(57)【要約】【課題】　半導体素子の電極ピッチが狭い場合も安定してフリップチップ実装できるようにする。【解決手段】　突起電極５が形成された半導体素子７を導電性樹脂６を用いて回路基板１上に実装したフリップチップ実装体を、半導体素子７の突起電極５が接続された回路基板１上の回路電極４が、電極材料２の膜を焼成することによって周縁部が基板表面から離間する方向に反った凹状に形成され、電極４，５どうしの当接に先立っていずれかの電極４，５に配置された導電性樹脂６を凹面に保持した構造とする。回路電極４の凹面を受け皿として、導電性樹脂６のはみ出しを防止することができ、ショートの発生を回避できる。【選択図】　　図１
2004120000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　突起電極が形成された半導体素子を導電性樹脂を用いて回路基板上に実装したフリップチップ実装体であって、前記半導体素子の突起電極が接続された回路基板上の回路電極は、電極材料膜を焼成することにより周縁部が基板表面から離間する方向に反った凹状に形成され、電極どうし当接させるに先立っていずれかの電極に配置された前記導電性樹脂を当接後も凹面に保持したフリップチップ実装体。
【請求項２】
　突起電極が形成された半導体素子を導電性樹脂を用いてフリップチップ実装するための回路基板であって、前記半導体素子の突起電極が接続される回路電極は、電極領域に成膜した電極材料膜を焼成することにより周縁部が基板表面から離間する方向に反った凹状に形成され、電極どうし当接させるに先立っていずれかの電極に配置される前記導電性樹脂を当接後も凹面に保持するように構成された回路基板。
【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体およびそのための回路基板に関し、詳しくはフリップチップ実装に適した電極構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
　近年、電子回路は高密度化が進んでおり、実装されるデバイスには面積および接続抵抗の低減が強く求められている。高密度実装を達成する１つの手段にフリップチップ実装があり、そのための実装方法が各種あるなかで、リペアの容易さや近年クローズアップされている無鉛化を考えると、ＳＢＢ方式（Stud Bump Bonding ）は望ましい工法である。ＳＢＢ方式とは、半導体素子上に金などの材料を用いてワイヤーボンディング手法により突起電極を形成し、その突起電極と回路基板上の電極とを導電性樹脂により接続する工法である。
【０００３】
　図３は従来のフリップチップ実装体を示す。実装に際しては、回路基板１１上にスクリーン印刷などの方法によってペースト状電極材料を印刷し、この電極材料が焼結する温度で回路基板１１を焼成することにより、回路基板１１上に回路電極１２を形成する。一方で、半導体素子１３上にワイヤーボンディングなどの方法により突起電極１４を形成し、その突起電極１４上に転写などの方法によって導電性樹脂１５の層を形成する。そして、回路基板１１と半導体素子１３とを高精度に位置合わせし、適当な荷重をかけることにより、回路基板１１上に半導体素子１３を実装する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　しかしながら、上記した従来の実装方法には次のような問題があった。第１に、近年は半導体素子１３の電極ピッチが狭くなる一方であり、それに伴って回路基板１１上の電極ピッチも狭くすることが要求されている。ところが、従来のスクリーン印刷方法ではピッチを３００μｍとするのが限界であって、それ以下のピッチでの印刷は非常に困難であり、ショートや断線が多発して歩留まりが低くなる原因となっている。
【０００５】
　第２に、半導体素子１３の電極ピッチが狭くなると、半導体素子１３の突起電極１４上に転写する導電性樹脂１５の量のコントロールが非常に困難になり、特にショートの危険性が増す。ショートを防ぐために導電性樹脂１５の量を従来よりも低減するようにしているが、回路電極１２は電極材料が横に拡がってしまうため、例えば電極ピッチ１００μｍ以下では断面が半円状を呈しており、このような形状の回路電極１２に対してフリップチップ実装を行うと、図３に示したように回路電極１２から導電性樹脂１５がはみ出し、隣接した回路電極１２からはみ出した導電性樹脂１５とショートすることがある。
【０００６】
　このため、半導体素子の電極ピッチが狭い場合も安定してフリップチップ実装できるようにすることが課題となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
　上記課題を解決するために本発明は、(ａ)光重合性物質を含んだペースト状の電極材料を用いて回路基板上に電極材料膜を所定の乾燥膜厚にて形成する工程、(ｂ)電極材料膜を露光し現像する工程、(ｃ)現像した電極材料膜を焼成する工程、(ｄ)上記工程により形成された回路電極上に半導体素子をフリップチップ実装する工程を行なうもので、これにより、回路基板上に周縁部が反った回路電極を形成して、その凹面を受け皿として、導電性樹脂のはみ出しを来たすことなく、半導体素子をフリップチップ実装することが可能になる。その結果、ショートの発生を皆無にすることができ、信頼性の高いフリップチップ実装体を実現できる。
【０００８】
　すなわち、本発明のフリップチップ実装体は、突起電極が形成された半導体素子を導電性樹脂を用いて回路基板上に実装したフリップチップ実装体であって、前記半導体素子の突起電極が接続された回路基板上の回路電極が、電極材料膜を焼成することにより周縁部が基板表面から離間する方向に反った凹状に形成され、電極どうし当接させるに先立っていずれかの電極に配置された前記導電性樹脂を当接後も凹面に保持したことを特徴とする。
【０００９】
　また本発明の回路基板は、突起電極が形成された半導体素子を導電性樹脂を用いてフリップチップ実装するための回路基板であって、前記半導体素子の突起電極が接続される回路電極が、電極領域に成膜した電極材料膜を焼成することにより周縁部が基板表面から離間する方向に反った凹状に形成され、電極どうし当接させるに先立っていずれかの電極に配置される前記導電性樹脂を当接後も凹面に保持するように構成されたことを特徴とする。
【００１０】
　回路基板としてはセラミックを用いることができる。この回路基板には、上記したような半導体素子を搭載するための回路電極を備えた回路はもちろんのこと、半導体素子以外の部品を搭載するための回路や、別の基板への接続のための回路を設けることができる。
【００１１】
　電極材料は少なくとも、金や銀や銅などの金属材料とガラスを無機成分として含み、重合性物質であるモノマーやポリマー、光重合開始剤を有機成分として含有したものを用いる。形成した回路電極の表面にニッケルや金などのメッキを施してもよい。
【００１２】
　半導体素子は、金、アルミニウム、銅、半田などの金属材料で突起電極が形成されたものを用いることができる。突起電極の形成方法は、ワイヤーボンディングやメッキなど、工法を問わない。
【００１３】
　導電性樹脂は、半導体素子上の突起電極と回路基板上の回路電極とを接続する金や銀や銅など導電性成分を含有していればよく、樹脂自体は熱硬化性でも熱可塑性でもよく、その種類は問わない。
【００１４】
　詳細には、上記した工程(ａ)では、回路基板上にペースト状の電極材料を印刷して電極材料膜を形成する。電極材料は半導体素子が実装される実装領域のみ印刷すればよく、それ以外の領域については、従来法により予め回路パターンを形成しておくなどの工法をとればよい。実装領域にベタ印刷すればよいので、従来のスクリーン印刷などのラフな印刷法で十分である。印刷後に電極材料の流動を防ぐために適度な温度で乾燥させる。ただし、乾燥後に所定の膜厚、望ましくは１０〜２０μｍになるように印刷版および印刷条件を設定する。
【００１５】
　工程(ｂ)では、印刷・乾燥後の回路基板に、半導体素子が搭載される電極領域のみ光が透過するように形成されたガラスマスクなどを位置合わせし、波長３２０〜３７０ｎｍの紫外線を３００〜５００ｍＪ照射して、紫外線が透過する電極領域の重合性物質を光重合開始剤により反応開始させてポリマー化させる。適当時間後に未反応の重合性物質が溶解する溶液を用いて基板全体を現像することにより、電極領域以外の膜を除去し、電極領域の膜を残留させる。なおこの時、膜厚を調整しておくことにより、光が届きにくい基板寄り部分の重合性物質を重合不十分のまま残留させ、現像時に非電極領域の膜除去跡から侵食させて、電極領域の電極材料膜を断面形状が台形を呈するように形成する。膜厚が薄いと電極領域の重合性物質が全て重合して台形断面形状が得られないので、前述した膜厚が必要となる。
【００１６】
　工程(ｃ)では、露光・現像後の回路基板を前記電極材料が焼結する温度で焼成して、回路基板上に回路電極を焼き付ける。このとき台形断面形状の電極材料膜がやや収縮するため、形成される回路電極は端部がやや反り返り（この部分はエッジカールと呼ばれる）、断面が円弧状をなる形状となる。焼成後に電極表面の保護を目的としてニッケルや金などのメッキを施してもよい。
【００１７】
　工程(ｄ)では、回路電極が焼き付けられた回路基板上に、突起電極が形成された半導体素子を導電性樹脂を用いてフリップチップ実装する。このときには、回路電極のエッジカールが壁として機能するため、導電性樹脂のはみ出しは防止される。
【発明の効果】
【００１８】
　本発明によれば、回路基板上にエッジカールした回路電極を形成し、この回路電極に半導体素子の突起電極を導電性樹脂を用いて接続するようにしたため、回路電極を受け皿として導電性樹脂のはみ出しを防止することができ、ショートが発生しない、信頼性の高いフリップチップ実装体を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
　以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら具体的に説明する。
　図１は本発明の一実施形態におけるフリップチップ実装体を製造する第１の実装方法を説明する工程断面図である。
【００２０】
　図１(ａ)に示すように、回路基板１上の半導体素子搭載エリアに光重合性物質を含んだペースト状の電極材料２を印刷し、印刷後の電極材料２が流動しないように適度な温度にて乾燥させる。このとき電極材料２は、乾燥後の膜厚が１０〜２０μｍになるように印刷版、条件を設定して印刷する。
【００２１】
　次に、図１(ｂ)に示すように、電極材料２の膜の上に所望の回路パターン形状にて光が透過するように開口部３ａが形成されたガラスマスク３を、回路基板１に対して位置合わせして設置する。ここでは開口部３ａは電極領域に相応する５０μｍ幅、１００μｍピッチである。そして、ガラスマスク３の上方から波長３２０〜３７０ｎｍのＵＶ（紫外線）を３００〜５００ｍＪ照射する。
【００２２】
　このことにより、開口部３ａを通過したＵＶによって、図１(ｃ)に示すように、電極領域２ａの電極材料２で光重合性物質（光重合開始剤，モノマー，ポリマー）が反応してポリマー化が進み、非電極領域２ｂの電極材料２では重合反応は起こらない。回路基板１付近にはＵＶは侵入し難いため、この部分の電極材料２では重合反応は起こりにくい。
【００２３】
　次に、アルカリ性の水溶液などを用いて現像を行なうことにより、重合反応が全く、あるいは十分に起こらなかった電極材料２を溶解・除去する。このことにより、図１(ｄ)に示すように、非電極領域２ｂの電極材料２が除去され、電極領域２ａの電極材料２は、表面付近は浸食されずガラスマスク３の開口部３ａ形状に相応した形状で残留する一方で、回路基板１付近では開口部３ａ形状よりも大きく浸食され、結果として、電極領域２ａの電極材料２の断面は台形を呈する。
【００２４】
　その後に、電極材料２が焼結する温度で回路基板１を焼成することにより、図１(ｅ)に示すように、回路基板１上の電極材料２を回路電極４として焼き付ける。図からわかるように、焼き付けられた回路電極４は、焼成時の電極材料２の収縮によって周縁部が回路基板１から離れる方向に反り入る（エッジカールする）形となり、円弧状の断面を呈する。
【００２５】
　最後に、図１(ｆ)に示すように、突起電極５に導電性樹脂６を転写した半導体素子７を回路基板１上に、突起電極５と回路電極４とが対向するように高精度に位置合わせし、適当な荷重をかけて電極どうし互いに当接させ、この状態で導電性樹脂６を硬化させることにより、半導体素子７のフリップチップ実装を完了する。
【００２６】
　このようにして製造されたフリップチップ実装体では、エッジカールした回路電極４が受け皿となって導電性樹脂６のはみ出しを防ぐので、電極ピッチを１００μｍピッチとした半導体素子７を実装する際も隣接する電極どうしがショートすることはない。
【００２７】
　なおここで、回路電極４についてさらに説明する。
　図１(ｅ)に示したように、回路基板１表面からエッジカールした回路電極４までの最大距離をエッジカール量Ｌと定義すると、エッジカール量Ｌは、図１(ａ)に示した電極材料２の乾燥膜厚に大きく依存する。乾燥膜厚が１０〜２０μｍの場合にはエッジカール量Ｌは２〜１０μｍとなり、回路電極４は受け皿としての機能を果たす。
【００２８】
　これに対し乾燥膜厚を２０μｍ以上とすると、未重合部分が多くなったり、あるいは現像後に消滅すべき非電極領域２ｂで電極材料２が十分除去されず残留し、ショートを引き起こす。逆に乾燥膜厚を１０μｍ以下とすると、エッジカール量Ｌが２μｍ以下となり、受け皿としての機能が充分に発揮されない。
【００２９】
　図２は本発明のフリップチップ実装体を製造する第２の実装方法を説明する工程断面図である。
　図２(ａ)に示すように、第１の実装方法と同様にして、回路基板１上にエッジカールした回路電極４を形成する。次に、回路電極４に相応する部分が開口されたマスクを位置合わせし印刷などの手法を用いて、図２(ｂ)に示すように回路電極４に導電性樹脂６を塗布する。その後に、図２(ｃ)に示すように、回路基板１に対して、突起電極５が形成された半導体素子７を位置合わせし、適当な荷重をかけることにより、半導体素子７のフリップチップ実装を完了する。
【００３０】
　このようにして製造されたフリップチップ実装体でも、第１の実装方法におけるのと同様に、エッジカールした回路電極４が受け皿となって導電性樹脂６のはみ出しを防ぐので、ショートの発生がなくなる。
（実施例）
　本発明構造のフリップチップ実装体を以下の回路基板とＩＣとを用いて製造し、性能を評価した。
【００３１】
　回路基板：低温焼成セラミック多層基板（テストパターン）
　　　　　　基板サイズ：３０×３０×０．６５(ｍｍ)
　　　　　　電極ピッチ：１００（μｍ)
　　　　　　電極数：３６０ピン
　ＩＣ：ダミーＩＣ
　　　　ＩＣサイズ１０×１０×０．５(ｍｍ)
　　　　ＩＣ電極パッドピッチ：１００（μｍ)
　　　　ピン数：３６０ピン
　回路基板上の回路電極は、金属成分として銀を含んだ電極材料を成膜して乾燥膜厚１５μｍとし、約５０μｍ幅の開口部を形成したガラスマスクを用いて露光・現像した後、約８００〜１０００℃で焼成して形成した。得られた回路電極のエッジカールは４μｍであった。表面保護のためＮｉメッキ、Ａｕメッキを施した。ＩＣの突起電極は電極パッド上に金線を用いて形成した。
【００３２】
　ＩＣの実装は、突起電極に金属成分としての銀と樹脂成分としてのエポキシとを含有する導電性樹脂を転写した後、回路基板と位置あわせし、１つの突起電極あたり数ｇの荷重をかけ、導電性樹脂を加熱硬化させることで行った。得られたフリップチップ実装体をショート・オープンについて評価した。結果を従来のフリップチップ実装体と対比して表１に示す。
【００３３】
【表１】
2004120000.tif 000003
　表１からわかるように、本発明のフリップチップ実装体ではオープン、ショートとも全く発生しなかったのに対し、従来のフリップチップ実装体では４／５にショートが発生し、本発明の有効性が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態におけるフリップチップ実装体を製造する第１の実装方法を説明する工程断面図
【図２】同フリップチップ実装体を製造する第２の実装方法を説明する工程断面図
【図３】従来のフリップチップ実装体を示した断面図
【符号の説明】
【００３５】
　１　回路基板
　２　電極材料
　2a　電極領域
　2b　非電極領域
　３　ガラスマスク
　４　回路電極
　５　突起電極
　６　導電性樹脂
　７　半導体素子
　Ｌ　エッジカール量
【図１】
2004120000.tif 000004
【図２】
2004120000.tif 000005
【図３】
2004120000.tif 000006