JP2004273554A - 中空構造を有する半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ベアチップ部品の機能素子領域に液状封止樹脂が付着するのを防ぐことができ、歩留まりを向上できる中空構造または中空気密構造を有する半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体素子１の一方主面側を実装基板６に向け、ベアチップ部品の入出力電極３と実装基板６の接続電極４とを、はんだ、導電性ペーストまたは金バンプなど金属間化合物層を有する超音波接合などによる金属接合部５によって電気的に接合する。半導体素子１全体を覆う液状封止樹脂７とは異なる熱硬化性液状インナー樹脂８を半導体素子１の入出力電極３の周囲の実装基板６上に塗布装置１０を用いて微量塗布する。半導体素子１全体を覆うように液状封止樹脂７を塗布装置１０を用いて実装基板６上に塗布し、その後加熱する。
【選択図】 図１
【解決手段】半導体素子１の一方主面側を実装基板６に向け、ベアチップ部品の入出力電極３と実装基板６の接続電極４とを、はんだ、導電性ペーストまたは金バンプなど金属間化合物層を有する超音波接合などによる金属接合部５によって電気的に接合する。半導体素子１全体を覆う液状封止樹脂７とは異なる熱硬化性液状インナー樹脂８を半導体素子１の入出力電極３の周囲の実装基板６上に塗布装置１０を用いて微量塗布する。半導体素子１全体を覆うように液状封止樹脂７を塗布装置１０を用いて実装基板６上に塗布し、その後加熱する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ベアチップ部品の機能素子領域を有する面を実装基板側に向けて搭載し、前記機能素子領域を中空構造に気密封止した半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置には、ベアチップ構造のＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）フィルタを実装基板上に搭載したものがあった。例えば、特許文献１にはこの種の半導体装置が開示される。特許文献１によるベアチップ構造のＳＡＷフィルタは、ガラスを材料とする基体、前記基体の一方の主面に設けられた機能素子領域、前記機能素子領域の両端側に設けられた表面波吸収用のシリコンダンパー、および前記基体の一方の主面の隅部に設けられた入出力電極から構成される。
【０００３】
前記ＳＡＷフィルタは基体の一方の主面側を実装基板に向けて搭載され、ＳＡＷフィルタの入出力電極と実装基板の接続電極とは、はんだ、導電性ペーストまたは超音波接合による金属間結合などによって接合される。この状態で、ＳＡＷフィルタはさらに、硬化した液状封止樹脂で覆われており、ＳＡＷフィルタと実装基板との間隙は中空気密構造になっている。
【０００４】
ここで、機能素子領域には圧電体であるＺｎＯ膜が形成され、その表面には櫛形の電極が設けられている。この機能素子領域は表面波の発生および受信を行いフィルタとして機能する。この機能素子領域に異物が付着するとフィルタとしての特性が劣化する。特許文献１に開示される半導体装置の実装構造においては、液状封止樹脂が浸透圧作用によってＳＡＷフィルタと実装基板との間隙から進入し、機能素子領域に付着してしまう不具合が発生しやすい。この不具合を防ぐためには、液状封止樹脂の保管、作業環境の温度および湿度等の管理を徹底する必要があるが、十分な管理は非常に困難である。
【０００５】
上記不具合を避けるために、特許文献２に開示される半導体装置では、基板側ダムが形成された実装基板上に、チップ側ダムが形成されたベアチップ構造のＳＡＷフィルタをフリップチップ実装して、ＳＡＷフィルタと実装基板との間に、ＳＡＷフィルタの機能素子領域と入出力電極との間を遮るとともに、機能素子領域とこれに対向する実装基板表面との間にギャップを形成する仕切りを設けることによって中空構造を形成している。
【０００６】
また、特許文献３に開示される半導体装置では、ＳＡＷフィルタを覆うように絶縁性のフィルムを配置し、ＳＡＷフィルタと絶縁性フィルムとの間に、空気、窒素、アルゴン等の気体を含ませ、さらに絶縁性のフィルムを液状封止樹脂によって覆い、加熱硬化させている。加熱硬化させると、ＳＡＷフィルタと絶縁性のフィルムとの間の気体が熱によって膨張するとともに、液状封止樹脂が硬化するため、絶縁性フィルムが中空部を保ったまま固定される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−９７４７９号公報（第２頁乃至第３頁、図１）
【特許文献２】
特開平１０−３２１６６６号公報（第２頁乃至第３頁、図１）
【特許文献３】
実開平７−１４６５１号公報（第２頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、特許文献２の半導体装置では、基板側ダムが形成された実装基板上に、チップ側ダムが形成されたＳＡＷフィルタをフリップチップ実装するため、ＳＡＷフィルタの実装精度、および形成された基板側ダムまたはチップ側ダムの高さのばらつきなどによって、ギャップを形成する仕切りがＳＡＷフィルタの機能素子領域とこれに対向する実装基板の表面との間で密閉できない場合がある。この場合、液状封止樹脂が仕切りを越えてＳＡＷフィルタの機能素子領域に進入する可能性があり、ＳＡＷフィルタとしての機能が作用しない。したがって、製造ロットによってＳＡＷフィルタの特性がばらつき、半導体装置の歩留まりが低くなるという課題があった。
【０００９】
また、特許文献３の半導体装置では、ＳＡＷフィルタと絶縁性フィルムとの間に空気、窒素、アルゴン等の気体を含ませているが、一定量を含ませたことを確認することができないため、十分な中空部を形成できたか否かを確認することができない。十分な中空部が形成できないとＳＡＷフィルタとしての機能が作用しないため、ＳＡＷフィルタの特性が製造ロットによってばらつき、半導体装置の歩留まりが低くなるという課題があった。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ベアチップ部品の機能素子領域に液状封止樹脂が付着するのを防ぐことができ、歩留まりを向上できる中空構造を有する半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る中空構造を有する半導体装置は、ベアチップ部品全体を覆うように実装基板上に配置された熱硬化性樹脂と、ベアチップ部品と前記実装基板との電気的接合部の周囲に、前記ベアチップ部品と前記実装基板との間隙を部分的に充填するように配置された、前記熱硬化性樹脂とは異なる物性および硬化特性を有する第２の樹脂とを備えたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の様々な実施の形態を説明する。
実施の形態１．
図１（ａ）はこの発明の実施の形態１による半導体装置の断面図である。図に示すように、半導体装置は、半導体素子１、機能素子領域２および入出力電極３を備えたベアチップ部品が実装基板６上にフリップチップ実装されて構成される。半導体素子１は一方の主面側に機能素子領域２および入出力電極３を備え、この面が実装基板６に向けて搭載されている。実装基板６は表面に接続電極４を有し、ベアチップ部品の入出力電極３が金属接合部５によって実装基板６の接続電極４と接合される。半導体素子１は全体を熱硬化性の液状封止樹脂７で覆われており、入出力電極３の周囲は液状封止樹脂７とは異なる熱硬化性液状インナー樹脂（第２の樹脂）８で覆われている。また、図１（ｂ）は半導体素子１がＣＣＤ素子のような撮像機能を有する半導体装置の断面図である。図に示すように、実装基板６は機能素子領域２が搭載される位置に相当する位置に開口部５０を有するが、その他の機能は図１（ａ）に示すものと同様である。
【００１３】
熱硬化性液状インナー樹脂８は、半導体素子１全体を覆う液状封止樹脂７と同等組成であるが、粘度、チクソ性（エマルジョンの流動性）、硬化温度などの物性や硬化特性が異なる樹脂である。粘度、チクソ性および硬化温度が以下の関係を有する樹脂を熱硬化性液状インナー樹脂８として使用する。
粘度 ：熱硬化性液状インナー樹脂８＞液状封止樹脂７
チクソ性：熱硬化性液状インナー樹脂８＞液状封止樹脂７
硬化温度：液状封止樹脂７＞熱硬化性液状インナー樹脂８
【００１４】
例えば、以下のような物性値を有する樹脂を用いてもよい。
（１）粘度（ｍＰａ・ｓ）：
熱硬化性液状インナー樹脂８…１５，０００
液状封止樹脂７…５，０００
（２）チクソ指数（２．５ｒｐｍ／１０ｒｐｍ）：
熱硬化性液状インナー樹脂８…２．０以上
液状封止樹脂７…１．０以下
（３）硬化温度（℃）：
熱硬化性液状インナー樹脂８…８０
液状封止樹脂７…１５０
【００１５】
図２は図１（ａ）の半導体装置の製造過程を示す図である。この図を参照して図１（ａ）の半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、半導体素子１の一方の主面側を実装基板６に向け、ベアチップ部品の入出力電極３と実装基板６の接続電極４とを、はんだ、導電性ペーストまたは金バンプなど金属間化合物層を有する超音波接合などによる金属接合部５によって電気的に接合する。
【００１６】
続いて、図２（ｂ）に示すように、半導体素子１全体を覆う液状封止樹脂７とは異なる熱硬化性液状インナー樹脂８を半導体素子１の入出力電極３の周囲の実装基板６上に塗布装置１０を用いて微量塗布し、しばらく放置する。熱硬化性液状インナー樹脂８は毛細管現象によって金属接合部５の周辺および半導体素子１の側部と実装基板６との間隙に充填されていき、中空部９を形成する。熱硬化性液状インナー樹脂８の塗布量は、半導体素子１と実装基板６との間隙の一部のみを充填し機能素子領域２までは充填しない適量に調整されている。
【００１７】
続いて、図２（ｃ）に示すように、半導体素子１全体を覆うように液状封止樹脂７を塗布装置１０を用いて実装基板６上に塗布し、その後加熱する。加熱することによって液状封止樹脂７および熱硬化性液状インナー樹脂８が硬化して中空部９の気密性が高まる。図２（ｄ）は、液状封止樹脂７および熱硬化性液状インナー樹脂８が硬化した状態を示す。硬化温度は熱硬化性液状インナー樹脂８の方が液状封止樹脂７よりも低いため、熱硬化性液状インナー樹脂８の方が液状封止樹脂７より先に硬化する。したがって、液状封止樹脂７が半導体素子１と実装基板６との間隙を通って中空部９に進入するのを防ぐことができる。
【００１８】
半導体素子１全体を覆うように液状封止樹脂７を塗布する方法、または熱硬化性液状インナー樹脂８を半導体素子１の周囲に塗布する方法として、ディスペンサーなどを用いて滴下する方法や、印刷マスクユニットを用いスキージによってマスクの開口部に封止樹脂を流し込む方法等がある。
【００１９】
なお、熱硬化性液状インナー樹脂８のチクソ性および粘度をより高くすることによって実装基板６上に塗布された形状を保持させることができ、塗布直後の熱硬化性液状インナー樹脂８自体の中空部９への進入をより確実に防ぐことができる。
【００２０】
以上のように、この実施の形態１によれば、液状封止樹脂７とは物性および硬化特性が異なる熱硬化性液状インナー樹脂８を、半導体素子１の入出力電極３と実装基板６の接続電極４との金属接合部５の周囲に塗布して、液状封止樹脂７と熱硬化性液状インナー樹脂８とを熱硬化させるようにしたので、液状封止樹脂７が中空部９に進入しようとする経路を塞ぎ、機能素子領域２に液状封止樹脂７が付着するのを防ぐことができる効果が得られ、中空構造または中空気密構造を有する半導体装置を得ることができる。
【００２１】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による半導体装置の断面図である。図１（ａ）と共通する要素には同一符号を付し、その説明を省略する。この実施の形態２による半導体装置の実装基板６’は、半導体素子１が搭載される位置に、気体を送入するための穴２０を有する。
【００２２】
図４は図３の半導体装置の製造過程を示す図である。この図を参照して図３の半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、半導体素子１の一方の主面側を実装基板６’に向け、ベアチップ部品の入出力電極３と実装基板６の接続電極４とを、はんだ、導電性ペーストまたは金バンプなど金属間化合物層を有する超音波接合などによる金属接合部５によって電気的に接合する。
【００２３】
続いて、図４（ｂ）に示すように、塗布装置１０を用いて液状封止樹脂７を半導体素子１全体を覆うように実装基板６上に塗布する。半導体素子１全体を覆うように液状封止樹脂７を塗布する方法として、ディスペンサーなどを用いて滴下する方法や、印刷マスクユニットを用いスキージによってマスクの開口部に封止樹脂を流し込む方法等がある。
【００２４】
続いて、図４（ｃ）に示すように、半導体素子１全体を覆うように塗布された液状封止樹脂７を加熱して熱硬化させる。これと同時に、半導体素子１と実装基板６との間の中空部９に、気体送風ノズル２１を用いて穴２０から気体を送入し、中空部９を与圧する。中空部９の与圧値は外気圧の１．１倍〜１．５倍程度が望ましい。実装基板６の穴２０の面積は実装する半導体素子１の面積の１／８以下が望ましい。また、実装基板６の穴２０から中空部９に送り込む気体は、乾燥空気、窒素、アルゴン等が望ましい。このように、液状封止樹脂７を加熱硬化するのと同時に中空部９を与圧することによって、液状封止樹脂７が中空部９を保ったまま固定される。
【００２５】
以上のように、この実施の形態２によれば、半導体素子１全体を液状封止樹脂７によって封止して加熱硬化する工程で、実装基板６’の穴２０から半導体素子１と実装基板６との間に気体を送り込んで中空部９を与圧するようにしたので、液状封止樹脂７が中空部９に進入することを防ぎ、機能素子領域２に液状封止樹脂７が付着するのを防ぐことができる効果が得られ、中空構造を有する半導体装置を得ることができる。
【００２６】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による半導体装置の断面図である。図１（ａ）と共通する要素には同一符号を付し、その説明を省略する。この実施の形態３による半導体装置は、液状封止樹脂７と半導体素子１との間に半導体素子１全体を覆うように配置される熱硬化性および絶縁性を有する熱硬化絶縁性フィルム３０を備える。
【００２７】
図６は図５の半導体装置の製造過程を示す図である。この図を参照して図５の半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、半導体素子１の一方の主面側を実装基板６に向け、ベアチップ部品の入出力電極３と実装基板６の接続電極４とを、はんだ、導電性ペーストまたは金バンプなど金属間化合物層を有する超音波接合などによる金属接合部５によって電気的に接合する。
【００２８】
続いて、図６（ｂ）に示すように、熱硬化絶縁性フィルム３０を半導体素子１の全体を覆うように実装基板６上に配置する。熱硬化絶縁性フィルム３０は、例えばポリイミド樹脂で形成してもよいが他の樹脂を用いてもよく、絶縁性があり液状封止樹脂７の硬化温度以下で軟化して半導体素子１および実装基板６に密着し、液状封止樹脂７の硬化温度で硬化する性質を備えた樹脂を用いてもよい。
【００２９】
続いて、図６（ｃ）に示すように、熱硬化絶縁性フィルム３０で覆った半導体装置を減圧炉３１内に入れ、熱硬化絶縁性フィルム３０と実装基板６とに囲まれた空間の気圧を一時的に下げて、熱硬化絶縁性フィルム３０と半導体素子１および実装基板６との密着性を上げる。減圧炉３１内の気圧は大気圧の０．９倍〜０．５倍程度にすることが望ましい。
【００３０】
続いて、図６（ｄ）に示すように、半導体素子１および熱硬化絶縁性フィルム３０をすべて覆うように実装基板６上に液状封止樹脂７を塗布装置１０を用いて塗布する。液状封止樹脂７を半導体素子１の全体を覆うように塗布する方法として、ディスペンサーなどを用いて滴下する方法や、印刷マスクユニットを用いスキージによってマスクの開口部に封止樹脂を流し込む方法等がある。
【００３１】
続いて、図６（ｅ）に示すように液状封止樹脂７を熱硬化させる。この過程で、熱硬化絶縁性フィルム３０が軟化することによって半導体素子１および実装基板６との密着力が向上し、中空部９の気密性が向上する。この状態で液状封止樹脂７が固定される。
【００３２】
以上のように、この実施の形態３によれば、液状封止樹脂７の硬化温度以下で熱硬化絶縁性フィルム３０が軟化して半導体素子１および実装基板６との密着性が向上することによって液状封止樹脂７が中空部９に進入することを防ぐことができ、また、液状封止樹脂７および熱硬化絶縁性フィルム３０が硬化することで中空部９を確実に保持できる効果が得られ、中空構造または中空気密構造を有する半導体装置を得ることができる。
【００３３】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４による半導体装置の断面図である。図１（ａ）と共通する要素には同一符号を付し、その説明を省略する。この実施の形態４による半導体装置は、ベアチップ部品の側部に、液状封止樹脂７とは異なる、紫外線によって硬化する液状サイドフィル樹脂（第３の樹脂）４０を備える。
【００３４】
図８は図７の半導体装置の製造過程を示す図である。この図を参照して図７の半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図８（ａ）に示すように、半導体素子１の一方の主面側を実装基板６に向け、ベアチップ部品の入出力電極３と実装基板６の接続電極４とを、はんだ、導電性ペーストまたは金バンプなど金属間化合物層を有する超音波接合などによる金属接合部５によって電気的に接合する。
【００３５】
続いて、図８（ｂ）に示すように、半導体素子１全体を覆う液状封止樹脂７とは異なる、紫外線によって硬化する液状サイドフィル樹脂４０を塗布装置１０を用いて半導体素子１側部の実装基板６上に塗布する。さらに、この液状サイドフィル樹脂４０に一定量の紫外線４１を照射することによって硬化させ、中空部９の気密構造を形成する。液状サイドフィル樹脂４０の物性値は、好ましくは、粘度（ｍＰａ・ｓ）＝１５，０００、チクソ指数（２．５ｒｐｍ／１０ｒｐｍ）＝２．０以上である。
【００３６】
続いて、図８（ｃ）に示すように、熱硬化性の液状封止樹脂７を半導体素子１全体を覆うように塗布装置１０を用いて実装基板６上に塗布し、加熱する。加熱することによって液状封止樹脂７が硬化し、中空部９の気密構造が形成される。図８（ｄ）は、液状封止樹脂７が硬化した状態を示す。液状サイドフィル樹脂４０を半導体素子１の側部に塗布する方法、または液状封止樹脂７を半導体素子１の全体を覆うように塗布する方法として、ディスペンサーなどを用いて滴下する方法や、印刷マスクを用いてスキージに開口部に封止樹脂を流し込む方法等がある。
【００３７】
なお、液状サイドフィル樹脂４０のチクソ性および粘度をより高くすることによって、実装基板６上に塗布された形状を保持させることができ、塗布直後の液状サイドフィル樹脂４０自体の中空部９への進入をより確実に防ぐことができる。
【００３８】
以上のように、この実施の形態４によれば、液状封止樹脂７とは物性および硬化特性が異なる、紫外線によって硬化する液状サイドフィル樹脂４０を半導体素子１の側部の実装基板６上に塗布して紫外線によって硬化させるようにしたので、液状封止樹脂７が中空部９に進入しようとする経路を塞ぎ、機能素子領域２に液状封止樹脂７が付着するのを防ぐことができる効果が得られ、中空構造または中空気密構造を有する半導体装置を得ることができる。
【００３９】
なお、実施の形態４で使用した液状サイドフィル樹脂４０の替わりに、熱によって硬化する樹脂を用いてもよい。この場合、液状サイドフィル樹脂４０を熱硬化させて中空部９の中空構造を確保した後、ベアチップ部品全体を封止する液状封止樹脂７を塗布して熱硬化させ半導体装置全体を封止することで中空構造または気密構造を得る。
【００４０】
また、実施の形態４で使用した液状サイドフィル樹脂４０の替わりに、湿気によって硬化する樹脂を用いてもよい。この場合、液状サイドフィル樹脂４０を硬化させるために、しばらく空気に触れる状態で放置して硬化させた後、ベアチップ部品全体を封止する液状封止樹脂７を塗布して熱硬化させ半導体装置全体を封止することで中空構造または気密構造を得る。
【００４１】
さらに、実施の形態４で使用した液状サイドフィル樹脂４０の替わりに、紫外線および湿気によって硬化する樹脂を用いてもよい。この場合、液状サイドフィル樹脂４０を硬化させるため、一定量の紫外線を照射した後しばらく空気に触れる状態で放置して硬化させて中空部９の中空構造を確保し、その後ベアチップ部品全体を封止する液状封止樹脂７を塗布して熱硬化させて半導体装置全体を封止することで中空構造または気密構造を得る。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、表面に接続電極を有する実装基板と、一方の主面に機能素子領域と入出力電極とを有するベアチップ部品とを備え、前記入出力電極と前記接続電極とが電気的に接合された中空構造を有する半導体装置において、前記ベアチップ部品全体を覆うように前記実装基板上に配置された熱硬化性樹脂と、前記ベアチップ部品と前記実装基板との電気的接合部の周囲に、前記ベアチップ部品と前記実装基板との間隙を部分的に充填するように配置された、前記熱硬化性樹脂とは異なる物性および硬化特性を有する第２の樹脂とを備えるように構成したので、熱硬化性樹脂が機能素子領域に付着するのを防ぐことができ、中空構造または中空気密構造を有する半導体装置の歩留まりを向上させることができるため、半導体装置の低コスト化を図ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）はこの発明の実施の形態１による半導体装置の断面図であり、（ｂ）は半導体素子が撮像機能を有する半導体装置の断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、図１（ａ）の半導体装置の製造過程を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２による半導体装置の断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、図３の半導体装置の製造過程を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３による半導体装置の断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、図５の半導体装置の製造過程を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態４による半導体装置の断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、図７の半導体装置の製造過程を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体素子、２ 機能素子領域、３ 入出力電極、４ 接続電極、５ 金属接合部、６ 実装基板、７ 液状封止樹脂、８ 熱硬化性液状インナー樹脂（第２の樹脂）、９ 中空部、１０ 塗布装置、２０ 穴、２１ 気体送風ノズル、３０ 熱硬化絶縁性フィルム、３１ 減圧炉、４０ 液状サイドフィル樹脂（第３の樹脂）、４１ 紫外線、５０ 開口部。
【発明の属する技術分野】
この発明は、ベアチップ部品の機能素子領域を有する面を実装基板側に向けて搭載し、前記機能素子領域を中空構造に気密封止した半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置には、ベアチップ構造のＳＡＷ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）フィルタを実装基板上に搭載したものがあった。例えば、特許文献１にはこの種の半導体装置が開示される。特許文献１によるベアチップ構造のＳＡＷフィルタは、ガラスを材料とする基体、前記基体の一方の主面に設けられた機能素子領域、前記機能素子領域の両端側に設けられた表面波吸収用のシリコンダンパー、および前記基体の一方の主面の隅部に設けられた入出力電極から構成される。
【０００３】
前記ＳＡＷフィルタは基体の一方の主面側を実装基板に向けて搭載され、ＳＡＷフィルタの入出力電極と実装基板の接続電極とは、はんだ、導電性ペーストまたは超音波接合による金属間結合などによって接合される。この状態で、ＳＡＷフィルタはさらに、硬化した液状封止樹脂で覆われており、ＳＡＷフィルタと実装基板との間隙は中空気密構造になっている。
【０００４】
ここで、機能素子領域には圧電体であるＺｎＯ膜が形成され、その表面には櫛形の電極が設けられている。この機能素子領域は表面波の発生および受信を行いフィルタとして機能する。この機能素子領域に異物が付着するとフィルタとしての特性が劣化する。特許文献１に開示される半導体装置の実装構造においては、液状封止樹脂が浸透圧作用によってＳＡＷフィルタと実装基板との間隙から進入し、機能素子領域に付着してしまう不具合が発生しやすい。この不具合を防ぐためには、液状封止樹脂の保管、作業環境の温度および湿度等の管理を徹底する必要があるが、十分な管理は非常に困難である。
【０００５】
上記不具合を避けるために、特許文献２に開示される半導体装置では、基板側ダムが形成された実装基板上に、チップ側ダムが形成されたベアチップ構造のＳＡＷフィルタをフリップチップ実装して、ＳＡＷフィルタと実装基板との間に、ＳＡＷフィルタの機能素子領域と入出力電極との間を遮るとともに、機能素子領域とこれに対向する実装基板表面との間にギャップを形成する仕切りを設けることによって中空構造を形成している。
【０００６】
また、特許文献３に開示される半導体装置では、ＳＡＷフィルタを覆うように絶縁性のフィルムを配置し、ＳＡＷフィルタと絶縁性フィルムとの間に、空気、窒素、アルゴン等の気体を含ませ、さらに絶縁性のフィルムを液状封止樹脂によって覆い、加熱硬化させている。加熱硬化させると、ＳＡＷフィルタと絶縁性のフィルムとの間の気体が熱によって膨張するとともに、液状封止樹脂が硬化するため、絶縁性フィルムが中空部を保ったまま固定される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−９７４７９号公報（第２頁乃至第３頁、図１）
【特許文献２】
特開平１０−３２１６６６号公報（第２頁乃至第３頁、図１）
【特許文献３】
実開平７−１４６５１号公報（第２頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、特許文献２の半導体装置では、基板側ダムが形成された実装基板上に、チップ側ダムが形成されたＳＡＷフィルタをフリップチップ実装するため、ＳＡＷフィルタの実装精度、および形成された基板側ダムまたはチップ側ダムの高さのばらつきなどによって、ギャップを形成する仕切りがＳＡＷフィルタの機能素子領域とこれに対向する実装基板の表面との間で密閉できない場合がある。この場合、液状封止樹脂が仕切りを越えてＳＡＷフィルタの機能素子領域に進入する可能性があり、ＳＡＷフィルタとしての機能が作用しない。したがって、製造ロットによってＳＡＷフィルタの特性がばらつき、半導体装置の歩留まりが低くなるという課題があった。
【０００９】
また、特許文献３の半導体装置では、ＳＡＷフィルタと絶縁性フィルムとの間に空気、窒素、アルゴン等の気体を含ませているが、一定量を含ませたことを確認することができないため、十分な中空部を形成できたか否かを確認することができない。十分な中空部が形成できないとＳＡＷフィルタとしての機能が作用しないため、ＳＡＷフィルタの特性が製造ロットによってばらつき、半導体装置の歩留まりが低くなるという課題があった。
【００１０】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ベアチップ部品の機能素子領域に液状封止樹脂が付着するのを防ぐことができ、歩留まりを向上できる中空構造を有する半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る中空構造を有する半導体装置は、ベアチップ部品全体を覆うように実装基板上に配置された熱硬化性樹脂と、ベアチップ部品と前記実装基板との電気的接合部の周囲に、前記ベアチップ部品と前記実装基板との間隙を部分的に充填するように配置された、前記熱硬化性樹脂とは異なる物性および硬化特性を有する第２の樹脂とを備えたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の様々な実施の形態を説明する。
実施の形態１．
図１（ａ）はこの発明の実施の形態１による半導体装置の断面図である。図に示すように、半導体装置は、半導体素子１、機能素子領域２および入出力電極３を備えたベアチップ部品が実装基板６上にフリップチップ実装されて構成される。半導体素子１は一方の主面側に機能素子領域２および入出力電極３を備え、この面が実装基板６に向けて搭載されている。実装基板６は表面に接続電極４を有し、ベアチップ部品の入出力電極３が金属接合部５によって実装基板６の接続電極４と接合される。半導体素子１は全体を熱硬化性の液状封止樹脂７で覆われており、入出力電極３の周囲は液状封止樹脂７とは異なる熱硬化性液状インナー樹脂（第２の樹脂）８で覆われている。また、図１（ｂ）は半導体素子１がＣＣＤ素子のような撮像機能を有する半導体装置の断面図である。図に示すように、実装基板６は機能素子領域２が搭載される位置に相当する位置に開口部５０を有するが、その他の機能は図１（ａ）に示すものと同様である。
【００１３】
熱硬化性液状インナー樹脂８は、半導体素子１全体を覆う液状封止樹脂７と同等組成であるが、粘度、チクソ性（エマルジョンの流動性）、硬化温度などの物性や硬化特性が異なる樹脂である。粘度、チクソ性および硬化温度が以下の関係を有する樹脂を熱硬化性液状インナー樹脂８として使用する。
粘度 ：熱硬化性液状インナー樹脂８＞液状封止樹脂７
チクソ性：熱硬化性液状インナー樹脂８＞液状封止樹脂７
硬化温度：液状封止樹脂７＞熱硬化性液状インナー樹脂８
【００１４】
例えば、以下のような物性値を有する樹脂を用いてもよい。
（１）粘度（ｍＰａ・ｓ）：
熱硬化性液状インナー樹脂８…１５，０００
液状封止樹脂７…５，０００
（２）チクソ指数（２．５ｒｐｍ／１０ｒｐｍ）：
熱硬化性液状インナー樹脂８…２．０以上
液状封止樹脂７…１．０以下
（３）硬化温度（℃）：
熱硬化性液状インナー樹脂８…８０
液状封止樹脂７…１５０
【００１５】
図２は図１（ａ）の半導体装置の製造過程を示す図である。この図を参照して図１（ａ）の半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、半導体素子１の一方の主面側を実装基板６に向け、ベアチップ部品の入出力電極３と実装基板６の接続電極４とを、はんだ、導電性ペーストまたは金バンプなど金属間化合物層を有する超音波接合などによる金属接合部５によって電気的に接合する。
【００１６】
続いて、図２（ｂ）に示すように、半導体素子１全体を覆う液状封止樹脂７とは異なる熱硬化性液状インナー樹脂８を半導体素子１の入出力電極３の周囲の実装基板６上に塗布装置１０を用いて微量塗布し、しばらく放置する。熱硬化性液状インナー樹脂８は毛細管現象によって金属接合部５の周辺および半導体素子１の側部と実装基板６との間隙に充填されていき、中空部９を形成する。熱硬化性液状インナー樹脂８の塗布量は、半導体素子１と実装基板６との間隙の一部のみを充填し機能素子領域２までは充填しない適量に調整されている。
【００１７】
続いて、図２（ｃ）に示すように、半導体素子１全体を覆うように液状封止樹脂７を塗布装置１０を用いて実装基板６上に塗布し、その後加熱する。加熱することによって液状封止樹脂７および熱硬化性液状インナー樹脂８が硬化して中空部９の気密性が高まる。図２（ｄ）は、液状封止樹脂７および熱硬化性液状インナー樹脂８が硬化した状態を示す。硬化温度は熱硬化性液状インナー樹脂８の方が液状封止樹脂７よりも低いため、熱硬化性液状インナー樹脂８の方が液状封止樹脂７より先に硬化する。したがって、液状封止樹脂７が半導体素子１と実装基板６との間隙を通って中空部９に進入するのを防ぐことができる。
【００１８】
半導体素子１全体を覆うように液状封止樹脂７を塗布する方法、または熱硬化性液状インナー樹脂８を半導体素子１の周囲に塗布する方法として、ディスペンサーなどを用いて滴下する方法や、印刷マスクユニットを用いスキージによってマスクの開口部に封止樹脂を流し込む方法等がある。
【００１９】
なお、熱硬化性液状インナー樹脂８のチクソ性および粘度をより高くすることによって実装基板６上に塗布された形状を保持させることができ、塗布直後の熱硬化性液状インナー樹脂８自体の中空部９への進入をより確実に防ぐことができる。
【００２０】
以上のように、この実施の形態１によれば、液状封止樹脂７とは物性および硬化特性が異なる熱硬化性液状インナー樹脂８を、半導体素子１の入出力電極３と実装基板６の接続電極４との金属接合部５の周囲に塗布して、液状封止樹脂７と熱硬化性液状インナー樹脂８とを熱硬化させるようにしたので、液状封止樹脂７が中空部９に進入しようとする経路を塞ぎ、機能素子領域２に液状封止樹脂７が付着するのを防ぐことができる効果が得られ、中空構造または中空気密構造を有する半導体装置を得ることができる。
【００２１】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による半導体装置の断面図である。図１（ａ）と共通する要素には同一符号を付し、その説明を省略する。この実施の形態２による半導体装置の実装基板６’は、半導体素子１が搭載される位置に、気体を送入するための穴２０を有する。
【００２２】
図４は図３の半導体装置の製造過程を示す図である。この図を参照して図３の半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、半導体素子１の一方の主面側を実装基板６’に向け、ベアチップ部品の入出力電極３と実装基板６の接続電極４とを、はんだ、導電性ペーストまたは金バンプなど金属間化合物層を有する超音波接合などによる金属接合部５によって電気的に接合する。
【００２３】
続いて、図４（ｂ）に示すように、塗布装置１０を用いて液状封止樹脂７を半導体素子１全体を覆うように実装基板６上に塗布する。半導体素子１全体を覆うように液状封止樹脂７を塗布する方法として、ディスペンサーなどを用いて滴下する方法や、印刷マスクユニットを用いスキージによってマスクの開口部に封止樹脂を流し込む方法等がある。
【００２４】
続いて、図４（ｃ）に示すように、半導体素子１全体を覆うように塗布された液状封止樹脂７を加熱して熱硬化させる。これと同時に、半導体素子１と実装基板６との間の中空部９に、気体送風ノズル２１を用いて穴２０から気体を送入し、中空部９を与圧する。中空部９の与圧値は外気圧の１．１倍〜１．５倍程度が望ましい。実装基板６の穴２０の面積は実装する半導体素子１の面積の１／８以下が望ましい。また、実装基板６の穴２０から中空部９に送り込む気体は、乾燥空気、窒素、アルゴン等が望ましい。このように、液状封止樹脂７を加熱硬化するのと同時に中空部９を与圧することによって、液状封止樹脂７が中空部９を保ったまま固定される。
【００２５】
以上のように、この実施の形態２によれば、半導体素子１全体を液状封止樹脂７によって封止して加熱硬化する工程で、実装基板６’の穴２０から半導体素子１と実装基板６との間に気体を送り込んで中空部９を与圧するようにしたので、液状封止樹脂７が中空部９に進入することを防ぎ、機能素子領域２に液状封止樹脂７が付着するのを防ぐことができる効果が得られ、中空構造を有する半導体装置を得ることができる。
【００２６】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による半導体装置の断面図である。図１（ａ）と共通する要素には同一符号を付し、その説明を省略する。この実施の形態３による半導体装置は、液状封止樹脂７と半導体素子１との間に半導体素子１全体を覆うように配置される熱硬化性および絶縁性を有する熱硬化絶縁性フィルム３０を備える。
【００２７】
図６は図５の半導体装置の製造過程を示す図である。この図を参照して図５の半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、半導体素子１の一方の主面側を実装基板６に向け、ベアチップ部品の入出力電極３と実装基板６の接続電極４とを、はんだ、導電性ペーストまたは金バンプなど金属間化合物層を有する超音波接合などによる金属接合部５によって電気的に接合する。
【００２８】
続いて、図６（ｂ）に示すように、熱硬化絶縁性フィルム３０を半導体素子１の全体を覆うように実装基板６上に配置する。熱硬化絶縁性フィルム３０は、例えばポリイミド樹脂で形成してもよいが他の樹脂を用いてもよく、絶縁性があり液状封止樹脂７の硬化温度以下で軟化して半導体素子１および実装基板６に密着し、液状封止樹脂７の硬化温度で硬化する性質を備えた樹脂を用いてもよい。
【００２９】
続いて、図６（ｃ）に示すように、熱硬化絶縁性フィルム３０で覆った半導体装置を減圧炉３１内に入れ、熱硬化絶縁性フィルム３０と実装基板６とに囲まれた空間の気圧を一時的に下げて、熱硬化絶縁性フィルム３０と半導体素子１および実装基板６との密着性を上げる。減圧炉３１内の気圧は大気圧の０．９倍〜０．５倍程度にすることが望ましい。
【００３０】
続いて、図６（ｄ）に示すように、半導体素子１および熱硬化絶縁性フィルム３０をすべて覆うように実装基板６上に液状封止樹脂７を塗布装置１０を用いて塗布する。液状封止樹脂７を半導体素子１の全体を覆うように塗布する方法として、ディスペンサーなどを用いて滴下する方法や、印刷マスクユニットを用いスキージによってマスクの開口部に封止樹脂を流し込む方法等がある。
【００３１】
続いて、図６（ｅ）に示すように液状封止樹脂７を熱硬化させる。この過程で、熱硬化絶縁性フィルム３０が軟化することによって半導体素子１および実装基板６との密着力が向上し、中空部９の気密性が向上する。この状態で液状封止樹脂７が固定される。
【００３２】
以上のように、この実施の形態３によれば、液状封止樹脂７の硬化温度以下で熱硬化絶縁性フィルム３０が軟化して半導体素子１および実装基板６との密着性が向上することによって液状封止樹脂７が中空部９に進入することを防ぐことができ、また、液状封止樹脂７および熱硬化絶縁性フィルム３０が硬化することで中空部９を確実に保持できる効果が得られ、中空構造または中空気密構造を有する半導体装置を得ることができる。
【００３３】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４による半導体装置の断面図である。図１（ａ）と共通する要素には同一符号を付し、その説明を省略する。この実施の形態４による半導体装置は、ベアチップ部品の側部に、液状封止樹脂７とは異なる、紫外線によって硬化する液状サイドフィル樹脂（第３の樹脂）４０を備える。
【００３４】
図８は図７の半導体装置の製造過程を示す図である。この図を参照して図７の半導体装置の製造方法について説明する。
まず、図８（ａ）に示すように、半導体素子１の一方の主面側を実装基板６に向け、ベアチップ部品の入出力電極３と実装基板６の接続電極４とを、はんだ、導電性ペーストまたは金バンプなど金属間化合物層を有する超音波接合などによる金属接合部５によって電気的に接合する。
【００３５】
続いて、図８（ｂ）に示すように、半導体素子１全体を覆う液状封止樹脂７とは異なる、紫外線によって硬化する液状サイドフィル樹脂４０を塗布装置１０を用いて半導体素子１側部の実装基板６上に塗布する。さらに、この液状サイドフィル樹脂４０に一定量の紫外線４１を照射することによって硬化させ、中空部９の気密構造を形成する。液状サイドフィル樹脂４０の物性値は、好ましくは、粘度（ｍＰａ・ｓ）＝１５，０００、チクソ指数（２．５ｒｐｍ／１０ｒｐｍ）＝２．０以上である。
【００３６】
続いて、図８（ｃ）に示すように、熱硬化性の液状封止樹脂７を半導体素子１全体を覆うように塗布装置１０を用いて実装基板６上に塗布し、加熱する。加熱することによって液状封止樹脂７が硬化し、中空部９の気密構造が形成される。図８（ｄ）は、液状封止樹脂７が硬化した状態を示す。液状サイドフィル樹脂４０を半導体素子１の側部に塗布する方法、または液状封止樹脂７を半導体素子１の全体を覆うように塗布する方法として、ディスペンサーなどを用いて滴下する方法や、印刷マスクを用いてスキージに開口部に封止樹脂を流し込む方法等がある。
【００３７】
なお、液状サイドフィル樹脂４０のチクソ性および粘度をより高くすることによって、実装基板６上に塗布された形状を保持させることができ、塗布直後の液状サイドフィル樹脂４０自体の中空部９への進入をより確実に防ぐことができる。
【００３８】
以上のように、この実施の形態４によれば、液状封止樹脂７とは物性および硬化特性が異なる、紫外線によって硬化する液状サイドフィル樹脂４０を半導体素子１の側部の実装基板６上に塗布して紫外線によって硬化させるようにしたので、液状封止樹脂７が中空部９に進入しようとする経路を塞ぎ、機能素子領域２に液状封止樹脂７が付着するのを防ぐことができる効果が得られ、中空構造または中空気密構造を有する半導体装置を得ることができる。
【００３９】
なお、実施の形態４で使用した液状サイドフィル樹脂４０の替わりに、熱によって硬化する樹脂を用いてもよい。この場合、液状サイドフィル樹脂４０を熱硬化させて中空部９の中空構造を確保した後、ベアチップ部品全体を封止する液状封止樹脂７を塗布して熱硬化させ半導体装置全体を封止することで中空構造または気密構造を得る。
【００４０】
また、実施の形態４で使用した液状サイドフィル樹脂４０の替わりに、湿気によって硬化する樹脂を用いてもよい。この場合、液状サイドフィル樹脂４０を硬化させるために、しばらく空気に触れる状態で放置して硬化させた後、ベアチップ部品全体を封止する液状封止樹脂７を塗布して熱硬化させ半導体装置全体を封止することで中空構造または気密構造を得る。
【００４１】
さらに、実施の形態４で使用した液状サイドフィル樹脂４０の替わりに、紫外線および湿気によって硬化する樹脂を用いてもよい。この場合、液状サイドフィル樹脂４０を硬化させるため、一定量の紫外線を照射した後しばらく空気に触れる状態で放置して硬化させて中空部９の中空構造を確保し、その後ベアチップ部品全体を封止する液状封止樹脂７を塗布して熱硬化させて半導体装置全体を封止することで中空構造または気密構造を得る。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、表面に接続電極を有する実装基板と、一方の主面に機能素子領域と入出力電極とを有するベアチップ部品とを備え、前記入出力電極と前記接続電極とが電気的に接合された中空構造を有する半導体装置において、前記ベアチップ部品全体を覆うように前記実装基板上に配置された熱硬化性樹脂と、前記ベアチップ部品と前記実装基板との電気的接合部の周囲に、前記ベアチップ部品と前記実装基板との間隙を部分的に充填するように配置された、前記熱硬化性樹脂とは異なる物性および硬化特性を有する第２の樹脂とを備えるように構成したので、熱硬化性樹脂が機能素子領域に付着するのを防ぐことができ、中空構造または中空気密構造を有する半導体装置の歩留まりを向上させることができるため、半導体装置の低コスト化を図ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）はこの発明の実施の形態１による半導体装置の断面図であり、（ｂ）は半導体素子が撮像機能を有する半導体装置の断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、図１（ａ）の半導体装置の製造過程を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２による半導体装置の断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、図３の半導体装置の製造過程を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３による半導体装置の断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、図５の半導体装置の製造過程を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態４による半導体装置の断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、図７の半導体装置の製造過程を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体素子、２ 機能素子領域、３ 入出力電極、４ 接続電極、５ 金属接合部、６ 実装基板、７ 液状封止樹脂、８ 熱硬化性液状インナー樹脂（第２の樹脂）、９ 中空部、１０ 塗布装置、２０ 穴、２１ 気体送風ノズル、３０ 熱硬化絶縁性フィルム、３１ 減圧炉、４０ 液状サイドフィル樹脂（第３の樹脂）、４１ 紫外線、５０ 開口部。
Claims (7)
- 表面に接続電極を有する実装基板と、一方の主面に機能素子領域と入出力電極とを有するベアチップ部品とを備え、前記入出力電極と前記接続電極とが電気的に接合された中空構造を有する半導体装置において、
前記ベアチップ部品全体を覆うように前記実装基板上に配置された熱硬化性樹脂と、
前記ベアチップ部品と前記実装基板との電気的接合部の周囲に、前記ベアチップ部品と前記実装基板との間隙を部分的に充填するように配置された、前記熱硬化性樹脂とは異なる物性および硬化特性を有する第２の樹脂とを備えたことを特徴とする中空構造を有する半導体装置。 - 表面に接続電極を有する実装基板と、一方の主面に機能素子領域と入出力電極とを有するベアチップ部品とを備え、前記入出力電極と前記接続電極とが電気的に接合された中空構造を有する半導体装置において、
前記ベアチップ部品全体を覆うように前記実装基板上に配置された熱硬化性樹脂を備え、
前記実装基板が、前記ベアチップ部品が搭載される位置に、外部から気体を送入するための穴を有することを特徴とする中空構造を有する半導体装置。 - 表面に接続電極を有する実装基板と、一方の主面に機能素子領域と入出力電極とを有するベアチップ部品とを備え、前記入出力電極と前記接続電極とが電気的に接合された中空構造を有する半導体装置において、
前記ベアチップ部品全体を覆うように前記実装基板上に配置された熱硬化性の絶縁性フィルムと、
前記ベアチップ部品と前記絶縁性フィルム全体を覆うように実装基板上に配置された熱硬化性樹脂とを備えたことを特徴とする中空構造を有する半導体装置。 - 表面に接続電極を有する実装基板と、一方の主面に機能素子領域と入出力電極とを有するベアチップ部品とを備え、前記入出力電極と前記接続電極とが電気的に接合された中空構造を有する半導体装置において、
前記ベアチップ部品全体を覆うように前記実装基板上に配置された熱硬化性樹脂と、
前記ベアチップ部品の側部に、前記ベアチップ部品と前記実装基板との間を充填するように配置された、前記熱硬化性樹脂とは異なる紫外線硬化性の第３の樹脂とを備えたことを特徴とする中空構造を有する半導体装置。 - 紫外線硬化性の第３の樹脂の替わりに、湿気硬化性の樹脂を用いたことを特徴とする請求項４記載の中空構造を有する半導体装置。
- 紫外線硬化性の第３の樹脂の替わりに、熱硬化性の樹脂を用いたことを特徴とする請求項４記載の中空構造を有する半導体装置。
- 紫外線硬化性の第３の樹脂の替わりに、湿気硬化性および紫外線硬化性を有する樹脂を用いたことを特徴とする請求項４記載の中空構造を有する半導体装置。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021157472A1 (ja) * | 2020-02-04 | 2021-08-12 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | サイドフィル用樹脂組成物、半導体装置、及びサイドフィル材の除去方法 |
| WO2022215577A1 (ja) * | 2021-04-05 | 2022-10-13 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | サイドフィル用樹脂組成物、半導体装置、サイドフィル材の除去方法、及び半導体装置の製造方法 |
-
2003
- 2003-03-05 JP JP2003058838A patent/JP2004273554A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2022215577A1 (ja) * | 2021-04-05 | 2022-10-13 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | サイドフィル用樹脂組成物、半導体装置、サイドフィル材の除去方法、及び半導体装置の製造方法 |
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