カッパーピラーバンプとは
カッパーピラーバンプとは、ウェーハのパッド上に銅の柱を立て、その先端のはんだで相手の端子とつなぐバンプです。 高さは柱が受け持ちます。
はんだの球を小さくしていけば足りる、と考えたくなります。しかし球は潰すと横へ広がるため、間隔を詰めるほど隣と触れる危険が上がります。
銅の柱は潰れないので、はんだは先端だけで済む
Section titled “銅の柱は潰れないので、はんだは先端だけで済む”カッパーピラーバンプは、ウェーハパッド上にCuの柱を形成するものです1。はんだの球は押し付けると横へ広がるので、間隔を詰めるほど、隣と触れるまでの余裕が細ります。銅の柱は押し付けても形を保ちます。高さを柱が受け持つため、はんだは先端だけで済み、横へ広がる量も小さくなります。
端子数・狭ピッチ・導電性の3点で、はんだバンプに勝る
Section titled “端子数・狭ピッチ・導電性の3点で、はんだバンプに勝る”カッパーピラーバンプは、はんだバンプに比較して、チップの高集積化による端子数の増大、狭パッドピッチ、導電性に優れます1。端子数と狭パッドピッチは、柱が形を保つことから来ます。同じ面積へより多くを詰められます。導電性は材料そのものから来ます。銅ははんだより電気を通しやすく、同じ断面でも抵抗が小さく済みます。
銅とはんだの境目には、温度で相の入れ替わる金属間化合物が育つ
Section titled “銅とはんだの境目には、温度で相の入れ替わる金属間化合物が育つ”リード母材がCuでSnめっきの場合、Cuの拡散によりCu6Sn5とCu3Snという2種類の2金属間化合物が成長します。常温ではCuに比して密度が低いCu6Sn5が主に生成し、体積増大によってSn層に圧縮応力が加わります。高温度下では密度が高いCu3Snの成長が増えるため、体積増大による圧縮応力が抑えられます。同じ材料の組でも、温度で育つ相が入れ替わります。
めっきの工程が増え、柱の高さのばらつきが接合に響く
Section titled “めっきの工程が増え、柱の高さのばらつきが接合に響く”柱はウェーハの上で、めっきによって立てます。レジストで型を作り、銅を成長させ、先端にはんだを載せ、型を取り除くという順です。工程が増えるぶん、費用と時間が乗ります。柱の高さのばらつきは、そのまま接合の出来にはねてきます。
TCBは、搭載と同時に熱及び圧力を加え、はんだを溶かしながら端子に押し付ける方法です1。柱の高さが揃っているほど、この荷重が均等に伝わります。
詰められる端子数と引き換えに、工程と境目の管理を払う
Section titled “詰められる端子数と引き換えに、工程と境目の管理を払う”柱を立てれば潰れずに高さを保てるため、同じ面積へより多くの端子を詰められます。その代わりめっきの工程と材料費を抱え、柱の高さのばらつきが接合の出来へ直に響きます。銅は電気を通しやすい一方、はんだとの境目に金属間化合物が育ち、長期の信頼性で別の管理が要ります。はんだを先端だけに減らせば横広がりは抑えられますが、濡れる面積も小さくなります。
よくある質問（FAQ）
Section titled “よくある質問（FAQ）”カッパーピラーバンプとは何ですか？
ウェーハパッド上にCuの柱を形成するバンプです。
はんだバンプと比べた利点は何ですか？
チップの高集積化による端子数の増大、狭パッドピッチ、導電性に優れます。
なぜ間隔を詰められるのですか？
柱は潰れずに高さを保つからです。はんだの球は潰すと横に広がり、隣と触れる危険が上がります。
はんだも使いますか？
使います。柱の先端にだけ残し、相手の端子と濡れてつながる役目を受け持たせます。
導電性が良いのはなぜですか？
銅ははんだより電気を通しやすいためです。同じ断面でも抵抗が小さく済みます。
何を払いますか？
柱を立てるためのめっき工程と、その材料費です。
長期の信頼性で気をつける点は何ですか？
銅とはんだの境目に育つ金属間化合物です。CuとSnの間には、Cu6Sn5とCu3Snが成長します。
比較・違いを学ぶ
Section titled “比較・違いを学ぶ”- マイクロバンプとは── 柱を使う接合の全体
- 金属間化合物とは── 境目に育つ相
- 熱圧着（TCB）とは── 柱を押し当てるやり方
- エレクトロマイグレーションとは── 電流が起こす別の劣化
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- 1SEAJ：半導体製造装置用語集（組立：Assembly）seaj.or.jp abc
- 2ルネサス エレクトロニクス：半導体信頼性ハンドブック（R51ZZ0001JJ0250）renesas.com ↩