(57)【要約】【課題】高信頼性のある樹脂封止をした半導体装置を提供する。【解決手段】第１の基板２を第２の基板３に実装し、さらに半導体チップ１を第１の基板２上に実装した半導体装置において、少なくとも第１の基板２と半導体チップ１とが対向する領域に無機充填材料を含有する第１の樹脂９が塗布され硬化され、少なくとも第２の基板３と第１の基板２とが接合された領域の周囲に第１の樹脂９より無機充填材料の含有量が少ないか、無機充填材料を含有しない第２の樹脂１０が半導体チップ１とは接しないように塗布され硬化されている。【選択図】図１
2008091408.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の接続端子および第２の接続端子が設けられた第１の基板と、
前記第１の基板の第１の接続端子に接合された接続端子が設けられた半導体チップと、
前記第１の基板の第２の接続端子に接合された接続端子が設けられた第２の基板と、
少なくとも前記第１の基板と前記半導体チップとが対向する領域に塗布され硬化され、無機充填材料を含有する第１の樹脂と、
少なくとも前記第２の基板と前記第１の基板とが接合された領域の周囲に前記半導体チップとは接しないように塗布され硬化され、前記第１の樹脂より無機充填材料の含有量が少ないか、無機充填材料を含有しない第２の樹脂とを具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
第１の接続端子および第２の接続端子が設けられた第１の基板と、
前記第１の基板の第１の接続端子に接合された接続端子が設けられた半導体チップと、
前記第１の基板の第２の接続端子に接合された接続端子が設けられた第２の基板と、
少なくとも前記第１の基板と前記半導体チップとが対向する領域に塗布され硬化された第１の樹脂と、
少なくとも前記第２の基板と前記第１の基板とが接合された領域の周囲に前記半導体チップとは接しないように塗布され硬化され、前記第１の樹脂より粘度が低く、かつ、線膨張係数が大きい第２の樹脂とを具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記第１の樹脂と前記第２の樹脂との間に、第１の基板に接し半導体チップの周囲を取り囲む枠形状で垂直方向に接続端子の高さと同等以上の高さを有する樹脂流れ止めが形成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】
前記第１の樹脂の無機充填材料に含有される無機フィラの平均粒径は０．２〜０．３５μｍであ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５】
第１の樹脂の線膨張係数は接続端子の線膨張係数の４倍以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１の基板は前記半導体チップと同一材料からなり、前記第１の基板と前記半導体チップの接続端子は金からなることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１の基板の第１の接続端子と半導体チップとを電気的に接続する工程と、
前記第１の基板の第２の接続端子と第２の基板の接続端子と電気的に接続する工程と、
少なくとも前記第１の基板と前記半導体チップとが対向する領域に、無機充填材料を含有する第１の樹脂を塗布し硬化する工程と、
少なくとも前記第２の基板と前記第１の基板とが接合された領域の周囲に、前記第１の樹脂より無機充填材料の含有量が少ないか、無機充填材料を含有しない第２の樹脂を前記半導体チップとは接しないように塗布し硬化する工程と、
からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１の基板の第１の接続端子と半導体チップとを電気的に接続する工程と、
前記第１の基板の第２の接続端子と第２の基板の接続端子と電気的に接続する工程と、
少なくとも前記第１の基板と前記半導体チップとが対向する領域に、無機充填材料を含有する第１の樹脂を塗布し硬化する工程と、
少なくとも前記第２の基板と前記第１の基板とが接合された領域の周囲に、前記第１の樹脂より粘度が低く、かつ、線膨張係数が大きい第２の樹脂を前記半導体チップとは接しないように塗布し硬化する工程と、
からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
第１の基板上に形成した第１の接続端子と第２の接続端子との間に、前記第１の接続端子と前記第２の接続端子に接しない一定幅で前記接続端子と同等以上の高さを有する枠形状の樹脂流れ止めを形成する工程と、
前記第１の基板の第１の接続端子と半導体チップとを電気的に接続する工程と、
前記第１の基板の第２の接続端子と第２の基板の接続端子と電気的に接続する工程と、
前記樹脂流れ止めの第１の接続端子側に第１の樹脂を、前記樹脂流れ止めの第２の接続端子側に、前記第１の樹脂より無機充填材料の含有量が少ないか、無機充填材料を含有しない第２の樹脂を同時に塗布する工程と、
前記第１の樹脂と前記第２の樹脂を硬化する工程と
からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
第１の基板上に形成した第１の接続端子と第２の接続端子との間に、前記第１の接続端子と前記第２の接続端子に接しない一定幅で前記接続端子と同等以上の高さを有する枠形状の樹脂流れ止めを形成する工程と、
前記第１の基板の第１の接続端子と半導体チップとを電気的に接続する工程と、
前記第１の基板の第２の接続端子と第２の基板の接続端子と電気的に接続する工程と、
前記樹脂流れ止めの第１の接続端子側に第１の樹脂を、前記樹脂流れ止めの第２の接続端子側に、前記第１の樹脂より粘度が低く、かつ、線膨張係数が大きい第２の樹脂を同時に塗布する工程と、
前記第１の樹脂と前記第２の樹脂を硬化する工程と
からなる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、半導体チップが高密度に実装された半導体装置に関するものであり、特に、第１の基板であるインターポーザを第２の基板であるキャリアテープに実装し、さらに半導体チップを第１の基板上に実装し、樹脂封止した半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置等の電子機器においては、高画質・高鮮明な画質はもとより、軽くて薄い高機能を有するものが要求されている。これを実現するためには、電子機器を構成している電子部品、具体的には高性能な小型半導体パッケージの開発が必要である。半導体メーカでは、半導体パッケージ内の半導体チップの回路素子のさらなる高集積化を検討している。この高集積化を実現した半導体チップは、チップサイズが縮小化されていることもあって、最終的には多端子、狭電極間ピッチの半導体チップとなる。
【０００３】
また、高集積化した半導体チップを基板に高密度で実装し、しかも高信頼性を実現できる実装技術が要望されている。この要望に対し、液晶表示装置等の電子機器に採用されているＴＣＰ（Tape Carrier Package）という実装構造がある。
【０００４】
この実装構造では、一般に、キャリアテープに形成したフライングリードと半導体チップのバンプが、金と錫で共晶接続されている。
【０００５】
また、ＴＣＰを用いた新たな実装構造として、特許文献１には、図１５に示すように、半導体チップ１０１の金バンプ１０２とキャリアテープ１０３の配線１０４とを加熱して加圧することによって接続し、半導体チップ１０１の金バンプ１０５と他の半導体チップ１０６の金バンプ１０７をＮＣＰ（Non-Conductive Paste）１０８を介して接続した後、他の半導体チップ１０６の周囲に樹脂１０９をポッティングし、硬化させる構造が記載されている。
【０００６】
また他の小型パッケージ構造として、特許文献２には、図１６に示すように、基板１１１の開口部に大径の半導体チップ１１２を対向させ、該大径の半導体チップ１１２の金バンプ１１３と基板１１１の配線１１４を電気的に接続し、大径の半導体チップ１１２に小径の半導体チップ１１５を対向させた状態で開口部内に嵌め込み、小径の半導体チップ１１５を金バンプ１１６を介して大径の半導体チップ１１２に電気的に接続し、１種類の樹脂１１７を各接続部に個別に充填した構造が記載されている。
【０００７】
特許文献１ならびに特許文献２に記載の半導体装置において、半導体チップはともにシリコンからなる材料、すなわち線膨張係数が同一の材料で構成されている。この場合、半導体チップ同士を接続している接続部に加わるせん断歪は温度変化に対して同一であり、接合部のストレスは非常に小さいので、接続信頼性を向上させる封止樹脂は必ずしも必要ではなかった。しかし、半導体チップへの耐衝撃性と、線膨張係数が異なる半導体チップと基板との接続部の保護に樹脂が必要という両面から、半導体チップ同士の間隙にも樹脂が充填されているのが一般的である。
【０００８】
接続信頼性を向上させる樹脂封止構造として、特許文献３には、基板の表面端部に凹所を設けて半導体チップを載置し、その他の表面には配線パターンを形成し、半導体チップと配線パターンとをワイヤボンディングした後、ポッティングした樹脂を流れ止める枠を設け、耐湿性を向上させる構造が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−２２２８３０号公報
【特許文献２】特開２００１−３０８２５８号公報
【特許文献３】特開昭６３−２８７０４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１及び特許文献２は、ともに半導体チップを基板に高密度に実装する有効な構造と方法を記載しているが、ともに接続信頼性に大きく関与する封止樹脂に関しては詳細に言及していない。
【００１０】
特許文献１及び特許文献２に記載されているような１種類の封止樹脂にて封止した半導体装置で温度サイクル試験を実施した場合、温度変化により封止樹脂が伸縮し、封止樹脂と接触している面、すなわち封止樹脂と半導体チップとの界面での封止樹脂の剥離や半導体チップと半導体チップとの接合部の剥離が発生するといった問題が見られた。さらに深刻な場合は半導体チップ自体のクラックが早期に発生するといった問題が見られた。
【００１１】
この対策として、封止樹脂の最適化が考えられるが、半導体チップと半導体チップとの接合部に適した封止樹脂として、無機充填材料であるフィラを含有した樹脂を使用すると、フィラが含有されていない封止樹脂に比べ粘度が高くなる。その結果、半導体チップと半導体チップの接合部以外の接合部、すなわち半導体チップと基板との接合部までの広い範囲に封止樹脂が濡れ広がるまでに時間を要し、作業効率が悪いといった問題があった。
【００１２】
また半導体チップと半導体チップとの接合部の信頼性が確保できたとしても、半導体チップと基板との接合部の信頼性が確保できるといった確証もなく、適した封止樹脂を選定するまで多大な時間を要していた。
【００１３】
特許文献１の半導体装置の構造では、ＮＣＰ１０８により半導体チップ１０１と他の半導体チップ１０６の接合部の信頼性は良好である。しかしその一方、封止樹脂１０９が半導体チップ１０１と他の半導体チップ１０６の両者に接触しているため、温度サイクル試験を実施した場合、封止樹脂１０９の伸縮に対し剛性体である半導体チップ１０１が追従できず、ダイシング等により最もダメージを受けている半導体チップ１０１，１０６の端部にクラックが発生するという現象が見られ、半導体チップの配線が断線するという問題があった。
【００１４】
特許文献２の半導体装置の構造では、１種類の封止樹脂１１７にて大径半導体チップ１１２と小径半導体チップ１１５との接続部ならびに大径半導体チップ１１２と基板１１１との接続部を個別に封止し、なおかつ封止樹脂１１７が大径半導体チップ１１２と小径半導体チップ１１５と基板１１１に接していないので、上述した半導体チップ１１２，１１５の端部にクラックが発生するという現象は回避できる。しかし、実際には大径半導体チップ１１２と基板１１１との接続部保護のために注入した封止樹脂１１７の塗布量のバラツキにより小径半導体チップ１１５にまで濡れ広がり接してしまうことがあった。その結果、封止樹脂１１７自体のクラック、剥がれ等が見られ、そのクラックから水分等が浸入し、長期信頼性が確保できないという問題があった。
【００１５】
特許文献３の半導体装置の構造では、樹脂流れ止め枠内に熱硬化性樹脂を塗布し、樹脂硬化し、さらに封止キャップを接着する樹脂膜を熱硬化性樹脂全面に塗布するという工程を経て、完成した半導体装置が示してある。この半導体装置は、耐環境性の保護をするのに多く工程を経過する必要があり、工程数が多く、多大な時間を要し効率的ではないといった問題があった。
【００１６】
本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、狭電極間ピッチの半導体チップを基板に実装することができる構造、すなわち第１の基板であるインターポーザを第２の基板であるキャリアテープに実装し、さらに半導体チップを第１の基板上に実装した構造において、高信頼性を実現する樹脂封止構造を有する半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記課題を解決するために本発明に係る半導体装置は、
第１の接続端子および第２の接続端子が設けられた第１の基板と、
前記第１の基板の第１の接続端子に接合された接続端子が設けられた半導体チップと、
前記第１の基板の第２の接続端子に接合された接続端子が設けられた第２の基板と、
少なくとも前記第１の基板と前記半導体チップとが対向する領域に塗布され硬化され、無機充填材料を含有する第１の樹脂と、
少なくとも前記第２の基板と前記第１の基板とが接合された領域の周囲に前記半導体チップとは接しないように塗布され硬化され、前記第１の樹脂より無機充填材料の含有量が少ないか、無機充填材料を含有しない第２の樹脂とを具備する。
【００１８】
また、本発明に係る他の半導体装置は、
第１の接続端子および第２の接続端子が設けられた第１の基板と、
前記第１の基板の第１の接続端子に接合された接続端子が設けられた半導体チップと、
前記第１の基板の第２の接続端子に接合された接続端子が設けられた第２の基板と、
少なくとも前記第１の基板と前記半導体チップとが対向する領域に塗布され硬化された第１の樹脂と、
少なくとも前記第２の基板と前記第１の基板とが接合された領域の周囲に前記半導体チップとは接しないように塗布され硬化され、前記第１の樹脂より粘度が低く、かつ、線膨張係数が大きい第２の樹脂とを具備する。
【００１９】
前記第１の樹脂と前記第２の樹脂との間に、第１の基板に接し半導体チップの周囲を取り囲む枠形状で垂直方向に接続端子の高さと同等以上の高さを有する樹脂流れ止めが形成されていることが好ましい。
【００２０】
前記第１の樹脂の無機充填材料に含有される無機フィラの平均粒径は０．２〜０．３５μｍであることが好ましい。
【００２１】
第１の樹脂の線膨張係数は接続端子の線膨張係数の４倍以下であることが好ましい。
【００２２】
前記第１の基板は前記半導体チップと同一材料からなり、前記第１の基板と前記半導体チップの接続端子は金からなることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、
前記第１の基板の第１の接続端子と半導体チップとを電気的に接続する工程と、
前記第１の基板の第２の接続端子と第２の基板の接続端子と電気的に接続する工程と、
少なくとも前記第１の基板と前記半導体チップとが対向する領域に、無機充填材料を含有する第１の樹脂を塗布し硬化する工程と、
少なくとも前記第２の基板と前記第１の基板とが接合された領域の周囲に、前記第１の樹脂より無機充填材料の含有量が少ないか、無機充填材料を含有しない第２の樹脂を前記半導体チップとは接しないように塗布し硬化する工程とからなる。
【００２４】
本発明に係る半導体装置の他の製造方法は、
前記第１の基板の第１の接続端子と半導体チップとを電気的に接続する工程と、
前記第１の基板の第２の接続端子と第２の基板の接続端子と電気的に接続する工程と、
少なくとも前記第１の基板と前記半導体チップとが対向する領域に、無機充填材料を含有する第１の樹脂を塗布し硬化する工程と、
少なくとも前記第２の基板と前記第１の基板とが接合された領域の周囲に、前記第１の樹脂より粘度が低く、かつ、線膨張係数が大きい第２の樹脂を前記半導体チップとは接しないように塗布し硬化する工程とからなる。
【００２５】
本発明に係る樹脂流れ止めを用いた半導体装置の製造方法は、
第１の基板上に形成した第１の接続端子と第２の接続端子との間に、前記第１の接続端子と前記第２の接続端子に接しない一定幅で前記接続端子と同等以上の高さを有する枠形状の樹脂流れ止めを形成する工程と、
前記第１の基板の第１の接続端子と半導体チップとを電気的に接続する工程と、
前記第１の基板の第２の接続端子と第２の基板の接続端子と電気的に接続する工程と、
前記樹脂流れ止めの第１の接続端子側に第１の樹脂を、前記樹脂流れ止めの第２の接続端子側に、前記第１の樹脂より無機充填材料の含有量が少ないか、無機充填材料を含有しない第２の樹脂を同時に塗布する工程と、
前記第１の樹脂と前記第２の樹脂を硬化する工程とからなる。
【００２６】
本発明に係る樹脂流れ止めを用いた半導体装置の他の製造方法は、
第１の基板上に形成した第１の接続端子と第２の接続端子との間に、前記第１の接続端子と前記第２の接続端子に接しない一定幅で前記接続端子と同等以上の高さを有する枠形状の樹脂流れ止めを形成する工程と、
前記第１の基板の第１の接続端子と半導体チップとを電気的に接続する工程と、
前記第１の基板の第２の接続端子と第２の基板の接続端子と電気的に接続する工程と、
前記樹脂流れ止めの第１の接続端子側に第１の樹脂を、前記樹脂流れ止めの第２の接続端子側に、前記第１の樹脂より粘度が低く、かつ、線膨張係数が大きい第２の樹脂を同時に塗布する工程と、
前記第１の樹脂と前記第２の樹脂を硬化する工程とからなる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の半導体装置によれば、第１の基板と半導体チップとが対向する領域、すなわち線膨張係数が同等の部材間に無機充填材料を含有している第１の樹脂を配置しているため、樹脂の線膨張係数を低下させることができる。すなわち第１の樹脂の線膨張係数が半導体チップの線膨張係数（例えば、シリコンの場合は、３．５ｐｐｍ／Ｋ、ＧａＡｓの場合は６．８６ｐｐｍ／Ｋ）に近づくため、温度変化に対する樹脂部に発生する引張歪み又は圧縮歪みを緩和することができ、半導体チップと第１の基板との接合部の信頼性を確実に確保することができる。
また、第２の基板と第１の基板とが接合された領域の周囲に、半導体チップと接しないように、第１の樹脂より無機充填材料が少ないか、無機充填材料を含有しない第２の樹脂を配置しているため、第１の樹脂では塗布時間を要していた広い樹脂塗布範囲でも樹脂が濡れ広がりやすく作業効率が良い。
【００２８】
また、第１の樹脂より無機充填材料の含有量が少ないか、無機充填材料を含有しない、すなわち第１の樹脂に比べ粘度が低く、かつ、線膨張係数が大きい第２の樹脂が半導体チップと接しないように配置しているため、広い樹脂塗布範囲でも容易に樹脂が濡れ広がりやすく作業効率が向上する。さらに、線膨張係数が大きい第２の樹脂が、剛性体である半導体チップと剛性体である第１の基板とに接して配置されていないため、熱ストレスを受けた場合でも、樹脂界面で剥離が発生しない。したがって、樹脂自体のクラック及び半導体チップ端面のクラックを防止することができ、半導体装置の信頼性寿命を著しく向上させることができる。
【００２９】
さらに、第１の基板上に樹脂流れ止めを形成しているため、樹脂流れ止めにより樹脂注入時に第１の樹脂と第２の樹脂を使用しても両者が混合することはなく同時注入が可能になり、工程数の増加を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明をする。なお、実施形態を説明する全図において、同一の機能を有するものは同一の符号を付して、その繰り返しの説明は省略する。
【００３１】
＜半導体装置の第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態の半導体装置の断面図である。
【００３２】
図１に示すように、本発明の半導体装置は、半導体チップ１が第１の基板２を介して第２の基板３に接続されている。各接続部は異なる樹脂９，１０にて封止されている。
【００３３】
半導体チップ１は、液晶パネルのコモン電極およびセグメント電極を駆動する液晶ドライバーＩＣである。半導体チップ１の接続端子４には金バンプが形成されている。
【００３４】
第１の基板２には、半導体チップ１と接続するための第１の接続端子５と、第２の基板３と接続するための第２の接続端子６が形成されている。各接続端子５，６には、金バンプが形成されている。第１の基板２は半導体チップ１と同一材料からなっている。すなわち第１の基板２はシリコンからなっている。
【００３５】
半導体チップ１の接続端子４と第１の基板２の接続端子５，６の金バンプは公知技術である電解メッキ法にて形成され、たとえば平均で１２μｍの高さであり、半導体チップ１又は第１の基板２の少なくとも一方に形成されていればよい。半導体チップ１と第１の基板２の裏面研磨は特に行わなくてもよいし、半導体チップ１、第１の基板２の割れや取り扱いを考慮した程度の裏面研磨を行ってもよい。
【００３６】
第２の基板３は、キャリアテープからなり、第１の基板２に接続するための配線７と、他の基板（図示せず）に接続するための端子（図示せず）が形成されている。さらに、第２の基板３には半導体チップ１が搭載される範囲に打抜き穴８が設けられている。第２の基板３上の配線７は、この打抜き穴８から露出しないように形成されている。また第２の基板３の配線７の端子部分以外は、ソルダーレジスト（図示せず）の被膜によって保護されている。具体的には、第２の基板３は、ポリイミド等の有機材料からなる基材であり、配線７としてはＣｕ配線パターンがパターニングされている。前記Ｃｕ配線パターン上には、第１の基板２の第２の接続端子６である金バンプと接続するために、錫メッキもしくは金メッキが施されている。さらに前記Ｃｕ配線パターンは、基材の周縁部から相互に平行となるように引き出されて、一方の引出し部は異方導電性膜等を介し液晶パネル（図示せず）の電極に接続され、他方の引出し部は電源や画像データ信号が伝送されるプリント基板（図示せず）の電極に接続される。
【００３７】
少なくとも前記半導体チップ１と前記第１の基板２とが対向する領域には、第１の樹脂９が塗布充填され硬化されている。
【００３８】
また、少なくとも前記第２の基板３と前記第１の基板２とが接続された領域の周囲に、前記半導体チップ１とは接しないように第２の樹脂１０が塗布充填され硬化されている。
【００３９】
前記第１の樹脂９と第２の樹脂１０は、以下に説明するように、無機充填材料の含有率、粘度、線膨張係数が異なる樹脂である。
【００４０】
前記第１の樹脂９は、半導体チップ１と第１の基板２の間の隙間に気泡を巻き込むことなく流動するような低粘度を有することが望ましい。半導体チップ１と第１の基板２の間の隙間は、２０μｍ程度であり、コストの観点から金バンプの高さを低くした場合には、１０μｍ程度である。このような狭い隙間に気泡を巻き込むことなく流動するような第１の樹脂９の粘度は、９Ｐａ・ｓ程度である。
【００４１】
また、第１の樹脂９には、温度サイクル試験の温度変化に追従できる柔軟性が望まれるため、無機充填材料としてシリカを５０重量％含有した樹脂が望ましい。さらに狭間隙に注入するため、フィラであるシリカの平均粒径は０．２〜０．３５μｍであることが望ましい。
【００４２】
さらに、第１の樹脂９は、半導体チップ１と第１の基板２の同一材料からなる接続端子４，５の接合部の高信頼性を得るため、接続端子４，５の線膨張係数の４倍以下の線膨張係数を有することが望ましい。具体的には、接続端子４，５が金バンプである場合、金バンプの線膨張係数が１４ｐｐｍ／Ｋであるから、第１の樹脂９の熱膨張係数は５６ｐｐｍ／Ｋ以下であることが望ましい。
【００４３】
接続端子４，５の線膨張係数の４倍以上の線膨張係数を使用すると、温度ストレスに対する接合信頼性等の不良が発生する。表１は、温度サイクル試験の結果を示す。この温度サイクル試験では、線膨張係数の異なる３種類の樹脂Ａ，Ｂ，Ｃを使用した半導体装置のサンプルをそれぞれ２０個用意し、各サンプルに−４０℃／１２５℃の温度変化を与えて接合部の導通性と樹脂クラックの有無を調べた。樹脂Ａ（接続端子の線膨張係数の３８／１４＝２．７倍）では１０００サイクルでも総てのサンプルにつき接合部の導通性は良好であり、樹脂クラックはみられなかった。樹脂Ｂ（接続端子の線膨張係数の６０／１４＝４．３倍）では３００サイクルで樹脂クラックが発生し、５００サイクルで２０サンプル中１８個は導通性が良好であったが、２個に導通不良が見られた。樹脂Ｃ（接続端子の線膨張係数の８２／１４＝５．６）では１００サイクルで樹脂クラックが発生し、３０サイクルで２０サンプル中１０は導通性が良好であったが、残り１０個に導通不良が見られた。この結果、第１の樹脂９は、接続端子４，５の線膨張係数の４倍以下の線膨張係数を有することが望ましいことが分かった。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
第１の樹脂９としては、無機充填材料を含有し、無溶剤型の熱硬化性樹脂を使用することができる。例えば、フェノール系エポキシ樹脂の中で、ビスフェノール型エポキシ樹脂と、酸無水物硬化剤とイミダゾール硬化触媒との混合物、またはポリイミド樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。また、無機充填材料としては、シリカ、石英、および溶解シリカ等を使用することができる。具体的には、第１の樹脂９は長瀬チバ製の型番ＸＳ−８４４３−１４などが候補としてあげられる。
【００４６】
第２の樹脂１０は、第１の基板２であるシリコンと第２の基板３であるキャリアテープの広範囲の接合部を保護するため、第１の樹脂９より粘度が低いことが望ましい。第２の樹脂１０が第１の樹脂より粘度が低いことで、第２の基板３であるキャリアテープへの樹脂の回り込みが良く、塗布領域のコントロールが容易で、封止作業を短時間で終えることができる。
【００４７】
また、第２の基板３であるキャリアテープは柔軟性があり、温度サイクル試験の温度変化に対し第２の基板３自体が変形するため、接合部の歪は小さい。よって、第２の樹脂１０は、耐衝撃性を確保できればよい。したがって、樹脂のコストを優先させ、無機充填材料の含有量が少ないか、含有しないことにより、無機充填材料を含有している第１樹脂９より線膨張係数が大きいことが望ましい。例えば、第２の樹脂１０は、粘度が０．４５Ｐａ・ｓ程度であり、線膨張係数が８０ｐｐｍ／Ｋ程度の樹脂で構わない。具体的には、第２の樹脂１０は長瀬チバ製の型番８４６１Ｃなどが候補としてあげられる。
【００４８】
以上の構成からなる半導体装置は、各接合部が第１の樹脂９と第２の樹脂１０により封止され、機械的強度保持や良好な耐候性が実現されている。
【００４９】
また、小型で、半導体配線間隔レベルでの微細ピッチで、多ピンの安定した接続を得ることが可能となる。
【００５０】
さらに、第２の基板３上に実装するチップ部品の機能を第１の基板２に盛り込む設計をすることにより、第２の基板３に占める実装面積が大幅に削減可能となり、製品の小型化に大きく貢献できる。
【００５１】
＜半導体装置の第２実施形態＞
図２は、本発明の第２実施形態の半導体装置の断面図、図３はその平面図である。
【００５２】
この半導体装置は、第１の基板２上の第１の接続端子５と第２の接続端子６との間に、前記第１の接続端子５と第２の接続端子６に接しない一定幅の樹脂流れ止め１１が形成されている。この樹脂流れ止め１１は、図２に示すように、第１の接続端子５を取り囲むような枠形状を有し、前記第１の接続端子５及び第２の接続端子６の高さと同等以上の高さを有している。なお樹脂流れ止め１１の位置は、図１２に示ように、半導体チップ１の厚みをＴとすると、前記半導体チップ１の端面から第２の接続端子６の方向にＴ／２の位置に形成するのが望ましい。この位置に形成することにより、後述するように、第１の樹脂９を塗布した場合、半導体チップ１の側面１aを第１の樹脂９で覆うことが可能となる。
【００５３】
第１の樹脂９は前記樹脂流れ止め１１によって第２の接続端子６に向かって流れるのが防止されている。また、前記樹脂流れ止め１１により、半導体チップ１の側面１aを第１の樹脂９が覆うことが可能となる。
【００５４】
また、第２の樹脂１０は、樹脂流れ止め１１により、半導体チップ１とは接触しないようになっている。たとえ、第２の樹脂１０が樹脂流れ止め１１を越えても、半導体チップ１の側面１ａが第１の樹脂９に覆われていれば、第２の樹脂１０が半導体チップ１と接触することはない。
【００５５】
＜半導体装置の第３実施形態＞
図４は、本発明の第３実施形態の半導体装置の断面図である。
【００５６】
この半導体装置は、第２の樹脂１０が樹脂流止め１１を越えて第１の樹脂９に接しているが、半導体チップ１には接していない。第２の樹脂１０が半導体チップ１に接していると、温度サイクル試験にて半導体チップ１の側面１ａで樹脂クラック、もしくは半導体チップ１の側面１ａにてクラックが発生する。しかし、この第３実施形態の半導体装置は第１の樹脂９が半導体チップ１の側面１ａを覆っているため、第２の樹脂１０が半導体チップ１に接することがない。
【００５７】
次に前記構成からなる半導体装置の製造方法を説明する。
【００５８】
＜半導体装置の製造方法の第１実施形態＞
図１に示す半導体装置の製造方法では、まず、図５に示すように、公知技術であるバンプメッキ工程により、第１の基板２上に、半導体チップと接続する第１の接続端子５と第２の基板３と接続する第２の接続端子６を形成する。第１の接続端子５と第２の接続端子６は、共に金からなり、矩形形状であり、例えば３０μm×５０μm×１２μｍ高のバンプである。
【００５９】
そして、図６に示すように、第１の基板２の第２の接続端子６の金バンプと第２の基板３の配線７とを、インナーリードボンダーによって電気的に接続する。また、図７に示ように、半導体チップ１の接続端子４の金バンプと第１の基板２の第１の接続端子５の金バンプとを、フリップチップボンダーによって電気的に接続する。そのボンディング条件は、例えば温度４５０℃、時間が２ｓｅｃ、圧力はｍｍ２あたり１５０〜２００Ｎである。
【００６０】
続いて、図８に示ように、ディスペンサ１２を用いて、第１の樹脂９を第１の基板２上に接続した半導体チップ１の周囲に塗布し、毛細管現象を利用し、前記半導体チップ１と第１の基板２との間隙に注入充填し硬化する。この後、図９に示ように、ディスペンサ１３を用いて、第１の基板２と第２の基板３との接続部周囲に第２の樹脂１０を塗布し、硬化する。このとき、第２の樹脂１０が半導体チップ１と接しないようにする。なお、第１の樹脂９が半導体チップ１の側面１ａを覆っていれば、第２の樹脂１０が半導体チップ１と接することはない。なお硬化は、キュア炉によって、たとえば１２５℃で２０分程度プリキュアをし、さらに１２５℃で３時間程度ポストキュアする。
【００６１】
＜半導体装置の製造方法の第２実施形態＞
図２，３に示す半導体装置の製造方法では、まず、図１０（ａ）に示ように、第１実施形態と同様に、公知技術であるバンプメッキ工程により、第１の基板２上に、半導体チップと接続する第１の接続端子５と第２の基板３と接続する第２の接続端子６を形成する。第１の接続端子５と第２の接続端子６は、共に金からなり、矩形形状であり、例えば３０μm×５０μm×１２μｍ高のバンプである。
【００６２】
次に、図１０（ｂ）に示すように、第１の基板２上にバンプメッキ用レジスト１４を全面塗布、硬化させる。そして、図１０（ｃ）に示すように、矩形の樹脂流れ止め用マスク１５を介して、前記バンプメッキ用レジスト１４の一部を残すように露光する。続いて、図１０（ｄ）に示ように、バンプメッキ用レジスト１４を現像して、露光したバンプメッキ用レジスト１４を除去すると、図１１に示ように樹脂流れ止め１１が形成される。
【００６３】
なお、ここでは、樹脂流れ止め１１をバンプメッキ用レジスト１４の露光現像により形成した工程を説明したが、露光現像工程をせず、ディスペンサ等の描画装置により樹脂流れ止めを描画し、硬化させてもよい。
【００６４】
その他の樹脂流れ止めの形成方法としては、バンプメッキ工程用のレジスト露光時に、バンプパターンと樹脂流れ止め用のパターンを形成したマスクを介し露光現像する。露光現像後、樹脂流れ止め用のパターン開口のみにスクリーン印刷法を用い、第１の樹脂を前記樹脂流れ止め用のパターンに充填し、第１の樹脂をプリキュアし、樹脂流れ止めを形成してもよい。バンプメッキ工程時にはバンプ形成位置しか開口されていないので、樹脂流れ止めパターン部にはメッキされない。その後、バンプメッキ用レジストを溶剤にて除去することにより、バンプと樹脂流れ止めを同時に形成することができる。
【００６５】
前記樹脂流れ止め１１を形成した後、図１２に示ように、第１の基板２の第２の接続端子６の金バンプと第２の基板３の配線７とを、インナーリードボンダーによって電気的に接続する。また図１３に示ように、半導体チップ１の接続端子４の金バンプと第１の基板２の第１の接続端子５の金バンプとを、フリップチップボンダーによって電気的に接続する。そのボンディング条件は、たとえば温度４５０℃、時間が２ｓｅｃ、圧力はｍｍ２あたり１５０〜２００Ｎである。
【００６６】
前記接続工程の後、図１４に示ように、第１の基板２と半導体チップ１とが対向する領域に第１の樹脂９を充填するとともに、第１の基板と第２の基板との接合部を保護する領域に第２の樹脂１０を充填する。具体的には、樹脂流れ止め１１の第１の接続端子５側に第１の樹脂９を塗布し、前記樹脂流れ止め１１の第２の接続端子６側に第２の樹脂１０を、同時にディスペンサ２台１２，１３により同時に各樹脂を塗布し、硬化する。なお硬化は、キュア炉によって、たとえば１２５℃で２０分程度プリキュアをし、さらに１２５℃で３時間程度ポストキュアする。
【００６７】
＜半導体装置の製造方法の第３実施形態＞
図４に示す半導体装置の製造方法は、前述した第２実施形態の半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する。
【００６８】
半導体チップ１をインターポーザである第１の基板２にフェイスダウン方式で接続させるには本実施例で説明した熱圧着接続方法の他に様々な方式があるが、この接続方式については限定されるものではない。フェイスダウン方式の一つとして、例えば、超音波を併用して接続してもよい。
【００６９】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、第２の樹脂が同じ部材間に接しない構造であれば種々変形可能である。
なお、本実施の形態においては、第１の樹脂が半導体チップの側面を覆っている例について説明したが、第１の樹脂が半導体チップの裏面を覆っても、同じような効果が得られる。
【００７０】
その他にも本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形実施可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図５】本発明の半導体装置の第１実施形態の製造方法による第１の基板の状態を示す断面図である。
【図６】本発明の半導体装置の第１実施形態の製造方法により第１の基板を第２の基板に接続した状態の断面図である。
【図７】本発明の半導体装置の第１実施形態の製造方法により第１の基板に半導体チップを接続した状態の断面図である。
【図８】本発明の半導体装置の第１実施形態の製造方法により第１樹脂の充填する状態を示す断面図である。
【図９】本発明の半導体装置の第１実施形態の製造方法により第２樹脂の充填する状態を示す断面図である。
【図１０】本発明の半導体装置の第２実施形態の製造方法により第１の基板に樹脂流れ止めを形成する状態を示す断面図。
【図１１】本発明の半導体装置の第２実施形態の製造方法により樹脂流れ止めを形成した第１の基板の平面図である。
【図１２】本発明の半導体装置の第２実施形態の製造方法により第１の基板を第２の基板に接続した状態の断面図である。
【図１３】本発明の半導体装置の第２実施形態の製造方法により第１の基板に半導体チップを接続した状態の断面図である。
【図１４】本発明の半導体装置の第２実施形態の製造方法により第１樹脂と第２の樹脂を充填する状態を示す断面図である。
【図１５】従来の半導体装置の構造を示す断面図である。
【図１６】従来の他の半導体装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１  半導体チップ
２  第１の基板
３  第２の基板
４  接続端子
５  第１の接続端子
６  第２の接続端子
７  配線
８  打抜き穴
９  第１の樹脂
１０  第２の樹脂
１１  樹脂流れ止め
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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