JP2000306927A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
て接合して半導体装置を製造する場合に、ボイドが残存
しないように接着剤を硬化させ、良好な接続信頼性を実
現できるようにする。 【解決手段】 半導体素子を、熱硬化性樹脂を主成分と
して含有する接着剤を介して加熱加圧により配線板に接
続することを含む半導体装置の製造方法において、加熱
加圧を、まず、接着剤中のボイドを除去するための第1
条件(圧力=P1,温度=T1)で行い、引き続き、熱硬
化性樹脂を本硬化させるための第2条件(圧力=P2,
温度=T2)で行う(但し第2条件の圧力P2を第1条件
の圧力P1よりも低圧に設定する)。
Description
プサイズパッケージ、ICモジュール等の半導体素子
を、熱硬化性接着剤で配線板に実装した半導体装置に関
する。
に接合する場合、配線板と半導体素子との間にエポキシ
樹脂など主成分とする液状もしくはフィルム状の熱硬化
性絶縁接着剤を配し、加熱手段を備えたボンディングツ
ールで半導体素子を加熱加圧すすることにより接合して
いる。
板に微細バンプを備えた半導体素子を接合した際、硬化
した接着剤中にボイドが残存すると、接着力が低下し、
耐湿試験や耐ヒートショック試験等に対する接続信頼性
が低下するという問題がある。従って、そのようなボイ
ドを接着剤中になるべく残存させずに、しかも確実な接
着力を確保できるように加熱加圧条件を設定している。
圧力及び時間のファクターのそれぞれを最適且つ一定の
数値に設定したワンステップ条件(例えば、温度=18
0℃一定、ICチップ一個当たりの圧力=10kg/c
m2一定、時間=20秒一定)や、圧力一定の下で温度
プロファイルを変化させる条件、特に温度を2段階に上
昇させるツーステップ条件(例えば、圧力=10kg/
cm2一定の下、温度=100℃/時間=10秒→温度
=200℃/時間=10秒)が挙げられる。
たようなワンステップ条件や、圧力一定の下、温度プロ
ファイルを変化させるツーステップ条件では、接着剤中
のボイドを十分に除去することができないという問題が
あった。
しようとするものであり、半導体素子を配線板に熱硬化
性接着剤を介して接合して半導体装置を製造する場合
に、ボイドが残存しないように接着剤を硬化させ、良好
な接続信頼性を実現できるようにすることを目的とす
る。
れていなかった圧力プロファイル変化に着目し、まず、
ある程度高い圧力で加圧して接着剤中のボイドを主とし
て除去し、その後その圧力よりも低い圧力で加圧して熱
硬化性樹脂の本硬化を行うことにより、硬化した接着剤
中にボイドが残存することを大きく抑制でき、良好な接
続信頼性を獲得できることを見出し、本発明を完成させ
るに至った。
樹脂を主成分として含有する接着剤を介して加熱加圧処
理して配線板に接続することを含む半導体装置の製造方
法において、加熱加圧処理を、接着剤中のボイドを除去
するための第1条件(圧力=P1,温度=T1)で行い、
その後で、熱硬化性樹脂を本硬化させるための第2条件
(圧力=P2,温度=T2)で行い、且つ第2条件の圧力
P2を第1条件の圧力P1よりも低圧に設定することを特
徴とする製造方法を提供する。
として含有する接着剤を介して加熱加圧により半導体素
子を配線板に接続することを含む半導体装置の製造方法
である。
を、接着剤中のボイドを除去するための第1条件(圧力
=P1,温度=T1)と、その後で実施される、熱硬化性
樹脂を本硬化させるための第2条件(圧力=P2,温度
=T2)とから構成し、且つ第2条件の圧力P2を第1条
件の圧力P1よりも低圧に設定する。このように、接着
剤中のボイドを主として除去するために、ある程度高い
圧力(P1)で加圧し、その後その圧力よりも低い圧力
(P2)で加圧して熱硬化性樹脂の本硬化を行うことに
より、硬化した接着剤中にボイドが残存することを大き
く抑制でき、良好な接続信頼性を獲得できる。このよう
にP1をP2より高圧に設定する理由は、以下のように考
えられる。
イドを、配線板と半導体素子の間の接着剤から外部に押
し出すためには、接着剤の溶融粘度が低すぎるとボイド
を押し出しにくくなるので、接着剤の溶融粘度が比較的
高い間にボイドを押し出す必要がある。従って圧力を高
く設定することが必要となる(加熱加圧の第1条件)。
一方、ボイドを押し出した後に接着剤中の熱硬化樹脂を
本硬化させる際には、圧力が高すぎると樹脂の硬化によ
る収縮と半導体素子のバンプに集中する加圧力により、
配線板の微細パターンに変形が生じる。従って、本発明
においては、P2をP1よりも低圧に設定する。
力P1及び第2条件の圧力P2の圧力プロファイルパター
ンとしては、P1>P2(>0)という関係が維持されて
いる階段状パターン(図1(a))、直線状パターン
(図1(b))、曲線状パターン(図1(c)、図1
(d))等が挙げられる。中でも、階段状パターン(図
1(a))が、ボイドを効率よく除去する点で好まし
い。なお、圧力を3段階以上の階段状パターンとしても
よい。また、これらのパターンを組み合わせたものを圧
力プロファイルとしてもよい(例えば、図1(e)参
照)。
度条件(即ち、第1条件のT1及び第2条件のT2)は、
従来と同様に設定してもよい。例えば、圧力を図1
(a)に示すようなプロファイルに設定し且つ温度を一
定(T1=T2)とすることができる。特に、ボイドを効
率よく除去するためには、図2(b)に示すように、接
着剤の温度T1における溶融粘度が、温度T2における本
硬化処理の初期段階の溶融粘度よりもある程度高い溶融
粘度を示すことが好ましいので、図2(b)に示すよう
にT1<T2という条件の下、圧力プロファイルを階段状
に設定することが好ましい。
P2、T1、T2及び加熱加圧時間の具体的な数値範囲
は、使用する接着剤の種類等により異なるが、接着剤が
エポキシ樹脂系である場合には、例えば、第1条件をP
1=5〜15kgf/cm2、T1=80〜120℃、5
〜15秒に設定し、第2条件をP2=0.5〜3kgf
/cm2、T2=180〜220℃、5〜15秒と設定す
ることができる。
を主成分として含有する接着剤としては、半導体素子を
配線板に搭載する際に利用されている従来の一般的な熱
硬化性樹脂含有接着剤を使用することができる。この接
着剤は、液状、ペースト状あるいはフィルム状で供給さ
れるものを使用することができる。また、導電性粒子を
含有した異方性導電接着剤も使用することができるが、
導電性粒子を含有しない絶縁性接着剤も使用することが
できる。
使用することができる。半導体素子としても、公知のベ
アチップ、チップサイズパッケージ、ICモジュール等
を使用することができる。
例えばベアチップを配線板に通常の接着剤で接続する場
合に、加熱加圧の初期圧力が高いのでボイドレスで接続
できる。また、接着剤を本硬化させる際の圧力が、加熱
加圧の初期圧力よりも相対的に低くなっているので、配
線パターンの変形を大きく抑制することができる。従っ
て、本発明の製造方法によれば、半導体素子が高い接続
信頼性で配線板に接続された半導体装置が提供される。
説明する。
150μm)にベアチップ(6mm角)を、ベアチップ
実装用のフィルム状異方性導電接着剤(FP1042
5,ソニーケミカル社製)を使用し、80℃に設定され
た加圧ステージ上で表1の条件に従って接合して半導体
装置を作製した。
着剤中のボイドの有無(顕微鏡による目視観察)、及び
Jedecのレベル3相当の耐湿性(30℃、70%R
H、168時間)を確保できるプレッシャークッカー
(PCT(121℃、2気圧))処理時間並びに熱衝撃
処理(H/S(−55℃(15分)←→125℃(15
分)))サイクル数を調べた。得られた結果を表1に示
す。
熱加圧条件が一定の例であるが、Jedecのレベル3
相当の耐湿性を満足できなかった。また、比較例2は圧
力一定で温度プロファイル(ステップ状に上昇)を変化
させた例であるが、比較例1よりも優れた結果を示して
いる。
ァイル(ステップ状に低下)を変化させた例であり、比
較例2の場合に比べてボイドが大きく減少し、しかもP
CT結果及びH/S結果も向上していた。
ロファイルであるが、更に温度プロファイル(ステップ
状に上昇)も変化させた例であり、ボイドがなくなり、
しかもPCT結果及びH/S結果も向上していた。従っ
て、実施例1と実施例2との結果から、圧力プロファイ
ル(ステップ状に低下)だけでなく温度プロファイル
(ステップ状に上昇)を変化させることが好ましいこと
がわかる。
る第1条件及び第2条件の時間を増減させた例であり、
これらの結果から加熱加圧時間の50%程度の増減で
は、結果に影響がないことがわかる。
場合に比べ低めに設定した例であり、実施例2の場合に
比べいずれの評価項目についても、実用上問題がない
が、PCT結果及びH/S結果においては若干劣った結
果が得られた。従って、加熱加圧の初期段階(第1条
件)の温度は30℃よりも100℃の方が好ましいこと
がわかる。
はステップ状に低下させ、温度はステップ状に上昇させ
る)に分割した例であり、加熱加圧条件を2段階以上に
分割可能であることがわかる。
ケミカル社製)に代えて、液晶表示素子用のフィルム状
異方性導電接着剤(CP7131,ソニーケミカル社
製)を使用すること以外は、実施例2と同様に半導体装
置を作製し、評価した。その結果、得られた半導体装置
の接着剤中にはボイドが観察されなかった。また、PC
T処理時間も500hr以上であり、H/Sサイクル数
も1000回以上であり、実用上問題のない結果であっ
た。
ケミカル社製)に代えて、表2の液状のエポキシ系絶縁
性接着剤を使用すること以外は、実施例2と同様に半導
体装置を作製し、評価した。その結果、得られた半導体
装置の接着剤中にはボイドが観察されなかった。また、
PCT処理時間は300hrであり、H/Sサイクル数
は700回であり、実用上問題のない結果が得られた。
ケミカル社製)に代えて、表3の液状のエポキシ系異方
性導電接着剤を使用すること以外は、実施例2と同様に
半導体装置を作製し、評価した。その結果、得られた半
導体装置の接着剤中にはボイドが観察されなかった。ま
た、PCT処理時間は350hrであり、H/Sサイク
ル数は750回であり、実用上問題のない結果が得られ
た。
ケミカル社製)に代えて、表4の配合のフィルム状のエ
ポキシ系絶縁性接着剤を使用すること以外は、実施例2
と同様に半導体装置を作製し、評価した。その結果、得
られた半導体装置の接着剤中にはボイドが観察されなか
った。また、PCT処理時間は250hrであり、H/
Sサイクル数は500回であり、実用上問題のない結果
が得られた。
熱硬化性接着剤を介して接合して半導体装置を製造する
場合に、ボイドが残存しないように接着剤を硬化させ、
良好な接続信頼性を実現できる。
バリエーションを示す説明図である。
件のバリエーションを示す説明図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体素子を、熱硬化性樹脂を主成分と
して含有する接着剤を介して加熱加圧処理して配線板に
接続することを含む半導体装置の製造方法において、加
熱加圧処理を、接着剤中のボイドを除去するための第1
条件(圧力=P1,温度=T1)で行い、その後で、熱硬
化性樹脂を本硬化させるための第2条件(圧力=P2,
温度=T2)で行い、且つ第2条件の圧力P2を第1条件
の圧力P1よりも低圧に設定することを特徴とする製造
方法。 - 【請求項2】 P1及びP2の圧力プロファイルが不連続
な階段状となっている請求項1記載の製造方法。 - 【請求項3】 T1よりもT2を高温に設定する請求項1
又は2記載の製造方法。 - 【請求項4】 T1及びT2の温度プロファイルが階段状
となっている請求項3記載の製造方法。 - 【請求項5】 半導体素子が、ベアチップ、チップサイ
ズパッケージ又はICモジュールである請求項1〜4の
いずれかに記載の製造方法。 - 【請求項6】 接着剤が、異方性導電接着剤である請求
項1〜5のいずれかに記載の製造方法。
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