(57)【要約】      （修正有）【課題】接合部の信頼性が高い、狭ピッチ化に対応できる半導体チップの実装方法を提供する。【解決手段】絶縁基板上１のスズ電極２と半導体チップ３の金バンプ４が接合され、前記絶縁基板と半導体チップの間隙部にはアンダーフィル樹脂５が充填されてなる電子部品の実装方法であって、前記絶縁基板上に該アンダーフィル樹脂を滴下する工程、熱圧着ツールにより２８０℃以上に加熱された前記半導体チップが前記半導体チップの金バンプと前記絶縁基板上のスズ電極とが対向するように下降し、前記半導体チップの金バンプと前記絶縁基板上のスズ電極層との間に金属合金層を形成し接合する熱圧着工程の順に行うものであり、該アンダーフイル樹脂には、アンダーフィル樹脂よりも熱伝導率の高い、窒化物から選ばれる少なくとも1種のフィラーが含まれていることを特徴とする。【選択図】図１−（ｂ）
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上のスズ電極と半導体チップの金バンプが接合され、前記絶縁基板と半導体チップの間隙部にはアンダーフィル樹脂が充填されてなる電子部品の実装方法であって、前記絶縁基板上に該アンダーフィル樹脂を滴下する工程、熱圧着ツールにより２８０℃以上に加熱された前記半導体チップが前記半導体チップの金バンプと前記絶縁基板上のスズ電極とが対向するように下降し、前記半導体チップの金バンプと前記絶縁基板上のスズ電極層との間に金属合金層を形成し接合する熱圧着工程の順に行うものであり、該アンダーフイル樹脂には、アンダーフィル樹脂よりも熱伝導率の高い、窒化物から選ばれる少なくとも1種のフィラーが含まれていることを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項２】
前記フィラーの窒化物としては、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4であることを特徴とする請求項１記載の電子部品の実装方法。
【請求項３】
前記窒化物フィラーの含有量は、１wt%以上〜１０wt%未満であることを特徴とする請求項１、及び２に記載の電子部品の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップを絶縁基板1に金属合金接合により実装する電子部品の実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電極パッド上に金属突起を有する半導体素子と電極パッドに相対する配線パターンを有する配線基板との間に、微細フィラーを含むエポキシ樹脂系の接着剤を介在させ、半導体素子上の金属突起と配線基板上の配線パターンを位置合わせした後、加熱加圧し、金属突起と配線パターンを金属合金層により電気的接続を得るとともに、接着剤を硬化させて、半導体素子と配線基板とを固定する半導体装置の装置の製造方法が提案されている。（特開平２００４−３４９５６１号公報参照。）
【特許文献１】特開２００４−３４９５６１号公報（特許請求の範囲の請求項１〜３）
【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、上記の方法は、ボイド発生不良と接続不良を完全に抑えることができず、接合部の長期信頼性を損ねるという問題点を有する。
すなわち、フィラーがニッケルの場合、ボイド発生不良を抑えることができるが、ニッケルは電気伝導性であるので、微細パターンになると接続不良（電極突起同士または配線同士が電気的に導通してしまう）を起こし、配線パターンの微細化（狭ピッチ化）に対応することが難しい。
また、フィラーがシリカの場合、ボイド発生不良を完全に抑えることができず、かつ、添加量が増えることによる接続不良（金属突起と配線パターンの電気的な導通がとれない）を起こし、配線パターンの微細化に対応することが難しい。
【０００４】
そこで、本発明は上述した点に鑑み、接合部の信頼性が高い、狭ピッチ化に対応できる半導体チップの実装方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、本発明の電子部品の実装方法は、絶縁基板上のスズ電極と半導体チップの金バンプが接合され、前記絶縁基板と半導体チップの間隙部にはアンダーフィル樹脂が充填されてなる電子部品の実装方法であって、前記絶縁基板上に該アンダーフィル樹脂を滴下する工程、熱圧着ツールにより２８０℃以上に加熱された前記半導体チップが前記半導体チップの金バンプと前記絶縁基板上のスズ電極とが対向するように下降し、前記半導体チップの金バンプと前記絶縁基板上のスズ電極層との間に金属合金層を形成し接合する熱圧着工程の順に行うものであり、該アンダーフイル樹脂には、アンダーフィル樹脂よりも熱伝導率の高い、窒化物から選ばれる少なくとも1種のフィラーが含まれていることを特徴とする。
【０００６】
上記の本発明の電子部品の実装方法は、アンダーフィル樹脂には熱伝導率の良い充填材を含むのでアンダーフィル材の熱伝導性が向上したことにより、より短時間に半導体チップの金バンプと絶縁基板上のスズ電極が共晶温度（２７８℃）となり、アンダーフィル材が高温に晒される時間が短くなり、アンダーフィル樹脂が高温に晒されることによる樹脂成分の気化によるボイドの発生と樹脂飛び(沸騰によるアンダーフィル樹脂の飛び散り)を抑えることができ、かつ、接続不良（バンプ電極同士、及び配線同士の導通、またはバンプ電極と配線の導通不良）がなく、フィレット形成もでき、接合部の信頼性が高い半導体チップの実装が可能となる。
【０００７】
更に、本発明の電子部品の実装方法は、前記請求項１において、前記フィラーの窒化物としては、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4であることを特徴とする。
【０００８】
上記の本発明の電子部品の実装方法は、アンダーフィル樹脂の熱伝導率を向上させるフィラーの窒化物としての、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4は熱伝導率が高いので、より短時間に半導体チップの金バンプと絶縁基板上のスズ電極が共晶温度（２７８℃）となり、アンダーフィル材が高温に晒される時間が短くなり、アンダーフィル樹脂が高温に晒されることによる樹脂成分の気化によるボイドの発生と樹脂飛びの発生を抑えることができ、かつ、電気的絶縁性を備えているので、アンダーフィル樹脂のフィラーとして、品質の安定した実装が可能となる。
【０００９】
更に、本発明の電子部品の実装方法は、前記請求項１、及び２において、前記窒化物フィラーの含有量は、１wt%以上〜１０wt%未満であることを特徴とする。
【００１０】
上記の本発明の電子部品の実装方法は、前記窒化物フィラーの含有量を１wt%〜５wt%にしたので、アンダーフィル樹脂に含有した窒化物フィラーの効果（窒化物フィラー含有アンダーフィル樹脂の熱伝導率を向上させたことによるボイドの発生を抑える効果）を最大限に引き出すことができ、長期信頼性の高い電子部品の提供を可能にした。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１−（ａ）〜（ｃ）は電子部品の実装方法を示す工程断面図である。
図２−（ａ）は本発明の電子部品の実装方法で接合された電子部品の平面図であり、同図−（ｂ）は同図−（ａ）のＸ−Ｘ方向の断面図である。
【００１３】
まず、図1−（ａ）〜（ｃ）を用いて、本発明の電子部品の実装方法を説明する。
【００１４】
絶縁基板1上には、半導体チップ３の周辺部に形成された金バンプ４と対応した位置にスズ電極層２が形成されている。その絶縁基板1のスズ電極層２が形成されていない部分にフィラー含有アンダーフィル樹脂５を塗布する。望ましくは半導体チップ３の中心部に対応した位置にフィラー含有アンダーフィル樹脂５を滴下するのが望ましい。（図１−（ａ））
スズ電極層２のスズの厚みは、０．１０〜０．４０μｍｍの範囲が望ましい。０．１０μｍｍ以下では十分な量の金との共晶合金が生成されず、接合強度が不足してしまう。０.４０μｍｍ以上では金との共晶合金が過剰に生成されてしまい、隣接する電極との接触による電気的短絡不良が発生するおそれがある。
【００１５】
絶縁基板1は例えばポリイミドのような軟質の耐熱性樹脂からなるフイルム状の絶縁基板であっても、ガラス入りエポキシ樹脂の様な硬質の耐熱性樹脂からなる絶縁基板であってもよい。本発明では、ポリイミドフイルム基板を用いた。
【００１６】
テーブル７は絶縁基板1を保持するためのものであるが、できるだけ熱を逃がさないよう熱伝導率の低いもの(例えば石英ガラスなど)を用いるのが望ましい。またテーブル７を４０℃〜１８０℃程度に加熱して接合を補助、促進させることも可能である。
【００１７】
次に、加熱手段と下降手段を有する熱圧着ツール６にチャッキングされた半導体チップ３は金-スズ共晶合金を形成する２８０℃以上に加熱され、絶縁基板1に向かって下降する。下降する位置は、半導体チップ３の金バンプ４が絶縁基板1のスズ電極層２と相対するようにする。（図１−（ｂ））
下降する速度は、０．５〜８ｍｍ／ｓｅｃの範囲であることが望ましい。下降する速度が０．５ｍｍ／ｓｅｃ以下では熱圧着ツール６からの輻射熱でフィラー含有アンダーフィル樹脂５が接合する前に硬化を始めてしまうからである。
下降する速度が８ｍｍ／ｓｅｃ以上では衝撃荷重により半導体チップ３が破損してしまうからである。
【００１８】
熱圧着ツール６が下降する間、絶縁基板1のスズ電極層２は熱圧着ツール６の輻射熱により加熱される。また、フィラー含有アンダーフィル樹脂５も加熱されるが硬化は始まっていない。
【００１９】
熱圧着ツール６が下降し終わると、フィラー含有アンダーフィル樹脂５の広がりと金バンプ４とスズ電極層２の接合が行われ、フィラー含有アンダーフィル樹脂５は半導体チップ３と絶縁基板1の間隙（半導体チップ３の金バンプ４と絶縁基板1のスズ電極層２とで形成される接合層による間隙）に充填されると同時に、半導体チップ３の側面外周部にフィレット８を形成するように行う。（図１−（ｃ））
【００２０】
上記において、金バンプ４と錫電極層２との間にアンダーフィル樹脂が介在させないためには、金バンプ４とスズ電極層２の表面は平坦であることが望ましい。また、半導体チップ３側に超音波振動をかけると金バンプとスズ電極層２との密着性が向上し、より安定した接合が可能となる
【００２１】
上記の工程において、本発明の実装方法は、フィラー含有アンダーフィル樹脂５は、アンダーフィル樹脂よりも熱伝導性のよい窒化物フィラーが含有することを特徴とする。
【００２２】
アンダーフィル樹脂５としては、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリフェニレン、フェノール樹脂、フッ素樹脂及びイソシアネート樹脂から選ばれる熱硬化性樹脂の少なくとも１種で構成される。
窒化物フィラーとしては、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4の１種以上からなる窒化物物を含むものである。
【００２３】
上記のフィラー含有アンダーフィル樹脂（アンダーフィル樹脂はビスフェノール系エポキシ樹脂を用いた）を用いて、実装後のボイド発生の有無、フィレット形成の出来、バンプ間導通不良の有無を調べた結果を表−１に示す。
比較例としてフィラーがニッケル、シリカの場合を示す。
なお、実装条件は下記の通りである。
・  ツール温度  ：  ３４０〜４００℃
・  ステージ温度：１００〜１７０℃
・  加圧荷重：１００〜２００N
・  加圧時間：１sec以内
【表−１】
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【００２４】
上記の表−１の結果から、アンダーフィル樹脂に熱伝導性の良い窒化物フィラーを含有させることにことにより、ボイドの発生と樹脂飛びの発生がなくなり、且つ良好なフィレット形成とバンプ間、配線間の導通不良のない、信頼性の優れた電子部品の提供が可能となる。
アンダーフィル樹脂に窒化物を含有させることにより、ボイドの発生を抑えることができるのは、窒化物が下記の表−２に示すように熱伝導率が高いことにより、アンダーフィル樹脂の熱伝導度が向上し、アンダーフィル樹脂を通して熱が伝わりやすくなり、アンダーフィル樹脂に急激に高温が伝わった時、アンダーフィル樹脂全体の温度を短時間に均一にする事が出来、樹脂成分の気化によるボイドの発生、樹脂飛びを抑えることができるものである。
【表−２】
2007005610.tif 000004
【００２５】
上記の効果を有する窒化物フィラー含有量は最低１wt% 以上必要となる。
また、フィラー含有量が多くなり10wt%以上になるとアンダーフィル樹脂の粘度が上昇し、ガスが逃げ難くなりボイドとして残ってしまう。また、接合界面に噛み込み易くなり、絶縁物が接合界面に噛みこむ事で接続不良を起こす。
したがって、窒化物フィラー含有量は、1wt%以上〜10wt%以下の範囲が望ましい。
上記の如く、窒化物フィラーはボイドを押さえる働きを有すると同時に、窒化物フィラーは絶縁物であるので、バンプ間、配線間での導通不良を起こすことはない。
【００２６】
比較例のＮｉの場合、バンプ間、配線間での導通不良を起こし、バンプ間距離ｔ、配線間距離ｔが１０μｍ以下の狭ピッチ化に対して対応することができない。図３−（a）、(ｂ)に基づき、詳しく説明する。
図３−（ａ）は一列配列の場合であり、同図−（ｂ）は千鳥配列の場合を示し、バンプ間距離ｔ、及び配線間距離ｔが１０μｍ以下になると、複数の粒子同士が連なるとバンプ間、及び端子間で導通不良を起こしてしまう。また、長期信頼性の点においても導通不良を起こす恐れがある。
【００２７】
比較例の含有フィラーがシリカの場合、ボイドの発生、フィレット形成、導通不良の点において、良好な実装結果を得ることができない。
【００２８】
なお、本願発明の窒化物フィラーとして、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4に限定されるものでなく、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4と同程度の熱伝導率を有するものであれば、適用することができる。
【００２９】
上記の実施例において、フィラー含有アンダーフィル樹脂５の粘度は、５０〜２０００ｐｏｉｓｅの範囲にあることが必要である。
フィレット８は半導体チップ３と絶縁基板1の接着強度に関係し、接合状態の長期の信頼性を維持するためには、適正なフィレット８の厚みＦは半導体チップ３の厚みＴの１/３以上必要となる。もちろん、上記の適正なフィレット８の形成において、アンダーフィル樹脂５の量は適正量供給する必要がある。
２０００ｐｏｉｓｅ以上では金バンプ４と絶縁基板1のスズ電極層２との接合部隙間に入ってしまったアンダーフィル樹脂５を排斥することが困難となり、金属合金の接合形成が接合面積の一部のみになってしまい、接合強度が不十分になってしまう。また、粘度が高いことでボイドが排出されることが困難となり、ボイド残りの不具合も発生する。
【００３０】
また、フィラー含有アンダーフィル樹脂５成分の沸点は２５０℃以上であることが必要である。
２５０℃以下ではアンダーフィル樹脂５が硬化する過程において、成分が沸騰し、気泡が生じてボイドの発生の原因となってしまう。接合部にボイドが生じると接着強度不足や耐湿性の低下の原因となり、信頼性の低下につながる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の電子部品の実装方法は、半導体チップのバンプと基板のスズ電極層を電気的に接合するのに、接合と同時にアンダーフィル樹脂の硬化を行う実装方法において、ボイドのない、フィレット形成ができ、導通不良を起こさない実装方法を提供するものであり、長期信頼性のある電子部品の提供に寄与するところ大である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１−（ａ）】は電子部品の実装方法を示す工程断面図である。
【図１−（ｂ）】は電子部品の実装方法を示す工程断面図である。
【図１−（ｃ）】は電子部品の実装方法を示す工程断面図である。
【図２−（ａ）】は本発明の電子部品の実装方法で接合された電子部品の平面図である。
【図２−（ｂ）】は本発明の電子部品の実装方法で接合された電子部品のＸ−Ｘ方向の断面図である。
【図３−（ａ）】はバンプ間と配線間の狭ピッチ化に対する導通不良の様子を示すものであり、一列配列の場合を示す平面図である。
【図３−（ｂ）】はバンプ間と配線間の狭ピッチ化に対する導通不良の様子を示すものであり、千鳥配列の場合を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    絶縁基板
２    スズ電極層
３    半導体チップ
４    金バンプ
５    フィラー含有アンダーフィル樹脂
６    熱圧着ツール
７    テーブル
８    フィレット
９    フィラー
Ｔ    半導体チップの厚み
Ｆ    フィレットの厚み
ｔ    バンプ間距離（またはスズ電極層間距離）
【図１−（ａ）】
2007005610.tif 000005
【図１−（ｂ）】
2007005610.tif 000006
【図１−（ｃ）】
2007005610.tif 000007
【図２−（ａ）】
2007005610.tif 000008
【図２−（ｂ）】
2007005610.tif 000009
【図３−（ａ）】
2007005610.tif 000010
【図３−（ｂ）】
2007005610.tif 000011