JP2003209138A - 半導体装置の製造方法及びエアー圧送式ディスペンサー - Google Patents
半導体装置の製造方法及びエアー圧送式ディスペンサーInfo
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Abstract
ップが接続された構造を有する半導体装置を製造する際
に、硬化後の熱硬化性接着剤層中に気泡が含まれないよ
うにすると共に、熱硬化性接着剤層の表面にゴミや異物
の付着を極力防止して、良好な接続信頼性を得られるよ
うにする。 【解決手段】 熱硬化性接着剤を介して回路基板に半導
体チップが接続された構造を有する半導体装置は、回路
基板上に熱硬化性接着剤層を形成し、熱硬化性接着剤層
に対して半導体チップを押圧して仮圧着し、続いて半導
体チップに対する押圧を開放した状態で硬化性接着剤層
をその反応率が30〜50%となるように加熱により予
備硬化させ、そして半導体チップを押圧しながら熱硬化
性接着剤層をその反応率が50%を超えるように加熱に
より本硬化させて半導体チップを回路基板に接続するこ
とにより製造される。
Description
介して回路基板に半導体チップが接続された構造を有す
る半導体装置の製造方法に関する。
半導体チップを実装する方法として、熱硬化性接着剤を
用いたフリップチップ方式が広く用いられている。この
実装方法では、通常、回路基板の所定の位置に、熱硬化
性接着剤として異方導電性フィルム(ACF)、絶縁性
フィルム(NCF)、異方導電性ペースト(ACP)又
は絶縁性ペースト(NCP)等を貼付又は塗布し、次い
で、回路基板のパッド電極に対し、半導体チップ(ベア
チップ)のバンプをアラインメントして仮圧着し、その
後に加熱加圧して熱硬化性接着剤を硬化させて本熱圧着
することにより、半導体チップを回路基板に接続してい
る。なお、一般に、この実装方法においては、半導体チ
ップのアライメント操作、仮圧着操作、本圧着操作は、
いずれも同一の加熱加圧ヘッドを用いて行われている。
ップの実装方法では、半導体チップ実装後の硬化した熱
硬化性接着剤中に気泡が混入している場合があり、その
場合には、その後のリフロー処理、ヒートショック、高
温高湿エージング試験時に熱硬化性樹脂が気泡の存在部
位から剥離し、導通不良が生じやすくなるという問題が
ある。気泡の混入原因としては、熱硬化性接着剤に含ま
れている揮発性成分の揮発や、熱硬化性接着剤の塗布時
における空気の巻き込み、回路基板中に含まれている水
分の揮発等が挙げられるが、中でも、熱硬化性接着剤の
塗布時の空気の巻き込みの影響が大きい。特に、熱硬化
性接着剤としてACPやNCP等の液状接着剤を使用す
る場合には、その粘度が低いために一旦巻き込まれた空
気が押し出されにくいので、熱硬化性接着剤中に気泡が
残りやすい。
しては、加熱加圧処理を2段階で行う、あるいは加熱速
度を遅くする等の加熱加圧条件のプロファイル制御が検
討されているが、十分な効果が得られるには至っていな
い。特に、タクトタイムが短縮できないという問題もあ
る。
圧着操作を、それぞれ別の加熱加圧ヘッドで行うことに
よりタクトタイムを短縮すると共に、接着剤中への気泡
の混入を防止するために、半導体チップを回路基板にア
ラインメントする前に、予め熱硬化性接着剤をその反応
率が1〜20%となるように予備加熱しておき、その予
備加熱後に回路基板に対して半導体チップをアライメン
トして仮圧着し、その後に本熱圧着することが提案され
ている(特開2001−68508号公報)。
チップを回路基板にアラインメントする前に、予め熱硬
化性接着剤をその反応率が1〜20%となるように予備
加熱した場合、予備加熱環境下で、熱硬化性接着剤の表
面が半導体チップで覆われずに露出しているので、予備
加熱中にゴミや異物が表面に付着する可能性が増大し、
付着した場合には、本圧着後に導通不良や絶縁不良が生
じやすく、接続信頼性が低下することが懸念される。
板に半導体チップが接続された構造を有する半導体装置
を製造する際に、硬化後の熱硬化性接着剤層中に気泡が
含まれないようにすると共に、熱硬化性接着剤層の表面
にゴミや異物の付着を極力防止して、良好な接続信頼性
を得られるようにすることを目的とする。
着剤を回路基板に貼付あるいは塗布し、半導体チップを
回路基板に仮圧着した後、半導体チップへの押圧を開放
した状態で所定の範囲内の反応率となるまで加熱により
予備硬化させ、その後で半導体チップを押圧しながら加
熱して本硬化させることにより、上述の目的を達成でき
ることを見出し、本発明を完成させるに至った。
回路基板に半導体チップが接続された構造を有する半導
体装置の製造方法において、以下の工程(a)〜
(d): (a)回路基板上に熱硬化性接着剤層を形成する工程; (b)該熱硬化性接着剤層に対して半導体チップを押圧
することにより仮圧着する工程; (c)半導体チップに対する押圧を開放し、該熱硬化性
接着剤層をその反応率が30〜50%となるように加熱
により予備硬化させる工程; 及び (d)半導体チップを押圧しながら、該熱硬化性接着剤
層をその反応率が50%を超えるように加熱により本硬
化させ、半導体チップを回路基板に接続する工程を有す
ることを特徴とする製造方法を提供する。
れるシリンジの先端に吐出ノズルを備えた構造のエアー
圧送式ディスペンサーであって、該シリンジの温度を制
御するための温度制御装置を備えているエアー圧送式デ
ィスペンサーを提供する。このエアー圧送式ディスペン
サーは、上述の半導体装置の製造方法における工程
(a)の熱硬化性接着剤層の形成工程に好ましく適用で
きる。
る本発明の半導体の製造方法について、図1を参照しつ
つ工程毎に詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は
同一又は同等の構成要素を表している。
端子2が形成された回路基板3上に、熱硬化性接着剤層
4を形成する(図1(a))。
装のために従来より使用されている種々の熱硬化性の絶
縁性接着剤、導電性接着剤、あるいは異方導電性接着剤
等から形成することができるが、作業環境や設備の点か
ら、溶剤を含有しない樹脂を使用することが好ましい。
ルA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹
脂、テトラブロモビスフェノールA型エポキシ樹脂等の
一般的なエポキシ樹脂と、マイクロカプセル封入アミ
ン、BF3・アミン錯体、アミンイミド化合物、ジシア
ンジアミド、ジカルボン酸ジヒドラジドイミダゾール系
等の潜在性硬化剤、さらに必要に応じて適宜配合する硬
化促進剤、難燃剤、充填剤等からなるものを挙げること
ができる。
限はなく、例えばACF、NCF等の貼付、ACP、N
CP等の塗布により形成できる。本発明においては、低
粘度の熱硬化性接着剤を塗布することにより、塗布時に
熱硬化性接着剤に気泡が巻き込まれても、後述する工程
(d)の本硬化工程の加熱加圧により熱硬化性接着剤層
4中の気泡を排除できる。従って、熱硬化性接着剤層4
の形成には粘度(25℃)が100万mPa・s以下、
好ましくは10万〜50万mPa・sの任意の粘度のA
CP、NCP等も使用することができる。この場合、図
2(a)に示す、熱硬化性接着剤21が充填されるステ
ンレス等からなるシリンジ22の先端に、ニードルノズ
ル等の吐出ノズル23を備えた構造のエアー圧送式ディ
スペンサー24を使用することができる。
サー24を連続使用すると、シリンジ22内の空気の圧
縮膨張により熱硬化性接着剤21の温度が変化し、吐出
量が不安定になるという問題がある。また、熱硬化性接
着剤21には、本硬化後のフィレット形状を改善し且つ
硬化後の熱硬化性接着剤の耐衝撃性を改善する目的でシ
リカなどの無機フィラーを数十%まで添加することがし
ばしば行われているが、その場合には、吐出ノズル23
であるニードルノズルに目詰まりが発生するという問題
がある。
ディスペンサーとして、該シリンジの温度を制御するた
めの温度制御装置を備えているものを使用することが好
ましい。そのような温度制御装置としては、公知の温度
制御手段を採用することができる。例えば、図2(b)
に示すような温調ジャケット25をシリンジ22の周囲
に設け、シリンジ22とジャケット25との間に、水な
どの加熱媒体又は冷却媒体wを通液するものなどが挙げ
られる。
に、図2(b)に示すような、先端に向かって径が小さ
くなるテーパー形状の吐出ノズル23を使用することが
好ましい。
通常の加熱加圧ヘッド(図示せず)で押圧することによ
り仮圧着する(図1(b))。この工程に要する時間
は、通常10秒以内である。また、半導体チップ5とし
ては、通常、回路基板3の接続端子2に対向する部分に
バンプが形成されているものを好ましく使用することが
できる。
体チップ5を加熱しないことが好ましい。また、回路基
板3は、加熱が可能なスーテジ上に必要に応じてバキュ
ームチャック等により仮固定しておくことが好ましい。
ここで、ステージを加熱しておく必要はないが、タクト
タイムを短縮するために、後述する工程(c)の予備硬
化工程におけるステージ温度と略同一温度に加熱してお
いてもよい。
着剤層4を構成する接着剤の組成等に応じて適宜設定す
ることができる。例えば、0.1〜1N/bumpとい
う押圧を例示することができる。
接着剤層4をその反応率が30〜50%となるように加
熱により予備硬化させる(図1(c))。従って、予備
硬化に先立って、半導体チップ5で熱硬化性接着剤層4
の接続部位が覆われるので、熱硬化性接着剤層4の表面
にゴミや異物が付着することを大きく抑制することがで
きる。
開放して」予備加熱できるので、専用の治具や設備が必
要なく、生産性が優れたものとなる。
が30〜50%となるように」予備硬化させる理由は、
反応率が30%未満であると、後述する工程(d)の本
硬化の際に熱硬化性接着剤層4中にボイドが残り易く、
エージングテストの際の導通特性が大きく悪化する傾向
があり、一方、反応率が50%を超えると、半導体チッ
プを押し込み難くなり、良好な本硬化が困難になるため
である。
(示差走査熱量計)による反応熱量の測定から、次のよ
うに算出される。
投入する方法や回路基板が載置されたステージ自体を加
熱する方法等を挙げることができる。
4の反応率が30〜50%となるような条件であり、熱
硬化性接着剤層4を構成する接着剤の組成等に応じて加
熱温度や加熱時間等の条件を適宜設定することができ
る。例えば、熱硬化性接着剤がエポキシ樹脂と潜在性硬
化剤とからなる場合には、70〜90℃で5〜15分の
加熱という条件を例示できる。
プ5を押圧しながら、熱硬化性接着剤層4をその反応率
が50%を超えるように加熱により本硬化させる(図1
(d))。これにより、半導体チップ5が回路基板3に
接続された構造の半導体装置が得られる。
半導体チップ5を、例えば、0.1〜1N/bumpと
いう押圧の下、190〜230℃で5〜10秒間加熱加
圧することにより行うことができる。この場合、回路基
板3が載置されているステージを必要に応じて加熱して
もよい。
3の接続端子2を含む接続部位全面に熱硬化性接着剤層
4を形成し、その上から半導体チップ5のバンプをアラ
イメントする場合の他に、バンプが形成された回路基板
上に熱硬化性接着剤層を形成し、その上からバンプレス
半導体チップの接続バッドをアライメントする場合や、
半導体チップと回路基板との接続をバンプレスにて異方
性導電接着剤を用いて接続する場合等にも適用すること
ができる。
明する。
Pを調製した。得られたNCPの初期粘度(80℃)は
450mPa・sであった。
ドルノズルを備え、100〜500kPaの吐出圧で内
容物を吐出可能なエアー圧送式ディスペンサー(Σ−M
X9000SM、武蔵エンジニアリング社製)の10m
l容量のシリンジ(PSY−10E)に充填し、2層フ
レキシブル回路基板(ポリイミドベース20μm、Cu
パターン12μm、表面Ni−Auメッキ)の接続端子
を含む接続部位に塗布した。
段に加熱されていないステージ又は80℃に加熱された
ステージ上に仮固定し、その2層フレキシブル回路基板
に対し、ICチップ(6mm□、0.4mm厚み、端子
ピッチ85μm、Auメッキバンプ(60μm□、20
μm高さ、272個))を、特段に加熱していない加圧
ヘッドでアラインメントし、0.3N/バンプの推力で
3秒間押圧することにより仮圧着した。
し、ICチップが仮圧着されている2層フレキシブル回
路基板をオーブンに投入し、表2に示す予備硬化条件で
予備硬化した。予備硬化後のNCPの反応率を、DSC
の反応熱量から算出した。得られた結果を表2示す。
熱加圧ヘッドでICチップを230℃で、0.6N/バ
ンプの推力で5秒間押圧することにより本硬化させ、半
導体装置を得た。
泡の有無を、回路基板の裏面から光学顕微鏡により観察
した。気泡が全面にわたって観察されたものを×、部分
的に観察されたものを△、 観察されたなかったものを
○と評価した。結果を表2に示す。 (2)初期導通試験 本硬化直後の半導体装置のICチップのチェーン抵抗を
測定し、導通が正常であったものを○、導通不良であっ
たものを×と評価した。結果を表2に示す。 (3)エージング後導通試験 半導体装置をPCT(110℃、85%RH、100時
間)によりエージングし、エージング後のチェーン抵抗
を測定し、導通が正常なものを○、導通不良が発生して
いたものを×と評価した。結果を表2に示す。
かるように、ICチップを仮圧着した後、熱硬化性接着
剤層に対して反応率が30〜50%となるように予備硬
化を行うと、本硬化後に硬化した熱硬化性接着剤層に気
泡が巻き込まれることがなく、しかも初期、エージング
後のそれぞれの導通特性が良好であった。また、実施例
3−4、比較例7−11から分かるように、ICチップ
を仮圧着する際のステージ温度を予備硬化温度と同じに
しておくと、同じ反応率を得るのに要する予備硬化時間
を短縮することができることがわかる。また、ICチッ
プを仮圧着してから予備硬化するので、予備硬化の際に
熱硬化性接着剤表面にゴミや異物が付着する可能性を大
きく低減することができ、従って、初期並びにPCTエ
ージング後の導通信頼性を低下させないことがわかる。
ペンサーに、図2(b)に示した温調ジャケットを設置
した場合の温度制御効果並びに吐出ノズル形状の影響を
調べるための以下の実験例1〜13を行った。なお、使
用した、熱硬化性接着剤としては、実施例1で使用した
熱硬化性接着剤のアエロジルRY200の使用量を3重
量部から、5重量部(接着剤A)、2重量部(接着剤
B)、7重量部(接着剤C)、1重量部(接着剤D)又
は10重量部(接着剤E)としたものを使用した。
ル又はニードル型ノズルを備えたエアー圧送式ディスペ
ンサーのシリンジに充填し、実施例1と同様に回路基板
上に表3に示すシリンジ温度で吐出させ、更に、ICチ
ップの仮圧着、予備硬化、本硬化を行うことにより半導
体装置を作製した。
転温度計(回転数2.5r/min)で測定した。得ら
れた結果を表3に示す。 (b)エアー圧送式ディスペンサーの吐出安定性 エアー圧送式ディスペンサーから、熱硬化性接着剤の1
000ショット吐出を行ったときの吐出量のバラツキを
評価した。ここで、バラツキが10%未満の場合を○、
10%以上の場合を×と評価した。得られた結果を表3
に示す。 (c)圧着品外観 実施例1と同様に仮圧着、予備硬化、本硬化を行うこと
により得られた半導体装置の本硬化後のチップ周辺のフ
ィレット形状を目視にて評価した。フィレット形状が良
好な場合を○、不良な場合を×と評価した。得られた結
果を表3に示す。 (d)接続信頼性 得られた半導体装置をPCT(120℃、100%R
H、50時間)によりエージングし、エージング後の接
続抵抗評価を行った。OPEN発生がない場合を○、O
PEN発生がある場合を×と評価した。得られた結果を
表3に示す。
サーに温調ジャケットを設置し、シリンジ温度を25〜
50℃に設定することにより、熱硬化性接着剤を安定的
に吐出させ得ることが分かる。
て回路基板に半導体チップが接続された構造を有する半
導体装置を製造する際に、硬化後の熱硬化性接着剤層中
に気泡が含まれないようにすると共に、熱硬化性接着剤
層の表面にゴミや異物の付着を極力防止して、良好な接
続信頼性を得られるようにすることを目的とする。
である。
ある。
化性接着剤層、5 半導体チップ、21 熱硬化性接着
剤、22 シリンジ、23 吐出ノズル、24エアー圧
送式ディスペンサー、25 温調ジャケット
Claims (6)
- 【請求項1】 熱硬化性接着剤を介して回路基板に半導
体チップが接続された構造を有する半導体装置の製造方
法において、以下の工程(a)〜(d): (a)回路基板上に熱硬化性接着剤層を形成する工程; (b)該熱硬化性接着剤層に対して半導体チップを押圧
することにより仮圧着する工程; (c)半導体チップに対する押圧を開放し、該熱硬化性
接着剤層をその反応率が30〜50%となるように加熱
により予備硬化させる工程; 及び (d)半導体チップを押圧しながら、該熱硬化性接着剤
層をその反応率が50%を超えるように加熱により本硬
化させ、半導体チップを回路基板に接続する工程を有す
ることを特徴とする製造方法。 - 【請求項2】 熱硬化性接着剤が、エポキシ樹脂と潜在
性硬化剤とからなる請求項1記載の製造方法。 - 【請求項3】 工程(a)において、熱硬化性接着剤
を、シリンジの先端に吐出ノズルを備えた構造のエアー
圧送式ディスペンサーの当該シリンジに充填し、該ディ
スペンサーから熱硬化性接着剤を回路基板上に塗工する
ことにより該熱硬化性接着剤層が形成される請求項1記
載の製造方法。 - 【請求項4】 該シリンジが所定の温度に制御されてい
る請求項3記載の製造方法。 - 【請求項5】 熱硬化性接着剤が充填されるシリンジの
先端に吐出ノズルを備えた構造のエアー圧送式ディスペ
ンサーであって、該シリンジの温度を制御するための温
度制御装置を備えているエアー圧送式ディスペンサー。 - 【請求項6】 該吐出ノズルの形状が先端に向かって径
が小さくなるテーパ形状である請求項5記載のエアー圧
送式ディスペンサー。
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