JP2006040939A - 接続体とその製造方法及び実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置と回路基板との間の接続部位におけるショートの防止。
【解決手段】回路基板と半導体装置との間に介装されてこれら回路基板と半導体装置とを電気接続する接続体１００において、回路基板と半導体装置との間に挿入配置させる薄板状の電気絶縁基材３を有する。回路基板の接続部位と半導体装置の接続部位とを電気接続する複数の電気接合材２を電気絶縁基材３の厚み方向に沿って貫通配置させる。隣接する電気接合材２の間に電気絶縁基材３の主面から突出する電気絶縁性突出部１ａを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、接続体とその製造方法及び実装方法に関する。

携帯用電子機器の小型化、高性能化に伴い半導体パッケージなどの小型化、高性能化がますます求められている。そのため端子ピン数が増加し、狭ピッチ化あるいはエリア配列にすることが重要となる。これに有効な半導体装置（半導体チップ）を実装する技術の１つにフリップチップ実装がある（特許文献１参照）。

特許文献１ではフリップチップ実装として突起電極が形成された半導体装置を、電気接合層を介して回路基板の入出力端子電極上に実装する。この構造は、ワイヤボンディング法を用いて形成された突起電極を有する半導体装置を導電性接着剤を介して回路基板の入出力端子電極上に実装し、封止樹脂により補強している。

この場合、導電性接着剤という電気接合層の存在により接続部の高信頼性が確保されている。しかし、バンプ形成工程、バンプレベリング工程、導電性接着剤供給工程、実装工程、封止樹脂封入工程、導電性接着剤及び封止樹脂の硬化工程など工程数が非常に多いことや、バッチ処理のため樹脂の硬化時間が長く生産タクト、高生産性が懸念される。また、導電性接着剤の供給工程では突起電極への転写によって導電性接着剤を供給するため、狭ピッチになると突起電極を小さくせざるを得ない。そのため、導電性接着剤の転写量（供給量）が減少し、接続信頼性を十分に確保するのが困難となる。

これ以外に、突起電極は電解めっき、あるいは無電解めっきで生成された例えばＡｕ、Ｎｉなどで構成されたものも用いることができる。

一方で、基板の嵌合部のめっき配線電極を利用して、さらに導電性接合材を充填し、そこに特記電極を有する半導体装置を搭載するものがある。この構造は、電気接合層を設けることで信頼性の向上を図っている（特許文献２参照）。

また、シートに設けた孔に導電性ペーストを充填し、実装する方式が提案されている。この構成も、電気接合層を用いることで信頼性の向上を図っている（特許文献３参照）。
特許第３０１２８０９号 特許第３１６０１７５号 特開２０００−５８５９２号

従来の実装技術では、半導体装置（半導体チップ）の端子電極が狭ピッチになると電気接合層の安定した供給が難しくなると同時に、突起電極（バンプ電極）を充填された電気接合層中に挿入実装する際、中の導電性ペーストが外にあふれて隣接する接続部どうしがショ−トしてしまう。また、半導体装置（半導体チップ）を回路基板に実装する時は少なからず荷重が作用するため、電気接合層が押圧されることもショートの要因になる。そのため、本来高信頼性を確保するために用いた電気接合層であるのに、逆に接続品質を損なってしまう。

そこで、本発明は、回路基板と半導体装置との間に挿入配置されるとともに、その厚み方向に沿って前記回路基板の接続部位と前記半導体装置の接続部位とを電気接続する複数の電気接合材が貫通配置された薄板状の電気絶縁基材において、隣接する前記電気接合材の間に、前記電気絶縁基材の主面から突出する電気絶縁性突出部を設けた。これにより、隣接する電気接合材が互いに当接し合うことを、電気絶縁性突出部が阻止する。電気絶縁性突出部は、電気接続工程時に実施される加圧処理によって変形して電気絶縁基材の主面に沿ってその周囲に広がる。そのような形状変化（広がり変形）によって電気絶縁性突出部は電気接合材の当接をより確実に阻止することができる。

これにより、端子電極を有する半導体装置を、入出力端子電極を有する回路基板に電気接合層を介して実装する場合に、狭ピッチでも安定に接続できる。また、高信頼性を確保できる。

以上の説明から明らかなように、本発明により、端子電極を有する半導体装置を、入出力端子電極を有する回路基板に電気接合層を介して実装する場合に、入出力端子電極が狭ピッチで配置されていたとしても、安定した状態で電気接続させることができる。これにより、電気接合層を用いた半導体実装構造の信頼性を向上させることができる。

実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１にかかる接続体１００の概略図である。この接続体１００は、回路基板に半導体装置を実装する際に用いられる接続体である。接続体１００は、電気絶縁樹脂の薄板状フィルムからなる電気絶縁基材３を備える。電気絶縁基材３の所定位置には、厚み方向に沿って貫通する第１の孔８と第２の孔１０とが形成される。第１の孔８は複数設けられており、これら第１の孔８に電気接合材２が充填される。電気接合材２の一部は、電気絶縁基材３の一方の主面から突出している。第２の孔１０は、隣接する第１の孔８どうしの間に少なくとも一つ配置されており、各第２の孔１０に電気絶縁性樹脂１が充填される。電気絶縁性樹脂１の一部は、電気絶縁基材３の両主面から突出しており、この突出部位が電気絶縁性突出部１ａとなっている。

電気接合材２は、接続体１００により電気接続される回路基板と半導体装置との間に介在して両者の電気接続を仲介する部材である。電気接合材２や第１の孔８は、回路基板と半導体装置との電気接続部位に対応して配置される。接続体１００により回路基板と半導体装置とが電気接続される際には、接続体１００はその厚み方向に沿って加圧される。その際、電気接合材２は、加圧を受けることで良好な電気導通性を発揮する。このような接続構造をより接続精度高く実現するため、電気接合材２の一部は、予め、電気絶縁基材３の主面から突出しており、加圧を受けやすくなっている。しかしながら、そのために加圧に際して電気接合材２の一部は第１の孔８から溢れ出て電気絶縁基材３の主面においてその周囲に流れ出やすく、周囲に流れ出た電気接合材２は、隣接する第１の孔８の間で短絡を生じさせる原因となる。

これに対して、本実施形態では、隣接する第１の孔８の間に第２の孔１０を設けたうえで、第２の孔１０に電気絶縁性樹脂１を充填配置している。さらには、電気絶縁性樹脂１の一部が電気絶縁基材３から突出することで電気絶縁性突出部１ａとなっている。そのため、接続工程における加圧処理時において電気絶縁性樹脂１は、電気接合材２と同様、第２の孔１０から溢れ出て絶縁基材３の主面においてその周囲に流れ出る。これにより、第１の孔８から溢れ出る電気接合材２は、同様に溢れ出る電気絶縁性突出部１aによって遮蔽される結果、隣接する第１の孔８の電気接合材２どうしが互いに当接しにくくなる。

したがって、端子電極を有する半導体装置を入出力端子電極を有する回路基板に接続体１００を介して実装する場合に、端子電極（半導体装置）の形成ピッチを狭ピッチ（例えば、５０μｍ程度のピッチ）に設定したとしても、電気接合材２の広がりに起因するショートが生じにくくなる。これにより、接続体１００を用いた実装構造において、その接続対象である半導体装置の端子電極ピッチが狭ピッチであったとしても、安定した電気接続を実現することができ、その信頼性が高くなる。

なお、第１、第２の孔８、１０はレ−ザ−により形成することが可能である。絶縁基材３には通常の異方性導電膜（ＡＣＦ）に用いられているとの同じような樹脂を用いることができるが、ナガセケムテックス（株）製品番Ｒ６０１１で１週間程度は常温保存可能な樹脂フィルムを用いることもできる。また、孔をあける工程と接続体１００を回路基板に接着させる工程は別々に行えるので生産タクトが向上でき生産性に優れる。

電気接合材２には半田や導電性接着剤のいずれでも可能である。導電性接着剤から電気接合材２を構成する場合、その主成分はエポキシ系樹脂となり、導電性フィラには、例えばＡｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉの少なくとも１つを用いることができる。また、電気絶縁基材３は、半導体装置と回路基板との間の封止樹脂として機能する。そのため、電気絶縁基材３は、一般に封止樹脂として用いられるエポキシ系樹脂を主成分として含む。しかしながら、電気絶縁基材３はＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮなどの無機物の粒子だけを含んで構成することもできる。

また、電気絶縁性樹脂１の構造としては、図２（ａ）に示すように、電気接合材２と同様に、円柱構造とすることができるほか、図２（ｂ）に示すように、断面扁平な四角柱構造とすることができる。さらには、図２（ｃ）に示すように、互いに連結された連続壁構造とすることもできる。

実施の形態２
図３は本発明の実施の形態２にかかる接続体の概略図である。本実施形態の接続体２００の構成は基本的には実施の形態１の接続体１００と同様である。接続体２００が接続体１００と異なるのは、電気絶縁基材３の一方の主面に第１の接着層４を設け、他方の主面に第２の接着層５を設けることである。

実施の形態３
図４は、本発明の実施の形態３にかかる接続体の構造である。本実施の形態の接続体３００は、第２の孔１０と電気絶縁性樹脂１とを削除し、これに替わって、電気絶縁基材３と一体に成形されて、絶縁基材３の主面から突出する部位から電気絶縁性突出部３ａを構成した点である。

実施の形態４
図５は本発明の実施の形態４にかかる接続体の製造方法の概略図である。この実施の形態の製造方法は、実施の形態１の接続体１００の製造方法である。ここで、実施の形態２の接続体２００の構造は、第１、第２の接着層４、５の有無以外は基本的に実施の形態１の接続体１００と同様である。そのため、本実施形態の製造方法において、電気絶縁基材３として、予め、第１、第２の接着層４、５を有するものを用いれば、本実施形態の製造方法で実施の形態２の接続体２００を製造することができる。

以下、本実施形態の製造方法による接続体１００の製造工程を説明する。まず、図５（ａ）に示すように、樹脂フィルム１０１を用意する。樹脂フィルム１０１は電気絶縁基材３の一方の主面に第１の剥離シート６が、他方の主面に第２の剥離シート７が設けられた構成とする。

次に、図５（ｂ）に示すように、この樹脂フィルム１０１の一方の剥離シート（図では第１の剥離シート６）と電気絶縁基材３とに、その厚み方向に貫通する第１の孔８を形成する。このとき、他方の剥離シート（図では第２の剥離シート７）には第１の孔８を形成しない。第１の孔８は、接続体１００によって電気接続する回路基板と半導体装置との間の接続個所に対応する位置に形成する。

次に、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、第１の孔８に電気接合材２を充填する。電気接合材２を、第１の孔８の開口が形成された樹脂フィルム１０１のフィルム面（第１の剥離シート６側）から充填する。ここで、電気接合材２を導電性接着剤から構成する場合、電気接合材２を、例えば、図に示すようにスキージ９を用いて充填する。

次に、図５（ｅ）に示すように、第１の孔８に電気接合材２を充填した樹脂フィルム１０１において、隣接する第１の孔８の間に第２の孔１０を形成する。このとき、第２の孔１０を、第１の剥離シート６と電気絶縁基材３と第２の剥離シート７との全てにわたってその厚み方向に貫通して形成する。

次に、図５（ｆ）、（ｇ）に示すように、第２の孔１０に電気絶縁性樹脂１を充填する。このとき、電気絶縁性樹脂１を、例えば、電気接合材２と同様、スキージ９を用いて充填する。ここで、樹脂フィルム１０１の一方の主面（第１の剥離シート６側）において第１の孔８（電気接合材２）は開口しているものの、他方の主面（第２の接着層７側）において第１の孔８（電気接合材２）は第２の剥離シート７により閉塞されている。この構造を利用して、電気絶縁性樹脂１を充填する際には、電気接合材２を充填した側とは反対側、すなわち、第２の剥離シート７側の主面から電気絶縁性樹脂１を充填する。これにより、電気接合材２は、第２の剥離シート７により遮蔽されて、電気絶縁性樹脂１により汚染することはない。

最後に、図５（ｈ）に示すように、第１の剥離シート６と第２の剥離シート７とを電気絶縁基材３から除去する。これにより、実施の形態１の接続体１００が得られる。

なお、第１、第２の孔８、９はレ−ザにより形成することが可能である。電気絶縁基材３には通常の異方性導電膜（ＡＣＦ）に用いられているとの同じような樹脂を用いることができるが、ナガセケムテックス（株）製品番Ｒ６０１１で１週間程度は常温保存可能な樹脂フィルムを用いることもできる。また、穴をあける工程と樹脂膜フィルムを回路基板に接着させる工程とは別々に行えるので生産タクトが向上でき生産性に優れる。

電気接合材２には半田や導電性接着剤のいずれでも可能である。導電性接着剤から電気接合材２を構成する場合、その主成分はエポキシ系樹脂となり、導電性フィラには、例えばＡｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉの少なくとも１つを用いることができる。

実施の形態５
図６は本発明の実施の形態５にかかる接続体の製造方法の概略図である。この実施の形態の製造方法は、実施の形態３の接続体３００の製造方法である。

以下、本実施形態の製造方法による接続体３００の製造工程を説明する。まず、図６（ａ）に示すように、作業基台２０上に第１の剥離シート２１を設置する。第１の剥離シート２１は、例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）から構成される。第１の剥離シート２１は電気絶縁基材３の電気絶縁性突出部３ａに対向する部位に開口２１ａを有する形状とする。

次に、図６（ｂ）に示すように、第１の剥離シート２１上に、半硬化状態の熱硬化性樹脂からなる電気絶縁基材３を搭載し、さらに、電気絶縁基材３に加熱加圧することで電気絶縁基材３を硬化させる。このとき、電気絶縁基材３の一部は、加圧によって開口２１ａと作業基台２０とにより囲まれた領域に浸入した状態で硬化する。これにより、硬化する電気絶縁基材３には、電気絶縁性突出部３ａが形成される。

次に、図６（ｃ）に示すように、形成した電気絶縁基材３において露出している基材主面に第２の剥離シート２２を貼り付ける。第２の剥離シート２２は基材主面の全面に設ける。第２の剥離シート２２は例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）から構成される。

次に、図６（ｄ）に示すように、作業基台２０に対して電気絶縁基材３をひっくり返す。これにより、作業基台２０に第２の剥離シート２２を当接させ、第１の剥離シート２１を露出させる。

次に、図６（ｅ）に示すように、電気絶縁基材３にその厚み方向に貫通する第１の孔８を形成する。第１の孔８は例えば、ＹＡＧレーザ照射により形成する。このとき、第１の孔８を、電気絶縁性突出部３ａを囲んでその両端に形成する。さらには、第１の孔８を、接続体３００によって接続される半導体装置と回路基板との接続個所に対応する位置に形成する。また、第１の孔８は、第１の剥離シート２１を貫通するものの、第２の剥離シート２２を貫通しないように形成する。

次に、図６（ｆ）に示すように、第１の孔８に電気接合材２を充填する。ここで、電気接合材２を導電性接着剤から構成する場合、電気接合材２を、例えば、図に示すようにスキージ９を用いて充填する。

最後に、図６（ｇ）に示すように、第１の剥離シート２１と第２の剥離シート２２とを電気絶縁基材３から除去する。これにより、電気絶縁基材３に電気絶縁性突出部３ａが一体成形された実施の形態３の接続体３００が得られる。

実施の形態６
図７（ｂ）は本発明の第４の実施の形態にかかる実装構造の概略図であり、図７（ａ）は、その実装途中の状態を示す概略図である。この実装構造は、実施の形態１または２に記載された接続体１００、２００を用いて半導体装置１１を回路基板１７に実装する構造である。

半導体装置（ＩＣ基板）１１は、端子電極１２を有しており、この端子電極１２上にバンプ電極１３が設けられている。一方、回路基板１７は入出力端子電極１６を有している。このような構成を有する半導体装置１１が接続体１００を介在させて回路基板１７に搭載されている。そして、バンプ電極１３（端子電極１２）と入出力端子電極１６とが、電気接合材２を介在させた状態で互いに電気接続されており、さらには、半導体装置１１と回路基板１７との間の隙間が接続体１００の電気絶縁基材３により封止されている。なお、符号１４は、半導体装置１１の端子電極形成面を覆うパッシベーションであり、符号１５は、パッシベーション１４を覆う保護膜である。

この実装構造では、接続体１００はその厚み方向に沿って加圧される。その際、電気接合材２は、加圧を受けることで良好な電気導通性を発揮する。このような接続構造をより接続精度高く実現するため、電気接合材２の一部は、予め、電気絶縁基材３の表面から突出しており、加圧を受けやすくなっている。しかしながら、そのために加圧に際して電気接合材２の一部は第１の孔８から溢れ出て電気絶縁基材３の主面においてその周囲に流れ出やすく、周囲に流れ出た電気接合材２は、隣接する電気接合材２の間で短絡を生じさせる原因となる。

これに対して、本実施形態では、隣接する第１の孔８の間に第２の孔１０を設けたうえで、第２の孔１０に電気絶縁性樹脂１を充填配置している。さらには、電気絶縁性樹脂１の一部を電気絶縁基材３から突出させて電気絶縁性突出部１ａを形成している。そのため、接続工程における加圧処理時において電気絶縁性突出部１ａは、電気接合材２と同様、第２の孔１０から溢れ出て絶縁樹脂フィルム１０１の主面においてその周囲に流れ出る。これにより、第１の孔８から溢れ出る電気接合材２は、同様に溢れ出る電気絶縁性突出部１ａによって遮蔽される結果、隣接する第１の孔８の電気接合材２どうしが互いに当接することはなくなる。

したがって、半導体装置１１を回路基板１７に接続体１００を介して実装する場合に、端子電極１２の形成ピッチを狭ピッチ（例えば、５０μｍ程度のピッチ）に設定したとしても、電気接合材２の広がりに起因するショートが生じにくくなる。これにより、接続体１００を用いた実装構造において、その接続対象である半導体装置１の端子電極形成ピッチが狭ピッチであったとしても、安定した電気接続を実現することができ、その信頼性が高くなる。

実施の形態７
図８（ｂ）は本発明の第５の実施の形態にかかる実装構造の概略図であり、図８（ａ）は、その実装途中の状態を示す概略図である。本実施形態の構造は、基本的は、実施の形態４と同様の構造を有する。ただし、本実施形態では、パッシベーション１４と保護膜１５とによって、端子電極１２上に凹部４５が形成されている。そして、凹部４５の容積をＶ１とし、実装時に半導体装置側で広がる電気接合材２の容積をＶ２とすると、少なくともＶ１≧Ｖ２としている。これにより、実装工程中に周囲に流れ出る電気接合材２を確実に凹部４５に収納させることができて、その分、さらに、端子電極１２間のショートが生じにくくいなっている。

本発明の第１の実施の形態である接続体の概略図である。 電気絶縁性樹脂１の配置構造の具体例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態である接続体の概略図である。 本発明の第３の実施の形態である接続体の概略図である。 本発明の第４の実施の形態である接続体の製造方法の概略図である。 本発明の第５の実施の形態である接続体の製造方法の概略図である。 本発明の第６の実施の形態である実装構造の概略図である。 本発明の第７の実施の形態である実装構造の概略図である。

符号の説明

１…絶縁性樹脂
１ａ…電気絶縁性突出部
２…電気接合材
３…基材
３ａ…電気絶縁性突出部
４…第１の接着層
５…第２の接着層
６…第１の剥離シート
７…第２の剥離シート
８…第１の孔
９…スキージ
１０…第２の孔
１１…半導体装置
１２…端子電極
１３…バンプ電極
１４…パッシベーション
１５…保護膜
１６…入出力端子電極
１７…回路基板
１００…接続体
２００…接続体
３００…接続体

Claims (11)

1. 回路基板と前記回路基板に実装される半導体装置との間に介装されてこれら回路基板と半導体装置とを電気接続する接続体であって、
   前記回路基板と前記半導体装置との間に挿入配置される薄板状の電気絶縁基材と、
   前記電気絶縁基材の厚み方向に沿って貫通配置されており、前記回路基板の接続部位と前記半導体装置の接続部位とを電気接続する複数の電気接合材と、
   隣接する前記電気接合材の間に設けられて、前記電気絶縁基材の主面から突出する電気絶縁性突出部と、
   を有する、
   ことを特徴とする接続体。
2. 前記電気絶縁基材は、前記電気絶縁性突出部の配置部位に基材厚み方向に沿った孔を有し、当該孔に電気絶縁性樹脂が充填されているとともに当該電気絶縁性樹脂の一部は前記電気絶縁基材の主面から突出しており、当該突出部位から前記電気絶縁性突出部が構成される、
   ことを特徴とする請求項１記載の接続体。
3. 前記電気絶縁性突出部は、前記電気絶縁基材と一体に形成される、
   ことを特徴とする請求項１記載の接続体。
4. 前記電気絶縁性突出部は前記電気絶縁基材の両主面に設けられる、
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の接続体。
5. 前記電気絶縁基材は、その主面に接着層を有する、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の接続体。
6. 回路基板と前記回路基板に実装される半導体装置との間に介装されてこれら回路基板と半導体装置とを電気接続する接続体の製造方法であって、
   両面に剥離シートが貼付された薄板状の電気絶縁基材を用意したうえで、前記回路基板と前記半導体装置との間の接続部位に対応する前記電気絶縁基材の部位に、一方の前記剥離シートと前記電気絶縁基材とをその厚み方向に貫通する第１の孔を形成する工程と、
   前記第１の孔に電気接合材を充填する工程と、
   隣接する前記第１の孔の間に位置する前記絶縁基材の部位に、両方の前記剥離シートと前記電気絶縁基材とをその厚み方向に貫通する第２の孔を形成する工程と、
   前記剥離シートにより前記第１の孔が遮蔽された前記電気絶縁基材の主面から、前記第２の孔に前記電気絶縁性樹脂を充填する工程と、
   前記絶縁基材から両剥離シートを除去する工程と、
   とを含む、
   ことを特徴とする接続体の製造方法。
7. 回路基板と、
   前記回路基板に実装される半導体装置と、
   前記回路基板と前記半導体装置との間に介装されて、これら回路基板と半導体装置とを電気接続する接続体と、
   有し、
   前記接続体は、
   前記回路基板と前記半導体装置との間に挿入配置される薄板状の電気絶縁基材と、
   前記電気絶縁基材の厚み方向に沿って貫通配置されており、前記回路基板の接続部位と前記半導体装置の接続部位とを電気接続する複数の電気接合材と、
   隣接する前記電気接合材の間に設けられて、前記電気絶縁基材の主面から突出する電気絶縁性突出部と、
   を有する、
   ことを特徴とする半導体装置の実装構造。
8. 前記電気絶縁基材は、前記電気絶縁性突出部の配置部位に基材厚み方向に沿った孔を有し、当該孔に電気絶縁性樹脂が充填されているとともに当該電気絶縁性樹脂の一部は前記電気絶縁基材の主面から突出しており、当該突出部位から前記電気絶縁性突出部が構成される、
   ことを特徴とする請求項７記載の半導体装置の実装構造。
9. 前記電気絶縁性突出部は、前記電気絶縁基材と一体に形成される、
   ことを特徴とする請求項７記載の半導体装置の実装構造。
10. 前記絶縁性突出部は前記電気絶縁基材の両主面に設けられる、
    ことを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の半導体装置の実装構造。
11. 前記電気絶縁基材は、その主面に接着層を有する、
    ことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれかに記載の半導体装置の実装構造。

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