JP3301075B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ベアチップ、チッ
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。
【０００２】
【従来の技術】ベアＩＣチップ等の半導体素子を配線板
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。
【０００３】ところで、微細導体パターンを有する配線
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。
【０００４】そのような加熱加圧条件としては、温度、
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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
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。
【０００６】本発明は、以上の従来の技術の課題を解決
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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、従来試みら
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。
【０００８】即ち、本発明は、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
徴とする製造方法を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、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。
【００１０】本発明においては、加熱加圧の際の条件
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。
【００１１】即ち、配線板の微細パターン間に残ったボ
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。
【００１２】本発明において、加熱加圧の第１条件の圧
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）。
【００１３】本発明の製造方法において、加熱加圧の温
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。
【００１４】なお、本発明の製造方法におけるＰ1、
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。
【００１５】本発明の製造方法において、熱硬化性樹脂
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。
【００１６】また、配線板としても従来と同様なものを
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。
【００１７】以上説明した本発明の製造方法によれば、
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。
【００１８】
【実施例】以下、本発明を以下の実施例により具体的に
説明する。
【００１９】実施例１〜６，比較例１及び２ 配線板（端子銅パターン幅１００μｍ、パターンピッチ
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。
【００２０】（評価）得られた半導体装置について、接
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。
【００２１】
【表１】 加圧加熱条件 Jedec level ３ 圧力／温度／時間 ボイド ＰＣＴ Ｈ／Ｓ (kgf/cm2) (℃) (sec) (hr) (cycle) 比較例１ 条件一定 10／ 180／20 多量に有り ＮＧ ＮＧ 比較例２ 第１条件 10／ 100／10 第２条件 10／ 200／10 有り 40 200 実施例１ 第１条件 10／ 180／10 第２条件 1／ 180／10 僅かに有り 60 300 実施例２ 第１条件 10／ 100／10 第２条件 1／ 200／10 無し ＜500 ＜1000 実施例３ 第１条件 10／ 100／15 第２条件 1／ 200／ 5 無し ＜500 ＜1000 実施例４ 第１条件 10／ 100／ 5 第２条件 1／ 200／15 無し ＜500 ＜1000 実施例５ 第１条件 10／ 30／10 第２条件 1／ 200／10 殆ど無し 60 300 実施例６ 第１条件 10／ 100／10 第２条件 5／ 150／10 第３条件 1／ 200／10 無し ＜500 ＜1000
【００２２】表１に示されているように、比較例１は加
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。
【００２３】一方、実施例１は、温度一定で圧力プロフ
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。
【００２４】実施例２は、実施例１の場合と同じ圧力プ
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。
【００２５】実施例３及び実施例４は、実施例２におけ
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。
【００２６】実施例５は、第１条件の温度を実施例２の
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。
【００２７】実施例６は、加熱加圧条件を３条件（圧力
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。
【００２８】実施例７ フィルム状異方性導電接着剤（ＦＰ１０４２５，ソニー
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。
【００２９】実施例８ フィルム状異方性導電接着剤（ＦＰ１０４２５，ソニー
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。
【００３０】
【表２】 成分 重量％ エポキシ樹脂（ＥＰ６３０，油化シェルエポキシ社製） ６０ シランカップリング剤（Ａ１８７，日本ユニカ社社製） ３ 硬化剤（ＨＸ３９４１ＨＰ，旭チバ社製） ３７
【００３１】実施例９ フィルム状異方性導電接着剤（ＦＰ１０４２５，ソニー
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。
【００３２】
【表３】 成分 重量％ エポキシ樹脂（ＥＰ６３０，油化シェルエポキシ社製） ６０ シランカップリング剤（Ａ１８７，日本ユニカ社製） ３ 硬化剤（ＨＸ３９４１ＨＰ，旭チバ社製） ３２ 金属被覆樹脂粒子（直径５μｍ） ５
【００３３】実施例１０ フィルム状異方性導電接着剤（ＦＰ１０４２５，ソニー
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。
【００３４】
【表４】 成分 重量％ エポキシ樹脂（ＥＰ１００９，油化シェルエポキシ社製） ６０ シランカップリング剤（Ａ１８７，日本ユニカ社製） ３ 硬化剤（ＨＸ３９４１ＨＰ，旭チバ社製） ３７
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法における圧力プロファイルの
バリエーションを示す説明図である。
【図２】半導体素子を配線板に搭載する際の加熱加圧条
件のバリエーションを示す説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60 H01L 23/12 H01L 21/52

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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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