JP2000286301A - 半導体チップ組立方法及び組立装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アンダーフィル樹脂のキュアと、半導体チッ
プ及び回路基板の電極同士の電気的接続とを連続して行
う、生産効率のよい組立方法を提供する。 【解決手段】 回路基板１における電極２が形成された
領域を覆ってアンダーフィル材３Ａを貼付し、アンダー
フィル材３Ａが貼付された回路基板１をベーキングし、
電極２と半導体チップ５の半田バンプ６Ａとを位置合わ
せし、回路基板１に半導体チップ５を圧接して電極２と
半田バンプ６Ａとを接触させ、それぞれ組立装置７によ
り半導体チップ５を介して、第１の温度でアンダーフィ
ル材３Ａを加熱して硬化させてアンダーフィル樹脂３Ｂ
を形成し、第２の温度で半田バンプ６Ａを加熱して溶融
する。硬化後の半田バンプ６Ｂにより、半導体チップ５
と回路基板１との電極同士を溶着して電気的接続を確保
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＳＩ等の半導体
チップを回路基板に実装して組み立てる組立方法と、そ
の際に使用される組立装置とに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップを回路基板に実装する方法
の一つとして、いわゆるフリップチップボンディング法
が提案されている。このフリップチップボンディング法
は、チップ側の電極に予め半田バンプを装着し、そし
て、このチップをフェースダウンの状態で回路基板に重
ね合わせてその半田バンプと回路基板側の電極とを合致
させ、次に、この状態で所要の加熱及び加圧力を加える
ことにより半田バンプを溶融して電極同士を半田付けす
るものであり、これによって高密度の実装が可能となっ
ている。また、上述の回路基板と半導体チップとは熱膨
張係数が異なる。これに起因して、回路基板と半導体チ
ップとが一体となった製品において、加熱によって反り
が発生し、電極接合部における接続抵抗の増加や損傷等
の不具合が発生する。したがって、このような不具合を
解消する目的で、回路基板と半導体チップとの間隙に樹
脂材料を充填してこの充填樹脂にて両者を接着してい
る。これにより、熱膨張係数が異なることに起因する上
述の不具合の発生を抑制して、製品の信頼性を向上させ
ている。更に、回路基板と半導体チップとの間に樹脂材
料を充填する方法として、例えば、以下のような方法が
提案されている。まず、回路基板に半導体チップを装着
した後に、その両者間にアンダーフィル材として液状樹
脂材をディスペンスして毛細管現象により充填させ、更
にこの充填樹脂材のキュアを行う液状樹脂ディスペンス
法がある。次に、予め回路基板に金属めっき樹脂粒子入
りフィルムを貼着して、この回路基板に半導体チップを
装着した後に、そのフィルムを加熱硬化させるＡＣＦ(A
nisotropic Conductive Film) 法がある。次に、予め回
路基板に液状の熱硬化性樹脂材をディスペンスして、こ
の回路基板に半導体チップを装着した後に、熱硬化性樹
脂材を硬化させるＥＳＣ(Epoxy Encapsulated Solder C
onnection)法がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】回路基板と半導体チッ
プとの間に樹脂材料を充填する従来の方法、例えば、上
述の液状樹脂ディスペンス法においては、半導体チップ
の装着時に用いられたフラックス等を除去するための洗
浄工程が必要であること、樹脂充填に長時間を要するこ
と、充填樹脂のキュアが必要であること等から生産効率
が悪い。更に、専用のフラックス塗布装置・アンダーフ
ィル装置・キュア装置等が必要になることにより、装置
コストが高くなるという問題が指摘されている。また、
上述のＡＣＦ法においては、フラックス塗布工程やディ
スペンス工程が不要になるという利点があるが、この方
法に使用される金属めっき樹脂粒子入りフィルムのコス
トが高価であることや、電極同士の接続抵抗にバラツキ
が多く、更に、高温高湿下において接続抵抗の増加が大
きくなる等の問題が指摘されている。また、上述のＥＳ
Ｃ法においては、フラックス塗布工程が不要になる他、
樹脂充填時間が短くなるという利点があるが、高品質を
備えた製品の高能率生産等を達成するためには、ディス
ペンサの性能に大きく依存するという問題が指摘されて
いる。

【０００４】ところで、フリップチップを組み立てるに
は、上述のように、回路基板に半導体チップを電気的に
接続する工程と、接続した回路基板と半導体チップとの
間隙に樹脂材料を充填して充填樹脂により両者を接着さ
せる工程との処理工程を経る必要がある。そこで、本発
明は、上記従来の問題に鑑み、ディスペンサを使用せず
に回路基板と半導体チップとの間隙に短時間に樹脂材料
を充填することによって高い生産効率を実現し、充填樹
脂のキュアと電極同士の電気的接続とを同一装置を使用
して行うことによって装置コストを抑制し、熱溶融性の
突起状電極を使用することによって低い接続抵抗を安定
して確保することができる半導体チップ組立方法を提供
することを第１の目的とする。更に、本発明は、充填樹
脂のキュアと電極同士の電気的接続とを併せて行うこと
ができる組立装置を提供することを第２の目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の技術的課題を解決
することを目的として、本発明に係る半導体チップの組
立方法は、半導体チップが有する熱溶融性かつ突起状の
第１の電極と回路基板が有する第２の電極とを相対向さ
せて電気的に接続する半導体チップの組立方法であっ
て、回路基板における第２の電極が形成されている領域
にシート状樹脂を載置して押圧し、該シート状樹脂を回
路基板に貼付する工程と、第１の電極と第２の電極とを
相対向させて位置合わせする工程と、シート状樹脂を介
して半導体チップと回路基板とを接触させ、半導体チッ
プ又は回路基板のうち少なくとも一方を押圧することに
より第１の電極と第２の電極とを接触させる工程と、第
１の電極と第２の電極とを接触させた状態において、第
１の温度によってシート状樹脂を加熱して硬化させるこ
とにより回路基板に半導体チップを圧着する工程と、回
路基板に半導体チップを圧着した状態において、第１の
温度よりも高い第２の温度によって第１の電極を加熱し
て溶融する工程と、溶融した第１の電極を硬化させるこ
とにより第１の電極と第２の電極とを溶着する工程とを
備えたことを特徴とするものである。

【０００６】また、本発明に係る半導体チップの組立装
置は、半導体チップが有する熱溶融性かつ突起状の第１
の電極と回路基板が有する第２の電極とを相対向させて
電気的に接続する際に使用される半導体チップの組立装
置であって、半導体チップと回路基板とがシート状樹脂
を介して接触している状態において、第１の電極と第２
の電極とが接触するように半導体チップ又は回路基板の
うち少なくとも一方を押圧する押圧手段と、第１の温度
によってシート状樹脂を加熱した後に第２の温度によっ
て第１の電極を加熱溶融する加熱手段とを備えたことを
特徴とするものである。

【０００７】また、本発明に係る半導体チップの組立装
置は、上述の組立装置において、第１の温度は、シート
状樹脂を硬化させるのに十分な温度であるとともに第１
の電極を溶融させない温度であり、第２の温度は、第１
の電極を溶融させ、かつ硬化したシート状樹脂の状態を
維持するのに十分な温度であることを特徴とするもので
ある。

【０００８】

【作用】本発明に係る半導体チップ組立方法によれば、
シート状樹脂を第１の温度によって加熱し硬化させるこ
とにより半導体チップを回路基板に圧着し、更に第２の
温度によって加熱することにより熱溶融性かつ突起状の
第１の電極を溶融する。したがって、硬化によりアンダ
ーフィル樹脂を形成して半導体チップを回路基板に圧着
する工程と、電極同士の電気的接続とを行う工程とを、
連続して同じ装置を使用して加熱温度を変更することに
よって容易に実現することができる。また、本発明に係
る組立装置によれば、第１の温度によって回路基板に半
導体チップを圧着し、更に第２の温度によって電極同士
の電気的接続を連続して行うことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体チップ
組立方法について、図面を参照しながら説明する。図１
（１）〜（５）は、それぞれ本実施形態に係る半導体チ
ップ組立方法の各工程を示す断面図である。

【００１０】まず、図１（１）において、回路基板１上
における電極２が設けられている領域を完全に覆うよう
にして、回路基板１の上方に、例えばエポキシ系樹脂等
の熱硬化性樹脂からなるシート状のアンダーフィル材３
Ａを保持する。アンダーフィル材３Ａは、テープ状で剥
離容易性を有するベースフイルム４に予め貼付され、常
温ではまだ硬化していない。つまり、アンダーフィル材
３Ａを、テープ状のベースフイルム４に貼付された状態
で供給する。

【００１１】次に、図１（２）において、回路基板１に
アンダーフィル材３Ａを圧接・加熱して貼付した後に、
ベースフイルム４を剥離して除去する。このことによ
り、回路基板１における電極２が形成された面は、アン
ダーフィル材３Ａによって覆われる。更に、アンダーフ
ィル材３Ａが貼付された回路基板１を高温雰囲気中でベ
ーキングして、アンダーフィル材３Ａから水分を除去す
る。

【００１２】次に、図１（３）において、アンダーフィ
ル材３Ａが貼付された回路基板１の上方に、半導体チッ
プ５を、回路基板１に対して位置合わせした後に保持す
る。ここで、半導体チップ５の電極（図示なし）上には
予め半田バンプ６Ａを形成しておき、半導体チップ５と
回路基板１との電極同士を対向させた後に、これらの電
極同士を位置合わせする。

【００１３】次に、図１（４）において、組立装置７を
使用して、回路基板１に対して半導体チップ５を圧接す
る。これによって、半田バンプ６Ａが、未硬化状態のア
ンダーフィル材３Ａを突き破って回路基板１の電極２に
接触する。そして、圧接した状態で、組立装置７を使用
して、半導体チップ５の背面（半田バンプ６Ａが形成さ
れた面の反対面）から、半導体チップ５を介して第１の
温度によりアンダーフィル材３Ａを加熱する。ここで、
第１の温度を、熱硬化性樹脂からなるアンダーフィル材
３Ａをゲル化させた後に硬化させるのに十分であって、
かつ半田バンプ６Ａを溶融させない程度の温度、例えば
１７５℃に設定しておく。したがって、圧接した状態で
第１の温度によって所定の時間、例えば５０秒間加熱す
ることにより、回路基板１と半導体チップ５との間にお
けるアンダーフィル材３Ａをゲル化させた後に硬化させ
て、アンダーフィル樹脂３Ｂを形成することができる。
そして、硬化したアンダーフィル樹脂３Ｂにより、半導
体チップ５と回路基板１とを圧着する。

【００１４】次に、図１（５）において、回路基板１に
半導体チップ５を圧着した状態を維持したまま、組立装
置７を使用して、半導体チップ５を介して第２の温度に
より半田バンプ６Ａを所定の時間だけ加熱する。ここ
で、第２の温度を、アンダーフィル樹脂３Ｂを硬化した
状態に保ち、かつ半田バンプ６Ａを溶融させるのに十分
な程度の温度、例えば２５０℃に設定しておく。したが
って、アンダーフィル樹脂３Ｂを硬化した状態のまま、
半田バンプ６Ａを第２の温度により所定の時間、例えば
６０秒間加熱して溶融して、更に自然冷却により硬化さ
せて硬化後の半田バンプ６Ｂにさせることになる。これ
により、硬化後の半田バンプ６Ｂによって、半導体チッ
プ５の電極（図示なし）と回路基板１の電極２とを溶着
して確実に接続することができる。

【００１５】以上説明したように、本発明に係る半導体
チップ組立方法によれば、回路基板１上にシート状のア
ンダーフィル材３Ａを載置し、回路基板１に半導体チッ
プ５を圧接した後に、それぞれ組立装置７を使用して、
第１の温度で加熱してアンダーフィル材３Ａをゲル化さ
せた後に硬化させてアンダーフィル樹脂３Ｂを形成し第
２の温度で加熱して半田バンプ６Ａを溶融する。更に、
自然冷却により半田を硬化させて硬化後の半田バンプ６
Ｂを形成して、回路基板１と半導体チップ５との電極同
士を溶着して電気的に接続する。これにより、ディスペ
ンサを使用せずに、回路基板１と半導体チップ５との間
に短時間にアンダーフィル材３Ａを設けることができ
る。また、それぞれ組立装置７により、アンダーフィル
材３Ａの硬化、つまりキュアを行った後に、半田バンプ
６Ａの溶融・硬化による回路基板１と半導体チップ５と
の電極同士の電気的接続を、連続して行うことができ
る。したがって、ディスペンサを使用せず、同一の組立
装置によりアンダーフィル樹脂の形成と電極同士の電気
的接続とを連続して行うので、生産効率を向上させ装置
コストを削減する半導体チップ組立方法を実現できる。
更に、半田バンプを溶融・硬化させ電極同士を溶着して
電気的接続を行うので、低い接続抵抗を安定して得るこ
とができるとともに、製品の機械的強度を向上すること
ができる半導体チップ組立方法を実現できる。

【００１６】以下、本発明に係る組立装置について、図
１（４）,（５）を参照しながら説明する。図１（４）,
（５）における組立装置７は、セラミックヒータ（図示
なし）を内蔵するとともに、下面が半導体チップ５の大
きさと形状とに対応する平面になるように形成されてい
る。そして、セラミックヒータは、温度コントローラに
よって温度制御される。半導体チップを組み立てる際に
は、組立装置７は、半導体チップ５を吸着した後に回路
基板１に対して圧接する。その後に、組立装置７は、セ
ラミックヒータによって第１の温度まで加熱され、所定
時間経過後に更に第２の温度にまで加熱される。ここ
で、第１の温度は、熱硬化性樹脂からなるアンダーフィ
ル材３Ａをゲル化させた後に硬化させるのに十分であっ
て、かつ半田バンプ６Ａを溶融させない程度の温度、例
えば１７５℃に予め設定されている。そして、第２の温
度は、アンダーフィル樹脂３Ｂを硬化した状態に保ち、
かつ半田バンプ６Ａを溶融させるのに十分な程度の温
度、例えば２５０℃に予め設定されている。これによ
り、組立装置７は、アンダーフィル材３Ａを硬化してア
ンダーフィル樹脂３Ｂを形成して半導体チップ５と回路
基板１とを圧着し、その後に半田バンプ６Ａを溶融す
る。更に、組立装置７は、セラミックヒータに対する通
電が停止されて組立装置７の温度が低下することによ
り、半田を硬化させて硬化後の半田バンプ６Ｂを形成す
る。

【００１７】本発明に係る組立装置によれば、アンダー
フィル材３Ａを硬化させて、つまりキュアして半導体チ
ップ５と回路基板１とを圧着し、更に、半導体チップ５
と回路基板１との電極同士を電気的に接続することがで
きる。これにより、アンダーフィル樹脂のキュアと電極
同士の電気的接続とが連続して行われるので、生産効率
の向上と装置コストの削減とを可能にする組立装置が得
られる。

【００１８】なお、ここまでの説明では、半導体チップ
５の背面（半田バンプ６Ａが形成された面の反対面）に
対して加圧・加熱したが、回路基板１の背面（電極２が
形成された面の反対面）に対して加圧・加熱することも
できる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、半導体チップを回路基
板に圧着する工程と、電極同士の電気的接続を行う工程
とを、同じ装置を連続して使用して加熱温度を変更する
ことにより容易に実現することができる。これによっ
て、本発明の半導体チップ組立方法によれば、生産効率
を向上させ、装置コストを削減することができるとい
う、優れた実用的な効果を奏するものである。また、本
発明によれば、第１の温度によって半導体チップを回路
基板に圧着した後に、第２の温度によって電極同士の電
気的接続を連続して行うことができる組立装置が、確実
に実現される。これにより、本発明の組立装置によれ
ば、生産効率を向上させ、装置コストを削減することが
できるという、優れた実用的な効果を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（１）〜（５）は、それぞれ本発明に係る半導
体チップ組立方法の各工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 回路基板 ２ 電極（第２の電極） ３Ａ アンダーフィル材（シート状樹脂） ３Ｂ アンダーフィル樹脂 ４ ベースフイルム ５ 半導体チップ ６Ａ 半田バンプ（第１の電極） ６Ｂ 硬化後の半田バンプ ７ 組立装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップが有する熱溶融性かつ突起
   状の第１の電極と回路基板が有する第２の電極とを相対
   向させて電気的に接続する半導体チップの組立方法であ
   って、 前記回路基板における前記第２の電極が形成されている
   領域にシート状樹脂を載置して押圧し、該シート状樹脂
   を前記回路基板に貼付する工程と、 前記第１の電極と第２の電極とを相対向させて位置合わ
   せする工程と、 前記シート状樹脂を介して前記半導体チップと回路基板
   とを接触させ、前記半導体チップ又は回路基板のうち少
   なくとも一方を押圧することにより前記第１の電極と第
   ２の電極とを接触させる工程と、 前記第１の電極と第２の電極とを接触させた状態におい
   て、第１の温度によって前記シート状樹脂を加熱して硬
   化させることにより前記回路基板に前記半導体チップを
   圧着する工程と、 前記回路基板に前記半導体チップを圧着した状態におい
   て、前記第１の温度よりも高い第２の温度によって前記
   第１の電極を加熱して溶融する工程と、 前記溶融した第１の電極を硬化させることにより前記第
   １の電極と第２の電極とを溶着する工程とを備えたこと
   を特徴とする半導体チップの組立方法。
2. 【請求項２】 半導体チップが有する熱溶融性かつ突起
   状の第１の電極と回路基板が有する第２の電極とを相対
   向させて電気的に接続する際に使用される半導体チップ
   の組立装置であって、 前記半導体チップと回路基板とがシート状樹脂を介して
   接触している状態において、前記第１の電極と第２の電
   極とが接触するように前記半導体チップ又は回路基板の
   うち少なくとも一方を押圧する押圧手段と、 第１の温度によって前記シート状樹脂を加熱した後に第
   ２の温度によって前記第１の電極を加熱溶融する加熱手
   段とを備えたことを特徴とする半導体チップの組立装
   置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の半導体チップの組立装置
   において、 前記第１の温度は、前記シート状樹脂を硬化させるのに
   十分な温度であるとともに前記第１の電極を溶融させな
   い温度であり、 前記第２の温度は、前記第１の電極を溶融させ、かつ前
   記硬化したシート状樹脂の状態を維持するのに十分な温
   度であることを特徴とする半導体チップの組立装置。