DE10022982A1 - Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Abstract

Ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterchip wird an einem Harzsubstrat über ein Unterfüllungsharz auf Flip-Chip-Weise montiert. Bei diesem Halbleiterbauelement weisen auf den seitlichen Endflächen des Halbleiterchips durch das Einspritzen des Unterfüllungsharzes gebildete Hohlkehlen eine Länge auf, die größer ist als der Abstand von der Oberfläche des Harzsubstrats zu der Rückseite des Halbleiterchips. Infolgedessen wird das Verziehen des isolierenden Substrats beim Härten des Unterfüllungsharzes zwischen dem Halbleiterchip und dem isolierenden Substrat reduziert, wodurch die Abblätterung des Unterfüllungsharzes vermieden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Halbleiterbauelement mit einem auf seiner Leiterplatte auf Flip-Chip-Weise montierten Halbleiterchip und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Herkömmlicherweise ist ein Halbleiterbauelement mit einem auf seiner Leiterplatte (PWB = printed wiring board) auf Flip-Chip-Weise montierten Halbleiterchip bekannt.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen Halb­ leiterbauelements dieser Art. Wie in Fig. 1 gezeigt, weist das Halbleiterbauelement 1 ein isolierendes Substrat (PWB) 2 auf, das aus einem Harz, wie beispielsweise Polyimid, be­ steht. Zur Verstärkung sind auf dieses isolierende Substrat 2 Verstärkungsplatten 7, beispielsweise aus Kupfer (Cu), geklebt. Ein Flip-Chip 4 mit Lötkontakthügeln 3 ist mit der aktiven Seite nach unten auf diesem isolierenden Substrat 2 montiert, und zwar in dem Gebiet, das von den Verstärkungs­ platten 7 nicht bedeckt ist. Diese Lötkontakthügel 3 und die Vorlötung auf dem isolierenden Substrat 2 werden ge­ schmolzen und miteinander verbunden, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Flip-Chip 4 und dem isolierenden Substrat 2 herzustellen.

Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen dem Flip-Chip 4 und dem isolierenden Substrat 2 120 µm, die Rastermaße zwi­ schen Kontakthügeln betragen 240 µm, und die Anzahl der Kontakthügel liegt bei 3000. Der Chip 4 hat eine Größe von 13 mm im Quadrat und eine Dicke von 0,68 mm.

Bei der Herstellung dieses Halbleiterbauelements 1 wird eine entsprechende Menge Harz vom Epoxidtyp als ein Unter­ füllungsharz 5 in das Lötverbindungsgebiet zwischen dem isolierenden Substrat 2 und dem Flip-Chip 4 eingespritzt. Das Unterfüllungsharz 5 wird dann bei einer entsprechenden Temperatur, wie beispielsweise 150°C, gehärtet. Durch das Härten werden die Überläufe des Unterfüllungsharzes 5, oder die Hohlkehlen 5a, so geformt, daß sie sich von den Seiten des Flip-Chips 4 auf das isolierende Substrat 2 erstrecken.

Nach dem Einspritzen des Unterfüllungsharzes 5 wird eine Silberpaste (Ag-Paste) mit elektrischer Leitfähigkeit als ein Klebeharz 6a auf die Rückseite (die obere Oberfläche) des Flip-Chips 4 aufgetragen. Hier wird ein aus der glei­ chen Silberpaste bestehendes Klebeharz 6b auch auf die Oberseite der Verstärkungsplatten 7, die auf beiden Seiten des isolierenden Substrats 2 angeordnet sind, aufgetragen. Danach wird ein aus Cu bestehender Deckel 8 auf die Rück­ seite (die obere Oberfläche) des Flip-Chips 4 und die Ver­ stärkungsplatten 7 plaziert. Dann werden die Klebeharze 6a und 6b gehärtet, um den Deckel 8 an dem Flip-Chip 4 und den Verstärkungsplatten 7 zu fixieren.

Nachdem der Deckel 8 angebracht worden ist, werden Lötku­ geln 9 auf der unteren Oberfläche des isolierenden Sub­ strats 2, auf der der Flip-Chip 4 nicht montiert ist, mon­ tiert, um das Halbleiterbauelement 1 zu erhalten, das ein Ball Grid Array Package (BGA) vom Flip-Chip-Typ umfaßt.

Zuverlässigkeitstests, wie beispielsweise ein Temperaturzy­ klustest, die an dem Halbleiterbauelement 1 durchgeführt wurden, haben jedoch gezeigt, daß das als ein Interposer dienende isolierende Substrat 2 sich verzogen hat und Span­ nungen an dem Gebiet zwischen dem Flip-Chip 4 und dem iso­ lierenden Substrat 2, in das das Unterfüllungsharz 5 einge­ spritzt wird, verursacht hat und dadurch die Abblätterung des Unterfüllungsharzes 5 erleichtert hat.

Daneben neigten die an das Unterfüllungsharz 5 angelegten Spannungen dazu, Risse c zu erzeugen, die von den Hohlkeh­ len 5a zu der Innenseite des isolierenden Substrats 2 lau­ fen.

Das Vorliegen einer derartigen Abblätterung und Risse er­ zeugen Probleme, wie beispielsweise einen aus einem offenen Versagen resultierenden Bruch. Die Abblätterungsrate lag nach 300 Zyklen des Temperaturzyklustests bei ungefähr 10% (5 von 53 Proben).

Es kommt zu der Abblätterung des Unterfüllungsharzes 5, wenn die auf den Chipseiten gebildeten Hohlkehlen 5a des Unterfüllungsharzes 5 eine Länge aufweisen, die kleiner ist als die Chipdicke, und die Hohlkehlen 5a unter dem Chip liegen. In einem derartigen Fall sind der Flip-Chip 4 und das isolierende Substrat 2 größeren Spannungen ausgesetzt, die aus der Differenz beim Wärmeausdehnungskoeffizient wäh­ rend des Härtens des Unterfüllungsharzes 5 resultieren. Der Flip-Chip 4 und das isolierende Substrat 2 verziehen sich infolgedessen stark.

Insbesondere unter den gegenwärtigen Halbleiterchips gewin­ nen diejenigen mit dicht gepackter Verdrahtung unter Ver­ wendung von flexiblen Harzsubstraten die Oberhand. Herkömm­ liche Glassubstrate, denen es an Flexibilität mangelt, können mit einer solchen dicht gepackten Verdrahtung nicht fertig werden. Deshalb sind Bemühungen, die die Wärmeaus­ dehnung begleitenden Spannungen in den Griff zu kriegen, unabdingbar.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Be­ reitstellung eines Halbleiterbauelements und eines Verfah­ rens zu seiner Herstellung, bei denen verhindert werden kann, daß sich das isolierende Substrat beim Härten des Un­ terfüllungsharzes zwischen dem Halbleiterchip und dem iso­ lierenden Substrat verzieht, so daß eine Abblätterung des Unterfüllungsharzes verhindert wird.

Um die obige Aufgabe zu erzielen, wird das Halbleiterbau­ element gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt, das folgendes umfaßt: einen Halbleiterchip, der an einem Substrat über ein Unterfüllungsharz auf Flip-Chip-Weise montiert ist, wobei eine auf einer seitlichen Endfläche des Halbleiterchips durch das Einspritzen des Unterfüllungshar­ zes gebildete Hohlkehle eine Länge aufweist, die größer ist als der Abstand von der Oberfläche des Substrats zu der Rückseite des Halbleiterchips.

Wegen der oben beschriebenen Konfiguration ist die Hohlkeh­ le eines Halbleiterbauelements, das einen auf einem Sub­ strat über ein Unterfüllungsharz auf Flip-Chip-Weise mon­ tierten Halbleiterchip umfaßt, auf der seitlichen Endfläche des Halbleiterchips durch das Einspritzen des Unterfül­ lungsharzes gebildet, und zwar in einer Länge, die größer ist als der Abstand von der Oberfläche des Substrats zu der Rückseite des Halbleiterchips. Dies kann verhindern, daß sich das isolierende Substrat während des Härtens des Un­ terfüllungsharzes zwischen dem Halbleiterchip und dem iso­ lierenden Substrat verzieht, wodurch die Abblätterung des Unterfüllungsharzes verhindert wird.

Darüber hinaus kann das oben beschriebene Halbleiterbauele­ ment durch ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiter­ bauelements gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.

Die Natur, das Prinzip und die Nützlichkeit der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung bei Lek­ türe in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hervor, in denen gleiche Teile durch gleiche Bezugszahlen oder Zei­ chen bezeichnet sind.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines herkömmlichen Halbleiter­ bauelements;

Fig. 2 eine Schnittansicht, die die Konfiguration des Halbleiterbauelements gemäß einer ersten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3A bis 3E Prozeßdiagramme, die das Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements von Fig. 2 zeigen;

Fig. 4 eine Schnittansicht, die die allgemeine Konfigura­ tion des Halbleiterbauelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 eine Schnittansicht, die die Konfiguration des Halbleiterbauelements gemäß einer dritten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 6A und 6B eine Draufsicht auf ein erstes Beispiel bzw. eine Draufsicht auf ein zweites Beispiel, die die in dem Halbleiterbauelement von Fig. 5 gebil­ deten Hohlkehlen zeigen; und

Fig. 7 eine Schnittansicht, die die in dem Halbleiterbau­ element von Fig. 5 gebildeten Hohlkehlen zeigt.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vor­ liegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration des Halbleiterbauelements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in Fig. 2 gezeigt, weist das Halbleiterbauelement 10 ein zum Beispiel aus Po­ lyimid bestehendes isolierendes Harzsubstrat (PWB) 11 auf. Ein Halbleiterchip 12 vom Flip-Chip-Typ ist mit der aktiven Seite nach unten auf diesem isolierenden Substrat 11 mon­ tiert. Zusätzlich ist ein aus Metall bestehender Verstär­ kungsrahmen 14 auf dem isolierenden Substrat 11 angeordnet, so daß er den Halbleiterchip 12 umgibt. Dann ist über den Halbleiterchip 12 und den Verstärkungsrahmen 14 ein aus Cu bestehender Deckel 13 gelegt. Das aus dem isolierenden Sub­ strat 11, dem Halbleiterchip 12, dem Verstärkungsrahmen 14 und dem Deckel 13 bestehende Halbleiterbauelement 10 weist die Erscheinungsform einer rechteckigen Platte auf. Der Verstärkungsrahmen 14 ist zwischen dem isolierenden Sub­ strat 11 und dem Deckel 13 angeordnet, um das isolierende Substrat 11 zum Schutz des Halbleiterchips 12 zu verstär­ ken.

Das isolierende Harzsubstrat 11 und der Verstärkungsrahmen 14 sind durch ein Klebeharz 15 aneinander gebondet. Der Halbleiterchip 12 und der Deckel 13 sind durch ein Klebe­ harz 16 aneinander gebondet. Der Deckel 13 und der Verstär­ kungsrahmen 14 sind durch ein Klebeharz 17 aneinander ge­ bondet. Diese Klebeharze 15, 16 und 17 verwenden eine Ag- Paste, beispielsweise vom Siliziumtyg, Epoxidtyp oder vom Thermoplastharztyp.

Der Halbleiterchip 12 weist Lötkontakthügel 18 auf und ist mit der aktiven Seite nach unten auf dem isolierenden Sub­ strat 11 montiert, wobei die Lötkontakthügel 18 nach unten weisen. Bei diesem Montieren werden die Lötkontakthügel 18 auf dem Halbleiterchip 12 und die Vorlötung auf dem isolie­ renden Harzsubstrat 11 geschmolzen und miteinander verbun­ den, um zwischen dem Halbleiterchip 12 und dem Harzsubstrat 11 eine elektrische Verbindung herzustellen.

Eine entsprechende Menge Harz vom Epoxidtyp wird als ein Unterfüllungsharz 19 in das Lötverbindungsgebiet einge­ spritzt, in dem die Lötkontakthügel 18 zwischen dem Halb­ leiterchip 12 und dem isolierenden Substrat 11 angeordnet sind. Das Einspritzen des Unterfüllungsharzes 19 bildet die Überläufe des Unterfüllungsharzes 19, oder die Hohlkehlen 20, auf den Seiten des Halbleiterchips 12. Die Hohlkehlen 20 weisen im Profil die Form eines allgemein rechtwinkligen Dreiecks auf, mit der einen oberen Eckteil 20a und einen unteren Eckteil 20b verbindenden Linie als der Hypotenuse. An dem oberen Eckteil 20a treffen die obere Oberfläche und eine seitliche Endfläche des Halbleiterchips 12 aufeinan­ der. Der untere Eckteil 20b ist der Endpunkt, der sich von dem Halbleiterchip 12 aus entlang des isolierenden Sub­ strats 11 erstreckt. Dieses rechtwinklige Dreieck weist die Basislänge L und die Höhe H1 auf.

Das Unterfüllungsharz 19 wird hinsichtlich der Einspritz­ menge angepaßt, so daß der Abstand von einer seitlichen Endfläche des Halbleiterchips 12 zu dem unteren Eckteil 20b der Hohlkehle 20, oder eine Hohlkehlenlänge L, größer wird als der Abstand von der Oberfläche des isolierenden Sub­ strats 11 zu der oberen Oberfläche des Halbleiterchips 12, oder eine Chiphöhe H1.

Hierbei ist die Chiphöhe H1 die Summe aus der Dicke des Halbleiterchips 12 und der Dicke eines Lötkontakthügels 18, d. h. der Spalt zwischen dem Halbleiterchip 12 und dem iso­ lierenden Harzsubstrat 11.

Bei der vorliegenden Erfindung wird das Einspritzen des Un­ terfüllungsharzes so gesteuert, daß L < H1 wird.

Das Einspritzen des Unterfüllungsharzes kann auch so ge­ steuert werden, daß L < H2 wird, wobei H2 die Höhe des Halbleiterchips 12 in der höchsten Position in der Mitte seiner oberen Oberfläche von einem nicht verzogenen Bereich auf der Oberfläche des isolierenden Substrats 11 in der Nähe des Verstärkungsrahmens 14 ist; mit anderen Worten ist H2 die maximale Differenz der Erhebung zwischen dem Halb­ leiterchip 12 und dem Substrat 11. Hierbei ist L < H2.

Auf derartige Weisen wird die Hohlkehlenlänge L gemäß dem Verformungsgrad des isolierenden Harzsubstrats 11 angepaßt.

Beispielsweise weisen das isolierende Harzsubstrat 11, der Halbleiterchip 12 und das Unterfüllungsharz 19 die folgen­ den Wärmeausdehnungskoeffizienten α (ppm/°C) auf. Das heißt, das isolierende Harzsubstrat 11 weist einen Wärme­ ausdehnungskoeffizienten von α = 18 auf. Der Halbleiterchip 12 weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von α = 3 auf. Das Unterfüllungsharz 19 weist einen Wärmeausdehnungskoef­ fizienten von α = 20 bis 32 auf. Daneben weist das Unterfül­ lungsharz 19 eine Viskosität von 13-40 (Pa.s) auf.

Auf der unteren Oberfläche des isolierenden Substrats 11 sind mehrere Lötkugeln 21 angeordnet. Diese Lötkugeln 21 sind über die ganze Fläche des isolierenden Substrats 11 hinweg angeordnet.

Dieses Halbleiterbauelement 10 ist so konfiguriert, daß der Spalt zwischen dem Halbleiterchip 12 und dem isolierenden Harzsubstrat 11 120 µm beträgt, die Rastermaße zwischen Kontakthügeln 240 µm betragen, die Anzahl der Kontakthügel bei 3000 liegt, die Chipgröße 13 mm pro Seite ist und die Chipdicke 0,68 mm beträgt.

Die Fig. 3A bis 3E sind Schnittansichten, die in der schrittweisen Reihenfolge das Verfahren zur Herstellung des Halbleiterbauelements von Fig. 2 zeigen. Wie in Fig. 3A gezeigt, wird zunächst das rechteckige Harzsubstrat 11 vor­ bereitet. Dieses Harzsubstrat 11 weist mehrere auf seiner oberen Oberfläche angeordnete Kontaktstellen 22 und mehrere auf seiner unteren Oberfläche im voraus angeordnete Elek­ troden 23 auf. Die Kontaktstellen 22 und die Elektroden 23 sind elektrisch über nicht gezeigte Verdrahtungslagen in­ nerhalb des Harzsubstrats 11 mit solchen verbunden, die einander entsprechen.

Daneben wird der Verstärkungsrahmen 14, an dem der Deckel 13 später fixiert wird, durch das Klebeharz 15 an die Rän­ der um das Harzsubstrat 11 gebondet. Dieser Verstärkungs­ rahmen 14 hat die Funktion, zwischen dem Harzsubstrat 11 und dem Deckel 13 zur Installation des Halbleiterchips 12 Raum bereitzustellen.

Dann wird, wie in Fig. 3B gezeigt, der Halbleiterchip 12 mit der aktiven Seite nach unten auf dem Harzsubstrat 11 plaziert, wobei die Lötkontakthügel 18 an den entsprechen­ den Kontaktstellen 22 positioniert sind. Nach der Plazie­ rung werden die Lötkontakthügel 18 geschmolzen und durch Aufschmelzen mit den externen Elektroden 22 verbunden.

Folglich ist der Halbleiterchip 12, wie in Fig. 3C ge­ zeigt, auf dem Harzsubstrat 11 auf Flip-Chip-Weise mon­ tiert. Dann wird eine Flußmittelreinigung durchgeführt.

Wie in Fig. 3D gezeigt, wird, um zu verhindern, daß sich die Lötkontakthügel 18 ablösen, das eine Fließfähigkeit aufweisende Unterfüllungsharz 19 dann in das Lötverbin­ dungsgebiet zwischen dem Halbleiterchip 12 und dem Harzsub­ strat 11 eingespritzt und auf das Substrat 11 aufgetragen. Das eingespritzte Unterfüllungsharz 19 breitet sich über den ganzen Bereich des Halbleiterchips 12 aus, da der Spalt zwischen dem Halbleiterchip 12 und dem Harzsubstrat 11 ex­ trem klein ist.

Hierbei wird das Unterfüllungsharz 19 hinsichtlich der Ein­ spritzmenge so angepaßt, daß die Hohlkehlen 20 eine Hohl­ kehlenlänge L aufweisen, die größer ist als die Chiphöhe H1, oder die Entfernung von der Oberfläche des Harzsub­ strats 11 zu der Rückseite des Halbleiterchips 12, wie bei­ spielsweise 1 bis 1,5 mm. In diesem Fall wird die Hohlkeh­ lenlänge L auf ungefähr 1 mm bezüglich der Chiphöhe H1 an­ gepaßt (120 µm + 0, 68 mm = 0,8 mm).

Dann wird das Unterfüllungsharz 19 zum Härten bei einer entsprechenden Temperatur von zum Beispiel 150°C ausgehär­ tet (wärmebehandelt).

Hierbei wird das Chipverbindungsgebiet des Harzsubstrats 11 unter dem Halbleiterchip 12 zu einem Hügel verformt, wobei die maximale Verwerfung in der Größenordnung von 60 µm liegt.

Wie in Fig. 3E gezeigt, werden die Klebeharze 16 und 17, die jeweils aus einer Ag-Paste vom Siliziumtyp mit niedri­ ger Elastizität bestehen, auf die obere Oberfläche (die Seite, die der durch das aktive Element gebildeten Seite entgegengesetzt ist) des Halbleiterchips 12 und die obere Oberfläche des Verstärkungsrahmens 14 aufgetragen. Nachdem der Deckel 13 über dem Halbleiterchip 12 und dem Verstär­ kungsrahmen 14 plaziert ist, wird das ganze Gehäuse ausge­ härtet. Dies härtet die Klebeharze 16 und 17, um den Deckel 13 an dem Halbleiterchip 12 und dem Verstärkungsrahmen 14 zu fixieren.

Danach werden Lötkugeln 21 auf der unteren Fläche des Harz­ substrats 11 montiert, auf der der Halbleiterchip 12 nicht montiert ist, um mit den externen Elektroden 23 verbunden zu werden. Auf diese Weise wird das Halbleiterbauelement 10 erhalten, das ein BGA-Gehäuse vom Flip-Chip-Typ umfaßt.

Kurz gesagt kann die Hohlkehlenlänge L des auf den Seiten des Halbleiterchips 12 gebildeten Unterfüllungsharzes 19 größer als die Chiphöhe H1 (oder die Chiphöhe H2) ausge­ führt werden, um die Abblätterung des zwischen den Halblei­ terchip 12 und das Harzsubstrat 11 eingespritzten Unterfül­ lungsharzes 19 zu vermeiden. Durch die Vermeidung der Ab­ blätterung kann verhindert werden, daß die Risse c (siehe Fig. 1) von den Endpunkten der Hohlkehlen 20, oder den un­ teren Eckteilen 20b, in das Harzsubstrat 11 laufen.

Der oben beschriebene Halbleiterchip 12 wurde Temperaturzy­ klustests unterzogen, in denen der Chip wiederholt abwech­ selnd auf eine Raumtemperatur gekühlt und bis zu einer vor­ bestimmten hohen Temperatur aufgeheizt wurde. Das Ergebnis zeigte, daß die Abblätterungsrate nach 300 Zyklen des Tem­ peraturzyklustests 0% (keine von 97 Proben) betrug. Der Grund dafür liegt darin, daß die größer als die Chiphöhe H1 ausgeführte Hohlkehlenlänge L eine Reduktion (Verteilung) der an den Halbleiterchip 12 und das Harzsubstrat 11 ange­ legten Spannungen gestattet.

Als Alternative kann auf das Einspritzen des Unterfüllungs­ harzes 19 das Auftragen der Klebeharze 16 und 17 auf die obere Oberfläche des Halbleiterchips 12 bzw. die obere Oberfläche des Verstärkungsrahmens 14 folgen. In diesem Fall können die Klebeharze 15, 16 und 17 zusammen mit dem Unterfüllungsharz 19 ausgehärtet werden, so daß das Unter­ füllungsharz 19 und die Klebeharze 15, 16 und 17 zur glei­ chen Zeit gehärtet werden.

Folglich werden, obwohl Spannungen während des Härtens der auf die jeweiligen Teile aufgetragenen Harze erzeugt wer­ den, durch das gleichzeitige Härten die Spannungserzeu­ gungsvorgänge synchronisiert, so daß die Spannungen einan­ der kompensieren. Dies kann verhindern, daß örtliche Span­ nungen auf das Harzsubstrat 11 und den Halbleiterchip 12 einwirken.

Nunmehr erfolgt unter Bezugnahme auf Fig. 4 eine Beschrei­ bung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung. Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die ein Halbleiter­ bauelement 25 gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Bei dem Halbleiterbauelement 25 wird, wie in Fig. 4 gezeigt, das in das Lötverbindungsgebiet zwischen dem Halbleiterchip 12 und dem Harzsubstrat 11 eingespritzte Unterfüllungsharz 19 durch Verwendung einer nicht gezeigten Form gehärtet, so daß die Hohlkehlen 26 ein rechteckiges Profil aufweisen, anstatt das eines im allgemeinen rechtwinkligen Dreiecks. Die anderen Konfigurationen und Funktionen sind die glei­ chen wie diejenigen des Halbleiterbauelements 10 (siehe Fig. 2).

Dementsprechend werden die Hohlkehlen 26 zu einer den Halb­ leiterchip 12 umgebenden dicken Wand gebildet. Dadurch sind die Hohlkehlen 26 so geformt, daß sie mit der Oberfläche des Halbleiterchips 12 fast bündig sind. In der vorliegen­ den Ausführungsform ist die Hohlkehlenlänge L (ungefähr 1 mm) auch größer als die Chiphöhe H1 (oder die Chiphöhe H2) von der oberen Oberfläche des Harzsubstrats 11 zu der obe­ ren Oberfläche des Halbleiterchips 12.

Wie erörtert worden ist, wird erfindungsgemäß die Hohlkeh­ lenlänge L (die Länge der Überläufe des Unterfüllungsharzes 19, das als das in das Lötverbindungsgebiet zwischen dem Harzsubstrat 11 und dem Halbleiterchip 12 einzuspritzende verstärkende Harz dient, von den Seiten des Halbleiterchips 12) so angepaßt, daß sie größer ist als die Chiphöhe, so daß die Chipabblätterung und dergleichen, was aus der Ver­ werfung des Harzsubstrats 11 resultiert, in dem BGA-Halbleiterbauelement 10 vom Flip-Chip-Typ vermieden werden.

Infolgedessen können die zwischen den mehreren Harzen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wirkenden Spannungen verteilt werden. Dies verhindert, daß sich das Harzsubstrat 11 bei der Gelegenheit verzieht, wenn das Un­ terfüllungsharz 19 zwischen dem Halbleiterchip 12 und dem Harzsubstrat 11 gehärtet wird, was es ermöglicht, die Ab­ blätterung des Unterfüllungsharzes 19 und die Risse c in dem Harzsubstrat 11 zu vermeiden.

Dementsprechend wird das Auftreten der Abblätterung und Verzerrung verhindert, wie in den herkömmlichen Beispielen gezeigt, wodurch das Halbleiterbauelement mit einer Lötkon­ takthügelstruktur hinsichtlich Produktivität und Zuverläs­ sigkeit verbessert werden kann.

Dies ist besonders effektiv für den Halbleiterchip 12 mit dicht gepackter Verdrahtung unter Verwendung des flexiblen Harzsubstrats 11, was gegenwärtig in den Mittelpunkt rückt. Das heißt, der Halbleiterchip 12 mit dicht gepackter Ver­ drahtung unter Verwendung des flexiblen Harzsubstrats 11 enthält bis zu ungefähr 3000 bis 5000 Anschlußstifte, wäh­ rend ein Flüssigkristalltreiber mit einem Glassubstrat un­ gefähr 40 bis 50 Stifte enthält. Was die Chipgröße be­ trifft, ist der Halbleiterchip 12 ungefähr 13 bis 17 mm im Quadrat, wohingegen der Flüssigkristalltreiber ungefähr 9 mm im Quadrat ist. Da die Verspannungen proportional zu Flächenverhältnissen sind, besteht zwischen den daran anzu­ legenden Verspannungen eine große Differenz.

Nun erfolgt eine Beschreibung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 5 ist eine Schnittan­ sicht, die die Konfiguration des Halbleiterbauelements ge­ mäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 6A und 6B zeigen die in dem Halbleiterbau­ element von Fig. 5 gebildeten Hohlkehlen. Fig. 6A ist eine Draufsicht auf ein erstes Beispiel, und Fig. 6B ist eine Draufsicht auf ein zweites Beispiel.

Wie in Fig. 5 gezeigt, ist ein Halbleiterbauelement 30 an dem Chipverbindungsgebiet des isolierenden Substrats 11 un­ ter dem Halbleiterchip 12 hohl ausgeführt. Dann werden aus Harz mit hoher Viskosität bestehende Hohlkehlen 31 in die im allgemeinen rechtwinklig-dreieckigen Teile zwischen den Seiten des Halbleiterchips 12 und der Oberfläche des Sub­ strats 11 gebildet. Die anderen Konfigurationen sind die gleichen wie diejenigen des Halbleiterbauelements 10 (siehe Fig. 2). Hierbei kann das Chipverbindungsgebiet, wo der Halbleiterchip 12 und das Substrat 11 einander zugewandt sind, mit einem Unterfüllungsharz mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten gefüllt werden, anstatt hohl zu bleiben.

In diesem Fall werden die Hohlkehlen 31 unter den vier Ecken des Halbleiterchips 12 gebildet, mit Ausnahme der zentralen Teile der vier Seiten, wie in Fig. 6A gezeigt, oder sie werden unter den zentralen Teilen der vier Seiten des Halbleiterchips 12 gebildet, mit Ausnahme der vier Ecken, wie in Fig. 6B gezeigt. Bei der vorliegenden Aus­ führungsform hat die Hohlkehlenlänge L einen willkürlichen Wert, wohingegen diejenigen, die größer sind als die Chip­ höhe H1 (oder die Chiphöhe H2) den Effekt wie in der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform verstärken.

In der vorliegenden Ausführungsform ist das Chipverbin­ dungsgebiet des Harzsubstrats 11 unter dem Halbleiterchip 12 nicht mit einem Unterfüllungsharz belegt, das bei der Härtung Spannungen erzeugt, und selbst wenn es mit einem Unterfüllungsharz belegt ist, weist das Unterfüllungsharz einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Dem­ entsprechend wird zwischen dem Harzsubstrat 11 und dem Halbleiterchip 12 keine Spannung erzeugt, oder wenn, dann wird nur eine geringe Spannung erzeugt, wodurch keine Ver­ werfung oder dergleichen, die aus der Erzeugung von Span­ nungen resultiert, bewirkt wird oder ein kleiner Effekt be­ wirkt wird.

Beispielsweise weisen die Hohlkehlen 31 und das Unterfül­ lungsharz mit niedrigerem Wärmeausdehnungskoeffizienten, falls eingespritzt, die folgenden Wärmeausdehnungskoeffizi­ enten α (ppm/°C) auf. Das heißt, das eine hohe Viskosität aufweisende Harz für die Hohlkehlen 31 hat α = 10 und eine Viskosität von 100 (Pa.s). Das Unterfüllungsharz mit nied­ rigerem Wärmeausdehnungskoeffizienten hat α = 7-10.

Fig. 7 ist eine Schnittansicht, die die Bildung der Hohl­ kehlen in dem Halbleiterbauelement von Fig. 5 zeigt. Wie in Fig. 7 gezeigt, werden die Hohlkehlen 31 durch Tropfen eines Harzes mit hoher Viskosität aus einer Harzlieferdüse 32 auf die vier Ecken oder die vier Seiten neben dem Löt­ verbindungsgebiet gebildet. Die Harzlieferdüse 32 ist über den seitlichen Endflächen des Halbleiterchips 12 positio­ niert, um entlang den seitlichen Endflächen des Halbleiter­ chips 12 vertikal bewegbar zu sein.

In einem Fall, in dem ein Unterfüllungsharz mit niedrigerem Wärmeausdehnungskoeffizienten in das Lötverbindungsgebiet zwischen dem Harzsubstrat 11 und dem Halbleiterchip 12 ein­ gespritzt wird, kann das Unterfüllungsharz mit niedrigerem Wärmeausdehnungskoeffizienten durch ein Entlüftungsloch in die aus Harz mit hoher Viskosität bestehenden Hohlkehlen 31 eingespritzt werden.

Wie erörtert worden ist, bleibt in dem in Fig. 5-7 ge­ zeigten Halbleiterbauelement 30 das Chipverbindungsgebiet des Harzsubstrats 11 unter dem Halbleiterchip 12 hohl (siehe Fig. 5) oder wird mit dem Unterfüllungsharz mit niedrigerem Wärmeausdehnungskoeffizienten gefüllt und wird mit den Hohlkehlen 31 aus Harz mit hoher Viskosität verse­ hen. Das Chipverbindungsgebiet des Harzsubstrats 11 ist in­ folgedessen nicht mit einem Unterfüllungsharz belegt, das beim Härten Spannungen erzeugt, oder selbst bei Belegung mit etwas Harz hat das Unterfüllungsharz einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten. Dies erzeugt keine Verwer­ fung oder dergleichen, die aus der Erzeugung von Spannungen resultieren, oder es bewirkt einen kleinen Effekt.

Man beachte, daß die vorliegende Erfindung nicht auf ein Halbleiterbauelement mit BGA-Struktur beschränkt ist, wie in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen, und sich ebenso auf ein Halbleiterbauelement mit einer Chip-Size- Package-Struktur (CSP) anwenden läßt.

Wie oben beschrieben worden ist, weist gemäß der vorliegen­ den Erfindung das Halbleiterbauelement, das einen auf einem Substrat über ein Unterfüllungsharz auf Flip-Chip-Weise montierten Halbleiterchip umfaßt, Hohlkehlen auf, die an den seitlichen Endflächen des Halbleiterchips durch das Einspritzen des Unterfüllungsharzes gebildet sind. Hierbei ist die Länge der Hohlkehlen größer als der Abstand von der Oberfläche des Substrats zu der Rückseite des Halbleiter­ chips ausgeführt. Dies reduziert das Verziehen des isolie­ renden Substrats bei der Härtung des Unterfüllungsharzes zwischen dem Halbleiterchip und dem isolierenden Substrat, wodurch es ermöglicht wird, die Abblätterung des Unterfül­ lungsharzes zu verhindern sowie die Risse in dem Harzsub­ strat zu vermeiden. Deshalb kann das Halbleiterbauelement mit einer Lötkontakthügelstruktur hinsichtlich Produktivi­ tät und Zuverlässigkeit verbessert werden.

Es ist zwar beschrieben worden, was gegenwärtig als bevor­ zugte Ausführungsformen der Erfindung angesehen wird, doch versteht sich, daß daran verschiedene Modifikationen vorge­ nommen werden können, und die beigefügten Ansprüche sollen alle derartigen Modifikationen abdecken, die in den eigent­ lichen Gedanken und Schutzbereich der Erfindung fallen.

Claims (10)

1. Halbleiterbauelement, das folgendes umfaßt:
ein Substrat;
einen an dem Substrat montierten Halbleiterchip; und
ein zwischen dem Substrat und dem Halbleiterchip auf Flip-Chip-Weise bereitgestelltes Unterfüllungsharz, wobei eine auf einer seitlichen Endfläche des Halbleiterchips durch das Einspritzen des Unterfüllungsharzes gebildete Hohlkehle eine Länge von L in Richtung entlang der Sub­ stratoberfläche aufweist, wobei die Länge L größer ist als der Abstand H1 zwischen der oberen Oberfläche des Hal­ bleiterchips und der Oberfläche des Substrats.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem die Länge L der Hohlkehle größer ist als die Differenz der Erhebung H2 zwischen der höchsten Position auf der oberen Oberfläche des Halbleiterchips und einem nicht verzogenen Bereich auf der Oberfläche des Substrats.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem das Sub­ strat ein Harzsubstrat ist.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, das folgendes um­ faßt:
einen das Substrat und den Halbleiterchip miteinander
verbindenden Lötkontakthügel; und
einen durch ein Klebeharz sowohl an die Rückseite des Halbleiterchips als auch die obere Oberfläche eines den Halbleiterchip umgebenden Verstärkungsrahmens gebondeten Deckel.

5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, bei dem das Unter­ füllungsharz durch Verwendung einer Form gehärtet wird, und zwar zu einer den Halbleiterchip umgebenden integralen Wand.

6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, bei dem der Wärme­ ausdehnungskoeffizient des Unterfüllungsharzes auf einen Wert zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizient des Substrats und dem Wärmeausdehnungskoeffizient des Halbleiterchips eingestellt ist.

7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, bei dem das Unter­ füllungsharz aus dem Verbindungsgebiet zwischem dem Sub­ strat und dem Halbleiterchip entfernt wird, so daß die Hohlkehle ausschließlich an der Peripherie des Halbleiter­ chips gebildet wird.

8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, bei dem ein Unter­ füllungsharz mit einem niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffi­ zienten in das Gebiet, aus dem das Unterfüllungsharz ent­ fernt worden ist, eingespritzt wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, mit den folgenden Schritten:
Montieren eines Halbleiterchips auf ein Substrat auf Flip-Chip-Weise;
Verbinden des Substrats und des Halbleiterchips mit­ einander über einen Kontakthügel durch Aufschmelzen;
nachfolgendes Auftragen eines Unterfüllungsharzes zwischen das Substrat und den Halbleiterchip, wobei die Harzmenge so angepaßt wird, daß eine auf einer Seite des Halbleiterchips durch das Auftragen des Unterfüllungsharzes ausgebildete Hohlkehle eine Länge aufweist, die größer ist als die Entfernung von der Oberfläche des Substrats zu der Rückseite des Halbleiterchips; und
Härten des aufgetragenen Unterfüllungsharzes.

10. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauele­ ments gemäß Anspruch 9, bei dem bei dem Schritt des Auftra­ gens des Unterfüllungsharzes die Hohlkehle an der Peripherie des Halbleiterchips gebildet wird, mit Ausnahme des Verbindungsgebiets zwischen dem Substrat und dem Halb­ leiterchip.