JP2007134540A

JP2007134540A - 半導体装置およびその製造方法

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Publication number: JP2007134540A
Application number: JP2005326932A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kita; 貴之北
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2005-11-11
Publication date: 2007-05-31

Abstract

【課題】隣接配置された複数の半導体素子の下面側にアンダーフィル樹脂を同時にかつ安定して充填できる半導体装置を提供する。
【解決手段】複数の半導体素子２，３を回路基板１上にバンプ４，５を介してフェースダウン実装するとともに、半導体素子２，３の下面と回路基板１の上面との隙間にアンダーフィル樹脂６を充填してなる半導体装置である。複数の半導体素子２，３は回路基板１上に隣接配置されており、隣接する半導体素子２，３の中間の回路基板１上に、半導体素子２，３の下面と回路基板１の上面との隙間へのアンダーフィル樹脂６の流入を促す突起物９が配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の半導体素子を回路基板上にフェースダウン実装するとともに、半導体素子の下面と回路基板の上面との隙間にアンダーフィル樹脂を充填してなる半導体装置およびその製造方法に関するものである。

従来、回路基板に半導体素子（ベアチップＩＣ）を搭載する方法として、半導体素子をバンプ（突起電極）を介して回路基板にフェースダウン実装するとともに、半導体素子の下面と回路基板の上面との隙間にアンダーフィル樹脂を充填することが行われる。アンダーフィル樹脂は、半導体素子の接合強度の向上、バンプの酸化防止、半導体素子から回路基板への熱伝達向上などを目的としている。

半導体素子の高密度化、半導体装置の高機能化に伴い、半導体素子を回路基板に複数個配置したマルチチップモジュール技術の開発が進められている。このようなマルチチップモジュールにおいて、半導体素子の角部に切欠を設けたり、半導体素子の配置を工夫することによって、それらの略中央位置にアンダーフィル樹脂の充填部を形成したものが提案されている（特許文献１参照）。
この場合は、複数個の半導体素子を隙間なく配置することで、マルチチップモジュールの小型化を実現するとともに、半導体素子と回路基板とが対向する全領域にアンダーフィル樹脂を同時に充填することが可能になる。

しかしながら、特許文献１の場合、隣接する半導体素子の間にアンダーフィル樹脂の充填用ノズルを、半導体素子の高さより低い位置まで挿入するための領域を設ける必要がある。例えば、半導体素子に切欠部を設ける場合には、半導体素子に加工が必要になり、製造コストの上昇を招くとともに、加工状態や加工位置によっては素子強度の低下を招く恐れがある。また、半導体素子の間に充填部を設ける場合には、半導体素子で充填部を取り囲む必要があるため、４個の場合には有効であるが、２個あるいは３個の半導体素子を隣接配置した場合には効果的でない。

図９，図１０は２個の半導体素子４０，４１を隣接配置した例である。半導体素子４０，４１はそれぞれバンプ４０ａ，４１ａを介して回路基板４２にフェースダウン実装される。２つの半導体素子４０，４１の間に充填用ノズル４３を挿入し、アンダーフィル樹脂４４を吐出することで、１回の充填作業で２つの半導体素子４０，４１の下面側にアンダーフィル樹脂４４を充填することが可能になる。なお、半導体素子４０，４１の周囲には、アンダーフィル樹脂４４の拡がりを防止するための囲い４５が設けられている。

上記の例は、半導体素子４０，４１の間にノズル４３を挿入できる間隔Ｄ₁ を設けた場合であるが、アンダーフィル樹脂４４の充填領域を削減し、回路面積を小さくするために、図１１，図１２に示すように、２つの半導体素子４０，４１の間隔Ｄ₂ を狭くするのが望ましい。隣接する半導体素子４０，４１の間隔Ｄ₂ が狭くなると、半導体素子４０，４１の間に充填用ノズル４３を挿入できなくなるため、ノズル４３を半導体素子４０，４１の中間部上方に位置させるか、あるいは半導体素子４０，４１の上面に当接させた状態で、アンダーフィル樹脂４４を吐出しなければならない。

しかしながら、この場合には、図１２に示すように、ノズル４３から吐出されたアンダーフィル樹脂４４が表面張力によって半導体素子４０，４１の側壁の下端位置で停止してしまい、半導体素子４０，４１の下面側に安定して充填できなくなるという問題が発生する。さらに、この場合にはアンダーフィル樹脂４４が半導体素子４０，４１の周囲にも回り込まなくなる。
特開平７−８６４９２号公報

そこで、本発明の目的は、隣接配置された複数の半導体素子の下面側にアンダーフィル樹脂を同時にかつ安定して充填できる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、複数の半導体素子を回路基板上にバンプを介してフェースダウン実装するとともに、半導体素子の下面と回路基板の上面との隙間にアンダーフィル樹脂を充填してなる半導体装置において、上記複数の半導体素子は回路基板上に隣接配置されており、上記隣接する半導体素子の中間の回路基板上に、半導体素子の下面と回路基板の上面との隙間へのアンダーフィル樹脂の流入を促す突起物が配置されていることを特徴とするものである。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、複数の半導体素子を隣接して回路基板上にバンプを介してフェースダウン実装する工程と、上記隣接する半導体素子の中間の回路基板上に、半導体素子の下面と回路基板の上面との隙間へのアンダーフィル樹脂の流入を促す突起物を配置する工程と、上記突起物の上方からアンダーフィル樹脂を供給し、上記半導体素子の下面と回路基板の上面との隙間にアンダーフィル樹脂を充填する工程と、を有するものである。

アンダーフィル樹脂を隣接する半導体素子の隙間へ充填する際、半導体素子の側壁の下端位置でアンダーフィル樹脂の流れが停止してしまうのは、半導体素子の側壁の隙間から半導体素子の下面側に流入しようとしたとき、表面積が急拡大するため、アンダーフィル樹脂の持つ表面張力によって流れが停止してしまうためであると考えられる。
そこで、本発明では、半導体素子の側壁の隙間に入ったアンダーフィル樹脂を半導体素子の下面側へ導入するために、毛細管現象を利用してアンダーフィル樹脂の導入の起点となる突起物を、隣接する半導体素子の中間の回路基板上に設けたものである。
すなわち、隣接する半導体素子の中間の回路基板上に突起物を設け、この突起物の上方からアンダーフィル樹脂を吐出すると、隣接する半導体素子の側壁の隙間から半導体素子の下面側への流入経路の途中において、毛細管現象によりアンダーフィル樹脂の流入を促進させる隙間が生じ、この隙間を通って半導体素子の下面側へ流れ込む。一旦アンダーフィル樹脂が半導体素子の下面側へ流れ込めば、後続のアンダーフィル樹脂が続いて流れ込むので、半導体素子の下面側の空間にアンダーフィル樹脂を充填できる。突起物は、隣接する半導体素子の対向した側壁の全領域に亘って設ける必要はなく、中間の１箇所のみに設ければよい。つまり、アンダーフィル樹脂の流入を阻害している領域の１箇所だけでも導入経路を確保すればよい。

上記突起物の幅を、隣接する半導体素子の間隔より小さく、上記突起物の高さを、上記半導体素子の下面と回路基板の上面との隙間と同等またはこれより高くするのがよい。
突起物の幅を隣接する半導体素子の間隔より小さくすることで、突起物と半導体素子の側壁との間に狭い空間を形成でき、毛細管現象によるアンダーフィル樹脂の吸込みを促進できる。また、突起物の高さを半導体素子の下面と回路基板の上面との隙間以上とすることで、半導体素子の側壁の隙間に入った樹脂が突起物に濡れやすく、アンダーフィル樹脂の導入効果が高い。

上記突起物としては、上記回路基板上に実装された上記半導体素子より小型のチップ部品を用いてもよい。
例えば小型の角形チップ部品を隣接する半導体素子の間の回路基板上に実装することで、本発明の効果を得ることが可能である。このチップ部品は、何らかの回路機能を有する部品であってもよいし、回路機能を有しないダミー部品であってもよい。

上記隣接する半導体素子の間隔を、上記アンダーフィル樹脂の充填用ノズルの径とこのノズルの位置決めばらつきの幅との和より小さくするのがよい。
アンダーフィル樹脂の充填にディスペンサなどの自動塗布装置を用いる場合、ノズルの位置決めばらつきがあるので、従来のようにノズルを半導体素子の隙間に挿入するには、半導体素子の間隔をノズルの径とこのノズルの位置決めばらつきの幅との和より大きくしなければならず、回路面積が大きくなる。これに対し、本発明では、ノズルを半導体素子の上方に位置させたままアンダーフィル樹脂を充填できるので、隣接する半導体素子の間隔を充填用ノズルの径とノズルの位置決めばらつきの幅との和より小さくすることができる。その結果、回路面積を小さくできる。
なお、ノズルの径は樹脂材料によって異なり、０．３５〜２．７６ｍｍ程度と幅広く存在しており、設備のノズル位置決め精度は±０．１ｍｍ程度である。
さらに本発明では、隣接する半導体素子の間隔を充填用ノズルの径より小さくしても問題なく充填でき、回路面積をさらに小さくできる。

以上のように、本発明によれば、半導体素子の側壁の隙間に入ったアンダーフィル樹脂を半導体素子の下面側へ導入するために、毛細管現象を利用してアンダーフィル樹脂の導入の起点となる突起物を、隣接する半導体素子の中間の回路基板上に設けたので、複数の半導体素子の下面側の空間にアンダーフィル樹脂を同時にかつ安定して充填できる。

以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１，図２は本発明にかかる半導体装置の第１実施形態を示す。
この半導体装置（マルチチップモジュール）Ａ１は、回路基板１とその上に隣接してフェースダウン実装された複数（ここでは２個）の半導体素子２，３とで構成されている。半導体素子２，３の下面にはそれぞれバンプ４，５が固定されており、これらバンプ４，５を介して回路基板１に接合されている。バンプ４，５としては金バンプ、はんだバンプなど公知のバンプを使用すればよい。隣接する半導体素子２，３の間隔Ｄは、後述するように充填用ノズル１０の直径φと位置決めばらつきの幅ｄＰとの和より狭く設定されており、ノズル１０を半導体素子２，３の間には挿入できないようになっている。

半導体素子２，３の周囲および半導体素子２，３の下面と回路基板１の上面との隙間には、アンダーフィル樹脂６が充填されている。半導体素子２，３の周囲の回路基板１上には、アンダーフィル樹脂６の拡がりを防止するための囲いがソルダーレジスト膜７などによって形成されている。この例では、ソルダーレジスト膜７に設けた開口部７ａの内縁が囲いとなる。

半導体素子２，３の中間の回路基板１上には、アンダーフィル樹脂６の流入を促進させる作用を持つ突起物９が配置されている。突起物９としては、絶縁物、導電物のいずれでもよく、樹脂濡れ性のよい物体であればよい。この例では、突起物９として、角形の小型チップ部品を用いており、チップ部品９の側面が半導体素子２，３の側壁と平行になるように配置されている。突起物９の高さＨは、アンダーフィル樹脂６の表面張力に依存して設定されるが、半導体素子２，３の下面と回路基板１の上面との隙間Ｓ₁ と同一高さまたはこれより高く、回路基板１から半導体素子２，３の上面までの高さＳ₂ より低いものが、充填性の面で望ましい。
Ｓ₂ ＞Ｈ≧Ｓ₁
なお、突起物９の高さＨが隙間Ｓ₁ より多少低くても、効果はある。
また、突起物９の幅Ｗは半導体素子２，３の隙間Ｄより短く、突起物９と半導体素子２，３との間にアンダーフィル樹脂６が流入しやすい隙間を生じさせるものがよい。
Ｗ＜Ｄ
突起物９の長さＬは任意であるが、半導体素子２，３の対向する辺の長さに比べて十分に短くてもよい。

ここで、上記半導体装置Ａ１の製造方法、特にアンダーフィル樹脂６の充填方法について、図３を参照しながら説明する。
図３の（ａ）は、充填用ノズル１０を半導体素子２，３の中間位置の上方、特に突起物９の直上に配置し、アンダーフィル樹脂６の供給を開始した状態を示す。なお、ノズル１０を半導体素子２，３の上面に当接させてもよい。ノズル１０から供給されたアンダーフィル樹脂６は半導体素子２，３の側壁の隙間に入り、突起物９に付着する。
図３の（ｂ）は、アンダーフィル樹脂６の充填が進行した状態を示す。突起物９の存在によって、アンダーフィル樹脂６は毛細管現象により半導体素子２，３と突起物９との間に入り込み、さらに半導体素子２，３の下面側へと流れ込む。一旦アンダーフィル樹脂６が半導体素子２，３の下面側へ流れ込めば、後続のアンダーフィル樹脂６が連続して流れ込むので、半導体素子２，３の下面側の空間にアンダーフィル樹脂６が充填される。

図３に示すように、ディスペンサを用いてアンダーフィル樹脂６を充填する場合、幅ｄＰ分だけノズル１０の位置にばらつきがある。したがって、従来のようにノズル１０を半導体素子２，３の高さより低い位置まで挿入するには、半導体素子２，３の隙間Ｄをノズル１０の径φと位置決めばらつきの幅ｄＰとの和より広くする必要がある。
これに対し、本発明では半導体素子２，３の隙間Ｄがφ＋ｄＰより狭くても、すなわちノズル１０を半導体素子２，３の高さより低い位置まで挿入できなくても、半導体素子２，３の間に突起物９を配置することで、アンダーフィル樹脂６を安定して充填できるようになる。特に、突起物９は２つの半導体素子２，３の対向する辺のほぼ全長に亘って、あるいは複数個配置する必要はなく、図１に示すように、中間の１箇所に小型の突起物９を１個配置するだけで足りる。そのため、半導体装置Ａ１のコスト上昇を招くことがなく、かつ回路面積の拡大を抑制できる。なお、突起物９がチップ部品の場合、何らかの回路機能を持つものであってもよい。
なお、本発明は、半導体素子２，３の隙間Ｄがノズル１０の径φより小さい場合であっても、上記と同様に有効である。

（第２実施形態）
図４，図５は本発明にかかる半導体装置の第２実施形態を示す。
この実施形態の半導体装置Ａ２は、隣合う半導体素子２，３ａの形状が異なる例を示している。半導体素子３ａは半導体素子２より小型に形成され、両半導体素子２，３ａが対向する辺の間に突起物９が配置されている。この実施形態では、回路基板１上のバンプ４，５を接合する部分を除くほぼ全面にソルダーレジスト膜７を形成するとともに、半導体素子２，３ａの周囲を取り囲むようにソルダーレジスト膜７に溝またはスリット７ｂを形成することで、アンダーフィル樹脂６の充填領域を限定する囲いとしている。すなわち、溝７ｂの内側縁部でアンダーフィル樹脂６の拡がりを止めることができる。

この場合も、突起物９の直上位置から充填用ノズルによってアンダーフィル樹脂６を供給すれば、アンダーフィル樹脂６は半導体素子２，３ａの下面側の空間に安定して充填される。半導体素子２，３ａの大きさが異なる場合には、アンダーフィル樹脂６を同時充填すると、樹脂６が必要以上に広がることがあるが、囲い７ｂによってアンダーフィル樹脂６の充填領域を制限しているので、所定の範囲にアンダーフィル樹脂６を収めることができる。

（第３実施形態）
図６は本発明にかかる半導体装置の第３実施形態を示す。
この半導体装置Ａ３では、４個の半導体素子２０〜２３が格子状に隣接配列され、４個の半導体素子２０〜２３の角部で囲まれた中心位置の回路基板（図示せず）上に突起物２４が配置されている。突起物２４の直上位置からアンダーフィル樹脂を供給すれば、突起物２４にそって半導体素子２０〜２３の下面側の空間に導入され、半導体素子２０〜２３の下面側の空間に安定して充填される。

（第４実施形態）
図７は本発明にかかる半導体装置の第４実施形態を示す。
この半導体装置Ａ４では、３個の半導体素子３０〜３２を隣接配置した例であり、半導体素子３０，３１が半導体素子３２に比べて小型に構成されている。半導体素子３０，３１の角部と半導体素子３２の側面との間の回路基板（図示せず）上に突起物３３が配置されている。突起物３３の直上位置からアンダーフィル樹脂を供給することで、突起物３３にそって流れたアンダーフィル樹脂は半導体素子３０〜３２の下面側の空間に安定して導入される。

第１，第２の実施形態では、アンダーフィル樹脂６の拡がりを防止するための囲いとして、ソルダーレジスト膜７に開口部７ａまたは溝７ｂを形成したが、図８に示すように、半導体素子の周囲を取り囲むようにダム８を形成してもよい。この例では、ダム８をソルダーレジスト膜７の上に形成したが、回路基板１の上に直接形成してもよい。

本発明における突起物としては、小型チップ部品に限るものではなく、セラミック片、樹脂片、金属片などを用いてもよい。アンダーフィル樹脂との濡れ性のよい部品がよい。また、回路基板上に搭載されるものに限らず、回路基板を貫通するピンのようなものでもよく、回路基板自身が予め突起を有するように形成されているものでもよい。さらに、上記のピンを使う場合は、アンダーフィル樹脂の充填時のみ設けられるものであっても構わない。

本発明にかかる半導体装置の第１実施形態の平面図である。図１のII−II線断面図である。アンダーフィル樹脂の塗布・充填方法を示す図である。本発明にかかる半導体装置の第２実施形態の平面図である。図４のＶ−Ｖ線拡大断面図である。本発明にかかる半導体装置の第３実施形態の平面図である。本発明にかかる半導体装置の第４実施形態の平面図である。アンダーフィル樹脂の拡がりを防止するための囲いの他の例の断面図である。２個の半導体素子を広い間隔をあけて隣接配置した半導体装置の平面図である。図９に示す半導体装置にアンダーフィル樹脂を充填する方法を示す図である。２個の半導体素子を狭い間隔をあけて隣接配置した半導体装置の平面図である。図１１に示す半導体装置にアンダーフィル樹脂を充填する方法を示す図である。

符号の説明

Ａ１〜Ａ４半導体装置
１回路基板
２，３半導体素子
４，５バンプ
６アンダーフィル樹脂
７ソルダーレジスト膜
９突起物（チップ部品）

Claims

複数の半導体素子を回路基板上にバンプを介してフェースダウン実装するとともに、半導体素子の下面と回路基板の上面との隙間にアンダーフィル樹脂を充填してなる半導体装置において、
上記複数の半導体素子は回路基板上に隣接配置されており、
上記隣接する半導体素子の中間の回路基板上に、半導体素子の下面と回路基板の上面との隙間へのアンダーフィル樹脂の流入を促す突起物が配置されていることを特徴とする半導体装置。
上記突起物の幅は、隣接する半導体素子の間隔より小さく、上記突起物の高さは、上記半導体素子の下面と回路基板の上面との隙間と同等またはこれより高いことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
上記突起物は、上記回路基板上に実装された上記半導体素子より小型のチップ部品であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
上記隣接する半導体素子の間隔は、上記アンダーフィル樹脂の充填用ノズルの径とこのノズルの位置決めばらつきの幅との和より小さいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。
上記隣接する半導体素子の間隔は、上記アンダーフィル樹脂の充填用ノズルの径より小さいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。
複数の半導体素子を隣接して回路基板上にバンプを介してフェースダウン実装する工程と、
上記隣接する半導体素子の中間の回路基板上に、半導体素子の下面と回路基板の上面との隙間へのアンダーフィル樹脂の流入を促す突起物を配置する工程と、
上記突起物の上方からアンダーフィル樹脂を供給し、上記半導体素子の下面と回路基板の上面との隙間にアンダーフィル樹脂を充填する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
上記突起物の幅は、隣接する半導体素子の間隔より小さく、上記突起物の高さは、上記半導体素子の下面と回路基板の上面との隙間と同等またはこれより高いことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
上記突起物は、上記回路基板上に実装された上記半導体素子より小型のチップ部品であることを特徴とする請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。
上記隣接する半導体素子の間隔は、上記アンダーフィル樹脂の充填用ノズルの径より小さいことを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。