JP2023121355A - 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
【課題】半導体装置の歩留まりを向上させること。【解決手段】実施形態の半導体装置は、配線基板と、配線基板の面上に実装された第1の半導体チップと、第1の半導体チップを覆う樹脂フィルムと、第1の半導体チップよりもチップ面積が大きく、樹脂フィルムの上面に貼り付けられて配線基板に実装された第2の半導体チップと、を備え、樹脂フィルムは、第1及び第2の半導体チップの積層方向から見て、第2の半導体チップの底面の内側領域に全体が収まっている。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
複数の半導体チップがプリント配線基板等の配線基板上に実装された半導体装置において、複数の半導体チップのうち、サイズの小さい半導体チップを直接的に配線基板上に実装し、その半導体チップの上から、サイズの大きい半導体チップを接着性のある樹脂フィルムで貼り付けて配線基板に実装する場合がある。
このとき、サイズの大きい半導体チップの端部から樹脂フィルムがはみ出す場合がある。これにより、はみ出した樹脂フィルムによって、半導体フィルム上の半導体チップと配線基板との電気的な接続が阻害され、半導体装置の歩留まりが低下してしまうことがある。
1つの実施形態は、半導体装置の歩留まりを向上させることが可能な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
実施形態の半導体装置は、配線基板と、前記配線基板の面上に実装された第1の半導体チップと、前記第1の半導体チップを覆う樹脂フィルムと、前記第1の半導体チップよりもチップ面積が大きく、前記樹脂フィルムの上面に貼り付けられて前記配線基板に実装された第2の半導体チップと、を備え、前記樹脂フィルムは、前記第1及び第2の半導体チップの積層方向から見て、前記第2の半導体チップの底面の内側領域に全体が収まっている。
以下に、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により、本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
[実施形態1]
以下、図面を参照して実施形態1について詳細に説明する。
以下、図面を参照して実施形態1について詳細に説明する。
(半導体装置の構成例)
図1は、実施形態1にかかる半導体装置1の構成の一例を示す図である。図1(a)は半導体装置1のXZ断面図であり、図1(b)は半導体装置1が備える半導体チップ21の図1(a)に示すA-A線におけるXY断面図である。図1において、X方向、Y方向、及びZ方向は互いに直交する方向である。
図1は、実施形態1にかかる半導体装置1の構成の一例を示す図である。図1(a)は半導体装置1のXZ断面図であり、図1(b)は半導体装置1が備える半導体チップ21の図1(a)に示すA-A線におけるXY断面図である。図1において、X方向、Y方向、及びZ方向は互いに直交する方向である。
なお、半導体装置1が備える半導体チップ21,22は、半導体チップ21,22の積層方向に沿うZ方向から見て例えば略正方形の形状を有することにより、半導体装置1のYZ断面が、図1(a)のXZ断面と同様の形状となっていてよい。
図1に示すように、半導体装置1は、例えば1つ以上の半導体チップが封止された半導体パッケージとして構成され、プリント配線基板10、半導体チップ21,22、樹脂フィルム30、及びボンディングワイヤ40を備える。
プリント配線基板(PCB:Printed Circuit Board)10は、例えば図示しない絶縁層と導電層とが交互に複数回積層された多層基板として構成されている。プリント配線基板10の両面には図示しない電極等が配置されている。
絶縁層は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を硬化前に含侵させた炭素繊維、グラスファイバ、またはアラミド繊維等で構成されている。導電層および電極は、例えば銅等の金属から構成されている。プリント配線基板10の一方の面の電極は半導体チップ21,22と電気的に接続される。プリント配線基板10のもう一方の面の電極は、マザーボード等を介してホストコンピュータ等と電気的に接続される。
半導体チップ21,22は、シリコン基板等が個片化された小片であり、表面に半導体素子を有する。半導体チップ22には、例えば半導体素子としてNANDフラッシュメモリ等の不揮発性メモリ22nが搭載されている。半導体チップ21は、例えば半導体チップ22よりも小さいサイズに個片化されており、半導体素子としてメモリコントローラ等の制御回路21cが搭載されている。制御回路は、不揮発性メモリの電気的な動作を制御する。
このように、半導体装置1は、不揮発性メモリ22nと制御回路21cとを含むSSD(Solid State Drive)等のメモリシステムとして構成されていてもよい。
第1の半導体チップとしての半導体チップ21は、例えば制御回路21cが設けられた面をプリント配線基板10側に向けて、プリント配線基板10の一方の面上に直接的に配置されている。制御回路21cとプリント配線基板10の表面上の電極とは、例えば図示しないボールグリッドアレイ(BGA:Ball Grid Array)等を介して電気的に接続されている。半導体チップ21のこのような実装方式をフリップチップ方式とも呼ぶ。
ただし、半導体チップ21の実装方式はワイヤボンディング方式等の他の方式であってもよい。半導体チップ21をワイヤボンディング方式でプリント配線基板10に実装する場合には、半導体チップ21は、制御回路21c側の面を上方に向けてプリント配線基板10に配置され、制御回路21cとプリント配線基板10の電極とは、ボンディングワイヤ等で電気的に接続される。この場合、ボンディングワイヤは、以下に記載する樹脂フィルム30内に全体が封止されていることが好ましい。
樹脂フィルム30は、例えばダイアタッチフィルム(DAF:Die Attach Film)またはダイボンディングフィルム(DBF:Die Bonding Film)等とも呼ばれ、フィルム状に成形された熱硬化性の接着剤等から構成される。樹脂フィルム30は、半導体チップ21の全体を覆っている。
第2の半導体チップとしての半導体チップ22は、不揮発性メモリ22nが設けられた面をプリント配線基板10とは反対側、つまり、上方に向けて樹脂フィルム30上に貼り付けられている。
半導体チップ22は、例えばワイヤボンディング方式でプリント配線基板10に実装されており、半導体チップ22の不揮発性メモリ22nは、ボンディングワイヤ40によってプリント配線基板10上面の電極と電気的に接続されている。
このように、複数の半導体チップ21,22を含む半導体装置1において、一方の半導体チップ22を樹脂フィルム30によりプリント配線基板10上に貼り付けて、他方の半導体チップ21を樹脂フィルム30内に埋め込む実装方式を、FOD(Film Over Die)実装とも呼ぶ。
半導体チップ22は、半導体チップ21より大きなチップ面積を有し、半導体チップ21,22の積層方向から見て、半導体チップ21及び半導体チップ21を覆う樹脂フィルム30は、半導体チップ22の底面からはみ出すことなく、半導体チップ22底面の内側領域に全体が収まっている。
より詳細には、半導体装置1の断面で見たときに、樹脂フィルム30の厚さ方向の側面は、例えば半導体チップ22底面下方の内側領域に向かって窪んだ凹部31を有する。このとき、凹部31の窪み量は、例えば矩形状の半導体チップ22の4つの縁部のそれぞれの中央付近で最大となる。
なお、図1(b)のXY断面図は、図1(a)のA-A線における断面を、プリント配線基板10から離れる方向に向かって見たときの断面を示している。また、図1(b)には、半導体チップ22の4つの縁部にそれぞれ沿う樹脂フィルム30側面において、最も窪み量の大きい部分の凹部31を破線で示している。換言すれば、図1(b)において破線で示す輪郭は、図1(a)においてB-B線で切断した樹脂フィルム30の外形に対応している。
図1(a)のB-B線断面における樹脂フィルム30が凹部31を有するのに対し、図1(b)に示すように、樹脂フィルム30の半導体チップ22底面との接着面は、半導体チップ22の底面全体に広がっている。つまり、樹脂フィルム30は、半導体チップ22からはみ出すことなく、半導体チップ22の底面全体を覆っている。
ただし、樹脂フィルム30の半導体チップ22底面との接着面は、半導体チップ22からはみ出さない範囲内で、樹脂フィルム30側面の凹部31を有する部分のXY断面形状を拡大した相似形であってもよい。あるいは、樹脂フィルム30が半導体チップ22の底面から一部はみ出し、半導体チップ22の側面に一部這い上がっていてもよい。
以上のような形状を有することにより、樹脂フィルム30の体積は、例えば以下の式で表すことができる。
Vd1<Td×An・・・(1)
Vd1:樹脂フィルム30の体積
Td;樹脂フィルム30の厚さ
An:半導体チップ22の底面の面積
Vd1:樹脂フィルム30の体積
Td;樹脂フィルム30の厚さ
An:半導体チップ22の底面の面積
換言すれば、樹脂フィルム30の体積は、樹脂フィルム30が有する凹部31の窪み量の分だけ、例えば樹脂フィルム30の厚さと半導体チップ22の底面の面積とを掛け合わせた値より小さいということができる。
また、半導体チップ22の上方から見た時、樹脂フィルム30の配線基板10との接着面は、すべてが半導体チップ22の内側にあってもよい。樹脂フィルム30のプリント配線基板10との接着面は、樹脂フィルム30側面の凹部31を有する部分のXY断面形状を拡大した相似形であってもよい。半導体チップ22の上方から見た時、樹脂フィルム30の配線基板10との接着面は、半導体チップ22から一部はみだしていてもよい。
(半導体装置の製造方法)
次に、図2及び図3を用いて、実施形態1の半導体装置1の製造方法について説明する。図2及び図3は、実施形態1にかかる半導体装置1の製造方法の手順の一部を順に例示するX方向またはY方向に沿う断面図である。
次に、図2及び図3を用いて、実施形態1の半導体装置1の製造方法について説明する。図2及び図3は、実施形態1にかかる半導体装置1の製造方法の手順の一部を順に例示するX方向またはY方向に沿う断面図である。
図2(a)に示すように、不揮発性メモリ22nが形成され、個片化された複数の半導体チップ22を、X方向およびY方向に並べてダイシングテープDT1に貼り付ける。
このとき、不揮発性メモリ22nが設けられた面をダイシングテープDT1側に向けて、半導体チップ22を貼り付ける。また、複数の半導体チップ22の互いの境界部分22gにおいて、隣接する半導体チップ22は、X方向またはY方向に所定間隔を空けて配列されている。
図2(b)に示すように、複数の半導体チップ22の上面、つまり、不揮発性メモリ22nとは反対側の面上に樹脂フィルム30を貼り付ける。樹脂フィルム30は、互いの境界部分22gも含めて複数の半導体チップ22に跨って、これらの全体を覆うように貼り付けられる。このとき、樹脂フィルム30は、硬化前の接着性を有する状態となっており、複数の半導体チップ22に仮止めされた状態である。
図2(c)に示すように、複数の半導体チップ22間の間隔よりも幅広のダイシングソーDSを、ダイシングテープDT1とは反対の側から、半導体チップ22の境界部分22gに位置する樹脂フィルム30に押し当てて、半導体チップ22の境界部分22gと重なる位置の樹脂フィルム30を、それぞれダイシングソーDSによりX方向およびY方向に所定深さでカットする。
これにより、樹脂フィルム30には、半導体チップ22の境界部分22gと重なる位置に、X方向およびY方向に沿って延びる複数の切れ込み32が形成される。
複数の第1の切れ込みとしての切れ込み32は、それぞれが複数の半導体チップ22間の間隔よりも広い幅かつ所定の深さを有し、樹脂フィルム30を厚さ方向に貫通してはいない。このため、切れ込み32の底部には、樹脂フィルム30の薄膜が残った状態である。
なお、樹脂フィルム30の複数の切れ込み32は、ダイシングソーDSに替えて、例えばレーザ光等を照射することにより形成してもよい。この場合にも、例えばレーザ光の焦点深度を調整して、樹脂フィルム30が完全に切り離されてしまわないようにする。
図2(d)に示すように、複数の切れ込み32の底部に残った樹脂フィルム30の薄膜を、例えばレーザ光LS等によってそれぞれ切断する。このとき、レーザ光LSの照射幅を例えば、複数の半導体チップ22間の間隔と略等しい幅とする。また、樹脂フィルム30を切断する際に、ダイシングテープDT1までもが切り離されてしまわないよう、例えばレーザ光LSの焦点深度を調整する。
これにより、樹脂フィルム30には、切れ込み32の底部であって、半導体チップ22の境界部分22gと重なる位置に、X方向およびY方向に沿って延びる複数の切れ込み33が形成される。
複数の第2の切れ込みとしての切れ込み33は、それぞれが複数の半導体チップ22間の間隔と略等しい幅を有し、樹脂フィルム30を貫通している。これにより、樹脂フィルム30が複数の半導体チップ22ごとに切断される。
図3(a)に示すように、上記のように加工された樹脂フィルム30及び半導体チップ22を、別のダイシングテープDT2に載せ替える。
すなわち、ダイシングテープDT1に貼り付けられている樹脂フィルム30及び半導体チップ22を、樹脂フィルム30側をダイシングテープDT2に向けた状態で、ダイシングテープDT2に対向させる。
図3(b)に示すように、樹脂フィルム30とダイシングテープDT2とを貼り合わせ、ダイシングテープDT1に貼り付けられたままの樹脂フィルム30及び半導体チップ22をダイシングテープDT2に貼り付けられる。このときも、樹脂フィルム30とダイシングテープDT2との接着は仮止めの状態である。
図3(c)に示すように、半導体チップ22に貼り付けられていたダイシングテープDT1を剥がし、ダイシングテープDT2上に載せ替えられた複数の半導体チップ22をピッカー等でピックアップしてプリント配線基板10に実装する。
プリント配線基板10には、予め、制御回路21cが形成され、個片化された半導体チップ21を、フリップチップ方式等によって実装しておく。そのうえで、半導体チップ21、22の積層方向から見て、プリント配線基板10の半導体チップ21と重なる位置に、半導体チップ21に樹脂フィルム30側を向けて半導体チップ22を配置する。このときも、樹脂フィルム30は半導体チップ21に仮止めされた状態である。
その後、プリント配線基板10の半導体チップ21上に、樹脂フィルム30を下にして半導体チップ21が配置された状態で、樹脂フィルム30を加熱する。上述の通り、樹脂フィルム30には例えば熱硬化性の接着剤が用いられている。このため、樹脂フィルム30は、一旦、熱により軟化して強固に半導体チップ21,22に貼り付き、強固な接着状態を維持したまま硬化する。
また、樹脂フィルム30が、一旦、熱により軟化することで、半導体チップ21の上面のみならず側面にも密着し、半導体チップ21全体が樹脂フィルム30で覆われた状態となる。このとき、樹脂フィルム30側面の切れ込み32も、直線的であった断面形状が軟化によって形状を変え、樹脂フィルム30は、例えば上述の図1に示す、側面に凹部31を有するような形状となる。
このような凹部31が側面に形成されるのは、例えば軟化した樹脂フィルム30の表面張力等による。また、上述の図1(b)に示したとおり、樹脂フィルム30側面の凹部31が、例えば半導体チップ22の4つの縁部のそれぞれの中央付近で最大の窪み量となるのも、軟化した樹脂フィルム30の表面張力等によるものである。
このように、樹脂フィルム30の表面張力等により、凹部31は、樹脂フィルム30の厚さ方向中央部、及び半導体チップ22の縁部に沿う幅方向中央部分で、最も大きな窪み量を有しうる。一方、半導体チップ22の底面との接着面においては、切れ込み32の底部に残った樹脂フィルム30の薄膜がそのまま残って、例えば半導体チップ22の底面全体を覆った状態が維持される。
ただし、例えば切れ込み32の底部に残った樹脂フィルム30の薄膜部分も、樹脂フィルム30側面に凹部31が形成されるのに伴って、半導体チップ22の内側領域へと後退していく場合もある。
この場合、上述した通り、半導体チップ22の底面において、樹脂フィルム30の接着面の形状が、樹脂フィルム30側面の凹部31の形状の相似形となっていてもよい。この場合であっても、熱硬化前に半導体チップ22の底面全体を覆っていた樹脂フィルム30の成分等、何らかの痕跡が半導体チップ22底面に残っていてもよい。
この後、半導体チップ22とプリント配線基板10の電極とをボンディングワイヤ40で接続し、半導体チップ22をプリント配線基板10に実装する。
以上により、実施形態1の半導体装置1が製造される。
(比較例)
次に、図4を用いて、比較例の半導体装置について説明する。図4は、比較例にかかる半導体装置の製造方法例および構成例を示す図である。
次に、図4を用いて、比較例の半導体装置について説明する。図4は、比較例にかかる半導体装置の製造方法例および構成例を示す図である。
図4(a)に示すように、比較例の半導体装置の製造工程においては、例えばダイシングテープDTxに樹脂フィルム930を貼り付け、樹脂フィルム930の上面に、個片化前のシリコン基板等の基板922wを貼り付ける。
基板922wの表面には、例えば不揮発性メモリ922nが形成済みである。基板922wは、不揮発性メモリ922nが設けられた側の面を上方に向けて樹脂フィルム930に貼り付けられる。
また、ダイシングテープDTxに貼り付けられた樹脂フィルム930及び基板922を所定幅のダイシングソーDSxで切断して個片化する。
図4(b)に示すように、ダイシングソーDSxによる個片化後、ダイシングテープDTx上には、複数の半導体チップ922と、それらの半導体チップ922ごとに切断された樹脂フィルム930が配置された状態となる。
このとき、半導体チップ922と樹脂フィルム930との積層方向から見て、個々の樹脂フィルム930は、対応する半導体チップ922のチップ面積と略等しい面積を有する。また、樹脂フィルム930は、半導体チップ922と樹脂フィルム930との積層方向から見て半導体チップ922の縁部と略一致する位置に、略直線的な断面形状を有する側面を有する。
その後、上記のように加工された樹脂フィルム930及び半導体チップ922を、制御回路921cを有し、プリント配線基板910に実装済みの半導体チップ921上に配置して、半導体チップ922をプリント配線基板910に実装する。
図4(c)に示すように、上記製造工程を経た半導体装置は、半導体チップ922の底面からはみ出した樹脂フィルム930を有する場合がある。樹脂フィルム930は、半導体チップ922の外側へと膨らんだ凸部935を有する。樹脂フィルム930の側面にこのような凸部935が形成されるのは、例えば樹脂フィルム930を熱硬化させる際、軟化した樹脂フィルム30が、半導体チップ921の体積分、外側へと押し出されるとともに、樹脂フィルム930に表面張力が働くためである。
このような場合、半導体チップ922からはみ出した樹脂フィルム930によって、ボンディングワイヤ940と、半導体チップ922及びプリント配線基板910との接合が阻害されて、比較例の半導体装置の歩留まりが低下してしまうことがある。
また、上記のような場合、半導体チップ922とプリント配線基板910とを接続するボンディングワイヤ940は、凸部935を有する樹脂フィルム930を避けて、半導体チップ922からより離れた位置で、プリント配線基板910に接続される。
これにより、プリント配線基板910における半導体チップ921,922の実装領域が、全体として広がってしまう場合がある。つまり、ボンディングワイヤ940を含めた実質的な実装面積を、プリント配線基板910上でより広く確保しなければならない。また、半導体チップ922からより離れて接続されることで、ボンディングワイヤ940の全長が延び、不揮発性メモリ922nの動作速度が低下する等、比較例の半導体装置の特性が悪化してしまう場合がある。
実施形態1の半導体装置1によれば、樹脂フィルム30は、半導体チップ21,22の積層方向から見て、半導体チップ22の底面の内側領域に全体が収まっている。このような半導体装置1は、例えば複数の半導体チップ22のそれぞれの境界部分22gに位置する樹脂フィルム30に、複数の半導体チップ22間の所定間隔よりも広い幅かつ所定の深さを有する切れ込み32を形成しておくことで得られる。
これにより、ボンディングワイヤ40と、半導体チップ22及びプリント配線基板10との接合不良を抑制することができ、半導体装置1の歩留まりを向上させることができる。
また、ボンディングワイヤ40をプリント配線基板10に接続する際、半導体チップ22のより近傍に接続することができ、プリント配線基板10における半導体チップ21,22の実質的な実装面積を縮小することができる。よって、プリント配線基板10における半導体チップ21,22等の集積度を高めることができる。また、ボンディングワイヤ40の全長が短縮されて、不揮発性メモリ22の動作速度を高め、半導体装置1の特性を向上させることができる。
実施形態1の半導体装置1の製造方法によれば、樹脂フィルム30に、複数の半導体チップ22間の所定間隔よりも広い幅かつ所定の深さを有する切れ込み32を形成し、切れ込み32の底部に残った樹脂フィルム30に、複数の半導体チップ22間の所定間隔と実質的に等しい幅の切れ込み33を形成して樹脂フィルム30を厚さ方向に切断する。
このように、切れ込み32の形成時に一挙に樹脂フィルム30を切断するのではなく、樹脂フィルム30を2段階で切断するので、切れ込み32を形成する際に、半導体チップ22の損傷を抑制することができる。
実施形態1の半導体装置1の製造方法によれば、切れ込み32を形成するときはダイシングソーDSを用いる。これにより、複数の半導体チップ22に跨る複数の長い切れ込み32を迅速に形成することができる。
実施形態1の半導体装置1の製造方法によれば、切れ込み33を形成するときはレーザ光LSを用いる。これにより、例えばダイシングソーDS等よりも高い精度で樹脂フィルム30を加工することができ、個々の半導体チップ22からはみ出すことなく、半導体チップ22の底面と略等しいサイズに樹脂フィルム30を切断することができる。また、樹脂フィルム30を切断する際に、半導体チップ22の損傷を抑制することができる。
実施形態1の半導体装置1の製造方法によれば、ダイシングテープDT1とは異なる他のダイシングテープDT2に、切れ込み32,33を有する樹脂フィルム30を貼り付けて、半導体チップ22をダイシングテープDT1から他のダイシングテープDT2に載せ替える。これにより、半導体チップ22をプリント配線基板10に実装する際、ピッカー等を用いることが可能となって、半導体チップ22の取り扱いが容易となり、また、効率的にプリント配線基板10への実装を行うことができる。
(変形例1)
次に、図5を用いて、実施形態1の変形例1の半導体装置1aについて説明する。変形例1の半導体装置1aは、半導体チップ121,122の積層方向に沿うZ方向から見て、半導体チップ121,122が長方形の形状を有する点が上述の実施形態1とは異なる。
次に、図5を用いて、実施形態1の変形例1の半導体装置1aについて説明する。変形例1の半導体装置1aは、半導体チップ121,122の積層方向に沿うZ方向から見て、半導体チップ121,122が長方形の形状を有する点が上述の実施形態1とは異なる。
図5は、実施形態1の変形例1にかかる半導体装置1aの構成の一例を示す図である。図5(a)は半導体装置1aのYZ断面図であり、図5(b)は半導体装置1aのXZ断面図であり、図5(c)は半導体装置1aの図5(a)に示すA-A線におけるXY断面図である。なお、図5(c)においては、上述の実施形態1の図1に倣い、図5(a)のB-B線断面における樹脂フィルム130の外径を破線で示す。
また、上述の実施形態1と同様の構成には同様の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図5に示すように、変形例1の半導体装置1aは、実施形態1の半導体チップ21,22に替えて、半導体チップ121,122を備える。実施形態1の半導体チップ21,22が、Z方向から見て略正方形の形状を有していたのに対し、変形例1の半導体チップ121,122は、Z方向から見て例えば長方形の形状を有する。
第2の半導体チップとしての半導体チップ122は、例えば不揮発性メモリ122nを一方の面に有し、Y方向に沿う第1の縁部としての縁部122yと、X方向に沿い、Y方向に沿う縁部122yよりも長い第2の縁部としての縁部122xとを有する。つまり、縁部122yは長方形の半導体チップ122の短辺にあたり、縁部122xは長辺にあたる。
第2の半導体チップとしての半導体チップ121は、例えば制御回路121cを一方の面に有し、Y方向に沿う縁部121yと、X方向に沿い、Y方向に沿う縁部121yよりも長い縁部121xとを有する。つまり、縁部121yは長方形の半導体チップ121の短辺にあたり、縁部121xは長辺にあたる。
このように、実装される半導体チップ121,122が長方形を有していると、半導体チップ121を覆い、半導体チップ122が上面に貼り付けられた樹脂フィルム130の形状が、上述の実施形態1の樹脂フィルム30とは異なる場合がある。
具体的には、例えば半導体チップ122の長辺である縁部122xに沿う樹脂フィルム130側面の第2の凹部としての凹部131xが、半導体チップ122の短辺である縁部122yに沿う樹脂フィルム130側面の第1の凹部としての凹部131yよりも大きな窪み量を有する場合がある。
これは、半導体チップ122の長辺に沿い、より大きな表面積を有する樹脂フィルム130の側面において、半導体チップ122の短辺に沿い、比較的小さな表面積を有する樹脂フィルム130側面よりも表面張力による影響が大きく表れるからである。
(変形例2)
次に、図6を用いて、実施形態1の変形例2の半導体装置について説明する。変形例2の半導体装置では、その製造工程において、樹脂フィルム230への切れ込み量をX方向とY方向とで変更する点が上述の変形例1とは異なる。
次に、図6を用いて、実施形態1の変形例2の半導体装置について説明する。変形例2の半導体装置では、その製造工程において、樹脂フィルム230への切れ込み量をX方向とY方向とで変更する点が上述の変形例1とは異なる。
図6は、実施形態1の変形例2にかかる半導体装置の製造方法の手順の一部を順に例示するXY断面図である。なお、図6において、上述の変形例1と同様の構成には同様の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図6(a)は、上述の図2に相当する製造工程を経た後の半導体チップ121の下面に近い位置での半導体チップ21,22間のXY断面図である。
図6(a)に示すように、樹脂フィルム230には、半導体チップ122の長辺に沿って延びる切れ込み233xと、半導体チップ122の短辺に沿って延びる切れ込み233yとが形成されている。これらの切れ込み233x,233yはそれぞれ異なる幅を有する。
切れ込み233xのY方向に沿う方向の幅は、切れ込み233yのX方向に沿う方向の幅よりも広い。このような切れ込み233x,233yは、例えば切れ込み233xを形成する際には厚いダイシングソーを用い、切れ込み233yを形成する際には薄いダイシングソーを用いることで形成される。
つまり、ダイシングテープ上に貼り付けられた複数の半導体チップ122の短辺の縁部122y側で互いに隣接する境界部分に位置する樹脂フィルム230に、複数の半導体チップ122間の間隔よりも広い幅を有する切れ込みを形成する。この切れ込みは、樹脂フィルム230が個々の半導体チップ122ごとに切断された後に、切れ込み233yとなる部分である。
また、ダイシングテープ上に貼り付けられた複数の半導体チップ122の長辺の縁部122x側で互いに隣接する境界部分に位置する樹脂フィルム230に、半導体チップ122の短辺側の上記切れ込みの幅よりも広い幅を有する切れ込みを形成する。この切れ込みは、樹脂フィルム230が個々の半導体チップ122ごとに切断された後に、切れ込み233xとなる部分である。
なお、それぞれ幅の異なる2種類の切れ込みにおいて、樹脂フィルム230の厚さ方向における深さは略等しくてよい。
図6(b)は、上記のように加工された樹脂フィルム230及び半導体チップ122をプリント配線基板に配置し、樹脂フィルム230を熱硬化させた後のXY断面図である。図6(b)に実線で示す断面は、上述の変形例1の図5(c)に実線で示す断面に相当し、図6(b)に破線で示す断面は、上述の変形例1の図5(c)に破線で示す断面に相当する。
図6(b)に示すように、熱硬化によって、樹脂フィルム230は側面に凹部231x,231yを有する形状となっている。凹部231xは、半導体チップ122の長辺に沿う方向に延びる樹脂フィルム230の側面に形成される。凹部231yは、半導体チップ122の短辺に沿う方向に延びる樹脂フィルム230の側面に形成される。
また、凹部231x,231yは、半導体チップ122の長辺および短辺にあたるそれぞれの縁部の中央付近で最大の窪み量を有する。このとき、最大の窪み量は、凹部231xと凹部231yとで略等しい。つまり、凹部231xのY方向における窪み量と、凹部231yのX方向における窪み量とが略等しくなる。これは、樹脂フィルム230にそれぞれ異なる幅の切れ込み233x,233yを形成したことによる。
樹脂フィルム230を熱硬化させる際、軟化した樹脂フィルム230において、半導体チップ122の短辺に沿い、表面積の小さい樹脂フィルム230の側面には小さな表面張力しか働かない。
しかし、切れ込み233yの幅を小さくしたことで、半導体チップ122の短辺に沿う樹脂フィルム230の側面から、樹脂フィルム230に埋め込まれた半導体チップ121の縁部までの距離が長くなる。これにより、半導体チップ121によって樹脂フィルム230の一部がX方向外側に押し出されることの影響が緩和される。
したがって、結果的に凹部231yの窪み量が、例えば上述の変形例1の凹部131yの窪み量よりも大きくなる。
樹脂フィルム230を熱硬化させる際、軟化した樹脂フィルム230において、半導体チップ122の長辺に沿い、表面積の大きい樹脂フィルム230の側面には大きな表面張力が働く。
しかし、切れ込み233xの幅を大きくしたことで、半導体チップ122の長辺に沿う樹脂フィルム230の側面から、樹脂フィルム230に埋め込まれた半導体チップ121の縁部までの距離が短くなる。これにより、半導体チップ121によって樹脂フィルム230の一部がY方向外側に押し出されることの影響が増大する。
したがって、結果的に凹部231xの窪み量が、例えば上述の変形例1の凹部131xの窪み量よりも小さくなる。
変形例2の半導体装置の製造方法によれば、樹脂フィルム230に、複数の半導体チップ122間の所定間隔よりも広い幅を有し、後に切れ込み233yとなる切れ込みを形成し、上記切れ込みの幅よりも広い幅を有し、後に切れ込み233xとなる切れ込みを形成する。
これにより、熱硬化後の樹脂フィルム230が有する凹部231x,231yの最大窪み量の差を低減することができる。よって、半導体チップ122からの樹脂フィルム230のはみ出しをより確実に抑制することができる。
変形例2の半導体装置の製造方法によれば、その他、上述の実施形態1の半導体装置1及びその製造方法と同様の効果を奏する。
なお、上述の変形例2では、半導体チップ121,122のいずれもが長方形の形状を有することとした。しかし、変形例2の構成は、半導体チップの上記以外の組み合わせにも適用可能である。すなわち、樹脂フィルム上の半導体チップ、及び樹脂フィルムに埋め込まれた半導体チップの少なくともいずれかが長方形の形状を有する場合において、X方向とY方向とで樹脂フィルムの切れ込み量を適宜変更することができる。
(変形例3)
上述の実施形態1の半導体装置1と略同様の構成材が用いられ、上述の実施形態1の半導体装置1と略同様の製造方法によって製造された場合でも、半導体装置の有する樹脂フィルムの形状は種々に異なり得る。
上述の実施形態1の半導体装置1と略同様の構成材が用いられ、上述の実施形態1の半導体装置1と略同様の製造方法によって製造された場合でも、半導体装置の有する樹脂フィルムの形状は種々に異なり得る。
樹脂フィルムの形状は、それぞれの半導体チップのサイズ、プリント配線基板の表面性状、樹脂フィルムの使用量、加熱温度、及び加熱時間、並びに製造時の温湿度等の様々な要因で変化する場合がある。図7に、上述の実施形態1とは異なる形状の樹脂フィルム330の一例を示す。
図7は、実施形態1の変形例3にかかる半導体装置1bの構成の一例を示すXZ断面図である。図7において、上述の実施形態1と同様の構成には同様の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
なお、半導体チップ21,22が、Z方向に沿うZ方向から見て例えば略正方形の形状を有することにより、半導体装置1bのYZ断面が図7に示すXZ断面と同様の形状となっていてよい。
図7に示すように、半導体装置1bが備える樹脂フィルム330は、それぞれの側面に凹部331と凸部335とを有する。
樹脂フィルム330の凹部331は、例えば半導体チップ22の底面直下に位置し、半導体装置1bの断面で見たときに、半導体チップ22底面下方の内側領域に向かって窪んだ形状を有する。
樹脂フィルム330の凸部335は、凹部330下方の半導体チップ21が配置される高さに位置する。凸部335は、半導体装置1bの断面で見たときに、半導体チップ22からはみ出さない範囲内で、半導体チップ22の外側領域に向かって迫り出した形状を有する。
上記のような樹脂フィルム330の形状は、例えば半導体チップ21による樹脂フィルム330の排斥量が多かった場合、半導体チップ21による樹脂フィルム330の排斥力が強かった場合等に生じうる。
[実施形態2]
以下、図面を参照して実施形態2について詳細に説明する。実施形態2の半導体装置においては、樹脂フィルムの半導体チップが埋め込まれる位置に凹部を設ける点が上述の実施形態1とは異なる。なお、以下において、上述の実施形態1と同様の構成には同様の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
以下、図面を参照して実施形態2について詳細に説明する。実施形態2の半導体装置においては、樹脂フィルムの半導体チップが埋め込まれる位置に凹部を設ける点が上述の実施形態1とは異なる。なお、以下において、上述の実施形態1と同様の構成には同様の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
(半導体装置の構成例)
図8は、実施形態2にかかる半導体装置2の構成の一例を示すXZ断面図である。なお、半導体チップ21,22が、Z方向に沿うZ方向から見て例えば略正方形の形状を有することにより、半導体装置2のYZ断面が図8に示すXZ断面と同様の形状となっていてよい。
図8は、実施形態2にかかる半導体装置2の構成の一例を示すXZ断面図である。なお、半導体チップ21,22が、Z方向に沿うZ方向から見て例えば略正方形の形状を有することにより、半導体装置2のYZ断面が図8に示すXZ断面と同様の形状となっていてよい。
図8に示すように、半導体装置2の備える樹脂フィルム430は、それぞれの側面に凹部431と凸部435とを有する。
樹脂フィルム430の凹部431は、例えば半導体チップ22の底面直下に位置し、半導体装置2の断面で見たときに、半導体チップ22底面下方の内側領域に向かって窪んだ形状を有する。
樹脂フィルム430の凸部435は、凹部430下方の半導体チップ21が配置される高さに位置する。凸部435は、半導体装置2の断面で見たときに、半導体チップ22からはみ出さない範囲内で、半導体チップ22の外側領域に向かって迫り出した形状を有する。
ただし、凸部435の迫り出し量は、上述の実施形態1の変形例3の樹脂フィルム330において凸部335が有する迫り出し量よりも小さい。
あるいは、図8の例によらず、半導体装置2の樹脂フィルム430が側面に凸部435を有さずに、例えば上述の実施形態1の図1に示すような形状を有していてもよい。
実施形態2の半導体装置2においては、上述の変形例3のように、半導体チップ21による樹脂フィルム330の排斥力がより強く働いたような場合であっても、後述する製造方法を用いることで樹脂フィルム430の凸部435の迫り出し量が低減されている。
なお、半導体装置2が備える樹脂フィルム430の体積は、例えば以下の式で表すことができる。
Vd2=Td×An-Vc±α・・・(2)
Vd2:樹脂フィルム430の体積
Td;樹脂フィルム430の厚さ
An:半導体チップ22の底面の面積
Vc:半導体チップ21の体積
±α:半導体チップ21の体積に対する誤差範囲
Vd2:樹脂フィルム430の体積
Td;樹脂フィルム430の厚さ
An:半導体チップ22の底面の面積
Vc:半導体チップ21の体積
±α:半導体チップ21の体積に対する誤差範囲
このように、樹脂フィルム430は、例えば誤差範囲±α内で、式[Td×An-Vc]で求められる体積と等しい体積を有する。
(半導体装置の製造方法)
次に、図9を用いて、実施形態2の半導体装置2の製造方法について説明する。図9は、実施形態2にかかる半導体装置2の製造方法の手順の一部を順に例示するX方向またはY方向に沿う断面図である。
次に、図9を用いて、実施形態2の半導体装置2の製造方法について説明する。図9は、実施形態2にかかる半導体装置2の製造方法の手順の一部を順に例示するX方向またはY方向に沿う断面図である。
実施形態2の半導体装置2の製造方法においても、例えば上述の実施形態1と同様、図2に示す処理を実施する。図9(a)は、上述の図2の処理を経た後の様子を示す。
図9(a)に示すように、樹脂フィルム430にはX方向およびY方向に延びる複数の切れ込み232,233が形成され、樹脂フィルム430は、複数の半導体チップ22ごとに切断されている。
このように加工された個々の樹脂フィルム430において、Z方向から見て半導体チップ22と重なる位置であって、後に半導体チップ21が埋め込まれることとなる位置に、例えばレーザ光LS2を照射して凹部436を形成する。
凹部436は、例えば半導体チップ21のチップ面積よりも若干大きな面積を有し、半導体チップ21の厚さよりも若干浅い深さを有し、全体として半導体チップ21の体積と略等しい容量を有していることが好ましい。
凹部436を所望の深さに形成するためには、例えばレーザ光LS2の焦点深度を調整することができる。また、レーザ光LS2としては、例えば比較的大口径のレーザ光を用いることが好ましい。これにより、凹部436の加工を迅速に行うことができる。
なお、凹部436と切れ込み32,33とは、上述とは異なる順序で形成されてもよい。例えば、切れ込み32を形成する前に凹部436を形成してもよい。また例えば、切れ込み32を形成した後であって、切れ込み33を形成する前に凹部436を形成してもよい。
図9(b)に示すように、半導体チップ22及び樹脂フィルム430を他のダイシングテープDT2に載せ替える。
図9(c)に示すように、ダイシングテープDT2上に載せ替えられた複数の半導体チップ22をピッカー等でピックアップし、プリント配線基板10に実装された半導体チップ21上に配置する。このとき、半導体チップ22に貼り付けられている樹脂フィルム430の凹部436が、プリント配線基板10上の半導体チップ21とZ方向で重なるよう、半導体チップ22及び樹脂フィルム430を配置する。
その後、プリント配線基板10の半導体チップ21に樹脂フィルム430の凹部436が被さった状態で、樹脂フィルム430を熱硬化させる。樹脂フィルム430は、一旦、熱により軟化して強固に半導体チップ21,22に貼り付き、強固な接着状態を維持したまま硬化する。
このとき、軟化した樹脂フィルム430に表面張力が働くほか、半導体チップ21の排斥力によって、樹脂フィルム430の一部が外側に向かって押し出される。しかし、樹脂フィルム430は、例えば半導体チップ21の体積と略等しい容量の凹部436を有する。このため、このときの樹脂フィルム430の排斥量は、例えば上述の実施形態1の変形例3の場合よりも少なくなる。
また、半導体チップ21の体積と略等しい容量の凹部436を形成する際、上述のように、例えば凹部436の面積を半導体チップ21のチップ面積よりも大きくしている。これにより、半導体チップ21の周囲を取り囲む樹脂フィルム430の量を更に減らして、半導体チップ21による樹脂フィルム430の排斥量をいっそう少なくすることができる。
なお、凹部436の面積を大きくしたことによる超過分の容積については、上述のように凹部436の深さを半導体チップ21の厚さより小さくすることで補正している。
ここで、DAFまたはDBF等の樹脂フィルムには、ガラスビーズ等のフィラーが添加されていることがある。このような場合、例えば上述の実施形態1の変形例3の樹脂フィルム330と、実施形態2の樹脂フィルム430とにおいて、これらの樹脂フィルム330,430に含まれるフィラーの分布が異なる可能性がある。凹部436を設けた場合と設けない場合とで、半導体チップ21によって押し出される際の樹脂フィルム330,430の流動状態に差があると考えられるためである。
上記のように、樹脂フィルム430に凹部436を設けることで、熱硬化後の樹脂フィルム430において、凸部435の迫り出し量が、例えば上述の実施形態1の変形例3の凸部335よりも少なくなる。また、熱硬化後の樹脂フィルム430が、上述の式(2)で表される体積を有することとなる。
なお、上述の式(2)において、誤差範囲±αは、凹部436の加工公差、樹脂フィルム430の熱硬化による収縮量または膨張量等を含んでいてよい。
以上により、実施形態2の半導体装置2が製造される。
(概括)
実施形態2の半導体装置2の製造方法によれば、半導体チップ22に貼り付けられた樹脂フィルム430に、所定の深さを有する凹部436を形成し、半導体チップ21,22の積層方向から見て、プリント配線基板10の面上の半導体チップ21と樹脂フィルム430の凹部436とが重なるように、プリント配線基板10の半導体チップ21に樹脂フィルム430を貼り付ける。
実施形態2の半導体装置2の製造方法によれば、半導体チップ22に貼り付けられた樹脂フィルム430に、所定の深さを有する凹部436を形成し、半導体チップ21,22の積層方向から見て、プリント配線基板10の面上の半導体チップ21と樹脂フィルム430の凹部436とが重なるように、プリント配線基板10の半導体チップ21に樹脂フィルム430を貼り付ける。
これにより、例えば上述の実施形態1の変形例3の凸部335よりも、樹脂フィルム430の凸部435の突出量を低減することができる。よって、樹脂フィルム430が半導体チップ22からはみ出すことをより確実に抑制することができる。
実施形態2の半導体装置2の製造方法によれば、凹部436は、半導体チップ21,22の積層方向から見て、半導体チップ21のチップ面積よりも大きい面積を有する。これにより、半導体チップ21の周囲を取り囲む樹脂フィルム430の量を減らして、半導体チップ21による樹脂フィルム430の排斥量を低減することができる。
実施形態2の半導体装置2の製造方法によれば、凹部436は、半導体チップ21の厚さより短い深さを有する。これにより、凹部436の面積を半導体チップ21のチップ面積よりも大きくしたことによる、凹部436の超過分の容積を補正することができ、凹部436の容積を半導体チップ21の体積と略等しくすることができる。
実施形態2の半導体装置2の製造方法によれば、凹部436は、半導体チップ21の体積と所定の誤差範囲内で等しい容積を有する。これにより、半導体チップ21による樹脂フィルム430の排斥量を略ゼロに抑えるとともに、樹脂フィルム430の量を充分に確保して、半導体チップ21をより確実に覆うことができる。
実施形態2の半導体装置2の製造方法によれば、その他、上述の実施形態1の半導体装置1及びその製造方法と同様の効果を奏する。
なお、上述の実施形態1,2及び変形例1~3において、半導体装置は不揮発性メモリと制御回路とがそれぞれ搭載された複数の半導体チップを備えることとした。しかし、半導体装置が備える半導体チップの組み合わせはこれに限られない。
例えば、半導体装置が、ロジック回路およびロジック回路に付随する半導体回路等がそれぞれ搭載され、チップ面積がそれぞれ異なる複数の半導体チップを備えていてもよい。このような半導体装置についても、上述の実施形態1,2及び変形例1~3の構成を適用することができる。
また、半導体装置がメモリ系またはロジック系を問わず、樹脂フィルム上に貼り付けられる半導体チップと、樹脂フィルム内に埋め込まれる半導体チップの個数の組み合わせは、1対1または1対多など任意である。
また、上述の実施形態1,2及び変形例1~3において、半導体装置はプリント配線基板10を備えることとした。しかし、半導体チップが実装される配線基板は、プリント配線基板に限られない。半導体装置の配線基板が、例えば配線が形成されたシリコン基板もしくはガラス基板、または再配線層を有する種々の基板等であってもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1,1a,1b,2…半導体装置、10…プリント配線基板、21,22,121,122…半導体チップ、21c,121c…制御回路、22n,122n…不揮発性メモリ、30,130,230,330,430…樹脂フィルム、31,131x,131y,231x,231y,331,431…凹部、32,33,232x,232y…切れ込み、436…凹部、DT1,DT2…ダイシングテープ、DS…ダイシングソー、LS,LS2…レーザ光。
Claims (10)
- 配線基板と、
前記配線基板の面上に実装された第1の半導体チップと、
前記第1の半導体チップを覆う樹脂フィルムと、
前記第1の半導体チップよりもチップ面積が大きく、前記樹脂フィルムの上面に貼り付けられて前記配線基板に実装された第2の半導体チップと、を備え、
前記樹脂フィルムは、
前記第1及び第2の半導体チップの積層方向から見て、前記第2の半導体チップの底面の内側領域に全体が収まっている、
半導体装置。 - 前記樹脂フィルムは、
前記積層方向と交差する第1の方向から見て、前記内側領域に向かって窪んだ凹部を前記樹脂フィルムの側面に有する、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記凹部の窪み量は、
前記第2の半導体チップの縁部の中央付近で最も大きい、
請求項2に記載の半導体装置。 - 前記第2の半導体チップは、
前記第1の方向に沿う第1の縁部と、
前記積層方向と前記第1の方向とに交差する第2の方向に沿い、前記第1の縁部よりも長い第2の縁部と、を有し、
前記樹脂フィルムは、
前記第1の縁部に沿う側面に第1の凹部を有し、
前記第1の縁部に沿う側面に、前記内側領域に向かって前記第1の凹部よりも大きく窪んだ第2の凹部を有する、
請求項2または請求項3に記載の半導体装置。 - 前記樹脂フィルムの体積は、
前記樹脂フィルムの厚さをTdとし、前記第2の半導体チップの前記底面の面積をAnとした場合に、式[Td×An]で求められる体積よりも小さい、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記樹脂フィルムの体積は、
さらに前記第1の半導体チップの体積をVcとした場合に、式[Td×An-Vc]で求められる体積を含む所定の範囲内である、
請求項5に記載の半導体装置。 - 配線基板の面上に第1の半導体チップを実装し、
半導体素子を有し、前記第1の半導体チップよりもチップ面積が大きくなるよう個片化された複数の第2の半導体チップを、前記半導体素子を有する面を下にして所定間隔でダイシングテープに貼り付け、
前記ダイシングテープに貼り付けられた、前記複数の第2の半導体チップの前記面とは反対側の面上に接着性を有する樹脂フィルムを貼り付け、
前記複数の第2の半導体チップのそれぞれの境界部分に位置する前記樹脂フィルムに、前記所定間隔よりも広い第1の幅かつ第1の深さを有する第1の切れ込みを形成し、
前記第1の切れ込みの底部に残った前記樹脂フィルムに、前記所定間隔と実質的に等しい幅の第2の切れ込みを、前記第2の半導体チップ及び前記樹脂フィルムの積層方向から見て前記複数の第2の半導体チップの前記境界部分と重なる位置に形成して前記樹脂フィルムを厚さ方向に切断し、
前記第1及び第2の切れ込みを有する前記樹脂フィルムを前記配線基板の前記第1の半導体チップに貼り付けて、前記第1及び第2の半導体チップの積層方向から見て前記配線基板の前記第1の半導体チップと重なる位置に、前記第2の半導体チップを実装する、
半導体装置の製造方法。 - 前記第2の半導体チップ及び前記樹脂フィルムの積層方向から見て、前記第2の半導体チップに貼り付けられた前記樹脂フィルムの前記第2の半導体チップと重なる位置に、第2の深さを有する凹部を形成することを更に含み、
前記第2の半導体チップを前記配線基板に実装するときは、
前記第1及び第2の半導体チップの積層方向から見て、前記配線基板の前記面上の前記第1の半導体チップと前記樹脂フィルムの前記凹部とが重なるように、前記配線基板の前記第1の半導体チップに前記樹脂フィルムを貼り付ける、
請求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2の半導体チップは、
前記積層方向と交差する第1の方向に沿う第1の縁部と、
前記積層方向と前記第1の方向とに交差する第2の方向に沿い、前記第1の縁部よりも長い第2の縁部と、を有し、
前記第1の切れ込みを形成するときは、
前記複数の第2の半導体チップが前記第1の縁部側で互いに隣接する境界部分に位置する前記樹脂フィルムに、前記所定間隔よりも広い第2の幅かつ前記第1の深さを有する第3の切れ込みを形成し、
前記複数の第2の半導体チップが前記第2の縁部側で互いに隣接する境界部分に位置する前記樹脂フィルムに、前記第2の幅よりも広い第3の幅かつ前記第1の深さを有する第4の切れ込みを形成する、
請求項7または請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2の半導体チップを前記配線基板に実装するときは、
前記樹脂フィルムを熱硬化させて、前記樹脂フィルムで前記第1の半導体チップを覆う、
請求項7乃至請求項9のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
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