(57)【要約】【課題】一旦封止された半導体素子を回路基板から容易に取り外すことが可能な半導体素子実装構造体を提供する。【解決手段】第１接続用電極部を有する半導体素子と、第２接続用電極部を有する回路基板とを有し、第１接続用電極部と第２接続用電極部とを対向させて半導体素子を回路基板に搭載した半導体素子実装構造体であって、半導体素子と回路基板との間に、樹脂組成物の硬化物が充填されており、樹脂組成物は、樹脂成分および絶縁性フィラーを含み、９０〜２５０℃のいずれかの温度において、硬化物の半導体素子側の熱膨張率αupperと、硬化物の回路基板側の熱膨張率αlowerとが異なっている、半導体素子実装構造体。【選択図】図１
2007317996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１接続用電極部を有する半導体素子と、第２接続用電極部を有する回路基板とを有し、前記第１接続用電極部と前記第２接続用電極部とを対向させて前記半導体素子を前記回路基板に搭載した半導体素子実装構造体であって、
前記半導体素子と前記回路基板との間に、樹脂組成物の硬化物が充填されており、前記樹脂組成物は、樹脂成分および絶縁性フィラーを含み、
９０〜２５０℃のいずれかの温度において、前記硬化物の前記半導体素子側の熱膨張率αupperと、前記硬化物の前記回路基板側の熱膨張率αlowerとが異なっている、半導体素子実装構造体。
【請求項２】
前記硬化物を前記回路基板に垂直な平面で切断し、得られた断面の面積を前記回路基板に平行な直線で２つの同じ面積を有する領域に分割するとき、半導体素子側の領域の単位面積あたりに観測される前記絶縁性フィラーの面積Ｓ1と回路基板側の領域の単位面積あたりに観測される前記絶縁性フィラーの面積Ｓ2とが、Ｓ1＜Ｓ2またはＳ2＜Ｓ1を満たす、請求項１記載の半導体素子実装構造体。
【請求項３】
９０〜２５０℃のいずれかの温度において、前記樹脂成分の熱膨張率βrと前記絶縁性フィラーの熱膨張率βfとが異なる、請求項１または２記載の半導体素子実装構造体。
【請求項４】
前記硬化物を前記回路基板に平行な平面で２つの同じ体積を有する領域に分割するとき、半導体素子側の領域の単位体積あたりの重量Ｗ1と回路基板側の領域の単位体積あたりの重量Ｗ2とが、Ｗ1＜Ｗ2またはＷ2＜Ｗ1を満たす、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体素子実装構造体。
【請求項５】
前記樹脂成分の比重ρrと前記絶縁性フィラーの比重ρfとが異なる、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体素子実装構造体。
【請求項６】
前記絶縁性フィラーが、比重の異なる２種以上のフィラー成分を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体素子実装構造体。
【請求項７】
前記樹脂成分のガラス転移温度（Ｔｇ）が１３０℃以上である、請求項１〜６のいずれかに記載の半導体素子実装構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容易にリペアすることができる半導体素子実装構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高性能化および高速化が進んでいる。これに伴い、半導体装置の小型化、薄型化、高速化、多端子化および高密度実装化が要求されるようになってきている。これらの要求に対応するため、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）の高性能化、小型化、それに用いられる電子部品の小型化および回路基板の狭ピッチ配線化、更には微細接続による高密度実装化が進められている。このため、実装基板１枚に対する付加価値は益々大きくなり、基板１枚当たりの単価が高くなりつつある。
【０００３】
従来から、半導体素子の回路基板上への実装は、リフローによるはんだ付けで行われている。はんだ付け後、半導体素子と回路基板との間に樹脂組成物を充填し、半導体素子と回路基板の電極部を封止することが一般に行われている。樹脂組成物による封止は、実装基板がヒートサイクルや高温高湿下での信頼性を満足するために必要不可欠である。高い信頼性を確保するために、樹脂組成物は半導体素子の電極部と回路基板の電極部とを確実に密着させる必要がある。また、外部からの水分や熱応力に起因する剥がれ、クラックなどをなくすことが重要である。
【０００４】
上記のような観点から樹脂組成物の開発と改良が進められているため、一旦半導体素子を回路基板に実装し、樹脂組成物で封止すると、半導体素子を取り外すことは大変に困難である。したがって、誤って不良を有する半導体素子を実装した場合、かつては１枚の回路基板をまるごと不良品として処理しなければならなかった。
【０００５】
そこで、近年では、封止が完了した後に検査により半導体素子の不良が見つかった場合でも、半導体素子を取り外すことができるように、リペア性を有する樹脂組成物が用いられている。不良を有する半導体素子を取り外すことにより、回路基板を再利用できるようになる（特許文献１、２）。リペア性を有する樹脂組成物は、一旦硬化させた後でも、はんだが溶融する温度まで加熱すると軟化する。軟化した硬化物にシェアをかけると半導体素子を回路基板から取り外すことができる。
【０００６】
しかし、軟化した硬化物は、粘着性が高いため、半導体素子を取り外すときに回路基板に大きな応力がかかり、回路基板が大きなダメージを受ける。また、半導体素子を取り外すことができても、回路基板上に軟化した硬化物が残存し、完全に取り除くことが困難である。
【０００７】
そこで、特許文献３は、回路基板に残留した樹脂に、より高い粘着性を有する接着剤を塗布し、剥離用の板を用いて加熱し、取り外す方法を提案している。さらに、特許文献４は、回路基板に残った樹脂を研削カッターで除去する方法を提案している。それでも剥がれない場合には、テトラヒドロフランなどの有機溶剤で回路基板を洗浄する必要がある。
【特許文献１】特開平１０−１０７０９５号公報
【特許文献２】特開平１０−２０９３４２号公報
【特許文献３】特開平５−１０９８３８号公報
【特許文献４】特開平６−５６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記を鑑み、リペア処理を行う温度（半導体素子と回路基板とをはんだで接合した場合には、はんだの溶融温度：例えば２３０℃付近）において、一旦封止された半導体素子を回路基板から容易に取り外すことが可能な半導体素子実装構造体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】
【０００９】
本発明は、第１接続用電極部を有する半導体素子と、第２接続用電極部を有する回路基板とを有し、第１接続用電極部と第２接続用電極部とを対向させて半導体素子を回路基板に搭載した半導体素子実装構造体であって、半導体素子と回路基板との間に、樹脂組成物の硬化物が充填されており、樹脂組成物は、樹脂成分および絶縁性フィラーを含み、９０〜２５０℃のいずれかの温度において、硬化物の半導体素子側の熱膨張率αupperと硬化物の回路基板側の熱膨張率αlowerとが異なっている半導体素子実装構造体に関する。
【００１０】
ここで、樹脂組成物の樹脂成分のガラス転移温度（Ｔｇ）は、１３０℃以上であることが好ましい。また、９０〜２５０℃のいずれかの温度において、樹脂成分の熱膨張率βrと絶縁性フィラーの熱膨張率βfとは異なることが好ましい。また、樹脂成分の比重ρrと絶縁性フィラーの比重ρfとは異なることが好ましい。
【００１１】
絶縁性フィラーは、比重の異なる２種以上のフィラー成分を含むことができる。この場合、少なくとも１種のフィラー成分の熱膨張率が、樹脂成分の熱膨張率と異なることが好ましい。また、少なくとも１種のフィラー成分の比重が、樹脂成分の比重と異なることが好ましい。
【００１２】
本発明の一態様では、前記硬化物を回路基板に垂直な平面で切断し、得られた断面の面積を回路基板に平行な直線で２つの同じ面積を有する領域に分割するとき、半導体素子側の領域の単位面積あたりに観測される絶縁性フィラーの面積Ｓ1と回路基板側の領域の単位面積あたりに観測される絶縁性フィラーの面積Ｓ2とが、Ｓ1＜Ｓ2またはＳ2＜Ｓ1を満たしている。
【００１３】
本発明の別の一態様では、前記硬化物を回路基板に平行な平面で２つの同じ体積を有する領域に分割するとき、半導体素子側の領域の単位体積あたりの重量Ｗ1と回路基板側の領域の単位体積あたりの重量Ｗ2とが、Ｗ1＜Ｗ2またはＷ2＜Ｗ1を満たしている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体素子実装構造体によれば、半導体素子と回路基板との間に樹脂組成物を充填し、電極部を封止した後でも、回路基板に損傷を与えることなく、容易に半導体素子を回路基板から取り外すことができる。よって、不良を有する半導体素子の交換および回路基板の修理が可能であり、半導体素子の不良に起因する回路基板のロスを大きく低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、第１接続用電極部（例えば端子電極）を有する半導体素子と、第２接続用電極部（例えば電極ランド）を有する回路基板とを有し、第１接続用電極部と第２接続用電極部とを対向させて半導体素子を回路基板に搭載した半導体素子実装構造体に関する。
【００１６】
第１接続用電極部と第２接続用電極部とは、導電性材料（例えばはんだ）により、電気的に接合されている。第２接続用電極部は、半導体素子の第１接続用電極部に対応する位置に形成されている。
【００１７】
半導体素子と回路基板との間には、樹脂組成物の硬化物が充填されている。樹脂組成物は、樹脂成分および絶縁性フィラーを含む。硬化物の半導体素子側の熱膨張率αupperと硬化物の回路基板側の熱膨張率αlowerは、リペア処理が行われる９０〜２５０℃のいずれかの温度において異なるように設計されている。絶縁性フィラーは、樹脂組成物の流動性、硬化物の弾性率、硬化物の吸湿性などを調整する役割の他に、αupperとαlowerとの間に差を設ける役割を果たす。
【００１８】
ここで、硬化物の半導体素子側および回路基板側とは、半導体素子と回路基板との間の中心で、硬化物を回路基板と平行な平面で切断するとき、それぞれ半導体側および回路基板側に付着している硬化物に相当する。
【００１９】
半導体素子実装構造体をリペア処理を行う温度に加熱すると、硬化物が熱膨張する。硬化物の半導体素子側の熱膨張率αupperと回路基板側の熱膨張率αlowerとが異なる場合、硬化物は、熱膨張する際に変形し、回路基板から剥がれやすくなる。
【００２０】
硬化物に含まれる樹脂成分のガラス転移温度（Ｔｇ）以下の温度環境では、上記のような熱膨張率の差は明確に現れない。よって、αupperとαlowerとが異なっている場合でも、半導体素子実装構造体は、ヒートサイクルなどの熱衝撃試験に対しては、高い信頼性を維持できる。ヒートサイクルなどの熱衝撃試験では、通常、上限温度が１２５℃程度に設定される。よって、樹脂成分のガラス転移温度は、１３０℃以上であることが好ましく、１５０℃以上であることが更に好ましい。
【００２１】
樹脂成分の比重ρrは、絶縁性フィラーの比重ρfと異なることが好ましい。樹脂成分の比重ρrと絶縁性フィラーの比重ρfとが異なることにより、硬化物内における絶縁性フィラーの分布に勾配を設けることが容易となる。また、硬化物内における絶縁性フィラーの分布に勾配を設けることにより、αupperとαlowerとの間に差を設けることが容易となる。
【００２２】
例えば、樹脂組成物を硬化させる際に、絶縁性フィラーを、敢えて、沈降もしくは浮遊させることにより、絶縁性フィラーの分布に勾配が生じる。絶縁性フィラーの熱膨張率が樹脂成分よりも小さい場合、フィラーが多く分布する領域では、フィラーの分布が少ない領域よりも、硬化物の熱膨張率が小さくなる。逆に、絶縁性フィラーの熱膨張率が樹脂成分よりも大きい場合、フィラーが多く分布する領域では、フィラーの分布が少ない領域よりも、硬化物の熱膨張率が大きくなる。
【００２３】
特に、絶縁性フィラーの比重ρfと樹脂成分の比重ρrとの比：ρf／ρrが、ρf／ρr＜０．５または２＜ρf／ρrの場合に、絶縁性フィラーの分布に勾配が生じやすい。例えば、樹脂成分の主成分がエポキシ樹脂である場合、樹脂成分の比重は１．１７程度となる。この場合、例えば比重が３．０程度のアルミナ微粒子を用いることが好ましい。この組み合わせの場合、ρf／ρr＝２．５６となる。
【００２４】
硬化物内における絶縁性フィラーの分布に勾配を設けることによりαupperとαlowerとの間に差を設ける場合、リペア処理を行う温度において、樹脂成分の熱膨張率βrと絶縁性フィラーの熱膨張率βfとが異なることが要求される。リペア処理は、一般に１６０〜２５０℃で行われる。よって、リペア処理を効率よく行う観点から、９０〜２５０℃のいずれかの温度において、βfとβrとの比：βf／βrが、βf／βr＜１または１＜βf／βrであることが好ましい。
【００２５】
絶縁性フィラーは、比重の異なる２種以上のフィラー成分を含むこともできる。樹脂成分の比重より比重の小さいフィラー成分は、樹脂組成物を硬化させる際に鉛直上方に分布し、比重の大きいフィラー成分は、鉛直下方に分布しやすい。例えば、無機酸化物からなるフィラー成分と、樹脂粒子からなるフィラー成分との組み合わせが好適である。この場合、無機酸化物からなるフィラー成分の比重は１．５以上であり、樹脂粒子からなるフィラー成分の比重は１．１未満であることが好ましい。
【００２６】
本発明の一態様では、硬化物を回路基板に垂直な平面で切断し、得られた断面の面積を回路基板に平行な直線で２つの同じ面積を有する領域に分割するとき、半導体素子側の領域の単位面積あたりに観測される絶縁性フィラーの面積Ｓ1と回路基板側の領域の単位面積あたりに観測される絶縁性フィラーの面積Ｓ2とが、Ｓ1＜Ｓ2またはＳ2＜Ｓ1を満たす。このような態様は、絶縁性フィラーを半導体素子側または回路基板側に偏在させることにより、熱膨張率αupperとαlowerとの間に差を設ける場合に達成される。また、Ｓ1とＳ2とが１．２＜Ｓ2／Ｓ1または１．２＜Ｓ1／Ｓ2を満たす場合、αupperとαlowerとの差を十分に確保することができる。なお、半導体素子の外周から硬化物がはみ出ている場合、はみ出た硬化物を除いてＳ1とＳ2を求めることが望ましい。
【００２７】
本発明の別の一態様では、硬化物を回路基板に平行な平面で２つの同じ体積を有する領域に分割するとき、半導体素子側の領域の単位体積あたりの重量Ｗ1と回路基板側の領域の単位体積あたりの重量Ｗ2とが、Ｗ1＜Ｗ2またはＷ2＜Ｗ1を満たす。このような態様は、例えば樹脂成分の比重と絶縁性フィラーの比重との間に差を設けたり、比重の異なる２種以上のフィラー成分を用いたりすることにより、熱膨張率αupperとαlowerとの間に差を設ける場合に達成される。また、Ｗ1とＷ2とが１．２＜Ｗ2／Ｗ1または１．２＜Ｗ1／Ｗ2を満たす場合、αupperとαlowerとの差を十分に確保することができる。なお、半導体素子の外周から硬化物がはみ出ている場合、はみ出た硬化物を除いてＷ1とＷ2を求めることが望ましい。
【００２８】
次に、本発明の半導体素子実装構造体の一例を図１に示す。
半導体素子実装構造体１０は、半導体素子（例えばＬＳＩ等のベアチップ）１１と、これを搭載した回路基板１４とを具備する。半導体素子１１は、その下面に、キャリア基材１２を備える。キャリア基材１２の下面には、はんだバンプ１３が設けられている。はんだバンプ１３は第１接続用電極部を構成する。
【００２９】
回路基板１４の上面には、電極ランド１５が設けられている。電極ランド１５は、第２接続用電極部を構成する。電極ランド１５の上には、半導体素子１１を回路基板１４に載置するのに先立って、導電性材料１６（例えばはんだペースト）が塗布される。導電性材料１６とはんだバンプ１３とを接触させた状態で、半導体素子１１を搭載した回路基板１４をリフロー炉に導入することにより、半導体素子１１と回路基板１４との接合が行われる。
【００３０】
半導体素子１１と回路基板１４との接合が完了した後、キャリア基材１２と回路基板１４との間に、樹脂組成物１７が導入される。樹脂組成物１７は、樹脂成分１７ａと絶縁性フィラー１７ｂとを含む。樹脂成分１７ａは熱硬化性を有するため、樹脂組成物１７を加熱すると、樹脂組成物１７は硬化物に変化する。硬化物は、封止剤として、半導体素子１１と回路基板１４との接合の信頼性を高める役割を果たす。
【００３１】
硬化物は、半導体素子１１と回路基板１４との間の空間を完全に埋め尽くす必要はない。硬化物は、ヒートサイクルによる応力を緩和できる程度に、半導体素子１１と回路基板１４との間の空間に充填されていれば良い。
【００３２】
図１では、導電性フィラー１７ｂが、回路基板１４側に偏在している。よって、絶縁性フィラー１７ｂの熱膨張率が樹脂成分１７ａよりも小さい場合、回路基板１４側で、硬化物の熱膨張率が小さくなる。逆に、絶縁性フィラー１７ｂの熱膨張率が樹脂成分１７ａよりも大きい場合、回路基板１４側で、硬化物の熱膨張率が大きくなる。いずれの場合にも、硬化物は加熱されると変形し、回路基板１４から剥がれやすくなる。
【００３３】
図２は、本発明の半導体素子実装構造体の別の一例を示す。図２において、図１と同じ要素には同じ番号を付している。半導体素子実装構造体２０は、樹脂組成物２７の組成が異なること以外、半導体素子実装構造体１０と同じ構造を有する。樹脂組成物２７は、樹脂成分２７ａと、第１絶縁性フィラー２７ｂと、第２絶縁性フィラー２７ｃとを含む。第１絶縁性フィラー２７ｂの比重は、第２絶縁性フィラー２７ｃの比重より小さく、かつ、樹脂成分の比重より小さくなっている。よって、自然法則に従い、第１絶縁性フィラー２７ｂは鉛直上方（半導体素子側）に偏在し、樹脂成分の比重より比重の大きい第２絶縁性フィラー２７ｂは鉛直下方（回路基板側）に偏在する。ここで、第１絶縁性フィラー２７ｂの熱膨張率が第２絶縁性フィラー２７ｃよりも小さい場合、回路基板１４側で、硬化物の熱膨張率が大きくなる。逆に、第１絶縁性フィラー２７ｂの熱膨張率が第２絶縁性フィラー２７ｃよりも大きい場合、回路基板１４側で、硬化物の熱膨張率が小さくなる。
【００３４】
樹脂組成物に含まれる絶縁性フィラーの好適な含有量は、絶縁性フィラーの粒度分布や、樹脂成分および絶縁性フィラーの熱膨張率に応じて異なるため、特に限定されない。ただし、樹脂組成物の粘度や、取り扱いの容易さを考慮すると、絶縁性フィラーの量は、樹脂成分１００重量部あたり、例えば１〜５０重量部が好ましく、１０〜３０重量部が更に好ましい。
【００３５】
樹脂組成物は、半導体素子と回路基板との間に容易に浸透するか、少なくとも加熱時に粘度が低下して容易に浸透する物性を有することが望ましい。例えば、半導体素子と回路基板との間の空間の厚みが１００〜２００μｍであるならば、樹脂組成物の２５℃における粘度は５００００ｍＰａ・ｓ以下が好ましく、３００００ｍＰａ・ｓ以下が特に好ましい。よって、このような粘度が達成されるように、樹脂組成物の構成成分の配合を選択することが望ましい。
【００３６】
樹脂組成物の樹脂成分は、熱硬化性を有するものであれば、特に限定されない。樹脂成分は、例えば主剤と硬化剤を含む。なお、樹脂組成物は、予め主剤と硬化剤とを混合した１液の樹脂組成物であってもよく、主剤と硬化剤とを別々に保存し、使用前にこれらを混合する２液の樹脂組成物であってもよい。ただし、１液の樹脂組成物の硬化剤には、潜在性硬化剤（例えばジシアンジアミドなど）を用いることが好ましい。
【００３７】
主剤には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂などを用いることができるが、吸湿性、熱膨張率、硬化収縮率などの点で、特にエポキシ樹脂が好ましい。通常、エポキシ樹脂１００重量部に対して、３〜６０重量部の硬化剤を用いることが好ましく、５〜４０重量部の硬化剤を用いることが特に好ましい。
【００３８】
エポキシ樹脂には、一般的な多官能性エポキシ樹脂を単独で用いることができるが、反応性希釈剤（架橋密度調節剤）である単官能エポキシ樹脂と多官能性エポキシ樹脂との混合物を用いることもできる。多官能性エポキシ樹脂と単官能エポキシ樹脂との合計に占める単官能エポキシ樹脂の含有量は、例えば０〜３０重量％が好ましく、０〜２０重量％が特に好ましい。
【００３９】
多官能性エポキシ樹脂とは、分子内に２個以上のエポキシ基を有する化合物である。多官能性エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などを挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。ただし、樹脂組成物の粘度や物性を考慮すると、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が多官能性エポキシ樹脂全体の１０〜１００重量％を占めることが好ましく、５０〜１００重量％を占めることが特に好ましい。
【００４０】
単官能エポキシ樹脂とは、分子内に１個のエポキシ基を有する化合物である。単官能エポキシ樹脂は、炭素数６〜２８のアルキル基を有することが好ましい。例えばＣ6〜Ｃ28のアルキルグリシジルエーテル、Ｃ6〜Ｃ28の脂肪酸グリシジルエステル、Ｃ6〜Ｃ28のアルキルフェノールグリシジルエーテルなどを挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。これらのうちでは、特にＣ6〜Ｃ28のアルキルグリシジルエーテルが好ましい。
【００４１】
硬化剤は、特に限定されないが、アミン化合物、イミダゾール化合物、変性アミン化合物、変性イミダゾール化合物、酸無水物、フェノール化合物などを用いることができる。
【００４２】
アミン化合物としては、例えばジシアンジアミド、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ジエチルアミノプロピルアミンなどの脂肪族ポリアミン；ｍ−キシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタンなどの芳香族ポリアミン；イソホロンジアミン、メンセンジアミンなどの脂環族ポリアミン；ポリアミドなどを挙げることができる。
【００４３】
イミダゾール化合物としては、例えば２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾールなどを挙げることができる。
変性アミン化合物としては、エポキシ基にアミン化合物を付加させたエポキシ化合物などを挙げることができる。
変性イミダゾール化合物としては、エポキシ基にイミダゾール化合物を付加させたエポキシ化合物などを挙げることができる。
【００４４】
硬化剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。特に、変性アミン化合物とジシアンジアミドとを併用することが好ましい。リペア性を考慮すると、変性アミン化合物とジシアンジアミドとの合計に占める変性アミン化合物の含有量は、５〜９５重量％であることが好ましく、７０〜９５重量％であることが特に好ましい。
【００４５】
絶縁性フィラーの平均粒径（体積基準の粒度分布における５０％値）は、０．１〜５０μｍが好ましく、０．１〜３０μｍが特に好ましい。平均粒径が０．１μｍより小さいと、絶縁性フィラーの流動（沈降もしくは浮遊）が起こりにくくなる傾向がある。また、平均粒径が５０μｍを超えると、樹脂組成物を半導体素子と回路基板との間に充填しにくくなる。
【００４６】
絶縁性フィラーは、特に限定されず、無機フィラーを用いてもよく、有機フィラーを用いてもよく、これらを混合して用いてもよい。例えば、無機物粉末、樹脂ビーズなどを用いることが好ましい。無機物としては、二酸化珪素、酸化チタン、アルミナなどが好ましく、樹脂ビーズとしては、アクリル樹脂ビーズ（例えばポリアクリル酸ビーズ）、ポリスチレンビーズなどが好ましい。絶縁性フィラーは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００４７】
絶縁性フィラーが、比重の異なる第１絶縁性フィラーと第２絶縁性フィラーを含む場合、第１絶縁性フィラーの比重ρf1と第２絶縁性フィラーの比重ρf2とは、ρf1＜ρrかつρr＜ρf2またはρf2＜ρrかつρr＜ρf1を満たすことが好ましい。絶縁性フィラーの比重の差により、αupperとαlowerとの間に十分な差を設けるには、第１絶縁性フィラーと第２絶縁性フィラーとの合計に占める一方の絶縁性フィラーの割合を、３０〜５０重量％とすることが好ましい。
【００４８】
樹脂組成物には、必要に応じて、更に、硬化促進剤、脱泡剤、レベリング剤、染料、顔料など、様々な添加物を配合することができる。
次に、半導体素子実装構造体の製造方法について、図３を参照しながら説明する。
（i）回路基板３１が備える電極ランド３２上に、マスク３３とスキージ３４を用いて、クリームはんだ３５を印刷する（図３（ａ））。クリームはんだ３５が溶剤を含む場合は、適宜溶剤を乾燥させる。なお、ここではクリームはんだを用いたが、半導体素子と回路基板との電気的な接続に用いる導電性材料は、クリームはんだに限られることはなく、例えばはんだボール、導電性接着剤、異方性導電性接着剤などを用いてもよい。導電性材料の付与は、回路基板と半導体素子のどちらに行ってもよい。はんだの融点や（異方性）導電性接着剤の軟化温度等は、リペア処理の必要性を考慮して、適宜選択する。
【００４９】
（ii）吸引機３６を用いて、半導体素子３７をマウントする（図３（ｂ））。その際、電極ランド３２上に塗布されたクリームはんだ３５と、半導体素子３７が具備する端子電極（はんだバンプ）３８とを接触させる。
【００５０】
（iii）半導体素子３７を搭載した回路基板３１を、リフロー炉３９に導入する。この工程で、はんだが溶融し、半導体素子３７の端子電極３８と、回路基板３１の電極ランド３２とが電気的に接続される（図３（ｃ））。
【００５１】
（iv）ディスペンサ等の塗布手段３０１を用い、熱硬化性を有する樹脂組成物３０２を、半導体素子３７と回路基板３１との間に導入する（図３（ｄ））。樹脂組成物３０２は、毛細管現象により、半導体素子３７が具備するキャリア基材（図示せず）と回路基板３１との間に浸透する。樹脂組成物３０２の量は、半導体素子と回路基板との間の空間が、ほぼ完全に充填されるように、適宜調整する。
【００５２】
（v）樹脂組成物３０２を加熱し、硬化させる（図３（ｅ））。初期の加熱により、樹脂組成物の粘度は大きく低下し、その流動性が高められる。その結果、回路基板３１と半導体素子３７との間の空間に、樹脂組成物３０２が更に浸透しやすくなる。回路基板３１には、予め空気の抜け穴（図示せず）を設けておくことが好ましい。このような空気の抜け穴が存在すると、回路基板３１と半導体素子３７との間の空間全体に、樹脂組成物３０２を浸透させることが容易となる。
【００５３】
樹脂組成物を硬化させる際に、硬化反応がほとんど進行しない温度で予備加熱を行うと、樹脂組成物の粘度が低下した状態で、絶縁性フィラーの流動（沈降もしくは浮遊）が起こる。これにより、絶縁性フィラーの分布に勾配が生じる。その状態で、硬化反応が進行しやすい温度まで昇温すると、図１または２に示したような硬化物が得られる。すなわち、硬化物の半導体素子側の熱膨張率αupperと硬化物の回路基板側の熱膨張率αlowerとが異なっている半導体素子実装構造体が得られる。
【００５４】
半導体素子３７の回路基板３１への実装が完了した後、半導体素子３７の特性、半導体素子３７と回路基板３１との接続状態、その他の電気的特性、封止状態等を検査する。万一、不良が発見された場合には、リペア処理が行われる。
【００５５】
次に、半導体素子実装構造体のリペア処理について、図４を参照しながら説明する。
（i）不良を有する半導体素子３７ａを、はんだが溶融する温度（例えば１９０〜２６０℃）で、１０秒〜１分間程度、加熱する（図４（ａ））。加熱手段４１は特に制限されないが、不良を有する半導体素子３７ａだけを加熱できる手段を用いることが好ましい。例えば、不良を有する半導体素子３７ａに、熱風を当てたり、加熱ツールを接触させたりする。
【００５６】
（ii）はんだが溶融する温度では、樹脂組成物３０２の硬化物が軟化するとともに、熱膨張を起こし、変形する。よって、硬化物と回路基板３１との接合界面には、大きな応力が発生する。この応力を利用して、半導体素子３７ａを、剥離ツール４２と吸引機４３を用いて引き剥がす（図４（ｂ））。
【００５７】
（iii）半導体素子３７ａを剥がした後、回路基板３１上に、樹脂組成物３０２の硬化物の残渣３０２ａと、はんだの残渣３５ａとが残る場合がある（図４（ｃ））。このようなときには、硬化物の残渣３０２ａやはんだの残渣３５ａを、所定温度に加熱したり、硬化物の残渣３０２ａに有機溶剤を含浸させたりして、硬化物の残渣３０２ａやはんだの残渣３５ａを軟化もしくは溶融させる。
【００５８】
ここで、硬化物に含浸させる有機溶剤には、例えば、塩化メチレン等の塩化アルキル類；エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のグリコールエーテル類；コハク酸ジエチル等の２塩基酸のジエステル類；Ｎ−メチル−２−ピロリドン等を用いることができる。回路基板上に配線保護用のレジストが塗布されている場合には、グリコールエーテル類、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等が、レジストを損傷しない点で好ましい。
【００５９】
（iv）軟化した硬化物の残渣３０２ａは、ウエス４５などにより、拭き取る（掻き取る）ことができる（図４（ｄ））。溶融状態のはんだの残渣３５ａは、例えば、はんだ吸い取り用の編組線等を用いて除去できる。
【００６０】
（v）上記のような操作により、半導体素子を再度実装することが可能となるように、電極ランドを露出させる（図４（ｅ））。その後、回路基板３１上に、不良の無い半導体素子を実装することで、半導体素子実装構造体のリペアが完了する。
次に、実施例に基づいて、本発明を更に具体的に説明する。
【実施例１】
【００６１】
（i）樹脂組成物の調製
樹脂成分には、主剤であるエポキシ樹脂と、硬化剤と、反応性希釈剤と、硬化促進剤との混合物を用いた。ただし、エポキシ樹脂には、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社、エピコート８０６、比重１．２０）を用いた。硬化剤には、ジシアンジアミド（味の素ファインテクノ株式会社、アミキュアＡＨ−１５４）を用いた。反応性希釈剤には、アルキルグリシジルエーテル（ジャパンエポキシレジン株式会社、ＹＥＤ２１６Ｍ、比重１．０９）を用いた。硬化促進剤には、味の素ファインテクノ株式会社製のアミキュアＰＮ−２３（比重１．２１）を用いた。
硬化前の樹脂成分全体の比重は１．２０であり、２５０℃における熱膨張率は１００ｐｐｍであり、ガラス転移温度（Ｔｇ）は１３５℃であった。
【００６２】
絶縁性フィラーには、平均粒径（体積基準の粒度分布における５０％値）５μｍのシリカ粉末（（株）龍森、ＰＬＶ−６、比重２．２、２５０℃における熱膨張率０．６ｐｐｍ）を用いた。
なお、樹脂成分および絶縁性フィラーの熱膨張率は、示差走査熱量計（ＳＩＩナノテクノロジー（株）製のＴＭＡ／ＳＳ６１００）により測定した。
【００６３】
ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を１００重量部と、ジシアンジアミドを８重量部と、アルキルグリシジルエーテルを１０重量部と、アミキュアＰＮ−２３を１重量部と、シリカ粉末を１０重量部とを混合し、熱硬化性の樹脂組成物を得た。樹脂組成物の粘度は、２５℃で、２８０００ｍＰａ・ｓであった。
【００６４】
（ii）半導体素子実装構造体の作製
半導体素子には、チップサイズ１３ｍｍ角のベアチップと、アルミナからなるキャリア基材と、第１接続用電極部であるはんだバンプ（直径０．５ｍｍ、ピッチ０．８ｍｍ）とを具備するＣＳＰ（chip size package）を用いた。
回路基板には、第２接続用電極部である電極ランドの配線が施された、厚さ１．６ｍｍのガラスエポキシ基板を用いた。
半導体素子と回路基板とを接合する導電性材料には、クリームはんだ（千住金属工業株式会社、Ｍ７０５−２２１ＢＭ５−Ｋ、融点２３８℃）を用いた。
【００６５】
図３に示した手順に従い、２２個の半導体素子（ＣＳＰ）を、１つの回路基板に実装した。回路基板の電極ランド上に塗布したクリームはんだの厚みは１００μｍとした。リフロー温度は２５０℃に設定した。
その後、上記の樹脂組成物を、ディスペンサを用いて、ＣＳＰの外周から、半導体素子と回路基板との間の空間に充填し、引き続き、８０℃で３０分間加熱した。その後、加熱温度を１５０℃に昇温し、更に６０分間加熱して、樹脂組成物を硬化させた。このとき、樹脂組成物は、完全に硬化する前に、半導体素子と回路基板との間に十分に浸透した。また、絶縁性フィラーが、若干沈降した状態で硬化した。
【００６６】
（iii）硬化物の評価
得られた硬化物のＴｇを、動的粘弾性測定装置（ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン（株）製のＱ８００）で測定したところ、１４１℃であった。
また、１つのＣＳＰの電極部を封止する硬化物を、回路基板に垂直な平面で切断し、得られた断面の面積を、回路基板に平行な直線で、２つの同じ面積を有する領域に分割した。このとき、半導体素子側の領域の単位面積あたりに観測される絶縁性フィラーの面積Ｓ1と、回路基板側の領域の単位面積あたりに観測される絶縁性フィラーの面積Ｓ2とが、Ｓ1＜Ｓ2を満たしていた。
【００６７】
更に、別のＣＳＰの電極部を封止する硬化物を、回路基板に平行な平面で、２つの同じ体積を有する領域に分割した。このとき、半導体素子側の領域の単位体積あたりの重量Ｗ1と、回路基板側の領域の単位体積あたりの重量Ｗ2とが、Ｗ1＜Ｗ2を満たしていた。また、半導体素子側の領域から一部の硬化物を採取し、その熱膨張率を測定したところ、７８ｐｐｍであった。同様に、回路基板側の領域から一部の硬化物を採取し、その熱膨張率を測定したところ、７１ｐｐｍであった。
【００６８】
（iv）半導体素子実装構造体の評価
得られた半導体素子実装構造体の熱衝撃試験（ヒートサイクル）を行った。−４０℃×３０分〜＋８５℃×３０分を１サイクルとし、１０００サイクルに達したときに導通試験を行い、ＣＳＰと回路基板との電気的接続を確認した。１０００サイクル以上で導通が確認できたＣＳＰは合格とし、１０００サイクル未満で非導通となったＣＳＰは不合格とした。本実施例の半導体素子実装構造体では、１０００サイクルを越えても、２０個のＣＳＰの全てが合格であった。
【００６９】
（v）リペア処理
図４に示した手順に従い、２０個のＣＳＰのリペア処理を行った。
回路基板に実装され、樹脂組成物の硬化物で封止されたＣＳＰの上部に、加熱手段を具備する吸引機を押し当て、ＣＳＰを２５０℃で１分間加熱した。その直後に、ＣＳＰと回路基板との間に金属片を差し込んだところ、ＣＳＰを容易に回路基板から取り外すことができた。
ＣＳＰを剥がした後の回路基板をホットプレート上に載置して、約１００℃で保温した。その間に、回路基板上の硬化物の残渣を、溶剤（第一工業製薬株式会社製のＰＳ−１またはロックタイト社製の７３６０）で膨潤させ、へらで掻き取った。また、回路基板上のはんだの残渣を、はんだ吸い取り用の編組線で除去した。リペアに要した時間は５分以内であり、十分に実用的なものであった。
【００７０】
（vi）ＣＳＰの再実装
ＣＳＰと残渣が取り除かれた回路基板上に、再度、クリームはんだを塗布し、上記と同様に、新たな２０個のＣＳＰを実装し、ＣＳＰの電極部を封止し、実装構造体を評価した。その結果、電気的接続が確実になされており、熱衝撃試験においても、すべてのＣＳＰが合格であった。
【実施例２】
【００７１】
実施例１の樹脂組成物に、更に、熱可塑性樹脂からなる絶縁性フィラーであるアクリル樹脂ビーズ（綜研化学株式会社製のＭＸ−３００、平均粒径（体積基準の粒度分布における５０％値）３μｍ、比重１．１９、２５℃における熱膨張率８０ｐｐｍ、軟化点１００℃）を、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂１００重量部あたり、５重量部添加し、混合した。こうして得られた樹脂組成物を用いたこと以外、実施例１と同様の実装構造体を得た。
【００７２】
１つのＣＳＰの電極部を封止する硬化物を、回路基板に平行な平面で、２つの同じ体積を有する領域に分割した。このとき、半導体素子側の領域の単位体積あたりの重量Ｗ1と、回路基板側の領域の単位体積あたりの重量Ｗ2とが、Ｗ1＜Ｗ2を満たしていた。また、半導体素子側の領域から一部の硬化物を採取し、その熱膨張率を測定したところ、１７０ｐｐｍであった。同様に、回路基板側の領域から一部の硬化物を採取し、その熱膨張率を測定したところ、１０５ｐｐｍであった。
【００７３】
本実施例の熱衝撃試験では、すべてのＣＳＰが合格であった。リペア処理に要した時間は５分以内であった。
【００７４】
［比較例１］
樹脂組成物をＣＳＰの外周から、半導体素子と回路基板との間の空間に充填した後、樹脂組成物の温度を急激に１５０℃まで昇温し、６０分間加熱して、樹脂組成物を硬化させたこと以外、実施例１と同様にして、半導体素子実装構造体を得た。本実施例では、絶縁性フィラーの沈降が起こる前に、樹脂組成物が硬化したと考えられる。
【００７５】
１つのＣＳＰの電極部を封止する硬化物を、回路基板に垂直な平面で切断し、得られた断面の面積を、回路基板に平行な直線で、２つの同じ面積を有する領域に分割した。このとき、半導体素子側の領域の単位面積あたりに観測される絶縁性フィラーの面積Ｓ1と、回路基板側の領域の単位面積あたりに観測される絶縁性フィラーの面積Ｓ2とが、Ｓ1＝Ｓ2を満たしていた。すなわち、絶縁性フィラーは、硬化物中に均一に分散していた。
【００７６】
更に、別のＣＳＰの電極部を封止する硬化物を、回路基板に平行な平面で、２つの同じ体積を有する領域に分割した。このとき、半導体素子側の領域の単位体積あたりの重量Ｗ1と、回路基板側の領域の単位体積あたりの重量Ｗ2とが、Ｗ1＝Ｗ2を満たしていた。また、半導体素子側の領域および回路基板側の領域から一部の硬化物を採取し、それらの熱膨張率を測定したところ、いずれも７５ｐｐｍであった。
【００７７】
本実施例の熱衝撃試験では、すべてのＣＳＰが合格であったが、リペア処理の際に、樹脂組成物の硬化物の変形が起こりにくく、ＣＳＰを回路基板から引き剥がすのに大きな力を要した。また、多くの硬化物の残渣が回路基板に付着していたため、これを完全に取り除くまでに１０分を要した。
【００７８】
［比較例２］
樹脂組成物の絶縁性フィラーとして、平均粒径５μｍのシリカ粉末１０重量部の代わりに平均粒径１２ｎｍのシリカ粉末（日本アエロジル株式会社、ＲＹ−２００、比重２．０）を１重量部用いたこと以外、実施例１と同様の実装構造体を得た。本実施例では、絶縁性フィラーの平均粒径が極端に小さいため、絶縁性フィラーの沈降が起こりにくく、偏在しないと考えられる。
【００７９】
１つのＣＳＰの電極部を封止する硬化物を、回路基板に垂直な平面で切断し、得られた断面の面積を、回路基板に平行な直線で、２つの同じ面積を有する領域に分割した。このとき、半導体素子側の領域の単位面積あたりに観測される絶縁性フィラーの面積Ｓ1と、回路基板側の領域の単位面積あたりに観測される絶縁性フィラーの面積Ｓ2とが、Ｓ1＝Ｓ2を満たしていた。すなわち、絶縁性フィラーは、硬化物中に均一に分散していた。
【００８０】
更に、別のＣＳＰの電極部を封止する硬化物を、回路基板に平行な平面で、２つの同じ体積を有する領域に分割した。このとき、半導体素子側の領域の単位体積あたりの重量Ｗ1と、回路基板側の領域の単位体積あたりの重量Ｗ2とが、Ｗ1＝Ｗ2を満たしていた。また、半導体素子側の領域および回路基板側の領域から一部の硬化物を採取し、それらの熱膨張率を測定したところ、いずれも８０ｐｐｍであった。
【００８１】
本実施例の熱衝撃試験では、すべてのＣＳＰが合格であったが、リペア処理の際に、樹脂組成物の硬化物の変形が起こりにくく、ＣＳＰを回路基板から引き剥がすのに大きな力を要した。また、多くの硬化物の残渣が回路基板に付着していたため、これを完全に取り除くまでに１０分を要した。
【実施例３】
【００８２】
樹脂組成物に含ませる反応性希釈剤の量を５０重量部に変えたこと以外、実施例１と同様の実装構造体を得た。
１つのＣＳＰの電極部を封止する硬化物を、回路基板に垂直な平面で切断し、得られた断面の面積を、回路基板に平行な直線で、２つの同じ面積を有する領域に分割した。このとき、半導体素子側の領域の単位面積あたりに観測される絶縁性フィラーの面積Ｓ1と、回路基板側の領域の単位面積あたりに観測される絶縁性フィラーの面積Ｓ2とが、Ｓ1＜Ｓ2を満たしていた。得られた硬化物のＴｇは１００℃であった。
【００８３】
更に、別のＣＳＰの電極部を封止する硬化物を、回路基板に平行な平面で、２つの同じ体積を有する領域に分割した。このとき、半導体素子側の領域の単位体積あたりの重量Ｗ1と、回路基板側の領域の単位体積あたりの重量Ｗ2とが、Ｗ1＜Ｗ2を満たしていた。また、半導体素子側の領域から一部の硬化物を採取し、その熱膨張率を測定したところ、１３０ｐｐｍであった。同様に、回路基板側の領域から一部の硬化物を採取し、その熱膨張率を測定したところ、１０５ｐｐｍであった。
【００８４】
本実施例の熱衝撃試験では、硬化物のＴｇが低いことから、若干の不良が発生したが、リペア処理に要した時間は５分以内であった。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明によれば、半導体素子と回路基板との間に樹脂組成物を充填し、電極部を封止した後でも、回路基板に損傷を与えることなく、容易に半導体素子を回路基板から取り外すことができる。本発明は、不良を有する半導体素子が発見された場合にリペア処理を行うことが望まれる半導体素子実装構造体において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体素子実装構造体の縦断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態に係る半導体素子実装構造体の縦断面図である。
【図３】半導体素子実装構造体の製造工程の一例を示す工程図である。
【図４】半導体素子実装構造体のリペア処理の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０、２０  半導体素子実装構造体
１１  半導体素子
１２  キャリア基材
１３  はんだバンプ
１４  回路基板
１５  電極ランド
１６  導電性材料
１７、２７  樹脂組成物
１７ａ、２７ａ  樹脂成分
１７ｂ  絶縁性フィラー
２７ｂ  第１絶縁性フィラー
２７ｃ  第２絶縁性フィラー
３１  回路基板
３２  電極ランド
３３  マスク
３４  スキージ
３５  クリームはんだ
３６  吸引機
３７  半導体素子
３８  端子電極（はんだバンプ）
３９  リフロー炉
３０１  塗布手段
３０２  樹脂組成物
３７ａ  不良を有する半導体素子
４１  加熱手段
４２  剥離ツール
４３  吸引機
４５  ウエス
３０２ａ  硬化物の残渣
３５ａ  はんだの残渣
【図１】
2007317996.tif 000003
【図２】
2007317996.tif 000004
【図３】
2007317996.tif 000005
【図４】
2007317996.tif 000006