JP2004006935A

JP2004006935A - 封止部材の製造方法、およびその封止部材を用いた半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2004006935A
Application number: JP2003199650A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Kanno; 閑野　義則
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: JP3947502B2

Abstract

【目的】半導体装置の耐湿信頼性を向上させ、さらに装置製造工程の短縮させることを目的とする。
【構成】半導体チップ１１には、その周縁部分にのみ電極１２が配置されている。凸部１６は、パッケージ基板１３における半導体チップ１１を搭載する面の中央部、すなわち半導体チップの電極１２によって囲まれた部分に設けられている。この凸部１６が設けられたパッケージ基板１３上に異方導電性フィルム（ＡＣＦ）１７を接合させると、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）１７の半導体チップ１１を搭載する方の表面は凸状になる。従って、半導体チップ１１を上方から圧着させると、中央部分から周縁部分に向かって順に半導体チップ１１と異方導電性フィルム（ＡＣＦ）１７が接合していく。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にＣＳＰ（Ｃｈｉｐ　Ｓｉｚｅ　Ｐａｃｋａｇｅ）及びＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ　Ｃｈｉｐ　Ｍｏｄｕｌｅ）構造を持つ半導体装置の製造方法に関するもの、並びに封止部材の製造方法及び製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の高密度実装化に伴い、新しいパッケージ構造として、半導体チップを実装する時のパッケージの上面面積がほぼ半導体チップの面積に近いＣＳＰや１個のパッケージ基板の中に複数の半導体チップを搭載するＭＣＭが登場している。
【０００３】
ＣＳＰ構造を持つ半導体装置の場合について説明する。半導体チップを搭載するための基板（以後、パッケージ基板と呼ぶことにする。）の表面には電極が形成されており、一方、半導体チップのパッケージ基板と電気的に接続する方の面には、パッケージ基板上の電極に対向する位置に電極が形成されている。これらの電極はパッケージ基板に形成された回路によりパッケージ基板の裏面（半導体チップを搭載しない方の面）の外部端子である半田ボールと電気的に接続されている。パッケージ基板としては、セラミック基板あるいは有機基板が用いられる。
【０００４】
近年、半導体チップと基板との接合部分の微細化が進んでおり、これらを電気的に接続するために、柔軟性に富んだ導電性物質、特に異方導電性フィルム（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｆｉｌｍ　：　ＡＣＦ）を間に挟む技術が適用されている。
【０００５】
この異方導電性フィルム（ＡＣＦ）はその中に微小な導電性粒子を分散させた有機フィルムであり、半導体チップとパッケージ基板との間に挟んで圧力をかけて固化させることによって、半導体チップの電極とパッケージ基板の電極との間で導電性粒子同士を接触させる。この導電性粒子により、半導体チップの電極とパッケージ基板の電極が電気的に接続される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体チップとパッケージ基板との間に上記の異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を挟んで両者を電気的に接続する半導体装置においては、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を電極が配置されたパッケージ基板上に接合すると、電極の厚みの影響で異方導電性フィルム（ＡＣＦ）の半導体チップとの接合面には凹凸ができてしまう。従って、特に大型の半導体チップを使用する場合、半導体チップと異方導電性フィルム（ＡＣＦ）との間の接合部に巻き込みボイドと呼ばれる空気の泡が生じやすくなる。
【０００７】
この巻き込みボイド中には空気中の水分が含まれており、また、大気中の水分も異方導電性フィルムを通して巻き込みボイド中に入ってくる。この状態で半導体装置が高温状態になった場合、水分が蒸発して半導体装置外部に出て行こうとする。
【０００８】
この時、半導体装置外部に出て行くことができる水分量は限られているので、半導体装置外部に出て行くことができなかった水分（蒸気）は膨張してパッケージ等の破損を招く。すなわち、パッケージ基板を実装する時の耐熱性（リフロー耐性）が劣化する。また、基板を実装する際に前述のような問題が生じなくとも、実際に使用する時に耐湿性の劣化を生じ、動作不良に至る。
【０００９】
本発明は、上記の問題点を除去し、半導体装置の耐湿信頼性及びリフロー耐性を向上させることを目的とし、さらに様々な半導体チップに対して応用すること、装置製造工程の短縮、部材管理の軽減をも目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、以下に述べるような手段を用いて上記の課題を解決する。半導体装置の製造方法において、半導体装置の耐湿信頼性を向上させるために、パッケージ基板の封止部材との接合面上に凸部を設ける。この凸部は、パッケージ基板上の電極で囲まれた領域内に設けられる。そして、凸部の形状は、パッケージ基板上に接合した封止部材の形状を、半導体チップとパッケージ基板の接合時に半導体チップの中央部分から接合し始めて、その後半導体チップの周縁部分に向かって順に接合していくような形状にすることができる形状になっている。
【００１１】
また、電極が半導体チップの片面の周縁部のみに配置された半導体チップだけでなく、全域に配置された半導体チップをパッケージ基板に接合する場合においても、半導体装置の耐湿信頼性を向上させるために、半導体装置の製造方法において、中央部分の断面形状が凸状になった封止部材を用いる。
【００１２】
さらに、装置製造工程の短縮、部材管理の軽減のために、中央部分が断面形状の封止部材を形成する工程と、その封止部材を挟んで半導体チップとパッケージ基板を接合する工程を同一工程内で行う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態をＣＳＰ（Ｃｈｉｐ　Ｓｉｚｅ　Ｐａｃｋａｇｅ）に適用する場合において、以下に図を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す半導体装置の製造方法を表す。図１（ａ）に示すように、半導体チップ１１には、その周縁部分にのみ電極１２が配置されている。一方、パッケージ基板１３の半導体チップ１１を搭載する方の面（パッケージ基板の表面）にも、半導体チップ１１の電極１２に対向する位置に電極１４が配置されている。そして、パッケージ基板の電極１４で囲まれた範囲（ボンディングエリア）の実質的な中央部分には、凸部１５が設けられている。この凸部１５は、パッケージ基板の半導体チップを搭載する方の面からの高さが、その実質的な中央部分が最も高く、その周縁部分に向かって順に低くなった形状になっている。また、凸部１５は、半導体チップとパッケージ基板とを異方導電性フィルム（ＡＣＦ）１６を間に挟んで電気的に接続させた時に、その凸部１５の最上面と半導体チップ１１との間隔が半導体チップ１１の電極１２とパッケージ基板１３の電極１４との間隔よりも広くなるように設けられている。１６は異方導電性フィルム（ＡＣＦ）で、柔軟性に富み、かつ内部に微小な導電性粒子を分散させた有機フィルムである。
【００１５】
次に図１（ｂ）に示すように、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）１６を凸部１５が設けられたパッケージ基板１３の表面に接合させると、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）１６は、前述の凸部１５の形状を反映した形状になる。
【００１６】
次に図１（ｃ）に示すように、半導体チップ１１とパッケージ基板１３と電気的に接続させるために両者を近付ける。この時まず、半導体チップ１１の中央部分が凸状になった異方導電性フィルム（ＡＣＦ）１６と接触する。
【００１７】
その後、図１（ｄ）に示すように、さらに半導体チップ１１を上方から圧着させると、半導体チップ１１と異方導電性フィルム（ＡＣＦ）１６とがそれらの中央部分から周縁部分に向かって順に接合していく。この時同時に、半導体チップ１１の中央部分から周縁部分に向かって空気が押し出される。
【００１８】
従って、半導体チップ１１とパッケージ基板１３との間の巻き込みボイド発生を防止することができる。また、凸部１５を設けることによって、その凸部１５の体積分だけ従来よりも半導体装置内部に含まれる異方導電性フィルム（ＡＣＦ）１６の量を低減させることができる。半導体装置内部に含まれる異方導電性フィルム（ＡＣＦ）１６の量が減少すれば、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）１６の吸湿量も絶対的に減少する。
【００１９】
また、凸部１５は、半導体チップとパッケージ基板とを異方導電性フィルム（ＡＣＦ）１６を間に挟んで電気的に接続させた時に、その凸部１５の最上面と半導体チップ１１との間隔が半導体チップ１１の電極１２とパッケージ基板１３の電極１４との間隔よりも広くなるように設けられている。すなわち、半導体チップ１１とパッケージ基板１３とを、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）１６を間に挟んで電気的に接続させるために圧着させても、凸部１５は半導体チップ１１に接触することはない。従って、凸部１５によって半導体チップ１１に損傷や反りが発生することはない。
【００２０】
これらの結果、半導体チップの損傷や反りを発生させることなく、半導体装置内に吸収される水分量を低減、つまり半導体装置の耐湿信頼性を向上させ、半導体装置の保管時の吸湿によるパッケージのリフロー耐性の低下を防止することができる。
【００２１】
図２は、本発明の第２の実施の形態を示す。図２（ａ）において、半導体チップ２１とパッケージ基板２３には、それぞれ電極２２あるいは電極２４が形成されており、電極２２と電極２４は対向した位置にある。また、これらの電極は、半導体チップ２１あるいはパッケージ基板２３の周辺又は全面に位置している。２６は異方導電性フィルム（ＡＣＦ）で、柔軟性に富み、かつ内部に微小な導電性粒子を分散させた有機フィルムである。また、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）２６は、少なくとも一つのフィルム面の中央部断面形状が凸状になっている。
【００２２】
次に、図２（ｂ）に示すように、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）２６をパッケージ基板２３上に接合させた後、半導体チップ２１を上方から圧着させると、半導体チップ２１と異方導電性フィルム（ＡＣＦ）２６がそれらの中央部分から接合し始め、その後図２（ｃ）に示すように、周縁部分に向かって順に接合していく。この時同時に、半導体チップ２１と異方導電性フィルム（ＡＣＦ）２６との接合部分の中央部分から周縁部分に向かって空気が押し出されていく。その結果、半導体チップ２１とパッケージ基板２３との間の巻き込みボイドの発生を防止することができ、耐湿信頼性が向上する。
【００２３】
また、第２の実施の形態では、第１の実施の形態のようにパッケージ基板２３上に凸部を設ける必要がないため、従来から使用していたパッケージ基板２３をそのまま使用することができるので価格の増加を抑えることができる。
【００２４】
図３は、本発明の第３の実施の形態を示しており、中央部分断面形状が凸状に形成された異方導電性フィルム（ＡＣＦ）の製造方法である。
【００２５】
図３（ａ）において、３５は、断面形状が凹状になった凸状異方導電性フィルム形成部、３６は中央部断面形状が凸状に形成される前の異方導電性フィルムである。
【００２６】
まず、図３（ｂ）に示すように、中央部断面形状が凸状に形成される前の異方導電性フィルム（ＡＣＦ）３６に、断面形状が凹状になった凸状異方導電性フィルム形成部３５を圧接して、異方導電性フィルムの中央部断面形状を凸状に形成する。
【００２７】
次に、図３（ｃ）に示すように、凸状異方導電性フィルム形成部３５を異方導電性フィルムから離す。この時、凸状異方導電性フィルム形成部３５の温度は異方導電性フィルム（ＡＣＦ）３６が軟化する温度付近に保持されており、かつ、凸状異方導電性フィルム形成部３５における異方導電性フィルム（ＡＣＦ）３６との接触部分は異方導電性フィルム（ＡＣＦ）３６との離型性が良くなるように、例えばテフロン（登録商標）加工されているか、あるいは異方導電性フィルム（ＡＣＦ）３６との離型性が良好な素材でできているので、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）３６から凸状異方導電性フィルム形成部３５を離しても、中央部分の断面形状が凸状に保持されたままの異方導電性フィルム（ＡＣＦ）３７を形成することができる。
【００２８】
最後に、図３（ｄ）に示すように、パッケージ基板上のボンディングエリアよりも大きい面積の形状に切り離す。
【００２９】
ここでは、凸状異方導電性フィルム形成部３５は異方導電性フィルム（ＡＣＦ）３６を圧接することしかできないような形状になっているが、圧接と切り離しが同時にできるように図３（ｅ）のような形状にすれば、製造工程の短縮が可能となる。
【００３０】
図４は、本発明の第４の実施の形態である半導体装置の製造方法を示す。まず、図４（ａ）に示すように、パッケージ基板上のボンディングエリアよりも大きい面積を有するサイズに加工した異方導電性フィルム（ＡＣＦ）４６をパッケージ基板４３上に接合させる。
【００３１】
次に、図４（ｂ）に示すように、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）４６の軟化する温度付近に温度を保持した凸状異方導電性フィルム（ＡＣＦ）形成部４５を異方導電性フィルム（ＡＣＦ）４６に圧接して、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）４６の中央部分の断面形状が凸状になるようにする。
【００３２】
最後に、図４（ｃ）に示すように、半導体チップ４１とパッケージ基板４３の接続温度に保った半導体チップを保持する機器４７を用いて、半導体チップ４１を上方から異方導電性フィルム（ＡＣＦ）４６に圧接する。その結果、図４（ｄ）に示すように、半導体装置内における巻き込みボイドの発生を防止した半導体装置を製造することができる。
【００３３】
以上のように、中央部分の断面形状が凸状になった異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を形成する工程と、それを挟んで半導体チップ４１とパッケージ基板４３とを電気的に接続する工程とを同一工程で実行できるようにしたので、各パッケージ毎に異方導電性フィルム（ＡＣＦ）の在庫を持つ必要がなくなる。その結果、部材管理を軽減することができる。
【００３４】
また、パッケージ基板４３の温度を、半導体チップ４１とパッケージ基板４３が接続する時の温度に加熱しておけば、半導体チップを保持する機器４７の温度を下げることができるので、半導体チップ４１とパッケージ基板４３の接合後の熱収縮により生じる応力を緩和することができる。その結果、半導体チップ４１やパッケージ基板４３の損傷や接続不良を防止することができる。
【００３５】
また、図５及び図６に示すように、基板に複数の半導体チップを搭載するＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ　Ｃｈｉｐ　Ｍｏｄｕｌｅ）構造を持つ半導体装置を製造する場合にも、上記の第１から第４の実施の形態を実行することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置の製造方法では、パッケージ基板上に設けられた凸部により、その凸部上に接合した柔軟性に富む導電性物質（実施の形態における異方導電性フィルム（ＡＣＦ））は、半導体チップとパッケージ基板の接合時には半導体チップの中央部分から周縁部分に向かって順に接合していくような形状になるので、半導体装置の中央部分から周縁部分に向かって空気が押し出される。従って、半導体装置内における巻き込みボイドの発生を防止し、半導体装置の耐湿信頼性を向上させることができる。
【００３７】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、半導体チップとパッケージ基板とを電気的に接続する際に用いる封止部材として、一方の面の中央部分の断面形状が凸状になっている異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を使用することにより、半導体チップとパッケージ基板の接合時に半導体チップの中央部分から周縁部分に向かって異方導電性フィルム（ＡＣＦ）が順に接合していく。この時、半導体装置の中央部分から周縁部分に向かって空気が押し出されるので、半導体装置内における巻き込みボイドの発生を防止することができる。その結果、半導体装置の耐湿信頼性を向上させることができる。
【００３８】
その上、パッケージ基板の中央部分に凸部を設けずに、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）の中央部分の断面形状を凸状にしているので、その異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を半導体チップとパッケージ基板の間に挟めば、電極を半導体チップの片方の全面に配置したエリアバンプ型の半導体チップをその半導体チップに対応したパッケージ基板に接合しても、半導体装置内における巻き込みボイドの発生を防止し、半導体装置の耐湿信頼性を向上させることができる。
【００３９】
さらに、中央部分の断面形状が凸状になった異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を形成する工程と、その異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を間に挟んで半導体チップとパッケージ基板とを電気的に接続する工程を同一装置内に組み込むことにより、各パッケージ毎に異方導電性フィルム（ＡＣＦ）の在庫を持つ必要がなくなる。その結果、部材管理を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるパッケージ基板上に凸部を設けた半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態における中央部分の断面形状が凸状になった異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を用いて製造する半導体装置の断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態における中央部分の断面形状が凸状になった異方導電性フィルム（ＡＣＦ）の製造方法である。
【図４】本発明の第４の実施の形態における中央部分の断面形状が凸状になった異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を用いた半導体装置の製造方法である。
【図５】半導体チップ搭載面の中央部に凸部を設けたパッケージ基板に複数の半導体チップを搭載する半導体装置の製造方法である。
【図６】中央部分の断面形状が凸状になった異方導電性フィルム（ＡＣＦ）を用いることによって複数の半導体チップを搭載する半導体装置の製造方法である。
【符号の説明】
１１，２１，４１，５１，６１：半導体チップ
１２，２２，４２，５２，６２：電極（半導体チップ側）
１３，２３，４３，５３，６３：パッケージ基板
１４，２４，４４，５４，６４：電極（パッケージ基板側）
１５，５５：凸部
１６，２６，３６，４６，５６，６６：異方導電性フィルム（ＡＣＦ）
３５，４５，６５：凸状異方導電性フィルム（ＡＣＦ）形成部
３７：凸状異方導電性フィルム（ＡＣＦ）
３８：圧接と切り離しが同時にできる凸状異方導電性フィルム（ＡＣＦ）形成部
４７：半導体チップを保持する機器

Claims

少なくとも一方の面の中央部断面形状が凸状になっている封止部材の製造方法において、前記封止部材を象る部分の形状が凹状になっている封止部材製造装置を用いることを特徴とする封止部材の製造方法。
請求項１記載の封止部材の製造方法において、前記封止部材製造装置を、前記封止部材がその軟化点温度に保持されたまま前記封止部材に圧接することを特徴とする封止部材の製造方法。
請求項１記載の封止部材の製造方法において、前記封止部材製造装置は、前記封止部材を象る部分の形状が、その周縁部分から中央部分に向かって窪んだ形状になっていることを特徴とする封止部材の製造方法。
請求項１記載の封止部材の製造方法において、前記封止部材製造装置は、前記封止部材への接触部分が、前記封止部材の凸部の表面が滑らかな形状に製造することができるように加工されているか、あるいは前記封止部材の凸部の表面が滑らかな形状に製造することができるような素材でできていることを特徴とする封止部材の製造方法。
請求項１記載の封止部材の製造方法において、少なくとも一方の面の中央部断面形状が凸状になっている封止部材を形成するための圧接をする工程と、切り離す工程とを同時に行うことを特徴とする封止部材の製造方法。
請求項１〜５のいずれか１つに記載された封止部材の製造方法により製造された前記封止部材を基板上に形成する工程と、
前記封止部材を介して前記基板上に半導体チップを形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。