WO2026018702A1 - Semiconductor device, semiconductor device production method, and electronic apparatus - Google Patents
Semiconductor device, semiconductor device production method, and electronic apparatusInfo
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Abstract
Description
本技術は、半導体部品を備えた半導体装置、半導体装置の製造方法、及び、電子機器に関する。 This technology relates to semiconductor devices equipped with semiconductor components, semiconductor device manufacturing methods, and electronic devices.
従来、シリコン基板とガラス基板とを接着樹脂で接着させた半導体パッケージを実装基板上に実装する際に、半導体パッケージと実装基板との間にアンダーフィルを充填させる技術が提案されている(例えば特許文献1)。 Conventionally, when mounting a semiconductor package, which is made by bonding a silicon substrate and a glass substrate with an adhesive resin, on a mounting substrate, a technology has been proposed in which an underfill is filled between the semiconductor package and the mounting substrate (for example, Patent Document 1).
アンダーフィルは、半導体パッケージと実装基板との間に塗布される際に、毛細管現象により半導体パッケージの側面に這い上がってくる。そのため、アンダーフィルの熱硬化処理後の降温時に、アンダーフィルと半導体パッケージの接着樹脂との熱膨張率の違いから接着樹脂に応力がかかり、凝集破壊、クラック、剥離等の不具合を発生させてしまうおそれがあった。 When underfill is applied between the semiconductor package and the mounting board, it creeps up the sides of the semiconductor package due to capillary action. As a result, when the temperature drops after the underfill is thermally cured, stress is applied to the adhesive resin due to the difference in thermal expansion coefficient between the underfill and the adhesive resin of the semiconductor package, which can cause problems such as cohesive failure, cracks, and peeling.
本技術はこのような問題に鑑みて為されたものであり、半導体装置の信頼性を向上することを目的とする。 This technology was developed in response to these issues and aims to improve the reliability of semiconductor devices.
本技術に係る半導体装置は、半導体基板と、保護基板と、前記半導体基板及び前記保護基板の間に設けられ前記半導体基板及び前記保護基板を接続させる接着樹脂とを有する半導体部品と、前記半導体部品が実装される実装基板と、前記半導体部品の側面に接触する保護樹脂とを備え、少なくとも前記接着樹脂の一部と前記保護樹脂との間に空隙が形成される。
これにより、半導体装置の製造工程において接着樹脂への負荷を低減することが可能となる。
The semiconductor device according to the present technology includes a semiconductor component having a semiconductor substrate, a protective substrate, and an adhesive resin provided between the semiconductor substrate and the protective substrate to connect the semiconductor substrate and the protective substrate, a mounting substrate on which the semiconductor component is mounted, and a protective resin in contact with a side surface of the semiconductor component, and a gap is formed between at least a portion of the adhesive resin and the protective resin.
This makes it possible to reduce the load on the adhesive resin in the manufacturing process of the semiconductor device.
以下、実施の形態を次の順序で説明する。
<1.実施形態の半導体装置>
[1.1.半導体装置の構造]
[1.2.撮像装置の製造方法]
<2.撮像装置の製造方法の変形例1>
<3.撮像装置の製造方法の変形例2>
<4.撮像装置>
[4.1.固体撮像素子の構成]
[4.2.撮像装置の構成]
<5.変形例>
[5.1.変形例1]
[5.2.変形例2]
<6.まとめ>
<7.本技術>
The embodiments will be described below in the following order.
1. Semiconductor device according to an embodiment
[1.1. Structure of the semiconductor device]
[1.2. Manufacturing method of imaging device]
2. First modified example of the manufacturing method of the imaging device
3. Modification 2 of the manufacturing method of the imaging device
<4. Imaging device>
[4.1. Configuration of solid-state imaging device]
[4.2. Configuration of imaging device]
5. Modified Examples
[5.1. Modification 1]
[5.2. Modification 2]
<6. Summary>
<7. This Technology>
<1.実施形態の半導体装置>
[1.1.半導体装置の構造]
図1は、半導体装置1の構造の概略図である。図1Aは半導体装置1の断面図であり、図1Bは、図1AにおけるX部分の部分拡大図である。
1. Semiconductor device according to an embodiment
[1.1. Structure of the semiconductor device]
Fig. 1 is a schematic diagram of the structure of a semiconductor device 1. Fig. 1A is a cross-sectional view of the semiconductor device 1, and Fig. 1B is an enlarged partial view of a portion X in Fig. 1A.
図1A及び図1Bに示すように、半導体装置1は、半導体部品の一例であるCSP(Chip Scale Package)11及び実装基板12を備える。半導体装置1では、実装基板12にCSP11がはんだボール13を介して実装される。また、半導体装置1では、CSP11と実装基板12との間にアンダーフィル14が充填される。 As shown in Figures 1A and 1B, semiconductor device 1 includes a CSP (Chip Scale Package) 11, which is an example of a semiconductor component, and a mounting substrate 12. In semiconductor device 1, CSP 11 is mounted on mounting substrate 12 via solder balls 13. In addition, in semiconductor device 1, underfill 14 is filled between CSP 11 and mounting substrate 12.
CSP11は、半導体基板21、接着樹脂22及び保護基板23により構成されている。半導体基板21は、主にシリコン(Si)によって構成されており、表面(保護基板23側の面)に半導体装置1の電子回路(固体撮像素子である場合には画素)等が形成されるとともに、裏面(実装基板12側の面)に再配線層や電極パッドが形成され、これらがTSV(Through Silicon Via)を介して接続されている。 CSP 11 is composed of a semiconductor substrate 21, adhesive resin 22, and protective substrate 23. The semiconductor substrate 21 is mainly made of silicon (Si), and has the electronic circuits of the semiconductor device 1 (pixels in the case of a solid-state image sensor) etc. formed on its front surface (the surface facing the protective substrate 23), and a rewiring layer and electrode pads formed on its back surface (the surface facing the mounting substrate 12), which are connected via TSVs (Through Silicon Vias).
接着樹脂22は、半導体基板21に保護基板23を接着するために半導体基板21及び保護基板23の間に設けられている。接着樹脂22は、CSP11が個片になる前の集合状態(例えばウェハやパネルの状態)での反りを抑制するために、ガラス転移温度が低く、かつ、熱膨張率が高いアクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などの樹脂材によって構成されている。接着樹脂22は、ガラス転移温度が例えば100℃以下で、熱膨張率(CTE:Coefficient of Thermal Expansion)が例えばα1:80ppm/℃以上、α2:100ppm/℃以上の樹脂材が用いられる。 Adhesive resin 22 is provided between semiconductor substrate 21 and protective substrate 23 to bond protective substrate 23 to semiconductor substrate 21. Adhesive resin 22 is made of a resin material such as acrylic resin, epoxy resin, or silicone resin that has a low glass transition temperature and a high thermal expansion coefficient in order to suppress warping when CSP 11 is in an aggregated state (for example, in the form of a wafer or panel) before being separated into individual pieces. Adhesive resin 22 is made of a resin material with a glass transition temperature of, for example, 100°C or less and a coefficient of thermal expansion (CTE: Coefficient of Thermal Expansion) of, for example, α1: 80 ppm/°C or more, α2: 100 ppm/°C or more.
保護基板23は、半導体基板21を保護する基板であり、光を透過する例えばガラス材によって構成されている。 The protective substrate 23 is a substrate that protects the semiconductor substrate 21 and is made of a light-transmitting material, such as glass.
なお、半導体装置1が固体撮像素子である場合、CSP11は、半導体基板21、接着樹脂22及び保護基板23に加え、マイクロレンズアレイ、カラーフィルタ等が設けられていてもよい。マイクロレンズアレイ、カラーフィルタ等は、半導体基板21、接着樹脂22及び保護基板23のいずれかの内部、又は、これらの間に設けられるようにすればよい。 Note that when the semiconductor device 1 is a solid-state imaging element, the CSP 11 may be provided with a microlens array, color filters, etc. in addition to the semiconductor substrate 21, adhesive resin 22, and protective substrate 23. The microlens array, color filters, etc. may be provided inside or between the semiconductor substrate 21, adhesive resin 22, and protective substrate 23.
CSP11は、半導体基板21の裏面が実装基板12に対向するように実装基板12に実装される。CSP11が実装基板12に実装される際に、CSP11に形成された電極パッドと、実装基板12に形成された電極とがはんだボール13によって接続される。 CSP11 is mounted on mounting substrate 12 so that the back surface of semiconductor substrate 21 faces mounting substrate 12. When CSP11 is mounted on mounting substrate 12, electrode pads formed on CSP11 and electrodes formed on mounting substrate 12 are connected by solder balls 13.
CSP11(半導体基板21)と実装基板12との熱膨張率の違いにより生じるせん断応力によるはんだボール13のクラックを防止するため、CSP11と実装基板12との間には、はんだボール13を覆うようにアンダーフィル14が充填される。 In order to prevent cracks in the solder balls 13 due to shear stress caused by differences in the thermal expansion coefficients between the CSP 11 (semiconductor substrate 21) and the mounting substrate 12, underfill 14 is filled between the CSP 11 and the mounting substrate 12 so as to cover the solder balls 13.
また、アンダーフィル14は、CSP11と実装基板12との間からCSP11の側面まで連続して形成される。アンダーフィル14は、CSP11の側面において断面が略三角形に形成されており、保護基板23の上面付近まで設けられている。 The underfill 14 is formed continuously from between the CSP 11 and the mounting substrate 12 to the side of the CSP 11. The underfill 14 has a roughly triangular cross section on the side of the CSP 11, and is provided up to near the top surface of the protection substrate 23.
アンダーフィル14は、高い信頼性を得るためにガラス転移温度が高く、かつ、熱膨張率が低い熱硬化樹脂であるアンダーフィル材により構成されている。アンダーフィル材は、ガラス転移温度が例えば125℃以上で、熱膨張率が例えば25~35ppm/℃程度である。
なお、以下では、熱硬化する前のアンダーフィル材についてもアンダーフィル14と表記する場合がある。
The underfill 14 is made of an underfill material, which is a thermosetting resin with a high glass transition temperature and a low thermal expansion coefficient to ensure high reliability. The underfill material has a glass transition temperature of, for example, 125°C or higher and a thermal expansion coefficient of, for example, about 25 to 35 ppm/°C.
In the following description, the underfill material before being thermally cured may also be referred to as underfill 14 .
詳しくは後述するように、アンダーフィル14を熱硬化させる際に半導体装置1を100度以上の高温にする必要がある。接着樹脂22は熱膨張率が高い樹脂材であるのに対し、アンダーフィル14は熱膨張率が低いため、昇温時に膨張した接着樹脂22がアンダーフィル14の硬化後の降温時に大きく収縮しようとする。このとき、アンダーフィル14と接着樹脂22とがくっついていると、接着樹脂22が収縮しようとするときに凝集破壊、クラック、剥離等の不具合が発生するおそれがある。 As will be described in more detail below, when thermally curing the underfill 14, the semiconductor device 1 must be heated to a temperature of 100°C or higher. While the adhesive resin 22 is a resin material with a high coefficient of thermal expansion, the underfill 14 has a low coefficient of thermal expansion. Therefore, the adhesive resin 22 expands when heated and then attempts to shrink significantly when cooled after the underfill 14 has hardened. If the underfill 14 and adhesive resin 22 are stuck together at this time, problems such as cohesive failure, cracks, and peeling may occur when the adhesive resin 22 attempts to shrink.
そこで、半導体装置1では、接着樹脂22とアンダーフィル14との間に空隙15が形成される。これにより、降温時に接着樹脂22が収縮したとしてもアンダーフィル14と接着樹脂22とが空隙15を隔てて当接していないため、凝集破壊、クラック、剥離等の不具合の発生を低減させることが可能である。 In the semiconductor device 1, therefore, a gap 15 is formed between the adhesive resin 22 and the underfill 14. As a result, even if the adhesive resin 22 shrinks when the temperature drops, the underfill 14 and adhesive resin 22 are not in contact with each other across the gap 15, which makes it possible to reduce the occurrence of defects such as cohesive failure, cracks, and peeling.
空隙15は、厚さ方向の長さD1が概ね接着樹脂22の厚さ方向の長さD2と同程度に形成されている。但し、空隙15の厚さ方向の長さD1は、接着樹脂22の厚さ方向の長さD2より短くてもよい。例えば接着樹脂22の厚さ方向の長さD2が50μmである場合、空隙15の厚さ方向の長さD1は、5μmから50μm程度であるとよい。
なお、厚さ方向とは、CSP11と実装基板12とが重なる方向、又は、半導体基板21、接着樹脂22及び保護基板23が重なる方向である。
The void 15 is formed so that the length D1 in the thickness direction is approximately the same as the length D2 in the thickness direction of the adhesive resin 22. However, the length D1 in the thickness direction of the void 15 may be shorter than the length D2 in the thickness direction of the adhesive resin 22. For example, when the length D2 in the thickness direction of the adhesive resin 22 is 50 μm, the length D1 in the thickness direction of the void 15 may be approximately 5 μm to 50 μm.
The thickness direction is the direction in which the CSP 11 and the mounting substrate 12 overlap, or the direction in which the semiconductor substrate 21, the adhesive resin 22, and the protection substrate 23 overlap.
これにより、アンダーフィル14と接着樹脂22とが接触している面積を減らすとともに、半導体基板21及び保護基板23の側面とアンダーフィル14とが接触している面積を確保することが可能となる。そのため、接着樹脂22の凝集破壊、クラック、剥離等の不具合の発生を抑制することが可能である。また、半導体基板21におけるアンダーフィル14と接触する角の応力集中を低減させ、アンダーフィル14と半導体基板21の底面との剥離が発生してはんだボール13のクラックに伸展してしまうことを抑制することができる。 This reduces the area of contact between the underfill 14 and adhesive resin 22, while also ensuring the area of contact between the underfill 14 and the side surfaces of the semiconductor substrate 21 and protective substrate 23. This makes it possible to prevent defects such as cohesive failure, cracks, and peeling of the adhesive resin 22. It also reduces stress concentration at the corners of the semiconductor substrate 21 where it comes into contact with the underfill 14, preventing peeling between the underfill 14 and the bottom surface of the semiconductor substrate 21 from developing into cracks in the solder balls 13.
さらに、半導体装置1は、アンダーフィル14を保護基板23の側面まで覆うことにより、保護基板23の側面から入射する光によるフレアを抑制することが可能となる。 Furthermore, by covering the underfill 14 up to the side surfaces of the protective substrate 23, the semiconductor device 1 is able to suppress flare caused by light entering from the side surfaces of the protective substrate 23.
空隙15の幅方向の長さT1は、アンダーフィル14と接着樹脂22とが接触しないようにすればよく、例えば1μmから50μm程度であるとよい。すなわち、空隙15の幅方向の長さT1は、接着樹脂22の厚さ方向の長さD2以下であるとよい。
なお、幅方向とは、CSP11の側面に直交する方向である。
The width T1 of the gap 15 should be, for example, about 1 μm to 50 μm, so long as the underfill 14 does not come into contact with the adhesive resin 22. In other words, the width T1 of the gap 15 should be equal to or less than the length D2 of the adhesive resin 22 in the thickness direction.
The width direction is a direction perpendicular to the side surface of the CSP 11 .
図2は、半導体装置1の断面図である。図2Aは、図1AにおけるA-A断面図である。図2Bは、図1AにおけるB-B断面図である。図2Cは、図1AにおけるC-C断面図である。 Figure 2 is a cross-sectional view of semiconductor device 1. Figure 2A is a cross-sectional view taken along line A-A in Figure 1A. Figure 2B is a cross-sectional view taken along line B-B in Figure 1A. Figure 2C is a cross-sectional view taken along line C-C in Figure 1A.
図2A、図2B及び図2Cに示すように、アンダーフィル14はCSP11の外縁全域に亘って形成されている。そして、図2A及び図2Cに示すように、アンダーフィル14は、半導体基板21及び保護基板23の外縁全域に接触するように形成されている。 As shown in Figures 2A, 2B, and 2C, the underfill 14 is formed along the entire outer edge of the CSP 11. Furthermore, as shown in Figures 2A and 2C, the underfill 14 is formed so as to contact the entire outer edges of the semiconductor substrate 21 and the protective substrate 23.
一方、図2Bに示すように、アンダーフィル14は、接着樹脂22の外縁全域に接触しないように形成されている。換言すると、空隙15は、CSP11の外縁全域にわたって形成されている。
これにより、接着樹脂22の凝集破壊、クラック、剥離等の不具合の発生を低減させることが可能である。
2B, the underfill 14 is formed so as not to come into contact with the entire outer edge of the adhesive resin 22. In other words, the void 15 is formed over the entire outer edge of the CSP 11.
This makes it possible to reduce the occurrence of defects such as cohesive failure, cracks, and peeling of the adhesive resin 22.
なお、空隙15は、CSP11の各辺の中央部分にだけ形成されるようにしてもよい。接着樹脂22の熱膨張は各辺の中央部分が大きいため、その部分に空隙15を形成させることでも、凝集破壊、クラック、剥離等の不具合の発生を低減させることが可能である。
The voids 15 may be formed only in the center of each side of the CSP 11. Because the thermal expansion of the adhesive resin 22 is large in the center of each side, forming the voids 15 in that portion can also reduce the occurrence of defects such as cohesive failure, cracks, and peeling.
[1.2.撮像装置の製造方法]
図3は、半導体装置1の製造方法を示したフローチャートである。ステップS1においてCSP11が製造される。ここでは、例えば、半導体基板21が二次元マトリクス状に配置されたシリコンウエハの上に所定の電子回路(撮像素子など)が作成され、作成された電子回路上に接着樹脂22が塗布される。その後、接着樹脂22の上に保護基板23が接着され、半導体基板21の裏面にTSV、再配線層や電極パッドが形成されて表面に形成された電子回路と電気的に接続される。その後、ダイシングによりCSP11がチップ化される。
なお、CSP11の製造方法としては、公知の各種手法及び今後開発される各種手法を適宜に採用可能である。
[1.2. Imaging device manufacturing method]
3 is a flowchart showing a manufacturing method of the semiconductor device 1. In step S1, the CSP 11 is manufactured. Here, for example, a predetermined electronic circuit (such as an image sensor) is formed on a silicon wafer on which semiconductor substrates 21 are arranged in a two-dimensional matrix, and an adhesive resin 22 is applied to the formed electronic circuit. Thereafter, a protection substrate 23 is bonded on the adhesive resin 22, and TSVs, rewiring layers, and electrode pads are formed on the back surface of the semiconductor substrate 21 to electrically connect to the electronic circuit formed on the front surface. The CSP 11 is then divided into chips by dicing.
As a method for manufacturing the CSP 11, various known methods and various methods to be developed in the future can be appropriately adopted.
ステップS2において、CSP11がはんだボール13を介して実装基板12に実装される。CSP11及び実装基板12は、例えば窒素リフロー装置を用いてはんだ接合される。 In step S2, the CSP 11 is mounted on the mounting substrate 12 via solder balls 13. The CSP 11 and mounting substrate 12 are solder-bonded using, for example, a nitrogen reflow device.
ステップS3において、CSP11と実装基板12との間にアンダーフィル材が塗布される。
図4は、アンダーフィル材を塗布する工程を示した図である。図4Aは、アンダーフィル材を塗布する前を示した図である。図4Bは、アンダーフィル材を塗布した後を示した図である。
In step S3, an underfill material is applied between the CSP 11 and the mounting substrate 12.
4A and 4B are diagrams illustrating the process of applying an underfill material, with Fig. 4A being a diagram illustrating the state before the underfill material is applied, and Fig. 4B being a diagram illustrating the state after the underfill material has been applied.
図4Aに示すように、アンダーフィル材24は、CSP11の側面側においてノズル25から排出される。アンダーフィル材24は、液状であり、ノズル25から排出されると、図4Bにおいて矢印で示すように、毛細管現象によりCSP11と実装基板12との間に進入する。また、アンダーフィル材24は、毛細管現象によりCSP11の側面を這い上がっていく。
そのため、アンダーフィル材24は、CSP11と実装基板12との間、及び、CSP11の側面に塗布されてアンダーフィル14を形成することになる。
As shown in Fig. 4A, the underfill material 24 is discharged from the nozzle 25 on the side surface of the CSP 11. The underfill material 24 is liquid, and when discharged from the nozzle 25, it penetrates between the CSP 11 and the mounting substrate 12 by capillary action, as shown by the arrows in Fig. 4B. The underfill material 24 also creeps up the side surface of the CSP 11 by capillary action.
Therefore, the underfill material 24 is applied between the CSP 11 and the mounting substrate 12 and on the side surfaces of the CSP 11 to form the underfill 14 .
ステップS4において、アンダーフィル14を熱硬化させる熱硬化処理を行う。熱硬化処理では、半導体装置1を例えばオーブンで125℃程度に温めることでアンダーフィル材24を熱硬化させる。 In step S4, a thermal curing process is performed to thermally harden the underfill 14. In the thermal curing process, the semiconductor device 1 is heated to approximately 125°C in an oven, for example, to thermally harden the underfill material 24.
ステップS5において、温められた半導体装置1を冷却させることでアンダーフィル14と接着樹脂22との間に空隙15を形成させる空隙形成処理を行う。なお、ステップS4の熱硬化処理及びステップS5の空隙形成処理は同一工程内で順に行われることになるため、これらをまとめて熱硬化処理又は空隙形成処理と扱うようにしてもよい。 In step S5, the heated semiconductor device 1 is cooled to perform a gap formation process, which forms gaps 15 between the underfill 14 and the adhesive resin 22. Note that the heat curing process in step S4 and the gap formation process in step S5 are performed sequentially within the same process, so these may be treated as a single process, either the heat curing process or the gap formation process.
図5は、熱硬化処理及び空隙形成処理時の半導体装置1を示した断面図である。図5Aは、熱硬化処理前の半導体装置1を示した断面図である。図5Bは、熱硬化処理直後の半導体装置1を示した断面図である。図5Cは、空隙形成処理後の半導体装置1を示した断面図である。 Figure 5 is a cross-sectional view showing the semiconductor device 1 during the thermal curing treatment and void formation treatment. Figure 5A is a cross-sectional view showing the semiconductor device 1 before the thermal curing treatment. Figure 5B is a cross-sectional view showing the semiconductor device 1 immediately after the thermal curing treatment. Figure 5C is a cross-sectional view showing the semiconductor device 1 after the void formation treatment.
図5Aに示すように、熱硬化処理の前、すなわち、アンダーフィル14が硬化する前において、CSP11は、半導体基板21、接着樹脂22及び保護基板23の側面がほぼ面一となっている。また、接着樹脂22とアンダーフィル14とは接触している。 As shown in Figure 5A, before the thermal curing process, i.e., before the underfill 14 hardens, the sides of the semiconductor substrate 21, adhesive resin 22, and protective substrate 23 of the CSP 11 are approximately flush with each other. Furthermore, the adhesive resin 22 and the underfill 14 are in contact.
その後、熱硬化処理において半導体装置1が温められると、接着樹脂22の熱膨張率が高く、アンダーフィル14が硬化前で液相であるため、図5Bに示すように、半導体基板21及び保護基板23の外縁より外側に接着樹脂22が膨らみ、接着樹脂22が保護樹脂(アンダーフィル14)を凹ませる形となる。 Subsequently, when the semiconductor device 1 is heated during the thermal curing process, the adhesive resin 22 has a high thermal expansion coefficient and the underfill 14 is in a liquid phase before curing. As a result, as shown in Figure 5B, the adhesive resin 22 swells outward from the outer edges of the semiconductor substrate 21 and protective substrate 23, causing the adhesive resin 22 to dent the protective resin (underfill 14).
その後、熱硬化処理においてアンダーフィル14が熱硬化すると、接着樹脂22が膨らんだ部分が凹状のままアンダーフィル14が硬化することになる。その後、空隙形成処理において半導体装置1が冷却されると、接着樹脂22が熱収縮により熱硬化処理が開始される前の大きさ、又は、凹状態になる。このとき、図5Cに示すように、アンダーフィル14と接着樹脂22との間に空隙15が形成されることになる。 Subsequently, when the underfill 14 is thermally cured during the thermal curing process, the underfill 14 hardens while the expanded portion of the adhesive resin 22 remains concave. When the semiconductor device 1 is then cooled during the void formation process, the adhesive resin 22 thermally shrinks, returning to the size it had before the thermal curing process began or to its concave state. At this point, a void 15 is formed between the underfill 14 and the adhesive resin 22, as shown in Figure 5C.
なお、アンダーフィル14は、アンダーフィル14と接着樹脂22との密着性が、アンダーフィル14と半導体基板21との密着性、及び、アンダーフィル14と保護基板23との密着性より低くなる材料を用いることが考えられる。これにより、空隙15を形成する際に、アンダーフィル14と接着樹脂22とが密着して空隙15が形成されなくなってしまうことを低減することが可能となる。
It is possible to use a material for the underfill 14 such that the adhesion between the underfill 14 and the adhesive resin 22 is lower than the adhesion between the underfill 14 and the semiconductor substrate 21 and the adhesion between the underfill 14 and the protective substrate 23. This makes it possible to reduce the possibility that the underfill 14 and the adhesive resin 22 will adhere to each other when forming the void 15, preventing the void 15 from being formed.
<2.撮像装置の製造方法の変形例1>
図6は、半導体装置1の製造方法の変形例1を示したフローチャートである。なお、図6では、図3に示した半導体装置1の製造方法と同じ工程を同一のステップ番号を付して詳しい説明は省略する。
2. First modified example of the manufacturing method of the imaging device
Fig. 6 is a flowchart showing a first modification of the method for manufacturing the semiconductor device 1. In Fig. 6, the same steps as those in the method for manufacturing the semiconductor device 1 shown in Fig. 3 are assigned the same step numbers, and detailed descriptions thereof will be omitted.
図7は、熱硬化処理及び空隙形成処理時の半導体装置1を示した断面図である。図7Aは、熱硬化処理前の半導体装置1を示した断面図である。図7Bは、熱硬化処理直後の半導体装置1を示した断面図である。図7Cは、降温後の半導体装置1を示した断面図である。 Figure 7 is a cross-sectional view showing the semiconductor device 1 during the thermal curing treatment and void formation treatment. Figure 7A is a cross-sectional view showing the semiconductor device 1 before the thermal curing treatment. Figure 7B is a cross-sectional view showing the semiconductor device 1 immediately after the thermal curing treatment. Figure 7C is a cross-sectional view showing the semiconductor device 1 after the temperature has been lowered.
ステップS1においてCSP11が製造される。ステップS2において、CSP11がはんだボール13を介して実装基板12に実装される。 In step S1, the CSP 11 is manufactured. In step S2, the CSP 11 is mounted on the mounting substrate 12 via solder balls 13.
ステップS11において、図7Aに示すように、接着樹脂22の側面に水分26を含ませる。接着樹脂22の側面に水分26を含ませるため、接着樹脂22は、吸湿性が高いアクリル樹脂などの樹脂材が用いられるとよい。 In step S11, as shown in FIG. 7A, moisture 26 is impregnated into the side surfaces of the adhesive resin 22. In order to impregnate the side surfaces of the adhesive resin 22 with moisture 26, it is preferable that the adhesive resin 22 be made of a resin material with high moisture absorption, such as acrylic resin.
その後、ステップS3においてCSP11と実装基板12との間にアンダーフィル材24が充填される。ステップS4において、アンダーフィル14を熱硬化させる熱硬化処理を行う。 Then, in step S3, underfill material 24 is filled between the CSP 11 and the mounting substrate 12. In step S4, a thermal curing process is performed to thermally harden the underfill 14.
図7Bに示すように、半導体装置1を温めると、接着樹脂22に含ませた水分26が蒸発し、アンダーフィル14と接着樹脂22との間で気泡を発生させる。発生した気泡によりアンダーフィル14及び接着樹脂22の間には空隙15が形成される。このとき、図7Bに示すように、アンダーフィル14及び接着樹脂22の双方が互いに凹状となる。
但し、アンダーフィル14及び接着樹脂22の硬化具合いによっては、アンダーフィル14及び接着樹脂22の一方のみが凹状となるようにしてもよい。
このように、変形例1では、熱硬化処理において空隙15が形成されるため、熱硬化処理は空間形成処理を含むものとなる。
7B, when the semiconductor device 1 is heated, the moisture 26 contained in the adhesive resin 22 evaporates, generating bubbles between the underfill 14 and the adhesive resin 22. The generated bubbles form a gap 15 between the underfill 14 and the adhesive resin 22. At this time, as shown in FIG. 7B, both the underfill 14 and the adhesive resin 22 become concave relative to each other.
However, depending on the degree of hardening of the underfill 14 and the adhesive resin 22, only one of the underfill 14 and the adhesive resin 22 may be concave.
In this way, in the first modification, the voids 15 are formed in the thermal curing treatment, and therefore the thermal curing treatment includes a space forming treatment.
その後、温められた半導体装置1を冷却させることでアンダーフィル14と接着樹脂22との間に空隙15を維持させる。
図7Cに示すように、半導体装置1が冷却されると、アンダーフィル14及び接着樹脂22が熱収縮することになるが、空隙15は残ったままとなる。
Thereafter, the heated semiconductor device 1 is cooled to maintain the gap 15 between the underfill 14 and the adhesive resin 22 .
As shown in FIG. 7C, when the semiconductor device 1 is cooled, the underfill 14 and adhesive resin 22 undergo thermal contraction, but the voids 15 remain.
<3.撮像装置の製造方法の変形例2>
図8は、半導体装置1の製造方法の変形例2を示したフローチャートである。なお、図8では、図3に示した半導体装置1の製造方法と同じ工程を同一のステップ番号を付して詳しい説明は省略する。
3. Modification 2 of the manufacturing method of the imaging device
Fig. 8 is a flowchart showing a modified example 2 of the method for manufacturing the semiconductor device 1. In Fig. 8, the same steps as those in the method for manufacturing the semiconductor device 1 shown in Fig. 3 are assigned the same step numbers, and detailed descriptions thereof will be omitted.
図9は、熱硬化処理及び空隙形成処理時の半導体装置1を示した断面図である。図9Aは、アンダーフィル材24を塗布する前の半導体装置1を示した断面図である。図9Bは、アンダーフィル材24を塗布した後の半導体装置1を示した断面図である。図9Cは、降温後の半導体装置1を示した断面図である。 Figure 9 is a cross-sectional view showing the semiconductor device 1 during the thermal curing treatment and void formation treatment. Figure 9A is a cross-sectional view showing the semiconductor device 1 before the underfill material 24 is applied. Figure 9B is a cross-sectional view showing the semiconductor device 1 after the underfill material 24 has been applied. Figure 9C is a cross-sectional view showing the semiconductor device 1 after the temperature has been lowered.
ステップS1においてCSP11が製造される。ステップS2において、CSP11がはんだボール13を介して実装基板12に実装される。 In step S1, the CSP 11 is manufactured. In step S2, the CSP 11 is mounted on the mounting substrate 12 via solder balls 13.
ステップS21において、図9Aに示すように、接着樹脂22の側面に疎水性を有する疎水性部材27が塗布される。 In step S21, as shown in Figure 9A, a hydrophobic material 27 having hydrophobic properties is applied to the side surface of the adhesive resin 22.
その後、ステップS3においてCSP11と実装基板12との間にアンダーフィル材24が充填される。このとき、図9Bに示すように、接着樹脂22の側面に疎水性部材27が塗布されているため、アンダーフィル材24は疎水性部材27に弾かれて空隙15を形成するように疎水性部材27から離隔する。
このように、変形例2では、アンダーフィル材24を塗布する工程において空隙15が形成されるため、アンダーフィル材24を塗布する工程は空間形成処理を含むものとなる。
Thereafter, in step S3, underfill material 24 is filled between CSP 11 and mounting substrate 12. At this time, as shown in Fig. 9B, since hydrophobic material 27 is applied to the side surface of adhesive resin 22, underfill material 24 is repelled by hydrophobic material 27 and separated from hydrophobic material 27 to form gap 15.
In this way, in the second modification, the gap 15 is formed in the process of applying the underfill material 24, and therefore the process of applying the underfill material 24 includes a space forming process.
ステップS4において、アンダーフィル材を熱硬化させる熱硬化処理を行う。その後、温められた半導体装置1を冷却させることでアンダーフィル14と接着樹脂22との間に空隙15を維持させる。
図9Cに示すように、半導体装置1が冷却されると、アンダーフィル14及び接着樹脂22が熱収縮することになるが、空隙15は残ったままとなる。
In step S4, a thermal curing process is performed to thermally cure the underfill material. Thereafter, the heated semiconductor device 1 is cooled to maintain the gap 15 between the underfill 14 and the adhesive resin 22.
As shown in FIG. 9C, when the semiconductor device 1 is cooled, the underfill 14 and adhesive resin 22 thermally shrink, but the voids 15 remain.
<4.撮像装置>
[4.1.固体撮像素子の構成]
図10は、半導体装置1が固体撮像素子である場合の回路構成例を示したブロック図である。
半導体装置1の一例としてCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型の固体撮像素子が挙げられる。半導体装置1が固体撮像素子である場合、図10に示すように、半導体装置1は、複数の画素31が形成された画素アレイ部32、垂直駆動回路33、カラム信号処理回路34、水平駆動回路35、出力回路36及び制御回路37等を有して構成される。
<4. Imaging device>
[4.1. Configuration of solid-state imaging device]
FIG. 10 is a block diagram showing an example of a circuit configuration when the semiconductor device 1 is a solid-state image sensor.
A CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) solid-state imaging element is an example of the semiconductor device 1. When the semiconductor device 1 is a solid-state imaging element, as shown in Fig. 10 , the semiconductor device 1 is configured to include a pixel array section 32 in which a plurality of pixels 31 are formed, a vertical drive circuit 33, a column signal processing circuit 34, a horizontal drive circuit 35, an output circuit 36, and a control circuit 37.
画素31は、光電変換素子と、複数の画素トランジスタとを有して構成されている。画素アレイ部32は、行方向及び列方向にそれぞれ複数配列された画素31を有して構成される。画素アレイ部32には、実際に光を受光し光電変換により生成した信号電荷を増幅しカラム信号処理回路34に読み出す有効画素領域と、黒レベルの基準になる光学的黒を出力するための黒基準画素領域(図示せず)とを有して構成される。黒基準画素領域は、通常は、有効画素領域の外周部に形成されるものである。 A pixel 31 is composed of a photoelectric conversion element and multiple pixel transistors. The pixel array section 32 is composed of multiple pixels 31 arranged in both the row and column directions. The pixel array section 32 is composed of an effective pixel area that actually receives light, amplifies the signal charge generated by photoelectric conversion, and reads it out to the column signal processing circuit 34, and a black reference pixel area (not shown) for outputting optical black, which serves as the reference for the black level. The black reference pixel area is usually formed on the periphery of the effective pixel area.
制御回路37は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路33、カラム信号処理回路34、水平駆動回路35の動作クロックや制御信号等を生成し、これら垂直駆動回路33、カラム信号処理回路34、水平駆動回路35に出力する。 The control circuit 37 generates operating clocks and control signals for the vertical drive circuit 33, column signal processing circuit 34, and horizontal drive circuit 35 based on the vertical synchronization signal, horizontal synchronization signal, and master clock, and outputs these to the vertical drive circuit 33, column signal processing circuit 34, and horizontal drive circuit 35.
垂直駆動回路33は、例えばシフトレジスタにより構成され、画素アレイ部32の各画素31を行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、各画素31において受光量に応じて得られる信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線38を通してカラム信号処理回路34に出力させる。 The vertical drive circuit 33 is configured, for example, by a shift register, and sequentially selects and scans each pixel 31 in the pixel array section 32 in the vertical direction, row by row. It then outputs pixel signals based on the signal charge obtained in each pixel 31 according to the amount of light received to the column signal processing circuit 34 via the vertical signal line 38.
カラム信号処理回路34は、例えば、画素31の列ごとに配置されており、1行分の画素31から出力される信号について、画素列ごとに黒基準画素領域(図示しないが、有効画素領域の周囲に形成される)からの信号に基づきノイズ除去や信号増幅等の信号処理を行う。カラム信号処理回路34の出力段には、水平選択スイッチ(図示せず)が水平信号線39との間に設けられている。 The column signal processing circuit 34 is arranged, for example, for each column of pixels 31, and performs signal processing such as noise removal and signal amplification on the signals output from one row of pixels 31 for each pixel column based on signals from a black reference pixel area (not shown, but formed around the effective pixel area). A horizontal selection switch (not shown) is provided between the output stage of the column signal processing circuit 34 and the horizontal signal line 39.
水平駆動回路35は、例えばシフトレジスタにより構成され、水平走査パルスを順次出力することによってカラム信号処理回路34の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路34の各々から画素信号を水平信号線39に出力させる。 The horizontal drive circuit 35 is configured, for example, by a shift register, and sequentially outputs horizontal scanning pulses to select each of the column signal processing circuits 34 in turn, causing each column signal processing circuit 34 to output a pixel signal to the horizontal signal line 39.
出力回路36は、カラム信号処理回路34の各々から水平信号線39を通して順次に供給される信号に対し信号処理を行い出力する。 The output circuit 36 processes and outputs signals sequentially supplied from each column signal processing circuit 34 via the horizontal signal line 39.
[4.2.撮像装置の構成]
図11は、撮像装置40の構成を示した図である。固体撮像素子として半導体装置1が用いられた撮像装置40は、図11に示すように、半導体装置1(固体撮像素子)に光を入射させる光学系41と、受光量に応じた信号であって半導体装置1から出力される信号を用いて所定の信号処理を行う信号処理部42と、撮像装置40の全体制御を行う制御部43を備えている。
[4.2. Configuration of imaging device]
11 is a diagram showing the configuration of an imaging device 40. As shown in Fig. 11, the imaging device 40, which uses the semiconductor device 1 as a solid-state imaging element, includes an optical system 41 that causes light to be incident on the semiconductor device 1 (solid-state imaging element), a signal processing unit 42 that performs predetermined signal processing using a signal that corresponds to the amount of received light and is output from the semiconductor device 1, and a control unit 43 that performs overall control of the imaging device 40.
また、撮像装置40は、受光信号に基づいて得られた画像データを記憶する記憶部44や、画像データを外部に送信するための通信部45などを備えている。また、撮像後の画像の確認等に用いられる表示部が撮像装置40に設けられていてもよい。 The imaging device 40 also includes a storage unit 44 that stores image data obtained based on the light-receiving signal, and a communication unit 45 for transmitting the image data to the outside. The imaging device 40 may also be provided with a display unit that can be used to check the captured image, etc.
光学系41は、カバーレンズ、ズームレンズ、フォーカスレンズ等の各種レンズや絞り(アイリス)機構を備える。光学系41により、被写体からの光(入射光)が導かれ、半導体装置1の受光面に集光される。 The optical system 41 includes various lenses, such as a cover lens, a zoom lens, and a focus lens, as well as an iris mechanism. Light (incident light) from the subject is guided by the optical system 41 and focused on the light-receiving surface of the semiconductor device 1.
信号処理部42は、半導体装置1から供給されるRAW画像データに対して前処理、後述するリモザイク処理やデモザイク処理、YC生成処理、解像度変換処理、コーデック処理など必要な各種処理を行う。
前処理では、撮像画像信号に対してR、G、Bの黒レベルを所定のレベルにクランプするクランプ処理や、R、G、Bの色チャンネル間の補正処理等を行う。
The signal processing unit 42 performs various necessary processes on the RAW image data supplied from the semiconductor device 1, such as pre-processing, re-mosaic processing and demosaic processing (to be described later), YC generation processing, resolution conversion processing, and codec processing.
In the pre-processing, clamping processing for clamping the R, G, and B black levels to predetermined levels is performed on the captured image signal, and correction processing between the R, G, and B color channels is also performed.
制御部43は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等を有するマイクロコンピュータを備えて構成されている。CPUがROMに記憶されているプログラム、又はRAMにロードされたプログラムに従って各種の処理を実行することで、制御部43による撮像装置40の全体制御が実現される。 The control unit 43 is configured with a microcomputer having, for example, a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), and RAM (Random Access Memory). The CPU executes various processes in accordance with programs stored in the ROM or programs loaded into the RAM, thereby achieving overall control of the imaging device 40 by the control unit 43.
制御部43は、光学系41としてのズームレンズ、フォーカスレンズ、絞り機構等を駆動させるための指示をドライバ部46に対して行う。ドライバ部46は、制御部43からの指示に基づいてアクチュエータ等の各部に駆動電圧を供給することで、フォーカスレンズやズームレンズの移動、絞り機構の絞り羽根の開閉等を実現する。 The control unit 43 issues instructions to the driver unit 46 to drive the zoom lens, focus lens, diaphragm mechanism, etc. that make up the optical system 41. The driver unit 46 supplies drive voltages to various components, such as actuators, based on instructions from the control unit 43, thereby moving the focus lens and zoom lens, opening and closing the diaphragm blades of the diaphragm mechanism, etc.
制御部43は、記憶部44に対する各種のデータの書き込みや読み出しについての制御を行う。また、制御部43は、通信部45を介して外部の情報処理装置と情報の送受信を行う。
The control unit 43 controls writing and reading of various data to and from the storage unit 44. The control unit 43 also transmits and receives information to and from an external information processing device via the communication unit 45.
<5.変形例>
なお、実施の形態としては上記した具体例に限定されるものでなく、多様な変形例としての構成を採り得る。
5. Modified Examples
The embodiment is not limited to the specific example described above, and various modified configurations can be adopted.
[5.1.変形例1]
図12は半導体装置の変形例1である。上記した実施形態では半導体装置1がCSP11を備える例を説明した。しかしながら、半導体装置1はCSP11以外を基板に実装する場合に空隙15を形成させるようにしてもよい。変形例1では、半導体装置がセンサ装置100である例を説明する。
[5.1. Modification 1]
12 shows a first modified example of the semiconductor device. In the above embodiment, an example has been described in which the semiconductor device 1 includes the CSP 11. However, the semiconductor device 1 may be configured to form a gap 15 when mounting something other than the CSP 11 on the substrate. In the first modified example, an example will be described in which the semiconductor device is a sensor device 100.
図12に示すように、センサ装置100は、センサ基板101、透明基板102、接着樹脂103、ダイアタッチ材104、有機基板105及びはんだボール106を備える。センサ基板101、透明基板102及び接着樹脂103は半導体部品110として形成される。 As shown in FIG. 12, the sensor device 100 includes a sensor substrate 101, a transparent substrate 102, an adhesive resin 103, a die attach material 104, an organic substrate 105, and solder balls 106. The sensor substrate 101, the transparent substrate 102, and the adhesive resin 103 are formed as a semiconductor component 110.
センサ基板101には、センサ回路が形成されている。センサ基板101には、透明基板102が接着樹脂103を介して接着されている。接着樹脂103は、接着樹脂22と同様に、ガラス転移温度が低く、熱膨張率が高い樹脂である。 A sensor circuit is formed on the sensor substrate 101. A transparent substrate 102 is adhered to the sensor substrate 101 via adhesive resin 103. Like adhesive resin 22, adhesive resin 103 is a resin with a low glass transition temperature and a high thermal expansion coefficient.
センサ基板101は、ダイアタッチ材104によって有機基板105に固定される。有機基板105は、いわゆるプリント基板である。 The sensor substrate 101 is fixed to the organic substrate 105 by a die attach material 104. The organic substrate 105 is a so-called printed circuit board.
センサ装置100では、センサ基板101の表面に形成された外部接続端子から有機基板105の表面上へワイヤーボンディング法を用いて電気的に接続されている。 In the sensor device 100, external connection terminals formed on the surface of the sensor substrate 101 are electrically connected to the surface of the organic substrate 105 using wire bonding.
ボンディングワイヤーである導電部材108の機械的強度が弱いことと、接着樹脂103の耐湿性を考慮し、半導体部品110の側面と有機基板105との間に封止樹脂109(保護樹脂)が充填される。封止樹脂109はアンダーフィル14と同様に、ガラス転移温度が高く、熱膨張率が低い樹脂である。封止樹脂109は、ボンディングワイヤーである導電部材108を保護するためポッティングなどの手法を使用して形成される。 In consideration of the weak mechanical strength of the conductive member 108, which is the bonding wire, and the moisture resistance of the adhesive resin 103, sealing resin 109 (protective resin) is filled between the side of the semiconductor component 110 and the organic substrate 105. Like the underfill 14, the sealing resin 109 is a resin with a high glass transition temperature and a low thermal expansion coefficient. The sealing resin 109 is formed using a technique such as potting to protect the conductive member 108, which is the bonding wire.
そして、接着樹脂103と封止樹脂109との間には、空隙111が形成される。空隙111は、半導体装置1における空隙15と同様の方法により形成することが可能である。 A gap 111 is then formed between the adhesive resin 103 and the sealing resin 109. The gap 111 can be formed in the same manner as the gap 15 in the semiconductor device 1.
[5.2.変形例2]
図13は半導体装置の変形例2である。変形例2では、半導体装置がディスプレイ装置200である例を説明する。
[5.2. Modification 2]
13 shows a semiconductor device according to Modification 2. In Modification 2, an example in which the semiconductor device is a display device 200 will be described.
図13に示すように、ディスプレイ装置200は、ディスプレイ基板201、透明基板202、接着樹脂203、ダイアタッチ材204、実装基板205を備える。ディスプレイ基板201、透明基板202、接着樹脂203は半導体部品210として形成される。実装基板205は例えばフレキシブル基板である。 As shown in FIG. 13, the display device 200 comprises a display substrate 201, a transparent substrate 202, an adhesive resin 203, a die attach material 204, and a mounting substrate 205. The display substrate 201, the transparent substrate 202, and the adhesive resin 203 are formed as a semiconductor component 210. The mounting substrate 205 is, for example, a flexible substrate.
ディスプレイ基板201には、ディスプレイ回路が形成されている。ディスプレイ基板201には、透明基板202が接着樹脂203を介して接着されている。接着樹脂203は、接着樹脂22と同様に、ガラス転移温度が低く、熱膨張率が高い樹脂である。 A display circuit is formed on the display substrate 201. A transparent substrate 202 is adhered to the display substrate 201 via adhesive resin 203. Like adhesive resin 22, adhesive resin 203 is a resin with a low glass transition temperature and a high thermal expansion coefficient.
ディスプレイ基板201は、ダイアタッチ材204によって実装基板205に固定される。 The display substrate 201 is fixed to the mounting substrate 205 by the die attach material 204.
ディスプレイ装置200は、ディスプレイ基板201の表面に形成された外部接続端子206から実装基板205の表面上へワイヤーボンディング法を用いて電気的に接続されている。 The display device 200 is electrically connected to the surface of the mounting substrate 205 using wire bonding from the external connection terminals 206 formed on the surface of the display substrate 201.
ボンディングワイヤーである導電部材207の機械的強度が弱いことと、接着樹脂203の耐湿性を考慮し、半導体部品210の側面と実装基板205との間に封止樹脂208(保護樹脂)が充填される。封止樹脂208はアンダーフィル14と同様に、ガラス転移温度が高く、熱膨張率が低い樹脂である。封止樹脂208は、ボンディングワイヤーである導電部材207を保護するためポッティングなどの手法を使用して形成される。 In consideration of the weak mechanical strength of the conductive member 207, which is the bonding wire, and the moisture resistance of the adhesive resin 203, sealing resin 208 (protective resin) is filled between the side of the semiconductor component 210 and the mounting substrate 205. Like the underfill 14, the sealing resin 208 is a resin with a high glass transition temperature and a low thermal expansion coefficient. The sealing resin 208 is formed using a method such as potting to protect the conductive member 207, which is the bonding wire.
そして、接着樹脂203と封止樹脂208との間には、空隙209が形成される。空隙209は、半導体装置1における空隙15と同様の方法により形成することが可能である。 A gap 209 is then formed between the adhesive resin 203 and the sealing resin 208. The gap 209 can be formed in the same manner as the gap 15 in the semiconductor device 1.
このように、CSP11以外の半導体部品110、210を有機基板105、実装基板205に実装する際に、接着樹脂103、203と封止樹脂109、208との間に空隙111、209を形成するようにしても、接着樹脂103、203の凝集破壊、クラック、剥離等の不具合の発生を低減させることが可能である。
In this way, when mounting semiconductor components 110, 210 other than CSP11 on the organic substrate 105 and the mounting substrate 205, even if gaps 111, 209 are formed between the adhesive resin 103, 203 and the sealing resin 109, 208, it is possible to reduce the occurrence of defects such as cohesive failure, cracks, and peeling of the adhesive resin 103, 203.
<6.まとめ>
以上で説明したように実施形態としての半導体装置1(センサ装置100、ディスプレイ装置200)は、半導体基板21と、保護基板23と、半導体基板21及び保護基板23の間に設けられ半導体基板21及び保護基板23を接着させる接着樹脂22とを有する半導体部品(CSP11)と、半導体部品(CSP11)が実装される実装基板12と、半導体部品(CSP11)の側面に接触する保護樹脂(アンダーフィル14)とを備え、少なくとも接着樹脂22の一部と保護樹脂(アンダーフィル14)との間に空隙15が形成される。
これにより、アンダーフィル14の熱硬化処理後の降温時に接着樹脂22が熱収縮したとしても、接着樹脂22にかかる応力を減少することができる。そのため、接着樹脂22の凝集破壊、クラック、剥離等の不具合の発生を抑制することが可能である。
かくして、半導体装置1は信頼性を向上することができる。
<6. Summary>
As described above, the semiconductor device 1 (sensor device 100, display device 200) as an embodiment comprises a semiconductor component (CSP11) having a semiconductor substrate 21, a protective substrate 23, and adhesive resin 22 provided between the semiconductor substrate 21 and the protective substrate 23 and bonding the semiconductor substrate 21 and the protective substrate 23, a mounting substrate 12 on which the semiconductor component (CSP11) is mounted, and protective resin (underfill 14) in contact with the side surface of the semiconductor component (CSP11), and a gap 15 is formed between at least a portion of the adhesive resin 22 and the protective resin (underfill 14).
This reduces the stress applied to the adhesive resin 22 even if the adhesive resin 22 thermally shrinks when the temperature drops after the thermal curing treatment of the underfill 14. This makes it possible to prevent defects such as cohesive failure, cracks, and peeling of the adhesive resin 22.
Thus, the reliability of the semiconductor device 1 can be improved.
半導体部品(CSP11)は、チップサイズパッケージであり、はんだボール13を介して実装基板12に実装され、保護樹脂(アンダーフィル14)は、半導体部品(CSP11)と実装基板12との間、及び、半導体部品(CSP11)の側面に形成される。
アンダーフィル14は、CSP11と実装基板12との熱膨張係数の違いにより生じるせん断応力によるはんだボール13のクラックを防止するために設けられる。また、半導体基板21におけるアンダーフィル14と接触する角の応力集中を低減させ、アンダーフィル14と半導体基板21の底面で剥離が発生してはんだボール13のクラックに伸展してしまうことを抑制することができる。
The semiconductor component (CSP11) is a chip-size package and is mounted on a mounting substrate 12 via solder balls 13, and a protective resin (underfill 14) is formed between the semiconductor component (CSP11) and the mounting substrate 12 and on the side surfaces of the semiconductor component (CSP11).
The underfill 14 is provided to prevent cracks in the solder balls 13 due to shear stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the CSP 11 and the mounting substrate 12. It also reduces stress concentration at the corners of the semiconductor substrate 21 where the underfill 14 comes into contact, and can prevent peeling from occurring between the underfill 14 and the bottom surface of the semiconductor substrate 21, which could lead to cracks in the solder balls 13.
保護樹脂(アンダーフィル14)は、接着樹脂22より熱膨張率が低い樹脂によって構成される。
これにより、アンダーフィル14の温度変化による物性変動が少なくなり、より高い信頼性を得ることができる。
The protective resin (underfill 14 ) is made of a resin having a lower coefficient of thermal expansion than the adhesive resin 22 .
This reduces the fluctuation in the physical properties of the underfill 14 due to temperature changes, making it possible to obtain higher reliability.
保護樹脂(アンダーフィル14)は、半導体基板21及び保護基板23より接着樹脂22と密着性が低い材料によって構成される。
これにより、降温時に接着樹脂22が熱収縮する際に、アンダーフィル14と接着樹脂22とが容易に分離することが可能となり、空隙15を容易に形成することが可能となる。
The protective resin (underfill 14) is made of a material that has lower adhesion to the adhesive resin 22 than the semiconductor substrate 21 and the protective substrate 23.
This allows the underfill 14 and the adhesive resin 22 to be easily separated when the adhesive resin 22 thermally shrinks during a temperature drop, making it possible to easily form the gap 15 .
空隙15は、半導体部品(CSP11)の外縁全域にわたって形成される。
これにより、CSP11の外縁全域に亘って接着樹脂22が熱収縮する際に応力を低下させることができる。
The cavity 15 is formed over the entire outer edge of the semiconductor component (CSP 11).
This reduces stress when the adhesive resin 22 thermally shrinks over the entire outer edge of the CSP 11 .
空隙15は、半導体部品(CSP11)の各辺の中央部分に形成される。
これにより、接着樹脂22が熱収縮する際に最も応力が高くなるCSP11の各辺の中央部分の応力を低下させることができる。
The air gap 15 is formed in the center of each side of the semiconductor component (CSP 11).
This reduces the stress at the center of each side of the CSP 11, where the stress is highest when the adhesive resin 22 thermally shrinks.
空隙15の厚さ方向の長さは、接着樹脂22の厚さ以下である。
このような条件であっても、接着樹脂22が熱収縮する際の応力を低減することができる。
The length of the gap 15 in the thickness direction is equal to or less than the thickness of the adhesive resin 22 .
Even under such conditions, the stress caused by the thermal contraction of the adhesive resin 22 can be reduced.
空隙15における半導体部品の側面と直交する方向の長さは、前記接着樹脂の厚さの半分以下である。
このような条件であっても、接着樹脂22が熱収縮する際の応力を低減することができる。
The length of the gap 15 in the direction perpendicular to the side surface of the semiconductor component is equal to or less than half the thickness of the adhesive resin.
Even under such conditions, the stress caused by the thermal contraction of the adhesive resin 22 can be reduced.
半導体装置の製造方法は、半導体基板21と、保護基板23と、半導体基板21及び保護基板23の間に設けられ半導体基板21及び保護基板23を接続させる接着樹脂22とを有する半導体部品(CSP11)が実装基板12に実装され、半導体部品(CSP11)の側面に保護樹脂(アンダーフィル14)が充填され、少なくとも接着樹脂22の一部と保護樹脂(アンダーフィル14)との間に空隙15が形成される。
この製造方法によっても、半導体装置1の信頼性を向上することができる。
A method for manufacturing a semiconductor device includes mounting a semiconductor component (CSP11) having a semiconductor substrate 21, a protective substrate 23, and adhesive resin 22 provided between the semiconductor substrate 21 and the protective substrate 23 to connect the semiconductor substrate 21 and the protective substrate 23 on a mounting substrate 12, filling the side surfaces of the semiconductor component (CSP11) with protective resin (underfill 14), and forming a gap 15 between at least a portion of the adhesive resin 22 and the protective resin (underfill 14).
This manufacturing method also improves the reliability of the semiconductor device 1 .
保護樹脂(アンダーフィル14)は、半導体基板21及び保護基板23より接着樹脂22との密着性が低い材料によって構成され、保護樹脂(アンダーフィル14)を熱硬化させる熱硬化処理において接着樹脂22を保護樹脂(アンダーフィル14)が凹むように膨張させ、熱硬化処理後の冷却時に接着樹脂22を収縮させて空隙15を形成させる。
このように半導体装置1を製造することで空隙15を容易に形成させることができる。
The protective resin (underfill 14) is made of a material that has lower adhesion to the adhesive resin 22 than the semiconductor substrate 21 and the protective substrate 23, and during the heat curing process to heat harden the protective resin (underfill 14), the adhesive resin 22 expands so that the protective resin (underfill 14) is recessed, and when cooled after the heat curing process, the adhesive resin 22 contracts to form a gap 15.
By manufacturing the semiconductor device 1 in this manner, the gap 15 can be easily formed.
接着樹脂22の側面に水分26を含んだ状態で半導体部品(CSP11)の側面に保護樹脂(アンダーフィル14)が充填され、保護樹脂(アンダーフィル14)を熱硬化させる熱硬化処理において水分26を蒸発させて空隙15を形成させる。
この製造方法においても、空隙15を容易に形成させることができる。
A protective resin (underfill 14) is filled onto the side of the semiconductor component (CSP 11) with moisture 26 contained on the side of the adhesive resin 22, and the moisture 26 is evaporated during a thermal curing process for thermally curing the protective resin (underfill 14), forming a gap 15.
In this manufacturing method as well, the voids 15 can be easily formed.
接着樹脂22の側面に疎水性部材27を形成された状態で半導体部品(CSP11)の側面に保護樹脂(アンダーフィル14)が充填されることで空隙15を形成させる。
この製造方法においても、空隙15を容易に形成させることができる。
With the hydrophobic member 27 formed on the side surface of the adhesive resin 22, the side surface of the semiconductor component (CSP 11) is filled with a protective resin (underfill 14), thereby forming a gap 15.
In this manufacturing method as well, the voids 15 can be easily formed.
電子機器(撮像装置40)は、固体撮像素子(半導体装置1)と、入射光を固体撮像素子に入射する光学系41と、を備え、固体撮像素子(半導体装置1)は、半導体基板21と、保護基板23と、半導体基板21及び保護基板23の間に設けられ半導体基板21及び保護基板23を接着させる接着樹脂22とを有する半導体部品(CSP11)と、半導体部品(CSP11)が実装される実装基板12と、半導体部品(CSP11)の側面に接触する保護樹脂(アンダーフィル14)とを備え、少なくとも接着樹脂22の一部と保護樹脂(アンダーフィル14)との間に空隙15が形成される。
この電子機器によっても、半導体装置1の信頼性を向上することができる。
The electronic device (imaging device 40) comprises a solid-state imaging element (semiconductor device 1) and an optical system 41 that directs incident light to the solid-state imaging element, and the solid-state imaging element (semiconductor device 1) comprises a semiconductor component (CSP11) having a semiconductor substrate 21, a protective substrate 23, and an adhesive resin 22 provided between the semiconductor substrate 21 and the protective substrate 23 and adhering the semiconductor substrate 21 and the protective substrate 23, a mounting substrate 12 on which the semiconductor component (CSP11) is mounted, and a protective resin (underfill 14) that contacts the side of the semiconductor component (CSP11), and a gap 15 is formed between at least a portion of the adhesive resin 22 and the protective resin (underfill 14).
This electronic device also improves the reliability of the semiconductor device 1 .
なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
The effects described in this specification are merely examples and are not limiting, and other effects may also be present.
<7.本技術>
なお本技術は以下のような構成も採ることができる。
(1)
半導体基板と、保護基板と、前記半導体基板及び前記保護基板の間に設けられ前記半導体基板及び前記保護基板を接着させる接着樹脂とを有する半導体部品と、
前記半導体部品が実装される実装基板と、
前記半導体部品の側面に接触する保護樹脂とを備え、
少なくとも前記接着樹脂の一部と前記保護樹脂との間に空隙が形成される
を備える半導体装置。
(2)
前記半導体部品は、チップサイズパッケージであり、はんだボールを介して前記実装基板に実装され、
前記保護樹脂は、前記半導体部品と前記実装基板との間、及び、前記半導体部品の側面に形成される
(1)に記載の半導体装置。
(3)
前記保護樹脂は、前記接着樹脂より熱膨張率が低い樹脂によって構成される
(1)又は(2)に記載の半導体装置。
(4)
前記保護樹脂は、前記半導体基板及び前記保護基板より前記接着樹脂と密着性が低い材料によって構成される
(3)に記載の半導体装置。
(5)
前記空隙は、前記半導体部品の外縁全域にわたって形成される
(1)から(4)のいずれかに記載の半導体装置。
(6)
前記空隙は、前記半導体部品の各辺の中央部分に形成される
(1)から(4)のいずれかに記載の半導体装置。
(7)
前記空隙の厚さ方向の長さは、前記接着樹脂の厚さ以下である
(1)から(6)のいずれかに記載の半導体装置。
(8)
前記空隙における前記半導体部品の側面と直交する方向の長さは、前記接着樹脂の厚さの半分以下である
(1)から(7)のいずれかに記載の半導体装置。
(9)
半導体基板と、保護基板と、前記半導体基板及び前記保護基板の間に設けられ前記半導体基板及び前記保護基板を接続させる接着樹脂とを有する半導体部品が実装基板に実装され、
前記半導体部品の側面に保護樹脂が充填され、
少なくとも前記接着樹脂の一部と前記保護樹脂との間に空隙が形成される
半導体装置の製造方法。
(10)
前記保護樹脂は、前記半導体基板及び前記保護基板より前記接着樹脂との密着性が低い材料によって構成され、
前記保護樹脂を熱硬化させる熱硬化処理において前記接着樹脂を前記保護樹脂が凹むように膨張させ、
前記熱硬化処理後の冷却時に前記接着樹脂を収縮させて前記空隙を形成させる
(9)に記載の半導体装置の製造方法。
(11)
前記接着樹脂の側面に水分を含んだ状態で前記半導体部品の側面に前記保護樹脂が充填され、
前記保護樹脂を熱硬化させる熱硬化処理において前記水分を蒸発させて前記空隙を形成させる
(9)に記載の半導体装置の製造方法。
(12)
前記接着樹脂の側面に疎水性部材を形成された状態で前記半導体部品の側面に前記保護樹脂が充填されることで前記空隙を形成させる
(9)に記載の半導体装置の製造方法。
(13)
固体撮像素子と、
入射光を前記固体撮像素子に入射する光学系と、を備え、
前記固体撮像素子は、
半導体基板と、保護基板と、前記半導体基板及び前記保護基板の間に設けられ前記半導体基板及び前記保護基板を接着させる接着樹脂とを有する半導体部品と、
前記半導体部品が実装される実装基板と、
前記半導体部品の側面に接触する保護樹脂とを備え、
少なくとも前記接着樹脂の一部と前記保護樹脂との間に空隙が形成される
電子機器。
<7. This Technology>
The present technology can also be configured as follows.
(1)
a semiconductor component including a semiconductor substrate, a protective substrate, and an adhesive resin provided between the semiconductor substrate and the protective substrate to bond the semiconductor substrate and the protective substrate;
a mounting substrate on which the semiconductor component is mounted;
a protective resin in contact with a side surface of the semiconductor component,
a gap is formed between at least a portion of the adhesive resin and the protective resin.
(2)
the semiconductor component is a chip-size package and is mounted on the mounting substrate via solder balls;
The semiconductor device according to (1), wherein the protective resin is formed between the semiconductor component and the mounting substrate and on a side surface of the semiconductor component.
(3)
The semiconductor device according to (1) or (2), wherein the protective resin is made of a resin having a thermal expansion coefficient lower than that of the adhesive resin.
(4)
The semiconductor device according to (3), wherein the protective resin is made of a material that has lower adhesion to the adhesive resin than the semiconductor substrate and the protective substrate.
(5)
The semiconductor device according to any one of (1) to (4), wherein the void is formed over the entire outer edge of the semiconductor component.
(6)
The semiconductor device according to any one of (1) to (4), wherein the void is formed in a central portion of each side of the semiconductor component.
(7)
The semiconductor device according to any one of (1) to (6), wherein the length of the gap in the thickness direction is equal to or less than the thickness of the adhesive resin.
(8)
The semiconductor device according to any one of (1) to (7), wherein the length of the gap in a direction perpendicular to the side surface of the semiconductor component is equal to or less than half the thickness of the adhesive resin.
(9)
a semiconductor component having a semiconductor substrate, a protective substrate, and an adhesive resin provided between the semiconductor substrate and the protective substrate to connect the semiconductor substrate and the protective substrate is mounted on a mounting substrate;
A protective resin is filled on the side surface of the semiconductor component,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a gap is formed between at least a part of the adhesive resin and the protective resin.
(10)
the protective resin is made of a material that has lower adhesion to the adhesive resin than the semiconductor substrate and the protective substrate;
In a heat curing process for thermally curing the protective resin, the adhesive resin is expanded so that the protective resin is depressed;
The method for manufacturing a semiconductor device according to (9), wherein the adhesive resin is shrunk during cooling after the heat curing treatment to form the void.
(11)
The protective resin is filled onto the side surface of the semiconductor component in a state where the side surface of the adhesive resin contains moisture,
The method for manufacturing a semiconductor device according to (9), wherein the moisture is evaporated to form the voids in a thermal curing process for thermally curing the protective resin.
(12)
The method for manufacturing a semiconductor device according to (9), wherein the gap is formed by filling the side surface of the semiconductor component with the protective resin in a state where a hydrophobic member is formed on the side surface of the adhesive resin.
(13)
a solid-state imaging element;
an optical system that causes incident light to be incident on the solid-state imaging device,
The solid-state imaging device is
a semiconductor component including a semiconductor substrate, a protective substrate, and an adhesive resin provided between the semiconductor substrate and the protective substrate to bond the semiconductor substrate and the protective substrate;
a mounting substrate on which the semiconductor component is mounted;
a protective resin in contact with a side surface of the semiconductor component,
An electronic device in which a gap is formed between at least a part of the adhesive resin and the protective resin.
1 半導体装置
11 CSP
12 実装基板
13 はんだボール
14 アンダーフィル
15 空隙
21 半導体基板
22 接着樹脂
23 保護基板
1 Semiconductor device 11 CSP
12 Mounting substrate 13 Solder ball 14 Underfill 15 Gap 21 Semiconductor substrate 22 Adhesive resin 23 Protective substrate
Claims (13)
前記半導体部品が実装される実装基板と、
前記半導体部品の側面に接触する保護樹脂とを備え、
少なくとも前記接着樹脂の一部と前記保護樹脂との間に空隙が形成される
を備える半導体装置。 a semiconductor component including a semiconductor substrate, a protective substrate, and an adhesive resin provided between the semiconductor substrate and the protective substrate to bond the semiconductor substrate and the protective substrate;
a mounting substrate on which the semiconductor component is mounted;
a protective resin in contact with a side surface of the semiconductor component,
a gap is formed between at least a portion of the adhesive resin and the protective resin.
前記保護樹脂は、前記半導体部品と前記実装基板との間、及び、前記半導体部品の側面に形成される
請求項1に記載の半導体装置。 the semiconductor component is a chip-size package and is mounted on the mounting substrate via solder balls;
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the protective resin is formed between the semiconductor component and the mounting substrate and on the side surfaces of the semiconductor component.
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 , wherein the protective resin is made of a resin having a thermal expansion coefficient lower than that of the adhesive resin.
請求項3に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3 , wherein the protective resin is made of a material that has lower adhesiveness to the adhesive resin than the semiconductor substrate and the protective substrate.
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 , wherein the void is formed over the entire outer edge of the semiconductor component.
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 , wherein the voids are formed in the center of each side of the semiconductor component.
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 , wherein the length of the gap in the thickness direction is equal to or less than the thickness of the adhesive resin.
請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 , wherein the length of the gap in a direction perpendicular to the side surface of the semiconductor component is equal to or less than half the thickness of the adhesive resin.
前記半導体部品の側面に保護樹脂が充填され、
少なくとも前記接着樹脂の一部と前記保護樹脂との間に空隙が形成される
半導体装置の製造方法。 a semiconductor component having a semiconductor substrate, a protective substrate, and an adhesive resin provided between the semiconductor substrate and the protective substrate to connect the semiconductor substrate and the protective substrate is mounted on a mounting substrate;
A protective resin is filled on the side surface of the semiconductor component,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a gap is formed between at least a part of the adhesive resin and the protective resin.
前記保護樹脂を熱硬化させる熱硬化処理において前記接着樹脂を前記保護樹脂が凹むように膨張させ、
前記熱硬化処理後の冷却時に前記接着樹脂を収縮させて前記空隙を形成させる
請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 the protective resin is made of a material that has lower adhesion to the adhesive resin than the semiconductor substrate and the protective substrate;
In a heat curing process for thermally curing the protective resin, the adhesive resin is expanded so that the protective resin is depressed;
10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the adhesive resin is caused to shrink during cooling after the heat curing treatment, thereby forming the void.
前記保護樹脂を熱硬化させる熱硬化処理において前記水分を蒸発させて前記空隙を形成させる
請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 The protective resin is filled onto the side surface of the semiconductor component in a state where the side surface of the adhesive resin contains moisture,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the voids are formed by evaporating the moisture in a thermal curing process for thermally curing the protective resin.
請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the gap is formed by filling the side surface of the semiconductor component with the protective resin in a state where a hydrophobic member is formed on the side surface of the adhesive resin.
入射光を前記固体撮像素子に入射する光学系と、を備え、
前記固体撮像素子は、
半導体基板と、保護基板と、前記半導体基板及び前記保護基板の間に設けられ前記半導体基板及び前記保護基板を接着させる接着樹脂とを有する半導体部品と、
前記半導体部品が実装される実装基板と、
前記半導体部品の側面に接触する保護樹脂とを備え、
少なくとも前記接着樹脂の一部と前記保護樹脂との間に空隙が形成される
電子機器。 a solid-state imaging element;
an optical system that causes incident light to be incident on the solid-state imaging device,
The solid-state imaging device is
a semiconductor component including a semiconductor substrate, a protective substrate, and an adhesive resin provided between the semiconductor substrate and the protective substrate to bond the semiconductor substrate and the protective substrate;
a mounting substrate on which the semiconductor component is mounted;
a protective resin in contact with a side surface of the semiconductor component,
An electronic device in which a gap is formed between at least a part of the adhesive resin and the protective resin.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2024-114619 | 2024-07-18 |
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