JP3093621B2

JP3093621B2 - 半導体装置の実装方法

Info

Publication number: JP3093621B2
Application number: JP07308798A
Authority: JP
Inventors: 和則面屋; 孝志大林; 渡桜井; 充原田; 芳宏別所
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-01-30
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 2000-10-03
Anticipated expiration: 2015-11-28
Also published as: JPH0964103A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導電性接着剤を介
してフリップチップ実装方式により半導体装置を基板上
に搭載し、かつ樹脂封止層を介して基板と半導体デバイ
スとを機械的に接続してなる半導体装置の実装体及びそ
の実装方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体デバイス等の電子部品の接
続端子と基板上の回路パターンの端子電極との接続に
は、一般にはんだ付けが用いられてきた。しかし、昨
今、半導体パッケージ等が小型化されるに加えて、接続
端子数の増加等により接続端子間が狭くなってきてい
る。このため、接着部の面積が大きい従来のはんだ付け
で対処できなくなってきている。

【０００３】そこで、最近ではチップの能動素子面を下
方に向けた状態で基板上の端子電極に直付け（フリップ
チップ実装）して実装面積の効率化を図る試みが盛んに
なってきている。このフリップチップ実装方式には数々
の提案がなされ実施されているが、以下にその代表例に
ついて紹介する。（１）はんだ等の低融点金属接合図８に示すように、半導体デバイス１の電極パッド２上
に、はんだバンプ電極８を設け、基板６上の端子電極５
と位置合わせした後はんだを溶融させ半導体デバイス１
と基板６とを電気的に接続する。これと類似の方法とし
て、図９に示すように、金のバンプ電極３を形成し、バ
ンプ電極３と基板６上の端子電極５との間に低融点金属
のメッキ層例えばインジウムめっき層９を形成し、この
インジウムめっき層９の低融点金属を溶融させて電気的
に接続させた後、半導体デバイス１と基板６とを封止層
１０を介して機械的に接合する方法も提案されている。（２）封止樹脂の硬化収縮応力による接合図１０に示すように、半導体デバイス１の電極パッド２
に金のバンプ電極３を設け、半導体デバイス１上のバン
プ電極３と基板６上の端子電極５とを位置合わせした状
態で、半導体デバイス１と基板６との間隙に封止材を充
填した後、封止材を硬化させて封止層１２を形成し、封
止層１２の硬化収縮力によりバンプ電極３と端子電極５
との間に圧縮応力を生ぜしめて両者を電気的に接続する
と同時に、半導体デバイス１と基板６とを機械的に接合
する。なお、接続信頼性を高めるため、図１０に示すご
とく端子電極５の上に金めっき層１１が形成される場合
がある。（３）異方導電性接着剤による接合図１１に示すように、半導体デバイス１の電極パッド２
に金で構成されるバンプ電極３を設け、半導体デバイス
１と基板６との間隙に、バインダー中に導電粒子を分散
させた異方導電性接着剤を充填し、加圧した状態で加熱
して異方導電性接着剤を硬化させて異方導電性接着層１
３を形成することにより、バンプ電極３と基板６上の端
子電極５とを電気的に接続すると同時に、半導体デバイ
ス１と基板６とを機械的に接合する。（４）導電性接着剤による接合図１２に示すように、半導体デバイス１の電極パッド２
に金で構成されるバンプ電極３を設け、バンプ電極３に
導電接着剤を転写し、バンプ電極３と基板６上の端子電
極５とを位置合わせしてから導電性接着剤を硬化させる
ことにより、導電性接着層４を介してバンプ電極３と端
子電極５とを電気的に接続する。その後、半導体デバイ
ス１と基板６との間隙に封止材を充填し、これを硬化し
て封止層７を形成することにより、半導体デバイス１と
基板６とを機械的に接合する。この封止材としては、ク
レゾールノボラック型エポキシ樹脂及びノボラック型フ
ェノール樹脂（硬化剤）を含む樹脂バインダーと絶縁性
粒子からなる充填材とを主成分とする組成物が一般的に
用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記各実装方式に関しては、それぞれ以下のような問題が
あった。

【０００５】実装方式（１）及び（２）については、半
導体デバイスと基板との膨張係数の差によって発生する
熱応力を緩和させることが困難な構造であるため、広範
囲の温度域にわたって接続安定性が求められる用途には
限界がある。

【０００６】実装方式（３）については、異方導電性接
着剤中の樹脂バインダーに可撓性の高い樹脂材料を用い
ることで熱応力の緩和が可能になるが、その場合、バイ
ンダーの吸湿性が高まるため高湿度環境下での接続安定
性が問題になる。またバインダーの熱膨張率を半導体デ
バイスや基板に合わせることでも熱応力の緩和が可能で
あるが、その場合には、低膨張率の充填材が多量に含ま
れるため初期の接続信頼性が悪化する虞れがある。

【０００７】実装方式（４）については、導電性接着剤
に可撓性を持たせ封止材の熱膨張率を半導体デバイスと
基板とに適合させることで熱応力の緩和ができる。従っ
て、この実装方式（４）は、上記フリップチップ実装方
式中の各方式の中でも有望な方式であるといえる。

【０００８】しかしながら、上記実装方式（４）におい
ても、上述の如きクレゾールノボラック型エポキシ樹脂
とノボラック型フェノール樹脂等とを混合した組成物か
らなる封止材は粘度が高く、また熱膨張率を半導体デバ
イスと基板とに合わせるには封止材中の充填材量の比率
を高めざるを得ず結果的に封止材が高粘度になってしま
う。このため、封止材を半導体デバイスと基板との間に
充填する際、封止材を７０〜８０℃以上に加熱して粘度
を低下させる必要があった。その結果、生産性が悪く、
かつ温度上昇時における熱膨張率差に起因する熱応力に
よって封止材封入時に導電接続部が損傷を受け接続信頼
性が低下するという問題があった。

【０００９】一方、室温下で非常に低粘度であるポリエ
ポキシドと酸無水物を主成分とする樹脂バインダーを封
止材として用いることも考えられる。しかし、この樹脂
バインダーに熱膨張率を低くするため多量の充填材を添
加すると、封止材の粘度は低いがチキソトロピー指数が
高くなってしまう。この結果、半導体デバイスと基板と
の間に封入できない、あるいは封入できても多量の気泡
を抱き込み、この気泡によって硬化した封止材の熱膨張
等が場所によって不均一になり、接続信頼性を低下させ
るという問題があった、そのため、ポリエポキシドと酸
無水物とからなる樹脂をバインダーとする封止材は実用
性に乏しかった。

【００１０】本発明の目的は、封止材の良好な封止特性
を得るために必要な粘度とチクソトロピー特性の限界を
究明し、かかる粘度とチクソトロピー特性を満足する封
止材を用いることにより接続信頼性及び生産性の高い半
導体装置及びその実装方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の発明者は、従来
材料が封止材として利用困難な理由が、粘度だけでなく
封止材のチクソトロピー指数が高いことにあることを究
明した。例えば、ポリエポキシドと酸無水物とを含む樹
脂バインダーでは、酸無水物の中の遊離酸と充填材表面
上の極性基との相互作用によって流動性が阻害されてい
ることを究明した。そして、この究明された事実に鑑
み、上記目的を達成するために、以下の手段を講じてい
る。

【００１２】本発明が講じた手段は、フリップチップ実
装方式において、封止材として、粘度が１００Ｐａ・ｓ
以下でチクソトロピー指数が１．１以下である組成物を
使用し、これを硬化して得られる封止層により半導体装
置と基板とを機械的に接続することにある。

【００１３】本発明に係る半導体装置の実装方法は、端
子電極を有する基板上に電極パッドを有する半導体装置
を搭載するようにした半導体装置の実装方法であって、
上記半導体装置の電極パッドにバンプ電極を形成する第
１の工程と、上記バンプ電極の先端付近に導電性接着剤
を付着させる第２の工程と、上記バンプ電極と基板の端
子電極とを位置合わせして半導体装置を基板上に設置
し、上記導電性接着剤を介して半導体装置のバンプ電極
と基板の端子電極とを電気的に接続する第３の工程と、
粘度が１００Ｐａ・ｓ以下でチクソトロピー指数が１．
１以下である組成物からなる封止材を調整する第４の工
程と、上記封止材を上記半導体装置と基板との間隙に充
填する第５の工程と、上記封止材を硬化させて、上記半
導体装置と基板とを機械的に接合する第６の工程とを備
えている。

【００１４】この方法により、低粘度（１００Ｐａ・ｓ
以下）で低いチクソトロピー指数（１．１以下）を有す
る封止材を使用しているので、実装工程における封止材
の注入時に間隙に速やかにかつ気泡を生じることなく小
さな間隙にも十分浸透し、また注入温度を低くすること
も可能となる。したがって、実装された半導体装置−基
板間の密着性及び耐熱衝撃性を初めとする電気的接続信
頼性が向上するとともに、実装に要する時間も短縮され
る。

【００１５】上記半導体装置の実装方法において、上記
第４の工程では、上記組成物として、ポリエポキシド，
カルボン酸無水物，レオロジー改質剤及び潜在性硬化触
媒を少なくとも含む樹脂バインダーと、絶縁性物質から
なる充填材とを主成分する組成物を使用することがで
き、上記レオロジー改質剤に、上記カルボン酸無水物中
の遊離酸と上記充填材表面上の極性基との相互作用を阻
害する機能をもたせることが好ましい。

【００１６】この方法により、第５の工程における封止
材の粘度とチクソトロピー指数とを低下させることがで
きる。また、封止材の主成分に酸無水物硬化型エポキシ
樹脂と絶縁性物質等との熱膨張率が小さいものを使用し
ているので、実装後の封止層に作用する熱応力が低減す
る。

【００１７】上記半導体装置の実装方法において、上記
第１の工程では、上記半導体装置のバンプ電極として、
２段突起状のスタッドバンプ電極を形成することが好ま
しい。

【００１８】この方法により、半導体装置のバンプ電極
数を高密度に設けることが可能となり、第５の工程にお
いて、高密度に設けられたバンプ電極と基板上の端子電
極との間に低粘度で低チクソトロピー指数の封止材が気
泡を生じることなく小さな間隙にも十分行きわたる。し
たがって、高密度に実装された半導体装置と基板との電
気的接続及び機械的接合の信頼性が向上する。

【００１９】上記半導体装置の実装方法において、上記
第５の工程では、封止材を室温条件下で流し込むことが
好ましい。

【００２０】この方法により、熱応力の低減により耐熱
衝撃性が向上する等、電気的接続信頼性が極めて高い半
導体装置の実装体が得られる。

【００２１】上記半導体装置の実装方法において、上記
第５の工程では、封止材を減圧条件下で流し込むことが
好ましい。

【００２２】この方法により、生産性が向上するととも
に、電気的接続信頼性が極めて高い半導体装置の実装体
が得られる。

【００２３】上記半導体装置の実装方法において、上記
第４の工程では、まずカルボン酸無水物と充填材の一部
とを混合し、この混合物をエージングした後、ポリエポ
キシド及び充填材の残部を加えることができる。

【００２４】この方法により、酸無水物中の遊離酸と充
填材表面上の極性基との相互作用が緩和されるので、封
止材の低粘度特性と低チクソトロピー特性とが実現す
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００２６】図１は、実施形態に係る半導体装置の実装
体を示す断面図であり、図２はその接続部付近を拡大詳
示して示す部分断面図であって、この半導体装置の実装
体は、上述のフリップチップ実装方式により形成される
ものである。図１および図２において、符号１はＬＳＩ
チップ等の半導体デバイスを示し、符号２は半導体デバ
イス１の一部に設けられた電極パッドを示す。符号３は
金からなるバンプ電極を示し、符号４は特殊エポキシ樹
脂と銀パラジウム（ＡｇＰｄ）合金等の導電粉とを主成
分とする組成物（導電性接着剤）で構成される導電性接
着層を示す。符号６は半導体デバイス１を搭載するため
のセラミック基板等の基板を示し、符号５は基板６上の
端子電極を示す。符号７は、酸無水物硬化型エポキシ樹
脂を主成分とする封止材で構成される封止層を示す。こ
の封止材７は、硬化前の流動状態でチクソトロピー指数
が１．１以下で粘度が１００Ｐａ・ｓのものを用い、半
導体デバイス１−基板６間にこの封止材を毛管現象を利
用して注入した後、硬化させたものである。ただし、チ
クソトロピー指数とは、ずり速度をε，粘度をηとした
ときに、Δη／Δεで表される指標であり、ここでは、
ずり速度が２（１／ｓｅｃ）〜２０（１／ｓｅｃ）のと
きの値を示す。

【００２７】また、図３は、いわゆるスタッドバンプ電
極を用いたフリップチップ実装方式により形成される半
導体装置の実装体を示す断面図である。図３に示す半導
体装置の実装体は、基本的には上記図１に示す半導体装
置の実装体とほぼ同じであるが、図３に示す半導体装置
の実装体では、図１に示すバンプ電極３の代わりに２段
突起状のスタッドバンプ電極１４を用いている点のみが
異なる。このように、スタッドバンプ電極１４によるフ
リップチップ実装体を採用することにより、後に詳述す
るように、より多数の電極パッドを高い密度で設けた半
導体デバイスにも対応し得る利点がある。

【００２８】次に、図３に示すスタッドバンプ電極１４
を用いたフリップチップ実装工程について、図４（ａ）
〜（ｅ）及び図５を参照しながら説明する。図４（ａ）
〜（ｅ）は、フリップチップ実装工程における半導体装
置の実装体の変化を示す断面図であり、図５はフリップ
チップ実装工程の流れを示すフローチャート図である。
以下、図５に示す各ステップに沿って、実装工程を説明
する。

【００２９】まず、ステップＳＴ１で、Ａｕワイヤを用
いて半導体デバイス１（ＬＳＩチップ）の各電極パッド
２にスタッドバンプ電極１４を形成し、ステップＳＴ２
で、各スタッドバンプ電極１４で平坦面を押圧するレベ
リング工程を行なって各スタッドバンプ電極１４の先端
面の位置を揃える。

【００３０】次に、ステップＳＴ３で、図４（ａ）〜
（ｃ）に示すように、この半導体デバイス１を、スタッ
ドバンプ電極１４側を下方に向けた状態で、導電性接着
剤４ａが塗布された基板２０の上方に位置させ、その状
態から下降させて、スタッドバンプ電極１４を導電性接
着剤４ａ中に浸漬した後、半導体デバイスを上方に引き
上げ、各スタッドバンプ電極１４に導電性接着剤４ａを
一括して転写する。

【００３１】次に、ステップＳＴ４，ＳＴ５で、図４
（ｄ）に示すように、多数の端子電極５が設けられたセ
ラミック基板６の上に半導体デバイス１を搭載する。こ
のとき、半導体デバイス１の各スタッドバンプ電極１４
と基板６上の各端子電極５とをそれぞれ位置合わせし、
加熱により導電性接着剤を硬化させて、導電性接着層４
を形成する。これにより、半導体デバイス１のスタッド
バンプ電極１４と基板６の端子電極５とを電気的に接続
する。

【００３２】次に、ステップＳＴ６で、接続状態の検査
を行ない、電気的な接続状態が不良であれば（ＮＧの
時）、ステップＳＴ７でチップ（半導体デバイス）の交
換を行なった後ステップＳＴ４に戻る一方、電気的な接
続状態が良好であれば（ＯＫの時）、ステップＳＴ８に
進む。

【００３３】次に、ステップＳＴ８で、低粘度（１００
Ｐａ・ｓ以下）で低いチクソトロピー指数（１．１以
下）を有する組成物からなる封止材を、室温下で半導体
デバイス１と基板６との間隙に注入して接続部の樹脂封
止を行なった後、ステップＳＴ９で、加熱して封止材中
の樹脂バインダーを硬化させる。このとき、図４（ｅ）
に示すように、封止層７が形成され、この封止層７によ
り半導体デバイス１と基板６とを機械的に接合する。

【００３４】その後、ステップＳＴ１０で、最終検査を
行なって、フリップチップ実装工程を終了する。

【００３５】上記フリップチップ実装工程で使用される
封止材は、低粘度で低チクソトロピー指数であるため、
室温程度の低温でも封止材の注入が速やかに行なわれる
とともに、小さな間隙にも封止材が十分行き渡る。した
がって、封止のために要する時間が短縮されるととも
に、導電性接着剤４を介して接続されている接合部の接
続信頼性を保持できる。さらに、封止材は、流動性を改
質した酸無水物硬化型エポキシ樹脂とヒューズドシリカ
等の充填材とを主成分とする組成物であるので、硬化後
の熱膨張率も低いという特性を有する。このように、封
止層７の熱膨張率が低いため、半導体デバイス１を構成
するシリコン基板と、基板６を構成する例えばアルミナ
基板との熱膨張率差から発生する熱応力を抑制できる。
また、このようなエポキシ系樹脂で構成される封止材は
耐熱性が高くかつ接着強度が高いため、高温高湿環境下
でも安定な接続信頼性を達成できる。

【００３６】なお、導電性接着剤４は高い可撓性を有し
ているため熱応力を緩和させることができ、接続安定性
が向上する。

【００３７】以上のように、上述のフリップチップ実装
工程によれば、半導体デバイス１と基板６とを極めて信
頼性高く安定に接続することが可能になる。

【００３８】なお、実施形態においてはバンプ電極３を
金としたが、その材質は金に限定されるものではなく、
例えば銅等の他の金属により形成してもよい。また、バ
ンプ電極の形状は特に上述のようなスタッドバンプ電極
に限定されるものではなく、一般にフリップチップ実装
に用いられているものであれば適用できる。ただし、図
３及び図４（ａ）〜（ｅ）に示すようなスタッドバンプ
電極を使用することにより、導電性接着層４の横方向へ
の広がりを抑制し得るので、実装密度の大幅な向上を図
ることができる。

【００３９】また、導電性接着剤４の材質は、エポキシ
系に限らず、可撓性を有するものであれば材質は問わな
い。例えば、ＳＢＲ，ＮＢＲ，ＩＲ，ＢＲ，ＣＲ等のゴ
ム系、アクリル系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポ
リエーテル系、ポリウレタン系、ポリイミド系、シリコ
ーン系等を用いることができる。導電性接着剤に含まれ
る導電粉の材質としては、一般に用いられているもので
あれば何でもよく、例えば銀、金、パラジウム等の貴金
属粉、ニッケル、銅等の卑金属粉、はんだ、銀パラジウ
ム等の合金粉、銀めっき銅粉等のような複合粉、さらに
カーボンのような導電性を有する非金属粉等が使用でき
る。これらの導電粉は単独でも２種以上の混合でも使用
可能である。またこれら導電粉はその粒径、形状は特に
限定されるものではない。

【００４０】一方、封止材は主に樹脂バインダーと充填
材から構成されるが、樹脂バインダーとしてはポリエポ
キシドと酸無水物とレオロジー改質剤とを必須成分にし
ている。ここで使用される樹脂バインダー中のポリエポ
キシドは、特に成分として限定はなく、通常エポキシ化
合物、エポキシ樹脂と呼称されているものが用いられ
る。例えば図６に示す一般的な構造式で表されるビスフ
ェノール型エポキシ樹脂や、ノボラック型エポキシ樹
脂、グルシジルエーテル型エポキシ樹脂、グルシジルエ
ステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹
脂、脂環型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、
ナフタレン型エポキシ樹脂、スチレンオキシド、アルキ
ルグリシジルエーテル、アルキルグリシジルエステル等
が挙げられる。これらは単独でも２種以上の混合物でも
使用可能である。

【００４１】また、ここで用いられる酸無水物として
は、通常エポキシ化合物、エポキシ樹脂の硬化剤として
用いられるものが使用できる。最も好ましい例として
は、図７に示す一般構造式で表される構造を有するトリ
アルキルテトラハイドロフタル酸無水物がある。また、
他の好ましい例として、メチルテトラハイドロフタル酸
無水物や、メチルヘキサハイドロフタル酸無水物、メチ
ルハイミック酸無水物等の環状脂肪族系でかつ２５℃で
液体であるものが挙げられるが、これらに限定されるも
のではない。これらは単独でも２種以上の混合物でも使
用可能である。特に、上記のものを樹脂バインダーの主
成分として用いることにより、非常に低粘度でかつ高耐
熱性，高耐湿性，高密着性の封止材が得られる。

【００４２】封止材の樹脂バインダーとしては上記必須
成分の他に、耐熱性向上、耐湿性向上、密着強度向上、
熱膨張率調整、レオロジー調整、反応性調整等を目的と
して第３のバインダー成分が必要に応じて添加されても
よい。

【００４３】封止材中の充填材としては、平均粒径が１
〜５０μｍの粉体であれば構わないが、好ましい例とし
て、シリカ，アルミナ等の酸化化合物や窒化アルミ等の
窒化化合物、炭化珪素等の炭化化合物、硅化化合物等、
熱的に安定で低熱膨張率のものが望ましい。これらの充
填材成分は２種以上の任意の組み合わせでも使用可能で
ある。充填材の量としては、特に制限はないが、封止材
全量に対し重量比で２０〜８０％が好ましい。これらの
充填材成分を使用することで、絶縁性に優れかつ熱応力
の発生も小さい封止材が実現できる。

【００４４】また、封止材の流動性を改質するレオロジ
ー改質剤としては、酸無水物の中の遊離酸と充填材表面
上の極性基との相互作用を断ち切り封止材のチクソトロ
ピー指数を下げる作用を有するものならば、特に方法と
して限定はない。

【００４５】好ましい例としては（１）酸無水物の一部と充填材とを予め混合してエージ
ング（１００℃以下に加熱してのエージングでもよい）
した後、ポリエポキシ化合物と残りの充填材及びその他
の添加剤とを加え封止材を得る方法（２）酸無水物中の遊離酸を選択的に吸着する物質を封
止材中に添加する方法（３）充填材表面上の極性基よりも強く遊離酸と相互作
用を生じる物質（N-H 基,O-H基等を含まないルイス塩基
化合物等）を封止材中に添加する方法等が挙げられる。

【００４６】ただし、ここでいうルイス塩基化合物に
は、３級アミン化合物，３級フォスフィン化合物，テト
ラブチルアンモニウムブロマイド等の４級アンモニウム
塩，テトラブチルフォスニウムベンゾトリアゾラート等
の４級フォスフォニウム塩，メラニンイミダゾール化合
物等の窒素原子を環内に含む複素環化合物等がある。た
だし、これらは例示であって、ルイス塩基化合物には極
めて多数の物質があり、このようなルイス塩基化合物を
単独あるいは複数種混合して使用することができる。

【００４７】封止材の構成成分としてはこの他に必要に
応じて溶剤、分散剤、レベリング剤等のレオロジー調整
剤やカップリング剤等の密着性改良剤、硬化触媒等の反
応調整剤が使用できる。

【００４８】本発明に使用するアミン化合物等のルイス
塩基化合物で構成されるレオロジー改質剤は、通常ポリ
エポキシドをカルボン酸無水物とを硬化させる際の硬化
触媒としても使用されている。

【００４９】ただし、当該レオロジー改質剤を封止材の
硬化触媒として用いた場合、低温保管中でも反応が進行
しゲル化するため、封止材は使用直前に混合して用いる
２液性型にせざるを得ない。一方、ＬＳＩ用の封止材
は、充填材が多量に均一に分散されていなければならな
いため１液性型にすることが不可欠である。

【００５０】つまり、本発明でいう所のレオロジー改質
剤は、２液性封止材の硬化触媒には用いられるが、１液
性封止材には用いられない。

【００５１】一方、保管中にゲル化しない程度に添加量
を低減して用いると、１液性封止材の硬化触媒として適
用できないわけではないが、その場合には硬化促進機能
が低すぎるので、実用的な硬化条件では高度の封止材硬
化特性が得られない。

【００５２】本発明の特徴は、１液性としての保存安定
性と実用的な硬化促進機能とを併せもたせるための硬化
触媒として潜在性硬化触媒を用い、アミンなどの通常２
液性封止材の硬化触媒として用いられている物質をレオ
ロジー改質剤として用いている点にある。このようなレ
オロジー改質剤は、硬化機能を発揮しない程度の微量で
あるが、界面特性を改善する機能を有する程度の量だけ
添加されているわけである。

【００５３】ただし、潜在性硬化触媒とは、熱等のエネ
ルギーを付与することで、急激に触媒活性が高まる触媒
をいい、通常、エネルギーが加わると溶融（液化）した
り、反応解離することで活性が高まるものである。

【００５４】以上の観点から、封止材の組成及び封止材
中の樹脂バインダーは、下記の組成比を有するものが好
ましい。

【００５５】樹脂バインダー８０〜２５重量％充填材成分２０〜７５重量％ただし、樹脂バインダー中の成分であるポリエポキシ
ド，カルボン酸無水物，硬化触媒及びレオロジー改質剤
は、下記成分比を有することが好ましい。

【００５６】カルボン酸無水物／ポリエポキシド０．８〜１．１
当量比硬化触媒／樹脂バインダー０．３〜３重量
％レオロジー改質剤／樹脂バインダー０．０２〜０．
３重量％一方、基板６についてはアルミナなどのセラミック基板
の他、メタルグレーズ基板、ガラス基板、ガラスエポキ
シ等の樹脂基板、ポリマーフィルム基板等のような材質
の基板でも適用可能である。

【００５７】なお、端子電極５の材質については別段の
制限はない。

【００５８】

【実施例】次に、上述のフリップチップ実装工程によっ
て得られる半導体装置の特性を調べるために行なった具
体的な実施例について説明する。

【００５９】（実施例１）上記図１に示す構造を有する半導体装置を、上記図４
（ａ）〜（ｅ）に示す工程により形成する。その際、バ
ンプ電極３は金めっきにより形成する。導電性接着剤４
ａは銀パラジウム粉と可撓性エポキシ樹脂を主成分とす
る組成物で構成し、１２０℃に加熱して硬化させる。さ
らに、下記表１に示す配合ａの封止材を用い、１５０℃
で封止材を硬化させる。

【００６０】（実施例２）図３に示すスタッドバンプ電極１４を、半導体デバイス
１の電極パッド２上に金を用いたワイヤーボンダーで形
成する。その後の工程は、上記実施例１と同じ工程及び
条件で行う。

【００６１】（実施例３）封止材の注入を減圧下で行う以外は、上記実施例１と同
様の条件で、半導体デバイス１を基板６に実装する。

【００６２】（実施例４）封止材の組成を表１に示す配合ｂにする以外は、上記実
施例２と同様の条件で、半導体デバイス１を基板６に実
装する。

【００６３】（実施例５）基板６をガラスエポキシ基板に、封止材の組成を表１の
配合ｃにする以外は、上記実施例２と同じ条件で半導体
デバイス１を基板６に実装する。

【００６４】（実施例６）基板６をガラスエポキシ基板に、導電性接着剤４中の導
電粉を銀粉に、封止材の組成を表１の配合ｄにする以外
は、上記実施例２と同じ条件で半導体デバイス１を基板
６に実装する。

【００６５】（実施例７）基板６をガラス基板に、導電性接着剤４を銀粉とウレタ
ン樹脂とを主成分とするものに、封止材の組成を表１の
配合ｅにし、封止材の注入を減圧下で行なう以外は、上
記実施例２と同じ条件で半導体デバイス１を基板６に実
装する。

【００６６】（実施例８）図１に示すバンプ電極３を、半導体デバイス１の電極パ
ッド２上に金メッキで形成する。その後の工程は、実施
例７と同じ工程及び条件で半導体デバイス１を基板６上
に実装する。

【００６７】（比較例１）封止材の組成を表１の配合ｆにするほかは実施例２と同
じ条件で、半導体デバイス１を基板６に実装する。

【００６８】（比較例２）封止材の組成を表１の配合ｇにするほかは実施例２と同
じ条件で、半導体デバイス１を基板６に実装する。

【００６９】下記表１に、上記配合ａ〜ｇの内容を示
す。

【００７０】

【表１】

【００７１】（比較例３）従来例の図９に示す方式で半導体デバイス１を基板６に
実装する。その際、基板６としてアルミナ基板を用い、
バンプ電極３は金で形成し、端子電極５にはインジウム
めっきを施す。バンプ電極３と端子電極５とを位置合わ
せした後、治具で半導体デバイス１を加圧しながら１７
０℃に加熱してバンプ電極３と端子電極５とを接続す
る。さらに、半導体デバイス１と基板６の間隙にシリコ
ーン封止材（無応力タイプ）を注入し硬化させて、封止
層１０を形成する。

【００７２】（比較例４）従来例の図１０に示す方式で半導体デバイス１を基板６
に実装する。その際、バンプ電極３は金で形成し、端子
電極５の上に金めっき層１１を形成し、その上にアクリ
ル系封止材をコートする。バンプ電極３と端子電極５と
を位置合わせした後、治具で半導体デバイス１を加圧し
ながら封止材を紫外線照射または加熱で硬化させて、封
止層１２を形成する。

【００７３】（比較例５）従来例の図１１に示す方式で半導体デバイス１を基板６
に実装する。その際、バンプ電極３は金で形成し、基板
６をアルミナで構成する。基板６上にエポキシ系バイン
ダー中に金粒子を分散させた異方導電性接着剤をコート
する。バンプ電極３と端子電極５とを位置合せした後、
治具で半導体デバイス１を加圧しながら異方導電性接着
剤を紫外線照射または加熱で硬化させて、異方導電性接
着層１３を形成し、バンプ電極３と端子電極５とを電気
的かつ機械的に接続する。

【００７４】実施例１〜８、比較例１〜５に示す半導体
デバイスに使用した封止材の粘度とチクソトロピー指数
及び封止材注入に要する時間を下記表２に示す。

【００７５】

【表２】

【００７６】実施例１〜８では、注入時間が数分以内と
短く、実用化に適していることが分かる。それに対し、
比較例１，２では、注入時間が数十分以上と長くなり、
実用化には適していない。そして、このような注入時間
と粘度及びチクソトロピー指数とは相関があることが示
されている。すなわち、実施例１〜８では、いずれも低
粘度（１００Ｐａ・ｓ以下）でかつ低いチクソトロピー
指数（１．１以下）を有しているので、封止材の封入時
間も短い。一方、比較例２のごとく粘度が１００Ｐａ・
ｓを越えるか、あるいは比較例１のごとくチクソトロピ
ー指数が１．１を越えると、注入時間が極めて大きくな
っている。したがって、封止材の粘度が１００Ｐａ・ｓ
以下でチクソトロピー指数が１．１以下のときに、封止
材の流動性が実用化に耐える程度まで向上することが分
かる。

【００７７】また、実施例１〜８、比較例１〜５に示し
た半導体デバイスの接続安定性を評価するため、耐環境
性試験を行なった結果，及び環境試験の方法，条件を下
記表３，表４にそれぞれ示す。

【００７８】

【表３】

【００７９】

【表４】

【００８０】以下、上記各表に示される評価の結果につ
いて説明する。

【００８１】実施例１〜８では何れも各信頼性試験を通
しても接続安定性に問題が発生していない。また、そこ
に使用されている封止材はいずれも低粘度（１００Ｐａ
・ｓ以下）でかつ低いチクソトロピー指数（１．１以
下）を有し、封止材の封入時間も短い。つまり、バンプ
電極の構造や、基板の種類、各種添加剤、導電性接着剤
の種類などの如何に拘らず、低粘度（１００Ｐａ・ｓ以
下）で低いチクソトロピー指数（１．１以下）を有する
封止材を使用することで、耐熱衝撃性を初めとする耐環
境性に優れ生産性も高い半導体装置の実装体が得られる
ことを示している。

【００８２】また、実施例１〜８では、レオロジー改質
剤として、充填材表面上の極性基が遊離酸と相互作用を
行う機能よりも強く遊離酸との相互作用を行う機能を有
するルイス塩基化合物を使用しているが、これらはレオ
ロジーを改質するだけでなくポリエポキシドと酸無水物
との反応触媒としても働くため、封止材の耐熱性等の対
環境性を高めている。

【００８３】一方、比較例１のように低粘度の封止材を
用いた場合でもチクソトロピー指数が高い場合には、封
止材注入に時間を要し、その後各信頼性試験をかける
と、はんだ耐熱試験や熱衝撃試験において断線してしま
う接続部も発生する。これは封止材注入時に封止材層に
気泡が抱き込まれてしまい、試験時に封止層に負荷され
る熱応力が不均質になり導電接続部に損傷を与えている
ためと考えられる。

【００８４】また、導電性接着剤に高い可撓性を有する
ものを用いた場合でも、封止材にフェノール硬化型エポ
キシ樹脂系等の高粘度の樹脂を用いた比較例２では、封
止材を加熱して注入せざるを得ず注入時に接続抵抗値が
高くなる接続部があらわれる。さらに、その後各信頼性
試験をかけると、熱衝撃試験において接続部が不安定で
ある箇所は断線してしまうところも発生する。これは封
止材の粘度が高く、封止材注入時の応力により導電性接
着剤の接合部が損傷するためと考えられる。

【００８５】比較例３、４では熱衝撃試験において比較
的短時間で接続が断線する。また比較例４では、高湿度
試験においてもハンダ耐熱性試験においても接続抵抗値
の変化が大きい。これらの理由は、比較例３では接合部
が熱応力を緩和できないため断線が発生すると考えられ
る。また、比較例４では封止材から発生する熱応力が大
きいことと封止材の吸水率が高いためと考えられる。

【００８６】比較例５では、高温放置試験、高湿度放置
試験及びはんだ耐熱試験において接続抵抗値の上昇が著
しい。これは、異方導電性接着剤のバインダーの耐湿性
が低いことと高温での密着性が低いためと考えられる。
なお、耐湿性の高いバインダーで構成されている異方導
電性接着剤を用いた場合には、熱衝撃試験において接続
部の断線が生じる。

【００８７】これらの評価結果からわかるように、本発
明による半導体装置の実装体は、どのような環境におい
ても高い信頼性が得られている。ところが、従来は、樹
脂バインダーとしてポリエポキシドと酸無水物（硬化
剤）とを含むものは、従来導電性接着剤によるフリップ
チップ実装工程における封止材として一般に使用されて
いなかった。その理由は、ポリエポキシドと酸無水物
（硬化剤）とからなる樹脂バインダーを半導体装置の実
装における封止材として用いると、封止材のチクソトロ
ピー指数が高くなるため半導体デバイスと基板の間隙の
一部にしか注入できないという問題が生じるためと思わ
れる。

【００８８】そこで、本発明では、チクソトロピー指数
が高いという問題が、酸無水物に含まれる遊離酸と絶縁
性充填物（フィラー）表面上の極性基間との相互作用の
ためであることを突き止め、この問題を当該相互作用を
阻害する手段を講ずることで解消できることを見出し
た。

【００８９】また、樹脂バインダーとして、ポリエポキ
シドと酸無水物（硬化剤）とを含むものが従来封止材と
して使用されていなかったもう一つの理由は、ポリエポ
キシドと酸無水物（硬化剤）とからなる樹脂バインダー
は高湿度雰囲気中では加水分解を起こすことが一般的に
知られているため、これらを封止材として用いると、導
電性接着剤による接続の耐湿性，信頼性に問題が生じる
と考えられていたためと思われる。

【００９０】そこで、本発明では、上記各実施例に示さ
れるように、酸無水物（特にトリアルキルテトラエチレ
ンハイドロフタル酸無水物を主成分とするもの）を硬化
剤として用いた樹脂バインダーを半導体装置のフリップ
チップ実装工程における封止材として使用しても、形成
される封止層は十分実用に耐える耐湿性を有することを
確認した。また、かかる組成を有する樹脂バインダーを
主成分とする封止材は粘度が低く、チクソトロピー指数
も低いので、室温程度の低温状態で注入しても迅速かつ
小さな間隙に浸透し得るという良好な特性を有すること
を見出だした。そして、これらの特性から、高い耐熱衝
撃性等の優れた各特性を発揮することができる。

【００９１】それに対し、表１の配合ｆからなる樹脂バ
インダーをフリップチップ実装工程に使用した従来の半
導体装置の実装体では、封止材が高いチクソトロピー指
数を有することから、封止層に気泡が抱き込みはんだ耐
熱試験や熱衝撃試験時に導電接続部が損傷を受けるもの
と思われる。また、表１の配合ｇからなる樹脂バインダ
ーをフリップチップ実装工程に使用した従来の半導体装
置の実装体では、高い粘度を有することから、７０〜８
０℃程度に樹脂バインダーを加熱した状態で注入する必
要があるので、導電接続部に損傷を受け耐衝撃特性が悪
化するものと思われる。

【００９２】

【発明の効果】本発明の半導体装置の実装方法によれ
ば、上記封止材を利用して半導体装置を基板に搭載する
ようにしたので、製造コストの低減を図りつつ、電気的
接続信頼性の良好な半導体装置の実装体を製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図
である。

【図２】図１に示す半導体装置の接続部を拡大詳示する
部分断面図である。

【図３】実施形態に係るスタッドバンプ方式により形成
される半導体装置の構造を示す断面図である。

【図４】実施形態に係る半導体装置のフリップチップ実
装工程における構造の変化を示す断面図である。

【図５】実施形態に係る半導体装置のフリップチップ実
装工程の手順を示すフローチャート図である。

【図６】実施形態で使用される樹脂バインダー中のビス
フェノール型エポキシ樹脂の一般的な構造式を示す図で
ある。

【図７】実施形態で使用される樹脂バインダー中のトリ
アルキルテトラハイドロフタル酸の一般構造式を示す図
である。

【図８】はんだバンプ電極によって接続された従来の半
導体装置の構造を示す断面図である。

【図９】低融点金属層によって接続された従来の半導体
装置の構造を示す断面図である。

【図１０】封止樹脂の硬化収縮応力によって接続された
従来の半導体装置の構造を示す断面図である。

【図１１】異方導電性接着剤によって接続された従来の
半導体装置の構造を示す断面図である。

【図１２】導電性接着剤によって接続された従来の半導
体装置の構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１半導体デバイス２電極パッド３バンプ電極４導電性接着層５端子電極６基板７封止層８はんだバンプ電極９めっき層１０封止層１１金めっき層１２封止層１３異方導電性接着層

フロントページの続き (72)発明者原田充大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者別所芳宏大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平５−315395（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−93749（ＪＰ，Ａ) 特開平４−33916（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/60 H01L 21/56

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】端子電極を有する基板上に電極パッドを
有する半導体装置を搭載するようにした半導体装置の実
装方法であって、上記半導体装置の電極パッドにバンプ電極を形成する第
１の工程と、上記バンプ電極の先端付近に導電性接着剤を付着させる
第２の工程と、上記バンプ電極と基板の端子電極とを位置合わせして半
導体装置を基板上に設置し、上記導電性接着剤を介して
半導体装置のバンプ電極と基板の端子電極とを電気的に
接続する第３の工程と、粘度が１００Ｐａ・ｓ以下でチクソトロピー指数が１．
１以下である組成物からなる封止材を調整する第４の工
程と、上記封止材を上記半導体装置と基板との間隙に充填する
第５の工程と、上記封止材を硬化させて、上記半導体装置と基板とを機
械的に接合する第６の工程とを備えたことを特徴とする
半導体装置の実装方法。
【請求項２】請求項１記載の半導体装置の実装方法に
おいて、上記第４の工程では、上記組成物として、ポリエポキシ
ド，カルボン酸無水物，レオロジー改質剤及び潜在性硬
化触媒を少なくとも含む樹脂バインダーと、絶縁性物質
からなる充填材とを主成分する組成物を使用し、上記レオロジー改質剤は、上記カルボン酸無水物中の遊
離酸と上記充填材表面上の極性基との相互作用を阻害す
る機能を有することを特徴とする半導体装置の実装方
法。
【請求項３】請求項１記載の半導体装置の実装方法に
おいて、上記第１の工程では、上記半導体装置のバンプ電極とし
て、２段突起状のスタッドバンプ電極を形成することを
特徴とする半導体装置の実装方法。
【請求項４】請求項１記載の半導体装置の実装方法に
おいて、上記第５の工程では、封止材を室温条件下で流し込むこ
とを特徴とする半導体装置の実装方法。
【請求項５】請求項１記載の半導体装置の実装方法に
おいて、上記第５の工程では、封止材を減圧条件下で流し込むこ
とを特徴とする半導体装置の実装方法。
【請求項６】請求項１記載の半導体装置の実装方法に
おいて、上記第４の工程では、まずカルボン酸無水物と充填材の
一部とを混合し、この混合物をエージングした後、ポリ
エポキシド及び充填材の残部を加えることを特徴とする
半導体装置の実装方法。