(57)【要約】【課題】薄化された半導体素子に形状不良を生じることなく安価なコストで補強部材を接着することができる半導体装置の組立方法を提供すること。【解決手段】表面にバンプ３が形成された半導体素子２の裏面にこの半導体素子よりも剛性の高い補強部材を樹脂によって接着した半導体装置の組立において、板状部材６の半導体素子接着位置に高チキソ性を有する第１の樹脂５Ａを点状に供給し、次いで低チキソ性を有する第２の樹脂５Ｂを塗布した後に半導体素子２を搭載して半導体素子２の裏面を第１の樹脂５Ａに接触させ、半導体素子２を板状部材６に対して位置保持させる。これにより、搭載後の半導体素子２の位置ずれや高さ姿勢の変動を防止することができ、薄化された半導体素子に形状不良を生じることなく安価なコストで補強部材を接着することができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に複数の外部接続用端子が形成された半導体素子の裏面にこの半導体素子よりも剛性の高い構造体を樹脂によって接着した半導体装置の組立方法であって、前記構造体となる板状部材の半導体素子接着位置に高チキソ性を有する第１の樹脂を点状に供給する第１樹脂供給工程と、第１樹脂供給工程後の板状部材の半導体素子接着範囲に低チキソ性を有する第２の樹脂を塗布する第２樹脂塗布工程と、複数の半導体素子を前記半導体素子接着位置に整列状態で搭載して半導体素子の裏面側を前記第１の樹脂に接触させることにより半導体素子を板状部材に対して位置保持させる半導体素子搭載工程と、前記第１の樹脂および第２の樹脂を硬化させて前記半導体素子を板状部材に接着する樹脂硬化工程とを含むことを特徴とする半導体装置の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子のバンプ形成面の裏面に接着材により補強部材を接合して成る半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の基板などに実装される半導体装置は、ウェハ状態で回路パターン形成が行われた半導体素子にリードフレームのピンや金属バンプなどを接続するとともに樹脂などで封止するパッケージング工程を経て製造されている。最近の電子機器の小型化に伴って半導体装置の小型化も進み、中でも半導体素子を薄くする取り組みが活発に行われている。
【０００３】
薄化された半導体素子は外力に対する強度が弱くハンドリング時のダメージを受けやすいことから、従来より薄化された半導体素子を用いた半導体装置は、半導体素子を補強のための樹脂層で封止する構造が一般的である。この樹脂層形成は、個片化された半導体素子に補強用の樹脂部材を個別に接着材によって接着する方法が用いられる。この接着方法として、液状の接着材を塗布する方法や予めテープ状に形成された接着材を用いる方法などが用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら樹脂層形成に上述の方法を用いる場合には、従来より以下のような課題があった。まず液状の接着材を塗布する方法では、搭載された半導体素子が接着材の流動性によって移動することによる位置ずれが生じやすく、形状精度の確保が難しい。またこの位置ずれを防止するために予めテープ状に成型された接着材を用いる方法では、このような接着材の準備のためにコストアップを招くという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、薄化された半導体素子に形状不良を生じることなく安価なコストで補強部材を接着することができる半導体装置の組立方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の半導体装置の組立方法は、表面に複数の外部接続用端子が形成された半導体素子の裏面にこの半導体素子よりも剛性の高い構造体を樹脂によって接着した半導体装置の組立方法であって、前記構造体となる板状部材の半導体素子接着位置に高チキソ性を有する第１の樹脂を点状に供給する第１樹脂供給工程と、第１樹脂供給工程後の板状部材の半導体素子接着範囲に低チキソ性を有する第２の樹脂を塗布する第２樹脂塗布工程と、複数の半導体素子を前記半導体素子接着位置に整列状態で搭載して半導体素子の裏面側を前記第１の樹脂に接触させることにより半導体素子を板状部材に対して位置保持させる半導体素子搭載工程と、前記第１の樹脂および第２の樹脂を硬化させて前記半導体素子を板状部材に接着する樹脂硬化工程とを含む。
【０００７】
本発明によれば、構造体となる板状部材に高チキソ性の第１の樹脂を点状に供給し、次いで定チキソ性の第２の樹脂を供給した後に半導体素子を搭載することにより、半導体素子の位置を第１の樹脂によって固定することができ、薄化された半導体素子に形状不良を生じることなく安価なコストで補強部材を接着することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の一実施の形態の半導体装置の斜視図、図１（ｂ）は本発明の一実施の形態の半導体装置の部分断面図、図２、図３は本発明の一実施の形態の半導体装置の組立方法の工程説明図、図４は本発明の一実施の形態の半導体装置に用いられる板状部材の斜視図、図５は本発明の一実施の形態の半導体装置の組立に使用される電子部品搭載装置の斜視図、図６は本発明の一実施の形態の半導体装置の組立に使用されるダイシング装置の斜視図、図７は本発明の一実施の形態の半導体装置の組立に使用されるダイシング装置の部分断面図、図８（ａ）は本発明の一実施の形態の実装構造の断面図、図８（ｂ）は本発明の一実施の形態の実装構造の部分断面図、図９（ａ）は本発明の一実施の形態の半導体装置の斜視図、図９（ｂ）は本発明の一実施の形態の半導体装置の平面図である。
【０００９】
まず図１を参照して、半導体装置について説明する。図１（ａ）、（ｂ）において、半導体装置１は、半導体素子２の裏面に樹脂層５によってバンパ４（構造体）を接着した構成となっており、半導体素子２の表面の縁部に沿って形成された複数の外部接続用端子である電極２ａ上には、バンプ３が形成されている。
【００１０】
ここで半導体素子２は機械研磨やエッチングなどの方法によって薄化処理が行われた後の状態である。一般に、半導体素子をバンプを介して基板に実装した状態では、半導体素子の厚み寸法が小さいほど実装後の接合信頼性が優れている。
これは、半導体素子２と基板の熱応力の差に起因してバンプ３の接合部に応力が集中しようとしても、半導体素子２自体が厚さ方向に変形（撓み）を生じることで応力を分散するからである。このため、本実施の形態では、上述のように半導体素子２を薄化処理して厚みｔ１が１０〜１５０μｍの範囲となるように設定し、厚さ方向への変形（撓み）を可能としている。
【００１１】
薄化処理は、半導体素子２の回路形成面の反対面を砥石等を用いた機械研磨によって粗加工を行い、ドライエッチングや薬液によるウェットエッチングで仕上げ加工を行う。機械研磨を行うと裏面に多数のマイクロクラックを有するダメージ層が形成される。このダメージ層は、半導体素子の抗折強度を低下させる要因となるものであるが、仕上げ加工によりこのダメージ層を除去して半導体素子２の抗折強度を高めることができる。
【００１２】
バンパ４は、半導体装置１の搭載時などのハンドリングにおいて半導体装置１を安定して保持することを容易にするとともに、基板などへ実装された後の半導体装置１を外力から保護する機能を有するものである。したがってバンパ４は、金属やセラミックまたは樹脂などの構造材を、上記機能を満たすような形状、すなわち半導体素子２よりも高い剛性を有するような厚みｔ２で、半導体素子２の外形よりも大きい外形形状に加工したものが用いられる。
【００１３】
ここで半導体素子２をバンパ４に接着する樹脂層５には、低弾性係数の変形しやすい材質の接着用樹脂が用いられており、半導体素子２の厚み方向への変形を許容した状態で半導体素子２をバンパ４に接着するようになっている。これにより、半導体装置１を基板に実装した状態において、基板の変形状態に応じて半導体素子２が追従変形するようになっている。本実施の形態では、樹脂層５を形成する樹脂として、後述するようにチキソ性が異なる２種類の樹脂を用いるようにしている。
【００１４】
図１に示すように、樹脂層５は半導体素子２の全周にわたって４辺の端部からはみ出しており、はみ出した樹脂部５ａは半導体素子２の側面２ｂに沿って這い上がり側面２ｂを部分的に覆うような形状となっている。この側面２ｂを覆う樹脂部５ａは、半導体素子２の縁部を補強する補強部を形成している。
【００１５】
半導体素子２の縁部には、半導体ウェハをダイシングして個片の半導体素子２に切り出す際に生じた微小なクラックがそのまま残留しやすく、このクラックから破損を生じる場合がある。側面２ｂを覆う樹脂部５ａは、このような微小なクラックを含んだ半導体素子２の縁部を補強するとともに、後述するように半導体装置１を基板１０に実装した状態において、基板と半導体素子２との熱変形の差によって発生する応力に起因して半導体素子２が過剰に変形するのを防止する機能を有する。
【００１６】
次に図２、図３を参照して、半導体装置１の組立方法について説明する。図２（ａ）において、板状部材６は半導体装置１の一部を構成するバンパ４が切り離される前の中間部品である。図３に示すように、板状部材６の上面には、格子形状に突出した仕切部６ａが設けられており、仕切部６ａで囲まれる凹部６ｂは半導体素子２が接着される半導体素子接着位置となっている。仕切部６ａは、後述するように凹部６ｂ内に半導体素子２の接着用の樹脂を塗布する際に、樹脂が半導体接着位置を超えて周囲に広がるのを規制するダム部となっている。
【００１７】
板状部材６の下面の仕切部６ａに対応する位置には、溝部６ｃが形成されている。溝部６ｃは、厚み寸法ｔ４の板状部材６の下面側から格子状の溝を切り込んで形成され、これにより上面からの厚み寸法ｔ３がｔ４よりも小さい肉薄部となっている。この肉薄部は、板状部材６をバンパ４に切断分離する際の切断位置と一致している。
【００１８】
次に図２（ｂ）に示すように、板状部材６の各凹部６ｂ内の半導体素子接着位置には、ディスペンサ７Ａによって第１の樹脂５Ａが吐出され、複数箇所に突形状の点状に供給される（第１樹脂供給工程）。第１の樹脂５Ａは高チキソ性を有しており、流動性が低くディスペンサ７Ａによって吐出された後においても流れ拡がることがなく、突形状がそのまま維持される。
【００１９】
次いで、図２（ｃ）に示すように、第１樹脂供給工程後の各凹部６ｂ内の半導体素子接着位置には、第２の樹脂５Ｂがディスペンサ７Ｂによって吐出され、凹部６ｂ内に塗布される（第２樹脂塗布工程）。第２の樹脂５Ｂは低チキソ性を有しており流動性に富むため、既に供給された第１の樹脂５Ａの周囲を濡れ拡がって、各凹部６ｂ内を満たす。この第２の樹脂５Ｂの塗布において、凹部６ｂの周囲にはダム部としての仕切部６ａが設けられていることから、第２の樹脂５Ｂが半導体接着位置を超えて周囲に広がることが防止される。
【００２０】
また第２樹脂塗布工程においては、塗布後に半導体素子２によって押し拡げられた第２の樹脂５Ｂが半導体素子２の端部から外側にはみ出した際に、前述のように半導体素子２の側面２ｂを覆うのに過不足がないような適正塗布量の第２の樹脂５Ｂがディスペンサ７から吐出される。
【００２１】
この後、第２の樹脂５Ｂが塗布された板状部材６は半導体素子接着工程に送られる。この半導体素子接着工程では、図３（ａ）に示すように、半導体素子２を板状部材６の半導体素子接着位置に整列状態で搭載する（半導体素子搭載工程）。この半導体素子搭載工程において用いられる電子部品搭載装置について、図４を参照して説明する。図４において、部品供給テーブル１１には半導体素子２が格子状に貼着された粘着シート１２が装着されている。部品供給テーブル１１の下方には、半導体素子剥離機構１３が配設されており、半導体素子剥離機構１３を半導体素子剥離機構駆動部１４によって駆動することにより、エジェクタピン機構１３ａによって粘着シート１２の下面を突き上げ、これにより半導体素子２を搭載ヘッド１６によってピックアップする際に、半導体素子２が粘着シート１２の上面から剥離される。
【００２２】
部品供給テーブル１１の側方には基板保持部１５が配設されており、基板保持部１５上には樹脂供給後の板状部材６が保持されている。部品供給テーブル１１および基板保持部１５の上方には、搭載ヘッド駆動部１９によって駆動される搭載ヘッド１６が配設されている。搭載ヘッド１６は吸着ノズル８を備えており、粘着シート１２から半導体素子２をピックアップし、基板保持部１５上の板状部材６に搭載する。
【００２３】
部品供給テーブル１１の上方にはカメラ１７が配設されており、カメラ１７は粘着シート１２に貼着された半導体素子２を撮像する。カメラ１７によって撮像された画像を半導体素子認識部２０で認識処理することにより、粘着シート１２における半導体素子２の位置が認識される。位置認識結果は制御部２１に送られるとともに、半導体素子剥離機構駆動部１４に送られる。これにより、搭載ヘッド１６による半導体素子２のピックアップ時には、吸着ノズル８およびエジェクタピン機構１３ａがピックアップ対象の半導体素子２に位置合わせされる。
【００２４】
基板保持部１５の上方にはカメラ１８が配設されており、カメラ１８は基板保持部１５に保持された板状部材６を撮像する。カメラ１８によって撮像された画像を搭載位置認識部２２で認識処理することにより、板状部材６における半導体素子搭載位置が検出される。位置認識結果は制御部２１に送られ、制御部２１がこの位置認識結果に基づいて搭載ヘッド駆動部１９を制御することにより、搭載ヘッド１６による半導体素子２の搭載時には、吸着ノズル８に保持された半導体素子２が検出された搭載位置に位置合わせされる。
【００２５】
この電子部品搭載装置によって半導体素子２を板状基板６に搭載する際には、図３（ａ）に示すように、半導体素子２のバンプ３が形成された表面側を吸着ノズル８によって吸着保持し、まず半導体素子２の裏面を点状に供給された第１の樹脂５Ａの突部に接触させる。そしてさらに半導体素子２を下降させて、第２の樹脂５Ｂを半導体素子２の裏面によって押し拡げる。
【００２６】
この樹脂押し拡げ動作において、樹脂５の塗布量に応じて吸着ノズル８による押し付け高さを調整することにより、各半導体素子２の縁部外側（矢印Ａ参照）にはみ出した第２の樹脂５が、半導体素子２の側面２ｂを這い上がって側面２ｂを覆うようにする（図１（ｂ）に示す樹脂５ａ参照）。このときダイシング時のダメージが残留しやすい半導体素子２の裏面側の端部が完全に覆われて補強されていれば、側面２ｂは完全に覆われていても、または部分的にのみ覆われていてもどちらでも良い。
【００２７】
本実施の形態では、半導体素子２を１個づつ搭載ヘッド１６で樹脂５に押し付けながら搭載するので、一括して搭載（貼り付け）する場合よりも搭載荷重（押し付け力）を小さくできる。よって電子部品搭載装置としては、ダイボンディング装置や、チップマウンター等を流用することができる。また、搭載後の半導体素子２は、高粘性の第１の樹脂５Ａによって板状部材６に対して位置保持されることから、第２の樹脂５Ｂの流動による半導体素子２の位置ずれや高さ姿勢の変動が発生せず、半導体素子２の搭載時の状態をそのまま維持することができる。
【００２８】
このようにして半導体素子２が搭載された板状部材６は加熱炉に送られる。そしてここで所定温度で加熱されることにより、図２（ｄ）に示すように第１の樹脂５Ａ、第２の樹脂５Ｂが熱硬化し、半導体素子２を板状部材６に接着する樹脂層５が形成される樹脂硬化工程）。このとき、各半導体素子２の縁部外側にはみ出した第２の樹脂５Ｂは、熱硬化の過程において一時的に粘度低下することにより表面張力によって半導体素子２の側面２ｂにさらに這い上がり、側面２ｂを覆った形状のまま硬化する。これにより、第２の樹脂５Ｂの硬化後において、図１（ｂ）に示す補強部としての樹脂部５ａが形成される。
【００２９】
なお上記実施の形態では、半導体素子２の搭載後に板状部材６を加熱炉に送ることにより第１の樹脂５Ａ、第２の樹脂５Ｂを熱硬化させるようにしているが、搭載ヘッド１６として加熱手段を内蔵したものを用い、半導体素子２を搭載しながら加熱するようにしてもよい。
【００３０】
搭載ヘッド１６によって加熱する場合には、図２（ｄ）に示す専用の加熱工程を省略してもよく、このようにすれば加熱炉を省略して設備の簡略化を図ることができるという利点がある。ただし、この場合には搭載ヘッド１６のタクトタイムが熱硬化時間によって制約されるため、全体の生産性としては搭載工程と加熱工程を別々に行う場合よりも低下する。また、樹脂層５を形成するための樹脂種類として上記実施の形態では熱硬化性の樹脂を用いる例を示しているが、これに変えて熱可塑性の樹脂素材を用いるようにしてもよい。
【００３１】
このようにして半導体素子２が接着された板状部材６は切断工程に送られ、ここで図２（ｅ）に示すように、半導体素子２が接着された板状部材６を回転切断刃２４ａによって隣接する半導体素子２の間の切断位置で切断する（切断工程）。これにより、板状部材６が半導体素子２ごとのバンパ４に切断分離され、半導体装置１の組立が完成する。
【００３２】
この切断工程について、図５，図６を参照して説明する。図５は、この切断に用いられるダイシング装置を示している。基板固定部２３の上面には、半導体素子２が搭載され樹脂硬化が完了した板状部材６は基板固定部２３上に載置される。基板固定部２３の上方には、回転切断刃２４ａを備えた切断ヘッド２４が配設されており、回転切断刃２４ａを回転させながら切断ヘッド２４をＸ方向、Ｙ方向に移動させることにより、板状部材６が溝部６ｃに一致した切断位置に沿って切断される。
【００３３】
図６に示すように、基板固定部２３の上面には板状部材６上の半導体素子２に対応した位置毎に吸引保持部２５が設けられており、吸引保持部２５の上面には吸引溝２５ａが形成されている。吸引溝２５ａは、基板固定部２３の内部に設けられた吸引孔２３ａに連通しており、吸引孔２３ａはさらに真空吸引源２６に接続されている。板状部材６の下面を吸引保持部２５に当接させた状態で真空吸引源２６を駆動することにより、板状部材６は吸引保持部２５によって吸着保持され、これにより板状部材６の位置が固定される。
【００３４】
そしてこのようにして位置が固定された板状部材６の仕切部６ａ上に回転切断刃２４ａを位置合わせし、回転切断刃２４ａを回転させながら下降させることにより、溝部６ｃ内の肉薄部が切断される。このとき、隣接する半導体素子２間の間隔よりも刃幅が小さい回転切断刃２４ａを用いることにより、板状部材６は個片に分離された後のバンパ４が半導体素子２の端面からはみ出した形状で切断される。したがって、個片分離された半導体装置１においては、バンパ４の外形は半導体素子２の外形よりも大きくなる。
【００３５】
またこの切断においては、予め下面に溝部６ｃが形成されていることから、回転切断刃２４ａによる切断代が小さくなっている。これにより切断工程における回転切断刃２４ａの必要下降量を極力小さくすることができ、切断刃下降時に刃先が基板固定部２３に接触して破損する事故を防止することができる。
【００３６】
次に上述の半導体装置１を基板に実装して成る電子部品実装構造について図７を参照して説明する。図７（ａ）に示すように、半導体装置１は基板１０の上面に形成された電極１０ａにバンプ３を半田接合して接続することにより基板１０に実装される。図７（ｂ）は，バンプ３から外側に位置する半導体素子２の変形状態を示している。本実施の形態に示すような薄化された半導体素子２をバンプ３を介して基板１０に接合した構造では、半導体素子２と基板１０の熱変形の差によって発生する応力に起因して、バンプ３から外側の範囲は基板１０側に大きく撓む傾向にある（破線で示す半導体素子２参照）。そしてこの変形に伴ってバンプ３の外側近傍の半導体素子２の下面には高いレベルの表面応力が生じ、半導体素子２を破損させる原因となる場合がある。
【００３７】
これに対し、本実施の形態に示すように、半導体素子２の側面２ｂを覆う樹脂５ａによって補強された半導体装置１を基板１０に実装した場合には、最外周のバンプ３から外側の範囲における半導体素子２の下方への撓みは大幅に低減される。すなわち、樹脂部５ａは半導体素子２の側面２ｂを覆って半導体素子２の過度の曲げ変形を防止するように作用する。そしてこの作用により、半導体素子２の下方への撓み変形が防止され、半導体素子２の曲げ変形による破損を防止することができる。
【００３８】
なお、図８に示す半導体装置１Ａのように、半導体素子２の縁部からはみ出した樹脂部５ａの範囲を半導体素子２の対角線方向に限定し、樹脂部５ａで半導体素子２の側面を覆う補強部を、半導体素子２の角部のみに形成するようにしてもよい。この場合には、図２（ｂ）においてディスペンサ７Ｂによって第２の樹脂５Ｂを塗布する際に、図８（ｂ）に示す範囲のみに第２の樹脂５Ｂを塗布するように、ディスペンサ７の塗布軌跡をＸ字状に設定するとともにディスペンサ７からの吐出量を制御する。このように補強部の形成範囲を半導体素子２の角部に限定することにより、半導体装置完成後の実装状態において最も破損が生じやすい角部を集中的に補強することができる。
【００３９】
また本実施の形態では、第１樹脂供給工程と第２樹脂供給工程をディスペンサで行っているが、他の装置（例えばスクリーン印刷機）で行ってもよい。特にスクリーン印刷機を用いれば、ディスペンサに比べて生産性を向上させることができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、構造体となる板状部材に高チキソ性の第１の樹脂を点状に供給し、次いで定チキソ性の第２の樹脂を供給した後に半導体素子を搭載することにより、半導体素子の位置を第１の樹脂によって固定することができ、薄化された半導体素子に形状不良を生じることなく安価なコストで補強部材を接着することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の一実施の形態の半導体装置の斜視図
（ｂ）本発明の一実施の形態の半導体装置の部分断面図
【図２】本発明の一実施の形態の半導体装置の組立方法の工程説明図
【図３】本発明の一実施の形態の半導体装置の組立方法の工程説明図
【図４】本発明の一実施の形態の半導体装置に用いられる板状部材の斜視図
【図５】本発明の一実施の形態の半導体装置の組立に使用される電子部品搭載装置の斜視図
【図６】本発明の一実施の形態の半導体装置の組立に使用されるダイシング装置の斜視図
【図７】本発明の一実施の形態の半導体装置の組立に使用されるダイシング装置の部分断面図
【図８】（ａ）本発明の一実施の形態の実装構造の断面図
（ｂ）本発明の一実施の形態の実装構造の部分断面図
【図９】（ａ）本発明の一実施の形態の半導体装置の斜視図
（ｂ）本発明の一実施の形態の半導体装置の平面図
【符号の説明】
１，１Ａ  半導体装置
２  半導体素子
２ａ  電極
３  バンプ
４  バンパ
５  樹脂層
５Ａ  第１の樹脂
５Ｂ  第２の樹脂
６  板状部材
６ａ  仕切部
６ｂ  凹部
７Ａ，７Ｂ  ディスペンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004221341.tif 000006
【図５】
2004221341.tif 000007
【図６】
2004221341.tif 000008
【図７】
2004221341.tif 000009
【図８】
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【図９】
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