半导体装置及其制造方法、电路基板和电子装置 【技术领域】
本发明涉及半导体装置及其制造方法、电路基板和电子装置。
背景技术
随着近年来的电子装置的小型化，要求适合于高密度安装的半导体装置的封装。为了适应这一情况，已开发了BGA(球状栅格阵列)及CSP(芯片比例/尺寸封装)那样的表面安装型封装。在表面安装型封装中，有时使用与半导体芯片连接的、形成了布线图形的基板。
在现有的表面安装型封装中，由于有为了保护布线图形等而形成保护膜的工序，故难以提高生产性。
本发明是为了解决该问题而进行的，其目的在于提供在可靠性和生产性方面良好的半导体装置的制造方法和利用该方法制造的半导体装置、电路基板和电子装置。
发明的公开
(1)与本发明有关的半导体装置的制造方法包括：
使粘接剂介入到基板的形成了布线图形的面与半导体元件地形成了电极的面之间的第1工序；
在上述半导体元件与上述基板之间施加能量、使上述布线图形与上述电极导电性地导通、在上述粘接剂从上述半导体元件溢出的状态下，使上述粘接剂的粘接能在与上述半导体元件接触的区域中显现出来的第2工序；以及
在上述粘接剂的与上述半导体元件接触的区域以外的区域中施加能量的第3工序。
(2)在该半导体装置的制造方法中，
上述粘接剂是热硬化性的，
在上述第2工序中施加的上述能量是压力和热，
在上述第3工序中施加的上述能量可以是热。
按照这一点，粘接剂在与半导体元件接触的区域中硬化，其后，对接触区域以外的区域进行加热使之硬化。这样，粘接剂在从半导体元件溢出的区域中也硬化。由此，可防止粘接剂剥落、水分侵入、引起布线图形的迁移(migration)。此外，由于粘接剂硬化，故也可防止含有水分。
(3)在该半导体装置的制造方法中，
导电粒子被分散于上述粘接剂中，可利用上述导电粒子使上述布线图形与上述电极导电性地导通。
按照这一点，由于利用导电粒子使布线图形与电极导电性地导通，故可以在可靠性和生产性方面良好的方法来制造半导体装置。
(4)在该半导体装置的制造方法中，
可在上述第1工序之前预先在上述半导体元件的形成了上述电极的上述面上设置上述粘接剂。
(5)在该半导体装置的制造方法中，
可在上述第1工序之前预先在上述基板的形成了上述布线图形的面上设置上述粘接剂。
(6)在该半导体装置的制造方法中，
在上述第3工序中的施加能量的区域可以是位于上述粘接剂中的在上述第2工序中硬化未结束的部分的区域。
(7)在该半导体装置的制造方法中，
在上述第3工序中，可利用加热夹具来加热上述粘接剂。
(8)在该半导体装置的制造方法中，
可使与上述粘接剂的脱模性高的脱模层介入到上述加热夹具与上述粘接剂之间来加热上述粘接剂。
(9)在该半导体装置的制造方法中，
可将上述脱模层预先设置在上述加热夹具上。
(10)在该半导体装置的制造方法中，
可将上述脱模层预先设置在上述粘接剂上。
(11)在该半导体装置的制造方法中，
在上述第3工序中，可用非接触的方式对上述粘接剂施加能量。
(12)在该半导体装置的制造方法中，
包含在上述基板上形成与上述布线图形连接的焊锡球时的回流(reflow)工序，
可在上述回流工序中进行上述第3工序。
(13)在该半导体装置的制造方法中，
包含将上述半导体元件之外的电子部件导电性地接合到上述布线图形上时的回流工序，
可在上述回流工序中进行上述第3工序。
(14)在该半导体装置的制造方法中，
可在上述第3工序后，在上述粘接剂的与上述半导体元件的接触区域以外的区域中切断上述基板。
(15)在该半导体装置的制造方法中，
在上述第2工序中，可使上述粘接剂绕入到上述半导体元件的侧面的至少一部分上。
按照这一点，由于粘接剂覆盖半导体元件的侧面的至少一部分，故可保护半导体元件免受机械的破坏，除此以外，可防止水分到达电极、可防止电极受到腐蚀。
(16)在该半导体装置的制造方法中，
可在上述第1工序前，以比上述第2工序结束后的上述半导体元件与上述基板的间隔大的厚度来设置上述粘接剂，在上述第2工序中，在上述半导体元件与上述基板之间进行加压，使上述粘接剂从上述半导体元件溢出。
(17)在该半导体装置的制造方法中，
上述粘接剂可含有遮光性材料。
按照这一点，由于粘接剂含有遮光性材料，故可遮住朝向半导体元件的具有电极的面的散光。由此，可防止半导体元件的误操作。
(18)与本发明有关的半导体装置的制造方法包括：
使粘接剂介入到基板的形成了布线图形的面与半导体元件的形成了电极的面之间的第1工序；
使上述布线图形与上述电极导电性地导通、在上述粘接剂从上述半导体元件溢出的状态下，使位于上述粘接剂的至少上述半导体元件与上述基板之间的部分硬化的第2工序；以及
在上述粘接剂的从上述半导体元件溢出的区域中切断上述基板的第3工序。
按照本发明，由于粘接剂从半导体元件溢出而被设置后被切断，故没有必要以与半导体元件的大小对应的大小进行准确的位置重合。此外，由于粘接剂的从半导体元件溢出的区域与基板一起被切断，故基板的整个面被粘接剂所覆盖，可防止布线图形的迁移。
(19)在该半导体装置的制造方法中，
上述粘接剂是热硬化性的粘接剂，可在上述第2工序中对上述粘接剂进行加热。
(20)在该半导体装置的制造方法中，
上述粘接剂是热塑性的粘接剂，可在上述第2工序中对上述粘接剂进行冷却。
(21)在该半导体装置的制造方法中，
导电粒子被分散于上述粘接剂中，可利用上述导电粒子使上述布线图形与上述电极导电性地导通。
(22)在该半导体装置的制造方法中，
可在上述第1工序之前预先在上述半导体元件的形成了上述电极的上述面上设置上述粘接剂。
(23)在该半导体装置的制造方法中，
可在上述第1工序之前预先在上述基板的形成了上述布线图形的面上设置上述粘接剂。
(24)在该半导体装置的制造方法中，
在上述第3工序中的切断位置可在上述基板的上述布线图形的端部的外侧的区域中。
(25)在该半导体装置的制造方法中，
在上述第2工序中，使上述粘接剂的整体硬化，
在上述第3工序中，可切断已硬化的上述粘接剂。
按照这一点，由于切断已硬化的粘接剂，故可容易地进行切断。
(26)在该半导体装置的制造方法中，
在上述第2工序中，可使上述粘接剂绕入到上述半导体元件的侧面的至少一部分上。
按照这一点，由于粘接剂覆盖半导体元件的侧面的至少一部分，故可保护半导体元件免受机械的破坏，除此以外，可防止水分到达电极、可防止电极受到腐蚀。
(27)在该半导体装置的制造方法中，
可在上述第1工序前，以比上述第2工序结束后的上述半导体元件与上述基板的间隔大的厚度来设置上述粘接剂，在上述第2工序中在上述半导体元件与上述基板之间进行加压，使上述粘接剂从上述半导体元件溢出。
(28)在该半导体装置的制造方法中，
上述粘接剂可含有遮光性材料。
按照这一点，由于粘接剂含有遮光性材料，故可遮住朝向半导体元件的具有电极的面的散光。由此，可防止半导体元件的误操作。
(29)与本发明有关的半导体装置包括：具有电极的半导体元件；形成了布线图形的基板；以及热硬化性的粘接剂，
上述电极与上述布线图形导电性地导通，
上述粘接剂介入到上述基板的形成了上述布线图形的面与上述半导体元件的形成了上述电极的面之间，以从上述半导体元件溢出的大小被设置，全部粘接剂硬化了。
按照这一点，由于粘接剂在与半导体元件接触的区域的外侧也硬化了，故可防止粘接剂剥落、水分侵入及引起布线图形的迁移。此外，由于全部粘接剂硬化了，故也可防止含有水分。
(30)在该半导体装置中，
导电粒子可被分散于上述粘接剂中，构成了各向异性导电材料。
按照这一点，由于利用各向异性导电材料来导电性地导通布线图形与电极，故在可靠性和生产性方面良好。
(31)在该半导体装置中，
上述各向异性导电材料可被设置成覆盖整个上述布线图形。
(32)在该半导体装置中，
上述粘接剂可覆盖上述半导体元件的侧面的至少一部分。
按照这一点，由于粘接剂覆盖半导体元件的侧面的至少一部分，故可保护半导体元件免受机械的破坏。此外，由于用粘接剂覆盖从电极到很远的位置，故水分难以到达电极、可防止电极受到腐蚀。
(33)在该半导体装置中，
上述粘接剂可含有遮光性材料。
按照这一点，由于粘接剂含有遮光性材料，故可遮住朝向半导体元件的具有电极的面的散光。由此，可防止半导体元件的误操作。
(34)与本发明有关的半导体装置利用上述方法来制造。
(35)在与本发明有关的电路基板中安装了上述半导体装置。
(36)与本发明有关的电子装置具有上述电路基板。
附图的简单说明
图1A～图1D是示出与第1实施形态有关的半导体装置的制造方法的图，图2A和图2B是示出第1实施形态的变形例的图，图3A和图3B是示出与第2实施形态有关的半导体装置的制造方法的图，图4A和图4B是示出与第3实施形态有关的半导体装置的制造方法的图，图5A和图5B是示出与第4实施形态有关的半导体装置的制造方法的图，图6是示出安装了与本实施形态有关的半导体装置的电路基板的图，图7是示出具备安装了与本实施形态有关的半导体装置的电路基板的电子装置的图。
实施发明用的最佳形态
以下，参照附图说明本发明的优选实施形态。
(第1实施形态)
图1A～图1D是示出与第1实施形态有关的半导体装置的制造方法的图。在本实施形态中，如图1A中所示，使用在至少一个面18上形成了布线图形10的基板12。
基板12可以是柔性基板等的由有机系列材料形成的基板、金属系列基板等的由无机系列材料形成的基板、或将两者组合起来的基板中的任一种。作为柔性基板，可使用带载体(tape carrier)。在基板12的导电性高的情况下，在基板12与布线图形10之间和在通孔14的内侧、或除此以外，在与布线图形10的形成面相反的面上形成绝缘膜。
在基板12上形成了通孔14，布线图形10跨过通孔14之上而被形成。此外，作为布线图形10的一部分，在通孔14上形成了外部电极形成用的接合区(land)17。
如果准备这样的基板12，则作为粘接剂的一例，在基板12上设置各向异性导电材料16。在以下的说明中，各向异性导电材料是粘接剂的一例。各向异性导电材料16是在粘接剂(binder)中分散了导电粒子(导电性填料)的材料，也有添加分散剂的情况。可将各向异性导电材料16预先形成为片状之后粘贴在基板12上，也可以液状直接设置在基板12上。此外，可将各向异性导电材料16设置成比半导体元件20的具有电极22的面24大，但也可设置成比面24小，以通过被挤压而从面24溢出的量来设置。
或者，也可在半导体元件20的面24上以通过被挤压而从面24溢出的量来设置各向异性导电材料16。再有，即使使用不含有导电粒子的粘接剂，也能导电性地连接电极22与布线图形10。
在本实施形态中，可使用热硬化性粘接剂作为各向异性导电材料，再者，各向异性导电材料16可含有遮光性材料。作为遮光性材料，例如可使用使黑色染料或黑色颜料分散在粘接剂树脂中的材料。
作为所使用的粘接剂，可使用以环氧系列为代表例的热硬化型粘接剂，也可使用以环氧系列或丙烯酸系列为代表例的光硬化型粘接剂。再者，也可使用电子束硬化类型、热塑(热粘接)类型的粘接剂。在使用热硬化型以外的粘接剂的情况下，在以下的全部实施形态中，施加能量来代替加热或加压即可。
其次，例如在各向异性导电材料16上放置半导体元件20。详细地说，将半导体元件20的具有电极22的面24朝向各向异性导电材料16来放置半导体元件20。此外，这样来配置半导体元件20，使得电极22位于布线图形10的电极连接用的接合区(未图示)上。再有，可只在半导体元件20的两边上形成了电极22，也可在四边上形成了电极22。关于电极22，大多使用在铝焊区(pad)上设置了金或焊锡等凸起的电极，但也可使用在布线图形10一侧对上述的凸起或布线图形10进行刻蚀而作成的凸起。
利用以上的工序，各向异性导电材料16介入到半导体元件20的形成了电极22的面24与基板12的形成了布线图形10的面18之间。然后，将夹具30压在与形成了电极22的面24相反的面26上，在基板12的方向上对半导体元件20进行加压。或者，在半导体元件20与基板12之间施加压力。作为粘接剂的一例的各向异性导电材料16，即使在被设置在半导体元件20的面24的区域内的情况下，也由于压力而从面24溢出。此外，夹具30内置了加热器32，对半导体元件20进行加热。再有，作为夹具30，如果考虑对各向异性导电材料16的已溢出的部分也打算尽可能地施加热量，则最好使用具有比半导体元件20的平面面积大的平面面积的夹具。通过这样做，热量容易施加到半导体元件20的周围。
这样，如图1B中所示，半导体元件20的电极22与布线图形10通过各向异性导电材料16的导电粒子导电性地连接。按照本实施形态，由于利用各向异性导电材料16使布线图形10与电极22导电性地导通，故可用在可靠性和生产性方面良好的方法来制造半导体装置。
此外，由于利用夹具30来加热半导体元件20，故各向异性导电材料16在与半导体元件20接触的区域中硬化。但是，在该状态下，由于在没有与半导体元件20接触的区域或离开半导体元件20的区域中，热量不能到达各向异性导电材料16上，故没有完全硬化。用以下的工序来进行该区域的硬化。
如图1C中所示，在基板12的通孔14内及其附近，设置了焊锡34。焊锡34例如可采用膏状焊锡、利用印刷法来设置。此外，也可在上述位置上放置预先形成的焊锡球。
接着，在回流(reflow)工序中加热焊锡34，如图1D中所示，形成焊锡球36。焊锡球36成为外部电极。在该回流工序中，不仅对焊锡34进行加热，也对各向异性导电材料16进行加热。利用该热量，使各向异性导电材料16的未硬化的区域也硬化了。即，在各向异性导电材料16中，没有与半导体元件20接触的区域或离开半导体元件20的区域利用形成焊锡球36用的回流工序进行硬化。
按照这样得到的半导体装置1，由于全部各向异性导电材料16已硬化，故可防止在半导体元件20的外周部处各向异性导电材料16从基板12剥落、水分侵入而引起布线图形10的迁移(migration)。此外，由于整个各向异性导电材料16硬化了，故也可防止各向异性导电材料16中含有水分。
再者，在半导体装置1中，由于利用含有遮光性材料的各向异性导电材料16来覆盖半导体元件20的具有电极22的面24，故可遮住朝向面24的散光。由此，可防止半导体元件20的误操作。
图2A和图2B是示出第1实施形态的变形例的图。在该变形例中，对于与第1实施形态相同的结构采用相同的符号，省略关于该结构和起因于该结构的效果的说明。这一点在以下的实施形态中也是同样的。
图2A中示出的工序在图1B的工序后及图1C的工序前进行。具体地说，利用加热夹具38加热各向异性导电材料16中的没有与半导体元件20接触的区域或离开半导体元件20的区域。最好在夹具38上设置由与作为粘接剂的一例的各向异性导电材料16的脱模性高的聚四氟乙烯等构成的脱模层39，使得未硬化的各向异性导电材料16难以附着于该加热夹具38上。或者，也可将脱模层39设置在作为粘接剂的一例的各向异性导电材料16上。再者，也可以不与作为粘接剂的一例的各向异性导电材料16接触的方式对其进行加热。通过这样做，可使各向异性导电材料16中的没有与半导体元件20接触的区域或离开半导体元件20的区域硬化。此外，也可不使用夹具，而是使用能部分地进行加热的热风或光加热器。
或者，如图2B中所示，也可在图1B的工序后及图1C的工序前进行将与半导体元件20有区别的电子部件40导电性地接合到布线图形10上用的回流工序。利用该回流工序，各向异性导电材料16中的没有与半导体元件20接触的区域或离开半导体元件20的区域被加热而硬化。再有，作为电子部件40，例如有电阻器、电容器、线圈、振荡器、滤波器、温度传感器、热敏电阻、变阻器、电位器或熔断器等。
由于利用这些变形例也能使全部各向异性导电材料16硬化，故可防止各向异性导电材料16从基板12剥落、水分侵入而引起布线图形10的迁移。此外，由于整个各向异性导电材料16硬化了，故也可防止含有水分。
此外，在上述工序后，可在作为粘接剂的一例的各向异性导电材料16从半导体元件20溢出的区域中切断基板12。
在本实施形态中，叙述了使用单面布线基板作为基板12的例子，但不限于此，也可使用两面布线板或多层布线板。此时，可在通孔中不形成焊锡，而在与半导体元件放置面相反的面上设置的接合区上来形成焊锡球。此外，也可使用其它的导电性凸起来代替焊锡球。再者，也可利用引线键合来进行半导体元件与基板的连接。这些在以后的实施形态中也是同样的。
此外，在本实施形态中，不仅可使用热硬化性的粘接剂也可使用作为热塑性的粘接剂的一例的各向异性导电材料16。热塑性的粘接剂冷却后可使其硬化。或者，也可使用由紫外线等的放射线进行硬化的粘接剂。这一点在以下的实施形态中也是同样的。
(第2实施形态)
图3A和图3B是示出与第2实施形态有关的半导体装置的制造方法的图。本实施形态接着第1实施形态来进行。
即，在本实施形态中，接着图1D的工序，如图3A中所示，在用固定刃41压住的同时利用可动刃42以比半导体元件20稍大的的尺寸来切断各向异性导电材料16和基板12，得到如图3B中示出的半导体装置2。切断的装置不限于此，如果有其它的切断装置和固定装置，则也可应用。在半导体装置2中，由于与各向异性导电材料16一起切断基板12，故两者的切断面为同一面，各向异性导电材料16覆盖基板12的整个面。而且，由于布线图形10不露出，故水分不到达布线图形10，可防止迁移现象。
此外，按照本实施形态，由于各向异性导电材料16被切断，故也没有必要预先以与半导体元件20相等或稍大的尺寸进行切断，没有必要准确地进行位置重合以便与半导体元件20的位置对应。
再有，本实施形态是在形成了焊锡球36之后切断各向异性导电材料16和基板12的例子，但只要是在各向异性导电材料16上至少放置了半导体元件20之后，则切断的时期可以是与焊锡球36的形成无关的任何时间。但是，各向异性导电材料16最好至少在与半导体元件20的接触区域中硬化。此时，可防止半导体元件20与布线图形10的位置偏移。此外，各向异性导电材料16在切断部位处与处于未硬化的状态相比，处于硬化状态的切断工序比较容易。
再有，如果切断基板12，则可一度使作为粘接剂的一例的各向异性导电材料16的整体硬化。例如，在导电性地连接半导体元件20的电极22与布线图形10时，对于作为粘接剂的一例的各向异性导电材料16的整体，或是加热或是冷却即可。在使用热硬化性的粘接剂时，具体地说，也可使用与半导体元件20和从半导体元件20溢出的粘接剂这两者接触的夹具。或者，也可利用烘箱来加热。
(第3实施形态)
图4A和图4B是示出与第3实施形态有关的半导体装置的制造方法的图。在本实施形态中，使用第1实施形态的基板12，在基板12上形成保护层50。保护层50是要覆盖布线图形10使其不接触水分的层，例如可使用焊剂抗蚀剂。
在除了比将半导体元件20安装在基板12上用的区域宽的区域52之外，形成了保护层50。即，区域52比半导体元件20的具有电极22的面24大，在该区域52内，在布线图形10上形成了与半导体元件20的电极22连接用的接合区(未图示)。或者，也可至少避开与半导体元件20的电极22的导电性的连接部来形成保护层50。
在这样的基板12上，作为第1实施形态的各向异性导电材料16设置由可选择的材料构成的各向异性导电材料54(粘接剂)。再有，各向异性导电材料54不必含有遮光性材料，但如果含有遮光性材料，则可得到与第1实施形态同样的效果。
在本实施形态中，从半导体元件20的安装区到保护层50设置各向异性导电材料54。即，各向异性导电材料54在不形成保护层50的区域52中覆盖布线图形10和基板12，同时，重叠在形成保护层50的区域52的端部上而被形成。或者，也可在半导体元件20一侧设置作为粘接剂的一例的各向异性导电材料54。详细地说，可应用在第1实施形态中已说明的内容。
然后，如图4A中所示，通过夹具30在基板12的方向上将半导体元件20加压并加热。或者，至少在半导体元件20与基板12之间施加压力。这样，如图4B中所示，半导体元件20的电极22与布线图形10导电性地导通。其后，利用与图1C和图1D中示出的同样的工序，形成焊锡球，可得到半导体装置。
按照本实施形态，各向异性导电材料54不仅在不形成保护层50的区域52中形成，而且重叠在形成保护层50的区域52的端部上而被形成。因而，由于在各向异性导电材料54与保护层50之间不形成间隙，故布线图形10不露出，可防止迁移现象。
再有，在本实施形态中，最好也在从半导体元件20溢出的区域中使各向异性导电材料54硬化。该硬化的工序可应用与第1实施形态同样的工序。
(第4实施形态)
图5A和图5B是示出与第4实施形态有关的半导体装置的制造方法的图。在本实施形态中，使用第1实施形态的基板12，在基板12上设置各向异性导电材料56(粘接剂)。在本实施形态中，与第1实施形态不同之点在于各向异性导电材料56的厚度。即，如图5A中所示，在本实施形态中，各向异性导电材料56的厚度比图1A中示出的各向异性导电材料16的厚度厚。具体地说，各向异性导电材料56的厚度比半导体元件20的具有电极22的面24与在基板12上形成的布线图形10的间隔厚。此外，各向异性导电材料56至少比半导体元件20大一些。再有，关于该厚度和大小的条件，至少满足某一方即可。
然后，如图5A中所示，例如，通过夹具30在基板12的方向上将半导体元件20加压并加热。如果这样做，则如图5B中所示，各向异性导电材料56绕入到半导体元件20的侧面28的一部分或全部上。其后，利用与图1C和图1D中示出的同样的工序，形成焊锡球，可得到半导体装置。
按照本实施形态，由于半导体元件20的侧面28的至少一部分被各向异性导电材料56覆盖，故可保护半导体元件20免受机械的破坏，除此以外，由于各向异性导电材料56覆盖到离电极22远的位置，故可防止电极22等受到腐蚀。
上述的实施形态以FDB(倒装键合)的CSP(芯片尺寸/比例封装)为中心进行了记述，但即使在应用了FDB的半导体装置、例如应用了COF(在膜上的芯片)及COB(在板上的芯片)的半导体装置等中，也可应用本发明。
在图6中，示出了安装了利用与上述的实施形态有关的方法制造的半导体装置1100的电路基板1000。一般使用例如玻璃环氧基板等的有机系列基板作为电路基板1000。在电路基板1000上以成为所希望的电路的方式形成了例如由铜构成的布线图形。而且，通过以机械方式连接布线图形与半导体装置1100的外部电极，来谋求它们的导电性的导通。
再有，由于可使半导体装置1100的安装面积减小到用裸芯片安装的面积，故如果在电子装置中使用该电路基板1000，就可谋求电子装置本身的小型化。此外，在同一面积内可确保更大的安装空间，还可谋求高功能化。
而且，作为具备该电路基板1000的电子装置，在图7中示出了笔记本型个人计算机1200。
再有，也可将本发明应用于各种面安装用的电子部件，不管其是有源部件还是无源部件。作为电子部件，例如有电阻器、电容器、线圈、振荡器、滤波器、温度传感器、热敏电阻、变阻器、电位器或熔断器等。