TW200945457A - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

Description

200945457 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用以製造電路基板上的半導體晶片 經樹脂密封之半導體裝置之製造方法。 【先前技術】 已有人以提出以下述之2製程來製造電路基板上的半

導體晶片經樹脂密封之半導體裝置的方法（專利文獻1):以 接著劑將半導體晶片封裝於電路基板上（晶片封裝製程卜 然後，以密封用的樹脂片覆蓋半導體晶片，以具有剛性表 面之輥壓冑或非-般黏合機之昂貴的真空壓製機來密封半 導體晶片（造模製程）。 a不寻利特開 寻利文獻 .......... - ^ -Γ / w ^ 然而，由於造模製程非得加熱加壓密封樹脂，故以專 :文獻i的方法’於半導體晶片封裝製程中所形成之電路 土板與半導體晶片之間的連接部，於造模製 :=力，因此於連接部產生了剝離或偏移等損： 的裝置，有=二會又，使用真空壓製機等昂責 7能會增加+導體裝置的製造成本。 樹脂’係於製造電路基板上的半導體晶片經 間的連接部不會產决 子瓶晶片之 相較之下較為簡易的手法來製造之。 夠 本發明之發明人等假設藉由一次的熱壓接合處理，同 200945457 時進行將半導體晶片封裝到電路基板、以及半導體晶片的 密封即能解決上述之課題，因此，將半導體晶片暫時接著 於電路基板之後，以既定厚度之密封樹脂薄膜覆蓋半導體 晶片，當-邊以具有既定範圍之橡膠硬度的橡膠頭加壓， -邊從另-側加熱時’發現半導體晶片的封裝與密封能夠 同時進行’從而完成本發明。 亦即，本發明係提供一種半導體裝置之製造方法，其 係用以製造電路基板上的半導體晶片經樹脂密封而成之 導體裝置，其特徵在於： 透過熱硬化型接著薄膜將半導體晶片暫時固定於電路 基板上； ' 對於被暫時固定之半導體晶片，配置具有脫模薄膜與 積層於該脫模薄膜之上且層厚為該半導體晶片厚度之〜2 倍的熱硬化型密封樹脂層之密封樹脂薄膜，成為該熱硬化 型密封樹脂層面向半導體晶片側； 藉由-邊以橡膠硬度5〜100的橡膠頭從脫模薄膜側加 壓，一邊從電路基板側加熱，以將半導體晶片接著固定於 電路基板同時將半導體晶片進行樹脂密封； 並且再撕下表面的脫模薄膜。 、本發月之半導體裝置之製造方法，因為使用了具有既 疋厚度之熱硬化型密封樹脂層的密封樹脂薄膜，並藉由一 次的熱壓接合處理，同時進行將半導體晶片封裝到電路基 板’以及半導體晶片的密封，故電路基板與半導體晶片之 間所形成之連接部，於連接後不會再次承受加熱加壓。因 200945457 此，於連接部不會產生剝離或偏移等損壞。 【發明内容】 本發明係電路基板上的半導體晶片經樹脂密封之半導 體裝置之製造方法。依照圖1A〜圖1D來說明該製造方法的 - 各個製程。 首先，如圖1A所示，透過熱硬化型接著薄臈2，將半 導體晶4 3暫時固定於電路基板。具體而言，利用熱硬化 型接著薄膜2的黏著力暫時貼在電路基板丨，並進一步將半 導體晶片3暫時固定於熱硬化型接著薄膜2。 電路基板1可利用廣泛使用於半導體裝置之玻璃環氧 電路基板、玻璃電路基板、可撓性電路基板等。 又，熱硬化型接著薄膜2可利用通用於電子零件固定 用之絕緣性熱硬化型接著薄膜，較佳可使用以環氧樹脂或 丙烯酸樹脂作為主體者。熱硬化型接著薄膜2較佳為將咪 Q 唑系潛伏性硬化劑以固體成分換算為20〜50質量％的比率 來配合。又，熱硬化型接著薄膜2中可配合習知的添加劑， 尤其，為了控制其線膨脹係數，較佳為將微粒子二氧化矽 X固體成分換算為10〜60質量0的比率來配合。另外，熱硬 化型接著薄臈2的厚度一般為 40〜50μηι ° 处半導體晶片3 ’視半導體裝置的用途係使用具有相當的 性能者。例如，視CPU、ROM、RAM、LED等用途來適當 又’半導體晶片3與電路基板1之電氣連接形態， n舉出利用於半導體晶片3的背面所形成之凸塊（Bump) 200945457 的倒裝晶片（flip chip)接合、 的遠桩銼工千导體日日片3與電路基板1 ^ A 衣來進仃的倒裝晶片接合等。 其-人，如圖1B所示，斟於 3 , ;皮暫時固定住之半導體晶片 置具有脫模溥膜4與積屉於盼松# m m ^兮 ;脫模溥膜4之上的熱硬化 1在封樹月曰層5之密封樹脂薄膜6， 層5面向半導體晶片3侧的方式。成為熱硬化型密封樹脂 表面：ΓΓ脂薄膜6之脫模薄膜4可使用實施了剝離 表面處理之聚對苯二甲酸乙_ ^ 缔聪 —醇S日（PET)薄膜等習知的脫模 Γ6/模薄膜4的厚度雖並沒有特別限制，但一般為 :〜:二硬化型密封樹脂層5可使用習知的熱硬化 ㈣日，較佳可使用以環氧樹脂或丙浠酸樹脂作為 主體者。熱硬化型密封用樹 丁乃曰較佳為含有20〜50質量％之咪 唑系潛伏性硬化劑。又，於妖 於熟硬化型密封樹脂層5中，可 配合習知的添加劑，尤i1 & .其為了控制其線膨脹係數，較佳 為將微粒子二氧化石夕以固體点 U體成刀換算為1〇〜6〇質量％的 率來配合。 另外，熱硬化型窬抖拟a i在封樹脂層5厚度一般雖為 5〇〇叫，但當熱硬化型密封樹脂層5的厚度比半導體晶 片的厚度薄太多時，則無法去充份地密封半導體晶片3， 而會發生露出的現象’當熱硬化型密封樹脂層5的厚度比 半導體晶# 3的厚度厚太多時，則無法充份地押壓，連接 可靠性會變得不足，因此本發”，係將熱硬化型密封樹 脂層5的厚度設為欲密封之半導體晶片3的厚度之〇3〜2 倍’較佳為1〜2倍的厚度。 200945457 另外，關於密封樹脂薄膜6之熱硬化型密封樹脂層5, 將其線膨脹係數設為Ae，將彈性模數設為A 9 關於熱硬 化型接著薄媒2,將其線膨脹係數設為Be，將彈性模數設 為Bm時，較佳係滿足以下之式（丨）~(2)。 〇< Be/Ae^2.25 ⑴ ' 〇 < Am/Bm^ 3.5 (2) 、式⑴之中，當「Be/Ae」的數值過小時則初期會變得導 〇 通不良，當「Be/Ae」的數值過大時則可靠性方面會變得導 通不良，較佳為大於〇且2.25以下，更佳為〇 3以上2以 下。 、式（2)之中，當「Be/Ae」的數值過小時則初期會變得導 通不良，當「Be/Ae」的數值過大時則可靠性方面會變得導 通不良，較佳為大於〇且3·5以下，更佳為〇 2以上1以下。 另外，比對熱硬化型密封樹脂層5與熱硬化型接著薄 祺2各自的線膨脹係數與彈性模數時，首先應該比較於各 ©自破璃轉移溫度以下的溫度中之線膨脹係數與彈性模數的 數值。此乃是因為其-般被使用的環境為室溫範圍^此時， 進-步，比對熱硬化型密封樹脂層5與熱硬化型接著薄膜2 2超過玻璃轉移溫度的溫度中之線膨脹係數與彈性模數的 ♦值’其結果較佳亦為滿足式⑴〜(2)的關係。此乃是因為 .田零件的後加工被進行時，冑日夺會再加入熱歷程。 • 接者’如圖1C所示，—邊從脫模薄膜4側以橡膠頭7 :壓，-邊從電路基板i侧以加熱臺8加熱。藉此，能夠 半導體晶片3接著固定於電路基板1上同時將半導體晶 200945457 片3進行樹脂密封。 f膝頭7令，與對象物相接觸的部分，必須是由能夠 跟隨者欲押壓之對象物複雜的表面凹凸加以押壓的橡膠所 構成。具體而言’較佳為由橡膠硬度⑽S6〇5()) 5〜⑽的 樹脂所構成’更佳為由橡膝硬度4〇〜8〇的樹脂所構成。作 為此之橡膠硬度較佳的樹脂，從耐熱性的觀點來看，可 舉出聚矽氧樹脂或氟系樹脂。押壓力一般為卜着” 加熱臺8 —般而言較佳為由可以加熱至3〇〇t的不鏽鋼 或陶磁等熱傳導性佳的材料所構成。加熱4 8的溫度為埶 硬化型接著薄膜2與密封樹脂薄膜一般被加熱至16〇〜2〇〇t 的溫度。 其次，如圖1D所示，拉起橡膠頭7,撕下脫模薄膜4。 藉此，能夠同時進行將半導體晶片3固定在電路基板丨上、 以及半導體晶片3的密封。藉此，能夠獲得連接於電路基 板1的半導體晶片3經樹脂密封之半導體裝置。另外，在 圖1C及圖1D之中，應當留意所謂的熱硬化型密封樹脂層5 與熱硬化型接著薄膜2已經變成硬化物一事。 【實施例】 以下，藉由實施例具體說明本發明。另外，在以下的 實施例或比較側中所使用之評價用的電路基板，係表面施 有鍵錄/金之厚度為12 μιη之形成有銅配線且尺寸為 0.3mmx3 8mmx3 8mm之玻璃環氧電路基板。又，評價用的半 導體晶片係設置有金柱凸塊（Gold stud Bump)(160pin)且尺 200945457 寸為 2000^^6.311111^6.3111111 的石夕晶片。 參考例1<熱硬化型接著薄膜A的作成> 將環氧樹脂（jER828、Japan Epoxy Resins Co.，Ltd.)5〇 質量份與、潛伏性硬化劑（HX3941HP、Asahi Kasei Chemicals ' Corporation.)10〇質量份與、微粒子二氧化矽（龍森股份有限 • 公司）50質量份之混合物，以固體成分成為50質量％的方式 使其溶解、分散於甲苯而成之熱硬化型接著組成物，以乾 ❹ 燥厚度成為45μπι的方式塗佈於經過剝離處理之厚的 聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET)薄膜（T〇hcell〇 C〇.，Ltd.)，並 以80°C進行乾燥，藉此作成熱硬化型接著薄膜a❶彈性模 數Bm為5GPa。又，玻璃轉移溫度未滿（2〇〜4(rc範圍）時的 線膨脹係數Bel為30ppm。超過玻璃轉移溫度的溫度 (160〜190°C區域）時的線膨脹係數Be2為li〇ppm。 參考例2<熱硬化型接著薄膜b的作成〉 除了將微粒子二氧化矽的配合量從5〇質量份變更為3〇 ❹質量伤之外，以與參考例丨同樣的方法作成熱硬化型接著 薄膜B。彈性模數Bm為3.5GPae又’玻璃轉移溫度未滿 (20〜40°C範圍）時的線膨脹係數Bel為52ppm。超過玻璃轉 移溫度的溫度（160〜190t範圍）時的線膨脹係數Be2為 145ppm ° 參考例3<熱硬化型接著薄膜c的作成> 除了將微粒子二氧化矽的配合量從5〇質量份變更為〇 質量份之外，以與參考例丨同樣的方法作成熱硬化型接著 薄膜C。彈性模數Bm & 又，玻璃轉移溫度未滿 11 200945457 (2〇〜4(TC範圍）時的線膨脹係數Bel為66ppm。超過玻璃轉 移溫度的溫度（160〜19(rc範圍）時的線膨脹係數Ββ為 1 87ppm。 參考例4 <熱硬化型接著薄膜d的作成> 除了將微粒子二氧化矽的配合量從5〇質量份變更為 質量份之外，以與參考例丨同樣的方法作成熱硬化型接著 薄膜D。彈性模數Bm為8GPa。又，玻璃轉移溫度未滿 (20〜40°C範圍）時的線膨脹係數Bel為22ppn^超過玻璃轉 移溫度的溫度（160〜19(TC範圍）時的線膨脹係數Be2為 〇 69ppm ° 參考例5 <熱硬化型密封樹脂薄膜1的作成> 將環氧樹脂（jER828、Japan Epoxy Resins c〇，Ud )5〇 質量份與、潛伏性硬化劑（HX3941HP、Asahi Kasei Chemicals Corporation·) 100質量份與、微粒子二氧化矽（龍森股份有限 公司）50質量份之混合物，以固體成分成為5〇質量％的方式 使其溶解、分散於甲苯而成之熱硬化型接著組成物，以乾 燥厚度成為50μηι的方式塗佈於經過剝離處理之50μηι厚的 ❹ PET薄膜（TOHCELLO CO·，LTD.)，並以80°C進行乾燥，藉 此作成熱硬化型密封樹脂薄膜1。彈性模數Am為5GPa。 又’玻璃轉移溫度未滿（20〜40 °C範圍）時的線膨脹係數Ael 為30ppm。超過玻璃轉移溫度的溫度（16〇〜19〇°c範圍）時的 線膨服係數Ae2為1 1 〇ppm。 參考例6 <熱硬化型密封樹脂薄膜2的作成> 除了將熱硬化型接著組成物以乾燥厚度成為…(^也的 12 200945457 方式塗佈之外，以與參考例5同樣的方法作成熱硬化型密 封樹脂薄膜2。彈性模數Am、線膨脹係數Ae丨、線膨脹係 數Ae2，係與參考例5之熱硬化型密封樹脂薄膜i相同。 參考例7 <熱硬化型密封樹脂薄膜3的作成〉 除了將熱硬化型接著組成物以乾燥厚度成為2〇〇μιη的 方式塗佈之外，以與參考例5同樣的方法作成熱硬化型密 封树脂薄膜3。彈性模數Am、線膨脹係數Ael、線膨脹係 數Ae2，係與參考例5之熱硬化型密封樹脂薄膜i相同。 參考例8 <熱硬化型密封樹脂薄膜4的作成〉 除了將熱硬化型接著組成物以乾燥厚度成為3〇〇μηι的 方式塗佈之外，以與參考例5同樣的方法作成熱硬化型密 封樹脂薄膜4。彈性模數Am、線膨脹係數Ae丨、線膨脹係 數Ae2，係與參考例5之熱硬化型密封樹脂薄膜i相同。 參考例9 <熱硬化型密封樹脂薄膜5的作成> 除了將熱硬化型接著組成物以乾燥厚度成為“(^^的 方式塗佈之外’以與參考例5同樣的方法作成熱硬化型密 封樹脂薄膜5。彈性模數Am、線膨脹係數Ae丨、線膨脹係 數Ae2，係與參考例5之熱硬化型密封樹脂薄膜1相同。 參考例10〈熱硬化型密封樹脂薄膜6的作成> 除了將微粒子二氧化矽的配合量從5〇質量份變更為〇 質量份之外’以與參考例7同樣的方法作成密封樹脂薄膜 ό。彈性模數Am為i.6GPa，線膨脹係數Ael為66ppm，線 膨脹係數Ae2為I87ppm。 實施例1 13 200945457 將參考例1的熱硬化型接著薄膜A貼附於評價用的電 路基板，並撕下脫模薄臈，於其上對齊評價用的半導體晶 片並加以暫時固定，進—步蓋上參相6的熱硬化型密= 樹脂薄臈2’藉由一邊從下面加熱，一邊以矽橡膠頭加壓壓 製，在將半導體晶片封裝到電路基板的同時，進行半導體 B曰片的密封。最後藉由撕下表面的脫模薄膜得到實施例1 的半導體裝置。另外，屢製條件為18〇。〇、2〇秒、2 5Μρ&。 實施例2 除了以參考例8的熱硬化型密封樹脂薄膜4來代替參 考例6的熱硬化型密封樹脂薄臈2之外，以與實施例！同 様的方法得到實施例2的半導體裝置。 實施例3 除了以參考例2的熱硬化型接著薄膜B來代替參考例^ 的熱硬化型接著薄膜A，並且以參考例7的熱硬化型密封樹 月曰薄膜3來代替參考例6的熱硬化型密封樹脂薄膜2之外， 以與實施例1㈣的方法得到實施例3的半導體震置。 實施例4 的 到 除了以參考例3的熱硬化型接著薄膜c來代替參考例^ 熱硬化型接著薄膜A之外，以與實施例3同様的方 實施例4的半導體裝置。 實施例5 除了以參考例4的熱硬化型接著薄❹來代#參 的熱硬化型接著薄膜A，並且以參考例1Q的熱硬化型 樹脂薄膜6來代替參考例6的熱硬化型密封樹脂薄臈2之 200945457 外，以與實施例1同様的方法得到實施例5的半導體裝置。 比較例1 將參考例1的熱硬化型接著薄膜A貼附於評價用的電 路基板’並撕下脫模薄膜，就這樣以、2〇秒、2.5MPa ' 的條件進行加熱、加壓，進而將半導體晶片封裝接合到電 路基板。之後，使用迷、封用液狀樹脂（松下電工股份有限公 司）將半導體晶片封裝密封，藉由於加熱循環式烘箱中以 & 150 C加熱3小時，得到比較例i的半導體裝置。 比較例2 除了使用參考例5的熱硬化型密封樹脂薄膜i來代替 參考例6的熱硬化型密封樹脂薄膜2之外，以與實施例i 同様的方法得到比較例2的半導體裝置。 比較例3 除了使用參考例9的熱硬化型密封樹脂薄膜5來代替 參考例6的熱硬化型密封樹脂薄膜2之外，以與實施例i p 同様的方法得到比較例3的半導體農置。 (評價） 針對於各實施例及比較例所得到之半導體裝置，使用4 端子法（40channel/sample)來測定吸濕、回焊前（初期）與後 (在85C-85%RH之中放置24小時之後，一次通過265°C (MAX)的焊接回焊（reflow))電路基板與半導體晶片之間的 導通電阻值（mQ )，確認電氣的接合。又，使用菊鍊（daisy cham)法來測定吸濕、回焊前（初期）與後（在85°C -85%RH之 中放置24小時之後，一次通過265 °C (MAX)的焊接回焊）的 15 200945457 絕緣電阻值（Ω )，確認絕緣性。於表1表示所得的結果。又， 以目視觀察吸濕、回焊後的外觀。於表1表示所得的結果。 [表1] 錄例1 tbfe例 2 實施例1 實施例2 峨例3 實施例3 實施例4 實施例5 [密封用樹脂層厚]/[半導體晶片厚] - 0.25 0.5 1.5 2.5 1 1 1 Tg未滿[接著薄膜線膨脹係數Μ密封用樹脂層] 2.31 1 1 1 1 1.73 22 0.33 Tg超超[接著薄膜線膨脹係數μ密封用樹脂層] 2.34 1 1 1 1 1.32 LI 0.37 [密封用樹脂層彈性模數Μ接著薄膜彈性模數] 4 1 1 1 1 1.43 3.13 0.2 導通電阻(mQ) 吸濕、回焊前 19 19 20 20 open 19 20 20 吸濕、回焊後 opai 20 20 20 open 20 20 20 絕緣電阻(mQ) 吸濕、回焊前 1012 1012 1012 1012 1012 1012 1012 1012 吸濕、回雜 1012 1012 1012 1012 1012 ΙΟ12 1012 ΙΟ12 外觀 〇 X 〇 〇 〇 〇 〇 〇 從表1中得知，當同時進行半導體晶片的封裝與密封， 並且將熱硬化型密封樹脂層的厚度設為半導體晶片的厚度 的0.3〜2倍之範圍内時，於導通電阻、絕緣電阻、外觀之各 評價項目可得到良好的結果。相對於此，比較例1的情況， 因為沒有同時進行半導體晶片的封裝與密封，故於吸濕· 回焊後無法取得電氣的導通。比較例2的情況，因為熱硬 化型密封樹脂層的厚度未滿半導體晶片的厚度的0.3倍，故 無法完全密封住半導體晶片。比較例3的情況，因為熱硬 化型密封樹脂層的厚度超過半導體晶片的厚度的2倍，故 無法充份地去押壓，無法取得電氣的導通。 (產業利用性） 本發明之半導體裝置之製造方法，因為使用了具有既 定厚度之熱硬化型密封樹脂層的密封樹脂薄膜，並藉由一 次的熱壓接合處理，同時進行將半導體晶片封裝到電路基 板、與半導體晶片的密封，故於電路基板與半導體晶片之 16 200945457 間所形成之連接部，於連接後不會再次承受加熱加壓。因 此，能夠實現製程的短縮與良率的提升。所以，本發明作 ，為半導體裝置之製造方法能發揮功用。 【圖式簡單說明】 圖1A係說明本發明製造方法之製程的—部份。 圖1B係說明本發明製造方法之製程的—部份。 圖1C係說明本發明製造方法之製程的—部份。 Q 圖1D係說明本發明製造方法之製程的—部份。 【主要元件符號說明】 1 電路基板 2 熱硬化型接著薄膜 3 半導體晶片 4 脫模薄膜 5熱硬化型密封樹脂層 6 密封樹脂薄膜 Q 7 橡膠頭 8加熱臺 17

Claims (1)

1. 200945457 十、申請專利範圍·· #半導體裝置之製造方法，其制以製造電路基 =上的半導脂密封而成之半導體裝置 在於： 穴TT m 透過熱硬化型接著薄膜將半導體晶片暫時固定於電路 基板上； 對於被暫時固定之皁莲栌曰μ 疋之牛導體Β日片，配置具有脫模薄膜與 積層於該脫模薄膜之上且層厚為該半導體晶片厚度之〇 3〜2 〇 倍的熱硬化型密封樹脂層之密封樹脂薄膜，成為該熱硬化 型密封樹脂層面向半導體晶片側； 藉由一邊以橡膠硬度5〜1〇〇的橡膠頭從脫模薄膜側加 壓，一邊從電路基板側加熱，以將半導體晶片接著固定於 電路基板同時將半導體晶片進行樹脂密封； 並且再撕下表面的脫模薄膜。 2.如申請專利範圍第丨項之半導體裝置之製造方法， 其中’關於密封樹脂薄膜的熱硬化型密封樹脂層，將線膨 〇 脹係數s又為Ae，將彈性模數設為Am ;關於熱硬化型接著 薄膜，將線膨脹係數設為Be，彈性模數設為Bm時，係滿 足以下式（1)〜（2): 〇< Be/Ae^2.25 ⑴ 0 < Am/Bm ^3.5 (2)。 3·如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置之製造方 法，其中，岔封樹脂薄膜的熱硬化型密封樹脂層及接著薄 膜係由環氧樹脂或丙烯酸樹脂所構成。 18 (S) 200945457 4. 如申請專利範圍第1或2項之半導體裝置之製造方 法，其中，該橡膠頭係由聚矽氧樹脂所構成。 5. 如申請專利範圍第3項之半導體裝置之製造方法， 其中，該橡膠頭係由聚矽氧樹脂所構成。 6. —種半導體裝置，係使用申請專利範圍第1項之半 導體裝置之製造方法所製造者。 ❹ 十*一、圖式： 如次頁

   19