JP2002237496A - 半導体装置の製造装置およびこれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造装置およびこれを用いた半導体装置の製造方法Info
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Abstract
線基板と半導体素子との間隙、バンプ間ピッチが狭くな
る等封止条件に変化があっても、封止樹脂の未充填が防
止される半導体装置の製造装置を得る。 【解決手段】 配線基板1と半導体素子2との間隙4を
包囲したシール部材5に排気孔7と封止樹脂注入孔8と
が設けられているもので、配線基板1上に半導体素子2
を、バンプ3を介してフリップチップ実装した際に生じ
る間隙4に封止樹脂を充填する。シール部材5は、半導
体素子2のバンプ5と反対側の周縁部から配線基板1両
面に密着して設けられており、封止樹脂が半導体素子表
面に漏れることを防止している。シール部材5として
は、パッキンが用いられる。
Description
装体のチップと基板間の間隙に封止樹脂を充填する半導
体装置の製造装置およびこれを用いた半導体装置の製造
方法に関するものである。
に、フリップチップ実装体のチップと基板間の間隙に封
止樹脂を充填するため、チップ実装部にエアー逃し孔を
設けた基板上に封止樹脂をチップの側方周辺の全域にわ
たって塗布した後、大気圧以上の加圧雰囲気下で差圧充
填を行う方法が提案されている。上記充填方法において
はアンダーフィルの不均一性の発生を防止することがで
きると共に、フィラー混入の封止樹脂であっても迅速に
充填し充填時間を大幅に短縮することができ、ボイドの
発生防止も可能であるとする。
来の方法は、大気圧以上の圧力で樹脂を封入するため、
貫通孔を通して基板の裏面へ樹脂が回り込み、アウター
ボールの形成に影響が出る可能性のあること、樹脂中へ
の空気の巻き込みが避けられないのでボイドの発生防止
効果が低いという課題があった。
れたもので、工程の簡略化と封止時間の短縮が可能で、
配線基板と半導体素子との間隙やバンプ間ピッチが狭く
なる等封止条件に変化があっても、封止樹脂の未充填が
防止された半導体装置の製造装置およびこれを用いた半
導体装置の製造方法を得ることを目的とする。
体装置の製造装置は、配線基板上に半導体素子を、バン
プを介してフリップチップ実装することによって上記配
線基板と半導体素子との間に生じる間隙に封止樹脂を充
填する半導体装置の製造装置であって、上記半導体素子
のバンプの反対側の周縁部から配線基板面にかけて、上
記間隙を包囲するように設けたシール部材、上記シール
部材に設けられ、上記間隙に封止樹脂を注入する封止樹
脂注入孔、および上記シール部材に上記封止樹脂注入孔
に対向して設けられ、上記間隙を排気して減圧する排気
孔を備えたものである。
は、上記第1の半導体装置の製造装置において、封止樹
脂を加圧する加圧手段を備えたものである。
は、上記第1または第2の半導体装置の製造装置におい
て、封止樹脂を加熱する加熱手段を備えたものである。
は、配線基板上に半導体素子を、バンプを介してフリッ
プチップ実装することによって上記配線基板と半導体素
子との間に生じる間隙に封止樹脂を充填する半導体装置
の製造方法において、上記第1ないし第3のいずれかの
半導体装置の製造装置を配線基板と半導体素子に密着さ
せて、排気孔から上記間隙を排気して減圧する工程、お
よび封止樹脂注入孔から封止樹脂を充填する工程を施す
方法である。
は、上記第1の半導体装置の製造方法において、排気す
る工程後、封止樹脂を充填する工程を施す方法である。
は、上記第1の半導体装置の製造方法において、封止樹
脂を、大気圧と減圧された間隙の圧力との差圧により充
填する方法である。
は、上記第1の半導体装置の製造方法において、封止樹
脂を、大気圧およびこれに加圧した圧力と減圧された間
隙の圧力との差圧により充填する方法である。
は、上記第1ないし第4のいずれかの半導体装置の製造
方法において、間隙の封止樹脂を加圧しながら硬化する
工程を施す方法である。
は、上記第1ないし第4のいずれかの半導体装置の製造
方法において、間隙の封止樹脂をバッチ処理で硬化する
工程を施す方法である。
に半導体素子を、バンプを介してフリップチップ実装し
た一般的な半導体装置を示す構成図、図2は図1に示し
た半導体装置を、本発明の実施の形態の半導体装置の製
造装置に設置した状態を示す構成図である。図におい
て、1は配線基板、2は半導体素子、3はバンプ、4は
間隙、5はシール部材、6はフィレットを形成するため
の空間、7は排気孔、8は封止樹脂注入孔、9は排気側
バルブ、10は給気側バルブ、11は封止樹脂のディス
ペンサ、12はヒータ(加熱手段)、13は冷媒循環
路、14は加圧手段、15は冷却ガス導入管、16はコ
ンプレッサに通じる管、17は排気ポンプに通じる管、
18、19は金型である。
の半導体装置の製造装置は、配線基板1と半導体素子2
との間隙4を包囲したシール部材5に排気孔7と封止樹
脂注入孔8とが設けられ、配線基板1上に半導体素子2
を、バンプ3を介してフリップチップ実装した際に生じ
る間隙4に封止樹脂を充填するものである。上記孔はバ
ルブを介して外部につながり、排気側バルブ9は排気ポ
ンプを介して装置内の空気を排気し、0.001気圧程
度までの減圧が可能である。また、シール部材5は図2
に示すように、半導体素子2のバンプ5と反対側の周縁
部から配線基板1面に密着して設けられており、封止樹
脂が半導体素子表面に漏れることを防止している。な
お、図2はシール部材5を配線基板1の片面の一部に設
けた場合を示しているが、配線基板1の全面に設けて
も、さらに配線基板1の実装面と反対側の面へ回り込ん
で設けても配線基板との密着性が増すため望ましい。シ
ール部材5としては、耐熱性や弾力性に優れ、半導体素
子および配線基板と密着性に優れ減圧漏れが防止され
た、シリコン系ゴム、シリコンゲルまたはフッ素ゴム等
のパッキンが用いられる。また、間隙4を排気した後、
排気バルブを閉じてから封止樹脂を注入することによ
り、均一に注入することができる。また、排気孔と注入
孔は半導体素子の周縁に設けたシール部材において、対
向して設けられることにより均一に樹脂を注入すること
ができ、なるべく離れた位置に設けることによりその効
果が増す。
プ3を介して半導体素子2を接合して半導体装置を得
る。次に図2のように半導体装置の間隙4の周囲にフィ
レットを形成するための空間6を設け、本実施の形態の
半導体装置の製造装置に設置する。給気側バルブ10は
閉じておき、排気側バルブ9を開放して排気孔7を通じ
て間隙4を大気圧以下の減圧状態に保持し、配線基板1
の表面または内部、半導体素子2の表面に吸着している
水分や不純物などを除去する。次に給気側バルブ10を
封止樹脂ディスペンサ11側へ開放し、注入孔を通じ
て、封止樹脂を大気圧と間隙4内の減圧された圧力との
差圧を利用して封止樹脂を間隙4とフィレットを形成す
るための空間6に充填する。間隙内部の減圧は、高真空
は微少もれを起こしやすくなるので、1気圧未満で0.
001気圧以上が望ましい。
体素子2と配線基板1の間隙4を減圧状態に保持するこ
とにより、配線基板1の表面や内部、半導体素子2の表
面に吸着している水分、不純物などを除去することがで
き、従来行っている、封止樹脂充填前の配線基板の乾燥
工程を省略できる。また、封止樹脂を大気圧と、減圧さ
れた間隙の圧力との差圧により充填することにより、従
来の毛細管現象により充填する方法よりも、封止樹脂の
粘度や、配線基板や半導体素子と封止樹脂との濡れ性な
どに大きく依存することなく、また配線基板と半導体素
子との間隙が狭かったり、バンプ間距離が短くなり、よ
り高密度になっても充填可能で、充填速度も従来より速
くなり、配線基板と半導体素子間に封止樹脂の未充填部
が残ることが防止される。
製造装置を用い、各々の排気孔と各々の注入孔を一個所
で結合することにより、複数の半導体装置の間隙を同時
に排気と充填を行うことができ効率よく製造できる。
らに、給気側バルブ10は封止樹脂ディスペンサ11の
他に、コンプレッサ16や冷却用ガス15にも接続して
おり、バルブの切り替えにより樹脂の供給と外部からの
加圧、さらには装置内の冷却とが可能となっている。ま
た、上記半導体装置の製造装置にはヒータ12が内蔵さ
れて、装置全体を加熱することもできる他、冷媒循環経
路13を備えることにより装置の急冷も可能である。半
導体装置の封止樹脂の加圧硬化に用いる真空加圧硬化装
置は第1種圧力容器であり、装置内の空気を排気して
0.1気圧程度の減圧が可能であり、またガスを封入し
て10気圧までの加圧が可能である。さらに容器内部に
はヒータを設置して加熱ができ、また冷媒または冷風循
環による冷却機能も備える。
ブ10を封止樹脂ディスペンサ11側へ開放し、注入孔
を通じて、封止樹脂を大気圧と減圧された間隙の圧力と
の差圧を利用して封止樹脂を充填した後、封止樹脂をフ
ィレット形成部6まで充填したら排気側バルブ9を閉
じ、給気側バルブ10をコンプレッサ側に開放し、間隙
4を加圧し、その後加圧しながら加熱して、封止樹脂を
加圧下でゲル化する。封止樹脂の硬化温度において、封
止樹脂および配線基板の揮発成分や水分が蒸発してボイ
ドが発生することを防止するため加圧を行うが、例えば
5〜7気圧程度の圧力で加圧を行う。また、封止樹脂の
加熱は、封止樹脂をゲル化までを行うには70℃〜18
0℃程度の加熱が望ましい。必要に応じて、封止樹脂が
ゲル化した後、半導体装置を半導体装置の製造装置から
取り出し、オーブン内で加熱して、必要な硬化物特性が
得られるまで封止樹脂を硬化する。封止樹脂がゲル化し
て取り出した後は、上記装置内に冷媒を流し、装置を急
冷して次のサイクルに備えることにより、生産性を上げ
る。
硬化前に加圧することにより、封止樹脂や配線基板内の
揮発成分、水分、封止樹脂の充填時に巻き込んだ空気な
どが封止樹脂中でボイドとなることを抑制できる。さら
に配線基板と半導体素子との間隙の減圧保持、封止樹脂
の大気圧との差圧による充填、封止樹脂の加圧下でのゲ
ル化の工程が本実施の形態の半導体装置の製造装置で全
て行えるため、製造プロセスの簡略化、時間の短縮がで
き、生産性が向上できる。また、加圧下で封止樹脂をゲ
ル化するため、封止樹脂の硬化温度を上げてもボイドの
発生を抑制できることからも、樹脂の硬化時間を短縮で
き、生産性が向上する。
気側バルブ10を封止樹脂ディスペンサ11側へ開放
し、注入孔を通じて、封止樹脂の大気圧と減圧された間
隙の圧力との差圧を利用して封止樹脂を充填する前に、
内蔵されているヒータを加熱して半導体装置を50℃〜
140℃程度に加熱する。本実施の形態によれば、封止
樹脂充填前に半導体装置を加熱することにより、粘度の
高い封止樹脂も粘度を低下させて、配線基板や半導体素
子との濡れ性も向上して、配線基板と半導体素子との間
隙に充填しやすくなり、差圧も手伝って、充填速度が増
し、封止樹脂内部に混入している空気などの排気も容易
となってボイドの発生を抑制し、生産性、信頼性が向上
する。
気側バルブ10を封止樹脂ディスペンサ11側へ開放
し、注入孔を通じて、封止樹脂を充填する場合に、封止
樹脂ディスペンサ11を外部から加圧して封止樹脂を吐
出し、減圧された間隙の圧力との差圧を利用して封止樹
脂を充填する。封止樹脂を充填して加圧状態を保持した
まま、その後の工程は、実施の形態1と同様に行い、樹
脂封止した半導体装置を得る。封止樹脂の充填圧は、大
気圧以上であればよいが、半導体装置の製造装置の温度
と封止樹脂の粘度、塗布に要する時間とで調整する。本
実施の形態によれば、封止樹脂は大気圧およびこれに加
圧した圧力と、配線基板1と半導体素子2との間隙の減
圧との差圧で充填するため、樹脂の粘度や、配線基板や
半導体素子との濡れ性等に大きく影響されることなく、
短時間で充填でき、かつ未充填がなく、さらに封止樹脂
中に混入している空気も圧縮して、そのまま封止樹脂を
硬化するため、より生産性が高く、半導体装置の信頼性
も高くなる。
減圧された間隙の圧力と大気圧との差圧を利用して封止
樹脂を充填し、その後半導体装置を製造装置から取り出
し、別の加圧硬化炉に入れ、加圧状態を保持したまま、
樹脂の硬化温度まで加熱して封止樹脂をゲル化する。必
要であれば、樹脂のゲル化後もそのまま加熱を続け、必
要な硬化物特性を得る。本実施の形態によれば、配線基
板1と半導体素子2との間隙を差圧で充填する工程と、
治具から取り出して、封止樹脂を加圧ゲル化する工程と
を分けて進めることにより、封止樹脂のゲル化、硬化を
バッチ処理することができ、生産性を向上することがで
きる。
度が低くて配線基板との濡れ性がよく注入性に優れた封
止樹脂Aと、比較的粘度が高くて配線基板との濡れ性が
悪く注入性に劣る封止樹脂Bを用い、実施の形態1〜6
に従って表2に示す条件で、半導体素子を配線基板に実
装し、間隙部に封止樹脂を充填して硬化した。得られた
特性を表2に合わせて記載する。
板1上の所定の接続端子と半導体素子2上の所定の接続
端子とをバンプを介して電気的に接合した半導体装置
を、まずオーブンに入れ、配線基板や半導体素子の表面
や内部に吸着している揮発性物質や水分を乾燥させる。
オーブンから取り出して所定時間内に、加熱したステー
ジ上に設置し、半導体素子の縁にそってディスペンスを
走らせて、L字状に上記実施例で用いたと同様の樹脂を
塗布する。塗布された封止樹脂は毛細管現象により配線
基板と半導体素子との間隙に充填される。配線基板と半
導体素子との間隙全体に封止樹脂が充填されると、ディ
スペンスで半導体素子全辺に封止樹脂を塗布してフィレ
ットを形成する。しかる後にオーブン中にて所定温度で
常圧で封止樹脂を硬化する。必要に応じてさらにオーブ
ン内で加熱し、必要な硬化物物性を得る。なお、上記樹
脂の充填条件と得られた特性を表2に示す。
との間隙を減圧状態に保持することにより、配線基板や
半導体素子の表面に吸着している水分や揮発成分を、樹
脂封止する前にあらかじめ除去することができるため、
従来封止樹脂中のボイド抑制のため行っていた配線基板
の乾燥工程を省略することができる。また、配線基板と
半導体素子との間隙のみを減圧状態に保持して、差圧を
利用して封止樹脂を充填するので、封止樹脂の粘度や、
配線基板やチップ表面と封止樹脂との濡れ性に制限され
ることなく、配線基板と半導体素子との間隙がさらに狭
くなっても、またバンプ間ピッチが狭くなっていって
も、封止樹脂の未充填がなく(封止樹脂A、Bに差な
し)、低温での充填も可能で、充填速度が増大し、充填
時間を大幅に短縮することができる。さらに外部から加
圧し、加圧状態を保持したまま樹脂の硬化温度まで加熱
し、封止樹脂を硬化させることにより、配線基板などの
部材や封止樹脂からの揮発成分の発生を抑えるのでクリ
ーンな環境を保持できると同時に、封止樹脂充填時に巻
き込んだ空気や部材に吸着しているガスや水分などが、
硬化温度において封止樹脂中でボイドとなるのを抑える
ことができる。また加圧に不活性ガスを用いた場合、半
導体装置の酸化劣化を防ぐことができる。さらに硬化温
度を上げて封止樹脂のゲル化時間を短縮できる。その結
果半導体装置の生産性と信頼性を高くすることが可能と
なる。
は、配線基板上に半導体素子を、バンプを介してフリッ
プチップ実装することによって上記配線基板と半導体素
子との間に生じる間隙に封止樹脂を充填する半導体装置
の製造装置であって、上記半導体素子のバンプの反対側
の周縁部から配線基板面にかけて、上記間隙を包囲する
ように設けたシール部材、上記シール部材に設けられ、
上記間隙に封止樹脂を注入する封止樹脂注入孔、および
上記シール部材に上記封止樹脂注入孔に対向して設けら
れ、上記間隙を排気して減圧する排気孔を備えたもの
で、工程の簡略化と封止時間の短縮が可能で、配線基板
と半導体素子との間隙、バンプ間ピッチが狭くなる等封
止条件に変化があっても、封止樹脂の未充填や封止樹脂
への空気の巻き込みが防止されるという効果がある。
上記第1の半導体装置の製造装置において、封止樹脂を
加圧する加圧手段を備えたもので、封止樹脂中のボイド
の発生が防止されるという効果がある。
上記第1または第2の半導体装置の製造装置において、
封止樹脂を加熱する加熱手段を備えたもので、粘度の高
い封止樹脂を用いることができる。
配線基板上に半導体素子を、バンプを介してフリップチ
ップ実装することによって上記配線基板と半導体素子と
の間に生じる間隙に封止樹脂を充填する半導体装置の製
造方法において、上記第1ないし第3のいずれかの半導
体装置の製造装置を配線基板と半導体素子に密着させ
て、排気孔から間隙を排気して減圧する工程、および封
止樹脂注入孔から封止樹脂を充填する工程を施す方法
で、工程を簡略化と封止時間の短縮が可能で、配線基板
と半導体素子との間隙、バンプ間ピッチが狭くなる等封
止条件に変化があっても、封止樹脂の未充填や封止樹脂
への空気の巻き込みが防止されるという効果がある。
上記第1の半導体装置の製造方法において、排気する工
程後、封止樹脂を充填する工程を施す方法で、均一に樹
脂を充填できるという効果がある。
上記第1の半導体装置の製造方法において、封止樹脂
を、大気圧と減圧された間隙の圧力との差圧により充填
する方法で、工程を簡略化と封止時間の短縮が可能で、
配線基板と半導体素子との間隙、バンプ間ピッチが狭く
なる等封止条件に変化があっても、封止樹脂の未充填が
防止されるという効果がある。
上記第1の半導体装置の製造方法において、封止樹脂
を、加圧と減圧された間隙の圧力との差圧により充填す
る方法で、特に充填時間が短縮されるという効果があ
る。
上記第1ないし第4のいずれかの半導体装置の製造方法
において、間隙の封止樹脂を加圧しながら硬化する工程
を施す方法で、特にボイドの発生を抑制するという効果
がある。
上記第1ないし第4のいずれかの半導体装置の製造方法
において、間隙の封止樹脂をバッチ処理で硬化する工程
を施す方法で、特に生産性が向上するという効果があ
る。
導体装置の製造装置に設置した状態を示す構成図であ
る。
ル部材、5 間隙、7排気孔、8 封止樹脂注入孔、1
4 加圧手段。
Claims (9)
- 【請求項1】 配線基板上に半導体素子を、バンプを介
してフリップチップ実装することによって上記配線基板
と半導体素子との間に生じる間隙に封止樹脂を充填する
半導体装置の製造装置であって、上記半導体素子のバン
プの反対側の周縁部から配線基板面にかけて、上記間隙
を包囲するように設けたシール部材、上記シール部材に
設けられ、上記間隙に封止樹脂を注入する封止樹脂注入
孔、および上記シール部材に上記封止樹脂注入孔に対向
して設けられ、上記間隙を排気して減圧する排気孔を備
えた半導体装置の製造装置。 - 【請求項2】 封止樹脂を加圧する加圧手段を備えたこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造装
置。 - 【請求項3】 封止樹脂を加熱する加熱手段を備えたこ
とを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体
装置の製造装置。 - 【請求項4】 配線基板上に半導体素子を、バンプを介
してフリップチップ実装することによって上記配線基板
と半導体素子との間に生じる間隙に封止樹脂を充填する
半導体装置の製造方法において、請求項1ないし請求項
3のいずれかに記載の半導体装置の製造装置を配線基板
と半導体素子に密着させて、排気孔から上記間隙を排気
して減圧する工程、および封止樹脂注入孔から封止樹脂
を充填する工程を施す半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 排気する工程後、封止樹脂を充填する工
程を施すことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項6】 封止樹脂を、大気圧と減圧された間隙の
圧力との差圧により充填することを特徴とする請求項4
に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 封止樹脂を、大気圧およびこれに加圧し
た圧力と減圧された間隙の圧力との差圧により充填する
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項8】 間隙の封止樹脂を加圧しながら硬化する
工程を施すことを特徴とする請求項4ないし請求項7の
いずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 間隙の封止樹脂をバッチ処理で硬化する
工程を施すことを特徴とする請求項4ないし請求項7の
いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
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JP2001032076A JP2002237496A (ja) | 2001-02-08 | 2001-02-08 | 半導体装置の製造装置およびこれを用いた半導体装置の製造方法 |
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