JP3271404B2 - チップ部品の端子接続方法 - Google Patents

チップ部品の端子接続方法

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    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
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    • H01L2224/73201Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203Bump and layer connectors
    • H01L2224/73204Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はチップ部品特に半導体チ
ップの回路基板への端子接続方法に関する。大量の情報
を迅速に処理する必要から電子部品は小形化が推進され
ており、抵抗器やコンデンサを始めとし、プリント配線
基板に搭載される殆どの部品はチップ化されたものが使
用されているが、特に半導体部品については顕著であ
る。
【0002】すなわち、半導体集積回路は単位素子の小
形化による大容量化が行なわれてLSIやVLSIが実
用化され、更に大容量化が進んでULSIが実用化され
つゝあるが、集積回路が形成されている半導体チップの
大きさは最大でも10数mm角とさほど変わっていない。
【0003】一方、半導体装置の外装方法は半導体チッ
プのパッシベーション技術の進歩と共に改良され、ハー
メチックシール構造より樹脂モールドへと変化してお
り、また、セラミック多層回路基板の上に半導体チップ
のまゝで複数個を装着し、このセラミック多層回路基板
を取替え単位としてプリント配線基板などに装着する実
装方法が採られている。
【0004】この場合、半導体チップよりの端子取り出
し法としては半導体チップの周辺に“はんだボール”を
備えた多数のバンプを設けるか、或いは薄膜形成技術と
写真蝕刻技術(フォトリソグラフィ)を用いて金属より
なるバンプを設け、これを回路基板上に予めパターン形
成してあるボンディング・パッドに位置合わせして接合
するフリップチップ接合方法が採られている。
【0005】
【従来の技術】先に記したように半導体チップの回路基
板への装着方法としてはフリップチップ接合方法が用い
られており、“はんだボール”よりなるバンプを回路基
板にパターン形成してあるパッドに位置合わせして接合
し、融着させる方法が一般化しているが、最近では半導
体チップの集積度が向上してバンプ間の繰り返しピッチ
が更に短くなってゆくことゝ、“はんだボール”を溶融
させるのに必要な熱処理による半導体チップの劣化を無
くすなどの見地から、これに代わる接合方法の実用化が
進められている。
【0006】すなわち、半導体チップの端子形成位置に
金(Au)などの金属を用いてスタッドバンプを形成し、
このスタッドバンプと回路基板上に形成してあるパッド
とを導電性接着剤を用いて接合する。異方性導電ラ
バーを用いて接合する。などの研究が行なわれている。
【0007】こゝで、は金属微粒子を主体とし、樹脂
をバインダとする導電体ペーストを使用するものである
が、抵抗率が比較的に高く、また、接着強度に問題があ
る。また、は銀(Ag)などの金属微粒子を含むシートに
選択的に圧力を加える場合にシートの圧縮によりその位
置の金属微粒子が直列に接触するのを利用し、加熱によ
りラバーを構成する樹脂を硬化させて導通状態を保持す
るのである。然し、バンプの相互間隔が狭い場合にバン
プ相互間で高い絶縁抵抗を保持することは難しいなどの
問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ICやLSIなどの集
積回路が形成されている半導体チップの回路基板への装
着法としてフリップチップ接合法が採られているが、集
積度が向上してバンプ或いはパッドの間隔が100 μm 程
度まで狭小化してきており、今後、更に短くなると従来
の樹脂を使用する端子接続方法では隣接する端子(バン
プ或いはパッド)間の絶縁を保持することは困難であ
る。また、接合に樹脂を使用する場合は半導体チップと
回路基板とが樹脂により充填されていることから、半導
体チップの接合不良が検出された場合、修復が困難であ
る。そこで、この解決が課題である。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、複数のバ
ンプを端子電極とするチップ部品の該バンプを、予め回
路基板上にパターン形成してある複数のパッドに位置合
わせし、対応するそれぞれのバンプとパッドとの間に電
気的接続を形成する端子接続方法において、熱硬化性樹
脂よりなる樹脂層を被覆した金属細粒と熱硬化性樹脂液
とからなる接着剤を前記バンプの接合面に転写し、前記
チップ部品と回路基板とを重ね合わせ、対応するそれぞ
れの前記バンプとパッドとを位置合わせした後、前記チ
ップ部品と回路基板間を加圧して前記バンプとパッド間
における前記金属細粒を被覆する前記樹脂層を壊すとと
もに前記金属細粒を互いに圧接させた状態で前記熱硬化
性樹脂液を加熱硬化せしめ、前記バンプとパッドとの間
の導通を確認した後、前記チップ部品と回路基板との間
隙に充填用樹脂液を注入して硬化させることを特徴とす
るチップ部品の端子接続方法を構成することにより解決
することができる。
【0010】
【作用】発明者等は次の方法をとることにより従来の問
題点を解決した。すなわち、従来の問題点は、 樹脂
を使用する端子接続方法では隣接端子間の絶縁保持が困
難であること、 接合不良が発生した場合に修復が困
難なこと、である。
【0011】現在使用されている回路基板のパターン幅
は200 μm 程度、また電極間隔は100 μm 程度まで狭小
化されている。そこで、例えば導電性接着剤を半導体バ
ンプの上に塗布して回路基板上にパターン形成してある
パッドに接合すると容易に電極端子(バンプまたはパッ
ド)間の短絡が生ずる。
【0012】図3はこの状態を示すもので、半導体チッ
プ1に形成されているバンプ2が例えば200 μm 角であ
り、バンプ2の相互間隔が100 μm すなわち300 μm ピ
ッチで形成されており、一方、回路基板3にパターン形
成してあるパッド4の幅が200 μm でピッチが同様に30
0 μm である場合、導電性接着剤5をバンプ2の接触面
に塗布する場合、導電性接着剤の調整が困難であり、接
合した後においては、同図(B)に示すように導電性接
着剤5のはみ出しによる短絡が生じ易い。また、従来の
接着剤による半導体チップ1と回路基板3の接合におい
ては、接合の良否の検査は半導体チップ1と回路基板3
を全面的に接着剤で硬化した後に行なっているために、
不良が発生した場合に半導体チップ1を回路基板3から
除去することは非常に困難である。
【0013】そこで、これらの問題を解決する方法とし
て、 金属細粒に熱硬化性樹脂を被覆したマイクロカプセ
ルを熱硬化性樹脂液に混合した接着剤を使用する。 端子接続と半導体チップの回路基板との接着とを別
にして行なう。 の方法をとることにより問題を解決するものである。
【0014】すなわち、従来の導通法は樹脂液あるいは
樹脂よりなるシートの中に金属微粒子を懸濁あるいは混
合しておき、上から圧力を加えることにより金属微粒子
が縦に接触している状態で加熱硬化し、これにより導通
を保つものである。然し、端子の相互間隔が100 μm 程
度と微少化している現在、これにより端子間絶縁を確保
することは無理がある。そこで、本発明は図1に示すよ
うに平均粒径が5μm程度の金属粒子7に熱硬化性樹脂
よりなる樹脂膜8を被覆したマククロカプセル9を使用
し、圧力により樹脂膜8が破れて金属粒子7が直接に接
触して導通状態となるのを利用する。
【0015】そのためには樹脂膜8が容易に破れること
ゝ、破壊した金属粒子7の相互接触が完全に保たれるこ
とで、そのためには樹脂膜8が熱硬化性樹脂よりなり極
めて薄いこと、接着剤を構成する樹脂液が熱硬化性樹脂
からなり、熱硬化の際に収縮して圧縮応力により金属粒
子7の相互接触を永久に保持することが必要である。
【0016】次に、端子間隔が100 μm のように狭い場
合に、従来の導電性接着剤を用いて絶縁が保証される接
合を行なうためには、導電性接着剤のバンプからのはみ
出しを無くすことが必要であったが、これについて本発
明は導電性微粒子としてマイクロカプセル型導電性接着
剤を使用することでバンプからのはみ出し量を制限しな
くてよくなる。また、バンプへの接着剤塗布方法は作業
性の点から転写法を使用する。これは一定厚の接着剤を
平坦な板に塗布し、これを半導体チップに当接する方法
である。
【0017】図2(A)はこのようにして半導体チップ
1のバンプ2に塗布した導電性接着剤5の付着状態を示
すものである。次に、本発明の特徴はこのようにして半
導体チップ1の回路基板3への装着が終わった後、試験
機により接着の良否を測定して不良の場合はトルクを加
えると半導体チップ1を破壊することなく剥離すること
ができ、樹脂を溶剤で拭き取った後、再度、装着を行な
う。このようにして、半導体チップ1の装着不良がない
ことを確認した後に半導体チップ1と回路基板3の隙間
に熱硬化性の樹脂11を充填することにより接着強度を高
め、また、信頼性を保証するものである。
【0018】
【実施例】実施例1:(図2参照) 導電性接着剤5として平均粒径が5μm の銅(Cu)微粒
子の表面に銀 (Ag)メッキを施し、この上にエポキシ樹
脂を約1000Åの厚さに被覆してあるマイクロカプセル
を、一液性エポキシ樹脂液に10容量%添加して粘度3000
cpsにしたものを用いた。また、半導体チップとしては
金(Au)よりなり、200 μm 角のスタッド・バンプが100
μm の間隔で128 ピンが配列しているものを用い、ま
た、回路基板としてはガラスエポキシ基板上にCuよりな
り200 μm 角のパッドが100 μm の間隔で128 個パター
ン形成してあるものを使用した。
【0019】まず、ガラス基板上に導電性接着剤5を35
μm の厚さに被覆し、この上に128ピンの半導体チップ
1を置き、引上げてバンプ2の上に転写した。(以上同
図A)、次に、この半導体チップ1を回路基板3のパッ
ド4に位置合わせして接合した後、3kgの荷重( 接合部
にそれぞれ25g)を加えながら200 ℃に30秒保持して硬
化させた後、導通検査と端子間の絶縁状態を測定した
が、導通は接点当たり0.5 Ω以下であり、絶縁も充分で
あった。なお、導通不良または絶縁不良が発生した場合
はトルクを与えて半導体チップ1を剥離し、テトラヒド
ロフランでエポキシ樹脂を溶解除去し、再度同じ工程を
行なえばよい。(以上同図B) 次に、一液性エポキシ樹脂液をスポイドを使用して注入
した後、200 ℃で1分間加熱することで装着が完了し
た。(以上同図C) 実施例2:(図2参照) 導電性接着剤5として粘度が20000 cps と大きなものを
使用した以外は実施例1と全く同様にして半導体チップ
1の装着を行なったが各接点の接着抵抗は0.5Ω以下で
あり、また接着不良も発生しなかった。
【0020】
【発明の効果】本発明の実施により端子間の絶縁が良
く、また、修復が可能なチップ装着を行なうことがで
き、これにより信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 マイクロカプセルの断面図である。
【図2】 本発明の実施法を示す断面図である。
【図3】 従来の問題点を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体チップ 2 バンプ 3 回路基板 4 パッド 5 導電性接着剤 7 金属粒子 8 樹脂膜 9 マイクロカプセル 11 樹脂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳平 英士 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−21520(JP,A) 特開 平3−108734(JP,A) 特開 平3−153788(JP,A) 特開 平4−362104(JP,A) 特開 平5−47841(JP,A) 特開 平5−136146(JP,A) 特開 平5−218137(JP,A) 特開 平5−304189(JP,A) 特開 平5−320413(JP,A) 特開 平6−275678(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60 H05K 3/32 H05K 3/34 C09J 7/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のバンプを端子電極とするチップ部
    品の該バンプを、予め回路基板上にパターン形成してあ
    る複数のパッドに位置合わせし、対応するそれぞれのバ
    ンプとパッドとの間に電気的接続を形成する端子接続方
    法において、 熱硬化制樹脂よりなる樹脂層を被覆した金属細粒と熱硬
    化性樹脂液とからなる接着剤を前記バンプの接合面に転
    写し、前記チップ部品と回路基板とを重ね合わせ、対応
    するそれぞれの前記バンプとパッドとを位置合わせした
    後、前記チップ部品と回路基板間を加圧して前記バンプ
    とパッド間における前記金属細粒を被覆する前記樹脂層
    を壊すとともに前記金属細粒を互いに圧接させた状態で
    前記熱硬化性樹脂液を加熱硬化せしめ、前記バンプとパ
    ッドとの間の導通を確認した後、前記チップ部品と回路
    基板との間隙に充填用樹脂液を注入して硬化させること
    を特徴とするチップ部品の端子接続方法。
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