JP2007012755A - Semiconductor device and semiconductor device assembly - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、WL−CSP(ウエハレベルチップサイズパッケージ:Wafer Level-Chip Size Package)を採用した半導体装置および半導体装置を個片に切り出す前のウエハ状態である半導体装置集合体に関する。 The present invention relates to a semiconductor device employing a WL-CSP (Wafer Level-Chip Size Package) and a semiconductor device assembly in a wafer state before the semiconductor device is cut into individual pieces.
最近、半導体装置の小型化、高機能化および高性能化を可能にするWL−CSPの実用化が進んでいる。WL−CSPでは、ウエハ状態でパッケージング工程が完了され、ダイシングによって切り出された個々のチップサイズがパッケージサイズとなる。
すなわち、WL−CSPが採用された半導体装置の製造工程では、複数の半導体チップが作りこまれたウエハの表面上に、ポリイミド層および再配線が形成された後、それらを封止するための表面側樹脂層が形成される。そして、表面側樹脂層上に外部端子が形成された後、各半導体チップ間に設定されたダイシングラインに沿って、パッシベーション膜および封止樹脂とともにウエハが切断(ダイシング)されることにより、半導体チップと同じパッケージサイズを有するWL−CSPの半導体装置が得られる。
That is, in a manufacturing process of a semiconductor device employing WL-CSP, a polyimide layer and a rewiring are formed on the surface of a wafer on which a plurality of semiconductor chips are formed, and then a surface for sealing them. A side resin layer is formed. Then, after the external terminals are formed on the surface-side resin layer, the wafer is cut (diced) together with the passivation film and the sealing resin along the dicing line set between the semiconductor chips, whereby the semiconductor chip WL-CSP semiconductor device having the same package size is obtained.
表面側樹脂層は、ウエハの表面に表面側樹脂層の材料である樹脂を塗布した後、一旦加熱した後に冷却して、そのウエハの表面上の樹脂を硬化させることにより形成される。このとき、ウエハの表面上の樹脂に熱収縮が生じる。このような熱収縮が生じると、ウエハの表面に対して応力がかかるため、ウエハに反りが生じ、その結果、ウエハ内の機能素子がダメージを受けることがある。 The surface-side resin layer is formed by applying a resin, which is a material of the surface-side resin layer, to the surface of the wafer, heating it once, cooling it, and curing the resin on the surface of the wafer. At this time, heat shrinkage occurs in the resin on the surface of the wafer. When such heat shrinkage occurs, stress is applied to the surface of the wafer, causing the wafer to warp, and as a result, the functional elements in the wafer may be damaged.
このようなウエハの反りを防止するため、ウエハの裏面上に、表面側樹脂層と同じ材料で同じ厚さの樹脂層を形成することが考えられる。これにより、樹脂硬化のための加熱後の冷却時に、ウエハの表面上および裏面上の樹脂が同様に熱収縮するので、ウエハに反りが生じることを防止することができる。
しかし、ウエハの裏面上に、表面側樹脂層と同じ厚みの樹脂層を形成すると、そのウエハを切断して得られる半導体装置の厚みが大きくなってしまう。
In order to prevent such warpage of the wafer, it is conceivable to form a resin layer having the same thickness and the same material as the front-side resin layer on the back surface of the wafer. Thereby, at the time of cooling after heating for resin curing, the resin on the front surface and the back surface of the wafer is similarly thermally contracted, so that it is possible to prevent the wafer from being warped.
However, if a resin layer having the same thickness as the front-side resin layer is formed on the back surface of the wafer, the thickness of the semiconductor device obtained by cutting the wafer increases.
そこで、この発明の目的は、厚みの増大を招くことなく、急激な温度変化に起因する半導体チップの反りを防止することができる半導体装置を提供することである。
また、この発明の他の目的は、半導体装置の厚みの増大を招くことなく、急激な温度変化に起因する基板の反りを防止することができる半導体装置集合体を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of preventing a semiconductor chip from warping due to a rapid temperature change without causing an increase in thickness.
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device assembly capable of preventing substrate warpage caused by a rapid temperature change without increasing the thickness of the semiconductor device.
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、半導体チップと、前記半導体チップの表面上に、第1樹脂材料を用いて形成された表面側樹脂層と、前記半導体チップの裏面上に、前記第1樹脂材料よりも大きな熱膨張係数を有する第2樹脂材料を用いて、前記表面側樹脂層よりも薄く形成された裏面側樹脂層とを含むことを特徴とする、半導体装置である。
In order to achieve the above object, an invention according to
この構成によれば、半導体チップの表面側に、第1樹脂材料を用いて表面側樹脂層が形成され、その裏面側には、第1樹脂材料よりも大きな熱膨張係数を有する第2樹脂材料を用いて、表面側樹脂層よりも薄い裏面側樹脂層が形成されている。裏面側樹脂層を表面側樹脂層よりも薄く形成することによって、半導体チップの表面側および裏面側に同じ厚みを有する樹脂層を形成する場合に比べて、半導体装置の厚みを小さくすることができる。また、裏面側樹脂層が表面側樹脂層よりも薄くても、裏面側樹脂層の材料として、表面側樹脂層を形成する第1樹脂材料よりも熱膨張係数が大きな第2樹脂材料が用いられることにより、急激な温度変化に伴って、表面側樹脂層および裏面側樹脂層が熱膨張または熱収縮したときに、裏面側樹脂層から半導体チップの裏面に加わる応力を、表面側樹脂層から半導体チップの表面に加わる応力とほぼ等しくすることができる。よって、半導体装置の厚みが大きくなるのを防止することができながら、急激な温度変化による半導体チップの反りの発生を防止することができる。 According to this configuration, the front surface side resin layer is formed on the front surface side of the semiconductor chip using the first resin material, and the second resin material having a larger thermal expansion coefficient than the first resin material is formed on the back surface side thereof. Is used to form a back side resin layer thinner than the front side resin layer. By forming the back surface side resin layer thinner than the front surface side resin layer, the thickness of the semiconductor device can be reduced as compared with the case where the resin layer having the same thickness is formed on the front surface side and the back surface side of the semiconductor chip. . Moreover, even if the back surface side resin layer is thinner than the front surface side resin layer, the second resin material having a larger thermal expansion coefficient than the first resin material forming the front surface side resin layer is used as the material of the back surface side resin layer. As a result, when the front side resin layer and the rear side resin layer thermally expand or contract due to a rapid temperature change, the stress applied from the rear side resin layer to the back side of the semiconductor chip is changed from the front side resin layer to the semiconductor. The stress applied to the surface of the chip can be made almost equal. Therefore, it is possible to prevent the semiconductor chip from warping due to a rapid temperature change while preventing the semiconductor device from becoming thick.
また、請求項2記載の発明は、前記第2樹脂材料は、前記第1樹脂材料よりも小さな弾性率を有するものであることを特徴とする、請求項1記載の半導体装置である。
この構成によれば、裏面側樹脂層の材料として、小さな弾性率を有する第2樹脂材料が用いられているので、裏面側樹脂層が薄く形成されていても、その裏面側樹脂層に加わる衝撃を十分に吸収することができ、半導体チップを十分に保護することができる。
The invention according to
According to this configuration, since the second resin material having a small elastic modulus is used as the material of the back surface side resin layer, even if the back surface resin layer is formed thin, the impact applied to the back surface side resin layer Can be sufficiently absorbed, and the semiconductor chip can be sufficiently protected.
なお、請求項3に記載のように、たとえば、前記第1樹脂材料がビスフェノールA型エポキシ樹脂であり、前記第2樹脂材料がポリイミドアミドであれば、第1樹脂材料の熱膨張係数よりも第2樹脂材料の熱膨張係数が大きく、かつ、第1樹脂材料の弾性率よりも第2樹脂材料の弾性率の方が小さくなる。
また、上記半導体装置は、請求項4に記載のように、前記表面側樹脂層上に配置され、前記半導体装置が実装基板に実装されたときに、前記実装基板上の電極に当接する外部端子をさらに含むものであってもよい。
For example, if the first resin material is a bisphenol A type epoxy resin and the second resin material is polyimide amide, the coefficient of thermal expansion of the first resin material is larger than that of the first resin material. The thermal expansion coefficient of the second resin material is large, and the elastic modulus of the second resin material is smaller than the elastic modulus of the first resin material.
The semiconductor device according to claim 4, wherein the external terminal is disposed on the surface-side resin layer and contacts an electrode on the mounting substrate when the semiconductor device is mounted on the mounting substrate. May further be included.
また、請求項5記載の発明は、複数の半導体チップが作り込まれた基板と、前記基板の表面上に、第1樹脂材料を用いて形成された表面側樹脂層と、前記基板の裏面上に、前記第1樹脂材料よりも大きな熱膨張係数を有する第2樹脂材料を用いて、前記表面側樹脂層よりも薄く形成された裏面側樹脂層とを含むことを特徴とする、半導体装置集合体である。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a substrate on which a plurality of semiconductor chips are formed, a surface-side resin layer formed using a first resin material on the surface of the substrate, and a back surface of the substrate. And a back side resin layer formed thinner than the front side resin layer using a second resin material having a larger thermal expansion coefficient than the first resin material. Is the body.
この構成によれば、基板の表面側に、第1樹脂材料を用いて表面側樹脂層が形成され、その裏面側には、第1樹脂材料よりも大きな熱膨張係数を有する第2樹脂材料を用いて、表面側樹脂層よりも薄い裏面側樹脂層が形成されている。裏面側樹脂層を表面側樹脂層よりも薄く形成することによって、基板の表面側および裏面側に同じ厚みを有する樹脂層を形成する場合に比べて、半導体装置集合体を切断して得られる半導体装置の厚みを小さくすることができる。また、裏面側樹脂層が表面側樹脂層よりも薄くても、裏面側樹脂層の材料として、表面側樹脂層を形成する第1樹脂材料よりも熱膨張係数が大きな第2樹脂材料を用いられることにより、表面側樹脂層および裏面側樹脂層の材料を硬化させるための加熱後の冷却時において、それらの材料が熱収縮したときに基板の裏面に加わる応力を、基板の表面に加わる応力とほぼ等しくすることができる。よって、半導体装置集合体から得られる半導体装置の厚みが大きくなるのを防止することができながら、基板に反りが生じることを防止することができる。 According to this configuration, the front-side resin layer is formed using the first resin material on the front surface side of the substrate, and the second resin material having a larger thermal expansion coefficient than the first resin material is formed on the back surface side. The back side resin layer thinner than the front side resin layer is used. A semiconductor obtained by cutting a semiconductor device assembly as compared with the case where a resin layer having the same thickness is formed on the front surface side and the back surface side of the substrate by forming the back surface side resin layer thinner than the front surface side resin layer. The thickness of the device can be reduced. Moreover, even if the back surface side resin layer is thinner than the front surface side resin layer, the second resin material having a larger thermal expansion coefficient than the first resin material forming the front surface side resin layer is used as the material of the back surface side resin layer. Thus, during cooling after heating to cure the materials of the front surface side resin layer and the back surface side resin layer, the stress applied to the back surface of the substrate when those materials are thermally contracted is the stress applied to the surface of the substrate. Can be approximately equal. Therefore, the thickness of the semiconductor device obtained from the semiconductor device assembly can be prevented from increasing, and the substrate can be prevented from warping.
また、請求項6記載の発明は、前記第2樹脂材料は、前記第1樹脂材料よりも小さな弾性率を有するものであることを特徴とする、請求項5記載の半導体装置集合体である。
この構成によれば、裏面側樹脂層の材料として、小さな弾性率を有する第2樹脂材料が用いられているので、裏面側樹脂層が薄く形成されていても、その裏面側樹脂層に加わる衝撃を十分に吸収することができる。そのため、半導体装置集合体の状態において、各半導体チップを十分に保護することができ、また、半導体装置集合体から得られる半導体装置において、半導体チップを十分に保護することができる。
The invention according to claim 6 is the semiconductor device assembly according to claim 5, wherein the second resin material has a smaller elastic modulus than the first resin material.
According to this configuration, since the second resin material having a small elastic modulus is used as the material of the back surface side resin layer, even if the back surface resin layer is formed thin, the impact applied to the back surface side resin layer Can be sufficiently absorbed. Therefore, each semiconductor chip can be sufficiently protected in the state of the semiconductor device assembly, and the semiconductor chip can be sufficiently protected in the semiconductor device obtained from the semiconductor device assembly.
なお、請求項7に記載のように、たとえば、前記第1樹脂材料がビスフェノールA型エポキシ樹脂であり、前記第2樹脂材料がポリイミドアミドであれば、第1樹脂材料の熱膨張係数よりも第2樹脂材料の熱膨張係数が大きく、かつ、第1樹脂材料の弾性率よりも第2樹脂材料の弾性率の方が小さくなる。 As described in claim 7, for example, when the first resin material is a bisphenol A type epoxy resin and the second resin material is polyimide amide, the coefficient of thermal expansion is larger than the thermal expansion coefficient of the first resin material. The thermal expansion coefficient of the second resin material is large, and the elastic modulus of the second resin material is smaller than the elastic modulus of the first resin material.
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明にかかる半導体装置1の構成を図解的に示す側面図である。
この半導体装置1は、WL−CSP(ウエハレベルチップサイズパッケージ:Wafer Level-Chip Size Package)を採用した半導体装置であって、その表面に機能素子(図示せず)が作りこまれた半導体チップ10を備えている。半導体チップ10は、たとえば、300〜400μmの厚さを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a side view schematically showing the configuration of a
This
図示しないが、半導体チップ10の表面10aは、パッシベーション膜で覆われており、そのパッシベーション膜には、ポリイミド層や再配線が形成されている。そして、半導体チップ10の表面10a上には、再配線などを封止するための表面側樹脂層11が形成されている。この表面側樹脂層11は、およそ40〜100μmの厚みを有している。
表面側樹脂層11は、たとえば、弾性率が16GPaであり、ガラス転移点(135℃)よりも低い温度における熱膨張係数が2.5〜8.5ppm/℃であり、ガラス転移点以上の温度における熱膨張係数が19.0〜44.0ppm/℃である第1樹脂材料としてのビスフェノールA型エポキシ樹脂を用いて形成されている。
Although not shown, the
For example, the surface-
一方、半導体チップ10の裏面10b上には、表面側樹脂層11の材料であるビスフェノールA型エポキシ樹脂よりも大きな熱膨張係数を有し、かつ、それよりも小さな弾性率を有する樹脂材料、たとえば、弾性率が2.5GPaであり、熱膨張係数が60.0ppm/℃である第2樹脂材料としてのポリイミドアミドを用いて、裏面側樹脂層12が形成されている。裏面側樹脂層12は、およそ10〜30μmの厚みを有しており、表面側樹脂層11よりも薄く形成されている。
On the other hand, on the
また、表面側樹脂層11上には、実装基板2と接続するための複数の外部端子13が設けられている。複数の外部端子13は、たとえば、表面側樹脂層11側の中央部において、格子状に配列されている。各外部端子13は、ボール状に形成されており、半導体装置1に備えられた半導体チップ10と電気的に接続されている。この半導体装置1では、各外部端子13が実装基板2上の各ランド21に当接されることにより、実装基板2に対する実装が達成される。
A plurality of external terminals 13 for connecting to the
このように、裏面側樹脂層12を表面側樹脂層11よりも薄く形成することによって、半導体チップ10の表面10a側および裏面10b側に同じ厚みを有する樹脂層を形成する場合に比べて、その厚みを小さくすることができる。また、裏面側樹脂層12が表面側樹脂層11よりも薄くても、裏面側樹脂層12の材料として、表面側樹脂層11を形成する樹脂材料よりも熱膨張係数が大きな樹脂材料を用いられることにより、表面側樹脂層11および裏面側樹脂層12が熱膨張または熱収縮したときに、裏面側樹脂層12から半導体チップ10の裏面に加わる応力を、表面側樹脂層11から半導体チップ10の表面に加わる応力とほぼ等しくすることができる。よって、半導体装置1の厚みが大きくなるのを防止することができながら、急激な温度変化による半導体チップ10の反りの発生を防止することができる。
Thus, by forming the back surface
また、裏面側樹脂層12の材料として、比較的小さな弾性率を有するポリイミドアミドが用いられているので、裏面側樹脂層12が薄く形成されていても、その裏面側樹脂層12に加わる衝撃を十分に吸収することができ、半導体チップ10を十分に保護することができる。
図2は、図1に示す半導体装置1が集合してなる半導体装置集合体3の表面30a側斜視図であり、図3は、その図解的な側面図である。
Moreover, since the polyimideamide which has a comparatively small elasticity modulus is used as a material of the back surface
2 is a perspective view of the
半導体装置1は、複数の半導体装置1が集合してなる半導体装置集合体3を、図示しないダイシングブレードなどにより、各半導体チップ10間に設定されたダイシングラインLに沿って切断し、各1個の半導体チップ10を含む個片に切り分けることで得られる。
半導体装置集合体3は、複数の半導体チップ10が作り込まれた基板30と、その基板30の表面30a(各半導体チップ10の表面10a)上に、ビスフェノールA型エポキシ樹脂を用いて形成された表面側樹脂層11と、基板30の裏面30b上に、ポリイミドアミドを用いて表面側樹脂層11よりも薄く形成された裏面側樹脂層12とを備えている。
The
The
表面側樹脂層11および裏面側樹脂層12は、次のようにして形成される。すなわち、表面側樹脂層11および裏面側樹脂層12を形成する際には、基板30の表面30aに、表面側樹脂層11の材料であるビスフェノールA型エポキシ樹脂が塗布される。また、基板30の裏面30bに、裏面側樹脂層12の材料であるポリイミドアミドが塗布される。このとき、ポリイミドアミドは、基板30の表面30a上に塗布されたビスフェノールA型エポキシ樹脂よりも薄く塗布される。その後、それらの樹脂が、基板30ごと、約170℃〜180℃まで加熱された後、常温(約25℃)まで冷却される。これにより、基板30の表面30a上のビスフェノールA型エポキシ樹脂および基板30の裏面30b上のポリイミドアミドが硬化し、基板30の表面30a上および裏面30b上に、それぞれ表面側樹脂層11および裏面側樹脂層12が形成される。
The front surface
表面側樹脂層11および裏面側樹脂層12を形成するための加熱後の冷却時には、基板30の表面30aに塗布されたビスフェノールA型エポキシ樹脂が熱収縮し、また、基板30の裏面30bに塗布されたポリイミドアミドが熱収縮する。基板30の裏面30bには、ポリイミドアミドが、基板30の表面30a上のビスフェノールA型エポキシ樹脂よりも薄く塗布されているが、ポリイミドアミドはビスフェノールA型エポキシ樹脂よりも大きな熱膨張係数を有するので、基板30の裏面30bには、ビスフェノールA型エポキシ樹脂から基板30の表面30aに作用する応力とほぼ同じ大きさの応力がポリイミドアミドから与えられる。そのため、基板30に反りを生じるおそれがない。
At the time of cooling after heating to form the front surface
また、裏面側樹脂層12を表面側樹脂層11よりも薄く形成することによって、基板30の表面30a側および裏面30b側に同じ厚みを有する樹脂層を形成する場合に比べて、半導体装置集合体3を切断して得られる半導体装置1の厚みを小さくすることができる。
さらに、裏面側樹脂層12の材料として、小さな弾性率を有する樹脂材料が用いられているので、裏面側樹脂層12が薄く形成されていても、裏面側樹脂層12に加わる衝撃を十分に吸収することができる。そのため、半導体装置集合体3の状態において各半導体チップ10を十分保護することができ、また、半導体装置集合体3から得られる半導体装置1において、半導体チップ10を十分に保護することができる。
Further, by forming the back surface
Further, since a resin material having a small elastic modulus is used as the material of the back surface
なお、第1樹脂材料として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂を例示し、第2樹脂材料として、ポリイミドアミドを例示したが、第1樹脂材料の熱膨張係数よりも第2樹脂材料の熱膨張係数が大きく、かつ、第1樹脂材料の弾性率よりも第2樹脂材料の弾性率の方が小さければ、第1樹脂材料および第2樹脂材料として、例示した材料以外の材料を用いてもよい。 In addition, although the bisphenol A type epoxy resin was illustrated as 1st resin material and the polyimide amide was illustrated as 2nd resin material, the thermal expansion coefficient of 2nd resin material is larger than the thermal expansion coefficient of 1st resin material. If the elastic modulus of the second resin material is smaller than that of the first resin material, materials other than the exemplified materials may be used as the first resin material and the second resin material.
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
1 半導体装置
10 半導体チップ
10a 半導体チップの表面
10b 半導体チップの裏面
11 表面側樹脂層
12 裏面側樹脂層
13 外部端子
2 実装基板
21 ランド
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記半導体チップの表面上に、第1樹脂材料を用いて形成された表面側樹脂層と、
前記半導体チップの裏面上に、前記第1樹脂材料よりも大きな熱膨張係数を有する第2樹脂材料を用いて、前記表面側樹脂層よりも薄く形成された裏面側樹脂層とを含むことを特徴とする、半導体装置。 A semiconductor chip;
On the surface of the semiconductor chip, a surface-side resin layer formed using a first resin material;
And a back side resin layer formed thinner on the back side of the semiconductor chip than the front side resin layer using a second resin material having a thermal expansion coefficient larger than that of the first resin material. A semiconductor device.
前記第2樹脂材料は、ポリイミドアミドであることを特徴とする、請求項2記載の半導体装置。 The first resin material is a bisphenol A type epoxy resin,
The semiconductor device according to claim 2, wherein the second resin material is polyimide amide.
前記基板の表面上に、第1樹脂材料を用いて形成された表面側樹脂層と、
前記基板の裏面上に、前記第1樹脂材料よりも大きな熱膨張係数を有する第2樹脂材料を用いて、前記表面側樹脂層よりも薄く形成された裏面側樹脂層とを含むことを特徴とする、半導体装置集合体。 A substrate on which a plurality of semiconductor chips are built, and
A surface-side resin layer formed using a first resin material on the surface of the substrate;
And a back side resin layer formed thinner than the front side resin layer using a second resin material having a larger thermal expansion coefficient than the first resin material on the back side of the substrate. A semiconductor device assembly.
前記第2樹脂材料は、ポリイミドアミドであることを特徴とする、請求項6記載の半導体装置集合体。 The first resin material is a bisphenol A type epoxy resin,
The semiconductor device assembly according to claim 6, wherein the second resin material is polyimide amide.
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