JP2002118148A - プリント配線基板に半導体チップを装着する方法及びその方法の実施に用いる装着用シート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工程が単純で、コストが掛らず、しかもプリ
ント配線基板のバンプ電極と半導体チップの端子との接
続不良等の問題を生じることのない新規な半導体チップ
実装方法及びその方法の実施に用いる装着用シートを提
供する 【解決手段】 本発明方法は、合成樹脂フィルム（２−
２）の一方の面に、プリント配線基板（１）のバンプ電
極（１−２）の高さと同一程度の厚みの熱硬化性樹脂層
（２−１）を有する半導体チップ装着用シート（２）を
製造し、これをプリント配線基板（１）のバンプ電極
（１−２）が設けられた面に圧着した後、その合成樹脂
フィルム（２−２）を引き剥がし、上記バンプ電極（１
−２）が、対応する半導体チップ（３）上の端子（３−
２）と正しく対面し、接触するよう位置決めした状態
で、両者を接合すると共に、熱硬化性樹脂（２−１）を
加熱硬化せしめることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント配線基板
に半導体チップを装着する方法及びその方法の実施に用
いる半導体チップ装着用シートに関する．

【０００２】

【従来の技術】従来、ＭＰＵやゲートアレー等に用いる
多ピンのＬＳＩパッケージをプリント配線基板に実装す
る場合には、半導体チップの接続パッド部に共晶ハン
ダ、高温ハンダ、金等から成るバンプ電極を形成し、所
謂フェースダウン方式により、それらのバンプ電極をプ
リント配線基板上の相対応する端子部に対面、接触さ
せ、溶融／拡散接合するフリップチップ実装方法が採用
されてきた。然し、この方法によるときは、温度の周期
的変動を受けたとき、半導体チップとプリント配線基板
の熱膨張係数の違いにより接合部が破断する恐れがある
ため、フェースダウンで接続された半導体チップのバン
プ電極が設けられた面全体と、相対向するプリント配線
基板の間の間隙に液状の熱硬化性樹脂（アンダーフィル
材）を注入、硬化させ、バンプ接合部全面をプリント配
線基板に接合してバンプ電極に集中する熱応力を分散さ
せ、破断を防止する方法が提案されている。然しなが
ら、フリップチップ実装における半導体チップとプリン
ト配線基板の間の空隙は４０〜２００μｍと小さく、そ
のためアンダーフィル材をボイドなく含浸させる工程に
は相当の時間が掛ること、及び、アンダーフィル材のロ
ット間の粘度管理が煩雑なこと等の問題がある。

【０００３】この解決方法として、シート状の熱硬化性
樹脂或いは熱可塑性樹脂を半導体チップとプリント配線
基板の間に挟み、熱圧着する技術が、例えば、特開平９
−２１３７４１号、特開平１０−２４２２０８号、特開
平１０−２７０４９７号などにより提案されている。然
しながら、特開平９−２１３７４１号の技術は、別途封
止材によりバンプ部を囲むように封止部を設ける工程が
必要であり、工程が煩雑になると同時にボイドの発生を
完全に回避することができないという問題がある。又、
特開平１０−２４２２０８号の提案では、アンダーフィ
ル樹脂の位置合わせが必要であり、場所によりアンダー
フィル樹脂量の過不足が発生したり、逃げ穴によるボイ
ド発生の可能性があることが否めない。又更に、特開平
１０−２７０４９７号では、絶縁接着フィルムに半導体
チップのバンプ電極を食い込ませてプリント配線基板の
端子部に接続させているため、バンプ電極先端には絶縁
接着フィルムの被膜が残存し、接続の信頼性を損ねるこ
とがあるなど、工程の面、信頼性の面より問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題を
解決するためなされたものであって、その目的とすると
ころは、工程が単純で、コストが掛らず、かつプリント
配線基板のバンプ電極と半導体チップの端子が確実に接
続され、接続不良等の問題を生じることのない新規な半
導体チップ実装方法及びその方法の実施に用いる装着用
シートを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の上記第一の目的
は、下記〔ａ〕〜〔ｅ〕のステップ、即ち、〔ａ〕合成
樹脂フィルムの一方の面に、プリント配線基板のバンプ
電極の高さＨと同一程度の厚みＴを有する熱硬化性樹脂
層を設けて成る半導体チップ装着用シートを製造するス
テップと、〔ｂ〕プリント配線基板のバンプ電極が設け
られた面に、上記半導体チップ装着用シートの熱硬化性
樹脂層を圧着するステップと、〔ｃ〕プリント配線基板
のバンプ電極面に圧着した半導体チップ装着用シートの
合成樹脂フィルムを引き剥がすステップと、〔ｄ〕プリ
ント配線基板のバンプ電極が、対応する半導体チップ上
の端子に正しく対面し、接触するよう位置決めするステ
ップと、〔ｅ〕プリント配線基板のバンプ電極を、半導
体チップ上の対応する端子に接合すると共に、熱硬化性
樹脂を加熱硬化するステップと、を含むことを特徴とす
る、プリント配線基板に半導体チップを装着する方法に
よって達成される。尚、ここで熱硬化性樹脂層の厚みＴ
を装着すべきプリント配線基板のバンプ電極の高さＨと
同一程度とするということは、具体的には、（Ｈ−Ｔ）
を、±３０μｍ以内、望ましくは±１５μｍ以内とする
ことを意味する。この偏差（Ｈ−Ｔ）の許容限界は実際
にはバンプ電極の形状、寸法、分布密度、配置、熱硬化
性樹脂の粘度などにもよるもので特定し難いが、上記の
如くすることにより殆ど総ての半導体チップに対して目
的を達成し得るものである。

【０００６】本発明の第二の目的は、合成樹脂フィルム
の一方の面に、プリント配線基板のバンプ電極の高さＨ
と同一程度の厚みＴを有する熱硬化性樹脂層を設けて成
ることを特徴とする、請求項１に記載のプリント配線基
板に半導体チップを装着する方法の実施に用いる半導体
チップ装着用シートによって達成される。このとき使用
する合成樹脂フィルムは、その上に積層される熱硬化性
樹脂の硬化温度より低いガラス転移温度を有するもので
あることが望ましい。熱硬化性樹脂としては、プリント
配線基板のバンプ電極と半導体チップの端子の接合温度
より低い硬化温度を有するエポキシ樹脂組成物が推奨さ
れる。又更に、そのエポキシ樹脂組成物は、５０重量％
以上の無機質充填材を含むものであることが望ましい。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の一実施
例について説明する。図は、本発明方法の構成を示す説
明図であるが、説明を判りやすくするため、これらの図
面には、バンプ電極と、装着用シートが誇張して表示さ
れている。図１は、プリント配線基板の構成中、本発明
に関係する部分を示す一部拡大断面図、図２は、半導体
チップ装着用シートの拡大断面図、図３はプリント配線
基板のバンプ電極側のフェース面上に半導体チップ装着
用シートを貼り合わせた状態を示す一部拡大断面図、図
４は、貼り合せた半導体チップ装着用シートの合成樹脂
フィルム完全に引き剥がした状態を示す一部拡大断面
図、図５は、図４に示されたプリント配線基板に半導体
チップを実装した状態を示す一部拡大断面図である。

【０００８】而して、これらの図中、１はプリント配線
基板、１−1 はその基板、１−２はバンプ電極であり、
バンプ電極の形成は、ハンダ、ニッケル、金等のメッキ
法、銀ペースト、金ペーストを用いた導電ペースト印刷
法、金ワイアのボールボンディング法、ハンダプリコー
ト法、ハンダペースト印刷リフロー法、ハンダボールリ
フロー法等の方法により形成される。２は、合成樹脂フ
ィルム２−２の一方の面に熱硬化性樹脂層２−１を形成
して成る半導体チップ装着用シート（以下、単に『装着
用シート』ともいう。）、３は半導体チップであり、チ
ップ配線面３−１の上に、プリント配線基板１のバンプ
電極１−２に対応する端子３−２を具備する。

【０００９】而して、本発明方法により、プリント配線
基板１上に半導体チップ３を実装する場合には、先ず、
前記〔ａ〕ステップに記載の如く、合成樹脂フィルム２
−２の一方の面に熱硬化性樹脂層２−１を形成して成る
半導体チップ装着用シート２を製造する。その場合の熱
硬化性樹脂層２−１の厚さＴは、この装着用シート２を
プリント配線基板１に貼り付けた際、バンプ電極１−２
の先端が熱硬化性樹脂層２−１を貫通して合成樹脂フィ
ルム２−２に接触すると共に、その貼着領域の周縁に適
量の熱硬化性樹脂がはみ出し、貼着面にボイドが残らな
いように定める。熱硬化性樹脂層２−１の厚さＴの上限
及び下限は、厳密にはプリント配線基板１に形成された
バンプ電極１−２の寸法、形状、数、全体積及び分布状
況、並びに、熱硬化性樹脂層の硬度などにより定められ
るが、一般に用いられているプリント配線基板に対して
は概ねそのバンプ電極１−２の高さＨと同一とすること
により上記の条件を成就することができる。

【００１０】量産プラントにおいては、熱硬化性樹脂層
２−１の厚さＴを常時完全にバンプ電極１−２の高さＨ
と同一値に保持することは困難である。然しながら、熱
硬化性樹脂層２−１の厚さＴを、バンプ電極１−２の高
さＨの±３０μｍ以内とすれば、殆ど全てのプリント配
線基板１に対して良好な結果が得られることが判明し
た。熱硬化性樹脂層２−１の厚さＴの更に望ましい値
は、バンプ電極１−２の高さＨ±１５μｍ以内である。
熱硬化性樹脂層の厚みＴがこの範囲にあると、装着用シ
ート２の圧着が容易であり、適切な圧着力でバンプ電極
の先端を合成樹脂フィルム２−２に接触させることがで
き、かつ、貼着面にボイドが残らず、貼着領域の周縁に
はみ出す熱硬化性樹脂も適量に留まる。

【００１１】熱硬化性樹脂層の厚みＴが、バンプ電極の
高さＨ＋３０μｍを超えると、装着用シート２をプリン
ト配線基板に圧着した際、バンプ電極が熱硬化性樹脂層
を貫通せず、半導体チップの端子との接続が不充分とな
る恐れがある上、貼着領域の周縁にはみ出す熱硬化性樹
脂量が過大になり不都合を生じる。又逆に、その厚みＴ
が、Ｈ−３０μｍ以下となると、半導体チップとプリン
ト配線基板との間隙を熱硬化性樹脂により十分に埋める
ことが出来ず、ボイドの発生する恐れが生じる。

【００１２】熱硬化性樹脂層２−１を構成するエポキシ
樹脂組成物としては、単官能エポキシ樹脂、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等の多官能エポキシ樹脂及び
これらの臭素化物の１種又は２種以上から成るエポキシ
樹脂と、多価フェノール化合物、尿素誘導体、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、酸無水物の１種又は２種以上を混合
して得た硬化剤より成る組成物が推奨される。

【００１３】この組成物には、結晶シリカ、溶融シリ
カ、アルミナ、窒化アルミ、窒化ボロン、窒化珪素、マ
グネシア、マグネシウムシリケートなどの無機質充填
材、ゴム成分、粘性調整剤、難燃剤などを加えても良
い。無機質充填材の添加量は、５０重量％以上が好まし
く、それ以下では熱膨張係数の低減効果、熱伝導効果が
乏しくなり、信頼性が低下する。尚、この組成物として
は、プリント配線基板のバンプ電極と半導体チップの端
子との接合温度より低い硬化温度を有するものが強く推
奨される。硬化温度が接合温度より高いと、接合後に接
合温度より高い温度での熱処理が必要となるので、工程
が煩雑となるばかりでなく、接合部の信頼性の低下を招
くからである。このエポキシ樹脂組成物は、通常、溶剤
にて適正な粘度に調整され、適宜の合成樹脂フィルムに
塗布、乾燥せしめられ、熱硬化性樹脂層を形成する。

【００１４】合成樹脂フィルム２−２は、単に熱硬化性
樹脂層のキャリアーに過ぎないので、材質などには特段
の限定はないが、上記熱硬化性樹脂組成物の硬化温度よ
り低いガラス転移温度を有する熱可塑性樹脂、例えば、
ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、エ
チレン酢酸ビニル共重合体、エチレン−アルキルアクリ
レート共重合体、ポリエステル、ポリ塩化ビニール、ポ
リ塩化ビニリデン、ポリウレタン、ポリアミド、ポリア
ミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリ
エーテルスルホン、メチルペンテンコポリマー等により
作製された熱可塑性のフィルムが採用できる。フィルム
の厚さは特に限定しないが、通常３０〜５００μｍの厚
さで使用される。

【００１５】この装着用シート２は、図２及び図３に示
すように、その熱硬化性樹脂層２−１をプリント配線基
板１のバンプ電極１−２が設けられている面に貼り合わ
される。貼り合わせる方法は特に限定されないが、通常
ロールラミネーション、プレスラミネーションにより行
われる。貼り合せは、硬化前の熱硬化性樹脂層の軟化温
度以上、硬化温度以下にて行われる。従って、この段階
では熱硬化性樹脂層２−１は硬化前の状態である。この
貼り合せ工程により、プリント配線基板のバンプ電極１
−２は、装着用シートの熱硬化性樹脂層２−１を貫通
し、それらの先端が合成樹脂フィルム２−２に接触し、
場合によってはその表面を強く押圧するようになる。

【００１６】次いで、装着用シート２の合成樹脂フィル
ム２−２を引き剥がす。図４は、合成樹脂フィルム２−
２が完全に取り除かれた状態を示す。このとき、バンプ
電極１−２の先端は、熱硬化性樹脂層２−１の表面より
露出した状態となっている。最後に、図５に示す如く、
フェースダウン方式で、プリント配線基板の各バンプ電
極１−２を、半導体チップ３のそれぞれ対応する端子３
−２と正しく対面、接触させるよう位置決めし、熱圧に
より、更には必要に応じ超音波振動を与えることにより
接合を行う。熱硬化性樹脂層２−１の樹脂組成物は、接
合時加えられた熱により軟化し、然る後、硬化し、半導
体チップ３とプリント配線基板１の間に強固な硬化樹脂
層を形成する。このように接合した後に、必要に応じて
熱処理を加えても構わないが、その場合、接合温度より
低い温度であることが必要である。

【００１７】以下、本発明方法により、実際に市販され
ている半導体チップを、プリント基板に実装する実施例
を示す。 〔実施例１〕フェノールノボラック型エポキシ樹脂、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
樹脂、尿素誘導体からなるエポキシ樹脂組成物１００重
量部に、球状アルミナ２６０重量部と溶剤を加えて混練
分散し、得られた硬化温度１６０℃のエポキシ樹脂組成
物を、ガラス転移温度−２０℃、厚み１００μｍのエチ
レン酢酸ビニル共重合体フィルムに塗付、乾燥し、半導
体チップ装着用シートを得た。熱硬化性樹脂層の厚みは
９０μｍであった。

【００１８】この装着用シートを、装着すべき半導体チ
ップの大きさに打ち抜き、共晶ハンダペースト印刷、リ
フローにより高さ１００μｍのバンプ電極が１００箇所
に形成されたプリント配線基板のバンプ電極面にプレス
により貼り付けを行った。貼り付け温度は８０℃であっ
た。その後、このプリント配線基板から装着用シートの
エチレン酢酸ビニル共重合体フィルムを剥し取って、バ
ンプ電極の先端を露出させ、バンプ電極と半導体チップ
の端子との位置合わせを行い、２２０℃で２分間加熱加
圧を行って、両者を接合すると同時に、熱硬化性樹脂層
を硬化させた。接合後、更に１８０℃にて１時間熱処理
し熱硬化性樹脂の硬化を完了させた。このときのプリン
ト配線基板のバンプ電極と半導体チップの端子の接合は
１００箇所とも良好であり、−５５℃と１２５℃の温度
サイクル試験１０００サイクル後も接続部の破断は生じ
なかった。

【００１９】〔実施例２〕クレゾールノボラック型エポ
キシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、酸無水
物、窒化アルミ、溶剤から成る硬化温度１８０℃の熱硬
化性樹脂組成物を、ガラス転移温度７０℃、厚さ５０μ
ｍのポリエステルフィルムに塗布、乾燥し、半導体チッ
プ装着用シートを得た。熱硬化性樹脂層の厚みは１６５
μｍであった。この装着用シートを、装着すべき半導体
チップの大きさに打ち抜き、金ワイアのボールボンディ
ングにより形成された高さ１２０μｍのバンプ電極を１
００箇所に有するプリント配線基板に、熱ロールによる
ラミネートにより１２０℃で貼り付けた。その後、この
プリント配線基板から装着用シートのポリエステルフィ
ルムを剥し取って、バンプ電極の先端を露出させ、バン
プ電極と半導体チップの端子との位置合わせを行い、３
００℃にて３０秒間超音波振動を与えつつ加熱加圧を行
い、両者を接合すると同時に熱硬化性樹脂層を硬化させ
た。このときのプリント配線基板のバンプ電極と半導体
チップの端子の接合は１００箇所とも良好であり、−５
５℃と１２５℃の温度サイクル試験１０００サイクル後
も接続部の破断は生じなかった。

【００２０】〔比較例１〕実施例１にて用いた熱硬化性
樹脂組成物をシート状に成形し、実施例１で使用した個
片の半導体チップとプリント配線基板の間に直接挟み、
８０℃にて加熱圧した後、２２０℃に昇温し接合を行っ
た。プリント配線基板のバンプ電極と半導体チップの端
子との接続部は、１７箇所が不良となった。

【００２１】

【発明の効果】本発明は叙上の如く構成されるから、本
発明によるときは、工程が単純で、コストが掛らず、し
かもプリント配線基板のバンプ電極が確実に半導体チッ
プの端子に接続され、接続不良等の問題を生じることの
ない新規な半導体チップ実装方法及びその方法の実施に
用いる装着用シートを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 プリント配線基板の構成中、本発明に関係す
る部分を示す一部拡大断面図である。

【図２】 半導体チップ装着用シートの一部拡大断面図
である。

【図３】 プリント配線基板のバンプ電極側のフェース
面上に半導体チップ装着用シートを貼り合わせた状態を
示す一部拡大断面である。

【図４】 装着用シートの合成樹脂フィルムを完全に引
き剥がした状態を示す一部拡大断面図である。

【図５】 図４に示されたプリント配線基板に、フェー
スダウン方式により半導体チップを実装した状態を示す
一部拡大断面図である。

【符号の説明】

１ プリント配線基板 １−１ 基板 １−２ バンプ電極 ２ 半導体チップ装着用シート ２−1 熱硬化性樹脂層 ２−２ 合成樹脂フィルム ３ 半導体チップ ３−１ 基板 ３−２ 端子

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記のステップ〔ａ〕〜〔ｅ〕を含むこ
   とを特徴とする、プリント配線基板（１）に半導体チッ
   プ（３）を装着する方法。 〔ａ〕合成樹脂フィルム（２−２）の一方の面に、プリ
   ント配線基板（１）のバンプ電極（１−２）の高さＨと
   同一程度の厚みＴを有する熱硬化性樹脂層（２−１）を
   設けて成る半導体チップ装着用シート（２）を製造する
   ステップ。 〔ｂ〕プリント配線基板（１）のバンプ電極（１−２）
   が設けられた面に、上記半導体チップ装着用シート
   （２）の熱硬化性樹脂層（２−１）を圧着するステッ
   プ。 〔ｃ〕プリント配線基板（１）のバンプ電極面に圧着し
   た半導体チップ装着用シート（２）の合成樹脂フィルム
   （２−２）を引き剥がすステップ。 〔ｄ〕プリント配線基板（１）のバンプ電極（１−２）
   が、対応する半導体チップ（３）上の端子（３−２）に
   正しく対面し、接触するよう位置決めするステップ。 〔ｅ〕プリント配線基板（１）のバンプ電極（１−２）
   を、半導体チップ（３）上の対応する端子（３−２）に
   接合すると共に、熱硬化性樹脂（２−１）を加熱硬化す
   るステップ。
2. 【請求項２】 合成樹脂フィルム（２−２）の一方の面
   に、プリント配線基板（１）のバンプ電極（１−２）の
   高さＨと同一程度の厚みＴを有する熱硬化性樹脂層（２
   −１）を設けて成ることを特徴とする、請求項１に記載
   のプリント配線基板に半導体チップを装着する方法の実
   施に用いる半導体チップ装着用シート（２）。
3. 【請求項３】 合成樹脂フィルム（２−２）が、熱硬化
   性樹脂（２−１）の硬化温度より低いガラス転移温度を
   有する、請求項２に記載の半導体チップ装着用シート
   （２）。
4. 【請求項４】 熱硬化性樹脂（２−１）がエポキシ樹脂
   組成物より成り、そのエポキシ樹脂組成物が、プリント
   配線基板（１）のバンプ電極（１−２）と半導体チップ
   （３）の端子（３−２）の接合温度より低い硬化温度を
   有する、請求項２又は３に記載の半導体チップ装着用シ
   ート（２）。
5. 【請求項５】 熱硬化性樹脂（２−１）が、５０重量％
   以上の無機質充填材を含む、請求項２乃至４の何れか一
   に記載の半導体チップ装着用シート（２）。
6. 【請求項６】 熱硬化性樹脂層（２−１）の厚みＴ（単
   位μｍ。以下同様。）が、装着すべきプリント配線基板
   （１）のバンプ電極（１−２）の高さをＨとしたとき、
   Ｈ−30≦Ｔ≦Ｈ＋30の範囲内にある、請求項２乃至５の
   何れか一に記載の半導体チップ装着用シート（２）。