(57)【要約】【課題】通常使用されているフリップチップボンダのアライメント精度５μｍ程度では、バンプ接続後、隣接バンプ間で短絡が生じる。また、１μｍ以下のアライメント精度を実現するためには、設備的に余分なコストがかかり、低コストでの高密度実装が実現できない。【解決手段】通常の位置合わせ装置によって、電子部品を電子回路基板に第１の位置合わせを行なう工程と、電子部品に形成された低融点材料からなる複数の第１の突起部を加熱によって溶融させる工程と、溶融した第１の突起部を、電子回路基板上の第１の突起部に対して同じ材料で形成された第２の突起部に接触させる工程と、第１及び第２の突起部が溶融して一体の構成を有するために作用する応力によって自己整合的に第２の位置合わせを行なう工程とを有するようにした。【選択図】図２
2004253598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路基板上に電子部品を実装する方法であって、
前記電子部品は第１の突起電極群と低融点材料からなる複数の第１の突起部とを有し、前記電子回路基板は該第１の突起電極群に対応する第２の突起電極群と該第１の突起部に対応し低融点材料からなる第２の突起部とを有し、
前記方法は、
前記第１及び第２の突起部を溶融結合する工程と、
前記溶融接合の後、前記第１の突起電極群と第２の突起電極群とを固相接合する工程と
を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項２】
請求項１において、
更に、前記溶融結合する工程の前に、前記第２の突起電極群上に絶縁性フィルムを被覆する工程と
前記溶融結合する工程後に、前記電子部品を加圧して前記第１の突起電極群に前記絶縁性フィルムを貫通させ該第１の突起電極と第２の突起電極群とを固相接合させる工程と
を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記低融点材料が、錫と銀、錫と銅、錫とビスマス、錫とインジウム、錫とアルミの２元合金か、錫と銀と銅、錫と金と亜鉛の３元合金から選択された１つの材料であることを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項４】
請求項１又は２において、
更に、溶融結合する工程前に、第１及び第２の突起電極群をプラズマ雰囲気中に晒し、第１及び第２の突起電極をクリーニングする工程を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品の回路基板への実装、より詳しくは半導体チップを回路基板にフリップチップ実装する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の小型化、薄膜化に伴い、電子部品の高密度実装の要求が高まっており、半導体チップなどの電子部品をダイシングで切り出したベアチップの状態でダイレクトに基板に搭載するフリップチップ実装が、用いられてきた。フリップチップ実装に使用する半導体チップの電極上には突起電極が形成されており、突起電極と回路基板上の配線とを電気的に接合する。
【０００３】
フリップチップ実装には、鉛や錫などの低融点金属あるいは低融点金属合金等の所謂半田バンプをチップの実装面に形成していた。一方、チップを実際に実装する電子配線基板等にも、チップの半田バンプと対応する位置に半田バンプを形成し、対応するチップの半田バンプと接触させた後に加熱する。加熱によりチップと基板の半田バンプを溶融させて、たとえ対応する半田バンプ同士が正確に当接していなくても、半導体チップの溶融した半田バンプと対応する回路基板の溶融した半田バンプとが安定な状態の一つの半田バンプになろうとする応力が働くため、自己整合的（セルフアライン的）に的にチップが微動し、回路基板に半導体チップが正確に実装される。
【０００４】
従来は、この半田バンプのセルフアライメント効果を利用してきた。しかしながら、この手法では、半田溶融を利用するため、さらなる高密度実装に伴う多ピン化、狭ピッチ化に対しては限界がある。例えば、隣接する半田バンプ同士が、溶融により繋がってしまう半田ブリッジなどの問題点があった。
【０００５】
そこで、半田溶融を用いない別の実装方法として、圧接接合が利用され始めている。この圧接接合では、例えば、加熱しながら圧着する方法や接合時に超音波をかける方法がある。更に、加熱しながら圧着する時に超音波を併用することによるワイヤボンディング法や、絶縁シートまたは絶縁フィルム、あるいは、導電粒子を分散させた異方性導電シートを介して、バンプ同士を熱圧着する方法、絶縁シートあるいは絶縁フィルムを介して、Ａｕバンプをパッド電極に圧着する方法など多数の方法がある。
【０００６】
また、圧接接合で生じるバンプ直下のＬＳＩ素子へのダメージを低減する接合方法として、半導体チップ上のバンプ表面、および、パッド表面に、原子あるいはイオンのエネルギービームなどのプラズマを照射して、接合面の汚染物を除去して、接合面を活性化した後、接合面同士を密着させて加圧し、固相接合する方法も開発されている。
【０００７】
一方、バンプとパッド間の接合部分の接続信頼性を確保するために、半導体チップと回路基板の間隙に、前述の絶縁シートあるいは絶縁フィルム、または、アンダーフィル材とよばれる液状樹脂を充填し硬化させる方法などの例もある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−３５８８４号公報（第２頁−第３頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記の従来技術を突起電極と回路基板上の配線との接合に用いると、次のような問題が発生する。
【００１０】
導電性の硬化性樹脂を塗布して、接合後に硬化させる方法は、半導体チップの突起電極と回路基板の電極間に導電性粒子を介した接合であるので、直接突起電極と回路基板の電極同士を接合するよりも、接続信頼性が低下するという課題を有する。
【００１１】
また、特開２００１−３５８８４号公報に開示されたように、半導体チップと回路基板の隙間に、絶縁シートや絶縁フィルム、または、アンダーフィル材とよばれる液状樹脂を充填し硬化させる方法は、半導体チップと回路基板との間隔が数１０μｍから５００μｍと狭い場合では、未充填部が発生しやすく、半導体チップの動作が不安定となり、耐湿信頼性が低くなるという問題点がある。
【００１２】
また、絶縁樹脂フィルムを用いずに、半導体チップの電極接合面および基板の電極接合面に原子あるいはイオンのエネルギービームなどのプラズマを照射し、接合面の汚染物をエッチング除去して、接合面を活性化した後、接合面同士を密着させて加圧し固相接合する方法では、半導体チップや回路基板が反りを有する場合、反り矯正のための加圧により、半導体チップへのダメージが大きくなる。
【００１３】
更に、バンプサイズがさらに微細化し、接続ピッチが数〜１０μｍ程度になると、半導体チップと回路基板とのアライメント精度は非常に厳しく１μｍ以下は必要となる。すなわち、通常使用されているフリップチップボンダのアライメント精度５μｍ程度では、バンプ接続後、隣接バンプ間で短絡が生じる。また、１μｍ以下のアライメント精度を実現するためには、設備的に余分なコストがかかり、低コストでの高密度実装が実現できない。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、電子部品の電極と電子回路基板の電極との接合部の信頼性を高め、隣接電極間の絶縁信頼性を確保し、低コストで電子部品の電極を回路基板に接続する半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの側面は、電子回路基板上に電子部品を実装する方法であって、電子部品は第１の突起電極群と低融点材料からなる複数の第１の突起部とを有し、電子回路基板は第１の突起電極群に対応する第２の突起電極群と第１の突起部に対応し低融点材料からなる第２の突起部とを有し、その方法は、第１及び第２の突起部を溶融結合する工程と、溶融接合の後、第１の突起電極群と第２の突起電極群とを固相接合する工程とを含むことを特徴とする電子部品の実装方法にある。
【００１６】
この様な実装方法を行なうことにより、第１及び第２の突起部が自己整合的に位置合わせを行なうので、従来通りの接合装置を用いることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、本発明の保護範囲は、以下の実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態例をしめす半導体チップと、その実装面の突起電極と半田バンプ示す上面図である。また、図２は、半導体チップを回路基板に実装する方法を示す図である。以下、図１及び図２を用いて本発明の実施の形態例について説明する。また、同一部分には、同一な符号を用いている。
【００１９】
図１において、半導体チップ１の実装面には、突起電極３が形成され、半導体チップ１の外周４カ所に低融点金属等からなる突起が形成されている。この突起は、例えば無電解めっきされた突起電極３よりも厚い半田バンプ２である。この半田バンプは、公知の方法で形成される。
【００２０】
図２（１）において、回路基板４には、半導体チップ１の突起電極３に対応する基板の突起電極５と、半導体チップ１の半田バンプ２に対応した基板の半田バンプ６が形成されている。回路基板に形成された突起電極５と半田バンプ６の厚みは、ほぼ同等でよい。また、回路基板４の突起電極も無電解めっき法等で形成することができる。半田バンプ２及び６は半導体チップ１や回路基板４と、電気的導通が取られていなくともよい。
【００２１】
一般に、無電解めっき等で形成された突起電極の材質は、酸化しにくく、且つ加工性に富んだ柔らかい金属材料や合金材料が望ましく、高価ではあるが金（Ａｕ）が最も適した材料である。
【００２２】
また、使用される半田材について簡単に説明する。２元合金としては、錫と銀、錫と銅、錫とビスマス、錫とインジウム、錫とアルミ等である。また、３元合金としては、錫と銀と銅、錫と金と亜鉛などが挙げられる。以上列挙した中で、半田材として優れているのは、３元合金である。しかしながら、安価な上取り扱いの容易な錫と銀の２元合金も多用されている。
【００２３】
以上のように準備された半導体チップ１及び回路基板４は、図示しないアルゴンプラズマが照射可能な雰囲気を有するチャンバ内に、搬入され突起電極３を形成した半導体チップ及び回路基板４の突起電極５を設置し、突起電極３及び５の表面にアルゴンプラズマを照射させて、エッチングする。
【００２４】
これにより、突起電極３及び５の酸化膜、水分、及び油脂分等の汚染物質を除去し、突起電極表面をクリーンにし活性化させる。また、電極表面の酸化物を除去する方法として、加熱したカルボン酸、例えば２５０℃の蟻酸蒸気中にて、酸化物を還元することも可能である。
【００２５】
次に、半導体チップ１および回路基板４の突起電極界面の活性状態を維持するため、大気に触れないように前記チャンバを不活性ガスでパージし、半導体チップ１と回路基板４を接合させる装置を含む不活性ガス雰囲気の充填されたチャンバの内に搬送する。搬送中も、半導体チップ１と回路基板４は不活性ガス雰囲気中に保たれ、大気に晒されることはない。これによって、半導体チップと回路基板の突起電極の接合時において、半導体チップおよび回路基板の突起電極表面の活性化状態を維持できる。
【００２６】
半導体チップ１と回路基板４が、接合装置を含むチャンバ内に搬送された後、絶縁樹脂フィルム７を図示しないフィルムローダーから搬送して図２（２）に示すとおり回路基板４の突起電極５上に配置する。この時、回路基板上の半田バンプ６上には、絶縁樹脂フィルムを配置しないよう注意が必要である。
【００２７】
この絶縁樹脂フィルム７は、特に材料を限定しないが、熱硬化性、熱可塑性を有する材料、またはそれらの混合物などが望ましい。
【００２８】
そして、図示しない公知の位置合わせ装置によって、半導体チップ１と回路基板４との突起電極３及び５の第１の位置合わせを行なう。この合わせは、特別高精度な合わせ装置を用いなくともよい。例えば、アライメント精度は５μｍ程度で充分である。
【００２９】
第１の合わせが終了した後、半導体チップ１をヒーター等で加熱する。この時の加熱温度は半田バンプが溶融する温度であればよく、例えば２００℃程度である。この時、半導体チップ１に形成されていた半田バンプ２は溶融して半球形状２’になる。
【００３０】
次に、図２（３）に示すとおり、加熱により、半導体チップの外周部４隅に配置された半田バンプは、溶融して半球形２’となり、対応する回路基板の半田６に接触して、溶融した半田２’及び６が相互に一体となろうとする応力により半導体チップが位置を微動し、自己整合的に第２の位置合わせがなされる。この合わせが行なわれている時は、半導体チップ１に形成された突起電極３は、絶縁樹脂フィルム７には接触していない。従って、半導体チップ１は、微動できる状態にある。
【００３１】
この位置合わせによって、半導体チップ１と回路基板４の対応する突起電極同士３及び５が正確に位置合わせされる。そして、図２（３）に示すように、半導体チップ１を加圧し且つ加熱する。溶融した半田バンプは溶融したまま一体化して、ほぼ球形２’’となる。また、加圧することで、半導体チップ１の突起電極３は、絶縁樹脂フィルム７に挿入されていく。
【００３２】
更に、図２（４）に示すとおり、加圧を続けることで突起電極３は絶縁樹脂フィルムを突き破り、半導体チップの突起電極３と、回路基板４の突起電極５とは接触するに至る。この時の加熱温度は１５０℃以下或いは常温である。また加圧時の雰囲気はアルゴンの他、窒素、酸素を含む気相中とする。また、チャンバ内の圧力は１ａｔｏｍ以下の減圧下としてもよい。
【００３３】
この様な雰囲気内で加圧すると、半導体チップ１および回路基板４の突起電極３及び５は、半導体チップ１及び回路基板４の反りを矯正しながら、絶縁樹脂フィルム７を突き破り、絶縁樹脂フィルムが突起電極の間に入り込むことなしに硬化され、半導体チップの外周部の半田材は、さらに接続を維持しながらつぶれる。そして、半導体チップ１と回路基板４の突起電極同士が、低応力で固相接合され、ほぼ一体の金属プラグ状８になる。この金属プラグ８は、突起電極３と５の結合部が観察できないほど強固に接合される。
【００３４】
また、被接続部品の間に接着フィルムを挟んで加熱・加圧させる際に、付加的に被接続部品に超音波振動を付与してもよい。超音波振動を与えることで、加熱温度を低く抑えることができる。従って、高温加熱による被接続部品のダメージを低減することができる。
【００３５】
更に、本実施の形態例では、半導体チップ１と回路基板４に４カ所の半田バンプを設けたが、３カ所であってもよい。また、フリップチップ実装では、電極の取り出しを突起電極等で行なうが、突起電極等の位置は半導体チップによってまちまちなため、様々な変形例が挙げられる。
【００３６】
図３は、半田バンプと突起電極の配置例（１）を示す図である。また、図４は、半田バンプと突起電極の配置例（２）を示す図である。図３（ａ）は、本実施の形態例での半田バンプ配置方法であり、図３（ｂ）、（ｃ）は共に外周４隅に半田バンプが形成されている例について示している。
【００３７】
また、図４（ｄ）、（ｅ）では半導体チップの外周を突起電極で囲まれて、半導体チップの中央付近に４個の半田バンプが形成される例を示している。更に、図４（ｆ）、（ｇ）では、半田バンプは８個形成されており、半導体チップ１の外周４隅にあると同時にチップ中央付近にも４個形成されている。
【００３８】
これらの半田バンプの形成例は、図３、図４に限定されるものではなく半導体チップ１の電極の配置によって、種々の変形が可能である。
【００３９】
以上、実施の形態例をまとめると以下の付記の通りである。
【００４０】
（付記１）電子回路基板上に電子部品を実装する方法であって、
前記電子部品は第１の突起電極群と低融点材料からなる複数の第１の突起部とを有し、前記電子回路基板は該第１の突起電極群に対応する第２の突起電極群と該第１の突起部に対応し低融点材料からなる第２の突起部とを有し、
前記方法は、
前記第１及び第２の突起部を溶融結合する工程と、
前記溶融接合の後、前記第１の突起電極群と第２の突起電極群とを固相接合する工程と
を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【００４１】
（付記２）付記１において、
更に、前記溶融結合する工程の前に、前記第２の突起電極群上に絶縁性フィルムを被覆する工程と
前記溶融結合する工程後に、前記電子部品を加圧して前記第１の突起電極群に前記絶縁性フィルムを貫通させ該第１の突起電極と第２の突起電極群とを固相接合させる工程と
を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【００４２】
（付記３）付記１において、
前記低融点材料が、錫と銀、錫と銅、錫とビスマス、錫とインジウム、錫とアルミの２元合金か、錫と銀と銅、錫と金と亜鉛の３元合金から選択された１つの材料であることを特徴とする電子部品の実装方法。
【００４３】
（付記４）付記１又は２において、
更に、溶融結合する工程前に、第１及び第２の突起電極群をプラズマ雰囲気中に晒し、第１及び第２の突起電極をクリーニングする工程を含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【００４４】
（付記５）付記１において、
更に、溶融結合する工程前に、位置合わせ装置によって電子部品と電子回路基板の位置合わせをする工程を有すること
を特徴とする電子部品の実装方法。
【００４５】
（付記６）付記１において、
前記複数の第１の突起部が前記第１の突起電極群の突起電極よりも大きいことを特徴とする電子部品の実装方法。
【００４６】
（付記７）付記１において、
前記溶融結合する工程が第１の温度で行なわれ、前記固相結合する工程が第１の温度より低い第２の温度で行なわれること
を特徴とする電子部品の実装方法。
【００４７】
（付記８）付記１において、
前記溶融結合する工程が、不活性ガス雰囲気中で行なわれること
を特徴とする電子部品の実装方法。
【００４８】
（付記９）付記１において、
前記第１及び第２の突起電極群の材質が金であること
を特徴とする電子部品の実装方法。
【００４９】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、電子部品の電極と電子回路基板の電極との接合部の信頼性を高め、隣接電極間の絶縁信頼性を確保すると共に、低コストで電子部品を電子回路基板に実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例をしめす半導体チップと、その実装面の突起電極と半田バンプ示す上面図である。
【図２】半導体チップを回路基板に実装する方法を示す図である。
【図３】半田バンプと突起電極の配置例（１）を示す図である。
【図４】半田バンプと突起電極の配置例（２）を示す図である。
【符号の説明】
１  半導体チップ
２  半導体チップに形成された半田バンプ
３  半導体チップに形成された突起電極
４  回路基板
５  回路基板に形成された突起電極
６  回路基板に形成された半田バンプ
７  絶縁樹脂フィルム
８  固相接合した突起電極
【図１】
2004253598.tif 000003
【図２】
2004253598.tif 000004
【図３】
2004253598.tif 000005
【図４】
2004253598.tif 000006