JP2001015551A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JP2001015551A
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JP
Japan
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semiconductor element
anisotropic conductive
resin
wiring board
semiconductor device
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English (en)
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Hiroyuki Hirai
浩之 平井
Yoshitaka Fukuoka
義孝 福岡
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子と配線基板との接続信頼性の向上
した半導体装置およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 配線基板と、突起部および充填層を介し
て配線基板に搭載された半導体素子とを具備し、充填層
が樹脂と異方性導電部材とからなる半導体装置およびそ
の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はフリップチップ実装
された半導体装置およびその製造方法に係わり、特にア
ンダーフィルが異方性導電フィルムと樹脂とからなる半
導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の様々な電子機器、特にパーソナル
コンピュータや携帯電話等の情報機器の小型化、薄型化
あるいは軽量化および高性能化の進歩には著しいものが
ある。特に、半導体装置にはより一層の集積化や高性能
化が望まれている。これに伴い、高密度実装技術にもよ
り一層の進歩が望まれている。高密度実装技術の一つに
ベアチップ実装がある。
【０００３】代表的な実装方法であるフリップチップ実
装は、ベアチップを突起電極（バンプ電極）を介して配
線基板上に実装するものである。フリップチップ実装し
た後、半導体チップと配線基板の間に生じた隙間（ギャ
ップ）にアンダーフィルを充填し、マザーボードと接続
してパッケージングが行われる。
【０００４】図４を参照して従来のフリップチップ実装
による半導体装置を説明する。配線基板１の導体パッド
２上に金属バンプ３を形成し、半導体素子７が搭載され
る配線基板の所定位置にアンダーフィルとして導電粒子
４ａを含有する異方性導電フィルム（Anisotropic Cond
uctive Film ：ＡＣＦ）４を貼り付ける。その後、アル
ミニウム電極６を備えた半導体素子７の裏面を加圧およ
び加熱して、半導体素子７と配線基板１とを電気的およ
び機械的に接続して半導体装置を組み立てている。
【０００５】このように異方性導電フィルムのみを用い
た従来の半導体素子には、信頼性が著しく低い、特に吸
湿しやすく密着性に劣るため半導体素子と配線基板間に
接続不良が生じるという問題がある。
【０００６】異方性導電フィルムではなく異方性導電粒
子（Anisotropic Conductive Paste：ＡＣＰ）を用いた
場合にも同様の問題があった。
【０００７】また、通常、半導体素子をフリップチップ
実装した後に、チップ部品のはんだ実装や外部端子用の
はんだバンプ形成のためにはんだリフロー工程を行う
が、このリフロー後、半導体素子の電極と配線基板との
接続抵抗が増加するという問題もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した通り、従来の
ＡＣＦのみからなるアンダーフィルでは、吸湿しやすい
ことから半導体素子と配線基板との接続不良を招いた
り、はんだリフロー後に半導体素子と配線基板との接続
抵抗が増加していた。
【０００９】そこで、本発明は、半導体素子と配線基板
との接続信頼性の向上した半導体装置およびその製造方
法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
配線基板と、突起部および充填層を介して前記配線基板
に搭載された半導体素子とを具備し、前記充填層が樹脂
と異方性導電部材とからなることを特徴としている。
【００１１】本発明の半導体装置において、前記配線基
板と前記半導体素子の間に前記異方性導電部材が枠状に
形成されていて、前記樹脂が前記枠内に充填されてい
る。本発明によれば、この異方性導電部材は、前記樹脂
を完全に囲むように形成されている。また、前記枠状の
異方性導電部材の一部は切り欠いてあってもよい。
【００１２】本発明の一態様である半導体装置の製造方
法は、配線基板上の半導体素子形成領域に突起部を形成
する工程と、前記突起部の形成された前記半導体素子領
域上に異方性導電部材を枠状に形成する工程と、前記枠
内に樹脂を充填する工程と、前記突起部と、前記異方性
導電部材および前記樹脂とを介して半導体素子を搭載す
る工程と、前記異方性導電部材を硬化する工程と、前記
樹脂を硬化する工程とを具備することを特徴としてい
る。
【００１３】また、本発明の別の態様である半導体装置
の製造方法は、配線基板上の半導体素子形成領域に突起
部を形成する工程と、前記突起部の形成された前記半導
体素子領域上に異方性導電部材を枠状に形成する工程
と、前記枠内に樹脂を充填する工程と、前記突起部と、
前記異方性導電部材および前記樹脂とを介して半導体素
子を搭載する工程と、前記異方性導電部材および前記樹
脂を硬化する工程とを具備することを特徴としている。
【００１４】本発明の半導体装置の製造方法において、
前記枠状の異方性導電部材の一部を切り欠いてもよい。
【００１５】本発明によれば、充填層、すなわちアンダ
ーフィルとして異方性導電フィルムとエポキシ樹脂を組
み合わせて用いることにより、十分な耐湿強度が得ら
れ、半導体素子と配線基板との接続が信頼性よくなされ
る。
【００１６】本発明において、アンダーフィルは、突起
部、すなわちバンプを覆うように額縁状に形成された異
方性導電フィルムの内側にエポキシ系樹脂が充填された
構造を有している。はんだからなるバンプは配線基板上
に形成された導体パッド電極の上に形成されている。こ
のバンプと、半導体素子上に形成された電極とが、異方
性導電フィルム中に存在する導電フィラーがボンディン
グ時に熱と圧力を加えることにより両電極間でつぶさ
れ、導電性を得るとともに両者が接合される。異方性導
電フィルムは上述した通り、耐湿強度に劣るため半導体
素子と配線基板との間に水分が入り込み剥離しやすい
が、本発明によれば、半導体素子の外周部分の接合には
異方性導電フィルムを用い、その内側には接着強度の高
いエポキシ系樹脂を充填しているため、優れた密着強度
を実現することができる。
【００１７】また、本発明においては、異方性導電フィ
ルムは完全にエポキシ系樹脂を囲んでいなくてもよく、
一部を切り欠いておけばエポキシ系樹脂を塗布し半導体
素子を搭載する際に異方性導電フィルムの枠内の空気の
排出が容易に行われ、空気の残留を抑制することができ
る。また、空気が封入されていると、エポキシ樹脂の硬
化時の加熱により膨張するが、切り欠き部から排出さ
れ、半導体素子と配線基板の間に気泡が残留するのを防
ぐことができる。
【００１８】異方性導電フィルムは、エポキシ系、フェ
ノール系などの熱硬化性樹脂や、ウレタン系、ポリエス
テル系などの熱可塑性樹脂のようなバインダーと、金属
材料をベースとしたニッケルや銀粒子に金メッキを施し
たり、はんだ粒子と樹脂材料をベースとしたフェノール
系またはスチレン系微粒子に金メッキを施したような導
電フィラーとから構成されている。導電性フィラー粒子
は、一般に、０．１ｍｍ３当たり１０個以上の割合で存
在しており、直径は５μｍ程度である。異方性導電フィ
ルムには通常、セパレータと呼ばれる剥離紙がついてい
て使用時にこれを剥がして用いる。異方性導電フィルム
に用いられるエポキシ系樹脂のガラス転移点は１５０℃
未満である。
【００１９】本発明で用いる異方性導電フィルムとして
は、例えば、ソニーケミカル株式会社より販売されてい
るＭＪ９３２（Ｔｇ：１４４℃、弾性率（２５℃）：
１．６×１０１０ｄｙｎｅ／ｃｍ２、線膨張係数：４０
ｐｐｍ／℃）、ＦＰ１１４１１（Ｔｇ：１１０℃、弾性
率（２５℃）：１．０×１０１０ｄｙｎｅ／ｃｍ２、線
膨張係数：５２ｐｐｍ／℃）、ＦＰ１０４２５（Ｔｇ：
１４２℃、弾性率（２５℃）：１．５×１０１０ｄｙｎ
ｅ／ｃｍ２、線膨張係数：４８ｐｐｍ／℃）、ＭＴ５３
（Ｔｇ：１４７℃、弾性率（２５℃）：１．５×１０
１０ｄｙｎｅ／ｃｍ２、線膨張係数：４０ｐｐｍ／℃）
等が例示されるがこれに限られるものではない。
【００２０】また、充填樹脂としては液状エポキシ系樹
脂が用いられ、この液状エポキシ系樹脂のガラス転移点
は１５０℃以上である。液状エポキシ系樹脂としては、
具体的には、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ株式会
社より販売されているＴ−６９３／Ｒ−３００２（Ｔｇ
（ＤＭＡ）：１５５℃、粘度（２５℃）：３，０００ｃ
Ｐ、線膨張係数：３０ｐｐｍ／℃）、Ｔ−６９３／Ｒ−
３００１（Ｔｇ（ＤＭＡ）：１５５℃、粘度（２５
℃）：１，０００ｃＰ、線膨張係数：４０ｐｐｍ／
℃）、Ｔ−６９３／Ｒ−３００３（Ｔｇ（ＤＭＡ）：１
５５℃、粘度（２５℃）：９，０００ｃＰ、線膨張係
数：２６ｐｐｍ／℃）、ＵＦＲ−１０１（Ｔｇ（ＤＭ
Ａ）：１６３℃、粘度（２５℃）：３，０００ｃＰ、線
膨張係数：３２ｐｐｍ／℃）、Ｔ−６９３／Ｒ−３２０
０（Ｔｇ（ＤＭＡ）：１６８℃、粘度（２５℃）：２
６，０００ｃＰ、線膨張係数：２６ｐｐｍ／℃）、ＵＦ
Ｒ−１００（Ｔｇ（ＤＭＡ）：１６３℃、粘度（２５
℃）：５，０００ｃＰ、線膨張係数：３０ｐｐｍ／
℃）、ＵＦＲ−１０２（Ｔｇ（ＤＭＡ）：１６３℃、粘
度（２５℃）：３，０００ｃＰ、線膨張係数：３２ｐｐ
ｍ／℃）等が例示されるがこれに限られるものではな
い。
【００２１】本発明の半導体素子の製造方法において
は、異方性導電フィルムと充填樹脂の硬化は、用いる材
料によって一工程のみで加熱により行っても、二工程に
分けて加熱することにより行ってもよい。硬化温度は材
料に適宜合わせる。
【００２２】
【発明の実施の形態】［実施例１］図１および２を参照
して本発明を説明する。
【００２３】図１は、半導体素子を搭載する前の本発明
の一実施形態による配線基板の平面図である。配線基板
１上の半導体素子形成領域にあたる部分に金属バンプ３
が形成され、それを覆うように額縁状に異方性導電フィ
ルム（ＡＣＦ）４が形成され、ＡＣＦ４の内側にエポキ
シ系樹脂からなるアンダーフィル５が充填されている。
【００２４】図２は、本発明の一実施形態による半導体
素子の断面図である。図２を用いて本発明の半導体素子
の製造方法を説明する。
【００２５】厚さ１ｍｍの配線基板１上に導体パッド部
２さらに金属バンプ３を３０μｍの高さで形成し、それ
を覆うように、半導体素子形成領域の最端部に沿って額
縁状に厚さ５０μｍのＡＣＦ４を貼り付ける。
【００２６】次に、エポキシ樹脂５をＡＣＦ４に囲まれ
た矩形領域に約３０μｍの厚さに塗布し、半導体素子７
に形成されたアルミニウム電極６が金属バンプ３と合う
ようにして半導体素子７を搭載する。
【００２７】半導体素子７の裏面を加圧および加熱（３
ｋｇ／ｃｍ２、８０〜１００℃、５秒間）してＡＣＦ４
を硬化する。このときの加圧によって、余分なエポキシ
樹脂５はＡＣＦ４を越えて流れ落ちる。
【００２８】さらに、オーブンなどで加熱（１５０℃、
３０分）することによりエポキシ樹脂５を硬化させて半
導体素子７のアルミニウム電極６と配線基板１の導体パ
ッド２とを接続する。この後マザーボードと接続し、パ
ッケージングを行う。
【００２９】［実施例２］厚さ１ｍｍの配線基板１上に
導体パッド部２さらに金属バンプ３を３０μｍの高さで
形成し、それを覆うように、半導体素子形成領域の最端
部に沿って額縁状に厚さ５０μｍのＡＣＦ４を貼り付け
る。
【００３０】次に、エポキシ樹脂５をＡＣＦ４に囲まれ
た矩形領域に約３０μｍの厚さに塗布し、半導体素子７
に形成されたアルミニウム電極６が金属バンプ３と合う
ようにして半導体素子７を搭載する。
【００３１】半導体素子７の裏面を加圧および加熱（３
ｋｇ／ｃｍ２、２３０℃、３０秒間）してＡＣＦ４とエ
ポキシ樹脂５を硬化させて半導体素子７のアルミニウム
電極６と配線基板１の導体パッド２とを接続する。この
後マザーボードと接続し、パッケージングを行う。
【００３２】［実施例３］ＡＣＦ５の額縁状の４隅のう
ち一カ所以上を切り欠く以外は実施例１と同様にして半
導体装置を作成する。
【００３３】本実施例によれば、エポキシ樹脂５の塗布
時に巻き込まれた空気が半導体素子搭載時及び樹脂硬化
時に排出され、さらに優れた密着性を得ることができる
という効果を奏する。
【００３４】［実施例４］ＡＣＦ５の額縁状の４隅のう
ち一カ所以上を切り欠く以外は実施例２と同様にして半
導体装置を作成する。
【００３５】本実施例によれば、エポキシ樹脂５の塗布
時に巻き込まれた空気が半導体素子搭載時及び樹脂硬化
時に更に速やかに排出され、さらに優れた密着性を得る
ことができるという効果を奏する。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、アンダーフィルとして
異方性導電フィルムと樹脂とを組み合わせて用いること
により、耐湿強度および密着強度に優れた半導体装置お
よびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による半導体装置における
配線基板の平面図。
【図２】本発明の一実施形態による半導体装置の断面
図。
【図３】本発明の変形実施形態による半導体装置におけ
る配線基板の平面図。
【図４】従来の半導体装置の断面図。
【符号の説明】
１…配線基板 ２…半導体パッド ３…金属バンプ ４…ＡＣＦ ４ａ…導電粒子 ５…アンダーフィル ６…電極 ７…半導体素子

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 配線基板と、突起部および充填層を介し
    て前記配線基板に搭載された半導体素子とを具備する半
    導体装置において、 前記充填層が樹脂と異方性導電部材とからなることを特
    徴とする半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記配線基板と前記半導体素子の間に前
    記異方性導電部材が枠状に形成されていて、前記樹脂が
    前記枠内に充填されていることを特徴とする請求項１記
    載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 配線基板上の半導体素子形成領域に突起
    部を形成する工程と、 前記突起部の形成された前記半導体素子領域上に異方性
    導電部材を枠状に形成する工程と、 前記枠内に樹脂を充填する工程と、 前記突起部と、前記異方性導電部材および前記樹脂とを
    介して半導体素子を搭載する工程と、 前記異方性導電部材を硬化する工程と、 前記樹脂を硬化する工程とを具備することを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 配線基板上の半導体素子形成領域に突起
    部を形成する工程と、 前記突起部の形成された前記半導体素子領域上に異方性
    導電部材を枠状に形成する工程と、 前記枠内に樹脂を充填する工程と、 前記突起部と、前記異方性導電部材および前記樹脂とを
    介して半導体素子を搭載する工程と、 前記異方性導電部材および前記樹脂を硬化する工程とを
    具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記枠状の異方性導電部材の一部が切り
    欠いてあることを特徴とする請求項３または４記載の半
    導体装置の製造方法。
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