JP2008053505A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ファインフィラーを含有するモールド樹脂を用いた半導体装置に関し、特にパッケージの反りを防止し、かつ隣接するワイヤ同士の接触を防止することができる半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device using a mold resin containing a fine filler, and more particularly to a semiconductor device capable of preventing package warpage and preventing contact between adjacent wires.
2以上のチップを積層した基板を下金型上に載置し、基板を下金型と上金型で挟むことで形成されるキャビティ内にモールド樹脂を充填してチップを封止する半導体装置の製造方法が知られている。 A semiconductor device in which a substrate in which two or more chips are stacked is placed on a lower mold, and a mold resin is filled in a cavity formed by sandwiching the substrate between the lower mold and the upper mold, thereby sealing the chips The manufacturing method is known.
また、接着層を用いて2つのチップを積層した場合、上側のチップが接着層に対してオーバーハングする場合がある。この場合、上下チップの隙間に、モールド樹脂に含有される硬いフィラーが噛み込む恐れがある。そうすると、モールド樹脂の注入時の圧力や、硬化収縮によってフィラーが下側のチップに食い込んで傷がついてしまうという問題があった。これに対して、スペーサを設けて上側のチップと下側のチップの隙間を大きくすればよいが、装置全体の高さが増してしまうという問題があった。 In addition, when two chips are stacked using an adhesive layer, the upper chip may overhang the adhesive layer. In this case, a hard filler contained in the mold resin may be caught in the gap between the upper and lower chips. If it does so, there existed a problem that a filler will bite into a chip | tip of a lower side by the pressure at the time of injection | pouring of mold resin, and hardening shrinkage, and it will be damaged. On the other hand, a spacer may be provided to increase the gap between the upper chip and the lower chip, but there is a problem that the height of the entire apparatus increases.
これに対し、ウェハをダイシングした後にチップの搭載より先に、ダイボンドフィルムをチップごとに貼り付ける場合や、チップごとに樹脂ペーストを塗布する場合では、接着層として、上側のチップより大きいダイアタッチフィルムを用いたり、樹脂ペーストをはみ出させたりすることで、上側と下側のチップの隙間にフィラーが噛み込むのを防いでいた。しかし、接着層をはみ出させるスペースが無い場合や、製造誤差等により上下チップの隙間が発生してしまう場合があった。 On the other hand, when the die bond film is pasted for each chip before the chip is mounted after dicing the wafer, or when a resin paste is applied for each chip, the die attach film is larger than the upper chip as an adhesive layer. The filler is prevented from biting into the gap between the upper and lower chips by using the resin or by protruding the resin paste. However, there is a case where there is no space for the adhesive layer to protrude or a gap between the upper and lower chips may occur due to a manufacturing error or the like.
また、ウェハ裏面にダイアタッチフィルムを貼り付けた後にウェハをダイシングする場合では、基本的には、ダイアタッチフィルムのサイズはチップのサイズとほぼ同じになる。しかし、ダインシング時のブレードへのダイアタッチフィルムの巻き込みや、ダイアタッチフィルムの硬化収縮により、チップに対してダイアタッチフィルムが小さくなってしまい、チップを積層して搭載した場合に、上下チップの隙間が発生してしまう場合があった。そして、この隙間にフィラーが噛み込み、下側のチップの表面を傷つけるという問題があった。 Further, when the wafer is diced after the die attach film is attached to the back surface of the wafer, the size of the die attach film is basically the same as the size of the chip. However, when the die attach film is wound around the blade during dicing or the die attach film cures and shrinks, the die attach film becomes smaller than the chip. May occur. Then, there is a problem that the filler bites into the gap and damages the surface of the lower chip.
そこで、積層したチップ間にフィラーが噛み込むのを防ぐために、接着層の厚さよりも最大粒径が小さいファインフィラーが用いられるようになってきた。従来のモールド樹脂は、平均粒径が5μmで最大粒径が25μmのフィラーを78wt%含有していた。 Therefore, in order to prevent the filler from biting between the stacked chips, a fine filler having a maximum particle size smaller than the thickness of the adhesive layer has been used. A conventional mold resin contained 78 wt% of a filler having an average particle size of 5 μm and a maximum particle size of 25 μm.
上記の従来のモールド樹脂を用いた場合、パッケージの反りが1.2mm程度ある。このようにパッケージが反ることによりボール取り付け工程でのボール搭載不良が発生したり、反ったパッケージと粘着テープとの接触不良により個片ダイシング工程においてパッケージが飛んだり、欠け不良を生じたりするという問題があった。この問題を回避するための第1の対策として、モールド後のキュア時にパッケージに重りを載せて、パッケージの反りを防ぐ方法がある。しかし、この方法は、手作業となり、また基材に載っているレジンバリが基材に打ち込まれてボール不良が発生するという問題があった。また、第2の対策として、パッケージのカットライン以外の場所を先にカットしてパッケージを小さくすることで、パッケージと粘着テープとの接着不良を防ぐ方法がある。しかし、この方法は、カットの回数が増えることにより、個片ダイシングの生産能力が5〜10%ダウンするという問題があった。 When the above conventional mold resin is used, the warpage of the package is about 1.2 mm. As a result of the warping of the package, a ball mounting defect occurs in the ball mounting process, or the package flies or a chipping defect occurs in the individual dicing process due to a poor contact between the warped package and the adhesive tape. There was a problem. As a first countermeasure for avoiding this problem, there is a method for preventing warpage of the package by placing a weight on the package during curing after molding. However, this method has a problem in that it is a manual operation and a resin burr placed on the base material is driven into the base material to cause a ball defect. Further, as a second countermeasure, there is a method for preventing defective bonding between the package and the adhesive tape by first cutting a place other than the cut line of the package to make the package smaller. However, this method has a problem that the production capacity of the individual dicing decreases by 5 to 10% due to an increase in the number of times of cutting.
また、トランスファモールド時に樹脂の流れによってワイヤが流され、隣接するワイヤ同士が接触すると、ショート不良の原因になるという問題があった。これを防ぐために、ワイヤ同士を固定体によって連結固定するなどの方法(例えば、特許文献1参照)を用いると、製造コストが上がってしまうという問題があった。 In addition, there is a problem in that when a wire is caused to flow by a resin flow at the time of transfer molding and adjacent wires come into contact with each other, a short circuit is caused. In order to prevent this, when a method (for example, refer patent document 1), such as connecting and fixing wires with a fixed body, is used, there is a problem that the manufacturing cost increases.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、パッケージの反りを防止し、かつ隣接するワイヤ同士の接触を防止することができる半導体装置を得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a semiconductor device that can prevent package warpage and contact between adjacent wires. .
本発明に係る半導体装置は、基板と、基板上に搭載されたチップと、チップ上の複数のパッドと基板上の複数のパッドとをそれぞれ接続する複数のワイヤと、チップ及び複数のワイヤを封止するモールド樹脂とを有し、モールド樹脂は、平均粒径が3〜7μmで最大粒径が20〜30μmのフィラーを80wt%以上含有し、複数のパッドのピッチが100μm以上である。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。 A semiconductor device according to the present invention includes a substrate, a chip mounted on the substrate, a plurality of wires connecting the plurality of pads on the chip and the plurality of pads on the substrate, and the chip and the plurality of wires. The mold resin contains 80 wt% or more of filler having an average particle diameter of 3 to 7 μm and a maximum particle diameter of 20 to 30 μm, and the pitch of the plurality of pads is 100 μm or more. Other features of the present invention will become apparent below.
本発明により、パッケージの反りを防止し、かつ隣接するワイヤ同士の接触を防止することができる。 By this invention, the curvature of a package can be prevented and the contact of adjacent wires can be prevented.
実施の形態1.
以下、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造工程について図面を参照しながら説明する。
Hereinafter, the manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、図1に示すように、基板11上に接着層12を介してチップ13を搭載する。そして、チップ13上に接着層14を介して他のチップ15を接着する。ただし、接着層14の幅は、チップ13,15の幅よりも狭い。図2は、チップの積層構造を示す断面図であり、図3はその平面図である。また、図4は、ワイヤ接合部を拡大した平面図である。図示のように、チップ13上の複数のパッド16と基板11上の複数のパッド17とをそれぞれ複数のワイヤ18により接続する。ここで、複数のパッド16,17のピッチが100μm以上であるか、もしくは複数のワイヤ18の長さが3.0mm以下であるのが好ましい。また、複数のパッド16,17のピッチが100μm以上であり、かつ複数のワイヤ18の長さが3.0mm以下であるのがより好ましい。そして、基板11には位置決め穴19と、テーパピン用穴21と、エアベント22とが設けられている。
First, as shown in FIG. 1, a
ここで、チップのダイシングと積層の方法について説明する。まず、図5に示すように、ウェハ23上に複数の半導体素子を形成し、ウェハ23を研磨した後に、ウェハ23をダイシングシート24に貼りつけて台25の上に載置する。次に、図6に示すように、ダイシングブレード26により、ダイシングシート24ごとウェハ23をダイシングしてチップ13ごとに分離する。そして、図7に示すように、UV照射を行う。
Here, a method of chip dicing and stacking will be described. First, as shown in FIG. 5, a plurality of semiconductor elements are formed on the
次に、図8に示すように、ツール27を用いて、接着層12としてダイボンドフィルムを基板11上に貼り付けていく。なお、接着層12として樹脂ペーストを基板11上に塗布してもよい。そして、図9に示すように、接着層12上にチップ13を搭載する。以上の工程を繰り返して任意の数のチップ13を積層する。
Next, as shown in FIG. 8, a die bond film is bonded onto the
図10は上金型を示す上面図であり、図11は下金型を示す上面図である。上金型28には、カル29、カル側ランナー31の一部、オーバーフローキャビティ32、オーバーフローキャビティランナー33の一部、位置決めピン受け部34、及びテーパピン35が設けられている。一方、下金型39には、カル29、カル側ランナー31の一部、オーバーフローキャビティランナー33の一部、基板11を載置するための凹部36、キャビティ37及び位置決めピン38が設けられている。本実施の形態においては、キャビティ37が下金型に形成される場合を示すが、これに限られる物ではなく、キャビティ37が上金型に形成され、基板11のチップ13,15が搭載された面を上向きに載置して、樹脂封止する場合に本発明を適用することも可能である。
FIG. 10 is a top view showing the upper mold, and FIG. 11 is a top view showing the lower mold. The
次に、図12に示すように、基板11を下金型39の凹部36内に、チップ13,15がキャビティ37内に配置されるように載置する。この際に、下金型39に設けられた位置決めピン38を基板11に設けられた位置決め穴19に貫通させて基板11を位置決めする。そして、基板11を下金型39と上金型28で挟む。この際に、上金型28に設けられたテーパピン35の先端のテーパ部分を基板11に設けられたテーパピン用穴21の開口縁部に圧接させ、基板11をスライドさせて、基板11のカル側ランナー31がまたがる端辺を下金型39の凹部36の側壁に圧接させる。この状態で、キャビティ37内に、カル29からカル側ランナー31を介してモールド樹脂41を充填して複数のチップ13,15及び複数のワイヤ18を一括して封止する。
Next, as shown in FIG. 12, the
ここで、フィラーがチップ13,15の間に噛み込むのを防ぐため、モールド樹脂41に含有されるフィラーは、下層のチップ13と、上層のチップ15との隙間よりも小さな目開きのふるいによって選別された物を使用するのが好ましい。本実施の形態においては、下層のチップ13と、上層のチップ15との隙間は35μmであり、モールド樹脂41に含有されるフィラーは、平均粒径が3〜7μmで最大粒径が20〜30μmのファインフィラーである。そして、モールド樹脂41はファインフィラーを80wt%以上含有する。フィラーの最大粒径としては、下層のチップ13と、上層のチップ15との隙間以下であることが最も好ましいが、前記隙間よりも粒径の大きなフィラーが含まれていたとしても、その量がごく微量であれば、半導体装置の信頼性に及ぼす影響は許容できる範囲に留まる。例えば、前記隙間よりも粒径の大きなフィラーの含有量は、0.1wt%以下にするのが好ましい。特に、フィラーの最大粒径が30μm以下である場合、もしくは、粒径が30μm以下のフィラーの含有量が0.1wt%以下であり、かつ、フィラーの総含有量が80wt%以上である場合には、トランスファーモールド時の樹脂の粘性が従来の樹脂に比較して極端に上昇する傾向にある。
Here, in order to prevent the filler from biting between the
その後、図13に示すように、基板11の裏面上の端子に半田ボール42を取り付けた後に、基板11及びモールド樹脂41をチップごとに切断し、個別の半導体装置を得る。
Then, as shown in FIG. 13, after attaching the
ここで、図14は、モールド樹脂の厚みが840μmの場合(左側)と910μmの場合(右側)について、モールド樹脂中のファインフィラーの含有量(フィラー量)とキャビティ反り量との関係を示す図である。この図より、ファインフィラーを80wt%以上含有するモールド樹脂を用いることで、パッケージの反りを防止することができることが分かる。 Here, FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the fine filler content (filler amount) in the mold resin and the cavity warp amount when the thickness of the mold resin is 840 μm (left side) and 910 μm (right side). It is. From this figure, it can be seen that warpage of the package can be prevented by using a mold resin containing 80 wt% or more of fine filler.
図15は、フィラー量とモールド樹脂のガラス転移温度以下での線膨張係数α1との関係を示す図であり、図16は、フィラー量とモールド樹脂のガラス転移温度以上での線膨張係数α2との関係を示す図であり、図17は、フィラー量とモールド樹脂の成形収縮率を示す図であり、図18は、フィラー量とモールド樹脂のスパイラルフローを示す図であり、図19は、フィラー量とモールド樹脂の粘度を示す図である。これらの図より、ファインフィラーの含有量が増すほどモールド樹脂の流動性が低下することが分かる。特に、ファインフィラーの含有量が80wt%を超えると、極端な粘度の上昇が発生するため、モールド樹脂の流動性の低下に伴い、複数のワイヤ18が変形し易くなる。粘度の高い樹脂であっても、キャビティ37内でのモールド樹脂41の流速を極端に遅くすれば、ワイヤの変形を防ぐことができるが、キャビティ37内に樹脂が充填されるのに長い時間がかかるため、生産性の低下が問題となる。生産性の低下を防ぐためには、キャビティ37内の樹脂の最大流速として、少なくとも10mm/秒以上、より好ましくは20mm/秒以上を採用するのが好ましい。しかし、大きな流速で樹脂を注入すると、ワイヤ18の変形が問題となる。そこで、上記のように、複数のパッド16,17のピッチを100μm以上とするか、又は、複数のワイヤ18の長さを3.0mm以下とする。これにより、隣接するワイヤ同士の接触を防止することができる。
FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the amount of filler and the linear expansion coefficient α1 below the glass transition temperature of the mold resin, and FIG. 16 shows the relationship between the amount of filler and the linear expansion coefficient α2 above the glass transition temperature of the mold resin. 17 is a diagram showing the filler amount and the molding shrinkage rate of the mold resin, FIG. 18 is a diagram showing the filler amount and the spiral flow of the mold resin, and FIG. 19 is a diagram showing the filler amount. It is a figure which shows the quantity and the viscosity of mold resin. From these figures, it can be seen that the fluidity of the mold resin decreases as the content of the fine filler increases. In particular, when the content of the fine filler exceeds 80 wt%, an extreme increase in viscosity occurs, so that the plurality of
また、キャビティ37内に樹脂を充填する際に、キャビティ37内の樹脂を基板11の外側に設けられたオーバーフローキャビティ32にオーバーフローキャビティランナー33を介してオーバーフローさせる。そして、キャビティ37内で発生した表面ボイドを除去するため、樹脂の充填完了時にかける圧力は100kg/cm2以上にする。また、チップ領域を充填する際は樹脂の注入スピードを速くし、樹脂がエアベント22に達するまでに注入スピードを遅くする。これにより、複数のワイヤ18の変形がますます深刻になる。そこで、複数のパッド16,17のピッチ又は複数のワイヤ18の長さを上記のように設定して、隣接するワイヤ同士の接触を防止することが重要となる。
Further, when the resin is filled in the
実施の形態2.
図20は、本発明の実施の形態2に係る半導体装置を示す断面図である。図示のように、チップ13上に、他のチップ15がバンプ電極43を介してフリップチップ接続されている。そして、チップ13と他のチップ15との隙間にモールド樹脂41が注入されている。その他の構成は実施の形態1と同様である。特に、フィラーがチップ13,15の間に噛み込むのを防ぐため、下層のチップ13と、上層のチップ15との隙間よりも小さな目開きのふるいによって選別されたフィラーを使用するのが好ましい。本実施の形態においては、下層のチップ13主面上の表面保護絶縁膜と、上層のチップ15の表面保護絶縁膜との間の距離は、35μmであり、モールド樹脂41に含有されたフィラーは、実施の形態1と同様に、平均粒径が3〜7μmで最大粒径が20〜30μmのファインフィラーである。そして、モールド樹脂41は実施の形態1と同様にファインフィラーを80wt%以上含有し、複数のパッド16,17のピッチ又は複数のワイヤ18の長さは実施の形態1と同様に設定されている。これにより、実施の形態1と同様の効果を奏する。
FIG. 20 is a sectional view showing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. As shown in the figure, another
11 基板
13 チップ
14 接着層
15 チップ(他のチップ)
16,17 複数のパッド
18 複数のワイヤ
41 モールド樹脂
11
16, 17
Claims (4)
前記基板上に搭載されたチップと、
前記チップ上の複数のパッドと前記基板上の複数のパッドとをそれぞれ接続する複数のワイヤと、
前記チップ及び前記複数のワイヤを封止するモールド樹脂とを有し、
前記モールド樹脂は、平均粒径が3〜7μmで最大粒径が20〜30μmのフィラーを80wt%以上含有し、
前記複数のパッドのピッチが100μm以上であることを特徴とする半導体装置。 A substrate,
A chip mounted on the substrate;
A plurality of wires respectively connecting a plurality of pads on the chip and a plurality of pads on the substrate;
A mold resin for sealing the chip and the plurality of wires;
The mold resin contains 80 wt% or more filler having an average particle size of 3 to 7 μm and a maximum particle size of 20 to 30 μm,
A semiconductor device, wherein a pitch of the plurality of pads is 100 μm or more.
前記基板上に搭載されたチップと、
前記チップ上の複数のパッドと前記基板上の複数のパッドとをそれぞれ接続する複数のワイヤと、
前記チップ及び前記ワイヤを封止するモールド樹脂とを有し、
前記モールド樹脂は、平均粒径が3〜7μmで最大粒径が20〜30μmのフィラーを80wt%以上含有し、
前記複数のワイヤの長さが3.0mm以下であることを特徴とする半導体装置。 A substrate,
A chip mounted on the substrate;
A plurality of wires respectively connecting a plurality of pads on the chip and a plurality of pads on the substrate;
A mold resin for sealing the chip and the wire;
The mold resin contains 80 wt% or more filler having an average particle size of 3 to 7 μm and a maximum particle size of 20 to 30 μm,
The semiconductor device, wherein a length of the plurality of wires is 3.0 mm or less.
前記接着層の幅は、前記チップ及び前記他のチップの幅よりも狭いことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 It further has another chip bonded on the chip through an adhesive layer,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a width of the adhesive layer is narrower than a width of the chip and the other chip.
前記チップと前記他のチップとの隙間に前記モールド樹脂が注入されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 And further comprising another chip flip-chip connected on the chip,
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the molding resin is injected into a gap between the chip and the other chip.
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JP2006228887A JP2008053505A (en) | 2006-08-25 | 2006-08-25 | Semiconductor device |
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