(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低溶融粘度樹脂層および高溶融粘度樹脂層による積層構造を有する封止樹脂フィルムを、基板と当該基板面から突出するバンプ電極とを有する第１実装対象物のバンプ電極側に対して、当該バンプ電極を覆うように前記低溶融粘度樹脂層を介して加熱接合する第１工程と、
前記封止樹脂フィルムが接合されている前記第１実装対象物、および、基板と当該基板面に対して面一状の平面電極とを有する第２実装対象物を、前記封止樹脂フィルムが前記高溶融粘度樹脂層を介して前記第２実装対象物の平面電極側に接合するとともに前記バンプ電極と前記平面電極が電気的に接続するように、加熱接合する第２工程と、を含むことを特徴とする面実装構造体の形成方法。
【請求項２】
前記第１工程では、前記封止樹脂フィルムをロールにより前記第１実装対象物に押圧しつつ当該ロールを掃引することにより、前記封止樹脂フィルムを前記第１実装対象物の前記バンプ電極側に加熱接合する、請求項１に記載の面実装構造体の形成方法。
【請求項３】
基板、および、当該基板面から突出するバンプ電極、を有する第１実装対象物と、
基板、および、当該基板面に対して面一状であり且つ前記バンプ電極と電気的に接続している平面電極、を有する第２実装対象物と、
低溶融粘度樹脂層および高溶融粘度樹脂層による積層構造を有し、前記低溶融粘度樹脂層を介して前記第１実装対象物の前記バンプ電極側に接合するとともに前記高溶融粘度樹脂層を介して前記第２実装対象物の前記平面電極側に接合している封止樹脂材と、を備えることを特徴とする面実装構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップと半導体チップの接合、半導体チップの配線基板への実装、および配線基板と配線基板の接合などに適用可能な面実装構造体の形成方法、これにより得られる面実装構造体、並びに、当該方法に使用される封止樹脂フィルムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プリント配線基板やセラミック基板などへの電子部品の実装に関しては高密度化の要求が高まっており、かかる要求を満たすために、半導体チップについてはベアチップの状態で実装される場合が多い。ベアチップ実装においては、半導体チップと基板配線の電気的接続をワイヤボンディングを介して達成する方式に代えて、半導体チップおよび配線基板の端子間にハンダバンプや金バンプを介在させることによって両者を電気的に接続するフリップチップ接合が採用される傾向にある。また、ハンダバンプや金バンプを介して電気的接続を図りつつ面実装する技術は、半導体チップ−配線基板間のみならず、半導体チップ−半導体チップ間、および、配線基板−配線基板間においても採用される場合がある。
【０００３】
図５は、従来のフリップチップ接合方法の一例を表す。この方法においては、まず、図５（ａ）に示すように、配線基板５１に対して、液状であって熱硬化性の接着剤ないし封止樹脂５２を塗布する。封止樹脂５２は、配線基板５１における実装面に対して、液状材料塗布用のノズル５３を介して所定のパターンで塗布される。配線基板５１には、後に搭載される半導体チップとの電気的接続を図るための電極パッド５４が設けられている。次に、図５（ｂ）に示すように、配線基板５１に対して半導体チップ５５を搭載する。半導体チップ５５には、外部接続用の複数のバンプ電極５６が予め設けられている。搭載工程においては、半導体チップ５５を配線基板５１に対して位置合せした後、加熱下でこれらを積層方向に加圧することによって、電極パッド５４とバンプ電極５６とを接続させる。このとき、封止樹脂５２は、配線基板５１と半導体チップ５５の間で押し潰されて広がった後に硬化する。封止樹脂５２は、配線基板５１と半導体チップ５５とを接合するとともに、電極パッド５４およびバンプ電極５６とからなる電気的接続部を保護するためのものである。このような封止樹脂５２により、半導体チップ５５と配線基板５１との間における接続信頼性が確保される。このような封止樹脂５２を形成するための接着剤については、例えば特開昭６３−１５５７３２号公報に開示されている。
【０００４】
図６は、従来のフリップチップ接合方法の他の例を表す。この方法においては、まず、図６（ａ）に示すように、バンプ電極５６が予め設けられている半導体チップ５５を、電極パッド５４を有する配線基板５１に対して搭載する。具体的には、半導体チップ５５を配線基板５１に対して位置合せした後、加熱下でこれらを積層方向に加圧することによって、電極パッド５４とバンプ電極５６とを接続させる。次に、図６（ｂ）に示すように、配線基板５１と半導体チップ５５の間に液状の接着剤ないし封止樹脂５２’を充填する。封止樹脂５２’は、毛管現象により配線基板５１と半導体チップ５５の間に進入して広がった後、硬化させられる。
【０００５】
従来、配線基板に対する半導体チップのフリップチップ接合は、一般に、図５または図６に示す方法で行われている。しかしながら、このような方法では、配線基板５１と半導体チップ５５の間に介在することとなる封止樹脂５２，５２’の塗布または充填は、各実装面ないし各接続部に対して個々に行わなければならない。そのため、従来の方法によると、多数のフリップチップ接合を達成するためには多大な時間を要してしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
接合プロセスにおけるこのような不具合を解消ないし軽減するためには、液状の封止樹脂に代えてフィルム状の接着剤ないし封止樹脂を使用することが考えられる。図７は、電子部品用の接着剤として一般に市販されているような従来の樹脂フィルムを、封止樹脂を形成するための材料として使用する場合の一例を表す。この方法においては、まず、例えば図７（ａ）に示すような半導体ウエハ７１を用意する。半導体ウエハ７１には複数の半導体素子７２’が造り込まれている。各半導体素子７２’の片面には、外部接続用の複数のバンプ電極７３が設けられている。次に、図７（ｂ）に示すように、半導体ウエハ７１に対して従来の樹脂フィルム７４を加熱接合する。具体的には、樹脂フィルム７４を半導体ウエハ７１におけるバンプ電極７３の側に載置し、樹脂フィルム７４に荷重を加えつつ加熱する。これにより、樹脂フィルム７４が一旦溶融状態とされて半導体ウエハ７１に対して接合される。次に、図７（ｃ）に示すように、樹脂フィルム７４が接合された半導体ウエハ７１を分割し、樹脂フィルム７４を伴う半導体チップ７２を得る。次に、図７（ｄ）に示すように、当該半導体チップ７２を配線基板７５に搭載する。配線基板７５には、半導体チップ７２のバンプ電極７３に対応する位置に予め複数の電極パッド７６が設けられている。搭載工程においては、半導体チップ７２を配線基板７５に位置合せした後に加熱下でこれらを積層方向に加圧することによって、電極パッド７６とバンプ電極７３とを接続する。このとき、樹脂フィルム７４は、配線基板７５と半導体チップ７２の間で押し潰されて広がった後、硬化して封止樹脂７４’となる。このような方法においては、半導体ウエハ７１に対して樹脂フィルム７４が一括して供給されるため、多数のフリップチップ接合における封止樹脂形成に要する時間については、液状封止樹脂を使用する方法よりも短くすることができる。
【０００７】
しかしながら、電子部品用の接着剤として一般に市販されているような従来の樹脂フィルム７４は、比較的高い溶融粘度を有する。すなわち、樹脂フィルム７４は、溶融状態にあっても比較的高い粘度を有する。そのため、従来の樹脂フィルム７４は、半導体ウエハ７１に加熱接合される際、流動性に乏しく、バンプ電極７３による凹凸形状に応じてバンプ電極７３を適切に被覆することがきない傾向にある。その結果、図７（ｂ）に示すように、特にバンプ電極７３の付近における半導体ウエハ７１と樹脂フィルム７４との間には、ボイド７７が発生してしまう。このボイド７７は、図７（ｄ）に示すように、半導体チップ７２が配線基板７５に搭載された状態においても、半導体チップ７２と封止樹脂７４’との間に残存する場合が多い。ボイド７７が発生していると、封止樹脂７４’による保護機能および接合機能は低下し、半導体チップ７２および配線基板７５の間の接続信頼性は低下してしまう。
【０００８】
図７を参照して上述した一連の工程において、一般に市販されているような高溶融粘度の樹脂フィルム７４に代えて、溶融粘度の比較的低い樹脂フィルム７８を使用することも考えられる。低溶融粘度の樹脂フィルム７８を使用すると、半導体ウエハ７１に対して樹脂フィルム７８を加熱接合する工程では、樹脂フィルム７８は、溶融状態における流動性が高いので、バンプ電極７３による凹凸形状に応じてバンプ電極７３を適切に被覆することができる。その結果、図８（ａ）に示すように、バンプ電極７３の付近での半導体ウエハ７１と樹脂フィルム７８との間におけるボイドの発生は抑制される。
【０００９】
しかしながら、半導体ウエハ７１に対して、低溶融粘度の樹脂フィルム７８を加熱接合するとき、バンプ電極７３の凹凸形状に起因して、樹脂フィルム７８の露出面には微小な凹凸７９が形成されやすい。半導体ウエハ７１を分割して得られる半導体チップ７２を、この凹凸７９を有する状態で配線基板７５に対して搭載すると、図８（ｂ）に示すように、樹脂フィルム７８が硬化してなる封止樹脂７８’と配線基板７５との間にボイド７７が発生してしまう。具体的には、半導体チップ７２を配線基板７５に位置合せした後に加熱下でこれらを積層方向に加圧する際、樹脂フィルム７８が配線基板７５と当接した状態において、樹脂フィルム７８と配線基板７５との間には、微小な凹凸７９に起因して空隙ないしボイド７７が形成される。樹脂フィルム７８の溶融粘度が低いために、このボイド７７は、搭載工程の加圧によっても樹脂フィルム７８と配線基板７５の接触界面から排除されにくく、図８（ｂ）に示すように、搭載工程の加熱により膨張成長して接触界面に留まってしまう。
【００１０】
このように、フリップチップ接合部に封止樹脂材を設けるために従来のフィルム状の接着剤ないし樹脂材料を使用すると、半導体チップまたは配線基板と封止樹脂材との間において、ボイドが発生しやすいのである。また、特開２０００−１１４２８０号公報には、溶融粘度の異なる樹脂層を板状のコア材を介して接合してなる樹脂フィルムが開示されているが、当該樹脂フィルムはコア材を有しているため、バンプ電極が樹脂フィルムを貫通する必要のある上述のようなフリップチップ接合に適用するのは困難である。
【００１１】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、実装対象物と封止樹脂材との間におけるボイドの発生を抑制することができる面実装構造体の形成方法、これにより得られる面実装構造体、および、当該方法に使用することのできる封止樹脂フィルムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によると面実装構造体の形成方法が提供される。この方法は、低溶融粘度樹脂層および高溶融粘度樹脂層による積層構造を有する封止樹脂フィルムを、バンプ電極を有する第１実装対象物に対して、当該バンプ電極を覆うように低溶融粘度樹脂層を介して加熱接合する第１工程と、封止樹脂フィルムが接合されている第１実装対象物、および、平面電極を有する第２実装対象物を、封止樹脂フィルムの高溶融粘度樹脂層が第２実装対象物に接するとともにバンプ電極と平面電極が電気的に接続するように、加熱接合する第２工程と、含むことを特徴とする。第１実装対象物および第２実装対象物は、各々、半導体チップ、半導体ウエハ、または、実装基板やマザーボードなどの配線基板である。また、平面電極とは、例えば薄膜成形技術により形成されたランド電極である。
【００１３】
このような構成によると、第１実装対象物および第２実装対象物と封止樹脂材との間におけるボイドの発生を抑制することができる。本発明における封止樹脂フィルムは、低溶融粘度樹脂層および高溶融粘度樹脂層による積層構造を有し、まず、第１工程において、バンプ電極が形成されている第１実装対象物に対して、低溶融粘度樹脂層を介して加熱接合される。すなわち、第１工程では、封止樹脂フィルムにおける低溶融粘度樹脂層の側が第１実装対象物に対して張り合わされる。第１工程の加熱温度における低溶融粘度樹脂層の粘度は、第１実装対象物のバンプ電極による凹凸形状に良好に追従可能な低い範囲に設定しておく。これにより、第１工程において、封止樹脂フィルムは、バンプ電極を適切に被覆し、その結果、第１実装対象物と封止樹脂フィルムとの間におけるボイドの発生が抑制されるのである。また、低溶融粘度樹脂層における第１実装対象物との接合面とは反対の面には、溶融粘度の高い高溶融粘度樹脂層が張り合わされているので、封止樹脂フィルムを第１実装対象物に加熱接合した状態においては、封止樹脂フィルムの露出面には、バンプ電極の凹凸形状に起因する凹凸の発生は抑制される。このように凹凸の発生が抑制された高溶融粘度樹脂層を介して、第１実装対象物は、接合面が相対的に平坦な第２実装対象物と加熱接合される。そのため、第２実装対象物と封止樹脂フィルムとの間におけるボイドの発生は抑制される。
【００１４】
このように、本発明の第１の側面に係る面実装構造体の形成方法によると、実装対象物と封止樹脂材との間におけるボイドの発生を抑制することができるのである。ボイドの発生を抑制することにより、実装対象物間の電気的接続について、良好な接続信頼性を得ることが可能となる。
【００１５】
好ましくは、第１工程では、封止樹脂フィルムをロールにより第１実装対象物に押圧しつつ当該ロールを掃引することにより、封止樹脂フィルムを第１実装対象物に加熱接合する。例えばロールマウンタを使用してこのように第１工程を行うと、第１実装対象物と封止樹脂フィルムとの間に気泡が入りにくい。したがって、このような構成は、バンプ電極が形成されているために比較的に凹凸形状の激しい第１実装対象物面に対して、ボイドの発生を抑制しつつ封止樹脂フィルムを接合するうえで、好適である。
【００１６】
好ましくは、第２工程では、第１実装対象物および第２実装対象物の積層方向に一括加圧することにより、当該第１実装対象物および第２実装対象物を加熱接合する。例えば、フリップチップボンダを使用してこのように第２工程を行うことにより、第１実装対象物と第２実装対象物の接合を適切に行うことができる。
【００１７】
好ましい実施の形態においては、第１工程における第１実装対象物は、複数の半導体素子が造り込まれている半導体ウエハであり、当該半導体ウエハは、第１工程の後に半導体素子の個片に分割され、第２工程では、半導体素子は、第２工程における第１実装対象物として第２実装対象物と加熱接合される。他の好ましい実施の形態においては、第１工程における第１実装対象物は、複数の回路ユニットが形成されている基板であり、当該基板は、第１工程の後に単一の回路ユニットを有する基板個片に分割され、第２工程では、基板個片は、第２工程における第１実装対象物として第２実装対象物と加熱接合される。これらの構成によると、一度のプロセスで、多数の半導体素子または配線基板に対して封止樹脂フィルムを接合することができる。したがって、これらの構成によると、例えば半導体チップが配線基板にフリップチップ接合されてなる面実装構造体の形成や、例えば実装基板がマザーボードに面実装されてなる面実装構造体の形成を、効率よく行うことが可能となる。
【００１８】
本発明の第２の側面によると面実装構造体が提供される。この面実装構造体は、バンプ電極を有する第１実装対象物と、バンプ電極と電気的に接続している平面電極を有する第２実装対象物と、低溶融粘度樹脂層および高溶融粘度樹脂層による積層構造を有し、低溶融粘度樹脂層を介して第１実装対象物に接合するとともに高溶融粘度樹脂層を介して第２実装対象物に接合している封止樹脂材と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
このような構成の面実装構造体は、本発明の第１の側面に係る方法により形成することができる。したがって、本発明の第２の側面によると、面実装構造体の形成において第１の側面に関して上述したのと同様の効果が奏される。その結果、第１実装対象物および第２実装対象物と封止樹脂との間におけるボイドの発生が抑制された面実装構造体が得られるのである。
【００２０】
本発明の第３の側面によると、面実装構造体における２つの実装対象物の間に介在する封止樹脂材を形成するための封止樹脂フィルムが提供される。この封止樹脂フィルムは、低溶融粘度樹脂層および高溶融粘度樹脂層による積層構造を有することを特徴とする。
【００２１】
このような構成の封止樹脂フィルムは、本発明の第１の側面に係る実装構造体の形成方法における封止樹脂フィルムとして使用することができる。したがって、本発明の第３の側面に係る封止樹脂フィルムを使用すると、面実装構造体の形成において、第１の側面に関して上述したのと同様の効果が奏される。その結果、第１実装対象物および第２実装対象物と封止樹脂との間におけるボイドの発生が抑制された面実装構造体が得られるのである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１および図２を参照して、本発明の第１の実施形態に係る面実装構造体形成方法を説明する。本実施形態については、配線基板への半導体チップのフリップチップ接合を例に挙げて説明する。
【００２３】
本実施形態においては、まず、図１および図２（ａ）に示すような半導体ウエハ１を用意する。図２（ａ）は、図１の線II−IIに沿った断面図である。半導体ウエハ１には複数の半導体素子１０’が造り込まれている。図１では、単一の半導体素子１０’が形成されている区画を破線で表す。各半導体素子１０’には、その周縁に沿って複数のバンプ電極１１（図１において一部省略）が設けられている。バンプ電極１１は、例えば金バンプであり、例えば２５〜５０μｍの高さを有する。
【００２４】
このような半導体ウエハ１に対して、まず、図２（ｂ）に示すように、ロールマウンタを使用して封止樹脂フィルム２０を加熱接合する。具体的には、半導体ウエハ１のバンプ形成面に対して封止樹脂フィルム２０を載置した後、加熱下で、封止樹脂フィルム２０をロール４０により半導体ウエハ１に押圧しつつ、ロール４０を掃引することにより、封止樹脂フィルム２０を半導体ウエハ１に接合する。ロール４０によるこのような接合によると、半導体ウエハ１と封止樹脂フィルム２０との間に気泡が入りにくい。
【００２５】
封止樹脂フィルム２０は、低溶融粘度樹脂層２１および高溶融粘度樹脂層２２からなる積層構造を有し、低溶融粘度樹脂層２１を介して半導体ウエハ１に接合される。封止樹脂フィルム２０は、半導体ウエハ１のバンプ電極１１を完全に覆うことのできる厚さを有し、低溶融粘度樹脂層２１の厚さは例えば５〜４５μｍであって、高溶融粘度樹脂層２２の厚さは例えば５〜４５μｍであり、封止樹脂フィルム２０の総厚さは例えば１０〜９０μｍである。低溶融粘度樹脂層２１は、少なくとも本工程の加熱温度で溶融した状態において、高溶融粘度樹脂層２２よりも粘度が低い樹脂により構成されている。低溶融粘度樹脂層２１を構成するための熱硬化性樹脂としては、ビスフェノールＦ型エポキシ、脂環式エポキシ、ナフタレン型エポキシ、ビスフェノールＡ型エポキシなどが挙げられる。一方、高溶融粘度樹脂層２２は、少なくとも本工程の加熱温度で溶融した状態において低溶融粘度樹脂層２１よりも粘度が高い樹脂であって、且つ、後述の配線基板への加熱接合時における加熱温度で溶融した状態において充分に粘度が高い樹脂により構成されている。高溶融粘度樹脂層２２を構成するための熱硬化性樹脂としては、固形ビスフェノールＡ型エポキシ、ビフェニル型エポキシ、フェノールノボラック型エポキシ、クレゾールノボラック型エポキシなどが挙げられる。低溶融粘度樹脂層２１および／または高溶融粘度樹脂層２２には、必要に応じてシリカやアルミナなどのフィラーを添加してもよい。
【００２６】
封止樹脂フィルム２０の作製においては、例えば、まず、低溶融粘度樹脂層２１および高溶融粘度樹脂層２２のいずれか一方を形成するための熱硬化性の樹脂主剤と、硬化剤と、硬化促進剤と、溶剤と、必要な場合にはフィラーとを含む樹脂ワニスを、所定のベース材に対して所定の厚さで塗布し、これを乾燥して半硬化状態とする。溶剤としては、エタノール、アセトン、メチルエチルケトンなどを使用することができる。次に、このようにして形成された低溶融粘度樹脂層２１および高溶融粘度樹脂層２２を積層し、ロールマウンタを使用して、両樹脂層を一旦加熱溶融させて熱圧着させる。このようにして、低溶融粘度樹脂層２１および高溶融粘度樹脂層２２からなる積層構造を有する封止樹脂フィルム２０を作製することができる。
【００２７】
このようにして作製される封止樹脂フィルム２０を半導体ウエハ１に加熱接合するための図２（ｂ）に示す工程においては、封止樹脂フィルム２０を構成する樹脂材料に応じて、加熱温度は６０〜１００℃とし、ロール４０による荷重は０．１〜１０ｋｇｆ／ロールとする。また、加熱温度６０〜１００℃における低溶融粘度樹脂層２１および高溶融粘度樹脂層２２の溶融粘度は、各々、例えば１〜１０００Ｐａ・ｓおよび１００ｋＰａ・ｓ〜１０ＭＰａ・ｓである。
【００２８】
本実施形態のフリップチップ接合方法においては、次に、図２（ｃ）に示すように、封止樹脂フィルム２０が接合された半導体ウエハ１をダイシングする。具体的には、図１の破線で示されるような素子境界線に沿って半導体ウエハ１を分割することによって、半導体素子１０’を個片化し、封止樹脂フィルム２０を伴う半導体チップ１０を得る。
【００２９】
次に、フリップチップボンダを使用して、図２（ｄ）に示すように、半導体チップ１０を配線基板３０に搭載する。配線基板３０には、半導体チップ１０のバンプ電極１１に対応する位置に予め複数の電極パッド３１が設けられている。電極パッド３１は、本実施形態においては、配線基板３０の表面に露出するように形成されたランド電極である。そのため、配線基板３０の接合面は、比較的に平坦である。本工程では、半導体チップ１０を配線基板３０に位置合せした後に加熱下でこれらを積層方向に加圧することによって、電極パッド３１とバンプ電極１１とを接続させる。このとき、封止樹脂フィルム２０は配線基板３０と半導体チップ１０の間で押し潰され、低溶融粘度樹脂層２１および高溶融粘度樹脂層２２が硬化して封止樹脂材２３が形成される。本工程における加熱温度は例えば１８０〜２５０℃であり、荷重は例えば５０〜１３０ｇｆ／バンプである。
【００３０】
以上のようにして、配線基板３０に対して半導体チップ１０がフリップチップ接合されてなる半導体パッケージＸ１が、本発明に係る面実装構造体として形成される。半導体パッケージＸ１においては、半導体チップ１０と封止樹脂材２３との間におけるボイドの発生は低減されている。図２（ｂ）に示す工程において、封止樹脂フィルム２０は、バンプ電極１１が形成されている半導体ウエハ１に対して、低溶融粘度樹脂層２１を介して加熱接合されており、この工程での加熱温度における低溶融粘度樹脂層２１の粘度は、半導体ウエハ１のバンプ電極１１による凹凸形状に良好に追従可能な程度に設定されている。したがって、封止樹脂フィルム２０の加熱接合時において、封止樹脂フィルム２０はバンプ電極１１を適切に被覆し、半導体ウエハ１と封止樹脂フィルム２０との間におけるボイドの発生が抑制される。その結果、半導体パッケージＸ１において、半導体チップ１０と封止樹脂材２３との間におけるボイドの発生は低減されているのである。
【００３１】
また、半導体パッケージＸ１においては、配線基板３０と封止樹脂材２３との間におけるボイドの発生は低減されている。封止樹脂フィルム２０は、低溶融粘度樹脂層２１および高溶融粘度樹脂層２２からなる積層構造を有する。そのため、図２（ｂ）に示す工程で封止樹脂フィルム２０を半導体ウエハ１に加熱接合した状態においては、封止樹脂フィルム２０の露出面は、高溶融粘度樹脂層２２により構成されて、バンプ電極１１の凹凸形状に起因する凹凸の発生は抑制される。このように凹凸が抑制された高溶融粘度樹脂層２２を介して半導体チップ１０は配線基板３０と加熱接合されるので、半導体パッケージＸ１において、配線基板３０と封止樹脂材２３との間におけるボイドの発生は低減されているのである。
【００３２】
加えて、本実施形態においては、半導体ウエハ１に対して封止樹脂フィルム２０が一括して供給されるため、多数のフリップチップ接合における封止樹脂形成に要する時間は、液状封止樹脂を使用する工法よりも少なくて済む。
【００３３】
図３は、本発明の第２の実施形態に係る面実装構造体形成方法を表す。本実施形態については、マザーボードへの半導体パッケージの面実装を例に挙げて説明する。
【００３４】
本実施形態においては、まず、図３（ａ）に示すように、例えば第１の実施形態で得られた半導体パッケージＸ１における配線基板３０に対して、外部接続用のバンプ電極３２を形成する。バンプ電極３２は、ハンダバンプであり、例えば２００〜７００μｍの高さを有する。
【００３５】
次に、プレス機を使用して加熱および加圧することによって、図３（ｂ）に示すように、半導体パッケージＸ１に対して封止樹脂フィルム２０’を接合する。封止樹脂フィルム２０’は、低溶融粘度樹脂層２１’および高溶融粘度樹脂層２２’からなる積層構造を有し、低溶融粘度樹脂層２１’を介して半導体ウエハ１に接合される。封止樹脂フィルム２０’は、半導体パッケージＸ１のバンプ電極３２を完全に覆うことのできる厚さを有し、低溶融粘度樹脂層２１’の厚さは例えば１００〜３５０μｍであって、高溶融粘度樹脂層２２’の厚さは例えば１００〜３５０μｍであり、封止樹脂フィルム２０’の総厚さは例えば２００〜７００μｍである。封止樹脂フィルム２０’の構成材料および作製方法については、第１の実施形態において封止樹脂フィルム２０に関して上述したのと同様である。
【００３６】
次に、図３（ｃ）に示すように、半導体パッケージＸ１をマザーボード４０に搭載する。マザーボード４０には、半導体パッケージＸ１のバンプ電極３２に対応する位置に予め複数の電極パッド４１が設けられている。本工程では、半導体パッケージＸ１をマザーボード４０に位置合せした後に加熱下でこれらを積層方向に加圧することによって、電極パッド４１とバンプ電極３２とを接合する。例えば、フリップチップボンダを使用して、バンプ電極３２をリフローさせつつ封止樹脂フィルム２０’を硬化させることによって、半導体パッケージＸ１をマザーボード４０に搭載する。このとき、封止樹脂フィルム２０’はマザーボード４０と半導体パッケージＸ１の間で押し潰され、低溶融粘度樹脂層２１’および高溶融粘度樹脂層２２’が硬化して封止樹脂材２３’が形成される。本工程における加熱温度は例えば２１５〜２６０℃であり、荷重は例えば１００〜２００ｇｆ／バンプである。
【００３７】
以上のようにして、マザーボード４０に対して半導体パッケージＸ１が面実装されてなる面実装構造体Ｘ２が形成される。第１の実施形態において半導体チップ１０と封止樹脂材２３との間におけるボイドの発生が低減されるのと同様に、面実装構造体Ｘ２においては、半導体パッケージＸ１と封止樹脂材２３’との間におけるボイドの発生は低減されている。また、第１の実施形態において配線基板３０と封止樹脂材２３との間におけるボイドの発生が低減されるのと同様に、実装構造体Ｘ２においては、マザーボード４０と封止樹脂材２３’との間におけるボイドの発生は低減されている。
【００３８】
本発明に係る面実装構造体形成方法は、第１の実施形態のような半導体チップ−配線基板間のフリップチップ接合、第２の実施形態のような配線基板−配線基板間の面実装に加えて、半導体チップ−半導体チップ間の接合においても適用することが可能である。
【００３９】
【実施例】
次に、本発明の実施例について、比較例とともに説明する。
【００４０】
【実施例１】
＜封止樹脂フィルムの作製＞
表１に示す組成１を有する高溶融粘度樹脂層（２０μｍ）と、表２に示す組成２を有する低溶融粘度樹脂層（２０μｍ）とからなる封止樹脂フィルムを作製した。具体的には、まず、高溶融粘度樹脂層形成用の主剤含有液として、主剤である固形ビスフェノールＡ型エポキシ（商品名：ＥＰ５１００、旭電化工業製）と、フィラーとしての球状シリカ粉末（商品名：ＳＯ−Ｅ５、アドマテックス製）との混連物を調製した。一方、高溶融粘度樹脂層形成用の硬化剤含有液を、固形のフェノール系硬化剤（商品名：ミレックスＬＬ、三井化学製）と、硬化促進剤としての２−メチルイミダゾールアジン付加物（商品名：２ＭＺＡＰＷ、四国化成製）とを、溶剤としてのアセトンに溶解させることにより調製した。このようにして調製した主剤含有液と硬化材含有液とを混合し、高溶融粘度樹脂層形成用のワニスを調製した。次に、このワニスをＰＥＴフィルム上に塗工した後、乾燥して溶剤を蒸散させた。このようにして、ＰＥＴフィルム上において、表１に示す組成１を有して厚さが２０μｍの高溶融粘度樹脂層を形成した。
【００４１】
次に、低溶融粘度樹脂層形成用の主剤含有液として、主剤であるビスフェノールＦ型エポキシ（商品名：ＥＸＡ８３０ＬＶＰ、大日本インキ製）と、更なる主剤としての脂環式エポキシ（商品名：ＣＹ１７９、バンティコ製）と、フィラーとしての球状シリカ粉末（商品名：ＳＯ−Ｅ５、アドマテックス製）との混連物を調製した。一方、低溶融粘度樹脂層形成用の硬化剤含有液を、固形のフェノール系硬化剤（商品名：ミレックスＬＬ、三井化学製）と、硬化促進剤としての２−メチルイミダゾールアジン付加物（商品名：２ＭＺＡＰＷ、四国化成製）とを、溶剤としてのアセトンに溶解させることにより調製した。このようにして調製した主剤含有液と硬化材含有液とを混合し、低溶融粘度樹脂層形成用のワニスを調製した。次に、先に形成した高溶融粘度樹脂層の上に、このワニスを塗工し、これを乾燥することによって、表２に示す組成２を有して厚さが２０μｍの低溶融粘度樹脂層を高溶融粘度樹脂層の上に形成した。このようにして、本実施例の封止樹脂フィルム（厚さ４０μｍ）を作製した。
【００４２】
上述の高溶融粘度樹脂層と同様にして別途作製した高溶融粘度樹脂フィルムと、ＰＥＴフィルム上において上述の低溶融粘度樹脂層と同様にして別途作製した低溶融粘度樹脂フィルムとについて、各々、融状態における粘度を測定した。その結果、高溶融粘度樹脂フィルムについては図４のグラフＡに示す結果が得られ、低溶融粘度樹脂フィルムについては図４のグラフＢに示す結果が得られた。図４に表れているように、高溶融粘度樹脂フィルムは、溶融状態において、低溶融粘度樹脂フィルムよりも常に高い粘度を示すことが確認された。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
【表２】
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【００４５】
＜フリップチップ実装＞
１３０個の半導体素子（８．５ｍｍ角）が造りこまれている例えば図１に示すような半導体ウエハ（６インチ）における各半導体素子上に対して、金ワイヤ先端に形成される金ボールによる金バンプを、バンプピッチ２００μｍで１２０個形成した。次に、この半導体ウエハにおけるバンプ形成面に、上述のようにして作製した本実施例の封止樹脂フィルムを、低溶融粘度樹脂層を介して載置した。次に、例えば図２（ｂ）に示すように、ロールマウンタ（日本エム・シー・ケー製）を使用して、半導体ウエハに対して封止樹脂フィルムを加熱接合した。このときの加熱温度は７５℃とし、荷重は４ｋｇｆ／ロールとし、封止樹脂フィルムを溶融状態にして半導体ウエハに貼り付けた。封止樹脂フィルムの上方から観察すると、半導体ウエハと封止樹脂フィルムとの間には、気泡ないしボイドは殆ど発生していないことが確認された。封止樹脂フィルムは薄く且つ半透明であり、封止樹脂フィルムの上方からでも、当該封止樹脂フィルムと半導体ウエハとの界面におけるボイドの有無の観察は可能であった。このように、本実施例の封止樹脂フィルムによると、半導体ウエハのバンプ形成面を良好に被覆することができた。
【００４６】
次に、例えば図２（ｃ）に示すように、上述の半導体ウエハを封止樹脂フィルムとともにダイシングし、封止樹脂フィルムを伴う半導体チップを得た。次に、例えば図２（ｄ）に示すように、フリップチップボンダ（ＦＣＢ−IIＭ、松下電気産業）を使用して、別途用意しておいた配線基板に対して当該半導体チップをフリップチップ接合した。具体的には、配線基板に対して半導体チップを位置合せした後、加熱下でこれらを積層方向に加圧し、封止樹脂フィルムについて溶融状態を経て硬化させることによって、半導体チップを配線基板に接合した。このときの加熱温度は２３０℃とし、荷重は１００ｇ／バンプとし、押圧時間は１５秒間とした。このようにして、配線基板に対して半導体チップをフリップチップ接合し、本実施例のフリップチップ実装構造体を作製した。
【００４７】
＜ボイド量の測定＞
本実施例のフリップチップ実装構造体について、発生したボイドの量を測定した。具体的には、超音波顕微鏡（日立建機製）を使用して封止樹脂材の内部を観察し、封止樹脂材の最外郭体積に対するボイド体積の比率を算出した。その結果、本実施例のフリップチップ実装構造体では、ボイド量は少なく、１％未満であった。すなわち、本実施例のフリップチップ実装構造体においては、半導体チップと封止樹脂材の間、および、配線基板と封止樹脂材の間において、ボイドの発生が充分に抑制されていた。
【００４８】
【比較例１】
実施例１の高溶融粘度樹脂層と同様にして、表１に示す組成１を有して高溶融粘度の樹脂フィルム（厚さ４０μｍ）を作製し、この樹脂フィルムを、実施例１と同様に、ロールマウンタを使用して半導体ウエハに加熱接合した。ロールマウンタによる樹脂フィルムの加熱接合の後、樹脂フィルムの上方から観察すると、例えば図７（ｂ）の断面図で表されるのと同様に、半導体ウエハと樹脂フィルムとの間には、気泡ないしボイドが多量に発生していることが確認された。したがって、フリップチップ実装における以降の工程については、行わなかった。
【００４９】
【比較例２】
実施例１の高溶融粘度樹脂層と同様にして、表２に示す組成２を有して低溶融粘度の樹脂フィルム（厚さ４０μｍ）を作製し、この樹脂フィルムを使用して、実施例１と同様にフリップチップ実装を行った。具体的には、半導体ウエハに対する金バンプの形成から、ロールマウンタによる封止樹脂フィルムの加熱接合を経て、配線基板への半導体チップのフリップチップ接合までの一連の工程を行った。ロールマウンタによる樹脂フィルムの加熱接合の後、樹脂フィルムの上方から観察すると、半導体ウエハと樹脂フィルムとの間には、気泡ないしボイドは殆ど発生していないことが確認された。また、フリップチップ実装構造体について、実施例１と同様に超音波顕微鏡を使用して封止樹脂材の内部を観測したところ、例えば図８（ｂ）の断面図で表されるのと同様に、配線基板と封止樹脂材との間において多量のボイドが発生していることが確認された。また、実施例１と同様にして、ボイド量を算出したところ、ボイド量は２３％と多かった。
【００５０】
以上のまとめとして、本発明の構成およびそのバリエーションを以下に付記として列挙する。
【００５１】
（付記１）低溶融粘度樹脂層および高溶融粘度樹脂層による積層構造を有する封止樹脂フィルムを、バンプ電極を有する第１実装対象物に対して、当該バンプ電極を覆うように前記低溶融粘度樹脂層を介して加熱接合する第１工程と、
前記封止樹脂フィルムが接合されている前記第１実装対象物、および、平面電極を有する第２実装対象物を、前記封止樹脂フィルムが前記高溶融粘度樹脂層を介して前記第２実装対象物に接合するとともに前記バンプ電極と前記平面電極が電気的に接続するように、加熱接合する第２工程と、を含むことを特徴とする面実装構造体の形成方法。
（付記２）前記第１工程では、前記封止樹脂フィルムをロールにより前記第１実装対象物に押圧しつつ当該ロールを掃引することにより、前記封止樹脂フィルムを前記第１実装対象物に加熱接合する、付記１に記載の面実装構造体の形成方法。
（付記３）前記第２工程では、前記第１実装対象物および前記第２実装対象物の積層方向に一括加圧することにより、当該第１実装対象物および第２実装対象物を加熱接合する、付記１または２に記載の面実装構造体。
（付記４）前記第１工程における前記第１実装対象物は、複数の半導体素子が造り込まれている半導体ウエハであり、当該半導体ウエハは、前記第１工程の後に半導体素子の個片に分割され、前記第２工程では、前記半導体素子は、前記第２工程における第１実装対象物として前記第２実装対象物と加熱接合される、付記１から３のいずれか１つに記載の面実装構造体の形成方法。
（付記５）前記第１工程における前記第１実装対象物は、複数の回路ユニットが形成されている基板であり、当該基板は、前記第１工程の後に単一の前記回路ユニットを有する基板個片に分割され、前記第２工程では、前記基板個片は、前記第２工程における第１実装対象物として前記第２実装対象物と加熱接合される、付記１から３のいずれか１つに記載の面実装構造体の形成方法。
（付記６）バンプ電極を有する第１実装対象物と、
前記バンプ電極と電気的に接続している平面電極を有する第２実装対象物と、
低溶融粘度樹脂層および高溶融粘度樹脂層による積層構造を有し、前記低溶融粘度樹脂層を介して前記第１実装対象物に接合するとともに前記高溶融粘度樹脂層を介して前記第２実装対象物に接合している封止樹脂材と、を備えることを特徴とする面実装構造体。
（付記７）面実装構造体における２つの実装対象物の間に介在する封止樹脂材を形成するための封止樹脂フィルムであって、低溶融粘度樹脂層および高溶融粘度樹脂層による積層構造を有することを特徴とする、封止樹脂フィルム。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によると、半導体チップと半導体チップ、半導体チップと配線基板、または配線基板と配線基板が、封止樹脂材を介して面実装されてなる構造体において、半導体チップまたは配線基板と封止樹脂材との間におけるボイドの発生を抑制することができる。ボイドの発生を抑制することにより、実装対象物間の電気的接続について、良好な接続信頼性を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にて用いられる半導体ウエハを表す。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る面実装構造体形成方法の工程を表す。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る面実装構造体形成方法の工程を表す。
【図４】実施例および比較例で使用した樹脂材料についての溶融粘度測定の結果を表す。
【図５】従来のフリップチップ接合方法の一例を表す。
【図６】従来のフリップチップ接合方法の他の例を表す。
【図７】フリップチップ接合において従来の樹脂フィルムを使用する場合の工程を表す。
【図８】フリップチップ接合において溶融粘度の低い樹脂フィルムを使用した場合の工程を表す。
【符号の説明】
１        半導体ウエハ
１０      半導体チップ
１０’    半導体素子
１１      バンプ電極
２０，２０’      封止樹脂フィルム
２１，２１’      低溶融粘度樹脂層
２２，２２’      高溶融粘度樹脂層
２３，２３’      封止樹脂材
３０      配線基板
３１      電極パッド
３２      バンプ電極
４０      マザーボード
４１      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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