JP4085572B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、配線基板上に、半導体基板の回路形成面の外周部に外部電極が形成された半導体チップをフリップチップ接合した半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体チップを配線基板上に搭載した半導体装置には、半導体チップの外部電極と配線基板の配線を接続するときに、前記外部電極を配線基板と向かい合わせてフリップチップ接合した半導体装置がある。
【０００３】
例えば、シリコン（Ｓｉ）基板のような半導体基板の回路形成面の外周部に外部電極が形成された周辺パッド型の半導体チップ（以下、単に半導体チップと称する）を、ＴＡＢテープのような配線基板上にフリップチップ接合させた半導体装置は、図７（ａ）及びそのＥ−Ｅ’線での断面図である図７（ｂ）に示すように、例えば、ポリイミドテープのような絶縁性基材１０１の一主面（表側面）に配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂが設けられた配線基板１を設け、前記配線基板１の配線形成面（表側面）に半導体チップ３を、その回路形成面が向かい合うように設け、前記半導体チップ３の回路形成面の外部電極３０１と前記配線基板１の配線１０２Ａを突起導体４で接続し、前記半導体チップ３と配線基板１との間をエポキシ系等の熱硬化性樹脂のような封止絶縁体５で封止している。また、前記絶縁性基材１０１の、外部接続端子１０２Ｂが設けられた部分には、図７（ｂ）に示すように、ビア孔が形成されており、前記ビア孔を介して、例えば、Ｐｂ−Ｓｎ系はんだ等のボール端子６が接続されている。また、前記封止絶縁体５は、前記半導体チップ３の外部電極３０１、突起導体４、及び突起導体４と配線基板の配線１０２Ａとの接続部分を封止するだけでなく、前記半導体チップ３の回路形成面の中央部も密封している。このとき、前記封止絶縁体５は、前記半導体チップ３と配線基板１の間、特に半導体チップ３の外部電極３０１と配線基板１の配線１０２Ａとの接続部を封止するだけでなく、前記半導体チップ３と配線基板１の熱膨張係数の差による熱応力を緩和する応力緩和材としての機能も有する。
【０００４】
前記図７（ａ）及び図７（ｂ）に示したような半導体装置の製造方法を簡単に説明すると、まず、例えば、ポリイミドテープのような絶縁性基材１０１の一主面（表側面）に銅箔等の導電性薄膜を形成した後、前記絶縁性基材１０１の所定位置にレーザ等でビア孔を形成し、その後、前記絶縁性基材１０１の表側面の導電性薄膜をエッチング処理して配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂが形成した２層配線テープのような配線基板１を形成する。また、前記配線基板１は前記２層配線テープの他に、例えば、前記絶縁性基材１０１の一主面上に接着層を設けておき、その絶縁性基材の所定位置に、金型による打ちぬき加工でビア孔を形成した後、銅箔などの導電性薄膜を前記接着層により絶縁性基材１０１に接着して、前記導電性薄膜をエッチング処理して配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂを形成した３層配線テープのようなものであってもよい。
【０００５】
次に、例えば、回路形成面の外部電極３０１上に突起導体（バンプ）４を形成した半導体チップ３を、その回路形成面が前記配線基板１と向かい合わせて、前記バンプ４と配線１０２Ａの位置合わせをした後、前記バンプ４と配線１０２Ａを接合させる。
【０００６】
次に、図８（ａ）及びそのＦ−Ｆ’線での断面図である図８（ｂ）に示すように、前記半導体チップ３の側面のＸ方向、Ｙ方向に沿って、樹脂注入用のノズル７を移動させながら液状の封止絶縁体５を塗布する。このとき半導体チップ３の側面に塗布された封止絶縁体５は、毛細管現象により、図８（ｂ）に示すように前記半導体チップ３と配線基板１の間に流れ込み、前記半導体チップ３の外部電極３０１、バンプ４、バンプ４と配線１０２Ａの接続部を封止するとともに、前記半導体チップ４の回路形成面の中央部と配線基板１の間も密封される。
【０００７】
その後、前記絶縁性基材１０１に形成されたビア孔にボール端子を接続し、前記絶縁性基材１０１を所定の位置で切断すると、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示したようなフリップチップ接合の半導体装置が得られる。
【０００８】
また、前記図８（ａ）及び図８（ｂ）に示したように、前記半導体チップ３を配線基板１上にフリップチップ接合させた後に、前記半導体チップ３の側面から封止絶縁体５を流し込む方法の他に、図９（ａ）に示すように、例えば、異方性導電膜（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film ）や、非導電性膜（ＮＣＦ：Non Conductive Film ）等のフィルム状の封止材８を、あらかじめ配線基板１の所定位置に設けておき、前記封止材８上に、外部電極３０１上にバンプ４を形成した半導体チップ３を圧接して、図９（ｂ）に示すように、前記半導体チップ３の外部電極３０１に接続されたバンプ４が接続部上の封止材８を押しのけて前記配線１０２Ａと接触するように接続する方法がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術のうち、前記配線基板１上に半導体チップ３をフリップチップ接合した後に、前記半導体チップ３と配線基板１の間に封止樹脂５を注入してアンダーフィル封止する方法では、図８（ｂ）に示したように、前記半導体チップ３の側面部分から封止絶縁体５を流し込むため、樹脂が流れ込むときの位置と時間の差により、前記半導体チップ３の回路形成面の中央部や、樹脂を注入する側面と対向する側面の周辺に空隙（ボイド）が生じやすいという問題があった。また、図８（ｂ）に示したように、配線１０２Ａの外部接続端子１０２Ｂが、半導体チップ３と重なる領域に設けられているファンイン型の半導体装置の場合には、配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂと絶縁性基材１０１の段差部分にも空乏（ボイド）が生じやすいという問題があった。
【００１０】
また、前記半導体チップ３と配線基板１の間を封止絶縁体５で封止したときに、前記半導体チップ３の回路形成面の中央部と重なる部分にボイドが生じると、封止後の製造工程での加熱工程、あるいは使用中の半導体チップ３からの発熱などで、前記ボイド及び吸湿した水分が熱膨張して封止絶縁体５が変形し、前記封止絶縁体５と半導体チップ３、あるいは配線基板１との間で層間剥離を起こし、半導体チップ３と配線基板１の剥れの原因になることがある。また、前記ボイドの熱膨張の衝撃で前記半導体チップ３に亀裂（クラック）が生じて、半導体装置の不良（故障）につながり、半導体装置の信頼性が低下するという問題がある。
【００１１】
また、図８（ａ）に示したように、半導体チップ３の側面からアンダーフィル封止する場合には、前記半導体チップ３の側面からＸ方向、Ｙ方向に沿って塗布した封止樹脂５が、半導体チップ３の、封止絶縁体５を塗布した側面と対向する側面に達するまでに時間がかかるため、作業時間が長くなり、半導体装置の生産性が悪くなるという問題があった。
【００１２】
また、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示したような、前記ＡＣＦ、ＮＣＦなどのフィルム状の封止材８を用いて、半導体チップ３の外部電極３０１上に設けられたバンプ４を配線１０２Ａと圧接した半導体装置では、前記バンプ４と配線１０２Ａの電気的な導通は確保されているが、バンプ４と配線１０２Ａが金属間接合により接続されているわけではないので、接続信頼性が低く、半導体装置の電気的な信頼性が低いという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、回路形成面の外周部に外部電極が設けられた半導体チップをフリップチップ接合した半導体装置において、前記半導体チップと配線基板の間の封止絶縁体にボイドが生じるのを防ぐことが可能な技術を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、回路形成面の外周部に外部電極が設けられた半導体チップをフリップチップ接合した半導体装置において、前記半導体チップの外部電極と配線との接続信頼性を向上させることが可能な技術を提供することにある。
【００１５】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明において開示される発明の概要を説明すれば、以下のとおりである。
【００１７】
（１）絶縁性基材の一主面（表側面）に配線及びその外部接続端子が設けられた配線基板と、熱硬化性樹脂からなり、前記配線基板の表側面の所定位置に設けられるフィルム状接着層と、半導体基板の回路形成面の外周部に外部電極を有し、前記回路形成面が前記配線基板と向かい合うように前記配線基板の表側面に設けられる半導体チップと、前記配線基板の前記配線と前記半導体チップの前記回路形成面上に設けられた前記外部電極とを電気的に接続する突起導体と、前記フィルム状接着層の弾性率よりも高い弾性率を有し、前記半導体チップの前記外部電極と、前記突起導体と、及び前記突起導体と前記配線の接続部の周辺を封止する封止絶縁体とを備え、前記フィルム状接着層は、前記配線及び前記外部接続端子と前記絶縁性基材との段差部分を含む前記所定の位置に設けられ、前記外部接続端子は、前記半導体チップと重なる領域の内部となるように前記絶縁性基材の表側面に設けられ、前記半導体チップの前記回路形成面の中央部が、前記フィルム状接着層を介して前記配線基板と接着されているファンイン型の半導体装置である。
【００１８】
前記（１）の手段によれば、例えば、回路形成面の外周部に外部電極が形成された周辺パッド型の半導体チップを、配線基板上にフリップチップ接合した半導体装置において、前記半導体チップの、外部電極が形成されていない中央部分が前記配線基板上に設けられたフィルム状接着層により配線基板と接着されて密封されているため、前記半導体チップの中央部と重なる領域にボイドが生じることがない。そのため、半導体チップの中央部と重なる領域でのボイド及び吸湿水分の熱膨張により半導体チップと接着層の間で剥れが生じたり、熱膨張の衝撃で半導体チップにクラックが生じることがなく、半導体装置の不良（故障）を低減させることができる。
【００１９】
また、前記（１）の手段のように、前記半導体チップと配線基板の間の封止材を、前記半導体チップの中央部と重なる領域のフィルム状接着層と、前記半導体チップの外部電極と配線基板の配線を接続した領域の周辺の封止絶縁体に分けることにより、前記フィルム状接着層の弾性率及び熱膨張係数と、前記封止絶縁体の弾性率及び熱伝導膨張率を変えることができる。
【００２０】
前記配線基板上に半導体チップをフリップチップ接合をさせた半導体装置のうち、前記外部接続端子が半導体チップの中央部と重なる領域に設けられているファンイン構造の半導体装置の場合は、前記半導体チップと配線基板の熱膨張係数の差による熱応力を十分に緩和できないと半導体装置に反りが生じたり、半導体装置の外部端子（ボール端子）と実装基板とのはんだ付け接合部が剥れる恐れがあるため、半導体チップと配線基板の間の封止材は弾性率が小さく変形しやすい封止材料が好ましい。一方、前記半導体チップの外部電極、突起導体、突起導体と配線の接続部周辺での剥れを防ぐためには、熱応力や機械的な応力による変形を防ぎ、接続部の固定力をあげるために熱膨張係数が小さく弾性率が大きい、言い換えると、外的応力により変形しにくい封止材料を用いるのが好ましい。しかしながら、無機質フィラーなどの添加剤を用いて前記封止材の熱膨張係数を大きくすると、弾性率が小さくなってしまう。そのため、従来の、図７に示したような単一の封止絶縁体５を用いている場合には、熱応力の緩和及び接合部の固定のそれぞれを十分に満足させることが難しい。そのため、前記（１）の手段のように、半導体チップと配線基板との間をフィルム状接着層と、封止絶縁体の２種類の封止材で封止し、前記フィルム状接着層には弾性率が小さく変形しやすい材料を用い、前記封止絶縁体には熱膨張係数が小さく弾性率の大きい、変形しにくい材料を用いることで、熱応力を十分に緩和でき、かつ、接続部分を強固に固定できる、接続信頼性の高い半導体装置を得ることができる。このとき、前記フィルム状接着層には、例えば、その弾性率が１ギガパスカル（ＧＰａ）以下の材料を用いることで、熱応力を十分に緩和することができる。
【００２１】
（２）半導体基板の回路形成面上の外周部に外部電極が形成され、前記外部電極上に突起電極を形成した半導体チップを準備し、絶縁性基材の一主面（表側面）に配線及びその外部接続端子が形成され、前記外部接続端子が、前記半導体チップと重なる領域の内部となるように前記絶縁性基材の表側面に設けられた配線基板を形成し、前記配線基板の所定位置に、熱硬化性樹脂からなるフィルム状の接着層を形成し、前記配線基板の表側面に前記半導体チップを、その回路形成面が前記配線基板と向かい合い、前記フィルム状の接着層が前記半導体チップの中央部にくるように配置し、前記半導体チップの前記回路形成面の中央部と前記配線基板とを、前記フィルム状接着層を、前記配線及び前記外部接続端子と前記絶縁性基材との段差部分を含む前記所定の位置に設けることにより接着し、前記配線基板の前記配線と前記半導体チップの前記外部電極を前記突起電極で接続し、前記半導体チップの前記外部電極、前記突起電極、及び前記突起電極と前記配線の接続部の周辺を、前記フィルム状の接着層の弾性率よりも高い弾性率を有する液状の封止絶縁体で封止するファンイン型の半導体装置の製造方法である。
【００２２】
前記（２）の手段によれば、前記配線基板を形成した後、前記配線基板の所定位置に接着層を形成して、半導体チップをフリップチップ接合するときに、前記半導体チップの中央部分を前記接着層により配線基板と接着することで、前記半導体チップの外部電極、突起導体、突起導体と配線の接続部の周辺のみを液状の封止絶縁体で封止すればよくなる。そのため、液状の封止絶縁体が半導体チップと配線基板の間にほぼ均一に流れ込み、封止絶縁体の広がりの時間差によるボイドの発生を防げる。また、半導体チップの中央部分は前記フィルム状接着層で封止されており、液状の封止絶縁体を流し込む領域が狭いので、封止絶縁体を流し込むのに必要な時間が短くなり、短時間で半導体装置を製造することができ、生産性が向上する。
【００２３】
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
【００２４】
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号をつけ、その繰り返しの説明は省略する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（実施例）
図１は、本発明による一実施例の半導体装置の概略構成を示す模式図であり、図１（ａ）は半導体装置の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線での断面図である。
【００２６】
図１（ａ）及び図１（ｂ）において、１は配線基板、１０１は絶縁性基材、１０２Ａは配線、１０２Ｂは外部接続端子、２はフィルム状接着層、３は半導体チップ、３０１は外部電極、４は突起導体（バンプ）、５は封止絶縁体、６はボール端子である。
【００２７】
本実施例の半導体装置は、半導体チップを配線基板上にフリップチップ接合させたものであり、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、絶縁性基材１０１の一主面（表側面）に配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂが設けられた配線基板１と、前記配線基板１の表側面の所定位置に設けられたフィルム状接着層２と、前記配線基板１の表側面に、半導体基板の回路形成面の外周部に外部電極３０１が設けられ、前記外部電極３０１（回路形成面）が前記配線基板１と向かい合うように設けられた半導体チップ３と、前記配線基板１の配線１０２Ａと前記半導体チップ３の外部電極３０１とを接続する突起導体４と、前記半導体チップ３の外部電極３０１、突起導体４、及び突起導体４と配線１０２の接続部の周辺を封止する封止絶縁体５により構成されている。また、前記絶縁性基材１０１の外部接続端子１０２Ｂが設けられた部分には、ビア孔（図示しない）が設けられており、前記ビア孔上にはんだボールのようなボール端子６が接続されている。
【００２８】
なお、本実施例の半導体装置に用いられる半導体チップ３は、例えば、シリコン基板のような半導体基板の回路形成面の外周部に外部電極３０１が設けられた周辺パッド型の半導体チップであり、以下、単に半導体チップ３と称した場合には、この周辺パッド型の半導体チップのことを示すものとする。
【００２９】
前記配線基板１と半導体チップ３の間は、前記半導体チップ３の外部電極３０１、突起導体４、突起導体と配線１０２Ａの接続部の封止と、前記配線基板１及び半導体チップ３の熱膨張係数の差による熱応力を緩和するためのアンダーフィル封止をしているが、本実施例の半導体装置では、前記半導体チップ３の中央部を接着するフィルム状接着層２と、前記外部電極３０１、突起導体４、突起導体４と配線１０２Ａの接続部分を封止する封止絶縁体５の２種類の封止材を用いている。このとき、例えばフィルム状の接着層２を用いることにより、前記半導体チップ３の中央部と重なる領域にボイドが発生することを防げる。そのため、従来の半導体装置のような、ボイドあるいは吸湿水分の熱膨張による層間剥離を低減でき、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【００３０】
また、例えば、前記フィルム状接着層２の弾性率を前記封止絶縁体５の弾性率よりも低くすることで、前記配線基板１と半導体チップ３の間のフィルム状接着層で接着された領域は変形しやすくなり、熱応力を十分に緩和させることができる。また一方で、前記封止絶縁体５の熱膨張係数を小さく、弾性率を大きくすることで、前記半導体チップ３の外部電極３０１、突起導体４、突起導体４と配線１０２Ａの接続部の周辺を、熱応力や機械的な応力により変形しにくくすることができ、接続部の固定を強固にすることができる。すなわち、フィルム状接着層２と封止絶縁体５の２種類の封止材でアンダーフィル封止をすることにより、熱応力を十分に緩和でき、且つ半導体チップの外部電極と配線の接続部を強固に固定できる、接続信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【００３１】
図２乃至図５は、本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）、及び図５（ａ）は各製造工程における平面図で、図２（ｂ）、図３（ｂ）、及び図４（ｂ）はそれぞれ図２（ａ）、図３（ａ）、及び図４（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ’線での断面図である。図２乃至図５において、１０３はビア孔、１０４はスプロケットホール、７は樹脂注入用ノズルである。
【００３２】
以下、図２乃至図５に沿って、本実施例の半導体装置の製造方法について説明する。なお、本実施例の半導体装置の製造方法において、従来の製造方法と同様の手順についてはその詳細な説明を省略する。
【００３３】
まず、本実施例の半導体装置に用いるＴＡＢテープのような配線基板１を準備する。前記配線基板１は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、例えば、ポリイミドテープのようなテープ状の絶縁性基材１０１の一主面（表側面）に銅箔等の導電性薄膜を形成し、前記絶縁性基材１０１の所定位置にレーザ等でビア孔を形成した後、前記導電性薄膜をエッチングして、配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂを形成することにより得られる。このとき、前記配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂは、例えば、図２（ａ）に示すように、フリップチップ接合させる半導体チップと重なる領域３’の内部に設けられる。また、前記外部接続端子１０２Ｂは、前記絶縁性基材１０１に形成されたビア孔１０３をふさぐように形成される。また、前記絶縁性基材１０１の両端部には搬送用、あるいは位置決め用のスプロケットホール１０４が設けられている。また、前記配線基板１は、前記手順に限らず、種々の製造方法により得ることができるため、適宜選択して目的にあった配線基板１を準備する。
【００３４】
次に、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、前記絶縁性基材１０１の配線１０２Ａが形成された面（表側面）の所定位置に、例えば、エポキシ系樹脂のような熱硬化性樹脂からなるフィルム状の接着層２を形成する。前記接着層２は、図３（ａ）に示すように、フリップチップ接合される半導体チップと重なる領域３’の内部に、前記配線１０２Ａの接合領域が露出するように形成される。また、前記接着層２は、半導体チップと配線基板の熱膨張係数の差による熱応力を十分に緩和できるように、例えば、弾性率が１ギガパスカル（ＧＰａ）以下の材料を用いるのが好ましい。
【００３５】
次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、例えば、シリコン基板のような半導体基板の回路形成面の周辺部に外部電極３０１が形成された半導体チップ３を、前記絶縁性基材１０１上にフリップチップ接合する。前記半導体チップ３は、前記外部電極３０１上に突起導体（バンプ）４を形成しておき、前記外部電極３０１が前記絶縁性基材１０１と向かい合うように配置し、前記突起導体４と配線１０２Ａの位置合わせをした後、前記半導体チップ３を加熱、加圧して、前記フィルム状接着層２により前記半導体チップ３と絶縁性基材１０１を接着するとともに、前記突起導体４と配線１０２Ａを接合接着する。
【００３６】
次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、前記半導体チップ３の側面から、樹脂注入用ノズル７を用いて、Ｘ方向、Ｙ方向に沿って液状の熱硬化性樹脂等の封止絶縁体５を塗布する。前記封止絶縁体５は、例えば、無機質フィラーなどの添加材の量を調節して、熱膨張係数を小さくし、弾性率が大きくなるようにする。このとき、塗布された封止絶縁体５は、毛細管現象により前記半導体チップ３と絶縁性基材１０１の隙間に流れ込み、前記半導体チップ３の外部電極３０１、突起導体４、突起導体４と配線１０２Ａの接続部の周辺を封止する。またこのとき、前記半導体チップの中央部と重なる領域は、前記フィルム状接着層２によりすでに封止されているため、前記半導体チップ３の４つの側面に沿って樹脂を注入することになるが、前記封止絶縁体５が流れ込む際の時間差による、半導体チップの中央部と重なる領域や、樹脂を塗布した側面と対向する側面の周辺での空隙（ボイド）の発生を防ぐことができる。また、塗布した封止絶縁体５は、前記半導体チップ３の外周部だけに流し込めばよいので、流し込むのに要する時間を短くして、作業時間を短縮することができる。
【００３７】
その後、加熱して前記封止絶縁体５を硬化させ、前記絶縁性基材１０１に形成されたビア孔１０３にボール端子６を接続し、前記絶縁性基材１０１を所定の位置で切断、分離することにより、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示したような半導体装置を得ることができる。
【００３８】
以上説明したように、本実施例によれば、回路形成面の外周部に外部電極３０１が設けられた周辺パッド型の半導体チップ３を、配線基板１上にフリップチップ接合した半導体装置において、前記半導体チップ３をフリップチップ接合する際に、前記半導体チップ３の中央部をフィルム状接着層２により絶縁性基材１０１（配線基板１）と接着しておくことにより、フリップチップ接合後の封止工程では、前記半導体チップ３の外部電極３０１、突起導体４、突起導体４と配線１０２Ａの接続部の周辺だけを液状の封止絶縁体５で封止すればよい。そのため、前記半導体チップの中央部付近に空隙（ボイド）が発生することを防げる。また、前記封止絶縁体５が半導体チップ３と絶縁性基材１０１の間に流れ込むときの時間差により、前記封止絶縁体５を塗布した側面と対向する側面側にボイドが発生することも防げるので、ボイドの熱膨張による半導体装置の信頼性の低下を防ぐことができる。
【００３９】
また、前記外部電極３０１、突起導体４、突起導体４と配線１０２Ａの接続部の周辺のみ、言い換えると半導体チップの外周部付近のみを前記封止絶縁体５で封止すればよいので、前記封止絶縁体５を流し込んで封止するまでの時間を短縮し、作業時間を短縮することができる。
【００４０】
また、前記半導体チップ３と配線基板１の間のアンダーフィル封止に用いる封止材が、前記フィルム状接着層２と封止絶縁体５の２種類に分かれているため、前記接着層２は弾性率を小さくし、前記封止絶縁体５は熱膨張係数を小さくし、弾性率を大きくして、前記半導体チップ３と配線基板１（絶縁性基材１０１）の熱膨張係数の差による熱応力を前記フィルム状接着層２で緩和し、前記外部電極３０１、突起導体４、突起導体４と配線１０２Ａの接続部を前記封止絶縁体５で強固に固定することができ、接続信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【００４１】
また、前記実施例では、絶縁性基材１０１上に形成された配線１０２Ａの外部接続端子１０２Ｂが、フリップチップ接合される半導体チップと重なる領域に形成されたファンイン型の半導体装置を例にあげて説明したが、これに限らず、例えば、テープＢＧＡ（Ｔ−ＢＧＡ；Tape Ball Grid Allay）型の半導体装置のような、前記外部接続端子１０２Ｂが、半導体チップの外側に形成されるファンアウト型の半導体装置や、前記外部接続端子１０２Ｂが、前記半導体チップ３と重なる領域及び半導体チップの外側の領域に形成されるファンイン／アウト型の半導体装置であっても良いことは言うまでもない。
【００４２】
図６は、前記実施例の半導体装置の応用例を説明するための模式図であり、図６（ａ）は半導体装置の概略構成を示す模式平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＤ−Ｄ’線での断面図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）において、１０５はスルーホールビア、１０６は配線保護膜（ソルダーレジスト）である。
【００４３】
前記ファンアウト型の半導体装置は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、ポリイミドテープのような絶縁性基材１０１の一主面（表側面）に配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂが形成されている。このとき、前記外部接続端子１０２Ｂは、フリップチップ接合される半導体チップ３の外側の領域に形成される。また、前記外部接続端子１０２Ｂは前記絶縁性基材１に設けられたスルーホールビア１０５により前記配線形成面と対向する面（裏側面）に引き出されており、前記スルーホールビア１０５には、例えば、ボール端子６が接続されている。また、前記配線１０２Ａ、外部接続端子１０２Ｂ、及び絶縁性基材１０１の裏側面の所定領域は、ソルダーレジストのような配線保護膜１０６により保護されている。なお、図６（ａ）及び図６（ｂ）では省略しているが、前記絶縁性基材１０１がポリイミドテープのような、薄いテープ状のものである場合には、前記半導体チップ３の外側の領域にスティフナ等の補強部材を設けて、前記絶縁性基材１０１（配線基板１）の反りや折れ曲がりを防ぐようにしている。
【００４４】
このようなファンアウト型の半導体装置においても、前記半導体チップ３を配線基板１上にフリップチップ接合する際に、前記半導体チップ３の中央部分をフィルム状接着層２により接着することにより、外部電極３０１、突起導体４、突起導体４と配線１０２Ａの接続部分の周辺のみを液状の封止絶縁体５で封止すればよいので、半導体チップの中央部や、前記封止絶縁体５を塗布する側面と対向する側面の周辺でボイドが発生することを防げる。そのため、ボイドの熱膨張による半導体装置の信頼性の低下を防ぐことができる。
【００４５】
また、前記半導体チップ３の外周部の周辺のみを液状の封止絶縁体５で封止すればよいので、前記封止絶縁体５を流し込む時間を短縮することができ、作業時間を短縮することができる。
【００４６】
以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることはもちろんである。
【００４７】
【発明の効果】
本発明において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００４８】
（１）回路形成面の外周部に外部電極が設けられた半導体チップをフリップチップ接合した半導体装置において、前記半導体チップと配線基板の間の封止樹脂にボイドが生じるのを防ぐことできる。
【００４９】
（２）回路形成面の外周部に外部電極が設けられた半導体チップをフリップチップ接合した半導体装置において、前記半導体チップの外部電極と配線との接続信頼性を向上させることできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施例の半導体装置の概略構成を示す模式図であり、図１（ａ）は半導体装置の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線での断面図である。
【図２】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図２（ａ）は一工程の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図である。
【図３】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図３（ａ）は一工程の平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図である。
【図４】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図４（ａ）は一工程の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図である。
【図５】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図５（ａ）は一工程の平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ’線での断面図である。
【図６】前記実施例の半導体装置の応用例を説明するための模式図であり、図６（ａ）は半導体装置の平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＤ−Ｄ’線での断面図である。
【図７】従来の半導体装置の概略構成を示す模式図であり、図７（ａ）は半導体装置の平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＥ−Ｅ’線での断面図。
【図８】従来の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図８（ａ）は一工程の平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＦ−Ｆ’線での断面図である。
【図９】従来の半導体装置の別の製造方法を説明するための模式図であり、図９（ａ）はフリップチップ接合前の断面図。図９（ｂ）はフリップチップ接合後の断面図。
【符号の説明】
１ 配線基板
１０１ 絶縁性基材
１０２Ａ 配線
１０２Ｂ 外部接続端子
１０３ ビア孔
１０４ スプロケットホール
１０５ スルーホールビア
１０６ 配線保護膜
２ フィルム状接着層
３ 半導体チップ
３０１ 外部電極
４ 突起導体（バンプ）
５ 封止絶縁体
６ ボール端子
７ 樹脂注入用ノズル
８ シート状封止材
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、配線基板上に、半導体基板の回路形成面の外周部に外部電極が形成された半導体チップをフリップチップ接合した半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体チップを配線基板上に搭載した半導体装置には、半導体チップの外部電極と配線基板の配線を接続するときに、前記外部電極を配線基板と向かい合わせてフリップチップ接合した半導体装置がある。
【０００３】
例えば、シリコン（Ｓｉ）基板のような半導体基板の回路形成面の外周部に外部電極が形成された周辺パッド型の半導体チップ（以下、単に半導体チップと称する）を、ＴＡＢテープのような配線基板上にフリップチップ接合させた半導体装置は、図７（ａ）及びそのＥ−Ｅ’線での断面図である図７（ｂ）に示すように、例えば、ポリイミドテープのような絶縁性基材１０１の一主面（表側面）に配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂが設けられた配線基板１を設け、前記配線基板１の配線形成面（表側面）に半導体チップ３を、その回路形成面が向かい合うように設け、前記半導体チップ３の回路形成面の外部電極３０１と前記配線基板１の配線１０２Ａを突起導体４で接続し、前記半導体チップ３と配線基板１との間をエポキシ系等の熱硬化性樹脂のような封止絶縁体５で封止している。また、前記絶縁性基材１０１の、外部接続端子１０２Ｂが設けられた部分には、図７（ｂ）に示すように、ビア孔が形成されており、前記ビア孔を介して、例えば、Ｐｂ−Ｓｎ系はんだ等のボール端子６が接続されている。また、前記封止絶縁体５は、前記半導体チップ３の外部電極３０１、突起導体４、及び突起導体４と配線基板の配線１０２Ａとの接続部分を封止するだけでなく、前記半導体チップ３の回路形成面の中央部も密封している。このとき、前記封止絶縁体５は、前記半導体チップ３と配線基板１の間、特に半導体チップ３の外部電極３０１と配線基板１の配線１０２Ａとの接続部を封止するだけでなく、前記半導体チップ３と配線基板１の熱膨張係数の差による熱応力を緩和する応力緩和材としての機能も有する。
【０００４】
前記図７（ａ）及び図７（ｂ）に示したような半導体装置の製造方法を簡単に説明すると、まず、例えば、ポリイミドテープのような絶縁性基材１０１の一主面（表側面）に銅箔等の導電性薄膜を形成した後、前記絶縁性基材１０１の所定位置にレーザ等でビア孔を形成し、その後、前記絶縁性基材１０１の表側面の導電性薄膜をエッチング処理して配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂが形成した２層配線テープのような配線基板１を形成する。また、前記配線基板１は前記２層配線テープの他に、例えば、前記絶縁性基材１０１の一主面上に接着層を設けておき、その絶縁性基材の所定位置に、金型による打ちぬき加工でビア孔を形成した後、銅箔などの導電性薄膜を前記接着層により絶縁性基材１０１に接着して、前記導電性薄膜をエッチング処理して配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂを形成した３層配線テープのようなものであってもよい。
【０００５】
次に、例えば、回路形成面の外部電極３０１上に突起導体（バンプ）４を形成した半導体チップ３を、その回路形成面が前記配線基板１と向かい合わせて、前記バンプ４と配線１０２Ａの位置合わせをした後、前記バンプ４と配線１０２Ａを接合させる。
【０００６】
次に、図８（ａ）及びそのＦ−Ｆ’線での断面図である図８（ｂ）に示すように、前記半導体チップ３の側面のＸ方向、Ｙ方向に沿って、樹脂注入用のノズル７を移動させながら液状の封止絶縁体５を塗布する。このとき半導体チップ３の側面に塗布された封止絶縁体５は、毛細管現象により、図８（ｂ）に示すように前記半導体チップ３と配線基板１の間に流れ込み、前記半導体チップ３の外部電極３０１、バンプ４、バンプ４と配線１０２Ａの接続部を封止するとともに、前記半導体チップ４の回路形成面の中央部と配線基板１の間も密封される。
【０００７】
その後、前記絶縁性基材１０１に形成されたビア孔にボール端子を接続し、前記絶縁性基材１０１を所定の位置で切断すると、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示したようなフリップチップ接合の半導体装置が得られる。
【０００８】
また、前記図８（ａ）及び図８（ｂ）に示したように、前記半導体チップ３を配線基板１上にフリップチップ接合させた後に、前記半導体チップ３の側面から封止絶縁体５を流し込む方法の他に、図９（ａ）に示すように、例えば、異方性導電膜（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film ）や、非導電性膜（ＮＣＦ：Non Conductive Film ）等のフィルム状の封止材８を、あらかじめ配線基板１の所定位置に設けておき、前記封止材８上に、外部電極３０１上にバンプ４を形成した半導体チップ３を圧接して、図９（ｂ）に示すように、前記半導体チップ３の外部電極３０１に接続されたバンプ４が接続部上の封止材８を押しのけて前記配線１０２Ａと接触するように接続する方法がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術のうち、前記配線基板１上に半導体チップ３をフリップチップ接合した後に、前記半導体チップ３と配線基板１の間に封止樹脂５を注入してアンダーフィル封止する方法では、図８（ｂ）に示したように、前記半導体チップ３の側面部分から封止絶縁体５を流し込むため、樹脂が流れ込むときの位置と時間の差により、前記半導体チップ３の回路形成面の中央部や、樹脂を注入する側面と対向する側面の周辺に空隙（ボイド）が生じやすいという問題があった。また、図８（ｂ）に示したように、配線１０２Ａの外部接続端子１０２Ｂが、半導体チップ３と重なる領域に設けられているファンイン型の半導体装置の場合には、配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂと絶縁性基材１０１の段差部分にも空乏（ボイド）が生じやすいという問題があった。
【００１０】
また、前記半導体チップ３と配線基板１の間を封止絶縁体５で封止したときに、前記半導体チップ３の回路形成面の中央部と重なる部分にボイドが生じると、封止後の製造工程での加熱工程、あるいは使用中の半導体チップ３からの発熱などで、前記ボイド及び吸湿した水分が熱膨張して封止絶縁体５が変形し、前記封止絶縁体５と半導体チップ３、あるいは配線基板１との間で層間剥離を起こし、半導体チップ３と配線基板１の剥れの原因になることがある。また、前記ボイドの熱膨張の衝撃で前記半導体チップ３に亀裂（クラック）が生じて、半導体装置の不良（故障）につながり、半導体装置の信頼性が低下するという問題がある。
【００１１】
また、図８（ａ）に示したように、半導体チップ３の側面からアンダーフィル封止する場合には、前記半導体チップ３の側面からＸ方向、Ｙ方向に沿って塗布した封止樹脂５が、半導体チップ３の、封止絶縁体５を塗布した側面と対向する側面に達するまでに時間がかかるため、作業時間が長くなり、半導体装置の生産性が悪くなるという問題があった。
【００１２】
また、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示したような、前記ＡＣＦ、ＮＣＦなどのフィルム状の封止材８を用いて、半導体チップ３の外部電極３０１上に設けられたバンプ４を配線１０２Ａと圧接した半導体装置では、前記バンプ４と配線１０２Ａの電気的な導通は確保されているが、バンプ４と配線１０２Ａが金属間接合により接続されているわけではないので、接続信頼性が低く、半導体装置の電気的な信頼性が低いという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、回路形成面の外周部に外部電極が設けられた半導体チップをフリップチップ接合した半導体装置において、前記半導体チップと配線基板の間の封止絶縁体にボイドが生じるのを防ぐことが可能な技術を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、回路形成面の外周部に外部電極が設けられた半導体チップをフリップチップ接合した半導体装置において、前記半導体チップの外部電極と配線との接続信頼性を向上させることが可能な技術を提供することにある。
【００１５】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明において開示される発明の概要を説明すれば、以下のとおりである。
【００１７】
（１）絶縁性基材の一主面（表側面）に配線及びその外部接続端子が設けられた配線基板と、熱硬化性樹脂からなり、前記配線基板の表側面の所定位置に設けられるフィルム状接着層と、半導体基板の回路形成面の外周部に外部電極を有し、前記回路形成面が前記配線基板と向かい合うように前記配線基板の表側面に設けられる半導体チップと、前記配線基板の前記配線と前記半導体チップの前記回路形成面上に設けられた前記外部電極とを電気的に接続する突起導体と、前記フィルム状接着層の弾性率よりも高い弾性率を有し、前記半導体チップの前記外部電極と、前記突起導体と、及び前記突起導体と前記配線の接続部の周辺を封止する封止絶縁体とを備え、前記フィルム状接着層は、前記配線及び前記外部接続端子と前記絶縁性基材との段差部分を含む前記所定の位置に設けられ、前記外部接続端子は、前記半導体チップと重なる領域の内部となるように前記絶縁性基材の表側面に設けられ、前記半導体チップの前記回路形成面の中央部が、前記フィルム状接着層を介して前記配線基板と接着されているファンイン型の半導体装置である。
【００１８】
前記（１）の手段によれば、例えば、回路形成面の外周部に外部電極が形成された周辺パッド型の半導体チップを、配線基板上にフリップチップ接合した半導体装置において、前記半導体チップの、外部電極が形成されていない中央部分が前記配線基板上に設けられたフィルム状接着層により配線基板と接着されて密封されているため、前記半導体チップの中央部と重なる領域にボイドが生じることがない。そのため、半導体チップの中央部と重なる領域でのボイド及び吸湿水分の熱膨張により半導体チップと接着層の間で剥れが生じたり、熱膨張の衝撃で半導体チップにクラックが生じることがなく、半導体装置の不良（故障）を低減させることができる。
【００１９】
また、前記（１）の手段のように、前記半導体チップと配線基板の間の封止材を、前記半導体チップの中央部と重なる領域のフィルム状接着層と、前記半導体チップの外部電極と配線基板の配線を接続した領域の周辺の封止絶縁体に分けることにより、前記フィルム状接着層の弾性率及び熱膨張係数と、前記封止絶縁体の弾性率及び熱伝導膨張率を変えることができる。
【００２０】
前記配線基板上に半導体チップをフリップチップ接合をさせた半導体装置のうち、前記外部接続端子が半導体チップの中央部と重なる領域に設けられているファンイン構造の半導体装置の場合は、前記半導体チップと配線基板の熱膨張係数の差による熱応力を十分に緩和できないと半導体装置に反りが生じたり、半導体装置の外部端子（ボール端子）と実装基板とのはんだ付け接合部が剥れる恐れがあるため、半導体チップと配線基板の間の封止材は弾性率が小さく変形しやすい封止材料が好ましい。一方、前記半導体チップの外部電極、突起導体、突起導体と配線の接続部周辺での剥れを防ぐためには、熱応力や機械的な応力による変形を防ぎ、接続部の固定力をあげるために熱膨張係数が小さく弾性率が大きい、言い換えると、外的応力により変形しにくい封止材料を用いるのが好ましい。しかしながら、無機質フィラーなどの添加剤を用いて前記封止材の熱膨張係数を大きくすると、弾性率が小さくなってしまう。そのため、従来の、図７に示したような単一の封止絶縁体５を用いている場合には、熱応力の緩和及び接合部の固定のそれぞれを十分に満足させることが難しい。そのため、前記（１）の手段のように、半導体チップと配線基板との間をフィルム状接着層と、封止絶縁体の２種類の封止材で封止し、前記フィルム状接着層には弾性率が小さく変形しやすい材料を用い、前記封止絶縁体には熱膨張係数が小さく弾性率の大きい、変形しにくい材料を用いることで、熱応力を十分に緩和でき、かつ、接続部分を強固に固定できる、接続信頼性の高い半導体装置を得ることができる。このとき、前記フィルム状接着層には、例えば、その弾性率が１ギガパスカル（ＧＰａ）以下の材料を用いることで、熱応力を十分に緩和することができる。
【００２１】
（２）半導体基板の回路形成面上の外周部に外部電極が形成され、前記外部電極上に突起電極を形成した半導体チップを準備し、絶縁性基材の一主面（表側面）に配線及びその外部接続端子が形成され、前記外部接続端子が、前記半導体チップと重なる領域の内部となるように前記絶縁性基材の表側面に設けられた配線基板を形成し、前記配線基板の所定位置に、熱硬化性樹脂からなるフィルム状の接着層を形成し、前記配線基板の表側面に前記半導体チップを、その回路形成面が前記配線基板と向かい合い、前記フィルム状の接着層が前記半導体チップの中央部にくるように配置し、前記半導体チップの前記回路形成面の中央部と前記配線基板とを、前記フィルム状接着層を、前記配線及び前記外部接続端子と前記絶縁性基材との段差部分を含む前記所定の位置に設けることにより接着し、前記配線基板の前記配線と前記半導体チップの前記外部電極を前記突起電極で接続し、前記半導体チップの前記外部電極、前記突起電極、及び前記突起電極と前記配線の接続部の周辺を、前記フィルム状の接着層の弾性率よりも高い弾性率を有する液状の封止絶縁体で封止するファンイン型の半導体装置の製造方法である。
【００２２】
前記（２）の手段によれば、前記配線基板を形成した後、前記配線基板の所定位置に接着層を形成して、半導体チップをフリップチップ接合するときに、前記半導体チップの中央部分を前記接着層により配線基板と接着することで、前記半導体チップの外部電極、突起導体、突起導体と配線の接続部の周辺のみを液状の封止絶縁体で封止すればよくなる。そのため、液状の封止絶縁体が半導体チップと配線基板の間にほぼ均一に流れ込み、封止絶縁体の広がりの時間差によるボイドの発生を防げる。また、半導体チップの中央部分は前記フィルム状接着層で封止されており、液状の封止絶縁体を流し込む領域が狭いので、封止絶縁体を流し込むのに必要な時間が短くなり、短時間で半導体装置を製造することができ、生産性が向上する。
【００２３】
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
【００２４】
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号をつけ、その繰り返しの説明は省略する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（実施例）
図１は、本発明による一実施例の半導体装置の概略構成を示す模式図であり、図１（ａ）は半導体装置の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線での断面図である。
【００２６】
図１（ａ）及び図１（ｂ）において、１は配線基板、１０１は絶縁性基材、１０２Ａは配線、１０２Ｂは外部接続端子、２はフィルム状接着層、３は半導体チップ、３０１は外部電極、４は突起導体（バンプ）、５は封止絶縁体、６はボール端子である。
【００２７】
本実施例の半導体装置は、半導体チップを配線基板上にフリップチップ接合させたものであり、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、絶縁性基材１０１の一主面（表側面）に配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂが設けられた配線基板１と、前記配線基板１の表側面の所定位置に設けられたフィルム状接着層２と、前記配線基板１の表側面に、半導体基板の回路形成面の外周部に外部電極３０１が設けられ、前記外部電極３０１（回路形成面）が前記配線基板１と向かい合うように設けられた半導体チップ３と、前記配線基板１の配線１０２Ａと前記半導体チップ３の外部電極３０１とを接続する突起導体４と、前記半導体チップ３の外部電極３０１、突起導体４、及び突起導体４と配線１０２の接続部の周辺を封止する封止絶縁体５により構成されている。また、前記絶縁性基材１０１の外部接続端子１０２Ｂが設けられた部分には、ビア孔（図示しない）が設けられており、前記ビア孔上にはんだボールのようなボール端子６が接続されている。
【００２８】
なお、本実施例の半導体装置に用いられる半導体チップ３は、例えば、シリコン基板のような半導体基板の回路形成面の外周部に外部電極３０１が設けられた周辺パッド型の半導体チップであり、以下、単に半導体チップ３と称した場合には、この周辺パッド型の半導体チップのことを示すものとする。
【００２９】
前記配線基板１と半導体チップ３の間は、前記半導体チップ３の外部電極３０１、突起導体４、突起導体と配線１０２Ａの接続部の封止と、前記配線基板１及び半導体チップ３の熱膨張係数の差による熱応力を緩和するためのアンダーフィル封止をしているが、本実施例の半導体装置では、前記半導体チップ３の中央部を接着するフィルム状接着層２と、前記外部電極３０１、突起導体４、突起導体４と配線１０２Ａの接続部分を封止する封止絶縁体５の２種類の封止材を用いている。このとき、例えばフィルム状の接着層２を用いることにより、前記半導体チップ３の中央部と重なる領域にボイドが発生することを防げる。そのため、従来の半導体装置のような、ボイドあるいは吸湿水分の熱膨張による層間剥離を低減でき、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【００３０】
また、例えば、前記フィルム状接着層２の弾性率を前記封止絶縁体５の弾性率よりも低くすることで、前記配線基板１と半導体チップ３の間のフィルム状接着層で接着された領域は変形しやすくなり、熱応力を十分に緩和させることができる。また一方で、前記封止絶縁体５の熱膨張係数を小さく、弾性率を大きくすることで、前記半導体チップ３の外部電極３０１、突起導体４、突起導体４と配線１０２Ａの接続部の周辺を、熱応力や機械的な応力により変形しにくくすることができ、接続部の固定を強固にすることができる。すなわち、フィルム状接着層２と封止絶縁体５の２種類の封止材でアンダーフィル封止をすることにより、熱応力を十分に緩和でき、且つ半導体チップの外部電極と配線の接続部を強固に固定できる、接続信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【００３１】
図２乃至図５は、本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図２（ａ）、図３（ａ）、図４（ａ）、及び図５（ａ）は各製造工程における平面図で、図２（ｂ）、図３（ｂ）、及び図４（ｂ）はそれぞれ図２（ａ）、図３（ａ）、及び図４（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ’線での断面図である。図２乃至図５において、１０３はビア孔、１０４はスプロケットホール、７は樹脂注入用ノズルである。
【００３２】
以下、図２乃至図５に沿って、本実施例の半導体装置の製造方法について説明する。なお、本実施例の半導体装置の製造方法において、従来の製造方法と同様の手順についてはその詳細な説明を省略する。
【００３３】
まず、本実施例の半導体装置に用いるＴＡＢテープのような配線基板１を準備する。前記配線基板１は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、例えば、ポリイミドテープのようなテープ状の絶縁性基材１０１の一主面（表側面）に銅箔等の導電性薄膜を形成し、前記絶縁性基材１０１の所定位置にレーザ等でビア孔を形成した後、前記導電性薄膜をエッチングして、配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂを形成することにより得られる。このとき、前記配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂは、例えば、図２（ａ）に示すように、フリップチップ接合させる半導体チップと重なる領域３’の内部に設けられる。また、前記外部接続端子１０２Ｂは、前記絶縁性基材１０１に形成されたビア孔１０３をふさぐように形成される。また、前記絶縁性基材１０１の両端部には搬送用、あるいは位置決め用のスプロケットホール１０４が設けられている。また、前記配線基板１は、前記手順に限らず、種々の製造方法により得ることができるため、適宜選択して目的にあった配線基板１を準備する。
【００３４】
次に、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、前記絶縁性基材１０１の配線１０２Ａが形成された面（表側面）の所定位置に、例えば、エポキシ系樹脂のような熱硬化性樹脂からなるフィルム状の接着層２を形成する。前記接着層２は、図３（ａ）に示すように、フリップチップ接合される半導体チップと重なる領域３’の内部に、前記配線１０２Ａの接合領域が露出するように形成される。また、前記接着層２は、半導体チップと配線基板の熱膨張係数の差による熱応力を十分に緩和できるように、例えば、弾性率が１ギガパスカル（ＧＰａ）以下の材料を用いるのが好ましい。
【００３５】
次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、例えば、シリコン基板のような半導体基板の回路形成面の周辺部に外部電極３０１が形成された半導体チップ３を、前記絶縁性基材１０１上にフリップチップ接合する。前記半導体チップ３は、前記外部電極３０１上に突起導体（バンプ）４を形成しておき、前記外部電極３０１が前記絶縁性基材１０１と向かい合うように配置し、前記突起導体４と配線１０２Ａの位置合わせをした後、前記半導体チップ３を加熱、加圧して、前記フィルム状接着層２により前記半導体チップ３と絶縁性基材１０１を接着するとともに、前記突起導体４と配線１０２Ａを接合接着する。
【００３６】
次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、前記半導体チップ３の側面から、樹脂注入用ノズル７を用いて、Ｘ方向、Ｙ方向に沿って液状の熱硬化性樹脂等の封止絶縁体５を塗布する。前記封止絶縁体５は、例えば、無機質フィラーなどの添加材の量を調節して、熱膨張係数を小さくし、弾性率が大きくなるようにする。このとき、塗布された封止絶縁体５は、毛細管現象により前記半導体チップ３と絶縁性基材１０１の隙間に流れ込み、前記半導体チップ３の外部電極３０１、突起導体４、突起導体４と配線１０２Ａの接続部の周辺を封止する。またこのとき、前記半導体チップの中央部と重なる領域は、前記フィルム状接着層２によりすでに封止されているため、前記半導体チップ３の４つの側面に沿って樹脂を注入することになるが、前記封止絶縁体５が流れ込む際の時間差による、半導体チップの中央部と重なる領域や、樹脂を塗布した側面と対向する側面の周辺での空隙（ボイド）の発生を防ぐことができる。また、塗布した封止絶縁体５は、前記半導体チップ３の外周部だけに流し込めばよいので、流し込むのに要する時間を短くして、作業時間を短縮することができる。
【００３７】
その後、加熱して前記封止絶縁体５を硬化させ、前記絶縁性基材１０１に形成されたビア孔１０３にボール端子６を接続し、前記絶縁性基材１０１を所定の位置で切断、分離することにより、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示したような半導体装置を得ることができる。
【００３８】
以上説明したように、本実施例によれば、回路形成面の外周部に外部電極３０１が設けられた周辺パッド型の半導体チップ３を、配線基板１上にフリップチップ接合した半導体装置において、前記半導体チップ３をフリップチップ接合する際に、前記半導体チップ３の中央部をフィルム状接着層２により絶縁性基材１０１（配線基板１）と接着しておくことにより、フリップチップ接合後の封止工程では、前記半導体チップ３の外部電極３０１、突起導体４、突起導体４と配線１０２Ａの接続部の周辺だけを液状の封止絶縁体５で封止すればよい。そのため、前記半導体チップの中央部付近に空隙（ボイド）が発生することを防げる。また、前記封止絶縁体５が半導体チップ３と絶縁性基材１０１の間に流れ込むときの時間差により、前記封止絶縁体５を塗布した側面と対向する側面側にボイドが発生することも防げるので、ボイドの熱膨張による半導体装置の信頼性の低下を防ぐことができる。
【００３９】
また、前記外部電極３０１、突起導体４、突起導体４と配線１０２Ａの接続部の周辺のみ、言い換えると半導体チップの外周部付近のみを前記封止絶縁体５で封止すればよいので、前記封止絶縁体５を流し込んで封止するまでの時間を短縮し、作業時間を短縮することができる。
【００４０】
また、前記半導体チップ３と配線基板１の間のアンダーフィル封止に用いる封止材が、前記フィルム状接着層２と封止絶縁体５の２種類に分かれているため、前記接着層２は弾性率を小さくし、前記封止絶縁体５は熱膨張係数を小さくし、弾性率を大きくして、前記半導体チップ３と配線基板１（絶縁性基材１０１）の熱膨張係数の差による熱応力を前記フィルム状接着層２で緩和し、前記外部電極３０１、突起導体４、突起導体４と配線１０２Ａの接続部を前記封止絶縁体５で強固に固定することができ、接続信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【００４１】
また、前記実施例では、絶縁性基材１０１上に形成された配線１０２Ａの外部接続端子１０２Ｂが、フリップチップ接合される半導体チップと重なる領域に形成されたファンイン型の半導体装置を例にあげて説明したが、これに限らず、例えば、テープＢＧＡ（Ｔ−ＢＧＡ；Tape Ball Grid Allay）型の半導体装置のような、前記外部接続端子１０２Ｂが、半導体チップの外側に形成されるファンアウト型の半導体装置や、前記外部接続端子１０２Ｂが、前記半導体チップ３と重なる領域及び半導体チップの外側の領域に形成されるファンイン／アウト型の半導体装置であっても良いことは言うまでもない。
【００４２】
図６は、前記実施例の半導体装置の応用例を説明するための模式図であり、図６（ａ）は半導体装置の概略構成を示す模式平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＤ−Ｄ’線での断面図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）において、１０５はスルーホールビア、１０６は配線保護膜（ソルダーレジスト）である。
【００４３】
前記ファンアウト型の半導体装置は、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、ポリイミドテープのような絶縁性基材１０１の一主面（表側面）に配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂが形成されている。このとき、前記外部接続端子１０２Ｂは、フリップチップ接合される半導体チップ３の外側の領域に形成される。また、前記外部接続端子１０２Ｂは前記絶縁性基材１に設けられたスルーホールビア１０５により前記配線形成面と対向する面（裏側面）に引き出されており、前記スルーホールビア１０５には、例えば、ボール端子６が接続されている。また、前記配線１０２Ａ、外部接続端子１０２Ｂ、及び絶縁性基材１０１の裏側面の所定領域は、ソルダーレジストのような配線保護膜１０６により保護されている。なお、図６（ａ）及び図６（ｂ）では省略しているが、前記絶縁性基材１０１がポリイミドテープのような、薄いテープ状のものである場合には、前記半導体チップ３の外側の領域にスティフナ等の補強部材を設けて、前記絶縁性基材１０１（配線基板１）の反りや折れ曲がりを防ぐようにしている。
【００４４】
このようなファンアウト型の半導体装置においても、前記半導体チップ３を配線基板１上にフリップチップ接合する際に、前記半導体チップ３の中央部分をフィルム状接着層２により接着することにより、外部電極３０１、突起導体４、突起導体４と配線１０２Ａの接続部分の周辺のみを液状の封止絶縁体５で封止すればよいので、半導体チップの中央部や、前記封止絶縁体５を塗布する側面と対向する側面の周辺でボイドが発生することを防げる。そのため、ボイドの熱膨張による半導体装置の信頼性の低下を防ぐことができる。
【００４５】
また、前記半導体チップ３の外周部の周辺のみを液状の封止絶縁体５で封止すればよいので、前記封止絶縁体５を流し込む時間を短縮することができ、作業時間を短縮することができる。
【００４６】
以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることはもちろんである。
【００４７】
【発明の効果】
本発明において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００４８】
（１）回路形成面の外周部に外部電極が設けられた半導体チップをフリップチップ接合した半導体装置において、前記半導体チップと配線基板の間の封止樹脂にボイドが生じるのを防ぐことできる。
【００４９】
（２）回路形成面の外周部に外部電極が設けられた半導体チップをフリップチップ接合した半導体装置において、前記半導体チップの外部電極と配線との接続信頼性を向上させることできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施例の半導体装置の概略構成を示す模式図であり、図１（ａ）は半導体装置の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線での断面図である。
【図２】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図２（ａ）は一工程の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図である。
【図３】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図３（ａ）は一工程の平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図である。
【図４】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図４（ａ）は一工程の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図である。
【図５】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図５（ａ）は一工程の平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ’線での断面図である。
【図６】前記実施例の半導体装置の応用例を説明するための模式図であり、図６（ａ）は半導体装置の平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＤ−Ｄ’線での断面図である。
【図７】従来の半導体装置の概略構成を示す模式図であり、図７（ａ）は半導体装置の平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＥ−Ｅ’線での断面図。
【図８】従来の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図８（ａ）は一工程の平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＦ−Ｆ’線での断面図である。
【図９】従来の半導体装置の別の製造方法を説明するための模式図であり、図９（ａ）はフリップチップ接合前の断面図。図９（ｂ）はフリップチップ接合後の断面図。
【符号の説明】
１ 配線基板
１０１ 絶縁性基材
１０２Ａ 配線
１０２Ｂ 外部接続端子
１０３ ビア孔
１０４ スプロケットホール
１０５ スルーホールビア
１０６ 配線保護膜
２ フィルム状接着層
３ 半導体チップ
３０１ 外部電極
４ 突起導体（バンプ）
５ 封止絶縁体
６ ボール端子
７ 樹脂注入用ノズル
８ シート状封止材
Claims (3)
- 絶縁性基材の一主面（表側面）に配線及びその外部接続端子が設けられた配線基板と、
熱硬化性樹脂からなり、前記配線基板の表側面の所定位置に設けられるフィルム状接着層と、
半導体基板の回路形成面の外周部に外部電極を有し、前記回路形成面が前記配線基板と向かい合うように前記配線基板の表側面に設けられる半導体チップと、
前記配線基板の前記配線と前記半導体チップの前記回路形成面上に設けられた前記外部電極とを電気的に接続する突起導体と、
前記フィルム状接着層の弾性率よりも高い弾性率を有し、前記半導体チップの前記外部電極と、前記突起導体と、及び前記突起導体と前記配線の接続部の周辺を封止する封止絶縁体とを備え、
前記フィルム状接着層は、前記配線及び前記外部接続端子と前記絶縁性基材との段差部分を含む前記所定の位置に設けられ、
前記外部接続端子は、前記半導体チップと重なる領域の内部となるように前記絶縁性基材の表側面に設けられ、
前記半導体チップの前記回路形成面の中央部が、前記フィルム状接着層を介して前記配線基板と接着されることを特徴とするファンイン型の半導体装置。 - 前記封止絶縁体の熱膨張係数が、前記フィルム状接着層の熱膨張係数よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のファンイン型の半導体装置。
- 半導体基板の回路形成面上の外周部に外部電極が形成され、前記外部電極上に突起電極を形成した半導体チップを準備し、
絶縁性基材の一主面（表側面）に配線及びその外部接続端子が形成され、前記外部接続端子が、前記半導体チップと重なる領域の内部となるように前記絶縁性基材の表側面に設けられた配線基板を形成し、
前記配線基板の所定位置に、熱硬化性樹脂からなるフィルム状の接着層を形成し、
前記配線基板の表側面に前記半導体チップを、その回路形成面が前記配線基板と向かい合い、前記フィルム状の接着層が前記半導体チップの中央部にくるように配置し、
前記半導体チップの前記回路形成面の中央部と前記配線基板とを、前記フィルム状接着層を、前記配線及び前記外部接続端子と前記絶縁性基材との段差部分を含む前記所定の位置に設けることにより接着し、
前記配線基板の前記配線と前記半導体チップの前記外部電極を前記突起電極で接続し、
前記半導体チップの前記外部電極、前記突起電極、及び前記突起電極と前記配線の接続部の周辺を、前記フィルム状の接着層の弾性率よりも高い弾性率を有する液状の封止絶縁体で封止することを特徴とするファンイン型の半導体装置の製造方法。
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