JP4438006B2 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関し、特に、基板に半導体チップをフリップチップ実装した半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。

近年、電子機器の高機能化や軽薄短小化の要求に伴って電子部品の高密度集積化や高密度実装化が進み、それにつれてフリップチップ実装を用いたＭＣＭ（マルチチップモジュール）又はＳＩＰ（システムインパッケージ）タイプの半導体装置が主流になりつつある。この種の半導体装置の中には、インターポーザと称される実装基板に半導体チップをフリップチップ実装した構成を採用したものがある。

図９は従来の半導体装置（例えば、特許文献１参照）の構成を示すもので、図中（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。図示した半導体装置９００は、実装基板９１０、チップ９０３、ダム９０５、バンプ９０１、液状樹脂層９０４によって構成されるものである。チップ９０３は、チップ実装領域の所定の辺と当該所定の辺に対応するダム９０５との間の距離Ｌ１０が、前記チップ実装領域の他の辺と当該他の辺に対応するダム９０５との間の距離Ｌ１２よりも長いことを特徴とするものである。
特開２００５−２７６８７９公報

液状樹脂は前記Ｌ１０を表す領域に滴下され、チップ９０３と基板９１０との間の微小な空間に毛細管現象により引き込まれ、充填され、液状樹脂層９０４を形成する。
しかしながら、前記微小な空間に充填され、尚且つチップの側面を覆うように、さらに液状樹脂を滴下すると、液状樹脂がダム９０５を乗り越え、電極パッド９０１まで到達し、さらには基板の側面にも流出する恐れがある。
これを解決するためには、前記Ｌ１０、及び前記Ｌ１２の距離をさらに大きくする必要があり、その分だけ実装基板９１０の外形サイズが大きくなってしまう。
また、チップがフリップチップ実装により何段にも積層されると、液状樹脂の滴下量をさらに増加させなければならず、ゆえに、液状樹脂の流出を防止するため、実装基板９１０の外形サイズをさらに大きくする結果となってしまう。

本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明の目的は、液状樹脂の流出を防止し、基板を縮小することができる半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明者は鋭意検討した結果、下記の半導体装置を用いることにより、上記問題を解決できることを見出し、上記目的を達成するに至った。

即ち、本発明の半導体装置は、基板上の実装領域に設けられ、該基板の面方向の形状が四辺を有する矩形状の平面視矩形状チップと、前記平面視矩形状チップの下部及び側面に設けられた液体樹脂層と、前記平面視矩形状チップの前記液体樹脂層の設けられた第１の側面側の前記基板上に設けられ、該第１の側面側から離れる方向へ向かって該第１の側面に対して並列に配列され、前記平面視矩形状チップの前記四辺の内の該第１の側面を構成する第１の辺の延伸方向に長い長尺状であり、該第１の辺の延伸方向の一端部から他端部に渡る領域の内の該第１の辺の延伸方向の両端部が該第１の側面に最も近くなるように屈曲または湾曲し、且つ前記一端部から他端部に渡る長さが該第１の側面から離れるほど長い複数の第１のダムと、を備えた半導体装置である。
本発明の半導体装置によると、複数の第１のダムを形成することにより、液状樹脂の滴下量が増加しても、液状樹脂が基板の外部に流出させず、ゆえに、基板サイズを縮小することができる。
また、本発明の半導体装置は、前記複数の第１のダムは、互いに同じ高さであることがよい。また、本発明の半導体装置は、前記複数の第１のダムの間隔と、該第１のダムの幅と、が同じであることが良い。また、本発明の半導体装置は、前記複数の第１のダムは、前記第１の辺の延伸方向の一端部から他端部に渡る領域の内の該第１の辺の延伸方向の両端部が前記第１の側面に最も近くなるように屈曲または湾曲した、コの字状、三角状、または円弧状であることがよい。

本発明の半導体装置は、前記複数の第１のダムは、前記平面視矩形状チップの前記四辺の内の前記第１の辺と、該第１の辺に対応する前記基板の端部との間の距離が、該平面視矩形状チップの前記四辺の内の該第１の辺以外の他の辺と該他の辺に対応する前記基板の端部との間の距離よりも長い領域に設けられていることが好ましい。このため、上記効果に加え、アンダーフィル材を滴下する位置を広く設けることにより、平面視矩形状チップが複数枚積層されているような場合であっても、十分な液状樹脂層を形成することができる。

また、請求項１に係る発明によれば、液状樹脂の滴下量を増やしても、複数のダムにより形成される開口部で表面張力が発生し、液状樹脂が上方に盛り上がるため、液状樹脂の流出を防ぐことができる。また、チップが複数段形成されている場合でも、最上段のチップとその直下のチップとの隙間にも液状樹脂を充填することができる。さらに、毛細管現象によりチップと基板との隙間に引き込まれた液状樹脂と、チップ周囲から引き込まれる液状樹脂と、により発生するボイドを抑制することができる。また、前記基板上に、複数の前記平面視矩形状チップが実装されていてもよい。このように、チップが複数段形成されている場合でも、最上段のチップとその直下のチップとの隙間にも液状樹脂を充填することができる。

前記複数の第１のダムの間隔は、該第１のダムの幅の１５０％〜５００％であることがよい。このため、液状樹脂を滴下する位置を容易に設定することができ、液状樹脂をチップ実装領域に均一に広がりの流出を防ぐことができる。

また、前記第１のダムの、前記一端部と他端部とを結ぶ直線を前記第１の辺に投影したときの長さは、該第１の辺の延伸方向の長さより短いことが良い。このため、ダムが占有する領域を最小限することができるため、基板のサイズを縮小することができる。

また、前記平面視矩形状チップにおける前記四辺の内の前記第１の辺に連続する辺と、該連続する辺に対応する前記基板の端部との間の、該基板上の領域に設けられ、該連続する辺の延伸方向に長い長尺状の単数または複数の第２のダムを備えることが良い。また、前記平面視矩形状チップにおける前記四辺の内の、前記第１の辺に対向する辺と、該対向する辺に対応する前記基板の端部との間の、該基板上の領域に設けられ、該対向する辺の延伸方向に長い長尺状の単数または複数の第３のダムを備えることがよい。
このため、毛細管現象により、パッドと基板との隙間に引き込まれた液状樹脂が、液状樹脂を滴下した箇所とは異なる箇所に広がることを防止することができる。
また、本発明の半導体の製造方法は、基板上にポリイミド膜を形成する工程と、前記ポリイミド膜を、マスクを介して露光し、前記基板の面方向の形状が四辺を有する矩形状の平面視矩形状チップを該基板の実装領域に実装したときの該平面視矩形状チップの前記四辺の内の一辺に連続する第１の側面側から離れる方向へ向かって該第１の側面に対して並列に該基板上に配列され、前記平面視矩形状チップの前記四辺の内の該第１の側面を構成する第１の辺の延伸方向に長い長尺状であり、該第１の辺の延伸方向の一端部から他端部に渡る領域の内の該第１の辺の延伸方向の両端部が該第１の側面に最も近くなるように屈曲または湾曲し、且つ前記一端部から他端部に渡る長さが該第１の側面から離れるほど長くなるように複数の第１のダムを形成し、該形成した前記複数の第１のダムを硬化させる工程と、前記基板上の前記実装領域に前記平面視矩形状チップを実装する工程と、前記複数の第１のダムの内の最も前記第１の側面に近い第１のダムの内周側の前記基板上の領域に液状樹脂を滴下する工程と、を備えた半導体装置の製造方法である。

本発明によれば、液状樹脂の流出を防止し、基板を縮小することができる半導体装置を提供することができる。

以下に、本発明の半導体装置の最良の形態について、図面により説明する。なお、重複する説明は省略する場合がある。

＜半導体装置＞
本発明の半導体装置は、基板上の実装領域に設けられた平面視矩形状チップと、前記平面視矩形状チップの下部及び側面に設けられた液状樹脂層と、前記平面視矩形状チップの側面に沿うように基板上に形成された複数のダムと、を備える。
これらの中でも好ましい態様としては、前記複数のダムは、前記平面視矩形状チップの所定の辺と該所定の辺に対応する前記基板の端部との間の距離が、前記平面視矩形状チップの他の辺と該他の辺に対応する前記基板の端部との間の距離よりも長い領域に設けられている。
ここで、「前記平面視矩形状チップの所定の辺と該所定の辺に対応する前記基板の端部との間の距離」とは、例えば、図１中のＬ１を表す。具体的には、平面視矩形状チップのいずれか一つの辺と、該一つの辺に対応する平面視矩形状基板の辺と、の距離を示す。
「前記平面視矩形状チップの他の辺と該他の辺に対応する前記基板の端部との間の距離」とは、例えば、図１中のＬ２を表す図１前記平面視矩形状チップの他の辺と該他の辺に対応する前記基板の端部との間の距離を示す。具体的には、前記いずれか一つの辺とは異なる辺と、該異なる辺と対応する平面視矩形上基板の辺と、の距離を示す。
「前記平面視矩形状チップの所定の辺と該所定の辺に対応する前記基板の端部との間の距離が、前記平面視矩形状チップの他の辺と該他の辺に対応する前記基板の端部との間の距離よりも長い領域」とは、Ｌ１で表される領域を示す。
この領域を有することにより、液状樹脂を滴下する位置を容易に設定することができ、液状樹脂を滴下する際の漏れ等を抑制することができる。
「前記平面視矩形状チップの側面に沿うように形成された複数のダム」とは、図８に示すように、ダム７６の一方の端部と他方の端部とを結ぶ直線と、該直線に隣接する前記平面視矩形状チップ７２の辺と、が平行であるか、又はそれらの二つの辺を延長した時のなす角度θが、０°以上４５°以下であるように、形成された複数のダムを示す。
以下に、各構成部分である、複数のダム、及びチップについて詳述する。

〔複数のダム〕
本発明の半導体装置は、複数のダムを有する。ダムを複数設けることにより、液状樹脂の充填量が多くなっても、複数のダムにより基板の周りに液状樹脂が流出しない。さらには、図１（Ｂ）のように、チップが複数段積層されている場合でも、液状樹脂の表面張力により、上層部のチップ間の隙間１３にも液状樹脂を充填することが可能となり、液状樹脂層１５を形成することができる点で好ましい。
以下に、複数のダムの形状、長さ、高さ、後述するチップと隣接するダムとの距離、複数のダムのピッチ、材質について詳述する。

−形状−
複数のダムの形状は、図２（Ａ）に示すように、それぞれ開口部２７がチップ側に向くように配置されていることが好ましく、それぞれ直線状であることが好ましい。
開口部２７を有するような形状とは、例えば、図２（Ａ）で示すようなコの字形状、図４に示すような円弧形状、図５に示すような三角形状であってもよい。つまり、開口部２７がチップ側に向くように配置されているため、この開口部２７に液状樹脂を滴下しても、液状樹脂が表面張力により高さ方向に盛り上がるので、図３（Ｂ）で示すように、チップが複数段形成されていても上層部に液状樹脂が到達し、液状樹脂層２５を形成することができる点で好ましい。

−長さ−
複数のダムは、それぞれのダムの端部を結ぶ直線の距離が、該ダムに対応する前記チップの辺の長さ以下であることを特徴とする。
つまり、例えば、図２（Ａ）に示すように、ダム２６がコの字形状である場合には、基板の端部側に位置するダム２６の端部と端部とを結ぶ直線の距離Ｌ３がチップ２２のダム２６に対応する辺より長いことが好ましい態様として挙げられる。ここで、端部とは、図２（Ａ）で説明すると、ダム２６の内周面側の角部を表す。
また、図８のように、複数のダム７６が、チップ７２のダム７６と隣接する辺と平行ではない場合におけるダム７６の長さは、ダム７６の長さのｃｏｓθであるＬ４を表す。

−高さ−
ダムの高さは、液状樹脂の流出を防止する観点から、定義される。具体的には、基板の底面からチップの上面までの高さが５６０μｍのとき、ダムの高さは３μｍ以上であることが挙げられる。
また、ダムが複数存在する場合には、チップに近いダムが高くなるようにしてもよく、チップに近いダムを低くするようにしてもよく、複数のダムのいずれも同じ高さであることが挙げられる。これらの中でも、製造を容易にする観点から、複数のダムのいずれも同じ高さであることが好ましい。

−幅−
図１に示すように、ダム１６の幅Ｗは、ダムの下地に対する密着強度の観点から、Ｍｉｎ．幅が定義される。特に、後述するダム１６の間隔と同一であることが好ましい。

−チップと隣接するダムとの距離、複数のダムのピッチ−
本発明の半導体装置は、チップと、チップと隣接するダムと、の間隔は、ダムの幅の４００％〜４４０００％であることが好ましい。
また、複数のダムのピッチが、前記ダムの幅の１５０％以上５００％以下であることが好ましい。
図１（Ｂ）に示すように、チップ１２と、チップ１２と隣接するダム１６と、の間隔Ｌ５は、液状樹脂を滴下する際、液滴がチップ１２に接しないように滴下することができる観点から、前記ダム１６の幅Ｗの４００％以上４４０００％以下であることが好ましい。
複数のダム１６のピッチＬ６は、毛細管現象の観点から、前記ダム１６の幅Ｗの１５０％以上５００％以下であることが好ましく、２００％であることが特に好ましい。

−位置−
ダムが配置される位置は、図１に示すように、所定の辺（以下、適宜、「供給辺」と称する）と該所定の辺に対応する基板１０の端部との長さＬ１で表される領域に形成され、この領域に液状樹脂を供給する態様が挙げられる。本発明の半導体装置において、好ましい態様としては、図６に示すように、前記所定の辺以外の他の辺と、前記他の辺に対応する基板５０の端部との間にも単数、又は複数のダム（以下、適宜、「第１補助ダム」と称する）が設けられていることが挙げられる。ダムを形成する位置としては、供給辺に対辺に単数又は複数のダム５９を形成することが挙げられ、供給辺と直行する辺にも単数又は複数のダム５８を形成することが挙げられる。より好ましい態様としては、供給辺の対辺、及び供給辺と直行する辺に単数又は複数のダム５８、５９を形成することが挙げられる。また、これらの第１補助ダム５８、５９の形状は、直線状であっても、開口部５４を有するような形状であってもよく、開口部５４を有する場合には、該開口部５４がチップ５２側に向くように形成されていることが好ましい。
これは、チップ５２と基板５０との隙間に引き込まれた液状樹脂が、チップ５２から流出した後に、チップ５２周辺を液状樹脂で覆いやすくするためである。具体的には、図６（Ｂ）に示すように、チップ５２から流出した液状樹脂５５がダム５８に沿って広がり、チップ５２の外周部を覆うことにより液状樹脂層を形成することができる。
特に好ましい態様としては、図７に示すように、基板６０の外周部をさらにダム６５（以下、適宜、「第２補助ダム」と称する）で覆う形態であることが挙げられる。これは、基板６０上に形成されたすべてのダム６６、６８、及び６９を乗り越えて基板６０上に流出しても、基板６０の側面に第２補助ダム６５を設けていることにより、基板６０の側面等に流出することを防止することができる。
これらの第１補助ダム、及び第２補助ダムの高さ、幅は、前述の内容と同様である。

−材質−
ダムの材質は、製造の容易さの観点から、ポリイミド、ソルダーレジスト 等の有機材料、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ等の無機材料、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ，Ａｕ等の金属材料であることが挙げられる。これらの中でも、ポリイミドが好ましい態様として挙げられる。

［チップ］
本発明の半導体装置は、配線及びバンプが形成されたチップ１２を有する。
チップ１２は、半導体装置の小型化、高密度化等を考慮して、フリップチップ実装することが好ましい。フリップチップ実装とは、例えば、図１（Ｂ）、図２（Ｂ）のように、チップ表面に形成された突起電極（以下、適宜、「バンプ」と称する）が、バンプ１３を下に向けて直接電気的に接続する実装方法を表す。
基板１０とチップ１２との隙間、及びチップ１２間の隙間１３は、液状樹脂が毛細管現象により引き込まれるような隙間であることが好ましく、１０μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。
また、チップは、基板上に実装されていてもよく、回路基板、または半導体素子等であってもよい。例えば、これらの表面に設けられたパッドとチップのパッドとが電気的に接続されている形態を有するものであってもよい。

＜半導体装置の製造方法＞
本発明の半導体装置の製造方法は、例えば、以下のように製造することができる。例として、図７の製造工程の概略を説明する。
まず、回路基板上にポリイミド膜を形成し、図７に示すように、所定の位置、及び所定の形状にダムが配置されるように、マスクで露光後、従来の形成技術によりダムを形成し、その後、槽内で硬化処理を行い、ダムを硬化させる。
次に、回路基板上に、チップをフリップチップ接続する。
最後に、回路基板の供給辺に液状樹脂を滴下することで、チップと回路基板との間を液状樹脂にて充填する。
以上の工程により、本発明の半導体装置を製造することができる。

以上のように、本発明の半導体装置は、所定形状のダムを所定の位置に複数配置しているため、液状樹脂の流出を防止し、流出を防止することができるために基板のサイズを無駄に大きくすることなく、基板を縮小することができる。

なお、本実施形態は、限定的に解釈されるものではなく、本発明の要件を満足する範囲内で実現可能であることは、言うまでもない。

（Ａ）は、本発明の実施形態における半導体装置の上面図であり、（Ｂ）は、本発明の実施形態における（Ａ）に示した半導体装置のＡ−Ａ断面図である。 （Ａ）は、本発明の実施形態における半導体装置の上面図であり、（Ｂ）は、本発明の実施形態における（Ａ）に示した半導体装置のＡ−Ａ断面図である。 （Ａ）は、本発明の実施形態における半導体装置に液状樹脂を滴下した上面図であり、（Ｂ）は、本発明の実施形態における（Ａ）に示した液状樹脂を滴下した半導体装置のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の上面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の上面図である。 （Ａ）は、本発明の実施形態における半導体装置の上面図であり、（Ｂ）は、液状樹脂の流動方向を表した図である。 本発明の実施形態における半導体装置の上面図である。 本発明の実施形態における半導体装置の上面図である。 （Ａ）は、従来技術の半導体装置の上面図であり、（Ｂ）は、従来技術の実施形態における（Ａ）に示した半導体装置のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０ 基板
１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２ チップ
１３、２３ 隙間
１４、２４ 突起電極（バンプ）
１５、２５ 液状樹脂層
１６、２６、３６、４６、５６、６６、７６ ダム
５５ 液状樹脂
５８、５９、６８、６９ ダム（第１補助ダム）
６５ ダム（第２補助ダム）
２７、３４、４４、５４、６４ 開口部
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００ 半導体装置

Claims (11)

1. 基板上の実装領域に設けられ、該基板の面方向の形状が四辺を有する矩形状の平面視矩形状チップと、
   前記平面視矩形状チップの下部及び側面に設けられた液体樹脂層と、
   前記平面視矩形状チップの前記液体樹脂層の設けられた第１の側面側の前記基板上に設けられ、該第１の側面側から離れる方向へ向かって該第１の側面に対して並列に配列され、前記平面視矩形状チップの前記四辺の内の該第１の側面を構成する第１の辺の延伸方向に長い長尺状であり、該第１の辺の延伸方向の一端部から他端部に渡る領域の内の該第１の辺の延伸方向の両端部が該第１の側面に最も近くなるように屈曲または湾曲し、且つ前記一端部から他端部に渡る長さが該第１の側面から離れるほど長い複数の第１のダムと、
   を備えた半導体装置。
2. 前記複数の第１のダムは、互いに同じ高さである請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記複数の第１のダムの間隔と、該第１のダムの幅と、が同じである請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記複数の第１のダムの間隔は、該第１のダムの幅の１５０％〜５００％である請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
5. 前記第１のダムは、前記第１の辺の延伸方向の一端部から他端部に渡る領域の内の該第１の辺の延伸方向の両端部が前記第１の側面に最も近くなるように屈曲または湾曲した、コの字状、三角状、または円弧状である請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の半導体装置。
6. 前記第１のダムの、前記一端部と他端部とを結ぶ直線を前記第１の辺に投影したときの長さは、該第１の辺の延伸方向の長さより短い請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の半導体装置。
7. 前記複数の第１のダムは、前記平面視矩形状チップの前記四辺の内の前記第１の辺と、該第１の辺に対応する前記基板の端部との間の距離が、該平面視矩形状チップの前記四辺の内の該第１の辺以外の他の辺と該他の辺に対応する前記基板の端部との間の距離よりも長い領域に設けられている請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の半導体装置。
8. 前記平面視矩形状チップにおける前記四辺の内の前記第１の辺に連続する辺と、該連続する辺に対応する前記基板の端部との間の、該基板上の領域に設けられ、該連続する辺の延伸方向に長い長尺状の単数または複数の第２のダムを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の半導体装置。
9. 前記平面視矩形状チップにおける前記四辺の内の、前記第１の辺に対向する辺と、該対向する辺に対応する前記基板の端部との間の、該基板上の領域に設けられ、該対向する辺の延伸方向に長い長尺状の単数または複数の第３のダムを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか１項に記載の半導体装置。
10. 前記基板上に、複数の前記平面視矩形状チップが実装されたことを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の半導体装置。
11. 基板上にポリイミド膜を形成する工程と、
    前記ポリイミド膜を、マスクを介して露光し、前記基板の面方向の形状が四辺を有する矩形状の平面視矩形状チップを該基板の実装領域に実装したときの該平面視矩形状チップの前記四辺の内の一辺に連続する第１の側面側から離れる方向へ向かって該第１の側面に対して並列に該基板上に配列され、前記平面視矩形状チップの前記四辺の内の該第１の側面を構成する第１の辺の延伸方向に長い長尺状であり、該第１の辺の延伸方向の一端部から他端部に渡る領域の内の該第１の辺の延伸方向の両端部が該第１の側面に最も近くなるように屈曲または湾曲し、且つ前記一端部から他端部に渡る長さが該第１の側面から離れるほど長くなるように複数の第１のダムを形成し、該形成した前記複数の第１のダムを硬化させる工程と、
    前記基板上の前記実装領域に前記平面視矩形状チップを実装する工程と、
    前記複数の第１のダムの内の最も前記第１の側面に近い第１のダムの内周側の前記基板上の領域に液状樹脂を滴下する工程と、
    を備えた半導体装置の製造方法。

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