JP2007005688A - 半導体装置の実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な方法により、基板上に高密度実装が可能な半導体装置の実装方法を提供すること。
【解決手段】 導電部を有する基板上に、複数の接続端子を有する半導体装置をフィルム状の接着材を介して電気的に接続するとともに、フリップチップ実装する半導体装置の実装方法であって、半導体装置１１の外形より小さく、かつ、半導体装置１１の複数の接続端子１２の最外周Ａより大きい接着材３３を半導体装置１１の複数の接続端子１２と基板の導電部との間に挟持させ、ボンディングツールにより半導体装置１１を加熱及び加圧して実装することを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、半導体装置をフリップチップ実装する半導体装置の実装方法に関する。

近年、携帯情報端末をはじめ、各種の携帯型電子機器の普及が著しい。このような電子機器においては、携帯性の向上や小型化、軽量化、薄型化が強く求められる技術傾向にあることから、電子機器に実装される半導体装置においても、一層の高密度化、小型化、薄型化が要望されている。
薄型化や小型化に適した半導体装置の実装方法としては、半導体装置をフレキシブル配線基板等に直接またはＡＣＦ（異方性導電フィルム）等の接着材を介して接合するフリップチップ実装方式が広く用いられている。

このように、半導体装置の薄型化に伴い、接着材が半導体装置の側面を這い上がり易くなり、ボンディングツールに付着するという問題が生じていることから、この問題を解決するために、周縁に沿って窪み部（段差）が形成された半導体装置の実装方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
この特許文献１に記載の半導体装置の実装方法は、まず、ウエハ状態の半導体装置をウエハの厚さよりも浅いところまで切り込み、ウエハに溝を形成する。その後、この溝よりも幅の小さいブレードを用いて、溝内部に凹部を形成し、ウエハをダイシングすることにより、窪み部を有する半導体装置を得ることができる。そして、この半導体装置をボンディングツールにより回路基板にフリップチップ実装した際、窪み部により、接着材が半導体装置の側面を這い上がるのを防止することができる。
特許第３５１４６４９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の半導体装置の実装方法では、窪み部を形成するために、半導体装置の厚みを厚くする必要があるため、薄型化した半導体装置には不向きである。また、窪み部を形成するためのスペースを必要とするため、一つのウエハから得られる半導体装置の個数が減少してしまう。さらには、複雑な窪み部の形状は、歩留まりの低下や、コストの増加という問題が生じてしまう。
また、半導体装置を基板にフリップチップ実装した際、接着材が半導体装置の外形からはみ出してしまうことから、半導体装置に隣接する他の部品を直近に配置することができず、結果として基板上にデッドスペースが生じてしまい、これが高密度実装を損なう一因となってしまう。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、簡易な方法により、基板上に高密度実装が可能な半導体装置の実装方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の半導体装置の実装方法は、導電部を有する基板上に、複数の接続端子を有する半導体装置をフィルム状の接着材を介して電気的に接続するとともに、フリップチップ実装する半導体装置の実装方法であって、前記半導体装置の外形より小さく、かつ、前記半導体装置の複数の接続端子の最外周より大きい前記接着材を前記半導体装置の複数の接続端子と前記基板の導電部との間に挟持させ、ボンディングツールにより前記半導体装置を加熱及び加圧して実装することを特徴とする。

本発明に係る半導体装置の実装方法では、接着材が半導体装置の外形より小さく、かつ、半導体装置の複数の接続端子の最外周より大きいため、ボンディングツールにより基板上に半導体装置を実装した際、導電部と接続端子とを良好に接続できるとともに、接着材が半導体装置の外形からはみ出ることがほとんどない。したがって、簡易な方法により、基板上にデッドスペースがほとんど生じず、さらに、ボンディングツール側に接着材が這い上がり、付着することを防止することができる。また、従来のように窪み部を形成する必要がないため、薄型化した半導体装置にも適用が可能であることから、高密度実装が可能になる。さらに、必要な箇所にのみ接着材を付着させることができるので、接着材の無駄を省くことをでき、接着材の使用効率を向上させることが可能となる。

また、半導体装置の実装方法は、前記半導体装置の複数の接続端子の最外周と前記半導体装置の外周との距離は５０μｍ以上であることが好ましい。
本発明に係る半導体装置の実装方法では、ウエハ状態の半導体装置をダイシングする際、ダイシングの衝撃で生じるチッピングや位置ずれ等のマージンを考慮しなくてはならない。そこで、発明者はチッピングや位置ずれ等の範囲を測定した結果、半導体装置の複数の接続端子の最外周と半導体装置の外周との距離が５０μｍ以内で、チッピングや位置ずれ等が発生してしまうことが分かった。これにより、半導体装置の複数の接続端子の最外周と半導体装置の外周との距離を５０μｍ以上にすることで、これらのマージンを確保することができる。したがって、高速でダイシングすることができるので、生産効率の向上を図ることが可能となる。

また、半導体装置の実装方法は、前記半導体装置と接触する前記ボンディングツールの接触面の外形が、前記半導体装置の外形より小さいことが好ましい。
本発明に係る半導体装置の実装方法では、ボンディングツールにより半導体装置を加熱及び加圧して実装する際、半導体装置と接触するボンディングツールの接触面が、半導体装置の外形より小さいため、半導体装置に他の部品が近接していたり、半導体装置の厚み（高さ）が他の部品の厚みより薄くても、ボンディングツールが隣接する他の部品に当たらずに実装することができる。したがって、半導体装置に近接して他の部品を置くことができるため、高密度実装が可能となる。

また、半導体装置の実装方法は、前記半導体装置と接触する前記ボンディングツールの接触面の外形が、前記半導体装置の複数の接続端子の最外周より大きいことが好ましい。
本発明に係る半導体装置の実装方法では、ボンディングツールにより半導体装置を加熱及び加圧して実装する際、半導体装置と接触するボンディングツールの接触面が、半導体装置の複数の接続端子の最外周より大きいため、確実に接続端子上方から半導体装置を押圧できる。したがって、基板の導電部と半導体装置の接続端子とを良好に電気的に接続することが可能となる。

また、半導体装置の実装方法は、前記半導体装置の厚みが、４００μｍ以下であることが好ましい。
本発明に係る半導体装置の実装方法では、半導体装置の厚みが、４００μｍ以下である薄型化された半導体装置であっても、半導体装置の裏面側、すなわちボンディングツール側に接着材が這い上がり、付着することを確実に防止することができる。したがって、厚さが薄い半導体装置を用いることができるため、高密度実装が可能となる。詳細な実験結果については後述する。

また、半導体装置の実装方法は、前記半導体装置の厚みが、１５０μｍであり、前記接着材の温度が８５℃における前記接着材の最低溶融粘度が４０００Ｐａ・ｓであるとき、前記ボンディングツールの下降速度が、０．７ｍｍ／ｓ未満であることが好ましい。
本発明に係る半導体装置の実装方法では、ボンディングツールの下降速度を０．７ｍｍ／ｓ未満にし、ボンディングツールにより半導体装置を加熱及び加圧して実装する。このように、ボンディングツールの下降速度を０．７ｍｍ／ｓ未満にすることにより、急激にボンディングツールが下降するのを防ぐことができるので、半導体装置の裏面側、すなわちボンディングツール側に接着材が這い上がり、付着することを確実に防止することができる。したがって、ボンディングツールの破損を防止することが可能となる。詳細な実験結果については後述する。

次に、本発明の半導体装置の実装方法の第１実施形態について、図１から図７を参照して説明する。
本実施形態では、まず、図１に示すように、シリコンからなるウエハ１０を用意する。このウエハ１０は、各種素子を形成してなる半導体装置１１が複数形成されたものであり、各半導体装置１１には、それぞれの能動面１１ａにバンプ（接続端子）１２が複数形成されている。また、半導体装置１１の能動面１１ａに形成された複数のバンプ１２は、半導体装置１１の外周に沿って矩形状に配置されている。

なお、バンプ１２の形状は、本実施形態では、図２に示すように、角柱状であるが、これに限らず、円柱状やボール状であっても良い。また、バンプ１２の材料としては、例えば、Ａｕバンプ、Ａｕ／Ｎｉバンプ、半田材等で被覆されたＣｕバンプ、Ｎｉバンプ、あるいは、半田ボール等を用いることが可能である。また、バンプ１２の高さ（厚み）Ｌは、５μｍ〜３０μｍ程度で形成されており、このバンプ１２の形成方法としては、電界めっき法あるいは無電解めっき法、金ワイヤをボール状に加工するワイヤバンプや、半田で形成された半田バンプ等、周知の技術により形成されている。
また、図１及び図２に示すように、半導体装置１１の複数のバンプ１２の最外周Ａと半導体装置１１の外周との距離Ｍは５０μｍ以上となっている。ここで、最外周Ａとは複数のバンプ１２を含むバンプ１２の周縁を示している。

次に、バンプ１２が形成された半導体装置１１をダイシングして、図３に示すように、個片化する。
そして、図４に示すように、個片化された半導体装置１１の裏面１１ｂをボンディングツール２０により真空吸着して保持する。このとき、半導体装置１１の裏面１１ｂと接触するボンディングツール２０の接触面２０ａは、図４に示すように、半導体装置１１の外形より小さい方が好ましく、さらには、半導体装置１１の複数のバンプ１２の最外周Ａより大きい方が好ましい。

次いで、実装される基板３０を半導体装置１１の能動面１１ａと対向させた状態でステージ２上に用意する。この基板３０には、実装する半導体装置１１のバンプ１２の位置に対応して電極（導電部）３１が形成されており、電極３１には電気的に接続されたランド３２が形成されている。さらに、基板３０には、半導体装置１１の外形より小さく、かつ、半導体装置１１の複数のバンプ１２の最外周Ａより大きい異方性導電フィルム（接着材）３３が対応する電極３１上に設けられている。すなわち、異方性導電フィルム３３の大きさを模式的に示すと、図５のように、半導体装置１１の複数のバンプ１２を覆う大きさになっている。また、異方性導電フィルム３３の厚さは、バンプ１２の厚さとほぼ同じである。

電極３１及びランド３２の材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、半田材で被覆された銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）で被覆された銅（Ｃｕ）等を用いることができる。
また、異方性導電フィルム３３は、その中に微細な導電性粒子が分散された熱硬化性または熱可塑性の樹脂フィルムである。この異方性導電フィルム３３の材料としては、例えば、感光性でかつ熱可塑性のポリイミド樹脂を挙げることができ、異方性導電フィルム３３の形成方法としては、ポリイミド樹脂に添加材を加えて、所定形状のフィルム状に成形することにより形成される。
なお、異方性導電フィルム３３は、接着性を有する樹脂であれば良く、例えば、熱可塑性を有するエポキシ樹脂，ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン），アクリル樹脂等、他の公知の樹脂でも良い。さらに、耐熱性を向上させるために熱硬化性樹脂もしくはその一部成分が含まれていても良い。

次に、半導体装置１１のバンプ１２と基板３０の電極３１とが対応するように、半導体装置１１の位置合わせを行う。ボンディングツール２０により半導体装置１１の位置合わせを行った後、ボンディングツール２０を降下することにより、半導体装置１１が異方性導電フィルム３３を押し広げる。
次いで、ボンディングツール２０により半導体装置１１は、加熱及び加圧され、半導体装置１１のバンプ１２と基板３０の電極３１とが接合する。これにより、図６に示すように、異方性導電フィルム３３を半導体装置１１の複数のバンプ１２と基板３０の電極３１との間に挟持した形態が得られる。
その後、基板３０を個片化し、図７に示すように、半導体装置１１が実装された実装体４０が得られる。

本実施形態に係る半導体装置１１の実装方法によれば、異方性導電フィルム３３が半導体装置１１の外形より小さく、かつ、半導体装置１１の複数のバンプ１２の最外周Ａより大きいため、基板３０上に半導体装置１１を実装した際、異方性導電フィルム３３が半導体装置１１の外形からはみ出ることがほとんどない。したがって、基板３０上にデッドスペースがほとんど生じず、また、従来のように窪み部を形成する必要がないため、薄型化した半導体装置１１にも適用が可能であることから、高密度実装が可能になる。さらに、必要な箇所にのみ異方性導電フィルム３３を付着させることができるので、異方性導電フィルム３３の無駄を省くことをでき、異方性導電フィルム３３の使用効率を向上させることが可能となる。
さらに、ボンディングツール２０側に異方性導電フィルム３３が這い上がり、付着することを確実に防止することができる。したがって、ボンディングツール２０の破損を防止することが可能となる。

［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、上述した第１実施形態に係る半導体装置１１と構成を共通とする箇所には同一符号を付けて、説明を省略することにする。
本実施形態に係る半導体装置５０において、第１実施形態では、異方性導電フィルム３３が基板３０上に設けられていたが、第２実施形態では、半導体装置５０側に設けられている。
半導体装置５０の実装方法としては、まず、ウエハ状の半導体装置５０のバンプ１２側に、図８に示すように、異方性導電フィルム５１を形成する。この形成方法としては、上述した樹脂材料を用いて、スピンコート法、ロールコータ法、ディスペンス法等の公知の手法によって、図１に示すウエハ１０のバンプ１２を形成した側の面に塗布する。ここで、異方性導電フィルム５１の厚さは、バンプ１２の厚さとほぼ同じである。

そして、ウエハ状の半導体装置５０の全面に異方性導電フィルム５１を形成した後、個片化する。その後、図９に示すように、ボンディングツール２０により半導体装置５０の裏面５０ｂを吸着し、半導体装置５０は、加熱及び加圧され、第１実施形態と同様にして、半導体装置５０のバンプ１２と基板３０の電極３１とが接合する。これにより、図７に示すように、異方性導電フィルム５１を半導体装置５０の複数のバンプ１２と基板３０の電極３１との間に挟持させた形態が得られる。

本実施形態に係る半導体装置５０の実装方法によれば、異方性導電フィルム５１が半導体装置５０の外形より小さい大きさであるため、異方性導電フィルム５１が半導体装置５０の外形からはみ出ることがほとんどない。したがって薄型化した半導体装置５０にも適用が可能であることから、高密度実装が可能になる。
なお、半導体装置５０側に異方性導電フィルム５１を形成する方法としては、半導体装置５０を個片化した後、フィルム状の異方性導電フィルム５１を半導体装置５０の能動面５０ａに貼着することによって形成しても良い。

［第３実施形態］
次に、本発明に係る第３実施形態について、図１０及び図１１を参照して説明する。
本実施形態に係る半導体装置６０において、第３実施形態では、異方性導電フィルム６１が半導体装置６０の複数のバンプ１２の最外周Ａとほぼ等しい大きさで、半導体装置６０側に設けられている。
半導体装置６０の実装方法としては、第１実施形態と同様にして、ウエハ状の半導体装置６０を個片化する。次に、図１０に示すように、幅が半導体装置６０の短辺の長さとほぼ等しいリード状の異方性導電フィルム６１を用意する。この異方性導電フィルム６１には、半導体装置６０の長辺の長さ位置にスリット６２が形成されている。このスリット６２は、異方性導電フィルム６１の表面６１ａに、例えば、フォトリソグラフィ法を用いて、Ｖ字状（楔状）に形成されている。そして、この異方性導電フィルム６１はスリット６２によりカッティングされ、図１１に示すように、半導体装置６０の能動面６０ａに貼着する。

その後、図１１に示すように、ボンディングツール２０により半導体装置６０の裏面６０ｂを吸着し、半導体装置６０を、加熱及び加圧し、第１実施形態と同様にして、半導体装置６０のバンプ１２と基板３０の電極３１とを接合する。これにより、図７に示すように、異方性導電フィルム６１を半導体装置６０の複数のバンプ１２と基板３０の電極３１との間に挟持させた形態が得られる。

本実施形態に係る半導体装置６０の実装方法によれば、異方性導電フィルム６１が半導体装置６０の複数のバンプ１２の最外周Ａとほぼ等しい大きさであるため、異方性導電フィルム６１が半導体装置６０の外形からはみ出ることがほとんどない。したがって薄型化した半導体装置６０にも適用が可能であることから、高密度実装が可能になる。

なお、スリット６２を形成せずに、異方性導電フィルム６１を半導体装置６０の複数のバンプ１２の最外周Ａの大きさで切り取る方法としては、半導体装置６０のバンプ１２で囲まれた能動面１２ａの絶縁膜と、半導体装置６０の複数のバンプ１２の最外周Ａの外側の能動面１２ａの絶縁膜との材料を異なるものとする。すなわち、半導体装置６０のバンプ１２で囲まれた能動面１２ａの絶縁膜の方を異方性導電フィルム６１と密着性の高い材料にすることによって、半導体装置６０の裏面６０ｂから圧力を掛けることにより、半導体装置６０の複数のバンプ１２の最外周Ａとほぼ等しい形状の異方性導電フィルム６１が、半導体装置６０の能動面６０ａに貼着する。

次に、半導体装置を実装するときのボンディングツールの下降速度について具体的に説明する。

まず、半導体装置の厚さが４００μｍ、異方性導電フィルムの厚さが２５μｍ、バンプの高さが１５μｍの半導体装置を用いて測定を行った。
半導体装置を実装する時の異方性導電フィルムの温度が約１１０℃における最低溶融粘度が２０Ｐａ・ｓ及び温度が約８５℃における最低溶融粘度が４０００Ｐａ・ｓのそれぞれの場合における、速度が４ｍｍ／ｓ，２ｍｍ／ｓ，０．７ｍｍ／ｓのときの異方性導電フィルムの半導体装の裏面への回り込みの測定を行った結果を表１に示す。

この結果から、いずれの速度の場合においても、半導体装置の裏面へ異方性導電フィルムの回り込みが発生しなかった。すなわち、４００μｍ以下である薄型化された半導体装置であっても、半導体装置の裏面側、すなわちボンディングツール側に接着材が這い上がり、付着することを確実に防止することができる。したがって、厚さが薄い半導体装置を用いることができるため、高密度実装が可能となる。

次に、導体装置の厚さが１５０μｍ、異方性導電フィルムの厚さが２５μｍ、バンプの高さが２０μｍの半導体装置を用いて測定を行った。
半導体装置を実装する時の異方性導電フィルムの温度と、この温度の時の最低溶融粘度とは、上述した条件と同一であり、それぞれの場合における、速度が０．７ｍｍ／ｓ，０．２ｍｍ／ｓ，０．１ｍｍ／ｓのときの半導体装置の裏面への異方性導電フィルムの回り込みの測定を行った結果を表２に示す。

この結果から、異方性導電フィルムの温度が約１１０℃における最低溶融粘度が２０Ｐａ・ｓの場合は、異方性導電フィルムは柔らかいため、流れ易くなり、半導体装置の裏面に接着材が回り込んでしまう場合が生じる。一方、異方性導電フィルムの温度が約８５℃おける異方性導電フィルムの最低溶融粘度が４０００Ｐａ・ｓのとき、０．７ｍｍ／ｓ未満では、半導体装置の裏面への異方性導電フィルムの回り込みが発生しなかった。すなわち、０．７ｍｍ／ｓ未満の速度でボンディングツールを下降させて実装することにより、回り込みを防止することができる。したがって、ボンディングツール側に異方性導電フィルムが這い上がり、付着することを確実に防止することができるため、ボンディングツールの破損を防止することが可能となる。

これらのことから、異方性導電フィルムの温度が約８５℃における最低溶融粘度が４０００Ｐａ・ｓであり、特に厚さが１５０μｍと薄型化された半導体装置であるとき、０．７ｍｍ／ｓ未満でボンディングツールを下降することが、より効果的であることが分かる。したがって、厚さが薄い半導体装置を用いても裏面への回り込みを防止することができるため、高密度実装が可能となる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

本発明の第１実施形態に係るウエハ状の半導体装置を示す斜視図及び平面図である。 図１の半導体装置のＸ−Ｘ線矢視における断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体装置の実装方法の工程説明図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体装置の実装方法の工程説明図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体装置の実装方法に用いられる接着材の大きさを示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体装置の実装方法の工程説明図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体装置の実装方法により実装された実装体を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置の実装方法の工程説明図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置の実装方法の工程説明図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体装置の実装方法の工程説明図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体装置の実装方法の工程説明図である。

符号の説明

Ａ…最外周、１１，５０，６０…半導体装置、１２…バンプ（接続端子）、２０…ボンディングツール、２０ａ…ボンディングツールの接触面、３０…基板、３１…電極（導電部）、３３…異方性導電フィルム（接着材）

Claims (6)

1. 導電部を有する基板上に、複数の接続端子を有する半導体装置をフィルム状の接着材を介して電気的に接続するとともに、フリップチップ実装する半導体装置の実装方法であって、
   前記半導体装置の外形より小さく、かつ、前記半導体装置の複数の接続端子の最外周より大きい前記接着材を前記半導体装置の複数の接続端子と前記基板の導電部との間に挟持させ、ボンディングツールにより前記半導体装置を加熱及び加圧して実装することを特徴とする半導体装置の実装方法。
2. 前記半導体装置の複数の接続端子の最外周と前記半導体装置の外周との距離は５０μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の実装方法。
3. 前記半導体装置と接触する前記ボンディングツールの接触面の外形が、前記半導体装置の外形より小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の実装方法。
4. 前記半導体装置と接触する前記ボンディングツールの接触面の外形が、前記半導体装置の複数の接続端子の最外周より大きいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の実装方法。
5. 前記半導体装置の厚みが、４００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置の実装方法。
6. 前記半導体装置の厚みが、１５０μｍであり、
   前記接着材の温度が８５℃における前記接着材の最低溶融粘度が４０００Ｐａ・ｓであるとき、前記ボンディングツールの下降速度が、０．７ｍｍ／ｓ未満であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の実装方法。

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