JP2007335740A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置における半導体チップを適切に保護し、半導体チップが周囲の環境から受ける影響を抑制する。
【解決手段】半導体装置１０は、基板２０と半導体チップ３０との間の隙間を充填するアンダーフィル７０と、基板２０の一部を覆う封止樹脂層４０と備える。封止樹脂層４０は、半導体チップ３０の裏面が封止樹脂層４０から露出するように、半導体チップ３０の側面３０ａを側面３０ａにはみ出したアンダーフィル７０を介して封止する封止部４０ａと、側面３０ａにはみ出したアンダーフィル７０の上方の領域に設けられ、封止樹脂層４０の上面４０ｂより低い凹部４０ｃとを有する。これにより、フィレット７０ａが封止樹脂層４０から受ける力が減少し、半導体チップ３０からアンダーフィル７０に含まれるフィレット７０ａが剥離することを抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に実装された半導体チップが封止された半導体装置、およびその製造方法に関する。

近年、コンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）などの電子機器の小型化、高機能化・高速化に伴い、こうした電子機器向けのＩＣ（集積回路）、ＬＳＩ（大規模集積回路）などの半導体チップを搭載した半導体装置のさらなる小型化、高速化および高密度化が要求されている。半導体装置の小型化、高速化および高密度化は、消費電力の増加を招き、単位体積当たりの発熱量も増加する傾向にある。

従来、半導体チップの実装構造として、半導体チップの電極が形成された面をフェイスダウンにした状態で、基板にハンダバンプを用いてフリップチップ実装する構造が知られている。フリップチップ実装された半導体装置は、半導体チップおよび基板の熱膨張率の差異によっては、発熱によりハンダバンプによる接合部に応力が発生し、接続信頼性を低下させるという問題がある。

特許文献１には、半導体チップと基板との間にエポキシ樹脂からなるアンダーフィルを充填し硬化することで、ハンダバンプにかかる応力が緩和され、接続信頼性を向上する半導体装置が開示されている。
特開２００１−２５７２８８号公報

しかしながら、半導体チップとアンダーフィルとの接合状態によっては、半導体チップとアンダーフィルとが接する領域において剥離する可能性がある。例えば、使用により半導体チップが発熱を繰り返すことでアンダーフィルと接する領域に発生する応力が繰り返し変化し、剥離を起こしやすくすることが考えられる。また、封止樹脂を用いて半導体チップをモールド成形により封止する際に、使用する型の形状や成型方法によって、半導体チップとアンダーフィルとが接する領域に力が加わることで剥離を起こしやすくすることも考えられる。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体装置における半導体チップを適切に保護し、半導体チップが周囲の環境から受ける影響を抑制する技術を提供する。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の半導体装置は、基板と、基板に表面をフェイスダウンした状態で実装された半導体チップと、基板と半導体チップとの間に設けられ、該基板と該半導体チップとを電気的に接合する接合部材と、基板と半導体チップとの間の隙間を充填する充填材と、基板の一部を覆うとともに半導体チップの裏面が露出するように、半導体チップの側面を、該側面にはみ出した充填材を介して封止する樹脂材と、を備える。樹脂材は、側面にはみ出した充填材の上方の領域に設けられ、樹脂材の上面より低い凹部が形成されている。

この態様によると、樹脂材は、半導体チップの側面にはみ出した充填材の上方の領域に樹脂材の上面より低い凹部が形成されているので、充填材の上方の樹脂材の量が少なくなり、例えば、基板が反った場合には、充填材が樹脂材から受ける力が減少し、半導体チップから充填材が剥離することを抑制することができる。

本発明の別の態様もまた、半導体装置である。この装置は、基板と、基板に表面をフェイスダウンした状態で実装された半導体チップと、基板と半導体チップとの間に設けられ、該基板と該半導体チップとを電気的に接合する接合部材と、基板と半導体チップとの間の隙間を充填する充填材と、基板の一部を覆うとともに半導体チップの裏面が露出するように、半導体チップの側面を、充填材を介さずに封止する樹脂材と、を備える。

この態様によると、樹脂材が半導体チップの側面を充填材を介さずに封止するので、例えば、基板が反った場合には、充填材が樹脂材から力を受けることは実質的にはないため、半導体チップの側面から充填材が剥離することを防止することができる。また、半導体チップの側面の封止を充填材を用いずに樹脂材で行うので、充填材と樹脂材との密着性を考慮する必要がなくなるため、充填材や樹脂材、製造方法の選択に幅が広がり、半導体装置の設計が容易となる。

本発明のさらに別の態様もまた、半導体装置である。この装置は、基板と、基板に表面をフェイスダウンした状態で実装された半導体チップと、基板と半導体チップとの間に設けられ、該基板と該半導体チップとを電気的に接合する接合部材と、基板と半導体チップとの間の隙間を充填する充填材と、基板の一部を半導体チップの裏面が露出するように覆う樹脂材と、半導体チップと樹脂材との間に充填され基板の変形を抑える補強材と、を備える。補強材は、樹脂材より剛性が高く半導体チップの側面を該側面にはみ出した充填材を介して封止する。

この態様によると、基板の一部を覆う樹脂材より剛性が高く、半導体チップと樹脂材との間に充填されることで基板の変形を抑える補強材により、基板が反りにくくなる。また、補強材は樹脂材より剛性が高いため、例えば、基板が反るような方向に力が加わっても、樹脂材の方が補強材より変形しやすい。一方、充填材と接する補強材は樹脂材より剛性が高いため変形しにくく、補強材から充填材が受ける力を抑えることができ、基板が反ったりした場合に半導体チップから充填材が剥離することを抑制することができる。

本発明のさらに別の態様もまた、半導体装置である。この装置は、基板と、基板に表面をフェイスダウンした状態で実装された半導体チップと、基板と半導体チップとの間に設けられ、該基板と該半導体チップとを電気的に接合する接合部材と、基板と半導体チップとの間の隙間を充填する充填材と、基板の一部を、半導体チップの裏面が露出するように、半導体チップの側面に接することなく覆う樹脂材と、を備える。充填材は、樹脂材と側面との間を充填するように側面にはみ出した状態で半導体チップの側面を封止する。

この態様によると、充填材は、その上方に樹脂材がない状態で、かつ、樹脂材と半導体チップの側面との間を充填するように側面にはみ出した状態で半導体チップの側面を封止するため、例えば、基板が反った場合には、充填材が樹脂材から受ける力が減少し、半導体チップから充填材が剥離することを抑制することができる。

なお、上述の充填材としては、例えば、隙間に浸透しやすく所定の条件により硬化するエポキシ樹脂が好ましいが、これに限られるものではなく、基板と半導体チップとの間に生じる熱的応力や物理的応力に対する接続信頼性、絶縁性、低温硬化および短時間硬化による製造容易性等を考慮して適宜選択すればよい。

なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。

本発明によれば、半導体装置における半導体チップを適切に保護し、半導体チップが周囲の環境から受ける影響を抑制することができる。

以下、本発明に係る実施の形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１（Ａ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置１０の概略構成を示す斜視図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ’線上の断面構造を示す断面図である。半導体装置１０は、基板２０と、表面をフェイスダウンした状態で基板２０にフリップチップ実装されたＬＳＩなどの半導体チップ３０と、半導体チップ３０の周囲を封止する封止樹脂層４０とを備える。本実施の形態に係る半導体装置１０は、基板２０の裏面に複数のハンダボール５０がアレイ状に配設されたＢＧＡ(Ball Grid Array）型の半導体パッケージ構造を有する。

本実施の形態において、半導体チップ３０の表面とは、実装される基板２０と電気的に接合される導通部が設けられている面をいう。そして、半導体チップ３０は、その表面をフェイスダウンした状態で基板２０に実装されることで、半導体チップ３０と基板２０との導通経路が短くなり、半導体装置１０を小型化することができる。また、基板２０の裏面とは、半導体チップ３０が実装される面と反対の面をいう。

半導体装置１０を、図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照して詳述する。半導体装置１０は、前述の基板２０と半導体チップ３０の他に、半導体チップ３０の外部電極となるハンダバンプ３２と基板２０のＣ４バンプ２７とがハンダ付けされたことで基板２０と半導体チップ３０とを電気的に接合する接合部材と、基板２０と半導体チップ３０との間の隙間を充填する充填材としてのアンダーフィル７０と、半導体チップ３０の周囲に形成され、半導体チップ３０を封止する封止樹脂層４０とを備える。

半導体装置１０は、半導体チップ３０と基板２０との間の隙間がアンダーフィル７０により充填されることで、温度サイクル時に基板２０と半導体チップ３０との熱膨張率の差によりハンダ接合部分に生じるストレスを分散することができ、温度変化に対する動作安定性が改善される。

また、基板２０は、その裏面にボールランド部２９が設けられており、それぞれのボールランド部２９にハンダボール５０が接合されている。さらに、基板２０は、その裏面に電極パッド２３が設けられており、それぞれの電極パッド２３にキャパシタ６０が実装されている。

基板２０と半導体チップ３０との間の隙間に充填されたアンダーフィル７０は、ハンダ接合部や半導体チップ３０の保護を目的としており、隙間を充填する適度な粘性を持つことが好ましい。しかし、アンダーフィル７０は、その粘性や表面張力、製造方法によって基板２０と半導体チップ３０との間から半導体チップ３０の側面３０ａにはみ出したフィレット７０ａを有する。そこで、基板２０の一部を覆う封止樹脂層４０は、半導体チップ３０の側面３０ａをフィレット７０ａを介して封止することで、光、熱、湿度などの環境から半導体チップ３０を保護することができる。

具体的には、本実施の形態に係る封止樹脂層４０は、半導体チップ３０の裏面が封止樹脂層４０から露出するように、半導体チップ３０の側面３０ａをフィレット７０ａを介して封止する封止部４０ａと、側面３０ａにはみ出したフィレット７０ａの上方の領域に設けられ、封止樹脂層４０の上面４０ｂより低い凹部４０ｃとを有する。

これにより、封止樹脂層４０は、封止樹脂層４０の上面４０ｂより低い凹部４０ｃが設けれているので、フィレット７０ａの上方の封止樹脂層４０の量が少なくなり、例えば、基板が反った場合には、フィレット７０ａが封止樹脂層４０から受ける力が減少し、半導体チップ３０からアンダーフィル７０に含まれるフィレット７０ａが剥離することを抑制することができる。その結果、半導体装置１０における半導体チップ３０を適切に保護し、半導体チップ３０が周囲の環境から受ける影響を抑制することができるので、半導体チップ３０の動作安定性が向上する。

特に、本実施の形態に係る半導体装置１０のように、放熱性の観点からヒートシンクの配置を考慮し半導体チップ３０の裏面が封止樹脂層４０から露出する構成を採用している場合、封止樹脂層４０で半導体チップ３０全体を覆うことができないため、前述の構成によりフィレット７０ａが側面３０ａより剥離しないようにすることで、半導体装置１０における半導体チップ３０を適切に保護し、半導体チップ３０が周囲の環境から受ける影響を抑制することができる。

なお、封止樹脂層４０は、アレイ状の配設された複数のハンダボール５０のうち、最外位置にあるハンダボール５０よりも外側まで基板２０を被覆していることが望ましい。これによれば、封止樹脂層４０によって基板２０の強度が向上するため、基板２０の反りが抑制される。このように、封止樹脂層４０は基板２０の補強材としての機能も果たすため、基板２０がより一層薄型化しても、半導体装置１０全体の強度を確保することができる。

キャパシタ６０は、半導体チップ３０の直下の基板２０の裏面に接続されている。これにより、半導体チップ３０からキャパシタ６０までの配線経路を短縮することができ、配線抵抗の低減が図られる。なお、キャパシタ６０の設置場所は、半導体チップ３０の直下の基板２０の裏面に限られない。例えば、配線経路が十分短くできる範囲内であれば、半導体チップ３０の直下から外れた基板２０の裏面に設置してもよい。あるいは、配線経路が十分短くできる範囲内で、キャパシタ６０を基板２０の表面に設置し、封止樹脂層４０によりキャパシタ６０を封止してもよい。

図２は、本実施の形態に係る基板２０の構造を詳細に示す断面図である。基板２０は、層間絶縁膜と配線層とが交互に積層された多層配線構造を有する。複数の配線層２２が層間絶縁膜２４を介して積層されている。配線層２２には、例えば銅が用いられる。層が異なる配線層２２間は、層間絶縁膜２４に設けられたビアプラグ２６により電気的に接続されている。基板２０の裏面の配線層２２ａの周囲には、耐熱性に優れた樹脂材料からなるソルダーレジスト膜２８が形成され、基板２０にハンダ付けを行う際に、必要な箇所以外にハンダが付着しないように最下層の層間絶縁膜２４ａがコーティングされる。

また、基板２０の裏面には、ハンダボール５０が接合されるボールランド部２９がアレイ状に複数配設されている。また、キャパシタ６０を実装する電極部分には、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）またはこれらの合金からなる電極パッド２３が形成されている。一方、半導体チップが実装される側にあたる基板２０の表面には、電解メッキにより形成されたニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｄ）、金（Ａｕ）またはこれらの合金からなる電極パッド２５がアレイ状に複数配設され、各電極パッド２５の上に、錫、鉛またはこれらの合金からなるＣ４（Controlled Collapse Chip Connection）バンプ２７が設けられている。

このように、本実施の形態の基板２０は、コアレスとすることにより、例えば、６層構造で３００μｍ程度まで薄型化が可能である。基板２０を薄くすることにより、配線抵抗が低減するため、半導体装置１０の動作速度の高速化が図られる。

（半導体装置の製造方法）
図３は、第１の実施の形態の半導体装置の製造方法を概略を示すフロー図である。まず、多層配線構造を有する基板を形成し（Ｓ１０）、この基板の上に半導体チップを実装する（Ｓ２０）。続いて、半導体チップを封止樹脂で封止する（Ｓ３０）。最後に、ハンダボール、キャパシタなどを基板の裏面に実装する（Ｓ４０）。

以下に、基板の形成方法、半導体チップの実装方法および封止樹脂の形成方法についてより詳しく述べる。

（１．基板の形成方法）
図４から図８は、第１の実施の形態の半導体装置１０の基板２０の形成方法を示す工程断面図である。

まず、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、銅基板１００の上に、レジスト膜１０２を塗布し、レーザー光の照射により所定の開口を有する形状にパターニングする。次に、図４（Ｃ）に示すように、レジスト膜１０２をマスクとして、ニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｄ）、金（Ａｕ）またはこれらの合金などからなる電極パッド２５を電解メッキにより銅基板１００の上に形成する。

次に、図５（Ａ）に示すように、レジスト膜１０２を除去した後、図５（Ｂ）に示すように、銅基板１００の上に層間絶縁膜２４を形成する。次に、図５（Ｃ）に示すように、層間絶縁膜２４の所定の領域をレーザー光により除去してビアホール１１２を形成する。このように、本実施の形態に係る半導体装置１０は、各ビアホール１１２がレーザー加工により形成されるため、ドリル加工の場合と比較して製造コストを低減させることができる。

次に、図６（Ａ）に示すように、層間絶縁膜２４の表面上、ビアホール１１２の側壁および底部に銅からなるシード層１２０を無電解メッキにより形成する。シード層１２０は、後述する銅の電解メッキ時において、銅が成長するための核となる。次に、図６（Ｂ）に示すように、シード層１２０の上に、レジスト膜１２２を塗布し、レーザー光の照射により所定の開口を有する形状にパターニングする。

次に、図６（Ｃ）に示すように、レジスト膜１２２をマスクとして、ビアホール１１２に電解メッキにより銅を埋め込んでビアプラグ２６を形成するとともに、層間絶縁膜２４の上に配線層２２を形成する。ビアプラグ２６により、異なる層間の配線層２２が電気的に接続される。次に、図６（Ｄ）に示すように、レジスト膜１２２を除去した後、エッチングによりレジスト膜１２２の下に存在するシード層１２０を除去するとともに、配線層２２の最表面を除去することにより配線層２２の表面を浄化する。

以上説明した図４から図６に示すプロセスを繰り返すことにより、図７（Ａ）に示すような多層配線構造を構築することができる。

続いて、図７（Ｂ）に示すように、レジスト膜（図示せず）をマスクとして、最表面の配線層２２が露出するように、ソルダーレジスト膜２８を層間絶縁膜２４の上に形成する。次に、図７（Ｃ）に示すように、銅基板１００を除去するとともに、ＢＧＡボールが接合されるボールランド部２９の表面に、有機表面保護コーティング材（ＯＳＰ）２１を被覆する。

次に、図８（Ａ）に示すように、フリップチップ実装用のＣ４バンプ２７を電極パッド２５の上にハンダ付けするとともに、キャパシタを実装する電極部分に錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）またはこれらの合金からなる電極パッド２３をハンダ付けにより形成する。次に、図８（Ｂ）に示すように、Ｃ４バンプ２７をプレスにより平坦化する。なお、図８（Ｂ）に示すＣ４バンプ２７の平坦化は、機械研磨で行ってもよい。

以上の工程により、本実施の形態で用いられる基板２０が形成される。なお、図８（Ｂ）は、図２に示した基板２０と天地が反対になっている。

これによれば、例えば、層間絶縁膜が６層の構成の場合に、基板の厚さを３００μｍ程度まで薄型化することができる。また、ビア形成において、レーザー加工を用いているため、製造コストを抑制することができる。

（２．半導体チップの実装方法）
図９（Ａ）および図９（Ｂ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置１０の半導体チップ３０の実装方法を示す工程断面図である。

まず、図９（Ａ）に示すように、半導体チップ３０の外部電極端子が設けられた表面をフェイスダウンにした状態で、各ハンダバンプ３２とそれらに対応するＣ４バンプ２７とをハンダ付けすることにより、半導体チップ３０をフリップチップ実装する。次に、図９（Ｂ）に示すように、半導体チップ３０と基板２０との間にアンダーフィル７０を充填する。

以上の工程により、ハンダ接合部分から生じるストレスがアンダーフィル７０により分散された状態で、基板２０に半導体チップ３０がフリップチップ実装される。

（３．封止樹脂形成方法）
図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置１０の封止樹脂層４０の形成方法を示す工程図である。同様に、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置１０の封止樹脂層４０の形成方法を示す工程図である。

まず、この樹脂形成方法で用いられる上型２００および下型２１０の構成について説明する。上型２００は、溶融した封止樹脂の流通路となるランナー２０２を備える。ランナー２０２は、上型２００と下型２１０とが型合わせされたときに形成されるキャビティ２２０への開口部を有する。上型２００の成型面は、樹脂成型時に半導体チップ３０の裏面と接するチップ接触面２０７と、チップ接触面２０７の周囲に位置し、封止樹脂層４０を成型するための樹脂成型面２０６とを含む。樹脂成型面２０６は、図１（Ａ）に示す封止樹脂層４０の上面より低い凹部４０ｃを形成するための溝形成部２０６ａが、チップ接触面２０７の近傍に設けられている。

本実施の形態では、チップ接触面２０７は、樹脂成型面２０６に対して凹部である。樹脂成型時にチップ接触面２０７が半導体チップ３０の裏面と接することにより、樹脂成型時に封止樹脂が半導体チップ３０の裏面に流れ込みことが阻止される。また、上型２００には、ポンプなどの吸引機構と連通する吸引穴２０４が設けられている。なお、上型における凸部とは、成型面を上にした状態での凹凸関係をいう。一方、下型２１０は、プランジャー２１２が往復運動可能に形成されたポット２１４を有する。

このような上型２００および下型２１０を用いて、図１０（Ａ）に示すように、半導体チップ３０が実装された基板２０を下型２１０に載置する。また、リリースフィルム２３０を上型２００と下型２１０との間に設置する。

次に、図１０（Ｂ）に示すように、ポット２１４の中に、封止樹脂を固形化した樹脂タブレット２４０を投入する。また、吸引機構を作動させることにより、リリースフィルム２３０と上型２００との間の空気を排気して、リリースフィルム２３０を上型２００に密着させる。次に、図１０（Ｃ）に示すように、上型２００と下型２１０とを型合わせし押圧された状態でクランプする。溝形成部２０６ａは、型合わせの状態で半導体チップ３０の側面３０ａの上端部を遮蔽するように樹脂成型面２０６に形成されている。

次に、図１１（Ａ）に示すように、樹脂タブレット２４０を加熱して溶融させた状態で、プランジャー２１２をポット２１４に押し込むことにより、液体状の封止樹脂２４１をキャビティ２２０内に導入する。上型２００と基板２０との間に形成された空間を封止樹脂２４１で充填した後、一定時間加熱して封止樹脂２４１を固化させる。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、熱硬化性の封止樹脂を用いているが、冷却することで固化する封止樹脂を用いてもよい。

次に、図１１（Ｂ）に示すように、上型２００と下型２１０とを引き離し、封止樹脂層４０が形成された基板２０を取り出す。

以上説明した封止樹脂形成方法によれば、半導体チップ３０の周囲に、半導体チップ３０を封止する封止樹脂層４０が形成され、半導体チップ３０の裏面が露出する。かつ、封止樹脂層４０は、その上面４０ｂより低い凹部４０ｃが形成される。

また、封止樹脂２４１をキャビティ２２０の内面等に接触させることなく封止樹脂層４０を成型することができる。また、封止樹脂層４０を成型した基板２０をリリースフィルム２３０により容易に離型することができるため、上型２００にエジェクターピン等を設けなくて済む。このため、金型構造を簡素化できるので、半導体装置の製造コストを低下させることができる。また、半導体装置に最適な封止樹脂材料を使用することができるため、半導体装置設計の自由度を高めることができる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、半導体装置１０の封止樹脂層４０に設けられた凹部４０ｃは、半導体チップ３０を囲むように全周に設けられている場合について説明したが、必ずしもこれに限るものではなく、例えば、部分的に凹部を設けてもよい。より好ましくは、半導体チップ３０の角部の外側に凹部を部分的に設けるとよい。

図１２は、第２の実施の形態に係る半導体装置１２の概略構成を示す斜視図である。以下、第２の実施の形態に係る半導体装置１２について説明するが、第１の実施の形態に係る半導体装置１０と同様な構成については適宜省略し、第１の実施の形態に係る半導体装置１０と異なる構成について説明する。

第１の実施の形態に係る半導体装置１０のように半導体チップ３０が方形の場合、基板２０が反ったとき、半導体チップ３０の角部近傍の封止樹脂層４０には応力がかかりやすいため、他の場所と比較してフィレット７０ａが封止樹脂層４０から受ける力も大きくなりやすい。

そこで、第２の実施の形態に係る半導体装置１２は、半導体チップ３０の角部に隣接する領域の封止樹脂層４０に凹部１４０ｃが部分的に設けられているので、基板２０の反りを抑えるために効果的な封止樹脂層４０はあまり減らさずに、封止樹脂層４０からフィレット７０ａが受ける力を部分的に緩和することができる。つまり、基板２０を含めた半導体装置１２全体の強度を確保しつつ、基板２０が反った場合に半導体チップ３０の角部近傍のフィレット７０ａが封止樹脂層４０から受ける力を緩和することができる。

その結果、半導体装置１２における半導体チップ３０を適切に保護し、半導体チップ３０が周囲の環境から受ける影響を抑制することができるので、半導体チップ３０の動作安定性が向上する。

（第３の実施の形態）
図１３（Ａ）は、第３の実施の形態に係る半導体装置１４の概略構成を示す斜視図である。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）のＢ−Ｂ’線上の断面構造を示す断面図である。以下、第３の実施の形態に係る半導体装置１４について説明するが、上述の各実施の形態に係る半導体装置と同様な構成については適宜省略し、各実施の形態に係る半導体装置と異なる構成について説明する。

本実施の形態に係る半導体装置１４は、アンダーフィル７０が半導体チップ３０の側面３０ａにはみ出していない点が第１の実施の形態に係る半導体装置１０と相違する大きな点である。つまり、半導体装置１４において、封止樹脂層４０は、半導体チップ３０の裏面が封止樹脂層４０から露出するように半導体チップ３０の側面３０ａをアンダーフィル７０を介さずに封止部４０ａにおり封止する。

そのため、例えば、基板が反った場合には、アンダーフィル７０が封止樹脂層４０から力を受けることは実質的にはないため、半導体チップ３０の側面３０ａからフィレットが剥離することでハンダ接合部分が露出することを防止することができる。また、半導体チップの側面の封止をアンダーフィル７０を用いずに封止樹脂層４０で行うので、アンダーフィル７０と封止樹脂層４０との密着性を考慮する必要がなくなるため、アンダーフィル７０や封止樹脂層４０の選択、およびそれらの製造工程の選択に幅が広がり、半導体装置の設計が容易となる。

（第４の実施の形態）
図１４（Ａ）は、第４の実施の形態に係る半導体装置１６の概略構成を示す斜視図である。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＣ−Ｃ’線上の断面構造を示す断面図である。以下、第４の実施の形態に係る半導体装置１６について説明するが、上述の各実施の形態に係る半導体装置と同様な構成については適宜省略し、各実施の形態に係る半導体装置と異なる構成について説明する。

本実施の形態に係る半導体装置１６は、半導体チップ３０と封止樹脂層４０との間に充填され基板２０の変形を抑える補強材４４を備える点が第１の実施の形態に係る半導体装置１０と相違する大きな点である。補強材４４は、封止樹脂層４０より剛性が高く、半導体チップ３０の側面３０ａを側面３０ａにはみ出したフィレット７０ａを介して封止する封止部４４ａを有する。

補強材４４は、基板２０の一部を覆う封止樹脂層４０より剛性が高いため、半導体チップ３０と封止樹脂層４０との間に充填されることで基板２０が反りにくくなる。そのため、基板の反りによりフィレット７０ａが補強材４４から受ける力が減少し、半導体チップ３０の側面３０ａからフィレット７０ａが剥離することを抑制することができる。また、補強材４４は封止樹脂層４０より剛性が高いため、例えば、基板が反るような方向に力が加わっても、封止樹脂層４０の方が補強材４４より変形しやすい。一方、フィレット７０ａと接する補強材４４は封止樹脂層４０より剛性が高いため変形しにくく、補強材４４からフィレット７０ａが受ける力を抑えることができ、基板が反った場合であっても半導体チップ３０の側面３０ａからフィレット７０ａが剥離することを抑制することができる。

次に、本実施の形態に係る半導体装置１６の製造方法について図１５、図１６を参照して説明する。図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）、図１５（Ｃ）は、第４の実施の形態に係る半導体装置１６の封止樹脂層４０の形成方法を示す工程図である。同様に、図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）、図１６（Ｃ）は、第４の実施の形態に係る半導体装置１６の封止樹脂層４０の形成方法を示す工程図である。なお、以下の説明では、第１の実施の形態に係る半導体装置１０の製造方法と同様の内容については適宜省略して説明する。

以下では、半導体装置の製造方法において第１の実施の形態と異なる樹脂形成方法について説明する。はじめに、この樹脂形成方法で用いられる上型３００の構成について説明する。下型２１０の構成は第１の実施の形態と同様である。上型３００は、溶融した封止樹脂の流通路となるランナー３０２を備える。ランナー３０２は、上型３００と下型２１０とが型合わせされたときに形成されるキャビティ３２０への開口部を有する。上型３００の成型面は、樹脂成型時に半導体チップ３０の裏面と接するチップ接触面３０７と、チップ接触面３０７の周囲に位置し、封止樹脂層４０を成型するための樹脂成型面３０６とを含む。樹脂成型面３０６は、補強材４４をポッティングする溝部を形成するための溝形成部３０６ａが、チップ接触面３０７の近傍に設けられている。

本実施の形態では、チップ接触面３０７は、樹脂成型面３０６に対して凹部である。樹脂成型時にチップ接触面３０７が半導体チップ３０の裏面と接することにより、樹脂成型時に封止樹脂が半導体チップ３０の裏面に流れ込みことが阻止される。また、上型３００には、ポンプなどの吸引機構と連通する吸引穴３０４が設けられている。一方、下型２１０は、プランジャー２１２が往復運動可能に形成されたポット２１４を有する。

このような上型３００および下型２１０を用いて、図１５（Ａ）に示すように、半導体チップ３０が実装された基板２０を下型２１０に載置する。また、リリースフィルム２３０を上型３００と下型２１０との間に設置する。

次に、図１５（Ｂ）に示すように、ポット２１４の中に、封止樹脂を固形化した樹脂タブレット２４０を投入する。また、吸引機構を作動させることにより、リリースフィルム２３０と上型３００との間の空気を排気して、リリースフィルム２３０を上型３００に密着させる。次に、図１５（Ｃ）に示すように、上型３００と下型２１０とを型合わせし押圧された状態でクランプする。溝形成部３０６ａは、型合わせの状態で溶融した封止樹脂がフィレット７０ａに到達しないために下型２１０と接するように樹脂成型面３０６に形成されている。

次に、図１６（Ａ）に示すように、樹脂タブレット２４０を加熱して溶融させた状態で、プランジャー２１２をポット２１４に押し込むことにより、液体状の封止樹脂２４１をキャビティ３２０内に導入する。上型３００と基板２０との間に形成された空間を封止樹脂２４１で充填した後、一定時間加熱して封止樹脂２４１を固化させる。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、熱硬化性の封止樹脂を用いているが、冷却することで固化する封止樹脂を用いてもよい。

次に、図１６（Ｂ）に示すように、上型３００と下型２１０とを引き離す。次に、図１６（Ｃ）に示すように、半導体チップ３０と封止樹脂層４０との間に形成された溝部にポッティング装置４６により補強材４４を充填し、フィレット７０ａおよび半導体チップ３０の側面を封止する。以上の方法により、前述の半導体装置１６を製造することができる。

（第５の実施の形態）
図１７（Ａ）は、第５の実施の形態に係る半導体装置１８の概略構成を示す斜視図である。図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）のＤ−Ｄ’線上の断面構造を示す断面図である。以下、第５の実施の形態に係る半導体装置１８について説明するが、上述の各実施の形態に係る半導体装置と同様な構成については適宜省略し、各実施の形態に係る半導体装置と異なる構成について説明する。

本実施の形態に係る半導体装置１８は、半導体チップ３０の側面３０ａが封止樹脂層４０ではなくアンダーフィル７０により覆われている点が第１の実施の形態に係る半導体装置１０と相違する大きな点である。つまり、半導体装置１８において、封止樹脂層４０は、半導体チップ３０の裏面が封止樹脂層４０から露出するように、半導体チップ３０の側面３０ａに接することなく基板２０の一部を覆っている。また、アンダーフィル７０は、封止樹脂層４０と側面３０ａとの間を充填するように側面３０ａにはみ出した状態で半導体チップ３０の側面３０ａを封止する。

半導体装置１８によれば、アンダーフィル７０は、その上方に封止樹脂層４０がない状態で、かつ、封止樹脂層４０と半導体チップ３０の側面３０ａとの間を充填するように側面３０ａにはみ出した状態で半導体チップ３０の側面３０ａを封止するため、例えば、基板２０が反った場合には、アンダーフィル７０が封止樹脂層４０から受ける力が減少し、半導体チップ３０からアンダーフィル７０が剥離することを抑制することができる。

半導体装置１８を製造する方法については、種々あるが、例えば、第４の実施の形態で説明した図１６（Ｃ）の工程において、補強材４４の代わりにアンダーフィル７０と同様の材料で溝部を充填する、といったようなアンダーフィル７０を２回の工程に分けて充填することで半導体装置１８を製造することができる。また、図９（Ｂ）に示す半導体チップ３０の実装工程においてアンダーフィル７０を充填することをせず、封止樹脂成形工程の後に前述の図１６（Ｃ）の工程において一度にアンダーフィル７０を充填することで半導体装置１８を製造してもよい。

本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。

例えば、上述の各実施の形態では、基板２０は、コアレスな多層配線構造を有するが、本発明の技術思想は、コアを有する多層配線基板にも適用可能である。

また、各実施形態の半導体装置の製造方法は、上述のようなリリースフィルムを用いる手法に限定されない。例えば、リリースフィルムを用いない周知のトランスファーモールド法によっても各実施形態の半導体装置を製造することができる。

図１（Ａ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置１０の概略構成を示す斜視図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ’線上の断面構造を示す断面図である。 本実施の形態に係る基板の構造を詳細に示す断面図である。 第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を概略を示すフロー図である。 図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置の基板の形成方法を示す工程断面図である。 図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置の基板の形成方法を示す工程断面図である。 図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置の基板の形成方法を示す工程断面図である。 図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置の基板の形成方法を示す工程断面図である。 図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置の基板の形成方法を示す工程断面図である。 図９（Ａ）および図９（Ｂ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置の半導体チップの実装方法を示す工程断面図である。 図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置の封止樹脂層の形成方法を示す工程図である。 図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、第１の実施の形態に係る半導体装置の封止樹脂層の形成方法を示す工程図である。 第２の実施の形態に係る半導体装置の概略構成を示す斜視図である。 図１３（Ａ）は、第３の実施の形態に係る半導体装置の概略構成を示す斜視図である。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）のＢ−Ｂ’線上の断面構造を示す断面図である。 図１４（Ａ）は、第４の実施の形態に係る半導体装置の概略構成を示す斜視図である。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＣ−Ｃ’線上の断面構造を示す断面図である。 図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）は、第４の実施の形態に係る半導体装置の封止樹脂層の形成方法を示す工程図である。 図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は、第４の実施の形態に係る半導体装置の封止樹脂層の形成方法を示す工程図である。 図１７（Ａ）は、第５の実施の形態に係る半導体装置の概略構成を示す斜視図である。図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）のＤ−Ｄ’線上の断面構造を示す断面図である。

符号の説明

１０ 半導体装置、 ２０ 基板、 ３０ 半導体チップ、 ３０ａ 側面、 ４０ 封止樹脂層、 ４０ａ 封止部、 ４０ｂ 上面、 ４０ｃ 凹部、 ４４ 補強材、 ７０ アンダーフィル、 ７０ａ フィレット、 ２００ 上型、 ２０６ 樹脂成型面、 ２０６ａ 溝形成部、 ２０７ チップ接触面、 ２１０ 下型。

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板に表面をフェイスダウンした状態で実装された半導体チップと、
   前記基板と前記半導体チップとの間に設けられ、該基板と該半導体チップとを電気的に接合する接合部材と、
   前記基板と前記半導体チップとの間の隙間を充填する充填材と、
   前記基板の一部を覆うとともに前記半導体チップの裏面が露出するように、前記半導体チップの側面を、該側面にはみ出した前記充填材を介して封止する樹脂材と、
   を備え、
   前記樹脂材は、前記側面にはみ出した前記充填材の上方の領域に設けられ、前記樹脂材の上面より低い凹部が形成されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記凹部は、前記樹脂材のうち前記半導体チップの角部に隣接する領域に部分的に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 基板と、
   前記基板に表面をフェイスダウンした状態で実装された半導体チップと、
   前記基板と前記半導体チップとの間に設けられ、該基板と該半導体チップとを電気的に接合する接合部材と、
   前記基板と前記半導体チップとの間の隙間を充填する充填材と、
   前記基板の一部を覆うとともに前記半導体チップの裏面が露出するように、前記半導体チップの側面を、前記充填材を介さずに封止する樹脂材と、
   を備えることを特徴とする半導体装置。
4. 基板と、
   前記基板に表面をフェイスダウンした状態で実装された半導体チップと、
   前記基板と前記半導体チップとの間に設けられ、該基板と該半導体チップとを電気的に接合する接合部材と、
   前記基板と前記半導体チップとの間の隙間を充填する充填材と、
   前記基板の一部を前記半導体チップの裏面が露出するように覆う樹脂材と、
   前記半導体チップと前記樹脂材との間に充填され前記基板の変形を抑える補強材と、
   を備え、
   前記補強材は、前記樹脂材より剛性が高く前記半導体チップの側面を該側面にはみ出した前記充填材を介して封止することを特徴とする半導体装置。
5. 基板と、
   前記基板に表面をフェイスダウンした状態で実装された半導体チップと、
   前記基板と前記半導体チップとの間に設けられ、該基板と該半導体チップとを電気的に接合する接合部材と、
   前記基板と前記半導体チップとの間の隙間を充填する充填材と、
   前記基板の一部を、前記半導体チップの裏面が露出するように、前記半導体チップの側面に接することなく覆う樹脂材と、
   を備え、
   前記充填材は、前記樹脂材と前記側面との間を充填するように前記側面にはみ出した状態で前記半導体チップの側面を封止することを特徴とする半導体装置。
6. 配線パターンが設けられた基板に表面をフェイスダウンした半導体チップをフリップチップ実装する工程と、
   前記基板と前記半導体チップとの間の隙間を充填材で充填する工程と、
   樹脂成型時に前記半導体チップの裏面と接するチップ接触面が該チップ接触面の周囲に位置する樹脂成型面に対して凹部である上型と前記基板が載置された下型とを押圧した状態で、前記上型と前記基板との間に形成された空間に封止樹脂を充填する工程と、
   を備え、
   前記封止樹脂を充填する工程において、
   封止樹脂の上面より低い凹部を形成するために前記チップ接触面の近傍の樹脂成型面に溝成型部が設けられている前記上型であって、前記下型に押圧された状態で前記半導体チップの側面の上端部を遮蔽する前記上型を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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