JP2004260131A - Connection method between terminals, and packaging method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体チップやディスクリート部品等の電子部品に設けられた電極等の端子を外部端子に接続するための端子間の接合方法、及び、該接合方法を用いた半導体装置の実装方法に関するものである。 The present invention relates to a method for bonding terminals for connecting terminals such as electrodes provided on electronic components such as semiconductor chips and discrete components to external terminals, and a method for mounting a semiconductor device using the bonding method. It is.
エレクトロニクスの分野では、電子機器の高速化や大容量化、小型化や軽量化の要求に伴い、半導体チップやディスクリート部品等の電子部品の高集積化や高密度化を実現するための実装技術の開発が進められている。このような半導体装置の実装技術の一つとして、ベアチップを用いたフリップチップ実装法が提案されている。 In the electronics field, with the demand for higher speed, larger capacity, smaller size and lighter weight of electronic devices, mounting technologies for realizing higher integration and higher density of electronic components such as semiconductor chips and discrete components have been developed. Development is underway. As one of the mounting techniques of such a semiconductor device, a flip chip mounting method using a bare chip has been proposed.
フリップチップ実装法では、まず、ベアチップ上に複数の電極パッドを形成し、該電極パット上に半田や金等を用いてバンプを形成する。次いで、このベアチップのバンプと、基板の回路電極（以下、ランドと記載する）とを接合するために、ベアチップの電極パッドが形成された面と、基板のランドが形成された面とを対向させて、上記電極パッドを対応する上記ランドに電気的に接続する。さらに、ベアチップと基板との電気的接続強度と機械的接着強度とを確保するために、上記のようにパッドとランドとを接合した後、樹脂を流してベアチップと基板とを固定化するアンダーフィル法を行う場合もある。 In the flip chip mounting method, first, a plurality of electrode pads are formed on a bare chip, and bumps are formed on the electrode pads using solder, gold, or the like. Then, in order to join the bumps of the bare chip and the circuit electrodes (hereinafter, referred to as lands) of the substrate, the surface of the bare chip on which the electrode pads are formed and the surface of the substrate on which the lands are formed face each other. Then, the electrode pads are electrically connected to the corresponding lands. Further, in order to secure the electrical connection strength and the mechanical bonding strength between the bare chip and the substrate, the underfill for fixing the bare chip and the substrate by flowing resin after bonding the pad and the land as described above. In some cases the law is performed.
ところで、耐熱温度が低い光デバイス等の電子部品等の実装を行う場合には、該電子部品の熱劣化を防止するために、電極パッド（バンプ）とランドとを低温にて接合することが要求されている。このような低温接合を可能とする技術として、フィルム状の異方性導電フィルム（Anisotropic Conductive Film；ＡＣＦ）や、ペースト状の異方性導電ペースト（Anisotropic Conductive Paste；ＡＣＰ）等の導電性接着剤を用いたフリップチップ実装法が提案されている（例えば、特許文献１・２等を参照）。
When mounting electronic components such as optical devices having a low heat-resistant temperature, it is necessary to bond electrode pads (bumps) and lands at a low temperature in order to prevent thermal degradation of the electronic components. Have been. Techniques that enable such low-temperature bonding include conductive adhesives such as a film-like anisotropic conductive film (ACF) and a paste-like anisotropic conductive paste (ACP). (For example, see
上記導電性接着剤は、金属等の導電性粒子を樹脂中に分散させることにより、電極パッド（バンプ）とランドとの間（以下、対向電極間と記載する）では導電性を得ることができ、隣接する電極パッド間や隣接するランド間（以下、両者を隣接電極間と総称する）では絶縁性を得ることができる電極接合材料である。すなわち、この導電性接着剤に含まれる導電性粒子によって、対向電極間の導通を可能にする一方、上記導電性接着剤に含まれる樹脂によって、隣接電極間の絶縁性を確保するとともに、対向電極間を接着させてベアチップと基板とを固定している。 The conductive adhesive can obtain conductivity between an electrode pad (bump) and a land (hereinafter, referred to as between opposing electrodes) by dispersing conductive particles such as a metal in a resin. An electrode bonding material capable of obtaining insulation between adjacent electrode pads and between adjacent lands (hereinafter, both are referred to as between adjacent electrodes). That is, the conductive particles contained in the conductive adhesive enable conduction between the opposing electrodes, while the resin contained in the conductive adhesive ensures insulation between adjacent electrodes, and The bare chip and the substrate are fixed by bonding between them.
上記導電性接着剤では、通常、樹脂中に導電性粒子が均一に分散されている。そして、この分散された導電性粒子が、上記電極パッド（バンプ）及びランドに物理的に接触することによって、対向電極間の電気的な接続を可能にしている。 In the above-mentioned conductive adhesive, usually, conductive particles are uniformly dispersed in a resin. The dispersed conductive particles physically contact the electrode pads (bumps) and the lands, thereby enabling electrical connection between the opposed electrodes.
しかしながら、上記のように、樹脂中に導電性粒子が均一に分散された導電性接着剤を用いた場合、導電性接着剤に含まれる導電性粒子を、対向電極間の導通のために有効に利用することができない可能性がある。つまり、樹脂中には導電性粒子が均一に分散しているため、対向電極間の導通に寄与している導電性粒子は、上記導電性接着剤に含まれる一部の導電性粒子であると考えられる（非特許文献１参照）。それゆえ、上記導電性接着剤では、対向電極間の電気的接続に十分な信頼性が得られない可能性があり、また、対向電極間の導通に寄与しない導電性粒子は、隣接電極間の絶縁性を阻害する原因となる。さらに、導電性接着剤に含まれる導電性粒子を有効に利用することができないので、低コスト化を実現することも困難となる。 However, as described above, when a conductive adhesive in which conductive particles are uniformly dispersed in a resin is used, the conductive particles contained in the conductive adhesive are effectively used for conduction between the counter electrodes. May not be available. In other words, since the conductive particles are uniformly dispersed in the resin, the conductive particles contributing to the conduction between the counter electrodes are part of the conductive particles contained in the conductive adhesive. It is possible (see Non-Patent Document 1). Therefore, in the conductive adhesive, there is a possibility that sufficient reliability may not be obtained for the electrical connection between the opposing electrodes, and the conductive particles that do not contribute to the conduction between the opposing electrodes may be between the adjacent electrodes. It causes insulation to be impaired. Furthermore, since the conductive particles contained in the conductive adhesive cannot be effectively used, it is difficult to reduce the cost.
そこで、特許文献３では、導電性粒子として、電界を印加することによって電場方向に配列する電界配列効果を有する粒子を用いている。すなわち、特許文献３では、ベアチップと基板との間に導電性接着剤を供給するとともに、この導電性接着剤に電界を印加して導電性粒子を配列させることによって、対向電極間を電気的に接続している。
しかしながら、上記従来の導電性接着剤では、該導電性接着剤に含まれる導電性粒子が樹脂に覆われているため、たとえ、導電性粒子同士が配列することによって物理的に接触しても、導電性粒子を覆う樹脂が導通不良を引き起こすという問題がある。 However, in the above-described conventional conductive adhesive, the conductive particles contained in the conductive adhesive are covered with the resin, even if the conductive particles are physically contacted by being arranged, There is a problem that the resin covering the conductive particles causes conduction failure.
すなわち、上記特許文献３に記載の技術では、樹脂中に分散している導電性粒子が電界の印加によって誘電分極し、この誘電分極に起因する静電引力によって対向電極間に導電性粒子が配列する。そのため、導電性粒子が互いに直接接触して配列するのではなく、上記樹脂を介在して接触している可能性がある。このような場合、導電性粒子間での導電性の低下が引き起こされるので、対向電極間の電気的接続に十分な信頼性を得ることが困難となり、半導体装置の歩留まりの低下を引き起こす。 That is, in the technique described in Patent Document 3, the conductive particles dispersed in the resin are dielectrically polarized by application of an electric field, and the conductive particles are arranged between the opposing electrodes by electrostatic attraction caused by the dielectric polarization. I do. Therefore, the conductive particles may not be arranged in direct contact with each other, but may be in contact with each other via the resin. In such a case, the conductivity between the conductive particles is reduced, so that it is difficult to obtain sufficient reliability for the electrical connection between the counter electrodes, and the yield of the semiconductor device is reduced.
また、上記特許文献３に記載の導電性粒子は、誘電性を有し、電気抵抗率が１０8Ω・cm〜１０-3Ω・cmが好ましいとされている（段落〔００２７〕等）。それゆえ、金属と同程度の導電性を期待することができない。さらに、静電気に極めて弱い電子デバイスに対して、外部から電界を印加して導電性粒子を配列させることは、上記電子デバイスの信頼性にも問題を与える。 Further, the conductive particles described in Patent Document 3 have dielectric properties, and have an electric resistivity of preferably 10 8 Ω · cm to 10 −3 Ω · cm (paragraph [0027] and the like). Therefore, the same level of conductivity as metal cannot be expected. Furthermore, applying an electric field to an electronic device that is extremely sensitive to static electricity and arranging the conductive particles also poses a problem in the reliability of the electronic device.
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、互いに対向する電極等の端子間の十分な電気的接続を確保するとともに、端子間にて金属接合と同程度の電気抵抗を得ることができる、端子間の接合方法、及び、該接合方法を用いた半導体装置の実装方法を提供する。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to secure a sufficient electrical connection between terminals such as electrodes facing each other and to perform metal bonding between the terminals. Provided are a method for bonding between terminals, which can obtain the same electrical resistance as that of the terminal, and a method for mounting a semiconductor device using the bonding method.
本発明の端子間の接続方法は、上記課題を解決するために、少なくとも導電性粒子と該導電性粒子の融点で硬化が完了しない樹脂成分とを含む異方性導電樹脂を介して、端子同士を互いに対向させて配置する端子配置ステップと、上記導電性粒子の融点よりも高く、かつ上記樹脂成分の硬化が完了しない温度に、上記異方性導電樹脂を加熱する樹脂加熱ステップと、上記樹脂成分を硬化させる樹脂成分硬化ステップとを含むことを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problem, the method for connecting terminals according to the present invention includes connecting terminals through an anisotropic conductive resin containing at least conductive particles and a resin component whose curing is not completed at the melting point of the conductive particles. A terminal heating step of heating the anisotropic conductive resin to a temperature higher than the melting point of the conductive particles, and at which the curing of the resin component is not completed, And a resin component curing step of curing the components.
上記の方法によれば、導電性粒子の融点よりも高い温度に、該異方性導電樹脂が加熱され、この温度にて硬化が完了しない樹脂成分内で導電性粒子が溶融する。導電性粒子は樹脂成分内を自由に移動することができるので、端子と異方性導電樹脂との界面である端子表面に、溶融した導電性粒子が広がって、「ぬれ」た状態となる。また、溶融した導電性粒子同士が、樹脂成分内にて凝集して化学的に結合する。その結果、これらの溶融した導電性粒子が、対向する端子同士を電気的に接続するように配置される。その後、樹脂成分を硬化すれば、端子間を導通した状態で、異方性導電樹脂を介して対向する端子同士を固着することができる。 According to the above method, the anisotropic conductive resin is heated to a temperature higher than the melting point of the conductive particles, and the conductive particles are melted in a resin component that is not completely cured at this temperature. Since the conductive particles can move freely in the resin component, the molten conductive particles spread on the terminal surface, which is the interface between the terminal and the anisotropic conductive resin, and become “wet”. In addition, the fused conductive particles aggregate and chemically bond in the resin component. As a result, these fused conductive particles are arranged so as to electrically connect the opposing terminals. Thereafter, if the resin component is cured, the opposing terminals can be fixed via the anisotropic conductive resin while the terminals are electrically connected.
このように、上記の方法を用いれば、導電性粒子を溶融させて、導電性粒子間及び、導電性粒子と端子との間に、金属結合等の化学的な結合を形成することができる。つまり、互いに対向する端子間は、化学的結合によって接続された状態となる。それゆえ、上記端子間の電気抵抗を金属接合と同等レベルにて得ることができるので、上記端子間の電気的接続が信頼性の高いものとなる。 As described above, by using the above method, a chemical bond such as a metal bond can be formed between the conductive particles and between the conductive particles and the terminal by melting the conductive particles. That is, the terminals facing each other are connected by a chemical bond. Therefore, the electrical resistance between the terminals can be obtained at the same level as that of the metal bonding, and the electrical connection between the terminals is highly reliable.
また、本発明の端子間の接続方法は、上記の端子間の接続方法において、上記樹脂加熱ステップにて、上記異方性導電樹脂を介して、両端子を圧接させることを特徴としている。 Further, the method for connecting terminals according to the present invention is characterized in that, in the above-described method for connecting terminals, in the resin heating step, both terminals are brought into pressure contact with each other via the anisotropic conductive resin.
上記の方法によれば、異方性導電樹脂に含まれる導電性粒子が溶融する温度にて、一方の端子が異方性導電樹脂を介して他方の端子に近づくように、両端子を圧接して、対向する端子間の距離を小さくしている。そのため、導電性粒子が端子表面に「ぬれ」やすくなり、また、導電性粒子同士が凝集しやすくなる。これにより、対向する端子間にて、より確実に、溶融した導電性粒子同士を結合させることができるので、端子間に信頼性の高い導通経路を得ることができる。 According to the above method, at a temperature at which the conductive particles contained in the anisotropic conductive resin melt, the two terminals are pressed together so that one terminal approaches the other terminal via the anisotropic conductive resin. Thus, the distance between the opposing terminals is reduced. Therefore, the conductive particles are easily "wetted" on the terminal surface, and the conductive particles are easily aggregated. Thus, the fused conductive particles can be more reliably bonded between the opposing terminals, so that a highly reliable conduction path between the terminals can be obtained.
また、本発明の端子間の接続方法は、上記の端子間の接続方法において、上記樹脂成分は、端子表面及び導電性粒子表面のうちの少なくとも一方を還元する還元性を有する樹脂であることを特徴としている。 Further, in the method for connecting terminals according to the present invention, in the method for connecting terminals, the resin component is a resin having a reducing property for reducing at least one of a terminal surface and a conductive particle surface. Features.
上記の方法によれば、上記樹脂成分は、端子表面や導電性粒子表面に対する還元性を有しているので、端子表面や導電性粒子表面を活性化することができる。それゆえ、上記還元性を有する樹脂成分を含む異方性導電樹脂を用いれば、端子表面や導電性粒子表面が還元されて表面が活性化されるので、端子表面と導電性粒子とが接合しやすくなり、また導電性粒子同士が接合しやすくなる。その結果、対向する端子間の導電性粒子による接合をより確実にすることができるので、端子間に形成される導通経路の信頼性を向上することができる。 According to the above method, since the resin component has a reducing property for the terminal surface and the conductive particle surface, the terminal surface and the conductive particle surface can be activated. Therefore, when the anisotropic conductive resin containing the resin component having the reducing property is used, the terminal surface and the conductive particle surface are reduced and the surface is activated, so that the terminal surface and the conductive particle are bonded. And the conductive particles are easily bonded to each other. As a result, the bonding between the opposing terminals by the conductive particles can be made more reliable, so that the reliability of the conduction path formed between the terminals can be improved.
また、本発明の端子間の接続方法は、上記の端子間の接続方法において、上記端子配置ステップにおける上記異方性導電樹脂が、対向する各上記端子間を含んで、各上記端子が設けられている部材同士で挟まれる対向空間全体に充填されている状態となるように、上記異方性導電樹脂を供給することを特徴としている。 Further, in the method for connecting terminals according to the present invention, in the method for connecting terminals, the anisotropic conductive resin in the terminal arranging step includes each of the terminals including the opposing terminals. The anisotropic conductive resin is supplied so as to fill the entire opposing space sandwiched between the members.
上記の方法によれば、端子が設けられている部材同士で挟まれる対向空間全体に充填された異方性導電樹脂の加熱・硬化後は、端子部分に導電性粒子が凝集し、端子以外の箇所には樹脂のみが存在する。このようにして端子間が金属接合され、隣接する端子間には樹脂材料で絶縁がとられるとともに、十分な接着強度が確保された接着接合が達成される。 According to the above method, after heating and curing of the anisotropic conductive resin filled in the entire opposing space sandwiched between the members provided with the terminals, the conductive particles are aggregated in the terminal portion, and other than the terminals, Only resin is present at the location. In this manner, the terminals are metal-joined, and the adjacent terminals are insulated with a resin material, and the adhesive bonding with sufficient adhesive strength is achieved.
これにより、異方性導電樹脂の供給工程が簡単になってプロセスが大幅に削減されるとともに、金属接合と樹脂接合とが同時に達成されることになる。また、端子間の接続工程では低温加工が可能となる。 This simplifies the supply step of the anisotropic conductive resin, greatly reduces the process, and simultaneously achieves metal bonding and resin bonding. Also, low-temperature processing is possible in the connection step between the terminals.
また、本発明の半導体装置の実装方法は、上記課題を解決するために、半導体チップの電極パッドと、該電極パッドに対応するように設けられた配線基板上の回路電極とを、少なくとも導電性粒子と樹脂成分とを含む異方性導電樹脂を介して対向するように配置する電極配置ステップと、上記導電性粒子の融点よりも高く、かつ上記樹脂成分の硬化が完了しない温度に、上記異方性導電樹脂を加熱する樹脂加熱ステップと、上記樹脂成分を硬化させる樹脂成分硬化ステップとを含むことを特徴としている。 Further, in order to solve the above-mentioned problems, the method for mounting a semiconductor device according to the present invention includes the steps of: connecting at least conductive pads on a semiconductor chip and circuit electrodes on a wiring board provided to correspond to the electrode pads; An electrode arranging step of arranging the anisotropic conductive resin including the particles and the resin component so as to face each other, and a temperature higher than the melting point of the conductive particles and a temperature at which the curing of the resin component is not completed. It is characterized by including a resin heating step of heating the isotropic conductive resin and a resin component curing step of curing the resin component.
上記の方法によれば、半導体装置にて、半導体チップの電極パッドと配線基板上の回路電極とを電気的に接合する場合に、上記の端子間の接合方法を用いることができる。これにより、近年の半導体チップ等のファインピッチ化にも対応することができる実装方法を提供することができる。その結果、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。 According to the above method, when the electrode pads of the semiconductor chip and the circuit electrodes on the wiring board are electrically bonded in the semiconductor device, the above-described bonding method between terminals can be used. This makes it possible to provide a mounting method that can cope with recent fine pitching of semiconductor chips and the like. As a result, the yield of the semiconductor device can be improved.
また、上記の端子間接合方法は、比較的融点の低い導電性粒子を用いることによって、配線基板上に半導体チップを実装する際の加熱温度を低く設定することができる。それゆえ、本発明の半導体装置の実装方法は、耐熱性の低い光学素子等の電子部品を実装する場合等に好適に用いることができる。 In addition, in the above-described terminal-to-terminal bonding method, by using conductive particles having a relatively low melting point, the heating temperature at the time of mounting a semiconductor chip on a wiring board can be set low. Therefore, the semiconductor device mounting method of the present invention can be suitably used when electronic components such as optical elements having low heat resistance are mounted.
また、本発明の半導体装置の実装方法は、上記課題を解決するために、上記電極配置ステップにおける上記異方性導電樹脂が、対向する上記電極パッドと上記回路電極との間を含んで、上記半導体チップと上記配線基板とで挟まれる対向空間全体に充填されている状態となるように、上記異方性導電樹脂を供給することを特徴としている。 Further, in order to solve the above-mentioned problems, the method of mounting a semiconductor device according to the present invention, wherein the anisotropic conductive resin in the electrode disposing step includes a space between the opposed electrode pad and the circuit electrode. The method is characterized in that the anisotropic conductive resin is supplied so as to fill the entire opposing space sandwiched between the semiconductor chip and the wiring substrate.
上記の方法によれば、半導体チップと配線基板とで挟まれる対向空間全体に充填されている異方性導電樹脂の加熱・硬化後は、電極パッドおよび回路電極部分に導電性粒子が凝集し、それ以外の箇所には樹脂のみが存在する。このようにして電極パッドと回路電極との間が金属接合され、隣接する電極パッド−回路電極間には樹脂材料で絶縁がとられるとともに、十分な接着強度が確保された接着接合が達成される。 According to the above method, after heating and curing of the anisotropic conductive resin filled in the entire opposing space sandwiched between the semiconductor chip and the wiring board, the conductive particles aggregate on the electrode pads and circuit electrode portions, At other locations, only the resin is present. In this manner, the metal connection between the electrode pad and the circuit electrode is performed, and between the adjacent electrode pad and the circuit electrode is insulated with the resin material, and the adhesive bonding with sufficient adhesive strength is achieved. .
これにより、異方性導電樹脂の供給工程が簡単になってプロセスが大幅に削減されるとともに、金属接合と樹脂接合とが同時に達成されることになる。また、半導体装置の実装工程では低温加工が可能となる。 This simplifies the supply step of the anisotropic conductive resin, greatly reduces the process, and simultaneously achieves metal bonding and resin bonding. Further, low-temperature processing becomes possible in the mounting process of the semiconductor device.
本発明の端子間の接続方法は、以上のように、少なくとも導電性粒子と該導電性粒子の融点で硬化しない樹脂成分とを含む異方性導電樹脂を用い、上記導電性粒子の融点よりも高く、かつ上記樹脂成分の硬化が完了しない温度に、上記異方性導電樹脂を加熱する方法である。 The method for connecting terminals according to the present invention uses an anisotropic conductive resin containing at least conductive particles and a resin component that does not cure at the melting point of the conductive particles, as described above, This is a method of heating the anisotropic conductive resin to a high temperature at which the curing of the resin component is not completed.
それゆえ、導電性粒子が溶融して、該導電性粒子同士が化学的に結合し、また、端子表面に溶融した導電性粒子が広がって「ぬれ」た状態となる。その結果、端子間は、金属結合によって接合された状態となるので、端子間の電気抵抗を金属の電気抵抗と同等レベルにすることができるという効果を奏する。これにより、対向する端子間の電気的な接続の信頼性を向上することができる。 Therefore, the conductive particles are melted, the conductive particles are chemically bonded to each other, and the molten conductive particles are spread on the surface of the terminal to be in a “wet” state. As a result, the terminals are joined by metal bonding, so that the electric resistance between the terminals can be made equal to the electric resistance of the metal. Thereby, the reliability of the electrical connection between the opposing terminals can be improved.
特に、上記異方性導電樹脂の加熱工程にて、該異方性導電樹脂を介して両端子を圧接させ、両端子間の距離を小さくすれば、溶融した導電性粒子が凝集して結合しやすくなるので、端子間の電気的接続の信頼性をより一層向上することができる。 In particular, in the heating step of the anisotropic conductive resin, if the two terminals are brought into pressure contact with each other via the anisotropic conductive resin and the distance between the two terminals is reduced, the molten conductive particles are aggregated and bonded. As a result, the reliability of the electrical connection between the terminals can be further improved.
さらに、上記異方性導電樹脂に含まれる樹脂成分が、端子表面及び導電性粒子表面のうちの少なくとも一方を還元する還元性を有する表面活性化効果を有している場合にも、端子表面と導電性粒子との接合や、導電性粒子同士の接合が容易になるので、端子間に形成される導通経路の信頼性を向上することができる。 Further, even when the resin component contained in the anisotropic conductive resin has a surface activating effect having a reducing property of reducing at least one of the terminal surface and the conductive particle surface, Since the bonding with the conductive particles and the bonding between the conductive particles are facilitated, the reliability of the conductive path formed between the terminals can be improved.
さらに、上記端子配置ステップにおける上記異方性導電樹脂が、対向する各上記端子間を含んで、各上記端子が設けられている部材同士で挟まれる対向空間全体に充填されている状態となるように、上記異方性導電樹脂を供給することにより、異方性導電樹脂の供給工程が簡単になってプロセスが大幅に削減されるとともに、金属接合と樹脂接合とが同時に達成されることになる。また、端子間の接続工程では低温加工が可能となる。 Furthermore, the anisotropic conductive resin in the terminal arrangement step is filled with the entire opposing space sandwiched between the members provided with the terminals, including between the opposing terminals. In addition, by supplying the anisotropic conductive resin, the process of supplying the anisotropic conductive resin is simplified, the process is greatly reduced, and the metal bonding and the resin bonding are simultaneously achieved. . Also, low-temperature processing is possible in the connection step between the terminals.
また、本発明の半導体装置の実装方法は、上記の端子間の接続方法を利用して、半導体チップの電極パッドと、該電極パッドに対応するように設けられた配線基板上の回路電極とを接続する方法である。 Further, the method for mounting a semiconductor device of the present invention uses the above-described connection method between terminals to connect an electrode pad of a semiconductor chip and a circuit electrode on a wiring board provided corresponding to the electrode pad. How to connect.
これにより、近年の半導体チップ等のファインピッチ化にも対応することができるので、半導体装置の歩留まりを向上することができる。また、上記の半導体装置の実装方法は、比較的低温での処理が可能であるため、耐熱性の低い光学素子等の電子部品を実装する場合等に好適に用いることができる。 This makes it possible to cope with the recent trend toward finer pitch of semiconductor chips and the like, so that the yield of semiconductor devices can be improved. In addition, since the above-described method for mounting a semiconductor device can be processed at a relatively low temperature, it can be suitably used when electronic components such as optical elements having low heat resistance are mounted.
さらに、上記電極配置ステップにおける上記異方性導電樹脂が、対向する上記電極パッドと上記回路電極との間を含んで、上記半導体チップと上記配線基板とで挟まれる対向空間全体に充填されている状態となるように、上記異方性導電樹脂を供給することにより、異方性導電樹脂の供給工程が簡単になってプロセスが大幅に削減されるとともに、金属接合と樹脂接合とが同時に達成されることになる。また、半導体装置の実装工程では低温加工が可能となる。 Further, the anisotropic conductive resin in the electrode disposing step is filled in the entire opposing space sandwiched between the semiconductor chip and the wiring board, including between the opposing electrode pad and the circuit electrode. By supplying the anisotropic conductive resin so as to be in a state, the process of supplying the anisotropic conductive resin is simplified, the process is greatly reduced, and metal bonding and resin bonding are simultaneously achieved. Will be. Further, low-temperature processing becomes possible in the mounting process of the semiconductor device.
本発明の実施の一形態について図１ないし図３に基づいて説明すれば、以下の通りである。 One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図１に示すように、本実施の形態の半導体装置は、端子である回路電極（以下、ランドと記載する）１１を有するシリコン等からなる基板（配線基板）１０上に、導電性樹脂層１ａを介して、半導体チップ２０が実装されてなる。上記半導体装置の基板１０上のランド１１は、半導体チップ２０上に設けられた電極パッド（端子）２１に対応するようにパターニングされ、ランド１１と電極パッド２１とが対向している。なお、半導体チップ２０表面に設けられた電極パッド２１は、該半導体チップ２０上に形成された図示しない集積回路を外部に接続するために設けられている。上記電極パッド２１上には、半田や金等を用いてバンプを形成しておいてもよい。
As shown in FIG. 1, a semiconductor device according to the present embodiment includes a conductive resin layer 1a on a substrate (wiring substrate) 10 made of silicon or the like having a circuit electrode (hereinafter, referred to as a land) 11 as a terminal. , The
上記半導体装置では、図１に示すように、基板１０上のランド１１と半導体チップ２０表面の電極パッド２１とが、導電性樹脂層１ａを介して、互いに電気的に接続されている。この導電性樹脂層１ａは、絶縁性の硬化樹脂２ａに導電物質３ａが含まれてなり、導電性樹脂層１ａに含まれる導電物質３ａが、上記電極パッド２１とランド１１とを電気的に接続している。この導電物質３ａは、詳細は後述するが、複数の導電性粒子３ｂが溶融して化学的に結合したものである。
In the semiconductor device, as shown in FIG. 1, the
次に、上記半導体装置にて、基板１０上のランド１１と半導体チップ２０上の電極パッド２１とを接合する接合方法について、図２及び図３に基づいて、説明する。
Next, a bonding method for bonding the
まず、電極パッド２１が形成された半導体チップ２０と、半導体チップ２０表面の電極パッド２１に対応するようにランド１１がパターニングされた基板１０とを用意する。上記電極パッド２１表面や、ランド１１表面は、後述する「ぬれ」た導電性粒子との接触を良好にするために、洗浄、研磨、メッキ、表面活性化等の処理を施しておいてもよい。そして、図２（ａ）に示すように、基板１０又は基板１０のランド１１上に、樹脂（樹脂成分）２ｂ中に導電性粒子３ｂが分散してなる導電性接着剤（異方性導電樹脂）１ｂを供給する。ここで、詳細は後述するが、上記導電性接着剤１ｂに含まれる樹脂２ｂは、導電性粒子３ｂの溶融温度（融点）で、硬化が完了せず、かつ導電性粒子の一部が流動可能な程度の粘度を有していることが好ましい。
First, a
ここで、上記導電性接着剤１ｂは、フィルム状、ペースト状、粉末状等、その形状は特に限定されない。そのため、上記導電性接着剤１ｂは、その形状に適した供給方法にて、基板１０又はランド１１上に供給されればよい。すなわち、フィルム状の導電性接着剤１ｂであれば、基板１０やランド１１上に直接配置、あるいは転写すればよい。また、ペースト状の導電性接着剤１ｂであれば、基板１０やランド１１上に直接滴下してもよく、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、回転塗布法等で供給してもよい。なお、図２（ａ）（ｂ）には、ペースト状の導電性接着剤１ｂを塗布した場合を示している。
Here, the shape of the
続いて、基板１０上のランド１１と、半導体チップ２０上の電極パッド２１との位置合わせを行って、図２（ｂ）に示すように、基板１０上に供給された導電性接着剤１ｂ上に半導体チップ２０を配置する。このとき、基板１０のランド１１と半導体チップ２０の電極パッド２１との間（以下、対向電極間と記載する）の距離が所定以上となるように、基板１０上に図示しないスペーサーを配置し、このスペーサーを挟み込むように半導体チップ２０を配置してもよい。
Subsequently, the
基板１０上に半導体チップ２０を配置した上記の時点での対向電極間の距離は、基板１０又はランド１１上の導電性接着剤１ｂと、半導体チップ２０の電極パッド２１とが接触していればよい。言い換えれば、基板１０やランド１１上に供給される導電性接着剤１ｂは、対向電極間に所定以上の距離が得られるように供給すればよい。
The distance between the opposing electrodes at the time when the
上記のように基板１０と半導体チップ２０とが、導電性接着剤１ｂを介して対向した状態では、図３（ａ）に示すように、ランド１１と電極パッド２１との間（対向電極間）の導電性接着剤１ｂ内に、導電性粒子３ｂが一様に分散している。
As described above, when the
図３（ａ）に示すように、ランド１１と電極パッド２１とが導電性接着剤１ｂを挟み込んで配置した後、上記基板１０及び半導体チップ２０（図２（ｂ））を、導電性粒子３ｂの融点以上の温度まで徐々に加熱する。この加熱によって、導電性接着剤１ｂに含まれる樹脂２ｂは、硬化が完了した状態にはならず、好ましくは樹脂２ｂ内を導電性粒子３ｂが動きやすくなる粘度を有しているとよい。さらに、加熱を続けて温度が上記導電性粒子３ｂの融点に達すると、図３（ｂ）に示すように、導電性粒子３ｂが溶融するとともに、互いに近傍に位置する導電性粒子３ｂが樹脂２ｂ内を移動して凝集し始める。
As shown in FIG. 3A, after the
このとき、ランド１１表面及び電極パッド２１表面（以下、両者を電極表面と総称する）に、溶融した導電性粒子３ｂが広がった「ぬれ」の状態が得られる。そして、この電極表面に「ぬれ」た導電性粒子３ｂに、導電性接着剤１ｂ中に含まれる他の導電性粒子３ｂが集まり、図３（ｃ）に示すように、これらの導電性粒子３ｂが溶融して化学的に結合する。これにより、対向電極間が複数の導電性粒子が結合してなる導電物質３ａによって接合された状態となり、対向電極間に導通経路が形成される。このように、対向電極間に化学的に結合した導電物質３ａが形成されることにより、信頼性が高く、金属接合と同等レベルの接続抵抗を得ることができる。
At this time, a “wet” state in which the molten
なお、導電性粒子３ｂの融点に温度が達した時点で、半導体チップ２０が基板１０に近づくように加圧して、対向電極間の距離を小さくしてもよい。すなわち、導電性接着剤１ｂを介して、半導体チップ２０と基板１０とを圧接して、対向電極間の距離を小さくしてもよい。これにより、電極表面に「ぬれ」た導電性粒子３ｂに、他の導電性粒子が凝集しやすくなり、対向電極間に信頼性の高い電気的な接合を形成することが可能になる。半導体チップ２０を基板１０に近づけたときの対向電極間の距離は、特に限定されないが、導電性粒子３ｂの粒径の数倍〜数１０倍となるように設定することが好ましく、具体的には、１μｍ以上５００μｍ以下に設定することが好ましい。
Note that when the temperature reaches the melting point of the
また、上記のように導電性粒子３ｂの融点まで加熱するようにしてもよいが、導電性粒子３ｂを十分に溶融させて、対向電極間に信頼性の高い電気的導通を得るためには、導電性粒子３ｂの融点よりも高い温度まで加熱することが好ましい。具体的には、導電性粒子３ｂの融点よりも１０℃〜３０℃程度高い温度まで加熱すれば、導電性粒子が十分に溶融され、対向電極間の良好な導通を得ることができる。
As described above, the
上記のように、導電性粒子３ｂが溶融することによって図３（ｃ）に示す導電物質３ａが形成され、対向電極間の導通経路が確保されれば、基板１０と半導体チップ２０との間に塗布された導電性接着剤１ｂに含まれる樹脂２ｂを完全に硬化させる。これにより、図１に示すように、硬化樹脂２ａ内に導電物質３ａが形成された導電性樹脂層１ａが得られ、基板１０と半導体チップ２０とが固着される。なお、導電性接着剤１ｂに含まれる樹脂２ｂを硬化させる硬化条件は、用いる樹脂２ｂの種類や性質に応じて適宜設定すればよい。例えば、熱硬化性樹脂を用いた場合には、樹脂２ｂの硬化温度まで加温すればよいし、熱可塑性樹脂を用いた場合には、樹脂２ｂが硬化する温度まで冷却すればよい。また、光硬化性樹脂を用いた場合には、光照射を行って重合反応を開始させればよい。
As described above, by melting the
このように、基板１０と半導体チップ２０との間に供給された導電性接着剤１ｂの樹脂２ｂが硬化することにより、対向電極間の導通状態を確保することができる。また、樹脂２ｂが硬化することによって、基板１０と半導体チップ２０とを十分な機械的強度で固着することができる。
In this way, the
次に、上記の接合方法にて、基板１０上に半導体チップ２０を実装するために用いる導電性接着剤１ｂ（図３（ａ））について説明する。上記導電性接着剤１ｂは、少なくとも導電性粒子３ｂと樹脂２ｂとを含んでいればよく、必要に応じて導電性粒子３ｂ及び樹脂２ｂ以外の物質を含んでいてもよい。
Next, the
上記導電性接着剤１ｂに含まれる導電性粒子３ｂは、特に限定されないが、半導体装置では、基板１０に搭載する半導体チップや電子部品等の熱劣化を防止するために、加熱処理は２５０℃以下で行われることが好ましい。それゆえ、２５０℃以下での加熱処理を行い得るように、２５０℃以下の融点を有する導電性粒子３ｂを用いることが好ましい。
The
このような導電性粒子３ｂとしては、具体的には、錫（Ｓｎ），インジウム（Ｉｎ），ビスマス（Ｂｉ），銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），鉛（Ｐｂ），カドミウム（Ｃｄ），ガリウム（Ｇａ），銀（Ａｇ），タリウム（Ｔｌ）等の金属や、これらの金属からなる合金を挙げることができる。上記合金としては、例えば、Ｓｎ／４８Ｉｎ，Ｓｎ／５７Ｂｉ／１Ａｇ，Ｓｎ／９Ｚｎ，Ｓｎ／８Ｚｎ／３Ｂｉ，Ｓｎ／３．５Ａｇ（いずれも組成比）や、表１に示す金属や合金等を挙げることができる。なお、表１には、各金属及び各合金の融点もあわせて示している。
As the
上記導電性粒子３ｂは、粒径の上限値が１００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。また、粒径の下限値は、１μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましい。一般に、導電性粒子３ｂの粒径の上限値は、電極パッドやランド等の電極の寸法や構造に依存し、通常、隣接電極間の絶縁性を確保するためには、（電極のピッチ）×０．５以下の粒径を有していることが好ましい。これに対し、導電性粒子３ｂの粒径の下限値が１μｍ未満であると、電極表面に「ぬれ」た導電性粒子３ｂに、他の導電性粒子３ｂが凝集しにくくなる。
The upper limit of the particle size of the
また、上記導電性粒子３ｂの形状は、特に限定されず、球形、扁平球形、板形、不定形等、種々の形状のものを用いればよい。
The shape of the
さらに、導電性接着剤１ｂ中に含まれる上記導電性粒子３ｂの体積比は、下限値が２０体積％以上であることが好ましく、３０体積％以上であることがより好ましい。また、上記導電性粒子３ｂの体積比の上限値は、７０体積％以下であることが好ましく、６０体積％以下であることがより好ましい。
Furthermore, the lower limit of the volume ratio of the
上記導電性粒子３ｂの導電性接着剤１ｂ中における体積比が２０体積％未満であると、重量比によって導電性粒子３ｂの樹脂２ｂ内における分散が阻害されてしまう。これに対し、体積比が７０体積％を超えると、導電性粒子３ｂが過密度に配置されるので、導電性粒子３ｂと樹脂２ｂとの混合状態が不均一になる可能性がある。
If the volume ratio of the
また、上記樹脂２ｂは、絶縁性を有し、かつ導電性接着剤１ｂに含まれる導電性粒子３ｂの融点温度で硬化が完了しないものであれば特に限定されない。さらに、上記樹脂２ｂは、樹脂２ｂ内を上記導電性粒子３ｂが流動可能となるように、導電性粒子３ｂの融点温度で硬化率が１００％未満であることが好ましい。
The
上記樹脂２ｂは、上記条件を満たすものであれば特に限定されないが、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、光硬化性樹脂等のうちの１種又は２種以上を用いればよい。
The
上記熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、アルキド系樹脂、尿素樹脂、アクリル系樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等を挙げることができる。また、上記熱可塑性樹脂としては、酢酸ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール系樹脂、塩化ビニル系樹脂、スチレン系樹脂、ビニルメチルエーテル系樹脂、ウレタン系樹脂、グリブチル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合系樹脂、スチレン−ブタジエン共重合系樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂等を挙げることができる。 Examples of the thermosetting resin include an epoxy resin, a urethane resin, an acrylic resin, a silicone resin, a phenol resin, a melamine resin, an alkyd resin, a urea resin, an acrylic resin, and an unsaturated polyester resin. Can be mentioned. Further, as the thermoplastic resin, vinyl acetate resin, polyvinyl butyral resin, vinyl chloride resin, styrene resin, vinyl methyl ether resin, urethane resin, glybutyl resin, ethylene-vinyl acetate copolymer resin, Styrene-butadiene copolymer resin, polybutadiene resin, polyvinyl alcohol resin and the like can be mentioned.
さらに、上記光硬化性樹脂とは、光重合性モノマーや光重合性オリゴマーと、光重合開始剤等を混合したものであり、光照射によって重合反応が開始されるものをいう。光重合性モノマーや光重合性オリゴマーとしては、例えば、アクリル酸エステル類モノマー、メタクリル酸エステル類モノマー、エーテルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、アミノ樹脂アクリレート、不飽和ポリエステル、シリコーン系樹脂等を挙げることができる。 Furthermore, the photocurable resin is a mixture of a photopolymerizable monomer or a photopolymerizable oligomer, a photopolymerization initiator, and the like, and refers to a resin in which a polymerization reaction is started by light irradiation. Examples of the photopolymerizable monomer and the photopolymerizable oligomer include acrylate monomers, methacrylate monomers, ether acrylate, urethane acrylate, epoxy acrylate, amino resin acrylate, unsaturated polyester, and silicone resin. Can be.
また、上記樹脂２ｂとして、導電性粒子３ｂの表面や電極表面を活性化させる表面活性化効果を有する表面活性化樹脂を用いてもよい。表面活性化樹脂とは、導電性粒子３ｂの表面や電極表面を還元する還元性を有するものをいい、例えば、加熱によって有機酸を遊離する樹脂をいう。このような表面活性化樹脂を用いれば、導電性粒子３ｂ表面や電極表面を活性化し、電極表面での導電性粒子３ｂの「ぬれ」を良好にするとともに、導電性粒子３ｂ同士が結合しやすくなってより大きな粒径の導電性粒子を得ることができる。
In addition, as the
上記表面活性化樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂であるペンギンセメントＲＤ−０２０５，ＲＤ−０１２８（サンスター技研社製）等を挙げることができる。 Examples of the surface activation resin include penguin cements RD-0205 and RD-0128 (manufactured by Sunstar Giken), which are epoxy resins.
なお、上記導電性接着剤１ｂに含まれる上記導電性粒子３ｂの融点、及び樹脂２ｂの硬化温度は、示差熱（ＤＳＣ）分析によって決定している。すなわち、示差熱分析によって得られたスペクトルのピークに基づいて、導電性粒子３ｂの融点及び樹脂２ｂの硬化温度を決定し、用いる導電性粒子３ｂ及び樹脂２ｂの組み合わせを決定している。
The melting point of the
また、上記導電性接着剤１ｂには、導電性粒子３ｂ及び樹脂２ｂ以外の物質として、フラックス、表面活性剤、硬化剤等を含んでいてもよい。
Further, the
上記フラックスは、例えば、樹脂、無機酸、アミン、有機酸等の還元剤である。このフラックスは、溶融した導電性粒子３ｂ表面、ランド１１表面や電極パッド２１表面の酸化物等の表面異物を、還元することによって可溶性かつ可融性の化合物に変えて除去する。また、表面異物が除去されて清浄になった上記導電性粒子３ｂ表面、ランド１１表面や電極パッド２１表面を被覆して、再び酸化することを防止する。
The flux is a reducing agent such as a resin, an inorganic acid, an amine, and an organic acid. This flux removes surface foreign substances such as oxides on the surface of the
上記フラックスは、導電性粒子３ｂの融点よりも高く、かつ対向電極間を接合するために行う加熱処理時の最高温度よりも低い沸点を有していることが好ましい。上記導電性接着剤１ｂ中のフラックスの含有率は、２０重量％以下であることが好ましく、１０重量％以下であることがより好ましい。フラックスの含有率が２０重量％を超えると、ボイドが発生しやすく、接合部での接合特性が低下する原因となって好ましくない。
It is preferable that the flux has a boiling point higher than the melting point of the
また、上記表面活性剤は、例えば、エチレングリコールやグリセリン等のグリコール；マレイン酸やアジピン酸等の有機酸；アミン、アミノ酸、アミンの有機酸塩、アミンのハロゲン塩等のアミン系化合物；無機酸や無機酸塩等であり、溶融した導電性粒子３ｂ表面、ランド１１表面や電極パッド２１表面の酸化物等の表面異物を溶解して除去する。
Examples of the surfactant include glycols such as ethylene glycol and glycerin; organic acids such as maleic acid and adipic acid; amine compounds such as amines, amino acids, organic acid salts of amines and halogen salts of amines; Or inorganic acid salts, and dissolves and removes surface foreign substances such as oxides on the surfaces of the molten
上記表面活性剤は、導電性粒子３ｂの融点よりも高い沸点を有し、かつ対向電極間を接合するために行う加熱処理時の最高温度よりも低い温度で蒸発するものであることが好ましい。上記導電性接着剤１ｂ中の表面活性剤の含有率は、２０重量％以下であることが好ましく、１０重量％以下であることがより好ましい。
It is preferable that the surface active agent has a boiling point higher than the melting point of the
さらに、上記硬化剤は、例えば、ジシアンジアミドやイミダゾール等であり、エポキシ樹脂の硬化を促進する。 Further, the curing agent is, for example, dicyandiamide or imidazole, and accelerates curing of the epoxy resin.
なお、上記にて説明した導電性接着剤を用いた対向電極間の電気的接合は、半導体チップ２０上の電極パッド２１と、基板１０上のランド１１との接合等のチップ接合用に限定されるものではない。すなわち、ランド１１が形成されている側とは反対側の基板１０表面における接着、光学部品等の電子部品と基板１０との接合、液晶ディスプレイのＴＣＰ（Tape Carrier Package）実装等、種々の電気的接合に利用することができる。特に、融点の低い導電性粒子３ｂを含む導電性接着剤を用いれば、発光ダイオードや光受光素子等の耐熱性の低い電子部品にも適用することができる。さらに、光学部品の接合を上記の手法で行えば、曇りが発生することがないため透明度を確保することができる。
The electrical bonding between the opposing electrodes using the conductive adhesive described above is limited to chip bonding such as bonding between the
このように、上記にて説明した対向電極間の電気的な接続方法は、半導体チップに設けられた電極や、光学部品やディスクリート部品等の各種電子部品の電極、配線基板に設けられた電極等、種々の外部接続用の端子に用いることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例について、図４ないし図１０に基づいて説明する。本実施例では、導電性接着剤に含まれる導電性粒子としてＳｎ／４８Ｉｎの組成を有する合金を用い、樹脂として熱硬化性樹脂を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。
As described above, the electrical connection method between the counter electrodes described above is based on the electrodes provided on the semiconductor chip, the electrodes of various electronic components such as optical components and discrete components, the electrodes provided on the wiring board, and the like. Can be used for various terminals for external connection.
〔Example〕
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, an alloy having a composition of Sn / 48In was used as the conductive particles contained in the conductive adhesive, and a thermosetting resin was used as the resin, but the present invention is not limited to this.
＜示差熱（ＤＳＣ）分析＞
導電性接着剤に用いる以下の導電性粒子及び樹脂、さらに、以下の導電性接着剤のＤＳＣ分析（商品名ＤＳＣ７、Perkin Elmer社製を使用）を行った。
<Differential heat (DSC) analysis>
The following conductive particles and resin used in the conductive adhesive and the following conductive adhesive were subjected to DSC analysis (trade name: DSC7, manufactured by Perkin Elmer).
（１）導電性粒子
導電性粒子として、Ｓｎ／４８Ｉｎの組成を有する合金を用い、昇温速度５℃/secにてＤＳＣ分析を行った。その結果を図４に示す。図４に基づいて解析した結果、上記合金の溶融開始温度は１１５．９３℃であり、スペクトルのピーク位置での温度は１１９．４５℃であった。
(1) Conductive Particles As the conductive particles, an alloy having a composition of Sn / 48In was used, and a DSC analysis was performed at a heating rate of 5 ° C./sec. The result is shown in FIG. As a result of analysis based on FIG. 4, the melting start temperature of the alloy was 115.93 ° C., and the temperature at the peak position of the spectrum was 119.45 ° C.
（２）樹脂
樹脂として、還元性を有していないエポキシ系樹脂であるエピクロンＳＲ−Ａ（大日本インキ化学工業社製）、還元性を有しているエポキシ系樹脂であるペンギンセメントＲＤ−０２０５（サンスター技研社製）について、昇温速度５℃/secにてＤＳＣ分析を行った。その結果を図５（ａ）（ｂ）に示す。図５（ａ）（ｂ）に基づいて解析し、上記の各樹脂の硬化開始温度及び、スペクトルのピーク位置での温度（ピーク温度）を求めた結果を表２に示す。
(2) Resin Epicron SR-A (manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc.), which is an epoxy resin having no reducing property, and Penguin Cement RD-0205, which is an epoxy resin having reducing property, as a resin. (Sunstar Giken Co., Ltd.) was subjected to DSC analysis at a heating rate of 5 ° C./sec. The results are shown in FIGS. Table 2 shows the results obtained by analyzing based on FIGS. 5A and 5B and obtaining the curing start temperature of each resin and the temperature at the peak position of the spectrum (peak temperature).
（３）導電性接着剤
導電性粒子の体積含有率が５０％となるように、上記（１）の合金（０．８４３ｇ）と、上記（２）のエピクロンＳＲ−Ａ（０．１５７ｇ）とを混合して導電性接着剤を調製し、該導電性接着剤について、昇温速度５℃/secにてＤＳＣ分析を行った。その結果を図６に示す。図６に示すように、この導電性接着剤内での合金の溶融温度は、スペクトルのピーク位置で、１１９℃であり、図４に示す結果とほぼ一致した。
(3) Conductive adhesive The alloy (0.843 g) of the above (1) and the epicron SR-A (0.157 g) of the above (2) such that the volume content of the conductive particles becomes 50%. Was mixed to prepare a conductive adhesive, and the conductive adhesive was subjected to DSC analysis at a temperature rising rate of 5 ° C./sec. FIG. 6 shows the result. As shown in FIG. 6, the melting temperature of the alloy in this conductive adhesive was 119 ° C. at the peak position of the spectrum, which almost coincided with the result shown in FIG.
〔実施例１〕
１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの銅板を、エメリー紙で研磨した後、さらにバフで研磨した。次いで、研磨した一対の銅板を、６％塩酸による脱酸、及び、アセトンを用いた超音波洗浄による脱脂によって表面処理を行った。次いで、導電性粒子の体積含有率が５０％となるように、導電性粒子としてのＳｎ／４８Ｉｎ合金と、樹脂としてのエピクロンＳＲ−Ａとを混合して、導電性接着剤を調製し、この導電性接着剤を一方の銅板表面に塗布し、さらにこの銅板表面にステンレス球のスペーサーを配置した。続いて、銅板上に塗布された導電性接着剤上に他方の銅板を配置し、この銅板上に１００ｇの分銅をのせて数秒放置した後、分銅をおろして、得られた試料（以下、加熱前試料）の導電性接着剤内の導電性粒子を観察した。その結果を図７に示す。
[Example 1]
A 10 mm × 10 mm × 1 mm copper plate was polished with emery paper and further polished with a buff. Next, the polished pair of copper plates was subjected to surface treatment by deoxidation with 6% hydrochloric acid and degreasing by ultrasonic cleaning using acetone. Next, Sn / 48In alloy as the conductive particles and Epicron SR-A as the resin were mixed to prepare a conductive adhesive so that the volume content of the conductive particles became 50%. A conductive adhesive was applied to one copper plate surface, and a stainless steel spacer was disposed on the copper plate surface. Subsequently, the other copper plate was placed on the conductive adhesive applied on the copper plate, a 100 g weight was placed on the copper plate, left for a few seconds, and then the weight was lowered. The conductive particles in the conductive adhesive of the (pre-sample) were observed. FIG. 7 shows the result.
さらに、上記加熱前試料をリフロー炉に入れ、図８に示す温度プロファイルに従って、開始１分間にて１４０℃まで加熱し、その後３分間１４０℃を維持し、次の１分間にて１８０℃までさらに加熱して、１８０℃の温度を１時間維持した。これにより、導電性粒子を溶融させ、その後樹脂を硬化させて、加熱後試料を得た。その結果を図９（ａ）（ｂ）に示す。 Further, the sample before heating is placed in a reflow furnace, and heated to 140 ° C. in one minute according to the temperature profile shown in FIG. Heated and maintained at a temperature of 180 ° C. for 1 hour. Thereby, the conductive particles were melted, and thereafter, the resin was cured, and a sample after heating was obtained. The results are shown in FIGS.
図７に示すように、導電性接着剤が硬化する前の加熱前試料では、導電性粒子が樹脂内に一様に分散されていることがわかる。これに対し、図９（ａ）に示すように、導電性接着剤が硬化した加熱後試料では、銅板表面上に導電性粒子が「ぬれ」て、銅板と導電性粒子とが接続されていることがわかる。また、図９（ｂ）に示すように、加熱によって導電性粒子が溶融したことにより、導電性粒子間に金属結合が生じていることがわかる。これにより、一対の銅板間が導電性粒子によって導通されることがわかる。 As shown in FIG. 7, in the pre-heating sample before the conductive adhesive is cured, it can be seen that the conductive particles are uniformly dispersed in the resin. On the other hand, as shown in FIG. 9A, in the heated sample in which the conductive adhesive is cured, the conductive particles are "wet" on the copper plate surface, and the copper plate and the conductive particles are connected. You can see that. Further, as shown in FIG. 9B, it can be seen that the metal particles are generated between the conductive particles due to the melting of the conductive particles by heating. Thereby, it turns out that conduction between a pair of copper plates is carried out by conductive particles.
〔実施例２〕
導電性粒子の体積含有率が３０％となるように、導電性粒子としてのＳｎ／４８Ｉｎ合金と、樹脂としてペンギンセメントＲＤ−０２０５とを混合した導電性接着剤を用いた以外は、上記実施例１と同様の手法で加熱後試料を得た。
[Example 2]
The above examples except that a conductive adhesive obtained by mixing Sn / 48In alloy as the conductive particles and penguin cement RD-0205 as the resin was used so that the volume content of the conductive particles was 30%. A sample after heating was obtained in the same manner as in Example 1.
その結果を図１０（ａ）（ｂ）に示す。図１０（ａ）（ｂ）に示されるように、一対の銅板間に、導電性粒子の溶融によって導通経路が形成されて接合されていることがわかる。 The results are shown in FIGS. As shown in FIGS. 10A and 10B, it can be seen that a conduction path is formed and joined between the pair of copper plates by melting the conductive particles.
〔実施例３〕
導電性接着剤に含まれる樹脂の表面活性化効果について調べるために、銅板間の距離を３００μｍに制御して、導電性粒子の溶融状態を調べた。
[Example 3]
In order to examine the surface activation effect of the resin contained in the conductive adhesive, the molten state of the conductive particles was examined while controlling the distance between the copper plates to 300 μm.
すなわち、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの銅板を、実施例１と同様の手法で研磨し、また表面処理を行った。次いで、導電性粒子の体積含有率が５０％となるように、導電性粒子としてのＳｎ／４８Ｉｎ合金（０．８４５４ｇ）と、樹脂としてのペンギンセメントＲＤ−０２０５（０．１５４６ｇ）とを混合して、導電性接着剤を調製し、この導電性接着剤を一方の銅板表面に塗布した。さらに、銅板間の距離を３００μｍに制御するために、この銅板表面に、球径３００μｍのステンレス球のスペーサーを配置した。続いて、銅板上に塗布された導電性接着剤上に他方の銅板を配置し、この銅板上に１００ｇの分銅をのせて数秒放置した後、分銅をおろして、実施例１と同様に、リフロー炉に入れ、図８に示す温度プロファイルにて加熱を行って、加熱後試料を得た。その結果を図１１に示す。 That is, a 10 mm × 10 mm × 1 mm copper plate was polished and surface-treated in the same manner as in Example 1. Next, Sn / 48In alloy (0.8454 g) as the conductive particles and penguin cement RD-0205 (0.1546 g) as the resin were mixed so that the volume content of the conductive particles became 50%. Thus, a conductive adhesive was prepared, and the conductive adhesive was applied to one copper plate surface. Furthermore, in order to control the distance between the copper plates to 300 μm, a stainless steel spacer having a ball diameter of 300 μm was arranged on the surface of the copper plate. Subsequently, the other copper plate was placed on the conductive adhesive applied on the copper plate, and a 100 g weight was placed on the copper plate and left for several seconds. Then, the weight was lowered and reflow was performed in the same manner as in Example 1. The sample was placed in a furnace and heated according to the temperature profile shown in FIG. 8 to obtain a sample after heating. The result is shown in FIG.
図１１に示すように、銅板間に供給された導電性接着剤内には、粒径が相対的に大きな導電性粒子が見られ、また、銅板表面に導電性粒子による「ぬれ」の現象が見られることから、加熱処理により、導電性粒子同士が結合したと考えることができる。従って、導電性接着剤に含まれる樹脂が還元性を有する場合、銅板表面や導電性粒子表面を活性化して、導電性粒子同士の結合や、導電性粒子と銅板表面との結合を容易にすることができると考えられる。 As shown in FIG. 11, conductive particles having a relatively large particle size are found in the conductive adhesive supplied between the copper plates, and a phenomenon of “wetting” due to the conductive particles on the copper plate surface is observed. From the above, it can be considered that the conductive particles are bonded to each other by the heat treatment. Therefore, when the resin contained in the conductive adhesive has a reducing property, the surface of the copper plate or the surface of the conductive particles is activated to facilitate the bonding between the conductive particles and the bonding between the conductive particles and the surface of the copper plate. It is thought that it is possible.
〔実施例４〕
次に、図１２ないし図１４に基づいて実施例４を説明する。
[Example 4]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
本実施例では、半導体装置において半導体チップ２０を実装するのに、導電性接着剤１ｂの供給形態が図２の場合と異なっている。図２には導電性接着剤１ｂが最初にランド１１上のみに塗布され、電極パッド２１とランド１１とを導電性接着剤１ｂを介して対向するように配置する電極配置ステップ（端子配置ステップ）において対向電極間のみに導電性接着剤１ｂが配置されている状態となっている様子が示されている。これに対して本実施例では、電極配置ステップにおいて、図１２（ａ）に示すように、導電性接着剤１ｂが、対向する電極パッド２１とランド１１との間を含んで、基板１０と半導体チップ２０とで挟まれる対向空間全体に充填される状態となっているように、導電性接着剤１ｂを供給する。
In the present embodiment, the mounting mode of the
上述した図１２（ａ）のように導電性接着剤１ｂが充填されるよう、導電性接着剤１ｂを最初にランド１１上のみではなく、基板１０上の半導体チップ２０と互いに対向することになる面のほぼ全体に塗布する。これは、図２（ａ）を用いて基板１０又は基板１０のランド１１上に導電性接着剤１ｂを供給することを説明した箇所の、基板１０上への供給に相当する。導電性接着剤１ｂを基板１０上に塗布した後、電極配置ステップで半導体チップ２０を基板１０に対向するよう配置して、導電性接着剤１ｂが基板１０と半導体チップ２０とで挟まれる対向空間全体に充填される状態となるようにする。
First, the
次いで、導電性接着剤１ｂの導電性粒子３ｂの融点よりも高く、かつ導電性接着剤１ｂの樹脂２ｂが硬化しない温度に加熱して、導電性粒子３ｂを「ぬれ」を利用して対向電極面に凝集させ、対向電極間の距離を狭めて導通をとるというようなプロセスを経る。好ましくは、より高い温度で樹脂２ｂを硬化させる。ここで、図１２（ａ）で説明した導電性接着剤１ｂの供給形態以外、材料、加熱プロファイル、対向電極間の距離の制御（以後、高さ制御と称する）などのプロセスは前述の実施例と同一である。これにより、図１２（ｂ）の半導体装置が製造される。基板１０と半導体チップ２０との間には導電性樹脂層１ａが形成されるが、このうち電極パッド２１とランド１１との間の領域を導電物質３ａが占めており、電極パッド２１−ランド１１間領域以外の領域を硬化樹脂２ａが占めている。
Then, the
なお、基板１０と半導体チップ２０とで挟まれる対向空間全体に充填される状態となるように導電性接着剤１ｂを供給するのに、予め基板１０と半導体チップ２０とを互いに対向させておき、それによって形成された対向空間全体に導電性接着剤１ｂを注入する方法もある。しかし、基板１０と半導体チップ２０とのギャップが小さくなるように行われる実装工程においては、上記の注入よりも、前述のように予め基板１０上への塗布を行うプリコートの方が、導電性接着剤１ｂの供給が簡単であり、かつ、確実に対向空間全体を導電性接着剤１ｂで充填することができる。
In order to supply the
次に、図１２の実装プロセスの確認実験を行った。基板として、配線幅３１８μｍ、配線間隔３１８μｍの銅ストライプ配線が形成されたガラスエポキシ基板（ＦＲ４）を２枚用い、それらの間に導電性接着剤１ｂを塗布した。ここではガラスエポキシ基板の互いに対向する銅パッドが端子である。導電性接着剤１ｂは低融点金属フィラー含有樹脂であり、その導電性粒子３ｂとしてＳｎ／４８Ｉｎの組成を有する合金を用い、樹脂２ｂとしてペンギンセメントＲＤ−０２０５を用いた。導電性接着剤１ｂの加熱には、図８の加熱プロファイルを用いた。高さ制御については、導電性粒子３ｂの溶融前は３００μｍとし、導電性粒子３ｂの溶融後は１００μｍとした。
Next, an experiment for confirming the mounting process of FIG. 12 was performed. As a substrate, two glass epoxy substrates (FR4) on which a copper stripe wiring having a wiring width of 318 μm and a wiring interval of 318 μm were formed, and a
図１３に、図１２に示す実装プロセスによって得られた試料のＸ線透過写真を示す。図１３（ａ）は導電性接着剤１ｂの塗布前における試料を基板面に垂直な方向に見た状態、図１３（ｂ）は導電性接着剤１ｂの塗布後における試料を基板面に垂直な方向に見た状態、図１３（ｃ）は実装後の試料を基板面に垂直な方向に見た状態をそれぞれ示す。なお、図１３（ａ）のａは配線幅を示し、ｂは配線間隔を示す。また、図１４（ａ）に、実装後の試料の断面写真を示す。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の断面を図で示したものである。
FIG. 13 shows an X-ray transmission photograph of the sample obtained by the mounting process shown in FIG. FIG. 13A shows a state in which the sample before applying the
これから分かるように、基板同士で挟まれる対向空間全体に充填した導電性接着剤１ｂ（低融点金属フィラー含有樹脂）を加熱・加圧制御することにより、導電性接着剤１ｂの硬化後は、銅部分に金属粒子が凝集し、銅以外の箇所には樹脂のみが存在する。このようにして銅パッド間がＳｎ／Ｉｎ合金により金属接合され、隣接する銅パッド間には樹脂材料で絶縁がとられるとともに、十分な接着強度が確保された接着接合が達成される。
As can be seen, by controlling the heating and pressurization of the
以上のように、本実施例におけるプロセスにより、導電性接着剤１ｂの塗布工程が簡単になってプロセスが大幅に削減されるとともに、金属接合と樹脂接合とが同時に達成されることになる。従って、バンプ形成や、導電性ペーストの部分的塗布、電極部分への開口部形成などの微細加工が不要となる。また、異方性導電樹脂を基板全面に塗布してパッド部分のみの導通を得るにも関わらず、十分な導通が得られるとともに、導通すべきでない隣接電極間の絶縁性が十分となる。
As described above, the process in the present embodiment simplifies the step of applying the
また、上記プロセスにより、実装工程では低温加工が可能となる。 Further, the above process enables low-temperature processing in the mounting step.
本発明は、エレクトロニクス実装に広く用いることができ、特に携帯電話やＰＤＡにみられるモバイル機器などにおいて液晶表示パネルの周辺部における接合などに用いることができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely used for electronics packaging, and particularly for bonding at the peripheral portion of a liquid crystal display panel in mobile devices such as mobile phones and PDAs.
１ａ 導電性樹脂層
１ｂ 導電性接着剤（異方性導電樹脂）
２ａ 硬化樹脂
２ｂ 樹脂（樹脂成分）
３ａ 導電物質
３ｂ 導電性粒子
１０ 基板（配線基板）
１１ 回路電極（ランド、端子）
２０ 半導体チップ
２１ 電極パッド（端子）
1a
2a Cured
3a
11 Circuit electrodes (lands, terminals)
20
Claims (6)
上記導電性粒子の融点よりも高く、かつ上記樹脂成分の硬化が完了しない温度に、上記異方性導電樹脂を加熱する樹脂加熱ステップと、
上記樹脂成分を硬化させる樹脂成分硬化ステップとを含むことを特徴とする端子間の接続方法。 Via an anisotropic conductive resin containing at least conductive particles and a resin component whose curing is not completed at the melting point of the conductive particles, a terminal arrangement step of arranging the terminals to face each other,
A resin heating step of heating the anisotropic conductive resin to a temperature higher than the melting point of the conductive particles, and to a temperature at which the curing of the resin component is not completed,
And a resin component curing step of curing the resin component.
上記導電性粒子の融点よりも高く、かつ上記樹脂成分の硬化が完了しない温度に、上記異方性導電樹脂を加熱する樹脂加熱ステップと、
上記樹脂成分を硬化させる樹脂成分硬化ステップとを含むことを特徴とする半導体装置の実装方法。 An electrode pad of a semiconductor chip and a circuit electrode on a wiring board provided corresponding to the electrode pad are arranged so as to face each other via an anisotropic conductive resin containing at least conductive particles and a resin component. Electrode placement step to be performed,
A resin heating step of heating the anisotropic conductive resin to a temperature higher than the melting point of the conductive particles, and to a temperature at which the curing of the resin component is not completed,
A resin component curing step of curing the resin component.
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