(57)【要約】      （修正有）【課題】実装基板と半導体チップとの隙間にボイドが発生しないようにアンダーフィル樹脂を充填する。【解決手段】  研磨機を用いて実装基板１６上に形成されたソルダレジスト２０の表面２０ａを研磨して表面凹凸部分を除去する。そのため、ソルダレジスト２０の表面２０ａは、見かけ上平坦化されており、アンダーフィル樹脂２２が流れやすくなり、アンダーフィル樹脂２２の充填速度が表面凹凸部分によって変化することが防止される。研磨されたソルダレジスト２０の表面２０ａには、例えば、微細な複数の溝からなる直線状の研磨痕４４が形成される。この微細な研磨痕４４は、アンダーフィル樹脂２２を充填する際にアンダーフィル樹脂２２の流れ方向を規制することによりボイドの発生を防止する。【選択図】図４
2006019651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板の表面に樹脂保護膜を形成する第１工程と、
前記樹脂保護膜の表面を研磨して前記実装基板の配線パターンに応じて形成される前記樹脂保護膜の表面凹凸部分を除去する第２工程と、
前記実装基板上の電極パッドに半導体部品の下面に配置されたバンプを接続する第３工程と、
前記樹脂保護膜と前記半導体部品との間にアンダーフィル樹脂を充填して前記半導体部品を前記実装基板上に実装する第４工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２工程において、前記樹脂保護膜の表面に直線状に延在する複数の研磨痕が一定方向に形成されるように研磨部材により前記樹脂保護膜の表面を研磨することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第４工程において、前記アンダーフィル樹脂の注入方向を前記樹脂保護膜の表面に形成された複数の研磨痕の延在方向に一致させることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
表面に樹脂保護膜が形成された基板の電極パッドに半導体部品の端子を接続した状態で前記樹脂保護膜と前記半導体部品との間にアンダーフィル樹脂を充填して前記半導体部品を前記基板上に実装する半導体装置において、
研磨部材により前記樹脂保護膜の表面を研磨して前記樹脂保護膜の表面に直線状に延在する複数の研磨痕を一定方向に形成し、前記研磨痕に沿って前記アンダーフィル樹脂を充填したことを特徴とする半導体装置。
【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係り、特に基板上の樹脂保護膜と半導体部品との間にアンダーフィル樹脂を注入して半導体部品を基板上に実装する半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
配線基板に表面実装タイプの半導体部品を実装する構成とされた半導体装置では、半導体部品と配線基板との間にアンダーフィル樹脂を充填することにより半導体部品と配線基板との熱膨張差により半導体部品と配線基板との間を電気的に接続するバンプが破壊されることを防止して接続信頼性を向上させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、図１乃至図３を参照して従来の製造方法の各工程について説明する。
【０００４】
図１（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、ＢＧＡ(Ball grid array)タイプの半導体装置１０では、正方形状の半導体チップ１４の下面に多数のバンプ（端子）１２を配置しており、半導体チップ１４を実装基板１６の上面に載置すると共に、バンプ１２を実装基板１６上の電極パッド１８にはんだ接合する。実装基板１６の表面には、ソルダ−レジスト２０が樹脂保護膜として形成されている。
【０００５】
半導体チップ１４とソルダ−レジスト２０との間に形成された隙間にアンダーフィル樹脂２２を充填し、ベーキングする。これにより、バンプ１２の周囲は、アンダーフィル樹脂２２によって補強され、半導体チップ１４と実装基板１６との熱膨張差によるバンプ破壊が防止される。
【特許文献１】特開２０００−１５０５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、図２（Ａ）（Ｂ）に示されるように、ＬＳＩチップからなる半導体チップ１４の下面に配置された端子数が増加するに連れて各端子間の離間距離も小さくなり、バンプ１２も小さく形成され、バンプ１２間が狭ピッチ化される。この際、バンプ１２高さもバンプ径の減少により低くなる。また、実装基板１６を下方からみると、バンプ１２が密集している端子領域αと、バンプ１２が形成されていない非端子領域βとが存在する。
【０００７】
図２（Ｃ）に示されるように、バンプ１２間の狭ピッチ化された半導体チップ１４を実装基板１６の上面に載置し、バンプ１２を実装基板１６上の電極パッド１８にはんだ接合すると、バンプ１２高さも低くなることから半導体チップ１４とソルダ−レジスト２０との隙間Ｓが狭くなる。
【０００８】
また、図２（Ｄ）にＣ部を拡大して示されるように、実装基板１６の表面には、配線パターン２４が形成されているため、ソルダ−レジスト２０の表面は、配線パターン２４の形状に応じた凹凸形状となっている。そのため、図２（Ｅ）にＤ部を拡大して示されるように、配線パターン２４の上部では、半導体チップ１４とソルダ−レジスト２０との隙間Ｓが狭くなっており、アンダーフィル樹脂２２に含まれたフィラー２５，２６のうち粒子の小さいフィラー２５が上記隙間Ｓを通過できるが、粒子の大きいフィラー２６が上記隙間Ｓを通りにくくなり、アンダーフィル樹脂２２を充填する際の抵抗となって充填速度が遅くなる、または充填できなくなるという問題があった。
【０００９】
また、半導体チップ１４とソルダ−レジスト２０との隙間にアンダーフィル樹脂２２を充填する際、アンダーフィル樹脂２２は、比較的粘性が小さく液状であるので、実装基板１６の一側から注入されて他側に移動するようにして全体に充填される。
【００１０】
ここで、図３（Ａ）〜（Ｅ）を参照して従来のアンダーフィル樹脂２２（図３中、梨地模様で示す）の流れ状態について説明する。また、図３（Ａ）〜（Ｅ）中、半導体チップ１４は、透視されており、一点鎖線で示す。
【００１１】
図３（Ａ）〜（Ｅ）に示されるように、アンダーフィル樹脂２２の流れ速度分布は、実装基板１６を上方からみると、バンプ１２が密集している端子領域αでの毛管現象によりアンダーフィル樹脂２２の流れ速度が速くなる。一方、バンプ１２が形成されていない非端子領域βでは、相対的にアンダーフィル樹脂２２の流れ速度が若干遅くなる傾向にある。
【００１２】
そのため、アンダーフィル樹脂２２を実装基板１６の一側から他側に充填される際、均一な速度で移動せず、基板中心部分の非端子領域βでアンダーフィル樹脂２２の流れ速度が遅れることにより、バンプ１２が密集している中心部分を囲む端子領域αにおける流れ速度が相対的に速くなり、実装基板１６の他側に到着したアンダーフィル樹脂２２の流れの一部が中心部分に向かって周り込むように移動する（図３（Ｅ）中、矢印で示す）ことになる。その結果、非端子領域βで遅れた流れと端子領域αから周り込む流れとの間に空洞によるボイド２８が形成されてしまうという問題が生じる。
【００１３】
また、半導体チップ１４と実装基板１６との隙間の大きさ、アンダーフィル樹脂２２の特性によっては端子領域αにおいて、フィラー粒子の影響からアンダーフィル樹脂２２の流れが遅くなり、前述とは異なる位置にボイドが発生するという問題が生じる。
【００１４】
そこで、本発明は上記課題を解決した半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記課題を解決するため、以下のような特徴を有する。
【００１６】
請求項１記載の発明は、実装基板の表面に樹脂保護膜を形成する第１工程と、前記樹脂保護膜の表面を研磨して前記実装基板の配線パターンに応じて形成される前記樹脂保護膜の表面凹凸部分を除去する第２工程と、前記実装基板上の電極パッドに半導体部品の下面に配置されたバンプを接続する第３工程と、前記樹脂保護膜と前記半導体部品との間にアンダーフィル樹脂を充填して前記半導体部品を前記実装基板上に実装する第４工程と、を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明は、前記第２工程において、前記樹脂保護膜の表面に直線状に延在する複数の研磨痕が一定方向に形成されるように研磨部材により前記樹脂保護膜の表面を研磨することを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明は、前記第４工程において、前記アンダーフィル樹脂の注入方向を前記樹脂保護膜の表面に形成された複数の研磨痕の延在方向に一致させることを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の発明は、表面に樹脂保護膜が形成された基板の電極パッドに半導体部品の端子を接続した状態で前記樹脂保護膜と前記半導体部品との間にアンダーフィル樹脂を充填して前記半導体部品を前記基板上に実装する半導体装置において、研磨部材により前記樹脂保護膜の表面を研磨して前記樹脂保護膜の表面に直線状に延在する複数の研磨痕を一定方向に形成し、前記研磨痕に沿って前記アンダーフィル樹脂を充填したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、樹脂保護膜の表面を研磨して実装基板の配線パターンに応じて形成される樹脂保護膜の表面凹凸部分を除去した後、樹脂保護膜と半導体部品との間にアンダーフィル樹脂を充填して半導体部品を実装基板上に実装するため、樹脂保護膜の表面形状が平坦化されてフィラーを含むアンダーフィル樹脂の流れをほぼ均一な速度で実装基板の一側から他側に移動させて充填することが可能になる。
【００２１】
また、樹脂保護膜の表面に直線状に延在する複数の研磨痕が一定方向に形成されるように研磨部材により樹脂保護膜の表面を研磨することにより、実装基板の一側から他側へアンダーフィル樹脂を充填する過程で他側に到着したアンダーフィル樹脂の流れが周り込むことが抑制され、ボイドの発生を防止することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。
【実施例１】
【００２３】
図４（Ａ）〜（Ｆ）は本発明になる半導体装置の製造方法の一実施例を示す工程図である。尚、図４（Ａ）〜（Ｆ）において、前述した図１〜図３に示す同一部分には同一符号を付す。
【００２４】
図４（Ａ）に示されるように、工程１では、実装基板１６上に電極パッド１８及び配線パターンを形成した後、電極パッド１８を除く実装基板１６上にソルダレジスト２０をスクリーン印刷により形成する。あるいは、感光ソルダレジストを実装基板１６上に形成して露光、現像によりレジストパターンを形成しても良い。
【００２５】
ソルダレジスト２０は、その表面が後述する工程で研磨されるため、通常よりも若干厚く（例えば、配線パターン上の厚さ２０μｍ〜３０μｍ程度）形成される。
【００２６】
図４（Ｂ）にＡ部を拡大して示されるように、実装基板１６上には、配線パターン２４が形成されており、配線パターン２４上にもソルダレジスト２０が被覆されるため、ソルダレジスト２０の表面２０ａは、配線パターン２４上が凸部２０ｂになり、配線パターン２４が存在しない領域が凹部２０ｃになる。
【００２７】
図４（Ｃ）に示されるように、工程２では、図５に示すバフ研磨機３０を用いてソルダレジスト（樹脂保護膜）２０の表面２０ａを研磨して表面凹凸部分を除去する。そのため、ソルダレジスト（樹脂保護膜）２０の表面２０ａは、見かけ上平坦化されており、粒子の大きさが異なるフィラー２５，２６を有するアンダーフィル樹脂２２が流れやすくなり、アンダーフィル樹脂２２の充填速度が表面凹凸部分によって変化することが防止される。
【００２８】
ここで、バフ研磨機３０について図５を参照して説明する。
図５に示されるように、バフ研磨機３０は、実装基板１６の上面に形成されたソルダレジスト２０を研磨するロール状研磨部材としての上面用バフロール３２と、実装基板１６の下面を研磨する下面用バフロール３４とを有しており、実装基板１６の上下面を同時に研磨するように構成されている。また、上面用バフロール３２の下方には、実装基板１６を上方に押圧する押圧用ローラ３６が設けられ、下面用バフロール３４の上方には、実装基板１６を下方に押圧する押圧用ローラ３８が設けられている。これにより、実装基板１６の上下面は、モータ（図示せず）により回転駆動される上面用バフロール３２及び下面用バフロール３４に対して所定の荷重で押圧されることになり、荷重の大きさに応じた厚さが研磨される。
【００２９】
また、バフ研磨機３０は、実装基板１６を上面用バフロール３２及び下面用バフロール３４に搬送するための複数の搬送ローラ４０，４２が設けられている。搬送ローラ４０，４２は、モータ（図示せず）により実装基板１６を矢印で示す搬送方向に所定の搬送速度で搬送する。
【００３０】
尚、バフ研磨機３０では、一対の上面用バフロール３２及び下面用バフロール３４を設けた構成であるが、上面用バフロール３２及び下面用バフロール３４の配置数は２対あるいは３対とすることも可能である。従って、上面用バフロール３２及び下面用バフロール３４の数は、研磨されるソルダレジスト２０の研磨量に応じて選択され、且つ上面用バフロール３２及び下面用バフロール３４の種類（砥粒の大きさ）を選択することによって実装基板１６の表面２０ａに残される研磨痕の深さを任意の深さに設定することが可能になる。
【００３１】
図４（Ｄ）にＢ部を拡大して示されるように、上記バフ研磨機３０によるソルダレジスト２０の研磨工程を行うことにより、ソルダレジスト２０は表面２０ａの凹凸を除去されて平面に加工されると共に、ソルダレジスト２０の表面２０ａには微細な研磨痕４４が搬送方向に沿って直線状に形成される。
【００３２】
すなわち、実装基板１６は、回転する上面用バフロール３２を通過することにより研磨されたソルダレジスト２０の表面２０ａに、例えば、深さ１〜１０μｍの微細な複数の溝からなる直線状の研磨痕４４が形成される。この微細な研磨痕４４は、アンダーフィル樹脂２２を充填する際にアンダーフィル樹脂２２の流れ方向を規制する規制手段として機能するものである。
【００３３】
また、アンダーフィル樹脂２２は、微細な溝からなる研磨痕４４にも充填されることでソルダレジスト２０の表面２０ａに対してより強固に接着されることになる。
【００３４】
図４（Ｅ）に示されるように、工程３では、実装基板１６上の電極パッド１８に半導体チップ１４の下面に配置されたバンプ１２をはんだ接続する。
【００３５】
図４（Ｆ）に拡大して示されるように、工程４では、研磨工程により平坦化されたソルダレジスト２０の表面２０ａと半導体チップ１４の下面との隙間Ｓにアンダーフィル樹脂２２を充填してベーキングして半導体チップ１４を実装基板１６上に実装する。アンダーフィル樹脂２２は、粒子の大きさが異なるフィラー２５，２６を有するが、上記研磨工程によりソルダレジスト２０の表面２０ａが平坦化されているため、ソルダレジスト２０の表面２０ａと半導体チップ１４の下面との隙間Ｓが一定寸法に保たれており、粒子の大きいフィラー２６も自由に移動することが可能になり、アンダーフィル樹脂２２の流れがスムーズに行える。
【００３６】
これにより、実装基板１６の側方からアンダーフィル樹脂２２を上記隙間Ｓに注入した場合、アンダーフィル樹脂２２がソルダレジスト２０の表面２０ａの凹凸によって流れ方向が変化したり、粒子の大きいフィラー２６の移動が規制されずに済み、ソルダレジスト２０と半導体チップ１４との間の全体にアンダーフィル樹脂２２を充填することが可能になる。
【００３７】
ここで、図６（Ａ）〜（Ｆ）を参照してアンダーフィル樹脂２２を充填する際のアンダーフィル樹脂２２（図６中、梨地模様で示す）の流れ状態について説明する。また、図６中、半導体チップ１４は、透視されており、一点鎖線で示す。
【００３８】
図６（Ａ）中破線で示されるように、実装基板１６上のソルダレジスト２０の表面２０ａには、一定方向（Ｘ方向）に延在するように微細な溝からなる研磨痕４４が形成されている。そして、実装基板１６の右側方からソルダレジスト２０の表面２０ａと半導体チップ１４の下面との隙間Ｓにアンダーフィル樹脂２２を注入する。尚、アンダーフィル樹脂２２は、樹脂充填ノズル（図示せず）の先端吐出口よりソルダレジスト２０上に吐出され、半導体チップ１４の右側に沿うように充填される。
【００３９】
このように、ソルダレジスト２０上に盛り付けられたアンダーフィル樹脂２２は、図６（Ｂ）に示されるように、ソルダレジスト２０の表面２０ａと半導体チップ１４の下面との隙間Ｓに流入する。また、アンダーフィル樹脂２２は、粘性の低い液状であり、且つソルダレジスト２０の表面２０ａが研磨工程により凹凸の無い平面に形成されているので、隙間Ｓを移動しやすく、特に図６（Ｂ）中矢印で示すように多数のバンプ１２が密集された端子領域αでの流速（充填速度）が毛管現象により非端子領域βよりも速くなる。
【００４０】
図６（Ｃ）に示されるように、アンダーフィル樹脂２２は、多数のバンプ１２が密集された端子領域αを積極的に進行するのに対し、非端子領域βでの移動が遅れる。
【００４１】
図６（Ｄ）に示されるように、アンダーフィル樹脂２２が非端子領域βに充填される頃には、端子領域αをＸ方向に進行したアンダーフィル樹脂２２が半導体チップ１４の他側に到達している。しかしながら、アンダーフィル樹脂２２は、ソルダレジスト２０の表面２０ａに形成された微小な研磨痕４４の延在方向に移動するため、半導体チップ１４の他側に到達したアンダーフィル樹脂２２は、研磨痕４４によって中心側に向うＹ方向への流れが抑制される。
【００４２】
図６（Ｅ）に示されるように、端子領域αをＸ方向に進行したアンダーフィル樹脂２２が研磨痕４４によってＹ方向への流れが抑制されている間に、非端子領域βをＸ方向に進行したアンダーフィル樹脂２２が半導体チップ１４の他側付近まで進行する。
【００４３】
図６（Ｆ）に示されるように、最終的には、非端子領域βをＸ方向に進行したアンダーフィル樹脂２２が半導体チップ１４の他側に到達した時点で、ソルダレジスト２０と半導体チップ１４との隙間全体にアンダーフィル樹脂２２の充填が完了する。
【００４４】
このように、ソルダレジスト２０の表面２０ａに形成された微小な研磨痕４４がアンダーフィル樹脂２２の流れ方向を一方向（Ｘ方向）に規制することにより非端子領域βをＸ方向に進行したアンダーフィル樹脂２２の流速が遅くなっても端子領域αを進行したアンダーフィル樹脂２２がＹ方向に周り込むことが抑制され、ボイドの発生が防止されるため、アンダーフィル樹脂充填工程の信頼性を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】アンダーフィルを用いたＢＧＡパッケージの半導体装置１０の実装工程を説明するための縦断面図である。
【図２】バンプピッチが小さくなった半導体チップの実装工程を説明するための縦断面図である。
【図３】従来のアンダーフィル樹脂の流れを説明するための平面図である。
【図４】本発明になる半導体装置の製造方法の一実施例を示す工程図である。
【図５】バフ研磨機３０の構成例を示す斜視図である。
【図６】アンダーフィル樹脂２２を充填する際のアンダーフィル樹脂２２の流れ状態を説明するための平面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１２  バンプ
１４  半導体チップ
１６  実装基板
１８  電極パッド
２０  ソルダ−レジスト
２２  アンダーフィル樹脂
２４  配線パターン
２５，２６  フィラー
３０  バフ研磨機
３２  上面用バフロール
３４  下面用バフロール
３６，３８  押圧用ローラ
４０，４２  搬送ローラ
４４  研磨痕
【図１】
2006019651.tif 000003
【図２】
2006019651.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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