(57)【要約】【課題】半導体素子と半導体キャリアとの間隙に樹脂の未充填部分を無くすことができる半導体キャリアを提供する。【解決手段】半導体キャリア１上の半導体素子６を搭載する領域周囲に、その領域よりも大きい面積を取り囲む外周壁３を設け、半導体素子６の実装時に、半導体素子６と半導体キャリア１との間に介在させた熱硬化性樹脂５´を外周壁３まで押し広げて、外周壁３で取り囲まれた領域を熱硬化性樹脂５´で満たす。【選択図】図２
2008010437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を主面上に実装する半導体キャリアであって、前記主面上に、半導体素子の突起電極と接続する接続端子と、半導体素子を搭載する搭載領域を取り囲み且つその取り囲む面積が前記搭載領域の面積よりも大きい外周壁と、を備えることを特徴とする半導体キャリア。
【請求項２】
請求項１記載の半導体キャリアであって、前記外周壁の内壁の平面視形状は、前記搭載領域に搭載された半導体素子のコーナー部との隙間が、その半導体素子の各辺の中央部との隙間よりも広い形状であることを特徴とする半導体キャリア。
【請求項３】
請求項２記載の半導体キャリアであって、前記搭載領域に搭載された半導体素子のコーナー部に対向する前記外周壁の内壁の平面視形状は、前記搭載領域の外側方向へ突出した形状であることを特徴とする半導体キャリア。
【請求項４】
請求項２記載の半導体キャリアであって、前記外周壁の内壁の平面視形状は、前記搭載領域に搭載された半導体素子との隙間が、その半導体素子の各辺の中央部に対向する位置からコーナー部に対向する位置へ向かって広がっていく形状であることを特徴とする半導体キャリア。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体キャリアであって、前記外周壁の高さは、記搭載領域に搭載される半導体素子の高さよりも低いことを特徴とする半導体キャリア。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体キャリアと、一方の表面に突起電極が設けられた半導体素子と、前記半導体キャリアの接続端子と前記半導体素子の突起電極とを接触状態で保持し且つ前記半導体素子と前記半導体キャリアとを接着固定する絶縁性の熱硬化性樹脂と、を備える半導体装置であって、
前記熱硬化性樹脂は、前記半導体素子と前記半導体キャリアとの間隙を含む上記外周壁により取り囲まれた領域に形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体キャリアを用いた半導体装置を製造する方法であって、
前記半導体キャリアの少なくとも上記搭載領域を含む領域上に絶縁性を有するシート状の熱硬化性樹脂を配置する工程と、
半導体素子の突起電極と前記半導体キャリアの接続端子とを位置合わせする工程と、
前記半導体キャリアを加熱しながら前記半導体素子を押圧して、前記半導体キャリアの接続端子と前記半導体素子の突起電極との間の前記熱硬化性樹脂を排除しながら接続端子と突起電極とを電気的に接続させるとともに、前記熱硬化性樹脂を流動させて上記外周壁の内壁にまで拡げる工程と、
前記半導体キャリアを冷却する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フリップチップ方式の半導体装置に用いられる半導体キャリア、およびその半導体キャリアを用いた半導体装置、並びにその半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
世の中の多くの電子機器に半導体パッケージが実装されている。昨今、特に携帯電話やモバイル用機器などの進展により、半導体パッケージには今まで以上に小型化・高密度実装化が要求されている。これらの要求に応えるために、フリップチップ方式の半導体装置が開発されている。
【０００３】
以下、図面を参照して従来のフリップチップ方式の半導体装置の構造および製造方法について説明する。図４は従来のフリップチップ方式の半導体装置の製造過程を説明する工程断面図である。
【０００４】
まず、図４（ａ）に示すように、半導体キャリア１を準備する。半導体キャリア１は、半導体素子を実装する主面上に、搭載しようとする半導体素子の突起電極と接続するための電極端子２を備えるとともに、他方の主面上に外部電極端子４を一定間隔で備える。次に、図４（ｂ）に示すように、半導体キャリア１の主面上に、絶縁性を有するシート状の熱硬化性樹脂（熱硬化性樹脂シート）５を貼り付ける。
【０００５】
次に、図４（ｃ）に示すように、半導体素子６の突起電極７と半導体キャリア１の電極端子２とを位置合わせして、半導体素子６を半導体キャリア１に搭載し、半導体キャリア１を加熱しながら半導体素子６を押圧して、半導体素子６の突起電極７と半導体キャリア１の電極端子２との間の熱硬化性樹脂５´を排除し且つ突起電極７を変形させながら、電極端子２と突起電極７を電気的に接続させる。また、この際、半導体素子６と半導体キャリア１の間隙に介在する熱硬化性樹脂シート５を流動させて、半導体素子６と半導体キャリア１の間隙を熱硬化性樹脂５´で充填し且つ余分な熱硬化性樹脂５´を半導体素子６の外側に押し出す。この熱硬化性樹脂５´が硬化後に封止樹脂となる。
【０００６】
その後、図４（ｄ）に示すように、半導体キャリア１に実装された半導体素子６を覆うように封止樹脂８でモールドする。これにより半導体装置の製造が完了する。このように、フリップチップ方式の接合では、半導体素子と半導体キャリアとの間隙に半導体素子表面の保護および半導体キャリアとの接続の保持を目的とした樹脂封止が行われる。
【０００７】
以上の製造工程の中で、図４（ｃ）において説明した熱硬化性樹脂５´を半導体素子６の外側に押し出す際に、半導体素子６と半導体キャリア１との間隙に熱硬化性樹脂５´の未充填をなくし、且つ熱硬化性樹脂５´のはみ出し量を少なくすることが、半導体装置の信頼性を確保し且つ半導体装置の小型化を実現するうえで重要となる。
【０００８】
ところが、厚さが均一な熱硬化性樹脂シートを用いると、図５に示すように矩形の半導体素子６の外側に扇状に熱硬化性樹脂５´が押し出されるが、半導体素子６と半導体キャリア１との間隙の未充填を避けるために熱硬化性樹脂シートのサイズを大きく設定すると、図５（ａ）に示すように、半導体素子６の各辺中央付近のはみ出し量が大きくなってしまい、結果、半導体素子６の周辺に他の実装部品を実装できない領域が生じ、実装密度が低下する。逆に熱硬化性樹脂シートのサイズを小さく設定すると、図５（ｂ）に示すように、半導体素子６の各辺中央付近からのはみ出し量は少なくなるものの、半導体素子６のコーナー部が未充填になってしまい、半導体素子６の電気的接続の信頼性が低下してしまう。
【０００９】
また、近年、高周波特性を改善するために、層間絶縁膜に低誘電率絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ）を用いるようになってきた。そのため、ＮＳＤプロセスを用いて半導体素子６を実装する場合に、大きな押圧力を加えることが困難となってきており、熱硬化性樹脂を充分押し広げることができず、コーナー部にまで樹脂を充分に形成できなくなってきている。その結果、コーナー部での剥離が生じやすい傾向にある。
【００１０】
そこで、従来より、コーナー部の剥離を防止するために、半導体素子のコーナー部に過剰に異方性導電ペーストを塗布する手法が提案されている。しかしながら、この従来の手法では、ペーストの塗布量を管理する必要があり、またその塗布された樹脂の広がりは制御できないという問題があった。
【特許文献１】特開２００３−１８８２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本願発明は、上記問題点に鑑み、半導体キャリア上の半導体素子の搭載領域周囲に、その搭載領域よりも大きい面積を取り囲む外周壁を形成することにより、半導体素子を半導体キャリア上に熱硬化性樹脂シートを介在させてフリップチップ実装する加熱加圧工程で、半導体素子の各辺中央付近からはみ出した熱硬化性樹脂を前記外周壁により半導体素子のコーナー部へ導き、半導体素子のコーナー部での樹脂の充填不足を解消することができるとともに、過剰な樹脂のはみ出しを防止できる半導体キャリア、およびその半導体キャリアを用いた半導体装置、並びにその半導体装置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】
【００１２】
本発明の請求項１記載の半導体キャリアは、半導体素子を主面上に実装する半導体キャリアであって、前記主面上に、半導体素子の突起電極と接続する接続端子と、半導体素子を搭載する搭載領域を取り囲み且つその取り囲む面積が前記搭載領域の面積よりも大きい外周壁と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項２記載の半導体キャリアは、請求項１記載の半導体キャリアであって、前記外周壁の内壁の平面視形状は、前記搭載領域に搭載された半導体素子のコーナー部との隙間が、その半導体素子の各辺の中央部との隙間よりも広い形状であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項３記載の半導体キャリアは、請求項２記載の半導体キャリアであって、前記搭載領域に搭載された半導体素子のコーナー部に対向する前記外周壁の内壁の平面視形状は、前記搭載領域の外側方向へ突出した形状であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項４記載の半導体キャリアは、請求項２記載の半導体キャリアであって、前記外周壁の内壁の平面視形状は、前記搭載領域に搭載された半導体素子との隙間が、その半導体素子の各辺の中央部に対向する位置からコーナー部に対向する位置へ向かって広がっていく形状であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項５記載の半導体キャリアは、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体キャリアであって、前記外周壁の高さは、記搭載領域に搭載される半導体素子の高さよりも低いことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項６記載の半導体装置は、請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体キャリアと、一方の表面に突起電極が設けられた半導体素子と、前記半導体キャリアの接続端子と前記半導体素子の突起電極とを接触状態で保持し且つ前記半導体素子と前記半導体キャリアとを接着固定する絶縁性の熱硬化性樹脂と、を備える半導体装置であって、前記熱硬化性樹脂は、前記半導体素子と前記半導体キャリアとの間隙を含む上記外周壁により取り囲まれた領域に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項７記載の半導体装置の製造方法は、請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体キャリアを用いた半導体装置を製造する方法であって、前記半導体キャリアの少なくとも上記搭載領域を含む領域上に絶縁性を有するシート状の熱硬化性樹脂を配置する工程と、半導体素子の突起電極と前記半導体キャリアの接続端子とを位置合わせする工程と、前記半導体キャリアを加熱しながら前記半導体素子を押圧して、前記半導体キャリアの接続端子と前記半導体素子の突起電極との間の前記熱硬化性樹脂を排除しながら接続端子と突起電極とを電気的に接続させるとともに、前記熱硬化性樹脂を流動させて上記外周壁の内壁にまで拡げる工程と、前記半導体キャリアを冷却する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、半導体素子を半導体キャリア上にシート状の熱硬化性樹脂を介在させて実装する際に、半導体素子の各辺中央付近からはみ出した熱硬化性樹脂を外周壁により半導体素子のコーナー部へ導くので、半導体素子のコーナー部での樹脂の充填不足を解消し、半導体素子と半導体キャリアとの間隙に樹脂の未充填部分を無くして信頼性の高い半導体装置を提供できるとともに、過剰な樹脂のはみ出しを防止できる。
【００２０】
また、従来の製造方法を変更することなく信頼性の高い半導体装置の提供を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態におけるフリップチップ方式の半導体装置（半導体パッケージ）の製造過程を説明する工程断面図である。ここで、図４において説明した構成部材に対応し、かつ実質的に同等の機能を有する部材には同一の符号を付してこれを示す。
【００２２】
まず、図１（ａ）に示すような、半導体素子を実装する主面上に設定された半導体素子搭載領域（半導体キャリア１の中央部）の周縁部に、搭載しようとする半導体素子の突起電極と電気的に接続するための電極端子（接続端子）２が形成され、且つその半導体素子搭載領域の周囲に外周壁３が形成され、他方の主面上に外部電極端子４が一定の間隔で形成された半導体キャリア１を準備する。外周壁３の内壁の平面視形状は、半導体素子搭載領域を取り囲み、その取り囲む面積が半導体素子搭載領域の面積よりも大きい形状をしている。
【００２３】
ここで、半導体キャリア１の材料としては、多層セラミック基板、ガラス布積層エポキシ基板（ガラエポ基板）、アラミド不織布基板、ガラス布積層ポリイミド樹脂基板などが用いられる。
【００２４】
次に、図１（ｂ）に示すように、半導体キャリア１の少なくとも半導体素子搭載領域を含む領域上に絶縁性を有するシート状の熱硬化性樹脂（熱硬化性樹脂シート）５を貼り付ける。具体的には、熱硬化性樹脂シートを予め所望のサイズにカットし、例えば８０〜１２０℃に熱せられた貼付けツールにより、５〜１０ｋｇｆ／ｃｍ２程度の圧力で半導体キャリア１に貼付ける。ここで、熱硬化性樹脂シート５は、後工程のリフロー工程での高温に耐えうる程度の耐熱性（例えば、２４０℃に１０秒間耐えうる程度の耐熱性）を有することが好ましい。
【００２５】
次に、図１（ｃ）に示すように、半導体素子６の突起電極７と半導体キャリア１の電極端子２とを位置合わせして、半導体素子６を半導体キャリア１に搭載し、半導体キャリア１を加熱しながら半導体素子６を押圧して、半導体素子６の突起電極７と半導体キャリア１の電極端子２との間の熱硬化性樹脂５´を排除し且つ突起電極７を変形させながら、電極端子２と突起電極７を電気的に接続させる。また、この際、半導体素子６と半導体キャリア１の間隙に介在する熱硬化性樹脂シート５を流動させて、半導体素子６と半導体キャリア１の間隙を熱硬化性樹脂５´で充填し、且つ余分な熱硬化性樹脂５´を半導体素子６の外側に押し出す。この際、外周壁３の内壁にまで熱硬化性樹脂５´を押し拡げる。
【００２６】
その後、半導体キャリア１を冷却して、熱硬化性樹脂５´を硬化する。この硬化後の熱硬化性樹脂５´が封止樹脂となり、半導体キャリアの接続端子と半導体素子の突起電極とを接触状態で保持し且つ半導体素子と半導体キャリアとを接着固定する。その後に、図１（ｄ）に示すように、半導体キャリア１に実装された半導体素子６を覆うように封止樹脂８でモールドする。これにより半導体装置の製造が完了する。
【００２７】
上記製造工程の中で、図１（ｃ）において説明した、熱硬化性樹脂５´を半導体素子６の外側に押し出す際に、半導体素子６の各辺中央付近に押し出された余分な樹脂は、半導体素子搭載領域よりも外側に形成された外周壁３により広がりを抑えられ、外周壁３に沿って、外周壁３により取り囲まれた領域内を満たすように広がっていく。そのため、半導体素子６の外側への過剰な樹脂のはみ出しを防止でき、かつ半導体素子６のコーナー部も樹脂で充填でき、チップコーナー部での薄利を防止でき、高い信頼性を有する半導体装置を製造できる。さらに、これらの工程は、従来の製造方法をなんら変更することなく対応することが可能である。
【００２８】
以上のように製造された半導体装置は、電気的な信号の処理を行う半導体素子の回路構成面の外周部に配置された端子に形成された突起電極と、その突起電極と電気的に接続する半導体キャリア上の電極端子とが、外周壁により取り囲まれた領域に形成された熱硬化性樹脂により接触状態で保持される。
【００２９】
続いて、本実施の形態における半導体装置の一例について説明する。図２、３は本発明の実施の形態における半導体装置の一例を示す平面図である。ここで、図１、４において説明した構成部材に対応し、かつ実質的に同等の機能を有する部材には同一の符号を付してこれを示す。
【００３０】
図２、３に示すように、半導体キャリア１の主面上に形成された外周壁３の内壁の平面視形状は、半導体素子搭載領域に搭載された半導体素子６のコーナー部との隙間が、半導体素子６の各辺の中央部との隙間よりも広い形状となっている。
【００３１】
具体的には、図２に示すように、半導体素子６のコーナー部に対向する外周壁３の内壁の平面視形状を、半導体素子搭載領域の外側方向へ突出した形状にする。このように突出部を形成することで、コーナー部分に多くの樹脂が集まりやすくなり、チップコーナー部での剥離を防止することができる。
【００３２】
ここで外周壁３の高さは、実装される半導体素子６の厚みよりも低く設定してある。これは外周壁３で塞き止められた熱硬化性樹脂５´が半導体素子６の上面へ付着するのを防ぐためである。
【００３３】
また、厚さが均一な熱硬化性樹脂シートを加熱・加圧すると、図５に示すように矩形の半導体素子６の外側に扇状に押し出される。そこで、図３に示すように、外周壁３の内壁の平面視形状を、半導体素子６との隙間が、半導体素子６の各辺中央部に対向する位置からコーナー部に対向する位置へ向かって広がっていく形状にしてもよい。これにより樹脂の流れがよりスムーズになり、確実にコーナー部を樹脂で充填することが可能となる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態によれば、従来の製造方法を変更することなく、半導体素子のコーナー部まで確実に樹脂を充填でき、かつ半導体素子の外側への樹脂のはみ出し量を少なくすることができ、小型化、高信頼性化された半導体装置を安定かつ、容易に得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明にかかる半導体キャリア、およびその半導体キャリアを用いた半導体装置、並びにその半導体装置の製造方法は、半導体素子と半導体キャリアとの間隙に樹脂の未充填部分を無くして信頼性の高い半導体装置を提供でき、フリップチップ方式の半導体パッケージを使用する携帯電話やモバイル機器などの実装部品に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態におけるフリップチップ方式の半導体装置の製造過程を説明する工程断面図
【図２】本発明の実施の形態における半導体装置の一例を示す平面図
【図３】本発明の実施の形態における半導体装置の一例を示す平面図
【図４】従来のフリップチップ方式の半導体装置の製造過程を説明する工程断面図
【図５】従来のフリップチップ方式の半導体装置を示す平面図
【符号の説明】
【００３７】
１      半導体キャリア
２      電極端子
３      外周壁
４      外部電極端子
５      熱硬化性樹脂シート
５´    熱硬化性樹脂
６      半導体素子
７      突起電極
８      封止樹脂
【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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