(57)【要約】      （修正有）【課題】ソルダフィルとその製造方法、そしてソルダフィルを利用した半導体チップの印刷回路基板の実装を提供する。【解決手段】 半導体チップ上にソルダフィルを先に付着、または印刷回路基板上にソルダフィルを先に付着して一体型に作った状態で半導体チップ、ソルダフィル及び印刷回路基板がよく整列されるようにした後に、リフロー工程を通じて半導体チップと印刷回路基板が電気的に互いに連結されるようにすることを特徴とするフリップチップ搭載方法である。ソルダフィルは半導体パッケージ製造工程の半導体チップと基板のとの間の充填材料として使用されるアンダフィル素材と、前記アンダフィル素材の内部で前記半導体チップのパッド形状と一致するように柱形で作られ、前記アンダフィル材質と同一の高さを有するソルダバンプ素材を具備することを特徴とする複合体である。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フリップチップが搭載されることができる印刷回路基板ＰＣＢを準備する段階と、
前記印刷回路基板でフリップチップが搭載される位置にソルダフィルを位置させる段階と、
前記印刷回路基板に前記ソルダフィルを付着させる段階と、
前記付着が完了したソルダフィル上に半導体チップを位置させる段階と、
前記半導体チップが搭載された前記印刷回路基板をリフローさせる段階とを具備することを特徴とするフリップチップ搭載方法。
【請求項２】
前記ソルダフィルはソルドバンプ素材とアンダフィル素材が前記半導体チップ及び印刷回路基板の構造に調和するように作られた薄片であることを特徴とする請求項１に記載のフリップチップ搭載方法。
【請求項３】
前記付着のための手段は接着剤であることを特徴とする請求項１または２に記載のフリップチップ搭載方法。
【請求項４】
前記付着のための手段は接着テープであることを特徴とする請求項１または２に記載のフリップチップ搭載方法。
【請求項５】
前記アンダフィル素材はエポキシ系列であることを特徴とする請求項２に記載のフリップチップ搭載方法。
【請求項６】
前記半導体チップはソルドバンプが形成されないことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のフリップチップ搭載方法。
【請求項７】
半導体チップ上にソルダフィルを位置させる段階と、
前記半導体チップと前記ソルダフィルの側面に接着テープを付けて前記半導体チップ上にソルダフィルを付着させる段階と、
前記半導体チップが付着したソルダフィルをフリップチップが搭載されることができる印刷回路基板ＰＣＢに位置させる段階と、
前記半導体チップが搭載された前記印刷回路基板をリフローさせて前記印刷回路基板、ソルダフィル及び半導体チップを一体化させる段階とを具備することを特徴とするフリップチップ搭載方法。
【請求項８】
前記ソルダフィルはソルドバンプ素材とアンダフィル素材が前記半導体チップ及び印刷回路基板の構造に調和するように作られた薄片であることを特徴とする請求項７に記載のフリップチップ搭載方法。
【請求項９】
前記接着テープは前記リフロー工程で溶けてソルダフィルのアンダフィル素材と合わせられることを特徴とする請求項７または８に記載のフリップチップ搭載方法。
【請求項１０】
前記アンダフィル素材はエポキシ系列であることを特徴とする請求項８に記載のフリップチップ搭載方法。
【請求項１１】
前記半導体チップはソルドバンプが形成されないことを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載のフリップチップ搭載方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体パッケージ製造方法に関するものであり、さらに詳細には、印刷回路基板(ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ)にフリップチップ(ｆｌｉｐ  ｃｈｉｐ)を搭載(ｍｏｕｎｔｉｎｇ)する方法に関することである。
【背景技術】
【０００２】
半導体パッケージはチップを外部環境から安全に保護する機能だけではなく、チップが印刷回路基板(ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ)と電気的に円滑に連結されるようにする連結(ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ)機能がある。
【０００３】
低価格化、小型化、高性能化、高信頼性の趨勢に従って、半導体パッケージはフリップチップ(Ｆｌｉｐ  Ｃｈｉｐ)、ＣＳＰ(Ｃｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ)、ＢＧＡ(Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ)などのような面配列接続技術を利用した進歩した形態の半導体パッケージが主流を形成するようになった。
【０００４】
前記面配列接続技術を利用した半導体パッケージのうち、フリップチップ製造技術はプラスチック材質の印刷回路基板で印刷回路がある面と、半導体チップで微細回路が形成されている面を互いに向き合うように付着する技術(ｆａｃｅ−ｄｏｗｎ  ａｔｔａｃｈ)である。
【０００５】
フリップチップ技術で、最大の関心は半導体チップと印刷回路基板との間のソルド接合部の熱機械的(Ｔｈｅｒｍｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ)疲労(ｆａｔｉｇｕｅ)寿命である。１９８０年代後半までフリップチップはシリコンやセラミックス基板に実装され、半導体チップのサイズも小さくて熱機械的疲労は大きい問題にならなかった。しかし、１９８０年代後半の以後、半導体チップのサイズが飛躍的に増加し、同時に半導体チップの熱膨脹係数である２．５ｐｐｍ／℃とは大きい差を示す有機基板ＦＲ４材質の印刷回路基板(熱膨脹係数：１６ｐｐｍ／℃)及びポリイミド(熱膨脹係数：４５ｐｐｍ／℃)材質の基板が使用されることによって、ソルド接合部の熱機械的疲労寿命は重要な問題として台頭した。
【０００６】
このようなソルド接合部の熱機械的疲労寿命を解決するために示した技術がアンダフィル(ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ)挿入技術である。これはエポキシ(ｅｐｏｘｙ)のような接着力が優れた高分子材料にＳｉＯ２粒子を充填させて熱膨脹係数に近接した値を有するようにした後に、これを半導体チップと印刷回路基板との間のギャップに充填する技術である。この時に、ＳｉＯ２が充填されたエポキシ系高分子複合材料をアンダフィル(ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ)と呼ぶ。このようなアンダフィル技術をフリップチップに使用すると、ソルド接合部の熱機械的疲労寿命は１０〜１００倍程度向上し、ソルドの変形が約０．１０〜０．２５％程度減少する效果があると紹介される。
【０００７】
図１は従来の技術によるフリップチップ搭載方法を説明するために示した工程流れ図であり、図２乃至図４は従来の技術によるフリップチップ搭載方法及び問題点を説明するために示した断面図である。
【０００８】
図１乃至図４を参照すると、先ず、ソルドバンプ(ｓｏｌｄｅｒ  ｂｕｍｐ、１２)が形成された半導体チップ１０と印刷回路基板(ＰＣＢ、２０)を準備する。この時に、印刷回路基板２０にはソルドバンプ１２を付着するためのフラックス(ｆｌｕｘ)処理されたことが適する。次に、前記半導体チップ１０を印刷回路基板２０に整列して搭載Ａ１する。前記搭載を完了した後に、前記結果物をソルドバンプ１２が溶けることができる温度を有するリフロー(ｒｅｆｌｏｗ)オーブンに通過させてソルドバンプ１２を通じて半導体チップ１０と印刷回路基板２０を互いに連結Ａ２する(図２の図面)。
【０００９】
続いて、前記ソルドバンプが連結された結果物を洗浄(ｃｌｅａｎｉｎｇ、Ａ３)処理してリフロー工程で発生された有機汚染物を除去する。この時に、図３に示したように、半導体チップ１０と有機物材質ＦＲ４の印刷回路基板２０は熱膨脹係数が互いに異なるので、ソルドバンプ結合部で熱膨脹係数の差による微細な損傷３０が発生することがある。
【００１０】
図４は前記洗浄が終わった結果物にアンダフィル材料３０、例えばＳｉＯ２が充填されたエポキシ系列の接着材料をディスペンシングＡ４し、前記アンダフィル材料を熱で硬化させるためにキュアリングＡ５を進行した結果である。
【００１１】
しかし、従来の技術によるフリップチップ搭載方法は次のような問題点を有している。
【００１２】
一番目は、ソルドバンプの付着及びアンダフィル材質のキュアリングのために２回の熱処理を実行しなければならないので、工程が長くて複雑な問題がある。
【００１３】
二番目は、熱処理の中間、すなわち洗浄工程の後に半導体チップと印刷回路基板の熱膨脹係数の差による損傷がソルドバンプ接合部(図３の３０)で発生することがある。したがって、この部分に対する半導体パッケージの信頼性が低下することがある。
【００１４】
三番目は、半導体チップにソルドバンプを必ず形成しなければならないので、半導体チップを製造する過程で追加工程が必要である。
【００１５】
これに対して、日本公開特許平１１−２１４５７１号、日本公開特許平１１−２０４６９８号には半導体チップ／接着／印刷回路基板を整列した後に、加熱加圧して付着する方法が開示されているが、根本的な解決策は提示していない。
【特許文献１】特開平１１−２１４５７１号公報
【特許文献２】特開平１１−２０４６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明が解決しようする課題は、上述の問題点を解決し、半導体パッケージに対する信頼性を高め、簡単な工程で製造可能なフリップチップ搭載方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述の課題を解決するために本発明は、第１実施の形態を通じてフリップチップ(ｆｌｉｐ  ｃｈｉｐ)が搭載されることができる印刷回路基板ＰＣＢを準備する段階と、前記印刷回路基板でフリップチップが搭載される位置にソルダフィル(ｓｏｌｄｅｒｆｉｌｌ)を位置させる段階と、前記印刷回路基板に前記ソルダフィルを付着させる段階と、前記付着が完了したソルダフィル上に半導体チップを位置させる段階と、前記半導体チップが搭載された前記印刷回路基板をリフローさせる段階とを具備することを特徴とするフリップチップ搭載方法を提供する。
【００１８】
上述の課題を解決するために本発明は、第２実施の形態を通じて半導体チップ上にソルダフィルを位置させる段階と、前記半導体チップ上にソルダフィルを付着させる段階と、前記半導体チップが付着したソルダフィルをフリップチップが搭載されることができる印刷回路基板ＰＣＢに位置させる段階と、前記半導体チップが付着したソルダフィルを前記印刷回路基板上でリフローさせる段階とを具備することを特徴とするフリップチップ搭載方法を提供する。
【００１９】
本発明の望ましい実施の形態によると、前記ソルダフィルはソルドバンプ素材とアンダフィル素材が前記半導体チップ及び印刷回路基板の構造に調和するように作られた薄片(ｓｌｉｃｅ)であることが適し、前記アンダフィル素材はエポキシ系列であることが適し、前記半導体チップはソルドバンプが形成されないことが適する。
【００２０】
望ましくは、前記印刷回路基板に前記ソルダフィルを付着させる方法は接着手段、例えば接着剤または接着テープを前記ソルダフィルのエッジに付けて付着させることが適する。
【００２１】
また、本発明の望ましい実施の形態によると、前記半導体チップ上に前記ソルダフィルを付着させる方法は、接着テープを前記半導体チップと前記ソルダフィルの側面に付けて付着させることが適し、この時に、前記接着テープは前記リフロー工程で溶けてソルダフィルのアンダフィル素材と合わせられることが望ましい。
【００２２】
本発明によると、既存の装備の変更なしに、ただ一度のリフロー工程を含む簡単な工程でフリップチップ搭載を実現することができ、ただ一度の熱処理工程を通じてソルドバンプとアンダフィルを使用して半導体チップと印刷回路基板を連結するので、ソルドバンプ結合部で発生することができる損傷を防止することができるので、半導体パッケージの信頼性を向上させることができる。また、半導体チップにソルドバンプを追加に形成しなければならない必要がない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によると、一番目は、既存装備の変更なしに、簡単な熱処理工程を通じるフリップチップ搭載を実現することができるので、フリップチップ搭載工程を単純化させることができる。
【００２４】
二番目は、ソルダフィル上に半導体チップを先に接着させて一体型に作るか、印刷回路基板上にソルダフィルを接着させて一体型に作るので、取り扱い中に印刷回路基板、ソルダフィル及び半導体チップで誤整列が発生する問題を減らすことができる。
【００２５】
三番目は、半導体チップにソルドバンプを追加に形成しなければならない必要がない。これによって、半導体チップ製造工程を減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付の図面を参照して本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。本明細書のソルダフィルは一番広い意味で使用しており、下の実施の形態に示した特定材質のみを限定することではない。本発明はその精神及び必須の特徴を逸脱せず、他の方式で実施することができる。例えば、望ましい実施の形態においては、ソルダフィルでソルドワイヤが無煙ソルドであるが、これは別の材質のソルドワイヤを使用しても関係ない。または、印刷回路基板の有機材質ＦＲ４はポリイミドのような類似の別の材質に置き換えることができる。したがって、下の望ましい実施の形態に記載した内容は例示的なことであり、限定する意味ではない。
【００２７】
図５乃至図７は本明によるフリップチップ搭載方法のうちでソルダフィルの構造及び製造方法を説明するために示した斜視図である。
【００２８】
図６乃至図７を参照すると、ソルドバンプとして使用されるソルドワイヤ１３２を一定の間隔に整列(図６)させる。この時に、ソルドワイヤの材質はソルドバンプの材質と同一であることが適し、ソルドワイヤを整列させる方法は半導体チップのパッド位置及び印刷回路基板の連結部の位置と互いに調和(ｍａｔｃｈｉｎｇ)するようにすることを意味する。続いて、前記整列された状態にあるソルドワイヤに液体状態のアンダフィル材質１３４を充填させた後に、若干硬化させてアンダフィル材質１３４をゲル状態（Ｂ−ｓｔａｇｅ）に作る。前記アンダフィル材質１３４は初めには液体状態であるが、少しの硬化過程を経れば、ゲル状態(Ｂ−ｓｔａｇｅ)になり、
ゲル状態(Ｂ−ｓｔａｇｅ)で温度を上げると、溶けて再び液体状態になることができる。そしてこの液体状態で再び硬化されれば、固体状態に非可逆的な変態をする物質としてエポキシ系列の材質であることが適する。
【００２９】
したがって、ソルダフィルバルク(ｓｏｌｄｅｒｆｉｌｌ  ｂｕｌｋ、１３６)でアンダフィル材質１３４はゲル状態(Ｂ−ｓｔａｇｅ)を維持する。続いて、前記ソルダフィルバルク１３６をブレード(ｂｌａｄｅ、１３８)を使用してこれを一定のサイズに薄片化(ｓｌｉｃｉｎｇ)させて薄片状態の単位ソルダフィル１３０を製造する。
【００３０】
したがって、ソルダフィル１３０とは、ソルドワイヤ１３２を切って形成したソルドバンプと、切られた状態のアンダフィル材質１３４が半導体チップ及び印刷回路基板の連結部と互いに調和するように作られた薄片を意味する。
【００３１】
＜第1実施の形態:ソルダフィルと印刷回路基板を一体化させて搭載する方法＞
図８は本発明によるフリップチップ搭載方法を説明するためのプル流れ図であり、図９乃至図１２は本発明によるフリップチップ搭載方法を説明するために示した断面図である。
【００３２】
図８乃至図１２を参照すると、有機材質ＦＲ４の基板１４２に回路パターンの連結部１４４がある印刷回路基板１４０を準備する。続いて、前記印刷回路基板１４０上に図７に説明されたソルダフィル１３０を整列させた後に、接着手段１５０、例えばエポキシのような接着剤または接着テープをソルダフィル１３０のエッジに接着させて印刷回路基板１４０とソルダフィル１３０を付着Ｃ１させて互いに一体化させる。その後に、前記付着が完了したソルダフィル１３０上に半導体チップ１００を整列Ｃ２して位置させる。前記半導体チップ１００を整列する方法は半導体チップ１００の活性領域が下に向くようにし、活性領域のパッド(図示しない)が前記ソルダフィル１３０のソルドワイヤが切られて形成されたソルドバンプ１３２と連結されるようにする。最後に、前記整列が完了した結果物にリフロー工程を進行Ｃ３する。前記リフロー工程によってソルドワイヤが切られたソルドバンプ１３２Ａは溶けて半導体チップ１００のパッドと印刷回路基板１４０の連結部１４４を接続させ、アンダフィル１３４Ａは前記ソルドバンプ１３２Ａが溶ける温度で溶けた後に、再び硬化されて半導体チップ１００と印刷回路基板１４０との間のギャップを満たすようになる。また、前記印刷回路基板１４０と前記ソルダフィル１３０を付着させるために使用された接着手段１５０、例えば接着剤または接着テープはソルダフィルのアンダフィル１３４Ａに溶けて合わせられることが望ましい。しかし、合わせられなくて残存しても関係ない。
【００３３】
＜第２実施の形態: ソルダフィルと半導体チップを一体化させて搭載する方法＞
図１３は本発明の第２実施の形態によるフリップチップ搭載方法を説明するために示した流れ図であり、図１４乃至図１７は本発明によるフリップチップ搭載方法を説明するために示した断面図である。
【００３４】
図１３乃至図１７を参照すると、上述の第１実施の形態では印刷回路基板１４０とソルダフィル１３０を一体化させてリフロー工程を進行したが、本実施の形態は先にソルダフィル１３０と半導体チップ１００を一体化させた後に、リフロー工程を進行する方式である。詳細に説明すると、半導体チップ１００上に図７に説明されたソルダフィル１３０を整列させた後に、接着テープ１５２を前記ソルダフィル１３０と前記半導体チップ１００の側面に付着Ｄ１させて一体化させる。この時に、前記半導体チップ１００を整列する方法は、半導体チップ１００の活性領域が下に向くようにし、活性領域のパッド(図示しない)が前記ソルダフィル１３０のソルドワイヤが切られて形成されたソルドバンプ１３２と連結されるようにする。
【００３５】
続いて、前記半導体チップ１００が接着テープ１５２により付着したソルダフィル１３０を印刷回路基板１４０上に整列Ｄ２させる。最後に、前記整列が完了した結果物にリフロー工程（ｒｅｆｌｏｗ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を進行Ｄ３する。前記リフロー工程で前記半導体チップ１００と前記ソルダフィル１３０を付着させるために使用された接着テープ１５２はソルダフィル１３０のアンダフィル１３４Ａに溶けて合わせられることが望ましい。
【００３６】
本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明が属する技術的思想内で当分野の通常の知識を持つ者により多い変形が可能であることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来の技術によるフリップチップ搭載方法を説明するために示した工程流れ図である。
【図２】従来の技術によるフリップチップ搭載方法及び問題点を説明するために示した断面図である。
【図３】従来の技術によるフリップチップ搭載方法及び問題点を説明するために示した断面図である。
【図４】従来の技術によるフリップチップ搭載方法及び問題点を説明するために示した断面図である。
【図５】本発明によるフリップチップ搭載方法のうちでソルダフィルの構造及び製造方法を説明するために示した斜視図である。
【図６】本発明によるフリップチップ搭載方法のうちでソルダフィルの構造及び製造方法を説明するために示した斜視図である。
【図７】本発明によるフリップチップ搭載方法のうちでソルダフィルの構造及び製造方法を説明するために示した斜視図である。
【図８】本発明の第１実施の形態によるフリップチップ搭載方法を説明するために示した流れ図である。
【図９】本発明によるフリップチップ搭載方法を説明するために示した断面図である。
【図１０】本発明によるフリップチップ搭載方法を説明するために示した断面図である。
【図１１】本発明によるフリップチップ搭載方法を説明するために示した断面図である。
【図１２】本発明によるフリップチップ搭載方法を説明するために示した断面図である。
【図１３】本発明の第２実施の形態によるフリップチップ搭載方法を説明するために示した流れ図である。
【図１４】本発明によるフリップチップ搭載方法を説明するために示した断面図である。
【図１５】本発明によるフリップチップ搭載方法を説明するために示した断面図である。
【図１６】本発明によるフリップチップ搭載方法を説明するために示した断面図である。
【図１７】本発明によるフリップチップ搭載方法を説明するために示した断面図である。
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１】
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【図８】
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【図１３】
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