JP2012004603A - 半導体装置の実装構造、半導体装置の実装方法及び基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】導電部8を有した基板7上に、バンプ3を有した半導体チップ2をフェースダウンボンディングする半導体装置の実装方法である。半導体チップ2のバンプ形成面に、感光性で熱可塑性の樹脂、あるいはその前駆体からなる樹脂により、感光性で接着性を有する樹脂層5を形成する工程と、樹脂層5を露光、現像することでバンプ3直上の樹脂を除去し、その上面を露出させる工程と、樹脂層5を加熱処理して熱可塑性樹脂からなる樹脂膜6とする工程と、樹脂膜6を形成した半導体チップ2を基板7にフェースダウンボンディングし、樹脂膜6を接着剤として機能させることで半導体チップ2のバンプ3と基板7の導電部8とを電気的に導通させる工程と、を備える。樹脂膜6を接着剤として機能させる際に、樹脂膜6の溶融開始温度を50℃以上400℃以下にする。
【選択図】図1
Description
また、基板側に樹脂を設け、その上に半導体チップをフェースダウンボンディングする方式では、半導体チップのバンプが実装時に樹脂を掻き分け、側方に排出しながら基板上のランド(導電部)に接続するため、このランドと前記バンプとの間に必ず樹脂(接着剤)が残留してしまう。すると、ランドやバンプと残留した樹脂との間の熱膨張係数の差などから、ランドとバンプとの間が剥離するおそれが生じ、このため実装信頼性が低いといった課題がある。また、樹脂が残留することにより、ランドとバンプとの間の接続抵抗が大きくなるといった課題もある。
さらに、半導体チップをフェースダウンボンディングすると、基板上の樹脂(接着剤)が半導体チップに押されて側方にはみ出てしまうことから、半導体チップに隣接する他の部品をこの半導体チップの直近には配置することができず、結果として基板上にデッドスペースが生じてしまい、これが高密度実装を損なう一因となっている。
前記半導体チップのバンプ形成面に、感光性でかつ熱可塑性の樹脂、あるいはその前駆体からなる樹脂により、感光性でかつ接着性を有する樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層を露光し、さらに現像することで、前記バンプの直上部の樹脂を除去し、バンプの上面を露出させる工程と、
前記樹脂層を加熱処理することにより、該樹脂層を構成する樹脂を、熱可塑性樹脂からなる樹脂膜とする工程と、
前記樹脂層からなる樹脂膜を形成した半導体チップを前記基板にフェースダウンボンディングし、前記樹脂膜を接着剤として機能させることで前記半導体チップのバンプと前記基板の導電部とを電気的に導通させる工程と、を備え、
前記樹脂膜を接着剤として機能させる際に、該樹脂膜の溶融開始温度を50℃以上400℃以下にすることを特徴としている。
また、半導体チップのバンプの上面を露出させた状態で、基板に直接フェースダウンボンディングして基板の導電部に前記バンプを導通させるので、導電部とバンプとの間に樹脂が入り込むことがなく、したがって導電部とバンプとの間の剥離のおそれがなくなり、実装信頼性が向上するとともに、導電部とバンプとの間の接続抵抗も小さくなる。
さらに、接着性を有する樹脂膜を接着剤として機能させ、すなわち、樹脂膜を加熱溶融した後冷却して再度固化させ、あるいは熱硬化させることで、半導体チップをフェースダウンボンディングするので、フェースダウンボンディング時に、樹脂膜を構成する樹脂が半導体チップの側方にはみ出ることがほとんどなく、したがって基板上にデッドスペースがほとんど生じないことから、高密度実装が可能になる。
このようにすれば、樹脂膜が良好に接着性を発現し、接着剤として良好に機能するようになる。
このようにすれば、絶縁膜の耐熱性が高まり、信頼性が向上する。
このようにすれば、例えばこの感光性熱硬化樹脂接着シートからなる樹脂層がそのまま接着性を有する樹脂膜となることなどにより、工程が簡略化して生産性が向上する。
樹脂とシリコンからなるウエハとを一緒にダイシングするのは非常に難しいものの、このようにダイシングラインを露出させておけば、既存のダイシングソーなどによってウエハを従来通り容易にダイシングすることができる。
半導体チップに、ダイシング用のマークやボンディング用のマークなど各種のマークが形成されている場合に、これらマークを露出させておくことで、通常の半導体チップと同様のハンドリングが可能になる。
このようにすれば、基板の導電部と半導体チップのバンプとが、樹脂膜の接着力、すなわち樹脂膜が溶融し硬化する際の収縮力によって互いに引き寄せられ、接続しているのに対し、ろう材を介して接合することで、より強固な接合が得られる。また、樹脂膜を溶融させる際の加熱によってろう材を溶融させ、その後樹脂膜を再度硬化させるときの冷却(自然冷却)によってそのままろう材を硬化させることができるので、工程上、ろう材を加えることによる処理上の負荷の増加がほとんどない。
前記バンプの形成面に、前記バンプの上面を露出した状態で、接着性樹脂からなる樹脂膜が設けられていることを特徴としている。
この半導体装置によれば、接着性樹脂からなる樹脂膜を接着剤として機能させ、すなわち、樹脂膜を加熱溶融した後冷却して再度硬化させることで、半導体チップを基板上にフェースダウンボンディングすることができる。また、このとき、樹脂膜を構成する樹脂が半導体チップの側方にはみ出ることがほとんどないことから、基板上にデッドスペースがほとんど生じることがなく、したがってこの半導体装置を用いることで高密度実装が可能になる。
また、前記樹脂膜を形成するための樹脂層については、例えばスピンコートなどの汎用装置による方法で形成することができ、したがってこの半導体装置を用いることで実装に専用の装置が不要となり、よって実装コストの低減化が可能になる。
また、半導体チップのバンプの上面が露出しているので、基板に直接フェースダウンボンディングして基板の導電部に前記バンプを導通させることで、導電部とバンプとの間に樹脂が入り込むのを抑えることができる。その結果、導電部とバンプとの間の剥離を防止することができ、実装信頼性を向上することができるとともに、導電部とバンプとの間の接続抵抗も小さくすることができる。
このようにすれば、樹脂膜が良好に接着性を発現し、接着剤として良好に機能するようになる。
このようにすれば、絶縁膜の耐熱性が高まり、信頼性が向上する。
樹脂とシリコンからなるウエハとを一緒にダイシングするのは非常に難しいものの、このようにダイシングラインを露出させておけば、既存のダイシングソーなどによってウエハを従来通り容易にダイシングすることができる。
半導体チップに、ダイシング用のマークやボンディング用のマークなど各種のマークが形成されている場合に、これらマークを露出させておくことで、通常の半導体チップと同様のハンドリングが可能になる。
前記基板の導電部とチップのバンプとが、樹脂を介在することなく直接あるいは導電材料を介して間接的に接続していることを特徴としている。
この半導体装置の実装構造によれば、導電部とバンプとの間に樹脂が介在していないので、導電部とバンプとの間の剥離のおそれがなくなり、実装信頼性が向上するとともに、導電部とバンプとの間の接続抵抗も小さくなる。
このようにすれば、前記基板と半導体チップとが前記樹脂によって接着されているので、半導体チップが剥離してしまうなどのおそれのない、信頼性の高い実装構造となる。
この半導体装置の実装構造によれば、前記半導体装置の実装方法によって形成されたことにより、前述したように専用の装置が不要となることで実装コストが低減化され、また、導電部とバンプとの間に樹脂が入り込むことがないことから実装信頼性が向上するとともに、導電部とバンプとの間の接続抵抗も小さくなり、さらに、樹脂膜を構成する樹脂が半導体チップの側方にはみ出ることがほとんどないことから、高密度実装が可能なものとなる。
本実施形態では、まず、図1(a)に示すようにシリコン製のウエハ1を用意する。このウエハ1は、各種素子を形成してなる半導体チップ2を多数形成したもので、各半導体チップ2には、それぞれの能動面側にバンプ3が複数形成されている。バンプ3は、例えば電界メッキ法による金で形成され、あるいは無電界メッキ法によるニッケルと金との積層構造で形成されたもので、高さが、例えば5〜30μm程度に形成された円柱状または角柱状のものである。この他に金ワイヤーをボール状に加工するワイヤーバンプや、ハンダで形成されたハンダバンプなど、公知の他のバンプを適用することができる。
このような状態のもとで、マスク(図示せず)を用いてこの樹脂層5を適宜な光源(露光源)により、選択的に露光する。このとき、前述したように樹脂層5を構成する樹脂材料の樹脂分の感光性は、ポジ型であってもネガ型であってもよい。
また、バンプ3を形成するプロセスを従来通りそのまま採用することができ、さらに、ウエハ1のダイシングや半導体チップ2の検査も従来通りに行うことができる。
また、前記実施形態では、基板7への半導体チップ2の実装、およびランド8とバンプ3との接続(電気的導通)を樹脂膜6によって行ったが、本発明はこれに限定されることなく、例えば鉛フリーハンダなどのろう材(軟ろう材)を用い、これをランド8とバンプ3との介在させるようにしてもよい。
すなわち、前記樹脂膜6を形成した半導体チップ2を前記基板7にフェースダウンボンディングし、半導体チップ2のバンプ3と基板7のランド8とを電気的に導通させる際、鉛フリーハンダなどのろう材を予めランド8およびバンプ3の少なくとも一方に設けておくことにより、ろう材を介してバンプ3とランド8とを電気的に導通させるようにしてもよい。
また、半導体チップ2のバンプ3の上面が露出しているので、基板7に直接フェースダウンボンディングして基板7のランド8に前記バンプ3を導通させることで、ランド8とバンプ3との間に樹脂が入り込むのを抑えることができる。その結果、ランド8とバンプ3との間の剥離を防止することができ、実装信頼性を向上することができるとともに、ランド8とバンプ3との間の接続抵抗も小さくすることができる。
半導体チップ2に、ダイシング用のマークやボンディング用のマークなど各種のマークが形成されている場合に、これらマークを露出させておくことで、通常の半導体チップ2と同様にハンドリングを行うことができ、したがってその取り扱いを容易にすることができる。
また、前記樹脂膜6の厚さ(高さ)を、バンプ3の高さに一致させた場合には、前記の僅かに高くした場合の効果と、僅かに低くした場合の効果とを、共に期待することができる。どちらを選択するかは、どの特性を重視するかで決定すればよい。
このように、感光性熱硬化樹脂接着シート20を用いて樹脂層5を形成すれば、これがそのまま接着性を有する樹脂膜6となることなどにより、図1に示した例に比べ工程を簡略化することができる。
Claims (5)
- 導電部を有した基板上に、バンプを有した半導体チップをフェースダウンボンディングする半導体装置の実装方法において、
前記半導体チップのバンプ形成面に、感光性でかつ熱可塑性の樹脂、あるいはその前駆体からなる樹脂により、感光性でかつ接着性を有する樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層を露光し、さらに現像することで、前記バンプの直上部の樹脂を除去し、バンプの上面を露出させる工程と、
前記樹脂層を加熱処理することにより、該樹脂層を構成する樹脂を、熱可塑性樹脂からなる樹脂膜とする工程と、
前記樹脂層からなる樹脂膜を形成した半導体チップを前記基板にフェースダウンボンディングし、前記樹脂膜を接着剤として機能させることで前記半導体チップのバンプと前記基板の導電部とを電気的に導通させる工程と、を備え、
前記樹脂膜を接着剤として機能させる際に、該樹脂膜の溶融開始温度を50℃以上400℃以下にすることを特徴とする半導体装置の実装方法。 - 前記感光性でかつ熱可塑性の樹脂、あるいはその前駆体からなる樹脂材料には、熱硬化性樹脂もしくはその一部成分が含まれていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の実装方法。
- 前記半導体チップがウエハに形成されていて個片化される前の状態にある場合に、前記バンプの直上部の樹脂を除去し、バンプの上面を露出させる工程においては、前記ウエハのダイシングラインの直上部の樹脂も同時に除去し、前記ダイシングラインを露出させることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置の実装方法。
- 前記半導体チップにマークが形成されている場合に、前記バンプの直上部の樹脂を除去し、バンプの上面を露出させる工程においては、前記半導体チップのマークの直上部の樹脂も同時に除去し、前記マークを露出させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体装置の実装方法。
- 前記樹脂膜を形成した半導体チップを前記基板にフェースダウンボンディングし、前記半導体チップのバンプと前記基板の導電部とを電気的に導通させる工程においては、ろう材を介して前記バンプと前記導電部とを電気的に導通させることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体装置の実装方法。
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