JP2637684B2 - 半導体装置の封止方法 - Google Patents

半導体装置の封止方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の封止方法
とその実装体に関するものであり、特にフェースダウン
で導電性接着剤を用いて実装してなる半導体装置の封止
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体装置の回路基板上への実装
には半田付けがよく利用されていたが、近年、半導体装
置のパッケージの小型化と接続端子数の増加により、接
続端子間隔が狭くなり、従来の半田付け技術で対処する
ことが次第に困難になってきた。
【０００３】そこで、最近では裸の半導体装置を回路基
板上に直付けして実装面積の小型化と効率的使用を図ろ
うとする方法が考えだされてきた。一例として、半導体
装置を回路基板に接続するに際し、あらかじめ半導体装
置の端子電極上に密着金属や拡散防止金属の蒸着膜とこ
の上にメッキにより形成した半田層とからなる電極構造
を有する半導体装置をフェースダウンにし、高温に加熱
して半田を回路基板の接続電極に融着するものがあっ
た。この実装構造は、接続後の機械的強度が強く、接続
が一括にできることなどから有効な方法であるとされて
いる（例えば、工業調査会、１９８０年１月１５日発
行、日本マイクロエレクトロニクス協会編、『ＩＣ化実
装技術』）。
【０００４】以下、図面を参照しながら上述した従来の
半導体装置の封止方法とその実装体の一例について説明
する。
【０００５】図３は従来のフェースダウンで実装された
半導体装置の実装体の要部断面図である。
【０００６】図３において、１は半導体装置、２は半導
体装置の端子電極、４は回路基板、５は回路基板４の表
面に形成された接続電極、１５は前記接続電極５と前記
端子電極２を接合した半田接合部、１６は半導体装置１
を封止した封止樹脂である。
【０００７】以上のように構成された従来のフェースダ
ウンで実装された半導体装置の封止方法とその実装体に
ついて、以下その概略を説明する。
【０００８】まず、半田バンプを有する半導体装置１
を、回路基板４の接続端子５の所定の位置に位置合わせ
を行ってフェースダウンで搭載した後、２００〜３００
℃の高温に加熱して半田を溶融して接続端子５に接合し
て、半導体装置１を半田接合部１５により実装を行う。
その後、半導体装置１と回路基板４との間隙に液状の封
止樹脂を充填し、１５０℃程度で加熱硬化させること
で、半導体装置１を封止樹脂１６で封止した実装体を得
るものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような半導体装置の実装体においては、次のような問題
がある。
【００１０】 半導体装置１と回路基板４との僅かな
間隙に液状の封止樹脂を充填するために、極めて低粘度
の液状の封止樹脂を用いる必要がある。
【００１１】 このような低粘度の液状の封止樹脂に
は無機フィラーを多く混合させることができず、硬化後
の封止樹脂１６においては大きな熱膨張係数を有するも
のとなる。
【００１２】 この封止樹脂１６で封止した半導体装
置１の実装体においては、半田接合部１５は剛性が大で
フレキシビリティに欠けるため、封止樹脂１６の熱膨張
により生じる熱応力が半田接合部１５に加わり、大きな
内部歪が生ずる。
【００１３】その結果、半導体装置１と回路基板４との
接続が信頼性の乏しいものとなるといった問題点を有し
ていた。
【００１４】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、半導体装置と回路基
板とを信頼性高く接続することのできる半導体装置の封
止方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本願の第１発明は、半導
体装置をフェースダウンで導電性接着剤を用いて回路基
板に実装する半導体装置の封止方法において、半導体装
置の端子電極を導電性接着剤により回路基板の接続端子
にフェースダウンで実装する工程と、フェースダウンで
実装した半導体装置の近傍の回路基板上に液状の樹脂を
塗布する工程と、回路基板を加熱して前記液状の樹脂を
低粘度化して半導体装置と回路基板との間隙に低粘度化
した液状の樹脂を充填する工程と、前工程よりも高い温
度で液状の樹脂を硬化する工程とを含むことを特徴とす
る。
【００１６】本願の第２発明は、半導体装置をフェース
ダウンで導電性接着剤を用いて回路基板に実装する半導
体装置の封止方法において、半導体装置の端子電極を導
電性接着剤により回路基板の接続端子にフェースダウン
で実装する工程と、液状の樹脂を加熱により先に低粘度
化する工程と、フェースダウンで実装した半導体装置の
近傍の回路基板上に前記低粘度化した液状の樹脂を塗布
する工程と、半導体装置と回路基板との間隙に低粘度化
した液状の樹脂を充填する工程と、前工程よりも高い温
度で液状の樹脂を硬化する工程とを含むことを特徴とす
る。
【００１７】
【作用】本発明によれば、フェースダウンで実装した半
導体装置と回路基板との間隙に液状の樹脂を加熱により
低粘度化して充填するために液状の樹脂には大量の無機
フィラーを混合したものを用いて、その熱膨張係数を小
さくすることが可能となり、半導体装置と回路基板との
間隙に充填した樹脂の熱膨張により接合部に加わる熱応
力を小さくすることができ、半導体装置と回路基板の接
合を安定なものとできる。
【００１８】また、フェースダウンで実装する半導体装
置を導電性接着剤を用いて回路基板に実装し、接合部の
剛性を低下させフレキシビリティのあるものとすること
ができることにより、半導体装置と回路基板の熱膨張係
数の差により生じる熱応力の影響も小さくすることがで
き、かつ、前記の低熱膨張係数を有する樹脂の充填層の
効果が加わることで信頼性の高い半導体装置の実装体が
実現できる。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例の半導体装置の封止方
法について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】図１は本発明の第１の実施例における半導
体装置の封止方法を説明する工程図であって、１は半導
体装置、２は端子電極、３は半導体装置１を実装するの
に用いる導電性接着剤、４は回路基板、５は回路基板４
の表面に形成された接続電極、６は導電性接着剤の接合
層、７は液状の樹脂、８は液状の樹脂７を充填したシリ
ンジ、９は液状の樹脂７を滴下するニードル、１０は低
粘度化した液状の樹脂、１１は基板加熱装置、１２は熱
硬化後の樹脂である。
【００２１】次に図１に基き半導体装置の封止方法を説
明する。
【００２２】まず、半導体装置１の端子電極２にあらか
じめ導電性接着剤３を形成しておく。このとき導電性接
着剤３は端子電極２に直接形成してもよいし、端子電極
２にあらかじめ形成した突起電極（バンプ）上に形成し
てもよい。
【００２３】そして、図１（ａ）に示すように、この半
導体装置１をフェースダウン（下向き）にして回路基板
４の接続電極５に位置合わせを行い、回路基板４上に半
導体装置１を搭載後、導電性接着剤３を硬化させること
で、図１（ｂ）に示すように、半導体装置１の端子電極
２と回路基板４の接続電極５が導電性接着剤の接合層６
により電気的に接続される。
【００２４】つぎに、図１（ｃ）に示すように、フェー
スダウンで実装した半導体装置１の近傍の回路基板４上
にシリンジ８に充填された液状の樹脂（例えばエポキシ
樹脂）７をニードル９から適当量滴下して塗布する。
【００２５】その後、図１（ｄ）に示すように、回路基
板４を基板加熱装置１１により加熱（例えば５０℃に加
熱）して液状の樹脂７を低粘度化し、半導体装置１と回
路基板４との間隙に低粘度化した液状の樹脂１０を充填
する。
【００２６】最後に、回路基板４の加熱温度よりも高い
温度に加熱（例えば１５０℃に加熱）して低粘度化した
液状の樹脂１０の硬化を行うと、図１（ｅ）に示すよう
に、低粘度化した液状の樹脂１０は硬化反応により硬化
収縮した熱硬化後の樹脂１２となる。このとき、熱硬化
後の樹脂１２の収縮力により半導体装置１と回路基板４
の接合部の導電性接着剤の接合層６における密着力が増
して接合の安定性を向上させることができる。
【００２７】このとき用いる液状の樹脂７には、その粘
度が加熱により低下する熱硬化性樹脂（公知の熱硬化性
樹脂では一般的な性質）にシリカなどの無機フィラーを
大量に混合（例えば６０重量％の混合量）したものを用
いることができる。
【００２８】なお、本実施例では液状の樹脂７を回路基
板４上に塗布した後に回路基板４を加熱するとしたが、
回路基板４をあらかじめ加熱した状態で液状の樹脂７を
塗布してもよい。
【００２９】上記の方法により、図１（ｅ）に示すよう
に、半導体装置１の端子電極２を回路基板４の接続端子
５に接合した導電性接着剤の接合層６と、半導体装置１
と回路基板４との間隙に液状の樹脂を加熱により低粘度
化して充填した後に低粘度化した液状の樹脂を硬化した
樹脂の充填層１２を有する半導体装置の実装体を得るこ
とができる。
【００３０】この実装体においては、半導体装置１を回
路基板４に導電性接着剤の接合層６により接合され、半
導体装置１と回路基板４との間隙には小さい熱膨張係数
の樹脂の充填層１２を有しているために、半導体装置１
と回路基板４の熱膨張係数の差により生ずる熱応力や樹
脂の充填層１２の熱膨張による生ずる熱応力の影響がほ
とんどなく、信頼性の極めて高い半導体装置１の実装体
が実現できる。
【００３１】次に本発明の第２の実施例を図２を用いて
説明する。
【００３２】まず、半導体装置１の端子電極２にあらか
じめ導電性接着剤３を形成しておく。このとき導電性接
着剤３は端子電極２に直接形成してもよいし、端子電極
２にあらかじめ形成した突起電極（バンプ）上に形成し
てもよい。
【００３３】そして、図２（ａ）に示すように、この半
導体装置１をフェースダウン（下向き）にして回路基板
４の接続電極５に位置合わせを行い、回路基板４上に半
導体装置１を搭載後、導電性接着剤３を硬化させること
で、図２（ｂ）に示すように、半導体装置１の端子電極
２と回路基板４の接続電極５が導電性接着剤の接合層６
により電気的に接続される。
【００３４】つぎに、図２（ｃ）に示すように、シリン
ジ８に充填された液状の樹脂（例えばエポキシ樹脂）７
をシリンジ加熱装置１３により加熱（例えば５０℃に加
熱）して液状の樹脂７を低粘度化し、フェースダウンで
実装した半導体装置１の近傍の回路基板４上にニードル
９から低粘度化した液状の樹脂１０を適当量滴下して塗
布する。
【００３５】このとき、図２（ｄ）に示すように、液状
の樹脂７は加熱により低粘度化しているために半導体装
置１と回路基板４との間隙に低粘度化した液状の樹脂１
０が容易に充填される。
【００３６】最後に、シリンジ８の加熱温度よりも高い
温度に加熱（例えば１５０℃に加熱）して低粘度化した
液状の樹脂１０の硬化を行うと、図２（ｅ）に示すよう
に、低粘度化した液状の樹脂１０は硬化反応により硬化
収縮した熱硬化後の樹脂１２となる。このとき、熱硬化
後の樹脂１２の収縮力により半導体装置１と回路基板４
の接合部の導電性接着剤の接合層６における密着力が増
して接合の安定性を向上させることができる。
【００３７】このとき用いる液状の樹脂７には、その粘
度が加熱により低下する熱硬化性樹脂（公知の熱硬化性
樹脂では一般的な性質）にシリカなどの無機フィラーを
大量に混合（例えば６０重量％の混合量）したものを用
いることができる。
【００３８】なお、本実施例では液状の樹脂７が充填さ
れたシリンジ８全体を加熱するとしたが、液状の樹脂７
を滴下するニードル９のみを加熱装置により加熱してニ
ードル９を通過する液状の樹脂７を低粘度化して塗布し
てもよい。
【００３９】上記の方法により、第１の実施例と同様に
図２（ｅ）に示すように、半導体装置１の端子電極２を
回路基板４の接続端子５に接合した導電性接着剤の接合
層６と、半導体装置１と回路基板４との間隙に液状の樹
脂を加熱により低粘度化して充填した後に低粘度化した
液状の樹脂を硬化した樹脂の充填層１２を有する半導体
装置の実装体を得る。
【００４０】この実装体においては、半導体装置１を回
路基板４に導電性接着剤の接合層６により接合され、半
導体装置１と回路基板４との間隙には小さい熱膨張係数
の樹脂の充填層１２を有しているために、半導体装置１
と回路基板４の熱膨張係数の差により生ずる熱応力や樹
脂の充填層１２の熱膨張による生ずる熱応力の影響がほ
とんどなく、信頼性の極めて高い半導体装置の実装体が
実現できる。
【００４１】なお、第１および第２の実施例では導電性
接着剤３を半導体装置１の端子電極２に形成するとした
が、回路基板４の接続電極５にこれを形成してもよい。
【００４２】また、導電性接着剤の材質は、エポキシ樹
脂などの熱硬化性樹脂やポリエステル樹脂などの熱可塑
性樹脂にＡｇなどの導電フィラーを含んだもので、電気
伝導性を有するものであればいかなるものでもよい。
【００４３】同様に、液状の樹脂の材質も、エポキシ樹
脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂
など、その粘度が加熱により低下する絶縁性樹脂を含ん
だものであればいかなるものでもよい。
【００４４】さらに、第１および第２の実施例に示す液
状樹脂の充填方法を併用して、液状の樹脂を半導体装置
と回路基板との間隙にさらに充填し易くしてもよい。
【００４５】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、導電性接着剤を用いて半導体装置と回路基板を接合
した後、半導体装置と回路基板の間隙を充填する液状の
樹脂を加熱により低粘度化するため、大量の無機フィラ
ーを混合した液状の樹脂を用いた場合でも容易に間隙に
充填することが可能となる結果、半導体装置と回路基板
との間隙に低熱膨張係数の樹脂の充填層を有し、半導体
装置と回路基板の熱膨張係数の差により生ずる熱応力や
樹脂の充填層の熱膨張により生ずる熱応力の影響がほと
んどなく、信頼性が高くなる半導体装置の実装体を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における半導体装置の封
止方法を説明する工程図である。
【図２】本発明の第２の実施例における半導体装置の封
止方法を説明する工程図である。
【図３】従来のフェースダウンで実装された半導体装置
の実装体の要部断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体装置 ２ 端子電極 ３ 熱可塑型の導電性接着剤 ４ 回路基板 ５ 接続電極 ６ 導電性接着剤の接合層 ７ 液状の樹脂 ８ シリンジ ９ ニードル １０ 低粘度化した液状の樹脂 １１ 基板加熱装置 １２ 熱硬化後の樹脂 １３ シリンジ加熱装置

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体装置をフェースダウンで導電性接
    着剤を用いて回路基板に実装する半導体装置の封止方法
    において、半導体装置の端子電極を導電性接着剤により
    回路基板の接続電極にフェースダウンで実装する工程
    と、フェースダウンで実装した半導体装置の近傍の回路
    基板上に液状の樹脂を塗布する工程と、回路基板を加熱
    して前記液状の樹脂を低粘度化して半導体装置と回路基
    板との間隙に低粘度化した液状の樹脂を充填する工程
    と、前工程よりも高い温度で液状の樹脂を硬化する工程
    とを含むことを特徴とする半導体装置の封止方法。
  2. 【請求項２】 半導体装置をフェースダウンで導電性接
    着剤を用いて回路基板に実装する半導体装置の封止方法
    において、半導体装置の端子電極を導電性接着剤により
    回路基板の接続電極にフェースダウンで実装する工程
    と、液状の樹脂を加熱により先に低粘度化する工程と、
    フェースダウンで実装した半導体装置の近傍の回路基板
    上に前記低粘度化した液状の樹脂を塗布する工程と、半
    導体装置と回路基板との間隙に低粘度化した液状の樹脂
    を充填する工程と、前工程よりも高い温度で液状の樹脂
    を硬化する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の
    封止方法。
  3. 【請求項３】 導電性接着剤が、熱可塑性樹脂と導電フ
    ィラーを含むことを特徴とする請求項１または２記載の
    半導体装置の封止方法。
  4. 【請求項４】 液状の樹脂が、熱硬化性樹脂と無機フィ
    ラーを含むことを特徴とする請求項１または２記載の半
    導体装置の封止方法。
  5. 【請求項５】 液状の樹脂を低粘度化する工程で、液状
    の樹脂を充填した容器を加熱することを特徴とする請求
    項２記載の半導体装置の封止方法。
  6. 【請求項６】 液状の樹脂を低粘度化する工程で、液状
    の樹脂を充填した容器から液状の樹脂を滴下するニード
    ルのみを加熱することを特徴とする請求項２記載の半導
    体装置の封止方法。
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