実装体およびその製造方法
【課題】半導体装置(半導体チップ)の突起電極上の導電性接着剤と回路基板の電極を安定して接合し、信頼性の高い実装体を提供する。
【解決手段】第１の基板１と、第２の基板６とを接続してなる実装体であって、前記第１または第２の基板の一方に設けられた突起電極３が、前記第１または第２の基板の他の一方に設けられた基板電極５と、導電性接着剤４を介して接続されるとともに、この接続部の周りを封止樹脂７で覆われた実装体であって、前記導電性接着剤中の熱可塑性樹脂は、その接着強度の低下する温度が、前記封止樹脂の反応ピーク温度を超えるように構成された樹脂である。
【解決手段】第１の基板１と、第２の基板６とを接続してなる実装体であって、前記第１または第２の基板の一方に設けられた突起電極３が、前記第１または第２の基板の他の一方に設けられた基板電極５と、導電性接着剤４を介して接続されるとともに、この接続部の周りを封止樹脂７で覆われた実装体であって、前記導電性接着剤中の熱可塑性樹脂は、その接着強度の低下する温度が、前記封止樹脂の反応ピーク温度を超えるように構成された樹脂である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実装体およびその製造方法にかかり、特に導電性接着剤を用いたフェースダウン実装による半導体装置と回路基板上の端子電極部との電気的接続に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体デバイス等の電子部品の接続端子と基板上の回路パターンの端子電極との接続には、はんだ付けが用いられてきたが、近年、半導体パッケージ等の小型化に加えて、接続端子数の増加等により接続端子間が狭くなってきている。このため、接着部の面積が大きい従来のはんだ付け法では対処できなくなってきている。
【０００３】
そこで、最近では半導体チップの能動素子面を下方に向けた状態で基板上の端子電極に直付け（フリップチップ実装）して実装面積の低減を図る試みが盛んになってきている。このフリップチップ実装方式には数々の提案がなされ実施されているが、以下にその代表例の一つについて説明する。
【０００４】
これは導電性接着剤による接合であり、図１に示すように、まず半導体チップ１の電極パッド２に金で構成されるバンプ電極(突起電極)３を設け、突起電極３に導電接着剤を転写し、突起電極３と回路基板６上の端子電極５とを位置合わせしてから導電性接着剤を硬化させることにより、導電性接着層４を介して突起電極３と端子電極５とを電気的に接続する。その後、半導体チップ１と基板６との間隙に封止樹脂を充填し、これを硬化して封止層７を形成することにより、半導体チップ１と基板６とを機械的に接合する。
【０００５】
この突起電極である突起電極３は、半導体チップ１の電極上に、Au、Cu等のワイヤを用いたワイヤーボンディング法で、ワイヤ先端に高電圧を印加溶融しボール形成したのち半導体チップ電極へ押圧、超音波、温度を負荷して接合し、引きちぎることで形成する。また、回路基板上の電極は、Cuで構成され、その上にNi、Auめっきをして形成されているものである。
【０００６】
上記実装方式は、導電性接着剤に可撓性を持たせ封止樹脂の熱膨張率を半導体デバイスと基板とに適合させることで熱応力の緩和ができることから、有望な方式である。
【０００７】
しかしながら、上記実装方式においても、上述の如きクレゾールノボラック型エポキシ樹脂とノボラック型フェノール樹脂等とを混合した組成物からなる封止樹脂は粘度が高く、また熱膨張率を半導体チップと回路基板の基板電極とに合わせるには絶縁性樹脂中のシリカ等の充填材量の比率を高めざるを得ず結果的に封止樹脂が高粘度になってしまう。このため、封止樹脂を半導体チップと基板との間に充填する際、絶縁性樹脂を４０〜８０℃以上に加熱して粘度を低下させる必要があった。その結果、生産性が悪く、温度上昇時における熱膨張率差に起因する熱応力によって封止樹脂封入時に導電接続部が損傷を受け接続信頼性が低下するという問題があった。
【０００８】
一方、室温下で非常に低粘度であるポリエポキシドと酸無水物を主成分とする樹脂バインダーを、封止樹脂として用いることも考えられる。しかし、この樹脂バインダーに熱膨張率を低くするため多量の充填材を添加すると、封止樹脂の粘度は低いがチクソトロピー指数が高くなってしまう。この結果、半導体チップと基板との間に封入できない、あるいは封入できても多量の気泡を抱き込み、この気泡によって硬化した封止樹脂の熱膨張等が場所によって不均一になり、接続信頼性を低下させるという問題があった、そのため、ポリエポキシドと酸無水物とからなる樹脂をバインダーとする封止樹脂は実用性に乏しかった。
【０００９】
そこで、封止樹脂が良好な封止特性を得るために必要な粘度とチクソトロピー特性の限界を究明し、かかる粘度とチクソトロピー特性を満足する絶縁性樹脂を用いた実装方法も提案されている（特許文献１）。
この方法は、粘度だけでなく封止樹脂のチクソトロピー指数が高いことが封止樹脂として利用困難な理由である点に着目し、例えば、ポリエポキシドと酸無水物とを含む樹脂バインダーでは、酸無水物の中の遊離酸と充填材表面上の極性基との相互作用によって流動性が阻害されていることを究明した。そして、この究明された事実に鑑み、粘度が１００Ｐａ・ｓ以下でチクソトロピー指数が１．１以下である組成物を使用し、これを硬化して得られる封止樹脂層により半導体装置と基板とを機械的に接続するものである。
【００１０】
また、半導体チップと基板とのギャップに封止樹脂を充填し、加熱によりこの封止樹脂を硬化させ、この封止樹脂の硬化収縮により、半導体チップと基板との電気的接続を実現する方法も提案している（特許文献２）。
【００１１】
また突起電極が可撓性を有する導電性接着剤を介して基板上の端子電極に接続することにより、応力に対して安定で信頼性の高い電気的接続を実現する方法も提案している（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３０９３６２１号
【特許文献２】特許第２５７４３６９号
【特許文献３】特公平６−１０３７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記方法では、接合部の導電性接着材を硬化した後、封止樹脂を注入し、封止樹脂を硬化する工程において、導電性接着剤の接着強度が、封止樹脂の硬化の為の加熱により低下し、さらに、回路基板材料の熱膨張により回路基板が熱変形し、接合部への応力負荷を加える。また、封止樹脂は加熱されると粘度低下することで流動性が高まり、導電性接着剤と回路基板の接合界面に浸入しやすくなる。
【００１４】
このように封止樹脂の硬化のための温度上昇で、導電性接着剤と回路基板の端子電極との間が熱応力で剥がれ、かつ、粘度低下した封止樹脂が導電性接着剤の接合界面に浸入し、封止樹脂層が１〜５μｍ形成され、電気的導通が不安定になるという課題を有していた。
【００１５】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、半導体装置の突起電極上の導電性接着剤と回路基板の電極の接合を安定にし、信頼性の高い実装体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】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の実装体では、導電性接着剤を、導電性接着剤の接着強度低下温度が、前記封止樹脂の熱分析での反応ピークを超えるように構成することで、半導体装置上の突起電極と回路基板の端子電極を導電性接着剤で安定した接着および導通を確保し、接続信頼性の高い半導体装置の実装体を構成する。
【００１７】
すなわち、本発明は、半導体チップを回路基板上の接続電極にフェースダウン実装してなる実装体であって、前記半導体チップの端子電極上に設けられた突起電極が、前記基板上に設けられた基板電極と、導電性接着剤を介して接続されるとともに、この接続部の周りを封止樹脂で覆われており、前記導電性接着剤は、その接着強度の低下温度が、前記封止樹脂の反応ピーク温度を超えるように構成したことを特徴とする。
この構成によれば、封止樹脂の硬化工程でかけられる温度においても接着強度を低下することなく維持することができるため、突起電極と基板電極との接合状態を保ちつつ、周りを封止樹脂で覆うことができ、信頼性の高い接合状態を維持することが可能となる。ここで封止樹脂の反応ピーク温度とは、その測定方法を後述するが、封止樹脂を熱分析したとき、その熱分析における反応温度のピーク値をいうものとする。
【００１８】
また本発明は、半導体チップを回路基板上の接続電極にフェースダウン実装する方法であって、前記半導体チップの端子電極に突起電極を設ける工程と、前記突起電極上にあらかじめ導電性接着剤を形成する工程と、前記導電性接着剤を介して前記突起電極を前記回路基板の前記接続電極と接続する工程と、前記導電性接着剤の接着強度低下温度を超えない温度で前記基板及び前記半導体チップを加熱し、封止樹脂を充填して硬化させる工程とを含む。
この構成によれば、導電性接着剤の接着強度低下温度を超えない温度で基板板及び半導体チップを加熱することで低粘度化された封止樹脂を充填し、硬化させるようにしているため、確実な接続が可能となる。
【００１９】
また本発明は、半導体チップを回路基板上の接続電極にフェースダウン実装する方法であって、前記半導体チップの端子電極に突起電極を設ける工程と、前記突起電極上にあらかじめ導電性接着剤を形成する工程と、前記突起電極を前記導電性接着剤を介して前記回路基板の前記接続電極と接続する工程と、前記封止樹脂を前記半導体チップと前記回路基板のギャップに充填したのち、前記封止樹脂を硬化する工程とを含み、前記導電性接着剤の接着強度低下温度が、前記封止樹脂の反応ピーク温度を超えるように構成し、かつ、封止樹脂の硬化温度が前記導電性接着剤の接着強度低下温度を超えないようにしたことを特徴とする。
この構成によれば、封止樹脂を充填後、導電性接着剤の接着強度低下温度を超えない温度で封止樹脂が、加熱硬化せしめられるようにしているため、確実な接続が可能となる。
【００２０】
すなわち、本発明は、第１の基板と、第２の基板とを接続してなる実装体であって、前記第１または第２の基板の一方に設けられた突起電極が、前記第１または第２の基板の他の一方に設けられた基板電極と、導電性接着剤を介して接続されるとともに、この接続部の周りを封止樹脂で覆われた実装体であって、前記導電性接着剤は、その接着強度の低下する温度が、前記封止樹脂の反応ピークを超えるように構成された樹脂であることを特徴とする。
この構成によれば、封止樹脂の硬化工程でかけられる温度においても接着強度を低下することなく維持することができるため、突起電極と基板電極との接合状態を保ちつつ、周りを封止樹脂で覆うことができ、信頼性の高い接合状態を維持することが可能となる。
【００２１】
また、本発明は、第１または第２の基板の一方に設けられた突起電極を、前記第１または第２の基板の他の一方に設けられた基板電極に、その接着強度の低下する温度が、前記封止樹脂の反応ピークを超えるように構成された導電性接着剤を介して接続する工程と、前記接続する工程で形成された接続部の周りに、前記導電性接着剤の接着強度低下温度を越えない温度に加熱されて低粘度化された封止樹脂を供給し、硬化させる封止工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、第１または第２の基板の一方に設けられた突起電極を、前記第１または第２の基板の他の一方に設けられた基板電極に、その接着強度の低下する温度が、前記封止樹脂の反応ピークを超えるように構成された導電性接着剤を介して接続する工程と、前記接続する工程で形成された接続部の周りに、前記導電性接着剤の接着強度低下温度を越えない温度に加熱されて低粘度化された封止樹脂を供給し、硬化させる封止工程とを含むことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、第１または第２の基板の一方に設けられた突起電極を、前記第１または第２の基板の他の一方に設けられた基板電極に、その接着強度の低下する温度が、前記封止樹脂の反応ピークを超えるように構成された導電性接着剤を介して接続する工程と、前記接続する工程で形成された接続部の周りに、封止樹脂を供給し、前記導電性接着剤の接着強度低下温度を越えない温度に加熱して、この封止樹脂を硬化させる封止工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明してきたように、本発明によれば、封止樹脂を充填後、導電性接着剤の接着強度低下温度を超えない温度で封止樹脂が、加熱硬化せしめられる、あるいは導電性接着剤の接着強度低下温度を超えない温度で封止樹脂が低粘度化されて供給され、硬化させるようにしているため、いずれの場合も接着強度の低下を招くことなく、確実な接続を実現することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の半導体装置の実装体は、回路基板上に、導電性接着剤を用いて半導体チップをフリップチップ接続し、導電性接着剤を、導電性接着剤中の熱可塑性樹脂の接着強度の低下する温度が、前記封止樹脂の反応ピークを超える温度設定となるように調整することで、確実で安定した接続状態を実現するものである。
【００２６】
図１は本発明の実施の形態に係る半導体装置の実装体を示す断面図であり、図２はその接続部付近を示す部分拡大断面図である。この半導体装置の実装体は、上述したように半導体チップ１の端子電極としての電極パッド２に金で構成される突起電極としての突起電極３と、回路基板電極すなわちガラスエポキシ樹脂等からなる回路基板６上の端子電極５とを、導電性接着層４を介して電気的に接続するとともに、半導体チップ１と回路基板６との間隙に封止樹脂を充填し、これを硬化して封止樹脂層７を形成したもので、半導体チップの素子形成面が、回路基板６側となるように、フリップチップ実装方式により形成されたものである。
【００２７】
本実施の形態では、導電性接着層4を、フェノキシ樹脂等からなる特殊エポキシ樹脂と銀（Aｇ）や銀パラジウム（ＡｇＰｄ）合金等の導電粉とを主成分とする組成物（導電性接着剤）で構成し、接着強度の低下する温度が１２５℃を超えるようにし、封止樹脂の硬化温度１２５℃よりも高くしている。ここで封止樹脂層は、カチオン重合系の反応開始剤入りのエポキシ樹脂を主成分とする封止樹脂で構成される。もしくは、アニオン重合系の反応開始剤入りの酸無水物の硬化剤入りのエポキシ樹脂を主成分とする封止樹脂でもよいこの際には封止樹脂の硬化温度は１５０°となり、導電性接着剤の接着強度の低下する温度は１５０℃を超えるように設定する必要がある。
【００２８】
次に、図１に示した半導体装置実装体を形成するためのフリップチップ実装工程について、図２（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。図２（ａ）〜（ｅ）は、フリップチップ実装工程における半導体装置の実装体の変化を示す断面図であり、各ステップに沿って、実装工程を説明する。
【００２９】
まず、Ａｕワイヤを用いて半導体チップ１（ＬＳＩチップ）の各電極パッド２にスタッドバンプ電極からなる突起電極３を形成し、各ド突起電極３で平坦面を押圧するレベリング工程を行なって各突起電極３の先端面の高さを揃える。
【００３０】
次に、図２（ａ）に示すように、この半導体チップ（デバイス）１を、スタッドバンプで構成された突起電極３側を下方に向けた状態で、導電性接着剤４が塗布された基板１の上方に位置させ、その状態から下降させて、突起電極３を導電性接着剤４中に浸漬した後、半導体デバイスを上方に引き上げ、各突起電極３に導電性接着剤４を一括して転写する。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示すように、多数の端子電極５が設けられた回路基板６の上に半導体デバイス１を搭載する。このとき、半導体チップ１の各突起電極３と回路基板６上の各端子電極５とをそれぞれ位置合わせする。
【００３２】
そして、図２（ｃ）に示すように、バッチ硬化炉に入れ８０℃８分の加熱により導電性接着剤を硬化させて、導電性接着層４を形成する。これにより、半導体チップ１の突起電極３と基板６の端子電極５とを導電性接着剤４で電気的に接続する。
【００３３】
そして、図２（ｄ）に示すように、ディスペンサーにより半導体チップエッジ部の回路基板上の所定の位置に熱硬化性の封止樹脂を塗布し、回路基板と半導体チップとのギャップに毛細管現象で封止樹脂としての絶縁性樹脂を充填し接続部の樹脂封止を行なった後、１２５℃８分加熱して封止樹脂を硬化させる。このとき、図２（ｅ）に示すように、封止樹脂層７が形成され、この封止樹脂層７により半導体チップ１と回路基板６とを機械的に接合する。
【００３４】
上記フリップチップ実装工程で使用される封止樹脂は、５０℃の加熱により低粘度で注入が速やかに行なわれるとともに、小さな間隙にも封止材が十分行き渡る。したがって、封止のために要する時間が短縮されるとともに、導電性接着剤４を介して接続されている接合部の接続信頼性を保持できる。
【００３５】
さらに、封止樹脂は、酸無水物硬化型エポキシ樹脂やカチオン重合反応開始剤入りのエポキシ樹脂等とシリカ等の充填材とを主成分とする組成物であるため、硬化後の熱膨張率も低いという特性を有する。このように、封止樹脂層７の熱膨張率が低いため、半導体チップ１を構成するシリコン基板と、回路基板６を構成する例えばガラスエポキシ基板との熱膨張率差から発生する熱応力を抑制できる。また、このようなエポキシ系樹脂で構成される封止材は耐熱性が高くかつ接着強度が高いため、高温高湿環境下でも安定な接続信頼性を達成することができる。
【００３６】
なお、導電性接着剤４は高い可撓性を有しているため熱応力を緩和させることができ、接続安定性が向上する。
【００３７】
以上のように、上述のフリップチップ実装工程によれば、半導体チップ１と回路基板６とを極めて高信頼性でかつ安定に接続することが可能になる。
【００３８】
なお、実施の形態においては突起電極３を金としたが、その材質は金に限定されるものではなく、例えば銅等の他の金属により形成してもよい。また、突起電極の形状は特に上述のようなスタッドバンプ電極に限定されるものではなく、一般にフリップチップ実装に用いられているものであれば適用可能である。
【００３９】
また、導電性接着剤４の材質は、その接着強度が低下する温度が、封止樹脂の反応ピーク温度を超えるように構成された樹脂であればよい。例えば、剛直な骨格をもつ樹脂を用いることで耐熱性を向上できる樹脂、特にビフェニル型エポキシ樹脂やナフタレン型エポキシ樹脂でもよい。また、エポキシ系に限らず、可撓性を有するものであれば材質は問わない。例えば、ＳＢＲ、ＮＢＲ、ＩＲ、ＢＲ、ＣＲ等のゴム系、アクリル系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリエーテル系、ポリウレタン系、ポリイミド系、シリコーン系等を用いることができる。導電性接着剤に含まれる導電粉の材質としては、一般に用いられているものであれば何でもよく、例えば銀、金、パラジウム等の貴金属粉、ニッケル、銅等の卑金属粉、はんだ、銀パラジウム等の合金粉、銀めっき銅粉等のような複合粉、さらにカーボンのような導電性を有する非金属粉等が使用できる。これらの導電粉は単独でも２種以上の混合でも使用可能である。またこれら導電粉はその粒径、形状は特に限定されるものではない。
【００４０】
一方、封止樹脂は主に樹脂バインダーと充填材から構成されるが、樹脂バインダーとしてはポリエポキシドと酸無水物とレオロジー改質剤とを必須成分にしている。ここで使用される樹脂バインダー中のポリエポキシドは、特に成分として限定はなく、通常エポキシ化合物、エポキシ樹脂と呼称されているものが用いられる。例えばビスフェノール型エポキシ樹脂や、ノボラック型エポキシ樹脂、グルシジルエーテル型エポキシ樹脂、グルシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂環型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、スチレンオキシド、アルキルグリシジルエーテル、アルキルグリシジルエステル等が挙げられる。これらは単独でも２種以上の混合物でも使用可能である。
【００４１】
また、ここで用いられる酸無水物としては、通常エポキシ化合物、エポキシ樹脂の硬化剤として用いられるものが使用できる。最も好ましい例としては、トリアルキルテトラハイドロフタル酸無水物がある。また、他の好ましい例として、メチルテトラハイドロフタル酸無水物や、メチルヘキサハイドロフタル酸無水物、メチルハイミック酸無水物等の環状脂肪族系でかつ２５℃で液体であるものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは単独でも２種以上の混合物でも使用可能である。特に、上記のものを樹脂バインダーの主成分として用いることにより、非常に低粘度でかつ高耐熱性，高耐湿性，高密着性の封止樹脂を得ることができる。
【００４２】
封止樹脂の樹脂バインダーとしては上記必須成分の他に、耐熱性向上、耐湿性向上、密着強度向上、熱膨張率調整、レオロジー調整、反応性調整等を目的として第３のバインダー成分が必要に応じて添加されてもよい。
【００４３】
封止樹脂中の充填材としては、平均粒径が１〜５０μｍの粉体であれば構わないが、好ましい例として、シリカ，アルミナ等の酸化化合物や窒化アルミ等の窒化化合物、炭化珪素等の炭化化合物、硅化化合物等、熱的に安定で低熱膨張率のものが望ましい。これらの充填材成分は２種以上の任意の組み合わせでも使用可能である。充填材の量としては、特に制限はないが、封止材全量に対し重量比で２０〜８０％が好ましい。これらの充填材成分を使用することで、絶縁性に優れかつ熱応力の発生も小さい封止材を実現することができる。
【００４４】
なお、端子電極５の材質については別段の制限はない。
【００４５】
次に、上述のフリップチップ実装工程によって得られる半導体装置実装体の特性を調べるために行なった具体的な実施例について説明する。
【００４６】
（実施例１）
上記図１に示す構造を有する半導体装置を、上記図２（ａ）〜（ｅ）に示す工程により形成する。その際、突起電極３はワイヤーボンド法の引きちぎりにより形成する。導電性接着剤４は銀パラジウム粉と可撓性エポキシ樹脂を主成分とする組成物で構成し、８０℃に加熱して硬化させたもので、接着強度の低下する温度が１７０℃となるように組成を調整する。さらに、上記封止樹脂を５０°で充填し、１２５℃で封止材を硬化させる。
この結果、図３に示すように、導電性接着剤４に、常に端子電極（パッド電極）５と突起電極（バンプ電極）３との接続が剥がれることなく確保されており、良好な接続がなされている。図４に封止樹脂の加熱温度Ｔと時間ｔに対する端子電極と突起電極との間の接続部における接続抵抗値（配線抵抗値含む）Ｒを示す。曲線Ａは硬化温度、曲線Ｂは接続抵抗値を示す。この図から明らかなように、抵抗値の大きな上昇はなく、良好な電気的接続性を維持できていることがわかる。
【００４７】
（比較例）
導電性接着剤４の接着強度の低下する温度が９０℃となる組成のものを用いたほかは実施例１と同じ条件で、半導体チップ１を回路基板６に実装する。
このとき、図５に示すように、導電性接着剤４と端子電極５との間に間隙が形成され端子電極５と突起電極３との接続不良が発生している。図６に加熱温度Ｔと時間ｔに対する端子電極と突起電極との間の接続部における抵抗値Ｒを示す。曲線Ａは硬化温度、曲線Ｂは接続抵抗値を示す。この図から明らかなように、抵抗値が上昇しており、接続オープン不良が発生していることがわかる。
【００４８】
図７に、接続抵抗値の測定方法の図を示す。硬化炉７００内に上記各条件で半導体チップ１を回路基板６に実装した実装体を設置し、回路基板上の電極に接続されたリードを硬化炉７００の外部に設置された計測器８００で端子間電圧と電流を測定することで接続抵抗を計測する。
【００４９】
これらの比較からも、本発明によれば、導電性接着剤の接着強度が低下する温度が、封止樹脂の熱分析での硬化反応ピーク温度を超えるように構成された導電性接着剤を用いることで、良好な接続特性を得ることができる。
【００５０】
次に、接続不良の原因について考察する。
図８（ａ）に示すように接着強度の低下温度が９０℃の導電性接着剤４を８０℃８分で硬化させた後、図８(ｂ)に示すように５０℃程度で封止樹脂を注入し、図８（ｄ）に示すように１２５℃２分インアウト６分の熱処理により封止樹脂を硬化させる。
このとき図９に模式図を示すように、加熱工程で回路基板６と半導体チップ１との間で熱膨張差が生じ、接触性が低下する。例えばガラスエポキシ樹脂基板の熱膨張係数は１８ｐｐｍであり、半導体チップは３ｐｐｍである。熱付加時の変形量は、
変形量＝（α基板−αIC）×（硬化温度T1-常温T2）×IC中心からの接合部距離により算出できる。
【００５１】
ここで硬化後の導電性接着剤における、各加熱温度下でのシェア方向の接着強度を測定した結果を図１０に示す。ここでシェア強度とは、基板電極と導電性接着剤の接着強度をいうものとし、シェア強度が低いと剥離不良につながる。この図から９０℃で強度が急激に低下しており、強度低下前（＜９０℃）は導電性接着剤のバルク破壊、強度低下後（＜９０℃）では不良につながる界面剥離が生じていることがわかる。
【００５２】
一方ここで用いている封止樹脂の硬化工程における反応開始温度は９０℃、反応ピーク温度は１１０℃である。よって、反応の開始する９０℃までは、封止樹脂の粘度は低下し９０℃において、最低粘度到達温度となり接合界面へ封止樹脂が浸入しやすくなる。その後、反応が開始し、封止樹脂は初期粘度を通過して硬化して固まる。図１１に熱分析DSCデータ及び図１２に粘弾性データ（昇温レート３℃/分）を示す。
【００５３】
このように、封止樹脂硬化中の９０℃〜１１０℃において、
・導電性接着剤の回路基板電極との密着強度低下
・封止樹脂の硬化工程における粘度低下での接合界面浸入
・封止樹脂硬化工程における回路基板熱変形での接合部引き剥がし力
が同時に発生することで導電性接着剤の剥れによるオープン不良が発生する。
【００５４】
以上の評価結果からわかるように、図１３に示すように、この導電性接着剤の接着強度低下温度が前記封止樹脂の熱分析での反応ピーク１１０℃を超えるように、ここでは１７０℃に構成し、かつ、封止樹脂の硬化温度１２５℃が前記導電性接着剤の接着強度の低下する温度１７０℃を超えないように設定することで良好な接続を得ることができる。
このようにして、本発明による半導体装置の実装体は、導電性接着剤の密着強度の温度設計により、どのような環境においても高い信頼性を得ることができる。
【００５５】
なお前記実施の形態では、半導体チップと回路基板との接続について説明したが、第１および第２の基板がいずれも半導体チップである場合、すなわち半導体チップ同士の接続についても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の半導体装置の実装体によれば、確実で信頼性の高い接続が可能となることから、固体撮像装置、マイクロホン装置など種々のデバイスへの適用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態１の実装体を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１の実装体の実装工程を示す断面図
【図３】本発明の実施の形態１の実装体の実装工程で得られた半導体装置と基板との接合状態を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態１の実装体の封止樹脂硬化工程で得られた半導体装置と基板との接合部における封止樹脂の硬化温度と接続抵抗値との関係を示す図
【図５】比較例の実装体の実装工程で得られた半導体装置と基板とのオープン不良接合状態を示す断面図
【図６】比較例の実装体の封止樹脂硬化工程で得られた半導体装置と基板とのオープン不良接合部における封止樹脂の硬化温度と接続抵抗値との関係を示す図
【図７】比較例の実装体の封止樹脂硬化工程で得られた半導体装置と基板とのオープン不良接合部における封止樹脂の硬化温度と接続抵抗値との測定方法を示す図
【図８】比較例の実装体の実装工程で得られた半導体装置と基板との接合部におけるオープン不良発生状態説明図
【図９】実装体の実装工程で得られた半導体装置と回路基板との状態説明図
【図１０】比較例の実装体の導電性接着剤硬化後、各加熱温度状態での導電性接着剤のシェア強度との関係とその際の接合部破断モードを示す図
【図１１】封止樹脂の熱分析での反応開始温度および反応ピーク温度を示す図
【図１２】封止樹脂の粘弾性を示す図
【図１３】比較例の実施の形態１の実装体の導電性接着剤硬化後、各加熱温度状態での導電性接着剤のシェア強度との関係とその際の接合部破断モードを示す図
【符号の説明】
【００５８】
１ 半導体チップ
２ 電極パッド
３ 突起電極
４ 導電性接着剤層
５ 端子電極
６ 回路基板
７ 封止樹脂層
７００ 硬化炉
８００ 計測器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実装体およびその製造方法にかかり、特に導電性接着剤を用いたフェースダウン実装による半導体装置と回路基板上の端子電極部との電気的接続に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体デバイス等の電子部品の接続端子と基板上の回路パターンの端子電極との接続には、はんだ付けが用いられてきたが、近年、半導体パッケージ等の小型化に加えて、接続端子数の増加等により接続端子間が狭くなってきている。このため、接着部の面積が大きい従来のはんだ付け法では対処できなくなってきている。
【０００３】
そこで、最近では半導体チップの能動素子面を下方に向けた状態で基板上の端子電極に直付け（フリップチップ実装）して実装面積の低減を図る試みが盛んになってきている。このフリップチップ実装方式には数々の提案がなされ実施されているが、以下にその代表例の一つについて説明する。
【０００４】
これは導電性接着剤による接合であり、図１に示すように、まず半導体チップ１の電極パッド２に金で構成されるバンプ電極(突起電極)３を設け、突起電極３に導電接着剤を転写し、突起電極３と回路基板６上の端子電極５とを位置合わせしてから導電性接着剤を硬化させることにより、導電性接着層４を介して突起電極３と端子電極５とを電気的に接続する。その後、半導体チップ１と基板６との間隙に封止樹脂を充填し、これを硬化して封止層７を形成することにより、半導体チップ１と基板６とを機械的に接合する。
【０００５】
この突起電極である突起電極３は、半導体チップ１の電極上に、Au、Cu等のワイヤを用いたワイヤーボンディング法で、ワイヤ先端に高電圧を印加溶融しボール形成したのち半導体チップ電極へ押圧、超音波、温度を負荷して接合し、引きちぎることで形成する。また、回路基板上の電極は、Cuで構成され、その上にNi、Auめっきをして形成されているものである。
【０００６】
上記実装方式は、導電性接着剤に可撓性を持たせ封止樹脂の熱膨張率を半導体デバイスと基板とに適合させることで熱応力の緩和ができることから、有望な方式である。
【０００７】
しかしながら、上記実装方式においても、上述の如きクレゾールノボラック型エポキシ樹脂とノボラック型フェノール樹脂等とを混合した組成物からなる封止樹脂は粘度が高く、また熱膨張率を半導体チップと回路基板の基板電極とに合わせるには絶縁性樹脂中のシリカ等の充填材量の比率を高めざるを得ず結果的に封止樹脂が高粘度になってしまう。このため、封止樹脂を半導体チップと基板との間に充填する際、絶縁性樹脂を４０〜８０℃以上に加熱して粘度を低下させる必要があった。その結果、生産性が悪く、温度上昇時における熱膨張率差に起因する熱応力によって封止樹脂封入時に導電接続部が損傷を受け接続信頼性が低下するという問題があった。
【０００８】
一方、室温下で非常に低粘度であるポリエポキシドと酸無水物を主成分とする樹脂バインダーを、封止樹脂として用いることも考えられる。しかし、この樹脂バインダーに熱膨張率を低くするため多量の充填材を添加すると、封止樹脂の粘度は低いがチクソトロピー指数が高くなってしまう。この結果、半導体チップと基板との間に封入できない、あるいは封入できても多量の気泡を抱き込み、この気泡によって硬化した封止樹脂の熱膨張等が場所によって不均一になり、接続信頼性を低下させるという問題があった、そのため、ポリエポキシドと酸無水物とからなる樹脂をバインダーとする封止樹脂は実用性に乏しかった。
【０００９】
そこで、封止樹脂が良好な封止特性を得るために必要な粘度とチクソトロピー特性の限界を究明し、かかる粘度とチクソトロピー特性を満足する絶縁性樹脂を用いた実装方法も提案されている（特許文献１）。
この方法は、粘度だけでなく封止樹脂のチクソトロピー指数が高いことが封止樹脂として利用困難な理由である点に着目し、例えば、ポリエポキシドと酸無水物とを含む樹脂バインダーでは、酸無水物の中の遊離酸と充填材表面上の極性基との相互作用によって流動性が阻害されていることを究明した。そして、この究明された事実に鑑み、粘度が１００Ｐａ・ｓ以下でチクソトロピー指数が１．１以下である組成物を使用し、これを硬化して得られる封止樹脂層により半導体装置と基板とを機械的に接続するものである。
【００１０】
また、半導体チップと基板とのギャップに封止樹脂を充填し、加熱によりこの封止樹脂を硬化させ、この封止樹脂の硬化収縮により、半導体チップと基板との電気的接続を実現する方法も提案している（特許文献２）。
【００１１】
また突起電極が可撓性を有する導電性接着剤を介して基板上の端子電極に接続することにより、応力に対して安定で信頼性の高い電気的接続を実現する方法も提案している（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３０９３６２１号
【特許文献２】特許第２５７４３６９号
【特許文献３】特公平６−１０３７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記方法では、接合部の導電性接着材を硬化した後、封止樹脂を注入し、封止樹脂を硬化する工程において、導電性接着剤の接着強度が、封止樹脂の硬化の為の加熱により低下し、さらに、回路基板材料の熱膨張により回路基板が熱変形し、接合部への応力負荷を加える。また、封止樹脂は加熱されると粘度低下することで流動性が高まり、導電性接着剤と回路基板の接合界面に浸入しやすくなる。
【００１４】
このように封止樹脂の硬化のための温度上昇で、導電性接着剤と回路基板の端子電極との間が熱応力で剥がれ、かつ、粘度低下した封止樹脂が導電性接着剤の接合界面に浸入し、封止樹脂層が１〜５μｍ形成され、電気的導通が不安定になるという課題を有していた。
【００１５】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、半導体装置の突起電極上の導電性接着剤と回路基板の電極の接合を安定にし、信頼性の高い実装体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】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の実装体では、導電性接着剤を、導電性接着剤の接着強度低下温度が、前記封止樹脂の熱分析での反応ピークを超えるように構成することで、半導体装置上の突起電極と回路基板の端子電極を導電性接着剤で安定した接着および導通を確保し、接続信頼性の高い半導体装置の実装体を構成する。
【００１７】
すなわち、本発明は、半導体チップを回路基板上の接続電極にフェースダウン実装してなる実装体であって、前記半導体チップの端子電極上に設けられた突起電極が、前記基板上に設けられた基板電極と、導電性接着剤を介して接続されるとともに、この接続部の周りを封止樹脂で覆われており、前記導電性接着剤は、その接着強度の低下温度が、前記封止樹脂の反応ピーク温度を超えるように構成したことを特徴とする。
この構成によれば、封止樹脂の硬化工程でかけられる温度においても接着強度を低下することなく維持することができるため、突起電極と基板電極との接合状態を保ちつつ、周りを封止樹脂で覆うことができ、信頼性の高い接合状態を維持することが可能となる。ここで封止樹脂の反応ピーク温度とは、その測定方法を後述するが、封止樹脂を熱分析したとき、その熱分析における反応温度のピーク値をいうものとする。
【００１８】
また本発明は、半導体チップを回路基板上の接続電極にフェースダウン実装する方法であって、前記半導体チップの端子電極に突起電極を設ける工程と、前記突起電極上にあらかじめ導電性接着剤を形成する工程と、前記導電性接着剤を介して前記突起電極を前記回路基板の前記接続電極と接続する工程と、前記導電性接着剤の接着強度低下温度を超えない温度で前記基板及び前記半導体チップを加熱し、封止樹脂を充填して硬化させる工程とを含む。
この構成によれば、導電性接着剤の接着強度低下温度を超えない温度で基板板及び半導体チップを加熱することで低粘度化された封止樹脂を充填し、硬化させるようにしているため、確実な接続が可能となる。
【００１９】
また本発明は、半導体チップを回路基板上の接続電極にフェースダウン実装する方法であって、前記半導体チップの端子電極に突起電極を設ける工程と、前記突起電極上にあらかじめ導電性接着剤を形成する工程と、前記突起電極を前記導電性接着剤を介して前記回路基板の前記接続電極と接続する工程と、前記封止樹脂を前記半導体チップと前記回路基板のギャップに充填したのち、前記封止樹脂を硬化する工程とを含み、前記導電性接着剤の接着強度低下温度が、前記封止樹脂の反応ピーク温度を超えるように構成し、かつ、封止樹脂の硬化温度が前記導電性接着剤の接着強度低下温度を超えないようにしたことを特徴とする。
この構成によれば、封止樹脂を充填後、導電性接着剤の接着強度低下温度を超えない温度で封止樹脂が、加熱硬化せしめられるようにしているため、確実な接続が可能となる。
【００２０】
すなわち、本発明は、第１の基板と、第２の基板とを接続してなる実装体であって、前記第１または第２の基板の一方に設けられた突起電極が、前記第１または第２の基板の他の一方に設けられた基板電極と、導電性接着剤を介して接続されるとともに、この接続部の周りを封止樹脂で覆われた実装体であって、前記導電性接着剤は、その接着強度の低下する温度が、前記封止樹脂の反応ピークを超えるように構成された樹脂であることを特徴とする。
この構成によれば、封止樹脂の硬化工程でかけられる温度においても接着強度を低下することなく維持することができるため、突起電極と基板電極との接合状態を保ちつつ、周りを封止樹脂で覆うことができ、信頼性の高い接合状態を維持することが可能となる。
【００２１】
また、本発明は、第１または第２の基板の一方に設けられた突起電極を、前記第１または第２の基板の他の一方に設けられた基板電極に、その接着強度の低下する温度が、前記封止樹脂の反応ピークを超えるように構成された導電性接着剤を介して接続する工程と、前記接続する工程で形成された接続部の周りに、前記導電性接着剤の接着強度低下温度を越えない温度に加熱されて低粘度化された封止樹脂を供給し、硬化させる封止工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、第１または第２の基板の一方に設けられた突起電極を、前記第１または第２の基板の他の一方に設けられた基板電極に、その接着強度の低下する温度が、前記封止樹脂の反応ピークを超えるように構成された導電性接着剤を介して接続する工程と、前記接続する工程で形成された接続部の周りに、前記導電性接着剤の接着強度低下温度を越えない温度に加熱されて低粘度化された封止樹脂を供給し、硬化させる封止工程とを含むことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、第１または第２の基板の一方に設けられた突起電極を、前記第１または第２の基板の他の一方に設けられた基板電極に、その接着強度の低下する温度が、前記封止樹脂の反応ピークを超えるように構成された導電性接着剤を介して接続する工程と、前記接続する工程で形成された接続部の周りに、封止樹脂を供給し、前記導電性接着剤の接着強度低下温度を越えない温度に加熱して、この封止樹脂を硬化させる封止工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明してきたように、本発明によれば、封止樹脂を充填後、導電性接着剤の接着強度低下温度を超えない温度で封止樹脂が、加熱硬化せしめられる、あるいは導電性接着剤の接着強度低下温度を超えない温度で封止樹脂が低粘度化されて供給され、硬化させるようにしているため、いずれの場合も接着強度の低下を招くことなく、確実な接続を実現することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の半導体装置の実装体は、回路基板上に、導電性接着剤を用いて半導体チップをフリップチップ接続し、導電性接着剤を、導電性接着剤中の熱可塑性樹脂の接着強度の低下する温度が、前記封止樹脂の反応ピークを超える温度設定となるように調整することで、確実で安定した接続状態を実現するものである。
【００２６】
図１は本発明の実施の形態に係る半導体装置の実装体を示す断面図であり、図２はその接続部付近を示す部分拡大断面図である。この半導体装置の実装体は、上述したように半導体チップ１の端子電極としての電極パッド２に金で構成される突起電極としての突起電極３と、回路基板電極すなわちガラスエポキシ樹脂等からなる回路基板６上の端子電極５とを、導電性接着層４を介して電気的に接続するとともに、半導体チップ１と回路基板６との間隙に封止樹脂を充填し、これを硬化して封止樹脂層７を形成したもので、半導体チップの素子形成面が、回路基板６側となるように、フリップチップ実装方式により形成されたものである。
【００２７】
本実施の形態では、導電性接着層4を、フェノキシ樹脂等からなる特殊エポキシ樹脂と銀（Aｇ）や銀パラジウム（ＡｇＰｄ）合金等の導電粉とを主成分とする組成物（導電性接着剤）で構成し、接着強度の低下する温度が１２５℃を超えるようにし、封止樹脂の硬化温度１２５℃よりも高くしている。ここで封止樹脂層は、カチオン重合系の反応開始剤入りのエポキシ樹脂を主成分とする封止樹脂で構成される。もしくは、アニオン重合系の反応開始剤入りの酸無水物の硬化剤入りのエポキシ樹脂を主成分とする封止樹脂でもよいこの際には封止樹脂の硬化温度は１５０°となり、導電性接着剤の接着強度の低下する温度は１５０℃を超えるように設定する必要がある。
【００２８】
次に、図１に示した半導体装置実装体を形成するためのフリップチップ実装工程について、図２（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。図２（ａ）〜（ｅ）は、フリップチップ実装工程における半導体装置の実装体の変化を示す断面図であり、各ステップに沿って、実装工程を説明する。
【００２９】
まず、Ａｕワイヤを用いて半導体チップ１（ＬＳＩチップ）の各電極パッド２にスタッドバンプ電極からなる突起電極３を形成し、各ド突起電極３で平坦面を押圧するレベリング工程を行なって各突起電極３の先端面の高さを揃える。
【００３０】
次に、図２（ａ）に示すように、この半導体チップ（デバイス）１を、スタッドバンプで構成された突起電極３側を下方に向けた状態で、導電性接着剤４が塗布された基板１の上方に位置させ、その状態から下降させて、突起電極３を導電性接着剤４中に浸漬した後、半導体デバイスを上方に引き上げ、各突起電極３に導電性接着剤４を一括して転写する。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示すように、多数の端子電極５が設けられた回路基板６の上に半導体デバイス１を搭載する。このとき、半導体チップ１の各突起電極３と回路基板６上の各端子電極５とをそれぞれ位置合わせする。
【００３２】
そして、図２（ｃ）に示すように、バッチ硬化炉に入れ８０℃８分の加熱により導電性接着剤を硬化させて、導電性接着層４を形成する。これにより、半導体チップ１の突起電極３と基板６の端子電極５とを導電性接着剤４で電気的に接続する。
【００３３】
そして、図２（ｄ）に示すように、ディスペンサーにより半導体チップエッジ部の回路基板上の所定の位置に熱硬化性の封止樹脂を塗布し、回路基板と半導体チップとのギャップに毛細管現象で封止樹脂としての絶縁性樹脂を充填し接続部の樹脂封止を行なった後、１２５℃８分加熱して封止樹脂を硬化させる。このとき、図２（ｅ）に示すように、封止樹脂層７が形成され、この封止樹脂層７により半導体チップ１と回路基板６とを機械的に接合する。
【００３４】
上記フリップチップ実装工程で使用される封止樹脂は、５０℃の加熱により低粘度で注入が速やかに行なわれるとともに、小さな間隙にも封止材が十分行き渡る。したがって、封止のために要する時間が短縮されるとともに、導電性接着剤４を介して接続されている接合部の接続信頼性を保持できる。
【００３５】
さらに、封止樹脂は、酸無水物硬化型エポキシ樹脂やカチオン重合反応開始剤入りのエポキシ樹脂等とシリカ等の充填材とを主成分とする組成物であるため、硬化後の熱膨張率も低いという特性を有する。このように、封止樹脂層７の熱膨張率が低いため、半導体チップ１を構成するシリコン基板と、回路基板６を構成する例えばガラスエポキシ基板との熱膨張率差から発生する熱応力を抑制できる。また、このようなエポキシ系樹脂で構成される封止材は耐熱性が高くかつ接着強度が高いため、高温高湿環境下でも安定な接続信頼性を達成することができる。
【００３６】
なお、導電性接着剤４は高い可撓性を有しているため熱応力を緩和させることができ、接続安定性が向上する。
【００３７】
以上のように、上述のフリップチップ実装工程によれば、半導体チップ１と回路基板６とを極めて高信頼性でかつ安定に接続することが可能になる。
【００３８】
なお、実施の形態においては突起電極３を金としたが、その材質は金に限定されるものではなく、例えば銅等の他の金属により形成してもよい。また、突起電極の形状は特に上述のようなスタッドバンプ電極に限定されるものではなく、一般にフリップチップ実装に用いられているものであれば適用可能である。
【００３９】
また、導電性接着剤４の材質は、その接着強度が低下する温度が、封止樹脂の反応ピーク温度を超えるように構成された樹脂であればよい。例えば、剛直な骨格をもつ樹脂を用いることで耐熱性を向上できる樹脂、特にビフェニル型エポキシ樹脂やナフタレン型エポキシ樹脂でもよい。また、エポキシ系に限らず、可撓性を有するものであれば材質は問わない。例えば、ＳＢＲ、ＮＢＲ、ＩＲ、ＢＲ、ＣＲ等のゴム系、アクリル系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリエーテル系、ポリウレタン系、ポリイミド系、シリコーン系等を用いることができる。導電性接着剤に含まれる導電粉の材質としては、一般に用いられているものであれば何でもよく、例えば銀、金、パラジウム等の貴金属粉、ニッケル、銅等の卑金属粉、はんだ、銀パラジウム等の合金粉、銀めっき銅粉等のような複合粉、さらにカーボンのような導電性を有する非金属粉等が使用できる。これらの導電粉は単独でも２種以上の混合でも使用可能である。またこれら導電粉はその粒径、形状は特に限定されるものではない。
【００４０】
一方、封止樹脂は主に樹脂バインダーと充填材から構成されるが、樹脂バインダーとしてはポリエポキシドと酸無水物とレオロジー改質剤とを必須成分にしている。ここで使用される樹脂バインダー中のポリエポキシドは、特に成分として限定はなく、通常エポキシ化合物、エポキシ樹脂と呼称されているものが用いられる。例えばビスフェノール型エポキシ樹脂や、ノボラック型エポキシ樹脂、グルシジルエーテル型エポキシ樹脂、グルシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂環型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、スチレンオキシド、アルキルグリシジルエーテル、アルキルグリシジルエステル等が挙げられる。これらは単独でも２種以上の混合物でも使用可能である。
【００４１】
また、ここで用いられる酸無水物としては、通常エポキシ化合物、エポキシ樹脂の硬化剤として用いられるものが使用できる。最も好ましい例としては、トリアルキルテトラハイドロフタル酸無水物がある。また、他の好ましい例として、メチルテトラハイドロフタル酸無水物や、メチルヘキサハイドロフタル酸無水物、メチルハイミック酸無水物等の環状脂肪族系でかつ２５℃で液体であるものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは単独でも２種以上の混合物でも使用可能である。特に、上記のものを樹脂バインダーの主成分として用いることにより、非常に低粘度でかつ高耐熱性，高耐湿性，高密着性の封止樹脂を得ることができる。
【００４２】
封止樹脂の樹脂バインダーとしては上記必須成分の他に、耐熱性向上、耐湿性向上、密着強度向上、熱膨張率調整、レオロジー調整、反応性調整等を目的として第３のバインダー成分が必要に応じて添加されてもよい。
【００４３】
封止樹脂中の充填材としては、平均粒径が１〜５０μｍの粉体であれば構わないが、好ましい例として、シリカ，アルミナ等の酸化化合物や窒化アルミ等の窒化化合物、炭化珪素等の炭化化合物、硅化化合物等、熱的に安定で低熱膨張率のものが望ましい。これらの充填材成分は２種以上の任意の組み合わせでも使用可能である。充填材の量としては、特に制限はないが、封止材全量に対し重量比で２０〜８０％が好ましい。これらの充填材成分を使用することで、絶縁性に優れかつ熱応力の発生も小さい封止材を実現することができる。
【００４４】
なお、端子電極５の材質については別段の制限はない。
【００４５】
次に、上述のフリップチップ実装工程によって得られる半導体装置実装体の特性を調べるために行なった具体的な実施例について説明する。
【００４６】
（実施例１）
上記図１に示す構造を有する半導体装置を、上記図２（ａ）〜（ｅ）に示す工程により形成する。その際、突起電極３はワイヤーボンド法の引きちぎりにより形成する。導電性接着剤４は銀パラジウム粉と可撓性エポキシ樹脂を主成分とする組成物で構成し、８０℃に加熱して硬化させたもので、接着強度の低下する温度が１７０℃となるように組成を調整する。さらに、上記封止樹脂を５０°で充填し、１２５℃で封止材を硬化させる。
この結果、図３に示すように、導電性接着剤４に、常に端子電極（パッド電極）５と突起電極（バンプ電極）３との接続が剥がれることなく確保されており、良好な接続がなされている。図４に封止樹脂の加熱温度Ｔと時間ｔに対する端子電極と突起電極との間の接続部における接続抵抗値（配線抵抗値含む）Ｒを示す。曲線Ａは硬化温度、曲線Ｂは接続抵抗値を示す。この図から明らかなように、抵抗値の大きな上昇はなく、良好な電気的接続性を維持できていることがわかる。
【００４７】
（比較例）
導電性接着剤４の接着強度の低下する温度が９０℃となる組成のものを用いたほかは実施例１と同じ条件で、半導体チップ１を回路基板６に実装する。
このとき、図５に示すように、導電性接着剤４と端子電極５との間に間隙が形成され端子電極５と突起電極３との接続不良が発生している。図６に加熱温度Ｔと時間ｔに対する端子電極と突起電極との間の接続部における抵抗値Ｒを示す。曲線Ａは硬化温度、曲線Ｂは接続抵抗値を示す。この図から明らかなように、抵抗値が上昇しており、接続オープン不良が発生していることがわかる。
【００４８】
図７に、接続抵抗値の測定方法の図を示す。硬化炉７００内に上記各条件で半導体チップ１を回路基板６に実装した実装体を設置し、回路基板上の電極に接続されたリードを硬化炉７００の外部に設置された計測器８００で端子間電圧と電流を測定することで接続抵抗を計測する。
【００４９】
これらの比較からも、本発明によれば、導電性接着剤の接着強度が低下する温度が、封止樹脂の熱分析での硬化反応ピーク温度を超えるように構成された導電性接着剤を用いることで、良好な接続特性を得ることができる。
【００５０】
次に、接続不良の原因について考察する。
図８（ａ）に示すように接着強度の低下温度が９０℃の導電性接着剤４を８０℃８分で硬化させた後、図８(ｂ)に示すように５０℃程度で封止樹脂を注入し、図８（ｄ）に示すように１２５℃２分インアウト６分の熱処理により封止樹脂を硬化させる。
このとき図９に模式図を示すように、加熱工程で回路基板６と半導体チップ１との間で熱膨張差が生じ、接触性が低下する。例えばガラスエポキシ樹脂基板の熱膨張係数は１８ｐｐｍであり、半導体チップは３ｐｐｍである。熱付加時の変形量は、
変形量＝（α基板−αIC）×（硬化温度T1-常温T2）×IC中心からの接合部距離により算出できる。
【００５１】
ここで硬化後の導電性接着剤における、各加熱温度下でのシェア方向の接着強度を測定した結果を図１０に示す。ここでシェア強度とは、基板電極と導電性接着剤の接着強度をいうものとし、シェア強度が低いと剥離不良につながる。この図から９０℃で強度が急激に低下しており、強度低下前（＜９０℃）は導電性接着剤のバルク破壊、強度低下後（＜９０℃）では不良につながる界面剥離が生じていることがわかる。
【００５２】
一方ここで用いている封止樹脂の硬化工程における反応開始温度は９０℃、反応ピーク温度は１１０℃である。よって、反応の開始する９０℃までは、封止樹脂の粘度は低下し９０℃において、最低粘度到達温度となり接合界面へ封止樹脂が浸入しやすくなる。その後、反応が開始し、封止樹脂は初期粘度を通過して硬化して固まる。図１１に熱分析DSCデータ及び図１２に粘弾性データ（昇温レート３℃/分）を示す。
【００５３】
このように、封止樹脂硬化中の９０℃〜１１０℃において、
・導電性接着剤の回路基板電極との密着強度低下
・封止樹脂の硬化工程における粘度低下での接合界面浸入
・封止樹脂硬化工程における回路基板熱変形での接合部引き剥がし力
が同時に発生することで導電性接着剤の剥れによるオープン不良が発生する。
【００５４】
以上の評価結果からわかるように、図１３に示すように、この導電性接着剤の接着強度低下温度が前記封止樹脂の熱分析での反応ピーク１１０℃を超えるように、ここでは１７０℃に構成し、かつ、封止樹脂の硬化温度１２５℃が前記導電性接着剤の接着強度の低下する温度１７０℃を超えないように設定することで良好な接続を得ることができる。
このようにして、本発明による半導体装置の実装体は、導電性接着剤の密着強度の温度設計により、どのような環境においても高い信頼性を得ることができる。
【００５５】
なお前記実施の形態では、半導体チップと回路基板との接続について説明したが、第１および第２の基板がいずれも半導体チップである場合、すなわち半導体チップ同士の接続についても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の半導体装置の実装体によれば、確実で信頼性の高い接続が可能となることから、固体撮像装置、マイクロホン装置など種々のデバイスへの適用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態１の実装体を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１の実装体の実装工程を示す断面図
【図３】本発明の実施の形態１の実装体の実装工程で得られた半導体装置と基板との接合状態を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態１の実装体の封止樹脂硬化工程で得られた半導体装置と基板との接合部における封止樹脂の硬化温度と接続抵抗値との関係を示す図
【図５】比較例の実装体の実装工程で得られた半導体装置と基板とのオープン不良接合状態を示す断面図
【図６】比較例の実装体の封止樹脂硬化工程で得られた半導体装置と基板とのオープン不良接合部における封止樹脂の硬化温度と接続抵抗値との関係を示す図
【図７】比較例の実装体の封止樹脂硬化工程で得られた半導体装置と基板とのオープン不良接合部における封止樹脂の硬化温度と接続抵抗値との測定方法を示す図
【図８】比較例の実装体の実装工程で得られた半導体装置と基板との接合部におけるオープン不良発生状態説明図
【図９】実装体の実装工程で得られた半導体装置と回路基板との状態説明図
【図１０】比較例の実装体の導電性接着剤硬化後、各加熱温度状態での導電性接着剤のシェア強度との関係とその際の接合部破断モードを示す図
【図１１】封止樹脂の熱分析での反応開始温度および反応ピーク温度を示す図
【図１２】封止樹脂の粘弾性を示す図
【図１３】比較例の実施の形態１の実装体の導電性接着剤硬化後、各加熱温度状態での導電性接着剤のシェア強度との関係とその際の接合部破断モードを示す図
【符号の説明】
【００５８】
１ 半導体チップ
２ 電極パッド
３ 突起電極
４ 導電性接着剤層
５ 端子電極
６ 回路基板
７ 封止樹脂層
７００ 硬化炉
８００ 計測器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを回路基板上の接続電極にフェースダウン実装してなる実装体であって、
前記半導体チップの端子電極上に設けられた突起電極が、前記基板上に設けられた基板電極と、導電性接着剤を介して接続されるとともに、この接続部の周りを封止樹脂で覆われており、
前記導電性接着剤は、その接着強度の低下温度が、前記封止樹脂の反応ピーク温度を超えるように構成した実装体。
【請求項２】
半導体チップを回路基板上の接続電極にフェースダウン実装する方法であって、
前記半導体チップの端子電極に突起電極を設ける工程と、
前記突起電極上にあらかじめ導電性接着剤を形成する工程と、
前記導電性接着剤を介して前記突起電極を前記回路基板の前記接続電極と接続する工程と
前記導電性接着剤の接着強度低下温度を超えない温度で前記基板及び前記半導体チップを加熱し、封止樹脂を充填して硬化させる工程とを含む実装体の製造方法。
【請求項３】
半導体チップを回路基板上の接続電極にフェースダウン実装する方法であって、
前記半導体チップの端子電極に突起電極を設ける工程と
前記突起電極上にあらかじめ導電性接着剤を形成する工程と、
前記突起電極を前記導電性接着剤を介して前記回路基板の前記接続電極と接続する工程と
封止樹脂を前記半導体チップと前記回路基板のギャップに充填したのち、前記封止樹脂を硬化する工程とを含み
前記導電性接着剤の接着強度低下温度が、前記封止樹脂の反応ピーク温度を超えるように構成し、かつ、封止樹脂の硬化温度が前記導電性接着剤の接着強度低下温度を超えないようにした実装体の製造方法。
【請求項４】
第１の基板と、第２の基板とを接続してなる実装体であって、
前記第１または第２の基板の一方に設けられた突起電極が、前記第１または第２の基板の他の一方に設けられた接続電極と、導電性接着剤を介して接続されるとともに、この接続部の周りを封止樹脂で覆われた実装体であって、
前記導電性接着剤は、その接着強度低下温度が、前記封止樹脂の反応ピーク温度を超えるように構成される実装体。
【請求項５】
第１または第２の基板の一方に設けられた突起電極を、前記第１または第２の基板の他の一方に設けられた基板電極に、導電性接着剤を介して接続する工程と、
前記接続する工程で形成された接続部の周りに、低粘度化された封止樹脂を供給し、硬化させる封止工程とを含み、
前記導電性接着剤は、その接着強度低下温度が、前記封止樹脂の反応ピーク温度を超えるように構成される実装体の製造方法。
【請求項６】
第１または第２の基板の一方に設けられた突起電極を、前記第１または第２の基板の他の一方に設けられた基板電極に、導電性接着剤を介して接続する工程と、
前記接続する工程で形成された接続部の周りに、封止樹脂を充填した後、硬化させる封止工程とを含み、
前記導電性接着剤の接着強度低下温度が、前記封止樹脂の反応ピーク温度を超えるように構成し、かつ、封止樹脂の硬化温度が前記導電性接着剤の接着強度低下温度を超えないようにした実装体の製造方法。
【請求項１】
半導体チップを回路基板上の接続電極にフェースダウン実装してなる実装体であって、
前記半導体チップの端子電極上に設けられた突起電極が、前記基板上に設けられた基板電極と、導電性接着剤を介して接続されるとともに、この接続部の周りを封止樹脂で覆われており、
前記導電性接着剤は、その接着強度の低下温度が、前記封止樹脂の反応ピーク温度を超えるように構成した実装体。
【請求項２】
半導体チップを回路基板上の接続電極にフェースダウン実装する方法であって、
前記半導体チップの端子電極に突起電極を設ける工程と、
前記突起電極上にあらかじめ導電性接着剤を形成する工程と、
前記導電性接着剤を介して前記突起電極を前記回路基板の前記接続電極と接続する工程と
前記導電性接着剤の接着強度低下温度を超えない温度で前記基板及び前記半導体チップを加熱し、封止樹脂を充填して硬化させる工程とを含む実装体の製造方法。
【請求項３】
半導体チップを回路基板上の接続電極にフェースダウン実装する方法であって、
前記半導体チップの端子電極に突起電極を設ける工程と
前記突起電極上にあらかじめ導電性接着剤を形成する工程と、
前記突起電極を前記導電性接着剤を介して前記回路基板の前記接続電極と接続する工程と
封止樹脂を前記半導体チップと前記回路基板のギャップに充填したのち、前記封止樹脂を硬化する工程とを含み
前記導電性接着剤の接着強度低下温度が、前記封止樹脂の反応ピーク温度を超えるように構成し、かつ、封止樹脂の硬化温度が前記導電性接着剤の接着強度低下温度を超えないようにした実装体の製造方法。
【請求項４】
第１の基板と、第２の基板とを接続してなる実装体であって、
前記第１または第２の基板の一方に設けられた突起電極が、前記第１または第２の基板の他の一方に設けられた接続電極と、導電性接着剤を介して接続されるとともに、この接続部の周りを封止樹脂で覆われた実装体であって、
前記導電性接着剤は、その接着強度低下温度が、前記封止樹脂の反応ピーク温度を超えるように構成される実装体。
【請求項５】
第１または第２の基板の一方に設けられた突起電極を、前記第１または第２の基板の他の一方に設けられた基板電極に、導電性接着剤を介して接続する工程と、
前記接続する工程で形成された接続部の周りに、低粘度化された封止樹脂を供給し、硬化させる封止工程とを含み、
前記導電性接着剤は、その接着強度低下温度が、前記封止樹脂の反応ピーク温度を超えるように構成される実装体の製造方法。
【請求項６】
第１または第２の基板の一方に設けられた突起電極を、前記第１または第２の基板の他の一方に設けられた基板電極に、導電性接着剤を介して接続する工程と、
前記接続する工程で形成された接続部の周りに、封止樹脂を充填した後、硬化させる封止工程とを含み、
前記導電性接着剤の接着強度低下温度が、前記封止樹脂の反応ピーク温度を超えるように構成し、かつ、封止樹脂の硬化温度が前記導電性接着剤の接着強度低下温度を超えないようにした実装体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２５１５３８（Ｐ２０１０−２５１５３８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９９７１１（Ｐ２００９−９９７１１）
【出願日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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