JP3872218B2 - 半導体チップの実装方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、リードフレームや配線基板などの所定の実装対象物に半導体チップを実装する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体装置としては、図７に示したような構成のものがある。この種の半導体装置１は、ダイパッド２上に実装された半導体チップ３と、樹脂パッケージ６の内に形成された複数の内部リード５０と、各内部リード５０にそれぞれ連続するとともに樹脂パッケージ６の外部に形成された複数の外部リード５１と、を有しており、各内部リード５０と半導体チップ３の端子部（図示略）との間がワイヤ４を介して接続された構成とされている。
【０００３】
このような構成の半導体装置１を製造する場合には、金属板を打ち抜き形成することによって得られる、いわゆるリードフレームが使用される。図８に示したように、まずダイパッド２上に、たとえば熱硬化性樹脂製などの接着剤７を介して半導体チップ３が実装される。具体的には、ダイパッド２上に液状ないし固体状の接着剤７を塗布または載置し、粘液状態とされた接着剤７上に半導体チップ３を圧し付けるようにして載置した状態で接着剤７を加熱硬化することによってダイパッド２上に半導体チップ３が実装固定される。そして、半導体チップ３の上面に形成された端子部と、各内部リード５０との間をワイヤ４を介して接続した後に半導体チップ３、ワイヤ４および内部リード５０を封止するようにして樹脂パッケージ６が形成される。さらに、リードカット工程およびリードフォーミング工程などを経て図７に示したような半導体装置１が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した構成の半導体装置１では、ダイパッド２上に半導体チップ３を実装した後にワイヤボンディングを行い、樹脂パッケージ６を形成することから、ワイヤボンディング工程や樹脂パッケージング工程において半導体チップ３とダイパッド２とを接続している接着剤７が加熱されることになる。また、上記構成の半導体装置１は、チップ抵抗器などの他の電子部品とともにプリント配線基板などにハンダなどを用いて実装されるため、このときにも上記接着剤７が加熱される。このように、上記接着剤７は、半導体チップ３が実装された後においても、加熱・冷却が繰り返され、このときに接着剤７と半導体チップ３およびダイパッド２との間に応力が集中することになる。したがって、加熱・冷却の繰り返しによる応力集中を緩和すべく、上記接着剤７の厚みを比較的に大きく（たとえば５０μｍ以上）維持しつつ半導体チップ３をダイパッド２上に実装する必要がある。
【０００５】
しかしながら、従来においては、完全に液状化された接着剤７上に半導体チップ３を圧し付けて載置し、これを加熱硬化させることによって半導体チップ３を実装していたため、接着剤７を厚みを比較的に大きく維持しつつ半導体チップ３を実装するのは困難であった。このため、半導体チップ３を圧し付けずに液状化した接着剤７上に自然状態で載置し、この状態で接着剤７を硬化させることも考えられる。ところが、これでは接着剤７の厚みが均一とならず、また所望部位に半導体チップ３が実装固定されるとは限らないため、後に行われるワイヤボンディング工程におけるワイヤボンディング精度に影響を与えかねないし、しかも半導体チップ３と接着剤７との間の接合力の面においても問題がある。
【０００６】
本願発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、半導体チップとダイパッドなどの実装対象物とを接合する接着剤の厚みを大きく確保できるようにすることをその課題としている。
【０００７】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
すなわち、本願発明により提供される半導体チップの実装方法は、所定の実装対象物に半導体チップを実装する方法であって、上記実装対象物上に熱硬化性接着剤による第１接着層を形成した後に、この第１接着層が完全に硬化していない状態において、この第１接着層上に熱硬化性接着剤による第２接着層をさらに形成し、上記第１接着層および第２接着層を介して上記実装対象物上に半導体チップを実装することを特徴としている。上記実装対象物としては、金属板を打ち抜き形成することによって得られる半導体装置製造用のリードフレーム、あるいは絶縁性基板の表面に上記半導体チップの端子部と導通接続される端子部が形成された配線基板などが挙げられる。なお、ここでいう「配線基板」は、半導体装置を製造する際に使用されるポリイミド樹脂製などの半導体装置製造用の基板や、半導体チップやチップ抵抗器などの各種の電子部品が実装されるプリント配線基板の双方が含まれるものとする。
【０００９】
実装対象物に対して半導体チップをフェイスダウン方式、すなわち半導体チップの端子部形成面を実装対象物に対面させて実装する場合には、絶縁性を有する組成物によって上記各接着層を形成するのが好ましい。一方、フェイスアップ方式、すなわち半導体チップの端子部形成面を上方に向けるようにして半導体チップを実装する場合には、上記各接着層は必ずしも絶縁性を有する組成物によって形成する必要はなく、導体成分によって各接着層を形成してもよい。
【００１１】
熱硬化性の接着剤を用いるので、加熱状態において第１接着層を形成し、引き続き加熱された状態において第２接着層を形成すれば、まず第１接着層が熱硬化し始め、次いで形成される第２接着層が熱硬化し始めることになる。そして、第２接着層上には、この第２接着層が完全に硬化しきらない粘液状態において半導体チップを圧し付けられ、載置される。
【００１２】
このようにして、第２接着層に半導体チップを圧し付けた場合には、第１接着層が先に硬化し始めているので、第２接着層は容易に圧し潰されるが、第１接着層は第２接着層に比較して圧し潰されにくい。このため、従来のように接着層が単層で構成されている場合と比較して本願発明では接着層の厚みを大きくすることができる。
【００１３】
したがって、本願発明では、たとえば半導体チップの実装工程の後において行われるワイヤボンディング工程や樹脂パッケージング工程、あるいは半導体装置をプリント配線基板に実装する工程において加熱・冷却が繰り返されたとしても、厚みが大きくされた接着層によって半導体チップと実装対象物との間に作用する応力を緩和することができる。そして、半導体チップと実装対象物の間の接合状態を良好に維持することができる。
【００１４】
なお、上記接着剤としては、常温で固体状あるいは液体状のいずれでもよく、また第１接着層を形成する接着剤と第２接着層を形成する接着剤とは、同じ組成物であっても異なる組成物であってもよい。
【００１５】
本願発明ではまた、上記第１接着層が完全に熱硬化していない状態において、上記第１接着層上に上記第２接着層が形成される。
【００１６】
したがって、第１接着層がある程度硬化した状態において第２接着層が形成され、この第２接着層上に半導体チップが圧し付けられて実装されることから、第１および第２からなる接着層全体の厚みをより確実に大きくすることができる。そして、第１接着層が完全に熱硬化していない状態において第２接着層が形成されることから、第１接着層が完全に熱硬化した場合と比較して第１接着層と第２接着層との間の接合性が良好なものとされる。
【００１７】
なお、第１接着層および第２接着層をそれぞれ異なる接着剤によって形成してもよいのは上記した通りであるが、この場合には、上記第１接着層を上記第２接着層よりも熱硬化速度が小さい接着剤によって形成してもよい。このようにすれば、第１接着層の硬化具合を容易コントロールでき、所望の硬化状態とされた第１接着層上に第２接着層を形成することができる。
【００１８】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【００２０】
図１は、本願発明の係る半導体チップの実装方法が適用された半導体装置の一例を表す全体斜視図、図２は、図１のII−II線に沿う断面図である。なお、従来の半導体チップの実装方法を説明するために参照した図面に表されていた部材および要素などと同等なものには同一の符号を付してある。
【００２１】
図１および図２に示したように、上記半導体装置１は、ダイパッド２上に実装された半導体チップ３と、この半導体チップ３とワイヤ４を介して導通接続された複数のリード端子５と、を備えており、半導体チップ３やワイヤ４などが樹脂パッケージ６によって封止されている。
【００２２】
半導体チップ３は、たとえばＩＣやＬＳＩなどのベアチップであり、図２に良く表れているように第１接着層７０および第２接着層７１からなる接着層７を介してダイパッド２上に機械的に接続されている。各接着層７０，７１は、たとえば熱硬化性樹脂としてのエポキシ樹脂を含む接着剤などによってそれぞれ形成されている。
【００２３】
リード端子５は、樹脂パッケージ６内に封止された内部リード５０と、この内部リード５０に連続するとともに樹脂パッケージ６の外部に形成された外部リード５１とを有している。各外部リード５１は、クランク状に折り曲げられており、その先端部が樹脂パッケージ６の底面と同一高さ位置において水平に延びるようになされている。すなわち、この水平状とされた部分においてプリント配線基板などと接続されて半導体装置１がプリント配線基板などに面実装されるようになされている。
【００２４】
次に、上記構成の半導体装置１の製造方法を、本願発明に係る半導体チップの実装方法を含めて図３ないし図６を参照しつつ具体的に説明する。便宜上、半導体装置１の製造に使用されるリードフレーム２Ａについて先に図３を参照しつつ説明する。
【００２５】
図３に示したように、上記リードフレーム２Ａは、長手方向に延びる一対のサイドフレーム２０，２０を有しており、これらのサイドフレーム２０，２０の間が幅方向に延びるようにして一定間隔毎に設けられた複数のクロスフレーム２１，…によって掛け渡されている。各サイドフレーム２０，２０および隣合うクロスフレーム２１，２１によって囲まれる領域内２Ｂには、後において上記半導体装置１の構成要素となるべきダイパッド２、内部リード５０および外部リード５１が打ち抜き形成されている。上記領域２Ｂ内には、４つのタイバー２２，…を四辺とする矩形領域２Ｃが規定されており、この矩形領域２Ｃ内にダイパッド２の四隅部が吊りリード２３，…を介して支持されている。各タイバー２２からは、ダイパッド２側に向けて先端部が延びるようにして内部リード５０が複数形成されており、各内部リード５０に連続して矩形領域２Ｃの外方側に外部リードが延出形成されている。
【００２６】
上記のような形態とされたリードフレーム２Ａでは、まずダイパッド２上に半導体チップ３が実装される。半導体チップ３の実装工程は、ダイパッド上に第１接着層７０を形成する工程と、この第１接着層７０上に第２接着層７１を形成する工程と、第２接着層７１上に半導体チップ３を載置し、固定する工程からなる。
【００２７】
ダイパッド上に第１接着層７０を形成する工程は、図４に示したようにダイパッド２上に粘液状とされた接着剤７０を塗布することにより行われる。具体的には、まずヒータなどが組み込まれた支持台９を予め加熱しておき、この支持台９上にリードフレーム２Ａを載置する。そして、シリンジ８などから粘液状とされた接着剤７０を吐出させ、これをダイパッド２上に塗布する。
【００２８】
なお、接着剤７０としては、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含むものが採用される。もちろん、接着剤としては、シート状とされた固体接着剤をしようしてもよいし、また常温硬化性の接着剤を用いてもよい。常温硬化性の接着剤を用い場合には、リードフレーム２Ａを予熱しておく必要はない。
【００２９】
第２接着層７１を形成する工程は、図５に示したように引き続き支持台９を加熱しておき、第１接着層７１と同様にシリンジ８などから粘液状とされた接着剤７０を吐出させ、これを第２接着層７１上に塗布することにより行われる。第２接着層７１の形成工程は、第１接着層７０が完全に硬化した状態において行ってもよいし、ほとんど硬化せずあるいはある程度硬化した状態において行ってもよい。後述するように、第１接着層７０と第２接着層７１との間の接合強度を十分に確保しつつ、第１および第２接着層７０，７１からなる接着層７の厚みを十分に確保するためには、第１接着層７０がある程度硬化した状態において第２接着層７１を形成するのが好ましい。
【００３０】
なお、第２接着層７１を形成する接着剤としては、第１接着層７０を形成する接着剤と同種のものであってもよいが、第２接着層７１用としては、第１接着層７０用よりも熱硬化速度が大きいものを採用するのが好ましい。
【００３１】
半導体チップ３を載置し、固定する工程は、図６に示したように第２接着層７１が十分に熱硬化していない状態において行われる。すなわち、粘液状態が維持された第２接着層７１上に半導体チップ３を圧し付けるようにして載置し、各接着層７０，７１を熱硬化させることによって半導体チップ３がダイパッド２上に実装固定される。
【００３２】
この工程においては、十分に熱硬化せずに粘液状態が維持された第２接着層７１上に、半導体チップ３が圧し付けられることから、第２接着層７１が圧し潰される。一方、第１接着層７０は、先に形成されていることから、半導体チップ３が圧し付けられたときには、ある程度は熱硬化している。このため、第１接着層７０がさほど圧し潰されずに接着層７が硬化するため、従来のように接着層が単層とされた場合と比較して厚みを大きくすることができる。
【００３３】
また、第１接着層７０を意図的にある程度まで熱硬化させた状態で第２接着層７１を形成した場合には、より確実に接着層７の厚みを十分に確保することができる。しかも、第１接着層７０が完全に熱硬化した状態で第２接着層７１を形成するものではないため、当然に第１接着層７０と第２接着層７１との間の接合性は良好なものとされる。
【００３４】
第１接着層７０を形成する接着剤として、第２接着層７１を形成する接着剤よりも熱硬化速度の小さいものを採用することができるのは上記した通りである。この場合、第１接着層７０の熱硬化速度が比較的に小さいために第１接着層の硬化具合をコントロールするのが容易であり、第１接着層７０が所望の状態にまで熱硬化したときに第２接着層７１を形成することが容易となる。
【００３５】
このようにして半導体チップ３が実装された場合には、半導体チップ３に形成された端子部（図示略）と、リードフレーム２Ａの内部リード５０との間がワイヤ４によって結線される。次に、ダイパッド２、半導体チップ３、ワイヤ４および内部リード５０が樹脂パッケージ６によって封止される。この工程は、たとえば型締め状態においてキャビティ空間が形成される上下の金型を用いたトランスファーモールド法などが採用される。そして、タイバーカット、リードカットおよびリードフォーミング工程などを経て図１および図２に示したような半導体装置１が得られる。
【００３６】
上記したワイヤボンディング工程では、ワイヤ４と内部リード５０や半導体チップ３の端子部との間の接合性を高めるべく、リードフレーム２Ａが加熱される。また、樹脂パッケージング工程では、溶融した樹脂が上記キャビティ空間内に注入されて半導体チップ３ないしダイパッド２が加熱される。このように、半導体チップ３をダイパッド２上に実装した後においても、ワイヤボンディング工程や樹脂パッケージング工程によって半導体チップ３ないしダイパッド２、すなわちこれらを接合している接着層７が加熱される。本願発明では、接着層を２層構造とすることによって厚みが十分に確保されているので、たとえワイヤボンディング工程や樹脂パッケージング工程において加熱・冷却が繰り返されたとしても、半導体チップ３とダイパッド２との間の接合状態が良好に維持される。
【００３７】
上記した製造方法によって得られた半導体装置１は、既述の通りプリント配線基板などに面実装されるが、この実装にはいわゆるハンダリフローの手法などが採用される。このため、半導体装置１を実装する工程においも加熱・冷却が繰り返されるが、この場合も同様に半導体チップ３とダイパッド２との間の接合状態が良好に維持される。
【００３８】
なお、本実施形態では、接着層７が２層構造とされた場合について説明したが、接着層７が３層以上とされた場合であっても同様な効果が得られるのはいうまでもない。
【００３９】
また、本実施形態では、リードフレーム２Ａのダイパッド２上に半導体チップ３を実装する場合について説明したが、本願発明の技術思想はその他の実装対象物に半導体チップ３を実装する場合にも適用することができる。すなわち、実装対象物としては、リードフレーム２Ａ（ダイパッド２）に限定されず、たとえばポリイミド樹脂製などの半導体装置製造用の基板なども挙げられる。もちろん、プリント配線基板上にベアチップを実装する場合にも本願発明の技術思想を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の係る半導体チップの実装方法が適用された半導体装置の一例を表す全体斜視図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】本願発明の係る半導体チップの実装方法における実装対象としてのリードフレームの一例を表す平面図である。
【図４】本願発明の半導体チップの実装方法を説明するための要部断面図である。
【図５】本願発明の半導体チップの実装方法を説明するための要部断面図である。
【図６】本願発明の半導体チップの実装方法を説明するための要部断面図である。
【図７】従来の半導体チップの実装方法が適用された半導体装置の一例を表す断面図である。
【図８】従来の半導体チップの実装方法を説明するための要部断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体装置
２Ａ リードフレーム
２ ダイパッド
３ 半導体チップ
７０ 第１接着層
７１ 第２接着層

Claims (4)

1. 所定の実装対象物に半導体チップを実装する方法であって、
   上記実装対象物上に熱硬化性接着剤による第１接着層を形成した後に、この第１接着層が完全に硬化していない状態において、この第１接着層上に熱硬化性接着剤による第２接着層をさらに形成し、上記第１接着層および第２接着層を介して上記実装対象物上に半導体チップを実装することを特徴とする、半導体チップの実装方法。
2. 上記第１接着層は、上記第２接着層よりも硬化速度が小さい接着剤によって形成される、請求項１に記載の半導体チップの実装方法。
3. 上記実装対象物は、金属板を打ち抜き形成することによって得られる半導体装置製造用のリードフレームである、請求項１または２に記載の半導体チップの実装方法。
4. 上記実装対象物は、絶縁性基材の表面に上記半導体チップの端子部と導通接続される端子部が形成された配線基板である、請求項１または２に記載の半導体チップの実装方法。

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