(57)【要約】【課題】本発明は、半導体素子の実装方法に関するもので、電気的信頼性の高い実装の実現を目的とする。【解決手段】そして、この目的を達成するために本発明は、まず樹脂シート１０２の上面に電気絶縁性基材１０１を形成し、次にこの電気絶縁性基材１０１の上面にカバーフィルム１１０を形成し、その後このカバーフィルム１１０の上面から前記樹脂シート１０２に達する穴を形成し、次にこの穴に導電性ペースト１０４を充填し、その後前記カバーフィルム１１０を除去し、次に回路基板１０５に接続パッド１０６を形成し、その後この接続パッド１０６と前記穴の開口部とが接するよう前記回路基板１０５と前記電気絶縁性基材１０１とを接合し、次に半導体素子１０７の電極が前記穴内に収まるように前記半導体素子１０７を前記樹脂シート１０２側から前記回路基板１０５に押圧する半導体素子の実装方法としたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
まず樹脂シートの上面に電気絶縁性基材を形成し、次にこの電気絶縁性基材の上面にカバーフィルムを形成し、その後このカバーフィルムの上面から前記樹脂シートに達する穴を形成し、次にこの穴に導電性ペーストを充填し、その後前記カバーフィルムを除去し、次に回路基板に接続パッドを形成し、その後この接続パッドと前記穴の開口部とが接するよう前記回路基板と前記電気絶縁性基材とを接合し、次に半導体素子の電極が前記穴内に収まるように前記半導体素子を前記樹脂シート側から前記回路基板に押圧する半導体素子の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子の実装は、図５の断面図に示されるように行われていた。
【０００３】
図５（ａ）において、電気絶縁性基材からなる回路基板２０１の上面には配線パターン２０２Ａを、回路基板２０１の下面には配線パターン２０２Ｂを形成し、さらに、この配線パターン２０２Ｂの下面には、銅メッキされた外部電極端子２０３を形成する。
【０００４】
そして、孔部２０４が配線パターン２０２Ａ，２０２Ｂ及び回路基板２０１を貫通して設けられ、その孔部２０４に導電性ペースト２０５を配線パターン２０２Ａ側から充填することにより、配線パターン２０２Ａ，２０２Ｂ間の導通をとっている。その後、配線パターン２０２Ａの上に樹脂シート２０６を形成する。
【０００５】
次に、図５（ｂ）のごとく吸着ノズル２０９に吸着された半導体素子２０７に突起バンプ２０８を形成し、その後、突起バンプ２０８と孔部２０４との位置合わせを行う。
【０００６】
さらに、図５（ｃ）のごとく、半導体素子２０７を回路基板２０１側へ押圧し、突起バンプ２０８で樹脂シート２０６を突き破り、導電性ペースト２０５に突起バンプ２０８を埋め込む。その際、吸着ノズル２０９は内蔵されているヒータ２１０により加熱されており、押圧と同時に樹脂シート２０６の加熱・硬化を行う。また、導電性ペースト２０５と突起バンプ２０８とを接触させた後、加熱ツール（図示せず）にて半導体素子２０７または回路基板２０１の少なくとも一方を加熱し、導電性ペースト２０５と突起バンプ２０８が接着される。
【０００７】
これらの工程を経て、図５（ｄ）に示すごとく、半導体素子２０７と回路基板２０１とが電気的に接続されていた。
【０００８】
なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。
【特許文献１】特開平９−３２６４１９号公報
【特許文献２】特開平１２−２０９２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような従来の半導体素子２０７の実装方法では、電気的接続の信頼性が低いことが問題となっていた。
【００１０】
すなわち、上記従来の実装方法においては、突起バンプ２０８を導電性ペースト２０５に埋め込む際に、孔部２０４と樹脂シート２０６、あるいは外部電極端子２０３等とのわずかな隙間から導電性ペースト２０５がはみ出し、周囲に広がることが原因となって、ショートを起こしていた。
【００１１】
また、回路基板２０１の孔部２０４に導電性ペースト２０５を充填する際に、配線パターン２０２Ａの上面が露出した状態となっているため、配線パターン２０２Ａに導電性ペースト２０５が付着し、配線パターン２０２Ａの中でショートを起こしていた。
【００１２】
そこで本発明は、電気的接続の信頼性向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そして、この目的を達成するために本発明は、まず樹脂シートの上面に電気絶縁性基材を形成し、次にこの電気絶縁性基材の上面にカバーフィルムを形成し、その後このカバーフィルムの上面から前記樹脂シートに達する穴を形成し、次にこの穴に導電性ペーストを充填し、その後前記カバーフィルムを除去し、次に回路基板に接続パッドを形成し、その後この接続パッドと前記穴の開口部とが接するよう前記回路基板と前記電気絶縁性基材とを接合し、次に半導体素子の電極が前記穴内に収まるように前記半導体素子と前記樹脂シート側から前記回路基板に押圧する半導体素子の実装方法としたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体素子の実装方法は、導電性ペーストが充填される孔部、あるいは穴部の開口部及び周囲を絶縁樹脂で覆うことにより、突起バンプが導電性ペーストを押し出そうとしても、導電性ペーストが孔部、あるいは穴部からはみ出すことなく半導体素子と回路基板とを電気的接合することができ、電気的接続の信頼性の向上を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における半導体素子の実装方法について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１、図２は本発明の実施の形態１における半導体素子の実装方法を示す断面図である。
【００１７】
まず、図１（ａ）のごとく、樹脂シート１０２の上面に電気絶縁性基材１０１を貼り付ける。このとき、樹脂シート１０２および電気絶縁性基材１０１は完全に硬化させないことが好ましい。次に、後工程図１（ｂ）での穴部１０３の形成時、および後工程図１（ｃ）での導電性ペースト１０４の充填時の電気絶縁性基材１０１の保護として、電気絶縁性基材１０１の上面に、カバーフィルム１１０を設ける。
【００１８】
次に、図１（ｂ）のごとく、樹脂シート１０２に貼り付けられた電気絶縁性基材１０１に樹脂シート１０２まで貫通しないように穴部１０３を形成する。この穴部１０３の形成はＹＡＧレーザで行った。その他エキシマレーザなどを用いても良い。このように、穴部１０３の形成にレーザ加工を用いる場合、電気絶縁性基材１０１のカバーフィルム１１０は、レーザの波長を吸収する特性を有するフィルム材料が用いられ、レーザの波長によりＰＥＴフィルムまたはＰＥＮフィルムを用いると良い。レーザ加工であると、加工時間が短く、量産性に優れるといった効果を有する。なお、穴部１０３の形成には、その他パンチ、ドリルなどを用いることも可能である。
【００１９】
その後、図１（ｃ）のごとく、穴部１０３に導電性ペースト１０４を充填する。この導電性ペースト１０４の充填は、真空雰囲気中においてスクリーン印刷法を用いて行った。このとき、カバーフィルム１１０は電気絶縁性基材１０１に導電性ペースト１０４が付着するのを保護する機能がある。
【００２０】
なお、大気中で導電性ペースト１０４の充填を行う場合には、穴部１０３の中に封じ込まれたエアやガスを除去する脱泡工程を設ければよい。脱泡の方法としては、電気絶縁性基材１０１ごと真空状態に設置し、気圧差によって導電性ペースト１０４の中のエアやガスを除去する真空脱泡や、電気絶縁性基材１０１を振動させることによる脱泡などが挙げられる。
【００２１】
そして、カバーフィルム１１０を剥離し、図１（ｄ）のごとく穴部１０３が回路基板１０５の接続パッド１０６の上に位置するようにアライメントを行い、電気絶縁性基材１０１を回路基板１０５に積層する。
【００２２】
一方、図２（ａ）に示すように半導体素子１０７の下面には電極１０８を設け、さらにその下に突起バンプ１０９を形成する。実施の形態１では上段部と下段部とを有する二段突起形状で金を用いた突起バンプ１０９を用いるが、形状ではボール形状のものや、材料では電気めっき法によるめっきやはんだなどの材料を用いてもよく、その形状、材料、作製においては限定しない。
【００２３】
二段突起形状で金を用いた突起バンプ１０９の作製方法としてはワーヤーボンディング法を用いた。半導体素子１０７の電極１０８に金線の先端に形成したボールを半導体素子１０７の電極１０８に熱圧接することにより二段突起の下段部を形成し、さらにキャピラリを移動させることにより形成した金ワイヤーループをもって二段突起の上段部を形成する。このとき、突起バンプ１０９の高さや形状にばらつきがあっても、回路基板１０５との接続が導電性ペースト１０４を充填した穴部１０３で行われるため確実に接合することができる。また、バンプの先端を細くしていることで、樹脂シート１０２を突き破りやすくしている。さらに、突起バンプ１０９の頭頂部を上から加圧することにより頭頂部の平坦化を行うと良い。
【００２４】
その後、図２（ｂ）に示すごとく、突起バンプ１０９と穴部１０３の位置合わせを行う。
【００２５】
そして、図２（ｃ）のごとく半導体素子１０７を回路基板１０５側へ押圧することにより突起バンプ１０９が樹脂シート１０２を打ち破り、導電性ペースト１０４と突起バンプ１０９とが接触する。この際、突起バンプ１０９により導電性ペースト１０４を圧縮することで、半導体素子１０７と回路基板１０５との間でより安定した電気的接続が確保される。
【００２６】
この時、突起バンプ１０９を導電性ペースト１０４に押圧後、半導体素子１０７または回路基板１０５の少なくとも一方を加熱し、樹脂シート１０２と導電性ペースト１０４の硬化を行う。なお、加熱部分は突起バンプ１０９、樹脂シート１０２、導電性ペースト１０４などでもかまわない。この時、電気絶縁性基材１０１と回路基板１０５との間に介在する樹脂シート１０２が溶融・硬化することで、突起バンプ１０９と導電性ペースト１０４との接合部にかかる応力やひずみを緩和することができ、実装後の電気的信頼性が高まる。
【００２７】
樹脂シート１０２には熱硬化系樹脂を用いた。その他、熱可塑系、または熱硬化系と熱可塑系の混合系からなる樹脂などを用いても良く、この樹脂シート１０２には、金属コートプラスチック粒子や金属粒子等の導電粒子を含んでもよい。
【００２８】
なお、樹脂シート１０２の代わりとして、熱硬化系、熱可塑系、または熱硬化系と熱可塑系の混合系の樹脂からなるペーストを電気絶縁性基材１０１の下面に塗布し、その後、加熱を行うことで半硬化状態の樹脂ペースト（図示せず）を形成しても良い。
【００２９】
電気絶縁性基材１０１にはアラミド不織布に未硬化のエポキシ樹脂を空孔が残るように含浸させたものを用いた。一般的には未硬化のガラスエポキシプリプレグがよく使われるが、本実施の形態のように非圧縮性を有する電気絶縁性基材１０１を用いると、加圧、あるいは加熱により流れ出たエポキシ樹脂成分が空孔を埋める。その結果、電気絶縁性基材１０１が厚み方向に収縮するため、導電性ペースト１０４の圧縮が高まり導電性ペースト１０４の緻密性が増す。したがって、より安定した電気的接続が確保できるという効果が得られる。また、電気絶縁性基材１０１にフィルム基材の両面に接着剤層が設けられたものを用いても良い。この接着成分により樹脂シート１０２と電気絶縁性基材１０１を貼り合わせることもできる。更に、半導体素子１０７が樹脂シート１０２を突き破って導電性ペースト１０４に埋め込まれる際、加圧あるいは加熱を行うことにより接着剤層が厚み方向に収縮するため導電性ペースト１０４をより緻密化させることができる。
【００３０】
導電性ペースト１０４の材料には、バインダに熱硬化性樹脂を用い、フェノール、エポキシなどを用いた。導電性ペースト１０４の中に含まれる導電性粒子には、金、銀、銅、銀パラジウム、ニッケル、およびこれらの合金のうち少なくとも一つからなる金属粉であることが好ましい。これらの導電性粒子は表面に接続を阻害する酸化等の変質層がなく信頼性の高い電気的接続を実現することが可能である。
【００３１】
回路基板１０５としては樹脂多層回路基板を用いることが好ましい。例えば全層インタースティシャルビアホールであるＡＬＩＶＨ基板は耐圧力性が高いため加圧により半導体素子１０７を回路基板１０５に実装する際、半導体素子１０７の実装歩留まりを高くすることができる。また、セラミック回路基板や樹脂とセラミックの混合による回路基板１０５などの絶縁性回路基板を用いても良い。
【００３２】
このような構成により、導電性ペースト１０４が上部を樹脂シート１０２に、下部を接続パッド１０６に、側面は電気絶縁性基材１０１によってふさがれ、密閉された状態で突起バンプを押圧するため、導電性ペースト１０４が穴部１０３からはみ出し、隣接する突起バンプ１０９や導電性ペースト１０４が充填された穴部１０３まで広がることがなくショートすることが無い。したがって、突起バンプ１０９と導電性ペースト１０４による電気接続部を狭ピッチで配置することが可能となり、高密度で半導体素子１０７と回路基板１０５とを電気的に接続でき、電気的信頼性の高い実装が行えるという効果が得られる。
【００３３】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２における半導体素子の実装方法について図面を参照しながら説明する。
【００３４】
図３、図４は本発明の実施の形態２における半導体素子の実装方法を示す断面図である。なお、実施の形態１の構成と同様の構成を有するものに対しては、同一符号を付してその説明を簡略化する。
【００３５】
図３において、実施の形態１と相違する点は、（ａ）から（ｃ）までの工程である。
【００３６】
まず、図３（ａ）のごとく、電気絶縁性基材１０１の両面にカバーフィルム１１０を設け、その後、穴部１０３を形成する。
【００３７】
次に、図３（ｂ）のごとく、この穴部１０３に導電性ペースト１０４を充填する。
【００３８】
その後、カバーフィルム１１０を剥離し、図３（ｃ）のごとく、穴部１０３が形成された電気絶縁性基材１０１と樹脂シート１０２を貼り付ける。
【００３９】
以下、図３（ｄ）から図４（ｃ）までの工程は、実施の形態１と同様である。
【００４０】
このような構成により、穴部１０３を電気絶縁性基材１０１に形成するときに、樹脂シート１０２を貫通しないよう気を配る必要がなく、生産性の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の半導体素子の実装方法は、電気的信頼性の高い実装を実現することができるという効果を有し、各種電子機器に用いられる半導体素子と回路基板との電気的接続に用いられる実装方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明の実施の形態１における半導体素子の実装方法を示す断面図
【図２】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の実施の形態１における半導体素子の実装方法を示す断面図
【図３】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明の実施の形態２における半導体素子の実装方法を示す断面図
【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の実施の形態２における半導体素子の実装方法を示す断面図
【図５】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ従来の半導体素子の実装方法を示す断面図
【符号の説明】
【００４３】
１０１  電気絶縁性基材
１０２  樹脂シート
１０３  穴部
１０４  導電性ペースト
１０５  回路基板
１０６  接続パッド
１０７  半導体素子
１０８  電極
１０９  突起バンプ
１１０  カバーフィルム
【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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