(57)【要約】【課題】半導体チップ周囲のアンダーフィルのフィレット形状をより均一な形状に近づけることで、半導体チップと基板との接続信頼性が高い半導体装置を得ること。【解決手段】半導体チップ２が、アンダーフィル４を介在させて基板１にフリップチップ実装された半導体装置１００であって、前記基板１の前記半導体チップ２が搭載されている領域の周囲に、前記アンダーフィル４のフィレット５形状を規制するフィレット形状規制部６が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップが、アンダーフィルを介在させて基板にフリップチップ実装された半導体装置であって、
前記基板の前記半導体チップが搭載されている領域の周囲に、前記アンダーフィルのフィレット形状を規制するフィレット形状規制部が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記フィレット形状規制部が、前記半導体チップの外周と一定の距離を隔てて形成されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記フィレット形状規制部が、前記基板の前記半導体チップが搭載されている領域に対して凸となる凸構造である請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記フィレット形状規制部が、前記基板の前記半導体チップが搭載されている領域に対して凹となる凹構造である請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記アンダーフィルが、前記半導体チップの側面全てを覆っている請求項１から４のいずれか１項に記載された半導体装置。
【請求項６】
前記アンダーフィルの最上部が、前記半導体チップの上面と同じ高さである請求項５に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にアンダーフィルを介在させて半導体チップがフリップチップ実装された半導体装置に関し、特に、半導体チップの周囲に形成されるアンダーフィルのフィレット形状を所望のものとすることができる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップを、基板上にフリップチップ実装した半導体装置において、基板と半導体チップとの間にアンダーフィルと称される熱硬化型液状封止材を介在させることが行われている。アンダーフィルは、基板と半導体チップとの接続部であるフリップチップ実装部に、外部から湿気やゴミなどが進入して接続不良を引き起こすことを防止するとともに、基板の反りなどによってフリップチップ実装部に加わる応力を緩和して、半導体チップ側面などにクラックなどが生じることを防止して、より高い接続信頼性を確保する役割がある。このような半導体チップが実装された半導体装置のアンダーフィルとしては、例えば、エポキシ樹脂、硬化剤、および、フィラーなどから構成されるものが用いられている。
【０００３】
半導体チップを基板上に搭載して半導体装置を製造するフリップチップ実装工程は、半導体チップを基板にフリップチップ実装するフリップチップボンディング工程、半導体チップと基板との間にアンダーフィルを充填する塗布工程、アンダーフィルを硬化させて、接着性や強度、硬度を生み出す硬化工程とからなっている。このうち、塗布工程では、通常、半導体チップの一辺、もしくは、二辺に同時に、液状のアンダーフィル樹脂を滴下し、滴下されたアンダーフィル樹脂が毛細管現象により半導体チップと基板との間に充填される。
【０００４】
塗布工程、硬化工程を経た後、半導体チップの周囲には、アンダーフィルが裾広がり状に形成されたいわゆるフィレットが確認される。こうしたフィレットは、小さすぎると基板反りなどにおける応力発生を緩和する効果が不十分となり、大きすぎるとフィレット自体あるいはそれに接するチップ側面においてクラックが発生、進展する原因となる。また、半導体チップの４つの辺でフィレット形状が不均一になると、各辺のフィレットから半導体チップに加わる応力が異なることになり、半導体チップが実装された半導体装置の接続信頼性不良につながるおそれがある。このため、フィレットは、半導体チップの４つの辺それぞれにおいて適切な大きさで、かつ、均一な形状のものとして形成されることが望ましい。
【０００５】
なお、一般的に、フリップチップ実装された半導体チップの隅部では、半導体チップの各辺の中央部付近に比べて、フィレットの高さ方向および長さ方向が共に小さく形成される傾向にある。このように、隅部でのフィレット形状が小さいと、半導体チップの４つの辺の部分で均一なフィレット形状が実現できたとしても、隅部では基板と半導体チップとの間に加わる応力によって、半導体チップと基板との間の接続信頼性が確保できないという問題が生じる。
【０００６】
このような、半導体チップの隅部でフィレット形状が小さくなるという課題を解決するために、アンダーフィル樹脂を塗布する塗布工程において、基板上にフリップチップ実装された半導体チップの四隅から同時にアンダーフィル樹脂を供給するという技術が提案されている（特許文献１参照）。この技術は、半導体チップの四隅からアンダーフィル樹脂を同時に供給することにより、塗布工程での所用時間を短縮するとともに、隅部でむしろ外側に広がるような大きなフィレット形状を実現して、基板に反りが生じた場合や熱サイクル試験時などによる半導体チップと基板との熱膨張係数の差によって生じる応力が集中する、半導体チップの隅部の接続信頼性を向上することができるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２８９２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記特許文献１の技術により形成されたアンダーフィルのフィレット形状は、半導体チップの４つの隅部で外側に突出した形状となるため、半導体チップの各辺の中間部分に応力が集中した場合には、アンダーフィルによってその応力を緩和する効果が乏しくなる。また、半導体チップの４つの隅部からアンダーフィルが塗布されるため、半導体チップの各辺に相当する部分でフィレットの外周部が直線状となりにくく、半導体チップの各辺に対応するフィレット形状が場所ごとに異なることとなり、理想的な均一なフィレット形状を得ることはできない。
【０００９】
さらに、従来の技術では、フィレットの平面的な形状のみが着目されており、フィレットの厚みの均一性や、フィレット表面の傾斜を均一にするという、厚み方向を含めたフィレットの全体形状について検討はなされていない。
【００１０】
そこで本発明は、上記従来の課題に鑑みて、半導体チップ周囲のアンダーフィルのフィレット形状をより均一な形状に近づけることで、半導体チップと基板との接続信頼性が高い半導体装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の半導体装置は、半導体チップが、アンダーフィルを介在させて基板にフリップチップ実装された半導体装置であって、前記基板の前記半導体チップが搭載されている領域の周囲に、前記アンダーフィルのフィレット形状を規制するフィレット形状規制部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体装置は、基板の半導体チップが搭載されている領域の周囲に、アンダーフィルのフィレット形状を規制するフィレット形状規制部が形成されている。このため、半導体チップの全周に渡ってフィレットを所望の形状とすることができ、接続信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態にかかる半導体装置の構成を示す要部拡大断面図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる半導体装置の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる半導体装置のフィレット形状規制部と半導体チップとの間隔を説明するための部分拡大平面図である。
【図４】本発明の実施形態にかかる半導体装置のフィレット形状規制部の第２の構成例を説明するための要部拡大断面図である。
【図５】本発明の実施形態にかかる半導体装置のフィレット形状規制部の別の構成例を説明するための要部拡大断面図である。
【図６】本発明の実施形態にかかる半導体装置のフィレット形状規制部のさらに別の構成例を説明するための要部拡大断面図である。
【図７】本発明の実施形態にかかる半導体装置の厚さ方向のフィレット形状の例を説明するための要部拡大断面図である。
【図８】本発明の実施形態にかかる半導体装置の厚さ方向のより好ましいフィレット形状を説明するための要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の半導体装置は、半導体チップが、アンダーフィルを介在させて基板にフリップチップ実装された半導体装置であって、前記基板の前記半導体チップが搭載されている領域の周囲に、前記アンダーフィルのフィレット形状を規制するフィレット形状規制部が形成されている。
【００１５】
このようにすることで、本発明の半導体装置は、基板と半導体チップとの間に形成されたアンダーフィルの、半導体チップの周囲部分に形成されるフィレット形状が規制され、半導体チップの全周に渡って所望のフィレット形状を得ることができる。このため、アンダーフィルが、半導体チップの全周において基板の反りなどにより加わる応力を緩和する効果を発揮することができ、接続信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【００１６】
上記構成の半導体装置において、前記フィレット形状規制部が、前記半導体チップの外周と一定の距離を隔てて形成されていることが好ましい。このようにすることで、隅部を含めた半導体チップの全周に形成されるフィレット形状を、半導体チップやフィレット自体にクラックが生じにくい所望の形状にすることができる。
【００１７】
また、前記フィレット形状規制部が、前記基板の前記半導体チップが搭載されている領域に対して凸となる凸構造であることが好ましい。このようにすることで、凸構造のフィレット形状規制部の側面で、塗布工程におけるアンダーフィル樹脂の広がりを抑えることができ、フィレット形状を所望のものとすることができる。
【００１８】
また、前記フィレット形状規制部が、前記基板の前記半導体チップが搭載されている領域に対して凹となる凹構造であることが好ましい。このようにすることで、凹構造によってアンダーフィル樹脂の広がりを抑えることができるとともに、半導体チップの側面に対する傾斜が緩やかなフィレット形状を得ることができる。
【００１９】
さらに、前記アンダーフィルが、前記半導体チップの側面全てを覆っていることが好ましい。このようにすることで、半導体チップの側面に応力が加わってチップクラックが生じることを防止することができる。
【００２０】
また、前記アンダーフィルの最上部が、前記半導体チップの上面と同じ高さであることが好ましい。このようにすることで、半導体装置の美観を整え、半導体装置としての高さ精度を向上させることができる。
【００２１】
以下、本発明の半導体装置について図面を参照して説明する。
【００２２】
なお、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明にかかる半導体装置を構成する部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明の半導体装置は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備えることができる。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を必ずしも忠実に表したものではない。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態である半導体装置１００の構成を示す、要部拡大断面図である。
【００２４】
本実施形態の半導体装置１００は、図１に示すように、基板１とこの基板に搭載された半導体チップ２とを備えている。半導体チップ２の基板１側の表面には、縦横のマトリクス状に配置された複数のバンプ３が形成されていて、それぞれのバンプ３が、基板１上の対応する位置に形成された図示しない接続電極に接続されて、フリップチップ実装されている。バンプ３の材料としては、例えばＳｎ−２．３Ａｇ組成のはんだなどが好適であるが、他の組成のはんだやはんだ以外の金属材料を用いることができ、Ｃｕピラーなどを備えたバンプ形態を採用することもできる。
【００２５】
本実施形態の半導体装置１００は、基板１と半導体チップ２との間隔部分にアンダーフィル４が充填され、半導体チップ２の周囲のアンダーフィル４は、半導体チップ２の外側に向かって傾斜するフィレット５を形成している。アンダーフィル４は、半導体チップ２を基板１にフリップチップ実装するフリップチップボンディング工程の後、乾燥により吸湿水分を除去し、アンダーフィル４を塗布する塗布工程において供給、形成される。通常は、半導体チップ２の一辺もしくは二辺に同時にアンダーフィル樹脂を滴下し、滴下されたアンダーフィル樹脂が毛細管現象によって基板１と半導体チップ２との間に充填される。
【００２６】
基板１と半導体チップ２との間に充填されなかったアンダーフィル樹脂は、半導体チップ２の周囲にフィレット５を形成する。本実施形態の半導体装置１００では、基板１の半導体チップ２が搭載される領域の周囲に、基板１の表面に対して凸となる畝状の凸部６が形成されていて、この凸部６が凸構造のフィレット形状規制部となっている。このため、塗布工程で供給されたアンダーフィル樹脂は、フィレット形状規制部である凸部６で遮られてその塗布領域の外周が制限され、半導体チップ２の側面から斜めに裾広がり状に広がった形状のフィレット５が形成される。
【００２７】
塗布工程の後、所定のプロファイルを持った加熱工程を経ることでアンダーフィル樹脂が硬化し、接着性、強度、硬度を備えたアンダーフィル４が形成される。アンダーフィル樹脂を硬化する加熱工程の具体的なプロファイルは、アンダーフィル樹脂の特性やパッケージ仕様に応じて定められる。例えば、１０５℃で２時間加熱して半硬化させた後に、１５０℃でさらに２時間加熱し本硬化させるなどである。
【００２８】
図１に示す本実施形態の半導体装置１００は、一例として、半導体チップ２の厚さが７７５μｍ、バンプ３の直径がφ１０８μｍで配置ピッチが１６０μｍ、基板１と半導体チップとの間隔が９５μｍであるパッケージ仕様を有し、このときのアンダーフィル４のフィレット５の形状は、半導体チップ２の側面とのなす角θが３０度で、半導体チップ２とフィレット形状規制部である凸部６との間隔であるフィレット幅Ｌが１．４ｍｍとなる。
【００２９】
凸部６は、例えば、基板１上にレジストをスクリーン印刷法により印刷することで形成することができ、また、感光性レジストを塗布したのち露光、現像するフォトリソグラフ法によって形成することもできる。
【００３０】
図２は、本実施形態の半導体装置１００における、半導体チップ２が搭載された領域の周囲を示す平面図である。なお、図２にＡ−Ａ’矢視線として示した部分の断面構造が、図１として示した要部拡大断面図となる。
【００３１】
図２に示すように、本実施形態の半導体装置１００は、基板１に搭載された半導体チップ２の周囲を、フィレット形状規制部としての凸部６が取り囲んでいる。このようにすることで、アンダーフィル４が形成するフィレット５の周辺形状が、半導体チップ２の全周に渡って制限されていることが分かる。
【００３２】
図３に、半導体チップ２の隅部近傍の部分拡大平面図を示す。
【００３３】
図３は、図２に示した半導体装置１００の平面図の内、図中右下に位置する隅部を拡大して示したものである。図３に示すように、本実施形態の半導体装置１００では、半導体チップ２と凸部６との間隔Ｌが、半導体チップ２の縦方向の辺の延長方向での間隔Ｌ１と横方向の辺の延長方向での間隔Ｌ２とが、半導体チップ２の各辺における凸部６との間隔Ｌ３と等しくなるようにし、隅部に対応する凸部６を隅部の端部を中心とする円弧状に形成している。このため、本実施形態の半導体装置１００では、凸部６が半導体チップ２の外周からいずれの部分でも一定の距離を隔てて形成されていることになり、半導体チップ２の全周において、フィレット５と半導体チップ２の側面とのなす角（図１に示したθ）をほぼ均一にすることができる。
【００３４】
なお、基板１の平面視形状や材質、半導体チップ２の平面視形状やバンプの配置状況などにより、半導体チップ２に加わる応力が方向によるばらつきを有する場合には、半導体チップ２の全周において、アンダーフィル４のフィレット５の形状に所定の分布を持たせた方がより好ましい場合もあり得る。この場合には、半導体チップ２に加わる応力を勘案してフィレット５が所望の形状となるように、半導体チップ２と凸部６との配置間隔を調整すればよい。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態の半導体装置１００では、基板１の半導体チップ２が搭載されている領域の周囲に、アンダーフィル４のフィレット５の形状を規制するフィレット形状規制部としての凸部６が形成されている。このため、アンダーフィル樹脂を供給した際にアンダーフィル樹脂が凸部６に沿ってその内部で広がり、フィレット５の外周が規定されてフィレット５の幅Ｌが規制されるとともに、フィレット５の半導体チップ２とのなす角度θが所定の範囲内に制限される。その結果、半導体チップ２の全周にわたって、平面視方向と厚さ方向の双方において所望の形状のフィレット５を得ることができる。
【００３６】
次に、本実施形態にかかる半導体装置におけるフィレット形状規制部のいろいろな形状について図面を用いて説明する。なお、以下の図４から図６において、半導体装置の基本構造は図１に示したものと同じであり、フィレット形状規制部のみが異なっているため、該当する部材には同じ符号を付与しその説明は省略する。
【００３７】
図４は、フィレット形状規制部として、基板１に形成された凹部７が形成された半導体装置１１０の要部拡大断面図である。
【００３８】
図４に示すように、図１における凸部６に代えて、基板１の半導体チップ２が搭載される領域の周囲に、所定の幅と深さを有する溝状の凹部７を形成することで、この凹部７を凹構造のフィレット形状規制部として機能させることができる。
【００３９】
図４に示すように、基板１に形成された凹部７をフィレット形状規制部とすることで、フィレット形状規制部として凸部６を設けた半導体装置１００と同様に、半導体チップ２の全周に渡って、所望形状のフィレット５を形成することができる。なお、凹部７を用いることにより、凸部６をフィレット形状規制部として用いた場合と比較して、フィレット５の半導体チップ２の側面とのなす角（図１に示したθ）を小さくすることができ、結果として、断面形状で見た場合のフィレット５の表面が描く曲線の下に向かう凸の度合いがより強いものとなる。
【００４０】
なお、断面視したときのフィレット５の表面が描く曲線が、曲率が小さくより直線的である場合には、フィレット５の中間部分での厚みが増して基板１の垂直方向に肉厚のフィレット５が形成されることになる。このようにフィレット５の肉厚が厚いと、基板１に反りが生じた場合や、熱サイクル試験時など半導体装置１００が加熱されたときに基板１と半導体チップ２との熱膨張量の差による変形によって、フィレット５が半導体チップ２の側面に及ぼす作用が大きくなり、半導体チップ２の側面におけるクラックが発生、進展する危険性が増大するとともに、フィレット５自体のクラックも引き起こされる可能性が高くなる。これに対し、図４に示すように、凹部７をフィレット形状規制部とすることによって、フィレット５表面をより強い曲率の下に凸の形状とすることで、フィレット５の中間部分における肉厚を薄くすることができ、フィレット５から半導体チップ２の側面に及ぼされる作用を低減することができる。この結果、半導体装置１１０の接続信頼性をさらに高くすることができる。
【００４１】
なお、フィレット形状規制部としての凹部７は、例えば、レーザー加工をはじめとする溝状部を形成する周知の各種方法によって、基板１に形成することができる。
【００４２】
図５および図６は、フィレット形状規制部のさらに別の構成を示す図である。
【００４３】
図５（ａ）に示す半導体装置１２０は、基板１の半導体チップ２が搭載された領域の周囲の厚さが厚い肉厚部６ａとなっていることで段差を形成し、この段差を凸構造のフィレット形状規制部として用いている。この場合は、図１に示した凸部６をフィレット形状規制部として用いた場合と同様の効果を奏することができる。なお、基板１の厚さが異なる肉厚部６ａは、基板１自体の半導体チップ２が搭載される領域を薄く形成する方法で得ることができるが、この他にも、半導体チップ２が搭載される領域部分を切り欠いた、枠状のシート部材を基板１の表面に貼着することによっても、図５（ａ）に示した形状と同じ凸構造のフィレット形状規制部を得ることができる。
【００４４】
図５（ｂ）に示す半導体装置１３０は、基板１の半導体チップ２が搭載された領域の周囲に形成された、断面がＶ字状の凹部７ｂを凹構造のフィレット形状規制部とするものである。このようにすることで、断面が所定の幅と深さを持った溝状の凹部７を設けた図４に示す半導体装置１１０と同様の効果を奏することができる。なお、凹部の断面形状としては、図５（ｂ）に示したＶ字状の他に、Ｕ字状または半円形状など、さまざまな形態とすることができる。
【００４５】
図６（ａ）に示す半導体装置１４０は、基板１の半導体チップ２が搭載された領域の周囲に、凹部７が形成され、さらにその周囲に凸部６を形成して、凹構造と凸構造の組み合わせによるフィレット形状規制部を備えている。このようにすることで、上記図４で示した半導体装置１１０において説明した、フィレット５の半導体チップ２の側面となす角度を小さくすることができるという効果を奏するとともに、アンダーフィル樹脂を塗布する塗布工程で、アンダーフィル樹脂が過剰に供給されてしまった場合でも、フィレット５の外形形状を所定のものに確実に制御することができる。
【００４６】
また、図６（ｂ）に示す半導体装置１５０のように、基板１の半導体チップ２が搭載された領域の周囲に形成された凹部７の周囲に、第２の凹部８を形成することによっても、アンダーフィル樹脂の塗布工程における樹脂供給量が過剰となった場合に、フィレット５の外周を確実に規制することができるという効果を奏する、フィレット形状規制部を実現することができる。
【００４７】
なお、アンダーフィル４は、図７に示す半導体装置１６０のように、半導体チップ２の側面全てを覆っている構成とすることが好ましい。このようにすることで、半導体チップ２の側面全てが保護されて、半導体チップ２の側面にクラックが発生、進展することを効果的に防止することができる。
【００４８】
ただし、アンダーフィル４の樹脂量が過剰となり、図７に示すようにアンダーフィル４の一部が半導体チップ２の上面に覆い被さるように広がる可能性がある。このような半導体チップ２の上面でのアンダーフィル４の広がり部４ａは、外観上の理由から、また、半導体装置全体の高さ精度の面から、避けることが望ましい。
【００４９】
したがって、塗布工程におけるアンダーフィル樹脂の粘度や供給量および供給速度、さらに供給場所の数や位置を、アンダーフィル４全体の必要樹脂量および基板１と半導体チップ２との間隙などに応じて最適化して、図８に例示する半導体装置１７０のように、アンダーフィル４の最上部４ｂが、ちょうど半導体チップ２の上面と同じ高さに達して、半導体チップ２の上面に広がらないようにすることが望ましい。
【００５０】
以上述べたように、本実施形態の半導体装置では、半導体チップの外周全体に形成されるフィレットの形状を最適化し、フィレットクラックやチップクラックの発生を低減することが期待でき、接続信頼性の高いフリップチップ接続構造の半導体装置を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の半導体装置は、基板と半導体チップとの間にアンダーフィルを介在させてフリップチップ接続された接続信頼性の高い半導体装置であり、各種のフリップチップ実装品として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１        基板
２        半導体チップ
３        バンプ
４        アンダーフィル
５        フィレット
６        凸部（フィレット形状規制部）
７        凹部（フィレット形状規制部）
【図１】
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【図２】
2012156389.tif 000004
【図３】
2012156389.tif 000005
【図４】
2012156389.tif 000006
【図５】
2012156389.tif 000007
【図６】
2012156389.tif 000008
【図７】
2012156389.tif 000009
【図８】
2012156389.tif 000010