(57)【要約】【課題】バンプ３を電極６に電気的に接続したときの加圧による初期形状からの整形状態によって簡単に電気的接続の信頼性を高められるようにする。【解決手段】バンプ３を形成した電子部品４と、このバンプ３を介して電子部品４と電気的に接続された回路基板２と、この回路基板２と前記電子部品４との間に介在する熱硬化性樹脂７とを備え、前記バンプ３の形状が太鼓状であり、前記バンプ３の最大径Ｄと、前記電子部品４と前記回路基板２と、の距離Ｈとの関係が２Ｈ≦Ｄ≦３Ｈであることにより、上記の目的を達成する。【選択図】図１
2007049132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンプを形成した電子部品と、このバンプを介して電子部品と電気的に接続された回路基板と、この回路基板と前記電子部品との間に介在する熱硬化性樹脂とを備え、前記バンプ形状が太鼓状であり、前記バンプの最大径Ｄと前記電子部品と前記回路基板との距離Ｈとの関係が２Ｈ≦Ｄ≦３Ｈであることを特徴とする電子部品ユニット。
【請求項２】
バンプの回路基板との接触面直径Ａが、前記バンプの電子部品との接触面直径Ｂ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品ユニット。
【請求項３】
バンプの最大径Ｄが、このバンプの配列ピッチ未満であることを特徴とする請求項１、２のいずれか１項に記載の電子部品ユニット。
【請求項４】
先端部に突起を有するバンプを電極上に形成した電子部品と、これと電気的に接続する回路基板とを位置合わせする工程と、前記電子部品と前記回路基板との間に熱硬化性樹脂を挟んだ状態で熱と圧力とを付加することで、前記バンプを前記回路基板の電極に圧接させて前記突起を潰して前記バンプ形状を太鼓状に変形させながら前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程とを有することを特徴とする電子部品ユニットの製造方法。
【請求項５】
バンプは金よりなり、加圧力は１バンプあたり０．１９６Ｎ以上であることを特徴とする請求項４に記載の電子部品ユニットの製造方法。
【請求項６】
太鼓状のバンプの最大径Ｄが、このバンプの配列ピッチ未満であることを特徴とする請求項４、５のいずれか１項に記載の電子部品ユニットの製造方法。
【請求項７】
バンプ形状を太鼓状に成形させる工程では、回路基板の反り補正も同時に行うことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の電子部品ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品ユニットとその製造方法、詳しくは、回路基板にＩＣチップや表面弾性波デバイスで代表される半導体素子などの電子部品を単体（ＩＣチップの場合はベアチップ）状態で実装して製造される電子回路基板や電子デバイスなどとしての電子部品ユニットとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、電子回路基板はあらゆる製品に使用されるようになり、日増しにその性能が向上し、回路基板上で用いられる周波数も高くなっている。このような高周波を採用する電子機器の電子回路基板にはインピーダンスが低くなるフリップチップ実装が適しており、多用されている。しかし、フリップチップ実装はＩＣチップをパッケージを施さない裸のまま取り扱い回路基板に実装するもので、実装時や実装後のＩＣチップに一定数の不良品が混在している。また、これに代わってＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）なども用いられている。
【０００３】
一方、これら電子部品は小型化と同時に高集積化のために多数の接続端子が必要になって、従来のＤＩＰなどの接続端子では配列スペースが不足するようになっている。これに対応するのに、近時では、電子部品の実装面に微少な電極を配列し、この電極上にさらに微少な金属バンプを形成し、このバンプと回路基板に配列した微少な電極との間で熱硬化性樹脂などの封止材を介し電気的な接続を行い、熱硬化性樹脂の熱硬化などによって電子部品を回路基板に接合する方式のフリップチップ実装が行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
特に、特許文献１は、図５に示すような電子部品ユニットにおいて、電子部品ａの使用中の温度上昇時に、回路基板ｂ、電子部品ａ、封止材ｃなどの相互の線膨張率の違いから回路基板ｂと電子部品ａとの間に熱応力が発生し、バンプｄと基板ｂ側の電極ｆとの電気的接続が低下したり、接合状態が喪失したりするようなことがあるのを、バンプｄのトップ径をφＡ、バンプの高さをＨ、封止材ｃの線膨張率をＦ、下限値をａL、上限値をａUとして、
ａL＜（（φＡ×Ｆ）／Ｈ）＜ａU
を満足することにより、熱応力が働いてもバンプｄと電極ｆとの電気的接続状態が維持される信頼性の高いものとなるようにしている。
【特許文献１】特開２００１−３１３３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載のものは熱応力に対する信頼性を高められるにしても、バンプ距離Ｈとトップ径φＡが熱硬化性樹脂などの封止材ｃの線熱膨張率との相関によって決定するので、封止材ｃ個々の線熱膨張率をいちいち把握しなければならない不便があるし、バンプｄは封止材ｃに応じて個々に決定した寸法規制を満足して形成しなければならない不便もある。
【０００６】
これに対応するのに本発明者は、電子部品と回路基板とを熱硬化性樹脂を介し電気的接続状態を保って接合することに関し、種々に実験をし検討を重ねるなか、バンプの接合後の形状と熱応力が働いたときの電気的接続の信頼性とに相関性があり、特に、バンプが電極間に柱状部を有していると、それが特許文献１で見られるようなトップ径φＡ部を含み図５に示す突起形状部ｄ１などで見られるような一部分であっても、熱硬化性樹脂層
に熱応力が働けば接合方向の伸びを示し電気的接続の低下や剥離に繋がりやすいことを見出し、バンプ形成、接合作業および電気的接続に好適なバンプ形状を知見するに至った。
【０００７】
本発明の目的は、そのような新たな知見の基に、バンプを電極に電気的に接続したときの加圧による初期形状からの整形状態によって簡単に電気的接続の信頼性を高められる電子部品ユニットとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の電子部品ユニットは、バンプを形成した電子部品と、このバンプを介して電子部品と電気的に接続された回路基板と、この回路基板と前記電子部品との間に介在する熱硬化性樹脂とを備え、前記バンプ形状が太鼓状であり、前記バンプの最大径Ｄと前記電子部品と前記回路基板との距離Ｈとの関係が２Ｈ≦Ｄ≦３Ｈであることを１つの特徴としている。
【０００９】
このような構成では、特許文献１に記載されているような一般的な溶融ボール方式のワイヤボンディングによって得られるバンプ形状、つまり、回路基板の電極の側に向く突起部をもった初期形状のバンプで対応して、このバンプが電子部品および回路基板の電極間で加圧されて太鼓状をなすように整形されていることで、突起部が加圧によって潰されて熱硬化性樹脂を押し退けながら回路基板側電極への接触面積を拡張した従来からの接合構造を満足できるのに併せ、前記電極間でバンプが柱状部を有しない太鼓形状であることが確保されて熱硬化性樹脂の層に熱応力が働き圧縮力が作用するなどしても接合方向の伸びが抑えられる。特に、バンプの最大径Ｄが前記電子部品と前記回路基板との距離Ｈの２倍〜３倍程度として、金バンプの場合で加圧する荷重が０．１９６Ｎ程度以上と従来の場合よりも高くはなるが、比較的低荷重な加圧での接合にて信頼性を確保することができる。
【００１０】
バンプの回路基板との接触面直径Ａは、前記バンプの電子部品との接触面直径Ｂ以下とするのが好適である。
【００１１】
このような構成により、バンプの回路基板側電極との接触面直径Ａが電子部品との接触面直径Ｂ以下となって、半導体チップ側電極に金属接合された台座部からそれよりも小径の基部を有して基部よりも細く突出する突起部を利用した低荷重な加圧にて太鼓形状への整形を達成することができる。
【００１２】
また、バンプの最大径Ｄが、このバンプの配列ピッチ未満である、さらなる構成では、
バンプの最大径Ｄは電子部品と回路基板との距離Ｈに対して大きいほど熱硬化性樹脂の層に熱応力が働いたときの接合方向への伸びは抑えやすいが、バンプの配列ピッチ未満とすることで、隣接するバンプどうしが接触し合って短絡するのを防止することができる。
【００１３】
このような電子部品ユニットを製造するには、先端部に突起を有するバンプを電極上に形成した電子部品と、これと電気的に接続する回路基板とを位置合わせする工程と、前記電子部品と前記回路基板との間に熱硬化性樹脂を挟んだ状態で熱と圧力とを付加することで、前記バンプを前記回路基板の電極に圧接させて前記突起を潰して前記バンプ形状を太鼓状に変形させながら前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程とを有することを特徴とする方法によって実現する。なお、前記バンプの最大径Ｄと前記電子部品と前記回路基板との距離Ｈとの関係が２Ｈ≦Ｄ≦３Ｈであることを満足するのに、バンプが金よりなり、加圧力は１バンプあたり０．１９６Ｎ以上とするのが好適である。
【００１４】
本発明のそれ以上の特徴および作用は、以下に続く詳細な説明および図面の記載から明らかになる。本発明の各特徴は可能な限りにおいてそれ単独で、あるいは種々な組み合わせで複合して用いることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電子部品ユニットとその製造方法によれば、一般的な溶融ボール方式のワイヤボンディングによって得られるバンプで対応でき、それが電子部品および回路基板の電極間で太鼓状に加圧、整形されていることで従来からの接合構造を満足して、しかも、熱硬化性樹脂の層に熱応力が働いても接合方向の伸びが抑えられて電気的接続の低下や剥離を防止でき、バンプの潰し量を従来よりも多くする程度で電気的接続の信頼性が高まり耐久性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に係る電子部品ユニットとその製造方法につき、図を参照しながら詳細に説明し、本発明の理解に供する。なお、以下に示す実施の形態は本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１７】
本実施の形態の電子部品ユニットは図１に示すように、電極６にバンプ３を形成された電子部品としてのＩＣチップ４と、このＩＣチップ４のバンプ３と自身の電極１とで電気的に接続する回路基板２と、これらＩＣチップ４および回路基板２をそれらの間で熱硬化して前記電気的接続状態に接合した熱硬化性樹脂７とを備えた電子部品ユニットの場合の一例であって、半導体ウエハの上にＩＣが形成されたＩＣチップ４を単体実装するため、いわゆるベアチップとなっている。また、表面弾性波デバイスつまりＳＡＷチップなど他の形態のものでも本発明の電子部品に含み、表面に露出している電極６の上に電気接続のための、従って金属製のバンプ３が形成されて、これを回路基板２上の電極１と電気的に接続される電子部品ユニット一般に本発明を適用して有効である。
【００１８】
例えば、ＩＣチップ４の電極６はＡｌ製のパッド電極であり、特許文献１に記載されているような溶融ボール方式のワイヤボンディングによってバンプ３が形成される。図３を参照して略記すると、ＩＣチップ４から離れたキャピラリ１１に、バンプ３の材料となるワイヤ８ａ、例えば金線や銀線であるが、多くの場合は金のワイヤ８ａを通して所定量突出させておき、その突出端に図示しないトーチからの放電などにより溶融ボール８を形成する。次いで、キャピラリ１１をＩＣチップ４の電極６上に近づけていって溶融ボール８を付着させて降温、固化を伴い接合するが、キャピラリ１１の先端部での押し付けによって電極６に押し付け接合したバンプ３を整形することができる。その後キャピラリ１１を後退させてワイヤ８ａを引きちぎり、図３に実線で示すバンプ３を形成する。このように形成されるバンプ３は、溶融ボール８の大きさ、電極６への押し付け量、キャピラリ１１の先端面および先端部の内周形状、ワイヤ８ａの引きちぎり時のキャピラリ１１の速度変化や動作経路といった要素によってその形状や大きさがほぼ一定する。図３に示す例でいえば、初期最大径Ｄ0が電極６への接触面直径Ｂよりも大きく、かつ初期高さＨ0の台座部３ａを有し、この台座部３ａからそれよりも小さい基部径Ｄ1の基部３ｂを有して基部３ｂよりも細く突出する突起部３ｃを有している。また、基部径Ｄ1は接触面直径Ｂよりも小さく、初期最大径Ｄ0との差は半径で見てＣである。
【００１９】
このように電極６上にバンプ３を形成されたＩＣチップ４と、このＩＣチップ４のバンプ３と自身の電極１とで電気的に接続する回路基板２とを既述のように熱硬化性樹脂７を介し接合するのに、例えば、熱硬化性樹脂７に熱硬化性樹脂シートを採用して回路基板２とＩＣチップ４との間に介在させて、通常、図１に矢印Ｐで示すようにＩＣチップ４をステージ１３上の回路基板２の側に加圧するヘッド１２を用い、このヘッド１２を１４０℃〜２３０℃程度に内蔵するヒータなどにより加熱した状態で、１つのバンプ３当たり０．１９６Ｎ未満の荷重で加圧することにより、つまり、ＩＣチップ４を介した局部的な加熱と加圧とにより、バンプ３の突起部３ｃを所定量潰してレベリングし、回路基板２の反りを矯正するのに併せ、電極１との接触面積を拡張した電気的な接続状態とし、熱硬化性樹脂７の熱硬化を加圧開始から数秒〜２０秒程度で終えることにより、回路基板２とＩＣチップ４とを電気接続状態に接合することが行われる。
【００２０】
熱硬化性樹脂７としての熱硬化性樹脂シートは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミドなどを採用することができ、通常後工程のリフロー工程での高温、例えば２４０℃での１０秒間処理に絶えられる程度の耐熱性が必要とされ、これを満足するものが好適である。また、熱硬化性樹脂シートに代えて、異方導電性膜、熱硬化性接着剤の１つを用いることもできる。接着剤であると硬化前は液状であるのを利用して、ＩＣチップ４および回路基板２の一方または双方に塗布、印刷、転写して用いることができ、面積の広い回路基板２の側では印刷や転写が一挙に付与できる点で便利となる。
【００２１】
また、回路基板２の材質としては、フリップチップ実装に一般的に用いられているガラ
ス布積層エポキシ樹脂基板（ガラエポ基板：弾性率は１５．３ＧＰａ）、アラミド不織布エポキシ樹脂基板（ＡＬＩＶＨ：弾性率は９ＧＰａ）、ガラス布積層ポリイミド樹脂基板（弾性率は６．５５ＧＰａ）などを採用すればよい。
【００２２】
本実施の形態の電子部品ユニットでは、特に、バンプ３が回路基板２の電極１の側に向く突起部３ｃを持った例えば図３に示すような初期形状から図２に示すようにＩＣチップ４および回路基板２の電極６、１間で加圧されて太鼓状をなすように整形されたものとしている。このように、一般的な溶融ボール方式のワイヤボンディングによって得られる初期形状のバンプ３で対応して、このバンプ３がＩＣチップ４および回路基板２の電極６、１間で加圧されて太鼓状をなすように整形されていることで、図３に示すような初期形状での突起部３ｃが溶融ボール８を伴い加圧によって潰されて熱硬化性樹脂７を押し退けながら回路基板側電極１への接触面積を図２に示す接触面直径Ｂに拡張した従来からの接合構造を満足するのに併せ、前記電極６、１間でバンプ３が図２に示すように柱状部を有しない太鼓形状であることが確保されて熱硬化性樹脂７の硬化層にＩＣチップ４の昇温時などで熱応力が働き圧縮力が作用するなどしても接合方向の伸びが抑えられ、ＩＣチップ４および回路基板２間に図２に示すような引張り応力が働いてバンプ３および電極６間の電気的な接続、接合が低下したり剥離したりするようなことを防止することができる。従って、バンプ３の潰しを従来よりも多く、それも若干多くする程度の改良だけで特別な不便なく、従ってコスト上昇の原因になるようなことなく電気的接続および耐久性上の信頼性の高いものとすることができる。そのための加圧力は例えば１つのバンプ３当り０．１９６Ｎ以上となるが特に困難はなく、バンプ３の大きさおよび初期形状と接合後形状との関係などから０．７８４Ｎ以上ともなるし、例え０．９８Ｎを超えるようなことがあっても問題はない。
【００２３】
ここで、本発明者がした図４に示す１つの比較例と２つの実施例（１）（２）との比較につき説明すると、比較例、実施例（１）（２）共にバンプ３のＩＣチップ４の電極６への接触面直径Ｂと、回路基板２の電極１への接触面直径Ａと、ＩＣチップ４と回路基板２との距離Ｈがそれぞれ同一であり、それぞれの接触面直径Ａは接触面直径Ｂよりも小さい設定とした共通の条件にて、−６５℃〜１５０℃での昇温による電気的接続の信頼度につき比較試験を行ったところ、比較例ではバンプ３が電極６側に接合された太鼓状部３１の電極１との接合側に柱状部３２を有しており、引張り応力が４００ＭＰａ近い大きな値となったのに対し、実施例（１）（２）のバンプ３はその全体が電極１、６間で太鼓状となっており、引張り応力はそれぞれ３００ＭＰａ強、２００ＭＰａ強程度と、いずれも比較例よりも低く電気的接続の信頼度が高まっていることが認められた。また、実施例（１）と実施例（２）とではバンプ３の最大径Ｄの大きい側の実施例（２）が、最大径Ｄの小さい側の実施例（１）よりも引張り応力は小さく信頼度は高い。
【００２４】
ここに、比較例ではバンプ３に有する柱状部３２が熱硬化性樹脂７の硬化層に生じる熱応力が働き側方からの圧縮作用を受けることによって接合方向への伸びを与えられて回路基板２およびＩＣチップ４間に働く引張り応力が高くなるのに対し、実施例（１）（２）のバンプ３では柱状部のない太鼓形状であることにより接合方向への伸びがあっても小さく引張り応力が低くなっているものと思われる。また、実施例（１）と実施例（２）の比較から、バンプ３は電極１、６間で柱状部のない太鼓状であっても、その最大径Ｄが大きいほど回路基板２およびＩＣチップ４間に働く引張り応力は小さくなり、電気接続の信頼度がより高まることがわかる。
【００２５】
また、実施例（１）（２）の比較では、同じ太鼓状をしたバンプ３であっても、ＩＣチップ４と回路基板２との距離Ｈに対する最大径Ｄの大きさの違いとしてとらえることができ、電気的接続の信頼度を高められる最大径Ｄの下限につき本発明者が種々に実験をして探ったところ、その値は２Ｈという形状的な特徴として設定することができた。一方、バンプ３の最大径ＤはＩＣチップ４と回路基板２との距離Ｈに対して大きいほど熱硬化性樹脂７の硬化層に熱応力が働いたときの接合方向への伸びによる問題は抑えやすいが、バンプ３の図２に示す配列ピッチＳ未満として隣接するバンプ３どうしが接触し合い短絡するようなことを防止する必要がある上、図２に示す例は図３に示すバンプ３の初期形状から加圧、整形したもので、その加圧に０．７８４Ｎ以上の荷重を要することから、バンプ３を徒に大きくしても無駄である。また、バンプ３間での放電やノイズを防止することも含み、バンプ３間に許容される最小ギャップは回路を流れる電流量や電圧の大きさ、回路の種類などに基づき設計される安全値を確保する必要がある。
【００２６】
そこで、そのような問題なしに電気的接続の信頼度を漏れなく高められる最大径Ｄの上限、従って無駄のない必要最小限につき本発明者が種々に実験をして探ったところ、その値は３Ｈという形状的な特徴として設定することができた。従って、これらの形状的条件を設定し、満足すればよく、それには特別な認識や複雑かつ特別な操作は要らない利点がある。また、安全性と無駄排除との両面からは２．５Ｈ程度とするのがより好適である。
【００２７】
また、図２に示す例ではバンプ３は、上記のように図３に示すようにＩＣチップ４の電極６に金属接合された台座部３ａからそれよりも小径の基部３ｂを有して基部３ｂよりも細く突出する突起部３ｃを持った初期形状からＩＣチップ４および回路基板２の電極６、１間で加圧されて突起部３ｃが基部３ｂまで潰れた太鼓状に整形されており、しかも、ＩＣチップ４側の電極６との接触面直径Ｂよりも回路基板２側の電極１との接触面直径Ａの方が小さくなる条件設定としている。なお、接触面直径Ａは電極１の回路パターン幅Ｅよりも小さいが、これは同等であってもよい。
【００２８】
このようにすると、一般的な溶融ボール方式のワイヤボンディングによって得られる図３に示すようなバンプ３の初期形状で対応して、このバンプ３がＩＣチップ４および回路基板２の電極６、１間で加圧されて太鼓状をなすように整形されていることで、突起部３ｃが基部３ｂまで加圧によって潰し切られて熱硬化性樹脂７を押し退けながら回路基板２側の電極１への接触面積を拡張した従来からの接触面直径Ｂを持った接合構造を満足するのに併せ、前記電極６、１間でバンプ３が柱状部を有しない太鼓形状であることが確保されて熱硬化性樹脂７の層に熱応力が働いても接合方向の伸びが抑えられる上、バンプ３の回路基板２側の電極１への接触面直径ＡがＩＣチップ４側の電極６への接触面直径Ｂよりも小さくてよいことにより、ＩＣチップ４側の電極６に金属接合された台座部３ａからそれよりも小径の基部３ｂを有して基部３ｂよりも細く突出する突起部３ｃを利用した低荷重な加圧にて太鼓形状への整形を達成することができる。
【００２９】
以上のような電子部品ユニットを製造するには、電極６上にワイヤボンディングによる先端に突起部３ｃを持ったバンプ３が形成されたＩＣチップ４とこのＩＣチップ４のバンプ３と電気的に接続する電極１を持った回路基板２とに熱硬化性樹脂７を挟んだ状態で既述のように熱と荷重を加えることにより、バンプ３と電極１とを圧接させてバンプ３の突起部３ｃを潰しきって太鼓状とする整形を伴い電気的に接続するのに併せ、熱硬化性樹脂７を既述のように硬化させてＩＣチップ４および回路基板２を接合させればよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は電子部品を回路基板に電気的接続状態にて熱硬化性樹脂を介し接合し実装する電子部品ユニットに実用でき、電気的接続および耐久性上の信頼性を高められる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係る電子部品ユニットの１つの例を示す断面図である。
【図２】図１の電子部品ユニットのバンプによる電気的接続部を示す断面図である。
【図３】図１の電子部品ユニットに採用するＩＣチップの電極に形成したバンプの初期形状例を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る実施例（１）（２）と比較例とで生じた引張り応力の比較図である。
【図５】従来の電子部品ユニットを示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１、６  電極
２  回路基板
３  バンプ
３ａ  台座部
３ｂ  基部
３ｃ  突起部
４  ＩＣチップ
７  熱硬化性樹脂
【図１】
2007049132.tif 000003
【図２】
2007049132.tif 000004
【図３】
2007049132.tif 000005
【図４】
2007049132.tif 000006
【図５】
2007049132.tif 000007