(57)【要約】【課題】半導体チップの温度等の使用環境の変化によって半導体チップとテープ基板との間で剥離が起こりやすく、バンプ自体の酸化によって回路抵抗が増加する等、信頼性が低下するおそれがあった。【解決手段】電極部と前記電極部に固設されたスタッドバンプとを備えた半導体チップを接続バンプが形成されたテープ基板にフリップチップ接合する電子部品の製造方法であって、テープ基板の一方の面に接着層を配置する配置工程と、スタッドバンプと接続バンプを接続するため半導体チップを所定位置に位置決めし、接着層と半導体チップの表面との間に所定の間隔を持つようにスタッドバンプを接着層に固定する固定工程と、減圧下で押圧することによって接着層と半導体チップの表面を接着する接着工程と半導体チップとテープ基板とを加熱しながら厚さ方向に押圧することでフリップチップ接合させる接合工程とを有することを特徴とする電子部品の製造方法。【選択図】図４
2010045104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極部と、前記電極部に固設されたスタッドバンプとを備えた半導体チップを、接続バンプが形成されたテープ基板にフリップチップ接合する電子部品の製造方法であって、
前記テープ基板の一方の面に接着層を配置する配置工程と、
前記スタッドバンプと前記接続バンプを接続するため前記半導体チップを所定位置に位置決めし、前記接着層と前記半導体チップの表面との間に所定の間隔を持つように前記スタッドバンプを前記接着層に固定する固定工程と、
減圧下で押圧することによって、前記接着層と前記半導体チップの表面を接着する接着工程と
前記半導体チップと前記テープ基板とを加熱しながら厚さ方向に押圧することでフリップチップ接合させる接合工程と、を有する
ことを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項２】
前記固定工程において、前記スタッドバンプは前記接着層を貫通し、前記接続バンプに接触させる工程をさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の製造方法。
【請求項３】
前記接着工程は、前記接着層の粘度を１０３〜１０５Ｐａ・ｓとさせた状態で押圧することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体パッケージの製造方法。
【請求項４】
前記配置工程は、減圧下で配置することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体パッケージの製造方法。
【請求項５】
前記配置工程において、前記接着層は複数の接着層部からなり、少なくとも前記テープ基板上に配置された前記接着層部をあらかじめ温調し、所定のヤング率以上となるまで反応を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の半導体パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップを搭載する電子部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、集積回路等の半導体素子の実装技術として、ダイシング前のウエハ状態のままでパッケージングまで行うＷＬ−ＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ  Ｌｅｖｅｌ  Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）の実用化が進んでいる。ＷＬ−ＣＳＰは、ベアチップとほぼ同サイズで配線長が短いことから、小型・薄型・高速での実装が可能という特徴を有しており、例えば携帯電話向けのＣＳＰとして採用されている。
【０００３】
ＷＬ−ＣＳＰとしては、バンプ付きテープ基板をインターポーザ（半導体パッケージ基板）として用い、半導体ウエハ側に形成されたバンプと、テープ基板に形成されたバンプとを接続するフリップチップ接続方式のＣＳＰがある（下記特許文献１）。図８は、従来のＷＬ−ＣＳＰ９００の構造を示す断面図である。
【０００４】
ＷＬ−ＣＳＰ９００は、半導体チップ９１０とインターポーザ９２０とを絶縁性樹脂で形成された絶縁層９３０を介して接合した構造を有している。半導体チップ９１０の絶縁層９３０に接合される面には、例えばＡｌからなる外部接続用の電極パッド９１１と、電極パッド９１１以外を被覆する保護層９１２とが備えられている。電極パッド９１１には、例えばＡｕからなるスタッドバンプ９１３が設けられている。
【０００５】
インターポーザ９２０は、絶縁性の基材９２１上に導体パターン９２２が形成されたテープ基板から形成されており、導体パターン９２２の絶縁層９３０に接合される面にはＳｎＡｇバンプ９２３が設けられている。また、導体パターン９２２の反対の面には、基材９２１を貫通する突起状電極部９２４が設けられている。突起状電極部９２４は、内部に絶縁層９３０を形成している樹脂と同じ樹脂が充填されている。
【０００６】
上記のような構造のＷＬ−ＣＳＰ９００は、以下のように作製される。まず、半導体チップ９１０が形成された半導体ウエハとインターポーザ９２０が形成されたテープ基板とを所定の絶縁性接着剤で張り合わせ、スタッドバンプ９１３が未硬化の絶縁性接着剤を貫通してＳｎＡｇバンプ９２３に接触するまで押し付ける。そして、スタッドバンプ９１３とＳｎＡｇバンプ９２３とをフリップチップ接合する。その後、未硬化の絶縁性接着剤を硬化して絶縁層９３０が形成される。最後に、テープ基板と張り合わせられた半導体ウエハを、チップ単位に切断（ダイシング）することで、ＷＬ−ＣＳＰ９００が作製される。ＷＬ−ＣＳＰ９００は、突起状電極部９２４に配置された半田ボール９４０を介して、実装基板であるマザーボードに接続されて実装される。
【０００７】
また、ＷＬ−ＣＳＰ９００を製造する別の方法として、半導体チップ９１０が形成された半導体ウエハを切断して個片化された半導体チップ９１０を先に作製し、これをインターポーザ９２０が形成されたテープ基板上に搭載して作製する方法がある（以下では、個片搭載による製造方法という）。この製造方法では、未硬化の絶縁性接着剤の上に個片化された半導体チップ９１０を搭載し、スタッドバンプ９１３が絶縁性接着剤を貫通してＳｎＡｇバンプ９２３に接触するまで押し付ける。その後、スタッドバンプ９１３とＳｎＡｇバンプ９２３とをフリップチップ接合する。そして、個片化された半導体チップ９１０が搭載されたテープ基板をチップ単位に切断することで、ＷＬ−ＣＳＰ９００を作製することができる。
【特許文献１】特許第３４４５４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来の半導体パッケージの製造方法には、以下のような問題があった。すなわち、半導体ウエハには電気的接続のためのスタッドバンプが形成されているため、半導体ウエハとテープ基板とを接合する際、スタッドバンプの凸形状によって、スタッドバンプの周辺に空気が入り込んで間隙が形成される。この間隙のため、半導体チップの使用温度の変化によって半導体チップとテープ基板との間で剥離が起こりやすくなり、また、バンプ自体の酸化によって回路の抵抗が増加する等、信頼性が低下するおそれがあった。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、半導体ウエハとテープ基板と間に間隙を生じることなく接着することができ、高い信頼性を有する半導体パッケージの製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様に係る電子部品の製造方法は、電極部と前記電極部に固設されたスタッドバンプとを備えた半導体チップを接続バンプが形成されたテープ基板にフリップチップ接合する電子部品の製造方法であって、前記テープ基板の一方の面に接着層を配置する配置工程と、前記スタッドバンプと前記接続バンプを接続するため前記半導体チップを所定位置に位置決めし、前記接着層と前記半導体チップの表面との間に所定の間隔を持つように前記スタッドバンプを前記接着層に固定する固定工程と、  減圧下で押圧することによって、前記接着層と前記半導体チップの表面を接着する接着工程と前記半導体チップと前記テープ基板とを加熱しながら厚さ方向に押圧することでフリップチップ接合させる接合工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の電子部品の製造方法の他の態様は、前記固定工程において、前記スタッドバンプは前記接着層を貫通し、前記接続バンプに接触させる工程をさらに有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の電子部品の製造方法の他の態様は、前記接着工程は、前記接着層の粘度を１０３〜１０５Ｐａ・ｓとさせた状態で押圧することを特徴とする。
【００１３】
本発明の電子部品の製造方法の他の態様は、前記配置工程は、減圧下で配置することを特徴とする。
【００１４】
本発明の電子部品の製造方法の他の態様は、前記配置工程において、前記接着層は複数の接着層部からなり、少なくとも前記テープ基板上に配置された前記接着層部をあらかじめ温調し、所定のヤング率以上となるまで反応を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体ウエハとテープ基板と間に間隙を生じることなく接着することができ、気泡の残留を防止し、信頼性の高い接着を実現させた半導体パッケージの製造方法を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の半導体パッケージの製造方法にかかる実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る半導体パッケージの製造方法の一例を示すものであり、これに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００１７】
図１〜図５は第１の実施形態に掛かる半導体パッケージの製造方法を示す断面模式図である。半導体チップ２００、は図１（ａ）に示すように、半導体素子２１１と、半導体素子２１１に固設されている例えば、Ａｌからなる電極パッド（電極部）２１２と、電極パッド２１２に固設されている例えばＡｕやＣｕからなるスタッドバンプ２１４で構成されている。このとき、電極パッド２１２の少なくとも一部を露出するように半導体素子２１１の一方の面を被覆する保護層２１３を有していてもよい。
【００１８】
テープ基板１００は、図１（ｂ）のように、絶縁性の基材１２０上に導体パターン１１０が形成されたテープ状の基板から形成されており、導体パターン１１０の図２記載の接着層１５０に接合される面には例えばＳｎＡｇ等のＳｎ系合金からなる接続用バンプ１３０が設けられている。また、導体パターン１１０が形成されている面の反対の面には、基材１２０を貫通する突起状電極部１４０が設けられている。
【００１９】
本実施形態の半導体パッケージの製造方法では、まず、図２に示すように、テープ基板１００の全面に渡って減圧下で接着層１５０を配置する。接着層１５０は、導体パターン１１０の上面、導体パターン１１０の銅等が除去されて基材１２０が露出した部分、および突起状電極部１４０の内部、のすべてに配置される。また、接着層１５０の表面は、導体パターン１１０と略平行となるようにする。
【００２０】
接着層１５０に使用する合成樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ウレタン変性ポリエステル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、エチレン− 酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、天然ゴム、ＳＢＲ、ＮＢＲ、シリコーンゴム等の合成ゴムなどがあげられ、特に好ましいものとしては、ポリウレタン系樹脂（例えば、東洋紡社製：バイロンＵＲ（商品名）、日本ポリウレタン社製：ニッポラン（商品名））があげられる。これらの合成樹脂は、２種以上混合して用いてもよい。
【００２１】
次に、図３に示すように、接着層１５０を配置したテープ基板１００と、スタッドバンプ２１４が形成された半導体チップ２００とを対向に配置し、接続用バンプ１３０とスタッドバンプ２１４とが接続される所定位置に位置決めした後、図に示す矢印Ｘ方向に半導体チップ２００を降下させ、テープ基板１００と半導体チップ２００を固定する。
【００２２】
テープ基板１００と半導体チップ２００を固定では、少なくともスタッドバンプ２１４の先端が接着層１５０に入り込むように固定する。望ましくは、接続用バンプ１３０とスタッドバンプ２１４との、少なくとも一部が接触するように固定する。この様に固定することで、固定した後にテープ基板１００および半導体チップ２００を移動する際、位置決めした所定位置からずれるのを防止することができる。
【００２３】
さらに減圧下でテープ基板１００と半導体チップ２００を位置決めし、固定する際には、図４に示すように、接着層１５０と半導体チップ２００の表面との間に、あらかじめ間隙３００を形成するようにすることが好ましい。この様に固定することによって、接着層１５０と半導体チップ２００の間に間隙３００を形成し、そして間隙部分を減圧しておくことによって、接着層１５０と半導体チップ２００の表面の間で気泡の残留を防止し、かつ信頼性の高い接着を行うことができる。
【００２４】
次に、図５に示すように、減圧下で、位置決めしたテープ基板１００および半導体チップ２００を、接着層１５０と半導体チップ２００の表面が接触するように、更に押圧することでパッケージング工程が完了する。この様に、減圧下、好ましくは真空ポンプ等で５０ｈＰａ以下とした雰囲気中で接着層１５０と半導体チップ２００の表面の接着を行うことにより、テープ基板１００および半導体チップ２００表面に配置されたスタッドバンプ２１４等の凹凸の周辺に空気が入り込んで間隙が形成されてしまう問題を低減することができる。
【００２５】
また、上記の接着は、接着層１５０の材料が軟化し、粘度が１０２〜１０４Ｐａ・ｓとなる温度に加熱してから行うことが更に好ましい。この様な条件で接着を行うことにより、図５中Ａの拡大図である図６に示すように半導体チップ２００の端面側へ接着層１５０の一部が回り込むことで、半導体チップ２００と接着層１５０との間の接着信頼性を向上させることができる。このとき、回り込みの高さ１５１は、５μｍ以上が好ましく、さらには半導体チップの厚みの１／２以上であることが望ましい。また、半導体チップ２００の端面での回り込みについて説明したが、半導体チップ２００の表面をハーフダイシングにより凹溝（図示しない）を形成する場合であっても、凹部に接着層の一部が回り込むことによっても同様の効果を得ることができる。  なお、本実施例では、加熱させることによって粘度が１０２〜１０４Ｐａ・ｓとなる接着層材料を前提として記載しているが、材料によっては冷却することにより、粘度を１０２〜１０４Ｐａ・ｓとする場合もある。
【００２６】
次に第２の実施形態に掛かる半導体パッケージの製造方法を図７を用いて以下に説明する。第１の実施形態のようにテープ基板１００と半導体チップ２００を接着させる際、減圧した環境下で接着する前の工程にて、接着剤１５０を２層構造とさせておくものであり、２層構造とした、テープ基板側の接着層１５０ａのヤング率を半導体チップ側の接着層１５０ｂのヤング率よりも大きくしておくものである。
【００２７】
図７（ｉ）では、図２と同様に、テープ基板１００の導体パターン１１０側に接着層１５０ａを減圧下で配置させる。接着層１５０は、導体パターン１１０の上面、導体パターン１１０の銅等が除去されて基材１２０が露出した部分、および突起状電極部１４０の内部のすべてに配置される。また、接着層１５０の表面は、導体パターン１１０と略平行となるようにする。
【００２８】
ここで、一次加熱を行い配置した接着層１５０の硬化を行う。この一次加熱により接着層１５０はある程度硬くなり接着層１５０ａとなる。ここでの硬化は、ヤング率が１０４Ｐａ以上となるように加熱すると、配置した接着層１５０が未硬化の状態なため流れ出てしまい、テープ基板１００と半導体チップ２００の間隔が小さくなって、テープ基板１００と半導体チップ２００の絶縁性が確保できない問題を抑えることが可能となり、接着層をある程度硬化させることによってテープ基板１００と半導体チップ２００を接着させる際の位置ずれを防止することができる。
【００２９】
次に、一次加熱して硬化した接着層１５０ａの上面に、接着層１５０ｂを配置する。この時の接着層１５０ｂは接着層１５０と同じものでも構わないが、接着層１５０ａよりもヤング率が低いものを使用する必要がある。このようにすることによって、テープ基板１００側に近いほど接着層が硬くなり、半導体チップ２００を固定する時に、信頼の高い接着を可能とすることができる。
【００３０】
また、この接着層は多層構造とすることができ、多層構造とすることで、テープ基板１００と半導体チップ２００の柔軟な接着を実現することができる。この多層構造は、接着層の材料や、スタッドバンプの高さなどにより、適宜選択することができる。ここで各接着層は減圧下で順次積層して配置してもよい。また、あらかじめ多層構造として接着層を作製しておき、作製したものをテープ基板１００に配置してフリップチップ接合させてもよい。このように減圧下で接着層を配置することによって、気泡の残留を防止し、かつ信頼性の高い接着を行うことができる。
【００３１】
更に、図７（ｉｉ）に示すように、図７（ｉ）で作成した接着層１５０ｂの上面に半導体チップ２００を下降させ固定する。テープ基板１００と半導体チップ２００の固定は、少なくともスタッドバンプ２１４の先端が接着層１５０ａに入り込むように固定する。望ましくは、接続用バンプ１３０とスタッドバンプ２１４との、少なくとも一部が接触するように固定する。この様に固定することで、固定後にテープ基板１００および半導体チップ２００を移動する際、位置決めした所定位置からずれるのを防止することができる。
【００３２】
次に、減圧下で、位置決めしたテープ基板１００および半導体チップ２００を、接着層１５０ｂと半導体チップ２００の表面が接触するように、更に加熱しながら厚さ方向に押すことでフリップチップ接合させパッケージング工程が完了する。この様に、減圧下、好ましくは５０ｈＰａ以下の雰囲気中で接着層１５０ｂと半導体チップ２００の表面の接着を行うことにより、テープ基板１００および半導体チップ２００表面に配置されたスタッドバンプ２１４等の凹凸の周辺に空気が入り込んで間隙が形成されてしまう問題を低減することができる。
【００３３】
さらに減圧下でテープ基板１００と半導体チップ２００を位置決めし、固定する際には、接着層１５０ｂと半導体チップ２００の表面との間に、あらかじめ間隙３００を形成するようにすることが好ましい。この様に固定することによって、接着層１５０ｂと半導体チップ２００の間に間隙３００を形成し、間隙部分を減圧しておくことによって、接着層１５０ｂと半導体チップ２００の表面の間で気泡の残留を防止し、かつ信頼性の高い接着を行うことができる。
【００３４】
また、上記の接着は、半導体チップ２００側の接着層１５０ｂの材料が軟化し、粘度が１０２〜１０４Ｐａ・ｓとなる温度に加熱して行うことが更に好ましい。この様な条件で接着を行うことにより図６と同様に、半導体チップ２００の端面側へ接着層１５０の一部が回り込むことで、半導体チップ２００と接着層１５０との間の接着信頼性を向上させることができる。
【実施例】
【００３５】
後述するように、半導体チップとテープ基板を加熱し接着層の粘度を上げた後、半導体チップと接着層を接着、フリップチップ接合をさせた。
【００３６】
（半導体チップ）
用いた半導体チップは、１０ｍｍ×１０ｍｍの面積を有し、厚さ０．２ｍｍの半導体素子の一方の表面を被覆する保護層を有し、Ａｌからなる電極パッドに、Ａｕからなるスタッドバンプが設けられている。
【００３７】
（接着剤）
用いた絶縁性接着剤は、エポキシを主成分とした熱硬化型の接着剤シート（厚さ１０〜４０μｍ）を用いた。
【００３８】
（テープ基板）
テープ基板は、感光性カバーレイ（例えば、日立化成工業：ＦＲ−５５５０（商品名））を露光、現像、ＵＶキュア、加熱キュアさせた絶縁性の基材上に、Ｃｕめっきにより形成された導体パターンを有し、導体パターンにはＳｎＡｇからなる半田バンプが設けられている。また、導体パターンが形成されている面の反対の面には、突起状電極部が設けられている。
【００３９】
（接着工程）
半導体チップのスタッドバンプとテープ基板の接続用バンプの位置合わせを行い、半導体チップのスタッドバンプを接着層上に固定する。ここで、スタッドバンプの先端が、接続用バンプに接触させるように固定した。その後減圧下において、表１に記載する粘度になるように加熱しながら厚さ方向に押圧し、半導体チップとテープ基板を接着した。また、粘度と加熱温度の関係をあらかじめ測定しておくことで所定の粘度になるように設定した。
【００４０】
（フリップチップ接合）
貼り合わせた半導体チップとテープ基板の両者を、２３０℃で数十秒程度加熱し、その後、１８０℃で６０分程度加熱し接着層を本硬化させ半導体チップをテープ基板にフリップチップ接合させた。
【００４１】
このようにして得られた半導体パッケージについて下記の特性評価を行った。
【００４２】
（評価方法）
（１）接着層の厚さ
接着層の厚さを測定した。
（２）接着不良発生数
得られた半導体パッケージについて、環境温度を−６５℃から１５０℃で３０００回変化させる温度サイクル試験を実施し、接着層と半導体チップ間で剥離の発生数を確認した。
【００４３】
【表１】
2010045104.tif 000003
【００４４】
【表２】
2010045104.tif 000004
【００４５】
表１からわかるように、加熱温度が高すぎて、接着層の粘度が１０３Ｐａ・ｓより小さくなると、接着層が流れ出て接着層の厚さが薄くなってしまい、半導体チップとテープ基板の絶縁性を確保できる１０μｍ以上の厚さを得られなくなっている。
【００４６】
一方、加熱温度が低すぎて、接着層の粘度が１０５Ｐａ・ｓより大きくなると、接着層の厚さはほとんど変化せず、半導体チップの側面側へ接着層の一部の回り込みが発生していないことがわかる。
【００４７】
更に、表２から温度サイクル試験後の半導体チップと接着層の接合部の不良発生数でも１０５Ｐａ・ｓより大きくなると、不良が発生していることが確認できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第１の実施形態に掛かる半導体パッケージの製造方法を示す断面模式図である。
【図２】第１の実施形態に掛かる半導体パッケージの製造方法を示す断面模式図である。
【図３】第１の実施形態に掛かる半導体パッケージの製造方法を示す断面模式図である。
【図４】第１の実施形態に掛かる半導体パッケージの製造方法を示す断面模式図である。
【図５】第１の実施形態に掛かる半導体パッケージの製造方法を示す断面模式図である。
【図６】図５の部分Ａを示す部分拡大図である。
【図７】第２の実施形態に掛かる半導体パッケージの製造方法を示す断面模式図である
【図８】従来の半導体パッケージの構成を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００        テープ基板
１１０        導体パターン
１２０        基材
１３０        接続用バンプ
１４０        突起状電極部
１５０        接着層
１５１        回り込み高さ
２００        半導体チップ
２１１        半導体素子
２１２        電極パッド
２１３        保護層
２１４        スタッドバンプ
３００        間隙
【図１】
2010045104.tif 000005
【図２】
2010045104.tif 000006
【図３】
2010045104.tif 000007
【図４】
2010045104.tif 000008
【図５】
2010045104.tif 000009
【図６】
2010045104.tif 000010
【図７】
2010045104.tif 000011
【図８】
2010045104.tif 000012