JP5343932B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device including a semiconductor chip mounted by flip chip bonding, the semiconductor chip being encapsulated by a resin, and a heat radiation member of a silicone material thermally connected to the semiconductor chip, and to provide a manufacturing method of the semiconductor device in simple manufacturing steps while suppressing damage of the heat radiation member. <P>SOLUTION: The semiconductor device manufacturing method comprises the steps of disposing semiconductor chips 50 in holes, disposing a heat radiation member 60 as a surface layer, disposing a resin film having a conductive paste between the individual semiconductor chips 50 and the heat radiation member 60, and laminating a plurality of resin films, a plurality of semiconductor chips 50 and the heat radiation member 60 by disposing thermoplastic resin films 22a-22c at least every one sheet so as to touch both faces of the semiconductor chips 50 and one face of the heat radiation member 60. This multilayer is pressed and heated from upside and downside, and subsequently diced together with the heat radiation member into individual semiconductor devices. <P>COPYRIGHT: (C)2012,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、配線基板に半導体チップがフリップチップ実装され、半導体チップが樹脂封止され、半導体チップにおけるフリップチップ実装面と反対の面に、シリコン系材料からなる放熱部材が熱的に接続された半導体装置の製造方法に関するものである。 In the present invention, a semiconductor chip is flip-chip mounted on a wiring board, the semiconductor chip is resin-sealed, and a heat dissipation member made of a silicon-based material is thermally connected to a surface opposite to the flip chip mounting surface of the semiconductor chip. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

従来、配線基板に複数の半導体チップを搭載したものを成形装置の金型キャビティ内に配置し、成形樹脂を金型キャビティ内へ導入して一括封止成形した後、ダイシングして個々のパッケージ(半導体装置)を得るMAP(Mold Array Package)法と呼ばれる製造方法が知られている。   Conventionally, a plurality of semiconductor chips mounted on a wiring board are placed in a mold cavity of a molding apparatus, a molding resin is introduced into the mold cavity, batch sealing molding is performed, and individual packages ( A manufacturing method called a MAP (Mold Array Package) method for obtaining a semiconductor device is known.

このようなMAP法として、例えば特許文献1には、配線基板に半導体チップがフリップチップ実装され、半導体チップが樹脂封止され、半導体チップにおけるフリップチップ実装面と反対の面に、シリコン系材料からなる放熱部材が熱的に接続された半導体装置の製造方法が記載されている。   As such a MAP method, for example, in Patent Document 1, a semiconductor chip is flip-chip mounted on a wiring board, a semiconductor chip is resin-sealed, and a surface of the semiconductor chip opposite to the flip chip mounting surface is made of a silicon-based material. The manufacturing method of the semiconductor device in which the heat radiating member which becomes is connected thermally is described.

特許文献1では、基板(配線基板)に複数の半導体チップをフリップチップ実装した後、モールド樹脂により半導体チップを封止する。次いで、モールド樹脂の表面側からモールド樹脂及び半導体チップを研削し、モールド樹脂及び半導体チップの研削面上にヒートシンク(放熱部材)を接合する。そして、配線基板、モールド樹脂、及び放熱部材をダイシングして、個々の半導体装置に分離するようにしている。   In Patent Document 1, after a plurality of semiconductor chips are flip-chip mounted on a substrate (wiring substrate), the semiconductor chips are sealed with a mold resin. Next, the mold resin and the semiconductor chip are ground from the surface side of the mold resin, and a heat sink (heat radiating member) is bonded onto the ground surface of the mold resin and the semiconductor chip. Then, the wiring board, the mold resin, and the heat dissipation member are diced to be separated into individual semiconductor devices.

特開2003−60117号公報JP 2003-60117 A

特許文献1に記載の製造方法では、半導体チップと放熱部材とを熱的に接続するために、先ず半導体チップをモールド樹脂で封止し、その後、モールド樹脂を研削して半導体チップにおける基板への実装面と反対の面をモールド樹脂から露出させ、この露出面に放熱部材を接合するようにしている。このように、半導体チップをモールド樹脂で封止した後、研削を必要とするので、製造工程が複雑である。   In the manufacturing method described in Patent Document 1, in order to thermally connect the semiconductor chip and the heat dissipating member, the semiconductor chip is first sealed with a mold resin, and then the mold resin is ground to the substrate in the semiconductor chip. The surface opposite to the mounting surface is exposed from the mold resin, and the heat radiating member is joined to the exposed surface. As described above, after the semiconductor chip is sealed with the mold resin, grinding is required, so that the manufacturing process is complicated.

一方、研削を必要としない製造方法として、配線基板に複数の半導体チップをフリップチップ実装した後、1枚の大判の放熱部材を複数の半導体チップに対して接合し、その後、放熱部材と配線基板との対向領域にモールド樹脂を注入し、半導体チップを封止する。そして、配線基板、モールド樹脂、及び放熱部材をダイシングして、個々の半導体装置に分離する方法(以下、第2製造方法と示す)も考えられる。   On the other hand, as a manufacturing method that does not require grinding, after flip chip mounting a plurality of semiconductor chips on a wiring board, one large heat radiating member is joined to the plurality of semiconductor chips, and then the heat radiating member and the wiring board A mold resin is injected into a region facing the semiconductor chip to seal the semiconductor chip. A method of dicing the wiring board, the mold resin, and the heat dissipation member into individual semiconductor devices (hereinafter referred to as a second manufacturing method) is also conceivable.

ところで、金属材料からなる放熱部材を採用すると、ダイシング時にバリが生じやすい。このようにバリが生じると、手直し工数が生じたり不良品が増加することとなり、製造コストが増加してしまう。これに対し、シリコン系材料からなる放熱部材を用いると、金属材料に比べてバリを低減することができる。   By the way, if a heat radiating member made of a metal material is employed, burrs are likely to occur during dicing. When burrs are generated in this way, rework steps are required and defective products increase, resulting in an increase in manufacturing costs. On the other hand, if a heat dissipation member made of a silicon-based material is used, burrs can be reduced as compared with a metal material.

しかしながら、上記した第2製造方法の場合、半導体チップをモールド樹脂で封止する前の状態で、放熱部材は半導体チップを介して配線基板に支持され、放熱部材と配線基板との対向領域のうち、半導体チップの存在しない部分は空洞となる。このように空洞の部分は支えが無いため、シリコン系材料からなる放熱部材を用いると、トランスファモールドの型締めの時点で放熱部材が破損する恐れがある。   However, in the case of the above-described second manufacturing method, the heat dissipation member is supported by the wiring board via the semiconductor chip in a state before the semiconductor chip is sealed with the mold resin. The part where the semiconductor chip does not exist becomes a cavity. As described above, since the hollow portion has no support, if a heat radiating member made of a silicon-based material is used, the heat radiating member may be damaged at the time of clamping the transfer mold.

また、1枚の大判の放熱部材を複数の半導体チップに対して接合するため、半導体チップの厚さばらつき、フリップチップ実装部分の高さばらつき、放熱部材と半導体チップとの接合部分の高さばらつきなどにより、配線基板における半導体チップ実装面と反対の面(トランスファーモールド時に放熱部材とともに型が当たる面)を基準とした放熱部材の面内位置に、ばらつきが生じやすい。したがって、トランスファモールドの型締めの時点で放熱部材に不均一な応力が作用し、放熱部材が破損する恐れがある。   In addition, since one large heat radiating member is bonded to a plurality of semiconductor chips, the thickness variation of the semiconductor chip, the height variation of the flip chip mounting portion, the height variation of the bonding portion between the heat radiation member and the semiconductor chip As a result, variations are likely to occur in the in-plane position of the heat dissipating member based on the surface opposite to the semiconductor chip mounting surface of the wiring board (the surface on which the mold hits the heat dissipating member during transfer molding). Therefore, non-uniform stress acts on the heat radiating member when the transfer mold is clamped, and the heat radiating member may be damaged.

本発明は上記問題点に鑑み、配線基板に半導体チップがフリップチップ実装され、半導体チップが樹脂封止され、半導体チップにおけるフリップチップ実装面と反対の面に、シリコン系材料からなる放熱部材が熱的に接続された半導体装置を、放熱部材の破損を抑制しつつ簡素な製造工程で提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention is such that a semiconductor chip is flip-chip mounted on a wiring substrate, the semiconductor chip is resin-sealed, and a heat dissipation member made of a silicon-based material is heated on the surface opposite to the flip chip mounting surface of the semiconductor chip. An object of the present invention is to provide a semiconductor device connected in a simple manner with a simple manufacturing process while suppressing breakage of a heat dissipation member.

上記目的を達成する為に、請求項1に記載の発明は、
配線基板に半導体チップがフリップチップ実装され、半導体チップが樹脂封止され、半導体チップにおけるフリップチップ実装面と反対の面に、シリコン系材料からなる放熱部材が熱的に接続された半導体装置の製造方法であって、
表面に導体パターンが形成された樹脂フィルム、ビアホール内に導電性ペーストが充填された樹脂フィルム、複数個の半導体チップそれぞれに対応して形成された複数個の孔部を有する樹脂フィルム、を含む複数枚の樹脂フィルムを準備する準備工程と、
複数個の半導体チップが孔部に配置されて積層方向において互いに同一位置となり、1枚の放熱部材が複数個の半導体チップと対向しつつ積層方向において表層となり、各半導体チップにおけるフリップチップ実装面の反対面と1枚の放熱部材との間に、各半導体チップと放熱部材とを熱的に接続するための導電性ペーストを有した樹脂フィルムが位置するとともに、熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂フィルムが少なくとも1枚おきに位置しつつ、半導体チップのフリップチップ実装面、該フリップチップ実装面と反対の面、及び放熱部材における半導体チップとの対向面に隣接するように、複数枚の樹脂フィルムを、複数個の半導体チップ及び該複数個の半導体チップと対向する1枚の放熱部材とともに積層し、積層体を形成する積層工程と、
積層体を積層方向上下から加圧しつつ加熱することにより、熱可塑性樹脂を軟化させて、複数枚の樹脂フィルムを一括で一体化、半導体チップを封止、及び放熱部材を一体化するとともに、導電性ペースト中の導電性粒子を焼結体として、該焼結体と導体パターンを有した配線部、及び、焼結体を有し、各半導体チップと放熱部材とを熱的に接続する伝熱経路部を形成する加圧・加熱工程と、
複数枚の樹脂フィルムを一体化してなる絶縁基材及び放熱部材をダイシングして、個々の半導体装置に分離するダイシング工程と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1
Manufacture of a semiconductor device in which a semiconductor chip is flip-chip mounted on a wiring substrate, the semiconductor chip is resin-sealed, and a heat dissipation member made of a silicon-based material is thermally connected to the surface opposite to the flip chip mounting surface of the semiconductor chip A method,
A plurality including a resin film having a conductor pattern formed on the surface, a resin film filled with a conductive paste in a via hole, and a resin film having a plurality of holes formed corresponding to each of a plurality of semiconductor chips A preparation step of preparing a sheet of resin film;
A plurality of semiconductor chips are arranged in the holes and are located at the same position in the stacking direction, and one heat radiating member is a surface layer in the stacking direction while facing the plurality of semiconductor chips, and the flip chip mounting surface of each semiconductor chip is A thermoplastic resin film containing a thermoplastic resin and a resin film having a conductive paste for thermally connecting each semiconductor chip and the heat radiating member is located between the opposite surface and one heat radiating member. Are located at least every other sheet, and are adjacent to the flip chip mounting surface of the semiconductor chip, the surface opposite to the flip chip mounting surface, and the surface facing the semiconductor chip in the heat radiating member. Lamination process of laminating together with a plurality of semiconductor chips and one heat dissipating member facing the plurality of semiconductor chips to form a laminate ,
By heating the laminated body while pressing from above and below in the laminating direction, the thermoplastic resin is softened, a plurality of resin films are integrated together, a semiconductor chip is sealed, and a heat dissipation member is integrated, and conductive Conductive particles in the conductive paste as a sintered body, the wiring section having the sintered body and the conductor pattern, and the heat transfer having the sintered body and thermally connecting each semiconductor chip and the heat dissipation member A pressurizing / heating process for forming a path part;
And a dicing step of dicing an insulating base material formed by integrating a plurality of resin films and a heat radiating member into individual semiconductor devices.

本発明では、熱可塑性樹脂フィルムが、少なくとも1枚おきに位置しつつ半導体チップのフリップチップ実装面、フリップチップ実装面と反対の面、及び放熱部材における半導体チップとの対向面に隣接するように、複数枚の樹脂フィルムを、複数の半導体チップ及び1枚の放熱部材とともに積層して積層体とする。したがって、加圧・加熱により、熱可塑性樹脂フィルムの熱可塑性樹脂を軟化させると、1)複数枚の樹脂フィルムを一括で一体化する、2)少なくとも積層方向において半導体チップに隣接する熱可塑性樹脂フィルムにより半導体チップを封止する、3)放熱部材を樹脂フィルムと一体化する、ことができる。また、上記加圧・加熱により、導電性ペースト中の導電性粒子が焼結体となるので、半導体チップと放熱部材とを熱的に接続する伝熱配線部及び配線部を形成することもできる。そして、複数の半導体チップを一括封止した後、ダイシングすることで、個々の半導体装置を得ることができる。   In the present invention, at least every other thermoplastic resin film is positioned adjacent to the flip chip mounting surface of the semiconductor chip, the surface opposite to the flip chip mounting surface, and the surface facing the semiconductor chip in the heat dissipation member. A plurality of resin films are laminated together with a plurality of semiconductor chips and one heat radiating member to form a laminate. Accordingly, when the thermoplastic resin of the thermoplastic resin film is softened by pressurization and heating, 1) a plurality of resin films are integrated together, and 2) a thermoplastic resin film adjacent to the semiconductor chip at least in the stacking direction. The semiconductor chip can be sealed by 3) and the heat dissipating member can be integrated with the resin film. Moreover, since the electroconductive particle in an electroconductive paste becomes a sintered compact by the said pressurization and heating, the heat-transfer wiring part and wiring part which thermally connect a semiconductor chip and a heat radiating member can also be formed. . Each semiconductor device can be obtained by dicing after sealing a plurality of semiconductor chips together.

なお、複数枚の樹脂フィルムとしては、熱可塑性樹脂フィルム以外にも、熱硬化性樹脂を含む熱硬化性樹脂フィルムを有しても良い。加圧・加熱工程において、熱可塑性樹脂フィルムを構成する熱可塑性樹脂を軟化させ、これにより樹脂フィルム同士を接着して一体化するので、積層体として熱可塑性樹脂フィルムが少なくとも1枚おきに位置すればよい。   In addition, as a plurality of resin film, you may have a thermosetting resin film containing a thermosetting resin other than a thermoplastic resin film. In the pressurizing and heating process, the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin film is softened, and thereby the resin films are bonded and integrated, so that at least every other thermoplastic resin film is positioned as a laminate. That's fine.

このように本発明によれば、配線基板に半導体チップがフリップチップ実装され、半導体チップが樹脂封止され、半導体チップにおけるフリップチップ実装面と反対の面に、シリコン系材料からなる放熱部材が熱的に接続された半導体装置を、従来のように一括封止後の研削工程を経ることなく、形成することができる。したがって、製造工程を簡素化することができる。   As described above, according to the present invention, the semiconductor chip is flip-chip mounted on the wiring board, the semiconductor chip is resin-sealed, and the heat dissipation member made of a silicon-based material is heated on the surface opposite to the flip chip mounting surface of the semiconductor chip. The semiconductor devices connected to each other can be formed without going through a grinding step after collective sealing as in the prior art. Therefore, the manufacturing process can be simplified.

また、本発明では、表層にシリコン系材料からなる放熱部材を有する積層体を、積層方向上下から加圧しつつ加熱する。すなわち、シリコン系材料からなる放熱部材を加圧する。しかしながら、複数個の半導体チップそれぞれに対応して形成された複数個の孔部を有する樹脂フィルムを準備しておき、積層工程において、該樹脂フィルムの各孔部に半導体チップをそれぞれ配置させる。このように、積層体の状態で、半導体チップは樹脂フィルムによって囲まれており、シリコン系材料からなる放熱部材を加圧する際に、放熱部材を除く積層体の部分全体で放熱部材を支持することができる。したがって、従来のように半導体チップのみで支持された放熱部材を加圧する製造方法に比べて、シリコン系材料からなる放熱部材の破損を抑制することができる。   Moreover, in this invention, the laminated body which has a heat radiating member which consists of a silicon-type material in a surface layer is heated, pressing from the upper and lower sides of a lamination direction. That is, a heat radiating member made of a silicon material is pressurized. However, a resin film having a plurality of holes formed corresponding to each of the plurality of semiconductor chips is prepared, and a semiconductor chip is arranged in each hole of the resin film in the laminating step. Thus, in the state of the laminate, the semiconductor chip is surrounded by the resin film, and when the heat dissipation member made of a silicon-based material is pressurized, the heat dissipation member is supported by the entire portion of the laminate excluding the heat dissipation member. Can do. Therefore, compared with the manufacturing method which pressurizes the heat radiating member supported only by the semiconductor chip like the past, damage to the heat radiating member made of a silicon-based material can be suppressed.

また、本発明では、樹脂フィルムが少なくとも熱可塑性樹脂フィルムを含んでおり、半導体チップと放熱部材との間にも熱可塑性樹脂フィルムが位置する。したがって、半導体チップの厚さばらつき、フリップチップ実装部分の高さばらつきなどにより、複数個の半導体チップと1枚の放熱部材を備える1つの積層体内において、放熱部材により構成される積層体の一方の表面と、放熱部材とは反対側の表面との距離にばらつきがあっても、加圧・加熱工程での熱可塑性樹脂の軟化・流動により、放熱部材面内での応力のばらつきを低減することができる。これによっても、従来の製造方法に比べて、シリコン系材料からなる放熱部材の破損を抑制することができる。   In the present invention, the resin film includes at least a thermoplastic resin film, and the thermoplastic resin film is located between the semiconductor chip and the heat dissipation member. Accordingly, due to variations in the thickness of the semiconductor chip, variations in the height of the flip chip mounting portion, etc., in one stacked body including a plurality of semiconductor chips and one heat dissipation member, Even if the distance between the surface and the surface opposite to the heat radiating member varies, the variation in stress within the heat radiating member surface can be reduced by softening and flowing the thermoplastic resin during the pressurizing and heating process. Can do. This also makes it possible to suppress damage to the heat radiating member made of a silicon-based material, as compared with the conventional manufacturing method.

以上より、本発明によれば、配線基板に半導体チップがフリップチップ実装され、半導体チップが樹脂封止され、半導体チップにおけるフリップチップ実装面と反対の面に、シリコン系材料からなる放熱部材が熱的に接続された半導体装置を、放熱部材の破損を抑制しつつ簡素な製造工程で提供することができる。   As described above, according to the present invention, the semiconductor chip is flip-chip mounted on the wiring board, the semiconductor chip is resin-sealed, and the heat radiating member made of a silicon-based material is heated on the surface opposite to the flip chip mounting surface of the semiconductor chip. Connected semiconductor devices can be provided by a simple manufacturing process while suppressing damage to the heat dissipation member.

請求項2に記載のように、積層工程において、各半導体チップにおけるフリップチップ実装面の反対面と1枚の放熱部材との間に、各半導体チップに対応してビアホールが形成されるとともに、該ビアホール内に導電性ペーストが充填された1枚の熱可塑性樹脂フィルムが位置するように積層すると良い。   According to a second aspect of the present invention, in the stacking step, via holes are formed corresponding to each semiconductor chip between the opposite surface of the flip chip mounting surface of each semiconductor chip and one heat dissipation member, The via holes may be laminated so that one thermoplastic resin film filled with a conductive paste is located.

これによれば、上記1枚の熱可塑性樹脂フィルムが半導体チップにおけるフリップチップ実装面と反対の面に隣接することとなるので、該熱可塑性樹脂フィルムの熱可塑性樹脂により半導体チップを封止することができる。また、上記1枚の熱可塑性樹脂フィルムが放熱部材における半導体チップとの対向面に隣接することとなるので、該熱可塑性樹脂フィルムの熱可塑性樹脂により放熱部材を接着・一体化することができる。さらに、半導体チップと放熱部材との間に1枚の樹脂フィルムのみを配置し、この樹脂フィルムに形成されたビアホール内の焼結体(導電性ペースト由来)が伝熱経路部をなす。したがって、伝熱経路部を介した放熱部材への放熱性を向上することができる。   According to this, since the one thermoplastic resin film is adjacent to the surface opposite to the flip chip mounting surface of the semiconductor chip, the semiconductor chip is sealed with the thermoplastic resin of the thermoplastic resin film. Can do. Further, since the one thermoplastic resin film is adjacent to the surface of the heat radiating member facing the semiconductor chip, the heat radiating member can be bonded and integrated by the thermoplastic resin of the thermoplastic resin film. Furthermore, only one resin film is disposed between the semiconductor chip and the heat dissipation member, and a sintered body (derived from the conductive paste) in the via hole formed in this resin film forms a heat transfer path portion. Therefore, the heat dissipation to the heat radiating member via the heat transfer path part can be improved.

第1実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 図1に示す半導体装置の製造工程のうち、樹脂フィルムの準備工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the preparatory process of a resin film among the manufacturing processes of the semiconductor device shown in FIG. 図1に示す半導体装置の製造工程のうち、半導体チップを基板にフリップチップ実装する工程を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a step of flip-chip mounting a semiconductor chip on a substrate in the manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 1. 図3に示す工程において、基板のパッド形成面に第2フィルムを貼り付けた状態を示す平面図である。In the process shown in FIG. 3, it is a top view which shows the state which affixed the 2nd film on the pad formation surface of a board | substrate. 図1に示す半導体装置の製造工程のうち、積層工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a lamination process among the manufacturing processes of the semiconductor device shown in FIG. 図1に示す半導体装置の製造工程のうち、加圧・加熱工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a pressurization / heating process among the manufacturing processes of the semiconductor device shown in FIG. 図1に示す半導体装置の製造工程のうち、ダイシング工程後を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a post-dicing step in the semiconductor device manufacturing process shown in FIG. 1. 第2実施形態に係る製造工程のうち、半導体チップを基板にフリップチップ実装する工程において、基板のパッド形成面に第2フィルムを貼り付けた状態を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のVIIIB−VIIIB線に沿う断面図である。It is a figure which shows the state which affixed the 2nd film on the pad formation surface of a board | substrate in the process of flip-chip mounting a semiconductor chip to a board | substrate among the manufacturing processes which concern on 2nd Embodiment, (a) is a top view, (B) is sectional drawing which follows the VIIIB-VIIIB line | wire of (a). 第2フィルムを貼り付けた状態の変形例を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のIXB−IXB線に沿う断面図である。It is a figure which shows the modification of the state which affixed the 2nd film, (a) is a top view, (b) is sectional drawing which follows the IXB-IXB line | wire of (a). 半導体装置のその他変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other modification of a semiconductor device.

本発明は、PALAPとして知られる一括積層法にて形成される半導体装置(半導体チップ内蔵配線基板)である。したがって、半導体装置の基本的な構成や製造方法は、特に断りのない限り、本出願人がこれまで出願してきたPALAPに関する構成を適宜採用することができる。なお、PALAPは株式会社デンソーの登録商標である。   The present invention is a semiconductor device (semiconductor chip built-in wiring board) formed by a batch lamination method known as PALAP. Therefore, as long as there is no notice in particular, the basic configuration and manufacturing method of the semiconductor device can appropriately adopt the configuration related to PALAP that has been filed by the present applicant. PALAP is a registered trademark of Denso Corporation.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態において、共通乃至関連する要素には同一の符号を付与するものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, common or related elements are given the same reference numerals.

(第1実施形態)
以下において、絶縁基材20の厚み方向(換言すれば、複数枚の樹脂フィルムの積層方向)を単に厚み方向と示し、該厚み方向に垂直な方向を単に垂直方向と示す。また、特に断りのない限り、厚さとは、厚み方向に沿う厚さを示すものとする。
(First embodiment)
Hereinafter, the thickness direction of the insulating base material 20 (in other words, the lamination direction of the plurality of resin films) is simply referred to as the thickness direction, and the direction perpendicular to the thickness direction is simply referred to as the vertical direction. Further, unless otherwise specified, the thickness means a thickness along the thickness direction.

図1に示す半導体装置10(半導体チップ内蔵配線基板とも言う)は、基本的な構成要素として、絶縁基材20、絶縁基材20に設けられた導体パターン30及び層間接続部40、絶縁基材20の内部に埋設、すなわち内蔵された半導体チップ50、放熱部材60を備えている。   A semiconductor device 10 (also referred to as a semiconductor chip built-in wiring substrate) shown in FIG. 1 includes, as basic components, an insulating base 20, a conductor pattern 30 and an interlayer connection 40 provided on the insulating base 20, an insulating base. 20 includes a semiconductor chip 50 and a heat dissipation member 60 embedded, that is, built in.

絶縁基材20は、電気絶縁材料からなり、該基材20以外の構成要素、図1に示す例では導体パターン30、層間接続部40、半導体チップ50、及び放熱部材60を所定位置に保持する基材としての機能を果たすとともに、半導体チップ50をその内部に保持して保護する機能を果たすものである。   The insulating base material 20 is made of an electrically insulating material, and holds the constituent elements other than the base material 20, in the example shown in FIG. 1, the conductor pattern 30, the interlayer connection portion 40, the semiconductor chip 50, and the heat dissipation member 60 in place. In addition to functioning as a base material, the semiconductor chip 50 is held and protected inside.

この絶縁基材20は、主として樹脂を含むとともに、該樹脂として少なくとも熱可塑性樹脂を含むものであり、熱可塑性樹脂フィルムを含む複数枚の樹脂フィルムを積層し、加圧・加熱により接着・一体化してなる。熱可塑性樹脂を含む理由は、後述する加圧・加熱工程にて一括で絶縁基材20を形成する際に、高温に耐え、軟化した熱可塑性樹脂を接着材及び封止材として利用するためである。   The insulating substrate 20 mainly includes a resin and at least a thermoplastic resin as the resin, and a plurality of resin films including a thermoplastic resin film are laminated, and are bonded and integrated by pressing and heating. It becomes. The reason for including the thermoplastic resin is that, when forming the insulating base material 20 in a batch in the pressurizing / heating process described later, it is resistant to high temperatures and uses the softened thermoplastic resin as an adhesive and a sealing material. is there.

このため、複数枚の樹脂フィルムとしては、積層状態で、少なくとも1枚おきに位置するように熱可塑性樹脂フィルムを含めば良い。例えば熱可塑性樹脂フィルムのみを含む構成としても良いし、熱可塑性樹脂フィルムとともに熱硬化性樹脂フィルムを含む構成としても良い。   For this reason, the plurality of resin films may include a thermoplastic resin film so as to be positioned at least every other sheet in a laminated state. For example, it is good also as a structure containing only a thermoplastic resin film, and good also as a structure containing a thermosetting resin film with a thermoplastic resin film.

熱可塑性樹脂フィルムとしては、熱可塑性樹脂とともに、ガラス繊維、アラミド繊維などの無機材料を含むフィルム、及び、無機材料を含まない熱可塑性樹脂からなるフィルムの少なくとも一方を採用することができる。同様に、熱硬化性樹脂フィルムとしては、熱硬化性樹脂とともに、上記無機材料を含むフィルム、及び、無機材料を含まない熱硬化性樹脂からなるフィルムの少なくとも一方を採用することができる。   As the thermoplastic resin film, at least one of a film containing an inorganic material such as glass fiber and aramid fiber and a film made of a thermoplastic resin not containing an inorganic material can be employed together with the thermoplastic resin. Similarly, as the thermosetting resin film, at least one of a film containing the inorganic material and a film made of a thermosetting resin not containing the inorganic material can be employed together with the thermosetting resin.

本実施形態に係る絶縁基材20は、図1に示すように、厚み方向において、一面20a側から、熱硬化性樹脂フィルム21a、熱可塑性樹脂フィルム22a、熱硬化性樹脂フィルム21b、熱可塑性樹脂フィルム22b、熱硬化性樹脂フィルム21c、熱可塑性樹脂フィルム22cの順に計6枚の樹脂フィルムが積層されてなる。すなわち、熱可塑性樹脂フィルムと熱硬化性樹脂フィルムとが交互に積層されて、絶縁基材20が構成されている。   As shown in FIG. 1, the insulating base material 20 according to the present embodiment has a thermosetting resin film 21a, a thermoplastic resin film 22a, a thermosetting resin film 21b, and a thermoplastic resin from the one surface 20a side in the thickness direction. A total of six resin films are laminated in the order of the film 22b, the thermosetting resin film 21c, and the thermoplastic resin film 22c. That is, the insulating base material 20 is configured by alternately laminating thermoplastic resin films and thermosetting resin films.

また、熱硬化性樹脂フィルム21a〜21cとして、ガラス繊維などの無機材料を含まない、熱硬化性ポリイミド(PI)からなるフィルムを採用している。一方、熱可塑性樹脂フィルム22a〜22cとして、ガラス繊維などの無機材料や線膨張係数などを調整するための無機フィラーを含まない、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)30重量%とポリエーテルイミド(PEI)70重量%からなる樹脂フィルムを採用している。   Moreover, the film which consists of thermosetting polyimide (PI) which does not contain inorganic materials, such as glass fiber, is employ | adopted as the thermosetting resin films 21a-21c. On the other hand, as the thermoplastic resin films 22a to 22c, 30% by weight of polyetheretherketone (PEEK) and polyetherimide (PEI) not containing inorganic materials such as glass fibers and inorganic fillers for adjusting the linear expansion coefficient, etc. A resin film composed of 70% by weight is employed.

上記した樹脂フィルムのうち、熱硬化性樹脂フィルム21bが、半導体チップ50が実装される基板(第1フィルム)に相当し、熱可塑性樹脂フィルム22bが、半導体チップ50と基板としての熱硬化性樹脂フィルム21bとの間を封止する第2フィルムに相当する。   Among the resin films described above, the thermosetting resin film 21b corresponds to the substrate (first film) on which the semiconductor chip 50 is mounted, and the thermoplastic resin film 22b is the thermosetting resin as the semiconductor chip 50 and the substrate. It corresponds to a second film that seals between the film 21b.

導体パターン30は、導体箔をパターニングしてなるものであり、半導体チップ50と外部とを電気的に接続する配線部として用いられるものである。さらには、電気的な配線部だけでなく、半導体チップ50に構成された素子の動作による熱を外部に放熱するための伝熱経路部として用いることもできる。   The conductor pattern 30 is formed by patterning a conductor foil, and is used as a wiring portion that electrically connects the semiconductor chip 50 and the outside. Furthermore, it can be used not only as an electrical wiring part but also as a heat transfer path part for radiating heat generated by the operation of the elements formed in the semiconductor chip 50 to the outside.

一方、層間接続部40は、樹脂フィルムにおいて、厚み方向に沿って設けられたビアホール(貫通孔)に導電性ペーストが充填され、この導電性ペースト中の導電性粒子を加圧・加熱により焼結してなるものである。この層間接続部40が、特許請求の範囲に記載の焼結体に相当する。層間接続部40も、導体パターン30とともに、半導体チップ50と外部とを電気的に接続する配線部として用いられるものである。また、上記伝熱経路部として用いることもできる。   On the other hand, the interlayer connection part 40 is a resin film in which via holes (through holes) provided along the thickness direction are filled with a conductive paste, and the conductive particles in the conductive paste are sintered by pressing and heating. It is made. The interlayer connection portion 40 corresponds to the sintered body described in the claims. The interlayer connection portion 40 is also used as a wiring portion that electrically connects the semiconductor chip 50 and the outside together with the conductor pattern 30. Moreover, it can also be used as the heat transfer path part.

本実施形態では、導体パターン30と第1層間接続部41とにより、半導体チップ50の電極51aと外部接続用電極33とを電気的に接続する配線部が構成されている。また、上記配線部を構成する第1層間接続部41とは別の第2層間接続部42により、半導体チップ50のダミー電極51bと放熱部材60とを熱的に接続する伝熱経路部が構成されている。   In the present embodiment, the conductor pattern 30 and the first interlayer connection portion 41 constitute a wiring portion that electrically connects the electrode 51 a of the semiconductor chip 50 and the external connection electrode 33. Further, a heat transfer path portion that thermally connects the dummy electrode 51b of the semiconductor chip 50 and the heat radiating member 60 is constituted by the second interlayer connection portion 42 different from the first interlayer connection portion 41 that constitutes the wiring portion. Has been.

具体的には、導体パターン30が、銅(Cu)箔をパターニングしてなる。そして、導体パターン30として、半導体チップ50の電極51aに対応するパッド31と、垂直方向に延びた横配線部32を含んでいる。さらには、外部機器との接続に供せられる外部接続用電極33も、導体パターン30の一部として含んでいる。   Specifically, the conductor pattern 30 is formed by patterning a copper (Cu) foil. The conductor pattern 30 includes a pad 31 corresponding to the electrode 51a of the semiconductor chip 50 and a horizontal wiring portion 32 extending in the vertical direction. Further, an external connection electrode 33 provided for connection with an external device is also included as a part of the conductor pattern 30.

そして、各パッド31は、半導体チップ50の電極51aのピッチに合わせたピッチで設けられている。図示しないが、本実施形態では、電極51aが、1辺9個で一列の矩形環状に配置されており、電極51aに対応するパッド31も、電極51aの配置に対応して複数のパッド31が図4に示すように矩形環状に設けられている。そして、各パッド31は、図1に示すように、同一層に設けられた横配線部32により、矩形環状の環の外側又は内側に引き出され(再配線され)て、層間接続部40と接続されている。なお、図4では、便宜上、横配線部32を省略して図示している。   The pads 31 are provided at a pitch that matches the pitch of the electrodes 51 a of the semiconductor chip 50. Although not shown in the drawings, in this embodiment, the electrodes 51a are arranged in a rectangular ring with one side of nine, and the pads 31 corresponding to the electrodes 51a also include a plurality of pads 31 corresponding to the arrangement of the electrodes 51a. As shown in FIG. 4, it is provided in a rectangular ring shape. Then, as shown in FIG. 1, each pad 31 is drawn (rewired) to the outside or inside of the rectangular annular ring by the horizontal wiring portion 32 provided in the same layer, and connected to the interlayer connection portion 40. Has been. In FIG. 4, the horizontal wiring portion 32 is omitted for convenience.

また、本実施形態では、層間接続部40が、Ag−Sn合金からなる。そして、上記したように、層間接続部40として、配線部のうちの縦配線部を構成する第1層間接続部41と、ダミー電極51bと放熱部材60とを熱的に接続するための第2層間接続部42を含んでいる。   Moreover, in this embodiment, the interlayer connection part 40 consists of Ag-Sn alloy. As described above, as the interlayer connection portion 40, the second interlayer for thermally connecting the first interlayer connection portion 41 constituting the vertical wiring portion of the wiring portions, the dummy electrode 51b, and the heat dissipation member 60. Interlayer connection 42 is included.

Cuからなる導体パターン30とAg−Sn合金からなる層間接続部40(第1層間接続部41)との界面には、CuとSnとが相互に拡散してなる金属拡散層(Cu−Sn合金層)が形成され、これにより、導体パターン30と層間接続部40との接続信頼性が向上されている。   A metal diffusion layer (Cu—Sn alloy) in which Cu and Sn diffuse to each other at the interface between the conductor pattern 30 made of Cu and the interlayer connection portion 40 (first interlayer connection portion 41) made of Ag—Sn alloy. As a result, the connection reliability between the conductor pattern 30 and the interlayer connection 40 is improved.

また、Cuからなる導体パターン30としてのパッド31と、半導体チップ50の電極51a上に設けられた金(Au)からなる接続部52との界面には、CuとAuとが相互に拡散してなる金属拡散層(CuAu合金を含むCu−Au合金層)が形成され、これにより、パッド31と接続部52との接続信頼性が向上されている。 Further, Cu and Au diffuse to each other at the interface between the pad 31 as the conductor pattern 30 made of Cu and the connection portion 52 made of gold (Au) provided on the electrode 51 a of the semiconductor chip 50. Thus, a metal diffusion layer (Cu—Au alloy layer including CuAu 3 alloy) is formed, whereby the connection reliability between the pad 31 and the connection portion 52 is improved.

また、本実施形態では、絶縁基材20の一面20a側表層をなす熱硬化性樹脂フィルム21aの内面に、導体パターン30として外部接続用電極33が形成されている。   In the present embodiment, the external connection electrode 33 is formed as the conductor pattern 30 on the inner surface of the thermosetting resin film 21 a that forms the surface layer on the one surface 20 a side of the insulating substrate 20.

半導体チップ50は、シリコンなどの半導体基板に、トランジスタ、ダイオード、抵抗、コンデンサなどの素子が集積され、回路(大規模集積回路)が構成されたICチップ(ベアチップ)である。この半導体チップ50の表面には、外部との接続用に電極51が形成されており、この電極51として、少なくとも上記配線部が接続される電極を含む。また、半導体チップ50は、上記した絶縁基材20によって封止されている。   The semiconductor chip 50 is an IC chip (bare chip) in which a circuit (large scale integrated circuit) is configured by integrating elements such as transistors, diodes, resistors, and capacitors on a semiconductor substrate such as silicon. An electrode 51 is formed on the surface of the semiconductor chip 50 for connection to the outside. The electrode 51 includes at least an electrode to which the wiring portion is connected. Further, the semiconductor chip 50 is sealed by the insulating base material 20 described above.

本実施形態では、図1に示すように、上記回路と電気的に接続された電極51aと、上記回路とは接続されず、電気的な接続機能を提供しないダミー電極51bとが形成されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, an electrode 51a electrically connected to the circuit and a dummy electrode 51b that is not connected to the circuit and does not provide an electrical connection function are formed. .

半導体チップ50の一面側には電極51aが複数形成されており、電極51aには、Auからなる接続部52がそれぞれ接続されている。電極51aにおける接続部52と対向する部位の厚み方向全てが、Au−Al合金(主としてAuAl合金)からなり、アルミニウム(Al)を金属単体で含まないものとなっている。電極51aにおける接続部52と対向する部位の厚み方向全てとは、換言すれば、電極51aのうち、接続部52の直下(乃至直上)における厚み方向全ての部位(接続部52との界面及び該界面から厚み方向全ての部位)である。また、電極51aのうち、半導体チップ50と接続部52に挟まれた部位ともいえる。以下、電極51aのうち、Auからなる接続部52の直下部位と示す。 A plurality of electrodes 51a are formed on one surface side of the semiconductor chip 50, and connection portions 52 made of Au are connected to the electrodes 51a. All the thickness direction of the portion facing the connecting portion 52 of the electrode 51a is made of Au-Al alloy (mainly Au 4 Al alloy), and aluminum (Al) so as not included in the metal itself. In other words, all the thickness directions of the portion of the electrode 51a facing the connecting portion 52 are all the portions of the electrode 51a in the thickness direction immediately below (or immediately above) the connecting portion 52 (the interface with the connecting portion 52 and the interface). (All parts in the thickness direction from the interface). It can also be said that the electrode 51 a is a portion sandwiched between the semiconductor chip 50 and the connection portion 52. Hereinafter, the electrode 51a is indicated as a portion immediately below the connection portion 52 made of Au.

また、電極51aのうち、接続部52の直下領域ではない部分(例えば保護膜で覆われた部分)については、Alを金属単体で含む構成となっている。   Further, a portion of the electrode 51a that is not a region directly below the connection portion 52 (for example, a portion covered with a protective film) is configured to contain Al alone.

電極51aのうち、Auからなる接続部52の直下部位に単体でAlが残存すると、高温の使用環境において、電極51a中のAlに隣接する接続部52のAuが固相拡散し、AuAlを生成する。このAuAlの成長速度はAuAlに比べて格段に速く、このため、AuAlの生成にAuの拡散が間に合わずに、接続部52と電極51aの界面にカーケンダルボイドを生じる。また、カーケンダルボイドを起点としてクラックが生じる。 In the electrode 51a, if Al remains alone in a portion immediately below the connection portion 52 made of Au, the Au in the connection portion 52 adjacent to the Al in the electrode 51a is solid-phase diffused in a high temperature use environment, and Au 5 Al 2 is generated. The growth rate of this Au 5 Al 2 is much faster than that of Au 4 Al. Therefore, the diffusion of Au is not in time for the generation of Au 5 Al 2 , and a Kirkendall void is formed at the interface between the connection portion 52 and the electrode 51a. Arise. In addition, cracks occur starting from Kirkendall void.

これに対し、本実施形態では、電極51aのうち、Auからなる接続部52の直下部位が、Alを金属単体で含まず、Au−Al合金の最終生成物であるAuAl合金を主として含んでいる。したがって、高温の使用環境においても、カーケンダルボイド、ひいてはクラックが生じるのを抑制することができる。 On the other hand, in the present embodiment, in the electrode 51a, the portion immediately below the connection portion 52 made of Au does not contain Al as a single metal, but mainly contains Au 4 Al alloy which is the final product of Au—Al alloy. It is out. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of Kirkendall voids, and hence cracks, even in a high temperature use environment.

また、電極51a間のピッチ(間隔)は、半導体チップ50の反対側の面に形成された電極(ダミー電極51b)のピッチよりも狭いものとなっている。具体的には、数十μmピッチ(例えば60μmピッチ)となっている。   The pitch (interval) between the electrodes 51a is narrower than the pitch of the electrodes (dummy electrodes 51b) formed on the opposite surface of the semiconductor chip 50. Specifically, the pitch is several tens of μm (for example, 60 μm pitch).

一方、半導体チップ50の電極51a形成面とは反対側の面には、Ni系材料からなるダミー電極51bが形成されている。このダミー電極51bには、第2層間接続部42が接続されている。Niからなるダミー電極51bとAg−Sn合金からなる第2層間接続部42との界面には、SnとNiとが相互に拡散してなる金属拡散層(Ni−Sn合金層)が形成され、これにより、ダミー電極51bと第2層間接続部42(伝熱経路部)との接続信頼性が向上されている。なお、ダミー電極51bは、例えば百μm単位のピッチで形成されている。   On the other hand, a dummy electrode 51b made of a Ni-based material is formed on the surface of the semiconductor chip 50 opposite to the surface on which the electrode 51a is formed. A second interlayer connection 42 is connected to the dummy electrode 51b. At the interface between the dummy electrode 51b made of Ni and the second interlayer connection portion 42 made of Ag—Sn alloy, a metal diffusion layer (Ni—Sn alloy layer) formed by mutually diffusing Sn and Ni is formed, Thereby, the connection reliability of the dummy electrode 51b and the 2nd interlayer connection part 42 (heat-transfer path | route part) is improved. The dummy electrodes 51b are formed with a pitch of, for example, a unit of 100 μm.

このように、半導体チップ50は、一面に電気的な接続機能を提供する電極51aを有するとともに、放熱用のダミー電極51bも有している。   As described above, the semiconductor chip 50 includes the electrode 51a that provides an electrical connection function on one surface, and also includes a dummy electrode 51b for heat dissipation.

放熱部材60は、シリコン系材料(シリコン、シリコンカーバイド等)からなり、半導体チップ50に構成された素子の動作による熱を外部に放熱するためのものである。このような放熱部材60としては、所謂ヒートシンク、放熱フィンなどを採用することができる。   The heat radiating member 60 is made of a silicon-based material (silicon, silicon carbide, etc.), and radiates heat generated by the operation of the elements formed on the semiconductor chip 50 to the outside. As such a heat radiating member 60, what is called a heat sink, a heat radiating fin, etc. are employable.

本実施形態では、シリコンからなり、絶縁基材20の一面20bと略一致する大きさ及び形状を有し、一面20b全域を被覆するように配置された平板状の放熱部材60を採用している。そして、この放熱部材60に熱可塑性樹脂フィルム22cが密着することで、放熱部材60が絶縁基材20の一面20bに固定されている。すなわち、放熱部材60は、絶縁基材20との接着面を除く表面の部分が外部に露出されている。   In the present embodiment, a flat plate-like heat radiating member 60 made of silicon, having a size and shape substantially coincident with the one surface 20b of the insulating base material 20 and arranged so as to cover the entire surface 20b is employed. . The heat radiating member 60 is fixed to the one surface 20b of the insulating base material 20 by the thermoplastic resin film 22c being in close contact with the heat radiating member 60. In other words, the heat radiating member 60 is exposed to the outside on the surface portion excluding the adhesive surface with the insulating base material 20.

また、放熱部材60には、熱可塑性樹脂フィルム22cに形成された第2層間接続部42の一端が接続されている。したがって、半導体チップ50で生じた熱が、ダミー電極51bから、熱可塑性樹脂フィルム22cに形成された第2層間接続部42からなる伝熱経路部を通じて放熱部材60に伝達される構成となっている。このため、放熱性が向上されている。   In addition, one end of a second interlayer connection portion 42 formed on the thermoplastic resin film 22c is connected to the heat dissipation member 60. Therefore, the heat generated in the semiconductor chip 50 is transmitted from the dummy electrode 51b to the heat radiating member 60 through the heat transfer path portion formed by the second interlayer connection portion 42 formed in the thermoplastic resin film 22c. . For this reason, the heat dissipation is improved.

また、絶縁基材20の一面20a側には、一面20a側から外部接続用電極33を底面として形成された孔内にメッキ膜などの導電部材が配置され、この導電部材上にはんだボール70が形成されている。   In addition, a conductive member such as a plating film is disposed on the one surface 20a side of the insulating base material 20 in a hole formed with the external connection electrode 33 as a bottom surface from the one surface 20a side, and a solder ball 70 is placed on the conductive member. Is formed.

このように、本実施形態では、絶縁基材20に埋設された半導体チップ50が、絶縁基材20の一面20a側に設けられた外部接続用電極33(はんだボール70)と電気的に接続されている。また、半導体チップ50は、絶縁基材20の一面20b側に固定されたシリコン系材料からなる放熱部材60と、第2層間接続部42により熱的に接続されている。   Thus, in the present embodiment, the semiconductor chip 50 embedded in the insulating base material 20 is electrically connected to the external connection electrode 33 (solder ball 70) provided on the one surface 20a side of the insulating base material 20. ing. Further, the semiconductor chip 50 is thermally connected to the heat radiating member 60 made of a silicon-based material fixed to the one surface 20 b side of the insulating base material 20 by the second interlayer connection portion 42.

次に、上記した半導体装置10の製造方法について説明する。この製造方法では、MAP(Mold Array Package)法、すなわち複数の半導体チップ50を一括封止した後、ダイシングして個々の半導体装置を得る方法を適用する。なお、導電性ペーストを示す符号40aの後の括弧内は、対応する層間接続部の符号を記載している。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 10 will be described. In this manufacturing method, a MAP (Mold Array Package) method, that is, a method in which a plurality of semiconductor chips 50 are collectively sealed and then diced to obtain individual semiconductor devices is applied. In addition, the code | symbol of the corresponding interlayer connection part is described in the parenthesis after the code | symbol 40a which shows an electrically conductive paste.

先ず、積層体を加圧・加熱して半導体装置10を形成すべく、積層体を構成する要素を準備する。すなわち、複数枚の樹脂フィルムと、複数個の半導体チップ50と、1枚の放熱部材60をそれぞれ準備する。   First, in order to form the semiconductor device 10 by pressurizing and heating the stacked body, elements constituting the stacked body are prepared. That is, a plurality of resin films, a plurality of semiconductor chips 50, and a single heat dissipation member 60 are prepared.

本実施形態では、半導体チップ50が実装された基板(以下、半導体ユニット80と示す)と、該半導体ユニット80に積層される複数枚の樹脂フィルムと、放熱部材60とをそれぞれ準備する。なお、複数の樹脂フィルムとして、外形輪郭が互いにほぼ同じものを採用し、放熱部材60として、樹脂フィルムとほぼ同じ外形輪郭を有するものを採用する。   In the present embodiment, a substrate on which the semiconductor chip 50 is mounted (hereinafter referred to as a semiconductor unit 80), a plurality of resin films laminated on the semiconductor unit 80, and a heat dissipation member 60 are prepared. In addition, as the plurality of resin films, those having substantially the same outer contour as each other are adopted, and as the heat radiating member 60, those having substantially the same outer contour as the resin film are adopted.

また、複数枚の樹脂フィルムのうち、熱硬化性樹脂フィルム21a〜21cとして、ガラス繊維などの無機材料を含まない、熱硬化性ポリイミド(PI)からなるフィルムを採用する。本実施形態では、一例として、全ての樹脂フィルム21a〜21dの厚さを同一(例えば50μm)とする。   Moreover, the film which consists of thermosetting polyimide (PI) which does not contain inorganic materials, such as glass fiber, is employ | adopted as thermosetting resin films 21a-21c among several resin films. In the present embodiment, as an example, all the resin films 21a to 21d have the same thickness (for example, 50 μm).

一方、熱可塑性樹脂フィルム22a〜22cとして、ガラス繊維などの無機材料や線膨張係数などを調整するための無機フィラーを含まない、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)30重量%とポリエーテルイミド(PEI)70重量%からなる樹脂フィルムを採用する。本実施形態では、一例として、樹脂フィルム22a,22cを同一の厚さ(例えば80μm)とし、第2フィルムとしての熱可塑性樹脂フィルム22bを、上記樹脂フィルム22a,22cよりも薄い厚さ(例えば50μm)とする。   On the other hand, as the thermoplastic resin films 22a to 22c, 30% by weight of polyetheretherketone (PEEK) and polyetherimide (PEI) not containing inorganic materials such as glass fibers and inorganic fillers for adjusting the linear expansion coefficient, etc. A resin film composed of 70% by weight is employed. In this embodiment, as an example, the resin films 22a and 22c have the same thickness (for example, 80 μm), and the thermoplastic resin film 22b as the second film is thinner than the resin films 22a and 22c (for example, 50 μm). ).

この準備工程では、PALAPとして知られる一括積層法で周知のごとく、一括積層する前に、絶縁基材20を構成する樹脂フィルムに対して、導体パターン30を形成したり、焼結により層間接続部40となる導電性ペースト40aをビアホールに充填しておく。導体パターン30や、導電性ペースト40aが充填されるビアホールの配置は、上記した配線部や伝熱経路部に応じて適宜決定される。   In this preparatory process, as is well known by the batch lamination method known as PALAP, the conductor pattern 30 is formed on the resin film constituting the insulating base material 20 before the lamination, or the interlayer connection portion is sintered. The via paste is filled with conductive paste 40a to be 40. The arrangement of the conductor pattern 30 and the via holes filled with the conductive paste 40a is appropriately determined according to the wiring part and the heat transfer path part described above.

導体パターン30は、樹脂フィルムの表面に貼着した導体箔をパターニングすることで形成することができる。絶縁基材20を構成する複数枚の樹脂フィルムとしては、導体パターン30を有する樹脂フィルムを含めばよく、例えば全ての樹脂フィルムが導体パターン30を有する構成や、一部の樹脂フィルムが導体パターン30を有さない構成も採用することができる。また、導体パターン30を有する樹脂フィルムとしては、片面のみに導体パターン30を有する樹脂フィルム、積層方向における両面に導体パターン30を有する樹脂フィルムのいずれも採用することができる。   The conductor pattern 30 can be formed by patterning a conductor foil adhered to the surface of the resin film. The plurality of resin films constituting the insulating base material 20 may include a resin film having the conductor pattern 30. For example, a configuration in which all the resin films have the conductor pattern 30 or a part of the resin films are the conductor pattern 30. A configuration that does not include the can also be adopted. Moreover, as a resin film which has the conductor pattern 30, both the resin film which has the conductor pattern 30 only on one side, and the resin film which has the conductor pattern 30 on both surfaces in a lamination direction are employable.

一方、導電性ペースト40aは、導電性粒子にエチルセルロース樹脂やアクリル樹脂などを保形性付与のため添加し、テルピネオールなどの有機溶剤を加えた状態で混練することで得ることができる。そして、炭酸ガスレーザなどにより、樹脂フィルムを貫通するビアホールを形成し、スクリーン印刷などによって、導電性ペースト40aをビアホール内に充填する。ビアホールは、上記導体パターン30を底面として形成しても良いし、導体パターン30の無い位置に、ビアホールを形成しても良い。   On the other hand, the conductive paste 40a can be obtained by adding ethyl cellulose resin, acrylic resin or the like to the conductive particles for imparting shape retention and kneading in an organic solvent such as terpineol. Then, a via hole penetrating the resin film is formed by a carbon dioxide laser or the like, and the conductive paste 40a is filled into the via hole by screen printing or the like. The via hole may be formed with the conductor pattern 30 as a bottom surface, or the via hole may be formed at a position where the conductor pattern 30 is not present.

導体パターン30上にビアホールを形成する場合、導体パターン30が底となるため、ビアホール内に導電性ペースト40aを留めることができる。一方、導体パターン30を有さない樹脂フィルム、又は、導体パターン30を有しながらも、導体パターン30の形成位置とは異なる位置にビアホールを形成する場合には、底のないビアホール内に導電性ペースト40aを留めるために、本出願人による特願2008-296074号に記載の導電性ペースト40aを用いる。また、この導電性ペースト40aを充填する装置(方法)としては、本出願人による特願2009−75034号に記載の装置(方法)を採用すると良い。   When the via hole is formed on the conductor pattern 30, the conductive pattern 40 becomes the bottom, so that the conductive paste 40a can be retained in the via hole. On the other hand, when a via hole is formed at a position different from the formation position of the conductor pattern 30 while having the resin film having the conductor pattern 30 or the conductor pattern 30, the conductive film is not conductive in the bottomless via hole. In order to fasten the paste 40a, the conductive paste 40a described in Japanese Patent Application No. 2008-296074 by the present applicant is used. Moreover, as an apparatus (method) for filling the conductive paste 40a, an apparatus (method) described in Japanese Patent Application No. 2009-75034 by the present applicant may be employed.

この導電性ペースト40aは、導電性粒子に対し、導電性粒子の焼結温度よりも低い温度で分解または揮発するとともに、該温度よりも低く、室温よりも高い温度で溶融状態となり、室温で固体状態となる低融点室温固体樹脂が添加されている。低融点室温固体樹脂としては、例えばパラフィンがある。これによれば、充填時には加温することで、低融点室温固体樹脂が溶融してペースト状となり、充填後の冷却において、低融点室温固体樹脂が固化することで導電性ペースト40aも固まって、ビアホール内に保持することができる。なお、充填する際には、ビアホールの一端を平坦な部材にて塞いでおけば良い。   The conductive paste 40a decomposes or volatilizes the conductive particles at a temperature lower than the sintering temperature of the conductive particles, becomes a molten state at a temperature lower than the temperature and higher than the room temperature, and is solid at room temperature. A low melting point room temperature solid resin that is in a state is added. An example of the low melting point room temperature solid resin is paraffin. According to this, by heating at the time of filling, the low melting point room temperature solid resin is melted into a paste, and in the cooling after filling, the low melting point room temperature solid resin is solidified to solidify the conductive paste 40a, It can be held in the via hole. When filling, one end of the via hole may be closed with a flat member.

先ず、半導体ユニット80に積層される4枚の樹脂フィルム21a,21c,22a,22cを準備する工程を説明する。   First, a process of preparing four resin films 21a, 21c, 22a, and 22c laminated on the semiconductor unit 80 will be described.

本実施形態では、図2に示すように、4枚の樹脂フィルム21a,21c,22a,22cのうち、熱硬化性樹脂フィルム21aのみ、片面に銅箔(例えば厚さ18μm)が貼着されたフィルムを準備し、銅箔をパターニングして導体パターン30をそれぞれ形成する。なお、半導体ユニット80を構成する残り2枚の樹脂フィルム21b,22bについても、熱硬化性樹脂フィルム21bのみ片面に銅箔(同じく厚さ18μm)が貼着されたフィルムを準備し、この銅箔をパターニングして導体パターン30を形成する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, among the four resin films 21a, 21c, 22a, and 22c, only the thermosetting resin film 21a has a copper foil (for example, thickness 18 μm) attached to one side. A film is prepared and the copper foil is patterned to form the conductor patterns 30 respectively. As for the remaining two resin films 21b and 22b constituting the semiconductor unit 80, only a thermosetting resin film 21b is prepared with a film having a copper foil (also 18 μm in thickness) attached to one side. The conductor pattern 30 is formed by patterning.

すなわち、樹脂フィルム21a〜21c,22a〜22cのうち、熱硬化性樹脂フィルム21a,21bが片面に導体パターン30を有する構成とし、熱可塑性樹脂フィルム22a〜22cは、導体パターン30を有さない構成とする。   That is, among the resin films 21 a to 21 c and 22 a to 22 c, the thermosetting resin films 21 a and 21 b are configured to have the conductor pattern 30 on one side, and the thermoplastic resin films 22 a to 22 c do not include the conductor pattern 30. And

また、4枚の樹脂フィルム21a,21c,22a,22cのうち、導体パターン30として外部接続用電極33を片面(積層状態で内面)に有し、熱可塑性樹脂フィルム22a,22cに、ビアホール(符号略)をそれぞれ形成し、該ビアホール内に導電性ペースト40aを充填する。そして充填後、乾燥工程にて溶剤を揮発させる。   Of the four resin films 21a, 21c, 22a, and 22c, the conductor pattern 30 has an external connection electrode 33 on one side (inner surface in a laminated state), and the thermoplastic resin films 22a and 22c have via holes (reference numerals). And a conductive paste 40a is filled in the via hole. And after filling, a solvent is volatilized in a drying process.

このように本実施形態では、熱硬化性樹脂フィルム21aのみに導体パターン30を形成するため、導体パターン30を形成しない熱可塑性樹脂フィルム22a,22cについては、導電性粒子としてAg粒子とSn粒子を所定の比率で含み、且つ、上記したように、パラフィンなどの低融点室温固体樹脂が添加された導電性ペースト40aを用いる。   Thus, in this embodiment, since the conductor pattern 30 is formed only on the thermosetting resin film 21a, the thermoplastic particles 22a and 22c not forming the conductor pattern 30 are made of Ag particles and Sn particles as conductive particles. The conductive paste 40a is used which is contained at a predetermined ratio and to which a low melting point room temperature solid resin such as paraffin is added as described above.

さらに、この準備工程では、積層体が、複数の半導体チップ50をそれぞれ収容するために、複数枚の樹脂フィルムのうちの一部に予め孔部を形成しておく。この孔部は貫通孔及び未貫通孔のいずれも採用することができる。本実施形態では、熱硬化性樹脂フィルム21cに、孔部として、複数個の半導体チップ50をそれぞれ収容するための複数個の空洞部23(貫通孔)を形成する。このため、空洞部23を有する熱硬化性樹脂フィルム21cは格子状を呈する。   Furthermore, in this preparatory process, in order to accommodate each of the plurality of semiconductor chips 50, the stacked body forms holes in some of the plurality of resin films in advance. Both the through hole and the non-through hole can be adopted as the hole. In the present embodiment, a plurality of cavities 23 (through holes) for accommodating the plurality of semiconductor chips 50 are formed as holes in the thermosetting resin film 21c. For this reason, the thermosetting resin film 21c which has the cavity part 23 exhibits a grid | lattice form.

各空洞部23は、パンチやドリルなどによる機械的加工、レーザ光の照射により形成することができ、1つの半導体チップ50の体格に対し、加圧・加熱時の熱可塑性樹脂の流動により空洞が埋める程度の所定のマージンをもって形成される。空洞部23の形成タイミングとしては、導体パターン30及び層間接続部40の形成前、形成後のいずれでも良い。   Each cavity 23 can be formed by mechanical processing such as punching or drilling or laser light irradiation, and the cavity is formed by the flow of the thermoplastic resin during pressurization and heating with respect to the physique of one semiconductor chip 50. It is formed with a predetermined margin for filling. The formation timing of the cavity portion 23 may be before or after the formation of the conductor pattern 30 and the interlayer connection portion 40.

また、上記した樹脂フィルム21a,21c,22a,22cの準備工程に並行して、半導体ユニット80の形成工程を実施する。なお、半導体ユニット80の形成工程を示す図3及び図4では、複数の半導体チップ50のうち、1つの半導体チップ50の周辺領域を拡大して図示している。   Moreover, the formation process of the semiconductor unit 80 is implemented in parallel with the preparation process of above-described resin film 21a, 21c, 22a, 22c. 3 and 4 showing the process of forming the semiconductor unit 80, the peripheral region of one semiconductor chip 50 among the plurality of semiconductor chips 50 is shown enlarged.

先ず、少なくとも第1フィルムを含み、半導体チップ50を実装するための基板を構成する樹脂フィルムと、基板と半導体チップ50との間を封止する第2フィルムを準備する。   First, a resin film including at least a first film and constituting a substrate for mounting a semiconductor chip 50 and a second film for sealing between the substrate and the semiconductor chip 50 are prepared.

本実施形態では、図3(a)に示すように、基板をなす第1フィルムとしての熱硬化性樹脂フィルム21bと第2フィルムとしての熱可塑性樹脂フィルム22bを準備する。熱硬化性樹脂フィルム21bについては片面に銅箔が貼着されたものを準備し、この銅箔をパターニングして導体パターン30を形成する。このとき、導体パターン30として、パッド31や横配線部32が形成される。   In this embodiment, as shown to Fig.3 (a), the thermosetting resin film 21b as a 1st film which makes a board | substrate, and the thermoplastic resin film 22b as a 2nd film are prepared. About the thermosetting resin film 21b, what the copper foil was affixed on one side is prepared, this copper foil is patterned, and the conductor pattern 30 is formed. At this time, the pad 31 and the horizontal wiring part 32 are formed as the conductor pattern 30.

次いで、加熱・加圧することで、熱可塑性樹脂フィルム22bを、パッド31を覆うように基板のパッド形成面に貼り付ける。   Next, by applying heat and pressure, the thermoplastic resin film 22b is attached to the pad forming surface of the substrate so as to cover the pad 31.

本実施形態では、図3(b)及び図4に示すように、熱可塑性樹脂フィルム22bを、パッド31を覆うように、基板としての熱硬化性樹脂フィルム21bのパッド形成面に熱圧着する。なお、図4に二点鎖線で示す領域は、半導体チップ50の搭載領域24を示している。   In this embodiment, as shown in FIGS. 3B and 4, the thermoplastic resin film 22 b is thermocompression bonded to the pad forming surface of the thermosetting resin film 21 b as a substrate so as to cover the pad 31. Note that a region indicated by a two-dot chain line in FIG. 4 indicates the mounting region 24 of the semiconductor chip 50.

具体的には、熱可塑性樹脂フィルム22bの温度が、該フィルム22bを構成する熱可塑性樹脂のガラス転移点以上、融点以下となるように加熱しつつ、熱硬化性樹脂フィルム21b側に加圧することで、軟化した熱可塑性樹脂を熱硬化性樹脂フィルム21bのパッド形成面及び導体パターン30の表面に密着させる。   Specifically, pressurizing the thermoplastic resin film 22b while heating the thermoplastic resin film 22b so that the temperature is not lower than the melting point and not higher than the glass transition point of the thermoplastic resin constituting the film 22b. Then, the softened thermoplastic resin is brought into close contact with the pad forming surface of the thermosetting resin film 21 b and the surface of the conductor pattern 30.

熱可塑性樹脂フィルム22bを熱硬化性樹脂フィルム21bに熱圧着した後、熱硬化性樹脂フィルム21bに導体パターン30を底面としてビアホールを形成するとともに、ビアホールに対して、図3(b)に示すように導電性ペースト40aを充填する。ここでは、導体パターン30を底面とするため、導電性ペースト40aとして、低融点室温固体樹脂を含まない導電性ペーストを採用しても良いし、低融点室温固体樹脂を含む導電性ペーストを採用しても良い。   After thermocompression bonding the thermoplastic resin film 22b to the thermosetting resin film 21b, via holes are formed in the thermosetting resin film 21b with the conductive pattern 30 as the bottom surface, and the via holes are as shown in FIG. Is filled with the conductive paste 40a. Here, since the conductive pattern 30 is the bottom surface, the conductive paste 40a may be a conductive paste that does not include a low melting point room temperature solid resin, or a conductive paste that includes a low melting point room temperature solid resin. May be.

次に、別途準備した半導体チップ50を、基板にフリップチップ実装する。   Next, the separately prepared semiconductor chip 50 is flip-chip mounted on the substrate.

半導体チップ50には、基板に対する搭載面の電極51a上にスタッドバンプ52aが形成されている。本実施形態では、Al系材料からなる電極51a上に、例えばワイヤを使った周知の方法でAuからなるスタッドバンプ52a(鋲状のバンプ)が形成されている。   In the semiconductor chip 50, stud bumps 52a are formed on the electrodes 51a on the mounting surface with respect to the substrate. In the present embodiment, stud bumps 52a (bump-like bumps) made of Au are formed on an electrode 51a made of an Al-based material by a well-known method using, for example, a wire.

そして、図3(c)に示すように、例えばパルスヒート方式の熱圧着ツール100により、この半導体チップ50を、基板搭載面の裏面側から加熱しつつ基板に向けて加圧する。このとき、熱可塑性樹脂フィルム22bを構成する熱可塑性樹脂の融点(PEEK:PEI=30:70で330℃)以上の温度で加熱しつつ、熱硬化性樹脂フィルム21b側に加圧する。   Then, as shown in FIG. 3C, the semiconductor chip 50 is pressed toward the substrate while being heated from the back surface side of the substrate mounting surface by, for example, a pulse heat type thermocompression bonding tool 100. At this time, pressure is applied to the thermosetting resin film 21b side while heating at a temperature equal to or higher than the melting point of the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin film 22b (PEEK: PEI = 30: 70, 330 ° C.).

熱圧着ツール100からの熱が半導体チップ50に伝わり、スタッドバンプ52aの先端温度が熱可塑性樹脂フィルム22bを構成する熱可塑性樹脂の融点以上となると、スタッドバンプ52aが接する熱可塑性樹脂フィルム22bの部分が軟化・溶融(熔融)する。したがって、熱可塑性樹脂フィルム22bを溶融させながら、スタッドバンプ52aを熱可塑性樹脂フィルム22bに押し込んで、対応するパッド31に接触させることができる。これにより、図3(d)に示すように、スタッドバンプ52aとパッド31とを圧接状態とすることができる。   When the heat from the thermocompression bonding tool 100 is transferred to the semiconductor chip 50 and the tip temperature of the stud bump 52a becomes equal to or higher than the melting point of the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin film 22b, the portion of the thermoplastic resin film 22b with which the stud bump 52a contacts. Softens and melts (melts). Therefore, the stud bump 52a can be pushed into the thermoplastic resin film 22b and brought into contact with the corresponding pad 31 while the thermoplastic resin film 22b is melted. Thereby, as shown in FIG.3 (d), the stud bump 52a and the pad 31 can be made into a press-contact state.

また、溶融・軟化した熱可塑性樹脂は、圧力を受けて流動し、半導体チップ50の基板搭載面、熱硬化性樹脂フィルム21bのパッド形成面、導体パターン30、電極51a、及びスタッドバンプ52aに密着する。したがって、図3(d)に示すように、熱可塑性樹脂フィルム22bによって、半導体チップ50と熱硬化性樹脂フィルム21b(基板)との間を封止することができる。このようにして、半導体ユニット80を形成する。   The melted / softened thermoplastic resin flows under pressure and adheres to the substrate mounting surface of the semiconductor chip 50, the pad forming surface of the thermosetting resin film 21b, the conductor pattern 30, the electrode 51a, and the stud bump 52a. To do. Therefore, as shown in FIG. 3D, the space between the semiconductor chip 50 and the thermosetting resin film 21b (substrate) can be sealed with the thermoplastic resin film 22b. In this way, the semiconductor unit 80 is formed.

本実施形態では、フリップチップ実装時の加熱温度を、融点よりも若干高い350℃程度とし、1つのスタッドバンプ52aにかかる荷重が20〜50gf程度となる圧力を印加する。これにより、短時間で、スタッドバンプ52aとパッド31とを圧接状態とすることができる。   In the present embodiment, the heating temperature at the time of flip chip mounting is set to about 350 ° C., which is slightly higher than the melting point, and a pressure is applied so that the load applied to one stud bump 52a is about 20 to 50 gf. Thereby, the stud bump 52a and the pad 31 can be brought into a pressure contact state in a short time.

なお、圧接状態となった後も、加熱・加圧を継続すると、スタッドバンプ52aを構成するAuとパッド31を構成するCuとが相互に拡散(固相拡散)し、金属拡散層(Cu−Au合金層)を形成する。また、スタッドバンプ52aを構成するAuが電極51aを構成するAlに対して固相拡散し、金属拡散層(Au−Al合金層)を形成する。しかしながら、このような金属拡散層を形成するには、上記した圧接状態を形成するのに比べ、加熱・加圧時間として長時間を要する。半導体チップ50を基板に実装するのに長時間を要すると、半導体装置10の形成時間が結果として長くなり、製造コストも増加してしまう。また、その間、電極51a、スタッドバンプ52a、パッド31の電気的な接続部以外の箇所にも、不必要な熱が印加されることとなる。このため、この実装工程では、スタッドバンプ52aとパッド31との接続状態を圧接状態にとどめる。   When heating and pressurization are continued even after the pressure contact state is reached, Au constituting the stud bump 52a and Cu constituting the pad 31 diffuse to each other (solid phase diffusion), and a metal diffusion layer (Cu— Au alloy layer) is formed. Further, Au constituting the stud bump 52a is solid-phase diffused with respect to Al constituting the electrode 51a to form a metal diffusion layer (Au—Al alloy layer). However, in order to form such a metal diffusion layer, it takes a longer time for heating and pressurization compared to the above-described press contact state. If it takes a long time to mount the semiconductor chip 50 on the substrate, the formation time of the semiconductor device 10 becomes long as a result, and the manufacturing cost also increases. In the meantime, unnecessary heat is applied to portions other than the electrical connection portions of the electrode 51a, the stud bump 52a, and the pad 31. For this reason, in this mounting process, the connection state between the stud bump 52a and the pad 31 is kept in the pressure contact state.

また、本実施形態では、熱可塑性樹脂フィルム22bを熱硬化性樹脂フィルム21bに貼り付けた後で、ビアホールを形成し、導電性ペースト40aを充填する例を示した。しかしながら、貼り付け前の状態で、熱硬化性樹脂フィルム21bにビアホールを形成し、導電性ペースト40aを充填しても良い。   Further, in the present embodiment, an example in which the via hole is formed after the thermoplastic resin film 22b is attached to the thermosetting resin film 21b and the conductive paste 40a is filled is shown. However, a via hole may be formed in the thermosetting resin film 21b and the conductive paste 40a may be filled in a state before being attached.

導電性ペースト40aについては、半導体チップ50を、基板にフリップチップ実装する際の加熱・加圧や、熱可塑性樹脂フィルム22bを貼り付け前に形成した場合には、貼り付け時の加圧・加熱により、導電性粒子が焼結されて層間接続部40(41)を形成しても良いし、焼結されずに半導体ユニット80が形成された時点で導電性ペースト40aのままでも良い。また、一部が焼結された状態としても良い。本実施形態では、フリップチップ実装後の状態で導電性ペースト40aとする。   For the conductive paste 40a, when the semiconductor chip 50 is formed by heating / pressing when flip-chip mounting on a substrate, or when the thermoplastic resin film 22b is formed before being applied, the pressure / heating at the time of application is applied. Thus, the conductive particles may be sintered to form the interlayer connection portion 40 (41), or the conductive paste 40a may be left as it is when the semiconductor unit 80 is formed without being sintered. Moreover, it is good also as a state which one part sintered. In this embodiment, it is set as the electrically conductive paste 40a in the state after flip chip mounting.

次に、積層体を形成する積層工程を実施する。この積層工程では、表面に導体パターン30が形成された樹脂フィルム、ビアホール内に導電性ペースト40aが充填された樹脂フィルム、複数個の半導体チップ50それぞれに対応して形成された複数個の孔部(空洞部23)を有する樹脂フィルム、を含む複数枚の樹脂フィルムを、複数個の半導体チップ50及び放熱部材60とともに積層して、積層体を形成する。   Next, a stacking process for forming a stacked body is performed. In this laminating step, a resin film having a conductor pattern 30 formed on the surface, a resin film filled with a conductive paste 40a in a via hole, and a plurality of holes formed corresponding to each of a plurality of semiconductor chips 50 A plurality of resin films including a resin film having (cavity portion 23) are stacked together with a plurality of semiconductor chips 50 and heat dissipation member 60 to form a stacked body.

このとき、1)複数個の半導体チップ50が空洞部23(孔部)に配置されて積層方向において互いに同一位置となる、2)1枚の放熱部材60が複数個の半導体チップ50と対向しつつ積層方向において表層となる、3)各半導体チップ50におけるフリップチップ実装面の反対面と放熱部材60との間に、各半導体チップ50と放熱部材60とを熱的に接続するための導電性ペースト40aを有した樹脂フィルムが位置する、4)熱可塑性樹脂フィルムが少なくとも1枚おきに位置しつつ、半導体チップ50のフリップチップ実装面、該フリップチップ実装面と反対の面、及び放熱部材60における半導体チップ50との対向面に隣接するように、積層する。   At this time, 1) a plurality of semiconductor chips 50 are arranged in the cavity 23 (hole) and are located at the same position in the stacking direction. 2) one heat dissipation member 60 faces the plurality of semiconductor chips 50. 3) Conductivity for thermally connecting each semiconductor chip 50 and the heat radiating member 60 between the opposite surface of the flip chip mounting surface of each semiconductor chip 50 and the heat radiating member 60. The resin film having the paste 40a is located. 4) At least every other thermoplastic resin film is located, the flip chip mounting surface of the semiconductor chip 50, the surface opposite to the flip chip mounting surface, and the heat dissipation member 60. Are stacked so as to be adjacent to the surface facing the semiconductor chip 50.

本実施形態では、図5に示すように、積層方向における一端側から、熱硬化性樹脂フィルム21a、熱可塑性樹脂フィルム22a、熱硬化性樹脂フィルム21b、熱可塑性樹脂フィルム22b、熱硬化性樹脂フィルム21c、熱可塑性樹脂フィルム22c、放熱部材60の順となるように、複数枚の樹脂フィルム21a,21c,22a,22c、樹脂フィルム21b,22b及び複数個の半導体チップ50を含む半導体ユニット80、及び放熱部材60を積層する。このように本実施形態では、熱可塑性樹脂フィルム22a〜22cと熱硬化性樹脂フィルム21a〜21cとを交互に位置するように積層する。なお、図5では、便宜上、積層体を構成する要素を、離間させて図示している。   In this embodiment, as shown in FIG. 5, from one end side in the stacking direction, the thermosetting resin film 21a, the thermoplastic resin film 22a, the thermosetting resin film 21b, the thermoplastic resin film 22b, and the thermosetting resin film. A semiconductor unit 80 including a plurality of resin films 21a, 21c, 22a, 22c, resin films 21b, 22b, and a plurality of semiconductor chips 50 in the order of 21c, thermoplastic resin film 22c, and heat dissipation member 60; The heat radiating member 60 is laminated. Thus, in this embodiment, it laminates | stacks so that the thermoplastic resin films 22a-22c and the thermosetting resin films 21a-21c may be located alternately. In FIG. 5, for the sake of convenience, the elements constituting the laminated body are illustrated separately.

詳しくは、熱硬化性樹脂フィルム21aの導体パターン形成面上に熱可塑性樹脂フィルム22aを積層し、熱可塑性樹脂フィルム22a上に、半導体ユニット80を、熱硬化性樹脂フィルム21bを搭載面として積層する。半導体ユニット80における熱可塑性樹脂フィルム22b上には、空洞部23内に半導体チップ50が位置するように、熱硬化性樹脂フィルム21cを積層する。また、熱硬化性樹脂フィルム21c及び半導体チップ50上に熱可塑性樹脂フィルム22cを積層し、熱可塑性樹脂フィルム22c上に放熱部材60を積層して、1つの積層体を形成する。   Specifically, the thermoplastic resin film 22a is laminated on the conductor pattern forming surface of the thermosetting resin film 21a, and the semiconductor unit 80 is laminated on the thermoplastic resin film 22a using the thermosetting resin film 21b as a mounting surface. . On the thermoplastic resin film 22b in the semiconductor unit 80, the thermosetting resin film 21c is laminated so that the semiconductor chip 50 is positioned in the cavity 23. Moreover, the thermoplastic resin film 22c is laminated | stacked on the thermosetting resin film 21c and the semiconductor chip 50, and the thermal radiation member 60 is laminated | stacked on the thermoplastic resin film 22c, and one laminated body is formed.

この積層体では、積層方向において、半導体チップ50に隣接する樹脂フィルムが、熱可塑性樹脂フィルム22b,22cとなる。少なくともこれら樹脂フィルム22b,22cは、加圧・加熱工程において、半導体チップ50の周囲を封止する機能を果たす。本実施形態では、垂直方向において各半導体チップ50を取り囲む樹脂フィルムが熱硬化性樹脂フィルム21cであるので、上記2枚の樹脂フィルム22b,22cが、半導体チップ50の周囲を封止する機能を果たす。   In this laminated body, the resin film adjacent to the semiconductor chip 50 in the lamination direction becomes the thermoplastic resin films 22b and 22c. At least these resin films 22b and 22c fulfill the function of sealing the periphery of the semiconductor chip 50 in the pressurizing / heating process. In this embodiment, since the resin film surrounding each semiconductor chip 50 in the vertical direction is the thermosetting resin film 21c, the two resin films 22b and 22c serve to seal the periphery of the semiconductor chip 50. .

このように、半導体チップ50を封止する熱可塑性樹脂フィルム22b,22cとしては、熱可塑性樹脂フィルムにガラス繊維やアラミド繊維などの無機材料を含まないだけでなく、線膨張係数や融点を調整するための無機フィラーも含まないものを採用することが好ましい。こうすることで、加圧・加熱工程において、半導体チップ50に、局所的に応力がかかるのを抑制することができる。   As described above, as the thermoplastic resin films 22b and 22c for sealing the semiconductor chip 50, the thermoplastic resin film does not contain an inorganic material such as glass fiber or aramid fiber, and the linear expansion coefficient and the melting point are adjusted. Therefore, it is preferable to employ a material that does not contain any inorganic filler. By doing so, it is possible to prevent the semiconductor chip 50 from being locally stressed in the pressurizing / heating step.

しかしながら、線膨張係数や融点を調整するための無機フィラーも含まない熱可塑性樹脂フィルム22b,22cを採用すると、無機フィラーが無い分、半導体チップ50との線膨張係数差が大きくなり、これにともなう応力が増加することが考えられる。したがって、応力低減のために、熱可塑性樹脂フィルム22b,22cとして弾性率の低い(例えば10GPa以下)樹脂フィルムを採用すると良い。   However, when the thermoplastic resin films 22b and 22c that do not include an inorganic filler for adjusting the linear expansion coefficient and the melting point are employed, the difference in the linear expansion coefficient from the semiconductor chip 50 increases due to the absence of the inorganic filler. It is conceivable that the stress increases. Therefore, a resin film having a low elastic modulus (for example, 10 GPa or less) may be employed as the thermoplastic resin films 22b and 22c in order to reduce stress.

また、半導体チップ50を封止する熱可塑性樹脂フィルム22b,22cとしては、厚さが5μm以上のものを採用することが好ましい。5μm未満とすると、加圧・加熱工程において、これら樹脂フィルム22b,22cの応力が高くなり、半導体チップ50の表面から剥がれてしまう恐れがあるためである。   Further, as the thermoplastic resin films 22b and 22c for sealing the semiconductor chip 50, those having a thickness of 5 μm or more are preferably employed. This is because if the thickness is less than 5 μm, the stress of the resin films 22b and 22c is increased in the pressurizing / heating step and may be peeled off from the surface of the semiconductor chip 50.

次いで、真空熱プレス機を用いて積層体を積層方向上下から加圧しつつ加熱する加圧・加熱工程を実施する。この工程では、熱可塑性樹脂を軟化させて、1)複数枚の樹脂フィルムを一括で一体化して絶縁基材20とする、2)半導体チップ50を封止する、3)放熱部材60を絶縁基材20と一体化する、4)導電性ペースト40a中の導電性粒子を焼結体として、該焼結体と導体パターン30を有した配線部、及び、放熱部材60と各半導体チップ50とを熱的に接続する伝熱経路部を形成する。   Next, a pressurizing / heating step is performed in which the laminate is heated while being pressed from above and below in the stacking direction using a vacuum heat press. In this step, the thermoplastic resin is softened, 1) a plurality of resin films are integrated together to form the insulating substrate 20, 2) the semiconductor chip 50 is sealed, and 3) the heat dissipation member 60 is insulated from the insulating base 60. 4) integrating the conductive particles in the conductive paste 40a as a sintered body, the wiring part having the sintered body and the conductor pattern 30, and the heat dissipation member 60 and each semiconductor chip 50; A heat transfer path portion to be thermally connected is formed.

加圧・加熱工程では、上記1)〜4)を実現するために、樹脂フィルムを構成する熱可塑性樹脂のガラス転移点以上融点以下の温度、数MPaの圧力を所定時間保持する。本実施形態では、280℃〜330℃のプレス温度、4〜5MPaの圧力を5分以上(例えば10分)保持する。   In the pressurizing / heating step, in order to realize the above 1) to 4), the temperature of the glass transition point to the melting point of the thermoplastic resin constituting the resin film and the pressure of several MPa are maintained for a predetermined time. In the present embodiment, a press temperature of 280 ° C. to 330 ° C. and a pressure of 4 to 5 MPa are maintained for 5 minutes or longer (for example, 10 minutes).

先ず、加圧・加熱工程において、樹脂フィルム部分の接続について説明する。   First, the connection of the resin film part in the pressurizing / heating step will be described.

1枚おきに配置された熱可塑性樹脂フィルム22a〜22cは、上記加熱により軟化する。このとき、圧力を受けているため、軟化した熱可塑性樹脂フィルム22a〜22cは、隣接する熱硬化性樹脂フィルム21a〜21cに密着する。これにより、複数枚の樹脂フィルム21a〜21c,22a〜22cが一括で一体化し、絶縁基材20が形成される。このとき、放熱部材60にも、隣接する熱可塑性樹脂フィルム22cが密着するため、放熱部材60も絶縁基材20に一体化する。   The thermoplastic resin films 22a to 22c arranged every other sheet are softened by the heating. Since the pressure is received at this time, the softened thermoplastic resin films 22a-22c closely_contact | adhere to the adjacent thermosetting resin films 21a-21c. As a result, the plurality of resin films 21 a to 21 c and 22 a to 22 c are integrated together to form the insulating base material 20. At this time, since the adjacent thermoplastic resin film 22 c is also in close contact with the heat radiating member 60, the heat radiating member 60 is also integrated with the insulating base material 20.

本実施形態では、シリコン系材料からなる放熱部材60が表層に配置された積層体を、積層方向上下から加圧しつつ加熱する。すなわち、シリコン系材料からなる放熱部材60を加圧する。しかしながら、複数個の半導体チップ50それぞれに対応して形成された複数個の空洞部23(孔部)を有する熱硬化性樹脂フィルム21c(樹脂フィルム)を準備しておき、積層工程において、該樹脂フィルム21cの各空洞部23に半導体チップ50をそれぞれ配置させる。すなわち、垂直方向において、半導体チップ50は積層体の状態で熱硬化性樹脂フィルム21c(樹脂フィルム)によって囲まれており、シリコン系材料からなる放熱部材60は、半導体チップ50の配置部位だけでなく、放熱部材60を除く積層体の部分全体で支持されている。したがって、シリコン系材料からなる放熱部材60を破損させずに、加圧・加熱することができる。   In this embodiment, the laminated body in which the heat radiation member 60 made of a silicon-based material is arranged on the surface layer is heated while being pressed from above and below in the lamination direction. That is, the heat radiating member 60 made of a silicon material is pressurized. However, a thermosetting resin film 21c (resin film) having a plurality of cavities 23 (holes) formed corresponding to each of the plurality of semiconductor chips 50 is prepared, and the resin is used in the laminating step. A semiconductor chip 50 is disposed in each cavity 23 of the film 21c. That is, in the vertical direction, the semiconductor chip 50 is surrounded by a thermosetting resin film 21c (resin film) in a laminated state, and the heat dissipation member 60 made of a silicon-based material is not limited to the portion where the semiconductor chip 50 is disposed. It is supported by the whole part of the laminate excluding the heat dissipation member 60. Therefore, it is possible to pressurize and heat the heat radiating member 60 made of a silicon-based material without damaging it.

また、本実施形態では、加圧・加熱工程において、放熱部材60を支持する樹脂フィルムのうち、熱可塑性樹脂フィルム21a〜21cの熱可塑性樹脂が軟化する。したがって、複数の半導体チップ50における厚さばらつき、各フリップチップ実装部分の高さばらつきなどにより、複数個の半導体チップ50と1枚の放熱部材60を備える1つの積層体内において、放熱部材60により構成される積層体の一方の表面と、放熱部材60とは反対側の表面(熱硬化性樹脂フィルム21aにおける導体パターン形成面の裏面)との距離にばらつきが生じる、すなわち、熱硬化性樹脂フィルム21aの裏面を基準面として放熱部材60が傾いて配置されても、加圧・加熱工程において、放熱部材60の傾きを抑制する(距離ばらつきを抑制する)ように、軟化した熱可塑性樹脂が流動する。したがって、放熱部材60面内での応力のばらつきを低減することができる。この効果によっても、シリコン系材料からなる放熱部材60を破損させずに、加圧・加熱することができる。   In the present embodiment, the thermoplastic resin of the thermoplastic resin films 21a to 21c is softened among the resin films that support the heat dissipation member 60 in the pressurizing / heating step. Therefore, the heat radiation member 60 is configured in one stacked body including the plurality of semiconductor chips 50 and one heat radiation member 60 due to thickness variations in the plurality of semiconductor chips 50, height variations of the flip chip mounting portions, and the like. The distance between one surface of the laminated body and the surface opposite to the heat dissipation member 60 (the back surface of the conductor pattern forming surface in the thermosetting resin film 21a) varies, that is, the thermosetting resin film 21a. Even if the heat dissipating member 60 is inclined with respect to the back surface, the softened thermoplastic resin flows so as to suppress the inclination of the heat dissipating member 60 (to suppress variation in distance) in the pressurizing / heating process. . Therefore, variation in stress within the surface of the heat dissipation member 60 can be reduced. Also by this effect, it is possible to pressurize and heat the heat radiating member 60 made of a silicon-based material without damaging it.

また、半導体チップ50に隣接する熱可塑性樹脂フィルム22b,22cは、圧力を受けて流動し、半導体チップ50のフリップチップ実装面(電極51a形成面)、及び、フリップチップ実装面と反対の面に密着する。また、半導体チップ50の側面と熱硬化性樹脂フィルム21cとの隙間にも入り込み、該隙間を埋めるとともに、半導体チップ50の側面に密着する。したがって、熱可塑性樹脂(熱可塑性樹脂フィルム22b,22c)により、各半導体チップ50が封止される。   Further, the thermoplastic resin films 22b and 22c adjacent to the semiconductor chip 50 flow under pressure, and are placed on the flip chip mounting surface (electrode 51a forming surface) of the semiconductor chip 50 and the surface opposite to the flip chip mounting surface. In close contact. Further, it also enters the gap between the side surface of the semiconductor chip 50 and the thermosetting resin film 21c, fills the gap, and adheres closely to the side surface of the semiconductor chip 50. Therefore, each semiconductor chip 50 is sealed with the thermoplastic resin (thermoplastic resin films 22b and 22c).

次に、加圧・加熱工程において、層間接続部40による接続について説明する。   Next, the connection by the interlayer connection part 40 in the pressurizing / heating step will be described.

上記加熱により、導電性ペースト40a中のSn(融点232℃)が溶融し、同じく導電性ペースト40a中のAg粒子に拡散して、Ag−Sn合金(融点480℃)を形成する。また、導電性ペースト40aに圧力が加えられているため、焼結により一体化した合金からなる層間接続部40(41,42)がビアホール内に形成される。この第2層間接続部42により、各半導体チップ50と放熱部材60とを熱的に接続する伝熱経路部が構成される。   By the above heating, Sn (melting point: 232 ° C.) in the conductive paste 40a is melted and diffused to Ag particles in the conductive paste 40a to form an Ag—Sn alloy (melting point: 480 ° C.). Further, since pressure is applied to the conductive paste 40a, interlayer connection portions 40 (41, 42) made of an alloy integrated by sintering are formed in the via holes. The second interlayer connection portion 42 constitutes a heat transfer path portion that thermally connects each semiconductor chip 50 and the heat dissipation member 60.

溶融したSnは、導体パターン30(横配線部32)を構成するCuとも相互拡散する。これにより、第1層間接続部41と横配線部32の界面に金属拡散層(Cu−Sn合金層)が形成される。   The melted Sn also interdiffuses with Cu forming the conductor pattern 30 (lateral wiring portion 32). Thereby, a metal diffusion layer (Cu—Sn alloy layer) is formed at the interface between the first interlayer connection portion 41 and the lateral wiring portion 32.

溶融したSnは、半導体チップ50のダミー電極51bを構成するNiとも相互拡散する。これにより、第2層間接続部42とダミー電極51bとの界面に金属拡散層(Ni−Sn合金層)が形成される。   The molten Sn also diffuses with Ni constituting the dummy electrode 51b of the semiconductor chip 50. As a result, a metal diffusion layer (Ni—Sn alloy layer) is formed at the interface between the second interlayer connection portion 42 and the dummy electrode 51b.

また、スタッドバンプ52aを構成するAuが、半導体チップ50の電極51aを構成するAlに固相拡散する。電極51aはファインピッチ対応の電極であるため、電極51aを構成するAlの量は、スタッドバンプ52aを構成するAuの量に比べて少なく、電極51aのうち、スタッドバンプ52aと対向する部位の厚み方向のAl全てがAuとの合金化に費やされて、加圧・加熱工程後では、上記部位において、Alを金属単体で含まないものとなる。また、加圧・加熱後の電極51aは、Au−Al合金として、主としてAuAl合金を含むものとなる。 Further, Au constituting the stud bump 52 a is solid-phase diffused into Al constituting the electrode 51 a of the semiconductor chip 50. Since the electrode 51a is a fine pitch compatible electrode, the amount of Al constituting the electrode 51a is smaller than the amount of Au constituting the stud bump 52a, and the thickness of the portion of the electrode 51a facing the stud bump 52a. All of the Al in the direction is consumed for alloying with Au, and after the pressurizing / heating step, Al is not contained as a single metal in the above-mentioned part. Moreover, the electrode 51a after pressurization and heating mainly contains an Au 4 Al alloy as an Au—Al alloy.

なお、加圧・加熱工程において、AuAl合金が生成する前に、成長速度の速いAuAlが生成されたとしても、圧力が印加されているため、上記したカーケンダルボイドの生成を抑制することができる。 In addition, even if Au 5 Al 2 having a high growth rate is produced before the Au 4 Al alloy is produced in the pressurizing / heating step, since the pressure is applied, the above-mentioned Kirkendall void is produced. Can be suppressed.

さらに、スタッドバンプ52aを構成するAuと導体パターン30(パッド31)を構成するCuとが相互に拡散する。これにより、スタッドバンプ由来の接続部52とパッド31との界面に、CuAu合金を含むCu―Au合金層が形成される。Cu−Au合金は、250℃程度以上の加熱があれば生成でき、上記した加圧・加熱条件によれば、CuAu合金層を形成することができる。 Further, Au constituting the stud bump 52a and Cu constituting the conductor pattern 30 (pad 31) diffuse mutually. Thereby, a Cu—Au alloy layer containing a CuAu 3 alloy is formed at the interface between the connection portion 52 derived from the stud bump and the pad 31. The Cu—Au alloy can be generated if it is heated to about 250 ° C. or more, and the CuAu 3 alloy layer can be formed according to the above-described pressurizing / heating conditions.

また、スタッドバンプ52aは、固相拡散接合に消費されたAuの残りにより、Au−Al合金からなる部位を含む電極51aと、Cuからなり、界面にCu−Au合金層を有するパッド31とを電気的に接続する接続部52となる。このように、加圧・加熱工程において、スタッドバンプ52aとパッド31との接続状態を、直接的な接合状態とする。   In addition, the stud bump 52a includes an electrode 51a including a portion made of an Au—Al alloy and a pad 31 made of Cu and having a Cu—Au alloy layer at the interface due to the remainder of Au consumed in the solid phase diffusion bonding. It becomes the connection part 52 connected electrically. Thus, in the pressurizing / heating process, the connection state between the stud bump 52a and the pad 31 is set to a direct bonding state.

以上により、図6に示すように、絶縁基材20に半導体チップ50が内蔵され、半導体チップ50が熱可塑性樹脂によって封止され、半導体チップ50と外部接続用電極33とが配線部によって電気的に接続され、半導体チップ50と放熱部材60とが伝熱経路部(第2層間接続部42)によって熱的に接続された配線基板を得ることができる。   As described above, as shown in FIG. 6, the semiconductor chip 50 is built in the insulating base material 20, the semiconductor chip 50 is sealed with the thermoplastic resin, and the semiconductor chip 50 and the external connection electrode 33 are electrically connected by the wiring portion. Thus, it is possible to obtain a wiring substrate in which the semiconductor chip 50 and the heat dissipation member 60 are thermally connected by the heat transfer path portion (second interlayer connection portion 42).

次に、加圧・加熱工程を経て得られた、複数の半導体チップ50が埋設された配線基板をダイシングし、個々の半導体装置10に分離するダイシング工程を実施する。このダイシング工程では、各半導体装置10が1つの半導体チップ50を含むように、図6に破線で示すダイシングライン101に沿って、シリコン系材料からなる放熱部材60及び絶縁基材20をダイシングし、図7に示すように、各半導体チップ50ごとに個片化した配線基板とする。   Next, a dicing process is performed in which the wiring substrate in which the plurality of semiconductor chips 50 are embedded, which is obtained through the pressurizing / heating process, is diced and separated into individual semiconductor devices 10. In this dicing process, the heat radiating member 60 and the insulating base material 20 made of a silicon-based material are diced along a dicing line 101 shown by a broken line in FIG. 6 so that each semiconductor device 10 includes one semiconductor chip 50. As shown in FIG. 7, the wiring substrate is divided into pieces for each semiconductor chip 50.

そして、本実施形態では、ダイシング後の個片化した配線基板について、絶縁基材20の一面20a側から外部接続用電極33を底面とする孔を形成し、孔内にメッキ膜などの導電部材を配置したあと、導電部材上にはんだボール70を形成する。以上により、図1に示す半導体装置10を得ることができる。   And in this embodiment, about the wiring board separated into pieces after dicing, the hole which uses the electrode 33 for external connection as a bottom face from the one surface 20a side of the insulating base material 20 is formed, and conductive members, such as a plating film, in the hole Then, solder balls 70 are formed on the conductive member. Thus, the semiconductor device 10 shown in FIG. 1 can be obtained.

次に、上記実施形態に示した半導体装置10及びその製造方法における特徴部分の効果について説明する。先ず主たる特徴部分の効果について説明する。   Next, effects of characteristic portions in the semiconductor device 10 and the manufacturing method thereof shown in the above embodiment will be described. First, the effects of the main features will be described.

本実施形態では、半導体装置10を形成するに当たり、熱可塑性樹脂フィルム22a〜22cが、少なくとも1枚おきに位置しつつ、半導体チップ50のフリップチップ実装面、フリップチップ実装面と反対の面、及び放熱部材60における半導体チップ50との対向面に隣接するように、半導体チップ50の電極51a形成面及び該電極形成面の裏面に隣接するように、複数枚の樹脂フィルム21a〜21c,22a〜22cを積層して積層体とする。   In the present embodiment, when the semiconductor device 10 is formed, the thermoplastic resin films 22a to 22c are positioned at least every other piece, and the flip chip mounting surface of the semiconductor chip 50, the surface opposite to the flip chip mounting surface, and A plurality of resin films 21 a to 21 c and 22 a to 22 c are adjacent to the surface of the heat dissipation member 60 facing the semiconductor chip 50 so as to be adjacent to the electrode 51 a formation surface of the semiconductor chip 50 and the back surface of the electrode formation surface. Are laminated to form a laminate.

したがって、加圧・加熱により、熱可塑性樹脂フィルム22a〜22cを構成する熱可塑性樹脂を接着材として、複数枚の樹脂フィルム21a〜21c,22a〜22cを一括で一体化し、絶縁基材20とすることができる。また、少なくとも半導体チップ50に隣接する熱可塑性樹脂フィルム22b,22cによって半導体チップ50を封止することができる。また、熱可塑性樹脂フィルム22cを接着剤として、放熱部材60を絶縁基材20と一体化することができる。さらには、上記加圧・加熱により、導電性ペースト40a中の導電性粒子を焼結体とし、導体パターン30とともに配線部を形成するとともに、半導体チップ50と放熱部材60とを熱的に接続する伝熱経路部を形成することができる。そして、複数の半導体チップ50を一括封止した後、ダイシングすることで、個々の半導体装置10を得ることができる。   Therefore, by applying pressure and heating, the plurality of resin films 21a to 21c and 22a to 22c are integrated together to form the insulating base material 20 by using the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin films 22a to 22c as an adhesive. be able to. In addition, the semiconductor chip 50 can be sealed by at least the thermoplastic resin films 22b and 22c adjacent to the semiconductor chip 50. Moreover, the heat radiating member 60 can be integrated with the insulating base material 20 by using the thermoplastic resin film 22c as an adhesive. Furthermore, the conductive particles in the conductive paste 40a are made into a sintered body by the pressurization and heating, and a wiring portion is formed together with the conductor pattern 30, and the semiconductor chip 50 and the heat dissipation member 60 are thermally connected. A heat transfer path portion can be formed. And after sealing the several semiconductor chip 50 collectively, it can dice and can obtain each semiconductor device 10. FIG.

このように本実施形態によれば、配線基板に半導体チップ50がフリップチップ実装され、半導体チップ50が樹脂封止され、半導体チップ50におけるフリップチップ実装面と反対の面に、シリコン系材料からなる放熱部材60が熱的に接続された半導体装置10を、従来のように一括封止後の研削工程を経ることなく、形成することができる。したがって、製造工程を簡素化することができる。   As described above, according to this embodiment, the semiconductor chip 50 is flip-chip mounted on the wiring substrate, the semiconductor chip 50 is resin-sealed, and the surface of the semiconductor chip 50 opposite to the flip chip mounting surface is made of a silicon-based material. The semiconductor device 10 to which the heat dissipating member 60 is thermally connected can be formed without going through a grinding step after collective sealing as in the prior art. Therefore, the manufacturing process can be simplified.

また、シリコン系材料からなる放熱部材60を採用しているので、MAP法を適用し、放熱部材60ごとダイシングしても、金属材料からなる放熱部材に比べて、放熱部材に生じるバリを抑制することができる。   Moreover, since the heat dissipation member 60 made of a silicon-based material is adopted, even if the MAP method is applied and the heat dissipation member 60 is diced together, burrs generated in the heat dissipation member are suppressed compared to the heat dissipation member made of a metal material. be able to.

また、本実施形態では、複数個の半導体チップ50それぞれに対応して形成された複数個の空洞部23(孔部)を有する熱硬化性樹脂フィルム21c(樹脂フィルム)を準備しておき、積層工程において、該樹脂フィルム21cの各空洞部23に半導体チップ50をそれぞれ配置させる。このため、シリコン系材料からなる放熱部材60は、半導体チップ50の配置部位だけでなく、放熱部材60を除く積層体の部分全体で支持される。したがって、シリコン系材料からなる放熱部材60を加圧しながらも、放熱部材60を破損させずに、加圧・加熱することができる。   In the present embodiment, a thermosetting resin film 21c (resin film) having a plurality of cavities 23 (holes) formed corresponding to each of the plurality of semiconductor chips 50 is prepared and laminated. In the process, the semiconductor chip 50 is disposed in each cavity 23 of the resin film 21c. For this reason, the heat radiating member 60 made of a silicon-based material is supported not only on the portion where the semiconductor chip 50 is disposed but also on the entire portion of the stacked body excluding the heat radiating member 60. Therefore, it is possible to pressurize and heat without damaging the heat radiating member 60 while pressurizing the heat radiating member 60 made of a silicon-based material.

また、本実施形態では、加圧・加熱工程において、放熱部材60を支持する樹脂フィルムのうち、熱可塑性樹脂フィルム22a〜22cの熱可塑性樹脂が軟化する。したがって、複数の半導体チップ50における厚さばらつき、各フリップチップ実装部分の高さばらつきなどにより、積層体の一方の表面をなす熱硬化性樹脂フィルム21aの裏面を基準面として放熱部材60が傾いて配置されても、加圧・加熱工程において、放熱部材60の傾きを抑制する(距離ばらつきを抑制する)ように、軟化した熱可塑性樹脂が流動する。このように基準面に対して放熱部材60が平行となるように位置が修正されるため、真空熱プレス機のプレス部材が放熱部材60面内で偏って当たるのを抑制し、ひいては放熱部材60面内での応力のばらつきを低減することができる。したがって、これによっても、シリコン系材料からなる放熱部材60を破損させずに、加圧・加熱することができる。   In the present embodiment, the thermoplastic resin of the thermoplastic resin films 22a to 22c is softened among the resin films that support the heat dissipation member 60 in the pressurizing / heating step. Therefore, the heat radiation member 60 is inclined with the back surface of the thermosetting resin film 21a forming one surface of the laminate as a reference surface due to thickness variations in the plurality of semiconductor chips 50, height variations of the flip chip mounting portions, and the like. Even if it arrange | positions, in the pressurization and a heating process, the softened thermoplastic resin flows so that the inclination of the thermal radiation member 60 may be suppressed (distance dispersion | variation is suppressed). Thus, since the position is corrected so that the heat radiating member 60 is parallel to the reference surface, the pressing member of the vacuum heat press machine is prevented from being biased in the surface of the heat radiating member 60, and thus the heat radiating member 60. In-plane stress variation can be reduced. Therefore, it is possible to pressurize and heat the heat radiating member 60 made of a silicon-based material without damaging it.

以上より、本実施形態に係る製造方法によれば、配線基板に半導体チップ50がフリップチップ実装され、半導体チップ50が樹脂封止され、半導体チップ50におけるフリップチップ実装面と反対の面に、シリコン系材料からなる放熱部材60が熱的に接続された半導体装置10を、放熱部材60の破損を抑制しつつ簡素な製造工程で提供することができる。   As described above, according to the manufacturing method according to the present embodiment, the semiconductor chip 50 is flip-chip mounted on the wiring substrate, the semiconductor chip 50 is resin-sealed, and the silicon chip 50 is formed on the surface opposite to the flip chip mounting surface. The semiconductor device 10 to which the heat radiating member 60 made of a system material is thermally connected can be provided by a simple manufacturing process while suppressing damage to the heat radiating member 60.

特に本実施形態では、各半導体チップ50におけるフリップチップ実装面の反対面と放熱部材60との間に、各半導体チップ50に対応してビアホールが形成されるとともに、該ビアホール内に導電性ペースト40aが充填された1枚の熱可塑性樹脂フィルム22cのみを介在させて、積層体を形成する。したがって、半導体装置10において、半導体チップ50と放熱部材60とを熱的に接続する伝熱経路部が、熱可塑性樹脂フィルム22cの導電性ペースト40a由来の第2層間接続部42のみ、すなわち積層方向において1層分の第2層間接続部42のみ、により構成される。これにより、伝熱経路部を介した、半導体チップ50から放熱部材60への放熱性を向上することができる。   In particular, in the present embodiment, via holes are formed corresponding to each semiconductor chip 50 between the opposite surface of the flip chip mounting surface of each semiconductor chip 50 and the heat radiating member 60, and the conductive paste 40a is formed in the via hole. Only one thermoplastic resin film 22c filled with is interposed to form a laminate. Therefore, in the semiconductor device 10, the heat transfer path portion that thermally connects the semiconductor chip 50 and the heat dissipation member 60 is only the second interlayer connection portion 42 derived from the conductive paste 40 a of the thermoplastic resin film 22 c, that is, the stacking direction. The second layer connection portion 42 for only one layer is configured. Thereby, the heat dissipation from the semiconductor chip 50 to the heat dissipation member 60 via the heat transfer path part can be improved.

次に、その他の特徴部分の効果について説明する。   Next, effects of other characteristic portions will be described.

本実施形態では、積層体を形成する積層工程の前に、半導体チップ50と、基板(熱硬化性樹脂フィルム21b)との間に熱可塑性樹脂フィルム22bを配置し、熱可塑性樹脂の融点以上の温度で加熱しつつ加圧する。したがって、温度を熱可塑性樹脂の融点以上まで上げている間は、熱可塑性樹脂に流動性を持たせることができ、加圧によりスタッドバンプ52aとパッド31との間に位置する熱可塑性樹脂を移動させ、スタッドバンプ52aをパッド31に直接接触させて、スタッドバンプ52aとパッド31とを圧接状態とすることができる。   In the present embodiment, the thermoplastic resin film 22b is disposed between the semiconductor chip 50 and the substrate (thermosetting resin film 21b) before the lamination step for forming the laminate, and the melting point of the thermoplastic resin or higher is reached. Pressurize while heating at temperature. Therefore, while the temperature is raised to the melting point or higher of the thermoplastic resin, the thermoplastic resin can be made fluid, and the thermoplastic resin located between the stud bump 52a and the pad 31 is moved by pressurization. Thus, the stud bump 52a can be brought into direct contact with the pad 31 to bring the stud bump 52a and the pad 31 into a pressure contact state.

このとき、溶融した熱可塑性樹脂が圧力を受けて流動し、スタッドバンプ52aとパッド31の接続部の周囲を含んで、半導体チップ50と基板(熱硬化性樹脂フィルム21b)の間を封止する。したがって、各接続部間での電気的な絶縁性を確保することができる。また、接続部における接続信頼性を向上することができる。   At this time, the molten thermoplastic resin flows under pressure and seals between the semiconductor chip 50 and the substrate (thermosetting resin film 21b) including the periphery of the connection portion between the stud bump 52a and the pad 31. . Therefore, electrical insulation between each connection part can be ensured. Moreover, the connection reliability in a connection part can be improved.

また、スタッドバンプ52aとパッド31とが圧接状態となった時点でフリップチップ実装工程を終了し、加圧・加熱工程で受ける加圧・加熱により、スタッドバンプ52aとパッド31とを接合状態とする。このように、加圧・加熱工程の熱と圧力を利用することで、スタッドバンプ52a(接続部52)とパッド31とを接合状態とするので、圧接状態に比べて、半導体チップ50の電極51aとパッド31との電気的な接続信頼性を向上することができる。   Further, when the stud bump 52a and the pad 31 are brought into the pressure contact state, the flip chip mounting process is finished, and the stud bump 52a and the pad 31 are brought into a joined state by the pressurization / heating received in the pressurization / heating process. . In this manner, the stud bump 52a (connection portion 52) and the pad 31 are brought into a joined state by utilizing the heat and pressure of the pressurizing / heating process, and therefore, the electrode 51a of the semiconductor chip 50 is compared with the pressed state. The reliability of electrical connection between the pad 31 and the pad 31 can be improved.

また、フリップチップ実装工程では、スタッドバンプ52aとパッド31とを圧接状態としておき、加圧・加熱工程の熱と圧力を利用することで、スタッドバンプ52aとパッド31とを接合状態とする。したがって、フリップチップ実装工程において、スタッドバンプ52aとパッド31とを接合状態とし、その後、加圧・加熱工程を実施する方法に比べて、製造時間を短縮することができる。   Further, in the flip chip mounting process, the stud bump 52a and the pad 31 are brought into a pressure contact state, and the stud bump 52a and the pad 31 are brought into a joined state by utilizing heat and pressure in the pressurizing / heating process. Therefore, in the flip chip mounting process, the manufacturing time can be shortened as compared with a method in which the stud bump 52a and the pad 31 are brought into a bonded state and then the pressurizing / heating process is performed.

なお、積層工程の前にスタッドバンプ52aをパッド31に接触させず、加圧・加熱工程にて、スタッドバンプ52aをパッド31に接触させ、且つ、接合状態となるようにすると、軟化した熱可塑性樹脂の緩衝効果により、スタッドバンプ52aが第2フィルムとしての熱可塑性樹脂フィルム22bに押し込まれにくくなる。その結果、スタッドバンプ52aとパッド31との間に熱可塑性樹脂が残ってしまうことも考えられる。   If the stud bump 52a is not brought into contact with the pad 31 before the lamination process, and the stud bump 52a is brought into contact with the pad 31 and brought into a joined state in the pressurizing / heating process, the softened thermoplasticity is obtained. Due to the buffering effect of the resin, the stud bump 52a is less likely to be pushed into the thermoplastic resin film 22b as the second film. As a result, the thermoplastic resin may remain between the stud bump 52a and the pad 31.

これに対し、本実施形態では、積層工程の前に、スタッドバンプ52aとパッド31とを圧接状態としておくので、加圧・加熱工程の加圧・加熱により、スタッドバンプ52aとパッド31とを確実に接合状態とすることができる。   On the other hand, in the present embodiment, the stud bump 52a and the pad 31 are brought into a pressure contact state before the stacking step. It can be set as a joining state.

以上より、本実施形態の製造方法によれば、半導体装置10の製造工程を簡素化するとともに、製造時間(サイクルタイム)を短縮することができる。   As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, the manufacturing process of the semiconductor device 10 can be simplified and the manufacturing time (cycle time) can be shortened.

また、本実施形態では、熱硬化性樹脂フィルム21a,21bのみに導体パターン30を形成し、熱可塑性樹脂フィルム22a〜22cには導体パターン30を形成しない。したがって、加圧・加熱工程などで熱可塑性樹脂が軟化し、圧力を受けて流動しても、導体パターン30は熱硬化性樹脂フィルム21a,21bに固定されているため、導体パターン30の位置ズレを抑制することができる。このため、ファインピッチ対応の半導体チップ50を内蔵する半導体装置10に好適である。   In the present embodiment, the conductor pattern 30 is formed only on the thermosetting resin films 21a and 21b, and the conductor pattern 30 is not formed on the thermoplastic resin films 22a to 22c. Therefore, even if the thermoplastic resin is softened during the pressurizing / heating process and flows due to pressure, the conductor pattern 30 is fixed to the thermosetting resin films 21a and 21b. Can be suppressed. For this reason, it is suitable for the semiconductor device 10 incorporating the semiconductor chip 50 corresponding to the fine pitch.

また、本実施形態では、加圧・加熱工程において、スタッドバンプ52aを構成するAuが、スタッドバンプ52aの一端側に接する電極51aのAlに固相拡散するとともに、スタッドバンプ52aの他端側に接するパッド31のCuと固相拡散する。したがって、スタッドバンプ52a(接続部52)を介した電極51aとパッド31との電気的な接続信頼性をより向上できるとともに、Au−Al合金とCu−Au合金を同一の工程で形成することで製造工程を簡素化することもできる。   In the present embodiment, in the pressurizing / heating process, Au constituting the stud bump 52a is solid-phase diffused in the Al of the electrode 51a in contact with one end side of the stud bump 52a, and on the other end side of the stud bump 52a. Solid phase diffusion with Cu of the pad 31 in contact therewith. Therefore, the electrical connection reliability between the electrode 51a and the pad 31 through the stud bump 52a (connection portion 52) can be further improved, and the Au—Al alloy and the Cu—Au alloy are formed in the same process. The manufacturing process can also be simplified.

ところで、両面に電極51を有する半導体チップ50において、両面に設けられた電極51をともに固相拡散接合すると、加圧・加熱工程の間中、半導体チップ50の両面側に固体が接しているので、半導体チップ50に印加される圧力(プレス圧)が高くなる。これに対し、本実施形態では、半導体チップ50の一面側では、Auの固相拡散により、電極51aとパッド31とを電気的に接続し、一方、半導体チップ50の反対の面側では、溶融したSnの液相拡散により、ダミー電極51bと接続する。したがって、液相側で半導体チップ50に印加される圧力を緩衝することができる。このため、一方をスタッドバンプ52aを用いた固相拡散としてファインピッチ対応しながらも、加圧・加熱工程で半導体チップ50に印加される圧力を低減して、半導体チップ50の信頼性を高めることができる。   By the way, in the semiconductor chip 50 having the electrodes 51 on both sides, when the electrodes 51 provided on both sides are solid-phase diffusion bonded together, the solid is in contact with both sides of the semiconductor chip 50 during the pressurizing / heating process. The pressure (pressing pressure) applied to the semiconductor chip 50 increases. On the other hand, in the present embodiment, the electrode 51a and the pad 31 are electrically connected to each other by the solid phase diffusion of Au on one surface side of the semiconductor chip 50, while the melt is generated on the opposite surface side of the semiconductor chip 50. The dummy electrode 51b is connected by the liquid phase diffusion of Sn. Therefore, the pressure applied to the semiconductor chip 50 on the liquid phase side can be buffered. For this reason, the pressure applied to the semiconductor chip 50 in the pressurizing / heating process is reduced and the reliability of the semiconductor chip 50 is improved while the fine pitch is handled as a solid phase diffusion using the stud bump 52a and one of them is applied. Can do.

また、本実施形態では、熱可塑性樹脂フィルム22b,22cとして、ガラス繊維などの無機材料や、無機フィラーを含まない樹脂フィルムを採用するため、これによっても、加圧・加熱工程で半導体チップ50に印加される圧力を低減することができる。   Moreover, in this embodiment, since the thermoplastic resin films 22b and 22c employ an inorganic material such as glass fiber or a resin film that does not contain an inorganic filler, this also applies to the semiconductor chip 50 in the pressurizing / heating process. The applied pressure can be reduced.

また、本実施形態では、加圧・加熱工程において、スタッドバンプ52aからのAuの固相拡散により、電極51aのうち、スタッドバンプ52aの直下部位を、金属単体としてのAlが存在しない、Au−Al合金からなるものとする。これにより、Auからなる接続部52に接する電極51aの部位は全て合金化しているため、高温の使用環境においても、接続部52からのAuの拡散によるカーケンダルボイドの発生を抑制することができる。   In the present embodiment, in the pressurization / heating step, due to the solid phase diffusion of Au from the stud bump 52a, the portion immediately below the stud bump 52a in the electrode 51a is free of Al as a single metal, Au- It shall consist of Al alloy. As a result, since all the portions of the electrode 51a in contact with the connection portion 52 made of Au are alloyed, generation of Kirkendall void due to diffusion of Au from the connection portion 52 can be suppressed even in a high temperature use environment. .

(第2実施形態)
第1実施形態では、半導体チップ50を、基板としての熱硬化性樹脂フィルム21bにフリップチップ実装する際に、スタッドバンプ52aを、熱硬化性樹脂フィルム21bのパッド形成面上に貼り付けた熱可塑性樹脂フィルム22bに押し込んで、パッド31との圧接状態を確保する例を示した。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, when the semiconductor chip 50 is flip-chip mounted on the thermosetting resin film 21b as a substrate, the stud bump 52a is affixed on the pad forming surface of the thermosetting resin film 21b. An example is shown in which the pressure contact state with the pad 31 is ensured by pressing into the resin film 22b.

これに対し、本実施形態では、図8(a),(b)に示すように、熱硬化性樹脂フィルム21bのパッド形成面に、パッド31に対応する位置に貫通孔25が設けられた熱可塑性樹脂フィルム22bを、貫通孔25がパッド31を覆うように貼り付けておく点を特徴とする。   On the other hand, in this embodiment, as shown in FIGS. 8A and 8B, heat is provided in which a through hole 25 is provided at a position corresponding to the pad 31 on the pad forming surface of the thermosetting resin film 21 b. It is characterized in that the plastic resin film 22b is pasted so that the through hole 25 covers the pad 31.

図8(a),(b)に示す例では、各パッド31ごとに貫通孔25を設けている。これによれば、スタッドバンプ52aとパッド31との各接続部の間に、熱可塑性樹脂フィルム22bが位置するため、フリップチップ実装工程において、軟化した熱可塑性樹脂が接続部を覆いやすい。すなわち、貫通孔25を設けながらも、各接続部間での電気的な絶縁性を確保しやすく、接続部における接続信頼性を向上しやすい。   In the example shown in FIGS. 8A and 8B, a through hole 25 is provided for each pad 31. According to this, since the thermoplastic resin film 22b is positioned between each connection portion between the stud bump 52a and the pad 31, the softened thermoplastic resin easily covers the connection portion in the flip chip mounting process. That is, while providing the through-hole 25, it is easy to ensure electrical insulation between the connection portions, and the connection reliability at the connection portions is easily improved.

なお、半導体チップ50の電極51aがファインピッチの場合、パッド31もファインピッチとなる。したがって、パッド31(例えば直径30μm)よりも小さい貫通孔25を形成することは困難である。しかしながら、層間接続部40を形成するためのビアホール(貫通孔)とは異なり、貫通孔25には、導電性ペースト40aが充填されず、また、半導体チップ50の電極51aとパッド31とを電気的に接続する接続部52の体格を規定するものでもない。したがって、貫通孔25については、パッド31より大きくしても良いため、ビアホールよりも貫通孔形成の自由度が高く、パッド31ごとに設けることができる。   When the electrodes 51a of the semiconductor chip 50 have a fine pitch, the pads 31 also have a fine pitch. Therefore, it is difficult to form the through hole 25 smaller than the pad 31 (for example, 30 μm in diameter). However, unlike the via hole (through hole) for forming the interlayer connection portion 40, the through hole 25 is not filled with the conductive paste 40a, and the electrode 51a and the pad 31 of the semiconductor chip 50 are electrically connected. It does not prescribe the physique of the connecting portion 52 connected to the. Therefore, since the through hole 25 may be larger than the pad 31, the degree of freedom of forming the through hole is higher than that of the via hole, and can be provided for each pad 31.

そして、熱可塑性樹脂フィルム22bを構成する熱可塑性樹脂のガラス転移点(換言すれば、熱可塑性樹脂が軟化する軟化点)以上の温度で加熱しつつ加圧して、半導体チップ50を熱硬化性樹脂フィルム21bにフリップチップ実装する。これにより、半導体チップ50のスタッドバンプ52aを、貫通孔25を通じて対応するパッド31に圧接させるとともに、軟化した熱可塑性樹脂にて半導体チップ50と熱硬化性樹脂フィルム21bとの間を封止する。   And it heats and pressurizes at the temperature more than the glass transition point of the thermoplastic resin which comprises the thermoplastic resin film 22b (in other words, the softening point which a thermoplastic resin softens), and the semiconductor chip 50 is thermosetting resin. Flip chip mounting is performed on the film 21b. Thereby, the stud bumps 52a of the semiconductor chip 50 are pressed against the corresponding pads 31 through the through holes 25, and the space between the semiconductor chip 50 and the thermosetting resin film 21b is sealed with a softened thermoplastic resin.

このような方法を用いても、第1実施形態に示した製造方法と同様の効果を奏することができる。   Even if such a method is used, the same effect as the manufacturing method shown in the first embodiment can be obtained.

また、本実施形態に示す製造方法によれば、スタッドバンプ52aとパッド31との圧接状態を形成するに当たり、熱可塑性樹脂フィルム22bを溶融させなくとも良い。熱可塑性樹脂フィルム22bを構成する熱可塑性樹脂のガラス転移点以上の温度で加熱しつつ加圧することで、軟化した熱可塑性樹脂にて半導体チップ50と熱硬化性樹脂フィルム21bとの間を封止できれば良い。換言すれば、半導体チップ50を熱可塑性樹脂フィルム22bに熱圧着できれば良い。熱可塑性樹脂フィルム22bには、フリップチップ実装前に予め貫通孔25を設けるため、第1実施形態に示す方法に比べて、圧接状態を容易に形成することができる。   Further, according to the manufacturing method shown in the present embodiment, the thermoplastic resin film 22b need not be melted in forming the pressure contact state between the stud bump 52a and the pad 31. The gap between the semiconductor chip 50 and the thermosetting resin film 21b is sealed with a softened thermoplastic resin by applying pressure while heating at a temperature equal to or higher than the glass transition point of the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin film 22b. I can do it. In other words, it is only necessary that the semiconductor chip 50 can be thermocompression bonded to the thermoplastic resin film 22b. Since the through hole 25 is provided in advance in the thermoplastic resin film 22b before flip chip mounting, a press-contact state can be easily formed as compared with the method shown in the first embodiment.

したがって、熱量が同じであれば、第1実施形態に示す方法よりも短時間で、スタッドバンプ52aとパッド31との圧接状態及び熱可塑性樹脂フィルム22bによる封止構造を形成することができる。すなわち、フリップチップ実装工程での加熱・加圧時間、ひいては半導体装置10の製造時間をより短縮することができる。   Therefore, if the amount of heat is the same, it is possible to form the pressure contact state between the stud bump 52a and the pad 31 and the sealing structure by the thermoplastic resin film 22b in a shorter time than the method shown in the first embodiment. That is, the heating / pressurizing time in the flip chip mounting process, and hence the manufacturing time of the semiconductor device 10 can be further shortened.

また、加熱・加圧時間及び加圧条件が同じなら、第1実施形態に示す方法よりも少ない熱量をもって、スタッドバンプ52aとパッド31との圧接状態を確保することができる。   Further, if the heating / pressurizing time and the pressurizing condition are the same, it is possible to ensure the press contact state between the stud bump 52a and the pad 31 with a smaller amount of heat than the method shown in the first embodiment.

なお、貫通孔25は、熱可塑性樹脂フィルム22bを、熱硬化性樹脂フィルム21bに貼り付ける前に形成しても良いし、貼り付けた後に形成しても良い。本実施形態では、貼り付けた後、熱可塑性樹脂フィルム22bにおけるパッド31に対応する位置に、炭酸ガスレーザなどにより貫通孔25を形成する。このような方法を採用すると、位置精度よく貫通孔25を形成することができる。   The through-hole 25 may be formed before the thermoplastic resin film 22b is attached to the thermosetting resin film 21b, or may be formed after the attachment. In the present embodiment, after pasting, the through hole 25 is formed by a carbon dioxide laser or the like at a position corresponding to the pad 31 in the thermoplastic resin film 22b. When such a method is employed, the through hole 25 can be formed with high positional accuracy.

一方、貼り付ける前にレーザ光の照射などにより貫通孔25を形成する場合、熱可塑性樹脂フィルム22bを貼り付ける際に、該樹脂フィルム22bにおける貫通孔25の形成位置とは異なる位置を加熱しつつ加圧して貼り付けると良い。貫通孔25の形成位置とは異なる位置を加熱・加圧して貼り付けるため、貫通孔25の潰れ(閉塞)を防ぐことができる。したがって、半導体チップ50を基板に実装する際に、短時間でスタッドバンプ52aとパッド31とを圧接状態とすることができる。   On the other hand, when the through hole 25 is formed by laser beam irradiation or the like before being attached, when the thermoplastic resin film 22b is attached, a position different from the formation position of the through hole 25 in the resin film 22b is heated. It is good to apply pressure. Since a position different from the formation position of the through hole 25 is applied by heating and pressing, the through hole 25 can be prevented from being crushed (blocked). Therefore, when the semiconductor chip 50 is mounted on the substrate, the stud bump 52a and the pad 31 can be brought into a pressure contact state in a short time.

本実施形態では、パッド31ごとに貫通孔25を設ける例を示したが、複数のパッド31ごとに貫通孔25を1つ設けても良い。例えば図9(a),(b)に示す例では、複数のパッド31が、1辺9個で一列の矩形環状に配置されており、貫通孔25は、各辺ごと、つまり9個のパッド31に対して1つの貫通孔25が設けられている。すなわち、垂直方向のうちの一方向に長い貫通孔25となっている。   In the present embodiment, an example in which the through hole 25 is provided for each pad 31 has been described, but one through hole 25 may be provided for each of the plurality of pads 31. For example, in the example shown in FIGS. 9A and 9B, the plurality of pads 31 are arranged in a rectangular ring with one side having nine sides, and the through holes 25 are provided for each side, that is, nine pads. One through hole 25 is provided for 31. That is, the through hole 25 is long in one of the vertical directions.

これによれば、図8(a),(b)に示した1つのパッド31ごとに1つの貫通孔25を設ける構成に比べて、パッド31間の間隔(ピッチ)によらず、貫通孔25を形成することができる。すなわち、貫通孔25の形成自由度が高く、ファインピッチに適している。   According to this, compared to the configuration in which one through hole 25 is provided for each pad 31 shown in FIGS. 8A and 8B, the through hole 25 is independent of the interval (pitch) between the pads 31. Can be formed. That is, the degree of freedom of formation of the through holes 25 is high and suitable for fine pitch.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

絶縁基材20を構成する複数枚の樹脂フィルムの構成は、上記例に限定されるものではない。樹脂フィルムの枚数は上記例(6枚)に限定されるものではない。半導体チップ50を内蔵できる枚数であれば良い。   The structure of the several resin film which comprises the insulating base material 20 is not limited to the said example. The number of resin films is not limited to the above example (six). Any number of semiconductor chips 50 can be used.

熱可塑性樹脂フィルムの構成材料も上記例に限定されない。例えば、PEEK/PEIからなるものであっても、上記例とは比率の異なるものを採用しても良い。また、PEEK/PEI以外の構成材料、例えば液晶ポリマー(LCP)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)などを採用しても良い。   The constituent material of the thermoplastic resin film is not limited to the above example. For example, even if it consists of PEEK / PEI, you may employ | adopt the thing from which a ratio differs from the said example. In addition, constituent materials other than PEEK / PEI, such as liquid crystal polymer (LCP), polyphenylene sulfide (PPS), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) ) Etc. may be adopted.

加圧・加熱工程での半導体チップ50への局所的な応力印加を抑制すべく、熱可塑性樹脂フィルム22a〜22cとして、ガラス繊維、アラミド繊維などの基材に用いられる無機材料、融点や線膨張係数の調整のために添加される無機フィラーを有さないフィルムを用いる例を示したが、これらを含む熱可塑性樹脂フィルム22a〜22cを採用することもできる。しかしながら、上記したように、半導体チップ50を封止するのに用いる熱可塑性樹脂フィルム(本実施形態では2枚の熱可塑性樹脂フィルム22b,22c)については、半導体チップ50への局所的な応力印加を抑制するために、ガラス繊維、アラミド繊維などの基材に用いられる無機材料、融点や線膨張係数の調整のために添加される無機フィラーを有さないフィルムを用いることが好ましい。   In order to suppress local stress application to the semiconductor chip 50 in the pressurizing / heating process, as the thermoplastic resin films 22a to 22c, inorganic materials used for base materials such as glass fibers and aramid fibers, melting points and linear expansions. Although the example using the film which does not have the inorganic filler added for adjustment of a coefficient was shown, thermoplastic resin films 22a-22c containing these can also be adopted. However, as described above, with respect to the thermoplastic resin film (two thermoplastic resin films 22b and 22c in this embodiment) used for sealing the semiconductor chip 50, local stress application to the semiconductor chip 50 is performed. In order to suppress this, it is preferable to use an inorganic material used for a substrate such as glass fiber or aramid fiber, or a film having no inorganic filler added for adjusting the melting point or the linear expansion coefficient.

熱硬化性樹脂フィルムの構成材料も上記例に限定されない。例えば、ガラス繊維、アラミド繊維などの基材に用いられる無機材料を含むフィルムを採用することもできる。また、熱硬化性ポリイミド以外の熱硬化性樹脂を採用することもできる。   The constituent material of the thermosetting resin film is not limited to the above example. For example, a film containing an inorganic material used for a substrate such as glass fiber or aramid fiber can also be employed. Also, a thermosetting resin other than the thermosetting polyimide can be employed.

また、複数枚の樹脂フィルムとして、熱硬化性樹脂フィルムを含まず、熱可塑性樹脂フィルムのみを含む構成としても良い。また、熱硬化性樹脂フィルムよりも熱可塑性樹脂フィルムの枚数が多く、積層状態で一部、熱可塑性樹脂フィルムが連続する構成としても良い。   Moreover, it is good also as a structure which does not contain a thermosetting resin film but contains only a thermoplastic resin film as a several resin film. Alternatively, the number of thermoplastic resin films may be larger than that of the thermosetting resin film, and the thermoplastic resin film may be partially continuous in the laminated state.

本実施形態では、半導体チップ50がフリップチップ実装される基板として、第1フィルムとしての熱硬化性樹脂フィルム21bの例を示した。しかしながら、第1フィルムとして熱可塑性樹脂フィルムを採用しても良い。また、第1フィルムを含む、複数枚の樹脂フィルムを用いて基板を構成しても良い。   In this embodiment, the example of the thermosetting resin film 21b as a 1st film was shown as a board | substrate with which the semiconductor chip 50 is flip-chip mounted. However, a thermoplastic resin film may be employed as the first film. Moreover, you may comprise a board | substrate using the several resin film containing a 1st film.

本実施形態では、半導体チップ50の電極51aにスタッドバンプ52aが設けられ、スタッドバンプ52a由来の接続部52により、電極51aと対応するパッド31が電気的に接続される、すなわち半導体チップ50が基板(熱硬化性樹脂フィルム21b)にフリップチップ実装される例を示した。しかしながら、半導体チップ50が基板(熱硬化性樹脂フィルム21b)にフリップチップ実装される構成としては、上記スタッドバンプ52aに限定されるものではない。   In the present embodiment, stud bumps 52a are provided on the electrodes 51a of the semiconductor chip 50, and the pads 31 corresponding to the electrodes 51a are electrically connected by the connection portions 52 derived from the stud bumps 52a. That is, the semiconductor chip 50 is a substrate. An example of flip chip mounting on the (thermosetting resin film 21b) is shown. However, the configuration in which the semiconductor chip 50 is flip-chip mounted on the substrate (thermosetting resin film 21b) is not limited to the stud bump 52a.

また、樹脂フィルムの厚さや、導体パターン30の厚さも上記例に限定されるものではない。ただし、積層方向において、半導体チップ50に隣接し、半導体チップ50を封止する熱可塑性樹脂フィルム22b,22cについては、上記したように、厚さが5μm以上のものを採用することが好ましい。   Further, the thickness of the resin film and the thickness of the conductor pattern 30 are not limited to the above examples. However, as described above, the thermoplastic resin films 22b and 22c that are adjacent to the semiconductor chip 50 and seal the semiconductor chip 50 in the stacking direction preferably have a thickness of 5 μm or more.

また、絶縁基材20に構成される配線部、伝熱経路部は上記例に限定されるものではない。   Moreover, the wiring part and heat-transfer path | route part comprised in the insulating base material 20 are not limited to the said example.

本実施形態では、放熱性を向上するために、半導体チップ50にダミー電極51bを設け、ダミー電極51bに伝熱経路部としての第2層間接続部42を接続する例を示した。しかしながら、ダミー電極51bを有さず、半導体チップ50の表面に第2層間接続部42が接する構成としても良い。   In the present embodiment, in order to improve heat dissipation, an example in which the dummy electrode 51b is provided on the semiconductor chip 50 and the second interlayer connection portion 42 as the heat transfer path portion is connected to the dummy electrode 51b is shown. However, the second interlayer connection portion 42 may be in contact with the surface of the semiconductor chip 50 without the dummy electrode 51b.

本実施形態では、半導体チップ50の一面(フリップチップ実装面)のみに、電気的な接続機能を提供する電極51aが形成される例を示した。しかしながら、例えば図10に示すように、フリップチップ実装面と反対の面に、電気的な接続機能を提供する電極51cが形成された半導体チップ50を採用することもできる。両面に電極51a,51cを有する構成としては、素子として、厚み方向に電流が流れる素子、例えば縦型のMOSFETやIGBT、抵抗などを含む半導体チップ50が考えられる。   In the present embodiment, an example in which the electrode 51a that provides an electrical connection function is formed only on one surface (flip chip mounting surface) of the semiconductor chip 50 has been described. However, for example, as shown in FIG. 10, it is also possible to employ a semiconductor chip 50 in which an electrode 51c that provides an electrical connection function is formed on the surface opposite to the flip chip mounting surface. As a configuration having the electrodes 51a and 51c on both surfaces, a device in which a current flows in the thickness direction, for example, a semiconductor chip 50 including a vertical MOSFET, IGBT, resistor, or the like, can be considered.

図10では、半導体チップ50の電極51a形成面とは反対側の面に、Ni系材料からなるダミー電極51b及び電極51cがそれぞれ形成されている。これら電極51b,51cには、対応するパッド34,35との接続部として、層間接続部41,42がそれぞれ接続されている。詳しくは、ダミー電極51bとパッド34とが第2層間接続部42により接続されている。また、電極51cとパッド35とが、第1層間接続部41により接続されている。Niからなる電極51b,51cとAg−Sn合金からなる層間接続部41,42との界面には、SnとNiとが相互に拡散してなる金属拡散層(Ni−Sn合金層)が形成され、これにより、電極51b,51cと層間接続部40との接続信頼性が向上されている。なお、電極51b,51cは、例えば百μm単位のピッチで形成されている。   In FIG. 10, dummy electrodes 51b and electrodes 51c made of a Ni-based material are formed on the surface of the semiconductor chip 50 opposite to the surface on which the electrodes 51a are formed. Interlayer connection portions 41 and 42 are connected to these electrodes 51b and 51c as connection portions to the corresponding pads 34 and 35, respectively. Specifically, the dummy electrode 51 b and the pad 34 are connected by the second interlayer connection portion 42. Further, the electrode 51 c and the pad 35 are connected by the first interlayer connection portion 41. A metal diffusion layer (Ni—Sn alloy layer) in which Sn and Ni are diffused mutually is formed at the interface between the electrodes 51b and 51c made of Ni and the interlayer connection portions 41 and 42 made of Ag—Sn alloy. Thereby, the connection reliability between the electrodes 51b and 51c and the interlayer connection 40 is improved. The electrodes 51b and 51c are formed at a pitch of, for example, 100 μm.

また、第1層間接続部41を介して電極51cと接続されたパッド35は、該パッド35に連結された横配線部32により、垂直方向において半導体チップ50の外側に引き出され(再配線され)、横配線部32におけるパッド35と反対の端部に接続された第1層間接続部41を介して外部接続用電極33に接続されている。   Further, the pad 35 connected to the electrode 51c via the first interlayer connection portion 41 is drawn out (rewired) to the outside of the semiconductor chip 50 in the vertical direction by the horizontal wiring portion 32 connected to the pad 35. The horizontal wiring portion 32 is connected to the external connection electrode 33 via the first interlayer connection portion 41 connected to the end opposite to the pad 35.

このような構成の半導体装置10では、電極51cを再配線するために、半導体チップ50と放熱部材60との間に複数枚の樹脂フィルムが必要である。一例として、図10では、半導体チップ50側から、熱可塑性樹脂フィルム22c、熱硬化性樹脂フィルム21d、熱可塑性樹脂フィルム22dの3枚が配置されている。そして、電極51cに対応するパッド35及び横配線部32は、熱硬化性樹脂フィルム21dにおける熱可塑性樹脂フィルム22c側の面上に形成されている。また、第2層間接続部42は、3枚の樹脂フィルム21d,22c,22dにそれぞれ形成されている。   In the semiconductor device 10 having such a configuration, a plurality of resin films are required between the semiconductor chip 50 and the heat dissipation member 60 in order to rewiring the electrodes 51c. As an example, in FIG. 10, three sheets of a thermoplastic resin film 22c, a thermosetting resin film 21d, and a thermoplastic resin film 22d are arranged from the semiconductor chip 50 side. And the pad 35 and the horizontal wiring part 32 corresponding to the electrode 51c are formed on the surface at the side of the thermoplastic resin film 22c in the thermosetting resin film 21d. The second interlayer connection portion 42 is formed on each of the three resin films 21d, 22c, and 22d.

なお、図10に示す例では、半導体チップ50と放熱部材60との間に3枚の樹脂フィルム21d,22c,22dを配置する例を示したが、2枚の熱可塑性樹脂フィルム22c,22dが配置された構成を採用することもできる。   In the example shown in FIG. 10, the example in which the three resin films 21d, 22c, and 22d are disposed between the semiconductor chip 50 and the heat radiating member 60 is shown. However, the two thermoplastic resin films 22c and 22d are Arranged configurations can also be employed.

本実施形態では、積層工程の前に、半導体チップ50を基板(熱硬化性樹脂フィルム21b)にフリップチップ実装しつつ熱可塑性樹脂フィルム22bで封止する例を示した。しかしながら、予めフリップチップ実装せず、全ての樹脂フィルム21a〜21c,22a〜22c、複数の半導体チップ50、放熱部材60を積層して積層体としても良い。この場合、第2実施形態に示したように、パッド31に対応した貫通孔25を設けておくと、加圧・加熱工程において、パッド31と対応するスタッドバンプ52a(電極51a)とを電気的に接続しやすくなる。   In the present embodiment, an example is shown in which the semiconductor chip 50 is sealed with the thermoplastic resin film 22b while being flip-chip mounted on the substrate (thermosetting resin film 21b) before the lamination step. However, all the resin films 21a to 21c, 22a to 22c, the plurality of semiconductor chips 50, and the heat dissipation member 60 may be laminated to form a laminated body without being flip-chip mounted in advance. In this case, as shown in the second embodiment, if the through-hole 25 corresponding to the pad 31 is provided, the stud bump 52a (electrode 51a) corresponding to the pad 31 is electrically connected in the pressurizing / heating process. Easy to connect to.

本実施形態では、スタッドバンプ52aを用いて、半導体チップ50の電極51aとパッド31とが接続される例を示したが、接続部52を構成するものはスタッドバンプ52aに限定されるものではない。換言すれば、電極51aはファインピッチに限定されるものではない。半導体チップ50はフリップチップ接続されれば良い。例えば、はんだペーストにより、電極51aとパッド31とが接続されても良い。   In the present embodiment, an example in which the electrode 51a of the semiconductor chip 50 and the pad 31 are connected using the stud bump 52a has been shown. However, what constitutes the connection portion 52 is not limited to the stud bump 52a. . In other words, the electrode 51a is not limited to a fine pitch. The semiconductor chip 50 may be flip-chip connected. For example, the electrode 51a and the pad 31 may be connected by a solder paste.

10・・・半導体装置
20・・・絶縁基材
21a〜21c・・・熱硬化性樹脂フィルム
22a〜22c・・・熱可塑性樹脂フィルム
30・・・導体パターン
31・・・パッド
40・・・層間接続部
42・・・第2層間接続部(伝熱経路部)
50・・・半導体チップ
60・・・放熱部材
101・・・ダイシングライン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor device 20 ... Insulation base material 21a-21c ... Thermosetting resin film 22a-22c ... Thermoplastic resin film 30 ... Conductive pattern 31 ... Pad 40 ... Interlayer Connection part 42 ... second interlayer connection part (heat transfer path part)
50 ... Semiconductor chip 60 ... Heat dissipation member 101 ... Dicing line

Claims (2)

配線基板に半導体チップがフリップチップ実装され、前記半導体チップが樹脂封止され、前記半導体チップにおけるフリップチップ実装面と反対の面に、シリコン系材料からなる放熱部材が熱的に接続された半導体装置の製造方法であって、
表面に導体パターンが形成された樹脂フィルム、ビアホール内に導電性ペーストが充填された樹脂フィルム、複数個の前記半導体チップそれぞれに対応して形成された複数個の孔部を有する樹脂フィルム、を含む複数枚の樹脂フィルムを準備する準備工程と、
前記複数個の半導体チップが前記孔部に配置されて積層方向において互いに同一位置となり、1枚の前記放熱部材が前記複数個の半導体チップと対向しつつ積層方向において表層となり、各半導体チップにおけるフリップチップ実装面の反対面と前記1枚の放熱部材との間に、各半導体チップと前記放熱部材とを熱的に接続するための前記導電性ペーストを有した樹脂フィルムが位置するとともに、熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂フィルムが少なくとも1枚おきに位置しつつ、前記半導体チップのフリップチップ実装面、該フリップチップ実装面と反対の面、及び前記放熱部材における半導体チップとの対向面に隣接するように、前記複数枚の樹脂フィルムを、複数個の前記半導体チップ及び該複数個の半導体チップと対向する1枚の前記放熱部材とともに積層し、積層体を形成する積層工程と、
前記積層体を積層方向上下から加圧しつつ加熱することにより、前記熱可塑性樹脂を軟化させて、前記複数枚の樹脂フィルムを一括で一体化、前記半導体チップを封止、及び前記放熱部材を一体化するとともに、前記導電性ペースト中の導電性粒子を焼結体として、該焼結体と前記導体パターンを有した配線部、及び、前記焼結体を有し、各半導体チップと前記放熱部材とを熱的に接続する伝熱経路部を形成する加圧・加熱工程と、
前記複数枚の樹脂フィルムを一体化してなる絶縁基材及び前記放熱部材をダイシングして、個々の前記半導体装置に分離するダイシング工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A semiconductor device in which a semiconductor chip is flip-chip mounted on a wiring board, the semiconductor chip is resin-sealed, and a heat dissipation member made of a silicon-based material is thermally connected to a surface opposite to the flip chip mounting surface of the semiconductor chip A manufacturing method of
A resin film having a conductive pattern formed on the surface, a resin film filled with a conductive paste in a via hole, and a resin film having a plurality of holes formed corresponding to each of the plurality of semiconductor chips. A preparation step of preparing a plurality of resin films;
The plurality of semiconductor chips are arranged in the hole portions and are located at the same position in the stacking direction, and one heat dissipation member is a surface layer in the stacking direction while facing the plurality of semiconductor chips, and flips in each semiconductor chip A resin film having the conductive paste for thermally connecting each semiconductor chip and the heat dissipating member is located between the opposite surface of the chip mounting surface and the one heat dissipating member, and is thermoplastic. At least every other thermoplastic resin film containing resin is positioned adjacent to the flip chip mounting surface of the semiconductor chip, the surface opposite to the flip chip mounting surface, and the surface of the heat dissipation member facing the semiconductor chip. As described above, the plurality of resin films are divided into a plurality of the semiconductor chips and one sheet of the plurality of semiconductor chips facing the plurality of semiconductor chips. A laminating step of laminating with heat member, to form a laminate,
By heating the laminated body while pressing from above and below in the laminating direction, the thermoplastic resin is softened, the plurality of resin films are integrated together, the semiconductor chip is sealed, and the heat dissipation member is integrated. And using the conductive particles in the conductive paste as a sintered body, the wiring body having the sintered body and the conductor pattern, and the sintered body, each semiconductor chip and the heat dissipation member A pressurizing / heating process for forming a heat transfer path portion that thermally connects the
A dicing step of dicing the insulating base material formed by integrating the plurality of resin films and the heat radiating member into individual semiconductor devices, and a method for manufacturing a semiconductor device.
前記積層工程において、各半導体チップにおけるフリップチップ実装面の反対面と前記1枚の放熱部材との間に、各半導体チップに対応してビアホールが形成されるとともに、該ビアホール内に導電性ペーストが充填された1枚の前記熱可塑性樹脂フィルムが位置するように積層することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   In the laminating step, via holes are formed corresponding to each semiconductor chip between the opposite surface of the flip chip mounting surface of each semiconductor chip and the one heat dissipation member, and a conductive paste is formed in the via hole. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein lamination is performed so that one filled thermoplastic resin film is positioned.
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