(57)【要約】      （修正有）【課題】アンダーフィル樹脂を硬化する時、基板が大きく歪む問題を解決する半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】アンダーフィル樹脂硬化時に、半導体チップ１の裏面に設けられた放熱補強板６の接着剤を先、若しくは同時に固着・硬化を行い、パッケージ基板全体を支持することで、アンダーフィル樹脂硬化によって生じるひずみを防止し、ビアや半田等、接続部や内部配線に対する応力を緩和させるとともに、親基板への二次実装時の接続信頼性を向上させることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線を有する樹脂基板、電気的導通部を介して前記樹脂基板の一方の面に実装されている半導体チップ、前記樹脂基板の半導体チップが実装されている面と同一面に設けられたスティフナ、及び、第一の接着部を介して前記半導体チップの基板実装側と反対の面と、第二の接着部を介して前記スティフナとに固定された放熱補強板とを具備し、前記電気的導通部はアンダーフィル樹脂によって封止されている半導体装置の製造方法であって、
半導体チップを基板に実装しアンダーフィル樹脂を充填した後に、第一の接着部を介して前記半導体チップに、第二の接着部を介して前記スティフナに前記放熱補強板を接着する工程と、前記接着部と前記アンダーフィル樹脂を一工程にて硬化させる工程を有し、第二の接着部の硬化の完了は前記アンダーフィル樹脂の硬化完了よりも速い、若しくは同時であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、スティフナを用いず、放熱補強板の形状をキャップ状とし、第一の接着部を介して前記半導体チップに、第二の接着部を介して前記樹脂基板にキャップ状の放熱補強板を接着する工程と、前記接着部と前記アンダーフィル樹脂を一工程にて硬化させる工程を有し、第二の接着部の硬化の完了は前記アンダーフィル樹脂の硬化完了よりも速い、若しくは同時であ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】
本発明は半導体装置の製造方法に係わり、特に放熱補強板により半導体装置の歪みを抑制する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体チップ（半導体素子）が半田バンプなどを介して、フェイスダウンの状態にて、樹脂基板（インターポーザ）に電気的に接続される形態の実装形式が行われており、コアを有さずポリイミド等の樹脂と銅等の配線パターンを交互に積層して多重構成としたインターポーザが多く使用されている。
【０００３】
しかしながら、コアを有さない薄い樹脂基板を用いたインターポーザは、厚いものに比較して、線膨張係数が大きく（１９ｐｐｍ／℃以上）、半導体チップ（線膨張係数：３ｐｐｍ／℃程度）に対して線膨張係数が大きくなっている。
【０００４】
このため、半導体チップを樹脂基板にフリップチップ実装して得られる半導体装置では、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樹脂基板の材質との熱膨張率の差に起因して、実装後に樹脂基板が変形したり、半導体チップのハンダ接続部が剥がれたりしてしまうといった問題が生じることがある。
【０００５】
このような問題を防止するために、半導体チップと樹脂基板との間にアンダーフィル樹脂を充填し、半導体チップと樹脂基板との接合を強化することがおこなわれている。特許文献１では、半導体チップを基板に実装する前に放熱板に接着する方法が示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２０３８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来法では、先に放熱板を貼り付けた状態で半導体チップが基板に実装されるため、半導体チップを基板に実装する工程において、放熱板が障害となるために半導体チップのアライメントが困難、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の本発明は、配線を有する樹脂基板、電気的導通部を介して前記樹脂基板の一方の面に実装されている半導体チップ、前記樹脂基板の半導体チップが実装されている面と同一面に設けられたスティフナ、及び、第一の接着部を介して前記半導体チップの基板実装側と反対の面と、第二の接着部を介して前記スティフナとに固定された放熱補強板とを具備し、前記電気的導通部はアンダーフィル樹脂によって封止されている半導体装置の製造方法であって、半導体チップを基板に実装しアンダーフィル樹脂を充填した後に、第一の接着部を介して前記半導体チップに、第二の接着部を介して前記スティフナに前記放熱補強板を接着する工程と、前記接着部と前記アンダーフィル樹脂を一工程にて硬化させる工程を有し、第二の接着部の硬化の完了は前記アンダーフィル樹脂の硬化完了よりも速い、若しくは同時であることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【０００８】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、スティフナを用いず、放熱補強板の形状をキャップ状とし、第一の接着部を介して前記半導体チップに、第二の接着部を介して前記樹脂基板にキャップ状の放熱補強板を接着する工程と、前記接着部と前記アンダーフィル樹脂を一工程にて硬化させる工程を有し、第二の接着部の硬化の完了は前記アンダーフィル樹脂の硬化完了よりも速い、若しくは同時であることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体装置を製造する際、樹脂基板に対して半導体チップの実装を行い、その後に放熱補強板を配置するため半導体チップのアライメントが容易であり、またアンダーフィル樹脂硬化の時、放熱補強板を先、若しくは同時に固着・硬化を行い、放熱補強板によってパッケージ基板全体を支持することで、アンダーフィルの硬化収縮によって生じる樹脂基板の変形を防止し、ビアや半田等、接続部や内部配線に対する応力を緩和させるとともに、親基板への二次実装時の接続信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を図面を参照して説明する。なお、本発明でいう１次実装とは半導体チップとインターポーザとの電気的接続を意味し、２次実装とはインターポーザとプリント基板（親基板）との電気的接続を意味するものとする。また、配線を有する樹脂基板とは、半導体チップと一体になって半導体装置（半導体パッケージ）を構成するインターポーザを指す（以下、単に樹脂基板とする）。
【００１１】
図１から図５は同実施形態の構成例の工程を示す模式構成断面図である。本発明により得られる半導体装置は、まず、樹脂基板４、上記樹脂基板４に実装された半導体チップ１、上記半導体チップ１を実装する側の面（樹脂基板４の表面）上で所定の間隔を有するスティフナ３を有する。上記スティフナ３は、コアを有さない樹脂基板４の取り扱いを容易にするため、接着剤を介して下方の面が樹脂基板４に貼着されている。ここで、樹脂基板４とスティフナ３を接着する接着剤は、加熱硬化タイプの接着フィルムをラミネートするなどの方法により形成する。上記接着剤としては例えばエポキシ系の熱硬化型接着シート等を用いることができる。
【００１２】
１次実装として、樹脂基板４（インターポーザ）の例えば２層目の配線に対して設けられたパッドに対し、フェイスダウン状態にて実装される半導体チップ１のパッドが、半田ボールを介して電気的に接続されて電気的導通部２を形成している。（図１）
【００１３】
リフローを行って半導体チップ１の１次実装をしたのち、半導体チップ１の実装された樹脂基板４を冷却してフラックスにて洗浄を行い、乾燥させる。
【００１４】
この後、電気的導通部２各々の間と、半導体チップ１と樹脂基板４との間隙と、半導体チップ１の側面部とにアンダーフィル樹脂５を充填する。（図２）
【００１５】
このアンダーフィル樹脂５は、外力による半導体チップ１と樹脂基板４との接続の破壊を防止し、かつ湿気及び不純物の混入を防止し、半導体チップ１及び電気的導通部２の信頼性を確保するために設けられている。なお、この時点ではアンダーフィル樹脂５の硬化は行わない。
【００１６】
さらに、放熱補強板６（カバープレート、ふた）を、半導体チップ１及びスティフナ３上に放熱性に優れた接着剤を介して仮接着する（図３）。このとき、第一の接着部７ａと第二の接着部７ｂで違う接着剤を用いても良い。上記接着剤としては例えば銀微粒子をエポキシ系樹脂中に分散した銀ペーストを用いることができる。放熱補強板６には金属、セラミック、シリコン等、剛性がありかつ熱伝導性の良い材料が選択される。シリコン等結晶性の無機化合物よりも弾性を有し強度があるため胴などの金属が好ましく選択される。ここで用いる接着剤は常温でも適度な粘着性があるため放熱補強板を仮接着にて保持することができる。
【００１７】
放熱補強板６は、カバープレート、ふた等と呼ばれることもある。放熱補強板６は半導体チップ１の発生する熱を放熱させるための放熱板として、また半導体チップ１を機械的な衝撃から保護する保護部材としての役割を有するが、本発明ではさらに、アンダーフィル樹脂５の硬化によって生じるひずみを防止し、ビアや半田等、接続部や内部配線に対する応力を緩和させるとともに、親基板への二次実装時の接続信頼性を向上させる役割を果たす。また、スティフナを用いず、キャップ状の形状の放熱補強板を用いることもできる。（図５）
【００１８】
ここで、アンダーフィル樹脂５及び第一の接着部７ａと第二の接着部７ｂの接着剤の硬化・固着のため、加熱を行う。加熱はいずれか硬化温度の高い方に合わせて行うのが好ましい。アンダーフィル樹脂５として例えば日立化成製液状封止樹脂（製品名：ＣＥＬ−Ｃ）を用いることができる。また、加熱時に放熱補強板６の上から加重してもよい。（図３）
【００１９】
加熱の工程は一工程であり、アンダーフィル樹脂５、第一の接着部７ａと第二の接着部７ｂに用いる接着剤の組み合わせは、第二の接着部の硬化の完了が前記アンダーフィル樹脂５の硬化完了よりも速い、若しくは同時になるように選択するのが好ましい。
【００２０】
樹脂基板４の裏面には、配線に接続されたパッドと、親基板表面のパッドとが、２次実装として、半田ボール９を介して電気的に接続されている。（図４）
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施例を、図１から図３の半導体装置を参照して説明する。
【００２２】
以下のようにして半導体装置を１０個作製した。
半導体チップ１は、チップサイズが１５ｍｍ×１５ｍｍであり、厚さが５００μｍであり、Ａｌ（アルミニウム）のパッドが表面に２４０μｍピッチにて外周部に４列で配置され、このパッド各々に半田ボールが設けられている。半田ボールはパッドに電気的に接続されており、電気的導通部２を形成する。この半田ボールの材質は質量比において、Ｐｂ（鉛）が９５％，Ｓｎ（スズ）が５％である。
【００２３】
樹脂基板４の表面には、上記パッドがフェイスダウンにて対向したとき、このパッドに対して位置的に対応してパッドが設けられている。樹脂基板４は、４０ｍｍ×４０ｍｍのサイズで、厚さ２００μｍである。
【００２４】
樹脂基板４の半導体チップ１実装面の周囲には、金属製で枠状のスティフナ３（支持体）が設けられている。このスティフナ３は、加熱硬化タイプの接着フィルムをラミネートして形成した接着層を介して下方の面が樹脂基板４に貼着されている。
【００２５】
パッド上には、あらかじめ、例えば約２０μｍの厚さにて、錫−鉛共晶はんだにより予備はんだ層が形成されている。
【００２６】
そして、半導体チップ１は、フェイスダウン状態により、樹脂基板４に対して、対応するパッド同士が対向するように位置合わせ（アライメント）され、電気的導通部２を介して配置される。
【００２７】
このとき、電気的導通部２の半田ボール表面にはフラックスが添加されており、配置後に所定の温度により、リフローの処理を行うことにより、上記予備はんだが溶融され、半田ボールとパッドとが電気的に接続（はんだ接合）される。この結果、パッドとパッドとは電気的導通部２を介して電気的に接続される（１次実装）。
【００２８】
そして、樹脂基板４と半導体チップ１との間隙（電気的導通部２となる半田ボールの径による所定の距離）に残留しているフラックスを洗浄により除去し、毛細管現象を利用して上記間隙にアンダーフィル樹脂５を充填する。（図２）
【００２９】
その後、スティフナ３と半導体チップ１に対して、Ｃｕを材質とする放熱補強板６（カバープレート、ふた）が、第一の接着部７ａ、第二の接着部７ｂにて接着剤より貼着される。このとき接着剤としては、第一の接着部７ａ、第二の接着部７ｂともに東レダウコーニング社製１液型接着剤（製品名：ＤＡ６５２３）を用いた。
【００３０】
上記アンダーフィル樹脂５と上記第一の接着部７ａ、第二の接着部７ｂに用いる接着剤を、１５０℃の温度における１時間の一工程で熱処理が行ない、硬化させることで半導体装置８とする。このとき、アンダーフィル樹脂５、及び上記第一の接着部７ａ、第二の接着部７ｂに用いる接着剤について、昇温速度２．０℃／ｍｉｎ、試料２０ｍｇで示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を行ったところ、吸熱のピークをアンダーフィル樹脂については１４５℃付近、放熱補強板接着剤については１２５℃付近に観測したことから、第二の接着部の硬化が先に完了することがわかる。
【００３１】
このようにして図１の様な半導体装置を１０個作成し、上述した構造の半導体装置の半導体チップ実装面とは反対側の対角線上をレーザー変位計を用いて走査し、高さ方向の変位量（最大値と最小値の差）を求めた。３個の半導体装置について測定したところ、６０から８０μｍの範囲であった。
【００３２】
半導体チップ１が実装されている面を上面とすると、上記樹脂基板４の裏面には１ｍｍピッチのパッドが設けられている。このパッドに直径０．６ｍｍの半田ボール９を配設し、リフロー処理を行い、パッドと半田ボールとが電気的に接続され、半田ボールの搭載された樹脂基板４が形成されている。
【００３３】
また、親基板の表面には、パッドがフェイスダウンにて対向したとき、このパッドに対して位置的に対応してパッドが設けられている。
【００３４】
このパッド上には、あらかじめ、はんだペーストが印刷されており、樹脂基板４を、親基板に対して、対応するパッド同士が対向するように位置合わせ（アライメント）し、半田ボール９を介して配置する。
【００３５】
このとき、はんだペースト中にはフラックスが添加されており、配置後に所定の温度により、リフローの処理を行うことにより、上記はんだペーストが溶融され、半田ボール９とパッドとが電気的に接続される。この結果、樹脂基板４のパッドと親基板のパッドとは半田ボール９を介して電気的に接続された（２次実装）。
【００３６】
上述した構造の半導体装置の２次実装における電気的接続の信頼性の評価を行った結果、半導体装置の親基板との実装不良は発生していなかった。
【００３７】
また、二次実装後、−４５℃から１２５℃の範囲の温度サイクル試験（１０００回）に投入して、電気的接続の信頼性の評価を行った結果、ビアや電気的接続部の断線、破壊は発生しなかった。
【００３８】
＜比較例＞
実施例と同様に樹脂基板に半導体チップを実装し、アンダーフィル樹脂を充填後、１５０℃、６０分の熱処理を行った。
その後、スティフナと半導体チップに対して、実施例同様Ｃｕを材質とする放熱補助板（カバープレート、ふた）を、接着剤により貼着した。
上記接着剤は、１２５℃、６０分の熱処理により固着・硬化して、比較例となる半導体装置を１０個作製した。
実施例１と同様にして高さ方向の変位量を測定したところ、１００から１５０μｍの範囲であった。
実施例と同様に親基板への二次実装を行ったところ、１０個中５個に断線が発生した。断線の原因はアンダーフィル樹脂にクラックがはいったことであった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の工程を示す模式構成断面図である。
【図２】本発明の工程を示す模式構成断面図である。
【図３】本発明の工程を示す模式構成断面図である。
【図４】本発明の工程を示す模式構成断面図である。
【図５】本発明の工程を示す模式構成断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…半導体チップ
２…電気的導通部
３…スティフナ
４…樹脂基板
５…アンダーフィル樹脂
６…放熱補強版
７ａ…第一の接着部
７ｂ…第二の接着部
８…半導体装置
９…半田ボール
１０…キャップ状の放熱補強板
１１ａ…第一の接着部
１１ｂ…第二の接着部
【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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