JP2003338525A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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- H01L2924/01029—Copper [Cu]
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- H01L2924/01033—Arsenic [As]
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- H01L2924/01047—Silver [Ag]
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- H01L2924/01078—Platinum [Pt]
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- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01079—Gold [Au]
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/095—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00 with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials provided in the groups H01L2924/013 - H01L2924/0715
- H01L2924/097—Glass-ceramics, e.g. devitrified glass
- H01L2924/09701—Low temperature co-fired ceramic [LTCC]
Abstract
(57)【要約】
【課題】加圧・加熱・位置合わせを行う治具を占有する
時間を短くして低コスト化を図る。 【解決手段】半導体素子１と配線基板７との間に熱可塑
性樹脂成分と熱硬化性樹脂成分をブレンドした封止樹脂
３を供給し、熱可塑性樹脂成分の溶融温度以上で加熱す
る。次に、加圧により封止樹脂３を半導体素子１と配線
基板７との間に押し広げ、熱可塑性樹脂成分の冷却収縮
によって半導体素子１と配線基板７とを溶融接着する。
続いて、熱可塑性樹脂成分の溶融接着温度以下で加熱す
ることにより熱硬化性樹脂成分を硬化させる。
時間を短くして低コスト化を図る。 【解決手段】半導体素子１と配線基板７との間に熱可塑
性樹脂成分と熱硬化性樹脂成分をブレンドした封止樹脂
３を供給し、熱可塑性樹脂成分の溶融温度以上で加熱す
る。次に、加圧により封止樹脂３を半導体素子１と配線
基板７との間に押し広げ、熱可塑性樹脂成分の冷却収縮
によって半導体素子１と配線基板７とを溶融接着する。
続いて、熱可塑性樹脂成分の溶融接着温度以下で加熱す
ることにより熱硬化性樹脂成分を硬化させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、構成部材間を接着
・封止用絶縁性樹脂により接続する半導体装置およびそ
の製造方法に関する。
・封止用絶縁性樹脂により接続す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】図５は、一例として特許文献１に開示さ
れている従来の半導体装置の実装工程を示す断面図であ
る。まず、配線基板１７と半導体素子１１を搭載機に供
給し、図５（ａ）に示すように、セラミック，ガラス，
ガラスエポキシ等よりなる配線基板１７の、配線パター
ン１６を有する側の面に、接着・封止用絶縁性樹脂（以
下、封止樹脂という）１３を塗布する。
れている従来の半導体装置の実装工程を示す断面図であ
る。まず、配線基板１７と半導体素子１１を搭載機に供
給し、図５（ａ）に示すように、セラミック，ガラス，
ガラスエポキシ等よりなる配線基板１７の、配線パター
ン１６を有する側の面に、接着・封止用絶縁性樹脂（以
下、封止樹脂という）１３を塗布する。
【０００３】ここで、配線パターン１６は、Ｃｒ−Ａ
ｕ，Ａｌ，Ｃｕ，ＩＴＯ等であり、スパッタリング法、
蒸着法により配線パターン用金属を配線基板１７上に形
成した後、フォトレジスト法により、レジストを、配線
パターン１６を形成する部分に残し、配線パターン用金
属をエッチングするか、または印刷法を用いて形成す
る。また、封止樹脂１３は、熱硬化性のエポキシ，シリ
コーン，アクリル等の樹脂である。
ｕ，Ａｌ，Ｃｕ，ＩＴＯ等であり、スパッタリング法、
蒸着法により配線パターン用金属を配線基板１７上に形
成した後、フォトレジスト法により、レジストを、配線
パターン１６を形成する部分に残し、配線パターン用金
属をエッチングするか、または印刷法を用いて形成す
る。また、封止樹脂１３は、熱硬化性のエポキシ，シリ
コーン，アクリル等の樹脂である。
【０００４】そして、半導体素子１１のアルミ電極上に
は、Ａｕ，ＡｇまたはＣｕよりなる突起電極１２が電気
メッキ法等により形成されている。また、半導体素子１
１は、突起電極１２が形成された面と反対側の面で、加
圧・加熱・位置合わせ治具（以下、封止治具という）１
８により吸着保持されている。
は、Ａｕ，ＡｇまたはＣｕよりなる突起電極１２が電気
メッキ法等により形成されている。また、半導体素子１
１は、突起電極１２が形成された面と反対側の面で、加
圧・加熱・位置合わせ治具（以下、封止治具という）１
８により吸着保持されている。
【０００５】次に、図５（ｂ）に示すように、封止治具
１８により、半導体素子１１の突起電極１２の位置を配
線基板１７の配線パターン１６の位置に一致させ、半導
体素子１１を矢印方向に加圧し、配線基板１７に押し当
てる。このとき半導体素子１１のアルミ電極上に形成し
た突起電極１２は、配線基板１７に押し当てられて、突
起電極１２と配線パターン１６の間の熱硬化性の封止樹
脂１３は押し出され、突起電極１２と配線パターン１６
は電気的な接続を得る。
１８により、半導体素子１１の突起電極１２の位置を配
線基板１７の配線パターン１６の位置に一致させ、半導
体素子１１を矢印方向に加圧し、配線基板１７に押し当
てる。このとき半導体素子１１のアルミ電極上に形成し
た突起電極１２は、配線基板１７に押し当てられて、突
起電極１２と配線パターン１６の間の熱硬化性の封止樹
脂１３は押し出され、突起電極１２と配線パターン１６
は電気的な接続を得る。
【０００６】そして、封止治具１８により、半導体素子
１１を加圧した状態で封止樹脂１３に熱を加えて硬化さ
せ、その後、加圧を解除して半導体素子１１を配線基板
１７に接着する。この時、半導体素子１１の突起電極１
２と配線基板１７の配線パターン１６は、熱硬化性の封
止樹脂１３の収縮力により、接触した電気的接続状態を
保持することができるというものである。
１１を加圧した状態で封止樹脂１３に熱を加えて硬化さ
せ、その後、加圧を解除して半導体素子１１を配線基板
１７に接着する。この時、半導体素子１１の突起電極１
２と配線基板１７の配線パターン１６は、熱硬化性の封
止樹脂１３の収縮力により、接触した電気的接続状態を
保持することができるというものである。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２２３６８６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の半導体装置の実装方法では、封止治具により、半導体
素子を配線基板に加圧した状態で封止樹脂に熱を加えて
硬化させており、熱硬化性の封止樹脂の硬化が終了する
まで封止治具の加圧を解除できない。高い接続信頼性を
得るためにはガラス転移温度が高い封止樹脂を使用する
ことが好ましいが、一般的に高いガラス転移温度有する
熱硬化性封止樹脂の硬化には１０ｓｅｃ間以上を要す
る。したがって、償却費の高価な搭載機の占拠時間が長
く、コストを抑えることができなかった。
の半導体装置の実装方法では、封止治具により、半導体
素子を配線基板に加圧した状態で封止樹脂に熱を加えて
硬化させており、熱硬化性の封止樹脂の硬化が終了する
まで封止治具の加圧を解除できない。高い接続信頼性を
得るためにはガラス転移温度が高い封止樹脂を使用する
ことが好ましいが、一般的に高いガラス転移温度有する
熱硬化性封止樹脂の硬化には１０ｓｅｃ間以上を要す
る。したがって、償却費の高価な搭載機の占拠時間が長
く、コストを抑えることができなかった。
【０００９】本発明の目的は、搭載機への搭載時間を短
時間化して低コスト化を図ることのできる半導体装置お
よびその製造方法を提供することにある。
時間化して低コスト化を図ることのできる半導体装置お
よびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
第一の構成部材の電極形成面と第二の構成部材の電極形
成面とが対向し、前記第一の構成部材の電極形成面と第
二の構成部材の電極形成面との間に熱可塑性樹脂と熱硬
化性樹脂とのブレンド材が介在することにより前記第一
の構成部材の電極と第二の構成部材の電極との接触が保
持されていることを特徴とする。また、半導体素子の電
極形成面と配線基板の配線パターン形成面とが対向し、
前記半導体素子の電極形成面と配線基板の配線パターン
形成面との間に熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とのブレン
ド材が介在することにより前記半導体素子の電極と配線
基板の配線パターンとの接触が保持されていることを特
徴とする。ブレンド材を構成する前記熱可塑性樹脂の溶
融温度は、前記熱硬化性樹脂のガラス転移温度よりも大
きく、熱可塑性樹脂の弾性率は、熱硬化性樹脂の弾性率
よりも小さいことを特徴とする。また、前記熱可塑性樹
脂の弾性率をＥ1、前記熱可塑性樹脂の熱膨張係数を
α1、前記熱硬化性樹脂の弾性率をＥ2、前記熱硬化性樹
脂の熱膨張係数をα2とし、前記ブレンド材中の前記熱
可塑性樹脂含有率をＸ（ここで、０＜Ｘ＜１）とすると
き、Ｘ・Ｅ1・α1＜（１−Ｘ）・Ｅ2・α2を満足するこ
とを特徴とする。熱可塑性樹脂の弾性率Ｅ1は、熱硬化
性樹脂の弾性率Ｅ2よりも小さいことが好ましい。ま
た、Ｘは０．４〜０．６の範囲であり、熱可塑性樹脂は
熱可塑性ポリイミド樹脂であり、前記熱硬化性樹脂はエ
ポキシ樹脂であることが好ましい。
第一の構成部材の電極形成面と第二の構成部材の電極形
成面とが対向し、前記第一の構成部材の電極形成面と第
二の構成部材の電極形成面との間に熱可塑性樹脂と熱硬
化性樹脂とのブレンド材が介在することにより前記第一
の構成部材の電極と第二の構成部材の電極との接触が保
持されていることを特徴とする。また、半導体素子の電
極形成面と配線基板の配線パターン形成面とが対向し、
前記半導体素子の電極形成面と配線基板の配線パターン
形成面との間に熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とのブレン
ド材が介在することにより前記半導体素子の電極と配線
基板の配線パターンとの接触が保持されていることを特
徴とする。ブレンド材を構成する前記熱可塑性樹脂の溶
融温度は、前記熱硬化性樹脂のガラス転移温度よりも大
きく、熱可塑性樹脂の弾性率は、熱硬化性樹脂の弾性率
よりも小さいことを特徴とする。また、前記熱可塑性樹
脂の弾性率をＥ1、前記熱可塑性樹脂の熱膨張係数を
α1、前記熱硬化性樹脂の弾性率をＥ2、前記熱硬化性樹
脂の熱膨張係数をα2とし、前記ブレンド材中の前記熱
可塑性樹脂含有率をＸ（ここで、０＜Ｘ＜１）とすると
き、Ｘ・Ｅ1・α1＜（１−Ｘ）・Ｅ2・α2を満足するこ
とを特徴とする。熱可塑性樹脂の弾性率Ｅ1は、熱硬化
性樹脂の弾性率Ｅ2よりも小さいことが好ましい。ま
た、Ｘは０．４〜０．６の範囲であり、熱可塑性樹脂は
熱可塑性ポリイミド樹脂であり、前記熱硬化性樹脂はエ
ポキシ樹脂であることが好ましい。
【００１１】本発明の半導体装置の製造方法は、第１の
構成部材と第２の構成部材との間に熱可塑性樹脂成分と
熱硬化性樹脂成分のブレンド材を供給するステップと、
前記熱可塑性樹脂成分の溶融温度以上で加熱するステッ
プと、加圧により前記ブレンド材を前記第１の構成部材
と第２の構成部材との間に押し広げるステップと、前記
熱可塑性樹脂成分の冷却収縮によって前記構成部材同士
の溶融接着を完了するステップと、前記熱可塑性樹脂成
分の溶融接着温度以下で加熱することにより熱硬化性樹
脂成分を硬化させるステップと、を含むことを特徴とす
る。また、半導体素子と配線基板との間に熱可塑性樹脂
成分と熱硬化性樹脂成分のブレンド材を供給するステッ
プと、前記熱可塑性樹脂成分の溶融温度以上で加熱する
ステップと、加圧により前記ブレンド材を前記半導体素
子と配線基板との間に押し広げるステップと、前記熱可
塑性樹脂成分の冷却収縮によって前記半導体素子と配線
基板との溶融接着を完了するステップと、前記熱可塑性
樹脂成分の溶融接着温度以下で加熱することにより熱硬
化性樹脂成分を硬化させるステップと、を含むことを特
徴とする。
構成部材と第２の構成部材との間に熱可塑性樹脂成分と
熱硬化性樹脂成分のブレンド材を供給するステップと、
前記熱可塑性樹脂成分の溶融温度以上で加熱するステッ
プと、加圧により前記ブレンド材を前記第１の構成部材
と第２の構成部材との間に押し広げるステップと、前記
熱可塑性樹脂成分の冷却収縮によって前記構成部材同士
の溶融接着を完了するステップと、前記熱可塑性樹脂成
分の溶融接着温度以下で加熱することにより熱硬化性樹
脂成分を硬化させるステップと、を含むことを特徴とす
る。また、半導体素子と配線基板との間に熱可塑性樹脂
成分と熱硬化性樹脂成分のブレンド材を供給するステッ
プと、前記熱可塑性樹脂成分の溶融温度以上で加熱する
ステップと、加圧により前記ブレンド材を前記半導体素
子と配線基板との間に押し広げるステップと、前記熱可
塑性樹脂成分の冷却収縮によって前記半導体素子と配線
基板との溶融接着を完了するステップと、前記熱可塑性
樹脂成分の溶融接着温度以下で加熱することにより熱硬
化性樹脂成分を硬化させるステップと、を含むことを特
徴とする。
【００１２】従来は封止樹脂として液状の熱硬化性樹脂
を単独で使用していたため、安定した圧接接続を得るた
めに熱硬化性樹脂が硬化するまで搭載機に搭載する必要
があった。本発明では、封止材を構成する熱可塑性樹脂
の成分による溶融接着を搭載に利用する。加熱・加圧に
より溶融され半導体素子と配線基板との間に押し広げら
たブレンド材を構成する熱可塑性樹脂成分は、加熱源を
除去することにより速やかに冷却固化するため、搭載時
間が短縮できる。このとき、半導体素子と配線基板との
間には温度冷却に伴う樹脂の熱収縮力がはたらき、半導
体素子の電極と配線基板の配線は引き付けられ電気的に
接続される。続いて、ブレンド材を構成する熱硬化性樹
脂成分を熱硬化する。ここで、熱硬化性樹脂成分の熱硬
化温度は熱可塑性樹脂成分の溶融温度よりも低い温度と
する。そのため、熱硬化温度に再加熱しても熱可塑性樹
脂成分に基づく熱収縮力は完全にフリーとはならないた
め、半導体素子の電極と配線基板の配線との圧接状態は
保持される。熱硬化性樹脂成分が熱硬化すると、熱硬化
性樹脂成分に基づく硬化収縮力が更にはたらき、接続信
頼性を一層向上できる。
を単独で使用していたため、安定した圧接接続を得るた
めに熱硬化性樹脂が硬化するまで搭載機に搭載する必要
があった。本発明では、封止材を構成する熱可塑性樹脂
の成分による溶融接着を搭載に利用する。加熱・加圧に
より溶融され半導体素子と配線基板との間に押し広げら
たブレンド材を構成する熱可塑性樹脂成分は、加熱源を
除去することにより速やかに冷却固化するため、搭載時
間が短縮できる。このとき、半導体素子と配線基板との
間には温度冷却に伴う樹脂の熱収縮力がはたらき、半導
体素子の電極と配線基板の配線は引き付けられ電気的に
接続される。続いて、ブレンド材を構成する熱硬化性樹
脂成分を熱硬化する。ここで、熱硬化性樹脂成分の熱硬
化温度は熱可塑性樹脂成分の溶融温度よりも低い温度と
する。そのため、熱硬化温度に再加熱しても熱可塑性樹
脂成分に基づく熱収縮力は完全にフリーとはならないた
め、半導体素子の電極と配線基板の配線との圧接状態は
保持される。熱硬化性樹脂成分が熱硬化すると、熱硬化
性樹脂成分に基づく硬化収縮力が更にはたらき、接続信
頼性を一層向上できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の半導体装置の実施
の形態について図１および図２を参照して説明する。図
１は、本発明の半導体装置の製造工程を工程順に説明す
る断面図であり、図２は、図１の製造工程を説明するフ
ローチャートである。
の形態について図１および図２を参照して説明する。図
１は、本発明の半導体装置の製造工程を工程順に説明す
る断面図であり、図２は、図１の製造工程を説明するフ
ローチャートである。
【００１４】本実施形態の半導体装置および実装方法
は、まず、図１（ａ）に示すように、配線基板７と半導
体素子１を搭載機に供給する（ステップ２０１）。ここ
で、配線基板７は、セラミック，ガラス，ガラスエポキ
シ等よりなり、配線パターン６は、Ｃｒ−Ａｕ，Ａｌ，
Ｃｕ，ＩＴＯ等であり、スパッタリング法、蒸着法によ
り配線パターン用金属を配線基板７上に形成した後、フ
ォトレジスト法により、配線パターン６を形成する部分
にレジストを残し、配線パターン用金属をエッチングす
るか、または印刷法を用いて形成する。
は、まず、図１（ａ）に示すように、配線基板７と半導
体素子１を搭載機に供給する（ステップ２０１）。ここ
で、配線基板７は、セラミック，ガラス，ガラスエポキ
シ等よりなり、配線パターン６は、Ｃｒ−Ａｕ，Ａｌ，
Ｃｕ，ＩＴＯ等であり、スパッタリング法、蒸着法によ
り配線パターン用金属を配線基板７上に形成した後、フ
ォトレジスト法により、配線パターン６を形成する部分
にレジストを残し、配線パターン用金属をエッチングす
るか、または印刷法を用いて形成する。
【００１５】半導体素子１のアルミ電極上には、Ａｕ，
ＡｇまたはＣｕよりなる尖った形状をした突起電極２が
電気メッキ法やボールボンディング法により形成されて
いる。また、半導体素子１は、突起電極２が形成された
面と反対側の面で封止治具８により吸着保持されてい
る。
ＡｇまたはＣｕよりなる尖った形状をした突起電極２が
電気メッキ法やボールボンディング法により形成されて
いる。また、半導体素子１は、突起電極２が形成された
面と反対側の面で封止治具８により吸着保持されてい
る。
【００１６】そして、配線基板７の半導体素子搭載エリ
アに、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂をブレンドしたもの
を封止樹脂３として供給する（ステップ２０２）。封止
樹脂は、加熱時の流動性、硬化物としての機械的特性、
熱的特性等を考慮して適宜選択する。ブレンド封止樹脂
の調製は特に限定はなく、例えば熱可塑性樹脂成分を溶
剤に溶解した後液状の熱硬化性樹脂成分を均一に分散後
過剰な溶剤を除去することで調製できる。ここでは、好
ましい一例として封止樹脂３の熱可塑性樹脂成分を、耐
熱性の高い熱可塑性ポリイミドの一種であるシリコン変
性ポリイミド（ガラス転移温度＝約２３０℃、溶融温度
＝２８０〜３００℃）とし、熱硬化性樹脂成分を、エポ
キシ樹脂の一種である酸無水物系エポキシ（ガラス転移
温度＝約１５０℃）とする。封止樹脂３は圧接温度で溶
融し圧接後の冷却で固化するものであれば、液状でもシ
ート状態でも良い。また、半導体素子１側に予め供給し
ておいてもよい。
アに、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂をブレンドしたもの
を封止樹脂３として供給する（ステップ２０２）。封止
樹脂は、加熱時の流動性、硬化物としての機械的特性、
熱的特性等を考慮して適宜選択する。ブレンド封止樹脂
の調製は特に限定はなく、例えば熱可塑性樹脂成分を溶
剤に溶解した後液状の熱硬化性樹脂成分を均一に分散後
過剰な溶剤を除去することで調製できる。ここでは、好
ましい一例として封止樹脂３の熱可塑性樹脂成分を、耐
熱性の高い熱可塑性ポリイミドの一種であるシリコン変
性ポリイミド（ガラス転移温度＝約２３０℃、溶融温度
＝２８０〜３００℃）とし、熱硬化性樹脂成分を、エポ
キシ樹脂の一種である酸無水物系エポキシ（ガラス転移
温度＝約１５０℃）とする。封止樹脂３は圧接温度で溶
融し圧接後の冷却で固化するものであれば、液状でもシ
ート状態でも良い。また、半導体素子１側に予め供給し
ておいてもよい。
【００１７】次に、封止治具８により、半導体素子１の
加熱を開始する（ステップ２０３）。
加熱を開始する（ステップ２０３）。
【００１８】さらに、封止治具８により、半導体素子１
の突起電極２の位置を配線基板７の配線パターン６の位
置に一致させ（ステップ２０４）、半導体素子１を矢印
方向に加圧し、配線基板７に押し当てる（ステップ２０
５）。このとき封止樹脂３の熱可塑性樹脂成分が半導体
素子１により押し広げられると同時に溶融し、半導体素
子１のアルミ電極上に形成された尖った形状をした突起
電極２は、配線基板７の配線パターン６に良好に接触
し、封止治具８を半導体素子１から離すことによって前
記溶融した熱可塑性樹脂成分が速やかに冷却され固化
し、電気的な接続を得る（ステップ２０６）。なお、加
圧期間の後半に封止治具８の加熱を停止する期間を設け
ることができる。この場合熱可塑性樹脂成分が冷却され
た状態で封止治具８を半導体素子１から離すことができ
るため、より高い接続信頼性が期待できる。
の突起電極２の位置を配線基板７の配線パターン６の位
置に一致させ（ステップ２０４）、半導体素子１を矢印
方向に加圧し、配線基板７に押し当てる（ステップ２０
５）。このとき封止樹脂３の熱可塑性樹脂成分が半導体
素子１により押し広げられると同時に溶融し、半導体素
子１のアルミ電極上に形成された尖った形状をした突起
電極２は、配線基板７の配線パターン６に良好に接触
し、封止治具８を半導体素子１から離すことによって前
記溶融した熱可塑性樹脂成分が速やかに冷却され固化
し、電気的な接続を得る（ステップ２０６）。なお、加
圧期間の後半に封止治具８の加熱を停止する期間を設け
ることができる。この場合熱可塑性樹脂成分が冷却され
た状態で封止治具８を半導体素子１から離すことができ
るため、より高い接続信頼性が期待できる。
【００１９】封止治具８の加熱は、熱可塑性樹脂成分が
シリコン変性ポリイミドであれば２８０〜３００℃（溶
融温度）以上、半導体素子１と配線基板７にダメージを
与えない温度以下の温度で２〜１０ｓｅｃ間、好ましく
は２〜５ｓｅｃ間、更に好ましくは２〜３ｓｅｃ間行
い、その後、封止治具８を半導体素子１より離せば自然
冷却で封止樹脂３は溶融した温度以下になり、熱可塑性
成分が固着する。このとき、ブレンドされている熱硬化
性樹脂は加熱が短時間であること、熱可塑性樹脂が混在
することにより硬化阻害を起すことから、この時点では
硬化しない。
シリコン変性ポリイミドであれば２８０〜３００℃（溶
融温度）以上、半導体素子１と配線基板７にダメージを
与えない温度以下の温度で２〜１０ｓｅｃ間、好ましく
は２〜５ｓｅｃ間、更に好ましくは２〜３ｓｅｃ間行
い、その後、封止治具８を半導体素子１より離せば自然
冷却で封止樹脂３は溶融した温度以下になり、熱可塑性
成分が固着する。このとき、ブレンドされている熱硬化
性樹脂は加熱が短時間であること、熱可塑性樹脂が混在
することにより硬化阻害を起すことから、この時点では
硬化しない。
【００２０】次に、図１（ｂ）に示すように、封止樹脂
３で固定した半導体素子１と配線基板７を搭載機から移
動させる（ステップ２０７）。このとき、常温まで冷却
され半導体素子１と配線基板７の間の封止樹脂３は、熱
収縮により突起電極２と配線基板７の配線パターン６を
引き付ける（ステップ２０８）。突起電極２と配線パタ
ーン６を引き付ける厚み方向の熱収縮力は、ΔＴ×α×
Ｅで表され、シリコン変性ポリイミドの場合、α＝６０
〜１２０ｐｐｍ、Ｅ＝１〜１０Ｇｐａが一般的な範囲で
ある。ここで、常温で固体のシリコン変性ポリイミドと
常温で液状の熱硬化性樹脂とが体積比で１：１で配合さ
れている封止樹脂を使用する場合、即ち、シリコン変性
ポリイミドの含有率Ｘが０．５の場合を一例として説明
する。例えば、α＝１２０ｐｐｍ、Ｅ＝１ＧＰａのシリ
コン変性ポリイミドの場合、ΔＴ（ガラス転移温度−常
温）を２３０−２５＝２１５℃とすると、Ｘ×ΔＴ×α
×Ｅ＝１２．９ＭＰａのシリコン変性ポリイミドに基因
する初期収縮力が発生する。なお、熱硬化性樹脂成分は
短時間の加熱では硬化が不十分であるため、初期収縮力
への寄与は小さいので、説明の簡略上無視する。また、
熱硬化性樹脂成分が固体であっても未硬化であるため弾
性率は低いため、収縮力はほとんど働かない。
３で固定した半導体素子１と配線基板７を搭載機から移
動させる（ステップ２０７）。このとき、常温まで冷却
され半導体素子１と配線基板７の間の封止樹脂３は、熱
収縮により突起電極２と配線基板７の配線パターン６を
引き付ける（ステップ２０８）。突起電極２と配線パタ
ーン６を引き付ける厚み方向の熱収縮力は、ΔＴ×α×
Ｅで表され、シリコン変性ポリイミドの場合、α＝６０
〜１２０ｐｐｍ、Ｅ＝１〜１０Ｇｐａが一般的な範囲で
ある。ここで、常温で固体のシリコン変性ポリイミドと
常温で液状の熱硬化性樹脂とが体積比で１：１で配合さ
れている封止樹脂を使用する場合、即ち、シリコン変性
ポリイミドの含有率Ｘが０．５の場合を一例として説明
する。例えば、α＝１２０ｐｐｍ、Ｅ＝１ＧＰａのシリ
コン変性ポリイミドの場合、ΔＴ（ガラス転移温度−常
温）を２３０−２５＝２１５℃とすると、Ｘ×ΔＴ×α
×Ｅ＝１２．９ＭＰａのシリコン変性ポリイミドに基因
する初期収縮力が発生する。なお、熱硬化性樹脂成分は
短時間の加熱では硬化が不十分であるため、初期収縮力
への寄与は小さいので、説明の簡略上無視する。また、
熱硬化性樹脂成分が固体であっても未硬化であるため弾
性率は低いため、収縮力はほとんど働かない。
【００２１】続いて、図１（ｃ）に示すように、封止樹
脂３で固定した半導体素子１と配線基板７を再加熱し
（ステップ２０９）、熱硬化性樹脂を硬化する。本実施
の形態では、硬化したときの特性としてガラス転移温度
が１５０℃の熱硬化性樹脂を選択しているため、１５０
℃で加熱する。このとき、１５０℃まで樹脂全体の温度
が上がるために、熱可塑性樹脂成分の初期収縮力は、
７．５ＭＰａ分減り、１２．９ＭＰａ−７．５ＭＰａ＝
５．４Ｍｐａとなる。この力は、封止樹脂３の熱可塑性
成分の熱収縮力で突起電極２と配線基板７の配線パター
ン６を引き寄せたままとなる。従って、突起電極２と配
線パターン６は、電気的に接続された状態で封止樹脂３
の熱硬化成分が硬化する（ステップ２１０）。
脂３で固定した半導体素子１と配線基板７を再加熱し
（ステップ２０９）、熱硬化性樹脂を硬化する。本実施
の形態では、硬化したときの特性としてガラス転移温度
が１５０℃の熱硬化性樹脂を選択しているため、１５０
℃で加熱する。このとき、１５０℃まで樹脂全体の温度
が上がるために、熱可塑性樹脂成分の初期収縮力は、
７．５ＭＰａ分減り、１２．９ＭＰａ−７．５ＭＰａ＝
５．４Ｍｐａとなる。この力は、封止樹脂３の熱可塑性
成分の熱収縮力で突起電極２と配線基板７の配線パター
ン６を引き寄せたままとなる。従って、突起電極２と配
線パターン６は、電気的に接続された状態で封止樹脂３
の熱硬化成分が硬化する（ステップ２１０）。
【００２２】この熱硬化成分の硬化反応による収縮力が
１５０℃で発生している熱可塑性樹脂成分に基因する収
縮力の５．４ＭＰａに加わる。そして、熱硬化後常温ま
で冷却される。この際熱硬化成分を酸無水物系エポキシ
とした場合、Ｅ＝４Ｇｐａ、α＝６０ｐｐｍ程度である
ので、この熱硬化成分の冷却による熱収縮力として（１
−Ｘ）×ΔＴ×α×Ｅ＝１５ＭＰａの収縮力が発生し、
さらに強固に突起電極２と配線パターン６は引き寄せら
れ、接続の信頼性が向上する（ステップ２１１）。
１５０℃で発生している熱可塑性樹脂成分に基因する収
縮力の５．４ＭＰａに加わる。そして、熱硬化後常温ま
で冷却される。この際熱硬化成分を酸無水物系エポキシ
とした場合、Ｅ＝４Ｇｐａ、α＝６０ｐｐｍ程度である
ので、この熱硬化成分の冷却による熱収縮力として（１
−Ｘ）×ΔＴ×α×Ｅ＝１５ＭＰａの収縮力が発生し、
さらに強固に突起電極２と配線パターン６は引き寄せら
れ、接続の信頼性が向上する（ステップ２１１）。
【００２３】なお、加熱時の加圧は、配線基板７の変形
状態により、変形しない範囲で加熱から温度を下げるま
でまたは温度を下げる前までのどちらでも良い。
状態により、変形しない範囲で加熱から温度を下げるま
でまたは温度を下げる前までのどちらでも良い。
【００２４】熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の特性値の関
係は以下の通りである。
係は以下の通りである。
【００２５】熱可塑性樹脂の溶融温度 ＞ 熱硬化性樹
脂のガラス転移温度 Ｘ・Ｅ1・α1＜（１−Ｘ）・Ｅ2・α2 ここで、Ｅ1は熱可塑性樹脂の弾性率、α1は熱可塑性樹
脂の熱膨張係数、Ｅ2は熱硬化性樹脂の弾性率、α2は熱
硬化性樹脂の熱膨張係数、Ｘはブレンド材中の前記熱可
塑性樹脂含有率であり０＜Ｘ＜１である。後の工程で熱
硬化させる熱硬化性樹脂成分の収縮力を熱可塑性樹脂成
分の収縮力より大きくすることで高い接続信頼性が得ら
れる。なお、プロセスの安定性と接続信頼性を加味する
と、Ｘは０．４〜０．６の範囲であることが好ましい。
脂のガラス転移温度 Ｘ・Ｅ1・α1＜（１−Ｘ）・Ｅ2・α2 ここで、Ｅ1は熱可塑性樹脂の弾性率、α1は熱可塑性樹
脂の熱膨張係数、Ｅ2は熱硬化性樹脂の弾性率、α2は熱
硬化性樹脂の熱膨張係数、Ｘはブレンド材中の前記熱可
塑性樹脂含有率であり０＜Ｘ＜１である。後の工程で熱
硬化させる熱硬化性樹脂成分の収縮力を熱可塑性樹脂成
分の収縮力より大きくすることで高い接続信頼性が得ら
れる。なお、プロセスの安定性と接続信頼性を加味する
と、Ｘは０．４〜０．６の範囲であることが好ましい。
【００２６】また、以下の関係式を満足すると更に好ま
しい。
しい。
【００２７】Ｅ1＜Ｅ2
図３は、図１（ａ）〜図１（ｃ）における加熱温度の変
化を示しており、また、図４は、封止樹脂の体積変化を
示している。
化を示しており、また、図４は、封止樹脂の体積変化を
示している。
【００２８】封止樹脂は図３（ａ）の最終冷却工程時に
溶融状態から冷却固化する際に体積収縮（図４のＡに相
当）し、これに伴う収縮力により半導体素子の電極と配
線基板の配線パターンの接続が保持される。続いて、封
止樹脂中の熱硬化性樹脂成分を熱硬化させるために熱硬
化温度まで再加熱される。これに伴い封止樹脂は体積膨
張する（図４のＢに相当）が、再加熱温度を溶融接着温
度よりも低くして冷却収縮量（図４のＡに相当）を上回
らないようにするため、突起電極−配線パターン間は乖
離しない。その後所定時間熱硬化性樹脂成分を熱硬化さ
せることにより、熱硬化性樹脂成分は硬化収縮する（図
４のＣに相当）。熱硬化樹脂成分の熱硬化終了後の室温
への冷却に伴い封止樹脂は再度体積収縮する。即ち、搭
載時より熱硬化性樹脂の収縮量分（図４のＣに相当）だ
けさらに突起電極−配線パターン間の接触力を強めるこ
とができ、信頼性の良い封止が行える。
溶融状態から冷却固化する際に体積収縮（図４のＡに相
当）し、これに伴う収縮力により半導体素子の電極と配
線基板の配線パターンの接続が保持される。続いて、封
止樹脂中の熱硬化性樹脂成分を熱硬化させるために熱硬
化温度まで再加熱される。これに伴い封止樹脂は体積膨
張する（図４のＢに相当）が、再加熱温度を溶融接着温
度よりも低くして冷却収縮量（図４のＡに相当）を上回
らないようにするため、突起電極−配線パターン間は乖
離しない。その後所定時間熱硬化性樹脂成分を熱硬化さ
せることにより、熱硬化性樹脂成分は硬化収縮する（図
４のＣに相当）。熱硬化樹脂成分の熱硬化終了後の室温
への冷却に伴い封止樹脂は再度体積収縮する。即ち、搭
載時より熱硬化性樹脂の収縮量分（図４のＣに相当）だ
けさらに突起電極−配線パターン間の接触力を強めるこ
とができ、信頼性の良い封止が行える。
【００２９】なお、上述した実施の形態では、半導体素
子を配線基板に接続する場合について説明したが、この
発明はこれに限定されず、他の構成部材間の接続にも適
用できることは言うまでもない。
子を配線基板に接続する場合について説明したが、この
発明はこれに限定されず、他の構成部材間の接続にも適
用できることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、搭載時
間を短時間化することによって償却費の高価な搭載機の
アウトプットを増やせることから、低コスト化が図れ
る。また、封止材を構成する熱可塑性樹脂の成分による
溶融接着のみで搭載を行うため、搭載時間の短時間化が
図れる。熱可塑性樹脂成分の溶融接着温度以下で熱硬化
樹脂の成分を硬化させるため、溶融接着した熱可塑性樹
脂は再加熱の際に膨張するが、再加熱温度を溶融接着温
度よりも低くして冷却収縮を上回らないようにするた
め、突起電極−配線パターン間は乖離せず、搭載時より
熱硬化性樹脂の収縮分だけさらに突起電極−配線パター
ン間の接触力を強めることができ、信頼性の良い封止が
行える。硬化後に加熱されても熱硬化成分の弾性率を熱
可塑性成分の弾性率よりも高くすることで突起電極−配
線パターン間の接触力が弱まることはない。
間を短時間化することによって償却費の高価な搭載機の
アウトプットを増やせることから、低コスト化が図れ
る。また、封止材を構成する熱可塑性樹脂の成分による
溶融接着のみで搭載を行うため、搭載時間の短時間化が
図れる。熱可塑性樹脂成分の溶融接着温度以下で熱硬化
樹脂の成分を硬化させるため、溶融接着した熱可塑性樹
脂は再加熱の際に膨張するが、再加熱温度を溶融接着温
度よりも低くして冷却収縮を上回らないようにするた
め、突起電極−配線パターン間は乖離せず、搭載時より
熱硬化性樹脂の収縮分だけさらに突起電極−配線パター
ン間の接触力を強めることができ、信頼性の良い封止が
行える。硬化後に加熱されても熱硬化成分の弾性率を熱
可塑性成分の弾性率よりも高くすることで突起電極−配
線パターン間の接触力が弱まることはない。
【図１】本発明の半導体装置の製造工程を工程順に説明
する断面図である。
する断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の製造工程を説明するフロ
ーチャートである。
ーチャートである。
【図３】加熱温度の変化を示す図である。
【図４】封止樹脂の収縮量を示す図である。
【図５】従来の半導体装置の実装工程を示す断面図であ
る。
る。
１，１１ 半導体素子
２，１２ 半導体素子側突起電極
３，１３ 封止樹脂
６，１６ 配線パターン
７，１７ 配線基板
８，１８ 封止治具
Claims (14)
- 【請求項１】 第一の構成部材の電極形成面と第二の構
成部材の電極形成面とが対向し、前記第一の構成部材の
電極形成面と第二の構成部材の電極形成面との間に熱可
塑性樹脂と熱硬化性樹脂とのブレンド材が介在すること
により前記第一の構成部材の電極と第二の構成部材の電
極との接触が保持されていることを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項２】 半導体素子の電極形成面と配線基板の配
線パターン形成面とが対向し、前記半導体素子の電極形
成面と配線基板の配線パターン形成面との間に熱可塑性
樹脂と熱硬化性樹脂とのブレンド材が介在することによ
り前記半導体素子の電極と配線基板の配線パターンとの
接触が保持されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】 前記熱可塑性樹脂の溶融温度は、前記熱
硬化性樹脂のガラス転移温度よりも大きいことを特徴と
する請求項１または２に記載の半導体装置。 - 【請求項４】 前記熱可塑性樹脂の弾性率をＥ1、前記
熱可塑性樹脂の熱膨張係数をα1、前記熱硬化性樹脂の
弾性率をＥ2、前記熱硬化性樹脂の熱膨張係数をα2と
し、前記ブレンド材中の前記熱可塑性樹脂含有率をＸ
（ここで、０＜Ｘ＜１）とするとき、Ｘ・Ｅ1・α1＜
（１−Ｘ）・Ｅ2・α2を満足することを特徴とする請求
項１乃至３のいずれか一に記載の半導体装置。 - 【請求項５】 前記熱可塑性樹脂の弾性率Ｅ1は、熱硬
化性樹脂の弾性率Ｅ2よりも小さいことを特徴とする請
求項４に記載の半導体装置。 - 【請求項６】 前記Ｘは０．４〜０．６の範囲であるこ
とを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。 - 【請求項７】 前記熱可塑性樹脂は熱可塑性ポリイミド
樹脂であり、前記熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂であるこ
とを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の半
導体装置。 - 【請求項８】 第１の構成部材と第２の構成部材との間
に熱可塑性樹脂成分と熱硬化性樹脂成分のブレンド材を
供給するステップと、前記熱可塑性樹脂成分の溶融温度
以上で加熱するステップと、加圧により前記ブレンド材
を前記第１の構成部材と第２の構成部材との間に押し広
げるステップと、前記熱可塑性樹脂成分の冷却収縮によ
って前記構成部材同士の溶融接着を完了するステップ
と、前記熱可塑性樹脂成分の溶融接着温度以下で加熱す
ることにより熱硬化性樹脂成分を硬化させるステップ
と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】 半導体素子と配線基板との間に熱可塑性
樹脂成分と熱硬化性樹脂成分のブレンド材を供給するス
テップと、前記熱可塑性樹脂成分の溶融温度以上で加熱
するステップと、加圧により前記ブレンド材を前記半導
体素子と配線基板との間に押し広げるステップと、前記
熱可塑性樹脂成分の冷却収縮によって前記半導体素子と
配線基板との溶融接着を完了するステップと、前記熱可
塑性樹脂成分の溶融接着温度以下で加熱することにより
熱硬化性樹脂成分を硬化させるステップと、を含むこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１０】 前記熱可塑性樹脂の溶融温度は、前記
熱硬化性樹脂のガラス転移温度よりも大きいことを特徴
とする請求項８または９に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１１】 前記熱可塑性樹脂の弾性率をＥ1、前
記熱可塑性樹脂の熱膨張係数をα1、前記熱硬化性樹脂
の弾性率をＥ2、前記熱硬化性樹脂の熱膨張係数をα2と
し、前記ブレンド材中の前記熱可塑性樹脂含有率をＸ
（ここで、０＜Ｘ＜１）とするとき、Ｘ・Ｅ1・α1＜
（１−Ｘ）・Ｅ2・α2を満足することを特徴とする請求
項８乃至１０のいずれか一に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１２】 前記熱可塑性樹脂の弾性率Ｅ1は、熱
硬化性樹脂の弾性率Ｅ2よりも小さいことを特徴とする
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１３】 前記Ｘは０．４〜０．６の範囲である
ことを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項１４】 前記熱可塑性樹脂は熱可塑性ポリイミ
ド樹脂であり、前記熱硬化性樹脂はエポキシ樹脂である
ことを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか一に記載
の半導体装置の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2003064525A JP3609076B2 (ja) | 2002-03-12 | 2003-03-11 | 半導体装置およびその製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008091431A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-04-17 | Nippon Steel Chem Co Ltd | フレキシブル銅張積層板の製造方法 |
| JP2008252132A (ja) * | 2004-09-15 | 2008-10-16 | Seiko Epson Corp | 半導体装置の実装方法 |
| US8080447B2 (en) | 2004-09-15 | 2011-12-20 | Seiko Epson Corporation | Method of manufacturing semiconductor device including exposing a dicing line on a wafer |
| JP2015130502A (ja) * | 2014-01-03 | 2015-07-16 | 樂金股▲ふん▼有限公司 | スタッドバンプとそのパッケージ構造、および、その製造方法 |
| CN115064454A (zh) * | 2022-06-06 | 2022-09-16 | 重庆平创半导体研究院有限责任公司 | 一种功率芯片的互联方法 |
| JP2022153664A (ja) * | 2015-09-29 | 2022-10-12 | ミネベアミツミ株式会社 | ひずみゲージ、荷重センサ、ひずみゲージの製造方法、及び荷重センサの製造方法 |
-
2003
- 2003-03-11 JP JP2003064525A patent/JP3609076B2/ja not_active Expired - Fee Related
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