JP2016012713A - 樹脂フィルム、半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
ウエハレベルパッケージ実装において、ウエハモールド品の反り変形量を低減して、ウエハレベルパッケージの性能向上を図る技術を提供する。
【解決手段】
複数の半導体チップを配置した金型内を一括して樹脂モールドするための樹脂フィルムであって、フィラを含む第一の樹脂フィルム層と、フィラ含有率が前記第一の樹脂フィルム層のフィラ含有率より低い第二の樹脂フィルム層とを積層し、前記第一の樹脂フィルム層の初期粘度が、前記第二の樹脂フィルム層の初期粘度より大きいことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、本発明の樹脂フィルムの一例を挙げるならば、複数の半導体チップを配置した金型内を一括して樹脂モールドするための樹脂フィルムであって、フィラを含む第一の樹脂フィルム層と、フィラ含有率が前記第一の樹脂フィルム層のフィラ含有率より低い第二の樹脂フィルム層とを積層し、前記第一の樹脂フィルム層の初期粘度が、前記第二の樹脂フィルム層の初期粘度より大きいことを特徴とするものである。
図1は、本発明の実施の形態の樹脂フィルムを用いたウエハレベルパッケージ実装の構造の一例を示す図である。
図1を用いて、本実施の形態の樹脂フィルムを用いたウエハレベルパッケージ実装構造について説明する。
また、チップ1の上面1aに接する樹脂層2において、樹脂層2aの厚みが樹脂層2bの厚みより大きい。
また、再配線層3は、樹脂2bとチップ1との接触面を有する。
また、チップの側面側の外周面2cのフィラの断面は、フィラの切断面を有する。
図2A乃至図2Jは、本発明の実施の形態のウエハレベルパッケージの成形方法の一例を示す図である。
図3は、本発明に係るフィルムの構造の一例を示す断面図である。図3に示すように、異なる平均粒径を持つフィラが含有されている樹脂層2aと、樹脂層2aよりもフィラ含有率が少ない樹脂層2bとを有するフィルム構造である。
図4(a)に示すように、仮固定フィルム5の上にチップ1を設置し、その上にフィルム2を設置する。ここで、本発明の比較例で用いた樹脂は、フィラ含有率が多い樹脂層2aの初期粘度がフィラ含有率の少ない樹脂層2bの初期粘度より小さくなっている。そのため、図4(b)に示すように、チップ1の上部において、樹脂層2aの方が流れやすく、チップ側面に樹脂層2aが多く流動する。一方、チップ1の上部の樹脂層2bは流れにくく、チップ1の上部に留まりやすくなる。図4(c)に示すように、樹脂封止の終了時には、チップ1の上部の樹脂層2bの厚みが厚くなり、チップ1の側面部の樹脂層2aの割合が大きくなる。
図5(a)に示すように、仮固定フィルム5の上にチップ1を設置し、その上にフィルム2を設置する。ここで、本発明の実施の形態の樹脂は、フィラ含有率が多い樹脂層2aの初期粘度がフィラ含有率の少ない樹脂層2bの初期粘度より大きくなっている。そのため、図5(b)に示すように、チップ1の上部において、樹脂層2bの方が流れやすく、チップ側面に樹脂層2bが多く流動する。一方、チップ1の上部の樹脂層2aは流れにくく、チップ1の上部に留まりやすくなる。図5(c)に示すように、樹脂封止の終了時には、チップ1の上部の樹脂層2aの厚みが厚くなり、チップ1の側面部の樹脂層2bの割合が大きくなる。
図6は本発明の実施の形態、および、比較例に関わるフィルム構成を示す条件図、図7は本発明の実施の形態、および、比較例に関わるフィルム構造の計算に用いたフィルムとチップと仮固定フィルムの断面図、図8は本発明の実施の形態の計算に用いた計算用の数値図、図9は本発明の実施の形態のフィルム構造を用いたフィラ分布率の計算結果を示す図である。
構成1は、比較に用いるフィルム構造の例である。構成2は、本実施の形態の樹脂フィルムの構成の他の例であり、樹脂層2aのフィラ分布率が0.8で、樹脂層2bのフィラ分布率が0.2で構成されている。構成3は、本実施の形態の樹脂フィルムの構成の他の例であり、樹脂層2aのフィラ分布率が1.0で、樹脂層2bのフィラ分布率が0.0で構成されている。すなわち、フィラが樹脂層2aのみに含有されている。構成4は、本実施の形態の比較に用いた例であり、樹脂層2aのフィラ分布率が0.2で、樹脂層2bのフィラ分布率が0.8で構成されている。構成5は、本実施の形態の比較に用いた例であり、樹脂層2aのフィラ分布率が0.8で、樹脂層2bのフィラ分布率が0.2で、樹脂層2bの樹脂粘度よりも小さい樹脂粘度である樹脂層2aで構成されている。構成6は、本実施形態の比較に用いた例であり、樹脂層2aのフィラ分布率が0.8で、樹脂層2bのフィラ分布率が0.2で、樹脂層2aと樹脂層2bは材料Bで構成されている。
チップの高さH1は、H1=350μm、樹脂層2bの厚さH2は、H2=100μm、樹脂層2aの厚さH3は、H3=100μm、チップ間の寸法L1は、L1=1mm、チップの幅L2は、L2=7mmである。
なお、計算条件は、図7に示した形状において、図6に示した樹脂材料、および、フィラ含有比を用い、上部から100μm/sの一定速度でフィルムを圧縮する設定とした。ここで、フィラ含有比とは、樹脂層2に含まれる総フィラ数を100とした場合に、樹脂層2aおよび樹脂層2bに含まれるフィラ数の割合を示している。計算に用いた粘度式を、下式の(式1)〜(式4)に示す。また、計算には、連続の式として、下記に示す(式5)を、運動方程式として、下記に示す(式6)を用いた。
構成2では、樹脂粘度の大きい樹脂層2aのフィラ含有比が大きくなることで、成形後のチップ上部のフィラ含有比を大きくする効果が得られる。その結果、モールド品の反り変形量を低減することが出来る。
構成3では、樹脂粘度の大きい樹脂層2aのフィラ含有比が大きくなることで、成形後のチップ上部のフィラ含有比を大きくする効果が得られる。その結果、モールド品の反り変形量を低減することが出来る。
構成4では、樹脂粘度の小さい樹脂層2bのフィラ含有比が大きくなることで、成形後のチップ側面部のフィラ含有比が大きくなる。その結果、上部の樹脂層の収縮量が大きくなるため、モールド品の反り変形量は大きくなる。
構成5では、樹脂粘度の小さい樹脂層2aの方が流動しやすいため、樹脂層2aに含まれるフィラがチップ側面へ排出され易い。そのため、成形後のチップ上部のフィラ含有比は小さくなり、側面部のフィラ含有比は大きくなる。したがって、上部の樹脂層の収縮量が大きくなるため、モールド品の反り変形量は大きくなる。
構成6では、樹脂層2aと樹脂層2bで、樹脂粘度差が無いため、構成1から5に示したように、どちらかの層の樹脂が流れ易いという現象は生じない。
図9に示すように、構成1よりも構成2の方が、フィラ分布率が高くなるという結果が得られた。ここで、フィラ分布率は、成形後にチップ高さH1よりも上に位置するフィラ数をNhとし、成形後にチップ高さH1よりも下に位置するフィラ数Nlとした時、Nh/(Nh+Nl)で定義した。すなわち、フィラ分布率が大きいほど、チップより上部のフィラの数が多く含まれる。その結果、チップ上部の樹脂収縮量が低減されるため、モールド品の反り変形量を低減することができる。
さらに、構成2よりも構成3の方が、フィラ分布率が高くなるという結果が得られた。すなわち、構成2よりも構成3の方が、反り変形量を低減することができる。これは、樹脂層2aの初期のフィラ含有比を高めたためである。
また、構成1よりも構成4の方が、フィラ分布率が低くなるという結果が得られた。すなわち、構成1よりも構成4の方が、反り変形量が増加する。これは、樹脂層2bの初期のフィラ含有比を高めたためである。
また、構成2よりも構成5の方が、フィラ分布率が低くなるという結果が得られた。すなわち、構成2よりも構成5の方が、反り変形量が増加する。これは、樹脂層2aの樹脂粘度が低いため、チップ上面より側面へ樹脂が流動する過程で、フィラが側面部に排出されたためである。
また、構成2よりも構成6の方が、フィラ分布率が小さくなるという結果が得られた。すなわち、構成2よりも構成6の方が、反り変形量が増加する。
これにより、フィラ含有比の多い樹脂層2aがチップ上部にとどまり易く、フィラ含有比の少ない樹脂層2bがチップ側面部に流動し易くなる。
その結果、モールド品のチップ上面のフィラ含有率が高くなり、反り変形量が低減する。
すなわち、ウエハモールドパッケージ実装において、反り変形量を低減させて、ウエハモールドパッケージの信頼性の向上を図ることができる。
図10は本発明に関わる異なる平均粒径を持つフィラ形状の一例を示す断面図である。図10に示すように、異なる平均粒径のフィラ10とフィラ11について、粒子径の大きいフィラ10の粒径をD1とし、粒子径の小さいフィラ11の粒径をD2とした場合、式7の関係であると、隣接したフィラ10の隙間にフィラ11が入り込むことが可能になるため、フィラ充填率を向上することが出来る。
図11は、本発明に関わるフィルム構造の一例を示す断面図である。図11に示すように、異なるアスペクト比を持つフィラが含有されている樹脂層2aと、樹脂層2aよりもフィラ含有率が少ない樹脂層2bとを有するフィルム構造である。異なるアスペクト比を持つフィラとしては、例えばフレーク状、繊維状のフィラがある。
図14は、本発明にかかわるフィルム構造の他の一例を示す断面図である。図14に示すように、異なる平均粒径を持つフィラが含有されている樹脂層2aと、樹脂層2aよりもフィラ含有率が少ない樹脂層2bとを有するフィルム構造において、フィルム2を略円形とし、樹脂層2aの直径Daを、樹脂層2bの直径Dbより大きくする。
図15(a)に示すように、仮固定フィルム5の上に複数のチップ1を配置し、その上にフィルム2を設置する。ここで、本発明の比較例で用いた樹脂は、フィラ含有率の多い樹脂層2aのフィルム直径がフィラ含有率の少ない樹脂層2bのフィルム直径より小さくなっている。そのため、図15(b)に示すように、フィルムの外周部において、樹脂層2bが樹脂層2aを巻き込みながら流動する。そして、図15(c)に示すように、樹脂封止の終了時には、パッケージ外周部のチップ非搭載部において、樹脂層2bの割合が大きくなる。すなわち、ウエハレベルパッケージのフィラ含有率は、パッケージ外周部のチップ非搭載部が小さい構造となる。そのため、パッケージ外周部の線膨張係数がパッケージ内周部の線膨張係数より大きくなるため、パッケージ外周部において周方向の収縮量が大きくなり、モールド品の反り変形量が大きくなる。
図16(a)に示すように、仮固定フィルム5の上に複数のチップ1を設置し、その上にフィルム2を設置する。ここで、本発明の実施の形態の樹脂は、フィラ含有率が多い樹脂層2aのフィルム直径がフィラ含有率の少ない樹脂層2bのフィルム直径より大きくなっている。そのため、図16(b)に示すように、フィルムの外周部において、樹脂層2aが樹脂層2bを巻き込みながら流動する。そして、図16(c)に示すように、樹脂封止の終了時には、パッケージ外周部のチップ非搭載部において、樹脂層2aの割合が大きくなる。
すなわち、ウエハレベルパッケージのフィラ含有率は、パッケージ外周部のチップ非搭載部が大きい構造となる。そのため、パッケージ外周部において周方向の収縮量が比較例よりも低減されるため、モールド品の反り変形量は小さくなる。
図17は、本発明にかかわるフィルム構造の他の一例を示す断面図である。図17に示すように、異なる平均粒径を持つフィラが含有されている樹脂層2aと、樹脂層2aよりもフィラ含有率が少ない樹脂層2bとを有するフィルム構造において、樹脂層2aの厚みtaが、樹脂層2bの厚みtbより大きい。
図18(a)に示すように、仮固定フィルム5の上に複数のチップ1を配置し、その上にフィルム2を設置する。ここで、本発明の比較例で用いた樹脂は、フィラ含有率の多い樹脂層2aの厚みがフィラ含有率の少ない樹脂層2bの厚みより小さくなっている。そのため、図18(b)に示すように、フィルムの外周部において、樹脂層2bが樹脂2aを巻き込みながら流動する。そして、図18(c)に示すように樹脂封止の終了時には、パッケージ外周部のチップ非搭載部において、樹脂層2bの割合が大きくなる。
図19(a)に示すように、仮固定フィルム5の上に複数のチップ1を設置し、その上にフィルム2を設置する。ここで、本発明の実施の形態の樹脂は、フィラ含有率が多い樹脂層2aのフィルム厚さがフィラ含有率の少ない樹脂層2bのフィルム厚さより大きくなっている。そのため、図19(b)に示すように、フィルム外周部において、樹脂層2aが樹脂層2bを巻き込みながら流動する。そして、図19(c)に示すように、樹脂封止の終了時には、パッケージ外周部のチップ非搭載部において、樹脂層2aの割合が大きくなる。すなわち、ウエハレベルパッケージのフィラ含有率は、パッケージ外周部のチップ非搭載部が大きい構造となる。そのため、パッケージ外周部において周方向の収縮量が比較例よりも低減されるため、モールド品の反り変形量は小さくなる。
図20は本発明の実施形態、および、比較例に関わるフィルム構成を示す条件図、図21は本発明の実施の形態、および、比較例に関わるフィルム構造の計算に用いたフィルムとチップと仮固定フィルムの断面図、図22は本発明の実施の形態の計算に用いた計算用の数値図、図23は本発明の実施の形態のフィルム構造を用いたパッケージ外周部のチップ非搭載部における第一の樹脂層の比率の計算結果を示す図である。
チップの高さT3は、T3=2mm、チップの幅C1は、C1=10mm、チップのピッチC2は、C2=15mmである。
なお、計算条件は、図21に示した形状において、図20に示した樹脂材料および樹脂寸法を用い、上部から100μm/sの一定速度でフィルムを圧縮する設定とした。ここで、計算に用いた粘度式は、(式1)〜(式4)である。また、計算には、連続の式として、(式5)を、運動方程式として(式6)を用いた。計算に用いた粘度式の定数を図22に示す。また、樹脂密度はエポキシ樹脂とし、1800kg/m3を用いた。
構成8では、樹脂層2aの半径が樹脂層2bの半径より小さくなることで、パッケージ外周部のチップ非搭載部における樹脂層2aの比率が小さくなる。その結果、パッケージ外周部の周方向の収縮量が大きくなるため、モールド品の反り変形量は大きくなる。
構成9では、樹脂層2aの半径が樹脂層2bの半径より大きくなることで、パッケージ外周部のチップ非搭載部における樹脂層2aの比率が大きくなる。その結果、パッケージ外周部の周方向の収縮量が小さくなるため、モールド品の反り変形量を低減することが出来る。
構成10では、樹脂層2aの肉厚が樹脂層2bの肉厚より大きくなることで、パッケージ外周部のチップ非搭載部における樹脂層2aの比率が大きくなる。その結果、パッケージ外周部の周方向の収縮量が小さくなるため、モールド品の反り変形量を低減することが出来る。
構成11では、樹脂層2aの肉厚が樹脂層2bの肉厚より小さくなることで、パッケージ外周部のチップ非搭載部における樹脂層2aの比率が小さくなる。その結果、パッケージ外周部の周方向の収縮量が大きくなるため、モールド品の反り変形量は大きくなる。
はじめに、図24にパッケージ外周部のチップ非搭載部を示す。パッケージ外周部のチップ非搭載部とは、外周に設置したパッケージの端部から、パッケージの外周までの領域を示す。パッケージ外周部のチップ非搭載部における樹脂層2aの比率が大きいほど、外周部のチップ非搭載部のフィラの数が多く含まれる。その結果、チップ外周の樹脂収縮量が低減されるため、モールド品の反り変形量を低減することができる。
これにより、フィラ含有比の多い樹脂層2aが、パッケージ外周部のチップ非搭載部に流動し易く、フィラ含有比の少ない樹脂層2bが、パッケージ外周部のチップ非搭載部に流動し難くなる。
その結果、モールド品の外周部のチップ非搭載部の樹脂層2aの比率が高くなり、すなわち、モールド品の外周部のチップ非搭載部のフィラ含有率が高くなり、反り変形量が低減する。
すなわち、ウエハモールドパッケージ実装において、反り変形量を低減させて、ウエハモールドパッケージの信頼性の向上を図ることができる。
図25は、本発明に関わる樹脂の形状の範囲を示す図である。第一の樹脂層と第二の樹脂層の粘度比が100と10の場合について、図21に示した寸法L1、L2、T1、T2からなる関数(L1/L2)*(T1/T2)に対して、パッケージ外周部のチップ非搭載部12における樹脂層2aの比率の計算結果を示している。本発明のフィルム形状は、(L1/L2)*(T1/T2)の値が1.12以上の場合、パッケージ外周部のチップ非搭載部における樹脂層2aの比率が75%以上と高まることがわかる。
すなわち、ウエハモールドパッケージ実装において、反り変形量を低減させて、ウエハモールドパッケージの信頼性の向上を図ることができる。
1a 半導体チップの上部表面
2 樹脂フィルム
2a 上部樹脂フィルム層
2b 下部樹脂フィルム層
2c パッケージ側面
3 再配線層
4 はんだボール
5 仮固定フィルム
6 上金型
7 下金型
10 径の大きいフィラ
11 径の小さいフィラ
12 パッケージ外周部のチップ非搭載部
Claims (22)
- 複数の半導体チップを配置した金型内を一括して樹脂モールドするための樹脂フィルムであって、
フィラを含む第一の樹脂フィルム層と、フィラ含有率が前記第一の樹脂フィルム層のフィラ含有率より低い第二の樹脂フィルム層とを積層し、
前記第一の樹脂フィルム層の初期粘度が、前記第二の樹脂フィルム層の初期粘度より大きいことを特徴とする樹脂フィルム。 - 請求項1に記載の樹脂フィルムにおいて、
前記第一の樹脂フィルム層が、複数の平均粒子径からなるフィラを含有することを特徴とする樹脂フィルム。 - 請求項2に記載の樹脂フィルムにおいて、
前記第一の樹脂フィルム層に含有する複数の平均粒子径からなるフィラ径の第一のフィラ径D1と第二のフィラ径D2の粒径比D2/D1が、0.1547より小さいことを特徴とする樹脂フィルム。 - 請求項1に記載の樹脂フィルムにおいて、
前記第一の樹脂フィルム層が、異なるアスペクト比を持つフィラを含有することを特徴とする樹脂フィルム。 - 請求項1に記載の樹脂フィルムにおいて、
前記第一の樹脂フィルム層のフィラ含有量が、全体のフィラ含有量を100とした場合に50の割合以上であり、かつ、前記第一の樹脂フィルム層の初期粘度と前記第二の樹脂フィルム層の初期粘度の商が10以上であることを特徴とする樹脂フィルム。 - 請求項1に記載の樹脂フィルムにおいて、
前記フィラが、球状またはフレーク状または繊維状である樹脂フィルム。 - 請求項1に記載の樹脂フィルムにおいて、
樹脂フィルムの形状を略円形とし、前記第一の樹脂フィルム層の直径が、前記第二の樹脂フィルム層の直径より大きいことを特徴とする樹脂フィルム。 - 請求項1に記載の樹脂フィルムにおいて、
樹脂フィルムの形状を方形とし、前記第一の樹脂フィルム層の幅が、前記第二の樹脂フィルム層の幅より大きいことを特徴とする樹脂フィルム。 - 請求項1に記載の樹脂フィルムにおいて、
前記第一の樹脂フィルム層の肉厚が、前記第二の樹脂フィルム層の肉厚より大きいことを特徴とする樹脂フィルム。 - 請求項7または9に記載の樹脂フィルムにおいて、
前記第一の樹脂フィルム層の粘度と前記第二の樹脂フィルム層の粘度の比率が10〜100であり、前記第一の樹脂フィルム層の半径をL1、前記第一の樹脂フィルム層の肉厚をT1、前記第二の樹脂フィルム層の半径をL2、前記第二の樹脂フィルム層の半径をT2とした場合、(L1/L2)*(T1/T2)≧1.12となることを特徴とする樹脂フィルム。 - 請求項1〜請求項10の何れか1つに記載の樹脂フィルムを、樹脂封止材として用いた半導体装置。
- 請求項11に記載の半導体装置において、
前記半導体チップの上面において、前記第一の樹脂フィルム層の厚みが前記第二の樹脂フィルム層の厚みよりも大きいことを特徴とする半導体装置。 - 請求項11に記載の半導体装置において、
前記半導体チップの周囲を囲む樹脂層が、フィラ含有率の少ない前記第二の樹脂層であるあることを特徴とする半導体装置。 - 金型内に、複数の半導体チップを配置するとともに、前記半導体チップ上に樹脂フィルムを配置するステップと、
加熱状態で、前記金型を押圧することにより、前記樹脂フィルムを溶融し前記半導体チップを樹脂モールドするステップと、
前記半導体チップ毎にダイシングして個片化するステップと
を備える半導体装置の製造方法であって、
前記樹脂フィルムとして、フィラを含む第一の樹脂フィルム層と、フィラ含有率が前記第一の樹脂フィルム層のフィラ含有率より低い第二の樹脂フィルム層とを積層したものであって、前記第一の樹脂フィルム層の初期粘度が、 前記第二の樹脂フィルム層の初期粘度より大きいものを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項14に記載の半導体装置の製造方法において、
前記樹脂フィルムの前記第一の樹脂フィルム層が、複数の平均粒子径からなるフィラを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項14に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第一の樹脂フィルム層が、異なるアスペクト比を持つフィラを含有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項14に記載の半導体装置の製造方法において、
前記樹脂フィルムの前記第一の樹脂フィルム層のフィラ含有量が、全体のフィラ含有量を100とした場合に50の割合以上であり、かつ、前記第一の樹脂フィルム層の初期粘度と前記第二の樹脂フィルム層の初期粘度の商が10以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項14に記載の半導体装置の製造方法において、
前記樹脂フィルムのフィラが、球状またはフレーク状または繊維状である半導体装置の製造方法。 - 請求項14に記載の半導体装置の製造方法において、
樹脂フィルムの形状を略円形とし、前記第一の樹脂フィルム層の直径が、前記第二の樹脂フィルム層の直径より大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項14に記載の半導体装置の製造方法において、
樹脂フィルムの形状を方形とし、前記第一の樹脂フィルム層の幅が、前記第二の樹脂フィルム層の幅より大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項14に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第一の樹脂フィルム層の肉厚が、前記第二の樹脂フィルム層の肉厚より大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項14に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第一の樹脂フィルム層の粘度と前記第二の樹脂フィルム層の粘度の比率が10〜100であり、前記第一の樹脂フィルム層の半径をL1、前記第一の樹脂フィルム層の肉厚をT1、前記第二の樹脂フィルム層の半径をL2、前記第二の樹脂フィルム層の半径をT2とした場合、(L1/L2)*(T1/T2)≧1.12となることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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