(57)【要約】【課題】フリップチップ実装方法において、半導体素子と実装基板との距離や平行度を高い精度で制御し、半導体装置としての信頼性を確保すると同時に、汎用的で平易に実用化できる技術を提供する。【解決手段】突起電極を除く半導体素子、又は実装基板の回路面全面に、突起電極と同じ高さであり、前記半導体素子と前記実装基板との距離や平行度を規定する絶縁性、耐熱性があるスペーサーを具備することを特徴とする。また、半導体素子と実装基板とを突起電極を介して接合する前に、液状のスペーサーとなる材料を前記半導体素子、又は前記実装基板に塗布して硬化した後にフリップチップ実装を行う順序であることを特徴とする。加えて、フリップチップ実装機と半導体素子、又は実装基板との間に緩衝材を具備することを特徴とする。【選択図】  図１
2006222405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の電子回路基板と第二の電子回路基板とを突起電極を介して接合するフリップチップ実装方法において、前記突起電極を除く前記第一の電子回路基板、又は前記第二の電子回路基板の対向して接合する回路面全面に、前記突起電極と同じ高さであり、前記第一の電子回路基板と前記第二の電子回路基板との距離や平行度を規定するための絶縁性、耐熱性があるスペーサーを具備することを特徴とするフリップチップ実装構造。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、第一の電子回路基板と第二の電子回路基板とを突起電極を介して接合する前に、前記突起電極を除く前記第一の電子回路基板、又は前記第二の電子回路基板の対向して接合する回路面全面にスペーサーとなる液状の材料を塗布した後に硬化し、絶縁性、耐熱性があるスペーサーを形成して第一の電子回路基板と第二の電子回路基板とを接合することを特徴とするフリップチップ実装方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、フリップチップ実装機と第一の電子回路基板の間、又は第二の電子回路基板との間に緩衝材を具備して接合処理を行うことを特徴とするフリップチップ実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、フリップチップ実装構造および実装方法を用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、フリップチップ実装方法は半導体素子の回路面に突起電極を形成し、実装基板と対向させた状態で加熱／加圧などの物理的な方法で電気的、かつ機械的に接続するものであり、前記半導体素子と前記実装基板との距離や平行度は、前記突起電極の変形度合いなどに影響を与え半導体装置の信頼性に係り非常に重要である。また、前記距離や前記平行度はフリップチップ実装機の性能や装置管理に依存するため、前記フリップチップ実装機の高度な管理は不可欠である。【０００３】  そのため、フリップチップ実装機の管理を容易にし、半導体装置の信頼性を簡便に高める方法として、半導体素子と実装基板との間に絶縁性かつ熱融着性の材質を持ち各突起電極を区切る形状を有する網状スペーサーを挟み込む方法がある。具体的には図４のように、前記網状スペーサーを前記実装基板に位置決めして固定した後に、前記突起電極が形成された前記半導体素子をフリッチチップ実装する方法である。（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
【特許文献１】  特許公開平１１−１４５１９４
【０００５】  また、参考文献１のような網状スペーサーではなく、半導体素子外周部にスペーサーを設ける方法がある。（例えば、特許文献２参照）。【０００６】
【特許文献２】  特許公開２０００−７７４５８
【０００７】  また、電気的に必要な突起電極だけではなく、構造的に安定させるためにダミーの突起電極をスペーサーとして使用する方法がある。（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。【０００８】
【特許文献３】  特許公開平９−１１５９１０
【０００９】
【特許文献４】  特許公開平１０−１５４７２６
【００１０】  また、半導体素子と実装基板との間に存在する材料の中に、絶縁性、緩衝性、かつ耐熱性を有するスペーサーを含めてフリップチップ実装を行い、半導体装置の信頼性を高めようとする方法がある。（例えば、特許文献５参照）。【００１１】
【特許文献５】  特許公開２０００−３２３５２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  上述のように、フリップチップ実装機の性能や管理だけに依存することなく、簡便に半導体素子と実装基板との距離や平行度の制御し、半導体装置の信頼性を高める従来の主な方法としては、ダミー電極を用いる方法とスペーサーを用いる方法の大きく２つの方法があるがそれぞれには課題が存在する。【００１３】  特許文献１のように半導体素子と実装基板との間に網状スペーサーを挟み込む方法では、突起電極の配置が異なる半導体素子ごとに網状スペーサーの設計しなければならず、加えて網状スペーサーは正確な固定が必要であり、前記網状スペーサーの固定に位置ずれや傾きなどがあれば半導体装置としての信頼性の低下が懸念される。さらに、突起電極間には網状スペーサーが入る領域が必要であるため前記突起電極間を広くしなければならず、引いては突起電極数を多くすることができない。さらに、半導体素子回路に対して硬度のあるスペーサーが直接接触するため、スペーサー表面に微小な異物や突起などがあれば前記半導体素子回路を破損する可能性もあり、引いては半導体装置としての信頼性の低下が懸念される。【００１４】  また、特許文献２のように半導体素子外周部にスペーサーを設置する場合、前記半導体素子外周部に突起電極を配置することができなくなり、半導体素子回路面に配置できる突起電極数が減少することになる。さらに、ワイヤーボンディング実装やＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）実装に対応できるように電極パッドを半導体素子外周部に配置した一般的な半導体素子では、特許文献２の方法を用いることはできない。【００１５】  また、特許文献３、４のようにダミー電極を用いる方法では、ダミー電極を設置することを前提にしていない汎用的な市販の半導体素子では、前記ダミー電極を望むべき場所に配置することができない場合がある。また、ダミー電極の配置を前提にする半導体素子では、ダミー電極パッドを配置するため電気的な設計の自由度が低下する場合がある。加えて、ダミー電極が金属で形成されている場合は前記ダミー電極自体も変形するため、半導体素子全体の電極数が少ない場合は前記半導体素子と実装基板との距離や平行度を制御する効果は限定的なものとなり、引いては半導体装置としての信頼性の低下が懸念される。【００１６】  また、特許文献５のように半導体素子と実装基板との間に介在する材料の中に、絶縁性、緩衝性、かつ耐熱性を有するスペーサーを含める場合、前記半導体素子の回路面における前記スペーサーの接触面積が小さいため、前記半導体素子の回路面に局所的な圧力がかかる可能性があり、緩衝性を有するとしても信頼性の低下が懸念される。また、局所的な圧力を低下させようとすれば緩衝性を高めることになり、スペーサーとしての機能が低下する。加えて、半導体素子がスペーサーに対して十分大きければ問題ないが、極端に小さい半導体素子であれば、前記半導体素子と実装基板との間に介在するスペーサーの数が少なくなり、前記半導体素子と前記実装基板との距離や平行度の制御は困難になる。【００１７】  上述のように、突起電極の配置や半導体素子の大きさの異なるあらゆる半導体素子に対して、電気的や構造的な設計に制限を加えることなく、フリップチ��プ実装機の高度な管理を不要としながら、半導体素子と実装基板との距離や平行度を高い精度で制御し、半導体装置としての信頼性を確保すると同時に、汎用的で平易に実用化できる技術を提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】  本発明は、突起電極を除く半導体素子、又は実装基板の回路面全面に、前記突起電極と同じ高さであり、前記半導体素子と前記実装基板との距離や平行度を規定するための絶縁性、耐熱性があるスペーサーを具備することを特徴とする。また、半導体素子と実装基板とを突起電極を介して接合する前に、前記半導体素子、又は前記実装基板に液状のスペーサーとなる材料を塗布した後に硬化し、その後にフリップチップ実装を行う順序であることを特徴とする。加えて、半導体素子と実装基板の平行度はスペーサーにより制御されるため、フリップチップ実装機と半導体素子、又はフリップチップ実装機と実装基板との間に緩衝材を配置することを特徴とする。【００１９】  具体的には、スペーサーとなる粘度の低い液状の材料を、突起電極が形成されたダイシング前の半導体ウェハーに塗布した後に硬化し、所定の厚みとしたスペーサーを前記突起電極を除く半導体素子、又は実装基板の回路面の全面に形成し、前記半導体素子と前記実装基板を接合することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】  本発明により、フリップチップ実装機の管理を簡略化しても、半導体素子、又は実装基板の突起電極を除く全面に形成したスペーサーが前記半導体素子と前記実装基板との距離を規定するため、高い精度で前記距離を一定に保つことができる。さらに、フリップチップ実装機のボンディングヘッドに傾きがあったとしても、スペーサーがあり、かつ前記フリップチップ実装機と半導体素子、又は実装基板の間に緩衝材が存在することから前記半導体素子と前記実装基板との平行度を保つことができる。【００２１】  また、突起電極の間隔が微細化しても、突起電極間に液状のスペーサーとなる材料が入り込んで硬化することから、フリップチップ実装を行っても前記突起電極同士がショートすることはなく、しかも網状スペーサーを配置するための領域を設ける必要がないため、前記突起電極間を狭くすることができ、近年の突起電極の微細化設計に有効である。【００２２】  また、半導体素子、又は実装基板の回路面全面に液状のスペーサーとなる材料を塗布して硬化することから、突起電極の配置設計の異なる半導体素子ごとに網状スペーサーを設計して組み付ける必要はなく、引いては前記網状スペーサーの位置ずれや傾きによる半導体装置としての信頼性低下の懸念もない。【００２３】  また、半導体素子外周部にスペーサーを配置する領域を設ける必要がないため、一般的に市販されている電極パッドが半導体素子外周部にある半導体素子にも対応できる。【００２４】  また、半導体素子全面に均一なスペーサーを形成することから、前記半導体素子自体を物理的に補強する効果もあり、フリップチップ実装時の加圧などによる前記半導体素子の破損を防止することができ、近年の半導体素子の薄型化に対しても有効な対策になる。【００２５】  上述のように、フリップチップ実装機の高度な管理を行うことなく、どのような大きさの半導体素子に対しても、どのような電極パッドの配置の半導体素子に対しても平易で安定したフリップチップ実装を行うことができ、引いては半導体装置の信頼性を確保し、コストダウンの実現にも寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】  以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。【００２７】  図１〜図２は本発明の実施の形態に係り、図１は実施の形態に係るフリップチップ実装構造の概念断面図であり、図２は製造工程を示す図である。なお、図１と図２は第一の電子回路基板に半導体素子を用い、第二の電子回路基板には実装基板を用いたものである。また、半導体素子にスペーサーを形成した後に、実装基板にフリップチップ実装を行う場合の図である。【００２８】  図１に示すように、半導体装置１は半導体素子１１と実装基板２１が接着ペースト４１で機械的に接合され、同時に半導体素子１１に設けられた電極パッド１２と、実装基板２１に設けられた電極パッド２２とが突起電極１３を介して電気的、かつ機械的に接合され、その間に突起電極と同じ高さで形成されたスペーサー３１から構成されている。【００２９】  以上のように構成された半導体装置１の製造方法を図２の（ａ）から（ｇ）に示す。先ず、図２（ａ）のように回路が形成された半導体ウェハー５１上の電極パッド１２に突起電極１３を形成する。突起電極１３の形成はメッキ法でもワイヤーボンディング法でもよい。【００３０】  次に図２（ｂ）のように、突起電極１３が形成された半導体ウェハー２にスペーサーとなる液状の材料６１を塗布する。スペーサーとなる材料としては低粘度のエポキシ樹脂などが好適であり、一例としては、従来のフリップチップ実装を行った後に半導体素子と実装基板との隙間に流しこむアンダーフィルと呼ばれる一般的に市販されているエポキシ樹脂などを用いると良い。【００３１】  次に図２（ｃ）のように、スペーサーとなる液状の材料６１を塗布した半導体ウェハー３を回転テーブル７１上で高速回転させ、スペーサーとなる材料６１の厚みの均質化を図る。この際、材料６１の粘度と回転テーブル７１の回転数の調整により、半導体素子と実装基板との距離となるスペーサーの厚みを所定のものにして、その後に図２（ｄ）のように加熱などの必要な処理により硬化させる。【００３２】  なお、材料６１を突起電極１３が形成された半導体ウェハー２に塗布する際、突起電極１３を避けて塗布することは現実的に困難であり、図２（ｂ）のように本製造工程においては突起電極１３を含めて塗布しても良い。【００３３】  この点が本発明の重要な部分である。通常、突起電極１３表面にスペーサーとなる絶縁性材料の皮膜が形成されると、フリップチップ実装を行った場合に前記皮膜により突起電極１３と実装基板２１の電極パッド２２との電気的接続が阻害されると考えられるが、実際はスペーサー材料６１が低粘度で、かつ半導体ウェハー３を高速で回転させることにより、突起電極１３の頂点部分のスペーサー材料の厚みは極めて薄くなり約１０μｍ程度に制御でき、かつスペーサーの材料はエポキシ樹脂などを使えば緩衝性のない薄くて硬いものとなるから、この状態において加熱／加圧するフリップ実装を行なえば、突起電極１３の頂点部分の皮膜だけが破壊されて実装基板２１の電極パッド２２との電気的接続は可能となる。【００３４】  さらに、突起電極１３を除く部分のスペーサーは、半導体素子回路面の全面に均一な厚みで形成されているため、突起電極１３の頂点部分を除���て実装時に破損することはなく、半導体素子１１と実装基板２１との距離や平行度を精密に制御する。この点が従来の考案と大きく異なるものである。【００３５】  以降、一般的なフリップチップ実装方法と同じように、図２（ｅ）のように液状のスペーサー材料が硬化した半導体ウェハー４からダイシングにより半導体素子５を切り出し、図２（ｆ）のように実装基板２１に接着ペースト４１を塗布し、図２（ｇ）のように突起電極１３とスペーサー３１を具備した半導体素子５を実装基板２１にフリップチップ実装する。【００３６】  図３は、半導体素子とフリップチップ実装機の間に緩衝材を具備したフリップチップ実装方法に関する概略断面図である。【００３７】  従来、半導体素子と実装基板との平行度は、スペーサーやダミー電極を用いなければフリップチップ実装機のボンディングヘッドの傾きに依存していたが、本発明により半導体素子の傾きはスペーサー３１によって制御されることから、図３のようにボンディングヘッド８２の表面に緩衝材９１を配し、半導体素子１１と実装基板２１の平行度をスペーサーに制御させやすいようにしてもよい。【００３８】  具体的には、図３のようにボンディングヘッド８２には半導体素子吸着排気用の穴８３があり、緩衝材８１を介してスペーサーが形成された半導体素子４を吸着保持し、突起電極１３と実装基板２１の電極パッド２２とを位置合わせして加熱／加圧する構成になっている。【００３９】  ここで、ボンディングヘッド８２の表面には緩衝材８１が具備されており、ボンディングヘッド８２の中心線８４と実装基板の中心線８５に傾きがあったとしても緩衝材８１が変形し、スペーサー３１が半導体素子１１と実装基板２１との平行度を保つために、半導体素子１１は実装基板２１に対して平行に実装される。なお、緩衝材としてはシリコン製のゴムなどが耐熱性や緩衝性の観点で好適である。【００４０】  以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。例えば、スペーサーの厚みを上述よりも高い精度で制御したい場合には、スペーサー材料６１の粘度を上述の場合よりも低いものにし、回転テーブル７１の回転数を上述の場合よりも高速にすることにより、硬化したスペーサーの厚みを上述よりも薄いのものにして、この処理を繰り返して薄いスペーサーを積層することにより所定の厚みにしてもよい。【００４１】  また、突起電極をメッキで形成する場合は写真法を用いてレジストに穴を開けて、その部分に突起電極を成長させる方法が一般的であるが、前記レジストをそのままスペーサーとして用いても良い。【００４２】  また、通常フリップチップ実装を行う前に、突起電極の高さを均一にするために平坦な金属物で突起電極を押下するレベリングと呼ばれる工程を行うこともあるが、本発明では高荷重でフリップチップ実装を行うことができるため、前記レベリングの工程を省略してもよい。【００４３】  また、半導体素子と実装基板の接合には接着ペーストではなく異方性導電性樹脂を用いて、突起電極と前記実装基板の電極パッドとの電気的接続の信頼性を高めても良い。【００４４】  また、フリップチップ実装時にボンディングヘッドに超音波を印加して、突起電極表面の皮膜��破壊しやすくして突起電極と実装基板の電極パッドとの電気的接続性を高めても良い。【００４５】  また、フリップチップ実装機に緩衝材を取り付ける際、図３のように半導体素子とボンディングヘッドの間ではなく、実装基板と前記実装基板を固定するステージとの間に設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態に係るフリップチップ実装構造の概念断面図である。
【図２】上記形態に係る製造工程を示す図である。
【図３】フリップチップ実装機に緩衝材を具備する方法に関する概略断面図である。
【図４】従来方法に係る製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】１…半導体装置、２…突起電極が形成された半導体ウェハー、３…液状のスペーサー材料が塗布された半導体ウェハー、４…スペーサー材料が硬化して個辺に切り出された半導体素子、１１…半導体素子、１２…電極パッド、１３…突起電極、２１…実装基板、２２…電極パッド、３１…スペーサー、４１…接着ペースト、５１…半導体ウェハー、６１…液状のスペーサー材料、７１…回転テーブル、８１…緩衝材、８２…ボンディングヘッド、８３…真空吸着排気用穴、８４…ボンディングヘッドの中心線、８５…半導体装置の中心線、９１…網状スペーサー
【図１】
2006222405.tif 000003
【図２】
2006222405.tif 000004
【図３】
2006222405.tif 000005
【図４】
2006222405.tif 000006