＩＣチップと基板の接合について述べる。 半田ボールの形成 （ａ）図において、半田ワイヤ７はキャピラリ８からそ
の先端部を導出し、トーチ９を加熱源として半田ボール
１０を形成する。 半田ボールの圧着 （ｂ）図において、キャピラリ８を下降させることによ
り半田ボール１０はＩＣチップ１上のＡｌ電極２上に圧
着される。ここでＡｌ電極として、通常はＡｌ−Ｓｉや
Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ等のＡｌ合金が用いられる。 半田バンプの形成 （ｃ）図において、キャピラリ８を引き上げることによ
り、半田ボール１０のネック部が破断して半田ボール１
０がＡｌ電極２上に残留する。この残留した半田ボール
１０を半田バンプ３と呼ぶ。 ＩＣチップ１と基板４の接合 （ｄ）図において、ＩＣチップ１と基板４はそれぞれの
電極２，５と半田バンプ３を介して接合される。この時
前述のように、半田バンプ材を溶融状態に至る迄加熱す
る所謂リフロー処理を行う。このリフロー処理を行うこ
とにより、ＩＣチップ１と基板４の電極２，５の位置ず
れによる接合不良を、溶融した半田バンプ材の表面張力
を利用して自己修正させることが出来る。
成方法と、ＩＣチップと基板の接合について述べる。 半田ボールの形成 （ａ）図において、半田ワイヤ７はキャピラリ８からそ
の先端部を導出し、トーチ９を加熱源として半田ボール
１０を形成する。 半田ボールの圧着 （ｂ）図において、キャピラリ８を下降させることによ
り半田ボール１０はＩＣチップ１上のＡｌ電極２上に圧
着される。ここでＡｌ電極として、通常はＡｌ−Ｓｉや
Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ等のＡｌ合金が用いられる。 半田バンプの形成 （ｃ）図において、キャピラリ８を引き上げることによ
り、半田ボール１０のネック部が破断して半田ボール１
０がＡｌ電極２上に残留する。この残留した半田ボール
１０を半田バンプ３と呼ぶ。 ＩＣチップ１と基板４の接合 （ｄ）図において、ＩＣチップ１と基板４はそれぞれの
電極２，５と半田バンプ３を介して接合される。この時
前述のように、半田バンプ材を溶融状態に至る迄加熱す
る所謂リフロー処理を行う。このリフロー処理を行うこ
とにより、ＩＣチップ１と基板４の電極２，５の位置ず
れによる接合不良を、溶融した半田バンプ材の表面張力
を利用して自己修正させることが出来る。
【００１９】
【実施例】以下、実施例について説明する。 〔実施例１〕５０重量％Ｓｎ、０．００１重量％Ｔｉ、
０．５重量％Ｃｕ、０．５重量％Ｎｉ、５．０重量％Ｓ
ｂ、５．０重量％Ａｇ、残部Ｐｂとなるように、半田合
金１００ｇをアルゴンガス雰囲気中で溶解し、アルゴン
ガス圧で穴径３００μｍ石英ノズルから噴出させ、２５
０ｒｐｍで回転している水層を形成した円筒ドラム内で
急冷凝固させ半田素線を得た。この素線を伸線加工して
直径５０μｍの半田ワイヤに仕上げた。ここで得られた
半田ワイヤを用いて、図４（ａ）〜（ｃ）の手順に従っ
てＩＣチップ１のＡｌ−Ｓｉ合金電極２上に半田バンプ
３を形成した。図４（ａ）〜（ｃ）と同様の手順に従っ
て２０個の半田バンプ試料を作成し、この内１０個の半
田バンプ試料については日本アルファーメタルズ社製ロ
ジン系フラックス（商品名：α５００３ＴＲ）を塗布
し、アルゴンガス雰囲気中で加熱台を用いて２２７℃と
３５０℃で加熱し、半田バンプをリフローさせた。２種
類のリフロー処理した各１０個の半田バンプ材について
剪断強度を測定した。その結果を表２中に示す。次い
で、Ｘ線回析装置を用いて図３に示す金属間化合物６を
測定した。確認出来たＴｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ成分の種
類を表２中に示す。
０．５重量％Ｃｕ、０．５重量％Ｎｉ、５．０重量％Ｓ
ｂ、５．０重量％Ａｇ、残部Ｐｂとなるように、半田合
金１００ｇをアルゴンガス雰囲気中で溶解し、アルゴン
ガス圧で穴径３００μｍ石英ノズルから噴出させ、２５
０ｒｐｍで回転している水層を形成した円筒ドラム内で
急冷凝固させ半田素線を得た。この素線を伸線加工して
直径５０μｍの半田ワイヤに仕上げた。ここで得られた
半田ワイヤを用いて、図４（ａ）〜（ｃ）の手順に従っ
てＩＣチップ１のＡｌ−Ｓｉ合金電極２上に半田バンプ
３を形成した。図４（ａ）〜（ｃ）と同様の手順に従っ
て２０個の半田バンプ試料を作成し、この内１０個の半
田バンプ試料については日本アルファーメタルズ社製ロ
ジン系フラックス（商品名：α５００３ＴＲ）を塗布
し、アルゴンガス雰囲気中で加熱台を用いて２２７℃と
３５０℃で加熱し、半田バンプをリフローさせた。２種
類のリフロー処理した各１０個の半田バンプ材について
剪断強度を測定した。その結果を表２中に示す。次い
で、Ｘ線回析装置を用いて図３に示す金属間化合物６を
測定した。確認出来たＴｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ成分の種
類を表２中に示す。
【００２０】〔剪断強度の測定方法〕半田バンプ材とＩ
ＣチップＡｌ電極の間の剪断荷重をボンディング強度試
験装置を用いて測定し、光学顕微鏡により測定した接合
面積当りの剪断強度（ＭＰａ）で表示した。
ＣチップＡｌ電極の間の剪断荷重をボンディング強度試
験装置を用いて測定し、光学顕微鏡により測定した接合
面積当りの剪断強度（ＭＰａ）で表示した。
【００２１】〔実施例２〜２６、比較例１〜９〕半田ワ
イヤの組成を表１の様にしたこと以外は実施例１と同様
にして試験を行った。測定結果を表２に示す。
イヤの組成を表１の様にしたこと以外は実施例１と同様
にして試験を行った。測定結果を表２に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】表１及び表２の実施例１〜２６から明らか
な様に、半田材料中のＳｎ含有量が１０〜９８重量％程
度であるＰｂ−Ｓｎ合金、又はＳｎを基合金とし、且つ
０．００１〜１．０重量％Ｔｉに加えて、０．０１〜
５．０重量％Ｃｕ，０．０１〜５．０重量％Ｎｉ，０．
０１〜５．０重量Ｚｎの内２種以上を含有した半田ワイ
ヤを用いて半田バンプを形成することにより、Ａｌ電極
上でスパッタ膜被覆処理することなく３５０℃でリフロ
ー処理しても、剪断強度はいずれも１９ＭＰａ以上であ
り、従来のリフロー処理温度である２２７℃でリフロー
処理した後の剪断強度を基準とした剪断強度維持率は９
０％以上であることが判る。
な様に、半田材料中のＳｎ含有量が１０〜９８重量％程
度であるＰｂ−Ｓｎ合金、又はＳｎを基合金とし、且つ
０．００１〜１．０重量％Ｔｉに加えて、０．０１〜
５．０重量％Ｃｕ，０．０１〜５．０重量％Ｎｉ，０．
０１〜５．０重量Ｚｎの内２種以上を含有した半田ワイ
ヤを用いて半田バンプを形成することにより、Ａｌ電極
上でスパッタ膜被覆処理することなく３５０℃でリフロ
ー処理しても、剪断強度はいずれも１９ＭＰａ以上であ
り、従来のリフロー処理温度である２２７℃でリフロー
処理した後の剪断強度を基準とした剪断強度維持率は９
０％以上であることが判る。
【００２５】ここで、Ｔｉを０．００５〜０．５重量％
含有し、それに加えて２種類以上含有させるＣｕ、Ｎ
ｉ、Ｚｎを夫々０．０５〜５．０重量％含有させると更
に優れた効果を示し、３５０℃で直接リフロー処理して
も剪断強度はいずれも３０ＭＰａ以上であり、剪断強度
維持率は１００％以上であることが判る。
含有し、それに加えて２種類以上含有させるＣｕ、Ｎ
ｉ、Ｚｎを夫々０．０５〜５．０重量％含有させると更
に優れた効果を示し、３５０℃で直接リフロー処理して
も剪断強度はいずれも３０ＭＰａ以上であり、剪断強度
維持率は１００％以上であることが判る。
【００２６】これに対して、Ｐｂ−Ｓｎ合金を基合金と
しているものの、０．００１〜１．０重量％Ｔｉ、若し
くは０．０１〜５．０重量％Ｃｕ，０．０１〜５．０重
量％Ｎｉ，０．０１〜５．０重量％Ｚｎの内２種以上を
含有していない場合は、比較例１〜９から明らかな様
に、３５０℃でリフロー処理しても剪断強度はいずれも
２５ＭＰａ以下であり、剪断強度維持率はいずれも４５
％以下であることが判る。
しているものの、０．００１〜１．０重量％Ｔｉ、若し
くは０．０１〜５．０重量％Ｃｕ，０．０１〜５．０重
量％Ｎｉ，０．０１〜５．０重量％Ｚｎの内２種以上を
含有していない場合は、比較例１〜９から明らかな様
に、３５０℃でリフロー処理しても剪断強度はいずれも
２５ＭＰａ以下であり、剪断強度維持率はいずれも４５
％以下であることが判る。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、半田バン
プ形成に用いる半田ワイヤの組成を上記構成とすること
により、ＩＣチップＡｌ電極上の半田バンプ材料をスパ
ッタ膜被覆処理するこなく、３５０℃でリフロー処理を
行っても剪断強度の劣化を低く抑えることが出来、実用
可能な剪断強度を得ることが出来た。従って、Ａｌ電極
上に別工程で皮膜形成を行なう必要があり、且つ他の接
続材料の溶融と別工程でリフロー処理を行う必要がある
従来のものに比べて、バンプ電極の形成、半導体装置の
製造にかかる工程が減って時間を要せず、コストも低減
出来る。
プ形成に用いる半田ワイヤの組成を上記構成とすること
により、ＩＣチップＡｌ電極上の半田バンプ材料をスパ
ッタ膜被覆処理するこなく、３５０℃でリフロー処理を
行っても剪断強度の劣化を低く抑えることが出来、実用
可能な剪断強度を得ることが出来た。従って、Ａｌ電極
上に別工程で皮膜形成を行なう必要があり、且つ他の接
続材料の溶融と別工程でリフロー処理を行う必要がある
従来のものに比べて、バンプ電極の形成、半導体装置の
製造にかかる工程が減って時間を要せず、コストも低減
出来る。
【図１】フリップチップボンディング法の概要を示す簡
略図。
略図。
【図２】フリップチップボンディング法においてＩＣチ
ップにずれが生じた場合を示す簡略図。
ップにずれが生じた場合を示す簡略図。
【図３】本発明に係る半田バンプ電極の一実施例を示す
簡略図で、リフロー処理した状態を表す。
簡略図で、リフロー処理した状態を表す。
【図４】半田バンプの形成方法及びＩＣチップと基板の
接合の概要を示す簡略図。
接合の概要を示す簡略図。
１：ＩＣチップ ２：Ａｌ電極 ３：半田バンプ ４：基板 ５：電極 ６：金属間化合物
Claims (4)
- 【請求項１】 半田材料の組成が下記〔組成Ｉ〕である
ことを特徴とするＩＣチップバンプ電極用半田ワイヤ。 〔組成Ｉ〕Ｃｕ（０．０１〜５．０重量％），Ｎｉ
（０．０１〜５．０重量％），Ｚｎ（０．０１〜５．０
重量％）から選ばれる２種以上、及び０．００１〜１．
０重量％Ｔｉを含有し、残部がＳｎ又はＰｂ−Ｓｎであ
る。 - 【請求項２】 半田材料の組成が下記〔組成II〕である
ことを特徴とするＩＣチップバンプ電極用半田ワイヤ。 〔組成II〕Ｃｕ（０．０１〜５．０重量％），Ｎｉ
（０．０１〜５．０重量％），Ｚｎ（０．０１〜５．０
重量％）から選ばれる２種以上、及び０．００１〜１．
０重量％Ｔｉ、１．０〜１０．０重量％Ｓｂ、０．２〜
１０．０重量％Ａｇを含有し、残部がＳｎ又はＰｂ−Ｓ
ｎである。 - 【請求項３】 半田材料の組成が下記〔組成Ｉ〕であ
り、ＩＣチップＡｌ電極上で３５０℃でリフローさせた
後の剪断強度が１９ＭＰａ以上であることを特徴とする
ＩＣチップバンプ電極用半田ワイヤ。 〔組成Ｉ〕Ｃｕ（０．０１〜５．０重量％），Ｎｉ
（０．０１〜５．０重量％），Ｚｎ（０．０１〜５．０
重量％）から選ばれる２種以上、及び０．００１〜１．
０重量％Ｔｉを含有し、残部がＳｎ又はＰｂ−Ｓｎであ
る。 - 【請求項４】 ＩＣチップＡｌ電極上に形成された半田
バンプ電極において、半田材料の組成が下記〔組成Ｉ〕
であり、且つＩＣチップＡｌ電極と半田バンプの境界に
Ｃｕ，Ｎｉ，Ｚｎから選ばれる２種以上、及びＴｉを含
有する金属間化合物を形成してなることを特徴とするＩ
Ｃチップ半田バンプ電極。 〔組成Ｉ〕Ｃｕ（０．０１〜５．０重量％），Ｎｉ
（０．０１〜５．０重量％），Ｚｎ（０．０１〜５．０
重量％）から選ばれる２種以上、及び０．００１〜１．
０重量％Ｔｉを含有し、残部がＳｎ又はＰｂ−Ｓｎであ
る。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6176916A JPH0845940A (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | 半田ワイヤ及び半田バンプ電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6176916A JPH0845940A (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | 半田ワイヤ及び半田バンプ電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0845940A true JPH0845940A (ja) | 1996-02-16 |
Family
ID=16022009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6176916A Pending JPH0845940A (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | 半田ワイヤ及び半田バンプ電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0845940A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6319461B1 (en) * | 1999-06-11 | 2001-11-20 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Lead-free solder alloy |
| JP2002151538A (ja) * | 2000-11-10 | 2002-05-24 | Nippon Steel Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| US6440360B1 (en) * | 1999-02-08 | 2002-08-27 | Tokyo First Trading Company | Pb-free soldering alloy |
| JP2005026715A (ja) * | 1996-08-27 | 2005-01-27 | Nippon Steel Corp | 低融点金属のバンプを備えた半導体装置及びフリップチップボンディング方法 |
| US10195698B2 (en) | 2015-09-03 | 2019-02-05 | AIM Metals & Alloys Inc. | Lead-free high reliability solder alloys |
-
1994
- 1994-07-28 JP JP6176916A patent/JPH0845940A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005026715A (ja) * | 1996-08-27 | 2005-01-27 | Nippon Steel Corp | 低融点金属のバンプを備えた半導体装置及びフリップチップボンディング方法 |
| US6440360B1 (en) * | 1999-02-08 | 2002-08-27 | Tokyo First Trading Company | Pb-free soldering alloy |
| US6319461B1 (en) * | 1999-06-11 | 2001-11-20 | Nippon Sheet Glass Co., Ltd. | Lead-free solder alloy |
| JP2002151538A (ja) * | 2000-11-10 | 2002-05-24 | Nippon Steel Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| US10195698B2 (en) | 2015-09-03 | 2019-02-05 | AIM Metals & Alloys Inc. | Lead-free high reliability solder alloys |
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