(57)【要約】　　　（修正有）【課題】半田ボール配置が容易で、半田接合後の残存フラックスの洗浄除去、及びアンダーフィルの充填などが必要なく、高温、多湿雰囲気でも電気絶縁性を保持し、接合強度、信頼性の高い半田接合を可能とする半導体パッケージ及びその製造方法を提供すること。【解決手段】半導体素子の入出力端子に相当する位置に、半導体素子７とプリント配線板８を接続するための半田ボールが、予め配置されて内蔵されている接着シートの製造方法であって、粘着性を有する第一のドライフィルム上に予め整列配置されたバンプの上に、第２の粘着性を有するドライフィルムを貼り付けることにより、バンプを接着剤中に整列配置させたまま内蔵させる垂直接続用導体バンプ内蔵接着シートの製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の入出力端子に相当する位置に、半導体素子とプリント配線板を接続するための半田ボールが、予め配置されて内蔵されている接着シートの製造方法であって、粘着性を有する第一のドライフィルム上に予め整列配置されたバンプの上に、第２の粘着性を有するドライフィルムを貼り付けることにより、バンプを接着剤中に整列配置させたまま内蔵させることを特徴とする垂直接続用導体バンプ内蔵接着シートの製造方法。
【請求項２】
第１のドライフィルムが感光性を有し、予めボールマウンターにより整列配置されたボールを第１のドライフィルム上に転写・粘着させた後、ボールをマスクとし紫外線を照射する工程を有する請求項１記載の垂直接続用導体バンプ内蔵接着シートの製造方法。
【請求項３】
第１のドライフィルムが紫外線を照射する工程後も接着能力を発現する請求項２記載の垂直接続用導体バンプ内蔵接着シートの製造方法。
【請求項４】
第２のドライフィルムを貼り付ける工程において、真空ラミネーターにより加熱貼り付けられる工程を有する請求項１〜３いずれか記載の垂直接続用導体バンプ内蔵接着シートの製造方法。
【請求項５】
第２のドライフィルムを加熱貼り付ける工程において、第１のドライフィルムの未露光部の溶融粘度が５〜２００Ｐａ・ｓであり、露光部の溶融粘度が５００Ｐａ・ｓ以上である請求項４記載の垂直接続用導体バンプ内蔵接着シートの製造方法。
【請求項６】
第１のドライフィルム及び／又は第２のドライフィルム中に金属酸化膜を還元・除去する成分が含有している、、請求項１〜５いずれか記載の垂直接続用導体バンプ内蔵接着シートの製造方法。
【請求項７】
接着剤の厚みが内蔵するボールの直径の８５％以上１１５％以下である請求項１〜６いずれか記載の垂直接続用導体バンプ内蔵接着シートの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか記載の垂直接続用導体バンプ内蔵接着シートの製造方法で製造された垂直接続用導体バンプ内蔵接着シート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半田ボールを介してプリント配線板と接合される半導体パッケージにおいて、効率よく半田ボールを配置するとともに、半田ボールを樹脂により補強し信頼性の高い半導体パッケージを得るためのものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の高機能化並びに軽薄短小化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化、さらには高密度実装化が進んできており、これらの電子機器に使用される半導体パッケージは、従来にも増して益々小型化かつ多ピン化が進んできている。
【０００３】
半導体パッケージはその小型化に伴って、従来のようなリードフレームを使用した形態のパッケージでは、小型化に限界がきているため、最近では回路基板上にチップを実装したものとして、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ）や、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ　Ｓｃａｌｅ　Ｐａｃｋａｇｅ）等の、エリア実装型の新しいパッケージ方式が提案されている。これらの半導体パッケージにおいて、半導体チップの電極と、従来型半導体パッケージのリードフレームの機能とを有する、半導体搭載用基板と呼ばれるプラスチックやセラミックス等各種絶縁材料と、導体配線で構成される基板の端子との電気的接続方法として、ワイヤーボンディング方式やＴＡＢ（Ｔａｐｅ　Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式、さらにはＦＣ（Ｆｌｉｐ　Ｃｈｉｐ）方式などが知られているが、最近では、半導体パッケージの小型化に有利な、ＦＣ接続方式を用いたＢＧＡやＣＳＰの構造が盛んに提案されている。
【０００４】
ＢＧＡやＣＳＰのプリント配線板への実装には、半田ボールで形成されたバンプによる、半田接合が採用されている。この半田接合には、フラックスが用いられ、ソルダーペーストが併用されることもある。特に半田ボールが使用される理由は、半田供給量を制御し易く、多量の半田を供給できるので、バンプが高くできるためである。また、ＢＧＡやＣＳＰの作製工程における、半導体チップの電極と半導体搭載用基板の端子との電気的接続方法にも、半田接合が使われる場合が多い。
【０００５】
一般に、半田接合には、半田表面と対する電極の金属表面の酸化物などの汚れを除去すると共に、半田接合時の金属表面の再酸化を防止して、半田の表面張力を低下させ、金属表面に溶融半田が濡れ易くするために、半田付け用フラックスが使用される。このフラックスとしては、ロジンなどの熱可塑性樹脂系フラックスに、酸化膜を除去する活性剤等を加えたフラックスが用いられている。
【０００６】
しかしながら、このフラックスが残存していると、高温、多湿時に熱可塑性樹脂が溶融し、活性剤中の活性イオンも遊離するなど、電気絶縁性の低下やプリント配線の腐食などの問題が生じる。そのため現在は、半田接合後の残存フラックスを洗浄除去し、上記問題を解決しているが、洗浄剤の環境問題や、洗浄工程によるコストアップなどの欠点がある。
【０００７】
フラックスの機能は、前記の通り、半田と金属表面の酸化物除去、再酸化防止、そして半田濡れ性向上（表面張力を低下させる）などであり、フラックスが存在し、金属表面が露出していれば、半田は制限なく濡れてしまう。そこで、一般的に半導体パッケージやプリント配線板の回路表面には、半田接合部のみへの半田の導入と、導体配線パターンの保護とのため、ソルダーレジストが使用されている。しかし、このソルダーレジストが半田接合部に残存すると、接続信頼性が低下したり、半田接合できなかったり、という問題が生じるため、ソルダーレジスト形成には、細心の注意が必要である。
【０００８】
また、半導体パッケージの小型化かつ多ピン化は、半田ボールの微細化を促し、接合強度、信頼性の低下が懸念されている。そこで、半田ボール接続部分の信頼性を得るため、チップと基板との間隙に、アンダーフィルと呼ばれる絶縁樹脂を充填して、バンプ接続部分を封止、補強する検討も盛んである。しかし、これには技術的難易度の高いアンダーフィルを充填し、硬化させる工程が必要となるため、製造工程が複雑で製造コストが高くなる問題がある。
【０００９】
さらに、半導体パッケージへの半田ボール配置についても、ボールマウンターやスクリーン印刷による半田ボール配置方法が採用されているが、半田ボールの微細化にともない、その困難さを増している。
このため、接着剤シートの中に、導電性ボールを整列配置させ、これにより半導体素子とプリント配線板との導通を取る試みも行われているが、既存の方法ではボールを接着剤シートの中に導電性ボールを整列配置させるために接着剤シートに予め穴をあけておき、その中に樹脂を配置する方法をとっているため、ボール周辺に空隙が存在し、半導体パッケージとなった後の接続信頼性を低下させることが懸念されている。加えて、半田ボールを用いて金属結合による接合を取ろうとする場合、金属表面の酸化膜除去が出来ず、十分な接合を得ることが出来ない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、半導体パッケージの実装時における、半田接合の現状のこのような問題点に鑑み、半田ボール配置が容易、ソルダーレジストの形成、半田接合後の残存フラックスの洗浄除去、そして、アンダーフィルの充填などが必要なく、高温、多湿雰囲気でも電気絶縁性を保持し、接合強度、信頼性の高い接合を可能とする、垂直接続用導体バンプ内蔵接着シートを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、粘着性のある接着剤ドライフィルム上に、予めボールマウンターにて整列配置されたボールを圧着転写し、その上から同様のドライフィルムを真空ラミネーターで貼り付けることにより、整列配置されたボール周辺に空隙なく接着剤が充填されている接着剤シートを得るものである。
【００１２】
更に、本発明は接着剤が感光性を有しているために、露光部の樹脂の分子量が増大し、加熱時の流動性が低下することを利用し、圧着転写したボールの位置ズレを抑制し、且つ金属酸化膜を還元除去する成分を含有させることにより内蔵されるボール表面及び半導体素子の入出力端子・ＰＣＢ上の接続ランド表面の金属酸化膜を除去し、接続をより確実なものとすることが可能な接着剤シートを得るものである。
【００１３】
即ち本発明は、
（１）半導体素子の入出力端子に相当する位置に、半導体素子とプリント配線板を接続するための半田ボールが、予め配置されて内蔵されている接着シートの製造方法であって、粘着性を有する第一のドライフィルム上に予め整列配置されたバンプの上に、第２の粘着性を有するドライフィルムを貼り付けることにより、バンプを接着剤中に整列配置させたまま内蔵させる垂直接続用導体バンプ内蔵接着シートの製造方法、
（２）第１のドライフィルムが感光性を有し、予めボールマウンターにより整列配置されたボールを第１のドライフィルム上に転写・粘着させた後、ボールをマスクとし紫外線を照射する工程を有する（１）記載の垂直接続用導体バンプ内蔵接着シートの製造方法、
（３）第１のドライフィルムが紫外線を照射する工程後も接着能力を発現する（２）記載の垂直接続用導体バンプ内蔵接着シートの製造方法、
（４）第２のドライフィルムを貼り付ける工程において、真空ラミネーターにより加熱貼り付けられる工程を有する（１）〜（３）いずれか記載の垂直接続用導体バンプ内蔵接着シートの製造方法、
（５）第２のドライフィルムを加熱貼り付ける工程において、第１のドライフィルムの未露光部の溶融粘度が５〜２００Ｐａ・ｓであり、露光部の溶融粘度が５００Ｐａ・ｓ以上である（４）記載の垂直接続用導体バンプ内蔵接着シートの製造方法、
（６）第１のドライフィルム及び／又は第２のドライフィルム中に金属酸化膜を還元・除去する成分が含有している、（１）〜（５）いずれか記載の垂直接続用導体バンプ内蔵接着シートの製造方法、
（７）接着剤の厚みが内蔵するボールの直径の８５％以上１１５％以下である（１）〜（６）いずれか記載の垂直接続用導体バンプ内蔵接着シートの製造方法、（８）（１）〜（７）いずれか記載の垂直接続用導体バンプ内蔵接着シートの製造方法で製造された垂直接続用導体バンプ内蔵接着シート、
である。
【発明の実施の形態】
【００１４】
本発明では、整列配置されたボールを内蔵する接着剤シートを得ることを目的とするが、効率よく、接着剤シート中に空隙なくボールを内蔵するために、２枚の感光性樹脂を含有する接着剤層とベースフィルムからなるドライフィルを用いて接着剤シートを形成する。具体的には、図１に示したように、ボールマウンターのボール配列吸着冶具上（２）に整列配置された半田ボール（３）を、まず第１のドライフィルム（１）の接着剤層上に転写した後、第２のドライフィルムを互いの接着剤層が正対するように貼りあわせる。この際、転写されたボールが張り合わせ時に移動することが無い様、第１のドライフィルムは、転写されたボールをマスクとして紫外線（４）を照射することにより、ボール直下の接着剤層を除く部位を光反応させ、流動性を低下させた後第２のドライフィルム（６）を貼り付ける。この際に接着剤層間及び接着剤−ボール間に空隙が出来ないよう、真空ラミネーターによりラミネートを行う。
【００１５】
このようにして得られた、ボール内蔵接着剤シートは、図２に示したように、第２のドライフィルム側のベースフィルムを除去し、半導体素子（７）の入出力端子と内蔵されたボールの位置が合致するように貼り付けられたのち、第１のドライフィルム側のベースフィルムも除去し、プリント配線板（８）のランドとボールの位置が合致するように貼り付けられ、リフロー炉に投入することにより半導体素子とプリント配線板を電気的に接合する。　ボールによる垂直方向の電気的接合を確実とするため、貼り合わされた２枚のドライフィルムの接着剤樹脂層の合計厚みはボール直径の８５％から１１５％であるこが望ましい。８５％未満であると、ボールにより接着剤層と半導体素子若しくはプリント配線板の接触が阻害され、十分な接着力及び半田ボール補強効果が得られない。また、接着剤層厚みが１１５％を越えると、ボールと半導体素子入出力端子若しくはプリント配線板ランドとの接触が十分に取れず、リフロー炉に投入した後の電気的接続が不十分になったり、貼り付け時に樹脂が流動し、半導体素子側面に這い上がり、貼り付け冶具を汚染し歩留まりを低下させる。
【００１６】
また、第２のドライフィルムを貼り付ける際に、ボールが動き、正規の位置よりずれてしまう場合があるが、これを抑制するため、少なくとも第１のドライフィルムの接着剤樹脂層は感光性を有しており、紫外線を照射されることにより流動性を抑制できる組成であることが必要である。具体的には、ボールマウンターの整列配置用冶具上で配列されたボールを第１のドライフィルム接着剤樹脂層上に転写した後、ここに紫外線を照射することにより、露光部の接着剤樹脂の分子量増大させることにより、樹脂の流動性を低下させ、第２のドライフィルム貼りあわせ時のボール位置ズレを抑制する。一方で、半田ボール直下の接着剤樹脂層は半田ボールにより紫外線が遮蔽されるため、流動性を有しており、第２のドライフィルム貼り付け時にボールが第１のドライフィルム内部にボールが位置ずれなく貫入していく。
【００１７】
また、ボールによる電気的接合を確実にするためには、リフロー炉に投入され、ボールが溶融する際に、ボール、半導体素子の入出力端子、プリント配線板ランドの表面に存在している酸化膜が除去されている必要がある。その為、本発明に用いられるドライフィルムの接着剤樹脂には金属酸化膜を除去する成分が予め添加されていることが好ましい。
この後、必要とあれば接着剤樹脂を加熱し完全に硬化させることにより、半導体素子とプリント配線板が、ボールを介して金属接合により電気的に接合され、接合部が樹脂により補強された、接続信頼性に優れた半導体装置を得ることができる。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例により更に具体的に説明するが、本発明はこれによって何ら限定されるものではない。
【００１９】
実施例１．
フェノールノボラック樹脂（住友ベークライト製：ＰＲ−ＨＦ−３）１４重量部、液状エポキシ樹脂（日本化薬製：ＲＥ８１０ＮＭ）４８重量部、テレフタル酸１２重量部、光反応モノマー（アクロスケミカルズ製：Ａｃｔｉｌａｎｅ４４０）１６重量部、光開始剤（チバスペシャリティーケミカルズ製：イルガキュア６５１）１．２重量部、安息香酸ブチル８．８重量部を混練し、ネガ型感光性樹脂組成物を得た。
【００２０】
次に、このネガ型感光性樹脂組成物を、ＰＥＴフィルム上にコンマコーターにて塗工・乾燥させることにより、厚さ８０μｍのドライフィルムを得た。このドライフィルムの樹脂層上にボールマウンターの整列配置冶具により配列された直径１５０μｍの半田ボールを転写した。
【００２１】
次に、半田ボールが転写された接着剤樹脂層を紫外線照射装置により１５０ｍＪ／ｃｍ　２の光量の紫外線を照射し、半田ボール直下を除く部位の樹脂を硬化させた。
次にもう１枚の該ドライフィルムを真空ラミネーター（名機ＭＬ−５００）により６５℃・１ａｔｍ・３０秒の条件で貼り合せることにより、配列済みの半田ボールを内蔵した接着剤シートを得た。
【００２２】
このようにして得られた接着剤シートは、後から貼り付けられた側のドライフィルムのベースフィルムを引き剥がし、内蔵されるボールと１ｃｍ角半導体素子の入出力端子の位置が合致するように、フリップチップボンダー（澁谷工業ＤＢ１００）により８０℃・１５Ｋｇ／ｃｍ　２・１０秒の条件で貼り付けられた。
【００２３】
さらに、もう１枚のドライフィルムのベースフィルムを引き剥がした後、今度は内蔵されるボールとプリント配線板（ＦＲ５グレード）のランドの位置が合致するようにフリップチップボンダー（澁谷工業ＤＢ１００）により１２０℃・１５Ｋｇ／ｃｍ　２・１０秒の条件で貼り付けられた。
【００２４】
次に、上記試料はリフロー炉に投入され、半田ボールを溶融させて半導体素子とプリント配線板を金属結合により電気的に接合させた後、１５０℃１時間加熱することにより、接着剤を完全硬化させた。
【００２５】
このようにして得られた半導体装置は、信頼性試験に供され、実用上問題なく作動することが確認された。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、半田ボールバンプを介してマザーボードと接続される半導体パッケージに関して、半田ボールの配置を効率よく配置することが可能であり、得られた半導体パッケージの半田ボールバンプが樹脂により保護されるため、信頼性の高い半導体パッケージを得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における半田ボールの配置および樹脂中への埋設工程の一例を示す概略断面図
【図２】本発明における半導体素子とプリント配線板の接続工程の一例を示す概略断面図
【符号の説明】
１．第１のドライフィルム
２．ボールマウンター配列冶具
３．半田ボール
４．紫外線
５．樹脂露光部
６．第２のドライフィルム
７．半導体素子
８．プリント配線板
９．加熱
【図１】
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【図２】
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