フリップチップ実装方法およびこれに用いる基板

【課題】電子部品のフリップチップ実装後の温度変化による応力を緩和し、接続信頼
性を高める。
【解決手段】電子部品を基板にフェイスダウン状態で押圧し、電子部品の電極と基板
の電極とをバンプを介して接続するする超音波フリップチップ実装の実装構造であって、
基板１の少なくとも電子部品を超音波フリップチップ実装する面に液晶ポリマ層４を配設
し、この液晶ポリマ層４の上に配線層５を形成し、少なくともこの配線層の一部を最外面
が金からなる電極５Ａに形成し、この電極５Ａと電子部品８の電極とを金からなるバンプ
７を介して接続することを特徴とする超音波フリップチップ実装構造。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子等の電子部品をフェイスダウン状態で基板に実装する場合の実装
方法およびこれに用いる基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体素子等の電子部品をベアチップの状態で基板に実装する技術が公知で
あり、中でも電子部品のアクティブ面を基板に対向させた状態で実装するフェイスダウン
方式の実装が近年広く行われている。この方式によると、小面積で多ピン接続が可能にな
ることや伝送経路を短縮できること等から、高密度、高周波、低電圧の回路に有利なこと
が知られている。
【０００３】
この方式のフリップチップ実装では、電子部品の電極に突起電極、所謂バンプを形成し
、基板に設けた電極にこのバンプを接触させるように位置決めし、これらを所定の温度に
加熱した状態で、接触面に押圧力を加える方法が一般に行われており、さらにこの接触面
に超音波振動を加える方法がある。
【０００４】
接触面に超音波振動を加えることで、バンプのダイナミックな変形（潰れ）を起こしつ
つ前記接触面に介在する酸化膜等の不純物層を破壊するので、同時に加える熱や押圧力を
少なくしても良好な接合が可能となる。したがって、このように超音波振動を併用した熱
圧着接合法が近年注目されている。以下この実装を超音波フリップチップ実装と記載する
。
【０００５】
さて、超音波を併用する併用しないに関わらず、フリップチップ実装の接続信頼性を確
保するには、接合後の接合部への温度差による影響を考慮する必要があった。つまり、フ
リップチップ実装後の基板に他の部品をはんだ付けする、あるいはこの基板をさらにマザ
ーボードとなる基盤にはんだ付けするためにリフロー加熱を加えたり、電子部品自身がパ
ワーモジュールであった場合には接合部近傍に激しい温度変化が生じる。
【０００６】
このときの状態を図５を用いて説明する。図５（ａ）において５１は電子部品、５２は
電子部品５１のアクティブ面に形成したバンプ、５３はセラミックスやエポキシ樹脂等か
らなる多層構造の基板、５４は基板５３に形成した電極、５５は電子部品５１と基板５３
との間隙に充填された絶縁性のアンダーフィル樹脂である。また、アンダーフィル樹脂５
５は形成時に体積収縮を伴って硬化しているので、常温ではバンプ５２を電極５４に押し
付けるように作用している。
【０００７】
しかし、前述したようにリフロー加熱や電子部品５１の発熱によりアンダーフィル５５
が膨張し、この膨張が前記収縮の力を上回ると、図５（ｂ）の矢印で示すように、電子部
品５１と基板５３とを引き離す方向に作用する。また、熱によって基板５３に反りが生じ
た場合は図５（ｃ）の矢印で示すような力が接合部に加わり、やはり全バンプのうちの何
れかには引き離し方向の力が作用する。
【０００８】
はんだバンプを使用したフリップチップ実装では、温度上昇によって接合面に引き離し
方向の応力が発生しても、はんだバンプ自体も温度上昇により軟化するので前記応力を吸
収することができたが、前述した超音波フリップチップ実装においては、金からなるバン
プと金めっきされた基板の電極とを接合するケース、所謂金−金接合が多く、この場合金
バンプは温度変化に対する物性が安定しており軟化し難いのに加えて、金−金接合部が強
固に金属間接合しているので、電子部品側の電極あるいはその根元の電子部品本体が破壊
するという問題が発生した（図８）。
【０００９】
このような作用、特に図５（ｂ）で示した作用を配慮して特許文献１では、アンダーフ
ィル樹脂５５のヤング率よりも大きいヤング率の樹脂で、電子部品５１全体と基板５３の
上面を封止する技術を開示している。つまり、図６で示すように封止樹脂５６によって、
電子部品５１を基板５３側に押さえつけておくというものである。
【００１０】
また特許文献２では、主に図５（ｃ）で示した作用や、電子部品と基板との熱膨張率の
差による応力を吸収するために、図７で示すように基板５７の外側に熱可塑性樹脂からな
る緩衝層５８を設けてからその上に配線層５９を形成し、この緩衝層５８で前述したよう
な応力を吸収する技術を開示している。
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−３０８２３０号公報（第１頁、図１）
【特許文献２】特許第２７６２５４６号公報（第１頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら特許文献１の場合のように樹脂モールドパッケージを製造するときのフリ
ップチップ実装でない場合は、隣接した他の部品と封止樹脂との干渉が問題となったり、
基板が大型の場合に実施が困難であったりと、実用的でない。またこれを実施したとして
も全体に熱が加わるのであるから、封止樹脂５６自身の熱膨張の影響をさらに考慮しなけ
ればならなくなる。
【００１３】
また、特許文献２の場合のようにフリップチップ実装がはんだバンプによるものであり
、電子部品側から基板方向へ押圧力を加えずにリフロー加熱のみで接合する場合はよいが
、接合方法が押圧力を伴う熱圧着あった場合は、温度上昇とともに熱可塑性樹脂からなる
緩衝層５８が軟化し、前記押圧力によって基板の電極が沈み込むため、接合が不完全ある
いは不安定になってしまう。
【００１４】
さらに接合方法が熱圧着に超音波を併用した超音波フリップチップ実装であった場合は
、前述のように接合時の温度が熱圧着の場合よりも低く設定できる分、前記基板電極の沈
み込みは少なく抑えられるが、超音波振動のエネルギーが軟化した緩衝層５８に吸収され
たり、超音波振動の振動方向が接合面と平行方向である場合、緩衝層５８上に形成した配
線層５９によじれ運動を発生させたりし、接合が不安定になる。
【００１５】
本発明はこのような課題を解決すべく創出されたもので、接続信頼性の高い超音波フリ
ップチップ実装を実現しながらも、実装後の温度変化に対する緩衝構造を基板側に確保す
る超音波フリップチップ実装方法とこれに用いる基板を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は第１の態様として、電子部品を基板にフェイスダウン状態で押圧し、前記電子
部品の電極と前記基板の電極とをバンプを介して接続する超音波フリップチップ実装の実
装方法において、基板の少なくとも電子部品を超音波フリップチップ実装する面に液晶ポ
リマ層を配設し、この液晶ポリマ層の上に配線層を形成し、少なくともこの配線層の一部
を最外面が金からなる電極に形成し、この電極と前記電子部品の電極とを金からなるバン
プを介して接続することを特徴とする超音波フリップチップ実装方法を提供するものであ
る。
【００１７】
また本発明は第２の態様として、接合後の前記電子部品と前記基板との間隙にアンダー
フィル樹脂を介在させ、前記液晶ポリマ層の厚さを、接合後の前記アンダーフィル樹脂の
厚さの３分の１以上とすることを特徴とする第１の態様として記載の超音波フリップチッ
プ実装方法を提供するものである。
【００１８】
また本発明は第３の態様として、電子部品を基板にフェイスダウン状態で押圧し、前記
電子部品の電極と前記基板の電極とをバンプを介して接続する超音波フリップチップ実装
に用いる基板であって、基板の少なくとも電子部品を超音波フリップチップ実装する面に
液晶ポリマ層を配設し、この液晶ポリマ層の上に配線層を形成し、少なくともこの配線層
の一部を最外面が金からなる電極に形成することを特徴とする超音波フリップチップ実装
用基板を提供するものである。
【００１９】
また本発明は第４の態様として、電子部品を基板にフェイスダウン状態で押圧し、前記
電子部品の電極と前記基板の電極とをバンプを介して接続し、接合後の前記電子部品と前
記基板との間隙にアンダーフィル樹脂を介在させる超音波フリップチップ実装に用いる基
板であって、基板の少なくとも電子部品を超音波フリップチップ実装する面に液晶ポリマ
層を配設し、この液晶ポリマ層の上に配線層を形成し、少なくともこの配線層の一部を最
外面が金からなる電極に形成するもので、前記液晶ポリマ層の厚さを接合後の前記アンダ
ーフィル樹脂の厚さの３分の１以上とすることを特徴とする超音波フリップチップ実装用
基板を提供するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、フリップチップ実装後の大きな温度変化又は多数繰り返しの温度変化
があっても、アンダーフィル樹脂の膨張による応力や基板の反りによる応力を液晶ポリマ
層が吸収する。その結果バンプ周辺の接合部の接続信頼性が確保でき、電子部品本体が損
傷することもない。
【００２１】
また液晶ポリマ層は、分子配向の性質から厚さ方向の弾性率が低い状態でも主面と平行
方向の弾性率が高いので、この主面と略平行方向の超音波振動に悪影響を与えない。した
がって超音波フリップチップ実装においては、熱可塑性樹脂である液晶ポリマ層が基板の
電極の直下にあっても、良好な接合を実現できる。また、接合後の電子部品と基板とのあ
いだにアンダーフィル樹脂が介在する場合には、液晶ポリマ層の厚さを接合後のアンダー
フィル樹脂の厚さの３分の１以上とすると、アンダーフィル樹脂の熱膨張による応力の吸
収を十分に行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に添付図面を参照して本発明に係る超音波フリップチップ実装方法およびこれに用い
る基板の実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明の一実施形態を示す断面模式図である。この図１において符号１は基板で
あり、配線パターンが両面に形成された両面銅張り積層板２が２枚プリプレグ３Ａを挟ん
で積層され、さらにその両面にプリプレグ３Ｂを介して液晶ポリマ層４が積層されている
。また、液晶ポリマ層４の上には最外の配線パターン５が配設されており、さらにその上
をソルダレジスト６が被覆している。ソルダレジスト６の開口部６Ａに露出した配線パタ
ーンは、最終めっきとして金めっきが施され、電極５Ａとして機能する部分である。
【００２４】
ベアチップ状態の電子部品８の下向きとなった電極には金バンプ７が形成されており、
この金バンプ７の先端が基板１の電極５Ａに接合している。また電子部品８と基板１との
間隙には、絶縁性樹脂であるアンダーフィル樹脂９が充填され硬化している。
【００２５】
ここで、液晶ポリマ層４としてはジャパンゴアテックス社製の１型全芳香族ポリエステ
ル樹脂（商品名：ＢＩＡＣ）を用い、その厚さは２５μｍである。超音波フリップチップ
実装する面が基板１の片面のみである場合は、実装面だけに液晶ポリマ層を形成してもよ
いが、部品実装工程の加熱や使用環境による基板１全体の反りを考慮すると表裏面が対称
構造であったほうが好ましい。
【００２６】
また、液晶ポリマ層４はプリプレグ３Ｂを介して両面銅張り積層板２に積層されている
が、液晶ポリマ層４自体が熱可塑性樹脂であるため、プリプレグ３Ｂを介さず直接積層す
ることも可能である。そして図示は省略してあるが、このように多層に形成された配線パ
ターンは、貫通スルーホールや非貫通ビヤホールにより所定の位置で層間接続されている
。
【００２７】
この図１に基づいて説明したような実装構造において、前述したような後工程のリフロ
ー加熱や部品の発熱による温度上昇が生じた場合、アンダーフィル樹脂の膨張力がその収
縮力を上回り、電子部品８と基板１との接合を引き離す方向に作用するが、熱可塑性樹脂
である液晶ポリマ層４も軟化し、その上にあるアンダーフィル樹脂９の膨張を吸収するた
め、接合面や電子部品８に不良が生じない。この状態を模式的に図２に示す。
【００２８】
また、後工程のリフロー加熱やフローはんだ付けの影響で基板１に反りが生じた場合も
、液晶ポリマ層４が軟化してその上にある電極５Ａが沈み込み、応力を吸収する。この状
態を模式的に図３に示す。
【００２９】
ここで液晶ポリマ層４は、厚ければ厚いほど接合後の応力吸収能力も高まるのは自明で
あるが、厚くなるに従って後述する接合時の電極の沈み込み量も増大するため、あまり厚
くするとかえって接合の信頼性を減じる場合がある。したがって液晶ポリマ層４の厚さの
上限は、被接合物の形態（電子部品の本体の面積に対する電極数等）や接合条件により個
々に決定することが望ましい。
【００３０】
発明者らの評価によると接合後の液晶ポリマ層４による効果、特にアンダーフィル樹脂
９の熱膨張による応力を緩和する効果を期待するのであれば、第２および第４の態様とし
て記載したように、液晶ポリマ層４の厚さを接合後のアンダーフィル樹脂９の厚さの３分
の１以上とするのが良い。本実施形態の場合は電極５Ａの厚さが約２５μｍ、金バンプ７
の変形後の高さが約３５μｍであるから、接合後のアンダーフィル樹脂９の厚さは約６０
μｍとなっており、これに対して厚さ２５μｍの液晶ポリマ層４を採用している。
【００３１】
また、図３に基づいて説明した基盤１の反りによる応力の緩衝効果に関しては、アンダ
ーフィル樹脂９の有無に関わらず液晶ポリマ層４の効果が期待できることは自明である。
したがって、液晶ポリマ層４の厚さと接合後のアンダーフィル樹脂９の厚さとの関連性は
なく、効果を得るための液晶ポリマ層４の厚さの下限は個々の基板１の特性により決定す
るのが望ましい。
【００３２】
次に、電子部品８を基板１に実装する様子を図４に基づいて説明する。図４において符
号１０で示すのは、超音波フリップチップ実装装置に配設された接合ツールである。接合
ツール１０以外の実装体の構造は図１で説明したものと同等なので同じ符号で説明する。
【００３３】
実装は接合部位を所定の温度に加熱して行われ、接合ツール１０はその先端で電子部品
８を下方に押圧し、さらに矢印ア方向（接合面と略平行方向）の超音波振動を付与する。
またアンダーフィル樹脂９は、接合前に塗布しておいてもよいし接合後に充填してもよい
。
【００３４】
ここで、接合部位が一定の温度に加熱されているため熱可塑性の液晶ポリマ層４はある
程度軟化しているが、前述したように超音波接合の場合はこの加熱が超音波を印加しない
熱圧着法と比較して低温である。また一定の押圧力が液晶ポリマ層に加えられるが、これ
も前述したように比較的軽荷重であるため、基板１の電極５Ａの沈み込み量が少なくて済
む。さらにこれに加え、超音波振動の振動方向（矢印ア）が接合面に略平行、つまり液晶
ポリマ層４の主面に略平行であることがこの接合の特徴であり、次の作用が得られる。
【００３５】
液晶ポリマ層４は成型時に伸延した方向、つまり主面と平行方向に著しい分子配向性を
有していることから、前記超音波振動の振動方向の弾性率（ヤング率）が厚さ方向の弾性
率と比較して著しく高く、これが超音波フリップチップ実装に好適となる。つまり超音波
振動の接合面と平行方向の振動エネルギーが吸収され難く、また、配線パターン５のよじ
れ運動が小さく抑えられるので、安定した接合品質を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態を示す断面模式図
【図２】本発明の実施形態を示す断面模式図
【図３】本発明の実施形態を示す断面模式図
【図４】本発明の実施形態を示す断面模式図
【図５】従来の技術を示す断面模式図
【図６】従来の技術を示す断面模式図
【図７】従来の技術を示す断面模式図
【図８】従来の技術を示す断面写真
【符号の説明】
【００３７】
１基板
２銅張り積層板
３Ａ、３Ｂプリプレグ
４液晶ポリマ層
５配線パターン
５Ａ電極
６ソルダレジスト
７金バンプ
８電子部品
９アンダーフィル樹脂
１０接合ツール

【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を基板にフェイスダウン状態で押圧し、前記電子部品の電極と前記基板の電極と
をバンプを介して接続する超音波フリップチップ実装の実装方法において、基板の少なく
とも電子部品を超音波フリップチップ実装する面に液晶ポリマ層を配設し、この液晶ポリ
マ層の上に配線層を形成し、少なくともこの配線層の一部を最外面が金からなる電極に形
成し、この電極と前記電子部品の電極とを金からなるバンプを介して接続することを特徴
とする超音波フリップチップ実装方法。
【請求項２】
接合後の前記電子部品と前記基板との間隙にアンダーフィル樹脂を介在させ、前記液晶ポ
リマ層の厚さを、接合後の前記アンダーフィル樹脂の厚さの３分の１以上とすることを特
徴とする請求項１に記載の超音波フリップチップ実装方法。
【請求項３】
電子部品を基板にフェイスダウン状態で押圧し、前記電子部品の電極と前記基板の電極と
をバンプを介して接続する超音波フリップチップ実装に用いる基板であって、基板の少な
くとも電子部品を超音波フリップチップ実装する面に液晶ポリマ層を配設し、この液晶ポ
リマ層の上に配線層を形成し、少なくともこの配線層の一部を最外面が金からなる電極に
形成することを特徴とする超音波フリップチップ実装用基板。
【請求項４】
電子部品を基板にフェイスダウン状態で押圧し、前記電子部品の電極と前記基板の電極と
をバンプを介して接続し、接合後の前記電子部品と前記基板との間隙にアンダーフィル樹
脂を介在させる超音波フリップチップ実装に用いる基板であって、基板の少なくとも電子
部品を超音波フリップチップ実装する面に液晶ポリマ層を配設し、この液晶ポリマ層の上
に配線層を形成し、少なくともこの配線層の一部を最外面が金からなる電極に形成するも
ので、前記液晶ポリマ層の厚さを接合後の前記アンダーフィル樹脂の厚さの３分の１以上
とすることを特徴とする超音波フリップチップ実装用基板。

【図１】