JP2006019606A - 電子部品の製造方法および電子部品ならびにｉｃカード - Google Patents

Abstract

【課題】電気的信頼性を向上させるとともに、薄型化が可能であり、コストダウンと歩留まりの向上が可能な電子部品の製造方法および電子部品ならびにＩＣカードを提供する。
【解決手段】実装基板１１の一主面側の回路パターン１２を形成する領域に、導電性ペーストからなる未硬化パターン１２’を形成する工程と、未硬化パターン１２’の一部である接続エリア１２ａに、バンプ２１の先端部を埋め込むように、半導体チップ２１を実装基板１１上に搭載する工程と、未硬化パターン１２’を硬化させることで、回路パターン１２を形成するとともにバンプ２１ａと接続エリア１２ａとを接合する工程とを有することを特徴とする電子部品３３の製造方法および電子部品３３ならびにＩＣカード３０である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品の製造方法および電子部品ならびにこれを用いたＩＣカードに関し、特に、実装基板上にフリップチップ接続により半導体チップをフェイスダウン実装する電子部品の製造方法および電子部品ならびにこれを用いたＩＣカードに関する。

近年、樹脂製のカード基体中に半導体チップを内蔵したＩＣカードが汎用されている。特に、非接触型のＩＣカードは、カードをカードリーダ上に置くか、かざすだけで情報のやりとりを行える利便性から、多様な分野で応用されている。

このような非接触型のＩＣカードの内部には、実装基板上にフリップチップ接続により半導体チップがフェイスダウン実装された電子部品が設けられている。この電子部品は、複数の電極部にバンプが設けられた半導体チップと、一主面側にアンテナとなる銅からなる回路パターンが設けられた実装基板とを備えている。そして、回路パターンの一領域からなる接続エリアと半導体チップのバンプとが導電性の接着層を介して接合することで、半導体チップと回路パターンとが電気的に接続されるとともに、半導体チップが実装基板上に固定された構成となっている。このような電子部品の製造方法としては、次のような３つの方法が挙げられる。

まず、第１の方法としては、図３（ａ）に示すように、実装基板１１上に銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）からなる導電層１２’’を形成する。次に、図３（ｂ）に示すように、エッチングにより、この導電層１２’’をパターンニングすることで、アンテナとなる回路パターン１２を形成し、この回路パターン１２の一部を、半導体チップと接続するための接続エリア１２ａとする。次に、図３（ｃ）に示すように、この接続エリア１２ａを含む回路パターン１２の一領域を覆う状態で、実装基板１１上に導電粒子等のフィラー１３ａを含有した異方性導電フィルム（Anisotoropic Conductive Film(ＡＣＦ)）からなる接着層１３を貼布する。その後、図３（ｄ）に示すように、半導体チップ２１のバンプ２１ａを接着層１３を介して上記接続エリア１２ａ上に熱圧着する。この場合、１８０℃〜２００℃の加熱により、異方性導電フィルムを溶融し、バンプ２１ａと接続エリア１２ａとの間に導電粒子からなるフィラー１３ａが挟持された状態とする。これにより、半導体チップ２１と接続エリア１２ａとが電気的に接続される。その後、接着層１３を硬化することで、半導体チップ２１が実装基板１１上に固定される。

また、第２の方法としては、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の方法と同様に、実装基板１１上に形成した導電層１２’’をエッチングによりパターンニングすることで、アンテナとなる回路パターン１２と回路パターン１２の一部からなる接続エリア１２ａを形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、貫通孔１４ａが設けられた絶縁基板１４を、貫通孔１４ａが接続エリア１２ａ上に配置されるように、実装基板１１上に張り付ける。次いで、図４（ｄ）に示すように、導電性ペーストを、この貫通孔１４ａ内に充填することで、貫通孔１４ａ内の接続エリア１２ａ上に接着層１３を形成する。その後、図４（ｅ）に示すように、未硬化の状態の導電性ペーストからなる接着層１３上に半導体チップ２１のバンプ２１ａを配置し、この接着層１３を硬化することで、接着層１３を介して接続エリア１２ａとバンプ２１ａとを接合する。これにより、半導体チップ２１と接続エリア１２ａとが電気的に接続されるとともに、半導体チップ２１が実装基板１１上に接着固定される（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２０９２０４号公報（図７）。

さらに、第３の方法としては、図５（ａ）に示すように、実装基板１１の表面の回路パターンを形成する領域に、導電性ペーストからなる未硬化パターン１２’を形成する。その後、図５（ｂ）に示すように、未硬化パターン１２’を硬化することで、回路パターン１２と回路パターン１２の一部からなる接続エリア１２ａを形成する。次に、図５（ｃ）に示すように、接続エリア１２ａ上に、再び導電性ペーストからなる接着層１３を形成する。続いて、図５（ｄ）に示すように、半導体チップ２１のバンプ２１ａを接着層１３上に配置する。その後、図５（ｅ）に示すように、導電性ペーストを硬化することで、接着層１３を介して接続エリア１２ａとバンプ２１ａとを接合する。これにより、半導体チップ２１と接続エリア１２ａとが電気的に接続されるとともに、半導体チップ２１が実装基板１１上に固定される。

このようにして得られる電子部品は、上述したようなＩＣカードに内蔵されるため、薄型化および低コスト化が強く要求されている。

しかし、上述したような電子部品の第１〜第３の製造方法では、半導体チップ２１と接続エリア１２ａとの間に、異方性導電フィルムまたは導電性ペーストからなる接着層１３が介在されるため、バンプ２１ａと接着層１３との間および接着層１３と接続エリア１２ａとの間にそれぞれ界面が発生する。このため、この界面から割れ等が生じ易く、半導体チップ２１と回路パターン１２の接続信頼性の点で問題がある。

また、接続エリア１２ａとバンプ２１ａとの間に、接着層１３が介在される分、得られる電子部品の厚さも厚くなるため、薄型化に限界があり、例えばＩＣカードにこの電子部品を内蔵する場合に、ＩＣカードの規定された厚みに対する裕度が少なくなる。

さらに、接着層１３分のコストがかかるだけでなく、接着層１３の供給工程および硬化工程が必要であり、製造工程が複雑化し易いことから、低コスト化が困難である。特に、第１および第２の製造方法では、実装基板１１上に導電層１２’’を形成した後、エッチングにより導電層１２’’をパターンニングすることから、リソグラフィ工程を行うため、製造工程が煩雑になるだけでなく、リソグラフィ工程を行うための装置が必要となり、これによっても低コスト化が難しいという問題がある。

さらに、上述した第１の製造方法では、接続エリア１２ａ上に、異方性導電フィルムからなる接着層１３を介して、半導体チップ２１のバンプ２１ａを熱圧着することから、半導体チップ２１に高温高圧がかかることにより、損傷を受け易く、電子部品の歩留まりが低下してしまう。

以上のことから、電子部品における半導体チップのバンプと回路パターンとの接続信頼性を向上させることができるとともに、電子部品の厚さを薄くすることができ、低コスト化と歩留まりの向上を図ることが可能な電子部品の製造方法および電子部品ならびにこれを用いたＩＣカードが望まれていた。

上述したような課題を解決するために、本発明における電子部品の製造方法は、バンプを備えた半導体チップを、基板上にバンプを介して固定する電子部品の製造方法において、基板の一主面側の回路パターンを形成する領域に、導電性ペーストからなる未硬化パターンを形成する工程と、未硬化パターンの一部である接続エリアに、バンプの先端部を埋め込むように、半導体チップを基板上に搭載する工程と、未硬化パターンを硬化させることで、回路パターンを形成するとともにバンプと接続エリアとを接合する工程とを有する
ことを特徴としている。

このような電子部品の製造方法によれば、半導体チップのバンプと回路パターンの一部からなる接続エリアとが直接接合される。これにより、バンプと接続エリアとの間のみに界面が発生することから、従来の電子部品の製造方法と比較して、バンプと接続エリアとの間に接着層が介在しないため、バンプと接続エリアとの間に生じる界面が少なくなり、界面からの割れ等が抑制され、半導体チップと回路パターンとの接続信頼性が向上する。また、半導体チップのバンプと接続エリアとを直接接合することで、接着層が介在しないため、厚さの薄い電子部品が形成される。

さらに、硬化させることで回路パターンとなる未硬化パターンが接着層として機能することから、従来の電子部品の製造方法と比較して、接着層を形成しない分、製造工程が簡略化されるとともに低コスト化が図れる。また、導電性ペーストからなる未硬化パターンを形成し、これを硬化させて回路パターンを形成することから、従来の電子部品の第１および第２の製造方法と比較して、導電層のパターニングを行わないため、煩雑なリソグラフィ工程を行わなくてもよく、それにともなう装置も必要ないことから、さらなる製造工程の簡略化と低コスト化が可能となる。

また、未硬化パターンの一部である接続エリアに、バンプの先端部を埋め込むように、半導体チップを基板上に搭載するため、従来の電子部品の第１の製造方法と比較して、熱圧着により半導体チップを基板上に搭載しなくてもよいことから、半導体チップに高温高圧がかかることが防止され、半導体チップへの損傷が抑制される。

また、本発明は、上述した製造方法により得られる電子部品でもあり、バンプを備えた半導体チップと、一主面側に回路パターンが設けられた基板とを備え、基板上にバンプを介して半導体チップが固定された電子部品において、バンプの先端部が回路パターンの一部である接続エリアに埋め込まれた状態で、バンプと接続エリアとが接合されていることを特徴としている。

さらに、本発明のＩＣカードは、第１基板とこの第１基板に対向配置される第２基板とで、上記の電子部品が挟持されたＩＣカードであって、この電子部品は、バンプを備えた半導体チップと、一主面側に回路パターンが設けられた基板とを備え、基板上にバンプを介して半導体チップが固定されており、バンプの先端部が回路パターンの一部である接続エリアに埋め込まれた状態で、バンプと接続エリアとが接合されていることを特徴としている。

このような電子部品およびこれを用いたＩＣカードによれば、バンプと回路パターンとが直接接合されていることから、バンプと回路パターンとの間に接着層が介在しないため、バンプと回路パターンとの間に生じる界面が少なくなる。これにより、界面からの割れ等が抑制され、半導体チップと回路パターンとの接続信頼性が向上される。また、接着層が設けられていない分、電子部品の厚さが薄くなる。

以上説明したように、本発明の電子部品の製造方法および電子部品ならびにＩＣカードによれば、半導体チップと回路パターンとの接続信頼性が向上されるため、電気的信頼性の高い電子部品を得ることができる。また、厚さの薄い電子部品を得ることができるため、厚さの規定されたＩＣカードにこの電子部品を内蔵する場合には、ＩＣカードの厚さに対する裕度を増大させることができる。さらに、製造工程が簡略化されるとともに低コスト化が図れることから、生産性に優れている。また、半導体チップへの損傷が抑制されることから、電子部品の歩留まりも向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、非接触型のＩＣカードに内蔵する電子部品の例を用いて説明する。尚、背景技術で説明したものと同様の構成には同一の符号を付して説明する。

＜電子部品、ＩＣカード＞
図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る電子部品を内蔵した非接触型のＩＣカードの断面構成図であり、図１（ｂ）は電子部品の平面図、図１（ｃ）は電子部品の断面図である。

図１（ａ）に示すように、ＩＣカード３０は、カード状の例えばポリエチレンテレフタラート（Poly ethylene Terephthalate(ＰＥＴ)）からなる第１基板３１と第１基板３１に対向配置される第２基板３２との間に、電子部品３３が挟持された状態で構成されている。このＩＣカード３０の厚さは、日本規格協会（ＪＩＳ）により例えば７６０μｍと規定されている。

ここで、第１基板３１の一主面側には、接着層（図示省略）を介して電子部品３３の実装基板１１が固定される状態で配置されている。また、電子部品３３の半導体チップ２１の上面に、接着層（図示省略）を介して、半導体チップ２１への損傷を防止するための例えばステンレスからなる補強板３４が設けられている。

そして、第１基板３１と第２基板３２との間には、硬化性の樹脂材料からなる接着層３５が介在して、第１基板３１と第２基板３２とが貼り合わせられることで、電子部品３３が挟持された状態となっている。

ここで、本発明に特徴的な電子部品３３は、半導体チップ２１がバンプ２１ａを介して実装基板１１上に固定されるように構成されている。

図１（ｂ）に示すように、実装基板１１は、２０μｍ〜５０μｍの厚さの例えばポリイミド樹脂またはエポキシ樹脂等からなる絶縁基材で構成されている。この実装基板１１の一主面側には、その周縁部に、１ｍｍ〜２ｍｍのピッチでコイル状に設けられたアンテナとなる回路パターン１２が設けられている。また、この回路パターン１２の一領域、例えばコイル状に配置された回路パターン１２の端部領域は、半導体チップ２１のバンプ（前記図１（ａ）参照）と接続するための接続エリア１２ａとなっている。

この回路パターン１２は、例えばＣｕペーストまたは銀（Ａｇ）ペースト等からなる硬化性の導電性ペーストを硬化させてなり、３０μｍ〜３５μｍの膜厚で形成されていることとする。

また、図１（ｃ）に示すように、半導体チップ２１は、複数の電極部に例えば金（Ａｕ）からなるバンプ２１ａが設けられていることとする。このバンプ２１ａは、後述する製造方法において詳細に説明するように、バンプ２１ａの先端部が、回路パターン１２の一領域である接続エリア１２ａを貫通し、実装基板１１の表面に達する状態で配置されることから、回路パターン１２の厚さよりも高い５０μｍ〜７０μｍの高さを有して設けられることとする。

そして、上述した接続エリア１２ａにバンプ２１ａの先端部が埋め込まれる状態で、バンプ２１ａと接続エリア１２ａとが接合されている。ここでは、特に、バンプ２１ａの先端部が接続エリア１２ａの内部を貫通し、実装基板１１の表面に達する状態で配置されていることとする。この状態で、半導体チップ２１と接続エリア１２ａとが電気的に接続されるとともに、半導体チップ２１が実装基板１１上に固定された状態となる。

＜電子部品の製造方法＞
次に、上述した電子部品の製造方法の一例について、図２の製造工程断面図を用いて説明する。なお、図２の断面図は、図１（ｂ）のＡ−Ａ’断面を示すものとする。

まず、図２（ａ）に示すように、例えばスクリーン印刷方式により、実装基板１１の表面の回路パターンを形成する領域に、例えばＣｕ含有の熱硬化性の導電ペーストを印刷し、未硬化パターン１２’を形成する。この回路パターンの形成領域は、図１（ｂ）を用いて説明したように、実装基板１１の表面の周縁部にコイル状に配置されるとともに、このコイル状に配置された領域の端部が半導体チップの接続エリアとなるように構成されていることとする。なお、ここでは熱硬化性の導電性ペーストを用いることとするが、硬化性の導電性ペーストであればよく、紫外線（ＵＶ）硬化性の導電性ペーストを用いてもよい。

この際、印刷に用いるスクリーンには、枠体の内側に網目状に編んだ金属線が張設された２０μｍ〜３０μｍのメッシュスクリーンを用いることとする。なお、ここではスクリーン印刷方式により、導電性ペーストからなる未硬化パターン１２’を形成することとするが、印刷方式は、転写でもよい。また、印刷方式でなくてもよく、ディスペンサー等による塗布方式により未硬化パターン１２’を形成してもよい。

次に、図２（ｂ）に示すように、複数の電極部に例えばＡｕからなるバンプ２１ａが設けられた半導体チップ２１を、実装基板１１上に搭載する。この場合には、バンプ２１ａと未硬化パターン１２’の一部からなる接続エリア１２ａとを対向させる状態で、実装基板１１の上方に半導体チップ２１を配置し、バンプ２１ａと接続エリア１２ａとの位置合わせを行う。その後、接続エリア１２ａにバンプ２１ａの先端部を埋め込むことで、バンプ２１ａの先端部が実装基板１１の表面に達するように、半導体チップ２１を実装基板１１上に搭載する。

なお、ここでは、バンプ２１ａの先端部が未硬化パターン１２’の一部である接続エリア１２ａを貫通して実装基板１１の表面に達するように、半導体チップ２１を実装基板１１上に搭載することとしたが、バンプ２１ａの先端部が上記接続エリア１２ａに埋め込まれる状態で配置されていればよい。ただし、バンプ２１ａの先端部が実装基板１１の表面に達するように配置した方が、電子部品の厚さを薄くできるため、好ましい。また、バンプ２１ａの高さで半導体チップ２１の配置位置が規定されるため、実装基板１１に対して半導体チップ２１を平行に配置できるとともに、電子部品の厚みのばらつきが抑制される。

次いで、図２（ｃ）に示すように、１４０℃〜１５０℃の加熱により未硬化パターン１２’（前記図２（ｂ）参照）を硬化させることで、回路パターン１２を形成するとともに、これにより回路パターン１２と一部となる接続エリア１２ａとバンプ２１ａとを接合する。これにより、回路パターン１２の形成と半導体チップ２１と接続エリア１２ａとの電気的接続、機械的保持とが同一工程で行われ、半導体チップ２１がバンプ２１ａを介して実装基板１１上に固定される。

その後、実装基板１１と半導体チップ２１との間にアンダーフィル材を供給して、このアンダーフィル材を硬化することで、実装基板１１と半導体チップ２１とを接着し、実装基板１１と半導体チップ２１の固定を補強する。

このような電子部品３３の製造方法および電子部品３３ならびにこれを用いたＩＣカード３０によれば、半導体チップ２１のバンプ２１ａと回路パターン１２の一部である接続エリア１２ａとが直接接合される。これにより、接続エリア１２ａ自体が接着層として機能することから、従来の電子部品の製造方法と比較して、バンプ２１ａと接続エリア１２ａとの間に接着層が形成しないため、バンプ２１ａと接続エリア１２との間に生じる界面が少なくなる。よって、界面からの割れ等が抑制されるため、半導体チップ２１と回路パターン１２との接続信頼性が向上される。したがって、電子部品３３およびＩＣカード３０の電気的信頼性を向上することができる。

また、半導体チップ２１のバンプ２１ａと接続エリア１２ａとを直接接合することで、接着層を介在しないため、厚さの薄い電子部品３３を形成することができる。本実施形態では、特にバンプ２１ａの先端部が接続エリア１２ａ内を貫通し、実装基板１１の表面に達するように、半導体チップ２１を実装基板１１上に搭載することから、より厚さの薄い電子部品３３を形成可能である。これにより、電子部品３３の薄型化が可能であり、この電子部品３３を厚さの規定されたＩＣカード３０に内蔵する場合には、この厚さに対する裕度を増大させることができる。

さらに、本実施形態では、バンプ２１ａの先端部が接続エリア１２ａを貫通して実装基板１１の表面に達するように、半導体チップ２１を実装基板１１上に搭載することから、接続エリア１２ａを構成する導電性ペーストの厚みの影響を受けることなく、実装基板１１に対してバンプ２１ａの高さで規定された位置に、半導体チップ２１を平行に配置することができる。したがって、電子部品３３の厚さのばらつきを抑制することができる。

また、硬化させることで回路パターン１２となる未硬化パターン１２’が接着層として機能することから、従来の電子部品の製造方法と比較して、接着層を形成しない分、製造工程が簡略化されるとともに低コスト化が図れる。さらに、導電性ペーストからなる未硬化パターン１２’を形成し、これを硬化させて回路パターン１２を形成することから、背景技術で説明した従来の電子部品の第１および第２の製造方法と比較して、導電層のパターニングを行わないため、煩雑なリソグラフィ工程を行わなくてもよく、それにともなう装置も必要ないことから、さらなる製造工程の簡略化とコストダウンが可能となり、生産性にも優れている。

また、未硬化パターン１２’の一部である接続エリア１２ａに、バンプ２１ａの先端部が埋め込まれるように、半導体チップ２１を実装基板１１上に搭載するため、背景技術で説明した従来の電子部品の第１の製造方法と比較して、熱圧着により半導体チップ２１を実装基板１１上に搭載しなくてもよく、半導体チップ２１に高温高圧がかかることが防止され、半導体チップ２１への損傷が抑制される。したがって、電子部品３３の歩留まりを向上させることができる。

なお、本発明は、本実施形態で説明したような、薄型化とコストダウンが強く要求される非接触型のＩＣカード内に内蔵する電子部品に、特に効果的である。また、ＩＣカードだけでなく、商品等につけるラベルやタグ等に内蔵される電子部品についても特に効果を奏する。

また、本実施形態では、絶縁機材からなる実装基板１１の例を用いて説明したが、実装基板１１は、多層配線が設けられた配線基板である場合でも本発明は適用可能である。

本発明の電子部品を用いたＩＣカードの実施形態を説明するための断面構成図（ａ）および電子部品の平面図（ｂ）および断面図（ｃ）である。 本発明の電子部品の製造方法に係る実施形態を説明するための製造工程断面図である。 従来の電子部品の製造方法を説明するための製造工程断面図である（その１）。 従来の電子部品の製造方法を説明するための製造工程断面図である（その２）。 従来の電子部品の製造方法を説明するための製造工程断面図である（その３）。

符号の説明

１１…実装基板、１２…回路パターン、１２’…未硬化パターン、１２ａ…接続エリア、２１…半導体チップ、２１ａ…バンプ、３０…ＩＣカード、３３…電子部品

Claims (9)

1. バンプを備えた半導体チップを、基板上に前記バンプを介して固定する電子部品の製造方法において、
   前記基板の一主面側の回路パターンを形成する領域に、導電性ペーストからなる未硬化パターンを形成する工程と、
   前記未硬化パターンの一部である接続エリアに、前記バンプの先端部を埋め込むように、前記半導体チップを前記基板上に搭載する工程と、
   前記未硬化パターンを硬化させることで、前記回路パターンを形成するとともに前記バンプと前記接続エリアとを接合する工程とを有する
   ことを特徴とする電子部品の製造方法。
2. 前記未硬化パターンを形成する工程では、印刷方式により前記導電性ペーストからなる前記未硬化パターンを形成する
   ことを特徴とする請求項１記載の電子部品の製造方法。
3. 前記半導体チップを前記基板上に搭載する工程では、前記バンプの先端部が前記接続エリアを貫通して前記基板の表面に達するように、前記半導体チップを前記基板上に搭載する
   ことを特徴とする請求項１記載の電子部品の製造方法。
4. バンプを備えた半導体チップと、一主面側に回路パターンが設けられた基板とを備え、前記基板上に前記バンプを介して前記半導体チップが固定された電子部品において、
   前記バンプの先端部が前記回路パターンの一部である接続エリアに埋め込まれた状態で、前記バンプと前記接続エリアとが接合されている
   ことを特徴とする電子部品。
5. 前記バンプの先端部が、前記接続エリアを貫通し、前記基板の表面に達する状態で配置されている
   ことを特徴とする請求項４記載の電子部品。
6. 前記バンプの高さが前記回路パターンの厚さよりも高い
   ことを特徴とする請求項４記載の電子部品。
7. 第１基板と当該第１基板に対向配置される第２基板との間に、電子部品が挟持されたＩＣカードにおいて、
   前記電子部品は、バンプを備えた半導体チップと、一主面側に回路パターンが設けられた基板とを備え、前記基板上に前記バンプを介して前記半導体チップが固定されており、
   前記バンプの先端部が前記回路パターンの一部である接続エリアに埋め込まれた状態で、前記バンプと前記接続エリアとが接合されている
   ことを特徴とするＩＣカード。
8. 前記バンプの先端部が、前記接続エリアを貫通し、前記基板の表面に達する状態で配置されている
   ことを特徴とする請求項７記載のＩＣカード。
9. 前記バンプの高さが前記回路パターンの厚さよりも高い
   ことを特徴とする請求項７記載のＩＣカード。
   
   

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