JP2005142210A - 半導体実装基板の製造方法、半導体実装基板、3次元実装型半導体装置の製造方法、3次元実装型半導体装置、及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 アンダーフィル剤を良好に充填させることにより、半導体チップの端子部と基板の接合部を確実に接合できると共に、半導体チップの小型化や高性能化を実現できる半導体実装基板の製造方法、半導体実装基板、3次元実装型半導体装置の製造方法、3次元実装型半導体装置を提供し、そして、軽薄短小な電子機器を提供する。
【解決手段】 半導体装置4が基板2上に実装された半導体実装基板1の製造方法であって、半導体装置4と基板2の間に第1部材3を形成する工程と、半導体装置4の端子部4aと基板2の接続部2aを溶融金属部材5を介して接合する工程と、半導体装置4と基板2を固着する第2部材6を第1部材3の周辺部に形成する工程と、を具備することを特徴とする。
【選択図】 図1
【解決手段】 半導体装置4が基板2上に実装された半導体実装基板1の製造方法であって、半導体装置4と基板2の間に第1部材3を形成する工程と、半導体装置4の端子部4aと基板2の接続部2aを溶融金属部材5を介して接合する工程と、半導体装置4と基板2を固着する第2部材6を第1部材3の周辺部に形成する工程と、を具備することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
本発明は、半導体実装基板の製造方法、半導体実装基板、3次元実装型半導体装置の製造方法、3次元実装型半導体装置、及び電子機器に関する。
近年、主として携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、PDA(Personal data assistance)等の携帯性を有する電子機器の分野においては、機器の小型化・軽量化に伴って、内蔵する配線基板への半導体部品等の高密度実装化が進められている。そこで、プラスチック、セラミック等の従来のパッケージ型の半導体部品に代えて、小型の半導体部品(半導体装置)を多く用いることによる、フリップチップ実装等の高密度実装方法が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
また、最近では更なる機器の軽薄短小が要求されており、上記の半導体部品を実装するスペースも極めて制限されている。このため、例えば半導体チップ(半導体装置)においては、そのパッケージング方法が工夫され、現在ではCSP(Chip Scale Package)といわれる超小型のパッケージングを施す技術や、三次元実装技術が案出されている。CSP技術を用いて製造された半導体チップは、実装面積が半導体チップの面積と同程度で良いため、高密度実装を図ることができる。また、三次元実装技術は、層間絶縁膜を介して半導体基板上に配線等の形成された半導体チップを複数積層し、各チップ間を該基板を貫通するような接続端子を介して導電接続することで、高密度実装を実現できる。
特開2001−244299号公報
特開2003−86627号公報
ところで、このようなフリップチップ実装では、図9及び図10に示した2方式を用いることにより、半導体チップを加熱加圧して接合するのが一般的であった。
第1の方式について説明すると、まず、図9(a)に示すようにボンディングヘッド100が半導体チップ101と基板102とを対向させる。次に、図9(b)に示すように半導体チップ101の端子部101aと基板102の接続部102aをはんだを介して接合させる。次に、図9(c)に示すように半導体チップ101と基板102の間にアンダーフィル剤103を充填し、硬化させることによりフリップチップ実装が終了となる。
しかしながら、このような第1の方法においては、はんだが溶融した時に、ボンディングヘッド100によって端子部101aと接続部102aが互いに押圧されてしまうので、はんだが垂れて、基板102上に接触してしまい、良好なはんだの形状が得られないという問題があった。更に、図9(b)の状態でリフローを行った場合には、半導体チップ101の自重バランスではんだ付けされるさめ、半導体チップ101が反っていると、端子部101aと接続部102aとを完全、かつ良好に接続することができず、接触不良を起こすという問題があった。
第1の方式について説明すると、まず、図9(a)に示すようにボンディングヘッド100が半導体チップ101と基板102とを対向させる。次に、図9(b)に示すように半導体チップ101の端子部101aと基板102の接続部102aをはんだを介して接合させる。次に、図9(c)に示すように半導体チップ101と基板102の間にアンダーフィル剤103を充填し、硬化させることによりフリップチップ実装が終了となる。
しかしながら、このような第1の方法においては、はんだが溶融した時に、ボンディングヘッド100によって端子部101aと接続部102aが互いに押圧されてしまうので、はんだが垂れて、基板102上に接触してしまい、良好なはんだの形状が得られないという問題があった。更に、図9(b)の状態でリフローを行った場合には、半導体チップ101の自重バランスではんだ付けされるさめ、半導体チップ101が反っていると、端子部101aと接続部102aとを完全、かつ良好に接続することができず、接触不良を起こすという問題があった。
次に、第2の方式について説明すると、まず、図10(a)基板102上にアンダーフィル剤103を予め配置し、そして、ボンディングヘッド100が半導体チップ101と基板102とを対向させる。次に、図10(b)に示すように半導体チップ101の端子部101aと基板102の接続部102aをはんだを介して接合させる。次に、図10(c)に示すように予め配置されたアンダーフィル剤103を硬化させることによりフリップチップ実装が終了となる。
しかしながら、このような第2の方式においては、半導体チップ101をボンディングする強度の問題、熱の安定性の問題、アンダーフィル剤103をボンディング時に硬化させるために接合時間がかかるという問題を有している。特に、アンダーフィル剤103の硬化とはんだ付けを両立させるためには、はんだ付け時はアンダーフィル剤103の流動性が保たれ、はんだ付け終了後にアンダーフィル剤103の硬化を行うことにより、アンダーフィル剤103の硬化特性の制御が難しいという問題があった。
また、アンダーフィル剤103の供給量が多い場合には、アンダーフィル剤103が半導体チップ101の側方に流出し、ボンディングヘッド100に付着してしまうということから、アンダーフィル剤103の供給量を厳密かつ高精度に管理しなければならないという問題もあった。
しかしながら、このような第2の方式においては、半導体チップ101をボンディングする強度の問題、熱の安定性の問題、アンダーフィル剤103をボンディング時に硬化させるために接合時間がかかるという問題を有している。特に、アンダーフィル剤103の硬化とはんだ付けを両立させるためには、はんだ付け時はアンダーフィル剤103の流動性が保たれ、はんだ付け終了後にアンダーフィル剤103の硬化を行うことにより、アンダーフィル剤103の硬化特性の制御が難しいという問題があった。
また、アンダーフィル剤103の供給量が多い場合には、アンダーフィル剤103が半導体チップ101の側方に流出し、ボンディングヘッド100に付着してしまうということから、アンダーフィル剤103の供給量を厳密かつ高精度に管理しなければならないという問題もあった。
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、アンダーフィル剤を良好に充填させることにより、半導体チップの端子部と基板の接合部を確実に接合できると共に、半導体チップの小型化や高性能化を実現できる半導体実装基板の製造方法、半導体実装基板、3次元実装型半導体装置の製造方法、3次元実装型半導体装置を提供し、そして、軽薄短小な電子機器を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の半導体実装基板の製造方法は、半導体装置が基板上に実装された半導体実装基板の製造方法であって、前記半導体装置と前記基板の間に第1部材を形成する工程と、前記半導体装置の端子部と前記基板の接続部を溶融金属部材を介して接合する工程と、前記半導体装置と前記基板を固着する第2部材を前記第1部材の周辺部に形成する工程と、を具備することを特徴としている。
ここで、第1部材を形成する工程における当該第1部材の材料の供給量は、半導体装置の端子部に付着しない程度、もしくは半導体装置の外周にはみ出さない程度、もしくは半導体装置を基板に実装する際のボンディングヘッドに付着しない程度であることが好ましい。また、半導体装置の端子部と基板の接続部を確実に接合できるように半導体装置と基板の間隔が均一に保持され、接合ギャップが維持されるように第1部材が形成されていることが好ましい。
また、第2部材の材料の供給量は、半導体装置と基板の間に入る程度であることが好ましい。
また、第1部材及び第2部材は、接合前に流動性がある材料や、薄膜部材等の固体材料からなり、各部材は同一材料又は異種材料を用いて形成されている。
本発明の半導体実装基板の製造方法は、半導体装置が基板上に実装された半導体実装基板の製造方法であって、前記半導体装置と前記基板の間に第1部材を形成する工程と、前記半導体装置の端子部と前記基板の接続部を溶融金属部材を介して接合する工程と、前記半導体装置と前記基板を固着する第2部材を前記第1部材の周辺部に形成する工程と、を具備することを特徴としている。
ここで、第1部材を形成する工程における当該第1部材の材料の供給量は、半導体装置の端子部に付着しない程度、もしくは半導体装置の外周にはみ出さない程度、もしくは半導体装置を基板に実装する際のボンディングヘッドに付着しない程度であることが好ましい。また、半導体装置の端子部と基板の接続部を確実に接合できるように半導体装置と基板の間隔が均一に保持され、接合ギャップが維持されるように第1部材が形成されていることが好ましい。
また、第2部材の材料の供給量は、半導体装置と基板の間に入る程度であることが好ましい。
また、第1部材及び第2部材は、接合前に流動性がある材料や、薄膜部材等の固体材料からなり、各部材は同一材料又は異種材料を用いて形成されている。
このようにすれば、第1部材の材料の供給量が半導体装置の端子部に付着しない程度、もしくは半導体装置の外周にはみ出さない程度、また、第2部材の材料の供給量が半導体装置と基板の間に入る程度であると共に、2工程に分けて第1及び第2部材を形成するので、例えば、従来のよう当該第1及び第2部材の材料を1工程で形成する場合と比較して、当該第1及び第2部材の材料の供給量を厳密かつ高精度に管理する必要がなく、供給量の精度を緩めることが可能となり、従来よりも容易に第1及び第2部材を形成することができる。
また、第1及び第2部材を形成するに際に、2工程に分けて形成する場合と、1工程にまとめて形成する場合と比較すると、2工程の場合が1工程の場合よりも第1及び第2部材に残留する応力を低減させることができる。従って、当該応力の残留に起因する端子部の破壊や接合不良等が生じることがないので、端子部と接続部の接合状態を確実に保持することができる。
また、半導体装置の端子部の酸化皮膜除去もしくは酸化防止を施すためのフラックスを溶融金属部材に塗布した場合には、第1部材の材料が半導体装置の端子部に付着していないので、接合後のフラックスの除去を容易に行うことができる。従って、フラックスの残留に起因する腐食やマイグレーション等の問題を解決することができる。
また、ボンディングヘッドが半導体装置を基板に接合する際に、第1部材の材料が当該ボンディングヘッドに付着することがないので、工程不良の発生を防止することができ、半導体装置の端子部と基板の接続部を接合する工程を良好に施すことができる。
また、ボンディングヘッドが半導体装置を基板に接合する際に、第1部材の材料が当該ボンディングヘッドに付着することがないので、工程不良の発生を防止することができ、半導体装置の端子部と基板の接続部を接合する工程を良好に施すことができる。
また、第1部材が形成されることによって、半導体装置と基板の間における接合ギャップを一定に維持することができる。従って、従来のように半導体装置の自重バランスに依存した状態で端子部と接続部が接合される場合と比較して、本発明では基板上に第1部材を介して半導体装置が仮固定されるので、半導体装置が反って固定されることがなく、端子部と接続部の接合不良が生じることなく、良好な接合強度を得ることができると共に、端子部と接続部の接合状態を確実に保持することができる。
また、接合ギャップが一定に維持されるので、ボンディングヘッドが端子部と接続部を互いに押圧した場合に、溶融金属部材が垂れることがなく、従って、基板へ不規則に溶融金属が接触することがないので、良好な溶融金属部材の形状を得ることができる。
また、基板と半導体装置の間に第1部材が設けられているので、熱処理工程により端子部と接続部を接合した場合に、半導体装置の熱が第1部材を介して基板に伝熱するので、即ち、第1部材がヒートシンクとして機能するので、半導体装置への過度の熱負荷を低減させることができる。
また、接合ギャップが一定に維持されるので、ボンディングヘッドが端子部と接続部を互いに押圧した場合に、溶融金属部材が垂れることがなく、従って、基板へ不規則に溶融金属が接触することがないので、良好な溶融金属部材の形状を得ることができる。
また、基板と半導体装置の間に第1部材が設けられているので、熱処理工程により端子部と接続部を接合した場合に、半導体装置の熱が第1部材を介して基板に伝熱するので、即ち、第1部材がヒートシンクとして機能するので、半導体装置への過度の熱負荷を低減させることができる。
また、前記半導体実装基板の製造方法においては、前記半導体装置の端子部を前記基板の接続部に接合する工程の前に、当該端子部又は当該接続部にフラックスを供給する工程を更に具備することを特徴としている。
ここで、フラックスとは、半導体装置の端子部又は基板の接続部における接合表面の酸化皮膜を除去し、加熱中に再び酸化するのを防止する機能を有する材料である。
このようにすれば、端子部又は接続部が清浄な状態に保たれ、端子部又は接続部への溶融金属部材の濡れ性を向上させ、当該溶融金属の流動を促進することができる。
ここで、フラックスとは、半導体装置の端子部又は基板の接続部における接合表面の酸化皮膜を除去し、加熱中に再び酸化するのを防止する機能を有する材料である。
このようにすれば、端子部又は接続部が清浄な状態に保たれ、端子部又は接続部への溶融金属部材の濡れ性を向上させ、当該溶融金属の流動を促進することができる。
また、前記半導体実装基板の製造方法においては、前記フラックスを洗浄する工程を更に具備することを特徴としている。
上記のように第1部材の材料が半導体装置の端子部に付着しない程度になっているので、フラックスを洗浄した際には、第1部材の材料の周辺部に洗浄剤が流動し、確実にフラックスを除去することができる。従って、フラックスの残留に起因する腐食やマイグレーション等の問題を解決することができる。
ここで、上記のように第1部材によって半導体装置の端子部と基板の接続部の接合強度が向上しているので、当該洗浄工程で用いる洗浄剤の流動圧力を高く設定して洗浄可能なり、高い洗浄力でフラックスを除去することができる。
上記のように第1部材の材料が半導体装置の端子部に付着しない程度になっているので、フラックスを洗浄した際には、第1部材の材料の周辺部に洗浄剤が流動し、確実にフラックスを除去することができる。従って、フラックスの残留に起因する腐食やマイグレーション等の問題を解決することができる。
ここで、上記のように第1部材によって半導体装置の端子部と基板の接続部の接合強度が向上しているので、当該洗浄工程で用いる洗浄剤の流動圧力を高く設定して洗浄可能なり、高い洗浄力でフラックスを除去することができる。
また、前記半導体実装基板の製造方法においては、前記半導体装置の端子部と前記基板の接合部を溶融金属部材を介して接合する工程は、不活性雰囲気内で行うことを特徴としている。
このようにすれば、半導体装置の端子部又は基板の接続部における接合表面に酸化皮膜が形成されることがないので、フラックスを塗布する工程を省くことが可能となり、また、フラックスを除去する工程も不要になる。従って、工程の簡素化を達成できる。
また、フラックスが不要になることから、フラックスの除去を考慮する必要がなくなる。従って、第1部材の材料が半導体装置の端子部や基板の接合部に付着してもよく、当該第1部材の材料の供給量を高精度に管理する必要がない。
このようにすれば、半導体装置の端子部又は基板の接続部における接合表面に酸化皮膜が形成されることがないので、フラックスを塗布する工程を省くことが可能となり、また、フラックスを除去する工程も不要になる。従って、工程の簡素化を達成できる。
また、フラックスが不要になることから、フラックスの除去を考慮する必要がなくなる。従って、第1部材の材料が半導体装置の端子部や基板の接合部に付着してもよく、当該第1部材の材料の供給量を高精度に管理する必要がない。
また、前記半導体実装基板の製造方法においては、前記半導体装置の端子部と前記基板の接続部の接続状態を補完する熱処理工程を更に具備することを特徴としている。
このようにすれば、ボンディングだけで接合させた場合と比較して、本発明では熱処理工程によって溶融金属部材を確実に溶融するので、半導体装置の端子部と基板の接続部を確実に接合させることができる。また、端子部又は接続部の表面に対して溶融金属部材が好適に濡れた状態に施すことができるので、溶融金属部材の形状を良好にすることができる。
このようにすれば、ボンディングだけで接合させた場合と比較して、本発明では熱処理工程によって溶融金属部材を確実に溶融するので、半導体装置の端子部と基板の接続部を確実に接合させることができる。また、端子部又は接続部の表面に対して溶融金属部材が好適に濡れた状態に施すことができるので、溶融金属部材の形状を良好にすることができる。
また、前記半導体実装基板の製造方法においては、前記第2部材を形成する工程は、当該第2部材の材料である第2材料を充填する工程と、当該第2材料を硬化する工程と、を具備することを特徴としている。
このようにすれば、半導体装置と基板の間の微小空間に対して、毛細管現象を利用して第2材料を充填させることができる。また、毛細管現象を利用するので、半導体装置の周辺部全てに第2材料を供給する必要がない。
そして、第2材料を硬化する工程を施すことによって、確実に第2部材を形成することができる。
このようにすれば、半導体装置と基板の間の微小空間に対して、毛細管現象を利用して第2材料を充填させることができる。また、毛細管現象を利用するので、半導体装置の周辺部全てに第2材料を供給する必要がない。
そして、第2材料を硬化する工程を施すことによって、確実に第2部材を形成することができる。
また、前記半導体実装基板の製造方法においては、前記第2材料を硬化する工程の前に、当該第2材料内の気泡を除去する工程を具備することを特徴としている。
このようにすれば、毛細管現象を利用して第2材料を充填した際に、第2材料内に残留した気泡を除去することができるので、ボイドレスの第2部材を形成することができる。
このようにすれば、毛細管現象を利用して第2材料を充填した際に、第2材料内に残留した気泡を除去することができるので、ボイドレスの第2部材を形成することができる。
また、前記半導体実装基板の製造方法においては、前記第2材料を充填する工程は、圧力調整が可能なチャンバ内で行われ、減圧雰囲気に調整された前記チャンバ内において前記第2材料を前記半導体装置の周囲に塗布した後に、前記チャンバ内の圧力を上昇させて前記第2材料を充填することを特徴としている。
このようにすれば、第2材料を真空雰囲気で塗布し、大気圧に戻して充填させるので、第2材料内に気泡自体が生じることがないので、気泡密度を極めて低下させたボイドレスの第2部材を形成することができる。
このようにすれば、第2材料を真空雰囲気で塗布し、大気圧に戻して充填させるので、第2材料内に気泡自体が生じることがないので、気泡密度を極めて低下させたボイドレスの第2部材を形成することができる。
また、本発明の半導体実装基板は、半導体装置が基板上に実装された半導体実装基板であって、前記半導体装置と前記基板の間に形成された第1部材と、前記第1部材の周辺部に設けられ、前記半導体装置と前記基板を固着する第2部材と、を具備することを特徴としている。
このようにすれば、先に記載した半導体実装基板の製造方法と同様の効果が得られる。
このようにすれば、先に記載した半導体実装基板の製造方法と同様の効果が得られる。
また、本発明の3次元実装型半導体装置の製造方法は、複数の半導体基板が積層されてなる3次元実装型半導体装置を製造する方法であって、前記複数の半導体基板のそれぞれの間に第1部材を形成する工程と、前記複数の半導体基板の接続部のそれぞれを溶融金属部材を介して接合する工程と、前記複数の半導体基板のそれぞれを固着する第2部材を前記第1部材の周辺部に形成する工程と、を具備することを特徴としている。
ここで、第1部材を形成する工程における当該第1部材の材料の供給量は、各半導体基板の接続部に付着しない程度、もしくは半導体基板の外周にはみ出さない程度であることが好ましい。また、各半導体基板の接続部を確実に接合できるように各半導体基板の間隔が均一に保持され、接合ギャップが維持されるように第1部材が形成されていることが好ましい。
また、第2部材の材料の供給量は、各半導体基板の間に入る程度であることが好ましい。
また、第1部材及び第2部材は、接合前に流動性がある材料や、薄膜部材等の固体材料からなり、各部材は同一材料又は異種材料を用いて形成されている。
ここで、第1部材を形成する工程における当該第1部材の材料の供給量は、各半導体基板の接続部に付着しない程度、もしくは半導体基板の外周にはみ出さない程度であることが好ましい。また、各半導体基板の接続部を確実に接合できるように各半導体基板の間隔が均一に保持され、接合ギャップが維持されるように第1部材が形成されていることが好ましい。
また、第2部材の材料の供給量は、各半導体基板の間に入る程度であることが好ましい。
また、第1部材及び第2部材は、接合前に流動性がある材料や、薄膜部材等の固体材料からなり、各部材は同一材料又は異種材料を用いて形成されている。
このようにすれば、第1部材の材料の供給量が半導体基板の接続部に付着しない程度、もしくは半導体基板の外周にはみ出さない程度、また、第2部材の材料の供給量が各半導体基板の間に入る程度であると共に、2工程に分けて第1及び第2部材を形成するので、例えば、第1及び第2部材の材料を1工程で形成する場合と比較して、当該第1及び第2部材の材料の供給量を厳密かつ高精度に管理する必要がなく、供給量の精度を緩めることが可能となり、従来よりも容易に第1及び第2部材を形成することができる。
また、第1及び第2部材を形成するに際に、2工程に分けて形成する場合と、1工程にまとめて形成する場合と比較すると、2工程の場合が1工程の場合よりも第1及び第2部材に残留する応力を低減させることができる。従って、当該応力の残留に起因する接続部の破壊や接合不良等が生じることがないので、各半導体基板における各接続部の接合状態を確実に保持することができる。
また、第1及び第2部材を形成するに際に、2工程に分けて形成する場合と、1工程にまとめて形成する場合と比較すると、2工程の場合が1工程の場合よりも第1及び第2部材に残留する応力を低減させることができる。従って、当該応力の残留に起因する接続部の破壊や接合不良等が生じることがないので、各半導体基板における各接続部の接合状態を確実に保持することができる。
また、半導体基板の接続部の酸化皮膜除去もしくは酸化防止を施すためのフラックスを溶融金属部材に塗布した場合には、第1部材の材料が各半導体基板の接続部に付着していないので、接合後のフラックスの除去を容易に行うことができる。従って、フラックスの残留に起因する腐食やマイグレーション等の問題を解決することができる。
また、第1部材が形成されることによって、各半導体基板の間における接合ギャップを一定に維持することができる。従って、半導体基板の自重バランスに依存した状態で接続部が接合される場合と比較して、本発明では第1部材を介して各半導体基板が仮固定されるので、半導体基板が反って固定されることがなく、各接続部の接合不良が生じることなく、良好な接合強度を得ることができると共に、各接続部の接合状態を確実に保持することができる。
また、第1部材が形成されることによって、各半導体基板の間における接合ギャップを一定に維持することができる。従って、半導体基板の自重バランスに依存した状態で接続部が接合される場合と比較して、本発明では第1部材を介して各半導体基板が仮固定されるので、半導体基板が反って固定されることがなく、各接続部の接合不良が生じることなく、良好な接合強度を得ることができると共に、各接続部の接合状態を確実に保持することができる。
また、接合ギャップが一定に維持されるので、各半導体基板を貼り合わせた場合に、溶融金属部材が垂れることがなく、従って、半導体基板へ不規則に溶融金属が接触することがないので、良好な溶融金属部材の形状を得ることができる。
また、各半導体基板の間に第1部材が設けられているので、熱処理工程により接続部と接続部を接合した場合に、半導体基板の熱が第1部材を介して隣接する半導体基板に伝熱するので、即ち、第1部材がヒートシンクとして機能するので、半導体基板への過度の熱負荷を低減させることができる。
また、各半導体基板の間に第1部材が設けられているので、熱処理工程により接続部と接続部を接合した場合に、半導体基板の熱が第1部材を介して隣接する半導体基板に伝熱するので、即ち、第1部材がヒートシンクとして機能するので、半導体基板への過度の熱負荷を低減させることができる。
また、本発明の3次元実装型半導体装置は、先に記載の製造方法を用いることにより製造されたことを特徴としている。
このようにすれば、先に記載した3次元実装型半導体装置の製造方法と同様の効果が得られる。
このようにすれば、先に記載した3次元実装型半導体装置の製造方法と同様の効果が得られる。
また、本発明の電子機器は、先に記載した半導体実装基板又は3次元実装型半導体装置を具備することを特徴としている。
このような電子機器としては、例えば、携帯電話機、移動体情報端末、時計、ワープロ、パソコンなどの情報処理装置などを例示することができる。このように電子機器に、本発明の半導体装置や電子デバイスを採用することによって、軽薄短小な電子機器を提供することが可能となる。
このような電子機器としては、例えば、携帯電話機、移動体情報端末、時計、ワープロ、パソコンなどの情報処理装置などを例示することができる。このように電子機器に、本発明の半導体装置や電子デバイスを採用することによって、軽薄短小な電子機器を提供することが可能となる。
以下、本発明の半導体実装基板の製造方法、半導体実装基板、3次元実装型半導体装置の製造方法、3次元実装型半導体装置、及び電子機器について、図1から図8を参照して説明する。
ここで、図1は半導体実装基板の製造方法を説明するための工程図、図2から図5のそれぞれははんだ(溶融金属部材)を形成する工程を説明するための説明図、図6は第2アンダーフィル剤(第2部材)の形成方法の第2実施形態を説明するための工程図、図7は3次元実装型半導体装置の製造方法を説明するための工程図、図8は電子機器を示す図である。
なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。また、図1から図7においては半導体実装基板及び3次元実装型半導体装置の要部を示している。
ここで、図1は半導体実装基板の製造方法を説明するための工程図、図2から図5のそれぞれははんだ(溶融金属部材)を形成する工程を説明するための説明図、図6は第2アンダーフィル剤(第2部材)の形成方法の第2実施形態を説明するための工程図、図7は3次元実装型半導体装置の製造方法を説明するための工程図、図8は電子機器を示す図である。
なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。また、図1から図7においては半導体実装基板及び3次元実装型半導体装置の要部を示している。
(半導体実装基板の製造方法)
半導体実装基板の製造方法は、図1(a)から図1(f)に示す工程を経て行われる。
まず、図1(a)に示すように、半導体実装基板1を形成するための基体となる回路基板(基板)2を用意する。また、回路基板2は、所定の回路パターンが形成された所謂プリント基板であり、不図示の各種電子部品が設けられている。また、この回路基板2には、後述の半導体チップ(半導体装置)が接続される接続部2aが設けられており、当該接続部2aを介して各種電子部品と半導体チップとの電気的導通が得られるようになっている。
半導体実装基板の製造方法は、図1(a)から図1(f)に示す工程を経て行われる。
まず、図1(a)に示すように、半導体実装基板1を形成するための基体となる回路基板(基板)2を用意する。また、回路基板2は、所定の回路パターンが形成された所謂プリント基板であり、不図示の各種電子部品が設けられている。また、この回路基板2には、後述の半導体チップ(半導体装置)が接続される接続部2aが設けられており、当該接続部2aを介して各種電子部品と半導体チップとの電気的導通が得られるようになっている。
次に、図1(b)に示すように、回路基板2上に第1アンダーフィル剤(第1部材)3を形成する。当該第1アンダーフィル剤3は接続部2a、2aの間の領域2bに設けられ、半導体チップの下方に配置されるものである。この第1アンダーフィル剤3は、樹脂材料を代表とする各種絶縁性材料によって形成されており、溶融した材料を塗布して硬化させる部材、もしくは予めフィルム状の絶縁性材料を貼り付けることによって形成された部材からなる。なお、溶融した樹脂材料を塗布する方法としては、ディスペンサ等の供給手段が用いられ、当該樹脂材料の硬化は、後述の半導体チップを回路基板上に載置した後に行われる。また、当該第1アンダーフィル剤3の材料の量は、後述の半導体チップの端子部に付着しない程度、もしくは半導体チップの外周にはみ出さない程度、もしくは半導体チップを回路基板2に実装する際のボンディングヘッドに付着しない程度、もしくは半導体チップと回路基板2の間に入る程度である。
次に、図1(c)に示すように、ボンディングヘッド100が半導体チップ4を保持し、端子部4aを回路基板2側に対向させて、半導体チップ4の位置決めが可能な状態にする。ここで、半導体チップ4とは、チップ化された公知のIC(Integrated Circuit)やLSI(Large Scale Integration)等の集積回路であって、端子部4aを複数具備するものである。そして、ボンディングヘッド100に保持された半導体チップ4と回路基板2との位置合わせを行う。
次に、図1(d)に示すように、接続部2aと端子部4aをはんだ(溶融金属部材)を溶融させた状態で接合し、同時に先に供給した第1アンダーフィル剤3を硬化させる。これにより、半導体チップ4と回路基板2を第1アンダーフィル剤3により面内方向に固定し、更に、半導体チップ4と回路基板2の間のギャップを決定させる。第1アンダーフィル剤3の硬化は固定できる分でよく、反応率が高い必要がないため、後工程の熱処理で硬化させてもよい。この場合接合時間の短縮化が可能となる。
ここで、接続部2aと端子部4aの間にはんだを形成する工程においては、図2から図4のそれぞれに図示したように、端子部4a側にはんだ5を塗布して接合する方法や、接続部2a側にはんだ5を塗布して接合する方法や、接続部2aと端子部4aのそれぞれにはんだ5を塗布して接合する方法がある。
また、接続部2aと端子部4aをはんだを介して接合する前に、はんだが塗布される側の端子部4a又は接続部2aの少なくとも一方には、予めフラックスを塗布することが好ましい。
フラックス5の供給方法は、ボンディングヘッド100が位置合わせした後にフラックス転写ステージで接続部2a又は端子部4aの先端部のみにフラックス5を転写して付着させることにより行う。また、フラックスの供給方法は、他にも回路基板2側にディスペンサ等を用いて供給することもできる。
このようにフラックスを塗布することにより、端子部4aもしくは接続部2aの酸化皮膜除去もしくは酸化防止を施すことができるので、端子部4aもしくは接続部2aを清浄な状態に保つことが可能となり、端子部4a又は接続部2aへのはんだ5の濡れ性を向上させ、当該はんだ5の流動を促進することができる。
また、接続部2aと端子部4aをはんだを介して接合する前に、はんだが塗布される側の端子部4a又は接続部2aの少なくとも一方には、予めフラックスを塗布することが好ましい。
フラックス5の供給方法は、ボンディングヘッド100が位置合わせした後にフラックス転写ステージで接続部2a又は端子部4aの先端部のみにフラックス5を転写して付着させることにより行う。また、フラックスの供給方法は、他にも回路基板2側にディスペンサ等を用いて供給することもできる。
このようにフラックスを塗布することにより、端子部4aもしくは接続部2aの酸化皮膜除去もしくは酸化防止を施すことができるので、端子部4aもしくは接続部2aを清浄な状態に保つことが可能となり、端子部4a又は接続部2aへのはんだ5の濡れ性を向上させ、当該はんだ5の流動を促進することができる。
また、フラックスを用いずに、はんだ5のみを介して端子部4aと接続部2aを接続してもよい。この場合は、図5に示すように不活性雰囲気に保たれたチャンバ10内で処理することが好ましい。このチャンバ10には、N2ガス供給手段11と排気手段12とが接続されており、チャンバ10内をN2雰囲気13に置換したり、大気雰囲気に戻したりすることが可能となっている。このようにチャンバ10内の雰囲気をN2ガスのような不活性雰囲気13にすることで、端子部4aや接続部2aの表面に酸化皮膜が形成されることがないので、フラックスの供給を行う必要がなく、接合させることもできる。このフラックスレスの接合が可能となる場合は、第1アンダーフィル剤3が半導体チップ4の周辺からはみ出さなければ、端子部4aと接続部2aの接合部に第1アンダーフィル剤3がかかってもよい。
なお、不活性雰囲気で接続を行う場合については、ボンディングヘッド100が加圧する際に、接続部2aの近傍にN2ガスを供給(ブロー)してもよい。
なお、不活性雰囲気で接続を行う場合については、ボンディングヘッド100が加圧する際に、接続部2aの近傍にN2ガスを供給(ブロー)してもよい。
上記の図1(d)に示したように、接続部2aと端子部4aをはんだ5を溶融させた状態で接合して第1アンダーフィル剤3を硬化させることにより、第1アンダーフィル剤3の硬化時の特性により、半導体チップ4と回路基板2の間のギャップを制御することが可能となり、半導体チップ4の反りの吸収を改善しつつ、接続部2aと端子部4aの接合部のはんだ付け品質を良好にさせることができる。
次に、リフロー(熱処理工程)を行うことにより、はんだ5の溶着を完了させる。この時、第1アンダーフィル剤3の硬化を促進することができる。なお、フリップチップ時にある程度のはんだ付けを完了させることが可能であれば、リフロー工程は不要である。このようなリフローを施すことにより、端子部4aと接続部2aを確実に接合させることができると共に、端子部4a又は接続部2aの表面に対してはんだ5が好適に濡れた状態で接合することができるので、はんだ5の形状、即ち、フィレット形状を良好にすることができる。
次に、フラックスの洗浄を行う。ここでは、半導体チップ4と回路基板2の間のギャップに確実に洗浄剤を流動させることによってフラックスを除去する。洗浄方法としては、例えば、ダイレクトパス方式等が好適である。また、上記の第1アンダーフィル剤3を形成したことによって、半導体チップ4と回路基板2との接合強度が高くなっているので、洗浄剤等の水圧に耐えることができる。なお、先の工程でフラックス工程を不要にすれば、洗浄工程が不要になる。
(第2アンダーフィル剤の形成方法の第1実施形態)
次に、図1(e)に示す半導体チップ4と回路基板2の間に、第2アンダーフィル剤6(第2部材)を形成する。ここで、第2アンダーフィル剤6の材料(第2材料)としては、絶縁性かつ熱溶解性を有する材料が好ましく、樹脂材料が好適である。当該第2アンダーフィル剤6と上記の第1アンダーフィル剤3の種類は同一でも異種でもよい。
第2アンダーフィル剤6の供給方法としては、ディスペンサ等を用いることにより、半導体チップ4の辺部毎に第2アンダーフィル剤6を塗布し、毛細管現象により上記のギャップ部に樹脂を充填させる。このように毛細管現象によって半導体チップ4と回路基板2の間に流動していくので、半導体チップ4の4辺に塗布する必要はない。
次に、図1(e)に示す半導体チップ4と回路基板2の間に、第2アンダーフィル剤6(第2部材)を形成する。ここで、第2アンダーフィル剤6の材料(第2材料)としては、絶縁性かつ熱溶解性を有する材料が好ましく、樹脂材料が好適である。当該第2アンダーフィル剤6と上記の第1アンダーフィル剤3の種類は同一でも異種でもよい。
第2アンダーフィル剤6の供給方法としては、ディスペンサ等を用いることにより、半導体チップ4の辺部毎に第2アンダーフィル剤6を塗布し、毛細管現象により上記のギャップ部に樹脂を充填させる。このように毛細管現象によって半導体チップ4と回路基板2の間に流動していくので、半導体チップ4の4辺に塗布する必要はない。
次に、毛細管現象によって第2アンダーフィル剤6の充填した後に、第2アンダーフィル剤6に含まれている気泡を除去する工程を行う。
この気泡除去工程は、第2アンダーフィル剤6を硬化させる前に、真空引きを行うことで施される。このようにすれば、第2アンダーフィル剤6内に残留した気泡を除去することができるので、ボイドレスの第2アンダーフィル剤6となる。
この気泡除去工程は、第2アンダーフィル剤6を硬化させる前に、真空引きを行うことで施される。このようにすれば、第2アンダーフィル剤6内に残留した気泡を除去することができるので、ボイドレスの第2アンダーフィル剤6となる。
次に、高温槽において熱処理を施すことにより第2アンダーフィル剤6を硬化させる。更に、最後に必要に応じて後処理を行う。例えば、本方式を用いるものがパッケージの場合は、個片化し、はんだボール等の回路基板2との接合材料を供給し、パッケージとして完成させる。
上記の一連の工程を施すことにより、図1(f)に示すように半導体実装基板1が完成となる。
上記の一連の工程を施すことにより、図1(f)に示すように半導体実装基板1が完成となる。
上述したように半導体実装回路基板2の製造方法においては、第1アンダーフィル剤3の材料の供給量が半導体チップ4の端子部4aに付着しない程度、もしくは半導体チップ4の外周にはみ出さない程度、また、第2アンダーフィル剤6の材料の供給量が半導体チップ4と回路基板2の間に入る程度であると共に、2工程に分けて第1アンダーフィル剤3と第2アンダーフィル剤6を形成するので、例えば、従来のよう当該第1アンダーフィル剤3及び第2アンダーフィル剤6の材料を1工程で形成する場合と比較して、当該第1アンダーフィル剤3及び第2アンダーフィル剤6の材料の供給量を厳密かつ高精度に管理する必要がなく、供給量の精度を緩めることが可能となり、従来よりも容易に第1アンダーフィル剤3及び第2アンダーフィル剤6を形成することができる。
また、第1アンダーフィル剤3及び第2アンダーフィル剤6を形成するに際に、2工程に分けて形成する場合と、1工程にまとめて形成する場合と比較すると、2工程の場合が1工程の場合よりも第1アンダーフィル剤3及び第2アンダーフィル剤6に残留する応力を低減させることができる。従って、当該応力の残留に起因する端子部4aの破壊や接合不良等が生じることがないので、端子部4aと接続部2aの接合状態を確実に保持することができる。
また、半導体チップ4の端子部4aの酸化皮膜除去もしくは酸化防止を施すためのフラックスをはんだ5に塗布した場合には、第1アンダーフィル剤3の材料が半導体チップ4の端子部4aに付着していないので、接合後のフラックスの除去を容易に行うことができる。従って、フラックスの残留に起因する腐食やマイグレーション等の問題を解決することができる。
また、ボンディングヘッド100が半導体チップ4を回路基板2に接合する際に、第1アンダーフィル剤3の材料が当該ボンディングヘッド100に付着することがないので、工程不良の発生を防止することができ、半導体チップ4の端子部4aと回路基板2の接続部2aを接合する工程を良好に施すことができる。
また、ボンディングヘッド100が半導体チップ4を回路基板2に接合する際に、第1アンダーフィル剤3の材料が当該ボンディングヘッド100に付着することがないので、工程不良の発生を防止することができ、半導体チップ4の端子部4aと回路基板2の接続部2aを接合する工程を良好に施すことができる。
また、第1アンダーフィル剤3が形成されることによって、半導体チップ4と回路基板2の間における接合ギャップを一定に維持することができる。従って、従来のように半導体チップ4の自重バランスに依存した状態で端子部4aと接続部2aが接合される場合と比較して、本発明では回路基板2上に第1アンダーフィル剤3を介して半導体チップ4が仮固定されるので、半導体チップ4が反って固定されることがなく、端子部4aと接続部2aの接合不良が生じることなく、良好な接合強度を得ることができると共に、端子部4aと接続部2aの接合状態を確実に保持することができる。
また、接合ギャップが一定に維持されるので、ボンディングヘッド100が端子部4aと接続部2aを互いに押圧した場合に、はんだ5が垂れることがなく、従って、回路基板2へ不規則にはんだ5が接触することがないので、良好なはんだ5の形状を得ることができる。
また、回路基板2と半導体チップ4の間に第1アンダーフィル剤3が設けられているので、熱処理工程により端子部4aと接続部2aを接合した場合に、半導体チップ4の熱が第1アンダーフィル剤3を介して回路基板2に伝熱するので、即ち、第1アンダーフィル剤3がヒートシンクとして機能するので、半導体チップ4への過度の熱負荷を低減させることができる。
また、接合ギャップが一定に維持されるので、ボンディングヘッド100が端子部4aと接続部2aを互いに押圧した場合に、はんだ5が垂れることがなく、従って、回路基板2へ不規則にはんだ5が接触することがないので、良好なはんだ5の形状を得ることができる。
また、回路基板2と半導体チップ4の間に第1アンダーフィル剤3が設けられているので、熱処理工程により端子部4aと接続部2aを接合した場合に、半導体チップ4の熱が第1アンダーフィル剤3を介して回路基板2に伝熱するので、即ち、第1アンダーフィル剤3がヒートシンクとして機能するので、半導体チップ4への過度の熱負荷を低減させることができる。
また、端子部4a又は接続部2aにフラックスを供給するので、端子部4a又は接続部2aが清浄な状態に保たれ、端子部4a又は接続部2aへのはんだ5の濡れ性を向上させ、当該溶融金属の流動を促進することができる。
また、第1アンダーフィル剤3の材料が半導体チップ4の端子部4aに付着しない程度になっているので、フラックスを洗浄した際には、第1アンダーフィル剤3の材料の周辺部に洗浄剤が流動し、確実にフラックスを除去することができる。従って、フラックスの残留に起因する腐食やマイグレーション等の発生を防止できる。
ここで、上記のように第1アンダーフィル剤3によって半導体チップ4の端子部4aと回路基板2の接続部2aの接合強度が向上しているので、当該洗浄工程で用いる洗浄剤の流動圧力を高く設定して洗浄可能なり、高い洗浄力でフラックスを除去することができる。
ここで、上記のように第1アンダーフィル剤3によって半導体チップ4の端子部4aと回路基板2の接続部2aの接合強度が向上しているので、当該洗浄工程で用いる洗浄剤の流動圧力を高く設定して洗浄可能なり、高い洗浄力でフラックスを除去することができる。
また、端子部4aと接合部2aをはんだ5を介して接合する工程は、不活性雰囲気内で行うので、端子部4a又は接続部2aにおける接合表面に酸化皮膜が形成されることがないので、フラックスを塗布する工程を省くことが可能となり、また、フラックスを除去する工程も不要になる。従って、工程の簡素化を達成できる。
また、フラックスが不要になることから、フラックスの除去を考慮する必要がなくなる。従って、第1アンダーフィル剤3の材料が半導体チップ4の端子部4aや回路基板2の接合部に付着してもよく、当該第1アンダーフィル剤3の材料の供給量を高精度に管理する必要がない。
また、フラックスが不要になることから、フラックスの除去を考慮する必要がなくなる。従って、第1アンダーフィル剤3の材料が半導体チップ4の端子部4aや回路基板2の接合部に付着してもよく、当該第1アンダーフィル剤3の材料の供給量を高精度に管理する必要がない。
また、リフローを行うので、端子部4aと接続部2aの接続状態が補完することができる。従って、ボンディングだけで接合させた場合と比較して、リフローによってはんだ5を確実に溶融するので、端子部4aと接続部2aを確実に接合させることができる。また、端子部4a又は接続部2aの表面に対してはんだ5が好適に濡れた状態に施すことができるので、はんだ5のフィレット形状を良好にすることができる。
また、第2アンダーフィル剤6を形成する工程は、当該第2アンダーフィル剤6の材料を充填する工程と、当該材料を硬化する工程とを有するので、半導体チップ4と回路基板2の間の微小空間に対して、毛細管現象を利用して第2アンダーフィル剤6の材料を充填させることができる。また、毛細管現象を利用するので、半導体チップ4の周辺部全てに材料を供給する必要がない。そして、このような材料を硬化する工程を施すことによって、確実に第2アンダーフィル剤6を形成することができる。
また、第2アンダーフィル剤6を硬化する工程の前に、当該第2アンダーフィル剤6内の気泡を除去するので、ボイドレスの第2アンダーフィル剤6を形成することができる。
(第2アンダーフィル剤の形成方法の第2実施形態)
次に、図6を参照して、第2アンダーフィル剤の形成方法の第2実施形態について説明する。当該第2アンダーフィル剤の形成方法は所謂真空印刷法を用いている。なお、本実施形態においては図1と同一工程についての説明を省略し、異なる工程のみについて説明する。また、図1と同一構成には同一符号を付して説明を簡略化する。
図6(a)に示すように、半導体チップ4は第1アンダーフィル剤3を介して回路基板2上に載置されていると共に、端子部4aと接続部2aが接合されている。この時点においては、第2アンダーフィル剤6は未充填となっている。
次に、図6を参照して、第2アンダーフィル剤の形成方法の第2実施形態について説明する。当該第2アンダーフィル剤の形成方法は所謂真空印刷法を用いている。なお、本実施形態においては図1と同一工程についての説明を省略し、異なる工程のみについて説明する。また、図1と同一構成には同一符号を付して説明を簡略化する。
図6(a)に示すように、半導体チップ4は第1アンダーフィル剤3を介して回路基板2上に載置されていると共に、端子部4aと接続部2aが接合されている。この時点においては、第2アンダーフィル剤6は未充填となっている。
次に、図6(b)に示すように、真空排気手段20を備えたチャンバ21内に、回路基板2を配置する。そして、真空排気手段20が動作することにより、チャンバ21内が真空雰囲気に保持される。
次に、図6(c)に示すように、回路基板2上にマスクMを配置し、溶融させた第2アンダーフィル剤6をマスクMに塗布する。更に、スキージSがマスクM上の第2アンダーフィル剤6を引き伸ばすことにより、マスクMの穴部Maに第2アンダーフィル剤6が入り込み、なお、マスクMの穴部Maは、回路基板2上に配置される半導体チップ4の配置パターンに応じて形成されたものであって、その大きさは当該半導体チップ4の平面形状よりも大きく形成されている。
次に、図6(c)に示すように、回路基板2上にマスクMを配置し、溶融させた第2アンダーフィル剤6をマスクMに塗布する。更に、スキージSがマスクM上の第2アンダーフィル剤6を引き伸ばすことにより、マスクMの穴部Maに第2アンダーフィル剤6が入り込み、なお、マスクMの穴部Maは、回路基板2上に配置される半導体チップ4の配置パターンに応じて形成されたものであって、その大きさは当該半導体チップ4の平面形状よりも大きく形成されている。
次に、図6(d)に示すように、マスクM上をスキージSが走査することにより、当該スキージSによって第2アンダーフィル剤6が穴部Ma内に入り込み、半導体チップ4の側部に第2アンダーフィル剤6が形成される。
次に、図6(e)に示すように、チャンバ21内の圧力を大気圧に戻すことにより、第2アンダーフィル剤6は半導体チップ4と回路基板2の間の真空状態の空間に入り込み、従って、気泡が入り込みことなく第2アンダーフィル剤6が充填される。
上述したように、圧力調整が可能なチャンバ21内で、マスクMとスキージSを用いて第2アンダーフィル剤6が充填されるので、第2アンダーフィル剤6内に気泡自体が生じることがないので、気泡密度を極めて低下させたボイドレスの第2アンダーフィル剤6を形成することができる。
上述の半導体実装基板1の製造方法は、フリップチップ実装を用いる回路モジュール全体に適用することができる。この方法は、はんだ接合を用いる方法であり、はんだ接合は合金の接続であるので、他の樹脂系の接続方法と比較して、接合信頼性、電気特性で優れるという利点がある。
(3次元実装型半導体装置の製造方法)
次に、図7を参照し、3次元実装型半導体装置50の製造方法について説明する。
なお、上記実施形態と同一構成には同一符号を付して説明を簡略化する。
ここで、3次元実装型半導体装置とは、例えば50μm程度の薄膜の半導体基板を複数積層させることにより、3次元的な回路を具備する半導体装置である。また、各半導体基板には、トランジスタ等のスイッチング手段や回路パターンが形成されていると共に、積層された各半導体基板と接続するための接続部を有している。
また、上記実施形態においては、半導体チップ4をボンディングヘッド100を用いることによって接合しているが、3次元実装型半導体装置の製造方法においては、各半導体基板を位置合わせした後に貼り合わることにより行われている。
次に、図7を参照し、3次元実装型半導体装置50の製造方法について説明する。
なお、上記実施形態と同一構成には同一符号を付して説明を簡略化する。
ここで、3次元実装型半導体装置とは、例えば50μm程度の薄膜の半導体基板を複数積層させることにより、3次元的な回路を具備する半導体装置である。また、各半導体基板には、トランジスタ等のスイッチング手段や回路パターンが形成されていると共に、積層された各半導体基板と接続するための接続部を有している。
また、上記実施形態においては、半導体チップ4をボンディングヘッド100を用いることによって接合しているが、3次元実装型半導体装置の製造方法においては、各半導体基板を位置合わせした後に貼り合わることにより行われている。
まず、図7(a)に示すように、回路基板2上に第1アンダーフィル剤3を形成した後に、回路基板2の接続部2aにはんだ5を介して半導体基板30aの接続部31aを接続する。ここで、第1アンダーフィル剤3は、上記実施形態に記載した部材と同じ機能を有するものであり、また、接続部31aは上記実施形態の端子部4aに相当するものである。
次に、図7(b)に示すように、半導体基板30a上に第1アンダーフィル剤3を形成し、半導体基板30aの接続部31aにはんだ5を介して半導体基板30bの接続部31bを接続する。このように、第1アンダーフィル剤3を介して半導体基板30a、30bが積層される。
次に、図7(c)に示すように、順次第1アンダーフィル剤3を形成すると共に、半導体基板30c、30dを積層し、接続部31cを接続部31bに接続し、接続部31cを接続部31dを接続する。
次に、図7(d)に示すように、各半導体基板30a、30b、30c、30dと回路基板2との間に第2アンダーフィル剤6を充填し硬化させる。
このような一連の工程によって3次元実装型半導体装置50が完成する。
次に、図7(c)に示すように、順次第1アンダーフィル剤3を形成すると共に、半導体基板30c、30dを積層し、接続部31cを接続部31bに接続し、接続部31cを接続部31dを接続する。
次に、図7(d)に示すように、各半導体基板30a、30b、30c、30dと回路基板2との間に第2アンダーフィル剤6を充填し硬化させる。
このような一連の工程によって3次元実装型半導体装置50が完成する。
このようにすれば、第1アンダーフィル剤3の材料の供給量が半導体基板30の接続部31に付着しない程度、もしくは半導体基板30の外周にはみ出さない程度、また、第2アンダーフィル剤6の材料の供給量が各半導体基板30の間に入る程度であると共に、2工程に分けて第1及び第2アンダーフィル剤6を形成するので、例えば、第1及び第2アンダーフィル剤6の材料を1工程で形成する場合と比較して、当該第1及び第2アンダーフィル剤6の材料の供給量を厳密かつ高精度に管理する必要がなく、供給量の精度を緩めることが可能となり、従来よりも容易に第1及び第2アンダーフィル剤6を形成することができる。
また、第1及び第2アンダーフィル剤6を形成するに際に、2工程に分けて形成する場合と、1工程にまとめて形成する場合と比較すると、2工程の場合が1工程の場合よりも第1及び第2アンダーフィル剤6に残留する応力を低減させることができる。従って、当該応力の残留に起因する接続部31の破壊や接合不良等が生じることがないので、各半導体基板30における各接続部31の接合状態を確実に保持することができる。
また、第1及び第2アンダーフィル剤6を形成するに際に、2工程に分けて形成する場合と、1工程にまとめて形成する場合と比較すると、2工程の場合が1工程の場合よりも第1及び第2アンダーフィル剤6に残留する応力を低減させることができる。従って、当該応力の残留に起因する接続部31の破壊や接合不良等が生じることがないので、各半導体基板30における各接続部31の接合状態を確実に保持することができる。
また、半導体基板30の接続部31の酸化皮膜除去もしくは酸化防止を施すためのフラックスを溶融金属部材に塗布した場合には、第1アンダーフィル剤3の材料が各半導体基板30の接続部に付着していないので、接合後のフラックスの除去を容易に行うことができる。従って、フラックスの残留に起因する腐食やマイグレーション等の問題を解決することができる。
また、第1アンダーフィル剤3が形成されることによって、各半導体基板30の間における接合ギャップを一定に維持することができる。従って、半導体基板30の自重バランスに依存した状態で接続部が接合される場合と比較して、本発明では第1アンダーフィル剤3を介して各半導体基板30が仮固定されるので、半導体基板30が反って固定されることがなく、各接続部の接合不良が生じることなく、良好な接合強度を得ることができると共に、各接続部の接合状態を確実に保持することができる。
また、第1アンダーフィル剤3が形成されることによって、各半導体基板30の間における接合ギャップを一定に維持することができる。従って、半導体基板30の自重バランスに依存した状態で接続部が接合される場合と比較して、本発明では第1アンダーフィル剤3を介して各半導体基板30が仮固定されるので、半導体基板30が反って固定されることがなく、各接続部の接合不良が生じることなく、良好な接合強度を得ることができると共に、各接続部の接合状態を確実に保持することができる。
また、接合ギャップが一定に維持されるので、各半導体基板を貼り合わせた場合に、溶融金属部材が垂れることがなく、従って、半導体基板30へ不規則に溶融金属が接触することがないので、良好な溶融金属部材の形状を得ることができる。
また、各半導体基板30の間に第1アンダーフィル剤3が設けられているので、熱処理工程により接続部と接続部を接合した場合に、半導体基板30の熱が第1アンダーフィル剤3を介して隣接する半導体基板30に伝熱するので、即ち、第1アンダーフィル剤3がヒートシンクとして機能するので、半導体基板30への過度の熱負荷を低減させることができる。
また、各半導体基板30の間に第1アンダーフィル剤3が設けられているので、熱処理工程により接続部と接続部を接合した場合に、半導体基板30の熱が第1アンダーフィル剤3を介して隣接する半導体基板30に伝熱するので、即ち、第1アンダーフィル剤3がヒートシンクとして機能するので、半導体基板30への過度の熱負荷を低減させることができる。
このような3次元実装型半導体装置の製造方法においては、はんだ5の接続対応、半導体基板30a、30b、30c、30dの反りの抑制、短時間接続、ボンディングヘッド100への樹脂塗布回避等を達成することができる。
(電子機器)
次に、上記実施形態の半導体装置又は3次元実装型半導体装置を具備した半導体デバイスを有する電子機器について説明する。
図8はノート型パーソナルコンピュータ201を示している。そして、半導体装置又は3次元実装型半導体装置を具備した半導体デバイスは、図8のノート型パーソナルコンピュータ201の筐体内部に配置される。
また、電子機器は、上記のノート型コンピュータ及び携帯電話に限られる訳ではなく、種々の電子機器に適用することができる。例えば、液晶プロジェクタ、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ(PC)及びエンジニアリング・ワークステーション(EWS)、ページャ、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、POS端末、タッチパネルを備えた装置等の電子機器に適用することが可能である。
次に、上記実施形態の半導体装置又は3次元実装型半導体装置を具備した半導体デバイスを有する電子機器について説明する。
図8はノート型パーソナルコンピュータ201を示している。そして、半導体装置又は3次元実装型半導体装置を具備した半導体デバイスは、図8のノート型パーソナルコンピュータ201の筐体内部に配置される。
また、電子機器は、上記のノート型コンピュータ及び携帯電話に限られる訳ではなく、種々の電子機器に適用することができる。例えば、液晶プロジェクタ、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ(PC)及びエンジニアリング・ワークステーション(EWS)、ページャ、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、POS端末、タッチパネルを備えた装置等の電子機器に適用することが可能である。
1…半導体実装基板
2…回路基板(基板)
2a…接続部
3…第1アンダーフィル剤(第1部材)
4…半導体チップ(半導体装置)
4a…端子部
5…はんだ(溶融金属部材)
6…第2アンダーフィル剤(第2部材)
21…チャンバ
30a、30b、30c、30d…半導体基板
31a、31b、31c、31d…接続部
50…3次元実装型半導体装置
201…ノート型パーソナルコンピュータ(電子機器)
2…回路基板(基板)
2a…接続部
3…第1アンダーフィル剤(第1部材)
4…半導体チップ(半導体装置)
4a…端子部
5…はんだ(溶融金属部材)
6…第2アンダーフィル剤(第2部材)
21…チャンバ
30a、30b、30c、30d…半導体基板
31a、31b、31c、31d…接続部
50…3次元実装型半導体装置
201…ノート型パーソナルコンピュータ(電子機器)
Claims (12)
- 半導体装置が基板上に実装された半導体実装基板の製造方法であって、
前記半導体装置と前記基板の間に第1部材を形成する工程と、
前記半導体装置の端子部と前記基板の接続部を溶融金属部材を介して接合する工程と、
前記半導体装置と前記基板を固着する第2部材を前記第1部材の周辺部に形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体実装基板の製造方法。 - 前記半導体装置の端子部を前記基板の接続部に接合する工程の前に、当該端子部又は当該接続部にフラックスを供給する工程を具備することを特徴とする請求項1に記載の半導体実装基板の製造方法。
- 前記フラックスを洗浄する工程を具備することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体実装基板の製造方法。
- 前記半導体装置の端子部と前記基板の接合部を溶融金属部材を介して接合する工程は、不活性雰囲気内で行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体実装基板の製造方法。
- 前記半導体装置の端子部と前記基板の接続部の接続状態を補完する熱処理工程を具備することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の半導体実装基板の製造方法。
- 前記第2部材を形成する工程は、当該第2部材の材料となる第2材料を充填する工程と、当該第2材料を硬化する工程と、を具備することを特徴とする請求項1に記載の半導体実装基板の製造方法。
- 前記第2材料を硬化する工程の前に、当該第2材料内の気泡を除去する工程を具備することを特徴とする請求項6に記載の半導体実装基板の製造方法。
- 前記第2材料を充填する工程は、圧力調整が可能なチャンバ内で行われ、
減圧雰囲気に調整された前記チャンバ内において前記第2材料を前記半導体装置の周囲に塗布した後に、前記チャンバ内の圧力を上昇させて前記第2材料を充填することを特徴とする請求項6に記載の半導体実装基板の製造方法。 - 半導体装置が基板上に実装された半導体実装基板であって、
前記半導体装置と前記基板の間に形成された第1部材と、
前記第1部材の周辺部に設けられ、前記半導体装置と前記基板を固着する第2部材と、
を具備することを特徴とする半導体実装基板。 - 複数の半導体基板が積層されてなる3次元実装型半導体装置を製造する方法であって、
前記複数の半導体基板のそれぞれの間に第1部材を形成する工程と、
前記複数の半導体基板の接続部のそれぞれを溶融金属部材を介して接合する工程と、
前記複数の半導体基板のそれぞれを固着する第2部材を前記第1部材の周辺部に形成する工程と、
を具備することを特徴とする3次元実装型半導体装置の製造方法。 - 請求項10に記載の製造方法を用いることにより製造されたことを特徴とする3次元実装型半導体装置。
- 請求項9に記載の半導体実装基板、又は請求項11に記載の3次元実装型半導体装置を具備することを特徴とする電子機器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003374396A JP2005142210A (ja) | 2003-11-04 | 2003-11-04 | 半導体実装基板の製造方法、半導体実装基板、3次元実装型半導体装置の製造方法、3次元実装型半導体装置、及び電子機器 |
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JP2003374396A JP2005142210A (ja) | 2003-11-04 | 2003-11-04 | 半導体実装基板の製造方法、半導体実装基板、3次元実装型半導体装置の製造方法、3次元実装型半導体装置、及び電子機器 |
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JP2003374396A Withdrawn JP2005142210A (ja) | 2003-11-04 | 2003-11-04 | 半導体実装基板の製造方法、半導体実装基板、3次元実装型半導体装置の製造方法、3次元実装型半導体装置、及び電子機器 |
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-
2003
- 2003-11-04 JP JP2003374396A patent/JP2005142210A/ja not_active Withdrawn
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JP7316066B2 (ja) | 2019-03-11 | 2023-07-27 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
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