JP2001345346A - フリップチップ実装構造及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来技術に比べてより単純な構成でより安価に
製造できるフリップチップ実装構造を提供する。 【解決手段】所定厚さの金属マスク６と導電性樹脂７と
スキージ８とを用いて、回路基板２の電極上に導電性樹
脂バンプ24を形成した後、導電性樹脂バンプ24上に半導
体チップ１の電極を位置合わせてして搭載し、最初に導
電性樹脂バンプ24に接触した位置を基準として所定の寸
法分だけ半導体チップ１を回路基板２側に送り込んで、
導電性樹脂バンプ24に半導体チップ１の電極を確実に接
触させ、最後に導電性樹脂を加熱硬化させて、電極間を
確実に接続し、且つ回路基板と半導体チップとを接合状
態にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体チップを
回路基板上に直接に実装する、通称で、ベアチップ実装
と呼ばれる技術分野に関する。

【０００２】

【従来の技術】ベアチップ実装は、電子機器全般に利用
される実装技術であるが、特に、小型化や高性能化を要
求される回路基板において多く利用される。このベアチ
ップ実装の分野の中では、半導体チップの電極と回路基
板の電極とを対向させ、いずれかの電極上に形成された
Auまたは半田からなるバンプと、導電性樹脂または半田
からなる接合媒体とで接続・接合するフリップチップ実
装の技術が一般的であり、バンプと接合媒体との組合せ
によってそれぞれに特徴を有する。

【０００３】図３は、従来技術によるフリップチップ実
装構造の一例の構造を示す断面図である。この構造は、
回路基板２の電極21に、半導体チップ１の電極11上に形
成されたAuバンプ12（図３では断面ではない）が接触加
圧された状態で、半田または導電性樹脂からなる接合媒
体４によって両電極11及び12が接合されている。この構
造の製造工程は、まず、半導体チップ１の電極11上にAu
バンプ12が形成され、回路基板２の電極21上には半田ペ
ーストまたは導電性樹脂からなる接合媒体４がプリコー
トされる。次に、Auバンプ12の先端部が電極21に接触加
圧された状態で、加熱されて、半導体チップ１の電極11
と回路基板２の電極とが接合媒体４によって接合され
る。

【０００４】図４は他例の構造を示す断面図である。こ
の例では、回路基板２の電極21上に半田バンプ23が形成
され、この回路基板２と半導体チップ１との間に異方性
導電フィルム３が挟み込まれている。半田バンプ23と電
極11との間に挟まれた異方性導電フィルム３中の導電粒
子31が、所定の荷重を受けて絶縁状態から導電状態とな
り、半田バンプ23と電極11とを導通状態にする。所定の
荷重を受けない他の部分は絶縁状態のままである。この
状態で、異方性導電フィルム３が、加熱硬化されて半導
体チップ１と回路基板２との接合媒体としても機能す
る。この例では、異方性導電フィルム３の特徴がうまく
利用されている。

【０００５】いずれの場合においても、半導体チップ１
の回路形成面と回路基板２の回路形成面とが直接に接触
しないで必要な絶縁状態を確保することが必要であり、
このために、半導体チップ１の電極11または回路基板２
の電極21上に、Auバンプ12または半田バンプ23が形成さ
れている。図３の場合には、空気層が絶縁層となり、図
４の場合には、所定の荷重を受けなかった部分の異方性
導電フィルム３が絶縁層となる。なお、図３の場合に
は、接合信頼性を確保するために、実装後に、空気層の
部分にエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂がアンダーフィルと
して充填される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記に説明した従来技
術には、下記のような問題点がある。 1. Auバンプを用いる場合には、Auバンプは電極毎に１
つ１つ形成されるので、工数が多くかかり、更に、Auバ
ンプの形成に失敗すれば再生ができないので、この工程
の不良発生分だけコストが上昇する。

【０００７】2. 接合媒体のための半田ペーストまたは
導電性樹脂のプリコートには厚さ管理を必要とする。 3. 半田バンプを用いる場合には、狭い面積の電極上に
高さの揃った半田バンプを形成しなければならない。そ
のためには、電極上に粘着層を形成し、その粘着層に10
μm 程度の極微細な半田粉末を付着させて半田バンプを
形成するという方法を採用することが必要であり、特殊
な技術と設備とを必要とし、工数もかかる。

【０００８】4. 異方性導電フィルム中の導電粒子は、
樹脂粒子の表面に導電層と絶縁層とを積層された構造を
しており、荷重を受けることによって最表面の絶縁層が
壊されて下部の導電層が露出し、この導電層に接触する
ことによって導通状態となる。したがって、導通状態の
信頼性を確保するためには、絶縁層を適当に壊すための
荷重の管理、言い換えれば、バンプと電極との間隔の制
御が重要なポイントとなり、バンプの高さの管理が非常
に重要である。図４の場合のように、バンプとして半田
バンプを使用する場合には、上述したように、高さの揃
った半田バンプの形成には、特殊な技術と設備とを必要
とし、工数もかかるので、半田バンプに異方性導電フィ
ルムを組み合わせる図４の構造で高い信頼性を確保する
ためには、コストが高くなる。

【０００９】この発明の課題は、上記のような従来技術
の問題点を解消するために、金属バンプと接合媒体とを
併用するのではなく、より単純な構造でより安価に製造
でき、且つ信頼性に優れたフリップチップ実装構造を提
供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、回路
基板の電極と半導体チップの電極とを対向させて、いず
れかの電極上に形成されたバンプによって、回路基板と
半導体チップとの間に電気的絶縁に必要な距離を保持し
ながら回路基板の電極と半導体チップの電極との間を接
続するフリップチップ実装構造において、バンプが、回
路基板の電極上に形成された熱硬化性の導電性樹脂バン
プであり、この導電性樹脂バンプとこれに対向する半導
体チップの電極とが全ての組合せにおいて確実に接触す
るまで、半導体チップが導電性樹脂バンプを押圧変形さ
せて形成された導電性樹脂接続体を備えている。

【００１１】導電性樹脂は、電気的な接続部材としての
機能と共に接合媒体としての機能も有するので、回路基
板上に形成された導電性樹脂バンプで導電性樹脂接続体
を形成することによって、金属バンプを使用することな
くフリップチップ実装構造を実現することができる。請
求項２の発明は、請求項１に記載のフリップチップ実装
構造の製造方法であって、回路基板の電極上に導電性樹
脂バンプを形成する工程と、この導電性樹脂バンプに半
導体チップの電極を対向させて導電性樹脂バンプ上に半
導体チップを搭載し、導電性樹脂バンプの内のいずれか
に半導体チップが接触した位置から、半導体チップの全
電極がそれぞれに対向する導電性樹脂バンプに確実に接
触するまで、導電性樹脂バンプを半導体チップで押圧変
形させる工程と、導電性樹脂を硬化させる工程とを備え
ている。

【００１２】導電性樹脂バンプに半導体チップが接触し
た位置から、全ての対向する導電性樹脂バンプと半導体
チップの電極とが確実に接触するまで、導電性樹脂バン
プを半導体チップで押圧変形させるので、電極間の電気
的接続が確保でき、且つ、回路基板と半導体チップと
は、バンプによる接続部を除いて、電気的絶縁に必要な
距離を保持することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】この発明によるフリップチップ実
装構造及びその製造方法の実施の形態について実施例を
用いて説明する。なお、従来技術と同じ機能の部分には
同じ符号を付ける。図１は、この発明によるフリップチ
ップ実装構造の製造方法（フリップチップ実装方法）の
実施例を示す工程図であり、図２は、この実施例により
製造したフリップチップ実装構造の構造を示す断面図で
ある。

【００１４】実装方法の実施例は下記の通りである。ま
ず、導電性樹脂７を、金属マスク６とスキージ８とを用
いて回路基板２の電極上に印刷・塗布して、導電性樹脂
バンプ24を形成する（図１では、1.回路基板上へのバン
プ形成）。印刷される導電性樹脂７としては、例えば平
均粒子径１μm 以下のAg粉末等の金属粒子を含むエポキ
シ樹脂等の１液性導電性樹脂で、スクリーン印刷が可能
で且つ印刷後に形状が維持されて崩れない粘度（1500〜
2000ポイズ）に調整されたものを用いる。金属マスク６
の厚さとしては、導電性樹脂バンプ24の高さに合わせて
25〜50μm の厚さが選ばれる。この実施例においては、
Ag粉末を含むエポキシ樹脂の１液性導電性樹脂を用い
て、50μm 厚の金属マスク６により導電性樹脂バンプ24
を形成した。形成されたバンプ24の高さは、平均として
は45μm であるが、その頂点位置のばらつきは、半導体
チップ１の大きさ相当の面積内（この実施例の半導体チ
ップの大きさは８×８mm² ）で±３μm であった。±３
μm のばらつきは、回路基板２の反り及び印刷された導
電性樹脂バンプ24の高さのばらつきによる。

【００１５】次に、半導体チップ１を反転・実装するフ
リップチップ実装設備等によって、回路基板２の電極上
に形成された導電性樹脂バンプ24上に、半導体チップ１
の電極を位置合わせして搭載し、半導体チップ１がいず
れかの導電性樹脂バンプに接触した位置を基準位置とし
て、半導体チップ１を基準位置から10μm 降下させ、既
に接触した導電性樹脂バンプを変形させながら、半導体
チップ１の全電極を導電性樹脂バンプに確実に接触させ
る（図１では、2.半導体チップ搭載・加圧）。この実施
例において、半導体チップ１の基準位置からの降下寸法
を10μm にしているのは、導電性樹脂バンプ24の頂点位
置のばらつきである±３μm 、すなわち幅としては６μ
m 、を吸収させ、更に、半導体チップ１の全電極をそれ
ぞれに対向する導電性樹脂バンプ24に確実に接触させる
ために、４μm の余裕を持たせた結果である。この降下
寸法は、小さ過ぎると、回路基板電極と半導体チップ電
極との接続不良を発生させ、大き過ぎると、導電性樹脂
バンプ24の変形を大きくし過ぎて、電極間の接触等のト
ラブルを発生させる。

【００１６】最後に、変形させた導電性樹脂バンプを介
して接触している回路基板２及び半導体チップ１を、赤
外線炉または恒温槽を用いて、導電性樹脂の硬化特性に
したがって加熱処理して導電性樹脂を硬化させ、回路基
板２及び半導体チップ１の電極間を接続し、且つ回路基
板２と半導体チップ１とを接合する〔図１では、3.樹脂
硬化（加熱炉）〕。導電性樹脂の樹脂材料がエポキシ樹
脂の場合には、加熱条件は、例えば150 ℃×30分であ
る。

【００１７】図２は、以上の工程で製造したフリップチ
ップ実装構造である。回路基板２の電極21と半導体チッ
プ１の電極11とが、導電性樹脂バンプ24を加圧変形させ
た後で加熱硬化させた導電性樹脂接続体５によって、電
気的に接続され且つ接合されて、回路基板２と半導体チ
ップ１とが一体化されている。このような構造によっ
て、電極間ピッチが120 μm という極微細なピッチまで
製造することが可能である。

【００１８】参考までに示すと、上記実施例の場合に
は、電極の大きさは90×90μｍ² であり、電極ピッチは
180 μm であり、半導体チップ１上の電極数は180 弱で
ある。また、半導体チップ１の反りは無視できるほどに
小さい。

【００１９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、バンプが電気
的な接続部材としての機能と接合媒体としての機能とを
有する導電性樹脂で形成され、このバンプから導電性樹
脂接続体が形成されるので、金属バンプを使用すること
なくフリップチップ実装構造を実現することができる。

【００２０】従来のAuバンプを形成する方法と比べる
と、この発明は、工数のかかるAuバンプを形成する必要
がないこと、半導体チップに直接的な加工を施さないこ
と、及び回路基板電極上へ厚さ管理を必要とする接合媒
体をプリコートする必要がないことから、半導体チップ
の品質が維持でき、且つ工数の低減が可能となる。更
に、接合信頼性を確保するために実装後に半導体チップ
と回路基板との間に注入される樹脂（アンダーフィル）
としては、一般的には、エポキシ樹脂が使用されるの
で、この発明の導電性樹脂バンプに使用される樹脂材料
をエポキシ樹脂とすれば、導電性樹脂接続体の樹脂材料
とアンダーフィルの樹脂材料とを同じ材料にすることが
可能であり、その結果として、導電性樹脂接続体とアン
ダーフィルとの密着性が良くなり、より高い信頼性を得
ることができる。

【００２１】半田バンプと異方性導電フィルムとを併用
する方法と比べると、特殊な技術と設備を必要とする半
田バンプを必要としないこと、及び異方性導電フィルム
を使用しないことから、工数が低減でき、且つ信頼性の
確保が容易となる。したがって、従来技術に比べて、よ
り単純な構成でより安価に製造でき、且つ信頼性により
優れたフリップチップ実装構造を提供することが可能と
なる。

【００２２】請求項２の発明によれば、導電性樹脂バン
プに半導体チップが接触した位置から所定の寸法分だけ
導電性樹脂バンプを半導体チップで押圧変形させるの
で、電極間の電気的接続が確保でき、且つ、回路基板と
半導体チップとは、バンプによる接続部を除いて、電気
的絶縁に必要な距離を保持することができて、請求項１
の発明によるフリップチップ実装構造を確実に製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるフリップチップ実装方法の実施
例を示す工程図

【図２】図１の工程によるフリップチップ実装構造の構
造を示す断面図

【図３】従来技術によるフリップチップ実装構造の一例
の構造を示す断面図

【図４】従来技術によるフリップチップ実装構造の他例
の構造を示す断面図

【符号の説明】

１ 半導体チップ 11 電極 12 Auバンプ ２ 回路基板 21 電極 23 はんだバンプ 24 導電性樹脂バンプ ３ 異方性導電フィルム 31 導電粒子 ４ 接合媒体 ５ 導電性樹脂接続体 51 金属粒子 ６ 金属マスク ７ 導電性樹脂 ８ スキージ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回路基板の電極と半導体チップの電極とを
   対向させて、いずれかの電極上に形成されたバンプによ
   って、回路基板と半導体チップとの間に電気的絶縁に必
   要な距離を保持しながら回路基板の電極と半導体チップ
   の電極との間を接続するフリップチップ実装構造におい
   て、 バンプが、回路基板の電極上に形成された熱硬化性の導
   電性樹脂バンプであり、 この導電性樹脂バンプとこれに対向する半導体チップの
   電極とが全ての組合せにおいて確実に接触するまで、半
   導体チップが導電性樹脂バンプを押圧変形させて形成さ
   れた導電性樹脂接続体を備えていることを特徴とするフ
   リップチップ実装構造。
2. 【請求項２】請求項１に記載のフリップチップ実装構造
   の製造方法であって、 回路基板の電極上に熱硬化性の導電性樹脂バンプを形成
   する工程と、 この導電性樹脂バンプに半導体チップの電極を対向させ
   て導電性樹脂バンプ上に半導体チップを搭載し、導電性
   樹脂バンプの内のいずれかに半導体チップが接触した位
   置から、半導体チップの全電極がそれぞれに対向する導
   電性樹脂バンプに確実に接触するまで、導電性樹脂バン
   プを半導体チップで押圧変形させる工程と、 導電性樹脂を硬化させる熱処理工程とを備えていること
   を特徴とするフリップチップ実装構造の製造方法。