JP2000340589A

JP2000340589A - 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置

Info

Publication number: JP2000340589A
Application number: JP11151436A
Authority: JP
Inventors: Shoji Yamamoto; 庄司山本; Sadataka Odajima; 定孝小田島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2000-12-08
Anticipated expiration: 2019-05-31
Also published as: JP3990842B2

Abstract

(57)【要約】【課題】雰囲気を低圧にし、回路基板、半導体素子及
び液状樹脂で形成される密閉空間と、雰囲気との間に圧
力差を設け、密閉空間にエアー流入無しに樹脂封止をす
るとともに樹脂封止に要する時間を短くすることができ
る半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供す
る。【解決手段】半導体素子１１と回路基板１３との隙間
に樹脂封止する樹脂充填方法において雰囲気を低圧に
し、半導体素子１１、回路基板１３及び液状樹脂１５で
形成される密閉空間と雰囲気との間に任意の値に設定・
制御された圧力差を設けて密閉空間にエアー流入のない
状態で樹脂封止を行う。圧力差を設けるために、減圧ガ
スのみでなく、高圧ガスを雰囲気に用いて樹脂封止に要
する時間を短くすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置を構成
する半導体素子と回路基板との間に樹脂充填を行う方法
及びこの方法を実施する半導体製造装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】フリップチップ型半導体装置は、半導体
素子とこの半導体素子が搭載された回路基板から構成さ
れている。図１４は、従来のフリップチップ型半導体装
置の断面図である。集積回路が内部に形成された半導体
素子２にはこの集積回路に電気的に接続された複数の接
続電極（図示せず）が形成されている。この接続電極に
は、例えば、はんだなどからなるボール状の接続端子
（バンプ）７が接続されている。回路基板１は、半導体
素子２が搭載される主面には配線及び接続電極（図示せ
ず）が形成されている。そして、複数のバンプ７が主面
の接続電極に接続されている。回路基板１の裏面には、
図示しない接続電極が形成されており、この接続電極に
接続されるように、例えば、ボール状の外部端子８が取
り付けられている。回路基板１の主面の接続電極と裏面
の接続電極とは適宜回路基板１の内部配線（図示せず）
を介して接続されている。半導体素子２と回路基板１と
の間にはバンプ７の厚さ分だけ間隙がある。この間隙に
はエポキシ樹脂などの樹脂封止体６が封止されている。

【０００３】この樹脂封止体６を形成する方法として、
まず、半導体素子（チップ）２に取り付けたバンプ７を
回路基板１に搭載してから、半導体素子２と回路基板１
との間隙の半導体素子２の外周の一部にディスペンスノ
ズルから液状樹脂を滴下し、次いで、加熱軟化した液状
樹脂を毛細管現象により半導体素子２と回路基板１の間
隙に浸透させる。間隙に浸透された液状樹脂は、半導体
素子２と回路基板１の間隙に均一に広がり、加熱硬化さ
れて樹脂封止体６が形成される。しかし、この様に半導
体素子２と回路基板１との間隙への樹脂充填が終了した
後、均一な樹脂封止体６を形成するため、あらかじめ塗
布しなかった一部に再度液状樹脂を塗布していた。この
場合、樹脂塗布工程に要する時間は、塗布装置を１台で
補おうとすると、塗布時間のみならず半導体素子外周よ
り回路基板の間隙に樹脂を充填する時間も合計されたも
のとなり、生産性が非常に低い樹脂充填装置となる。そ
こで、従来に比べて短時間で樹脂充填が実現でき、且つ
空気の巻き込みや樹脂から発生するガスなどによるボイ
ド不良が低減できる樹脂充填方法が開発された（特願平
９−２８３６７８号）。

【０００４】この方法は、フリップチップ型半導体装置
の半導体素子と回路基板との間隙及びその外周への樹脂
充填方法において、液状樹脂を半導体素子外周に塗布
し、外周の１部は排気孔として液状樹脂を塗布せずにお
いて真空チャンバへセットし、真空チャンバ内を、例え
ば、２ｔｏｒｒ以下に減圧し、減圧直後に液状樹脂を塗
布しない部分を閉鎖した後、真空破壊を実施して半導体
素子内外の気圧差（例えば、約１気圧）を利用して樹脂
充填させることを特徴としている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の図１４に示すフ
リップチップ型半導体装置を樹脂封止する上記真空破壊
を実施する方法について図１５及び乃至図１６を参照し
ながら説明する。半導体製造装置の樹脂塗布装置におい
て、外部端子が取り付けられた回路基板１とこの回路基
板１にフリップチップボンディングされた半導体素子２
との隙間に樹脂を充填させるために、ディスペンスノズ
ルから一部排気孔４となる未塗布部分を残して半導体素
子の周辺に液状樹脂３を塗布する（図１５（ａ））。そ
の後半導体素子２を取り付けた回路基板１をチャンバ内
へと移送させ、これを減圧雰囲気にさらすと同時に、樹
脂粘度を下げるために回路基板１を加熱させ、樹脂加熱
を行う。樹脂加熱後、排気孔４近傍の液状樹脂３が毛細
管現象により浸透が進んで排気孔４が閉じられる（図１
５（ｂ））。その後、雰囲気の圧力を大気圧まで上昇さ
せる。回路基板１と半導体素子２との隙間は、低圧状態
で樹脂３により密閉空間となっているため、雰囲気の圧
力を上昇させることにより、この密閉空間と雰囲気との
間に圧力差が生じる。この圧力差により液状樹脂３がこ
の隙間の内部に吸い込まれ（もしくは押し込まれ）て図
１４に示すような樹脂封止体６が回路基板１と半導体素
子２との隙間に形成される（図１６）。

【０００６】この方法によると、間隙への樹脂充填が終
了した後あらかじめ塗布しなかった一部に再度液状樹脂
を塗布する従来技術に比べて、減圧直後に排気孔を閉鎖
するので短時間でフリップチップ型半導体装置の樹脂充
填が実現でき、また、空気の巻き込みや樹脂から発生す
るガスなどによるボイド不良も低減できる。しかし、
大気開放を行うときの圧力変化により、液状樹脂にかか
る力が樹脂の粘度、界面力等により互いに結びつこうと
する力よりも大きい場合には、図１６に示すように樹脂
量の少ない排気孔の部分が破壊され、周囲から気体が流
入する現象が発生する。この流入した気体がボイドとな
って残り、その結果、製品の信頼性を落とすという問題
があった。また、半導体素子と回路基板との隙間が小
さくなると、形状抵抗が大きくなり、樹脂抵抗が大きく
なり、樹脂粘度、チクソトロピー性等の影響を受け、充
填速度の著しい低下を招き、その結果、生産性の低下に
つながるという問題があった。本発明は、このような事
情によりなされたものであり、半導体素子と回路基板と
の隙間に液状樹脂を封止する方法において、雰囲気を低
圧にし、回路基板、半導体素子及び液状樹脂で形成され
る密閉空間と、雰囲気との間に圧力差を設け、密閉空間
にエアー流入無しに樹脂封止をするとともに樹脂封止に
要する時間を短くすることができる半導体装置の製造方
法及び半導体製造装置を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体素子と
回路基板との隙間に樹脂封止する樹脂充填方法におい
て、雰囲気を低圧にし、半導体素子、回路基板及び液状
樹脂で形成される密閉空間と雰囲気との間に任意の値に
設定・制御された圧力差を設けて密閉空間にエアー流入
のない状態で樹脂封止を行うことに特徴がある。また、
圧力差を設けるために、減圧ガスのみでなく、高圧ガス
を雰囲気に用いて樹脂封止に要する時間を短くすること
に特徴がある。すなわち、本発明の半導体装置の製造方
法は、主面に形成された接続電極にボール状接続端子を
設けた半導体素子がこのボール状接続端子を介して接続
された回路基板を塗布装置に搭載させ、前記回路基板上
に前記半導体素子外周の一部を残して液状樹脂を塗布す
る工程と、前記半導体素子と前記回路基板とを減圧下に
置いて、前記半導体素子と前記回路基板との間隙の空気
を排除すると共に残された未塗布部を塞ぎ、前記半導体
素子の全外周を前記液状樹脂で充填させる工程と、前記
液状樹脂が充填された前記半導体素子と前記回路基板と
を大気圧に戻して前記半導体素子と前記回路基板との間
隙の未充填部分の樹脂充填を完了させる工程とを備え、
前記半導体素子と前記回路基板とを大気圧に戻すまでの
圧力を、任意の設定値に設定しながら、制御することを
第１の特徴としている。

【０００８】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
主面に形成された接続電極にボール状接続端子を設けた
半導体素子がこのボール状接続端子を介して接続された
回路基板を塗布装置に搭載させ、前記回路基板上に前記
半導体素子外周の一部を残して液状樹脂を塗布する工程
と、前記半導体素子と前記回路基板とを減圧下に置い
て、前記半導体素子と前記回路基板との間隙の空気を排
除すると共に残された未塗布部を塞ぎ、前記半導体素子
の全外周を前記液状樹脂で充填させる工程と、前記液状
樹脂が充填された前記半導体素子と前記回路基板とを大
気圧に戻して前記半導体素子と前記回路基板との間隙の
未充填部分の樹脂充填を完了させる工程とを備え、前記
半導体素子と前記回路基板とを大気圧に戻すまでの圧力
を、流入する気体の流量を制御することにより任意の設
定値に設定しながら、制御することを第２の特徴として
いる。前記流入する気体は、高圧ガスであるようにして
も良い。前記任意の設定値は複数であっても良い。

【０００９】また、本発明の半導体製造装置は、主面に
形成された接続電極にボール状接続端子を有する半導体
素子がこのボール状接続端子を介して接続された回路基
板に液状樹脂を塗布する塗布装置と、前記液状樹脂が塗
布された回路基板を所定の圧力の雰囲気に調整する圧力
制御装置とを備え、前記回路基板上の前記半導体素子外
周の少なくとも一部を残して液状樹脂を塗布し、前記半
導体素子が接続された回路基板を減圧下に置いて、前記
半導体素子と前記回路基板との間隙の空気を排除すると
共に残された未塗布部を塞いで前記半導体素子全外周を
前記液状樹脂で充填させ、前記液状樹脂が充填された前
記半導体素子と前記回路基板とを大気圧に戻して前記半
導体素子と前記回路基板との間隙の未充填部分の樹脂充
填を完了させ、且つ前記半導体素子と前記回路基板とを
大気圧に戻すまでの圧力を、任意の設定値に設定しなが
ら、制御することを特徴としている。流入する気体の流
量を制御することにより前記半導体素子と前記回路基板
とを大気圧に戻すまでの圧力を、任意の設定値に設定し
ながら、制御するようにしても良い。

【００１０】なお液状樹脂の粘度は、ディスペンス時に
は１０〜１０００００ｐｏｉｓ程度が適当である。半導
体素子の周辺に塗布される液状樹脂に設けられた排気孔
として用いられる未塗布部分のトータルの大きさは、半
導体素子の５％〜７０％が適当である。５％未満では、
排気孔としての効果はなく、７０％を越えると減圧空間
を形成することができない。また、半導体素子と回路基
板との間隙は２０〜２００μｍ程度である。回路基板
は、セラミックスもしくは合成樹脂を材料にしている。
さらに、液状樹脂は、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹
脂、ビニル重合樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエス
テル樹脂、ジアリルフタレート樹脂などの熱硬化性樹
脂、芳香族ポリアミド、ナイロン樹脂、超高分子量ポリ
エチレン、オレフィンやアミドなどを使用した熱可塑性
エラストマーなどの熱可塑性樹脂などが用いられる。

【００１１】請求項１及び請求項２の発明では、液状樹
脂の界面に発生する粘着力、粘度等により生じる樹脂が
結びついて圧力変化に打ち勝とうとする力に対して、そ
れ以下の力を発生させるように圧力制御を行って、半導
体素子、回路基板及び液状樹脂で形成される密閉空間内
へのエアー流入を防ぐことができる。請求項３の発明で
は、設定圧力を複数設けることにより一層圧力制御が容
易になる。請求項４の発明では、半導体素子と回路基板
との隙間が狭くなり、形状抵抗が大きくなって充填速度
が著しく遅くなった場合でも大気圧に戻した後、雰囲気
を高圧状態にすることにより、樹脂を充填する方向に対
して力が加わり、その結果充填速度を加速させることが
できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して発明の実施
の形態を説明する。まず、図１乃至図５を参照して第１
の実施例を説明する。図１は、樹脂充填方法を説明する
フリップチップ型半導体装置の平面図、図２は、樹脂充
填方法を説明する樹脂が充填された回路基板の平面図
（図中、半導体素子は、説明を容易にするために点線で
表示）、図３は、半導体素子と回路基板との間に樹脂封
止体（アンダーフィル）が形成された半導体装置の断面
図、図４及び図５は、圧力制御プロファイルを示すタイ
ミング図である。図３に示されるフリップチップ型半導
体装置は、半導体素子１１と、この半導体素子１１が搭
載された回路基板１３と、両者の間に形成されたアンダ
ーフィル樹脂封止体１６とから構成されている。すなわ
ち、集積回路が内部に形成された半導体素子１１にはこ
の集積回路に電気的に接続された複数の接続電極が形成
されている。この接続電極には、例えば、はんだからな
るボール状の接続端子（バンプ）１２が接続されてい
る。回路基板１３の半導体素子１１が搭載される主面に
は図示はしないが配線及び接続電極が形成されている。
半導体素子１１の複数のバンプ１２は、回路基板１３主
面の接続電極に接続されている。回路基板１３の裏面に
は、接続電極が形成されており、この接続電極に接続さ
れるようにボール状の外部端子１４が取り付けられてい
る。

【００１３】回路基板１３の主面の接続電極と裏面の接
続電極とは適宜回路基板１３の内部配線を介して接続さ
れている。また、半導体素子１１と回路基板１３との間
にはバンプの厚さ分だけ間隙がある。この間隙にはエポ
キシ樹脂などの樹脂が封止されており、図１及び図２
は、この樹脂の間隙への充填方法を示すものである。こ
の充填方法を図１、図２、図４を参照して説明する。ま
ず、回路基板１３上の半導体素子１１外周に樹脂が塗
布されていない部分を一部残してディスペンサーから供
給される液状樹脂１５をディスペンスする。樹脂が塗布
されていない部分は、排気孔１０として用いられる（図
１（ａ））。すなわち、半導体素子１１外周の一部を残
して全体を囲い込む様に液状樹脂１５を塗布する。ここ
で、半導体素子１１外周の一部に液状樹脂を塗布しない
理由は、後工程の減圧処理において、半導体素子と回路
基板の間の空気を排気するためである。その後、図４
に示す時刻ａで半導体装置全体を大気圧より低い真空も
しくは減圧雰囲気（図４では減圧状態にしている）下に
さらすことにより、半導体素子外周部が塗布されていな
い部分を介して、半導体素子１１と回路基板１３との間
の空気を排気する。この際、充分な排気を実現するため
には半導体素子外周の液状樹脂が塗布されていない部分
を所定時間残存させておくことが有効である。

【００１４】半導体装置を減圧下にさらすことは、真空
チャンバ１８内で行う（図１（ｂ））。そして、半導
体装置を減圧雰囲気にさらすと同時に回路基板１３を加
熱する。この加熱処理により樹脂も加熱されその粘度が
下げられる。その結果、液状樹脂１５が流動し易くな
り、毛細管現象によって半導体素子１１と回路基板１３
との隙間に浸透していき、最終的に液状樹脂１５が塗布
されていない排気孔１０は、液状樹脂１５によって閉じ
られる（図１（ｃ））。排気孔１０が閉じられて半導
体素子１１の液状樹脂１５が完全に繋がった後の半導体
素子１１と回路基板１３との間の半導体素子１１中央に
存在する樹脂未充填部分は、閉じた減圧空間１０１にな
っている（図２（ａ））。次に、真空チャンバ１８を大
気圧状態にする、すなわち、閉じた減圧空間１０１が存
在する状態で回路基板１３及び液状樹脂１５の周囲を大
気圧雰囲気に開放すると、内部の減圧空間とその外周と
の間に気圧差が生じるので液状樹脂１５外周全体に掛か
る大気圧により減圧空間１０１が潰れて半導体素子１１
と回路基板１３との間隙の内部まで確実に充填がなされ
る（図２（ｂ））。大気圧は、９００〜１０６０ｈＰａ
程度をいう（この実施例では大気圧は、図４に示すよう
に１×１０⁵Ｐａとする）。

【００１５】この減圧雰囲気を変化させて大気圧に解放
する期間は、図４に示す時刻ｂから時刻ｄまでに相当す
る。この期間において、まず、設定圧力を時刻ｂにおい
てＰ１に設定する。設定圧力Ｐ１を所定時間維持してか
ら、徐々に圧力を上げて時刻ｃにおいて設定圧力をＰ２
に設定し、この圧力を所定時間維持してから圧力を上げ
て時刻ｄにおいて大気圧雰囲気に開放する。このよう
に、２つの設定圧力を設けてから大気圧に戻すので、樹
脂の界面に発生する粘着力や粘度等により生じる「樹脂
が結びつき、圧力変化に打ち勝とうとする力」に対し
て、それ以下の力を発生させるように制御し、その結
果、半導体素子、回路基板、樹脂で形成される密閉空間
内へのエアー流入を防ぐことができるので製品信頼性の
向上が可能になる。

【００１６】以上説明した充填方法は、図４のタイミン
グにしたがって処理されるが、この実施例では図５のタ
イミングにしたがた処理することも可能である。図１
（ｂ）に示すように、図５に示す時刻ａで半導体装置全
体を到達真空度下にさらし、この真空度は、所定時間継
続させる。この減圧雰囲気を変化させて大気圧に解放す
る期間は、図５に示す時刻ｂから時刻ｃまでに相当す
る。この期間において、所定時間維持する設定圧力を設
定せずに徐々に圧力を上げて時刻ｃにおいて大気圧雰囲
気に開放する。このように、とくに設定圧力を設けずに
常時制御しながら大気圧に戻すことになる。このため樹
脂の界面に発生する粘着力や粘度等により生じる「樹脂
が結びつき、圧力変化に打ち勝とうとする力」に対し
て、それ以下の力を発生させるように制御し、その結
果、半導体素子、回路基板、樹脂で形成される密閉空間
内へのエアー流入を防ぐことができるので製品信頼性の
向上が可能になる。次に、液状樹脂を半導体素子と回
路基板１３との間に充填させて樹脂封止体１６を形成す
る。その後、半導体装置を真空チャンバ１８から取り出
して後処理を行って製品を完成させる。従来技術に比べ
極めて短時間でフリップチップ型半導体装置の樹脂充填
が実現でき、また、樹脂充填は空気の巻き込みや樹脂か
ら発生するガスなどによるボイド不良も低減できる。

【００１７】次に、図６及び図７を参照して第２の実施
例を説明する。この実施例では圧力制御装置を説明す
る。図６、図７は、減圧用チャンバ及び圧力制御の配管
系統を示す概念図である。図６において、チャンバは、
チャンバ本体２０を有し、チャンバ本体２０にはゲート
バルブ２１が取り付けられていて減圧状態で密閉される
ようになっている。チャンバ本体２０内部には半導体素
子を取り付けた回路基板が搭載されるワークステージ２
２がセットされている。チャンバ本体２０にはバルブ２
４を介して排気機構である真空ポンプ２３が接続されて
いる。また、チャンバ本体２０には空気、窒素等のガス
をチャンバ本体２０に流入させる圧力制御用バルブ２５
が取り付けられている。そして、チャンバ内部の圧力を
測定する真空計２６がチャンバ本体２０に取り付けられ
ている。

【００１８】チャンバ内ガスは、例えば、真空ポンプ２
３などの排気機構によりチャンバ外へと排出される。図
４又は図５のタイミングにしたがって最も高い真空度
（すなわち低い圧力）から徐々に外部から圧力制御バル
ブ２５を介してガスをを流入させて大気圧まで復帰させ
る。半導体素子と回路基板との隙間は、減圧下で密閉空
間となっているため、気体流入時に雰囲気と圧力差が生
じる。そして、大気開放を行うときの圧力変化により、
液状樹脂にかかる力が樹脂の粘度、界面力等により互い
に結びつこうとする力よりも大きくならないようにして
樹脂量の少ない排気孔の部分が破壊され、周囲から気体
が流入する現象が発生しないように段階的に圧力制御を
行いながら、この圧力差を解消していく。段階的な圧力
制御を行う手段は、図６ではチャンバ内部の圧力を測定
する真空計２６を備えているので、チャンバ内部の圧力
をセンシングして制御する方法で行う。一方、図７に記
載されたチャンバには、圧力制御バルブ２５に代えて流
量制御機構２７が取り付けられている。したがって、図
７のチャンバではガスの流量と時間を管理し、予め取得
したデータにより流量制御を行って最終的に必要な圧力
に到達させる方法で制御する。

【００１９】次に、図８及び図９を参照して第３の実施
例を説明する。この実施例は、圧力制御装置において高
圧用及び減圧用チャンバを使用することに特徴がある。
図８は、圧力制御プロファイルを示すタイミング図、図
９は、減圧・高圧両用チャンバと配管系統図を示す概念
図である。この実施例の樹脂充填方法は、図１及び図２
に示す工程で行われ、この工程中において図８に示す圧
力制御プロファイルにしたがって真空破壊が実施され
る。すなわち、回路基板上の半導体素子外周に樹脂が
塗布されていない部分を一部排気孔として残してディス
ペンサーから供給される液状樹脂をディスペンスする。
その後、図８に示す時刻ａで半導体装置全体を大気圧
より低い所定の到達真空度の雰囲気下にさらすことによ
り、半導体素子外周部が塗布されていない部分を介し
て、半導体素子と回路基板との間の空気を排気する。こ
のとき、充分な排気を実現するためには半導体素子外周
の樹脂が塗布されていない部分を所定時間残存させる。
そして、半導体装置が減圧雰囲気にさらされると同時
に回路基板が加熱されて樹脂の粘度が低下される。その
結果、液状樹脂が流動し易くなり、毛細管現象によって
半導体素子と回路基板との隙間に浸透していき、最終的
に液状樹脂が塗布されていない排気孔は、液状樹脂によ
って閉じられる。

【００２０】次に、排気孔が閉じられて液状樹脂が完
全に繋がった後の半導体素子と回路基板との間の半導体
素子中央に存在する樹脂未充填部分は、閉じた減圧空間
になる。次に、真空チャンバを大気圧状態にする。閉じ
た減圧空間が存在する状態で回路基板及び液状樹脂の周
囲を大気圧雰囲気に開放すると、内部の減圧空間とその
外周との間に気圧差が生じるので液状樹脂外周全体に掛
かる大気圧（この実施例では１×１０⁵とする）により
減圧空間が潰れて半導体素子と回路基板との間隙の内部
まで確実に充填される。この減圧雰囲気を変化させて大
気圧に解放する期間は、図８に示す時刻ｂから時刻ｆま
でに相当する。この期間において、まず、第１の設定圧
力として時刻ｂにおいてＰ１を設定する。第１の設定圧
力Ｐ１を所定時間維持してから、徐々に圧力を上げて時
刻ｃにおいて大気圧雰囲気にする。そして、大気圧に戻
した後、高圧ガス（１００〜５００ｋＰａ（１〜５ｋｇ
ｆ／ｃｍ²）程度）を注入することにより樹脂充填の速
度を加速するとともに、さらに圧力を上げて大気圧以上
にし、時刻ｄにおいて第２の設定圧力Ｐ２を設定する。
この圧力を所定時間維持してから圧力を上げて時刻ｅに
おいて第３の設定圧力Ｐ３を設定する。この第３の設定
圧力Ｐ３を所定時間維持させてから減圧して時刻ｆにお
いて大気圧雰囲気に開放する。

【００２１】このように、３つの設定圧力を設けてから
大気圧に戻すので、樹脂の界面に発生する粘着力や粘度
等により生じる、樹脂が結びついて圧力変化に打ち勝と
うとする力に対して、それ以下の力を発生させるように
制御され、その結果、半導体素子、回路基板、液状樹脂
で形成される密閉空間内へのエアー流入を防ぐことがで
き、製品信頼性の向上が可能になる。また、半導体素子
と回路基板との隙間が狭くなり、形状抵抗が大きくなっ
た場合、充填速度が著しく遅くなり、生産性が落ちる
が、この実施例のように、大気圧にした後加圧すると、
充填の方向に対して力を加えることになり、充填速度を
加速させて生産性の向上につながるようになる。図９
は、図８の圧力制御プロファイルにしたがった樹脂充填
方法を実施するための圧力制御装置の概念図である。チ
ャンバは、チャンバ本体２０を有し、チャンバ本体２０
にはゲートバルブ２９が取り付けられていて減圧状態及
び高圧状態で密閉されるようになっている。チャンバ本
体２０内部には半導体素子を取り付けた回路基板が搭載
されるワークステージ２２がセットされている。チャン
バ本体２０にはバルブ２４を介して排気機構である真空
ポンプ２３が接続されている。また、チャンバ本体２０
には空気、窒素等のガスをチャンバ本体２０に流入させ
る圧力制御用バルブ２５が取り付けられている。そし
て、チャンバ内部の圧力を測定する真空計２６がチャン
バ本体２０に取り付けられている。また、チャンバには
空気、窒素などの高圧ガスをチャンバ本体２０内部に供
給する高圧ガス供給システム２８が接続されている。

【００２２】チャンバ内ガスは、例えば、真空ポンプ２
３などの排気機構によりチャンバ外へと排出される。図
８のタイミングにしたがって最も高い真空度（すなわち
低い圧力）から徐々に外部から圧力制御バルブ２５を介
してガスをを流入させて大気圧まで復帰させる。大気圧
に復帰後、高圧ガス供給システム２８から高圧ガスをチ
ャンバ本体２０内部に、真空ポンプ２３で排気ガスを調
整しながら、供給して内部の雰囲気を高圧状態にする。
そして、大気開放を行うときの圧力変化により、液状樹
脂にかかる力が樹脂の粘度、界面力等により互いに結び
つこうとする力よりも大きくならないようにして樹脂量
の少ない排気孔の部分が破壊され、周囲から気体が流入
する現象が発生しないように段階的に圧力制御を行いな
がら、圧力差を解消し液状樹脂を半導体素子と回路基板
との隙間に充填させていく。段階的な圧力制御を行う手
段は、チャンバ内部の圧力を測定する真空計２６を備え
ているので、チャンバ内部の圧力をセンシングして制御
する方法で行う。図９の圧力制御装置は、図１３の圧力
プロファイルにしたがった樹脂充填方法を実施すること
もできる。

【００２３】上記工程において、真空チャンバを大気
圧状態にする。閉じた減圧空間が存在する状態で回路基
板及び液状樹脂の周囲を大気圧雰囲気に開放すると、内
部の減圧空間とその外周との間に気圧差が生じるので液
状樹脂外周全体に掛かる大気圧により減圧空間が潰れて
半導体素子と回路基板との間隙の内部まで確実に充填さ
れる。この減圧雰囲気を変化させて大気圧に解放する期
間は、図１３に示す時刻ｂから時刻ｆまでに相当する。
この期間において、まず、第１の設定圧力として時刻ｂ
においてＰ１を設定する。第１の設定圧力Ｐ１を所定時
間維持してから、時刻ｃから徐々に圧力を上げて時刻ｄ
において大気圧雰囲気にする。そして、大気圧に戻した
後、高圧ガス（１００〜５００ｋＰａ（１〜５ｋｇｆ／
ｃｍ²）程度）を注入することにより樹脂充填の速度を
加速するとともに、さらに圧力を上げて大気圧以上に
し、時刻ｅにおいて第２の設定圧力Ｐ２を設定する。こ
の圧力を所定時間維持してから減圧して時刻ｆにおいて
大気圧雰囲気に開放する。このように、２つの設定圧力
を設けてから大気圧に戻すので、樹脂の界面に発生する
粘着力や粘度等により生じる、樹脂が結びついて圧力変
化に打ち勝とうとする力に対して、それ以下の力を発生
させるように制御され、その結果、半導体素子、回路基
板、液状樹脂で形成される密閉空間内へのエアー流入を
防ぐことができ、製品信頼性の向上が可能になる。

【００２４】次に、図１０及び図１１を参照して第４の
実施例を説明する。図１０は、本発明のフリップチップ
型半導体装置の製造方法を実施するために用いられ、こ
の半導体装置に樹脂封止体（アンダーフィル）を形成す
る半導体製造装置の概略上面図、図１１は、アンダーフ
ィル樹脂封止体を形成する製造工程を示すフロー図であ
る。図１１に示すように、回路基板に搭載された半導体
素子外周に排気孔を備えるように液状樹脂を塗布してか
ら樹脂封止体を形成するまでの工程は、以下の通りであ
る。まず回路基板とその上に搭載された半導体素子を
樹脂塗布ステージにセットする。樹脂塗布ステージに
おいて、回路基板上の半導体素子外周に樹脂が塗布され
ていない部分を排気孔として一部残すようにディスペン
サーから液状樹脂をディスペンスする。その後半導体
装置全体を真空チャンバに収容し、半導体素子を搭載し
た回路基板をワークステージに載置しこれを加熱する。
これにより半導体装置は減圧雰囲気下にさらされて半導
体素子外周部が塗布されていない部分の排気孔を介し
て、半導体素子と回路基板との間の空気を排気する。こ
のとき、充分な排気を実現するために半導体素子外周の
樹脂が塗布されていない部分を所定時間残存させてお
く。

【００２５】その後真空チャンバ内を真空ポンプを
用いて減圧状態にし、この減圧下で半導体装置の半導体
素子外周部が塗布されていない部分の排気孔を塞いで半
導体素子の周辺の液状樹脂を繋げる。液状樹脂が完全
に繋がった後の半導体素子と回路基板との間の半導体素
子中央に存在する樹脂未充填部分は閉じた減圧空間にな
っている。そして真空チャンバを所定の設定圧力を設定
しながら大気圧状態にすると、内部の減圧空間とその外
周との間に気圧差が生じて液状樹脂外周全体に掛かる大
気圧により減圧空間が潰れ、半導体素子と回路基板との
間隙の内部まで確実に充填がなされる。次に、半導体
素子及び樹脂封止体を搭載させた回路基板を真空チャン
バから取り出す。後に半導体素子と回路基板との間の液
状樹脂は、オーブンで硬化される。

【００２６】図１０に示すように半導体製造装置は、ワ
ークステージ（塗布ステージ）３１とチャンバ本体２０
内に設置されたワークステージ（加熱ステージ）２２と
に分離されている。ワークステージ３１は、大気圧中で
操作される。半導体素子を搭載した回路基板上にはワー
クステージ３１上で液状樹脂が塗布される。液状樹脂
は、ノズルヘッド駆動機構（Ｘ−Ｙ−Ｚロボット）３５
により制御されるディスペンサーのノズルヘッド３３か
ら回路基板上に供給される。回路基板の位置は、認識カ
メラ（位置補正用ＣＣＤカメラ）３４で認識され、この
認識に基づいてノズル位置合わせポジション３６でノズ
ル位置を補正する。液状樹脂が塗布された回路基板は、
チャンバ本体２０内に搬送される。チャンバ本体２０
は、図９に示す減圧用及び高圧用のチャンバであって、
真空ポンプ２３、圧力制御用バルブ２５及び高圧ガス供
給システム２８が取り付けられている。樹脂を塗布する
工程は、操作パネル３７を介して操作され、減圧状態か
ら大気圧に戻すチャンバ内の工程は、操作パネル３８を
介して操作される。ワークステージ３１で図１１の工
程及び工程が行われ、ワークステージ２２で工程乃
至工程が行われる。

【００２７】次に、図１２を参照して第５の実施例を説
明する。この実施例は、回路基板上に塗布された液状樹
脂に形成された排気孔の形状に関するものである。図１
２は、回路基板上において半導体素子外周に塗布された
液状樹脂の形状を示す半導体素子及び回路基板の平面図
である。本発明は、以上のように、フリップチップ型半
導体装置の半導体素子と回路基板との間隙及びその外周
へ樹脂充填し、この間隙に樹脂封止体を形成する方法に
おいて、液状樹脂を半導体素子外周に塗布し、外周の１
部は排気孔として液状樹脂を塗布せずにおいて真空チャ
ンバへセットし、真空チャンバ内を減圧し、減圧後に大
気圧雰囲気にして排気孔を閉鎖して前記間隙に液状樹脂
で構成された減圧空間を形成後、真空破壊を行って半導
体素子内外の気圧差を利用し樹脂充填させることを特徴
としている。

【００２８】回路基板５２上の半導体素子５１外周に塗
布された液状樹脂４９の形状は、排気孔５０の数、大き
さを自由に変えることができる。図１２は、液状樹脂の
塗布形状の例を示したものである。排気孔５０は、半導
体素子５１周辺の一か所にのみ形成する第１〜第４の実
施例の場合（図１２（ａ））に限らず、複数箇所に形成
することができる（図１２（ｂ）〜（ｎ））。減圧時の
排気効率が向上するので複数の排気孔を形成し、その位
置をバランス良く設定することは重要である。また、半
導体素子の辺だけでなく角部にも形成することができる
（図１２（ｆ）〜（ｍ））。角部に形成すると外観が綺
麗になるという利点がある。しかし、角部は最も応力が
集中するところであるので、液状樹脂は、予め塗布して
おくことが好ましい。排気孔のトータルの大きさ、すな
わち、液状樹脂の未塗布部分の大きさは、半導体素子外
周の５％〜７０％程度が適当である。従来技術に比べて
短時間でフリップチップ型半導体装置の樹脂充填が実現
でき、また、空気の巻き込みや樹脂から発生するガスな
どによるボイド不良も低減することが可能である。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、以上の構成により、従来技術
に比べて短時間でフリップチップ型半導体装置の樹脂充
填が実現できる。そして、樹脂の界面に発生する粘着
力、粘度等により得られる樹脂が結びついて圧力変化に
打ち勝とうとする力に対して、それ以下の力を発生させ
るように圧力制御を行って、半導体素子、回路基板及び
液状樹脂で形成される密閉空間内へのエアー流入を防ぐ
ことができ製品の信頼性が向上する。また、半導体素子
と回路基板との隙間が狭くなり、形状抵抗が大きくなっ
て樹脂充填速度が著しく遅くなり、生産性が落ちてくる
場合でも大気圧に戻した後、高圧状態にすることによ
り、樹脂充填の方向に対して力を加えて充填速度を加速
させ、その結果生産性を向上させることができるように
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の樹脂充填方法を説明する半導体装置の
平面図。

【図２】本発明の樹脂充填方法を説明する半導体装置の
平面図。

【図３】本発明の半導体装置の断面図。

【図４】本発明の圧力制御プロファイルを示すタイミン
グ図。

【図５】本発明の圧力制御プロファイルを示すタイミン
グ図。

【図６】本発明の減圧用チャンバ及び圧力制御の配管系
統を示す概念図。

【図７】本発明の減圧用チャンバ及び圧力制御の配管系
統を示す概念図。

【図８】本発明の圧力制御プロファイルを示すタイミン
グ図。

【図９】本発明の減圧・高圧両用チャンバと配管系統図
を示す概念図。

【図１０】本発明の半導体装置に樹脂封止体を形成する
半導体製造装置の概略上面図。

【図１１】本発明の樹脂封止体を形成する製造工程を示
すフロー図。

【図１２】本発明の回路基板上において半導体素子外周
に塗布された液状樹脂の形状を示す半導体素子及び回路
基板の平面図。

【図１３】本発明の圧力制御プロファイルを示すタイミ
ング図。

【図１４】従来の半導体装置の断面図。

【図１５】従来の半導体装置の製造工程平面図。

【図１６】従来の半導体装置の製造工程平面図。

【符号の説明】

１、１３、５２・・・回路基板、２、１１、５１・・・
半導体素子（チップ）３・・・樹脂、樹脂封止体（アンダーフィル）、４、１
０、５０・・・排気孔、５・・・ボイド、６、１６
・・・樹脂封止体（アンダーフィル）、７、１２・・・
ボール状の接続端子（バンプ）、８、１４・・・外部端
子、１５、４９・・・液状樹脂、１８・・・真空チ
ャンバ、２０・・・チャンバ本体、２１、２９・・
・ゲートバルブ、２２・・・ワークステージ（加熱ステ
ージ）、２３・・・真空ポンプ、２４・・・バル
ブ、２５・・・圧力制御用バルブ、２６・・・真空
計、２７・・・流量制御機構、２８・・・高圧ガス
供給システム、３１・・・ワークステージ（塗布ステー
ジ）、３３・・・ノズルヘッド、３４・・・認識カメラ
（位置補正用ＣＣＤカメラ）、３５・・・ノズルヘッド
駆動機構（Ｘ−Ｙ−Ｚロボット）、３６・・・ノズル位
置合わせポジション、３７、３８・・・操作パネ
ル、１０１・・・閉じた減圧空間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F044 RR19 5F061 AA01 BA03 CA05 DE06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主面に形成された接続電極にボール状接
続端子を設けた半導体素子がこのボール状接続端子を介
して接続された回路基板を塗布装置に搭載させ、前記回
路基板上に前記半導体素子外周の一部を残して液状樹脂
を塗布する工程と、前記半導体素子と前記回路基板とを
減圧下に置いて、前記半導体素子と前記回路基板との間
隙の空気を排除すると共に残された未塗布部を塞ぎ、前
記半導体素子の全外周を前記液状樹脂で充填させる工程
と、前記液状樹脂が充填された前記半導体素子と前記回
路基板とを大気圧に戻して前記半導体素子と前記回路基
板との間隙の未充填部分の樹脂充填を完了させる工程と
を備え、前記半導体素子と前記回路基板とを大気圧に戻
すまでの圧力を、任意の設定値に設定しながら、制御す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】主面に形成された接続電極にボール状接
続端子を設けた半導体素子がこのボール状接続端子を介
して接続された回路基板を塗布装置に搭載させ、前記回
路基板上に前記半導体素子外周の一部を残して液状樹脂
を塗布する工程と、前記半導体素子と前記回路基板とを
減圧下に置いて、前記半導体素子と前記回路基板との間
隙の空気を排除すると共に残された未塗布部を塞ぎ、前
記半導体素子の全外周を前記液状樹脂で充填させる工程
と、前記液状樹脂が充填された前記半導体素子と前記回
路基板とを大気圧に戻して前記半導体素子と前記回路基
板との間隙の未充填部分の樹脂充填を完了させる工程と
を備え、前記半導体素子と前記回路基板とを大気圧に戻
すまでの圧力を、流入する気体の流量を制御することに
より任意の設定値に設定しながら、制御すること特徴と
する半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記任意の設定値は複数設けることを特
徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項４】前記流入する気体は、高圧ガスであるこ
とを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体装
置の製造方法。
【請求項５】主面に形成された接続電極にボール状接
続端子を有する半導体素子がこのボール状接続端子を介
して接続された回路基板に液状樹脂を塗布する塗布装置
と、前記液状樹脂が塗布された回路基板を所定の圧力の
雰囲気に調整する圧力制御装置とを備え、前記回路基板
上の前記半導体素子外周の少なくとも一部を残して液状
樹脂を塗布し、前記半導体素子が接続された回路基板を
減圧下に置いて、前記半導体素子と前記回路基板との間
隙の空気を排除すると共に残された未塗布部を塞いで前
記半導体素子全外周を前記液状樹脂で充填させ、前記液
状樹脂が充填された前記半導体素子と前記回路基板とを
大気圧に戻して前記半導体素子と前記回路基板との間隙
の未充填部分の樹脂充填を完了させ、且つ前記半導体素
子と前記回路基板とを大気圧に戻すまでの圧力を、任意
の設定値に設定しながら、制御することを特徴とする半
導体製造装置。
【請求項６】流入する気体の流量を制御することによ
り、前記半導体素子と前記回路基板とを大気圧に戻すま
での圧力を、任意の設定値に設定しながら、制御するこ
とを特徴とする請求項５に記載の半導体製造装置。