JPH08195414A

JPH08195414A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH08195414A
Application number: JP351895A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamada; 浩山田; Takashi Togasaki; 隆栂嵜; Masayuki Saito; 雅之斉藤; Soichi Honma; 荘一本間; Miki Mori; 三樹森
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-01-12
Filing date: 1995-01-12
Publication date: 1996-07-30
Anticipated expiration: 2020-05-18
Also published as: JP3648277B2

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体素子と回路配線基板とのバンプ接続部
分に発生する応力歪みを低減し、信頼性寿命を向上させ
た半導体装置を提供する。【構成】回路配線基板と、この基板上にバンプ電極に
より実装された半導体素子とを具備し、前記基板と半導
体素子との間隙及び半導体素子の周囲に、無機充填剤を
含有する樹脂が封止された半導体装置である。前記樹脂
は、半導体素子の最外周のバンプ電極で囲まれている領
域に配置された第１の樹脂と、前記最外周のバンプ電極
で囲まれていない領域に配置された第２の樹脂とから構
成され、前記第１の無機充填剤の含有量、最大粒径及び
平均粒径の少なくとも１つは、第２の樹脂における値よ
り小さいことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に係り、特に
バンプ電極部分の接続信頼性を高くするために、半導体
素子と回路配線基板の隙間部分に樹脂を封入したフリッ
プチップ構造の半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置は高集積化に伴って、
実装技術も高密度化が求められており、ワイヤボンディ
ング技術、ＴＡＢ技術などに加えて、図１８に示すよう
なフリップチップ実装技術（米国特許第３，４０１，１
２６号公報、および米国特許第３，４２９，０４０号公
報等）が、コンピュータ機器などの分野で広く用いられ
ている。

【０００３】一般的に、半導体チップの熱膨張係数と回
路配線基板の熱膨張係数とは異なるので、半導体チップ
の動作中に発生した熱が、バンプ電極を通して回路配線
基板に伝達して熱膨張係数の違いに起因する変位が半導
体チップと回路配線基板に発生する。発生した変位は、
半導体チップと回路配線基板を接続するバンプ電極に応
力歪みを発生させ、この応力歪みは、バンプ電極を破壊
させることになり、結果として装置の信頼性寿命を低下
させてしまう（ＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＰａ
ｃｋａｇｉｎｇＨａｎｄｂｏｏｋ（ＶａｎＮｏｓｔ
ｒａｎｄＲｅｉｎｈｏｌｄ，１９８９”）。

【０００４】なお、信頼性寿命は、Ｎｆ＝Ｃｆ^1/3 γ_max ・ｅｘｐ（１４２８／Ｔｍａｘ）（Ｃは定数、ｆは周波数、Ｔｍａｘ_max は最大温度であ
る。）で表されるサイクル寿命の式から、バンプ部分に
発生する最大剪断歪みγ_max を減少させることにより信
頼性寿命が向上することが知られている（ＩＢＭＪ．
Ｒｅｓ．Ｄｅｖｅｌｏｐ．，１３；２５１（１９６
９））。

【０００５】ここで、バンプ電極に発生する最大剪断歪
みは以下の式で表される。 γ_max ＝｛１／（Ｄmin ／２）^2/ ｝（Ｖ／πｈ¹⁺ ）^1/
・ｄ・ΔＴ・Δα （Ｄｍｉｎ；最小バンプ径，β；材料定数，Ｖ；はんだ
体積，ｈ；はんだ高さ，Δα；熱膨張係数の差，ΔＴ；
温度差，ｄ；チップ中心からバンプ中心までの距離）したがって、従来のフリップチップ実装技術において
は、以下に挙げるような手段を用いてバンプ電極に発生
する応力を低減させてきた。すなわち、（１）半導体チ
ップの中心からバンプ電極の中心までの距離を小さくす
る、（２）半導体チップの熱膨張係数と回路配線基板の
熱膨張係数との差を小さくする、（３）接続部の温度差
が大きくならないように装置の放熱性を向上させる、
（４）発生する応力歪みを充分に吸収できるように、バ
ンプ電極の構造を改良する等の手段である。

【０００６】さらに、図１９に示すように半導体チップ
７２と回路配線基板７１との間隙およびチップの周囲に
樹脂７８を注入する方法、および、半導体チップをシリ
コンゲルなどで封止することによって、耐湿性の向上を
図るとともに、バンプ電極部分に加わる応力を軽減して
サイクル寿命を低下させない構造を得ることが提案され
ている。

【０００７】しかしながら、半導体チップと回路配線基
板の隙間を充填する実装方法（特開昭５７−２０８１４
９号公報、実開昭５８−１８３４８号公報）では、樹脂
の物性が特定されていないため、接続バンプ部分の破壊
が加速されることがあった。また、樹脂の充填をスムー
ズに行うためにガラス基板に孔を開け、この孔部分から
樹脂を充填する方法（実開昭５８−１８３４８号公報、
特開昭５８−１０３１４３号公報等）では、熱サイクル
ストレスに起因して基板に設けられた孔周辺にクラック
が発生することは明らかであり、実用上問題があるとと
もに、バンプ接続部分の信頼性を保証できるものではな
かった。

【０００８】このため、図２０に示すように、半導体チ
ップ７２、回路配線基板７１およびバンプ電極７３で囲
まれた領域８１に樹脂を充填しないことによって、バン
プ接続部の信頼性向上を図ることが提案された（特開昭
５８−２０４５４６号、特開昭５７−２０８１４９号、
特開昭５８−１３４４４９号公報等）が、この場合に
は、間隙部分８１に水分が堆積保持されて、バンプ電極
７３の腐食が発生するという問題があった。

【０００９】さらに、アレイバンプが形成されたはんだ
接続点の少なくとも外側の１部分を封止して、中央部分
のはんだ接続部分と隣接の上下面を誘電材料で埋め込ま
ずに残すことにより凹凸形状になるアッセンブリ構造体
の信頼性を向上させる方法（特開昭６１−１７７７３８
号公報）が提案されたが、熱膨張係数差が極めて大きい
有機高分子基板の場合には、応力を十分に緩和すること
ができなかった。

【００１０】また、半導体チップと回路配線基板との間
隙に軟質樹脂を充填する方法も開示されている（特開昭
５８−１０８４１号公報）が、軟質樹脂の熱膨張係数が
非常に大きいため、バンプ接続部分の熱サイクル寿命の
向上は十分ではない。

【００１１】これらの問題を解決するために、樹脂の物
性、組成等を選択してバンプ接続部分の熱サイクル寿命
を向上させることが提案されており（特公平４−５１０
５７号、特開昭６３−３１６４４７号公報、特開平４−
２１９９４４号公報等）、比較的寸法の小さい半導体チ
ップを実装する場合には、効果を発揮していた。

【００１２】なお、半導体チップと回路配線基板との隙
間に樹脂を配置する際には、半導体チップの表面または
回路配線基板の半導体チップ搭載場所に予め樹脂を塗布
し、半導体チップを回路配線基板に接続ボンディングす
る方法（特開平４−７４４７号公報、特開平２−２３４
４４７号公報等）が代表的であり、封止樹脂をバンプ電
極を除いた基板上の一部に適量を塗布後、半導体チップ
をアッセンブリ加圧して隙間全体に樹脂を配置して接続
不良を避ける方法（特開昭６２−１３２３３１号公報
等）も提案されている。

【００１３】さらに、半導体チップを回路配線基板にフ
リップチップ実装後、毛細管現象を利用して半導体チッ
プと回路配線基板との隙間部分に樹脂を封止する方法
（特開昭６０−１４７１４０号公報、特開平３−１８４
３５号公報等）も行われており、この場合には、樹脂を
硬化温度以下で加熱して樹脂粘度を下げることによっ
て、２０μｍ〜５０μｍ程度の間隙への樹脂封止を可能
にしている。

【００１４】しかしながら、前述のように毛細管減少を
利用して半導体チップと回路基板との間隙に樹脂を注入
する場合には、半導体チップの寸法が大きくなるにつれ
て、樹脂の封入が困難となる。

【００１５】なお、樹脂の流入速度は、Ｖ＝１２００ｈ
／（μＬ）で表わされる（ｈは間隙寸法（ｍｍ）、μは
粘度（ポイズ）、Ｌは流入距離（ｍｍ）である）。すな
わち、流入速度は、半導体チップと回路基板との距離
（間隙寸法）に比例し、粘度と半導体チップの寸法に反
比例するので、半導体チップの寸法が大きくなるにした
がって、樹脂の粘度を低下させる、または間隙寸法を大
きくする等の対策をとる必要がある。

【００１６】半導体チップと回路基板との熱膨張係数の
差を小さくするためには、樹脂にフィラを混入する必要
があるものの、フィラの混入によって樹脂の粘度は増加
してしまう。一方、間隙寸法は接続後におけるバンプの
高さに等しくなるが、接続時にはバンプが溶融して球状
となるので、バンプ高さをバンプ直径以上に高くするこ
とは不可能である。したがって、バンプの高さには限界
があり、半導体チップと回路配線基板との距離を大きく
して樹脂の封入を容易にすることも困難である。

【００１７】さらに、樹脂の流入速度は、図２１に示す
ように、流入距離が大きくなると急激に低下する。な
お、図２１に示す曲線は、半導体チップと回路基板との
距離（間隙寸法）を０．５ｍｍとし、１０〜１００ポイ
ズの５種類の粘度の樹脂について得た結果である。

【００１８】また、半導体チップと回路基板との間隙に
樹脂を注入する際には、図２２（ａ）〜（ｃ）に示すよ
うに、樹脂８６は、チップ８４と基板８３との間隙のみ
ならず、チップ８４の周囲をも進行する。樹脂の流れる
速度は、チップの中央部と比較してチップの周辺で大き
くなるので、最終的に図２２（ｄ）に示すように気泡８
７が発生するおそれがある。

【００１９】さらに、特開昭６３−２４５９４２では半
導体チップ周囲にバンプを露出させたコーティング層を
設け、半導体能動素子部分が凹部となる構造が提案され
ているが、この構造においては、バンプ接続部分での半
導体チップと回路配線基板との間隙がバンプ高さ以下と
狭くなり、樹脂の封入が困難になるという問題があっ
た。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】半導体チップと回路配
線基板とを接続するバンプ電極に発生する応力を緩和す
るためには、熱膨張係数の小さい樹脂を、半導体チップ
と回路基板との間隙に配置することが好ましい。したが
って、従来は、フィラの含有量を多くすることによっ
て、熱膨張係数を小さくし弾性係数を大きくした樹脂
を、半導体チップと回路配線基板との間隙に配置してい
た。水分遮蔽の目的からも、フィラの含有量は高い方が
好ましく、さらに、フィラの粒径は大きい方がより水分
遮蔽効果を発揮できる。

【００２１】しかしながら、近年、半導体チップの寸法
が大きくなるにつれて、従来の樹脂では対処しきれない
問題が発生し、半導体装置の信頼性を十分に確保するこ
とが困難になりつつある。すなわち、フィラ含有量が多
い樹脂は粘度が高くなるので、半導体チップと回路基板
との間隙に注入することが不可能となる。

【００２２】また、粒径の大きなフィラが含有された樹
脂では、バンプ電極ピッチの微細化に対応できず、バン
プ電極の内側領域に注入することが不可能となる。仮に
注入が可能な程度のフィラが含有されている樹脂の場合
でも、フィラが半導体チップのパッシベーション膜を通
過して、半導体チップを破壊するおそれがある。

【００２３】上述の問題に加えて、半導体チップの寸法
が大きくなるにしたがって、半導体チップと回路基板と
の間隙に樹脂を注入する際に樹脂中に気泡を巻き込みや
すくなり、機械的強度の低下、気泡中への結露による配
線の腐食等が生じ、信頼性が低下するという問題があっ
た。

【００２４】そこで、本発明は、半導体素子と回路配線
基板とのバンプ接続部分に発生する応力歪みを低減し、
信頼性寿命を向上させた半導体装置を提供することを目
的とする。また、本発明は、半導体素子と回路基板との
間隙に配置される樹脂中での気泡の発生を防止し、信頼
性を向上させた半導体装置を提供することを目的とす
る。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１の発明（請求項１）は、回路配線基板と、この
基板上にバンプ電極により実装された半導体素子とを具
備し、前記基板と半導体素子との間隙および半導体素子
の周囲に、無機充填剤を含有する樹脂が封止された半導
体装置であって、前記樹脂は、前記半導体素子の最外周
のバンプ電極で囲まれている領域に配置された第１の樹
脂と、前記最外周のバンプ電極で囲まれていない領域に
配置された第２の樹脂とから構成され、前記第１および
第２の樹脂は、無機充填剤の含有量、最大粒径および平
均粒径の少なくとも１つが異なることを特徴とする半導
体装置を提供する。

【００２６】また、第２の発明（請求項７）は、回路配
線基板と、この基板上にバンプ電極を介して実装された
半導体素子とを具備し、前記回路配線基板と半導体素子
との間隙および半導体素子の周囲に樹脂が配置された半
導体装置において、前記バンプ電極は前記半導体素子の
外周に沿って形成され、前記回路配線基板表面のバンプ
電極で囲まれている領域の内側に凹部が形成されている
ことを特徴とする半導体装置を提供する。

【００２７】さらに、第３の発明（請求項１１）は、回
路配線基板と、この基板上にバンプ電極を介して実装さ
れた半導体素子とを具備し、前記回路配線基板と半導体
素子との間隙および半導体素子の周囲に樹脂が配置され
た半導体装置において、前記樹脂は、室温で５０ポイズ
以下の粘度を有し、最大粒径が前記半導体素子と回路配
線基板との距離の１／２以下の充填材を、２０ないし７
０重量％の割合で含有し、前記間隙体積の１倍以上３倍
以下の体積で配置されていることを特徴とする半導体装
置を提供する。

【００２８】

【作用】第１の本発明によれば、最外周バンプ電極で囲
まれた領域と囲まれない領域とに、組成の異なる２種類
の樹脂を配置している。特に、最外周バンプ電極の内側
領域に配置される樹脂のフィラの含有量、最大粒径、お
よび平均粒径の少なくとも１つを、外側領域に配置され
る樹脂より小さくしているので、それぞれの樹脂の物性
に差異を与えることができる。

【００２９】すなわち、最外周バンプ電極の外側領域に
配置される樹脂と比較して、内側領域に配置される樹脂
は、熱膨張係数が大きくなり、一方、弾性係数は小さく
なるので、温度サイクルにより発生する樹脂端部での剪
断歪みを小さくすることができる。すなわち、チップ表
面と接触している部分である内側領域に配置される樹脂
は、チップと樹脂との残留応力をできるだけ緩和させる
ために、ヤング率を小さくする。一方チップ端面と接触
している外側領域の樹脂は、熱応力による応力歪の集中
を防ぐために熱膨張係数を小さくする。こうすることに
より、チップと内側樹脂との残留応力を小さくできるの
で、残留応力によるチップの剥離の問題を回避でき、か
つ熱膨張係数の差に起因するチップ端面の応力集中によ
るクラック等の問題をも防ぐことが可能となる。

【００３０】バンプ電極の外側領域に配置される樹脂の
フィラ含有量を、バンプの内側領域に配置される樹脂よ
り大きくすることにより、水分の侵入経路を遮断するこ
とができる。したがって、マイグレーションなどに起因
する不良の発生がなくなり、耐湿性に関する信頼性が向
上する。

【００３１】さらに、バンプ電極の内側領域に配置され
る樹脂のみのフィラの粒径を小さくすることにより、バ
ンプ電極の外側のチップの周辺領域における水分遮蔽効
果を維持しつつ、チップの破壊を防止することが可能と
なった。しかも、バンプ電極のピッチが狭くなった場合
でも、電極で囲まれた領域内への樹脂の注入は、容易に
行なうことができる。

【００３２】このように、最外周のバンプの内外の領域
に配置される樹脂の物性に差を与えることによって、バ
ンプ電極に加わる応力を全体的に均一に緩和することが
可能になり、その結果、バンプ電極部分に加わる応力歪
みを緩和して半導体装置の信頼性を向上させることがで
きる。

【００３３】さらに、バンプ電極の内側領域に配置され
る樹脂のフィラ含有量等を小さくすることによって、こ
の樹脂は、硬化後のガラス転移点、誘電正接、および誘
電率が、バンプ電極の外側の領域と比較して小さくな
る。したがって、実装後の電気特性を向上させることが
できる。

【００３４】また、第２の発明の半導体装置において
は、回路基板表面の半導体チップの中央に相当する部分
に凹部を形成している。このため、半導体チップ中央部
での樹脂の速度が増加して間隙部分への注入が容易にな
り、一方、半導体チップ周辺部分での樹脂の封入速度が
増加しない。すなわち、半導体チップの周辺部分と中央
部とにおける樹脂の流入速度の差を小さくしているの
で、樹脂中への気泡の巻き込みを防ぐことができる。

【００３５】さらに、本発明者らは、封止樹脂が流れる
速度は、バンプ電極より外側の領域（半導体チップの外
周辺部）では樹脂の塗布量の増加につれて大きくなるの
に対し、バンプ電極より内側の領域では、樹脂の塗布量
に依存しないことを見出だした。第３の発明はこのよう
な知見のもとになされたものである。

【００３６】すなわち、第３の発明では、半導体素子と
回路基板との間隙および半導体素子の周囲に配置される
樹脂の塗布量を、前記間隙の体積の１倍以上３倍以下と
限定しているので、気泡の巻き込みを防止することがで
きる。

【００３７】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明をより詳細に
説明する。（実施例Ｉ）図１に、第１の発明に係る半導体装置の断
面図を示し、図２にこの装置の平面図を示す。

【００３８】図１に示すように、本発明の半導体装置９
においては、接続用端子４が形成された回路配線基板２
上に、バンプ電極３およびＡｌボンディングパッド８を
介して半導体チップ１が実装されている。さらに、図２
に示すように、半導体チップ１と回路配線基板２との間
隙、すなわち、最外周バンプ電極で囲まれている領域の
内側には、第１の樹脂５が配置されている。一方、この
最外周バンプ電極で囲まれていない外側の領域には第２
の樹脂６が配置されている。なお、最外周バンプ電極で
囲まれている領域とは、具体的には、最外周バンプ電極
の中心線７をつないだ領域内をさす。

【００３９】本発明において使用し得る樹脂としては、
無機充填材を含有し、無溶剤型の熱硬化性樹脂を使用す
ることができ、例えば、フェノール系エポキシ樹脂のう
ち、ビスフェノール型エポキシ樹脂と、酸無水物硬化剤
とイミダゾール硬化触媒との混合物、または、シリコン
ゴムとしてのジメチルポリシロキサン、有機過酸化物の
混合物、またはポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、ポリ
ウレタン樹脂、アクリル樹脂、フェノール系エポキシ樹
脂等が挙げられる。また、無機充填材としては、シリ
カ、石英、および溶融シリカ等を使用することができ
る。

【００４０】なお、前記第１の樹脂および第２の樹脂に
含有されるフィラの含有量および粒径は、それぞれの相
対的な関係で決定することができる。すなわち、第１の
樹脂においては、第２の樹脂に含有されるフィラの最大
粒径および平均粒径より小さい粒径のフィラを、第２の
樹脂より少ない割合で混合して使用する。例えば、第１
の樹脂におけるフィラ含有量は、４５重量％以下とする
ことが好ましく、４０重量％以下がより好ましい。ま
た、フィラの最大粒径および平均粒径は、好ましくは、
それぞれ４５μｍ以下および２５μｍ以下であり、より
好ましくは、それぞれ４０μｍ以下および２０μｍ以下
である。

【００４１】一方、第２の樹脂におけるフィラ含有量
は、５０重量％以下とすることが好ましく、４５重量％
以下がより好ましい。また、フィラの最大粒径および平
均粒径は、好ましくは、それぞれ６０μｍ以下および４
０μｍ以下であり、より好ましくは、それぞれ５０μｍ
以下および４５μｍ以下である。

【００４２】さらに、第１の樹脂に含有されるナトリウ
ムイオン量および塩素イオン量の少なくとも一方を、第
２の樹脂よりも少なくすることによって、腐食による不
良の発生を防止することができる。

【００４３】この場合には、第１の樹脂中のナトリウム
イオン量およびは塩素イオン量は、例えば、それぞれ１
ｐｐｍ以下、および５ｐｐｍ以下であることが好まし
く、第２の樹脂のナトリウムイオン量およびは塩素イオ
ン量は、例えば、それぞれ１０ｐｐｍ以下、および１０
ｐｐｍ以下であることが好ましい。

【００４４】第１の発明の半導体装置は、例えば、以下
のような工程で製造することができる。図３および４
に、製造方法の第１の例を表わす工程図を示す。

【００４５】まず、図３（ａ）に示すような半導体チッ
プ１と、図３（ｂ）に示すような回路配線基板２とを準
備する。半導体チップ１の裏面のバンプ電極３は、例え
ば、蒸着法または電気メッキ法を用いて形成することが
できる。このバンプ電極の材質としては、一般的には、
はんだが用いられるが、これに限定されるものではな
く、例えば、はんだと比較して剛性を有するＡｕ，Ｃｕ
等の金属を使用しても良い。

【００４６】なお、半導体チップのサイズ、バンプ電極
数、およびバンプピッチは、任意とすることができ、レ
イアウトもエリア化されたものであってもよく、何等限
定されるものではない。

【００４７】本実施例においては、１０ｍｍ×１０ｍｍ
の半導体チップを使用し、Ｃｕ／Ｔｉバリアメタル１０
を形成した後、Ｐｂ／Ｓｎ＝４０／６０合金で、直径１
００μｍ、高さ７５μｍ±５μｍのバンプ３を形成し
た。なお、バンプは、半導体チップの周囲に添って２５
６個配置した。

【００４８】すなわち、図３（ａ）に示すように、半導
体チップ１表面には、Ａｌボンディングパッド８および
パッシベーション膜１１が形成されており、さらに、Ａ
ｌボンディングパッド８表面には、バリアメタル１０を
介してバンプ電極３が形成されている。

【００４９】また、回路配線基板２の材質および構造
は、特に限定されるものではなく、例えば、積層ガラス
エポキシ基板等を使用することができる。以下、基板と
して、ガラスエポキシ基板上に、絶縁層と導体層とをビ
ルドアップさせた方式のプリント基板ＳＬＣ（Ｓｕｒｆ
ａｃｅＬａｍｉｎａｒＣｉｒｃｕｉｔ）基板を用い
て説明する。

【００５０】すなわち、図３（ｂ）に示すように、回路
配線基板２には、半導体チップのバンプ電極に対する接
続用端子部分４に１１０μｍφの開孔が設けられ、端子
材料としてのＣｕが露出しており、基板の端子部分以外
にはソルダレジスト１２が被覆されている。

【００５１】このような構成の回路配線基板２の上に、
図３（ｃ）に示すように、フリップチップボンダーを用
いて半導体チップ１を位置合わせし、バンプ電極３と回
路配線基板２の接続用端子４とを電気的、機械的に接触
させる。このとき、回路配線基板２は、加熱機構を有す
るステージ１３上に保持され、窒素雰囲気中で、Ｐｂ／
Ｓｎ＝４０／６０の融点よりも高い２００℃に予備加熱
されている。

【００５２】さらに、半導体チップ１と回路配線基板２
とが接触された状態に保ち、半導体チップを保持するコ
レット１４を、窒素雰囲気中で、前述のステージ１３と
同じ温度２００℃に加熱する。これによって、はんだを
溶融させ、半導体チップ１と回路配線基板２の電極とを
電気的および機械的に仮接続させる。最後に、窒素雰囲
気で２５０℃に加熱されたリフロー炉中に、半導体チッ
プ１を搭載した回路配線基板２を通過させ、半導体チッ
プと回路配線基板とを電気的、機械的に接続する。

【００５３】このとき、はんだの表面張力によりセルフ
アライン効果が発生し、マウント時に発生した多少の位
置ずれは修正されるので、正確な位置にボンディングが
可能になる。

【００５４】以上の工程により、図３（ｄ）に示すよう
に、半導体チップ１を回路配線基板２にバンプにより実
装した構造が得られる。次いで、図４（ａ）に示すよう
に、半導体チップ１と回路配線基板２とにより形成され
る隙間部分に、ディスペンサー１５により第１の樹脂を
ポッティングする。樹脂５は、毛細管現象によりバンプ
電極３で囲まれている領域内に注入され、図４（ｂ）に
示すように配置される。

【００５５】樹脂としては、ビスフェノール系エポキ
シ、イミダゾール硬化触媒、酸無水物硬化剤、および球
状石英フィラ（最大粒径２０μｍ、平均粒径５μｍ）を
含有するものを用いた。フィラの含有量は３０重量％と
し、このような組成の樹脂を約４ｍｌ配置した。

【００５６】第１の樹脂は、後に配置する第２の樹脂と
は組成が異なるので、バンプ電極３で囲まれている領域
のゲル化時間が短くなる。したがって、第１の樹脂を注
入することにより半導体チップ１が仮固定されるので、
信頼性良く半導体チップ１を回路配線基板２にフリップ
チップ実装することができる。

【００５７】続いて、図４（ｃ）に示すように、半導体
チップ１周囲に、第２の樹脂６をポッティングして毛細
管現象を利用してバンプ電極で囲まれていない領域に樹
脂封止する。

【００５８】第２の樹脂は、最大粒径３５μｍ、平均粒
径１０μｍの球状の石英フィラを、４５重量％の割合で
混合した以外は、第１の樹脂と同様の組成であり、この
第２の樹脂を、約２ｍｌ配置した。

【００５９】なお、配置される樹脂の量は、第１および
第２の樹脂とも、半導体チップの寸法およびバンプ電極
の高さ等によって適宜選択することできる。さらに、８
０℃で４時間クリーンオーブン中に保存して、配置され
た樹脂を硬化させることにより、第１の発明の半導体装
置が得られる。

【００６０】なお、第１および第２の樹脂の配置方法
は、上述の例に限定されるものではなく、以下のように
して配置してもよい。図５に、第１の発明の半導体装置
の製造方法の第２の例を表わす工程図を示す。なお、こ
こで用いる半導体チップおよび回路配線基板は、それぞ
れ前述の図３（ａ）および図３（ｂ）に示したものと同
様の構造であり、第１の例で用いたものと同様の組成の
樹脂を同量配置する。

【００６１】まず、図５（ａ）に示すように、第１の樹
脂５を、回路配線基板２上のバンプ電極３で囲まれる領
域内に予めポッティングしておく。次に、図５（ｂ）に
示すように、回路配線基板２の上に、フリップチップボ
ンダーを用いて、半導体チップ１を位置合わせし、バン
プ電極３と回路配線基板２の接続用端子４とを電気的、
機械的に接続する。このとき、回路配線基板２は、加熱
機構を有するステージ１３上に保持され、窒素雰囲気中
２００℃で加熱される。

【００６２】予めポッティングされている第１の樹脂５
は、図５（ｃ）に示すように半導体チップ１と回路配線
基板２との間隙内に完全に封入され、封止された樹脂も
２００℃の熱により仮硬化の状態にある。

【００６３】さらに、図４（ｃ）と同様にして、第２の
樹脂６を半導体チップ周囲にポッティングし、最後に８
０℃のクリーンオーブン中で４時間完全に硬化させる。
なお、第１の樹脂５は、図６（ａ）に示すように、半導
体チップ１上のバンプ電極３で囲まれる領域に部分に予
めポッティングしてもよい。

【００６４】このように第１の樹脂が配置された半導体
チップ１を、図６（ｂ）に示すように、フリップチップ
ボンダーを用いて回路配線基板２の上に位置合わせし、
バンプ電極３と回路配線基板２の接続用端子４とを電気
的、機械的に接触させる。このとき、回路配線基板２
は、加熱機構を有するステージ１３上に保持され、窒素
雰囲気中２００℃で加熱される。

【００６５】第１の樹脂５は、図６（ｃ）に示すように
半導体チップ１と回路配線基板２との間隙内に完全に封
入されており、封止された樹脂も２００℃の熱により仮
硬化の状態にある。

【００６６】さらに、図４（ｃ）と同様にして、第２の
樹脂６を半導体チップ周囲にポッティングし、最後に８
０℃のクリーンオーブン中で４時間完全に硬化させる。
図７に、第１の発明の半導体装置の製造方法の第３の例
を表わす工程図を示す。なお、ここで用いる半導体チッ
プおよび回路配線基板は、それぞれ前述の図３（ａ）お
よび図３（ｂ）に示したものと同様の構造であり、第１
の例で用いたものと同様の組成の樹脂を同量配置する。

【００６７】まず、図７（ａ）に示すように、第１の樹
脂５、および第２の樹脂６を、回路配線基板２上のバン
プ電極３で囲まれる領域内、および囲まれない領域にそ
れぞれポッティングしておく。

【００６８】次に、図７（ｂ）に示すように、回路配線
基板２の上に、フリップチップボンダーを用いて、半導
体チップ１を位置合わせし、バンプ電極３と回路配線基
板２の接続用端子４とを電気的、機械的に接続する。

【００６９】予めポッティングされている樹脂５および
６は、図７（ｃ）に示すように、半導体チップ１と回路
配線基板２とで作られる間隙、および半導体チップの周
囲にそれぞれ配置される。なお、第１および第２の樹脂
は、いずれも仮硬化の状態にある。

【００７０】最後に、８０℃のクリーンオーブン中で４
時間完全に硬化させる。なお、第１の樹脂５および第２
の樹脂６は、図８（ａ）に示すように、半導体チップ１
上のバンプ電極３で囲まれている領域、および囲まれて
いない領域にそれぞれポッティングしてもよい。

【００７１】このように第１の樹脂５および第２の樹脂
６が配置された半導体チップ１を、図７（ｂ）に示すよ
うに、フリップチップボンダーを用いて回路配線基板２
の上に位置合わせし、バンプ電極３と回路配線基板２の
接続用端子４とを電気的、機械的に接触させる。このと
き、回路配線基板２は、加熱機構を有するステージ１３
上に保持され、窒素雰囲気中２００℃で加熱される。

【００７２】以上説明したような種々の方法によって、
第１の発明の半導体装置を製造することができる。次
に、具体例を示して第１の発明をより詳細に説明する。

【００７３】上述の第１の製造方法を用いて、１０ｍｍ
×１０ｍｍの半導体チップ上にＰｂ／Ｓｎ＝４０／６０
のバンプ電極を２５６個、径１００μｍφで形成し、Ｓ
ＬＣ基板上にフリップチップ実装して、実施例（Ｉ−
１）の半導体装置を得た。

【００７４】この実施例（Ｉ−１）においては、バンプ
で囲まれている領域に配置される樹脂（樹脂１）の弾性
係数Ｅ₁ を９００×１０⁷ Ｐａとし、バンプで囲まれて
いない領域に配置される樹脂（樹脂２）の弾性係数Ｅ₂
を１２００×１０⁷ Ｐａとした。また、熱膨張係数α
は、いずれの樹脂も３９×１０^-6／℃とし、これらの物
性は、樹脂に混入するフィラの含有率を主にして、最大
粒径および平均粒径、必要に応じて樹脂分子量を変える
ことにより決定した。なお、第１の樹脂におけるフィラ
の含有率は２５重量％、最大粒径は３０μｍ、平均粒径
は７μｍとし、第２の樹脂におけるフィラの含有率は４
０重量％、最大粒径は４０μｍ、平均粒径は１５μｍと
した。

【００７５】得られた半導体装置を、熱サイクル試験に
供し、２５６ピンの１箇所でも接続がオープンになった
場合を不良として、温度サイクルと累積不良率との関係
を調べ、得られた結果を図９に曲線ａで示した。なお、
サンプル数は１０００個とし、温度サイクルは条件は
（−５５℃（３０分）〜２５℃（５分）〜１２５℃（３
０分）〜２５℃（５分））で行った。

【００７６】曲線ａに示すように、バンプ電極で囲まれ
ていない領域に配置される樹脂（樹脂２）の弾性係数Ｅ
₂ を、バンプ電極で囲まれている領域に配置される樹脂
（樹脂１）の弾性係数Ｅ₁ よりも大きくすることによっ
て、２５００サイクルまで不良は発生しないことがわか
る。

【００７７】また、熱膨張係数の異なる樹脂を用いる以
外は、同様にして実施例（Ｉ−２）の半導体装置を製造
した。この実施例（Ｉ−２）においては、バンプで囲ま
れている領域に配置される樹脂（樹脂１）の熱膨張係数
α₁ を３９×１０^-6／℃とし、バンプで囲まれていない
領域に配置される樹脂（樹脂２）の熱膨張係数α₂ を２
０×１０^-6／℃とした。また、弾性係数は、いずれの樹
脂も９００×１０⁷ Ｐａとし、これらの物性は、樹脂に
混入するフィラの含有率と必要に応じて樹脂の分子量と
を変えることにより決定した。なお、第１の樹脂におけ
るフィラの含有率は３０重量％、最大粒径は２０μｍ、
平均粒径は５μｍとし、第２の樹脂におけるフィラの含
有率は４５重量％、最大粒径は３５μｍ、平均粒径は１
０μｍとした。

【００７８】得られた半導体装置を、前述と同様の熱サ
イクル試験に供し、サイクル数と累積不良率との関係を
図９中に曲線ｂで示す。曲線ｂに示すように、バンプ電
極で囲まれていない半導体チップ周辺領域の樹脂（樹脂
２）の熱膨張係数α₂ を、バンプ電極で囲まれている領
域に配置される樹脂（樹脂１）の熱膨張係数α₁ よりも
小さくすることによって、３５００サイクルまで不良は
発生せず、信頼性は極めて向上することがわかる。

【００７９】さらに、弾性係数９００×１０⁷ Ｐａ、熱
膨張係数３９×１０^-6／℃の樹脂をバンプ電極の内外の
領域を配置する以外は、同様にして製造した半導体装置
を比較例（Ｉ−１）とし、樹脂を配置せず製造した半導
体装置を比較例（Ｉ−２）とした。これらの比較例（Ｉ
−１）および（Ｉ−２）の半導体装置を同様の熱サイク
ル試験に供し、得られた結果を、それぞれ、曲線ｃおよ
びｄで示す。

【００８０】曲線ｃに示すように、均一な物性の樹脂を
バンプ電極の内外の領域に配置した場合には、２０００
サイクルまで不良が発生しないものの、２５００サイク
ルでほぼ１００％が不良となり、樹脂を配置しない場合
（曲線ｄ）では２サイクルで不良が発生し、１０サイク
ル以上で１００％が不良となった。

【００８１】以上の結果から、バンプ電極で囲まれてい
る領域と囲まれていない領域とで、配置される樹脂の物
性に差異を持たせることによって、信頼性が著しく向上
することがわかる。

【００８２】次に、以下のようにフィラの含有量、平均
粒径、および最大粒径を変化させた２種類の樹脂を用い
て、前述の第１の製造方法により半導体装置を製造し、
実施例（Ｉ−３）とした。

【００８３】なお、バンプ電極で囲まれている領域に配
置した樹脂（第１の樹脂）、およびバンプ電極で囲まれ
ていない領域に配置した樹脂（第２の樹脂）に混入した
フィラの含有量、平均粒径、および最大粒径は以下の通
りである。

【００８４】第１の樹脂第２の樹脂フィラ含有量（重量％）３０４５平均粒径（μｍ）５１０最大粒径（μｍ）２０３５得られた半導体装置１００個について、８５℃，８５
％，ＶＤＤ＝５Ｖの高温高湿バイアス保存試験を行い、
バンプ電極が１箇所でもオープンあるいはショートを発
生した場合を不良として、保存時間と累積不良率との関
係を調べ、図１０中に曲線ｅで示した。

【００８５】曲線ｅに示すように、バンプ電極で囲まれ
た領域と囲まれていない領域とでフィラの含有量、平均
粒径、および最大粒径に差異を設けることによって、３
０００サイクルを超えるまで不良を発生しない。これ
は、チップ周囲の樹脂のフィラ含有量、最大粒径、平均
粒径が大きいために、樹脂の水分遮蔽効果が充分に発揮
されたことに起因すると考えられる。

【００８６】さらに、平均粒径７μｍ、最大粒径２０μ
ｍのフィラを、４０重量％の割合で混入した樹脂を、バ
ンプ電極の内外領域に配置して製造した半導体装置を比
較例（Ｉ−３）とし、樹脂を配置せずに製造した半導体
装置を比較例（Ｉ−４）とした。これらの比較例（Ｉ−
３）および比較例（Ｉ−４）の半導体装置について、前
述の実施例（Ｉ−３）と同様の試験を行ない、得られた
結果を図１０中に、それぞれ曲線ｆおよび曲線ｇで示
す。

【００８７】曲線ｆに示すように、均一な樹脂をバンプ
電極の内外領域に配置した場合には、２０００Ｈを超え
るまで不良の発生を抑えることができたものの、２３０
０Ｈで不良が発生し、樹脂を配置しない場合（曲線ｇ）
には、５００Ｈで不良が発生し、保存時間が１０００Ｈ
を超えると、１００％が不良となった。

【００８８】以上の結果から、本発明の半導体装置は、
高温高湿下でも極めて優れた信頼性を有することがわか
る。（実施例II）以下、図面を参照して、第２の発明の半導
体装置を詳細に説明する。

【００８９】図１１に、第２の発明の半導体装置の一例
を表わす断面図を示す。図１１に示すように、第２の発
明に係る半導体装置２０は、回路基板２１の接続電極２
２に、シリコン製半導体チップ２３の外周に沿って形成
された接続電極２４が、ハンダバンプ２５により接続さ
れている。また、半導体チップ２３と回路基板２１との
間隙および半導体チップ２３の周辺部分には樹脂２６が
配置されている。

【００９０】本実施例に用いられる回路基板２１の材質
は、特に限定されるものではなく、例えば、ガラスエポ
キシ製、アラミド−エポキシ製、ＢＴレジン製、ＰＰ
Ｅ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 製等の絶縁性の基板を使用することがで
きる。この回路基板２１表面の半導体チップ２３の中央
部に対応する領域には、凹部２７が形成されている。な
お、半導体チップ２３の中央部とは、チップの外周に沿
って形成された接続電極２４で囲まれた領域の内側であ
り、好ましくは、接続電極２４の内端から、０．３ｍｍ
ないし２．０ｍｍ程度内側の領域である。

【００９１】基板２１表面に形成された凹部２７の深
さ、すなわち段差は、チップ２３の寸法、ハンダバンプ
２５の高さ等によって適宜選択することができるが、１
０μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。

【００９２】回路基板表面の凹部２７は、例えば、回路
基板２１の表面を研削加工することによって形成するこ
とができるが、複数のガラスエポキシシートを積層して
ガラスエポキシ基板を形成する場合には、基板最上層の
シートの所定領域をプレスで打ち抜き加工した後に積層
することによって凹部を形成してもよい。さらに、半導
体チップの周辺部のみに所定の膜厚でハンダレジストを
塗布することによって、中央部に凹部を形成することも
できる。

【００９３】なお、接続電極２４は、例えば、チタンと
銅とを順次積層することによって形成することができ、
チタンと銅と金またはパラジウムとを順次積層してもよ
い。接続電極２２は銅、または銅、ニッケル、金を順次
積層することにより形成することができる。また、ハン
ダバンプ２５は、ＳｎとＰｂとの比率が６対４からな
り、その高さは４０から８０μｍとすることができる。

【００９４】間隙に配置される樹脂２６としては、充填
材を混入した任意の熱硬化性樹脂を使用することができ
るが、室温での粘度が５０ポイズ以下のものが好まし
い。なお、充填材としては、例えば、球状の石英フィ
ラ、シリカ、粉砕シリカ、および熔融シリカ等を使用す
ることができ、その最大粒径は、凹部２７における半導
体チップ２３と基板２１との距離の１／２以下が好まし
く、樹脂中におけるフィラの含有量は、２０重量％以上
７０重量％以下とすることが好ましい。

【００９５】この樹脂は、半導体チップ２３および回路
基板２１の表面および、バンプ電極の内側面で囲まれる
間隙の体積の１倍以上２倍以下の体積で用いることが好
ましい。

【００９６】本実施例の半導体装置は、例えば、以下に
示す工程で製造することができる。図１２に、製造工程
を表わす断面図を示す。まず、図１２（ａ）に示すよう
に、回路基板２１にハンダバンプ２５を介して半導体チ
ップ２３を接続する。

【００９７】次に、図１２（ｂ）は吐出量を制御する機
能を有する液体吐出装置３０を用いて、半導体チップ２
３の４辺のうちの１辺の端部に封止樹脂２６を塗布す
る。続いて、回路基板を４０℃から６０℃に加熱して樹
脂の粘度を低下させることにより、樹脂２６は、図１２
（ｃ）に示すように、毛細管現象によって半導体チップ
２３と回路基板２１との間隙に流入する。

【００９８】最後に、オーブン中で加熱して、図１２
（ｄ）に示すように樹脂を硬化させる。なお、加熱は、
１００℃で１時間、続いて１２０℃で３時間行ない、そ
の雰囲気は、例えば、大気雰囲気、酸素濃度２％以下の
窒素雰囲気、または１Ｐａ以下の減圧雰囲気中とするこ
とができる。

【００９９】以上の工程により、第２の発明の半導体装
置が得られる。次に、具体例を示して、第２の発明をよ
り詳細に説明する。８×８ｍｍ、深さ５０±１０μｍの
凹部が表面に形成されたガラスエポキシ製回路基板（５
０×３５ｍｍ）の接続電極に、ハンダバンプにより半導
体チップ（１０．２×１０．４ｍｍ）を接続した。な
お、接続後のバンプの高さは７０μｍであった。

【０１００】半導体チップと回路基板との間隙内に、上
述の方法を用いて樹脂を配置した。なお、本実施例にお
いては、ビスフェノール系エポキシ、イミダゾール硬化
触媒、酸無水物硬化剤、および球状の石英フィラー（平
均粒径７μｍ、最大粒径２０μｍ）を約４０重量％の割
合で含有し、室温での粘度が４０ポイズのものを使用
し、その量は、間隙の体積の３倍とした。

【０１０１】この際、樹脂の流入距離と流入速度との関
係を測定し、図１３（ａ）中に曲線ｈで示した。なお、
流入距離は、図１３（ｂ）に示すようにして測定した。
さらに、比較例として、図１４（ａ）および（ｂ）に示
すような従来の構造の半導体装置に、前述と同様の樹脂
を注入し、その際の流入距離と流入速度との関係を調べ
た。なお、図１４（ａ）に示す構造は、基板３１の表面
が平坦であり、図１４（ｂ）に示す構造では、基板表面
が平坦であることに加えて、バンプ２５の周囲にエポキ
シコーティング３８が施されている。

【０１０２】図１４（ａ）および（ｂ）に示す構造体に
樹脂を注入する際に得られた結果を、図１３中にそれぞ
れ曲線ｉおよび曲線ｊで示した。図１３に示すように、
流入が進むにつれて、樹脂の流入速度は低下する傾向に
あるが、本発明（曲線ｈ）の場合には、流入速度の低下
が小さく十分な速度を維持できる。したがって、容易に
含浸を行なえることがわかる。

【０１０３】これに対して、曲線ｉに示されるように、
図１４（ａ）に示すような構造において樹脂含浸を行っ
た場合には、間隙での流入速度が小さくなって含浸が不
可能となる。なお、このような構造において、含浸を容
易にするために低粘度樹脂を用いた場合には、半導体チ
ップの周囲での樹脂の流入速度が大きくなるために、樹
脂中に気泡を巻き込み易くなるおそれがある。

【０１０４】また、曲線ｊに示すように、図１４（ｂ）
に示すような構造においては、ハンダバンプが形成され
ているチップの周辺部での間隙寸法が小さいために、樹
脂の流入速度は、この領域で著しく減少する。したがっ
て、含浸が不可能となることがわかる。

【０１０５】次に、チップの寸法を変えて、前述の樹脂
を注入し、その際の樹脂含浸の可否、および含浸工程で
の気泡の巻き込みの有無を調べた。なお、樹脂の含浸状
態の観察を容易にするために、ガラスチップを用い、チ
ップ寸法は５．１４×４．８ｍｍ、１０．２×１０．４
ｍｍ、および１２．５２×１１．９６ｍｍの３種類とし
た。これらのチップを実装するための基板表面の凹部の
寸法は、それぞれ３．２×３．０ｍｍ、８．０×８．０
ｍｍ、１１．６×１１．０ｍｍとし、凹部の深さはいず
れも５０±１０μｍとした。

【０１０６】さらに、比較例として、前述の図１４
（ａ）に示す構造体に同様の樹脂を注入して、その際の
樹脂含浸の可否、および含浸工程での気泡の巻き込みの
有無を調べた。得られた結果をそれぞれ下記表１および
表２にまとめる。

【０１０７】

【表１】

【０１０８】

【表２】

【０１０９】表１に示すように、本発明の半導体装置
は、基板温度を４０℃に設定することで、チップの寸法
が大きくなっても含浸は可能であり、気泡の巻き込みも
発生しなかった。

【０１１０】一方、従来の構造の比較例では、４０℃の
加熱温度では、樹脂の含浸が困難であったため、基板温
度を８０℃にして樹脂の粘度を下げた状態での含浸も行
った。その結果、基板温度を４０℃とした場合には、１
０．２ｍｍ×１０．４ｍｍのチップを用いた場合に含浸
不可能となる試料が発生し、１２．５２ｍｍ×１１．９
６ｍｍのチップでは、全て不良となった。また、基板温
度を８０℃とした場合には、５．１４ｍｍ×４．８ｍｍ
の最小のチップでも気泡の巻き込みが発生した。

【０１１１】以上のことから、本実施例のように基板表
面に凹部を形成することによって、樹脂含浸時の流入性
が向上するので、大型の半導体チップの樹脂封止が可能
であること、さらに樹脂含浸時の気泡の巻き込み防止に
も効果があることがわかる。（実施例 III）図１５に、第３の発明の半導体装置の一
例を表わす断面図を示す。

【０１１２】図１５に示すように、半導体装置４０は、
回路基板４１の接続電極４２に、シリコン製半導体チッ
プ４３の接続電極４４が、ハンダバンプ４５により接続
されている。また、半導体チップ４３と回路基板４１と
の間隙および半導体チップ４３の周辺部分には樹脂４６
が配置されている。

【０１１３】本実施例に用いられ得る回路基板４１の材
質は、特に限定されるものではなく、例えば、ガラスエ
ポキシ製、アラミドエポキシ製、ＢＴレジン製、アルミ
ナセラミックス、窒化アルミニウム、ガラス製等の基板
を使用することができる。

【０１１４】なお、接続電極４２は銅、または銅、ニッ
ケル、金を順次積層することにより形成することができ
る。接続電極４４は、チタンとニッケルとを順次積層す
ることにより形成することができ、チタンとニッケルと
金またはパラジウムを順次積層することによって形成し
てもよい。また、ハンダバンプ４５は、ＳｎとＰｂとの
比率が６対４の組成物からなり、その高さは５０ないし
８０μｍとすることができる。

【０１１５】本実施例において、間隙に配置される樹脂
４６としては、前述の実施例IIで説明したものと同様の
任意の熱硬化性樹脂を使用することができるが、室温で
の粘度が５０ポイズ以下のものである。なお、充填材と
しては、その最大粒径は、半導体チップ表面と基板表面
との距離の１／２以下とする以外は、前述と同様の球状
の石英フィラ等を使用することができる。なお、樹脂中
におけるフィラの含有量は、２０重量％以上７０重量％
以下とする。

【０１１６】この樹脂は、半導体チップ２３および回路
基板２１の表面および、バンプ電極の内側面で囲まれる
間隙の体積の１倍以上３倍以下の体積で用いる。本実施
例の半導体装置は、例えば、以下に示すような工程で製
造することができる。図１６に、製造工程を表わす断面
図を示す。

【０１１７】まず、図１６（ａ）に示すように、回路基
板４１にハンダバンプ４５を介して半導体チップ４３を
接続する。次に、図１６（ｂ）は吐出量を制御する機能
を有する液体吐出装置５０を用いて、半導体チップ４３
の４辺のうちの１辺の端部に封止樹脂４６を塗布する。

【０１１８】続いて、回路基板を４０℃から６０℃に加
熱して樹脂の粘度を低下させることにより、樹脂４６
は、図１６（ｃ）に示すように、毛細管現象によって半
導体チップ４３と回路基板４１との間隙に流入する。

【０１１９】最後に、オーブン中で加熱して、図１６
（ｄ）に示すように樹脂を硬化させる。なお、加熱は、
１００℃で１時間、続いて１２０℃で３時間行ない、そ
の雰囲気は、例えば、大気雰囲気、酸素濃度２％以下の
窒素雰囲気、または１Ｐａ以下の減圧雰囲気中とするこ
とができる。

【０１２０】以上の工程により、第３の発明の半導体装
置が得られる。次に、具体例を示して、本実施例をより
詳細に説明する。ガラスエポキシ製回路基板（５０×３
５ｍｍ）の接続電極に、ハンダバンプにより半導体チッ
プ（１０．２×１０．４ｍｍ）を接続した。なお、接続
後のバンプの高さは７０μｍであり、基板、チップおよ
びバンプ電極で囲まれた間隙の体積は７．４ｍｍ³ であ
った。

【０１２１】さらに、半導体チップと回路基板との間隙
内に、上述の方法を用いて樹脂を配置した。なお、本実
施例においては、ビスフェノール系エポキシ、イミダゾ
ール硬化触媒、酸無水物硬化剤および球状の石英フィラ
ー（平均粒径５μｍ、最大粒径１２μｍ）を約４０重量
％の割合で含有し、室温での粘度が３０ポイズのものを
使用し、樹脂の体積は、半導体チップ、回路基板および
バンプ電極で囲まれた領域の体積の１．５倍とした。

【０１２２】まず、配置する樹脂の体積を変化させ、チ
ップ中央とチップ周辺とにおける樹脂量と流入速度との
関係を調べた。得られた結果を図１７に示す。なお、流
入速度は、半導体チップの封止樹脂を塗布した辺から５
ｍｍの距離までの樹脂の流入速度の平均値を用いた。

【０１２３】図１７に示すように、半導体チップの周辺
を流れる樹脂の速度は、樹脂の塗布量が大きくなるにし
たがって急激に増大する。一方、チップ中央での流入速
度は、塗布量によらずほぼ一定である。したがって、樹
脂の塗布量が少ないほどチップの周辺と中央とでの流入
速度との差が小さくなる。

【０１２４】次に、樹脂の塗布量を変えて、前述の図１
６に示す工程で種類の試料を作製してボイドの発生数を
調べた。なお、回路基板、半導体チップおよび樹脂は、
前述と同様のものを使用した。得られた結果を下記表３
に示す。

【０１２５】

【表３】

【０１２６】表３に示すように、封止樹脂の体積が、半
導体チップと回路基板との間隙の体積の５倍以上となる
と、気泡の巻き込みが発生する。したがって、樹脂の体
積は、間隙体積の３倍以下と限定することによって、ボ
イドの発生を防げることができる。

【０１２７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
最外周バンプ電極の内側領域と外側領域とに、組成の異
なる樹脂を配置しているので、樹脂端部に発生する剪断
歪みを緩和しつつ、水分の侵入を防止するとともに、チ
ップの破壊を防止することができ、半導体装置の信頼性
寿命を著しく向上させることができる。

【０１２８】さらに、バンプ電極の内側領域に配置する
樹脂は低粘度であるので、容易に注入することができ
る。また、本発明によれば、半導体素子の中央部と周辺
部とにおける樹脂の流入速度の差を小さくすることによ
って、樹脂中での気泡の発生を防止し、信頼性を向上さ
せることができる。かかる半導体装置は、種々の機器に
適用可能であり、その工業的価値は絶大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体装置を示す
断面図。

【図２】本発明の第１の実施例に係る半導体装置を示す
平面図。

【図３】第１の発明の半導体装置の製造工程の一例を示
す断面図。

【図４】第１の発明の半導体装置の製造工程の一例を示
す断面図。

【図５】第１の発明の半導体装置の製造工程の他の例を
示す断面図。

【図６】第１の発明の半導体装置の製造工程の他の例を
示す断面図。

【図７】第１の発明の半導体装置の製造工程の他の例を
示す断面図。

【図８】第１の発明の半導体装置の製造工程の他の例を
示す断面図。

【図９】サイクル数と累積不良率との関係を示すグラフ
図。

【図１０】保持時間と累積不良率との関係を示すグラフ
図。

【図１１】第２の発明の半導体装置の一例を示す断面
図。

【図１２】第２の発明に係る半導体装置の製造工程を示
す断面図。

【図１３】樹脂の流入距離と流入速度との関係を示す
図。

【図１４】従来の構造の半導体装置を示す断面図。

【図１５】第３の発明の半導体装置の一例を示す断面
図。

【図１６】第３の発明にかかる半導体装置の製造工程の
一例を示す断面図。

【図１７】樹脂塗布量と流入速度との関係を示すグラフ
図。

【図１８】従来の半導体装置を示す断面図。

【図１９】従来の半導体装置を示す断面図。

【図２０】従来の半導体装置を示す断面図。

【図２１】樹脂の流入距離と流入速度との関係を示すグ
ラフ図。

【図２２】半導体チップと回路基板との間に注入された
樹脂の流入状態を示す図。

【符号の説明】

１…半導体チップ，２…回路配線基板，３…バンプ電
極，４…接続用端子５…第１の樹脂，６…第２の樹脂，７…最外周バンプ電
極の中心８…Ａｌボンディングパッド，９…半導体装置，１０…
バリアメタル１１…パッシベーション膜，１２…ソルダーレジスト，
１３…ステージ１４…コレット，１５…ディスペンサー，２０…半導体
装置，２１…回路基板，２２…接続電極，２３…半導体
チップ２４…接続電極，２５…ハンダバンプ，２６…樹脂，２
７…凹部２８…液体吐出装置，３０…半導体装置，３１…回路基
板，３２…接続電極３３…半導体チップ，３４…接続電極，３５…ハンダバ
ンプ，３６…樹脂３７…半導体装置，３８…エポキシコーティング層，４
０…半導体装置４１…回路基板，４２…接続電極，４３…半導体チッ
プ，４４…接続電極４５…ハンダバンプ，４６…樹脂，４８…液体吐出装
置，７０…半導体装置，７１…回路配線基板，７２…半
導体チップ７３…バンプ電極，７４…接続用端子，７５…接続用端
子，７７…半導体装置７８…従来の樹脂，８０…半導体装置，８１…間隙部
分，８３…回路基板８４…半導体チップ，８５…バンプ電極，８６…樹脂，
８７…気泡。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者本間荘一神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術研究所内 (72)発明者森三樹神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回路配線基板と、この基板上にバンプ電
極により実装された半導体素子とを具備し、前記基板と
半導体素子との間隙および半導体素子の周囲に、無機充
填剤を含有する樹脂が封止された半導体装置であって、前記樹脂は、前記半導体素子の最外周のバンプ電極で囲
まれている領域に配置された第１の樹脂と、前記最外周
のバンプ電極で囲まれていない領域に配置された第２の
樹脂とから構成され、前記第１および第２の樹脂は、無
機充填剤の含有量、最大粒径および平均粒径の少なくと
も１つが異なることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記第１の樹脂における無機充填剤の含
有量が、前記第２の樹脂における無機充填剤の含有量よ
りも小さい請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】前記第１の樹脂中に含有される無機充填
剤の最大粒径が、前記第２の樹脂中に含有される無機充
填剤の最大粒径よりも小さい請求項１に記載の半導体装
置。
【請求項４】前記第１の樹脂中に含有される無機充填
剤の平均粒径が、前記第２の樹脂中に含有される無機充
填剤の平均粒径よりも小さい請求項１に記載の半導体装
置。
【請求項５】前記無機充填剤が、シリカ、石英、およ
び溶融シリカから選択された少なくとも１種である請求
項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】前記第１の樹脂に含有されるナトリウム
イオン量、および塩素イオン量の少なくとも一方が、第
２の樹脂に含有されるナトリウムイオン量、および塩素
イオン量のそれぞれより小さい請求項１ないし５のいず
れか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】回路配線基板と、この基板上にバンプ電
極を介して実装された半導体素子とを具備し、前記回路
配線基板と半導体素子との間隙および半導体素子の周囲
に樹脂が配置された半導体装置において、前記バンプ電極は前記半導体素子の外周に沿って形成さ
れ、前記回路配線基板表面のバンプ電極で囲まれている
領域内に凹部が形成されていることを特徴とする半導体
装置。
【請求項８】前記凹部の深さが１０μｍ以上であるこ
とを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】前記樹脂が２０ないし７０重量％の充填
材を含有し、上記充填材の最大粒径は、前記半導体素子
と前記回路配線基板との最大距離の１／２以下であるこ
とを特徴とする請求項７または８に記載の半導体装置。
【請求項１０】前記回路配線基板と半導体素子との間
隙および半導体素子の周囲に配置された樹脂の体積が、
前記回路基板と半導体素子との間隙の体積の１倍以上３
倍以下である請求項７ないし９のいずれか１項に記載の
半導体装置。
【請求項１１】回路配線基板と、この基板上にバンプ
電極を介して実装された半導体素子とを具備し、前記回
路配線基板と半導体素子との間隙および半導体素子の周
囲に樹脂が配置された半導体装置において、前記樹脂は、室温で５０ポイズ以下の粘度を有し、最大
粒径が前記半導体素子と回路配線基板との距離の１／２
以下の充填材を、２０ないし７０重量％の割合で含有
し、前記間隙体積の１倍以上３倍以下の体積で配置され
ていることを特徴とする半導体装置。