JPH11135551A

JPH11135551A - 半導体装置及び半導体素子の実装方法

Info

Publication number: JPH11135551A
Application number: JP30036197A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Okuhora; 明彦奥洞
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1999-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】装置の信頼性を高めることが可能な半導体装
置及び半導体素子の実装方法を提供する。【解決手段】本発明に係る半導体装置は、ガラスエポ
キシ多層配線基板５と、該配線基板５上に第１及び第２
の接着層１３、１５を介して形成された半導体チップ１
と、を有するものであって、該第１の接着層１３はその
内部に導電性の粒子が分散された材料（異方導電性フィ
ルム）から形成され、該第２の接着層１５は該第１の接
着層１３の熱膨張係数より小さい材料から形成されるこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップをベ
アで基板上に実装する技術に関する。特には、フリップ
チップ法による半導体チップの基板上への実装方法及び
その構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話、ＶＣＲ、パーソナルコ
ンピュータ等の電子機器にいて、信号伝送／信号処理／
記録のデジタル化が進行している。また、取り扱う情報
量も増大化傾向にあり、システムクロックも年々増加す
る傾向にある。また、セルラー電話、ＩＳＤＮ、パーソ
ナルコンピュータ（ＰＣ）等の情報通信（ネットワー
ク）技術の進展により、様々な機器への高周波通信ブロ
ック、高速シリアルインターフェイス等の搭載が図られ
ている。

【０００３】この様なデジタル化、信号の高速化といっ
たシステムの変化から、半導体チップの実装方法として
ノイズの減少や高密度な実装形態の観点から、新しい実
装方法の開発が望まれている。

【０００４】以上の様な要請から、半導体チップの実装
方法としてベアで直接配線基板に半導体チップを実装す
る所謂ベアチップ実装方法が開発されている。ベアチッ
プ実装方法には、半導体チップパッドからＷirebonding
法を用いて直接基板上に実装するＤirect Ｂonding法
（ＣＯＢ：Ｃhip on Ｂoardとも呼ばれる）や、半導体
チップをフェースダウンにして、突起状電極（バンプ）
等を用いて基板上に直接搭載するフリップチップ実装が
ある。

【０００５】特にフリップチップ実装は、通常半導体チ
ップのＩ／ＯＰad上に突起状電極（バンプ）を形成
し、フェースダウンにして基板上にはんだ等で接続する
ため、Ｗirebonding等を用いて接続を行った場合に比較
して、低インダクタンス、低容量で且つ配線パスが短く
形成されるという高速、高周波特性に優れた特徴を有す
る。

【０００６】また、パッケージを介さず直接ガラスエポ
キシ基板等への搭載が可能であるため、高密度な実装が
実現される。

【０００７】半導体チップが搭載される基板としては、
ガラスエポキシプリント基板等の有機基板やアルミナ、
ムライト等のセラミック基板、Ｃｕポリイミド配線等を
施したＳｉ基板等が代表的なものである。

【０００８】フリップチップ接続の例としては、はんだ
フリップチップ法や導電性樹脂フリップチップ法などが
ある。はんだフリップチップ法は、半導体チップ接続パ
ッド上に高融点はんだバンプを形成し、実装配線基板上
にはんだコートを行って接続するものである。導電性樹
脂フリップチップ法は、半導体チップ接続パッド上にＡ
u 線Ｗirebondingを用いてＡu バンプを形成し、Ａg
ペーストなどの導電性ペーストをバンプ上に適量転写し
た後、直接実装配線基板上にマウント接続するものであ
る。

【０００９】この様に形成されたフリップチップ接続の
熱的信頼性は、半導体チップと配線基板の接続部にかか
る熱ストレスの大きさ、すなわち、実装される配線基板
の熱膨脹係数と半導体チップの熱膨張係数との差Δα、
半導体チップの大きさ、熱サイクルの温度差と接続部の
直径ｄ、高さｈ、体積Ｖなどの物理的構造によって決ま
る。

【００１０】熱的信頼性を確保するには、一般に接続部
の高さを高く、その断面積を大きくとるのが良い。

【００１１】また、ローコストなガラスエポキシ基板の
熱膨張係数は１０〜２０ppm であるのに対し、半導体チ
ップの熱膨張係数は３．５ppm で非常に大きい。このた
め、熱的信頼性を向上させるには、通常は半導体チップ
と配線基板の間隙に樹脂を流入させ封止を行って接続部
にかかるストレスを分散、緩和させるのが一般的であ
る。

【００１２】一方で半導体の集積度が上がって行くに連
れて、取り出す信号線の数は上昇の一途を辿っており、
従って周辺の接続パッドのピッチはどんどん減少してい
る。

【００１３】先述の金属的に接合を行って接続を完成さ
せるはんだフリップチップ法や導電性樹脂フリップチッ
プ法などのフリップチップ実装法では、安価なガラスエ
ポキシ基板を配線基板として用いる場合、十分な信頼性
を確保できる高さとして７０〜１００μm が必要とされ
ている。この結果、隣接する接続点が短絡せず形成でき
る接続ピッチは１２０〜１５０μm ピッチ程度が限界と
されている。

【００１４】図２３は、従来の異方導電性フィルムを用
いたフリップチップ実装法を説明する断面図である。

【００１５】図２３に示すように、半導体チップ１００
のパッド上には予め、例えば鍍金法などにより形成され
た金メッキバンプ１０１が形成されている。また、ガラ
スエポキシ配線基板１０３上には所望の位置に導電性粒
子１０５を分散させた異方導電性フィルム１０７を張り
付けておく。

【００１６】次に、半導体チップ１００のバンプ面を配
線基板１０３上に対向させて位置合わせを行い、１２０
℃〜２４０℃、１〜６０秒で熱圧着を行うことにより、
半導体チップ１００は簡便に配線基板１０３上にフリッ
プチップ実装される。

【００１７】本フリップチップ実装法では、電気的接続
が金属的接合によらず樹脂の接着力に基づく接触である
ため、熱的信頼性は金属疲労断裂モードで支配されず、
前記のように接続点の微細化が可能である。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、安価なＦＲ
-4ガラスエポキシ基板などのプリント配線板を用いて微
細な接続を実現するためには、半導体チップ１００の熱
膨張係数（３．５ppm ）とガラスエポキシ基板１０３の
熱膨張係数（１２〜１８ppm ）との差を緩和する必要が
ある。

【００１９】通常、導電性フィルム１０７の樹脂素材
は、接着性を高めるため、ビスフェノール系の樹脂など
をベースに作られる。従って、ガラス転移温度以下で使
用しても熱膨張係数が８０ppm 〜１５０ppm と高い。

【００２０】導電性フィルム１０７の熱膨張係数を抑え
るために、シリカやセラミック粒子を添加することも考
えられるが、この場合には、樹脂の性状が固く脆くなる
ためフィルム化が困難となる。

【００２１】また、図２４に示すように、シリカやセラ
ミック粒子を添加し、更に導電性粒子を添加した液状の
樹脂１０６を直接ガラスエポキシ配線基板１０３上に滴
下した後、半導体チップ１００をフェースダウンにて熱
圧着する方法も考えられる。この場合には樹脂１０６内
において均一に導電粒子を分散させることが困難な他、
ポットライフと呼ばれる長期保存性が悪くなるという欠
点がある。

【００２２】また、異方導電性フィルムを配線基板上に
張り付けた後、半導体チップを熱圧着する方法も考えら
れるが、この方法では、熱圧着の際、配線基板の凹凸や
反りが起因して半導体チップとの間に気泡を巻き込むこ
とがある。このように熱圧着の際に気泡が混入すると、
半導体チップと接着層との間から水分等が浸透して耐湿
性などの信頼性に多大な影響を与えることがある。

【００２３】本発明は上記のような事情を考慮してなさ
れたものであり、その目的は、装置の信頼性を高めるこ
とが可能な半導体装置及び半導体素子の実装方法を提供
することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る半導体装置は、配線基板と、該配線基
板上に第１及び第２の接着層を介して形成された半導体
チップと、を有する半導体装置であって、該第１の接着
層はその内部に導電性の粒子が分散された材料から形成
され、該第２の接着層は該第１の接着層の熱膨張係数よ
り小さい材料から形成されることを特徴とする。

【００２５】上記半導体装置では、第２の接着層を第１
の接着層の熱膨張係数より小さい材料から形成している
ため、熱サイクルの際のストレスを緩和することがで
き、装置の信頼性を高めることができる。

【００２６】また、上記第１の接着層は、エポキシ系樹
脂、アクリル系樹脂、ゴム系樹脂又はこれらのうちの少
なくとも二つを混合した混合物のいずれかを主材とし、
この主材に硬化材を添加したものであることが好まし
い。この第１の接着層により第２の接着層との密着性を
高めることができる。

【００２７】また、上記導電性の粒子は、金属がコーテ
ィングされたプラスティック粒子又は金属微粒子である
ことが好ましい。

【００２８】また、上記第２の接着層は、エポキシ系樹
脂、アクリル系樹脂、ゴム系樹脂又はこれらのうちの少
なくとも二つを混合した混合物のいずれかを主材とし、
この主材に硬化材を添加するとともに該導電性の粒子の
径より小さな径の絶縁粉を添加したものであることが好
ましい。これにより、第２の接着層の熱膨張係数を低下
させることができ、ストレスの分散を図る。

【００２９】本発明に係る半導体素子の実装方法は、配
線基板上に導電性の粒子が分散された第１の接着層を形
成する工程と、この第１の接着層上に、該第１の接着層
の熱膨張係数より小さい材料からなる液状の第２の接着
層を滴下する工程と、この第２の接着層に突起電極を有
する半導体チップを接触させ、該半導体チップを該配線
基板に熱圧着する工程と、を具備することを特徴とす
る。

【００３０】上記半導体素子の実装方法では、第１の接
着層上に液状の第２の接着層を滴下した際、第２の接着
層が第１の接着層上に半球状にのせられる。この第２の
接着層に半導体チップを接触させ、該半導体チップを該
配線基板に熱圧着している。この際、第２の接着層は半
導体チップの中心から周辺部に向かって押し出されてい
くため、気泡の侵入を阻止することができる。その結
果、信頼性良くフリップチップ実装を行うことができ
る。

【００３１】また、本発明に係る半導体素子の実装方法
は、半導体チップ上に導電性の粒子が分散された第１の
接着層を形成する工程と、突起電極を有する配線基板上
に該第１の接着層の熱膨張係数より小さい材料からなる
液状の第２の接着層を滴下する工程と、この第２の接着
層に該第１の接着層を接触させ、該半導体チップを該配
線基板に熱圧着する工程と、を具備することを特徴とす
る。

【００３２】また、上記半導体チップ上に第１の接着層
を形成する工程は、テープ状の第１の接着層をリールに
より所定の位置に供給し、該第１の接着層上に該半導体
チップを熱圧着するものであっても良い。

【００３３】また、上記半導体チップ上に第１の接着層
を形成する工程は、シート状の第１の接着層を準備し、
該第１の接着層上に該半導体チップを熱圧着し、該シー
ト状の第１の接着層を該半導体チップごとに切断するも
のであっても良い。

【００３４】また、上記半導体チップ上に第１の接着層
を形成する工程は、半導体ウエハーにシート状の第１の
接着層を加熱しながら張合せ、該半導体ウエハーを該シ
ート状の第１の接着層とともに半導体チップごとに切断
するものであっても良い。

【００３５】また、上記半導体チップ上に第１の接着層
を形成する工程は、半導体ウエハーを粘着シートに張り
付けた状態で該半導体ウエハーを半導体チップごとに切
断し、この半導体チップ上にシート状の第１の接着層を
張合せ、該粘着シートから該半導体チップを該シート状
の第１の接着層とともに剥がすものであっても良い。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施の形
態による半導体素子の実装方法を説明する断面図であ
る。この半導体素子の実装方法は、異方導電性フィルム
と半導体チップとの間にストレス緩和層としての２層接
着層を形成したフリップチップ法である。２層構成の接
着層を用いることにより、単層では困難な半導体チップ
と配線基板との熱膨張係数差を緩和する構成、及び、液
状の接着層を用いて気泡などの混入を防止する方法を提
供できる。

【００３７】図１に示すように、半導体チップ１の表面
には各入出力パッド２が形成されており、各入出力パッ
ド２上には例えば鍍金法によりＡu バンプ３が形成され
ている（図中では上下が逆に示されている）。ガラスエ
ポキシ多層配線基板５の表面には接続用ランド７が形成
されており、この接続用ランド７の表面にはＮi/Ａu鍍
金９が施されている。この配線基板５には導電性粒子１
１を含む第１の接着層１３が直接形成される。つまり、
配線基板５上には例えば予めフィルム状に形成された第
１の接着層（異方導電性フィルム）１３が張り付けられ
る。

【００３８】この第１の接着層１３としては、配線基板
との密着性、熱圧着時の流動性、速硬化性などの特性を
重視し、例えば、ビスフェノールなどのエポキシ系樹脂
や、アクリル系樹脂、ゴム系樹脂などの樹脂、或いはこ
れらの樹脂の混合物を主材とし、これにイミダゾール、
酸無水物系硬化材、アミン系硬化材などの硬化材を添加
したものを用いる。

【００３９】また、第１の接着層１３には、半導体チッ
プ１のパッド２上のバンプ３と配線基板５上の接続用ラ
ンド７との間の間隙より小さな直径の導電性の粒子１１
を予め分散させておく。

【００４０】半導体チップ１と第１の接着層１３との間
には第２の接着層１５が形成されている。この第２の接
着層１５は、例えば第１の接着層１３と同様、ビスフェ
ノールなどのエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ゴム系
樹脂、或いはこれらの樹脂の混合物を主材とし、これに
イミダゾール、酸無水物系硬化材、アミン系硬化材など
の硬化材を添加したものに、更に第１の接着層１３に分
散された導電性粒子１１の直径より小さな直径のシリ
カ、アルミナ、ムライト、シリコンナイトライド（Ｓｉ
₃ Ｎ₄ ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などの絶縁粉
（粒子）を添加し分散されたものを用いる。これは、第
２の接着層１５の熱膨張係数を５０ppm/℃程度以下に低
下させるためである。但し、第２の接着層１５の材料構
成は、第１の接着層１３のそれと異なる構成のものを用
いても良い。

【００４１】上記第１の実施の形態によれば、配線基板
５上に第１の接着層１３を形成し、この第１の接着層１
３の上には第２の接着層１５を介して半導体チップ１を
接着している。この第１の接着層１３は第２の接着層１
５を介して半導体チップ１を配線基板５に接着保持する
よう作用する。第１の接着層１３に分散された導電性粒
子１１は、半導体チップ１上に形成されたバンプ３と配
線基板５上のランド７との間に介在することにより、そ
れらの電気的な接続を安定に且つ強固にするよう機能す
る。

【００４２】また、第１の接着層１３と半導体チップ１
との間に第２の接着層１５を介在させ、この第２の接着
層１５の熱膨張係数を第１の接着層１３の熱膨張係数と
半導体チップ１のそれとの間の値に調整している。この
ため、第２の接着層１５は熱サイクル工程で半導体チッ
プ１と配線基板５との間に働く機械的ストレスを緩和す
るよう作用する。

【００４３】また、第２の接着層１５に分散されている
シリカ、セラミックなどの粒子は、第２の接着層１５の
熱膨張係数を下げ、又、液状に形成するときの粘度を配
合する分量、粒子径などによりコントロールするよう作
用する。

【００４４】したがって、半導体チップ１をベアで配線
基板５へ実装した際、密着性を高める作用をする第１の
接着層１３と低熱膨張係数としてストレスを緩和する第
２の接着層１５の２層構造を用いることにより、信頼性
上最も重要な要素である、熱ストレスを受けた際のスト
レス緩和を達成することができる。

【００４５】また、半導体チップ１上に形成された突起
電極（Ａu バンプ）３と配線基板５上のランド７とを異
方導電性フィルム１３の導電粒子１１を介して電気的に
接続し、半導体チップ１と配線基板５とをその間の２層
の接着層の機能により十分安定した状態で接触させてい
る。このため、前述した金属が溶融して形成される従来
の接続法に比較して更に狭ピッチの接続、例えば４０〜
５０μm ピッチ程度の接続が可能となる。

【００４６】また、従来のフリップチップ実装では接続
を完全に行うために、配線基板の平坦度には厳しい要求
がなされており、その結果、基板の価格が高価になると
いう欠点があった。しかし、本実施の形態の構成では、
基板の平坦度に関しての要求値を下げることができ、配
線基板のローコスト化に大変有用である。

【００４７】尚、もちろん本発明により従来のフリップ
チップ実装の効果、すなわち、半導体接続部の寄生成分
の低下による信号の高速化や低ノイズ化、実装面積の縮
小などが損なわれることはない。

【００４８】図２〜図８は、本発明の第２の実施の形態
による半導体素子の実装方法、即ちガラスエポキシ多層
配線基板を実装基体とする一連のフリップチップ実装工
程を示す断面図である。

【００４９】先ず、図２（ａ）に示すように、表面に各
入出力パッド２が形成された半導体チップ１を準備す
る。この半導体チップ１の各入出力パッド２上に例えば
鍍金法によりＡu バンプ（突起電極）３を形成する。

【００５０】また、図２（ｂ）に示すように、ＦＲ-4な
どのガラスエポキシ多層配線基板５を準備する。このガ
ラスエポキシ多層配線基板５は半導体チップ１の入出力
パッド２に対応する配線基板を有し、この配線基板の表
面にはＣｕなどにより接続用のランド７が形成されてい
る。この接続用ランド７の表面には、接続抵抗を下げ、
接続を確実にするためにＮi/Ａu 鍍金９が施されてい
る。

【００５１】次に、図３に示すように、ガラスエポキシ
配線基板５上の所望の位置に接着フィルム、所謂、異方
導電性フィルム１３を仮圧着する。この異方導電性フィ
ルム（第１の接着層）１３内には直径１〜１０μm の導
電性粒子１１が分散されている。この導電性粒子１１に
は、例えばプラスティック粒子にＮi,Ａu などの金属が
鍍金法などによりコーティングされたもの、或いはＮi,
Ｃo,Ｍo などの金属微粒子そのものを用いても良い。

【００５２】上記異方導電性フィルムを仮圧着するとき
の条件は、例えば、６０〜１２０℃で、５sec 〜６０se
c 、圧力５０〜１Ｋg/cm² 程度とし、異方導電性フィル
ムの硬化反応が０〜２０％程度に収まるように設定され
る。

【００５３】尚、異方導電性フィルム１３には、ビスフ
ェノールなどのエポキシ系樹脂や、アクリル系樹脂、ゴ
ム系樹脂、或いはこれらの樹脂の混合物を主材とし、こ
れにイミダゾール、アミン系硬化材、酸無水物系硬化材
などの硬化材を添加したものを用いる。

【００５４】この後、図４に示すように、仮圧着を行っ
た異方導電性フィルム１３の表面の中心部に第２の接着
層が形成される液状の樹脂１５を適量滴下する。

【００５５】上記液状の樹脂１５は、ビスフェノールな
どのエポキシ系樹脂やアクリル系樹脂、ゴム系樹脂、或
いはこれらの樹脂の混合物を主材とし、これにイミダゾ
ールアミン系硬化材、酸無水物系硬化材などの硬化材を
添加したものである。更にこの樹脂１５の特徴として
は、先の異方導電性フィルム１３の樹脂中に分散されて
いる導電性粒子１１の径よりも小さな径を有するシリ
カ、アルミナ、ムライト、シリコンナイトライド（Ｓｉ
₃ Ｎ₄ ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などの粒子が
添加され分散されており、その硬化後の熱膨張係数が５
０ppm/℃以下程度まで低下する特性を有している。

【００５６】次に、図５に示すように、上述したように
各入出力パッド２上にバンプ３の形成された半導体チッ
プ１をフェースダウンにて配線基板５上の所望の位置に
位置合わせをして固定する。

【００５７】この後、図６に示すように、加熱部を有す
る加熱ヘッド１７を半導体チップ１の裏面に押し当てる
ことにより、配線基板５に半導体チップ１の熱圧着を行
う。この際、最初に半導体チップ１表面の中心部に液状
樹脂（第２の接着層）１５の最上部が接触し、その後、
図７に示すように、徐々に樹脂１５が周辺部に向かって
押し出されて行く。このため、この樹脂１５の内部に気
泡を巻き込むことなく接続を完了することが可能であ
る。

【００５８】上記熱圧着を行う条件は、図７に示す状態
で５〜１８０sec の時間保持し、その保持温度が１６０
〜３００℃、圧力が１バンプあたり１０〜１００ｇ程度
とする。この熱圧着により、樹脂１５の硬化反応をほぼ
終了させる。

【００５９】次に、図８に示すように、加熱ヘッド１７
を半導体チップ１から外す。以上の結果、配線基板５上
に第１の接着層１３と第２の接着層１５を介して半導体
チップ１を信頼性良く実装することができる。この時、
配線基板５上の接続用ランド７と半導体チップ１上の各
バンプ３との間には導電性粒子１１が存在し、これらの
接続を電気的に安定に保持する。

【００６０】上記第２の実施の形態によれば、第１の接
着層１３を配線基板５上に仮付けした後、第２の接着層
が形成される液状の樹脂１５を滴下する。この際、この
樹脂１５に分散されたシリカ、セラミックなどの粒子に
より樹脂１５が適度な粘度を持つように調整する。これ
により、樹脂１５が第１の接着層１３上に半球状にのせ
られ、半導体チップ１を熱圧着する際、第２の接着層１
５は半導体チップ１の中心から接着されていくように作
用して、気泡の侵入を阻止するように機能する。つま
り、低熱膨張係数化が図られた液状の樹脂（第２の接着
層）１５を用いることにより、図６の工程で気泡の混入
を阻止することができる。このため、実装後の半導体チ
ップ１と配線基板５との間にボイド（空隙）などが存在
することがない。その結果、半導体チップ１と配線基板
５との接着強度を高めることができる。また、半導体チ
ップ１と配線基板５との間に水分などが侵入することを
防止でき、Ｓｉ基板上のアルミ配線などの酸化や腐食、
樹脂の加水分解などを防ぐことができる。

【００６１】また、第２の実施の形態においても第１の
実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【００６２】また、本実施の形態では、はんだフリップ
チップ法などと比較して、接続の際、フラックスを用い
ないため、洗浄工程が不要なほか、接続後の樹脂封止工
程も不要なことから、クリーンかつ簡素な工程で実装が
できるという利点を有する。

【００６３】更に、従来の異方導電性フィルムの実装同
様、接続の原理が金属の溶融によらず、接着樹脂の接着
力による金属間の接触であることから、半導体チップの
パッドピッチが微細化しても、高歩留まりで短絡をする
ことなくフリップチップ接続が可能であるという特徴も
損なわれることはない。

【００６４】第２の実施の形態では、上述したように、
先に配線基板上に異方導電性フィルムを仮付けした後、
この異方導電性フィルム上に液状樹脂を滴下し、各パッ
ド上にバンプを形成した半導体チップをフェースダウン
にて熱圧着を行うという手順で本発明を実施する例を示
したが、これとは逆に先に半導体チップ上に異方導電性
フィルムを形成した後、液状樹脂を滴下した配線基板に
熱圧着を行うことも可能である。

【００６５】図９〜図１３は、本発明の第３の実施の形
態による半導体素子の実装方法を説明する図である。

【００６６】図９に示すように、まず最初に所望の半導
体チップ１表面と同じ大きさに切断した異方導電性フィ
ルム１３を準備する。次に、台１９の上にカバーフィル
ム２１を介して異方導電性フィルム１３を載置する。こ
の後、加熱部を有するヘッド１７に半導体チップ１を取
り付け、このヘッド１７により半導体チップ１の表面を
異方導電性フィルム１３に押し当てる。これによって、
半導体チップ１の表面上に異方導電性フィルム１３の仮
の熱圧着（仮圧着）を行う。

【００６７】上記仮圧着を行う際の条件は、例えば、６
０〜１２０℃で、５sec 〜６０sec、圧力５０〜１Ｋg/c
m² 程度とし、異方導電性フィルムの硬化反応が０〜２
０％程度に収まるように設定される。

【００６８】また、異方導電性フィルム１３内には第２
の実施の形態と同様に導電性粒子１１が分散されてお
り、導電性粒子１１には例えばプラスティック粒子にＮ
i,Ａuなどがコーティングされたもの、或いはＮi,Ｃo,
Ｍo などの金属微粒子そのものを用いる。

【００６９】また、異方導電性フィルム１３には、ビス
フェノールなどのエポキシ系樹脂や、アクリル系樹脂、
ゴム系樹脂、或いはこれらの樹脂の混合物を主材とし、
これにイミダゾール、アミン系硬化材、酸無水物系硬化
材などの硬化材を添加したものを用いる。

【００７０】この後、図１０に示すように、ガラスエポ
キシ多層配線基板５を準備する。このガラスエポキシ多
層配線基板５は半導体チップ１の入出力パッド２に対応
する配線基板を有し、この配線基板の表面には接続用の
ランド７が形成されている。この接続用ランド７の表面
にはＮi/Ａu 鍍金９が施されており、このＮi/Ａu 鍍金
９上にはメッキ法などを用いたＡu バンプ３が形成され
ている。このバンプ３は半導体チップ１のパッド２と接
続を行う部位に位置している。

【００７１】次に、図１１に示すように、半導体チップ
１をマウントしようとする配線基板表面の中心部に第２
の接着層が形成される液状の樹脂１５を適量滴下する。
この液状樹脂１５は、第２の実施の形態と同様、ビスフ
ェノールなどのエポキシ系樹脂やアクリル系樹脂、ゴム
系樹脂、或いはこれらの樹脂の混合物を主材とし、これ
にイミダゾールアミン系硬化材、酸無水物系硬化材など
の硬化材を添加したものである。更にこの樹脂１５の特
徴としては、先の異方導電性フィルム１３の樹脂中に分
散されている導電性粒子１１の径よりも小さな径を有す
るシリカ、アルミナ、ムライト、シリコンナイトライド
（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などの
粒子が添加され分散されており、その硬化後の熱膨張係
数が５０ppm/℃以下程度まで低下する特性を有してい
る。

【００７２】この後、図１２に示すように、上述した図
９に示すような方法で異方導電性フィルム１３を仮圧着
した半導体チップ１をフェースダウンにて配線基板５上
の所望の位置に位置合わせをして固定する。

【００７３】次に、図１３に示すように、図示せぬ加熱
ヘッドを半導体チップ１の裏面に押し当てることによ
り、配線基板５に半導体チップ１の熱圧着を行う。この
際、第２の実施の形態と同様、最初に半導体チップ１上
の異方導電性フィルム１３の中心部に液状樹脂（第２の
接着層）１５の最上部が接触し、その後、徐々に樹脂１
５が周辺部に向かって押し出されて行く。このため、こ
の樹脂１５の内部に気泡を巻き込むことなく接続を完了
することが可能である。

【００７４】上記熱圧着を行う条件は、第２の実施の形
態と同様で、図１３に示す状態で５〜１８０sec の時間
保持し、その保持温度が１６０〜３００℃、圧力が１バ
ンプあたり１０〜１００ｇ程度とする。この熱圧着によ
り、樹脂１５の硬化反応をほぼ終了させる。

【００７５】以上の結果、第２の実施の形態とは逆の構
成で、配線基板５上に第２の接着層１５と第１の接着層
１３を介して半導体チップ１を信頼性良く実装すること
ができる。この時、配線基板５上の各バンプ３と半導体
チップ１上の接続パッド２との間には導電性粒子１１が
存在し、これらの接続を電気的に安定に保持する。

【００７６】第１の接着層１３は、低熱膨張係数の樹脂
層を用い、主に熱ストレスの緩和を行うものである。ま
た、第２の接着層１５は、主に第１の接着層１３を介し
て配線基板と半導体チップ１を密着性良く保持するため
のものである。

【００７７】上記第３の実施の形態によれば、半導体チ
ップ１側に先に異方導電性フィルム１３を供給している
ため、配線基板５上の隣接した位置に連続的に半導体チ
ップ１をフリップチップ実装する際、前後に実装した熱
工程で異方導電性フィルムの反応を促進させてしまうな
どの配線基板上での干渉効果を防ぐことができる。

【００７８】また、第３の実施の形態においても第１の
実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【００７９】尚、上記第３の実施の形態では、予め接続
用のバンプ３を形成した配線基板５を用いた方法につい
て説明しているが、第２の実施の形態と同様に、各入出
力パッドにバンプを形成した半導体チップを用い、接続
用のランドがあるだけの配線基板を用いることも可能で
ある。

【００８０】また、半導体チップ１の表面上に異方導電
性フィルム１３の仮圧着を図９に示すような方法で行っ
ているが、図１４、図１５に示すような方法で半導体チ
ップの表面上に異方導電性フィルムの仮圧着を行うこと
も可能である。

【００８１】図１４は、リールを用いた半導体チップへ
の異方導電性フィルムの供給装置を示す側面図である。
この供給装置は台２１を有し、この台２１の上方には異
方導電性フィルム１３を供給する供給リール２３及び異
方導電性フィルム１３を巻き取る巻取りリール２５が設
置されている。台２１の上方であって供給リール２３と
巻取りリール２５との間には、半導体チップ１に異方導
電性フィルム１３を仮圧着する加熱・圧着ヘッド１７が
設置されている。

【００８２】上記供給装置において、半導体チップ１の
幅と同じ幅にカットされた異方導電性フィルム１３を供
給リール２３により台２１の上面に供給する。加熱・圧
着ヘッド１７を有するノズルに半導体チップ１を吸着
し、ヘッド１７により半導体チップ１を供給された異方
導電性フィルム１３に押し当てることにより、半導体チ
ップ１表面に異方導電性フィルム１３を仮圧着（熱圧
着）する。そして、この仮圧着された半導体チップ１は
異方導電性フィルム１３と共に巻取りリール２５に巻き
取られる。このようにして連続的に半導体チップ１に異
方導電性フィルム１３の仮付けを行う。次に、熱圧着さ
れた異方導電性フィルム１３を半導体チップ１ごとに切
断し、この切断されたフィルム付の半導体チップ１を図
示せぬトレーに格納する。

【００８３】図１５は、シート状の異方導電性フィルム
を用いた半導体チップへの該フィルムの仮付けする方法
を説明する図である。

【００８４】まず、シート状の異方導電性フィルム１３
を準備し、複数の半導体チップ１を載せたチップトレー
２７を準備する。

【００８５】次に、チップトレー２７上の半導体チップ
１を加熱・圧着ヘッド１７に取り付ける。このヘッド１
７はＸ−Ｙ方向に移動可能なものとする。このヘッド１
７を異方導電性フィルム１３のシート上に移動させ、ヘ
ッド１７により半導体チップ１を該シートに押し当てる
ことにより、異方導電性フィルム１３に半導体チップ１
を仮付けする。その後、該シートをカットし、表面に異
方導電性フィルム１３が仮付けされた半導体チップ１を
得る。

【００８６】尚、上記第２及び第３の実施の形態では、
本発明をＦＲ-4などのガラスエポキシ配線基板５に適用
しているが、アラミド基板、ポリイミド基板、ＢＴ−レ
ジン基板、その他の種類の有機配線基板、アルミナ、ム
ライト、ガラスセラミックなどのセラミック多層配線基
板、Ｓｉ基板上のＣu/ポリイミド配線基板などあらゆる
種類の配線基板に本発明を適用することも可能である。

【００８７】第３の実施の形態では、上述したように半
導体チップ上への異方導電性フィルムの供給をチップ単
位で行う方法について示したが、異方導電性フィルムの
供給を半導体プロセス終了後のウエハー単位で行うこと
も可能である。

【００８８】図１６〜図１８は、本発明の第４の実施の
形態による半導体素子の実装方法を示す図である。

【００８９】図１６は、半導体ウエハーへの異方導電性
フィルムの供給方法を説明する側面図である。まず、半
導体プロセス終了後の半導体ウエハー３１を準備すし、
一方の面にカバーフィルム３５を張り付けた異方導電性
フィルム３３を準備する。次に、半導体ウエハー３１の
表面上に異方導電性フィルム３３を載せ、加熱ローラー
３７（もしくは半導体ウエハー側を加熱する）などを用
いて半導体ウエハー３１の端からエアーを巻き込まない
ように異方導電性フィルム３３を加熱しながら張合せて
行き、フィルム３３の仮圧着を行う。

【００９０】この際の条件は、第２或いは第３の実施の
形態と同様に、異方導電性フィルム３３の硬化反応が２
０％程度以下に抑えられるようなものとする。例えば、
６０〜１２０℃の温度で、ローラー３７の移動速度を第
２の実施の形態の５sec 〜６０sec に相当するものと
し、圧力を５０〜１Ｋg/cm² 程度とする。

【００９１】図１７（ａ），（ｂ）は、異方導電性フィ
ルムを供給した半導体ウエハーのカッティング方法を示
すものであり、図１７（ａ）は、図１６の次の工程を示
す斜視図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の次の
工程を示す斜視図である。

【００９２】図１７（ａ）に示すように、半導体ウエハ
ー３１にカバーフィルム３５付きの異方導電性フィルム
３３が付着した状態で、このウエハー３１をリング３９
付きの粘着シート４１に固定する。

【００９３】この後、図１７（ｂ）に示すように、半導
体ウエハー３１をダイアモンドソー（ダイサー）４３に
よりカバーフィルム３５付きの異方導電性フィルム３３
と共にカッティングし、異方導電性フィルム３３を付着
した半導体チップを得る。そして、この半導体チップを
水洗した後、これの乾燥を行う。

【００９４】尚、半導体チップの水洗は十分に行う必要
がある。その理由は、異方導電性フィルム３３が付着し
た状態で半導体ウエハー３１をカッティングするため、
カッティング後によく水洗を行わないと半導体ウエハー
のかけらがフィルム３３の樹脂に付着し、熱圧着時にシ
ョートや損傷などのトラブルの原因となるからである。

【００９５】図１８は、異方導電性フィルムを供給（仮
圧着）した半導体チップの実装方法を示すものであり、
図１７（ｂ）の次の工程を示す構成図である。

【００９６】異方導電性フィルム３３が付着した状態の
半導体チップ１を粘着シート４１から剥がし、このチッ
プ１をチップトレー４５へ移す。このトレー４５の底部
にはカバーフィルム３５を吸着するための吸着口（穴）
４７を空けておき、この吸着口４７は真空排気できる構
成となっている。従って、吸着口４７にカバーフィルム
３５を真空吸着させ、加熱圧着ヘッド１７により異方導
電性フィルム３３が付着した状態で半導体チップ１をカ
バーフィルム３５から剥がし、図１２、図１３に示す方
法と同様な方法で、加熱圧着ヘッド１７を用いてガラス
エポキシ配線基板５に半導体チップ１を実装する。

【００９７】上記第４の実施の形態によれば、異方導電
性フィルム３３を半導体ウエハー３１の状態で供給して
いる。このため、半導体チップ側に先に異方導電性フィ
ルムを供給するという点では同じ第３の実施の形態と比
較して簡便かつ迅速に作業を行うことができる。その結
果、工程の簡略化とタクトタイムの短縮、ひいては実装
工程のローコスト化が達成できる。

【００９８】また、第４の実施の形態においても第１の
実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【００９９】尚、上記第４の実施の形態では、異方導電
性フィルム３３を半導体ウエハー３１に付着させた後、
その状態で半導体ウエハー３１をフィルム３とともにカ
ッティングしているが、半導体ウエハーをリング付粘着
シートに装着し、この半導体ウエハーを通常の工程でカ
ッティングした後、この粘着シートにウエハーを装着し
た状態で異方導電性フィルムを一括で仮圧着することも
可能である。この具体的な１連の工程を図１９〜図２２
を参照しつつ説明する。

【０１００】まず、図１９（ａ）に示すように、支持リ
ング３９の内側には粘着シート４１が張り付けられてい
る。この粘着シート４１に半導体ウエハー３１を装着す
る。次に、図１９（ｂ），（ｃ）に示すように、半導体
ウエハー３１をダイサー４３により半導体チップ１にカ
ットする。

【０１０１】この後、図２０に示すように、半導体チッ
プ１を異方導電性フィルム３３に転写する。つまり、粘
着シート４１に装着された状態の半導体チップ１上にカ
バーフィルム３５付の異方導電性フィルム３３を張り付
ける（仮に熱圧着する）。この際、各チップ１を既にカ
ッティングしているため、エアーをチップ１の相互間の
隙間から逃がすことができる。従って、チップ１表面に
気泡などを巻き込むことを十分に防止できる。

【０１０２】次に、図２１に示すように、半導体チップ
１を異方導電性フィルム３３と共に粘着シート４１から
剥がす。そして、カッター５１で半導体チップ１ごとに
異方導電性フィルム３３のみをカットする。即ち、カバ
ーフィルム３５はカットすることなく、異方導電性フィ
ルム３３のみをカットする。

【０１０３】この後、図２２に示すように、異方導電性
フィルム３３を半導体チップ１と共にカバーフィルム３
５から剥がし、図１２、図１３に示す方法と同様な方法
で、加熱圧着ヘッド１７を用いてガラスエポキシ配線基
板５に半導体チップ１を本圧着実装する。

【０１０４】このような異方導電性フィルムを半導体チ
ップ上に供給する方法では、半導体チップ１を異方導電
性フィルム３３と共に粘着シート４１から剥がし、カッ
ター５１で半導体チップ１ごとにフィルム３３のみをカ
ットするため、図１８に示すような半導体チップ１を一
つ一つトレー４７に移すという工程が不要となり、その
結果、効率の良い半導体素子の実装が可能となる。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
１の接着層はその内部に導電性の粒子が分散された材料
から形成され、該第２の接着層は該第１の接着層の熱膨
張係数より小さい材料から形成される。したがって、装
置の信頼性を高めることが可能な半導体装置及び半導体
素子の実装方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による半導体素子の
実装方法を説明する断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態による半導体素子の
実装方法を示す断面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態による半導体素子の
実装方法を示すものであり、図２の次の工程を示す断面
図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態による半導体素子の
実装方法を示すものであり、図３の次の工程を示す断面
図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態による半導体素子の
実装方法を示すものであり、図４の次の工程を示す断面
図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態による半導体素子の
実装方法を示すものであり、図５の次の工程を示す断面
図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態による半導体素子の
実装方法を示すものであり、図６の次の工程を示す断面
図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態による半導体素子の
実装方法を示すものであり、図７の次の工程を示す断面
図である。

【図９】本発明の第３の実施の形態による半導体素子の
実装方法において、半導体チップに異方導電性フィルム
を供給する方法を示す断面図である。

【図１０】本発明の第３の実施の形態による半導体素子
の実装方法を示すものであり、図９の次の工程を示す断
面図である。

【図１１】本発明の第３の実施の形態による半導体素子
の実装方法を示すものであり、図１０の次の工程を示す
断面図である。

【図１２】本発明の第３の実施の形態による半導体素子
の実装方法を示すものであり、図１１の次の工程を示す
断面図である。

【図１３】本発明の第３の実施の形態による半導体素子
の実装方法を示すものであり、図１２の次の工程を示す
断面図である。

【図１４】リールを用いた半導体チップへの異方導電性
フィルムの供給装置を示す側面図である。

【図１５】シート状の異方導電性フィルムを用いた半導
体チップへの該フィルムの仮付けする方法を説明する図
である。

【図１６】半導体ウエハーへの異方導電性フィルムの供
給方法を説明する側面図である。

【図１７】異方導電性フィルムを供給した半導体ウエハ
ーのカッティング方法を示す斜視図である。

【図１８】異方導電性フィルムを供給（仮圧着）した半
導体チップの実装方法を示す構成図である。

【図１９】半導体ウエハーをリング付粘着シートに装着
し、この半導体ウエハーを通常の工程でカッティングす
る工程を示す斜視図である。

【図２０】半導体チップを異方導電性フィルムに転写す
る工程を示す断面図である。

【図２１】異方導電性フィルムを切断する工程を示す断
面図である。

【図２２】異方導電性フィルムを半導体チップと共にカ
バーフィルムから剥がし、配線基板に半導体チップを実
装する工程を示す構成図である。

【図２３】従来の異方導電性フィルムを用いたフリップ
チップ実装法を説明する断面図である。

【図２４】導電粒子を添加した樹脂によるフリップチッ
プ接続の例を示す断面図である。

【符号の説明】

１…半導体チップ、２…入出力パッド、３…Ａu バン
プ、５…ガラスエポキシ多層配線基板、７…接続用ラン
ド、９…Ｎi/Ａu 鍍金、１１…導電性粒子、１３…第１
の接着層（異方導電性フィルム）、１５…第２の接着
層、１７…加熱・圧着ヘッド、１９…第、２１…カバー
フィルム、２３…供給リール、２５…巻取りリール、２
７…チップトレー、３１…半導体ウエハー、３３…異方
導電性フィルム、３５…カバーフィルム、３７…加熱ロ
ーラー、３９…支持リング、４１…粘着シート、４３…
ダイサー、４５…チップトレー、４７…吸着口、５１…
カッター、１００…半導体チップ、１０１…金メッキバ
ンプ、１０３…ガラスエポキシ配線基板、１０５…導電
性粒子、１０６…導電性粒子を添加した液状の樹脂、１
０７…異方導電性フィルム。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配線基板と、該配線基板上に第１及び第
２の接着層を介して形成された半導体チップと、を有す
る半導体装置であって、該第１の接着層はその内部に導電性の粒子が分散された
材料から形成され、該第２の接着層は該第１の接着層の
熱膨張係数より小さい材料から形成されることを特徴と
する半導体装置。
【請求項２】上記第１の接着層は、エポキシ系樹脂、
アクリル系樹脂、ゴム系樹脂又はこれらのうちの少なく
とも二つを混合した混合物のいずれかを主材とし、この
主材に硬化材を添加したものであることを特徴とする請
求項１記載の半導体装置。
【請求項３】上記導電性の粒子は、金属がコーティン
グされたプラスティック粒子又は金属微粒子であること
を特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】上記第２の接着層は、エポキシ系樹脂、
アクリル系樹脂、ゴム系樹脂又はこれらのうちの少なく
とも二つを混合した混合物のいずれかを主材とし、この
主材に硬化材を添加するとともに該導電性の粒子の径よ
り小さな径の絶縁粉を添加したものであることを特徴と
する請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】配線基板上に導電性の粒子が分散された
第１の接着層を形成する工程と、この第１の接着層上に、該第１の接着層の熱膨張係数よ
り小さい材料からなる液状の第２の接着層を滴下する工
程と、この第２の接着層に突起電極を有する半導体チップを接
触させ、該半導体チップを該配線基板に熱圧着する工程
と、を具備することを特徴とする半導体素子の実装方法。
【請求項６】半導体チップ上に導電性の粒子が分散さ
れた第１の接着層を形成する工程と、突起電極を有する配線基板上に該第１の接着層の熱膨張
係数より小さい材料からなる液状の第２の接着層を滴下
する工程と、この第２の接着層に該第１の接着層を接触させ、該半導
体チップを該配線基板に熱圧着する工程と、を具備することを特徴とする半導体素子の実装方法。
【請求項７】上記半導体チップ上に第１の接着層を形
成する工程は、テープ状の第１の接着層をリールにより
所定の位置に供給し、該第１の接着層上に該半導体チッ
プを熱圧着することを特徴とする請求項６記載の半導体
素子の実装方法。
【請求項８】上記半導体チップ上に第１の接着層を形
成する工程は、シート状の第１の接着層を準備し、該第
１の接着層上に該半導体チップを熱圧着し、該シート状
の第１の接着層を該半導体チップごとに切断することを
特徴とする請求項６記載の半導体素子の実装方法。
【請求項９】上記半導体チップ上に第１の接着層を形
成する工程は、半導体ウエハーにシート状の第１の接着
層を加熱しながら張合せ、該半導体ウエハーを該シート
状の第１の接着層とともに半導体チップごとに切断する
ことを特徴とする請求項６記載の半導体素子の実装方
法。
【請求項１０】上記半導体チップ上に第１の接着層を
形成する工程は、半導体ウエハーを粘着シートに張り付
けた状態で該半導体ウエハーを半導体チップごとに切断
し、この半導体チップ上にシート状の第１の接着層を張
合せ、該粘着シートから該半導体チップを該シート状の
第１の接着層とともに剥がすことを特徴とする請求項６
記載の半導体素子の実装方法。