(57)【要約】【課題】厳密な荷重制御や位置制御を必要とせず、絶縁特性及び長期信頼性に優れ、且つコストが低減できる、導電性樹脂バンプを用いたフリップチップ実装方法を提供する。【解決手段】回路基板２の電極上に導電性樹脂バンプ２４を形成するバンプ形成工程と、この導電性樹脂バンプ２４の接着性を維持させながらその流動性を大幅に低減させる樹脂仮硬化工程と、この導電性樹脂バンプ２４上に半導体チップ１を搭載して荷重をかけ、接続すべき両部材の電極を確実に接触させる搭載・加圧工程と、この状態で、導電性樹脂バンプ２４を十分に硬化させて回路基板２と半導体チップ１とを確実に接続し且つ接合する樹脂本硬化工程と、を有する。【選択図】　　　　図１
2004095832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器製品の回路基板上へＩＣ等の半導体チップを実装するフリップチップ実装方法であって、
回路基板の電極上に熱硬化性の導電性樹脂からなる導電性樹脂バンプを形成するバンプ形成工程と、
この導電性樹脂バンプの接着性を保持させながら、導電性樹脂バンプを殆ど流動しない状態まで加熱硬化させる樹脂仮硬化工程と、
仮硬化させた導電性樹脂バンプに半導体チップの電極を対向させて、導電性樹脂バンプ上に半導体チップを搭載し、導電性樹脂バンプの内のいずれかに半導体チップが接触した位置から、半導体チップの全電極がそれぞれに対向する導電性樹脂バンプに確実に接触するまで、導電性樹脂バンプを半導体チップで押圧する搭載・加圧工程と、
この状態において導電性樹脂を十分に硬化させる樹脂本硬化工程と、
を備えている、
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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体チップを回路基板上に直接に実装する、通称ベアチップ実装と呼ばれる、フリップチップ実装技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベアチップ実装は、電子機器全般に利用される実装技術であるが、特に、小型化や高性能化を要求される回路基板（マルチチップモジュールを含む）において多く利用される。このベアチップ実装の分野の中では、半導体チップの電極と回路基板の電極とを対向させ、いずれかの電極上に形成されたＡｕまたは半田からなるバンプと、導電性樹脂または半田からなる接合媒体と、で接続・接合するフリップチップ実装の技術が一般的であり、バンプと接合媒体との組合せによってそれぞれに特徴を有する。
【０００３】
図３は、従来技術によるフリップチップ実装構造の一例の構成を示す断面図である。この構造は、回路基板２の電極２１に、半導体チップ１の電極１１上に形成されたＡｕバンプ１２（図３では断面ではない）が接触加圧された状態で、半田または導電性樹脂からなる接合媒体４によって両電極１１及び１２が接合されている。
この構造の製造工程は、まず、半導体チップ１の電極１１上にＡｕバンプ１２が形成され、回路基板２の電極２１上には半田ペーストまたは導電性樹脂からなる接合媒体４がプリコートされる。次に、Ａｕバンプ１２の先端部が電極２１に接触加圧された状態で、加熱されて、半導体チップ１の電極１１と回路基板２の電極２１とが接合媒体４によって接合される。
【０００４】
図４は他例の構成を示す断面図である。この例では、回路基板２の電極２１上にはんだバンプ２３が形成され、この回路基板２と半導体チップ１との間に異方性導電フィルム３が挟み込まれている。はんだバンプ２３と半導体チップ１の電極１１との間に挟まれた異方性導電フィルム３中の導電粒子３１が、所定の荷重を受けて絶縁状態から導電状態となり、はんだバンプ２３と電極１１とを導通状態にする。所定の荷重を受けない他の部分は絶縁状態のままである。この状態で異方性導電フィルム３が加熱硬化され、半導体チップ１と回路基板２が異方性導電フィルム３で接合される。すなわち、異方性導電フィルム３は接合媒体としても機能する。この例では、異方性導電フィルム３の特徴がうまく利用されている。
【０００５】
いずれの場合においても、半導体チップ１の回路形成面と回路基板２の回路形成面とが直接に接触しないで必要な絶縁状態を維持することが必要であり、このために、半導体チップ１の電極１１または回路基板２の電極２１上に、Ａｕバンプ１２またははんだバンプ２３が形成されている。図３の場合には、空気層が絶縁層となり、図４の場合には、所定の荷重を受けなかった部分の異方性導電フィルム３が絶縁層となる。
【０００６】
なお、図３の場合には、接合信頼性を確保するために、実装後に、空気層の部分にエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂がアンダーフィルとして充填される。
上記のような、Ａｕバンプ１２またははんだバンプ２３が使用される方法には、次のような問題点がある。すなわち、Ａｕバンプ１２を使用する場合には、電極毎に１つ１つのＡｕバンプ１２が形成されるので工数が多くかかり、且つ形成に失敗した場合には再生不可であるため不良発生分だけコストが上昇する。はんだバンプ２３を用いる場合には、電極２１の狭い面積上ではんだバンプ２３の高さを揃えなければならないため、特殊な技術と設備を必要とする。プリコートされる接合媒体４には、過不足にならないような厚さ管理が求められる。異方性導電フィルム３を使用する場合には、この中に含有されている導電粒子３１を導電状態とするためには、導電粒子３１に所定の荷重が印加されることが必要であるため、はんだバンプ２３等のパンプと対向する電極３１等の電極との間隔を所定値以内に制御することが重要なポイントとなり、バンプの高さの管理が必要である。このため、はんだバンプの場合には、上記したように、特殊な技術と設備を必要とする。
【０００７】
このような問題点を解決する方法として、導電性樹脂のバンプを用いて、金属製バンプ及び接合媒体の機能を兼ねさせる方法が、特開２００１−３４５３４６号公報に開示されている。
このフリップチップ実装方法は、回路基板の電極上に導電性樹脂バンプを形成する工程と、半導体チップを位置合わせして導電性樹脂バンプ上へ搭載して必要な加重をかける工程と、この状態で加熱処理して導電性樹脂を硬化させる工程と、による。図２は、以上の工程で製造されたフリップチップ実装構造の構成を示す断面図である。回路基板２の電極２１と半導体チップ１の電極１１との間に挟まれた導電性樹脂バンプが、硬化されて導電性樹脂接続体５となり、電極２１と電極１１を電気的に接続し、回路基板２と半導体チップ１との間に所定の距離を確保させ、且つ回路基板２と半導体チップ１とを接合する接合媒体をも兼ねている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の導電性樹脂バンプを用いるフリップチップ実装方法は、金属製バンプを用いる実装方法の多くの問題点を解決している。しかし、半導体チップが搭載される段階においては、導電性樹脂バンプが硬化前のベースト状であるため、導電性樹脂バンプ上へ半導体チップを搭載した後、半導体チップの電極とそれに対応する全ての導電性樹脂バンプとを確実に接触させ、且つ半導体チップと回路基板との間隔を所定最小値以上に保つためには、半導体チップに印加する荷重を厳密に制御することが必要であり、荷重を厳密に制御したとしても、荷重によって押し出された導電性樹脂が、隣接する導電性樹脂バンプや電極との距離を縮めて絶縁特性を低下させたり、半導体チップとの距離を縮めて長期信頼性を低下させたりする。
【０００９】
この発明の課題は、金属バンプを使用する従来のフリップチップ実装構造の製造技術上の問題点を解消できて、より単純な構造でより安価に製造することができる、導電性樹脂バンプを使用したフリップチップ実装構造を、厳密な荷重制御及び位置制御を必要とせず、絶縁特性及び長期信頼性に優れた状態を確保して低コストで製造できるフリップチップ実装方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電子機器製品の回路基板上へＩＣ等の半導体チップを実装するフリップチップ実装方法であって、回路基板の電極上に熱硬化性の導電性樹脂からなる導電性樹脂バンプを形成するバンプ形成工程と、この導電性樹脂バンプの接着性を保持させながら、導電性樹脂バンプを殆ど流動しない状態まで加熱硬化させる樹脂仮硬化工程と、仮硬化させた導電性樹脂バンプに半導体チップの電極を対向させて、導電性樹脂バンプ上に半導体チップを搭載し、導電性樹脂バンプの内のいずれかに半導体チップが接触した位置から、半導体チップの全電極がそれぞれに対向する導電性樹脂バンプに確実に接触するまで、導電性樹脂バンプを半導体チップで押圧する搭載・加圧工程と、この状態において導電性樹脂を十分に硬化させる樹脂本硬化工程と、を備えている。
【００１１】
樹脂仮硬化工程によって、バンプ形成工程で形成された導電性樹脂バンプが接着性を保持しながら殆ど流動しない状態まで加熱硬化されるので、搭載・加圧工程において半導体チップが導電性樹脂バンプ上に搭載され、半導体チップから導電性樹脂バンプに荷重がかけられても、導電性樹脂バンプの厚さが幾分薄くなるだけで、形状が崩れることがなくて、所定の高さを保持し、且つ隣接するバンプとの距離を著しく縮小させることもない。そのため、印加する荷重を厳密に制御することも必要ではなくなり、搭載位置の制御も条件が緩和される。また、半導体チップに直接的な加工を施さないし、回路基板電極上へ厚さを管理したはんだ等のプリコートを形成することも必要ではないので、Ａｕバンプを用いる方法に比べると、半導体チップの品質が維持でき、低コスト回路基板が利用でき、Ａｕバンプの形成がなくなることも合わせて、大幅な工数低減及びコスト低減が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明によるフリップチップ実装方法の実施の形態について実施例を用いて説明する。
なお、従来技術と同じ機能の部分には同じ符号を付ける。
図１は実施例を示す工程図であり、この工程によって、図２に示した導電性樹脂バンプを用いたフリップチップ実装構造が製造される。図１には、各工程に対応させて、回路基板２の状態及び半導体チップ１との位置関係を示す斜視図がその左側に示されている。
【００１３】
この実施例は、回路基板２上に導電性樹脂バンプ２４を形成するバンプ形成工程と、導電性樹脂バンプ２４の接着性を維持しながら殆ど流動しない状態まで導電性樹脂バンプ２４を加熱硬化させる樹脂仮硬化工程と、仮硬化させた導電性樹脂バンプ２４上に半導体チップ１を搭載して、半導体チップ１で導電性樹脂バンプ２４を押圧する搭載・加圧工程と、その状態で導電性樹脂バンプ２４を十分に硬化させて実装状態を完成させる樹脂本硬化工程と、の４つの工程で構成されている。
【００１４】
まず、バンプ形成工程において、導電性樹脂７を、金属マスク６とスキージ８とを用いて回路基板２の電極上に印刷・塗布して、導電性樹脂バンプ２４を形成する（図１では、１．バンプ形成工程）。印刷される導電性樹脂７としては、例えば、平均粒子径１０μｍ　以下のＡｇ粉末等の金属粒子を含み、エポキシ樹脂等をバインダとする１液性導電性樹脂で、スクリーン印刷が可能で且つ印刷後に形状が維持されて崩れない粘度（１５００〜２０００ポイズ）に調整されたものを用いる。金属マスク６の厚さとしては、導電性樹脂バンプ２４の高さに合わせて２５〜５０μｍ　の厚さが選ばれる。この実施例においては、Ａｇ粉末を含むエポキシ樹脂の１液性導電性樹脂を用いて、５０μｍ　厚の金属マスク６により導電性樹脂バンプ２４を形成した。バンプ２４の高さは、半導体チップ１と回路基板２とが所定の絶縁状態を確保するために必要な、半導体チップ１と回路基板２との間のギャップによって決められ、それに合わせて金属マスク６の厚さが決定される。
【００１５】
次に、樹脂仮硬化工程において、回路基板２上へ印刷・塗布した導電性樹脂バンプ２４を十分には硬化させない条件（仮硬化条件）で熱処理して、接着性を維持させながら殆ど流動しない状態まで加熱硬化させる（図１では、２．樹脂仮硬化工程）。上記のＡｇ粉末を含むエポキシ樹脂の１液性導電性樹脂の場合の仮硬化条件は、８０℃〜　１００℃で１０分間の熱処理である。この樹脂仮硬化工程によって、印刷・塗布された導電性樹脂バンプ２４は、印刷時のペースト状に比べてはるかに大きな粘度をもつ固体に近い状態になって、ある程度の荷重まではその形状を維持できる状態となる。
【００１６】
次に、搭載・加圧工程において、半導体チップ１を反転・実装するフリップチップ実装設備等を用いて、回路基板２の電極上に形成された導電性樹脂バンプ２４上に、半導体チップ１の電極を位置合わせして搭載し、半導体チップ１がいずれかの導電性樹脂バンプに接触した位置を基準位置として、半導体チップ１を基準位置から１０μｍ　降下させ、既に接触した導電性樹脂バンプを押圧して変形させながら、半導体チップ１の全電極を導電性樹脂バンプに確実に接触させる（図１では、３．搭載・加圧工程）。この実施例においては、導電性樹脂バンプ２４は仮硬化されて殆ど流動しない状態になっているので、荷重によって押し潰される場合には、押し潰される分だけがほぼ均一に外側にはみ出す。更に、仮硬化の程度によって、必要とする荷重が制御し易い荷重になるように設定することができ、従来技術のように厳密な荷重制御及び位置制御を必要としなくなる。なお、上記において半導体チップ１の基準位置からの降下寸法を１０μｍ　にしているのは、導電性樹脂バンプ２４の頂点位置のばらつきである±３μｍ　、すなわち幅としては６μｍ　、を吸収させ、更に、半導体チップ１の全電極をそれぞれに対向する導電性樹脂バンプ２４に確実に接触させるために、４μｍ　の余裕を持たせた結果である。この降下寸法は、小さ過ぎると、回路基板電極と半導体チップ電極との接続不良を発生させ、大き過ぎると、導電性樹脂バンプ２４の変形を大きくし過ぎて、電極間の接触等のトラブルを発生させる。
【００１７】
最後に、樹脂本硬化工程において、加圧変形させた導電性樹脂バンプ２４を介して接触している回路基板２及び半導体チップ１を、赤外線炉または恒温槽を用いて、導電性樹脂の硬化特性にしたがって加熱処理して導電性樹脂を十分に硬化させて、回路基板２及び半導体チップ１の電極間を接続し、且つ回路基板２と半導体チップ１とを接合する（図１では、４．樹脂本硬化工程）。導電性樹脂の樹脂材料（バインダ）がエポキシ樹脂の場合には、本硬化の加熱条件は、例えば　１５０℃×３０分である。
【００１８】
以上の工程によって、図２に示すように、回路基板２の電極２１と半導体チップ１の電極１１とが、仮硬化させた導電性樹脂バンプ２４を加圧変形させた後で加熱硬化させた導電性樹脂接続体５によって、電気的に接続され且つ接合されて、回路基板２と半導体チップ１とが一体化されている。この発明によるフリップチップ実装方法によって、電極間ピッチが８０μｍ　という極微細なピッチの回路基板及び半導体チップのフリップチップ実装が可能となった。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１の発明においては、樹脂仮硬化工程によって、バンプ形成工程で形成された導電性樹脂バンプが接着性を保持しながら殆ど流動しない状態まで加熱硬化されるので、搭載・加圧工程において半導体チップが導電性樹脂バンプ上に搭載され、半導体チップから導電性樹脂バンプに荷重がかけられても、導電性樹脂バンプの厚さが幾分薄くなるだけで、形状が崩れることがなくて、所定の高さを保持し、且つ隣接するバンプとの距離を著しく縮小させることもない。そのため、印加する荷重を厳密に制御することも必要ではなくなり、搭載位置の制御も条件が緩和される。また、半導体チップに直接的な加工を施さないし、回路基板電極上へ厚さを管理したはんだ等のプリコートを形成することも必要ではないので、Ａｕバンプを用いる方法に比べると、半導体チップの品質が維持でき、低コスト回路基板が利用でき、Ａｕバンプの形成がなくなることも合わせて、大幅な工数低減及びコスト低減が可能となる。
【００２０】
したがって、この発明によれば、導電性樹脂バンプを使用したフリップチップ実装構造を、厳密な荷重制御や位置制御を必要とせず、絶縁特性及び長期信頼性に優れた状態を確保して製造でき、且つコストが低減できるフリップチップ実装方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるフリップチップ実装方法の実施例を示す工程図
【図２】導電性樹脂バンプを用いたフリップチップ実装構造の構成を示す断面図
【図３】従来技術によるフリップチップ実装構造の一例の構成を示す断面図
【図４】従来技術によるフリップチップ実装構造の他例の構成を示す断面図
【符号の説明】
１　半導体チップ　　　　　１１　電極
１２　　Ａｕバンプ
２　回路基板　　　　　　　２１　電極
２３　はんだバンプ　　　　２４　導電性樹脂バンプ
３　異方性導電フィルム　　３１　導電粒子
４　接合媒体
５　導電性樹脂接続体　　　５１　金属粒子
６　金属マスク
７　導電性樹脂
８　スキージ
【図１】
2004095832.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004095832.tif 000006