JP2012174806A - 熱硬化性樹脂シート、半導体装置、および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱硬化性樹脂シートにあらかじめスリットを形成することで、加熱硬化時にシートと部品間、およびシート内部に内在する気体を効率よく樹脂外へ放出する。
【解決手段】半導体基板１と、半導体基板１上に実装された半導体部品２と、半導体部品２の面積よりも大きな面積を有し、かつ複数のスリット６を有する熱硬化性樹脂シート３と、を備え、スリット６は、少なくとも半導体部品２が搭載される領域の全域およびその周囲に設けられており、熱硬化性樹脂シート３と半導体基板１により半導体部品２が封止されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱硬化性樹脂シート、半導体装置、および半導体装置の製造方法に関する。

ノート型パーソナルコンピュータをはじめ、携帯電話や携帯情報端末、映像や音楽の再生機器、ゲーム機器など電子機器を携行する場面が増えている。しかしながら、これらの電子機器では、内部に存在する回路基板やこれに実装される半導体部品などは機器内部で暴露している。これによって、水、埃、振動や落下衝撃荷重などの様々な影響を受け、破壊や誤動作などの問題が起こりうる。このため、信頼性確保が必須であり、高強度な部品実装技術に対する要求がある。

半導体基板上に実装された半導体部品を補強する場合、一般的にはアンダーフィル樹脂と呼ばれる熱硬化性樹脂を用いることが多い。これは半導体部品を実装した後に、熱硬化性の液状樹脂を塗布し、加熱硬化して補強するものである。ところが、液状樹脂の場合、デメリットとして、濡れ広がりによる浸透を期待し、補強効果を高めようと樹脂を多くすると、補強したい部位以外へも樹脂が流れていってしまう。そこで、近年、シート状にあらかじめ成型された熱硬化性樹脂シートが開発されている。このシートは常温では固形状態で、加熱していくと一度溶融した後、硬化する。さらに、樹脂補強が必要とされる部位のみ、シート状樹脂を切り出して溶融硬化することも可能である。

特許文献１には、半導体部品を実装した半導体基板に、スリットを形成した熱硬化性樹脂シートを貼り付け、加熱硬化時に熱硬化性樹脂シートと半導体部品との間、および熱硬化性樹脂シート内部に内在する気体を樹脂外部へ放出し、半導体基板上に実装された半導体部品を補強する手法が開示されている。

特開２００２−１４１４４５号公報

熱硬化性樹脂シートを貼り付ける場合、貼り付け場所に存在する凹凸の段差に空気を封じてしまい、凹凸部分に樹脂が十分に充填されず、気泡が残存する可能性がある。さらに樹脂の溶融時の粘度が高いと、気泡が樹脂外へ放出できず、樹脂内部に留まってしまう。 補強樹脂内部、半導体基板と熱硬化性樹脂シートの隙間、半導体部品と熱硬化性樹脂シートの隙間に気泡が存在すると強度的に弱くなり、その気泡部分を基点に熱硬化性樹脂シートおよびそれに連なる半導体部品の接続部が破断することや、気泡に水分が溜まることによって、電気的な不具合を生じる可能性もある。

半導体基板に実装された半導体部品を、熱硬化性樹脂シートを用いて封止する場合、熱硬化性樹脂シートは自重や周囲温度の影響で、半導体基板や半導体部品の形状と合うように変形する。このとき、熱硬化性樹脂シートの変形が不十分であるため、半導体基板、半導体部品、および熱硬化性樹脂シートとの間に隙間が出来てしまう。この状態で加熱硬化させた場合、空気が抜けることができず、熱硬化性樹脂が充填されていない未充填状態や、熱硬化性樹脂中に気泡が残った状態で硬化完了してしまう。このため、空気を効率よく抜く方法が必要である。

本発明の目的は、半導体基板上に実装された半導体部品の補強に用いる熱硬化性樹脂シートに、あらかじめ少なくとも半導体部品が搭載される領域の全域およびその周囲にスリットを形成しておく。これにより、熱硬化性樹脂の加熱硬化時にシートと部品間、およびシート内部に内在する気体を効率よく樹脂外へ放出する方法を提供することにある。

本発明によれば、半導体基板と、
上記半導体基板上に実装された半導体部品と、
上記半導体部品の面積よりも大きな面積を有し、かつ複数のスリットを有する熱硬化性樹脂シートと、
を備え、
上記スリットは、少なくとも上記半導体部品が搭載される領域の全域およびその周囲に設けられており、
上記熱硬化性樹脂シートと上記半導体基板により上記半導体部品が封止された半導体装置が提供される。

さらに、本発明によれば、半導体部品を封止するためのものであって、
複数のスリットを備え、
上記スリットは、封止する半導体部品の面積よりも大きな面積を有しており、
少なくとも上記半導体部品が搭載される領域の全域およびその周囲に設けられている熱硬化性樹脂シートが提供される。

さらに、本発明によれば、半導体基板上に実装された半導体部品の上から、複数のスリットを有する熱硬化性樹脂シートを上記半導体部品に貼り付ける貼付工程と、
上記熱硬化性樹脂シートを加熱することによって、上記半導体部品を上記半導体基板と上記熱硬化性樹脂シートによって封止する加熱工程と、
を含み、
上記スリットは、少なくとも上記半導体部品が搭載される領域の全域およびその周囲に設けられており、上記半導体部品の面積よりも大きな面積を有する上記熱硬化性樹脂シートと上記半導体基板により上記半導体部品が封止された半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、半導体基板上に実装された半導体部品を熱硬化性樹脂シートにより補強する際、熱硬化性樹脂の加熱硬化時にシートと部品間、およびシート内部に内在する気体を効率よく樹脂外へ放出できる。

本実施形態による貼付工程での、半導体装置の断面図である。 本実施形態による貼付工程での、半導体装置の上面図である。 本実施形態による熱硬化性樹脂シートにおけるスリットの形状を示す断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本実施形態による貼付工程を説明するための断面図、（ｃ）および（ｄ）は、本実施形態による加熱工程を説明するための断面図である。 本実施形態による半導体装置の上面図である。 本実施形態による半導体装置の上面図である。 本実施形態による半導体装置の上面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態による貼付工程での、半導体装置の断面図、図２は、上面図である。
図１および図２に示すように、半導体基板１と、半導体基板１上に実装された半導体部品２と、半導体部品２の面積よりも大きな面積を有し、かつ複数のスリット６を有する熱硬化性樹脂シート３と、を備え、スリット６は、少なくとも半導体部品２が搭載される領域の全域およびその周囲に設けられており、熱硬化性樹脂シート３と半導体基板１により半導体部品２が封止されている。

なお、スリット６は等間隔、かつ互いに平行に形成されている。また、スリット６の幅は、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲であり、スリット６は半導体部品２に対し、短辺方向、平行、および垂直方向のいずれかの方向に配されている半導体装置が提供される。

図３は、本実施形態による熱硬化性樹脂シートにおけるスリットの形状を示す断面図である。
図３（ａ）に示すように台形形状や、（ｂ）に示すように楕円形状のスリット６の断面形状をとっても良い。 このような断面形状の熱硬化性樹脂シート３を用いても同様な効果を得られる。ただし、半導体装置の補強構造に対する成形性は優れるが、その分、樹脂量が減る。このため、熱硬化性樹脂シート３の厚みを増すなどの工夫が必要になる。これは、熱硬化性樹脂シート３の樹脂量が減ったことによって、本来半導体部品下に充填されるべき量が減ることが危惧されるためである。

以下、図１および図２に示した半導体装置の製造方法における各工程について説明する。
ここで示す半導体装置の製造方法における各工程とは、半導体基板１上に実装された半導体部品２の上から複数のスリット６を有した熱硬化性樹脂シート３を貼り付ける貼付工程と、熱硬化性樹脂シート３を加熱することによって、半導体部品２を半導体基板１と熱硬化性樹脂シート３によって封止する加熱工程の２工程とを含む。

図４（ａ）および（ｂ）は、本実施形態による貼付工程を説明するための断面図、（ｃ）および（ｄ）は、本実施形態による加熱工程を説明するための断面図である。
まず、半導体基板１上に、半導体チップや半導体パッケージなどの半導体部品２をフリップチップ実装する。

次に、図４（ａ）に示すように、熱硬化性樹脂シート３を、半導体部品２上に乗せる。このとき、熱硬化性樹脂シート３にはスリット６が、少なくとも半導体部品２が搭載される領域の全域およびその周囲に設けられている。このため、半導体部品２は、熱硬化性樹脂シート３によって全てが覆われる。なお、熱硬化性樹脂シート３は、半導体部品２の面積よりも大きな面積を有している。

次に、図４（ｂ）に示すように、半導体部品２に乗せた熱硬化性樹脂シート３は、段差７を形成する。熱硬化性樹脂シート３は、半導体部品２直上以外の範囲において、スリット６があることによって柔軟性が増す。このため、熱硬化性樹脂シート３は自重の影響により変形し、段差７を生じる。この段差７によって半導体部品２の側面に対する熱硬化性樹脂シート３の追従性も良好となることから、隙間４が小さくなる。

次に、図４（ｃ）および（ｄ）に示すように、熱硬化性樹脂シート３を半導体部品２に被せた状態で全体を加熱する。まず、予備加熱温度である８０℃まで熱すると、熱硬化性樹脂は軟化する。これにより、熱硬化性樹脂は半ペースト状態となり、半導体部品２の形状にさらに追従する（図４（ｃ））。このとき、半導体装置への加熱方法は、オーブンなどの雰囲気加熱、ホットプレートなどの底面からの加熱といった方法を取っている。これによって、雰囲気加熱であれば雰囲気から熱硬化性樹脂シート３、および半導体基板１に熱が伝導し、底面からの加熱であれば半導体基板１から熱硬化性樹脂シート３に熱が伝導する。

次に、熱硬化性樹脂の溶融温度である１００〜１３０℃まで加熱する。これにより、熱硬化性樹脂が溶融状態となり、完全にペースト状態になることで半導体部品２や半導体基板１の上に濡れ広がる（図４（ｄ））。なお、溶融した熱硬化性樹脂は、半導体装置への加熱をとめることにより、凝固する。これによって、熱硬化性樹脂シート３による半導体装置の補強は完了する。

本実施形態による半導体装置の製造方法について、さらに詳しく説明する。
熱硬化性樹脂は、粘度が高い。このため、熱硬化性樹脂シート３を貼り付けた部位以外に、溶融した熱硬化性樹脂が大きく流動することはない。また、段差７部分に存在する熱硬化性樹脂が溶融した際、半導体部品２の側面を熱硬化性樹脂で覆いながら半導体基板１と半導体部品２の間のはんだボール高さの隙間４を充填していく。このとき、熱硬化性樹脂により隙間４が充填されるにしたがって、隙間４にあった空気はスリット６から抜けていく。 さらに、溶融の後半ではスリット６はふさがり、そのまま硬化するため、最終的な硬化後の状態ではスリット６は残存しない。

次に、本実施形態の効果について説明する。
第１の効果は、熱硬化性樹脂シート３にスリット６を設けることで、スリット６部分が空気の通り道となる。このため、段差７に空気を閉じ込めることなく貼り付けが可能である。そして、第２の効果は、予備加熱によって熱硬化性樹脂が半ペースト状態となった時、隙間４にあった空気が抜けることで、段差７の形状への追従性を良くすることができる。さらに、第３の効果は、熱硬化性樹脂を溶融温度まで加熱した時、熱硬化性樹脂が溶融しながらスリット６部分から空気が抜けていくことである。

（第２の実施形態）
図５は、本実施形態による半導体装置の上面図である。
図５に示すように、半導体部品２を熱硬化性樹脂シート３と半導体基板１により封止する際、スリット６を半導体部品の上面に対し斜めに形成している点で第１の実施形態とは異なっている。ただし、その他の、半導体装置の製造方法等は、第１の実施形態と同様である。
スリット６が半導体部品２の辺に対し４５度の場合、半導体部品２と半導体基板１の凹凸の影響を最も大きく緩和できる。半導体部品２の各辺に対して、均等に空気を抜くことが出来る。一方、スリット６が半導体部品２の辺に対し、４５度以外の角度で形成される場合、空気の抜け具合は各辺均等ではなくなる。本実施形態においても第１の実施形態と同様の効果が得られる。

（第３の実施形態）
図６は、本実施形態による半導体装置の上面図である。
図６に示すように、半導体部品２を熱硬化性樹脂シート３と半導体基板１で封止する際、スリット６を垂直方向に配置している点で第１の実施形態とは異なっている。ただし、その他の、半導体装置の製造方法等は、第１の実施形態と同様である。なお、本実施形態においても、第１または、第２の実施形態と同様の効果が得られる。

（第４の実施形態）
図７は、本実施形態による半導体装置の上面図である。
図７に示すように、半導体部品２を熱硬化性樹脂シート３と半導体基板１で封止する際、同一シート３に、直行するように２種類のスリット６を配置している点で第１の実施形態とは異なっている。ただし、その他の、半導体装置の製造方法等は、第１の実施形態と同様である。なお、本実施形態においても、第１、第２、および第３の実施形態と同様の効果が得られる。

ただし、粗密、部分的なスリット６などを、半導体基板１に実装された半導体部品２の配置形状に合わせて形成しても良い。これによって、半導体装置の補強構造に対する追従性は非常に良くなる。しかしながら、半導体基板１ごとに半導体部品２の配置は異なるため汎用性に欠ける。さらに、貼り付け位置を合わせなくてはならない。 なぜならば、スリット６などを半導体部品２の配置形状に合わせなかった場合、貼付時に巻き込んだ空気が上手く抜けず、気泡が残ってしまう可能性が高くなるからである。

実際の半導体装置の作製は、例えば、以下に述べる方法がある。
４００ｍｍ×５００ｍｍ×１ｍｍの半導体基板１に、１２ｍｍ×１２ｍｍ×高さ１．５ｍｍと８ｍｍ×１２ｍｍ×高さ１ｍｍ、１６０８型半導体部品２が実装されている。 この上から、幅０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度のスリット６の入った熱硬化性樹脂シート３を貼り付ける。熱硬化性樹脂シート３の厚さは０．５ｍｍから１ｍｍであることが望ましい。熱硬化性樹脂シート３の厚さが厚いと、硬化後の樹脂厚が厚くなるので、強度が増す。この熱硬化性樹脂シート３は半導体基板１の外形寸法よりひとまわり小さい。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

１ 半導体基板
２ 半導体部品
３ 熱硬化性樹脂シート
４ 隙間
６ スリット
７ 段差

Claims (9)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板上に実装された半導体部品と、
   前記半導体部品の面積よりも大きな面積を有し、かつ複数のスリットを有する熱硬化性樹脂シートと、
   を備え、
   前記スリットは、少なくとも前記半導体部品が搭載される領域の全域およびその周囲に設けられており、
   前記熱硬化性樹脂シートと前記半導体基板により前記半導体部品が封止された半導体装置。
2. 前記スリットは等間隔、かつそれぞれが平行に形成されている請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記スリットの断面形状が、長方形、台形、楕円形である請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記スリット幅が０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲である請求項１から３のいずれかに記載の半導体装置。
5. 前記スリットが前記半導体部品に対し、短辺、平行、および直角方向のいずれかの方向に配されている請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置。
6. 半導体部品を封止するためのものであって、
   複数のスリットを備え、
   前記スリットは、封止する半導体部品の面積よりも大きな面積を有しており、
   少なくとも前記半導体部品が搭載される領域の全域およびその周囲に設けられている熱硬化性樹脂シート。
7. 半導体基板上に実装された半導体部品の上から、複数のスリットを有する熱硬化性樹脂シートを前記半導体部品に貼り付ける貼付工程と、
   前記熱硬化性樹脂シートを加熱することによって、前記半導体部品を前記半導体基板と前記熱硬化性樹脂シートによって封止する加熱工程と、
   を含み、
   前記スリットは、少なくとも前記半導体部品が搭載される領域の全域およびその周囲に設けられており、前記半導体部品の面積よりも大きな面積を有する前記熱硬化性樹脂シートと前記半導体基板により前記半導体部品が封止された半導体装置の製造方法。
8. 前記スリットは等間隔、かつそれぞれが平行に形成されている請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記スリットが前記半導体部品に対し、短辺、平行、および直角方向のいずれかの方向に配されている請求項７または８に記載の半導体装置の製造方法。
   
   

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