JP4697789B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばＬＥＤチップのフリップチップ実装に好適な半導体装置及びその製造方法に関する。

近年、ＩＣチップやＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）チップ等の半導体ベアチップを直接フェイスダウンで基板上に実装するフリップチップボンディング技術は、パッケージの小型化や高密度化に適しているため、種々の開発が行われている。
従来、フリップチップ実装は、図６に示すように、有機回路基板１上に半導体チップ２が電極面を下面にして半田やＡｕ（金）のバンプ３を介して実装されている。この際、リフローや超音波によってバンプ３に半導体チップ２が接合され、電気的接続と固定とが行われる。そして、半導体チップ２と有機回路基板１との間には、アンダーフィル等の樹脂（図示略）が充填・固着される。

また、より改良されたフリップチップ実装としては、例えば、特許文献１において、有機回路基板上のＩＣチップ実装領域で、ＩＣチップの半田付け部の開口部を除きソルダーレジスト膜で全面を被覆してＩＣチップをフリップチップ実装した構造が提案されている。
また、特許文献２においては、ＩＣチップと有機回路基板との間に、ＩＣチップを所定の高さに支持するドライフィルムの支柱を設けたフリップチップ実装構造が提案されている。

特開２００１−６８５８４号公報（特許請求の範囲、図１） 特開２００１−６８５０５号公報（特許請求の範囲、図１）

しかしながら、上記従来の半導体チップの実装技術には、以下の課題が残されている。すなわち、上記バンプ３によるフリップチップ実装では、バンプ３の数が少ないＬＥＤチップやバンプ３が不均一に配置されたランダムロケーションの場合においては、実装時に半導体チップ２が傾き易く、半導体チップ２の平行出しが難しいという不都合があった。このため、電気的接続に寄与しない余分なバンプ３を設けて半導体チップ２の支持を行う場合があった。また、半導体チップ２の平行出しが困難なため、バンプ３の接着面積にばらつきが生じ易く、接着強度にばらつきが生じてしまうという不都合があった。
さらに、バンプ３の高さにもばらつきがあるため、半導体チップ２と有機回路基板１との間のクリアランス、すなわち接着した半導体チップ２の高さにも半導体チップ２毎にばらつきが生じてしまう。
また、半導体チップ２と有機回路基板１との隙間に樹脂を充填する際に、樹脂（アンダーフィル等）が入り難く、気泡を巻き込み易いという問題もある。気泡を巻き込むと、吸湿の影響を受け易く、耐リフロー性が悪くなるために、脱泡処理を施さなければならないという不都合があった。上記特許文献１では、ソルダーレジスト膜をＩＣチップと有機回路基板との間に配設し、上記特許文献２では、ドライフィルムの支柱をＩＣチップと有機回路基板との間に配設することにより、気泡の巻き込みを低減することができるが、いずれもチップと基板との間に樹脂を充填する工程を有するために、気泡を巻き込む可能性がまだ残っている。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、少ないバンプ数やランダムロケーションのバンプ配置でも半導体チップの平行出しが容易であると共に、接着強度や半導体チップの高さのばらつきを低減することができる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の半導体装置は、基板と、前記基板上に形成された１つ又は複数のバンプと、前記バンプの上部が露出した状態で前記バンプの周囲に充填固化された樹脂部と、前記樹脂部上に載置され前記バンプの上部を潰した状態で前記バンプと接合された半導体チップと、を備えていることを特徴とする。

また、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に１つ又は複数のバンプを形成する工程と、前記バンプの上部が露出した状態で前記バンプの周囲に樹脂を充填固化して樹脂部を形成する工程と、前記樹脂部上に半導体チップを載置すると共に荷重を掛けて前記バンプの上部を押し潰して前記バンプに半導体チップを接合させる工程と、を備えていることを特徴とする。

これらの半導体装置及びその製造方法では、バンプの周囲に充填固化された樹脂部上に半導体チップを載置し、露出しているバンプの上部を押し潰して接合しているので、少ないバンプ数やランダムロケーションのバンプ配置の場合でも、半導体チップの下面が樹脂部上面で位置決めされて平行出しがなされる。また、樹脂部の厚さで半導体チップの高さが規定されるため、半導体チップの高さばらつきが抑制されると共に、バンプを樹脂部上面の高さまで押し潰して接合するため、バンプ高さのばらつきが無くなり接着強度のばらつきも抑制することができる。さらに、半導体チップを実装する前に樹脂をバンプの周囲に充填固化させるため、気泡の巻き込みも無くすことができる。

本発明の半導体装置では、前記半導体チップが、ＬＥＤチップであることを特徴とする。
また、本発明の半導体装置の製造方法では、前記半導体チップが、ＬＥＤチップであることを特徴とする。
すなわち、これらの半導体装置及びその製造方法では、半導体チップが、ＬＥＤチップであるので、発光方向、発光分布及び半値幅等のばらつきが低減された高品質のＬＥＤ装置を得ることができる。

本発明の半導体装置では、前記基板上に形成され前記バンプよりも低いと共に前記バンプを囲って配された囲い部を備え、前記樹脂部が前記囲い部内に充填固化されて形成されていることを特徴とする。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記基板上に前記バンプよりも低いと共に前記バンプを囲った囲い部を形成する工程を有し、前記樹脂部を形成する工程が、前記囲い部内に樹脂を充填固化することを特徴とする。
これらの半導体装置及びその製造方法では、バンプよりも低い囲い部内に樹脂部が充填固化されるので、樹脂部の高さが囲い部の高さで規定され、高さ寸法精度の高い樹脂部を容易に形成することができ、バンプの露出量を高精度に得ることができる。

さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、前記囲い部を、レジスト又はドライフィルムで形成することを特徴とする。すなわち、この半導体装置の製造方法では、囲い部をレジスト又はドライフィルムで形成するので、高精度な囲い部の高さを得ることができ、樹脂部の高さをより正確に設定することが可能になる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る半導体装置及びその製造方法によれば、バンプの周囲に充填固化された樹脂部上に半導体チップを載置し、露出しているバンプの上部を押し潰して半導体チップを接合しているので、半導体チップの平行出しが容易であると共に、半導体チップの高さばらつき及び接着強度のばらつきを低減でき、さらには気泡の巻き込みも無くすことができる。したがって、少ないバンプ数やランダムロケーションのバンプ配置の場合でも、良好なフリップチップ実装構造を得ることができる。特に、発光方向、発光分布及び半値幅等のばらつきを低減できるため、ＬＥＤチップをフリップチップ実装したＬＥＤ装置に好適である。

以下、本発明に係る半導体装置及びその製造方法の一実施形態を、図１から図５に基づいて説明する。

本実施形態における半導体装置は、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant：携帯情報端末機）等の携帯電子機器の液晶用バックライトや照明用等として用いる白色ＬＥＤ装置であって、図１に示すように、基板１０と、基板１０上に形成された複数のバンプ３（本実施形態では２つのバンプ）と、バンプ３の上部が露出した状態でバンプ３の周囲に充填固化された樹脂部１１と、樹脂部１１上に載置されバンプ３の上部を潰した状態でバンプ３と接合された半導体チップ１２と、基板１０上で半導体チップ１２を覆う樹脂封止部１３と、を備えている。

また、本実施形態の半導体装置は、基板１０上に矩形枠状に形成されバンプ３よりも低いと共にバンプ３を囲って配された囲い部１４を備えている。そして、上記樹脂部１１は、囲い部１４内に充填固化されて形成されている。
上記基板１０は、例えば略直方体形状のガラスエポキシ基板、ＢＴレジン基板、セラミックス基板やメタルコア基板等の絶縁性基板であり、バンプ３との接合及び外部との接続のための電極パターン（図示略）が表面に形成されている。

上記半導体チップ１２は、ＬＥＤチップであって、例えば発光波長帯域が４７０〜４９０ｎｍであるＩｎＧａＮ系化合物半導体を用いた高効率の青色発光ダイオード素子や発光波長帯域が４７０ｎｍ未満の紫外域の発光ダイオード素子である。
この半導体チップ１２では、一対の電極（ｐ側電極及びｎ側電極：図示略）が下面に設けられ直接フェイスダウンで２つのバンプ３を介してフリップチップ実装されている。

なお、上記バンプ３は、ハンダバンプやＡｕバンプ等が用いられる。また、上記囲い部１４は、矩形枠状に形成したレジストやドライフィルムで構成されている。また、樹脂部１１は、粘度の低い透明樹脂が固化したものである。
上記樹脂封止部１３は、ＹＡＧ蛍光体入り樹脂であり、青色発光ダイオード素子又は紫外域発光ダイオード素子である半導体チップ１２からの青色光又は紫外光をＹＡＧ蛍光体により白色光に変換させるものである。

次に、本実施形態の半導体装置の製造方法を、図２から図６を参照して説明する。

まず、図２に示すように、基板１０の電極パターン上にバンプ３を形成する。なお、より高いバンプ３を得るために、バンプ３を２段重ねにしても構わない。次に、図３に示すように、バンプ３を囲むように囲い部１４をレジスト又はドライフォルムで形成する。レジストで囲い部１４を形成する場合は、フォトリソグラフィ技術により所定の矩形枠形状にレジストをパターン形成する。また、ドライフィルムで囲い部１４を形成する場合は、予め所定の矩形枠形状に形成したドライフィルムを基板１０上に貼り付けて囲い部１４を形成する。

なお、上記囲い部１４の高さは、バンプ３よりも低く設定しておく。さらに、図４に示すように、囲い部１４内に樹脂を流し込み、固化させて樹脂部１１を形成する。この際、バンプ３の上部が若干突出して露出するように樹脂の充填量をコントロールする。
本実施形態では、囲い部１４の高さをバンプ３よりも低く設定しているので、樹脂を多めに充填しても樹脂部１１が囲い部１４と面一になり、バンプ３上部を覆わずに、バンプ３上部の露出量を精度良く設定することができる。また、囲い部１４内に流し込む樹脂は、できるだけ粘度の低いものを採用することにより、流れ込み易く、固化時の良好な表面平坦度を得ることができる。

次に、樹脂部１１が固化した後、図５に示すように、半導体チップ１２を電極面を下にしてバンプ３上に載置すると共に荷重を掛ける。このとき、荷重によりバンプ３が変形して押し潰されるが、半導体チップ１２の下面が樹脂部１１の上面に当接することで、位置決めされる。さらに、この状態で、リフロー又は超音波によってバンプ３と半導体チップ１２との接合を行い、電気的接続と固定とを行う。そして、最後に基板１０上に半導体チップ１２をＹＡＧ蛍光体入り樹脂で覆って樹脂封止部１３を形成することで、本実施形態の半導体装置が作製される。

このように本実施形態では、バンプ３の周囲に充填固化された樹脂部１１上に半導体チップ１２を載置し、この半導体チップ１２でバンプ３の上部を押し潰して接合を行っているので、半導体チップ１２の下面が樹脂部１１上面で位置決めされて平行出しがなされる。特に、本実施形態のように少ないバンプ数やランダムロケーションのバンプ配置の場合でも、容易に平行出しを行うことができる。したがって、平行出しだけのために、電気的接続以外の余計なバンプ３を設ける必要がない。
このように高精度に平行出しがなされたフリップチップ実装構造により、発光方向、発光分布及び半値幅等のばらつきが低減された良好なＬＥＤ装置を得ることができる。

また、樹脂部１１の厚さで半導体チップ１２の高さが規定されるため、半導体チップ１２の高さばらつきが抑制されると共に、バンプ３を樹脂部１１上面の高さまで押し潰して接合するため、バンプ高さのばらつきが無くなり接着強度のばらつきも抑制することができる。
さらに、半導体チップ１２を実装する前に樹脂をバンプ３の周囲に充填固化させるため、樹脂部１１内の気泡の巻き込みも無くすことができる。
また、囲い部１４をレジスト又はドライフィルムで形成するので、囲い部１４の高さを高精度に得ることができ、樹脂部１１の高さをより正確に設定することが可能になる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。

上記実施形態では、青色又は紫外光の発光ダイオード素子を半導体チップ１２として実装しているが、赤外光、赤色、緑色等の他の発光波長帯域の発光ダイオード素子を半導体チップ１２として採用しても構わない。すなわち、一面に一対の電極が形成され、基材に透光性があると共に電極面を下にして実装する素子ならば、青色以外の種々の発光ダイオード素子を採用してもよい。また、樹脂封止部１３においても、上述したように、白色光への変換が不要な場合、通常の発光ダイオード素子の封止に使用する樹脂であれば、特に蛍光剤入りでなくても構わない。例えば、半導体チップ１２として緑色ＬＥＤを採用し、透明樹脂の樹脂封止部１３で封止を行ったものでも構わない。
また、上記実施形態では良好な平行出しが可能なため、上述したようにＬＥＤチップを半導体チップ１２とする場合に好適だが、他の半導体チップとして、例えばＩＣチップ等を実装してもよい。

また、上記実施形態では、２つのバンプ３により半導体チップ１２との接合を行っているが、２以外のバンプ数で接合を行っても構わない。特に、本実施形態では、１つのバンプ３だけでも、実装時に半導体チップ１２が樹脂部１１に支持されて安定するので、半導体バンプ３の平行出しが容易である。

また、上記実施形態では、上述したようにレジストやドライフィルムによって囲い部１４を形成することが寸法精度等の点で好ましいが、基板１０自体を予め加工して囲い部１４を形成しておいても構わない。
また、上記実施形態では、樹脂部１１と樹脂封止部１３とが異なる樹脂で形成されているが、両者を同じ樹脂で形成しても構わない。なお、本実施形態では、上述したように、樹脂部１１と樹脂封止部１３とでそれぞれ特性の異なる樹脂を使用することができる利点がある。

本発明に係る一実施形態の半導体装置を示す断面図である。 本実施形態の半導体装置の製造方法について、バンプ形成工程を示す平面図及び断面図である。 本実施形態の半導体装置の製造方法について、囲い部形成工程を示す平面図及び断面図である。 本実施形態の半導体装置の製造方法について、樹脂部の充填固化工程を示す平面図及び断面図である。 本実施形態の半導体装置の製造方法について、半導体チップ実装工程を示す平面図及び断面図である。 本発明に係る従来例の半導体装置を示す断面図である。

符号の説明

３…バンプ、１０…基板、１１…樹脂部、１２…半導体チップ、１３…樹脂封止部、１４…囲い部

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された１つ又は複数のバンプと、
   前記基板上に形成され前記バンプよりも低いと共に前記バンプを囲って配された囲い部と、
   前記バンプの上部が突出して露出した状態で前記囲い部内に充填固化され前記囲い部と面一になった樹脂部と、
   前記樹脂部上に載置され前記バンプの上部を前記樹脂部上面の高さまで押し潰した状態で前記バンプと接合された半導体チップと、を備えていることを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記半導体チップが、ＬＥＤチップであることを特徴とする半導体装置。
3. 基板上に１つ又は複数のバンプを形成する工程と、
   前記基板上に前記バンプよりも低いと共に前記バンプを囲った囲い部を形成する工程と、
   前記バンプの上部が露出した状態で前記囲い部内に樹脂を充填固化して前記囲い部と面一に樹脂部を形成する工程と、
   前記樹脂部上に半導体チップを載置すると共に荷重を掛けて前記バンプの上部を前記樹脂部上面の高さまで押し潰して前記バンプに半導体チップを接合させる工程と、を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項３に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記半導体チップが、ＬＥＤチップであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 請求項３または４に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記囲い部を、レジスト又はドライフィルムで形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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