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JP4024458B2 - Method for mounting semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device package - Google Patents

Method for mounting semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device package Download PDF

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JP4024458B2
JP4024458B2 JP2000192920A JP2000192920A JP4024458B2 JP 4024458 B2 JP4024458 B2 JP 4024458B2 JP 2000192920 A JP2000192920 A JP 2000192920A JP 2000192920 A JP2000192920 A JP 2000192920A JP 4024458 B2 JP4024458 B2 JP 4024458B2
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semiconductor device
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  • Wire Bonding (AREA)
  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に半導体装置をフリップチップ接続する半導体装置の実装方法および半導体装置実装体の製造方法に係り、特に、生産性を向上する半導体装置の実装方法および半導体装置実装体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯機器等で用いられる半導体装置を含む基板(半導体装置実装体)には、一層の小型・軽量化が要求されている。また、そのような機器の性能向上のため、半導体装置実装体には優れた電気特性が要求される。これらの要求を同時に満足する半導体装置と基板との接続技術として、フリップチップ方式が採用されるようになってきている。
【0003】
フリップチップ技術は、半導体装置(半導体チップ)の電極パッド上に突起電極(バンプ)を形成し、基板側に設けられたパッドと位置を合わせて接合する技術である。これにより、基本的に実装面積は半導体チップの面積と等しくなる。また、ボンディングワイヤのようなワイヤを用いていないため、配線長が短く動作周波数が高い場合でも優れた電気特性を確保することができる。
【0004】
ここで、従来のフリップチップ接続の一例について図7を参照して説明する。図7は、従来のフリップチップ接続のプロセスフローを説明する図である。
【0005】
まず、同図(a)に示すように、パッド112が設けられた基板111に導電性粒子114を含む絶縁層113を形成する。次に、同図(b)に示すように、バンプ116の形成された半導体チップ115を基板111上のパッド112に位置合わせして、加熱・加圧機構のついたボンディングヘッド117でバキューム吸着して基板111上に搭載する。
【0006】
このとき、同図(c)に示すように、加重を加えることによりバンプ116とパッド112との間に導電性粒子114の一部を固定させそれらの間の電気的接続を確立する。また、同時に加熱することにより絶縁層113を硬化させる。これらにより、半導体チップ115と基板111との接続がなされる。
【0007】
半導体チップ115と基板111との接続がなされたあと、同図(d)に示すように、絶縁樹脂層118を半導体チップ115を覆うように形成し硬化させる。これにより、絶縁樹脂層142で半導体チップ115が封止された基板111を得る。
【0008】
次に、上記とは異なる従来のフリップチップ接続の一例について図8を参照して説明する。図8は、上記とは異なる従来のフリップチップ接続のプロセスフローを説明する図である。
【0009】
まず、同図(a)に示すように、パッド112が設けられた基板111に絶縁層113を形成する。ここで、パッド112の上面側には低融点金属層121が形成されている。次に、同図(b)に示すように、バンプ116の形成された半導体チップ115を基板111上のパッド112に位置合わせして、加熱・加圧機構のついたボンディングヘッド117でバキューム吸着して基板111上に搭載する。
【0010】
このとき、同図(c)に示すように、加重を加えることにより低融点金属層121の表面に存在する酸化膜を破壊しつつ、パッド112の上面側の低融点金属層121にバンプ116をめり込ませる。さらに、加熱することにより低融点金属層121の金属とバンプ116との合金122をその接合部に生じさせ、それらの間の電気的接続を確立する。また、同時に加熱により絶縁層113を硬化させる。これらにより、半導体チップ115と基板111との接続がなされる。
【0011】
半導体チップ115と基板111との接続がなされたあと、同図(d)に示すように、絶縁樹脂層118を半導体チップ115を覆うように形成し硬化させる。これにより、絶縁樹脂層142で半導体チップ115が封止された基板111を得る。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上記で説明した従来のフリップチップ技術は、半導体チップ115を基板111に搭載するに際し、絶縁層113を硬化させて半導体チップ115と基板111との固着的な接続を行う。この工程には、絶縁層113に用いる樹脂の硬化のため、それぞれの半導体チップに対して、通常、20秒程度以上の時間を要する。そのため、生産性を向上することへの障害になっていた。
【0013】
本発明は、上記した事情を考慮してなされたもので、基板上に半導体装置をフリップチップ接続する半導体装置の実装方法および半導体装置実装体の製造方法において、半導体装置を基板に搭載するに際し必要となる時間を削減し生産性を向上する半導体装置の実装方法および半導体装置実装体の製造方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る半導体装置の実装方法または半導体装置実装体の製造方法は、すず層またはすずを含む合金層を上面上に有するパッドを備えた基板に第1の絶縁樹脂層を形成する工程と、前記第1の絶縁樹脂層が形成された前記基板において、半導体装置に加重を加えて該半導体装置の突起電極を前記基板の前記パッドに接触させる工程と、加熱、加圧を伴うトランスファーモールドを用いて、前記半導体装置を覆うように第2の絶縁樹脂層を形成・硬化し、同時に、該加熱で前記第1の絶縁樹脂層を硬化しかつ前記すず層または前記合金層と前記突起電極との接合部に該すず層または該合金層と該突起電極との合金を生じさせる工程とを有することを特徴とする。
【0015】
実装される半導体装置の突起電極接続されるべきパッドを有する基板に第1の絶縁樹脂層を形成したあと、半導体装置に加重を加えてその突起電極をパッドに接触させる。パッド上には、すず層またはすずを含む合金層が存在する。の後、加熱、加圧を伴うトランスファーモールドを用いて、半導体装置を覆うように第2の絶縁樹脂層を形成・硬化し、同時に、該加熱で第1の絶縁樹脂層を硬化しかつすず層または合金層と突起電極との接合部に該すず層または該合金層と該突起電極との合金を生じさせる
【0016】
これにより、第2の絶縁樹脂層を形成・硬化しつつ第1の絶縁樹脂層を硬化させることができるので、したがって、半導体装置を基板に搭載するに際し必要となる第1の絶縁樹脂層の硬化に要する時間を大幅に削減し生産性を向上することができる。
【0018】
低融点金属には、すず(Sn)、すずをベースとする合金(Sn−Pb、Sn−Bi、Sn−Ag、Sn−Inなど)を例示することができる。
【0021】
基板の大きさは、半導体装置(チップ)の大きさと匹敵するほどの大きさであってもよく、半導体装置が複数実装されるほどの大きさであってもよい。半導体装置の大きさと匹敵するほどの大きさの場合は、半導体装置を封止する一種の半導体パッケージとして位置付けられ、半導体装置が複数実装されるほどの大きさの場合は、電子部品の実装される基板への半導体装置の高密度実装が実現される。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【0023】
まず図1は、本発明の参考例であるフリップチップ接続のプロセスフローを模式的に説明する図である。同図は、(a)、(b)、(c)の順に工程が進行する。図2は、図1の続図であって、本発明の参考例であるフリップチップ接続のプロセスフローを模式的に説明する図である。図2は、図1(c)に続き、(a)、(b)、(c)の順に工程が進行する。
【0024】
まず、図1(a)に示すように、パッド12が設けられた基板11に導電性粒子14を含む絶縁層13を形成する。このような絶縁層13としては、フィルムタイプのもの、ペーストタイプのものいずれも用いることができる。パッド12は、例えば、銅膜をパターニングして得ることができ、その厚さは数μmから数十μmであり、その直径は例えば100μm程度である。パッド12の表面には金メッキを施してもよい。
【0025】
次に、同図(b)に示すように、バンプ(突起電極)16の形成された半導体チップ15を基板11上のパッド12に位置合わせして、加熱・加圧機構のついたボンディングヘッド17でバキューム吸着して基板11上に搭載する。ここで、バンプ16の直径は、基板11側のパッド12よりやや小さく数十μm程度であり、バンプ16の高さは例えば数十μmである。
【0026】
基板11としては、ポリイミドフィルムのようなフレキシブルな材質のものであっても、ガラスエポキシのようにリジッドな材質のものであってもよい。ポリイミド基板では数十μm程度の薄さものも使用可能であり、ガラスエポキシ基板では、1mm程度の厚さのものも用いることができる。また、基板11には、スルーホール基板のほか、ビルドアップ基板のような多層基板を用いることもできる。
【0027】
基板11の大きさは、半導体チップ15の大きさと匹敵するほどの大きさであってもよく、半導体装置が複数実装されるほどの大きさであってもよい。半導体装置が複数実装されるほどの大きさの場合は、電子部品の実装される基板への半導体チップ15の高密度実装が実現される。
【0028】
半導体チップ15をボンディングヘッド17でバキューム吸着して基板11上に搭載するとき、同図(c)に示すように、加重を加えることによりバンプ16とパッド12との間に導電性粒子14の一部を固定させそれらの間の電気的接続を確立する。また、同時に補助的に加熱するがごく短い時間(例えば5秒)とし、絶縁層13の硬化が完了しないままとする。これらにより、半導体チップ15と基板11との仮接続がなされる。そして次工程に移行する。
【0029】
半導体チップ15と基板11との仮接続がなされたあと、半導体チップ15から基板11表面までを覆い封止するように絶縁樹脂層を形成する。このため、図2(a)に示すように、絶縁樹脂43を導入するための上側金型42を、半導体チップ15に樹脂導入および空気排除のための間隙をもってかぶせ、基板11の下側には下側金型41をかぶせる。そして、上記間隙の一方から絶縁樹脂43を導入する。
【0030】
このような絶縁樹脂層の形成方法はトランスファモールドと呼ばれているが、上記の間隙から絶縁樹脂を導入するには、通常、上記の金型42の間隙に連続して樹脂を圧入するための導入路が金型42に一体として設けられる。導入路の先には、ポットがありこのポットにペレット(固形の絶縁樹脂)が投入され、ペレットはプランジャによりポット内で加圧され導入路に押し出される。
【0031】
上側金型42内に絶縁樹脂43が満たされたら、絶縁樹脂43に熱を加えるなどして硬化させ、図2(b)に示すように、絶縁樹脂43を固定する。最後に、図2(c)に示すように、金型41、42をはずし絶縁樹脂層の形成された基板11を得る。なお、ここで、基板11の上面から絶縁樹脂42の上面までの高さは、例えば数百μmである。また、図2(a)、(b)において、絶縁樹脂43は、半導体チップ15の側面より注入されているいるが上面より注入されてもよいことは言うまでない。
【0032】
絶縁樹脂層は、このようなトランスファモールドにより形成する以外にポッティングまたは印刷により形成することもできる。
【0033】
ポッティング、印刷の場合は、絶縁樹脂層を形成したあと加熱してこれを硬化させ、加えて熱伝導により絶縁層13も同時に加熱して基板11と半導体チップ15とを完全に接続することができる。
【0034】
トランスファモールドによる場合は、絶縁樹脂層を形成する際に熱および圧力(例えば、180℃、10MPa)が加わり、絶縁層13も硬化する。これにより、基板11と半導体チップ15とを完全に接続することができる。また、この場合は、ポッティング、印刷の場合より圧力が加わる分だけ確実性が増す基板11と半導体チップ15との接続を実現する。なお、トランスファモールドで圧力を保持する時間は、例えば、90秒程度である。したがって、この場合絶縁層13の材料としてこの90秒以内に硬化するものであれば用いることができる。
【0035】
次に、本発明の実施形態について図3、図4を参照して説明する。図3は、本発明の実施形態であるフリップチップ接続のプロセスフローを模式的に説明する図である。同図は、(a)、(b)、(c)の順に工程が進行する。図4は、図3の続図であって、本発明の実施形態であるフリップチップ接続のプロセスフローを模式的に説明する図である。図4は、図3(c)に続き、(a)、(b)、(c)の順に工程が進行し、また、すでに説明した構成には同一番号を付してある。
【0036】
まず、同図(a)に示すように、パッド12が設けられた基板11に絶縁層13を形成する。ここで、パッド12の上面側には低融点金属層21が形成されている。低融点金属としては、すず(Sn)、すずをベースとする合金(Sn−Pb、Sn−Bi、Sn−Ag、Sn−Inなど)を例示できる。次に、同図(b)に示すように、バンプ16の形成された半導体チップ15を基板11上のパッド12に位置合わせして、加熱・加圧機構のついたボンディングヘッド17でバキューム吸着により基板11上に搭載する。
【0037】
このとき、同図(c)に示すように、加重を加えることによりパッド12の上面側の低融点金属層21にバンプ16を接触させる。このとき、補助的に加熱するがごく短時間(例えば5秒)とし、低融点金属層21の金属とバンプ16との合金22のその接合部における発生が未だ完全ではない状態でそれらの間の電気的接続を得る。また、このとき絶縁層13の硬化も完了していない状態であるが、これらにより、半導体チップ15と基板11との仮接続とする。
【0038】
半導体チップ15と基板11との仮接続がなされたあと、図4(a)〜(c)に示すように、半導体チップ15から基板11表面までを覆い封止するように絶縁樹脂43の層を形成する。
【0039】
絶縁樹脂43の形成については、上記で説明した参考例と同様であるが、参考までにこれを、ポッティング、印刷で行う場合は、絶縁樹脂43を形成したあと加熱してこれを硬化させ、加えて熱伝導により絶縁層13も同時に加熱しかつ低融点金属層21の金属とバンプ16との合金22をその接合部に十分生じさせ、基板11と半導体チップ15とを完全に接続することができる。
【0040】
トランスファモールドによる場合は、絶縁樹脂43の層を形成する際に熱および圧力(例えば、180℃、10MPa)が加わり、絶縁層13を硬化しかつ低融点金属層21の金属とバンプ16との合金22をその接合部に十分生じさせる。これにより、基板11と半導体チップ15とを完全に接続することができる。なお、トランスファモールドで圧力を保持する時間は、例えば、90秒程度である。したがって、この場合絶縁層13の材料としてこの90秒以内に硬化するものであれば用いることができる。
【0041】
次に、上記とは異なる参考例について図5、図6を参照して説明する。図5は、上記とは異なる参考例であるフリップチップ接続のプロセスフローを模式的に説明する図である。同図は、(a)、(b)、(c)の順に工程が進行する。図6は、図5の続図であって、上記とは異なる参考例であるフリップチップ接続のプロセスフローを模式的に説明する図である。図6は、図5(c)に続き、(a)、(b)、(c)の順に工程が進行し、また、すでに説明した構成には同一番号を付してある。
【0042】
まず、同図(a)に示すように、パッド12が設けられた基板11に絶縁層13を形成する。次に、同図(b)に示すように、バンプ16の形成された半導体チップ15を基板11上のパッド12に位置合わせして、加熱・加圧機構のついたボンディングヘッド17でバキューム吸着により基板11上に搭載する。なお、このパッド12の表面には、金、すず等のメッキがなされていてもよい。
【0043】
このとき、同図(c)に示すように、加重を加えることによりパッド12の上面側にバンプ16を圧接させる。このとき、補助的に加熱するがごく短時間(例えば5秒)とする。また、このとき絶縁層13の硬化は完了していない状態であるが、これらにより、半導体チップ15と基板11との仮接続とする。
【0044】
半導体チップ15と基板11との仮接続がなされたあと、図6(a)〜(c)に示すように、半導体チップ15から基板11表面までを覆い封止するように絶縁樹脂43の層を形成する。
【0045】
絶縁樹脂43の形成については、上記にすでに説明した参考例、実施形態と同様であるが、これを、ポッティング、印刷で行う場合は、絶縁樹脂43を形成したあと加熱してこれを硬化させ、加えて熱伝導により絶縁層13も同時に加熱し基板11と半導体チップ15とを完全に接続することができる。
【0046】
トランスファモールドによる場合は、絶縁樹脂43の層を形成する際に熱および圧力(例えば、180℃、10MPa)が加わり、これにより、絶縁層13が硬化し、基板11と半導体チップ15とを完全に接続することができる。なお、トランスファモールドで圧力を保持する時間は、例えば、90秒程度である。したがって、この場合絶縁層13の材料としてこの90秒以内に硬化するものであれば用いることができる。
【0047】
また、上記のそれぞれの参考例、実施形態において、モールド終了後にポストキュアを施すこともできる。ポストキュアにより絶縁層13および絶縁樹脂43の層の硬化をより進めることができ、さらに信頼性が高い半導体装置実装体を得ることができる。ポストキュアとは、絶縁樹脂43の層を形成した後、高温で放置することを言うが、例えば180℃、4時間程度の放置を行うことを採用することができる。
【0048】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、半導体装置の実装方法および半導体装置実装体の製造方法において、生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の参考例であるフリップチップ接続のプロセスフローを模式的に説明する図。
【図2】 図1の続図であって、本発明の参考例であるフリップチップ接続のプロセスフローを模式的に説明する図。
【図3】 発明の実施形態であるフリップチップ接続のプロセスフローを模式的に説明する図。
【図4】 図3の続図であって、本発明の実施形態であるフリップチップ接続のプロセスフローを模式的に説明する図。
【図5】 上記とは異なる参考例であるフリップチップ接続のプロセスフローを模式的に説明する図。
【図6】 図5の続図であって、上記とは異なる参考例であるフリップチップ接続のプロセスフローを模式的に説明する図。
【図7】 従来のフリップチップ接続のプロセスフローを説明する図。
【図8】 上記とは異なる従来のフリップチップ接続のプロセスフローを説明する図。
【符号の説明】
11 基板
12 パッド
13 絶縁層
14 導電性粒子
15 半導体チップ
16 バンプ
17 ボンディングヘッド
21 低融点金属層
22 合金
41 下側金型
42 上側金型
43 絶縁樹脂
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device mounting method and a semiconductor device mounting body manufacturing method in which a semiconductor device is flip-chip connected on a substrate, and more particularly, a semiconductor device mounting method and a semiconductor device mounting body manufacturing method for improving productivity. About.
[0002]
[Prior art]
Substrates (semiconductor device mounting bodies) including semiconductor devices used in portable devices and the like are required to be further reduced in size and weight. Further, in order to improve the performance of such equipment, the semiconductor device mounting body is required to have excellent electrical characteristics. As a connection technology between a semiconductor device and a substrate that satisfies these requirements at the same time, a flip chip method has been adopted.
[0003]
The flip-chip technique is a technique in which bump electrodes are formed on electrode pads of a semiconductor device (semiconductor chip) and bonded to the pads provided on the substrate side in alignment. Thereby, the mounting area is basically equal to the area of the semiconductor chip. In addition, since a wire such as a bonding wire is not used, excellent electrical characteristics can be ensured even when the wiring length is short and the operating frequency is high.
[0004]
Here, an example of conventional flip chip connection will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram for explaining a process flow of conventional flip chip connection.
[0005]
First, as shown in FIG. 1A, an insulating layer 113 including conductive particles 114 is formed on a substrate 111 provided with a pad 112. Next, as shown in FIG. 4B, the semiconductor chip 115 on which the bump 116 is formed is aligned with the pad 112 on the substrate 111 and vacuum-adsorbed by the bonding head 117 with a heating / pressurizing mechanism. And mounted on the substrate 111.
[0006]
At this time, as shown in FIG. 4C, a part of the conductive particles 114 is fixed between the bump 116 and the pad 112 by applying a weight, and an electrical connection between them is established. Moreover, the insulating layer 113 is hardened by heating simultaneously. As a result, the semiconductor chip 115 and the substrate 111 are connected.
[0007]
After the semiconductor chip 115 and the substrate 111 are connected, an insulating resin layer 118 is formed so as to cover the semiconductor chip 115 and cured as shown in FIG. Thereby, the substrate 111 in which the semiconductor chip 115 is sealed with the insulating resin layer 142 is obtained.
[0008]
Next, an example of a conventional flip chip connection different from the above will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating a conventional flip chip connection process flow different from the above.
[0009]
First, an insulating layer 113 is formed on a substrate 111 provided with a pad 112, as shown in FIG. Here, a low melting point metal layer 121 is formed on the upper surface side of the pad 112. Next, as shown in FIG. 4B, the semiconductor chip 115 on which the bump 116 is formed is aligned with the pad 112 on the substrate 111 and vacuum-adsorbed by the bonding head 117 with a heating / pressurizing mechanism. And mounted on the substrate 111.
[0010]
At this time, as shown in FIG. 6C, the bump 116 is applied to the low melting point metal layer 121 on the upper surface side of the pad 112 while applying an applied weight to destroy the oxide film existing on the surface of the low melting point metal layer 121. Let me rub you in. Further, by heating, an alloy 122 of the metal of the low melting point metal layer 121 and the bump 116 is formed at the joint portion, and an electrical connection between them is established. At the same time, the insulating layer 113 is cured by heating. As a result, the semiconductor chip 115 and the substrate 111 are connected.
[0011]
After the semiconductor chip 115 and the substrate 111 are connected, an insulating resin layer 118 is formed so as to cover the semiconductor chip 115 and cured as shown in FIG. Thereby, the substrate 111 in which the semiconductor chip 115 is sealed with the insulating resin layer 142 is obtained.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional flip chip technology described above, when the semiconductor chip 115 is mounted on the substrate 111, the insulating layer 113 is hardened and the semiconductor chip 115 and the substrate 111 are fixedly connected. This process usually requires about 20 seconds or more for each semiconductor chip because the resin used for the insulating layer 113 is cured. Therefore, it has become an obstacle to improving productivity.
[0013]
The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and is necessary for mounting a semiconductor device on a substrate in a mounting method of a semiconductor device in which a semiconductor device is flip-chip connected on a substrate and a manufacturing method of a semiconductor device mounting body. It is an object of the present invention to provide a method for mounting a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device mounting body that reduce productivity and improve productivity.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
To solve the above problems, a method of producing the mounting method or mounting the semiconductor device of the semiconductor device according to the present invention, first on the substrate with the path head having an alloy layer containing tin layer or tin on the upper surface forming a first insulating resin layer, in the first said substrate having an insulating resin layer is formed of, Ru contacting the collision force electrode of the semiconductor device to the pad of the substrate plus the weighted semiconductor device Forming and curing a second insulating resin layer so as to cover the semiconductor device using a transfer mold that includes heating, pressing, and simultaneously curing the first insulating resin layer by the heating; and and having a said that cause tin layer or alloy of the tin layer or the alloy layer and the protrusion electrode to the junction between the alloy layer and the protruding electrode process.
[0015]
After forming a first insulating resin layer on a substrate having a to be connected to the protruding electrodes of the semiconductor device to be mounted pad and weighted addition to semi-conductor device contacting the projecting electrodes of that to the pad. There is a tin layer or an alloy layer containing tin on the pad. Later, heating, using a transfer molding with pressure, forming and hardening the second insulating resin layer so as to cover the semiconductor device, at the same time, the first Suzu Shikatsu cured insulating resin layer by heating An alloy of the tin layer or the alloy layer and the protruding electrode is formed at the joint between the layer or the alloy layer and the protruding electrode .
[0016]
Thus, as it can be cured first insulating resin layer while forming and hardening the second insulating resin layer, thus, the semiconductor device of the first insulating resin layer which is required upon mounting the substrate The time required for curing can be greatly reduced and productivity can be improved.
[0018]
Examples of the low melting point metal include tin (Sn) and tin-based alloys (Sn—Pb, Sn—Bi, Sn—Ag, Sn—In, etc.).
[0021]
The size of the substrate may be comparable to the size of the semiconductor device (chip) or may be large enough to mount a plurality of semiconductor devices. When the size is comparable to the size of the semiconductor device, it is positioned as a kind of semiconductor package that seals the semiconductor device. When the size is such that a plurality of semiconductor devices are mounted, electronic components are mounted. High-density mounting of the semiconductor device on the substrate is realized.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0023]
First, FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a process flow of flip chip connection which is a reference example of the present invention. In the figure, the process proceeds in the order of (a), (b), and (c). FIG. 2 is a continuation diagram of FIG. 1 and schematically illustrates a process flow of flip chip connection which is a reference example of the present invention. In FIG. 2, the process proceeds in the order of (a), (b), and (c) following FIG. 1 (c).
[0024]
First, as shown in FIG. 1A, an insulating layer 13 including conductive particles 14 is formed on a substrate 11 provided with a pad 12. As such an insulating layer 13, either a film type or a paste type can be used. The pad 12 can be obtained, for example, by patterning a copper film, and has a thickness of several μm to several tens of μm and a diameter of about 100 μm, for example. The surface of the pad 12 may be plated with gold.
[0025]
Next, as shown in FIG. 2B, the semiconductor chip 15 on which the bump (projection electrode) 16 is formed is aligned with the pad 12 on the substrate 11, and a bonding head 17 with a heating / pressurizing mechanism is provided. Then, vacuum suction is performed and mounted on the substrate 11. Here, the diameter of the bump 16 is slightly smaller than the pad 12 on the substrate 11 side and is about several tens of μm, and the height of the bump 16 is, for example, several tens of μm.
[0026]
The substrate 11 may be made of a flexible material such as a polyimide film or a rigid material such as glass epoxy. A polyimide substrate having a thickness of about several tens of μm can be used, and a glass epoxy substrate having a thickness of about 1 mm can be used. In addition to the through-hole substrate, the substrate 11 may be a multilayer substrate such as a build-up substrate.
[0027]
The size of the substrate 11 may be comparable to the size of the semiconductor chip 15 or may be large enough to mount a plurality of semiconductor devices. When the semiconductor device is large enough to be mounted, high-density mounting of the semiconductor chip 15 on the substrate on which electronic components are mounted is realized.
[0028]
When the semiconductor chip 15 is vacuum-adsorbed by the bonding head 17 and mounted on the substrate 11, one of the conductive particles 14 is placed between the bump 16 and the pad 12 by applying a weight as shown in FIG. Fix the parts and establish the electrical connection between them. At the same time, auxiliary heating is performed, but the time is extremely short (for example, 5 seconds), and curing of the insulating layer 13 is not completed. As a result, the semiconductor chip 15 and the substrate 11 are temporarily connected. And it transfers to the next process.
[0029]
After the semiconductor chip 15 and the substrate 11 are temporarily connected, an insulating resin layer is formed so as to cover and seal from the semiconductor chip 15 to the surface of the substrate 11. For this reason, as shown in FIG. 2A, an upper mold 42 for introducing the insulating resin 43 is placed on the semiconductor chip 15 with a gap for introducing resin and removing air, and on the lower side of the substrate 11. Cover the lower mold 41. Then, the insulating resin 43 is introduced from one of the gaps.
[0030]
Such a method for forming an insulating resin layer is called transfer molding, but in order to introduce the insulating resin from the gap, it is usually necessary to press the resin continuously into the gap of the mold 42. An introduction path is provided integrally with the mold 42. There is a pot at the end of the introduction path, and a pellet (solid insulating resin) is put into the pot, and the pellet is pressurized in the pot by the plunger and pushed out to the introduction path.
[0031]
When the upper mold 42 is filled with the insulating resin 43, the insulating resin 43 is cured by applying heat or the like, and the insulating resin 43 is fixed as shown in FIG. Finally, as shown in FIG. 2C, the molds 41 and 42 are removed to obtain the substrate 11 on which the insulating resin layer is formed. Here, the height from the upper surface of the substrate 11 to the upper surface of the insulating resin 42 is, for example, several hundred μm. 2A and 2B, the insulating resin 43 is injected from the side surface of the semiconductor chip 15, but it goes without saying that it may be injected from the upper surface.
[0032]
The insulating resin layer can be formed by potting or printing in addition to such a transfer mold.
[0033]
In the case of potting and printing, the insulating resin layer is formed and then heated to be cured, and in addition, the insulating layer 13 is simultaneously heated by heat conduction to completely connect the substrate 11 and the semiconductor chip 15. .
[0034]
In the case of transfer molding, heat and pressure (for example, 180 ° C., 10 MPa) are applied when forming the insulating resin layer, and the insulating layer 13 is also cured. Thereby, the board | substrate 11 and the semiconductor chip 15 can be connected completely. Further, in this case, the connection between the substrate 11 and the semiconductor chip 15 is realized in which the certainty is increased by the amount of pressure applied in the case of potting and printing. The time for holding the pressure in the transfer mold is, for example, about 90 seconds. Accordingly, in this case, any material can be used as long as it is cured within 90 seconds as the material of the insulating layer 13.
[0035]
Next , an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a process flow of flip chip connection according to the embodiment of the present invention. In the figure, the process proceeds in the order of (a), (b), and (c). FIG. 4 is a continuation diagram of FIG. 3 and is a diagram schematically illustrating a process flow of flip chip connection according to the embodiment of the present invention. In FIG. 4, the process proceeds in the order of (a), (b), and (c) following FIG. 3 (c), and the components already described are assigned the same numbers.
[0036]
First, as shown in FIG. 1A, an insulating layer 13 is formed on a substrate 11 provided with pads 12. Here, a low melting point metal layer 21 is formed on the upper surface side of the pad 12. Examples of the low melting point metal include tin (Sn) and tin-based alloys (Sn—Pb, Sn—Bi, Sn—Ag, Sn—In, etc.). Next, as shown in FIG. 4B, the semiconductor chip 15 on which the bumps 16 are formed is aligned with the pads 12 on the substrate 11 and is vacuum-adsorbed by a bonding head 17 having a heating / pressurizing mechanism. Mounted on the substrate 11.
[0037]
At this time, as shown in FIG. 6C, the bump 16 is brought into contact with the low melting point metal layer 21 on the upper surface side of the pad 12 by applying a weight. At this time, auxiliary heating is performed for a very short time (for example, 5 seconds), and the generation of the metal 22 of the low-melting-point metal layer 21 and the alloy 22 of the bump 16 at the joint portion is not yet complete. Get electrical connection. At this time, curing of the insulating layer 13 is not completed yet, and thus, the semiconductor chip 15 and the substrate 11 are temporarily connected.
[0038]
After the temporary connection between the semiconductor chip 15 and the substrate 11, a layer of insulating resin 43 is formed so as to cover and seal from the semiconductor chip 15 to the surface of the substrate 11, as shown in FIGS. Form.
[0039]
The formation of the insulating resin 43 is the same as in the reference example described above. However, if this is done by potting or printing for reference , the insulating resin 43 is formed and then heated to be cured and added. Thus, the insulating layer 13 is simultaneously heated by heat conduction, and an alloy 22 between the metal of the low melting point metal layer 21 and the bump 16 is sufficiently formed at the joint portion, so that the substrate 11 and the semiconductor chip 15 can be completely connected. .
[0040]
In the case of transfer molding, heat and pressure (for example, 180 ° C., 10 MPa) are applied when forming the layer of the insulating resin 43 to harden the insulating layer 13 and the alloy of the metal of the low melting point metal layer 21 and the bump 16. 22 is sufficiently generated at the joint. Thereby, the board | substrate 11 and the semiconductor chip 15 can be connected completely. The time for holding the pressure in the transfer mold is, for example, about 90 seconds. Accordingly, in this case, any material can be used as long as it is cured within 90 seconds as the material of the insulating layer 13.
[0041]
Next, FIG. 5 for different reference example as above, will be described with reference to FIG. 5, the a is a diagram schematically illustrating a process flow of the flip-chip connection is a different embodiment. In the figure, the process proceeds in the order of (a), (b), and (c). Figure 6 is a connection diagram of FIG. 5, the A is a diagram schematically illustrating a process flow of the flip-chip bonding is that different reference example. In FIG. 6, the process proceeds in the order of (a), (b), and (c) following FIG. 5 (c), and the same reference numerals are given to the components that have already been described.
[0042]
First, as shown in FIG. 1A, an insulating layer 13 is formed on a substrate 11 provided with pads 12. Next, as shown in FIG. 4B, the semiconductor chip 15 on which the bumps 16 are formed is aligned with the pads 12 on the substrate 11 and is vacuum-adsorbed by a bonding head 17 having a heating / pressurizing mechanism. Mounted on the substrate 11. The surface of the pad 12 may be plated with gold, tin or the like.
[0043]
At this time, as shown in FIG. 3C, the bump 16 is pressed against the upper surface of the pad 12 by applying a weight. At this time, although it is supplementarily heated, it is set to a very short time (eg, 5 seconds). Further, at this time, the curing of the insulating layer 13 is not completed, but the provisional connection between the semiconductor chip 15 and the substrate 11 is thereby established.
[0044]
After the temporary connection between the semiconductor chip 15 and the substrate 11, as shown in FIGS. 6A to 6C, a layer of insulating resin 43 is formed so as to cover and seal from the semiconductor chip 15 to the surface of the substrate 11. Form.
[0045]
The formation of the insulating resin 43 is the same as the reference example and embodiment already described above, but when this is performed by potting or printing, the insulating resin 43 is formed and then heated to be cured, In addition, the insulating layer 13 can also be heated simultaneously by heat conduction to completely connect the substrate 11 and the semiconductor chip 15.
[0046]
In the case of the transfer mold, heat and pressure (for example, 180 ° C., 10 MPa) are applied when forming the layer of the insulating resin 43, whereby the insulating layer 13 is cured and the substrate 11 and the semiconductor chip 15 are completely connected. Can be connected. The time for holding the pressure in the transfer mold is, for example, about 90 seconds. Accordingly, in this case, any material can be used as long as it is cured within 90 seconds as the material of the insulating layer 13.
[0047]
Further, in each of the above reference examples and embodiments, post-cure can be performed after completion of molding. The curing of the insulating layer 13 and the insulating resin 43 can be further advanced by post-cure, and a semiconductor device mounting body with higher reliability can be obtained. Post-curing means to leave at a high temperature after forming a layer of insulating resin 43. For example, it can be left at 180 ° C. for about 4 hours.
[0048]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention , productivity can be improved in a semiconductor device mounting method and a semiconductor device mounting body manufacturing method .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a process flow of flip chip connection which is a reference example of the present invention.
FIG. 2 is a continuation diagram of FIG. 1 and schematically illustrates a process flow of flip chip connection which is a reference example of the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a process flow of flip chip connection according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a continuation diagram of FIG. 3, schematically illustrating a process flow of flip chip connection according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram schematically illustrating a process flow of the flip-chip connection is a different reference example described above.
[6] A connection diagram of FIG. 5, a diagram of the process flow of the flip-chip bonding will be explained schematically is that different reference example described above.
FIG. 7 is a diagram for explaining a process flow of conventional flip chip connection.
FIG. 8 is a diagram illustrating a conventional flip chip connection process flow different from the above.
[Explanation of symbols]
11 Substrate 12 Pad 13 Insulating layer 14 Conductive particle 15 Semiconductor chip 16 Bump 17 Bonding head 21 Low melting point metal layer 22 Alloy 41 Lower mold 42 Upper mold 43 Insulating resin

Claims (2)

すず層またはすずを含む合金層を上面上に有するパッドを備えた基板に第1の絶縁樹脂層を形成する工程と、
前記第1の絶縁樹脂層が形成された前記基板において、半導体装置に加重を加えて該半導体装置の突起電極を前記基板の前記パッドに接触させる工程と
加熱、加圧を伴うトランスファーモールドを用いて、前記半導体装置を覆うように第2の絶縁樹脂層を形成・硬化し、同時に、該加熱で前記第1の絶縁樹脂層を硬化しかつ前記すず層または前記合金層と前記突起電極との接合部に該すず層または該合金層と該突起電極との合金を生じさせる工程
有することを特徴とする半導体装置の実装方法。
Forming a first insulating resin layer on a substrate having a Pas head having an alloy layer containing tin layer or tin on the upper surface,
In the first the substrate having an insulating resin layer is formed of a step of Ru contacting the collision force electrode of the semiconductor device to the pad of the substrate by weight was added to the semiconductor device,
Using a transfer mold with heating and pressurization, a second insulating resin layer is formed and cured so as to cover the semiconductor device, and at the same time, the first insulating resin layer is cured by the heating and the tin layer. process and or that cause an alloy of the tin layer or the alloy layer and the protrusion electrode to the junction between the protruding electrode and the alloy layer
A method for mounting a semiconductor device, comprising:
すず層またはすずを含む合金層を上面上に有するパッドを備えた基板に第1の絶縁樹脂層を形成する工程と、
前記第1の絶縁樹脂層が形成された前記基板において、半導体装置に加重を加えて該半導体装置の突起電極を前記基板の前記パッドに接触させる工程と
加熱、加圧を伴うトランスファーモールドを用いて、前記半導体装置を覆うように第2の絶縁樹脂層を形成・硬化し、同時に、該加熱で前記第1の絶縁樹脂層を硬化しかつ前記すず層または前記合金層と前記突起電極との接合部に該すず層または該合金層と該突起電極との合金を生じさせる工程
を有することを特徴とする半導体装置実装体の製造方法。
Forming a first insulating resin layer on a substrate having a Pas head having an alloy layer containing tin layer or tin on the upper surface,
In the first the substrate having an insulating resin layer is formed of a step of Ru contacting the collision force electrode of the semiconductor device to the pad of the substrate by weight was added to the semiconductor device,
Using a transfer mold with heating and pressurization, a second insulating resin layer is formed and cured so as to cover the semiconductor device, and at the same time, the first insulating resin layer is cured by the heating and the tin layer. or a method of manufacturing a semiconductor device mounting body and having a that causes an alloy of the tin layer or the alloy layer and the protrusion electrode to the junction between the protruding electrode and the alloy layer step.
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