JP2010003936A - 半導体装置、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反りを低減することができ、かつ反りの量を制御することが可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】基板２と、基板２に実装された半導体チップ６と、針状フィラーが添加され、基板２の前記半導体チップ６が実装された面と反対側の面が露出するように、基板２と半導体チップ６とを封止する樹脂４と、を具備する半導体装置である。基板２と樹脂４との収縮率の差異を小さくすることができるため、基板２の反りを低減することができ、かつ反りの量を制御することが可能な半導体装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に樹脂封止型の半導体装置及びその製造方法に関する。

半導体装置では、基板に実装された半導体チップを保護するため基板と半導体チップとは樹脂等で封止される。その中に、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）型のように、基板の半導体チップが実装された面のみを封止する片面封止型のパッケージがある。

特許文献１には、樹脂の表面を金属で覆い耐久性を高めた半導体装置を、簡単な工程により高歩留まりで生産する技術が開示されている。特許文献２及び特許文献３には、異なる物性を有する複数の樹脂を用いて半導体装置を封止する技術が開示されている。特許文献４には、樹脂の上面にガラスエポキシ板を設ける技術が開示されている。
特開平９−２３２４７７号公報 特開平９−１４８３５２号公報 特開平４−１７１９７０号公報 特開２０００−１２４３６３号公報

片面封止型パッケージでは、封止後の半導体装置が基板と樹脂の二層構造になる。基板と樹脂とでは収縮率に差異があるため、半導体装置を実装する工程等において加熱されると、基板に反りが発生する場合がある。このことは、基板と半導体チップとの接続不良が起きるなど、半導体装置の信頼性が低下する原因となる恐れがあった。

特許文献４の技術によれば、基板とガラスエポキシ板との収縮率の差異が小さいため、反りを低減することができるが、一定量の反り低減効果しか期待できない。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、反りを低減することができ、かつ反りの量を制御することが可能な半導体装置の提供を目的とする。

本発明は、基板と、前記基板に実装された半導体チップと、針状フィラーが添加され、前記基板の前記半導体チップが実装された面と反対側の面が露出するように、前記基板と前記半導体チップとを封止する樹脂と、を具備することを特徴とする半導体装置である。本発明によれば、基板の反りを低減することができ、かつ反りの量を制御することが可能となる。

上記構成において、前記針状フィラーは前記基板の前記半導体チップが実装された面と平行な方向に配向している構成とすることができる。この構成によれば、基板の半導体チップが実装された面と平行な方向における樹脂の収縮率を小さくすることができるため、反りを低減することが可能となる。

上記構成において、前記樹脂の表面では前記樹脂の表面以外の領域よりも、前記針状フィラーの密度が高い構成とすることができる。この構成によれば、樹脂の表面の収縮率を小さくすることができるため、反りを低減することが可能となる。

上記構成において、前記針状フィラーは溶融シリカからなる構成とすることができる。この構成によれば、溶融シリカの収縮率が結晶性シリカよりも小さいため、反りをより低減することが可能となる。

本発明は、基板に半導体チップを実装する工程と、前記基板の前記半導体チップが実装された面とは反対の面が露出し、樹脂に針状フィラーが添加されるように、前記基板と前記半導体チップとを前記樹脂で封止する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、基板の反りを低減することができ、かつ反りの量を制御することが可能となる。

上記構成において、前記封止する工程は、前記針状フィラーが前記基板の前記半導体チップが実装された面と平行な方向に配向するように封止する工程とすることができる。この構成によれば、基板の半導体チップが実装された面と平行な方向における樹脂の収縮率を小さくすることができるため、反りを低減することが可能となる。

上記構成において、前記封止する工程は、金型の上に前記樹脂を配置し、前記基板と前記半導体チップとを前記樹脂に押し付けて、封止する工程とすることができる。この構成によれば、ワイヤ流れを防止することができる。また、針状フィラーを基板の半導体チップが実装された面と平行な方向に配向させることができる。

上記構成において、前記封止する工程で、前記樹脂は前記金型の上に配置された前記針状フィラーの上に配置される構成とすることができる。この構成によれば、基板の反りを低減することができ、かつ反りの量を制御することが可能となる。

上記構成において、前記封止する工程で、前記樹脂は、前記金型の上に配置され、前記針状フィラーが配向された、前記樹脂と同じ材質からなる樹脂板の上に配置される構成とすることができる。この構成によれば、針状フィラーの飛散を防止することができる。

上記構成において、前記封止する工程で、前記樹脂は、前記金型の上に配置され、上面に前記針状フィラーが配向されたフィルムの上に配置される構成とすることができる。この構成によれば、製造工程における樹脂の流出を防止することができる。また、樹脂と金型との接着を防止することができる。

本発明によれば、基板の反りを低減することができ、かつ反りの量を制御することが可能な半導体装置を提供することが可能となる。

図面を用いて、従来技術について説明する。

比較例１は、従来から用いられている片面封止型の半導体装置である。図１（ａ）は比較例１に係る半導体装置１００の個片化前の状態を示す断面図であり、図１（ｂ）から図１（ｄ）は半導体装置１００の封止工程を示す断面図である。

図１（ａ）に示すように、例えばガラスエポキシからなる基板２の上に、例えばシリコンからなる半導体チップ６が接着剤８を用いて搭載されている。また、図１（ｂ）から図１（ｄ）に示すように、基板２と半導体チップ６とは、例えばＡｌ等の金属からなるワイヤ１２により電気的に接続されている（図１（ａ）においては省略）。すなわち、半導体チップ６は基板２に実装されている。基板２と半導体チップ６とは、基板２の半導体チップ６が実装された面とは反対の面が露出するように、例えばエポキシからなる樹脂４により封止されている。

図１（ｂ）に示すように、溶解した状態の樹脂４を配置した金型１０を準備し、基板２の半導体チップ６が実装された面と樹脂４とが対向するように、基板２の位置合わせを行う。

図１（ｃ）に示すように、基板２と半導体チップ６とを樹脂４に押し付け、基板２の半導体チップ６が実装された面を樹脂４で封止する。

図１（ｄ）に示すように、樹脂４が硬化し、半導体装置１００が形成される。このように、封止工程には、圧縮成形法を用いることができる。

比較例１によれば、半導体装置１００は基板２と樹脂４との二層構造となっている。基板２と樹脂４とでは収縮率に差異があるため、半導体装置１００を加熱すると、基板２に反りが発生し半導体装置の信頼性が低下する恐れがある。

比較例２は、特許文献４に係る半導体装置１１０である。

図２に示すように、樹脂４の上面にガラスエポキシ板１４が設けられている。比較例２によれば、樹脂４とガラスエポキシ板１４とでは、収縮率の差異が小さいため、反りを低減することができる。

しかし、比較例２では、ガラスエポキシ板１４の厚さが一定であるため、一定量の反り低減効果しか期待できない。

本発明は、反りを低減することができ、かつ反りの量を制御することが可能な半導体装置の提供を目的とする。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

図３（ａ）は、実施例１に係る半導体装置２００を示す断面図であり、図３（ｂ）から図３（ｄ）は製造方法を示す断面図である。既述したものと同じ構成については、説明を省略する。

図３（ａ）に示すように、例えばエポキシからなり、球状フィラーが添加された樹脂４の表面に、針状フィラー層１６が形成されている。すなわち、樹脂４の表面では、樹脂４の表面以外の部分よりも針状フィラーの密度が高くなっている。また、樹脂４中では針状フィラーは、基板２の半導体チップ６が実装された面２ａと平行な方向（Ｘ−Ｙ方向とする）に配向している。すなわち、図中の左右方向及び紙面に垂直な方向に配向している。針状フィラー層１６を含めた樹脂４全体の厚さは例えば３００μｍであり、針状フィラー層１６の厚さは例えば数十μｍである。また、個々の針状フィラーの直径は例えば１０μｍ、長さは例えば１００μｍである。

半導体装置２００の製造方法について説明する。

図３（ｂ）に示すように、金型１０の上に針状フィラー１８を配置し、その上に樹脂４を配置する。

図３（ｃ）に示すように、金型１０を加熱し、樹脂４を溶解させる。基板２と半導体チップ６とを溶解した樹脂４に押し付ける。このとき樹脂４が流動するため、針状フィラー１８は樹脂４の表面において、基板２の面２ａと平行な方向に配向する。これにより、樹脂４の表面に針状フィラー層１６が形成される。

図３（ｄ）に示すように、以上の工程により、実施例１に係る半導体装置２００が完成する。

実施例１によれば、樹脂４に針状フィラー１８を添加することで、表面に針状フィラー層１６が形成することができる。針状フィラー１８はＸ−Ｙ方向に配向しているため、針状フィラー層１６のＸ−Ｙ方向の収縮率を小さくすることができる。これにより、基板２と、樹脂４の針状フィラー層１６との収縮率の差異が小さくなる。従って、基板２の反りを低減することができ、半導体装置２００の信頼性を向上させることが可能となる。

針状フィラーを用いるため、比較例２のようにガラスエポキシ板１４を樹脂４の上面に設ける場合よりも、材料費及び工程を削減することができる。従って、半導体装置のコストダウンが可能となる。また、金型１０に配置する針状フィラー１８の添加量を調節することで、針状フィラー層１６の収縮率を調節することができる。このため、基板２や樹脂４の材質、大きさ等を変更した場合でも、反りの量を制御することが可能となる。

図４は、基板と樹脂とにおいて、温度と伸び量との関係を例示した図である。横軸は温度、縦軸は伸び量を各々表す。樹脂が溶解する温度をＴ１、樹脂の収縮率が変化する温度をＴ２、基板と樹脂とで伸び量が等しくなる温度をＴ３とし、Ｔ３＜Ｔ２＜Ｔ１であるものとする。点線は基板、実線は樹脂の伸び量を各々表す。温度Ｔ１で基板を樹脂により封止し、温度を下げる場合を考える。

基板の収縮率は例えば１４ｐｐｍ／℃であるため、図４中の破線の傾きは１４である。これに対し、樹脂は硬化する際に収縮し、その収縮率は例えば３０００ｐｐｍである。また、樹脂の温度変化による収縮率は、Ｔ２以下の温度においては例えば９ｐｐｍ／℃、Ｔ１からＴ２の温度においては例えば３０ｐｐｍ／℃である。このため、図４において樹脂の伸び量は、傾き３０の実線と傾き９の実線とが連結された実線として表される。

基板と樹脂とで伸び量が等しくなるとき、すなわち図４の点線と実線が交わるときに反りがゼロとなる。このときの温度Ｔ３が室温でなければ、反りが発生することとなる。実施例１によれば、針状フィラー１８の添加量を調節することで、樹脂４の表面に形成された針状フィラー層１６の収縮率を調節することができる（図３（ｄ）参照）。すなわち、図４の実線の傾きを調節することができる。これにより、Ｔ３を室温と等しくすることができる。

針状フィラー層１６は樹脂４の表面、すなわちワイヤ１２と接触しない領域に形成される。このため、ワイヤ１２及び半導体チップ６に損傷を与えることを抑制することができる。

圧縮成形法は、トランスファ成形に比べて樹脂の流動が少ない。このため、樹脂の流動によるワイヤ１２の変形（ワイヤ流れ）を抑制することができ、半導体装置の信頼性を向上させることが可能となる。また、金型１０に針状フィラー１８を配置して圧縮成形を行うことで、樹脂４の流れにより針状フィラー１８をＸ−Ｙ方向に配向させることができる。

針状フィラー１８の材質は溶融シリカに限定されず、例えば結晶性シリカからなっていてもよい。しかし、溶融シリカは結晶性シリカよりも収縮率が小さいため、反りをより低減することができる。このことから、針状フィラー１８は溶融シリカであることが好ましい。

樹脂４には球状フィラーが添加されていなくてもよい。しかし、樹脂４全体に球状フィラーが添加されることで、樹脂４の硬度を高め、また樹脂４の収縮率を小さくすることができる。このため、球状フィラーが添加されていることが好ましい。

実施例２は、針状フィラーをあらかじめ配向させた樹脂板を金型に配置して圧縮成形を行う、半導体装置の製造方法である。図５（ａ）は樹脂板２０を示す断面図であり、図５（ｂ）から図５（ｄ）は実施例２に係る半導体装置３００の製造方法を示す断面図である。

図５（ａ）に示すように、針状フィラーを添加した樹脂板２０を準備する。樹脂板２０は、樹脂４と同じ樹脂からなる。また、樹脂板２０の中で、針状フィラーはＸ−Ｙ方向に配向している。

図５（ｂ）に示すように、金型１０の上に樹脂板２０を配置し、その上に樹脂４を配置する。

図５（ｃ）に示すように、金型１０を加熱し、樹脂板２０と樹脂４とを各々溶解させる。溶解された樹脂板２０と樹脂４とは、混じり合う。基板２と半導体チップ６とを樹脂４に押し付ける。樹脂板２０に添加され、配向していた針状フィラーは、樹脂４の表面に針状フィラー層１６を形成する。

図５（ｄ）に示すように、以上の工程により、実施例２に係る半導体装置３００が完成する。

実施例２によれば、実施例１と同様、図５（ｄ）に示すように、樹脂４の表面に針状フィラー層１６が形成されるため、半導体装置の反りを低減することができる。

また、樹脂板２０の材質には、樹脂４と同じ樹脂を用いるため、樹脂板２０と樹脂４とが一体となり、基板２と半導体チップ６とを封止することができる。あらかじめ針状フィラーを配向させた樹脂板２０を金型１０に配置するため、針状フィラーが飛散することを抑制することができる。

実施例３は、上面に針状フィラーが配向されたフィルムを金型に配置して圧縮成形を行う、半導体装置の製造方法である。図６（ａ）はフィルム２２と樹脂層２４との断面図であり、図６（ｂ）から図６（ｄ）は、実施例３に係る半導体装置４００の製造方法を示す断面図である。

図６（ａ）に示すように、フィルム２２の上には樹脂層２４が形成されており、樹脂層２４の中では針状フィラーがＸ−Ｙ方向に配向されている。フィルム２２は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂からなる。樹脂層２４は、樹脂４と同じ材質からなる。

図６（ｂ）に示すように、金型１０の上にフィルム２２を配置する。フィルム２２の上に、樹脂層２４と接するように樹脂４を配置する。

図６（ｃ）に示すように、金型１０を加熱し、樹脂層２４と樹脂４とを各々溶解させる。溶解した樹脂層２４と樹脂４とは混じり合う。基板２と半導体チップ６とを樹脂４に押し付ける。樹脂層２４に添加され、配向していた針状フィラーは、樹脂４の表面に針状フィラー層１６を形成する。

図６（ｄ）に示すように、以上の工程により、実施例３に係る半導体装置４００が完成する。

実施例３によれば、実施例１と同様、図６（ｄ）に示すように、樹脂４の表面に針状フィラー層１６が形成されるため、半導体装置の反りを低減することができる。

図６（ｃ）に示すように、フィルム２２により基板２と金型１０との間の隙間を埋めることができる。このため、圧縮成形を行う際に樹脂４が金型１０の外部へ流出することを防止することができる。また、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、樹脂４と金型１０との間にフィルム２２が配置されることとなる。このため、樹脂４と金型１０との接着を防止することができ、半導体装置４００の金型１０からの取り出しを容易に行うことができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図１（ａ）は比較例１に係る半導体装置１００を示す断面図であり、図１（ｂ）から図１（ｄ）は半導体装置１００の製造方法を示す断面図である。 図２は比較例２に係る半導体装置１１０を示す断面図である。 図３（ａ）は実施例１に係る半導体装置２００を示す断面図であり、図３（ｂ）から図３（ｄ）は半導体装置２００の製造方法を示す断面図である。 図４は温度と伸び量との関係を例示した図である。 図５（ａ）は樹脂板２０を示す断面図であり、図５（ｂ）から図５（ｄ）は実施例２に係る半導体装置３００の製造方法を示す断面図である。 図６（ａ）はフィルム２２と樹脂層２４とを示す断面図であり、図６（ｂ）から図６（ｄ）は実施例３に係る半導体装置４００の製造方法を示す断面図である。

符号の説明

基板 ２
樹脂 ４
半導体チップ ６
接着剤 ８
金型 １０
ワイヤ １２
針状フィラー層 １６
針状フィラー １８
樹脂板 ２０
フィルム ２２
樹脂層 ２４
半導体装置 １００、２００、３００、４００

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板に実装された半導体チップと、
   針状フィラーが添加され、前記基板の前記半導体チップが実装された面と反対側の面が露出するように、前記基板と前記半導体チップとを封止する樹脂と、を具備することを特徴とする半導体装置。
2. 前記針状フィラーは前記基板の前記半導体チップが実装された面と平行な方向に配向していることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記樹脂の表面では前記樹脂の表面以外の領域よりも、前記針状フィラーの密度が高いことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
4. 前記針状フィラーは溶融シリカからなることを特徴とする請求項１から３いずれか一項記載の半導体装置。
5. 基板に半導体チップを実装する工程と、
   前記基板の前記半導体チップが実装された面とは反対の面が露出し、樹脂に針状フィラーが添加されるように、前記基板と前記半導体チップとを前記樹脂で封止する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 前記封止する工程は、前記針状フィラーが前記基板の前記半導体チップが実装された面と平行な方向に配向するように封止する工程であることを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記封止する工程は、金型の上に前記樹脂を配置し、前記基板と前記半導体チップとを前記樹脂に押し付けて、封止する工程であることを特徴とする請求項５または６記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記封止する工程において、前記樹脂は前記金型の上に配置された前記針状フィラーの上に配置されることを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記封止する工程において、前記樹脂は、前記金型の上に配置され、前記針状フィラーが配向された前記樹脂と同じ材質からなる樹脂板の上に配置されることを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記封止する工程において、前記樹脂は、前記金型の上に配置され、上面に前記針状フィラーが配向されたフィルムの上に配置されることを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。

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