JP2000174044A - 半導体素子の組立方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造工程の大幅な短縮がはかれ、且つ信頼性
に優れた半導体素子の組立方法を提供する。 【解決手段】 １）基板と電気的接合させるためのバン
プを有する多数個の半導体素子が形成されたウエハーに
Ｂ−ステージ化可能な熱硬化性液状封止樹脂組成物を塗
布する工程、２）該液状封止樹脂組成物をＢ−ステージ
化する工程、３）該ウエハーをダイシングし、個片化す
る工程、４）個片化した半導体素子と基板と接合し同時
にＢ−ステージ化された樹脂組成物を加熱流動させ冷却
することによる圧着工程からなることを特徴とした半導
体素子の組立方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バンプ接合方式で
基板と接合する半導体素子の組立方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣチップの高集積化、高密度化とＩＣ
パッケージの小型化という要求からフリップチップ実装
方式が登場した。同実装方式はこれまでのワイヤーボン
ディングによる接続ではなく、ＩＣチップ表面とプリン
ト基板とを金属バンプで電気的接続することで小型、薄
型化を可能としている。しかしチップ、プリント配線基
板、半田の熱膨張係数が異なるために冷熱衝撃試験時に
熱ストレスが発生する。特にチップ中央から遠いコーナ
ー近辺の金属バンプには局所的に熱ストレスが集中す
る。このため接合部位にクラックが生じ、回路の作動信
頼性は大きく低下する。

【０００３】そこで、熱ストレスを緩和する目的から液
状注入封止アンダーフィル材による封止が行われる。し
かしこの方法はチップとプリント配線基板との隙間にア
ンダーフィル材を注入、硬化して、封止する方法が採ら
れるため工程が煩雑であり、コストもかかる。更にこの
ような半導体素子の場合は、ウエハー作製工程、ウエハ
ー上への電気回路形成形成工程、個片化工程、バンプ形
成工程、バンプ接合工程、アンダーフィル封止工程が必
要であり、ここの工程は製造会社又は工場が異なる場合
が多くデリバリーコストがかかってしまうので問題があ
った。

【０００４】そこで提案されたのがウエハーに電気回路
を形成し個片化せずバンプを形成し、その後個片化する
方法が考え出された。この方法はウエハー製造から一環
のラインでバンプ付半導体素子を作ることも可能であ
り、大幅に素子のコストが下がる可能性がある。しかし
この方法であっても信頼性を上げるためにはアンダーフ
ィル封止工程が必要であり、コストに反映してしまう問
題が残っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はバンプ付半導
体素子の前記の新しい組立工程の問題を解決するために
なされたものである。その目的とするところは製造工程
の大幅な短縮がはかれ、且つ信頼性に優れた半導体素子
の組立方法を提供するに有る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、
１）基板と電気的接合させるためのバンプを有する多数
個の半導体素子が形成されたウエハーにＢ−ステージ化
可能な熱硬化性液状封止樹脂組成物を塗布する工程、
２）該液状封止樹脂組成物をＢ−ステージ化する工程、
３）該ウエハーをダイシングし、個片化する工程、４）
個片化した半導体素子と基板と接合し同時にＢ−ステー
ジ化された樹脂組成物を加熱流動させ冷却することによ
る圧着工程からなることを特徴とした半導体素子の組立
方法である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明について詳細に説明する。
まずウエハー上に電気回路が形成された多数個の半導体
素子にバンプを形成させた後、熱硬化性液状封止樹脂組
成物を回路形成面のウエハー全体に塗布する。熱硬化性
液状封止樹脂組成物を塗布する方法は印刷、ディスペン
ス、スピンコート、転写等従来から知られた方法を用い
ることができる。その中でスピンコート法が好ましい。
これは膜厚を制御しやすく、バンプ上に残る樹脂組成物
を極力少なくすることが出来、接合時に接触不良を起こ
すことがないからである。

【０００８】本発明で用いる熱硬化性液状封止樹脂組成
物は、Ｂ−ステージ化可能な樹脂組成物である。本発明
でいう「Ｂ−ステージ化可能」とは、樹脂組成物を塗布
した後低い温度で硬化を進めタックフリーの状態にする
ことができ、保管温度（通常常温）で１ヶ月以上ほとん
ど反応が進行せず、バンプ接合時の温度で溶融し接着す
ることできる特性を有するものである。このような特性
を有する樹脂組成物の例としてエポキシ樹脂／ジシアン
ジアミド系、エポキシ樹脂／芳香族アミン系等がある。
そのメカニズムは活性水素とエポキシ樹脂の反応性を利
用したものである。例えばエポキシ樹脂／芳香族アミン
の場合第一級アミンは１２０℃以下程度で容易に反応す
るが、次に残存する第２級アミンを反応させるためには
少なくとも１４０℃以上の熱をかける必要がある。これ
は立体障害に伴い反応性が低下するためである。その中
で特にエポキシ樹脂／ジアミノジフェニルスルフォン系
は前記特性を有する樹脂系として好適である。

【０００９】本発明で用いる熱硬化性液状封止樹脂組成
物は、半導体素子の封止用途として用いるため高い信頼
性が必要である。特に耐水性、線膨張係数を被着体に近
づけるために無機フィラーを添加することが好ましい。
その形状は接合時に流動性が必要であるため球状が好ま
しい。更にその大きさは平均粒径が０．５μｍから１２
μｍの範囲且つ最大粒径が５０μｍ以下の球状フィラー
であることが好ましい。平均粒径が０．５μｍ未満であ
るとバンプ接合時に溶融するＢ−ステージ化された液状
封止樹脂組成物の流動性が不足となり、チップの外への
樹脂組成物の浸み出し（フィレット）が不十分となり、
接着性不足による信頼性の低下の恐れがある。また平均
粒径が１２μｍを超えると液状封止樹脂組成物を塗布時
にバンプ上にフィラーが残存した場合後のバンプ接合時
に接触不良を起こす恐れがある。また最大粒径に関して
は、一般にバンプの高さは１００μｍ以下であるため少
なくとも液状封止樹脂組成物の塗布厚みはそのバンプの
高さ以下にしなければならない。最大粒径が５０μｍを
超えると塗布厚みにばらつきが大きくなりバンプ接合時
に接合不良を起こす恐れがある。

【００１０】本発明で用いる無機フィラーの種類は、窒
化アルミ、アルミナ、シリカなどがあるが、熱放散性と
コストの面からシリカ粒子が好ましく、低放射線性であ
ればより好ましい。形状は球状、破砕状、フレーク状等
があるが、フィラーの高充填化により線膨張係数の低減
化が図られる為、球状であることが必要である。球状無
機フィラーの添加量は、全組成物に対して５０〜８０重
量％が望ましい。５０重量％未満だと、耐湿性や硬化物
の線膨張係数が大きくなり、８０重量％を越えると結果
として得られる組成物の粘度が高くなり過ぎ、流動特性
が悪化するため好ましくない。

【００１１】本発明で用いられるＢ−ステージ化可能な
熱硬化性液状封止樹脂組成物の中で特にエポキシ樹脂／
ジアミノジフェニルスルフォン系が好ましい材料であ
る。しかし、エポキシ樹脂／ジアミノジフェニルスルフ
ォンにフィラーを添加した系でＢ−ステージ化するとダ
イシングの時に樹脂組成物層が剥離したり、欠けたりし
てしまうため、エポキシ樹脂としてはエポキシ当量が２
００以上で且つエポキシ基が２官能以上のものが主成分
であることが好ましい。エポキシ当量が２００より小さ
いとＢ−ステージ化後の樹脂が脆く、ダイシング時に剥
離、欠けが生じてしまうためである。また、半導体の封
止に用いられるためエポキシ樹脂のイオン性不純物特に
加水分解性塩素は１０００ｐｐｍ以下であることが好ま
しい。更に、ダイシング時の剥離、欠けを防ぐため本発
明で用いる液状封止樹脂組成物に可塑性ポリマーを添加
することもできる。

【００１２】本発明で用いる熱硬化性液状封止樹脂組成
物の製造方法は、まずエポキシ樹脂（固形の場合溶剤で
溶解させる）、ジアミノジフェニルスルフォン、フィラ
ーを秤量し、ロール混練等を用いて均一分散させる。さ
らに脱泡して作製する。また該液状封止樹脂組成物に
は、前記の必須成分の他に必要に応じて他の樹脂や反応
を促進するための触媒、希釈剤、顔料、カップリング
剤、難燃剤、レベリング剤、消泡剤等の添加物を用いて
も差し支えない。

【００１３】次に、液状封止樹脂組成物が塗布されたウ
エハーを熱処理することにより、液状封止樹脂組成物を
Ｂ−ステージ化する。その方法は本発明の「Ｂ−ステー
ジ化可能」の定義で述べたように硬化温度よりも十分低
い温度で熱処理する事により行う。次にダイシング工程
は従来より知られている通常の方法により行うことがで
きる。最後に圧着工程について説明する。半田バンプを
例にとると１５０℃以上の温度と加重を加え半田ボール
を基板に圧接する。その時Ｂ−ステージ化された樹脂組
成物が溶解して素子と基板の間隙を充填する。冷却後半
導体素子が基板に接合され、封止も完了する。なお、液
状封止樹脂組成物がより十分な特性を発現させるために
オーブン等に投入し後硬化することも可能である。

【００１４】

【実施例】実施例１ ビスフェノールＡエポキシ樹脂（エポキシ当量２５０）
１００重量部を溶剤として３０重量部のブチルセロソル
ブアセテートに溶解させたワニス１００部、ジアミノジ
フェニルスルフォンン１９．１重量部、密着性付与材と
してγ−グリシドオキシトリメトキシシラン１重量部シ
リコーン系消泡剤１重量部、硬化促進剤として２フェニ
ル４エチルイミダゾール０．５重量部、フィラーとして
球状シリカ（平均粒径０．８μｍ、最大粒径２０μｍ）
１４４重量部、を秤量し３本ロールにて混練・分散後、
真空脱泡処理を行い液状封止樹脂組成物を作製した。作
製した液状封止樹脂組成物を、高さ７０μｍの半田バン
プが形成されたウエハー（厚み３５０μｍ）にドロッピ
ングし、スピンコーターを用いて均一にウエハー上に樹
脂組成物を塗布した。その後８０℃、３時間加熱してＢ
−ステージ化を行った。最終的塗布厚みは６０μｍにな
るように制御した。次にダイシングソーを用いてウエハ
ーを素子毎に個片化した（チップサイズ６×６ｍｍ）。
カット面付近にＢ−ステージ化した液状封止樹脂組成物
層に剥離、クラックは見られなかった。次に１５０℃の
温度にて有機基板に素子を圧着した。樹脂組成物封止は
１〜２秒で完了し、半田ボールの基板への接合と同時に
行うことができた。更に、Ｂ−ステージ化した後３ヶ月
常温にて保存したものを同様に接合を行い、初期と同様
に樹脂組成物封止と接合を同時に行うことができた。

【００１５】樹脂組成物特性試験 (1) 接着強度：有機基板としてビスマレイミド−トリア
ジン（ＢＴ）レジン製基板上にソルダーレジスト（太陽
インキ社製ＰＳＲ−４０００／ＣＡ−４０）を形成した
ものを、ウエハー表面にパッシベーション膜用ポリイミ
ド（住友ベークライト社ＣＲＣ−６０５０）を塗布し、
更に液状封止樹脂組成物をスピンコート法でコートし、
８０℃、３時間かけＢ−ステージ化し、６０μｍの厚み
に塗布し最後にダイシングソーにて６×６ｍｍ角にカッ
トした。シリコンチップをポリイミド塗布面と液状封止
樹脂組成物が向き合う形で搭載し、１５０℃、で圧着更
に１５０℃、６０分で硬化し試験片とし、このものの２
４０℃におけるダイシェア強度をＤＡＧＥ製ＢＴ１００
にて測定した。また、同試験片を湿度８５％温度８５℃
の吸湿処理を７２時間施し、同様にダイシェア強度を測
定し、吸湿処理後の密着性とした。また、Ｂ−ステージ
化した液状封止樹脂組成物を塗布したチップを常温にて
３ヶ月保管し、同様の実験を行った。それらの結果を表
１に示す。

【００１６】実施例２ ビスフェノールＡエポキシ樹脂（エポキシ当量２５０）
１００重量部を溶剤として３０重量部のブチルセロソル
ブアセテートに溶解させたワニス１００部、ジアミノジ
フェニルスルフォンン１９．１重量部、密着性付与材と
してγ−グリシドオキシトリメトキシシラン１重量部シ
リコーン系消泡剤１重量部、硬化促進剤として２フェニ
ル４エチルイミダゾール０．５重量部、フィラーとして
球状シリカ（平均粒径０．８μｍ、最大粒径２０μｍ）
１５９重量部、さらに可とう性付与材として両末端カル
ボン酸であるブタジエンアクリロニトリルコポリマー
（ＣＴＢＮ１３００Ｘ９：宇部興産製）１０部を秤量し
３本ロールにて混練・分散後、真空脱泡処理を行い液状
封止樹脂組成物を作製した。作製した液状封止樹脂組成
物を、高さ７０μｍの半田バンプが形成されたウエハー
（厚み３５０μｍ）にドロッピングし、スピンコーター
を用いて均一にウエハー上に樹脂組成物を塗布した。そ
の後８０℃、３時間加熱してＢ−ステージ化を行った。
最終的塗布厚みは６０μｍになるように制御した。次に
ダイシングソーを用いてウエハーを素子毎に個片化した
（チップサイズ６×６ｍｍ）。カット面付近ににＢ−ス
テージ化した液状封止樹脂組成物層に剥離、クラックは
見られなかった。次に１５０℃の温度にて有機基板に素
子を圧着した。樹脂組成物封止は１〜２秒で完了し、半
田ボールの基板への接合と同時に行うことができた。更
に、Ｂ−ステージ化した後３ヶ月常温にて保存したもの
を同様に接合を行い、初期と同様に樹脂組成物封止と接
合を同時に行うことができた。また実施例１と同様に接
着強度を測定した。

【００１７】比較例１ 実施例と同じフィラ−を固形分換算で６０ｗｔ％含む
（実施例と同じ）アンダーフィル材（住友ベークライト
製ＣＲＰ−４０００）を用いて実施例と同じ構成の素子
を予め基板に接合したものを８０℃のホットプレート上
に載置し、その状態でチップの周辺に塗布し、チップと
基板の間隙に樹脂組成物を充填した。充填時間は１分で
あった。更にオーブンにて１５０℃、１時間硬化させ
た。また、実施例と同様に接着強度を測定した。その結
果を表１に示す。

【００１８】比較例２ ビスフェノールＡエポキシ樹脂（エポキシ当量１８０）
１００重量部を溶剤として３０重量部のブチルセロソル
ブアセテートに溶解させたワニス１００部、ジアミノジ
フェニルスルフォンン２６．５重量部、密着性付与材と
してγ−グリシドオキシトリメトキシシラン１重量部シ
リコーン系消泡剤１重量部、硬化促進剤として２フェニ
ル４エチルイミダゾール０．５重量部、フィラーとして
球状シリカ（平均粒径０．８μｍ、最大粒径２０μｍ）
１５５重量部、を秤量し３本ロールにて混練・分散後、
真空脱泡処理を行い液状封止樹脂組成物を作製した。作
製した液状封止樹脂組成物を、高さ７０μｍの半田バン
プが形成されたウエハー（厚み３５０μｍ）にドロッピ
ングし、スピンコーターを用いて均一にウエハー上に樹
脂組成物を塗布した。その後８０℃、３時間加熱してＢ
−ステージ化を行った。最終的塗布厚みは６０μｍにな
るように制御した。次にダイシングソーを用いてウエハ
ーを素子毎に個片化した（チップサイズ６×６ｍｍ）。
カット面付近にＢ−ステージ化した液状封止樹脂組成物
層に剥離、クラックが多数見られたためその後の評価を
中止した。

【００１９】

【表１】

【００２０】ダイシング性：実施例に示したウエハーを
ダイシングしたときのＢ−ステージ化した樹脂組成物層
の状態 接着強度１：硬化直後の熱時強度（単位：ｋｇｆ／６×
６ｍｍチップ） 接着強度２：８５℃、８５％Ｒ、７２時間処理後の熱時
強度（単位：ｋｇｆ／６×６ｍｍチップ） 接着強度３：Ｂ−ステージ化後常温（２５℃）３ヶ月保
管した後で接着強度１のテストを行った。 接着強度４： Ｂ−ステージ化後常温（２５℃）３ヶ月
保管した後で接着強度２のテストを行った。

【００２１】

【発明の効果】本発明の組立方法に従うと個片素子をア
ンダーフィル材で充填する方法に比べ製造工程を大幅に
短縮化することができ、また、ウエハー工程の一環とし
てウエハー上への樹脂形成も可能となる。更に実施例で
示されたように本発明のＢ−ステージ化可能樹脂組成物
は接着強度において従来のアンダーフィル材と遜色な
く、また途中工程での長期保存も可能となため工業的メ
リットは大きい。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １）基板と電気的接合させるためのバン
   プを有する多数個の半導体素子が形成されたウエハーに
   Ｂ−ステージ化可能な熱硬化性液状封止樹脂組成物を塗
   布する工程、２）該液状封止樹脂組成物をＢ−ステージ
   化する工程、３）該ウエハーをダイシングし、半導体素
   子を個片化する工程、４）個片化した半導体素子と基板
   と接合し同時にＢ−ステージ化された樹脂組成物を加熱
   流動させ冷却することによる圧着工程からなることを特
   徴とする半導体素子の組立方法。
2. 【請求項２】 熱硬化性液状封止樹脂組成物が、１）平
   均粒径が０．５μｍから１２μｍ、かつ最大粒径が５０
   μｍ以下である球状無機フィラー、２）エポキシ当量が
   ２００以上であり且つ２官能以上のエポキシ基を含むエ
   ポキシ樹脂及び、３）ジアミノジフェニルスルフォンを
   含有してなる熱硬化性液状封止樹脂組成物である請求項
   １に記載の半導体素子の組立方法。
3. 【請求項３】 熱硬化性液状封止樹脂組成物を塗布する
   工程がスピンコート法により行われることを特徴とする
   請求項１に記載の半導体素子の組立方法。
4. 【請求項４】 熱硬化性液状封止樹脂組成物が可塑性ポ
   リマーを含んでなる熱硬化性液状封止樹脂組成物である
   請求項１又は２に記載の半導体素子の組立方法。