(57)【要約】【課題】  本発明は、厚み精度、位置精度が高く、ボイドの発生が少ない非液状の樹脂材料を使用し、実装時間の短縮を可能とする半導体チップの実装方法を提供とする。【解決手段】  半導体チップを配線基板に非液状の樹脂材料を介して実装する半導体チップの実装方法において、半導体チップの裏面又は配線基板における半導体チップの実装面の少なくともいずれか一方に非液状の樹脂材料を配置し、半導体チップと配線基板とを圧着すると同時に又は半導体チップと配線基板とを圧着した後に、上記樹脂材料に振動を与えることを特徴とする半導体チップの実装方法であり、また、半導体チップの裏面又は配線基板における半導体チップの実装面の少なくともいずれか一方に非液状の樹脂材料を配置し、上記樹脂材料に振動を与えた後に、半導体チップと配線基板とを圧着することを特徴とする半導体チップの実装方法である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを配線基板に非液状の樹脂材料を介して実装する半導体チップの実装方法において、半導体チップの裏面又は配線基板における半導体チップの実装面の少なくともいずれか一方に非液状の樹脂材料を配置し、半導体チップと配線基板とを圧着すると同時に又は半導体チップと配線基板とを圧着した後に、上記樹脂材料に振動を与えることを特徴とする半導体チップの実装方法。
【請求項２】
半導体チップを配線基板に非液状の樹脂材料を介して実装する半導体チップの実装方法において、半導体チップの裏面又は配線基板における半導体チップの実装面の少なくともいずれか一方に非液状の樹脂材料を配置し、上記樹脂材料に振動を与えた後に、半導体チップと配線基板とを圧着することを特徴とする半導体チップの実装方法。
【請求項３】
非液状の樹脂材料が、厚さ１０〜１５０μｍのフィルム状の熱可塑性樹脂又は厚さ１０〜１５０μｍのフィルム状の熱硬化性樹脂である請求項１又は２記載の半導体チップの実装方法。
【請求項４】
フィルム状の熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂を樹脂主成分とするものである請求項１〜３のいずれかに記載の半導体チップの実装方法。
【請求項５】
樹脂材料に与える振動が、周波数１０Ｈｚ〜１００ｋＨｚ、かつ、振幅１ｍｍ以下の範囲である請求項１〜４のいずれかに記載の半導体チップの実装方法。
【請求項６】
振動を与える際の樹脂材料の温度が４０〜２００℃の範囲である請求項１〜５のいずれかに記載の半導体チップの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップの実装方法に関するものであり、詳しくは半導体チップ（半導体素子ともいう）を配線基板に非液状の樹脂材料を介して実装する半導体チップの実装方法に関するものであり、特に、半導体チップの裏面（非アクティブ面）に非液状の樹脂材料が付けられた半導体チップをこの非液状の樹脂材料を介して配線基板に実装させるダイボンディング工法に好適である。
【背景技術】
【０００２】
ＤＩＰ（デュアル  インライン  パッケージ）、ＳＯＰ（スモール  アウトライン  パッケージ）、ＱＦＰ（クワッド  フラット  パッケージ）、ＢＧＡ（ボール  グリッド  アレイ）、ＣＳＰ（チップ  サイズ  パッケージ）に代表される半導体パッケージを構成する材料の中で、半導体チップとリードフレームや配線基板を接着する方法は銀ペースト材料を用いた実装方法が多く用いられている。銀ペーストはディスペンス方式でリードフレームや配線基板に塗布し、半導体チップの仮圧着も容易にでき、優れた生産性を示す反面、液状であるために接着厚み精度、塗布位置精度及びボイドレスのコントロールが難しいという問題があった。
【０００３】
また、近年エリアアレイタイプのチップサイズパッケージが登場し、携帯機器の軽薄短小化に大きく貢献している。このようなパッケージは、半導体チップと被接着面のフィレットエリアは最小面積が求められると共に、チップ接着面は完全に接着層に覆われることとなる。この場合、形成された接着層内部にボイドが生じてしまうと耐湿信頼性やパッケージクラックに大きく影響を及ぼすことから、ボイドフリーであることが好ましい。以上の経緯から、より高い位置精度の接着剤への要求が高まり、厚み精度、位置精度が高く且つボイドの生じにくい非液状の樹脂材料であるフィルム状樹脂材料が多く用いられるようになってきている。
【０００４】
一方、フィルム状樹脂材料は、液状ではないためペースト材料と比較して配線基板上の配線の凹凸に対する追従性が悪く、追従が良好になるまでの時間を長く要することが確認されている。したがって、フィルム状樹脂材料を用いて短時間での実装が可能となる材料及び工法が求められている。
【０００５】
これまで、フィルム状樹脂材料を用いて、上記課題の克服にあたって、加熱や加圧による検討が多くなされているが、この手法ではフィルム状樹脂材料の熱伝導が悪いということに起因する問題の解決がなされないことから、これを解決する更なる実装方法の改善が望まれていた。
【０００６】
ところで、液状樹脂に振動を与えることでその粘度を低下させることは知られている。例えば、特許文献１では半導体チップ搭載用基板表面に接合された半導体チップについて液状樹脂を用いて被覆する際に、振動を与えながら液状樹脂を塗布することで、被覆領域の精度と液状樹脂表面の平坦化の両立を図っている。
【０００７】
また、特許文献２では半導体チップのバンプと基板上の配線電極の接合を行う際に、あらかじめ樹脂を基板上に供給しておき、半導体チップに超音波振動を与えながら行う接合方法が示されている。この特許文献２は、いわゆるフリップチップボンディング装置を用いたフリップチップ工法に関するもので、液状樹脂を用いた場合に適用されることを前提としている。
【０００８】
上記したように、半導体チップのスタック用途や、高度の位置精度が要求されるダイボンディング実装工法の用途には、非液状のフィルム状樹脂材料が主として適用されることから、これらフィルム状樹脂材料が使用される工法の分野で、配線基板における配線の凹凸の追従性を満足させ、高精度かつ短時間で効率よく半導体チップを実装できる実装技術の開発が望まれていた。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１１４２８５号公報
【特許文献２】特開２００１−１７６９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、厚み精度、位置精度が高く、ボイドの発生が少ない非液状の樹脂材料を使用し、実装時間の短縮を可能とする半導体チップの実装方法を提供とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者等は上記課題について鋭意検討した結果、半導体チップと配線基板とをフィルム状樹脂材料などの非液状の樹脂材料を介して実装する際に、この樹脂材料に振動を与えることが、上記問題を解決するのに有効であることを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明は、半導体チップを配線基板に非液状の樹脂材料を介して実装する半導体チップの実装方法において、半導体チップの裏面又は配線基板における半導体チップの実装面の少なくともいずれか一方に非液状の樹脂材料を配置し、半導体チップと配線基板とを圧着すると同時に又は半導体チップと配線基板とを圧着した後に、上記樹脂材料に振動を与えることを特徴とする半導体チップの実装方法である。また、本発明は、半導体チップを配線基板に非液状の樹脂材料を介して実装する半導体チップの実装方法において、半導体チップの裏面又は配線基板における半導体チップの実装面の少なくともいずれか一方に非液状の樹脂材料を配置し、上記樹脂材料に振動を与えた後に、半導体チップと配線基板とを圧着することを特徴とする半導体チップの実装方法である。
尚、本発明において半導体チップの裏面とは、半導体チップの非アクティブ面を表すものとする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、配線パターン等の凹凸を有する配線基板に対して、半導体チップをフィルム状樹脂材料等の非液状の樹脂材料を介して短時間で効率よく実装することができる。また、本発明によれば、振動付与により樹脂材料の粘度を低下させることができるので、実装温度を低く抑えることができ、高温実装で問題となるパッケージの反りを抑えることにも有効である。特に、ダイボンディング工法においては、半導体チップの裏面（非アクティブ面）に所定の非液状樹脂材料が付けられた半導体チップをこの非液状の樹脂材料を介して配線基板に実装させる本発明における半導体チップの実装方法を用いた場合、液状樹脂を用いた場合に必然的に生じる半導体チップ周囲のフィレットを形成しないので、より小さなスペースでの実装が可能であり好適である。
そして、本発明における半導体チップの実装方法によって得られた半導体装置は、使用された樹脂材料の厚み精度や位置精度が高く、また、液状樹脂を用いた場合のように、ボイドの発生もないことから、信頼性に優れた半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について詳述する。
本発明における半導体チップの実装方法については、例えばダイボンダーと呼ばれる実装装置を用いて行うことができ、特に限定されるものではないが、このような実装装置は、振動を発生させる発振子を有しているものであるのがよく、また、配線基板側又は半導体チップ側、あるいはその両方に加熱装置を有しているのがよく、特定周波数を与えることができると共に加熱可能な機構を有している実装装置であるのが好ましい。
【００１４】
本発明においては、先ず、非液状の樹脂材料は、半導体チップの裏面（非アクティブ面）又は、配線基板において半導体チップの実装部分を有する実装面のいずれか一方に配置される。図１は、樹脂材料２が半導体チップ１の裏面に配置された樹脂付半導体チップが、配線基板４において配線パターン３が形成された面と樹脂付半導体チップの樹脂材料面とが向かい合うように配置した状態を表している。非液状の樹脂材料２を半導体チップ１の裏面に配置させる方法としては、例えば、ダイボンディング工法において既に公知の手法を用いることができる。この例につき、非液状の樹脂材料２としてフィルム状樹脂材料２を使用した場合について示せば、半導体チップ１（シリコンウェハ）の裏面に対して上記フィルム状樹脂材料２を重ね、必要に応じて加熱下、圧着し、これをダイシング加工することで半導体チップ１とフィルム状樹脂材料２とが１部品となった樹脂付半導体チップが準備できる。ここでは、フィルム状樹脂材料２を予め半導体チップ１に貼り付ける方法を示したが、その逆の配線基板４側へ貼り付ける方法を採用してもよい。なお、本発明における半導体チップの実装方法は、チップ裏面（非アクティブ面）に樹脂材料２が貼り付けられた状態で準備され、樹脂材料を貼り付けた面が配線基板において配線パターン３が形成された面に向かい合わせて実装される〔チップ表面（アクティブ面）を上にして実装される〕フェイスアップ方式による実装方法に適して用いられる。
【００１５】
本発明において使用する非液状の樹脂材料２としては、常温で定形性を保持する材料であるのが好ましく、その形状としては、常温でフィルム状の形態を示すフィルム状の樹脂材料であるのがより好ましい。このようなフィルム状の樹脂材料については、実装温度でフィルム状樹脂材料の全部を液状に変化させる必要はなく、好ましくはフィルム状の形態を保ったままその周囲のみを軟化させ、半導体チップと配線基板の圧着用材料として使用されるのがよい。また、非液状の樹脂材料２の成分については、樹脂成分を２０重量％以上含有するものが好ましく、この樹脂成分は熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂のいずれであってもよい。本発明においては、ダイボンディングプロセス時の流動性や接着性及び最終的な機械強度の観点から、この樹脂成分としてエポキシ樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂が好ましく使用され、具体的には、エポキシ樹脂を樹脂主成分とする熱硬化性のフィルム状接着材料を非液状の樹脂材料２として使用するのが好ましい。また、この非液状の樹脂材料２の軟化点については、好ましくは６０〜１５０℃であるのがよい。更に、この非液状の樹脂材料２については、目的に応じて、無機充填材として、シリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、銀、カーボン、銅などを含有させてもよい。なお、このフィルム状の樹脂材料については、単一の樹脂から形成された樹脂材料であってもよく、異なる２以上の樹脂を積層した多層の樹脂材料であってもよい。
【００１６】
本発明において非液状の樹脂材料２としてフィルム状樹脂材料を用いる場合には、その厚さが１０〜１５０μｍであるのが好ましい。フィルム状の樹脂材料の厚みが１０μｍより薄くなると半導体チップと配線基板との間でフィルム厚みに対して均等な間隔を保つことが難しく、場合によっては部分的に樹脂層が薄くなってしまうことが懸念され、また、このようなフィルムを入手すること自体も難しい。反対に、フィルム状の樹脂材料の厚みが１５０μｍより厚くなると装置の小型化に不利であり、また、実装時間が長くなる可能性がある。
【００１７】
本発明において、半導体チップ１と配線基板４とを非液状の樹脂材料２を介して実装する際、樹脂材料２に対して振動を与えることが必要である。樹脂材料２に対する振動付与は、直接樹脂材料２に対して行ってもよく、半導体チップ１や配線基板４を介して行ってもよい。また、樹脂材料２に対する振動付与は、半導体チップ１と配線基板４との間に非液状の樹脂材料２を介装してこれらを圧着する前に開始してもよく、半導体チップ１と配線基板４とを圧着すると同時に開始してもよく、あるいは半導体チップ１と配線基板４とを圧着した後に開始してもよい。樹脂材料２に対する振動の付与については、一定時間連続して行うことが配線基板４に半導体チップ１を短時間で実装するのに適するが、間欠的に振動を付与してもよい。半導体チップ１を実装するに好ましい振動付与時間は、０．１〜１０秒、更に好ましくは、０．１〜５秒の範囲である。
【００１８】
樹脂材料２に付与する振動の周波数は、低周波から高周波（超音波領域）まで、具体的には周波数１０Ｈｚ〜１００ｋＨｚまで適用可能であり、特に高周波領域になるほど実装時間は短縮される。振動の振幅の好ましい範囲は１mm以下、特に好ましい範囲は１〜５００μｍの範囲である。また、振動を与える際の樹脂材料の温度については、好ましくは４０〜１６０℃の範囲であるのがよい。
【００１９】
更に、本発明においては、半導体チップ１を配線基板４に実装する際に適当な範囲の圧力で半導体チップ１と配線基板４とを圧着する必要がある。その際、加圧範囲はフィルム状樹脂材料２の特性に依存するものであり、特定の周波数を持つ振動を印加することによってマウント荷重を変更する必要はない。本発明の場合、加圧範囲は０．００１〜１ＭＰａの範囲が好ましい。また、半導体チップ１を配線基板４に実装する際には、実装性を向上させるためにフィルム状樹脂材料２が加熱されることが好ましい。フィルム状樹脂材料２の加熱は、通常、配線基板４又は半導体チップ１の加熱を介して行われる。配線基板４への加熱は、ダイボンダーのステージを加熱する方法で、また、半導体チップ１への加熱は、コレットと呼ばれる保持器具を加熱する方法によって行われる。本発明においては、そのいずれか一方、又は両者を加熱してもよい。また、コレットはチップを加圧するためにも使用される。
【００２０】
本発明における半導体チップの実装方法は、表面に凹凸を有する配線基板４にフィルム状の樹脂材料２を介して半導体チップ１を実装する場合に適するが、配線基板４の凹凸は、通常、配線パターン３によるものであって、その範囲は１００μｍ以下、好ましくは２〜５０μｍ、特に好ましくは５〜４０μｍの範囲である。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
以下の実施例において、非液状の樹脂材料としてはエポキシ樹脂を樹脂主成分とする熱硬化性のフィルム状接着材料を用いた。このフィルム状接着材料の軟化点は８０℃であり、このフィルム状接着材料の硬化後のＴｇは１７５℃である。
【００２２】
［実施例１］
３×３ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの半導体チップの裏面（非アクティブ面）にあらかじめ厚さ８０μｍのフィルム状接着材料を貼り付けておく。
次に、振動付与機構と加熱機構とを有するダイボンダーを用いて配線基板への半導体チップの実装を行う。先ず、ダイボンダーのステージを１００℃に加熱し、その上に配線基板を配置した。次に、この配線基板の所定の位置に対して上記フィルム状接着材料付半導体チップを載せ、この半導体チップの上から０．３ＭＰａで加圧すると同時に６０ｋＨｚの周波数を持つ振動を３秒間付与して実装を完了した。この際、振動は振動付与機構を備えた実装ツールにより半導体チップを介して樹脂層に与えた。その後、温度２００℃で所定の熱硬化処理を行った。
【００２３】
上記実装方法により実装させた配線基板と半導体チップとの実装性について、配線基板への追従性、及び接着性を以下の方法によって評価した。それぞれの結果を表１に示す。
［追従性］
上記で配線基板に実装した半導体チップを配線基板から剥離して、半導体チップの裏面に貼り付けたフィルム状接着材料の表面状態を確認し、実装前における配線基板の表面の凹凸がどの程度この半導体チップの裏面に貼り付けたフィルム状接着材料側に転写されているかを判断し、配線基板への追従性を評価した。配線基板の表面の凹凸を１００%転写している場合を◎、転写できている領域が８０％以上１００%未満の場合を○、転写できている領域が６０%以上８０%未満の場合を△、転写できている領域が６０%未満である場合を×として、４段階で評価した。
［接着性］
上記実装方法で実装した後、半導体チップの配線基板に対する剪断方向での接着力を測定した。測定にはダイシェアテスターを使用し、また、測定条件はマウント後の半導体チップを剪断方向の荷重をかける事により測定した。接着力が１０ｋPａ以上の場合を◎、５ｋＰａ以上１０ｋＰａ未満の場合を○、１ｋＰａ以上５ｋＰａ未満の場合を△、及び１ｋＰａ未満の場合を×として、４段階で評価した。
【００２４】
［実施例２］
実装温度（ステージ温度）を１２０℃とし、実装時間（振動付与時間）を１secとした以外は、実施例１と同様にしてそれぞれの評価を行った。
【００２５】
［実施例３］
実装温度（ステージ温度）を１５０℃とし、実装時間（振動付与時間）を１secとした以外は、実施例１と同様にしてそれぞれの評価を行った。
【００２６】
［比較例１］
半導体チップの実装の際、振動付与を行わなかった以外は、実施例１と同様にしてそれぞれの評価を行った。
【００２７】
［比較例２］
実装温度（ステージ温度）１２０℃、実装する際に半導体チップの上から加える圧力を０．３ＭＰａ、及び実装時間（振動付与時間）３secの各条件で配線基板へ半導体チップの実装を行い、この実装の際、振動を付与しなかった以外は、実施例１と同様にしてそれぞれの評価を行った。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
周波数を印加した実施例１〜３では周波数を印加しない比較例１〜２と比較し、短時間での配線基板のパターン追従性が可能となっている。また、パターン追従性が良好であると共に、基板への接着性も良好であった。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明における半導体チップの実装方法を説明する断面説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  半導体チップ
２  樹脂材料
３  配線パターン
４  配線基板
【図１】
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