(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の接続端子を有する基板に対向させて、複数の電極端子を有する半導体チップを配置し、前記基板の接続端子と前記半導体チップの電極端子とを接続体を介して電気的に接続するフリップチップ実装方法であって、
前記基板の接続端子と前記半導体チップの電極端子とを互いに接触させた状態で、前記半導体チップを前記基板に対向させて配置し、前記半導体チップと前記基板の隙間に、導電性粒子を含有した樹脂を供給する第１の工程と、
前記半導体チップと前記基板のギャップを、所定の間隔になるまで拡大することによって、前記樹脂を、前記基板の接続端子と前記半導体チップの電極端子間に界面張力で自己集合させる第２の工程と、
前記端子間に自己集合した前記樹脂を硬化させる第３の工程とを有し、
前記自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子の集合体が、前記基板の接続端子と前記半導体チップの電極端子とを電気的に接続する前記接続体を構成していることを特徴とするフリップチップ実装方法。
【請求項２】
前記導電性粒子の集合体は、前記導電性粒子が互いに接触して前記接続体を構成していることを特徴とする、請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項３】
前記第２の工程において、前記樹脂を、前記基板の接続端子と前記半導体チップの電極端子間に自己集合させた後、前記樹脂を加熱し、前記樹脂中に含有する導電性粒子を溶融させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項４】
前記第１の工程は、前記基板上に前記樹脂を供給した後、前記半導体チップを、前記基板の接続端子と前記半導体チップの電極端子とが互いに接触するように、前記基板に対向させて配置する工程からなることを特徴とする、請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項５】
前記第３の工程の後、前記基板と前記半導体チップの隙間にアンダーフィル材を供給し、その後、前記アンダーフィル材を硬化させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項６】
前記第１の工程において、前記接続端子以外の前記基板表面が、予め撥水化処理されていることを特徴とする、請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項７】
前記樹脂は、前記第３の工程において、前記樹脂が硬化する際、収縮する材料で構成されることで導電性粒子の接触が強化されることを特徴とする、請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項８】
前記接続端子は、前記基板表面にアレイ状に配列されていることを特徴とする、請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項９】
前記第２の工程を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項１０】
前記基板は、回路基板で構成されており、
前記基板上に複数の半導体チップがフリップチップ実装されていることを特徴とする、請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項１１】
複数の電極を有する第１の基板に対向させて、複数の電極を有する第２の基板を配置し、前記第１の基板の電極と前記第２の基板の電極とを接続体を介して電気的に接続する基板間接続方法であって、
前記第１の基板の電極と前記第２の基板の電極とを互いに接触させた状態で、前記第２の基板を前記第１の基板に対向させて配置し、前記第１の基板と前記第２の基板の隙間に、導電性粒子を含有した樹脂を供給する第１の工程と、
前記第１の基板と前記第２の基板のギャップを、所定の間隔になるまで徐々に拡大することによって、前記樹脂を、前記第１の基板の電極と前記第２の基板の電極間に界面張力で自己集合させる第２の工程と、
前記電極間に自己集合した前記樹脂を硬化させる第３の工程とを有し、
前記自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子の集合体が、前記第１の基板の電極と前記第２の基板の電極とを電気的に接続する前記接続体を構成していることを特徴とする基板間接続方法。
【請求項１２】
前記第２の工程において、前記樹脂を、前記第１の基板の電極と前記第２の基板の電極間に自己集合させた後、前記樹脂を加熱し、前記樹脂中に含有する導電性粒子を溶融させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の基板間接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップを回路基板に実装するフリップチップ実装方法、及び複数の電極が形成された基板間を接続する基板間接続方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器に使用される半導体集積回路（ＬＳＩ）の高密度、高集積化に伴い、ＬＳＩ用半導体チップの電極端子の多ピン、狭ピッチ化が急速に進んでいる。これら半導体チップの回路基板への実装には、配線遅延を少なくするために、フリップチップ実装が広く用いられている。そして、このフリップチップ実装においては、半導体チップの電極端子上にはんだバンプを形成し、当該はんだバンプを介して、回路基板上に形成された接続端子に一括接合されるのが一般である。
【０００３】
しかしながら、電極端子数が５，０００を超えるような次世代ＬＳＩを回路基板に実装するためには、１００μｍ以下の狭ピッチに対応したバンプを形成する必要があるが、現在のはんだバンプ形成技術では、それに適応することが難しい。
【０００４】
また、電極端子数に応じた多数のバンプを形成する必要があるので、低コスト化を図るためには、１チップ当たりの搭載タクトの短縮による高い生産性も要求される。
【０００５】
同様に、半導体集積回路は、電極端子の増大でペリフェラル電極端子からエリア配置の電極端子に変化している。さらに、高密度化、高集積化の要求で半導体プロセスが９０ｎｍから６５ｎｍ、４５ｎｍへと進展していくことが予想される。
【０００６】
その結果、配線の微細化が更に進み、配線間の容量が増大することにより、高速化、消費電力ロスの問題が深刻になり、配線層間の絶縁膜の低誘電率化（Ｌｏｗ−Ｋ）の要求が更に高まっている。このような絶縁膜のＬｏｗ−Ｋ化の実現は、絶縁層材料の多孔質化（ポーラス化）によって得られるため、機械的強度が弱く、半導体の薄型化の障害になっている。
【０００７】
加えて、上述のように、エリア配置の電極端子を構成する場合、Ｌｏｗ−Ｋ化による多孔質膜上の強度に問題があるため、エリア配置電極上にバンプを形成すること、およびフリップチップ実装そのものが困難となっている。それ故、今後の半導体プロセスの進展に対応した薄型・高密度半導体に適した低荷重フリップチップ実装法が要求されている。
【０００８】
従来、バンプの形成技術としては、めっき法やスクリ−ン印刷法などが開発されている。めっき法は狭ピッチには適するものの、工程が複雑になる点、生産性に問題があり、また、スクリーン印刷法は、生産性には優れているが、マスクを用いる点で、狭ピッチ化には適していない。
【０００９】
こうした中、最近では、半導体チップや回路基板の電極上に、はんだバンプを選択的に形成する技術がいくつか開発されている。これらの技術は、微細バンプの形成に適しているだけでなく、バンプの一括形成ができるので、生産性にも優れており、次世代ＬＳＩの回路基板への実装に適応可能な技術として注目されている。
【００１０】
例えば、特許文献１に記載された技術は、導電性粒子とフラックスの混合物によるソルダーペーストを、表面に電極が形成された基板上にベタ塗りし、基板を加熱することによって、導電性粒子を溶融させ、濡れ性の高い電極上に選択的にはんだバンプを形成させる方法である。
【００１１】
また、特許文献２に記載された技術は、有機酸鉛塩と金属錫を主要成分とするペースト状組成物（化学反応析出型はんだ）を、電極が形成された基板上にベタ塗りし、基板を加熱することによって、ＰｂとＳｎの置換反応を起こさせ、Ｐｂ／Ｓｎの合金を基板の電極上に選択的に析出させる方法である。
【００１２】
ところで、従来のバンプ形成技術を用いたフリップチップ実装は、バンプが形成された回路基板に半導体チップを搭載した後、半導体チップを回路基板に固定するために、アンダーフィルと呼ばれる樹脂を、半導体チップと回路基板の間に注入する工程をさらに必要とする。
【００１３】
そこで、半導体チップと回路基板の対向する電極端子間の電気的接続と、半導体チップの回路基板への固定を同時に行う方法として、異方性導電材料を用いたフリップチップ実装技術（例えば、特許文献３参照）が開発されている。これは、回路基板と半導体チップの間に、導電性粒子を含有させた熱硬化性樹脂を供給し、半導体チップを加圧すると同時に、熱硬化性樹脂を加熱することによって、半導体チップと回路基板の電極端子間の電気的接続と、半導体チップの回路基板への固定を同時に実現する方法である。
【特許文献１】特開２０００−９４１７９号公報
【特許文献２】特開平１−１５７７９６号公報
【特許文献３】特開２０００−３３２０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上述した異方性導電材料を用いたフリップチップ実装では、樹脂中に均一に分散された導電性粒子の機械的な接触により、対向する電極端子間の導通を得ているため、電極端子間の導通に寄与する導電性粒子は、樹脂中に含まれる一部の導電性粒子に限られる。また、導電性材料と対向する電極端子の確実な電気接続には、一定の荷重が必要であり、多孔質膜（Ｌｏｗ−Ｋ）を利用したエリア配置の半導体集積回路の実装には向かない。
【００１５】
さらに、対向する電極端子間の導通に寄与しない導電性粒子は、隣接する電極端子間の絶縁性を阻害する要因ともなる。
【００１６】
すなわち、異方性導電材料を用いたフリップチップ実装は、接続端子数が５，０００を超えるような次世代ＬＳＩ用の半導体チップに適用するためには、生産性や信頼性の面で、解決すべき課題を多く残している。
【００１７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、次世代ＬＳＩのフリップチップ実装に適用可能な、生産性及び信頼性の高いフリップチップ実装方法、及び当該方法と基本工程を一にする基板間接続方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のフリップチップ実装方法は、複数の接続端子を有する基板に対向させて、複数の電極端子を有する半導体チップを配置し、基板の接続端子と半導体チップの電極端子とを接続体を介して電気的に接続するフリップチップ実装方法であって、基板の接続端子と半導体チップの電極端子とを互いに接触させた状態で、半導体チップを基板に対向させて配置し、半導体チップと基板の隙間に、導電性粒子を含有した樹脂を供給する第１の工程と、半導体チップと基板のギャップを、所定の間隔になるまで拡大することによって、樹脂を基板の接続端子と半導体チップの電極端子間に界面張力で自己集合させる第２の工程と、端子間に自己集合した樹脂を硬化させる第３の工程とを有し、当該自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子の集合体が、基板の接続端子と半導体チップの電極端子とを電気的に接続する接続体を構成していることを特徴とする。
【００１９】
ある好適な実施形態において、上記導電性粒子の集合体は、該導電性粒子が互いに接触して接続体を構成している。
【００２０】
ある好適な実施形態において、上記第２の工程において、樹脂を、基板の接続端子と半導体チップの電極端子間に自己集合させた後、樹脂を加熱し、該樹脂中に含有する導電性粒子を溶融させる工程をさらに含む。
【００２１】
ある好適な実施形態において、上記第１の工程は、基板上に樹脂を供給した後、半導体チップを、基板の接続端子と半導体チップの電極端子とが互いに接触するように、基板に対向させて配置する工程からなる。
【００２２】
ある好適な実施形態において、上記第３の工程の後、基板と半導体チップの隙間にアンダーフィル材を供給し、その後、該アンダーフィル材を硬化させる工程をさらに含む。
【００２３】
ある好適な実施形態において、上記第１の工程において、接続端子以外の基板表面が、予め撥水化処理されていることが好ましい。
【００２４】
ある好適な実施形態において、上記樹脂は、上記第３の工程において、該樹脂が硬化する際、収縮する材料で構成されることで導電性粒子の接触が強化されることが好ましい。
【００２５】
ある好適な実施形態において、上記接続端子は、基板表面にアレイ状に配列されている。
【００２６】
ある好適な実施形態において、上記第２の工程を繰り返すことが好ましい。
【００２７】
ある好適な実施形態において、上記基板は、回路基板で構成されており、基板上に複数の半導体チップがフリップチップ実装されている。
【００２８】
本発明の基板間接続方法は、複数の電極を有する第１の基板に対向させて、複数の電極を有する第２の基板を配置し、第１の基板の電極と第２の基板の電極とを接続体を介して電気的に接続する基板間接続方法であって、第１の基板の電極と第２の基板の電極とを互いに接触させた状態で、第２の基板を第１の基板に対向させて配置し、第１の基板と第２の基板の隙間に、導電性粒子を含有した樹脂を供給する第１の工程と、第１の基板と第２の基板のギャップを、所定の間隔になるまで徐々に拡大することによって、樹脂を第１の基板の電極と第２の基板の電極間に界面張力で自己集合させる第２の工程と、電極間に自己集合した樹脂を硬化させる第３の工程とを有し、当該自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子の集合体が、第１の基板の電極と第２の基板の電極とを電気的に接続する接続体を構成していることを特徴とする基板間接続方法である。
【００２９】
ある好適な実施形態において、上記第２の工程において、樹脂を、第１の基板の電極と第２の基板の電極間に自己集合させた後、樹脂を加熱し、該樹脂中に含有する導電性粒子を溶融させる工程をさらに含む。
【００３０】
本発明のフリップチップ実装体は、複数の接続端子を有する基板に対向させて、複数の電極端子を有する半導体チップが配置され、基板の接続端子と半導体チップの電極端子とが接続体を介して電気的に接続されたフリップチップ実装体において、当該接続体は、接続端子と電極端子とが互いに接触した状態で配置された基板と半導体チップの隙間に供給された導電性粒子を含有する樹脂が、基板と半導体チップのギャップを拡大することによって、接続端子と電極端子間に自己集合し、該自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子の集合体で構成されていることを特徴とする。
【００３１】
ある好適な実施形態において、上記フリップチップ実装体は、基板と半導体チップとの隙間に供給されたアンダーフィル材で固定されている。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係るフリップチップ実装方法は、半導体チップと基板との隙間に供給された導電性粒子を含有する樹脂が、対向する端子間に界面張力で自己集合し、当該自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子の集合体が、端子間を電気的に接続する接続体を構成する。それ故、樹脂中に含有する導電性粒子を有効に利用することができる。また、隣接する端子間には、導電性粒子を含有する樹脂は存在しないため、隣接端子間の絶縁性を高めることができ、信頼性の高いフリップチップ実装体を実現することができる。
【００３３】
さらに、端子間を電気的に接続する接続体（導電性粒子を含有する樹脂）を自己集合的に形成することができるので、次世代ＬＳＩの狭ピッチのフリップチップ実装にも適用可能である。
【００３４】
加えて、端子間に導電性粒子を含有する樹脂を自己集合させるとともに、自己集合した樹脂を硬化させることによって、半導体チップと基板の端子間の電気的接続と、半導体チップの基板への固定が同時にでき、生産性の高いフリップチップ実装体を実現することができる。
【００３５】
また、同様に、本発明に係る基板間接続法においても、基板間の隙間に供給された導電性粒子を含有する樹脂が、対向する電極間に界面張力で自己集合し、当該自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子の集合体が、電極間を電気的に接続する接続体を構成する。それ故、樹脂中に含有する導電性粒子を有効に利用することができる。また、隣接する電極間には、導電性粒子を含有する樹脂は存在しないため、隣接電極間の絶縁性を高めることができ、信頼性の高い基板間接続を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本願出願人は、次世代ＬＳＩ用の半導体チップに適応可能なフリップチップ実装について検討を行ない、均一性よく微細バンプを形成できる新規なフリップチップ実装方法を提案している（特願２００４−２６７９１９号）。
【００３７】
図１（ａ）〜（ｃ）は、本願出願人が上記特許出願明細書で開示したフリップチップ実装方法の基本工程を示す工程断面図である。
【００３８】
まず、図１（ａ）に示すように、複数の接続端子１１が形成された回路基板２１上に、はんだ粉（不図示）及び対流添加剤１５を含有する樹脂１３を供給する。
【００３９】
次に、図１（ｂ）に示すように、回路基板２１上に供給された樹脂１３の表面を半導体チップ２０で当接させる。このとき、複数の電極端子１２を有する半導体チップ２０は、複数の接続端子１１を有する回路基板２１と対向させて配置される。そして、この状態で樹脂１３を加熱し、樹脂１３中に分散しているはんだ粉を溶融させる。
【００４０】
溶融したはんだ粉は、図１（ｃ）に示すように、樹脂１３中で互いに結合し、濡れ性の高い接続端子１１と電極端子１２間に自己集合することによって、接続体１８を形成する。最後に、樹脂１３を硬化させて、半導体チップ２０を回路基板２１に固定させ、フリップチップ実装体を完成させる。
【００４１】
この方法の特徴は、はんだ粉を含有した樹脂１３に、はんだ粉が溶融する温度で沸騰する対流添加剤１５をさらに含有させた点にある。すなわち、はんだ粉が溶融した温度において、樹脂１３中に含有した対流添加剤１５が沸騰し、当該沸騰した対流添加剤１５が樹脂１３中を対流することによって、樹脂１３中に分散されている溶融したはんだ粉の移動が促進され、溶融したはんだ粉の均一な結合が進行する。その結果、均一に成長した溶融したはんだ粉が、濡れ性の高い回路基板２１の接続端子１１と半導体チップ２０の電極端子１２との間に自己集合することによって、接続端子１１と電極端子１２との間に、均一性の高い接続体１８を形成することができる。
【００４２】
また、本願出願人は、上記対流添加剤に代えて、気泡発生剤を含有させた樹脂を用い、溶融したはんだ粉を端子間に自己集合させ、均一な接続体を形成する方法を別途提案している（特願２００５−０９４２３３号）。
【００４３】
図２（ａ）〜（ｄ）は、本願出願人が上記特許出願明細書で開示したフリップチップ実装方法の基本工程を示す工程断面図である。
【００４４】
図２（ａ）は、図１（ｂ）に示した工程に対応するもので、回路基板２１と半導体チップ２０の隙間に、はんだ粉１６と気泡発生剤を含有した樹脂１４が供給された状態を示す。樹脂１４には、対流添加剤１５の代わりに、気泡発生剤（不図示）が含有されている点が異なる。
【００４５】
この状態で、樹脂１４を加熱すると、樹脂１４中に含有する気泡発生剤から気泡１９が発生する。そして、図２（ｂ）に示すように、樹脂１４は、発生した気泡１９が成長することで、この気泡１９外に押し出される。同時に、はんだ粉１６は樹脂１４とともに気泡１９外に押し出される。これは、はんだ粉１６を含有する樹脂１４が、はんだ粉１６との濡れ性に優れるため、気泡中に存在できず、樹脂１４とともに移動するからである。
【００４６】
気泡１９の成長により押し出された樹脂１４は、図２（ｃ）に示すように、回路基板２１の接続端子１１、及び半導体チップ２０の電極端子１２間に自己集合し、接続端子１１、電極端子１２の端部を境とした柱状樹脂が形成される。
【００４７】
樹脂１４をさらに加熱すると、図２（ｄ）に示すように、端子間に自己集合した樹脂１４中に含有するはんだ粉１６が溶融し、はんだ粉１６同士が溶融結合する。このとき、接続端子１１及び電極端子１２は、溶融し結合したはんだ粉１６に対して濡れ性が高いので、端子間に溶融したはんだ粉１６よりなる接続体１８が形成される。これにより、半導体チップが回路基板に搭載されたフリップチップ実装体が得られる。
【００４８】
なお、端子間に接続体１８を形成した後、端子間に残存する樹脂１４を硬化させることによって、あるいは、半導体チップ２０と回路基板２１の隙間にアンダーフィル材を注入、硬化させることによって、半導体チップ２０を回路基板２１に固定させてもよい。
【００４９】
この方法の特徴は、はんだ粉を含有した樹脂１４を、樹脂１４中に含有する気泡発生剤を発泡させることによって、回路基板２１の接続端子１１と半導体チップ２０の電極端子１２との間に自己集合させる点にある。すなわち、端子間に自己集合した樹脂１４をさらに加熱し、樹脂１４中に含有するはんだ粉１６を溶融させることによって、接続端子１１と電極端子１２との間に接続体１８を形成することができる。
【００５０】
本願出願人が提案した上記二つの方法において、１番目の方法は、樹脂中を対流する対流添加剤が、樹脂中に含有する溶融したはんだ粉に直接作用することによって、当該溶融したはんだ粉を端子間に自己集合させるのに対し、２番目の方法は、樹脂中に含有する気泡発生剤から発生した気泡が、その成長過程で樹脂に作用することによって、当該樹脂を端子間に自己集合させてから、樹脂中に含有するはんだ粉を溶融させる点で異なる。
【００５１】
しかしながら、両方法とも、樹脂中に含有する対流添加剤を沸騰させるために、あるいは、気泡発生剤から気泡を発生させるために、対流添加剤または気泡発生剤が含有された樹脂を加熱する工程が必要となる。
【００５２】
本願発明者は、樹脂を加熱することなく、室温においても、端子間に接続体を自己集合的に形成してフリップチップ実装体を得る方法を検討し、本発明を想到するに至った。
【００５３】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００５４】
図３（ａ）〜（ｃ）、及び図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態におけるフリップチップ実装方法の基本的な工程を示す工程断面図である。
【００５５】
まず、図３（ａ）に示すように、複数の接続端子１１を有する回路基板２１上に、導電性粒子（不図示）を含有した樹脂３０を供給する。ここで、導電性粒子は、樹脂３０中に均一に分散されており、樹脂３０は、室温において流動可能な程度の粘性を有していることが好ましい。
【００５６】
次に、図３（ｂ）に示すように、回路基板２１の接続端子１１と半導体チップ２０の電極端子１２とが互いに接触するように、複数の電極端子１２を有する半導体チップ２０を、回路基板２１に対向させて配設する。このとき、回路基板２１の接続端子１１上にあった樹脂３０は、押し出され、その結果、半導体チップ２０と回路基板２１の隙間は、樹脂３０で充填された状態になる。
【００５７】
なお、回路基板２１の接続端子１１と半導体チップ２０の電極端子１２との接触は、必ずしも樹脂３０を完全に押し出した状態にまでなる必要はなく、対向する端子間に樹脂３０が残存していても構わない。
【００５８】
また、樹脂３０の供給は、回路基板２１と半導体チップ２０を、対向する接続端子１１、電極端子１２とが互いに接触するように対向させて配置した後、半導体チップ２０と回路基板２１の隙間を埋めるように後で行ってもよい。
【００５９】
この状態から、図３（ｃ）に示すように、半導体チップ２０と回路基板２１のギャップＤを、所定の間隔になるまで拡大することによって、樹脂３０を、回路基板２１の接続端子１１と半導体チップ２０の電極端子１２間に界面張力で自己集合させる。
【００６０】
以下、図４（ａ）〜（ｃ）、及び図５（ａ）〜（ｄ）を参照しながら、樹脂３０が、回路基板２１の接続端子１１と半導体チップ２０の電極端子１２間に界面張力で自己集合するメカニズムを説明する。
【００６１】
図４（ａ）〜（ｃ）は、半導体チップ２０と回路基板２１のギャップをＤ1からＤ3まで拡大していったときの工程断面図（一部拡大）を示し、図５（ａ）〜（ｄ）は、その工程に対応する半導体チップ２０の平面図を示す。
【００６２】
図５（ａ）は、半導体チップ２０の電極端子１２が、回路基板２１の接続端子１１と互いに接触している状態を示し、電極端子１２以外の半導体チップ２０と回路基板２１の隙間に、樹脂３０が充填されている。
【００６３】
この状態から、半導体チップ２０と回路基板２１のギャップを徐々に拡大していく。図４（ａ）は、ギャップＤ1のときの状態を示し、ギャップの拡大に伴い、対向する端子間に樹脂３０が侵入する一方、半導体チップ２０と回路基板２１の隙間にあった樹脂３０の一部に、空洞４０が発生している。
【００６４】
これは、端子間に小さなギャップが生じると、毛細管現象により、ギャップ内に樹脂３０が侵入し始め、ギャップがさらに拡大しても、樹脂３０と接続端子１１、電極端子１２間の界面張力により、端子間に侵入した樹脂３０は、端子間にそのまま維持されるからである。
【００６５】
また、半導体チップ２０と回路基板２１の隙間の容積は、ギャップの拡大に伴い増大するのと同時に、半導体チップ２０と回路基板２１の隙間にあった樹脂３０の一部が、端子間に移動することにより、半導体チップ２０と回路基板２１の隙間に残った樹脂３０に空洞４０が発生する。
【００６６】
図５（ｂ）は、図４（ａ）の状態のときの半導体チップ２０の平面図を示す。図５（ｂ）に示すように、半導体チップ２０の周辺まであった樹脂３０は、アレイ状に配列した電極端子１２の最外列近傍まで縮小するとともに、隣接する電極端子１２間に、樹脂３０の空洞４０が発生している。
【００６７】
さらに、半導体チップ２０と回路基板２１のギャップを拡大していくと、図４（ｂ）に示すように、樹脂３０の空洞４０が大きくなり、図５（ｃ）に示すように、樹脂３０は、電極端子１２の周辺を取り囲むように集合する。
【００６８】
そして、半導体チップ２０と回路基板２１のギャップを所定の間隔（Ｄ3）になるまで拡大すると、図４（ｃ）、及び図５（ｄ）に示すように、樹脂３０は、回路基板２１の接続端子１１と半導体チップ２０の電極端子１２間に自己集合する。
【００６９】
なお、上述した樹脂３０の端子間に自己集合するメカニズムは、樹脂３０と端子間の界面張力を利用したプロセスによることから、半導体チップ２０と回路基板２１のギャップの拡大は、所定のスピードでゆっくり行うことが好ましい。また、場合によっては、途中で一旦ギャップを狭めたり広げたりして、より確実に自己集合させる工程を入れてもよい。
【００７０】
また、端子間に侵入した樹脂３０を、端子間にそのまま維持されるために、樹脂３０の接続端子１１、電極端子１２との界面張力の大きさは、樹脂３０と半導体チップ２０、回路基板２１との界面張力の大きさよりも大きいことが好ましい。
【００７１】
図６は、樹脂３０が、半導体チップ２０の電極端子１２と、回路基板２１の接続端子１１との間に自己集合す状態を示した拡大断面図である。
【００７２】
端子間に自己集合した樹脂３０を硬化させることによって、半導体チップ２０が回路基板２１に固定されるとともに、自己集合した樹脂３０に含有する導電性粒子１６の集合体が、半導体チップ２０の電極端子１２と、回路基板２１の接続端子１１とを電気的に接続する接続体を構成する。
【００７３】
図６に示すように、導電性粒子１６が互いに接触するとともに、接続端子１１及び電極端子１２に接触することによって、対向端子間の電気的な接続を図っている。これにより、フリップチップ実装体が得られる。
【００７４】
本発明によれば、半導体チップ２０と回路基板２１との隙間に供給された導電性粒子１６を含有する樹脂３０は、対向する端子間に界面張力で自己集合し、当該自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子１６の集合体は、端子間を電気的に接続する接続体を構成する。それ故、樹脂３０中に含有する導電性粒子１６を有効に利用することができる。また、隣接する端子間には、導電性粒子１６を含有する樹脂３０は存在しないため、隣接端子間の絶縁性を高めることができ、信頼性の高いフリップチップ実装体を実現することができる。
【００７５】
さらに、端子間を電気的に接続する接続体（導電性粒子１６を含有する樹脂３０）を自己集合的に形成することができるので、次世代ＬＳＩの狭ピッチのフリップチップ実装にも適用可能である。
【００７６】
加えて、端子間に導電性粒子１６を含有する樹脂３０を自己集合させるとともに、自己集合した樹脂３０を硬化させることによって、半導体チップ２０と回路基板２１の端子間の電気的接続と、半導体チップ２０の回路基板２１への固定が同時にでき、生産性の高いフリップチップ実装体を実現することができる。
【００７７】
また、本発明の方法は、上述した本願出願人が提案するフリップチップ実装方法と異なり、樹脂３０中に対流添加剤や気泡発生剤を含有させる必要がないため、樹脂３０を加熱することなく、室温において、端子間に接続体を自己集合的に形成してフリップチップ実装体を得ることができる。
【００７８】
なお、上記の方法において、端子間に自己集合した樹脂３０に含有する導電性粒子１６の集合体が、半導体チップ２０の電極端子１２と、回路基板２１の接続端子１１とを電気的に接続する接続体を構成している。これは、導電性粒子１６が互いに接触することによって電気的な接続を図る方法であるが、この接続の信頼性をより高めるために、端子間に自己集合した樹脂３０を硬化させて、半導体チップ２０を回路基板２１に固定させる工程において、樹脂３０が収縮するような材料を使用してもよい。樹脂３０が収縮することによって、導電性粒子１６の接触が強まり、これにより、接続の信頼性が向上する。
【００７９】
あるいは、端子間に樹脂３０を自己集合させた後、樹脂３０を加熱し、樹脂３０中に含有する導電性粒子１６を溶融させることによって、図７に示すように、溶融した導電性粒子１６が結合した接続体１８を形成してもよい。これにより、接続体１８の抵抗値が下がり、接続の信頼性も向上する。なお、この場合、導電性粒子１６の全部が溶融しなくても、導電性粒子１６の表面だけが溶融して、導電性粒子１６同士の界面が金属結合された状態であってもよい。
【００８０】
上記の方法によれば、端子間に自己集合した樹脂３０を硬化させることによって、半導体チップ２０を回路基板２１に固定させているが、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、回路基板２１と半導体チップ２０の隙間にアンダーフィル材を供給することによって、より信頼性の高い固定をすることができる。
【００８１】
図８（ａ）は、導電性粒子を含有する樹脂を、半導体チップ２０の電極端子１２と、回路基板２１の接続端子１１間に自己集合させ、端子間に接続体１８を形成した状態を示す断面図である。
【００８２】
その後、図８（ｂ）に示すように、回路基板２１と半導体チップ２０の隙間にアンダーフィル材５０を供給し、その後、アンダーフィル材５０を硬化することによって、半導体チップ２０の回路基板２１への固定をより強固にすることができる。
【００８３】
本発明の方法によれば、導電性粒子１６を含有する樹脂３０は、樹脂３０と端子間の界面張力の作用により、端子間に自己集合するが、接続端子１１、電極端子１２以外の回路基板２１（または半導体チップ２０）表面を予め撥水化処理しておくことによって、樹脂３０の端子間への自己集合がよりスムーズに行なわれる。
【００８４】
すなわち、樹脂３０が端子間に自己集合するし易さは、樹脂３０と回路基板２１（または、半導体チップ２０）との界面張力の大きさにも依存する。従って、接続端子１１以外の回路基板２１（または、電極端子１２以外の半導体チップ２０）表面を予め撥水化処理しておくことによって、樹脂３０と回路基板２１（または半導体チップ２０）との界面張力を小さくでき、これによって、樹脂３０の端子間への自己集合がよりスムーズになる。
【００８５】
接続端子１１以外の回路基板２１（または、電極端子１２以外の半導体チップ２０）表面の撥水化処理は、例えば、図９（ａ）〜（ｃ）に示すような方法で行うことができる。
【００８６】
図９（ａ）に示すように、回路基板２１の表面に、接続端子１１となる金属膜を形成した後、レジスト６０を塗布する。
【００８７】
次に、図９（ｂ）に示すように、接続端子となる領域を残して、レジスト６０をパターニングし、その後、レジスト６０をマスクとして、接続端子１１となる金属膜をエッチング除去する。この状態で、回路基板２１の表面に撥水塗膜用の塗料（例えば、ＥＧＣ−１７００エレクトロニックコーティング剤；住友スリーエム製）を塗布した後、レジスト６０をリフトオフする。
【００８８】
その結果、図９（ｃ）に示すように、接続端子１１以外の回路基板２１の表面に撥水塗膜７０が残存し、当該表面と樹脂３０との界面張力を極めて低くすることができる。
【００８９】
ここで、本発明のフリップチップ実装方法に使用する樹脂３０、及び導電性粒子１６は、特に限定されないが、それぞれ、以下のような材料を使用することができる。
【００９０】
樹脂３０としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂、フッソ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂、若しくは光（紫外線）硬化性樹脂等、またはそれらを組み合わせた材料を使用することができるが、室温において、流動可能な程度の粘度を有していることが好ましい。
【００９１】
また、導電性粒子１６としては、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｓｎ−Ａｇ系等のはんだ合金、あるいは、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｇＣｕ等の金属を使用することができる。なお、本発明においては、導電性粒子同士の接触によって端子間の電気的接続を図ることから、導電性粒子の表面は、できるだけ酸化膜が成長しないようにしておくことが好ましい。また、互いに接触する導電性粒子同士の表面だけ溶融して、互いの界面で金属結合をなすような状態であってもよい。
【００９２】
以上説明したフリップチップ実装方法において、回路基板２１は、回路基板で構成され、回路基板２１上に複数の半導体チップ２０がフリップチップ実装されていてもよい。また、半導体チップ２０は、半導体チップが複数の電極端子（ランド）を有するインターポーザに搭載された構成（例えば、ＣＳＰ、ＢＧＡ等）であってもよい。
【００９３】
本発明は、フリップチップ実装だけでなく、それぞれ複数の電極を有する基板同士の電極間を電気的に接続する基板間接続にも適用することができる。基板間接続は、以下の方法でできる。
【００９４】
まず、第１の基板の電極と第２の基板の電極とを互いに接触させた状態で、第２の基板を第１の基板に対向させて配置し、第１の基板と第２の基板の隙間に、導電性粒子を含有した樹脂を供給する。
【００９５】
次に、第１の基板と第２の基板のギャップを、所定の間隔になるまで徐々に拡大することによって、樹脂を、第１の基板の電極と第２の基板の電極間に界面張力で自己集合させる。その後、電極間に自己集合した前記樹脂を硬化させる。
【００９６】
ここで、自己集合した樹脂中に含有する導電性粒子の集合体は、第１の基板の電極と第２の基板の電極とを電気的に接続する接続体を構成している。
【００９７】
なお、第１の基板又は第２の基板としては、回路基板、半導体ウエハ、半導体チップ（ベアチップ、実装チップを含む）等を使用することができる。
【００９８】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、樹脂３０は、室温において流動可能な粘度を有していることが好ましいとしたが、加熱することによって、流動可能な粘度に低下するものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明によれば、次世代ＬＳＩのフリップチップ実装に適用可能な、生産性及び信頼性の高いフリップチップ実装方法、及び基板間接続方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、対流添加剤を含有する樹脂を用いたフリップチップ実装方法を示す工程断面図
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、気泡発生剤を含有する樹脂を用いたフリップチップ実装方法を示す工程断面図
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態におけるフリップチップ実装方法を示す工程断面図
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明における樹脂の端子間への自己集合のメカニズムを説明する工程断面図
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明における樹脂の端子間への自己集合のメカニズムを説明する工程平面図
【図６】本発明における樹脂が端子間に自己集合した状態を示した拡大断面図
【図７】本発明における接続体の形成方法を示した拡大断面図
【図８】（ａ）〜（ｂ）は、本発明における他のフリップチップ実装方法を示す工程断面図
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、本発明における基板表面の撥水化処理の方法を示す工程断面図
【符号の説明】
【０１０１】
１１  接続端子
１２  電極端子
１３、１４、３０  樹脂
１５  対流添加剤
１６  導電性粒子（はんだ粉）
１８  接続体
１９  気泡
２０  半導体チップ
２１  回路基板
４０  空洞
５０  アンダーフィル材
６０  レジスト
７０  撥水塗膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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