JP2000077469A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】接続後のテストで不良と判明した半導体素子ま
たは接続に不良があった半導体素子を簡単にリペアで
き、かつ接続信頼性に優れた半導体装置の製造方法を提
供する。 【解決手段】半導体チップを、チップ表面を配線板に向
け、間に熱硬化性接続材料を介してプリント配線板に接
続搭載してなる半導体装置の製造時に、まず電気的接続
ができる程度に該熱硬化性接続材料の硬化度を低くおさ
えた条件で加圧及び加熱による仮接続を行い、次に半導
体チップの電気的検査を行い、不良の半導体チップ及び
接続不良の半導体チップを除去し該プリント配線板に付
着した該熱硬化性接続材料を除去し、再び仮接続し、電
気的検査を合格した半導体チップについては、該熱硬化
性接続材料が十分に硬化する条件で加圧及び加熱による
接続をする二段階接続法において、仮接続工程で加熱を
終了した後も加圧を継続しながら冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を接続
部材を介して配線回路基板に接続実装するのに好適な半
導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体実装分野では、低コスト化、高精
細化に対応した新しい実装形態として半導体チップを直
接プリント配線板やフレキシブル配線板に搭載するフリ
ップチップ実装が注目されている。フリップチップ実装
方式としては、チップの端子にはんだバンプを設け、は
んだ接続を行う方式や導電性接着剤を介して電気的接続
を行う方式が知られている。これらの方式では、接続す
るチップと配線板の熱膨張係数差に基づくストレスが、
各種環境下に曝した場合、接続界面で発生し接続信頼性
が低下するという問題がある。このため、接続界面のス
トレスを緩和する目的で一般にエポキシ樹脂系のアンダ
ーフィル材をチップ／配線板の間隙に注入する方法が検
討されている。しかし、このアンダーフィルの注入工程
は、プロセスを煩雑化し、生産性、コストの面で不利に
なるという問題がある。このような問題を解決すべく最
近では、電気的接続と封止機能を有する熱硬化性接続材
料を用いたフリップチップ実装が、プロセスの簡易性と
いう観点から注目されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】プリント配線板へのフ
リップチップ実装に用いられる熱硬化性接続材料には、
電気絶縁性の樹脂材料又は電気絶縁性の樹脂材料に導電
性粒子を分散した異方導電性接続材料のフィルムあるい
はペーストがある。これらの樹脂材料としては、接続後
の接続信頼性を確保するために、エポキシ樹脂等の熱硬
化性樹脂を含むものが用いられている。この熱硬化性接
続材料をチップと接続する部位にあらかじめ張付けまた
は塗布しておき、そこへチップを表面がこれに向かい合
うように搭載し、チップ背面から加熱ヘッドを押し当て
加圧及び加熱してチップに形成したバンプと基板端子を
電気的に接続するとともにチップとプリント基板との間
の樹脂を硬化させるものである。接続信頼性を確保する
ためには、熱硬化性樹脂は十分に硬化させる必要がある
が、後の電気的検査によりチップに不良や接続の不良が
発生した場合、チップを取り外し、基板に付着した熱硬
化性接続材料を除去し、新たなチップを用いて接続し直
すいわゆるリペアが、十分に樹脂を硬化させた場合は困
難である。
【０００４】そこで、リペアを可能にするために、従
来、加圧及び加熱による接続を二段階に分けて行う二段
階接続方法が用いられている。一段階目の接続では、接
続信頼性は度外視して電気的な検査ができる程度にでき
るだけ樹脂の硬化度を低く押さえた、低い温度、短い時
間による仮接続を行う。そして電気的検査によって不良
のチップ及び接続に不良があるチップを除去し、基板に
付着した熱硬化性接続材料を除去するわけだが、樹脂の
硬化度が低いため、チップは小さい力で除去でき、熱硬
化性接続材料は溶剤により容易に除去できる。そして新
たなチップを先述した条件で再び仮接続し、電気的検査
を合格した後、十分に樹脂が硬化する条件で加圧加熱す
る本接続を行う。
【０００５】以上が二段階接続方法であるが、実際に
は、樹脂の硬化度を低く押さえかつチップとプリント配
線板の導通を得ることは難しく、特にサイズの大きいチ
ップでは、導通を得るためには樹脂の硬化が進んでしま
いチップ除去及び熱硬化性接続材料の除去が困難となり
やすい。いかに樹脂の硬化を進ませず、導通を得るか
が、この二段階接続方法におけるリペアの効率、作業性
を向上させる上での最重要課題である。
【０００６】本発明は、接続後のテストで不良と判明し
た半導体素子または接続に不良があった半導体素子を簡
単にリペアでき、かつ接続信頼性に優れた半導体装置の
製造方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、この課題
を解決するため鋭意検討した。その結果、従来行われて
いる仮接続時に所定時間加圧加熱した後加熱ヘッドを上
昇させチップと離す方法に変わり、加熱終了後も加圧を
継続しつつチップ、熱硬化性接続材料及びプリント配線
板を冷却する方法を使用することが、極めて有効である
ことを見出し、本発明に到達した。本発明は、仮接続工
程での加熱温度を低くでき、加熱時間を短くでき、チッ
プとプリント配線板の良好な導通が得られ、熱硬化性接
続材料中の熱硬化性樹脂の硬化度を低く抑えられ、リペ
アの効率及び作業性を向上できる方法を提供するもので
ある。
【０００８】本発明は、半導体チップを、チップ表面を
配線板に向け、間に熱硬化性接続材料を介してプリント
配線板に接続搭載してなる半導体装置の製造時に、まず
電気的接続ができる程度に該熱硬化性接続材料の硬化度
を低くおさえた条件で加圧及び加熱による仮接続を行
い、次に半導体チップの電気的検査を行い、不良の半導
体チップ及び接続不良の半導体チップをリペアし、電気
的検査を合格した後、該熱硬化性接続材料が十分に硬化
する条件で加圧及び加熱による本接続をする二段階接続
法において、仮接続工程で加熱を終了した後も加圧を継
続しながら冷却することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明に用いる半導体チップとし
ては、フリップチップ接続用にごく一般的に使用されて
いるものが、使用できる。プリント配線板と接続するた
めに形成するバンプとしては、金めっきバンプ、金スタ
ッドバンプ、導電性樹脂によるバンプ、はんだバンプ等
の一般的に用いられているものが使用できる。
【００１０】プリント配線板としては、一般的に使用さ
れているものが使用できる。たとえば、ガラスクロスク
ロス、ガラス不織布、紙、アラミドクロス、アラミド不
織布等の補強材とエポキシ樹脂、ビストリアジン樹脂、
ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、けい
素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シアン酸エステル樹
脂、イソシアネート樹脂、ポリイミド樹脂またはこれら
の種々の変性樹脂類といったマトリックス樹脂とからな
る絶縁層と銅、ニッケル、金等の導体からなる配線層を
有する片面配線板、両面配線板、多層配線板を使用でき
る。さらにこれらの配線板にビルドアップ層を形成した
ビルドアップ配線板も使用できる。また、さらにポリイ
ミド等の樹脂フィルムに、接着剤で銅箔を張り合わせた
もの、あるいは、銅箔にポリイミド等の樹脂を塗布し、
乾燥、硬化させたフレキシブル基板も使用できる。
【００１１】熱硬化性接続材料は、電気絶縁性の樹脂、
又は電気絶縁性のマトリックス樹脂と微細な導電粒子と
からなる異方導電性接続材料が使用できる。これらに使
用する樹脂は、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂の他、半
導体チップ及び基板に接着性を有する電気絶縁性に優れ
る樹脂で構成し、加圧圧着温度（通常は１２０〜２５０
℃の範囲）で溶融・流動し、短時間（２０秒以内）に硬
化する熱硬化性樹脂であることが望ましい。ただし、ポ
リエステル、ポリビニルブチラール、ポリイミド樹脂な
どの接着性を有する熱可塑性樹脂と熱硬化樹脂との混合
複合体であっても差し支えない。さらに、半導体チップ
との熱膨張係数の差による応力を低減するために樹脂の
線膨張係数ならびに弾性率を下げる目的をもって、石英
などの無機充填材やエラストマー等の弾性体微粒子を配
合・分散させてもよい。常温でペースト状のものでも差
し支えはないが、予めフィルム状に成形した方が扱いや
すく、接着時にボイドができにくく、信頼性に優れる。
【００１２】フィルム形成は、これら少なくともエポキ
シ樹脂、アクリルゴム、フェノキシ樹脂、潜在性硬化剤
からなる接着組成物又はこの接着組成物と導電粒子を有
機溶剤に溶解あるいは分散により液状化して、剥離性基
材上に塗布し、硬化剤の活性温度以下で溶剤を除去する
ことにより行われる。このとき用いる溶剤は、芳香族炭
化水素系と含酸素系の混合溶剤が材料の溶解性を向上さ
せるため好ましい。
【００１３】異方導電性接続材料の樹脂に分散される導
電性粒子は、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕなど導電性の優れ
た金属で良く、ポリマー粒子を核にしてこれらのいずれ
か、もしくは、複数の金属をめっきして形成してもよ
く、さらに金属粒子の横方向の絶縁性を高めるために、
金属粒子あるいは金属被覆粒子自体に極薄の有機絶縁膜
を形成したものを用いてもよい。また、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａ
ｇ、ＷにＡｕやＰｔなどの貴金属めっきした金属粒子を
用いることができる。上記した導電性粒子は異方導電性
を確保するには少なくとも平均粒子径にして０．５〜２
０μｍ（より好ましくは１〜２０μｍ）、樹脂に対して
体積比０．１〜３０ｖｏｌ％（より好ましくは０．２〜
１５ｖｏｌ％）の範囲内で配合・分散することが好まし
い。
【００１４】ただし、異方導電性接続材料が加圧圧着さ
れる際に導電粒子がマトリックス樹脂とともにチップ表
面を流動するので、チップ表面の損傷を避けるために
は、２層構造の異方性導電フィルムを使用するのが望ま
しい。チップ面側はマトリックス樹脂のみか、あるい
は、粒子端面が球形に近い微細石英などの無機充填材を
分散させた層であり、基板の側の層は上記した金属粒
子、樹脂粒子に金属をめっきした粒子、あるいは金属粒
子に極薄の有機絶縁膜を被覆した粒子のいずれかを分散
させた層からなる２層構造の異方性導電フィルムを用い
ることが好ましい。
【００１５】熱硬化性接続材料は、プリント配線板の半
導体チップ搭載部に塗布、場合によっては乾燥するか、
あるいはフィルムを半導体チップのサイズと同じか若干
大きいＸＹ寸法に切断し、プリント配線板の半導体チッ
プ搭載部に載せ、熱圧プレスを用いて熱圧着する。
【００１６】半導体チップのプリント配線板への搭載
は、フリップチップボンダー等を用いて行える。半導体
チップのバンプ電極とプリント配線板の端子とを位置合
わせし、二段階接続法（仮接続と本接続からなる）によ
り半導体チップとプリント配線板を接続する。
【００１７】二段階接続法の一段階目の仮接続の条件
は、熱硬化性接続材料の硬化特性に応じて適宜選択す
る。加熱温度は通常１２０〜２５０℃で加熱時間は通常
２０秒以内であり、電気的に電極間が導通できる範囲内
で可能な限り低温でかつ短時間にする。加圧は、加熱終
了後も継続し、加熱終了とともに接続体を直ちに冷却す
る。冷却方法はいかなる方法でもよいが、冷却速度は速
ければ速いほど良い。例えば、接続体に冷却用の圧縮空
気を吹き付けると同時に高熱伝導の材質でできた基板ス
テージ及びボンディングヘッドに放熱する方法などが挙
げられる。加圧圧力は、加熱時と同等以上が好ましく、
通常は、バンプと基板端子の接触面に対して５０〜２０
０ＭＰａの範囲である。加圧を継続する時間は、接続体
の温度が７０℃以下になるまで継続するのが好ましく、
さらには３０℃以下（常温）になるまで継続するのがよ
り好ましい。また、さらに加圧を継続したままで電気的
な導通検査等の検査を行うことも好ましい。
【００１８】二段階接続法の二段階目の本接続条件も、
熱硬化性接続材料の樹脂の硬化特性に応じて適宜選択し
する。加熱温度は通常１２０〜２５０℃で加熱時間は通
常６０秒以内であり、熱硬化性接続材料中の熱硬化性樹
脂が十分に硬化し、十分な接続信頼性が得られる条件で
行う。
【００１９】本発明の方法で仮接続に使用する装置とし
ては、パルス加熱方式が行えるフリップチップボンダー
等が好ましい。パルス加熱を行うボンディングヘッド、
あるいは基板ステージは温度応答性に優れたものすなわ
ち昇温速度及び冷却速度が速いものほど好適である。ヒ
ータの材質としては、チタン、モリブデン、タングステ
ン、窒化アルミニウム、ダイヤモンド等が好適である。
【００２０】通常は、ボンディングヘッドに上記のパル
ス加熱方式のヒータを具備し、基板ステージは加熱は行
わない方法で行うが、基板ステージは、仮接続の加熱終
了後速やかに接続体の熱を奪い放熱する必要があるため
高熱伝導で熱容量が大きいものが好適である。材質とし
ては、銅、アルミニウム、ステンレス、鉄、鉄の合金等
の高熱伝導金属材料、窒化アルミニウム等の高熱伝導セ
ラッミックス、ダイヤモンド等の高熱伝導材料及びこれ
らの複合体が好適であり、内部に冷却用液体等を循環さ
せるための冷却用ジャケットを有し基板ステージを積極
的に冷却するものがより好ましい。
【００２１】また、仮接続の加熱終了とともに接続体を
速やかに冷却するために、半導体チップ、熱硬化性接続
材料及びプリント配線板からなる接続体、ボンディング
ヘッド、基板ステージに高圧圧縮空気等の冷却用気体を
直接吹き付けることが極めて有効である。冷却用気体
は、その流量は多いほど、その温度は低いほど好適であ
るが、冷却速度と装置及びランニングコスト等のバラン
スを考慮し適宜選択してもよい。
【００２２】したがって本発明の仮接続に使用するフリ
ップチップボンダー等には、前記冷却のための機構を有
することが好ましい。
【００２３】
【作用】二段階接続方法の仮接続工程において、加熱終
了後も加圧を継続しつつ、半導体チップ、熱硬化性接続
材料及びプリント配線板を７０℃さらに好ましくは３０
℃以下になるまで冷却行うことにより、仮接続での加熱
温度を低く、加熱時間を短くでき、かつ電気的導通が得
られ、熱硬化性接続材料の硬化を抑制できる。通常の仮
接続では、加熱終了とともにフリップチップボンダーの
加熱加圧ヘッドを上昇させ、加圧も止めてしまうが、こ
のとき熱硬化性接続材料の温度はまだ高く、その粘度及
び硬度は低い状態であり、プリント配線板及び熱硬化性
接続材料自身のスプリングバックによって一度は接触し
たチップのバンプ電極とプリント配線板の端子が引き離
されてしまい電気的導通が得られなくなりやすい。その
ため、通常の仮接続では加熱温度、加熱時間はどうして
も高く、長くせざるをえなく、熱硬化性接続材料中の熱
硬化樹脂の硬化が進行していまい、接着力が高くなりす
ぎ、リペアが必要なときにチップの除去が困難になり、
チップの除去ができたとしてもプリント配線板へチップ
除去時にダメージを与えてしまいやすく、また基板に付
着した熱硬化性接続材料の溶剤等での除去が困難となり
やすい。
【００２４】しかし、加熱終了後も加圧を継続しつつ、
半導体チップ、熱硬化性接続材料及びプリント配線板を
７０℃さらに好ましくは３０℃以下になるまで冷却を行
う本発明の方法を行えば、加圧したまま熱硬化性接続材
料は、冷却され、温度低下に伴ない粘度及び硬度も高く
なり、仮接続の加熱加圧中に接触したチップのバンプ電
極とプリント配線板の端子は離れにくくなり、電気的導
通もより低温、短時間の仮接続条件で得られ、樹脂の硬
化進行も抑制でき、接着力も低く抑えられて、リペアが
必要なときには、容易にチップの除去ができるととも
に、プリント配線板へダメージも与えなくなり、プリン
ト配線板に付着した熱硬化性接続材料も溶剤等を使用し
て容易に除去することが可能となる。またさらに導通検
査時にも加圧を継続したまま行えば、より低温、短時間
の仮接続条件で電気的接続が得られるため、リペアが必
要なときに、より熱硬化性樹脂の硬化が抑制でき、より
容易にチップの除去とプリント配線板に付着した異方導
電性接着材料の除去ができる。以下、本発明を実施例に
基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定される
ものではない。
【００２５】
【実施例】実施例１ 本発明の第１の実施例に用いた半導体チップの縦断面概
略図を図１に示す。半導体チップ１は、サイズ１０ｍｍ
角、ボンディングパッドのアルミ膜の上にバンプボンダ
ーでスタッドバンプを形成し、高さ２０μｍにレベリン
グし、直径９０μｍ、ピッチ２００μｍのＡｕスタッド
バンプによる電極２を設けたものを使用した。図２に使
用したプリント配線板の縦断面該略図を示す。プリント
配線板には、日立化成(株)製のＥ−６７９基材２１をベ
ースにして、厚さ１５μｍのＣｕの上に電解Ｎｉめっ
き、電解Ａｕめっき工程をへて、Ｎｉ約５μｍ、Ａｕ約
０．５μｍを被覆した配線２３を形成し、半導体チップ
１が搭載され半導体チップの電極２と接続すべき配線２
３の端子部２２の配線幅は１００μｍとし、ピッチは半
導体チップのバンプと同じく２００μｍとした。なお、
半導体チップ及びプリント配線板ともに電極２、端子部
２２及び配線２３に異常の無いことを確認してから使用
した。熱硬化性接続材料には、日立化成(株)製の異方導
電性接続材料であるフリップタックＦＣ１６１Ａの５０
μｍ厚みのものを使用した。これを１１ｍｍ角に切断
し、プリント配線板の半導体チップが搭載される位置を
覆うように、温度８０℃、圧力０．５ＭＰａ、加圧加熱
時間５ｓの条件で貼り付けた。その縦断面該略図を図３
に示す。３１は、貼り付けられた熱硬化性接続材料のフ
リップタックである。次に、半導体チップ及びプリント
配線板をフリップチップボンダーの所定の位置に設置
し、半導体チップをパルス加熱方式の材質がチタンのボ
ンディングヘッドに吸着させ、カメラによる画像認識に
より半導体チップ１の電極２と対向するプリント配線板
の配線２３の端子部２２との位置合わせを行い、圧力１
００ＭＰａ／バンプ、加熱温度１５５℃で１０ｓ間パル
ス加熱方式により加圧加熱した。このときの加圧加熱工
程の様子を図４の縦断面概略図に示す。４１はボンディ
ングヘッド、４２は材質がステンレスの基板ステージで
ある。その後、加熱を直ちに止め、加圧はそのまま継続
し、冷却用の高圧圧縮空気をボンディングヘッド、半導
体チップ、熱硬化性接続材料、プリント配線板、基板ス
テージに吹き付けて１０ｓ間冷却した。このときの加圧
冷却工程の様子を表す縦断面概略図を図５に示す。５１
は高圧圧縮空気噴出用ノズルであり、５２は冷却用の高
圧圧縮空気であり、流量は毎分１００リットルとした。
この１０ｓ間の冷却後、熱硬化性接続材料３１の温度は
６５℃にまで低下していた。その後、ボンディングヘッ
ドを上昇させて、二段階接続法の仮接続を完了した。半
導体チップの電極２とプリント配線板の端子部２３との
接続抵抗を測定したところ表１に示すように２ｍΩ以下
であり、良好に電気的接続が得られていることが分かっ
た。次に、図６の縦断面概略図に示すように、半導体チ
ップ１の裏面に６１の東亜合成(株)製瞬間接着剤アロン
アルファ＃１０１を介して治具６２を接着し、基材２
１、配線２３からなるプリント配線板を押さえながら、
半導体チップ１、熱硬化性接続材料３１及びプリント配
線板２１、２３からなる接続体の接着面に割裂方向の力
が加わるように、治具６２に図中の矢印の方向に荷重し
たところ容易に半導体チップ１を除去することができ
た。図６に示すように熱硬化性接続材料３１は一部が半
導体チップ１に付着し、残りが基材２１、配線２２から
なるプリント配線板に付着した。次に、図７の縦断面概
略図に示すように、この基材２１、配線２３からなるプ
リント配線板に付着した熱硬化性接続材料３１を、アセ
トンを含浸させた綿棒７１で擦ったところ、図１０の表
１に示すように１ｍｉｎ以内で完全に除去できた。除去
した後のプリント配線板の配線２３及び基材２１に異常
はなかった。
【００２６】実施例２ 実施例１と同じ半導体チップ及びプリント配線板を使用
した。熱硬化性接続材料には、日立化成(株)製の異方導
電性接続材料であるフリップタックＦＣ２６２Ｂの５０
μｍ厚みのものを使用した。これを１１ｍｍ角に切断
し、プリント配線板の半導体チップが搭載される位置を
覆うように、温度８０℃、圧力０．５ＭＰａ、加圧加熱
時間５ｓの条件で貼り付けた。半導体チップ及びプリン
ト配線板をフリップチップボンダーの所定の位置に設置
し、半導体チップをパルス加熱方式のボンディングヘッ
ドに吸着させ、カメラによる画像認識により半導体チッ
プの電極と対向するプリント配線板の端子部との位置合
わせを行い、圧力１００ＭＰａ／バンプ、加熱温度１５
５℃で５ｓ間パルス加熱した後、加熱を直ちに止め、加
圧はそのまま継続し、高圧圧縮空気をボンディングヘッ
ド、半導体チップ、熱硬化性接続材料、プリント配線板
及び基板ステージに吹き付けて２０ｓ間冷却した。この
ときの熱硬化性接続材料の温度は２８℃にまで低下して
いた。その後、ボンディングヘッドを上昇させて、二段
階接続法の仮接続を完了した。半導体チップの電極とプ
リント配線板の端子部との接続抵抗を測定したところ図
１０の表１に示すように２ｍΩ以下であり、良好に電気
的接続が得られていることが分かった。この仮接続を完
了した半導体チップ、熱硬化性接続材料及びプリント配
線板からなる接続体の半導体チップの裏面に東亜合成
(株)製瞬間接着剤アロンアルファ＃１０１を使用して治
具を接着し、プリント配線板を押さえながら、半導体チ
ップ、熱硬化性接続材料及びプリント配線板からなる接
続体の接着面に割裂方向の力が加わるように治具に荷重
したところ容易に半導体チップを除去することができ
た。熱硬化性接続材料は一部が半導体チップに付着し、
残りがプリント配線板に付着した。このプリント配線板
に付着した熱硬化性接続材料を、アセトンを含浸させた
綿棒で擦ったところ、図１０の表１に示すように１ｍｉ
ｎ以内で完全に除去できた。除去した後のプリント配線
板の配線及び基材表面に異常はなかった。
【００２７】実施例３ 実施例１と同じ半導体チップ、プリント配線板及び熱硬
化性接続材料を使用した。熱硬化性接続材料を１１ｍｍ
角に切断し、プリント配線板の半導体チップ搭載が搭載
される位置を覆うように搭載し、温度８０℃、圧力０．
５ＭＰａ、加圧加熱時間５ｓの条件で貼り付けた。半導
体チップ及びプリント配線板をフリップチップボンダー
の所定の位置に設置し、半導体チップをパルス加熱方式
のボンディングヘッドに吸着させ、カメラによる画像認
識により半導体チップの電極と対向するプリント配線板
の端子部との位置合わせを行い、圧力１００ＭＰａ／バ
ンプ、加熱温度１５５℃で５ｓ間パルス加熱した後、加
熱を直ちに止め、加圧はそのまま継続し、高圧圧縮空気
をボンディングヘッド、半導体チップ、熱硬化性接続材
料、プリント配線板及び基板ステージに吹き付けて１０
ｓ間冷却して仮接続を完了した。このときの熱硬化性接
続材料の温度は６５℃にまで低下していた。その後も加
圧を継続しながらの状態で、半導体チップの電極とプリ
ント配線板の端子部との接続抵抗を測定したところ、図
１０の表１に示すように２ｍΩ以下であり、良好に電気
的接続が得られていることが分かった。次にこの仮接続
を完了した半導体チップ、熱硬化性接続材料及びプリン
ト配線板からなる接続体の半導体チップの裏面に東亜合
成(株)製瞬間接着剤アロンアルファ＃１０１を使用して
治具を接着し、プリント配線板を押さえながら、半導体
チップ、熱硬化性接続材料及びプリント配線板からなる
接続体の接着面に割裂方向の力が加わるように治具に荷
重したところ容易に半導体チップを除去することができ
た。熱硬化性接続材料は一部が半導体チップに付着し、
残りがプリント配線板に付着した。このプリント配線板
に付着した熱硬化性接続材料を、アセトンを含浸させた
綿棒で擦ったところ、図１０の表１に示すように１ｍｉ
ｎ以内で完全に除去できた。除去した後のプリント配線
板の配線及び絶縁層表面に異常はなかった。
【００２８】実施例４ 実施例１〜３で、二段階接続法の仮接続を完了した半導
体チップ、熱硬化性接続材料及びプリント配線板からな
る接続体を、再びフリップチップボンダの所定位置に設
置し、図８の縦断面概略図に示すように半導体チップ１
の背面にボンディングヘッド４１を押し付け、圧力１０
０ＭＰａ／バンプ、加熱温度１８０℃で２０ｓ間、加圧
加熱し、二段階接続法における本接続を行った。以上の
ようにして図９の縦断面概略図に示す本接続を終えた接
続体を得た。半導体チップ１の電極２と配線２３の端子
部間の接続抵抗を測定したところ、いずれも２ｍΩ以下
の接続抵抗であった。この接続体に−５５℃〜１２５℃
の温度サイクル試験を施したところ、１０００サイクル
後の接続抵抗はいずれも１０ｍΩ以下であり良好な耐温
度サイクル性を示した。さらにこの接続体に不飽和ＰＣ
Ｔ試験（１１０℃、８５％ＲＨ）１０００ｈｒを施した
ものの接続抵抗もいずれも１０ｍΩ以下であり、良好な
耐湿性を示した。
【００２９】実施例５ 実施例１〜３の半導体チップ及び熱硬化性接続材料を除
去したあとのプリント配線板に、再び日立化成(株)製フ
リップタックＦＣ１６１Ａの５０μｍ厚みのものを１１
ｍｍ角に切断し、プリント配線板の半導体チップ搭載が
搭載される位置を覆うように搭載し、温度８０℃、圧力
０．５ＭＰａ、加圧加熱時間５ｓの条件で貼り付けた。
半導体チップ及びプリント配線板をフリップチップボン
ダーの所定の位置に設置し、半導体チップをパルス加熱
方式のボンディングヘッドに吸着させ、カメラによる画
像認識により半導体チップの電極と対向するプリント配
線板の配線の端子部との位置合わせを行い、圧力１００
ＭＰａ／バンプ、加熱温度１５５℃で１０ｓ間パルス加
熱した後、加熱を直ちに止め、加圧はそのまま継続し、
高圧圧縮空気をボンディングヘッド、半導体チップ、熱
硬化性接続材料及びプリント配線板に吹き付けて１０ｓ
間冷却した。このときの熱硬化性接続材料の温度は６５
℃にまで低下していた。その後、ボンディングヘッドを
上昇させて、二段階接続法の仮接続を完了した。次にこ
の仮接続を完了した半導体チップ、熱硬化性接続材料及
びプリント配線板からなる接続体を、再びフリップチッ
プボンダの所定位置に設置し、チップ背面にボンディン
グヘッドを押し付け、圧力１００ＭＰａ／バンプ、加熱
温度１８０℃で２０ｓ間、加圧加熱し、二段階接続法に
おける本接続を行った。以上のようにして得た接続体の
半導体チップの電極と基板端子部との間の接続抵抗を測
定したところ、いずれも２ｍΩ以下の接続抵抗であっ
た。この接続体に−５５℃〜１２５℃の温度サイクル試
験を施したところ、１０００サイクル後の接続抵抗はい
ずれも１０ｍΩ以下であり良好な耐温度サイクル性を示
した。また、この接続体に不飽和ＰＣＴ試験（１１０
℃、８５％ＲＨ）１０００ｈｒを施したものの接続抵抗
もいずれも１０ｍΩ以下であり、良好な耐湿性を示し
た。
【００３０】比較例１ 実施例１と同じ半導体チップ、プリント配線板及び熱硬
化性接続材料を使用した。熱硬化性接続材料を１１ｍｍ
角に切断し、プリント配線板の半導体チップ搭載が搭載
される位置を覆うように搭載し、温度８０℃、圧力０．
５ＭＰａ、加圧加熱時間５ｓの条件で貼り付けた。半導
体チップ及びプリント配線板をフリップチップボンダー
の所定の位置に設置し、半導体チップをパルス加熱方式
のボンディングヘッドに吸着させ、カメラによる画像認
識により半導体チップの電極と対向するプリント配線板
の端子部との位置合わせを行い、圧力１００ＭＰａ／バ
ンプ、加熱温度１５５℃で１０ｓ間パルス加熱した後、
ボンディングヘッドを上昇させて、二段階接続法の仮接
続を行った。半導体チップの電極とプリント配線板の端
子部との接続抵抗の測定を試みたが、導通が得られなか
った。
【００３１】比較例２ 接続時間を１５ｓとした以外は比較例１と同じ材料及び
条件で仮接続を行った。半導体チップの電極とプリント
配線板の端子部との接続抵抗は図１０の表１に示すよう
に１０００ｍΩを超える箇所があったが、導通は得られ
ていた。次に実施例１と同じ方法で治具をチップ裏面に
接着し、同じように割裂方向に荷重したが、実施例１の
２倍以上の荷重が、チップを除去するのには必要であっ
た。熱硬化性接続材料は、実施例１と同じく半導体チッ
プとプリント配線板の両者に付着して残っていた。チッ
プを除去した部分のプリント配線板を詳細に観察したと
ころ、端子部の配線の一部が剥がれて無くなり、基材表
面の一部も剥がれ、ガラスクロスが露出している部分が
あった。剥がれた部分はチップ側の熱硬化性接続材料に
付着していた。プリント配線板に付着した熱硬化性接続
材料を、アセトンを含浸させた綿棒で擦ったところ、表
１に示すように１０ｍｉｎ以上擦っても完全には除去で
きなかった。
【００３２】比較例３ 実施例２と同じ半導体チップ、プリント配線板及び熱硬
化性接続材料を使用した。熱硬化性接続材料を１１ｍｍ
角に切断し、プリント配線板の半導体チップが搭載され
る位置を覆うように、温度８０℃、圧力０．５ＭＰａ、
加圧加熱時間５ｓの条件で貼り付けた。半導体チップ及
びプリント配線板をフリップチップボンダーの所定の位
置に設置し、半導体チップをパルス加熱方式のボンディ
ングヘッドに吸着させ、カメラによる画像認識により半
導体チップのバンプと対向するプリント配線板の端子と
の位置合わせを行い、圧力１００ＭＰａ／バンプ、加熱
温度１５５℃で５ｓ間パルス加熱した後、ボンディング
ヘッドを上昇させて、二段階接続法の仮接続を行った。
半導体チップの電極とプリント配線板の端子部との接続
抵抗の測定を試みたが、導通が得られなかった。
【００３３】比較例４ 接続時間を１０ｓとした以外は比較例３と同じ材料及び
条件で仮接続を行った。半導体チップの電極とプリント
配線板の端子部との接続抵抗は図１０の表１に示すよう
に１０００ｍΩを超える箇所があったが、導通は得られ
ていた。次に実施例２と同じ方法で治具をチップ裏面に
接着し、同じように割裂方向に荷重したが、実施例２の
２倍以上の荷重が、チップを除去するのには必要であっ
た。熱硬化性接続材料は、実施例２と同じくチップとプ
リント配線板の両者に付着して残っていた。チップを除
去した部分のプリント配線板を詳細に観察したところ、
端子部の配線の一部が剥がれて無くなり、基材表層の一
部も剥がれ、ガラスクロスが露出している部分があっ
た。剥がれた部分はチップ側の熱硬化性接続材料に付着
していた。プリント配線板に付着した熱硬化性接続材料
を、アセトンを含浸させた綿棒で擦ったところ、図 の
表１に示すように１０ｍｉｎ以上擦っても完全には除去
できなかった。
【００３４】以上まとめると、本発明による実施例１〜
３示すように加圧しながら冷却する仮接続法を採用する
ことにより、仮接続時の加熱時間を短縮しても導通が得
られ、容易に半導体チップ及びプリント配線板に付着し
た異方導電接続材料を除去でき、実施例４に示すように
仮接続後の接続体にさらに本接続を行ったもの及び実施
例５に示すように仮接続後に半導体チップ及び熱硬化性
接続材料を除去し、再び仮接続及び本接続を行ったもの
は、良好な耐温度サイクル性及び耐湿性を示す。
【００３５】一方、加熱終了と同時に加圧も止めてしま
う従来の仮接続を行ったものは、比較例に示したよう
に、本発明の実施例よりも長い加熱時間を導通を得るた
めに必要であり、接続抵抗も高くなりやすく、チップの
除去により大きい荷重が必要になり、プリント配線板に
損傷を与えやすく、プリント配線板に付着した熱硬化性
接続材料の除去も難しくなりやすい。
【００３６】
【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法である二
段階接続法の仮接続において加熱終了後も加圧を継続し
冷却を行う方法を行えば、加圧したまま熱硬化性接続材
料は、冷却され、温度低下に伴ない粘度及び硬度も高く
なり、従来の加圧終了と同時に加圧も止めてしまう方法
に比較し、より低温、短時間の仮接続条件で電気的導通
が得られ、樹脂の硬化進行も抑制でき、接着力も低く抑
えられて、リペアが必要なときには、容易にチップの除
去ができるとともに、プリント配線板へダメージも与え
なくなり、プリント配線板に付着した熱硬化性接続材料
も溶剤等を使用して容易に除去することが可能となる。
しかも本発明の仮接続方法を行った後本接続を行った半
導体装置は接続信頼性に優れる。したがって、本発明の
半導体装置の製造方法は、半導体チップのリペアを容易
化することにより、リペアの効率及び作業性を大幅に向
上させることができ、半導体装置の生産性向上に多大の
貢献をする。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体チップの断面図。
【図２】プリント配線板の断面図。
【図３】プリント配線板に熱硬化性接続材料を貼り付け
た断面図。
【図４】加圧加熱工程の断面図。
【図５】加圧冷却工程の断面図。
【図６】半導体チップ除去工程の断面図。
【図７】熱硬化性接続材料除去工程の断面図。
【図８】本接続工程の断面図。
【図９】本接続を終えた接続体の断面図。
【図１０】実施例、比較例の測定結果を示す表１。
【符号の説明】
１：半導体チップ ２：電極 ２１：基材 ２２：配線 ２３：端子部 ３１：熱硬化性接続材料 ４１：ボンディングヘッド ４２：基板ステージ ５１：高圧圧縮空気噴出用ノズル ５２：冷却用の高圧圧縮空気 ６１：半導体チップの裏面 ６２：治具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金田 愛三 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社筑波開発研究所内 (72)発明者 安田 雅昭 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社筑波開発研究所内 Ｆターム(参考） 4M105 BB09 EE08 EE09 5F061 AA01 BA03 CA26 GA03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体チップを、チップ表面をプリント配
    線板に向けチップ表面とプリント配線板の間に熱硬化性
    接続材料を介してプリント配線板に接続搭載してなる半
    導体装置の製造方法であって、電気的検査ができる程度
    に該熱硬化性接続材料の硬化度を低くおさえた条件で加
    圧及び加熱による仮接続を行い、次に電気的検査を行
    い、不良の半導体チップ及び接続不良の半導体チップを
    除去し該プリント配線板に付着した該熱硬化性接続材料
    を除去し、再び仮接続し、電気的検査を合格した半導体
    チップについては、該熱硬化性接続材料が十分に硬化す
    る条件で加圧及び加熱による本接続をする半導体装置の
    製造方法において、仮接続工程で加熱を終了した後も加
    圧を継続しながら冷却することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  2. 【請求項２】仮接続工程において、熱硬化性接続材料の
    温度が７０℃以下になるまで加圧しながら冷却する請求
    項１記載のの半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】仮接続工程において使用する装置が、パル
    ス加熱方式であり、かつ接続体を冷却する冷却機構を有
    する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】仮接続工程において、加熱を終了した後も
    加圧を継続しつつ冷却を行い、加圧状態で電気的検査を
    行う請求項１記載の半導体装置の製造方法。
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