JP3999222B2

JP3999222B2 - フリップチップ実装方法およびフリップチップ実装構造

Info

Publication number: JP3999222B2
Application number: JP2004273680A
Authority: JP
Inventors: 直人中谷
Original assignee: Nippon Avionics Co Ltd
Current assignee: Nippon Avionics Co Ltd
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: JP2004356662A

Description

この発明は、半導体チップに設けた突起（バンプ）をプリント配線板の電極パッドに直接接続するフリップチップ実装方法と、プリント配線板とに関するものである。

半導体チップ（ＩＣチップ）をプリント配線板に実装する方法として、フリップチップ法が知られている。この方法は、突起電極（バンプという）を形成した半導体チップ（フリップチップ）を用い、これらのバンプをプリント配線板の導体パッドに押圧した状態でＩＣチップを絶縁樹脂で固める方法である（例えば特許文献１）。

特開平１１−１３５５６８号

例えばＩＣチップに金バンプ（Ａｕバンプ）を設け、このバンプを直接配線板の電極パッド（導体パッド）に押圧してＡｕバンプを若干押しつぶした状態でチップ周辺をＵＶ硬化タイプなどの絶縁樹脂で固める。この場合樹脂はあらかじめ配線板の電極パッドに適量塗布しておき、上からチップを位置合わせして加圧しながらＵＶ照射し常温硬化させる。

この従来の方法では、Ａｕバンプと電極パッドとの電気的接続はＡｕバンプと電極パッドとの単なる機械的な接触（メカニカルコンタクト）で得られる。このため接続の信頼性は、チップを配線板に固着する樹脂の硬化収縮応力と、少しつぶされたＡｕバンプの復元力に依存している。

しかしながら広い温度範囲での温度サイクル試験を行った場合には、絶縁樹脂とＡｕバンプとの熱膨張率の差により電気的接続の信頼性が低下するという問題があった。

この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、広い温度範囲で使用する場合に電気的接続の信頼性を向上させることができるフリップチップ実装方法を提供することを第１の目的とする。またこの方法を用いたフリップチップ実装構造を提供することを第２の目的とする。

本発明によればこの第１の目的は、フリップチップのバンプをプリント配線板の導体パッドに位置合わせしてフリップチップを熱硬化型非導電性接着剤で固定するフリップチップ実装方法において、ａ）導体パッドを除いて前記プリント配線板の少なくとも前記フリップチップの固定領域に、前記バンプよりも熱膨張率が大きく、かつ前記バンプの高さ（ｈ）と導体パッドの厚さ（ｔ）との和（ｈ＋ｔ）よりも僅かに薄い樹脂層を形成する；ｂ）前記プリント配線板のフリップチップ実装位置に熱硬化型非導電性接着剤を供給する；ｃ）フリップチップのバンプをプリント配線板の導体パッドに位置合わせし、フリップチップを所定の圧力でプリント配線板に押圧して保持する；ｄ）プリント配線板を加熱し前記熱硬化型非導電性接着剤を硬化させる；ｅ）冷却する；ｆ）フリップチップの押圧力を除く；以上の各工程を順次行うフリップチップ実装方法、によって達成できる。ここに工程ｅ)とｆ)の順番を逆にしても同一目的が達成できる。

第２の目的は、フリップチップのバンプをプリント配線板の導体パッドに位置合わせしてフリップチップを熱硬化型非導電性接着剤で固定したフリップチップ実装構造において、導体パッドを除いて前記プリント配線板の少なくとも前記フリップチップの固定領域に前記バンプよりも熱膨張率が大きくかつ前記バンプの高さ（ｈ）と導体パッドの厚さ（ｔ）との和（ｈ＋ｔ）よりも僅かに薄い樹脂層と、前記プリント配線板とフリップチップとの間に供給され硬化された熱硬化型非導電性接着剤と、を備え、前記樹脂層の収縮量とバンプの収縮量との差によってバンプとパッドとの間に接触圧を発生させたことを特徴とするフリップチップ実装構造、によって達成可能である。

第１の発明は以上のように、導体パッドを除き少なくともフリップチップの実装領域にバンプよりも熱膨張率が大きくかつバンプの高さ（ｈ）と導体パッドの厚さ（ｔ）との和（ｈ＋ｔ）よりも僅かに薄い樹脂層を形成し、熱硬化型非導電性接着剤を挟んで半導体チップを押圧しつつ接着剤を硬化させるから、押圧力を解除しても樹脂層の収縮量とバンプの収縮量の差によってバンプとパッドとの間に十分な接触圧を発生させることができ、電気的接続の信頼性を向上させることができる。

第２の発明によれば請求項１の方法を用いたフリップチップ実装構造が得られる。

工程ａ）で形成する樹脂層は、感光性樹脂であってもよいが（請求項２）、エポキシ系樹脂でもよい（請求項３）。エポキシ系樹脂はガラス転移温度を境にして低温側では熱膨張率が小さく、高温側で熱膨張率が大きくなるから、このエポキシ系樹脂を用いる場合にはこのガラス転移温度が接着剤の硬化温度よりも低いエポキシ系樹脂を用いるのが望ましい。このようにすれば接着剤硬化温度で樹脂層の熱膨張率が大きくなるため、接着剤の硬化後に常温に冷却した状態でＡｕバンプとパッドとの間に大きな収縮応力を発生させることができる。

バンプはワイヤーボンディングによる金バンプが適し、この場合は導体パッドの表面に金めっきを施しておくのがよい（請求項４）。工程ｃ）の加圧（押圧）と工程ｄ）の加熱硬化は同時に行ってもよい（請求項５）。また工程ｅ）とｆ）とは逆に行ってもよい（請求項６）。

基板はビルドアップ法で作られた多層基板とすることができる。樹脂層は、有機系樹脂をスクリーン印刷、カーテンコート、スプレーコートなどの方法を用いてフリップチップの少なくとも固定領域に形成することができる。樹脂層は基板全面に形成してもよいが、フリップチップの固定領域より僅かに広い領域だけに形成してもよい。この樹脂層の厚さ（Ｈ）は、フリップチップの実装後のバンプ高さ（ｈ）と導体パッド厚さ（ｔ）との和（ｈ＋ｔ）よりも僅かに薄い程度が望ましく、通常２０〜４０μｍの厚さがよい。

樹脂層には基板の導体パッド上に開口を形成しておく。この開口は、樹脂層に感光性樹脂を用いる場合にはフォトリソグラフィプロセスによって形成することができる。すなわちフォトマスクを重ねて露光し現像することによって導体パッド上に開口を有する樹脂層を形成することができる。熱硬化型樹脂を用いる場合には、基板に樹脂を均一に塗布し硬化した後、ＣＯ₂レーザを用いて開口を加工することができる。なお導体パッド表面に金メッキを施す場合は、樹脂層を形成する前に金めっきしてもよいし、樹脂層に開口を形成した後に金めっきしてもよい。

図１は実施例の実装工程を示す断面図、図２はその実装工程の流れ図である。この実施例では、バンプの熱膨張率とプリント配線板の少なくともフリップチップの固定領域に形成される樹脂層の熱膨張率の差を利用してバンプと導体パッドとの間の常温における接触圧を得るものである。

図１において２００はベース基板（プリント配線板）であり、例えばビルドアップ法で作られた多層基板である。この基板２００の表面には導体パッド（フリップチップ用パッド）２１８が形成され、その表面には金めっきを施しておく（図２のステップＳ３００）。この基板２００には、導体パッド２１８を除いて樹脂層２１６が形成される。

この樹脂層２１６は半導体チップ２２０の金バンプ２２２の熱膨張率よりも大きな熱膨張率を持った樹脂で形成され、例えば感光性樹脂が用いられる。この樹脂層２１６は導体パッド２１８を除いて、半導体チップ２２０の実装領域よりも僅かに広い領域に形成される（ステップＳ３０２）。この樹脂層２１６は例えばフォトリソグラフィの方法を用いて形成すればよい。

樹脂層２１６は、その熱膨張率と共にその厚さが重要になる。この樹脂層２１６の厚さＨは図１の（Ｃ）に示すように、導体パッド２１８の厚さｔと、実装後の金バンプ２２２の高さｈとの和（ｔ＋ｈ）よりも僅かに小さい。すなわちＨ＜（ｔ＋ｈ）となるようにすることが必要である。通常Ｈは２０〜４０μｍにするのがよい。

次に半導体チップ２２０を実装する基板２００上の領域にディスペンサなどで所定量の熱硬化型接着剤２２４を供給する（ステップＳ３０４）。そして半導体チップ（フリップチップ）２２０の金バンプ２２２を導体パッド２１８に位置合わせして押圧し保持する（Ｓ３０６）。この状態で接着剤２２４を加熱し硬化させれば、図１（Ｃ）に示すように金バンプ２２２が所定量つぶれて導体パッド２１８に密着する（Ｓ３０８）。

この状態で常温まで冷却し（Ｓ３１０）、押圧力を解除すればよい（Ｓ３１２）。なお接着剤２２４はステップＳ３０８の加熱によってすでに硬化しているから、ステップＳ３１０とＳ３１２とを同時あるいは逆にしてもよい。

この結果、常温まで冷える時には、金バンプ２２２の厚さ方向の熱収縮量よりも樹脂層２１６の厚さ方向の熱収縮量の方が大きくなるから、両者の厚さ方向の収縮量の差によって金バンプ２２２と導体パッド２１８との間に圧縮応力が発生する。このため金バンプ２２２と導体パッド２１８との接触圧が常に一定以上に保たれ、電気的接続の信頼性が向上する。なお厳密に検討すれば、導体パッド２１８の熱膨張率（あるいは厚さ方向の熱収縮量）も考慮すべきであるが、通常は導体パッド２１８の厚さは樹脂層２１６の厚さＨや金バンプ２２２の高さｈよりも十分に小さいので、これを省くことができる。

本発明の一実施例を示す断面図実施工程の流れ図

符号の説明

２００ベース基板（プリント配線板）
２１６樹脂層
２１８導体パッド
２２０半導体チップ（フリップチップ）
２２２金バンプ
２２４接着剤

Claims

フリップチップのバンプをプリント配線板の導体パッドに位置合わせしてフリップチップを熱硬化型非導電性接着剤で固定するフリップチップ実装方法において、
ａ）導体パッドを除いて前記プリント配線板の少なくとも前記フリップチップの固定領域に、前記バンプよりも熱膨張率が大きく、かつ前記バンプの高さ（ｈ）と導体パッドの厚さ（ｔ）との和（ｈ＋ｔ）よりも僅かに薄い樹脂層を形成する；
ｂ）前記プリント配線板のフリップチップ実装位置に熱硬化型非導電性接着剤を供給する；
ｃ）フリップチップのバンプをプリント配線板の導体パッドに位置合わせし、フリップチップを所定の圧力でプリント配線板に押圧して保持する；
ｄ）プリント配線板を加熱し前記熱硬化型非導電性接着剤を硬化させる；
ｅ）冷却する；
ｆ）フリップチップの押圧力を除く；
以上の各工程を順次行うフリップチップ実装方法。
工程ａ）で形成する樹脂層は感光性樹脂である請求項１のフリップチップ実装方法。
工程ａ）で形成する樹脂層は、ガラス転移温度が接着剤の硬化温度よりも低いエポキシ系樹脂である請求項１のフリップチップ実装方法。
フリップチップのバンプはワイヤーボンディングにより形成された金バンプである請求項１〜３のいずれかのフリップチップ実装方法。
請求項１〜４のいずれかにおいて、工程ｃ）と工程ｄ）を同時に行うフリップチップ実装方法。
フリップチップのバンプをプリント配線板の導体パッドに位置合わせしてフリップチップを熱硬化型非導電性接着剤で固定するフリップチップ実装方法において、
ａ）導体パッドを除いて前記プリント配線板の少なくとも前記フリップチップの固定領域に前記バンプよりも熱膨張率が大きく、かつ前記バンプの高さ（ｈ）と導体パッドの厚さ（ｔ）との和（ｈ＋ｔ）よりも僅かに薄い樹脂層を形成する；
ｂ）前記プリント配線板のフリップチップ実装位置に熱硬化型非導電性接着剤を供給する；
ｃ）フリップチップのバンプをプリント配線板の導体パッドに位置合わせし、フリップチップを所定の圧力でプリント配線板に押圧して保持する；
ｄ）プリント配線板を加熱し前記熱硬化型非導電性接着剤を硬化させる；
ｅ′）フリップチップの押圧力を除く；
ｆ′）冷却する；
以上の各工程を順次行うフリップチップ実装方法。
フリップチップのバンプをプリント配線板の導体パッドに位置合わせしてフリップチップを熱硬化型非導電性接着剤で固定したフリップチップ実装構造において、
導体パッドを除いて前記プリント配線板の少なくとも前記フリップチップの固定領域に前記バンプよりも熱膨張率が大きくかつ前記バンプの高さ（ｈ）と導体パッドの厚さ（ｔ）との和（ｈ＋ｔ）よりも僅かに薄く形成された樹脂層と、前記プリント配線板とフリップチップとの間に供給され硬化された熱硬化型非導電性接着剤と、を備え、
前記樹脂層の収縮量と前記バンプの収縮量との差によって前記バンプと前記導体パッドとの間に接触圧を発生させたことを特徴とするフリップチップ実装構造。