(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な下面に外部電極を形成し、上面に段差部分が傾斜をなした凹部を有し、前記凹部内の面に配線電極を有したキャリア基板と、
前記キャリア基板の前記凹部に載置され、突起電極を介して前記配線電極と接続された半導体素子と、
前記半導体素子と前記キャリア基板の凹部との間に設けられた樹脂部とよりなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体素子の面とキャリア基板上面との間に放熱性接着剤を介して放熱板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
樹脂部は、半導体素子の突起電極の形成された面と側面とを封止していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
キャリア基板の上面の高さと同一面まで樹脂部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
平坦な下面に外部電極を形成し、上面に段差部分が傾斜をなした凹部を有し、前記凹部内の面に配線電極を有したキャリア基板を用意する工程と、
前記キャリア基板の前記凹部に樹脂を載置する工程と、
半導体素子の電極パッドが形成された面を前記キャリア基板の前記凹部に対して押圧し、前記半導体素子の前記電極パッドと前記キャリア基板上の前記配線電極とを接続する工程とよりなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
半導体素子の電極パッド上に突起電極を形成する工程と、
上面に段差部分が傾斜をなした凹部と、前記凹部内に前記半導体素子の前記電極パッドと対応した配線電極と、下面に前記配線電極と電気的に接続した外部電極とを有したキャリア基板を用意する工程と、
前記キャリア基板の前記凹部に樹脂フィルムを載置する工程と、
前記半導体素子の前記突起電極が形成された面を前記樹脂フィルムが載置された前記キャリア基板の前記凹部に対して押圧し、前記半導体素子の前記突起電極と前記配線電極とを接続する工程とよりなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
半導体素子の突起電極が形成された面を樹脂フィルムが載置されたキャリア基板の凹部に対して押圧し、前記半導体素子の前記突起電極と前記キャリア基板の配線電極とを接続する工程は、加熱状況下で行うことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はフリップチップ実装工法を用いて、半導体素子をキャリア基板等の被接合体に樹脂を介在させて実装した半導体装置およびその製造方法に関するものであり、特に半導体素子と基板等の被接合体との間に樹脂を効果的に介在させた半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、樹脂基板、セラミック基板等の半導体キャリアや半導体素子、またはプリント基板等のマザーボードヘのチップ実装技術として、主とする半導体素子をフリップチップ実装する工法が盛んに開発されている。
【０００３】
以下、従来のフリップチップ実装工法を用いた半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。図１１〜図１４は従来の半導体装置の製造方法を示す各工程ごとの断面図である。
【０００４】
まず図１１に示すように、フリップチップしようとする半導体素子１を用意し、その半導体素子１上の複数の電極パッド（図示せず）上に各々、突起電極２（バンプ）を形成する。なお、この工程では、さらに突起電極２の頭頂部の高さを一定にそろえるためにバンプレベリングが施され、このレベリングでは、平坦板治具を用いた加圧によるレベリングによって、突起電極２の高さは、概ね５０［μｍ］にレベリング調整されている。
【０００５】
次に図１２に示すように、上面に搭載しようとする半導体素子の電極パッドと対応した電極（図示せず）を有し、底面にその電極と基板内部のビアホールにより接続された外部電極３を有したセラミックなどの絶縁性のキャリア基板４を用意し、その上面の電極領域に対して、絶縁性の樹脂フィルム５を載置する。
【０００６】
そして図１３に示すように、樹脂フィルム５が載置されたキャリア基板４に対して、その樹脂フィルムを挟み込むように半導体素子１をその突起電極２を下にし、位置合わせして押圧する。すなわち、半導体素子１の突起電極２とキャリア基板４の電極とを位置合わせして、互いの電極を接続するものである。両者間に介在する樹脂フィルム５は、押圧によって外側領域に逃げながら広がっていくため、突起電極２とキャリア基板４の電極との間は導通がとれるものである。なお、この工程は加熱状況下で行われ、樹脂フィルム５が軟化され、外側領域に逃げながら広がっていくものである。
【０００７】
したがって図１４に示すように、半導体素子１とキャリア基板４とが突起電極２を介して互いの電極が接続され、両者間には樹脂フィルム５による絶縁性の樹脂が介在し、また底面には外部電極３を有したフリップチップ実装型の半導体装置が得られるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来の半導体装置の製造方法では、半導体素子とキャリア基板との間に介在した樹脂による諸問題があった。
【０００９】
以下、その諸問題について図面を参照しながら説明する。図１５は従来の半導体装置を示す平面図であり、図１６は従来の半導体装置を示す断面図である。
【００１０】
まず、図１５に示すように、半導体素子１とキャリア基板４との間の樹脂フィルム５が、接続時の押圧力によって、外方に逃げようとするが、その逃げ量の差によって、半導体素子１の各辺の側面からはみ出る量に差が生じてしまう。この樹脂フィルム５のはみ出し量の違いによって、応力印加に差が生じて、製品としての信頼性を損ねるという課題があった。この押圧時の樹脂フィルム５の逃げ量の差は、キャリア基板上面に対して、樹脂フィルムを載置する際、その位置決め精度のバラツキ、および樹脂フィルム量の違いによるものである。
【００１１】
また図１６に示すように、半導体素子１とキャリア基板４との接続時の押圧力如何によっては、樹脂フィルム５の半導体素子１の側面部分が弛みを有し、半導体素子／キャリア基板間の接続強度の劣化を引き起こす恐れがあった。また図１６において、樹脂フィルム５の弛みが、樹脂フィルム５ａのように弛み自体が少ない場合であれば、製品の検査工程においても影響はなく、検査工程を進めることができるが、樹脂フィルム５の弛みが、樹脂フィルム５ｂのように弛み自体が多く、その高さが大きい場合であれば、製品検査時のソケット収納で、余分な厚みとなり、半導体素子自体にソケットによる押圧力が印加され、半導体素子の割れを引き起こす恐れもある。
【００１２】
本発明は前記従来の課題を解決するものであり、半導体素子／キャリア基板間の樹脂を余分なはみ出しを抑えて確実に形成し、両者間の接着強度の劣化を防止した半導体装置を提供するものであり、また半導体素子とキャリア基板との間に位置精度よく樹脂を介在した半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
前記従来の課題を解決するために本発明の半導体装置およびその製造方法は以下のような構成を有している。すなわち、本発明の半導体装置は、平坦な下面に外部電極を形成し、上面に段差部分が傾斜をなした凹部を有し、前記凹部内の面に配線電極を有したキャリア基板と、前記キャリア基板の前記凹部に載置され、突起電極を介して前記配線電極と接続された半導体素子と、前記半導体素子と前記キャリア基板の凹部との間に設けられた樹脂部とよりなる半導体装置である。
【００１４】
また、さらに半導体素子の面とキャリア基板上面との間に放熱性接着剤を介して放熱板が設けられている半導体装置である。
また、樹脂部は、半導体素子の突起電極の形成された面と側面とを封止している半導体装置である。
また、キャリア基板の上面の高さと同一面まで樹脂部が形成されている半導体装置である。
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法は、平坦な下面に外部電極を形成し、上面に段差部分が傾斜をなした凹部を有し、前記凹部内の面に配線電極を有したキャリア基板を用意する工程と、前記キャリア基板の前記凹部に樹脂を載置する工程と、半導体素子の電極パッドが形成された面を前記キャリア基板の前記凹部に対して押圧し、前記半導体素子の前記電極パッドと前記キャリア基板上の前記配線電極とを接続する工程とよりなる半導体装置の製造方法である。
【００１６】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子の電極パッド上に突起電極を形成する工程と、上面に段差部分が傾斜をなした凹部と、前記凹部内に前記半導体素子の前記電極パッドと対応した配線電極と、下面に前記配線電極と電気的に接続した外部電極とを有したキャリア基板を用意する工程と、前記キャリア基板の前記凹部に樹脂フィルムを載置する工程と、前記半導体素子の前記突起電極が形成された面を前記樹脂フィルムが載置された前記キャリア基板の前記凹部に対して押圧し、前記半導体素子の前記突起電極と前記配線電極とを接続する工程とよりなる半導体装置の製造方法である。
【００１７】
さらに、半導体素子の突起電極が形成された面を樹脂フィルムが載置されたキャリア基板の凹部に対して押圧し、前記半導体素子の前記突起電極と前記キャリア基板の上面の電極とを接続する工程は、加熱状況下で行う半導体装置の製造方法である。
【００１８】
前記構成の通り、本発明の半導体装置は、テーパー状などの傾斜部を有した凹部に樹脂部が収納した形で介在しているので、半導体素子／キャリア基板間の樹脂を余分なはみ出しを抑えて確実に形成し、両者間の接着強度の劣化を防止した半導体装置を実現できる。
【００１９】
また本発明の半導体装置の製造方法の通り、キャリア基板の凹部にその凹部の底面積の同等面積、またはそれより小さく相似形を有した樹脂フィルムを載置するため、セルフアライメント的に位置決めが行われ、位置決め精度のバラツキを抑え、半導体素子／キャリア基板の接続時の押圧でも外方に逃げる樹脂フィルムを均一とすることができる。さらに、キャリア基板の凹部は、段差部分がテーパー状の傾斜部を有した凹部であるため、半導体素子／キャリア基板の接続時の押圧で外方に逃げる樹脂フィルムは、そのテーパー状の形状にならい、逃げて広がっていくため、外方に逃げる樹脂フィルムを均一にし、かつその凹部内に確実に形成することができる。そのため応力印加によっても局所な印加を避け、製品としての信頼性を損ねることを防止できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装置およびその製造方法の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
まず本発明の半導体装置の一実施形態について説明する。図１，図２は本実施形態の半導体装置を示す断面図である。
【００２２】
まず、図１に示すように、本実施形態の半導体装置は、上面に段差部分がテーパー状の傾斜部６を有した凹部７と、その凹部内の面に配線電極（図示せず）を有し、底面にその配線電極と基板内部のビアホールにより接続された外部電極３を有したキャリア基板８と、そのキャリア基板の凹部７に載置され、基板の配線電極とその主面の電極パッドとが突起電極２を介して接続された半導体素子１と、その半導体素子１とキャリア基板８の凹部７との間に設けられた樹脂部９とよりなるものである。
【００２３】
本実施形態の半導体装置は、搭載する半導体素子の面積よりも大きく、テーパー状の傾斜部６を有した凹部７に樹脂部９が収納された形で介在しているので、半導体素子１／キャリア基板８間の樹脂部９が余分なはみ出しを抑えられて確実に形成されており、両者間の接着強度の劣化を防止した半導体装置である。
【００２４】
テーパー状の傾斜部６を有した凹部７において、その傾斜角度θは樹脂部９が確実にその凹部内に形成されるような角度であって、製造過程において樹脂部が抵抗を受けず、その樹脂自体の広がりによって外方に効率よく逃げることができる角度である。本実施形態では、傾斜角度θを４５度乃至６０度としている。なお、凹部７の段差の傾斜角度θを３０度，２０度としてもよいが、傾斜角度が小さくなると、半導体素子１を収納するため、その分、凹部７自体が大きくなってしまい、キャリア基板８自体も大型化してしまうので、小型化した半導体装置を実現するのであれば、傾斜角度θを４５度前後とすることが望ましい。
【００２５】
また本実施形態では、樹脂部９はエポキシ樹脂を主成分とする絶縁性の樹脂であり、キャリア基板８としては、絶縁性基板としてセラミック基板、エポキシ樹脂を主成分とする樹脂基板であり、上面に配線パターンとその配線電極を有し、その配線電極と内部接続された外部電極を底面に有した基板である。また本実施形態では、樹脂部９はフィルム状の樹脂を介在させ、樹脂部としたものであるが、流動性のある樹脂を介在させて樹脂部を形成してもよい。
【００２６】
さらに凹部７の深さ（段差）は、半導体素子１を収納し、半導体素子１底面側とキャリア基板８の上面とを同一面とするのであれば、半導体素子１の厚み＋突起電極２の高さ以上の深さ（段差）とし、本実施形態では、半導体素子１の厚みが３００［μｍ］であり、突起電極２の高さがレベリング後で５０［μｍ］であるため、凹部７の深さを３５０［μｍ］としている。また図１に示すように、半導体素子１の底面側をキャリア基板８の上面よりも突出させる場合は、凹部７の深さを２５０［μｍ］程度としてもよい。
【００２７】
次に図２に示す半導体装置は、樹脂部９の高さが図１に示した半導体装置と異なる構成であり、キャリア基板８の上面の高さと同一面にまで樹脂部９が形成されているものである。すなわち、半導体素子１の突起電極２の面と側面部とを樹脂部９で包囲した構造である。このような構造とすることにより、さらに半導体素子１／キャリア基板８間の接着強度の劣化を防止でき、信頼性を高めることができる。
【００２８】
また本実施形態の半導体装置において、凹部７の面とキャリア基板８の底面との厚みＴについては、０．１［ｍｍ］〜０．５［ｍｍ］とすることにより、熱膨張による搭載した半導体素子１の突起電極２に印加される応力による影響を抑制できるため、フリップチップ実装の信頼性を向上させることができるものである。
【００２９】
次に本実施形態の半導体装置の別の実施形態について図面を参照しながら説明する。図３は本実施形態の半導体装置を示す断面図である。
【００３０】
図３に示すように、図１，図２に示した半導体装置と同様に、上面に段差部分がテーパー状の傾斜部６を有した凹部７と、その凹部内の面に配線電極（図示せず）を有し、底面にその配線電極と基板内部のビアホールにより接続された外部電極３を有したキャリア基板８と、そのキャリア基板の凹部７に載置され、基板の配線電極とその主面の電極パッドとが突起電極２を介して接続された半導体素子１と、その半導体素子１とキャリア基板８の凹部７との間に設けられた樹脂部９とよりなるものであるが、さらに半導体素子１の底面（背面）、キャリア基板８の上面部分に放熱性接着剤１０により、放熱部材１１を設けたものである。
【００３１】
本実施形態の構造により、放熱部材１１が半導体素子１より発せられる熱を半導体素子１の背面および、キャリア基板８から受け、外部に放熱させることができるので、発熱による半導体素子１の劣化、特性不良を防止できるものである。
【００３２】
なお、図３においては、樹脂部９を半導体素子１の側面部に接する程度としているが、図２に示したように半導体素子１の突起電極２の面と側面部とを樹脂部９で包囲した構造としてもよく、半導体素子１からの発熱をキャリア基板８側に伝導させ、放熱部材１１によって効率よく外部に放熱できるものである。
【００３３】
次に本発明の半導体装置の製造方法は、主として、半導体素子の電極パッドとキャリア基板上の電極とをフィルム状の樹脂を介在させて接続する半導体装置の製造方法においては、キャリア基板として、段差部分がテーパー状の傾斜部を有した凹部と、その凹部内に半導体素子の電極パッドと対応した電極を有したキャリア基板を用い、そのキャリア基板の凹部にその凹部の底面積と同等面積を有した樹脂フィルムを載置し、半導体素子の電極パッドが形成された面を樹脂フィルムが載置されたキャリア基板の凹部に対して押圧し、半導体素子の電極パッドとキャリア基板上の電極とを接続することを主眼するものである。
【００３４】
以下、本発明の半導体装置の製造方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
図４〜図８は本実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００３６】
まず図４に示すように、基板に対してフリップチップしようとする半導体素子１を用意し、その半導体素子１上の複数の電極パッド（図示せず）上に各々、突起電極２（バンプ）を形成する。なお、この工程では、さらに突起電極２の頭頂部の高さを一定にそろえるためにバンプレベリングが施され、このレベリングでは、平坦板治具を用いた加圧によるレベリングによって、突起電極２の高さは、概ね５０［μｍ］にレベリング調整されている。
【００３７】
次に図５に示すように、上面に段差部分がテーパー状の傾斜部６を有した凹部７と、その凹部７内に半導体素子の電極パッドと対応した配線電極を有し、底面にその配線電極と基板内部のビアホールにより接続された外部電極３とを有したキャリア基板８を用意し、そのキャリア基板８の凹部７にその凹部７の底面積と同等面積、同等形状を有した樹脂フィルム５を載置する。本実施形態では、凹部７の面積と同等であって、搭載する半導体素子と相似形の樹脂フィルム５を用いているので、樹脂フィルム５の位置決めがセルフアライメント的に行われ、位置決め精度のバラツキを抑え、半導体素子／キャリア基板の接続時の押圧時に外方に逃げる樹脂（樹脂フィルム）を均一とすることができる。また、ここで載置する樹脂フィルム５は、エポキシ樹脂を主成分とする絶縁性の樹脂フィルムであり、その厚みは４０［μｍ］のシートを用いているが、キャリア基板８の凹部７の深さ（段差）と、半導体素子の側端面の所望とする被覆面積によっては、１００［μｍ］程度でもよい。
【００３８】
次に図６に示すように、半導体素子１の突起電極２が形成された面を樹脂フィルム５が載置されたキャリア基板８の凹部７に対して押圧し、半導体素子１の突起電極２とキャリア基板８の上面の電極とを接続する。この工程では、加熱状況下で行なわれるものであり、キャリア基板８がセラミック基板の場合は２２０［℃］であり、またキャリア基板８が樹脂基板の場合は１８０［℃］であり、その接続のための押圧時間は、２０［ｓｅｃ］程度の数１０［ｓｅｃ］である。
【００３９】
ここで図７に示すように、接続のための押圧において、半導体素子１を樹脂フィルム５を介在させてキャリア基板８に対して押圧（矢印Ａ）した場合、キャリア基板８側は加熱されているので、樹脂フィルム５は軟化しており、押圧により樹脂は広がり、外方に逃げる（矢印Ｂ）。そしてその外方に逃げる過程では、樹脂は余分な抵抗を受けずにキャリア基板８の凹部７の傾斜部６の形状を辿り、傾斜部６とキャリア基板８との境界部分でその表面張力によって留まる。なお、半導体素子１の側面部分をも樹脂で覆う場合は、樹脂フィルム５の厚みを厚くし、樹脂量を多くすることによって可能である。ただし、過剰な厚みの樹脂フィルム５を用いると、凹部７から樹脂がはみ出してしまう恐れがあるので、適宜、最適の厚みの樹脂フィルムを用いる。
【００４０】
したがって図８に示すように、上面に段差部分がテーパー状の傾斜部６を有した凹部７と、その凹部内の面に配線電極（図示せず）を有し、底面にその配線電極と基板内部のビアホールにより接続された外部電極３を有したキャリア基板８と、そのキャリア基板の凹部７に載置され、基板の配線電極とその主面の電極パッドとが突起電極２を介して接続された半導体素子１と、その半導体素子１とキャリア基板８の凹部７との間に設けられた樹脂部９とよりなるフリップチップ実装型の半導体装置が得られるものである。
【００４１】
本実施形態の半導体装置の製造方法により、図９に示すように、半導体素子１／キャリア基板８間の樹脂９の余分なはみ出しを抑えて確実かつ均一に形成し、両者間の接着強度の劣化を防止した半導体装置を得ることができる。
【００４２】
勿論、図１０に示すように、キャリア基板８の上面の高さと同一面にまで樹脂部９が形成されるようにしてもよく、その際は、介在させる樹脂フィルムの厚みを厚くし、樹脂量を多くすることによって可能である。このような構造とすることにより、さらに半導体素子１／キャリア基板８間の接着強度の劣化を防止でき、信頼性を高めることができる。
【００４３】
なお、本実施形態において、キャリア基板としては、底面に複数の外部接続用のランドである外部電極が形成され、その外部電極と内部ビアによって電気的に接続した配線電極をその表面に有する絶縁性基板であるが、キャリア基板としては、プリント基板等のマザー実装基板であってもよい。
【００４４】
以上、本実施形態の半導体装置では、テーパー状を成した凹部に樹脂部が収納した形で介在しているので、半導体素子／キャリア基板間の樹脂を余分なはみ出しを抑えて確実に形成し、両者間の接着強度の劣化を防止した半導体装置を実現できる。
【００４５】
また半導体装置の製造方法においては、キャリア基板の凹部にその凹部の底面積の同等面積またはそれより小さく、半導体素子の面積以上であって相似形を有した樹脂フィルムを載置するため、セルフアライメント的に位置決めが行われ、位置決め精度のバラツキを抑え、半導体素子／キャリア基板の接続時の押圧でも外方に逃げる樹脂フィルムを均一とすることができる。さらに、キャリア基板の凹部は、段差部分がテーパー状を成した凹部であるため、半導体素子／キャリア基板の接続時の押圧で外方に逃げる樹脂フィルムは、そのテーパー状の形状にならい、逃げて広がっていくため、外方に逃げる樹脂フィルムを均一にし、かつその凹部内に確実に形成することができる。そのため応力印加によっても局所な印加を避け、製品としての信頼性を損ねることを防止できる。
【００４６】
【発明の効果】
以上、本発明の半導体装置は、半導体素子／キャリア基板間の樹脂が余分なはみ出しを抑えて確実に形成され、両者間の接着強度の劣化を防止した半導体装置である。また半導体素子とキャリア基板との間に位置精度よく樹脂を介在した半導体装置である。
【００４７】
また本発明の半導体装置の製造方法により、キャリア基板の凹部にその凹部の底面積の同等面積またはそれより小さく、半導体素子の面積以上であって相似形を有した樹脂フィルムを載置するため、セルフアライメント的に位置決めが行われ、位置決め精度のバラツキを抑え、半導体素子／キャリア基板の接続時の押圧でも外方に逃げる樹脂フィルムを均一とすることができる。そのため、半導体素子／キャリア基板の両者間の接着強度の劣化を防止し、半導体素子とキャリア基板との間に位置精度よく樹脂を介在した半導体装置を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の半導体装置を示す断面図
【図２】本発明の一実施形態の半導体装置を示す断面図
【図３】本発明の一実施形態の半導体装置を示す断面図
【図４】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図５】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図６】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図７】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図８】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図９】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す平面図
【図１０】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１１】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１２】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１３】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１４】従来の半導体装置の製造方法を示す断面図
【図１５】従来の半導体装置の課題を示す平面図
【図１６】従来の半導体装置の課題を示す断面図
【符号の説明】
１  半導体素子
２  突起電極
３  外部電極
４  キャリア基板
５  樹脂フィルム
６  傾斜部
７  凹部
８  キャリア基板
９  樹脂部
１０  放熱性接着剤
１１  放熱部材
【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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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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