JP2011049502A - Semiconductor device mounting structure and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アンダーフィル樹脂によって、はんだ付け部分を封止する半導体装置の実装構造および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a mounting structure for a semiconductor device in which a soldered portion is sealed with an underfill resin and a method for manufacturing the semiconductor device.
従来より、電気的接続部分を樹脂封止した構造の半導体装置が使用されている。
例えば、図3(a)、(b)に示すような、回路面に低誘電体膜26を備えるLSI24がはんだバンプ25(図3(b)参照)を介して基板21に実装されて、アンダーフィル樹脂23がはんだ付け部分に充填された半導体装置30が使用されている。アンダーフィル樹脂23がはんだ付け部に充填されることによって、はんだ付け部分を保護すると共に、はんだバンプ25がLSI24と基板21との熱膨張差によって生じる熱応力で熱疲労破壊するのを防止している。
また、特許文献1には、センサーチップの表面上にわずかな隙間を残してダム梁を配置し、ダム梁から電極形成領域側を樹脂封止する構造の半導体装置が開示されている。センサーチップの表面とダム梁との間の隙間は、封止用樹脂が流れ込む寸法であると共に、ダム梁とセンサーチップの表面との表面張力によりダム梁より先方へはみ出さない寸法に設置されている。
Conventionally, a semiconductor device having a structure in which an electrical connection portion is sealed with a resin has been used.
For example, as shown in FIGS. 3A and 3B, an
しかしながら、従来の半導体装置の実装構造では以下のような問題があった。
図3(a)、(b)に示すような半導体装置30では、アンダーフィル樹脂23が低誘電体膜26の側部を覆う構成であるが、製造工程において液状のアンダーフィル樹脂13をはんだ付け部に充填した後に、加熱により硬化させているため、充填される液状のアンダーフィル樹脂13の充填量が少ないと、LSI14のコーナー部14aにアンダーフィル樹脂13が十分に行きわたらず、図4(a)、(b)に示すように、LSI24のコーナー部24aで低誘電体膜26がアンダーフィル樹脂23に覆われず露出してしまう。そして、この状態でアンダーフィル樹脂23を加熱し硬化させると、温度サイクル試験の低温時にアンダーフィル樹脂23が熱収縮して低誘電体膜26に応力が集中してしまい、低誘電体膜26が剥離してしまうことがあった。
However, the conventional semiconductor device mounting structure has the following problems.
In the
また、製造工程において、充填される液状のアンダーフィル樹脂23の充填量が多いとLSI24のコーナー部24aにアンダーフィル樹脂23が行きわたるが、図5(a)、(b)に示すように、LSI24の外縁部で隣り合うコーナー部24aとの中間に位置する中央部24bでアンダーフィル樹脂23がLSI24の上部まで達している。そして、この状態でアンダーフィル樹脂23を加熱し硬化させると、温度サイクル試験の低温時にアンダーフィル樹脂23が熱収縮してLSI24上部のエッジに応力が集中してしまい、LSI24の側壁にクラックが生じてしまうことがあった。
このように、アンダーフィル樹脂23の形状が適切でないことにより半導体装置30の信頼性が低下してしまうという問題があった。
このため、アンダーフィル樹脂の量を厳密に調節する必要があった。
Further, in the manufacturing process, when the filling amount of the
As described above, there is a problem that the reliability of the
For this reason, it was necessary to strictly adjust the amount of the underfill resin.
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、容易にアンダーフィル材を適切な形状に形成することができる半導体装置の実装構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device mounting structure in which an underfill material can be easily formed into an appropriate shape.
上記目的を達成するため、本発明に係る半導体装置の実装構造は、板状の電子部品がはんだバンプを介して基板に実装され、前記電子部品と前記基板との間に充填されるアンダーフィル材が平面視にて前記電子部品よりも大きく前記電子部品と相似の形状に配される半導体装置の実装構造であって、前記電子部品の中心から最も離れた位置に相当する前記アンダーフィル材充填領域に、前記基板から突出する突起部を設けたことを特徴とする。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、前記半導体装置で用いられる前記基板上に前記電子部品をはんだリフローによってはんだ付けする工程と、該はんだ付けされた電子部品と前記基板との間に前記アンダーフィル材を充填する工程とを有することを特長とする。
In order to achieve the above object, a mounting structure of a semiconductor device according to the present invention includes an underfill material in which a plate-like electronic component is mounted on a substrate via solder bumps and is filled between the electronic component and the substrate. Is a mounting structure of a semiconductor device that is larger than the electronic component in a plan view and arranged in a shape similar to the electronic component, and the underfill material filling region corresponding to a position farthest from the center of the electronic component Further, a protrusion protruding from the substrate is provided.
Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the step of soldering the electronic component onto the substrate used in the semiconductor device by solder reflow, and between the soldered electronic component and the substrate And a step of filling the underfill material.
本発明によれば、基板上の電子部品の中心から最も離れた位置に相当するアンダーフィル材充填領域には、基板から突出する突起部が設けられているので、電子部品の外縁部と突起部との間に配されたアンダーフィル材の表面張力により、アンダーフィル材が充填されにくい電子部品の中心から最も離れた位置の電子部品の回路面およびその側部をアンダーフィル材で覆うことができる。そして、電子部品の回路面はアンダーフィル材で覆われているので、温度サイクル試験の低温時にアンダーフィル材の熱収縮により電子部品の回路面にかかる応力で回路面が剥離することを防ぐことができる。
また、表面張力により電子部品の回路面をアンダーフィル材で覆うことができるので、アンダーフィル材を過多に充填する必要がない。そして、アンダーフィル材が過多に充填されないので、温度サイクル試験の低温時にアンダーフィル材の熱収縮により電子部品にかかる応力を低減させることができて、電子部品にクラックが生じることを防ぐことができる。
そして、アンダーフィル材を最適な形状に充填することで、半導体装置の信頼性を高めると共に安定させることができる。
According to the present invention, since the underfill material filling region corresponding to the position farthest from the center of the electronic component on the substrate is provided with the protruding portion protruding from the substrate, the outer edge portion and the protruding portion of the electronic component are provided. The surface of the electronic component located farthest from the center of the electronic component that is difficult to be filled with the underfill material and the side portion thereof can be covered with the underfill material due to the surface tension of the underfill material arranged between . Since the circuit surface of the electronic component is covered with the underfill material, it is possible to prevent the circuit surface from being peeled off due to the stress applied to the circuit surface of the electronic component due to the thermal contraction of the underfill material at the low temperature of the temperature cycle test. it can.
Further, since the circuit surface of the electronic component can be covered with the underfill material by the surface tension, it is not necessary to fill the underfill material excessively. And since the underfill material is not filled excessively, the stress applied to the electronic component due to the thermal contraction of the underfill material can be reduced at the low temperature of the temperature cycle test, and the electronic component can be prevented from cracking. .
Then, by filling the underfill material into an optimum shape, the reliability of the semiconductor device can be improved and stabilized.
以下、本発明の第一の実施の形態による半導体装置の実装構造について、図1(a)、(b)に基づいて説明する。
図1(a)、(b)に示すように、本実施の形態による半導体装置10は、基板1上にLSI(電子部品)4がはんだバンプ5(図1(b)参照)によってはんだ付けされているフリップチップ実装構造の半導体装置である。
LSI4は、回路面に低誘電体膜6を備えている。この低誘電体膜6と基板1との間のはんだ付け部分はアンダーフィル樹脂(アンダーフィル材)3によって封止されている。アンダーフィル樹脂3は低誘電体膜6の側部6aも覆っている。
Hereinafter, a semiconductor device mounting structure according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 1A and 1B, in the
The
LSI4は平面視略長方形の板状に形成されていて、基板1とLSI4との間のはんだ付け部分とその周囲にアンダーフィル樹脂3が配設されている。アンダーフィル樹脂3の外形はLSI4の外形よりも大きい平面視略長方形状となる。
アンダーフィル樹脂3には、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂、アクリル樹脂などからなる熱硬化性の接着剤を使用する。
基板1には、LSI4の各コーナー部4aから所定の間隔をあけた位置に基板1から突出する円柱状の突起部2が配設されている。
The
For the
The
突起部2はアンダーフィル樹脂3の外縁部の位置に配設されていて、LSI4のコーナー部4aと突起部2との間には、アンダーフィル樹脂3が充填されている。突起部2は、LSI4の外縁部上で隣り合うコーナー部4aとの中間に位置する中央部4bと比べコーナー部4aと近い位置に配設されている。突起部2は、その高さが充填されるアンダーフィル樹脂3の厚さよりも高くなるように形成されている。
The
突起部2は、金属端子を有するはんだ付け可能な部材で、はんだ付けによって基板1に形成されてもよい。また、突起部2は、基板1を貫通する孔に基板1の裏面から挿入されて先端部が突出したボルトとしてもよい。また、突起部2は、金属部材でなく、樹脂を含む材料を基板1上に配設して硬化させた樹脂部材としてもよい。
なお、突起部2の形状は円柱に限られることはなく、例えば、三角柱や四角柱などの多角柱や、円錐、円錐台などの他の形状としてもよい。
The
In addition, the shape of the
次に、本実施の形態による半導体装置の製造方法について説明する。
まず、LSI4の回路面である低誘電体膜6の表面にはんだバンプ5を形成し、回路面を基板1側に向けて設置して、はんだリフローによりLSI4を基板1に実装する。
この基板1へのLSI4の実装と前後して、突起部2を形成する。突起部2は、金属端子を有する部材としてこれを基板1にはんだ付けによって設置したり、ボルトとして基板1に形成された貫通孔に基板1の裏面からこのボルトを挿入したりして形成する。
また、突起部2は、樹脂を含む材料を基板1上に配設して硬化させて形成してもよい。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described.
First, the
The
The
次に、アンダーフィル樹脂3の充填を行う。
アンダーフィル樹脂3は、LSI4の周囲から低誘電体膜6と基板1との間のはんだ付け部分に充填する。アンダーフィル樹脂3は、最初は液状で流動性を持つため、LSI4と基板1との間に流入する。隣り合うはんだバンプ5間にもアンダーフィル樹脂3を充填する。
そして、LSI4と基板1との間にアンダーフィル樹脂3が充填され、アンダーフィル樹脂3がLSI4のコーナー部4aの低誘電体膜6の側部6aと突起部2の側面2aの下部側とに接触すると、アンダーフィル樹脂3は表面張力により、突起部2の表面を伝って上部に吸いあがるように動き、突起部2の周囲にアンダーフィル樹脂3が集まろうとする。この表面張力により多くのアンダーフィル樹脂3が突起部2側に引っ張られて、LSI4のコーナー部4aに集まり、コーナー部4aの低誘電体膜6の側部6aはアンダーフィル樹脂3に覆われることになる。このとき、アンダーフィル樹脂3は低誘電体膜6の側部6aを覆い、LSI4側部の高さ方向の中央付近の高さに供給されることが好ましい。
Next, the
The
The
次に、はんだ付け部分とその周囲に配設された液状のアンダーフィル樹脂3を高温に加熱し硬化させる。アンダーフィル樹脂3が硬化することによって、はんだ付け部分が樹脂封止される。そして、常温となった後に、温度サイクル試験を行い、半導体装置10の接続信頼性評価を行う。
Next, the soldered portion and the
次に、上述した第一の実施の形態による半導体装置の実装構造の作用について説明する。
本実施の形態による半導体装置の実装構造では、突起部2とLSI4のコーナー部4aとの表面張力により、LSI4の中心から離れていてアンダーフィル樹脂3が行きわたりにくいLSI4のコーナー部4aの低誘電体膜6の側部6aに十分なアンダーフィル樹脂3を供給できることにより、温度サイクル試験の低温時にアンダーフィル樹脂3の熱収縮による応力がLSI4のコーナー部4aの低誘電体膜16に集中することがなく、低誘電体膜6がLSI4から剥離することを防止できる。
また、アンダーフィル樹脂3は、突起部2とLSI4のコーナー部4aとの表面張力によりLSI4のコーナー部4aに集まるので、アンダーフィル樹脂3を過多に供給する必要がない。
Next, the operation of the semiconductor device mounting structure according to the first embodiment will be described.
In the semiconductor device mounting structure according to the present embodiment, due to the surface tension between the
Further, since the
そして、アンダーフィル樹脂3が過多に供給されないことにより、LSI4の中央部4bでアンダーフィル樹脂3が上部まで達することがないので、温度サイクル試験の低温時にアンダーフィル樹脂3の熱収縮による応力がLSI4の上部のエッジに集中することがなく、LSI4の側部にクラックが生じることを防止できる。
また、アンダーフィル樹脂3の充填量は、コーナー部4aの低誘電体膜6の側部6aを覆うことができる量に設定する必要があるが、厳密にコントロールする必要がないので、製造工程における管理が容易となる。
Since the
In addition, the filling amount of the
第一の実施の形態による半導体装置の実装構造では、アンダーフィル樹脂3を最適な形状に充填できることにより、温度サイクル試験の低温時にLSI4に作用する応力を軽減することができるので、半導体装置10の信頼性を高めると共に安定させることができる効果を奏する。
In the mounting structure of the semiconductor device according to the first embodiment, since the
ここで、図5(a)、(b)に示す従来の半導体装置30のLSI24に作用するの応力のシミュレーションを行った。このシミュレーションは、図5(b)の点線で示す形状のアンダーフィル樹脂23aを備える半導体装置30aと実線で示す形状のアンダーフィル樹脂23bを備える半導体装置30bに行った。
半導体装置30aは、半導体装置30bと比べてアンダーフィル樹脂量が多く、LSI24の中央部24bでアンダーフィル樹脂23はLSI24の上部に達している。
半導体装置30bでは、半導体装置30aと比べてアンダーフィル樹脂量が少なく、LSI24の中央部24bではアンダーフィル樹脂23がLSI23の上部に達している。
Here, simulation of stress acting on the
The
The
図6乃至図8より、半導体装置30a、半導体装置30b共に、アンダーフィル樹脂23a23bがLSI24の上部まで達しているが、相対的にアンダーフィル樹脂23が少ない半導体装置30aのほうが、相対的にアンダーフィル樹脂23が多い半導体装置30bよりも、温度サイクル試験の低温時にアンダーフィル樹脂23の熱収縮によりLSI24の上部のエッジにかかる応力を43%低減できることがわかり、LSI24の側壁にクラックが生じることを防ぐことができる。
6 to 8, in both the
また、図3に示すようなLSI24のコーナー部24aで低誘電体膜26の側部26aがアンダーフィル樹脂23に覆われている半導体装置30cと、図4に示すようなアンダーフィル樹脂23が半導体装置30cのアンダーフィル樹脂23と比べて相対的に少なく、LSI24のコーナー部24aで低誘電体膜26の側部26aが露出する半導体装置30dに応力シミュレーションを行った。その結果、図8に示すように、アンダーフィル樹脂23が少なく低誘電体膜26の側部26aが露出している半導体装置30dでは、温度サイクル試験の低温時にアンダーフィル樹脂23の熱収縮により低誘電体膜26にかかる応力が高く、アンダーフィル樹脂23が低誘電体膜26の側部26aを覆っている半導体装置30cのほうが低誘電体膜26の剥離を防止することができる。
Further, the
次に、他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第一の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第一の実施の形態と異なる構成について説明する。
図2に示すように、第二の実施の形態による半導体装置の実装構造によれば、半導体装置20には、LSI4の各コーナー部4aに対して2つの突起部2が設置されている。
Next, other embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. However, the same or similar members and parts as those of the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. A configuration different from the embodiment will be described.
As shown in FIG. 2, according to the mounting structure of the semiconductor device according to the second embodiment, the
第二の実施の形態によれば、突起部12が1つのコーナー部4aに対して複数設置されていることにより、複数の突起部12の間にもアンダーフィル樹脂3が毛細管現象により流入し複数の突起部2間でも表面張力が生じるので、第一の実施の形態と比べて表面張力が大きくなりコーナー部4aへのアンダーフィル樹脂3の流入が大きくなるという効果が得られる。
According to the second embodiment, since a plurality of
以上、本発明による半導体装置の実装構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では、LSI4は回路面に低誘電体膜6を備えているが、その他の誘電体を備えるLSIとしてもよい。
また、例えば、上記の実施の形態ではLSI4は平面視略長方形であるが、それ以外の平面視多角形でもよく、また、LSIが多角形とこの多角形から突出する凸部とからなる場合には、この凸部に近接して突起部2を設けてもよい。
また、例えば、上記の実施の形態では、アンダーフィル樹脂3ではんだ付け部分を封止しているが、アンダーフィル樹脂3以外のアンダーフィル材を使用してもよい。
また、例えば、上記の第二の実施の形態では、LSI4の各コーナー部4aに対して突起部12が2つずつ配設されているが、3つ以上としてもよい。
Although the embodiments of the semiconductor device mounting structure according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the scope of the present invention.
For example, in the embodiment described above, the
Further, for example, in the above-described embodiment, the
For example, in the above embodiment, the soldered portion is sealed with the
Further, for example, in the second embodiment described above, two
1 基板
2、12 突起部
3 アンダーフィル樹脂(アンダーフィル材)
4 LSI(電子部品)
4a コーナー部
5 はんだバンプ
10、20 半導体装置
1
4 LSI (electronic parts)
Claims (5)
前記電子部品の中心から最も離れた位置に相当する前記アンダーフィル材充填領域に、前記基板から突出する突起部を設けたことを特徴とする半導体装置の実装構造。 A plate-shaped electronic component is mounted on a substrate via a solder bump, and an underfill material filled between the electronic component and the substrate is larger than the electronic component in a plan view and substantially similar to the electronic component. A mounting structure of a semiconductor device arranged in a shape,
A mounting structure of a semiconductor device, wherein a protrusion protruding from the substrate is provided in the underfill material filling region corresponding to a position farthest from the center of the electronic component.
該はんだ付けされた電子部品と前記基板との間に前記アンダーフィル材を充填する工程とを有することを特長とする半導体装置の製造方法。 Soldering the electronic component on the substrate used in claim 1 by solder reflow;
And a step of filling the underfill material between the soldered electronic component and the substrate.
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