半導体装置およびその製造方法
【課題】フリップチップ実装された半導体装置において、半導体素子を適切に保護しつつ、半導体装置の反り量を低減する。
【解決手段】半導体素子２と樹脂回路基板４とを、半導体素子２に形成された突起電極３を介してフリップチップ接続し、半導体素子２と樹脂回路基板４間の隙間を第１の樹脂５により封止する。樹脂回路基板４における半導体素子２が実装されている面を、半導体素子２と共に第１の樹脂５とは異なる第２の樹脂６で覆う。さらに、半導体素子２上の第２の樹脂６で覆われている部分に凹部７を設け、凹部７に第１の樹脂５と第２の樹脂６とは異なる第３の樹脂または金属８を設ける。
【解決手段】半導体素子２と樹脂回路基板４とを、半導体素子２に形成された突起電極３を介してフリップチップ接続し、半導体素子２と樹脂回路基板４間の隙間を第１の樹脂５により封止する。樹脂回路基板４における半導体素子２が実装されている面を、半導体素子２と共に第１の樹脂５とは異なる第２の樹脂６で覆う。さらに、半導体素子２上の第２の樹脂６で覆われている部分に凹部７を設け、凹部７に第１の樹脂５と第２の樹脂６とは異なる第３の樹脂または金属８を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップが樹脂回路基板にフリップチップにて実装された半導体装置に係り、特に反りを低減する半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子回路基板はあらゆる製品に使用されるようになり、また、携帯機器の増加から半導体装置に対して小型化，軽量化が求められている。そのため現状では、ＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Size Package）において、樹脂製の回路基板が用いられている。
【０００３】
従来、半導体素子をフリップチップにより実装した後に、半導体素子を保護する目的ために、半導体素子を覆うようにして回路基板の上面を封止する場合がある。この封止を行うためには、金型を用いて射出成形する方法、あるいはディスペンサを用いて樹脂を塗布する方法が用いられている。
【０００４】
しかしながら、上記のように半導体素子を覆うように封止すると、封止された半導体装置は、常温で凹型に反り、高温時に凸型に反りを発生する。このような大きな反りを持つ半導体装置は、その半導体装置の厚みが厚くなることと同様になり、しかも半導体装置を別の基板に実装する際の接合不良につながる。
【０００５】
そこで、本件本出願人は、特願２００９−０１７４１３として、半導体装置において、フリップチップ接続された半導体素子を覆う樹脂に凹部を設けて、反り量をコントロールする技術に関する発明を出願した。この発明の構成について図７の半導体装置の断面図を参照して説明する。
【０００６】
図７において、１は半導体装置、２は半導体素子、３は突起電極、４は樹脂回路基板、５は第１の樹脂、６は第２の樹脂、７は凹部を示す。
【０００７】
図７に示す半導体装置１において、樹脂回路基板４における半導体素子２が実装されている第１の面を、半導体素子２と樹脂回路基板４間に設けられる第１の樹脂５とは異なる第２の樹脂６により、半導体素子２と樹脂回路基板４とを含めて覆い、半導体素子２の裏面（図における上面）上の第２の樹脂６により覆われている部分に凹部７を設けている。
【０００８】
前記構成によって、半導体素子２を保護しつつ、第２の樹脂６の熱収縮，熱膨張によって半導体装置１６の反りを低減し、凹部７の設置数，高，幅によって反り量をコントロールするようにしている。
【０００９】
また、前記反りに対応する他の技術として、半導体素子を覆う樹脂をさらに別の樹脂で覆うようにした構成の発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この構成について図８を参照して説明する。
【００１０】
図８（ａ）は半導体装置の断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の半導体装置の底面図であって、１は半導体装置、２は半導体素子、３は突起電極、４は樹脂回路基板、１８は第１の樹脂、１９は第２の樹脂、２０は第３の樹脂を示す。
【００１１】
図８に示す半導体装置１において、半導体素子２はフリップチップ方法にて樹脂回路基板４に接合される。半導体素子２と樹脂回路基板４間には第１の樹脂１８が設けられ、その後、第１の樹脂１８とは異なる第２の樹脂１９により半導体素子２を覆い、第１の樹脂１８と第２の樹脂１９とは異なる第３の樹脂２０により第２の樹脂１９を覆う。さらに第３の樹脂２０は半導体素子２の辺の中央付近よりも角部に向けて長く配置される構成になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−２７０４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、本件出願人による特願２００９−０１７４１３の発明では、半導体素子２を覆う第２の樹脂６に凹部７を設けると、半導体装置１の反り量は低減するものの、半導体素子２を保護する目的の第２の樹脂６が少なくなることにより、半導体装置１自体の強度が低下する。また、凹部７の溝の幅，深さによっては、半導体装置１の曲げに対して応力が凹部７の溝に集中し、半導体装置１の強度不足あるいはフリップチップ接合部の接合不良が発生するという課題を有する。
【００１４】
また、特許文献１に記載の発明では、半導体素子２を覆う第２の樹脂６とは異なる第３の樹脂８を、半導体素子２を覆う第２の樹脂６を覆うように設ける。このため樹脂をディスペンスにより塗布すると、塗布される樹脂量，樹脂の濡れ性を精密にコントロールすることが困難である。このため、塗布された第３の樹脂８の高さや幅の形状が不安定になり、結果として、半導体装置１の反り量にばらつきが発生するという課題を有していた。
【００１５】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、半導体装置の強度低下を防ぐことにより保護を図ることができ、しかも反りをコントロールしながら反りの低減化を図ることができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置は、突起電極が形成された半導体素子と、前記半導体素子が前記突起電極を介して実装された回路基板と、前記半導体素子と前記回路基板間の隙間を封止する第１の樹脂と、前記半導体素子の実装面と対向する上面を覆い、かつ前記半導体素子の上部に凹部が形成される第２の樹脂とを備え、第３の樹脂または金属が前記凹部に設けられることを特徴とする。
【００１７】
また、前記凹部の高さが、前記第２の樹脂で覆われる部分より低く、かつ前記半導体素子の裏面より高いことを特徴とする。
【００１８】
また、前記凹部が少なくとも１本の直線状の溝によって形成され、前記直線状の溝の幅が前記半導体素子の短辺の幅より小さいことを特徴とする。
【００１９】
また、複数本の前記溝が、前記半導体素子の中心上で交差することを特徴とする。
【００２０】
また、前記第２の樹脂の熱膨張係数が、前記回路基板の熱膨張係数よりも大きく、かつ前記第１の樹脂の熱膨張係数より小さく、前記第３の樹脂または金属の熱膨張係数が前記第２の樹脂の熱膨張係数よりも小さいことを特徴とする。
【００２１】
また、前記第２の樹脂のガラス転移温度が前記回路基板のガラス転移温度よりも低く、前記第３の樹脂または金属のガラス転移温度が前記第２の樹脂のガラス転移温度よりも低いことを特徴とする。
【００２２】
さらに、本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板の一主面に第１の樹脂を塗布する工程と、前記第１の樹脂を介して前記回路基板の一主面上に複数の半導体素子を実装する工程と、実装した前記複数の半導体素子を前記第２の樹脂で封止する工程と、前記第２の樹脂における前記半導体素子の上部に凹部を形成する工程と、前記凹部に第３の樹脂または金属を塗布する工程と、前記半導体素子が少なくとも１個含まれるように前記基板を分割して、それぞれを半導体装置とする工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、半導体装置の強度低下を防ぎながら半導体素子を保護しつつ、半導体装置の反り量を安定してコントロールすることができ、半導体装置を別の基板に実装する際の接合不良を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施の形態１における半導体装置の斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図、図１（ｃ）は実施の形態１の変形例の図１（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図
【図２】本発明の実施の形態１における半導体装置の各部の高さを説明するための断面図
【図３】図３（ａ）は本発明の実施の形態２における半導体装置の斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図
【図４】図４（ａ）は本発明の実施の形態３における半導体装置の斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図
【図５】本発明の実施の形態における製造工程に係るフローチャート
【図６】本発明の実施の形態における各製造工程の半導体装置の状態を示す斜視図
【図７】従来の半導体装置の一例の断面図
【図８】図８（ａ）は従来の半導体装置の断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の半導体装置の平面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は本発明の実施の形態１における半導体装置の構成図であって、図１（ａ）は本発明の実施の形態１における半導体装置の構成を示す斜視図である。図１（ｂ）と図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線断面図であって、図１（ｂ）にはＡ−Ａ’線上における半導体素子裏面が露出しない状態において他の樹脂で覆う場合の構成例を示す。図１（ｃ）にはＡ−Ａ’線上における半導体素子裏面が露出する状態において他の樹脂で覆う場合の構成例を示す。
【００２７】
図１において、１は半導体装置、２は半導体素子、３は突起電極、４は樹脂回路基板、５は第１の樹脂、６は第２の樹脂、７は凹部、８は第３の樹脂（または金属）を示す。
【００２８】
図１に示す半導体装置１において、半導体素子２は、その電極上に突起電極３を形成し、樹脂回路基板４の基板電極にフリップチップにて接合されている。半導体素子２と樹脂回路基板４間には第１の樹脂５を設け、この第１の樹脂５によって半導体素子２と樹脂回路基板４との接合を維持している。
【００２９】
第１樹脂５は、本例では熱硬化性エポキシ樹脂であり、その使用形態としてはフィルム状でも液状の樹脂でもよい。ただし、第１樹脂５がフィルム状の樹脂の場合には、フリップチップ実装する前に樹脂回路基板４に貼り付けられ、熱圧着することにより半導体素子２と樹脂回路基板４間に充填されるようにする。第１樹脂５が液状の場合には、フリップチップ実装する前に樹脂回路基板４に塗布して熱圧着しても、また、フリップチップ実装した後に半導体素子２の側面から流し込み熱硬化させてもよい。第１の樹脂５は、熱圧着により熱硬化して収縮することによって、半導体素子２と樹脂回路基板４との接合を維持させる。
【００３０】
さらに、半導体素子２を覆うように、樹脂回路基板４における半導体素子２が搭載される面を熱硬化性エポキシ樹脂からなる第２の樹脂６で封止し、半導体素子２の裏面（図では上面部）上の第２の樹脂６に凹部７を形成する。第２の樹脂６は、金型を用いて射出成形することにより成形する一般的なトランスファーモールド手法を用いて形成することが可能であって、熱硬化する。
【００３１】
凹部７は、図１（ｂ）に示すように、半導体素子２の裏面を露出させないように形成しても、図１（ｃ）に示すように、半導体素子２の裏面を露出させるように形成してもよい。
【００３２】
凹部７は、樹脂回路基板４を分割する際に用いられるダイシング装置を用いて形成することができるため、ダイシングの刃の幅と、ダイシング回数や切り込み深さとにより、凹部７の数，高さ，幅を容易にコントロールして形成することが可能である。
【００３３】
具体的には、１０ミリメートル角の半導体素子２を、１５ミリメートル角の樹脂回路基板４の中心に実装し、第２の樹脂６をトランスファーモールドして、凹部７を、半導体素子２の中心で交わるように、ダイシング装置を用いて８ミリメートルの幅、かつ５００マイクロメートルの高さで形成した。
【００３４】
そして本実施の形態では、凹部７に熱硬化性エポキシ樹脂である第３の樹脂８を用いてディスペンスし、第２の樹脂６を４３パーセント、当該第３の樹脂８に置き換えた。第３の樹脂８の熱膨張係数を１３ｐｐｍとして、第２の樹脂６の熱膨張係数２５ｐｐｍよりも小さいものとした。なお、第３の樹脂８の弾性率は１８ＧＰａ、第２の樹脂６の弾性率は８ＧＰａとした。第３の樹脂８の熱膨張係数を第２の樹脂６の熱膨張係数よりも小さくするために、第３の樹脂８の弾性率が第２の樹脂６の弾性率よりも大きくなっているが、弾性率の増加ができるだけ少なくなる樹脂を選択した。熱硬化性エポキシ樹脂である第２の樹脂６と第３の樹脂８には、主剤に加えて硬化剤と無機充填剤が含まれる。硬化剤については、フェノール系の硬化剤を一例として用いた。
【００３５】
この結果、３０℃から２４０℃までの加熱環境下において、半導体装置１の反り量が低減することを観察した。
【００３６】
ここで、加熱環境下では、凹部７および第３の樹脂８を形成しない半導体装置の場合には、第２の樹脂６の熱膨張によって凸型に反りを発生する。しかし、本実施の形態では、凹部７および第３の樹脂８を形成し、第３の樹脂８の熱膨張係数を第２の樹脂６の熱膨張係数より小さい樹脂を用いたことにより、加熱環境下の凹部７の第２の樹脂６と第３の樹脂８との界面において、第２の樹脂６には収縮する方向に力が作用する。よって、その結果、加熱環境下の半導体装置１の凸型の反りは低減した。
【００３７】
また、室温においては、凹部７および第３の樹脂８を形成しない半導体装置の場合には、第２の樹脂６の熱収縮によって凹型に反りを発生する。しかし、本実施の形態では、第３の樹脂８の熱膨張係数が第２の樹脂６の熱膨張係数よりも小さいために、第３の樹脂８の硬化温度から冷却される過程において、第２の樹脂６の収縮の方が第３の樹脂８よりも大きく、凹部７の第２の樹脂６と第３の樹脂８の界面において、第２の樹脂６は膨張する方向に力が作用する。よって、その結果、室温での半導体装置１における凹型の反りは低減した。
【００３８】
半導体素子２の大きさ，厚み、あるいは樹脂回路基板４の大きさ，厚みが変化すれば、半導体装置１の反り量は異なる。本実施の形態では、第２の樹脂６を第３の樹脂（または金属）８に置き換える割合を、凹部７の数，高さ，幅によって自由に変化させることが可能であり、このため半導体装置１の反り量の低減化が可能である。
【００３９】
なお、第３の樹脂（または金属）８として、樹脂を使用する場合には熱硬化性エポキシ樹脂が望ましく、金属を使用する場合にはステンレス（ＳＵＳ）が望ましい。
【００４０】
通常、半導体素子２を、第１樹脂５を用いて樹脂回路基板４にフリップチップ実装し、第２の樹脂６を設けない場合、半導体素子２と樹脂回路基板４と第１の樹脂５との各熱膨張係数の差より、半導体装置１は、常温では凸型に、また高温時には凹型に反りを発生する。
【００４１】
一方、半導体素子２を保護するために第２の樹脂６を設けることにより、半導体装置は、第２の樹脂６が常温では収縮して凹型に、また高温では膨張して凸型に反りを発生するようになる。
【００４２】
ここで、例えば第３の樹脂（または金属）８の熱膨張係数を第２の樹脂６の熱膨張係数より小さくすると、樹脂回路基板４上では半導体素子２を覆う部分の熱膨張係数が見かけ上、小さくなる。このため常温における収縮および高温における膨張が抑えられ、反り量が常温時、高温時ともに低減する。
【００４３】
凹部７および第３の樹脂（または金属）８を設けない場合、反り量を低減するためには第２の樹脂６に求められる熱膨張係数は１〜１０ｐｐｍ程度になり、第２の樹脂６の粘度が高くなる。このため、金型を用いて射出成形する一般的なトランスファーモールド手法を用いて第２の樹脂６を形成することが困難になる。
【００４４】
また、凹部７に第３の樹脂（または金属）８を設けない場合、凹部７において半導体装置１の曲げに対し応力を集中させることになる。このため本実施の形態のように、半導体装置１の凹部７に第３の樹脂（または金属）８を設けることにより応力集中を回避することができ、半導体装置１の強度が向上する。
【００４５】
さらに、半導体素子２は駆動時に発熱するため、凹部７に第３の樹脂（または金属）８を設けることにより、半導体装置１の上面における選択された部位から放熱する作用を期待することができる。なお、凹部７に配置する第３の樹脂（または金属）８を、樹脂にすることにより、これを凹部７の形状に沿って容易に設けることが可能になる。
【００４６】
また、第２の樹脂６に凹部７を形成して第３の樹脂（または金属）８を設けるために、半導体装置１の厚みを厚くする必要がなく、半導体装置１の低背化が可能である。
【００４７】
本実施の形態１において、図２に示すように、凹部７の高さＴ１は、０ｍｍ以上かつ半導体素子２の裏面から第２の樹脂６の高さＴ２よりも低く形成し、半導体素子２の裏面を露出しない凹部７を形成する。半導体素子２の裏面を露出させないことにより、凹部７を形成して該凹部７に第３の樹脂（または金属）８を配置するまでの工程間において、半導体素子２を保護することが可能である。無論、既述したように、半導体装置１の放熱作用の効果も期待できる。
【００４８】
図３は本発明の実施の形態２における半導体装置の構成図であって、図３（ａ）は本発明の実施の形態２における半導体装置の構成を示す斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。なお、以下の説明において、図１の実施の形態１にて説明した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を用い、詳しい説明を省略する。
【００４９】
半導体素子２の裏面の上に設けられている第２樹脂６の凹部７の形成としては各種の構造が考えられる。実施の形態２では、半導体素子２の裏面の上に設けられている第２樹脂６の凹部７は、一方向にのみ延在する１本の直線状をなす溝からなるものであって、実施の形態１と同様に、凹部７に第３の樹脂（または金属）８が設けられている。
【００５０】
このように、半導体装置１の樹脂回路基板４の配線パターンや残銅率による反りの方向、当該半導体装置１が実装される他の基板の反り量を考慮して、半導体装置１の反りの方向性と反り量とをコントロールするために、凹部７を少なくても１本の直線的な溝として形成し、凹部７に第３の樹脂（または金属）８を配置する。
【００５１】
方向性のある反り低減をする場合、反りを低減したい方向と平行する方向に凹部７の溝を形成し、第３の樹脂（または金属）８を設けるようにする。
【００５２】
また、凹部７の溝の幅は、大きくても半導体素子２の短辺の長さ以下とする。反りを低減するためには、凹部７の有無にかかわらず、半導体素子２の裏面上に第２の樹脂６が配置されていることが必要である。
【００５３】
無論、凹部７溝の幅を制御することにより、２本以上、例えば４本，８本でもよく、その場合、各凹部７の溝内に第３の樹脂（または金属）８を配置する。凹部７の溝の本数を増やすことによって、半導体装置１内の小さい領域ごとに反り量を低減することができ、半導体装置１全体の反り量を低減することが可能になる。
【００５４】
前記実施の形態１では、図１に示すように、半導体装置１に設けられる凹部７の溝を２本以上（図１では２本を示す）とし、各溝が半導体素子２の中心を通り、半導体素子２の各辺に対して鉛直方向、かつ互いに直交する方向に延在するようにしている。
【００５５】
図４は本発明の実施の形態３における半導体装置の構成図であって、図４（ａ）は本発明の実施の形態３における半導体装置の構成を示す斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【００５６】
実施の形態３では、図４に示すように、半導体装置１に設けられる凹部７の溝を２本以上（図４では２本を示す）とし、各溝が半導体素子２の中心、および半導体素子２の略各角部を通り、かつ互いに直交する方向に延在するようにしている。
【００５７】
通常、半導体装置１の反りは、凹部７を形成せずに第２の樹脂６のみの場合、半導体素子２の中心が最も高い凸型、あるいは半導体素子２の中心が最も低い凹型の形状に発生する。
【００５８】
そのために、上記した実施の形態のように複数本の凹部７の溝を形成し、該凹部７内に第３の樹脂（または金属）８を設ける構成の場合、複数本の溝は、半導体素子２の中心を通って互いに直交する構造にすることが望ましい。既述したように、凹部７の溝幅を制御することにより、複数本の凹部７の溝を形成してもよく、その場合、各凹部７の溝に第３の樹脂（または金属）８を設けるようにする。凹部７の溝の本数を増やすことにより、半導体装置１内の小さい領域ごとに反り量を低減することができ、半導体装置１全体の反り量を低減することが可能になる。
【００５９】
なお、本実施の形態において、第２の樹脂６の熱膨張係数は、樹脂回路基板４の熱膨張係数よりも大きく、かつ第１の樹脂５の熱膨張係数より小さいものとし、さらに第３の樹脂（または金属）８が樹脂の場合、第３の樹脂８の熱膨張係数が第２の樹脂６の熱膨張係数よりも小さいものとする。通常、第１の樹脂５は熱硬化性のエポキシ樹脂と、熱膨張係数を下げるために３０〜６０重量％の無機質充填材料を含み、３０〜５０ｐｐｍの熱膨張係数を有している。
【００６０】
また、樹脂回路基板４は、通常、ガラス繊維などが編みこまれていることから、９〜２０ｐｐｍの熱膨張係数を有している。第２の樹脂６は、反りを低減効果を発揮させるために、樹脂回路基板４の熱膨張係数より大きくする必要がある。
【００６１】
さらに、凹部７を設けずに第２の樹脂のみで半導体素子２を覆う場合よりも反りを低減するためには、第３の樹脂（または金属）８は第２の樹脂６よりも熱膨張係数を小さくする必要がある。
【００６２】
半導体素子２と樹脂回路基板４との接合は、第１の樹脂５で維持されていることから、第２の樹脂６の熱膨張係数は、第１の樹脂５の熱膨張係数よりも小さい必要がある。第１の樹脂５より熱膨張係数が大きい第２の樹脂６を用いると、第１の樹脂５の熱膨張に加えて、さらに第２の樹脂６の熱膨張により、接合部に存在する突起電極３に加わる応力は大きくなり、温度サイクルなどの負荷が半導体装置１に加わった場合、接合を維持することができなくなる。
【００６３】
このため、樹脂回路基板４と第１の樹脂５との組み合わせにもよるが、第２の樹脂６の熱膨張係数は２０〜４５ｐｐｍ、第３の樹脂（または金属）８は１〜４０ｐｐｍ程度であり、熱膨張係数は第３の樹脂（または金属）＜第２の樹脂＜第１の樹脂とすることが望ましい。第３の樹脂（または金属）８は、必ずしも樹脂回路基板４の熱膨張係数より大きい必要はない。
【００６４】
また、金型を用いて射出成形する一般的なトランスファーモールド法では、金型が高価であるために、半導体装置１の半導体素子２のサイズや厚み、あるいは樹脂回路基板４の配線パターンや厚みなどを変更した場合に、同様の反り低減効果を得るために第２の樹脂６の厚みを変更することはコストがかかる。
【００６５】
また、ディスペンス法などにより第２の樹脂６を設ける方法は、第２の樹脂６の厚みのばらつきが大きく、その結果、半導体装置１の反り量がばらつくことになる。そこで、第２の樹脂６の熱膨張係数を樹脂回路基板４の熱膨張係数以上、かつ第１の樹脂５の熱膨張係数以下にし、さらに凹部７を設けることによって定量的に反りをコントロールすることが必要になる。
【００６６】
凹部７の寸法は、具体的な一例として、１０ミリメートル角の半導体素子２を実装している場合、凹部７を２本の直線状の溝とすると、８ミリメートル程度の幅、５０マイクロメートル程度の高さで形成すればよい。その後、第３の樹脂（または金属）８が樹脂の場合、第３の樹脂８を設ける際に凹部７が所定の寸法に加工されているために、ディスペンスなどで第３の樹脂８を配置しても、反りのばらつきは大きくない。
【００６７】
しかし、第３の樹脂（または金属）８が金属の場合には、所定の寸法に加工された凹部７に、所定の寸法に加工された金属８を配置することになるため、反りのばらつきは大きくならない。
【００６８】
また、第２の樹脂６のガラス転移温度は、樹脂回路基板４のガラス転移温度より低いことが望ましい。さらに、第３の樹脂（または金属）８は、第２の樹脂６よりも低いガラス転移温度であることが望ましい。通常、樹脂回路基板４は１５０〜２２０℃のガラス転移温度である。また、第２の樹脂のガラス転移温度は１２０〜１９０℃であり、第３の樹脂は１００〜１７０℃のガラス転移温度である。
【００６９】
樹脂は、ガラス転移温度以上の温度になると、その弾性率は急激に低くなる。弾性率が低くなれば、反りを発生するための応力は小さくなり、反りは低減される。このため第２の樹脂６の一部が、第３の樹脂８に置き換わることにより、特に、高温時の樹脂回路基板４上で半導体素子２を覆う部分の弾性率が見かけ上小さくなり、反りを発生する応力が抑えられ、反り量が低減される。第３の樹脂８のみの弾性率が低くなることにより、半導体装置１の反りを部分的に緩和する効果もある。
【００７０】
無論、既述したように、金型を用いて射出成形することにより第２の樹脂６を成形する一般的なトランスファーモールド手法や、ディスペンスなどで第２の樹脂６を設ける方法と比べて、凹部７を設けて、所定の寸法に形成された凹部７に第３の樹脂（または金属）８を配置することが、定量的に反りをコントロールするために有効であることは言うまでもない。
【００７１】
次に、本発明における半導体装置の製造方法について説明する。本発明における半導体装置は、フリップチップ実装工程、封止樹脂形成工程、封止樹脂凹部形成工程、凹部樹脂塗布工程、半導体装置切断工程などを経て製造される。樹脂回路基板は、半導体装置が多数個取れるように形成されているものとする。
【００７２】
図５は本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の製造工程のフローチャート、図６は本実施の形態における各製造工程の半導体装置の状態を示す斜視図である。
【００７３】
ステップ（Ｓ１）において、図６（ａ）に示すフリップチップ実装が行われ、実施の形態１にて説明したように、半導体素子２が樹脂回路基板４に接合される。接合のために半導体素子２と樹脂回路基板４間の隙間に熱硬化性エポキシ樹脂である第１の樹脂５が設けられて、フリップチップ実装された樹脂回路基板９となる。
【００７４】
次に、ステップ（Ｓ２）において、図６（ｂ）に示す封止樹脂形成が行われ、フリップチップ接合された樹脂回路基板９上に第２の樹脂６を形成する。本実施の形態では、金型を用いて射出成形する一般的なトランスファーモールド手法を用いて、第２の樹脂６を熱硬化により成形して、第２の樹脂６が形成された樹脂回路基板１０となる。
【００７５】
その後、ステップ（Ｓ３）において、図６（ｃ）に示す封止樹脂凹部形成が行われ、第２の樹脂６が形成された樹脂回路基板１０に凹部７を形成する。本実施の形態では、第２の樹脂６が形成された樹脂回路基板１０に、回転ブレード１１を移動させることによって凹部７を形成して樹脂回路基板１２を得る。例えば、凹部７を形成するために、回転ブレード１１を複数回往復移動する。
【００７６】
次に、ステップ（Ｓ４）において、図６（ｄ）に示す凹部樹脂塗布が行われ、本実施の形態では、ディスペンサ１３によって凹部７に第３の樹脂８を供給する。あらかじめ凹部７が形成されているために、その凹部７に容易に第３の樹脂８を流し込むことが可能である。その後、第３の樹脂８が熱硬化して、第３の樹脂８が設けられた樹脂回路基板１４となる。
【００７７】
ステップ（Ｓ５）において、図６（ｅ）に示す半導体装置切断が行われ、樹脂回路基板１４を分割する。本実施の形態では、回転ブレード１５により樹脂回路基板１４を分割し、図６（ｆ）に示す個々の半導体装置１が製造される。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、樹脂回路基板に半導体素子がフリップチップ実装される小型軽量の半導体装置およびその製造方法に適用できる。
【符号の説明】
【００７９】
１ 半導体装置
２ 半導体素子
３ 突起電極
４ 樹脂回路基板
５ 第１の樹脂
６ 第２の樹脂
７ 凹部
８ 第３の樹脂または金属
９ フリップチップ実装された樹脂回路基板
１０ 第２の樹脂により封止樹脂が形成された樹脂回路基板
１１，１５ 回転ブレード
１２ 封止樹脂に凹部を形成した樹脂回路基板
１３ ディスペンサ
１４ 第３の樹脂により封止樹脂が形成された樹脂回路基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップが樹脂回路基板にフリップチップにて実装された半導体装置に係り、特に反りを低減する半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子回路基板はあらゆる製品に使用されるようになり、また、携帯機器の増加から半導体装置に対して小型化，軽量化が求められている。そのため現状では、ＢＧＡ（Ball Grid Array）やＣＳＰ（Chip Size Package）において、樹脂製の回路基板が用いられている。
【０００３】
従来、半導体素子をフリップチップにより実装した後に、半導体素子を保護する目的ために、半導体素子を覆うようにして回路基板の上面を封止する場合がある。この封止を行うためには、金型を用いて射出成形する方法、あるいはディスペンサを用いて樹脂を塗布する方法が用いられている。
【０００４】
しかしながら、上記のように半導体素子を覆うように封止すると、封止された半導体装置は、常温で凹型に反り、高温時に凸型に反りを発生する。このような大きな反りを持つ半導体装置は、その半導体装置の厚みが厚くなることと同様になり、しかも半導体装置を別の基板に実装する際の接合不良につながる。
【０００５】
そこで、本件本出願人は、特願２００９−０１７４１３として、半導体装置において、フリップチップ接続された半導体素子を覆う樹脂に凹部を設けて、反り量をコントロールする技術に関する発明を出願した。この発明の構成について図７の半導体装置の断面図を参照して説明する。
【０００６】
図７において、１は半導体装置、２は半導体素子、３は突起電極、４は樹脂回路基板、５は第１の樹脂、６は第２の樹脂、７は凹部を示す。
【０００７】
図７に示す半導体装置１において、樹脂回路基板４における半導体素子２が実装されている第１の面を、半導体素子２と樹脂回路基板４間に設けられる第１の樹脂５とは異なる第２の樹脂６により、半導体素子２と樹脂回路基板４とを含めて覆い、半導体素子２の裏面（図における上面）上の第２の樹脂６により覆われている部分に凹部７を設けている。
【０００８】
前記構成によって、半導体素子２を保護しつつ、第２の樹脂６の熱収縮，熱膨張によって半導体装置１６の反りを低減し、凹部７の設置数，高，幅によって反り量をコントロールするようにしている。
【０００９】
また、前記反りに対応する他の技術として、半導体素子を覆う樹脂をさらに別の樹脂で覆うようにした構成の発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この構成について図８を参照して説明する。
【００１０】
図８（ａ）は半導体装置の断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の半導体装置の底面図であって、１は半導体装置、２は半導体素子、３は突起電極、４は樹脂回路基板、１８は第１の樹脂、１９は第２の樹脂、２０は第３の樹脂を示す。
【００１１】
図８に示す半導体装置１において、半導体素子２はフリップチップ方法にて樹脂回路基板４に接合される。半導体素子２と樹脂回路基板４間には第１の樹脂１８が設けられ、その後、第１の樹脂１８とは異なる第２の樹脂１９により半導体素子２を覆い、第１の樹脂１８と第２の樹脂１９とは異なる第３の樹脂２０により第２の樹脂１９を覆う。さらに第３の樹脂２０は半導体素子２の辺の中央付近よりも角部に向けて長く配置される構成になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−２７０４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、本件出願人による特願２００９−０１７４１３の発明では、半導体素子２を覆う第２の樹脂６に凹部７を設けると、半導体装置１の反り量は低減するものの、半導体素子２を保護する目的の第２の樹脂６が少なくなることにより、半導体装置１自体の強度が低下する。また、凹部７の溝の幅，深さによっては、半導体装置１の曲げに対して応力が凹部７の溝に集中し、半導体装置１の強度不足あるいはフリップチップ接合部の接合不良が発生するという課題を有する。
【００１４】
また、特許文献１に記載の発明では、半導体素子２を覆う第２の樹脂６とは異なる第３の樹脂８を、半導体素子２を覆う第２の樹脂６を覆うように設ける。このため樹脂をディスペンスにより塗布すると、塗布される樹脂量，樹脂の濡れ性を精密にコントロールすることが困難である。このため、塗布された第３の樹脂８の高さや幅の形状が不安定になり、結果として、半導体装置１の反り量にばらつきが発生するという課題を有していた。
【００１５】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、半導体装置の強度低下を防ぐことにより保護を図ることができ、しかも反りをコントロールしながら反りの低減化を図ることができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置は、突起電極が形成された半導体素子と、前記半導体素子が前記突起電極を介して実装された回路基板と、前記半導体素子と前記回路基板間の隙間を封止する第１の樹脂と、前記半導体素子の実装面と対向する上面を覆い、かつ前記半導体素子の上部に凹部が形成される第２の樹脂とを備え、第３の樹脂または金属が前記凹部に設けられることを特徴とする。
【００１７】
また、前記凹部の高さが、前記第２の樹脂で覆われる部分より低く、かつ前記半導体素子の裏面より高いことを特徴とする。
【００１８】
また、前記凹部が少なくとも１本の直線状の溝によって形成され、前記直線状の溝の幅が前記半導体素子の短辺の幅より小さいことを特徴とする。
【００１９】
また、複数本の前記溝が、前記半導体素子の中心上で交差することを特徴とする。
【００２０】
また、前記第２の樹脂の熱膨張係数が、前記回路基板の熱膨張係数よりも大きく、かつ前記第１の樹脂の熱膨張係数より小さく、前記第３の樹脂または金属の熱膨張係数が前記第２の樹脂の熱膨張係数よりも小さいことを特徴とする。
【００２１】
また、前記第２の樹脂のガラス転移温度が前記回路基板のガラス転移温度よりも低く、前記第３の樹脂または金属のガラス転移温度が前記第２の樹脂のガラス転移温度よりも低いことを特徴とする。
【００２２】
さらに、本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板の一主面に第１の樹脂を塗布する工程と、前記第１の樹脂を介して前記回路基板の一主面上に複数の半導体素子を実装する工程と、実装した前記複数の半導体素子を前記第２の樹脂で封止する工程と、前記第２の樹脂における前記半導体素子の上部に凹部を形成する工程と、前記凹部に第３の樹脂または金属を塗布する工程と、前記半導体素子が少なくとも１個含まれるように前記基板を分割して、それぞれを半導体装置とする工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、半導体装置の強度低下を防ぎながら半導体素子を保護しつつ、半導体装置の反り量を安定してコントロールすることができ、半導体装置を別の基板に実装する際の接合不良を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施の形態１における半導体装置の斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図、図１（ｃ）は実施の形態１の変形例の図１（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図
【図２】本発明の実施の形態１における半導体装置の各部の高さを説明するための断面図
【図３】図３（ａ）は本発明の実施の形態２における半導体装置の斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図
【図４】図４（ａ）は本発明の実施の形態３における半導体装置の斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図
【図５】本発明の実施の形態における製造工程に係るフローチャート
【図６】本発明の実施の形態における各製造工程の半導体装置の状態を示す斜視図
【図７】従来の半導体装置の一例の断面図
【図８】図８（ａ）は従来の半導体装置の断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）の半導体装置の平面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は本発明の実施の形態１における半導体装置の構成図であって、図１（ａ）は本発明の実施の形態１における半導体装置の構成を示す斜視図である。図１（ｂ）と図１（ｃ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線断面図であって、図１（ｂ）にはＡ−Ａ’線上における半導体素子裏面が露出しない状態において他の樹脂で覆う場合の構成例を示す。図１（ｃ）にはＡ−Ａ’線上における半導体素子裏面が露出する状態において他の樹脂で覆う場合の構成例を示す。
【００２７】
図１において、１は半導体装置、２は半導体素子、３は突起電極、４は樹脂回路基板、５は第１の樹脂、６は第２の樹脂、７は凹部、８は第３の樹脂（または金属）を示す。
【００２８】
図１に示す半導体装置１において、半導体素子２は、その電極上に突起電極３を形成し、樹脂回路基板４の基板電極にフリップチップにて接合されている。半導体素子２と樹脂回路基板４間には第１の樹脂５を設け、この第１の樹脂５によって半導体素子２と樹脂回路基板４との接合を維持している。
【００２９】
第１樹脂５は、本例では熱硬化性エポキシ樹脂であり、その使用形態としてはフィルム状でも液状の樹脂でもよい。ただし、第１樹脂５がフィルム状の樹脂の場合には、フリップチップ実装する前に樹脂回路基板４に貼り付けられ、熱圧着することにより半導体素子２と樹脂回路基板４間に充填されるようにする。第１樹脂５が液状の場合には、フリップチップ実装する前に樹脂回路基板４に塗布して熱圧着しても、また、フリップチップ実装した後に半導体素子２の側面から流し込み熱硬化させてもよい。第１の樹脂５は、熱圧着により熱硬化して収縮することによって、半導体素子２と樹脂回路基板４との接合を維持させる。
【００３０】
さらに、半導体素子２を覆うように、樹脂回路基板４における半導体素子２が搭載される面を熱硬化性エポキシ樹脂からなる第２の樹脂６で封止し、半導体素子２の裏面（図では上面部）上の第２の樹脂６に凹部７を形成する。第２の樹脂６は、金型を用いて射出成形することにより成形する一般的なトランスファーモールド手法を用いて形成することが可能であって、熱硬化する。
【００３１】
凹部７は、図１（ｂ）に示すように、半導体素子２の裏面を露出させないように形成しても、図１（ｃ）に示すように、半導体素子２の裏面を露出させるように形成してもよい。
【００３２】
凹部７は、樹脂回路基板４を分割する際に用いられるダイシング装置を用いて形成することができるため、ダイシングの刃の幅と、ダイシング回数や切り込み深さとにより、凹部７の数，高さ，幅を容易にコントロールして形成することが可能である。
【００３３】
具体的には、１０ミリメートル角の半導体素子２を、１５ミリメートル角の樹脂回路基板４の中心に実装し、第２の樹脂６をトランスファーモールドして、凹部７を、半導体素子２の中心で交わるように、ダイシング装置を用いて８ミリメートルの幅、かつ５００マイクロメートルの高さで形成した。
【００３４】
そして本実施の形態では、凹部７に熱硬化性エポキシ樹脂である第３の樹脂８を用いてディスペンスし、第２の樹脂６を４３パーセント、当該第３の樹脂８に置き換えた。第３の樹脂８の熱膨張係数を１３ｐｐｍとして、第２の樹脂６の熱膨張係数２５ｐｐｍよりも小さいものとした。なお、第３の樹脂８の弾性率は１８ＧＰａ、第２の樹脂６の弾性率は８ＧＰａとした。第３の樹脂８の熱膨張係数を第２の樹脂６の熱膨張係数よりも小さくするために、第３の樹脂８の弾性率が第２の樹脂６の弾性率よりも大きくなっているが、弾性率の増加ができるだけ少なくなる樹脂を選択した。熱硬化性エポキシ樹脂である第２の樹脂６と第３の樹脂８には、主剤に加えて硬化剤と無機充填剤が含まれる。硬化剤については、フェノール系の硬化剤を一例として用いた。
【００３５】
この結果、３０℃から２４０℃までの加熱環境下において、半導体装置１の反り量が低減することを観察した。
【００３６】
ここで、加熱環境下では、凹部７および第３の樹脂８を形成しない半導体装置の場合には、第２の樹脂６の熱膨張によって凸型に反りを発生する。しかし、本実施の形態では、凹部７および第３の樹脂８を形成し、第３の樹脂８の熱膨張係数を第２の樹脂６の熱膨張係数より小さい樹脂を用いたことにより、加熱環境下の凹部７の第２の樹脂６と第３の樹脂８との界面において、第２の樹脂６には収縮する方向に力が作用する。よって、その結果、加熱環境下の半導体装置１の凸型の反りは低減した。
【００３７】
また、室温においては、凹部７および第３の樹脂８を形成しない半導体装置の場合には、第２の樹脂６の熱収縮によって凹型に反りを発生する。しかし、本実施の形態では、第３の樹脂８の熱膨張係数が第２の樹脂６の熱膨張係数よりも小さいために、第３の樹脂８の硬化温度から冷却される過程において、第２の樹脂６の収縮の方が第３の樹脂８よりも大きく、凹部７の第２の樹脂６と第３の樹脂８の界面において、第２の樹脂６は膨張する方向に力が作用する。よって、その結果、室温での半導体装置１における凹型の反りは低減した。
【００３８】
半導体素子２の大きさ，厚み、あるいは樹脂回路基板４の大きさ，厚みが変化すれば、半導体装置１の反り量は異なる。本実施の形態では、第２の樹脂６を第３の樹脂（または金属）８に置き換える割合を、凹部７の数，高さ，幅によって自由に変化させることが可能であり、このため半導体装置１の反り量の低減化が可能である。
【００３９】
なお、第３の樹脂（または金属）８として、樹脂を使用する場合には熱硬化性エポキシ樹脂が望ましく、金属を使用する場合にはステンレス（ＳＵＳ）が望ましい。
【００４０】
通常、半導体素子２を、第１樹脂５を用いて樹脂回路基板４にフリップチップ実装し、第２の樹脂６を設けない場合、半導体素子２と樹脂回路基板４と第１の樹脂５との各熱膨張係数の差より、半導体装置１は、常温では凸型に、また高温時には凹型に反りを発生する。
【００４１】
一方、半導体素子２を保護するために第２の樹脂６を設けることにより、半導体装置は、第２の樹脂６が常温では収縮して凹型に、また高温では膨張して凸型に反りを発生するようになる。
【００４２】
ここで、例えば第３の樹脂（または金属）８の熱膨張係数を第２の樹脂６の熱膨張係数より小さくすると、樹脂回路基板４上では半導体素子２を覆う部分の熱膨張係数が見かけ上、小さくなる。このため常温における収縮および高温における膨張が抑えられ、反り量が常温時、高温時ともに低減する。
【００４３】
凹部７および第３の樹脂（または金属）８を設けない場合、反り量を低減するためには第２の樹脂６に求められる熱膨張係数は１〜１０ｐｐｍ程度になり、第２の樹脂６の粘度が高くなる。このため、金型を用いて射出成形する一般的なトランスファーモールド手法を用いて第２の樹脂６を形成することが困難になる。
【００４４】
また、凹部７に第３の樹脂（または金属）８を設けない場合、凹部７において半導体装置１の曲げに対し応力を集中させることになる。このため本実施の形態のように、半導体装置１の凹部７に第３の樹脂（または金属）８を設けることにより応力集中を回避することができ、半導体装置１の強度が向上する。
【００４５】
さらに、半導体素子２は駆動時に発熱するため、凹部７に第３の樹脂（または金属）８を設けることにより、半導体装置１の上面における選択された部位から放熱する作用を期待することができる。なお、凹部７に配置する第３の樹脂（または金属）８を、樹脂にすることにより、これを凹部７の形状に沿って容易に設けることが可能になる。
【００４６】
また、第２の樹脂６に凹部７を形成して第３の樹脂（または金属）８を設けるために、半導体装置１の厚みを厚くする必要がなく、半導体装置１の低背化が可能である。
【００４７】
本実施の形態１において、図２に示すように、凹部７の高さＴ１は、０ｍｍ以上かつ半導体素子２の裏面から第２の樹脂６の高さＴ２よりも低く形成し、半導体素子２の裏面を露出しない凹部７を形成する。半導体素子２の裏面を露出させないことにより、凹部７を形成して該凹部７に第３の樹脂（または金属）８を配置するまでの工程間において、半導体素子２を保護することが可能である。無論、既述したように、半導体装置１の放熱作用の効果も期待できる。
【００４８】
図３は本発明の実施の形態２における半導体装置の構成図であって、図３（ａ）は本発明の実施の形態２における半導体装置の構成を示す斜視図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。なお、以下の説明において、図１の実施の形態１にて説明した構成要素と同じ構成要素については同じ符号を用い、詳しい説明を省略する。
【００４９】
半導体素子２の裏面の上に設けられている第２樹脂６の凹部７の形成としては各種の構造が考えられる。実施の形態２では、半導体素子２の裏面の上に設けられている第２樹脂６の凹部７は、一方向にのみ延在する１本の直線状をなす溝からなるものであって、実施の形態１と同様に、凹部７に第３の樹脂（または金属）８が設けられている。
【００５０】
このように、半導体装置１の樹脂回路基板４の配線パターンや残銅率による反りの方向、当該半導体装置１が実装される他の基板の反り量を考慮して、半導体装置１の反りの方向性と反り量とをコントロールするために、凹部７を少なくても１本の直線的な溝として形成し、凹部７に第３の樹脂（または金属）８を配置する。
【００５１】
方向性のある反り低減をする場合、反りを低減したい方向と平行する方向に凹部７の溝を形成し、第３の樹脂（または金属）８を設けるようにする。
【００５２】
また、凹部７の溝の幅は、大きくても半導体素子２の短辺の長さ以下とする。反りを低減するためには、凹部７の有無にかかわらず、半導体素子２の裏面上に第２の樹脂６が配置されていることが必要である。
【００５３】
無論、凹部７溝の幅を制御することにより、２本以上、例えば４本，８本でもよく、その場合、各凹部７の溝内に第３の樹脂（または金属）８を配置する。凹部７の溝の本数を増やすことによって、半導体装置１内の小さい領域ごとに反り量を低減することができ、半導体装置１全体の反り量を低減することが可能になる。
【００５４】
前記実施の形態１では、図１に示すように、半導体装置１に設けられる凹部７の溝を２本以上（図１では２本を示す）とし、各溝が半導体素子２の中心を通り、半導体素子２の各辺に対して鉛直方向、かつ互いに直交する方向に延在するようにしている。
【００５５】
図４は本発明の実施の形態３における半導体装置の構成図であって、図４（ａ）は本発明の実施の形態３における半導体装置の構成を示す斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【００５６】
実施の形態３では、図４に示すように、半導体装置１に設けられる凹部７の溝を２本以上（図４では２本を示す）とし、各溝が半導体素子２の中心、および半導体素子２の略各角部を通り、かつ互いに直交する方向に延在するようにしている。
【００５７】
通常、半導体装置１の反りは、凹部７を形成せずに第２の樹脂６のみの場合、半導体素子２の中心が最も高い凸型、あるいは半導体素子２の中心が最も低い凹型の形状に発生する。
【００５８】
そのために、上記した実施の形態のように複数本の凹部７の溝を形成し、該凹部７内に第３の樹脂（または金属）８を設ける構成の場合、複数本の溝は、半導体素子２の中心を通って互いに直交する構造にすることが望ましい。既述したように、凹部７の溝幅を制御することにより、複数本の凹部７の溝を形成してもよく、その場合、各凹部７の溝に第３の樹脂（または金属）８を設けるようにする。凹部７の溝の本数を増やすことにより、半導体装置１内の小さい領域ごとに反り量を低減することができ、半導体装置１全体の反り量を低減することが可能になる。
【００５９】
なお、本実施の形態において、第２の樹脂６の熱膨張係数は、樹脂回路基板４の熱膨張係数よりも大きく、かつ第１の樹脂５の熱膨張係数より小さいものとし、さらに第３の樹脂（または金属）８が樹脂の場合、第３の樹脂８の熱膨張係数が第２の樹脂６の熱膨張係数よりも小さいものとする。通常、第１の樹脂５は熱硬化性のエポキシ樹脂と、熱膨張係数を下げるために３０〜６０重量％の無機質充填材料を含み、３０〜５０ｐｐｍの熱膨張係数を有している。
【００６０】
また、樹脂回路基板４は、通常、ガラス繊維などが編みこまれていることから、９〜２０ｐｐｍの熱膨張係数を有している。第２の樹脂６は、反りを低減効果を発揮させるために、樹脂回路基板４の熱膨張係数より大きくする必要がある。
【００６１】
さらに、凹部７を設けずに第２の樹脂のみで半導体素子２を覆う場合よりも反りを低減するためには、第３の樹脂（または金属）８は第２の樹脂６よりも熱膨張係数を小さくする必要がある。
【００６２】
半導体素子２と樹脂回路基板４との接合は、第１の樹脂５で維持されていることから、第２の樹脂６の熱膨張係数は、第１の樹脂５の熱膨張係数よりも小さい必要がある。第１の樹脂５より熱膨張係数が大きい第２の樹脂６を用いると、第１の樹脂５の熱膨張に加えて、さらに第２の樹脂６の熱膨張により、接合部に存在する突起電極３に加わる応力は大きくなり、温度サイクルなどの負荷が半導体装置１に加わった場合、接合を維持することができなくなる。
【００６３】
このため、樹脂回路基板４と第１の樹脂５との組み合わせにもよるが、第２の樹脂６の熱膨張係数は２０〜４５ｐｐｍ、第３の樹脂（または金属）８は１〜４０ｐｐｍ程度であり、熱膨張係数は第３の樹脂（または金属）＜第２の樹脂＜第１の樹脂とすることが望ましい。第３の樹脂（または金属）８は、必ずしも樹脂回路基板４の熱膨張係数より大きい必要はない。
【００６４】
また、金型を用いて射出成形する一般的なトランスファーモールド法では、金型が高価であるために、半導体装置１の半導体素子２のサイズや厚み、あるいは樹脂回路基板４の配線パターンや厚みなどを変更した場合に、同様の反り低減効果を得るために第２の樹脂６の厚みを変更することはコストがかかる。
【００６５】
また、ディスペンス法などにより第２の樹脂６を設ける方法は、第２の樹脂６の厚みのばらつきが大きく、その結果、半導体装置１の反り量がばらつくことになる。そこで、第２の樹脂６の熱膨張係数を樹脂回路基板４の熱膨張係数以上、かつ第１の樹脂５の熱膨張係数以下にし、さらに凹部７を設けることによって定量的に反りをコントロールすることが必要になる。
【００６６】
凹部７の寸法は、具体的な一例として、１０ミリメートル角の半導体素子２を実装している場合、凹部７を２本の直線状の溝とすると、８ミリメートル程度の幅、５０マイクロメートル程度の高さで形成すればよい。その後、第３の樹脂（または金属）８が樹脂の場合、第３の樹脂８を設ける際に凹部７が所定の寸法に加工されているために、ディスペンスなどで第３の樹脂８を配置しても、反りのばらつきは大きくない。
【００６７】
しかし、第３の樹脂（または金属）８が金属の場合には、所定の寸法に加工された凹部７に、所定の寸法に加工された金属８を配置することになるため、反りのばらつきは大きくならない。
【００６８】
また、第２の樹脂６のガラス転移温度は、樹脂回路基板４のガラス転移温度より低いことが望ましい。さらに、第３の樹脂（または金属）８は、第２の樹脂６よりも低いガラス転移温度であることが望ましい。通常、樹脂回路基板４は１５０〜２２０℃のガラス転移温度である。また、第２の樹脂のガラス転移温度は１２０〜１９０℃であり、第３の樹脂は１００〜１７０℃のガラス転移温度である。
【００６９】
樹脂は、ガラス転移温度以上の温度になると、その弾性率は急激に低くなる。弾性率が低くなれば、反りを発生するための応力は小さくなり、反りは低減される。このため第２の樹脂６の一部が、第３の樹脂８に置き換わることにより、特に、高温時の樹脂回路基板４上で半導体素子２を覆う部分の弾性率が見かけ上小さくなり、反りを発生する応力が抑えられ、反り量が低減される。第３の樹脂８のみの弾性率が低くなることにより、半導体装置１の反りを部分的に緩和する効果もある。
【００７０】
無論、既述したように、金型を用いて射出成形することにより第２の樹脂６を成形する一般的なトランスファーモールド手法や、ディスペンスなどで第２の樹脂６を設ける方法と比べて、凹部７を設けて、所定の寸法に形成された凹部７に第３の樹脂（または金属）８を配置することが、定量的に反りをコントロールするために有効であることは言うまでもない。
【００７１】
次に、本発明における半導体装置の製造方法について説明する。本発明における半導体装置は、フリップチップ実装工程、封止樹脂形成工程、封止樹脂凹部形成工程、凹部樹脂塗布工程、半導体装置切断工程などを経て製造される。樹脂回路基板は、半導体装置が多数個取れるように形成されているものとする。
【００７２】
図５は本発明の半導体装置の製造方法に係る実施の形態の製造工程のフローチャート、図６は本実施の形態における各製造工程の半導体装置の状態を示す斜視図である。
【００７３】
ステップ（Ｓ１）において、図６（ａ）に示すフリップチップ実装が行われ、実施の形態１にて説明したように、半導体素子２が樹脂回路基板４に接合される。接合のために半導体素子２と樹脂回路基板４間の隙間に熱硬化性エポキシ樹脂である第１の樹脂５が設けられて、フリップチップ実装された樹脂回路基板９となる。
【００７４】
次に、ステップ（Ｓ２）において、図６（ｂ）に示す封止樹脂形成が行われ、フリップチップ接合された樹脂回路基板９上に第２の樹脂６を形成する。本実施の形態では、金型を用いて射出成形する一般的なトランスファーモールド手法を用いて、第２の樹脂６を熱硬化により成形して、第２の樹脂６が形成された樹脂回路基板１０となる。
【００７５】
その後、ステップ（Ｓ３）において、図６（ｃ）に示す封止樹脂凹部形成が行われ、第２の樹脂６が形成された樹脂回路基板１０に凹部７を形成する。本実施の形態では、第２の樹脂６が形成された樹脂回路基板１０に、回転ブレード１１を移動させることによって凹部７を形成して樹脂回路基板１２を得る。例えば、凹部７を形成するために、回転ブレード１１を複数回往復移動する。
【００７６】
次に、ステップ（Ｓ４）において、図６（ｄ）に示す凹部樹脂塗布が行われ、本実施の形態では、ディスペンサ１３によって凹部７に第３の樹脂８を供給する。あらかじめ凹部７が形成されているために、その凹部７に容易に第３の樹脂８を流し込むことが可能である。その後、第３の樹脂８が熱硬化して、第３の樹脂８が設けられた樹脂回路基板１４となる。
【００７７】
ステップ（Ｓ５）において、図６（ｅ）に示す半導体装置切断が行われ、樹脂回路基板１４を分割する。本実施の形態では、回転ブレード１５により樹脂回路基板１４を分割し、図６（ｆ）に示す個々の半導体装置１が製造される。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、樹脂回路基板に半導体素子がフリップチップ実装される小型軽量の半導体装置およびその製造方法に適用できる。
【符号の説明】
【００７９】
１ 半導体装置
２ 半導体素子
３ 突起電極
４ 樹脂回路基板
５ 第１の樹脂
６ 第２の樹脂
７ 凹部
８ 第３の樹脂または金属
９ フリップチップ実装された樹脂回路基板
１０ 第２の樹脂により封止樹脂が形成された樹脂回路基板
１１，１５ 回転ブレード
１２ 封止樹脂に凹部を形成した樹脂回路基板
１３ ディスペンサ
１４ 第３の樹脂により封止樹脂が形成された樹脂回路基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
突起電極が形成された半導体素子と、前記半導体素子が前記突起電極を介して実装された回路基板と、前記半導体素子と前記回路基板間の隙間を封止する第１の樹脂と、前記半導体素子の実装面と対向する上面を覆い、かつ前記半導体素子の上部に凹部が形成される第２の樹脂とを備え、第３の樹脂または金属が前記凹部に設けられることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記凹部の高さが、前記第２の樹脂で覆われる部分より低く、かつ前記半導体素子の裏面より高いことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記凹部が少なくとも１本の直線状の溝によって形成され、前記直線状の溝の幅が前記半導体素子の短辺の幅より小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
複数本の前記溝が、前記半導体素子の中心上で交差することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２の樹脂の熱膨張係数が、前記回路基板の熱膨張係数よりも大きく、かつ前記第１の樹脂の熱膨張係数より小さく、前記第３の樹脂または金属の熱膨張係数が前記第２の樹脂の熱膨張係数よりも小さいことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２の樹脂のガラス転移温度が前記回路基板のガラス転移温度よりも低く、前記第３の樹脂または金属のガラス転移温度が前記第２の樹脂のガラス転移温度よりも低いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
基板の一主面に第１の樹脂を塗布する工程と、前記第１の樹脂を介して前記回路基板の一主面上に複数の半導体素子を実装する工程と、実装した前記複数の半導体素子を前記第２の樹脂で封止する工程と、前記第２の樹脂における前記半導体素子の上部に凹部を形成する工程と、前記凹部に第３の樹脂または金属を塗布する工程と、前記半導体素子が少なくとも１個含まれるように前記基板を分割して、それぞれを半導体装置とする工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
突起電極が形成された半導体素子と、前記半導体素子が前記突起電極を介して実装された回路基板と、前記半導体素子と前記回路基板間の隙間を封止する第１の樹脂と、前記半導体素子の実装面と対向する上面を覆い、かつ前記半導体素子の上部に凹部が形成される第２の樹脂とを備え、第３の樹脂または金属が前記凹部に設けられることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記凹部の高さが、前記第２の樹脂で覆われる部分より低く、かつ前記半導体素子の裏面より高いことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記凹部が少なくとも１本の直線状の溝によって形成され、前記直線状の溝の幅が前記半導体素子の短辺の幅より小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
複数本の前記溝が、前記半導体素子の中心上で交差することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２の樹脂の熱膨張係数が、前記回路基板の熱膨張係数よりも大きく、かつ前記第１の樹脂の熱膨張係数より小さく、前記第３の樹脂または金属の熱膨張係数が前記第２の樹脂の熱膨張係数よりも小さいことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２の樹脂のガラス転移温度が前記回路基板のガラス転移温度よりも低く、前記第３の樹脂または金属のガラス転移温度が前記第２の樹脂のガラス転移温度よりも低いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
基板の一主面に第１の樹脂を塗布する工程と、前記第１の樹脂を介して前記回路基板の一主面上に複数の半導体素子を実装する工程と、実装した前記複数の半導体素子を前記第２の樹脂で封止する工程と、前記第２の樹脂における前記半導体素子の上部に凹部を形成する工程と、前記凹部に第３の樹脂または金属を塗布する工程と、前記半導体素子が少なくとも１個含まれるように前記基板を分割して、それぞれを半導体装置とする工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２４３６２４（Ｐ２０１１−２４３６２４Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２０２３（Ｐ２０１０−１１２０２３）
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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