JP5317548B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に樹脂封止型の半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a resin-encapsulated semiconductor device and a manufacturing method thereof.
半導体装置では、基板に実装された半導体チップを保護するため基板と半導体チップとは樹脂等で封止される。その中に、BGA(Ball Grid Array)型のように、基板の半導体チップが実装された面のみを封止する片面封止型のパッケージがある。 In a semiconductor device, the substrate and the semiconductor chip are sealed with a resin or the like in order to protect the semiconductor chip mounted on the substrate. Among them, there is a single-side sealed package that seals only a surface of a substrate on which a semiconductor chip is mounted, such as a BGA (Ball Grid Array) type.
特許文献1には、樹脂の表面を金属で覆い耐久性を高めた半導体装置を、簡単な工程により高歩留まりで生産する技術が開示されている。特許文献2及び特許文献3には、異なる物性を有する複数の樹脂を用いて半導体装置を封止する技術が開示されている。特許文献4には、樹脂の上面にガラスエポキシ板を設ける技術が開示されている。
片面封止型パッケージでは、封止後の半導体装置が基板と樹脂の二層構造になる。基板と樹脂とでは収縮率に差異があるため、半導体装置を実装する工程等において加熱されると、基板に反りが発生する場合がある。このことは、基板と半導体チップとの接続不良が起きるなど、半導体装置の信頼性が低下する原因となる恐れがあった。 In the single-side sealed package, the semiconductor device after sealing has a two-layer structure of a substrate and a resin. Since there is a difference in shrinkage between the substrate and the resin, the substrate may be warped when heated in a process of mounting a semiconductor device or the like. This may cause a decrease in the reliability of the semiconductor device, such as a connection failure between the substrate and the semiconductor chip.
特許文献4の技術によれば、基板とガラスエポキシ板との収縮率の差異が小さいため、反りを低減することができるが、一定量の反り低減効果しか期待できない。
According to the technique of
そこで本発明は、上記課題に鑑み、反りを低減することができ、かつ反りの量を制御することが可能な半導体装置の提供を目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing warpage and controlling the amount of warpage.
本発明は、基板と、前記基板に実装された半導体チップと、針状フィラーが添加され、前記基板の前記半導体チップが実装された面と反対側の面が露出するように、前記基板と前記半導体チップとを封止する樹脂と、を具備することを特徴とする半導体装置である。本発明によれば、基板の反りを低減することができ、かつ反りの量を制御することが可能となる。 The present invention includes a substrate, a semiconductor chip mounted on the substrate, and a needle-like filler, so that the surface of the substrate opposite to the surface on which the semiconductor chip is mounted is exposed. A semiconductor device comprising: a resin for sealing the semiconductor chip. According to the present invention, the warpage of the substrate can be reduced, and the amount of warpage can be controlled.
上記構成において、前記針状フィラーは前記基板の前記半導体チップが実装された面と平行な方向に配向している構成とすることができる。この構成によれば、基板の半導体チップが実装された面と平行な方向における樹脂の収縮率を小さくすることができるため、反りを低減することが可能となる。 The said structure WHEREIN: The said acicular filler can be set as the structure orientated in the direction parallel to the surface in which the said semiconductor chip of the said board | substrate was mounted. According to this configuration, the shrinkage rate of the resin in the direction parallel to the surface of the substrate on which the semiconductor chip is mounted can be reduced, so that the warpage can be reduced.
上記構成において、前記樹脂の表面では前記樹脂の表面以外の領域よりも、前記針状フィラーの密度が高い構成とすることができる。この構成によれば、樹脂の表面の収縮率を小さくすることができるため、反りを低減することが可能となる。 The said structure WHEREIN: It can be set as the structure where the density of the said acicular filler is higher than the area | regions other than the surface of the said resin on the surface of the said resin. According to this configuration, the shrinkage rate on the surface of the resin can be reduced, so that warpage can be reduced.
上記構成において、前記針状フィラーは溶融シリカからなる構成とすることができる。この構成によれば、溶融シリカの収縮率が結晶性シリカよりも小さいため、反りをより低減することが可能となる。 The said structure WHEREIN: The said acicular filler can be set as the structure which consists of fused silica. According to this configuration, since the shrinkage rate of the fused silica is smaller than that of the crystalline silica, it is possible to further reduce the warpage.
本発明は、基板に半導体チップを実装する工程と、前記基板の前記半導体チップが実装された面とは反対の面が露出し、樹脂に針状フィラーが添加されるように、前記基板と前記半導体チップとを前記樹脂で封止する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、基板の反りを低減することができ、かつ反りの量を制御することが可能となる。 The present invention includes a step of mounting a semiconductor chip on a substrate, and exposing the surface of the substrate opposite to the surface on which the semiconductor chip is mounted, so that a needle-like filler is added to a resin. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: sealing a semiconductor chip with the resin. According to the present invention, the warpage of the substrate can be reduced, and the amount of warpage can be controlled.
上記構成において、前記封止する工程は、前記針状フィラーが前記基板の前記半導体チップが実装された面と平行な方向に配向するように封止する工程とすることができる。この構成によれば、基板の半導体チップが実装された面と平行な方向における樹脂の収縮率を小さくすることができるため、反りを低減することが可能となる。 In the above configuration, the sealing step may be a step of sealing so that the needle-like filler is oriented in a direction parallel to a surface of the substrate on which the semiconductor chip is mounted. According to this configuration, the shrinkage rate of the resin in the direction parallel to the surface of the substrate on which the semiconductor chip is mounted can be reduced, so that the warpage can be reduced.
上記構成において、前記封止する工程は、金型の上に前記樹脂を配置し、前記基板と前記半導体チップとを前記樹脂に押し付けて、封止する工程とすることができる。この構成によれば、ワイヤ流れを防止することができる。また、針状フィラーを基板の半導体チップが実装された面と平行な方向に配向させることができる。 In the above configuration, the sealing step may be a step of sealing the resin by placing the resin on a mold and pressing the substrate and the semiconductor chip against the resin. According to this configuration, wire flow can be prevented. Further, the needle-like filler can be oriented in a direction parallel to the surface of the substrate on which the semiconductor chip is mounted.
上記構成において、前記封止する工程で、前記樹脂は前記金型の上に配置された前記針状フィラーの上に配置される構成とすることができる。この構成によれば、基板の反りを低減することができ、かつ反りの量を制御することが可能となる。 The said structure WHEREIN: In the said sealing process, the said resin can be set as the structure arrange | positioned on the said acicular filler arrange | positioned on the said metal mold | die. According to this configuration, the warpage of the substrate can be reduced and the amount of warpage can be controlled.
上記構成において、前記封止する工程で、前記樹脂は、前記金型の上に配置され、前記針状フィラーが配向された、前記樹脂と同じ材質からなる樹脂板の上に配置される構成とすることができる。この構成によれば、針状フィラーの飛散を防止することができる。 In the above configuration, in the sealing step, the resin is disposed on the mold, and is disposed on a resin plate made of the same material as the resin, in which the needle-like filler is oriented. can do. According to this configuration, the acicular filler can be prevented from scattering.
上記構成において、前記封止する工程で、前記樹脂は、前記金型の上に配置され、上面に前記針状フィラーが配向されたフィルムの上に配置される構成とすることができる。この構成によれば、製造工程における樹脂の流出を防止することができる。また、樹脂と金型との接着を防止することができる。 The said structure WHEREIN: In the said sealing process, the said resin can be set as the structure arrange | positioned on the said metal mold | die, and is arrange | positioned on the film by which the said acicular filler was orientated on the upper surface. According to this configuration, it is possible to prevent the resin from flowing out in the manufacturing process. In addition, adhesion between the resin and the mold can be prevented.
本発明によれば、基板の反りを低減することができ、かつ反りの量を制御することが可能な半導体装置を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the semiconductor device which can reduce the curvature of a board | substrate and can control the quantity of curvature.
図面を用いて、従来技術について説明する。 The prior art will be described with reference to the drawings.
比較例1は、従来から用いられている片面封止型の半導体装置である。図1(a)は比較例1に係る半導体装置100の個片化前の状態を示す断面図であり、図1(b)から図1(d)は半導体装置100の封止工程を示す断面図である。
Comparative Example 1 is a single-side sealed semiconductor device that has been conventionally used. FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating a state before the
図1(a)に示すように、例えばガラスエポキシからなる基板2の上に、例えばシリコンからなる半導体チップ6が接着剤8を用いて搭載されている。また、図1(b)から図1(d)に示すように、基板2と半導体チップ6とは、例えばAl等の金属からなるワイヤ12により電気的に接続されている(図1(a)においては省略)。すなわち、半導体チップ6は基板2に実装されている。基板2と半導体チップ6とは、基板2の半導体チップ6が実装された面とは反対の面が露出するように、例えばエポキシからなる樹脂4により封止されている。
As shown in FIG. 1A, a
図1(b)に示すように、溶解した状態の樹脂4を配置した金型10を準備し、基板2の半導体チップ6が実装された面と樹脂4とが対向するように、基板2の位置合わせを行う。
As shown in FIG. 1B, a
図1(c)に示すように、基板2と半導体チップ6とを樹脂4に押し付け、基板2の半導体チップ6が実装された面を樹脂4で封止する。
As shown in FIG. 1C, the
図1(d)に示すように、樹脂4が硬化し、半導体装置100が形成される。このように、封止工程には、圧縮成形法を用いることができる。
As shown in FIG. 1D, the
比較例1によれば、半導体装置100は基板2と樹脂4との二層構造となっている。基板2と樹脂4とでは収縮率に差異があるため、半導体装置100を加熱すると、基板2に反りが発生し半導体装置の信頼性が低下する恐れがある。
According to Comparative Example 1, the
比較例2は、特許文献4に係る半導体装置110である。
Comparative Example 2 is a
図2に示すように、樹脂4の上面にガラスエポキシ板14が設けられている。比較例2によれば、樹脂4とガラスエポキシ板14とでは、収縮率の差異が小さいため、反りを低減することができる。
As shown in FIG. 2, a
しかし、比較例2では、ガラスエポキシ板14の厚さが一定であるため、一定量の反り低減効果しか期待できない。
However, in Comparative Example 2, since the thickness of the
本発明は、反りを低減することができ、かつ反りの量を制御することが可能な半導体装置の提供を目的とする。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing warpage and controlling the amount of warpage.
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図3(a)は、実施例1に係る半導体装置200を示す断面図であり、図3(b)から図3(d)は製造方法を示す断面図である。既述したものと同じ構成については、説明を省略する。
FIG. 3A is a cross-sectional view illustrating the
図3(a)に示すように、例えばエポキシからなり、球状フィラーが添加された樹脂4の表面に、針状フィラー層16が形成されている。すなわち、樹脂4の表面では、樹脂4の表面以外の部分よりも針状フィラーの密度が高くなっている。また、樹脂4中では針状フィラーは、基板2の半導体チップ6が実装された面2aと平行な方向(X−Y方向とする)に配向している。すなわち、図中の左右方向及び紙面に垂直な方向に配向している。針状フィラー層16を含めた樹脂4全体の厚さは例えば300μmであり、針状フィラー層16の厚さは例えば数十μmである。また、個々の針状フィラーの直径は例えば10μm、長さは例えば100μmである。
As shown in FIG. 3A, a needle-
半導体装置200の製造方法について説明する。
A method for manufacturing the
図3(b)に示すように、金型10の上に針状フィラー18を配置し、その上に樹脂4を配置する。
As shown in FIG.3 (b), the
図3(c)に示すように、金型10を加熱し、樹脂4を溶解させる。基板2と半導体チップ6とを溶解した樹脂4に押し付ける。このとき樹脂4が流動するため、針状フィラー18は樹脂4の表面において、基板2の面2aと平行な方向に配向する。これにより、樹脂4の表面に針状フィラー層16が形成される。
As shown in FIG.3 (c), the metal mold | die 10 is heated and the
図3(d)に示すように、以上の工程により、実施例1に係る半導体装置200が完成する。
As shown in FIG. 3D, the
実施例1によれば、樹脂4に針状フィラー18を添加することで、表面に針状フィラー層16が形成することができる。針状フィラー18はX−Y方向に配向しているため、針状フィラー層16のX−Y方向の収縮率を小さくすることができる。これにより、基板2と、樹脂4の針状フィラー層16との収縮率の差異が小さくなる。従って、基板2の反りを低減することができ、半導体装置200の信頼性を向上させることが可能となる。
According to Example 1, the needle-
針状フィラーを用いるため、比較例2のようにガラスエポキシ板14を樹脂4の上面に設ける場合よりも、材料費及び工程を削減することができる。従って、半導体装置のコストダウンが可能となる。また、金型10に配置する針状フィラー18の添加量を調節することで、針状フィラー層16の収縮率を調節することができる。このため、基板2や樹脂4の材質、大きさ等を変更した場合でも、反りの量を制御することが可能となる。
Since the needle filler is used, the material cost and the process can be reduced as compared with the case where the
図4は、基板と樹脂とにおいて、温度と伸び量との関係を例示した図である。横軸は温度、縦軸は伸び量を各々表す。樹脂が溶解する温度をT1、樹脂の収縮率が変化する温度をT2、基板と樹脂とで伸び量が等しくなる温度をT3とし、T3<T2<T1であるものとする。点線は基板、実線は樹脂の伸び量を各々表す。温度T1で基板を樹脂により封止し、温度を下げる場合を考える。 FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the temperature and the amount of elongation in the substrate and the resin. The horizontal axis represents temperature, and the vertical axis represents elongation. The temperature at which the resin melts is T1, the temperature at which the shrinkage rate of the resin changes is T2, the temperature at which the amount of elongation between the substrate and the resin is equal is T3, and T3 <T2 <T1. The dotted line represents the substrate, and the solid line represents the amount of elongation of the resin. Consider a case where the substrate is sealed with resin at temperature T1 and the temperature is lowered.
基板の収縮率は例えば14ppm/℃であるため、図4中の破線の傾きは14である。これに対し、樹脂は硬化する際に収縮し、その収縮率は例えば3000ppmである。また、樹脂の温度変化による収縮率は、T2以下の温度においては例えば9ppm/℃、T1からT2の温度においては例えば30ppm/℃である。このため、図4において樹脂の伸び量は、傾き30の実線と傾き9の実線とが連結された実線として表される。 Since the shrinkage rate of the substrate is 14 ppm / ° C., for example, the slope of the broken line in FIG. On the other hand, the resin shrinks when cured, and the shrinkage rate is, for example, 3000 ppm. Further, the shrinkage rate due to the temperature change of the resin is, for example, 9 ppm / ° C. at a temperature of T2 or lower, and 30 ppm / ° C. at a temperature from T1 to T2. Therefore, in FIG. 4, the amount of elongation of the resin is represented as a solid line in which a solid line with an inclination 30 and a solid line with an inclination 9 are connected.
基板と樹脂とで伸び量が等しくなるとき、すなわち図4の点線と実線が交わるときに反りがゼロとなる。このときの温度T3が室温でなければ、反りが発生することとなる。実施例1によれば、針状フィラー18の添加量を調節することで、樹脂4の表面に形成された針状フィラー層16の収縮率を調節することができる(図3(d)参照)。すなわち、図4の実線の傾きを調節することができる。これにより、T3を室温と等しくすることができる。
When the amount of elongation is the same between the substrate and the resin, that is, when the dotted line and the solid line in FIG. 4 intersect, the warpage becomes zero. If temperature T3 at this time is not room temperature, curvature will occur. According to Example 1, the shrinkage rate of the
針状フィラー層16は樹脂4の表面、すなわちワイヤ12と接触しない領域に形成される。このため、ワイヤ12及び半導体チップ6に損傷を与えることを抑制することができる。
The
圧縮成形法は、トランスファ成形に比べて樹脂の流動が少ない。このため、樹脂の流動によるワイヤ12の変形(ワイヤ流れ)を抑制することができ、半導体装置の信頼性を向上させることが可能となる。また、金型10に針状フィラー18を配置して圧縮成形を行うことで、樹脂4の流れにより針状フィラー18をX−Y方向に配向させることができる。
The compression molding method has less resin flow than transfer molding. For this reason, deformation (wire flow) of the
針状フィラー18の材質は溶融シリカに限定されず、例えば結晶性シリカからなっていてもよい。しかし、溶融シリカは結晶性シリカよりも収縮率が小さいため、反りをより低減することができる。このことから、針状フィラー18は溶融シリカであることが好ましい。
The material of the
樹脂4には球状フィラーが添加されていなくてもよい。しかし、樹脂4全体に球状フィラーが添加されることで、樹脂4の硬度を高め、また樹脂4の収縮率を小さくすることができる。このため、球状フィラーが添加されていることが好ましい。
A spherical filler may not be added to the
実施例2は、針状フィラーをあらかじめ配向させた樹脂板を金型に配置して圧縮成形を行う、半導体装置の製造方法である。図5(a)は樹脂板20を示す断面図であり、図5(b)から図5(d)は実施例2に係る半導体装置300の製造方法を示す断面図である。
Example 2 is a method for manufacturing a semiconductor device, in which a resin plate having needle-shaped fillers previously oriented is placed in a mold and compression molding is performed. FIG. 5A is a cross-sectional view illustrating the
図5(a)に示すように、針状フィラーを添加した樹脂板20を準備する。樹脂板20は、樹脂4と同じ樹脂からなる。また、樹脂板20の中で、針状フィラーはX−Y方向に配向している。
As shown to Fig.5 (a), the
図5(b)に示すように、金型10の上に樹脂板20を配置し、その上に樹脂4を配置する。
As shown in FIG.5 (b), the
図5(c)に示すように、金型10を加熱し、樹脂板20と樹脂4とを各々溶解させる。溶解された樹脂板20と樹脂4とは、混じり合う。基板2と半導体チップ6とを樹脂4に押し付ける。樹脂板20に添加され、配向していた針状フィラーは、樹脂4の表面に針状フィラー層16を形成する。
As shown in FIG.5 (c), the metal mold | die 10 is heated and the
図5(d)に示すように、以上の工程により、実施例2に係る半導体装置300が完成する。
As shown in FIG. 5D, the
実施例2によれば、実施例1と同様、図5(d)に示すように、樹脂4の表面に針状フィラー層16が形成されるため、半導体装置の反りを低減することができる。
According to the second embodiment, as in the first embodiment, as shown in FIG. 5D, since the needle-
また、樹脂板20の材質には、樹脂4と同じ樹脂を用いるため、樹脂板20と樹脂4とが一体となり、基板2と半導体チップ6とを封止することができる。あらかじめ針状フィラーを配向させた樹脂板20を金型10に配置するため、針状フィラーが飛散することを抑制することができる。
Moreover, since the same resin as the
実施例3は、上面に針状フィラーが配向されたフィルムを金型に配置して圧縮成形を行う、半導体装置の製造方法である。図6(a)はフィルム22と樹脂層24との断面図であり、図6(b)から図6(d)は、実施例3に係る半導体装置400の製造方法を示す断面図である。
Example 3 is a method for manufacturing a semiconductor device, in which a film having needle-like fillers oriented on the upper surface is placed in a mold and compression molding is performed. 6A is a cross-sectional view of the
図6(a)に示すように、フィルム22の上には樹脂層24が形成されており、樹脂層24の中では針状フィラーがX−Y方向に配向されている。フィルム22は、例えばPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等の樹脂からなる。樹脂層24は、樹脂4と同じ材質からなる。
As shown in FIG. 6A, a
図6(b)に示すように、金型10の上にフィルム22を配置する。フィルム22の上に、樹脂層24と接するように樹脂4を配置する。
As shown in FIG. 6B, the
図6(c)に示すように、金型10を加熱し、樹脂層24と樹脂4とを各々溶解させる。溶解した樹脂層24と樹脂4とは混じり合う。基板2と半導体チップ6とを樹脂4に押し付ける。樹脂層24に添加され、配向していた針状フィラーは、樹脂4の表面に針状フィラー層16を形成する。
As shown in FIG.6 (c), the metal mold | die 10 is heated and the
図6(d)に示すように、以上の工程により、実施例3に係る半導体装置400が完成する。
As shown in FIG. 6D, the
実施例3によれば、実施例1と同様、図6(d)に示すように、樹脂4の表面に針状フィラー層16が形成されるため、半導体装置の反りを低減することができる。
According to the third embodiment, similar to the first embodiment, as shown in FIG. 6D, the needle-
図6(c)に示すように、フィルム22により基板2と金型10との間の隙間を埋めることができる。このため、圧縮成形を行う際に樹脂4が金型10の外部へ流出することを防止することができる。また、図6(b)及び図6(c)に示すように、樹脂4と金型10との間にフィルム22が配置されることとなる。このため、樹脂4と金型10との接着を防止することができ、半導体装置400の金型10からの取り出しを容易に行うことができる。
As shown in FIG. 6C, the gap between the
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
基板 2
樹脂 4
半導体チップ 6
接着剤 8
金型 10
ワイヤ 12
針状フィラー層 16
針状フィラー 18
樹脂板 20
フィルム 22
樹脂層 24
半導体装置 100、200、300、400
Needle-shaped
Needle-shaped
Claims (8)
前記基板に実装された半導体チップと、
前記基板の前記半導体チップが実装された面と反対側の面が露出するように、前記基板と前記半導体チップとを封止する樹脂と、
前記樹脂に針状フィラーを添加し、前記樹脂上に針状フィラー層を形成するように硬化することにより形成された針状フィラー層と、を備え、
前記針状フィラーは、前記基板の前記半導体チップが実装された面と平行な方向に配向している、ことを特徴とする半導体装置。 A substrate,
A semiconductor chip mounted on the substrate;
As the semiconductor chip opposite to the surface and is implemented surface before Symbol substrate is exposed, a resin for sealing the substrate and the semiconductor chip,
A needle-like filler layer formed by adding a needle-like filler to the resin and curing to form a needle-like filler layer on the resin ,
The acicular filler is oriented in a direction parallel to a surface of the substrate on which the semiconductor chip is mounted .
前記基板の前記半導体チップが実装された面とは反対の面が露出し、樹脂に針状フィラーが添加されるように、前記基板と前記半導体チップとを前記樹脂で封止する工程と、を有し、
前記樹脂に前記針状フィラーを添加し、前記針状フィラーが前記基板の前記半導体チップが実装された面と平行な方向に配向するように前記樹脂上に針状フィラー層を形成するように硬化することにより、針状フィラー層が形成される、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Mounting a semiconductor chip on a substrate;
Sealing the substrate and the semiconductor chip with the resin so that a surface opposite to the surface on which the semiconductor chip is mounted of the substrate is exposed and a needle-like filler is added to the resin. Yes, and
The needle-like filler is added to the resin, and cured to form a needle-like filler layer on the resin so that the needle-like filler is oriented in a direction parallel to the surface of the substrate on which the semiconductor chip is mounted. By doing so, a needle-like filler layer is formed , The manufacturing method of the semiconductor device characterized by the above-mentioned.
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