(57)【要約】【課題】半導体チップと基板との間の隙間に充填されるアンダーフィルが不所望領域へ広がりにくい半導体モジュールの製造方法を提供すること。【解決手段】フリップチップ実装された半導体チップ５と対向する基板１上の銅箔パターン２（電極２０群やグラウンド電極２１）がビア導体３を介して基板１の底面側の銅箔パターン２（電極２２群やグラウンド電極２３）と導通されており、この底面側の銅箔パターン２に熱源８を接触させた状態で、半導体チップ５と基板１との間の隙間に液状のアンダーフィル６を注入して充填させる。また、基板１上には予め所定領域に半田レジスト膜４を形成しておき、半導体チップ５と対向する方形状領域Ａに形成された半田レジスト膜４の外周部で基板面露出部１０に隣接する枠状部分４ａが、銅箔パターン２と重なり合わずに半導体チップ５の実装領域を全周に亘って包囲するようにしておく。【選択図】図１
2009141148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を含む銅箔パターンおよびビア導体が設けられた基板の一面に対し、前記銅箔パターンの一部を覆う所定領域に絶縁性樹脂からなる半田レジスト膜を形成する第１の工程と、
前記第１の工程の後に、半田バンプを有する半導体チップを前記基板の一面にフリップチップ実装する第２の工程と、
前記第２の工程の後に、前記基板の一面と前記半導体チップとの間の隙間に熱硬化性樹脂からなるアンダーフィルを注入すると共に、前記基板の他面に存する前記銅箔パターンに熱源を接触させて前記アンダーフィルの硬化温度よりも低い温度で加熱することによって、前記隙間に前記アンダーフィルを充填する第３の工程と、
前記第３の工程の後に、前記アンダーフィルを高温炉にて前記硬化温度で加熱することによって硬化させる第４の工程とを備え、
前記第１の工程で、前記半田レジスト膜の一部が前記銅箔パターンと重なり合わずに前記半導体チップの実装領域を全周に亘って包囲するようになし、
かつ第３の工程で、前記半導体チップに対向する一面側の前記銅箔パターンと前記熱源に接触する他面側の前記銅箔パターンとが前記ビア導体を介して導通されていることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記半導体チップの略中央部と対向する位置に存する一面側の前記銅箔パターンがグラウンド電極であることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に半導体チップがフリップチップ実装されている半導体モジュールの製造方法に係り、特に、半導体チップと基板との間にアンダーフィルが充填されている半導体モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半田バンプを有する半導体チップが基板上にフリップチップ実装されている半導体モジュールにおいては、半導体チップと基板との間の隙間にアンダーフィルを充填させるという技術が従来より広く採用されている。アンダーフィルは熱硬化性のエポキシ樹脂等からなり、充填後に所要の温度に加熱することによって硬化させることができる。このようにアンダーフィルが半導体チップと基板との間の隙間に充填されていると、半田バンプに加わる熱衝撃等のストレスがアンダーフィルによって緩和されるため、接続の信頼性が大幅に向上する。
【０００３】
ところで、アンダーフィルの充填作業時には、ディスペンサ等によって液状のアンダーフィルを半導体チップと基板との間の隙間に注入するが、常温ではアンダーフィルの粘度が大きすぎるため、その硬化温度よりも低い適当な温度に加熱してアンダーフィルの粘度を低下させておく必要がある。そこで従来より、アンダーフィルの充填作業は、ホットプレート等の熱源を基板の底面に接触させた状態、あるいは高温雰囲気中で行われることが一般的である。また、アンダーフィルを加熱することに加えて、基板を傾斜させたりポンプで吸引するなどしてアンダーフィルを流れやすくし、もって作業効率の向上を図るという技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２４１９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来技術では、アンダーフィルの充填作業時に、基板上における半導体チップの実装領域だけでなくその周辺も同様に加熱されるため、液状のアンダーフィルが半導体チップと基板との間の隙間から大きくはみ出して不所望領域へ広がりやすいという問題があった。例えば、基板上には半導体チップの半田バンプと対応する電極が設けられているが、一部の電極から半導体チップの実装領域の外方へ銅箔パターンが延びている場合、この銅箔パターンは加熱時に他部よりも高温になるためアンダーフィルの粘度を低下させやすく、それゆえ該銅箔パターンに沿ってアンダーフィルがはみ出すという現象が起こりやすくなる。また、基板を傾斜させたりポンプで吸引してアンダーフィルを流れやすくした場合には、アンダーフィルが下流側へ大きくはみ出しやすくなる。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体チップと基板との間の隙間に充填されるアンダーフィルが不所望領域へ広がりにくい半導体モジュールの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体モジュールの製造方法は、電極を含む銅箔パターンおよびビア導体が設けられた基板の一面に対し、前記銅箔パターンの一部を覆う所定領域に絶縁性樹脂からなる半田レジスト膜を形成する第１の工程と、前記第１の工程の後に、半田バンプを有する半導体チップを前記基板の一面にフリップチップ実装する第２の工程と、前記第２の工程の後に、前記基板の一面と前記半導体チップとの間の隙間に熱硬化性樹脂からなるアンダーフィルを注入すると共に、前記基板の他面に存する前記銅箔パターンに熱源を接触させて前記アンダーフィルの硬化温度よりも低い温度で加熱することによって、前記隙間に前記アンダーフィルを充填する第３の工程と、前記第３の工程の後に、前記アンダーフィルを高温炉にて前記硬化温度で加熱することによって硬化させる第４の工程とを備え、前記第１の工程で、前記半田レジスト膜の一部が前記銅箔パターンと重なり合わずに前記半導体チップの実装領域を全周に亘って包囲するようになし、かつ第３の工程で、前記半導体チップに対向する一面側の前記銅箔パターンと前記熱源に接触する他面側の前記銅箔パターンとが前記ビア導体を介して導通されているという構成にした。
【０００７】
このように半導体チップと対向する基板上の銅箔パターン（半田バンプが搭載される電極等）がビア導体を介して基板の底面側の銅箔パターンと導通されており、この底面側の銅箔パターンにホットプレート等の熱源を接触させた状態でアンダーフィルの充填作業を行えば、半導体チップと基板との間の隙間に注入された液状のアンダーフィルに熱源の熱が伝わりやすくなるため、アンダーフィルの流動性を高めて効率良く充填作業を行うことができる。また、基板上には銅箔パターンと重なり合わずに半導体チップの実装領域を全周に亘って包囲する半田レジスト膜が存するため、この半田レジスト膜上へ液状のアンダーフィルが広がると、アンダーフィルの温度が下がって粘度が大きくなり、よって液状のアンダーフィルがこの半田レジスト膜から外方へはみ出す可能性は低くなる。
【０００８】
上記の製造方法において、半導体チップの略中央部と対向する位置に存する基板の一面側の銅箔パターンがグラウンド電極であると、比較的面積の大きなグラウンド電極を半導体チップの略中央部と対向させることによって、半導体チップと基板との間の隙間の略中央部で液状のアンダーフィルの流動性を特に高めることができるため、アンダーフィル充填時の作業効率が向上させやすくなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体モジュールの製造方法では、半導体チップと対向する基板上の銅箔パターンがビア導体を介して基板の底面側の銅箔パターンと導通されており、この底面側の銅箔パターンに熱源を接触させた状態でアンダーフィルの充填作業を行うので、半導体チップと基板との間の隙間に注入された液状のアンダーフィルに熱源の熱が伝わりやすく、それゆえアンダーフィルの流動性を高めて効率良く充填作業を行うことができる。また、基板上には銅箔パターンと重なり合わずに半導体チップの実装領域を全周に亘って包囲する半田レジスト膜が存するため、この半田レジスト膜上へ液状のアンダーフィルが広がるとと、アンダーフィルの温度が下がって粘度が大きくなり、それゆえ液状のアンダーフィルがさらに外方へはみ出して不所望領域へ広がるという現象が起こりにくくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係る半導体モジュールを模式的に示す断面図、図２は該基板の半田レジスト膜形成前の平面図、図３は該基板の半田レジスト膜形成後の平面図である。
【００１１】
図１に示す半導体モジュールは、銅箔パターン２やビア導体３が設けられた基板１と、基板１上の所定領域に形成された半田レジスト膜４と、基板１上にフリップチップ実装された半導体チップ５と、基板１と半導体チップ５間に充填されたアンダーフィル６と、基板１上に実装された図示せぬ電子部品とを備えて概略構成されている。
【００１２】
基板１は多層基板であり、その最上層の天面側には銅箔パターン２として多数の電極２０群や比較的大きなグラウンド電極２１が形成されている（図２参照）。また、基板１のの最下層の底面側には、銅箔パターン２として多数の電極２２群や比較的大きなグラウンド電極２３が形成されている。そして、基板１の内層や外層に設けられた対応する銅箔パターン２どうしがビア導体３を介して導通されている。例えば、天面側のグラウンド電極２１と底面側のグラウンド電極２３は、基板１を板厚方向に貫通する複数のビア導体３を介して導通されている。なお、基板１上には半導体チップ５の周囲に別の電子部品も実装されるが、これら電子部品は図面を簡略化するために省略してあり、同様の理由から、電極２０や電極２２も実際のものより総数を減らして図示してある。
【００１３】
半田レジスト膜４はエポキシ系の絶縁性樹脂からなる。図３に示すように、この半田レジスト膜４は、基板１上において半導体チップ５と対向する方形状領域Ａと、枠状の基板面露出部１０を介して方形状領域Ａの周囲に延在する周辺領域Ｂとに形成されており、方形状領域Ａでは各電極２０のランドとなる部分を除く全面を半田レジスト膜４が覆っている。そして、方形状領域Ａに形成された半田レジスト膜４の外周部で基板面露出部１０に隣接する枠状部分４ａが、銅箔パターン２と重なり合わずに半導体チップ５の実装領域を全周に亘って包囲している。
【００１４】
半導体チップ５の底面には多数の半田バンプ７が配設されており、これら半田バンプ７に対応させて基板１上の電極２０群の配列が決定されている。この半導体チップ５は、各半田バンプ７を対応する電極２０と接合することによって基板１上にフリップチップ実装されている。
【００１５】
アンダーフィル６は熱硬化性のエポキシ樹脂等からなり、液状のアンダーフィル６を半導体チップ５と基板１との間の隙間に注入して充填させた後、所定の硬化温度で加熱することによってアンダーフィル６は硬化される。こうして半導体チップ５と基板１との間の隙間にアンダーフィル６が充填されている半導体モジュールは、半田バンプ７に加わる熱衝撃等のストレスをアンダーフィル６によって緩和することができるため、接続の信頼性が高い。
【００１６】
次に、このように構成される半導体モジュールの製造方法について説明する。まず、銅箔パターン２やビア導体３が設けられた基板１を用意し、この基板１の上面の所定領域に半田レジスト膜４を形成する。前述したように、この半田レジスト膜４は基板１上の方形状領域Ａと周辺領域Ｂとに形成され、両領域Ａ，Ｂ間には半田レジスト膜４も銅箔パターン２も存しない基板面露出部１０が枠状に介在している。次いで、半田バンプ７を電極２０に位置合わせして半導体チップ５を基板１の上面に搭載した後、リフロー炉等で半田バンプ７を溶融させることによって、半導体チップ５を基板１上にフリップチップ実装する。
【００１７】
しかる後、基板１の上面と半導体チップ５との間の隙間に、図示せぬディスペンサ等によって液状のアンダーフィル６を注入して充填させる。このとき、図１に示すように、基板１の底面（下面）側の銅箔パターン２（電極２２群やグラウンド電極２３等）にホットプレート等の熱源８を接触させて、アンダーフィル６の硬化温度よりも低い温度（約７０℃）で加熱した状態でアンダーフィル６の充填作業を行う。こうすることによって、液状のアンダーフィル６に熱源８の熱が伝わりやすくなるため、アンダーフィル６の流動性を高めて効率良く充填作業を行うことができる。特に、基板１の底面側のグラウンド電極２３からビア導体３を介して上面側のグラウンド電極２１に多量の熱が伝導するため、半導体チップ５の中央部と基板１との間に流入したアンダーフィル６は粘度が低下して流動性が高まる。また、基板１の上面側において、半田レジスト膜４の枠状部分４ａが銅箔パターン２と重なり合わずに半導体チップ５の実装領域を全周に亘って包囲しているため、この枠状部分４ａ上へ液状のアンダーフィル６が広がると、アンダーフィル６の溶融温度が下がって粘度が大きくなる。そのため、液状のアンダーフィル６が半田レジスト膜４の枠状部分４ａ上から外方へはみ出す可能性は低い。
【００１８】
このようにしてアンダーフィル６の充填作業が完了した後、半導体チップ５が実装された基板１を高温炉でアンダーフィル６の硬化温度（約１６５℃）で加熱することによって、半導体チップ５と基板１との間の隙間に充填されたアンダーフィル６を硬化させる。本実施形態例に係る半導体モジュールはこのようにして製造されたものである。
【００１９】
以上説明したように、本実施形態例に係る半導体モジュールの製造方法にあっては、半導体チップ５と対向する基板１上の銅箔パターン２（電極２０群やグラウンド電極２１）がビア導体３を介して基板１の底面側の銅箔パターン２（電極２２群やグラウンド電極２３）と導通されており、この底面側の銅箔パターン２に熱源８を接触させた状態でアンダーフィル６の充填作業を行うようにしたので、半導体チップ６と基板１との間の隙間に注入された液状のアンダーフィル６に熱源の熱が伝わりやすく、それゆえアンダーフィル６の流動性を高めて効率良く充填作業を行うことができる。また、基板１上では、方形状領域Ａに形成された半田レジスト膜４の外周部で基板面露出部１０に隣接する枠状部分４ａが、銅箔パターン２と重なり合わずに半導体チップ５の実装領域を全周に亘って包囲しているため、この枠状部分４ａ上へ液状のアンダーフィル６が広がると、アンダーフィル６の溶融温度が下がって粘度が大きくなる。それゆえ、充填作業時に液状のアンダーフィル６が半田レジスト膜４の枠状部分４ａから外方へはみ出して不所望領域へ広がるという現象が起こりにくくなっている。
【００２０】
図４は本発明の第２実施形態例に係る半導体モジュールで用いた基板の半田レジスト膜形成前の平面図、図５は該基板の半田レジスト膜形成後の平面図であり、図１〜図３と対応する部分には同一符号が付してあるため、重複する説明は省略する。
【００２１】
これらの図に示す第２実施形態例において、基板１上の電極２０群はフルグリッドに対応する全ての格子点に形成されているが、このうち略中央部に位置する複数個（図では４個）の電極２０は橋絡部２４を介して２個ずつ導通されている。橋絡部２４で導通された２個の電極２０は電気的には半導体チップの１個の半田バンプに対応しているが、熱源の熱をアンダーフィルへ効率良く伝えるために、２個の電極２０を橋絡部２４で連結することにより、基板１上で半導体チップの略中央部と対向する銅箔パターンの面積を拡大している。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る半導体モジュールを模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す基板の半田レジスト膜形成前の平面図である。
【図３】図１に示す基板の半田レジスト膜形成後の平面図である。
【図４】本発明の第２実施形態例に係る半導体モジュールで用いた基板の半田レジスト膜形成前の平面図である。
【図５】図４に示す基板の半田レジスト膜形成後の平面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  基板
２  銅箔パターン
３  ビア導体
４  半田レジスト膜
４ａ  枠状部分
５  半導体チップ
６  アンダーフィル
７  半田バンプ
８  熱源
２０，２２  電極
２１，２３  グラウンド電極
【図１】
2009141148.tif 000003
【図２】
2009141148.tif 000004
【図３】
2009141148.tif 000005
【図４】
2009141148.tif 000006
【図５】
2009141148.tif 000007