(57)【要約】【課題】信頼性が高く、かつ耐久性の高い半導体装置及びその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る半導体装置は、搭載用基板１０とリッド４０の間隙に半導体チップ２０が挟持された半導体装置１であって、半導体チップ２０が受ける応力に対して当該半導体チップ２０を保護するように、搭載用基板１０とリッド４０間の外周領域より内側であって、半導体チップ２０の外周近傍に枠体形状のチップ保護材５０を配設した。【選択図】図１
2010103338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搭載用基板とリッドの間隙に半導体チップが挟持された半導体装置であって、
前記半導体チップが受ける応力に対して当該半導体チップを保護するように、前記搭載用基板と前記リッド間の外周領域より内側であって、前記半導体チップの外周近傍に枠体形状のチップ保護材を配設した半導体装置。
【請求項２】
前記チップ保護材の熱膨張係数が、前記半導体チップに用いられる半導体基板の熱膨張係数以上であって、８．０×１０−６／℃以下であり、
かつ、前記チップ保護材の機械的強度が前記半導体基板の機械的強度よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記搭載用基板と前記リッドの間隙における外周領域に、スティフナが配設されてい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。
【請求項４】
前記リッドは、前記半導体チップと前記チップ保護材を収容するための凹部を有し、前記リッドの外周領域は、接着材を介して前記搭載用基板と対向配置されてい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。
【請求項５】
前記チップ保護材は、平面視上の外周辺、及び内周辺が、前記半導体チップの平面視上の外形形状と概ね相似形であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記チップ保護材は、平面視上の外周辺、及び内周辺が、概ね同心の円形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記チップ保護材の枠体形状には、当該チップ保護材の外周側壁と内周側壁を連通する分断スリットが少なくとも１つ設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体チップは、前記搭載用基板にフェースダウン構造でフリップチップ接続されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記チップ保護材が、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミのいずれかであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
搭載用基板とリッドの間隙に半導体チップが挟持された半導体装置の製造方法であって、
前記搭載用基板に前記半導体チップを搭載する前に、前記搭載用基板と前記リッドの間隙における外周領域より内側であって、前記半導体チップの外周近傍に枠体形状のチップ保護材を配設し、
前記半導体チップを搭載した後に、前記搭載用基板と対向配置するように、前記リッドを前記半導体チップ、及び前記チップ保護材に固設する半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記半導体チップを搭載する前に、前記搭載用基板と前記リッドの間隙における前記外周領域に、枠体状のスティフナを配設することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
搭載用基板とリッドの間隙に半導体チップが挟持された半導体装置の製造方法であって、
前記搭載用基板に前記半導体チップを搭載する前に、前記搭載用基板と前記リッドの間隙における外周領域に枠体状のスティフナを配設し、
前記半導体チップを搭載した後に、前記スティフナの内側であって、前記半導体チップの外周近傍に枠体状のチップ保護材を配設し、
前記搭載用基板と対向配置するように、前記リッドを前記半導体チップ、前記チップ保護材及び前記スティフナに固設する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。より詳しくは、半導体チップが搭載用基板に載置された半導体装置、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基幹系の通信機器やハイエンド・コンピュータなどに利用される半導体デバイスでは、年々、高速化、高性能化への要求が高まっている。こうしたニーズに応えるには、半導体デバイスの多ピン化や優れた電気特性を実現する必要があり、その解決策となるのがＦＣＢＧＡ(Flip Chip Ball Grid Array)型のパッケージである。
【０００３】
ＦＣＢＧＡ型のパッケージは、半導体チップの回路面を下にして、はんだや金の端子（バンプ）を使い半導体チップを搭載用基板（パッケージ基板）に接続することで電気的な接続を行うフリップチップ方式を採用している。ワイヤ・ボンディング方式に比べて、配線の長さが短いため電気特性に優れ、高速化や高密度化に対応できるというメリットを有している。また、半導体チップの真下にもピンを二次元的に配置できるため数千ピンという多ピン化が容易、といった特長を備えている。さらに、構造上、チップ背面から熱を逃がすことが可能なため、放熱性にも優れている。
【０００４】
しかしながら、上記のような半導体装置においては、各部材の熱膨張係数が異なることに起因して、温度サイクル試験等において半導体チップと搭載用基板との接合部分に過大な応力が生じ、クラック等の破局故障を引き起こす場合があった。このような問題を解決する方法が、特許文献１や特許文献２に提案されている。
【０００５】
図１０に、特許文献１に記載のＦＣＢＧＡ型の半導体装置の断面図を示す。特許文献１に記載の半導体装置１０１は、搭載用基板（プリント基板）１１０、半導体チップ（半導体素子）１２０、スティフナ１３０、メタルプレート１４０等により構成されている。半導体チップ１２０は、その下面に多数の接続用バンプ１２２が形成され、搭載用基板１１０の上面にフェースダウンボンディングにより接合される。また、半導体チップ１２０と搭載用基板１１０との離間部分には、アンダーフィル樹脂１６０が充填されている。スティフナ１３０は、半導体チップ１２０の外周部を取り囲むように枠体状に形成されている。そして、温度サイクル試験等の加熱処理を行っても高い信頼性が維持できるように、スティフナ１３０として、その熱膨張係数が、メタルプレート１４０の熱膨張係数と搭載用基板１１０の熱膨張係数との平均値よりも小さい材料を適用することが提案されている。
【０００６】
図１１に、特許文献２に記載のＦＣＢＧＡ型の半導体装置の断面図を示す。特許文献２に記載の半導体装置２０１は、搭載用基板２１０、半導体チップ２２０、スティフナ（補強材）２３０、リッド（蓋部）２４０等を備える。半導体チップ２２０は、搭載用基板２１０にフェースダウン構造にて半田バンプ２２２を用いて接続され、半導体チップ２２０と搭載用基板２１０との間にはアンダーフィル樹脂２６０が充填されている。スティフナ２３０は、機械的強度を増すために、搭載用基板２１０の主面の外周領域に枠体状に配設されている。スティフナ２３０と半導体チップ２２０の上側には、接着材２６１、２６２によりリッド２４０に固定されている。そして、温度サイクル試験等で高い信頼性を維持するために、半導体チップ２２０とスティフナ２３０の間隙に、アンダーフィル樹脂２６０より熱膨張係数の小さい樹脂２５５（約８×１０−６／℃〜１６×１０−６／℃）を充填する方法が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−２８４０９７号公報
【特許文献２】特開２００４−２６０１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
部材間の熱膨張係数の差は、低温環境下において半導体チップに加わる圧縮応力を生じ、この値が半導体基板（例えば、シリコン基板）の破断強度を超えた場合には、半導体チップのクラック等の破局故障を引き起こす。また、圧縮応力の繰り返しにより、半田バンプが金属疲労型の破断を生ずる場合もある。半導体装置の信頼性を高め、耐久性を高めるためには、半導体チップに加わる応力を、従来よりも効果的に軽減する技術が切望されている。なお、上記においてはＦＣＢＧＡ型の半導体装置における課題について説明したが、搭載用基板に半導体チップを載置する半導体装置全般において同様の課題が生じ得る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る半導体装置は、搭載用基板とリッドの間隙に半導体チップが挟持された半導体装置であって、前記半導体チップが受ける応力に対して当該半導体チップを保護するように、前記搭載用基板と前記リッド間の外周領域より内側であって、前記半導体チップの外周近傍に枠体形状のチップ保護材を配設したものである。
【０００９】
本発明に係る半導体装置によれば、半導体チップが受ける応力に対して当該半導体チップを保護するように、搭載用基板とリッド間の外周領域よりも内側であって、半導体チップの外周部近傍に、半導体チップが受ける応力に対して半導体チップを保護するチップ保護材を配設しているので、半導体チップに加わる応力をより効果的に軽減させることができる。
【００１０】
リフロー法などにより搭載用基板に加熱処理する際に、高温にて一体となった半導体チップと搭載用基板が室温まで冷却する過程で、２種類の材料の熱膨張係数の差により半導体チップが搭載用基板から強い圧縮応力を受ける。しかしながら、本発明によれば、チップ保護材を配設することにより、これらの応力をチップ保護材が支え、半導体チップ、若しくはこの下にある電極に加わる応力を軽減することができる。その結果、半導体チップのクラック発生などを防止して、半導体チップが破壊してしまうのを防止することができる。
【００１１】
また、半導体装置を製造後、実使用環境、若しくは信頼性試験においてヒートサイクルが加わった場合に、搭載用基板、半導体チップに対して繰り返し性の応力が加わった際に、チップ保護材を設けることにより半導体チップあるいはこの下の電極にクラックや、金属疲労による破断が生ずるのを防止することができる。これは、ヒートサイクルが加わった際の圧縮応力をチップ保護材にて受けることにより、半導体チップ及びこの下にある電極に直接加わる応力を抑制できるためである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、信頼性が高く、かつ耐久性の高い半導体装置及びその製造方法を提供することができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した実施形態の一例について説明する。なお、本発明の趣旨に合致する限り、他の実施形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。また、以降の図における各部材のサイズや比率は、説明の便宜上のものであり、実際のものとは異なる。
【００１４】
［実施形態１］
図１に、本実施形態１に係る半導体装置の切断部断面図を示す。また、図２に、図１のＩＩ−ＩＩ一点鎖線の切断線における平面図を示す。本実施形態１に係る半導体装置１は、図１及び図２に示すように、搭載用基板１０、半導体チップ２０、スティフナ３０、リッド４０、チップ保護材５０等を備えている。
【００１５】
搭載用基板１０は、第１の面上にチップ電極２１と対応する位置に形成された内部ランド電極１１と、第１の面と反対側の第２の面上に形成された外部ランド電極１２と、互いに対応する内部ランド電極１１と外部ランド電極１２とを接続する基板内配線１５と、外部ランド電極１２に接着された例えば半田バンプ１３を備える。この半田バンプ１３は、半導体装置１の外部端子となっている。搭載用基板１０は、例えば、プリント配線基板などの樹脂基板である。これらは、通常、１３×１０−６〜４０×１０−６／℃の熱膨張係数を有し、半導体チップ２０よりも大きな熱膨張係数を有する。このため、前述したように、半導体チップは圧縮応力を受けることになる。
【００１６】
半導体チップ２０は、主表面に外部接続用の複数のチップ電極２１を備えている。半導体チップ２０は、搭載用基板１０の第１の面上の中央部に搭載されている。半導体チップ２０は、例えば、３.９×１０−６／℃の熱膨張係数を有するシリコン基板上に回路が形成されているものである。
【００１７】
搭載用基板１０と半導体チップ２０とは、互いに対応する内部ランド電極１１とチップ電極２１とが導電性材料で形成されたバンプ電極２２を介してフリップチップ接続されている。換言すると、半導体チップ２０は、搭載用基板１０にフェースダウン構造でバンプ電極２２により接続されている。半導体チップ２０と搭載用基板１０との対向領域の隙間には、アンダーフィル樹脂６０が充填されている。アンダーフィル樹脂６０としては、例えば、熱膨張係数が３０×１０−６〜３２×１０−６／℃、弾性率が９〜１０ＧＰａのものを用いることができる。これにより、半導体チップ２０と搭載用基板１０の接続部の応力を緩和させている。
【００１８】
スティフナ３０は、搭載用基板１０の第１の面の枠体状の外周領域に配設されるように枠体形状となっており、第１の接着材６１により搭載用基板１０と接着されている。スティフナ３０は、製造工程中の熱的、機械的応力による搭載用基板１０の反りを低減させると共に、半導体装置全体の強度を補強する役割を担う。スティフナ３０と搭載用基板１０は、第１の接着材６１により接着せしめられている。スティフナ３０としては、半導体装置（パッケージ）全体の機械的強度を保つことが可能であり、かつ、搭載用基板１０の反りを低減できるものであれば特に限定されない。一般的には、金属材料（Ｃｕ、Ｆｅなど）を好適に適用することができる。アルミナなどのセラミックスを適用してもよい。
【００１９】
リッド４０は、搭載用基板１０と対向配置され、これらの間隙には、スティフナ３０及びスティフナ３０に囲まれた半導体チップ２０、チップ保護材５０が配置されている。リッド４０とスティフナ３０は、第２の接着材６２により接着せしめられている。同様に、リッド４０と半導体チップ２０は、第３の接着材６３により接着せしめられている。
【００２０】
チップ保護材５０は、搭載用基板１０、半導体チップ２０、スティフナ３０、リッド４０により取り囲まれた空間に配設されている。換言すると、搭載用基板１０上の半導体チップ２０の外側であって、スティフナ３０の内側の領域に配設されている。チップ保護材５０は、製造工程中、熱サイクル試験、あるいは実使用環境下における熱的、機械的応力から半導体チップを保護する役割を担う。チップ保護材５０と搭載用基板１０は、第４の接着材６４により、チップ保護材５０とリッド４０は、第５の接着材６５により接着せしめられている。
【００２１】
チップ保護材５０としては、半導体チップ２０が受ける応力から、半導体チップを機械的に保護する機能を有するものであれば特に限定されないが、熱膨張係数が半導体チップ２０に用いられる半導体基板の熱膨張係数以上であって、８．０×１０−６／℃以下のものとすることが好ましい。８．０×１０−６／℃以下とすることにより、チップ保護材５０の半導体チップ２０を保護する機能をより効果的に発揮させることができる。さらに、機械的強度が、用いる半導体基板よりも高いものとすることが好ましい。なお、本明細書において「機械的強度」とは、弾性係数（またはヤング率）が高く、応力が加わった場合の変形量が少ないことを意味する。
【００２２】
搭載用基板１０の第１の面のうち、外周側にあるものほど強い応力を受けることになる。チップ保護材５０の機械的強度を半導体チップ２０を構成する半導体基板よりも強くすることにより、半導体チップに加わる応力をより効果的に軽減することができる。仮に、チップ保護材５０が応力により多少変形した場合であっても、半導体チップ２０に加わる応力を軽減することができる。
【００２３】
チップ保護材５０としては、上記条件を満たすものであれば特に限定されないが、一例として、窒化珪素（ＳｉＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、アルミナなどのセラミックス、タングステン、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、超硬合金、クロムなどの金属、石灰岩等の岩石、炭素繊維などを挙げることができる。これらの中でも、コスト、入手容易性の観点から、窒化珪素（ＳｉＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、アルミナなどのセラミックス材料が特に好ましい。
【００２４】
次に、図３（ａ）〜（ｅ）及び図４（ａ）〜（ｃ）の半導体装置１の製造工程断面図を参照して、本実施形態の半導体装置１の製造方法を工程順に沿って説明する。まず、搭載用基板１０を準備する。搭載用基板１０の第１の面上には、搭載される半導体チップ２０のチップ電極２１と対応する位置に形成された内部ランド電極１１と、第１の面と反対側の第２の面上に形成された外部ランド電極１２とを備え、互いに対応する内部ランド電極１１と外部ランド電極１２が基板内配線１５により接続されている（図３（ａ））。
【００２５】
次に、搭載用基板１０の周縁部に、熱膨張係数が１６×１０−６〜２２×１０−６／℃程度、弾性率が１１〜１２ＧＰａの第１の接着材６１を、やはり予め準備してある枠状のスティフナ３０の形状と一致するように「口」の字状に塗布する。その後、スティフナ３０を第１の接着材６１が塗布された部分に位置合わせして第１の端面が第１の接着材６１と接するように載置する。そして、１２５℃程度で約１５分間仮キュアする（図３（ｂ））。この状態で、スティフナ３０は搭載用基板１０に接着される。ただし、第１の接着材６１は、熱硬化反応によりゲル化が進行し一部固体化しているものの、未だ完全には固化していない状態である。なお、第１の接着材６１は、例えばエポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、シリコン系樹脂、シアネートエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリノルボルネン系樹脂を含む樹脂群の中から選択された樹脂材料を主成分として、熱膨張率と弾性率が所望の値になるように無機質フィラーを適量混入させて調整してある。また、スティフナ３０の材料は、前述したように、半導体装置全体の機械的強度を保つことが可能であり、かつ、搭載用基板１０の反りを低減できるものであれば特に限定されないが、一例として、Ｃｕ、ＳＵＳ（フェライト系ステンレス鋼）、アルミナ、シリコン、窒化アルミニウム、エポキシ樹脂等を挙げることができる。
【００２６】
次に、チップ電極２１上にバンプ電極２２が接着された半導体チップ２０を、各バンプ電極２２が対応する内部ランド電極１１と接するように位置決めした上で載置する。そして、例えば窒素雰囲気中で２５０℃に加熱して搭載用基板１０の内部ランド電極１１にフリップチップ接続する（図３（ｃ））。
【００２７】
次に、半導体チップ２０と搭載用基板１０との隙間にディイスペンサ等でアンダーフィル樹脂６０を公知の滴下方法で注入・充填する。次いで、１００℃程度で約１０分仮キュアする（図３（ｄ））。この状態では、アンダーフィル樹脂６０は、熱硬化反応によりゲル化が進行し一部固体化しているものの、未だ完全には固化していない。なお、アンダーフィル樹脂６０は、例えばエポキシ系樹脂を熱膨張係数が３２×１０−６／℃程度、弾性率が９ＧＰａ程度になるように調整したものである。アンダーフィル樹脂６０がこの特性であれば、流動性が１０００〜４００００ＣＰＳ（centipoises）でありアンダーフィル部４０ａにボイドを発生させることなく注入・充填できる。このとき、アンダーフィル樹脂６０により、半導体チップ２０と搭載用基板１０との間隙、及び半導体チップ２０の周囲に延びるようにテーパー状にフィレット部が形成される。
【００２８】
次に、スティフナ３０の内壁，半導体チップ２０の側壁，及び搭載用基板１０の第１の面で囲まれた空間に、チップ保護材５０を設置する。本実施形態１においては、熱膨張係数が、半導体チップ２０に用いられている半導体基板の熱膨張係数以上であって、かつ、８．０×１０−６／℃以下のものを用いた、また、機械的強度が、用いる半導体基板よりも高いものを用いた。そして、第４の接着材６４を、予め準備してある枠状のチップ保護材５０の形状と略一致するように「ロ」の字状に塗布する。次いで、チップ保護材５０を、第４の接着材６４が塗布された部分に位置合わせして搭載用基板１０上に載置する（図３（ｅ））。次いで１２５℃程度で約１５分間仮キュアを実施する。
【００２９】
この状態で、チップ保護材５０は搭載用基板１０に接着されている。ただし、第４の接着材６４は熱硬化反応によりゲル化が進行し一部固体化しているものの、未だ完全には固化していない状態となっている。なお、第４の接着材６４は、例えばエポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、シリコン系樹脂、シアネートエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリノルボルネン系樹脂を含む樹脂群の中から選択された樹脂材料を主成分として、熱膨張率と弾性率が所望の値になるように無機質フィラーを適量混入させて調整してある。
【００３０】
次に、半導体チップ２０の上面、スティフナ３０の上面、チップ保護材の上面に、其々、第３の接着材６３、第５の接着材６５、第２の接着材６２を塗布した後（図４（ａ））、リッド４０をスティフナ３０で囲まれた領域全体を覆うように載置する。次いで、リッド４０の上に適切な荷重を載せて約１７５℃まで緩やかに昇温させた後、さらに約１７５℃の状態を６０分程度維持して、本キュアする（図４（ｂ））。これにより、アンダーフィル樹脂６０，第１の接着材６１〜第５の接着材６５が全て完全に硬化され、リッド４０も完全に接着される。なお、第２の接着材６２、第３の接着材６３、第５の接着材６５としては、熱膨張率が５０×１０−６〜１００×１０−６／℃程度の例えばエポキシ系樹脂を用いることができる。また、第３の接着材６３に、無機質フィラーとしてＡｇ、Ｃｕ粉末等を適量混入しておけば第３の接着材６３の熱伝導性が向上し、リッド４０の放熱効果をより効果的に発揮させることができる。
【００３１】
次に、搭載用基板１０の外部ランド電極１２に外部端子である半田パンプ１３を一般的な方法で接着し、半導体装置１が完成する（図４（ｃ））。
【００３２】
なお、上述したアンダーフィル樹脂６０，第１の接着材６１〜第５の接着材６５の主成分樹脂材料は、全て同じエポキシ系樹脂を用いることができる。其々に求められる熱膨張率等の特性に応じて、無機質フィラーの含有量を変えて最適な特性に調整して使用すればよい。無論、接着させる部材に最適な接着材を選定すべく、其々別の接着材料を適用してもよい。
【００３３】
半導体チップをリフロー法などにより搭載用基板１０に加熱処理する際に、高温にて一体となった半導体チップ２０と搭載用基板１０を室温まで冷却する過程で、材料間の熱膨張係数の差により半導体チップ２０が搭載用基板１０やアンダーフィル樹脂６０から強い圧縮応力を受ける。しかしながら、本実施形態１によれば、チップ保護材５０を配設することにより、半導体チップ２０のクラック発生などを防止して、半導体チップ２０の破局故障を阻止することができる。また、半導体チップ２０の下にあるバンプ電極２２に加わる応力も軽減できるため、バンプ電極２２の破壊（金属疲労によるクラック発生等）を防止できる。
【００３４】
また、半導体装置１を製造後、使用環境、若しくは信頼性試験においてヒートサイクルが加わった場合に、搭載用基板１０、アンダーフィル樹脂６０から半導体チップ２０に対して繰り返し性の応力が加わった際に、チップ保護材５０を設けることにより半導体チップ２０あるいはこの下のバンプ電極２２にクラックや、金属疲労による破断が生ずるのを防止することができる。これは、ヒートサイクルが加わった際の圧縮応力をチップ保護材５０にて受けることにより、半導体チップ２０及びこの下にあるバンプ電極に直接加わる応力を抑制できるためである。
【００３５】
上記特許文献１に記載の図９の例においては、スティフナ１３０において、半導体装置１０１全体の反りを低減する効果に付随して、半導体チップ１２０の保護が期待できるものの、未だその効果は十分とは言えなかった。本実施形態１に係る半導体装置によれば、スティフナ３０において、半導体装置全体の機械的強度を保ち、かつ、搭載用基板１０の反りを低減する構造材を選定しつつ、チップ保護材５０において、半導体チップ２０を保護する最適な構造材を選定することが可能である。そのため、より効果的に、半導体チップ２０を製造工程中、熱サイクル試験、あるいは実使用環境下における熱的、機械的応力から保護することが可能となる。これにより、より信頼性が高く、かつ耐久性の高い半導体装置を提供することができる。また、チップ保護材５０を設けることにより、スティフナ３０やリッド４０の設計自由度、材料選定の自由度が増加するというメリットもある。また、チップ保護材５０自体の設計自由度が高いというメリットもある。
【００３６】
上記特許文献２に記載の図１０の例おいては、リッド２４０の内壁と樹脂２５５との間に空隙２７０が形成される。一方、本実施形態１に係る半導体装置においては、チップ保護材５０とリッド４０とは第５の接着材６５を介して固設されている。従って、チップ保護材５０の上面に空隙がない。このため、より効果的に半導体チップ２０を実使用環境下や熱サイクル試験時の応力から保護することができる。
[実施形態２]
次に、上記実施形態とは異なる構造のＴＦＴの一例について説明する。なお、以降の説明において、上記実施形態と同一の要素部材は同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００３７】
本実施形態２に係る半導体装置は、以下の点を除く基本的な構造は上記実施形態１と同様である。すなわち、上記実施形態１に係る半導体装置１のリッド４０においては、板状構造であったのに対し、本実施形態２に係る半導体装置のリッドは、半導体チップとチップ保護材を収容する凹部構造を有している点において相違する。また、本実施形態２においては、スティフナが設けられていない点において相違する。
【００３８】
図５に、本実施形態２に係る半導体装置１ａの模式的な切断部断面図を示す。本実施形態２に係る半導体装置１ａは、図５に示すように、搭載用基板１０、半導体チップ２０、リッド４０ａ、チップ保護材５０等を備えている。
【００３９】
リッド４０ａは、搭載用基板１０と対向配置されている。リッド４０ａには、半導体チップ２０、チップ保護材５０を収容するための凹部が設けられている。そして、リッド４０ａの外周領域は、搭載用基板１０と接着材を介して対向配置されるようになっている。すなわち、本実施形態２においては、スティフナ３０の役割をリッド４０ａに持たせるように設計している。リッド４０ａと搭載用基板１０は、第１の接着材６１ａにより接着せしめられている。同様に、リッド４０ａと半導体チップ２０は第３の接着材６３により接着せしめられている。その他の構成部材については上記実施形態１と同様のため、その説明を割愛する。
【００４０】
本実施形態２に係る半導体装置１ａによれば、チップ保護材５０を設けることにより、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。また、搭載用基板１０とリッド４０ａ間の外周領域より内側に、半導体チップ２０を保護するチップ保護材を配設する構造とすることにより、搭載用基板１０とリッド４０ａ間の形状、構造の設計自由度を高めることができる。その結果、求められる用途やニーズに応じて柔軟に半導体装置のパッケージの形状を設計することができる。
【００４１】
なお、本実施形態２においては、リッド４０ａとして、肉厚が略同一のものを用いる例について説明したが、例えば、接着材を介して搭載用基板１０と対向配置されるリッド４０ａの外周領域において、強度を高めるべく、より厚みを増すようにしてもよい。
【００４２】
[実施形態３]
本実施形態３に係る半導体装置は、以下の点を除く基本的な構造は、上記実施形態１に係る半導体装置と同様である。すなわち、上記実施形態１に係る半導体装置１のチップ保護材５０は、平面視上の外周辺、及び内周辺が、半導体チップ２０の平面視上の外形形状と概ね相似形であったのに対し、本実施形態３に係る半導体装置のチップ保護材は、平面視上の外周辺、及び内周辺が、概ね同心の円形状である点において相違する。
【００４３】
図６に、本実施形態３に係る半導体装置の図２の切断位置に相当する模式的平面図を示す。同図に示すように、本実施形態３に係る半導体装置１ｂのチップ保護材５０ｂは、平面視上の外周辺５５、内周辺５６が、概ね同心の円形状となっている。すなわち、円形の枠体形状となっている。
【００４４】
本実施形態３に係る半導体装置１ｂによれば、チップ保護材５０ｂを設けることにより、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。また、チップ保護材５０ｂを円形の枠体形状とすることで、応力が集中しやすいコーナー部を設けない構造を採用することにより、チップ保護材の機械的強度を高め、半導体チップをより効果的に保護することができる。
【００４５】
[実施形態４]
本実施形態４に係る半導体装置は、以下の点を除く基本的な構造は、上記実施形態１に係る半導体装置と同様である。すなわち、上記実施形態１に係る半導体装置１のチップ保護材５０は、内周側壁と外周側壁が其々１つの面により形成されていたのに対し、本実施形態４に係る半導体装置のチップ保護材は、チップ保護材の外周側壁と内周側壁を連通する分断スリットが設けられている点において相違する。
【００４６】
図７に、本実施形態４に係る半導体装置１ｃの図２の切断位置に相当する模式的平面図を示す。同図に示すように、本実施形態４に係る半導体装置１ｃのチップ保護材５０ｃは、平面視上の外周側壁５７、内周側壁５８を連通する分断スリット５１が、矩形状の枠体の各辺の中央近傍に其々設けられている。
【００４７】
本実施形態４に係る半導体装置１ｃによれば、チップ保護材５０ｃを設けることにより、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。また、チップ保護材５０ｃに分断スリット５１を設けることにより、例えば、アンダーフィル樹脂６０を充填する工程の簡便化を図ることができる。
【００４８】
なお、分断スリットとして４つ設けた例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、１か所のみに分断スリットを設ける構成でもよい。また、分断スリットの位置として、チップ保護材５１ｃの枠体の各辺の中央近傍に設ける例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、矩形の枠体形状のコーナー部に設けるようにしてもよい。
【００４９】
[実施形態５]
本実施形態５に係る半導体装置は、上記実施形態１に係る半導体装置とその構成が同じであるが、製造方法が相違する。以下、異なる製造方法についてのみ説明する。
【００５０】
図８（ａ）から（ｃ）の半導体装置１ｄの製造工程断面図を参照して、本実施形態５の半導体装置の製造方法を工程順に沿って説明する。搭載用基板１０にスティフナ３０を搭載するまでは上記実施形態１と同様である（図３（ｂ）参照）。その後、本実施形態５においては、半導体チップ２０を搭載する前に、チップ保護材５０を配設する。具体的には、スティフナ３０の内壁，半導体チップ２０を搭載する領域、及び搭載用基板１０の第１の面で囲まれた空間に、チップ保護材５０を設置する。本実施形態５においては、熱膨張係数が、半導体チップ２０に用いられている半導体基板の熱膨張係数以上であって、かつ、８．０×１０−６／℃以下のものを用いた。また、機械的強度が、用いる半導体基板よりも高いものを用いた。そして、第４の接着材６４を、予め準備してある枠状のチップ保護材５０の形状と略一致するように「ロ」の字状に塗布する。次いで、チップ保護材５０を第４の接着材６４が塗布された部分に位置合わせして搭載用基板１０のスティフナ３０と半導体チップ２０の間に載置する（図３（ａ））。次いで１２５℃程度で約１５分間仮キュアを実施した。
【００５１】
この状態で、チップ保護材５０は搭載用基板１０に接着されている。ただし、第４の接着材６４は熱硬化反応によりゲル化が進行し一部固体化しているものの、未だ完全には固化していない状態となっている。なお、第４の接着材６４は、例えばエポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、シリコン系樹脂、シアネートエステル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリノルボルネン系樹脂を含む樹脂群の中から選択された樹脂材料を主成分として、熱膨張率と弾性率が所望の値になるように無機質フィラーを適量混入させて調整してある。
【００５２】
次に、チップ電極２１上にバンプ電極２２が接着された半導体チップ２０を、各バンプ電極２２が対応する内部ランド電極１１と接するように位置決めした上で載置する。そして、例えば窒素雰囲気中で２５０℃に加熱して搭載用基板１０の内部ランド電極１１にフリップチップ接続する（図８（ｂ））。
【００５３】
次に、半導体チップ２０と搭載用基板１０との隙間にディイスペンサ等でアンダーフィル樹脂６０を公知の滴下方法で注入・充填する。次いで、１００℃程度で約１０分仮キュアする（図８（ｃ））。この状態では、アンダーフィル樹脂６０は、熱硬化反応によりゲル化が進行し一部固体化しているものの、未だ完全には固化していない。なお、アンダーフィル樹脂６０は、例えばエポキシ系樹脂を熱膨張係数が３２×１０−６／℃程度、弾性率が９ＧＰａ程度になるように調整したものである。アンダーフィル樹脂６０がこの特性であれば、流動性が１０００〜４００００ＣＰＳ（centipoises）でありアンダーフィル部４０ａにボイドを発生させることなく注入・充填できる。このとき、アンダーフィル樹脂６０により、半導体チップ２０と搭載用基板１０との間隙、及び半導体チップ２０の周囲に延びるようにテーパー状にフィレット部が形成される。
【００５４】
次に、半導体チップ２０の上面、スティフナ３０の上面、チップ保護材の上面に、其々、第３の接着材６３、第５の接着材６５、第２の接着材６２を塗布した後、リッド４０をスティフナ３０で囲まれた領域全体を覆うように載置する。それ以降は、上記実施形態１と同様なのでその説明を割愛する。
【００５５】
本実施形態５に係る半導体装置の製造方法によれば、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、半導体チップ２０を搭載する前に、チップ保護材５０を配設しているので、上記実施形態１の製造方法に比して、製造工程中の半導体チップに係る応力をより効果的に低減することができる。
【００５６】
なお、上記実施形態において記載した各種部材（例えば、アンダーフィル樹脂や接着材）の熱膨張係数などは、一例であって、上記の物に限定されるものではない。用いる部材、用途、ニーズに応じて適宜選定することができる。また、チップ保護材の形状として、矩形、及び円形の枠体形状の例について述べたが、これに限定されるものではなく、多角形、長方形、長円形などの各種の枠体形状とすることができる。さらに、上記実施形態においてはＦＣＢＧＡ型の半導体装置における例について説明したが、搭載用基板に半導体チップを載置する半導体装置全般において同様に本発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施形態１に係る半導体装置の概略平面図。
【図２】図１（ａ）のＩＢ−ＩＢ切断部断面図。
【図３】（ａ）〜（ｂ）は、本実施形態１に係る半導体装置の製造工程断面図。
【図４】（ａ）〜（ｂ）は、本実施形態１に係る半導体装置の製造工程断面図。
【図５】実施形態２に係る半導体装置の概略断面図。
【図６】実施形態３に係る半導体装置の概略平面図。
【図７】実施形態４に係る半導体装置の概略平面図。
【図８】（ａ）〜（ｂ）は、実施形態５に係る半導体装置の製造工程断面図。
【図９】特許文献１に記載の半導体装置の概略断面図。
【図１０】特許文献２に記載の半導体装置の概略断面図。
【符号の説明】
【００５８】
１      半導体装置
１０    搭載用基板
１１    内部ランド電極
１２    外部ランド電極
１３    半田バンプ
１５    基板内配線
２０    半導体チップ
２１    チップ電極
２２    バンプ電極
３０    スティフナ
４０    リッド
５０    チップ保護材
５１    スリット
６０    アンダーフィル樹脂
６１    第１の接着材
６２    第２の接着材
６３    第３の接着材
６４    第４の接着材
６５    第５の接着材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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