(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板上の導電パターンにおける接続端子部に半導体チップの電極パッドが接続されて半導体チップが回路基板に実装された半導体チップ実装回路基板において、回路基板は表面に突部を有する成形品として形成された成形回路基板であるとともに、導電パターンにおける接続端子部は回路基板の上記突部上に設けられており、回路基板の接続端子部と半導体チップの電極パッドとの接合部は接続端子部を形成している導電性金属と電極パッドを形成している導電性金属との合金で形成された接合層を備えていることを特徴とする半導体チップ実装回路基板。
【請求項２】
接続端子部である突部上の導電パターンは、そのメッキ厚みが非接続端子部における部分のメッキ厚みより大となっていることを特徴とする請求項１記載の半導体チップ実装回路基板。
【請求項３】
回路基板として表面に突部を有する成形品として形成されるとともに外面に導電パターンが形成された成形回路基板を用いるとともに上記導電パターンにおける上記突部上に位置する部分を接続端子部とし、半導体チップの電極パッドを接続端子部に突き合わせた状態で半導体チップと回路基板とを加圧すると同時に超音波を付加して接続端子部と電極パッドとを接合するとともにこの接合部に接続端子部を形成している導電性金属と電極パッドを形成している導電性金属との合金で形成された接合層を形成することを特徴とする回路基板への半導体チップの実装方法。
【請求項４】
回路基板として、接続端子部である突部上の導電パターンは、そのメッキ厚みが非接続端子部における部分のメッキ厚みより大となっているものを用いることを特徴とする請求項３記載の回路基板への半導体チップの実装方法。
【請求項５】
半導体チップと回路基板との加圧時に加熱も行うことを特徴とする請求項３または４記載の回路基板への半導体チップの実装方法。
【請求項６】
半導体チップ側から加熱を行うことを特徴とする請求項５記載の回路基板への半導体チップの実装方法。
【請求項７】
超音波は半導体チップ側から付加することを特徴とする請求項３〜６のいずれかの項に記載の回路基板への半導体チップの実装方法。
【請求項８】
超音波の付加は突部の側面に超音波振動子を接触させて行うことを特徴とする請求項３〜６のいずれかの項に記載の回路基板への半導体チップの実装方法。
【請求項９】
超音波は成形品における半導体チップ実装面と反対側の面で突部に対応する位置から付与することを特徴とする請求項３〜６のいずれかの項に記載の回路基板への半導体チップの実装方法。
【請求項１０】
加圧時の圧力で回路基板の突部を塑性変形させることを特徴とする請求項３〜９のいずれかの項に記載の回路基板への半導体チップの実装方法。
【請求項１１】
成形品における突部が位置する面に加圧部材の平面を押し当てて突部を塑性変形させておき、しかる後に半導体チップの接合を行うことを特徴とする請求項３〜９のいずれかの項に記載の回路基板への半導体チップの実装方法。
【請求項１２】
先端ほど細くなった突部を備える回路基板を用いることを特徴とする請求項１０または１１記載の回路基板への半導体チップの実装方法。
【請求項１３】
先端ほど細く且つ先端面が平面となっている突部を備える回路基板を用いることを特徴とする請求項１０または１１記載の回路基板への半導体チップの実装方法。
【請求項１４】
回路基板上に絶縁樹脂を塗布した後、回路基板の接続端子部に半導体チップの電極パッドを突き合わせて半導体チップと回路基板とを加熱加圧すると同時に超音波を付加して前記接続端子部と電極パッドとを接合するとともに回路基板と半導体チップ間に位置する上記絶縁樹脂を硬化させることを特徴とする請求項３〜１３のいずれかの項に記載の回路基板への半導体チップの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体チップが基板に実装された半導体チップ実装回路基板及び基板への半導体チップの実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回路基板への半導体チップの実装において、フリップチップ実装では半導体チップとしてその接続用電極部にスタッドバンプを形成したものを用いている。
【０００３】
しかし、スタッドバンプを設けた半導体チップは、コストの高いものとなっており、低コスト化の点で、スタッドバンプが無い半導体チップの利用を可能とすることが求められている。
【０００４】
このために、特開昭６３−２２０５３３号公報や特開平４−１０４４７号公報には、回路基板として成形によって形成されたものを用いるとともに、この成形時に回路基板に形成した突部上に、導電パターンにおける半導体チップが接続される接続端子部を設け、該突部上の接続端子部に半導体チップの電極パッドを接続端子部に設けた導電ペーストや半田や錫メッキ層、あるいは接続端子部と電極パッドとの間に介在させた導電性接着剤などで接続することが示されている。接続端子部が突部上にあるために、フリップチップ実装に際して半導体チップにスタッドバンプを必要としないものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、導電ペーストや導電性接着剤などによる接続では、接着によるために長期にわたって高い接続信頼性を得ることは困難である。また、半田や錫メッキ層を溶融させる場合は、高い接合力を得られるものの、溶融させるためにかなりの高温が必要であり、半導体チップなどへ熱ダメージを与える虞が非常に高い。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは回路基板への半導体チップのフリップチップ実装に際して半導体チップにスタッドバンプを必要とせず、しかも高い接続信頼性を得ることができる半導体チップ実装回路基板及び回路基板への半導体チップ実装方法を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明に係る半導体チップ実装回路基板は、回路基板上の導電パターンにおける接続端子部に半導体チップの電極パッドが接続されて半導体チップが回路基板に実装された半導体チップ実装回路基板において、回路基板は表面に突部を有する成形品として形成された成形回路基板であるとともに、導電パターンにおける接続端子部は回路基板の上記突部上に設けられており、回路基板の接続端子部と半導体チップの電極パッドとの接合部は接続端子部を形成している導電性金属と電極パッドを形成している導電性金属との合金で形成された接合層を備えていることに特徴を有している。
【０００８】
回路基板に突部を有する成形回路基板を用いることで、スタッドバンプを設けていない半導体チップでも実装することができるものであり、また接続端子部を形成している導電性金属と電極パッドを形成している導電性金属との合金で形成された接合層を接合部に備えたものであるために、半導体チップは強固に実装されたものとなる。
【０００９】
接続端子部である突部上の導電パターンは、そのメッキ厚みが非接続端子部における部分のメッキ厚みより大となっていることが好ましい。
【００１０】
また本発明に係る回路基板への半導体チップ実装方法は、回路基板として表面に突部を有する成形品として形成されるとともに外面に導電パターンが形成された成形回路基板を用いるとともに上記導電パターンにおける上記突部上に位置する部分を接続端子部とし、半導体チップの電極パッドを接続端子部に突き合わせた状態で半導体チップと回路基板とを加圧すると同時に超音波を付加して接続端子部と電極パッドとを接合するとともにこの接合部に接続端子部を形成している導電性金属と電極パッドを形成している導電性金属との合金で形成された接合層を形成することに特徴を有している。スタッドバンプを有していない半導体チップの回路基板への実装を高温に曝すことなく確実に行うことができる。
【００１１】
この場合の回路基板としては、接続端子部である突部上の導電パターンのメッキ厚みが非接続端子部における部分のメッキ厚みより大となっているものを好適に用いることができる。
【００１２】
半導体チップと回路基板との加圧時に加熱も行うことが好ましい。より確実に合金からなる接合層を形成することができる。この加熱は、半導体チップ側から行うとよい。
【００１３】
超音波は半導体チップ側から付加するほか、突部の側面に超音波振動子を接触させて行ったり、成形品における半導体チップ実装面と反対側の面で突部に対応する位置から付与することが好ましい。
【００１４】
また、加圧時の圧力で回路基板の突部を塑性変形させたり、成形品における突部が位置する面に加圧部材の平面を押し当てて突部を塑性変形させておき、しかる後に半導体チップの接合を行うと、複数の突部で背の高さにばらつきがある場合、これを吸収することができる。
【００１５】
塑性変形させる突部は、先端ほど細くなっていたり、先端ほど細く且つ先端面が平面となっていることが好ましい。
【００１６】
また、回路基板と半導体チップ間に絶縁樹脂を配する場合、回路基板上に絶縁樹脂を塗布した後、回路基板の接続端子部に半導体チップの電極パッドを突き合わせて半導体チップと回路基板とを加熱加圧すると同時に超音波を付加して前記接続端子部と電極パッドとを接合するとともに回路基板と半導体チップ間に位置する上記絶縁樹脂を硬化させるとよい。接合層の形成とともに絶縁樹脂を硬化させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図１は半導体チップ２とこれを実装する回路基板１とを示している。ここにおける回路基板１は、ポリフタルアミド樹脂などの射出成形品１０上に銅スパッタリング法によって形成した銅薄膜に対して、レーザー加工を行うことで回路として必要な部分と不必要な部分とを分離し、電気メッキによって回路として必要な部分にのみメッキを施すことで立体的な電気的配線としての導電パターン１１を施した成形回路基板（ＭＩＤ：Ｍｏｌｄｅｄ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ、立体回路基板とも称されている）であり、上記導電パターン１１における半導体チップ２の実装用の接続端子部１２は、成形品１０の成形時に形成した突部１５上に形成してある。
【００１８】
そして半導体チップ２は、その電極パッド２０にスタッドバンプが設けられていないものであるとともに、回路基板１の接続端子部１２への接続が半田付けや導電ペーストで行われたものではなく、電極パッド２０を接続端子部１２に突き合わせた状態で半導体チップ２と回路基板１とを加圧（好ましくは加熱も）するとともに超音波を付与することにより、接続端子部１２を形成している導電パターン１１の導電性金属（たとえばＡｕ）と電極パッド２０を形成している導電性金属（たとえばＡｌ）との合金で形成された接合層を形成することでなされている。なお、半導体チップ２と回路基板１との間の空隙には、上記接合後に熱硬化性絶縁樹脂３を充填硬化させておく。
【００１９】
ここにおいて、上記突部１５はその高さ及び幅が夫々１００μｍ程度の微小なものであり、各接続端子部１２毎に個別に設けられているが、複数の接続端子部１２が列となって並んでいる場合、凸条としての突部１５を形成して、単一の凸条の突部１５上に複数個の接続端子部１２が並んでいるものとしてもよい。ただし、後述するように、半導体チップ２の接合時に突部１５を塑性変形させる場合は、接続端子部１２毎に個別の突部１５を設けたもののほうが好ましい。
【００２０】
回路基板１の導電パターン１１は、通常、厚さ５〜１０μｍ厚の銅メッキの上に厚さ５〜１０μｍ厚のニッケルメッキを介して厚さ０．３〜０．５μｍ程度の金メッキを施したものとして形成するが、上記合金である接合層の形成の点からは、突部１５先端面上の最表層のメッキ層、つまり金メッキ層はそのメッキ厚みが図２に示すように、他の部分におけるメッキ厚みより大となっていることが好ましい。たとえば、他の部分におけるメッキ厚みが０．３〜０．５μｍであれば、０．５〜３μｍ程度の厚みにする。このような厚みのものにしておけば、きわめて高い接続信頼性を有する接合層を形成することができる。金の使用量を減らすために、他の部分における金メッキ層を酸化防止用の０．１〜０．２μｍ厚程度のものにしている時には、突部１５先端面上の最表層の金メッキ層は、０．３〜０．５μｍ厚とする。この厚みでも後述するように超音波を付与しての接合であれば、高い接続信頼性を得られる接合層を形成することができる。
【００２１】
上記のようなメッキ厚みの制御は、メッキ時にメッキ電流値を上げることで行う。通常１〜２Ａ／ｄｍ２であるメッキ電流値を３〜４Ａ／ｄｍ２に上げれば、突部１５に電解集中することで突部１５先端面へのメッキだけその厚みを大きくすることができる。
【００２２】
接続端子部１２と電極パッド２０との接合時に合金からなる接合層が生じるようにするには、導電パターン１１（接続端子部１２）が０．５μｍ厚程度の金メッキで形成され、電極パッド２０がＡｌで形成されている場合、加圧は一つの接続端子部１２につき１００〜２００ｇ程度、好ましくは１５０ｇ程度の圧力を加えるものとし、加熱も行う場合には１２０〜１７０℃程度の熱を加えるものとする。そして、５０〜２００ｋＨｚ、好ましくは１００ｋＨｚ程度の周波数の超音波振動を半導体チップ２を押圧する加圧子（図示せず）を通じて与える。加熱も半導体チップ２を押圧する加圧子を通じて行うのが好ましい。
【００２３】
超音波振動の付与は、図３（ａ）に示すように突部１５の側面に超音波振動子４を接触させて行ったり、図３（ｂ）に示すように、回路基板１における半導体チップ２の実装面と反対側の面で突部１５に対応する位置から行ってもよい。いずれの場合も、接合させるべき部分に超音波を確実に伝搬させることができる。特に、図３（ｂ）に示すように、回路基板１の裏面側で突部１５に対応する位置に凹所を形成して、凹所底面に超音波振動子４を当接させると良好な結果を得ることができる。
【００２４】
加圧は、単に合金である接合層を形成するためだけではなく、回路基板１の突部１５を塑性変形させるためのものとするのも好ましい。図４に示すように、回路基板１の成形時に突部１５の高さにばらつきが生じても、半導体チップ２の接合時の加圧によって突部１５を塑性変形させることで、高さを揃えることができるものであり、また、逆に半導体チップ２の複数の電極パッド２０に上記高さ方向におけるばらつきがあっても、これを抑えることができる。
【００２５】
突部１５を塑性変形させることは、半導体チップ２の実装時にではなく、実装に先立って、図５に示すように、回路基板１の突部１５が位置する面に加圧部材６の平面を押し当てて突部１５を塑性変形させておき、しかる後に半導体チップ２の接合を行うようにしてもよい。この場合においても、複数の突部１５で背の高さにばらつきがある場合、これを吸収することができる。
【００２６】
塑性変形させる突部１５は、図６に示すように、先端ほど細くなっているものとすると、低荷重で突部１５を塑性変形させることができることになって、半導体チップ２の実装時の加圧で塑性変形させる場合、半導体チップ２に与えるダメージを低減させることができる。また、図７に示すように先端ほど細く且つ先端面が平面となっているものとすると、低荷重化に加えて、半導体チップ実装荷重に対する突部１５形状の安定化や回路基板１の成形時の金型からの抜け性を向上させることができる。
【００２７】
導電パターン１１の厚み（殊に接続端子部１２の厚み）は、たとえば銅メッキを５μｍ程度、ニッケルメッキを５μｍ程度、金メッキを０．３〜０．５μｍ程度と通常より薄くしておくことも、突部１５の塑性変形を容易にすることになる。
【００２８】
図８に他例を示す。これは半導体チップ２と回路基板１との間に配する熱硬化性の絶縁樹脂３を上記接合完了後に充填硬化させるのではなく、予め回路基板１上に塗布しておき、その後、回路基板１の接続端子部１２に半導体チップ２の電極パッド２０を突き合わせて半導体チップ２と回路基板１とを加熱加圧すると同時に超音波を付加する。超音波接合は１秒以下で終了し、この終了時点では絶縁樹脂３は一部硬化を始めたものの硬化が完了するまでには至っていないことから、超音波の付与後も絶縁樹脂３が硬化完了するまでの数秒間、加圧及び加熱を継続する。このように、接合層の形成に際して絶縁樹脂３の硬化も行わせることができる上に、絶縁樹脂３の塗布作業そのものも容易となるために、生産性を高めることができる。
【００２９】
上記絶縁樹脂３の塗布時には、絶縁樹脂３が接続端子部１２上に被さっていてもよい。半導体チップ２を重ねて加圧する際に接続端子部１２上の絶縁樹脂３は電極パッド２０と接続端子部１２との間から押し出されてしまうために、電極パッド２０と接続端子部１２との超音波接合に問題が生じることはない。また、塗布時に絶縁樹脂３が接続端子部１２上に被さらないようにしていてもよいが、被さるように塗布しておくほうが、絶縁樹脂３を硬化させた時点での接着力や密閉性が向上する。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明の半導体チップ実装回路基板は、表面に突部を有する成形品として形成された成形回路基板である回路基板の導電パターンにおける接続端子部は上記突部上に設けられ、回路基板の接続端子部と半導体チップの電極パッドとの接合部は接続端子部を形成している導電性金属と電極パッドを形成している導電性金属との合金で形成された接合層を備えているものであり、回路基板が突部を有する成形回路基板であるために、スタッドバンプを設けていない半導体チップでも実装することができるものであり、このためにコストを下げることができる上に、接合部に接続端子部を形成している導電性金属と電極パッドを形成している導電性金属との合金で形成された接合層を備えたものであるために、半導体チップは強固に実装されたものとなり、高い接続信頼性を持つものである。
【００３１】
接続端子部である突部上の導電パターンは、そのメッキ厚みが非接続端子部における部分のメッキ厚みより大となっていることが、良好な接合層を得ることができる点で好ましい。
【００３２】
また本発明に係る回路基板への半導体チップ実装方法は、回路基板として表面に突部を有する成形品として形成されるとともに外面に導電パターンが形成された成形回路基板を用いるとともに上記導電パターンにおける上記突部上に位置する部分を接続端子部とし、半導体チップの電極パッドを接続端子部に突き合わせた状態で半導体チップと回路基板とを加圧すると同時に超音波を付加して接続端子部と電極パッドとを接合するとともにこの接合部に接続端子部を形成している導電性金属と電極パッドを形成している導電性金属との合金で形成された接合層を形成することから、スタッドバンプを有していない半導体チップの回路基板への実装を確実に且つ強固に行うことができるものであり、殊に超音波接合で接合層を形成することから、半導体チップや回路基板を高温に曝す必要がなく、熱ダメージを与えてしまうことがないものである。また、接続端子部に導電性接着剤などを塗布する必要もないことから、工程数も少なくてすむものである。
【００３３】
この場合の回路基板としては、接続端子部である突部上の導電パターンのメッキ厚みが非接続端子部における部分のメッキ厚みより大となっているものを用いることで、良好な接合層を得ることができるものとなる。
【００３４】
半導体チップと回路基板との加圧時に加熱も行うことで接合をより確実に行うことができ、この加熱を半導体チップ側から行うのが簡便で良い。
【００３５】
超音波は半導体チップ側から付加するのが簡便で良いが、突部の側面に超音波振動子を接触させて行ったり、成形品における半導体チップ実装面と反対側の面で突部に対応する位置から付与することによっても、接合部に超音波振動を確実に伝搬することができるために、確実な接合を行うことができる。
【００３６】
また、加圧時の圧力で回路基板の突部を塑性変形させたり、成形品における突部が位置する面に加圧部材の平面を押し当てて突部を塑性変形させておき、しかる後に半導体チップの接合を行うと、複数の突部で背の高さにばらつきがある場合、これを吸収することができて、接合不良を招くことがなくなる。殊に後者においては、半導体チップへの加圧によるダメージを低減させることができる。
【００３７】
塑性変形させる突部が先端ほど細くなっていると、塑性変形を低荷重で得られる点で良好な結果を得ることができるとともに、半導体チップへの加圧によるダメージを低減させることができる。さらに突部が先端ほど細く且つ先端面が平面となっていると、上記に加えて突部形状の安定化、つまりは接合部の安定化を図ることができる。
【００３８】
また、回路基板と半導体チップ間に絶縁樹脂を配する場合、回路基板上に絶縁樹脂を塗布した後、回路基板の接続端子部に半導体チップの電極パッドを突き合わせて半導体チップと回路基板とを加熱加圧すると同時に超音波を付加して前記接続端子部と電極パッドとを接合するとともに回路基板と半導体チップ間に位置する上記絶縁樹脂を硬化させることで、接合層の形成に際して絶縁樹脂の硬化も行わせることができるものであり、絶縁樹脂の塗布作業も容易となることもあって、生産性を高めることができるほか、接合時の絶縁樹脂の硬化接着は、半導体チップの結合強度を補充して接合信頼性をさらに高めることにもなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の説明図である。
【図２】同上の他例の拡大断面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は夫々超音波振動の付与に関する説明図である。
【図４】別の例の説明図である。
【図５】さらに別の例の説明図である。
【図６】突部形状に関する説明図である。
【図７】他の突部形状に関する説明図である。
【図８】他例の説明図である。
【符号の説明】
１  回路基板
２  半導体チップ
１１  導電パターン
１２  接続端子部
１５  突部
２０  電極パッド
【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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