説明

半導体装置

【課題】半導体チップとその他の電子部品との間隔が小さくなりこれらが近接する場合であっても半導体チップを封止するアンダーフィルのフィレットの外縁部が電子部品に接触することを防止し、高密度なフリップチップ実装が可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体チップ2とインターポーザ7との間をアンダーフィル9で封止した半導体装置であって、半導体チップ2の端面部3の少なくとも一部に、水平方向よりもインターポーザ7側に向く面を有する水平方向の幅W1が10〜100μmの切込部4を設けたことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フリップチップ実装型の半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、樹脂封止型半導体装置は、高密度化、高集積化、および動作の高速化の傾向にあり、従来型のパッケージよりもさらに小型化、薄型化できる半導体チップのパッケージが求められているが、このような要求に対応するものとしてフリップチップ実装が一般に用いられている(特許文献1、2参照)。
【0003】
図3は、従来のフリップチップ実装型の半導体装置を示す断面図である。この半導体装置100は、IC、LSI等の半導体チップ2が、両面に回路が設けられた基板でありスルーホール等を介して両面の回路が導通するインターポーザ7の上面部に設けられている。
【0004】
インターポーザ7の下面部には、パッド電極にはんだボール8が接続され、半導体装置100は、このはんだボール8により回路基板12に接続される。
【0005】
半導体チップ2は、その表面の電極に多数のバンプ6を形成した後、このバンプ6とインターポーザ7の上面部のパッド電極とを位置合わせして接触させた状態で、フェースダウンでインターポーザ7の上面部に載置される。そしてバンプ6を加熱溶融させた後に固化することにより、半導体チップ2の電極とインターポーザ7の上面部のパッド電極とが電気的に接続される。
【0006】
また、半導体チップ2とインターポーザ7との間は、液状の樹脂組成物のアンダーフィル材を充填、硬化したアンダーフィル9により封止される。アンダーフィル9によりバンプ6を保護することができ、半導体チップ2とインターポーザ7との接合強度を高め、また、大気中の水分が半導体チップ2とインターポーザ7との間に侵入するのを防止して半導体装置100のパッケージの耐湿性を向上させることができる。
【0007】
このような構造のフリップチップ実装型の半導体装置100は、実装面積が小さく、さらにバンプ6の高さは通常数百μm以下と低く、ワイヤボンディング接続の場合のようにワイヤまで樹脂封止する必要がないので実装後の高さも低くすることができ、小型化、薄型化等の要求に応えることができる。
【0008】
図4に示すように、アンダーフィル9は、アンダーフィル材を充填する際に、その一部が半導体チップ2とインターポーザ7との間から外方に滲み出し、半導体チップ2の端面部3から外方にはアンダーフィル9のフィレット10が形成される。このフィレット10は、その基端部が半導体チップ2の端面部3に表面張力により付着し、その外方に傾斜しながら延びる形状を有している。
【0009】
従来、図4に示すように半導体チップ2の端面部3は平滑な垂直面であり、アンダーフィル9のフィレット10はこの端面部3から外方に延びているが、半導体装置100には、半導体チップ2の周囲に隣接して、チップ抵抗やチップコンデンサ等の電子部品11がインターポーザ7に実装される場合がある。そして従来では、これらの電子部品11は、半導体チップ2の端面部3から500μm程度またはそれ以上の間隔をおいて、フィレット10の外縁部よりも先に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】特開2009−155405号公報
【特許文献2】特開2002−110735号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
しかしながら、近年の高密度実装化等により、半導体チップ2と電子部品11との間隔をより小さくすることが求められている。また、半導体チップ2とインターポーザ7の上面部のパッド電極との間隔も同様により小さくすることが求められている。
【0012】
ところが、半導体チップ2と電子部品11との間隔が小さくなりこれらが近接するようになると、フィレット10の外縁部が電子部品11に接触してしまう場合があった。特に、半導体チップ2と電子部品11との間隔が200μm以下まで近接すると、フィレット10の外縁部が電子部品11に接触してしまうことが多くなる。
【0013】
このようにフィレット10の外縁部が電子部品11に接触してしまうと、電子部品11へのアンダーフィル材の過剰な流れ出しが発生し、半導体チップ2の下面のアンダーフィル材不足が発生したり、はんだフラッシュ等の不具合が生じたりする可能性がある。
【0014】
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、半導体チップとその他の電子部品との間隔が小さくなりこれらが近接する場合であっても、半導体チップを封止するアンダーフィルのフィレットの外縁部が電子部品に接触することを防止でき、高密度なフリップチップ実装が可能な半導体装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。
【0016】
第1に、本発明の半導体装置は、半導体チップとインターポーザとの間をアンダーフィルで封止した半導体装置であって、半導体チップの端面部の少なくとも一部に、水平方向よりもインターポーザ側に向く面を有する水平方向の幅が10〜100μmの切込部を設けたことを特徴とする。
【0017】
第2に、上記第1の半導体装置において、半導体チップの周囲に隣接して、他の電子部品がインターポーザに実装されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
上記第1および第2の発明によれば、半導体チップの端面部の少なくとも一部に、水平方向よりもインターポーザ側に向く面を有する水平方向の幅が10〜100μmの切込部を設けることで、切込部のインターポーザ側に向く面がフィレットの外方への延びを抑制する。そのため、半導体チップとその他の電子部品との間隔が小さくなりこれらが近接する場合であっても、フィレットの外縁部が電子部品に接触することを防止することができ、高密度なフリップチップ実装が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の半導体装置の実施形態におけるフィレットが形成された半導体チップの端面部の周辺を示す断面図である。
【図2】本発明の半導体装置の別の実施形態における半導体チップの端面部を示す断面図である。
【図3】従来のフリップチップ実装型の半導体装置を示す断面図である。
【図4】図3の半導体装置におけるフィレットが形成された半導体チップの端面部の周辺を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【0021】
図1は、本発明の半導体装置の実施形態におけるフィレットが形成された半導体チップの端面部の周辺を示す断面図である。
【0022】
本実施形態の半導体装置は、図1に示すように、半導体チップ2の端面部3に、水平方向よりもインターポーザ7側に向く面を有する切込部4を設けたことを特徴としている。
【0023】
この切込部4を設けることで、図4の従来技術のように端面部3を垂直面とした場合に比べて、切込部4のインターポーザ7側に向く面がフィレット10の外方への延びを抑制する。すなわち、アンダーフィル9を形成するための液状のアンダーフィル材は、表面張力によって、図1に示すように切込部4によりインターポーザ7側に向く面を有する端面部3に引き寄せられて、この状態で硬化し、フィレット10の外方への延び幅が小さくなる。
【0024】
そのため、半導体チップ2と、半導体チップ2の周囲に隣接して実装されたチップ抵抗やチップコンデンサ等の電子部品11との間隔が、例えば200μm以下と小さくなりこれらが近接する場合であっても、フィレット10の外縁部が電子部品11に接触することを防止することができ、高密度なフリップチップ実装が可能となる。
【0025】
切込部4は、水平方向の幅W1が10〜100μmである。幅W1が10μm未満であるとフィレット10の外方への延びを十分に抑制できない場合がある。一方、幅W1が100μmを超えると加工が困難になり、コスト高となる場合がある。また、切込部4の傾斜面の水平方向との角度θは45〜89°が好ましい。
【0026】
なお、本実施形態では切込部4として平面状の傾斜面を設けた場合を示しているが、本発明では、切込部4は、水平方向よりもインターポーザ7側に向く面を有するものであればこれに限定されるものではなく、例えば、図2(a)に示すような凸曲面、同図(b)に示すような凹曲面、同図(c)に示すような段差面を設けたものであってもよい。
【0027】
切込部4を形成する方法は、特に限定されないが、例えば、端面部3のエッチング、研磨、研削、半導体チップ2のダイシング等が挙げられる。
【0028】
半導体チップ2の形状は、特に限定されず、正方形、長方形、円形等のいずれであってもよい。切込部4は、半導体チップ2の端面部3の全体に設けることもできるが、端面部3の少なくとも一部に設けることによってもフィレット10の外方への延びを抑制することができる。例えば、半導体チップ2の形状が正方形や長方形の場合には、切込部4は、半導体チップ2の少なくとも一辺に設けることができる。
【0029】
本実施形態の半導体装置の全体の構成は、図1に示した部分以外は、例えば図3に示すような従来と同様の構成とすることができる。そして本実施形態の半導体装置は、IC、LSI等の半導体チップ2と、回路形成されたFRグレードやセラミック基板等のインターポーザ7との間をアンダーフィル材により封止することにより製造することができる。
【0030】
例えば、インターポーザ7の上面部のパッド電極にバンプ6を介して半導体チップ2を接続し、次いでバンプ6間の隙間にアンダーフィル材をディスペンサ等を用いて塗布、充填した後、加熱硬化し、さらに半導体チップ2の全体を樹脂封止する等の工程を経て、フリップチップ実装による半導体装置を製造することができる。
【0031】
アンダーフィル材としては、特に限定されないが、常温で液状のものを用いることができる。アンダーフィル材の粘度は、好ましくは25℃で0.1〜100Pa・s、より好ましくは0.5〜30Pa・sである。具体的には、例えば、エポキシ樹脂、硬化剤等を配合したエポキシ樹脂組成物をアンダーフィル材として用いることができる。
【0032】
アンダーフィル材の加熱硬化の条件は、特に限定されるものではなくアンダーフィル材の種類に応じて適宜のものとすればよいが、例えば、エポキシ樹脂組成物の場合には120〜170℃、0.5〜5時間とすることができる。
【0033】
本発明の半導体装置におけるパッケージ形態としては、各種のフリップチップ実装型のパッケージ、例えば、ベアーICの場合は勿論、WLCSP(Wafer Level Chip Size Package)、BGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip Size Package)等が挙げられる。
【実施例】
【0034】
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
<実施例1〜4、比較例1>
直径100μmの576個のSn−Ag−Cuバンプが200μmピッチで配置された半導体チップ(IC、5mm×5mm×300μm)とインターポーザ(FR−4)との間にアンダーフィル材(パナソニック電工株式会社製「CV5186S」)を80℃で充填し、その後150℃で1時間硬化した。
【0035】
なお、インターポーザの上面部における半導体チップの端面部の位置から200μmの間隔をおいた位置にはアンダーフィル材の充填前に予め、チップ抵抗およびチップコンデンサを実装、配列した。
【0036】
実施例1〜4では、半導体チップの端面部の一辺または四辺全てに、インターポーザ側へ下方に傾斜する図1に示すような切込部を設けた。切込部の水平方向の幅は、10μmまたは100μmとした。一方、比較例1では、切込部を設けずに四辺の端面部を全て垂直面とした図4に示すような半導体チップを用いた。
【0037】
以上のようにして実施例1〜4、比較例1のそれぞれについて20個の半導体装置のパッケージを作製し、半導体チップの周囲のチップ抵抗およびチップコンデンサへのフィレットの接触の有無により次の基準に従って評価した。
○:20個のパッケージの全てについてフィレットの接触無し
×:20個のパッケージ中、15個以上のパッケージについてフィレットの接触有り
評価結果を表1に示す。
【0038】
【表1】

【0039】
表1より、半導体チップの端面部の少なくとも一部に水平方向の幅が10〜100μmの切込部を設けた実施例1〜4では、切込部の傾斜面がフィレットの外方への延びを抑制し、半導体チップの周囲のチップ抵抗およびチップコンデンサへのフィレットの接触は見られなかった。
【0040】
これに対して半導体チップの端面部に切込部を設けずに四辺の端面部を全て垂直面とした比較例1では、フィレットの外方への延びが大きく、半導体チップの周囲のチップ抵抗およびチップコンデンサへのフィレットの接触が見られた。
【符号の説明】
【0041】
2 半導体チップ
3 端面部
4 切込部
7 インターポーザ
9 アンダーフィル
1 水平方向の幅

【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体チップとインターポーザとの間をアンダーフィルで封止した半導体装置であって、半導体チップの端面部の少なくとも一部に、水平方向よりもインターポーザ側に向く面を有する水平方向の幅が10〜100μmの切込部を設けたことを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
半導体チップの周囲に隣接して、他の電子部品がインターポーザに実装されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2011−134749(P2011−134749A)
【公開日】平成23年7月7日(2011.7.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−290270(P2009−290270)
【出願日】平成21年12月22日(2009.12.22)
【出願人】(000005832)パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Fターム(参考)】