JP4710205B2 - フリップチップ実装方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はフリップチップ実装方法及び装置、半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ICもしくは半導体チップの回路面を基板(配線基板ともいう)側に向けて電気的接続をとるフリップチップ実装では、ICの端子にバンプを形成し、ICと基板との間に異方性導電膜(ACF:Anisotropic Conductive Film )を介在させて、加熱加圧することによってICの固定および電気的接続を行う、いわゆるACF実装という技術がある。エレクトロニクス実装学会誌Vol.2.No.2(1999)によれば、現在、市場で製品化されているACFのほとんどはバインダ成分にエポキシ樹脂を使用した熱硬化型であり、含有する導電粒子として樹脂粒子に金属めっきを施したものを一般的に用いている。
【0003】
図10はACF実装を説明するための概略図である。IC1は回路面を下方に向けた状態で、外部との接続端子に形成されたバンプ2と基板3に形成されたIC1との接続用端子(電極)4とが接触することによって電気的に導通されている。ここで基板3は片面板、両面板あるいは、多層板である。すなわち、それぞれ基板の片面にのみ配線を施した配線基板、両面に配線を施した配線基板、および多層に配線を施した配線基板である。IC1と基板3との間にはACF4が介在し、樹脂の硬化によってIC1を基板3に固定している。場合によっては、IC1は図11で示すように実装された状態で、その周辺を樹脂gで封止される(モールド)こともある。
【0004】
図12は従来技術によるACF実装のプロセスフローを示す。図12Aで示すようにウエハ上に回路が形成されたものを切り出して得られるIC1の回路面に作られた外部との接続端子にバンプ2を形成する(いわゆるベアチップと呼ばれる状態である)。一方、基板3には配線パターンが形成されているが、この電極もしくは端子4にACF5が貼着される(図12B)。
ついで図12Cに示すようにIC1の回路面を下にした状態で、装着装置Pで搬送し、IC1側のバンプ2と基板3の基板側の接続端子4とが重なり合うように位置合わせが行われる。そして加熱、加圧する。樹脂を硬化させるために一定の加熱時間10〜40秒程度が必要である。また,基板3の端子4が基板3内に沈み込む方向に数μm以上変形する程度に加圧することによって、IC1のバンプ2と基板3の接続端子4とが高い信頼性のもとに電気的導通を保つことができる。図13はこのようにして得られた半導体装置Hの拡大側面図であるが図示するように異方性導電膜5がIC1の側方から外方へとはみ出している。IC1が薄く加工されている場合には、このはみ出し量はさらに大きくなる。このはみ出し部分はほとんど加圧されていない。工程としてはここで終了させる場合もあるが、このように実装されたICの周辺を図12Dで示すように樹脂gで封止する場合もある。
【0005】
特開2000−223534号公報でも異方性導電性ペーストが半導体チップの両側方へ大きくはみ出ししている図が示されされているが,これに対する対策は何ら説明されていない。殆んどこのはみ出し部分は加圧されていないと思われる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
以上、従来の技術によると1個のICを実装するためにそれぞれ10〜40秒ずつ加熱加圧する必要があったため、低い生産性や生産コストの高さが問題となっていた。これに対しては図14で示すように1個の装着装置P’に2個のIC1’を装着して基板3’にフリップチップ実装することも考えられるが2個のIC1’、1’間にわずかに厚みの差があるだけでも加圧力、すなわち基板3’内への電極沈み込み量に大きな差が出てくる。また2台の装着装置Pを用いて同時に加圧するにしても装着装置P、Pと基板3’、3’との平行度を同一に現出することはきわめて困難である。
また品質上も、ACF5のIC1からはみ出した部分については、熱と圧力が十分に伝わらないために樹脂の硬化を制御することが困難である、という問題点があった。また樹脂硬化後のACF5はみだし部分に空隙が残ってしまうという問題もあり信頼性を低下させる原因となっていた。これについては、はみ出し部分で顕著であり、特にIC1周辺を樹脂gで図11で示すように封止した場合に、信頼性に大きな影響が見られた。また、はみ出し部分には、配線や他の部品を配置させることができないため、回路設計上の制約となっていた。
本発明は以上の問題点に鑑みてなされ、これら問題点を解決するフリップチップ実装方法及び装置、半導体装置を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
以上の課題は、複数の電極端子を有する配線基板と対向させて、複数の接続端子を有する半導体チップを配設し、異方性導電膜を介して前記配線基板の前記電極端子と前記半導体チップの前記接続端子とを電気的に接続するフリップチップ実装方法において、前記配線基板に対し、前記半導体チップを位置決め配設した後、加熱して前記異方性導電膜を硬化度15〜30%の範囲内で半硬化させる工程と、この工程の後、少なくとも前記半導体チップ及び前記異方性導電膜に等方位に均等な圧力を加えながら、かつ加熱しながら前記異方性導電膜を硬化させて、前記配線基板に1個又は複数個の前記半導体チップを固定させる工程と、を有することを特徴とするフリップチップ実装方法、
又は、複数の電極端子を有する配線基板と対向させて、複数の接続端子を有する半導体チップを配設し、異方性導電膜を介して前記配線基板の前記電極端子と前記半導体チップの前記接続端子とを電気的に接続するフリップチップ実装方法において、複数枚の前記配線基板の各々に一個または複数個の前記半導体チップを対向して位置決め配設した後、加熱して前記異方性導電膜を硬化度15〜30%の範囲内で半硬化させる工程と、この工程の後、少なくとも前記半導体チップ及び前記異方性導電膜に等方位に均等な圧力を加えながら、かつ加熱しながら前記異方性導電膜を硬化させて、各前記配線基板に前記半導体チップを固定させる工程と、を有することを特徴とするフリップチップ実装方法、
又は、複数の電極端子を有する配線基板と対向させて、複数の接続端子を有する半導体チップを配設し、異方性導電膜を介して前記配線基板の前記電極端子と前記半導体チップの前記接続端子とを電気的に接続するフリップチップ実装装置において、前記配線基板に対し、前記半導体チップを位置決め配設する手段と、前記位置決めされた配設基板と半導体チップを加熱し前記異方性導電膜を硬化度15〜30%の範囲内で半硬化させる手段と、少なくとも前記半導体チップ及び前記異方性導電膜に等方位に均等な圧力を加える加圧手段とを設け、前記加圧手段により圧力を加えながら、かつ加熱しながら前記異方性導電膜を硬化させて、前記配線基板に前記半導体チップを固定させるようにしたことを特徴とするフリップチップ実装装置、
又は、複数の電極端子を有する配線基板と対向させて、複数の接続端子を有する半導体チップを配設し、異方性導電膜を介して前記配線基板の前記電極端子と前記半導体チップの前記接続端子とを電気的に接続するフリップチップ実装装置において、複数枚の前記配線基板の各々に一個または複数個の前記半導体チップを位置決め配設する手段と、加熱して前記異方性導電膜を硬化度15〜30%の範囲内で半硬化させる手段と、前記半硬化させた後、少なくとも前記半導体チップ及び前記異方性導電膜に等方位に均等な圧力を加える加圧手段とを設け、前記加圧手段により圧力を加えながら、かつ加熱しながら前記異方性導電膜を硬化させて、各前記配線基板に前記半導体チップを固定させるようにしたことを特徴とするフリップチップ実装装置、
又は、請求項1又は6に記載のフリップチップ実装方法により製造された半導体装置、
又は、請求項10又は15に記載のフリップチップ実装装置により製造された半導体装置
又は、複数の電極端子を有する配線基板と対向させて、複数の接続端子を有する半導体チップを配設し、絶縁性樹脂膜を介して加圧して前記配線基板の前記電極端子と前記半導体チップの前記接続端子とを電気的に接続するフリップチップ実装方法において、前記配線基板に対し、前記半導体チップを位置決め配設した後、加熱して前記樹脂を硬化度15〜30%の範囲内で半硬化させる工程と、この工程の後、少なくとも前記半導体チップ及び前記絶縁性樹脂膜に等方位に均等な圧力を加えながら、かつ加熱しながら前記絶縁性樹脂膜を硬化させて、前記配線基板に1個又は複数個の前記半導体チップを固定させるようにしたことを特徴とするフリップチップ実装方法、
又は、複数の電極端子を有する配線基板と対向させて、複数の接続端子を有する半導体チップを配設し、絶縁性樹脂膜を介して加圧して前記配線基板の前記電極端子と前記半導体チップの前記接続端子とを電気的に接続するフリップチップ実装方法において、複数枚の前記配線基板の各々に一個または複数個の前記半導体チップを位置決め配設した後、加熱して前記絶縁性樹脂膜を硬化度15〜30%の範囲内で半硬化させる工程と、この工程の後、少なくとも前記半導体チップ及び前記絶縁性樹脂膜に等方位に均等な圧力を加えながら、かつ加熱しながら前記絶縁性樹脂膜を硬化させて、各前記配線基板に前記半導体チップを固定させるようにしたことを特徴とするフリップチップ実装方法、
又は、複数の電極端子を有する配線基板と対向させて、複数の接続端子を有する半導体チップを配設し、絶縁性樹脂膜を介して加圧して前記配線基板の前記電極端子と前記半導体チップの前記接続端子とを電気的に接続するフリップチップ実装装置において、前記配線基板に一個又は複数個の前記半導体チップを位置決め配設する手段と、加熱して前記絶縁性樹脂膜を硬化度15〜30%の範囲内で半硬化させる手段と、少なくとも前記半導体チップ及び前記絶縁性樹脂膜に等方位に均等な圧力を加える加圧手段を設け、前記加圧手段により圧力を加えながら、かつ加熱しながら前記絶縁性樹脂膜を硬化させて、前記配線基板に前記半導体チップを固定させるようにしたことを特徴とするフリップチップ実装装置、
又は、複数の電極端子を有する配線基板と対向させて、複数の接続端子を有する半導体チップを配設し、絶縁性樹脂膜を介して加圧して前記配線基板の前記電極端子と前記半導体チップの前記接続端子とを電気的に接続するフリップチップ実装装置において、複数枚の前記配線基板の各々に一個または複数個の前記半導体チップを対向して位置決め配設する手段と、加熱して前記絶縁性樹脂膜を硬化度15〜30%の範囲内で半硬化させる手段と、前記半硬化させた後、少なくとも前記半導体チップ及び前記絶縁性樹脂膜に等方位に均等な圧力を加える加圧手段を設け、前記加圧手段により圧力を加えながら、かつ加熱しながら前記絶縁性樹脂膜を硬化させて、各前記配線基板に前記半導体チップを固定させるようにしたことを特徴とするフリップチップ実装装置、
又は、請求項22又は27に記載のフリップチップ実装方法により製造された半導体装置、
又は、請求項31又は34に記載のフリップチップ実装装置により製造された半導体装置、によって解決される。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるフリップチップ実装方法および装置について図面を参照して説明する。
【0009】
図1は本実施の形態によるフリップチップ実装プロセスを示すが、図1Aにおいて、IC1の外部接続用端子にはバンプ2が形成されている。これは例えば金属ワイヤーを超音波接合することによって形成してもよいし、めっき法、印刷法によって形成してもよい。基板3は片面、両面あるいは多層板でありIC1のバンプ2に対応した端子4が表面に形成されている。基板3の上にはあらかじめ異方性導電膜5が形成されている(図1B)。これはエポキシ樹脂の中に導電性の粒子が含有されているもので、プロセス条件のばらつきを吸収し安定した導通を得る、という効果がある。
異方性導電膜(ACFとも言う)5としては例えば、フイルム状のものを貼り付けてもよいし、ペースト状のものを塗布あるいは印刷によって形成してもよい。なお、ACF5を貼付するときには、若干の加熱加圧をこれに施すことが好ましい。例えば9.6mm角のICに対して40μm厚さで10.0mm角のACFでは、80℃、5秒間の加熱で10Kgfの荷重をかけることが好ましい。
次に、図1Cで示すように、IC位置決め装置10によってIC1を真空吸着させて、基板3の直上方にまで搬送し、異方性導電膜5とIC1の回路面が密着するように搭載する。このときIC1のバンプ2と基板3の端子4とが正確に重なり合うように位置あわせする。位置決め装置10はこれを実現するだけの性能を有するものである。例えばIC1が9.6mm平方の大きさで、厚さ100μmであれば、このような場合、位置決めと共に1Kgf(9.8N)の荷重が3秒間加えられる。これによって、より確実に正確な位置決めが行われる。次いで4Kgf/cm2 (4.3Kg/cm2 もしくは39.2×104 Pa)の荷重で175℃の温度で2秒間加熱される。これが図1Dの状態である。これでAFCの半硬化の状態が得られる。本実施の形態では以下のようにして硬化度もしくは反応率が測定される
ACFの硬化前のエポキシ量に対し、ある時間硬化後のそれがどれくらいの割合で減少しているかを比較することによって反応率を算出する。
1.ACF(硬化前)を測定する。
2.ある時間硬化後のACFを測定する(サンプルを採取するときは圧着部(IC下部)から取る)。
<反応率の算出>
図3に示すような吸収スペクトルのチャートからメチル基(−CH3)とエポキシ基の吸光度を算出する。
メチル基の吸収波長は2922cm−1、エポキシ基は914cm−1
<算出方法>
エポキシ残存率(X)=(a/b)/(A/B)×100(%)
反応率=100−X(%)
A:圧着前(硬化前)のエポキシ基吸収強度
B:圧着前(硬化前)のメチル基吸収強度
a:圧着後(硬化後)のエポキシ基吸収強度
b:圧着後(硬化後)のメチル基吸収強度
本発明の実施の形態によれば、上述の反応率が15〜30%の範囲内の半硬化状態とされる。なお、メチル基の吸収強度は硬化前と硬化後とで図3のA、Bで示すように吸収強度は殆んど変化していない。すなわち、b=Bである。よってXはエポキシ基の硬化前後の吸収強度の比によって決定し得る。
位置決め装置10は異方性導電膜5が半硬化の状態になった後、IC1から離れて外方へと搬出される。次いで図2Aで示すように本発明にかかわる等方加圧装置12が半導体装置H’の直上方へと搬送され、そのケース14がシール部材16を介してステージ17に圧設される。ケース14内には柔軟な材質でなる袋状物22が気密に取り付け板18に固定されている。この取り付け板18は図示せずともケース14の内壁に固定されている。取り付け板18の中央部に形成した開口には気密にパイプ28が固定されており、油圧室29内に連通している。油圧室29内には、パイプ28を介して高圧の油が供給される。袋状物22はこれにより図示のように膨張し、IC1およびAFC5に袋状物22を介して矢印で示すように等方的に均等な圧力が加えられる。他方、ステージ17内に設けられたヒータ32によって所定の温度で加熱される。所定の時間後ACF5が本硬化する。なお、ヒータ32により所定の温度(例えば約180℃)で加熱するとしたが、これに代えてパイプ28を介して供給される油を油圧室29で所定の温度に加熱するようにしてもよい。
またケース14内にはパイプ26を介して排気装置(図示せず)が接続されケース14と袋状物22との間の空間20を真空状態に保つ。これにより袋状物22の膜はぴったりとIC1およびACF5に押さえつけられる。よってIC1およびAFC5にはより均一的で等方的な圧力(例えば約20Kg/cm2 もしくは19.6×104 Pa)が加えられる。なお、図1Dで示すようにしてACF5が半硬化状態とされているので、以上の操作で本硬化されるときには、位置ずれは全く生じない。
以上により、基板3の端子4が基板内に数μm以上沈み込む変形をし安定な電気的な導通を得る事ができる。またはみ出しているAFC5にも均一的に圧力を加えることができるので、はみ出し量も従来より大幅に小さくすることができ、またこの硬化状態も制御することができる。さらに真空状態に置かれることによって、より均一的な圧力を加えられることにより異方性導電膜5内の空隙(void)を軽減することができる。これにより図2Bで示すように樹脂gで封止しも空隙が原因となる弊害はほとんど生ずることはない。
上述の反応率(本願では硬化度ともいう)15〜30%というのは、すなわちボイドが発生せず、かつ位置ずれがしない程度の硬化条件範囲である。図1Dの状態で反応を促進させ過ぎるとボイドの発生やはみ出し部の残存による信頼性の劣化が現れてくる。
【0010】
図4は本発明の第2の実施の形態によるフリップチップ実装装置を示す。圧力容器30内にはパイプ39をとおって供給された加圧油34が充填されている。圧力容器30の底壁部30aにはヒータ32が設けられておりこの上に上述のようにしてACF5は半硬化状態とされている半導体装置HAが配設されている。そしてこの上に柔軟なシート38が被せられている。圧力容器30の底壁30aには開口が形成されこれに気密にパイプ36が接続され、これを介してシート38の下方空間が排気されシート38はぴったりと半導体装置HAの外周面および圧力容器30の底壁30aに吸着する。よって油34の油圧が半導体装置HAの外周面に等圧的に均等に加えられる。よって第一の実施の形態と同じ効果を奏することができる。
【0011】
図5は本発明の第3の実施の形態によるフリップチップ実装装置を示す。ステージ48上に基板40が配設され、この上に高さもしくは厚さの相異なる半導体チップICA、ICB、ICCが上述と同様にしてフリップチップ実装されている。柔軟な材質でなる袋状物42は取り付け板44に気密に取り付けられている。これはケース46に固定されており、このケース46の内壁と袋状物42との間の空間52は上記第一の発明の実施の形態と同様に排気される。すなわち、半導体チップICA,ICB、ICCおよびACF51 、52 、53 (いずれも半硬化状態とされている)の表面は真空と接する。この上で袋状物42内に加圧油54が供給されると図示のように膨張し半導体チップICA、ICB、ICCおよびACF51 、52 、53 にぴったりと密着し加圧油54の圧力がこの膜部材を介して等方的に、均等に加えられる。よって異なる厚さにもかかわらず各半導体チップICA、ICB、ICCのバンプはほぼ同等に基板40内に、ほぼ所定量沈んだ電極(端子)4と当接し安定な導電性を得る事ができる。その他の効果は第一の実施の形態と同様である。また一度に複数枚の基板に半導体チップを固定させることができるので、従来の一枚ずつの処理に比べ、大幅に一枚あたりの時間を短縮することができ、生産効率を向上させることができる。
【0012】
図6は本発明の第4の実施の形態を示しステージ60の上には二枚の基板62および64が載置される。それぞれに半導体チップICDおよびICE、ICFがフリップチップ実装されている。ACF51 〜53 はいずれも半硬化状態とされている。その他の構成は第3の実施の形態と同様であるので同一の符号を符しその詳細な説明は省略する。本実施の形態では異なる厚さの基板62、64の上に異なる厚さの半導体チップICD、ICE、ICFが実装されているにもかかわらず各半導体チップICD、ICE、ICFが当接する基板の電極4の基板内への沈み量はほぼ同一であり安定な導電状態を得る事ができる。その他の効果は上記の実施の形態と同様である。
【0013】
図7及び図8は、本発明の第5の実施の形態を示すが、図において油圧シリンダAから突出する駆動ピストンBの上端には、下型71が固定されており、この上にパッキン73が取り付けられている。またこれに対向して上壁体Dには、上型72が固定されており、これに対向する環状サイド型75が配設され、これは4本の案内ボルト74により上下動をガイドされている。以上の構成要素は図7で断面で明確に示されている。図8において、塊状弾性部材Gが環状のサイド型75と上型72との間に弾接して配設されている。この材質としては、天然ゴムSBR、BR、IR及びCR等のジエンコム、IIR、EPM及びEPDM等のオレフィンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、塩素化ブチルゴム、多流化ゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、ポリプロピレンオキシド、エチレン酢酸ビニル共重合体などの特殊合成ゴム、並びに熱可塑性エラストマ等のゴム弾性を有する柔軟弾性材料を挙げることができる。
【0014】
図8において下型71の載置面71aには基板3が載置され、更に上記の実施の形態と同様にしてこの上に位置決め装置により搬送されてきた半導体チップICが載せられる。またACF5は半硬化の状態とされている。シリンダAを駆動し、ピストンBを上昇させると、下型71は上型72に近接し、ついには基板3と半導体チップICとで構成されている半導体装置HDは塊状弾性部材Gに埋まるような形で圧接される。なお、上型72及び下型71にはヒーターが内蔵されており、弾性部材Gはこの加熱によりその柔軟性を増大せており、容易に半導体装置HDは塊状弾性部材G中に埋め込まれるが如く、等方的かつ均等に圧接される。なお、弾性部材Gは、その外周面がサイド型75及びその上面は上型72の底面によってその変形を規制されており、結果として下型71の載置面71aに載置されている半導体装置HDの全体を等方的に均等加圧する。また下型71に真空用孔hが形成されており、これを介して半導体装置HDのまわりが真空とされている。よって、上記実施の形態と同様な効果を奏するものである。
【0015】
図9は図7及び図8の装置を使って実験した載置面71a上の半導体装置の載置図を示すものであるが、144mm角の載置面71a上に、4隅及び中央にほぼ方形の配線基板80を配設し、これらにICを上述の実施の形態と同様にしてフリップチップ実装させた。また介在されているACFは半硬化の状態とされている。図7及び図8の装置により加圧して、柔軟な弾性部材Gの加圧により得られた結果を表1に示す。これによると、各基板80内での電極(端子)の沈み込み量は平均値17.1μm及び標準偏差σが1.2であり、十分に均等に沈み込んでいることがわかる。よってバンプと電極端子との電気的導通は安定に保たれていることがわかる。またACFが半硬化の状態とされてから、加圧されたので、ICの基板に対する位置ずれは全くなかった。
【0016】
【表1】
【0017】
更に図7及び図8の装置を使って、1枚の基板上に100μmと300μmの厚さの半導体チップをフリップチップ実装させ、同時に圧着する実験を行ったが、それぞれの沈み込み量は100μm厚さで16.3μm、300μm厚さで15.8μmであり、良好な結果を得た。
なお、図7、図8の装置は、例えば特開2000−79611に開示された装置と類似の構成を有するものである。
【0018】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【0019】
例えば以上の実施の形態では、圧力媒体として油が用いられたが、これに限ることなく他の流体、例えば水や空気であってもよい。
【0020】
また、第2の実施の形態では、圧力容器30内に油を充填させ、圧力容器30の底壁30aに基板3を載置させ、この上に半導体チップをフリップチップ実装させて得られる半導体装置HA全体に柔軟な膜38を覆うようにして等方的かつ、均等な圧力を加えるようにしたが、レトルト食品の如く、全体を柔軟な袋状物内に収容し、図2に示す圧力容器30のほぼ中央部で浮遊させるような形で加熱、加圧させるようにしてもよい。
【0021】
また、以上の実施の形態ではいわゆるフリップチップ実装を説明したが、本発明はこの技術的用語の範囲内に限定されることはない。一方の配線基板に対し、半導体素子を上記実施の形態のように単に搬送するだけでほとんど両者が静的な状態で行われたが、これに限ることなく、フィルム状に形成した配線基板をロール状に巻いて、これから一つずつ繰り出して所定の位置で半導体素子を加圧、加熱して電気的導通をとるようにした、いわゆるワイヤレスボンディング方式(フリップチップ実装もこの方式に属する)のTAB(Tape Automated Bonding)実装技術にも本発明は適用可能である。
【0022】
また、以上の実施の形態ではACF膜を用いたが、これに代えて絶縁性の樹脂を用いてもよい。この場合にも、勿論、図1Dに示す状態で加熱され半硬化の状態とされてから、全硬化の状態とすべく加熱と等方的加圧が行われる。
【0023】
また、以上の実施の形態ではACFとして絶縁材で成る球に導電材をメッキしたものを含有させたものを用いたが、これに代えてカーボンファイバ、金属等を含有させたものを用いてもよい。
【0024】
また、以上の実施の形態ではICと基板との表面は真空に接するとしたが、大気であってもよい。しかし、真空の方が、より低い流体の加圧力で袋状物の膜材がぴったりとICと基板の表面に密着する。
【0025】
以上述べた本発明の実施の形態及び変形例の効果を要約すれば以下のようになる。
1.ICと基板との間に位置ずれを生ずることなく、また生じてもわずかにして本発明による等方加圧方式により以下のような効果を奏することができる。
2.基板の端子とICのバンプとを電気的に接続し、固定する工程において、IC上部とその周辺部を含む領域を等方位に均一な圧力を負荷することによって、異方性導電膜、あるいは樹脂のはみ出し部分の硬化条件を制御できるようになった。これによって信頼性の向上という効果が得られる。
3.基板の端子とICのバンプとを電気的に接続し、固定する工程において、IC上部とその周辺部を含む領域を等方位に均一な圧力を負荷することによって、異方性導電膜、あるいは樹脂の中に生じる空隙を低減させることができるようになった。これによって信頼性の向上という効果が得られる。
4.上記の工程において周囲を真空状態に保つことによって、異方性導電膜あるいは樹脂に生じる空隙を激減させることができるようになった。これによって信頼性の向上という効果が得られる。
5.上記の工程において複数のICに対して、同時に処理することができるようになった。これによって実装工程の大幅な製造時間の短縮と、それによるコスト削減という効果が得られる。例えば、1つのICの実装に40秒かかるとすれば、2つ同時に加圧すると製造時間は半分、3つ同時の場合製造時間は1/3となる。
6.上記工程において、複数の基板を同時に処理することができるようになった。これによって実装工程の大幅な製造時間の短縮と、それによるコスト削減という効果が得られる。例えば、2つのICを実装する基板2枚を同時に処理した場合、その効果は従来方法の1/4となる。
7.複数のチップに対して均一な圧力を負荷することによって、大きさ・形の異なるICを同時に処理することができるようになった。
8.複数のチップに対して均一な圧力を負荷することによって、厚さの異なるICを同時に処理することができるようになった。
9.複数のチップに対して同時に異方性導電膜あるいは樹脂を硬化させることによって、IC間の距離を小さくすることができるようになった。従来方法によれば、はみ出し部分を考慮して、0.5mm〜1mm以上あけていたが、理論上0mmとすることも可能となる。
なお、半硬化後のAFCの硬化度は1週間放置しても殆んど変化がなく、直ちに本硬化せずとも上述と同等な効果が得られるので、生産管理上も好都合である。
【0026】
【発明の効果】
以上述べたように本発明のフリップチップ実装方法及び装置、半導体装置によれば、低コストで生産性を高くして、高信頼性の半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による半導体装置の製造プロセスを示すが、AはICの側面図、Bは配線基板の端子上に異方性導電膜を貼着した状態を示す側面図、Cは位置決め装置により、ICを配線基板の上に位置決めして搭載した状態を示す側面図である。
【図2】図1に続く工程を示す図でAは半導体装置に等方的かつ、均等的な圧力を加える装置を適用した状態を示す側面図、Bは図2Aで得られた半導体装置に、更に樹脂をモールドさせて得られた半導体装置の断面図である。
【図3】半硬化状態の反応率を測定する赤外線吸収スペクトルチャートでAは未硬化及びBは半硬化状態のエポキシ樹脂の赤外線吸収スペクトルである。
【図4】本発明の第2の実施の形態によるフリップチップ実装装置の断面図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態によるフリップチップ実装装置の要部の拡大断面図である。
【図6】本発明の第4の実施の形態によるフリップチップ実装装置の要部の拡大断面図である。
【図7】本発明の第5の実施の形態によるフリップチップ実装装置の側面図である。
【図8】同装置の要部の拡大断面図である。
【図9】図7及び図8の装置を使った半導体装置の加圧実験方法を示す模式図である。
【図10】従来の方法により製造した半導体装置の断面図である。
【図11】図10の半導体装置に樹脂でモールドした状況を示す断面図である。
【図12】従来例のフリップチップ実装方法を示す工程図で、Aは半導体チップの側面図、Bは配線基板の電極にACFを貼着した状況を示す側面図、Cは図12Aの半導体チップを図12Bの配線基板に搭載した状態を示す側面図、Dは図12Cで得られた半導体装置を樹脂で封止した状況を示す側面図である。
【図13】図12Cで得られた半導体装置の拡大断面図である。
【図14】従来例で2個のICを一台の装着装置で加圧する状況を示す側面図である。
【符号の説明】
1……IC、2……バンプ、3……基板、4……電極、5……異方性導電膜、51 、52 、53 ……異方性導電膜、12……等方加圧装置、20……真空空間、22……袋状物、30……圧力容器、34……加圧油、38……柔軟な膜、42……袋状物、60……基板、G……塊状弾性部材、H、H’、HA、HB、HC、HD……半導体装置、ICA、ICB、ICC、ICD、ICE、ICF……半導体チップ。
Claims (4)
- 配線基板の上に異方性導電膜を形成し、
前記異方性導電膜を形成した配線基板に対し、半導体チップを位置決め配設し、
前記異方性導電膜を加熱して硬化度15%以上30%以下の範囲内で半硬化させ、
前記半導体チップが配設された前記配線基板をステージに載置し、
下方が開放されたケースを前記半導体チップが配設された前記配線基板を収容するように前記ステージに圧設し、
前記ケースの内部に取り付けられた袋状物に所定の温度に加熱された油を加圧供給して前記袋状物を膨張させ、かつ前記ケースと前記袋状物の間の空間を真空状態にすることにより、前記半導体チップ、前記配線基板の一部、前記半導体チップの周囲にはみ出る前記異方性導電膜に前記袋状物の膜を密着させ、
前記密着した袋状物の膜を介して前記袋状物内の加熱され加圧された油により前記半導体チップ、前記配線基板の一部、前記半導体チップの周囲にはみ出る異方性導電膜に均等な圧力が加えられ、かつ加熱されることにより前記異方性導電膜を硬化させて、前記配線基板に1個又は複数個の前記半導体チップを固定する
フリップチップ実装方法。 - 請求項1に記載のフリップチップ実装方法であって、
前記複数個の半導体チップのいずれかは、他と高さが異なる
フリップチップ実装方法。 - 複数枚の配線基板の上に異方性導電膜を形成し、
前記異方性導電膜を形成した複数枚の配線基板の各々に対し、1個または複数個の半導体チップを位置決め配設し、
前記異方性導電膜を加熱して硬化度15%以上30%以下の範囲内で半硬化させ、
前記半導体チップが配設された前記複数枚の配線基板をステージに載置し、
下方が開放されたケースを前記半導体チップが配設された前記複数枚の配線基板を収容するように前記ステージに圧設し、
前記ケースの内部に取り付けられた袋状物に所定の温度に加熱された油を加圧供給して前記袋状物を膨張させ、かつ前記ケースと前記袋状物の間の空間を真空状態にすることにより、各々の前記半導体チップ、前記配線基板の一部、前記半導体チップの周囲にはみ出る前記異方性導電膜に前記袋状物の膜を密着させ、
前記密着した袋状物の膜を介して前記袋状物内の加熱され加圧された油により前記半導体チップ、前記配線基板の一部、前記半導体チップの周囲にはみ出る異方性導電膜に均等な圧力が加えられ、かつ加熱されることにより前記異方性導電膜を硬化させて、各前記配線基板に前記半導体チップを固定する
フリップチップ実装方法。 - 配線基板の上に絶縁性樹脂膜を形成し、
前記絶縁性樹脂膜を形成した配線基板に対し、半導体チップを位置決め配設し、
前記絶縁性樹脂膜を加熱して硬化度15%以上30%以下の範囲内で半硬化させ、
前記半導体チップが配設された前記配線基板をステージに載置し、
下方が開放されたケースを前記半導体チップが配設された前記配線基板を収容するように前記ステージに圧設し、
前記ケースの内部に取り付けられた袋状物に所定の温度に加熱された油を加圧供給して前記袋状物を膨張させ、かつ前記ケースと前記袋状物の間の空間を真空状態にすることにより、前記半導体チップ、前記配線基板の一部、前記半導体チップの周囲にはみ出る前記絶縁性樹脂膜に前記袋状物の膜を密着させ、
前記密着した袋状物の膜を介して前記袋状物内の加熱され加圧された油により前記半導体チップ、前記配線基板の一部、前記半導体チップの周囲にはみ出る絶縁性樹脂膜に均等な圧力が加えられ、かつ加熱されることにより前記絶縁性樹脂膜を硬化させて、前記配線基板に1個又は複数個の前記半導体チップを固定する
フリップチップ実装方法。
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