JP2007019115A - フリップチップ型半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱と荷重とを負荷した際、半導体チップおよび回路基板が変形しても、半導体チップのアクティブ面がダメージを受けるのを防止することが可能なフリップチップ型半導体装置を提供する。
【解決手段】 回路基板２に形成された基板側の電極７と半導体チップ３に形成されたチップ側の電極とがバンプ４を介して電気的に接続されたフリップチップ型半導体装置１であって、回路基板２と半導体チップ３との間に設けられた接着樹脂材料９を介して半導体チップ３が回路基板２に接着され、接着樹脂材料９には無機フィラー１０が分散されており、基板側の電極７，８のうち、バンプ４と接合しているバンプ接合部分の電極７の厚みＴが、バンプ接合部分以外の電極８の厚みｔよりも厚く形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は圧接方式のフリップチップ実装工法で接合させる半導体装置およびその製造方法に関するものである。

近年、携帯情報機器等の電子機器の更なる小型、薄型、軽量化に伴い、半導体装置（半導体パッケージ）の更なる高密度、高機能化が要請されている。また、同時に、半導体チップの高性能化に伴い、多ピン化の傾向は著しく、動作周波数に関しても益々高周波数化している。これらの要請に応えるために、半導体チップをフリップチップ実装工法で搭載した半導体装置が開発されている。

フリップチップ実装工法とは、半導体チップの出力電極を下向きにして回路基板の電極と電気的に接続する工法であり、半導体チップの出力電極面を下向きに実装することにより、実装面積を最小限にすることができる。さらに、半導体チップと回路基板とを最短距離で接続するため、高周波特性等の電気的特性に優れている。フリップチップ実装工法としては、現在、多種多様な工法が提案され、それらは、それぞれ生産性やコストの点で工夫が凝らされ、金属接合型と接触接合型に大きく分類される。

金属接合型は、電気的接合が金属接合で行われ、接続抵抗値が低く、高信頼性を有するという長所がある。一方、接触接合型は、電気的接合を接触で得るため、接続抵抗値は高くなるが、各種基板材料への適用が容易で、現在電子機器類の接続材料に多用されているはんだ接合に代わる、環境にやさしい接合方法であるという長所がある。

ここで、接触接合型フリップチップ実装工法の一例として、圧接接合方式の工法がある。この工法は、図５に示すように、無機フィラー４１が分散された接着樹脂材料４２を、半導体チップ４３と回路基板４４との間に介在させ、この状態で、熱と荷重とをかけることにより、半導体チップ４３の電極に形成されたバンプ４５を変形させながら回路基板４４の電極４６に圧着させ、半導体チップ４３のバンプ４５と回路基板４４の電極４６との接触状態を接着樹脂材料４２の接着によって保持し、接合する技術である。

尚、従来のフリップチップ型半導体装置４０では、回路基板４４に形成されたバンプ接合部分の電極４６の厚みとバンプ接合部分以外の配線パターン電極４９の厚みとは同一であり、バンプ４５の高さをＨとすると、半導体チップ４３のアクティブ面４７（出力電極が形成されている面）とバンプ接合部分以外の配線パターン電極４９との間隔Ｄは上記バンプ４５の高さＨに等しくなる。

しかしながら上記の従来形式では、圧接方式のフリップチップ実装工法を実施する場合、近年の電子機器の小型、薄型、軽量化の要求から、薄型の半導体チップ４３および薄型の回路基板４４での実装が必要になり、実装時に、半導体チップ４３および回路基板４４に熱と荷重とをかけて、半導体チップ４３に形成されたバンプ４５を変形させて回路基板４４の電極４６に圧着させる際、上記熱と荷重との負荷により、図６に示すように、半導体チップ４３および回路基板４４が変形する恐れがあった。このような変形が発生すると、半導体チップ４３のアクティブ面４７と回路基板４４の対向面４８との接触、特に、上記アクティブ面４７と上記対向面４８に形成されたバンプ接合部分以外の配線パターン電極４９との接触、もしくは接着樹脂材料４２に含まれた無機フィラー４１を介した上記両者４７，４９の接触が発生し、半導体チップ４３のアクティブ面４７へダメージを与えるという問題があった。

尚、下記特許文献１には、厚み方向に導電性を有するとともに面方向に絶縁性を有する接着剤を用いてＩＣチップを基板へ接着する構造が記載されており、接着剤中には金属微粒子が分散されている。

また、下記特許文献２には、半導体素子の電極パッドに金属突起を形成し、この半導体素子と配線パターンを有する基板との間に光硬化又は熱硬化型の樹脂を介在させ、半導体素子の金属突起を基板の配線パターンに圧接し、上記樹脂を硬化させることにより、半導体素子を基板に固定して、上記金属突起と配線パターンとを接続したフリップチップ型半導体装置が記載されている。
特公昭６２−６６５２号公報 特許第１６８９５０４号公報

本発明は、熱と荷重とを負荷した際、半導体チップおよび回路基板が変形しても、半導体チップのアクティブ面がダメージを受けるのを防止することが可能なフリップチップ型半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本第１発明におけるフリップチップ型半導体装置は、回路基板に形成された基板側の電極と半導体チップに形成されたチップ側の電極とがバンプを介して電気的に接続されたフリップチップ型半導体装置であって、上記回路基板と半導体チップとの間に設けられた接着樹脂材料を介して半導体チップが回路基板に接着され、上記接着樹脂材料には無機フィラーが分散されており、上記基板側の電極のうち、バンプと接合しているバンプ接合部分の電極の厚みが、バンプ接合部分以外の電極の厚みよりも厚く形成されているものである。

これによると、バンプ接合部分の電極の厚みをＴ、バンプ接合部分以外の電極の厚みをｔとすると、Ｔ＞ｔとすることにより、回路基板のバンプ接合部分以外の電極と半導体チップのアクティブ面（チップ側の電極が形成されている面）との間隔が上記厚みの差（すなわちＴ−ｔ）だけ従来よりも拡大する。

これにより、実装時に、半導体チップおよび回路基板に熱と荷重とをかけた際、半導体チップと回路基板とが変形しても、半導体チップのアクティブ面とこれに対向する回路基板の対向面との接触が防止される。特に、上記アクティブ面と上記対向面に形成されたバンプ接合部分以外の電極との接触、もしくは、接着樹脂材料に含まれた無機フィラーを介した上記両者の接触も防止される。これにより、半導体チップのアクティブ面がダメージを受けるのを防止することができ、実装条件のマージン拡大が可能となる。

本第２発明におけるフリップチップ型半導体装置は、バンプ接合部分の電極の厚みをＴとし、バンプ接合部分以外の電極の厚みをｔとし、半導体チップが複数のバンプ間において回路基板に向かって凹形状に変形した場合の変形量をＡとし、バンプが押圧されてバンプ接合部分の電極の表面から沈み込んだ場合の沈み込み量をＢとすると、
（Ｔ−ｔ）＞（Ａ＋Ｂ）
の関係を有するものである。

これによると、例えば半導体チップや回路基板が薄い場合等においては、回路基板のバンプ接合部分以外の電極と半導体チップのアクティブ面との間隔は、Ｔ＞ｔとすることにより、上記厚みの差（すなわちＴ−ｔ）だけ従来よりも拡大するが、同時に、変形量Ａと沈み込み量Ｂとを加えた分だけ縮小する。したがって、上記のように（Ｔ−ｔ）＞（Ａ＋Ｂ）の関係とすることにより、バンプ接合部分以外の電極とアクティブ面との間隔が（Ｔ−ｔ）−（Ａ＋Ｂ）分だけ従来よりも拡大する。これにより、実装時に、半導体チップおよび回路基板に熱と荷重とをかけた際、半導体チップと回路基板とが変形しても、半導体チップのアクティブ面とこれに対向する回路基板の対向面との接触が防止される。特に、上記アクティブ面と上記対向面に形成されたバンプ接合部分以外の電極との接触、もしくは、着樹脂材料に含まれた無機フィラーを介した上記両者の接触も防止される。

本第３発明におけるフリップチップ型半導体装置は、接着樹脂材料は、エポキシ樹脂とフェノール樹脂とシアネ−ト樹脂とのうちの少なくとも１種類の樹脂を主成分として含む熱硬化性樹脂であるものである。

これによると、実装時、加熱および加圧することにより、熱硬化性樹脂からなる接着樹脂材料が硬化し、半導体チップが回路基板に接着固定され、接着部分の信頼性を高いものとすることができる。

本第４発明におけるフリップチップ型半導体装置は、無機フィラーは、Ａｌ_２Ｏ_３とＭｇＯとＢＮとＡｌＮとＳｉＯ_２と異方性導電フィラーとのうちの少なくとも１種類のフィラーを含むものである。

これによると、例えば、無機フィラーとしてＡｌ_２Ｏ_３を用いた場合、放熱性に優れた半導体装置が得られる。また、無機フィラーとしてＢＮを用いた場合、線膨張係数を小さくすることができ、優れた接合部信頼性を有する半導体装置が得られる。また、無機フィラーとしてＳｉＯ_２を用いた場合、線膨張係数を小さく、また、誘電率を小さくすることができ、高速・高周波数を有する半導体チップに対応した、優れた接合部信頼性を有する半導体装置が得られる。さらに、無機フィラーとして異方性導電フィラーを用いた場合、半導体チップに形成されたバンプと回路基板の電極との間で接続抵抗値を低下せしめることが可能となり、効果的である。

本第５発明におけるフリップチップ型半導体装置は、回路基板は絶縁材料で構成され、
上記絶縁材料のガラス転移点は、フリップチップ実装時に回路基板が到達する温度よりも高いものである。

これによると、実装時、加熱および加圧した際、バンプが押圧されてバンプ接合部分の電極の表面から沈み込むと、この沈み込み量とほぼ同じ量で、上記バンプ接合部分の電極が回路基板の表面から沈み込む。これに対して、絶縁材料で構成される回路基板のガラス転移点を、フリップチップ実装時に回路基板が到達する温度よりも高くすることにより、加熱および加圧した際、回路基板を構成する絶縁材料が柔らかくなる前に半導体チップの実装に必要な加圧が終了する。したがって、バンプ接合部分の電極が回路基板の表面から沈み込み難くなり、このことから、バンプがバンプ接合部分の電極の表面から沈み込む沈み込み量Ｂも抑制される。

これにより、上記第２発明で説明したように、バンプ接合部分以外の電極とアクティブ面との間隔は（Ｔ−ｔ）−（Ａ＋Ｂ）分だけ従来よりも拡大し、この際、沈み込み量Ｂが抑制されるため、半導体チップと回路基板とが変形しても、半導体チップのアクティブ面とこれに対向する回路基板の対向面との接触がより確実に防止される。

本第６発明におけるフリップチップ型半導体装置は、厚みの異なるバンプ接合部分の電極とバンプ接合部分以外の電極とがエッチング手段とめっき手段と印刷手段とのうちの少なくとも１つの手段によって回路基板に形成されているものである。

これによると、コストを抑制するとともに比較的簡単に、厚みの異なるバンプ接合部分の電極とバンプ接合部分以外の電極とを回路基板に形成することができる。
本第７発明におけるフリップチップ型半導体装置の製造方法は、無機フィラーが分散された接着樹脂材料を回路基板上に配置する工程と、上記回路基板の電極と半導体チップの電極に形成されたバンプとを位置合わせする工程と、加熱および加圧しながら半導体チップと回路基板との間に介在する接着樹脂材料で半導体チップを回路基板に接着し固定するとともに、バンプを回路基板の電極に圧接させて接合する工程とを有する圧接接合方式のフリップチップ型半導体装置の製造方法であって、上記回路基板の電極のうち、バンプと接合するバンプ接合部分の電極の厚みがバンプ接合部分以外の電極の厚みよりも厚い回路基板を用いるものである。

本第８発明におけるフリップチップ型半導体装置の製造方法は、バンプ接合部分の電極の厚みをＴとし、バンプ接合部分以外の電極の厚みをｔとし、半導体チップが複数のバンプ間において回路基板に向かって凹形状に変形した場合の変形量をＡとし、バンプが押圧されてバンプ接合部分の電極の表面から沈み込んだ場合の沈み込み量をＢとすると、
（Ｔ−ｔ）＞（Ａ＋Ｂ）
の関係が成立するような厚みの電極を有する回路基板を用いるものである。

本第９発明におけるフリップチップ型半導体装置の製造方法は、接着樹脂材料を回路基板上に配置する工程において、シート状の接着樹脂材料を回路基板上に貼り付けるか或いはペースト状の接着樹脂材料を回路基板上に塗布するものである。

これによると、生産性よく、比較的低コストで、高信頼性を有する半導体装置を高歩留りで製造することが可能となる。

以上のように本発明によると、回路基板のバンプ接合部分以外の電極と半導体チップのアクティブ面との間隔が従来よりも拡大するため、実装時に、半導体チップおよび回路基板に熱と荷重とをかけた際、半導体チップと回路基板とが変形しても、半導体チップのアクティブ面とこれに対向する回路基板の対向面との接触が防止される。特に、上記アクティブ面と上記対向面に形成されたバンプ接合部分以外の電極との接触、もしくは、着樹脂材料に含まれた無機フィラーを介した上記両者の接触も防止される。

これにより、半導体チップのアクティブ面がダメージを受けるのを防止することができ、実装条件のマージン拡大が可能となり、さらに、接着樹脂材料を大幅に変更することなく、高歩留りで高信頼性を有するフリップチップ型半導体装置を製造することができる。

（第１の実施の形態）
以下に、本発明の第１の実施の形態を図１，図２に基いて説明する。
１は、回路基板２上に半導体チップ３を搭載したフリップチップ型の半導体装置である。半導体チップ３には複数の電極（チップ側の電極：図示せず）が形成され、これらチップ側の電極にはバンプ４が形成されている。尚、各バンプ４は半導体チップ３の下面側に形成されており、この面をアクティブ面５と呼んでいる。

上記アクティブ面５に対向する回路基板２の対向面６には、複数の配線パターン電極７，８（基板側の電極）が形成されている。回路基板２と半導体チップ３との間には接着樹脂材料９が設けられ、半導体チップ３は接着樹脂材料９を介して回路基板２に接着され固定されている。尚、接着樹脂材料９には無機フィラー１０が分散されて含有されている。

また、上記各バンプ４は回路基板２の電極７に圧接により接合され、これによって、半導体チップ３の電極と回路基板２の電極７とがバンプ４を介して電気的に接続されている。回路基板２の電極７，８のうち、バンプ４と接合しているバンプ接合部分の電極７の厚みをＴとし、バンプ接合部分以外の電極８の厚みをｔとすると、Ｔ＞ｔとなるように形成されている。

上記接着樹脂材料９は、接着性、耐熱性、電気絶縁性、低吸湿性等を有する材料であるならば特に限定されるものではない。例えば、エポキシ樹脂とフェノール樹脂とシアネ−ト樹脂とのうちの少なくとも１種類の樹脂を主成分として含む熱硬化性樹脂からなる接着樹脂材料９が使用される。

また、無機フィラー１０は、半導体装置１としての特性を向上させる材料であるならば特に限定されるものではない。例えば、Ａｌ_２Ｏ_３とＭｇＯとＢＮとＡｌＮとＳｉＯ_２と異方性導電フィラーとのうちの少なくとも１種類のフィラーを含むものが使用される。

また、上記回路基板２は絶縁材料で構成されており、上記絶縁材料のガラス転移点（Ｔｇ）は、フリップチップ実装時に回路基板２が到達する温度よりも高いものである。
また、上記厚みＴ，ｔの異なる電極７，８は、簡単にしかも大きなコストアップが生じることなく実現する手段であれば特に限定されるものではなく、例えば、エッチング手段とめっき手段と印刷手段とのうちの少なくとも１つの手段によって回路基板２に形成されている。

次に、上記半導体装置１の製造方法を以下に説明する。
先ず、図２（ａ）に示すように、準備工程において、厚みＴ，ｔの異なる電極７，８が形成された回路基板２と、電極にバンプ４が形成された半導体チップ３と、半導体チップ３の大きさよりも若干大きめの寸法にカットされたシート状の接着樹脂材料９とを準備する。

次に、図２（ｂ）に示すように、配置工程において、回路基板２の電極７，８上に上記接着樹脂材料９を配置し、貼付けツール１５により熱と荷重とを加えて接着樹脂材料９を回路基板２の電極７，８上に貼り付ける。この後、接着樹脂材料９の貼付けツール１５側に取り外し可能に配置されたセパレータ１６を剥がすことにより、回路基板２に接着樹脂材料９を配置する配置工程が完了する。尚、上記セパレータ１６は、接着樹脂材料９が貼付けツール１５に貼り付くのを防止するためのものである。

次に、図２（ｃ）に示すように、位置合わせ工程において、回路基板２の電極７と半導体チップ３のバンプ４とを対応させて位置合わせをする。
次に、図２（ｄ）に示すように、加熱・加圧工程において、熱せられた接合ツール１７を用いて加熱および加圧しながら、接着樹脂材料９を介して、半導体チップ３のバンプ４を回路基板２の電極７に押し付けて変形していく。この時、接着樹脂材料９の接着力により、半導体チップ３のバンプ４が回路基板２の電極７に接触した状態で固定され、半導体チップ３の電極と回路基板２の電極７とがバンプ４を介して電気的に接続される。

このような方法により、図２（ｅ）に示すように、半導体装置１が製造される。
以下、上記構成における作用を説明する。
図１に示すように、回路基板２の電極７，８の厚みをＴ＞ｔとすることにより、回路基板２のバンプ接合部分以外の電極８と半導体チップ３のアクティブ面５との間隔Ｄは以下の式（１）のようになる。

間隔Ｄ＝バンプ４の高さＨ＋上記厚みの差ｈ＝Ｈ＋（Ｔ−ｔ） ・・・式（１）

したがって、上記間隔Ｄが従来（図５参照）よりも上記厚みの差ｈ（＝Ｔ−ｔ）だけ拡大するため、実装時に、上記加熱・加圧工程において、半導体チップ３および回路基板２に熱と荷重とをかけた際、半導体チップ３と回路基板２とが変形しても、半導体チップ３のアクティブ面５とこれに対向する回路基板２の対向面６との接触が防止される。特に、上記アクティブ面５と上記対向面６に形成されたバンプ接合部分以外の電極８との接触、もしくは、接着樹脂材料９に含まれた無機フィラー１０を介した上記両者５，８の接触も防止される。これにより、半導体チップ３のアクティブ面５がダメージを受けるのを防止することができ、実装条件のマージン拡大が可能となる。
（第２の実施の形態）
以下に、本発明の第２の実施の形態を図３，図４に基いて説明する。尚、上記第１の実施の形態と同じ部材については同一の符号を付記して説明を省略する。

バンプ接合部分の電極７の厚みＴはバンプ接合部分以外の電極８の厚みｔよりも厚く（すなわちＴ＞ｔ）形成されている。また、回路基板２と半導体チップ３とはそれぞれ上記第１の実施の形態のものよりも薄く、したがって変形し易く、上記加熱・加圧工程によって、半導体チップ３がバンプ４間において回路基板２に向かって下方へ凹形状に変形し、さらに、バンプ４が押圧されてバンプ接合部分の電極７の表面から沈み込む。上記半導体チップ３の変形量をＡとし、電極７の沈み込み量をＢとすると下記の関係を有している。
（Ｔ−ｔ）＞（Ａ＋Ｂ）
また、上記回路基板２は絶縁材料で構成されており、上記絶縁材料のガラス転移点（Ｔｇ）は、上記加熱・加圧工程の際に、回路基板２が到達する温度よりも高いものである。

尚、第２の実施の形態における半導体装置１の製造方法は、上記第１の実施の形態と同様で、図４（ａ）〜（ｅ）に示すように準備工程〜加熱・加圧工程を有している。
以下、上記構成における作用を説明する。

回路基板２のバンプ接合部分以外の電極８と半導体チップ３のアクティブ面５との間隔Ｄは、Ｔ＞ｔとすることにより、上記厚みの差ｈ（＝Ｔ−ｔ）だけ従来よりも拡大するが、同時に、変形量Ａと沈み込み量Ｂとを加えた分だけ縮小する。したがって、上記のように（Ｔ−ｔ）＞（Ａ＋Ｂ）の関係とすることにより、バンプ接合部分以外の電極８とアクティブ面５との間隔Ｄは以下の式（２）のようになる。

間隔Ｄ＝バンプ４の高さＨ＋上記厚みの差ｈ−（変形量Ａ＋沈み込み量Ｂ）
＝Ｈ＋（Ｔ−ｔ）−（Ａ＋Ｂ） ・・・式（２）

したがって、上記間隔Ｄが従来（図５参照）よりも（Ｔ−ｔ）−（Ａ＋Ｂ）だけ拡大するため、実装時に、上記加熱・加圧工程において、半導体チップ３および回路基板２に熱と荷重とをかけた際、半導体チップ３と回路基板２とが変形しても、半導体チップ３のアクティブ面５とこれに対向する回路基板２の対向面６との接触が防止される。特に、上記アクティブ面５と上記対向面６に形成されたバンプ接合部分以外の電極８との接触、もしくは、接着樹脂材料９に含まれた無機フィラー１０を介した上記両者５，８の接触も防止される。これにより、半導体チップ３のアクティブ面５がダメージを受けるのを防止することができ、実装条件のマージン拡大が可能となる。

また、図３に示すように、上記のようにバンプ４がバンプ接合部分の電極７の表面から沈み込み量Ｂだけ沈み込むと、この沈み込み量Ｂとほぼ同じ量で、バンプ接合部分の電極７が回路基板２の表面から沈み込む。これに対して、絶縁材料で構成される回路基板２のガラス転移点を、加熱・加圧工程の際に回路基板２が到達する温度よりも高くすることにより、加熱および加圧時、回路基板２を構成する絶縁材料が柔らかくなる前に半導体チップ３の実装に必要な加圧が終了する。したがって、バンプ接合部分の電極７が回路基板２の表面から沈み込み難くなり、このことから、バンプ４がバンプ接合部分の電極７の表面から沈み込む沈み込み量Ｂも抑制される。

これにより、沈み込み量Ｂの値が小さくなり、その分、上記式（２）により、バンプ接合部分以外の電極８とアクティブ面５との間隔Ｄの値が大きくなり、したがって、上記アクティブ面５と対向面６との接触がより確実に防止される。

上記各実施の形態では、配置工程において、シート状の接着樹脂材料９を回路基板２上に貼り付けているが、ペースト状の接着樹脂材料９を回路基板２上に塗布してもよい。
上記各実施の形態では、バンプ４を、半導体チップ３の電極（図示せず）に形成しているが、回路基板２の電極７に形成してもよい。

次に、上記第１の実施の形態に対するより詳細な実施例を説明する。
（実施例１）
接着樹脂材料９としては、離型処理を施したＰＥＴフィルム（セパレータ１６）上にブレードコーター法で熱硬化型エポキシ樹脂を形成し、接着樹脂シートを作製した。この時、エポキシ樹脂は厚みが３５μｍとなるような塗布条件で行い、半硬化状態となる乾燥条件で形成した。樹脂中に分散させた無機フィラー１０はＳｉＯ_２を用い、実装時の接着樹脂材料９の流動性および硬化後の硬化物性を考慮し、最大粒径１５μｍ、フィラー量５０ｗｔ％とした。また、半導体チップ３としては、大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚み４００μｍのＴＥＧチップを用い、電極にはワイヤボンディング装置を用いて突起状のバンプ４を８０μｍピッチでペリフェラル状に形成した。

また、回路基板２としては、ＡＬＩＶＨ（Ａｎｙ Ｌａｙｅｒ Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ Ｖｉａ Ｈｏｌｅ：松下電子部品株式会社製）を用いた。ＡＬＩＶＨとは、全層ＩＶＨ（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ Ｖｉａ Ｈｏｌｅ）構造が可能な高密度樹脂多層基板である。上記回路基板２は、４層構成で、厚みは０．６ｍｍのものを用いた。ここで、回路基板２の電極７，８のうち、バンプ４と接合するバンプ接合部分の電極７の厚みＴが、バンプ接合部分以外の電極８の厚みｔよりも厚い構成とした。具体的には、エッチング技術を用いて、上記バンプ接合部分の電極７の厚みＴを１８μｍとし、上記バンプ接合部分以外の電極８の厚みｔを８μｍとした。

本実施例１では、上記の部材を用いて、下記のような製造方法で圧接方式のフリップチップ型の半導体装置１を製造した。
まず、接着樹脂材料９として機能する接着樹脂シートを、半導体チップ３の大きさよりも若干大きめの寸法にカットし、回路基板２の電極７，８上に配置する。次に、１００℃に熱した貼付けツール１５により、１０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で回路基板２の電極７，８上に貼り付け、その後、接着樹脂シートの貼付けツール１５側に取り外し可能に配置されたセパレータ１６を剥がす。

次に、回路基板２の電極７と半導体チップ３のバンプ４とを対応させて位置合わせし、２００℃に熱せられた接合ツール１７により、１０秒間、３０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を加えながら、接着樹脂シートを介して、回路基板２の電極７に半導体チップ３のバンプ４を押し付け、バンプ４の高さＨが従来において良好な接合信頼性を得ることができる２５μｍとなるように、バンプ４を変形させる。この時の接着樹脂シートの接着力により、半導体チップ３のバンプ４が回路基板２の電極７に接触した状態で固定され、半導体チップ３の電極（図示せず）と回路基板２の電極７とがバンプ４を介して電気的に接続される。これにより、フリップチップ型の半導体装置１を製造した。

得られた半導体装置１について、断面観察と接続抵抗値の測定を行った。接続抵抗値の測定は、半導体チップ３の配線パターンおよび電極に形成したバンプ４と回路基板２の配線パターンおよび電極７，８で形成したデイジーチェーン部で評価を行った。断面観察の結果、半導体チップ３のアクティブ面５と回路基板２のバンプ接合部分以外の電極８との間隔Ｄが従来よりも拡大され、半導体チップ３のアクティブ面５と回路基板２の対向面６との接触が防止された。特に、上記アクティブ面５と対向面６に形成されたバンプ接合部分以外の電極８との接触、もしくは接着樹脂シートに含まれた無機フィラー１０を介した上記両者５，８の接触も生じていないことを確認した。また、初期の接続抵抗値、液相熱衝撃試験後の接続抵抗値に関しても従来品とほぼ同等な特性を示しており、実装条件のマージン拡大を可能とすることができた。

次に、上記第２の実施の形態に対するより詳細な実施例を説明する。尚、上記実施例１と同じ部材については同一の符号を付記して説明を省略する。
（実施例２）
半導体チップ３としては、大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚み１００μｍのＴＥＧチップを用い、電極にはワイヤボンディング装置を用いて突起状のバンプ４を８０μｍピッチでペリフェラル状に形成した。また、回路基板２は、４層構成で、厚みは０．２ｍｍのものを用いた。ここで、回路基板２の電極７，８のうち、バンプ４と接合するバンプ接合部分の電極７の厚みＴとバンプ接合部分以外の電極８の厚みｔとの差ｈが、半導体チップ３の変形量Ａとバンプ４の沈み込み量Ｂとの合計よりも大きくなるように構成した。具体的には、エッチング技術とめっき技術を用いて、上記バンプ接合部分の電極７の厚みＴを２０μｍとし、バンプ接合部分以外の電極８の厚みｔを５μｍとした。本実施例では、上記の部材を用いて、圧接方式のフリップチップ型半導体装置を製造した。

本実施例２では、上記の部材を用いて、実施例１と同様な製造方法で圧接方式のフリップチップ型の半導体装置１を製造し、得られた半導体装置１について、断面観察と接続抵抗値の測定を行った。

断面観察の結果、半導体チップ３および回路基板２は変形し、それぞれ半導体チップ３の変形量Ａは１０μｍ、バンプ４の沈み込み量Ｂは４μｍであったが、回路基板２の電極７，８の厚みＴ，ｔの差ｈ（＝２０μｍ−５μｍ＝１５μｍ）が上記変形量Ａと沈み込み量Ｂとの合計（＝１０μｍ＋４μｍ＝１４μｍ）よりも大きいため、半導体チップ３のアクティブ面５と回路基板２のバンプ接合部分以外の電極８との間隔Ｄが従来よりも拡大され、半導体チップ３のアクティブ面５と回路基板２の対向面６との接触が防止された。特に、上記アクティブ面５と対向面６に形成されたバンプ接合部分以外の電極８との接触、もしくは接着樹脂シートに含まれた無機フィラー１０を介した上記両者５，８の接触も生じていないことを確認した。また、初期の接続抵抗値、液相熱衝撃試験後の接続抵抗値に関しても従来品とほぼ同等な特性を示しており、半導体チップおよび回路基板が従来よりも薄いものとなっても、高歩留りを有する薄型半導体装置の実現を可能とすることができた。

また、実施例１，２では、接着樹脂材料９にエポキシ樹脂を用いたが、エポキシ樹脂に限定されるものではなく、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシアネ−ト樹脂からなる群から選ばれた少なくとも１種類の樹脂を主成分として含む熱硬化性樹脂を使用することができる。

また、実施例１，２では、無機フィラー１０にＳｉＯ_２を用いたが、ＳｉＯ_２に限定されるものではなく、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮおよびＳｉＯ_２もしくは異方性導電フィラーから選ばれる少なくとも１つ含む無機フィラーを使用することができる。

また、実施例１，２では、回路基板２として、ＡＬＩＶＨ等に代表される有機基板を用いたが、有機基板に限定されるものではなく、回路基板２を構成する絶縁材料のガラス転移点（Ｔｇ）が、フリップチップ実装時に回路基板２が到達する温度よりも高いものを使用することができる。

また、実施例１，２では、異なる厚みＴ，ｔを有する電極７，８を回路基板２にエッチング手段又はめっき手段により形成しているが、これらエッチング手段やめっき手段に限定されるものではなく、エッチング手段、めっき手段もしくは印刷手段から選ばれる少なくとも１つの手段により形成してもよい。

また、実施例１，２では、シート状の接着樹脂材料９（接着樹脂シート）を回路基板２上に貼り付けているが、ペースト状の接着樹脂材料９を回路基板２上に塗布してもよい。

本発明のフリップチップ型半導体装置およびその製造方法は、圧接方式のフリップチップ実装工法で接合させる半導体装置およびその製造方法として有用である。

本発明の第１の実施の形態におけるフリップチップ型半導体装置の断面図である。 同、フリップチップ型半導体装置の製造方法を示す図である。 本発明の第２の実施の形態におけるフリップチップ型半導体装置の断面図である。 同、フリップチップ型半導体装置の製造方法を示す図である。 従来のフリップチップ型半導体装置の断面図である。 同、フリップチップ型半導体装置の回路基板と半導体チップとが実装時の熱および荷重によって変形した状態を示す図である。

符号の説明

１ フリップチップ型半導体装置
２ 回路基板
３ 半導体チップ
４ バンプ
７ バンプ接合部分の電極
８ バンプ接合部分以外の電極
９ 接着樹脂材料
１０ 無機フィラー
Ｔ，ｔ 電極の厚み
Ａ 変形量
Ｂ 沈み込み量

Claims (9)

1. 回路基板に形成された基板側の電極と半導体チップに形成されたチップ側の電極とがバンプを介して電気的に接続されたフリップチップ型半導体装置であって、
   上記回路基板と半導体チップとの間に設けられた接着樹脂材料を介して半導体チップが回路基板に接着され、
   上記接着樹脂材料には無機フィラーが分散されており、
   上記基板側の電極のうち、バンプと接合しているバンプ接合部分の電極の厚みが、バンプ接合部分以外の電極の厚みよりも厚く形成されていることを特徴とするフリップチップ型半導体装置。
2. バンプ接合部分の電極の厚みをＴとし、
   バンプ接合部分以外の電極の厚みをｔとし、
   半導体チップが複数のバンプ間において回路基板に向かって凹形状に変形した場合の変形量をＡとし、
   バンプが押圧されてバンプ接合部分の電極の表面から沈み込んだ場合の沈み込み量をＢとすると、
   （Ｔ−ｔ）＞（Ａ＋Ｂ）
   の関係を有することを特徴とする請求項１記載のフリップチップ型半導体装置。
3. 接着樹脂材料は、エポキシ樹脂とフェノール樹脂とシアネ−ト樹脂とのうちの少なくとも１種類の樹脂を主成分として含む熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフリップチップ型半導体装置。
4. 無機フィラーは、Ａｌ_２Ｏ_３とＭｇＯとＢＮとＡｌＮとＳｉＯ_２と異方性導電フィラーとのうちの少なくとも１種類のフィラーを含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のフリップチップ型半導体装置。
5. 回路基板は絶縁材料で構成され、
   上記絶縁材料のガラス転移点は、フリップチップ実装時に回路基板が到達する温度よりも高いことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のフリップチップ型半導体装置。
6. 厚みの異なるバンプ接合部分の電極とバンプ接合部分以外の電極とがエッチング手段とめっき手段と印刷手段とのうちの少なくとも１つの手段によって回路基板に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のフリップチップ型半導体装置。
7. 無機フィラーが分散された接着樹脂材料を回路基板上に配置する工程と、
   上記回路基板の電極と半導体チップの電極に形成されたバンプとを位置合わせする工程と、
   加熱および加圧しながら半導体チップと回路基板との間に介在する接着樹脂材料で半導体チップを回路基板に接着し固定するとともに、バンプを回路基板の電極に圧接させて接合する工程とを有する圧接接合方式のフリップチップ型半導体装置の製造方法であって、
   上記回路基板の電極のうち、バンプと接合するバンプ接合部分の電極の厚みがバンプ接合部分以外の電極の厚みよりも厚い回路基板を用いることを特徴とするフリップチップ型半導体装置の製造方法。
8. バンプ接合部分の電極の厚みをＴとし、
   バンプ接合部分以外の電極の厚みをｔとし、
   半導体チップが複数のバンプ間において回路基板に向かって凹形状に変形した場合の変形量をＡとし、
   バンプが押圧されてバンプ接合部分の電極の表面から沈み込んだ場合の沈み込み量をＢとすると、
   （Ｔ−ｔ）＞（Ａ＋Ｂ）
   の関係が成立するような厚みの電極を有する回路基板を用いることを特徴とする請求項７記載のフリップチップ型半導体装置の製造方法。
9. 接着樹脂材料を回路基板上に配置する工程において、シート状の接着樹脂材料を回路基板上に貼り付けるか或いはペースト状の接着樹脂材料を回路基板上に塗布することを特徴とする請求項７又は請求項８記載のフリップチップ型半導体装置の製造方法。

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