半導体装置の製造方法
【課題】サイズの大きな半導体チップを実装する際に確実に超音波熱圧着を行う。
【解決手段】半導体チップ１と、半導体チップ１と対向配置され、接続用導体４を介して半導体チップ１と電気的に接続された回路基板５と、半導体チップ１及び回路基板５の向かい合う対向面にそれぞれ形成され、接続用導体４が接合されたパッド電極２及び端子電極６と、対向面の間の隙間を埋め込むように形成された非導電性樹脂７と、半導体チップ１又は回路基板５の対向面に形成された所定形状の導電性ダミーパターン１０とを備える。対向面の間の温度分布を均一にすることができ、非導電性樹脂７の粘度を温度を均一化して超音波が減衰することを抑止できる。
【解決手段】半導体チップ１と、半導体チップ１と対向配置され、接続用導体４を介して半導体チップ１と電気的に接続された回路基板５と、半導体チップ１及び回路基板５の向かい合う対向面にそれぞれ形成され、接続用導体４が接合されたパッド電極２及び端子電極６と、対向面の間の隙間を埋め込むように形成された非導電性樹脂７と、半導体チップ１又は回路基板５の対向面に形成された所定形状の導電性ダミーパターン１０とを備える。対向面の間の温度分布を均一にすることができ、非導電性樹脂７の粘度を温度を均一化して超音波が減衰することを抑止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に半導体チップと回路基板とが接続用導体を介して超音波熱圧着によって接合された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、表面弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）デバイス等の実装においては、デバイス上の電極パッド上に金（Ａｕ）バンプを形成し、この金バンプと金めっきが施された実装基板上の端子電極を超音波印加を併用して熱圧着するＦＣＢが行われている。表面弾性波デバイスは３ｍｍ角以下のものであり、Ｉ／Ｏ電極の数は数個程度である。従って、この場合には使用されるバンプも数バンプ程度である。
【０００３】
一方、メモリデバイス等の大型、多ピンのデバイスに超音波熱圧着を適用する場合には、チップと実装基板との間に非導電性樹脂を注入し、信頼性を向上させる必要がある。図１０は超音波熱圧着を用いて大型、多ピンのデバイスと回路基板とを接合する方法を工程順に示す概略断面図である。先ず、半導体チップ１０１の電極パッド１０２に接続用導体（バンプ）１０４をワイヤボンディング技術を用いて形成する。そして、図１０（ａ）に示すように、半導体チップ１０１を保持ツールで保持し、半導体チップ１０１の電極パッド１０２と回路基板１０５の端子電極１０６が対応するように位置合わせする。
【０００４】
その後、半導体チップ１０１に荷重をかけて接続用導体１０４と端子電極１０６を密着させ、この状態で半導体チップ１０１に超音波振動を与える。これにより、接続用導体１０４と端子電極１０６とが接合される。
【０００５】
次に、図１０（ｂ）に示すように、半導体チップ１０１と回路基板１０５の間に非導電性樹脂１０７を注入する。図１０（ｃ）は、非導電性樹脂１０７が半導体チップ１０１と回路基板１０５の間に行き渡り、注入が完了した状態を示している。
【０００６】
このように、超音波熱圧着前に樹脂を注入してしまうと、その後に超音波振動を与えても減衰してしまうため、図１０に示すように半導体チップ１０１を搭載した後に超音波熱圧着を行い、その後に樹脂を注入する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、大型、多ピンのメモリデバイスに超音波熱圧着を行う場合、半導体チップ１０１の面積が大きいため、半導体チップ１０１の中央部に非導電性樹脂１０７を流すことができず、中央部にボイドが形成されてしまうという問題がある。このため、図１０に示すように圧着後に樹脂封止をすることは困難が伴っていた。また、圧着後に樹脂封止をすると工程が煩雑になるという問題がある。
【０００８】
このような観点から、予め回路基板上に非導電性樹脂を形成しておき、超音波熱圧着によって接続用導体１０４と端子電極１０６とを接合するのと同時に樹脂封止を行う方法が採用されつつある。この方法によれば、超音波熱圧着後の樹脂注入工程を省略できる。
【０００９】
しかしながら、この方法を適用する場合には、接合時の樹脂粘度が重要となる。すなわち、超音波熱圧着の際に非導電性樹脂が溶融して半導体チップと回路基板との間の隙間が封止されるが、非導電性樹脂の粘度は領域ごとに異なるため、超音波振動が減衰して接合が不充分になるという問題が生じていた。
【００１０】
半導体チップと回路基板が接触する前、すなわち、半導体チップが回路基板上の非導電性樹脂と接触する前には、半導体チップの温度と回路基板の温度には差がある。このため、半導体チップ１が非導電性樹脂と接触した後には、非導電性樹脂の温度は一様とはならない。また、半導体チップと回路基板は熱伝導率が異なり、また場所によって構成部材が異なるため、非導電性樹脂７に温度分布が発生する。
【００１１】
特に、回路基板として非導電性樹脂であるエポキシ樹脂を使用したガラスエポキシ基板を使用した場合、端子電極は導電材であり、その他の領域は非導電材で構成されているため、熱容量の違い等から端子電極近傍とその周辺の領域で温度が異なることとなり、温度分布の違いによって非導電性樹脂の粘度分布にバラツキが生じてしまう。そして、粘度が高い領域では非導電性樹脂の抗力によって超音波振動が伝わりにくくなるため、粘度の高い領域の影響に起因して印加した超音波振動が減衰し、接続用導体と端子電極との接合性が劣化するという問題が生じていた。
【００１２】
また、ガラスエポキシ基板は金属などと比べて熱伝導率が比較的低い材料で構成されるため、半導体チップ１の中央と周辺の平面方向（水平方向）で温度分布のバラツキは顕著に発生し、その結果、印加される超音波振動及び荷重は温度が低く非導電性樹脂の粘度が高い部分の抗力に影響されてしまう。
【００１３】
この発明は上述のような問題を解決するために成されたもので、サイズの大きな半導体チップを実装する際に確実に超音波熱圧着を行い、半導体装置の信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明の半導体装置の製造方法は、電極を備える半導体チップを準備する工程と、ガラスエポキシ基板を使用し、電極および、前記ガラスエポキシ基板よりも熱伝導率が大きい導電性ダミーパターンとを備える回路基板を準備する工程と、前記半導体チップを、前記導電性ダミーパターンの上部に配置し、前記半導体チップと前記導電性ダミーパターンとの間に、非導電性樹脂を介在させた状態で、超音波熱圧着によって、前記半導体チップの電極と、前記回路基板の電極とを、接続用導体を介して接合する工程とを有するものである。
【００１５】
また、前記半導体チップ及び前記回路基板の前記電極が前記半導体チップの周縁部に沿った位置に形成され、前記導電性ダミーパターンが前記電極に囲まれた範囲に形成されているものである。
【００１６】
また、前記導電性ダミーパターンが格子状のパターンである。
【００１７】
また、前記導電性ダミーパターンが前記半導体チップの中心近傍に相当する位置から放射状に延在するスペースによって区切られているものである。
【００１８】
また、前記導電性ダミーパターンと前記電極の材質が同一である。
【００１９】
また、前記導電性ダミーパターンは前記回路基板に保護絶縁膜を介して形成されているものである。
【００２０】
また、前記回路基板にサーマルビアが形成され、前記サーマルビアを介して前記導電性ダミーパターンが前記回路基板の裏側へ接続されているものである。
【００２１】
また、前記接続用導体は、金を主元素とする部材を使用しているものである。
【００２２】
また、前記回路基板の電極の最表層は、金メッキ膜によって構成されているものである。
【００２３】
また、前記超音波熱圧着によって、前記接続用導体と、前記回路基板の電極を、Ａｕ／Ａｕ接合層を介して接合するものである。
【００２４】
この発明の半導体装置の製造方法は、電極を備える半導体チップを準備する工程と、シリコンチップを使用し、電極および、前記シリコンチップよりも熱伝導率が大きい導電性ダミーパターンとを備える回路基板を準備する工程と、前記半導体チップを、前記導電性ダミーパターンの上部に配置し、前記半導体チップと前記導電性ダミーパターンとの間に、非導電性樹脂を介在させた状態で、超音波熱圧着によって、前記半導体チップの電極と、前記回路基板の電極とを、接続用導体を介して接合する工程とを有するものである。
【００２５】
また、前記半導体チップ及び前記回路基板の前記電極が前記半導体チップの周縁部に沿った位置に形成され、前記導電性ダミーパターンが前記電極に囲まれた範囲に形成されているものである。
【００２６】
また、前記導電性ダミーパターンが格子状のパターンである。
【００２７】
また、前記導電性ダミーパターンが前記半導体チップの中心近傍に相当する位置から放射状に延在するスペースによって区切られているものである。
【００２８】
また、前記導電性ダミーパターンと前記電極の材質が同一である。
【００２９】
また、前記導電性ダミーパターンは、前記回路基板に保護絶縁膜を介して形成されているものである。
【００３０】
また、前記回路基板にサーマルビアが形成され、前記サーマルビアを介して前記導電性ダミーパターンが前記回路基板の裏側へ接続されているものである。
【００３１】
また、前記接続用導体は、金を主元素とする部材を使用しているものである。
【００３２】
また、前記回路基板の電極の最表層は、金メッキ膜によって構成されているものである。
【００３３】
また、前記超音波熱圧着によって、前記接続用導体と、前記回路基板の電極を、Ａｕ／Ａｕ接合層を介して接合するものである。
【発明の効果】
【００３４】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００３５】
回路基板に所定形状の導電性ダミーパターンを形成したため、半導体チップと回路基板を超音波熱圧着する際に対向面の間の温度分布を均一にすることができ、非導電性樹脂の粘度を均一化することが可能となる。これにより、印加した超音波が減衰してしまうことを抑止でき、半導体チップと電子部品との電気的接続の信頼性を高めることが可能となる。
【００３６】
導電性ダミーパターンを半導体チップの周縁部に形成した電極に囲まれるように配置することにより、超音波熱圧着の際に半導体チップの中央部の温度を周辺部と同等まで高めることができ、半導体チップ中央部における非導電性樹脂の粘度を高めることが可能となる。
【００３７】
導電性ダミーパターンを格子状のパターンとすることにより、導電性ダミーパターンと半導体チップ又は電子部品との接触面積を広く確保することができ、導電性ダミーパターンの接着性を高めることが可能となる。
【００３８】
導電性ダミーパターンを半導体チップの中心から放射状に延在するスペースによって区切ることにより、熱圧着の際に非導電性樹脂に発生するボイドをスペースに沿って外側へ排出することが可能となる。
【００３９】
導電性ダミーパターンと電極の材質を同一とすることにより、両者を半導体チップ又は電子部品上の同一工程で形成することができる。これにより、工程を簡素化してコストを低減することができる。
【００４０】
電子部材を所定の回路パターンを備えた回路基板とすることにより、ＣＳＰなどのパッケージにおける半導体チップと回路基板との電気的接続の信頼性を高めることが可能となる。
【００４１】
電子部材が半導体チップとすることにより、半導体チップ同士の電気的接続の信頼性を高めることが可能となる。
【００４２】
半導体チップ又は電子部品の対向面上に保護絶縁膜を介して電極を形成することにより、半導体チップと電子部品を超音波熱圧着する際に対向面の間の温度分布を均一にすることができ、非導電性樹脂の粘度を温度を均一化することが可能となる。
【００４３】
サーマルビアを介して導電性ダミーパターンを対向面の裏側へ接続したことにより、対向面の裏側からの熱を対向面上の導電性ダミーパターンへ効率よく伝えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１にかかる、超音波熱圧着接合を用いた半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。以下、図１に基づいて、実施の形態１の超音波熱圧着接合の手順を説明する。
【００４５】
先ず、図１（ａ）に示すように、半導体チップ１上の電極パッド２に接続用導体４をワイヤボンディング技術を利用して形成する。半導体チップ１上の電極パッド２が形成されていない領域には絶縁保護膜３が形成されている。
【００４６】
次に、図１（ｂ）に示すように、端子電極６を備えた回路基板５上に非導電性樹脂７を形成する。非導電性樹脂７の形成は、シート状の樹脂を貼り付ける方法、塗布などの方法を用いて行う。
【００４７】
次に、図１（ｃ）に示すように、回路基板５を保持ツール８上に載せ、半導体チップ１を保持ツール９で保持して両者を対向させ、半導体チップ１の電極パッド２と回路基板５の端子電極６が対応するように位置合わせする。
【００４８】
次に、図１（ｄ）に示すように、半導体チップ１と回路基板５とを圧着し、加熱しながら超音波振動及び荷重を印加して、電極パッド２と端子電極６を接続用導体４を介して接続する。これにより、図１（ｅ）に示すように、回路基板５上に半導体チップ１が実装され、回路基板５と半導体チップ１との間が非導電性樹脂７によって封止される。
【００４９】
図１（ｄ）の工程では、熱圧着のための加熱によって、予め回路基板５上に設置した非導電性樹脂７が溶融して軟化するが、非導電性樹脂７の粘度は温度に依存する。一般に、半導体チップ１が大チップサイズになる程、非導電性樹脂７の粘度分布は広がることとなる。実施の形態１では、大チップサイズであっても温度分布、粘度分布を均一化することができるように、回路基板５の表面に熱伝導性のよいダミーパターン１０を形成している。
【００５０】
図２は、回路基板５上に形成したダミーパターン１０を示す模式図である。ここで、図２（ａ）は、回路基板５の端子電極６が形成された側の面を示す平面図である。また、図２（ｂ）は回路基板５と半導体チップ１の断面を示している。
【００５１】
図２（ａ）に示すように、回路基板５上には周辺部に複数の端子電極６が形成されている。そして、回路基板５上の中央部には、端子電極６に囲まれるようにダミーパターン１０が形成されている。ダミーパターン１０は端子電極６と同様の材質で形成されており、図２（ｂ）に示すように端子電極６と同等の厚さで形成されている。ダミーパターン１０は端子電極６と同一工程で形成することができる。
【００５２】
このように、回路基板５表面の中央部に端子電極６と同様の材質で構成した熱伝導性の良いダミーパターン１０を設けることにより、図１（ｄ）の工程で加熱した際に、回路基板５上の温度分布を一様にすることができる。ダミーパターン１０を形成していない状態では、回路基板５の中央部に熱が十分に伝わらないため、回路基板５の中央部における温度が周辺部に比べて低くなり、中央部における粘度が高くなってしまうが、ダミーパターン１０を設けることによって回路基板５中央部の温度を周辺部と同等にすることができる。これにより、回路基板５の全域に渡って温度を一様にすることが可能となり、非導電性樹脂７の温度分布を均一化することができる。非導電性樹脂７の水平方向の位置ごとの温度差を小さくすることができる。
【００５３】
そして、非導電性樹脂７の温度分布を均一化することによって、非導電性樹脂７の粘度分布を均一化することができる。換言すれば、ダミーパターン１０を設けることによって回路基板５の中央部における非導電性樹脂７の粘度を低くして周囲と同等にすることができる。これにより、非導電性樹脂７の粘度が高くなることを抑止して超音波振動が減衰してしまうことを抑止できる。
【００５４】
図３はダミーパターン１０の形状の例を示す平面図である。回路基板５の表面のうち、端子電極６が形成されていない領域には有機材質部が露出している。図３に示すように、ダミーパターン１０を格子状の形状とすることによって、回路基板５の有機材質部と非導電性樹脂７との接触面積を広く確保することができる。これにより、非導電性樹脂７と回路基板５との接着強度を向上することができる。
【００５５】
図４（ａ）はダミーパターン１０の形状の他の例を示す平面図である。図４に示すように、回路基板５上に放射状のスペースを設けてダミーパターン１０を区切ることによって、非導電性樹脂７を形成する際、若しくは半導体チップ１の熱圧着時に非導電性樹脂７内に発生したボイドを放射状のスペースに沿って外側へ排出することができる。ここで、放射状に形成したダミーパターン１０のスペースの中心は半導体チップ１の中心近傍に位置させることにより、半導体チップ１の中心から外側に向かって効率よくボイドを排出することができる。これにより、非導電性樹脂７内に発生するボイドを最小限に抑えることができる。
【００５６】
図４（ｂ）は、図４（ａ）のダミーパターン１０を備えた半導体装置を示す概略断面図である。図４（ｂ）の例では回路基板５のダミーパターン１０を絶縁保護膜１３で覆っている。絶縁保護膜１３は有機系の非導電性樹脂からなり、非導電性樹脂７も有機系の材料から構成されるため、図１及び図２の場合と同様に回路基板５上の温度分布を均一化することができ、また、特に回路基板５が単体の状態であっても回路基板５の表面を保護することが可能となる。
【００５７】
また、上述したようにダミーパターン１０は回路基板５の端子電極６と同一工程で形成してもよいし、端子電極６とは別の工程で金属板を張り付ける等の方法で形成してもよい。
【００５８】
また、回路基板５としてシリコン（Ｓｉ）等の半導体チップを用いた場合、すなわち、２つの半導体チップ１の電極パッド２側の面を対向させ、非導電性樹脂７を介在させて接続用導体３によって接合する場合においても、ダミーパターンを形成することによって同様の効果を得ることができる。この場合、ダミーパターンは半導体チップ１の電極パッド２側の表面に形成する。ダミーパターンは電極パッド２の材質と同じ材質の膜から構成してもよいし、銅（Ｃｕ）などの熱伝導性のよい金属パターンから構成してもよい。これにより、半導体チップ１間の非導電性樹脂７の温度を均一にすることができる。
【００５９】
次に、図５に基づいて、電極パッド２、接続用導体４、端子電極６などの接続用部材について説明する。図５は、半導体チップ１と回路基板５との接合部を示す概略断面図である。これらの接続用部材は、金（Ａｕ）、はんだ、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ビスマス（Ｂｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、インジウム（Ｉｎ）、鉛（Ｐｂ）、シリコン（Ｓｉ）、又はこれらの合金からなる。
【００６０】
図５（ａ）は、接続用導体４として金（Ａｕ）を主元素にした部材を使用し、回路基板５（ガラスエポキシ基板）上の端子電極６を銅（Ｃｕ）電極１３、銅電極１３上に形成したニッケル（Ｎｉ）メッキ層１６、最表層に形成した金（Ａｕ）メッキ層１７から構成した例を示している。接続用導体４は予めワイヤボンディング技術を利用して電極パッド２へ接合され、接続用導体４と電極パッド２の界面にはＡｕ／Ａｌ合金層１８が形成されている。
【００６１】
そして、図５（ａ）に示すように、接続用導体４と金メッキ層１７の界面には、超音波熱圧着によって比較的低温でＡｕ／Ａｕ接合層１９が形成される。
【００６２】
このように、実施の形態１の方法によれば、大型、多ピンの半導体チップ１であっても確実に超音波熱圧着を行うことができるため、接続用導体４と金メッキ層１７の界面に確実にＡｕ／Ａｕ接合層１９を形成できる。従って、接続用導体４と端子電極６との接合を確実に行うことが可能となる。
【００６３】
図５（ｂ）は、接続用導体４としてやはり金（Ａｕ）を主元素にした部材を使用し、回路基板５を半導体チップに置き換えた場合、すなわち、半導体チップ１同士を接合した場合を示している。この場合には、端子電極６がアルミニウムからなるパッドであっても、端子電極６と接続用導体４との界面に比較的低温でＡｕ／Ａｌ接合層２０を形成することができる。このように、実施の形態１の方法によれば超音波を併用した熱圧着を確実に行うことができるため、有機樹脂などの非導電性樹脂７のように耐熱温度が低い材料を使用する場合であっても良好なＡｕ／Ａｕ接合層１９、Ａｕ／Ａｌ接合層２０を形成することができる。従って、接合の信頼性を大幅に向上させることができる。
【００６４】
以上説明したように実施の形態１によれば、回路基板５の端子電極５側の面に所定形状のダミーパターン１０を形成したため、回路基板５上面の温度分布を均一にすることができ、非導電性樹脂７の温度を一様にすることが可能となる。これにより、超音波熱圧着時における非導電性樹脂７の粘度を一定に保つことができ、特に半導体チップ１の中央において粘度の高い領域が生じてしまうことを抑止することができ、粘度の高さによって印加した超音波振動が減衰してしまうことを抑止できる。従って、端子電極６と接続用導体４とを確実に接合することができ、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００６５】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２にかかる半導体装置を示す概略断面図である。図６に示すように、実施の形態２の半導体装置は、実施の形態１の半導体装置と同様に半導体チップ１と回路基板５との間に非導電性樹脂７を介在させて接合したものであって、更に半導体チップ１側にも熱伝導性のよいダミーパターン１４を形成したものである。
【００６６】
このように、半導体チップ１側にも熱伝導性のよいダミーパターン１４を形成することによって、非導電性樹脂７の温度分布の均一性を高めることができる。従って、超音波振動が減衰してしまうことを抑止でき、超音波熱圧着を確実に行うことが可能となる。
【００６７】
図７及び図８は、ダミーパターン１４を備えた半導体装置の別の例を示す概略断面図である。ここで、図７は、図６の場合と同様に半導体チップ１の電極パッド２側の面にダミーパターン１４を形成したものであるが、絶縁保護膜３上にダミーパターン１４を形成している点で図６の場合と相違する。
【００６８】
非導電性樹脂７及び絶縁保護膜３はともに有機系材料からなる絶縁膜である。図７のように保護絶縁膜３上にダミーパターン１４を形成した場合であっても図６の場合と同様に非導電性樹脂７の温度分布を均一化することができる。
【００６９】
また、図８は回路基板５としてのガラスエポキシ基板上にソルダーレジスト１５を設けた場合を示している。ソルダーレジスト１５も有機系の膜からなるため、回路基板５と非導電性樹脂７の間にソルダーレジスト１５を介在させた場合であっても、回路基板５の熱伝導率は大きく変化することはない。また、図８の例では、図６の場合と同様に半導体チップ１表面にダミーパターン１４を形成し、ダミーパターン１４を絶縁保護膜２で覆っている。従って、図６の例と同様に非導電性樹脂７の温度を均一化することができ、且つソルダーレジスト１５の機能をも得ることができる。
【００７０】
なお、図３の場合と同様に、ダミーパターン１４の形状を格子状とすることによって、半導体チップ１、絶縁保護膜３又は絶縁保護膜１３との密着性を高めることができる。また、図４の場合と同様に、ダミーパターン１４を放射状のスペースで区切ることによって、超音波熱圧着の際に非導電性樹脂７に発生するボイドを効率良く排出することが可能となる。
【００７１】
実施の形態３．
図９は、実施の形態３にかかる熱圧着接合を用いた半導体装置を示す概略断面図である。実施の形態３は、実施の形態１と同様に回路基板５にダミーパターン１０を形成し、更に回路基板５にサーマルビア１１を設け、回路基板５への熱がダミーパターン１０に伝わり易くなるようにしたものである。
【００７２】
図９に示すように、ダミーパターン１０の下の回路基板５に設けたサーマルビア１１は回路基板５を貫通するように形成されており、サーマルビア１１内にダミーパターン１０の一部が充填されている。これは、超音波熱圧着の際の加熱が回路基板５の裏面側から行われる場合に特に効果的であり、サーマルビア１１を設けることによって、回路基板５の裏側から回路基板５の中央部のダミーパターン１０を加熱することが可能となる。これにより、回路基板５の中央部で非導電性樹脂７の温度を高めて粘度を低くすることができ、非導電性樹脂７の温度を均一にすることができる。
【００７３】
また、半導体チップ１の裏面側、すなわち図９において半導体チップ１の上側から加熱を行う場合には、半導体チップ１にサーマルビアを設けてもよい。これにより、サーマルビアを介して半導体チップ１の電極パッド２側の面を加熱することができ、非導電性樹脂７の粘度を低くすることが可能となる。これにより、超音波が減衰してしまうことを抑止でき、接合の信頼性を高めることが可能となる。
【００７４】
以上説明したように実施の形態３によれば、回路基板５若しくは半導体チップ１にサーマルビア１１を設けることによって、サーマルビア１１を介して非導電性樹脂７を加熱することができる。従って、非導電性樹脂７の温度分布を均一にすることができ、信頼性の高い超音波熱圧着を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】この発明の実施の形態１にかかる、超音波熱圧着接合を用いた半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図２】回路基板上に形成したダミーパターンを示す模式図である。
【図３】ダミーパターンの形状の例を示す平面図である。
【図４】ダミーパターンの形状の他の例を示す平面図である。
【図５】半導体チップと回路基板との接合部を示す概略断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２にかかる半導体装置を示す概略断面図である。
【図７】半導体チップの最上面にダミーパターンを設けた例を示す概略断面図である。
【図８】回路基板上にソルダーレジストを設けた例を示す概略断面図である。
【図９】実施の形態３にかかる熱圧着接合を用いた半導体装置を示す概略断面図である。
【図１０】従来の超音波熱圧着接合を用いた半導体装置の製造方法を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ 半導体チップ、 ２ 電極パッド、 ３ 絶縁保護膜、 ４ 接続用導体、 ５ 回路基板、 ６ 端子電極、 ７ 非導電性樹脂、 ８，９ 保持ツール、 １０，１４ ダミーパターン、 １１ サーマルビア、 １３ 銅電極、 １５ ソルダーレジスト、 １６ ニッケル（Ｎｉ）メッキ層、 １７ 金（Ａｕ）メッキ層、 １８ Ａｕ／Ａｌ合金層、 １９ Ａｕ／Ａｕ接合層、 ２０ Ａｕ／Ａｌ接合層。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に半導体チップと回路基板とが接続用導体を介して超音波熱圧着によって接合された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、表面弾性波（ＳＡＷ：Surface Acoustic Wave）デバイス等の実装においては、デバイス上の電極パッド上に金（Ａｕ）バンプを形成し、この金バンプと金めっきが施された実装基板上の端子電極を超音波印加を併用して熱圧着するＦＣＢが行われている。表面弾性波デバイスは３ｍｍ角以下のものであり、Ｉ／Ｏ電極の数は数個程度である。従って、この場合には使用されるバンプも数バンプ程度である。
【０００３】
一方、メモリデバイス等の大型、多ピンのデバイスに超音波熱圧着を適用する場合には、チップと実装基板との間に非導電性樹脂を注入し、信頼性を向上させる必要がある。図１０は超音波熱圧着を用いて大型、多ピンのデバイスと回路基板とを接合する方法を工程順に示す概略断面図である。先ず、半導体チップ１０１の電極パッド１０２に接続用導体（バンプ）１０４をワイヤボンディング技術を用いて形成する。そして、図１０（ａ）に示すように、半導体チップ１０１を保持ツールで保持し、半導体チップ１０１の電極パッド１０２と回路基板１０５の端子電極１０６が対応するように位置合わせする。
【０００４】
その後、半導体チップ１０１に荷重をかけて接続用導体１０４と端子電極１０６を密着させ、この状態で半導体チップ１０１に超音波振動を与える。これにより、接続用導体１０４と端子電極１０６とが接合される。
【０００５】
次に、図１０（ｂ）に示すように、半導体チップ１０１と回路基板１０５の間に非導電性樹脂１０７を注入する。図１０（ｃ）は、非導電性樹脂１０７が半導体チップ１０１と回路基板１０５の間に行き渡り、注入が完了した状態を示している。
【０００６】
このように、超音波熱圧着前に樹脂を注入してしまうと、その後に超音波振動を与えても減衰してしまうため、図１０に示すように半導体チップ１０１を搭載した後に超音波熱圧着を行い、その後に樹脂を注入する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、大型、多ピンのメモリデバイスに超音波熱圧着を行う場合、半導体チップ１０１の面積が大きいため、半導体チップ１０１の中央部に非導電性樹脂１０７を流すことができず、中央部にボイドが形成されてしまうという問題がある。このため、図１０に示すように圧着後に樹脂封止をすることは困難が伴っていた。また、圧着後に樹脂封止をすると工程が煩雑になるという問題がある。
【０００８】
このような観点から、予め回路基板上に非導電性樹脂を形成しておき、超音波熱圧着によって接続用導体１０４と端子電極１０６とを接合するのと同時に樹脂封止を行う方法が採用されつつある。この方法によれば、超音波熱圧着後の樹脂注入工程を省略できる。
【０００９】
しかしながら、この方法を適用する場合には、接合時の樹脂粘度が重要となる。すなわち、超音波熱圧着の際に非導電性樹脂が溶融して半導体チップと回路基板との間の隙間が封止されるが、非導電性樹脂の粘度は領域ごとに異なるため、超音波振動が減衰して接合が不充分になるという問題が生じていた。
【００１０】
半導体チップと回路基板が接触する前、すなわち、半導体チップが回路基板上の非導電性樹脂と接触する前には、半導体チップの温度と回路基板の温度には差がある。このため、半導体チップ１が非導電性樹脂と接触した後には、非導電性樹脂の温度は一様とはならない。また、半導体チップと回路基板は熱伝導率が異なり、また場所によって構成部材が異なるため、非導電性樹脂７に温度分布が発生する。
【００１１】
特に、回路基板として非導電性樹脂であるエポキシ樹脂を使用したガラスエポキシ基板を使用した場合、端子電極は導電材であり、その他の領域は非導電材で構成されているため、熱容量の違い等から端子電極近傍とその周辺の領域で温度が異なることとなり、温度分布の違いによって非導電性樹脂の粘度分布にバラツキが生じてしまう。そして、粘度が高い領域では非導電性樹脂の抗力によって超音波振動が伝わりにくくなるため、粘度の高い領域の影響に起因して印加した超音波振動が減衰し、接続用導体と端子電極との接合性が劣化するという問題が生じていた。
【００１２】
また、ガラスエポキシ基板は金属などと比べて熱伝導率が比較的低い材料で構成されるため、半導体チップ１の中央と周辺の平面方向（水平方向）で温度分布のバラツキは顕著に発生し、その結果、印加される超音波振動及び荷重は温度が低く非導電性樹脂の粘度が高い部分の抗力に影響されてしまう。
【００１３】
この発明は上述のような問題を解決するために成されたもので、サイズの大きな半導体チップを実装する際に確実に超音波熱圧着を行い、半導体装置の信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明の半導体装置の製造方法は、電極を備える半導体チップを準備する工程と、ガラスエポキシ基板を使用し、電極および、前記ガラスエポキシ基板よりも熱伝導率が大きい導電性ダミーパターンとを備える回路基板を準備する工程と、前記半導体チップを、前記導電性ダミーパターンの上部に配置し、前記半導体チップと前記導電性ダミーパターンとの間に、非導電性樹脂を介在させた状態で、超音波熱圧着によって、前記半導体チップの電極と、前記回路基板の電極とを、接続用導体を介して接合する工程とを有するものである。
【００１５】
また、前記半導体チップ及び前記回路基板の前記電極が前記半導体チップの周縁部に沿った位置に形成され、前記導電性ダミーパターンが前記電極に囲まれた範囲に形成されているものである。
【００１６】
また、前記導電性ダミーパターンが格子状のパターンである。
【００１７】
また、前記導電性ダミーパターンが前記半導体チップの中心近傍に相当する位置から放射状に延在するスペースによって区切られているものである。
【００１８】
また、前記導電性ダミーパターンと前記電極の材質が同一である。
【００１９】
また、前記導電性ダミーパターンは前記回路基板に保護絶縁膜を介して形成されているものである。
【００２０】
また、前記回路基板にサーマルビアが形成され、前記サーマルビアを介して前記導電性ダミーパターンが前記回路基板の裏側へ接続されているものである。
【００２１】
また、前記接続用導体は、金を主元素とする部材を使用しているものである。
【００２２】
また、前記回路基板の電極の最表層は、金メッキ膜によって構成されているものである。
【００２３】
また、前記超音波熱圧着によって、前記接続用導体と、前記回路基板の電極を、Ａｕ／Ａｕ接合層を介して接合するものである。
【００２４】
この発明の半導体装置の製造方法は、電極を備える半導体チップを準備する工程と、シリコンチップを使用し、電極および、前記シリコンチップよりも熱伝導率が大きい導電性ダミーパターンとを備える回路基板を準備する工程と、前記半導体チップを、前記導電性ダミーパターンの上部に配置し、前記半導体チップと前記導電性ダミーパターンとの間に、非導電性樹脂を介在させた状態で、超音波熱圧着によって、前記半導体チップの電極と、前記回路基板の電極とを、接続用導体を介して接合する工程とを有するものである。
【００２５】
また、前記半導体チップ及び前記回路基板の前記電極が前記半導体チップの周縁部に沿った位置に形成され、前記導電性ダミーパターンが前記電極に囲まれた範囲に形成されているものである。
【００２６】
また、前記導電性ダミーパターンが格子状のパターンである。
【００２７】
また、前記導電性ダミーパターンが前記半導体チップの中心近傍に相当する位置から放射状に延在するスペースによって区切られているものである。
【００２８】
また、前記導電性ダミーパターンと前記電極の材質が同一である。
【００２９】
また、前記導電性ダミーパターンは、前記回路基板に保護絶縁膜を介して形成されているものである。
【００３０】
また、前記回路基板にサーマルビアが形成され、前記サーマルビアを介して前記導電性ダミーパターンが前記回路基板の裏側へ接続されているものである。
【００３１】
また、前記接続用導体は、金を主元素とする部材を使用しているものである。
【００３２】
また、前記回路基板の電極の最表層は、金メッキ膜によって構成されているものである。
【００３３】
また、前記超音波熱圧着によって、前記接続用導体と、前記回路基板の電極を、Ａｕ／Ａｕ接合層を介して接合するものである。
【発明の効果】
【００３４】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００３５】
回路基板に所定形状の導電性ダミーパターンを形成したため、半導体チップと回路基板を超音波熱圧着する際に対向面の間の温度分布を均一にすることができ、非導電性樹脂の粘度を均一化することが可能となる。これにより、印加した超音波が減衰してしまうことを抑止でき、半導体チップと電子部品との電気的接続の信頼性を高めることが可能となる。
【００３６】
導電性ダミーパターンを半導体チップの周縁部に形成した電極に囲まれるように配置することにより、超音波熱圧着の際に半導体チップの中央部の温度を周辺部と同等まで高めることができ、半導体チップ中央部における非導電性樹脂の粘度を高めることが可能となる。
【００３７】
導電性ダミーパターンを格子状のパターンとすることにより、導電性ダミーパターンと半導体チップ又は電子部品との接触面積を広く確保することができ、導電性ダミーパターンの接着性を高めることが可能となる。
【００３８】
導電性ダミーパターンを半導体チップの中心から放射状に延在するスペースによって区切ることにより、熱圧着の際に非導電性樹脂に発生するボイドをスペースに沿って外側へ排出することが可能となる。
【００３９】
導電性ダミーパターンと電極の材質を同一とすることにより、両者を半導体チップ又は電子部品上の同一工程で形成することができる。これにより、工程を簡素化してコストを低減することができる。
【００４０】
電子部材を所定の回路パターンを備えた回路基板とすることにより、ＣＳＰなどのパッケージにおける半導体チップと回路基板との電気的接続の信頼性を高めることが可能となる。
【００４１】
電子部材が半導体チップとすることにより、半導体チップ同士の電気的接続の信頼性を高めることが可能となる。
【００４２】
半導体チップ又は電子部品の対向面上に保護絶縁膜を介して電極を形成することにより、半導体チップと電子部品を超音波熱圧着する際に対向面の間の温度分布を均一にすることができ、非導電性樹脂の粘度を温度を均一化することが可能となる。
【００４３】
サーマルビアを介して導電性ダミーパターンを対向面の裏側へ接続したことにより、対向面の裏側からの熱を対向面上の導電性ダミーパターンへ効率よく伝えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１にかかる、超音波熱圧着接合を用いた半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。以下、図１に基づいて、実施の形態１の超音波熱圧着接合の手順を説明する。
【００４５】
先ず、図１（ａ）に示すように、半導体チップ１上の電極パッド２に接続用導体４をワイヤボンディング技術を利用して形成する。半導体チップ１上の電極パッド２が形成されていない領域には絶縁保護膜３が形成されている。
【００４６】
次に、図１（ｂ）に示すように、端子電極６を備えた回路基板５上に非導電性樹脂７を形成する。非導電性樹脂７の形成は、シート状の樹脂を貼り付ける方法、塗布などの方法を用いて行う。
【００４７】
次に、図１（ｃ）に示すように、回路基板５を保持ツール８上に載せ、半導体チップ１を保持ツール９で保持して両者を対向させ、半導体チップ１の電極パッド２と回路基板５の端子電極６が対応するように位置合わせする。
【００４８】
次に、図１（ｄ）に示すように、半導体チップ１と回路基板５とを圧着し、加熱しながら超音波振動及び荷重を印加して、電極パッド２と端子電極６を接続用導体４を介して接続する。これにより、図１（ｅ）に示すように、回路基板５上に半導体チップ１が実装され、回路基板５と半導体チップ１との間が非導電性樹脂７によって封止される。
【００４９】
図１（ｄ）の工程では、熱圧着のための加熱によって、予め回路基板５上に設置した非導電性樹脂７が溶融して軟化するが、非導電性樹脂７の粘度は温度に依存する。一般に、半導体チップ１が大チップサイズになる程、非導電性樹脂７の粘度分布は広がることとなる。実施の形態１では、大チップサイズであっても温度分布、粘度分布を均一化することができるように、回路基板５の表面に熱伝導性のよいダミーパターン１０を形成している。
【００５０】
図２は、回路基板５上に形成したダミーパターン１０を示す模式図である。ここで、図２（ａ）は、回路基板５の端子電極６が形成された側の面を示す平面図である。また、図２（ｂ）は回路基板５と半導体チップ１の断面を示している。
【００５１】
図２（ａ）に示すように、回路基板５上には周辺部に複数の端子電極６が形成されている。そして、回路基板５上の中央部には、端子電極６に囲まれるようにダミーパターン１０が形成されている。ダミーパターン１０は端子電極６と同様の材質で形成されており、図２（ｂ）に示すように端子電極６と同等の厚さで形成されている。ダミーパターン１０は端子電極６と同一工程で形成することができる。
【００５２】
このように、回路基板５表面の中央部に端子電極６と同様の材質で構成した熱伝導性の良いダミーパターン１０を設けることにより、図１（ｄ）の工程で加熱した際に、回路基板５上の温度分布を一様にすることができる。ダミーパターン１０を形成していない状態では、回路基板５の中央部に熱が十分に伝わらないため、回路基板５の中央部における温度が周辺部に比べて低くなり、中央部における粘度が高くなってしまうが、ダミーパターン１０を設けることによって回路基板５中央部の温度を周辺部と同等にすることができる。これにより、回路基板５の全域に渡って温度を一様にすることが可能となり、非導電性樹脂７の温度分布を均一化することができる。非導電性樹脂７の水平方向の位置ごとの温度差を小さくすることができる。
【００５３】
そして、非導電性樹脂７の温度分布を均一化することによって、非導電性樹脂７の粘度分布を均一化することができる。換言すれば、ダミーパターン１０を設けることによって回路基板５の中央部における非導電性樹脂７の粘度を低くして周囲と同等にすることができる。これにより、非導電性樹脂７の粘度が高くなることを抑止して超音波振動が減衰してしまうことを抑止できる。
【００５４】
図３はダミーパターン１０の形状の例を示す平面図である。回路基板５の表面のうち、端子電極６が形成されていない領域には有機材質部が露出している。図３に示すように、ダミーパターン１０を格子状の形状とすることによって、回路基板５の有機材質部と非導電性樹脂７との接触面積を広く確保することができる。これにより、非導電性樹脂７と回路基板５との接着強度を向上することができる。
【００５５】
図４（ａ）はダミーパターン１０の形状の他の例を示す平面図である。図４に示すように、回路基板５上に放射状のスペースを設けてダミーパターン１０を区切ることによって、非導電性樹脂７を形成する際、若しくは半導体チップ１の熱圧着時に非導電性樹脂７内に発生したボイドを放射状のスペースに沿って外側へ排出することができる。ここで、放射状に形成したダミーパターン１０のスペースの中心は半導体チップ１の中心近傍に位置させることにより、半導体チップ１の中心から外側に向かって効率よくボイドを排出することができる。これにより、非導電性樹脂７内に発生するボイドを最小限に抑えることができる。
【００５６】
図４（ｂ）は、図４（ａ）のダミーパターン１０を備えた半導体装置を示す概略断面図である。図４（ｂ）の例では回路基板５のダミーパターン１０を絶縁保護膜１３で覆っている。絶縁保護膜１３は有機系の非導電性樹脂からなり、非導電性樹脂７も有機系の材料から構成されるため、図１及び図２の場合と同様に回路基板５上の温度分布を均一化することができ、また、特に回路基板５が単体の状態であっても回路基板５の表面を保護することが可能となる。
【００５７】
また、上述したようにダミーパターン１０は回路基板５の端子電極６と同一工程で形成してもよいし、端子電極６とは別の工程で金属板を張り付ける等の方法で形成してもよい。
【００５８】
また、回路基板５としてシリコン（Ｓｉ）等の半導体チップを用いた場合、すなわち、２つの半導体チップ１の電極パッド２側の面を対向させ、非導電性樹脂７を介在させて接続用導体３によって接合する場合においても、ダミーパターンを形成することによって同様の効果を得ることができる。この場合、ダミーパターンは半導体チップ１の電極パッド２側の表面に形成する。ダミーパターンは電極パッド２の材質と同じ材質の膜から構成してもよいし、銅（Ｃｕ）などの熱伝導性のよい金属パターンから構成してもよい。これにより、半導体チップ１間の非導電性樹脂７の温度を均一にすることができる。
【００５９】
次に、図５に基づいて、電極パッド２、接続用導体４、端子電極６などの接続用部材について説明する。図５は、半導体チップ１と回路基板５との接合部を示す概略断面図である。これらの接続用部材は、金（Ａｕ）、はんだ、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ビスマス（Ｂｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、インジウム（Ｉｎ）、鉛（Ｐｂ）、シリコン（Ｓｉ）、又はこれらの合金からなる。
【００６０】
図５（ａ）は、接続用導体４として金（Ａｕ）を主元素にした部材を使用し、回路基板５（ガラスエポキシ基板）上の端子電極６を銅（Ｃｕ）電極１３、銅電極１３上に形成したニッケル（Ｎｉ）メッキ層１６、最表層に形成した金（Ａｕ）メッキ層１７から構成した例を示している。接続用導体４は予めワイヤボンディング技術を利用して電極パッド２へ接合され、接続用導体４と電極パッド２の界面にはＡｕ／Ａｌ合金層１８が形成されている。
【００６１】
そして、図５（ａ）に示すように、接続用導体４と金メッキ層１７の界面には、超音波熱圧着によって比較的低温でＡｕ／Ａｕ接合層１９が形成される。
【００６２】
このように、実施の形態１の方法によれば、大型、多ピンの半導体チップ１であっても確実に超音波熱圧着を行うことができるため、接続用導体４と金メッキ層１７の界面に確実にＡｕ／Ａｕ接合層１９を形成できる。従って、接続用導体４と端子電極６との接合を確実に行うことが可能となる。
【００６３】
図５（ｂ）は、接続用導体４としてやはり金（Ａｕ）を主元素にした部材を使用し、回路基板５を半導体チップに置き換えた場合、すなわち、半導体チップ１同士を接合した場合を示している。この場合には、端子電極６がアルミニウムからなるパッドであっても、端子電極６と接続用導体４との界面に比較的低温でＡｕ／Ａｌ接合層２０を形成することができる。このように、実施の形態１の方法によれば超音波を併用した熱圧着を確実に行うことができるため、有機樹脂などの非導電性樹脂７のように耐熱温度が低い材料を使用する場合であっても良好なＡｕ／Ａｕ接合層１９、Ａｕ／Ａｌ接合層２０を形成することができる。従って、接合の信頼性を大幅に向上させることができる。
【００６４】
以上説明したように実施の形態１によれば、回路基板５の端子電極５側の面に所定形状のダミーパターン１０を形成したため、回路基板５上面の温度分布を均一にすることができ、非導電性樹脂７の温度を一様にすることが可能となる。これにより、超音波熱圧着時における非導電性樹脂７の粘度を一定に保つことができ、特に半導体チップ１の中央において粘度の高い領域が生じてしまうことを抑止することができ、粘度の高さによって印加した超音波振動が減衰してしまうことを抑止できる。従って、端子電極６と接続用導体４とを確実に接合することができ、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００６５】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２にかかる半導体装置を示す概略断面図である。図６に示すように、実施の形態２の半導体装置は、実施の形態１の半導体装置と同様に半導体チップ１と回路基板５との間に非導電性樹脂７を介在させて接合したものであって、更に半導体チップ１側にも熱伝導性のよいダミーパターン１４を形成したものである。
【００６６】
このように、半導体チップ１側にも熱伝導性のよいダミーパターン１４を形成することによって、非導電性樹脂７の温度分布の均一性を高めることができる。従って、超音波振動が減衰してしまうことを抑止でき、超音波熱圧着を確実に行うことが可能となる。
【００６７】
図７及び図８は、ダミーパターン１４を備えた半導体装置の別の例を示す概略断面図である。ここで、図７は、図６の場合と同様に半導体チップ１の電極パッド２側の面にダミーパターン１４を形成したものであるが、絶縁保護膜３上にダミーパターン１４を形成している点で図６の場合と相違する。
【００６８】
非導電性樹脂７及び絶縁保護膜３はともに有機系材料からなる絶縁膜である。図７のように保護絶縁膜３上にダミーパターン１４を形成した場合であっても図６の場合と同様に非導電性樹脂７の温度分布を均一化することができる。
【００６９】
また、図８は回路基板５としてのガラスエポキシ基板上にソルダーレジスト１５を設けた場合を示している。ソルダーレジスト１５も有機系の膜からなるため、回路基板５と非導電性樹脂７の間にソルダーレジスト１５を介在させた場合であっても、回路基板５の熱伝導率は大きく変化することはない。また、図８の例では、図６の場合と同様に半導体チップ１表面にダミーパターン１４を形成し、ダミーパターン１４を絶縁保護膜２で覆っている。従って、図６の例と同様に非導電性樹脂７の温度を均一化することができ、且つソルダーレジスト１５の機能をも得ることができる。
【００７０】
なお、図３の場合と同様に、ダミーパターン１４の形状を格子状とすることによって、半導体チップ１、絶縁保護膜３又は絶縁保護膜１３との密着性を高めることができる。また、図４の場合と同様に、ダミーパターン１４を放射状のスペースで区切ることによって、超音波熱圧着の際に非導電性樹脂７に発生するボイドを効率良く排出することが可能となる。
【００７１】
実施の形態３．
図９は、実施の形態３にかかる熱圧着接合を用いた半導体装置を示す概略断面図である。実施の形態３は、実施の形態１と同様に回路基板５にダミーパターン１０を形成し、更に回路基板５にサーマルビア１１を設け、回路基板５への熱がダミーパターン１０に伝わり易くなるようにしたものである。
【００７２】
図９に示すように、ダミーパターン１０の下の回路基板５に設けたサーマルビア１１は回路基板５を貫通するように形成されており、サーマルビア１１内にダミーパターン１０の一部が充填されている。これは、超音波熱圧着の際の加熱が回路基板５の裏面側から行われる場合に特に効果的であり、サーマルビア１１を設けることによって、回路基板５の裏側から回路基板５の中央部のダミーパターン１０を加熱することが可能となる。これにより、回路基板５の中央部で非導電性樹脂７の温度を高めて粘度を低くすることができ、非導電性樹脂７の温度を均一にすることができる。
【００７３】
また、半導体チップ１の裏面側、すなわち図９において半導体チップ１の上側から加熱を行う場合には、半導体チップ１にサーマルビアを設けてもよい。これにより、サーマルビアを介して半導体チップ１の電極パッド２側の面を加熱することができ、非導電性樹脂７の粘度を低くすることが可能となる。これにより、超音波が減衰してしまうことを抑止でき、接合の信頼性を高めることが可能となる。
【００７４】
以上説明したように実施の形態３によれば、回路基板５若しくは半導体チップ１にサーマルビア１１を設けることによって、サーマルビア１１を介して非導電性樹脂７を加熱することができる。従って、非導電性樹脂７の温度分布を均一にすることができ、信頼性の高い超音波熱圧着を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】この発明の実施の形態１にかかる、超音波熱圧着接合を用いた半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図２】回路基板上に形成したダミーパターンを示す模式図である。
【図３】ダミーパターンの形状の例を示す平面図である。
【図４】ダミーパターンの形状の他の例を示す平面図である。
【図５】半導体チップと回路基板との接合部を示す概略断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２にかかる半導体装置を示す概略断面図である。
【図７】半導体チップの最上面にダミーパターンを設けた例を示す概略断面図である。
【図８】回路基板上にソルダーレジストを設けた例を示す概略断面図である。
【図９】実施の形態３にかかる熱圧着接合を用いた半導体装置を示す概略断面図である。
【図１０】従来の超音波熱圧着接合を用いた半導体装置の製造方法を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ 半導体チップ、 ２ 電極パッド、 ３ 絶縁保護膜、 ４ 接続用導体、 ５ 回路基板、 ６ 端子電極、 ７ 非導電性樹脂、 ８，９ 保持ツール、 １０，１４ ダミーパターン、 １１ サーマルビア、 １３ 銅電極、 １５ ソルダーレジスト、 １６ ニッケル（Ｎｉ）メッキ層、 １７ 金（Ａｕ）メッキ層、 １８ Ａｕ／Ａｌ合金層、 １９ Ａｕ／Ａｕ接合層、 ２０ Ａｕ／Ａｌ接合層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を備える半導体チップを準備する工程と、
ガラスエポキシ基板を使用し、電極および、前記ガラスエポキシ基板よりも熱伝導率が大きい導電性ダミーパターンとを備える回路基板を準備する工程と、
前記半導体チップを、前記導電性ダミーパターンの上部に配置し、前記半導体チップと前記導電性ダミーパターンとの間に、非導電性樹脂を介在させた状態で、超音波熱圧着によって、前記半導体チップの電極と、前記回路基板の電極とを、接続用導体を介して接合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２】
前記半導体チップ及び前記回路基板の前記電極が前記半導体チップの周縁部に沿った位置に形成され、前記導電性ダミーパターンが前記電極に囲まれた範囲に形成されてい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。
【請求項３】
前記導電性ダミーパターンが格子状のパターンであることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記導電性ダミーパターンが前記半導体チップの中心近傍に相当する位置から放射状に延在するスペースによって区切られていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記導電性ダミーパターンと前記電極の材質が同一であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記導電性ダミーパターンは、前記回路基板に保護絶縁膜を介して形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記回路基板にサーマルビアが形成され、前記サーマルビアを介して前記導電性ダミーパターンが前記回路基板の裏側へ接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記接続用導体は、金を主元素とする部材を使用していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記回路基板の電極の最表層は、金メッキ膜によって構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記超音波熱圧着によって、前記接続用導体と、前記回路基板の電極を、Ａｕ／Ａｕ接合層を介して接合することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
電極を備える半導体チップを準備する工程と、
シリコンチップを使用し、電極および、前記シリコンチップよりも熱伝導率が大きい導電性ダミーパターンとを備える回路基板を準備する工程と、
前記半導体チップを、前記導電性ダミーパターンの上部に配置し、前記半導体チップと前記導電性ダミーパターンとの間に、非導電性樹脂を介在させた状態で、超音波熱圧着によって、前記半導体チップの電極と、前記回路基板の電極とを、接続用導体を介して接合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１２】
前記半導体チップ及び前記回路基板の前記電極が前記半導体チップの周縁部に沿った位置に形成され、前記導電性ダミーパターンが前記電極に囲まれた範囲に形成されていることを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記導電性ダミーパターンが格子状のパターンであることを特徴とする請求項１１又は１２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記導電性ダミーパターンが前記半導体チップの中心近傍に相当する位置から放射状に延在するスペースによって区切られていることを特徴とする請求項１１又は１２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記導電性ダミーパターンと前記電極の材質が同一であることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記導電性ダミーパターンは、前記回路基板に保護絶縁膜を介して形成されていることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記回路基板にサーマルビアが形成され、前記サーマルビアを介して前記導電性ダミーパターンが前記回路基板の裏側へ接続されていることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記接続用導体は、金を主元素とする部材を使用していることを特徴とする請求項１１〜１７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記回路基板の電極の最表層は、金メッキ膜によって構成されていることを特徴とする請求項１１〜１８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記超音波熱圧着によって、前記接続用導体と、前記回路基板の電極を、Ａｕ／Ａｕ接合層を介して接合することを特徴とする請求項１１〜１９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
電極を備える半導体チップを準備する工程と、
ガラスエポキシ基板を使用し、電極および、前記ガラスエポキシ基板よりも熱伝導率が大きい導電性ダミーパターンとを備える回路基板を準備する工程と、
前記半導体チップを、前記導電性ダミーパターンの上部に配置し、前記半導体チップと前記導電性ダミーパターンとの間に、非導電性樹脂を介在させた状態で、超音波熱圧着によって、前記半導体チップの電極と、前記回路基板の電極とを、接続用導体を介して接合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２】
前記半導体チップ及び前記回路基板の前記電極が前記半導体チップの周縁部に沿った位置に形成され、前記導電性ダミーパターンが前記電極に囲まれた範囲に形成されてい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。
【請求項３】
前記導電性ダミーパターンが格子状のパターンであることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記導電性ダミーパターンが前記半導体チップの中心近傍に相当する位置から放射状に延在するスペースによって区切られていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記導電性ダミーパターンと前記電極の材質が同一であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記導電性ダミーパターンは、前記回路基板に保護絶縁膜を介して形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記回路基板にサーマルビアが形成され、前記サーマルビアを介して前記導電性ダミーパターンが前記回路基板の裏側へ接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記接続用導体は、金を主元素とする部材を使用していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記回路基板の電極の最表層は、金メッキ膜によって構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記超音波熱圧着によって、前記接続用導体と、前記回路基板の電極を、Ａｕ／Ａｕ接合層を介して接合することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
電極を備える半導体チップを準備する工程と、
シリコンチップを使用し、電極および、前記シリコンチップよりも熱伝導率が大きい導電性ダミーパターンとを備える回路基板を準備する工程と、
前記半導体チップを、前記導電性ダミーパターンの上部に配置し、前記半導体チップと前記導電性ダミーパターンとの間に、非導電性樹脂を介在させた状態で、超音波熱圧着によって、前記半導体チップの電極と、前記回路基板の電極とを、接続用導体を介して接合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１２】
前記半導体チップ及び前記回路基板の前記電極が前記半導体チップの周縁部に沿った位置に形成され、前記導電性ダミーパターンが前記電極に囲まれた範囲に形成されていることを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記導電性ダミーパターンが格子状のパターンであることを特徴とする請求項１１又は１２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記導電性ダミーパターンが前記半導体チップの中心近傍に相当する位置から放射状に延在するスペースによって区切られていることを特徴とする請求項１１又は１２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記導電性ダミーパターンと前記電極の材質が同一であることを特徴とする請求項１１〜１４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記導電性ダミーパターンは、前記回路基板に保護絶縁膜を介して形成されていることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記回路基板にサーマルビアが形成され、前記サーマルビアを介して前記導電性ダミーパターンが前記回路基板の裏側へ接続されていることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記接続用導体は、金を主元素とする部材を使用していることを特徴とする請求項１１〜１７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記回路基板の電極の最表層は、金メッキ膜によって構成されていることを特徴とする請求項１１〜１８のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記超音波熱圧着によって、前記接続用導体と、前記回路基板の電極を、Ａｕ／Ａｕ接合層を介して接合することを特徴とする請求項１１〜１９のいずれかに記載の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９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１２１１１５（Ｐ２００６−１２１１１５Ａ）
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９０８７（Ｐ２００６−１９０８７）
【出願日】平成１８年１月２７日（２００６．１．２７）
【分割の表示】特願２００１−３８４７０７（Ｐ２００１−３８４７０７）の分割
【原出願日】平成１３年１２月１８日（２００１．１２．１８）
【出願人】（５０３１２１１０３）株式会社ルネサステクノロジ (4,790)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２７日（２００６．１．２７）
【分割の表示】特願２００１−３８４７０７（Ｐ２００１−３８４７０７）の分割
【原出願日】平成１３年１２月１８日（２００１．１２．１８）
【出願人】（５０３１２１１０３）株式会社ルネサステクノロジ (4,790)
【Ｆターム（参考）】
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