專利名稱：半導(dǎo)體裝置和用于裝配半導(dǎo)體裝置的樹脂粘合劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)置有連接到半導(dǎo)體元件背面以用于保護(hù)半導(dǎo)體元件的板的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
作為由固定到電路板的包裝形式的半導(dǎo)體元件制作的電子元件的固定結(jié)構(gòu)，眾所周知，凸出電極的結(jié)構(gòu)如焊接凸塊形成于電子元件上并連接到電路板。在此固定結(jié)構(gòu)中，為了保證固定后連接的可靠性，需要減少熱循環(huán)測(cè)試期間的熱應(yīng)力大小。換言之，必要的是減少由于半導(dǎo)體元件和工件之間的熱膨脹系數(shù)的差異，在固定后環(huán)境溫度的變化造成的半導(dǎo)體元件和焊接凸塊之間的連接區(qū)域中產(chǎn)生的熱應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有在板上突出固定可靠性的半導(dǎo)體裝置。半導(dǎo)體裝置包括連接到薄半導(dǎo)體元件的背面的板，其中的粘接層厚度調(diào)節(jié)在預(yù)定的范圍內(nèi)。


圖1A是顯示根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置透視圖。
圖1B是顯示根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置一部分的截面視圖。
圖2A到2C是顯示根據(jù)本發(fā)明第一示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置部分的截面視圖。
圖3A到3E是顯示說明裝配本發(fā)明第一示例性實(shí)施方式的方法的簡(jiǎn)圖。
圖4是顯示用于本發(fā)明第一示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中板形件的透視圖。
圖5是顯示用于裝配本發(fā)明第一示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置電子元件固定設(shè)備的透視圖。
圖6是顯示用于裝配本發(fā)明第一示例性實(shí)施方式半導(dǎo)體裝置的切塊設(shè)備透視圖。
圖7是顯示用于裝配本發(fā)明第一示例性實(shí)施方式半導(dǎo)體裝置的一部分方塊設(shè)備的截面視圖。
圖8是顯示用于本發(fā)明第一示例性實(shí)施方式半導(dǎo)體裝置上克服熱疲勞的(-40℃到125℃)的壽命周期值的模擬結(jié)果的曲線表示圖。
圖9A是顯示根據(jù)本發(fā)明第二示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置透視圖。
圖9B是顯示本發(fā)明第二示例性實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的部分的截面視圖。
圖10A是顯示根據(jù)本發(fā)明第三示例性實(shí)施方式中基板連接設(shè)備的截面視圖。
圖10B是顯示本發(fā)明第三示例性實(shí)施方式中基板連接設(shè)備的平面視圖。
圖11A到11C是顯示根據(jù)本發(fā)明第三示例性實(shí)施方式的制造半導(dǎo)體裝置方法的簡(jiǎn)圖。
圖12A到12C是顯示根據(jù)本發(fā)明第三示例性實(shí)施方式的制造半導(dǎo)體裝置方法的簡(jiǎn)圖。
圖13A到13C是顯示根據(jù)本發(fā)明第三示例性實(shí)施方式制造半導(dǎo)體裝置方法的簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式
為了減少在半導(dǎo)體元件和焊接凸塊之間的連接區(qū)域產(chǎn)生的熱應(yīng)力，我們?cè)噲D生產(chǎn)盡可能小厚度的半導(dǎo)體元件。
在日本專利未審查公開號(hào)No2002-141439中，此專利的申請(qǐng)者公開了一種包裝有薄加工半導(dǎo)體元件的新型半導(dǎo)體裝置。由于此半導(dǎo)體裝置包括用樹脂粘合劑連接到半導(dǎo)體元件后側(cè)的板(即，結(jié)構(gòu)件)，所以其具有通過允許半導(dǎo)體元件本身變形和分散連接區(qū)域應(yīng)力的同時(shí)，方便處理和改進(jìn)連接的可靠性的優(yōu)點(diǎn)。
由于樹脂粘合劑粘接層的厚度主要受到上述結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體裝置板上固定可靠性的影響，所以，我們努力研究確定粘接層的厚度和板上固定可靠性之間的相互關(guān)系?？梢缘玫饺缦陆Y(jié)果，當(dāng)粘接層相對(duì)薄時(shí)，其可靠性具有隨著粘接層的厚度在規(guī)定范圍內(nèi)的增加而改善的趨勢(shì)，而當(dāng)粘接層超過一定厚度時(shí)，此可靠性下降。因此，可以確定有效地將粘接層調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)暮穸?，以便在保證板上固定可靠性的同時(shí)，達(dá)到在完成半導(dǎo)體裝置的同時(shí)盡可能多地降低厚度。
(第一示例性實(shí)施方式)下面將參照?qǐng)D1到圖8具體說明第一示例性實(shí)施方式。
首先說明半導(dǎo)體裝置。在圖1A和1B，半導(dǎo)體裝置1具有用于保護(hù)半導(dǎo)體元件2的板4連接到具有預(yù)定厚度的樹脂粘合劑5的半導(dǎo)體元件2背面的結(jié)構(gòu)。多個(gè)凸塊3形成于沿半導(dǎo)體元件2表面的邊緣設(shè)置的電極2a上以作為用于外連接的接線端。
在此顯示的半導(dǎo)體元件2為已經(jīng)經(jīng)過機(jī)床磨削和蝕刻方法減薄加工后的形狀。當(dāng)將半導(dǎo)體元件通過凸塊固定到電路板上時(shí)，固定后的可靠性隨著半導(dǎo)體元件厚度的減小總體上變好。這是因?yàn)榧词箲?yīng)力易于在凸塊3的連接區(qū)域上集中，由于在半導(dǎo)體元件2和電路板之間的熱應(yīng)力差產(chǎn)生的半導(dǎo)體元件2本身在其厚度方向的變形(或彎曲)以及應(yīng)力分布造成。為此，此示例性實(shí)施方式采用半導(dǎo)體元件2的減薄加工，以控制其厚度“t1”為100um或更小，從而盡可能在其厚度方向變形(彎曲)。
減薄加工包括通過利用旋轉(zhuǎn)磨石等的磨床在半導(dǎo)體元件2的電路轉(zhuǎn)載表面的后側(cè)上進(jìn)行粗切削加工，以及利用化學(xué)液體的干蝕刻或濕蝕刻的精加工。磨床使得在背面上產(chǎn)生大量微裂紋形成的損壞層。由于此損壞層在降低半導(dǎo)體元件彎曲強(qiáng)度的中成為主要因素，因此，精加工可以消除損壞層并增加半導(dǎo)體元件2的彎曲強(qiáng)度。
除了與使半導(dǎo)體裝置1在固定時(shí)處理期間的穩(wěn)定地保持外，板4具有保護(hù)半導(dǎo)體裝置1免受其固定到電路板等上后的外力的作用。因此，在此使用的板4由如金屬、陶瓷和塑料的結(jié)構(gòu)材料以滿足以上作用的形狀制作。換言之，可以制作成“t3”的厚度以獲得承受外力的足夠強(qiáng)度和剛度，而外形大于半導(dǎo)體元件2。
包括在半導(dǎo)體元件2和板4之間使用的樹脂粘合劑5的粘接層將不僅為提供連接半導(dǎo)體元件2和板4的粘接，而且為滿足以上作用的材料。換言之，需要具有以下性能，通過用必須和足夠的粘接力粘接半導(dǎo)體元件2和板4以保證半導(dǎo)體裝置1的強(qiáng)度，并盡可能使半導(dǎo)體元件2的變形在其厚度方向進(jìn)行。因此，在此第一示例性實(shí)施方式中說明的半導(dǎo)體裝置1中，由樹脂粘合劑5形成的樹脂層制作為通過調(diào)節(jié)彈性模量到10,000Mpa或更少方便地變形，此將在后面說明。此外，用于粘接半導(dǎo)體元件2和板4的粘接層的厚度調(diào)節(jié)為在下文中說明的適當(dāng)?shù)摹皌2”厚度。
根據(jù)粘接層的厚度和壽命周期值之間關(guān)系的有限元方法得到的數(shù)字模量(以后說明)結(jié)果，粘接層的厚度“t2”設(shè)定為25um到200um范圍內(nèi)的值。將在下面說明的具有在上述范圍內(nèi)調(diào)節(jié)厚度“t2”的樹脂粘合劑5可以當(dāng)半導(dǎo)體裝置1固定到電路板時(shí)，使半導(dǎo)體元件2以隨著電路板變形的方式而變形，以保持其突出的板上固定可靠性。
下面將參照?qǐng)D8說明數(shù)字模量。
圖8是顯示當(dāng)將半導(dǎo)體裝置固定到電路板上，并經(jīng)過與實(shí)際工作條件下的熱應(yīng)力相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力反復(fù)作用時(shí)，半導(dǎo)體裝置中粘接層的厚度“t2”和壽命周期值之間的關(guān)系。橫坐標(biāo)軸表示粘接層的厚度(mm)，縱坐標(biāo)軸表示壽命周期值。圖8中顯示的不同之字線表示當(dāng)將樹脂粘合劑5的彈性模量分別調(diào)節(jié)到(1)400Mpa，(2)10,000Mpa和(3)27,500Mpa時(shí)，相對(duì)熱疲勞(-40℃到125℃)壽命周期值的模擬結(jié)果。
從圖8可以清晰地看出，隨著粘接層彈性模量的下降，半導(dǎo)體元件變形越大，壽命周期值越大且可靠性越好。在這些模擬結(jié)果的任何一種中，半導(dǎo)體裝置具有隨著粘接層在0.05mm或更小范圍內(nèi)的增加其壽命周期急劇增加的趨勢(shì)。然后，壽命周期值在厚度范圍達(dá)到大約0.2mm的范圍總體上保持恒定的水平，而當(dāng)厚度增加到超過0.2mm或其附近時(shí)，壽命周期值急劇下降。
當(dāng)從實(shí)際的觀點(diǎn)說明上述模擬結(jié)果時(shí)，建議可以通過選擇粘接層的材料獲得極好的板上固定可靠性的半導(dǎo)體裝置，以便其彈性模量為10,000Mpa或更少，并設(shè)定粘接層的厚度為0.025mm(25um)到0.2mm(200um)范圍中的值。因此，在制造半導(dǎo)體裝置中，此示例性實(shí)施方式使用具有10,000Mpa或更少?gòu)椥阅Ａ康臉渲澈蟿?，并采用可以精確地調(diào)節(jié)粘接層到0.025mm或更大但0.2mm或更小的厚度的制造方法。
現(xiàn)在將說明樹脂粘合劑5。如圖1B所示，樹脂粘合劑5具有包括作為主要成分的樹脂成分如環(huán)氧樹脂與填加的無機(jī)材料或樹脂的顆粒填充物9的合成物。填充物9同時(shí)具有兩個(gè)作用。其為，(1)用于提供當(dāng)樹脂粘合劑5形成粘接層后，具有所需特性(即，彈性模量)的粘接層填充物9的基本作用，以及(2)作為放置在半導(dǎo)體元件2和板4之間以提供預(yù)定厚度粘接層隔離物的作用。
為了達(dá)到上述目的，填充物9包括由兩種材料的混合物組成的第一填充物9a和第二填充物9b，其以30％或更少的重量比混合進(jìn)樹脂粘合劑5。
用于提供上述隔離物作用的第一填充物9a由具有通常等于半導(dǎo)體裝置中粘接層的目標(biāo)厚度“t2”的直徑“d”的顆粒組成，而直徑“d”指包括在樹脂粘合劑5中填充物9的最大顆粒直徑。換言之，第一填充物9a包含樹脂粘合劑5中最大直徑的顆粒此直徑“d”在直徑上通常等于粘接層的預(yù)定厚度。第二填充物9b為比第一填充物9a的直徑“d”更小的尺寸填充物的聚合體，其如此選擇以便具有適當(dāng)?shù)念w粒尺寸分布以實(shí)現(xiàn)作為填充物的基本作用。
如圖2A所示，當(dāng)將半導(dǎo)體元件2通過包括第一填充物9a的樹脂粘合劑5放置在板4上并用預(yù)定的壓力壓靠板4時(shí)，在樹脂粘合劑5的填充物中最大直徑顆粒的第一填充物9a與半導(dǎo)體元件2的背面以及板4的表面接觸，并夾在其中。因此，使粘接層成為通常等于第一填充物9a的直徑“d”的厚度“t2”。
然而，由于半導(dǎo)體元件2通過樹脂粘合劑5固定在適當(dāng)位置，因此，可能出現(xiàn)第一填充物9a保持不與半導(dǎo)體元件2和板4中任意一個(gè)接觸的情況，同時(shí)一部分樹脂層501位于如圖2B箭頭所示的干涉位置。此粘接層501的干涉可能在以下情況出現(xiàn)，(1)如果設(shè)定用于固定處理的壓力值為稍微小于必須獲得充分接觸的條件，(2)在固定后的硬化期間，當(dāng)樹脂粘合劑5流進(jìn)接觸區(qū)域的界面時(shí)，即使第一填充物9a曾經(jīng)由于壓力與半導(dǎo)體元件2和板4的任意一個(gè)接觸，以及(3)如果用于使第一填充物9a接觸的方法不壓縮，而是當(dāng)固定元件時(shí)軟化其它樹脂粘合劑5的方式。然而，即使在這些情況下，因?yàn)槠浜穸冉咏扔诘谝惶畛湮?a的直徑，所以，粘接層也起到隔離物的作用。
在樹脂粘合劑5中第一填充物9a和第二填充物9b的百分比以及第二填充物9b的分布如此確定，并且產(chǎn)品如此控制以便保證樹脂粘合劑5可以積極起到隔離物的作用以及作為填充物的基本作用。換言之，第一填充物9a含量的百分比確定為以便第一填充物9a的至少一個(gè)顆粒包括在每個(gè)半導(dǎo)體裝置的粘接層中，而在使用之前充分?jǐn)噭?dòng)樹脂粘合劑5以均勻地分散填充物。此外，顆粒的尺寸分布和第二填充物9b含量的百分比調(diào)節(jié)為以便其包括在最佳混合比的最佳尺寸顆粒，如圖2C所示，以滿足所需的機(jī)械特性以及熱傳導(dǎo)特性，以便實(shí)現(xiàn)作為填充物的基本作用。
用于填充物9的無機(jī)材料包括較便宜但具有良好散熱能力的如氧化鋁、氮化鋁和氮化硅的物質(zhì)。由于其顆粒尺寸更容易控制，當(dāng)需要更精確地控制粘接層的厚度時(shí)，可以適當(dāng)?shù)厥褂妙w粒樹脂作為第一填充物9a。當(dāng)其包括硬特性的無機(jī)材料的情況時(shí)，如果用作第一填充物9a，樹脂填充物可以避免過度的硬度和增加粘接層的脆性。樹脂填充物還具有與樹脂粘合劑5良好親合力的優(yōu)點(diǎn)。此外，其潛在的危險(xiǎn)在于，由于在固定操作期間的壓縮，在第一填充物9a和半導(dǎo)體元件2之間接觸點(diǎn)中出現(xiàn)高的壓力集中，可能造成薄半導(dǎo)體元件的損壞。然而，當(dāng)?shù)谝惶畛湮?a由具有良好塑性的聚合物形成時(shí)，其緩沖作用可以緩解接觸點(diǎn)中壓力的過度增加。
如圖1所示，樹脂粘合劑5在半導(dǎo)體元件2周圍擠出四個(gè)側(cè)邊。樹脂粘合劑5a的擠出部分沿半導(dǎo)體元件2的側(cè)邊2b升起，且其形成為部分覆蓋側(cè)邊2b的形狀。此覆蓋側(cè)邊2b的樹脂粘合劑5a的部分具有加強(qiáng)半導(dǎo)體元件2的邊的作用。換言之，由于在切削加工期間，半導(dǎo)體薄板被切割成半導(dǎo)體元件2的單獨(dú)片，所以，易于在半導(dǎo)體元件2的邊周圍發(fā)展產(chǎn)生小裂紋，而這些裂紋可能就是造成損壞的原因。當(dāng)樹脂粘合劑5a保持為覆蓋側(cè)邊2b時(shí)，其可以加強(qiáng)產(chǎn)生此小裂紋的半導(dǎo)體元件2的邊。此外，當(dāng)在半導(dǎo)體裝置1溫度升高的同時(shí)將其固定到電路板10時(shí)，電路板和半導(dǎo)體元件2之間的熱變形差產(chǎn)生使半導(dǎo)體元件2實(shí)質(zhì)上變形的應(yīng)力。覆蓋側(cè)邊2b的樹脂粘合劑5a起到了防止任何此過度變形的作用。
下面，參照?qǐng)D3說明裝配半導(dǎo)體裝置1的方法，在圖3A中，板狀件6為在其切割成板4以組成半導(dǎo)體裝置1的一部分之前的中間件。如圖4所示，板狀件6在其上表面上設(shè)置有格子形狀的凸出隔板6a。由隔板6a包圍的凹進(jìn)部分6b作為半導(dǎo)體元件2連接的半導(dǎo)體連接區(qū)。當(dāng)將樹脂粘合劑5施加到凹進(jìn)部分6b用于連接半導(dǎo)體元件2時(shí)，隔板6a作為用于防止樹脂粘合劑5延展超過半導(dǎo)體連接區(qū)的阻擋障礙物。
板狀件6還設(shè)置有形成于與隔板6a的下側(cè)表面位置相對(duì)應(yīng)的槽6c。板狀件6具有等于板4厚度“t3”的厚度。槽6c通過從板狀件6的下側(cè)切割格子形的槽形成，以便提供具有比從上表面測(cè)量的“t3”小的厚度“t4”。薄部分對(duì)應(yīng)于板狀件6被切割成塊并分割成單獨(dú)的板4的切割線。
然后，如圖3所示，將樹脂粘合劑5用分配器7施加到板狀件6的凹進(jìn)部分6b。在此提供的樹脂粘合劑5為形成半導(dǎo)體元件2連接的粘接層。由于隔板6a設(shè)置在凹進(jìn)部分6b周圍，所以，防止了在施加樹脂粘合劑5期間延展超過半導(dǎo)體連接區(qū)。樹脂粘合劑5如此調(diào)節(jié)以便當(dāng)覆蓋在每個(gè)凹進(jìn)部分6b時(shí)，其包括第一填充物9a的至少一個(gè)粒子。
在施加期間，對(duì)應(yīng)于上述粘接層厚度“t2”既不多也不少的適當(dāng)量的樹脂粘合劑5從分配器7排出，以便其適當(dāng)?shù)馗采w半導(dǎo)體元件2的側(cè)邊2b，如同先前所述，當(dāng)施加半導(dǎo)體元件2后將其擠壓時(shí)，以此方式向外延展超過半導(dǎo)體元件2的側(cè)邊。
當(dāng)施加樹脂粘合劑5后，將板伏件6傳遞到半導(dǎo)體連接加工過程。如圖3C和3D所示，在此半導(dǎo)體連接加工中，將半導(dǎo)體元件2放置在施加到板狀件6的樹脂粘合劑5上，接著，將樹脂粘合劑5加熱到熱硬化。在此加工期間，多個(gè)并排的半導(dǎo)體元件2在其后側(cè)面連接成為具有樹脂粘合劑5的板狀件6的凹進(jìn)部分6b。
參照?qǐng)D5，將說明用于固定半導(dǎo)體元件2的電子元件固定設(shè)備。在圖5中，元件供給工作臺(tái)11設(shè)置有承載設(shè)置為格子圖形的半導(dǎo)體元件2的粘合板12。在元件供給工作臺(tái)11下設(shè)置有半導(dǎo)體隔離機(jī)構(gòu)13。半導(dǎo)體隔離機(jī)構(gòu)13通過半導(dǎo)體隔離機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器14驅(qū)動(dòng)。當(dāng)固定頭16撿起一個(gè)半導(dǎo)體元件2時(shí)，推頂桿機(jī)構(gòu)13a提高粘合板12的下側(cè)，以便將半導(dǎo)體元件2從粘合板12的上側(cè)分離。
基板保持架15位于元件供給工作臺(tái)11旁邊，而基板保持架15固定承受提供給其的樹脂粘合劑的板狀件6。在元件供給工作臺(tái)11和基板保持架15上設(shè)置有固定頭16，且其通過固定頭驅(qū)動(dòng)器19驅(qū)動(dòng)。固定頭16設(shè)置有吸嘴8，其從粘合板12撿起半導(dǎo)體元件2并將其固定到基板保持架15上的板狀件6。
還有位于元件供給工作臺(tái)11上用于拍攝粘接到粘合板12的半導(dǎo)體元件2圖像的照相機(jī)17。半導(dǎo)體識(shí)別單元20對(duì)照相機(jī)17拍攝的圖像進(jìn)行識(shí)別處理，以識(shí)別半導(dǎo)體元件2在粘合板12上的位置。將位置識(shí)別的結(jié)果發(fā)送到控制單元21和半導(dǎo)體分離機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器14。結(jié)果，當(dāng)用固定頭16撿起半導(dǎo)體元件2時(shí)，吸嘴8和推頂桿機(jī)構(gòu)13a對(duì)準(zhǔn)在撿起的半導(dǎo)體元件2的位置。
在基板保持架15上還有另一照相機(jī)18，其拍攝通過基板保持架15保持的板狀件6。固定位置識(shí)別單元22對(duì)照相機(jī)18拍攝的圖像進(jìn)行識(shí)別處理，以識(shí)別板狀件6中半導(dǎo)體元件的固定位置。將位置識(shí)別的結(jié)果發(fā)送到控制單元21?？刂茊卧?1根據(jù)此位置識(shí)別的結(jié)果控制固定頭驅(qū)動(dòng)器19，以便當(dāng)半導(dǎo)體元件2通過固定頭16固定時(shí)對(duì)準(zhǔn)通過吸嘴8保持的半導(dǎo)體元件2的位置。
如圖3C所示，當(dāng)用此電子元件固定設(shè)備將半導(dǎo)體元件2固定到板狀件6時(shí)，吸嘴8吸取和保持半導(dǎo)體元件2在凸塊3形成的其表面上，并將半導(dǎo)體元件2的背面擠壓粘合劑5。在此加工期間，適當(dāng)?shù)膲毫τ糜趯雽?dǎo)體元件2擠壓靠在板狀件6，以便在半導(dǎo)體元件2和板狀件6之間形成通常等于與包含在樹脂粘合劑5中的第一填充物9a的直徑“d”相等的直徑厚度“t2”的粘接層(參照?qǐng)D2A)。
以上擠壓加工造成樹脂粘合劑5的一部分流出半導(dǎo)體元件2側(cè)邊周圍(參照箭頭A)，并沿半導(dǎo)體元件2的側(cè)邊2b升高以覆蓋側(cè)邊2b(參照?qǐng)D1B所示的樹脂粘合劑5a)。由于切成方塊的加工可能只在后側(cè)邊留下?lián)p壞，所以當(dāng)其只覆蓋和加強(qiáng)整個(gè)半導(dǎo)體元件2后側(cè)邊時(shí)，樹脂粘合劑5起到其作用。因此既可以完全也可以局部地適當(dāng)覆蓋側(cè)邊2b。
由于通過用固定頭16擠壓樹脂粘合劑5一個(gè)接一個(gè)地固定半導(dǎo)體元件2，所以，與一次固定(粘接)一組半導(dǎo)體元件2的情況相比，在此示例性實(shí)施方式中可以降低固定載荷(即，擠壓力)，這就可以具有選擇任意壓模連接設(shè)備、薄片固定器等作為電子元件固定設(shè)備的適應(yīng)性。
因此，將配置有半導(dǎo)體元件2的板狀件6傳遞到加熱爐。如圖3D所示，當(dāng)將樹脂粘合劑5在加熱爐中加熱到預(yù)定溫度時(shí)，樹脂粘合劑5熱硬化。在此硬化加工期間，由于其粘性暫時(shí)下降造成的表面張力的效果，樹脂粘合劑5的流出部分進(jìn)一步沿半導(dǎo)體元件2的側(cè)邊2b升高，然后其硬化成為覆蓋側(cè)邊2b的形狀。因此，一旦樹脂粘合劑5硬化，則樹脂粘合劑5形成為圖1B所示的加強(qiáng)邊框。
在上述示例性實(shí)施方式中，說明了當(dāng)將半導(dǎo)體元件2固定到板狀件6后，樹脂粘合劑5熱硬化的實(shí)施例。然而，加熱爐可以用具有內(nèi)置加熱裝置的固定頭16替換，以便板狀件6可以在固定半導(dǎo)體元件2的同時(shí)加熱。
當(dāng)固定頭16用于加熱時(shí)，可以省略圖3D所示的單獨(dú)加熱加工。這就提供了省略加熱爐和簡(jiǎn)化設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。然而，在此情況下，當(dāng)與以上固定加工和加熱加工分別進(jìn)行的實(shí)施例相比，因?yàn)楣潭^16的循環(huán)時(shí)間受到硬化時(shí)間的持續(xù)時(shí)間限制，所以整個(gè)生產(chǎn)量可能下降。此外，雖然以上此示例性實(shí)施方式的實(shí)施例顯示熱固性材料作為樹脂粘合劑5使用，但其也可以用熱塑性的樹脂材料。
因此，當(dāng)樹脂粘合劑5硬化后，將具有半導(dǎo)體元件2的板狀件6傳遞到切削加工，如圖3E所示，其用旋轉(zhuǎn)切刀片24a沿鄰接的半導(dǎo)體元件2之間的切割線切割。此過程將板狀件6切割和分離成具有單獨(dú)半導(dǎo)體元件2的板4，以完成半導(dǎo)體裝置1的裝配。
下面還將參照?qǐng)D6和圖7進(jìn)一步說明此切削過程。圖6是顯示用于切削加工的切方塊設(shè)備。當(dāng)固定半導(dǎo)體元件2和硬化樹脂粘合劑時(shí)，將板狀件6放置在板固定臺(tái)23上。設(shè)置有旋轉(zhuǎn)切刀片24a的切削頭24設(shè)置在板固定臺(tái)23上。當(dāng)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)切刀片24a旋轉(zhuǎn)時(shí)，切削頭24在X方向和Y方向上移動(dòng)，以沿相對(duì)應(yīng)槽6c的切割線切割板狀件6。
吸力固定器25設(shè)置在板固定臺(tái)23的上表面上，每個(gè)都在對(duì)應(yīng)板狀件6上的半導(dǎo)體元件2的每個(gè)位置上。如圖7所示，吸力通道25a形成于每個(gè)吸力固定器25的上表面。吸力通道25a與設(shè)置在內(nèi)板固定臺(tái)23的吸力孔23a連通，而吸力孔23a連接到真空吸力源26。板狀件6通過吸力固定器25吸住并保持，以便當(dāng)真空吸力源26操作時(shí)，用放置在與吸力固定器25接觸的其后側(cè)上的板狀件6保持固定在原位。
然后將旋轉(zhuǎn)切刀片24a對(duì)準(zhǔn)板狀件6的隔板6a上的位置，其保持固定到所述的位置，以便當(dāng)旋轉(zhuǎn)切刀片24a旋轉(zhuǎn)下降的同時(shí)，沿槽6c內(nèi)的薄部分切削板狀件6。每個(gè)用于此過程的旋轉(zhuǎn)切刀片24a都具有小于鄰接半導(dǎo)體元件2之間間隙的刀片寬度，以便將板狀件6切割成板4的周長(zhǎng)超過半導(dǎo)體元件2的側(cè)邊延伸形狀的單獨(dú)片。因此，當(dāng)其分成作為半導(dǎo)體裝置1的單獨(dú)片時(shí)，板4的外尺寸大于半導(dǎo)體元件2的尺寸。
在此切削過程中，因?yàn)椴?c預(yù)先形成于板狀件6的內(nèi)側(cè)表面，所以，通過旋轉(zhuǎn)切刀片24a切割的厚度很小。這樣可以減少到需要在旋轉(zhuǎn)切刀片24a切削過程中向下運(yùn)動(dòng)的極限量，并防止與板固定臺(tái)23接觸的切削刃尖的卷刃，以及當(dāng)切削刀片向下運(yùn)動(dòng)時(shí)的損壞。
在此示例性實(shí)施方式中，雖然說明了膏狀樹脂粘合劑5，但其也可以為薄板形或帶形的樹脂粘合劑，其可以以此方式使用以便其既可以放置在板狀件6上，也可以放置在半導(dǎo)體元件2上以將其連接在一起。
(第二示例性實(shí)施方式)下面將參照?qǐng)D9A和9B具體說明根據(jù)本發(fā)明第二示例性實(shí)施方式半導(dǎo)體裝置。
在圖9A中，半導(dǎo)體裝置1B具有下述結(jié)構(gòu)板4(即，結(jié)構(gòu)件)連接到具有用與第一示例性實(shí)施方式同樣的樹脂粘合劑5的粘接層的再配線層的半導(dǎo)體元件30的后表面。具有再配線層的半導(dǎo)體元件30設(shè)置有多個(gè)在其表面上形成方格圖形的凸塊3。具有再配線層的半導(dǎo)體元件30具有圖9B所示的結(jié)構(gòu)，其中再配線層29形成于具有經(jīng)過與第一示例性實(shí)施方式同樣方式薄加工的半導(dǎo)體元件的表面2A上(即，電極形成的一個(gè)表面)。
作為外連接的接線端的電極2a沿半導(dǎo)體元件的表面2A上的邊緣形成，每個(gè)電極2a都通過內(nèi)線29b內(nèi)連接到與再配線層29表面的電極2a相對(duì)應(yīng)同樣數(shù)量的電極29a中的一個(gè)電極29a上。電極29a具有形成于其上用于半導(dǎo)體裝置1B固定的凸塊3。此半導(dǎo)體裝置1B可以通過第一示例性實(shí)施方式中說明的半導(dǎo)體裝置裝配方法中用具有再配線層的半導(dǎo)體元件30替換半導(dǎo)體元件2來裝配。
這樣可能在承受再配線層的半導(dǎo)體元件30的側(cè)邊周圍出現(xiàn)樹脂粘合劑5a的流出，并形成加強(qiáng)邊框以覆蓋側(cè)邊30a，在此結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置1B中，形成覆蓋承受再配線層的半導(dǎo)體元件30側(cè)邊30a的加強(qiáng)邊框可以防止固定后在半導(dǎo)體元件30的邊中出現(xiàn)的彎曲和變形，并避免再配線層29內(nèi)的內(nèi)配線29b裂開。
膏狀和薄板形(或帶形)樹脂粘合劑5也可以用于此示例性實(shí)施方式中。
(第三示例性實(shí)施方式)下面將參照?qǐng)D10、圖11、圖12和圖13說明本發(fā)明第三示例性實(shí)施方式的基板連接設(shè)備。
首先參照?qǐng)D10A和10B說明基板連接設(shè)備的結(jié)構(gòu)。此基板連接設(shè)備用于制造半導(dǎo)體裝置的加工，其包括連接到用于通過樹脂粘合劑形成外連接電極的半導(dǎo)體元件電極承受面后側(cè)的半導(dǎo)體元件和加強(qiáng)件，其中設(shè)備將構(gòu)成為具有多個(gè)半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體片與單獨(dú)切成單獨(dú)片的加強(qiáng)件之前的原形的加強(qiáng)板連接在一起。
在圖10A中，保持臺(tái)31的上表面構(gòu)成半導(dǎo)體片34保持的片保持空間31a。隔板環(huán)32固定到片保持空間31a，當(dāng)經(jīng)過用機(jī)械磨削等方法薄加工后，放置在隔板環(huán)32內(nèi)。隔板環(huán)32為具有與半導(dǎo)體片34的外徑一致的內(nèi)徑以及連接加強(qiáng)板39的環(huán)形固定夾具。隔板環(huán)32在其上表面的多個(gè)位置設(shè)置有切槽32a。切槽32a的作用為在半導(dǎo)體片34和加強(qiáng)板39的加工期間，作為用于將額外的樹脂粘合劑排出外面的樹脂排出門的作用，這將在后面說明。
隔板環(huán)32內(nèi)的片保持空間31a具有吸力孔31b(參照?qǐng)D10B)，其通過吸力通道31c連通到第一吸入單元35。當(dāng)驅(qū)動(dòng)第一吸入單元35時(shí)，其從吸力孔31b抽取真空，其吸入和保持半導(dǎo)體片34在片保持空間31a上。片保持空間31a、吸力孔31b和第一吸入單元35構(gòu)成半導(dǎo)體片34的保持裝置。保持臺(tái)31具有內(nèi)置的加熱器33，當(dāng)通過加熱器電源36將電力提供到加熱器33時(shí)，其加熱放置在片保持空間31a上的半導(dǎo)體片34。
保持頭40通過提升機(jī)構(gòu)41以垂直滑動(dòng)方式位于保持臺(tái)31上。保持頭40的下側(cè)表面限定保持加強(qiáng)板39的板保持表面40a。板保持表面40a調(diào)節(jié)為平行以便保持其與各自保持臺(tái)31上的片保持空間31a平行。板保持表面40a具有吸力孔40b，其通過吸力通道40c與第二吸力單元38相連通。當(dāng)?shù)诙卧?8被驅(qū)動(dòng)時(shí)，其從吸力通道40c中抽取真空，將保持加強(qiáng)板39吸入和保持在板保持表面40a。板保持表面40a、吸力孔40b和第二吸入單元38構(gòu)成加強(qiáng)板39的保持裝置。
加強(qiáng)板39由如樹脂、陶瓷和金屬材料制作成環(huán)形薄板。其被切成和分割成單獨(dú)的半導(dǎo)體元件以形成半導(dǎo)體裝置，以便每個(gè)都起到處理半導(dǎo)體裝置的保持板以及用于保護(hù)半導(dǎo)體裝置不受外力和沖擊的加強(qiáng)件的作用。因此，加強(qiáng)板39具有需要保持足夠的強(qiáng)度以保護(hù)薄半導(dǎo)體裝置的厚度。
第一吸入單元35、第二吸入單元38、加熱器電源36和頭驅(qū)動(dòng)器41通過控制單元37單獨(dú)控制。通過控制上述說明的元件，控制單元37進(jìn)行半導(dǎo)體片34和保持加強(qiáng)板39的連接處理，這將在下面說明。
首先，將半導(dǎo)體片34定位于保持臺(tái)31上的隔板環(huán)32內(nèi)，如圖11A所示，具有電路的表面面向下，而加強(qiáng)板39放置在半導(dǎo)體片34的頂部。接著，如圖11A所示，保持頭40向保持臺(tái)31下降，直到其鄰接隔板環(huán)32為止。當(dāng)通過吸力通道31c抽為真空以保持半導(dǎo)體片34保持在保持臺(tái)31上，也從保持頭40中的吸力通道40c抽為真空，以從隔板環(huán)32內(nèi)吸入和撿起加強(qiáng)板39到板保持表面40a上。
如圖11C所示，當(dāng)保持頭40接著向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，加強(qiáng)板39保持在保持頭40的板保持表面40a上，同時(shí)半導(dǎo)體片34保持在保持臺(tái)31中的片保持空間31a中。接著，如圖12A所示，具有與第一示例性實(shí)施方式同樣成分的熱硬化特性的樹脂粘合劑5通過分配器42提供到隔板環(huán)32內(nèi)的半導(dǎo)體片34表面的中心區(qū)。
在此期間保持臺(tái)31通過加熱器33加熱。由于暫時(shí)的加熱軟化了樹脂粘合劑5的粘度，所以，其開始流成半導(dǎo)體片34表面的中心比其周圍具有更大厚度的凸出形狀。然后，如圖12B所示，保持頭40向保持臺(tái)31下降，同時(shí)始終保持加強(qiáng)板39在其上。即，當(dāng)提供樹脂加工后，半導(dǎo)體片34和加強(qiáng)板39彼此移動(dòng)靠近同時(shí)保持其平行位置。在此過程中，加強(qiáng)板39的底側(cè)與樹脂粘合劑5接觸，并推動(dòng)樹脂粘合劑5散開。
由于樹脂粘合劑5排出成凸出形狀，或凸出形的凸塊，因此，可以從中心向周圍推動(dòng)逐漸延展。此延展的過程對(duì)于防止空氣存在于樹脂粘合劑5內(nèi)很有效，以便不會(huì)在其中產(chǎn)生氣孔。如圖12C所示，保持頭40以預(yù)定的壓力進(jìn)一步壓縮，用液態(tài)化的樹脂粘合劑5完全填充了半導(dǎo)體片34和加強(qiáng)板39之間的空間，并從設(shè)置在隔板環(huán)32中的切槽32a抽出額外量的樹脂粘合劑5。因?yàn)闃渲澈蟿?包括如同第一示例性實(shí)施方式的第一填充物9a，因此，由樹脂粘合劑5形成的粘接層通常保持等于第一填充物9a的直徑“d”的預(yù)定厚度。
在此條件下加熱器33繼續(xù)加熱保持臺(tái)31以提高半導(dǎo)體片34和加強(qiáng)板39之間空間中樹脂粘合劑5的熱固化反應(yīng)。這樣使樹脂粘合劑5完成半導(dǎo)體片34和加強(qiáng)板39之間的連接。在此硬化樹脂過程中不需要樹脂粘合劑5完全固化，只要樹脂粘合劑5硬化到此綜合體44可以保持所需形狀的程度即可。在上述實(shí)施例中，雖然半導(dǎo)體片34和加強(qiáng)板39分別通過保持臺(tái)31和保持頭40保持，但其也可以顛倒上下以便樹脂粘合劑5可以提供到保持在保持臺(tái)31上的加強(qiáng)板39。
如圖13A所示，當(dāng)從隔板環(huán)32移出時(shí)，完成包括連接到加強(qiáng)板39的半導(dǎo)體片34的綜合體44，然后此綜合體44傳遞到接下來的切塊加工。換言之，如圖13B所示，用切塊刀具45將綜合體44從半導(dǎo)體片34切割并分成單獨(dú)片。如圖13C所示，這樣就完成了具有連接到半導(dǎo)體元件34a的板39a的半導(dǎo)體裝置46。
在上述第一、第二和第三每個(gè)示例性實(shí)施方式說明的半導(dǎo)體裝置中，用于半導(dǎo)體片和加強(qiáng)板之間連接的粘接層形成為可以通過設(shè)定其彈性模量到10,000Mpa或更少方便地變形。此外，為了保證固定后半導(dǎo)體裝置的可靠性，粘接層的厚度調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)姆秶?即，25um或更大，200um或更小)。此外，用于形成粘接層的樹脂粘合劑如此設(shè)置，以便包括顆粒尺寸受到控制的填充物獲得保證適當(dāng)粘接層厚度的作用。結(jié)果，本發(fā)明盡可能控制粘接層的厚度，并在其固定后保證半導(dǎo)體裝置的可靠性，而不需要復(fù)雜地控制半導(dǎo)體裝置的裝配加工。
本發(fā)明提供了一種具有突出的板上固定可靠性的半導(dǎo)體裝置，其包括用于將板連接到半導(dǎo)體元件的樹脂粘接層，樹脂粘接層的厚度可以調(diào)節(jié)到25um到200um范圍內(nèi)適當(dāng)值。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，包括半導(dǎo)體元件，其具有承載形成于其上用于外連接的接線端的第一表面以及與所述第一表面相對(duì)的第二表面；面對(duì)所述第二表面的板；以及用于粘接所述第二表面和所述板的粘接層，其中所述粘接層具有25um或更大但200um或更小的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述粘接層具有10,000Mpa或更小的彈性模量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述粘接層包括具有直徑總體上等于所述粘接層厚度的填充物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述填充物與所述半導(dǎo)體元件的所述第二表面和所述板接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述填充物包括無機(jī)物和聚合物的任意一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述粘接層包括具有兩個(gè)或多個(gè)不同顆粒尺寸的填充物，且在所述填充物中所述的顆粒尺寸的至少一種在尺寸上總體等于所述粘接層的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述粘接層包括第一填充物和第二填充物；所述第一填充物具有總體上等于所述粘接層的厚度的尺寸；以及所述第二填充物具有在尺寸中小于所述第一填充物的尺寸的顆粒尺寸分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體裝置的厚度為100um或更小。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述半導(dǎo)體裝置的厚度為100um或更小；所述粘接層的彈性模量為10,000Mpa或更?。凰稣辰訉影ǖ谝惶畛湮锖偷诙畛湮?，所述第一填充物具有總體上等于所述粘接層的厚度的顆粒尺寸；以及所述第二填充物具有在尺寸中小于所述第一填充物的尺寸的顆粒尺寸分布。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述第一填充物在所述第二表面和所述板之間保持空間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括形成于所述連接端用于外連接的凸塊。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于所述半導(dǎo)體元件在所述第一表面上設(shè)置有再配線層；所述再配線層具有形成于其表面上的表面電極和形成于其內(nèi)部的內(nèi)電極；以及所述內(nèi)電極在所述表面電極與所述用于外連接的接線端之間連通。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置，還包括形成于所述表面電極上的凸塊。
14.一種用于半導(dǎo)體裝置的樹脂粘合劑，其中所述半導(dǎo)體裝置包括具有形成于其上用于外連接的半導(dǎo)體元件并通過預(yù)定厚度的粘接層粘接到加強(qiáng)板上，所述樹脂粘合劑用于形成所述粘合層，所述樹脂粘合劑包括填充物，并且包含在所述填充物中的最大填充物的顆粒尺寸在尺寸上總體等于所述粘合層的厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的樹脂粘合劑，其特征在于，在所述樹脂粘合劑中所述填充物含量的重量百分比為30％或更少。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的樹脂粘合劑，其特征在于，所述最大填充物包括無機(jī)物和聚合物的任意一種。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的樹脂粘合劑，其特征在于由所述樹脂粘合劑形成的所述粘接層具有10,000Mpa或更小的彈性模量。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的樹脂粘合劑，其特征在于所述填充物包括第一填充物和第二填充物；所述第一填充物具有總體上等于所述粘接層的厚度的顆粒尺寸；以及所述第二填充物具有在尺寸中小于所述第一填充物的顆粒尺寸的顆粒尺寸分布。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的樹脂粘合劑，其特征在于在所述樹脂粘合劑中，所述第一填充物和第二填充物含量的重量聚合百分比為30％或更少。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的樹脂粘合劑，其特征在于，至少所述第一填充物包括樹脂。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的樹脂粘合劑，其特征在于，至少所述第一填充物包括無機(jī)物。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的樹脂粘合劑，其特征在于由所述樹脂粘合劑形成的所述粘接層具有10,000Mpa或更小的彈性模量。
全文摘要
在包括用預(yù)定厚度的樹脂層連接到加強(qiáng)板的薄半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件中，用于形成粘接層的樹脂粘合劑(5)包括第一填充物的填充物，所述第一填充物具有總體上等于粘接層目標(biāo)厚度的直徑，以在適當(dāng)厚度(從25um到200um)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)到一定的值。這樣，當(dāng)將半導(dǎo)體元件粘接到板上時(shí)，可以保持在適當(dāng)厚度范圍內(nèi)的粘接層，并保證半導(dǎo)體裝置的板上的固定可靠性。
文檔編號(hào)H01L21/58GK1685501SQ200380100049
公開日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月25日
發(fā)明者和田義之, 境忠彥 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社