JP5113793B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置において、半田による接合部分を概略的に示す断面図である。
上述の製造方法の一実施例を以下に述べる。
Sn3Ag0.5Cu 融点:220℃
多層配線層: 6mm□(6mm×6mm)、厚さ200μm
Ultra−Lowk:45nm配線
基板: 15mm□(15mm×15mm)、厚さ350μm、ガラスエポキシ製
基板電極: Au−Ni−Cu 15μm厚
封止フィルム
・第2の樹脂層: エポキシ樹脂、硬化剤、シリカを含む
フィルム厚: 60μmt
・第1の樹脂層: エポキシ樹脂、硬化剤、フラックス成分(カルボン酸)、シリカからなる、20μmt
以上の材料を用い、製造方法により作製した半導体装置を、断面研磨により断面解析した結果、半田接合部と基板電極13との周囲が第1の樹脂層3bで覆われ且つ、良好な接合状態であることが確認できた。さらに、高温高湿試験において、85℃、湿度85%の条件下、1000cyc(サイクル)で安定した接続抵抗を確保することができた。
図3は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例を示す断面図である。図3では、図1、2と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略するものとする。
図4(a)〜(c)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を概略的に示す断面図であり、図5(a)〜(c)は、第2の実施形態に掛かる半導体装置における封止フィルムの構造を概略的に示す平面図である。以下に、本実施形態の製造方法を述べる。
図6(a)は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置における半導体素子を概略的に示す平面図であり、(b)は、第3の実施形態に係る半導体装置を概略的に示す断面図である。
図7(a)〜(c)は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法を概略的に示す断面図である。
図8(a)〜(c)は、本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法を概略的に示す断面図である。本実施形態の方法で用いられる半導体素子1の電極端子7上には半田バンプ20が形成されている。また、封止フィルム3は、フラックスを含む第1の樹脂層3bが2層の第2の樹脂層3aに挟まれた3層構造を有している。本実施形態の半導体装置は以下の方法により作製される。
図9(a)〜(c)は、本発明の第6の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。以下では、半導体素子を有するパッケージを2つ以上積層する、いわゆるパッケージ・オン・パッケージ構造の半導体装置を製造する方法を説明する。
図10(a)〜(c)は、本発明の第7の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。以下ではパッケージ・オン・パッケージ構造の半導体装置およびその製造方法の一例について説明する。ただし、第6の実施形態に係る半導体装置と同様の構成については説明を簡略化あるいは省略する。
図11(a)〜(c)は、本発明の第8の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。以下ではパッケージ・オン・パッケージ構造の半導体装置およびその製造方法の一例について説明する。ただし、第6の実施形態に係る半導体装置と同様の構成については説明を簡略化あるいは省略する。
2 基板
3 封止フィルム
3a 第2の樹脂層
3b 第1の樹脂層
4 第2の基板
5 多層配線層
7、30、43、53 電極端子
9、17、20、32、45、55 半田バンプ
11 フィラ
13、13a、13b 基板電極
15 突起状バンプ
25 半田接合部
35、57、75 封止樹脂
40 第2の半導体素子
Claims (21)
- 第1の電極が設けられた第1の電子部品と、
上面に前記第1の電極と電気的に接続された第1の基板電極が設けられ、前記第1の電極と前記第1の基板電極とが対向するように配置された第1の基板と、
前記第1の電極と前記第1の基板電極とを接続させる第1の接続部材と、
フラックスを含み、少なくとも前記第1の接続部材と前記第1の基板電極との第1の接続部分に接する第1の樹脂部と、前記フラックスを含まない、または前記第1の樹脂部よりも前記フラックスの濃度が低い第2の樹脂部とを有する封止材料とを備え、
前記第1の電極及び前記第1の基板電極は共に複数個配置されており、
前記第1の樹脂部は、前記第1の接続部分を個別に囲み、前記第1の基板電極の位置に合わせて配置され、
前記第2の樹脂部は前記第1の電子部品と前記第1の基板との間に層状に設けられており、
前記第1の樹脂部は前記第2の樹脂部を貫通していることを特徴とする半導体装置。 - 前記第1の樹脂部は、前記第1の電極及び前記第1の基板電極と同一ピッチで設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 第1の電極が設けられた第1の電子部品と、
上面に前記第1の電極と電気的に接続された第1の基板電極が設けられ、前記第1の電極と前記第1の基板電極とが対向するように配置された第1の基板と、
前記第1の電極と前記第1の基板電極とを接続させる第1の接続部材と、
フラックスを含み、少なくとも前記第1の接続部材と前記第1の基板電極との第1の接続部分に接する第1の樹脂部と、前記フラックスを含まない、または前記第1の樹脂部よりも前記フラックスの濃度が低い第2の樹脂部とを有する封止材料とを備え、
前記第1の電極及び前記第1の基板電極は共に複数個配置されており、
前記第1の電子部品には、前記第1の電極が第1のピッチで配置された第1のエリアと、前記第1の電極が前記第1のピッチよりも広い第2のピッチで配置された第2のエリアが設けられており、
前記封止材料は、前記第1のエリアに対応する部分では前記第1の樹脂部と前記第2の樹脂部とで構成され、前記第2のエリアに対応する部分では前記第2の樹脂部で構成されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記封止材料は、前記第1のエリアに対応する部分では前記第1の基板電極を囲む層状の前記第1の樹脂部と、層状の前記第2の樹脂部との2層構造を有し、前記第2のエリアに対応する部分では層状の前記第2の樹脂部のみの1層構造を有していることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
- 前記第1の接続部材は半田であることを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第1の接続部材は半田及び前記第1の電極上に設けられた突起電極であることを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第1の電子部品は、回路形成面を前記第1の基板の上面に向けて前記第1の基板上に搭載された半導体素子を有しており、
前記第1の電極は前記半導体素子の回路形成面上に設けられており、
前記封止材料は、前記第1の電子部品と前記第1の基板との間の隙間に充填されていることを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第1の基板の上面上に搭載され、第1の半導体素子と、前記第1の半導体素子の回路形成面に電気的に接続された第2の電極とを有する第2の電子部品をさらに備え、
前記第1の基板の上面には、前記第2の電極と電気的に接続する第2の基板電極がさらに設けられており、
前記第1の電子部品は、裏面に前記第1の電極が設けられた第2の基板と、前記第2の基板の上面上に搭載された第2の半導体素子とを有する半導体パッケージであることを特徴とする請求項1〜6のうちいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第2の電極と前記第2の基板電極とを接続させる第2の接続部材をさらに備え、
前記第2の電極は、前記第1の半導体素子の回路形成面上に設けられ、
前記第1の半導体素子は、回路形成面を前記第1の基板の上面に向けるようにして前記第1の基板上に搭載されており、
前記第1の樹脂部は、少なくとも前記第2の接続部材と前記第2の基板電極との第2の接続部分に接していることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 - 前記第2の電極と前記第2の基板電極とを接続させる第2の接続部材をさらに備え、
前記第2の電子部品は、裏面に前記第2の電極が設けられ、上面上に前記第1の半導体素子が搭載された第3の基板をさらに有しており、
前記第1の樹脂部は、少なくとも前記第2の接続部材と前記第2の基板電極との第2の接続部分に接していることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 - 前記第2の基板電極と前記第2の電極とを接続させる金属細線をさらに備え、
前記第1の半導体素子は、前記第2の電極が設けられた回路形成面を上に向けて前記第1の基板上に搭載されていることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 - 第1の基板電極が設けられた第1の基板の上面に、フラックスを含む第1の樹脂部と、前記フラックスを含まない、または前記第1の樹脂部よりも前記フラックスの濃度が低い第2の樹脂部とを有する封止材料を、前記第1の基板電極の上または上方を前記第1の樹脂部が覆うように貼り付ける工程(a)と、
前記工程(a)の後、第1の電極を有する第1の電子部品を、前記第1の電極が前記第1の基板電極と対向するように位置を合わせて前記第1の基板上に載置する工程(b)と、
前記工程(b)の後、第1の接続部材を用いて前記第1の電極と前記第1の基板電極とを接続させるとともに、前記封止材料で少なくとも前記第1の基板の上面を封止する工程(c)とを備え、
前記工程(c)では、前記第1の基板電極と前記第1の接続部材との接続部分が前記第1の樹脂部に囲まれていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記工程(b)では、前記第1の電極上に前記第1の接続部材として半田バンプをあらかじめ形成しておくとともに、前記半田バンプをその融点以下に加熱することにより前記半田バンプが前記封止材料を突き破り、
前記工程(c)では、前記半田バンプをその融点以上に加熱することにより前記フラックスを活性化させるとともに前記半田バンプと前記第1の基板電極とを接合させることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1の樹脂部と前記第2の樹脂部は共に層状であり、
前記工程(a)では前記第1の樹脂部が前記第1の基板電極及び前記第1の基板の上面を覆い、前記第2の樹脂部が前記第1の樹脂部と前記第1の電子部品との間に挟まれることを特徴とする請求項12または13に記載の半導体装置の製造方法。 - 第1の基板電極が設けられた第1の基板の上面に、フラックスを含む第1の樹脂部と、前記フラックスを含まない、または前記第1の樹脂部よりも前記フラックスの濃度が低い第2の樹脂部とを有する封止材料を、前記第1の基板電極の上または上方を前記第1の樹脂部が覆うように貼り付ける工程(a)と、
前記工程(a)の後、第1の電極を有する第1の電子部品を、前記第1の電極が前記第1の基板電極と対向するように位置を合わせて前記第1の基板上に載置する工程(b)と、
前記工程(b)の後、第1の接続部材を用いて前記第1の電極と前記第1の基板電極とを接続させるとともに、前記封止材料で少なくとも前記第1の基板の上面を封止する工程(c)とを備え、
前記第1の電極及び前記第1の基板電極は共に複数個配置されており、
前記工程(c)では、前記第1の樹脂部は、前記第1の接続部材と前記第1の基板電極との接続部分を個別に囲んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1の電極及び前記第1の基板電極は共に複数個配置されており、
前記第1の電子部品には、前記第1の電極が第1のピッチで配置された第1のエリアと、前記第1の電極が前記第1のピッチよりも広い第2のピッチで配置された第2のエリアが設けられており、
前記工程(a)で用いられる前記封止材料は、前記第1のエリアに対応する部分では前記第1の樹脂部と前記第2の樹脂部とで構成され、前記第2のエリアに対応する部分では前記第2の樹脂部で構成されており、前記第1の樹脂部が前記第1の基板電極を覆うように載置されることを特徴とする請求項12または13に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1の電子部品は、回路形成面を前記第1の基板の上面に向けて前記第1の基板上に搭載された半導体素子を有しており、
前記工程(c)により、前記半導体素子の回路形成面は前記封止材料によって封止されることを特徴とする請求項12または13に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記工程(a)の後で前記工程(b)の前に、前記第1の基板の上面上に、回路形成面を有する第1の半導体素子と、前記第1の半導体素子の回路形成面に電気的に接続された第2の電極とを有する第2の電子部品を搭載する工程(d)をさらに備え、
前記第1の電子部品は、裏面に前記第1の電極が設けられた第2の基板と、前記第2の基板の上面上に搭載された第2の半導体素子とを有する半導体パッケージであることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第2の電極上には第2の半田バンプが設けられているとともに、前記第1の基板の上面には第2の基板電極が設けられており、
前記工程(a)では、前記第1の樹脂部が前記第2の基板電極も覆うように前記封止材料を貼り付け、
前記工程(b)では、前記第1の電極上に前記第1の接続部材として第1の半田バンプをあらかじめ形成しておくとともに、前記第1の半田バンプをその融点以下に加熱することにより前記第1の半田バンプが前記封止材料を突き破り、
前記工程(d)では、前記第2の半田バンプをその融点以下に加熱した状態で、前記第2の電極が前記第2の基板電極と対向するように位置を合わせて前記第2の電子部品を前記第1の基板上に載置することにより、前記第2の半田バンプが前記第1の封止材料を突き破り、
前記工程(c)では、前記第1の半田バンプ及び前記第2の半田バンプをその融点以上に加熱することにより前記フラックスを活性化させるとともに前記第1の半田バンプと前記第1の基板電極とを接合させ、且つ前記第2の半田バンプと前記第2の基板電極とを接合させることを特徴とする請求項18に記載の半導体装置の製造方法。 - 第1の電極と、前記第1の電極上に設けられた第1の接続部材とが設けられた第1の電子部品と、
第1の基板電極と、前記第1の基板電極上に設けられた第2の接続部材とが設けられた基板とを備え、
前記第1の電極と前記第1の基板電極とは対向するように配置され、
前記第1の接続部材と前記第2の接続部材とは接触し、
少なくとも前記第1の接続部材と前記第2の接続部材との接触部が、フラックスを含む第1の樹脂層の内部に存在し、
前記第1の樹脂層は、フラックスを含まない、または前記第1の樹脂層よりもフラックスの濃度が低い第2の樹脂層に挟まれていることを特徴とする半導体装置。 - 前記第1の樹脂層は、2層の前記第2の樹脂層に挟まれた3層構造となっていることを特徴とする請求項20に記載の半導体装置。
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