(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱板を有する半導体装置の製造方法であって、
半導体素子の突起電極形成面とは反対側の背面を放熱板に接着し、
配線基板の実装面の所定の位置に液状のアンダーフィル樹脂を塗布する工程と、
前記半導体素子の突起電極形成面が前記アンダーフィル樹脂を挟んで前記配線基板に対向すると共に前記放熱板が前記アンダーフィル樹脂を挟んで前記配線基板に対向するように、前記放熱板を前記配線基板上に配置し、
前記半導体素子を前記配線基板に対してフリップチップ実装すると共に、前記半導体素子と前記配線基板との間の前記アンダーフィルを硬化させると同時に、前記放熱板と前記配線基板との間の前記アンダーフィル樹脂を硬化させ、前記放熱板と前記配線基板との間の前記放熱板及び前記半導体素子を前記配線基板に接着する
各工程を有することを特徴とする半導体装置製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置製造方法であって、
前記放熱板及び前記半導体素子を前記配線基板に接着する工程は、前記半導体素子を前記配線基板に対してフリップチップ実装した後に、前記アンダーフィル樹脂を加熱硬化させる工程を含むことを特徴とする半導体装置製造方法。
【請求項３】
放熱板を有する半導体装置の製造方法であって、
半導体素子の突起電極形成面とは反対側の背面を放熱板に接着し、
配線基板の実装面の所定の位置にテープ状又はフィルム状のアンダーフィル樹脂を配置する工程と、
前記半導体素子の突起電極形成面が前記アンダーフィル樹脂を挟んで前記配線基板に対向すると共に前記放熱板が前記アンダーフィル樹脂を挟んで前記配線基板に対向するように、前記放熱板を前記配線基板上に配置し、
前記半導体素子を前記配線基板に対してフリップチップ実装すると共に、前記半導体素子と前記配線基板との間の前記アンダーフィルを硬化させると同時に、前記放熱板と前記配線基板との間の前記アンダーフィル樹脂を硬化させ、前記放熱板及び前記半導体素子を前記配線基板に接着する
各工程を有することを特徴とする半導体装置製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の半導体装置製造方法であって、
前記放熱板を前記配線基板に接着するアンダーフィル樹脂は、前記半導体素子を前記配線基板に接着するためのアンダーフィル樹脂とは異なる接着剤であることを特徴とする半導体装置製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の半導体装置製造方法であって、
前記アンダーフィル樹脂は前記配線基板の前記実装面の全体に塗布又は配置されることを特徴とする半導体装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置製造方法に係わり、特に放熱板により半導体素子の放熱を行う半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
近年、半導体素子の外部接続電極として半田ボールを設け、半導体素子を配線基板にフリップチップ実装して半導体装置を形成することが行われている。また、フリップチップ実装した半導体素子の背面に放熱板を設けることにより半導体素子の温度上昇を抑制することが行われている。一般的、このような放熱板は半導体素子の背面に接触して半導体素子により発生する熱を外部に放出する。
【０００３】
【従来の技術】
半導体チップを配線基板にフリップチップ実装することにより形成された半導体装置では、半導体チップの素材であるシリコンと半導体チップが実装される配線基板の材質との熱膨張率の差に起因して、実装後に配線基板が変形したり、半導体チップのハンダ接続部が剥がれてしまうといった問題が生じることがある。
【０００４】
このような問題を防止するために、半導体チップと配線基板との間にアンダーフィル樹脂を充填し、半導体チップと配線基板との接合を強化することがおこなわれている。
【０００５】
図１は放熱板を有するフリップチップ型半導体装置の従来の製造工程を説明するための図である。
【０００６】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体チップ（半導体素子）１に突起電極としてバンプ２を形成し、バンプ２が配線基板３に対向するように半導体チップ１を配置する。次に、図１（ｂ）に示すように、半導体チップ１を配線基板３の実装面３ａにフリップチップ実装する。なお、配線基板３の実装面３ａの反対側の端子面３ｂには、外部接続用電極３ｃが形成されている。
【０００７】
そして、半導体チップ１をフリップチップ実装した後に、図１（ｃ）に示すように、半導体チップ１と配線基板３との間にアンダーフィル樹脂４を充填する。アンダーフィル樹脂４の充填は、図２に示すように、半導体チップ１の周囲から半導体チップ１と半導体基板３との間に液体状のアンダーフィル樹脂４を流しこむことにより行われる。
【０００８】
すなわち、図２（ａ）に示すように、ディスペンサ９により半導体チップ１の周囲に液体状のアンダーフィル樹脂４を供給する。供給された液体状のアンダーフィル樹脂４は、図２（ｂ）に示すように、毛細管現象により半導体チップ１と配線基板３の実装面３ａとの間に進入していく。そして、最終的に図２（ｃ）に示すように（図１（ｃ）に相当）、アンダーフィル樹脂４は半導体チップ１と配線基板３との間の間隙に充填され、充填されたアンダーフィル樹脂４は加熱硬化される。
【０００９】
アンダーフィル樹脂４の硬化が終了すると、図１（ｄ）に示すように、半導体チップ１の背面１ａに接着剤６が設けられ、その上から放熱板５が配置される。放熱板５は凹部５ａを有しており、半導体チップ１が凹部５ａに収容されるように配置される。ここで、放熱板５の配線基板３に接触する面には予め接着剤７が設けられている。
【００１０】
次に、図１（ｅ）に示すように、放熱板５が配線基板３の実装面３ａに接着剤７を介して載置された状態で、接着剤７を加熱硬化させることにより、放熱板５を配線基板３に固定する。この際、半導体チップ１の背面１ａに設けられた接着剤６は放熱板５の凹部５ａの内面に接触して半導体チップ１と放熱板５との間の間隙に充填され、接着剤７と同時に加熱硬化される。なお、接着剤６は熱伝導性の良好な充填剤等が混合された樹脂であり、半導体チップにより発生した熱を放熱板５に伝える機能を果たす。そして、配線基板３の外部接続用電極３ｃ上に外部接続用突起電極として半田ボール８が形成され、半導体装置が完成する。
【００１１】
上述の半導体装置製造方法では、アンダーフィル樹脂４の充填に毛細管現象を利用しているため充填時間が長くなり、半導体装置製造工程が長くなるという問題がある。このような問題を解決するために、アンダーフィル樹脂４を配線基板３の実装面３ａに予め配設しておく方法が提案されている。
【００１２】
図３はテープ状に形成したアンダーフィル樹脂を利用した方法を説明するための図である。この方法では、アンダーフィル樹脂４をテープ或いはフィルムの形態に形成しておく。テープ状のアンダーフィル樹脂４は、図３（ａ）に示すように、予め配線基板３の実装面３ａに配置する。そして、図３（ｂ）に示すように、テープ状のアンダーフィル樹脂４の上に半導体チップ１を載置する。次に、図３（ｃ）に示すように、半導体チップ１を加圧しながら加熱することにより、テープ状のアンダーフィル樹脂４を軟化させて半導体チップ１をフリップチップ実装すると同時に、軟化させたアンダーフィル樹脂４を再び硬化させる。
【００１３】
図４は、液体状のアンダーフィル樹脂を予め配線基板に塗布しておく方法を説明するための図である。まず、図４（ａ）に示すように、ディスペンサ９により液体状のアンダーフィル樹脂４を配線基板３の実装面３ａに塗布する。そして、図４（ｂ）に示すように、液体状のアンダーフィル樹脂４の上に半導体チップ１を載置する。次に、図４（ｃ）に示すように、半導体チップ１を加圧しながら加熱することにより、半導体チップ１をフリップチップ実装すると同時に、アンダーフィル樹脂４を加熱硬化させる。あるいは、半導体チップ１をフリップチップ実装した後に加熱してアンダーフィル樹脂４を硬化させる場合もある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の半導体装置製造方法では、半導体チップ１を固定するためのアンダーフィル樹脂４を硬化させる工程（図１（ｃ）に示す工程）と、放熱板５を配線基板３及び半導体チップ１の背面１ａに接着する工程（図１（ｅ）に示す工程）とが異なる工程で実施されており、半導体装置の製造工程が複雑化していた。
【００１５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、アンダーフィル樹脂を硬化させる工程と放熱板を接着固定する工程とを実質的に同時に行うことにより、工程数を低減した半導体装置製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１記載の発明は、放熱板を有する半導体装置の製造方法であって、
半導体素子の突起電極形成面とは反対側の背面を放熱板に接着し、
配線基板の実装面の所定の位置に液状のアンダーフィル樹脂を塗布する工程と、
前記半導体素子の突起電極形成面が前記アンダーフィル樹脂を挟んで前記配線基板に対向すると共に前記放熱板が前記アンダーフィル樹脂を挟んで前記配線基板に対向するように、前記放熱板を前記配線基板上に配置し、
前記半導体素子を前記配線基板に対してフリップチップ実装すると共に、前記半導体素子と前記配線基板との間の前記アンダーフィルを硬化させると同時に、前記放熱板と前記配線基板との間の前記アンダーフィル樹脂を硬化させ、前記放熱板と前記配線基板との間の前記放熱板及び前記半導体素子を前記配線基板に接着する
各工程を有することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体装置製造方法であって、前記放熱板及び前記半導体素子を前記配線基板に接着する工程は、前記半導体素子を前記配線基板に対してフリップチップ実装した後に、前記アンダーフィル樹脂を加熱硬化させる工程を含むことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項３記載の発明は、放熱板を有する半導体装置の製造方法であって、
半導体素子の突起電極形成面とは反対側の背面を放熱板に接着し、
配線基板の実装面の所定の位置にテープ状又はフィルム状のアンダーフィル樹脂を配置する工程と、
前記半導体素子の突起電極形成面が前記アンダーフィル樹脂を挟んで前記配線基板に対向すると共に前記放熱板が前記アンダーフィル樹脂を挟んで前記配線基板に対向するように、前記放熱板を前記配線基板上に配置し、
前記半導体素子を前記配線基板に対してフリップチップ実装すると共に、前記半導体素子と前記配線基板との間の前記アンダーフィルを硬化させると同時に、前記放熱板と前記配線基板との間の前記アンダーフィル樹脂を硬化させ、前記放熱板及び前記半導体素子を前記配線基板に接着する
各工程を有することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の半導体装置製造方法であって、前記放熱板を前記配線基板に接着するアンダーフィル樹脂は、前記半導体素子を前記配線基板に接着するためのアンダーフィル樹脂とは異なる接着剤であることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の半導体装置製造方法であって、前記アンダーフィル樹脂は前記配線基板の前記実装面の全体に塗布又は配置されることを特徴とするものである。
上記した各手段は、次のように作用する。
【００２２】
請求項１乃至３記載の発明によれば、予め半導体素子を放熱板に接着しておくことにより、半導体素子をフリップチップ実装する工程においてアンダーフィル樹脂を硬化させて半導体素子を回路基板に接着すると共に放熱板も回路基板に接着することができる。したがって、従来別工程で行われていた半導体素子の接着と放熱板の接着とを一つの工程で行うことができ、半導体装置製造工程の工程数を減少することができる。
【００２３】
また、請求項４記載の発明によれば、放熱板の接着及び半導体素子の接着の各々に最適な材質の接着剤（アンダーフィル樹脂）を用いることができ、半導体装置の信頼性が向上する。
【００２４】
また、請求項５記載の発明によれば、配線基板の実装面に選択的にアンダーフィル樹脂を塗布又は配置する必要がなくなるため、アンダーフィル樹脂を塗布又は配置する工程が簡略化される。
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図５は本発明の一実施の形態による半導体装置の製造工程を説明するための図である。図５において、図１に示す構成部品と同等な部品には同じ符号を付す。
【００２６】
本実施の形態による製造方法により製造される半導体装置は、フリップチップ型であり、半導体チップを冷却するための放熱板が設けられたものである。
【００２７】
まず、図５（ａ）に示すように、半導体チップ１に突起電極として半田バンプ等からなるバンプ２を形成する。次に、図５（ｂ）に示すように、半導体チップ１の背面１ａに接着剤６を塗布する。接着剤６は半導体チップ１で発生した熱を放熱板５に伝達するために設けられる接着剤であり、熱伝導率のよいＡｇペースト等が用いられる。
【００２８】
次に、図５（ｃ）に示すように、半導体チップ１を放熱板５の凹部５ａに配置する。この際、半導体チップ１はペスート状の接着剤６により凹部５ａの内面に接着固定される。なお、放熱板５は、金属材料、無機材料あるいは金属無機複合材料等、熱伝導率のよい材料であれば様々な材料を用いることができる。
【００２９】
次に、図５（ｄ）に示すように、半導体チップ１が接着固定された放熱板５を配線基板３の上に位置決めする。ここで、配線基板３の実装面３ａの所定の位置には予め液状のアンダーフィル樹脂４が塗布されている。アンダーフィル樹脂４は、半導体チップ１がフリップチップ実装される部位、及び放熱板５が接触する部位に対して配置される。なお、液状のアンダーフィル樹脂４ではなく、テープ状又はフィルム状のアンダーフィル樹脂４を配線基板３の実装面３ａの所定の位置に配置することとしてもよい。
【００３０】
次に、図５（ｅ）に示すように、放熱板５を配線基板３の実装面３ａに載置して加圧及び加熱する。これにより、実装基板３の実装面３ａに塗布又は配置されていたアンダーフィル樹脂４は、放熱板５及び半導体チップ１と配線基板３との間に挟まれて加熱される。テープ状又はフィルム状のアンダーフィル樹脂４の場合は加熱により軟化する。この際、放熱板５の凹部５ａに接着固定されていた半導体チップ１は回路基板３にフリップチップ接合される。
【００３１】
そして、更に加熱することにより、半導体チップ１と回路基板３との間のアンダーフィル樹脂４は硬化し、半導体チップ１は回路基板３の実装面３ａに強固に接着される。これと同時に、放熱板５と回路基板３の実装面３ａとの間のアンダーフィル樹脂４も硬化し、放熱板５は回路基板３に強固に接着される。その後、配線基板３の外部接続用電極３ｃに半田ボール８が形成され、半導体装置が完成する。
【００３２】
以上のように、本実施の形態の半導体装置製造方法によれば、半導体チップ１は予め放熱板５の凹部に接着剤６により固定されているため、半導体チップ１を回路基板３に接着するためのアンダーフィル樹脂４を硬化させる工程と、放熱板５を配線基板３に接着固定する工程とを実質的に同時に行うことができ、工程数が低減された半導体装置製造方法を実現することができる。
【００３３】
図６は上述の実施の形態の変形例を説明するための図である。図６に示す変形例では、放熱板５を配線基板３に固定するための接着剤を、アンダーフィル樹脂４とは異なる接着剤７としている。すなわち、アンダーフィル樹脂４は半導体チップ１の材質に合わせて選定し、半導体チップ１とは材質の異なる放熱板５を固定するための接着剤７は放熱板５の接着に適した接着剤を選定するものである。
【００３４】
したがって、上述の実施の形態における図５（ｄ）に示す工程において、放熱板５が接着される部位に対応する配線基板の位置にはテープ状又はフィルム状の接着剤７が配置され、半導体チップが実装される部位にはテープ状又はフィルム状のアンダーフィル樹脂４が配置される。なお、接着剤７は、回路基板３の実装面３ａに配置される必要はなく、放熱板５に配置されてもよい。この変形例によれば、半導体チップ１及び放熱板５の各々に最適な接着剤を別個に選定することができ、半導体装置の信頼性が向上する。
【００３５】
図７は上述の実施の形態の他の変形例を説明するための図である。図７に示す変形例では、アンダーフィル樹脂４を配線基板３の実装面のほぼ全域にわたって塗布している。すなわち、アンダーフィル樹脂４は最終的に硬化されるものであり、放熱板５及び半導体チップ１が配置される部位以外の部分に存在していても実質的に半導体装置の機能に影響はない。
【００３６】
このように、アンダーフィル樹脂４を塗布する部位を半導体チップ１及び放熱板５が載置される領域に限定しなくても問題はないので、アンダーフィル樹脂４を配線基板３の実装面３ａのほぼ全域にわたって塗布することができる。これにより、アンダーフィル樹脂４を選択的に塗布するという煩雑な工程が不要となり、半導体製造工程を簡素化することができる。
【００３７】
なお、液状のアンダーフィル樹脂４を配線基板３の実装面３ａに塗布してもよく、あるいはテープ状又はフィルム状のアンダーフィル樹脂４を実装面３ａ上に配置してもよい。
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。
【００３８】
請求項１乃至３記載の発明によれば、予め半導体素子を放熱板に接着しておくことにより、半導体素子をフリップチップ実装する工程においてアンダーフィル樹脂を硬化させて半導体素子を回路基板に接着すると共に放熱板も回路基板に接着することができる。したがって、従来別工程で行われていた半導体素子の接着と放熱板の接着とを一つの工程で行うことができ、半導体装置製造工程の工程数を減少することができる。
【００３９】
また、請求項４記載の発明によれば、放熱板の接着及び半導体素子の接着の各々に最適な材質の接着剤（アンダーフィル樹脂）を用いることができ、半導体装置の信頼性が向上する。
【００４０】
また、請求項５記載の発明によれば、配線基板の実装面に選択的にアンダーフィル樹脂を塗布又は配置する必要がなくなるため、アンダーフィル樹脂を塗布又は配置する工程が簡略化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】放熱板を有するフリップチップ型半導体装置の従来の製造工程を説明するための図である。
【図２】アンダーフィル樹脂を充填するための方法を説明するための図である。
【図３】アンダーフィル樹脂を充填するための他の方法を説明するための図である。
【図４】アンダーフィル樹脂を充填するための更に他の方法を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施の形態による半導体装置製造工程を説明するための図である。
【図６】図５に示す半導体装置製造方法の変形例を説明するための図である。
【図７】図５に示す半導体装置製造方法の他の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
１  半導体チップ
１ａ  背面
２  バンプ
３  配線基板
３ａ  実装面
３ｂ  端子面
３ｃ  外部接続用電極
４  アンダーフィル樹脂
５  放熱板
６，７  接着剤
８  半田ボール
【図１】
0004421118.tif 000002
【図２】
0004421118.tif 000003
【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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