(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンプ（１３〜１５）を有するプリント配線板（１０）とバンプ（２２，２３）を有するＩＣチップ（２０）との間に、前記バンプ（１３〜１５，２２，２３）に対応する位置に貫通孔（３１）を設けた熱可塑性樹脂フィルム（３０）を配置した後に、加熱・加圧して、プリント配線板（１０）のバンプ（１３〜１５）とＩＣチップ（２０）のバンプ（２２，２３）を接合するとともに前記フィルム（３０）を溶融させてＩＣチップ（２０）とプリント配線板（１０）との間を樹脂封止するＩＣチップの実装方法であって、
前記プリント配線板（１０）のバンプ（１３〜１５）の表面に、Ｃ−Ｈ結合解離エネルギーが９００ｋＪ／ｍｏｌよりも小さい炭化水素化合物であるジヒドロアントラセンよりなる膜（１６）を配置し、この膜（１６）を前記両バンプ間に介在させた状態で加熱・加圧して前記バンプの接合および樹脂封止を行うようにした
ことを特徴とするＩＣチップの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はＩＣチップの実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリント配線板（ＰＷＢ）にＩＣチップをフリップチップ法で搭載していたが、接合部の疲労寿命を向上して信頼性を確保するために、チップの下にアンダーフィルと呼ばれる樹脂を注入してきた。これに代わる手法として、基板とチップとの間に樹脂フィルムを挟んで接合を行うことにより基板・チップ間を樹脂で封止する技術がある（特許文献１、特許文献２等）。しかし、電極間の接合強度を高めるとともに、チップとプリント配線板との間の封止性（樹脂の接着性）を向上したいという要求がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−６４２３７号公報
【特許文献２】特許第２８１２２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、この発明の目的は、より信頼性の高いＩＣチップの実装方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載のように、バンプを有するプリント配線板とバンプを有するＩＣチップとの間に、バンプに対応する位置に貫通孔を設けた熱可塑性樹脂フィルムを配置した後に、加熱・加圧して、プリント配線板のバンプとＩＣチップのバンプを接合するとともにフィルムを溶融させてＩＣチップとプリント配線板との間を樹脂封止する際に、プリント配線板のバンプの表面に、Ｃ−Ｈ結合解離エネルギーが９００ｋＪ／ｍｏｌよりも小さい炭化水素化合物であるジヒドロアントラセンよりなる膜を配置し、この膜を両バンプ間に介在させた状態で加熱・加圧してバンプの接合および樹脂封止を行う。すると、プリント配線板の電極部に配したＣ−Ｈ結合解離エネルギーの小さい炭化水素化合物により、電極表面の酸化膜を還元して活性な金属表面を界面に形成させながら接合することができ、高い信頼性が得られる。
【０００６】
つまり、プリント配線板のバンプとＩＣチップのバンプの間に、Ｃ−Ｈ結合解離エネルギーが９００ｋＪ／ｍｏｌよりも小さい炭化水素化合物であるジヒドロアントラセンを介在させ、炭化水素化合物を加熱することにより、炭化水素化合物を熱分解させて炭化水素化合物から水素が分離されたラジカルな状態とし、このラジカルな状態とされた炭化水素化合物によって金属の表面に形成された酸化膜を還元しつつ、接合が行われる。
【０００７】
ここで、Ｃ−Ｈ結合解離エネルギーΔＨとは、図７に示すように、炭化水素化合物がそれぞれ電子を保有しつつアルキル基と水素とに解離するために必要なエネルギーであり、それぞれの物質の分子軌道計算から算出されるものである。換言すれば、それぞれの物質のＣ−Ｈ結合解離エネルギーΔＨは、炭化水素化合物のアルキル基と水素とへの解離のしやすさを示しており、このエネルギーの小さい物質ほど、アルキル基と水素とに解離しや
すい。
【０００８】
そして、図７において、それぞれ電子を保有しつつアルキル基と水素に解離すると、そのアルキル基がラジカルな状態となり、酸化銅等から酸素を奪って、すなわち酸化銅を還元して、自身はアルカン酸化物となって安定する。このように、炭化水素化合物として、熱分解により還元作用を発揮するものを用いることにより、十分な接合強度が得られる。
【０００９】
さらに、上述の炭化水素化合物は、加圧・加熱により熱可塑性樹脂フィルムの表層部に浸透し、その表層部の弾性率を低下させる性質を有する。このため、熱可塑性樹脂フィルムのプリント配線板側の面全体を炭化水素化合物の膜に当接させれば、熱可塑性樹脂フィルムとプリント配線板との接着性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態におけるＩＣチップの実装方法の説明図。
【図２】ＩＣチップの実装方法の説明図。
【図３】ＩＣチップの実装方法の説明図。
【図４】比較例におけるＩＣチップの実装方法の説明図。
【図５】ＩＣチップの実装方法の説明図。
【図６】ＩＣチップの実装方法の説明図。
【図７】アルカンによるＣｕＯ還元反応を説明するための図。
【図８】Ｃ−Ｈ結合解離エネルギーと還元速度定数の関係を示す図。
【図９】ＣｕＯ還元反応速度の測定方法を説明するための図。
【図１０】Ｃ−Ｈ結合解離エネルギーと接続面積率の関係を示す図。
【図１１】接着強度の測定結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施の形態）
以下、この発明を具体化した実施の形態を図面に従って説明する。
図１〜図３には、本実施形態におけるＩＣチップの実装工程を示す。
【００１２】
図１に示すように、プリント配線板（ＰＷＢ）１０において、絶縁基板１１には導体パターン１２が形成されている。導体パターン１２でのＩＣチップとの接合部（ＰＷＢ端子部）においてはその上面に銅めっきによる突起（厚さ１０〜５０μｍ）１３が形成され、その上部にはニッケルめっき（厚さ１〜５μｍ）１４と金めっき（厚さ１〜５μｍ）１５が形成されている。このようにプリント配線板１０のバンプとして金バンプを用いている。さらに本例では、金バンプ部を含めた配線板上面には、Ｃ−Ｈ結合解離エネルギーが９５０ｋＪ／ｍｏｌ以下の炭化水素化合物よりなる膜１６が形成されている。具体的には、ジシクロペンタジエン、テトラメチルペンタデカン等よりなる膜を用いる。
【００１３】
また、ＩＣチップ２０において、シリコンチップ２１には金属突起２２が形成され、金属突起２２は、銅（あるいはアルミまたは金）よりなる膜２３にて被覆されている。このようにしてバンプが形成されている。
【００１４】
一方、熱可塑性樹脂フィルム３０としてＰＥＥＫ−ＰＥＩフィルム（ポリエーテルエーテルケトンとポリエーテルイミドの混合物）を用いており、プリント配線板１０のバンプ１３〜１５およびＩＣチップ２０のバンプ２２，２３に対応する位置に貫通孔３１が形成されている。
【００１５】
そして、図２に示すように、プリント配線板（ＰＷＢ）１０の上にＰＥＥＫ−ＰＥＩフィルム３０を介してＩＣチップ２０を位置合わせして重ねる。つまり、プリント配線板１
０のバンプとＰＥＥＫ−ＰＥＩフィルム３０の穴位置とＩＣチップ２０のバンプとを一致させて重ねる。
【００１６】
この状態で、チップ表面に加熱ツール（ヒータヘッドＨ）を押し当て、プリント配線板１０とＰＥＥＫ−ＰＥＩフィルム３０の界面の温度が３００〜３３０℃になるように加熱・加圧する（圧力０．０５〜０．５ＭＰａ、１〜１５秒）。このように熱圧着すると、図３に示すように、ＩＣチップ２０の電極とプリント配線板１０の金バンプとが接合するとともに、ＰＥＥＫ−ＰＥＩフィルム３０が溶けて接着する。つまり、図２でプリント配線板１０とＩＣチップ２０との間に熱可塑性樹脂フィルム３０を配置した後に、加熱・加圧して、プリント配線板１０のバンプ１３〜１５とＩＣチップ２０のバンプ２２，２３を接合するとともにフィルム３０を溶融してＩＣチップ２０とプリント配線板１０との間を樹脂４０（図３参照）で封止する。
【００１７】
ここで、プリント配線板１０の金バンプ部に配したＣ−Ｈ結合解離エネルギーの小さい炭化水素化合物（膜１６）が介在されていることにより、電極表面の酸化膜を還元して活性な金属表面を界面に形成させながら接合することができる。
【００１８】
詳しくは、図７に示すように、炭化水素化合物（膜１６）を加熱することにより、炭化水素化合物が熱分解されて、炭化水素化合物から水素が分離されたラジカルな状態となり、このラジカルな状態とされた炭化水素化合物によって金属の表面に形成された酸化膜を還元しつつ、金属（Ｃｕ等）の溶融によって両基板の接続部を構成する金属が接合される。つまり、酸化膜の還元によって酸化膜が破れて清浄な金属表面が露出し、濡れ性が良い状態で、図２の配線板１０側のＡｕ膜１５の表面とＩＣチップ２０側のＣｕ膜２３の表面が接触し、さらに、Ｃｕ膜２３の溶解に伴い、図３に示すように、ＩＣチップ２０側のＣｕ膜２３と配線板１０側のＡｕ膜１５とが接合される。
【００１９】
このように本実施形態では、炭化水素化合物の膜１６を加熱することにより、Ｃｕ膜２３もしくはＡｕ膜１５表面の酸化膜を炭化水素化合物で還元しつつ、Ｃｕ膜２３を溶融することによって両バンプを接合する。
【００２０】
接合原理について本発明者らは種々の実験を行ったので、それを以下に説明する。
（i ）．各種の炭化水素化合物溶液中に酸化銅を浸して加熱したときの水素及び水の発生量を検出した。この結果、水素の発生は確認されたが、水は検出されなかった。このため、酸化銅の還元は、水素によってなされたものではないことが確認された。
【００２１】
（ii）．各種の炭化水素化合物溶液中に酸化銅を浸して加熱したときの反応生成物を分析した。その結果、酸化された炭化水素化合物の存在が確認された（例えば、シクロオクタンの場合、シクロオクタノン及びシクロオクタノールの存在が確認された）。これにより、炭化水素化合物自身が酸化銅を還元している可能性があると考えた。
【００２２】
（iii ）．この（ii）の推論の真偽を確認するため、各種炭化水素化合物のＣ−Ｈ結合解離エネルギーと還元速度定数との関係を求めた。その結果を図８に示す。図８において横軸にＣ−Ｈ結合解離エネルギーΔＨをとり、縦軸に還元速度定数をとり、サンプルとして、ジシクロペンタジエンとトリフェニルメタンとシクロオクタンとテトラメチルペンタデカンとエイコサンを用いた。ここで、還元速度定数とは、図９に示すように試料中に基板（銅端子を酸化済のもの）を入れ３００℃で所定時間保持した際における銅表面の酸素を波長分散型Ｘ線分光分析法により定量（還元状態の定量）を行い、次式により求めたものである。
【００２３】
還元速度定数ｋ＝（１−Ｘ／Ｘ１）／（ｔ・Ｘ）
ただし、Ｘ１；初期酸化状態でのＸ線カウント数
Ｘ；時間が経過した段階でのＸ線カウント数
ｔ；加熱時間（秒）
この結果、図８に示すように、Ｃ−Ｈ結合解離エネルギーが小さくなるほど、還元速度が上昇する関係があることが確認された。このため、ラジカルな状態となった炭化水素化合物によって酸化銅等が還元されていることが確認された。
【００２４】
（iv）．Ｃ−Ｈ結合解離エネルギーが比較的小さい各種物質を用いて、銅端子とハンダ被覆端子との接合を行ったところ、図１０に示すように、Ｃ−Ｈ結合解離エネルギーが９５０ｋＪ／ｍｏｌ以下の炭化水素化合物については、従来のフラックスと同等の接続面積率が得られ、十分な接続強度を確保できた（Ｃ−Ｈ結合解離エネルギーが小さいほど接続特性が良好である）。詳しくは、図１０において横軸にＣ−Ｈ結合解離エネルギーΔＨをとり、縦軸に接続面積率をとり、サンプルとして、ジヒドロアントラセンとジシクロペンタジエンとシクロオクタンとテトラメチルペンタデカンとエイコサンを用いた。ここで、接続面積率とは、長方形の接合部位における当該部位の短辺により正方形の観察窓を作り（想定し）、長方形の接合部位での最も接合が不良となっている領域に前述の観察窓を持っていき、この窓の内部における全面積に対する実際に接合が行われた面積の比率を求めたものである。その結果、フラックスを用いた場合の接続面積率である「０．７」以上とするためにはＣ−Ｈ結合解離エネルギーが約９５０ｋＪ／ｍｏｌ以下の物質を用いればよいことが分かった。
【００２５】
以上のように、プリント配線板１０のバンプ１３〜１５の表面に、Ｃ−Ｈ結合解離エネルギーが９５０ｋＪ／ｍｏｌ以下の炭化水素化合物よりなる膜１６を配置し、この膜１６を両バンプ間に介在させた状態で加熱・加圧してバンプの接合および樹脂封止を行うようにした。よって、プリント配線板１０の電極部に配したＣ−Ｈ結合解離エネルギーの小さい炭化水素化合物により、電極表面の酸化膜を還元して活性な金属表面を界面に形成させながら接合することができ、高い信頼性が得られる。
【００２６】
さらに、上述の炭化水素化合物（１６）は、加圧・加熱により熱可塑性樹脂フィルム３０の表層部に浸透し、その表層部の弾性率を低下させる性質を有するため、熱可塑性樹脂フィルム３０のプリント配線板１０側の面全体を炭化水素化合物の膜１６に当接させることにより、熱可塑性樹脂フィルム３０とプリント配線板１０との接着性を向上させることができる。
（比較例）
次に、上記実施の形態の比較例を図面に従って説明する。図４〜図６には、本比較例におけるＩＣチップの実装工程を示す。
【００２７】
図４に示すように、プリント配線板（ＰＷＢ）５０において、絶縁基板５１には導体パターン５２が形成されている。導体パターン５２でのＩＣチップとの接合部（ＰＷＢ端子部）においてはその上面に銅めっきによる突起（厚さ１０〜５０μｍ）５３が形成され、その上部にはハンダめっき（厚さ２〜１０μｍ）５４が形成されている。このようにプリント配線板１０のバンプとしてハンダバンプを用いている。
【００２８】
また、ＩＣチップ６０において、シリコンチップ６１には金属突起６２が形成され、金属突起６２は、金よりなる膜６３にて被覆されている。このようにしてバンプが形成されている。
【００２９】
一方、熱可塑性樹脂フィルム７０としてＰＥＥＫ−ＰＥＩフィルム（ポリエーテルエーテルケトンとポリエーテルイミドの混合物）を用いており、両面にはアルカン類よりなる膜７１がコーティングされている。膜７１の材料としてのアルカン類は、エイコサン、テ
トラデカンを用いる。この熱可塑性樹脂フィルム７０および膜７１においてプリント配線板５０のバンプ５３，５４およびＩＣチップ６０のバンプ６２，６３に対応する位置に貫通孔７２が形成されている。
【００３０】
そして、図５に示すように、プリント配線板（ＰＷＢ）５０の上に熱可塑性樹脂フィルム７０を介してＩＣチップ６０を位置させる。このとき、プリント配線板５０のバンプと熱可塑性樹脂フィルム７０の穴位置とＩＣチップ６０のバンプとを一致させて重ねる。
【００３１】
この状態で、チップ表面に加熱ツール（ヒータヘッドＨ）を押し当て、プリント配線板５０と熱可塑性樹脂フィルム７０の界面の温度が３００〜３３０℃になるように加熱・加圧する（圧力０．０５〜０．５ＭＰａ、１〜１５秒）。このように熱圧着すると、図６に示すように、ＩＣチップ６０の電極とプリント配線板５０のハンダバンプとが接合するとともに、熱可塑性樹脂フィルム７０が溶けて接着する。つまり、図５でプリント配線板５０とＩＣチップ６０との間に熱可塑性樹脂フィルム７０を配置した後に、加熱・加圧して、プリント配線板５０のバンプ５３，５４とＩＣチップ６０のバンプ６２，６３を接合するとともにフィルム７０を溶融してＩＣチップ６０とプリント配線板５０との間を樹脂８０（図６参照）で封止する。
【００３２】
ここで、ＰＥＥＫ−ＰＥＩフィルム７０の両面には、アルカン類（エイコサン、テトラデカン等）よりなる膜７１を介在させているので、ＰＥＥＫ−ＰＥＩとの界面で、アルカン類がＰＥＥＫ−ＰＥＩに浸透して弾性率が下がることにより、接着力が向上する。
【００３３】
以下、実験を行ったので、その結果について説明する。
図１１には、接着界面温度を変えていったときの接着強度の測定結果を示す。
サンプルには、アルカン膜（Ｃ14Ｈ30）を用いたものと、用いなかったものを使用している。
【００３４】
この図１１から、２７０℃で接着する場合には、アルカン膜を用いることにより、１．５Ｎ／ｍｍの接着強度を得ることができることが分かる。換言すると、同じ接着強度を得る場合には、より低い温度での加熱でよいことになる。具体的には、図１１において縦軸の接着強度を１．５Ｎ／ｍｍとしたい場合において、アルカン膜を用いない場合には約３００℃に加熱する必要があるが、アルカン膜を用いると約２７０℃に加熱するだけでよいことになる。
【００３５】
以上のように、熱可塑性樹脂フィルム７０の両面にアルカン類よりなる膜７１を配置し、この膜７１をチップ・配線板間に介在させた状態で加熱・加圧してバンプの接合および樹脂封止を行うようにした。よって、フィルム７０の表面はアルカン類を介在させているので、ＰＥＥＫ−ＰＥＩとの界面で、アルカン類がＰＥＥＫ−ＰＥＩに浸透して弾性率が下がることにより、接着力が向上し、高い信頼性が得られる。
【符号の説明】
【００３６】
１０…プリント配線板、１１…絶縁基板、１２…導体パターン、１３…突起、１４…ニッケルめっき、１５…金めっき、１６…炭化水素化合物よりなる膜、２０…ＩＣチップ、２１…シリコンチップ、２２…金属突起、２３…銅よりなる膜、３０…樹脂フィルム、３１…貫通孔、５０…プリント配線板、５１…絶縁基板、５２…導体パターン、５３…突起、５４…ハンダめっき、６０…ＩＣチップ、６１…シリコンチップ、６２…金属突起、６３…金よりなる膜、７０…熱可塑性樹脂フィルム、７１…アルカン類よりなる膜、７２…貫通孔。
【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】
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【図７】
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【図８】
0004935870.tif 000009
【図９】
0004935870.tif 000010
【図１０】
0004935870.tif 000011
【図１１】
0004935870.tif 000012