(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップに形成された複数のチップ側接続端子と、各チップ側接続端子に対応して配線基板に形成された配線基板側接続端子とを電気的に接続する半導体チップの接続方法であって、
少なくとも表面の一部が導電処理され、かつ所定の圧力の供給によって所定形状から変形すると共に、当該変形後には前記所定形状に向けて形状が回復するように応力が生じる形状記憶樹脂によるバンプを、一対の前記半導体チップのチップ側接続端子と、前記配線基板の配線基板側接続端子との間に一つずつ位置させて、
前記バンプが変形するように、前記半導体チップと前記配線基板との間隔を定める、
ことを特徴とする半導体チップの接続方法。
【請求項２】
前記バンプは、常温において所定形状に回復することを特徴とする請求項１記載の半導体チップの接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップに形成されたチップ側接続端子と、配線基板に形成された基板側接続端子とをフリップチップ方式によって電気的に接続する半導体チップの接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体チップを配線基板に接続する方法としてはフリップチップ方式やビームリード方式等の種々の方法が提案されている。以下、フリップチップ方式を対象にして説明する。
【０００３】
フリップチップ方式は、半導体チップと配線基板とを半田を用いて接続する方法である。まず、半導体チップの表面に備えられたチップ側接続端子である複数の電極に半田バンプを配置し、この半田バンプが配置された半導体チップを基板側接続端子である複数の電極が形成されている配線基板上に載置する。その後、半田バンプを融点以上に加熱して溶かすリフロー処理を施して半導体チップと配線基板とを接続している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リフロー処理を施す一般的なフリップチップ方式によって半導体チップと配線基板とを接続した場合には、半導体チップ側の電極と配線基板側の電極が互いに半田バンプによって固着されるため、リフロー処理後に常温へ温度が低下すると、それぞれの熱膨張係数の違いによって、各々の接続部分に応力が集中し、リフロー処理時に得られる接続状態を維持することが困難であり、接続信頼性が低下するという問題が生じている。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮して、熱膨張係数の違いに拘らず接続信頼性の高い半導体となるように半導体チップと配線基板とを接続する半導体チップの接続方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、半導体チップに形成された複数のチップ側接続端子と、各チップ側接続端子に対応して配線基板に形成された配線基板側接続端子とを電気的に接続する半導体チップの接続方法であって、少なくとも表面の一部が導電処理され、かつ所定の圧力の供給によって所定形状から変形すると共に、当該変形後には前記所定形状に向けて形状が回復するように応力が生じる形状記憶樹脂によるバンプを、一対の前記半導体チップのチップ側接続端子と、前記配線基板の配線基板側接続端子との間に一つずつ位置させて、前記バンプが変形するように、前記半導体チップと前記配線基板との間隔を定める、ことを特徴としている。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、半導体チップのチップ側接続端子と、配線基板の配線基板側接続端子との間に、バンプが変形するように半導体チップと配線基板との間隔が定められて位置される。バンプには、少なくとも表面の一部が導電処理された形状記憶樹脂を用いる。半導体チップと配線基板とを接続するときはリフロー処理等の高温で処理されることが多いため、変形しづらい安定形状である形状記憶樹脂を用いることによって加工（成形）が容易になる。この形状記憶樹脂としては、例えばポリノルボルネン、トランスポリイソプレン、ポリウレタン等がある。従って、少なくとも表面の一部が導電処理された形状記憶樹脂によるバンプが変形することにより、チップ側接続端子と配線基板側接続端子とが電気的に接続される。半導体チップと配線基板との間隔が定められて位置されることによって変形したバンプは、所定形状に向けて形状が回復するように応力が生じる。これによって、半導体チップのチップ側接続端子と、配線基板の配線基板側接続端子とは、熱膨張係数が異なっている場合においても常時接続状態を維持することができる。すなわち、熱膨張係数の違いにより生じる応力を解放でき、半導体チップと配線基板における接続信頼性を向上させることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記バンプは、常温において所定形状に回復することを特徴としている。
【０００９】
半導体チップと配線基板とを電気的に接続するときは、リフロー処理等の高温で処理されることが多いが、半導体チップと配線基板とが接続されたものを使用するときは常温であることが多い。このため、請求項２に記載したようにバンプには常温において所定形状に回復する形状記憶樹脂を用いる。従って、常温で所定形状に回復する形状記憶樹脂をバンプとして用いることにより、半導体チップと配線基板とが接続されたものを常温で使用する場合には、確実に半導体チップと配線基板とを接続することができる。すなわち、常温では半導体チップと配線基板との接続状態を常時維持することができるので、接続信頼性を向上させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
図１（Ａ）には、バンプ１４が配置された半導体チップ１０の側面図が示されている。
【００１２】
半導体チップ１０のベアチップ１１には、チップ側接続端子として複数のアルミ電極１２Ａが所定間隔で配設されている。これらの複数のアルミ電極１２Ａ上には、バンプ１４が接続される。このバンプ１４は、長軸方向の長さＬ１、及び短軸方向の長さＭ１の断面略楕円形状に成形された玉子形状に形成されている。また、バンプ１４は、半導体チップ１０の長手方向と断面略楕円形状のバンプ１４の長軸方向が交差する向きにそれぞれのアルミ電極１２Ａ上に接続される。このとき、例えば導電性接着剤等によって接続される。なお、導電性接着剤等を用いて接続することにより、バンプ１４はアルミ電極１２Ａ上に固着される。さらに、詳細は後述するが、バンプ１４は圧力等により変形されたときであっても、常温では予め成形した断面略楕円形状に回復するように応力（図２（Ｂ）参照）が生じる形状記憶樹脂を用いている。この形状記憶樹脂の一例には、ポリノルボルネン、トランスポリイソプレン、ポリウレタン等がある。また、バンプ１４の表面全体は図１（Ｄ）に示されるように、アルミ等のめっき部材１３によってめっき処理が施されている。すなわち、バンプ１４はめっき処理された形状記憶樹脂であり、非導電性の形状記憶樹脂の表面に形成されためっき部材１３によって導電可能となる。このめっき処理としては、例えば無電解めっき及び真空蒸着等がある。
【００１３】
図１（Ｂ）に示されるように配線基板１６の表面には、前述した各バンプ１４を接触させるための複数のアルミ電極１２Ｂが所定間隔で配設されている。アルミ電極１２Ｂの上面は、クロムやチタンから成るバリアメタル１７によって被覆されている。
【００１４】
次に、これらの半導体チップ１０と配線基板１６との組立手順を説明する。
まず、図１（Ｃ）に示されるように、バンプ１４が接続された半導体チップ１０（図１（Ａ）参照）を各バンプ１４がアルミ電極１２Ｂの各々に接するように配線基板１６（図１（Ｂ）参照）上に載置する。これによって、バンプ１４は半導体チップ１０と配線基板１６との間に位置される。
【００１５】
次に、図２（Ａ）に示されるように半導体チップ１０と配線基板１６との間隔が予め定めた間隔Ｗになるまで半導体チップ１０を所定方向（矢印Ｐ方向）に向けて加圧する。この間隔Ｗは、半導体チップ１０と配線基板１６との間に位置された全てのバンプ１４が変形するに充分な間隔として予め定められている。本実施の形態では、加圧する前のバンプ１４（図１（Ａ）参照）の長軸方向と短軸方向が逆転するように半導体チップ１０と配線基板１６との間隔Ｗが定められている。すなわち、バンプ１４は長軸方向の長さＭ２、及び短軸方向の長さＬ２となり、半導体チップ１０の長手方向とバンプ１４の短軸方向が交差する向きに変形される。また、加圧する前のバンプ１４は、半導体チップ１０の長手方向と断面略楕円形状の長軸方向が交差する向きに配置されているので、矢印Ｐ方向に向けて半導体チップ１０を加圧することによって容易に変形させることができる。
【００１６】
上記のようにして、半導体チップ１０と配線基板１６との間隔を間隔Ｗにした状態で、半導体チップ１０と配線基板１６との間に封止樹脂１８を注入する。この封止樹脂１８は絶縁樹脂であり、所定の温度以上になると硬化する性質を有している。従って、封止樹脂１８を注入した後に、所定の温度以上まで温度を上昇させて封止樹脂１８を硬化させる。封止樹脂１８の硬化が終了するまでは半導体チップ１０と配線基板１６との間隔が広がらないように半導体チップ１０の加圧を継続する。これによって、半導体チップ１０と配線基板１６との間隔は固定的な間隔Ｗになる。
【００１７】
以上の処理を施すことによって、半導体チップ１０と配線基板１６とを組み立てることができる。
【００１８】
上記のように、半導体チップ１０と配線基板１６との組立処理は高温で行われるが、半導体チップ１０が取り付けられた配線基板１６を使用するときは、常温であることが殆どである。このように、常温でバンプ１４は、上記説明したように成形時の断面略楕円形状（図１（Ａ）参照）に回復しようとする応力が生じる。これを図２を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図２（Ｂ）に示されるように、封止樹脂１８は硬化しているので半導体チップ１０と配線基板１６との間隔は間隔Ｗになる。この場合に温度が常温に戻ると、加圧によって変形されたバンプ１４は、成形時の断面略楕円形状（図１（Ａ）参照）に回復しようとする応力（矢印Ｑ１、Ｑ２方向への力）が生じる。このように、応力が生じることによって半導体チップ１０と配線基板１６とは互いに反対方向の向きの力を受けることになるが、硬化された封止樹脂１８により半導体チップ１０と配線基板１６との間隔は間隔Ｗに保たれている。従って、半導体チップ１０とバンプ１４、及び配線基板１６とバンプ１４は応力によって接続状態を常時維持することができる。
【００２０】
また、バンプ１４と配線基板１６のアルミ電極１２Ｂは固着されず接触状態となっているため、互いの熱膨張係数が異なる場合においても接続状態を維持することができる。すなわち、熱膨張係数の違いにより生じる応力を解放でき、半導体チップ１０と配線基板１６における接続信頼性を向上させることができる。
【００２１】
以上説明したように、半導体チップ１０と配線基板１６との間に位置された形状記憶樹脂によるバンプ１４の応力によって、半導体チップ１０と配線基板１６とを接続することができる。なお、バンプ１４と配線基板１６のアルミ電極１２Ｂが固着されず接触状態となっているため、互いの熱膨張係数が異なる場合においても接続状態を維持し、半導体チップ１０と配線基板１６との接続信頼性を向上させることができる。
【００２２】
なお、本実施の形態では常温で所定形状に回復しようとする応力が生じる形状記憶樹脂をバンプとして用いる場合を説明したが、応力が生じる温度は常温に限定されるものではない。但し、半導体チップ１０が取り付けられた配線基板１６を使用するときの温度、あるいはこの温度よりも低い温度で応力が生じるようにすることが好ましい。また、形状記憶樹脂を用いることに限定されるものではない。例えば、樹脂、ゴム及び非導電性の変形可能な金属等を用いてもよい。すなわち、圧力を供給することによって所定形状から変形された後に所定形状に向けて形状が回復しようとする応力が生じる部材であればよい。
【００２３】
また、本実施の形態において、バンプ１４の形状は、長軸方向の長さＬ１、及び短軸方向の長さＭ１の断面略楕円形状に成形された玉子形状であると説明したが、これに限るものではない。但し、組立工程において半導体チップ１０を所定方向に向けて加圧するときに変形しやすい形状であることが好ましい。例えば、図３に示されるように鼓型に成形してもよい。このようにバンプ１５を鼓型形状に成形する場合は、バンプ１５が変形する温度が封止樹脂１８の硬化温度よりも高いときに有効である。
【００２４】
さらに、本実施の形態においては断面略楕円形状に成形されたバンプ１４によって半導体チップ１０と配線基板１６とを接続する方法について説明したが、この方法に限定されるものではない。例えば、図４（Ａ）に示されるように、半導体チップ１０のベアチップ１１に配設されたアルミ電極１２Ａにバンプ１４を固着すると共に、配線基板１６に配設されたアルミ電極１２Ｂに形状記憶導電粒子２０を配置して接続するようにしてもよい。また、図４（Ｂ）に示されるように、配線基板１６のアルミ電極１２Ｂに複数の形状記憶導電粒子２０を配置し、これらの形状記憶導電粒子２０によって半導体チップ１０と配線基板１６とを接続するようにしてもよい。
【００２５】
なお、本実施の形態では図１（Ｄ）及び図２（Ｂ）に示されるように、形状記憶樹脂であるバンプ１４の表面全体にアルミ等のめっき部材１３によってめっき処理を施したが、半導体チップ１０に配設されたアルミ電極１２Ａ及び配線基板１６に配設されたアルミ電極１２Ｂに接触する部分の近傍のみにめっき処理を施すようにしてもよい。
【００２６】
さらに、本実施の形態においては、アルミ等のめっき部材１３によってめっき処理を施し、これによって非導電性の部材である形状記憶樹脂が導電可能となるようにしたが、形状記憶樹脂の周囲に導電ペースト等の導電性材料を塗布する方法や導電性材料の中に形状記憶樹脂を混合する方法などによって導電可能となるようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載した発明によれば、半導体チップと配線基板との間に位置する少なくとも表面の一部が導電処理された形状記憶樹脂のバンプが変形するように間隔を定めることにより、バンプが変形後に所定形状に回復するように応力が生じるので、半導体チップと配線基板とを常時電気的に接続することができ、接続信頼性を向上させることができるという優れた効果を有する。
【００２８】
請求項２に記載した発明によれば、バンプとして常温において所定形状に回復する形状記憶樹脂を用いることにより、接続された半導体チップと配線基板とを常温で使用する場合には確実に接続状態を維持することができるので、接続信頼性を向上させることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は半導体チップのベアチップのアルミ電極にバンプを配置した概略側面図であり、（Ｂ）は配線基板の概略側面図を示している。また、（Ｃ）は配線基板に半導体チップを載置した概略側面図であり、（Ｄ）はアルミ電極近傍の接続部分の詳細を示す拡大図である。
【図２】（Ａ）は半導体チップと配線基板とを接続した状態を示す概略側面図であり、（Ｂ）は接続部分の詳細を示す拡大図である。
【図３】その他の実施の形態として、半導体チップのベアチップのアルミ電極上に形状の異なるバンプを配置した場合の接続部分を示す拡大図である。
【図４】（Ａ）は半導体チップと配線基板とを接続する接続部材として、バンプと形状記憶導電粒子を用いた場合の概略側面図を示し、（Ｂ）は形状記憶導電粒子のみを用いた場合の概略側面図である。
【符号の説明】
１０    半導体チップ
１１    ベアチップ
１４    バンプ（接続部材）
１６    配線基板
１８    封止樹脂
【図１】
0003629841.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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