JP3894097B2

JP3894097B2 - Semiconductor device

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Publication number: JP3894097B2
Application number: JP2002310737A
Authority: JP
Inventors: 義之和田; 忠彦境
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2022-10-25
Also published as: JP2004146638A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の裏面にこの半導体素子を保護するための構造体を接着して成る半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子をパッケージングして製造される電子部品を回路基板に実装する電子部品実装構造として、電子部品に形成された半田バンプなどの突出電極を回路基板に接合した構造が知られている。このような実装構造において、実装後の接合信頼性を実現する上で求められるヒートサイクル時の熱応力レベルの低減、すなわち実装後の環境温度変化によって半導体素子とワークとの熱膨張率の差に起因して半導体素子と半田バンプとの接合部に発生する熱応力を低く抑えることを目的として、半導体素子を極力薄くする試みが進行している。
【０００３】
本出願人は、薄く加工された半導体素子を組み込んだ新たな半導体装置を提案した（特許文献１参照）。この半導体装置は、半導体素子の裏側にバンパ（構造体）を樹脂接着材で接合することにより取り扱いを容易にすると同時に、半導体素子自身の変形を許容することにより接合部の応力を分散して接合信頼性を高めることができるといった長所を有している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１４１４３９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述構成の半導体装置においては、樹脂接着材の接着層の厚みが実装信頼性に大きく関連していると思われるため、本出願人は接着層の厚みと実装信頼性との相関を見いだすための研究を行った。この結果によれば、接着層が薄い範囲では接着層を増すに連れて信頼性が向上する傾向にあり、さらに接着層がある厚みを超えると信頼性は低下する傾向があることが判明した。したがって、完成した半導体装置の厚みを極力薄くしつつ実装信頼性を確保するためには、接着層を適正厚みに設定することが求められる。
【０００６】
そこで本発明は、薄化された半導体素子の裏面に構造体を接着して成る半導体装置において、接着層の厚みを適正に設定して実装信頼性を確保することができる半導体装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の半導体装置は、表面に複数の外部接続用端子が形成された半導体素子の裏面にこの半導体素子を保護するための構造体を所定厚みの接着層で接着した半導体装置であって、前記接着層の厚みが２５μｍ以上２００μｍ以下であり、前記接着層に、この接着層の目標とする厚みと略等しい寸法の直径を有する少なくとも１つの第１フィラーと、この第１フィラーよりも直径が小さく前記接着層に所望の弾性率を付与する第２フィラーを含む。
【０００９】
請求項２記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置であって、前記第１フィラーが前記半導体素子の裏面に接触するとともに、前記構造体に接触した状態で挟まれている。
【００１０】
請求項３記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置であって、前記半導体素子の厚みが１００μｍ以下である。
【００１４】
本発明によれば、半導体素子に構造体を接着するための接着層の厚みを２５μｍ以上２００μｍ以下の範囲の適正厚みに設定することにより、実装信頼性を確保することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の実施の形態１の半導体装置の斜視図、図１（ｂ）、図２は本発明の実施の形態１の半導体装置の部分断面図、図３は本発明の実施の形態１の半導体装置の組立方法の工程説明図、図４は本発明の実施の形態１の半導体装置に用いられる板状部材の斜視図、図５は本発明の実施の形態１の半導体装置の組立に使用される電子部品搭載装置の斜視図、図６は本発明の実施の形態１の半導体装置の組立に使用されるダイシング装置の斜視図、図７は本発明の実施の形態１の半導体装置の組立に使用されるダイシング装置の部分断面図、図８は本発明の実施の形態１の半導体装置の熱疲労（−４０℃〜１２５℃）寿命サイクル数のシミュレーション結果を示すグラフである。
【００１６】
まず図１を参照して、半導体装置について説明する。図１（ａ）、（ｂ）において、半導体装置１は、半導体素子２の裏面にこの半導体素子２を保護するためのバンパ４（構造体）を、樹脂接着材５を所定厚みの接着層で接着した構成となっている。半導体素子２の表面の縁部に沿って形成された複数の外部接続用端子である電極２ａ上には、バンプ３が形成されている。
【００１７】
ここで半導体素子２は機械研磨やエッチングなどの方法によって薄化処理が行われた後の状態である。一般に、半導体素子をバンプを介して基板に実装した状態では、半導体素子の厚み寸法が小さいほど実装後の接合信頼性が優れている。これは、半導体素子２と基板の熱応力の差に起因してバンプ３の接合部に応力が集中しようとしても、半導体素子２自体が厚さ方向に変形（撓み）を生じることで応力を分散するからである。このため、本実施の形態では、上述のように半導体素子２を薄化処理して厚みｔ１が１００μｍ以下となるように設定し、厚さ方向への変形（撓み）を可能としている。
【００１８】
薄化処理は、半導体素子２の回路形成面の反対面を砥石等を用いた機械研磨によって粗加工を行い、ドライエッチングや薬液によるウェットエッチングで仕上げ加工を行う。機械研磨を行うと裏面に多数のマイクロクラックを有するダメージ層が形成される。このダメージ層は、半導体素子の抗折強度を低下させる要因となるものであるが、仕上げ加工によりこのダメージ層を除去して半導体素子２の抗折強度を高めることができる。
【００１９】
バンパ４は、半導体装置１の搭載時などのハンドリングにおいて半導体装置１を安定して保持することを容易にするとともに、基板などへ実装された後の半導体装置１を外力から保護する機能を有するものである。したがってバンパ４は、金属やセラミックまたは樹脂などの構造材を、上記機能を満たすような形状、すなわち外力に対して十分耐えうる強度や剛性が得られる厚みｔ３で、半導体素子２の外形よりも大きい外形形状に加工したものが用いられる。
【００２０】
ここで半導体素子２とバンパ４との間に介在する樹脂接着材５の接着層は、単に半導体素子２とバンパ４とを接合する接着力のみならず、上述の機能を満足する特性を備えたものでなければならない。すなわち、半導体素子２とバンパ４とを必要十分な接着力で接合して半導体装置１の強度を確保するとともに、半導体素子２の厚み方向への変形を極力許容するような特性が求められる。このため、本実施の形態１に示す半導体装置１においては、後述するように、樹脂接着材５により形成された樹脂層の弾性率が１００００Ｍｐａ以下となるようにして変形しやすくし、さらに半導体素子２とバンパ４とを接着する接着層の厚みを、以下に説明する適正な厚みｔ２に設定するようにしている。
【００２１】
接着層の厚みｔ２は、接着層の厚みと寿命サイクル数との関係について有限要素法を用いて行われた数値シミュレーション結果（後述）に基づいて、２５μｍ以上２００μｍ以下の範囲の数値となるように設定されている。次に説明する樹脂接着材５とこの範囲の厚みｔ２とを組み合わせることにより、半導体装置１を基板に実装した状態において、基板の変形状態に応じた半導体素子２の追従変形が許容され、良好な実装信頼性が確保できるようになっている。
【００２２】
ここで図８を参照して、前述の数値シミュレーションについて説明する。図８は、半導体装置における接着層の厚みｔ２と、この半導体装置を基板に実装した状態において、実使用条件での熱応力に相当する応力を繰り返し作用させた場合の寿命サイクル数との相関関係について示しており、横軸に接着層の厚み（ｍｍ）を、縦軸に寿命サイクル数を取ってグラフ表示している。図８に示す３種類の折れ線は、それぞれ樹脂接着材５による接着層の弾性率がそれぞれ４００Ｍｐａ、１００００Ｍｐａ、２７５００Ｍｐａのものを用いた場合の熱疲労（−４０℃〜１２５℃）寿命サイクル数のシミュレーション結果を示している。
【００２３】
グラフから判るように、接着層の弾性率が低くて半導体素子の変形を許容する度合いが大きいほど寿命サイクル数が大きく、信頼性に優れていることを示している。そしていずれのシミュレーション結果においても、接着層の厚みが０．０５ｍｍ以下の範囲では、厚みを増すに連れて寿命サイクル数が急増する傾向を示している。そして厚みが０．２ｍｍ程度までの範囲では、寿命サイクル数はほぼ一定のレベルを示し、厚みがこの範囲を超えて増大すると寿命サイクル数は急激に低下する。
【００２４】
すなわち上記シミュレーション結果を実用的な観点から解釈すれば、接着層の弾性率が１００００Ｍｐａ以下となるような材質選定を行い、さらに接着層の厚みとして、０．０２５ｍｍ（２５μｍ）以上、０．２ｍｍ（２００μｍ）以下の範囲の値を選定すれば、実装信頼性に優れた半導体装置が得られることを示している。従って、本実施の形態の半導体装置の製造においては、上述の弾性率を与える組成の樹脂接着材５を用い、上述範囲の厚みに設定された接着層を精度良く実現することができるような工法を採用している。
【００２５】
ここで、樹脂接着材５について説明する。図１（ｂ）に示すように、樹脂接着材５はエポキシ樹脂などを主剤とする樹脂成分に、無機物もしくは樹脂よりなる粒子状のフィラー９を含有させた組成となっている。ここでフィラー９は、樹脂接着材５が接着層を形成した状態において接着層に所望の特性（弾性率）を付与するためのフィラー本来の機能以外に、半導体素子２とバンパ４との間に介在して接着層の厚みを所定厚みに確保するスペーサとしての機能をも併せ有している。
【００２６】
このため樹脂接着材５には、以下に説明する第１フィラーおよび第２フィラーの２種類のフィラーを、合計の含有率が３０重量％以下となるような含有率で含有させるようにしている。先ず上述のスペーサとしての機能を果たす第１フィラー９ａは、半導体装置において接着層の目標とする厚みｔ２と略等しい寸法の直径ｄを有する粒子であり、直径ｄは樹脂接着材５中に含まれるフィラー中の最大径となっている。すなわち、第１フィラー９ａは樹脂接着材５中に含まれるフィラーの最大径であり且つ接着層の所定厚みと略等しい寸法の直径ｄを有する。そして第１フィラー９ａ以外の第２フィラー９ｂは、直径が第１フィラー９ｂの直径ｄよりも小さいフィラーの集合であり、フィラー本来の機能に適した粒径分布のものが選定される。
【００２７】
上述のような第１フィラー９ａを含む樹脂接着材５を介して半導体素子２をバンパ４に搭載して所定の加圧力でバンパ４に対して押圧すると、図２（ａ）に示すように、樹脂接着材５中のフィラーのうち最大径の第１フィラー９ａは、半導体素子２の裏面に接触するとともにバンパ４にも接触した状態で挟まれる。これにより、接着層の厚みｔ２は第１フィラー９ａの直径ｄに等しくなる。
【００２８】
なお樹脂接着材５を介して半導体素子２を搭載した状態において、図２（ｂ）に示すように、第１のフィラー９ａと半導体素子２またはバンパ４とが直接に接触せず、わずかに樹脂層が介在した状態（矢印ａ参照）となる場合がある。このような樹脂膜の介在は、搭載動作時の加圧力の設定値が幾分弱く十分な接触状態が得られなかった場合や、加圧によって第１のフィラー９ａが半導体素子２またはバンパ４と一旦接触したものの、搭載後の硬化過程において接触界面に樹脂接着材５が進入した場合、さらには半導体素子の搭載において加圧を用いずに樹脂接着材５の軟化を利用して第１のフィラー９ａの接触を行わせる方法を採用した場合などに発生する。このような場合においても、接着層の厚みと第１のフィラー９ａの直径は略等しく、スペーサとしての所期の機能が果たされている。
【００２９】
樹脂接着材５がこのようなスペーサ機能とフィラー本来の機能を確実に果たすよう、樹脂接着材５中の第１フィラー９ａ、第２フィラー９ｂの含有率、第２フィラー９ｂの粒径分布が決定され、製品管理が行われる。すなわち各半導体装置について少なくとも１つの第１のフィラー９ａが接着層に必ず含まれるように、第１フィラー９ａの含有率が決定され、樹脂接着材５の使用に際しては撹拌を十分に行ってフィラー分布の均一化を図る。そしてフィラー本来の機能が十分に果たされるよう、図２（ｃ）に示すように、所望の機械的特性や熱伝導特性を満足させるために最適なサイズの粒子が最適な割合で混合された第２のフィラー９ｂの粒径分布、含有率が設定される。
【００３０】
なおフィラー９に用いられる無機物の種類としては、アルミナや窒化アルミニウム、窒化珪素など、安価で放熱性に優れたものが用いられる。また接着層の厚さをより厳密に管理したい場合には、第１フィラー９ａとして製造過程における粒径管理が容易な樹脂粒を用いてもよい。このようにフィラー９の材質に樹脂を用いることにより、硬度の高い無機物を含有させることによる接着層の過剰な硬度上昇・脆化を防止することができるという利点がある。
【００３１】
図１に示すように、樹脂接着材５は半導体素子２の全周にわたって４辺の端部からはみ出しており、はみ出した樹脂接着材５ａは半導体素子２の側面２ｂに沿って這い上がり側面２ｂを部分的に覆うような形状となっている。この側面２ｂを覆う樹脂接着材５ａは、半導体素子２の縁部を補強する補強部を形成している。
【００３２】
半導体素子２の縁部には、半導体ウェハをダイシングして個片の半導体素子２に切り出す際に生じた微小なクラックがそのまま残留しやすく、このクラックから破損を生じる場合がある。側面２ｂを覆う樹脂接着材５ａは、このような微小なクラックを含んだ半導体素子２の縁部を補強するとともに、半導体装置１を基板１０に実装した状態において、基板と半導体素子２との熱変形の差によって発生する応力に起因して、半導体素子２が過剰に変形するのを防止する機能を有する。
【００３３】
次に図３を参照して、半導体装置１の組立方法について説明する。図３（ａ）において、板状部材６は半導体装置１の一部を構成するバンパ４が切り離される前の中間部品である。図４に示すように、板状部材６の上面には、格子形状に突出した仕切部６ａが設けられており、仕切部６ａで囲まれる凹部６ｂは半導体素子２が接着される半導体素子接着位置となっている。仕切部６ａは、後述するように凹部６ｂ内に半導体素子２の接着用の樹脂接着材５を塗布する際に、樹脂接着材５が半導体接着位置を超えて周囲に広がるのを規制するダム部となっている。
【００３４】
板状部材６の下面の仕切部６ａに対応する位置には、溝部６ｃが形成されている。溝部６ｃは、バンパ４の厚みｔ３に等しい厚みの板状部材６の下面側から格子状の溝を切り込んで形成され、これにより上面からの厚み寸法ｔ４がｔ３よりも小さい肉薄部となっている。この肉薄部は、板状部材６をバンパ４に切断分離する際の切断位置と一致している。
【００３５】
次に図３（ｂ）に示すように、板状部材６の各凹部６ｂにはディスペンサ７によって樹脂接着材５が塗布され、これにより半導体素子２を接着する接着層を形成するための樹脂接着材５が供給される。この樹脂接着材５の塗布において、凹部６ｂの周囲にはダム部としての仕切部６ａが設けられていることから、樹脂接着材５が半導体接着位置を超えて周囲に広がることが防止される。このとき、各凹部６ｂ内に塗布した樹脂接着材５中には、少なくとも１つの第１フィラー９ａが含まれている。
【００３６】
また塗布に際しては、前述の接着層の厚みｔ２に応じた適正塗布量で、且つ塗布後に半導体素子２によって押し広げられた樹脂接着材５が半導体素子２の端部から外側にはみ出した際に、前述のように半導体素子２の側面２ｂを覆うのに過不足がないような適正塗布量の樹脂接着材５がディスペンサ７から吐出される。
【００３７】
この後、樹脂接着材５が供給された板状部材６は半導体素子接着工程に送られる。この半導体素子接着工程では、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、半導体素子２を板状部材６に塗布された樹脂接着材５上に搭載し、次いで樹脂接着材５を加熱して、樹脂接着材５を熱硬化させることによって、複数の半導体素子２の裏面側を樹脂接着材５を介して板状部材６の各凹部６ｂに整列状態で接着する。
【００３８】
この搭載工程において半導体素子２の搭載に用いられる電子部品搭載装置について、図５を参照して説明する。図５において、部品供給テーブル１１には半導体素子２が格子状に貼着された粘着シート１２が装着されている。部品供給テーブル１１の下方には、半導体素子剥離機構１３が配設されており、半導体素子剥離機構１３を半導体素子剥離機構駆動部１４によって駆動することにより、エジェクタピン機構１３ａによって粘着シート１２の下面を突き上げ、これにより半導体素子２を搭載ヘッド１６によってピックアップする際に、半導体素子２が粘着シート１２の上面から剥離される。
【００３９】
部品供給テーブル１１の側方には基板保持部１５が配設されており、基板保持部１５上には樹脂供給後の板状部材６が保持されている。部品供給テーブル１１および基板保持部１５の上方には、搭載ヘッド駆動部１９によって駆動される搭載ヘッド１６が配設されている。搭載ヘッド１６は吸着ノズル８を備えており、粘着シート１２から半導体素子２をピックアップし、基板保持部１５上の板状部材６に搭載する。
【００４０】
部品供給テーブル１１の上方にはカメラ１７が配設されており、カメラ１７は粘着シート１２に貼着された半導体素子２を撮像する。カメラ１７によって撮像された画像を半導体素子認識部２０で認識処理することにより、粘着シート１２における半導体素子２の位置が認識される。位置認識結果は制御部２１に送られるとともに、半導体素子剥離機構駆動部１４に送られる。これにより、搭載ヘッド１６による半導体素子２のピックアップ時には、吸着ノズル８およびエジェクタピン機構１３ａがピックアップ対象の半導体素子２に位置合わせされる。
【００４１】
基板保持部１５の上方にはカメラ１８が配設されており、カメラ１８は基板保持部１５に保持された板状部材６を撮像する。カメラ１８によって撮像された画像を搭載位置認識部２２で認識処理することにより、板状部材６における半導体素子搭載位置が検出される。位置認識結果は制御部２１に送られ、制御部２１がこの位置認識結果に基づいて搭載ヘッド駆動部１９を制御することにより、搭載ヘッド１６による半導体素子２の搭載時には、吸着ノズル８に保持された半導体素子２が検出された搭載位置に位置合わせされる。
【００４２】
この電子部品搭載装置によって半導体素子２を板状基板６に搭載する際には、図３（ｃ）に示すように、半導体素子２のバンプ３が形成された表面側を吸着ノズル８によって吸着保持し、半導体素子２の裏面を樹脂接着材５に押し付ける。このとき、適正な加圧力によって半導体素子２を板状部材６に対して押圧する。これにより、半導体素子２と板状部材６との間の接着層の厚みｔ２は、樹脂接着材５中の第１フィラー９ａの直径ｄにほぼ等しくなる（図２（ａ）参照）。
【００４３】
また樹脂接着材５の塗布量に応じて吸着ノズル８による押し付け高さを調整することにより、各半導体素子２の縁部外側（矢印Ａ参照）にはみ出した樹脂接着材５が、半導体素子２の側面２ｂを這い上がって側面２ｂを覆うようにする（図１（ｂ）に示す樹脂接着材５ａ参照）。このときダイシング時のダメージが残留しやすい半導体素子２の裏面側の端部が完全に覆われて補強されていれば、側面２ｂは完全に覆われていても、または部分的にのみ覆われていてもどちらでも良い。
【００４４】
本実施の形態では、半導体素子２を１個づつ搭載ヘッド１６で樹脂接着材５に押し付けながら搭載するので、一括して搭載（貼り付け）する場合よりも搭載荷重（押し付け力）を小さくできる。よって電子部品搭載装置としては、ダイボンディング装置や、チップマウンター等を流用することができる。
【００４５】
このようにして半導体素子２が搭載された板状部材６は加熱炉に送られる。そしてここで所定温度で加熱されることにより、図３（ｄ）に示すように樹脂接着材５が熱硬化する。このとき、各半導体素子２の縁部外側にはみ出した樹脂接着材５は、熱硬化の過程において一時的に粘度低下することにより表面張力によって半導体素子２の側面２ｂにさらに這い上がり、側面２ｂを覆った形状のまま硬化する。これにより、樹脂接着材５の硬化後において、図１（ｂ）に示す補強部としての樹脂接着材５ａが形成される。
【００４６】
なお上記実施の形態では、半導体素子２の搭載後に板状部材６を加熱炉に送ることにより樹脂接着材５を熱硬化させるようにしているが、搭載ヘッド１６として加熱手段を内蔵したものを用い、半導体素子２を搭載しながら加熱するようにしてもよい。
【００４７】
搭載ヘッド１６によって加熱する場合には、図３（ｄ）に示す専用の加熱工程を省略してもよく、このようにすれば加熱炉を省略して設備の簡略化を図ることができるという利点がある。ただし、この場合には搭載ヘッド１６のタクトタイムが熱硬化時間によって制約されるため、全体の生産性としては搭載工程と加熱工程を別々に行う場合よりも低下する。また、樹脂接着材５として上記実施の形態では熱硬化性の樹脂を用いる例を示しているが、これに変えて熱可塑性の樹脂素材を用いるようにしてもよい。
【００４８】
このようにして樹脂接着材５が硬化した板状部材６は切断工程に送られ、ここで図２（ｅ）に示すように、半導体素子２が接着された板状部材６を回転切断刃２４ａによって隣接する半導体素子２の間の切断位置で切断する。これにより、板状部材６が半導体素子２ごとのバンパ４に切断分離され、半導体装置１の組立が完成する。
【００４９】
この切断工程について、図６，図７を参照して説明する。図６は、この切断に用いられるダイシング装置を示している。基板固定部２３の上面には、半導体素子２が搭載され樹脂硬化が完了した板状部材６は基板固定部２３上に載置される。基板固定部２３の上方には、回転切断刃２４ａを備えた切断ヘッド２４が配設されており、回転切断刃２４ａを回転させながら切断ヘッド２４をＸ方向、Ｙ方向に移動させることにより、板状部材６が溝部６ｃに一致した切断位置に沿って切断される。
【００５０】
図７に示すように、基板固定部２３の上面には板状部材６上の半導体素子２に対応した位置毎に吸引保持部２５が設けられており、吸引保持部２５の上面には吸引溝２５ａが形成されている。吸引溝２５ａは、基板固定部２３の内部に設けられた吸引孔２３ａに連通しており、吸引孔２３ａはさらに真空吸引源２６に接続されている。板状部材６の下面を吸引保持部２５に当接させた状態で真空吸引源２６を駆動することにより、板状部材６は吸引保持部２５によって吸着保持され、これにより板状部材６の位置が固定される。
【００５１】
そしてこのようにして位置が固定された板状部材６の仕切部６ａ上に回転切断刃２４ａを位置合わせし、回転切断刃２４ａを回転させながら下降させることにより、溝部６ｃ内の肉薄部が切断される。このとき、隣接する半導体素子２間の間隔よりも刃幅が小さい回転切断刃２４ａを用いることにより、板状部材６は個片に分離された後のバンパ４が半導体素子２の端面からはみ出した形状で切断される。したがって、個片分離された半導体装置１においては、バンパ４の外形は半導体素子２の外形よりも大きくなる。
【００５２】
またこの切断においては、予め下面に溝部６ｃが形成されていることから、回転切断刃２４ａによる切断代が小さくなっている。これにより切断工程における回転切断刃２４ａの必要下降量を極力小さくすることができ、切断刃下降時に刃先が基板固定部２３に接触して破損する事故を防止することができる。
【００５３】
本実施の形態では、ペースト状の樹脂接着材５を使用しているが、樹脂接着材としては、シート状（テープ状）に加工されたものを板状部材６または半導体素子２に貼り付けて、半導体素子２と板状部材６を接着してもよい。
【００５４】
（実施の形態２）
図９（ａ）は本発明の実施の形態２の半導体装置の斜視図、図９（ｂ）は本発明の実施の形態２の半導体装置の部分断面図である。
【００５５】
図９（ａ）において、半導体装置１Ｂは再配線層付半導体素子３０の裏面に、実施の形態１と同様の樹脂接着材５の接着層によってバンパ４（構造体）を接着した構成となっており、再配線層付半導体素子３０の表面にはバンプ３が格子状に複数形成されている。図９（ｂ）に示すように、再配線層付半導体素子３０は、実施の形態１に示す半導体素子２と同様に薄化処理された半導体素子２Ａの上面（電極形成面）に再配線層２９を形成した構成となっている。
【００５６】
半導体素子２Ａの表面の縁部には、外部接続用端子である電極２ａが形成されており、各電極２ａは再配線層２９の表面に電極２ａに対応した個数だけ形成された電極２９ａと、内部配線２９ｂによって導通している。そして電極２９ａ上には、半導体装置１Ｂを実装するためのバンプ３が形成されている。この半導体装置１Ｂを組み立てるには、実施の形態１に示す半導体装置の組立方法おいて、半導体素子２を再配線層付半導体素子３０に置き換えればよい。
【００５７】
これにより、再配線層付半導体素子３０の側面３０ａには、はみ出した樹脂接着材５ａが側面３０ａを覆った補強部が形成される。このような構成の半導体装置１Ｂにおいて、再配線層付半導体素子３０の側面３０ａを覆った補強部を形成することにより、前述のように実装後に再配線層付半導体素子３０の縁部に生じる曲げ変形が防止され、再配線層２９内の内部配線２９ｂの破断を防止することができる。また、本実施の形態においても、ペースト状もしくはシート状（テープ状）の樹脂接着材５が使用できる。
【００５８】
（実施の形態３）
図１０（ａ）は本発明の実施の形態３の基板接着装置の断面図、図１０（ｂ）は本発明の実施の形態３の基板接着装置の平面図、図１１，図１２，図１３は本発明の実施の形態３の半導体装置の製造方法の工程説明図である。
【００５９】
まず図１０を参照して、基板接着装置の構造を説明する。この基板接着装置は、半導体素子の外部接続用の電極が形成された電極形成面の裏面に、樹脂接着材を介して補強部材を接合して成る半導体装置を製造する製造過程において、複数の半導体素子が作り込まれた半導体ウェハと、補強部材が個片毎に切り出される前の補強シートとを樹脂接着材で接合する際に用いられる。
【００６０】
図１０（ａ）において、保持テーブル３１の上面は半導体ウェハ３４を保持するウェハ保持面３１ａとなっている。ウェハ保持面３１ａ上にはスペーサリング３２が装着されており、薄化工程において機械研磨などの方法によって薄化された状態の半導体ウェハ３４がスペーサリング３２の内側に載置される。スペーサリング３２は接着対象の半導体ウェハ３４および補強シート３９の外径に対応した内径を有する円環状部材である。スペーサリング３２の上面には、複数箇所の切り欠き部３２ａが設けられており、切り欠き部３２ａは後述するように半導体ウェハ３４と補強シート３９との接着過程において余分な樹脂接着材を外部に排出する樹脂排出ゲート部として機能する。
【００６１】
スペーサリング３２の内側のウェハ保持面３１ａには、吸着孔３１ｂ（図１０（ｂ）も参照）が開口しており、吸着孔３１ｂは吸引孔３１ｃを介して第１吸引部３５に接続されている。第１吸引部３５を駆動することにより吸着孔３１ｂから真空吸引し、これにより半導体ウェハ３４はウェハ保持面３１ａに吸着保持される。ウェハ保持面３１ａ、吸着孔３１ｂおよび第１吸引部３５は、半導体ウェハ３４の保持手段となっている。保持テーブル３１にはヒータ３３が内蔵されており、ヒータ駆動部３６によってヒータ３３を駆動することにより、ウェハ保持面３１ａに載置された半導体ウェハ３４を加熱することができる。
【００６２】
保持テーブル３１の上方には、保持ヘッド４０がヘッド昇降機構４１によって昇降自在に配設されている。保持ヘッド４０の下面は補強シート３９を保持するシート保持面４０ａとなっている。シート保持面４０ａは、保持テーブル３１のウェハ保持面３１ａと平行になるように、平行度が調整されている。シート保持面４０ａには吸着孔４０ｂが開口しており、吸着孔４０ｂは吸引孔４０ｃを介して第２吸引部３８に接続されている。第２吸引部３８を駆動することにより吸着孔４０ｂから真空吸引し、補強シート３はシート保持面４０ａに吸着保持される。シート保持面４０ａ、吸着孔４０ｂおよび第２吸引部３８は、補強シート３９の保持手段となっている。
【００６３】
補強シート３９は樹脂やセラミックまたは金属などの材質を円形の薄板状に成型したものであり、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。このため補強シート３９は、薄化された半導体素子を保護するために必要な強度を有する厚さとなっている。
【００６４】
第１吸引部３５，第２吸引部３８，ヒータ駆動部３６およびヘッド駆動部４１はそれぞれ制御部３７によって制御される。制御部３７によって上記各部を制御することにより、以下に説明する半導体ウェハ３４と補強シート３９との接着作業が実行される。
【００６５】
まず図１１（ａ）に示すように、保持テーブル３１のスペーサリング３２内には半導体ウェハ３４が回路形成面を下向きにして載置され、半導体ウェハ３４上に重ねて補強シート３４が載置される。次いで図１１（ｂ）に示すように、保持ヘッド４０を保持テーブル３１に対して下降させ、シート保持面４０ａをスペーサリング３２の上面に当接させる。そして吸引孔４０ｃから真空吸引して半導体ウェハ３４を保持テーブル３１に吸着保持させた状態で、保持ヘッド４０の吸引孔４０ｃから真空吸引し、スペーサリング３２内の補強シート３９をシート保持面４０ａに吸着保持させる。
【００６６】
この後、保持ヘッド４０を上昇させることにより、図１１（ｃ）に示すように、半導体ウェハ３４は保持テーブル３１のウェハ保持面３１ａによって、また補強シート３９は保持ヘッド４０のシート保持面４０ａによって保持された状態となる。次に図１２（ａ）に示すように、スペーサリング３２内の半導体ウェハ３４表面の中央部分に、実施の形態１と同様組成の熱硬化性の樹脂接着材５をディスペンサ４２によって吐出して供給する。
【００６７】
このとき、保持テーブル３１はヒータ３３によって加熱されており、樹脂接着材５は加熱によって一旦粘度が低下して流動し、これにより半導体ウェハ３４の表面に、中央部の樹脂厚みが周囲よりも厚い丘形状で供給される。この後図１２（ｂ）に示すように、補強部材３９を保持した保持ヘッド４０を保持テーブル３１に対して下降させる。すなわち樹脂供給工程後に、半導体ウェハ３４および補強シート３９を平行状態を保って相互に接近させる。この過程において、補強シート３９の下面が樹脂接着材５に接触し、樹脂接着材５を押し広げる。
【００６８】
このとき樹脂接着材５は中央部が高い凸形状の樹脂丘の形で供給されていることから、樹脂接着材５は中央部から周辺部へ向かって順次押し広げられ、押し広げられる過程で樹脂接着材５の内部に気体が閉じ込められて残留するボイドを生じることがない。そして図１２（ｃ）に示すように、保持ヘッド４０を所定荷重で押圧することにより、液状の樹脂接着材５は半導体ウェハ３４と補強シート３９との間の空間内を完全に充填し、余分な量の樹脂接着材５はスペーサリング２に設けられた切り欠き部３２ａから外部へ排出される。このとき、樹脂接着材５には実施の形態１と同様に第１フィラー９ａが含有されているため、樹脂接着材５の接着層は予め設定された厚み、すなわち第１フィラー９ａの直径ｄに略等しい厚みに保たれる。
【００６９】
そしてこの状態でヒータ３３による保持テーブル３１の加熱を継続することにより、半導体ウェハ３４と補強シート３９との間の空間内で樹脂接着材５の熱硬化反応が進行し、これにより半導体ウェハ３４と補強シート３９とが樹脂接着材５によって接合される。なおこの樹脂硬化においては、樹脂接着材５を完全硬化させる必要はなく、接合体４４の形状を保持できる程度に樹脂接着材５の熱硬化が進行していればよい。また上記例では半導体ウェハ３４を保持テーブル３１に保持させ、補強シート３９を保持ヘッド４０に保持させるようにしているが、半導体ウェハ３４と補強シート３９とを上下入れ替えて、保持テーブル３１に保持された補強シート３９上に樹脂接着材５を供給するようにしてもよい。
【００７０】
そしてスペーサリング３２から接合体４４を取り外すことにより、図１３（ａ）に示す半導体ウェハ４４と補強シート３９を接合した接合体４４が完成し、接合体４４はこの後ダイシング工程に送られる。すなわち、図１３（ｂ）に示すように、接合体４４は、半導体ウェハ３４側からダイシングツール４５によって切断され、個片毎に分離される。これにより、図１３（ｃ）に示すように半導体素子３４ａにバンパ３９ａを接着した半導体装置４６が完成する。
【００７１】
上記説明したように、各実施の形態１，２，３に示す半導体装置においては、半導体素子と補強用のバンパとを接着する接着層の弾性率を１００００Ｍｐａ以下に設定して変形しやすくするとともに、接着層の厚みを、実装後の信頼性を確保するうえで適正な範囲（２５μｍ以上２００μｍ以下）に設定するようにしている。さらに、接着層を形成する樹脂接着材中に、接着層の厚みを確保するためのスペーサの機能を目的として粒径管理されたフィラーを含有させるようにしている。これにより、半導体装置の組立過程において複雑な管理を必要とすることなく、接着層の厚みを良好な精度で管理することができ、実装信頼性を確保することができる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体素子に構造体を接着するため樹脂接着層の厚みを２５μｍ以上２００μｍ以下の範囲の適正厚みに設定するようにしたので、実装信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１の半導体装置の斜視図
（ｂ）本発明の実施の形態１の半導体装置の部分断面図
【図２】本発明の実施の形態１の半導体装置の部分断面図
【図３】本発明の実施の形態１の半導体装置の組立方法の工程説明図
【図４】本発明の実施の形態１の半導体装置に用いられる板状部材の斜視図
【図５】本発明の実施の形態１の半導体装置の組立に使用される電子部品搭載装置の斜視図
【図６】本発明の実施の形態１の半導体装置の組立に使用されるダイシング装置の斜視図
【図７】本発明の実施の形態１の半導体装置の組立に使用されるダイシング装置の部分断面図
【図８】本発明の実施の形態１の半導体装置の熱疲労（−４０℃〜１２５℃）寿命サイクル数のシミュレーション結果を示すグラフ
【図９】（ａ）本発明の実施の形態２の半導体装置の斜視図
（ｂ）本発明の実施の形態２の半導体装置の部分断面図
【図１０】（ａ）本発明の実施の形態３の基板接着装置の断面図
（ｂ）本発明の実施の形態３の基板接着装置の平面図
【図１１】本発明の実施の形態３の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図１２】本発明の実施の形態３の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図１３】本発明の実施の形態３の半導体装置の製造方法の工程説明図
【符号の説明】
１，１Ｂ，４６半導体装置
２，２Ａ，３４ａ半導体素子
２ａ電極
３バンプ
４，３９ａバンパ
５樹脂
６板状部材
９フィラー
９ａ第１フィラー
９ｂ第２フィラー
３４半導体ウェハ
３９補強シート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device in which a structure for protecting a semiconductor element is bonded to the back surface of the semiconductor element.
[0002]
[Prior art]
As an electronic component mounting structure for mounting an electronic component manufactured by packaging a semiconductor element on a circuit board, a structure in which protruding electrodes such as solder bumps formed on the electronic component are bonded to the circuit board is known. In such a mounting structure, the thermal stress level during the heat cycle required for realizing the bonding reliability after mounting is reduced, that is, the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor element and the workpiece due to the environmental temperature change after mounting. For this reason, attempts have been made to make the semiconductor element as thin as possible for the purpose of suppressing the thermal stress generated at the joint between the semiconductor element and the solder bump.
[0003]
The present applicant has proposed a new semiconductor device incorporating a thinly processed semiconductor element (see Patent Document 1). This semiconductor device has a bump on the back side of the semiconductor element. PA It is easy to handle by bonding the structure with a resin adhesive, and at the same time has the advantage of allowing the deformation of the semiconductor element itself to disperse the stress at the joint and increase the bonding reliability. ing.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-141439 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the semiconductor device having the above-described configuration, since the thickness of the adhesive layer of the resin adhesive is considered to be greatly related to the mounting reliability, the applicant of the present invention is to find the correlation between the thickness of the adhesive layer and the mounting reliability. I did research. According to this result, it was found that the reliability tends to improve as the adhesive layer is increased in the range where the adhesive layer is thin, and the reliability tends to decrease when the adhesive layer exceeds a certain thickness. Therefore, in order to ensure mounting reliability while reducing the thickness of the completed semiconductor device as much as possible, it is required to set the adhesive layer to an appropriate thickness.
[0006]
Accordingly, the present invention provides a semiconductor device in which a structure is bonded to the back surface of a thinned semiconductor element, and the mounting reliability can be ensured by appropriately setting the thickness of the adhesive layer. With the goal.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor device according to claim 1 is a semiconductor device in which a structure for protecting the semiconductor element is bonded to the back surface of the semiconductor element having a plurality of external connection terminals formed on the front surface with an adhesive layer having a predetermined thickness. ,in front Notation The thickness of the adhesion layer is not less than 25 μm and not more than 200 μm, and the adhesive layer has a diameter having a dimension substantially equal to the target thickness of the adhesive layer. Small At least one And a second filler having a smaller diameter than the first filler and imparting a desired elastic modulus to the adhesive layer. Including.
[0009]
The semiconductor device according to claim 2 is the semiconductor device according to claim 1, wherein First The filler is sandwiched in contact with the back surface of the semiconductor element and in contact with the structure.
[0010]
Claim 3 The semiconductor device according to claim 1 is the semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor element has a thickness of 100 μm or less.
[0014]
According to the present invention, mounting reliability can be ensured by setting the thickness of the adhesive layer for adhering the structure to the semiconductor element to an appropriate thickness in the range of 25 μm to 200 μm.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
1A is a perspective view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, FIG. 1B and FIG. 2 are partial sectional views of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a perspective view of a plate-like member used in the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a semiconductor according to the first embodiment of the present invention. 6 is a perspective view of an electronic component mounting apparatus used for assembling the apparatus, FIG. 6 is a perspective view of a dicing apparatus used for assembling the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a first embodiment of the present invention. FIG. 8 is a graph showing a simulation result of the thermal fatigue (−40 ° C. to 125 ° C.) life cycle number of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. is there.
[0016]
First, a semiconductor device will be described with reference to FIG. 1A and 1B, a semiconductor device 1 includes a bumper 4 (structure) for protecting the semiconductor element 2 on the back surface of the semiconductor element 2, and a resin adhesive 5 with an adhesive layer having a predetermined thickness. The structure is bonded. Bumps 3 are formed on the electrodes 2 a that are a plurality of external connection terminals formed along the edge of the surface of the semiconductor element 2.
[0017]
Here, the semiconductor element 2 is in a state after being thinned by a method such as mechanical polishing or etching. Generally, in a state where a semiconductor element is mounted on a substrate via bumps, the smaller the thickness dimension of the semiconductor element, the better the bonding reliability after mounting. This is because even if the stress is concentrated on the joint portion of the bump 3 due to the difference in thermal stress between the semiconductor element 2 and the substrate, the stress is distributed by the semiconductor element 2 itself being deformed (bent) in the thickness direction. Because it does. For this reason, in the present embodiment, the semiconductor element 2 is thinned as described above, and the thickness t1 is set to be 100 μm or less, thereby enabling deformation (deflection) in the thickness direction.
[0018]
In the thinning process, the surface opposite to the circuit formation surface of the semiconductor element 2 is roughly processed by mechanical polishing using a grindstone or the like, and finish processing is performed by dry etching or wet etching with a chemical solution. When mechanical polishing is performed, a damaged layer having a large number of microcracks on the back surface is formed. Although this damage layer is a factor that lowers the bending strength of the semiconductor element, the damage layer can be removed by finishing to increase the bending strength of the semiconductor element 2.
[0019]
The bumper 4 has a function of facilitating stable holding of the semiconductor device 1 during handling such as when the semiconductor device 1 is mounted and also protecting the semiconductor device 1 after being mounted on a substrate or the like from an external force. It is. Therefore, the bumper 4 has a shape that satisfies the above-described function, such as metal, ceramic, or resin, that is, a thickness t3 that provides sufficient strength and rigidity to withstand external force, and is larger than the outer shape of the semiconductor element 2. What was processed into the external shape is used.
[0020]
Here, the adhesive layer of the resin adhesive 5 interposed between the semiconductor element 2 and the bumper 4 has not only an adhesive force for joining the semiconductor element 2 and the bumper 4 but also a characteristic satisfying the above-described function. Must be a thing. In other words, the semiconductor element 2 and the bumper 4 are joined with a necessary and sufficient adhesive force to ensure the strength of the semiconductor device 1 and to allow the semiconductor element 2 to be deformed in the thickness direction as much as possible. For this reason, in the semiconductor device 1 shown in the first embodiment, as will be described later, the elastic modulus of the resin layer formed by the resin adhesive 5 is made to be 10000 Mpa or less, and the semiconductor device 1 is easily deformed. The thickness of the adhesive layer for bonding 2 and the bumper 4 is set to an appropriate thickness t2 described below.
[0021]
The thickness t2 of the adhesive layer is a numerical value in the range of 25 μm or more and 200 μm or less based on a numerical simulation result (described later) performed using the finite element method for the relationship between the thickness of the adhesive layer and the number of life cycles. Is set. By combining the resin adhesive 5 described below and the thickness t2 within this range, in the state where the semiconductor device 1 is mounted on the substrate, the follow-up deformation of the semiconductor element 2 in accordance with the deformation state of the substrate is allowed, which is favorable. Mounting reliability can be secured.
[0022]
Here, the above-described numerical simulation will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows the correlation between the thickness t2 of the adhesive layer in the semiconductor device and the number of life cycles when the stress corresponding to the thermal stress under actual use conditions is repeatedly applied in a state where the semiconductor device is mounted on the substrate. In the graph, the horizontal axis represents the thickness (mm) of the adhesive layer, and the vertical axis represents the number of life cycles. The three types of broken lines shown in FIG. 8 are simulations of the number of life cycles (−40 ° C. to 125 ° C.) when the elastic modulus of the adhesive layer made of the resin adhesive 5 is 400 Mpa, 10000 Mpa, and 27500 Mpa, respectively. Results are shown.
[0023]
As can be seen from the graph, the lower the elastic modulus of the adhesive layer and the greater the degree to which deformation of the semiconductor element is allowed, the greater the number of life cycles and the higher the reliability. In any simulation result, when the thickness of the adhesive layer is 0.05 mm or less, the number of life cycles tends to increase rapidly as the thickness increases. In the range up to about 0.2 mm in thickness, the number of life cycles shows a substantially constant level, and when the thickness increases beyond this range, the number of life cycles decreases rapidly.
[0024]
That is, if the simulation result is interpreted from a practical viewpoint, the material selection is performed so that the elastic modulus of the adhesive layer is 10000 Mpa or less, and the thickness of the adhesive layer is 0.025 mm (25 μm) or more and 0.2 mm ( It is shown that if a value in the range of 200 μm or less is selected, a semiconductor device having excellent mounting reliability can be obtained. Therefore, in the manufacture of the semiconductor device of the present embodiment, a method of using the resin adhesive 5 having the above-described elastic modulus composition and accurately realizing an adhesive layer set to a thickness in the above range. Is adopted.
[0025]
Here, the resin adhesive 5 will be described. As shown in FIG. 1B, the resin adhesive 5 has a composition in which a resin component mainly composed of an epoxy resin or the like contains a particulate filler 9 made of an inorganic substance or a resin. Here, the filler 9 has a function between the semiconductor element 2 and the bumper 4 in addition to the original function of the filler for imparting desired characteristics (elastic modulus) to the adhesive layer in a state where the resin adhesive 5 forms the adhesive layer. It also has a function as a spacer that interposes and secures the thickness of the adhesive layer to a predetermined thickness.
[0026]
For this reason, the resin adhesive 5 is made to contain two types of fillers, the first filler and the second filler described below, at such a content that the total content is 30% by weight or less. First, the first filler 9 a that functions as the spacer described above is a particle having a diameter d that is approximately equal to the target thickness t 2 of the adhesive layer in the semiconductor device, and the diameter d is included in the resin adhesive 5. The maximum diameter in the filler. That is, the first filler 9a has a diameter d which is the maximum diameter of the filler contained in the resin adhesive 5 and has a dimension substantially equal to the predetermined thickness of the adhesive layer. The second filler 9b other than the first filler 9a is a set of fillers having a diameter smaller than the diameter d of the first filler 9b, and is selected to have a particle size distribution suitable for the original function of the filler.
[0027]
When the semiconductor element 2 is mounted on the bumper 4 through the resin adhesive 5 including the first filler 9a as described above and pressed against the bumper 4 with a predetermined pressure, as shown in FIG. Of the fillers in the resin adhesive 5, the first filler 9 a having the maximum diameter is sandwiched between the back surface of the semiconductor element 2 and the bumper 4. As a result, the thickness t2 of the adhesive layer becomes equal to the diameter d of the first filler 9a.
[0028]
In the state where the semiconductor element 2 is mounted via the resin adhesive 5, the first filler 9a and the semiconductor element 2 or the bumper 4 are not in direct contact with each other as shown in FIG. There is a case where a layer is interposed (see arrow a). Such a resin film is interposed between the first filler 9a and the bumper 4 when the set value of the applied pressure during the mounting operation is somewhat weak and a sufficient contact state cannot be obtained. If the resin adhesive 5 enters the contact interface in the curing process after mounting once it has contacted, the first filler is further utilized by using the softening of the resin adhesive 5 without applying pressure in mounting the semiconductor element. Occurs when the method of causing contact 9a is adopted. Even in such a case, the thickness of the adhesive layer and the diameter of the first filler 9a are substantially equal, and the intended function as a spacer is achieved.
[0029]
In order for the resin adhesive 5 to reliably perform such a spacer function and the original function of the filler, the contents of the first filler 9a and the second filler 9b in the resin adhesive 5 and the particle size distribution of the second filler 9b are determined. And product management is performed. That is, the content of the first filler 9a is determined so that at least one first filler 9a is necessarily included in the adhesive layer for each semiconductor device, and when the resin adhesive 5 is used, the filler is distributed by sufficiently stirring. To equalize. Then, as shown in FIG. 2 (c), in order to sufficiently fulfill the original function of the filler, the particles having the optimum size are mixed at the optimum ratio in order to satisfy the desired mechanical properties and heat conduction properties. The particle size distribution and content ratio of the second filler 9b are set.
[0030]
In addition, as a kind of the inorganic substance used for the filler 9, what is cheap and excellent in heat dissipation, such as alumina, aluminum nitride, and silicon nitride, is used. Further, when it is desired to manage the thickness of the adhesive layer more strictly, resin particles that can be easily managed in the manufacturing process can be used as the first filler 9a. Thus, by using a resin for the material of the filler 9, there is an advantage that an excessive increase in hardness and embrittlement of the adhesive layer due to containing an inorganic substance having high hardness can be prevented.
[0031]
As shown in FIG. 1, the resin adhesive 5 protrudes from the ends of the four sides over the entire circumference of the semiconductor element 2, and the protruding resin adhesive 5 a crawls along the side surface 2 b of the semiconductor element 2 to form the side surface 2 b. It has a shape that partially covers it. The resin adhesive 5 a that covers the side surface 2 b forms a reinforcing portion that reinforces the edge of the semiconductor element 2.
[0032]
At the edge of the semiconductor element 2, minute cracks generated when the semiconductor wafer is diced and cut into individual semiconductor elements 2 are likely to remain as they are, and breakage may occur from the cracks. The resin adhesive 5a covering the side surface 2b reinforces the edge of the semiconductor element 2 including such a microcrack, and heats the substrate and the semiconductor element 2 in a state where the semiconductor device 1 is mounted on the substrate 10. It has a function of preventing the semiconductor element 2 from being excessively deformed due to the stress generated by the difference in deformation.
[0033]
Next, a method for assembling the semiconductor device 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 3A, the plate-like member 6 is an intermediate part before the bumper 4 constituting a part of the semiconductor device 1 is cut off. As shown in FIG. 4, a partition 6 a protruding in a lattice shape is provided on the upper surface of the plate-like member 6, and a recess 6 b surrounded by the partition 6 a is a semiconductor element bonding position to which the semiconductor element 2 is bonded. It has become. The partition portion 6a is a dam portion that restricts the resin adhesive 5 from spreading beyond the semiconductor bonding position when applying the resin adhesive 5 for bonding the semiconductor element 2 in the recess 6b as will be described later. It has become.
[0034]
A groove portion 6 c is formed at a position corresponding to the partition portion 6 a on the lower surface of the plate-like member 6. The groove portion 6c is formed by cutting a lattice-like groove from the lower surface side of the plate-like member 6 having a thickness equal to the thickness t3 of the bumper 4, thereby forming a thin portion having a thickness dimension t4 from the upper surface smaller than t3. . This thin portion coincides with the cutting position when the plate-like member 6 is cut and separated into the bumper 4.
[0035]
Next, as shown in FIG. 3 (b), a resin adhesive 5 is applied to each recess 6 b of the plate-like member 6 by a dispenser 7, thereby forming a bonding layer for bonding the semiconductor element 2. Material 5 is supplied. In the application of the resin adhesive 5, since the partition portion 6 a as a dam portion is provided around the recess 6 b, the resin adhesive 5 is prevented from spreading beyond the semiconductor bonding position. At this time, at least one first filler 9a is included in the resin adhesive 5 applied in each recess 6b.
[0036]
Further, when applying, when the resin adhesive 5 spread by the semiconductor element 2 after application with an appropriate application amount according to the thickness t2 of the adhesive layer protrudes outside from the end of the semiconductor element 2, As described above, an appropriate amount of resin adhesive 5 is discharged from the dispenser 7 so as not to cover the side surface 2b of the semiconductor element 2.
[0037]
Thereafter, the plate-like member 6 supplied with the resin adhesive 5 is sent to the semiconductor element bonding step. In this semiconductor element bonding step, as shown in FIGS. 3C and 3D, the semiconductor element 2 is mounted on the resin adhesive 5 applied to the plate member 6, and then the resin adhesive 5 is heated. Then, the resin adhesive 5 is thermally cured to adhere the back surfaces of the plurality of semiconductor elements 2 to the respective recesses 6 b of the plate-like member 6 in an aligned state via the resin adhesive 5.
[0038]
An electronic component mounting apparatus used for mounting the semiconductor element 2 in this mounting process will be described with reference to FIG. In FIG. 5, a component supply table 11 is provided with an adhesive sheet 12 on which semiconductor elements 2 are attached in a lattice shape. Below the component supply table 11, a semiconductor element peeling mechanism 13 is disposed. When the semiconductor element peeling mechanism 13 is driven by the semiconductor element peeling mechanism driving unit 14, the ejector pin mechanism 13a causes the lower surface of the adhesive sheet 12 to be lower. Thus, when the semiconductor element 2 is picked up by the mounting head 16, the semiconductor element 2 is peeled off from the upper surface of the adhesive sheet 12.
[0039]
A substrate holding unit 15 is disposed on the side of the component supply table 11, and the plate-like member 6 after resin supply is held on the substrate holding unit 15. A mounting head 16 driven by a mounting head driving unit 19 is disposed above the component supply table 11 and the substrate holding unit 15. The mounting head 16 includes the suction nozzle 8, picks up the semiconductor element 2 from the adhesive sheet 12, and mounts it on the plate-like member 6 on the substrate holding unit 15.
[0040]
A camera 17 is disposed above the component supply table 11, and the camera 17 images the semiconductor element 2 adhered to the adhesive sheet 12. The position of the semiconductor element 2 on the adhesive sheet 12 is recognized by performing a recognition process on the image captured by the camera 17 by the semiconductor element recognition unit 20. The position recognition result is sent to the control unit 21 and also sent to the semiconductor element peeling mechanism driving unit 14. Thereby, when the semiconductor element 2 is picked up by the mounting head 16, the suction nozzle 8 and the ejector pin mechanism 13a are aligned with the semiconductor element 2 to be picked up.
[0041]
A camera 18 is disposed above the substrate holding unit 15, and the camera 18 images the plate-like member 6 held by the substrate holding unit 15. The mounting position recognition unit 22 recognizes the image captured by the camera 18 to detect the semiconductor element mounting position on the plate member 6. The position recognition result is sent to the control unit 21, and the control unit 21 controls the mounting head driving unit 19 based on the position recognition result, so that it is held by the suction nozzle 8 when the semiconductor element 2 is mounted by the mounting head 16. The semiconductor element 2 is aligned with the detected mounting position.
[0042]
When the semiconductor element 2 is mounted on the plate-like substrate 6 by the electronic component mounting apparatus, the surface side on which the bumps 3 of the semiconductor element 2 are formed is sucked and held by the suction nozzle 8 as shown in FIG. Then, the back surface of the semiconductor element 2 is pressed against the resin adhesive 5. At this time, the semiconductor element 2 is pressed against the plate-like member 6 with an appropriate pressure. Thereby, the thickness t2 of the adhesive layer between the semiconductor element 2 and the plate-like member 6 is substantially equal to the diameter d of the first filler 9a in the resin adhesive 5 (see FIG. 2A).
[0043]
Further, by adjusting the pressing height by the suction nozzle 8 according to the application amount of the resin adhesive 5, the resin adhesive 5 that protrudes outside the edge of each semiconductor element 2 (see the arrow A) is attached to the semiconductor element 2. The side surface 2b is rolled up so as to cover the side surface 2b (see the resin adhesive 5a shown in FIG. 1B). At this time, if the end portion on the back surface side of the semiconductor element 2 where damage during dicing is likely to remain is completely covered and reinforced, the side surface 2b is completely covered or only partially covered. But either is fine.
[0044]
In this embodiment, the semiconductor elements 2 are mounted one by one while being pressed against the resin adhesive 5 by the mounting head 16, so that the mounting load (pressing force) can be made smaller than when mounting (pasting) all at once. Therefore, a die bonding apparatus, a chip mounter, or the like can be used as the electronic component mounting apparatus.
[0045]
Thus, the plate-like member 6 on which the semiconductor element 2 is mounted is sent to the heating furnace. Then, by heating at a predetermined temperature, the resin adhesive 5 is thermoset as shown in FIG. At this time, the resin adhesive 5 protruding outside the edge of each semiconductor element 2 further rises to the side surface 2b of the semiconductor element 2 due to surface tension due to a temporary decrease in viscosity in the process of thermosetting, It cures in the covered shape. Thereby, after hardening of the resin adhesive 5, the resin adhesive 5a as a reinforcement part shown in FIG.1 (b) is formed.
[0046]
In the above embodiment, the resin adhesive 5 is thermally cured by sending the plate-like member 6 to the heating furnace after the semiconductor element 2 is mounted. However, the mounting head 16 having a built-in heating means is used. The semiconductor element 2 may be heated while being mounted.
[0047]
In the case of heating by the mounting head 16, the dedicated heating step shown in FIG. 3D may be omitted, and in this way, the heating furnace can be omitted and the equipment can be simplified. There is. However, in this case, since the tact time of the mounting head 16 is limited by the thermosetting time, the overall productivity is lower than when the mounting process and the heating process are performed separately. Moreover, although the example using a thermosetting resin is shown in the said embodiment as the resin adhesive material 5, you may make it use a thermoplastic resin raw material instead.
[0048]
The plate-like member 6 having the resin adhesive 5 cured in this way is sent to a cutting step, and as shown in FIG. 2 (e), the plate-like member 6 to which the semiconductor element 2 is bonded is turned into a rotary cutting blade 24a. Is cut at a cutting position between adjacent semiconductor elements 2. As a result, the plate-like member 6 is cut and separated into bumpers 4 for each semiconductor element 2, and the assembly of the semiconductor device 1 is completed.
[0049]
This cutting process will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows a dicing apparatus used for this cutting. On the upper surface of the substrate fixing portion 23, the plate-like member 6 on which the semiconductor element 2 is mounted and the resin curing is completed is placed on the substrate fixing portion 23. A cutting head 24 having a rotary cutting blade 24a is disposed above the substrate fixing portion 23, and the cutting head 24 is moved in the X direction and the Y direction while rotating the rotary cutting blade 24a. The shaped member 6 is cut along a cutting position coinciding with the groove 6c.
[0050]
As shown in FIG. 7, suction holding portions 25 are provided on the upper surface of the substrate fixing portion 23 at positions corresponding to the semiconductor elements 2 on the plate-like member 6, and suction grooves are provided on the upper surface of the suction holding portion 25. 25a is formed. The suction groove 25 a communicates with a suction hole 23 a provided in the substrate fixing portion 23, and the suction hole 23 a is further connected to a vacuum suction source 26. By driving the vacuum suction source 26 in a state where the lower surface of the plate-like member 6 is in contact with the suction holding portion 25, the plate-like member 6 is sucked and held by the suction holding portion 25, thereby the position of the plate-like member 6. Is fixed.
[0051]
Then, the rotary cutting blade 24a is positioned on the partition portion 6a of the plate-like member 6 fixed in this manner, and the thin portion in the groove 6c is cut by lowering the rotary cutting blade 24a while rotating it. Is done. At this time, by using the rotary cutting blade 24a whose blade width is smaller than the interval between the adjacent semiconductor elements 2, the bumper 4 after the plate-like member 6 is separated into individual pieces protrudes from the end face of the semiconductor element 2. Cut in shape. Therefore, in the semiconductor device 1 separated into pieces, the outer shape of the bumper 4 is larger than the outer shape of the semiconductor element 2.
[0052]
In this cutting, since the groove 6c is formed in advance on the lower surface, the cutting allowance by the rotary cutting blade 24a is reduced. Thereby, the required lowering amount of the rotary cutting blade 24a in the cutting process can be made as small as possible, and it is possible to prevent an accident that the cutting edge comes into contact with the substrate fixing portion 23 when the cutting blade is lowered.
[0053]
In the present embodiment, the paste-like resin adhesive 5 is used. However, as the resin adhesive, a sheet-like (tape-like) processed material is attached to the plate-like member 6 or the semiconductor element 2. The semiconductor element 2 and the plate member 6 may be bonded.
[0054]
(Embodiment 2)
FIG. 9A is a perspective view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a partial cross-sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
[0055]
9A, the semiconductor device 1B has a configuration in which a bumper 4 (structure) is bonded to the back surface of the semiconductor element 30 with the rewiring layer by the adhesive layer of the resin adhesive 5 similar to that of the first embodiment. A plurality of bumps 3 are formed in a lattice pattern on the surface of the semiconductor element 30 with the rewiring layer. As shown in FIG. 9B, the rewiring layer-attached semiconductor element 30 has a rewiring layer on the upper surface (electrode formation surface) of the thinned semiconductor element 2A in the same manner as the semiconductor element 2 shown in the first embodiment. 29 is formed.
[0056]
Electrodes 2a, which are external connection terminals, are formed on the edge of the surface of the semiconductor element 2A, and each electrode 2a has electrodes 29a formed on the surface of the rewiring layer 29 in a number corresponding to the electrodes 2a, The internal wiring 29b is conducting. A bump 3 for mounting the semiconductor device 1B is formed on the electrode 29a. In order to assemble the semiconductor device 1B, the semiconductor element 2 may be replaced with the semiconductor element 30 with the rewiring layer in the method of assembling the semiconductor device shown in the first embodiment.
[0057]
As a result, a reinforcing portion in which the protruding resin adhesive 5a covers the side surface 30a is formed on the side surface 30a of the semiconductor element 30 with the rewiring layer. In the semiconductor device 1B having such a configuration, by forming a reinforcing portion that covers the side surface 30a of the semiconductor element 30 with the rewiring layer, the bending generated at the edge of the semiconductor element 30 with the rewiring layer after mounting as described above. Deformation is prevented, and breakage of the internal wiring 29b in the rewiring layer 29 can be prevented. Also in the present embodiment, a paste-like or sheet-like (tape-like) resin adhesive 5 can be used.
[0058]
(Embodiment 3)
10A is a cross-sectional view of the substrate bonding apparatus according to the third embodiment of the present invention, FIG. 10B is a plan view of the substrate bonding apparatus according to the third embodiment of the present invention, and FIGS. 11, 12, and 13. These are process explanatory drawing of the manufacturing method of the semiconductor device of Embodiment 3 of this invention.
[0059]
First, the structure of the substrate bonding apparatus will be described with reference to FIG. The substrate bonding apparatus includes a plurality of semiconductors in a manufacturing process of manufacturing a semiconductor device in which a reinforcing member is bonded to a back surface of an electrode forming surface on which an electrode for external connection of a semiconductor element is formed via a resin adhesive. It is used when the semiconductor wafer in which the element is formed and the reinforcing sheet before the reinforcing member is cut out for each piece are joined with a resin adhesive.
[0060]
In FIG. 10A, the upper surface of the holding table 31 is a wafer holding surface 31 a that holds the semiconductor wafer 34. A spacer ring 32 is mounted on the wafer holding surface 31a, and the semiconductor wafer 34 that has been thinned by a method such as mechanical polishing in the thinning step is placed inside the spacer ring 32. The spacer ring 32 is an annular member having an inner diameter corresponding to the outer diameters of the semiconductor wafer 34 and the reinforcing sheet 39 to be bonded. A plurality of cutout portions 32a are provided on the upper surface of the spacer ring 32, and the cutout portions 32a provide extra resin adhesive to the outside in the bonding process between the semiconductor wafer 34 and the reinforcing sheet 39, as will be described later. Functions as a resin discharge gate for discharging.
[0061]
A suction hole 31b (see also FIG. 10B) is opened in the wafer holding surface 31a inside the spacer ring 32, and the suction hole 31b is connected to the first suction part 35 via the suction hole 31c. Yes. By driving the first suction part 35, vacuum suction is performed from the suction hole 31b, whereby the semiconductor wafer 34 is sucked and held on the wafer holding surface 31a. The wafer holding surface 31 a, the suction hole 31 b and the first suction part 35 serve as a holding means for the semiconductor wafer 34. A heater 33 is built in the holding table 31, and the semiconductor wafer 34 placed on the wafer holding surface 31 a can be heated by driving the heater 33 by the heater driving unit 36.
[0062]
A holding head 40 is disposed above the holding table 31 so as to be lifted and lowered by a head lifting mechanism 41. The lower surface of the holding head 40 is a sheet holding surface 40 a that holds the reinforcing sheet 39. The parallelism of the sheet holding surface 40a is adjusted so as to be parallel to the wafer holding surface 31a of the holding table 31. A suction hole 40b is opened in the sheet holding surface 40a, and the suction hole 40b is connected to the second suction part 38 through the suction hole 40c. By driving the second suction part 38, vacuum suction is performed from the suction hole 40b, and the reinforcing sheet 3 is sucked and held on the sheet holding surface 40a. The sheet holding surface 40 a, the suction hole 40 b, and the second suction part 38 serve as holding means for the reinforcing sheet 39.
[0063]
The reinforcing sheet 39 is formed by molding a material such as resin, ceramic, or metal into a circular thin plate, and functions as a holding unit for handling a semiconductor device in a state in which the semiconductor device is formed by cutting each semiconductor element. In addition, it also has a role as a reinforcing member for protecting the semiconductor element from external force and impact. For this reason, the reinforcing sheet 39 has a thickness having a strength necessary to protect the thinned semiconductor element.
[0064]
The first suction unit 35, the second suction unit 38, the heater driving unit 36, and the head driving unit 41 are controlled by the control unit 37, respectively. By controlling each of the above parts by the control unit 37, the bonding operation of the semiconductor wafer 34 and the reinforcing sheet 39 described below is executed.
[0065]
First, as shown in FIG. 11A, the semiconductor wafer 34 is placed in the spacer ring 32 of the holding table 31 with the circuit forming surface facing downward, and the reinforcing sheet 34 is placed over the semiconductor wafer 34. The Next, as shown in FIG. 11B, the holding head 40 is lowered with respect to the holding table 31, and the sheet holding surface 40 a is brought into contact with the upper surface of the spacer ring 32. Then, in a state where the semiconductor wafer 34 is sucked and held on the holding table 31 by vacuum suction from the suction hole 40c, vacuum suction is performed from the suction hole 40c of the holding head 40, and the reinforcing sheet 39 in the spacer ring 32 is applied to the sheet holding surface 40a. Adsorb and hold.
[0066]
Thereafter, by raising the holding head 40, as shown in FIG. 11C, the semiconductor wafer 34 is caused by the wafer holding surface 31 a of the holding table 31, and the reinforcing sheet 39 is given by the sheet holding surface 40 a of the holding head 40. It will be held. Next, as shown in FIG. 12A, the thermosetting resin adhesive 5 having the same composition as that of the first embodiment is discharged and supplied to the central portion of the surface of the semiconductor wafer 34 in the spacer ring 32 by the dispenser 42. To do.
[0067]
At this time, the holding table 31 is heated by the heater 33, and the resin adhesive 5 flows once the viscosity is lowered by the heating, whereby the resin thickness at the center is thicker than the surroundings on the surface of the semiconductor wafer 34. Supplied in hill shape. Thereafter, as shown in FIG. 12B, the holding head 40 holding the reinforcing member 39 is lowered with respect to the holding table 31. That is, after the resin supply process, the semiconductor wafer 34 and the reinforcing sheet 39 are brought close to each other while maintaining a parallel state. In this process, the lower surface of the reinforcing sheet 39 comes into contact with the resin adhesive 5 and spreads the resin adhesive 5.
[0068]
At this time, since the resin adhesive 5 is supplied in the form of a convex resin hill having a high central portion, the resin adhesive 5 is spread in sequence from the central portion toward the peripheral portion, There is no possibility that voids remain due to the gas trapped inside the adhesive 5. Then, as shown in FIG. 12C, by pressing the holding head 40 with a predetermined load, the liquid resin adhesive 5 completely fills the space between the semiconductor wafer 34 and the reinforcing sheet 39, and the excess A small amount of the resin adhesive 5 is discharged to the outside from the notch 32 a provided in the spacer ring 2. At this time, since the first filler 9a is contained in the resin adhesive 5 as in the first embodiment, the adhesive layer of the resin adhesive 5 has a preset thickness, that is, the diameter d of the first filler 9a. The thickness is kept approximately equal.
[0069]
In this state, the heating of the holding table 31 by the heater 33 is continued, so that the thermosetting reaction of the resin adhesive 5 proceeds in the space between the semiconductor wafer 34 and the reinforcing sheet 39. The reinforcing sheet 39 is joined by the resin adhesive 5. In this resin curing, it is not necessary to completely cure the resin adhesive 5, and it is only necessary that the resin adhesive 5 is thermally cured to such an extent that the shape of the bonded body 44 can be maintained. In the above example, the semiconductor wafer 34 is held on the holding table 31, and the reinforcing sheet 39 is held on the holding head 40. However, the semiconductor wafer 34 and the reinforcing sheet 39 are switched upside down and held on the holding table 31. Alternatively, the resin adhesive 5 may be supplied onto the reinforcing sheet 39.
[0070]
Then, by removing the joined body 44 from the spacer ring 32, the joined body 44 in which the semiconductor wafer 44 and the reinforcing sheet 39 shown in FIG. 13A are joined is completed, and the joined body 44 is thereafter sent to the dicing process. That is, as shown in FIG. 13B, the joined body 44 is cut from the semiconductor wafer 34 side by the dicing tool 45 and separated into individual pieces. Thereby, as shown in FIG. 13C, the semiconductor device 46 in which the bumper 39a is bonded to the semiconductor element 34a is completed.
[0071]
As described above, in the semiconductor device shown in each of the first, second, and third embodiments, the elastic modulus of the adhesive layer that bonds the semiconductor element and the reinforcing bumper is set to 10000 Mpa or less to facilitate deformation. The thickness of the adhesive layer is set to an appropriate range (25 μm or more and 200 μm or less) for ensuring the reliability after mounting. Furthermore, a filler whose particle size is controlled for the purpose of a spacer function for ensuring the thickness of the adhesive layer is contained in the resin adhesive forming the adhesive layer. Accordingly, the thickness of the adhesive layer can be managed with good accuracy without requiring complicated management in the assembly process of the semiconductor device, and mounting reliability can be ensured.
[0072]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the thickness of the resin adhesive layer is set to an appropriate thickness in the range of 25 μm or more and 200 μm or less in order to adhere the structure to the semiconductor element, mounting reliability can be ensured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
(B) Partial sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a process explanatory diagram of the semiconductor device assembly method according to the first embodiment of the present invention;
4 is a perspective view of a plate-like member used in the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 5 is a perspective view of an electronic component mounting apparatus used for assembling the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view of a dicing apparatus used for assembling the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a partial cross-sectional view of a dicing apparatus used for assembling the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing a simulation result of the thermal fatigue (−40 ° C. to 125 ° C.) life cycle number of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 9A is a perspective view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
(B) Partial sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
10A is a cross-sectional view of a substrate bonding apparatus according to a third embodiment of the present invention. FIG.
(B) Plan view of the substrate bonding apparatus according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a process explanatory diagram of the semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment of the present invention;
12 is a process explanatory diagram of the semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment of the present invention; FIG.
13 is a process explanatory diagram of the manufacturing method of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention; FIG.
[Explanation of symbols]
1,1B, 46 Semiconductor device
2,2A, 34a Semiconductor element
2a electrode
3 Bump
4,39a Bumper
5 Resin
6 Plate-shaped member
9 Filler
9a 1st filler
9b Second filler
34 Semiconductor wafer
39 Reinforcement sheet

Claims

The structure for protecting the semiconductor element on the back surface of the semiconductor device in which a plurality of external connection terminals formed on the surface of a semiconductor device bonded by an adhesive layer having a predetermined thickness, the thickness before Kise' adhesive layer and at 25μm or 200μm or less, the adhesive layer, and one of the first filler even without less that have a diameter of approximately equal size and thickness of a target of the adhesive layer, smaller in diameter than the first filler A semiconductor device comprising a second filler that imparts a desired elastic modulus to the adhesive layer .

The semiconductor device according to claim 1, wherein the first filler is sandwiched in contact with the back surface of the semiconductor element and in contact with the structure.

The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor element has a thickness of 100 μm or less.