JP4129837B2 - 実装構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置（半導体チップ）を回路基板に実装してなる実装構造体の製造方法及びその製造方法に好適な接続体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯用電子機器の小型化、高性能化の要求に伴って半導体パッケージなどに対しても小型化、高性能化がますます求められている。そのため、端子ピン数が増加し、端子ピンの狭ピッチ化あるいはエリア配列が重要となっている。
【０００３】
このような要求に有効な実装技術の一つにフリップチップ実装がある。かかるフリップチップ実装として、図９に示されるように、ワイヤボンディング法を用いて形成された突起電極（バンプ）２０を有する半導体装置２１を、導電性接着剤２２を介して回路基板２３の端子電極２４上に実装し、封止樹脂２５より補強した実装構造がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この場合、導電性接着剤２２という接合層の存在により接続部の高信頼性が確保されている。
【０００５】
しかし、バンプ形成工程、バンプの高さのばらつきを矯正するバンプレベリング工程、導電性接着剤供給工程、実装工程、封止樹脂封入工程、導電性接着剤及び封止樹脂の硬化工程など工程数が非常に多いことや、バッチ処理のため樹脂の硬化時間が長く、生産タクト、高生産性が懸念されている。
【０００６】
また、導電性接着剤の供給工程では、突起電極２０への転写によって供給するため、狭ピッチになると、突起電極２０を小さくせざるを得ないので、導電性接着剤の転写量（供給量）が減少し、接続信頼性を確保するのが困難となる。なお、突起電極は、ワイヤボンディング法以外に、電解めっき、あるいは、無電解めっきで生成された金属、例えばＡｕ、Ｎｉなどで構成されたものも用いることができる。
【０００７】
一方で、図１０に示されるように、回路基板２６の凹部に電極となる金属をメッキ等によって形成した凹状ベセル２７に、半田や導電性接着剤などの導電性接合材２８を充填し、そこに突起電極（バンプ）２９を有する半導体装置３０を搭載するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
また、図１１に示されるように、接着剤層３１を両面に有する基材３２に設けた貫通孔に導電性ペースト３３を充填し、半導体素子３４を回路基板３５に実装する方式が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】
特許第３０１２８０９号
【特許文献２】
特許第３１６０１７５号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の実装技術では、半導体装置（半導体チップ）の端子電極の間隔が狭くなって狭ピッチになると、導電性接着剤などの接合材料の安定した供給が難しくなると同時に、半導体装置の突起電極（バンプ）を、回路基板の孔などに充填された接合材料に実装する際に、荷重が作用するために、接合材料が孔などから外に溢れて隣接する接続部同士がショ−トしてしまう虞がある。
【００１１】
そのため、本来、高信頼性を確保するために用いた接合材料であるのに、逆に接続品質を損なってしまうことになる。
【００１２】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、半導体装置の端子電極の間隔が狭くなっても、半導体装置と回路基板とを良好に接続できる実装構造体の製造方法および接続体を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００１６】
本発明の実装構造体の製造方法は、半導体装置の端子電極を、接合材料が充填された貫通孔を有する樹脂フィルムの前記接合材料を介して、回路基板の端子電極に接続して、前記半導体装置を前記回路基板に実装してなる実装構造体の製造方法であって、前記接合材料は、前記半導体装置が実装される前は、前記樹脂フィルムの表面よりも前記半導体装置側に突出しており、前記接合材料の前記突出している端部の径が、前記貫通孔の前記回路基板側の径よりも小さく、前記回路基板上に、片面に剥離シートを有する前記樹脂フィルムを配置して接着する工程と、前記回路基板の前記端子電極上の前記樹脂フィルム及び前記剥離シートに前記貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔に前記接合材料を充填する工程と、前記剥離シートを前記樹脂フィルムから剥離する工程と、前記半導体装置の前記端子電極を、前記接合材料上に位置合わせして実装する工程とを備えるものである。
【００１７】
本発明によると、接合材料が充填される貫通孔から半導体装置側へ突出している接合材料の端部の径を、前記貫通孔の回路基板側よりも小さくしたので、実装前や半導体装置を回路基板に実装する際の押圧によって、接合材料が広がるのを抑制することができ、これにより、端子電極を有する半導体装置を、端子電極を有する回路基板に接合材料を介して実装する場合に、狭ピッチでも安定に接続することができ、高信頼性を確保できる。
【００１８】
本発明の一つの実施態様においては、前記半導体装置の前記端子電極には、突起電極が形成されるとともに、前記突起電極の周囲には、該突起電極の表面よりもその表面が高くなるように保護膜が形成されている。
【００１９】
この実施態様によると、半導体装置の突起電極の表面は、その周囲の保護膜の表面よりも低く形成されているので、突起電極の部分が凹部となっており、半導体装置を回路基板に実装するときの押圧によって、広がろうとする接合材料を、前記凹部内に収納して外側に広がるのを有効に抑制することができる。
【００２１】
また、前記接合材料は、半田または導電性接着剤であるのが好ましく、前記半田は、Ａｇ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｂｉの少なくとも１つを含むものであるのが好ましく、前記導電性接着剤は、導電性フィラーとしてＡｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉの少なくとも１つを含んでいるのが好ましい。
【００２２】
また、接合材料は、熱硬化性の導電性接着剤であって、前記半導体装置が実装される前に、前記回路基板を加熱して前記導電性接着剤を半硬化状態にするのが好ましい。
【００２３】
このように半硬化状態にしておくことによって、実装前や半導体装置を回路基板に実装する際の押圧によって、接合材料が広がるのを一層抑制することができる。
【００２４】
前記接合材料は、熱可塑性の導電性接着剤であって溶剤を含んでおり、前記半導体装置が実装される前に、前記回路基板を加熱して前記溶剤を飛散させるようにしてもよい。
【００２５】
前記樹脂フィルムは、エポキシ系樹脂を主成分として含むとともに、無機物の粒子を含むものであってもよいし、あるいは、エポキシ系樹脂を主成分として含むとともに、導電性の粒子としてＡｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、Ｐｔ、Ｆｅの少なくとも１つを含むものであってもよい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る実装構造体の製造方法の概略図である。
【００３５】
この実施の形態の製造方法では、先ず、同図（ａ）に示されるように、入出力端子電極８を有する回路基板９上の実装領域に、片面に剥離シート１０を有する樹脂フィルム７を配置して接着する。
【００３６】
この接着は、樹脂フィルム７を、例えば、８０℃程度で１秒程度加温して粘着性を生じさることにより行なうことができ、また、冷却後には、半硬化状態に保つことができる。
【００３７】
次に、同図（ｂ）に示されるように、入出力端子電極８上の接続部位に相当する位置に、接合材料としての導電性接着剤が充填される貫通孔１１を、後述のようにして形成する。
【００３８】
この実施の形態では、半導体装置１の突起電極３を、回路基板９の接合材料に荷重をかけて接続する際に、接合材料である導電性接着剤１３が外に溢れて接続部同士がショートしないように、貫通孔１１は、その径が、回路基板９側が大きく、半導体装置１側が小さい逆テーパ型（円錐台状）に形成される。
【００３９】
次に、同図（ｃ）に示されるように、スキージ１２を用いて接合材料である導電性接着剤１３を、樹脂フィルム７および剥離シート１０に亘る貫通孔１１に充填する。このとき、導電性接着剤１３は、剥離シート１０の上面と面一となるように充填される。
【００４０】
次に、この実施の形態では、実装前の導電性接着剤１３の広がりを抑制し、さらに、半導体装置１を回路基板９に搭載する際の実装荷重が作用しても導電性接着剤１３が流動して広がるのを抑制するために、同図（ｄ）に示されるように、回路基板が載置されている加熱用ステージ１４に内蔵されているヒータ１５によって加熱して導電性接着剤１３を半硬化状態にする。
【００４１】
なお、導電性接着剤１３は、必ずしも半硬化状態にしなくてもよい。
【００４２】
次に、剥離シート１０を剥がすことで、同図（ｅ）に示されるように、導電性接着剤１３を、樹脂フィルム７の上面から僅かに突出させる。
【００４３】
この実施の形態では、半導体装置１の突起電極３を、回路基板９に荷重をかけて接続する際に、導電性接着剤１３が外に溢れて接続部同士がショートしないようにするために、半導体装置１は、次のように構成されている。
【００４４】
すなわち、半導体装置１は、同図（ｅ）に示されるように、端子電極２およびその上の突起電極３の周囲には、パッシベーション膜４および保護膜５が形成されるとともに、突起電極３の部分が凹部となるように、保護膜５の表面が、突起電極３の表面よりも高く形成されている。
【００４５】
次に、半導体装置１の突起電極３を、樹脂フィルム７の貫通孔１１の導電性接着剤１３に位置合わせした後に回路基板９に搭載し、加熱押圧する。
【００４６】
この実施の形態では、導電性接着剤１３は、逆テーパ型（円錐台状）の貫通孔１１に充填されており、樹脂フィルム７の上面から突出している導電性接着剤１３の量も少なく、したがって、半導体装置１の突起電極３を、導電性接着剤１３に位置合わせして押圧した際に、樹脂フィルム７の上面から外方に溢れて広がる導電性接着剤１３の量が少なくなる。
【００４７】
しかも、半導体装置１の突起電極３の部分は、その周囲の保護膜５の表面よりも低い凹部となっているので、広がった導電性接着剤１３が、凹部内に収まり、導電性接着剤１３が外に溢れて接続部同士がショートするのを有効に防止することができる。
【００４８】
このように、貫通孔１１から溢れた導電性接着剤を、凹部に収めるために、この凹部の容積をＶ１とし、実装時に半導体装置１側で広がる導電性接着剤１３の容積をＶ２とすると、少なくともＶ１≧Ｖ２であることが好ましい。
【００４９】
この実施の形態では、上述のように、導電性接着剤１３を予め半硬化状態としているので、導電性接着剤１３が外に溢れるのが、一層抑制されることになる。
【００５０】
また、このように半導体装置１を、導電性接着剤１３を介して回路基板９に実装するので、実装時の応力を緩和することができ、回路基板９の反りやうねりに対しても柔軟に対応でき、さらに、回路基板９の入出力端子電極８が変形するまでの実装荷重を必要とせず、低荷重実装が可能となる。
【００５１】
この実施の形態において、封止樹脂としての上述の樹脂フィルム７には、通常の異方性導電膜（ＡＣＦ）に用いられているとの同じような樹脂を用いることができ、例えば、エポキシ系樹脂フィルムを用いることができる。
【００５２】
また、この樹脂フィルム７は、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮなどの無機物の粒子だけを含んだ絶縁樹脂として用いることもできるし、導電性粒子、例えばＡｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉなどの少なくとも１つを含んだ異方性導電樹脂として用いることもできる。
【００５３】
この樹脂フィルム７としては、例えば、ナガセケムテックス（株）製品番Ｒ６００１が好ましい。この品番Ｒ６００１の樹脂フィルムは、１週間程度は、常温保存可能であり、貫通孔を形成する工程と、樹脂フィルムを回路基板に接着させる工程とを、別々に行なうことができるので、生産タクトが向上できて生産性に優れている。
【００５４】
導電性接着剤１３は、熱硬化性または熱可塑性の樹脂を主成分とし、導電性フィラーを含んでおり、樹脂としては、エポキシ系の樹脂を用いることができ、導電性フィラーには、例えばＡｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉの少なくとも１つを用いることができる。
【００５５】
ここで、樹脂フィルム７の逆テーパ型（円錐台状）の貫通孔１１の形成について説明する。
【００５６】
貫通孔１１は、レ−ザ−ビームを照射して形成するのが好ましく、特に、加工時に熱を発生しないので、ＹＡＧレーザーを用いて形成するのが好ましい。
【００５７】
貫通孔１１の穴径は、レーザー出力の強弱や波長によって調整することができるので、逆テーパ型の貫通孔となるようにレーザー出力や波長を調整して形成する。
【００５８】
この実施の形態では、回路基板９上に、剥離シート１０を有する樹脂フィルム７を配置接着し、逆テーパ型の貫通孔１１を形成して導電性接着剤１３を充填して剥離シート１０を剥がすことにより、半導体装置１と回路基板９との間に、接合用の樹脂フィルム７を形成したけれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、図２に示される本発明に係る接続体を予め準備し、この接続体１７を用いて実装構造体を製造してもよい。
【００５９】
すなわち、図２は、本発明の一つの実施の形態に係る接続体の断面図であり、図１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００６０】
この接続体１７は、樹脂フィルム７の接続部位に相当する位置に逆テーパ型の貫通孔１１が形成され、この貫通孔１１に導電性接着剤１３が充填されているとともに、上面から導電性接着剤１３の一部が突出して形成されている。
【００６１】
この接続体１７は、例えば、図３（ａ）に示されるように、金属板１５上に、片面に剥離シート１０を有する樹脂フィルム７を配置し、同図（ｂ）に示されるように、レーザーなどを用いて接続部位に相当する位置に、逆テーパ型（円錐台状）の貫通孔１１を形成する。この逆テーパ型の貫通孔１１は、上述のように、レーザーの出力や波長の調整によって形成される。
【００６２】
次に、同図（ｃ）に示されるように、接合材料としての導電性接着剤１３を、スキージ１２を用いて貫通孔１１に充填し、次に、剥離シート１０を樹脂フィルム７から剥がし、金属板１５から樹脂フィルム７を分離して上述の図２の接続体１７を得ることができる。なお、金属板１５に代えて金属箔を用いてもよい。
【００６３】
この接続体１７は、逆テーパ型の貫通孔１１に導電性接着剤１３が充填されているとともに、上面から導電性接着剤１３の一部が突出しているので、上述の図１（ｅ）の導電性接着剤１３を有する樹脂フィルム７と同様である。
【００６４】
したがって、本発明の他の実施の形態の実装構造体の製造方法として、回路基板９上の実装領域に、回路基板９の入出力電極８と接続体１７の導電性接着剤１３とを位置合わせして配置接着し、半導体装置１の突起電極３を、接続体１７の導電性接着剤１３に位置合わせてして加熱押圧して熱圧着するようにしてもよい。
【００６５】
この接続体１７の樹脂フィルム７および導電性接着剤１３は、上述の図１と同様であるので、その説明は省略する。
【００６６】
（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る実装構造体の製造方法の概略図であり、上述の図１に対応する部分には、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
上述の実施の形態では、半導体装置１は、突起電極３の部分が凹部となるように、保護膜１５の表面が、突起電極３の表面よりも高く形成されていたのに対して、この実施の形態では、突起電極３−１は、保護膜５の表面よりも突出するように形成されている。
【００６８】
その他の構成は、上述の実施の形態と同様である。
【００６９】
（実施の形態３）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る実装構造体の製造方法の概略図であり、上述の図１に対応する部分には、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００７０】
この実施の形態では、同図（ｂ）に示されるように、樹脂フィルム７および剥離シート１０に亘って形成される貫通孔を、上述の各実施の形態のように逆テーパ型に形成するのではなく、樹脂フィルム７の部分が大径であって、剥離シート１０の部分が小径となる二段型の貫通孔１１−１としている。
【００７１】
このように、二段型の貫通孔１１−１とすることにより、同図（ｅ）に示されるように、樹脂フィルム７の上面から突出している導電性接着剤１３の量を少なくすることができ、上述の実施の形態と同様に、半導体装置１の突起電極３を、導電性接着剤１３に位置合わせして押圧した際に、導電性接着剤１３が、樹脂フィルム７の上面から外方に溢れて広がるのを抑制して接続部同士がショートするのを有効に防止することができる。
【００７２】
この二段型の貫通孔１１−１は、次のようにして形成することができる。すなわち、例えば、剥離シート１０にはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを、樹脂フィルム７にはＰＥＮ（ポリエチレンナフタート）フィルムを用いる。最初に炭酸ガスレーザーで剥離シート１０および樹脂フィルム７に小径の穴を形成した後、ＹＡＧレーザーにてそれより径の大きい穴を樹脂フィルム７のみに形成する。この場合、ＹＡＧレーザーは、ＰＥＴフィルムに吸収されないので剥離シート１０には、大径の穴があかず、樹脂フィルム７のみに大径な穴をあけることができる。
【００７３】
その他の構成は、上述の実施の形態１と同様である。
【００７４】
この実施の形態では、回路基板９上に、剥離シート１０を有する樹脂フィルム７を配置接着し、二段型の貫通孔１１−１を形成して導電性接着剤１３を充填して剥離シート１０を剥がすことにより、半導体装置１と回路基板９との間に、接合用の樹脂フィルム７を形成したけれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、図６に示される本発明に係る接続体１８を予め準備し、この接続体１８を用いて実装構造体を製造してもよい。
【００７５】
すなわち、図６は、本発明の他の実施の形態に係る接続体１８の断面図である。
【００７６】
この接続体１８は、樹脂フィルム７の接続部位に相当する位置に貫通孔が形成され、この貫通孔に導電性接着剤１３が充填されているとともに、上面から貫通孔よりも小径の導電性接着剤１３が突出して形成されている。
【００７７】
この接続体１８は、例えば、図７（ａ）に示されるように、金属板１５上に、片面に剥離シート１０を有する樹脂フィルム７を配置し、同図（ｂ）に示されるように、接続部位に相当する位置に、例えば、炭酸ガスレーザーを用いて剥離シート１０および樹脂フィルム７に小径の貫通孔１１−１’を形成する。次に、同図（ｃ）に示されるように、ＹＡＧレーザーを用いて樹脂フィルム７のみに大径の貫通孔を形成する。これによって、樹脂フィルム７の部分が大径であって、剥離シート１０の部分が小径となる二段型の貫通孔１１−１を形成する。
【００７８】
次に、同図（ｄ）に示されるように、接合材料としての導電性接着剤１３を、スキージ１２を用いて貫通孔１１−１に充填し、次に、剥離シート１０を樹脂フィルム７から剥がし、金属板１５から樹脂フィルム７を分離して上述の図６の接続体１８を得ることができる。なお、金属板１５に代えて金属箔を用いてもよい。
【００７９】
この接続体１８は、大径の貫通孔に導電性接着剤１３が充填されているとともに、上面から小径の導電性接着剤１３が突出しているので、上述の図５（ｅ）の導電性接着剤１３を有する樹脂フィルム７と同様である。
【００８０】
したがって、本発明の他の実施の形態の実装構造体の製造方法として、回路基板９上の実装領域に、回路基板９の入出力電極８と接続体１８の導電性接着剤１３とを位置合わせして配置接着し、半導体装置１の突起電極３を、接続体１８の導電性接着剤１３に位置合わせてして加熱押圧して熱圧着するようにしてもよい。
【００８１】
この接続体１８の樹脂フィルム７および導電性接着剤１３は、上述の図５と同様であるので、その説明は省略する。
【００８２】
（実施の形態４）
図８は、本発明の第４の実施の形態に係る実装構造体の製造方法の概略図であり、上述の図５に対応する部分には、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００８３】
上述の実施の形態３では、半導体装置１は、突起電極３の部分が凹部となるように、保護膜１５の表面が、突起電極３の表面よりも高く形成されていたのに対して、この実施の形態では、突起電極３−１は、保護膜５の表面よりも突出するように形成されている。
【００８４】
その他の構成は、上述の実施の形態３と同様である。
【００８５】
（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、貫通孔を二段型に形成したけれども、本発明の他の実施の形態として、三段以上の多段に形成してもよい。
【００８６】
上述の実施の形態では、接合材料として導電性接着剤に適用して説明したけれども、導電性接着剤に代えて、半田を用いてもよい。
【００８７】
本発明の接続体は、剥離シートや金属板（箔）を備えていてもよい。
【００８８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、端子電極を有する半導体装置を、端子電極を有する回路基板に接合材料を介して実装する場合に、接合材料が広がるのを抑制することができ、狭ピッチでも安定に接続できるとともに、高信頼性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の実装構造体の製造方法の概略図である。
【図２】本発明に係る接続体の概略断面図である。
【図３】図２の接続体の製造方法の概略図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の実装構造体の製造方法の概略図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の実装構造体の製造方法の概略図である。
【図６】本発明の他の実施の形態の接続体の概略断面図である。
【図７】図６の接続体の製造方法の概略図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態の実装構造体の製造方法の概略図である。
【図９】従来の接合層を用いた実装方法を示す概略図である。
【図１０】従来の接合層を用いた実装方法を示す概略図である。
【図１１】従来の接合層を用いた実装方法を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 半導体装置（半導体チップ） ２端子電極
３ 突起電極（バンプ） ４ パッシベーション膜
５ 保護膜 ７ 樹脂フィルム ８ 入出力端子電極
９ 回路基板 １０ 剥離シート １１ 貫通孔
１２ スキージ １３ 導電性接着剤
１４ 加熱用ステージ １５ 金属板
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置（半導体チップ）を回路基板に実装してなる実装構造体の製造方法及びその製造方法に好適な接続体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯用電子機器の小型化、高性能化の要求に伴って半導体パッケージなどに対しても小型化、高性能化がますます求められている。そのため、端子ピン数が増加し、端子ピンの狭ピッチ化あるいはエリア配列が重要となっている。
【０００３】
このような要求に有効な実装技術の一つにフリップチップ実装がある。かかるフリップチップ実装として、図９に示されるように、ワイヤボンディング法を用いて形成された突起電極（バンプ）２０を有する半導体装置２１を、導電性接着剤２２を介して回路基板２３の端子電極２４上に実装し、封止樹脂２５より補強した実装構造がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この場合、導電性接着剤２２という接合層の存在により接続部の高信頼性が確保されている。
【０００５】
しかし、バンプ形成工程、バンプの高さのばらつきを矯正するバンプレベリング工程、導電性接着剤供給工程、実装工程、封止樹脂封入工程、導電性接着剤及び封止樹脂の硬化工程など工程数が非常に多いことや、バッチ処理のため樹脂の硬化時間が長く、生産タクト、高生産性が懸念されている。
【０００６】
また、導電性接着剤の供給工程では、突起電極２０への転写によって供給するため、狭ピッチになると、突起電極２０を小さくせざるを得ないので、導電性接着剤の転写量（供給量）が減少し、接続信頼性を確保するのが困難となる。なお、突起電極は、ワイヤボンディング法以外に、電解めっき、あるいは、無電解めっきで生成された金属、例えばＡｕ、Ｎｉなどで構成されたものも用いることができる。
【０００７】
一方で、図１０に示されるように、回路基板２６の凹部に電極となる金属をメッキ等によって形成した凹状ベセル２７に、半田や導電性接着剤などの導電性接合材２８を充填し、そこに突起電極（バンプ）２９を有する半導体装置３０を搭載するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
また、図１１に示されるように、接着剤層３１を両面に有する基材３２に設けた貫通孔に導電性ペースト３３を充填し、半導体素子３４を回路基板３５に実装する方式が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】
特許第３０１２８０９号
【特許文献２】
特許第３１６０１７５号
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の実装技術では、半導体装置（半導体チップ）の端子電極の間隔が狭くなって狭ピッチになると、導電性接着剤などの接合材料の安定した供給が難しくなると同時に、半導体装置の突起電極（バンプ）を、回路基板の孔などに充填された接合材料に実装する際に、荷重が作用するために、接合材料が孔などから外に溢れて隣接する接続部同士がショ−トしてしまう虞がある。
【００１１】
そのため、本来、高信頼性を確保するために用いた接合材料であるのに、逆に接続品質を損なってしまうことになる。
【００１２】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、半導体装置の端子電極の間隔が狭くなっても、半導体装置と回路基板とを良好に接続できる実装構造体の製造方法および接続体を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００１６】
本発明の実装構造体の製造方法は、半導体装置の端子電極を、接合材料が充填された貫通孔を有する樹脂フィルムの前記接合材料を介して、回路基板の端子電極に接続して、前記半導体装置を前記回路基板に実装してなる実装構造体の製造方法であって、前記接合材料は、前記半導体装置が実装される前は、前記樹脂フィルムの表面よりも前記半導体装置側に突出しており、前記接合材料の前記突出している端部の径が、前記貫通孔の前記回路基板側の径よりも小さく、前記回路基板上に、片面に剥離シートを有する前記樹脂フィルムを配置して接着する工程と、前記回路基板の前記端子電極上の前記樹脂フィルム及び前記剥離シートに前記貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔に前記接合材料を充填する工程と、前記剥離シートを前記樹脂フィルムから剥離する工程と、前記半導体装置の前記端子電極を、前記接合材料上に位置合わせして実装する工程とを備えるものである。
【００１７】
本発明によると、接合材料が充填される貫通孔から半導体装置側へ突出している接合材料の端部の径を、前記貫通孔の回路基板側よりも小さくしたので、実装前や半導体装置を回路基板に実装する際の押圧によって、接合材料が広がるのを抑制することができ、これにより、端子電極を有する半導体装置を、端子電極を有する回路基板に接合材料を介して実装する場合に、狭ピッチでも安定に接続することができ、高信頼性を確保できる。
【００１８】
本発明の一つの実施態様においては、前記半導体装置の前記端子電極には、突起電極が形成されるとともに、前記突起電極の周囲には、該突起電極の表面よりもその表面が高くなるように保護膜が形成されている。
【００１９】
この実施態様によると、半導体装置の突起電極の表面は、その周囲の保護膜の表面よりも低く形成されているので、突起電極の部分が凹部となっており、半導体装置を回路基板に実装するときの押圧によって、広がろうとする接合材料を、前記凹部内に収納して外側に広がるのを有効に抑制することができる。
【００２１】
また、前記接合材料は、半田または導電性接着剤であるのが好ましく、前記半田は、Ａｇ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｂｉの少なくとも１つを含むものであるのが好ましく、前記導電性接着剤は、導電性フィラーとしてＡｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉの少なくとも１つを含んでいるのが好ましい。
【００２２】
また、接合材料は、熱硬化性の導電性接着剤であって、前記半導体装置が実装される前に、前記回路基板を加熱して前記導電性接着剤を半硬化状態にするのが好ましい。
【００２３】
このように半硬化状態にしておくことによって、実装前や半導体装置を回路基板に実装する際の押圧によって、接合材料が広がるのを一層抑制することができる。
【００２４】
前記接合材料は、熱可塑性の導電性接着剤であって溶剤を含んでおり、前記半導体装置が実装される前に、前記回路基板を加熱して前記溶剤を飛散させるようにしてもよい。
【００２５】
前記樹脂フィルムは、エポキシ系樹脂を主成分として含むとともに、無機物の粒子を含むものであってもよいし、あるいは、エポキシ系樹脂を主成分として含むとともに、導電性の粒子としてＡｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、Ｐｔ、Ｆｅの少なくとも１つを含むものであってもよい。
【００３４】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る実装構造体の製造方法の概略図である。
【００３５】
この実施の形態の製造方法では、先ず、同図（ａ）に示されるように、入出力端子電極８を有する回路基板９上の実装領域に、片面に剥離シート１０を有する樹脂フィルム７を配置して接着する。
【００３６】
この接着は、樹脂フィルム７を、例えば、８０℃程度で１秒程度加温して粘着性を生じさることにより行なうことができ、また、冷却後には、半硬化状態に保つことができる。
【００３７】
次に、同図（ｂ）に示されるように、入出力端子電極８上の接続部位に相当する位置に、接合材料としての導電性接着剤が充填される貫通孔１１を、後述のようにして形成する。
【００３８】
この実施の形態では、半導体装置１の突起電極３を、回路基板９の接合材料に荷重をかけて接続する際に、接合材料である導電性接着剤１３が外に溢れて接続部同士がショートしないように、貫通孔１１は、その径が、回路基板９側が大きく、半導体装置１側が小さい逆テーパ型（円錐台状）に形成される。
【００３９】
次に、同図（ｃ）に示されるように、スキージ１２を用いて接合材料である導電性接着剤１３を、樹脂フィルム７および剥離シート１０に亘る貫通孔１１に充填する。このとき、導電性接着剤１３は、剥離シート１０の上面と面一となるように充填される。
【００４０】
次に、この実施の形態では、実装前の導電性接着剤１３の広がりを抑制し、さらに、半導体装置１を回路基板９に搭載する際の実装荷重が作用しても導電性接着剤１３が流動して広がるのを抑制するために、同図（ｄ）に示されるように、回路基板が載置されている加熱用ステージ１４に内蔵されているヒータ１５によって加熱して導電性接着剤１３を半硬化状態にする。
【００４１】
なお、導電性接着剤１３は、必ずしも半硬化状態にしなくてもよい。
【００４２】
次に、剥離シート１０を剥がすことで、同図（ｅ）に示されるように、導電性接着剤１３を、樹脂フィルム７の上面から僅かに突出させる。
【００４３】
この実施の形態では、半導体装置１の突起電極３を、回路基板９に荷重をかけて接続する際に、導電性接着剤１３が外に溢れて接続部同士がショートしないようにするために、半導体装置１は、次のように構成されている。
【００４４】
すなわち、半導体装置１は、同図（ｅ）に示されるように、端子電極２およびその上の突起電極３の周囲には、パッシベーション膜４および保護膜５が形成されるとともに、突起電極３の部分が凹部となるように、保護膜５の表面が、突起電極３の表面よりも高く形成されている。
【００４５】
次に、半導体装置１の突起電極３を、樹脂フィルム７の貫通孔１１の導電性接着剤１３に位置合わせした後に回路基板９に搭載し、加熱押圧する。
【００４６】
この実施の形態では、導電性接着剤１３は、逆テーパ型（円錐台状）の貫通孔１１に充填されており、樹脂フィルム７の上面から突出している導電性接着剤１３の量も少なく、したがって、半導体装置１の突起電極３を、導電性接着剤１３に位置合わせして押圧した際に、樹脂フィルム７の上面から外方に溢れて広がる導電性接着剤１３の量が少なくなる。
【００４７】
しかも、半導体装置１の突起電極３の部分は、その周囲の保護膜５の表面よりも低い凹部となっているので、広がった導電性接着剤１３が、凹部内に収まり、導電性接着剤１３が外に溢れて接続部同士がショートするのを有効に防止することができる。
【００４８】
このように、貫通孔１１から溢れた導電性接着剤を、凹部に収めるために、この凹部の容積をＶ１とし、実装時に半導体装置１側で広がる導電性接着剤１３の容積をＶ２とすると、少なくともＶ１≧Ｖ２であることが好ましい。
【００４９】
この実施の形態では、上述のように、導電性接着剤１３を予め半硬化状態としているので、導電性接着剤１３が外に溢れるのが、一層抑制されることになる。
【００５０】
また、このように半導体装置１を、導電性接着剤１３を介して回路基板９に実装するので、実装時の応力を緩和することができ、回路基板９の反りやうねりに対しても柔軟に対応でき、さらに、回路基板９の入出力端子電極８が変形するまでの実装荷重を必要とせず、低荷重実装が可能となる。
【００５１】
この実施の形態において、封止樹脂としての上述の樹脂フィルム７には、通常の異方性導電膜（ＡＣＦ）に用いられているとの同じような樹脂を用いることができ、例えば、エポキシ系樹脂フィルムを用いることができる。
【００５２】
また、この樹脂フィルム７は、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮなどの無機物の粒子だけを含んだ絶縁樹脂として用いることもできるし、導電性粒子、例えばＡｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉなどの少なくとも１つを含んだ異方性導電樹脂として用いることもできる。
【００５３】
この樹脂フィルム７としては、例えば、ナガセケムテックス（株）製品番Ｒ６００１が好ましい。この品番Ｒ６００１の樹脂フィルムは、１週間程度は、常温保存可能であり、貫通孔を形成する工程と、樹脂フィルムを回路基板に接着させる工程とを、別々に行なうことができるので、生産タクトが向上できて生産性に優れている。
【００５４】
導電性接着剤１３は、熱硬化性または熱可塑性の樹脂を主成分とし、導電性フィラーを含んでおり、樹脂としては、エポキシ系の樹脂を用いることができ、導電性フィラーには、例えばＡｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉの少なくとも１つを用いることができる。
【００５５】
ここで、樹脂フィルム７の逆テーパ型（円錐台状）の貫通孔１１の形成について説明する。
【００５６】
貫通孔１１は、レ−ザ−ビームを照射して形成するのが好ましく、特に、加工時に熱を発生しないので、ＹＡＧレーザーを用いて形成するのが好ましい。
【００５７】
貫通孔１１の穴径は、レーザー出力の強弱や波長によって調整することができるので、逆テーパ型の貫通孔となるようにレーザー出力や波長を調整して形成する。
【００５８】
この実施の形態では、回路基板９上に、剥離シート１０を有する樹脂フィルム７を配置接着し、逆テーパ型の貫通孔１１を形成して導電性接着剤１３を充填して剥離シート１０を剥がすことにより、半導体装置１と回路基板９との間に、接合用の樹脂フィルム７を形成したけれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、図２に示される本発明に係る接続体を予め準備し、この接続体１７を用いて実装構造体を製造してもよい。
【００５９】
すなわち、図２は、本発明の一つの実施の形態に係る接続体の断面図であり、図１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００６０】
この接続体１７は、樹脂フィルム７の接続部位に相当する位置に逆テーパ型の貫通孔１１が形成され、この貫通孔１１に導電性接着剤１３が充填されているとともに、上面から導電性接着剤１３の一部が突出して形成されている。
【００６１】
この接続体１７は、例えば、図３（ａ）に示されるように、金属板１５上に、片面に剥離シート１０を有する樹脂フィルム７を配置し、同図（ｂ）に示されるように、レーザーなどを用いて接続部位に相当する位置に、逆テーパ型（円錐台状）の貫通孔１１を形成する。この逆テーパ型の貫通孔１１は、上述のように、レーザーの出力や波長の調整によって形成される。
【００６２】
次に、同図（ｃ）に示されるように、接合材料としての導電性接着剤１３を、スキージ１２を用いて貫通孔１１に充填し、次に、剥離シート１０を樹脂フィルム７から剥がし、金属板１５から樹脂フィルム７を分離して上述の図２の接続体１７を得ることができる。なお、金属板１５に代えて金属箔を用いてもよい。
【００６３】
この接続体１７は、逆テーパ型の貫通孔１１に導電性接着剤１３が充填されているとともに、上面から導電性接着剤１３の一部が突出しているので、上述の図１（ｅ）の導電性接着剤１３を有する樹脂フィルム７と同様である。
【００６４】
したがって、本発明の他の実施の形態の実装構造体の製造方法として、回路基板９上の実装領域に、回路基板９の入出力電極８と接続体１７の導電性接着剤１３とを位置合わせして配置接着し、半導体装置１の突起電極３を、接続体１７の導電性接着剤１３に位置合わせてして加熱押圧して熱圧着するようにしてもよい。
【００６５】
この接続体１７の樹脂フィルム７および導電性接着剤１３は、上述の図１と同様であるので、その説明は省略する。
【００６６】
（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る実装構造体の製造方法の概略図であり、上述の図１に対応する部分には、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
上述の実施の形態では、半導体装置１は、突起電極３の部分が凹部となるように、保護膜１５の表面が、突起電極３の表面よりも高く形成されていたのに対して、この実施の形態では、突起電極３−１は、保護膜５の表面よりも突出するように形成されている。
【００６８】
その他の構成は、上述の実施の形態と同様である。
【００６９】
（実施の形態３）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る実装構造体の製造方法の概略図であり、上述の図１に対応する部分には、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００７０】
この実施の形態では、同図（ｂ）に示されるように、樹脂フィルム７および剥離シート１０に亘って形成される貫通孔を、上述の各実施の形態のように逆テーパ型に形成するのではなく、樹脂フィルム７の部分が大径であって、剥離シート１０の部分が小径となる二段型の貫通孔１１−１としている。
【００７１】
このように、二段型の貫通孔１１−１とすることにより、同図（ｅ）に示されるように、樹脂フィルム７の上面から突出している導電性接着剤１３の量を少なくすることができ、上述の実施の形態と同様に、半導体装置１の突起電極３を、導電性接着剤１３に位置合わせして押圧した際に、導電性接着剤１３が、樹脂フィルム７の上面から外方に溢れて広がるのを抑制して接続部同士がショートするのを有効に防止することができる。
【００７２】
この二段型の貫通孔１１−１は、次のようにして形成することができる。すなわち、例えば、剥離シート１０にはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを、樹脂フィルム７にはＰＥＮ（ポリエチレンナフタート）フィルムを用いる。最初に炭酸ガスレーザーで剥離シート１０および樹脂フィルム７に小径の穴を形成した後、ＹＡＧレーザーにてそれより径の大きい穴を樹脂フィルム７のみに形成する。この場合、ＹＡＧレーザーは、ＰＥＴフィルムに吸収されないので剥離シート１０には、大径の穴があかず、樹脂フィルム７のみに大径な穴をあけることができる。
【００７３】
その他の構成は、上述の実施の形態１と同様である。
【００７４】
この実施の形態では、回路基板９上に、剥離シート１０を有する樹脂フィルム７を配置接着し、二段型の貫通孔１１−１を形成して導電性接着剤１３を充填して剥離シート１０を剥がすことにより、半導体装置１と回路基板９との間に、接合用の樹脂フィルム７を形成したけれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、図６に示される本発明に係る接続体１８を予め準備し、この接続体１８を用いて実装構造体を製造してもよい。
【００７５】
すなわち、図６は、本発明の他の実施の形態に係る接続体１８の断面図である。
【００７６】
この接続体１８は、樹脂フィルム７の接続部位に相当する位置に貫通孔が形成され、この貫通孔に導電性接着剤１３が充填されているとともに、上面から貫通孔よりも小径の導電性接着剤１３が突出して形成されている。
【００７７】
この接続体１８は、例えば、図７（ａ）に示されるように、金属板１５上に、片面に剥離シート１０を有する樹脂フィルム７を配置し、同図（ｂ）に示されるように、接続部位に相当する位置に、例えば、炭酸ガスレーザーを用いて剥離シート１０および樹脂フィルム７に小径の貫通孔１１−１’を形成する。次に、同図（ｃ）に示されるように、ＹＡＧレーザーを用いて樹脂フィルム７のみに大径の貫通孔を形成する。これによって、樹脂フィルム７の部分が大径であって、剥離シート１０の部分が小径となる二段型の貫通孔１１−１を形成する。
【００７８】
次に、同図（ｄ）に示されるように、接合材料としての導電性接着剤１３を、スキージ１２を用いて貫通孔１１−１に充填し、次に、剥離シート１０を樹脂フィルム７から剥がし、金属板１５から樹脂フィルム７を分離して上述の図６の接続体１８を得ることができる。なお、金属板１５に代えて金属箔を用いてもよい。
【００７９】
この接続体１８は、大径の貫通孔に導電性接着剤１３が充填されているとともに、上面から小径の導電性接着剤１３が突出しているので、上述の図５（ｅ）の導電性接着剤１３を有する樹脂フィルム７と同様である。
【００８０】
したがって、本発明の他の実施の形態の実装構造体の製造方法として、回路基板９上の実装領域に、回路基板９の入出力電極８と接続体１８の導電性接着剤１３とを位置合わせして配置接着し、半導体装置１の突起電極３を、接続体１８の導電性接着剤１３に位置合わせてして加熱押圧して熱圧着するようにしてもよい。
【００８１】
この接続体１８の樹脂フィルム７および導電性接着剤１３は、上述の図５と同様であるので、その説明は省略する。
【００８２】
（実施の形態４）
図８は、本発明の第４の実施の形態に係る実装構造体の製造方法の概略図であり、上述の図５に対応する部分には、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００８３】
上述の実施の形態３では、半導体装置１は、突起電極３の部分が凹部となるように、保護膜１５の表面が、突起電極３の表面よりも高く形成されていたのに対して、この実施の形態では、突起電極３−１は、保護膜５の表面よりも突出するように形成されている。
【００８４】
その他の構成は、上述の実施の形態３と同様である。
【００８５】
（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、貫通孔を二段型に形成したけれども、本発明の他の実施の形態として、三段以上の多段に形成してもよい。
【００８６】
上述の実施の形態では、接合材料として導電性接着剤に適用して説明したけれども、導電性接着剤に代えて、半田を用いてもよい。
【００８７】
本発明の接続体は、剥離シートや金属板（箔）を備えていてもよい。
【００８８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、端子電極を有する半導体装置を、端子電極を有する回路基板に接合材料を介して実装する場合に、接合材料が広がるのを抑制することができ、狭ピッチでも安定に接続できるとともに、高信頼性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の実装構造体の製造方法の概略図である。
【図２】本発明に係る接続体の概略断面図である。
【図３】図２の接続体の製造方法の概略図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の実装構造体の製造方法の概略図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の実装構造体の製造方法の概略図である。
【図６】本発明の他の実施の形態の接続体の概略断面図である。
【図７】図６の接続体の製造方法の概略図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態の実装構造体の製造方法の概略図である。
【図９】従来の接合層を用いた実装方法を示す概略図である。
【図１０】従来の接合層を用いた実装方法を示す概略図である。
【図１１】従来の接合層を用いた実装方法を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 半導体装置（半導体チップ） ２端子電極
３ 突起電極（バンプ） ４ パッシベーション膜
５ 保護膜 ７ 樹脂フィルム ８ 入出力端子電極
９ 回路基板 １０ 剥離シート １１ 貫通孔
１２ スキージ １３ 導電性接着剤
１４ 加熱用ステージ １５ 金属板
Claims (9)
- 半導体装置の端子電極を、接合材料が充填された貫通孔を有する樹脂フィルムの前記接合材料を介して、回路基板の端子電極に接続して、前記半導体装置を前記回路基板に実装してなる実装構造体の製造方法であって、
前記接合材料は、前記半導体装置が実装される前は、前記樹脂フィルムの表面よりも前記半導体装置側に突出しており、前記接合材料の前記突出している端部の径が、前記貫通孔の前記回路基板側の径よりも小さく、
前記回路基板上に、片面に剥離シートを有する前記樹脂フィルムを配置して接着する工程と、
前記回路基板の前記端子電極上の前記樹脂フィルム及び前記剥離シートに前記貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔に前記接合材料を充填する工程と、
前記剥離シートを前記樹脂フィルムから剥離する工程と、
前記半導体装置の前記端子電極を、前記接合材料上に位置合わせして実装する工程とを備えることを特徴とする実装構造体の製造方法。 - 前記半導体装置の前記端子電極には、突起電極が形成されるとともに、前記突起電極の周囲には、該突起電極の表面よりもその表面が高くなるように保護膜が形成される請求項１記載の実装構造体の製造方法。
- 前記接合材料が、半田または導電性接着剤である請求項１または２に記載の実装構造体の製造方法。
- 前記接合材料は、熱硬化性の導電性接着剤であり、前記半導体装置が実装される前に、前記回路基板を加熱して前記導電性接着剤を半硬化状態にする請求項３に記載の実装構造体の製造方法。
- 前記接合材料は、熱可塑性の導電性接着剤であって溶剤を含んでおり、前記半導体装置が実装される前に、前記回路基板を加熱して前記溶剤を飛散させる請求項３に記載の実装構造体の製造方法。
- 前記接合材料は、Ａｇ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｂｉの少なくとも１つを含む半田である請求項３に記載の実装構造体の製造方法。
- 前記導電性接着剤の導電性フィラーは、Ａｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉの少なくとも１つを含んでいる請求項３ないし５のいずれかに記載の実装構造体の製造方法。
- 前記樹脂フィルムは、エポキシ系樹脂を主成分として含むとともに、無機物の粒子を含む請求項１ないし７のいずれかに記載の実装構造体の製造方法。
- 前記樹脂フィルムは、エポキシ系樹脂を主成分として含むとともに、導電性の粒子としてＡｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、Ｐｔ、Ｆｅの少なくとも１つを含む請求項１ないし７のいずれかに記載の実装構造体の製造方法。
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