JP3858719B2 - 半導体装置用の補強材 - Google Patents
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- H01L2924/351—Thermal stress
- H01L2924/3511—Warping
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄型の半導体素子に補強部材を接合して成る半導体装置の製造工程において前記補強部材として用いられる半導体装置用の補強材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の基板などに実装される半導体装置は、ウェハ状態で回路パターン形成が行われた半導体素子にリードフレームのピンや金属バンプなどを接続するとともに樹脂などで封止するパッケージング工程を経て製造されている。最近の電子機器の小型化に伴って半導体装置の小型化も進み、中でも半導体素子を薄くする取り組みが活発に行われている。半導体素子が薄型化することにより、実装後の熱応力が半導体素子が撓むことによって緩和され、接合信頼性が向上するという利点がある。
【０００３】
薄化された半導体素子は外力に対する強度が弱くハンドリング時のダメージを受けやすいことから、従来より薄化された半導体素子を用いた半導体装置は、半導体素子を補強のための樹脂層で封止する構造が一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、薄い半導体素子の表面に樹脂層を形成する工程においては、樹脂層形成時の硬化収縮による半導体素子の反りや割れなどの不具合が発生しやすいものであった。この問題は半導体素子が薄化するほど顕著となり、１００μｍ以下の極薄の半導体素子では樹脂封止することすら困難な状況となる。
【０００５】
そこで本発明は、薄化された半導体素子を補強して取り扱いを容易にするために用いられる半導体装置用の補強材を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の半導体装置用の補強材は、薄型の半導体素子のバンプ形成面の裏面に補強部材を接合して成る半導体装置の製造工程において前記補強部材として用いられる半導体装置用の補強材であって、薄板形状の主板と、この主板の一方側の面に形成され伸縮する材質の樹脂接着材より成る接着層とを備え、前記補強部材の曲げ剛性は半導体素子の曲げ剛性よりも大きく、かつ半導体素子に補強部材を接合した状態において前記樹脂接着材と半導体素子のみがバンプが接合された基板の撓み変形に追従して変形する。
【０００７】
請求項２記載の半導体装置用の補強材は、請求項１記載の半導体装置用の補強材であって、前記補強材は、円板形状である。
【０００８】
請求項３記載の半導体装置用の補強材は、請求項１記載の半導体装置用の補強材であって、前記補強材は、連続したシート状である。
【０００９】
請求項４記載の半導体装置用の補強材は、請求項１乃至３の何れかに記載の半導体装置用の補強材であって、前記接着層の表面を覆うセパレータテープを備えた。
【００１０】
本発明によれば、半導体装置用の補強材を、薄板形状の主板と、この主板の一方側の面に形成され低弾性係数の樹脂接着材より成る接着層とで構成し、補強部材の曲げ剛性を半導体素子の曲げ剛性よりも大きく、かつ半導体素子に補強部材を接合した状態において樹脂接着材が半導体素子の変形を許容するような材質や厚みの設定とすることにより、薄化された半導体素子を補強して取り扱いを容易にすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１、図３は本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法の工程説明図、図２は本発明の一実施の形態の半導体装置用の補強材の斜視図、図４は本発明の一実施の形態の半導体装置の実装方法の工程説明図である。
【００１２】
まず図１〜図３を参照して、薄型の半導体素子に補強部材を接合して成る半導体装置の製造方法について説明する。図１（ａ）において、１は複数の半導体素子が形成された半導体ウェハである。半導体ウェハ１の上面には、外部接続用のバンプ２が形成されている。図１（ｂ）に示すように、半導体ウェハ１の上面のバンプ形成面（電極形成面）には保護シート３が貼着され、保護シート３によって補強された状態で電極形成面の裏面の薄化加工が行われる。薄化加工手段としては、砥石を用いた機械研磨や、ドライエッチング装置によるエッチング、さらには薬液の化学反応を利用してエッチングを行うものがある。これにより、半導体ウェハ１は約５０μｍの厚さまで薄化される。
【００１３】
次に、薄化された半導体ウェハ１と補強材４との接合が行われる。ここで図２を参照して、補強材４について説明する。図２（ａ）に示すように、補強材４は円板形状の薄板の主板４ａを主体としている。主板４ａとしては、樹脂やセラミックまたは金属などの材質を薄板状に成型したものが用いられる。この補強材４は、各半導体素子毎に切り分けられて半導体装置を形成した状態で、半導体装置のハンドリング用の保持部として機能すると共に、半導体素子を外力や衝撃から保護する補強部材としての役割をも有するものである。このため主板４ａは、薄化された半導体素子の曲げ剛性よりも大きな曲げ剛性を有する充分な厚さとなっている。
【００１４】
主板４ａの一方側の面には、接着層４ｂが形成されている。接着層４ｂは低弾性係数の樹脂接着材より成り、エラストマーなど接合状態における弾性係数が小さく、小さな外力で容易に伸縮する材質が用いられる。そして後述するように、半導体装置完成後の半導体素子に補強部材を接合した状態において、接着層４ｂが半導体素子の変形を許容するような材質や厚み寸法の構成が選択される。
【００１５】
接着層４ｂの表面には、セパレータテープ４ｃが貼着されている。セパレータテープ４ｃは、補強材４の使用時まで接着層４ｂの表面を覆って保護するために形成されており、補強材４の使用に先立って接着層４ｂから剥離される。補強材４のサイズは、対象とされる半導体ウェハ１のサイズと同じかそれよりも幾分大きいものが用いられる。
【００１６】
図１（ｃ）に示すように、補強材４との接合に際しては、半導体ウェハ１はバンプ形成面を下向きにして反転された状態で圧着台６上に載置される。そしてセパレータテープ４ｃが剥離され接着層４ｂが露呈した状態の補強材４を、接着層４ｂを下向きにして圧着ツール７に保持させる。次いで図１（ｄ）に示すように、接着層４ｂを半導体ウェハ１のバンプ形成面の裏面に密着させて圧着ツール７によって補強材４を押圧するとともに、圧着台６と圧着ツール７によって加熱する。これにより、半導体ウェハ１は接着層４ｂによって主板４ａに接合される。
【００１７】
なお、上記例では円板形状の補強材４を用いる例を示したが、図２（ｂ）に示すように、ロール状に卷回された状態で供給される連続したシート状材料から、所要長さ分だけ切り出した補強材４’を用いるようにしてもよい。この例においても、補強材４’は前述の補強材４と同様の材質で製作された薄板の主板４’ａを主体としており、主板４’ａの一方側の面には、接着層４’ｂが形成されている。そして接着層４’ｂの表面を覆って、セパレータテープ４’ｃが貼着されている。
【００１８】
次いで、図３（ａ）に示すように、ダイシングシート８によって保持された補強材４および半導体ウェハ１はダイシング工程に送られる。ここでは、図３（ｂ）に示すように補強材４の主板４ａと半導体ウェハ１とを異なるダイシング幅で切り分ける２段ダイシングが行われる。すなわち半導体ウェハ１はダイシング幅ｂ１で切り分けられて個片の半導体素子１ａに分割され、主板４ａはｂ１よりも狭いダイシング幅ｂ２で切り分けられて個片の補強部材１４ａとなる。
【００１９】
そして、接着材４ｂによって半導体素子１ａと接着された補強部材１４ａをダイシングシート８から剥離することにより、図３（ｃ）に示すように個片の半導体装置９が完成する。この半導体装置９は、外部接続用の電極であるバンプ２が形成された半導体素子１ａと、この半導体素子１ａの電極形成面の裏面に接着層４ｂにより接合された補強部材１４ａとを備えた構成となっており、補強部材１４ａのサイズＢ２は半導体素子１ａのサイズＢ１よりも大きく、その外周端は、半導体素子１ａの外周端よりも外側に突出している。補強部材１４ａは半導体素子１ａに接着層４ｂによって接合された構造となっており、接着層４ｂは低弾性係数数の樹脂接着材であるので、半導体素子１ａの変形を許容する状態で、この半導体素子１ａを補強部材１４ａに接合している。
【００２０】
この半導体装置９の実装について図４を参照して説明する。図４（ａ）に示すように、半導体装置９は補強部材１４ａの上面を実装ヘッド１０によって吸着して保持され、実装ヘッド１０を移動させることにより、基板１１の上方に位置する。そして半導体装置９のバンプ２を基板１１の電極１２に位置合わせした状態で、実装ヘッド１０を下降させて半導体素子１ａのバンプ２を基板１１の電極１２に上に着地させる。
【００２１】
その後基板１１を加熱することにより、バンプ２を電極１２に半田接合する。すなわち、半導体装置９を基板１１へ搭載する際のハンドリングにおいて、実装ヘッド１０によって、補強部材１４ａを保持する。なおバンプ２の電極１２との接合は、半田接合以外にバンプ２と電極１２を圧接させた状態で樹脂によって半導体装置９と基板１１を接着する方法、あるいはバンプ２と電極１２との金属間接合による方法、あるいは導電性樹脂接着材による接合方法を用いてもよい。
【００２２】
この半導体装置９を基板１１に実装して成る実装構造は、半導体装置９の電極であるバンプ２をワークである基板１１の電極１２に接合することにより半導体装置９が基板１１に固定される形態となっている。図４（ｃ）に示すように、実装後に基板１１に何らかの外力により、撓み変形が発生した場合には、半導体素子１ａは薄くて撓みやすいくしかも接着層４ｂは低弾性係数の変形しやすい材質を用いていることから、基板１１の撓み変形に対して半導体素子１ａと接着層４ｂのみが追従して変形する。
【００２３】
したがって上記実装構造によれば、実装後にアンダーフィル樹脂を充填するなどの補強処理を必要とすることなく接合部の応力が緩和され、単に半導体素子１ａと補強部材１４ａとを接着層４ｂにより接合するという簡易な形態のパッケージ構造で、実装後の信頼性の確保が実現される。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体装置用の補強材を、薄板形状の主板と、この主板の一方側の面に形成され低弾性係数の樹脂接着材より成る接着層とで構成し、補強部材の曲げ剛性を半導体素子の曲げ剛性よりも大きく、かつ半導体素子に補強部材を接合した状態において樹脂接着材が半導体素子の変形を許容するような材質、厚み設定としたので、薄化された半導体素子を補強して取り扱いを容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図２】本発明の一実施の形態の半導体装置用の補強材の斜視図
【図３】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図４】本発明の一実施の形態の半導体装置の実装方法の工程説明図
【符号の説明】
１ 半導体ウェハ
１ａ 半導体素子
２ バンプ
３ 保護シート
４ 補強材
４ａ 主板
４ｂ 接着層
９ 半導体装置
１４ａ 補強部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄型の半導体素子に補強部材を接合して成る半導体装置の製造工程において前記補強部材として用いられる半導体装置用の補強材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の基板などに実装される半導体装置は、ウェハ状態で回路パターン形成が行われた半導体素子にリードフレームのピンや金属バンプなどを接続するとともに樹脂などで封止するパッケージング工程を経て製造されている。最近の電子機器の小型化に伴って半導体装置の小型化も進み、中でも半導体素子を薄くする取り組みが活発に行われている。半導体素子が薄型化することにより、実装後の熱応力が半導体素子が撓むことによって緩和され、接合信頼性が向上するという利点がある。
【０００３】
薄化された半導体素子は外力に対する強度が弱くハンドリング時のダメージを受けやすいことから、従来より薄化された半導体素子を用いた半導体装置は、半導体素子を補強のための樹脂層で封止する構造が一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、薄い半導体素子の表面に樹脂層を形成する工程においては、樹脂層形成時の硬化収縮による半導体素子の反りや割れなどの不具合が発生しやすいものであった。この問題は半導体素子が薄化するほど顕著となり、１００μｍ以下の極薄の半導体素子では樹脂封止することすら困難な状況となる。
【０００５】
そこで本発明は、薄化された半導体素子を補強して取り扱いを容易にするために用いられる半導体装置用の補強材を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の半導体装置用の補強材は、薄型の半導体素子のバンプ形成面の裏面に補強部材を接合して成る半導体装置の製造工程において前記補強部材として用いられる半導体装置用の補強材であって、薄板形状の主板と、この主板の一方側の面に形成され伸縮する材質の樹脂接着材より成る接着層とを備え、前記補強部材の曲げ剛性は半導体素子の曲げ剛性よりも大きく、かつ半導体素子に補強部材を接合した状態において前記樹脂接着材と半導体素子のみがバンプが接合された基板の撓み変形に追従して変形する。
【０００７】
請求項２記載の半導体装置用の補強材は、請求項１記載の半導体装置用の補強材であって、前記補強材は、円板形状である。
【０００８】
請求項３記載の半導体装置用の補強材は、請求項１記載の半導体装置用の補強材であって、前記補強材は、連続したシート状である。
【０００９】
請求項４記載の半導体装置用の補強材は、請求項１乃至３の何れかに記載の半導体装置用の補強材であって、前記接着層の表面を覆うセパレータテープを備えた。
【００１０】
本発明によれば、半導体装置用の補強材を、薄板形状の主板と、この主板の一方側の面に形成され低弾性係数の樹脂接着材より成る接着層とで構成し、補強部材の曲げ剛性を半導体素子の曲げ剛性よりも大きく、かつ半導体素子に補強部材を接合した状態において樹脂接着材が半導体素子の変形を許容するような材質や厚みの設定とすることにより、薄化された半導体素子を補強して取り扱いを容易にすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１、図３は本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法の工程説明図、図２は本発明の一実施の形態の半導体装置用の補強材の斜視図、図４は本発明の一実施の形態の半導体装置の実装方法の工程説明図である。
【００１２】
まず図１〜図３を参照して、薄型の半導体素子に補強部材を接合して成る半導体装置の製造方法について説明する。図１（ａ）において、１は複数の半導体素子が形成された半導体ウェハである。半導体ウェハ１の上面には、外部接続用のバンプ２が形成されている。図１（ｂ）に示すように、半導体ウェハ１の上面のバンプ形成面（電極形成面）には保護シート３が貼着され、保護シート３によって補強された状態で電極形成面の裏面の薄化加工が行われる。薄化加工手段としては、砥石を用いた機械研磨や、ドライエッチング装置によるエッチング、さらには薬液の化学反応を利用してエッチングを行うものがある。これにより、半導体ウェハ１は約５０μｍの厚さまで薄化される。
【００１３】
次に、薄化された半導体ウェハ１と補強材４との接合が行われる。ここで図２を参照して、補強材４について説明する。図２（ａ）に示すように、補強材４は円板形状の薄板の主板４ａを主体としている。主板４ａとしては、樹脂やセラミックまたは金属などの材質を薄板状に成型したものが用いられる。この補強材４は、各半導体素子毎に切り分けられて半導体装置を形成した状態で、半導体装置のハンドリング用の保持部として機能すると共に、半導体素子を外力や衝撃から保護する補強部材としての役割をも有するものである。このため主板４ａは、薄化された半導体素子の曲げ剛性よりも大きな曲げ剛性を有する充分な厚さとなっている。
【００１４】
主板４ａの一方側の面には、接着層４ｂが形成されている。接着層４ｂは低弾性係数の樹脂接着材より成り、エラストマーなど接合状態における弾性係数が小さく、小さな外力で容易に伸縮する材質が用いられる。そして後述するように、半導体装置完成後の半導体素子に補強部材を接合した状態において、接着層４ｂが半導体素子の変形を許容するような材質や厚み寸法の構成が選択される。
【００１５】
接着層４ｂの表面には、セパレータテープ４ｃが貼着されている。セパレータテープ４ｃは、補強材４の使用時まで接着層４ｂの表面を覆って保護するために形成されており、補強材４の使用に先立って接着層４ｂから剥離される。補強材４のサイズは、対象とされる半導体ウェハ１のサイズと同じかそれよりも幾分大きいものが用いられる。
【００１６】
図１（ｃ）に示すように、補強材４との接合に際しては、半導体ウェハ１はバンプ形成面を下向きにして反転された状態で圧着台６上に載置される。そしてセパレータテープ４ｃが剥離され接着層４ｂが露呈した状態の補強材４を、接着層４ｂを下向きにして圧着ツール７に保持させる。次いで図１（ｄ）に示すように、接着層４ｂを半導体ウェハ１のバンプ形成面の裏面に密着させて圧着ツール７によって補強材４を押圧するとともに、圧着台６と圧着ツール７によって加熱する。これにより、半導体ウェハ１は接着層４ｂによって主板４ａに接合される。
【００１７】
なお、上記例では円板形状の補強材４を用いる例を示したが、図２（ｂ）に示すように、ロール状に卷回された状態で供給される連続したシート状材料から、所要長さ分だけ切り出した補強材４’を用いるようにしてもよい。この例においても、補強材４’は前述の補強材４と同様の材質で製作された薄板の主板４’ａを主体としており、主板４’ａの一方側の面には、接着層４’ｂが形成されている。そして接着層４’ｂの表面を覆って、セパレータテープ４’ｃが貼着されている。
【００１８】
次いで、図３（ａ）に示すように、ダイシングシート８によって保持された補強材４および半導体ウェハ１はダイシング工程に送られる。ここでは、図３（ｂ）に示すように補強材４の主板４ａと半導体ウェハ１とを異なるダイシング幅で切り分ける２段ダイシングが行われる。すなわち半導体ウェハ１はダイシング幅ｂ１で切り分けられて個片の半導体素子１ａに分割され、主板４ａはｂ１よりも狭いダイシング幅ｂ２で切り分けられて個片の補強部材１４ａとなる。
【００１９】
そして、接着材４ｂによって半導体素子１ａと接着された補強部材１４ａをダイシングシート８から剥離することにより、図３（ｃ）に示すように個片の半導体装置９が完成する。この半導体装置９は、外部接続用の電極であるバンプ２が形成された半導体素子１ａと、この半導体素子１ａの電極形成面の裏面に接着層４ｂにより接合された補強部材１４ａとを備えた構成となっており、補強部材１４ａのサイズＢ２は半導体素子１ａのサイズＢ１よりも大きく、その外周端は、半導体素子１ａの外周端よりも外側に突出している。補強部材１４ａは半導体素子１ａに接着層４ｂによって接合された構造となっており、接着層４ｂは低弾性係数数の樹脂接着材であるので、半導体素子１ａの変形を許容する状態で、この半導体素子１ａを補強部材１４ａに接合している。
【００２０】
この半導体装置９の実装について図４を参照して説明する。図４（ａ）に示すように、半導体装置９は補強部材１４ａの上面を実装ヘッド１０によって吸着して保持され、実装ヘッド１０を移動させることにより、基板１１の上方に位置する。そして半導体装置９のバンプ２を基板１１の電極１２に位置合わせした状態で、実装ヘッド１０を下降させて半導体素子１ａのバンプ２を基板１１の電極１２に上に着地させる。
【００２１】
その後基板１１を加熱することにより、バンプ２を電極１２に半田接合する。すなわち、半導体装置９を基板１１へ搭載する際のハンドリングにおいて、実装ヘッド１０によって、補強部材１４ａを保持する。なおバンプ２の電極１２との接合は、半田接合以外にバンプ２と電極１２を圧接させた状態で樹脂によって半導体装置９と基板１１を接着する方法、あるいはバンプ２と電極１２との金属間接合による方法、あるいは導電性樹脂接着材による接合方法を用いてもよい。
【００２２】
この半導体装置９を基板１１に実装して成る実装構造は、半導体装置９の電極であるバンプ２をワークである基板１１の電極１２に接合することにより半導体装置９が基板１１に固定される形態となっている。図４（ｃ）に示すように、実装後に基板１１に何らかの外力により、撓み変形が発生した場合には、半導体素子１ａは薄くて撓みやすいくしかも接着層４ｂは低弾性係数の変形しやすい材質を用いていることから、基板１１の撓み変形に対して半導体素子１ａと接着層４ｂのみが追従して変形する。
【００２３】
したがって上記実装構造によれば、実装後にアンダーフィル樹脂を充填するなどの補強処理を必要とすることなく接合部の応力が緩和され、単に半導体素子１ａと補強部材１４ａとを接着層４ｂにより接合するという簡易な形態のパッケージ構造で、実装後の信頼性の確保が実現される。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体装置用の補強材を、薄板形状の主板と、この主板の一方側の面に形成され低弾性係数の樹脂接着材より成る接着層とで構成し、補強部材の曲げ剛性を半導体素子の曲げ剛性よりも大きく、かつ半導体素子に補強部材を接合した状態において樹脂接着材が半導体素子の変形を許容するような材質、厚み設定としたので、薄化された半導体素子を補強して取り扱いを容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図２】本発明の一実施の形態の半導体装置用の補強材の斜視図
【図３】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図４】本発明の一実施の形態の半導体装置の実装方法の工程説明図
【符号の説明】
１ 半導体ウェハ
１ａ 半導体素子
２ バンプ
３ 保護シート
４ 補強材
４ａ 主板
４ｂ 接着層
９ 半導体装置
１４ａ 補強部材
Claims (4)
- 薄型の半導体素子のバンプ形成面の裏面に補強部材を接合して成る半導体装置の製造工程において前記補強部材として用いられる半導体装置用の補強材であって、薄板形状の主板と、この主板の一方側の面に形成され伸縮する材質の樹脂接着材より成る接着層とを備え、前記補強部材の曲げ剛性は半導体素子の曲げ剛性よりも大きく、かつ半導体素子に補強部材を接合した状態において前記樹脂接着材と半導体素子のみがバンプが接合された基板の撓み変形に追従して変形することを特徴とする半導体装置用の補強材。
- 前記補強材は、円板形状であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置用の補強材。
- 前記補強材は、連続したシート状であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置用の補強材。
- 前記接着層の表面を覆うセパレータテープを備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の半導体装置用の補強材。
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