JP4752586B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electronic component which allows a reliable electric connection via a projection electrode with an underfill material applied. <P>SOLUTION: This electronic component comprises a projection electrode 5 composed of conductive materials and a dummy projection 6 taller than the projection electrode 5 on a substrate 2. A number of dummy projections 6 are created outside of an area having the projection electrode 5, each having a height nearly equal to that of the projection electrode. The melting point of each projection 6 lies in a temperature range except the melting point of the projection electrode 5. In addition, when the projection electrode 5 is connected to the outside, electronic component position information can be detected via the projection 6. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

電子部品及びその実装方法に関し、特に、アンダーフィル材を予め塗布して突起電極を介した信頼性の高い電気的接続を可能とする電子部品及びこれを用いた半導体装置並びに半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to an electronic component and a mounting method thereof, and more particularly, to an electronic component that allows a highly reliable electrical connection through a protruding electrode by applying an underfill material in advance, a semiconductor device using the electronic component, and a method for manufacturing the semiconductor device .

携帯電話等のモバイル製品に代表される電子機器には、高密度化、小型化、高性能化の要求が非常に大きい。これらの要求を実現するために種々の実装技術が検討されている。   Electronic devices typified by mobile products such as mobile phones have very high demands for higher density, smaller size, and higher performance. Various mounting techniques have been studied in order to realize these requirements.

SiP(System in Package)は高密度実装に対応したワイヤーボンディングによるチップスタック型が、現状では主流となっているが、信号伝送の高速化、高密度化を実現するために、半導体チップ間をダイレクトに接続するチップオンチップ(CoC(Chip on Chip))実装技術の開発が始まっている。CoC実装のメリットは、多ピン化によるワイドバス実現でデータ転送密度の向上が可能である点にある。   SiP (System in Package) is a chip stack type by wire bonding that supports high-density mounting, but it is currently the mainstream, but in order to realize high-speed signal transmission and high density, direct connection between semiconductor chips Development of a chip-on-chip (CoC) mounting technology for connecting to the substrate has started. The advantage of CoC implementation is that the data transfer density can be improved by realizing a wide bus by increasing the number of pins.

CoC実装技術の開発のポイントは、多ピン、微細ピッチに対応した高精度実装技術、並びに回路面への実装であることから、層間絶縁膜に適用されている脆弱な低誘電率膜(Low−k膜)に対応した低ダメージフリップチップ実装技術にある。   The development point of CoC mounting technology is high-precision mounting technology that supports multiple pins and fine pitches, and mounting on the circuit surface. Therefore, the fragile low dielectric constant film (Low−) applied to the interlayer insulating film low damage flip chip mounting technology corresponding to (k film).

CoC実装技術では、上下の半導体チップのフリップチップ接合には、半田バンプを用いた溶融接合等が、低ダメージ実装技術として採用されている。   In CoC mounting technology, fusion bonding using solder bumps or the like is employed as a low-damage mounting technology for flip chip bonding of upper and lower semiconductor chips.

図14は、フリップチップボンディングによって上部及び下部の半導体チップを半田バンプを用いて溶融接合した後に、アンダーフィル材の注入を行う従来技術を説明する断面図である。   FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining a conventional technique for injecting an underfill material after melt bonding of upper and lower semiconductor chips using solder bumps by flip chip bonding.

図14(A)に示すように、上部チップ51及び下部チップ52には、配線導体53上にそれぞれ半田バンプ54、55が形成されている。半田バンプ54、55を介して上部チップ51と下部チップ52を接続する時、まず上部チップ51と下部チップ52との位置合わせを行い、半田バンプ54、55を対向させる。次に、半田バンプ54、55に所定の加圧力を加えて、上部チップ51及び下部チップ52の全ての半田バンプが接触状態となるようにする。この接触状態となったことを感知するために、荷重検出装置がボンダー内に備えられており、接触時の荷重が感知される。低ダメージ実装の場合は、この接触時の荷重自体も半導体チップの層間絶縁膜等にダメージを与える可能性があるため、非常に少ない荷重の変化によって接触を検出する。その後、半田バンプ54、55を充分に接触させて接合するため、及び、上部チップ51と下部チップ52との間に、目的とするギャップ(間隙)を形成するために、上部チップ51を所定の量だけ押し込み、前記の加圧力を減圧もしくは無加圧状態にして、半田バンプ54、55を溶融温度に加熱して上下の半田バンプ54、55を接続する。このようにして、フリップチップ接合が完了する。   As shown in FIG. 14A, solder bumps 54 and 55 are formed on the wiring conductor 53 in the upper chip 51 and the lower chip 52, respectively. When connecting the upper chip 51 and the lower chip 52 via the solder bumps 54 and 55, first, the upper chip 51 and the lower chip 52 are aligned, and the solder bumps 54 and 55 are made to face each other. Next, a predetermined pressure is applied to the solder bumps 54 and 55 so that all the solder bumps of the upper chip 51 and the lower chip 52 are in contact with each other. In order to detect the contact state, a load detection device is provided in the bonder, and the load at the time of contact is detected. In the case of low-damage mounting, the contact load itself may damage the interlayer insulating film of the semiconductor chip and the like, so that the contact is detected by a very small load change. Thereafter, in order to bond the solder bumps 54 and 55 sufficiently with each other and to form a target gap (gap) between the upper chip 51 and the lower chip 52, the upper chip 51 is set to a predetermined value. The solder bumps 54 and 55 are heated to the melting temperature and the upper and lower solder bumps 54 and 55 are connected to each other by pushing in the amount of pressure. In this way, flip chip bonding is completed.

このフリップチップ接合のみでは、応力が微小な半田バンプ54、55に集中し、クラック等によって接続不良を起こす。これを防止するため、古くからアンダーフィルが実行されている。   With only this flip chip bonding, stress concentrates on the small solder bumps 54 and 55, and connection failure occurs due to cracks or the like. To prevent this, underfill has been performed for a long time.

図14(B)に示すように、ニードル(吐出ノズル)56を用いてアンダーフィル材58と呼ばれる液状封止材を、上部チップ51の側面近傍で下部チップ52の面に滴下し、上部チップ51と下部チップ52との間の狭い間隙(ギャップ)gに毛細管現象を利用して浸透させる(以下、サイドフィルアンダーフィルという。)。次に、加熱硬化させることにより、上部チップ51と下部チップ52との接続の信頼性を向上させると同時に、半導体チップの表面を湿度等の外部ストレスから保護している。   As shown in FIG. 14B, a liquid sealing material called an underfill material 58 is dropped onto the surface of the lower chip 52 in the vicinity of the side surface of the upper chip 51 using a needle (discharge nozzle) 56, and the upper chip 51. A narrow gap (gap) g between the lower chip 52 and the lower chip 52 is permeated using capillary action (hereinafter referred to as side fill underfill). Next, by heating and curing, the reliability of the connection between the upper chip 51 and the lower chip 52 is improved, and at the same time, the surface of the semiconductor chip is protected from external stress such as humidity.

所定量のアンダーフィル材は吐出ノズル56を用いて上部チップ51の側端の近傍で下部チップ52の表面に吐出され、吐出されたアンダーフィル材は毛管現象によって上部チップ51と下部チップ52との間隙gに充填されるが、この時、例えば、間隙におけるアンダーフィル材の流動にむらがあると、間隙に存在する空気がアンダーフィル材によって間隙から外部に押し出されないで気泡57として間隙に残ったり、吐出ノズル56からのアンダーフィル材の吐出量が少なかった場合には、アンダーフィル材58の未充填部59
が残り、フィレット部が形成されない状態となってしまう。このような気泡57、未充填部59が形成された状態は、外部環境の影響を受けやすく、信頼性を低下させる大きな原因となる。
A predetermined amount of underfill material is discharged onto the surface of the lower chip 52 in the vicinity of the side edge of the upper chip 51 using the discharge nozzle 56, and the discharged underfill material is separated between the upper chip 51 and the lower chip 52 by capillary action. At this time, if there is uneven flow of the underfill material in the gap, for example, air existing in the gap is not pushed out of the gap by the underfill material and remains in the gap as bubbles 57. If the discharge amount of the underfill material from the discharge nozzle 56 is small, the unfilled portion 59 of the underfill material 58 is used.
Remains, and the fillet portion is not formed. The state in which such bubbles 57 and unfilled portions 59 are formed is easily affected by the external environment, and becomes a major cause of reducing reliability.

また、サイドフィルアンダーフィルでは、上部チップ51と下部チップ52と間隙にアンダーフィル材の毛細管現象による浸透圧で注入されるので、上部チップ51及び下部チップ52の表面状態(汚れ等)や隙間の広さ、半田バンプ54、55の密集度が場所によって異なる等によって、アンダーフィル材の注入性が変化するので、アンダーフィル材が注入されない部分が生じてボイド(気泡)を発生し、接合部の長期信頼性を損ねるという問題を生じる。また、アンダーフィル材の注入完了までに時間を要し、生産性が低いという問題やサイドフィルアンダーフィルのために専用の装置が必要であり、設備投資金額が高くなってしまうという問題がある。   Further, in the side fill underfill, since the osmotic pressure due to the capillary action of the underfill material is injected into the gap between the upper chip 51 and the lower chip 52, the surface condition (dirt etc.) of the upper chip 51 and the lower chip 52 and the gap The underfill material injectability varies depending on the area and the density of the solder bumps 54 and 55 depending on the location, etc., so that a portion where the underfill material is not injected is generated and voids (bubbles) are generated. This causes a problem of deteriorating long-term reliability. In addition, it takes time to complete the injection of the underfill material, and there is a problem that productivity is low and a dedicated device is required for sidefill underfill, resulting in an increase in capital investment.

サイドフィルアンダーフィルでは、作業性が悪いこと、ボイドが残りやすいこと、アンダーフィル材を滴下する領域が必要であり、接合するチップサイズに制限がある等、多くの問題があることから、新しいアンダーフィルプロセスが提案されている。   Side fill underfill has many problems, such as poor workability, easy voids, and the area where dripping underfill material is required, and there are restrictions on the chip size to be joined. A fill process has been proposed.

図15は、下部半導体チップの面にアンダーフィル材を塗布した後に、フリップチップボンディングによって上部及び下部の半導体チップを接合する従来技術を説明する断面図である。   FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining the prior art in which the upper and lower semiconductor chips are joined by flip chip bonding after applying an underfill material to the surface of the lower semiconductor chip.

図15に示すように、先にアンダーフィル材58(液状樹脂)を下部チップ52上に供給し、上部チップ51と下部チップ52との間隙を所定の値に保持して、半田バンプ54、55をフリップチップ接続すると同時に、アンダーフィル封止も完了させる(以下、ノーフローアンダーフィル又はノーフロータイプアンダーフィルという。)。   As shown in FIG. 15, the underfill material 58 (liquid resin) is first supplied onto the lower chip 52, the gap between the upper chip 51 and the lower chip 52 is held at a predetermined value, and solder bumps 54, 55 are provided. At the same time as flip-chip connection, underfill sealing is completed (hereinafter referred to as no-flow underfill or no-flow type underfill).

「半導体封止材料の技術動向」と題する後記の非特許文献1には、液状封止樹脂をチップ周辺からチップと基板の狭い空隙に毛細管現象を利用して浸透させて、加熱硬化させる方式、先にアンダーフィル樹脂(フラックス機能も兼ね備える)を基板上に供給し、チップ搭載の後のリフロー工程でフリップチップ接続と同時に、アンダーフィル封止も完成させるノーフロータイプアンダーフィル方式、NCP(Non Conductive paste)材と呼ばれる液状樹脂を基板上に塗布した後にチップを搭載し、短時間(数秒〜10秒)の加圧加熱でメカニカルな金属同士の接合を固定化させるNCPプロセスと呼ばれる方式、及び、無鉛半田材料の特性に関する記載がある。   Non-patent document 1 entitled “Technological trend of semiconductor encapsulating material” includes a method of infiltrating liquid encapsulating resin from the periphery of the chip into a narrow gap between the chip and the substrate using a capillary phenomenon, and heat-curing. NCP (Non Conductive), a no-flow type underfill system that first supplies underfill resin (which also has a flux function) onto the substrate and completes underfill sealing at the same time as flip chip connection in the reflow process after chip mounting. a method called an NCP process in which a chip is mounted after applying a liquid resin called a paste) material on a substrate, and a mechanical metal-to-metal bond is fixed by pressurization and heating for a short time (several seconds to 10 seconds), and There is a description regarding the characteristics of lead-free solder materials.

「高密度実装を実現するコンシュマー製品向けLSIアセンブリ技術」と題する後記の非特許文献2には、フリップチップ実装技術、バンプ形成技術に関する記載、圧接フリップチップ実装技術、多ピン超音波フリップチップ実装技術、及び、LSI端子のファインピッチ化や脆弱なlow−k材(低誘電率材料)採用により、低荷重・振動低振幅化等の実装ストレス低減が要求されるとの記載がある。   Non-Patent Document 2 entitled “LSI Assembly Technology for Consumer Products Realizing High-Density Mounting” includes a description of flip chip mounting technology and bump forming technology, pressure contact flip chip mounting technology, and multi-pin ultrasonic flip chip mounting technology. In addition, there is a description that mounting stress reduction such as low load and low vibration amplitude is required by adopting fine pitch of LSI terminals and adopting fragile low-k material (low dielectric constant material).

「半導体装置およびその製造方法」と題する後記の特許文献1には以下の記載がある。   Patent Document 1 below entitled “Semiconductor Device and Manufacturing Method Thereof” has the following description.

特許文献1の発明にかかる半導体装置は、主面に第1の端子を有する半導体素子と、表面に上記第1の端子に対応して配設された第2の端子を有し上記主面を対向面として上記半導体素子が載置される配線基板と、溶融により上記第1の端子と上記第2の端子に接合され、上記半導体素子と上記配線基板とを電気的に接続する導電性バンプと、上記半導体素子上記基板との間に介装され、これらの間隙の距離を調整する間隙調整部材と、上記間隙に形成され、金属表面を活性化させる成分を含む樹脂でなる樹脂封止体と、を備え、上記間隙調整部材の少なくとも一部は、上記間隙調整部材と上記半導体素子のいずれにも接触していることを特徴とする。   A semiconductor device according to the invention of Patent Document 1 has a semiconductor element having a first terminal on a main surface and a second terminal disposed on the surface corresponding to the first terminal, A wiring board on which the semiconductor element is placed as an opposing surface; and a conductive bump that is bonded to the first terminal and the second terminal by melting and electrically connects the semiconductor element and the wiring board; A gap adjusting member that is interposed between the semiconductor element and the substrate and adjusts a distance between these gaps; and a resin sealing body that is formed in the gap and includes a resin that activates a metal surface; And at least a part of the gap adjusting member is in contact with both the gap adjusting member and the semiconductor element.

上記間隙調整部材は、上記第1の端子の高さと上記伝導性バンプの溶融前の高さと上記第2の端子の高さとの合計値未満の高さを有し、その高さは、より具体的には20μm以上200μmであることが好ましい。   The gap adjusting member has a height less than a total value of the height of the first terminal, the height of the conductive bump before melting, and the height of the second terminal, and the height is more specific. Specifically, it is preferably 20 μm or more and 200 μm.

上記半導体措置が備える上記間隙調整部材は、球状粒子であると良い。   The gap adjusting member included in the semiconductor measure may be a spherical particle.

また、上記間隙調整部材は、上記回路配線基板または上記半導体チップの対向面のいずれかに形成された突起であっても良い。   The gap adjusting member may be a protrusion formed on either the circuit wiring board or the facing surface of the semiconductor chip.

特許文献1では、ノーフローアンダーフィル用樹脂中にギャップの大きさを一定値に保持するための粒子を含有させ、ギャップが粒子のサイズ未満に潰されることなく、一定のサイズに保たれた状態で樹脂の硬化を進行させる、或いは、チップ側または基板側にギャップのサイズを一定値に保持するための突起を複数個設け、一定サイズの間隙内でノーフローアンダーフィル用樹脂の硬化を進行させる。従って、粒子や突起の材質は、加熱時の荷重、熱によってダメージを受け形状が顕著に変化しない材質が選択される。   In Patent Document 1, particles for maintaining the gap size at a constant value are contained in the resin for no-flow underfill, and the gap is maintained at a constant size without being crushed below the particle size. In order to advance the curing of the resin, or to provide a plurality of protrusions on the chip side or the substrate side for maintaining the gap size at a constant value, the curing of the resin for no-flow underfill is advanced in the gap of a certain size. . Accordingly, the material of the particles and protrusions is selected so that the shape is not significantly changed due to damage caused by the load and heat during heating.

「フリップチップ実装方法」と題する後記の特許文献2には以下の記載がある。   Patent Document 2 below entitled “Flip Chip Mounting Method” has the following description.

特許文献2の発明のフリップチップ実装方法は、基板表面に半導体部品チップをフリップチップ実装する方法であって、基板上に設けた接続用パッドと、前記半導体部品チップの裏面に形成された電極パッドとの間をバンプ状の半田を用いて接合する際、前記接続用パッドの面積は、対応する電極パッドの面積より狭くし、前記接続用パッドの表面に利用するバンプ状の半田を作製し、バンプ状の半田を設けた前記接続用パッドを取り囲みソルダレジスト層を基板表面に設け、そのソルダレジスト層で取り囲まれる基板表面領域を凹部に構成し、その際、前記ソルダレジスト層の層厚と、前記接続用パッドの表面に作製されたバンプ状半田頂部の基板面からの高さとを比較すると、前記バンプ状半田頂部の高さが前記ソルダレジスト層の層厚より小さくなるように選択し、前記バンプ状半田頂部を超える深さまで、フラックス剤を含む液状の熱硬化性樹脂組成物を充填し、基板上に設けた接続用パッドに対応して、前記半導体部品チップの裏面に形成された電極パッドが位置する配置に、前記半導体部品チップを位置合せして重ね合わせ、前記半導体部品チップの裏面に形成された電極パッド面に前記フラックス剤を含む液状の熱硬化性樹脂組成物が接触する状態とし、その配置を維持しつつ、前記半導体部品チップに荷重を印加した状態で、バンプ状半田の溶融と、液状の熱硬化性樹脂組成物の熱硬化が起こる温度に過熱し、前記フラック剤の作用によるフラックス処理と、その後の溶解した半田材料による半田接合、ならびに熱硬化性樹脂組成物の熱硬化による基板表面と半導体部品チップとの間隙への熱硬化物による封止・接着固定を行うことを特徴とするフリップチップ実装方法である。このフリップチップ実装方法では、前記バンプ状半田を構成する半田材料として、錫合金半田を用いることができる。   The flip chip mounting method of the invention of Patent Document 2 is a method of flip chip mounting a semiconductor component chip on the surface of a substrate, and a connection pad provided on the substrate and an electrode pad formed on the back surface of the semiconductor component chip When using a bump-shaped solder, the area of the connection pad is made smaller than the area of the corresponding electrode pad, and a bump-shaped solder used on the surface of the connection pad is produced, Surrounding the connection pads provided with bump-shaped solder, a solder resist layer is provided on the substrate surface, and a substrate surface region surrounded by the solder resist layer is formed as a recess, and at that time, the layer thickness of the solder resist layer, Comparing the height of the bump-shaped solder top formed on the surface of the connection pad from the substrate surface, the height of the bump-shaped solder top is the thickness of the solder resist layer. The semiconductor component corresponding to the connection pad provided on the substrate is filled with a liquid thermosetting resin composition containing a flux agent to a depth exceeding the bump-shaped solder top. The semiconductor component chip is aligned and overlapped in an arrangement where the electrode pad formed on the back surface of the chip is positioned, and the liquid thermosetting containing the flux agent on the electrode pad surface formed on the back surface of the semiconductor component chip The temperature at which melting of the bump-shaped solder and the thermosetting of the liquid thermosetting resin composition occur in a state in which a load is applied to the semiconductor component chip while maintaining the arrangement and maintaining the arrangement The substrate surface and the semiconductor by the flux treatment by the action of the flux agent, the subsequent solder bonding by the melted solder material, and the thermosetting of the thermosetting resin composition A flip chip mounting method which is characterized in that the sealing and adhesive fixing by thermosetting material into the gap between the component chips. In this flip chip mounting method, tin alloy solder can be used as a solder material constituting the bump-shaped solder.

特許文献2の発明のフリップチップ実装方法においては、接続用パッド上に作製される前記バンプ状半田頂部の基板面からの高さと、前記半導体部品チップの裏面に形成された電極パッドの厚さとの合計は、前記ソルダレジスト層の層厚より、電極パッドの厚さと接続用パッドの厚さを差し引いた値に、電極パッドの面積を乗じた体積値は、接続用パッド上に作製される前記バンプ状半田の半田部分の体積よりも大きく選択されていることが好ましい。   In the flip-chip mounting method of the invention of Patent Document 2, the height from the substrate surface of the bump-shaped solder top formed on the connection pad and the thickness of the electrode pad formed on the back surface of the semiconductor component chip The total value is obtained by subtracting the electrode pad thickness and the connection pad thickness from the layer thickness of the solder resist layer, and multiplying the electrode pad area by the volume value. It is preferable that the volume is selected to be larger than the volume of the solder portion of the solder.

特許文献2では、ソルダレジスト層は、実装される半導体部品チップと配線基板との間隙を規定するスペーサとして機能する。また、アンダーフィル剤にはフラックス剤が含有されている。   In Patent Document 2, the solder resist layer functions as a spacer that defines a gap between a semiconductor component chip to be mounted and a wiring board. The underfill agent contains a flux agent.

「電子部品の実装方法」と題する後記の特許文献3には以下の記載がある。   Patent Document 3 described later entitled “Electronic Component Mounting Method” includes the following description.

特許文献3の発明の請求項1に記載の電子部品の実装方法は、基板の電極もしくは電子部品の電極の少なくともいずれか一方の電極に半田部を形成し、この半田部によって前記基板の電極に前記電子部品の電極を半田接合する電子部品の接合方法であって、前記基板上に半田融点温度よりも低い融点温度の硬化剤を含む熱硬化性樹脂を塗布して前記基板の電極または電極に形成された半田部を覆う工程と、前記半田部を前記電極または電極に形成された半田部に対して位置合せする工程と、前記半田部を前記電極または電極に形成された半田部に対して押圧した状態で電子部品を加熱して前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程とを含み、前記電子部品を加熱する工程において、前記熱硬化性樹脂が完全硬化する前に前記半田部を半田の融点温度以上に昇温させるようにした。   In the electronic component mounting method according to claim 1 of the invention of Patent Document 3, a solder portion is formed on at least one of the electrode of the substrate or the electrode of the electronic component, and the solder portion forms an electrode on the substrate. An electronic component joining method for solder-joining an electrode of an electronic component, wherein a thermosetting resin containing a curing agent having a melting point temperature lower than a solder melting point temperature is applied to the substrate and applied to the electrode or electrode of the substrate A step of covering the formed solder part, a step of aligning the solder part with the solder part formed on the electrode or the electrode, and a solder part formed on the electrode or the electrode. Heating the electronic component in a pressed state to cure the thermosetting resin, and in the step of heating the electronic component, the solder portion is melted before the thermosetting resin is completely cured. temperature It was to raise the temperature to above.

特許文献3の発明の請求項2に記載の電子部品の実装方法は、請求項1に記載の電子部品の実装方法請求項1に記載の電子部品の実装方法であって、前記熱硬化性樹脂に、少なくとも半田の融点温度よりも低い融点温度を有する第1の硬化剤と、半田の融点温度よりも高い融点温度を有する第2の硬化剤とを含む。   The electronic component mounting method according to claim 2 of the invention of Patent Document 3 is the electronic component mounting method according to claim 1, wherein the thermosetting resin is the electronic component mounting method according to claim 1. In addition, at least a first curing agent having a melting point lower than the melting point of the solder and a second curing agent having a melting point higher than the melting point of the solder are included.

特許文献3の発明によれば、電子部品を加熱する工程において、熱硬化性樹脂が完全硬化する前に半田部を半田の融点温度以上に昇温させることにより、半田部と被接合面での溶融半田の濡れ拡がりが阻害されず、良好な形状で信頼性の高い接合部を得ることができ、熱硬化性樹脂の硬化が促進されることにより実装時間を短縮することができる。   According to the invention of Patent Document 3, in the step of heating the electronic component, the temperature of the solder portion is raised to the melting point temperature of the solder or higher before the thermosetting resin is completely cured, so Wetting and spreading of the molten solder is not hindered, a highly reliable joint with a good shape can be obtained, and the mounting time can be shortened by promoting the curing of the thermosetting resin.

フッリプチップボンディング装置では、ヘッド部を下降させていき、チップを基板に押圧し、加圧と加熱によってチップと基板を接合させるが、チップを基板上に搭載する際の搭載荷重の種々の制御方法が知られている(例えば、後記する特許文献4、5、6を参照)。   In the flip chip bonding apparatus, the head part is lowered, the chip is pressed against the substrate, and the chip and the substrate are bonded by pressurization and heating, but various control of the mounting load when the chip is mounted on the substrate. Methods are known (see, for example, Patent Documents 4, 5, and 6 described later).

特許文献4には、荷重制御による部品搭載および押し込み量制御による部品搭載を行う「部品搭載装置および方法」に関する記載がある。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 describes a “component mounting apparatus and method” that performs component mounting by load control and component mounting by pushing amount control.

特許文献5には、押圧ヘッドの姿勢を正しく保って、フリップチップの全てのバンプを均一な力で基板の電極に押し付けてボンディングする「フリップチップのボンディング装置」に関する記載がある。   Patent Document 5 describes a “flip chip bonding apparatus” that bonds all the bumps of a flip chip against the electrodes of the substrate with a uniform force while maintaining the posture of the pressing head correctly.

「ボンディングツール及びそれを用いた半導体チップのボンディング」と題する特許文献6には以下の記載がある。   Patent Document 6 entitled “Bonding Tool and Bonding of Semiconductor Chip Using the Tool” includes the following description.

特許文献6の発明は、半導体チップを実装基板にフリップチップ接続する際に、実装基板に熱による反り等の変形が生じていても、半導体チップのフェース面と実装基板表面との平行度を確保することが可能な簡略なボンディングツール及びそれを用いた半導体チップのボンディング方法を提供することを目的とする。   The invention of Patent Document 6 ensures parallelism between the face surface of the semiconductor chip and the surface of the mounting substrate even when the mounting substrate is flip-chip connected to the mounting substrate, even if the mounting substrate is deformed by heat warp or the like. It is an object of the present invention to provide a simple bonding tool that can be used and a semiconductor chip bonding method using the same.

特許文献6の発明の請求項1に係るボンディングツールは、半導体チップをフェースダウンに保持する吸着ヘッド部と、この吸着ヘッド部を駆動し、吸着ヘッド部に保持された半導体チップを実装基板上に搬送して載置する駆動部と、この吸着ヘッド部のヘッド面の傾きを調整するヘッド面調整部とを有し、このヘッド面調整部を用いて吸着ヘッド部に保持された半導体チップのフェース面が実装基板表面に平行になるようにした後、前記半導体チップと前記実装基板にフリップチップ接続することを特徴とする。   A bonding tool according to claim 1 of the invention of Patent Document 6 is a suction head unit for holding a semiconductor chip face down, and driving the suction head unit to place the semiconductor chip held by the suction head unit on a mounting substrate. A semiconductor chip face having a drive unit that is transported and mounted and a head surface adjustment unit that adjusts the inclination of the head surface of the suction head unit, and is held by the suction head unit using the head surface adjustment unit After the surface is made parallel to the surface of the mounting substrate, the semiconductor chip and the mounting substrate are flip-chip connected.

また、特許文献6の発明の上記請求項1に記載のボンディングツールにおいて、吸着ヘッド部に保持された半導体チップが実装基板表面に接触する際の複数箇所の圧力を検出する複数個の圧力センサを有し、これらの複数個の圧力センサによって検出された複数箇所の圧力値に基づいて、ヘッド面調整部による吸着ヘッド部のヘッド面の傾きの調整を行うことを特徴とする。   Further, in the bonding tool according to claim 1 of the invention of Patent Document 6, a plurality of pressure sensors for detecting pressures at a plurality of locations when the semiconductor chip held by the suction head portion contacts the mounting substrate surface are provided. And adjusting the inclination of the head surface of the suction head unit by the head surface adjustment unit based on the pressure values at a plurality of locations detected by the plurality of pressure sensors.

実装基板に熱による反り等の変形が生じている場合には、半導体チップの実装基板面への最初の接触部に最も近い圧力センサが最も大きな圧力値を検出し、最も遠い圧力センサが最も小さい圧力値を検出することないなり、実装基板の変形に対応して半導体チップの複数箇所の圧力値にバラツキが生じる。このため、ヘッド面調整部が吸着ヘッド部のヘッド面の傾きを調整する際に、複数個の圧力センサによって検出された複数箇所の圧力値のバラツキを是正して、半導体チップの複数箇所の圧力値が均一になるように調整すればよいため、半導体チップのフェース面を実装基板表面に平行にすることが容易に可能になる。   When deformation such as warpage due to heat has occurred on the mounting board, the pressure sensor closest to the first contact portion of the semiconductor chip to the mounting board surface detects the largest pressure value, and the farthest pressure sensor has the smallest. The pressure value is not detected, and the pressure values at a plurality of locations on the semiconductor chip vary depending on the deformation of the mounting substrate. For this reason, when the head surface adjustment unit adjusts the inclination of the head surface of the suction head unit, it corrects the variation in the pressure values detected by the plurality of pressure sensors, thereby correcting the pressure at the plurality of points on the semiconductor chip. Since the values may be adjusted to be uniform, the face surface of the semiconductor chip can be easily made parallel to the mounting substrate surface.

また、特許文献6の発明の上記請求項1に記載のボンディングツールにおいて、吸着ヘッド部に保持された半導体チップが実装基板に接近する際の半導体チップのフェース面と実装基板表面との間の複数箇所の間隔を検出する間隔測定器を有し、この間隔測定器によって検出された複数箇所の間隔に基づいて、ヘッド面調整部による吸着ヘッド部のヘッド面の傾きの調整を行うことを特徴とする。   Further, in the bonding tool according to claim 1 of the invention of Patent Document 6, a plurality of portions between the face surface of the semiconductor chip and the surface of the mounting substrate when the semiconductor chip held by the suction head portion approaches the mounting substrate. It has an interval measuring device for detecting the interval between the points, and the head surface adjusting unit adjusts the inclination of the head surface of the suction head unit based on the intervals of the plurality of points detected by the interval measuring device. To do.

実装基板に熱による反り等の変形が生じている場合には、半導体チップフェース面と実装基板面との間の近接した複数箇所の間隔にバラツキが生じることを検出することになる。このため、ヘッド面調整部が吸着ヘッド部のヘッド面の傾きを調整する際に、間隔測定器によって検出された複数箇所の間隔のバラツキを是正して、半導体チップのフェース面と実装基板表面との近接した間隔が全体に渡って均一になるように調整すればよいため、半導体チップのフェース面を実装基板表面に平行にすることが容易に可能になる。   When the mounting substrate is deformed such as warpage due to heat, it is detected that variations occur at intervals between a plurality of adjacent locations between the semiconductor chip face surface and the mounting substrate surface. For this reason, when the head surface adjustment unit adjusts the inclination of the head surface of the suction head unit, the variation in the intervals detected by the interval measuring device is corrected, and the face surface of the semiconductor chip and the mounting substrate surface are corrected. Therefore, the face surface of the semiconductor chip can be easily made parallel to the mounting substrate surface.

特許文献6では、吸着ヘッド部のヘッド面の傾きの調整を、自動化することも可能である。   In Patent Document 6, the adjustment of the inclination of the head surface of the suction head unit can be automated.

特開2001−53109号公報(図1、図2、段落0010〜0013、段落0019〜0026、段落0029〜0036、段落0045〜0046、段落0053)JP 2001-53109 A (FIG. 1, FIG. 2, paragraphs 0010 to 0013, paragraphs 0019 to 0026, paragraphs 0029 to 0036, paragraphs 0045 to 0046, paragraph 0053) 特開2003−100809号公報(図1、図2、図3、段落0011〜0012、段落0018、段落0027、段落0026)。JP-A-2003-100809 (FIGS. 1, 2, and 3, paragraphs 0011 to 0012, paragraph 0018, paragraph 0027, and paragraph 0026).

特開平11−214440号公報(段落0007〜0009、図1、図2)Japanese Patent Laid-Open No. 11-214440 (paragraphs 0007 to 0009, FIGS. 1 and 2) 特開平9−199545号公報(段落0011〜0013、段落0018、図1)JP-A-9-199545 (paragraphs 0011 to 0013, paragraph 0018, FIG. 1) 特開2002−93856号公報(段落0006〜0008、段落0021、図1、図2)JP 2002-93856 (paragraphs 0006 to 0008, paragraph 0021, FIGS. 1 and 2) 特開平11−297764号公報(段落0011、0012、段落0014〜0017、第1の実施の形態、第2の実施の形態)Japanese Patent Laid-Open No. 11-297664 (paragraphs 0011, 0012, paragraphs 0014 to 0017, first embodiment, second embodiment) 福井、松下電工技報、Feb.、2004、p.9〜15(p.10、p.13〜14)Fukui, Matsushita Electric Engineering Technical Report, Feb. 2004, p. 9-15 (p.10, p.13-14) 吉良他、FUJITSU、56、6、p.539−544(11、2005)(p.540〜544)Kira et al., FUJITSU, 56, 6, p. 539-544 (11, 2005) (p. 540-544)

図14(A)に示したように、低誘電率膜(Low−k)を用いた半導体チップのCoC実装では、低加重による低ダメージフリップチップボンディングが要求され、上部チップ51及び下部チップ52の半田バンプ54、55の接触を検知する荷重は非常に小さい。サイドフィルアンダーフィルを採用する場合、上部チップ51及び下部チップ52の半田バンプ54、55の接触に対して、アンダーフィル材58は何ら影響を与えない。   As shown in FIG. 14A, in CoC mounting of a semiconductor chip using a low dielectric constant film (Low-k), low damage flip chip bonding with low load is required, and the upper chip 51 and the lower chip 52 are The load for detecting the contact of the solder bumps 54 and 55 is very small. When the side fill underfill is employed, the underfill material 58 has no influence on the contact between the solder bumps 54 and 55 of the upper chip 51 and the lower chip 52.

しかし、図15に示したように、ノーフローアンダーフィルを採用する場合には、上部チップ51及び下部チップ52の半田バンプ54、55の接触を検知する荷重は非常に小さいため、半田バンプ54、55の接触時の荷重検出に対して、下部チップ52の半田バンプ55に塗布されているアンダーフィル材58の存在が大きく影響する。低ダメージフリップチップボンディングを実現するため、非常に小さい荷重によって半田バンプ54、55の接触を検出しようとするため、上部チップ51の半田バンプ54と、下部チップ52の面に塗布されたアンダーフィル材58との接触時に荷重を検出してしまい、半田バンプ54、55の接触を正確に検知することができないという問題がある。即ち、上部チップ51の半田バンプ54とアンダーフィル材58との接触を、上部チップ51の半田バンプ54と下部チップ52の半田バンプ55との接触として、誤検出するという問題がある。   However, as shown in FIG. 15, when no-flow underfill is adopted, the load for detecting the contact between the solder bumps 54 and 55 of the upper chip 51 and the lower chip 52 is very small. The presence of the underfill material 58 applied to the solder bumps 55 of the lower chip 52 greatly affects the load detection at the time of contact of 55. In order to realize low-damage flip chip bonding, the underfill material applied to the surfaces of the solder bumps 54 of the upper chip 51 and the lower chip 52 in order to detect contact between the solder bumps 54 and 55 with a very small load. The load is detected at the time of contact with 58, and there is a problem that the contact of the solder bumps 54 and 55 cannot be detected accurately. That is, the contact between the solder bump 54 of the upper chip 51 and the underfill material 58 is erroneously detected as the contact between the solder bump 54 of the upper chip 51 and the solder bump 55 of the lower chip 52.

半田バンプ54、55の接触の正確な検知ができないため、上部チップ51と下部チップ52との間隙(g)を所定の値に正確に保持することができず、上部チップ51の半田バンプ54と下部チップ52の半田バンプ55との接触が十分に確保されず、接合不良を起こすという問題を生じる。   Since the contact between the solder bumps 54 and 55 cannot be detected accurately, the gap (g) between the upper chip 51 and the lower chip 52 cannot be accurately maintained at a predetermined value, and the solder bumps 54 of the upper chip 51 There is a problem that contact between the lower chip 52 and the solder bump 55 is not sufficiently ensured, resulting in poor bonding.

半田バンプ54と半田バンプ55との接触に先行する、半田バンプ54とアンダーフィル材58との接触を避けるために、半田バンプ54と半田バンプ55との接触によって先に荷重が検出されるようにするために、下部チップ52にアンダーフィル材(プリコート樹脂)58の量を調節して塗布すると、上部チップ51と下部チップ52との間隙を充填するためのアンダーフィル材58の量が不足してしまい、気泡(ボイド)が発生してしまい、信頼性不良を引き起こすという問題が発生する。   In order to avoid the contact between the solder bump 54 and the underfill material 58 prior to the contact between the solder bump 54 and the solder bump 55, the load is detected first by the contact between the solder bump 54 and the solder bump 55. Therefore, when the amount of the underfill material (precoat resin) 58 is adjusted and applied to the lower chip 52, the amount of the underfill material 58 for filling the gap between the upper chip 51 and the lower chip 52 is insufficient. As a result, bubbles (voids) are generated, resulting in a problem of poor reliability.

このように、低ダメージフリップチップボンディングによるCoC実装にノーフローアンダーフィルを採用するには多くの問題があり、現状では、ノーフローアンダーフィルを採用することができず、毛細管現象を利用したサイドフィルアンダーフィルが採用されており、ボイドが残りやすく信頼性不良を起こしやすいという問題、アンダーフィル材を滴下する領域が下部チップに必要であり下部チップサイズが大きくなりCoC実装品の小型化に限界があるという問題等がある。   As described above, there are many problems in adopting no-flow underfill for CoC mounting by low damage flip chip bonding. At present, no-flow underfill cannot be adopted, and side fill using capillary phenomenon is used. Underfill is adopted, voids are likely to remain, and reliability is likely to be deteriorated. The area where the underfill material is dropped is required for the lower chip, and the size of the lower chip is increased, so there is a limit to the miniaturization of CoC mounted products. There is a problem that there is.

本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、アンダーフィル材を予め塗布して突起電極を介した信頼性の高い電気的接続を可能とする電子部品及びこれを用いた半導体装置並びに半導体装置の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to make it possible to apply an underfill material in advance to enable reliable electrical connection via protruding electrodes. An object is to provide a component, a semiconductor device using the component, and a method for manufacturing the semiconductor device.

即ち、本発明は、導電性材料からなる突起電極と、前記突起電極よりも大きな高さをもつダミーの突起部とを基板上に有する電子部品に係るものである。   That is, the present invention relates to an electronic component having a protruding electrode made of a conductive material and a dummy protruding portion having a height larger than that of the protruding electrode on a substrate.

また、本発明は、前記電子部品に、半導体チップが前記突起電極を介して電気的に接続された半導体装置であって、前記突起部の内側領域において前記電子部品の表面に付着された電気絶縁材によって、前記半導体チップが前記電子部品に固定されている半導体装置に係るものである。   The present invention is also a semiconductor device in which a semiconductor chip is electrically connected to the electronic component via the protruding electrode, and the electric insulation adhered to the surface of the electronic component in the inner region of the protruding portion The semiconductor chip is fixed to the electronic component by a material.

また、本発明は、第1及び第2の電子部品の少なくとも一方の面に突起電極を形成し、この突起電極を介して前記第1及び第2の電子部品を電気的に接続する半導体装置の製造方法において、前記突起電極よりも大きな高さをもつダミーの突起部を前記第1の電子部品の面に形成する第1の工程と、前記第1の電子部品の面に、前記突起電極よりも高く、前記突起部よりも低い電気絶縁材を付着する第2の工程と、前記第1の電子部品と前記第2の電子部品とを近接させ、前記第2の電子部品と前記突起部との接触を検出する第3の工程と、前記接触を検出した後に、前記第1の電子部品と前記第2の電子部品との間隔が所定の値となるまで、前記第1の電子部品と前記第2の電子部品とを更に近接させる第4の工程とを有する、半導体装置の製造方法に係るものである。   The present invention also provides a semiconductor device in which a protruding electrode is formed on at least one surface of the first and second electronic components, and the first and second electronic components are electrically connected via the protruding electrode. In the manufacturing method, a first step of forming a dummy protrusion having a height greater than the protrusion electrode on the surface of the first electronic component, and a surface of the first electronic component from the protrusion electrode A second step of attaching an electrical insulating material that is higher and lower than the protrusion, the first electronic component and the second electronic component are brought close to each other, and the second electronic component and the protrusion A third step of detecting a contact of the first electronic component and the first electronic component until the distance between the first electronic component and the second electronic component reaches a predetermined value after the contact is detected. A fourth step of bringing the second electronic component closer to each other Those relating to the manufacturing process.

本発明の電子部品によれば、前記突起電極よりも大きな高さのダミーの突起部を有するので、前記突起電極が外部接続される際に、電気絶縁材によって前記突起電極が覆われ、前記突起部よりも低くなるように電子部品の表面に、予め、前記電気絶縁材を塗布することによって、前記電気絶縁材への気泡の混入を防止し信頼性の高い電気的接続を可能とすることができる。即ち、前記電気絶縁材を予め塗布して信頼性の高いフリップチップ接合に好適な電子部品を提供することができる。   According to the electronic component of the present invention, since the dummy projecting portion having a height larger than the projecting electrode is provided, the projecting electrode is covered with an electrical insulating material when the projecting electrode is externally connected, and the projecting electrode By applying the electrical insulating material in advance on the surface of the electronic component so as to be lower than the portion, it is possible to prevent air bubbles from being mixed into the electrical insulating material and to make highly reliable electrical connection. it can. That is, it is possible to provide an electronic component suitable for flip chip bonding with high reliability by applying the electrical insulating material in advance.

また、本発明の半導体装置によれば、前記突起部を利用して間隙を設定し、前記突起部の内側領域において前記電子部品の表面に付着された前記電気絶縁材によって、前記半導体チップが前記電子部品に固定されているので、前記半導体チップと前記電子部品とを、所定の間隙を正確に保持して前記突起電極を介して信頼性高く電気的に接続することができる。   According to the semiconductor device of the present invention, a gap is set using the protrusion, and the semiconductor chip is formed by the electrical insulating material attached to the surface of the electronic component in the inner region of the protrusion. Since it is fixed to the electronic component, the semiconductor chip and the electronic component can be electrically connected with high reliability through the protruding electrode while accurately maintaining a predetermined gap.

また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、前記突起電極よりも大きな高さをもつ突起部が前記第1の電子部品の面に形成され、前記第1の電子部品の面に、前記突起電極よりも高く、前記突起部よりも低い電気絶縁材が付着され、前記第1の電子部品と前記第2の電子部品とを近接させて、前記第2の電子部品と前記突起部との接触を検出した後に、前記第1の電子部品と前記第2の電子部品との間隔が所定の値となるまで、前記第1の電子部品と前記第2の電子部品とを更に近接させるので、前記第1の電子部品と前記第2の電子部品との接触を、前記電気絶縁材の存在に影響されずに正確に検出することができる。従って、前記第1の電子部品と前記第2の電子部品との間隔を所定の値に正確に保持することができ、前記電気絶縁材の付着量の不足による気泡の発生を防止することができる。この結果、低加重による低ダメージフリップチップボンディングを可能とすることができる信頼性の高い半導体装置の製造方法を提供することができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a protrusion having a height larger than that of the protrusion electrode is formed on the surface of the first electronic component, and the surface of the first electronic component is An electrical insulating material that is higher than the protruding electrode and lower than the protruding portion is attached, and the first electronic component and the second electronic component are brought close to each other, and the second electronic component and the protruding portion are After the contact is detected, the first electronic component and the second electronic component are brought closer to each other until the distance between the first electronic component and the second electronic component reaches a predetermined value. Contact between the first electronic component and the second electronic component can be accurately detected without being affected by the presence of the electrical insulating material. Accordingly, the distance between the first electronic component and the second electronic component can be accurately maintained at a predetermined value, and bubbles can be prevented from being generated due to an insufficient amount of adhesion of the electrical insulating material. . As a result, it is possible to provide a method for manufacturing a highly reliable semiconductor device that enables low-damage flip-chip bonding with low load.

本発明の電子部品では、前記突起電極が形成された領域の外側に、前記突起部が形成された構成とするのがよい。前記突起電極を囲むように前記突起部を形成するので、従来の電子部品に単に前記突起電極を追加するだけでよく、前記突起電極を外部接続する際に、前記電子部品の位置情報を前記突起部によって検出することができる。   In the electronic component of the present invention, it is preferable that the protruding portion is formed outside the region where the protruding electrode is formed. Since the protruding portion is formed so as to surround the protruding electrode, it is only necessary to add the protruding electrode to a conventional electronic component. When the protruding electrode is externally connected, the position information of the electronic component is displayed as the protruding portion. It can be detected by the part.

また、前記突起電極が複数個設けられ、これらが略同じ高さをもつ構成とするのがよい。前記突起電極を信頼性高く外部接続することができる。   Further, it is preferable that a plurality of the protruding electrodes are provided, and these have substantially the same height. The protruding electrode can be externally connected with high reliability.

また、前記突起部が複数個設けられ、これらが略同じ高さをもつ構成とするのがよい。前記突起電極を外部接続する際に、前記電子部品の位置情報を複数個の前記突起部によって正確に検出することができ、前記突起電極を信頼性高く外部接続することができる。   Also, it is preferable that a plurality of the protrusions are provided and these have substantially the same height. When the protruding electrode is externally connected, position information of the electronic component can be accurately detected by the plurality of protruding portions, and the protruding electrode can be externally connected with high reliability.

また、前記突起部の融点が、前記突起電極の融点以下の温度範囲にある構成とするのがよい。更に、前記突起部の融点が、180℃以上であり、前記突起電極の融点以上の所定の温度範囲以下である構成とするのがよい。前記突起電極を外部接続する際に、前記電子部品の位置情報を、前記突起電極の存在によって影響されずに、前記突起部によって正確に検出することができ、前記突起部の存在が、前記突起電極の外部接続に対して影響を与えることはない。   Further, it is preferable that a melting point of the protruding portion is in a temperature range equal to or lower than a melting point of the protruding electrode. Furthermore, it is preferable that the protrusion has a melting point of 180 ° C. or higher and a predetermined temperature range equal to or higher than the melting point of the protruding electrode. When the protruding electrode is externally connected, the position information of the electronic component can be accurately detected by the protruding portion without being affected by the presence of the protruding electrode, and the presence of the protruding portion is determined by the protrusion. It does not affect the external connection of the electrode.

また、前記突起部が、導電性材料又は熱可塑性樹脂から形成される構成とするのがよい。前記突起部として導電性材料を用いる場合には、例えば、前記突起電極を構成する材料と同じ導電性材料を使用することができ、前記突起部として特殊な材料を必要としない。また、前記突起部として熱可塑性樹脂を用いる場合には、フィルム状の材料を使用して所定の厚さで前記電子部品の面に熱融着(ヒートシール)ことするによって、前記突起部を容易に形成することができる。   Moreover, it is preferable that the protrusion is formed of a conductive material or a thermoplastic resin. When a conductive material is used for the protruding portion, for example, the same conductive material as the material constituting the protruding electrode can be used, and no special material is required for the protruding portion. Further, when a thermoplastic resin is used as the protrusion, the protrusion can be easily formed by using a film-like material and thermally fusing (heat sealing) the surface of the electronic component with a predetermined thickness. Can be formed.

また、前記電子部品が半導体チップを構成するのがよい。同じ面積の半導体チップ同士を接合することによって、信頼性の高い小型のCoC実装品を提供することができる。   The electronic component may constitute a semiconductor chip. By bonding semiconductor chips having the same area, a small and reliable CoC mounted product can be provided.

また、前記電子部品が実装基板を構成するのがよい。半導体チップをインターポーザ基板に信頼性高く電気的に接続したモジュールを提供することができる。   The electronic component may constitute a mounting board. A module in which a semiconductor chip is electrically connected to an interposer substrate with high reliability can be provided.

本発明の半導体装置では、前記電気絶縁材がアンダーフィル材であり、前記突起部の融点よりも低い熱硬化温度を有している構成とするのがよい。前記突起電極及び突起部を再溶融させることがないので、前記突起電極が前記アンダーフィル材によって保護された状態で、前記半導体チップと前記電子部品とが電気的に接続された信頼性の高い接合品を提供することができる。   In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the electrical insulating material is an underfill material and has a thermosetting temperature lower than the melting point of the protrusion. Since the protruding electrode and the protruding portion are not remelted, the semiconductor chip and the electronic component are electrically connected with high reliability in a state where the protruding electrode is protected by the underfill material. Goods can be provided.

本発明の半導体装置の製造方法では、前記第1の電子部品に形成された前記突起部と、前記第2の電子部品に形成された第2の突起部との接触を検出する構成するのがよい。第1及び第2の電子部品にそれぞれ突起部を形成して、前記第1及び第2の電子部品の位置関係の検出を行うので、前記第1及び第2の突起部の高さはそれぞれ、前記突起電極の高さより大きければよく、前記第1及び第2の電子部品の何れか一方にのみ前記突起部を形成する場合に比較して、低い高さで前記第1及び第2の突起部を形成すればよい。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, it is configured to detect contact between the protrusion formed on the first electronic component and the second protrusion formed on the second electronic component. Good. Since the first and second electronic components are respectively formed with protrusions to detect the positional relationship between the first and second electronic components, the heights of the first and second protrusions are respectively The first and second protrusions may be smaller than the height of the protrusion electrode, and the height of the first and second protrusions may be lower than when the protrusion is formed only on one of the first and second electronic components. May be formed.

また、前記第3の工程に先立って、前記突起部の温度が前記突起電極の融点以下の所定の温度範囲となるように、前記第1及び第2の電子部品を加熱する工程を有し、前記電気絶縁材が完全硬化する前に、前記第1及び第2の電子部品を前記所定の温度範囲に昇温させる構成するのがよい。前記突起部は前記所定の温度範囲(例えば、前記突起部の融点)以上で前記突起電極の融点以下の温度に保持された状態で、前記突起部を介した前記第1及び第2の電子部品の接触を検出することになる。前記突起部は通常180℃以上に保持される。前記第1及び第2の電子部品を前記所定の温度範囲までに急速に短時間に昇温させる間に、前記電気絶縁材の熱硬化はごく僅しか進行しないので、前記電気絶縁材の粘度は小さい値を保持したままであり、後の前記第4の工程に影響を与えることはない。   In addition, prior to the third step, there is a step of heating the first and second electronic components such that the temperature of the protruding portion falls within a predetermined temperature range below the melting point of the protruding electrode, It is preferable that the first and second electronic components are heated to the predetermined temperature range before the electrical insulating material is completely cured. The first electronic component and the second electronic component via the protrusion in a state where the protrusion is held at a temperature not lower than the predetermined temperature range (for example, the melting point of the protrusion) and not higher than the melting point of the protrusion electrode. Will be detected. The protrusion is usually kept at 180 ° C. or higher. While the temperature of the first and second electronic components is rapidly increased to the predetermined temperature range in a short time, the thermosetting of the electrical insulating material proceeds very little, so the viscosity of the electrical insulating material is The small value is kept and does not affect the subsequent fourth step.

また、前記第4の工程に先立って、前記突起電極の温度がその融点以上の所定の温度範囲となるように、前記第1及び第2の電子部品を加熱する工程を有し、前記電気絶縁材が完全硬化する前に、前記第1及び第2の電子部品を前記所定の温度範囲に昇温させ、前記第4の工程の後に、前記突起部の融点よりも低い熱硬化温度をもつ前記電気絶縁材を硬化させるために、所定の時間だけ前記第1及び第2の電子部品を前記所定の温度範囲又は前記所定の温度範囲よりも低い温度に保持する工程を有する構成するのがよい。前記第1及び第2の電子部品を前記所定の温度範囲までに急速に短時間に昇温させる間に、前記電気絶縁材の熱硬化はごく僅しか進行しないので、前記電気絶縁材の粘度は小さい値(例えば、100℃〜200℃において、前記電気絶縁材の粘度は0.05Pa・s〜1Pa・sの範囲の小さな値である。)を保持したままであり、従って、前記突起電極を介した前記第1及び第2の電子部品の電気的な接続が、前記電気絶縁材の粘度の影響を受けることがない。また、前記電気絶縁材として、前記突起部及び突起電極の融点よりも低い比較的低温の熱硬化温度(加熱硬化が進行する温度)をもつ熱硬化性樹脂を用いるので、所定の時間だけ前記第1及び第2の電子部品を前記所定の温度範囲に保持することによって、その完全硬化に要する時間を短縮させることができる。また、前記所定の温度範囲よりも低い温度に保持して、前記突起電極が固化した状態で、前記電気絶縁材を熱硬化させることもできる。   In addition, prior to the fourth step, there is a step of heating the first and second electronic components such that the temperature of the protruding electrode is in a predetermined temperature range equal to or higher than the melting point thereof, and the electrical insulation Before the material is completely cured, the first and second electronic components are heated to the predetermined temperature range, and after the fourth step, the thermosetting temperature is lower than the melting point of the protrusion. In order to cure the electrical insulating material, it is preferable to include a step of holding the first and second electronic components at the predetermined temperature range or a temperature lower than the predetermined temperature range for a predetermined time. While the temperature of the first and second electronic components is rapidly increased to the predetermined temperature range in a short time, the thermosetting of the electrical insulating material proceeds very little, so the viscosity of the electrical insulating material is A small value (for example, at 100 ° C. to 200 ° C., the viscosity of the electrical insulating material is a small value in the range of 0.05 Pa · s to 1 Pa · s) is maintained. The electrical connection between the first and second electronic components is not affected by the viscosity of the electrical insulating material. Further, as the electrical insulating material, a thermosetting resin having a relatively low thermosetting temperature (temperature at which heat curing proceeds) lower than the melting point of the protruding portion and the protruding electrode is used. By maintaining the first and second electronic components in the predetermined temperature range, the time required for complete curing can be shortened. Further, the electrical insulating material can be thermoset while being held at a temperature lower than the predetermined temperature range and the protruding electrodes are solidified.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1の実施の形態
図1は、本発明の第1の実施の形態において、フリップチップボンディングによって接合される上部半導体チップ(以下、単に上部チップという。)1及び下部半導体チップ(以下、単に下部チップという。)2の構成例を説明する図であり、図1(A)は平面図、図1(B)はZ−Z部における断面図である。
First Embodiment FIG. 1 shows an upper semiconductor chip (hereinafter simply referred to as an upper chip) 1 and a lower semiconductor chip (hereinafter simply referred to as a lower chip) bonded by flip chip bonding in the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along a ZZ portion.

図1に示すように、上部チップ1の接合領域9において、配線導体3上に半田バンプ(突起電極)4が所定の高さ(h1)で、上部突起部7が所定の高さ(H1)でそれぞれ形成されている。なお、H1≧h1である。また、下部チップ2の接合領域9において、配線導体3上に半田バンプ(突起電極)5が所定の高さ(h2)で、下部突起部6が所定の高さ(H2)でそれぞれ形成されている。なお、H2≧h2である。本実施の形態では、半田バンプ4、5、上部突起部7、下部突起部6をそれぞれ、球冠状に形成している。また、半田バンプ4、5、上部突起部7、下部突起部6はそれぞれ、同じ半田材料で形成されている。   As shown in FIG. 1, in the bonding region 9 of the upper chip 1, the solder bump (projection electrode) 4 has a predetermined height (h1) on the wiring conductor 3, and the upper projection 7 has a predetermined height (H1). Are formed respectively. Note that H1 ≧ h1. Further, in the bonding region 9 of the lower chip 2, the solder bump (projection electrode) 5 is formed on the wiring conductor 3 with a predetermined height (h2), and the lower protrusion 6 is formed with a predetermined height (H2). Yes. Note that H2 ≧ h2. In this embodiment, the solder bumps 4 and 5, the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 are each formed in a spherical crown shape. The solder bumps 4 and 5, the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 are each formed of the same solder material.

図1に示す半田バンプ4による突起電極は、上部チップ1と下部チップ2とを電気的に接続するために使用される。上部突起部7及び下部突起部6は、上部チップ1と下部チップ2との接合後の間隙の距離を正確に規定するために使用されると共に、その存在によって、上部チップ1と下部チップ2の接合と同時に間隙に充填されるアンダーフィル材の不足によって生じる気泡の混入を防止するために使用される。上部突起部7及び下部突起部6は、上部チップ1と下部チップ2との電気的接続とは本来的に無関係なダミーの突起部であり、突起電極よりも大きな高さで形成されていればよく、導電性材料、絶縁性材料の何れで形成されてもよい。   The protruding electrodes formed by the solder bumps 4 shown in FIG. 1 are used for electrically connecting the upper chip 1 and the lower chip 2. The upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 are used to accurately define the distance of the gap after the upper chip 1 and the lower chip 2 are joined. It is used to prevent air bubbles from entering due to a shortage of underfill material filling the gap at the same time as joining. The upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 are dummy protrusions that are essentially irrelevant to the electrical connection between the upper chip 1 and the lower chip 2 and are formed at a height greater than the protrusion electrodes. It may be formed of any one of a conductive material and an insulating material.

なお、図1では、半田バンプ4、5をそれぞれ20個図示しているが、図を簡明にするためであり、実際には非常に多数形成される(以下に示す各図についても同様である。)。また、上部突起部7及び下部突起部6をそれぞれ4個図示しているが、3個以上の任意の個数を形成してもよい(以下に示す各図についても同様である。)。   In FIG. 1, 20 solder bumps 4 and 5 are shown, but this is for the sake of simplicity. Actually, a large number of solder bumps 4 and 5 are formed (the same applies to the following drawings). .) Further, although four upper protrusions 7 and lower protrusions 6 are illustrated, any number of three or more may be formed (the same applies to the respective drawings described below).

上部チップ1と下部チップ2の半田バンプ4、5を介したフリップチップボンディングによる接合を行う際に、図1(B)に示すように、予め、下部チップ2の表面には、プリコート樹脂としてアンダーフィル材(電気絶縁材)8が、半田バンプ5を覆うように、最大高さ(d)が下部突起部6の高さを超えないように、所定量だけ塗布される。d<H2である。このアンダーフィル材8としては、温度100〜200℃で、粘度が0.05Pa・s〜1Pa・sであるのが好ましく、下部突起部6の高さよりも低く塗布しやすい。   As shown in FIG. 1 (B), when the upper chip 1 and the lower chip 2 are joined by flip chip bonding via the solder bumps 4 and 5, the surface of the lower chip 2 is preliminarily provided as a precoat resin. A filling material (electrical insulating material) 8 is applied by a predetermined amount so as to cover the solder bumps 5 so that the maximum height (d) does not exceed the height of the lower protrusions 6. d <H2. The underfill material 8 preferably has a temperature of 100 to 200 ° C. and a viscosity of 0.05 Pa · s to 1 Pa · s, and is easier to apply than the height of the lower protrusion 6.

なお、通常、アンダーバンプメタル(UBM)が、金属の拡散を防止するバリアメタルとして、配線導体3と半田バンプ4、5との間にそれぞれ形成される。また、上部突起部7、下部突起部6はそれぞれ、上部チップ1、下部チップ2に形成された下地金属層(シード層)として形成されたアンダーバンプメタル上に形成される。図1では、アンダーバンプメタルは図示していない(なお、図2〜図15についても同様である。)。   Normally, an under bump metal (UBM) is formed between the wiring conductor 3 and the solder bumps 4 and 5 as a barrier metal for preventing metal diffusion. The upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 are formed on an under bump metal formed as a base metal layer (seed layer) formed on the upper chip 1 and the lower chip 2, respectively. In FIG. 1, the under bump metal is not shown (the same applies to FIGS. 2 to 15).

なお、図1において、上部突起部7を半田バンプ4と同じように形成してもよい。この場合、H1=h1である。また、上部突起部7を形成しない構成としてもよい。この場合、H1=0である。   In FIG. 1, the upper protrusion 7 may be formed in the same manner as the solder bump 4. In this case, H1 = h1. Further, the upper protrusion 7 may not be formed. In this case, H1 = 0.

図2は、本実施の形態において、上部半導体チップ1及び下部半導体チップ2の接合の過程を説明するZ−Z部(図1を参照。)における断面図であり、図2(A)は接合前、図2(B)は上部突起部7と下部突起部6の接触時、図2(C)は接合後、の各時点における状態を示す図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line ZZ (see FIG. 1) for explaining the process of joining the upper semiconductor chip 1 and the lower semiconductor chip 2 in this embodiment, and FIG. Before, FIG. 2 (B) is a figure which shows the state in each time of the time of the time of contact after the upper protrusion part 7 and the lower protrusion part 6 and FIG. 2 (C).

図2(A)は図1(B)と同じ図であり、上部突起部7と下部突起部6との接触前の状態を示し、図2(B)は、上部チップ1を下降させていき、上部チップ1と下部チップ2とが接近し、上部突起部7と下部突起部6とが接触し、この接触が検出された時点での状態を示し、図2(C)は、上部突起部7と下部突起部6との接触が検出された時点から、上部チップ1を、上部チップ1と下部チップ2との間隙が所定の値gとなるまで、更に、下降させる。   2 (A) is the same view as FIG. 1 (B), and shows a state before the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 are in contact, and FIG. 2 (B) lowers the upper chip 1. The upper chip 1 and the lower chip 2 approach each other, the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 come into contact with each other, and the state when this contact is detected is shown in FIG. From the point in time when contact between 7 and the lower projection 6 is detected, the upper chip 1 is further lowered until the gap between the upper chip 1 and the lower chip 2 reaches a predetermined value g.

上部突起部7、下部突起部6が形成されていない場合には、半田バンプ5よりも高く塗布されたアンダーフィル材8と半田バンプ4が接触した時点で、荷重を検知してしまうため、接合不良が発生してしまうが、本実施の形態では、半田バンプ4、5よりも高く形成された、上部突起部7と下部突起部6との接触を最初に検出し、この接触の検出時点から、目的とする間隙(ギャップ)gとなるように、上部チップ1を所定の押し込み量だけ下降させて押し込めば、目的とする間隙gをもつ正常な接合を実現することができる。   When the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 are not formed, the load is detected when the underfill material 8 applied higher than the solder bump 5 and the solder bump 4 come into contact with each other. In this embodiment, the contact between the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 formed higher than the solder bumps 4 and 5 is detected first, and from the time of detection of this contact, the defect occurs. If the upper chip 1 is pushed down by a predetermined pushing amount so as to obtain the target gap (gap) g, normal joining with the target gap g can be realized.

例えば、半田バンプ4、5の高さをh1=h2=17μm、上部突起部の高さをH1=17μm、下部突起部の高さをH2=25μm、目的とする間隙をg=29μmとする時、図2(B)に示す上部突起部7と下部突起部6とが接触した状態で、上部チップ1と下部チップ2の接合面の間隔は、(H1+H2)=42μmであり、この状態から、(H1+H2−g)=13μmだけ、上部チップ1を下降させ押し込めば、目的とする間隙をもつ正常な接合状態を実現することができる。   For example, when the height of the solder bumps 4 and 5 is h1 = h2 = 17 μm, the height of the upper protrusion is H1 = 17 μm, the height of the lower protrusion is H2 = 25 μm, and the target gap is g = 29 μm In the state where the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 are in contact with each other as shown in FIG. 2B, the interval between the bonding surfaces of the upper chip 1 and the lower chip 2 is (H1 + H2) = 42 μm. If the upper chip 1 is lowered and pushed in by (H1 + H2−g) = 13 μm, a normal joining state having a target gap can be realized.

以上説明したように、本実施の形態では、アンダーフィル材を予め塗布して信頼性の高いフリップチップ接合に好適な半導体チップを提供することができる。   As described above, in this embodiment, a semiconductor chip suitable for flip chip bonding with high reliability can be provided by applying an underfill material in advance.

なお、図2(B)に示す状態に達する前に、上部チップ1および下部チップ2は、上部突起部7と下部突起部6の温度が、半田バンプ4、5の融点以下の所定の温度範囲にあり、上部突起部7と下部突起部6の融点以上の温度となるように加熱されている。また、図2(C)に示す状態に達する前に、上部チップ1および下部チップ2は、半田バンプ4、5の温度が、半田バンプ4、5の融点以上の所定の温度範囲の温度となるように加熱されている。   Before reaching the state shown in FIG. 2B, the upper chip 1 and the lower chip 2 have a predetermined temperature range in which the temperature of the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 is lower than the melting point of the solder bumps 4 and 5. And heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6. In addition, before reaching the state shown in FIG. 2C, the upper chip 1 and the lower chip 2 have the solder bumps 4 and 5 at a temperature in a predetermined temperature range equal to or higher than the melting point of the solder bumps 4 and 5. So that it is heated.

上部チップ1と下部チップ2との間隙が所定の値gに保持された状態を、半田バンプ4、5の融点以上の所定の温度範囲で所定の時間だけ継続させて、短時間にアンダーフィル材8を熱硬化させることができる。また、上部チップ1および下部チップ2の温度を、半田バンプ4、5の融点以下の温度として、所定の時間だけ保持して、半田バンプ4、5、及び、上部突起部7、下部突起部6が固化した状態で、アンダーフィル材8を熱硬化させることもできる。   The state in which the gap between the upper chip 1 and the lower chip 2 is maintained at a predetermined value g is continued for a predetermined time in a predetermined temperature range equal to or higher than the melting point of the solder bumps 4 and 5, and the underfill material is shortened in a short time. 8 can be heat cured. Further, the temperature of the upper chip 1 and the lower chip 2 is held for a predetermined time as a temperature not higher than the melting point of the solder bumps 4, 5, and the solder bumps 4, 5, the upper protrusion 7, the lower protrusion 6. The underfill material 8 can also be thermally cured in a state where is solidified.

図2(C)は上部チップ1と下部チップ2の接合後の状態を説明する概念図(後述する、図6(C)、図7(C)、図8(D)、図11(C)、図12(C)、図13(C)も同様である。)であり、図示しないアンダーバンプメタルの体積を考慮した上で、溶融した半田バンプ4、5の融合状態の合計体積が、溶融前の半田バンプ4、5の各体積の和となるように、また、溶融した上部突起部7、下部突起部6の融合状態の合計体積が、溶融前の上部突起部7、下部突起部6の各体積の和となるようにそれぞれ、融合状態が高さgをもつ円筒として固化されたことを示している。   FIG. 2C is a conceptual diagram for explaining a state after the upper chip 1 and the lower chip 2 are joined (described later, FIG. 6C, FIG. 7C, FIG. 8D, FIG. 11C). The same applies to FIGS. 12C and 13C.) In consideration of the volume of the under bump metal (not shown), the total volume of the fused solder bumps 4 and 5 is fused. The total volume of the fused upper projection 7 and lower projection 6 is the sum of the respective volumes of the previous solder bumps 4 and 5, and the total volume of the fused upper projection 7 and lower projection 6 is the upper projection 7 and lower projection 6 before melting. It shows that the fused state is solidified as a cylinder having a height g so as to be the sum of the respective volumes.

上部突起部7、下部突起部6のサイズは、上部チップ1と下部チップ2が目的とする間隙gで接合された後の状態で、溶融した上部突起部7及び下部突起部6の合体物が隣接する、溶融した半田バンプ4、5の合体物と接触しない状態を与えるように、予め決定されている。上記の2つの合体物が、半田バンプ4、5の配列間隔よりも離れて形成されるように、上部突起部7及び下部突起部6のサイズを設計するのが好ましい。上部突起部7を形成しない場合は、上部突起部7の体積がゼロとして、上記と同様に設計すればよい。更に、フリップチップボンディング装置の装置誤差によって生じる間隙(g)の設定のばらつきを上記の設計に考慮するのが好ましい。   The size of the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 is the same as that of the melted upper protrusion 7 and lower protrusion 6 after the upper chip 1 and the lower chip 2 are joined at the target gap g. It is determined in advance so as to give a state in which it does not come into contact with the adjacent merged solder bumps 4 and 5. It is preferable to design the sizes of the upper protrusions 7 and the lower protrusions 6 so that the above two combined products are formed apart from the arrangement interval of the solder bumps 4 and 5. When the upper protrusion 7 is not formed, the volume of the upper protrusion 7 may be zero and the design may be performed in the same manner as described above. Furthermore, it is preferable to consider the variation in the setting of the gap (g) caused by the apparatus error of the flip chip bonding apparatus in the above design.

図3は、本実施の形態において、下部半導体チップ2の構成例を説明する図であり、図3(A)は平面図、図3(B)はZ−Z部における断面図である。   3A and 3B are diagrams illustrating a configuration example of the lower semiconductor chip 2 in the present embodiment. FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line ZZ.

図3に示すように、下部チップ2には、外部接続される半田バンプ5、及び、半田バンプ5の高さよりも高い下部突起部6が形成されている。半田バンプ5は、配線導体3上に電解メッキによって形成されている。下部突起部6は、半田バンプ5と同時に形成した突起バンプに、印刷法を用いて半田を印刷して、その後フラックスを塗布しリフローを行うことによって、半田バンプ5よりも高く形成することができる。また、半田バンプ5を電解メッキによって形成する前に、予め、下部突起部6を所定の場所のみに電解メッキや、印刷法よって形成しておいてもよい。   As shown in FIG. 3, the lower chip 2 is formed with solder bumps 5 that are externally connected and a lower protrusion 6 that is higher than the height of the solder bumps 5. The solder bump 5 is formed on the wiring conductor 3 by electrolytic plating. The lower protrusions 6 can be formed higher than the solder bumps 5 by printing solder on the protrusion bumps formed simultaneously with the solder bumps 5 using a printing method, and then applying flux and performing reflow. . Further, before the solder bumps 5 are formed by electrolytic plating, the lower protrusions 6 may be formed in advance only at predetermined locations by electrolytic plating or printing.

上部突起部7、下部突起部6の形成は、電解メッキ法、溶融金属(例えば、半田)をノズルから吐出(射出)するディスペンサ吐出(射出)法によって可能である。吐出(射出)法では、吐出(射出)量の制御によって異なるサイズの突起部(バンプ)を作成することができるので、外部接続されるバンプと、下部突起部を同時に形成することができる。吐出法では径70μm以上、電解メッキ法では10μm径でも作成することができる。   The upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 can be formed by an electrolytic plating method or a dispenser discharge (injection) method in which molten metal (for example, solder) is discharged (injected) from a nozzle. In the discharge (injection) method, protrusions (bumps) of different sizes can be created by controlling the discharge (injection) amount, so that externally connected bumps and lower protrusions can be formed simultaneously. The discharge method can be formed with a diameter of 70 μm or more, and the electrolytic plating method with a diameter of 10 μm.

例えば、半田バンプ4、5、及び、上部突起部7を直径30μm、高さ17μmで形成、下部突起部6を直径75μm、高さ25μmで形成するには、電解メッキ法では、2回のリソグラフィ工程を行って、半田バンプ5、下部突起部6を形成する。吐出法では、目的とする上記の直径を下部直径とし上記の高さをもつ球冠によって突起部、半田バンプの形状を表し、アンダーバンプの存在を考慮して、突起部、半田バンプの体積を計算して、吐出する体積を求め、目的とする高さとなるようにこの体積だけ溶融金属を吐出する。また、接続用半田バンプ4、5、7が吐出(射出)法にて作製できるサイズの場合は、半田バンプ4、5及び7と、下部突起部6を吐出(射出)量を変更して1回で作製することができる。   For example, in order to form the solder bumps 4 and 5 and the upper protrusion 7 with a diameter of 30 μm and a height of 17 μm and the lower protrusion 6 with a diameter of 75 μm and a height of 25 μm, the electrolytic plating method requires two lithography steps. Steps are performed to form solder bumps 5 and lower protrusions 6. In the discharge method, the shape of the protrusion and the solder bump is expressed by a spherical crown having the above-mentioned diameter as the lower diameter and the height described above, and the volume of the protrusion and the solder bump is set in consideration of the presence of the under bump. The volume to be discharged is calculated, and the molten metal is discharged by this volume so that the target height is obtained. When the connecting solder bumps 4, 5, 7 are of a size that can be produced by the discharge (injection) method, the discharge (injection) amount of the solder bumps 4, 5, 7 and the lower protrusion 6 is changed to 1 Can be produced in a single time.

図4は、本実施の形態において、フリップチップボンディング装置の構成例の概要を説明する図である。   FIG. 4 is a diagram for explaining an outline of a configuration example of the flip chip bonding apparatus in the present embodiment.

図4に示すように、フリップチップボンディング装置は、下部チップ2を保持する下部ホルダ21、下部ホルダ21を保持する水平に置かれた基台20、上部チップ1を保持し、ボンディングヘッド23に固定された上部ホルダ22、ボンディングヘッド23を保持するボンディングヘッド保持部25、ボンディングヘッド保持部25のx、y、zの各方向での移動、及び、上部ホルダ22が固定されるボンディングヘッド23の面の傾き角度を変化させるためのボンディングヘッド駆動部26、ボンディングヘッド駆動部26の駆動制御を行うためのボンディングヘッド駆動制御部27、上部チップ1と下部チップ2との位置関係を観察するためのモニタ部31、上部チップ1及び下部チップ2の加熱、冷却を行う加熱冷却部(図示せず。)の制御を行うための温度制御部32、下部ホルダの下面に配置され、上部突起部7と下部突起部6との接触時の荷重を検出するための、ロードセル等の単数又は複数の圧力検出器24、装置全体の制御及び装置の制御のための演算を行う主制御部30等を含んでいる。   As shown in FIG. 4, the flip chip bonding apparatus holds a lower holder 21 that holds the lower chip 2, a horizontally placed base 20 that holds the lower holder 21, an upper chip 1, and is fixed to the bonding head 23. The upper holder 22, the bonding head holding part 25 for holding the bonding head 23, the movement of the bonding head holding part 25 in the x, y and z directions, and the surface of the bonding head 23 to which the upper holder 22 is fixed A bonding head drive unit 26 for changing the tilt angle of the bonding head, a bonding head drive control unit 27 for controlling the driving of the bonding head drive unit 26, and a monitor for observing the positional relationship between the upper chip 1 and the lower chip 2. Heating / cooling unit (not shown) for heating and cooling the unit 31, the upper chip 1 and the lower chip 2. One or more pressure detectors such as a load cell for detecting a load at the time of contact between the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6, disposed on the lower surface of the lower holder 24, a main control unit 30 that performs control for the entire apparatus and computation for controlling the apparatus is included.

図4に示す構成では、下部チップ2の接合面が水平に保持され固定された状態で、上部チップ1の接合面が水平に保持された状態で、上部チップ1をz方向に下降させて、接合面に予めアンダーフィル材8が塗布された下部チップ2と上部チップ1との接合を行う。上部チップ1のz方向における位置座標は、上部チップ1の移動に同期して検知されている。   In the configuration shown in FIG. 4, the upper chip 1 is lowered in the z direction while the bonding surface of the lower chip 2 is held horizontally and fixed, and the bonding surface of the upper chip 1 is held horizontally. The lower chip 2 with the underfill material 8 previously applied to the bonding surface is bonded to the upper chip 1. The position coordinates in the z direction of the upper chip 1 are detected in synchronization with the movement of the upper chip 1.

なお、単数又は複数の圧力検出器24は、上部突起部7と下部突起部6との接触時の荷重を検出することが可能な位置であれば、任意の位置に配置することができることはいうまでもない。   It should be noted that the pressure detector 24 or the plurality of pressure detectors 24 can be disposed at any position as long as the load at the time of contact between the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 can be detected. Not too long.

図5は、本実施の形態において、フリップチップボンディングの手順の概略を説明するフロー図である。   FIG. 5 is a flowchart for explaining an outline of the flip-chip bonding procedure in the present embodiment.

以下、図1から図4を参照しながら、図5に示す各工程について説明する。   Hereafter, each process shown in FIG. 5 is demonstrated, referring FIGS. 1-4.

S1:予熱されている下部ホルダへの下部チップの搭載
所定の温度に予熱された下部ホルダ21に下部チップ2をその接合面が水平となるように搭載し固定する。下部チップ2の接合面のz方向における位置は既知であることはいうまでもない。
S1: Mounting the lower chip on the preheated lower holder The lower chip 2 is mounted and fixed on the lower holder 21 preheated to a predetermined temperature so that the joint surface is horizontal. Needless to say, the position of the joint surface of the lower chip 2 in the z direction is known.

S2:下部チップの面へのアンダーフィル樹脂の塗布
下部チップ2の接合面にアンダーフィル材8(樹脂)を塗布する。アンダーフィル材8の塗布高さは、半田バンプ5の高さを超えてもよいが、下部突起部6の高さを超えないものとする。
S2: Application of underfill resin to the surface of the lower chip The underfill material 8 (resin) is applied to the bonding surface of the lower chip 2. The application height of the underfill material 8 may exceed the height of the solder bump 5, but does not exceed the height of the lower protrusion 6.

S3:予熱された上部ホルダへの上部チップの保持
所定の温度に予熱された上部ホルダ22に上部チップ1をその接合面が水平となるように搭載し固定する。
S3: Holding the upper chip in the preheated upper holder The upper chip 1 is mounted and fixed on the upper holder 22 preheated to a predetermined temperature so that the joint surface thereof is horizontal.

S4:上部チップと下部チップのx及びy方向での位置合わせ
ボンディングヘッド駆動部26の駆動によって、上部チップ1の位置をz方向の所定の位置まで下降させて、半田バンプ4と半田バンプ5、及び、上部突起部7と下部突起部6とがそれぞれの中心軸の位置で対向するように、主制御部30はモニタ部31の検出結果に基づいて装置の各部の制御を行い、上部チップ1と下部チップ2のx及びy方向での位置合わせを行う。なお、上部チップ1の接合面のz方向における位置は、上部チップ1の移動に同期して検知されていることはいうまでもない。
S4: Alignment of the upper chip and the lower chip in the x and y directions By driving the bonding head drive unit 26, the position of the upper chip 1 is lowered to a predetermined position in the z direction, and the solder bump 4 and the solder bump 5, The main control unit 30 controls each part of the apparatus based on the detection result of the monitor unit 31 so that the upper projecting part 7 and the lower projecting part 6 face each other at the position of the respective central axes, and the upper chip 1 And the lower chip 2 are aligned in the x and y directions. Needless to say, the position of the bonding surface of the upper chip 1 in the z direction is detected in synchronization with the movement of the upper chip 1.

なお、S2の工程は、S3及びS4の工程の後に行ってもよい。   In addition, you may perform the process of S2 after the process of S3 and S4.

S5:上部ホルダ(上部チップ)及び下部ホルダ(下部チップ)の加熱
上突起部7及び下部突起部6の温度が、180℃以上で半田バンプ4、5の融点以下の所定の温度範囲となるように、上部ホルダ22及び部ホルダ21を加熱して上部チップ1及び下部チップ2の温度を上昇させる。この温度範囲に、上突起部7及び下部突起部6は融点をもつので溶融状態となる。この加熱による温度上昇は、アンダーフィル材8完全硬化する前に行う。
S5: Heating of the upper holder (upper chip) and the lower holder (lower chip) so that the temperature of the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 is within a predetermined temperature range of 180 ° C. or higher and below the melting point of the solder bumps 4 and 5. Then, the upper holder 22 and the part holder 21 are heated to raise the temperatures of the upper chip 1 and the lower chip 2. In this temperature range, the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 have a melting point and are in a molten state. This temperature rise by heating is performed before the underfill material 8 is completely cured.

S6:ボンディングヘッドの下降の開始
下部チップ2の接合面のz方向における位置を検知しながら、ボンディングヘッド23の下降を開始する。
S6: Start of descent of bonding head The descent of the bonding head 23 is started while detecting the position of the bonding surface of the lower chip 2 in the z direction.

S7:圧力検出器による突起部を介した上部チップと下部チップの接触の検出
ボンディングヘッド23の下降中に、上部チップ1と下部チップ2が接近して生じる上突起部7と下部突起部6との接触を検出し、この接触時点におけるz方向における位置(接触位置)を主制御部31に記憶する。この接触の検出は、単数又は複数(3以上とする。)の圧力検出器24を用いて行う。異なる場所に配置された複数の圧力検出器を用いる場合には、各圧力検出器によって検出された接触時点でのz方向における接触位置を主制御部31に記憶する。
S7: Detection of contact between the upper chip and the lower chip via the protrusion by the pressure detector. The upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 which are generated when the upper chip 1 and the lower chip 2 approach while the bonding head 23 is lowered. The position in the z direction (contact position) at the time of contact is stored in the main control unit 31. This contact detection is performed using one or a plurality of (three or more) pressure detectors 24. When using a plurality of pressure detectors arranged at different locations, the main controller 31 stores the contact position in the z direction at the point of contact detected by each pressure detector.

全ての圧力検出器によって、突起部(上突起部7、下部突起部6)を介した上部チップ1と下部チップ2との接触が検出された場合、ボンディングヘッド23の下降を一時停止する。   When the contact between the upper chip 1 and the lower chip 2 via the protrusions (upper protrusion 7 and lower protrusion 6) is detected by all the pressure detectors, the descent of the bonding head 23 is temporarily stopped.

S8:上部チップ及び下部チップの接合面を平行に保持させる補正駆動
S7において、単数の圧力検出器24を用いた場合には、このS8の工程を省略する。或いは、上部チップ1及び下部チップ2のそれぞれの接合面の間の距離を3以上の複数箇所でモニタ部31等によって光学的に検出する。複数箇所で検出された接合面の間の距離のデータから、上部チップ1の接合面の水平面に対する傾斜の角度を最小二乗法を用いて求めることができる。
S8: Correction drive for holding the joint surfaces of the upper chip and the lower chip in parallel In S7, when a single pressure detector 24 is used, the process of S8 is omitted. Alternatively, the distance between the bonding surfaces of the upper chip 1 and the lower chip 2 is optically detected by the monitor unit 31 or the like at a plurality of three or more locations. From the data of the distance between the joint surfaces detected at a plurality of locations, the angle of inclination of the joint surface of the upper chip 1 with respect to the horizontal plane can be obtained using the least square method.

S7において、複数の圧力検出器を用いた場合には、各圧力検出器によって検出された接触時点でのz方向における接触位置のデータから、上部突起部7と下部突起部6の接触位置によって形成される平均的な面の上部チップ1の接合面の水平面に対する傾斜の角度を最小二乗法を用いて求めることができる。   In S7, when a plurality of pressure detectors are used, the contact position between the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 is formed based on the contact position data in the z direction at the time of contact detected by each pressure detector. The inclination angle of the average surface to the horizontal plane of the joint surface of the upper chip 1 can be obtained using the least square method.

複数の圧力検出器を用いない場合にも、3以上の複数箇所で、半田バンプ4、5の接触をモニタ部31等によって光学的に検出することもできる。複数箇所の各箇所で生じる半田バンプ4、5の接触時点でのz方向における接触位置のデータから、上記と同様にして、上部突起部7と下部突起部6の接触位置によって形成される平均的な面の上部チップ1の接合面の水平面に対する傾斜の角度を最小二乗法を用いて求めることができる。   Even when a plurality of pressure detectors are not used, the contact of the solder bumps 4 and 5 can be optically detected by the monitor unit 31 or the like at three or more locations. From the contact position data in the z direction at the time of contact of the solder bumps 4 and 5 generated at each of a plurality of locations, the average formed by the contact positions of the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 in the same manner as described above. The angle of inclination of the flat surface of the joint surface of the upper chip 1 with respect to the horizontal plane can be obtained using the method of least squares.

以上のようにして求められた上記の傾斜の角度が許容範囲外にある場合には、この傾斜のゼロにするように上部チップ1の接合面を回転させる補正駆動によって、上部チップ1と下部チップ2の接合面を平行に保持させる。この補正駆動は主制御部30の制御により実行される。この結果、上部チップ1と下部チップ2はそれらに存在する反りの影響を考慮して接合されることになる。   When the inclination angle obtained as described above is outside the allowable range, the upper chip 1 and the lower chip are corrected by a correction drive that rotates the joint surface of the upper chip 1 so that the inclination is zero. The two joint surfaces are held in parallel. This correction driving is executed under the control of the main control unit 30. As a result, the upper chip 1 and the lower chip 2 are joined in consideration of the influence of the warp existing in them.

なお、上記の傾斜の角度が許容範囲内にある場合には、2つの接合面が平行であると見做して、このS8は省略することができる。   If the inclination angle is within the allowable range, it can be considered that the two joint surfaces are parallel, and this S8 can be omitted.

S9:ボンディングヘッドを下降させて上部チップ及び下部チップの接合面の間隔を所定の値として保持して所定時間維持する。   S9: The bonding head is lowered and the interval between the bonding surfaces of the upper chip and the lower chip is maintained as a predetermined value and maintained for a predetermined time.

このS9に先立って、半田バンプ4、5の温度がその融点以上の所定の温度範囲となるように、上部チップ1及び下部チップ2を加熱して、半田バンプ4、5の温度を上昇させる。アンダーバンプ材8が完全硬化する前に、上記の所定の温度範囲に昇温させる。   Prior to S9, the upper chip 1 and the lower chip 2 are heated so that the temperature of the solder bumps 4 and 5 is within a predetermined temperature range equal to or higher than the melting point thereof, and the temperature of the solder bumps 4 and 5 is increased. Before the under bump material 8 is completely cured, the temperature is raised to the predetermined temperature range.

次に、上部突起部7及び下部突起部6の融点よりも低い熱硬化温度をもつアンダーフィル材8を熱硬化させるために、所定の時間だけ上部チップ1及び下部チップ2を上記の所定の温度範囲又はそれよりも低い温度に保持する。   Next, in order to thermally cure the underfill material 8 having a thermosetting temperature lower than the melting point of the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6, the upper chip 1 and the lower chip 2 are held at the predetermined temperature for a predetermined time. Keep temperature at or below range.

アンダーフィル材8は、例えば、エポキシ樹脂を主成分とし、硬化剤として酸無水物を含有し、更に、半田フラックス剤を含んでいる。   The underfill material 8 includes, for example, an epoxy resin as a main component, an acid anhydride as a curing agent, and a solder flux agent.

S10:上部チップ及び下部チップの冷却
アンダーフィル材8の熱硬化が完了した後、上部チップ1及び下部チップ2を冷却する。以上の工程によって、上部チップ1と下部チップ2は半田バンプ。4、5によって電気的に接合され、接合部はアンダーフィル材8によって保護された接合品を得ることができる。
S10: Cooling of upper chip and lower chip After the thermosetting of the underfill material 8 is completed, the upper chip 1 and the lower chip 2 are cooled. Through the above steps, the upper chip 1 and the lower chip 2 are solder bumps. It is possible to obtain a joined product that is electrically joined by the members 4 and 5 and the joint is protected by the underfill material 8.

S11:次の部品の接合へ
上部チップ1と下部チップ2との接合品を装置から搬出し収納部(図4に図示せず。)へ収納し、次の部品の接合作業に移行する。
S11: To join the next part The joined product of the upper chip 1 and the lower chip 2 is unloaded from the apparatus and stored in the storage unit (not shown in FIG. 4), and the process proceeds to the next part joining operation.

なお、下部ホルダ21への下部チップ2の搭載、上部ホルダ22への上部チップ1の搭載、上部チップ1と下部チップ2との接合品の装置から搬出等は、主制御部30によって制御される自動搬送部(ロボット部)(図4に図示せず。)によって実行される。   The main controller 30 controls the mounting of the lower chip 2 on the lower holder 21, the mounting of the upper chip 1 on the upper holder 22, the unloading of the joined product of the upper chip 1 and the lower chip 2, and the like. It is executed by an automatic transfer unit (robot unit) (not shown in FIG. 4).

以上説明した本実施の形態によれば、ノーフローアンダーフィルを採用して上部チップと下部チップの接合面の間隙を目的とする値に保持して、気泡の発生を抑制し、信頼性の高い接合を低ダメージで実現することができる。また、従来技術では困難であった、同じサイズの半導体チップ同士を電気的に接続し、ボイドレスでアンダーフィル封止を行う接合が可能となり、実装設計の自由度の向上を図ることができる。   According to the present embodiment described above, no-flow underfill is employed to maintain the gap between the bonding surfaces of the upper chip and the lower chip at a target value, thereby suppressing the generation of bubbles and high reliability. Bonding can be realized with low damage. In addition, it is possible to join the semiconductor chips having the same size electrically connected and perform underfill sealing with a voidless, which is difficult in the prior art, and the degree of freedom in mounting design can be improved.

第2の実施の形態
図6は、本発明の第2の実施の形態において、フリップチップボンディングによって接合される上部半導体チップ1及び下部半導体チップ2の構成例及び接合の過程を説明する図であり、図6(A)は接合前の状態を示す平面図、図6(B)は接合前の状態を示すZ−Z部における断面図、図6(C)は接合後の状態を示すZ−Z部における断面図である。
Second Embodiment FIG. 6 is a diagram for explaining a configuration example of an upper semiconductor chip 1 and a lower semiconductor chip 2 bonded by flip chip bonding and a bonding process in the second embodiment of the present invention. 6A is a plan view showing a state before joining, FIG. 6B is a cross-sectional view of the ZZ portion showing the state before joining, and FIG. 6C is a Z- showing the state after joining. It is sectional drawing in a Z section.

以下、第1の実施の形態と相違する点について説明し、第1の実施の形態と同じ点に関する説明は繰返さない。後述する第3の実施の形態〜第8の実施の形態についても同様とする。   Hereinafter, differences from the first embodiment will be described, and description of the same points as those of the first embodiment will not be repeated. The same applies to third to eighth embodiments to be described later.

本実施の形態では、上部突起部7を、半田バンプ4と同じ構成で配線導体3上に形成する。即ち、上部突起部7の高さ及び体積は、半田バンプ4の高さ及び体積と同じである。   In the present embodiment, the upper protrusion 7 is formed on the wiring conductor 3 with the same configuration as the solder bump 4. That is, the height and volume of the upper protrusion 7 are the same as the height and volume of the solder bump 4.

図7は、図6の変形例を説明する図であり、図7(A)は接合前の状態を示す平面図、図7(B)は接合前の状態を示すZ−Z部における断面図、図7(C)は接合後の状態を示すZ−Z部における断面図である。   FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining a modification of FIG. 6. FIG. 7A is a plan view showing a state before joining, and FIG. FIG. 7C is a cross-sectional view taken along the line ZZ showing the state after bonding.

図7に示す変形例は、図6に示す構成における上部突起部7及び下部突起部6の数=4個を、3個とした例である。上部チップ1及び下部チップ2の平行度が許容範囲にある場合には、2つのチップの反りの接合に対する影響は少ないので、上部チップ1及び下部チップ2の接合面の傾斜を検出するためには、図7に示す構成でもよい。   The modification shown in FIG. 7 is an example in which the number of the upper protrusions 7 and the lower protrusions 6 in the configuration shown in FIG. When the parallelism of the upper chip 1 and the lower chip 2 is within an allowable range, there is little influence on the bonding of the warps of the two chips, so in order to detect the inclination of the bonding surface of the upper chip 1 and the lower chip 2 The configuration shown in FIG.

図6及び図7において、例えば、上部突起部7及び半田バンプ4、5を、図示しない直径30μm、厚さ5μmをもつアンダーバンプメタル上に、下部直径30μm、高さ12μmをもつ球冠状に形成し、下部突起部6を、図示しない直径30μm、厚さ5μmをもつアンダーバンプメタル上に、下部直径30μm、高さ20μmをもつ球冠状に形成する。   6 and 7, for example, the upper protrusion 7 and the solder bumps 4 and 5 are formed in a spherical crown shape having a lower diameter of 30 μm and a height of 12 μm on an unillustrated under bump metal having a diameter of 30 μm and a thickness of 5 μm. Then, the lower protrusion 6 is formed in a spherical crown shape having a lower diameter of 30 μm and a height of 20 μm on an unillustrated under bump metal having a diameter of 30 μm and a thickness of 5 μm.

目的とする間隙をg=23.5μmとする場合、接合後に溶融した上部突起部7及び下部突起部6の円柱状の合体物の直径は、接合前の上部突起部7及び下部突起部6の下部直径よりも小さくなるので、上部突起部7と半田バンプ4との間隔、下部突起部6と半田バンプ5との間隔はそれぞれ、30μmあれば十分である。   When the target gap is g = 23.5 μm, the diameter of the cylindrical combined product of the upper projection 7 and the lower projection 6 melted after joining is the same as that of the upper projection 7 and the lower projection 6 before joining. Since it is smaller than the lower diameter, it is sufficient that the distance between the upper protrusion 7 and the solder bump 4 and the distance between the lower protrusion 6 and the solder bump 5 are 30 μm.

ここで、フリップチップボンディング装置の装置誤差によって生じる間隙(g)の設定ばらつき(例えば、±5μm)によって、間隙が、例えば、g=18.5μmに設定された場合を考えると、接合後に溶融した上部突起部7及び下部突起部6の円柱状の合体物の直径は、接合前の上部突起部7及び下部突起部6の下部直径よりも約15μm大きくなるので、接合の信頼性、歩留りを考慮すると、上部突起部7と半田バンプ4との間隔、下部突起部6と半田バンプ5との間隔をそれぞれ、{30+(15〜20)}μm=50μm以上とするのが好ましい。   Here, when the gap is set to, for example, g = 18.5 μm due to the setting variation (for example, ± 5 μm) of the gap (g) caused by the apparatus error of the flip chip bonding apparatus, the melted after bonding. Since the diameter of the cylindrical combination of the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 is about 15 μm larger than the lower diameter of the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 before bonding, the reliability and yield of bonding are taken into consideration. Then, it is preferable that the distance between the upper protrusion 7 and the solder bump 4 and the distance between the lower protrusion 6 and the solder bump 5 are {30+ (15-20)} μm = 50 μm or more.

上部突起部7と半田バンプ4との間隔、下部突起部6と半田バンプ5との間隔を、どのような値に設計するかは、上部突起部7、下部突起部6、半田バンプ4、5の下部直径、高さに依存するので、基本的には第1の実施の形態で説明したように設計するのが好ましい。   The values of the distance between the upper protrusion 7 and the solder bump 4 and the distance between the lower protrusion 6 and the solder bump 5 are designed as follows: upper protrusion 7, lower protrusion 6, solder bumps 4, 5 Since it depends on the lower diameter and height, it is basically preferable to design as described in the first embodiment.

第3の実施の形態
図8は、本発明の第3の実施の形態において、フリップチップボンディングによって接合される上部半導体チップ1及び下部半導体チップ2の構成例及び接合の過程を説明する図であり、図8(A)は接合前の状態を示す平面図、図8(B)は接合前の状態を示すZ−Z部における断面図、図8(C)は下部突起部6と上部半導体チップ1の接触時の状態を示すZ−Z部における断面図、図8(D)は接合後の状態を示すZ−Z部における断面図である。
Third Embodiment FIG. 8 is a diagram for explaining a configuration example of the upper semiconductor chip 1 and the lower semiconductor chip 2 bonded by flip chip bonding and the bonding process in the third embodiment of the present invention. 8A is a plan view showing a state before joining, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line ZZ showing the state before joining, and FIG. 8C is a diagram showing the lower protrusion 6 and the upper semiconductor chip. Sectional drawing in the ZZ part which shows the state at the time of 1 contact, FIG.8 (D) is sectional drawing in the ZZ part which shows the state after joining.

本実施の形態では、第1の実施の形態において上部突起部7を形成しない。先述したように、第1の実施の形態において、上部突起部7の体積をゼロとして理解すればよい。本実施の形態では、下部突起部6の高さを、第1の字意思の形態、第2の実施の形態における下部突起部6の高さよりも大きくする必要がある。   In the present embodiment, the upper protrusion 7 is not formed in the first embodiment. As described above, in the first embodiment, it may be understood that the volume of the upper protrusion 7 is zero. In the present embodiment, it is necessary to make the height of the lower protrusion 6 larger than the height of the lower protrusion 6 in the first character intention form and the second embodiment.

図8において、例えば、半田バンプ4、5を、図示しない直径30μm、厚さ5μmをもつアンダーバンプメタル上に、下部直径30μm、高さ12μmをもつ球冠状に形成した場合、高さ34μm以上である下部突起部6を形成する必要がある。   In FIG. 8, for example, when the solder bumps 4 and 5 are formed in a spherical crown shape having a lower diameter of 30 μm and a height of 12 μm on an unillustrated under bump metal having a diameter of 30 μm and a thickness of 5 μm, the height is 34 μm or more. It is necessary to form a certain lower protrusion 6.

下部突起部6を、図示しない直径75μm、厚さ5μmをもつアンダーバンプメタル上に、下部直径75μm、高さ35μmをもつ球冠状に形成する。目的とする間隙をg=23.5μmとする場合、接合後に溶融した下部突起部6の円柱状の合体物の直径は約100μmとなり、接合前の下部直径75μmよりも約25μm大きくなるので、下部突起部6と半田バンプ5との間隔を、{30+(25〜30)}μm=60μm以上とするのが好ましい。   The lower protrusion 6 is formed in a spherical crown shape having a lower diameter of 75 μm and a height of 35 μm on an unillustrated under bump metal having a diameter of 75 μm and a thickness of 5 μm. When the target gap is g = 23.5 μm, the diameter of the cylindrical united product of the lower protrusions 6 melted after joining is about 100 μm, which is about 25 μm larger than the lower diameter 75 μm before joining. The distance between the protrusion 6 and the solder bump 5 is preferably {30+ (25-30)} μm = 60 μm or more.

また、フリップチップボンディング装置の装置誤差によって生じる間隙(g)の設定ばらつき(例えば、±5μm)によって、間隙が、例えば、g=18.5μmに設定された場合を考えると、接合後に溶融した下部突起部6の円柱状の合体物の直径は約125μmとなり、接合前の下部直径75μmよりも約50μm大きくなるので、接合の信頼性、歩留りを考慮すると、下部突起部6と半田バンプ5との間隔を、(30+50)μm=80μm以上とするのが好ましい。   Further, considering the case where the gap is set to, for example, g = 18.5 μm due to the setting variation (for example, ± 5 μm) of the gap (g) caused by the apparatus error of the flip chip bonding apparatus, Since the diameter of the cylindrical combined body of the protrusions 6 is about 125 μm, which is about 50 μm larger than the lower diameter 75 μm before bonding, considering the reliability and yield of bonding, the lower protrusions 6 and the solder bumps 5 The interval is preferably (30 + 50) μm = 80 μm or more.

下部突起部6と半田バンプ5との間隔を、どのような値に設計するかは、下部突起部6、半田バンプ5の下部直径、高さに依存するので、基本的には第1の実施の形態で説明したように設計するのが好ましい。   Since what kind of value the interval between the lower protrusion 6 and the solder bump 5 is designed depends on the lower diameter and height of the lower protrusion 6 and the solder bump 5, basically the first implementation It is preferable to design as described above.

第4の実施の形態
図9は、本発明の第4の実施の形態において、フリップチップボンディングによって接合される上部半導体チップ1及び下部半導体チップ2の構成例を説明する、Z−Z部(図8を参照。)における断面図である。
Fourth Embodiment FIG. 9 illustrates a configuration example of an upper semiconductor chip 1 and a lower semiconductor chip 2 bonded by flip chip bonding in the fourth embodiment of the present invention (FIG. 9). 8 is a cross-sectional view.

第1の実施の形態から第3の実施の形態では、上部チップ1及び下部チップ2の双方に半田バンプを形成したが、本実施の形態では、上部チップ1に半田バンプ4を形成し、下部チップ2には半田バンプを形成しない構成とする。下部チップ2の配線導体3上に図示しないパッド電極を所定の直径及び厚さで形成しておく。上部突起部7及び下部突起部6は半田バンプ4よりも高く形成する。アンダーフィル材8を、半田バンプ4よりも高く、下部突起部6の高さを超えないように塗布する。   In the first to third embodiments, the solder bumps are formed on both the upper chip 1 and the lower chip 2, but in this embodiment, the solder bumps 4 are formed on the upper chip 1 and the lower chip 1 is formed. The chip 2 is configured not to form solder bumps. A pad electrode (not shown) is formed on the wiring conductor 3 of the lower chip 2 with a predetermined diameter and thickness. The upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 are formed higher than the solder bump 4. The underfill material 8 is applied so as to be higher than the solder bumps 4 and not to exceed the height of the lower protrusions 6.

第5の実施の形態
図10は、本発明の第5の実施の形態において、フリップチップボンディングによって接合される上部半導体チップ1及び下部半導体チップ2の構成例を説明する、Z−Z部(図8を参照。)における断面図である。
Fifth Embodiment FIG. 10 illustrates a configuration example of an upper semiconductor chip 1 and a lower semiconductor chip 2 bonded by flip chip bonding in a fifth embodiment of the present invention. 8 is a cross-sectional view.

本実施の形態では、下部チップ2に半田バンプ5を形成し、上部チップ1には半田バンプを形成しない構成とする。上部チップ1の配線導体3上に図示しないパッド電極を所定の直径及び厚さで形成しておく。下部突起部6は半田バンプ5よりも高く形成する。アンダーフィル材8を、半田バンプ5よりも高く、下部突起部6の高さを超えないように塗布する。なお、上部突起部7を、図示しない上記のパッド電極の厚さよりも高く形成する。   In the present embodiment, the solder bumps 5 are formed on the lower chip 2 and the solder bumps are not formed on the upper chip 1. A pad electrode (not shown) is formed on the wiring conductor 3 of the upper chip 1 with a predetermined diameter and thickness. The lower protrusion 6 is formed higher than the solder bump 5. The underfill material 8 is applied so as to be higher than the solder bump 5 and not to exceed the height of the lower protrusion 6. The upper protrusion 7 is formed to be higher than the thickness of the pad electrode (not shown).

以下で説明する第6の実施の形態から第8の実施の形態では、以上で説明した第1の実施の形態から第5の実施の形態において、半田バンプ4と同じ構成をもって形成される上部突起部7を除いて、上部突起部7を上部樹脂フィルム11に読み替え、下部突起部6を下部樹脂フィルム10に読み替えればよい。即ち、上部突起部7として上部樹脂フィルム11を、下部突起部6として下部樹脂フィルム10を使用する。   In the sixth to eighth embodiments described below, the upper protrusion formed with the same configuration as the solder bump 4 in the first to fifth embodiments described above. Except for the portion 7, the upper protrusion 7 may be read as the upper resin film 11, and the lower protrusion 6 may be read as the lower resin film 10. That is, the upper resin film 11 is used as the upper protrusion 7 and the lower resin film 10 is used as the lower protrusion 6.

樹脂フィルム11、10は、180℃、以上であり半田バンプ4、5の融点以上の所定の温度範囲(即ち、ボンディング時の温度範囲)以下に融点をもつ熱可塑性樹脂である。熱可塑性樹脂はそのガラス転移温度以上に加熱又は融点まで加熱すると柔軟性をもち、ガラス転移温度は融点以下である。半田バンプ4、5の融点以下、180℃以上の融点をもつ熱可塑性樹脂を樹脂フィルム11、10として使用し、上部チップ1と下部チップ2を近接させるのに先立って、樹脂フィルム11、10の温度が半田バンプ4、5の融点以下、180℃以上となるように、上部チップ1と下部チップ2を加熱しておく。この結果、上部チップ1と下部チップ2を近接し、下部樹脂フィルム10が上部樹脂フィルム11又は上部チップ1に接触する時には、樹脂フィルムは軟化した状態になっている。   The resin films 11 and 10 are thermoplastic resins having a melting point of 180 ° C. or higher and a predetermined temperature range higher than the melting point of the solder bumps 4 and 5 (that is, a temperature range during bonding). A thermoplastic resin has flexibility when heated to its melting point or higher than its glass transition temperature, and its glass transition temperature is lower than its melting point. A thermoplastic resin having a melting point lower than that of the solder bumps 4 and 5 and higher than 180 ° C. is used as the resin films 11 and 10, and before the upper chip 1 and the lower chip 2 are brought close to each other, The upper chip 1 and the lower chip 2 are heated so that the temperature is below the melting point of the solder bumps 4 and 5 and above 180 ° C. As a result, when the upper chip 1 and the lower chip 2 are brought close to each other and the lower resin film 10 comes into contact with the upper resin film 11 or the upper chip 1, the resin film is in a softened state.

以下で説明する第6の実施の形態から第8の実施の形態では、上部及び下部の突起部はフィルム状の樹脂で形成され、このフィルム状の樹脂は、テープ状のものをラミネートしたり、液状のものを塗布して使用することができる。   In the sixth embodiment to the eighth embodiment described below, the upper and lower protrusions are formed of a film-like resin, and this film-like resin can be laminated with a tape-like resin, A liquid material can be applied and used.

上部樹脂フィルム11、下部樹脂フィルム10の溶融前の体積はそれぞれ、フィルムの厚さと面積によって計算される。   The volume before melting of the upper resin film 11 and the lower resin film 10 is calculated by the thickness and area of the film, respectively.

第6の実施の形態
図11は、本発明の第6の実施の形態において、フリップチップボンディングによって接合される上部半導体チップ1及び下部半導体チップ2の構成例及び接合の過程を説明する図であり、図11(A)は接合前の状態を示す平面図、図11(B)は接合前の状態を示すZ−Z部における断面図、図11(C)は接合後の状態を示すZ−Z部における断面図である。
Sixth Embodiment FIG. 11 is a diagram for explaining a configuration example of an upper semiconductor chip 1 and a lower semiconductor chip 2 bonded by flip chip bonding and a bonding process in the sixth embodiment of the present invention. 11A is a plan view showing a state before joining, FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line ZZ showing the state before joining, and FIG. 11C is a Z- showing the state after joining. It is sectional drawing in a Z section.

本実施の形態は、第2の実施の形態において、下部突起部6を下部樹脂フィルム10に置換えた形態である。接合時の昇温によって、上部突起部7と下部樹脂フィルム10はそれぞれ、溶融状態となり合体物を形成し、その後固化される。   In the second embodiment, the lower protrusion 6 is replaced with the lower resin film 10 in the second embodiment. Due to the temperature rise at the time of joining, the upper protrusion 7 and the lower resin film 10 are each in a molten state to form a combined product, which is then solidified.

第2の実施の形態で例示した、フリップチップボンディング装置の装置誤差によって生じる間隙(g)の設定ばらつきが無視できる場合、図6、図7に図示しない直径30μm、厚さ5μmをもつアンダーバンプメタル上に、下部直径30μm、高さ20μmをもつように形成された球冠状の下部突起部6の代わりに、25μm厚さをもつ下部樹脂フィルム10を設ける。なお、更に、下部樹脂フィルム10に代えて、180℃、以上でありボンディング時の温度範囲(半田バンプ4、5の融点以上の所定の温度範囲)以下に融点をもち、半田以外の金属等で形成された高さ25μmをもつ金属突起部を設けてもよい。   When the gap (g) setting variation caused by the apparatus error of the flip chip bonding apparatus exemplified in the second embodiment can be ignored, the under bump metal having a diameter of 30 μm and a thickness of 5 μm not shown in FIGS. On the top, a lower resin film 10 having a thickness of 25 μm is provided in place of the spherical crown-shaped lower protrusion 6 formed to have a lower diameter of 30 μm and a height of 20 μm. Furthermore, in place of the lower resin film 10, the melting point is 180 ° C. or higher and the bonding temperature range (predetermined temperature range higher than or equal to the melting point of the solder bumps 4 and 5). A metal protrusion having a height of 25 μm may be provided.

第7の実施の形態
図12は、本発明の第7の実施の形態において、フリップチップボンディングによって接合される上部半導体チップ1及び下部半導体チップ2の構成例及び接合の過程を説明する図であり、図12(A)は接合前の状態を示す平面図、図12(B)は接合前の状態を示すZ−Z部における断面図、図12(C)は接合後の状態を示すZ−Z部における断面図である。
Seventh Embodiment FIG. 12 is a diagram for explaining a configuration example of the upper semiconductor chip 1 and the lower semiconductor chip 2 bonded by flip chip bonding and the bonding process in the seventh embodiment of the present invention. 12A is a plan view showing a state before joining, FIG. 12B is a cross-sectional view of the ZZ portion showing the state before joining, and FIG. 12C is a Z- showing the state after joining. It is sectional drawing in a Z section.

本実施の形態は、第3の実施の形態において、下部突起部6を下部樹脂フィルム10に置換えた形態である。接合時の昇温によって、上部チップ1と下部樹脂フィルム10はそれぞれ加熱され、下部樹脂フィルム10は溶融状態となり上部チップ1の面に熱融着され、その後固化される。   In the third embodiment, the lower protrusion 6 is replaced with the lower resin film 10 in the third embodiment. The upper chip 1 and the lower resin film 10 are respectively heated by the temperature rise at the time of bonding, and the lower resin film 10 is in a molten state and is heat-sealed to the surface of the upper chip 1 and then solidified.

第3の実施の形態で例示した、フリップチップボンディング装置の装置誤差によって生じる間隙(g)の設定ばらつきが無視できる場合、図8に図示しない直径75μm、厚さ5μmをもつアンダーバンプメタル上に、下部直径75μm、高さ35μmをもつように形成された球冠状の下部突起部6の代わりに、40μm厚さをもつ下部樹脂フィルム10を設ける。なお、更に、下部樹脂フィルム10に代えて、180℃、以上でありボンディング時の温度範囲以下に融点をもち、半田以外の金属等で形成された高さ40μmをもつ金属突起部を設けてもよい。   When the setting variation of the gap (g) caused by the apparatus error of the flip chip bonding apparatus exemplified in the third embodiment can be ignored, on the under bump metal having a diameter of 75 μm and a thickness of 5 μm not shown in FIG. A lower resin film 10 having a thickness of 40 μm is provided in place of the spherical crown-shaped lower protrusion 6 formed to have a lower diameter of 75 μm and a height of 35 μm. Further, in place of the lower resin film 10, a metal protrusion having a melting point of 180 ° C. or more and having a melting point below the bonding temperature range and formed of a metal other than solder and having a height of 40 μm may be provided. Good.

第8の実施の形態
図13は、本発明の第8の実施の形態において、フリップチップボンディングによって接合される上部半導体チップ1及び下部半導体チップ2の構成例及び接合の過程を説明する図であり、図13(A)は接合前の状態を示す平面図、図13(B)は接合前の状態を示すZ−Z部における断面図、図13(C)は接合後の状態を示すZ−Z部における断面図である。
Eighth Embodiment FIG. 13 is a diagram for explaining a configuration example of the upper semiconductor chip 1 and the lower semiconductor chip 2 bonded by flip chip bonding and the bonding process in the eighth embodiment of the present invention. FIG. 13A is a plan view showing a state before joining, FIG. 13B is a cross-sectional view of a ZZ portion showing a state before joining, and FIG. 13C is a Z- showing a state after joining. It is sectional drawing in a Z section.

本実施の形態は、第1の実施の形態において、上部突起部7を上部樹脂フィルム11に下部突起部6を下部樹脂フィルム10にそれぞれ、置換えた形態である。第1の実施の形態における上部突起部7、下部突起部6の高さをそれぞれもつ上部樹脂フィルム11と下部樹脂フィルム10を設ける。接合時の昇温によって、上部樹脂フィルム11と下部樹脂フィルム10はそれぞれ、溶融状態となり合体物を形成し、その後固化される。なお、更に、上部樹脂フィルム11、下部樹脂フィルム10に代えて、180℃、以上でありボンディング時の温度範囲以下に融点をもち、半田以外の金属等で形成された高さ40μmをもつ金属突起部を設けてもよい。   In this embodiment, the upper protrusion 7 is replaced with the upper resin film 11 and the lower protrusion 6 is replaced with the lower resin film 10 in the first embodiment. An upper resin film 11 and a lower resin film 10 having the heights of the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 in the first embodiment are provided. The upper resin film 11 and the lower resin film 10 are each in a molten state due to the temperature rise at the time of joining, forming a combined product, and then solidified. In addition, instead of the upper resin film 11 and the lower resin film 10, a metal protrusion having a height of 40 μm formed of a metal other than solder having a melting point of 180 ° C. or higher and below the temperature range during bonding. A part may be provided.

なお、第4の実施の形態、第5の実施の形態においても、上部突起部7として上部樹脂フィルム11を、下部突起部6として下部樹脂フィルム10を使用することができ、更に、上部樹脂フィルム11、下部樹脂フィルム10に代えて、180℃、以上でありボンディング時の温度範囲以下に融点をもち、半田以外の金属等で形成された高さ40μmをもつ金属突起部を設けてもよい。   In the fourth and fifth embodiments, the upper resin film 11 can be used as the upper protrusion 7 and the lower resin film 10 can be used as the lower protrusion 6, and the upper resin film can be used. 11. Instead of the lower resin film 10, a metal protrusion having a melting point of 180 ° C. or higher and having a melting point below the bonding temperature range and formed of a metal other than solder and having a height of 40 μm may be provided.

以上説明した各実施の形態において、半田バンプ4、5を構成する半田合金として、各種組成のSn/Pb合金(融点:180℃〜200℃)、無鉛半田合金として、89Sn/8Zn/3Bi(融点:187℃〜197℃)、91Sn/9Zn(融点:199℃)、96.2Sn/2.5Ag/0.8Cu/0.5Sb(融点:215℃〜217℃)、95.5Sn/3.9Ag/0.6Cu(融点:217℃)等を使用することができる。また、半田バンプ4、5に代えて、Sn(融点:232℃)等によって形成された金属バンプを使用することもできる。   In each of the embodiments described above, Sn / Pb alloys (melting point: 180 ° C. to 200 ° C.) of various compositions are used as solder alloys constituting the solder bumps 4 and 5, and 89Sn / 8Zn / 3Bi (melting point) is used as a lead-free solder alloy. 187 ° C to 197 ° C), 91Sn / 9Zn (melting point: 199 ° C), 96.2Sn / 2.5Ag / 0.8Cu / 0.5Sb (melting point: 215 ° C to 217 ° C), 95.5Sn / 3.9Ag /0.6Cu (melting point: 217 ° C.) or the like can be used. In place of the solder bumps 4 and 5, metal bumps formed of Sn (melting point: 232 ° C.) or the like can also be used.

また、上部突起部7、下部突起部6をそれぞれ、半田バンプ又は金属バンプと同じ材料で構成してもよいし、異なる材料で構成してもよい。例えば、半田バンプに代えてSnで形成した金属バンプを使用し、Snで形成した突起部を上部突起部7、下部突起部6として使用することができる。即ち、上部チップと下部チップとを電気的に接続するための接合用バンプ、上部突起部7、下部突起部6をそれぞれ同じ金属又は合金によって形成することができる。上部突起部7、下部突起部6の融点が、180℃以上であり、上部又は/及び下部のチップに形成された上記の接合用バンプを溶融状態とするために、上部及び下部のチップを接合(ボンディング)する時に設定される温度以下にあればよい。この接合時に設定される温度は、上記の接合用バンプを安定した溶融状態として保持できる温度であればよく、例えば、上記の接合用バンプの融点よりも20℃〜30℃程度高い温度に設定される。   Further, the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 may be made of the same material as the solder bump or metal bump, or may be made of different materials. For example, metal bumps formed of Sn can be used instead of solder bumps, and the protrusions formed of Sn can be used as the upper protrusions 7 and the lower protrusions 6. That is, the bonding bump for electrically connecting the upper chip and the lower chip, the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 can be formed of the same metal or alloy. The melting points of the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6 are 180 ° C. or higher, and the upper and lower chips are bonded to bring the bonding bumps formed on the upper and / or lower chips into a molten state. It may be below the temperature set at the time of (bonding). The temperature set at the time of bonding may be any temperature that can hold the bonding bump in a stable molten state, and is set to a temperature that is about 20 ° C. to 30 ° C. higher than the melting point of the bonding bump, for example. The

また、半田バンプ4、5、上部突起部7、下部突起部6をそれぞれ、球冠状に形成する例について説明したが、これらを円柱状、多角柱状に形成してもよい。   Moreover, although the example which each forms the solder bumps 4 and 5, the upper projection part 7, and the lower projection part 6 in the shape of a spherical crown was demonstrated, you may form these in a column shape and a polygonal column shape.

また、上部突起部7、下部突起部6に代えて、使用可能な熱可塑性樹脂として、PC(ポリカーボネート)(ガラス転移温度:150℃、融点:220℃)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)(ガラス転移温度:53℃、融点:約225℃)等の各種の樹脂がある。例えば、半田バンプに代えてSn(融点232℃)で形成した金属バンプを使用し、上部突起部7、下部突起部6として、PC、PBTを使用することができる。熱可塑性樹脂の融点が、180℃以上であり、上記の接合時に設定される温度以下にあればよい。   Further, as a usable thermoplastic resin in place of the upper protrusion 7 and the lower protrusion 6, PC (polycarbonate) (glass transition temperature: 150 ° C., melting point: 220 ° C.), PBT (polybutylene terephthalate) (glass transition) There are various resins such as a temperature of 53 ° C. and a melting point of about 225 ° C. For example, instead of solder bumps, metal bumps formed of Sn (melting point: 232 ° C.) can be used, and PC and PBT can be used as the upper protrusions 7 and the lower protrusions 6. The melting point of the thermoplastic resin may be 180 ° C. or higher, and may be equal to or lower than the temperature set at the time of joining.

また、以上説明した各実施の形態において、下部チップを実装基板に置換えた構成とすることができ、信頼性の高いモジュールを製造することが可能となる。   In each of the embodiments described above, the lower chip can be replaced with a mounting substrate, and a highly reliable module can be manufactured.

また、以上の説明において、下部チップ又は実装基板を固定して上部チップを下降させて、下部チップ又は実装基板と上部チップとを接合する構成のボンディング装置に代えて、上部チップを固定して下部チップ又は実装基板を上昇させて、下部チップ又は実装基板と上部チップとを接合する構成のボンディング装置とすることもできる。   In the above description, the lower chip or the mounting substrate is fixed and the upper chip is lowered to replace the bonding device configured to join the lower chip or the mounting substrate and the upper chip. A bonding apparatus having a configuration in which the chip or the mounting substrate is raised and the lower chip or the mounting substrate and the upper chip are bonded to each other can be obtained.

以上で説明したように、アンダーフィル材を予め塗布して信頼性の高いフリップチップ接合に好適な半導体チップ、実装基板等の電子部品が実現でき、このような電子部品と半導体チップとを接合することによって、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。   As described above, by applying an underfill material in advance, an electronic component such as a semiconductor chip or a mounting substrate suitable for highly reliable flip chip bonding can be realized, and the electronic component and the semiconductor chip are bonded to each other. Thus, a highly reliable semiconductor device can be realized.

以上、本発明を実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Various deformation | transformation based on the technical idea of this invention is possible.

例えば、非特許文献1に記載のNCPプロセス、非特許文献2に記載の圧接フリップチップ実装技術、超音波フリップチップ実装技術にも、本発明は適用可能である。   For example, the present invention can be applied to the NCP process described in Non-Patent Document 1, the pressure-contact flip chip mounting technology described in Non-Patent Document 2, and the ultrasonic flip chip mounting technology.

以上説明したように、本発明は、アンダーフィル材を予め塗布して信頼性の高いフリップチップ接合に好適な電子部品及びこれを用いた半導体装置並びに半導体装置の製造方法を提供することができる。   As described above, the present invention can provide an electronic component suitable for flip-chip bonding with high reliability by applying an underfill material in advance, a semiconductor device using the electronic component, and a method for manufacturing the semiconductor device.

本発明の第1の実施の形態において、接合される上部半導体チップ及び下部半導体チップの構成例を説明する、(A)平面図、(B)Z−Z部における断面図である。In the first embodiment of the present invention, (A) a plan view and (B) a cross-sectional view at a ZZ portion for explaining a configuration example of an upper semiconductor chip and a lower semiconductor chip to be joined. 同上、上部半導体チップ及び下部半導体チップの接合の過程を説明する、(A)接合前、(B)接触時、(C)接合後、の各時点における断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view at each point of time, (A) before joining, (B) at the time of contact, and (C) after the joining, illustrating the process of joining the upper semiconductor chip and the lower semiconductor chip. 同上、下部半導体チップの構成例を説明する、(A)平面図、(B)Z−Z部における断面図である。FIG. 4A is a plan view illustrating a configuration example of a lower semiconductor chip, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line ZZ. 同上、フリップチップボンディング装置の構成例の概要を説明する図である。It is a figure explaining the outline | summary of the structural example of a flip-chip bonding apparatus same as the above. 同上、フリップチップボンディングの手順の概略を説明するフロー図である。It is a flowchart explaining the outline of the procedure of flip chip bonding same as the above. 本発明の第2の実施の形態において、接合される上部半導体チップ及び下部半導体チップの構成例及び接合の過程を説明する、接合前の状態を示す(A)平面図、(B)Z−Z部における断面図、(C)接合後の状態を示すZ−Z部における断面図である。In the second embodiment of the present invention, (A) a plan view showing a configuration example of an upper semiconductor chip and a lower semiconductor chip to be joined and a joining process, illustrating a state before joining, and (B) ZZ. It is sectional drawing in a part, (C) It is sectional drawing in the ZZ part which shows the state after joining. 同上、図6の変形例を説明する図である。It is a figure explaining the modification of FIG. 6 same as the above. 本発明の第3の実施の形態において、接合される上部半導体チップ及び下部半導体チップの構成例及び接合の過程を説明する、接合前の状態を示す(A)平面図、(B)Z−Z部における断面図、(C)接合後の状態を示すZ−Z部における断面図である。In the third embodiment of the present invention, (A) a plan view and (B) ZZ showing a state before bonding, explaining a configuration example of an upper semiconductor chip and a lower semiconductor chip to be bonded and a process of bonding. It is sectional drawing in a part, (C) It is sectional drawing in the ZZ part which shows the state after joining. 本発明の第4の実施の形態において、接合される上部半導体チップ及び下部半導体チップの構成例を説明する、(A)平面図、(B)Z−Z部における断面図である。In the 4th Embodiment of this invention, it is the (A) top view and (B) sectional drawing in the ZZ part explaining the structural example of the upper semiconductor chip and lower semiconductor chip which are joined. 本発明の第5の実施の形態において、接合される上部半導体チップ及び下部半導体チップの構成例を説明する、(A)平面図、(B)Z−Z部における断面図である。In the 5th Embodiment of this invention, it is the (A) top view and (B) sectional drawing in the ZZ part explaining the structural example of the upper semiconductor chip and lower semiconductor chip which are joined. 本発明の第6の実施の形態において、接合される上部半導体チップ及び下部半導体チップの構成例及び接合の過程を説明する、接合前の状態を示す(A)平面図、(B)Z−Z部における断面図、(C)接合後の状態を示すZ−Z部における断面図である。In the sixth embodiment of the present invention, (A) a plan view illustrating a configuration example of an upper semiconductor chip and a lower semiconductor chip to be bonded and a bonding process, illustrating a state before bonding, and (B) ZZ. It is sectional drawing in a part, (C) It is sectional drawing in the ZZ part which shows the state after joining. 本発明の第7の実施の形態において、接合される上部半導体チップ及び下部半導体チップの構成例及び接合の過程を説明する、接合前の状態を示す(A)平面図、(B)Z−Z部における断面図、(C)接合後の状態を示すZ−Z部における断面図である。In the seventh embodiment of the present invention, (A) a plan view and (B) ZZ showing a state before bonding, explaining a configuration example of an upper semiconductor chip and a lower semiconductor chip to be bonded and a bonding process. It is sectional drawing in a part, (C) It is sectional drawing in the ZZ part which shows the state after joining. 本発明の第8の実施の形態において、接合される上部半導体チップ及び下部半導体チップの構成例及び接合の過程を説明する、接合前の状態を示す(A)平面図、(B)Z−Z部における断面図、(C)接合後の状態を示すZ−Z部における断面図である。In the eighth embodiment of the present invention, (A) a plan view showing a configuration example of an upper semiconductor chip and a lower semiconductor chip to be bonded and a bonding process, illustrating a state before bonding, and (B) ZZ. It is sectional drawing in a part, (C) It is sectional drawing in the ZZ part which shows the state after joining. 従来技術における、上部及び下部の半導体チップの接合を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining joining of the upper and lower semiconductor chip in a prior art. 従来技術における、上部及び下部の半導体チップの接合を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining joining of the upper and lower semiconductor chip in a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1…上部チップ、2…下部チップ、3…配線導体、4…半田バンプ、5…半田バンプ、
6…下部突起部、7…上部突起部、8…アンダーフィル材、9…接合領域、
10…下部樹脂フィルム、11…上部樹脂フィルム、20…基台、21…下部ホルダ、
22…上部ホルダ、23…ボンディングヘッド、24…圧力検出器、
25…ボンディングヘッド保持部、26…ボンディングヘッド駆動部、
27…ボンディングヘッド駆動制御部、30…主制御部、31…モニタ部、
32…温度制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Upper chip, 2 ... Lower chip, 3 ... Wiring conductor, 4 ... Solder bump, 5 ... Solder bump,
6 ... Lower projection, 7 ... Upper projection, 8 ... Underfill material, 9 ... Joining region,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Lower resin film, 11 ... Upper resin film, 20 ... Base, 21 ... Lower holder,
22 ... Upper holder, 23 ... Bonding head, 24 ... Pressure detector,
25: Bonding head holding unit, 26 ... Bonding head driving unit,
27 ... Bonding head drive control unit, 30 ... Main control unit, 31 ... Monitor unit,
32 ... Temperature controller

Claims (7)

第1及び第2の電子部品の少なくとも一方の面に突起電極を形成し、この突起電極を介して前記第1及び第2の電子部品を電気的に接続する半導体装置の製造方法において、
前記突起電極よりも大きな高さをもつダミーの突起部を前記第1の電子部品の面に形 成する第1の工程と、
前記第1の電子部品の面に、前記突起電極よりも高く、前記突起部よりも低い電気絶 縁材を付着する第2の工程と、
前記第1の電子部品と前記第2の電子部品とを近接させ、前記第2の電子部品と前記 突起部との接触を検出する第3の工程と、
前記接触を検出した後に、前記第1の電子部品と前記第2の電子部品との間隔が所定 の値となるまで、前記第1の電子部品と前記第2の電子部品とを更に近接させる第4の 工程と
を有する、半導体装置の製造方法。
In the method for manufacturing a semiconductor device, a protruding electrode is formed on at least one surface of the first and second electronic components, and the first and second electronic components are electrically connected via the protruding electrode.
Forming a dummy protrusion having a height greater than that of the protrusion electrode on the surface of the first electronic component;
A second step of attaching an electrical insulating material higher than the protruding electrode and lower than the protruding portion to the surface of the first electronic component;
A third step of bringing the first electronic component and the second electronic component close to each other and detecting contact between the second electronic component and the protrusion;
After the contact is detected, the first electronic component and the second electronic component are further brought closer to each other until the distance between the first electronic component and the second electronic component reaches a predetermined value. 4. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of 4.
前記第3の工程において、前記第1の電子部品に形成された前記突起部と、前記第2の電子部品に形成された第2の突起部との接触を検出する、請求項に記載の半導体装置の製造方法。 2. The contact according to claim 1 , wherein in the third step, contact between the protrusion formed on the first electronic component and a second protrusion formed on the second electronic component is detected. A method for manufacturing a semiconductor device. 前記第3の工程に先立って、前記突起部の温度が前記突起電極の融点以下の所定の温度範囲となるように、前記第1及び第2の電子部品を加熱する工程を有し、前記電気絶縁材が完全硬化する前に、前記第1及び第2の電子部品を前記所定の温度範囲に昇温させる、請求項に記載の半導体装置の製造方法。 Prior to the third step, the step of heating the first and second electronic components such that the temperature of the protruding portion falls within a predetermined temperature range below the melting point of the protruding electrode, 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 , wherein the temperature of the first and second electronic components is raised to the predetermined temperature range before the insulating material is completely cured. 前記第4の工程に先立って、前記突起電極の温度がその融点以上の所定の温度範囲となるように、前記第1及び第2の電子部品を加熱する工程を有し、前記電気絶縁材が完全硬化する前に、前記第1及び第2の電子部品を前記所定の温度範囲に昇温させ、前記第4の工程の後に、前記突起部の融点よりも低い熱硬化温度をもつ前記電気絶縁材を硬化させるために、所定の時間だけ前記第1及び第2の電子部品を前記所定の温度範囲又は前記所定の温度範囲よりも低い温度に保持する工程を有する、請求項に記載の半導体装置の製造方法。 Prior to the fourth step, the step of heating the first and second electronic components such that the temperature of the protruding electrode is within a predetermined temperature range equal to or higher than its melting point, Before the complete curing, the first and second electronic components are heated to the predetermined temperature range, and after the fourth step, the electrical insulation having a thermosetting temperature lower than the melting point of the protrusion. 2. The semiconductor according to claim 1 , further comprising a step of holding the first and second electronic components at the predetermined temperature range or at a temperature lower than the predetermined temperature range for a predetermined time in order to cure the material. Device manufacturing method. 前記突起部が樹脂フィルムによって形成される、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the protrusion is formed of a resin film. 第1及び第2の電子部品の少なくとも一方の面に形成された突起電極よりも大きな高Higher than the protruding electrode formed on at least one surface of the first and second electronic components さをもつダミーの突起部が形成された前記第1の電子部品の面に、前記突起電極よりもOn the surface of the first electronic component on which a dummy protrusion having a thickness is formed, 高く、前記突起部よりも低い電気絶縁材を付着する工程と、Attaching an electrical insulating material that is higher and lower than the protrusion; and
前記第1の電子部品と前記第2の電子部品とを近接させ、前記突起部を介した前記第The first electronic component and the second electronic component are brought close to each other, and the first electronic component is inserted through the protrusion. 1の電子部品と前記第2の電子部品との接触を検出する工程と、Detecting a contact between one electronic component and the second electronic component;
前記接触を検出した後に、前記第1の電子部品と前記第2の電子部品との間隔が所定After detecting the contact, a distance between the first electronic component and the second electronic component is predetermined. の値となるまで、前記第1の電子部品と前記第2の電子部品とを更に近接させ、前記突The first electronic component and the second electronic component are brought closer to each other until the value of 起電極を介して前記第1の電子部品と第2の電子部品を電気的に接続する工程とElectrically connecting the first electronic component and the second electronic component via an electromotive electrode;
を有する、半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1の電子部品に形成された前記突起部と、前記第2の電子部品に形成された第2の突起部との接触を介した、前記第1の電子部品と前記第2の電子部品との接触を検出する、請求項6に記載の半導体装置の製造方法。The first electronic component and the second electronic component through contact between the protrusion formed on the first electronic component and the second protrusion formed on the second electronic component The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein contact with the semiconductor device is detected.
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