| 【発明の名称】 |
半導体チップの接着方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】中川 泰忠
【住所又は居所】神奈川県横浜市磯子区新磯子町３３番地 株式会社東芝生産技術センター内
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| 【要約】 |
【課題】熱硬化性樹脂の温度履歴設定により基板から発生したガスによる熱硬化性樹脂への気泡の残留を防止するとともに、加熱終了時に所定の値以上の硬化反応率を確保して基板に対する半導体チップの接着信頼性を向上でき、かつ前記温度履歴設定を簡便に行うことが可能な半導体チップの接着方法を提供する。
【解決手段】基板と半導体チップとの間に熱硬化性樹脂層を介在し、この熱硬化性樹脂層を加圧・加熱する際、特定の温度履歴に基づいて加熱して硬化させることにより前記基板に前記半導体チップを接着する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 基板と半導体チップとの間に熱硬化性樹脂層を介在し、この熱硬化性樹脂層を加圧・加熱して硬化させることにより前記基板に前記半導体チップを接着する方法において、前記熱硬化性樹脂の硬化反応率ｃを下記数１に示す式（１）〜（３）で、前記熱硬化性樹脂の加熱時の粘度ηを下記数２に示す式（６），（７）で、それぞれ定義し，下記数３に示す式（８）の目的関数ｆを設定して，多変数目的関数の最小点探索手法でｆを最小化することにより下記数３に示す式（９）の変数ベクトルｘを決定して温度履歴パラメータｑ1，ｑ2，ｑ3を求め、これらの温度履歴パラメータｑ1，ｑ2，ｑ3を下記数４に示す式（１０）に代入することにより前記熱硬化性樹脂の加圧・加熱時の温度履歴Ｔhisを設定することを特徴とする半導体チップの接着方法。
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【請求項２】 前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１記載の半導体チップの接着方法。
【請求項３】 前記熱硬化性樹脂層の加熱は、前記温度履歴に基づいて温度制御がなされる加圧・加熱部材を用いて行なわれることを特徴とする請求項１または２記載の半導体チップの接着方法。
【請求項４】 前記熱硬化性樹脂層には、バンプが埋設されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の半導体チップの接着方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，半導体チップの接着方法に関し、詳しくは接着剤である熱硬化性樹脂を加熱・加圧する際の温度履歴を改良した半導体チップの接着方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】例えば、回路基板にベアチップのような半導体チップを実装する際、実装部品の面積と高さを低減するために、前記ベアチップを基板に熱硬化性樹脂を用いてで接着する方法が採用されている。
【０００３】このようなベアチップの接着工程では、回路基板とベアチップの間に熱硬化性樹脂層を介在させ、このベアチップ上から温度制御した加圧・加熱部材を押し当て、前記熱硬化性樹脂を加熱して硬化させる。回路基板とベアチップを接着する熱硬化性樹脂としては、一般に耐熱性に優れたエポキシ樹脂が用いられ、前記回路基板上にペーストやフィルムの状態で供給される。前記加圧・加熱部材は、金属やセラミックスから作られ、任意の温度履歴を以って熱硬化性樹脂層に与えられる。
【０００４】前述した加圧・加熱部材による前記熱硬化性樹脂層の加圧・加熱において、熱硬化性樹脂の粘度は加熱温度上昇とともに低下するものの、加熱により硬化反応が進行すると、粘度が上昇する。このとき、基板から発生したガスが熱硬化性樹脂樹脂に取り込まれて、気泡（ボイド）が発生する。一方，加熱完了時において硬化反応が不十分になる場合がある。このような熱硬化された熱硬化性樹脂樹脂層中への気泡の残留および不十分な硬化反応は、回路基板へのベアチップの接着信頼性を低下させる。
【０００５】そこで、従来では加熱開始から一定の時間、熱硬化性樹脂が流動できる一定の値以下の粘度に抑え、加熱完了時に熱硬化性樹脂の硬化反応率を一定の値まで到達させるように前記加圧・加熱部材による温度履歴を設定していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の加圧・加熱部材による温度履歴の設定は試行錯誤的になされていたため、組成の異なる熱硬化性樹脂に変更する場合、前記温度履歴の設定に煩雑な作業が必要になる。使用している熱硬化性樹脂の硬化時間を短縮化する場合でも、同様に前記温度履歴の設定に煩雑な作業が必要になる。
【０００７】したがって、従来では温度履歴の設定の変更毎に煩雑な作業が必要になる。
【０００８】本発明は、熱硬化性樹脂の温度履歴設定により基板から発生したガスによる熱硬化性樹脂への気泡の残留を防止するとともに、加熱終了時に所定の値以上の硬化反応率を確保して基板に対する半導体チップの接着信頼性を向上でき、かつ前記温度履歴の設定を簡便に行うことが可能な半導体チップの接着方法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体チップの接着方法は、基板と半導体チップとの間に熱硬化性樹脂層を介在し、この熱硬化性樹脂層を加圧・加熱して硬化させることにより前記基板に前記半導体チップを接着する方法において、前記熱硬化性樹脂の硬化反応率ｃを下記数５に示す式（１）〜（３）で、前記熱硬化性樹脂の加熱時の粘度ηを下記数６に示す式（６），（７）で、それぞれ定義し，下記数７に示す式（８）の目的関数ｆを設定して，多変数目的関数の最小点探索手法でｆを最小化することにより下記数７に示す式（９）の変数ベクトルｘを決定して温度履歴パラメータｑ1，ｑ2，ｑ3を求め、これらの温度履歴パラメータｑ1，ｑ2，ｑ3を下記数８に示す式（１０）に代入することにより前記熱硬化性樹脂の加圧・加熱時の温度履歴Ｔhisを設定することを特徴とするものである。
【００１０】
【数５】
【００１１】
【数６】
【００１２】
【数７】
【００１３】
【数８】
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】図１は、半導体チップの接着工程を示す断面図である。
【００１６】まず、図１に示すように基板１とベアチップのような半導体チップ２との間に熱硬化性樹脂層３を介在する。つづいて、加圧・加熱部材４を前記半導体チップ２に当接させ、前記基板１側に向けて一定の圧力で加圧しながら、加熱して前記熱硬化性樹脂層３を硬化させることにより前記基板１に前記半導体チップ２を接着する。
【００１７】前記基板としては、例えば回路基板が用いられる。
【００１８】前記熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂を挙げることができる。
【００１９】前記熱硬化性樹脂層としては、例えば熱硬化性樹脂ペーストの塗布膜、熱硬化性樹脂のフィルムを用いることができる。
【００２０】なお、前記熱硬化性樹脂層には必要に応じて図１に示すようにバンプ５が埋設され、前記基板（回路基板）１の配線に半導体チップ２がバンプ５を通して接続される。
【００２１】前述した加圧・加熱部材は、以下の手法で求めた温度履歴に基づいて温度制御がなされ、前記熱硬化性樹脂層の加熱を遂行する。
【００２２】１）前記熱硬化性樹脂の硬化反応率ｃを下記数９に示す式（１）〜（３）で、前記熱硬化性樹脂の加熱時の粘度ηを下記数１０に示す式（６），（７）で、それぞれ定義する。
【００２３】
【数９】
【００２４】
【数１０】
【００２５】２）下記数１１に示す式（８）の目的関数ｆを設定して，多変数目的関数の最小点探索手法でｆを最小化することにより下記数１１に示す式（９）の変数ベクトルｘを決定して温度履歴パラメータｑ1，ｑ2，ｑ3を求る。
【００２６】
【数１１】
【００２７】なお、前記式（８）において時間ｔ1、この時間ｔ1での粘度設定値η1、時間ｔ2、およびこの時間ｔ2での硬化反応率設定値ｃ2は、基板の材料、性状および熱硬化性樹脂の性状に応じて半導体チップの最適接着設計を達成するために決められ、したがってそれらの値は任意である。
【００２８】３）前記温度履歴パラメータｑ1，ｑ2，ｑ3を下記数１２に示す式（１０）に代入することにより時間ｔ1およびｔ2における熱硬化性樹脂の加圧・加熱時の温度履歴Ｔhisを求める。
【００２９】
【数１２】
【００３０】４）時間ｔ1における温度履歴Ｔhisを前記式（７）のＴ（熱硬化樹脂の熱硬化反応過程での時間ｔにおける温度）に代入し、式（６）から粘度η（Ｐａ・ｓ）、つまりη（ｔ1）を求める。
【００３１】また、時間ｔ2における温度履歴Ｔhisを前記式（２）、（３）のＴ（熱硬化樹脂の熱硬化反応過程での時間ｔにおける絶対温度）に代入し、式（１）から硬化反応率ｃ、つまりｃ（ｔ2）を求める。
【００３２】次いで、求めた粘度η（ｔ1）および硬化反応率ｃ（ｔ2）を前記式（８）に代入し，多変数目的関数の最小点探索手法でｆを最小化することにより前記式（９）の変数ベクトルｘを決定して温度履歴パラメータｑ1，ｑ2，ｑ3を求る。この温度履歴パラメータｑ1，ｑ2，ｑ3を前記式（１０）に代入することにより時間ｔ1およびｔ2における熱硬化性樹脂の加圧・加熱時の温度履歴Ｔhisを求める。
【００３３】５）前記項目４）の計算を繰り返すアルゴリズムにより最終の温度履歴パラメータｑ1，ｑ2，ｑ3を求め、この温度履歴パラメータｑ1，ｑ2，ｑ3を前記式（１０）に代入することにより熱硬化性樹脂の加圧・加熱時の温度履歴Ｔhisを設定する。
【００３４】なお、前記粘度を求める式（６）、（７）は、下記数１３に示すCastro-Macosco式である式（１１）に代替可能である。
【００３５】
【数１３】
【００３６】前記目的関数の式（８）は、下記数１４に示す一般化した式（１２）に代替可能である。
【００３７】
【数１４】
【００３８】前記温度履歴の式（１０）は、下記数１５に示す式（１３）に代替可能である。
【００３９】
【数１５】
【００４０】以上説明したように本発明の実施形態よれば基板と半導体チップとの間に介在した熱硬化性樹脂層を加圧・加熱して硬化させる際、前記アルゴリズムにより求めた温度履歴Ｔhisに基づいて加熱することによって、硬化過程で熱硬化性樹脂の粘度を最適化して基板から発生したガスによる気泡を熱硬化性樹脂の流動により基板と半導体チップの間から逃散させて熱硬化性樹脂への気泡の残留を防止できる。また、加熱終了時に熱硬化性樹脂の硬化反応率を所定の値以上に達成させることができる。その結果、基板に熱硬化性樹脂を介して半導体チップを信頼性の高い接着を実現できる。
【００４１】また、前記温度履歴の設定操作を簡便に行うことができるため、組成の異なる熱硬化性樹脂への変更や、使用している熱硬化性樹脂の硬化時間の短縮化等の設計変更を容易に遂行することができる。
【００４２】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【００４３】熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用い、前記式（８）の目的関数ｆにおいて，ｔ1を２０ｓ，η1を１０８Ｐａ・ｓ，ｔ2を１８０ｓ，ｃ2を０．９５と設定した。このような設定の下で前述したアルゴリズム（修正Ｐｏｗｅｌｌ法）に従って前記式（８）のｆを最小化することにより、前記式（９）の変数ベクトルｘを決定して下記表１に示す前記エポキシ樹脂における温度履歴のパラメータｑ1，ｑ2，ｑ3を求めた。
【００４４】
【表１】
【００４５】求めた温度履歴のパラメータｑ1，ｑ2，ｑ3および適切な時間ｔを前記式（１０）に代入することにより、図２に示すエポキシ樹脂の加圧・加熱時の温度履歴（温度プロファイル）を設定した。なお、温度履歴Ｔhisの設定に際し、初期温度Ｔ0を２０℃とした。
【００４６】得られた温度履歴に基づいて前述した図１に示す加圧・加熱部材４の温度制御を行って、基板１とベアチップ２との間に介在させたエポキシ樹脂層（熱硬化性樹脂層）３を硬化させた。このときの硬化反応率変化を図３に、粘度変化を図４にそれぞれ示す。
【００４７】図３から明らかなように最適化した温度履歴で基板１とベアチップ２との間に介在させたエポキシ樹脂層（熱硬化性樹脂層）３を硬化させることによって、９５％と高い硬化反応率を達成できることがわかる。このため、基板１に対するベアチップ２の高い接着信頼性を確保できた。
【００４８】また、図４から明らかなように最適化した温度履歴で基板１とベアチップ２との間に介在させたエポキシ樹脂層（熱硬化性樹脂層）３を硬化させることによって、２０ｓでの粘度を１０８Ｐａ・ｓ以下に抑えて適切に流動性させることができるため、エポキシ樹脂層中のボイドを速やかに逃散させることができた。
【００４９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、熱硬化性樹脂の温度履歴設定により基板から発生したガスによる熱硬化性樹脂への気泡の残留を防止できるとともに、加熱終了時に所定の値以上の硬化反応率を確保して基板に対する半導体チップの接着信頼性を向上でき、かつ前記温度履歴の設定を簡便に行うことができ、ひいては組成の異なる熱硬化性樹脂への変更や、使用している熱硬化性樹脂の硬化時間の短縮化等の設計変更を容易に遂行することが可能な半導体チップの接着方法を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
【住所又は居所】東京都港区芝浦一丁目１番１号
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| 【出願日】 |
平成１４年２月４日（２００２．２．４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００５８４７９
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外６名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２２６８４７（Ｐ２００３−２２６８４７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年８月１５日（２００３．８．１５） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−２７１２１（Ｐ２００２−２７１２１） |
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