JP2012089579A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体チップどうしの接続部の破断や半導体チップにクラックが発生するのを抑制できるCoC型の半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、第1の面91にバンプ電極12が設けられた第1の半導体チップ10aと、両面にバンプ電極12が設けられた第2の半導体チップ10bと、を準備する工程と、第1の半導体チップの第1の面91の上に第2の半導体チップを積層すると共に、第1の半導体チップのバンプ電極と第2の半導体チップのバンプ電極とを電気的に接続してチップ積層体11を形成する工程と、第1の半導体チップの第2の面92の少なくとも外周を載置面93に密着させた状態で、第1の半導体チップと第2の半導体チップとの間の隙間に封止樹脂14を充填する工程と、封止樹脂を充填する工程の後に、チップ積層体の第2の半導体チップと配線基板とを接続固定する工程と、を有する。
【選択図】図3A method of manufacturing a CoC type semiconductor device capable of suppressing breakage of a connection portion between semiconductor chips and occurrence of cracks in a semiconductor chip is provided.
A method for manufacturing a semiconductor device includes: a first semiconductor chip 10a having a bump electrode 12 provided on a first surface 91; and a second semiconductor chip 10b having a bump electrode 12 provided on both sides. The step of preparing, laminating the second semiconductor chip on the first surface 91 of the first semiconductor chip, and electrically connecting the bump electrode of the first semiconductor chip and the bump electrode of the second semiconductor chip The first semiconductor chip and the second semiconductor in a state where at least the outer periphery of the second surface 92 of the first semiconductor chip is in close contact with the mounting surface 93. There are a step of filling the gap between the chip and the sealing resin 14 and a step of connecting and fixing the second semiconductor chip of the chip stack and the wiring board after the step of filling the sealing resin.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、複数の半導体チップが積層されたチップ積層体を備えた半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a chip stack in which a plurality of semiconductor chips are stacked.
近年、電子機器の小型化や高機能化に伴って、積層された複数の半導体チップから構成されるチップ積層体を備える、CoC(Chip on Chip)型の半導体装置が検討されている。 2. Description of the Related Art In recent years, CoC (Chip on Chip) type semiconductor devices including a chip stack composed of a plurality of stacked semiconductor chips have been studied along with downsizing and higher functionality of electronic devices.
CoC型の半導体装置の製造方法としては、配線基板あるいは支持基板上に複数の半導体チップを順次接続固定し、各半導体チップの間の隙間をアンダーフィル材で埋めた後、アンダーフィル材を含む複数の半導体チップ全体を覆うように樹脂で封止する方法が知られている。このようなCoC型の半導体装置の製造方法は特許文献1に記載されている。
As a method of manufacturing a CoC type semiconductor device, a plurality of semiconductor chips are sequentially connected and fixed on a wiring substrate or a support substrate, and a gap between each semiconductor chip is filled with an underfill material, and then a plurality of underfill materials are included. A method of sealing with a resin so as to cover the entire semiconductor chip is known. A method of manufacturing such a CoC type semiconductor device is described in
上述した半導体装置の製造方法は、配線基板上に複数の半導体チップを順次固定する工程を有する。この工程では、配線基板または支持基板と半導体チップとの熱膨張係数や剛性の違い、あるいは半導体装置全体の熱分布のばらつき等があるため、製造時に実施する各種の熱処理に伴う熱応力によって半導体チップどうしの接続部が破断したり、半導体チップにクラックが発生したりするおそれがある。 The semiconductor device manufacturing method described above includes a step of sequentially fixing a plurality of semiconductor chips on a wiring board. In this process, there is a difference in thermal expansion coefficient and rigidity between the wiring board or the supporting board and the semiconductor chip, or variation in the heat distribution of the entire semiconductor device. There is a risk that the connecting portions may be broken or a crack may occur in the semiconductor chip.
本発明の一態様における半導体装置の製造方法は、第1の面にバンプ電極が設けられた第1の半導体チップと、両面にバンプ電極が設けられた第2の半導体チップと、を準備する工程と、第1の半導体チップの第1の面の上に第2の半導体チップを積層すると共に、第1の半導体チップのバンプ電極と第2の半導体チップのバンプ電極とを電気的に接続してチップ積層体を形成する工程と、第1の半導体チップの、第1の面の反対側の第2の面の少なくとも外周を載置面に密着させた状態で、第1の半導体チップと第2の半導体チップとの間の隙間に封止樹脂を充填する工程と、封止樹脂を充填する工程の後に、チップ積層体の第2の半導体チップと配線基板とを接続固定する工程と、を有する。 In one embodiment of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device includes preparing a first semiconductor chip having a bump electrode on a first surface and a second semiconductor chip having a bump electrode on both surfaces. And stacking the second semiconductor chip on the first surface of the first semiconductor chip, and electrically connecting the bump electrode of the first semiconductor chip and the bump electrode of the second semiconductor chip. The first semiconductor chip and the second semiconductor chip are formed in a state in which at least the outer circumference of the second surface opposite to the first surface of the first semiconductor chip is in close contact with the mounting surface. A step of filling the gap between the semiconductor chip and the sealing resin, and a step of connecting and fixing the second semiconductor chip of the chip stack and the wiring board after the step of filling the sealing resin. .
上記のような半導体装置の製造方法では、半導体チップ間に封止樹脂が形成されたチップ積層体を作製した後、チップ積層体を配線基板に固定する。そのため、半導体チップと配線基板との熱膨張係数や剛性に違いがあったり、半導体装置全体の熱分布のばらつきが生じたりしても、半導体チップどうしの接続部や半導体チップへ加わる熱応力を低減できる。これにより、半導体チップ間の接続部の破断や半導体チップにクラックが発生することが抑制できる。さらに、上記製造方法では、封止樹脂を充填する工程で、第1の半導体チップの第2の面の少なくとも外周が載置面に密着している。そのため、第1の半導体チップと当該載置面との間に封止樹脂が流れこまず、封止樹脂の流れによってチップ積層体が浮き上がる虞が抑制されるという利点がある。 In the method of manufacturing a semiconductor device as described above, after a chip stacked body in which a sealing resin is formed between semiconductor chips is manufactured, the chip stacked body is fixed to a wiring board. Therefore, even if there is a difference in thermal expansion coefficient and rigidity between the semiconductor chip and the wiring board, or variation in the thermal distribution of the entire semiconductor device, the thermal stress applied to the connection parts between the semiconductor chips and the semiconductor chip is reduced. it can. Thereby, it is possible to suppress the breakage of the connection part between the semiconductor chips and the occurrence of cracks in the semiconductor chip. Further, in the above manufacturing method, at least the outer periphery of the second surface of the first semiconductor chip is in close contact with the mounting surface in the step of filling the sealing resin. Therefore, there is an advantage that the sealing resin does not flow between the first semiconductor chip and the mounting surface, and the risk that the chip stack is lifted by the flow of the sealing resin is suppressed.
以下、本発明について図面を用いて説明する。 The present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は第1の実施形態の半導体装置の一例を示す断面図である。第1の実施形態の半導体装置1は、互いに積層された複数の半導体チップ10a,10bから成るチップ積層体11を備えている。チップ積層体11は配線基板20に接続固定されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the semiconductor device of the first embodiment. The
チップ積層体11の、配線基板20から最も遠くに位置する第1の半導体チップ10aの一方の面(第1の面)91には、複数のバンプ電極12が形成されている。第1の半導体チップ10aの他方の面(第2の面)92にはバンプ電極が形成されておらず、第2の面92は平坦な面となっている。
A plurality of
第1の半導体チップ10a以外の第2の半導体チップ10bの両面には、バンプ電極12が形成されている。一方の面のバンプ電極12と他方の面のバンプ電極12とはそれぞれ貫通配線13によって接続されている。各半導体チップ10a,10bは、バンプ電極12を介して互いに接続されている。
チップ積層体11は、第1の半導体チップ10aを1つ有し、第2の半導体チップ10bを少なくとも1つ有していれば良い。図1に示す例では、第1の半導体チップ10aが1つあり、第2の半導体チップ10bが5つある。
The chip stacked
半導体チップ10a,10bは各種の回路を有するものであって良い。一例として、配線基板20に接続固定された第2の半導体チップ10bはインターフェース用チップ、他の第2の半導体チップ10bはメモリ回路が形成されたチップとすることができる。また、第1の半導体チップ10aは、例えばメモリ回路が形成されたチップであっても良く、回路が形成されていないサポートチップであっても良い。
The
半導体チップ10a,10b間の隙間には封止樹脂(第1の封止樹脂)14が設けられている。この封止樹脂14は、略台形の断面形状で、チップ積層体11の周囲を覆っていることが好ましい。封止樹脂14は、例えばアンダーフィル材を用いて形成される。
A sealing resin (first sealing resin) 14 is provided in the gap between the
配線基板20は、例えば両面に所定の配線が形成されたガラスエポキシ基板が用いられる。この配線は接続パッド21やランド23を除いてソルダーレジスト膜等の絶縁膜によって覆われている。
As the
配線基板20の一方の面には、チップ積層体11と接続するための複数の接続パッド21が形成されている。配線基板20の他方の面には、外部端子としての金属ボール22を接続するための複数のランド23が形成されている。これらの接続パッド21は、所定のランド23と配線によって接続されている。ランド23は、所定の間隔で、例えば格子状に配置されている。
On one surface of the
配線基板20の接続パッドには、例えばAuやCu等から成るワイヤバンプ15が形成されている。このワイヤバンプ15が、第2の半導体装置10bのバンプ電極12と接続されている。また、チップ積層体11と配線基板20とは、NCP(Non Conductive Paste)等の接着部材24によって接着固定されていることが好ましい。接着部材24により、ワイヤバンプ15や接続パッド21などの接合部位が保護されている。
配線基板20上のチップ積層体11は封止樹脂(第2の封止樹脂)25によって封止されている。チップ積層体11が搭載された面とは反対側の、配線基板20の面に設けられた複数のランド23には、半導体装置1の外部端子となる金属ボール22が接続されている。
The
次に、図1に示した半導体装置の製造方法について説明する。第1の実施形態の半導体装置1を製造する場合、まず、第1の半導体チップ10aと第2の半導体チップ10bを準備する。半導体チップ10a,10bは、例えば、略四角形のSi等からなる板状の基板の一方の面にメモリ回路等の所定の回路が形成された構成である。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 1 will be described. When manufacturing the
第1の半導体チップ10aの一方の面91にはバンプ電極12が設けられている。第1の半導体チップの他方の面92は平坦である。第2の半導体チップ10bの両面にはバンプ電極12が設けられている。
次に、第1の半導体チップ10aを吸着ステージ100上に載置する(図2(a)参照)。このとき、第1の半導体チップ10aの第2の面92が吸着ステージの方に向けられる。第1の半導体チップ10aは、吸着ステージ100に設けられた吸着孔102を介して不図示の真空装置により真空吸引されることが好ましい。これにより、第1の半導体チップ10aは吸着ステージ100上に安定的に保持される。
Next, the
吸着ステージ100上に保持した第1の半導体チップ10a上に、第2の半導体チップ10bを搭載する(図2(b)参照)。このとき、第1の半導体チップ10aのバンプ電極12と、第2の半導体チップ10bのバンプ電極12とを接合する。これにより、第1の半導体チップ10aと第2の半導体チップ10とが接続固定される。
The
2段目の半導体チップ10b上には3段目の半導体チップ10bを接続固定し、3段目の半導体チップ10b上には4段目の半導体チップ10bを接続固定する。このようにして、任意の数の半導体チップ10a,10bを有するチップ積層体11を構成する(図2(c)参照)。図2に示す例では、チップ積層体11は、第1の半導体チップ10aを1つ、第2の半導体チップ10bを5つ有している。
The third-
バンプ電極12どうしの接合には、例えば熱圧着法を用いることができる。具体的な一例として、例えば、高温(例えば300℃程度)に設定したボンディングツール110により、半導体チップ10a,10b同士を圧接させて所定の荷重を加える熱圧着法を用いればよい。また、半導体チップ10a,10b同士の接合には、熱圧着法だけでなく超音波を印加しつつ圧着する超音波圧着法、あるいは熱圧着と超音波圧着とを併用する超音波熱圧着法を用いてもよい。
半導体チップ10a,10bを積層する順番は図2に示す例に限定されない。はじめに吸着ステージ100に第2の半導体チップ10bを載置しても良い。この場合、第1の半導体装置10aは、第2の面92が上方を向くように、最後に積層される。つまり、チップ積層体11は、第1の半導体チップ10aの第2の面92が外側に向けられるように構成される。
For joining the
The order of stacking the
次に、第1の半導体チップ10aの第2の面92を平坦な面(載置面)93に密着させた状態で、互いに隣接する半導体チップ10a,10bの間の隙間に封止樹脂14を充填する。ここでは、図3(a)に示すように、第1の半導体チップ10aの第2の面92が、ステージ120に貼付された塗布用シート121に隙間無く密着するように、チップ積層体11をステージ120に載置する。この場合、塗布用シート121の表面が平坦な面93となる。
Next, in a state where the
塗布用シート121は、チップ積層体11を剥離可能な粘着性のシートであることが好ましい。なお、塗布用シート121は、ステージ120上に直接貼る必要はなく、平坦な面上であればどこでもよい。塗布用シートは、例えばステージ120上に載置した所定の治具等に貼ってもよい。
The coating sheet 121 is preferably an adhesive sheet from which the
次に、図3(b)に示すように、チップ積層体11の端部近傍からディスペンサ130によりアンダーフィル材131を供給する。供給されたアンダーフィル材131は、チップ積層体の周囲にフィレットを形成しつつ、半導体チップ10どうしの隙間へ毛細管現象によって進入する。これにより、半導体チップ10の間の隙間がアンダーフィル材131によって埋められる。
Next, as illustrated in FIG. 3B, the underfill material 131 is supplied from the vicinity of the end of the
アンダーフィル材131が供給されたチップ積層体11は、塗布用シート121上に載置された状態で所定の温度、例えば150℃程度でキュア(熱処理)されることで、アンダーフィル材131が熱硬化される。その結果、図3(c)に示すように、チップ積層体11の周囲を覆うと共に半導体チップ10の間の隙間を埋めるアンダーフィル材131から成る封止樹脂14が形成される。
The
本実施形態の製造方法では、チップ積層体11の第1の半導体チップ10aの第2の面92が平坦な面93と密着しているため、アンダーフィル材121が半導体チップ10aと平坦な面93との間に流れ込まない。したがって、この工程中にチップ積層体11が浮き上がること無く、封止樹脂14の外形精度が向上する。
In the manufacturing method of the present embodiment, since the
本実施形態では、第1の半導体チップ10aの第2の面92と、半導体チップ10aが載置される載置面93は平坦であるが、これらの面92,93は必ずしも平坦である必要はない。アンダーフィル材131を供給する際に、第1の半導体チップ10aの第2の面92の少なくとも外周が載置面93に密着された状態であれば良い。この場合にも、第1の半導体チップ10aと載置面93との間にアンダーフィル材131が流れこまず、アンダーフィル材131の流れによってチップ積層体11が浮き上がる虞が抑制される。
In the present embodiment, the
封止樹脂14の熱硬化後、封止樹脂14を含むチップ積層体11は塗布用シート121からピックアップされ、必要に応じて収納冶具140に収容される(図3(d)参照)。
After the thermosetting of the sealing
塗布用シート121は、フッ素系シートやシリコーン系接着材が塗布されたシート等のように、封止樹脂(アンダーフィル材)14に対する濡れ性が悪い材料であることが好ましい。 The coating sheet 121 is preferably a material having poor wettability with respect to the sealing resin (underfill material) 14, such as a fluorine-based sheet or a sheet coated with a silicone-based adhesive.
塗布用シート121がアンダーフィル材131に対する濡れ性が悪い材料から成る場合、液状のアンダーフィル材131の広がりが抑制されてフィレット幅が抑制されるという利点や、熱硬化時における塗布用シート121へのアンダーフィル材131の付着が防止されるという利点や、チップ積層体11を塗布用シート121から容易にピックアップできるという利点がある。
When the coating sheet 121 is made of a material having poor wettability with respect to the underfill material 131, the advantage that the spread of the liquid underfill material 131 is suppressed and the fillet width is suppressed, or to the coating sheet 121 during thermosetting. There is an advantage that adhesion of the underfill material 131 is prevented, and an advantage that the
次に第1の実施の形態の半導体装置の組み立て手順について説明する。なお、図4は、複数の半導体装置1を一括して形成するための組み立て手順の一例を示している。
Next, a procedure for assembling the semiconductor device according to the first embodiment will be described. FIG. 4 shows an example of an assembly procedure for collectively forming a plurality of
まずマトリックス状に配置された複数の製品形成部26を備えた配線基板20を準備する。製品形成部26は、各々の半導体装置1の配線基板20となる部位である。各製品形成部26には所定のパターンの配線が形成されている。各配線は接続パッド21及びランド23を除いてソルダーレジスト膜等の絶縁膜によって覆われている。この配線基板20の製品形成部26間が各半導体装置1を個々に切り離す際のダイシングラインとなる。
First, a
配線基板20の一方の面には、チップ積層体11と接続するための複数の接続パッド21が形成され、他方の面には外部端子となる金属ボール22を接続するための複数のランド23が形成されている。これら接続パッド21は、所定のランド23と配線によって接続されている。
A plurality of connection pads 21 for connecting to the
次に、チップ積層体11の端に位置する第2の半導体チップ10aと配線基板20とを接続固定する。具体的には、まず、配線基板20の接続パッド21上に、ワイヤバンプ15を形成する。ワイヤバンプ15は、不図示のワイヤボンディング装置を用いて、溶融して先端がボール状になったAuやCu等のワイヤを、例えば超音波熱圧着法を用いて接続パッド21に接合し、その後、ワイヤを引き切ることで形成すればよい。
Next, the
図4(a)に示すように、配線基板20の各製品形成部26上にそれぞれ絶縁性の接着部材24、例えばNCP(Non Conductive Paste)をディスペンサ150により塗布する。
As shown in FIG. 4A, an insulating
次に、チップ積層体11の第1の半導体チップ10の第2の面92をボンディングツール160等で吸着保持し、配線基板20の製品形成部26上に搭載する(図4(b)参照)。そして、配線基板20のワイヤバンプ15とチップ積層体11のバンプ電極12とを、例えば熱圧着法を用いて接合する。このとき、配線基板20上の接着部材24がチップ積層体11と配線基板20との間に充填され、配線基板20とチップ積層体11とが接着固定される(図4(c)参照)。ここで、チップ積層体11の周囲にはテーパ状に封止樹脂14が形成されているため、接着部材24の這い上がりが抑制される。これにより、ボンディングツール160へ接着部材24が付着することによる、チップ積層体11の破損や接合不良等が低減される。
Next, the
本実施形態では、配線基板20の接続パッド21にワイヤバンプ15を形成する例を示しているが、チップ積層体11のバンプ電極12に、配線基板20の接続パッド21を直接接続してもよい。
In the present embodiment, an example in which the wire bumps 15 are formed on the connection pads 21 of the
ここで、比較例として、第1の半導体チップ10aの第2の面92が平坦で無いチップ積層体11を用いて半導体装置を製造する方法について図5を参照して説明する。図5では、第1の半導体チップ10aの両面にバンプ電極12が形成されており、第1の半導体チップ10aの第2の面は平坦ではない。
Here, as a comparative example, a method of manufacturing a semiconductor device using the chip stacked
比較例のチップ積層体11を塗布用シート121に載置すると、バンプ電極12のために、第1の半導体チップ10aと塗布用シート121との間に隙間ができる。この状態で、封止樹脂(アンダーフィル材)を供給すると、第1の半導体チップ10aと塗布用シート121との間の隙間にアンダーフィル材が流れ込む。チップ積層体11は、バンプ電極12を介して塗布用シート121に置かれている、もしくは粘着しているだけなので、チップ積層体11はアンダーフィル材の流れの影響で塗布用シート121から浮き上がることがある(図5(a)参照)。その結果、封止樹脂14の外形がばらつき、その後の工程を正確に行えなかったり、歩留まりが低下したりすることがある。特に、図5(b)に示すように、チップ積層体11の一面をボンディングツール160で吸着保持したときに、ボンディングツール160に対してチップ積層体11が傾いた状態になることがある。図5(c)に示すように、この状態で配線基板20に接続固定すると、接続強度が低下したり、接続不良が生じる。図5(c)では、点線の領域Aで示す箇所で、接続不良が生じている。
When the
一方、本実施形態の製造方法によれば、上述したように、封止樹脂14の外形精度が向上するため、チップ積層体11と配線基板20との接続不良が抑制される。
On the other hand, according to the manufacturing method of the present embodiment, as described above, the external accuracy of the sealing
図4で説明した工程の後、チップ積層体11が搭載された配線基板20は、不図示のトランスファモールド装置の上型と下型から成る成型金型にセットされ、モールド工程に移行する。
After the process described with reference to FIG. 4, the
成型金型の上型には、複数のチップ積層体11を一括して覆う不図示のキャビティが形成され、該キャビティ内に配線基板20上に搭載されたチップ積層体11が収容される。次に、成型金型の上型に設けられたキャビティ内に加熱溶融させた封止樹脂を注入し、チップ積層体11全体を覆うようにキャビティ内に封止樹脂25を充填する。封止樹脂25には、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いる。
A cavity (not shown) that collectively covers the plurality of chip stacks 11 is formed in the upper mold of the molding die, and the chip stacks 11 mounted on the
続いて、キャビティ内を封止樹脂25で充填した状態で、所定の温度、例えば180℃程度でキュアすることで封止樹脂25を熱硬化させ、図6(a)に示すように、各チップ積層体11を一括して覆う封止樹脂25を形成する。さらに、所定の温度でベークすることで、封止樹脂(第2の封止樹脂)25を完全に硬化させる。
Subsequently, in a state where the cavity is filled with the sealing
本実施形態では、チップ積層体11の半導体チップ10間を第1の封止樹脂層(アンダーフィル材)14で封止した後、チップ積層体11全体を覆う第2の封止樹脂25を形成するため、半導体チップ10どうしの隙間でボイドが発生するのを抑制できる。
In the present embodiment, the gap between the semiconductor chips 10 of the
第2の封止樹脂25を形成すると、ボールマウント工程に移行し、図6(b)に示すように配線基板20の他方の面に形成されたランド23に、半導体装置の外部端子となる導電性の金属ボール22、例えば半田ボールを接続する。
When the second sealing
ボールマウント工程では、配線基板20の各ランド23と位置が一致する複数の吸着孔を備えたマウントツール170を用いて複数の金属ボール22を吸着保持し、各金属ボール22にフラックスを転写した後、保持した各金属ボール22を配線基板20のランド23上に一括して搭載する。
In the ball mounting process, the plurality of
全ての製品形成部26に対する金属ボール22の搭載が完了した後、配線基板20をリフローすることで各金属ボール22と各ランド23とを接続する。
After the mounting of the
金属ボール22の接続が完了すると、基板ダイシング工程に移行し、所定のダイシングラインで個々の製品形成部26を切断分離することで半導体装置1を形成する。
When the connection of the
基板ダイシング工程では、第2の封止樹脂25にダイシングテープ180を貼着することで製品形成部26を支持する。そして、図6(c)に示すように、不図示のダイシング装置が備えるダイシングブレード181により所定のダイシングラインで切断することで製品形成部26毎に分離する。切断分離後、ダイシングテープ180を製品形成部26からピックアップすることで、図1に示したCoC型の半導体装置1が得られる。
In the substrate dicing process, the product forming portion 26 is supported by sticking the dicing
上記のように、本実施形態の製造方法によれば、封止樹脂14が形成されたチップ積層体11を作成した後、チップ積層体11を配線基板20に固定する。そのため、半導体チップ10aと配線基板20との熱膨張係数や剛性に違いがあったり、半導体装置全体の熱分布のばらつきが生じたとしても、半導体チップ10a,10bどうしの接続部や半導体チップ10a,10bへ加わる熱応力を低減できる。これにより、半導体チップ10a,10b間の接続部の破断や半導体チップ10a,10bにクラックが発生することが抑制できる。
As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, after the
図7は第2の実施形態の半導体装置の一例を示す断面図である。図7に示すように、第2の実施の形態の半導体装置2は、第1の実施形態で示したチップ積層体11及び配線基板20に加えて、チップ積層体11を支持するメタル基板(支持基板)30を備えている。チップ積層体11は、接着部材31、例えばDAF(Die Attached Film)によってメタル基板30上に接着固定されている。メタル基板30には、例えば鉄・ニッケル合金(42アロイ等)が用いられる。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of the semiconductor device of the second embodiment. As shown in FIG. 7, the semiconductor device 2 of the second embodiment includes a metal substrate (support) that supports the
チップ積層体11の構成は、第1の実施形態とほぼ同様であり、半導体チップ10a,10bを4つ含むことが第1の実施形態と異なっている。
The configuration of the
第1の半導体チップ10の平坦な面92が接着部材31を介してメタル基板30に接続されている。メタル基板30とは反対側に向いたチップ積層体11の表面に、ワイヤバンプ15を介して配線基板20が接続固定される。
The
第2の実施形態の半導体装置2は、チップ積層体11をメタル基板30上に固定することで半導体装置2の反りを低減できる。また、メタル基板30によってチップ積層体11が支持されるため、メタル基板30よりも小さいサイズの配線基板20を用いることが可能であり、外部端子の数に合わせて配線基板20の大きさを最適に設計できる。
In the semiconductor device 2 of the second embodiment, the warp of the semiconductor device 2 can be reduced by fixing the
次に第2の実施形態の半導体装置の組立手順について図面を用いて説明する。図8及び図9は、図7に示した半導体装置の組み立て手順の一例を示す図である。なお、図8及び図9は、複数の半導体装置2を一括して形成するための組み立て手順の一例を示している。 Next, the assembly procedure of the semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to the drawings. 8 and 9 are diagrams showing an example of an assembly procedure of the semiconductor device shown in FIG. 8 and 9 show an example of an assembly procedure for forming a plurality of semiconductor devices 2 at once.
第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様の手順で、チップ積層体11が形成される。したがって、上述したように、チップ積層体11の周囲の封止樹脂14の外形精度が向上するという利点がある。これにより、チップ積層体11と配線基板20との接続不良や、チップ積層体11とメタル基板30との接続不良が抑制される。また、チップ積層体11を支持する支持基板として、マトリクス状に配置された複数の製品形成部32を備えたメタル基板30を準備する。
Also in the second embodiment, the
メタル基板30の準備が完了すると、図8(a)に示すようにメタル基板30の各製品形成部32上に絶縁性の接着部材31、例えばDAFを搭載する。次に、図8(b)に示すように絶縁性の接着部材31によってメタル基板30の各製品形成部32上にチップ積層体11をそれぞれ接着固定する。このとき、チップ積層体11の第1の半導体チップ10aの第2の面(平坦な面)92がメタル基板30に面するようにする。
When the preparation of the metal substrate 30 is completed, an insulating
チップ積層体11を搭載したメタル基板30は、不図示のトランスファモールド装置の上型と下型から成る成型金型にセットされ、モールド工程に移行する。
The metal substrate 30 on which the
成型金型の上型には、複数のチップ積層体11を一括して覆う不図示のキャビティが形成され、該キャビティ内にメタル基板30上に搭載されたチップ積層体11が収容される。このとき、キャビティ内には弾力性を備えたシートを配置し、上型と下型を型閉めすることでチップ積層体11最上部の半導体チップ10表面をシートで覆うようにする。このようにすることで、チップ積層体11最上部の半導体チップ10表面に、後述する封止樹脂が回りこまないようにする。
A cavity (not shown) that collectively covers the plurality of chip stacks 11 is formed in the upper mold of the molding die, and the chip stacks 11 mounted on the metal substrate 30 are accommodated in the cavities. At this time, a sheet having elasticity is arranged in the cavity, and the upper die and the lower die are closed to cover the surface of the
次に成型金型の上型に設けられたキャビティ内に加熱溶融させた封止樹脂を注入し、チップ積層体11全体を覆うようにキャビティ内に封止樹脂を充填する。封止樹脂には、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いる。
Next, the sealing resin heated and melted is injected into the cavity provided in the upper mold of the molding die, and the cavity is filled with the sealing resin so as to cover the
続いて、キャビティ内を封止樹脂で充填した状態で、所定の温度、例えば180℃程度でキュアすることで封止樹脂を熱硬化させ、図8(c)に示すように複数の製品形成部32上にそれぞれ搭載されたチップ積層体11を一括して覆う第2の封止樹脂25を形成する。さらに、所定の温度でベークすることで、第2の封止樹脂25を完全に硬化させる。このとき、チップ積層体11最上部の半導体チップ10の表面はシートで覆われていたため、第2の封止樹脂層25が形成されずにバンプ電極12が露出する。
Subsequently, in a state where the cavity is filled with the sealing resin, the sealing resin is thermally cured by curing at a predetermined temperature, for example, about 180 ° C., and as shown in FIG. A
本実施形態では、チップ積層体11の半導体チップ10間を第1の封止樹脂(アンダーフィル材)14で封止した後、チップ積層体11全体を覆う第2の封止樹脂25を形成するため、半導体チップ10どうしの隙間でボイドが発生するのを抑制できる。
In the present embodiment, the gap between the semiconductor chips 10 of the
次にチップ積層体11最上部のバンプ電極12上にワイヤバンプ15を形成する。ワイヤバンプ15は、不図示のワイヤボンディング装置を用いて、溶融して先端がボール状になったAuやCu等のワイヤを半導体チップ10のバンプ電極12上に、例えば超音波熱圧着法を用いて接合し、その後、ワイヤを引き切ることで形成すればよい。
Next, wire bumps 15 are formed on the
なお、本実施形態では、ワイヤバンプ15に代わって半導体チップ10のバンプ電極12上に半田バンプを形成してもよい。また、本実施形態では、チップ積層体11と配線基板20の接続を容易にするためにバンプ電極12上にワイヤバンプ15を形成する例を示したが、チップ積層体11のバンプ電極12には配線基板20の接続パッド21を直接接続してもよい。
In the present embodiment, solder bumps may be formed on the
次に、図8(d)に示すように、チップ積層体11最上部の半導体チップ10bの露出面に接着部材24、例えばNCPを選択的に塗布し、その上に配線基板20を搭載する(図9(a))。
Next, as shown in FIG. 8D, the
配線基板20には、メタル基板30の製品形成部32よりも面積が小さい、例えば略四角形状の配線が形成されたポリイミド基板、あるいは配線が形成されたフレキシブル基板が用いられる。
For the
次に、ボンディングツール190等により配線基板20を吸着保持してチップ積層体11上に搭載し、配線基板20の接続パッド21とチップ積層体11のワイヤバンプ15とを、例えば熱圧着法を用いて接合する。このとき、チップ積層体11上に塗布していた接着部材24(NCP材)がチップ積層体11と配線基板20間に充填され、チップ積層体11上に配線基板20が接着固定される。
Next, the
本実施形態では、上述したようにメタル基板30の製品形成部32よりも面積が小さい配線基板20を搭載できるため、配線基板20の搭載時に、隣接して配置されたチップ積層体11上の配線基板20どうしが接触する問題や、隣接して配置されたチップ積層体11上の接着部材24(NCP材)どうしが接触する問題を低減できる。そのため、各チップ積層体11上に配線基板20が良好に搭載される。
In the present embodiment, as described above, since the
最後に、図9(b)に示すように、第1の実施形態と同様に、マウントツール170を用いて配線基板20の他方の面の各ランド23上に金属ボール22を搭載し、図9(c)に示すように不図示のダイシング装置が備えるダイシングブレード181によりメタル基板30の製品形成部32毎に切断・分離することで、図7に示した半導体装置2を形成する。
Finally, as shown in FIG. 9B, the
第2の実施形態の半導体装置2は、メタル基板30を備えているため、半導体装置2の反りを低減できる。また、メタル基板30を備えることで、半導体装置2の機械的強度が向上すると共に半導体装置2の放熱特性も向上する。 Since the semiconductor device 2 of the second embodiment includes the metal substrate 30, the warp of the semiconductor device 2 can be reduced. Further, by providing the metal substrate 30, the mechanical strength of the semiconductor device 2 is improved and the heat dissipation characteristics of the semiconductor device 2 are also improved.
さらに、第2の実施の形態の半導体装置2は、メタル基板30によってチップ積層体11が支持されているため、メタル基板30よりも小さいサイズの配線基板20を用いることが可能であり、外部端子の配置数に合わせて配線基板20の大きさを最適に設計できる。
Furthermore, since the
図10は第3の実施形態の半導体装置の一例を示す断面図である。図10に示すように、第3の実施形態の半導体装置3は、配線基板20上に、第1の実施形態で示したチップ積層体11と、チップ積層体11の半導体チップ10と異なる機能を備えた別の半導体チップ(機能拡張チップ)200が設けられている。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of the semiconductor device of the third embodiment. As shown in FIG. 10, the
図10に示すチップ積層体11は、第1実施形態と同様の手順で作成される。したがって、上述したように、チップ積層体11の周囲の封止樹脂14の外形精度が向上するという利点がある。これにより、チップ積層体11と配線基板20との接続不良や、チップ積層体11とメタル基板30との接続不良が抑制される。
The
機能拡張チップ200は、略四角形状のSi基板の一方の面に半導体チップ10a,10bと異なる機能の回路(例えば論理回路)が形成され、その周辺近傍及び中央近傍に複数の電極パッドが形成された構成である。
In the
機能拡張チップ10Aは、絶縁性の接着部材41、例えばDAFを用いて、回路が形成されない面が配線基板20と接着固定される。機能拡張チップ10Aの周辺近傍に配置された電極パッドは、配線基板20の接続パッドと導電性のワイヤ42を介して接続される。配線基板の中央近傍に配置されたパッドはチップ積層体11とフリップチップ接続方式で接続される。配線基板20上の機能拡張チップ200、チップ積層体11及び導電性のワイヤ42は、第2の封止樹脂25によって封止される。
The
なお、図10は、配線基板20上に機能拡張チップ10A及びチップ積層体11を搭載する半導体装置3の例を示している。これに代えて、半導体装置は、第2の実施形態と同様に、メタル基板30上にチップ積層体11及び機能拡張チップ10Aを搭載し、さらにその上に配線基板20を搭載した構成でもよい。
FIG. 10 shows an example of the
第3の実施形態によれば、第1の実施形態と同様に効果に加えて、機能拡張チップ200を備えることで、よりメモリ容量が大きい、あるいはより多くの機能を備えた半導体装置が得られる。
According to the third embodiment, in addition to the effects as in the first embodiment, by providing the
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, although the invention made | formed by this inventor was demonstrated based on embodiment, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary. Yes.
例えば、第1〜第3の実施形態では、メモリ回路が形成された半導体チップ10a,10bを積載したチップ積層体11を例にして説明したが、半導体チップ10a,10bは、ロジック回路が形成されたチップ等、どのような機能を備えたチップであってもよい。
For example, in the first to third embodiments, the
また、第1〜第3の実施形態では、外部端子として金属ボール22を用いるBGA型の半導体装置を例にして説明したが、本発明はLGA(Land Grid Array)等、他のパッケージ方式の半導体装置にも適用できる。
In the first to third embodiments, the BGA type semiconductor device using the
1,2,3 半導体装置
10a 第1の半導体チップ
10b 第2の半導体チップ
11 チップ積層体
12 バンプ電極
13 貫通電極
14 封止樹脂
15 ワイヤバンプ
20 配線基板
21 接続パッド
22 金属ボール
23 ランド
24,31,41 接着部材
25 封止樹脂
26,32 製品形成部
30 メタル基板
42 ワイヤ
91 第1の半導体チップの第1の面
92 第1の半導体チップの第2の面
93 平坦な面
100 吸着ステージ
102,112 吸着孔
110 ボンディングツール
120 ステージ
121 塗布用シート
131 アンダーフィル材
130 ディスペンサ
140 収納冶具
150 ディスペンサ
160,190 ボンディングツール
170 マウントツール
180 ダイシングテープ
181 ダイシングブレード
200 機能拡張チップ
1, 2, 3
Claims (9)
前記第1の半導体チップの前記第1の面の上に前記第2の半導体チップを積層すると共に、前記第1の半導体チップの前記バンプ電極と前記第2の半導体チップのバンプ電極とを電気的に接続してチップ積層体を形成する工程と、
前記第1の半導体チップの、前記第1の面の反対側の第2の面の少なくとも外周を載置面に密着させた状態で、前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップとの間の隙間に封止樹脂を充填する工程と、
前記封止樹脂を充填する工程の後に、前記チップ積層体の前記第2の半導体チップと配線基板とを接続固定する工程と、を有する半導体装置の製造方法。 Preparing a first semiconductor chip provided with a bump electrode on a first surface and a second semiconductor chip provided with a bump electrode on both sides;
The second semiconductor chip is stacked on the first surface of the first semiconductor chip, and the bump electrodes of the first semiconductor chip and the bump electrodes of the second semiconductor chip are electrically connected. Forming a chip stack by connecting to
The first semiconductor chip and the second semiconductor chip in a state where at least the outer periphery of the second surface opposite to the first surface of the first semiconductor chip is in close contact with the mounting surface. Filling the gap between them with sealing resin;
After the step of filling the sealing resin, a step of connecting and fixing the second semiconductor chip of the chip stack and the wiring board.
前記第1の半導体チップの、前記第1の面の反対側の第2の面が外側に向けられるように前記第1の半導体チップと複数の前記第2の半導体チップとを順次積層すると共に、互いに隣接する前記半導体チップの前記バンプ電極どうしを電気的に接続してチップ積層体を形成する工程と、
前記第1の半導体チップの前記第2の面の少なくとも外周を載置面に密着させた状態で、互いに隣接する前記半導体チップの間の隙間に封止樹脂を充填する工程と、
前記封止樹脂を充填する工程の後に、前記チップ積層体の端に位置する前記第2の半導体チップと配線基板とを接続固定する工程と、を有する半導体装置の製造方法。 Preparing a first semiconductor chip provided with a bump electrode on a first surface and a plurality of second semiconductor chips provided with a bump electrode on both sides;
Sequentially stacking the first semiconductor chip and the plurality of second semiconductor chips such that the second surface of the first semiconductor chip opposite to the first surface is directed outward; Forming a chip stack by electrically connecting the bump electrodes of the semiconductor chips adjacent to each other;
Filling a gap between the semiconductor chips adjacent to each other with a sealing resin in a state where at least the outer periphery of the second surface of the first semiconductor chip is in close contact with the mounting surface;
After the step of filling the sealing resin, a step of connecting and fixing the second semiconductor chip located at the end of the chip stack and the wiring board.
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