JP2010135501A

JP2010135501A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2010135501A
Application number: JP2008308835A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhisa Watabe; 光久渡部
Original assignee: Elpida Memory Inc
Current assignee: Micron Memory Japan Ltd
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2010-06-17
Also published as: US20100133722A1

Abstract

【課題】反りが防止された半導体装置を製造工程を増やさず、かつ、熱膨張係数の異なる樹脂間にボイドや剥離を発生させずに製造する半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】配線基板を準備する工程と、前記配線基板の一面上に、半導体チップ８を搭載する工程と、キャビティ１５に液状の封止樹脂を備えて、前記液状の封止樹脂の上部にフィラー材２０を散布する工程と、前記封止樹脂に前記配線基板の一面側を浸漬する工程と、前記封止樹脂を硬化して封止体２２を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

一般に、ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）型の半導体装置は、一面に複数の接続パッドを有し、他面に接続パッドと電気的に接続された複数のランドとを有する配線基板と、配線基板の一面に搭載された半導体チップと、半導体チップの電極パッドと配線基板の接続パッドとを電気的に接続するワイヤと、少なくとも半導体チップとワイヤを覆う絶縁性樹脂からなる封止体と、ランドに設けられた半田ボール等の外部端子とから構成されてきた。

ところで、このようなＢＧＡ型の半導体装置には、配線基板と封止樹脂との熱膨張係数の差により、半導体装置に反りが発生するという問題があった。そして半導体装置が反った結果、マザーボードへの二次実装時に、半田ボールが部分的に接続されない等の接続不良を引き起こす問題があった。

また、ＰｏＰ（ＰａｃｋａｇｅｏｎＰａｃｋａｇｅ）に用いるＢＧＡ型の半導体装置では、他の積層接続する半導体装置との反り方向が異なっている場合には、他の積層接続する半導体装置との電気的接続ができなくなるという問題も生じていた。

さらに、配線基板と半導体チップとの熱膨張係数の差により、配線基板に搭載された半導体チップ端部の近傍位置、特に半導体チップの４隅近傍位置に応力がかかり、その直下の半田ボールが破断するという問題があった。これにより半導体装置の二次実装の信頼性が低下していた。

このような半導体装置の反り防止を目的とした従来技術としては、以下に示すような従来技術１ないし従来技術３が知られている。

従来技術１（特許文献１及び特許文献２）の半導体装置は、下部基板（配線基板）と、下部基板の上方に位置した半導体チップと、半導体チップを封止する中間部材（封止体）と、中間部材の上面を覆う上部基板とから構成されており、上部基板の熱膨張率を下部基板の熱膨張率とほぼ同じに構成されている。

また、従来技術２（特許文献３）の半導体装置は、配線基板上に搭載された半導体チップを覆い、ボンディングワイヤの変形防止の機能或いは半導体チップとワイヤの接続部の腐蝕を防止する機能を有する第１のレジン（封止体）と、配線基板及び第１のレジン上に形成され、配線基板の反りを防止する機能を有する第２のレジン（封止体）とから構成するものである。

また、従来技術３（特許文献４及び特許文献５）の半導体装置は、配線基板上に形成した第１の封止樹脂上に、繊維部材を混入した第２の封止樹脂を設けるように構成されている。
特開２００６−２６９８６１号公報特開２００７−６６９３２号公報特開２００６−２８６８２９号公報特開平１０−１１２５１５号公報特開２００８−１５３６０１号公報

ところで、上述した従来技術１には、封止用金型に上部基板をセットして封止樹脂を注入するように構成されているため、品種やパッケージサイズが異なる度に新たな上部基板を準備する必要があり、汎用性が悪いという不都合があった。
また、通常のフェイスアップ構造のＢＧＡ型の半導体装置に適用しようとした場合、ワイヤとのクリアランスを充分にとる必要があり、半導体装置の薄型化が困難となるという不都合もあった。
加えて、封止樹脂とは別にさらに上部基板を用意する必要があり、コストアップにつながるという問題もあった。

また、上述した従来技術２には、半導体チップを覆う樹脂層の上部に異なる機能の樹脂層を設けるように構成しているため、２段階での封止作業となり、製造効率が悪くなるという問題があった。
加えて、封止樹脂を封止金型内に流し込むように構成しているため、封止樹脂内のフィラー分布にも偏りが発生し、反りの発生につながる恐れもあった。

また、上述した従来技術３では、配線基板上に第１の封止樹脂の層を形成した後、第１の封止樹脂上に第２の封止樹脂の層を形成するため、第１の封止樹脂を形成する工程、第１の封止樹脂を熱硬化する工程、第２の封止樹脂を形成する工程、第２の封止樹脂を熱硬化する工程とを有することとなり、封止工程が２倍となって製造効率が悪くなるという問題があった。その結果、コストアップになるという問題もあった。

加えて、２段階で封止樹脂を形成しているため、封止樹脂間の接合強度が低下し、場合によっては第１の封止樹脂と第２の封止樹脂の間にボイドが発生する恐れもあった。ボイドが発生すると、リフロー時にパッケージクラックが生じる恐れがある。
更に、第１の封止樹脂の熱膨張を第２の封止樹脂で無理やり押さえ込むように構成されているため、第２の封止樹脂にクラックの発生や、第１の封止樹脂と第２の封止樹脂間のせん断剥離や第２の封止樹脂と基板間の剥離を招くという問題もあった。

また、ＭＡＰ（ＭｏｌｄＡｒｒａｙＰｒｏｃｅｓｓ）方式ではなく、半導体チップを搭載する配線基板毎に個別に２層の封止樹脂を形成するように構成しているため、半導体装置の製造効率が悪くなるという問題もあった。
加えて、配線基板上に台形状に第１の封止樹脂の層を形成し、その上に第２の封止樹脂の層を形成するように構成した結果、第１の封止樹脂と第２の封止樹脂の厚さが均一でないため、封止樹脂の熱膨張のバランスが悪くなるという問題もあった。

そこで、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の半導体装置の製造方法は、配線基板を準備する工程と、前記配線基板の一面上に、半導体チップを搭載する工程と、キャビティに液状の封止樹脂を備えて、前記液状の封止樹脂の上部にフィラー材を散布する工程と、前記封止樹脂に前記配線基板の一面側を浸漬する工程と、前記封止樹脂を硬化して封止体を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、一面に接続パッドを有し、他面に前記接続パッドと電気的に接続された複数のランドを有した配線基板を準備する工程と、前記配線基板の一面上に、半導体チップを搭載する工程と、前記接続パッドと前記半導体チップに設けられた電極パッドとを、電気的に接続する工程と、封止樹脂を加熱溶融する工程と、加熱溶融された前記封止樹脂の上部にフィラー材を散布する工程と、前記封止樹脂に前記配線基板の一面側を浸漬する工程と、前記封止樹脂を硬化することで封止体を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、一度の封止で熱膨張係数の異なる２層の封止樹脂からなる封止体を形成できる。その結果、一度の封止で封止体を形成するので、製造効率は悪くならず、コストを抑えることができる。
また、封止樹脂の上部にフィラー材を散布することで熱膨張係数の異なる２層の封止樹脂を形成するので、封止樹脂間で接合強度が低下することはなく、ボイドや剥離の発生を抑制することができる。

以下、本発明を適用した半導体装置の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態である半導体装置の製造フローを示す断面工程図である。図２は、半導体装置の封止工程を示す断面図である。図３は、本実施形態の半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置を示す断面図である。

図１（ａ）に示すように、本実施形態の半導体装置の製造に用いられる配線母基板１は、ＭＡＰ（ＭｏｌｄＡｒｒａｙＰｒｏｃｅｓｓ）方式で処理されるものであり、平面視略矩形の板状で、複数の製品形成部２がマトリクス状に配置されている。
製品形成部２は、ダイシングライン３で切断分離した後に、配線基板３０となる部位である。

配線母基板１は、例えば厚さ０．２５ｍｍのガラスエポキシ基板からなっており、基板の両面に所定の配線が設けられ、その外側の一部に図示略の絶縁膜、例えばソルダーレジストが積層された構成となっている。

配線母基板１の製品形成部２の一面２ａの配線のソルダーレジストから露出された部位には、それぞれ複数の接続パッド４が配置されている。
また、製品形成部２の他面２ｂの配線のソルダーレジストから露出された部位には、それぞれ複数のランド５が格子状に配置されている。
そして、接続パッド４とこれに対応するランド５は、配線６によりそれぞれ電気的に接続されている。

また、マトリックス状に配置された製品形成部２の周囲の領域には、枠部７が設けられている。枠部７には所定の間隔で図示略の位置決め孔が設けられ、搬送・位置決めが可能に構成されている。また、配線母基板１の製品形成部２間はダイシングライン３となる。
このようにして、図１（ａ）に示すような配線母基板１が準備される。

次に、図１（ｂ）に示すように、配線母基板１のそれぞれの製品形成部２の一面２ａの略中央位置に、それぞれ半導体チップ８の他面８ｂを固定部材９、例えば絶縁性の接着材あるいはＤＡＦ（ＤｉｅＡｔｔａｃｈｅｄＦｉｌｍ）等を介して接着固定する。
半導体チップ８は、一面８ａに所定の回路、例えば論理回路または記憶回路が形成され、周辺近傍位置には複数の図３に示すような電極パッド１０が形成されている。

半導体チップ８を製品形成部２に接着固定した後は、半導体チップ８の一面８ａに形成された電極パッド１０と、配線母基板１の接続パッド４とを導電性のワイヤ１１により結線する。

ワイヤ１１は、例えばＡｕ等からなり、図示略のワイヤボンディング装置により、溶融され先端にボールが形成されたワイヤ１１を、半導体チップ８の電極パッド１０上に超音波熱圧着することで接続する。その後、所定のループ形状を描き、ワイヤ１１の後端を対応する接続パッド４上に超音波熱圧着することでワイヤ１１を形成する。

次に、配線母基板１を、図２（ａ）に示すように、圧縮モールド装置１２の上型１３に配線母基板１の他面１ｂを吸着保持されるようにセットする。
この際、圧縮モールド装置１２の下型１４にはキャビティ１５が形成されており、キャビティ１５内にフィルム１６を介して顆粒状態の封止樹脂１７が所定量供給されている。

封止樹脂１７は、例えば、熱膨張係数が１２〜１４×１０^−６／℃程度の樹脂が用いられ、好ましくは配線母基板１、例えばガラスエポキシ配線基板の熱膨張係数である１３×１０^−６／℃に近似したエポキシ系の樹脂を用いる。

そして、下型１４が所定温度まで加熱されることで、図２（ｂ）に示すように、下型１４に供給された顆粒状態の封止樹脂１７が溶融され、キャビティ１５内に溶融された液状の封止樹脂である第１の樹脂層１８が形成される。

次に、図２（ｃ）に示すように、キャビティ１５内の溶融された第１の樹脂層１８上にフィラー材供給機構１９を用いて均一にフィラー材２０（球形状のガラス部材）を供給する。これにより、第１の樹脂層１８の表面近傍にフィラー材２０が供給され、表面近傍に含まれるフィラー材２０の含有量が多くなる。その結果、第１の樹脂層１８の表面近傍の熱膨張係数が低下され、第１の樹脂層１８の上層に第２の樹脂層２１が形成される。

第２の樹脂層２１は、例えば熱膨張係数が２〜４×１０^−６／℃程度、好ましくは半導体チップ８の熱膨張係数である３×１０^−６／℃に近似した熱膨張係数になるように、第１の樹脂層１８に供給されるフィラー材２０の量が調整される。
また、フィラー材２０は、例えば５０μｍ程度の大きさのもので、第２の樹脂層２１の熱膨張係数に応じて、適宜フィラー材２０の大きさ等が選定される。
また、フィラー材２０は、第１の樹脂層１８よりも比重が小さいものを用いることが好ましい。これにより、フィラー材２０を第１の樹脂層１８に供給した際に、フィラー材２０が第１の樹脂層１８の液面付近に集まり、第１の樹脂層１８と第２の樹脂層２１が形成される。

その後、配線母基板を吸着保持した上型を下降させて、配線基板の一面側を２層の溶融された樹脂層に浸漬させる。そして、図２（ｄ）に示すように前記上型と下型により２層の溶融された樹脂層からなる封止樹脂を加熱圧縮することで、配線母基板上に第１の樹脂層と、第１の樹脂層１８とは異なる熱膨張係数を有する第２の樹脂層２１とからなる封止体２２を形成する。
この際、第２の樹脂層２１の厚さが半導体チップ８の厚さと等しくなるように、前もって封止樹脂１７及びフィラー材２０の供給量等が調整される。

そして、配線母基板１を一体的に覆う封止体２２を、所定の温度、例えば１８０℃程度で熱硬化する。これにより、図１（ｃ）に示すように配線母基板１の複数の製品形成部２を一括的に覆う、第１の樹脂層１８及び第２の樹脂層２１からなる封止体２２が形成される。

このように、配線母基板１と近似した熱膨張係数を有する第１の樹脂層と、半導体チップ８と近似した熱膨張係数を有する第２の樹脂層とからなる封止体２２を形成することにより、配線母基板１の反りを低減することができる。

すなわち、配線母基板１と第１の樹脂層１８との間に、半導体チップ８と第２の樹脂層２１とが挟まれて配置された状態にある。また、半導体チップ８と第２の樹脂層２１とは略同じ熱膨張係数を有している。このため配線母基板１と第１の樹脂層１８との間において、半導体チップ８と第２の樹脂層２１とが一体となって熱膨張又は熱収縮をする。

これにより、半導体チップ８と第２の樹脂層とが、配線母基板１及び第１の樹脂層に対して、それぞれ略同程度にひずみを加えることとなり、バランスがとれて配線母基板１の反りが抑制される。

また、圧縮モールド装置１２を用いて第１の樹脂層１８及び第２の樹脂層２１を同時に形成しているため、製造工程を増やすことなく、１度の封止で熱膨張係数の異なる２層の樹脂層からなる封止体２２を効率よく形成できる。

また、第１の樹脂層１８の上部にフィラー材２０を散布することで第２の樹脂層２１を形成しているので、第１の樹脂層１８と第２の樹脂層２１間で接合強度が低下することはなく、ボイドや剥離が発生する恐れもない。

また、封止樹脂の注入等がなくなるため、図２に示すゲート２３側とエアベント２４側での第２の樹脂層２１に含まれるフィラー材２０の分布が一定となる。そして、フィラー材２０の分布が一定となることで、フィラー材２０の含まれる量の偏りに起因した封止体２２形成後の配線母基板１の反りを抑制することができる。更に、封止樹脂の注入がなくなるため、ワイヤ流れ等の発生を低減できる。

また、ＭＡＰ方式及びフィラー材供給により２層の樹脂層を形成するように構成したことで、配線母基板１のサイズや端子数等に関係なく、汎用的に実施できる。

次に、封止体２２の形成が完了した配線母基板１は、ボールマウント工程に移行され、図１（ｄ）に示すように、配線母基板１の製品形成部２の他面２ｂに格子状に配置された複数のランド５上に、導電性の半田ボール２５を搭載し、外部端子となるバンプ電極を形成する。

具体的には、配線母基板１上のランド５の配置に合わせて複数の吸着孔が形成された吸着機構２６を用いて、例えば半田等からなる半田ボール２５を吸着孔に保持し、保持された半田ボール２５にフラックスを転写形成し、配線母基板１のランド５に一括搭載する。全ての製品形成部２への半田ボール２５搭載後、配線母基板１をリフローすることでバンプ電極（外部端子）が形成される。
なお、前述したように配線母基板１の反りが低減しているため、半田ボール２５を良好に搭載することができる。

次に、半田ボール２５の搭載された配線母基板１は基板ダイシング工程に移行され、図１（ｅ）に示すように、配線母基板１をダイシングライン３で切断し、製品形成部２毎に分離する。
具体的には、配線母基板１の封止体２２側をダイシングテープ２７に接着し、ダイシングテープ２７によって配線母基板１を支持する。その後、配線母基板１を図示略のダイシング装置のダイシングブレード２８により縦横にダイシングライン３を切断して製品形成部２毎に切断分離する。切断分離後、ダイシングテープ２７からピックアップすることで、図３に示すような半導体装置２９が得られる。

すなわち、半導体チップ８の側面８ｃに接し、配線基板３０の一面３０ａ上に積層されて形成された、半導体チップ８の熱膨張係数に近い熱膨張係数の低い材料の第１の樹脂層１８と、半導体チップ８の一面８ａと第１の樹脂層１８上に形成された、配線基板３０の熱膨張係数に近似した熱膨張係数の高い材料の第２の樹脂層２１とからなる封止体２２を有する半導体装置２９が得られる。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、一度の封止で熱膨張係数の異なる第１の樹脂層１８及び第２の樹脂層２１からなる封止体２２を形成できる。その結果、一度の封止で封止体２２を形成するので、製造効率は悪くならず、コストを抑えることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば本実施形態では、ガラスエポキシ基材からなる配線基板を用いた場合について説明したが、ポリイミド基材からなるフレキシブル基板等、他の基材の配線基板に適用することも可能である。例えばポリイミド基材からなるフレキシブル配線基板を用いた場合には、第１の樹脂層を、例えばポリイミド樹脂の熱膨張係数に合せて、２０〜２５×１０^−６／℃程度とすることで、適用することができる。

またＢＧＡ型の半導体装置について説明したが、ＬＧＡ（ＬａｎｄＧｒｉｄＡｒｒａｙ）等、他の半導体装置に適用しても良い。
また一つの製品形成部に、複数の半導体チップを搭載したＭＣＰ（ＭｕｌｔｉＣｈｉｐＰａｃｋａｇｅ）やＳｉＰ（ＳｙｓｔｅｍｉｎＰａｃｋａｇｅ）等の半導体装置に適用しても良い。

本発明は、半導体装置を製造する製造業において幅広く利用することができる。

図１は、本発明の実施形態である半導体装置の製造フローを示す断面工程図である。図２は、半導体装置の封止工程を示す断面図である。図３は、本実施形態の半導体装置の製造方法によって製造された半導体装置を示す断面図である。

符号の説明

４・・・接続パッド、５・・・ランド、８・・・半導体チップ、８ｃ・・・半導体チップの側面、１０・・・電極パッド、１７・・・封止樹脂、２０・・・フィラー材、２２・・・封止体、３０・・・配線基板、３０ａ・・・配線基板の一面、

Claims

配線基板を準備する工程と、
前記配線基板の一面上に、半導体チップを搭載する工程と、
キャビティに液状の封止樹脂を備えて、前記液状の封止樹脂の上部にフィラー材を散布する工程と、
前記封止樹脂に前記配線基板の一面側を浸漬する工程と、
前記封止樹脂を硬化して封止体を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
一面に接続パッドを有し、他面に前記接続パッドと電気的に接続された複数のランドを有した配線基板を準備する工程と、
前記配線基板の一面上に、半導体チップを搭載する工程と、
前記接続パッドと前記半導体チップに設けられた電極パッドとを、電気的に接続する工程と、
封止樹脂を加熱溶融する工程と、
加熱溶融された前記封止樹脂の上部にフィラー材を散布する工程と、
前記封止樹脂に前記配線基板の一面側を浸漬する工程と、
前記封止樹脂を硬化することで封止体を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記封止樹脂の熱膨張係数と前記配線基板の熱膨張係数とが等しい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。
前記フィラー材が散布された前記封止樹脂の上部の熱膨張係数と前記半導体チップの熱膨張係数とが略等しいことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記フィラー材が散布された前記封止樹脂の上部が硬化することで、前記半導体チップの搭載領域を除いた前記配線基板の一面上に積層されるとともに、前記半導体チップの側面と接するように形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。