JP2004247393A

JP2004247393A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2004247393A
Application number: JP2003033483A
Authority: JP
Inventors: Shinji Yuri; 伸治由利
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】生産性を高めつつも、ＩＣチップと配線基板との導通を確実に取ることが可能となる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】樹脂シート２０には、ＩＣチップ５および配線基板３の各端子１１，１３に対応する位置に貫通孔が形成され、その貫通孔に導体９が充填されている。この樹脂シート２０を配線基板３上に配置し、さらにＩＣチップ５を配置する。そして、ＩＣチップ５と配線基板３との間に圧力をかけながら樹脂シート２０を加熱して樹脂充填部７を形成するとともに、導体９を介してＩＣチップ５と配線基板３とを電気的に接続する。これにより、ＩＣチップ５が配線基板３にフリップチップ実装された半導体装置１を得る。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板上にＩＣチップ（半導体ＩＣ）が実装されてなる半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話、パソコンといった電子機器の小型化、高機能化を進める際の課題の一つに、いかに多くの部品を配線基板上に実装するかということがある。これを受けて近年は、抵抗やコンデンサといった受動素子だけでなく、ＩＣチップについても、パッケージや引出しリードをなくした実装方法、すなわち、ベアチップそのものを基板上に実装した構造のフリップチップ実装が主流になりつつある。フリップチップ実装は、高密度実装を実現する有力な形態であるとともに、接続配線長が短くなる、ボンディングワイヤによるインダクタ成分が除去される、などの理由から電気特性の向上も見込まれる。
【０００３】
フリップチップ実装を採用した場合、ＩＣチップと配線基板の熱膨張差による応力で、両者の接続部に断線を引き起こす可能性があるため、ＩＣチップと配線基板との間に樹脂が充填される。この技術は、アンダーフィルと呼ばれ、ＩＣチップと配線基板との接続部への負荷を低減する、ＩＣチップを配線基板に確実に固定する、ＩＣチップの表面を保護する、などの目的のための重要な技術である。半田接続によりＩＣチップと配線基板との導通を図る従来の方法においては、リフロー工程の終了後、ＩＣチップと配線基板との間に樹脂を注入し、さらに加熱して硬化させる方法がとられている。その一方、生産効率の向上のため、ＩＣチップの下に予め樹脂シートを載置してキュアする方法もある。ＡＣＦ（ＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＦｉｌｍ）を用いてフリップチップ実装する方法は、その代表的なものである（たとえば下記特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３５９２６４号公報（図１等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＩＣチップの下に予め樹脂シートを載置する方法は、生産効率が高い、樹脂の充填不良よるボイドが発生しにくいなどの利点を有する半面、半田リフローの後で樹脂を注入する方法に比べ、不利な点もある。たとえば、ＡＣＦは、金属粒子等の導電物質を樹脂中に分散させたものであるため、端子の挟ピッチ化が進むにつれて絶縁確保に不安が残る。そのため、製品（半導体装置）の信頼性を、より一層高めることが可能な方法が望まれている。
【０００６】
本発明の課題は、生産性を高めつつも、ＩＣチップと配線基板との導通を確実に取ることが可能となる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために本発明は、配線基板上にＩＣチップが実装されてなる半導体装置の製造方法において、ＩＣチップおよび配線基板の各端子に対応する位置に貫通孔が形成され、その貫通孔に導体が充填された樹脂シートを配線基板上に配置する工程と、樹脂シートの上に前記ＩＣチップを配置する工程と、樹脂シートを加熱することにより、ＩＣチップと配線基板との間に樹脂充填部を形成するとともに、導体を介して前記ＩＣチップと配線基板とを電気的に接続する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
上記本発明の製造方法は、ＡＣＦを用いたフリップチップ実装と同様に、ＩＣチップをマウントした後でアンダーフィル材を注入する工程を省略できるので、高生産効率を実現できる。ＡＣＦを用いる場合と異なるのは、樹脂シートの貫通孔に充填した導体でＩＣチップの端子と、配線基板の端子とを電気的に接続するという点である。すなわち、本発明の製造方法によると、隣り合う導体同士が接触する恐れもほとんどなく、絶縁確保の観点ではＡＣＦよりも有利である。そのため、端子の挟ピッチ化にも対応しやすい。また、導体を充填した樹脂シートを用いるので、ＩＣチップおよび配線基板の双方にバンプを形成する必要が無く、配線基板製造時の工程数削減にも寄与する。
【０００９】
好適な態様において、上記樹脂シートとして、第１の樹脂層と第２の樹脂層が積層され且つ貫通孔に導体が充填されたものを用いる。そして、その樹脂シートを配線基板とＩＣチップとの間に配置して加熱する際には、第２の樹脂層は剥離および除去する。
【００１０】
上記の態様において、第２の樹脂層を第１の樹脂層から剥離させると、第２の樹脂層の厚さ分、第１の樹脂層の貫通孔から導体がせり出す。そしてこの樹脂シート（この時点では第１の樹脂層）を、ＩＣチップと配線基板との間に配置すると、導体のうち、貫通孔からせり出した部分がＩＣチップまたは配線基板の端子に確実に接触するので、接続不良の発生する可能性を低くできる。
【００１１】
具体的に樹脂シートは、第１の樹脂層と、それを挟む１対の第２の樹脂層とで構成することができる。このようにすれば、上記した効果が、配線基板側およびＩＣチップ側の双方で得られることになる。また、製品となる第１の樹脂層が第２の樹脂層で保護されるので、ゴミなどのパーティクルが第１の樹脂層部分に付着することを防止できる。また、第２の樹脂層がある分、樹脂シート全体の厚さが増し、第１の樹脂層だけの場合よりもハンドリング容易性が向上する。
【００１２】
また、第１の樹脂層としては、半硬化状態（Ｂステージ）の熱硬化性樹脂からなるものが好適である。すなわち、Ｂステージの熱硬化性樹脂を用いれば、加熱温度の調整により、樹脂をいったん溶融させることによりＩＣチップと配線基板との隙間を十分に埋めつつ、硬化させることが容易にできる。また、Ｂステージ樹脂は劣化しやすいので、これを第１の樹脂層として使用するにあたっては、上記したように第２の樹脂層で両面を保護しておくことが望ましい。
【００１３】
なお、樹脂シートに充填する導体としては、導電ペーストからなるものを使用できる。導電ペーストは、比較的簡単に貫通孔への充填もでき、半田バンプと遜色ない低抵抗率を得られるので好適である。なお、場合によっては半田ペーストを導体として充填することも考えられる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明にかかる半導体装置１の断面模式図であり、図２は図１の要部を拡大して示すものである。半導体装置１は、配線基板３とＩＣチップ５とを備えている。ＩＣチップ５は、配線基板３の上にフリップチップ実装されている。配線基板３は、樹脂絶縁層と配線パターンとが交互に積層された多層配線基板として構成されている。配線基板３とＩＣチップ５との間には、それら双方に接するように樹脂充填部７が設けられている
【００１５】
図２の要部拡大図に示すように、ＩＣチップ５は、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕあるいはそれらを含む合金などの金属からなる端子１３を、配線基板３と向かい合う側に備えている。配線基板３は、その最表面にＣｕメッキにより形成された端子１１を備えている。端子１１は、バイア１２を介して下層の配線パターン（図示省略）との導通が取られている。本実施形態において、バイア１２は、Ｃｕメッキまたは導電ペーストが充填されたフィルドバイア１２とされている。ＩＣチップ５の端子１３と配線基板３の端子１１とは、導体９を介して導通している。
【００１６】
次に、図１および図２に示した半導体装置１の製造方法について説明する。ＩＣチップ５を配線基板３に実装することに先立って、樹脂充填部７および導体９を形成するための樹脂シート２０について示す。図３は、そのような樹脂シート２０の作製方法を説明する図である。まず、第１の樹脂層７’の上下に１対の第２の樹脂層１５，１５を貼り合わせたものを準備する（図３−▲１▼）。
【００１７】
第１の樹脂層７’は、エポキシ系、ポリイミド系、フェノール系などの公知の熱硬化性樹脂により構成されるものであり、半硬化状態（いわゆるＢステージ）となるようにいったん加工してある。Ｂステージ熱硬化性樹脂の代わりに、熱可塑性樹脂を用いることも可能である。この第１の樹脂層７’の厚さは、配線基板３に実装するべきＩＣチップ５の大きさや種類にも左右されるが、たとえば２０μｍ以上７０μｍ以下の範囲で調整されるものである。すなわち、第１の樹脂層７’は、製品（半導体装置１）の樹脂充填部７（図２参照）となるものであるから、これが薄すぎる（２０μｍ未満）と、ＩＣチップ５と配線基板３との間に空隙（ボイド）が生じる原因となる。逆に厚すぎる（７０μｍを超える）と、ＩＣチップ５と配線基板３との導通不良を招きやすくなる。
【００１８】
また、第２の樹脂層１５は、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂により構成されるものであり、たとえば１５μｍ以上５０μｍ以下の厚さのものを使用するのがよい。上記厚さが１５μｍ未満であると、後述する導体９のせり出し量が不十分となり、導体９と配線基板３の端子１１、さらには導体９とＩＣチップ５の端子１３との良好な接触を図れない恐れがあるので、好ましくない。逆に、５０μｍを超えると、後述するレーザ加工に手間がかかるため、好ましくない。このような第２の樹脂層１５上に、前述した熱硬化性樹脂を塗布および半硬化処理を施すことにより第１の樹脂層７’を形成し、さらに第２の樹脂層１５で被覆すれば、図３−▲１▼に示す積層品を得ることができる。
【００１９】
次に、第１の樹脂層７’と第２の樹脂層１５との積層品に、レーザービームＬＢを照射して貫通孔１６を形成する（図３−▲２▼）。この貫通孔１６は、ＩＣチップ５および配線基板３の各端子１１，１３に整合する位置に形成されるものである。貫通孔１６の径は、たとえば５０μｍ以上１５０μｍ以下に調整される。このような貫通孔１６に、導体９を充填することにより、樹脂シート２０が得られる（図３−▲３▼）。導体９の充填は、スクリーン印刷法等により行うことができる。また、導体９の材料としては、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系、シリコーン系などの樹脂にＡｇ、Ｗ等の金属の微粉末を配合した導電ペースト（導電接着剤の概念を含む）から構成されるものを使用することができる。もちろん、半田ペーストを充填することもできる。
【００２０】
上記のようにして作製した樹脂シート２０を、配線基板３の所定位置に載置するわけであるが、そのときは、第２の樹脂シート１５，１５のうち、少なくとも一方を剥離除去しておく（図３−▲４▼）。第２の樹脂層１５，１５は、Ｂステージの第１の樹脂層７’の変質を防ぐための保護膜としての機能を有しながら、以下のような利点も有する。つまり、図３−▲４▼に示すように、第２の樹脂層１５を除去すると、その厚さ分の導体９が貫通孔１６から若干せり出した形になるので、ＩＣチップ５および配線基板３の各端子１３，１１との初期接触が確実に取れるようになる。導体９のせり出し量は、第２の樹脂層１５の厚さ調整により行うことが可能である。
【００２１】
次に、図４に示すのは、ＩＣチップ５を配線基板３に実装する工程を説明する図である。まず、別途用意した完成済み配線基板３上に、導体９と端子１１とが重なり合うように位置合わせしつつ、第２の樹脂層１５，１５のうち、一方または両方を除去した樹脂シート２０載置する（図４−▲１▼）。このときの配線基板３は、図４に示すように、半田バンプが形成されていない。したがって、配線基板３の製造工程においては、半田バンプの形成工程が省略され、生産効率が向上し、配線基板３の生産コストも低減される。また、前述したように、導体９が第１の樹脂層７’に形成された貫通孔から、ややせり出しているため、樹脂シート２０を配線基板３の所定位置に載置したときの、導体９と端子１１との初期接触は確実に取れる。
【００２２】
なお、配線基板３の端子１１の径としては、たとえば８０μｍ以上１７０μｍ以下に調整されるものである。また、端子１１は、最上層の樹脂絶縁層の表面からの高さが０μｍ以上２０μｍ以下であることが、空隙の形成を防止するうえも望ましい。
【００２３】
配線基板３上に樹脂シート２０を配置したのち、端子１３が導体９に重なるように、樹脂シート２０の上にＩＣチップ５を配置する（図４−▲２▼）。ＩＣチップ５が位置することとなる側の第２の樹脂シート１５は、剥離および除去しておく。もちろん、ＩＣチップ５の端子１３と導体９との接触についても、配線基板３のときと同様の効果（導体９と端子１３との確実な初期接触の効果等）が見込める。なお、ＩＣチップ５が位置する側の第２の樹脂シート１５は、樹脂シート２０を配線基板３の所定位置に載置した後で除去してもよいし、樹脂シート２０を配線基板３上に配置する前に除去するようにしてもよい。
【００２４】
樹脂シート２０をＩＣチップ５と配線基板３とで挟み込んだのち、ＩＣチップ５と配線基板３との間に圧力をかけながら樹脂シート２０（このときは第１の樹脂層７’）を加熱することにより、両者の間に樹脂充填部７を形成するとともに、導体９を介してＩＣチップ５と配線基板３とを電気的に接続する（図４−▲３▼）。このとき、Ｂステージの樹脂からなる第１の樹脂層７’が、昇温過程においていったん溶融し、その後に硬化するように温度管理を行う。以上のようにして、図１に示す半導体装置１が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体装置の断面模式図。
【図２】図１の要部を拡大した図。
【図３】図１の半導体装置に使用される樹脂シートの作製方法を説明する図。
【図４】ＩＣチップを配線基板に実装する工程を説明する図。
【符号の説明】
１半導体装置
３配線基板
５ＩＣチップ
７樹脂充填部
７’ 第１の樹脂層
９導体
１１配線基板の端子
１３ＩＣチップの端子
１５第２の樹脂層

Claims

配線基板上にＩＣチップが実装されてなる半導体装置の製造方法において、前記ＩＣチップおよび前記配線基板の各端子に対応する位置に貫通孔が形成され、その貫通孔に導体が充填された樹脂シートを前記配線基板上に配置する工程と、前記樹脂シートの上に前記ＩＣチップを配置する工程と、前記樹脂シートを加熱することにより、前記ＩＣチップと前記配線基板との間に樹脂充填部を形成するとともに、前記導体を介して前記ＩＣチップと前記配線基板とを電気的に接続する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記樹脂シートとして、第１の樹脂層と第２の樹脂層とが積層され且つ前記貫通孔に前記導体が充填されたものを用い、その樹脂シートを前記配線基板と前記ＩＣチップとの間に配置して加熱する際には、前記第２の樹脂層を剥離および除去する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記樹脂シートは、前記第１の樹脂層と、それを挟む１対の前記第２の樹脂層とで構成されている請求項２記載の半導体装置の製造方法。
前記第１の樹脂層は、半硬化状態の熱硬化性樹脂からなる請求項２または３記載の半導体装置の製造方法。