(57)【要約】【課題】狭実装ピッチ、薄型半導体チップに対応した高信頼性を有する半導体パッケージを高歩留りで製造することが可能となるフリップチップ実装方法を提供する。【解決手段】半導体チップ１のパッド上に形成された半田バンプ２を樹脂フィラー３を介して回路基板６の接続パッド４にアライメント搭載し、半導体チップ１の上方から荷重を負荷した後（図１（ｂ））、加熱を行い半田バンプ２を溶融して回路基板６の接続パッド４に接合するとともに、半田中に樹脂フィラー３を分散させる（図１（ｃ））。【選択図】図１
2008091650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップのパッド上に形成された半田バンプを回路基板の接続パッドに溶融接合するフリップチップ実装方法であって、
前記半田バンプを樹脂フィラーを介して前記回路基板の前記接続パッドにアライメント搭載し、前記半導体チップの前記パッドが形成されている面とは反対側の面から荷重を負荷する荷重負荷工程と、
加熱を行い前記半田バンプを溶融して前記回路基板の前記接続パッドに接合するとともに、半田中に前記樹脂フィラーを分散させる接合工程と、
前記半導体チップと前記回路基板との間に形成される空間に樹脂を封止する封止工程と、
を備えることを特徴とするフリップチップ実装方法。
【請求項２】
請求項１記載のフリップチップ実装方法であって、前記荷重負荷工程よりも前に、前記半田バンプに前記樹脂フィラーを付着させる工程を備えた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記載のフリップチップ実装方法であって、前記荷重負荷工程よりも前に、前記回路基板の前記接続パッドに前記樹脂フィラーを付着させる工程を備えたことを特徴とするフリップチップ実装方法。
【請求項４】
請求項１記載のフリップチップ実装方法であって、前記荷重負荷工程よりも前に、前記半田バンプの先端形状を平坦化させる工程を備えたことを特徴とするフリップチップ実装方法。
【請求項５】
請求項２記載のフリップチップ実装方法であって、前記半田バンプに前記樹脂フィラーを付着させる工程よりも前に、前記半田バンプの先端形状を平坦化させる工程を備えたことを特徴とするフリップチップ実装方法。
【請求項６】
請求項３記載のフリップチップ実装方法であって、前記荷重負荷工程よりも前に、前記半田バンプの先端形状を平坦化させる工程を備えたことを特徴とするフリップチップ実装方法。
【請求項７】
請求項１記載のフリップチップ実装方法であって、前記荷重負荷工程よりも前に、前記半田バンプの先端形状を平坦化させると同時に、あるいは平坦化後に、その平坦化された面に凹凸を形成する工程を備えたことを特徴とするフリップチップ実装方法。
【請求項８】
請求項２記載のフリップチップ実装方法であって、前記半田バンプに前記樹脂フィラーを付着させる工程よりも前に、前記半田バンプの先端形状を平坦化させると同時に、あるいは平坦化後に、その平坦化された面に凹凸を形成する工程を備えたことを特徴とするフリップチップ実装方法。
【請求項９】
請求項３記載のフリップチップ実装方法であって、前記荷重負荷工程よりも前に、前記半田バンプの先端形状を平坦化させると同時に、あるいは平坦化後に、その平坦化された面に凹凸を形成する工程を備えたことを特徴とするフリップチップ実装方法。
【請求項１０】
半導体チップのパッドと回路基板の接続パッドが半田を介して電気的に接続されている半導体パッケージであって、接続部の半田中に樹脂フィラーが分散していることを特徴とする半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半田接合方式のフリップチップ実装方法と、そのフリップチップ実装方法を用いて製造される半導体パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯情報機器等の電子機器の更なる小型、薄型、軽量化が要請されており、それに伴い、電子機器に搭載する半導体パッケージの更なる高密度化、高機能化が要請されている。また、同時に、半導体チップの高性能化に伴い、半導体パッケージは多ピン化の傾向が著しく、動作周波数に関しても益々高周波数化してきている。このような要請に応えるために、半導体チップをフリップチップ実装した半導体パッケージが開発されている。
【０００３】
フリップチップ実装は、半導体チップの出力電極を下向きにして回路基板の電極と電気的に接続する工法である。このフリップチップ実装方法によれば、実装面積を最小限にすることができる。さらに、半導体チップと回路基板とを最短距離で接続するため、高周波特性等の電気的特性に優れた半導体パッケージを製造できる。フリップチップ実装方法としては、現在、多種多様な方法が提案されている。それぞれ生産性やコストの点で工夫が凝らされ、大きくは接触接合型と金属接合型に分類される。
【０００４】
接触接合型は、電気的接続を接触で得るため、接続抵抗値は高くなるが、各種基板材料への適用が容易で、環境にやさしい接合方法であるという長所がある。一方、金属接合型は、主に、半田接合方式で代表され、接続抵抗値が低く、高信頼性を有するという長所がある。
【０００５】
半田接合方式のフリップチップ実装方法としては、Ｃ４（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｏｌｌａｐｓｅ  Ｃｈｉｐ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）プロセスが代表的な方法として挙げられる。
【０００６】
図４は、従来の半田接合方式のフリップチップ実装方法の工程説明図である。
図４において、１は半導体チップ、２は半田バンプ、４は接続パッド、５はソルダレジスト、６は回路基板、７は封止樹脂、１０はフラックスである。
【０００７】
まず図４（ａ）に示すように、半導体チップ１と回路基板６を用意し、回路基板６にフラックス１０を塗布する。半導体チップ１の図示しないパッド上には半田バンプ２が形成されている。一方、回路基板６の表面には接続パッド４、ソルダレジスト５、および図示しない配線パターンが形成されている。
【０００８】
次に図４（ｂ）に示すように、半導体チップ１のパッドと回路基板６の接続パッド４を位置合わせして、半田バンプ２を接続パッド４にアライメント搭載する。次に図４（ｃ）に示すように、リフロー炉にて半導体チップ１、半田バンプ２、回路基板６等の構成部材全体を加熱し、半田バンプ２を溶融させることで半導体チップ１のパッドと回路基板６の接続パッド４とを半田を介して電気的に接続する。
【０００９】
次に図４（ｄ）に示すように、フラックス洗浄を行い、フラックス１０の残渣を除去した後、図４（ｅ）に示すように、半導体チップ１と回路基板６との間に形成される空間を封止樹脂７で封止する。
【００１０】
しかしながら、上記従来のフリップチップ実装方法では、リフロー時に構成部材全体が加熱され、高温時に半導体チップの半田バンプが溶融接合してから常温に戻る過程で、半導体チップと回路基板の熱膨張率の違いから、ひずみが生じ、半田バンプに応力が集中して、半導体チップと回路基板間の接続部、あるいは半導体チップの回路素子や層間絶縁膜等へダメージを与え、半導体パッケージの信頼性を低下させるという問題があった。
【００１１】
また、半田バンプのリフローによる溶融接合に際して、フラックスが酸化膜除去等の作用により接合に寄与する一方で、そのフラックスの残渣をフラックス洗浄で全て除去できず、その残渣が、その後の樹脂封止の工程において封止樹脂の流動性を阻害したり、回路基板のパターン間、半導体チップのバンプ間の絶縁信頼性を低下させ、半導体パッケージの信頼性を低下させるという問題があった。この問題は、特に実装ピッチの狭小化が進むにつれて顕著に現れる。
【００１２】
さらに、近年、実装ピッチの狭小化および半導体チップの薄型化が要請されているが、従来のフリップチップ実装方法では、実装ピッチの狭小化および半導体チップの薄型化が進むと、半田バンプの高さばらつきや、実装時の半導体チップおよび回路基板の平坦性（コプラナリティ）の変動の影響を回避することができず、そのため接続が安定せず、実装歩留まりが低下するという問題があった。
【００１３】
これらに対しては、バンプ表面に金属層を散在させるように形成しておき、半導体チップを回路基板上に搭載して半導体チップを上方から押圧することで、バンプ表面の酸化膜を金属層で破壊する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法によれば、フラックスを使用せずに接合を実現することができる。さらには、半導体チップを上方から押圧するので、半田バンプを押しつぶしてそのばらつきを無くすとともに、半導体チップおよび回路基板を平坦な状態に戻すことができる。しかしながら、この方法では、バンプ表面に金属層を形成しなければならず、蒸着等のプロセスにより形成することから、高コストになるという問題があった。
【特許文献１】特開平９−１６７７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記問題点に鑑み、半導体チップのパッド上に形成された半田バンプを樹脂フィラーを介して回路基板の接続パッドにアライメント搭載し、半導体チップのパッドが形成されている面とは反対側の面から荷重を負荷した後、加熱を行い半田バンプを溶融して回路基板の接続パッドに接合するとともに半田中に樹脂フィラーを分散させることにより、狭実装ピッチ、薄型半導体チップに対応した高信頼性を有する半導体パッケージを高歩留りで製造することが可能となるフリップチップ実装方法、およびフリップチップ実装方法を用いて製造される半導体パッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の請求項１記載のフリップチップ実装方法は、半導体チップのパッド上に形成された半田バンプを回路基板の接続パッドに溶融接合するフリップチップ実装方法であって、前記半田バンプを樹脂フィラーを介して前記回路基板の前記接続パッドにアライメント搭載し、前記半導体チップの前記パッドが形成されている面とは反対側の面から荷重を負荷する荷重負荷工程と、加熱を行い前記半田バンプを溶融して前記回路基板の前記接続パッドに接合するとともに、半田中に前記樹脂フィラーを分散させる接合工程と、前記半導体チップと前記回路基板との間に形成される空間に樹脂を封止する封止工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項２記載のフリップチップ実装方法は、請求項１記載のフリップチップ実装方法であって、前記荷重負荷工程よりも前に、前記半田バンプに前記樹脂フィラーを付着させる工程を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項３記載のフリップチップ実装方法は、請求項１記載のフリップチップ実装方法であって、前記荷重負荷工程よりも前に、前記回路基板の前記接続パッドに前記樹脂フィラーを付着させる工程を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項４記載のフリップチップ実装方法は、請求項１記載のフリップチップ実装方法であって、前記荷重負荷工程よりも前に、前記半田バンプの先端形状を平坦化させる工程を備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項５記載のフリップチップ実装方法は、請求項２記載のフリップチップ実装方法であって、前記半田バンプに前記樹脂フィラーを付着させる工程よりも前に、前記半田バンプの先端形状を平坦化させる工程を備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の請求項６記載のフリップチップ実装方法は、請求項３記載のフリップチップ実装方法であって、前記荷重負荷工程よりも前に、前記半田バンプの先端形状を平坦化させる工程を備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の請求項７記載のフリップチップ実装方法は、請求項１記載のフリップチップ実装方法であって、前記荷重負荷工程よりも前に、前記半田バンプの先端形状を平坦化させると同時に、あるいは平坦化後に、その平坦化された面に凹凸を形成する工程を備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の請求項８記載のフリップチップ実装方法は、請求項２記載のフリップチップ実装方法であって、前記半田バンプに前記樹脂フィラーを付着させる工程よりも前に、前記半田バンプの先端形状を平坦化させると同時に、あるいは平坦化後に、その平坦化された面に凹凸を形成する工程を備えたことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の請求項９記載のフリップチップ実装方法は、請求項３記載のフリップチップ実装方法であって、前記荷重負荷工程よりも前に、前記半田バンプの先端形状を平坦化させると同時に、あるいは平坦化後に、その平坦化された面に凹凸を形成する工程を備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の請求項１０記載の半導体パッケージは、半導体チップのパッドと回路基板の接続パッドが半田を介して電気的に接続されている半導体パッケージであって、接続部の半田中に樹脂フィラーが分散していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、狭実装ピッチ、薄型半導体チップに対応した高信頼性を有する半導体パッケージを高歩留りで製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について図面とともに詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態１におけるフリップチップ実装方法の工程説明図である。図１において、１は半導体チップ、２は半田バンプ、３は樹脂フィラー、４は接続パッド、５はソルダレジスト、６は回路基板、７は封止樹脂、８はボンディングツールである。
【００２７】
まず図１（ａ）に示すように、半導体チップ１と回路基板６を用意し、半導体チップ１の図示しないパッド上に形成されている半田バンプ２に樹脂フィラー３を付着させる。回路基板６は例えばガラス織布エポキシ樹脂製配線基板であり、その表面には接続パッド４、ソルダレジスト５、および図示しない配線パターンが形成されている。このように半田バンプ２に樹脂フィラー３を付着させることで、必要な部分にのみ、無駄なく、効率よく、樹脂フィラーを付着させることができる。
【００２８】
ここで、樹脂フィラーを半導体チップのパッド上に形成された半田バンプに付着させる方法は、特に限定されるものではないが、例えば、樹脂フィラーと溶剤とを少なくとも含むペーストを製膜し、形成された膜上に半田バンプを押し付けて樹脂フィラーを付着させる転写法を用いることができる。図１（ａ）では、樹脂フィラー３と溶剤とを少なくとも含むペースト膜が半田バンプ２上に付着している様子を表している。
【００２９】
次に図１（ｂ）に示すように、半導体チップ１のパッドと回路基板６の接続パッド４を位置合わせして、半田バンプ２を樹脂フィラー３を介して回路基板６の接続パッド４にアライメント搭載するとともに、ボンディングツール８により半導体チップ１のパッド形成面とは反対側の面から荷重を負荷して、樹脂フィラー３を変形させる（荷重負荷工程）。
【００３０】
ここで、荷重は、半田バンプ２の高さばらつきや、実装時の半導体チップ１および回路基板６の平坦性（コプラナリティ）の変動の影響を回避するために、ある一定値以上負荷する必要があるが、少なくとも半導体チップ１及び半田バンプ２にダメージが加わらない程度には制限する。
【００３１】
続いて、一定荷重値に到達したら、ボンディングツール８による加熱を行い、図１（ｃ）に示すように、半田バンプ２を溶融して接続パッド４に接合させることで、半導体チップ１のパッドと回路基板６の接続パッド４とを半田を介して電気的に接続する（接合工程）。この半田バンプ２の溶融時に、樹脂フィラー３が上記荷重による変形の反発として移動することにより半田バンプ２表面の酸化膜が破壊され接合される。このとき、半田バンプ中に絶縁性を有する樹脂フィラー３が分散する。
【００３２】
次に図１（ｄ）に示すように、半導体チップ１と回路基板６との間に形成される空間を封止樹脂７で封止する（封止工程）。以上の工程により、図１（ｄ）に示す、半導体チップ１のパッドと回路基板６の接続パッド４とが半田を介して電気的に接続された半導体パッケージを製造することができる。なお、半導体パッケージの構造としては、これに限らず、本発明は、例えばチップが積層された構造の半導体パッケージや、パッケージが積層された構造の半導体パッケージや、モールド樹脂がチップを覆う構造の半導体パッケージなどにも適用できる。
【００３３】
本実施の形態１におけるフリップチップ実装方法によれば、樹脂フィラー３を介した状態で半田バンプ１を回路基板６の接続パッド４にアライメント搭載するとともに荷重を負荷することで、半田バンプ２の高さばらつきや、実装時の半導体チップ１および回路基板６の平坦性（コプラナリティ）の変動の影響を回避でき、実装歩留まりが向上する。すなわち、半導体チップ１の裏面側（上方）から荷重を負荷するので、半田バンプ２を押しつぶしてそのばらつきを無くすとともに、半導体チップ１および回路基板６を平坦な状態に戻すことができる。
【００３４】
さらに、フィラーが樹脂であるので、荷重による変形の反発として半田バンプの溶融時に樹脂フィラーが移動することにより半田バンプ表面の酸化膜を破壊することができ、より低荷重（低ストレス）で、効率よく酸化膜を破壊でき、フラックスレスでの接続を実現することができる。
【００３５】
また、半田バンプの溶融接合時に半田バンプ中に樹脂フィラーが分散するので、半田バンプの溶融接合時の加熱冷却過程で、半導体チップと回路基板の熱膨張率の違いから、ひずみが生じ、半田バンプに応力が集中しても、その応力は半田バンプ内に分散された樹脂フィラー部で緩和されるので、半導体チップと回路基板間の接続部、あるいは半導体チップの回路素子や層間絶縁膜等へのダメージを減少させることができ、高信頼性を有する半導体パッケージを製造することができる。
【００３６】
また、封止樹脂７により、半導体チップ１と回路基板６との熱膨張率の違いにより半導体チップ１と回路基板６との間で応力が生じたとしても、半田バンプ２のみに応力が集中することが防止され、実装信頼性を向上させることができる。
【００３７】
以上のように、本実施の形態１におけるフリップチップ実装方法によれば、狭実装ピッチ、薄型半導体チップに対応した半導体パッケージを、低ストレス、高歩留まりで製造できる。
【００３８】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について図面とともに詳細に説明する。
図２は、本発明の実施の形態２におけるフリップチップ実装方法の工程説明図である。但し、前述の実施の形態１で説明した部材と同一の部材については同一符号を付してその説明を省略する。
【００３９】
本実施の形態２では、半田バンプに樹脂フィラーを付着させるのではなく、図２（ａ）に示すように回路基板６の接続パッド４に樹脂フィラー３を付着させる点が前述の実施の形態１と異なる（図１（ａ）を参照。）。
【００４０】
ここで、樹脂フィラーを回路基板の接続パッドに付着させる方法は、特に限定されるものではないが、例えば、樹脂フィラーと溶剤とを少なくとも含むペーストを作製し、スクリーン印刷法、ステンシル印刷法で所定の接続パッド上に付着させることができる。図２（ａ）では、樹脂フィラー３と溶剤とを少なくとも含むペースト膜が回路基板上に付着している様子を表している。
【００４１】
図２（ｂ）〜図２（ｄ）に示す工程は、図１（ｂ）〜図１（ｄ）を用いて説明した工程と同じであるので、説明を省略する。以上の工程により、図２（ｄ）に示す実施の形態１と同様の半導体パッケージを製造することができる。
【００４２】
本実施の形態２におけるフリップチップ実装方法によれば、樹脂フィラー３を付着させる動作を、半田バンプ２と回路基板６の接続パッド４とを接合させる動作と分離できるので、実装タクトの短縮が可能となり、より高い生産性を実現できる。
【００４３】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について図面とともに詳細に説明する。
図３は、本発明の実施の形態３におけるフリップチップ実装方法の工程説明図である。但し、前述の実施の形態１で説明した部材と同一の部材については同一符号を付してその説明を省略する。図３において、９はレベリングステージである。
【００４４】
本実施の形態３では、半田バンプ２に樹脂フィラー３を付着させる工程よりも前に、図３（ａ）に示すように半田バンプ２の先端形状を平坦化させる工程を含む点が前述の実施の形態１と異なる。
【００４５】
ここで、半田バンプの先端形状を平坦化させる方法は、特に限定されるものではないが、例えば図３（ａ）に示すように、常温もしくは一定温度に設定したレベリングステージ９上に半導体チップ１の半田バンプ２を一定荷重で押し付けることで実現できる。あるいは、金属接合しない、例えばセラミック基板上に、従来の半田接合方式と同様に半導体チップ１を実装し、半田バンプ２の融点以下で半導体チップを取り出すことでも実現できる。また、図示しないが、半田バンプ２の先端形状を平坦化させると同時に、平坦化された面に凹凸を形成することが望ましい。なお、半田バンプ２の先端形状を平坦化させた後に、平坦化された面に凹凸を形成してもよい。
【００４６】
図３（ｂ）〜図３（ｅ）に示す工程は、図１（ａ）〜図１（ｄ）を用いて説明した工程と同じであるので、説明を省略する。以上の工程により、図３（ｅ）に示す実施の形態１と同様の半導体パッケージを製造することができる。
【００４７】
なお、ここでは先端形状が平坦化された半田バンプに樹脂フィラーを付着させる場合を例に説明したが、前述の実施の形態２と同様に、樹脂フィラーを回路基板の接続パッドに付着させてもよい。この場合、荷重負荷工程（図２（ｂ））よりも前に半田バンプの先端形状を平坦化しておけばよい。
【００４８】
本実施の形態３におけるフリップチップ実装方法によれば、半田バンプ２の平坦化された面に対して垂直方向に樹脂フィラー３を押し付けることになるので、樹脂フィラー３による酸化膜破壊を効率よく行うことが可能になる。よって、酸化膜除去を効率よく行うことができるので、余分な荷重を負荷することなく、より低ストレスで半導体チップを実装することができ、実装歩留まりの向上を実現することができる。また、半田バンプ２の平坦化された面に凹凸を形成することで、前述した実施の形態１のように半田バンプ２へ樹脂フィラー３を付着させる時に（図１（ａ）参照。）、効率よく樹脂フィラー３を付着させることが可能になる。
【００４９】
また、本実施の形態１ないし３におけるフリップチップ実装方法により製造した半導体パッケージは、図１（ｄ）、図２（ｄ）、図３（ｅ）に示すように、接続部の半田中に絶縁性を有する樹脂フィラー部が分散している構成となる。この構成により、荷重負荷時に接続部に加わる応力が半田バンプ２内に分散された樹脂フィラー部で緩和されるので、結果、接続部周辺の半導体チップ等へのストレスを緩和することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明にかかるフリップチップ実装方法、および半導体パッケージは、狭実装ピッチ、薄型半導体チップに対応した高信頼性を有する半導体パッケージを高歩留りで実現でき、電子機器の更なる小型、軽量、薄型化のために有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるフリップチップ実装方法の工程説明図
【図２】本発明の実施の形態２におけるフリップチップ実装方法の工程説明図
【図３】本発明の実施の形態３におけるフリップチップ実装方法の工程説明図
【図４】従来の半田接合方式のフリップチップ実装方法の工程説明図
【符号の説明】
【００５２】
１      半導体チップ
２      半田バンプ
３      樹脂フィラー
４      接続パッド
５      ソルダレジスト
６      回路基板
７      封止樹脂
８      ボンディングツール
９      レベリングステージ
１０      フラックス
【図１】
2008091650.tif 000003
【図２】
2008091650.tif 000004
【図３】
2008091650.tif 000005
【図４】
2008091650.tif 000006