JP2009141213A - Semiconductor device and method for inspecting the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、より詳細には、半導体装置の製造工程における充填剤の充填状態を検査する技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a technique for inspecting a filling state of a filler in a manufacturing process of a semiconductor device.
従来、ICチップ等の半導体素子を樹脂等で被覆するパッケージ方法として、BGA(Ball Grid Array)が広く知られている。このBGAは、平板状の直方体のパッケージの下面に外部入力/出力用の端子となる略球形のはんだ等をアレイ状に配列する方法である。
このBGA型のパッケージを基板に実装して構成される半導体装置では、該パッケージと基板との隙間に熱硬化性樹脂等からなる充填剤を充填し、所定の温度で所定の時間保持して、該充填剤を硬化させることによって、半導体素子と基板との接合部分を補強して、熱膨張による接合部分の破断等の劣化を防止している。
Conventionally, BGA (Ball Grid Array) is widely known as a packaging method for coating a semiconductor element such as an IC chip with a resin or the like. This BGA is a method in which a substantially spherical solder or the like serving as an external input / output terminal is arranged in an array on the lower surface of a flat rectangular parallelepiped package.
In a semiconductor device configured by mounting this BGA type package on a substrate, a filler made of a thermosetting resin or the like is filled in a gap between the package and the substrate, and held at a predetermined temperature for a predetermined time, By curing the filler, the joint portion between the semiconductor element and the substrate is reinforced, and deterioration such as breakage of the joint portion due to thermal expansion is prevented.
しかし、充填剤の充填不足、又は充填剤の広がりに際する気泡(ボイド)の発生若しくは異物の混入などの充填不良により、硬化後の充填層における強度が不均一となり、半導体素子と基板との接合部分の補強が十分ではないという問題が起こる。 However, due to insufficient filling of the filler, or generation of bubbles (voids) during the spreading of the filler or mixing of foreign matters, the strength in the filled layer after curing becomes non-uniform, and the semiconductor element and the substrate The problem arises that the joints are not sufficiently reinforced.
このような問題を解消する技術として、所定角度に傾けた基板と半導体素子との間に、第一の加熱装置により所定温度に加熱された充填剤を上方から流し込み、該充填剤が流し込む位置と反対側の位置に到達することを認識した後に、前記基板を水平位置に変更する技術が公知となっている(特許文献1参照)。
上記のように構成することにより、充填剤を流し込む途中に加熱することにより、流れ性を良好にし、かつ、流下するに従って細糸状に絞られることによって、気泡を脱気させることができ、さらに、流れ出し途中にある充填剤を毛細管現象により戻すことができ、充填剤のはみ出し具合のばらつきを均一化できる。
しかしながら、充填剤が半導体素子と基板との隙間に広がる際に、当該隙間の空気を巻き込む可能性がある。そして、上記のような構成では、充填剤の中に気泡(ボイド)が残っているかどうかを検出する手段を具備しないために、半導体素子と基板との接合部分の補強が十分であるという確証を得ることができない点で不利である。
As a technique for solving such a problem, a filler heated to a predetermined temperature by a first heating device is poured from above between a substrate tilted at a predetermined angle and a semiconductor element, and the position where the filler flows A technique for changing the substrate to a horizontal position after recognizing reaching the opposite position is known (see Patent Document 1).
By configuring as described above, by heating in the middle of pouring the filler, the flowability is improved, and by being squeezed into a fine thread shape as it flows down, bubbles can be degassed, The filler in the middle of flowing out can be returned by capillarity, and variation in the amount of protrusion of the filler can be made uniform.
However, when the filler spreads in the gap between the semiconductor element and the substrate, there is a possibility that the air in the gap is involved. In the configuration as described above, since there is no means for detecting whether or not air bubbles (voids) remain in the filler, it is confirmed that the joint portion between the semiconductor element and the substrate is sufficiently reinforced. It is disadvantageous in that it cannot be obtained.
また、基板上の充填剤の充填が最も遅れる位置近傍に検出パターンを設けて、該検出パターンをビデオカメラで認識することによって、該検出パターンが充填剤に浸ることによる形状の変化を認識して、充填剤の充填が完了したことを検出する技術は公知となっている(特許文献2参照)。
しかしながら、上記のような構成においても、前記検出パターンが設けられる位置にまで充填剤が充填されているか否かを検出するだけに留まり、充填剤の中に気泡(ボイド)が残っているかどうかを検出することはできない。
In addition, by providing a detection pattern near the position where filling of the filler on the substrate is most delayed and recognizing the detection pattern with a video camera, it is possible to recognize a change in shape due to the detection pattern being immersed in the filler. A technique for detecting the completion of filling with a filler is known (see Patent Document 2).
However, even in the configuration as described above, it only remains to detect whether or not the filler is filled up to the position where the detection pattern is provided, and whether or not bubbles (voids) remain in the filler. It cannot be detected.
また、基板上に形成されるフィレット部をカメラで撮像することによって、その幅を検出し、所定の幅より小さい場合は、前記フィレット部の幅が所定の幅以上になるまで充填剤を追加して吐出する技術は公知となっている(特許文献3参照)。
上記のように構成することにより、フィレット充填間隙における気泡の発生を防止することができる。また、カメラによる撮像によって得られる画像データに基づいて正確にフィレット部の幅を検出することができ、充填剤の追加吐出量をより正確に算出することができる。
さらに、前記フィレット部の検出された幅が所定の基準幅以上となった後に、該フィレット部を撮像して得られた画像データに基づいて、該フィレット部における気泡の生成を検出する技術も公知となっている(同じく特許文献3参照)。
しかしながら、上記のような構成においても、半導体素子の下方に気泡、又は異物の混入があった場合にこれらを検出する手段はなく、正常に近いフィレット部が形成されてしまい、半導体素子と基板との接合部分の補強が十分であるという確証を得ることができない点で不利である。
By configuring as described above, it is possible to prevent the generation of bubbles in the fillet filling gap. Further, the width of the fillet portion can be accurately detected based on the image data obtained by imaging with the camera, and the additional discharge amount of the filler can be calculated more accurately.
Further, a technique for detecting the generation of bubbles in the fillet portion based on image data obtained by imaging the fillet portion after the detected width of the fillet portion becomes equal to or greater than a predetermined reference width is also known. (See also Patent Document 3).
However, even in the configuration as described above, there is no means for detecting these when bubbles or foreign substances are mixed under the semiconductor element, and a fillet portion close to normal is formed, and the semiconductor element and the substrate This is disadvantageous in that it cannot be confirmed that the joint is sufficiently reinforced.
本発明は、以上の如き状況を鑑みてなされたものであり、半導体素子と基板との隙間に充填される充填剤への気泡又は異物の混入を防止し、かつ、前記半導体素子と基板との接合部分を十分に補強することにより信頼性の高い半導体装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and prevents bubbles or foreign matter from being mixed into the filler filled in the gap between the semiconductor element and the substrate. It is an object to provide a highly reliable semiconductor device by sufficiently reinforcing a joint portion.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems will be described.
請求項1においては、半導体素子と基板との隙間に配置したはんだにより前記半導体素子と前記基板とを接合するとともに、前記隙間に充填剤を充填して前記半導体素子と基板との接合を補強する半導体装置であって、前記半導体素子は、該半導体素子と前記基板との隙間を所定の距離に保持する突起部を具備し、前記基板は、前記半導体素子に対応した形状に形成され、該半導体素子が嵌合される掘り込み部と、前記掘り込み部と外部とを連通する第一開口部および第二開口部と、を具備し、前記第一開口部において、前記半導体素子と、前記基板と、前記充填剤を充填するノズルと、を密着させた状態で、前記半導体素子と前記基板との隙間に、前記ノズルによって前記充填剤を前記第二開口部から空気を放出しながら所定量充填することにより、前記半導体素子と前記基板との接合を補強したものである。 According to another aspect of the present invention, the semiconductor element and the substrate are joined by solder disposed in a gap between the semiconductor element and the substrate, and the gap is filled with a filler to reinforce the joining between the semiconductor element and the substrate. In the semiconductor device, the semiconductor element includes a protrusion that holds a gap between the semiconductor element and the substrate at a predetermined distance, and the substrate is formed in a shape corresponding to the semiconductor element. A digging portion into which an element is fitted, and a first opening and a second opening communicating the digging portion and the outside, wherein the semiconductor element and the substrate are provided in the first opening. And a nozzle for filling the filler, and a predetermined amount of the filler is filled into the gap between the semiconductor element and the substrate while discharging air from the second opening by the nozzle. To do Accordingly, those reinforced bonding between the substrate and the semiconductor element.
請求項2においては、前記基板に、前記第二開口部より放出される充填剤の量を検出する手段を設けたものである。 According to a second aspect of the present invention, the substrate is provided with means for detecting the amount of the filler released from the second opening.
請求項3においては、前記充填剤の充填量は、前記第一開口部において、前記半導体素子と、前記基板と、前記ノズルと、を密着させた状態において、前記半導体素子と、前記基板と、前記ノズルと、前記はんだと、により形成される空間の体積と同量としたものである。 According to a third aspect of the present invention, the filling amount of the filler is determined so that the semiconductor element, the substrate, and the nozzle are in close contact with each other in the first opening. The volume of the space formed by the nozzle and the solder is the same.
請求項4においては、半導体素子と基板との隙間に配置したはんだにより前記半導体素子と前記基板とを接合するとともに、前記隙間に充填剤を充填して前記半導体素子と基板との接合を補強した半導体装置における前記充填剤の充填状態を検査する、半導体装置の検査方法であって、前記半導体素子と前記基板とを所定の距離に固定しつつ、前記半導体素子と前記基板との隙間を、一対の第一開口部および第二開口部を除いて密閉した状態で、前記半導体素子と前記基板とを接合したうえで、前記半導体素子と、前記第一開口部と、該第一開口部より充填剤を充填するノズルと、を密着させる密着工程と、前記ノズルによって、前記ノズルと、前記半導体素子と、前記基板と、前記はんだと、により形成される空間に対して、前記充填剤を前記第二開口部より空気を放出しながら所定量充填する充填工程と、前記第二開口部より放出される充填剤の量を検出することによって、充填剤の充填状態を検査する検査工程と、を具備したものである。 According to a fourth aspect of the present invention, the semiconductor element and the substrate are bonded to each other with solder disposed in a gap between the semiconductor element and the substrate, and the gap is filled with a filler to reinforce the bonding between the semiconductor element and the substrate. A semiconductor device inspection method for inspecting a filling state of the filler in a semiconductor device, wherein a gap between the semiconductor element and the substrate is paired while fixing the semiconductor element and the substrate at a predetermined distance. The semiconductor element and the substrate are joined in a sealed state except for the first opening and the second opening, and the semiconductor element, the first opening, and the first opening are filled. An adhesion step for closely adhering a nozzle for filling the agent, and the filler, with respect to a space formed by the nozzle, the semiconductor element, the substrate, and the solder by the nozzle. A filling step of filling a predetermined amount while discharging air from the second opening, and an inspection step of checking the filling state of the filler by detecting the amount of the filler released from the second opening; Is provided.
請求項5においては、前記充填剤の充填量を、前記ノズルと、前記半導体素子と、前記基板と、前記はんだと、の隙間に形成される空間の体積と同量に設定したものである。 According to a fifth aspect of the present invention, the filling amount of the filler is set equal to the volume of the space formed in the gap between the nozzle, the semiconductor element, the substrate, and the solder.
本発明によれば、半導体素子と基板との隙間に充填される充填剤に気泡又は異物の混入を防止し、かつ、前記半導体素子と基板との接合部分を十分に補強することにより信頼性の高い半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent air bubbles or foreign matter from entering the filler filled in the gap between the semiconductor element and the substrate, and to sufficiently reinforce the bonding portion between the semiconductor element and the substrate, thereby improving reliability. A high semiconductor device can be provided.
以下では、図1〜図4を参照して、本発明に係る半導体装置の実施の一形態である半導体モジュール1について説明する。なお、本実施形態において図1に示す矢印Aの指す方向を前方向、この方向と逆方向を後方向とし、係る前後方向と水平方向に直交する方向を左右方向とし、係る前後方向と垂直方向に直交する方向を上下方向として規定する。
図1に示すように、半導体モジュール1は、半導体チップ10、基板20、アンダーフィル層等を具備し、半導体チップ10を基板20に実装してなる部材である。
Below, with reference to FIGS. 1-4, the semiconductor module 1 which is one Embodiment of the semiconductor device which concerns on this invention is demonstrated. In this embodiment, the direction indicated by the arrow A shown in FIG. 1 is the forward direction, the opposite direction to this direction is the rear direction, the direction perpendicular to the front-rear direction and the horizontal direction is the left-right direction, and the direction perpendicular to the front-rear direction A direction orthogonal to the vertical direction is defined as the vertical direction.
As shown in FIG. 1, the semiconductor module 1 includes a
半導体チップ10は、本発明に係る半導体素子の実施の一形態であり、板状の半導体を樹脂で被覆し、その下面に外部入力/出力用端子となる複数のパッドを配置する。
図2に示すように、本実施形態における半導体チップ10は、BGAパッケージによって構成されており、前記各パッドにははんだ等にて構成されるバンプ11が付設されている。
The
As shown in FIG. 2, the
基板20は、本発明に係る基板の実施の一形態であり、ガラスエポキシ樹脂からなる板状の部材である。基板20の表面には、実装する半導体チップ10と通電可能な端子(ランド)を備えたプリント回路が形成される。
The board |
前記アンダーフィル層は、アンダーフィル剤31を半導体チップ10と基板20との隙間(より厳密には、半導体チップ10と基板20との隙間であって、バンプ11・11・・・が配置された部分以外の部分に形成される空間)に充填し、アンダーフィル剤31を硬化させることにより形成され、バンプ11・11・・・による半導体チップ10と基板20との固定を補強するものである。
In the underfill layer, the
アンダーフィル剤31は、本発明に係る充填剤の実施の一形態である。アンダーフィル剤31は、主成分として、例えば、エポキシ樹脂等の、所定の温度に加熱すると硬化する熱硬化性樹脂を含む。硬化前のアンダーフィル剤31は、一般的に液体状で流動性を有し、ディスペンサ、ノズル等で吐出することにより所望の位置に充填すること、又は、ハケ、スキージ等を用いて所望の面に塗布することが可能であり、充填または塗布した後に加熱することで硬化させることができる。
The
以下では、図1及び図2を参照して、本実施形態に係る半導体チップ10について詳細に説明する。
図1及び図2に示すように、半導体チップ10は、バンプ11・11・・・と、突起部12・12・12・12と、を具備する。本実施形態において、半導体チップ10は平面視矩形状を有する。
Below, with reference to FIG.1 and FIG.2, the
As shown in FIGS. 1 and 2, the
バンプ11・11・・・は、本発明に係るはんだの実施の一形態であり、略球状に形成されるはんだである。バンプ11・11・・・は、半導体チップ10と基板20との隙間に配置される。バンプ11・11・・・は、半導体チップ10の下面に配置される前記複数のパッドにそれぞれ溶着するとともに、基板20のプリント回路における端子に溶着することにより、半導体チップ10を基板20に接合する。
このように、バンプ11・11・・・は、それぞれ半導体チップ10と基板20とを機械的に接合する機能に加えて、両者間の電気的な導通経路としての機能を有する。そのため、バンプ11・11・・・は隣り合うバンプ11・11・・・との間で短絡が起きることがないように互いに所定の間隔を置いて配置される。
従って、半導体チップ10と基板20との隙間において、バンプ11・11・・・が配置された部分以外の部分には空間が形成される。
The
As described above, each of the
Therefore, in the gap between the
突起部12・12・12・12は、本発明に係る突起部の実施の一形態であり、半導体チップ10の下面四隅から下方に突出する部材である。突起部12・12・12・12の高さは、バンプ11・11・・・より少し低く設定されており、バンプ11・11・・・によって半導体チップ10と基板20とを接合可能な高さとなっている。
このように構成される突起部12・12・12・12は、半導体チップ10と基板20とをバンプ11・11・・・によって接合する際に、基板20の接合面に当接して半導体チップ10と基板20との隙間を所定の距離に保持するものである。
従って、半導体チップ10と基板20との隙間において、バンプ11・11・・・が配置された部分以外の部分に形成される空間の体積V1(図4(a)に示す部分)は、突起部12・12・12・12により一定に保持される。
なお、この空間の体積V1は、実験、および数値シミュレーション等により予め算出することが可能であり、本実施形態では、前記空間の体積V1は予め算出されているものとする。
なお、本発明に係る突起部は、本実施形態の突起部12・12・12・12に限定されず、半導体素子と基板との隙間を所定の距離に保持するものを広く含む。
The
The
Therefore, in the gap between the
The volume V1 of the space can be calculated in advance by experiments, numerical simulations, and the like. In this embodiment, the volume V1 of the space is calculated in advance.
Note that the protrusions according to the present invention are not limited to the
以下では、図1、図3及び図4を参照して、本実施形態に係る基板20について詳細に説明する。
図1に示すように、基板20は、掘り込み部21、第一開口部22、第二開口部23、目盛り24を具備する。
Below, the board |
As shown in FIG. 1, the
掘り込み部21は、本発明に係る掘り込み部の実施の一形態であり、平面視において半導体チップ10に対応した形状、つまり半導体チップ10の外郭と同一形状を有し、半導体チップ10を掘り込み部21に係合することにより固定する。図1及び図3に示すように、本実施形態では、掘り込み部21は半導体チップ10と同じく平面視において矩形状に形成され、その掘り込み深さは、突起部12・12・12・12を含む半導体チップ10の高さより低く設定し、半導体チップ10を基板20に実装した際に、半導体チップ10の上面が基板20の上面より高くなるように設定する。さらに、掘り込み部21の上面周囲には、半導体チップ10を掘り込み部21に誘い込むための誘い込み溝21a(図1及び図3参照)が形成される。
誘い込み溝21aは、掘り込み部21の周縁側から内側へ向かって深さ方向へ傾斜する傾斜面にて構成されている。
The digging
The
第一開口部22は、本発明に係る第一開口部の実施の一形態であり、掘り込み部21の前端面に連接され、半導体チップ10と基板20との隙間にアンダーフィル剤31を充填する際の充填口となるものである。
第一開口部22は上方に向けて開口しており、半導体チップ10を掘り込み部21に係合させて半導体チップ10と基板20とを接合した際には、半導体チップ10と基板20との隙間と外部とが第一開口部22により連通される。
第一開口部22の掘り込み深さは、半導体チップ10を基板20に実装した状態で、両者の隙間へアンダーフィル剤31をスムーズに充填できるたけの深さとなるように設定する。
また、第一開口部22の上方への開口部は、アンダーフィル剤31を充填するノズル32の先端部33の形状に沿う形状を有する。さらに、第一開口部22の上面周囲には、ノズル32の先端部33を第一開口部22に誘い込むための誘い込み溝22a(図1、図3及び図4参照)が形成される。また、ノズル32の先端部33は誘い込み溝22aに沿って第一開口部22に密着可能である(図4参照)。
なお、誘い込み溝22aは、第一開口部22の周縁側から内側へ向かって深さ方向へ傾斜する傾斜面にて構成されている。
The
The
The digging depth of the
In addition, the opening above the
The
第二開口部23は、本発明に係る第二開口部の実施の一形態であり、掘り込み部21の後端面に連接されていて、第一開口部22から半導体チップ10と基板20との隙間に充填されるアンダーフィル剤31により外部へ放出される空気の出口となっている。図1に示すように、本実施形態では、第二開口部23を第一開口部22と水平方向に対向する側に設ける。第二開口部23は、上方に向けて開口し、その掘り込み深さは、半導体チップ10を基板20に実装した際に、半導体チップ10の下面の位置よりも少し低くなるように設定されていて、半導体チップ10を掘り込み部21に係合させて半導体チップ10と基板20とを接合した際には、半導体チップ10と基板20との隙間と外部とが第二開口部23により連通される。
また、第二開口部23の開口幅(左右幅)は、第一開口部22の開口幅に比べて十分に小さいものとする(図3参照)。
The
The opening width (left-right width) of the
目盛り24は、本発明に係る第二開口部より放出される充填剤の量を検出する手段の実施の一形態である。図1及び図3に示すように、本実施形態では、第二開口部23の一側(右側)及び上面の一側(右側)に所定の間隔を空けて複数の切れ込みを設けることにより目盛り24を構成する。そして、半導体チップ10と基板20との隙間にアンダーフィル剤31を充填するに際し、目盛り24と、第二開口部23より放出されるアンダーフィル剤31と、をカメラ25によって撮像し、撮像された画像データを画像処理装置(不図示)によって画像処理することにより、アンダーフィル剤31の放出量を検出する。
なお、目盛り24と、第二開口部23より放出されるアンダーフィル剤31と、を作業者が目視にて確認することにより、アンダーフィル剤31の放出量を検出しても良い。
The
In addition, you may detect the discharge | release amount of the
以下では、図3及び図4を参照して、以上のように構成される基板20に半導体チップ10を実装して、ノズル32によってアンダーフィル剤31を充填する際の、半導体チップ10、バンプ11・11・・・、突起部12・12・12・12、基板20、掘り込み部21、第一開口部22、第二開口部23、ノズル32、先端部33の関係について詳細に説明する。
In the following, referring to FIG. 3 and FIG. 4, the
図3及び図4(a)に示すように、半導体チップ10を基板20に実装するに際し、突起部12・12・12・12によって、半導体チップ10と基板20の掘り込み部21底部との間には一定の距離が保持され、かつ、半導体チップ10と基板20との隙間は、アンダーフィル剤31の充填口となる第一開口部22と、空気の放出口となる第二開口部23と、を除いて密閉された状態となる。
As shown in FIGS. 3 and 4A, when the
図4(b)に示すように、半導体チップ10と基板20との隙間にアンダーフィル剤31を充填するに際し、充填用のノズル32は上方から下方に向けて移動し、ノズル32の先端部33は、誘い込み溝22aを介して第一開口部22と密着した状態となる。言い換えれば、ノズル32の先端部33と、半導体チップ10と、基板20と、が密着した状態となり、空気の放出口である第二開口部23を除いて密閉された空間(つまり、第一開口部22の内部空間と、掘り込み部21における半導体チップ10と基板20との隙間に形成される空間とで構成される空間)が形成される。
As shown in FIG. 4B, when filling the gap between the
また、図4(b)に示すように、ノズル32の先端部33と、半導体チップ10と、基板20と、が密着した状態において、先端部33が下方に移動し停止する位置は第一開口部22により決定され、半導体チップ10と基板20との隙間(より厳密には、半導体チップ10と基板20との隙間であって、バンプ11・11・・・が配置された部分以外の部分に形成される空間)の体積V1(図4(a)に示す部分)は突起部12・12・12・12によって一定に保持されているので、先端部33と、半導体チップ10と、基板20(第二開口部23を除く)と、バンプ11・11・・・と、により形成される空間の体積V2(図4(b)に示す部分)は、常に一定に保持される。
なお、この空間の体積V2は、実験、および数値シミュレーション等により予め算出することが可能であり、本実施形態では、前記空間の体積V2は予め算出されているものとする。
As shown in FIG. 4B, the position where the
Note that the volume V2 of this space can be calculated in advance by experiments, numerical simulations, and the like. In this embodiment, the volume V2 of the space is calculated in advance.
そして、ノズル32の先端部33と、半導体チップ10と、基板20と、が密着した状態において、ノズル32によって、前記空間の体積V2と同量のアンダーフィル剤31を充填する。
In the state where the
従って、ノズル32によって、前記空間の体積V2と同量のアンダーフィル剤31を充填するに際し、先端部33と、半導体チップ10と、基板20(第二開口部23を除く)と、バンプ11・11・・・とで形成する空間の体積V2は、常に一定に保持されるため、体積V2を有する前記空間に隙間なくアンダーフィル剤31が充填された場合には、前記空間の外部にアンダーフィル剤31が放出されることはない。
これに対し、ノズル32によって、前記空間の体積V2と同量のアンダーフィル剤31を充填するに際し、前記空間の内部に気泡又は異物が混入している場合は、第二開口部23から放出される空気とともに、その混入している気泡又は異物の体積分のアンダーフィル剤31が放出される。この放出されるアンダーフィル剤31を検出することにより、半導体チップ10と基板20との隙間に充填されるアンダーフィル剤31の内部の気泡又は異物の混入、並びに、アンダーフィル剤31の充填不足を検出することができ、アンダーフィル剤31の充填状態を検査することが可能となる。
上述のような検査を行うことにより、半導体チップ10と基板20との隙間にアンダーフィル剤31の気泡や異物が残ることがなく、かつ、半導体チップ10と基板20との接合部分において十分に補強された信頼性の高い半導体モジュール1を得ることができる。
さらに、第二開口部より放出される充填剤の量を検出する手段となる目盛り24は、第二開口部23の一側(本実施形態では右側)及び上面一側(同じく右側)に所定の間隔を空けて複数の切れ込みを設けることにより、簡易に構成できる。この目盛り24をカメラ25等で撮像し、画像処理を行うことにより、アンダーフィル剤31の充填放出量を確実に検出することができ、確実にアンダーフィル剤31の充填状態(気泡又は異物混入の有無、並びに、充填不足)を検査できるので、半導体装置製造コストの低減に寄与できる。
Therefore, when the
On the other hand, when filling the
By performing the inspection as described above, bubbles or foreign substances of the
Further, the
以下では、図5〜図7を参照して、半導体装置の検査方法の実施の一形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of an inspection method for a semiconductor device will be described with reference to FIGS.
図7に示すように、本発明に係る半導体装置の検査方法の実施の一形態は、密着工程100、充填工程200、及び検査工程300等を具備する。
As shown in FIG. 7, an embodiment of the inspection method for a semiconductor device according to the present invention includes an
密着工程100は、本発明に係る密着工程の実施の一形態であり、半導体チップ10を基板20に接合して固定した状態で、ノズル32を第一開口部22に密着させて(本実施形態において、厳密にはノズル32の先端部33を第一開口部22に密着させて)、半導体チップ10と、第一開口部22と、ノズル32と、を密着させる工程である。
The
密着工程100において、まず、図5(a)及び図5(b)に示すように、半導体チップ10を下方へ移動させ、誘い込み溝21aに沿って基板20に設けられる掘り込み部21に係合させ、半導体チップ10と基板20とをバンプ11・11・・・により接合する。
この半導体チップ10と基板20とを接合した状態では、半導体チップ10と基板20との隙間は、一対の第一開口部22および第二開口部23を除いて密閉した状態となっている。
次に、図5(c)に示すように、ノズル32を下方へ移動させ、誘い込み溝22aに沿って基板20に設けられる第一開口部22に密着させる。
このとき、第一開口部22はノズル32の密着により閉じられ、ノズル32と、半導体チップ10と、基板20と、の隙間の空間は第二開口部23を除いて密閉された状態となる。
密着工程100終了後、充填工程200に移行する。
In the
In a state where the
Next, as shown in FIG. 5C, the
At this time, the
After the
充填工程200は、本発明に係る充填工程の実施の一形態であり、ノズル32によって、半導体チップ10と基板20との隙間(本実施形態において、厳密にはノズル32の先端部33と、半導体チップ10と、基板20(第二開口部23を除く)と、バンプ11・11・・・と、により形成される空間)に、アンダーフィル剤31を所定量充填する工程である。
The filling
充填工程200において、図5(d)に示すように、ノズル32によって、ノズル32の先端部33と、半導体チップ10と、基板20(第二開口部23を除く)と、バンプ11・11・・・と、により形成される空間の体積V2と同量のアンダーフィル剤31を充填する。
このとき、半導体チップ10と基板20との隙間に存在していた空気は第二開口部23を通じて外部に放出される。
充填工程200終了後、検査工程300に移行する。
In the filling
At this time, the air existing in the gap between the
After completion of the
検査工程300は、本発明に係る検査工程の実施の一形態であり、基板20に設けられる第二開口部23より放出されるアンダーフィル剤31を検出することによって、アンダーフィル剤31の充填状態を検査する工程である。
The
検査工程300において、図6(a)に示すように、第二開口部23と、目盛り24と、をカメラ25等にて検出した際に、第二開口部23よりアンダーフィル剤31の放出がない場合(又は、放出量が極少量の場合)は、所定量のアンダーフィル剤31が半導体チップ10と基板20との隙間(本実施形態において、厳密にはノズル32の先端部33と、半導体チップ10と、基板20(第二開口部23を除く)と、バンプ11・11・・・と、により形成される空間)に行き渡っている良好な充填状態であり、かつ、充填されたアンダーフィル剤31の内部に気泡及び異物の混入がない状態であると判定される。
一方、図6(b)に示すように、第二開口部23と、目盛り24と、をカメラ25等にて検出した際に、第二開口部23よりアンダーフィル剤31の放出がある場合は、所定量のアンダーフィル剤31が半導体チップ10と基板20との隙間(本実施形態において、厳密にはノズル32の先端部33と、半導体チップ10と、基板20(第二開口部23を除く)と、バンプ11・11・・・と、により形成される空間)に行き渡っていない充填不足である、又は充填されたアンダーフィル剤31の内部に気泡(又は異物)の混入があると判定される。
検査工程300終了後、適宜アンダーフィル剤31の硬化工程等に移行する。
In the
On the other hand, as shown in FIG. 6B, when the
After the
1 半導体モジュール(半導体装置)
10 半導体チップ(半導体素子)
11 バンプ(はんだ)
12 突起部
20 基板
21 掘り込み部
22 第一開口部
23 第二開口部
31 アンダーフィル剤(充填剤)
32 ノズル
1 Semiconductor module (semiconductor device)
10 Semiconductor chip (semiconductor element)
11 Bump (Solder)
12
32 nozzles
Claims (5)
前記半導体素子は、該半導体素子と前記基板との隙間を所定の距離に保持する突起部を具備し、
前記基板は、前記半導体素子に対応した形状に形成され、該半導体素子が嵌合される掘り込み部と、前記掘り込み部と外部とを連通する第一開口部および第二開口部と、を具備し、
前記第一開口部において、前記半導体素子と、前記基板と、前記充填剤を充填するノズルと、を密着させた状態で、前記半導体素子と前記基板との隙間に、前記ノズルによって前記充填剤を前記第二開口部から空気を放出しながら所定量充填することにより、前記半導体素子と前記基板との接合を補強する、半導体装置。 A semiconductor device that joins the semiconductor element and the substrate with solder disposed in a gap between the semiconductor element and the substrate, and reinforces the bonding between the semiconductor element and the substrate by filling the gap with a filler,
The semiconductor element comprises a protrusion that holds a gap between the semiconductor element and the substrate at a predetermined distance,
The substrate is formed in a shape corresponding to the semiconductor element, and includes a digging portion into which the semiconductor element is fitted, and a first opening and a second opening that communicate the digging portion with the outside. Equipped,
In the first opening, in a state where the semiconductor element, the substrate, and a nozzle filling the filler are in close contact with each other, the filler is inserted into the gap between the semiconductor element and the substrate by the nozzle. A semiconductor device that reinforces the bonding between the semiconductor element and the substrate by filling a predetermined amount while discharging air from the second opening.
前記半導体素子と前記基板とを所定の距離に固定しつつ、前記半導体素子と前記基板との隙間を、一対の第一開口部および第二開口部を除いて密閉した状態で、前記半導体素子と前記基板とを接合したうえで、前記半導体素子と、前記第一開口部と、該第一開口部より充填剤を充填するノズルと、を密着させる密着工程と、
前記ノズルによって、前記ノズルと、前記半導体素子と、前記基板と、前記はんだと、により形成される空間に対して、前記充填剤を前記第二開口部より空気を放出しながら所定量充填する充填工程と、
前記第二開口部より放出される充填剤の量を検出することによって、充填剤の充填状態を検査する検査工程と、
を具備する半導体装置の検査方法。 The filler in a semiconductor device in which the semiconductor element and the substrate are joined by solder arranged in a gap between the semiconductor element and the substrate, and the gap is filled with a filler to reinforce the junction between the semiconductor element and the substrate. An inspection method of a semiconductor device for inspecting a filling state of
While fixing the semiconductor element and the substrate at a predetermined distance, the gap between the semiconductor element and the substrate is sealed except for a pair of the first opening and the second opening. An adhesion step of bringing the semiconductor element, the first opening, and a nozzle filled with a filler from the first opening into close contact with each other after bonding the substrate;
Filling the space formed by the nozzle, the semiconductor element, the substrate, and the solder with the nozzle by filling the filler with a predetermined amount while discharging air from the second opening. Process,
An inspection process for inspecting the filling state of the filler by detecting the amount of the filler released from the second opening;
A method for inspecting a semiconductor device comprising:
前記ノズルと、前記半導体素子と、前記基板と、前記はんだと、の隙間に形成される空間の体積と同量に設定する、ことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の検査方法。 The filling amount of the filler is
5. The method for inspecting a semiconductor device according to claim 4, wherein the volume is set to be equal to a volume of a space formed in a gap between the nozzle, the semiconductor element, the substrate, and the solder.
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JP2015018971A (en) * | 2013-07-11 | 2015-01-29 | 富士通株式会社 | Heat radiation plate, and submarine apparatus |
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