專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用熱固性粘結(jié)劑將裸芯片、芯片尺寸封裝、IC模塊等半導(dǎo)體元件封裝在布線板上的半導(dǎo)體器件。
在將裸IC芯片等半導(dǎo)體元件接合在布線板上的情況下，在布線板和半導(dǎo)體元件之間配有以環(huán)氧樹(shù)脂等為主要成分的液狀或薄膜狀的熱固化性絕緣粘結(jié)劑，用配有加熱裝置的粘接器具通過(guò)加熱加壓半導(dǎo)體元件進(jìn)行接合。
但是，在有微細(xì)導(dǎo)體圖形的布線板上接合配有微細(xì)凸起的半導(dǎo)體元件時(shí)，如果在固化的粘結(jié)劑中殘存空隙，那么存在粘結(jié)力下降，相對(duì)于耐濕試驗(yàn)和耐熱沖擊試驗(yàn)等的連接可靠性下降等問(wèn)題。因此，在粘結(jié)劑中盡量不殘存這種空隙，而且設(shè)定加熱加壓條件，以便可以確保確實(shí)的粘結(jié)力。
作為這樣的加熱加壓條件，可列舉出將溫度、壓力和時(shí)間因素分別設(shè)定為最佳固定數(shù)值的單步驟條件(例如，溫度＝180℃固定，平均一片IC芯片的壓力＝10kg/cm2固定，時(shí)間＝20秒固定)，和壓力固定下使溫度分布圖變化的條件，特別是使溫度兩階段地上升的雙步驟條件(例如，壓力＝10kg/cm2固定下，溫度＝100℃/時(shí)間＝10秒→溫度＝200℃/時(shí)間＝10秒)。
但是，在上述單步驟條件和壓力固定下使溫度分布圖變化的雙步驟條件中，存在不能充分除去粘結(jié)劑中的空隙的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的在于解決以上的以往技術(shù)的問(wèn)題，在通過(guò)熱固性粘結(jié)劑將半導(dǎo)體元件接合在布線板上來(lái)制造半導(dǎo)體器件的情況下，可以不殘存空隙地使粘結(jié)劑固化，可以實(shí)現(xiàn)良好的連接可靠性。
本發(fā)明人著眼于以往未曾嘗試的壓力分布圖的變化，首先，按某個(gè)程度的高壓力進(jìn)行加壓，主要除去粘結(jié)劑中的空隙，然后通過(guò)按低于該壓力的壓力進(jìn)行加壓，進(jìn)行熱固化性樹(shù)脂的徹底固化，發(fā)現(xiàn)可以極大地抑制在固化的粘結(jié)劑中殘存的空隙，獲得良好的連接可靠性，從而完成了本發(fā)明。
就是說(shuō)，本發(fā)明提供半導(dǎo)體器件的制造方法，通過(guò)含有以熱固性樹(shù)脂作為主要成分的粘結(jié)劑，進(jìn)行加熱加壓處理將半導(dǎo)體元件連接在布線板上，其特征在于，按除去粘結(jié)劑中的空隙的第一條件(壓力＝P1，溫度＝T1)進(jìn)行加熱加壓處理，然后，按使熱固化性樹(shù)脂徹底固化的第二條件(壓力＝P2，溫度＝T2)進(jìn)行加熱加壓處理，并且與第一條件的壓力P1相比，將第二條件的壓力P2設(shè)定為低壓。


圖1是表示本發(fā)明制造方法中的壓力分布圖變化的說(shuō)明圖。
圖2是表示將半導(dǎo)體元件裝載在布線板上時(shí)的加熱加壓條件變化的說(shuō)明圖。
本發(fā)明是通過(guò)含有以熱固性樹(shù)脂作為主要成分的粘結(jié)劑，利用加熱加壓處理將半導(dǎo)體元件連接在布線板上的半導(dǎo)體器件的制造方法。
在本發(fā)明中，加熱加壓時(shí)的條件由除去粘結(jié)劑中的空隙的第一條件(壓力＝P1，溫度＝T1)和隨后實(shí)施的使熱固化性樹(shù)脂徹底固化的第二條件(壓力＝P2，溫度＝T2)構(gòu)成，并且第二條件的壓力P2比第一條件的壓力P1設(shè)定得低。這樣，通過(guò)按主要為了除去粘結(jié)劑中空隙的某個(gè)程度的高壓力(P1)進(jìn)行加壓，然后按比該壓力低的壓力(P2)進(jìn)行加壓，進(jìn)行熱固化性樹(shù)脂的徹底固化，可以極大地抑制固化的粘結(jié)劑中殘存的空隙，可以獲得良好的連接可靠性。與P2相比，將P1設(shè)定成高壓的理由基于以下考慮。
就是說(shuō)，為了從布線板和半導(dǎo)體元件之間的粘結(jié)劑中向外部擠壓殘留在布線板微細(xì)圖形之間的空隙，如果粘結(jié)劑的溶融粘度過(guò)低，那么由于不容易擠壓空隙，所以必須在粘結(jié)劑的溶融粘度比較高的期間擠壓空隙。因此，必須設(shè)定大壓力(加熱加壓的第一條件)。另一方面，在擠壓空隙后，在使粘結(jié)劑中的熱固化樹(shù)脂徹底固化時(shí)，如果壓力過(guò)高，那么由于因樹(shù)脂固化產(chǎn)生收縮和對(duì)半導(dǎo)體元件的焊盤集中的壓力，所以在布線板的微細(xì)圖形上產(chǎn)生變形。因此，在本發(fā)明中，P2比P1設(shè)定得低。
在本發(fā)明中，作為加熱加壓的第一條件的壓力P1和第二條件的壓力P2的壓力分布形，可列舉出維持P1＞P2(＞0)關(guān)系的階梯狀圖形(圖1(a))、直線狀圖形(圖1(b))、曲線狀圖形(圖1(c)、(d))等。其中，階梯狀圖形(圖1(a))在高效率除去空隙方面較好。此外，也可以組合這些圖形作為壓力分布圖(例如，參照?qǐng)D1(e))。
在本發(fā)明的制造方法中，加熱加壓的溫度條件(即第一條件的T1和第二條件的T2)也可以設(shè)定得與以往相同。例如，可以將壓力設(shè)定為圖2(a)所示那樣的分布圖，并且使溫度恒定(T1＝T2)。特別是為了高效率地除去空隙，如圖2(b)所示，由于粘結(jié)劑的溫度T1下的溶融粘度與溫度T2下的徹底固化處理初期階段的溶融粘度相比顯示某種程度的高溶融粘度較好，所以如圖2(b)所示的T1＜T2的條件下，可以將壓力分布圖設(shè)定成階梯狀。
再有，本發(fā)明制造方法中的P1、P2、T1、T2和加熱加壓時(shí)間的具體數(shù)值范圍根據(jù)使用的粘結(jié)劑種類有所不同，但在粘結(jié)劑為環(huán)氧樹(shù)脂系的情況下，例如可以將第一條件設(shè)定為p1＝5～15kgf/cm2、T1＝80～120℃、5～15秒，將第二條件設(shè)定為p2＝0.5～3kgf/cm2、T2＝180～220℃、5～15秒。
在本發(fā)明的制造方法中，作為含有以熱固化性樹(shù)脂作為主要成分的粘結(jié)劑，可以使用將半導(dǎo)體元件裝載在布線板上時(shí)使用的以往的含有一般熱固化性樹(shù)脂的粘結(jié)劑。該粘結(jié)劑可以使用按液狀、膏狀或薄膜狀供給的粘結(jié)劑。此外，可以使用含有導(dǎo)電性顆粒的各向異性導(dǎo)電粘結(jié)劑，也可以使用不含有導(dǎo)電性顆粒的絕緣性粘結(jié)劑。
此外，作為布線板，可以使用與以往相同的布線板。作為半導(dǎo)體元件，也可以使用公知的裸芯片、芯片尺寸封裝、IC模塊等。
按照以上說(shuō)明的本發(fā)明的制造方法，例如在用通常的粘結(jié)劑將裸芯片連接在布線板上的情況下，由于加熱加壓的初期壓力高，所以可以無(wú)空隙連接。此外，由于使粘結(jié)劑徹底固化的壓力相對(duì)低于加熱加壓的初期壓力，所以可以極大地抑制布線圖形的變形。因此，按照本發(fā)明的制造方法，可提供半導(dǎo)體元件高可靠性地連接在布線板上的半導(dǎo)體器件。
實(shí)施例下面，利用以下的實(shí)施例具體地說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1～6，比較例1和2使用裸芯片封裝使用的薄膜狀各向異性導(dǎo)電粘結(jié)劑(FP10425，索尼化學(xué)(ソニ-ケミカル)社制)，在設(shè)定為80℃的加壓步驟下根據(jù)表1的條件在布線板(引線銅圖形寬度為100μm，圖形間距為150μm)上接合裸芯片(6mm拐角)，制作半導(dǎo)體器件。
(評(píng)價(jià))對(duì)于得到的半導(dǎo)體器件，調(diào)查粘結(jié)劑中有無(wú)空隙(用顯微鏡目視觀察)和可以確保與Jedec的等級(jí)3相當(dāng)?shù)哪蜐裥?30℃、70％RH、168小時(shí))的高壓鍋(PCT(121℃、2氣壓))處理時(shí)間及熱沖擊處理(H/S(-55℃(15分鐘)125℃(15分鐘))循環(huán)次數(shù)。在表1中表示得到的結(jié)果。
表1加壓加熱條件空隙 Jedec 等級(jí)3壓力/溫度/時(shí)間 PCT H/S(kgf/cm2)(℃)(sec)(hr) (循環(huán))比較例1 條件固定10/18020 很多 NGNG比較例2 第一條件10/100/10第二條件10/200/10有 40200實(shí)施例1 第一條件10/180/10第二條件1/180/10 略微有 60300實(shí)施例2 第一條件10/100/10第二條件1/200/10 無(wú) ＜500 ＜1000實(shí)施例3 第一條件10/100/15第二條件1/200/5 無(wú) ＜500 ＜1000實(shí)施例4 第一條件10/100/5第二條件1/200/15 無(wú) ＜500 ＜1000實(shí)施例5 第一條件10/30/10第二條件1/200/10 基本沒(méi)有 60300實(shí)施例6 第一條件10/100/10第二條件5/150/10第三條件1/200/10 無(wú) ＜500 ＜1000如表1所示，比較例1是加熱加壓條件固定的例子，但不能滿足與Jedec等級(jí)3相當(dāng)?shù)哪蜐裥?。此外，比較例2是壓力固定下使溫度分布圖(階梯狀上升)變化的例子，但與比較例1相比，顯示出良好的結(jié)果。
另一方面，實(shí)施例1是溫度固定下使壓力分布圖(階梯狀下降)變化的例子，與比較例2的情況相比，空隙極大地減少，而且PCT結(jié)果和H/S結(jié)果也提高。
實(shí)施例2是有與實(shí)施例1情況相同的壓力分布圖，但溫度分布圖(階梯狀上升)變化的例子，沒(méi)有空隙，而且PCT結(jié)果和H/S結(jié)果也提高。因此，根據(jù)實(shí)施例1和實(shí)施例2的結(jié)果可知，不僅可使壓力分布圖(階梯狀下降)變化，而且可使溫度分布圖(階梯狀上升)變化。
實(shí)施例3和實(shí)施例4是使實(shí)施例2中的第一條件和第二條件的時(shí)間進(jìn)行增減的例子，由這些結(jié)果可知，在加熱加壓時(shí)間的50％左右的增減中，對(duì)結(jié)果沒(méi)有影響。
實(shí)施例5是將第一條件的溫度設(shè)定得低于實(shí)施例2情況的例子，與實(shí)施例2的情況相比，對(duì)于任何一個(gè)評(píng)價(jià)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，沒(méi)有實(shí)用上的問(wèn)題，但對(duì)于PCT結(jié)果和H/S結(jié)果來(lái)說(shuō)，有略微惡化的結(jié)果。因此，可知加熱加壓的初期階段(第一條件)的溫度為100℃時(shí)比為30℃時(shí)更好。
實(shí)施例6是將加熱加壓條件分割成三個(gè)條件(使壓力階梯狀下降，溫度階梯狀上升)的例子，由此可知，加熱加壓條件可以分割成兩個(gè)階段以上。
實(shí)施例7代替薄膜狀各向異性導(dǎo)電粘結(jié)劑(FP10425，索尼化學(xué)(ソニ-ケミカル)社制)，除了使用液晶顯示元件用的液狀各向異性導(dǎo)電粘結(jié)劑(CP7131，ソニ-ケミカル社制)以外，制作與實(shí)施例2相同的半導(dǎo)體器件，進(jìn)行評(píng)價(jià)。其結(jié)果，在獲得的半導(dǎo)體器件的粘結(jié)劑中未觀察到空隙。此外，PCT處理時(shí)間也為500小時(shí)以上，H/S循環(huán)數(shù)也為1000次以上，得到實(shí)用上沒(méi)有問(wèn)題的結(jié)果。
實(shí)施例8代替薄膜狀各向異性導(dǎo)電粘結(jié)劑(FP10425，索尼化學(xué)(ソニ-ケミカル)社制)，除了使用表2的液狀環(huán)氧系絕緣性粘結(jié)劑以外，制作與實(shí)施例2相同的半導(dǎo)體器件，進(jìn)行評(píng)價(jià)。其結(jié)果，在獲得的半導(dǎo)體器件的粘結(jié)劑中未觀察到空隙。此外，PCT處理時(shí)間為300小時(shí)，H/S循環(huán)數(shù)為700次，得到實(shí)用上沒(méi)有問(wèn)題的結(jié)果。
表2成分 重量％環(huán)氧樹(shù)脂(EP630，油化シェルェポキシ社制) 60硅烷耦合劑(A187，日本ュニカ社制) 3固化劑(HX3941HP，旭チバ社制) 37實(shí)施例9代替薄膜狀各向異性導(dǎo)電粘結(jié)劑(FP10425，ソニ-ケミカル社制)，除了使用表3的液狀各向異性導(dǎo)電粘結(jié)劑以外，制作與實(shí)施例2相同的半導(dǎo)體器件，進(jìn)行評(píng)價(jià)。其結(jié)果，在獲得的半導(dǎo)體器件的粘結(jié)劑中未觀察到空隙。此外，PCT處理時(shí)間為350hr，H/S循環(huán)數(shù)為750次，得到實(shí)用上沒(méi)有問(wèn)題的結(jié)果。
表3成分 重量％環(huán)氧樹(shù)脂(EP630，油化シェルェポキシ社制) 60硅烷耦合劑(A187，日本ュニカ社制)3固化劑(HX3941HP，旭チバ社制)32金屬覆蓋樹(shù)脂顆粒(直徑5μm) 5實(shí)施例10代替薄膜狀各向異性導(dǎo)電粘結(jié)劑(FP10425，ソニ-ケミカル社制)，除了使用表4的混合薄膜狀的環(huán)氧系絕緣性粘結(jié)劑以外，制作與實(shí)施例2相同的半導(dǎo)體器件，進(jìn)行評(píng)價(jià)。其結(jié)果，在獲得的半導(dǎo)體器件的粘結(jié)劑中未觀察到空隙。此外，PCT處理時(shí)間為250小時(shí)，H/S循環(huán)數(shù)為500次，得到實(shí)用上沒(méi)有問(wèn)題的結(jié)果。
表4成分 重量％環(huán)氧樹(shù)脂(EP1009，油化シェルェポキシ社制)60硅烷耦合劑(A187，日本ュニカ社制)3固化劑(HX3941HP，旭チバ社制)37按照本發(fā)明，在通過(guò)熱固化性粘結(jié)劑將半導(dǎo)體元件粘結(jié)在布線板上來(lái)制造半導(dǎo)體器件的情況下，可不殘留空隙地使粘結(jié)劑固化，可以實(shí)現(xiàn)良好的連接可靠性。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，通過(guò)含有以熱固性樹(shù)脂作為主要成分的粘結(jié)劑，進(jìn)行加熱加壓處理將半導(dǎo)體元件連接在布線板上，其特征在于，按除去粘結(jié)劑中的空隙的第一條件(壓力＝P1，溫度＝T1)進(jìn)行加熱加壓處理，然后，按使熱固化性樹(shù)脂徹底固化的第二條件(壓力＝P2，溫度＝T2)進(jìn)行加熱加壓處理，并且與第一條件的壓力P1相比，將第二條件的壓力P2設(shè)定為低壓。
2.如權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，P1和P2的壓力分布圖為不連續(xù)的階段狀。
3.如權(quán)利要求1或2的制造方法，其特征在于，與T1相比，將T2設(shè)定成高溫。
4.如權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，T1和T2的溫度分布圖呈階段狀。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于，半導(dǎo)體元件為裸芯片、芯片尺寸封裝或IC模塊。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的制造方法，其特征在于，粘結(jié)劑為各向異性導(dǎo)電粘結(jié)劑。
全文摘要
在通過(guò)熱固化性粘結(jié)劑將半導(dǎo)體元件粘結(jié)在布線板上來(lái)制造半導(dǎo)體器件的情況下,可不殘留空隙地使粘結(jié)劑固化,可以實(shí)現(xiàn)良好的連接可靠性。在通過(guò)含有以熱固性樹(shù)脂作為主要成分的粘結(jié)劑,進(jìn)行加熱加壓處理將半導(dǎo)體元件連接在布線板上的半導(dǎo)體器件的制造方法中,首先按除去粘結(jié)劑中的空隙的第一條件(壓力=P
文檔編號(hào)H01L21/58GK1276624SQ00118820
公開(kāi)日2000年12月13日 申請(qǐng)日期2000年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月20日
發(fā)明者阿久津恭志 申請(qǐng)人:索尼化學(xué)株式會(huì)社