JP2797650B2 - 半導体素子の実装方法 - Google Patents

半導体素子の実装方法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体素子の実装の分野、特に挟ピッチ、多
端子の電極を有する半導体素子の実装の分野に関するも
のである。
従来の技術 挟ピッチ、多端子の電極を有する半導体素子をフェイ
スダウンで回路基板に直接実装する方法として、マイク
ロバンプボンディング実装技術(MBB実装技術)があ
る。この技術の1例を第3図に示した工程図により説明
する。まず第3図(a)に示したうように絶縁性基板21
に導体配線22を形成させた回路基板23の導体配線22を有
する面に光硬化性の絶縁性樹脂24を塗布する。絶縁性基
板21にはガラス等の光透過性基板を使い、導体配線22に
はAl、Au等を用いる。光硬化性の絶縁性樹脂24にはエポ
キシ系やアクリル系の樹脂を用いる。ついで第3図
(b)に示したように突起電極26を有する半導体素子25
を絶縁性樹脂24の上から回路基板23に搭載し、半導体素
子25の突起電極26と回路基板23の導体配線22とを位置合
わせする。突起電極26はめっき等の方法によりAuを半導
体素子25の上に予め形成しておく。次に第3図(c)に
示したように加圧治具28を用いて半導体素子25と回路基
板23を加圧する。この際、絶縁性樹脂24は加圧により周
囲に押し出され、導体配線22と突起電極26は接触し、電
気的に接続する。この状態のまま回路基板23の裏面から
UV線を照射し、絶縁性樹脂24を硬化させる。硬化後は第
3図(d)に示すように加圧を除去しても突起電極26と
導体配線22とは絶縁性樹脂24により固定されており両者
の電気的接続は保持される。また半導体素子25や回路基
板23の電極間は絶縁性樹脂24により充填されているの
で、高い絶縁性が得られる。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、前記のような方法で半導体素子を回路
基板に実装した場合、その実装に絶縁性樹脂を用いるた
めに下記のような問題点がある。
1)周囲温度が上昇したときに、半導体素子と回路基板
とを接続する絶縁性樹脂24が熱により軟化して膨張し、
半導体素子と回路基板とのギャップが広がり、半導体素
子の突起電極と、回路基板の導体配線の電気的接続が開
いてしまう。
2)高温下で長時間放置した場合に、絶縁性樹脂24の硬
化収縮が進行し、回路基板や半導体素子が歪んだり、甚
だしい場合には破壊したりする。また硬化収縮により絶
縁性樹脂にクラックが生じた場合には、電極間の絶縁性
が低下する。
3)高温下や高温高湿度下では絶縁性樹脂24と半導体素
子や回路基板との接着性の低下により剥離が生じ易く、
半導体素子と回路基板の接続の信頼性が低下する。また
生じた剥離により電極間の絶縁性も低下する。
4)熱サイクルがかかる状況では、絶縁性樹脂24と、半
導体素子や回路基板との熱膨張係数の差により高い内部
応力が生じ、半導体素子や回路基板の破壊や、絶縁性樹
脂24のクラックが生じ易い。
本発明はかかる点に鑑み、高温下や高温高湿度下や熱
サイクルがかかるような状況下においても、高い信頼性
を有する半導体素子の実装方向を提供することを目的と
する。
課題を解決するための手段 本発明は、透光性を有する絶縁基板よりなる回路基板
の導体配線と、半導体素子上に設けた突起電極とを有機
分子膜を介して接合する半導体素子の実装方法であっ
て、回路基板の導体配線が形成された領域以外の領域に
対して、均一な単分子膜で有機反応基を表面に有する第
1の化学吸着膜を形成する工程と、半導体素子の突起電
極が形成された領域以外の領域に対して、均一な単分子
膜で有機反応基を表面に有する第2の化学吸着膜を形成
する工程と、前記半導体素子を前記回路基板に搭載し、
前記半導体素子の突起電極と前記回路基板の導体配線と
を位置合わせする工程と、前記位置合わせした半導体素
子と回路基板とを加圧し、前記導体配線に前記突起電極
を接触させて電気的に接続する工程と、前記半導体素子
と回路基板とを加圧した状態で、前記回路基板の裏面側
からUV線を照射し、前記第1の化学吸着膜と前記第2の
化学吸着膜とを化学反応により一体化して有機分子層を
形成し、前記半導体素子と前記回路基板とを接合する工
程よりなる半導体素子の実装方法を提供する。
作用 本発明は前記したような方法によって半導体素子を実
装することにより、半導体素子と回路基板との間に、絶
縁性樹脂を介することなく、代わりに非常に緻密な構造
を有し、熱的にも安定で、優れた耐熱性や耐湿性及び耐
熱衝撃性を有する化学吸着膜を介した構造で実装体が形
成されるため、実装体の信頼性を 飛躍的に向上させることができる。
実施例 本発明の1実施例を第1図に示した工程図を用いて説
明する。まず絶縁性基板1に導体配線2を形成させた回
路基板3の導体配線2を有する領域以外の領域に、その
表面に有機反応基を並べた第1の化学吸着膜4を形成さ
せる。絶縁性基板1には、ガラス等の光透過性を有する
無機化合物の基板を使い、導体配線2にはAuを用いる。
基板1への化学吸着膜4の形成方法の1例を第2図に示
した。まず第2図(a)に示したように、基板1の表面
を洗浄、エッチングし、基板1の表面を完全に露出させ
る。ついで第2図(b)に示したように、その表面をUV
アッシャー、プラズマ、熱処理、Cr酸混液によるエッチ
ング等の方法を用いて酸化し、基板1の表面い無機反応
基として−OHを形成させる。ついで化学吸着膜を基板表
面に形成させるための溶液を調合する。化学吸着膜を形
成させる分子としては、例えばX−(CH2−Yのよ
うに、その両端に無機反応基Xと有機反応基Yとをそれ
ぞれ有した直鎖状分子(以後分子Aとする。)を用い
る。分子Aの有機反応基Yとしては紫外線に対して反応
性を持つ−C=C基等のものを用いる。また無機反応基
Xとしては−SiCl3基、−TiCl3基等の−OH基と反応性を
有するものを用いる。これを溶媒に1:99の比率で混合し
溶液を調合する。溶媒としてはメタノール、イソプロピ
ルアルコール等のものを用いる。この溶液中に基板1を
浸漬させると、基板表面に形成された無機反応基と、溶
液中に混合しておいた分子Aの無機反応基とが化学反応
し、第2図(c)に示したように、基板表面に分子Aが
均一に単分子で並んだ化学吸着膜4が形成される。この
際、単分子膜である膜4の表面には分子Aの有機反応基
Yが均一に並んだ状態となる。ついで基板1を溶液から
引き上げ、N2ブロー等の方法により基板1を乾燥し溶媒
を揮発させる。次に第2図(d)に示したようにして基
板1を熱処理し、基板表面に吸着している分式間にに化
学結合をおこさせ、化学吸着膜の結合を強固にする。
以上のようなプロセスを用いることにより、回路基板
3の表面の膜として、均一な単分子膜で有機結合基を表
面に有する第1の化学吸着膜4を、非常に簡略に形成す
ることができる。但し、回路基板3に化学吸着膜を形成
する場合は、化学吸着膜は無機反応基に有する面にしか
吸着されないので、表面がAuである導体配線2上には第
1の化学吸着膜4は形成されず、無機反応基を持つ絶縁
性基板1の表面にのみ形成される。また、この際、回路
基板3に吸着される第1の化学吸着膜4の膜厚は、回路
基板3の導体配線2の厚みより厚く調節する。
ついで突起電極6を形成させた半導体素子5の突起電
極6を有する領域以外の領域にも、その表面に有機反応
基を並べた第2の化学吸着膜7を形成させる。半導体素
子5は通常、突起電極6の存在する領域以外の領域に、
パッシベーション膜としてSi3N4膜やSiO2膜を形成させ
ているので、突起電極6にAuを用いれば回路基板3と全
く同じようにして、突起電極6の存在する領域以外の領
域にのみ、有機反応基をその表面に並べた第2の化学吸
着膜7を簡単に形成できる。第2の化学吸着膜7の半導
体素子5への吸着は、半導体素子5がウエハー状態のと
きに、まとめてそのまま吸着させてから、ダイシングを
行えば手間を省略することができる。ついで第1図
(b)に示したように半導体素子5を回路基板3に搭載
し、半導体素子5の突起電極6と回路基板3の導体配線
2とを位置合わせする。
次に第1図(c)に示したように加圧治具8を用いて
半導体素子5と回路基板3を加圧し、導体配線2と突起
電極6は接触させ電気的に接続させる。このとき、突起
電極6は加圧により変形し、第1の化学吸着膜4と第2
の化学吸着膜7とは接触する。また、半導体素子5の表
面には配線等により1μm程度の段差があるが、化学吸
着膜は有機膜であるので、加圧により変形し、段差を吸
収し、第1の化学吸着膜4と第2化学吸着膜7とは完全
に密着した状態となる。この状態のまま回路基板3の裏
面からUV線を第1及び第2の化学吸着膜4、7に照射す
る。UV線の照射により第1の化学吸着膜4の有機反応基
と第2の化学吸着膜7の有機反応基とは化学反応をおこ
し一体化し、有機分子層9となる。これにより半導体素
子5と回路基板3とは間に有機分子層9を挟んだ形で化
学結合して完全に一体化する。
化学吸着膜が一体化した後は、第1図(d)に示すよ
うに加圧を除去しても突起電極6と導体配線2とは有機
分子層9により固定されており両者の電気的接続は保持
される。半導体素子5と回路基板3とをつなぐ有機分子
層9は、有機分子が非常に緻密に縦方向に配列した秩序
だった構造で分子層が形成されいるので、耐熱性が高
く、高温下でも軟化すること無く、従って熱膨張係数も
低く、突起電極6と導体配線2との接続の信頼性は絶縁
性樹脂を介した場合の接続の信頼性に比べてはるかに高
い。また半導体素子5や回路基板3の電極間や導体配線
間は有機分子層9が形成されているので、高い絶縁性が
得られる。
なお上記の実施例では半導体素子や回路基板に化学吸
着させる分子層は1層のみであったが、半導体素子の電
極や回路基板の導体配線の厚みが厚い場合は、直鎖状で
両端に有機反応基を持つ分子(以後分子Bとする。)を
化学吸着膜に積層させて化学吸着膜の膜厚を厚くしてや
ればよい。分子Bを化学吸着膜に積層するには、分子B
を減圧下で加熱し気層とし、その気層中に化学吸着膜を
形成させた基板を入れ、UV線を照射し化学吸着膜表面の
有機反応基と分子Bの有機反応基を化学反応させればよ
い。分子Bは両端に有機反応基を有しているため分子B
を積層させた後でも化学吸着膜は表面に有機反応基を有
しており、原理的には表面に有機反応基を残したまま無
水に化学吸着膜を積層できる。
今回は半導体素子の実装の分野での応用について述べ
たが、本発明の技術は半導体素子の実装に限らず、無機
反応基を有する被着面に持つ電子部品の実装や、レンズ
やカメラ等の他の分野の無機被着体同志の接着、接続に
も用いることができ、幅広い分野への応用が期待でき
る。
発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、たとえば半導
体素子の実装に用いた場合、下記のような効果があり極
めて実用的である。
1)半導体素子と回路基板とをつなぐ化学吸着膜は、有
機分子が非常に緻密に縦方向に配列した秩序だった構造
で分子層が形成されているので、絶縁性樹脂に比べて耐
熱性が高く、高温下でも軟化することが無く、また熱膨
張係数も低いため、高温下でも半導体素子と回路基板の
ギャップは開かないので、絶縁性樹脂による接続に比べ
てはるかに高い信頼性で半導体素子を回路基板に接続す
ることができる。
2)半導体素子と回路基板の接続が無加熱で行え、また
化学吸着膜の際も、比較的低温で吸着できるので、実装
の際に半導体素子や回路基板に熱的ダメージを与えな
い。
3)半導体素子と回路基板をつなぐ化学吸着膜は、直鎖
状の有機分子が縦方向に配列した構造で、横方向に結合
の手を持たないため、接着性を上げるために多くの結合
の手をランダム有する絶縁性樹脂と異なり、高温下で放
置しても硬化収縮しないので高温下で放置しても残留応
力が発生せず半導体素子や回路基板が沿ったり破壊した
りすることが無い。
4)半導体素子や回路基板と化学吸着膜が化学結合によ
り接合しているため、高温下や高温高湿でも半導体素子
や回路基板と化学吸着膜との界面の接続は保たれ、剥離
は発生せず、高い接続信頼性が得られる。
5)半導体素子の電極間や回路基板の導体配線間に絶縁
性の高い化学吸着膜が形成されているので電極間や導体
配線間に高い絶縁性が得られる。
6)化学吸着膜は予め半導体素子や回路基板にまとめて
吸着しておくことができるので、半導体素子の回路基板
への実装時には加圧してUV線を照射するだけでよいの
で、非常に高速に実装することができ、しかも工程数も
削減できるので実装コストを大きく削減できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例における半導体装置の実装方
法の工程断面図、第2図は化学吸着膜の形成方法の1実
施例の工程断面図、第3図は従来の半導体装置の製造方
法の実装例の工程断面図である。 1、21……絶縁性基板、2、22……導体配線、3、23…
…回路基板、4……第1の化学吸着膜、5、25……半導
体素子、6、26……突起電極、7……第2の化学吸着
膜、8、28……加圧治具、9……有機分子層、11……基
板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−212277(JP,A) 特公 昭48−4172(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C09J 5/00 - 5/10 H01L 21/00 - 21/98

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透光性を有する絶縁基板よりなる回路基板
    の導体配線と、半導体素子上に設けた突起電極とを有機
    分子膜を介して接合する半導体素子の実装方法であっ
    て、回路基板の導体配線が形成された領域以外の領域に
    対して、均一な単分子膜で有機反応基を表面に有する第
    1の化学吸着膜を形成する工程と、半導体素子の突起電
    極が形成された領域以外の領域に対して、均一な単分子
    膜で有機反応基を表面に有する第2の化学吸着膜を形成
    する工程と、前記半導体素子を前記回路基板に搭載し、
    前記半導体素子の突起電極と前記回路基板の導体配線と
    を位置合わせする工程と、前記位置合わせした半導体素
    子と回路基板とを加圧し、前記導体配線に前記突起電極
    を接触させて電気的に接続する工程と、前記半導体素子
    と回路基板とを加圧した状態で、前記回路基板の裏面側
    からUV線を照射し、前記第1の化学吸着膜と前記第2の
    化学吸着膜とを化学反応により一体化して有機分子層を
    形成し、前記半導体素子と前記回路基板とを接合する工
    程よりなることを特徴とする半導体素子の実装方法。
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