(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続端子を有する２つの基板であって、少なくとも一方の基板の接続端子に突起を形成したものを、互いの接続端子が向かい合うようにし、その間に、接着剤シートとした接着性樹脂層を挟み、加熱下において一方の基板にその基板の面方向に超音波振動を加えながら、２つの基板を押し付ける基板の接続方法であって、
前記２つの基板の押し付けを、圧力０．１〜１０ＭＰａ、加圧時間０．５秒以上の条件下で行い、前記超音波振動を、周波数２０〜５００ｋＨｚ、振幅０．０１μｍ以上、印加時間０．０１秒以上の条件で加え、かつ加圧時間内に超音波の印加を開始し、加圧時間内に印加を終了させることを特徴とする基板の接続方法。
【請求項２】
前記突起が、導体の突起部分以外の個所を厚さ方向にハーフエッチして形成されてなる請求項１に記載の基板の接続方法。
【請求項３】
一方の基板が、半導体チップである請求項１又は２に記載の基板の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の接続方法とその方法を用いた配線板の製造方法と半導体パッケージ用基板の製造方法と半導体パッケージの製造方法とその方法によって製造された配線板と半導体パッケージ用基板と半導体パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板と基板の接続、特に、半導体チップと基板の接続は、従来、異方導電性接着剤を用いるか、あるいは、特殊な方法として、硬化収縮の大きな樹脂を用い、半導体チップと基板とを接触させた状態で硬化収縮させ、その収縮力によって接触を保つ方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、異方導電性接着剤は、かなり性能がよくなってきたとはいえ、電流が少ない個所での使用はできても、ＣＰＵのように大電流を必要とするような回路に用いるのは困難であるという課題がある。
また、硬化収縮による方法では、一般に、接触が点接触となりやすく、やはり大電流の回路に用いるには困難がある上、点接触によるノイズの発生を無視することができず実用的でないという課題があった。
【０００４】
本発明は、接続抵抗が小さく、接続信頼性の高い基板の接続方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下のことを特徴とする。
（１）接続端子を有する２つの基板を、互いの接続端子が向かい合うようにし、一方の基板にその基板の面方向に超音波振動を加えながら、２つの基板を押し付ける基板の接続方法。
（２）接続端子を有する２つの基板を、互いの接続端子が向かい合うようにし、その間に、接着性樹脂層を挟み、一方の基板にその基板の面方向に超音波振動を加えながら、２つの基板を押し付ける基板の接続方法。
（３）少なくとも一方の基板の接続端子に、突起を形成したものを用いる（１）または（２）に記載の基板の接続方法。
（４）一方の基板が、半導体チップである（１）〜（３）のうちいずれかに記載の基板の接続方法。
（５）接続端子を有する２つの基板を、互いの接続端子が向かい合うようにし、一方の基板にその基板の面方向に超音波振動を加えながら、２つの基板を押し付け、接続する配線板の製造方法。
（６）接続端子を有する２つの基板を、互いの接続端子が向かい合うようにし、その間に、接着性樹脂層を挟み、一方の基板にその基板の面方向に超音波振動を加えながら、２つの基板を押し付け、接続する配線板の製造方法。
（７）少なくとも一方の基板の接続端子に、突起を形成したものを用いる（５）または（６）に記載の配線板の製造方法。
（８）（５）〜（７）のうちいずれかの方法により製造された配線板。
（９）基板の接続端子を、半導体チップの接続端子と向かい合うように形成し、その接続端子の大きさを、半導体チップの接続端子の大きさよりも、接続のときの超音波振動の振幅分以上に大きく形成した半導体パッケージ用基板の製造方法。
（１０）基板の接続端子を、半導体チップの接続端子と向かい合うように形成し、半導体チップの接続端子の大きさを、基板の接続端子の大きさよりも、接続のときの超音波振動の振幅分以上に大きく形成した半導体パッケージ用基板の製造方法。
（１１）基板の接続端子を、半導体チップの接続端子と向かい合うように形成し、半導体チップの接続端子の大きさと、基板の接続端子の大きさの差を、接続のときの超音波振動の振幅分以内になるように形成した半導体パッケージ用基板の製造方法。
（１２）基板の接続端子に、突起を形成したものを用いる（９）〜（１１）のうちいずれかに記載の半導体パッケージ用基板の製造方法。
（１３）（９）〜（１２）のうちいずれかに記載の方法により製造された半導体パッケージ用基板。
（１４）接続端子を有する基板と、半導体チップを、互いの接続端子が向かい合うようにし、基板または半導体チップにその基板または半導体チップの面方向に超音波振動を加えながら、基板と半導体チップを押し付け接続する、半導体パッケージの製造方法。
（１５）接続端子を有する基板と、半導体チップを、互いの接続端子が向かい合うようにし、その間に、接着性樹脂層を挟み、基板または半導体チップにその基板または半導体チップの面方向に超音波振動を加えながら、基板と半導体チップを押し付け接続する、半導体パッケージの製造方法。
（１６）基板または半導体チップの接続端子に、突起を形成したものを用いる（１４）または（１５）に記載の半導体パッケージの製造方法。
（１７）（１４）〜（１６）のうちいずれかに記載の方法により製造された半導体パッケージ。
【０００６】
【発明の実施の形態】
接続端子を有する２つの基板は、通常の回路基板でもよく、また、半導体チップでもよい。回路基板の場合、接続端子は、配線導体と同時に形成されたものでよく、銅箔などの金属箔の不要な個所をエッチング除去して形成することもでき、絶縁基板の上に回路の形状にのみ無電解めっきで形成することもできる。さらには、その接続端子上に、バンプと呼ばれる突起状の導体を形成してもよい。このバンプを形成するには、比較的厚い導体の突起部分以外の個所を厚さ方向にハーフエッチして突起の部分を形成し、さらに薄くなった導体の回路部分を残してほかの部分をエッチング除去することによって形成できる。また、別の方法では、回路を形成した後に、接続端子の個所だけめっきによって厚くする方法でも形成できる。基板が、半導体チップの場合、接続端子は、通常アルミニウムで構成されるが、さらに、その表面に、ニッケル、金、プラチナなどの貴金属めっきを行うこともでき、さらに、金バンプやはんだボールなどによる突起を形成することもできる。
【０００７】
その間に挟む、接着性樹脂層は、未硬化および／または半硬化の熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、未加硫（未架橋）のゴム、あるいは嫌気性接着剤を用いることができる。
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、シアノアクリレート樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリイソシアネート樹脂、フラン樹脂、レゾルシノール樹脂、キシレン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シロキサン変性エポキシ樹脂、シロキサン変性ポリアミドイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、などのうちから選択された１種以上と、必要な場合に、その硬化剤、硬化促進剤などを混合したもの、あるいはこれらを加熱し、半硬化状にしたものが使用できる。これらの樹脂を、直接、基板と基板、あるいは、基板と半導体チップを接続する箇所に塗布することもできるが、ポリエチレンテレフタレートフィルムのようなプラスチックフィルムや銅箔あるいはアルミニウム箔のような金属箔をキャリアとし、その表面に塗布し、加熱乾燥してドライフィルム状にした接着剤シートとして、必要な大きさに切断し、直接、基板と基板、あるいは、基板と半導体チップを接続する箇所にラミネートや仮接着して用いることもできる。
光硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、ポリエステルアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、シリコーンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂、などのうちから選択された１種以上と、必要な場合に、その光開始剤、硬化剤、硬化促進剤などを混合したもの、あるいはこれらを露光あるいは加熱し、半硬化状にしたものが使用できる。これらの樹脂を、直接、基板と基板、あるいは、基板と半導体チップを接続する箇所に塗布することもできるが、ポリエチレンテレフタレートフィルムのようなプラスチックフィルムや銅箔あるいはアルミニウム箔のような金属箔をキャリアとし、その表面に塗布し、露光、加熱乾燥してドライフィルム状にした接着剤シートとして、必要な大きさに切断し、直接、基板と基板、あるいは、基板と半導体チップを接続する箇所にラミネートや仮接着して用いることもできる。
熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、四フッ化ポリエチレン樹脂、六フッ化ポリプロピレン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリオキシベンゾエート樹脂、などのうちから選択された１種以上と、必要な場合に、その硬化剤、硬化促進剤などを混合したもの、あるいはこれらを加熱し、半硬化状にしたものが使用できる。これらの樹脂を、直接、基板と基板、あるいは、基板と半導体チップを接続する箇所に塗布することもできるが、ポリエチレンテレフタレートフィルムのようなプラスチックフィルムや銅箔あるいはアルミニウム箔のような金属箔をキャリアとし、その表面に塗布し、加熱乾燥してドライフィルム状にした接着剤シートとして、必要な大きさに切断し、直接、基板と基板、あるいは、基板と半導体チップを接続する箇所にラミネートや仮接着して用いることもできる。
未加硫（未架橋）のゴムとしては、天然ゴム、ニトリルゴム、ブタジエンゴム、シリコーンゴム、イソブチレンゴム、などのうちから選択された１種以上と、必要な場合に、その架橋剤などを混合したもの、あるいはこれらを加熱し、半硬化状にしたものが使用できる。これらの樹脂を、直接、基板と基板、あるいは、基板と半導体チップを接続する箇所に塗布することもできるが、ポリエチレンテレフタレートフィルムのようなプラスチックフィルムや銅箔あるいはアルミニウム箔のような金属箔をキャリアとし、その表面に塗布し、加熱乾燥してドライフィルム状にした接着剤シートとして、必要な大きさに切断し、直接、基板と基板、あるいは、基板と半導体チップを接続する箇所にラミネートや仮接着して用いることもできる。
さらには嫌気性接着剤として、テトラエチレングリコールジメタクリレートを用いることもできる。
これらの接着性樹脂層は、共重合体であってもよく、または異種の樹脂の混合体であってもよく、さらに、シリカや金属酸化物などの無機フィラーを含むものでもよく、ニッケル、金、銀などの導電粒子、あるいはこれらの金属をめっきした樹脂粒子であってもよい。
【０００８】
一方の基板にその基板の面方向に超音波振動を加えながら、２つの基板を押し付けるには、下の基板をワークプレートに固定し、上の基板を超音波振動する軸に平行に取り付ける固定具に固定し、その固定具を上から押し付ける機構を有する装置を用いるのが、好ましく、そのときの接続条件は、以下に示す条件の範囲が好ましい。このような範囲で接続するための装置としては、市販のもので、ＳＨ５０ＭＰ（アルテクス株式会社製、商品名）がある。
この接続時の条件は、圧力：０．１〜１０ＭＰａ、超音波の周波数：２０〜５００ｋＨｚ、振動の振幅：０．０１μｍ以上、加圧時間：０．５秒以上、超音波の印加時間：０．０１秒以上の範囲であり、超音波と加圧のタイミングは、加圧時間内に超音波の印加を開始し、加圧時間内に印加が終了すればよい。
圧力が０．１ＭＰａ未満であると、対向する接続端子間に接着剤が残り、接続時の金属の拡散が十分でなく、接続抵抗が高くなるおそれがあり、圧力が１０ＭＰａを超えると、接続端子や配線が破壊されるおそれがある。より好ましくは、０．３〜４．０ＭＰａの範囲である。
超音波の周波数が２０ｋＨｚ未満であると、伝達のエネルギーが大きく、接続に適した大きさに制御するのが困難となり、振動数が５００ｋＨｚを超えると、伝達のエネルギーが小さく、対向する接続端子間に接着剤が残り、接続時の金属の拡散が十分でなく、接続抵抗が高くなるおそれがある。より好ましくは、４０〜１００ｋＨｚの範囲である。
振動の振幅が０．０１μｍ未満であると、対向する接続端子間に接着剤が残り、接続時の金属の拡散が十分でなく、接続抵抗が高くなるおそれがある。より好ましくは、０．１〜１０μｍの範囲である。
加圧時間が、０．５秒未満であると、対向する接続端子間に接着剤が残り、接続時の金属の拡散が十分でなく、接続抵抗が高くなったり、接続信頼性が低下するおそれがあり、加圧時間が長くなると、生産性が低下する。より好ましくは、１００秒以内である。
超音波の印加時間が０．０１秒未満であると、対向する接続端子間に接着剤が残り、接続時の金属の拡散が十分でなく、接続抵抗が高くなったり、接続信頼性が低下するおそれがあり、印加時間が長くなると、生産性が低下したり、接続端子や配線が破壊されるおそれがある。より好ましくは、１０秒以内である。
超音波の印加のタイミングが加圧している間でないと、接続端子が傷ついたり、接続時の位置合わせが精度よくできないおそれがある。
【０００９】
【実施例】
実施例１
（１）回路基板の作製
図１（ａ）に示すように、厚さ３５μｍの銅箔を回路用導体１とし、キャリア２である厚さ２５μmのポリイミドフィルムに貼り合わせたフレキシブル配線板用銅張りフィルムを準備した。
この厚さ３５μmの銅箔に、バンプ３となる個所にエッチングレジストを形成し、厚さ方向に２０μmハーフエッチし、そのエッチングレジストを剥離除去した。
さらに、液状レジストを前面に塗布し、加熱・乾燥し、回路の形状に光を透過するフォトマスクを重ね、紫外線を８０ｍJ／ｃｍ2照射し、現像液で現像してエッチングレジストを形成し、厚さ１５μmになった個所をエッチング除去して、図１（ｂ）に示すような、厚さ３５μmのバンプ３を有する第１の接続端子を含む回路を形成し、回路基板３２とした。
（２）接着層の準備
以下の組成の接着総を準備した。
0004691759.tif 000002
（３）接続
図１（ｂ）に示す回路基板３２上に、上記樹脂を、厚さ８０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム上に厚さ約４５μmの接着層４となるよう、２度塗布し、１００℃で１０分間乾燥したドライフィルム状のものを、半導体チップ５とほぼ同じ大きさに切断し、回路基板３２に、圧力０．１ＭＰａ、８０℃で５秒の条件でラミネートした（図１（ｃ）に示す。）。
次に、回路基板３２をワークプレート（図示せず。）に固定し、図１（ｄ）に示すような、第２の接続端子６を有する半導体チップ５を、回路基板３２に重ね、半導体チップ５の角部と、回路基板３２上に設けた位置合わせパターンが重なるように位置合わせをし、半導体チップ５の上に超音波振動する軸に接続した固定具を重ね、圧力を１．７ＭＰａに調整し、超音波振動を５０ｋＨｚ、振幅３μｍに調整し、半導体チップを１８０℃に加熱し、５秒間加圧しながら、超音波振動を０．２秒間加え、回路基板３２と半導体チップ５を接続した（図１（ｅ）に示す。）。
【００１０】
実施例２
（１）回路基板の作製
実施例１と同じものを用いた。
（２）接着層の準備
樹脂として、以下の組成の樹脂を準備した。
0004691759.tif 000003
この樹脂を、厚さ８０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムに、厚さ４５μｍになるように、２度塗布し、１２０℃で３０分間、乾燥し、ドライフィルム状にした。
（３）接続
図１（ｂ）に示す回路基板３２上に、上記樹脂を、半導体チップ５１とほぼ同じ大きさに切断し、半導体チップ５１の第３の接続端子６１を設けた面に貼り合わせ、仮固定した（図１（ｆ）に示す。）。
次に、回路基板３２をワークプレート（図示せず。）に固定し、図１（ｆ）に示すような、絶縁層４１を貼り合わせた、第３の接続端子６１を有する半導体チップ５１を、図１（ｇ）に示すように、回路基板３２に重ね、半導体チップ５１の角部と、回路基板３２上に設けた位置合わせパターン（図示せず。）が重なるように位置合わせをし、半導体チップ５１の上に超音波振動する軸に接続した固定具を重ね、圧力を１．７ＭＰａに調整し、超音波振動を５０ｋＨｚ、振幅３μｍに調整し、５４秒間加圧しながら、その間に、超音波振動を０．２秒間加え、回路基板３２と半導体チップ５１を接続した（図１（ｅ）に示す。）。
【００１０】
比較例１
接続時に超音波を印加せずに、加圧した以外は、実施例１と同様に接続をした。
【００１１】
比較例２
接続時に超音波を印加せず、加圧した以外は、実施例２と同様に接続をした。
【００１２】
接続に要する時間は、実施例１、２が５秒、比較例１では１０秒、比較例２では２０秒であった。
このようにして作製した半導体チップ搭載基板の、接続抵抗を調べると、実施例１が、１７ｍΩ、実施例２が１９ｍΩ、比較例１が４０ｍΩ、比較例２が３６ｍΩであった。
接続部の金属組成をオージェ分光分析器を用いて調べた結果、実施例１，２では、接続部に合金層が形成されていたのに対し、比較例１，２では、合金層が形成されていなかった。実施例１の接続部の半導体チップ側の接続端子の表面を図２の写真に、比較例１の接続部の半導体チップの接続端子の表面を図３の写真に示す。図２において、白く光っているところ（図中Ｂで示す。）が、合金化している箇所である。一部は合金化していない（図中Ａで示す。）が、後述するように十分な接続信頼性を得ている。
また、接続の信頼性を調べるために、１２５℃で１５分、−５５℃で１５分、を１サイクルとする熱衝撃試験を行い、接続抵抗が、元の１０％を超えるサイクル数を調べたところ、実施例１、２では１０００サイクル以上であったが、比較例１では、７００サイクル、比較例２では、５００サイクルであった。
【００１３】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明によって、接続抵抗が小さく、接続信頼性の高い基板の接続方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施例を説明するための各工程における断面図であり、（ｆ）および（ｇ）は、本発明のほかの実施例を説明するための断面図である。
【図２】本発明の一実施例の効果を説明する半導体チップの端子部の上面金属組織写真である。
【図３】本発明の一実施例の効果を説明するための比較例における半導体チップの端子部の上面金属組織写真である。
【符号の説明】
１．回路用導体
２．キャリア
３．バンプ
３１．第１の接続端子
３２．回路基板
４．絶縁層
４１．絶縁層
５、５１．半導体チップ
６、６１．第２の接続端子
【図１】
0004691759.tif 000004
【図２】
0004691759.tif 000005
【図３】
0004691759.tif 000006