(57)【要約】【課題】フリップチップ実装時に半導体素子と回路実装基板との間からはみ出した樹脂シート材と回路実装基板との密着性を、生産性を損なうことなく改善できる半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】加圧ツールを、凹型の逆形状にして、凹んだ中央部に半導体素子を押圧し、両サイドの凸型部で、はみ出した樹脂シート材を押圧またはブロックしてフィレットを形成し同時に樹脂を硬化する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子上のパッド電極部に形成した金属バンプを、回路実装基板の配線電極部に位置合わせし、絶縁性を有する樹脂シート材を介して前記半導体素子を前記回路実装基板にフリップチップ実装するに際し、
前記半導体素子を前記回路実装基板に加圧して熱圧着する工程において、前記半導体素子と前記回路実装基板の間からはみ出した前記樹脂シート材を、前記回路実装基板に熱圧着する
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体素子上のパッド電極部に形成した金属バンプを、回路実装基板の配線電極部に位置合わせし、絶縁性を有する樹脂シート材を介して前記半導体素子を前記回路実装基板にフリップチップ実装した半導体装置であって、
前記半導体素子が前記回路実装基板に加圧して熱圧着されるとともに、前記半導体素子と前記回路実装基板の間からはみ出した前記樹脂シート材が前記回路実装基板に熱圧着されている
半導体装置。
【請求項３】
前記半導体素子を押圧する中央部とこの中央部が前記半導体素子を押圧中に前記中央部の端部から前記回路実装基板の側に延びて前記半導体素子と前記回路実装基板の間からはみ出した前記樹脂シート材を前記回路実装基板に熱圧着する凸型部を有する加圧ツールを使用する
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記半導体素子の外周部からはみ出した前記樹脂シート材のフィレット寸法は、すべての辺で前記半導体素子より長いことを特徴とする
請求項２記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体素子の外周部からはみ出した前記樹脂シート材のフィレット寸法とその形状は、断面構造で見た場合、半導体素子の外周部への接続個所の辺の長さと、前記回路実装基板への接続個所の辺の長さとが同じ寸法で、垂直フィレット形状である
請求項２記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体素子の外周部からはみ出した前記樹脂シート材のフィレット寸法とその形状は、断面構造で見た場合、半導体素子の外周部への接続個所の辺の長さと、前記回路実装基板への接続個所の辺の長さとが異なる寸法で、垂直フィレット形状でない
請求項２記載の半導体装置。
【請求項７】
前記樹脂シート材は、導電性粒子を含まないエポキシ系樹脂材料であることを特徴とする
請求項２記載の半導体装置。
【請求項８】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において前記半導体素子と前記回路実装基板の間からはみ出した前記樹脂シート材を、前記回路実装基板に熱圧着する加圧ツールであって、
半導体素子を押圧する凹んだ中央部と、
この中央部の外周部に形成され前記はみ出した樹脂を前記回路実装基板に押し付けて熱圧着する凸型部とを有する
加圧ツール。
【請求項９】
前記凸型部の内側の面の形状を凹凸に形成した
請求項８記載の加圧ツール。
【請求項１０】
前記凸型部の先端面の形状を凹凸に形成した
請求項８記載の加圧ツール。
【請求項１１】
前記半導体素子と前記回路実装基板の間からはみ出した前記樹脂シート材を、先端が前記回路実装基板に当接した加圧ツールの凸型部によって前記樹脂シート材の広がりを規制して前記回路実装基板に熱圧着する
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記半導体素子と前記回路実装基板の間からはみ出した前記樹脂シート材を、先端が前記回路実装基板に当接しない加圧ツールの凸型部によって前記樹脂シート材の広がりを規制せずに前記回路実装基板に熱圧着する
請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記半導体素子と前記回路実装基板の間からはみ出した前記樹脂シート材にボイドを低減するための凹凸を形成した
請求項２記載の半導体装置。
【請求項１４】
剛性力を有する金属材料から成ることを特徴とした
請求項８から請求項１０の何れかに記載の加圧ツール。
【請求項１５】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において前記半導体素子と前記回路実装基板の間からはみ出した前記樹脂シート材を、前記回路実装基板に熱圧着する加圧ツールであって、
半導体素子を押圧する中央部を有する加圧ツール本体と、
前記加圧ツール本体の外周部に形成され前記はみ出した樹脂を前記回路実装基板に押し付けて熱圧着する凸型部とを有し、
前記凸型部の剛性が前記加圧ツール本体よりも小さいことを特徴とした
加圧ツール。
【請求項１６】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において前記半導体素子と前記回路実装基板の間からはみ出した前記樹脂シート材を、前記回路実装基板に熱圧着する加圧ツールであって、
半導体素子を押圧する加圧ツール本体と、
前記加圧ツール本体に当接する中央部とこの中央部の外周部に形成され前記はみ出した樹脂を前記回路実装基板に押し付けて熱圧着する凸型部を有する中間体とを有し、
前記中間体の剛性が前記加圧ツール本体よりも小さいことを特徴とした
加圧ツール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｌｏｗ−ｋ層（低誘電率層間絶縁膜）を含む微細プロセス構造で且つパッドピッチ間距離が非常に短い構造を有する半導体素子を、多層回路基板上に導電性粒子を含まない熱硬化性樹脂シート材を介在してフリップチップ実装する方式による小型の半導体装置とその製造方法に関するものである。
【０００２】
特に、フリップチップ実装時に付加される高温高荷重により半導体素子と回路実装基板との間からはみ出したシート状のエポキシ系封止樹脂（樹脂シート材）のフィレット形成、硬化処理、半導体素子や回路実装基板との密着性の向上を、一括生産できる製造方法と高い信頼性を確保したものである。
【背景技術】
【０００３】
図１６（ａ）（ｂ）は従来の半導体装置を示し、図１７はこの半導体装置の従来の製造方法を示す。
先ず、図１７（ａ）に示すように、半導体ウエハー１２を個片の半導体素子１に分割する。次に、図１７（ｂ）に示すように、分割した個片の半導体素子１の上に形成した複数のＡＬパッド電極部２に、Ａｕ等の金属バンプ３を形成する（レベリング不要）。図１７（ｃ）は半導体素子１がフリップチップ接続される回路実装基板４を示している。５は配線電極部、６はシート形状のエポキシ系封止樹脂からなる樹脂シート材である。
【０００４】
そして、回路実装基板４の上層面に設けた複数個の配線電極部５と、半導体素子１上のＡＬパッド電極部２に形成した前記金属バンプ３とが、図１７（ｄ）に示すようにフリップチップ接続される。具体的には、半導体素子１をフェースダウンさせ、半導体素子１上のＡＬパッド電極部２に形成した金属バンプ３と回路実装基板４上の配線電極部５との実装認識位置合わせを行い、加圧ツール１６を用いて、高温高荷重（230℃／50−60ｇｆ/B）を同時に数秒間だけ与える熱圧着フリップチップ実装工程と樹脂硬化工程を同時一括方式で生産されている。
【０００５】
この際に、樹脂シート材６の一部が樹脂シート材６−１に示すように半導体素子１からはみ出す。このはみ出した樹脂シート材６−１は、半導体素子１や回路実装基板４との密着性が弱く、また、多数のボイド１５が介在している。図１８は上面図を示している。
【０００６】
なお、回路実装基板４の上層面にある複数個の配線電極部５と、回路実装基板４の裏面側にある裏面ランド部１０とは、回路実装基板４の内部に形成された内層ビア１１で連結されている。更に、モールド樹脂１７を覆わないＰＯＰ（Package-On-Package）構造の品種への展開においては、図１６（ｂ）に示すように、もう一つの半導体素子８が回路実装基板４の上の配線電極部５−１に半田ボール９で積層されている。
【０００７】
このように従来の半導体装置では、フリップチップ実装時にはみ出した樹脂シート材６−１は、各辺でフィレットの形状が異なり製品出来映えに問題がある。また、はみ出した樹脂シート材６−１は完全硬化されておらず、別途規定の信頼性レベルを必要としている製品においてパッチ処理工程を追加し製造工程増加による生産性に大きな問題を抱えていた。
【０００８】
更に、前記はみ出した樹脂シート材６−１と半導体素子１、または樹脂シート材６−１と回路実装基板４との密着性が非常に弱く、場合により密着がないものまで存在しており、モールド樹脂１７を覆わないＰＯＰ構造の品種への展開においては、すべて耐湿性の問題に大きな支障を与えていた。
【０００９】
また、樹脂シート材６−１には、多数のボイド１５が存在しており、図１７（ｄ）に示すようにモールド樹脂１７で覆われた構造の品種展開においては、このボイド１５が膨張し、製品の耐リフロー性に大きな接続性の不具合を多発させていた。以上の状況下において、品種展開における工場導入はもちろん製品開発そのものが困難な状況であった。
【特許文献１】特開２００３−３１６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ｌｏｗ−ｋ層を含む微細プロセス構造で、且つパッドピッチ間距離が非常に短い構造を有する半導体素子１をフリップチップ実装すると、回路実装基板上に貼り付けた樹脂シート材６は半導体素子と回路実装基板に挟まれ、溶融しながら半導体素子の外周部へと広がる。この際、パッドピッチ間が狭いため、小さなボイドが樹脂シート材に巻き込んでしまう。このボイドを介在させたモールド型の半導体装置（Ｐ−ＳＥＰ）では、耐湿性試験において接続信頼性に大きな不具合を多発した。
【００１１】
このボイドを除去する方法としては、フリップチップ実装後、はみ出した樹脂シート材６−１を別途工程で切除するというものである。しかしこの方法では、完全にボイドを除去することは困難であり、また、前記切除の際に回路実装基板４の配線部を切除する可能性があり、製品品質に大きな問題が発生する可能性がある。更に、この方法では製造工程数の増加に伴うので、生産性に大きな問題が挙げられる。
【００１２】
本発明は、フリップチップ実装時に半導体素子と回路実装基板との間からはみ出した樹脂シート材と回路実装基板との密着性を、生産性を損なうことなく改善できる半導体装置と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】
【００１３】
本発明の請求項１記載の半導体装置の製造方法は、半導体素子上のパッド電極部に形成した金属バンプを、回路実装基板の配線電極部に位置合わせし、絶縁性を有する樹脂シート材を介して前記半導体素子を前記回路実装基板にフリップチップ実装するに際し、前記半導体素子を前記回路実装基板に加圧して熱圧着する工程において、前記半導体素子と前記回路実装基板の間からはみ出した前記樹脂シート材を、前記回路実装基板に熱圧着することを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項２記載の半導体装置は、半導体素子上のパッド電極部に形成した金属バンプを、回路実装基板の配線電極部に位置合わせし、絶縁性を有する樹脂シート材を介して前記半導体素子を前記回路実装基板にフリップチップ実装した半導体装置であって、前記半導体素子が前記回路実装基板に加圧して熱圧着されるとともに、前記半導体素子と前記回路実装基板の間からはみ出した前記樹脂シート材が前記回路実装基板に熱圧着されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項３記載の半導体装置の製造方法は、請求項１において、前記半導体素子を押圧する中央部とこの中央部が前記半導体素子を押圧中に前記中央部の端部から前記回路実装基板の側に延びて前記半導体素子と前記回路実装基板の間からはみ出した前記樹脂シート材を前記回路実装基板に熱圧着する凸型部を有する加圧ツールを使用することを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項４記載の半導体装置は、請求項２において、前記半導体素子の外周部からはみ出した前記樹脂シート材のフィレット寸法は、すべての辺で前記半導体素子より長いことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項５記載の半導体装置は、請求項２において、前記半導体素子の外周部からはみ出した前記樹脂シート材のフィレット寸法とその形状は、断面構造で見た場合、半導体素子の外周部への接続個所の辺の長さと、前記回路実装基板への接続個所の辺の長さとが同じ寸法で、垂直フィレット形状であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項６記載の半導体装置は、請求項２において、前記半導体素子の外周部からはみ出した前記樹脂シート材のフィレット寸法とその形状は、断面構造で見た場合、半導体素子の外周部への接続個所の辺の長さと、前記回路実装基板への接続個所の辺の長さとが異なる寸法で垂直フィレット形状でないことを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項７記載の半導体装置は、前記樹脂シート材は、導電性粒子を含まないエポキシ系樹脂材料であることを特徴とする。
本発明の請求項８記載の加圧ツールは、請求項１記載の半導体装置の製造方法において前記半導体素子と前記回路実装基板の間からはみ出した前記樹脂シート材を、前記回路実装基板に熱圧着する加圧ツールであって、半導体素子を押圧する凹んだ中央部と、この中央部の外周部に形成され前記はみ出した樹脂を前記回路実装基板に押し付けて熱圧着する凸型部とを有する。
【００２０】
本発明の請求項９記載の加圧ツールは、請求項８において、前記凸型部の内側の面の形状を凹凸に形成したことを特徴とする。
本発明の請求項１０記載の加圧ツールは、請求項８において、前記凸型部の先端面の形状を凹凸に形成したことを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項１１記載の半導体装置の製造方法は、請求項１において、前記半導体素子と前記回路実装基板の間からはみ出した前記樹脂シート材を、先端が前記回路実装基板に当接した加圧ツールの凸型部によって前記樹脂シート材の広がりを規制して前記回路実装基板に熱圧着することを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項１２記載の半導体装置の製造方法は、請求項１において、前記半導体素子と前記回路実装基板の間からはみ出した前記樹脂シート材を、先端が前記回路実装基板に当接しない加圧ツールの凸型部によって前記樹脂シート材の広がりを規制せずに前記回路実装基板に熱圧着することを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項１３記載の半導体装置は、請求項２において、前記半導体素子と前記回路実装基板の間からはみ出した前記樹脂シート材にボイドを低減するための凹凸を形成したことを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項１４記載の加圧ツールは、請求項８から請求項１０の何れかにおいて、剛性力を有する金属材料から成ることを特徴とする。
本発明の請求項１５記載の加圧ツールは、請求項１記載の半導体装置の製造方法において前記半導体素子と前記回路実装基板の間からはみ出した前記樹脂シート材を、前記回路実装基板に熱圧着する加圧ツールであって、半導体素子を押圧する中央部を有する加圧ツール本体と、前記加圧ツール本体の外周部に形成され前記はみ出した樹脂を前記回路実装基板に押し付けて熱圧着する凸型部とを有し、前記凸型部の剛性が前記加圧ツール本体よりも小さいことを特徴とする。
【００２５】
本発明の請求項１６記載の加圧ツールは、請求項１記載の半導体装置の製造方法において前記半導体素子と前記回路実装基板の間からはみ出した前記樹脂シート材を、前記回路実装基板に熱圧着する加圧ツールであって、半導体素子を押圧する加圧ツール本体と、前記加圧ツール本体に当接する中央部とこの中央部の外周部に形成され前記はみ出した樹脂を前記回路実装基板に押し付けて熱圧着する凸型部を有する中間体とを有し、前記中間体の剛性が前記加圧ツール本体よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の半導体装置とその製造方法は以下のような効果を有している。
半導体素子上に形成したバンプと対向する回路実装基板上の配線電極部とが、導電性粒子を含まないエポキシ系封止樹脂である樹脂シート材を介在して、電気的に接続されたフリップチップ実装体において、半導体素子よりはみ出した樹脂シート材に加熱・加圧を与えることにより、その中に形成されたボイドを押しつぶし、更に、その樹脂シート材と多層回路実装基板、樹脂シート材と半導体素子との密着性を向上させることができる。これにより、吸湿試験における水分の浸入を極力抑えることができ、半導体装置の耐湿信頼性及び耐リフロ−性を向上させることができるものである。
【００２７】
また、前記フリップチップ実装体を形成する生産プロセスで、半導体素子を加圧する際に用いた加圧ツールの形状は凹型の逆の形状を有しており、凹んだ中央部に半導体素子を押圧する部分と両サイドの凸型部に、はみ出した樹脂を押圧またはブロック（フィレット形成）する部分とから成るもので、半導体素子の下部の押圧だけでなく、押し出された樹脂シート材も同時一括に押圧またはブロックしながら加圧ツールから荷重または熱により硬化することができる。このプロセスは従来の製造工程を追加することなく製品品質を高めることができるものである。また、半導体素子と加圧ツールの間にテフロンテープを介して生産する工程を有している為、樹脂シート材のチップ裏面への這い上がり等を防止することができるものである。
【００２８】
更に、この生産プロセスは、樹脂のはみ出し量の調整が自在に可能であり、ＰＯＰ構造を有する新規製品開発において、回路実装基板の寸法を大きくすることなく小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の各実施の形態を図１〜図１５に基づいて説明する。
なお、各実施の形態において同様の作用を成すものには同一の符号を付けて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の半導体装置を示し、図２（ａ）〜（ｄ）はこの半導体装置の製造方法を示す。図３は図２（ｄ）の詳細を示している。
【００３０】
図１の半導体装置は、半導体素子１と半導体素子８との積層型の半導体装置である。回路形成面を上面にした半導体素子１上にある複数のパッド電極部２には、Ａｕなどの金属バンプ３が形成されている。この半導体素子１は、回路実装基板４上の複数の配線電極部５に、フリップチップ(反転)で実装され、絶縁性を有する導電性粒子を含まないエポキシ系封止樹脂である樹脂シート材６を介して電気的に接続されてフリップチップ実装体を構成している。樹脂シート材６は導電性粒子を含まないエポキシ系樹脂材料である。
【００３１】
このフリップチップ実装体を構成する半導体素子１の外周よりはみ出した樹脂フィレットの形状は、階段形状７−１を有しており、回路実装基板４ならびに半導体素子１の側面との十分な密着性を確保した状態で完全に熱硬化している。
【００３２】
さらに、もう一つの半導体素子８が、回路実装基板４上の外周にある配線電極部５−１に半田ボール９を介して接続されたＰＯＰ構造を有している。
なお、回路実装基板４上層面にある複数個の配線電極部５，５−１と、回路実装基板４の裏面側にある裏面ランド部１０とは、回路実装基板４の内部の内層ビア１１で連結されている。
【００３３】
樹脂フィレット７の階段形状７−１は、図２（ａ）〜（ｄ）の工程で形成されている。
先ず、図２（ａ）に示すダイシング工程において、半導体ウエハー１２を複数の半導体素子１に切断する。次に、図２（ｂ）に示すバンプ形成工程では、半導体素子１上に設けた複数のＡＬパッド電極部２にＡｕ等の金属バンプ３を形成する（レベリング不要）。また、図２（ｃ）に示すように、回路実装基板４の上面にシート状のエポキシ系封止樹脂である樹脂シート材６を貼り付ける。
【００３４】
次に、図２（ｄ）では、図２（ｃ）工程で樹脂シート材６を貼り付けた回路実装基板４上に、図２（ｂ）で金属バンプ３を形成した半導体素子１をフェースダウンさせ、半導体素子１上の金属バンプ３と回路実装基板４上の配線電極部５との実装認識位置合わせを行い、剛性力を有する金属材料から成る加圧ツール１３によって半導体素子１を回路実装基板４に樹脂シート材６を介して熱圧着する。この熱圧着の際には、フッ素系のフッ素系樹脂シート材１８を介して、樹脂フィレット７に、加圧ツール１３を、高温高荷重（230℃／50−60ｇｆ/B）を同時に数十秒間だけ付加を与えて熱圧着フリップチップ実装する。
【００３５】
加圧ツール１３の形状は、前記階段形状７−１に対応する両サイドの凸型部１３−２と、その内側に位置して半導体素子１を押圧する凹んだ中央部１３−１とを有しており、この加圧ツール１３によって熱圧着することで、この圧着ではみ出した樹脂のフィレット形成とを、同時に一括に実行できる。
【００３６】
具体的には、半導体素子１と回路実装基板４の間からはみ出した樹脂シート材６を、図３に示すように、先端が回路実装基板４に当接しない加圧ツール１３の凸型部１３−２によって樹脂シート材６の広がりを完全に規制せずに回路実装基板４に熱圧着する。つまり、はみ出した樹脂シート材６の一部が、加圧ツール１３の凸型部１３−２の先端１３−３にフッ素系樹脂シート材１８を介して接触して外側へ広がる課程で確実に硬化して回路実装基板４に接着される。
【００３７】
このようにして半導体素子１の実装が終わると、次に、もう一つの半導体素子８を回路実装基板４に実装し、その後に樹脂モールド１７されている。
このように、中央部１３−１と凸型部１３−２とを有した加圧ツール１３を使用することによって、半導体素子１の外周部からはみ出した樹脂シート材６の樹脂フィレット７のフィレット寸法とその形状は、断面構造で見た場合、半導体素子１の外周部への接続個所の辺の長さと、前記回路実装基板４への接続個所の辺の長さとが異なる寸法である階段形状７−１を有しており、回路実装基板４ならびに半導体素子１の側面との十分な密着性を確保した状態で完全に熱硬化している。また、製造工程を追加することなく半導体素子１の外周からはみ出した樹脂シート材を完全硬化させ、樹脂シート材６−１と回路実装基板４、樹脂シート材６−１と半導体素子１の側面との密着性を十分確保させ、製品の耐湿性を向上させることができる。
【００３８】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２の半導体装置を示し、図５はこの半導体装置の製造方法を示す。
【００３９】
実施の形態１の樹脂フィレットの形状は階段形状７−１であったが、この実施の形態２では、樹脂フィレットの形状が垂直形状７−２で、且つ各辺で同一寸法を有している点だけが異なっている。図５（ａ）〜（ｃ）は図２（ａ）〜（ｃ）と同じである。図５（ｄ）の１８はフッ素系のフッ素系樹脂シート材である。
【００４０】
加圧ツール１３の両サイドの凸型部１３−２で樹脂シート材は固定されると同時に加熱されることで、半導体素子１や回路実装基板４との密着性も確保できる構造体を有しているものである。
【００４１】
具体的には、半導体素子１を回路実装基板４にフリップフロップ実装する際には、図６に示すように、半導体素子１と回路実装基板４の間からはみ出した樹脂シート材６を、先端が回路実装基板４に当接した加圧ツール１３の凸型部１３−２によって樹脂シート材６の広がりを規制して回路実装基板４に熱圧着する。ここで、半導体素子１の外周より外側にはみ出した樹脂フィレット部７は、垂直形状で且つ各辺で同一寸法を有している。なお、加圧ツール１３は半導体素子１を押圧する凹んだ中央部１３−１と、この中央部１３−１の周囲に凸型部１３−２が形成されており、中央部１３−１を挟んだ両サイドの凸型部１３−２の間隔は、樹脂シート材６よりも長い。したがって、中央部１３−１で半導体素子１を樹脂シート材６を介して回路実装基板４に熱圧着する場合には、凸型部１３−２の先端を回路実装基板４に当接させて樹脂シート材６の広がりをブロックして規制し、半導体素子１の外周部からはみ出した前記樹脂シート材６のフィレット寸法とその形状は、断面構造で見た場合、半導体素子１の外周部への接続個所の辺の長さと、前記回路実装基板４への接続個所の辺の長さとが同じ寸法で、垂直フィレット形状７−２である。
【００４２】
さらに、もう一つの半導体素子８は半田ボール９を介して回路実装基板４に実装した後に、樹脂モールド１７されている。
（実施の形態３）
図７は、前述の凹型の逆の形状を有した加圧ツール１３の両サイドの凸型部１３−２の底面部に剣山型もしくはギザギザ形状１４を付加させたことにより、半導体素子１の外側からはみ出した樹脂シート材６−１の中のボイド１５はフリップチップ実装体を構成する半導体素子１からはみ出した樹脂シート材６−１の中にある多数のボイド１５をつぶすと同時に前記加圧ツール１３の両サイドにある凸型部１３−２で硬化させた半導体装置の製造方法と半導体装置を示す。なお、図示されていないが、加圧ツール１３は半導体素子１を押圧する際、フッ素系のフッ素系樹脂シート材１８を介して押圧する点は先の実施の形態と同様である。
【００４３】
図７（ａ）は加圧ツール１３の中央部１３−１で半導体素子１を熱圧着する際に、半導体素子１の外周の外側にはみ出した一部の樹脂シート材６−１は、加圧ツール１３の凸型部１３−２に形成された剣山型もしくはギザギザ形状１４によって押しつぶされており、はみ出した一部の樹脂シート材６−１の中にある多数の大きなボイド１５がつぶされ、フィレット部７には多数の剣山型もしくはギザギザ１４の凹凸形状が付加された状態で熱硬化され、図７（ｂ）に示すように加圧ツール１３を引き上げることによって回路実装基板４上にギザギザ１４による凹凸形状７が残される。
【００４４】
図７（ｃ）では、別の半導体素子８が半田ボール９を介して回路実装基板４上の外周にある配線電極部５−１に接続されてＰＯＰ構造を有する積層型の半導体装置ができる。
なお、回路実装基板４上層面にある複数個の配線電極部５、５−１と裏面側にある裏面ランド部１０は内層ビア１１で連結された構造である。
【００４５】
（実施の形態４）
図８は本発明の実施の形態４を示す。
この実施の形態で使用している加圧ツール１３は、前記凸型部１３−２の内側の面の形状を凹凸に形成したものである。具体的には、内側の面の形状を外側に向かってへこんだ半円１３−４に形成したものであって、仮想線位置のように加圧ツール１３によって半導体素子１を回路形成基板４に樹脂シート材６を介して熱圧着する際に、外側に向かってへこんだ半円１３−４が形成されている場合には、半導体素子１と回路形成基板４の間からはみ出した樹脂シート材６の端部の形状が、へこんだ半円１３−４の内側に沿って硬化する。なお、図８では図示されていないが、先の各実施の形態と同じように、加圧ツール１３の中央部１３−１と半導体素子１の間、ならびに半円１３−３が形成された凸型部１３−２の内側には、フッ素系のフッ素系樹脂シート材１８が介在しており、熱圧着の完了後に加圧ツール１３を実線位置に引き上げることによって、前記半円１３−３の部分に係合していた樹脂シート材６の端部が弾性変形して外れる。
【００４６】
（実施の形態５）
図９は本発明の実施の形態５を示す。
実施の形態４では、加圧ツール１３の凸型部１３−２の内側に、外側に向かってへこんだ半円１３−４が形成されていたが、この実施の形態では加圧ツール１３の凸型部１３−２の内側に、内側に向かって突出した半円１３−５が形成されている点だけが異なる。その他は同じである。
【００４７】
（実施の形態６）
図１０は本発明の実施の形態６を示す。
実施の形態４では、加圧ツール１３の凸型部１３−２の内側に、外側に向かってへこんだ半円１３−４が形成されていたが、この実施の形態では加圧ツール１３の凸型部１３−２の内側に、外側に向かってへこんだ曲面と内側に向かって突出した曲面とで形成された波形１３−６に形成されている点だけが異なる。その他は同じである。
【００４８】
（実施の形態７）
図１１は本発明の実施の形態７を示す。
実施の形態６では、加圧ツール１３の凸型部１３−２の内側が波形１３−６で形成されていたが、この実施の形態７では加圧ツール１３の凸型部１３−２の内側に、内側に向かって突出した断面三角の突部１３−７で形成されている点だけが異なる。その他は同じである。
【００４９】
（実施の形態８）
図１２は本発明の実施の形態８を示す。
実施の形態７では、加圧ツール１３の凸型部１３−２の内側に、内側に向かって突出した断面三角の一つの突部１３−７が形成されていたが、この実施の形態では、加圧ツール１３の凸型部１３−２の内側に断面形状がギザギザな凹凸１３−８を設けただけが異なる。その他は同じである。
【００５０】
このように上記の各実施の形態で説明した半導体装置とその製造方法は、半導体素子上に形成したバンプと対向する回路実装基板上の配線電極部とが、絶縁性の樹脂シート材を介在して、電気的に接続されたフリップチップ実装体において、半導体素子よりはみ出した樹脂シート材に加熱・加圧を与えることにより、その中に形成されたボイドを押しつぶし、更に、その樹脂シート材と多層回路実装基板、樹脂シート材と半導体素子との密着性を向上させることができるものであり、吸湿試験における水分の浸入を極力抑えることができ、半導体装置の耐湿信頼性及び耐リフロ−性を向上させることができるものである。また、前記フリップチップ実装体を形成する生産プロセスは、凹型の逆の形状を有する加圧ツールにより、凹んだ中央部に半導体素子を押圧する部分と両サイドの凸型部に、はみ出した樹脂を押圧またはブロックしてフィレット形成を行いながら樹脂硬化を同時に一括で行う生産プロセスにより、従来の製造工程を追加することなく製品品質を高めることができるものである。また、半導体素子と加圧ツールの間にテフロンテープを介して生産する工程を有している為、樹脂シート材のチップ裏面への這い上がり等を防止することができる。更に、この生産プロセスは、樹脂のはみ出し量の調整が自在に可能であり、ＰＯＰ構造を有する新規製品開発において、回路実装基板の寸法を大きくすることなく小型化を図ることができ、製品開発及びその量産化を実現できるものである。
【００５１】
（実施の形態９）
図１３は加圧ツールの別の例を示している。
図２と図３に示した加圧ツール１３は、その全体が剛性を有する金属製であったが、この実施の形態９の加圧ツール１３Ａは、図１３の（ａ）（ｂ）に示すように、半導体素子を押圧する中央部１３−３が剛性を有する金属製の加圧ツール本体１３−０と、加圧ツール本体１３−０の中央部１３−３の外周部に形成された凸型部１９とを有している。ここで凸型部１９は耐熱性ゴムで形成されており、耐熱性ゴムの剛性が前記中央部１３−３のよりも小さい。なお、凸型部１９は加圧ツール本体１３−０のコーナ部に切り欠き部２０が形成されている。
【００５２】
この加圧ツール１３Ａを使用しての半導体装置の製造工程は、図１４（ａ）に示すように、回路実装基板４の上に配置した熱硬化性の樹脂シート材６の上に半導体素子１を置いて、フッ素樹脂系シート材１８をあててその上から図１４（ｂ）に示すように加圧ツール１３Ａを押し当てる。これによって、半導体素子１の実装と凸型部１９によるフィレットの形成を実現できる。
【００５３】
この構成によると、図１４（ｂ）に示したように加圧ツール１３の凸型部１９が回路実装基板４の側に衝突しても、耐熱性のゴム材を用いているので回路実装基板４への損傷による、断線防止などの製品不良の発生を防止できる。
【００５４】
さらに、凸型部１９に形成した切り欠き部２０が、樹脂シート材６中に発生した気泡（ボイト゛）の抜け道となるため、前記ボイドを追い出すことができ、高い接続信頼性を確保できる。
【００５５】
（実施の形態１０）
図１５は加圧ツールの更に別の例を示している。
実施の形態９では加圧ツール本体１３−０に凸型部１９を一体に設けて加圧ツール１３Ａとしたが、この実施の形態１０では、加圧ツール本体１３−０と、この加圧ツール本体１３−０とは別体の中間体２１とで加圧ツール１３が構成されている。
【００５６】
具体的には、半導体素子を押圧する加圧ツール本体１３−０は、剛性力を有する金属材料で構成されている。中間体２１は、加圧ツール本体１３−０に当接する中央部１９−１とこの中央部１９−１の外周部に形成された凸型部１９−２とで形成されている。凸型部１９−２は、実施の形態９と同様に、中央部１９−１のコーナ部に切り欠き部２０が形成されている。ここで、中間体２１は耐熱性ゴムで形成されており、耐熱性ゴムの剛性が加圧ツール本体１３−０よりも小さい。
【００５７】
このように構成したため、図１５（ｂ）に示すように加圧ツール１３を中間体２１を介して押し当てることによって、高い接続信頼性を実現できる。
なお、図６〜図１２においても加圧ツール１３の凸型部１３−２だけを実施の形態９，実施の形態１０と同様に耐熱性ゴムで形成して構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明のフリップチップ実装工法で半導体素子を加圧する際、はみ出す樹脂部の硬化とフィレット形成を同時に行う手法のすべてに適用できる。またそれらに関連する産業上の全てのものに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の断面図
【図２】同実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図３】同実施の形態の要部工程の断面図
【図４】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の断面図
【図５】同実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図６】同実施の形態の要部工程の断面図
【図７】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図
【図８】本発明の実施の形態４にかかる半導体装置を形成する加圧ツールとフィレット形状を示す断面図
【図９】本発明の実施の形態５にかかる半導体装置を形成する加圧ツールとフィレット形状を示す断面図
【図１０】本発明の実施の形態６にかかる半導体装置を形成する加圧ツールとフィレット形状を示す断面図
【図１１】本発明の実施の形態７にかかる半導体装置を形成する加圧ツールとフィレット形状を示す断面図
【図１２】本発明の実施の形態８にかかる半導体装置を形成する加圧ツールとフィレット形状を示す断面図
【図１３】本発明の実施の形態９にかかる半導体装置を形成する加圧ツール正面図と底面図
【図１４】同実施の形態の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１５】本発明の実施の形態１０にかかる半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１６】従来の半導体装置を示す断面図
【図１７】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１８】従来の半導体装置のフィレット形成の製造方法を示す断面図
【符号の説明】
【００６０】
１    半導体素子
２    ＡＬ等の電極パッド部
３    金属バンプ
４    回路実装基板
５    配線電極部
５−１  配線電極部
６    樹脂シート材
６−１    半導体素子の外周からはみだした樹脂シート材
７−１    階段形状の樹脂フィレット
７−２    垂直形状の樹脂フィレット
８    半導体装置
９    半田ボール
１３，１３Ａ    加圧ツール
１３−０    加圧ツール本体
１３−１  中央部
１３−２  凸型部
１８    フッ素系樹脂シート材
１９−１    中央部
１９−２    凸型部
２０    切り欠き部
２１    中間体
【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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【図１７】
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【図１８】
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