JP2008192725A - 半導体装置及びその製造方法並びに半導体装置の製造装置 - Google Patents

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Naomi Masuda
直実 舛田
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Spansion LLC
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Abstract

【課題】アンダーフィル樹脂内のボイドの発生を抑制することができる半導体装置及びその製造方法並びに半導体装置の製造装置を提供する。
【解決手段】基板１２上に溶融した樹脂３２を配置する工程と、溶融した樹脂３２上に半導体チップ２０を配置する工程と、半導体チップ２０に圧力を加え、半導体チップ２０を基板１２にフリップチップ実装する工程と、溶融した樹脂３２に流体圧力を加えた状態で溶融した樹脂３２を硬化させ、アンダーフィル樹脂を形成する工程と、を有する半導体装置及びその製造方法並びに半導体装置の製造装置。
【選択図】図２

Description

本発明は半導体装置及びその製造方法並びに半導体装置の製造装置に関し、特に半導体チップがフリップチップ実装された半導体装置及びその製造方法並びに半導体装置の製造装置に関する。
半導体チップを効率的にパッケージングするため基板上に半導体チップをバンプを用いフリップチップ実装する技術がよく用いられている。この場合、基板と半導体チップとの間にはアンダーフィル樹脂が設けられる。アンダーフィル樹脂により、基板と半導体チップとの間に異物が侵入することを防止することができる。特許文献１には、フリップチップ実装された半導体チップに樹脂シートを覆う技術が開示されている。特許文献２には、半導体チップをフィルムを介し押圧し、フィルムと基板との間に樹脂を注入する技術が開示されている。
特開２００２−３１９６５０号公報 特開２００１−２２３２３１号公報
従来のフリップチップ実装技術においては、特に、高い温度でフリップチップ実装する場合に、アンダーフィル樹脂にボイドが発生するという課題がある。アンダーフィル樹脂にボイドが発生すると、アンダーフィル樹脂の接着力、熱伝導性、耐湿性が低下する。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、アンダーフィル樹脂内のボンドの発生を抑制することを目的とする。
本発明は、基板上に溶融した樹脂を配置する工程と、前記溶融した樹脂上に半導体チップを配置する工程と、前記半導体チップに圧力を加え、前記半導体チップを前記基板にフリップチップ実装する工程と、前記溶融した樹脂に流体圧力を加えた状態で前記溶融した樹脂を硬化させ、樹脂部を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、溶融した樹脂に流体圧力を加えた状態で溶融した樹脂から樹脂部を形成することにより、樹脂部内のボイドの発生を抑制することができる。これにより、樹脂部の接着力、熱伝導性、耐湿性の低下を抑制することができる。
上記構成において、前記溶融した樹脂上及び前記半導体チップ上に樹脂シートを配置する工程を有し、前記樹脂部を形成する工程は、前記樹脂シートを介し前記溶融した樹脂に流体圧力を加える工程を有する構成とすることができる。この構成によれば、処理毎に溶融した樹脂の量が変動した場合でも、処理毎に均一な形状の樹脂部を形成することができる。
上記構成において、前記樹脂部を形成する工程は、前記半導体チップを囲うように前記樹脂シートを基板に押圧する工程を含む構成とすることができる。この構成によれば、樹脂部の形状を、処理毎に均一に形成することができる。
上記構成において、前記流体圧力は気体による圧力である構成とすることができる。この構成によれば、気体を用い圧力を加えることにより、簡単に均一に流体圧力を加えることができる。
本発明は、基板上に配置された溶融した樹脂に流体圧力を加える加圧部と、前記溶融した樹脂に流体圧力を加えた状態で前記溶融した樹脂を硬化させ、樹脂部を形成する樹脂形成部と、前記溶融した樹脂上に配置された半導体チップに圧力を加え、前記半導体チップを前記基板にフリップチップ実装する実装部と、具備することを特徴とする半導体装置の製造装置である。本発明によれば、溶融した樹脂に流体圧力を印加することで、樹脂部内のボイドの発生を抑制することが可能な半導体製造装置を提供することができる。
上記構成において、前記加圧部は、前記溶融した樹脂上及び前記半導体チップ上に設けられた樹脂シートを介し前記溶融した樹脂に流体圧力を加える構成とすることができる。これにより、処理毎に均一な形状の樹脂部を形成することができる。
本発明は、基板上にフリップチップ実装された半導体チップと、前記半導体チップと前記基板との間に設けられた樹脂部と、前記半導体チップと前記樹脂部とを覆うように設けられ、前記半導体チップ上に孔部を有する樹脂シートと、を具備することを特徴とする半導体装置である。本発明によれば、樹脂シートを有することにより、樹脂部内のボイドの発生を抑制することができる。さらに、樹脂部の形状を均一にすることができる。また、樹脂シートが孔部を有することにより、フリップチップ実装時に、樹脂シートを介し半導体チップを吸着することができる。
本発明によれば、溶融した樹脂に流体圧力を加えた状態で溶融した樹脂から樹脂部を形成することにより、樹脂部内のボイドの発生を抑制することができる。これにより、樹脂部の接着力、熱伝導性、耐湿性の低下を抑制することができる。
以下、図面を用い本発明に係る実施例について説明する。
まず、実施例１に係る半導体装置の製造方法を説明する。図１を参照に、フリップチップボンダ５０のステージ７０上に、ガラスエポキシ等からなる配線基板１２を配置する。基板１２は、表面及び裏面の少なくとも一方に金属配線やランド電極、表面と裏面との間を接続するビアホール等が形成されている。図１及び以降の図面ではこれらは図示しない。
基板１２上に例えばエポキシ系の熱硬化樹脂である溶融した樹脂３２を滴下する。溶融した樹脂３２はエポキシ樹脂以外にもポリイミド樹脂等を用いることもできる。また、熱可塑性樹脂を用いることもできる。フリップチップボンダ５０は、実装部５４、連結部５５、エアシリンダ５７及び金型５６を有している。実装部５４の先端の吸着部５２は、耐熱性のエポキシ樹脂シート４０を介し、例えばシリコンからなる半導体チップ２０の裏面（回路等が形成された表面の反対の面）を吸着する。樹脂シート４０は溶融した樹脂３２より高融点の樹脂であればよく、エポキシ樹脂以外の樹脂を用いることもできる。半導体チップ２０の表面にはバンプ２２が設けられている。樹脂シート４０には半導体チップ２０を吸着するための孔部４２が設けられている。吸着部５２は樹脂シート４０の孔部４２を介し半導体チップ２０を真空吸着する（矢印４４）。樹脂シート４０の膜厚としては、例えば２０μｍから５０μｍ程度である。
金型５６は、半導体チップ２０を囲むように樹脂シート４０に接している。金型５６はエアシリンダ５７に固定されている。エアシリンダ５７は、空気を供給することにより、金型５６を下方に加圧することができる。金型５６と実装部５４との間にはＯリング５８が設けられている。金型５６、実装部５４、Ｏリング５８及び樹脂シート４０により、密閉された空間６０が形成される。金型５６には、空間６０に空気を注入し空間６０を加圧する機構（不図示）が設けられている。金型５６は取り替えることができ、例えば、大きな半導体チップ２０を実装する場合は、大きな金型５６を用いることができる。エアシリンダ５７と実装部５４とは連結部５５により連結されている。フリップチップ実装用の実装部５４と金型５６とは独立に加圧できるように連結されている。
図２を参照に、半導体チップ２０を溶融した樹脂３２上に配置し、エアシリンダ５７に空気を注入することにより、金型５６を用い、半導体チップ２０を囲むように樹脂シート４０を基板１２に押圧する（矢印４６）。さらに、実装部５４を用い、半導体チップ２０を基板１２に押圧する（矢印４８）。これにより、半導体チップ２０のバンプ２２が基板１２上の電極（不図示、図５の電極１４）に押圧され、半導体チップ２０が基板１２にフリップチップ実装される。
図３を参照に、図２の状態で、高温の空気６２を空間６０内に注入部６６を介し注入する。これにより、空間６０内は高圧となる。空間６０内の圧力は、例えば、０．１ＭＰａ〜０．５ＭＰａが好ましい。なお、注入部６６は金型５６内に設けられているが、図３では模式的に図示している。溶融した樹脂３２には、樹脂シート４０を介し圧力が加わる。この状態で、ステージ７０の温度を上昇させる。これにより、溶融した樹脂３２は熱硬化しアンダーフィル樹脂３０となる。
図４を参照に、空間６０内の空気６４を排気部６８を介し開放する。これにより、空間６０は常圧となる。なお、排気部６８は金型５６内に設けられているが、図４では模式的に図示している。金型５６及び実装部５４を上昇させる。樹脂シート４０がアンダーフィル樹脂３０に接着され、アンアーフィル樹脂３０及び半導体チップ２０上に残る。なお、接着剤を用い、樹脂シート４０とアンアーフィル樹脂３０及び半導体チップ２０とを接着してもよい。
図５は、図１から図４の工程を用いフリップチップ実装された半導体装置１０を断面図である。基板１２上に電極１４が設けられている。半導体チップ２０は電極１４とバンプ２２とが接合するように基板１２上にフリップチップ実装されている。半導体チップ２０と基板１２との間、及び半導体チップ２０を囲むようにアンダーフィル樹脂３０が設けられている。半導体チップ２０及びアンダーフィル樹脂３０上には樹脂シート４０が設けられている。樹脂シート４０の半導体チップ２０上には孔部４２が形成されている。図１で説明したように、吸着部５２は孔部４２を介し半導体チップ２０を真空吸着することができる。
図６（ａ）は、図５で示した半導体装置１０であり説明を省略する。図６（ｂ）を参照に、基板１２の裏面にも同様に、半導体チップ２０をフリップチップ実装する。図６（ｃ）を参照に、基板の両面に、半田ボール１６を形成する。以上により、実施例１に係る半導体装置が完成する。実施例１は、図６（ｃ）のように、基板１２の表面及び裏面に半導体チップ２０及び半田ボール１６を対称に形成しているため、パッケージの反りを抑制することができる。
実施例１に係る半導体装置の製造方法は、図１のように、基板１２上に溶融した樹脂3２を配置する。図２のように、溶融した樹脂３２上に半導体チップ２０を配置する。半導体チップ２０に圧力を加える。これにより、図４及び図５のように、半導体チップ２０を基板１２にフリップチップ実装する。さらに、図３のように、溶融した樹脂３２に空気により圧力を加えた状態で溶融した樹脂３２を硬化させ、アンダーフィル樹脂３０（樹脂部）を形成する。このように、溶融した樹脂３２に空気により圧力を加えた状態で溶融した樹脂３２からアンダーフィル樹脂３０を形成することにより、アンダーフィル樹脂３０内のボイドの発生を抑制することができる。これにより、アンダーフィル樹脂３０の接着力、熱伝導性、耐湿性の低下を抑制することができる。
溶融した樹脂３２へは流体により加圧することにより（つまり流体圧力により）アンダーフィル樹脂３０に均一に圧力が加わり、アンダーフィル樹脂３０内のボイドの発生を抑制することができる。実施例１では空気（気体）を用い溶融した樹脂３２を加圧する例を説明したが、流体圧力であればよい。例えば、油等で加圧してもよい。
溶融した樹脂３２の加圧は樹脂シート４０を介さず行ってもよい。しかしながら、実施例１の図２のように、半導体チップ２０上及び溶融した樹脂３２上に樹脂シート４０を配置し、図３のように、樹脂シート４０を介し、溶融した樹脂３２に流体圧力を加えることが好ましい。樹脂シート４０を用いることにより、溶融した樹脂３２を所定領域に配置し、アンダーフィル樹脂３０を処理毎に均一な形状とすることができる。すなわち、図１において、溶融した樹脂３２の滴下量が多かった場合でも、図３において、空間６０を加圧すると、不要な樹脂は樹脂シート４０と基板１２との隙間から外部に流出する。このように、処理毎に溶融した樹脂３２の滴下量が変動した場合でも、処理毎に均一な形状のアンダーフィル樹脂３０を形成することができる。
フリップチップ実装するため、半導体チップ２０に加える圧力は、溶融した樹脂３２に加える流体圧力であってもよい。しかしながら、フリップチップ実装のための圧力は、溶融した樹脂３２とは独立に印加できることが好ましい。これにより、フリップチップ実装とアンダーフィル樹脂３０の形成とを独立に制御することができる。
図２のように、基板１２に半導体チップ２０をフリップチップする際に、金型５６は半導体チップ２０を囲うように樹脂シート４０を基板１２に押圧する。すなわち、図３のように、樹脂部３０を形成する際には、樹脂シート４０は半導体チップ２０を囲うように基板１２に押圧されている。これにより、空間６０の圧力を保持し樹脂シート４０の形状が処理毎に均一になる。よって、アンダーフィル樹脂３０の形状を、処理毎に均一に形成することができる。
実施例１に係る半導体装置を製造する製造装置（フリップチップボンダ）は、図３のように、基板１２上に配置され溶融した樹脂に流体圧力を加える金型５６（加圧部）と、溶融した樹脂３２に流体圧力を加えた状態で溶融した樹脂３２を硬化させ、アンダーフィル樹脂３０（樹脂部）を形成するステージ７０（樹脂形成部）と、溶融した樹脂３２上に配置された半導体チップ２０に圧力を加え、半導体チップ２０を基板１２にフリップチップ実装する実装部５４と、を有している。これにより、溶融した樹脂３２に流体圧力を印加することで、アンダーフィル樹脂３２内のボイドの発生を抑制することができる。
実施例１に係る半導体装置の製造方法で製造された半導体装置１０は、図５のように、基板１２上にフリップチップ実装された半導体チップ２０と、半導体チップ２０と基板１２との間に設けられたアンダーフィル樹脂３０（樹脂部）とが設けられている。樹脂シート４０が半導体チップ２０とアンダーフィル樹脂３０とを覆うように設けられており、樹脂シート４０は、半導体チップ２０上に孔部４２を有している。このように、樹脂シート４０を有することにより、アンダーフィル樹脂３０内のボイドの発生を抑制することができる。さらに、アンダーフィル樹脂３０の形状を均一にすることができる。また、樹脂シート４０が孔部４２を有することにより、図１のように、実装部５４が樹脂シート４０を介し半導体チップ２０を吸着することができる。
図２のように、加圧部として、金型５６内の空間６０内を加圧することにより溶融した樹脂３２を加圧する例を示したが、加圧部は溶融した樹脂３２に流体圧力を印加する構成であればよい。
図３のように、樹脂形成部として、溶融した樹脂３２を昇温し熱硬化させアンダーフィル樹脂３０（樹脂部）を形成するステージ７０を例に説明した。樹脂形成部は、溶融した樹脂３２に流体圧力が印加された状態で溶融した樹脂３２を硬化させる構成であればよい。
図１のように、実装部５４として、吸着部５２に半導体チップ２０を吸着し基板１２にフリップチップ実装する例を示したが、実装部は、半導体チップ２０に圧力を加え、基板１２にフリップチップ実装する構成であればよい。
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
図１は実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す図（その１）である。 図２は実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す図（その２）である 図３は実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す図（その３）である 図４は実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す図（その４）である。 図５は実施例１に係る半導体装置の断面図である。 図６（ａ）から図６（ｃ）は実施例１に係る半導体装置の製造方法を示す図（その５）である。
符号の説明
１０ 半導体装置
１２ 基板
２０ 半導体チップ
３０ アンダーフィル樹脂
３２ 溶融した樹脂
４０ 樹脂シート
４２ 孔部
５０ フリップチップボンダ
５２ 吸着部
５４ 実装部
５６ 金型
５８ Ｏリング
６０ 空間
６６ 注入部
６８ 排気部

Claims (7)

  1. 基板上に溶融した樹脂を配置する工程と、
    前記溶融した樹脂上に半導体チップを配置する工程と、
    前記半導体チップに圧力を加え、前記半導体チップを前記基板にフリップチップ実装する工程と、
    前記溶融した樹脂に流体圧力を加えた状態で前記溶融した樹脂を硬化させ、樹脂部を形成する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記溶融した樹脂上及び前記半導体チップ上に樹脂シートを配置する工程を有し、
    前記樹脂部を形成する工程は、前記樹脂シートを介し前記溶融した樹脂に流体圧力を加える工程を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記樹脂部を形成する工程は、前記半導体チップを囲うように前記樹脂シートを基板に押圧する工程を含むことを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記流体圧力は気体による圧力であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
  5. 基板上に配置された溶融した樹脂に流体圧力を加える加圧部と、
    前記溶融した樹脂に流体圧力を加えた状態で前記溶融した樹脂を硬化させ、樹脂部を形成する樹脂形成部と、
    前記溶融した樹脂上に配置された半導体チップに圧力を加え、前記半導体チップを前記基板にフリップチップ実装する実装部と、
    を具備することを特徴とする半導体装置の製造装置。
  6. 前記加圧部は、前記溶融した樹脂上及び前記半導体チップ上に設けられた樹脂シートを介し前記溶融した樹脂に流体圧力を加えることを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造装置。
  7. 基板上にフリップチップ実装された半導体チップと、
    前記半導体チップと前記基板との間に設けられた樹脂部と、
    前記半導体チップと前記樹脂部とを覆うように設けられ、前記半導体チップ上に孔部を有する樹脂シートと、を具備することを特徴とする半導体装置。
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