JP2001024029A - フリップチップ実装型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
フリップチップ実装型半導体装置及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 樹脂注入工程におけるボイドレス化及び製造
工程の短縮化を図ることができるフリップチップ実装型
半導体装置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体チップ１上のバンプ２と、シート
状のアンダーフィル樹脂シート６のホール７と、多層配
線基板３上のパッド５との位置が重なるように合わせ、
アンダーフィル樹脂シート６を構成する樹脂の粘度の低
下が始まる温度より低い、例えば、約２００℃に加熱し
てバンプ２をリフロー処理することにより半導体チップ
１と多層配線基板３とをフリップリップ接合する。アン
ダーフィル樹脂シート６を加熱により粘度が低下する温
度が２００℃以上で、加熱により硬化を開始する温度が
２２０℃以上で、１乃至２分程度で硬化反応が完了する
樹脂から構成すると、フリップリップ接合後、温度を２
４０℃に昇温することによってアンダーフィル樹脂シー
ト６の樹脂の粘度を低下させた後硬化させることができ
る。
工程の短縮化を図ることができるフリップチップ実装型
半導体装置及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体チップ１上のバンプ２と、シート
状のアンダーフィル樹脂シート６のホール７と、多層配
線基板３上のパッド５との位置が重なるように合わせ、
アンダーフィル樹脂シート６を構成する樹脂の粘度の低
下が始まる温度より低い、例えば、約２００℃に加熱し
てバンプ２をリフロー処理することにより半導体チップ
１と多層配線基板３とをフリップリップ接合する。アン
ダーフィル樹脂シート６を加熱により粘度が低下する温
度が２００℃以上で、加熱により硬化を開始する温度が
２２０℃以上で、１乃至２分程度で硬化反応が完了する
樹脂から構成すると、フリップリップ接合後、温度を２
４０℃に昇温することによってアンダーフィル樹脂シー
ト６の樹脂の粘度を低下させた後硬化させることができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はフリップチップ実装
型半導体装置及びその製造方法に関し、特に、半導体チ
ップと基板との間に樹脂が充填されている構造を有する
フリップチップ実装型半導体装置及びその製造方法に関
する。
型半導体装置及びその製造方法に関し、特に、半導体チ
ップと基板との間に樹脂が充填されている構造を有する
フリップチップ実装型半導体装置及びその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、フリップチップ接合した半導体チ
ップと基板との線膨張係数の不一致により生じる応力を
分散させると共に、半導体チップを外部環境から保護す
る目的で半導体チップと基板との隙間に液状の樹脂を充
填している。図５乃至図８は、従来のフリップチップ実
装型半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である
（従来例１）。なお、図５（ａ）及び（ｂ）は、フリッ
プチップ実装型半導体装置に使用する各部材を示す図で
あって、（ａ）は半導体チップを示す断面図、（ｂ）は
多層配線基板を示す断面図である。
ップと基板との線膨張係数の不一致により生じる応力を
分散させると共に、半導体チップを外部環境から保護す
る目的で半導体チップと基板との隙間に液状の樹脂を充
填している。図５乃至図８は、従来のフリップチップ実
装型半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である
（従来例１）。なお、図５（ａ）及び（ｂ）は、フリッ
プチップ実装型半導体装置に使用する各部材を示す図で
あって、（ａ）は半導体チップを示す断面図、（ｂ）は
多層配線基板を示す断面図である。
【０００３】図５（ａ）に示すように、半導体チップ１
上の図示しない複数の外部端子上にバンプ２が形成され
ている。バンプ２は、例えばＰｂ−Ｓｎ系半田を主成分
とする金属材料を使用することができる。多層配線基板
３上には、図５（ｂ）に示すように、半導体チップ１上
のバンプ２に整合する位置を開口したソルダーレジスト
４を使用し、バンプ２と整合する位置にバンプ２と電気
的接続をとるための電極として複数のパッド５が形成さ
れている。このパッド５は、パッド５とバンプ２を形成
する半田等の金属との濡れ性に優れている金属材料から
形成されおり、多層配線基板３の配線と接続されてい
る。また、多層配線基板３は、セラミック又は有機系材
料等から構成されている。
上の図示しない複数の外部端子上にバンプ２が形成され
ている。バンプ２は、例えばＰｂ−Ｓｎ系半田を主成分
とする金属材料を使用することができる。多層配線基板
３上には、図５（ｂ）に示すように、半導体チップ１上
のバンプ２に整合する位置を開口したソルダーレジスト
４を使用し、バンプ２と整合する位置にバンプ２と電気
的接続をとるための電極として複数のパッド５が形成さ
れている。このパッド５は、パッド５とバンプ２を形成
する半田等の金属との濡れ性に優れている金属材料から
形成されおり、多層配線基板３の配線と接続されてい
る。また、多層配線基板３は、セラミック又は有機系材
料等から構成されている。
【０００４】図６は、半導体チップ１と多層配線基板３
とをフリップチップ接合した状態を示す断面図である。
先ず、半導体チップ１と多層配線基板３とを半導体チッ
プ１の半田２と多層配線基板３のパッド５との位置が重
なるように合わせ、リフロー処理する。これにより、図
６に示すように、半導体チップ１と多層配線基板３とを
電気的に接続する。
とをフリップチップ接合した状態を示す断面図である。
先ず、半導体チップ１と多層配線基板３とを半導体チッ
プ１の半田２と多層配線基板３のパッド５との位置が重
なるように合わせ、リフロー処理する。これにより、図
６に示すように、半導体チップ１と多層配線基板３とを
電気的に接続する。
【０００５】次に、図７に示すように、半導体チップ１
と多層配線基板３との間の隙間に液体樹脂１０を注入す
る。液体樹脂１０の注入方法としては、先ず、通常半導
体チップ１と多層配線基板３を電気的に接続させた後、
予め約５０℃乃至１２０℃程度の範囲内の所定温度まで
多層配線基板３を加熱しておく。その後、半導体チップ
１側面の４辺の内、１辺又は２辺に液状のエポキシ系樹
脂を主成分とした液体樹脂１０を滴下する。
と多層配線基板３との間の隙間に液体樹脂１０を注入す
る。液体樹脂１０の注入方法としては、先ず、通常半導
体チップ１と多層配線基板３を電気的に接続させた後、
予め約５０℃乃至１２０℃程度の範囲内の所定温度まで
多層配線基板３を加熱しておく。その後、半導体チップ
１側面の４辺の内、１辺又は２辺に液状のエポキシ系樹
脂を主成分とした液体樹脂１０を滴下する。
【０００６】滴下後、図８に示すように、多層配線基板
３の熱により粘度が低下した液体樹脂１０が毛細管現象
により半導体チップ１と多層配線基板間３に浸透するこ
とにより半導体チップ１と多層配線基板間３に液体樹脂
１０が配置される。その後、液体樹脂１０は、約１５０
℃程度の温度で１時間乃至２時間程度加熱処理され、樹
脂成分を硬化反応させ液体樹脂に所定の特性値を与えた
樹脂１１となる。
３の熱により粘度が低下した液体樹脂１０が毛細管現象
により半導体チップ１と多層配線基板間３に浸透するこ
とにより半導体チップ１と多層配線基板間３に液体樹脂
１０が配置される。その後、液体樹脂１０は、約１５０
℃程度の温度で１時間乃至２時間程度加熱処理され、樹
脂成分を硬化反応させ液体樹脂に所定の特性値を与えた
樹脂１１となる。
【０００７】また、特開平８−１３９１２３９号公報に
は、従来例１と同様のバンプが形成された半導体チップ
と、配線と配線に接続された電極とを有する基板とをフ
リップチップ接合しその間に樹脂を充填する半導体装置
において、前記基板の半導体チップと対向する位置に貫
通孔を設け、この貫通孔から樹脂を加圧注入させること
によってボイドの形成を防止する半導体装置の製造方法
が記載されている（従来例２）。
は、従来例１と同様のバンプが形成された半導体チップ
と、配線と配線に接続された電極とを有する基板とをフ
リップチップ接合しその間に樹脂を充填する半導体装置
において、前記基板の半導体チップと対向する位置に貫
通孔を設け、この貫通孔から樹脂を加圧注入させること
によってボイドの形成を防止する半導体装置の製造方法
が記載されている（従来例２）。
【０００８】また、特開平１０−１９９９３１号公報に
は、従来例２と同様の部材を使用し、半導体チップと基
板とを加重を加えて接合した半導体装置において、基板
上の周囲に液体樹脂を滴下し、前記基板の半導体チップ
の対向する位置に設けられたスルーホールより吸引する
ことにより樹脂の充填を促進する技術が開示されている
（従来例３）。これにより、充填時間を短縮させると共
に樹脂を容易に充填することができる。
は、従来例２と同様の部材を使用し、半導体チップと基
板とを加重を加えて接合した半導体装置において、基板
上の周囲に液体樹脂を滴下し、前記基板の半導体チップ
の対向する位置に設けられたスルーホールより吸引する
ことにより樹脂の充填を促進する技術が開示されている
（従来例３）。これにより、充填時間を短縮させると共
に樹脂を容易に充填することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
１の技術では、液体樹脂注入工程の際は予め約５０℃乃
至１２０℃程度の範囲内の所定温度まで加熱した基板を
使用し、この基板上にフリップチップ接合されている半
導体チップの側面の４辺の内、１辺又は２辺に液状のエ
ポキシ系樹脂を主成分とした液体樹脂を滴下させ、基板
の熱により粘度が低下した液体樹脂が毛細管現象により
半導体チップと多層配線基板間に浸透することにより半
導体チップと多層配線基板間に樹脂を配置させていたた
めに、特に、半導体チップが１辺の大きさが約１５ｍｍ
の正方形程度と大きい場合は、液体樹脂注入に３乃至５
分程度の時間を必要とし、かつ前記液体樹脂は、所定の
特性値を得るために加熱硬化させる必要があり、通常約
１５０℃程度の温度で１時間乃至２時間程度の加熱処理
工程が必要である。従って、液体樹脂注入時に、多層配
線基板３の温度分布が安定していない場合又はバンプ２
の配列パターンが不均一な配列パターンの場合は、液体
樹脂の浸透性に差が生じて液体樹脂内にボイド１２が発
生するという問題点がある。
１の技術では、液体樹脂注入工程の際は予め約５０℃乃
至１２０℃程度の範囲内の所定温度まで加熱した基板を
使用し、この基板上にフリップチップ接合されている半
導体チップの側面の４辺の内、１辺又は２辺に液状のエ
ポキシ系樹脂を主成分とした液体樹脂を滴下させ、基板
の熱により粘度が低下した液体樹脂が毛細管現象により
半導体チップと多層配線基板間に浸透することにより半
導体チップと多層配線基板間に樹脂を配置させていたた
めに、特に、半導体チップが１辺の大きさが約１５ｍｍ
の正方形程度と大きい場合は、液体樹脂注入に３乃至５
分程度の時間を必要とし、かつ前記液体樹脂は、所定の
特性値を得るために加熱硬化させる必要があり、通常約
１５０℃程度の温度で１時間乃至２時間程度の加熱処理
工程が必要である。従って、液体樹脂注入時に、多層配
線基板３の温度分布が安定していない場合又はバンプ２
の配列パターンが不均一な配列パターンの場合は、液体
樹脂の浸透性に差が生じて液体樹脂内にボイド１２が発
生するという問題点がある。
【００１０】硬化させた樹脂１１内にボイド１２が存在
していると、半導体チップ１上のバンプ２と多層配線基
板３上のパッド５との接合部にかかる応力を分散させる
ことができずに、最終的にはバンプとパッドとの接合部
が破壊されて、半導体チップを不良にしてしまうことが
ある。
していると、半導体チップ１上のバンプ２と多層配線基
板３上のパッド５との接合部にかかる応力を分散させる
ことができずに、最終的にはバンプとパッドとの接合部
が破壊されて、半導体チップを不良にしてしまうことが
ある。
【００１１】また、従来例１乃至３においては、フリッ
プチップ樹脂として液体の樹脂を使用することから、フ
リップチップ樹脂注入工程及び樹脂硬化工程に時間を要
するために生産性が悪く、製造コストがかかるという問
題がある。
プチップ樹脂として液体の樹脂を使用することから、フ
リップチップ樹脂注入工程及び樹脂硬化工程に時間を要
するために生産性が悪く、製造コストがかかるという問
題がある。
【００１２】本発明はかかる問題に鑑みたものであっ
て、樹脂注入工程におけるボイドレス化及び製造工程の
短縮化を図ることができるフリップチップ実装型半導体
装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
て、樹脂注入工程におけるボイドレス化及び製造工程の
短縮化を図ることができるフリップチップ実装型半導体
装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明に係るフリップチ
ップ実装型半導体装置は、外部端子上にバンプを有する
半導体チップと、前記バンプと整合する位置に電極が設
けられ前記電極と前記外部端子とが前記バンプを介して
フリップチップ接合されている基板と、前記半導体チッ
プと前記基板との間を充填するアンダーフィル樹脂とを
有するフリップチップ実装型半導体装置において、前記
アンダーフィル樹脂は加熱により粘度が低下する温度が
２００℃以上であり、加熱により硬化を開始する温度が
２２０℃以上である樹脂材料からなることを特徴とす
る。
ップ実装型半導体装置は、外部端子上にバンプを有する
半導体チップと、前記バンプと整合する位置に電極が設
けられ前記電極と前記外部端子とが前記バンプを介して
フリップチップ接合されている基板と、前記半導体チッ
プと前記基板との間を充填するアンダーフィル樹脂とを
有するフリップチップ実装型半導体装置において、前記
アンダーフィル樹脂は加熱により粘度が低下する温度が
２００℃以上であり、加熱により硬化を開始する温度が
２２０℃以上である樹脂材料からなることを特徴とす
る。
【００１４】本発明によれば、加熱により粘度が低下す
る温度が２００℃以上であり、加熱により硬化を開始す
る温度が２２０℃以上である樹脂材料を使用することに
より、半導体チップと基板とを２２０℃以上に加熱する
ことにより、両者の間に樹脂が充填し、樹脂内にボイド
の発生を防止することができるため信頼性が高いフリッ
プチップ実装型半導体装置を得ることができる。
る温度が２００℃以上であり、加熱により硬化を開始す
る温度が２２０℃以上である樹脂材料を使用することに
より、半導体チップと基板とを２２０℃以上に加熱する
ことにより、両者の間に樹脂が充填し、樹脂内にボイド
の発生を防止することができるため信頼性が高いフリッ
プチップ実装型半導体装置を得ることができる。
【００１５】本発明に係るフリップチップ実装型半導体
装置の製造方法は、外部端子上に複数のバンプを有する
半導体チップと、前記バンプと整合する位置に電極が形
成された半導体基板との間に前記半導体チップのバンプ
を収納する大きさのホールが形成されたアンダーフィル
樹脂シートを前記バンプが前記ホール内に収納されるよ
う配置して前記バンプをリフロー処理する工程を有する
ことを特徴とする。
装置の製造方法は、外部端子上に複数のバンプを有する
半導体チップと、前記バンプと整合する位置に電極が形
成された半導体基板との間に前記半導体チップのバンプ
を収納する大きさのホールが形成されたアンダーフィル
樹脂シートを前記バンプが前記ホール内に収納されるよ
う配置して前記バンプをリフロー処理する工程を有する
ことを特徴とする。
【００１６】また、前記ホールの内面は前記アンダーフ
ィル樹脂シートの表面に対して傾斜していてもよい。
ィル樹脂シートの表面に対して傾斜していてもよい。
【００１７】更に、前記リフロー処理する工程は、前記
半導体チップと前記基板とを２００℃以下の温度に加熱
して両者をフリップチップ接合により電気的に接続する
工程と、２００乃至２２０℃の温度に加熱して前記アン
ダーフィル樹脂シートの粘度を低下させる工程と、２２
０℃以上の温度に加熱して前記アンダーフィル樹脂シー
トを硬化反応させる工程とを有してもよい。
半導体チップと前記基板とを２００℃以下の温度に加熱
して両者をフリップチップ接合により電気的に接続する
工程と、２００乃至２２０℃の温度に加熱して前記アン
ダーフィル樹脂シートの粘度を低下させる工程と、２２
０℃以上の温度に加熱して前記アンダーフィル樹脂シー
トを硬化反応させる工程とを有してもよい。
【００１８】更にまた、前記リフロー処理する工程は、
前記半導体チップと前記基板とを２００℃以下の第１の
温度に加熱して両者をフリップチップ接合により電気的
に接続する工程と、前記半導体チップと前記基板とを２
２０℃以上の第２の温度に昇温して前記アンダーフィル
樹脂シートの粘度を低下させた後これを硬化させる工程
とを有してもい。
前記半導体チップと前記基板とを２００℃以下の第１の
温度に加熱して両者をフリップチップ接合により電気的
に接続する工程と、前記半導体チップと前記基板とを２
２０℃以上の第２の温度に昇温して前記アンダーフィル
樹脂シートの粘度を低下させた後これを硬化させる工程
とを有してもい。
【００１９】また、前記アンダーフィル樹脂シートは、
熱可塑性ポリイミド樹脂に、エポキシ系、シアネートエ
ステル系、ポリオレフィン系、フェノール系、ナフタレ
ン系及びシリコーン系からなる群から選択された少なく
とも１種の樹脂成分を含有し、加熱により粘度が低下す
る温度が２００℃以上であり、加熱により硬化を開始す
る温度が２２０℃以上であってもよい。
熱可塑性ポリイミド樹脂に、エポキシ系、シアネートエ
ステル系、ポリオレフィン系、フェノール系、ナフタレ
ン系及びシリコーン系からなる群から選択された少なく
とも１種の樹脂成分を含有し、加熱により粘度が低下す
る温度が２００℃以上であり、加熱により硬化を開始す
る温度が２２０℃以上であってもよい。
【００２０】更に、前記アンダーフィル樹脂シートは、
フッ素樹脂材料に、高耐熱エポキシ系、高耐熱シアネー
トエステル系、ポリオレフィン系、フェノール系、ナフ
タレン系及びシリコーン系からなる群から選択された少
なくとも１種の樹脂成分を含浸し、加熱により粘度が低
下する温度が２００℃以上であり、加熱により硬化を開
始する温度が２２０℃以上であってもよい。
フッ素樹脂材料に、高耐熱エポキシ系、高耐熱シアネー
トエステル系、ポリオレフィン系、フェノール系、ナフ
タレン系及びシリコーン系からなる群から選択された少
なくとも１種の樹脂成分を含浸し、加熱により粘度が低
下する温度が２００℃以上であり、加熱により硬化を開
始する温度が２２０℃以上であってもよい。
【００２１】更にまた、前記アンダーフィル樹脂シート
は、ポリイミド系、エポキシ系、シアネートエステル
系、ポリオレフィン系、フェノール系、ナフタレン系及
びシリコーン系からなる群から選択された少なくとも１
種以上の材料を樹脂成分として含有した混合物であり、
加熱により粘度が低下する温度が２００℃以上であり、
加熱により硬化を開始する温度が２２０℃以上であって
もよい。
は、ポリイミド系、エポキシ系、シアネートエステル
系、ポリオレフィン系、フェノール系、ナフタレン系及
びシリコーン系からなる群から選択された少なくとも１
種以上の材料を樹脂成分として含有した混合物であり、
加熱により粘度が低下する温度が２００℃以上であり、
加熱により硬化を開始する温度が２２０℃以上であって
もよい。
【００２２】また、前記アンダーフィル樹脂シートの硬
化反応は３分以内で完了することができる。
化反応は３分以内で完了することができる。
【００２３】更に、前記バンプは半田又は金を主成分と
することができる。
することができる。
【００２４】更にまた、前記基板はセラミック材料及び
有機系材料からなる群から選択された少なくとも１種か
らなるものとすることができる。
有機系材料からなる群から選択された少なくとも１種か
らなるものとすることができる。
【００２５】本発明によれば、半導体チップと基板との
間に充填する樹脂として、シート状のアンダーフィル樹
脂シートを使用することにより、樹脂内にボイドが発生
せず、液状の樹脂を注入する工程が必要ない。また、ア
ンダーフィル樹脂シートは、加熱により粘度が低下する
温度が２００℃以上であり、加熱により硬化を開始する
温度が２２０℃以上であるため、バンプを有する半導体
チップと基板とをフリップチップ接合した後、２２０℃
以上に加熱することにより、前記半導体チップと基板と
の隙間に樹脂を充填させ、充填した樹脂を硬化すること
ができる。また、樹脂の硬化反応は３分以内と短時間で
完了するため、樹脂の加熱硬化処理時間が極めて短時間
で済み、生産性が良く低コストの半導体装置を製造する
ことができる。
間に充填する樹脂として、シート状のアンダーフィル樹
脂シートを使用することにより、樹脂内にボイドが発生
せず、液状の樹脂を注入する工程が必要ない。また、ア
ンダーフィル樹脂シートは、加熱により粘度が低下する
温度が２００℃以上であり、加熱により硬化を開始する
温度が２２０℃以上であるため、バンプを有する半導体
チップと基板とをフリップチップ接合した後、２２０℃
以上に加熱することにより、前記半導体チップと基板と
の隙間に樹脂を充填させ、充填した樹脂を硬化すること
ができる。また、樹脂の硬化反応は３分以内と短時間で
完了するため、樹脂の加熱硬化処理時間が極めて短時間
で済み、生産性が良く低コストの半導体装置を製造する
ことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明のフリップチップ実
装型半導体装置及びその製造方法に係る実施例について
添付の図面を参照して具体的に説明する。図４は、本発
明の実施例に係るフリップチップ実装型半導体装置を示
す断面図である。図４に示すように、半導体チップ１
と、図示しない多層配線が形成されている多層配線基板
３上で多層配線基板３の配線と接続しているパッド５と
がバンプ２を介してフリップチップ接合されている。多
層配線基板３上のパッド５の形成されていない部分はソ
ルダーレジスト４により覆われている。半導体チップ１
と多層配線基板３との間にあって、バンプ２が形成され
ている以外の領域は半導体チップ１と多層配線基板３と
の線膨張係数の不一致により生じる応力を分散させ、か
つ半導体チップを外部環境から保護するために硬化した
樹脂８によって充填されている。
装型半導体装置及びその製造方法に係る実施例について
添付の図面を参照して具体的に説明する。図４は、本発
明の実施例に係るフリップチップ実装型半導体装置を示
す断面図である。図４に示すように、半導体チップ１
と、図示しない多層配線が形成されている多層配線基板
３上で多層配線基板３の配線と接続しているパッド５と
がバンプ２を介してフリップチップ接合されている。多
層配線基板３上のパッド５の形成されていない部分はソ
ルダーレジスト４により覆われている。半導体チップ１
と多層配線基板３との間にあって、バンプ２が形成され
ている以外の領域は半導体チップ１と多層配線基板３と
の線膨張係数の不一致により生じる応力を分散させ、か
つ半導体チップを外部環境から保護するために硬化した
樹脂８によって充填されている。
【００２７】次に、本実施例のフリップチップ実装型半
導体装置の製造方法について説明する。図１乃至図４
は、本実施例に係るフリップチップ実装型半導体装置の
製造方法を工程順に示す断面図である。なお、図１
（ａ）乃至（ｃ）は、フリップチップ実装型半導体装置
に使用する各部材を示す図であって、（ａ）は半導体チ
ップを示す断面図、（ｂ）はアンダーフィル樹脂シート
を示す断面図、（ｃ）は多層配線基板を示す断面図であ
る。
導体装置の製造方法について説明する。図１乃至図４
は、本実施例に係るフリップチップ実装型半導体装置の
製造方法を工程順に示す断面図である。なお、図１
（ａ）乃至（ｃ）は、フリップチップ実装型半導体装置
に使用する各部材を示す図であって、（ａ）は半導体チ
ップを示す断面図、（ｂ）はアンダーフィル樹脂シート
を示す断面図、（ｃ）は多層配線基板を示す断面図であ
る。
【００２８】図１（ａ）に示すように、半導体チップ１
上の図示しない複数の外部端子上にバンプ２が形成され
ている。バンプ２は、例えばＰｂ−Ｓｎ系半田を主成分
とする金属材料等を使用することができる。バンプ２と
半導体チップ１上のＡｌ等から形成される図示しない外
部端子との接続としては、例えば、外部端子と良好な電
気的接触を得るためのＴｉ又はＣｒ等から形成される図
示しない接合層と、金属間化合物ができることを防ぐた
めの図示しないＮｉ又はＰｄ等から形成される拡散層と
のバリアメタルを介して接続されている。また、バンプ
２は、Ａｕ等を主成分とする金属材料を使用することも
できる。
上の図示しない複数の外部端子上にバンプ２が形成され
ている。バンプ２は、例えばＰｂ−Ｓｎ系半田を主成分
とする金属材料等を使用することができる。バンプ２と
半導体チップ１上のＡｌ等から形成される図示しない外
部端子との接続としては、例えば、外部端子と良好な電
気的接触を得るためのＴｉ又はＣｒ等から形成される図
示しない接合層と、金属間化合物ができることを防ぐた
めの図示しないＮｉ又はＰｄ等から形成される拡散層と
のバリアメタルを介して接続されている。また、バンプ
２は、Ａｕ等を主成分とする金属材料を使用することも
できる。
【００２９】また、図１（ｃ）に示すように、多層配線
基板３上には、半導体チップ１上のバンプ２に整合する
位置を開口したソルダーレジスト４を使用し、バンプ２
と整合する位置にバンプ２と電気的接続をとるための電
極として複数のパッド５が形成されている。このパッド
５は、パッド５とバンプ２を形成する半田等の金属との
濡れ性に優れている金属材料から形成されおり、多層配
線基板３の配線と接続されている。また、多層配線基板
３は、セラミック又は有機系材料等から構成されてい
る。
基板３上には、半導体チップ１上のバンプ２に整合する
位置を開口したソルダーレジスト４を使用し、バンプ２
と整合する位置にバンプ２と電気的接続をとるための電
極として複数のパッド５が形成されている。このパッド
５は、パッド５とバンプ２を形成する半田等の金属との
濡れ性に優れている金属材料から形成されおり、多層配
線基板３の配線と接続されている。また、多層配線基板
３は、セラミック又は有機系材料等から構成されてい
る。
【００３０】この半導体チップ１と多層配線基板３との
間には、半導体チップ１と多層配線基板３との線膨張係
数の不一致により生じる応力を分散させ、かつ半導体チ
ップ１を外部環境から保護するためのアンダーフィル樹
脂を配置させ、半導体装置の信頼性を確保する必要があ
る。図１（ｂ）に示すのは、本実施例で使用するアンダ
ーフィル樹脂であるが、図１（ｂ）に示すようにシート
型をしている。このシート型のアンダーフィル樹脂シー
ト６には、半導体チップ１上のバンプ２と整合する位置
にバンプ２を収納する大きさのホール７が形成されてい
る。なお、ホール７の内面はアンダーフィル樹脂シート
６の表面に対して傾斜して形成されていてもよい。
間には、半導体チップ１と多層配線基板３との線膨張係
数の不一致により生じる応力を分散させ、かつ半導体チ
ップ１を外部環境から保護するためのアンダーフィル樹
脂を配置させ、半導体装置の信頼性を確保する必要があ
る。図１（ｂ）に示すのは、本実施例で使用するアンダ
ーフィル樹脂であるが、図１（ｂ）に示すようにシート
型をしている。このシート型のアンダーフィル樹脂シー
ト６には、半導体チップ１上のバンプ２と整合する位置
にバンプ２を収納する大きさのホール７が形成されてい
る。なお、ホール７の内面はアンダーフィル樹脂シート
６の表面に対して傾斜して形成されていてもよい。
【００３１】アンダーフィル樹脂シート６を形成する材
料としては、例えば熱可塑性ポリイミド樹脂にエポキシ
系、シアネートエステル系、ポリオレフィン系、フェノ
ール系、ナフタレン系及びシリコーン系の樹脂成分を配
合したもの、フッ素樹脂材料に、高耐熱エポキシ系、高
耐熱シアネートエステル系、ポリオレフィン系、フェノ
ール系、ナフタレン系及びシリコーン系の樹脂成分を含
浸させたもの又はポリイミド系、エポキシ系、シアネー
トエステル系、ポリオレフィン系、フェノール系、ナフ
タレン系及びシリコーン系の樹脂成分から形成される混
合物等がある。このような材料から形成されたアンダー
フィル樹脂シート６は加熱により粘度が低下する温度が
２００℃以上であり、加熱により硬化を開始する温度が
２２０℃以上であり、１分乃至２分程度の極短時間で硬
化反応が完了する性質を有する。
料としては、例えば熱可塑性ポリイミド樹脂にエポキシ
系、シアネートエステル系、ポリオレフィン系、フェノ
ール系、ナフタレン系及びシリコーン系の樹脂成分を配
合したもの、フッ素樹脂材料に、高耐熱エポキシ系、高
耐熱シアネートエステル系、ポリオレフィン系、フェノ
ール系、ナフタレン系及びシリコーン系の樹脂成分を含
浸させたもの又はポリイミド系、エポキシ系、シアネー
トエステル系、ポリオレフィン系、フェノール系、ナフ
タレン系及びシリコーン系の樹脂成分から形成される混
合物等がある。このような材料から形成されたアンダー
フィル樹脂シート６は加熱により粘度が低下する温度が
２００℃以上であり、加熱により硬化を開始する温度が
２２０℃以上であり、１分乃至２分程度の極短時間で硬
化反応が完了する性質を有する。
【００３２】このように構成された各部材を、図２に示
すように、半導体チップ１上のバンプ２と、アンダーフ
ィル樹脂シート６のホール７と、多層配線基板３上のパ
ッド５との位置が重なるように合わせる。
すように、半導体チップ１上のバンプ２と、アンダーフ
ィル樹脂シート６のホール７と、多層配線基板３上のパ
ッド５との位置が重なるように合わせる。
【００３３】次に、このように所定位置に位置を合わせ
た半導体チップ１とアンダーフィル樹脂シート６と多層
配線基板３とをリフロー処理する。先ず、半導体チップ
１上のバンプ２と多層配線基板３のパッド５とを樹脂シ
ートの粘度の低下が始まる温度より低い温度、例えば、
約２００℃に加熱してバンプ２をリフロー処理し、図３
に示すように、フリップチップ接合することによって、
半田付けにより電気的に接続させる。半導体チップ１上
のバンプ２の材質が共晶半田の場合、共晶半田の融点が
１８３℃であるため、リフロー時の温度約２００℃で半
田付けによる半導体チップ１上のバンプ２と多層配線基
板３とのフリップチップ接合による電気的接続が可能で
ある。この際、アンダーフィル樹脂シート６は、例えば
２００℃では粘度が低下しない材料を使用しているた
め、半導体チップ１上のバンプ２と多層配線基板３とを
フリップチップ実装方式により接続する際に、流動化し
た樹脂が間に侵入し半導体チップ１と多層配線基板３と
の電気的接続を妨げることはない。
た半導体チップ１とアンダーフィル樹脂シート６と多層
配線基板３とをリフロー処理する。先ず、半導体チップ
１上のバンプ２と多層配線基板３のパッド５とを樹脂シ
ートの粘度の低下が始まる温度より低い温度、例えば、
約２００℃に加熱してバンプ２をリフロー処理し、図３
に示すように、フリップチップ接合することによって、
半田付けにより電気的に接続させる。半導体チップ１上
のバンプ２の材質が共晶半田の場合、共晶半田の融点が
１８３℃であるため、リフロー時の温度約２００℃で半
田付けによる半導体チップ１上のバンプ２と多層配線基
板３とのフリップチップ接合による電気的接続が可能で
ある。この際、アンダーフィル樹脂シート６は、例えば
２００℃では粘度が低下しない材料を使用しているた
め、半導体チップ１上のバンプ２と多層配線基板３とを
フリップチップ実装方式により接続する際に、流動化し
た樹脂が間に侵入し半導体チップ１と多層配線基板３と
の電気的接続を妨げることはない。
【００３４】次に、リフロー処理温度を２４０℃程度ま
で昇温する。これにより、半導体チップ１及び多層配線
基板３は昇温していくが、アンダーフィル樹脂シート６
を構成する樹脂材料は、２００℃以上の温度に加熱する
と急激に粘度が低下し、半田バンプ２の接合部を完全に
覆う。その後、２２０℃以上の温度で樹脂硬化反応が急
速に進行する。このため、図４に示すように、硬化した
アンダーフィル樹脂８中にボイドの発生がない。この樹
脂硬化反応は、約２２０℃以上の温度で樹脂の硬化反応
が始まると１分乃至２分程度の極めて短時間で完了す
る。
で昇温する。これにより、半導体チップ１及び多層配線
基板３は昇温していくが、アンダーフィル樹脂シート６
を構成する樹脂材料は、２００℃以上の温度に加熱する
と急激に粘度が低下し、半田バンプ２の接合部を完全に
覆う。その後、２２０℃以上の温度で樹脂硬化反応が急
速に進行する。このため、図４に示すように、硬化した
アンダーフィル樹脂８中にボイドの発生がない。この樹
脂硬化反応は、約２２０℃以上の温度で樹脂の硬化反応
が始まると１分乃至２分程度の極めて短時間で完了す
る。
【００３５】このように、加熱により粘度が低下する温
度が２００℃以上であり、加熱により硬化を開始する温
度が２２０℃以上である樹脂材料からなるアンダーフィ
ル樹脂シート６を使用することにより、加熱リフロー処
理時に、半導体チップ１上のバンプ２と多層配線基板３
とをフリップチップ接合により電気的に接続すると共
に、リフロー処理温度を昇温することによりアンダーフ
ィル樹脂シート６の粘度が低下して半田バンプ接合部を
完全に覆い、更に短時間で硬化反応を完了させるため
に、生産性が極めて高い。
度が２００℃以上であり、加熱により硬化を開始する温
度が２２０℃以上である樹脂材料からなるアンダーフィ
ル樹脂シート６を使用することにより、加熱リフロー処
理時に、半導体チップ１上のバンプ２と多層配線基板３
とをフリップチップ接合により電気的に接続すると共
に、リフロー処理温度を昇温することによりアンダーフ
ィル樹脂シート６の粘度が低下して半田バンプ接合部を
完全に覆い、更に短時間で硬化反応を完了させるため
に、生産性が極めて高い。
【００３６】即ち、本実施例においては、半導体チップ
と多層配線基板との電気的接合を得るための加熱リフロ
ー工程内において、アンダーフィル樹脂シートのバンプ
間への配置及び樹脂硬化反応を完了させることが可能で
あり、工程の短縮化を図ることが可能である。
と多層配線基板との電気的接合を得るための加熱リフロ
ー工程内において、アンダーフィル樹脂シートのバンプ
間への配置及び樹脂硬化反応を完了させることが可能で
あり、工程の短縮化を図ることが可能である。
【００３７】また、従来のようにアンダーフィル樹脂の
半導体チップと多層配線基板間への配置を、毛細管現象
を利用してバンプ間に流し込む必要がないためにアンダ
ーフィル樹脂内にボイドを発生させることはない。
半導体チップと多層配線基板間への配置を、毛細管現象
を利用してバンプ間に流し込む必要がないためにアンダ
ーフィル樹脂内にボイドを発生させることはない。
【００３８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
加熱により粘度が低下する温度が２００℃以上であり、
加熱により硬化を開始する温度が２２０℃以上であり、
短時間で硬化反応が完了するような材料からなるシート
状のアンダーフィル樹脂シートを使用するため、アンダ
ーフィル樹脂シートを構成する樹脂の粘度が低下する温
度より低い温度でリフロー処理してフリップリップ接合
し、その後２２０℃以上に昇温することにより、フリッ
プチップ接合された半導体チップと基板との隙間に樹脂
を充填させ、充填した樹脂を硬化することができるた
め、極めて生産性が優れており、更に、バンプ間にアン
ダーフィル樹脂が十分に充填されるため、アンダーフィ
ル樹脂内にボイドが発生することはなく、極めて信頼性
が高いフリップチップ実装型半導体装置及びその製造方
法を提供することができる。
加熱により粘度が低下する温度が２００℃以上であり、
加熱により硬化を開始する温度が２２０℃以上であり、
短時間で硬化反応が完了するような材料からなるシート
状のアンダーフィル樹脂シートを使用するため、アンダ
ーフィル樹脂シートを構成する樹脂の粘度が低下する温
度より低い温度でリフロー処理してフリップリップ接合
し、その後２２０℃以上に昇温することにより、フリッ
プチップ接合された半導体チップと基板との隙間に樹脂
を充填させ、充填した樹脂を硬化することができるた
め、極めて生産性が優れており、更に、バンプ間にアン
ダーフィル樹脂が十分に充填されるため、アンダーフィ
ル樹脂内にボイドが発生することはなく、極めて信頼性
が高いフリップチップ実装型半導体装置及びその製造方
法を提供することができる。
【図１】本発明の実施例に係るフリップチップ実装型半
導体装置に使用する各部材を示す図であって、（ａ）は
半導体チップを示す断面図、（ｂ）はアンダーフィル樹
脂シートを示す断面図、（ｃ）は多層配線基板を示す断
面図である。
導体装置に使用する各部材を示す図であって、（ａ）は
半導体チップを示す断面図、（ｂ）はアンダーフィル樹
脂シートを示す断面図、（ｃ）は多層配線基板を示す断
面図である。
【図２】本発明の実施例に係るフリップチップ実装型半
導体装置の製造方法の１工程を示す図であって、図１の
後工程を示す断面図である。
導体装置の製造方法の１工程を示す図であって、図１の
後工程を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例に係るフリップチップ実装型半
導体装置の製造方法の１工程を示す図であって、図２の
後工程を示す断面図である。
導体装置の製造方法の１工程を示す図であって、図２の
後工程を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例に係るフリップチップ実装型半
導体装置の製造方法の１工程を示す図であって、図３の
後工程を示す断面図である。
導体装置の製造方法の１工程を示す図であって、図３の
後工程を示す断面図である。
【図５】従来のフリップチップ実装型半導体装置に使用
する各部材を示す図であって、（ａ）は半導体チップを
示す断面図、（ｃ）は多層配線基板を示す断面図であ
る。
する各部材を示す図であって、（ａ）は半導体チップを
示す断面図、（ｃ）は多層配線基板を示す断面図であ
る。
【図６】従来のフリップチップ実装型半導体装置の製造
方法の１工程を示す図であって、図５の後工程を示す断
面図である。
方法の１工程を示す図であって、図５の後工程を示す断
面図である。
【図７】フリップチップ実装型半導体装置の製造方法の
１工程を示す図であって、図６の後工程を示す断面図で
ある。
１工程を示す図であって、図６の後工程を示す断面図で
ある。
【図８】フリップチップ実装型半導体装置の製造方法の
１工程を示す図であって、図７の後工程を示す断面図で
ある。
１工程を示す図であって、図７の後工程を示す断面図で
ある。
１；半導体チップ ２；バンプ ３；多層配線基板 ４；ソルダーレジスト ５；パッド ６；アンダーフィル樹脂シート ７；ホール ８；アンダーフィル樹脂 １０；液体樹脂 １１；樹脂 １２；ボイド
Claims (16)
- 【請求項１】 外部端子上にバンプを有する半導体チッ
プと、前記バンプと整合する位置に電極が設けられ前記
電極と前記外部端子とが前記バンプを介してフリップチ
ップ接合されている基板と、前記半導体チップと前記基
板との間を充填するアンダーフィル樹脂とを有するフリ
ップチップ実装型半導体装置において、前記アンダーフ
ィル樹脂は加熱により粘度が低下する温度が２００℃以
上であり、加熱により硬化を開始する温度が２２０℃以
上である樹脂材料からなることを特徴とするフリップチ
ップ実装型半導体装置。 - 【請求項２】 前記アンダーフィル樹脂は、熱可塑性ポ
リイミド樹脂に、エポキシ系、シアネートエステル系、
ポリオレフィン系、フェノール系、ナフタレン系及びシ
リコーン系からなる群から選択された少なくとも１種の
樹脂成分を含有することを特徴とする請求項１に記載の
フリップチップ実装型半導体装置。 - 【請求項３】 前記アンダーフィル樹脂は、フッ素樹脂
材料に、高耐熱エポキシ系、高耐熱シアネートエステル
系、ポリオレフィン系、フェノール系、ナフタレン系及
びシリコーン系からなる群から選択された少なくとも１
種の樹脂成分を含浸することを特徴とする請求項１に記
載のフリップチップ実装型半導体装置。 - 【請求項４】 前記アンダーフィル樹脂は、ポリイミド
系、エポキシ系、シアネートエステル系、ポリオレフィ
ン系、フェノール系、ナフタレン系及びシリコーン系か
らなる群から選択された少なくとも１種以上の樹脂成分
を含有する混合物であることを特徴とする請求項１に記
載のフリップチップ実装型半導体装置。 - 【請求項５】 前記バンプは、半田又は金を主成分とす
ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記
載のフリップチップ実装型半導体装置。 - 【請求項６】 前記基板はセラミック材料及び有機系材
料からなる群から選択された少なくとも１種からなるこ
とを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
フリップチップ実装型半導体装置。 - 【請求項７】 外部端子上に複数のバンプを有する半導
体チップと、前記バンプと整合する位置に電極が設けら
れた半導体基板との間に前記半導体チップのバンプを収
納する大きさのホールが形成されたアンダーフィル樹脂
シートを前記バンプが前記ホール内に収納されるよう配
置して前記バンプをリフロー処理する工程を有すること
を特徴とするフリップチップ実装型半導体装置の製造方
法。 - 【請求項８】 前記ホールの内面は前記アンダーフィル
樹脂シートの表面に対して傾斜していることを特徴とす
る請求項７に記載のフリップチップ実装型半導体装置の
製造方法。 - 【請求項９】 前記リフロー処理する工程は、前記半導
体チップと前記基板とを２００℃以下の温度に加熱して
両者をフリップチップ接合により電気的に接続する工程
と、２００乃至２２０℃の温度に加熱して前記アンダー
フィル樹脂シートの粘度を低下させる工程と、２２０℃
以上の温度に加熱して前記アンダーフィル樹脂シートを
硬化反応させる工程とを有することを特徴とする請求項
７又は８に記載のフリップチップ実装型半導体装置の製
造方法。 - 【請求項１０】前記リフロー処理する工程は、前記半導
体チップと前記基板とを２００℃以下の第１の温度に加
熱して両者をフリップチップ接合により電気的に接続す
る工程と、前記半導体チップと前記基板とを２２０℃以
上の第２の温度に昇温して前記アンダーフィル樹脂シー
トの粘度を低下させた後これを硬化させる工程とを有す
ることを特徴とする請求項７または８に記載のフリップ
チップ実装型半導体装置の製造方法。 - 【請求項１１】 前記アンダーフィル樹脂シートは、熱
可塑性ポリイミド樹脂に、エポキシ系、シアネートエス
テル系、ポリオレフィン系、フェノール系、ナフタレン
系及びシリコーン系からなる群から選択された少なくと
も１種の樹脂成分を含有し、加熱により粘度が低下する
温度が２００℃以上であり、加熱により硬化を開始する
温度が２２０℃以上であることを特徴とする請求項７乃
至１０のいずれか１項に記載のフリップチップ実装型半
導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】 前記アンダーフィル樹脂シートは、フ
ッ素樹脂材料に、高耐熱エポキシ系、高耐熱シアネート
エステル系、ポリオレフィン系、フェノール系、ナフタ
レン系及びシリコーン系からなる群から選択された少な
くとも１種の樹脂成分を含浸し、加熱により粘度が低下
する温度が２００℃以上であり、加熱により硬化を開始
する温度が２２０℃以上であることを特徴とする請求項
７乃至１０のいずれか１項に記載のフリップチップ実装
型半導体装置の製造方法。 - 【請求項１３】 前記アンダーフィル樹脂シートは、ポ
リイミド系、エポキシ系、シアネートエステル系、ポリ
オレフィン系、フェノール系、ナフタレン系及びシリコ
ーン系からなる群から選択された少なくとも１種以上の
材料を樹脂成分として含有した混合物であり、加熱によ
り粘度が低下する温度が２００℃以上であり、加熱によ
り硬化を開始する温度が２２０℃以上であることを特徴
とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のフリッ
プチップ実装型半導体装置の製造方法。 - 【請求項１４】 前記アンダーフィル樹脂シートの硬化
反応は３分以内で完了することを特徴とする請求項７乃
至１３のいずれか１項に記載のフリップチップ実装型半
導体装置の製造方法。 - 【請求項１５】 前記バンプは半田又は金を主成分とす
ることを特徴とする請求項７乃至１４のいずれか１項に
記載のフリップチップ実装型半導体装置の製造方法。 - 【請求項１６】 前記基板はセラミック材料及び有機系
材料からなる群から選択された少なくとも１種からなる
ことを特徴とする請求項７乃至１５のいずれか１項に記
載のフリップチップ実装型半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19106899A JP3447620B2 (ja) | 1999-07-05 | 1999-07-05 | フリップチップ実装型半導体装置の製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19106899A JP3447620B2 (ja) | 1999-07-05 | 1999-07-05 | フリップチップ実装型半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001024029A true JP2001024029A (ja) | 2001-01-26 |
| JP3447620B2 JP3447620B2 (ja) | 2003-09-16 |
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ID=16268349
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19106899A Expired - Fee Related JP3447620B2 (ja) | 1999-07-05 | 1999-07-05 | フリップチップ実装型半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3447620B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030014861A (ko) * | 2001-08-13 | 2003-02-20 | 삼성전자주식회사 | 언더필 테입 및 그 언더필 테입을 사용한 플립칩 본딩 방법 |
| EP1291909A3 (en) * | 2001-09-11 | 2004-06-09 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and method of making the same |
| JP2006517348A (ja) * | 2003-01-31 | 2006-07-20 | フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド | 印刷配線アセンブリ用のアンダーフィル薄膜 |
| JP2008147510A (ja) * | 2006-12-12 | 2008-06-26 | Hitachi Chem Co Ltd | フリップチップ実装方法 |
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-
1999
- 1999-07-05 JP JP19106899A patent/JP3447620B2/ja not_active Expired - Fee Related
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