JP2008103450A - モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モジュールを親基板へ半田付け時に、チップ部品の半田の溶融膨張でチップと基板との隙間でショートする。
【解決手段】半導体素子の側面の中央部において第１の樹脂が前記半導体素子側面に付着するように、前記半導体素子と前記基板との間の隙間に前記第１の樹脂を注入する工程と、この工程の後で前記半導体素子の角部近傍に第２の樹脂を塗布する工程と、この工程の後で少なくとも前記第２の樹脂を硬化させる工程とを有し、前記第２の樹脂を塗布する工程における前記第２の樹脂の粘度は、前記第１の樹脂を注入する工程における前記第１の樹脂の粘度より大きくしたものである。これにより第１の樹脂でチップ部品や半田が覆われ難くなり、半田が溶融膨張しても、チップと基板との隙間へ噴出することはない。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子が半田バンプによってフリップチップ実装された半導体素子実装基板の製造方法に関するものである。

以下、従来のモジュールの製造方法について、図面を用いて説明する。図７は、従来のモジュールの製造フローチャートであり、図８（ａ）は同、注入工程におけるモジュールの上面図、図８（ｂ）は同、注入工程におけるモジュールの側面図である。では従来のモジュールの製造方法について、図７に示した工程の順に説明していく。

塗布工程１では、基板２に対して半田３とフラックス４とを供給する工程である。なお半田３にはクリーム半田が用いられる。実装工程７は塗布工程１の後で、チップ部品５や半導体素子６を基板へ装着する工程であり、チップ部品５と半導体素子６とは約０．１５ｍｍの間隔で装着される。なお、半導体素子には、半田バンプが設けられているものを用いている。リフロー工程８は実装工程７の後で、半田３や半田バンプを溶融させて、チップ部品５や半導体素子６を基板２へ接続する工程である。

注入工程９はリフロー工程８の後で、半導体素子６と基板２との間の隙間へ樹脂１０を注入する工程である。そして、この注入工程９の後の硬化工程１１において、樹脂１０を硬化させることによって、モジュール１２が完成する。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平１１−２１４５８６号公報

以下本発明が解決しようとする課題について以下図面を用いて説明する。図９（ａ）は従来のモジュールにおけるチップ部品の断面図であり、図９（ｂ）は同、チップ部品の半田付け箇所の要部断面図である。

このような従来のモジュールの製造方法においては、隣接するチップ部品５との間の距離が近いと、樹脂１０の注入時に隣接したチップ部品５や半田３までを樹脂１０で覆ってしまうこととなる。ここで、チップ部品５と基板２との間の隙間は半導体素子６と基板２との間の隙間に比べて狭い。これによりチップ部品５と基板２との間の隙間には樹脂１０が入り込み難い。従って、図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、チップ部品５と基板２との間には、樹脂が未充填のボイド１５が形成された状態で、チップ部品５や半田３が樹脂１０で覆われてしまうこととなる。

そしてこのようなモジュールが親基板へリフロー半田付けされる場合、加熱によって半田３が溶融する。このとき半田３はボイド１５を除き樹脂１０で覆われているので、溶融時の体積膨張で半田３はボイド１５（図９の矢印方向）へと流れ出し、チップ部品５下で半田３同士がショートする。従って、従来の半導体素子実装基板においては、チップ部品５と半導体素子６との間の距離を小さくできないという問題を有していた。

そこで本発明は、この問題を解決したもので、樹脂１０がチップ部品５を覆うことを防ぎ、チップ部品や半導体素子を高密度に実装することができる半導体素子実装基板の製造方法を提供することを目的としたものである。

この目的を達成するために本発明の半導体素子実装基板の製造方法は、半導体素子の側面の中央部において第１の樹脂が前記半導体素子側面に付着するように、前記半導体素子と前記基板との間の隙間に前記第１の樹脂を注入する工程と、この工程の後で前記半導体素子の角部近傍に第２の樹脂を塗布する工程と、この工程の後で少なくとも前記第２の樹脂を硬化させる工程とを有し、前記第２の樹脂を塗布する工程における前記第２の樹脂の粘度は、前記第１の樹脂を注入する工程における前記第１の樹脂の粘度より大きくしたものである。

これにより所期の目的を達成できる。

以上のように本発明によれば、基板に半田バンプによってフリップチップ実装された半導体素子と、この半導体素子に近接して前記基板に半田付け接続されたチップ部品と、前記半導体素子と前記基板との間の隙間に第１の樹脂が注入されたモジュールの製造方法において、前記基板にチップ部品と前記半導体素子とを実装する工程と、この工程の後で前記半導体素子の側面の中央部において前記第１の樹脂が前記半導体素子側面に付着するように、前記半導体素子と前記基板との間の隙間に前記第１の樹脂を注入する工程と、この工程の後で前記半導体素子の角部近傍に第２の樹脂を塗布する工程と、この工程の後で少なくとも前記第２の樹脂を硬化させる工程とを有し、前記半導体素子は半田バンプによって前記基板へフリップチップ実装されるとともに、前記第１と第２の樹脂には熱硬化性樹脂を用い、前記第２の樹脂を塗布する工程における前記第２の樹脂の粘度は、前記第１の樹脂を注入する工程における前記第１の樹脂の粘度より大きくしたモジュールの製造方法であり、これにより第２の樹脂を塗布する工程で半導体素子の角部近傍に樹脂が塗布されるので、第１の樹脂を塗布する工程において半導体素子の角部まで第１の樹脂が回っていずとも良い。つまり第１の樹脂の注入量を少なくできるので、半導体素子とチップ部品との間の距離を小さくしても第１の樹脂でチップ部品や半田が覆われ難くなる。従って、半導体素子とチップ部品との間の距離を近くでき、高密度な実装が可能となる。

また、第２の樹脂は第１の樹脂より高い粘度であるので、第２の樹脂によってもチップ部品や半田が覆われ難くなる。従って、半導体素子とチップ部品との間の距離を近くできるので、高密度な実装が可能となる。

（実施の形態１）
以下、本実施の形態について図面を用いて説明する。図６（ａ）は本実施の形態におけるモジュール２１の上面図であり、図６（ｂ）は同、モジュール２１の側面図である。図６（ａ）、図６（ｂ）において、モジュール２１は、基板２の一方の面側にチップ部品５や半導体素子６が実装されたものである。ここでチップ部品５は半田３を介して基板２へ接続固定され、半導体素子６は半田バンプ２３を介して基板２へフリップチップ実装されている。そして半導体素子６と基板２との間の隙間には、熱硬化性の樹脂２２が介在し、これによって半導体素子６と基板２との間の接続強度を維持させている。

図１は本発明の実施の形態におけるモジュール２１の製造フローチャートである。なお図１において、図７と同じものは同じ番号を用いて、その説明は簡略化している。では、この図１において示した工程の順に従って、本発明の実施の形態におけるモジュールの製造工程を説明する。

図１において、塗布工程１では、基板２に対して半田３とフラックス４とを供給する工程である。なお半田３にはクリーム半田が用いられ、チップ部品５の実装位置にスクリーン印刷によって印刷される。一方フラックス４は、半導体素子６の実装位置に転写などで塗布される。

次に、実装工程７は塗布工程１の後で、チップ部品５や半導体素子６を基板へ装着する工程であり、チップ部品５と半導体素子６とは、約０．１５ｍｍの間隔で装着される。なお、半導体素子６の下面側には、半田バンプ２３が設けられている。図２（ａ）は本実施の形態におけるリフロー工程でのモジュールの上面図であり、図２（ｂ）は同、リフロー工程におけるモジュールの側面図である。図１、図２（ａ）、図２（ｂ）においてリフロー工程８では、実装工程７の後に半田３や半田バンプ２３を溶融させて、チップ部品５や半導体素子６を基板２へ接続する。

ここで半導体素子６は、シリコン基板とこのシリコン基板上に設けられた再配線層とからなり、この再配線層にはパッド端子が形成され、このパッド端子に半田バンプ２３が接続されている。なお本実施の形態における再配線層には、ポリイミド樹脂が用いられている。

図３（ａ）は本実施の形態の注入工程におけるモジュールの上面図であり、図３（ｂ）は同、注入工程におけるモジュールの側面図である。図１および図３において、注入工程３１はリフロー工程８の後で、半導体素子６と基板２との間の隙間へ樹脂２２ａを注入する工程である。この注入工程３１では、ディスペンサ４１によって半導体素子６の一方の側面６ａの中央近傍から樹脂２２ａが注入される。ただし注入工程３１では、樹脂２２ａが隣接したチップ部品５やその半田３に接触しない程度に樹脂２２ａを注入する。つまり、注入工程３１において、チップ部品５あるいは半田３と樹脂２２ａとの間に隙間４２を有するようにする訳である。このようにすることにより、モジュール２１を親基板へ半田付けする場合において、半田３がチップ部品５と基板２との間の隙間へ流れ込み難くできる。したがって、チップ部品５の下での半田３によるショートが発生し難くできる。

さらに本実施の形態における注入工程３１において樹脂２２ａは、基板２と半導体素子６の間の隙間だけでなく、半導体素子６の側面６ａにも付着させている。このとき、半導体素子６の外周側面部において、樹脂２２ａの高さが半導体素子６のシリコン基板と再配線層との界面の高さ以上にまで接着されていることが重要である。このようにすることにより、落下衝撃や熱衝撃などによって、半導体素子６のシリコン基板と再配線層との界面においてクラックが発生し難くなる。

ここで、樹脂２２ａには熱硬化性の樹脂が用いられ、注入工程３１の後の硬化工程１１で加熱することにより樹脂２２ａが硬化する。本実施の形態では硬化工程１１は、半導体素子６搭載面側が上になる向きで加熱される。ここで、硬化工程１１の温度は半田３や半田バンプ２３の融点より低い温度で硬化する。なお、本実施の形態における硬化工程１１では、半導体素子６搭載面側が上になる向きで加熱したが、これは半導体素子６搭載面側が下になる向きで加熱しても良い。このようにすれば、樹脂２２ａが、半導体素子６のシリコン基板と再配線層との界面の高さ以上にまで接着され易くできる。従って、さらに落下衝撃や熱衝撃などによって、半導体素子６のシリコン基板と再配線層との界面においてクラックが発生し難くなる。

図４（ａ）は、本実施の形態における樹脂塗布工程でのモジュールの上面図であり、図４（ｂ）は同、樹脂塗布工程３２におけるモジュールの側面図である。注入工程３１において、隣接するチップ部品５に対して樹脂２２ａが付着しないように、注入する樹脂量を少なくしたために、半導体素子６側面における角部６ｂ近傍では樹脂２２ａが不塗布であり、半導体素子６の側面が露出した領域が発生する。そこで、この樹脂塗布工程３２では、この半導体素子６の露出部分へ樹脂２２ｂをディスペンサで塗布するものである。なおこの樹脂塗布工程３２は、半導体素子６が上側を向く方向で樹脂２２ｂが塗布される。これにより、樹脂２２ｂが基板２方向へ流れ、半導体素子の側面露出部分と基板２とへ樹脂２２ｂが付着することとなる。なお本実施の形態では各角部に対して２箇所ずつ樹脂２２ｂを塗布している。

なお樹脂塗布工程３２での樹脂２２ｂの粘度は、注入工程３１における樹脂２２ａの粘度よりも高い粘度の樹脂を用いる。従って樹脂塗布工程３２において、樹脂２２ｂがだれ難くなるので、樹脂２２ｂがチップ部品５へ付着し難くできる。なお樹脂２２ａと樹脂２２ｂとは同じ樹脂を用い、塗布時の温度を変えることで粘度を変えている。本実施の形態における注入工程３１において、樹脂２２ａを注入する時の樹脂２２ａの温度は約６０℃とし、樹脂塗布工程３２における樹脂２２ｂの温度は、常温で塗布している。

この樹脂塗布工程３２の後の反転工程３３では、半導体素子６の搭載面側が下となる方向へ反転する。そして図５に示すように、反転工程３３で反転された状態のままで、硬化工程３４が行われる。このように硬化工程３４では半導体素子６の搭載面側が下となる方向で加熱される。従って樹脂２２ｂは温度の上昇に伴う粘度低下によって、樹脂２２ｂは樹脂２２ａの不塗布となる領域へ広がる。また樹脂２２ｂは側面６ａにおいて、天面側６ｃに垂れて来るので、半導体素子６のシリコン基板と再配線層との界面位置における樹脂２２ｂの厚みを大きくできる。従ってさらにこの界面でのクラックなどを起こし難くできる。なお、硬化工程３４の温度は半田３や半田バンプ２３の融点より低い温度で硬化する。

そしてこの硬化工程３４で樹脂２２ｂが硬化されることで、半導体素子６と基板２との間の樹脂２２の充填が完了し、モジュール２１が完成する。本実施の形態では、樹脂２２ａは硬化工程１１で硬化し、樹脂２２ｂは硬化工程３４で硬化させている。これにより反転工程３３での反転作業中に樹脂２２ａがチップ部品５に接触することを防ぐことができるので、確実に樹脂２２ａとチップ部品５あるいは半田３との間に隙間を設けることができる。

なお硬化工程１１に代えて、硬化工程３４で樹脂２２ａと樹脂２２ｂとを同時に硬化させても良い。このようにすることによって、半導体素子６やチップ部品５に加えられる加熱回数を少なくできるので、半導体素子６やチップ部品５の特性の熱による変化などは発生し難くなる。また、樹脂２２ａも半導体素子６搭載側が下となる方向で硬化させるので、さらに樹脂２２ａが半導体素子６の側面６ａ側に流れ、従って、よりシリコン基板と再配線層との間の界面近傍での樹脂２２ａの厚みを大きくできるので、さらにシリコン基板と再配線層との間の界面近傍でのクラックが発生し難くなる。

また、本実施の形態では、落下衝撃に耐えるために樹脂２２ａを半導体素子６のシリコン基板と再配線層との界面よりも高い高さまで接着するようにした。しかしながら、携帯用途などでなく耐落下衝撃が必要でない場合、注入工程３１において樹脂２２ａを半導体素子６の外形よりはみ出さない程度に注入し、樹脂塗布工程３２において、樹脂２２ａが不足し不塗布となる領域（角部６ｂの近傍）に対して樹脂２２ｂを塗布しても良い。この場合、樹脂２２ａが半導体素子６よりはみ出す量が少なくできるので、さらに半導体素子６とチップ部品５との間の距離を小さくできる。従ってさらに、高密度に実装が可能となる。

本発明にかかるモジュールの製造方法は、チップ部品と半導体素子との間の距離を小さくできるという効果を有し、小型のモジュール商品等に用いると有用である。

本発明の実施の形態１におけるモジュールの製造フローチャート （ａ）同、実装工程におけるモジュールの上面図、（ｂ）同、実装工程におけるモジュールの側面図 （ａ）同、注入工程におけるモジュールの上面図、（ｂ）同、注入工程におけるモジュールの側面図 （ａ）同、塗布工程におけるモジュールの上面図、（ｂ）同、塗布工程におけるモジュールの側面図 同、硬化工程におけるモジュールの側面図、 （ａ）同、モジュールの上面図、（ｂ）同、モジュールの側面図 従来のモジュールの製造フローチャート （ａ）同、注入工程におけるモジュールの上面図、（ｂ）同、注入工程におけるモジュールの側面図 （ａ）同、チップ部品の断面図、（ｂ）同、チップ部品の半田付け箇所の要部断面図

符号の説明

２ 基板
５ チップ部品
６ 半導体素子
７ 実装工程
２２ａ 樹脂
２２ｂ 樹脂
２３ 半田バンプ
３１ 注入工程
３２ 樹脂塗布工程
３４ 硬化工程

Claims (9)

1. 基板と、この基板に半田バンプによってフリップチップ実装された半導体素子と、この半導体素子に近接して前記基板に半田付け接続されたチップ部品とを有し、前記半導体素子と前記基板との間の隙間に第１の樹脂が注入されたモジュールの製造方法において、前記基板にチップ部品と前記半導体素子とを実装する工程と、この工程の後で前記半導体素子の側面の中央部から前記半導体素子と前記基板との間の隙間に前記第１の樹脂を注入する工程と、この工程の後で前記半導体素子の角部近傍に第２の樹脂を塗布する工程と、この工程の後で少なくとも前記第２の樹脂を硬化させる工程とを有し、前記第１と第２の樹脂には熱硬化性樹脂を用い、前記第２の樹脂を塗布する工程における前記第２の樹脂の粘度は、前記第１の樹脂を注入する工程における前記第１の樹脂の粘度より大きくしたモジュールの製造方法。
2. 第２の樹脂の硬化は、半導体素子が搭載された側を下方に向けて硬化する請求項１に記載のモジュールの製造方法。
3. 第２の樹脂を塗布する工程における第２の樹脂の温度は、第１の樹脂を塗布する工程における第１の樹脂の温度より低くした請求項１に記載のモジュールの製造方法。
4. 第１と第２の樹脂とは同じ樹脂とした請求項３に記載のモジュールの製造方法。
5. 第１の樹脂は、第２の樹脂が塗布される工程の前に硬化される請求項１に記載のモジュールの製造方法。
6. 第１の樹脂の硬化は、半導体素子が搭載された側を下方に向けて硬化する請求項５に記載のモジュールの製造方法。
7. 第１の樹脂は、第２の樹脂と同時に硬化される請求項１に記載のモジュールの製造方法。
8. 第１の樹脂を注入する工程では、チップ半導体素子と前記基板の隙間から流れ出た前記第１の樹脂と前記チップ部品の半田との間に隙間を設けるように前記第１の樹脂を注入する請求項１に記載のモジュールの製造方法。
9. 半導体素子は、シリコン基板と、このシリコン基板上に形成された樹脂層とを有し、第１の樹脂の硬化は第２の樹脂が塗布される工程の前に硬化するとともに、半導体素子が搭載された側を下方に向けて硬化し、第２の樹脂を塗布する工程では、前記半導体素子の側面において前記半導体素子の側面の露出部分へ前記第２の樹脂を塗布する請求項１に記載のモジュールの製造方法。

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