(57)【要約】【課題】製造が簡単で、製造コストの削減に寄与できる半導体装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置１は、基板２に半導体チップ３がバンプ４を介してフリップチップ接続された半導体装置である。半導体装置１は、基板２と半導体チップ３との間の空間に充填された第１封止体６１と、半導体チップ３を被覆する第２封止体６２と、を備える。第２封止体６２は、第１封止体６１に比べて、無機フィラーの含有量が多い。基板２と半導体チップ３との間の空間に熱膨張係数の低い部材を別途、配置する必要がないので、半導体装置の製造が簡単で、半導体装置の製造コストの削減に寄与できる。【選択図】図１
2011009604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に半導体チップがバンプを介してフリップチップ接続された半導体装置であって、
前記基板と前記半導体チップとの間の空間に充填された第１封止体と、
前記半導体チップを被覆する第２封止体と、を備え、
前記第２封止体は、前記第１封止体に比べて、無機フィラーの含有量が多い半導体装置。
【請求項２】
前記第１封止体及び前記第２封止体は、射出成型される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】
前記バンプは、前記半導体チップの外周に沿って配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記無機フィラーは、隣接する前記バンプと前記基板と前記半導体チップとで囲まれた隙間を通過可能な径を有する第１無機フィラーと、前記第１無機フィラーよりも径が大きい第２無機フィラーと、を備え、
前記第１封止体には、前記第１無機フィラーの一部が含有され、
前記第２封止体には、残りの前記第１無機フィラーと前記第２無機フィラーとが含有されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１無機フィラーの径は、０．１μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２無機フィラーの径は、２０μｍより大きく１２０μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１封止体の無機フィラーの含有量は、３０重量％以下であり、前記第２封止体の無機フィラーの含有量は、７０重量％以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
基板に半導体チップをバンプを介してフリップチップ接続し、
前記基板と前記半導体チップとの間の空間に充填される第１封止体と、前記半導体チップを被覆する第２封止体と、を射出成型で成形し、前記第２封止体は、前記第１封止体に比べて、無機フィラーの含有量を多くする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記半導体チップの外周に沿って配置され隣接する前記バンプと前記基板と前記半導体チップとで囲まれた隙間を通過可能な径を有する第１無機フィラーと、前記第１無機フィラーよりも径が大きい第２無機フィラーと、を有機樹脂に含有し、
前記第１無機フィラー及び前記第２無機フィラーが含有された有機樹脂を射出成型し、前記第１無機フィラーの一部を前記隙間から有機樹脂と共に通過させて、前記第１無機フィラーの一部が有機樹脂に含有された第１封止体を前記基板と前記半導体チップとの間の空間に充填すると共に、残りの前記第１無機フィラーと前記第２無機フィラーとが有機樹脂に含有された第２封止体で前記半導体チップを被覆することを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１無機フィラーの径は、０．１μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第２無機フィラーの径は、２０μｍより大きく１２０μｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１封止体の無機フィラーの含有量は、３０重量％以下であり、前記第２封止体の無機フィラーの含有量は、７０重量％以上であることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の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半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップタイプの半導体装置は、基板に半導体チップがバンプを介して接続されている。このような半導体装置は、基板と半導体チップとの間の空間に所謂チャピラリーフロー技術を用いて封止体を充填している。封止体は、基板と半導体チップとの接続部を保護する。このとき、封止体には、基板と半導体チップとの接続部を良好に保護するために、無機フィラーが含有される。しかし、無機フィラーを入れすぎると、封止体の粘度が増加し、当該封止体を基板と半導体チップとの間の空間に充填することが困難となる。
【０００３】
そこで、特許文献１の技術は、基板と半導体チップとの間の空間に封止体の熱膨張係数よりも低い熱膨張係数の値を持つ固体材料よりなる部材を配置し、当該部材の他の部分に封止体を充填している。基板と半導体チップとの間の空間に当該部材を配置することで、封止体に含有する無機フィラーを少なくすることができ、封止体の充填性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２７０２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術は、基板と半導体チップとの間の空間に当該部材を配置する必要があるので、半導体装置の製造が煩雑になり、半導体装置の製造コストが嵩む。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体装置は、基板に半導体チップがバンプを介してフリップチップ接続された半導体装置であって、前記基板と前記半導体チップとの間の空間に充填された第１封止体と、前記半導体チップを被覆する第２封止体と、を備え、前記第２封止体は、前記第１封止体に比べて、無機フィラーの含有量が多い。つまり、半導体チップ３の下部に無機フィラー含有率が小さく、且つ弾性率の小さい層（第１封止体６１）を形成することでボード実装における応力緩和効果が得られる。よって、基板と半導体チップとの間の空間に熱膨張係数の低い部材を別途、配置する必要がないので、半導体装置の製造が簡単で、半導体装置の製造コストの削減に寄与できる。
【０００７】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板に半導体チップをバンプを介してフリップチップ接続し、前記基板と前記半導体チップとの間の空間に充填される第１封止体と、前記半導体チップを被覆する第２封止体と、を射出成型で成形し、前記第２封止体は、前記第１封止体に比べて、無機フィラーの含有量を多くする。これにより、基板と半導体チップとの間の空間に熱膨張係数の低い部材を別途、配置する必要がないので、半導体装置の製造が簡単で、半導体装置の製造コストの削減に寄与できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、製造が簡単で、製造コストの削減に寄与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ができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る実施の形態の半導体装置を概略的に示した断面図である。
【図２】図１の部分拡大断面図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の半導体装置の製造方法を概略的に示す工程図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の半導体装置の製造方法を概略的に示す工程図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の半導体装置の製造方法を概略的に示す工程図である。
【図６】本発明に係る実施の形態の半導体装置の製造方法を概略的に示す工程図である。
【図７】本発明に係る実施の形態の半導体装置の製造方法を概略的に示す工程図である。
【図８】本発明に係る実施の形態の半導体装置の製造方法を概略的に示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る半導体装置及び半導体装置の製造方法の実施の形態について説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１１】
半導体装置１は、図１に示すように、基板２に半導体チップ３がバンプ４を介してフリップチップ接続されている。すなわち、基板２は配線２１を備える。基板２の上面側には、半導体チップ３が搭載されている。半導体チップ３の下面には、外周に沿って複数個のバンプ４が間隔を開けて形成されている。バンプ４は、基板２の配線２１と電気的に接続されている。基板２の下面側では、バンプ５が基板２の配線２１と電気的に接続されている。バンプ５は、実装基板１００と電気的に接続される。
【００１２】
この半導体装置１は、第１封止体６１、第２封止体６２を備える。第１封止体６１は、基板２と半導体チップ３との間の空間に充填されている。第２封止体６２は、半導体チップ３を被覆する。このとき、第２封止体６２は、第１封止体６１に比べて、無機フィラーの含有量が多い状態とされる。これにより、充填し難い基板２と半導体チップ３との間の空間には、無機フィラーの含有量が少ない第１封止体６１が充填され、半導体チップ３を保護するために硬さが要求される当該半導体チップ３の上面及び側面は、無機フィラーの含有量が多い第２封止体６２で覆われる。このように特別な部材を用意しなくても、基板２と半導体チップ３との接続部を保護しつつ、当該半導体チップ３の上面及び側面を保護することができるので、半導体装置１の製造が簡単で、しかも製造コストの削減に寄与できる。また、基板２と半導体チップ３との間の空間には、無機フィラーの含有量が少ない第１封止体６１を充填するので、半導体装置１が実装された実装基板１００が熱膨張した際に、半導体チップ３の熱膨張を阻害しない。つまり、半導体チップ３の下部に無機フィラー含有率が小さく、且つ弾性率の小さい層（第１封止体６１）を形成することでボード実装における応力緩和効果が得られる。よって、実装基板１００の熱膨張を半導体チップ３でも吸収することができ、当該半導体チップ３の損傷を軽減することができる。
【００１３】
第１封止体６１は、図２に示すように、有機樹脂７、第１無機フィラー８１を備える。有機樹脂７は、エポキシ樹脂やポリイミド系樹脂、シリコーン系樹脂などである。第１無機フィラー８１は、シリカやアルミナなどである。第１無機フィラー８１は、隣接するバンプ４と基板２と半導体チップ３とで囲まれた隙間を通過可能な径を有する。すなわち、第１無機フィラー８１は、球状である必要はないが、径（すなわち断面形状）が当該隙間を通過可能な大きさ（形状）とされている。これにより、第１無機フィラー８１は、当該隙間を通過することが可能となる。ちなみに、第１無機フィラー８１の径は、０．１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。但し、第１無機フィラー８１の径は、隣接するバンプ４の間隔などによって、適宜変更される。ここで、第１無機フィラー８１の径は、球状であれば直径、断面が楕円形であれば短径を云う。要するに、第１無機フィラー８１は、当該隙間を通過することができる断面形状であれば良い。
【００１４】
第２封止体６２は、有機樹脂７、第２無機フィラー８２を備える。有機樹脂７は、第１封止体６１と共通である。第２無機フィラー８２は、第１無機フィラー８１と同一の材料から成る。但し、第２無機フィラー８２は、第１無機フィラー８１よりも径が大きい。すなわち、第２無機フィラー８２は、球状である必要はないが、径（すなわち断面形状）が当該隙間の幅寸法又は高さより大きい。これにより、第２無機フィラー８２は、当該隙間から基板２と半導体チップ３との間の空間に侵入しようとしても、バンプ４や基板２、半導体チップ３に引っ掛かる。ちなみに、第２無機フィラー８２の径は、２０μｍより大きく１２０μｍ以下であることが好ましい。但し、第２無機フィラー８２の径も、隣接するバンプ４の間隔などによって、適宜変更される。ここで、第２無機フィラー８２の径も、球状であれば直径、断面が楕円形であれば短径を云う。要するに、第２無機フィラー８２は、当該隙間を通過することができない断面形状であれば良い。
【００１５】
第１封止体６１及び第２封止体６２は、射出成型されることが好ましい。すなわち、有機樹脂７に第１無機フィラー８１及び第２無機フィラー８２を含有し、当該第１無機フィラー８１及び第２無機フィラー８２が含有された有機樹脂７を射出する。これにより、第１無機フィラー８１の一部は当該隙間から有機樹脂７と共に、基板２と半導体チップ３との間の空間に充填され、第１無機フィラー８１と有機樹脂７とで第１封止体６１を成す。それと共に、当該有機樹脂７の射出の条件や当該隙間への侵入条件等により当該隙間から侵入しなかった残りの第１無機フィラー８１と、バンプ４や基板２、半導体チップ３に引っ掛かった第２無機フィラー８２とが含有された有機樹脂７が半導体チップ３の上面及び側面を被覆し、第１無機フィラー８１と第２無機フィラー８２と有機樹脂７とで第２封止体６２を成す。その結果、第２封止体６２は、第１封止体６１に比べて、無機フィラーの含有量が多くなる。
【００１６】
このような半導体装置１は、径の異なる第１無機フィラー８１及び第２無機フィラー８２が含有された有機樹脂７を射出成型するだけで、簡単に基板２と半導体チップ３との間の空間に第１封止体６１を充填でき、半導体チップ３の上面及び側面を第２封止体６２で被覆することができる。そのため、半導体装置１をより簡単に製造することができ、製造コストの削減に寄与できる。すなわち、本発明のように半導体チップ３の上面及び側面を封止体で被覆する際には、所謂キャピラリーフロー技術で基板と半導体チップとの間の空間に封止体を充填した後に、一般的なモールド技術で半導体チップ３の上面及び側面を被覆しなくても、一度に封止体を射出成型するだけで良く、効果は絶大である。
【００１７】
ちなみに、第１封止体６１の無機フィラーの含有量は、３０重量％以下であり、第２封止体６２の無機フィラーの含有量は、７０重量％以上であることが好ましい。このとき、第１封止体６１の無機フィラーの含有量と第２封止体６２の無機フィラーの含有量とを合わせて１００重量％とされる。
【００１８】
このような半導体装置１は、図３乃至８に示すように製造される。
先ず、図３に示すように、基板２を形成する。すなわち、支持体９上に載置したポリイミド膜等にフォトリソグラフィ等の手段で配線２１を形成し、フレキシブルな基板２を形成する。さらに基板２の上面に配線２２を形成し、当該配線２２に電極２３を形成する。
【００１９】
次に、図４に示すように、基板２の上面側に半導体チップ３を載置し、基板２の電極２３と半導体チップ３の下面に形成されたバンプ４とを電気的に接続する。このとき、半導体チップ３の下面には、当該半導体チップ３の外周に沿ってバンプ４が配置されている。
【００２０】
次に、図５に示すように、基板２と半導体チップ３との接続部、及び半導体チップ３の上面及び側面を封止体で保護するべく、半導体チップ３が電気的に接続された基板２を金型１０内に配置する。そして、真空状態とされた金型１０内に封止体１１を射出する。封止体１１は、上述したように有機樹脂に第１無機フィラー８１と第２無機フィラー８２とが含有されている。これにより、図２、図６及び７に示すように、第１無機フィラー８１の一部は隣接するバンプ４と基板２と半導体チップ３との隙間から有機樹脂７と共に、基板２と半導体チップ３との間の空間に充填され、第１無機フィラー８１と有機樹脂７とで第１封止体６１を成す。それと共に、当該有機樹脂７の射出の条件や当該隙間への侵入条件等により当該隙間から侵入しなかった残りの第１無機フィラー８１と、バンプ４や基板２、半導体チップ３に引っ掛かった第２無機フィラー８２とが含有された有機樹脂７が半導体チップ３の上面及び側面を被覆し、第１無機フィラー８１と第２無機フィラー８２と有機樹脂７とで第２封止体６２を成す。その結果、第２封止体６２は、第１封止体６１に比べて、無機フィラーの含有量が多くなる。
【００２１】
次に、図８に示すように、封止体で被覆された基板２及び半導体チップ３を、金型１０から脱型して支持体９を取り外し、最後に基板２の下面から露出する配線２１にバンプ５を接続すると、図１に示す半導体装置１が完成する。
【００２２】
このような半導体装置１の製造方法は、径の異なる第１無機フィラー８１及び第２無機フィラー８２が含有された有機樹脂７を射出成型するだけで、簡単に基板２と半導体チップ３との間の空間に第１封止体６１を充填でき、半導体チップ３の上面及び側面を第２封止体６２で被覆することができる。そのため、半導体装置１をより簡単に製造することができ、製造コストの削減に寄与できる。すなわち、本発明のように半導体チップ３の上面及び側面を封止体で被覆する際には、所謂キャピラリーフロー技術で基板と半導体チップとの間の空間に封止体を充填した後に、一般的なモールド技術で半導体チップ３の上面及び側面を被覆しなくても、一度に封止体を射出成型するだけで良く、効果は絶大である。
【００２３】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施の形態では、フレキシブルな基板を用いたが、これに限らず、通例の半導体装置に用いられる基板であれば良い。このとき、製造工程において、支持体９を省略することができる。また、上記実施の形態では、基板２と半導体チップ３との間の空間に、第１無機フィラー８１が含有された第１封止体６１が充填されているが、第１封止体６１には第１無機フィラー８１が含有されていなくても良い。さらに、上記実施の形態では、最後に基板２の下面から露出する配線２１にバンプ５を接続しているが、当該配線２１にバンプ５を接続した後に、封止工程を行っても良い。
【符号の説明】
【００２４】
１  半導体装置
２  基板
３  半導体チップ
４、５  バンプ
７  有機樹脂
９  支持体
１０  金型
１１  封止体
１２  バンプ
２１、２２  配線
２３  電極
６１  第１封止体
６２  第２封止体
８１  第１無機フィラー
８２  第２無機フィラー
１００  実装基板
【図１】
2011009604.tif 000003
【図２】
2011009604.tif 000004
【図３】
2011009604.tif 000005
【図４】
2011009604.tif 000006
【図５】
2011009604.tif 000007
【図６】
2011009604.tif 000008
【図７】
2011009604.tif 000009
【図８】
2011009604.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月2日(2010.2.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙を開けて配置された配線層と半導体チップとが接続部を介して電気的に接続された半導体装置であって、
前記配線層と前記半導体チップとの間の空間に充填された第１封止体と、
前記半導体チップを被覆する第２封止体と、を備え、
前記第１封止体及び前記第２封止体は、同一の有機樹脂に無機フィラーが含有されており、
前記第２封止体は、前記第１封止体に比べて、前記無機フィラーの含有量が多い半導体装置。
【請求項２】
前記第１封止体及び前記第２封止体の無機フィラーは同一組成から成る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】
前記無機フィラーは、前記配線層と前記半導体チップとの間の空間を通過可能な径を有する第１無機フィラーと、前記第１無機フィラーよりも径が大きい第２無機フィラーと、を備え、
前記第１封止体には、前記第１無機フィラーの一部が前記有機樹脂に含有され、
前記第２封止体には、残りの前記第１無機フィラーと前記第２無機フィラーとが前記有機樹脂に含有され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】
前記第１無機フィラーは、隣接する前記接続部と前記配線層と前記半導体チップとで囲まれた隙間を通過可能な径とされていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１無機フィラーの径は、０．１μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２無機フィラーの径は、２０μｍより大きく１２０μｍ以下であることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１封止体の無機フィラーの含有量は、３０重量％以下であり、前記第２封止体の無機フィラーの含有量は、７０重量％以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記接続部は、前記半導体チップの外周に沿って配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
配線層と半導体チップとを、接続部を介して間隙を開けて電気的に接続する工程と、
径の異なる無機フィラーが含有された有機樹脂で前記半導体チップをモールド封止する工程であって、前記配線層と前記半導体チップとの間の空間に充填される前記有機樹脂に含有された無機フィラーに比べて、径の大きな無機フィラーが含有された前記有機樹脂で前記半導体チップを被覆し、前記半導体チップを被覆する前記有機樹脂に含有された無機フィラーの含有量は、前記配線層と前記半導体チップとの間の空間に充填される前記有機樹脂に含有された無機フィラーの含有量に比べて多くする工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記無機フィラーが含有された前記有機樹脂で前記半導体チップをモールド封止する工程では、
前記無機フィラーとして、前記配線層と前記半導体チップとの間の空間を通過可能な径を有する第１無機フィラーと、前記第１無機フィラーよりも径が大きい第２無機フィラーと、が含有された前記有機樹脂で前記半導体チップをモールド封止し、
前記第１無機フィラーの一部が含有された前記有機樹脂を前記配線層と前記半導体チップとの間の空間に充填すると共に、残りの前記第１無機フィラーと前記第２無機フィラーとが含有された前記有機樹脂で前記半導体チップを被覆することを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１無機フィラーは、隣接する前記接続部と前記配線層と前記半導体チップとで囲まれた隙間を通過可能な径とされており、
前記第１無機フィラーの一部を前記隙間から前記有機樹脂と共に通過させて、前記第１無機フィラーの一部が含有された前記有機樹脂を前記配線層と前記半導体チップとの間の空間に充填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】
前記第１無機フィラー及び前記第２無機フィラーは同一組成から成ることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第１無機フィラーの径は、０．１μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第２無機フィラーの径は、２０μｍより大きく１２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記配線層と前記半導体チップとの間の空間に充填される前記有機樹脂に含有された無機フィラーの含有量は、３０重量％以下であり、前記半導体チップを被覆する前記有機樹脂に含有された無機フィラーの含有量は、７０重量％以上であることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
支持体上に配線層を形成する工程と、前記支持体を除去する工程と、をさらに備え、
前記支持体上に配線層を形成する工程の後に、前記配線層と前記半導体チップとを前記接続部を介して電気的に接続する工程を実施し、
前記無機フィラーが含有された前記有機樹脂で前記半導体チップをモールド封止する工程の後に、前記支持体を除去する工程を実施することを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
このような半導体装置１は、図３乃至８に示すように製造される。
先ず、図３に示すように、基板２を形成する。すなわち、支持体９上に載置したポリイミド膜等にフォトリソグラフィ等の手段で配線２１を形成し、フレキシブルな基板（配線層）２を形成する。さらに基板２の上面に配線２２を形成し、当該配線２２に電極２３を形成する。