JP2870497B2 - 半導体素子の実装方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子を実装
する方法および半導体装置に関し、特に、フリップチッ
プ方式による半導体素子を基板に実装する方法および半
導体装置に関する。

【０００１】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化、低価格化に伴
い、半導体素子を基板に高密度で実装するための構造が
簡略化されてきている。このような簡略化された構造を
有する半導体素子の高密度実装構造としてフリップチッ
プ方式が提案されている。

【０００２】フリップチップ方式の実装方法は、複数の
バンプ電極が少なくとも一つの面に実装された半導体素
子を、その面をフェイスダウンさせて回路基板に接続す
るものであり、特開平４−８２２４１号公報に開示され
ている。

【０００３】図３（ａ）および（ｂ）を参照して、従来
のフリップチップ実装構造について説明する。

【０００４】回路基板３１上に、ゴム等の弾性回復力を
有する物質からなる絶縁性樹脂層３２が形成されてい
る。さらに、絶縁性樹脂層３２上にスパッタリング法あ
るいは蒸着法により実装用パッド３３が形成されてい
る。絶縁性樹脂層３２上の半導体素子３４が基板３１に
固定されるべき領域に封止樹脂３５が塗布されている。
一方、半導体素子３４の基板３１側の面には、複数のバ
ンプ電極３６が形成されている。

【０００５】まず、半導体素子３４の下面に設けられる
複数のバンプ電極３６と基板３１上の実装用パッド３３
との位置合わせを行い、次いで、半導体素子３４が基板
３１上に加圧圧接される。この際、半導体素子３４のバ
ンプ電極３６と基板３１上の実装用パッド３３との間に
存在していた封止樹脂３５が押し出されるため、バンプ
電極３６と実装用パッド３３とが電気的に接続される。
この従来のフリップチップ実装構造では、基板３１と実
装用パッド３３との間に弾性回復力を有する絶縁性樹脂
層３２が形成されているために、絶縁性樹脂層３２の弾
性回復力と封止樹脂３５の収縮力によってバンプ電極３
６と実装用パッド３３との電気的接続が安定して保持さ
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来のフリップチップ実装構造では、温度サイクル試験等
の加速試験において絶縁性樹脂層の弾性回復力および封
止樹脂の収縮力が劣化しやすく、結果として、封止樹脂
の熱膨張量がその収縮力および絶縁性樹脂層の弾性回復
力を上回り、バンプ電極と実装用パッドの間に隙間が形
成される。したがって、バンプ電極と実装用パッドとの
間に形成された隙間が原因で、半導体素子と基板とが接
続不良を起こす。

【０００７】さらに、この従来のフリップチップ実装構
造では、実装用パッドおよび絶縁性樹脂層を弾性変形さ
せた状態で、半導体素子と基板とを接続させている。そ
のため、温度変化により封止樹脂の収縮力と絶縁性樹脂
層の弾性回復力とのバランスが変化した場合、それに伴
って実装用パッドの変形状態も変化する。このように、
温度変化により、実装用パッドにかなりのストレスが加
わることになり、その結果、実装用パッドが損傷して、
断線等が生じるケースもある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の半導体素子の実装方法は、基板上に配置
された実装用パッドの表面に金属粉を散布して固着し、
該表面に凹凸部を形成するステップと、凹凸部が形成さ
れた前記実装用パッドを該凹凸部の深さよりも薄い厚さ
の物質で覆うステップと、前記基板上に封止樹脂を供給
するステップと、前記半導体素子に形成されたバンプ電
極を前記実装用パッドに形成された前記凹凸部に食い込
ませるステップと、前記封止樹脂を硬化するステップと
を含むことを特徴とする。

【０００９】

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実装方法および半
導体装置の第１の実施形態について図面を参照して詳細
に説明する。

【００１１】図１（ａ）〜（ｈ）は、本実施形態の実装
方法に関連する参考例の手順を示す断面図およびその手
順によって形成される半導体装置の構成を示す断面図で
ある。

【００１２】図１（ａ）を参照すると、半導体素子が未
実装である回路基板１上に実装用パッド２が配置され
る。回路基板１の基材の種類は特に限定されるものでは
ないが、例えば、エポキシ材を基材としたプリント配線
基板を用いることができる。また、実装用パッド２は、
例えば、銅により形成される。

【００１３】図１（ｂ）を参照すると、回路基板１上に
形成された実装用パッド２に対し、無電解ニッケルめっ
き３が施される。めっき３の厚さは、特に限定されるも
のではないが、例えば、５μｍ程度とする。

【００１４】次に、図１（ｃ）に示されるように、回路
基板１上のニッケルめっき３が施された実装用パッド２
以外の領域に保護レジスト４が形成される。この保護レ
ジスト４は、次工程で実施されるニッケルめっき３に対
するサンドブラスト処理の際に、ニッケルめっき３以外
の領域が損傷を受けないように、その領域を保護するも
のであり、その材質、厚さ等は特に限定されないが、保
護レジスト４として、厚さ４０μｍのエポキシ系の樹脂
膜が採用される。

【００１５】次に、図１（ｄ）に示されるように、保護
レジスト４が形成された回路基板１の全面にサンドブラ
スト５が施され、実装用パッド２の表面が粗化される。
つまり、回路基板１の全面に砂を吹き付けて、その全面
を粗い面にする。ここで、サンドブラスト５に使用され
る砂として、粗化された面の凹凸の深さが３〜４μｍと
なるような粒度のものを使用することができる。

【００１６】次に、サンドブラスト処理が施された回路
基板１は、超音波洗浄が施された後、その回路基板１上
に形成された保護レジストが剥離される。ここで、前工
程で、回路基板１の全面に吹き付けられた砂が、ニッケ
ルめっき３が施された実装用パッド２に埋まる可能性が
あるため、その埋まった砂を除去するために、超音波洗
浄は必要である。また、保護レジスト４を剥離する方法
は、公知の技術で行われる。本工程が施されると、図１
（ｅ）に示されるように、回路基板１上には、表面が粗
化されたニッケルめっき３が施された実装用パッド２の
みが残留する。

【００１７】次に、図１（ｆ）に示されるように、粗化
されたニッケルめっき３上に公知の技術により薄付け無
電解金めっき６が施され、実装用パッド２を金パッドと
する。ここで、本実施形態では、金めっきの厚さは、ニ
ッケルめっき３上に形成された粗化面がつぶされないよ
うに、粗化面の凹凸の深さよりも薄くする必要があり、
例えば、０．０３μｍとする。したがって、回路基板１
上に凹凸の粗化面を有する実装用金パッドを形成するこ
とができる。

【００１８】次に、図１（ｇ）に示されるように、回路
基板１上の搭載部に封止樹脂７が供給される。ここで、
封止樹脂７の供給方法として、スクリーン印刷工法やデ
ィスペンサーを利用した供給方法等、公知の技術を適用
することができる。また、封止樹脂７としては、エポキ
シ系の熱硬化型即硬化性樹脂であって、硬化収縮率の値
が熱膨張率の値よりも大きい樹脂が使用される。例え
ば、本実施形態では、２７０度で３０秒ほどの加熱で硬
化が完了する樹脂を封止樹脂７として用いる。

【００１９】また、回路基板１に実装すべき半導体素子
８には、その回路基板１側の表面に、バンプ電極９が形
成されている。そして、封止樹脂７が回路基板１上に供
給された状態で、半導体素子８のバンプ電極９と回路基
板上１上の実装用パッド２を位置合わせし、図１（ｈ）
に示されるように、加圧・加熱によって半導体素子８を
回路基板１に接続する。その際、封止樹脂７は加熱によ
り硬化される。加圧量はバンプ電極９が実装用パッド２
の粗化面の凹凸に食い込むのに充分な量とし、例えば、
バンプ電極９当たり３０ｇとする。また、加熱量は、例
えば、半導体素子８側を２７０度、回路基板１側を８０
度とし、保持時間を３０秒とする。

【００２０】本参考例の半導体素子の実装方法によれ
ば、半導体素子８と回路基板１との間に介在する封止樹
脂７の収縮率による両者の接続力だけでなく、バンプ電
極９が実装用パッド２の粗化面の凹凸に食い込むことに
よる機械的な接続力が働くため、常に、安定した接続状
態を維持することができる。

【００２１】次に、本発明の第１の実施形態について図
面を参照して詳細に説明する。

【００２２】図２（ａ）〜（ｇ）は、本発明の第１の実
施形態の半導体素子の実装方法の手順を示す断面図およ
びその手順によって形成される半導体装置の構成を示す
断面図である。

【００２３】図２（ａ）を参照すると、回路基板１上に
は、実装用パッド２が形成されている。回路基板１およ
び実装用パッド２は、前述の第１の実施形態の構成と同
様のものが使用され得る。

【００２４】図２（ｂ）を参照すると、回路基板１上に
形成された実装用パッド２に印刷法により銅ペースト１
０が塗布される。銅ペースト１０の種類としては、硬化
後の導電率ができるだけ低いものが望ましい。また、銅
ペースト１０内の銅粒子の径は、できるだけ小径のもの
とし、例えば、平均５μｍ径とする。銅ペーストの塗布
厚は１５μｍ以下が好ましく、例えば、厚さ２０μｍの
メタルマスクを用いて形成される１３μｍの塗布厚の銅
ペーストが用いられる。

【００２５】次に、図２（ｃ）に示されるように、実装
用パッド２に塗布された銅ペースト１０上に金属粉１１
が吹き付けられる。吹き付けられる金属粉として、例え
ば、銅製の粉砕タイプの金属粉であって粒径が平均１５
μｍ程度のものが用いられる。

【００２６】次に、図２（ｄ）に示されるように、回路
基板１を加熱し、銅ペースト１０を硬化し、金属粉１１
を銅ペースト１０内に固着する。銅ペースト１０の硬化
は、オーブンにより銅ペーストの特性に応じた条件で行
われる。回路基板１上で銅ペースト１０が塗布されてい
ない領域には、金属粉１１が付着しないため、その金属
粉１１は、銅ペースト１０の硬化後に行われる超音波洗
浄等の処理により、回路基板１上から除去される。

【００２７】次に、図２（ｅ）に示されるように、金属
粉１１が表面に固着した実装用パッド２上に薄付けの無
電解ニッケル−金めっき１２が施される。めっき厚は、
実装用パッド２上に固着された金属粉による突起をつぶ
さないために、例えば、ニッケル３μｍ、金０．０３μ
ｍと非常に薄くする。これにより、回路基板１上に、凹
凸の表面を有する実装用金パッドを形成することができ
る。

【００２８】次に、図２（ｆ）に示されるように、回路
基板１上の搭載部に封止樹脂７を供給する。封止樹脂７
の供給方法は、前述のスクリーン印刷工法等が採用され
る。また、封止樹脂７は、前述の第１の実施形態で用い
られた樹脂と同様のものが用いられる。

【００２９】回路基板１上に封止樹脂７が供給された状
態で、半導体素子８のバンプ電極９と回路基板１上の実
装用パッド２とが位置合わせされ、図２（ｇ）に示され
るように、加圧・加熱により半導体素子８が回路基板１
に接続される。その際、封止樹脂７は、加熱により硬化
される。ここで、この加圧量および加熱量は、前述の第
１の実施形態で例示された値を適用することができる。

【００３０】このように、本実施形態によれば、半導体
素子８と回路基板１との間に介在する樹脂の収縮率によ
る両者の接続力だけでなく、半導体素子８のバンプ電極
９が実装用パッド２の粗化面の凹凸に食い込むことによ
る機械的な接続力が作用するため、安定した接続状態を
維持することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
実装用パッドの表面に形成された凹凸部にバンプ電極を
食い込ませることによって、半導体素子と基板とを接続
しているために、半導体素子と基板との間に介在する封
止樹脂の収縮率による接続力だけでなく、機械的な接続
力を得ることができる。したがって、接続強度および接
続信頼性を大幅に向上することができる。

【００３２】また、封止樹脂として硬化収縮率の値が熱
膨張率の値より大きい樹脂を用いているために、高温環
境下においても安定した接続を維持することができる。

【００３３】また、実装用パッド等を変形させることな
く、高い接続強度を得ているために、実装用パッドの損
傷を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体素子の実装方法および半導体装
置に関係する参考例の構造を示す断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態の半導体素子の実装方
法および半導体装置の構造を示す断面図である。

【図３】従来の半導体素子の実装方法を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 回路基板 ２ 実装用パッド ３ 無電解ニッケルめっき ４ 保護レジスト ５ サンドブラスト ６ 薄付無電解金めっき ７ 封止樹脂 ８ 半導体素子 ９ バンプ電極 １０ 銅ペースト １１ 金属粉 １２ 無電解ニッケル−金めっき

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子を基板に実装する方法であっ
   て、 前記基板上に配置された実装用パッドの表面に金属粉を
   散布して固着し、該表面に凹凸部を形成するステップ
   と、 凹凸部が形成された前記実装用パッドを該凹凸部の深さ
   よりも薄い厚さの物質で覆うステップと、 前記基板上に封止樹脂を供給するステップと、 前記半導体素子に形成されたバンプ電極を前記実装用パ
   ッドに形成された前記凹凸部に食い込ませるステップ
   と、 前記封止樹脂を硬化するステップとを含むことを特徴と
   する半導体素子の実装方法。