JP4289982B2

JP4289982B2 - 半導体装置とその製造方法

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Publication number: JP4289982B2
Application number: JP2003390031A
Authority: JP
Inventors: 望下石坂
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2003-11-20
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2023-11-20
Also published as: JP2005150649A

Description

本発明は、熱硬化性の封止樹脂層を形成した配線基板上に、半導体素子（半導体チップ）を突起電極を介して熱圧着するフリップチップ実装形式の半導体装置とその製造方法に関するものである。

電子機器の小型化に伴う高密度実装を生産性良く実施する方法として、熱硬化性の封止樹脂層を形成した突起電極を有す配線基板上に、半導体チップを前記突起電極を介して熱圧着するフリップチップ実装形式の半導体装置の製造方法が用いられている。

従来の突起電極を介して熱圧着するフリップチップ実装形式の半導体装置の代表的な製造方法として、例えば特許文献１に示す方法がある。
以下、特許文献１に示す、従来の半導体装置とその製造方法について図面を参照しながら説明する。

図１０は従来の半導体装置を示す断面図である。
図１０において、１は配線基板、２は配線基板１の表面に形成された複数の突起電極、３は配線基板１の表面に主面を相対して載置された半導体素子、４は半導体素子３の表面に形成された複数の半導体素子電極、５は半導体素子３の主面（半導体素子電極４を設けた面）、もしくは主面および側面と配線基板１の表面との間に充填された熱硬化性を有する封止樹脂であり、複数の突起電極２の表面が複数の半導体素子電極４とフリップチップ実装され封止樹脂５で接着されることで高密度実装を実現していた。

このような構成の従来の半導体装置の製造方法を、図１１の従来の半導体装置の製造方法を順に示す断面図に従って説明する。なお、図１１において、６は配線基板１上に形成された未硬化の熱硬化性を有する封止樹脂５の樹脂層を示している。

先ず図１１（ａ）に示すように、突起電極２を備えた配線基板１上に未硬化の熱硬化性を有する封止樹脂５からなる樹脂層６を形成する。ここで配線基板１に突起電極２を形成する方法として電解めっき法などが用いられる。また、樹脂層６を配線基板１上に形成する方法としては、液状樹脂を塗布する方法やＢステージ状態のフィルムを配置する方法などが用いられる。

次に図１１（ｂ）に示すように、未硬化の熱硬化性を有する封止樹脂５からなる樹脂層６が形成された配線基板１の表面に半導体素子１の主面を相対して載置し、半導体素子１の裏面より荷重Ｐを加えることで突起電極２と半導体素子電極４を接触させる。

次に図１１（ｃ）に示すように、半導体素子１の裏面より更に荷重Ｐを加え突起電極２を変形させることで突起電極２の高さばらつきを平坦化し、全ての突起電極２を半導体素子電極４とを接合する。

次に図１１（ｄ）に示すように、半導体素子１の裏面より加熱し、樹脂層６を形成する未硬化の熱硬化性を有する封止樹脂５を硬化させ、硬化後の封止樹脂５を冷却し、封止樹脂５の熱収縮応力により突起電極２と半導体素子電極４の接合を保持する。

以上の工程により従来の半導体装置が製造されていた。
特許第３３０８８５５号

しかしながら上記従来の半導体装置とその製造方法では、配線基板１上に形成された突起電極２を半導体素子１の裏面より加える荷重Ｐで変形し、突起電極２の高さを平坦化して半導体素子電極２と接触させるため、突起電極２の高さばらつきが大きい場合に突起電極２と半導体素子電極４が接触しない個所が発生し、接合歩留りを下げる要因となっていた。

また、突起電極２の高さばらつきが大きい場合に、突起電極２と半導体素子電極４の接合歩留りを向上させるため半導体素子１の裏面より加える荷重を増加させた場合、半導体素子電極４の裏面の圧力が増加し、半導体素子１を破壊する可能性があった。

そこで、本発明は、配線基板上に半導体素子を突起電極を介して熱圧着するフリップチップ実装半導体装置において、突起電極に高さばらつきが大きい場合でも、突起電極の高さばらつき吸収して良好な接続歩留りを実現する半導体装置とその製造方法を提供することを目的としたものである。

前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の半導体装置は、表面に複数の突起電極が形成された配線基板と、表面に複数の半導体素子電極が形成され、前記配線基板の表面に、前記半導体素子電極が形成された主面を相対して載置された半導体素子と、前記半導体素子の主面もしくは主面および側面と前記配線基板の表面との間に充填される封止樹脂とを備え、前記配線基板が、熱可塑性を有する基板から構成され、前記封止樹脂として、前記熱可塑性を有する配線基板の軟化温度より高い温度で硬化する熱硬化性を有する樹脂が使用され、前記複数の突起電極の表面が前記複数の半導体素子電極と接合され、一つ以上の前記突起電極の裏面が前記配線基板の最表面を構成する平面に接しており、かつ一つ以上の前記突起電極の裏面が前記配線基板の最表面を構成する平面から内部に向かって埋没されていることを特徴とするものである。

上記構成によれば、配線基板の表面に形成された突起電極の裏面が配線基板の表面から内部に埋没されていることにより、突起電極の表面が平坦化され、突起電極と半導体素子電極の接合が確保され、接合歩留りの低下が防止される。

また請求項２記載の半導体装置は、表面に複数の基板電極が形成された配線基板と、表面に複数の半導体素子電極が形成され、前記配線基板の表面に、前記半導体素子電極が形成された主面を相対して載置された半導体素子と、前記半導体素子電極上に形成された複数の突起電極と、前記半導体素子の主面もしくは主面および側面と前記配線基板の表面との間に充填される封止樹脂とを備え、前記配線基板が、熱可塑性を有する配線基板により構成され、前記封止樹脂として、前記熱可塑性を有する配線基板の軟化温度より高い温度で硬化する熱硬化性を有する封止樹脂が使用され、前記複数の基板電極の表面が前記複数の突起電極と接合され、一つ以上の前記基板電極の裏面が前記配線基板の最表面を構成する平面に接しており、かつ一つ以上の前記基板電極の裏面が前記配線基板の最表面を構成する平面から内部に向かって埋没されていることを特徴とするものである。

上記構成によれば、配線基板に形成された複数の基板電極の裏面が配線基板の表面から内部に埋没されていることにより、半導体素子電極上に形成された複数の突起電極と基板電極の接合面が平坦にされ、複数の突起電極と基板電極の接合が確保され、接合歩留りの低下が防止される。

また請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明であって、前記配線基板は２層以上の絶縁層で構成され、これら絶縁層のうち前記半導体素子の主面が載置される前記配線基板の最表面の絶縁層は、熱可塑性を有する絶縁層とされ、この熱可塑性を有する絶縁層の下層の絶縁層は、熱可塑性を有しない１層あるいは複数層の絶縁層で構成され、前記封止樹脂として、前記熱可塑性を有する最表面の絶縁層の軟化温度より高い温度で硬化する熱硬化性を有する封止樹脂が使用されることを特徴とするものである。

上記構成によれば、配線基板の最表面の絶縁層だけに熱可塑性を有する材料を用い、熱可塑性を有する絶縁層の下層には、熱可塑性を有しないリジッドな基材、例えばセラミックやガラス、シリコン、ガラスエポキシ等を用いた絶縁層が形成されることで、半導体装置の強度を向上することができる。

また請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明であって、前記配線基板は２層以上の絶縁層で構成され、これら絶縁層のうち前記半導体素子の主面が載置される前記配線基板の最表面の絶縁層は、熱可塑性を有する絶縁層とされ、この熱可塑性を有する絶縁層の下層の絶縁層は、前記半導体素子と同等の線膨張係数を備えた１層あるいは複数層の絶縁層で構成され、前記封止樹脂として、前記熱可塑性を有する最表面の絶縁層の軟化温度より高い温度で硬化する熱硬化性を有する封止樹脂が使用されることを特徴とするものである。

上記構成によれば、配線基板の最表面の絶縁層の下層には、半導体素子と同等の線膨張係数を有する基材、例えばセラミックやガラス、シリコン等を用いた絶縁層が形成されることで、半導体装置の熱による変形・反りを抑止することができる。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明であって、前記複数の突起電極が配置された領域以外の前記熱可塑性を有する最表面の絶縁層に、一つ以上の開口部が設けられていることを特徴とするものである。

上記構成によれば、熱可塑性を有する絶縁層に一つ以上の開口部を設けることにより配線基板に与える熱可塑性を有する絶縁層の線膨張係数の影響を軽減することができ、開口部がない場合と比較して半導体装置の熱による変形・反りをさらに抑止することができる。

また請求項６記載の半導体装置の製造方法は、表面に複数の突起電極が形成された、熱可塑性を有する配線基板を準備する第１工程と、表面に複数の半導体素子電極が形成された半導体素子を準備する第２工程と、前記熱可塑性を有する配線基板の表面に、前記配線基板が軟化する温度より高い温度で硬化する熱硬化性を有する封止樹脂からなる未硬化の樹脂層を形成する第３工程と、前記未硬化の樹脂層を形成した前記配線基板の表面に、前記半導体素子の複数の半導体素子電極が形成された主面を相対して載置する第４工程と、前記熱可塑性を有する配線基板が軟化するが前記樹脂層は硬化しない第１の温度で前記配線基板と前記封止樹脂とを加熱し、前記配線基板を軟化させる第５工程と、前記半導体素子の裏面から荷重を加え前記未硬化の樹脂層を貫通して一つ以上の前記複数の突起電極の表面と前記複数の半導体素子電極とを接触させる第６工程と、前記半導体素子の裏面から更に荷重を加え、一つ以上の前記突起電極の裏面が前記軟化した配線基板の最表面を構成する平面に接した状態のまま、前記配線基板の最表面を構成する平面に裏面が接した前記突起電極より高さが高い一つ以上の突起電極の裏面を前記軟化した配線基板の表面から内部に向かって埋没させることで全ての前記突起電極の表面を前記複数の半導体素子電極と接合する第７工程と、前記第１の温度より高温で、前記樹脂層を形成する封止樹脂が硬化する第２の温度で前記配線基板と前記樹脂層を加熱し前記封止樹脂を硬化させる第８工程と、前記配線基板と前記封止樹脂とを室温まで冷却し前記封止樹脂の熱収縮応力で前記複数の突起電極と前記複数の半導体素子電極との接合を保持する第９工程とを順に実行することを特徴とするものである。

上記製造方法によれば、配線基板の軟化温度である第１の温度より前記熱硬化性を有する封止樹脂の硬化温度である第２の温度を高くすることで、配線基板を軟化させた後に封止樹脂を硬化させる工程を加熱温度の変化に追随して連続して実施することができることにより、生産性の向上が図られる。

また、請求項７記載の発明は、上記請求項６に記載の発明であって、前記第１工程において、表面に複数の基板電極を形成した熱可塑性を有する配線基板を準備し、前記第２工程と第３工程との間で、前記半導体素子電極上に複数の突起電極を形成する工程を実行し、前記第６工程において、前記半導体素子の裏面から荷重を加え前記未硬化の封止樹脂を貫通して一つ以上の前記複数の突起電極の表面と前記複数の基板電極とを接触させ、前記第７工程において、前記半導体素子の裏面から更に荷重を加え、一つ以上の前記基板電極の裏面が前記軟化した配線基板の最表面を構成する平面に接した状態のまま、一つ以上の基板電極の裏面を前記軟化した配線基板の表面から内部に向かって埋没させることで全ての前記突起電極の表面を前記複数の基板電極と接合させ、前記第９工程において、前記配線基板と前記封止樹脂とを室温まで冷却し前記封止樹脂の熱収縮応力で前記複数の突起電極と前記複数の基板電極との接合を保持することを特徴とするものである。

上記方法は、請求項６とは逆に突起電極が半導体素子電極上に形成され、前記配線基板上に形成された基板電極と接合される半導体装置の製造方法であり、請求項６と同様に、配線基板の軟化温度である第１の温度より前記熱硬化性を有する封止樹脂の硬化温度である第２の温度を高くすることで、配線基板を軟化させた後に封止樹脂を硬化させる工程を加熱温度の変化に追随して連続して実施することができることにより、生産性の向上が図られる。

本発明の半導体装置によれば、上記構成を有し、前記突起電極を前記配線基板の表面から内部に埋没させることで前記突起電極の表面を平坦化することができ、よって突起電極と半導体素子電極の接合を確保でき、接合歩留りの低下を防止することができる。

また本発明の半導体装置の製造方法によれば、上記工程を有し、前記配線基板の軟化温度より前記熱硬化性を有する封止樹脂の硬化温度を高くすることで、前記配線基板を軟化させた後に前記封止樹脂を硬化させる工程を加熱温度の変化に追随して連続して実施することができることにより、生産性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１における半導体装置を示す断面図である。

図１に示す半導体装置は、表面に複数の突起電極２２が形成された配線基板２１と、表面に複数の半導体素子電極２４が形成され、配線基板２１の表面に、半導体素子電極２４が形成された主面を相対して載置された半導体素子２３と、半導体素子２３の主面および側面と配線基板２１の表面との間に充填される封止樹脂２５を備え、前記配線基板２１は熱可塑性を有する基板から構成され、また前記封止樹脂２５として、熱可塑性を有する配線基板２１の軟化温度より高い温度で硬化する熱硬化性を有する樹脂が使用され、前記複数の突起電極２２の表面が複数の半導体素子電極２４と接合され、かつ一つ以上の突起電極２２の裏面が配線基板２１の表面から内部に向かって埋没されている。なお、半導体素子２３の半導体素子電極２４の位置に合わせて、配線基板２１に突起電極２２が形成されている。

上記構成の半導体装置の製造方法を、図２の製造方法の手順を示すフローチャート、および図３に示す製造方法の手順毎の半導体装置の断面図に基づいて説明する。図３において、２６は配線基板２１上に形成された未硬化の封止樹脂２５からなる樹脂層である。
第１工程
まず、表面に、半導体素子２３の半導体素子電極２４の位置に合わせて複数の突起電極２２が形成された、熱可塑性を有する配線基板２１を準備する。ここでは配線基板２１として、例えば１００℃前後で軟化する厚み３８ｕｍのポリイミドフィルムを用いる。また突起電極２２は、例えば配線基板２１上に電解めっきでＣｕ−Ｎｉ−Ａｕの構成で形成する。各層の厚みは、例えばＣｕを１０ｕｍ、Ｎｉを０．２ｕｍ、Ａｕを１．０ｕｍとする。
第２工程
続いて、表面に複数の半導体素子電極２４が形成された半導体素子２３を準備する。
第３工程
次に、図３（ａ）に示すように、熱可塑性を有する配線基板２１の表面に、配線基板２１が軟化する温度より高い温度で硬化する熱硬化性を有する封止樹脂２５からなる未硬化の樹脂層２６を形成する。ここでは、未硬化の熱硬化性を有する封止樹脂２５としては、例えば２００℃前後で硬化する液状のエポキシ樹脂をディスペンサーで塗布する。ここで液状のエポキシ樹脂を用いる代わりに、Ｂステージに硬化されたフィルム状のエポキシ樹脂を貼り付けて未硬化の熱硬化性を有する封止樹脂２５からなる樹脂層２６を形成しても良い。
第４工程
次に、未硬化の封止樹脂２５からなる樹脂層２６を形成した配線基板２１の表面に、半導体素子２３の主面を相対して載置する。半導体素子２３上には複数の半導体素子電極２４が形成されている。
第５工程
次に、熱可塑性を有する配線基板２１が軟化するが樹脂層２６を形成する封止樹脂２５は硬化しない第１の温度で、配線基板２１と樹脂層２６とを第１の温度まで加熱し配線基板２１を軟化させる。
第６工程
次に、図３（ｂ）に示すように、半導体素子２３の裏面から荷重Ｐを加え未硬化の樹脂層２６を貫通して一つ以上の突起電極２２の表面と半導体素子電極２４とを接触させる。
第７工程
次に、図３（ｃ）に示すように、半導体素子２３の裏面から更に荷重Ｐを加え一つ以上の突起電極２２の裏面を軟化した配線基板２１の表面から内部に向かって埋没させることで全ての突起電極２２の表面を複数の半導体素子電極２４と接合する。
第８工程
次に、図３（ｄ）に示すように、第１の温度より高温で封止樹脂２５が硬化する第２の温度で、配線基板２１と樹脂層２６を加熱し封止樹脂２５を硬化させる。
第９工程
その後、配線基板２１と硬化後の封止樹脂２５とを室温まで冷却し封止樹脂２５の熱収縮応力で複数の突起電極２２と複数の半導体素子電極２４との接合を保持する。

上記第１工程から第９工程を順に実行することにより、図１に示す半導体装置が製造される。
以上のように、本実施の形態１における半導体装置の構成によれば、突起電極２２の裏面を配線基板２１の表面から内部に埋没させることで突起電極２２の表面を平坦化することができ、よって突起電極２２と半導体素子電極２４の接合を確保でき、接合歩留りの低下を防止することができる。

また本実施の形態１における半導体装置の製造方法によれば、配線基板２１の軟化温度である第１の温度より、熱硬化性を有する封止樹脂２５の硬化温度である第２の温度を高くすることで、配線基板２１を軟化させた後に封止樹脂２５を硬化させる工程を加熱温度の変化に追随して連続して実施することができることにより、生産性の向上を図ることができる。
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について図面を参照しながら説明する。

図４は、本発明の実施の形態２における半導体装置を示す断面図である。なお、上記実施の形態１の構成と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
実施の形態２では、配線基板２１の表面に形成された複数の突起電極２２に代えて、配線基板２１の表面に複数の基板電極３１が形成され、また半導体素子電極２４上にそれぞれ突起電極３２が形成され、複数の基板電極３１の表面が複数の突起電極３２と接合され、かつ一つ以上の基板電極３１の裏面が配線基板２１の表面から内部に向かって埋没されている。

ここでは配線基板２１として、例えば１００℃前後で軟化する厚み３８ｕｍのポリイミドフィルムを用いる。また基板電極３１は、例えば配線基板２１上に形成されたＣｕ箔をエッチングしてパターンニングし、電解めっきでＮｉ−Ａｕの構成にて形成する。各層の厚みは、例えばＣｕを１０ｕｍ、Ｎｉを０．２ｕｍ、Ａｕを１．０ｕｍとする。

上記構成の半導体装置の製造方法を、図５の製造方法の手順を示すフローチャート、および図６に示す製造方法の手順毎の半導体装置の断面図に基づいて説明する。なお、上記実施の形態１の手順と異なる手順について説明する。

すなわち、実施の形態１の第１工程において、表面に複数の基板電極３１を形成した熱可塑性を有する配線基板２１を準備し、第２工程と第３工程との間で、下記第２−Ａ工程を実行し、また第６工程において、半導体素子２３の裏面から荷重Ｐを加え未硬化の樹脂層２６を貫通して一つ以上の複数の突起電極３２の表面と複数の基板電極３１とを接触させ、さらに第７工程において、半導体素子２３の裏面から更に荷重Ｐを加え一つ以上の基板電極３１の裏面を軟化した配線基板２１の表面から内部に向かって埋没させることで全ての突起電極３２の表面を複数の基板電極３１と接合させ、さらに第９工程において、配線基板２１と封止樹脂２５とを室温まで冷却し封止樹脂２５の熱収縮応力で複数の突起電極３２と複数の基板電極３１との接合を保持している。
第２−Ａ工程
半導体素子２３の主面に形成された複数の半導体素子電極２４上にそれぞれ突起電極３２を形成する。ここで、一例として突起電極３２はＡｕめっきバンプを用い、厚みを１５ｕｍに形成する。

このような実施の形態２における手順により、図６（ａ）に示すように、基板電極３１を備えた配線基板２１上に、封止樹脂２５からなる樹脂層２６を形成し、続いて図６（ｂ）に示すように、未硬化の樹脂層２６を形成した配線基板２１の表面に、半導体素子２３をその主面を相対して載置させ、熱可塑性を有する配線基板２１が軟化するが熱硬化性を有する樹脂層２６は硬化しない第１の温度で、配線基板２１と樹脂層２６とを第１の温度まで加熱し配線基板２１を軟化させ、半導体素子２３の裏面から荷重Ｐを加え未硬化の樹脂層２６を貫通して一つ以上の突起電極３２の表面と基板電極３１とを接触させ、続いて図６（ｃ）に示すように、半導体素子２３の裏面から更に荷重Ｐを加え一つ以上の基板電極３１の裏面を軟化した配線基板２１の表面から内部に向かって埋没させることで全ての突起電極３２の表面を複数の基板電極３１と接合し、続いて図６（ｄ）に示すように第１の温度より高温で樹脂層２６が硬化する第２の温度で、配線基板２１と樹脂層２６を加熱し封止樹脂２５を硬化させた後、配線基板２１と硬化後の封止樹脂２５とを室温まで冷却し封止樹脂２５の熱収縮応力で複数の突起電極３２と複数の基板電極３１との接合を保持している。

以上のように、本実施の形態２の半導体装置の構成によれば、基板電極３１の裏面を配線基板２１の表面から内部に埋没させることで突起電極３２と基板電極３１との接合面を平坦化することができ、よって基板電極３１突起電極３２の接合を確保でき、接合歩留りの低下を防止することができる。

また本実施の形態２の半導体装置の製造方法は、実施の形態１のとは逆に突起電極３２が半導体素子電極２４上に形成され、配線基板２１上に形成された基板電極３１と接合される半導体装置の製造方法であり、この製造方法によれば、実施の形態１の半導体装置の製造方法と同様に、配線基板２１の軟化温度である第１の温度より熱硬化性を有する封止樹脂２５の硬化温度である第２の温度を高くすることで、配線基板２１を軟化させた後に封止樹脂２５を硬化させる工程を加熱温度の変化に追随して連続して実施することができることにより、生産性の向上を図ることができる。
［実施の形態３］
次に本発明の実施の形態３について図面を参照しながら説明する。

図７は本発明の実施の形態３における半導体装置を示す断面図である。なお、上記実施の形態１の構成と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
実施の形態３では、配線基板２１は２層の絶縁層４１，４２で構成され、配線基板２１の最表面の第１絶縁層４１は、熱可塑性を有する絶縁層とされ、この熱可塑性を有する絶縁層４１の下層の第２絶縁層４２は、熱可塑性を有しない絶縁層とされている。ここでは第２絶縁層４２として、厚み０．８ｍｍ程度のセラミック基板を用い、最表面の第１絶縁層４１としては液状のポリイミド樹脂を第２絶縁層４２に塗布後硬化して形成する。また熱硬化性を有する封止樹脂２５は、熱可塑性を有する第１絶縁層４１の軟化温度より高い温度で硬化する特性を有しており、複数の突起電極２２の表面が複数の半導体素子電極２４と接合され、かつ一つ以上の突起電極２２の裏面が配線基板２１の第１絶縁層４１の表面から内部に向かって埋没されている。

なお、第２絶縁層４２としては、ここではセラミックを用いたが、シリコン、ガラスやガラスエポキシなど、熱可塑性を有しない、強度の強いリジッドな基材であれば良い。また、第１絶縁層４１としてはここではポリイミド樹脂を用いたが、１００℃前後で軟化する熱可塑性を有する材料であれば良い。また、第１絶縁層４１には液状の材料を用いたが、フィルム状の材料で形成しても良い。

この実施の形態３の半導体装置の製造方法は、上記実施の形態１の製造方法と同一であり、説明を省略する。なお、実施の形態１の製造方法の第１工程において、上記２層の絶縁層４１，４２から構成された配線基板２１が用意され、表面に複数の突起電極２２が形成される。

以上のように本実施の形態３の構成によれば、実施の形態１と同様に、突起電極２２の裏面を配線基板２１（第１絶縁層４１）表面から内部に埋没させることで突起電極２２の表面を平坦化することができ、よって突起電極２２と半導体素子電極２４の接合を確保でき、接合歩留りの低下を防止することができる。

また本実施の形態３の構成によれば、配線基板２１の最表面の第１絶縁層４１だけを熱可塑性を有するポリイミド樹脂とし、第２絶縁層４２を、熱可塑性を有しないリジッドな基材、例えばセラミックやガラス、シリコン、ガラスエポキシ等を用いた絶縁層で形成することにより、半導体装置の強度を向上することができる。

また本実施の形態３における半導体装置の製造方法によれば、実施の形態１と同様に、配線基板２１の第１絶縁層４１の軟化温度である第１の温度より熱硬化性を有する封止樹脂２６の硬化温度である第２の温度を高くすることで、配線基板２１の第１絶縁層４１を軟化させた後に封止樹脂２６を硬化させる工程を加熱温度の変化に追随して連続して実施することができることにより、生産性の向上を図ることができる。
［実施の形態４］
次に本発明の実施の形態４について図面を参照しながら説明する。

図８は本発明の実施の形態４における半導体装置を示す断面図である。なお、実施の形態３と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
実施の形態４では、図８に示すように、実施の形態３における第２絶縁層４２に代えて、配線基板２１の熱可塑性を有する第１の絶縁層４１の下層に、熱可塑性を有しない、厚み０．８ｍｍ程度の、半導体素子２３と同等の線膨張係数を有する基材としてシリコン基板を用いた第３絶縁層４３を設けている。また最表面の第１絶縁層４１としては液状のポリイミド樹脂を第３絶縁層４３に塗布後硬化して形成する。

なお、第３絶縁層４３としてはここではシリコン基板を用いたが、半導体素子２３と同程度の線膨張係数をもつ基材、例えばセラミックやガラスなどであれば良い。また第１絶縁層４１としてはここではポリイミド樹脂を用いたが、１００℃前後で軟化する熱可塑性を有する材料であれば良い。また、第１絶縁層４１には液状の材料を用いたが、フィルム状の材料で形成しても良い。

この実施の形態４の半導体装置の製造方法は、上記実施の形態１の製造方法と同一であり、説明を省略する。なお、実施の形態１の製造方法の第１工程において、上記２層の絶縁層４１，４３から構成された配線基板２１が用意され、表面に複数の突起電極２２が形成される。

以上のように本実施の形態４の構成によれば、実施の形態３と同様の効果を有するとともに、配線基板２１の最表面の第１絶縁層４１だけを熱可塑性を有するポリイミド樹脂とし、第３絶縁層４３には半導体素子２３と同等の線膨張係数を有する基材を用いることで半導体装置の熱による変形・反りを抑止することができる。
［実施の形態５］
次に本発明の実施の形態５について図面を参照しながら説明する。

図９は本発明の実施の形態５における半導体装置を示す断面図である。なお、実施の形態４と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
実施の形態５では、図９に示すように、配線基板２１は第１絶縁層４１と第３絶縁層４３で構成されているが、第１絶縁層４１は、配線基板２１の表面に形成された複数の突起電極２２の部分にのみ形成され、これら突起電極２２毎に設けた第１絶縁層４１間に、第３絶縁層４３が現れる開口部４４が形成されている。

ここでは第３絶縁層４３として、実施の形態４と同様に、厚み０．８ｍｍ程度のシリコン基板を用い、最表面の第１絶縁層４１としては液状の感光性ポリイミド樹脂を塗布後、露光現像し硬化することで開口部４４を形成している。

なお、第３絶縁層４３としてはここではシリコン基板を用いたが、半導体素子２３と同程度の線膨張係数をもつ基材であれば良い。また第１絶縁層４１としてはここでは感光性のポリイミド樹脂を用いたが、１００℃前後で軟化する熱可塑性を有する材料であれば良い。さらに、第１絶縁層４１に非感光の材料を用い、パターン印刷することで開口部４４を設けても良い。また第１絶縁層４１には液状の材料を用いたが、フィルム状の材料で形成しても良い。

この実施の形態５の半導体装置の製造方法は、上記実施の形態１の製造方法と同一であり、説明を省略する。なお、実施の形態１の製造方法の第１工程において、上記２層の絶縁層４１，４３から構成された配線基板２１が用意され、最表面の第１絶縁層４１としては液状の感光性ポリイミド樹脂を塗布後、露光現像し硬化することで開口部４４が形成され、第１絶縁層４１の表面に複数の突起電極２２が形成される。

以上のように、本実施の形態５の構成によれば、第４の実施形態と同様の効果が得られるともに、熱可塑性を有する第１の絶縁層４１に１つ以上の開口部４４を設けることで配線基板２１に与える熱可塑性を有する第１の絶縁層４１の線膨張係数の影響を軽減することができ、実施の形態４の構成と比較して半導体装置の熱による変形・反りをさらに抑止することができる。

なお、本実施の形態３〜本実施の形態５では、配線基板２１の表面に複数の突起電極２２を形成しているが、実施の形態２の如く、複数の突起電極２２に代えて、配線基板２１の表面に複数の基板電極３１を形成し、さらに半導体素子電極２４上にそれぞれ突起電極３２を形成した半導体装置とすることもできる。このとき、配線基板２１の第１絶縁層４１の表面から内部に向かって、一つ以上の基板電極３１の裏面が埋没する。

また本実施の形態３〜本実施の形態５では、配線基板２１を２層の絶縁層４１，４２または４１，４３により構成しているが、最表面の第１絶縁層４１の下層を、熱可塑性を有しない２層以上の絶縁層で構成することもできる。

また本実施の形態１〜本実施の形態５では、半導体素子２３の主面および側面と配線基板２１の表面との間に封止樹脂２５を充填しているが、半導体素子２３の主面と配線基板２１の表面との間に封止樹脂２５を充填する構成としてもよい。

本発明にかかる半導体装置は、突起電極の高さばらつきによる接合歩留りの低下を効果的に低減することができるため、熱硬化性の封止樹脂を形成した配線基板上に半導体チップを突起電極を介して熱圧着するフリップチップ実装形式の半導体装置として有用である。

本発明の実施の形態１における半導体装置の断面図である。同半導体装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。同半導体装置の製造方法を順に示す半導体装置の断面図である。本発明の実施の形態２における半導体装置の断面図である。同半導体装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。同半導体装置の製造方法を順に示す半導体装置の断面図である。本発明の実施の形態３における半導体装置の断面図である。本発明の実施の形態４における半導体装置の断面図である。本発明の実施の形態５における半導体装置の断面図である。従来の半導体装置の断面図である。従来の半導体装置の製造方法を順に示す半導体装置の断面図である。

符号の説明

２１配線基板
２２突起電極
２３半導体素子
２４半導体素子電極
２５封止樹脂
２６未硬化の樹脂層
３１基板電極
３２突起電極
４１第１絶縁層
４２第２絶縁層
４３第３絶縁層
４４開口部

Claims

表面に複数の突起電極が形成された配線基板と、
表面に複数の半導体素子電極が形成され、前記配線基板の表面に、前記半導体素子電極が形成された主面を相対して載置された半導体素子と、
前記半導体素子の主面もしくは主面および側面と前記配線基板の表面との間に充填される封止樹脂と
を備え、
前記配線基板が、熱可塑性を有する基板から構成され、
前記封止樹脂として、前記熱可塑性を有する配線基板の軟化温度より高い温度で硬化する熱硬化性を有する樹脂が使用され、
前記複数の突起電極の表面が前記複数の半導体素子電極と接合され、一つ以上の前記突起電極の裏面が前記配線基板の最表面を構成する平面に接しており、かつ一つ以上の前記突起電極の裏面が前記配線基板の最表面を構成する平面から内部に向かって埋没されていること
を特徴とする半導体装置。
表面に複数の基板電極が形成された配線基板と、
表面に複数の半導体素子電極が形成され、前記配線基板の表面に、前記半導体素子電極が形成された主面を相対して載置された半導体素子と、
前記半導体素子電極上に形成された複数の突起電極と、
前記半導体素子の主面もしくは主面および側面と前記配線基板の表面との間に充填される封止樹脂と
を備え、
前記配線基板が、熱可塑性を有する配線基板により構成され、
前記封止樹脂として、前記熱可塑性を有する配線基板の軟化温度より高い温度で硬化する熱硬化性を有する封止樹脂が使用され、
前記複数の基板電極の表面が前記複数の突起電極と接合され、一つ以上の前記基板電極の裏面が前記配線基板の最表面を構成する平面に接しており、かつ一つ以上の前記基板電極の裏面が前記配線基板の最表面を構成する平面から内部に向かって埋没されていることを特徴とする半導体装置。
前記配線基板は２層以上の絶縁層で構成され、これら絶縁層のうち前記半導体素子の主面が載置される前記配線基板の最表面の絶縁層は、熱可塑性を有する絶縁層とされ、この熱可塑性を有する絶縁層の下層の絶縁層は、熱可塑性を有しない１層あるいは複数層の絶縁層で構成され、
前記封止樹脂として、前記熱可塑性を有する最表面の絶縁層の軟化温度より高い温度で硬化する熱硬化性を有する封止樹脂が使用されること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
前記配線基板は２層以上の絶縁層で構成され、これら絶縁層のうち前記半導体素子の主面が載置される前記配線基板の最表面の絶縁層は、熱可塑性を有する絶縁層とされ、この熱可塑性を有する絶縁層の下層の絶縁層は、前記半導体素子と同等の線膨張係数を備えた１層あるいは複数層の絶縁層で構成され、
前記封止樹脂として、前記熱可塑性を有する最表面の絶縁層の軟化温度より高い温度で硬化する熱硬化性を有する封止樹脂が使用されること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
前記複数の突起電極が配置された領域以外の前記熱可塑性を有する最表面の絶縁層に、一つ以上の開口部が設けられていること
を特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
表面に複数の突起電極が形成された、熱可塑性を有する配線基板を準備する第１工程と、
表面に複数の半導体素子電極が形成された半導体素子を準備する第２工程と、
前記熱可塑性を有する配線基板の表面に、前記配線基板が軟化する温度より高い温度で硬化する熱硬化性を有する封止樹脂からなる未硬化の樹脂層を形成する第３工程と、
前記未硬化の樹脂層を形成した前記配線基板の表面に、前記半導体素子の複数の半導体素子電極が形成された主面を相対して載置する第４工程と、
前記熱可塑性を有する配線基板が軟化するが前記樹脂層は硬化しない第１の温度で前記配線基板と前記封止樹脂とを加熱し、前記配線基板を軟化させる第５工程と、
前記半導体素子の裏面から荷重を加え前記未硬化の樹脂層を貫通して一つ以上の前記複数の突起電極の表面と前記複数の半導体素子電極とを接触させる第６工程と、
前記半導体素子の裏面から更に荷重を加え、一つ以上の前記突起電極の裏面が前記軟化した配線基板の最表面を構成する平面に接した状態のまま、前記配線基板の最表面を構成する平面に裏面が接した前記突起電極より高さが高い一つ以上の突起電極の裏面を前記軟化した配線基板の表面から内部に向かって埋没させることで全ての前記突起電極の表面を前記複数の半導体素子電極と接合する第７工程と、
前記第１の温度より高温で、前記樹脂層を形成する封止樹脂が硬化する第２の温度で前記配線基板と前記樹脂層を加熱し前記封止樹脂を硬化させる第８工程と、
前記配線基板と前記封止樹脂とを室温まで冷却し前記封止樹脂の熱収縮応力で前記複数の突起電極と前記複数の半導体素子電極との接合を保持する第９工程と
を順に実行することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記第１工程において、表面に複数の基板電極を形成した熱可塑性を有する配線基板を準備し、
前記第２工程と第３工程との間で、前記半導体素子電極上に複数の突起電極を形成する工程を実行し、
前記第６工程において、前記半導体素子の裏面から荷重を加え前記未硬化の封止樹脂を貫通して一つ以上の前記複数の突起電極の表面と前記複数の基板電極とを接触させ、
前記第７工程において、前記半導体素子の裏面から更に荷重を加え、一つ以上の前記基板電極の裏面が前記軟化した配線基板の最表面を構成する平面に接した状態のまま、一つ以上の基板電極の裏面を前記軟化した配線基板の表面から内部に向かって埋没させることで全ての前記突起電極の表面を前記複数の基板電極と接合させ、
前記第９工程において、前記配線基板と前記封止樹脂とを室温まで冷却し前記封止樹脂の熱収縮応力で前記複数の突起電極と前記複数の基板電極との接合を保持すること
を特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。