(57)【要約】【課題】  複数の表面電極を有する半導体素子を回路基板上に容易に実装することができる半導体素子実装用シートを製造することができる方法を提供する。【解決手段】  本発明の半導体素子実装用シートの製造方法は、液状の熱硬化性樹脂材料中に磁性を有する導電性粒子が含有されてなる熱硬化性樹脂材料シートを調製し、実装すべき半導体素子の表面電極に対応するパターンに従って当該熱硬化性樹脂材料シートにおける導電路形成部となる部分のみにその厚み方向に磁場を作用させることにより、当該導電路形成部となる部分に導電性粒子を集合させると共に、当該熱硬化性樹脂材料シートを加熱処理によって半硬化状態にすることによって、導電性粒子が含有されてなる複数の導電路形成部が、半硬化状態の熱硬化性樹脂材料よりなる封止用絶縁部によって相互に絶縁されてなる半導体実装用シートを製造する。【選択図】  図５
2005303335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の表面電極を有する半導体素子と回路基板との間に配置して当該半導体素子を当該回路基板上に実装するために用いられる、実装すべき半導体素子の表面電極に対応するパターンに従って配置された、高分子物質中に導電性粒子が充填されてなる厚み方向に伸びる複数の導電路形成部と、これらの導電路形成部の間に介在されて各々を相互に絶縁し、加熱によって前記半導体素子と前記回路基板とを接着する半硬化状態の熱硬化性樹脂材料よりなる封止用絶縁部とよりなる半導体素子実装用シートを製造する方法であって、
液状の熱硬化性樹脂材料中に磁性を有する導電性粒子が含有されてなる熱硬化性樹脂材料シートを調製し、実装すべき半導体素子の表面電極に対応するパターンに従って当該熱硬化性樹脂材料シートにおける導電路形成部となる部分のみにその厚み方向に磁場を作用させることにより、当該導電路形成部となる部分に導電性粒子を集合させると共に、当該熱硬化性樹脂材料シートを加熱処理によって半硬化状態にすることを特徴とする半導体素子実装用シートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を回路基板上に実装するために用いられる半導体素子実装用シートの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子においては、その高機能化、高容量化に伴って電極数が増加し、表面電極の配列ピッチすなわち隣接する表面電極の中心間距離が小さくなって高密度化する傾向にある。そのため、このような半導体素子を回路基板上に実装して半導体装置を製造する場合には、半導体素子の表面電極と回路基板の端子電極との電気的接続を確実に達成することが極めて重要である。
【０００３】
従来、半導体素子を回路基板上に実装する方法としては、フリップチップ実装法が知られている。このフリップチップ実装法においては、例えば次のようにして半導体素子が回路基板上に実装されて半導体装置が製造される。
図６（イ）に示すように、半導体素子８０の表面電極８１上に、例えば半田よりなる接続用の突起状電極（以下、「半田バンプ」という。）８２を形成する。次いで、図６（ロ）に示すように、半導体素子８０の表面電極８１と対掌なパターンに従って端子電極９１が形成された回路基板９０上に、半導体素子８０を、半田バンプ８２の各々がこれに対応する回路基板９０の端子電極９１に対接させた状態で配置する。この状態で、半田バンプ８２を溶融させることにより、図６（ハ）に示すように、回路基板９０の端子電極９１に接合する。
そして、半導体素子８０と回路基板９０との間の間隙Ｓ内に例えば熱硬化性樹脂材料を注入してこれを硬化させることにより、図６（ニ）に示すように、当該半導体素子８０と回路基板９０との間に封止部８３を形成し、以て、半導体素子８０が回路基板９０上に実装されてなる半導体装置が得られる。
【０００４】
このようなフリップチップ実装法によれば、広い範囲にわたって表面電極８１が形成された半導体素子８０であっても、回路基板９０上に実装することができる点、半導体素子８０の表面電極８１の各々を対応する回路基板９０の端子電極９１の各々に一括して接続することができる点、半導体素子８０の実装面積を小さくすることができ、また半導体素子８０全体の小型化が可能である点で有利である。
【０００５】
しかしながら、フリップチップ実装法により、半導体素子８０を回路基板９０上に実装する場合には、以下のような問題がある。
半導体素子８０の表面電極８１上に、半田バンプ８２を形成するためには、（イ）半導体素子８０における表面電極８１が形成された表面全体に、半田メッキのための電極となる金属薄膜を形成するプロセス、（ロ）この金属薄膜の表面に、表面電極８１の各々が位置する個所に開口を有するレジスト層を形成するプロセス、（ハ）金属薄膜における表面電極８１の各々が位置する個所の表面に半田バンプ８２用の半田メッキ層を形成するプロセス、（ニ）レジスト層を除去するプロセス、（ホ）半田メッキ層が形成された部分以外の金属薄膜を除去するプロセスが必要であり、半田バンプ８２を形成する工程は極めて煩雑なものとなる。
また、この半田バンプ８２を形成する工程とは別個に、封止部８３を形成する工程が必要であり、しかも、内部に気泡による空隙が生じないよう封止部８３を形成することは極めて困難である。
以上のような理由により、フリップチップ実装法においては、半導体素子８０を回路基板９０上に容易に実装することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、複数の表面電極を有する半導体素子を回路基板上に容易に実装することができる半導体素子実装用シートを製造することができる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体素子実装用シートの製造方法は、複数の表面電極を有する半導体素子と回路基板との間に配置して当該半導体素子を当該回路基板上に実装するために用いられる、実装すべき半導体素子の表面電極に対応するパターンに従って配置された、高分子物質中に導電性粒子が充填されてなる厚み方向に伸びる複数の導電路形成部と、これらの導電路形成部の間に介在されて各々を相互に絶縁し、加熱によって前記半導体素子と前記回路基板とを接着する半硬化状態の熱硬化性樹脂材料よりなる封止用絶縁部とよりなる半導体素子実装用シートを製造する方法であって、
液状の熱硬化性樹脂材料中に磁性を有する導電性粒子が含有されてなる熱硬化性樹脂材料シートを調製し、実装すべき半導体素子の表面電極に対応するパターンに従って当該熱硬化性樹脂材料シートにおける導電路形成部となる部分のみにその厚み方向に磁場を作用させることにより、当該導電路形成部となる部分に導電性粒子を集合させると共に、当該熱硬化性樹脂材料シートを加熱処理によって半硬化状態にすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の半導体素子実装用シートの製造方法によれば、実装すべき半導体素子の表面電極上に半田バンプを形成することなしに、当該半導体素子を回路基板に電気的に接続することができ、しかも、半導体素子と回路基板との電気的接続および半導体素子と回路基板との間の封止を同一の工程で行なうことができ、回路基板上に半導体素子を容易に実装することができる半導体素子実装用シートを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明によって得られる半導体素子実装用シートの一例における構成および実装すべき半導体素子の構成の概略を示す説明用断面図である。この半導体素子実装用シート１０においては、絶縁性の高分子物質中に導電性粒子が充填されてなる、厚み方向に伸びる複数の導電路形成部１１が、実装すべき板状の半導体素子２０の表面電極２１に対応する特定のパターンに従って形成されており、これらの導電路形成部１１の間には、半硬化状態の熱硬化性樹脂材料よりなる封止用絶縁部１２が介在されており、隣接する導電路形成部１１の各々は、封止用絶縁部１２によって相互に絶縁された状態とされている。
また、導電路形成部１１を構成する高分子物質は、封止用絶縁部１２を構成する半硬化状態の熱硬化性樹脂材料と同様のものである。
【００１０】
ここで、半硬化状態とは、シートの形状が維持される程度に硬化された状態であって、かつ、完全に硬化されていない状態すなわち更に硬化が進行しうる状態をいう。
【００１１】
半導体素子実装用シート１０の厚みｔは、実装すべき半導体素子２０における表面電極２１の配置ピッチｐおよび電極径ｄに応じて適宜選定される。例えば、実装すべき半導体素子２０における表面電極２１の配置ピッチｐが１５０μｍ、電極径ｄが１００μｍの場合には、半導体素子実装用シート１０の厚みｔは５０〜２５０μｍであることが好ましい。
【００１２】
導電路形成部１１を構成する導電性粒子としては、磁性を有するものが用いられ、例えばニッケル、鉄、コバルトなどの磁性を有する金属の粒子若しくはこれらの合金の粒子、またはこれらの粒子に金、銀、パラジウム、ロジウムなどのメッキを施したもの、ガラスビーズなどの無機質粒子またはスチレン系若しくはジビニルベンゼン系のポリマー粒子にニッケルなどの磁性を有する金属のメッキを施したものなどが挙げられる。
【００１３】
また、導電性に支障を与えない範囲で、導電性粒子の表面がシランカップリング剤、チタンカップリング剤などのカップリング剤で処理されたものを適宜用いることができる。導電性粒子の表面がカップリング剤で処理されることにより、当該導電性粒子と硬化性の高分子物質材料との接着力が大きくなり、その結果、得られる導電路形成部１１は、耐久性が高いものとなる。
【００１４】
導電路形成部１１における導電性粒子の割合は、体積分率で２５〜６５％であることが好ましい。また、導電性粒子の粒径は、１０〜５０μｍであることが好ましい。このような条件を満足することにより、当該導電路形成部１１には良好な導電性が得られ、所期の電気的接続を確実に達成することができる。
【００１５】
導電路形成部１１および封止用絶縁部１２を構成する熱硬化性樹脂材料としては、適宜の処理例えば加熱処理によって半硬化状態となり得るものが用いられ、その具体例としては、エポキシ系樹脂材料、ポリイミド系樹脂材料、フェノール系樹脂材料などが挙げられる。
【００１６】
上記の半導体素子実装用シート１０を用いることにより、次のようにして半導体素子２０を回路基板上に実装することができる。
図２に示すように、実装すべき半導体素子２０の表面電極２１と対掌なパターンに従って表面に複数の端子電極３１が形成された回路基板３０上に、半導体素子実装用シート１０をその導電路形成部１１の各々がこれに対応する回路基板３０の端子電極３１上に位置するよう配置し、この半導体素子実装用シート１０上に、半導体素子２０をその表面電極２１の各々が対応する半導体素子実装用シート１０の導電路形成部１１に位置するよう配置する。そして、厚み方向に加圧した状態で半導体素子実装用シート１０の加熱処理を行なうことにより、半導体素子２０の表面電極２１と回路基板３０の端子電極３１とが導電路形成部１１を介して電気的に接続された状態で、半導体素子２０と回路基板３０とが硬化された封止用絶縁部１２により接着されて半導体素子２０と回路基板３０との間が封止され、以て、半導体素子２０が回路基板３０上に実装される。
【００１７】
半導体素子実装用シート１０の加熱処理の条件は、使用される熱硬化性樹脂材料の種類によって適宜選定される。例えば、熱硬化性樹脂材料がエポキシ系樹脂材料である場合には、加熱温度は１２０〜１５０℃で、加熱時間は０．５〜２．０時間であり、熱硬化性樹脂材料がポリイミド系樹脂材料である場合には、加熱温度は２００〜３５０℃で、加熱時間は０．５〜２．０時間であり、熱硬化性樹脂材料がフェノール系樹脂材料である場合には、加熱温度は１２０〜１５０℃で、加熱時間は１．０〜２．０時間である。
【００１８】
上記の半導体素子実装用シート１０によれば、実装すべき半導体素子２０と回路基板３０との間に介在させて、半硬化状態の熱硬化性樹脂材料よりなる封止用絶縁部１２を硬化させることにより、半導体素子２０の表面電極２１と回路基板３０の端子電極とが導電路形成部１１を介して電気的に接続された状態で、半導体素子２０と回路基板３０との間が封止される。従って、半導体素子２０の表面電極２１上に半田バンプを形成することなしに、半導体素子２０の表面電極２１を回路基板３０の端子電極３１に電気的に接続することができ、しかも、半導体素子２０の表面電極２１と回路基板３０の端子電極３１との電気的接続、および半導体素子２０と回路基板３０との間の封止を同一の工程で行なうことができるので、回路基板３０上に半導体素子２０を容易に実装することができる。
【００１９】
そして、本発明においては、上記の半導体素子実装用シート１０は、液状の熱硬化性樹脂材料中に磁性を有する導電性粒子が含有されてなる熱硬化性樹脂材料シートを調製し、この熱硬化性樹脂材料シートにおける導電路形成部となる部分のみにその厚み方向に磁場を作用させることにより、当該導電路形成部となる部分のみに導電性粒子を集合させると共に、当該熱硬化性樹脂材料シートを加熱処理によって半硬化状態にすることによって、製造される。
【００２０】
このような半導体素子実装用シートの製造方法においては、例えば図３に示すような一対の磁極板が用いられる。
一方の磁極板５０においては、実装すべき半導体素子２０の表面電極２１と同一のパターンに従って強磁性体部分５１が形成され、この強磁性体部分５１以外の部分には非磁性体部分５２が形成されている。
また、他方の磁極板５５においては、実装すべき半導体素子２０の表面電極２１と対掌なパターンに従って強磁性体部分５６が形成され、この強磁性体部分５６以外の部分には非磁性体部分５７が形成されている。
【００２１】
一方の磁極板５０の強磁性体部分５１および他方の磁極板５５の強磁性体部分５６を構成する材料としては、鉄、ニッケル、コバルトまたはこれらの合金などを用いることができる。
また、一方の磁極板５０の非磁性体部分５２および他方の磁極板５５の非磁性体部分５７を構成する材料としては、銅などの非磁性金属、ポリイミドなどの耐熱性樹脂などを用いることができる。
【００２２】
そして、このような磁極板５０，５５を用いることにより、次のようにして半導体素子実装用シートが得られる。
図４（イ）に示すように、他方の磁極板５５の上面に、導電性粒子が含有されてなる熱硬化性樹脂材料を塗布することにより、熱硬化性樹脂材料シート１９を形成し、図４（ロ）に示すように、熱硬化性樹脂材料シート１９上に、一方の磁極板５０を、その強磁性体部分５１の各々が対応する他方の磁極板５５の強磁性体部分５６の上方位置に位置されるよう配置する。
【００２３】
そして、図５に示すように、一方の磁極板５０の上面および他方の磁極板５５の下面に電磁石１７，１８を配置してこの電磁石１７，１８を作動させることにより、一方の磁極板５０の強磁性体部分５１からこれに対応する他方の磁極板５５の強磁性体部分５６に向かう方向に平行磁場を作用させる。その結果、熱硬化性樹脂材料シート１９においては、当該熱硬化性樹脂材料シート１９中に分散されていた導電性粒子が、一方の磁極板５０の強磁性体部分５１と他方の磁極板５５の強磁性体部分５６との間に位置する部分に集合し、更に好ましくは厚み方向に並ぶよう配向する。
そして、この状態において、熱硬化性樹脂材料シートを加熱処理によって半硬化状態にすることにより、実装すべき半導体素子２０の表面電極２１に対応するパターンに従って導電性粒子が集合した導電路形成部１１と、導電性粒子が全く、あるいは殆ど存在しない封止用絶縁部１２とが形成された半導体素子実装用シートが得られる。
【００２４】
熱硬化性樹脂材料を半硬化状態にするための条件は、使用される熱硬化性樹脂材料の種類によって、適宜選定される。例えば、熱硬化性樹脂材料がエポキシ系樹脂材料である場合には、加熱温度は８０〜１００℃で、加熱時間は０．５〜１．０時間であり、熱硬化性樹脂材料がポリイミド系樹脂材料である場合には、加熱温度は１２０〜１６０℃で、加熱時間は０．５〜１．０時間であり、熱硬化性樹脂材料がフェノール系樹脂材料である場合には、加熱温度は８０〜１００℃で、加熱時間は０．５〜１．０時間である。
また、平行磁場の強度は、平均で２００〜１００００ガウスとなる大きさが好ましい。  また、平行磁場を作用させる手段としては、電磁石の代わりに永久磁石を用いることもできる。このような永久磁石としては、上記の範囲の平行磁場の強度が得られる点で、アルニコ（Ｆｅ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金）、フェライトなどよりなるものが好ましい。
このようにして得られる導電路形成部１１は、導電性粒子が厚み方向に配向しているため、導電性粒子の割合が小さくても良好な導電性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の製造方法によって得られる半導体素子実装用シートの一例における構成および実装すべき半導体素子の構成の概略を示す説明用断面図である。
【図２】図１に示す半導体素子実装用シートを、実装すべき半導体素子と回路基板との間に配置した状態を示す説明図である。
【図３】半導体素子実装用シートを得るために用いられる一対の磁極板を示す説明図である。
【図４】図３に示す一対の磁極板の間に、熱硬化性樹脂材料シートを形成する工程を示す説明図である。
【図５】熱硬化性樹脂材料シートに平行磁場を作用させた状態を示す説明図である。
【図６】フリップチップ実装法により半導体素子を回路基板上に実装する工程を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  半導体素子実装用シート
１１  導電路形成部
１２  封止用絶縁部
１７，１８  電磁石
１９  熱硬化性樹脂材料シート
２０  半導体素子
２１  表面電極
３０  回路基板
３１  端子電極
５０  一方の磁極板
５１  強磁性体部分
５２  非磁性体部分
５５  他方の磁極板
５６  強磁性体部分
５７  非磁性体部分
８０  半導体素子
８１  表面電極
８２  半田バンプ
８３  封止部
９０  回路基板
９１  端子電極
【図１】
2005303335.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005303335.tif 000007
【図６】
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