JP4477062B2 - フリップチップ実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップを回路基板に搭載するフリップチップ実装方法に関し、特に、狭ピッチ化された半導体チップにも対応可能な、生産性が高く、かつ接続の信頼性に優れたフリップチップ実装方法とフリップチップ実装装置及びフリップチップ実装体に関する。

近年、電子機器に使用される半導体集積回路（以下、「半導体」と記す）チップの高密度、高集積化にともない、半導体チップの電極端子の多ピン、狭ピッチ化が急速に進んでいる。これら半導体チップの回路基板への実装には、配線遅延を少なくするために、フリップチップ実装が広く用いられている。

そして、フリップチップ実装においては、半導体チップの電極端子の上にはんだバンプを形成し、そのはんだバンプと回路基板の上に形成された接続端子とを一括に接合することが一般的である。

しかしながら、電極端子数が５０００を超えるような次世代半導体チップを回路基板に実装するためには、１００μｍ以下の狭ピッチに対応したはんだバンプを形成する必要がある。しかし、現在のはんだバンプ形成技術では、それに対応することが難しい。

また、電極端子数に応じた多数のはんだバンプを形成する必要があるため、低コスト化とともに、チップ当たりの搭載タクトの短縮による高い生産性も要求される。

同様に、半導体チップは、電極端子数の増大に対応するために、電極端子がペリフェラル配置からエリア配置に変化している。

また、高密度化、高集積化の要求から、半導体プロセスが９０ｎｍから６５ｎｍ、４５ｎｍへと進展すると予想される。これに対応するために、低誘電率を有する絶縁材料が強く要望され、それを実現するために、ポーラスな絶縁材料の導入がはかられている。しかし、ポーラスな絶縁材料を使用するためには、絶縁材料やアクティブな回路へのダメージを低減するために、低荷重での実装が必要になっている。さらに、半導体チップの薄型化による取り扱い時の破壊を防止するためにも、低荷重での実装が望まれている。特に、エリア配置の場合、アクティブな回路上に電極を構成する必要があるため、より低荷重での実装方法が求められている。

そのため、今後の半導体プロセスの進展による薄型・高密度化に適用できるフリップチップ実装方法が要望されている。

従来、はんだバンプの形成技術としては、メッキ法やスクリーン印刷法などが開発されている。しかし、メッキ法は、狭ピッチには適するものの、工程が複雑になるなど生産性に課題がある。また、スクリーン印刷法は、生産性には優れているが、マスクを用いる点で、狭ピッチ化には適していない。

このような状況の中、最近では、半導体チップの電極端子や回路基板の接続端子の上に、はんだバンプを選択的に形成する技術がいくつか開発されている。これらの技術は、微細なはんだバンプの形成に適しているだけでなく、はんだバンプを一括に形成できるため、生産性に優れ、次世代半導体チップの回路基板への実装に適応可能な技術として注目されている。

その一つに、はんだ粉とフラックスの混合物によるソルダーペーストを、表面に接続端子が形成された回路基板の上にベタ塗りし、回路基板を加熱することによって、はんだ粉を溶融させ、濡れ性の高い接続端子の上に選択的にはんだバンプを形成させる（例えば、特許文献１参照）。

また、スーパーソルダー法と呼ばれる技術がある。この技術は、有機酸鉛塩と金属錫を主要成分とするペースト状組成物（化学反応析出型はんだ）を、接続端子が形成された回路基板の上にベタ塗りし、回路基板を加熱することによって、ＰｂとＳｎの置換反応を起こさせ、ＰｂとＳｎとの合金を回路基板の接続端子の上に選択的に析出させる（例えば、特許文献２参照）。

また、従来のフリップチップ実装では、はんだバンプが形成された回路基板に半導体チップを搭載した後、半導体チップを回路基板に固定するために、アンダーフィル材と呼ばれる樹脂を半導体チップと回路基板の間に注入する工程を、さらに必要とする。それにより、工程数が増加や歩留まりの低下という課題もあった。

そこで、対向する半導体チップの電極端子と回路基板の接続端子の電気的接続と、半導体チップの回路基板への固定を同時に行う方法として、異方性導電材料を用いたフリップチップ実装技術が開発されている。これは、回路基板と半導体チップの間に、導電粒子を含有させた熱硬化性樹脂を供給し、半導体チップを加圧すると同時に、熱硬化性樹脂を加熱することによって、半導体チップと回路基板の電気的接続と、半導体チップの回路基板への固定を同時に実現するものである（例えば、特許文献３参照）。

しかし、特許文献１に示すようなはんだバンプの形成方法や特許文献２に示すようなスーパーソルダー法においては、単純にペースト状組成物を回路基板の上に塗布して供給すると、局所的な厚みや濃度のばらつきを生じ、電極端子や接続端子ごとに、はんだ析出量が異なるため、均一な高さのはんだバンプが得られない。また、これらの方法は、表面に接続端子が形成された凹凸のある回路基板の上に、ペースト状組成物の塗布により供給するので、凸部となる接続端子の上には、充分なはんだ量が供給できず、フリップチップ実装において必要とされる所望のはんだバンプの高さを得ることが難しい。

また、特許文献３に示すようなフリップチップ実装方法においては、生産性や信頼性の面で以下に示すような解決すべき多くの課題がある。

それらは、第１に、導電粒子を介した機械的接触により各端子間の電気的導通を得るた
め、安定した導通状態の実現が難しい。第２に、半導体チップの電極端子と回路基板の接続端子の間に存在する導電粒子の量によって間隔が一定しないため、電気的接合が不安定になる。第３に、安定した電気接続を実現するには、高い圧力（荷重）で加圧し圧着する必要があり、それにより半導体チップの破壊を生じ易いなどの課題があった。
特開２０００−９４１７９号公報 特開平１−１５７７９６号公報 特開２０００−３３２０５５号公報

本発明は、上記課題を解決するため、多数の電極端子を有する半導体チップを回路基板に実装することが可能であり、生産性及び信頼性の高いフリップチップ実装方法とフリップチップ実装装置及びフリップチップ実装体を提供する。

本発明のフリップチップ実装方法は、複数の接続端子を有する回路基板と対向させて、複数の電極端子を有する半導体チップを配置し、前記回路基板の前記接続端子と前記半導体チップの前記電極端子とを電気的に接続するフリップチップ実装方法であって、前記回路基板と前記半導体チップを保持する保持工程と、前記回路基板の前記接続端子と前記半導体チップの前記電極端子を所定の間隔に保持して位置合わせする配置工程と、少なくとも前記回路基板又は前記半導体チップを、はんだ粉と樹脂からなるはんだ樹脂組成物が溶融する温度に加熱する加熱工程と、前記回路基板と前記半導体チップを保持した前記所定の間隔に、毛細管現象で前記はんだ樹脂組成物を前記半導体チップの少なくとも１つの端面方向から供給する供給工程と、前記はんだ樹脂組成物中の前記樹脂を硬化させる硬化工程とを含み、前記供給工程において、前記回路基板と前記半導体チップを保持した前記所定の間隔の間を、前記はんだ樹脂組成物中の溶融した前記はんだ粉を移動させ、前記はんだ粉を自己集合及び成長させることにより前記接続端子と前記電極端子とを電気的に接続することを特徴とする。

本発明は、回路基板の接続端子と半導体チップの電極端子を所定の間隔に保持して位置合わせし、溶融したはんだ樹脂組成物を、毛細管現象を利用して半導体チップの少なくとも１つの端面方向から供給し、はんだ樹脂組成物中の樹脂を硬化させるに際し、前記供給時において、回路基板と半導体チップを保持した所定の間隔を、はんだ樹脂組成物中の溶融はんだ粉を移動させ、はんだ粉を自己集合及び成長させることにより、接続端子と電極端子とを電気的に接続するフリップチップ実装方法である。

本発明においては、少なくとも１方向から供給されるはんだ樹脂組成物の樹脂成分が、それ以外の方向から排出されてもよい。

また、供給工程において、半導体チップの少なくとも１つの端面方向から供給されるはんだ樹脂組成物が、端面に沿って移動しながら供給されてもよい。

また、保持工程において、回路基板と半導体チップが吸引により保持されてもよい。

また、保持工程において、複数個の半導体チップが保持されてもよい。

また、半導体チップは、複数の外部接続端子を有するインターポーザの上に搭載され、回路基板の接続端子と外部接続端子とを電気的に接続する構成を有する。

これらの方法により、低荷重で実装できるため、薄型、エリア配置などの半導体チップや低誘電率の絶縁材料を用いることができる。さらに、半導体チップの電極端子と回路基板の接続端子との間隙を最適な距離に保てるため、電極端子と接続端子間との均一な接合により、断線や高抵抗接合などが生じ難く、歩留まりを向上させることができる。また、電気的な接続とともに、樹脂により回路基板と半導体チップとの固定が、低荷重でしかも同時に行うことができるため、生産性や信頼性に優れたフリップチップ実装体を実現できる。

また、本発明のフリップチップ実装方法は、複数の接続端子を有する回路基板と対向さ
せて、複数の電極端子を有する半導体チップを配置し、回路基板の接続端子と半導体チップの電極端子とを電気的に接続するフリップチップ実装方法であって、回路基板と半導体チップを保持する保持工程と、回路基板の接続端子と半導体チップの電極端子を接触状態で保持して位置合せするか、もしくは所定の間隔に保持して位置合わせする配置工程と、少なくとも回路基板又は半導体チップを、はんだ粉と第１の樹脂からなるはんだ樹脂組成物が溶融する温度に加熱する第１の加熱工程と、回路基板と半導体チップを保持した所定の間隔に、毛細管現象ではんだ樹脂組成物を半導体チップの少なくとも１つの端面方向から供給する第１の供給工程と、回路基板と半導体チップを保持した所定の間隔を、脂組成物中の溶融したはんだ粉を移動させ、はんだ粉を自己集合及び成長させることによりはんだ層を形成し、接続端子と電極端子とを電気的に接続する接続工程と、はんだ層以外の樹脂組成物を排出する排出工程と、少なくとも回路基板又は半導体チップを、はんだ層は溶融せず、第２の樹脂が溶融する温度に加熱する第２の加熱工程と、回路基板と半導体チップを保持した所定の間隔に、毛細管現象で第２の樹脂を半導体チップの少なくとも１つの端面方向から供給する第２の供給工程と、第２の樹脂を硬化させる硬化工程とを含む。

さらに、第１の供給工程において、少なくとも１方向から供給されるはんだ樹脂組成物が、それ以外の方向から排出されてもよい。

さらに、第２の樹脂を供給する第２の供給工程であって、少なくともはんだ層の側面は被覆する第１の絶縁性樹脂を供給する第１の工程と、第１の絶縁性樹脂は被覆し、回路基板と半導体チップの所定の間隔の間を充填する第２の絶縁性樹脂を供給する第２の工程とを有し、第２の樹脂が、第１の絶縁性樹脂と第２の絶縁性樹脂とからなってもよい。

さらに、第１の工程の後、第１の絶縁性樹脂を仮硬化させる工程をさらに有してもよい。

さらに、第１の絶縁性樹脂は、表面張力により、少なくともはんだ層の側面に被覆されてもよい。

さらに、第１の絶縁性樹脂は、第２の絶縁性樹脂よりも弾性率の低い材料からなってもよい。

さらに、はんだ樹脂組成物は、粘性体であってもよい。

さらに、粘性体は、樹脂、高沸点溶剤又はオイルからなってもよい。

これらの方法により、はんだ層間にはんだ粉が残存する可能性をさらに小さくできるため、絶縁耐圧の向上や短絡の防止などの電気特性及び応力などに対する機械的特性に優れたフリップチップ実装体を実現できる。

また、本発明のフリップチップ実装装置は、半導体チップを回路基板にフリップチップ実装するフリップチップ実装装置であって、回路基板と半導体チップを保持する保持手段と、回路基板の接続端子と半導体チップの電極端子を接触状態で保持して位置合せするか、もしくは所定の間隔に保持して位置合わせする配置手段と、少なくとも回路基板又は半導体チップを、はんだ粉と樹脂からなるはんだ樹脂組成物が溶融する温度に加熱する加熱手段と、回路基板と半導体チップを保持した所定の間隔に、毛細管現象ではんだ樹脂組成物を半導体チップの少なくとも１つの端面方向から供給する供給手段と、はんだ樹脂組成物中の樹脂を硬化させる硬化手段とを有する。

さらに、供給手段は、ディスペンサであってもよい。

さらに、保持手段は、吸引であってもよい。

さらに、保持手段は、回路基板と半導体チップとを傾斜させて保持してもよい。さらに、加熱手段は、さらに冷却手段を有してもよい。

さらに、上記フリップチップ実装装置であって、さらに半導体チップと回路基板との電気的接続を検査する検査手段を有してもよい。

この装置により、信頼性に優れ、低コストで生産性よくフリップチップ実装体を作製することができる。

また、本発明のフリップチップ実装体は、複数の接続端子を有する回路基板と、接続端子と対向して配置される複数の電極端子を有する半導体チップと、回路基板の接続端子と半導体チップの電極端子とを電気的に接続するはんだ層を有し、少なくともはんだ層を被覆する第１の絶縁性樹脂と、第１の絶縁性樹脂を被覆するとともに、回路基板と半導体チップとを固定する第２の絶縁性樹脂を有する。

さらに、第１の絶縁性樹脂は、第２の絶縁性樹脂よりも弾性率の低い材料からなってもよい。

この構成により、接続などの信頼性や機械的な強度に優れたフリップチップ実装体を実現できる。

本発明のフリップチップ実装方法及びその実装装置によれば、半導体チップの電極端子と回路基板の接続端子との接合状態を均一にできるため、接続信頼性に優れ、高い生産効率を実現することができる。また、フリップチップ、インターポーザだけでなく、回路基板や配線基板などの基板間の接続にも有効である。

はんだ粉は任意のものを選択して使用できる。例えば次の表１に示すものを挙げることができる。一例として挙げた表１に示す材料は、単独でも使用できるし、適宜組み合わせて使用することもできる。なお、はんだ粉の融点が、熱硬化性樹脂の硬化温度よりも低い材料を用いれば、樹脂を流動させ自己集合させた後、さらに、樹脂を加熱して硬化させ、電気接続と樹脂による封止とを行うことができる点で好ましい。

はんだ粉の好ましい融点は１０〜３００℃であり、さらに好ましくは表１に示すように１３９〜２４０℃である。融点が１００℃未満では耐久性に問題が生ずる傾向になる。融点が３００℃を超えると、樹脂の選択が困難となる。

はんだ粉の好ましい平均粒子径は１〜３０μｍの範囲であり、さらに好ましくは５〜２０μｍの範囲である。平均粒子径が１μｍ未満では、はんだ粉の表面酸化で溶融が困難となり、また電気接続体を形成するのに時間がかかりすぎる傾向となる。平均粒子径が３０μｍを超えると、沈降により電気接続体を得るのが難しくなる。なお、平均粒子径は市販の粒度分布計で測定できる。例えば、堀場製作所レーザ回折粒度測定器（ＬＡ９２０）、島津製作所レーザ回折粒度測定器（ＳＡＬＤ２１００）などを用いて測定することができる。

次に樹脂について説明する。樹脂の代表的な例としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フラン樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリエステルエストラマ、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アラミド樹脂等の熱可塑性樹脂、又は光（紫外線）硬化樹脂等、あるいはそれらを組み合わせた材料を使用することができる。

はんだ粉と樹脂の配合割合は、重量比ではんだ粉：樹脂＝７６〜４：２４〜９６の範囲が好ましく、さらに好ましくははんだ粉：樹脂＝５０〜２０：５０〜８０である。はんだ粉と樹脂は、均一混合した後に使用するのが好ましい。例えば、はんだ粉は３０重量％、エポキシ樹脂７０重量％とし、混錬器にて均一混合状態とし、はんだ粉の分散状態を保ったままペースト状にする。このペースト状物の好ましい粘度は２０〜１００Ｐａ・Ｓ（パスカル秒）の範囲である。

さらに本発明の好適例においては、はんだ粉としては、例えば鉛フリーで融点２００〜２５０℃のＳｎ・３Ａｇ・０．５Ｃｕはんだ合金粒子を使用できる。また、樹脂が熱硬化性樹脂の場合、はんだの融点よりも樹脂の硬化温度のほうが高いことが好ましい。このようにすると、電気的な接続体を形成したり、金属バンプを形成する工程中に樹脂を硬化でき、作業工程が短縮できる。

以下に、本発明の着想を得た一例のフリップチップ実装方法の基本的メカニズムについて、図１Ａ−Ｃを用いて説明する。まず、図１Ａに示すように、複数の接続端子１１が形成された回路基板１０上に、はんだ粉１２、対流添加剤１３及び樹脂１４を含有するはんだ樹脂組成物１５を供給する。

つぎに、図１Ｂに示すように、回路基板１０と半導体チップ２０間に供給されたはんだ樹脂組成物１５を挟んで、回路基板１０と半導体チップ２０を当接させる。このとき、複数の電極端子２１を有する半導体チップ２０は、複数の接続端子１１を有する回路基板１０と対向させて配置させる。そして、この状態で、回路基板１０を加熱して、はんだ樹脂組成物１５を溶融させる。ここで、回路基板１０の加熱温度は、はんだ粉１２の融点よりも高い温度で行われる。溶融したはんだ粉１２は、溶解した樹脂１４中で互いに結合し、図１Ｃに示すように、濡れ性の高い接続端子１１と電極端子２１間に自己集合することによって、はんだ接合体２２を形成する。

そして、樹脂１４を硬化させることにより、半導体チップ２０を回路基板１０に固定させる。

この方法の特徴は、はんだ粉１２を含有したはんだ樹脂組成物１５に、はんだ粉１２が溶融する温度で沸騰する対流添加剤１３をさらに含有させた点にある。すなわち、はんだ粉１２が溶融した温度において、はんだ樹脂組成物１５中に含有した対流添加剤１３が沸騰する。そして、沸騰した対流添加剤１３が樹脂１４中を対流することによって、樹脂１４中を浮遊している溶融したはんだ粉１２の移動が促進される。その結果、均一に成長した溶融はんだ粉が、濡れ性の高い回路基板１０の接続端子１１と半導体チップ２０の電極
端子２１との間に自己集合することによって、接続端子１１と電極端子２１との間に、均一で微細なはんだ接合体２２を介して電気的に接続する。

すなわち、上記方法は、はんだ粉を含有するはんだ樹脂組成物に対流添加剤をさらに含有させることによって、溶融したはんだ粉を強制的に移動させる手段を付加することを意図したものである。なお、対流添加剤は、加熱によって沸騰又は蒸発する溶剤でよく、工程終了後には、樹脂中にほとんど残ることはない。

本発明は、これと同様の技術的視点に立ち、対流添加剤を用いることなく、溶融したはんだ粉を毛細管現象により供給し移動させることにより、信頼性の高い新規なフリップチップ実装方法及びフリップチップ実装装置を実現した。また、本発明の実施により、高い生産性と信頼性に優れたフリップチップ実装体を実現できる。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面は、理解を容易にするために任意に拡大して示した。

（実施形態１）
以下に、図２Ａ−Ｅを用いて、本発明の実施形態１におけるフリップチップ実装方法を説明する。図２Ａ−Ｅは、本発明の実施形態１におけるフリップチップ実装方法を説明する概略工程断面図である。まず、図２Ａに示すように、複数の電極端子２０７を有する半導体チップ２０６を、ピックアップ冶具２０１で保持する。そして、半導体チップ２０６は、ピックアップ冶具２０１に設けられた、例えば小さな孔からなる吸気通路２０３と吸気管２０２を介して真空吸着などにより吸引されて保持される。

つぎに、図２Ｂに示すように、例えば、テーブルなどの保持台２０４に吸引などにより保持された複数の接続端子２１１を有する回路基板２１３の上に、半導体チップ２０６が保持されたピックアップ冶具２０１を配置する。配置において、半導体チップ２０６の電極端子２０７と回路基板２１３の接続端子２１１とを互いに対向するように、例えばカメラなどの画像認識装置などにより位置合わせが行われる。なお、回路基板２１３は、保持台２０４に設けられた凹部（図示せず）に収納することによって、その位置を規制して固定することもできる。

そして、半導体チップ２０６と回路基板２１３とを位置合わせした状態で、半導体チップ２０６の電極端子２０７と回路基板２１３の接続端子２１１とを所定の間隔となる位置まで、保持台２０４又はピックアップ冶具２０１を移動させる。この場合、所定の間隔とは、以下で述べるはんだ樹脂組成物が毛細管現象により浸入できるとともに、電極端子２０７と接続端子２１１が接触せず、かつ溶融したはんだ粉がその間に浸入できる程度である。例えば、半導体チップ２０６の厚みなどを考慮し、半導体チップ２０６の電極端子２０７と回路基板２１３の接続端子２１１との距離が１０μｍ〜５０μｍ程度になるように調整される。

さらに、半導体チップ２０６又は回路基板２１３を外部のヒータ（図示せず）又はピックアップ冶具２０１や保持台２０４に組み込んだヒータ（図示せず）などの加熱装置により、例えばはんだ粉が溶融する温度（１５０℃〜２５０℃）に加熱する。

つぎに、図２Ｃに示すように、はんだ粉２１４と樹脂２１５を含有したはんだ樹脂組成物２１６を、ディスペンサなどの塗布装置２１７を用いて、少なくとも半導体チップ２０６の１つの端面方向から所定の間隔を有する隙間２１８に毛細管現象により供給する。このとき、隙間２１８に供給されたはんだ樹脂組成物２１６は、隙間２１８を流動しながら、少なくとも樹脂成分は反対方向（白抜き矢印で示す）から排出される。ここで、はんだ
粉としては、例えばＳｎ−Ａｇ系のはんだ粉が用いられる。

そして、はんだ樹脂組成物２１６の供給及び流動しながら排出される過程において、はんだ樹脂組成物２１６に含有されたはんだ粉２１４が、加熱により溶融する。そして、溶融したはんだ粉２１４が、回路基板２１３の接続端子２１１と半導体チップ２０６の電極端子２０７との間に自己集合及び成長することによって、接続端子２１１と電極端子２０７とを電気的に接続するはんだ層２１９が形成される。すなわち、はんだ樹脂組成物２１６の流動にともなって、その中を浮遊する溶融したはんだ粉２１４が、濡れ性の高い接続端子２１１及び電極端子２０７上に選択的に自己集合することによって、最終的に、接続端子２１１と電極端子２０７との間にはんだ層２１９が形成される。

なお、溶融したはんだ粉２１４の結合及び接続端子２１１及び電極端子２０７の上での自己集合は、はんだ樹脂組成物２１６中において、極めて局所的かつ短時間に進行すると考えられる。そのため、自己集合を半導体チップ２０６の全領域に亘って均一に進行させ、ばらつきのない均一なはんだ層２１９を形成するためには、はんだ樹脂組成物２１６中を浮遊する溶融したはんだ粉２１４を強制的に移動させる手段が必要である。

そこで、本発明の実施形態１によれば、加熱状態で毛細管現象により隙間２１８に供給されたはんだ樹脂組成物２１６は、隙間２１８を流動し、樹脂成分は外部に排出される。その過程において、溶融したはんだ粉２１４は、あたかも隙間２１８に供給されたはんだ樹脂組成物２１６内を強制的に移動することと同様な作用効果を有する。つまり、図１Ａ−Ｃに示した対流添加剤による溶融したはんだ粉の移動の促進と同様の作用効果をもたらす。

つぎに、図２Ｄに示すように、隙間２１８をはんだ樹脂組成物２１６が流動するにつれて、順次、電極端子２０７と接続端子２１１との間にはんだ層２１９が形成される。そして、はんだ層２１９が形成された後、隙間２１８に供給されたはんだ樹脂組成物２１６中の樹脂２１５が、例えば熱可塑性樹脂の場合には、ピックアップ冶具２０１や保持台２０４に組み込まれた、例えば水の循環やペルチェ素子などの冷却装置（図示せず）による強制冷却又は自然冷却などにより硬化する。これにより、半導体チップ２０６の電極端子２０７と回路基板２１３の接続端子２１１とがはんだ層２１９により電気的に接続されると同時に、アンダーフィル材と同様に樹脂２１５により固着又は固定される。なお、はんだ樹脂組成物２１６中の樹脂２１５が、例えば熱硬化性樹脂であれば、ピックアップ冶具２０１又は保持台２０４を、樹脂２１５が硬化する温度以上に、一旦加熱し硬化させた後、上記冷却を行ってもよい。このとき、樹脂２１５が硬化収縮する場合には、隙間２１８を硬化収縮する程度、狭くすることが好ましい。これにより、樹脂２１５と半導体チップ２０６との剥離による固着強度の低下を防ぐことができる。

そして、図２Ｅに示すように、ピックアップ冶具２０１から外すことによって、半導体チップ２０６が回路基板２１３にフリップチップ実装されたフリップチップ実装体２００が作製できる。

具体的な一例を説明すると、図２Ｂにおいて半導体チップ２０６の電極端子２０７とガラス繊維強化エポキシ含浸樹脂回路基板２１３の接続端子２１１との間隔を２０μｍになるように調整した。この状態で、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製エピコート８０６）を７０重量部、平均粒子径が１２μｍのＳｎ・３Ａｇ・０．５Ｃｕ粉（融点２１７℃）３０重量部を均一に混合したはんだ樹脂ペースト（２５０℃に加熱）をディスペンサーを用いて回路基板と半導体チップ表面との間に図２Ｃ−Ｄに示すように一方向から毛細管現象により浸入させ、他方向に排出させた。このときの加熱温度は２５０℃であった。その後、室温まで冷却し、断面を観察すると図２Ｅの状態が確認で
きた。

本発明の実施形態１によれば、半導体チップの電極端子と回路基板の接続端子との接続が、毛細管現象により供給され、溶融したはんだ粉の自己集合により形成された均一なはんだ層により確実に行うことができる。

さらに、回路基板と半導体チップの隙間に充填された樹脂を硬化させることにより、半導体チップを回路基板に固定することができる。

したがって、半導体チップの電極端子と回路基板の接続端子との間の電気的接続と、半導体チップの回路基板への固定を同時に行うことができるため、信頼性に優れ、生産性の高いフリップチップ実装体を作製することができる。

また、毛細管現象を用いてはんだ樹脂組成物を供給し、隙間の間を流動させるため、対流添加剤をはんだ樹脂組成物中に含有しなくてもよい。その結果、はんだ樹脂組成物の選択範囲を広げることができる。

また、所定の間隔で保持された半導体チップの電極端子と回路基板の接続端子との間にはんだ樹脂組成物中を流動する溶融したはんだ粉の自己集合によってはんだ層が形成されるため、半導体チップ及び回路基板に加える荷重を小さくできる。その結果、薄型化された半導体チップなどに対しても、実装時の荷重による変形などを防ぎ信頼性の高いフリップチップ実装体を実現できる。

なお、本発明の実施形態１において、はんだ樹脂組成物としては、はんだ粉が溶融する温度で液状又は粘度が低下する樹脂であることが好ましい。例えば、はんだ粉が溶融する温度で液状の熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、イソシアネート樹脂などを用いることができる。また、溶融する温度で粘度が低下する熱可塑性樹脂としては、全芳香族ポリエステル、フッ素樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、シンシオタクチックポリスチレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アラミド樹脂、ポリフェニレンサンファイド樹脂などを用いることができる。

また、はんだ樹脂組成物の供給は、図３Ａに示す本発明の実施形態１の方法に限られない。例えば、図３Ｂに示すように、半導体チップ２０６の１つの端面方向を移動しながら供給してもよい。さらに、図４Ａに示すように、半導体チップ２０６の２方向の端面を移動しながら供給してもよく、また図４Ｂに示すように、半導体チップ２０６の３方向の端面からはんだ樹脂組成物２１６を供給してもよい。これにより、はんだ樹脂組成物２１６の隙間への供給が均一にできるとともに、半導体チップと回路基板の隙間に気泡などによるはんだ樹脂組成物のない領域が形成される可能性を下げることができる。

さらに、図４及び図５に示した供給方法により、複数個の半導体チップ２０６を、同時に回路基板２１３の上にフリップチップ実装する場合、フリップチップ実装体の製造時間や製造コストなどを大幅に削減できるため、その効果は大きい。

また、本発明の実施形態１によれば、半導体チップとしては、シリコンからなる半導体チップに限らず、例えばシリコン−ゲルマニウムやガリウム−砒素からなる半導体チップなどの化合物半導体のフリップチップ実装に適用することもできる。つまり、薄型のシリコンからなる半導体チップや機械的強度が弱い化合物からなる半導体チップにおいては、半導体チップを小さい荷重でフリップチップ実装できるため、信頼性の高いフリップチップ実装体が実現できる。

なお、本発明の実施形態１では、ピックアップ冶具と保持台を水平に配置した図で説明したが、これに限られない。例えば、はんだ樹脂組成物を毛細管現象により供給する端面方向を高くするように傾斜させて配置してもよい。これにより、毛細管現象による供給とともに、はんだ樹脂組成物の自重で傾斜に沿って落下させることにより、供給速度を上げることができる。この結果、はんだ樹脂組成物の隙間内の流動性を向上させ、短時間でのフリップチップ実装が可能になる。また、はんだ樹脂組成物の樹脂成分を排出する場合にも、短時間での排出が可能となる。そのため、生産性に優れたフリップチップ実装を実現できる。

（実施形態２）
以下に、図５Ａ−Ｅを用いて、本発明の実施形態２におけるフリップチップ実装方法を説明する。図５Ａ−Ｅは、本発明の実施形態２におけるフリップチップ実装方法を説明する概略工程断面図である。本発明の実施形態２と実施形態１とは、半導体チップがインターポーザに搭載された状態で、回路基板にフリップチップ実装する点で異なる。なお、図５Ａ−Ｅにおいて、図２Ａ−Ｅと同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。

まず、図５Ａに示すように、少なくともインターポーザ３０１に搭載された半導体チップ２０６を、ピックアップ冶具２０１で保持する。ここで、インターポーザ３０１には、半導体チップ２０６がフリップチップ実装法やワイヤーボンディング法などで実装されている。なお、半導体チップ２０６の複数の電極端子（図示せず）は、インターポーザ３０１の表面に形成された複数の外部接続端子３０２とそれぞれ電気的に接続されている。そして、インターポーザ３０１は、ピックアップ冶具２０１に設けられた、例えば小さな孔からなる吸気通路２０３と吸気管２０２を介して真空吸着されて保持される。

つぎに、図５Ｂに示すように、例えば、テーブルなどの保持台２０４に吸引などにより保持された複数の接続端子２１１を有する回路基板２１３上に、半導体チップ２０６を搭載したインターポーザ３０１が保持されたピックアップ冶具２０１を配置する。配置において、インターポーザ３０１の外部接続端子３０２と回路基板２１３の接続端子２１１とを互いに対向するように、例えばカメラなどの画像認識装置などにより位置合わせが行われる。なお、回路基板２１３は、保持台２０４に設けられた凹部（図示せず）に収納することによって、その位置を規制して固定してもよい。

そして、インターポーザ３０１と回路基板２１３とを位置合わせした状態で、インターポーザ３０１の外部接続端子３０２と回路基板２１３の接続端子２１１とを所定の間隔となる位置まで、保持台２０４又はピックアップ冶具２０１を移動させる。この場合、所定の間隔とは、以下で述べるはんだ樹脂組成物が毛細管現象により浸入できるとともに、外部接続端子３０２と接続端子２１１が接触せず、かつ溶融したはんだ粉がその中に浸入できる程度である。例えば、３０μｍ〜３００μｍ程度である。

さらに、半導体チップ２０６を介してインターポーザ３０１又は回路基板２１３を外部のヒータ（図示せず）又はピックアップ冶具２０１や保持台２０４に組み込んだヒータ（図示せず）などの加熱装置により、例えばはんだ粉が溶融する温度（１５０℃〜２５０℃）に加熱する。

つぎに、図５Ｃに示すように、はんだ粉２１４と樹脂２１５を含有したはんだ樹脂組成物２１６を、ディスペンサなどの塗布装置２１７を用いて、少なくともインターポーザ３０１の１つの端面方向から所定の間隔を有する隙間２１８に毛細管現象により供給する。このとき、隙間２１８に供給されたはんだ樹脂組成物２１６は、隙間２１８を流動しながら、少なくとも樹脂成分は供給された方向とは反対方向（白抜き矢印で示す）から排出される。ここで、はんだ粉としては、例えばＳｎ−Ａｇ系のはんだ粉が用いられる。

そして、はんだ樹脂組成物２１６の供給及び流動しながら樹脂成分を排出する過程において、はんだ樹脂組成物２１６に含有されたはんだ粉２１４が、加熱により溶融する。そして、溶融したはんだ粉２１４が、回路基板２１３の接続端子２１１とインターポーザ３０１の外部接続端子３０２との間に自己集合及び成長することによって、接続端子２１１と外部接続端子３０２とを電気的に接続するはんだ層２１９が形成される。すなわち、はんだ樹脂組成物２１６の流動にともなって、その中を浮遊する溶融したはんだ粉２１４が、濡れ性の高い接続端子２１１及び外部接続端子３０２の上に選択的に自己集合することによって、最終的に、接続端子２１１と外部接続端子３０２との間にはんだ層２１９が形成される。

つぎに、図５Ｄに示すように、隙間２１８をはんだ樹脂組成物２１６が流動するにつれて、順次、外部接続端子３０２と接続端子２１１との間にはんだ層２１９が形成される。そして、はんだ層２１９が形成された後、隙間２１８に供給されたはんだ樹脂組成物２１６中の例えば、熱可塑性樹脂からなる樹脂２１５を、例えばピックアップ冶具２０１や保持台２０４に組み込まれた例えば、水の循環やペルチェ素子などの冷却装置（図示せず）による強制冷却又は自然冷却などにより硬化させる。これにより、インターポーザ３０１の外部接続端子３０２と回路基板２１３の接続端子２１１とがはんだ層２１９により電気的に接続されると同時に、アンダーフィル材と同様に樹脂２１５により固着又は固定される。なお、はんだ樹脂組成物２１６中の樹脂２１５が、例えば熱硬化性樹脂であれば、ピックアップ冶具２０１又は保持台２０４を、樹脂２１５が硬化する温度以上に一旦加熱して硬化させてもよい。このとき、樹脂２１５が硬化収縮する場合には、隙間２１８を硬化収縮する程度、狭くすることが好ましい。これにより、樹脂２１５と半導体チップ２０６との剥離による固着強度の低下を防ぐことができる。

そして、図５Ｅに示すように、ピックアップ冶具２０１から外すことによって、半導体チップ２０６を搭載したインターポーザ３０１が回路基板２１３にフリップチップ実装されたフリップチップ実装体３００が作製できる。

本発明の実施形態２によれば、実施形態１と同様の効果が得られる。

（実施形態３）
以下に、図６Ａ−Ｅと図７Ａ−Ｅを用いて、本発明の実施形態３におけるフリップチップ実装方法を説明する。図６Ａ−Ｅと図７Ａ−Ｅは、本発明の実施形態３におけるフリップチップ実装方法を説明する概略工程断面図である。なお、図６Ａ−Ｅと図７Ａ−Ｅにおいて、図２Ａ−Ｅと同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。

まず、図６Ａに示すように、複数の電極端子２０７を有する半導体チップ２０６を、ピックアップ冶具２０１で保持する。そして、半導体チップ２０６は、ピックアップ冶具２
０１に設けられた、例えば小さな孔からなる吸気通路２０３と吸気管２０２を介して真空吸着されて保持される。

つぎに、図６Ｂに示すように、例えば、テーブルなどの保持台２０４に吸引などにより保持された複数の接続端子２１１を有する回路基板２１３の上に、半導体チップ２０６が保持されたピックアップ冶具２０１を配置する。配置において、半導体チップ２０６の電極端子２０７と回路基板２１３の接続端子２１１とを互いに対向するように、例えばカメラなどの画像認識装置などにより位置合わせが行われる。なお、回路基板２１３は、保持台２０４に設けられた凹部（図示せず）に収納することによって、その位置を規制して固定することもできる。

そして、半導体チップ２０６と回路基板２１３とを位置合わせした状態で、半導体チップ２０６の電極端子２０７と回路基板２１３の接続端子２１１とを所定の間隔となる位置まで、保持台２０４又はピックアップ冶具２０１を移動させる。この場合、所定の間隔とは、以下で述べるはんだ樹脂組成物が毛細管現象により浸入できるとともに、電極端子２０７と接続端子２１１が接触せず、かつ溶融したはんだ粉がその中に浸入できる程度である。例えば、３０μｍ〜３００μｍ程度である。

さらに、半導体チップ２０６又は回路基板２１３を外部のヒータ（図示せず）又はピックアップ冶具２０１や保持台２０４に組み込んだヒータ（図示せず）などの加熱装置により、例えばはんだ粉が溶融する温度（１５０℃〜２５０℃）に加熱する。

つぎに、図６Ｃに示すように、はんだ粉２１４と第１の樹脂４０１を含有したはんだ樹脂組成物４０２を、ディスペンサなどの塗布装置２１７を用いて、少なくとも半導体チップ２０６の１つの端面方向から所定の間隔を有する隙間２１８に毛細管現象により供給する。このとき、隙間２１８に供給されたはんだ樹脂組成物４０２は、隙間２１８を流動し、樹脂成分は供給された方向とは反対方向（白抜き矢印で示す）から排出される。ここで、はんだ粉としては、例えばＳｎ−Ａｇ系のはんだ粉が用いられる。

そして、はんだ樹脂組成物４０２の供給及び流動しながら排出される過程において、はんだ樹脂組成物４０２に含有されたはんだ粉２１４が、加熱により溶融する。そして、溶融したはんだ粉２１４が、回路基板２１３の接続端子２１１と半導体チップ２０６の電極端子２０７との間に自己集合及び成長することによって、接続端子２１１と電極端子２０７とを電気的に接続するはんだ層２１９が形成される。すなわち、はんだ樹脂組成物４０２中を浮遊する溶融したはんだ粉２１４が、濡れ性の高い接続端子２１１又は電極端子２０７上に選択的に自己集合することによって、最終的に、接続端子２１１と電極端子２０７との間にはんだ層２１９が形成される。

つぎに、図６Ｄに示すように、隙間２１８をはんだ樹脂組成物４０２が流動するにつれて、順次、電極端子２０７と接続端子２１１との間にはんだ層２１９が形成される。そして、図６Ｅに示すように、半導体チップ２０６の電極端子２０７と回路基板２１３の接続端子２１１の間のすべてに均一でばらつきのないはんだ層２１９が形成される。このとき、隙間２１８は、第１の樹脂４０１が硬化しない状態で充填されている。４００は得られたフリップチップ実装体である。

以上の工程は、実施形態１と同じであり、以降の工程が異なる。

つぎに、図７Ａに示すように、隙間２１８に充填された第１の樹脂４０１を排出する。ここで、第１の樹脂４０１の排出は、例えば、ノズル４０３から不活性ガスや空気などを注入し、注入したガスの押圧を利用することによって実行することができる。さらに、ガ
スなどを注入するとともに、減圧した吸気管４０４により、第１の樹脂４０１を吸引して排出してもよい。これらは同時に行ってもよい。なお、第１の樹脂４０１を排出するときには、ガスの押圧又は減圧による吸引ではんだ層２１９の形状などが崩れないようにするために、ピックアップ冶具２０１や保持台２０４の温度を、はんだ層２１９の硬化温度以下で、第１の樹脂４０１の溶融温度以上に設定して、はんだ層２１９を固化させておくことが好ましい。これにより、図７Ｂに示すように、半導体チップ２０６と回路基板２１３がはんだ層２１９のみで結合した状態になる。

つぎに、図７Ｃに示すように、第１の樹脂４０１を隙間２１８から排出した後、第２の樹脂４０５を、ディスペンサなどの塗布装置２１７を用いて、少なくとも半導体チップ２０６の１つの端面方向から所定の間隔を有する隙間２１８に毛細管現象により供給する。

これにより、図７Ｄに示すように、半導体チップ２０６と回路基板２１３との隙間は、第２の樹脂４０５で再び充填される。そして、第２の樹脂４０５を硬化させることによって、半導体チップ２０６を回路基板２１３に固着させる。ここで、第２の樹脂４０５の硬化は、例えば、第２の樹脂４０５が熱硬化性樹脂であれば、ピックアップ冶具２０１又は保持台２０４を第２の樹脂４０５が硬化する温度以上に加熱することによって行うことができる。

つぎに、図７Ｅに示すように、ピックアップ冶具２０１及び保持台２０４から外すことによって、半導体チップ２０６が回路基板２１３にフリップチップ実装されたフリップチップ実装体４００が完成する。

本発明の実施形態３の方法によれば、回路基板２１３の接続端子２１１と半導体チップ２０６の電極端子２０７を接続するはんだ層２１９の形成過程で用いる第１の樹脂４０１と半導体チップ２０６を回路基板２１３に固着させる工程で用いる第２の樹脂４０５の材料を変えることにより、より信頼性の高いフリップチップ実装体４００を作製することができる。

すなわち、第１の樹脂４０１としては、はんだ層２１８を形成する接続工程において、溶融したはんだ粉２１４の流動性の確保に適した粘度を有する樹脂を用いることができる。さらに、第２の樹脂４０５としては、半導体チップ２０６を回路基板２１３に固着させる硬化工程において、アンダーフィル材の役目とともに、熱膨張差を緩和する、例えば無機フィラーなどが添加された樹脂を用いることができる。そして、それらの樹脂をそれぞれ独立に最適な組み合わせで選択することにより、半導体チップ２０６の回路基板２１３への電気的接続及び機械的な固着をより確実に行うことができる。

なお、第１の樹脂４０１は、硬化性を有する必要はないので、実施形態１で例示した熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などの樹脂材料に限らず、適度な粘度を有する粘性体を用いることができる。

また、粘性体の材料としては、はんだ粉が溶融する温度では沸騰しない高沸点溶剤又はオイルなどを用いることができる。

例えば、高沸点溶剤としては、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート等、オイルとしては、シリコーンオイルなどを用いることができる。これらの粘性体の粘度は特に制限はないが、溶融したはんだ粉が移動しやすく、かつ、半導体チップ２０６と回路基板２１３との隙間２１８に毛細管現象で供給できる粘度として、１０Ｐａ・ｓ以下の粘度が好ましい。

また、本発明の実施形態３の方法によれば、はんだ層２１９を形成した際、溶融したはんだ粉２１４が自己集合せず、第１の樹脂４０１中にわずかに残留していても、はんだ粉２１４が残留した第１の樹脂４０１は、はんだ層２１９を形成した後、隙間２１８から排出されるので、はんだ層２１９間のリークや、絶縁耐圧の低下などの発生を回避することができる。

以下に、図８Ａ−Ｃを用いて、本発明の実施形態３におけるフリップチップ実装方法の応用例について説明する。なお、実施形態３で説明した図６Ａ−Ｅの各工程までは同様であり、図７Ａ−Ｅに示した工程と異なる。つまり、図７Ａ−Ｅの工程を、図８Ａ−Ｃに示す工程により代替した。

図８Ａ−Ｃは、本発明の実施形態３におけるフリップチップ実装方法の変形例を説明する概略工程断面図である。

まず、図８Ａに示すように、はんだ樹脂組成物４０２を隙間２１８に充填し、はんだ層２１９を形成した後、第２の樹脂４０５を、ディスペンサなどの塗布装置２１７を用いて、少なくとも半導体チップ２０６の１つの端面方向から所定の間隔を有する隙間２１８に毛細管現象により供給する。このとき、はんだ樹脂組成物４０２中に残留したはんだ粉２１４と第１の樹脂４０１は、第２の樹脂４０５の供給により排出される。

そして、図８Ｂに示すように、半導体チップ２０６と回路基板２１３との隙間２１８は、第２の樹脂４０５で再び充填される。そして、第２の樹脂４０５を硬化させることによって、半導体チップ２０６を回路基板２１３に固着させる。ここで、第２の樹脂４０５の硬化は、例えば、第２の樹脂４０５が熱硬化性樹脂であれば、ピックアップ冶具２０１又は保持台２０４を第２の樹脂４０５が硬化する温度以上に加熱することによって行うことができる。

つぎに、図８Ｃに示すように、ピックアップ冶具２０１及び保持台２０４から外すことによって、半導体チップ２０６が回路基板２１３にフリップチップ実装されたフリップチップ実装体５００が完成する。

この方法により、実施形態３と同様の効果が得られるとともに、工程を簡略化できるため、さらに生産性を向上することができる。

（実施形態４）
以下に、図９Ａ−Ｅと図１０Ａ−Ｂを用いて、本発明の実施形態４におけるフリップチップ実装方法及びフリップチップ実装体を説明する。なお、実施形態４は、実施形態３で説明した図７Ｂまでの工程は同様で、それ以降の工程が異なる。

本発明の実施形態４は、実施形態３のフリップチップ実装体のはんだ層間の絶縁耐圧などの電気特性をさらに向上させたものであり、以下で詳細に説明する。

図９Ａ−Ｅは、本発明の実施形態４におけるフリップチップ実装方法を説明する概略工程断面図であり、図１０Ａ−Ｂは、図９Ａ−Ｅの主な工程を拡大して示す要部拡大断面図である。

まず、図９Ａは、実施形態３の図７Ｂと同様に、溶融したはんだ粉と第１の樹脂を含有するはんだ樹脂組成物を隙間２１８に供給し、はんだ層２１９を形成した後、樹脂を隙間２１８から排出した状態を示す図である。

つぎに、図９Ｂに示すように、はんだ層２１９以外の樹脂を隙間から排出した後、第１の絶縁性樹脂５０１を、ディスペンサなどの塗布装置２１７を用いて、少なくとも半導体チップ２０６の１つの端面方向から所定の間隔を有する隙間に毛細管現象により供給する。

ここで、第１の絶縁性樹脂５０１としては、例えば、エポキシ樹脂と可撓性エポキシ樹脂の混合物などの低弾性率の熱硬化性樹脂を用いることができる。そして、第１の絶縁性樹脂５０１は、低弾性率を特徴とするので、一般にアンダーフィル材として用いられる樹脂に含有される無機フィラーなどは含まないのが好ましい。

なお、隙間に供給される第１の絶縁性樹脂５０１は、必ずしも隙間を完全に充填する必要はなく、隙間内を第１の絶縁性樹脂５０１が流動して排出される際、少なくともはんだ層２１９の側面には接触するように供給されればよい。

つぎに、図９Ｃに示すように、さらに、隙間２１８に充填された第１の絶縁性樹脂を排出する。ここで、第１の絶縁性樹脂の排出は、実施形態３の図７Ａに示すように、例えばノズルから不活性ガスや空気などを注入し、注入したガスの押圧を利用することによって実行することができる。

これにより、図１０Ａに示すように、はんだ層２１９の側面に、第１の絶縁性樹脂５０１が被覆された状態になる。これは、第１の絶縁性樹脂５０１が、表面張力により、はんだ層２１９の側面に被覆されると考えられる。

なお、はんだ層２１９の側面以外の半導体チップ２０６や回路基板２１３の表面が、第１の絶縁性樹脂５０１で被覆されていてもよい。

つぎに、図９Ｄに示すように、第２の絶縁性樹脂５０２を、ディスペンサなどの塗布装置２１７を用いて、少なくとも半導体チップ２０６の１つの端面方向から所定の間隔を有する隙間に毛細管現象により供給する。

ここで、第２の絶縁性樹脂５０２は、アンダーフィル材として半導体チップ２０６と回路基板２１３とを固着する、例えば無機フィラーなどを含有する絶縁耐圧の高い樹脂などを用いることができる。このとき、図１０Ｂに示すように、第２の絶縁性樹脂５０２は、第１の絶縁性樹脂５０１を覆うように、隙間２１９に充填されている。つまり、実施形態３の第２の樹脂が、第１の絶縁性樹脂５０１と第２の絶縁性樹脂５０２により構成されたものとなる。

なお、第２の絶縁性樹脂５０２を供給するときには、はんだ層２１９の側面を被覆する第１の絶縁性樹脂５０１が溶融して外れないように、第１の絶縁性樹脂５０１を供給した後、第１の絶縁性樹脂５０１を仮硬化させておくことが好ましい。仮硬化は、例えばピックアップ冶具２０１又は保持台２０４を加熱することによって行うことができる。

そして、図９Ｅに示すように、半導体チップ２０６の電極端子２０７と回路基板２１３の接続端子２１１がはんだ層２１９で電気的に接続され、はんだ層２１９が第１の絶縁性樹脂５０１で被覆される。さらに、半導体チップ２０６と回路基板２１３を第２の絶縁性樹脂５０２で固着することによりフリップチップ実装体６００が作製される。

一般に、アンダーフィル材は、無機フィラーなどを添加することによって、半導体チップ２０６と回路基板２１３との熱膨張係数をマッチングさせるとともに、弾性率や硬化収縮を大きくすることで、半導体チップ２０６の電極端子２０７と回路基板２１３の接続端
子２１１との接着性を確保する。

しかし、高い弾性率と高い収縮性を有するために、例えば温度サイクルなどが加わると、半導体チップ２０６の電極端子２０７及び回路基板２１３の接続端子２１１に応力が集中し、剥離などにより信頼性が低下する。

本発明の実施形態４によれば、はんだ層は、低弾性率の第１の絶縁性樹脂を介して、第２の絶縁性樹脂（アンダーフィル材に相当）によって被覆されているので、第２の絶縁性樹脂による応力を第１の絶縁性樹脂によって緩和させることができる。これにより、はんだ層間の絶縁耐圧の低下を防ぐとともに、温度サイクルなどにより発生する応力を緩和できるため、電気的特性や信頼性に優れたフリップチップ実装体を実現できる。

なお、本発明を各実施形態を用いて説明したが、こうした記述は限定事項ではなく、各種の変形が可能であり、また、各実施形態を相互に適用できる。

なお、本発明の実施形態においては、はんだ粉をＳｎ−Ａｇ系のはんだで説明したが、これに限られない。例えば、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系などのＰｂフリーはんだであってもよい。

また、本発明の各実施形態に用いられるフリップチップ実装装置について、図１１を用いて説明する。

図１１は、本発明の各実施形態に用いられるフリップチップ実装装置の要部構成断面図である。

図１１に示すように、フリップチップ実装装置は、半導体チップが保持されるピックアップ冶具２０１と、回路基板が保持される保持台２０４とを主な構成要素として有している。そして、ピックアップ冶具２０１や保持台２０４は、半導体チップや回路基板を保持するための吸引用の吸気管２０２や加熱するためのヒータなどの加熱装置７００を有している。

なお、加熱装置は、外部に設けることもできる。さらに、はんだ樹脂組成物を供給するディスペンサなどの塗布装置２１７を有している。また、図示はしないが、半導体チップと回路基板との位置合わせのために、カメラなどの画像認識装置とその情報に基づいてピックアップ冶具２０１と保持台２０４を３次元的に位置合わせし配置できる移動装置を有している。なお、各装置の詳細な説明は実施形態で説明したので省略する。

また、上記フリップチップ実装装置に、回路基板に接続して電気的な特性を検査するプローブなどを有する検査装置を搭載してもよい。これにより、半導体チップと回路基板とのはんだ層による接続状態をモニターしながらフリップチップ実装を検査することができる。その結果、歩留まりが高く、信頼性に優れたフリップチップ実装体を作製できる。

本発明によれば、狭ピッチ化が進む次世代半導体チップのフリップチップ実装に適用可能であるとともに、生産性や信頼性に優れたフリップチップ実装が要望される分野において有用である。

図１Ａ〜Ｃは、本発明のフリップチップ実装方法の基本的メカニズムを示す工程断面図である。 図２Ａ〜Ｅは、本発明の実施形態１におけるフリップチップ実装方法を説明する概略工程断面図である。 図３Ａ〜Ｂは、本発明の実施形態１におけるはんだ樹脂組成物の供給方法を説明する平面図である。 図４Ａ〜Ｂは、本発明の実施形態１におけるはんだ樹脂組成物の供給方法を説明する平面図である。 図５Ａ〜Ｅは、本発明の実施形態２におけるフリップチップ実装方法を説明する概略工程断面図である。 図６Ａ〜Ｅは、本発明の実施形態３におけるフリップチップ実装方法を説明する概略工程断面図である。 図７Ａ〜Ｅは、本発明の実施形態３におけるフリップチップ実装方法を説明する概略工程断面図である。 図８Ａ〜Ｃは、本発明の実施形態３におけるフリップチップ実装方法の変形例を説明する概略工程断面図である。 図９Ａ〜Ｅは、本発明の実施形態４におけるフリップチップ実装方法を説明する概略工程断面図である。 図１０Ａ〜Ｂは、本発明の実施形態４におけるフリップチップ実装方法を説明する要部拡大断面図である。 図１１は、本発明の各実施形態に用いられるフリップチップ実装装置の要部構成断面図である。

Claims (11)

1. 複数の接続端子を有する回路基板と対向させて、複数の電極端子を有する半導体チップを配置し、前記回路基板の前記接続端子と前記半導体チップの前記電極端子とを電気的に接続するフリップチップ実装方法であって、
   前記回路基板と前記半導体チップを保持する保持工程と、
   前記回路基板の前記接続端子と前記半導体チップの前記電極端子を所定の間隔に保持して位置合わせする配置工程と、
   少なくとも前記回路基板又は前記半導体チップを、はんだ粉と樹脂からなるはんだ樹脂組成物が溶融する温度に加熱する加熱工程と、
   前記回路基板と前記半導体チップを保持した前記所定の間隔に、毛細管現象で前記はんだ樹脂組成物を前記半導体チップの少なくとも１つの端面方向から供給する供給工程と、
   前記はんだ樹脂組成物中の前記樹脂を硬化させる硬化工程とを含み、
   前記供給工程において、前記回路基板と前記半導体チップを保持した前記所定の間隔の間を、前記はんだ樹脂組成物中の溶融した前記はんだ粉を移動させ、前記はんだ粉を自己集合及び成長させることにより前記接続端子と前記電極端子とを電気的に接続することを特徴とするフリップチップ実装方法。
2. 前記供給工程において、少なくとも１方向から供給される前記はんだ樹脂組成物の樹脂成分は、前記１方向以外の方向から排出される請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
3. 前記供給工程において、前記半導体チップの少なくとも１つの端面方向から供給される前記はんだ樹脂組成物は、前記端面に沿って移動しながら供給される請求項１又は２に記載のフリップチップ実装方法。
4. 前記保持工程において、前記回路基板及び前記半導体チップは吸引により保持される請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
5. 複数個の前記半導体チップを有し、前記保持工程において、複数個の前記半導体チップが同時に保持される請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
6. 前記はんだ樹脂組成物により前記接続端子と前記電極端子とを電気的に接続した後、
   さらに前記接続端子と前記電極端子との間に形成されたはんだ樹脂組成物中のはんだ粉が自己集合して形成されたはんだ層以外の樹脂成分を排出し、
   少なくとも前記回路基板又は前記半導体チップを、前記はんだ層は溶融せず第２の樹脂が溶融する温度に加熱し、
   前記回路基板と前記半導体チップを保持した前記所定の間隔に、毛細管現象で前記第２の樹脂を前記半導体チップの少なくとも１つの端面方向から供給し、
   前記第２の樹脂を硬化させる請求項１〜５のいずれかに記載のフリップチップ実装方法。
7. 前記はんだ樹脂組成物の樹脂成分は、前記１つの端面方向以外の方向から排出される請求項６に記載のフリップチップ実装方法。
8. 前記第２の樹脂を供給するに際し、
   少なくとも前記はんだ層の側面を被覆する第１の絶縁性樹脂を供給する第１の工程と、
   前記第１の絶縁性樹脂は被覆し、前記回路基板と前記半導体チップの所定の間隔の間を充填する第２の絶縁性樹脂を供給する第２の工程とを含み、
   前記第２の樹脂が、前記第１の絶縁性樹脂と前記第２の絶縁性樹脂とからなる請求項７に記載のフリップチップ実装方法。
9. 前記第１の工程の後、前記第１の絶縁性樹脂を仮硬化させる工程をさらに含む請求項８に記載のフリップチップ実装方法。
10. 前記第１の絶縁性樹脂は、表面張力により、少なくとも前記はんだ層の側面に被覆される請求項８に記載のフリップチップ実装方法。
11. 前記第１の絶縁性樹脂は、前記第２の絶縁性樹脂よりも弾性率の低い材料からなる請求項８に記載のフリップチップ実装方法。

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