説明

フリップチップ実装方法および基板間接続方法

【課題】次世代LSIのフリップチップ実装に適用可能な、生産性及び信頼性の高いフリップチップ実装方法を提供することにある。
【解決手段】回路基板21の接続端子11と半導体チップ20の電極端子12とを互いに接触させた状態で、半導体チップ20を基板に対向させて配置し、半導体チップ20と回路基板21の隙間に、導電性粒子を含有した樹脂30を供給する。半導体チップ20と回路基板21のギャップを、所定の間隔になるまで拡大することによって、樹脂30を、対向する端子間に界面張力で自己集合させた後、端子間に自己集合した樹脂30を硬化させる。ここで、自己集合した樹脂30中に含有する導電性粒子の集合体が、対向する端子間を電気的に接続する接続体を構成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体チップを回路基板に実装するフリップチップ実装方法、及び複数の電極が形成された基板間を接続する基板間接続方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電子機器に使用される半導体集積回路(LSI)の高密度、高集積化に伴い、LSI用半導体チップの電極端子の多ピン、狭ピッチ化が急速に進んでいる。これら半導体チップの回路基板への実装には、配線遅延を少なくするために、フリップチップ実装が広く用いられている。そして、このフリップチップ実装においては、半導体チップの電極端子上にはんだバンプを形成し、当該はんだバンプを介して、回路基板上に形成された接続端子に一括接合されるのが一般である。
【0003】
しかしながら、電極端子数が5,000を超えるような次世代LSIを回路基板に実装するためには、100μm以下の狭ピッチに対応したバンプを形成する必要があるが、現在のはんだバンプ形成技術では、それに適応することが難しい。
【0004】
また、電極端子数に応じた多数のバンプを形成する必要があるので、低コスト化を図るためには、1チップ当たりの搭載タクトの短縮による高い生産性も要求される。
【0005】
同様に、半導体集積回路は、電極端子の増大でペリフェラル電極端子からエリア配置の電極端子に変化している。さらに、高密度化、高集積化の要求で半導体プロセスが90nmから65nm、45nmへと進展していくことが予想される。
【0006】
その結果、配線の微細化が更に進み、配線間の容量が増大することにより、高速化、消費電力ロスの問題が深刻になり、配線層間の絶縁膜の低誘電率化(Low−K)の要求が更に高まっている。このような絶縁膜のLow−K化の実現は、絶縁層材料の多孔質化(ポーラス化)によって得られるため、機械的強度が弱く、半導体の薄型化の障害になっている。
【0007】
加えて、上述のように、エリア配置の電極端子を構成する場合、Low−K化による多孔質膜上の強度に問題があるため、エリア配置電極上にバンプを形成すること、およびフリップチップ実装そのものが困難となっている。それ故、今後の半導体プロセスの進展に対応した薄型・高密度半導体に適した低荷重フリップチップ実装法が要求されている。
【0008】
従来、バンプの形成技術としては、めっき法やスクリ−ン印刷法などが開発されている。めっき法は狭ピッチには適するものの、工程が複雑になる点、生産性に問題があり、また、スクリーン印刷法は、生産性には優れているが、マスクを用いる点で、狭ピッチ化には適していない。
【0009】
こうした中、最近では、半導体チップや回路基板の電極上に、はんだバンプを選択的に形成する技術がいくつか開発されている。これらの技術は、微細バンプの形成に適しているだけでなく、バンプの一括形成ができるので、生産性にも優れており、次世代LSIの回路基板への実装に適応可能な技術として注目されている。
【0010】
例えば、特許文献1に記載された技術は、導電性粒子とフラックスの混合物によるソルダーペーストを、表面に電極が形成された基板上にベタ塗りし、基板を加熱することによって、導電性粒子を溶融させ、濡れ性の高い電極上に選択的にはんだバンプを形成させる方法である。
【0011】
また、特許文献2に記載された技術は、有機酸鉛塩と金属錫を主要成分とするペースト状組成物(化学反応析出型はんだ)を、電極が形成された基板上にベタ塗りし、基板を加熱することによって、PbとSnの置換反応を起こさせ、Pb/Snの合金を基板の電極上に選択的に析出させる方法である。
【0012】
ところで、従来のバンプ形成技術を用いたフリップチップ実装は、バンプが形成された回路基板に半導体チップを搭載した後、半導体チップを回路基板に固定するために、アンダーフィルと呼ばれる樹脂を、半導体チップと回路基板の間に注入する工程をさらに必要とする。
【0013】
そこで、半導体チップと回路基板の対向する電極端子間の電気的接続と、半導体チップの回路基板への固定を同時に行う方法として、異方性導電材料を用いたフリップチップ実装技術(例えば、特許文献3参照)が開発されている。これは、回路基板と半導体チップの間に、導電性粒子を含有させた熱硬化性樹脂を供給し、半導体チップを加圧すると同時に、熱硬化性樹脂を加熱することによって、半導体チップと回路基板の電極端子間の電気的接続と、半導体チップの回路基板への固定を同時に実現する方法である。
【特許文献1】特開2000−94179号公報
【特許文献2】特開平1−157796号公報
【特許文献3】特開2000−332055号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
しかしながら、上述した異方性導電材料を用いたフリップチップ実装では、樹脂中に均一に分散された導電性粒子の機械的な接触により、対向する電極端子間の導通を得ているため、電極端子間の導通に寄与する導電性粒子は、樹脂中に含まれる一部の導電性粒子に限られる。また、導電性材料と対向する電極端子の確実な電気接続には、一定の荷重が必要であり、多孔質膜(Low−K)を利用したエリア配置の半導体集積回路の実装には向かない。
【0015】
さらに、対向する電極端子間の導通に寄与しない導電性粒子は、隣接する電極端子間の絶縁性を阻害する要因ともなる。
【0016】
すなわち、異方性導電材料を用いたフリップチップ実装は、接続端子数が5,000を超えるような次世代LSI用の半導体チップに適用するためには、生産性や信頼性の面で、解決すべき課題を多く残している。
【0017】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、次世代LSIのフリップチップ実装に適用可能な、生産性及び信頼性の高いフリップチップ実装方法、及び当該方法と基本工程を一にする基板間接続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】
【0018】
本発明のフリップチップ実装方法は、複数の接続端子を有する基板に対向させて、複数の電極端子を有する半導体チップを配置し、基板の接続端子と半導体チップの電極端子とを接続体を介して電気的に接続するフリップチップ実装方法であって、基板の接続端子と半導体チップの電極端子とを互いに接触させた状態で、半導体チップを基板に対向させて配置し、半導体チップと基板の隙間に、導電性粒子を含有した樹脂を供給する第1の工程と、半導体チップと基板のギャップを、所定の間隔になるまで拡大することによって、樹脂を基板の接続端子と半導体チップの電極端子間に界面張力で自己集合させる第2の工程と、端子間に自己集合した樹脂を硬化させる第3の工程とを有し、当該自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子の集合体が、基板の接続端子と半導体チップの電極端子とを電気的に接続する接続体を構成していることを特徴とする。
【0019】
ある好適な実施形態において、上記導電性粒子の集合体は、該導電性粒子が互いに接触して接続体を構成している。
【0020】
ある好適な実施形態において、上記第2の工程において、樹脂を、基板の接続端子と半導体チップの電極端子間に自己集合させた後、樹脂を加熱し、該樹脂中に含有する導電性粒子を溶融させる工程をさらに含む。
【0021】
ある好適な実施形態において、上記第1の工程は、基板上に樹脂を供給した後、半導体チップを、基板の接続端子と半導体チップの電極端子とが互いに接触するように、基板に対向させて配置する工程からなる。
【0022】
ある好適な実施形態において、上記第3の工程の後、基板と半導体チップの隙間にアンダーフィル材を供給し、その後、該アンダーフィル材を硬化させる工程をさらに含む。
【0023】
ある好適な実施形態において、上記第1の工程において、接続端子以外の基板表面が、予め撥水化処理されていることが好ましい。
【0024】
ある好適な実施形態において、上記樹脂は、上記第3の工程において、該樹脂が硬化する際、収縮する材料で構成されることで導電性粒子の接触が強化されることが好ましい。
【0025】
ある好適な実施形態において、上記接続端子は、基板表面にアレイ状に配列されている。
【0026】
ある好適な実施形態において、上記第2の工程を繰り返すことが好ましい。
【0027】
ある好適な実施形態において、上記基板は、回路基板で構成されており、基板上に複数の半導体チップがフリップチップ実装されている。
【0028】
本発明の基板間接続方法は、複数の電極を有する第1の基板に対向させて、複数の電極を有する第2の基板を配置し、第1の基板の電極と第2の基板の電極とを接続体を介して電気的に接続する基板間接続方法であって、第1の基板の電極と第2の基板の電極とを互いに接触させた状態で、第2の基板を第1の基板に対向させて配置し、第1の基板と第2の基板の隙間に、導電性粒子を含有した樹脂を供給する第1の工程と、第1の基板と第2の基板のギャップを、所定の間隔になるまで徐々に拡大することによって、樹脂を第1の基板の電極と第2の基板の電極間に界面張力で自己集合させる第2の工程と、電極間に自己集合した樹脂を硬化させる第3の工程とを有し、当該自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子の集合体が、第1の基板の電極と第2の基板の電極とを電気的に接続する接続体を構成していることを特徴とする基板間接続方法である。
【0029】
ある好適な実施形態において、上記第2の工程において、樹脂を、第1の基板の電極と第2の基板の電極間に自己集合させた後、樹脂を加熱し、該樹脂中に含有する導電性粒子を溶融させる工程をさらに含む。
【0030】
本発明のフリップチップ実装体は、複数の接続端子を有する基板に対向させて、複数の電極端子を有する半導体チップが配置され、基板の接続端子と半導体チップの電極端子とが接続体を介して電気的に接続されたフリップチップ実装体において、当該接続体は、接続端子と電極端子とが互いに接触した状態で配置された基板と半導体チップの隙間に供給された導電性粒子を含有する樹脂が、基板と半導体チップのギャップを拡大することによって、接続端子と電極端子間に自己集合し、該自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子の集合体で構成されていることを特徴とする。
【0031】
ある好適な実施形態において、上記フリップチップ実装体は、基板と半導体チップとの隙間に供給されたアンダーフィル材で固定されている。
【発明の効果】
【0032】
本発明に係るフリップチップ実装方法は、半導体チップと基板との隙間に供給された導電性粒子を含有する樹脂が、対向する端子間に界面張力で自己集合し、当該自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子の集合体が、端子間を電気的に接続する接続体を構成する。それ故、樹脂中に含有する導電性粒子を有効に利用することができる。また、隣接する端子間には、導電性粒子を含有する樹脂は存在しないため、隣接端子間の絶縁性を高めることができ、信頼性の高いフリップチップ実装体を実現することができる。
【0033】
さらに、端子間を電気的に接続する接続体(導電性粒子を含有する樹脂)を自己集合的に形成することができるので、次世代LSIの狭ピッチのフリップチップ実装にも適用可能である。
【0034】
加えて、端子間に導電性粒子を含有する樹脂を自己集合させるとともに、自己集合した樹脂を硬化させることによって、半導体チップと基板の端子間の電気的接続と、半導体チップの基板への固定が同時にでき、生産性の高いフリップチップ実装体を実現することができる。
【0035】
また、同様に、本発明に係る基板間接続法においても、基板間の隙間に供給された導電性粒子を含有する樹脂が、対向する電極間に界面張力で自己集合し、当該自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子の集合体が、電極間を電気的に接続する接続体を構成する。それ故、樹脂中に含有する導電性粒子を有効に利用することができる。また、隣接する電極間には、導電性粒子を含有する樹脂は存在しないため、隣接電極間の絶縁性を高めることができ、信頼性の高い基板間接続を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0036】
本願出願人は、次世代LSI用の半導体チップに適応可能なフリップチップ実装について検討を行ない、均一性よく微細バンプを形成できる新規なフリップチップ実装方法を提案している(特願2004−267919号)。
【0037】
図1(a)〜(c)は、本願出願人が上記特許出願明細書で開示したフリップチップ実装方法の基本工程を示す工程断面図である。
【0038】
まず、図1(a)に示すように、複数の接続端子11が形成された回路基板21上に、はんだ粉(不図示)及び対流添加剤15を含有する樹脂13を供給する。
【0039】
次に、図1(b)に示すように、回路基板21上に供給された樹脂13の表面を半導体チップ20で当接させる。このとき、複数の電極端子12を有する半導体チップ20は、複数の接続端子11を有する回路基板21と対向させて配置される。そして、この状態で樹脂13を加熱し、樹脂13中に分散しているはんだ粉を溶融させる。
【0040】
溶融したはんだ粉は、図1(c)に示すように、樹脂13中で互いに結合し、濡れ性の高い接続端子11と電極端子12間に自己集合することによって、接続体18を形成する。最後に、樹脂13を硬化させて、半導体チップ20を回路基板21に固定させ、フリップチップ実装体を完成させる。
【0041】
この方法の特徴は、はんだ粉を含有した樹脂13に、はんだ粉が溶融する温度で沸騰する対流添加剤15をさらに含有させた点にある。すなわち、はんだ粉が溶融した温度において、樹脂13中に含有した対流添加剤15が沸騰し、当該沸騰した対流添加剤15が樹脂13中を対流することによって、樹脂13中に分散されている溶融したはんだ粉の移動が促進され、溶融したはんだ粉の均一な結合が進行する。その結果、均一に成長した溶融したはんだ粉が、濡れ性の高い回路基板21の接続端子11と半導体チップ20の電極端子12との間に自己集合することによって、接続端子11と電極端子12との間に、均一性の高い接続体18を形成することができる。
【0042】
また、本願出願人は、上記対流添加剤に代えて、気泡発生剤を含有させた樹脂を用い、溶融したはんだ粉を端子間に自己集合させ、均一な接続体を形成する方法を別途提案している(特願2005−094233号)。
【0043】
図2(a)〜(d)は、本願出願人が上記特許出願明細書で開示したフリップチップ実装方法の基本工程を示す工程断面図である。
【0044】
図2(a)は、図1(b)に示した工程に対応するもので、回路基板21と半導体チップ20の隙間に、はんだ粉16と気泡発生剤を含有した樹脂14が供給された状態を示す。樹脂14には、対流添加剤15の代わりに、気泡発生剤(不図示)が含有されている点が異なる。
【0045】
この状態で、樹脂14を加熱すると、樹脂14中に含有する気泡発生剤から気泡19が発生する。そして、図2(b)に示すように、樹脂14は、発生した気泡19が成長することで、この気泡19外に押し出される。同時に、はんだ粉16は樹脂14とともに気泡19外に押し出される。これは、はんだ粉16を含有する樹脂14が、はんだ粉16との濡れ性に優れるため、気泡中に存在できず、樹脂14とともに移動するからである。
【0046】
気泡19の成長により押し出された樹脂14は、図2(c)に示すように、回路基板21の接続端子11、及び半導体チップ20の電極端子12間に自己集合し、接続端子11、電極端子12の端部を境とした柱状樹脂が形成される。
【0047】
樹脂14をさらに加熱すると、図2(d)に示すように、端子間に自己集合した樹脂14中に含有するはんだ粉16が溶融し、はんだ粉16同士が溶融結合する。このとき、接続端子11及び電極端子12は、溶融し結合したはんだ粉16に対して濡れ性が高いので、端子間に溶融したはんだ粉16よりなる接続体18が形成される。これにより、半導体チップが回路基板に搭載されたフリップチップ実装体が得られる。
【0048】
なお、端子間に接続体18を形成した後、端子間に残存する樹脂14を硬化させることによって、あるいは、半導体チップ20と回路基板21の隙間にアンダーフィル材を注入、硬化させることによって、半導体チップ20を回路基板21に固定させてもよい。
【0049】
この方法の特徴は、はんだ粉を含有した樹脂14を、樹脂14中に含有する気泡発生剤を発泡させることによって、回路基板21の接続端子11と半導体チップ20の電極端子12との間に自己集合させる点にある。すなわち、端子間に自己集合した樹脂14をさらに加熱し、樹脂14中に含有するはんだ粉16を溶融させることによって、接続端子11と電極端子12との間に接続体18を形成することができる。
【0050】
本願出願人が提案した上記二つの方法において、1番目の方法は、樹脂中を対流する対流添加剤が、樹脂中に含有する溶融したはんだ粉に直接作用することによって、当該溶融したはんだ粉を端子間に自己集合させるのに対し、2番目の方法は、樹脂中に含有する気泡発生剤から発生した気泡が、その成長過程で樹脂に作用することによって、当該樹脂を端子間に自己集合させてから、樹脂中に含有するはんだ粉を溶融させる点で異なる。
【0051】
しかしながら、両方法とも、樹脂中に含有する対流添加剤を沸騰させるために、あるいは、気泡発生剤から気泡を発生させるために、対流添加剤または気泡発生剤が含有された樹脂を加熱する工程が必要となる。
【0052】
本願発明者は、樹脂を加熱することなく、室温においても、端子間に接続体を自己集合的に形成してフリップチップ実装体を得る方法を検討し、本発明を想到するに至った。
【0053】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。本発明は以下の実施形態に限定されない。
【0054】
図3(a)〜(c)、及び図4(a)〜(c)は、本発明の実施形態におけるフリップチップ実装方法の基本的な工程を示す工程断面図である。
【0055】
まず、図3(a)に示すように、複数の接続端子11を有する回路基板21上に、導電性粒子(不図示)を含有した樹脂30を供給する。ここで、導電性粒子は、樹脂30中に均一に分散されており、樹脂30は、室温において流動可能な程度の粘性を有していることが好ましい。
【0056】
次に、図3(b)に示すように、回路基板21の接続端子11と半導体チップ20の電極端子12とが互いに接触するように、複数の電極端子12を有する半導体チップ20を、回路基板21に対向させて配設する。このとき、回路基板21の接続端子11上にあった樹脂30は、押し出され、その結果、半導体チップ20と回路基板21の隙間は、樹脂30で充填された状態になる。
【0057】
なお、回路基板21の接続端子11と半導体チップ20の電極端子12との接触は、必ずしも樹脂30を完全に押し出した状態にまでなる必要はなく、対向する端子間に樹脂30が残存していても構わない。
【0058】
また、樹脂30の供給は、回路基板21と半導体チップ20を、対向する接続端子11、電極端子12とが互いに接触するように対向させて配置した後、半導体チップ20と回路基板21の隙間を埋めるように後で行ってもよい。
【0059】
この状態から、図3(c)に示すように、半導体チップ20と回路基板21のギャップDを、所定の間隔になるまで拡大することによって、樹脂30を、回路基板21の接続端子11と半導体チップ20の電極端子12間に界面張力で自己集合させる。
【0060】
以下、図4(a)〜(c)、及び図5(a)〜(d)を参照しながら、樹脂30が、回路基板21の接続端子11と半導体チップ20の電極端子12間に界面張力で自己集合するメカニズムを説明する。
【0061】
図4(a)〜(c)は、半導体チップ20と回路基板21のギャップをD1からD3まで拡大していったときの工程断面図(一部拡大)を示し、図5(a)〜(d)は、その工程に対応する半導体チップ20の平面図を示す。
【0062】
図5(a)は、半導体チップ20の電極端子12が、回路基板21の接続端子11と互いに接触している状態を示し、電極端子12以外の半導体チップ20と回路基板21の隙間に、樹脂30が充填されている。
【0063】
この状態から、半導体チップ20と回路基板21のギャップを徐々に拡大していく。図4(a)は、ギャップD1のときの状態を示し、ギャップの拡大に伴い、対向する端子間に樹脂30が侵入する一方、半導体チップ20と回路基板21の隙間にあった樹脂30の一部に、空洞40が発生している。
【0064】
これは、端子間に小さなギャップが生じると、毛細管現象により、ギャップ内に樹脂30が侵入し始め、ギャップがさらに拡大しても、樹脂30と接続端子11、電極端子12間の界面張力により、端子間に侵入した樹脂30は、端子間にそのまま維持されるからである。
【0065】
また、半導体チップ20と回路基板21の隙間の容積は、ギャップの拡大に伴い増大するのと同時に、半導体チップ20と回路基板21の隙間にあった樹脂30の一部が、端子間に移動することにより、半導体チップ20と回路基板21の隙間に残った樹脂30に空洞40が発生する。
【0066】
図5(b)は、図4(a)の状態のときの半導体チップ20の平面図を示す。図5(b)に示すように、半導体チップ20の周辺まであった樹脂30は、アレイ状に配列した電極端子12の最外列近傍まで縮小するとともに、隣接する電極端子12間に、樹脂30の空洞40が発生している。
【0067】
さらに、半導体チップ20と回路基板21のギャップを拡大していくと、図4(b)に示すように、樹脂30の空洞40が大きくなり、図5(c)に示すように、樹脂30は、電極端子12の周辺を取り囲むように集合する。
【0068】
そして、半導体チップ20と回路基板21のギャップを所定の間隔(D3)になるまで拡大すると、図4(c)、及び図5(d)に示すように、樹脂30は、回路基板21の接続端子11と半導体チップ20の電極端子12間に自己集合する。
【0069】
なお、上述した樹脂30の端子間に自己集合するメカニズムは、樹脂30と端子間の界面張力を利用したプロセスによることから、半導体チップ20と回路基板21のギャップの拡大は、所定のスピードでゆっくり行うことが好ましい。また、場合によっては、途中で一旦ギャップを狭めたり広げたりして、より確実に自己集合させる工程を入れてもよい。
【0070】
また、端子間に侵入した樹脂30を、端子間にそのまま維持されるために、樹脂30の接続端子11、電極端子12との界面張力の大きさは、樹脂30と半導体チップ20、回路基板21との界面張力の大きさよりも大きいことが好ましい。
【0071】
図6は、樹脂30が、半導体チップ20の電極端子12と、回路基板21の接続端子11との間に自己集合す状態を示した拡大断面図である。
【0072】
端子間に自己集合した樹脂30を硬化させることによって、半導体チップ20が回路基板21に固定されるとともに、自己集合した樹脂30に含有する導電性粒子16の集合体が、半導体チップ20の電極端子12と、回路基板21の接続端子11とを電気的に接続する接続体を構成する。
【0073】
図6に示すように、導電性粒子16が互いに接触するとともに、接続端子11及び電極端子12に接触することによって、対向端子間の電気的な接続を図っている。これにより、フリップチップ実装体が得られる。
【0074】
本発明によれば、半導体チップ20と回路基板21との隙間に供給された導電性粒子16を含有する樹脂30は、対向する端子間に界面張力で自己集合し、当該自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子16の集合体は、端子間を電気的に接続する接続体を構成する。それ故、樹脂30中に含有する導電性粒子16を有効に利用することができる。また、隣接する端子間には、導電性粒子16を含有する樹脂30は存在しないため、隣接端子間の絶縁性を高めることができ、信頼性の高いフリップチップ実装体を実現することができる。
【0075】
さらに、端子間を電気的に接続する接続体(導電性粒子16を含有する樹脂30)を自己集合的に形成することができるので、次世代LSIの狭ピッチのフリップチップ実装にも適用可能である。
【0076】
加えて、端子間に導電性粒子16を含有する樹脂30を自己集合させるとともに、自己集合した樹脂30を硬化させることによって、半導体チップ20と回路基板21の端子間の電気的接続と、半導体チップ20の回路基板21への固定が同時にでき、生産性の高いフリップチップ実装体を実現することができる。
【0077】
また、本発明の方法は、上述した本願出願人が提案するフリップチップ実装方法と異なり、樹脂30中に対流添加剤や気泡発生剤を含有させる必要がないため、樹脂30を加熱することなく、室温において、端子間に接続体を自己集合的に形成してフリップチップ実装体を得ることができる。
【0078】
なお、上記の方法において、端子間に自己集合した樹脂30に含有する導電性粒子16の集合体が、半導体チップ20の電極端子12と、回路基板21の接続端子11とを電気的に接続する接続体を構成している。これは、導電性粒子16が互いに接触することによって電気的な接続を図る方法であるが、この接続の信頼性をより高めるために、端子間に自己集合した樹脂30を硬化させて、半導体チップ20を回路基板21に固定させる工程において、樹脂30が収縮するような材料を使用してもよい。樹脂30が収縮することによって、導電性粒子16の接触が強まり、これにより、接続の信頼性が向上する。
【0079】
あるいは、端子間に樹脂30を自己集合させた後、樹脂30を加熱し、樹脂30中に含有する導電性粒子16を溶融させることによって、図7に示すように、溶融した導電性粒子16が結合した接続体18を形成してもよい。これにより、接続体18の抵抗値が下がり、接続の信頼性も向上する。なお、この場合、導電性粒子16の全部が溶融しなくても、導電性粒子16の表面だけが溶融して、導電性粒子16同士の界面が金属結合された状態であってもよい。
【0080】
上記の方法によれば、端子間に自己集合した樹脂30を硬化させることによって、半導体チップ20を回路基板21に固定させているが、図8(a)、(b)に示すように、回路基板21と半導体チップ20の隙間にアンダーフィル材を供給することによって、より信頼性の高い固定をすることができる。
【0081】
図8(a)は、導電性粒子を含有する樹脂を、半導体チップ20の電極端子12と、回路基板21の接続端子11間に自己集合させ、端子間に接続体18を形成した状態を示す断面図である。
【0082】
その後、図8(b)に示すように、回路基板21と半導体チップ20の隙間にアンダーフィル材50を供給し、その後、アンダーフィル材50を硬化することによって、半導体チップ20の回路基板21への固定をより強固にすることができる。
【0083】
本発明の方法によれば、導電性粒子16を含有する樹脂30は、樹脂30と端子間の界面張力の作用により、端子間に自己集合するが、接続端子11、電極端子12以外の回路基板21(または半導体チップ20)表面を予め撥水化処理しておくことによって、樹脂30の端子間への自己集合がよりスムーズに行なわれる。
【0084】
すなわち、樹脂30が端子間に自己集合するし易さは、樹脂30と回路基板21(または、半導体チップ20)との界面張力の大きさにも依存する。従って、接続端子11以外の回路基板21(または、電極端子12以外の半導体チップ20)表面を予め撥水化処理しておくことによって、樹脂30と回路基板21(または半導体チップ20)との界面張力を小さくでき、これによって、樹脂30の端子間への自己集合がよりスムーズになる。
【0085】
接続端子11以外の回路基板21(または、電極端子12以外の半導体チップ20)表面の撥水化処理は、例えば、図9(a)〜(c)に示すような方法で行うことができる。
【0086】
図9(a)に示すように、回路基板21の表面に、接続端子11となる金属膜を形成した後、レジスト60を塗布する。
【0087】
次に、図9(b)に示すように、接続端子となる領域を残して、レジスト60をパターニングし、その後、レジスト60をマスクとして、接続端子11となる金属膜をエッチング除去する。この状態で、回路基板21の表面に撥水塗膜用の塗料(例えば、EGC−1700エレクトロニックコーティング剤;住友スリーエム製)を塗布した後、レジスト60をリフトオフする。
【0088】
その結果、図9(c)に示すように、接続端子11以外の回路基板21の表面に撥水塗膜70が残存し、当該表面と樹脂30との界面張力を極めて低くすることができる。
【0089】
ここで、本発明のフリップチップ実装方法に使用する樹脂30、及び導電性粒子16は、特に限定されないが、それぞれ、以下のような材料を使用することができる。
【0090】
樹脂30としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂、フッソ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂、若しくは光(紫外線)硬化性樹脂等、またはそれらを組み合わせた材料を使用することができるが、室温において、流動可能な程度の粘度を有していることが好ましい。
【0091】
また、導電性粒子16としては、Sn−Bi系、Sn−Pb系、Sn−Ag系等のはんだ合金、あるいは、Cu、Ag、AgCu等の金属を使用することができる。なお、本発明においては、導電性粒子同士の接触によって端子間の電気的接続を図ることから、導電性粒子の表面は、できるだけ酸化膜が成長しないようにしておくことが好ましい。また、互いに接触する導電性粒子同士の表面だけ溶融して、互いの界面で金属結合をなすような状態であってもよい。
【0092】
以上説明したフリップチップ実装方法において、回路基板21は、回路基板で構成され、回路基板21上に複数の半導体チップ20がフリップチップ実装されていてもよい。また、半導体チップ20は、半導体チップが複数の電極端子(ランド)を有するインターポーザに搭載された構成(例えば、CSP、BGA等)であってもよい。
【0093】
本発明は、フリップチップ実装だけでなく、それぞれ複数の電極を有する基板同士の電極間を電気的に接続する基板間接続にも適用することができる。基板間接続は、以下の方法でできる。
【0094】
まず、第1の基板の電極と第2の基板の電極とを互いに接触させた状態で、第2の基板を第1の基板に対向させて配置し、第1の基板と第2の基板の隙間に、導電性粒子を含有した樹脂を供給する。
【0095】
次に、第1の基板と第2の基板のギャップを、所定の間隔になるまで徐々に拡大することによって、樹脂を、第1の基板の電極と第2の基板の電極間に界面張力で自己集合させる。その後、電極間に自己集合した前記樹脂を硬化させる。
【0096】
ここで、自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子の集合体は、第1の基板の電極と第2の基板の電極とを電気的に接続する接続体を構成している。
【0097】
なお、第1の基板又は第2の基板としては、回路基板、半導体ウエハ、半導体チップ(ベアチップ、実装チップを含む)等を使用することができる。
【0098】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、樹脂30は、室温において流動可能な粘度を有していることが好ましいとしたが、加熱することによって、流動可能な粘度に低下するものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0099】
本発明によれば、次世代LSIのフリップチップ実装に適用可能な、生産性及び信頼性の高いフリップチップ実装方法、及び基板間接続方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0100】
【図1】(a)〜(c)は、対流添加剤を含有する樹脂を用いたフリップチップ実装方法を示す工程断面図
【図2】(a)〜(d)は、気泡発生剤を含有する樹脂を用いたフリップチップ実装方法を示す工程断面図
【図3】(a)〜(c)は、本発明の実施形態におけるフリップチップ実装方法を示す工程断面図
【図4】(a)〜(c)は、本発明における樹脂の端子間への自己集合のメカニズムを説明する工程断面図
【図5】(a)〜(d)は、本発明における樹脂の端子間への自己集合のメカニズムを説明する工程平面図
【図6】本発明における樹脂が端子間に自己集合した状態を示した拡大断面図
【図7】本発明における接続体の形成方法を示した拡大断面図
【図8】(a)〜(b)は、本発明における他のフリップチップ実装方法を示す工程断面図
【図9】(a)〜(c)は、本発明における基板表面の撥水化処理の方法を示す工程断面図
【符号の説明】
【0101】
11 接続端子
12 電極端子
13、14、30 樹脂
15 対流添加剤
16 導電性粒子(はんだ粉)
18 接続体
19 気泡
20 半導体チップ
21 回路基板
40 空洞
50 アンダーフィル材
60 レジスト
70 撥水塗膜

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の接続端子を有する基板に対向させて、複数の電極端子を有する半導体チップを配置し、前記基板の接続端子と前記半導体チップの電極端子とを接続体を介して電気的に接続するフリップチップ実装方法であって、
前記基板の接続端子と前記半導体チップの電極端子とを互いに接触させた状態で、前記半導体チップを前記基板に対向させて配置し、前記半導体チップと前記基板の隙間に、導電性粒子を含有した樹脂を供給する第1の工程と、
前記半導体チップと前記基板のギャップを、所定の間隔になるまで拡大することによって、前記樹脂を、前記基板の接続端子と前記半導体チップの電極端子間に界面張力で自己集合させる第2の工程と、
前記端子間に自己集合した前記樹脂を硬化させる第3の工程とを有し、
前記自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子の集合体が、前記基板の接続端子と前記半導体チップの電極端子とを電気的に接続する前記接続体を構成していることを特徴とするフリップチップ実装方法。
【請求項2】
前記導電性粒子の集合体は、前記導電性粒子が互いに接触して前記接続体を構成していることを特徴とする、請求項1に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項3】
前記第2の工程において、前記樹脂を、前記基板の接続端子と前記半導体チップの電極端子間に自己集合させた後、前記樹脂を加熱し、前記樹脂中に含有する導電性粒子を溶融させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項4】
前記第1の工程は、前記基板上に前記樹脂を供給した後、前記半導体チップを、前記基板の接続端子と前記半導体チップの電極端子とが互いに接触するように、前記基板に対向させて配置する工程からなることを特徴とする、請求項1に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項5】
前記第3の工程の後、前記基板と前記半導体チップの隙間にアンダーフィル材を供給し、その後、前記アンダーフィル材を硬化させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項6】
前記第1の工程において、前記接続端子以外の前記基板表面が、予め撥水化処理されていることを特徴とする、請求項1に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項7】
前記樹脂は、前記第3の工程において、前記樹脂が硬化する際、収縮する材料で構成されることで導電性粒子の接触が強化されることを特徴とする、請求項1に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項8】
前記接続端子は、前記基板表面にアレイ状に配列されていることを特徴とする、請求項1に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項9】
前記第2の工程を繰り返すことを特徴とする請求項1に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項10】
前記基板は、回路基板で構成されており、
前記基板上に複数の半導体チップがフリップチップ実装されていることを特徴とする、請求項1に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項11】
複数の電極を有する第1の基板に対向させて、複数の電極を有する第2の基板を配置し、前記第1の基板の電極と前記第2の基板の電極とを接続体を介して電気的に接続する基板間接続方法であって、
前記第1の基板の電極と前記第2の基板の電極とを互いに接触させた状態で、前記第2の基板を前記第1の基板に対向させて配置し、前記第1の基板と前記第2の基板の隙間に、導電性粒子を含有した樹脂を供給する第1の工程と、
前記第1の基板と前記第2の基板のギャップを、所定の間隔になるまで徐々に拡大することによって、前記樹脂を、前記第1の基板の電極と前記第2の基板の電極間に界面張力で自己集合させる第2の工程と、
前記電極間に自己集合した前記樹脂を硬化させる第3の工程とを有し、
前記自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子の集合体が、前記第1の基板の電極と前記第2の基板の電極とを電気的に接続する前記接続体を構成していることを特徴とする基板間接続方法。
【請求項12】
前記第2の工程において、前記樹脂を、前記第1の基板の電極と前記第2の基板の電極間に自己集合させた後、前記樹脂を加熱し、前記樹脂中に含有する導電性粒子を溶融させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項11に記載の基板間接続方法。
【請求項13】
複数の接続端子を有する基板に対向させて、複数の電極端子を有する半導体チップが配置され、前記基板の接続端子と前記半導体チップの電極端子とが接続体を介して電気的に接続されたフリップチップ実装体において、
前記接続体は、前記接続端子と前記電極端子とが互いに接触した状態で配置された前記基板と前記半導体チップの隙間に供給された導電性粒子を含有する樹脂が、前記基板と前記半導体チップのギャップを拡大することによって、前記接続端子と前記電極端子間に自己集合し、前記自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子の集合体で構成されていることを特徴とするフリップチップ実装体。
【請求項14】
前記フリップチップ実装体は、前記基板と前記半導体チップとの隙間に供給されたアンダーフィル材で固定されていることを特徴とする、請求項13に記載のフリップチップ実装体。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2007−95763(P2007−95763A)
【公開日】平成19年4月12日(2007.4.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−279695(P2005−279695)
【出願日】平成17年9月27日(2005.9.27)
【出願人】(000005821)松下電器産業株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】