JPS63299242A - 半導体装置の接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は簡単な構造でありながら信頼性が高く、薄型化
が可能であり、しかも安価に半導体集積回路（以下ＩＣ
という）チップとガラス基板とを接続することが可能な
半導体装置の接続方法に関するものである。

（従来の技術とその問題点） 近年ドツトマトリクスＬＣＤ、　　ドツトマトリクスＦ
ＤＰ等の平面ディスプレイは、例えばＬＣＤ−ＴＶ、パ
ソコン用ディスプレイとして実用商品化されているが１
表示すべき情報量の増加にともなって、８０、桁×２５
桁（６４０Ｘ４００ドツト）という、従来よりディスプ
レイとして用いられているＣＲＴに匹敵する表示能力を
持った大型のものが商品化されるに至っている。こうし
た大型ディスプレイについてはシリコーンゴムにカーボ
ンブラックを配合・分散した導電性シリコーンゴムと絶
縁性シリコーンゴムとを交互に積層載置したいわゆるゼ
ブラタイプのを使用して、ディスプレイを駆動するため
のＩＣを搭載したプリント配線基板を接続する方法があ
るが、これには接続ピッチを小さくすると位置合すせや
接続抵抗に支障があるために、ある程度以上の小型化は
不可能であり、さらにはそうしたコネクタは圧縮状態で
保持しなければならないので、ディスプレイデバイスが
大型化した場合には保持機構全体を大型堅牢なものにし
なければならず、軽量化・薄型化は望めないという不利
がある。

これに対して、低融点の熱可塑性樹脂中に金属粉、黒鉛
、粉、炭素繊維等のような導電性成分を配合・分散させ
た異方導電性ヒートコネクタを使用することにより、上
側のゼブラタイプコネクタの不利を解決しようとする試
みもあるが、これを使用した接続は熱可塑性樹脂が高温
時（例えば＋７０℃）には接着力が極度に低下するし、
またこうした弱点を補うためには接続部分を圧縮保持す
る機構を追加する必要があるなど充分な性能を有するも
のはなく、さらにはここに使用されている導電性成分と
しては数Ｌｏｔ１ｍの直径を有するものを使用する必要
があり、これらがランダムに混合されているものである
ことがら、微少ピッチにおいては、隣接する電極同志の
絶縁性が損なわれて横導通による不良をひきおこす不利
があり、接続ピッチは０．２＋ｍが限界といわれている
。

また、この接続については第３図に示したように、ＩＣ
チップ１１上のボンディング・パッド１２と長尺のポリ
イミドフィルム１３に銅箔１４を張り付け、これをエツ
チングして配線基板と接続するための導線を形成したＴ
ＡＢ方式も知られている。これは導線がＩＣチップや配
線基板と一括して位置合せされるために位置決め精度が
高く、かつ接続に要する作業時間が短いという利点があ
るほか、ＩＣチップとそれが接続される配線基板との熱
膨張率の差違によるストレスをこの導線７が吸収すると
いう利便性があるが、その反面、予めＩＣチップのボン
ディング・パッドにめっきなどによって突起状電極（バ
ンプ）を設けるか、もしくは導線のＩＣチップと接続す
る部分をエツチング等によって凸状部を形成しなければ
ならず、ＩＣチップの製品歩留まりを低下させるなどコ
ストアップは免れない。さらに、ＴＡＢ−ＩＣのアウタ
ーリードをガラス基板にボンディングしようとする場合
には、ガラス基板のＩＴＯ膜パターンをＣｒ、Ｎｉ、Ａ
ｕ等の金属でめっきしてボンディング可能なものとする
必要があり、コスト的に満足のいくものにはならない。

なお、以上のような方法ではＩＣチップの他にパッケー
ジや導線などのスペースが必要であり。

電子機器を小型・軽量の物とするには至らなかったこと
から、第４図に示したようにＩＣチップ１１のボンディ
ング・パッド１２の上に半田合金によるバンプ１５を設
けて、配線基板１６上の電極１７と電気的接続をして実
装面積をＩＣチップの大きさとほぼ等しくしたフリップ
チップ法が提案されているが、この方法では半田バンプ
の数が多くなるとその特性や形状にばらつきが生じ、ま
た、配線基板の平面度の良否によって接合強度も不均一
になるし、これについては上記したように配線基板とＩ
Ｃチップの熱膨張率の差によって生ずるストレスが半田
バンプを破壊するおそれがあり、ｆ！！気的に信頼性の
ある接続とは言いがたいという不利があり、また、ガラ
ス基板に接続するためには前記した様なめっき処理が必
要であり、小型軽量化とコストダウンを両立させること
は困難である。

さらにガラス基板上にＩＣチップを直接実装する方法と
して１例えばポリイミドフィルムなどのプラスチックフ
ィルムにＩＣチップのボンディング・パッドに合わせた
穴を明け、この中にカーボンブラックを添加した導電性
エラストマーを充填して作った導電性ゴムコネクタをガ
ラス基板とＩＣチップの間に置いて位置合せをしたのち
、バネ性を持った押え金具で固定する方法が提案されて
いるが、これにはプラスチックフィルムにファインピッ
チで小径の穴を明けるのが難しく、打ち抜き金型等も非
常に高価なものとなるという不利があるために、このガ
ラス基板上へのＩＣチップの直接実装法は未だに満足す
べきものが確立されていない。

そのため、本発明者らはＩＣチップのボンディング・パ
ッドと配線基板の電極とを弾性を有する導電性突状体（
ゴムバンプ）を介して接続してなる半導体装置を提案し
く特願昭６１−２９９６３９号明細書参照）、これによ
ればＩＣチップと配線基板との接続が簡単で作業時間が
短縮されるにもかかわらず、高い信頼性で薄型化が達成
されるけれども、これについてはそのゴムパッドの形成
がＩＣチップの表面に硬化後にゴム弾性を示すようにな
る導電性ゴム組成物を含有する導電性インクを塗布した
のち、この上にボンディング・パッドの配置と同様の開
口部を有するニッケル板、ステンレス板等の金属板から
なるマスク板をボンディング・パッドに位置合せして重
ね、ついでこのマスク板の開口部をキセノンランプ、ハ
ロゲンランプなどでスポット加熱するか、この開口部に
水銀ランプからの紫外光をスポット照射してこの開口部
に面した導電性インクを層を硬化させ、つぎにこのマス
ク板を取り外してボンディング・パッドと接していない
部分の未硬化導電性インク層を溶剤を用いて溶剤除去す
るか、あるいはＩＣチップの表面に位置合せして重ねた
マスク板開口部に上記した導電性インクをスクリーン印
刷し、マスク板を取り外して導電性インクを硬化または
乾燥するという方法で作られるので、これが工業的にか
なりの困難を伴うという不利がある。すなわちこれに使
用するスクリーン版については印刷されたゴムバンプが
±５ｐ程度の高度な位置精度を必要とすることと、その
高さを２０〜５０μｍとしなければならないために、ニ
ッケル板や、ステンレス板にエツチング法で所定位置に
穴を明けてバターニングした物を使用するのが好適とさ
れているが、これを利用したスクリーン版では、ＩＣチ
ップに対して高精度に位置合わせすることが困難である
ことがわかる。つまり、このスクリーン版が前記した様
な金属板を使用するため被印刷物であるＩＣチップのボ
ンディング・パッドを透かし見て確認しながら位置合わ
せすることができず、さらに、スクリーン印刷を実行す
るためには、被印刷物であるＩＣチップとスクリーン版
との間に少なくとも１閣程度のクリアランスを設ける必
要があるが、クリアランスのある状態で位置合わせが完
全にできたとしても、スキージがある一定の印圧でこの
クリアランスに相当するだけスクリーン版を引き伸ばし
ながら印刷されるために、スクリーン版の引き伸ばされ
た状態を再現できるわけてはなく、その位置合わせは不
充分なもので、この方法によれば上記したような±５μ
ｍ程度の高度な印刷物を得ることは困難と言わざるを得
ない。

（発明の構成） 本発明はこの弾性を有する導電性突状体を使用するＩＣ
チップのボンディング・パッドと配線基板との接続方法
の改良に関するものであり、これは易剥離性フィルム上
に導電性インク層を印刷し。

これを半導体集積回路チップの入出力端子または配線基
板の電極に当接加熱してこの導電性インク層を弾性を有
する導電性突状体として半導体集積回路の入出力端子ま
たは配線基板の電極上に転写したのち易剥離性フィルム
を剥離し、ついでこれに配線基板の電極または半導体集
積回路の入出力端子を当接し、加熱することを特徴とす
るものである。

すなわち、本発明者らは半導体集積回路チップの出入力
端子と配線基板の電極とを弾性を有する導電性突状体（
以下これをゴムバンプと略記する）で接続する方法にお
ける前記した不利を解決する方法について種々検討した
結果、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などのよ
うな易剥離性フィルム上にＩＣチップのボンディング・
パッドまたは配線基板上の電極の配置と同様の開口部を
化学エツチング法によって開口させた金属板の開口部に
硬化したときにゴム状弾性体を示す導電性インキを注入
して易剥離性フィルムのボンディング・パッドまたは電
極の配置と同様の位置に導電性インキ層を設けたのち、
これをＩＣチップまたは配線基板上に当接し、この裏側
からホットプレスするとこの導電性インク層が硬化して
ゴムバンプになると共に、これがＩＣチップまたは配線
基板上に転写されるので、これから易剥離性フィルムを
剥離し、ついでＩＣチップと配線基板とを当接し加熱す
るとこのゴムバンプが溶解してＩＣチップまたは配線基
板に接着一体化されるのでこのゴムバンプを介してＩＣ
チップと配線基板とが電気的に完全に接触されたものに
なるということを見出し、ニーに使用する易剥離性フィ
ルム、導電性インキの組成物などについての研究を進め
て本発明を完成させた。

以下これを添付の図面にもとづいて説明するが。

第１図ａ）は本発明の方法によりＩＣチップにゴムバン
プを形成させたＩＣチップと配線基板との接続を示す縦
断面図、第１図ｂ）は本発明の方法により配線基板にゴ
ムバンプを形成させた配線基板とＩＣチップと接続を示
す縦断面図を示したものである。第１図ａ）におけるＩ
Ｃチップ１にはその表面に存在するボンディング・パッ
ド２に上記の方法でゴムバンプ３が接着一体化されてお
り、これが配線基板４の電極と接触されており、これら
が封止用樹脂６で封止されて半導体装置とされるのであ
るが、第１図ｂ）ではこのゴムバンプ３が配線基板５の
上に接着一体化されてこれがＩＣチップ１のボンディン
グ・パッド２と接触させられている。

なお、このゴムバンプ３の易剥離性フィルムへの設置方
法は例えば第２図に示したように易剥離性フィルム７を
金属性保持枠８に緊張して接着させたのち、このフィル
ム上にＩＣチップのボンディング・パッドまたは配線基
板上の電極の配置と同じ位置に化学エツチングで開口部
を設けたニッケル、ステンレスなどで製造した金属プレ
ートを設け、この開口部に導電性インクを注入してこの
フィルム上に導電性インク層を設けたのち、ホットプレ
スするようにすればよい。

本発明の方法で使用される半導体集積回路チップは従来
公知のボンディング・パッドを設けたＩＣチップとすれ
ばよく、この配線基板も公知のものでよく、これはフリ
ップチップ方式、ＴＡＢ方式など従来のチップオンボー
ド法によっては接続することが不可能であるＬＣＤのよ
うなガラス基板であってもよいが、銅張エポキシ樹脂積
層板、銅張ポリイミド樹脂積層板、銅張ポリイミド樹脂
フルムなどのような従来用いられている配線基板でもよ
い。

また、本発明の方法で使用されるゴムバンプを形成する
導電性インクは弾性のある導電性ゴム層を形成すると共
に、加熱時にＩＣチップまたは配線基板に接着一体化さ
れることが必要とされるので、エチレン−酢酸ビニル共
重合樹脂（ＥＶＡ）。

エチレン−アクリル酸エチル共重合樹脂（Ｅ　Ｅ　Ａ）
、アイオノマー樹脂、スチレン−ブタジェン共重合樹脂
、酢酸ビニル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、
塩化ビニル樹脂などの熱可塑性樹脂、Ｂステージ状態に
ある可撓性エポキシ樹脂、シリコーンゴムなどの熱可塑
性樹脂、合成ゴムなどがあげられ、これらは金、銀、銅
、ニッケルなどの金属粉またはこれらの合金粉、ケッチ
ェンブラック、グラファイトなどのカーボン系の導電粉
、あるいは表面を金やニッケルなどで金属めっきしたガ
ラスピーズなどを導電性付与剤として１０〜６０容量％
添加したものから作られたものとすればよいが、これに
更に公知の有機過酸化物、酸無水物、アミンなどの硬化
剤、またこれらのゴム成分をプラスチック、金属、ガラ
ス等に接着するためのプライマー組成物、紫外線増感剤
、光開始剤、老化防止剤、酸化防止剤などを添加したも
のとするのが好ましい。

また、この易剥離性の樹脂フィルムについてはポリエチ
レン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、エ
ポキシ樹脂、テフロン樹脂のほか、特に寸法変化の少な
いものとしてボリアリレート樹脂やポリイミド樹脂など
を使用すればよい。

本発明の方法は上記したようにＩＣチップまたは配線基
板にＩＣチップのボンディング・パッドまた電極の位置
に対応する位置に導電性インク層を設けた易剥離性フィ
ルムを当接し、これを硬化させてゴムバンプを作ったの
ちに易剥離性フィルムを剥離し、ついでこれをＩＣチッ
プまたは配線基板に接着一体化させるものであるが、こ
の場合に易剥離性フィルムとして透明なものを使用すれ
ばＩＣチップと容易に位置合わせをすることができるば
かりか、この方法によればスクリーン印刷のようにクリ
アランスを設ける必要がないのでＩＣチップのボンディ
ング・パッドと高い精度で位置合わせをすることができ
、これをスクリーン版の如く金属製保持枠１０に緊張し
て接着した物を使用すれば、バンプ形成の際のゴム状導
電性樹脂をキュアーするとき、またこの導電性ゴムバン
プをＩＣチップに転写するときなどに加えられる熱スト
レスによるこの易剥離性フィルムの寸法変化を極小に抑
えることができる。また、この様な易剥離性フィルムで
あればその寸法変化が低く抑えられているので多数回繰
り返して使用することも可能であり、コストダウンに寄
与することは疑いもない。

なお、このようにして得られた半導体装置は。

パッケージレスであるために占有面積がＩＣチップのサ
イズと等しくなるのでこの方法を使用した電子部品は小
型化することができるし、従来のチップオンボード方式
では、実装・ボンディングする前にＩＣの検査・スクリ
ーニングをすることができなかったが、この方法によれ
ば適切な圧力を加えれば外部回路と容易に導通すること
ができるので、検査スクリーニングを簡便に行うことが
出来るという利便性が与えられる。また、導電性ゴムバ
ンプがゴム弾性を有しているので、ＩＣチップとガラス
基板との熱膨張係数が整合していなくても、バンプがそ
のストレスを吸収し導電路が破壊されることがないため
に高い信頼性が得られ、またガラス基板が平面性の劣る
ものであっても、ゴム弾性によってこれに追従させるこ
ともでき、さらにこの接続法によれば、極めて簡単な構
成であるので安価に製造することができるという有利性
が与えられる。

つぎに本発明の実施例をあげるが、例中の部は重量部を
示したものである。

実施例 厚さ５０ｔＩＭのポリイミドフィルム・カプトンＶタイ
プ２００Ｖ　［東し・デュポン■製部品名］をスクリー
ン版用アルミニウム製枠に１０ｋｇ／ｃｄで緊張接着し
たのち、この面にニッケル版にＩＣチップのボンディン
グ・パッドと同様の穴を化学エツチング法で開孔したス
クリーン版を設け、こＮにスチレン−エチレン−ブタジ
ェン−スチレン共重合体樹脂・クレイトン−０１６５７
［シェル化学■製商品名］６０部、粘着性付与剤として
のテンベルフェノール共重合樹脂・ＹＳポリスターＴ１
１５〔安原油脂工業■製商品名〕４０部、老化防止剤と
してのアミン−ケトン系樹脂・ツクラックＡＷ−Ｎ（大
向新興化学工業Ｎ製商品名〕２部を適当量のトルエンに
溶解したのち、３５０メツシユ以下のニッケル粉７００
部、カーボンブラック・ケッチェンブラックＥＣ（ライ
オンアクゾ■製商品名）１０部を加えてらい潰機で混合
し、三本ロールで混練りして得た導電性インクを注入し
てポリイミドフィルム上に導電性インク層を印刷したの
ち、これを１２０℃、３０分で加熱してこの導電性イン
ク層を硬化させてゴムバンプとした。

つぎに、このポリイミドフィルムのゴムバンプ層をＩＣ
チップに接合したところ、ゴムバンプ層がＩＣチップの
ボンディング・パッドに接合したのでこれからポリイミ
ドフィルムを剥離したのち。

これにガラス基板を重ねガラス基板上の電極部をゴムバ
ンプ層に接合させ、これに１５０℃に加熱されている熱
板を圧接したところ、ゴムバンプが溶解してこれがＩＣ
チップのボンディング・パッドに接合一体化されたので
、この半導体装置にエポキシ樹脂・アラルダイトＡＹＩ
ＯＩ（日本チバガイギーー製商品名〕および硬化剤・Ｈ
Ｙ　９５０〔同社製商品名〕の混合物を滴下して封止し
たところ、上記したゴムバンプ層で導電接着がより強固
となった半導体装置が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ）、ｂ）は本発明の方法で得られた半導体装置
の縦断面図、第２図は本発明方法における易剥離性フィ
ルムに導電性インク層を設ける方法を示した縦断面図、
第３図、第４図は従来公知の方法によるＩＣチップの実
装方法の縦断面図を示したものである。 上、土工・・・ＩＣチップ。 ２．１２・・・ボンディング・パッド。 ３・・・ゴムバンプ、　　　　４，６・・・配線基板。 ５．１７・・・電極、　　　　６・・・封止用樹脂。 ７・・・易剥離性フィルム、　８・・・金属製保持枠、
１３・・・ポリイミドフィルム。 １４・・・銅箔、　　　　　　１５・・・ハンダ合金バ
ンプ。 第１図 第。図 第３図 （Ｕ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）易剥離性フィルム上に導電性インク層を印刷し、こ
   れを半導体集積回路チップの入出力端子または配線基板
   の電極に当接加熱してこの導電性インク層を弾性を有す
   る導電性突条体として半導体集積回路の入出力端子また
   は配線基板の電極上に転写したのち易剥離性フィルムを
   剥離し、ついでこれに配線基板の電極または半導体集積
   回路の入出力端子を当接し、加熱することを特徴とする
   半導体装置の接続方法。