JP2000077472A

JP2000077472A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2000077472A
Application number: JP24700398A
Authority: JP
Inventors: Tokuo Okano; 徳雄岡野; Mika Tanji; 美香丹治; Aizo Kaneda; 愛三金田; Masaaki Yasuda; 雅昭安田
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1998-09-01
Publication date: 2000-03-14

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、間に接続材料を介してプリント配線基板に接続搭載
してなる半導体装置において、該接続材料が熱可塑性樹
脂を含み、該半導体装置の該半導体チップとプリント配
線板のせん断接着強度が２４０℃において１０ｋｇｆ／
ｃｍ²以下、又は引張り接着強度が２４０℃において
０．８ｋｇｆ／ｃｍ²以下であ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、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樹脂系接続材料
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樹脂系接続材料は、電気
絶縁性の熱硬化性樹脂材料、又はこ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
ペーストが使用されている。樹脂材料としては、従来、
主にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を主成分とするもの
が用いられている。この異方導電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。

【０００４】しかし、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
板に付着した異方導電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必要となるが、
従来の熱硬化性接続材料を用いた場合ではそれが困難で
ある。

【０００５】半導体チップの除去は、常温下では、熱硬
化性接続材料の接着力が高いため極めて困難であるた
め、通常は高温下において、チップにせん断力等を加え
て行うが、従来の熱硬化性接続材料は、高温下において
も接着力は強く、半導体チップサイズが大きい場合には
手作業等での除去は難しい。また、チップが除去できた
としてもプリント配線板に付着した異方導電性接続材料
を除去することが難しい。アセトン等の溶剤を含浸させ
た綿棒等で擦り落とす方法が行われているが長時間を要
したり、または完全には除去できなかったり、接続端子
部や配線部に損傷を与えてしまいやすく、リペアを実用
化する上での解決しなければならない重要な課題となっ
ている。

【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】本発明の第一の半導体装
置は、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
置であって、前記続材料が熱可塑性樹脂を含み、前記半
導体チップと前記プリント配線板とのせん断接着強度が
２４０℃において１０ｋｇｆ／ｃｍ² 以下であることを
特徴とする。本発明の第二の半導体装置は、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であって、前記
続材料が熱可塑性樹脂を含み、前記半導体チップと前記
プリント配線板との引張り接着強度が２４０℃において
０．８ｋｇｆ／ｃｍ² 以下であることを特徴とする。接
続材料は、ポリイミド樹脂と導電性粒子を主成分とする
もの、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂及び導電性粒子を
主成分とするもの、スチレンブチレンスチレン、エポキ
シ樹脂及び導電性粒子を主成分とするものが好ましい。

【０００８】

【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。

【０００９】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、
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。

【００１０】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、ポリイミド樹脂、フェノキシ樹脂、ポリスチレ
ン、ポリエステル、ポリビニルブチラール、アクリルゴ
ム他の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）で軟化又は溶融又は流動する熱可塑
化性樹脂であることが望ましい。ただし、エポキシ樹
脂，フェノール樹脂，不飽和ポリエステル樹脂などの接
着性を有する熱硬化性樹脂と前述した熱可塑性樹脂との
混合複合体であっても差し支えない。

【００１１】ただし、本発明の第一の半導体装置に使用
するのは、前述の樹脂の中で、２４０℃におけるせん断
接着力（半導体チップとプリント配線板を接着した場
合）が、１０ｋｇｆ以下のものである。実際に半導体チ
ップとプリント配線板を接続材料で接続し、せん断接着
力を測定して、前述の樹脂の中から、種類及び配合比率
を適宜選択する必要がある。

【００１２】また、本発明の第二の半導体装置に使用す
るのは、前述の樹脂の中で、２４０℃における引張接着
力（半導体チップとプリント配線板を接着した場合）
が、０．８ｋｇｆ以下のものである。実際に半導体チッ
プとプリント配線板を接続材料で接続し、引張り接着力
を測定して、前述の樹脂の中から、種類及び配合比率を
適宜選択する必要がある。

【００１３】さらに、これらの樹脂には、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。
フィルム形成は、前述した熱可塑性樹脂組成物又はこの
熱可塑性樹脂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、加熱
により溶剤を除去することにより行う。

【００１４】異方導電性接続材料の樹脂に分散される導
電性粒子は、ニッケル、銀、金、銅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、ニッケル、銅、
銀、タングステンに金やプラチナ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０．５〜２０μｍ（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。

【００１５】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。これらの接続材料は、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、加圧加熱により半導体チップとプリント配線板
を接続する。接続条件は、接続材料の樹脂特性に応じて
適宜選択する。加熱温度は通常１２０〜２５０℃で加熱
時間は通常６０秒以内である。加熱終了後は、加圧を継
続したまま冷却を行うことが望ましい。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と、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電気的導通が得られなくなりやす
い。したがって、接続材料の粘度、硬度及び弾性率が高
くなるまで加圧を継続しつつ接続材料の温度を下げてや
ることが有効である。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。

【００１７】本発明の半導体装置の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接続時間が
短縮できるため好適である。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。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、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。

【００１８】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、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。

【００１９】したがって本発明の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。接続を終えた半導体装置に電気的検
査を行い、不良が発覚し、リペアが必要になったとき
は、半導体装置を加熱して、半導体チップに力を与えて
を除去する。このときの加熱温度は、１５０℃〜２６０
℃が好ましく、さらに好ましくは１８０℃〜２５０℃、
さらに好ましくは２４０℃前後である。チップを除去し
た後のプリント配線板に付着した接続材料の除去は、Ｄ
ＭＡＣ、ＮＭＰ、アセトン、ＭＥＫ等の溶剤を綿棒等に
含ませ擦り落とす方法やこれらの溶剤を直接吹き付ける
方法で行える。

【００２０】

【作用】本発明の第一の半導体装置は、該半導体装置の
半導体チップとプリント配線板とのせん断接着強度が２
４０℃において１０ｋｇｆ／ｃｍ２以下と規定したた
め、接続後の電気的検査で異常があった場合、該半導体
装置を熱盤等で２４０℃前後に加熱して、ピンセット等
を用いた手作業で容易にチップを除去できる。また本発
明の第二の半導体装置は、該半導体装置の半導体チップ
とプリント配線板との引張接着強度が２４０℃において
０．８ｋｇｆ／ｃｍ２以下と規定したため、接続後の電
気的検査で異常があった場合、該半導体装置を２４０℃
前後に加熱して、半導体チップの除去を真空吸引によっ
て行える。そのためチップ除去が自動的に効率良く行う
ことが可能である。

【００２１】また、前述のように接着力を低くしたた
め、チップ除去時にプリント配線板の端子部を含む配線
や絶縁層表面、ソルダレジストに損傷を与えることはな
い。さらに、本発明の半導体装置で使用される接続材料
は、熱可塑性樹脂を含むものであり、接続後の電気的検
査で異常があった場合、チップを除去した後、プリント
配線板に付着した接続材料を除去することが、接続材料
に熱硬化性樹脂を用いたものに比べ、容易である。たと
えばアセトン、ＭＥＫ、ＮＭＰ、ＤＭＡＣ等の溶剤を用
いて容易に除去できる。

【００２２】

【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概略図を示す。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の上に電解ニッケル
めっき、電解金めっき工程をへて、ニッケル約５μｍ、
金約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２３の端子部２２の配線幅は１００μｍとし、ピッチ
は半導体チップ１のバンプ電極２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。接続材料には、ポリイミド樹脂９０
ｖｏｌ％、エポキシ樹脂１０ｖｏｌ％の混合樹脂ににニ
ッケル粒子を分散した厚さ５０μｍ厚みのフィルムを使
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１８
０℃、圧力０．５ＭＰａ、加圧加熱時間５ｓの条件で貼
り付けた。その縦断面概略図を図３に示す。３１は、貼
り付けられた接続材料のポリイミド樹脂、エポキシ樹脂
及びニッケル粒子とからなるフィルムである。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１００ＭＰａ／バンプ、加熱温度２
４０℃で２０ｓ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は材質がチタンの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、接続材
料、プリント配線板、基板ステージに吹き付けて２０ｓ
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、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、図６の縦断面概
略図に示す接続サンプルを得た。図６の接続サンプルの
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。図６の接続
サンプルのせん断接着強度を、Ｄａｇｅ社製ボンドテス
ターＢＴ２４００を用いて測定した。このときの様子を
図７の縦断面概略図に示す。７１はボンドテスターの加
熱ステージであり、この上に接続サンプルを載置し、接
続サンプルを２４０℃まで加熱し、測定用治具７２を半
導体チップ１の端部に当て、せん断方向に荷重した。そ
の結果、せん断接着強度は４ｋｇｆ／ｃｍ²であった。
次に、図６の接続サンプルを図８に示すように基板加熱
ステージ８１に載置し、２４０℃まで加熱し、ピンセッ
ト８２で半導体チップ１をつかみ、せん断方向に荷重し
たところ、わずかな力で容易に半導体チップを除去でき
た。次に、図９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接続
材料３１を、ＤＭＡＣを含浸させた綿棒９１で擦ったと
ころ、図１４の表１に示すように２ｍｉｎ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。

【００２３】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。接続材料には、スチレンブチレンスチレン６０ｖ
ｏｌ％、エポキシ樹脂４０ｖｏｌ％の混合樹脂にニッケ
ル粒子を分散したフィルムを使用した。実施例１と同じ
方法で接続サンプルを得た。接続サンプルの半導体チッ
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。実施例１と同じ方法でせん断
接着強度を測定したところ、２４０℃におけるせん断接
着強度は１．０ｋｇｆ／ｃｍ²であった。次に、接続サ
ンプルを基板加熱ステージに載置し、２４０℃まで加熱
し、ピンセットで半導体チップをつかみ、せん断方向に
荷重したところ、わずかな力で容易に半導体チップを除
去できた。次に、プリント配線板に付着した接続材料
を、ＤＭＡＣを含浸させた綿棒で擦ったところ、図１４
の表１に示すように２ｍｉｎ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。

【００２４】実施例３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。接続材料には、ポリイミド樹脂にＮｉ粒子を分散
したフィルムを使用した。実施例１と同じ方法で接続サ
ンプルを得た。接続サンプルの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２
ｍΩ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１０の縦断面概略図に示すように接
続サンプルの半導体チップ１の背面にエポキシ系接着剤
１０１を介して引張り試験用治具１０２を接着し、配線
板のベース基材２１の背面にエポキシ系接着剤１０３を
介して引張り試験用治具１０４を接着した。これを２４
０℃の恒温槽中で治具部分を引張り試験治具のチャック
に取り付け図中矢印の方向に荷重し、引張り試験を行っ
た。このとき図１０に示したように接続材料部分で破壊
及び剥離が起こり、引張り接着強度は０．４ｋｇｆ／ｃ
ｍ²であった。次に、図１１の縦断面概略図に示すよう
に接続サンプルを非加熱基板ステージ１１１に載置し、
半導体チップ１の背面に加熱ヘッド１１２とその４側面
を取り囲むテフロン枠１１３を押し当て、接続サンプル
の接続材料３１の温度が２４０℃になるまで加熱する。
次に、図１２の縦断面概略図に示すようテフロン枠１１
３をチップ裏面の外周４辺部に押し付けたまま加熱ヘッ
ド１１２を上方にスライドさせチップ背面との間に隙間
を作り、加熱ヘッド１１２の中央に開けた穴１２１から
真空吸引し、プリント配線板を板押さえ治具１２１で下
方に押さえつけながら、そのままテフロン枠１１３と加
熱ヘッド１１２を上方に引き上げたところ、図１２に示
す様に半導体チップ１をプリント配線板から除去でき
た。次に、チップを除去した後のプリント配線板を上下
反転し、図１３の縦断面概略図に示すように基板押さえ
治具１３１と、プリント配線板に付着した接続材料を取
り囲む枠１３２の間に入れて上下方向に押え込み固定す
る。枠１３２のプリント配線板と接触する部分１３３は
シリコンゴムであり、隙間ができないようになってい
る。１３４はＤＭＡＣ噴出用ノズルであり、これから噴
出したＤＭＡＣ１３５を、基板に付着した接続材料３１
に吹き付ける。噴出したＤＭＡＣは、枠１３２、１３３
があるため、接続材料が付着した配線板表面部分以外へ
は飛散しない。こうして２０ｓ間ＤＭＡＣを吹き付けた
後、噴出をやめ、隣に設置した圧縮空気噴出用ノズル１
３６から圧縮空気をプリント配線板面に向け１０ｓ間吹
き付け、ＤＭＡＣで濡れたプリント配線板表面を乾燥し
た。プリント配線板を観察した結果、接続材料はきれい
に除去されており、配線、端子部、基材表面に異常はな
かった。

【００２５】実施例４実施例１〜３で得た接続サンプルに−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。

【００２６】実施例５実施例１〜３で半導体チップ及び接続材料を除去して得
たプリント配線板に、再び実施例１〜３で用いた接続材
料をそれぞれ用いて、実施例１〜３と同じ方法で接続サ
ンプルを得た。この接続サンプルに−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。

【００２７】比較例１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。接続材料には、エポキシ樹脂を主成分とする日立
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５０μｍ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。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１００ＭＰａ／バンプ、加熱温度１８０℃
で２０ｓ間パルス加熱方式により加圧加熱し、接続サン
プルを得た。接続サンプルの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２ｍ
Ω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。実施例１と同じ方法でせん断接着強度を測定
したところ、２４０℃におけるせん断接着強度は１２ｋ
ｇｆ／ｃｍ²であった。次に、接続サンプルを基板加熱
ステージに載置し、２４０℃まで加熱し、ピンセットで
半導体チップをつかみ、せん断方向に荷重しが、わずか
の力では除去できず、大きな力を加えたところチップが
割れてしまい、除去に長時間を要した。次に、プリント
配線板に付着した接続材料を、ＤＭＡＣを含浸させた綿
棒で擦ったが、１０ｍｉｎ以上擦っても除去できなかっ
た。ＤＭＡＣに代えて、アセトンやＮＭＰでも試みた
が、やはり１０ｍｉｎ以上擦っても除去できなかった。

【００２８】比較例２比較例１と同じ半導体チップ、プリント配線板及び接続
材料を使用した。比較例１と同じ方法で接続サンプルを
得た。接続サンプルの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。実施例３と同じ方法で引張り接着強度を測定したと
ころ、２４０℃における引張り接着強度は２２ｋｇｆ／
ｃｍ²であった。次に実施例３と同じ真空吸着による半
導体チップの除去方法を試みたが、半導体チップを除去
することはできなかった。以上の結果の要点を図１４の
表１に示す。

【００２９】本発明による実施例１〜２示すように熱可
塑性でかつ２４０℃においてせん断接着強度が１０ｋｇ
ｆ／ｃｍ²以下の接続材料を使用することで、接続サン
プルを２４０℃に加熱しながらピンセットで容易にチッ
プを除去でき、プリント配線板に付着した接続材料も溶
剤を含浸した綿棒で擦って容易に除去できる。また実施
３に示す様に、熱可塑性でかつ２４０℃において引張り
接着強度が０．８ｋｇｆ／ｃｍ²以下の接続材料を使用
することで、接続サンプルを２４０℃に加熱した後、真
空吸着で容易にチップを除去でき、プリント配線板に付
着した接続材料も溶剤を吹き付けることで容易に除去で
きる。また、実施例４に示すようにこの接続サンプル
は、良好な耐温度サイクル性及び耐湿性を示す。さら
に、半導体チップ及び接続材料を除去したのち再び接続
したサンプルも、良好な耐温度サイクル性及び耐湿性を
示した。一方、従来の熱硬化系の接続材料を用いて接続
を行ったものは、比較例１に示すようにチップの除去及
び接続材料の除去が難しい。また比較例２に示す様に真
空吸引によるチップの除去はできなかった。

【００３０】

【発明の効果】本発明の第一の半導体装置は、リペアが
必要なとき、半導体装置を加熱して、ピンセットを使っ
て半導体チップをつかみ、せん断方向に荷重することで
容易に半導体チップを除去できる。また本発明の第二の
半導体装置は、リペアが必要なとき、半導体装置を加熱
して、真空吸着により容易に半導体チップを除去でき
る。そしてどちらの半導体装置も半導体チップを除去し
た後、配線板に付着した接続材料を溶剤を使って容易に
除去できる。しかも本発明の半導体装置は耐温度サイク
ル性、耐湿性に優れる。したがって、本発明の半導体装
置は、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】半導体装置の断面図。

【図７】チップのせん断接着強度を測定する断面図。

【図８】半導体装置を基板加熱ステージに載置した断面
図。

【図９】熱硬化性接続材料除去工程の断面図。

【図１０】半導体装置を引張り試験する断面図。

【図１１】半導体装置を非加熱基板ステージに載置し、
半導体チップの背面に加熱ヘッドを取り付けた断面図。

【図１２】半導体装置を除去する断面図。

【図１３】半導体装置をＤＭＡＣ噴出する断面図。

【図１４】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７１．ボンドテスターの加熱ステージ７２．測定用治具８１．基板加熱ステージ９１．綿棒１０１．エポキシ系接着剤１０２．引張り試験用治具１０３．エポキシ系接着剤１０４．引張り試験用治具１１１．非加熱基板ステージ１１２．加熱ヘッド１１３．テフロン枠１２１．穴１２２．押さえ治具１３１．基板押さえ治具１３２．枠１３３．シリコンゴム１３４．ＤＭＡＣ噴出用ノズル１３５．噴出したＤＭＡＣ１３６．圧縮空気噴出用ノズル

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Claims

【特許請求の範囲】

【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
導体装置であって、前記続材料が熱可塑性樹脂を含み、
前記半導体チップと前記プリント配線板とのせん断接着
強度が２４０℃において１０ｋｇｆ／ｃｍ² 以下である
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】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
導体装置であって、前記続材料が熱可塑性樹脂を含み、
前記半導体チップと前記プリント配線板との引張り接着
強度が２４０℃において０．８ｋｇｆ／ｃｍ² 以下であ
ることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】接続材料が、ポリイミド樹脂と導電性粒子
を主成分とする請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】接続材料が、ポリイミド樹脂、エポキシ樹
脂及び導電性粒子を主成分とする請求項１又は２記載の
半導体装置。
【請求項５】接続材料が、スチレンブチレンスチレン、
エポキシ樹脂及び導電性粒子を主成分とする請求項１又
は２記載の半導体装置。