JP3454223B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP3454223B2 JP2000087361A JP2000087361A JP3454223B2 JP 3454223 B2 JP3454223 B2 JP 3454223B2 JP 2000087361 A JP2000087361 A JP 2000087361A JP 2000087361 A JP2000087361 A JP 2000087361A JP 3454223 B2 JP3454223 B2 JP 3454223B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】小型・軽量の半導体装置を低価格で製造
するという要請に対し、導電粒子を絶縁性接着剤中に分
散させた異方性導電接着フィルムを使用して、QFPパ
ッケージに代えてバンプ付きベアICチップを回路基板
にダイレクトに実装することが行われている。
【0003】しかし、ベアICチップにバンプを形成す
るコストが非常に高いという問題があり、また、ベアI
Cチップを回路基板へ異方性導電接着フィルムにより接
合した場合、従来のQFP(Quard Flat Package)を使用
してハンダ接合した場合に比べ、接続信頼性が十分でな
いという問題があった。しかも、異方性導電フィルム中
に含まれている比較的高価な導電粒子の多くは接続に関
与しておらず、接続コストの上昇を招いていた。
【0004】そこで、バンプ付きベアICチップに代え
て比較的低価格のバンプレスICベアチップを使用し、
接続に関与しない導電粒子が存在しなくなるようにベア
ICチップを回路基板へ接合することが試みられてい
る。例えば、特開平05−226418号公報には、回
路基板の電極のみに接着剤を供給し、更に微細な導電粒
子を供給して仮固定し、そこへバンプレスベアICチッ
プの電極を位置合わせし、両者を加圧密着させながら密
着部にUV硬化型樹脂を注入し、続いて紫外線を照射し
て硬化させた後に加圧を開放することによりバンプレス
ベアICチップを回路基板に実装している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
05−226418号公報に記載された実装方法を実施
した場合、加圧密着時にバンプレスベアICチップの電
極部に形成されているパッシベーション膜に導電粒子に
よりクラックが発生しやすく、また、バンプレスベアI
Cチップを製造する際のダイシング加工時に、ICチッ
プの周縁にバリが生じるが、そのバリの存在によりショ
ートが発生し易く、接続信頼性が十分でないという問題
がある。
【0006】本発明は、以上の従来の技術の問題を解決
しようとするものであり、回路基板に半導体素子を接続
して半導体装置を製造する際に、接続に関与しない導電
粒子の存在を無くした上で、しかも半導体素子として比
較的低コストのバンプレスICチップを使用した場合で
あっても、接続信頼性を低下させないようにすることを
目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、回路基板の
接続端子上に接着層を設け、その接着層に導電粒子を収
容する凹部を設け、その凹部に導電粒子を供給し、その
導電粒子を介して回路基板と半導体素子とを熱圧着する
ことにより上述の目的を達成できることを見出し、本発
明を完成させるに至った。
【0008】即ち、本発明は、回路基板の接続端子に半
導体素子の接続パッドが接続されている半導体装置の製
造方法において、以下の工程(a)〜(d): (a)回路基板の接続端子上に接着層を設ける工程; (b)接続端子に対応した凹部を接着層に設ける工程; (c)接着層の凹部に導電粒子を供給する工程; 及び (d)回路基板の接続端子に半導体素子の接続パッドを
位置合わせし、接着層の凹部に供給された導電粒子を介
し、回路基板と半導体素子とを熱圧着する工程;を有す
ることを特徴とする製造方法を提供する。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明は、回路基板の接続端子に
半導体素子の接続パッドが接続されている半導体装置の
製造方法であって、以下の工程(a)〜(d)を有する
ことが特徴となっている。以下、図面を参照しながら、
工程毎に説明する。
【0010】工程(a) まず、回路基板1の接続端子2(図1(a))上に接着
層3を設ける(図1(b))。
【0011】回路基板1は、半導体素子を搭載するため
の基板であり、例えばポリイミドフィルム等の支持基板
1a上に、銅箔等の導電層が積層された2層フレキシブ
ル基板から加工された公知の半導体素子搭載用回路基板
を適用することができる。ここで、接続端子2は、前述
の導電層を公知のパターニング法により形成できる。
【0012】支持基板1aの材質や厚みには特に制限は
なく、半導体装置の要求性能に応じて決定することがで
きる。
【0013】なお、接続端子2の厚み(導電層の厚
み)、幅やピッチも、半導体素子の電極パッドの大きさ
やピッチ、あるいは半導体装置の要求性能に応じて決定
することができる。
【0014】接着層3としては、半導体素子の実装の際
に従来より用いられている熱硬化型絶縁性接着剤の塗布
膜もしくはフィルムを適用することができる。
【0015】接着層3の厚みは、後述する導電粒子の粒
径と密接に関係しており、半導体素子がバンプ付きベア
ICチップである場合には、バンプ高さと導電粒子の粒
径とを合算した厚さより薄く、好ましくは50〜95%
程度にすることが好ましく、また、半導体素子がバンプ
レスベアICチップである場合にも、導電粒子の粒径よ
りも薄く、好ましくは50〜95%程度にすることが好
ましい。
【0016】工程(b) 次に、図1(c)に示すように、接着層3に上方からプ
ローブ4を押し付け、接続端子2に対応した凹部5を設
ける(図1(d))。ここで、プローブ4に代えて、他
の手段(例えば、フォトリソグラフ技術、レーザー照射
技術等)を利用して凹部5を形成することもできる。
【0017】凹部5の大きさ(開口径、深さ)は、後述
する導電粒子が安定するように、導電粒子が丁度収まる
程度の大きさとすることが好ましい。
【0018】工程(c) 次に、接着層3の凹部5に、粒子吸着ツール6(図1
(e))にて導電粒子7を供給する(図1(f))。こ
こで、粒子吸着ツール6に代えて、他の手段を利用して
導電粒子7を凹部5に供給してもよい。
【0019】この工程において、接続端子2とそれに一
対一で対応する半導体素子の接続パッドとの間に一つの
導電粒子7を介在させることが好ましい。これにより、
接続に関与しない導電粒子の数を零にすることが可能と
なる。
【0020】なお、導電粒子7としては、その粒径が小
さすぎると半導体素子のパッシベーション膜にクラック
が発生し易くなるので、加圧に対して絶対的な変形量が
比較的大きな粒径の導電粒子を使用することが好ましい
が、大きすぎると接着層3の厚みとの兼ね合いで、凹部
5に安定的に保持し難くなる傾向がある。従って、導電
粒子7の粒子径は回路基板1の接続端子2の幅に対し好
ましくは40〜120%であることが好ましい。
【0021】導電粒子7の構造はニッケル粒子やハンダ
粒子等の均一な組成の金属粒子であってもよいが、ポリ
マー粒子核とその表面を被覆する金属薄膜からなる構造
としてもよい。更に、導電粒子7の金属表面に、接着層
を構成する樹脂に相溶しない絶縁性樹脂層を設けてもよ
い。
【0022】工程(d) 次に、回路基板1の接続端子2に、半導体素子ICの接
続パッド(図示せず)を位置合わせし(図1(g))、
接着層3の凹部5に供給された導電粒子7を介し、回路
基板1と半導体素子ICとを熱圧着ツール8により熱圧
着する(図1(h))。これにより図1(i)に示す半
導体装置が得られる。
【0023】半導体素子ICとしては、製造コストの比
較的低いバンプレスベアICチップを適用することが好
ましいが、バンプ付きベアICチップを使用することも
できる。
【0024】
【実施例】以下、本発明を実施例により、具体的に説明
する。
【0025】実施例1 表1の組成の接着層用樹脂混合物のトルエン溶液を、剥
離処理が施された50μm厚のポリエステルフィルムに
塗布し、残留溶剤1%以下になるように溶媒を揮発させ
て20μm厚の絶縁性接着フィルムを得た。
【0026】
【表1】 成分 重量% エポキシ樹脂(HP4032D、大日本インキ社製) 50 エポキシ樹脂(HP9200、大日本インキ社製) 20 硬化剤(HX3941HP、旭化成社製) 30
【0027】得られた絶縁性樹脂フィルムを、図1
(a)に示すような構造の回路基板(20μm厚のポリ
イミド支持基板上に銅接続端子(18μm厚、50μm
幅)が形成されている回路基板)の接続端子上に載置し
た(図1(b)参照)。
【0028】次に、先端径30μmの突起が形成された
プローブを絶縁性樹脂フィルムに押しつけ(図1(c)
参照)、導電粒子を収容するための凹部を形成した(図
1(d)参照)。
【0029】次に、先端に導電粒子吸着孔を備えたディ
スペンサーを使用し、粒子径が25μmの導電粒子(A
UL−225、積水化学社製)を絶縁性樹脂フィルムに
形成された凹部に供給した(図1(e)及び(f)参
照)。
【0030】この導電粒子に対し、バンプレスのベアI
Cチップ(電極パッドサイズ50μm×50μm、ピッ
チ100μm)をアライメントし(図1(g)参照)、
熱圧着ツールで一次圧着(120℃、3Mpa、10
秒)し、続いて二次圧着(180℃、3Mpa、10
秒)した(図1(h)参照)。これにより、図1(i)
に示す半導体装置が得られた。
【0031】実施例2 バンプレスベアICチップに代えて15μm高さのバン
プ付きベアICチップを使用し、且つ絶縁性接着フィル
ムとして厚みが35μmのものを使用する以外は実施例
1と同様の操作を繰り返すことにより半導体装置を得
た。
【0032】比較例1 実施例1で使用したものと同様のバンプレスベアICチ
ップと回路基板とを、表1の樹脂混合物90重量部に粒
径5μmの導電粒子(AUL−205、積水化学社製)
10重量部を分散させてフィルム化した異方性導電性接
着フィルム(フィルム厚35μm)を介して熱圧着する
ことにより接続して半導体装置を得た。
【0033】比較例2 実施例2で使用したものと同様の15μm高さバンプ付
きベアICチップと回路基板とを、表1の樹脂混合物9
0重量部に粒径5μmの導電粒子(AUL−205、積
水化学社製)10重量部を分散させてフィルム化した異
方性導電性接着フィルム(フィルム厚35μm)を介し
て熱圧着することにより接続して半導体装置を得た。
【0034】(評価)得られた実施例及び比較例の半導
体装置について導通信頼性を評価するために、回路基板
の隣接する2ピン間の抵抗を、温度85℃、湿度85%
RH、1000時間のTHTテスト(Thermal Humidity
Test)の前(初期)後(エージング後)で測定した。
また、−55℃〜125℃(1000時間)のサーマル
サイクルテスト(TCT)を行った後の抵抗も測定し
た。更に、熱圧着直後の絶縁性接着フィルム部分を溶解
除去し、ICチップの電極パッドのパッシベーション膜
にクラックが生じているか否かを顕微鏡にて観察した。
得られた結果を表2に示す。
【0035】
【表2】 実施例 比較例 評価項目 1 2 1 2 導通信頼性(抵抗値Ω) 初期抵抗値 10 10 open 10 THTテスト後抵抗値 12 13 − 85 TCTテスト後抵抗値 13 12 − 117ハ゜ッシヘ゛ーション 膜のクラックの有無 無 無 有 無
【0036】表2から明らかなように、本発明を適用し
た実施例1及び2の半導体装置は、ベアICチップがバ
ンプレスであるかバンプ付きであるかに関わらず、良好
な接続信頼性を示していることがわかる。
【0037】一方、本発明を適用せずにバンプレスベア
ICチップを使用した比較例1の場合には、ベアICチ
ップのパッシベーション膜にクラックが生じ、導通信頼
性試験そのものが意味をなさなかった。また、本発明を
適用せずにバンプ付きベアICチップを使用した比較例
2の場合には、THTテスト後及びTCTテスト後に
は、大きく接続信頼性が低下することがわかる。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、回路基板に半導体素子
を接続して半導体装置を製造する際に、接続に関与しな
い導電粒子の存在を無くした上で、しかも半導体素子と
して比較的低コストのバンプレスICチップを使用した
場合であっても、高い接続信頼性を維持することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の製造方法の工程図である。
【符号の説明】
1 回路基板、2 接続端子、3 接着層、4 プロー
ブ、5 凹部、6 粒子吸着ツール、7 導電粒子、8
熱圧着ツール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−102464(JP,A) 特開 平11−67826(JP,A) 特開 平9−293753(JP,A) 特開 平11−45909(JP,A) 特開 平11−251364(JP,A) 特開 平11−219982(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/60 H05K 3/34

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回路基板の接続端子に半導体素子の接続
    パッドが接続されている半導体装置の製造方法におい
    て、以下の工程(a)〜(d): (a)回路基板の接続端子上に接着層を設ける工程; (b)接続端子に対応した凹部を接着層に設ける工程; (c)接着層の凹部に導電粒子を供給する工程; 及び (d)回路基板の接続端子に半導体素子の接続パッドを
    位置合わせし、接着層の凹部に供給された導電粒子を介
    し、回路基板と半導体素子とを熱圧着する工程;を有す
    ることを特徴とする製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体素子がバンプレスベアICチップ
    である請求項1記載の製造方法。
  3. 【請求項3】 回路基板の接続端子とそれと接続すべき
    半導体素子の接続パッドとを、一つの導電粒子を介して
    接続する請求項1又は2に記載の製造方法。
  4. 【請求項4】 導電粒子の粒子径が、回路基板の接続端
    子幅の40〜120%である請求項3記載の製造方法。
  5. 【請求項5】 導電粒子の粒子径が、接着層の層厚より
    も大きい請求項2記載の製造方法。
  6. 【請求項6】 導電粒子が、ポリマー粒子核とその表面
    を被覆する金属薄膜からなる請求項1〜5のいずれかに
    記載の製造方法。
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