(57)【要約】      （修正有）【課題】封止樹脂の硬化過程での充填材成分の沈降を低減できるプリント配線基板の製造方法および熱処理装置を提供する。【解決手段】充填材１７と液状の樹脂材料１６とを含む封止材１５と、この封止材１５上に配置された半導体チップ１３と、を主面上に備える基板１１を回転させながら熱処理する。熱処理中に基板１１を回転させることで、封止材１５中での充填材１７の沈降を抑制し、充填材１７を均一に分散させることができる。【選択図】図１
2005159161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充填材と液状の樹脂材料とを含む封止材と、この封止材上に配置された半導体チップと、を主面上に備える基板を回転させながら熱処理する熱処理工程、
を具備することを特徴とするプリント配線基板の製造方法。
【請求項２】
前記熱処理工程に先だって、
前記基板に前記半導体チップを実装する実装工程と、
前記実装工程で半導体チップが実装された基板と半導体チップの間に、前記封止材を注入する注入工程と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のプリント配線基板の製造方法。
【請求項３】
前記熱処理工程に先だって、
前記基板に前記封止材を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程で封止材が塗布された基板に、前記半導体チップを実装する実装工程と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のプリント配線基板の製造方法。
【請求項４】
基板を回転させながら移動する移動機構と、
前記移動機構によって移動中の基板を加熱する加熱機構と、
を具備することを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
前記移動機構が、
前記基板を保持する基板保持部と、
前記基板保持部に配置された車輪と、
前記車輪が走行する螺旋状の走行路と、を有する
ことを特徴とする請求項４記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記移動機構による前記基板の回転速度を調節する速度調節機構
をさらに具備することを特徴とする請求項４記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップと基板とを接続してなるプリント配線基板の製造方法および熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、モールドしてない半導体チップ（ベアチップ）を基板に直接実装するフリップチップ実装が用いられている。フリップチップ実装では、基板と半導体チップとの間を樹脂材料で封止して信頼性の向上を図っている。
この樹脂封止に際して、半導体チップを基板に実装した後に封止樹脂を注入する後入れ工法、半導体チップを実装する前に封止樹脂を基板に塗布する先入れ工法の２通りの工法が用いられる。
これら２つの工法のいずれにおいても、封止樹脂は後の熱処理によって硬化されるのが一般的である。
なお、半導体チップと基板との間に無機フィラーを混合した封止材料を充填することで、半導体チップと基板との熱膨張係数の差によって熱処理時に生じる熱応力を緩和する技術が開示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−７４７９８号公報、第０００３段落
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、熱処理時に封止樹脂内の充填材成分が自重で沈降し、硬化した封止樹脂内で線膨張係数が不均一になる場合がある。この場合には、封止樹脂による接合の信頼性が低下するおそれがある。これは、先入れ工法、後入れ工法のいずれでも生じうる。
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、封止樹脂の硬化過程での充填材成分の沈降を低減できるプリント配線基板の製造方法および熱処理装置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】
【０００４】
Ａ．上記目的を達成するために、本発明に係るプリント配線基板の製造方法は、充填材と液状の樹脂材料とを含む封止材と、この封止材上に配置された半導体チップと、を主面上に備える基板を回転させながら熱処理する熱処理工程、を具備することを特徴とする。
熱処理中に基板を回転させることで、封止材中での充填材の沈降を抑制し、充填材を均一に分散させることができる。ひいては、基板と半導体チップ間での接合信頼性を向上することができる。
【０００５】
ここで、プリント配線基板の製造方法で、前記熱処理工程に先だって、前記基板に前記半導体チップを実装する実装工程と、前記実装工程で半導体チップが実装された基板と半導体チップの間に、前記封止材を注入する注入工程と、をさらに具備してもよい。
また、プリント配線基板の製造方法で、前記熱処理工程に先だって、前記基板に前記封止材を塗布する塗布工程と、前記塗布工程で封止材が塗布された基板に、前記半導体チップを実装する実装工程と、をさらに具備してもよい。
封止材の先入れ、後入れ工法のいずれでも、本発明を適用可能である。
【０００６】
Ｂ．本発明に係る熱処理装置は、基板を回転させながら移動する移動機構と、前記移動機構で移動中の基板を加熱する加熱機構と、を具備することを特徴とする。
この熱処理装置を用いるとリフロー工程中に基板を回転させることができる。この結果、封止材中での充填材の沈降を抑制し、充填材を均一に分散させることが可能となる。
【０００７】
（１）ここで、前記移動機構が、前記基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部に配置された車輪と、前記車輪が走行する螺旋状の走行路と、を有してもよい。
螺旋状の走行路を用いて、基板を回転させながら移動することを容易に実現できる。
【０００８】
（２）熱処理装置が、前記移動機構による前記基板の回転速度を調節する速度調節機構
をさらに具備してもよい。
封止材の物性に応じて回転数を調節することで、充填材をより均一に分散できるようになる。
なお、これに加えて、熱処理温度の調節を行うことで、充填材の均一な分散に寄与することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、封止樹脂の硬化過程での充填材成分の沈降を低減できるプリント配線基板の製造方法および熱処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態に係るプリント配線基板１０を表す側面図である。本図に示されるようにプリント配線基板１０は、基板１１，はんだ層１２，半導体チップ１３，はんだボール１４，封止材（「アンダーフィル樹脂組成物」ともいう）１５から構成される。
【００１１】
基板１１は、絶縁部と導電部を有する、例えば積層樹脂基板である。
絶縁部には、エポキシ樹脂、ポリイミド、マレイミド樹脂、ポリエチレンテレフタラート、ポリフェニレンオキシド、液晶ポリマーのような樹脂、エポキシ樹脂とガラス繊維などを組み合わせた積層体、ならびにガラス、セラミックスのような無機質などが用いられる。
導電部は、導電層または配線であり、半導体チップ１３と電気的に接続され、Ｃｕ、ＮｉめっきＣｕ、ＡｕめっきＣｕ、はんだめっきＣｕ、Ａｌ、Ａｇ／Ｐｄなどが用いられる。
【００１２】
樹脂材料１６としては、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、マレイミド樹脂およびそれらの２種以上を配合した混合樹脂を用いることができる。これらは、加熱前は液状で、加熱することで硬化して固体となる樹脂材料である。
充填材１７としては、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭酸カルシウムを用いることができる。これらの形状は粒状であり、その粒径は、０．１〜１０μｍの範囲である。
また、封止材１５には、必要に応じて、ブタジエン系ゴム粒子のようなゴム質物などの配合物のような樹脂ペースト、フェノール樹脂、酸無水物、ポリアミン、オニウム塩のような硬化剤、イミダゾール類、有機過酸化物のような硬化促進剤、臭素化合物、リン化合物のような難燃剤、ポリジメチルシロキサンやそれを含む組成物のような消泡剤、有機顔料などの着色材、シランカップリング剤などを配合できる。
【００１３】
図２はプリント配線基板１０の製造工程の一例を表すフロー図である。また、図３は、図２の製造工程中でのプリント配線基板１０の状態を表す側面図である。
図２，３に示す工程では、半導体チップ１３を実装する前に基板１１に封止材１５を塗布する先入れ工法、特に、C4(Controlled Collapse Chip Connection)工法が表わされている。但し、プリント配線基板１０の製造に他の工法、例えば半導体チップ１３を基板１１に実装した後に封止材１５を注入する後入れ工法を用いることも可能である。
以下、図２，３に基づきプリント配線基板１０の製造工程の詳細を説明する。
【００１４】
（１）基板１１の加熱（ステップ１および図３（Ａ））
導電部にはんだ層１２がプリコートされた基板１１をホットプレートＨＰ等で加熱する。例えば、基板１１を例えば、２００℃で５分程度加熱することによって基板１１を乾燥し、水分を除去する。
基板１１の表面に水分が存在すると、水分が未硬化の封止材１５中に移行し、硬化の過程で蒸発し、硬化後の封止材１５中にボイドが残り易くなるためである。
【００１５】
（２）基板１１への封止材１５の塗布（ステップ２および図３（Ｂ））
基板１１上の導電部周辺の凹凸部全体に封止材１５を塗布する。この塗布はディスペンサＤを用い、封止材１５を滴下することで行える。このとき、粒状の充填材１７が拡散した状態で封止材１５が塗布される。
（３）基板１１への半導体チップ１３の実装（ステップ３および図３（Ｃ））
フリップチップボンダ等のマウンタＭＴにより、はんだボール１４を有する半導体チップ１３を基板１１上に実装する。
【００１６】
（４）基板１１のリフロー処理（ステップ４および図３（Ｄ））
基板１１を回転させながらリフロー炉内を通過させる。封止材１５が硬化されると共に、はんだ層１２とはんだボール１４とが融解され、半導体チップ１３側の電極と基板１１上の電極間とが接合される。この結果、プリント配線基板１０が作成される。
このときの回転の方向は基板１１の面に略平行な方向であり、リフロー中に基板１１の法線は重力の方向および重力とは逆の方向の双方をとることになる。
【００１７】
図４は、基板１１を回転してリフロー処理を行った基板１１を拡大した状態を、基板１１を回転せずにリフロー処理を行った基板１１と比較して表す拡大図である。（Ａ）が基板１１を回転した場合、（Ｂ）が基板１１を回転しない場合をそれぞれ表す。
図４（Ａ）に示されるように、熱処理中に基板１１を回転することで、充填材１７を均一に分散した状態で封止材１５を硬化することができる。一方、図４（Ｂ）に示されるように、熱処理中に基板１１を回転しないと、封止材１５中に充填材１７が沈降した状態で封止材１５が硬化される。
【００１８】
前述のように、ステップ２で封止材１５を塗布した直後には、充填材１７は樹脂材料１６内に十分に分散された状態である。
これが基板１１への半導体チップ１３の実装工程（ベアチップ実装：ステップ３）、リフロー処理工程（アンダーフィル樹脂硬化：ステップ４）を経由することで、封止材１５内に拡散していた充填材１７（フィラー成分）が重力により沈降する。このため、封止材１５内部において、充填材１７の密度が大きい基板１１側と、充填材１７の密度が小さい半導体チップ１３（ベアチップ）側とで、線膨張係数が異なることとなる。
その結果、比較的接合強度が弱いといわれる半導体チップ１３のアルミパッド電極とはんだボール１４（金属バンプ）の接合部での接合信頼性の確保が困難となる。即ち、線膨張係数の不均一性によって生じる熱応力によって、接合部が破壊されるおそれが生じる。
【００１９】
これに対して、基板１１を回転することで、封止材１５内の充填材１７が重力により基板１１側へ沈降する現象を抑制でき、封止材１５内部で充填材１７の密度、ひいては線膨張係数が均一となる。このため、熱応力によって接合部等が破壊されるおそれがない。
【００２０】
図５は、ステップ４でのリフロー処理に用いることができる熱処理装置２０を表す斜視図である。図６は、熱処理装置２０を図５のＡ方向（左側面）から見た状態を表す側面図である。図７，８はそれぞれ、図５，６に示したステージ２４の詳細を表す背面図および側面図である。なお、図５，６では、見やすさのために、ステージ２４に付随する構成要素を省略している。
【００２１】
熱処理装置２０は、円柱状の炉内部２１の内壁全面がヒータ（加熱手段）２２で覆われている。また、炉内部２１にらせん状のガイドレール２３が、ガイドレール２３上にステージ２４が設置される。
ステージ２４は、基板１１を固定して、移動するためのものであり、車輪２５を有する。車輪２５はステージ２４に設置したレール保持用治具２６によって回転可能に固定され、図示しない駆動機構（モータ等）で駆動される。上下一対の車輪２５でガイドレール２３を挟むことで、ガイドレール２３と車輪２５との間で駆動力が常に保持される。
基板１１のステージ２４への固定は、例えば、クリップ（バネ力）またはカプトンテープ（粘着力）等で行える。
【００２２】
駆動機構によって、ステージ２４をらせん状のガイドレール２３上を移動させることで、基板１１を回転させながら移動させることができる。この結果、封止材１５内での充填材１７成分の重力による沈降を抑制することができる。
熱処理装置２０はステージの移動スピードを任意に変える図示しない速度調節機構を有する。また、炉内部２１の温度をヒーター２２によって適宜に調節することができる。
このため、封止材１５の粘度および充填材１７の含有量等に応じてステージ２４の移動スピードを任意に変え、充填材１７の沈降を適宜に抑制することができる。
また炉内部２１は、ヒータ２２を複数のゾーンに区分し、ゾーン毎に温度制御を行うことで、リフロー時の温度プロファイル（時間の経過に対する処理温度の対応関係）を設定することが可能である。
【００２３】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、上記実施形態では半導体チップ１３を実装する前に基板１１に封止材１５を塗布する先入れ工法を説明したが、半導体チップ１３を基板１１に実装した後に封止材１５を注入する後入れ工法にも適用可能である。
【００２４】
後入れ工法は、特に、半導体チップ１３と基板１１間が例えば50〜100μm程度と比較的広く毛細管現象による樹脂封入が比較的容易に行える場合に有用である。既述のように、分子吸着材料とシリカ等の他の充填材１７との混合比を変化させることで、毛細管現象による封入に適した値に封止材１５の粘性を調節することができる。
後入れ工法では、基板１１に半導体チップ１３を圧接工法、超音波工法、C4(Controlled Collapse Chip Connection)工法等により実装した後、封止材１５を封入し、その後に熱処理を施して硬化させる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るプリント配線基板を表す側面図である。
【図２】図１に示したプリント配線基板の製造工程の一例を表すフロー図である。
【図３】図２の製造工程中でのプリント配線基板の状態を表す側面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るプリント配線基板を比較例に係るプリント配線基板と対比して表す側面図である。
【図５】プリント配線基板のリフロー処理に用いることができる熱処理装置の一例を表す斜視図である。
【図６】図５の熱処理装置を側面から見た状態を表す側面図である。
【図７】図５の熱処理装置に設置されているステージを背面から見た状態を表す背面図である。
【図８】図５の熱処理装置に設置されているステージを側面から見た状態を表す側面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０…プリント配線基板、１１…基板、１２…はんだ層、１３…半導体チップ、１４…はんだボール、１５…封止材、１６…樹脂材料、１７…充填材、２０…熱処理装置、２１…炉内部、２２…ヒータ、２３…ガイドレール、２４…ステージ、２５…車輪、２６…レール保持用治具
【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】
2005159161.tif 000008
【図７】
2005159161.tif 000009
【図８】
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