(57)【要約】【課題】  アンダーフィル硬化時の薄膜樹脂基板の反りを防ぐことが可能な半導体装置およびその製造方法を提供すること。【解決手段】  薄膜樹脂基板と、当該薄膜樹脂基板上に導電性接続部を介して実装されている半導体チップと、当該半導体チップとは第一の接着部を介して、当該薄膜樹脂基板とは第二の接着部を介して接着されている支持板を具備し、前記導電性接続部はアンダーフィル樹脂で封止されている半導体装置であって、前記支持板がアンダーフィル樹脂充填用貫通孔を有することを特徴とする半導体装置およびその製造方法を提供する。【選択図】図１
2007096028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜樹脂基板と、
当該薄膜樹脂基板上に導電性接続部を介して実装されている半導体チップと、
当該半導体チップとは第一の接着部を介して、当該薄膜樹脂基板とは第二の接着部を介して接着されている支持板を具備し、
前記導電性接続部はアンダーフィル樹脂で封止されている半導体装置であって、
前記支持板がアンダーフィル樹脂充填用貫通孔を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記薄膜樹脂基板の厚さは０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
薄膜樹脂基板と、
当該薄膜樹脂基板上に導電性接続部を介して実装されている半導体チップと、
当該半導体チップとは第一の接着部を介して、当該薄膜樹脂基板とは第二の接着部を介して接着されている支持板を具備し、
前記導電性接続部はアンダーフィル樹脂で封止されている半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップの実装と、第一の接着部及び第二の接着部の硬化後に前記アンダーフィル樹脂の硬化を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記支持板はアンダーフィル樹脂充填用貫通孔を具備し、
前記半導体チップの実装と、第一の接着部及び第二の接着部の硬化後に当該アンダーフィル樹脂充填用貫通孔からアンダーフィル樹脂を前記導電性接続部に充填し、硬化を行うことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコアを有さない薄膜樹脂基板上に半導体チップを実装し、実装部分をアンダーフィル樹脂で封止して構成される半導体装置に関し、特に、アンダーフィル樹脂の硬化による基板の変形を防止した半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
それぞれの表面に半田バンプが形成された薄膜樹脂基板４と半導体チップ１をフェースダウンにより搭載、溶融接続されることで形成される半導体装置が知られている。
【０００３】
例えば図８の様な半導体装置８で用いられる薄膜樹脂基板４のチップ搭載部には、図９の様なはんだバンプなどの電気的導通部２が形成されている。なお、薄膜樹脂基板４の外縁部にはスティフナ３と呼ばれる補強材が貼り合わされているものが多い。
【０００４】
通常この状態で薄膜樹脂基板４に半導体チップ１が搭載され、その後半導体装置８の電気的導通部２には補強のためアンダーフィル樹脂５が図１０の様に注入される。アンダーフィル樹脂５注入後、半導体チップ１とスティフナ３の上部に導電性の接着剤を塗布して接着部７ａ、７ｂを設け、半導体チップ１とスティフナ３の上部にリッド（蓋）と呼ばれる支持板６を配置し硬化させ、固着され半導体装置が得られる。
【０００５】
なお、支持板６を取りつけた後、薄膜樹脂基板４の半導体チップ１が搭載されていない面にある電極パッド上に半田ボール９を搭載させる場合もある。このような半導体装置は半田ボール９が搭載されている面を親基板側にして、親基板に実装される。
【０００６】
しかし、これではアンダーフィル樹脂５が硬化する際、半導体チップ１と薄膜樹脂基板４には熱膨張係数の違いによる応力がかかり、薄膜樹脂基板４が大きく変形しまうことがある。
【０００７】
薄膜樹脂基板に変形があると、半導体装置の親基板への実装が困難になる場合がある。また、変形の大きい部分では、薄膜樹脂基板内のビアやはんだバンプ応力がかかっており、温度サイクル試験等の信頼性試験で断線の原因となってしまう。
【０００８】
特許文献は以下の通り。
【特許文献１】特開２０００−３１３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑み考案されたもので、薄膜樹脂基板へアンダーフィル塗布後に発生する薄膜樹脂基板の変形を抑えることで、親基板への実装性を向上させ、さらに、薄膜樹脂基板の変形によるビアや半田に掛かる応力を緩和させることで、接続信頼性を向上させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の請求項に係る本発明は、薄膜樹脂基板と、
当該薄膜樹脂基板上に導電性接続部を介して実装されている半導体チップと、
当該半導体チップとは第一の接着部を介して、当該薄膜樹脂基板とは第二の接着部を介して接着されている支持板を具備し、
前記導電性接続部はアンダーフィル樹脂で封止されている半導体装置であって、
前記支持板がアンダーフィル樹脂充填用貫通孔を有することを特徴とする半導体装置を提供するものである。
【００１１】
また、第２の請求項に係る本発明は、前記薄膜樹脂基板の厚さは０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置を提供するものである。
【００１２】
さらに、第３の請求項に係る本発明は、薄膜樹脂基板と、
当該薄膜樹脂基板上に導電性接続部を介して実装されている半導体チップと、
当該半導体チップとは第一の接着部を介して、当該薄膜樹脂基板とは第二の接着部を介して接着されている支持板を具備し、
前記導電性接続部はアンダーフィル樹脂で封止されている半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップの実装と、第一の接着部及び第二の接着部の硬化後に前記アンダーフィル樹脂の硬化を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供するものである。
【００１３】
最後に、第４の請求項に係る本発明は、前記支持板はアンダーフィル樹脂充填用貫通孔を具備し、
前記半導体チップの実装と、第一の接着部及び第二の接着部の硬化後に当該アンダーフィル樹脂充填用貫通孔からアンダーフィル樹脂を前記導電性接続部に充填し、硬化を行うことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
支持板を搭載、硬化することで、薄膜樹脂基板にテンションをかけても薄膜樹脂基板の変形が支持板との接着で制限され、薄膜樹脂基板の変形圧力に耐えることが可能になったために、この状態でアンダーフィルを塗布、硬化することで、アンダーフィル硬化時の薄膜樹脂基板の反りを防ぐことが可能になる。
【００１５】
薄膜樹脂基板の反りを防止することで、親基板への実装性を向上させ、また、変形によるビアへ掛かる応力を緩和し、信頼性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
まず、本発明の半導体装置を図１を用いてその実施の形態を以て以下説明する。
【００１７】
半導体装置８の構造としては、薄膜樹脂基板４と、薄膜樹脂基板４上に導電性接続部２を介して実装されている半導体チップ１と、半導体チップ１とは第一の接着部７ａを介して、薄膜樹脂基板４とはステフィナ３を介して第二の接着部７ｂで接着されている支持板６を具備し、前記導電性接続部２はアンダーフィル樹脂５で封止されている。また、前記支持板がアンダーフィル樹脂充填用貫通孔Ａを有する。
【００１８】
この場合の薄膜樹脂基板とは、例えばポリイミド等のフィルム状絶縁樹脂からなる絶縁層と例えば銅などの導電性薄膜からなる配線層を積層したプリント配線板であって、いわゆるコアを有さず、可とう性のあるプリント配線板である。その厚みは０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下が好ましい。この厚みが０．０５ｍｍ以上が好ましいのは、基板として機能する最小厚さが０．０５ｍｍだからであり、０．３ｍｍ以下が好ましいのは、これより大きいと基板の反り変形が小さいから支持板の必要がないからである。
【００１９】
また、少なくとも一方の面上にはＢＧＡなどのフリップチップ接続により半導体チップが実装されて用いられるインターポーザー、子基板と呼ばれるプリント配線板の一種である。
【００２０】
薄膜樹脂基板はコアを有さないため薄く曲がりやすい。従って、層の数が少ない程取り扱いが困難である。そのため、半導体チップ実装部を除いた部分、好ましくは基板の周囲に枠状の支持体（以後スティフナと呼ぶ）を例えば耐熱性樹脂を用いて接着することもできる。スティフナは薄膜樹脂基板をが撓むのを防ぎ、半導体チップの実装を容易にする。例えば金属やガラスクロス含浸樹脂等を用いることができる。
【００２１】
支持板は第二の接着部を介して薄膜樹脂基板と接着されている。前述のスティフナを貼付した場合、第二の接着部はスティフナと支持板を接着することになるが、この場合も薄膜樹脂基板と支持板とを固定する機能において変わりはないので、第二の樹脂を介して接着する概念に含むものとする。
【００２２】
本発明で用いる支持板は第一の接着部を介して半導体チップと、第二の接着部を介して薄膜樹脂基板と接着されている。薄膜樹脂基板はコアを有する厚いプリント配線板に比べて線膨張係数が大きく（１６ｐｐｍ／℃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。
【００２３】
このため、半導体チップを薄膜樹脂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薄膜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。
【００２４】
また、導電性（ハンダ）接続部を封止するために半導体チップと薄膜樹脂基板との空隙にアンダーフィル樹脂を注入し、硬化させるが、アンダーフィル樹脂の硬化に伴う収縮により薄膜樹脂基板がゆがんでしまうという問題がある。
【００２５】
本発明で用いる支持板はアンダーフィル樹脂の硬化前に半導体チップ及び薄膜樹脂基板を固定し、ゆがみを矯正することで、アンダーフィル樹脂硬化時の薄膜樹脂基板の変形を防止するとともに半導体装置をプリント配線板（親基板）に実装する際の信頼性を向上させることができるものである。
【００２６】
支持板としては、以上述べたように薄膜樹脂基板の変形を防止できるだけの強度と、かつ第一の接着剤、第二の接着剤、アンダーフィル樹脂の硬化に必要な温度に対する耐性を有する材料であれば好ましく用いることができる。特に、第一の接着剤として熱伝導性に優れた例えば導電性ペースト等を用い、支持板として熱伝導性に優れた金属等の材料を選択することで、半導体チップや薄膜樹脂基板から発生する熱を効率よく排出できる放熱板としての役割も果たすことができる。
【００２７】
また、第二の接着剤としては接着強度と耐熱性があればよく、例えば既述のスティフナを固定するのに用いたシート状エポキシ系接着剤や、第一の接着剤と同じ導電性ペースト等を用いることができる。
【００２８】
アンダーフィル樹脂としては例えばエポキシ樹脂である（株）ナミックス製Ｕ８４３７−２（商品名）を用いることができる。アンダーフィル樹脂はディスペンサーを用いて半導体チップの外形をなぞるように配置されると、毛細管現象によって半導体チップと薄膜樹脂基板との間隙を満たし、例えばハンダボール等からなる導電性接続部を包んで封止する。
【００２９】
支持板を半導体装置に固定後にアンダーフィル樹脂を充填・硬化させる必要から、本発明で用いる支持板の特徴として、アンダーフィル樹脂充填用貫通孔（以下、貫通孔と呼ぶ）が設けられている。貫通孔は薄膜樹脂基板を支持する機能を損なうことなく、アンダー
フィル樹脂を充填可能であればよく、例えば半導体チップの外形に沿ってI型やL型の形状をとることができる。
【００３０】
この様な構造をとることにより、半導体チップの実装と、第一の接着部及び第二の接着部の硬化後にアンダーフィル樹脂の硬化を行う半導体装置の製造方法をとることができる。
【００３１】
特に、半導体チップの実装と、第一の接着部及び第二の接着部の硬化後にアンダーフィル樹脂充填用貫通孔からアンダーフィル樹脂を導電性接続部に充填し、硬化を行うことにより、ひずみなどが生じにくい状態で硬化させることが可能になる。
【００３２】
この場合、第一の接着部及び第二の接着部は順次行うのも可能であるが、同一の接着剤を用いる場合は一括しておこなうのが簡便である。
【実施例】
【００３３】
以下実施例により本発明を詳細に説明する。
＜実施例１＞
以下のようにして半導体装置を１０個作製した。
【００３４】
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２５０μｍ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。
【００３５】
薄膜樹脂基板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。薄膜樹脂基板４は、４０ｍｍ×４０ｍｍのサイズで、厚さ２００μｍである。
【００３６】
薄膜樹脂基板４の半導体チップ１実装面の周囲には、５ｍｍ幅の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薄膜樹脂基板４に貼着されている。この高さは後述の半導体チップ１固定後の高さと同じになる様に設計されている。
【００３７】
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。
【００３８】
そして、半導体チップ１は、フェイスダウン状態により、薄膜樹脂基板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。
【００３９】
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、図２の様な１次実装を終えた。
【００４０】
その後、スティフナ３と半導体チップ１に対して、Ｃｕを材質とし、半導体チップ１の隣り合う２辺に沿って半導体チップ１の外周から１ｍｍ外側に対応するようにチップサイズが１０ｍｍ×１０ｍｍの場合、幅３ｍｍ×長さ１４ｍｍのＬ字型の貫通孔Ａを設けた支持板６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た。このとき用
いる接着剤としては、第一の接着部７ａに対してはエイブルステック（株）製絶縁性ペースト  エイブルボンド３００３（商品名）、第二の接着部７ｂ対しては例えばエイブルステック（株）製  エイブルボンド３１８５（商品名）等である。なお、この場合、導電ペーストでも構わない。
【００４１】
上記第一の接着部７ａ、第二の接着部７ｂを、１２５℃の１時間の熱処理を行ない硬化させ、図３の様にした。
【００４２】
そして、薄膜樹脂基板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、支持板６の貫通孔Ａからディスペンサーを差し込み、半導体チップの１辺に沿ってアンダーフィル樹脂を薄膜樹脂基板表面に出すことで、近くの電気的導通部２における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を図４の様に充填した。
【００４３】
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図１２で示した様なうねりの最も高いところと低いところの差を測定したところ、３０〜４０μｍの範囲であった。測定にはレーザー変位計を用い、半導体チップ搭載面とは反対面を測定した。
【００４４】
半導体チップ１が実装されている面を上面とすると、上記薄膜樹脂基板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０．７ｍｍ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９とが電気的に接続され、半田ボール９の搭載された薄膜樹脂基板４が形成されている。
【００４５】
また、親基板の表面には、薄膜樹脂基板の具備するパッドがフェイスダウンにて対向したとき、このパッドに対応した位置にパッドが設けられている。
【００４６】
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、薄膜樹脂基板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。
【００４７】
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、薄膜樹脂基板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、図５の様に２次実装できた。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
＜実施例２＞
支持板６として半導体チップ１の１辺に沿って半導体チップ１の外周から１ｍｍ内側に対応するようにＩ字型の貫通孔Ｂを設けた支持板を用いたほかは実施例１と同様にして半導体装置を１０個作製し、実施例１と同様に評価を行ったところ、実施例１と同様良好な結果が得られた。
＜比較例＞
実施例１と同様のスティフナを具備する薄膜樹脂基板に半導体チップを実装した後、アンダーフィル樹脂を半導体チップに沿って配置、充填し硬化を行った。その後、実施例１
と同様に第一の接着部及び第二の接着部を介して、それぞれ半導体チップとスティフナとに実施例１と同様のＬ字型の貫通孔を有する支持板を接着、固定した。
【００５０】
このようにして半導体装置を１０個作成し、上述した構造の半導体装置の親基板に向かう面の変形量を測定したところ、１００から１５０μｍの範囲であった。また実施例１と同様に親基板への二次実装を行ったところ、１０個中５個がうまく実装できなかった（ＮＧ）。
【００５１】
実装できた半導体装置を実施例１と同様の温度サイクル試験に投入したところ、５個中３個の半導体装置にビア（図示せず）での断線が発生していた。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造工程を説明する半導体装置完成後の断面図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の製造工程を説明する支持板接着前の状態の断面図である。
【図３】本発明に係る半導体装置の製造工程を説明する支持板接着後の状態の断面図である。
【図４】本発明に係る半導体装置の製造工程を説明するアンダーフィル樹脂充填中の状態の断面図である。
【図５】本発明に係る半導体装置の利用状態を説明する断面図である。
【図６】本発明に用いる支持板の一実施例を示す平面図である。
【図７】図６とは異なる本発明に用いる支持板の一実施例を示す平面図である。
【図８】従来の半導体装置の製造工程を説明する半導体装置完成後の断面図である。
【図９】従来の半導体装置の製造工程を説明するアンダーフィル樹脂を設ける前の状態の断面図である。
【図１０】従来の半導体装置の製造工程を説明する支持板接着前の状態の断面図である。
【図１１】図８とは異なる従来の半導体装置の一実施例を示す断面図である。
【図１２】半導体装置のうねり測定の説明側面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  半導体チップ
２  電気的導通部
３  スティフナ
４  薄膜樹脂基板
５  アンダーフィル樹脂
６  支持板
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
Ａ、Ｂ  貫通孔
１０  ディスペンサー
１１  変形量
１２  親基板
１３  半導体チップ搭載領域
【図１】
2007096028.tif 000003
【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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