JP4058773B2 - 半導体チップ搭載用基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ搭載用基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の発達にともない、電子機器の高性能化はもとより、配線板と電子部品とからなる回路板の小型化、軽量化の要求はますます厳しくなっている。これまで、スルーホールを設けた配線板にＤＩＰパッケージやＰＧＡパッケージなどを実装していた方式から表面に接続用の回路を設けた配線板にＱＦＰパッケージやＢＧＡパッケージなどを実装する方式に進化してきた。これは、後者の方が、配線板のデッドスペースが小さくなり、高密度実装が可能なこと、パッケージ自身が小型化、高性能化しやすいことによる。しかし、電子機器の発達は留まることを知らず、電子機器の高性能化と回路板の小型化、軽量化の両立は今でも大きな課題となっている。
【０００３】
その解決方法の一つとして、半導体チップをパッケージングせずに、直接配線板に搭載する方法が注目を浴びている。この方法は半導体チップと配線板の接合の仕方によって大きく２つに分かれる。
一つはこれまでパッケージングの技術で汎用的に用いられてきたワイヤボンディングを用いる方法、もう一つはバンプ接続を用いる方法である。後者は一般的にフリップチップ接続と呼ばれ、エリアアレイ状に電極を形成できるので多ピン化が容易なこと、信号パス経路が短く電気特性が良好なことから、今後の普及の拡大が見込まれている。
【０００４】
一般的なフリップチップ接続方法は、半導体チップの濡れ性を有する金属端子上に置かれたはんだバンプとその対の基板上に配置された濡れ性を有する金属端子を利用し、リフローにより半導体チップと基板を電気的に接続している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現在では、このような半導体チップを搭載するための基板の、量産性を改良する構造はいくつか提案されてはいるが、いずれも、一長一短があり、量産性の高い構造が未確立であるという課題があった。
【０００６】
本発明は、接続の信頼性を改良した上で量産性に優れた半導体チップ搭載用基板を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体チップ搭載用基板は、端子を有する半導体チップを接着剤によって搭載する半導体チップ搭載用基板であって、その表面に、半導体チップのバンプと接続するための接続端子と、配線導体とを有し、その配線導体が、後に搭載される半導体チップの外形線の箇所には配置されていないことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の半導体チップ搭載用基板は、配線導体が配置されていない部分が、半導体チップの外形線から１００μｍ以上離れていることが好ましい。
【０００９】
このような半導体チップ搭載用基板に、接続のためのスルーホールを設けることもでき、このスルーホールに、穴埋めの樹脂を充填することが、熱に対するスルーホール強度を高める上で好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の配線導体は、接続端子から引き出された配線である場合もあり、そのほかの配線である場合もあるが、この表面の配線導体が、半導体チップの外形線の箇所に配置されていないことが必要である。その配線導体が配置されていない部分は、半導体チップの外形線から１００μｍ以上離れていることが好ましく、１００μｍ未満であると、搭載時に半導体チップの縁と配線がショートする可能性があり好ましくない。
【００１１】
このような配線板は、例えば、接続端子と、その接続端子を支える絶縁層と、接続端子に接続された裏面の導体と、接続端子と裏面の導体を接続するスルーホールとからなり、その導体は、基板端面に形成した半割のスルーホールに接続されている配線板であるプラスチックリードレスチップキャリア（以下、ＰＬＣＣという。）であってもよい。
また、この基板端面に形成された半割のスルーホールに代えて、基板裏面に形成された、接続端子の配列間隔よりも広い配列間隔を有するパッドを有する配線板でもよく、このパッドにはんだボールを搭載すれば、ボールグリッドアレイ（以下、ＢＧＡという。）として使用でき、はんだや金のバンプを形成すれば、フリップチップとして使用することもできる。
【００１２】
また、接続端子と、その接続端子を支える絶縁層と、接続端子に接続された内層導体と、接続端子と内層導体を接続するバイアホールとからなり、その内層導体は、基板端面に形成した半割のスルーホールに接続されているようなＰＬＣＣにも使用できる。
接続端子と、その接続端子を支える絶縁層と、接続端子に接続された内層導体と、接続端子と内層導体を接続するバイアホールとからなり、その内層導体は、バイアホールによって、接続端子と同じ面に設けた配線導体に接続されている配線板であってもよい。また、スルーホールに接続された配線板であってもよい。そして、このスルーホールに接続用のピンを挿入してはんだなどで固定すれば、ピングリッドアレイ（以下、ＰＧＡという。）として使用することもできる。
【００１３】
さらには、多層配線板であって、上記のようなＰＬＣＣ、フリップチップ、ＢＧＡ，ＰＧＡとしても使用でき、これらの構造を組み合わせて用いることもできる。
【００１４】
前記の接続端子は、ガラス布で補強された基板によって支持されていることが好ましく、また、その接続端子が支持される基板は、ガラス布で補強された基板にビルドアップ層を設けたものであり、接続端子は直接にはそのビルドアップ層によって支持されているものであることが好ましい。
このようなビルドアップ層としては、ガラス不織布で補強された絶縁層でもよく、また、アラミド繊維で補強された絶縁層であってもよい。
【００１５】
本発明の、半導体チップ搭載用基板と端子を有する半導体チップとを接着する接着剤に用いる樹脂組成物としては、エポキシ樹脂とイミダゾール系、ヒドラジド系、三フッ化ホウ素-アミン錯体、スルホニウム塩、アミンイミド、ポリアミンの塩、ジシアンジアミド等の潜在性硬化剤の混合物が用いられ、回路部材の熱膨張係数差に基づくストレスを緩和するためには、接着後の４０℃での貯蔵弾性率が１００〜１５００ＭＰａの接着樹脂組成物が好ましい。
【００１６】
例えば、接続時の良好な流動性や高接続信頼性を得られる接着剤の樹脂組成物として、エポキシ樹脂とイミダゾール系、ヒドラジド系、三フッ化ホウ素-アミン錯体、スルホニウム塩、アミンイミド、ポリアミンの塩、ジシアンジアミド等の潜在性硬化剤の混合物に、接着後の４０℃での貯蔵弾性率が１００〜１５００ＭＰａになるようにアクリルゴムを配合した接着剤があげられる。
これらの樹脂組成物を溶剤に溶解し、表面に離型処理したフィルムやシートに塗布し、硬化剤の硬化温度以下で加熱して、溶剤を蒸散させて得られた接着フィルム硬化物の貯蔵弾性率は、例えば、レオロジ（株）製レオスペクトラＤＶＥ−４（引っぱりモード、周波数１０Ｈｚ、５℃／ｍｉｎで昇温）を使用して測定できる。
【００１７】
接着剤に混合するアクリルゴムとしては、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルまたはアクリロニトリルのうち少なくともひとつをモノマー成分とした重合体または共重合体があげられ、中でもグリシジルエーテル基を含有するグリシジルアクリレートやグリシジルメタクリレートを含む共重合体系アクリルゴムが好適に用いられる。
これらアクリルゴムの分子量は、接着剤の凝集力を高める点から２０万以上が好ましい。アクリルゴムの接着剤中の配合量は、１５ｗｔ％以下であると接着後の４０℃での貯蔵弾性率が１５００ＭＰａを越えてしまい、また４０ｗｔ％以上になると低弾性率化は図れるが接続時の溶融粘度が高くなり接続電極界面、または接続電極と導電粒子界面の溶融接着剤の排除性が低下するため、接続電極間または接続電極と導電粒子間の電気的導通を確保できなくなるため、アクリル配合量としては１５〜４０ｗｔ％が好ましい。
【００１８】
また、接着剤にはフィルム形成性をより容易にするためにフェノキシ樹脂などの熱可塑性樹脂を配合することもできる。特に、フェノキシ樹脂は、エポキシ樹脂と構造が類似しているため、エポキシ樹脂との相溶性、接着性に優れるなどの特徴を有するので好ましい。
【００１９】
このような接着剤をフィルム状に形成するには、上記のエポキシ樹脂、アクリルゴム、フェノキシ樹脂、潜在性硬化剤からなる接着組成物とを、有機溶剤に溶解あるいは分散により液状化して、剥離性基材上に塗布し、硬化剤の活性温度以下で溶剤を除去することにより行われれる。この時用いる溶剤は、芳香族炭化水素系と含酸素系の混合溶剤が材料の溶解性を向上させるため好ましい。
【００２０】
この接着剤には、半導体チップのバンプや回路電極の高さばらつきを吸収するために、異方導電性を積極的に付与する目的で導電粒子を分散することもできる。
このような導電粒子は、例えばＡｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗやはんだなどの金属粒子またはこれらの金属粒子表面に金やパラジウムなどの薄膜をめっきや蒸着によって形成した金属粒子であり、ポリスチレン等の高分子の球状の核材にＮｉ、Ｃｕ、Ａｕ、はんだ等の導電層を設けた導電粒子を用いることができる。
粒径は基板の電極の最小の間隔よりも小さいことが必要で、電極の高さにばらつきがある場合、そのばらつきよりも大きいことが好ましく、１μｍ〜１０μｍの範囲が好ましい。
また、接着剤に分散される導電粒子量は、０.１〜３０体積％であり、好ましくは０.１〜２０体積％である。
このような異方導電性接着剤として、市販のものは、フリップタック（日立化成工業株式会社製、商品名）がある。
【００２１】
また、スルーホルーを樹脂で充填するときに用いる樹脂は、ポリアミドイミド樹脂と熱硬化性成分から成る、樹脂組成物であることが好ましい。
このポリアミドイミド樹脂には、芳香族環を３個以上有するジアミンと無水トリメット酸とを反応させて得られる芳香族ジイミドカルボン酸と、芳香族ジイソシアネートとを反応させて得られる芳香族ポリアミドイミド樹脂、または、芳香族ジイミドカルボン酸として、２，２−ビス〔４−｛４−（５−ヒドロキシカルボニル−１，３−ジオン−イソインドリノ）フェノキシ｝フェニル〕プロパンと、芳香族ジイソシアネートとして、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートとを反応させて得られる芳香族ポリアミドイミド樹脂を使用することが好ましい。
【００２２】
芳香族環を３個以上有するジアミンには、２，２−ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホン、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホン、２，２−ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕ヘキサフルオロプロパン、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕メタン、４，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕エーテル、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕ケトン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン等を、単独でまたはこれらを組み合わせて用いることができる。
【００２３】
また芳香族ジイソシアネートには、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、ナフタレン−１，５−ジイソシアネート、２，４−トリレンダイマー等を、単独でまたは組み合わせて用いることができる。
【００２４】
また、熱硬化性成分は、エポキシ樹脂とその硬化剤もしくは硬化促進剤であることが好ましく、エポキシ樹脂は、グリシジル基を２つ以上有しているものであればどのようなものでもよく、グリシジル基が３つ以上であればさらに好ましい。このエポキシ樹脂は、室温で液状でも固形でもよい。市販のものとしては、液状のエポキシ樹脂として、ビスフェノールＡ型の、ＹＤ１２８、ＹＤ８１２５（東都化成工業株式会社製、商品名）等、Ｅｐ８１５、Ｅｐ８２８（油化シェルエポキシ株式会社製、商品名）等、ＤＥＲ３３７（ダウケミカル工業株式会社製、商品名）等、ビスフェノールＦ型の、ＹＤＦ１７０、ＹＤＦ２００４等（東都化成工業株式会社製、商品名）等が挙げられる。また、固形のエポキシ樹脂としては、ＹＤ９０７、ＹＤＣＮ７０４Ｓ、ＹＤＰＮ１７２（いずれも東都化成工業株式会社製、商品名）等、Ｅｐ１００１、Ｅｐ１０１０、Ｅｐ１８０Ｓ７０（油化シェルエポキシ株式会社製、商品名）等、ＥＳＡ０１９、ＥＳＣＮ１９５（住友化学工業株式会社製、商品名）等、ＤＥＲ６６７、ＤＥＮ４３８（ダウケミカル工業株式会社製、商品名）、ＥＯＣＮ１０２０（日本化薬株式会社製、商品名）等が挙げられる。
さらに、難燃性を向上するためには、臭素化エポキシ樹脂を用いてもよく、例えば、市販のものとして、ＹＤＢ４００（東都化成工業株式会社製、商品名）等、Ｅｐ５０５０（油化シェルエポキシ株式会社製、商品名）等、ＥＳＢ４００（住友化学工業株式会社製、商品名）等が挙げられる。
また、これらは、単独で用いてもよいが、必要に応じて複数のエポキシ樹脂を選択してもよい。
【００２５】
エポキシ樹脂の硬化剤もしくは硬化促進剤としては、アミン類、イミダゾール類、多官能フェノール類、酸無水物、イソシアネート類等が使用できる。
アミン類としては、ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルメタン、グアニル尿素等があり、イミダゾール類としては、アルキル置換イミダゾール、ベンズイミダゾール等があり、多官能フェノール類としては、ヒドロキノン、レゾルシノール、ビスフェノールＡおよびそのハロゲン化合物、さらに、これにアルデヒドとの縮合物であるノボラック、レゾール樹脂等があり、酸無水物としては、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸等がある。イソシアネート類としては、トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等があり、このイソシアネートをフェノール類等でマスクしたものを使用してもよい。
【００２６】
これらの硬化剤の必要な量は、アミン類の場合は、アミンの活性水素の当量とエポキシ樹脂のエポキシ当量がほぼ等しくなる量が好ましい。例えば、１級アミンの場合は、水素が２つあり、エポキシ樹脂１当量に対してこの１級アミンは、０．５当量必要であり、２級アミンの場合は、１当量必要である。
次に、イミダゾール類の場合は、単純に活性水素との当量比とならず、経験的にエポキシ樹脂１００重量部に対して、１〜１０重量部必要となる。
多官能フェノール類や酸無水物の場合、エポキシ樹脂１当量に対して、０．８〜１．２当量必要である。
イソシアネート類の場合は、ポリアミドイミド樹脂とエポキシ樹脂のどちらにも反応するため、それぞれの１当量に対して、０．８〜１．２当量必要である。これらの硬化剤もしくは硬化促進剤は、単独で用いてもよいが、必要に応じて複数の硬化剤もしくは硬化促進剤を選択してもよい。
【００２７】
また、ポリアミドイミド樹脂と熱硬化性成分との重量比は、ポリアミドイミド樹脂１００重量部に対して、熱硬化性成分を、１０〜１５０重量部の範囲であることが好ましく、１０重量部未満であると、ガラス転移点から３５０℃までの線膨張係数が大きく、３００℃での貯蔵弾性率が低いという、ポリアミドイミド樹脂の特性がそのまま現れ、１５０重量部を超えると、相溶性が低下し、攪拌時にゲル化する。
【００２８】
【実施例】
実施例１
１８μｍの銅箔を両面に張り合わせた厚さ０．８ｍｍの両面銅張り積層板であるＭＣＬ−E-６７（日立化成工業株式会社製、商品名）に、スルーホール７となる穴をあけ、無電解銅めっき液であるＬ−５９めっき液（日立化成工業株式会社製、商品名）に、液温７０℃で８時間浸漬し、１５μｍのめっき銅を析出させ、不要な銅を選択的にエッチング除去して、スルーホール７に樹脂を充填し、ソルダーレジスト６をシルクスクリーン印刷法により形成して、スルーホールを有する半導体チップ搭載用基板８を作成した。
このときに、充填した樹脂は、次のようにして作製した。
還流冷却器を連結したコック付き２５ｍｌの水分定量受器、温度計、撹拌機を備えた１リットルのセパラブルフラスコに、芳香族環を３個以上有するジアミンとして、２，２−ビス−［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン１２３．２ｇ（０．３ｍｏｌ）、無水トリメリット酸１１５．３ｇ（０．６ｍｏｌ）を、溶媒としてＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）７１６ｇを仕込み、８０℃で３０分撹拌した。
そして、水と共沸可能な芳香族炭化水素としてトルエン１４３ｇを投入してから温度を上げ約１６０℃で２時間還流させた。
水分定量受器に水が約１０．８ｍｌ以上溜まっていること、水の留出が見られなくなっていることを確認し、水分定量受器に溜まっている留出液を除去しながら約１９０℃まで温度を上げて、トルエンを除去した。
その後、溶液を室温に戻し、芳香族ジイソシアネートとして４，４‘−ジフェニルメタンジイソシアネート７５．１ｇ（０．３ｍｏｌ）を投入し、１９０℃で２時間反応させた。反応終了後、芳香族ポリアミドイミド樹脂のＮＭＰ溶液樹脂を得た。
上記芳香族ポリアミドイミド樹脂に、熱硬化性成分としてエポキシ樹脂とフェノール樹脂を加え、常温で約１時間撹拌し、樹脂組成物とした。
穴埋め後、電熱乾燥器で１６０℃で６０分間硬化した後、# ６００の研磨布を装着したベルトサンダー研磨機Ｔ２６ＭＷ型（菊川鉄工所製、商品名）で、基板表面の余剰穴埋め樹脂を取り除いた。
この半導体チップ搭載用基板８は、図１（ａ）に示すように、ソルダーレジスト６の開口部２を、半導体チップの外形線１と同じかあるいは半導体チップの外形線１よりも大きく形成したものである
そして、図１（ｂ）に示すように、半導体チップ３の端子電極に、めっきでバンプ４を形成し、さらに、異方導電性接着剤９であるフリップタック（日立化成工業株式会社製、商品名）を、半導体チップ搭載用基板８と半導体チップ３との間に配置し、前記半導体チップ３を下向きにして半導体チップ搭載用基板８上の接続端子５に位置合わせを行い、半導体チップ搭載用基板８上に半導体チップを載置した後、１８０℃、３０g／バンプ、２０秒の条件でチップ上方から加熱、加圧することにより半導体チップ３のバンプ４と半導体チップ搭載用基板８の接続端子５を、異方導電性接着剤９を介して電気的に接続した。
以上のようにして、半導体チップ３と半導体チップ搭載用基板８を極めて簡便、安定的に、かつ、汎用性のある方法で接続ができた。さらに、この半導体チップ搭載用基板８のチップ搭載面に形成されるソルダーレジスト６の形成不良は皆無であり、半導体チップ３搭載後の接続信頼性は、良好であった。また、スルーホールのはんだ耐熱性は、２６０℃の溶融はんだに、１分浮かべても、スルーホールボイドの発生や基材樹脂との剥離が見られなかった。
【００２９】
実施例２
実施例１と同様にして半導体チップ搭載用基板８を作製し、図２（ａ）に示すように、ソルダーレジスト６の開口部２を、半導体チップ３の外形線１よりも小さく形成した。
そして、図２（ｂ）に示すように、半導体チップ３の端子電極に、金ワイヤの先端をトーチ等により溶融させ、金ボールを形成し、このボールを電極パッド上に圧着した後、ワイヤを切断して得られるバンプ４を設け、さらに、異方導電性接着剤９であるフリップタック（日立化成工業株式会社製、商品名）を半導体チップ搭載用基板８と半導体チップ３の間に配置し、前記半導体チップ３を下向きにして半導体チップ搭載用基板８上の接続端子５に位置合わせを行い、半導体チップ搭載用基板８上に半導体チップ３を載置した後、１８０℃、３０g／バンプ、２０秒の条件でチップ上方から加熱、加圧することにより半導体チップ３のバンプ４と半導体チップ搭載用基板８の接続端子５を，導電性接着剤９を介して電気的に接続した
以上のようにして、半導体チップ３と半導体チップ搭載用基板８を極めて簡便、安定的に、かつ、汎用性のある方法で接続ができた。さらに，半導体チップ搭載用基板８のチップ搭載面に形成されるソルダーレジスト６の形成不良は皆無であり、半導体チップ搭載後の接続信頼性は、良好であった。また、スルーホールのはんだ耐熱性は、２６０℃の溶融はんだに、１分浮かべても、スルーホールボイドの発生や基材樹脂との剥離が見られなかった。
【００３０】
実施例３
実施例１と同様にして半導体チップ搭載用基板８を作製し、図３（ａ）に示すように、半導体チップ搭載用基板８の表面に形成した配線導体１２は、チップの外形線１の下には形成せず、ソルダーレジスト６の開口部２は、半導体チップ３の外形線１よりも１００μｍ大きく形成した。
そして、図３（ｂ）に示すように、半導体チップ３の端子電極に、めっきでバンプ４を形成し、さらに、異方導電性接着剤９としてフリップタック（日立化成工業株式会社製、商品名）を、半導体チップ搭載用基板８と半導体チップ３の間に配置し、前記半導体チップ３を下向きにして半導体チップ搭載用基板８上の接続端子５に位置合わせを行い、半導体チップ搭載用基板８上に半導体チップ３を載置した後、１８０℃、３０g／バンプ、２０秒の条件でチップ上方から加熱、加圧することにより半導体チップ３のバンプ４と半導体チップ実装用基板８の接続端子５を、異方導電性接着剤９を介して電気的に接続した。
以上のようにして、半導体チップ３と半導体チップ搭載用基板８を極めて簡便、安定的に、かつ、汎用性のある方法で接続ができた。さらに、この半導体チップ実装用基板８のチップ搭載面に形成されるソルダーレジスト６の形成不良は皆無であり、半導体チップ搭載後の接続信頼性は、良好であった。また、スルーホールのはんだ耐熱性は、２６０℃の溶融はんだに、１分浮かべても、スルーホールボイドの発生や基材樹脂との剥離が見られなかった。
【００３１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によって、接続の信頼性を改良した上で量産性に優れた半導体チップ搭載用基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施例の要部を示す上面図であり、（ｂ）は本発明の一実施例の断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の他の実施例の要部を示す上面図であり、（ｂ）は本発明の他の実施例の断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の更に他の実施例の要部を示す上面図であり、（ｂ）は本発明の更に他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１．外形線 ２．開口部
３．半導体チップ ４．バンプ
５．接続端子 ６．ソルダーレジスト
７．スルーホール ８．半導体チップ搭載用基板
９．異方導電性接着剤 １２．配線導体
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップ搭載用基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の発達にともない、電子機器の高性能化はもとより、配線板と電子部品とからなる回路板の小型化、軽量化の要求はますます厳しくなっている。これまで、スルーホールを設けた配線板にＤＩＰパッケージやＰＧＡパッケージなどを実装していた方式から表面に接続用の回路を設けた配線板にＱＦＰパッケージやＢＧＡパッケージなどを実装する方式に進化してきた。これは、後者の方が、配線板のデッドスペースが小さくなり、高密度実装が可能なこと、パッケージ自身が小型化、高性能化しやすいことによる。しかし、電子機器の発達は留まることを知らず、電子機器の高性能化と回路板の小型化、軽量化の両立は今でも大きな課題となっている。
【０００３】
その解決方法の一つとして、半導体チップをパッケージングせずに、直接配線板に搭載する方法が注目を浴びている。この方法は半導体チップと配線板の接合の仕方によって大きく２つに分かれる。
一つはこれまでパッケージングの技術で汎用的に用いられてきたワイヤボンディングを用いる方法、もう一つはバンプ接続を用いる方法である。後者は一般的にフリップチップ接続と呼ばれ、エリアアレイ状に電極を形成できるので多ピン化が容易なこと、信号パス経路が短く電気特性が良好なことから、今後の普及の拡大が見込まれている。
【０００４】
一般的なフリップチップ接続方法は、半導体チップの濡れ性を有する金属端子上に置かれたはんだバンプとその対の基板上に配置された濡れ性を有する金属端子を利用し、リフローにより半導体チップと基板を電気的に接続している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現在では、このような半導体チップを搭載するための基板の、量産性を改良する構造はいくつか提案されてはいるが、いずれも、一長一短があり、量産性の高い構造が未確立であるという課題があった。
【０００６】
本発明は、接続の信頼性を改良した上で量産性に優れた半導体チップ搭載用基板を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体チップ搭載用基板は、端子を有する半導体チップを接着剤によって搭載する半導体チップ搭載用基板であって、その表面に、半導体チップのバンプと接続するための接続端子と、配線導体とを有し、その配線導体が、後に搭載される半導体チップの外形線の箇所には配置されていないことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の半導体チップ搭載用基板は、配線導体が配置されていない部分が、半導体チップの外形線から１００μｍ以上離れていることが好ましい。
【０００９】
このような半導体チップ搭載用基板に、接続のためのスルーホールを設けることもでき、このスルーホールに、穴埋めの樹脂を充填することが、熱に対するスルーホール強度を高める上で好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の配線導体は、接続端子から引き出された配線である場合もあり、そのほかの配線である場合もあるが、この表面の配線導体が、半導体チップの外形線の箇所に配置されていないことが必要である。その配線導体が配置されていない部分は、半導体チップの外形線から１００μｍ以上離れていることが好ましく、１００μｍ未満であると、搭載時に半導体チップの縁と配線がショートする可能性があり好ましくない。
【００１１】
このような配線板は、例えば、接続端子と、その接続端子を支える絶縁層と、接続端子に接続された裏面の導体と、接続端子と裏面の導体を接続するスルーホールとからなり、その導体は、基板端面に形成した半割のスルーホールに接続されている配線板であるプラスチックリードレスチップキャリア（以下、ＰＬＣＣという。）であってもよい。
また、この基板端面に形成された半割のスルーホールに代えて、基板裏面に形成された、接続端子の配列間隔よりも広い配列間隔を有するパッドを有する配線板でもよく、このパッドにはんだボールを搭載すれば、ボールグリッドアレイ（以下、ＢＧＡという。）として使用でき、はんだや金のバンプを形成すれば、フリップチップとして使用することもできる。
【００１２】
また、接続端子と、その接続端子を支える絶縁層と、接続端子に接続された内層導体と、接続端子と内層導体を接続するバイアホールとからなり、その内層導体は、基板端面に形成した半割のスルーホールに接続されているようなＰＬＣＣにも使用できる。
接続端子と、その接続端子を支える絶縁層と、接続端子に接続された内層導体と、接続端子と内層導体を接続するバイアホールとからなり、その内層導体は、バイアホールによって、接続端子と同じ面に設けた配線導体に接続されている配線板であってもよい。また、スルーホールに接続された配線板であってもよい。そして、このスルーホールに接続用のピンを挿入してはんだなどで固定すれば、ピングリッドアレイ（以下、ＰＧＡという。）として使用することもできる。
【００１３】
さらには、多層配線板であって、上記のようなＰＬＣＣ、フリップチップ、ＢＧＡ，ＰＧＡとしても使用でき、これらの構造を組み合わせて用いることもできる。
【００１４】
前記の接続端子は、ガラス布で補強された基板によって支持されていることが好ましく、また、その接続端子が支持される基板は、ガラス布で補強された基板にビルドアップ層を設けたものであり、接続端子は直接にはそのビルドアップ層によって支持されているものであることが好ましい。
このようなビルドアップ層としては、ガラス不織布で補強された絶縁層でもよく、また、アラミド繊維で補強された絶縁層であってもよい。
【００１５】
本発明の、半導体チップ搭載用基板と端子を有する半導体チップとを接着する接着剤に用いる樹脂組成物としては、エポキシ樹脂とイミダゾール系、ヒドラジド系、三フッ化ホウ素-アミン錯体、スルホニウム塩、アミンイミド、ポリアミンの塩、ジシアンジアミド等の潜在性硬化剤の混合物が用いられ、回路部材の熱膨張係数差に基づくストレスを緩和するためには、接着後の４０℃での貯蔵弾性率が１００〜１５００ＭＰａの接着樹脂組成物が好ましい。
【００１６】
例えば、接続時の良好な流動性や高接続信頼性を得られる接着剤の樹脂組成物として、エポキシ樹脂とイミダゾール系、ヒドラジド系、三フッ化ホウ素-アミン錯体、スルホニウム塩、アミンイミド、ポリアミンの塩、ジシアンジアミド等の潜在性硬化剤の混合物に、接着後の４０℃での貯蔵弾性率が１００〜１５００ＭＰａになるようにアクリルゴムを配合した接着剤があげられる。
これらの樹脂組成物を溶剤に溶解し、表面に離型処理したフィルムやシートに塗布し、硬化剤の硬化温度以下で加熱して、溶剤を蒸散させて得られた接着フィルム硬化物の貯蔵弾性率は、例えば、レオロジ（株）製レオスペクトラＤＶＥ−４（引っぱりモード、周波数１０Ｈｚ、５℃／ｍｉｎで昇温）を使用して測定できる。
【００１７】
接着剤に混合するアクリルゴムとしては、アクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルまたはアクリロニトリルのうち少なくともひとつをモノマー成分とした重合体または共重合体があげられ、中でもグリシジルエーテル基を含有するグリシジルアクリレートやグリシジルメタクリレートを含む共重合体系アクリルゴムが好適に用いられる。
これらアクリルゴムの分子量は、接着剤の凝集力を高める点から２０万以上が好ましい。アクリルゴムの接着剤中の配合量は、１５ｗｔ％以下であると接着後の４０℃での貯蔵弾性率が１５００ＭＰａを越えてしまい、また４０ｗｔ％以上になると低弾性率化は図れるが接続時の溶融粘度が高くなり接続電極界面、または接続電極と導電粒子界面の溶融接着剤の排除性が低下するため、接続電極間または接続電極と導電粒子間の電気的導通を確保できなくなるため、アクリル配合量としては１５〜４０ｗｔ％が好ましい。
【００１８】
また、接着剤にはフィルム形成性をより容易にするためにフェノキシ樹脂などの熱可塑性樹脂を配合することもできる。特に、フェノキシ樹脂は、エポキシ樹脂と構造が類似しているため、エポキシ樹脂との相溶性、接着性に優れるなどの特徴を有するので好ましい。
【００１９】
このような接着剤をフィルム状に形成するには、上記のエポキシ樹脂、アクリルゴム、フェノキシ樹脂、潜在性硬化剤からなる接着組成物とを、有機溶剤に溶解あるいは分散により液状化して、剥離性基材上に塗布し、硬化剤の活性温度以下で溶剤を除去することにより行われれる。この時用いる溶剤は、芳香族炭化水素系と含酸素系の混合溶剤が材料の溶解性を向上させるため好ましい。
【００２０】
この接着剤には、半導体チップのバンプや回路電極の高さばらつきを吸収するために、異方導電性を積極的に付与する目的で導電粒子を分散することもできる。
このような導電粒子は、例えばＡｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｗやはんだなどの金属粒子またはこれらの金属粒子表面に金やパラジウムなどの薄膜をめっきや蒸着によって形成した金属粒子であり、ポリスチレン等の高分子の球状の核材にＮｉ、Ｃｕ、Ａｕ、はんだ等の導電層を設けた導電粒子を用いることができる。
粒径は基板の電極の最小の間隔よりも小さいことが必要で、電極の高さにばらつきがある場合、そのばらつきよりも大きいことが好ましく、１μｍ〜１０μｍの範囲が好ましい。
また、接着剤に分散される導電粒子量は、０.１〜３０体積％であり、好ましくは０.１〜２０体積％である。
このような異方導電性接着剤として、市販のものは、フリップタック（日立化成工業株式会社製、商品名）がある。
【００２１】
また、スルーホルーを樹脂で充填するときに用いる樹脂は、ポリアミドイミド樹脂と熱硬化性成分から成る、樹脂組成物であることが好ましい。
このポリアミドイミド樹脂には、芳香族環を３個以上有するジアミンと無水トリメット酸とを反応させて得られる芳香族ジイミドカルボン酸と、芳香族ジイソシアネートとを反応させて得られる芳香族ポリアミドイミド樹脂、または、芳香族ジイミドカルボン酸として、２，２−ビス〔４−｛４−（５−ヒドロキシカルボニル−１，３−ジオン−イソインドリノ）フェノキシ｝フェニル〕プロパンと、芳香族ジイソシアネートとして、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートとを反応させて得られる芳香族ポリアミドイミド樹脂を使用することが好ましい。
【００２２】
芳香族環を３個以上有するジアミンには、２，２−ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、ビス〔４−（３−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホン、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕スルホン、２，２−ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕ヘキサフルオロプロパン、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕メタン、４，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕エーテル、ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕ケトン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン等を、単独でまたはこれらを組み合わせて用いることができる。
【００２３】
また芳香族ジイソシアネートには、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、ナフタレン−１，５−ジイソシアネート、２，４−トリレンダイマー等を、単独でまたは組み合わせて用いることができる。
【００２４】
また、熱硬化性成分は、エポキシ樹脂とその硬化剤もしくは硬化促進剤であることが好ましく、エポキシ樹脂は、グリシジル基を２つ以上有しているものであればどのようなものでもよく、グリシジル基が３つ以上であればさらに好ましい。このエポキシ樹脂は、室温で液状でも固形でもよい。市販のものとしては、液状のエポキシ樹脂として、ビスフェノールＡ型の、ＹＤ１２８、ＹＤ８１２５（東都化成工業株式会社製、商品名）等、Ｅｐ８１５、Ｅｐ８２８（油化シェルエポキシ株式会社製、商品名）等、ＤＥＲ３３７（ダウケミカル工業株式会社製、商品名）等、ビスフェノールＦ型の、ＹＤＦ１７０、ＹＤＦ２００４等（東都化成工業株式会社製、商品名）等が挙げられる。また、固形のエポキシ樹脂としては、ＹＤ９０７、ＹＤＣＮ７０４Ｓ、ＹＤＰＮ１７２（いずれも東都化成工業株式会社製、商品名）等、Ｅｐ１００１、Ｅｐ１０１０、Ｅｐ１８０Ｓ７０（油化シェルエポキシ株式会社製、商品名）等、ＥＳＡ０１９、ＥＳＣＮ１９５（住友化学工業株式会社製、商品名）等、ＤＥＲ６６７、ＤＥＮ４３８（ダウケミカル工業株式会社製、商品名）、ＥＯＣＮ１０２０（日本化薬株式会社製、商品名）等が挙げられる。
さらに、難燃性を向上するためには、臭素化エポキシ樹脂を用いてもよく、例えば、市販のものとして、ＹＤＢ４００（東都化成工業株式会社製、商品名）等、Ｅｐ５０５０（油化シェルエポキシ株式会社製、商品名）等、ＥＳＢ４００（住友化学工業株式会社製、商品名）等が挙げられる。
また、これらは、単独で用いてもよいが、必要に応じて複数のエポキシ樹脂を選択してもよい。
【００２５】
エポキシ樹脂の硬化剤もしくは硬化促進剤としては、アミン類、イミダゾール類、多官能フェノール類、酸無水物、イソシアネート類等が使用できる。
アミン類としては、ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルメタン、グアニル尿素等があり、イミダゾール類としては、アルキル置換イミダゾール、ベンズイミダゾール等があり、多官能フェノール類としては、ヒドロキノン、レゾルシノール、ビスフェノールＡおよびそのハロゲン化合物、さらに、これにアルデヒドとの縮合物であるノボラック、レゾール樹脂等があり、酸無水物としては、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸等がある。イソシアネート類としては、トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等があり、このイソシアネートをフェノール類等でマスクしたものを使用してもよい。
【００２６】
これらの硬化剤の必要な量は、アミン類の場合は、アミンの活性水素の当量とエポキシ樹脂のエポキシ当量がほぼ等しくなる量が好ましい。例えば、１級アミンの場合は、水素が２つあり、エポキシ樹脂１当量に対してこの１級アミンは、０．５当量必要であり、２級アミンの場合は、１当量必要である。
次に、イミダゾール類の場合は、単純に活性水素との当量比とならず、経験的にエポキシ樹脂１００重量部に対して、１〜１０重量部必要となる。
多官能フェノール類や酸無水物の場合、エポキシ樹脂１当量に対して、０．８〜１．２当量必要である。
イソシアネート類の場合は、ポリアミドイミド樹脂とエポキシ樹脂のどちらにも反応するため、それぞれの１当量に対して、０．８〜１．２当量必要である。これらの硬化剤もしくは硬化促進剤は、単独で用いてもよいが、必要に応じて複数の硬化剤もしくは硬化促進剤を選択してもよい。
【００２７】
また、ポリアミドイミド樹脂と熱硬化性成分との重量比は、ポリアミドイミド樹脂１００重量部に対して、熱硬化性成分を、１０〜１５０重量部の範囲であることが好ましく、１０重量部未満であると、ガラス転移点から３５０℃までの線膨張係数が大きく、３００℃での貯蔵弾性率が低いという、ポリアミドイミド樹脂の特性がそのまま現れ、１５０重量部を超えると、相溶性が低下し、攪拌時にゲル化する。
【００２８】
【実施例】
実施例１
１８μｍの銅箔を両面に張り合わせた厚さ０．８ｍｍの両面銅張り積層板であるＭＣＬ−E-６７（日立化成工業株式会社製、商品名）に、スルーホール７となる穴をあけ、無電解銅めっき液であるＬ−５９めっき液（日立化成工業株式会社製、商品名）に、液温７０℃で８時間浸漬し、１５μｍのめっき銅を析出させ、不要な銅を選択的にエッチング除去して、スルーホール７に樹脂を充填し、ソルダーレジスト６をシルクスクリーン印刷法により形成して、スルーホールを有する半導体チップ搭載用基板８を作成した。
このときに、充填した樹脂は、次のようにして作製した。
還流冷却器を連結したコック付き２５ｍｌの水分定量受器、温度計、撹拌機を備えた１リットルのセパラブルフラスコに、芳香族環を３個以上有するジアミンとして、２，２−ビス−［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン１２３．２ｇ（０．３ｍｏｌ）、無水トリメリット酸１１５．３ｇ（０．６ｍｏｌ）を、溶媒としてＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）７１６ｇを仕込み、８０℃で３０分撹拌した。
そして、水と共沸可能な芳香族炭化水素としてトルエン１４３ｇを投入してから温度を上げ約１６０℃で２時間還流させた。
水分定量受器に水が約１０．８ｍｌ以上溜まっていること、水の留出が見られなくなっていることを確認し、水分定量受器に溜まっている留出液を除去しながら約１９０℃まで温度を上げて、トルエンを除去した。
その後、溶液を室温に戻し、芳香族ジイソシアネートとして４，４‘−ジフェニルメタンジイソシアネート７５．１ｇ（０．３ｍｏｌ）を投入し、１９０℃で２時間反応させた。反応終了後、芳香族ポリアミドイミド樹脂のＮＭＰ溶液樹脂を得た。
上記芳香族ポリアミドイミド樹脂に、熱硬化性成分としてエポキシ樹脂とフェノール樹脂を加え、常温で約１時間撹拌し、樹脂組成物とした。
穴埋め後、電熱乾燥器で１６０℃で６０分間硬化した後、# ６００の研磨布を装着したベルトサンダー研磨機Ｔ２６ＭＷ型（菊川鉄工所製、商品名）で、基板表面の余剰穴埋め樹脂を取り除いた。
この半導体チップ搭載用基板８は、図１（ａ）に示すように、ソルダーレジスト６の開口部２を、半導体チップの外形線１と同じかあるいは半導体チップの外形線１よりも大きく形成したものである
そして、図１（ｂ）に示すように、半導体チップ３の端子電極に、めっきでバンプ４を形成し、さらに、異方導電性接着剤９であるフリップタック（日立化成工業株式会社製、商品名）を、半導体チップ搭載用基板８と半導体チップ３との間に配置し、前記半導体チップ３を下向きにして半導体チップ搭載用基板８上の接続端子５に位置合わせを行い、半導体チップ搭載用基板８上に半導体チップを載置した後、１８０℃、３０g／バンプ、２０秒の条件でチップ上方から加熱、加圧することにより半導体チップ３のバンプ４と半導体チップ搭載用基板８の接続端子５を、異方導電性接着剤９を介して電気的に接続した。
以上のようにして、半導体チップ３と半導体チップ搭載用基板８を極めて簡便、安定的に、かつ、汎用性のある方法で接続ができた。さらに、この半導体チップ搭載用基板８のチップ搭載面に形成されるソルダーレジスト６の形成不良は皆無であり、半導体チップ３搭載後の接続信頼性は、良好であった。また、スルーホールのはんだ耐熱性は、２６０℃の溶融はんだに、１分浮かべても、スルーホールボイドの発生や基材樹脂との剥離が見られなかった。
【００２９】
実施例２
実施例１と同様にして半導体チップ搭載用基板８を作製し、図２（ａ）に示すように、ソルダーレジスト６の開口部２を、半導体チップ３の外形線１よりも小さく形成した。
そして、図２（ｂ）に示すように、半導体チップ３の端子電極に、金ワイヤの先端をトーチ等により溶融させ、金ボールを形成し、このボールを電極パッド上に圧着した後、ワイヤを切断して得られるバンプ４を設け、さらに、異方導電性接着剤９であるフリップタック（日立化成工業株式会社製、商品名）を半導体チップ搭載用基板８と半導体チップ３の間に配置し、前記半導体チップ３を下向きにして半導体チップ搭載用基板８上の接続端子５に位置合わせを行い、半導体チップ搭載用基板８上に半導体チップ３を載置した後、１８０℃、３０g／バンプ、２０秒の条件でチップ上方から加熱、加圧することにより半導体チップ３のバンプ４と半導体チップ搭載用基板８の接続端子５を，導電性接着剤９を介して電気的に接続した
以上のようにして、半導体チップ３と半導体チップ搭載用基板８を極めて簡便、安定的に、かつ、汎用性のある方法で接続ができた。さらに，半導体チップ搭載用基板８のチップ搭載面に形成されるソルダーレジスト６の形成不良は皆無であり、半導体チップ搭載後の接続信頼性は、良好であった。また、スルーホールのはんだ耐熱性は、２６０℃の溶融はんだに、１分浮かべても、スルーホールボイドの発生や基材樹脂との剥離が見られなかった。
【００３０】
実施例３
実施例１と同様にして半導体チップ搭載用基板８を作製し、図３（ａ）に示すように、半導体チップ搭載用基板８の表面に形成した配線導体１２は、チップの外形線１の下には形成せず、ソルダーレジスト６の開口部２は、半導体チップ３の外形線１よりも１００μｍ大きく形成した。
そして、図３（ｂ）に示すように、半導体チップ３の端子電極に、めっきでバンプ４を形成し、さらに、異方導電性接着剤９としてフリップタック（日立化成工業株式会社製、商品名）を、半導体チップ搭載用基板８と半導体チップ３の間に配置し、前記半導体チップ３を下向きにして半導体チップ搭載用基板８上の接続端子５に位置合わせを行い、半導体チップ搭載用基板８上に半導体チップ３を載置した後、１８０℃、３０g／バンプ、２０秒の条件でチップ上方から加熱、加圧することにより半導体チップ３のバンプ４と半導体チップ実装用基板８の接続端子５を、異方導電性接着剤９を介して電気的に接続した。
以上のようにして、半導体チップ３と半導体チップ搭載用基板８を極めて簡便、安定的に、かつ、汎用性のある方法で接続ができた。さらに、この半導体チップ実装用基板８のチップ搭載面に形成されるソルダーレジスト６の形成不良は皆無であり、半導体チップ搭載後の接続信頼性は、良好であった。また、スルーホールのはんだ耐熱性は、２６０℃の溶融はんだに、１分浮かべても、スルーホールボイドの発生や基材樹脂との剥離が見られなかった。
【００３１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によって、接続の信頼性を改良した上で量産性に優れた半導体チップ搭載用基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施例の要部を示す上面図であり、（ｂ）は本発明の一実施例の断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の他の実施例の要部を示す上面図であり、（ｂ）は本発明の他の実施例の断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の更に他の実施例の要部を示す上面図であり、（ｂ）は本発明の更に他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１．外形線 ２．開口部
３．半導体チップ ４．バンプ
５．接続端子 ６．ソルダーレジスト
７．スルーホール ８．半導体チップ搭載用基板
９．異方導電性接着剤 １２．配線導体
Claims (1)
- 端子を有する半導体チップを流動性の異方導電性接着剤によって搭載する半導体チップ搭載用基板であって、めっきしたスルーホールを有し、前記スルーホールがポリアミドイミド樹脂と熱硬化性成分から成る穴埋め樹脂によって充填されたものであり、前記半導体チップ搭載用基板の表面に、前記半導体チップのバンプと接続するための接続端子と、配線導体を有し、前記配線導体が、後に、位置合わせを行い、加熱加圧して前記バンプと前記接続端子を電気的に接続して搭載される半導体チップの外形線の箇所の表面に現れないように配置されており、前記配線導体が前記表面に現れないように配置されている部分が、前記半導体チップの外形線から前記表面の配線導体が１００μｍ以上離れるように形成されていることを特徴とする半導体チップ搭載用基板。
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