JP2010092983A - Semiconductor device and method of manufacturing the same, and semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法ならびに半導体製造装置に関し、より特定的には、液状樹脂を用いて半導体装置を製造可能な半導体装置の製造方法および半導体製造装置ならびにこれらを用いて製造可能な半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, a manufacturing method thereof, and a semiconductor manufacturing device, and more specifically, a semiconductor device manufacturing method, a semiconductor manufacturing device, and a semiconductor manufacturing device that can manufacture a semiconductor device using a liquid resin. The present invention relates to a semiconductor device.
半導体素子の高速化、高密度化が進むにつれ、これを実装して半導体装置を形成する際には、以下の方式を用いることが主流となってきている。まず、半導体素子の主表面である回路面と基板とを、半導体素子の回路面とそれに対向した基板面にそれぞれ配置された突起電極でフリップチップ接合を行なう。そして、半導体素子と基板とに挟まれた領域に生じた間隙を液状のアンダーフィル樹脂で毛細管現象を利用して注入・充填することにより封止するという方式である。最近は特に、半導体素子をより高速で駆動するために、半導体素子の絶縁層の誘電率を下げる試みが多くなされ、そのため絶縁層の強度が著しく低下してきている。 As the speed and density of semiconductor elements increase, it has become mainstream to use the following method when mounting them to form a semiconductor device. First, flip-chip bonding is performed between the circuit surface, which is the main surface of the semiconductor element, and the substrate by using protruding electrodes respectively disposed on the circuit surface of the semiconductor element and the substrate surface opposite thereto. Then, the gap formed in the region between the semiconductor element and the substrate is sealed by injecting and filling with a liquid underfill resin using a capillary phenomenon. Recently, many attempts have been made to lower the dielectric constant of an insulating layer of a semiconductor element in order to drive the semiconductor element at a higher speed, and the strength of the insulating layer has been significantly reduced.
半導体素子と基板との間隙に充填するアンダーフィル樹脂は、本来、半導体素子の回路面と突起電極とを保護することが目的である。しかし、半導体素子の絶縁層の強度が低下しているため、半導体素子を駆動した際に発生する熱応力による絶縁層の破壊が懸念される。そこでたとえば、アンダーフィル樹脂中に低応力化材を混入したり、フィラ量を増加して熱膨張係数を下げ、半導体素子と基板との熱膨張係数差を小さくすることにより、発生する熱応力の低下を図っている。しかし、上述の方法を用いて熱応力の低下を図ろうとすると、樹脂の粘度が上がったりチクソ性が増加するため、樹脂を注入することが困難になる。 The underfill resin that fills the gap between the semiconductor element and the substrate is originally intended to protect the circuit surface of the semiconductor element and the protruding electrodes. However, since the strength of the insulating layer of the semiconductor element is reduced, there is a concern about the destruction of the insulating layer due to the thermal stress generated when the semiconductor element is driven. Therefore, for example, by adding a stress-reducing material into the underfill resin, increasing the filler amount to lower the thermal expansion coefficient, and reducing the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor element and the substrate, the generated thermal stress can be reduced. We are aiming for a decline. However, when attempting to reduce the thermal stress using the above-described method, it becomes difficult to inject the resin because the viscosity of the resin increases or the thixotropy increases.
一方、半導体素子の高密度化により、配線の微細化が進み、バンプ数の増加とバンプのピッチの狭小化が進んでいる。このため、半導体素子と基板との間隙が狭くなり、このことがアンダーフィル樹脂の注入を阻害する。そこで、たとえば特開2006−16433号公報(以下、「特許文献1」という)には、アンダーフィル樹脂に用いられる無機充填剤として、粒度調整した高流動性のものを用いることにより、粘度を低下させて注入を容易にしたアンダーフィル樹脂が開示されている。また、たとえば特開2005−200444号公報(以下、「特許文献2」という)には、エポキシ樹脂および硬化剤の分子構造の調整により、低粘度でかつ、封止した半導体装置の信頼性を損なわない熱硬化性液状樹脂組成物が開示されている。
On the other hand, due to the higher density of semiconductor elements, the miniaturization of wiring has progressed, and the number of bumps and the pitch of bumps have been reduced. For this reason, the gap between the semiconductor element and the substrate is narrowed, which hinders the injection of the underfill resin. Therefore, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-16433 (hereinafter referred to as “
他方、アンダーフィル樹脂の封止方法としては、たとえば特許第3220739号公報(以下、「特許文献3」という)において以下の方法が提案されている。基板にフリップチップ接合された電子部品を減圧下に設置し、半導体素子と基板とに挟まれた領域の全周囲を隙間なしに取り囲むように液状樹脂を供給する。供給した液状樹脂中に含まれる気泡を取り除くとともに、液状樹脂に囲まれた、半導体素子と基板とが存在する空間内を減圧状態にする。その上で減圧状態を解除して大気圧に戻す。すると、液状樹脂に囲まれた空間内の減圧状態と、その空間の外部の大気圧との圧力差により、液状樹脂が、半導体素子と基板とに挟まれた間隙に強制的に吸引充填される。
On the other hand, as a method for sealing an underfill resin, for example, the following method is proposed in Japanese Patent No. 3220739 (hereinafter referred to as “
また、たとえば特開2004−179460号公報(以下、「特許文献4」という)においては、以下に示す方法が開示されている。真空吐出成形装置における真空状態の室内にて、半導体素子が基板に実装されたワークの一方の主表面上に液状樹脂を供給する。そしていったんワークを室外に取り出した後、プレス装置においてワークを加熱加圧することにより液状樹脂の効果を促進しつつ液状樹脂の形状が平坦になるよう整形する。
Further, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-179460 (hereinafter referred to as “
さらに、たとえば特開2005−53143号公報(以下、「特許文献5」という)においては、以下に示す方法が開示されている。金型を型開きした状態で、被成形品と液状樹脂とを供給した後、エアシールにより密閉の上で真空排気を行なう。その後に金型と、その内部に設けたキャビティブロックとクランパとを用いて被成形品をクランプすることにより、樹脂の充填を行なう。
しかし、上述した特許文献1および特許文献2においては、アンダーフィル樹脂の粘度を低下させる技術のみが開示されており、アンダーフィル工程の改善を行なう技術については開示されていない。
However,
また、上述した特許文献3における封止方法では、周囲を液状樹脂に取り囲まれた、半導体素子と基板とに挟まれた領域に生じた間隙と、その周囲の大気圧との圧力差のみを利用してアンダーフィル樹脂を充填させるため、アンダーフィル樹脂の流動特性に影響を受ける。アンダーフィル樹脂の流動性は時間の経過や温度変化により変化することがあり、アンダーフィル樹脂の流動性が変化した場合には、半導体素子と基板とに挟まれた領域に生じた間隙への樹脂の注入が困難となることもある。このため、上記のような圧力差のみを利用しただけでは、液状樹脂を上記間隙に充填することは困難である。
Further, in the sealing method in
また、上述した特許文献3における封止方法を用いた電子部品は、半導体素子の、基板に対向しない側の主表面が露出した状態であり、半導体素子と基板とに挟まれた、バンプが存在する領域にのみ、樹脂がアンダーフィル樹脂として充填されている。この場合、半導体素子と基板との熱膨張係数差により発生する熱応力により、半導体素子や基板の反りが発生し、信頼性を低下させる可能性がある。
Moreover, the electronic component using the sealing method in
さらに、上述した特許文献4における半導体装置の封止方法では、真空状態を発生させる真空室内にワークを導入する工程と、液状樹脂を塗布する工程と、真空室内の真空を破壊してワークを取り出す工程と、ワークを加熱加圧することにより液状樹脂の形状を整形する工程とを行なう必要がある。したがって、工程数が多く、ワーク毎のタクトタイムが長くなるという問題がある。さらに、特許文献4における半導体装置の封止方法は、ワークの形状がワイヤボンドのモールドタイプの半導体装置に限り可能であり、フリップチップ接合をアンダーフィルする方式の半導体装置の封止には適用できない。上述した特許文献5における半導体装置の封止方法においても、特許文献4における半導体装置の封止方法と同様に、フリップチップ接合をアンダーフィルする方式の半導体装置の封止には適用できない。
Furthermore, in the method for sealing a semiconductor device in
本発明は、上述した各問題に鑑みなされたものである。その目的は、半導体装置の少なくとも一部を封止する際に用いる液状樹脂の注入に要する時間を短縮することができ、半導体装置の製造工程数をも削減することができ、さらには樹脂封止後の半導体装置の反りをも低減することが可能となる半導体装置の製造方法および半導体製造装置を提供することである。また、反りを低減した信頼性の高い半導体装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems. Its purpose is to reduce the time required for injecting the liquid resin used for sealing at least a part of the semiconductor device, to reduce the number of manufacturing steps of the semiconductor device, and to resin sealing. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor manufacturing apparatus that can reduce warpage of the semiconductor device later. Another object is to provide a highly reliable semiconductor device with reduced warpage.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上にフリップチップ接合された半導体素子を含む第1部分と、放熱部を含む第2部分とを有する半導体装置の製造方法であって、次の各工程を備える。開閉可能な1対の金型に第1と第2部分を設置する。第1部分と第2部分とが密着または接着するように1対の金型を型閉めする。基板と放熱部との間の空間に、該空間内の圧力との圧力差を利用して液状樹脂を注入する。液状樹脂を加熱することにより液状樹脂を硬化させる。 A manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention is a manufacturing method of a semiconductor device having a first part including a semiconductor element flip-chip bonded on a substrate and a second part including a heat dissipation part. A process is provided. The first and second parts are installed in a pair of molds that can be opened and closed. The pair of molds are closed so that the first part and the second part are in close contact with each other. A liquid resin is injected into the space between the substrate and the heat radiating portion using the pressure difference from the pressure in the space. The liquid resin is cured by heating the liquid resin.
本発明に係る半導体装置は、基板と、複数個の導電性バンプを介して基板に実装された半導体素子と、半導体素子上に放熱樹脂層を介して設置された放熱部材と、基板と放熱部材との間の空間に半導体素子の周囲の領域から複数個の導電性バンプ間の空隙に延在するように一体的に形成された樹脂部とを備える。 A semiconductor device according to the present invention includes a substrate, a semiconductor element mounted on the substrate via a plurality of conductive bumps, a heat dissipation member installed on the semiconductor element via a heat dissipation resin layer, and the substrate and the heat dissipation member. And a resin portion integrally formed so as to extend from the region around the semiconductor element to the gaps between the plurality of conductive bumps.
本発明に係る半導体製造装置は、基板上にフリップチップ接合された半導体素子と、放熱部と、樹脂部とを有する半導体装置を製造する際に使用可能なものである。該半導体製造装置は、開閉可能であり上記半導体装置の一部を受入れ可能なキャビティを有する1対の金型と、該金型を加熱可能な加熱部と、金型に設けられキャビティ内に液状樹脂を供給するための樹脂通路と、樹脂通路を介してキャビティ内に液状樹脂を供給可能な液状樹脂供給部と、液状樹脂供給部を周囲から断熱あるいは保冷可能な断熱・保冷部とを備える。 The semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention can be used when manufacturing a semiconductor device having a semiconductor element flip-chip bonded on a substrate, a heat radiating portion, and a resin portion. The semiconductor manufacturing apparatus is capable of opening and closing and a pair of molds having a cavity capable of receiving a part of the semiconductor device, a heating unit capable of heating the mold, and a liquid provided in the mold. A resin passage for supplying the resin, a liquid resin supply portion capable of supplying the liquid resin into the cavity via the resin passage, and a heat insulating / cooling portion capable of insulating or keeping the liquid resin supply portion from the surroundings are provided.
本発明に係る半導体装置の製造方法および半導体製造装置によれば、金型に予め設置した基板と放熱部との間の空間に効率的に液状樹脂を注入することができるので、液状樹脂の注入に要する時間を短縮することができる。また、金型に予め基板と放熱部とを設置して樹脂封止を行なうことができるので、半導体装置の製造工程数をも削減することができる。さらに、基板と放熱部との間でありかつ半導体素子の周囲に位置する領域に樹脂部を形成することができるので、樹脂封止後の半導体装置の反りをも低減することができ、半導体装置の信頼性を向上することができる。本発明に係る半導体装置では、基板と放熱部材との間でありかつ半導体素子の周囲に位置する領域に樹脂部を設けているので、反りが低減された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 semiconductor device manufacturing method and the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention, since the liquid resin can be efficiently injected into the space between the substrate and the heat dissipating portion previously installed in the mold, the injection of the liquid resin is possible. Can be shortened. In addition, since the substrate and the heat radiating portion can be installed in the mold in advance to perform resin sealing, the number of manufacturing steps of the semiconductor device can be reduced. Furthermore, since the resin portion can be formed in a region between the substrate and the heat radiating portion and located around the semiconductor element, warpage of the semiconductor device after resin sealing can be reduced, and the semiconductor device Reliability can be improved. In the semiconductor device according to the present invention, since the resin portion is provided in the region between the substrate and the heat dissipation member and located around the semiconductor element, a highly reliable semiconductor device with reduced warpage is provided. Can do.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。なお、各実施の形態において、同一の機能を果たす部位には同一の参照符号が付されており、その説明は、特に必要がなければ、繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, portions having the same function are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated unless particularly necessary.
(実施の形態1)
図1は、本発明の各実施の形態における半導体装置の製造工程の概要を示すフローチャートである。以下、図1に示すフローチャートの内容に沿って、本実施の形態1における半導体装置の製造方法について説明する。なお、図2は、後述する第1および第2のワークの構造例を示す概略図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a flowchart showing an outline of a manufacturing process of a semiconductor device in each embodiment of the present invention. A method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described below along the contents of the flowchart shown in FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the structure of first and second workpieces to be described later.
図1に示すように、まず第1のワーク(第1の部分)を準備する(S10)。この第1のワークは、たとえば図2に示すように、基板3の一方の主表面上に半導体素子1をフリップチップ接合したものである。より詳しくは、第1のワークは、半導体素子1の一方の主表面である回路面と、回路面に対向するよう配置した基板3とを、はんだ等で構成される導電性のバンプ2を介してフリップチップ接合したものである。基板3の主表面には、たとえば様々な導電パターンが形成される。
As shown in FIG. 1, first, a first workpiece (first portion) is prepared (S10). For example, as shown in FIG. 2, the first workpiece is obtained by flip-chip bonding the
次に、第2のワーク(第2の部分)を準備する(S20)。第2のワークは、半導体装置を駆動した際に生じる熱を放熱する放熱部(放熱機構)を含む。たとえば図2に示すように、放熱部材であるヒートスプレッダ4の一方の主表面上に液状の放熱樹脂5を塗布したものを、第2のワークとして使用することができる。
Next, a second workpiece (second portion) is prepared (S20). The second workpiece includes a heat radiating portion (heat radiating mechanism) that radiates heat generated when the semiconductor device is driven. For example, as shown in FIG. 2, a material obtained by applying a liquid
放熱樹脂5は、放熱機能を有する樹脂であり、該放熱樹脂5を介して半導体素子1で発生した熱をヒートスプレッダ4に伝達することができる。放熱樹脂5を介して半導体素子1からヒートスプレッダ4に効率的に熱を伝達すべく、放熱樹脂5は、熱伝導性に優れた樹脂で構成することが好ましい。
The
ここで、ヒートスプレッダ4の一方の主表面上に放熱樹脂5を塗布する方法について説明する。放熱樹脂5の塗布工程は手作業で行なってもよいが、手作業で行なった場合、放熱樹脂5の塗布量や厚みを高精度に制御することが困難となる。そこで、自動機を用いて放熱樹脂5を塗布することが好ましい。また、その自動機は、放熱樹脂5を塗布したヒートスプレッダ4を反転させる機能を備えていることが好ましい。
Here, a method of applying the
図5〜図8に、放熱樹脂5を塗布する際に使用可能な自動機の一例を示す。図5に示すように、吸着ハンド400は、吸着されたヒートスプレッダ4を保持するアーム30と、ピン31を介してアーム30と回動可能に連結されるアーム32と、ピン33を介してアーム32と回動可能に連結されるアーム34とを備える。
5 to 8 show an example of an automatic machine that can be used when the heat-dissipating
上記のアーム30を回転させることにより、ヒートスプレッダ4の主表面の向きを自由に変更することができる。たとえばアーム30を、ピン31を中心に、図5に矢印で示すように約180度回転させることができる。図5に示す状態から矢印に従ってアーム30を約180度回転させることにより、図6に示すように、ヒートスプレッダ4の一方の主表面が上方を向くようにヒートスプレッダ4を反転させることができる。
By rotating the
図7に示すように、一方の主表面が上方を向いたヒートスプレッダ4に対して、吸着ハンド400とは別の自動機である放熱樹脂塗布機構410を用いて、放熱樹脂5を塗布する。放熱樹脂塗布機構410は、放熱樹脂5を保管する放熱樹脂シリンジ35と、放熱樹脂シリンジ35から供給された放熱樹脂5をヒートスプレッダ4に直接塗布するディスペンサ36とを備える。
As shown in FIG. 7, the
放熱樹脂塗布機構410を用いて適量の放熱樹脂5をヒートスプレッダ4の一方の主表面上に塗布すると、再度アーム30がピン31を中心に、図7に矢印で示すように約180度回転され、図8に示す状態となる。このようにして準備した第2のワークとしてのヒートスプレッダ4および放熱樹脂5を、後述する金型まで移送して金型に設置する。
When an appropriate amount of the
放熱樹脂5が塗布された第2のワークを金型に設置する際には、放熱樹脂5が下方を向くようにヒートスプレッダ4を反転させる場合がある。この場合に、塗布された放熱樹脂5がヒートスプレッダ4から垂れ落ちないように、放熱樹脂5の材質としてチクソ性が高い樹脂を用いることが好ましい。
When the second work to which the
図2に示すヒートスプレッダ4は、半導体素子1で発生した熱を効率的に放熱可能とすべく、たとえば銅、銅合金、鉄等の金属板で作製することが考えられる。しかし、熱伝達性の優れた材質であれば、金属以外の材質を、ヒートスプレッダ4の材質として採用することも可能である。ヒートスプレッダ4の厚みについては適宜選択可能であるが、優れた放熱特性に加えて半導体装置の変形を効果的に抑制すべく、たとえば0.2mm〜数mm程度の厚みとすることが考えられる。
It is conceivable that the
次に、上述の第1および第2のワークを、開閉が可能な1対の金型に設置する(S30)。本実施の形態1では、この1対の金型のうちの一方の金型(上金型)に第1のワークを設置し、他方の金型(下金型)に第2のワークを設置する。 Next, the first and second workpieces described above are installed in a pair of molds that can be opened and closed (S30). In the first embodiment, the first workpiece is installed in one mold (upper mold) of the pair of molds, and the second workpiece is installed in the other mold (lower mold). To do.
ここで、本実施の形態の半導体装置を製造可能な半導体製造装置の一例について、図3および図4を用いて説明する。図3は、半導体製造装置における1対の金型300に、第1のワークと第2のワークとを設置した状態を示す図であり、図4は、金型300を型閉めして金型300の内部空間(キャビティ)に液状樹脂9を注入した状態を概略的に示す図である。
Here, an example of a semiconductor manufacturing apparatus capable of manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a view showing a state in which a first work and a second work are installed on a pair of
図3および図4に示すように、本実施の形態における半導体製造装置は、1対の金型300を備える。また、該半導体製造装置は、ワークを金型300にまで移送する移送機構と、液状樹脂を金型300のキャビティ内に供給可能な液状樹脂供給部と、成型後の半導体装置を金型300から取出すための取出機構とを備える。
As shown in FIGS. 3 and 4, the semiconductor manufacturing apparatus in the present embodiment includes a pair of
ワークの移送機構としては、たとえばワークを吸着して移送可能なハンドラーを用いることができる。この移送機構は、各ワークを個別に移送可能なものであってもよく、複数のワークを同時に移送可能なものであってもよい。樹脂封止後の半導体装置の取出機構としては、樹脂成形品を金型から取り出し可能な周知の機構を使用すればよい。 As a workpiece transfer mechanism, for example, a handler capable of adsorbing and transferring a workpiece can be used. This transfer mechanism may be capable of transferring each workpiece individually, or may be capable of transferring a plurality of workpieces simultaneously. As a take-out mechanism of the semiconductor device after resin sealing, a known mechanism that can take out the resin molded product from the mold may be used.
1対の金型300は開閉可能であり、この1対の金型300により、第1と第2のワークを受入れ可能なキャビティが形成される。図3および図4に示す金型300は上下方向に開閉可能であり、下側に位置する下金型100と、上側に位置する上金型200とを有する。
The pair of
下金型100は、第1のワークにおける基板3を受け入れ可能な凹部を有する。上金型200は、下金型100側に突出する側壁部を有する。側壁部は、金型300のキャビティの一部を規定する。この側壁部は、下金型100の凹部に載置した状態の第1のワークの基板3上からその周囲に位置する下金型100の上面上にわたって設けられている。よって、金型300を型閉めした際には、図4に示すように、側壁部の底面が下金型100と、第1のワークの基板3との双方に当接されることとなる。また、上金型200には、第2のワークを減圧吸着可能な減圧吸着ユニット6を設置する。なお、本実施の形態1では、上金型200に減圧吸着ユニット6を設置した例を図示したが、下金型100にも減圧吸着ユニット6を設置してもよい。上金型200と下金型100との双方に減圧吸着ユニット6を設置することにより、ワークを高精度に固定することができる。また、減圧吸着ユニット6に加圧機能を付与してもよい。
The
図3および図4に示すように、上金型200には、型閉めした際の圧力シール機構であるシールリング8が設置されている。このため、金型300内部のキャビティを外部に対してほぼ完全に密閉することができる。このシールリング8は、型閉めを行なった後の金型300内部のキャビティを、大気圧以上の圧力に加圧することも、大気圧未満の圧力に減圧することも可能な耐圧性を有するものであることが好ましい。たとえばこのシールリング8としては、Oリングのようなゴム製のシールを用いることができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
また、金型300(下金型100と上金型200との少なくとも一方)には、これらを加熱可能なヒータ(加熱部:図示せず)と、キャビティ内に液状樹脂9を供給するための樹脂通路とが設けられる。1種類のヒータを金型300に設置してもよいが、複数種類のヒータを金型300に設置してもよい。たとえば、短時間で金型300の温度を液状樹脂の硬化温度以上にまで上昇させることが可能なパルスヒータと、金型300の温度を液状樹脂の流動に適した温度にまで昇温・保持可能な定常ヒータとを金型300に設置することが考えられる。なお、パルスヒータは、定常ヒータよりも高い温度に短時間で加熱可能なヒータである。
In addition, the mold 300 (at least one of the
上記の定常ヒータを用いることにより、第1および第2のワークとともに、下金型100および上金型200を適度に加熱することができ、金型300のキャビティ内の温度を液状樹脂の流動に適した温度(たとえば50℃〜120℃程度)に調整することができる。より詳しくは、金型300のキャビティ内の温度を、液状樹脂の硬化温度(たとえば100℃〜180℃程度)よりも低く、かつ液状樹脂の粘度が急激に低くならずキャビティ内を液状樹脂がスムーズに流動し得る値となるように調整することができる。
By using the above-mentioned steady heater, the
また、図3および図4に示すように、上金型200の内壁面の一部であって液状樹脂9と接する部分には、剥離専用シート7のような剥離機構を配置する。それにより、液状樹脂9を硬化させた後の半導体装置を上金型200から容易に剥離することができる。剥離専用シート7の材質としては、たとえば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂シートやシリコーン樹脂シートを用いることが好ましい。剥離専用シート7を設置することにより、液状樹脂9の硬化後に半導体装置を金型300から容易に剥離することができる。なお、剥離専用シート7の代わりに、上金型200の内壁面に選択的にフッ素樹脂を塗布するなどの表面加工を施してもよい。型開きの際には、液状樹脂9の硬化後の半導体装置は、空冷されて体積が収縮し、金型よりも小さい寸法となっている。この場合に、減圧吸着ユニット6に加圧機能を付与することで、上記半導体装置を加圧することができ、該半導体装置を金型から容易に離型することができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, a peeling mechanism such as a peeling-
液状樹脂供給部としては、金型300のキャビティ内に液状樹脂を供給可能なシリンジ11を使用することができる。シリンジ11は、図3および図4の例では、上金型200の外部に設置される。このようにシリンジ11を金型の外部に設置することにより、金型300からシリンジ11内の液状樹脂への熱の影響を軽減することができる。
As the liquid resin supply unit, a
上記のシリンジ11にノズルを装着し、上金型200に設けたノズル差込口(樹脂通路)15に該ノズルを差し込み、このノズルを介してシリンジ11から金型300のキャビティ内に液状樹脂を供給することができる。液状樹脂9としては、1液性の液状樹脂を使用することが考えられるが、2液性の液状樹脂を使用することもできる。また、液状樹脂9の具体的な材質例としては、たとえば、液状エポキシ樹脂、液状エポキシ硬化剤、固体フィラ、カップリング剤などを混合した液状接着剤を挙げることができる。
A nozzle is attached to the
図3および図4の例では、上金型200にシリンジ11を装着しているが、下金型100側にシリンジ11を装着することも考えられる。シリンジ11の周囲には、該シリンジ11を周囲から断熱あるいは保冷可能な断熱・保冷部(図示せず)を設置することが好ましい。それにより、金型300のキャビティ内への注入前に、シリンジ11内で液状樹脂9が加熱されて化学反応が生じることを効果的に抑制することができ、所望の粘度の液状樹脂9を金型300のキャビティ内に安定して供給することができる。
3 and 4, the
ここで再び図3を参照して、上述の構成を有する半導体製造装置の下金型100に、第1のワークをインローダ側(たとえば図3における左側)から設置する。第1のワークを下金型100に設置する際には、ワークを吸着して移送するハンドラーを用いてもよい。また、複数のワークを移送可能なハンドラーを用いてもよい。より具体的には、たとえばワークをチャッキングするロボットや、ワークを複数個搭載したトレーをベルトコンベアーなどを用いて、下金型100の設置位置まで搬送し、第1のワークを下金型100に設置すればよい。
Referring again to FIG. 3, the first workpiece is placed from the inloader side (for example, the left side in FIG. 3) in the
第2のワークも、インローダ側(たとえば図3における左側)から上金型200に設置する。第2のワークを上金型200に設置する際も同様に、ワーク毎の移送用ハンドラーや、複数のワークを移送可能なハンドラーを用いることができる。また、第2のワークは、減圧吸着ユニット6により吸着された状態で上金型200に保持される。
The second workpiece is also installed in the
第1と第2のワークを下金型100と上金型200とにそれぞれ設置した後、金型300を型閉めする。それにより、図4に示すように、金型300のキャビティ内で、第1と第2のワークを部分的に密着または接着させる。図4の例では、第1のワークの放熱樹脂5と、第2のワークにおける半導体素子1の回路面でない側の主表面とが密着する。このように放熱樹脂5は、第1のワークと第2のワークとを密着させる役割も果たす。
After the first and second workpieces are placed on the
上記のように金型300を型閉めして、第1のワークと第2のワークとを部分的に密着させるので、第2のワークを上金型200に吸着する必要がなくなる。そこで、減圧吸着ユニット6の電源を切り、該減圧吸着ユニット6による第2のワークの吸着状態を解除する。この状態で、図1に示すように液状樹脂9を注入する(S40)。それにより、第1のワークのヒートスプレッダ4と、第2のワークの基板3との間に位置するキャビティ内の空間部に液状樹脂9を注入することができる。
Since the
このとき、キャビティ内の空間の圧力と、シリンジ11内部の圧力との圧力差を利用して液状樹脂9を注入する。より詳しくは、シリンジ11内部の圧力を、キャビティ内の空間の圧力よりも相対的に高くし、この圧力差を利用してキャビティ内に液状樹脂9を注入する。たとえば、液状樹脂9の注入前のキャビティ内の圧力が大気圧よりも小さければ、シリンジ11内部の圧力を大気圧以上に保持して液状樹脂9を注入する。このように圧力差を利用して液状樹脂9を注入することにより、キャビティ内に効率的に液状樹脂9を注入することができる。
At this time, the
また、液状樹脂9の注入の際に、金型300に内蔵された定常ヒータを用いて金型300を適度に加熱することにより、第1および第2のワークとともに金型300のキャビティ内の空間をも適度に加熱することができ、金型300のキャビティ内の温度を液状樹脂9の流動に適した温度に調整することができる。その結果、バンプ2間の微小な隙間を含む第1と第2のワーク間の空間に、液状樹脂9を効率的に注入することができる。なお、液状樹脂9が金型300のキャビティ内でスムーズに流動し得る温度は、液状樹脂9の種類等により異なるものであり、金型300の加熱温度は、使用する液状樹脂9の種類に応じて適宜設定する。
Further, when the
上記の液状樹脂の注入工程により、金型300内部のキャビティは、液状樹脂9で充填されることになる。その結果、半導体素子1と基板3とに挟まれた狭い間隙を液状樹脂9で充填する(アンダーフィル工程)とともに、半導体素子1の周囲であってヒートスプレッダ4と基板3との間の領域も液状樹脂9で充填することができる。
Through the liquid resin injection process, the cavity inside the
金型300のキャビティを充填するのに十分な量の液状樹脂9をキャビティに供給した後、さらにシリンジ11から液状樹脂9を適量キャビティに補充する。つまり、金型300のキャビティへの液状樹脂9の充填後に、キャビティ内の液状樹脂9を加圧する。その後、ノズル差込口15を閉じる。ノズル差込口15はたとえば図示しない電磁弁を用いて閉じることができる。
After supplying a sufficient amount of the
上記のようにキャビティへの液状樹脂9の充填後にさらに液状樹脂9をキャビティ内に補充することにより、キャビティ内の液状樹脂9を加圧することができ、該液状樹脂9の内部に空隙等が発生するのを効果的に抑制することができる。
After filling the cavity with the
キャビティへの液状樹脂9の充填後、図1に示すように、液状樹脂9を硬化させる(S50)。液状樹脂9を硬化させるには、液状樹脂9を加熱する。このとき、液状樹脂9を加圧した状態を保持したまま、金型300を加熱することが好ましい。それにより、液状樹脂9の内部に空隙等が残るのを効果的に抑制しながら、液状樹脂9を硬化させることができる。また、金型300に内蔵された上述のパルスヒータにより、短時間で金型300の温度を、液状樹脂9が硬化する所定の温度以上の温度まで上昇させることが好ましい。これらのことにより、短時間で効率的に液状樹脂9を硬化させることができることに加え、液状樹脂9の硬化反応をも促進することができる。
After filling the cavity with the
上記のようにして液状樹脂9を硬化させた後、図1に示すように、ワークを取り出す(S60)。具体的には、硬化した樹脂とワークとの接着力が十分に発現し、金型300から離しても問題ない硬さにまで液状樹脂9が硬化した段階で、上記のパルスヒータの電源を切り、その後金型300を型開きする。そして、取出機構により、樹脂封止後の半導体装置を金型300のアンローダ側(図3、図4における右側)から取り出す。
After the
以上の工程を経て、図14に示すように、基板3と、複数個の導電性のバンプ2を介して基板3に実装された半導体素子1と、半導体素子1上に放熱樹脂5を介して設置されたヒートスプレッダ(放熱部材)4と、基板3とヒートスプレッダ4との間の空間に半導体素子1の周囲の領域からバンプ2間の空隙に延在するように一体的に形成された樹脂部9aとを備えた半導体装置が得られる。
Through the above steps, as shown in FIG. 14, the
<変形例1>
次に、図9を用いて、実施の形態1の変形例1について説明する。上述の実施の形態1では、液状の放熱樹脂5を用いる場合について説明したが、放熱樹脂5の代わりに板状の放熱シート50を用いることもできる。図9は、放熱樹脂5の代わりに放熱シート50を用いた場合の、第1および第2のワークの構造例を示す概略図である。
<
Next,
図9に示すように、本変形例1では、ヒートスプレッダ4の一方の主表面上に、液状の放熱樹脂5の代わりに板状の放熱シート50を密着させている。この放熱シート50は、放熱樹脂5を平板形状に加工したものであり、放熱樹脂5と同様に半導体装置に発生する熱を放熱させる機能を有する。
As shown in FIG. 9, in the first modification, a plate-shaped
上記の放熱シート50を使用することにより、液状の放熱樹脂5を用いた場合のように塗布量や厚みを綿密に制御する必要がなくなる。また、放熱樹脂5を用いる場合と比較して、ヒートスプレッダ4から落下する可能性を低減することもできる。これ以外は、放熱樹脂5の場合と基本的に同様である。図10と図11に、金型300に、第1のワークと、放熱シートを含む第2のワークとを設置した状態を示す。
The use of the
なお、ヒートスプレッダ4に放熱シート50を装着する場合にも、図5〜図8に示す吸着ハンド400を用いることができる。吸着ハンド400を用いる場合、アーム30に保持されたヒートスプレッダ4の一方の主表面上に放熱シート50を密着させればよい。放熱シート50を密着させる作業は、手作業で行ってもよいが、自動機を用いて行ってもよい。また、予め放熱シート50を装着した第2のワークを購入するようにしてもよい。
Note that the
本変形例1における半導体装置は、図14に示す半導体装置の放熱樹脂5を放熱シート50に置換した構造を有する。
The semiconductor device according to the first modification has a structure in which the
<変形例2>
次に、図12を用いて、実施の形態1の変形例2について説明する。上述の半導体装置の製造方法では、第2のワークを上金型200に設置している。しかし、金型300を型開きした状態で、放熱樹脂5または放熱シート50を配設したヒートスプレッダ4を含む第2のワークを、下金型100側に設置してもよい。
<
Next, a second modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. In the semiconductor device manufacturing method described above, the second workpiece is placed in the
図12は、金型300を型開きした状態で、第1と第2のワークを金型300に設置した状態を示す概略図である。図12に示すように、たとえば下金型100に設置した第1のワークにおける半導体素子1の一方の主表面上に、放熱シート50を含むヒートスプレッダ4を仮止めする。なお、図12に示す例では、放熱シート50を用いているが、放熱シート50の代わりに放熱樹脂5を用いてもよい。放熱シート50や放熱樹脂5の装着手法については、上述の場合と同様である。
FIG. 12 is a schematic view showing a state where the first and second workpieces are installed in the
放熱樹脂5または放熱シート50を付着したヒートスプレッダ4を、半導体素子1に対して高精度に位置決めしながら仮止めを行なうには、たとえば、図示しない別の装置を用いて、放熱樹脂5または放熱シート50に対して比較的低い荷重(圧力)を加えてプレスを行なえばよい。それにより、ヒートスプレッダ4を、放熱樹脂5または放熱シート50を介して半導体素子1に密着させることができる。ここで加える荷重としては、たとえば20g以上50g以下程度でよい。また、たとえば上金型200に内蔵されたパルスヒータを用いて低温でワークを加熱しながら仮止めを行なってもよい。具体的には、50℃以上200℃以下程度の温度で加熱すればよい。
In order to temporarily fix the
上述のように第2のワークを第1のワークに仮止めした後、金型300を型閉めする。それにより、図11に示す場合と同様に、金型300のキャビティ内で、第1と第2のワークを部分的に密着または接着させた状態とすることができる。本変形例2における半導体装置も、図14に示す半導体装置の放熱樹脂5を放熱シート50に置換した構造を有する。
After temporarily fixing the second workpiece to the first workpiece as described above, the
上述した実施の形態1における半導体装置の製造方法によれば、各ワーク間に樹脂を注入・硬化させる工程、放熱樹脂や放熱シートを装着したヒートスプレッダを半導体装置に搭載する工程を1つの半導体製造装置の金型を用いて行なうことができる。したがって、これらの工程を別の装置で別工程として行なっていた従来例と比較して、半導体装置の製造工程数を削減することができ、タクトタイムを低減することができる。 According to the manufacturing method of the semiconductor device in the first embodiment described above, one step of injecting and curing the resin between the workpieces, and mounting the heat spreader equipped with the heat radiating resin or the heat radiating sheet on the semiconductor device. This can be done using a mold. Therefore, the number of manufacturing steps of the semiconductor device can be reduced and the tact time can be reduced as compared with the conventional example in which these steps are performed as separate steps by another device.
また、本実施の形態1に係る半導体製造装置を使用することで、金型のキャビティ内への注入前に、液状樹脂が、金型に内蔵された各ヒータからの熱の影響を受け難いようにすることもできる。このため、液状樹脂の粘度を流動に適した値に保持することができ、金型のキャビティ内への液状樹脂の注入に要する時間を短縮することもできる。 Further, by using the semiconductor manufacturing apparatus according to the first embodiment, the liquid resin is unlikely to be affected by heat from each heater built in the mold before being injected into the cavity of the mold. It can also be. For this reason, the viscosity of the liquid resin can be maintained at a value suitable for flow, and the time required to inject the liquid resin into the cavity of the mold can be shortened.
さらに、金型のキャビティ内へ液状樹脂を充填した後にさらに液状樹脂をキャビティ内に補充することにより、液状樹脂の内部にたとえば空隙などが発生するのを効果的に抑制することができる。このため、キャビティ内に充填された液状樹脂の気密性を向上することができる。 Furthermore, by filling the cavity with a liquid resin after filling the cavity of the mold, it is possible to effectively suppress, for example, the generation of voids in the liquid resin. For this reason, the airtightness of the liquid resin filled in the cavity can be improved.
さらに、本実施の形態1における半導体装置の製造方法によれば、半導体素子の周囲であってヒートスプレッダ(放熱部材)と基板との間の領域に樹脂部を形成することができる。それにより、樹脂封止後の半導体装置の反りを低減することができる。 Furthermore, according to the manufacturing method of the semiconductor device in the first embodiment, the resin portion can be formed in the region around the semiconductor element and between the heat spreader (heat radiating member) and the substrate. Thereby, the curvature of the semiconductor device after resin sealing can be reduced.
図13は、アンダーフィル樹脂のみを形成した半導体装置を示す概略図であり、図14は、本実施の形態の製造方法を用いて作製した半導体装置を示す概略図である。 FIG. 13 is a schematic view showing a semiconductor device in which only an underfill resin is formed, and FIG. 14 is a schematic view showing a semiconductor device manufactured using the manufacturing method of the present embodiment.
図13に示す半導体装置では、樹脂部(アンダーフィル樹脂)9aは、半導体素子1と基板3との間の領域に形成されているが、ヒートスプレッダ4に達していない。このような樹脂部9aを形成した場合、半導体素子1の熱膨張係数(半導体素子1の材質がシリコンの場合、約3ppm)と、基板3の熱膨張係数(基板3の材質が有機材料の場合、約20ppm)との差が大きいため、液状樹脂の硬化時の温度変化により熱応力が発生し、半導体素子1および基板3に、上に凸の形状の反りが発生する可能性がある。
In the semiconductor device shown in FIG. 13, the resin portion (underfill resin) 9 a is formed in a region between the
それに対し、図14に示す本実施の形態1の半導体装置の場合は、樹脂部9bが半導体素子1と基板3との間の領域のみならず、半導体素子1の周囲であってヒートスプレッダ4と基板3との間の領域をも充填している。このように半導体素子1の周囲でヒートスプレッダ4と基板3とを接続するように樹脂部9bを形成することにより、液状樹脂の硬化時の熱応力によるヒートスプレッダ4と基板3との双方の変形を抑制することができ、液状樹脂の硬化後の半導体装置の反りの量を低減することができる。特に、ヒートスプレッダ4が十分な厚みを有し剛直である場合には、より効果的に半導体装置の反りの量を低減することができる。その結果、信頼性の高い半導体装置が得られる。
On the other hand, in the case of the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG. 14, the
(実施の形態2)
次に、図15を用いて、本発明の実施の形態2について説明する。図15は、本発明の実施の形態2における半導体製造装置の金型300を型閉めして、金型300のキャビティ内に樹脂を注入した状態を示す概略図である。
(Embodiment 2)
Next,
図15に示すように、本実施の形態2における半導体製造装置の金型300は、液状樹脂9を供給するシリンジ11と反対側に減圧装置12を備える。この減圧装置12は、金型300のキャビティ内の圧力を減圧する機能を有する。これ以外の構成については、実施の形態1の場合と同様である。
As shown in FIG. 15, the
上記のように減圧装置12を備えることにより、金型300のキャビティ内の圧力を、シリンジ11内部の圧力より小さい値となるように減圧することができる。たとえば液状樹脂9の注入前におけるシリンジ11内部の圧力が大気圧である場合には、減圧装置12によって、金型300のキャビティ内の圧力を大気圧より低い圧力に減圧することができる。このように金型300のキャビティ内の圧力を減圧することにより、金型300のキャビティ内の圧力に対し、シリンジ11内部の圧力を相対的に高くすることができる。それにより、金型300のキャビティ内の圧力と、シリンジ11内部の圧力との圧力差を利用して、金型300のキャビティ内に液状樹脂9を効率的に注入することができる。なお、シリンジ11の内部の圧力が大気圧よりも大きければ、金型300のキャビティ内の圧力は大気圧であってもよく、大気圧より低い圧力であってもよい。
By providing the
本実施の形態2における半導体装置の製造方法は、金型300のキャビティ内に液状樹脂9を注入する前に、金型300のキャビティ内の圧力を、シリンジ11内部の圧力よりも減圧する工程を備える。これ以外の製造工程については、実施の形態1の場合と同様である。また、本実施の形態2における半導体装置の構造は、実施の形態1の場合と基本的に同様である。
The method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment includes a step of reducing the pressure in the cavity of the
(実施の形態3)
次に、図16〜図18を用いて、本発明の実施の形態3について説明する。図16は、本発明の実施の形態3における半導体製造装置の金型に、第1および第2のワークを設置した状態を示す概略図である。図17は、図16のXVII−XVII線に沿って見た断面模式図である。
(Embodiment 3)
Next,
図16に示すように、本実施の形態3における半導体製造装置の金型300は、下金型100に第1のワークを搭載した状態で、基板3の一方の主表面上に半導体素子1を囲むように配置される金属製のリング14を備える。このリング14は、図示しない接着剤または接着シートを介して第1のワークに接着される。また、リング14は、接着剤13を介して、第2のワークのヒートスプレッダ4とも接続される。
As shown in FIG. 16, in the
リング14は、図17に示すように、平面視略矩形で環状の形状を有する。このリング14の内側に半導体素子1が配置される。リング14の材質としては、たとえば銅、鉄、チタン等を挙げることができる。このリング14は、金型300のキャビティの最も外側の部分に配置されるような大きさに作製することが好ましいが、半導体素子1の周囲を囲むことができれば、これより小さくてもよい。上記以外の半導体製造装置の構成については、実施の形態1の場合と同様である。
As shown in FIG. 17, the
上述のようなリング14を、たとえば自動機を用いて接着すべき位置を精密に制御しながら、金型300を開いた状態で、軽いプレスを行なうことにより基板3の一方の主表面上に接着する。
The
そして、金型300を型閉めする前に、図16に示すように、リング14と、上金型200に設置したヒートスプレッダ4とを接着するための接着剤13を、ヒートスプレッダ4の主表面上であってリング14と対向する領域に塗布する。接着剤13としては、たとえばエポキシ樹脂系の接着剤を用いることができる。なお、接着剤13の代わりに、板状の接着フィルムや接着シートを用いてもよい。
Before the
なお、図16の例では、ヒートスプレッダ4と放熱樹脂5とは、上金型200に設置されている。しかし、実施の形態1において述べたように、これらを半導体素子1等とともに下金型100に設置してもよい。また、放熱樹脂5の代わりに放熱シート50を用いてもよい。さらに、接着剤13を、リング14側に塗布してもよい。
In the example of FIG. 16, the
図18は、本実施の形態3において、金型300を型閉めして、金型300のキャビティ内に液状樹脂9を注入している状態を示す概略図である。
FIG. 18 is a schematic diagram showing a state in which the
上述のようにリング14を金型300に設置した後に、金型300を型閉めする。その後、図18に示すように、リング14とヒートスプレッダ4と基板3とで囲まれたキャビティ内の領域に液状樹脂9を充填する。このとき、実施の形態1の場合と同様に、シリンジ11の内部の圧力が、液状樹脂9の注入前のキャビティ内の圧力よりも大きくなるようそれぞれの圧力を調節することが好ましい。これ以外の製造工程については、実施の形態1の場合と同様である。
After the
本実施の形態3における半導体装置では、ヒートスプレッダ4と基板3とが、リング14のような金属部材を介して接続されることになる。より詳しくは、本実施の形態3における半導体装置は、基板3とヒートスプレッダ4との間の空間に半導体素子1の周囲の領域からバンプ2間の空隙に延在するように一体的に形成された樹脂部に加え、該樹脂部の周囲にリング14を備える。したがって、図14に示す半導体装置以上に、半導体装置に反りが発生する可能性を低減することができる。これ以外の半導体装置の構成については、実施の形態1の場合と同様である。
In the semiconductor device according to the third embodiment, the
図18に示すように、リング14には、金型300のキャビティ内に液状樹脂9を注入するために用いるノズルを受入れる部分を設ける必要がある。この部分では、リング14を介してヒートスプレッダ4と基板3とを接続できない場合もあるが、これ以外の部分ではリング14を介してヒートスプレッダ4と基板3とを接続できるので、やはり上述のように半導体装置の反りの抑制に有効である。
As shown in FIG. 18, the
本実施の形態3では、リング14を金型300に設置する工程が必要となるが、各ワークを金型300に設置した後に金型300を型開きした状態で行えばよく、実施の形態1の場合と同様に、各ワーク間に樹脂を注入・硬化させる工程や、放熱樹脂や放熱シートを装着したヒートスプレッダを半導体装置に搭載する工程を1つの半導体製造装置の金型を用いて行なうことができる。したがって、実施の形態1の場合と同様の効果は得られる。
In the third embodiment, a step of installing the
(実施の形態4)
次に、図19〜図22を用いて、本発明の実施の形態4について説明する。図19は、本実施の形態4における半導体製造装置の金型500に、第1と第2のワークとを設置した状態を示す概略図である。
(Embodiment 4)
Next,
図19に示すように、本実施の形態4における半導体製造装置の金型500は、下金型101と、上金型201と、複数のチップエリア(各半導体素子1の樹脂封止用空間)を含むキャビティと、各チップエリアに対して設けられた複数の減圧吸着ユニット6と、各チップエリアに連通するランナー(樹脂通路)16と、ランナー16と連通する減圧装置12と、ランナー16を介して各チップエリアに液状樹脂9を供給可能なシリンジ11と、加圧装置17と、該加圧装置17とランナー16とを接続するエア用ランナー18とを備える。
As shown in FIG. 19, the
本実施の形態4の半導体製造装置では、ランナー16に、エアーと液状樹脂との双方を供給可能であることから、たとえばシリンジ11と上金型201との間、減圧装置12と上金型201との間、加圧装置17と上金型201との間に、電磁弁等の開閉弁を予め設置しておくことが好ましい。
In the semiconductor manufacturing apparatus of the fourth embodiment, since both the air and the liquid resin can be supplied to the
なお、図19に示される上記以外の構成や、実施の形態1の半導体製造装置と重複する構成については、実施の形態1の場合の説明を援用する。
In addition, about the structure other than the above shown by FIG. 19, and the structure which overlaps with the semiconductor manufacturing apparatus of
本実施の形態4では、一方の主表面上に複数の半導体素子1をフリップチップ実装した基板3を含む第1のワークを下金型101に設置する。他方、ヒートスプレッダ4を含む第2のワークについては、上金型201において各チップエリアに対応する領域毎にそれぞれ設置する。第2のワークは、減圧吸着ユニット6により上金型201に保持される。各ワークを下金型101と上金型201とに設置した後、金型500を型閉めする。
In the fourth embodiment, a first work including a
金型500を型閉めした後、金型500のキャビティにおける各チップエリアに液状樹脂を注入する。液状樹脂を各チップエリアに注入する際には、シリンジ11内部の圧力が液状樹脂の注入前における各チップエリアの圧力よりも大きくなるようにシリンジ11内部の液状樹脂を加圧しておく。このように液状樹脂を加圧することで、所定量の液状樹脂をシリンジ11から各チップエリアに効率的に供給することができる。
After the
キャビティ内に液状樹脂を充填した後に、シリンジ11と上金型201との間の電磁弁を閉め、加圧装置17から加圧したエアをエア用ランナー18およびランナー16に供給し、これらを介して各チップエリアを加圧してもよい。それにより、ランナー16を介してチップエリア内の液状樹脂を加圧することができ、該液状樹脂内に残留するエアをチップエリアの外部へ排出することができる。
After filling the cavity with the liquid resin, the electromagnetic valve between the
また、キャビティ内への液状樹脂の注入前に、減圧装置12を用い、ランナー16介して各チップエリアを減圧してもよい。それにより、各チップエリア内の圧力と、シリンジ11内部の圧力との圧力差をさらに大きくすることができ、各チップエリアにさらに効率的に液状樹脂を注入することができる。
Further, each chip area may be decompressed via the
なお、各チップエリア毎にランナー16やエア用ランナー18を個別に設けたり、ランナー16の適所に開閉弁を設ける等して、一部のチップエリアを加圧装置17により加圧可能とする一方で、残りのチップエリアについては減圧装置12により減圧可能としてもよい。
In addition, while the
本実施の形態4における半導体装置は、共通の基板3上にフリップチップ実装された複数の半導体素子1と、各半導体素子1上に放熱樹脂5を介してそれぞれ搭載されたヒートスプレッダ4と、基板3と各ヒートスプレッダ4との間の空間に各半導体素子1の周囲の領域から各半導体素子1下のバンプ2間の空隙に延在するように一体的に形成された樹脂部とを備える。
The semiconductor device according to the fourth embodiment includes a plurality of
<変形例1>
次に、図20を用いて、実施の形態4の変形例1について説明する。図20は、この変形例1の金型500を型開きし、第1と第2のワークを下金型101に設置した状態を示す概略図である。
<
Next,
図20に示すように、本変形例1における半導体製造装置の構成については、図19に示す場合とほぼ同様である。図19に示す場合と比較すると、本変形例1では、減圧装置12を省略しているが、減圧装置12を設置することも可能である。
As shown in FIG. 20, the configuration of the semiconductor manufacturing apparatus in
本変形例1では、金型500を型開きした状態で、第2のワークを第1のワークに仮止めしている。これ以外の製造方法については、上述の実施の形態4の場合と同様である。また、本変形例1の半導体装置の構造も、上述の実施の形態4の場合と同様である。
In the first modification, the second workpiece is temporarily fixed to the first workpiece while the
<変形例2>
次に、図21を用いて、実施の形態4の変形例2について説明する。図21は、この変形例2の金型500を型開きし、第1と第2のワークを下金型101に設置した状態を示す概略図である。なお、本変形例2における半導体製造装置の構造は、上述の変形例1の場合と同様である。
<
Next, a second modification of the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 21 is a schematic view showing a state in which the
変形例2では、第2のワークの基板3上に、ベアチップの状態の半導体素子(第1の半導体素子)1をフリップチップ実装する一方で、予め樹脂等の絶縁材料で封止された半導体素子(第2の半導体素子)19をフリップチップ接合以外の接合方法を用いて実装する。また、第2のワークを第1のワークに仮止めしている。
In the second modification, the semiconductor element (first semiconductor element) 1 in a bare chip state is flip-chip mounted on the
また、本変形例2では、金型500を型閉めする際に、各ワークの上面が上金型201に接触することを考慮して、図21に示すように、各ワークの上面の高さがほぼ同じ高さとなるように調整する。
Further, in the second modification, considering that the upper surface of each workpiece contacts the
さらに、本変形例2では、第1の半導体素子については、半導体素子1と基板3との間隙を充填するアンダーフィル工程に加えて、半導体素子1の周囲であってヒートスプレッダ4と基板3との間隙にも液状樹脂が供給され、第2の半導体素子については、半導体素子19と基板3との間隙と、半導体素子19の周囲とに液状樹脂が注入される。上記以外の半導体装置の製造方法については、上述の変形例1の場合と同様である。なお、封止樹脂下およびその周囲へのアンダーフィル樹脂の注入は省略可能である。
Furthermore, in the second modification, in addition to the underfill process for filling the gap between the
本変形例2における半導体装置は、共通の基板3上にフリップチップ実装された複数の半導体素子1と、端子40を有し、基板3上にフリップチップ接合以外の接合方法を用いて実装された単数または複数の半導体素子19と、各半導体素子1上に放熱樹脂5を介してそれぞれ搭載されたヒートスプレッダ4と、基板3と各ヒートスプレッダ4との間の空間に各半導体素子1の周囲の領域から各半導体素子1下のバンプ2間の空隙に延在するように一体的に形成された第1樹脂部と、半導体素子19の周囲から該半導体素子19と基板3との間隙に延在するように一体的に形成された第2樹脂部とを備える。
The semiconductor device according to the second modification has a plurality of
<変形例3>
次に、図22を用いて、実施の形態4の変形例3について説明する。図22は、この変形例3の金型500を型開きし、第1と第2のワークを下金型101と上金型201とに設置した状態を示す概略図である。
<
Next,
本変形例3では、複数の第1のワークと、複数の第2のワークとを、それぞれ下金型101と上金型201とに設置する。図22の例では、1つの基板3に対し、1つの半導体素子1を実装しているが、半導体素子1の数は任意に設定可能である。また、下金型101には、各基板3を受入れ可能な複数の凹部を設けている。これ以外の構成については、上述の実施の形態4の場合と同様である。
In the third modification, a plurality of first workpieces and a plurality of second workpieces are installed in the
本変形例3における半導体装置は、複数の基板3上にそれぞれフリップチップ実装された半導体素子1と、各半導体素子1上に放熱樹脂5を介してそれぞれ搭載されたヒートスプレッダ4と、基板3と各ヒートスプレッダ4との間の空間に各半導体素子1の周囲の領域から各半導体素子1下のバンプ2間の空隙に延在するように一体的に形成された樹脂部とを備える。
The semiconductor device in
なお、上述の実施の形態4および各変形例においては、放熱樹脂5を用いているが、放熱樹脂5の代わりに放熱シート50を用いてもよい。また、各チップエリアに、先述したリング14を配置してもよい。
In addition, in the above-mentioned
以上のように本発明の実施の形態および変形例について説明したが、各実施の形態や変形例の構成を適宜組合せることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 As described above, the embodiments and modifications of the present invention have been described, but it is also planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the embodiments and modifications. In addition, it should be considered that the embodiment disclosed this time is illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 半導体素子、2 バンプ、3 基板、4 ヒートスプレッダ、5 放熱樹脂、6 減圧吸着ユニット、7 剥離専用シート、8 シールリング、9 液状樹脂、9a,9b 樹脂部、11 シリンジ、12 減圧装置、13 接着剤、14 リング、15 ノズル差込口、16 ランナー、17 加圧装置、18 エア用ランナー、19 樹脂で既に封止された半導体素子、30 アーム、31 ピン、32 アーム、33 ピン、34 アーム、35 放熱樹脂シリンジ、36 ディスペンサ、40 端子、100 下金型、101 下金型、200 上金型、201 上金型、300 金型、400 吸着ハンド、410 放熱樹脂塗布機構、500 金型。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
開閉可能な1対の金型に前記第1と第2部分を設置する工程と、
前記第1部分と前記第2部分とが密着または接着するように前記1対の金型を型閉めする工程と、
前記基板と前記放熱部との間の空間に、該空間内の圧力との圧力差を利用して液状樹脂を注入する工程と、
前記液状樹脂を加熱することにより前記液状樹脂を硬化させる工程とを備えた、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device having a first portion including a semiconductor element flip-chip bonded on a substrate and a second portion including a heat dissipation portion,
Installing the first and second parts in a pair of molds that can be opened and closed;
Closing the pair of molds so that the first part and the second part are in close contact with each other;
Injecting a liquid resin into the space between the substrate and the heat dissipating part using a pressure difference with the pressure in the space;
And a step of curing the liquid resin by heating the liquid resin.
前記金型に前記第1と第2部分を設置する工程は、
前記ヒートスプレッダの一方の主表面上に前記放熱シートまたは液状の前記放熱樹脂を配置する工程と、
前記放熱シートまたは前記液状の放熱樹脂を配置した前記ヒートスプレッダを前記金型に設置して前記半導体素子上に配置する工程とを含む、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The heat dissipating part includes a heat spreader, a heat dissipating sheet or a heat dissipating resin,
The step of installing the first and second parts in the mold includes
Placing the heat dissipation sheet or the liquid heat dissipation resin on one main surface of the heat spreader;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising: placing the heat spreader on which the heat radiating sheet or the liquid heat radiating resin is disposed on the mold and placing the heat spreader on the semiconductor element.
前記金型に前記第1と第2部分を設置する工程は、
前記金型を型開きした状態で、前記放熱シートまたは液状の前記放熱樹脂と、前記ヒートスプレッダとを、前記半導体素子に仮止めする工程を含む、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The heat dissipating part includes a heat spreader, a heat dissipating sheet or a heat dissipating resin,
The step of installing the first and second parts in the mold includes
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of temporarily fixing the heat dissipation sheet or the liquid heat dissipation resin and the heat spreader to the semiconductor element in a state where the mold is opened.
前記液状樹脂を注入する工程では、前記空間に、前記シリンジ内部の圧力を前記空間の圧力より大きい圧力に加圧することにより、前記空間に前記液状樹脂を注入する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 A syringe capable of supplying the liquid resin in the space is installed outside the mold,
5. The method according to claim 1, wherein in the step of injecting the liquid resin, the liquid resin is injected into the space by pressurizing the pressure inside the syringe to a pressure larger than the pressure in the space. 2. A method for manufacturing a semiconductor device according to item 1.
前記液状樹脂を注入する工程では、前記減圧装置を用いて、前記空間の圧力を、前記シリンジ内部の圧力より小さい圧力に減圧することにより、前記空間に前記液状樹脂を注入する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 Outside the mold, a syringe capable of supplying the liquid resin in the space, and a decompression device on the opposite side of the syringe are installed,
In the step of injecting the liquid resin, the liquid resin is injected into the space by reducing the pressure of the space to a pressure smaller than the pressure inside the syringe using the decompression device. 5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4.
前記金型に前記第1と第2部分を設置する工程は、前記複数の半導体素子を含む前記第1部分と、複数の前記第2部分とを前記金型に設置する工程を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor device includes the first portion including a plurality of the semiconductor elements and the plurality of second portions.
The step of installing the first and second parts in the mold includes a step of installing the first part including the plurality of semiconductor elements and the plurality of second parts in the mold. The manufacturing method of the semiconductor device of any one of 1-6.
前記液状樹脂を注入する工程では、前記第1の半導体素子と前記基板との間隙と、前記第2の半導体素子と前記基板との間隙とに前記液状樹脂を注入する、請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor element includes a first semiconductor element flip-chip bonded to the substrate, and a second semiconductor element bonded to the substrate by a bonding method other than flip-chip bonding and sealed with an insulating material,
8. The liquid resin is injected into the gap between the first semiconductor element and the substrate and the gap between the second semiconductor element and the substrate in the step of injecting the liquid resin. A method for manufacturing a semiconductor device.
複数個の導電性バンプを介して前記基板に実装された半導体素子と、
前記半導体素子上に放熱樹脂層を介して設置された放熱部材と、
前記基板と前記放熱部材との間の空間に前記半導体素子の周囲の領域から前記複数個の導電性バンプ間の空隙に延在するように一体的に形成された樹脂部とを備えた、半導体装置。 A substrate,
A semiconductor element mounted on the substrate via a plurality of conductive bumps;
A heat dissipating member installed on the semiconductor element via a heat dissipating resin layer;
A semiconductor comprising a resin portion integrally formed in a space between the substrate and the heat dissipation member so as to extend from a region around the semiconductor element to a gap between the plurality of conductive bumps. apparatus.
開閉可能であり、前記半導体装置の一部を受入れ可能なキャビティを有する1対の金型と、
前記金型を加熱可能な加熱部と、
前記金型に設けられ、前記キャビティ内に液状樹脂を供給するための樹脂通路と、
前記樹脂通路を介して前記キャビティ内に前記液状樹脂を供給可能な液状樹脂供給部と、
前記液状樹脂供給部を周囲から断熱あるいは保冷可能な断熱・保冷部とを備えた、半導体製造装置。 A semiconductor manufacturing apparatus that can be used when manufacturing a semiconductor device having a semiconductor element flip-chip bonded on a substrate, a heat dissipation part, and a resin part,
A pair of molds that are openable and closable and that have a cavity capable of receiving a portion of the semiconductor device;
A heating unit capable of heating the mold;
A resin passage provided in the mold for supplying a liquid resin into the cavity;
A liquid resin supply unit capable of supplying the liquid resin into the cavity via the resin passage;
The semiconductor manufacturing apparatus provided with the heat insulation / cold insulation part which can insulate or cool the said liquid resin supply part from the surroundings.
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