JP2005302750A - 超音波フリップチップ実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 アンダーフィル樹脂を先入れして実装するフリップチップ接続方法で、半導体チップを確実に超音波接合可能とする実装方法を提供する。
【解決手段】 基板にアンダーフィル樹脂を供給した後、超音波接合により半導体チップをフリップチップ接続により搭載する超音波フリップチップ実装方法であって、前記半導体チップとして、チップの側面領域を厚さ方向に二分した回路面側の一方の領域が粗面部１０ａに形成され、裏面側の他方の領域が鏡面部１０ｂに形成されたチップを使用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体チップを超音波を用いてフリップチップ実装する方法に関する。

フリップチップ実装では半導体チップの回路面を実装基板側に向け、半導体チップに設けた金バンプあるいははんだバンプを基板に設けた接続電極に接合して搭載する。半導体チップと基板との間には非導電性のアンダーフィル樹脂が充填され、半導体チップの回路面を保護するとともに、バンプの腐蝕防止、半導体チップと基板との接合強度の向上が図られる。
このフリップチップ接続による半導体装置の実装構造では、最近、接合時に半導体チップを超音波振動を利用して振動させ、バンプと接続電極との接合部を合金化させて接続する方法が行われるようになってきた。

図１６は、従来のフリップチップ実装方式を示す説明図である。同図は半導体チップの実装方法として、半導体チップ１０を基板２０に超音波振動を利用して接合し、アンダーフィルした後、ヒータ４０によりアンダーフィル樹脂を加熱して硬化させる方法（アンダーフィル樹脂の後入れ）と、基板２０にあらかじめアンダーフィル樹脂３０を供給しておき、半導体チップ１０を基板２０に位置合わせし熱を加えて加圧した後、ヒータ４０によりアンダーフィル樹脂３０を加熱して硬化する方法（アンダーフィル樹脂の先入れ方法）を示している。

ところで、最近は製品の高性能化と、半導体チップの小型化、多ピン化が進んだことによりピンピッチが狭くなる傾向にあり、アンダーフィル樹脂の後入れによるフリップチップ実装方式の場合は、樹脂材をアンダーフィルする際に非常に時間がかかるという問題があり、超音波実装方式の特長である短時間で実装できるという利点を生かすことができない。

また、アンダーフィル樹脂を先入れする方法の場合は、半導体チップ１０を基板２０に位置合わせして超音波振動を作用させると、アンダーフィル樹脂３０が振動によって半導体チップ１０の側面に這い上がり、半導体チップと超音波装置の押圧ツールとの間に入り込んで超音波の作用を阻害したり、半導体チップ１０の外面にアンダーフィル樹脂３０が付着したまま硬化したりするといった問題があることから、従来は、半導体チップ１０を加熱および加圧して基板２０に接合する方法によっている。

そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、アンダーフィル樹脂を先入れして実装する半導体チップの実装方法において、アンダーフィル樹脂が半導体チップの外面に付着したりする問題を解消して半導体チップを好適に実装することができる超音波フリップチップ実装方法を提供するにある。

本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、基板にアンダーフィル樹脂を供給した後、超音波接合により半導体チップをフリップチップ接続により搭載する超音波フリップチップ実装方法であって、前記半導体チップとして、チップの側面領域を厚さ方向に二分した回路面側の一方の領域が粗面部に形成され、裏面側の他方の領域が鏡面部に形成されたチップを使用することを特徴とする。
また、前記半導体チップとして、チップの回路面に樹脂溜まりとしての溝を形成したチップ、またはチップの裏面側のコーナー部を面取りしたチップ、また超音波振動装置の実装ツールとして、前記半導体チップの裏面の形状と同形状の押圧端面に形成された押圧ツールを使用して超音波接合することを特徴とする。
また、前記半導体チップとして、チップの裏面に樹脂溜まりとしての溝が形成されたチップを使用すること、また超音波振動装置の実装ツールとして、前記半導体チップの裏面に形成された突起に位置合わせして押圧面に突起部が形成された押圧ツールを使用して超音波接合することを特徴とする。
また、前記半導体チップとして、側面に離型材が被着されたチップを使用することを特徴とする。

本発明に係る超音波フリップチップ実装方法によれば、基板にアンダーフィル樹脂を供給して半導体チップをフリップチップ接続する、いわゆる先入れ方法によるフリップチップ接続において、半導体チップの側面にアンダーフィル樹脂が過度に這い上がることを防止することができ、これによって半導体チップを確実に超音波接合によって実装することが可能となる。

（第１の実施の形態）
図１、２は、本発明に係る超音波フリップチップ実装方法の第１の実施の形態を示す説明図であり、図１(a)は本実施の形態で使用する半導体チップ１０を示す斜視図であり、図１(b)は従来の半導体チップ１０を示す斜視図である。１１は半導体チップ１０の回路面に形成されたフリップチップ接続用のバンプである。
本実施の形態では、フリップチップ接続に使用する半導体チップ１０の側面部分の構成を特徴とする。すなわち、本実施の形態で使用する半導体チップ１０は、図１(a)に示すように、チップの側面に粗面部１０ａと鏡面部１０ｂとを設けたことを特徴とする。

半導体チップは半導体ウエハをダイシングすることによって所定の大きさに切断されて提供される。したがって、従来の半導体チップは図１(b)に示すように、その側面は鏡面に形成されている。これに対して、本実施の形態で使用する半導体チップ１０は図１(a)に示すように、半導体チップ１０を厚さ方向に二分した領域のうち、回路面側の一方の領域を粗面部１０ａとし、回路面から離間する他方の領域を鏡面部１０ｂとしている。図１(a)では、粗面部１０ａと鏡面部１０ｂの構成を拡大した図も示す。。

このようにチップの側面に粗面部１０ａと鏡面部１０ｂとが形成された半導体チップ１０を形成するには、半導体ウエハをダイシングする際に、鏡面刃と粗面刃を用いてダイシングすればよい。すなわち、半導体ウエハのダイシング位置に合わせて、まず鏡面刃を用いて半導体ウエハの厚さ方向の中途部まで溝加工を施し、次いで、その溝位置に合わせて粗面刃により半導体ウエハを切断すればよい。鏡面刃の刃の厚さを粗面刃の刃の厚さよりも若干厚くしておけば、鏡面刃によって形成されたチップ側面の鏡面部１０ｂを鏡面のまま残して、粗面部１０ａを形成することができる。

図２は、アンダーフィル樹脂３０を供給した（先入れ方式）基板２０に半導体チップ１０を超音波接合している状態を説明的に示している。
図２(b)が従来の半導体チップ１０の場合で、半導体チップ１０に超音波振動を作用させた際に、アンダーフィル樹脂３０が半導体チップ１０の側面部分に這い上がることを示す。これに対して、図２(a)は、側面に粗面部１０ａと鏡面部１０ｂを形成した半導体チップ１０の場合で、半導体チップ１０の側面に這い上がったアンダーフィル樹脂３０が、粗面部１０ａと鏡面部１０ｂとの境界位置で横方向に広がり、境界位置を超えて鏡面部１０ｂの領域に這い上がることが防止されることを示している。

アンダーフィル樹脂３０が粗面部１０ａと鏡面部１０ｂとの境界を超えて這い上がらないのは、粗面部１０ａと鏡面部１０ｂでのアンダーフィル樹脂３０に対する濡れ性が異なるからである。
このように、半導体チップ１０の側面を厚さ方向に二分して粗面部１０ａと鏡面部１０ｂとすることにより、粗面部１０ａと鏡面部１０ｂの境界線がアンダーフィル樹脂３０の這い上がりを防止する防止線となり、半導体チップ１０を基板２０に超音波接合する際に、アンダーフィル樹脂３０が超音波装置の押圧ツールに接触したり、半導体チップ１０の裏面側にまで回り込むことを防止することができ、確実な超音波接合を可能にするとともに、半導体チップ１０の外面の不要部分にアンダーフィル樹脂３０が付着することを防止することができる。

（第２の実施の形態）
図３、４、５は、本発明に係る超音波フリップチップ実装方法の第２の実施の形態を示す説明図である。図３は、本実施の形態で使用する半導体チップ１０の側面図を示す。半導体チップ１０はフリップチップ接続時に基板２０に対向する面（回路面）に樹脂溜まりとしての溝１２を形成したことを特徴とする。図５に、半導体チップ１０の回路面の平面図を示す。本実施形態では、図のように、半導体チップ１０の回路面に形成されるバンプ１１と干渉しないよう、半導体チップ１０の外周縁の近傍に、半導体チップ１０の外形線と平行に溝１２を形成した。

半導体チップ１０の外形線と平行に溝１２を配置する方法であれば、半導体ウエハをダイシングする際に、溝１２を加工しつつダイシングすることにより、回路面に溝１２が形成された半導体チップを容易に得ることができる。溝加工とダイシング加工とを別工程で行うこともできる。
図４は、半導体チップ１０を基板２０に超音波接合した状態を示す。本実施形態の場合は、基板２０に供給されたアンダーフィル樹脂３０の分量が、所要の充填量を上回っている場合には溝１２にアンダーフィル樹脂３０が入り込むことによって、超音波接合時にも半導体チップ１０の外側面にアンダーフィル樹脂３０が回り込むことを防止することができる。

（第３の実施の形態）
図６〜９は、本発明に係る超音波フリップチップ実装方法の第３の実施の形態を示す説明図である。本実施の形態で使用する半導体チップ１０は、半導体チップ１０の裏面側（回路面とは反対側の面）のコーナー部を面取りして形成したことを特徴とする。１３が半導体チップ１０の面取り部である。面取り部１３は図のように、半導体チップ１０の側面に対して傾斜した面に形成されている。
半導体チップ１０の裏面側のコーナー部を面取りするには、図８(a)に示すように、端面形状がＶ字形の研削刃６を用いて半導体ウエハ５をダイシング位置に合わせて研削し、次いで、図８(b)に示すようにダイシング刃７を用いて半導体ウエハ５をダイシング位置で切断すればよい。

図７は、面取り部１３を設けた半導体チップ１０を基板２０に超音波接合している状態を示す。本実施形態で使用しいてる半導体チップ１０の場合は、超音波接合時にアンダーフィル樹脂３０が半導体チップ１０の側面を這い上がった際に、面取り部１３と半導体チップ１０の側面との境界部分でアンダーフィル樹脂３０が横方向に広がり、アンダーフィル樹脂３０がそのまま這い上がることを抑制する。また、面取り部１３にアンダーフィル樹脂３０が進入した場合でも、面取り部１３が樹脂溜まりとして作用し、超音波振動装置の押圧ツールにアンダーフィル樹脂３０が接触しないようにすることができる。

図９は、面取り部１３を設けた半導体チップ１０を基板２０に超音波接合する超音波振動装置の押圧ツール５０の押圧端面の形状を、半導体チップ１０の裏面の形状に一致させるか、半導体チップ１０の裏面よりも若干小さく設定して超音波接合する方法を示す。本実施形態で使用している半導体チップ１０は裏面のコーナー部を面取りしているから、半導体チップ１０を超音波接合する際に、半導体チップ１０の面取り部１３の内側の領域を押圧ツール５０によって押圧するようにすれば、半導体チップ１０の側面にアンダーフィル樹脂３０が這い上がったとしても、押圧ツール５０にアンダーフィル樹脂３０が付着することがなく、アンダーフィル樹脂３０によって超音波接合操作が阻害されることがない。

（第４の実施の形態）
図１０〜１２は、本発明に係る超音波フリップチップ実装方法の第４の実施の形態を示す説明図である。本実施の形態で使用する半導体チップ１０は、チップの裏面にアンダーフィル樹脂３０の樹脂溜まりとなる溝１４を形成したことを特徴とする。図１１に半導体チップ１０の裏面に形成した溝１４の形成例を示す。本実施形態では、溝１４を縦横のグリッド状に形成し、各々の溝１４が互いに連通するように設けている。半導体チップ１０の裏面の外周縁部に沿って溝１４を形成しているのは、半導体チップ１０を基板２０に超音波接合する際に、半導体チップ１０の側面に這い上がったアンダーフィル樹脂３０が半導体チップ１０の裏面に設けた溝１４に取り込まれるようにするためである。

半導体チップ１０の裏面に溝１４を形成する場合も、半導体ウエハから半導体チップを個片にダイシングする工程で、半導体ウエハの裏面に溝加工を施して溝１４を縦横に形成すればよい。半導体チップ１０の裏面にグリッド状に溝１４を形成したことにより、半導体チップ１０の裏面には端面形状が矩形の小さな突起１５が縦横に配列して形成されることになる。

図１２は、基板２０に半導体チップ１０を超音波接合している状態を示す。超音波振動装置の押圧ツール５１の押圧面には前記突起１５に各々位置合わせして突起部５１ａが形成され、半導体チップ１０側の突起１５と押圧ツール５１側の突起部５１ａとを位置合わせし、端面と相互に当接して超音波接合している。突起１５と突起部５１ａとを突き合わせて半導体チップ１０を超音波接合することにより、半導体チップ１０の側面にアンダーフィル樹脂３０が這い上がっても、溝１４内にアンダーフィル樹脂３０が入り込むから、突起部５１ａの端面にアンダーフィル樹脂３０が付着したりすることなく確実に超音波接合することが可能になる。

（第５の実施の形態）
図１３〜１５は、本発明に係る超音波フリップチップ実装方法において使用する半導体チップ１０とその製造方法を示している。本実施形態で使用する半導体チップ１０は、図１４に示すように半導体チップ１０の側面に離型材１６を被着したものであることを特徴とする。

図１３は半導体チップ１０の側面に離型材１６を被着する工程を示す。すなわち、図１３は剥離シート８に半導体ウエハ５を支持した状態で半導体ウエハ５をダイシングした状態を示す。１７は離型材１６を半導体チップ１０の側面に被着するための綿棒等の塗布ツールである。ダイシング後の半導体ウエハ５のダイシング溝に沿って塗布ツール１７を移動させ、個々の半導体チップ１０の側面に離型材１６を塗布することにより、半導体チップ１０の側面に離型材１６を被着することができる。離型材１６を被着した後、剥離シート８を剥離することによって、図１４に示すような、側面に離型材１６が被着された半導体チップ１０を得ることができる。

図１５は、図１４に示す半導体チップ１０を作成する他の方法を示す。この図１５に示す方法では、半導体ウエハ５を剥離シート８に支持するとともに、ダイシング側の面（上面）にもシート９を被着して加工することを特徴とする。図１５(a)は、半導体ウエハ５の回路面にシート９を被着した状態、図１５(b)はシート９とともに半導体ウエハ５をダイシングした状態を示す。図１５(b)に示す状態で、図１３に示す方法と同様に塗布ツール１７をダイシング溝内を移動させて、個々の半導体チップ１０の側面に離型材１６を塗布する。離型材１６を塗布した後、半導体チップ１０からシート９と剥離シート８とを剥離することにより、側面に離型材１６が被着された半導体チップ１０を得ることができる。図１５に示す加工方法による場合は、半導体ウエハ５の回路面を剥離シート８への貼着面と反対側にして半導体ウエハ５を剥離シート８に支持した場合でも、半導体チップ１０の回路面をシート９で保護して加工することができ、回路面に離型材１６が付着するといった問題を回避することができる。

図１４に示すように、半導体チップ１０の側面に離型材１６を被着しておけば、離型材１６に対するアンダーフィル樹脂３０の濡れ性は低いから、半導体チップ１０を基板２０に超音波接合する際に、アンダーフィル樹脂３０が半導体チップ１０の側面に這い上がることを防止することができ、基板２０にアンダーフィル樹脂３０をあらかじめ供給する先入れ方式によるフリップチップ接続方法で、超音波接合により確実に半導体チップ１０を基板２０に搭載することができる。

（付記１）
基板にアンダーフィル樹脂を供給した後、超音波接合により半導体チップをフリップチップ接続により搭載する超音波フリップチップ実装方法であって、
前記半導体チップとして、チップの側面領域を厚さ方向に二分した回路面側の一方の領域が粗面部に形成され、裏面側の他方の領域が鏡面部に形成されたチップを使用することを特徴とする超音波フリップチップ実装方法。
（付記２）
基板にアンダーフィル樹脂を供給した後、超音波接合により半導体チップをフリップチップ接続により搭載する超音波フリップチップ実装方法であって、
前記半導体チップとして、チップの回路面に樹脂溜まりとしての溝を形成したチップを使用することを特徴とする超音波フリップチップ実装方法。
（付記３）
基板にアンダーフィル樹脂を供給した後、超音波接合により半導体チップをフリップチップ接続により搭載する超音波フリップチップ実装方法であって、
前記半導体チップとして、チップの裏面側のコーナー部を面取りしたチップを使用することを特徴とする超音波フリップチップ実装方法。
（付記４）
超音波振動装置の実装ツールとして、前記半導体チップの裏面の形状と同形状の押圧端面に形成された押圧ツールを使用して超音波接合することを特徴とする付記３記載の超音波フリップチップ実装方法。
（付記５）
基板にアンダーフィル樹脂を供給した後、超音波接合により半導体チップをフリップチップ接続により搭載する超音波フリップチップ実装方法であって、
前記半導体チップとして、チップの裏面に樹脂溜まりとしての溝が形成されたチップを使用することを特徴とする超音波フリップチップ実装方法。
（付記６）
超音波振動装置の実装ツールとして、前記半導体チップの裏面に形成された突起に位置合わせして押圧面に突起部が形成された押圧ツールを使用して超音波接合することを特徴とする付記５記載の超音波フリップチップ実装方法。
（付記７）
基板にアンダーフィル樹脂を供給した後、超音波接合により半導体チップをフリップチップ接続により搭載する超音波フリップチップ実装方法であって、
前記半導体チップとして、側面に離型材が被着されたチップを使用することを特徴とする超音波フリップチップ実装方法。

本発明に係る超音波フリップチップ実装方法の第１の実施の形態で使用する半導体チップ(a)と従来の半導体チップ(b)の構成を示す説明図である。 半導体チップをフリップチップ接続した状態を示す説明図である。 本発明に係る超音波フリップチップ実装方法の第２の実施の形態で使用する半導体チップの構成を示す側面図である。 図３に示す半導体チップをフリップチップ接続した状態を示す説明図である。 図３に示す半導体チップの平面図である。 本発明に係る超音波フリップチップ実装方法の第３の実施の形態で使用する半導体チップの構成を示す側面図である。 図６に示す半導体チップをフリップチップ接続した状態を示す説明図である。 図６に示す半導体チップを形成する方法を示す説明図である。 図６に示す半導体チップを超音波接合する状態を示す説明図である。 本発明に係る超音波フリップチップ実装方法の第４の実施の形態で使用する半導体チップの構成を示す側面図である。 図１０に示す半導体チップの平面図である。 図１０に示す半導体チップを超音波接合している状態を示す説明図である。 本発明に係る超音波フリップチップ実装方法の第５の実施形態で使用する半導体チップの製造方法を示す説明図である。 半導体チップの断面図である。 半導体チップの他の製造方法を示す説明図である。 従来のフリップチップ接続による半導体チップの実装方法を示す説明図である。

符号の説明

１０ 半導体チップ
１０ａ 粗面部
１０ｂ 鏡面部
１１ バンプ
１２ 溝
１３ 面取り部
１４ 溝
１５ 突起
１６ 離型材
１７ 塗布ツール
２０ 基板
３０ アンダーフィル樹脂
４０ ヒータ
５０、５１ 押圧ツール
５１ａ 突起部

Claims (5)

1. 基板にアンダーフィル樹脂を供給した後、超音波接合により半導体チップをフリップチップ接続により搭載する超音波フリップチップ実装方法であって、
   前記半導体チップとして、チップの側面領域を厚さ方向に二分した回路面側の一方の領域が粗面部に形成され、裏面側の他方の領域が鏡面部に形成されたチップを使用することを特徴とする超音波フリップチップ実装方法。
2. 基板にアンダーフィル樹脂を供給した後、超音波接合により半導体チップをフリップチップ接続により搭載する超音波フリップチップ実装方法であって、
   前記半導体チップとして、チップの回路面に樹脂溜まりとしての溝を形成したチップを使用することを特徴とする超音波フリップチップ実装方法。
3. 基板にアンダーフィル樹脂を供給した後、超音波接合により半導体チップをフリップチップ接続により搭載する超音波フリップチップ実装方法であって、
   前記半導体チップとして、チップの裏面側のコーナー部を面取りしたチップを使用することを特徴とする超音波フリップチップ実装方法。
4. 超音波振動装置の実装ツールとして、前記半導体チップの裏面の形状と同形状の押圧端面に形成された押圧ツールを使用して超音波接合することを特徴とする請求項３記載の超音波フリップチップ実装方法。
5. 基板にアンダーフィル樹脂を供給した後、超音波接合により半導体チップをフリップチップ接続により搭載する超音波フリップチップ実装方法であって、
   前記半導体チップとして、チップの裏面に樹脂溜まりとしての溝が形成されたチップを使用することを特徴とする超音波フリップチップ実装方法。

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