JP2005183561A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1の半導体素子10aと第2の半導体素子10bとが、基板16にはんだ接合によりフリップチップ接続され、基板と第1および第2の半導体素子との間にアンダーフィル樹脂22a,22bが充填された半導体装置の製造方法において、前記第1と第2のすべての半導体素子が搭載される基板の位置に、アンダーフィル樹脂を塗布し、第1の半導体素子については、アンダーフィル樹脂を硬化させることなく基板にはんだ接合し、前記第2の半導体素子については、基板にはんだ接合するとともに、アンダーフィル樹脂22bを硬化させて搭載し、前記第1および第2の半導体素子を搭載した後基板全体を加熱して、前記第1の半導体素子のアンダーフィル樹脂22aを硬化させる。
【選択図】図4
Description
図6、7は、アンダーフィル樹脂を基板にあらかじめ塗布して、フリップチップ接続によって半導体素子を搭載する工程を示す。図6(a)は、基板に搭載する半導体素子10であり、電極端子形成面にアルミニウムのパッド12が形成されている。図6(b)は、半導体素子10のパッド12にスタッドバンプ14を形成した状態を示す。スタッドバンプ14はスタッドバンプボンダーにより金線をボンディングして形成される。
しかしながら、一つの基板に複数の半導体素子を搭載する場合、たとえば、電極配置がきわめて微細なマイクロプロセッサ等の半導体素子と、微細接続を必要としないメモリなどの半導体素子を搭載するような場合には、一方については基板にあらかじめアンダーフィル樹脂22を塗布してフリップチップ接続し、他方についてはフリップチップ接続した後にアンダーフィルするといったように、半導体素子の搭載方法を変えて作業しなければならなくなる。
すなわち、第1の半導体素子と第2の半導体素子とが、基板にはんだ接合によりフリップチップ接続され、基板と第1の半導体素子および第2の半導体素子との間にアンダーフィル樹脂が充填された半導体装置の製造方法において、前記基板の、前記第1と第2のすべての半導体素子が搭載される搭載位置に、アンダーフィル樹脂を塗布し、前記第1の半導体素子については、前記基板に塗布されたアンダーフィル樹脂を硬化させることなく、基板にはんだ接合して搭載し、前記第2の半導体素子については、基板にはんだ接合するとともに、前記アンダーフィル樹脂を硬化させて基板に搭載し、前記第1の半導体素子および前記第2の半導体素子を基板に搭載した後、前記第1および第2の半導体素子が搭載された基板全体を加熱して、前記第1の半導体素子のアンダーフィル樹脂を硬化させることを特徴とする。
また、前記第1の半導体素子および前記第2の半導体素子は、電極にスタッドバンプが形成されたものであり、前記基板は、前記スタッドバンプの配置に合わせて接続電極が配置され、接続電極の表面にはんだが被覆されたものであり、前記はんだを溶融して、前記スタッドバンプと接続電極とをはんだにより接合することを特徴とする。
また、前記第1の半導体素子および第2の半導体素子を、フリップチップボンダーの吸着ツールに支持し、該吸着ツールを前記はんだの融点以上に加熱するとともに、前記第1の半導体素子を、前記吸着ツールにより基板に加圧して、前記アンダーフィル樹脂を硬化させることなく基板にはんだ接合し、前記吸着ツールにより、前記第2の半導体素子を基板に加圧および加熱して、基板にはんだ接合するとともに、前記アンダーフィル樹脂を硬化させることを特徴とする。
図1〜5は本発明に係る半導体装置の製造方法によって半導体装置を製造する工程を示す説明図である。
本実施形態の半導体装置の製造方法は、フリップチップ接続によって半導体素子を基板に搭載する際に、はんだ接合部が十分な接合強度を有することから、フリップチップ接続を行った後にアンダーフィル樹脂を充填する方法によって搭載可能な半導体素子(第1の半導体素子)と、電極間隔が狭い等の理由から、はんだ接合部にクラックが生じるといった問題が生じやすい半導体素子であって、あらかじめ基板にアンダーフィル樹脂を塗布してフリップチップ接続する方法が好適な半導体素子(第2の半導体素子)とを混在させて同一の基板に搭載する場合に適用する方法である。
また、アンダーフィル樹脂をあらかじめ基板に塗布しておき、はんだ接合と同時にアンダーフィル樹脂を硬化させてアンダーフィル樹脂によって補強する必要がある半導体素子としては、マイクロプロセッサのようにきわめて微細間隔に電極が配置され、この電極に対応するため、基板の接続電極の面積が小さくなりスタッドバンプと接続電極とのはんだ接合によっては十分な機械的強度が得られないものがあげられる。
なお、半導体素子に作用する機械的外力としては、熱応力の他に、搬送等の取り扱い時に半導体素子あるいは基板に作用する機械的衝撃がある。
図1は、これら第1の半導体素子10aと第2の半導体素子10bを搭載する搭載領域A、Bが形成された基板16を示す。搭載領域Aは第1の半導体素子10aを搭載する領域、搭載領域Bは第2の半導体素子10bを搭載する領域である。
本実施形態の半導体装置の製造方法では、半導体素子をはんだ接合した後にアンダーフィルする方法を適用可能な第1の半導体素子10aを搭載する領域にも、あらかじめ基板16にアンダーフィル樹脂22を塗布する。すなわち、まず基板16上で、第1、第2の半導体素子10a、10bを搭載するすべての搭載位置に所要量のアンダーフィル樹脂22を塗布する。
26は第1の半導体素子10aを吸着して支持する吸着ツールである。この吸着ツール26は、接続電極18の表面を被覆しているはんだ20を溶融して第1の半導体素子10aをはんだ接合するため、はんだ20の溶融温度よりも高温に加熱されている。前述したように、はんだ20としてSn−Agはんだを使用する場合は、はんだの融点が221℃であるから、吸着ツール26は250℃〜350℃程度に加熱しておく。基板ステージ24は、若干加熱しておいてもよいが、アンダーフィル樹脂22が硬化がはじまらない温度程度(50℃〜150℃程度)とする。
吸着ツール26により第1の半導体素子10aを1〜2秒加圧してはんだ20を溶融した後、吸着ツール26をはんだの溶融温度以下(実施形態では220℃以下)に冷却して、はんだ20を凝固させる。
図3では、基板16上に第1の半導体素子10aを1枚はんだ接合した状態を示すが、基板16に第1の半導体素子10aと同一または同種の半導体素子を他にも搭載する場合には、これらの半導体素子を上述した方法と同じ方法によって基板16に搭載する。
図4は、第2の半導体素子10bを基板16に搭載している状態を示す。吸着ツール26により第2の半導体素子10bを吸着して支持し、基板16上の搭載位置に第2の半導体素子10bを位置合わせし、吸着ツール26により第2の半導体素子10bを基板16に向けて加圧してボンディングする。
吸着ツール26を用いてこの第2の半導体素子10bをボンディングする際には、はんだ接合と同時にアンダーフィル樹脂22bを硬化させる。したがって、吸着ツール26によるボンディング条件を、はんだ20を溶融してスタッドバンプ14を接続電極18にはんだ接合し、アンダーフィル樹脂22bを熱硬化させることができる条件に設定する必要がある。
本実施形態では、第2の半導体素子10bのボンディング条件として、バンプ一つ当たりの加圧力を0.5〜5g、加圧保持時間を6〜10秒とした。これによって、吸着ツール26により第2の半導体素子10bを加圧している間にアンダーフィル樹脂22を硬化させることができる。
なお、基板ステージ24を若干加熱しておくことにより、第2の半導体素子10bのアンダーフィル樹脂22bを熱硬化させやすくすることができる。
なお、本実施形態においては基板16に、まず第1の半導体素子10aを搭載し、次に第2の半導体素子10bを搭載したが、半導体素子を搭載する順序はこの順に限るものではない。また、基板16に第1、第2の半導体素子10a、10bを複数個ずつ搭載する場合も、その搭載順は任意に設定でき、第1と第2の半導体素子10a、10bの搭載順が混在する形式で搭載することも可能である。
また、半導体素子に応じて半導体素子と基板との接合部の機械的強度が十分確保される条件でボンディングするから、半導体素子と基板との間で生じる熱応力や製造工程中における取り扱い時の機械的衝撃等によって半導体素子と基板との接合部が破断するといった問題を防止し、歩留まりを上げることができ、信頼性の高い半導体装置として提供することが可能になる。
10a 第1の半導体素子
10b 第2の半導体素子
12 パッド
14 スタッドバンプ
16 基板
18 接続電極
20 支持してはんだ
22 アンダーフィル樹脂
24 基板ステージ
26 吸着ツール
Claims (4)
- 第1の半導体素子と第2の半導体素子とが、基板にはんだ接合によりフリップチップ接続され、基板と第1の半導体素子および第2の半導体素子との間にアンダーフィル樹脂が充填された半導体装置の製造方法において、
前記基板の、前記第1と第2のすべての半導体素子が搭載される搭載位置に、アンダーフィル樹脂を塗布し、
前記第1の半導体素子については、前記基板に塗布されたアンダーフィル樹脂を硬化させることなく、基板にはんだ接合して搭載し、
前記第2の半導体素子については、基板にはんだ接合するとともに、前記アンダーフィル樹脂を硬化させて基板に搭載し、
前記第1の半導体素子および前記第2の半導体素子を基板に搭載した後、前記第1および第2の半導体素子が搭載された基板全体を加熱して、前記第1の半導体素子のアンダーフィル樹脂を硬化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1の半導体素子は、はんだ接合のみで所要の接合強度を有するものであり、
前記第2の半導体素子は、はんだ接合とアンダーフィル樹脂により所要の接合強度を有するものであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1の半導体素子および前記第2の半導体素子は、電極にスタッドバンプが形成されたものであり、
前記基板は、前記スタッドバンプの配置に合わせて接続電極が配置され、接続電極の表面にはんだが被覆されたものであり、
前記はんだを溶融して、前記スタッドバンプと接続電極とをはんだにより接合することを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1の半導体素子および第2の半導体素子を、フリップチップボンダーの吸着ツールに支持し、
該吸着ツールを前記はんだの融点以上に加熱するとともに、
前記第1の半導体素子を、前記吸着ツールにより基板に加圧して、前記アンダーフィル樹脂を硬化させることなく基板にはんだ接合し、
前記吸着ツールにより、前記第2の半導体素子を基板に加圧および加熱して、基板にはんだ接合するとともに、前記アンダーフィル樹脂を硬化させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
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