DE69616773T2

DE69616773T2 - Filmträger und diesen verwendende Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE69616773T2
Application number: DE69616773T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Hino; Kazuo Ouchi; Yoshinari Takayama
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2016-08-08
Also published as: DE69616773D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Folienträger, der zur Montage eines Halbleiterelements verwendbar ist, und ein Halbleiter-Bauelement, das ein auf dem Folienträger montiertes Halbleiterelement umfasst.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Ein Halbleiterelement wird herkömmlich mittels eines Folienträgerverfahrens montiert. Bei diesem Folienträgerverfahren werden Halbleiterchips über Kontakthöcker mit einem Folienträgerband verbunden, der als Element zum Tragen eines Halbleiterelements oder zur Kapselung desselben dient. Beim Kontakthöcker handelt es sich um eine leitfähige, hervorstehende Verbindung, die auf einer Elektrodenfläche eines Halbleiterelements als inneres Bindungsmittel zum Anschließen eines Anschlusses auf einem Folienträger und der Elektrode des Halbleiterelements ausgebildet ist.
Bei der Bildung eines Kontakthöckers auf der Elektrodenfläche eines Halbleiterelements müssen eine haftende Metallschicht, zum Beispiel Titan und Chrom, und eine Metall-Sperrschicht, zum Beispiel Kupfer, Platin und Palladium, zur Verhinderung der Diffusion von Kontakthöckermetallen auf der Elektrodenfläche durch Ionenätzen, Verdampfen, Abscheidung und dergleichen ausgebildet werden, und darauf wird ein Kontakthöcker aus Gold etc. gebildet. Als Folge wird die Herstellung extrem kompliziert. Darüber hinaus können das Halbleiterelement und die Elektrodenfläche bei der Ausbildung von Kontakthöckern auf der Elektrodenoberfläche verunreinigt oder beschädigt werden.
Daher wird vorgeschlagen, als Verfahren, das keinen Kontakthöcker auf der Elektrodenoberfläche eines Halbleiterelements umfasst, ein Verfahren zu verwenden, bei dem eine Folie mit Leitfähigkeit in Richtung der Dicke der Folie, d. h. eine sogenannte anisotrop leitfähige Folie, eingesetzt wird. Beispiele für eine solche anisotrop leitfähige Folie umfassen diejenigen, die leitfähige Teilchen wie Ruß, Graphit, Nickel, Kupfer und Silber umfassen, die in einer Isolierfolie in Richtung der Filmdicke ausgerichtet und in der Folie dispergiert sind. Diese anisotrope leitfähige Folie weist aber dahingehend Probleme auf, dass eine unzureichende Ausrichtung der leitfähigen Teilchen zu einer ungewissen elektrischen Verbindung zwischen dem Anschluss des Folienträgers und der Elektrode des Halbleiterelements führt, was seinerseits eine geringe Zuverlässigkeit des Anschlusses bewirkt.
Es wird auch vorgeschlagen, einen Kontakthöcker auf der Leitseite eines Folienträgers auszubilden, um einen direkten Anschluss an die Elektrode des Halbleiterelements zu bilden. Dieses Verfahren kann bei einer Verkabelung eines Halbleiterelements mit kleinen Abständen oder einer hochdichten Verkabelung aufgrund von Schwierigkeiten bei der Ausbildung eines für ein solches Halbleiterelement erforderlichen Schaltkreises oder Kontakthöckers sowie dem hohen Maß an Vorsicht, dass während des Anschlussvorgangs erforderlich ist, nicht funktionieren.
Darüber hinaus kann ein Folienträger mit einem leitfähigen Schaltkreis und einem Anschluss auf der Oberfläche einer isolierenden Folie verwendet werden. Dieses Verfahren umfasst jedoch ebenfalls eine mögliche Schwierigkeit bei der Berücksichtigung der Miniaturisierung von Halbleiterelementen, weil der Bereich der äußeren Anschlussverbindung routinemäßig größer als der Bereich der inneren Anschlussverbindung ist, wodurch der endgültige Montagebereich größer als der Bereich des Halbleiterelements ist.
Ein auf einem Folienträger montiertes Halbleiterelement wird oft durch Formpressen und Versiegeln desselben mit einem Isolierharz geschützt. Wenn der Folienträger jedoch über einen freiliegenden leitfähigen Schaltkreis verfügt, steht ein isolierendes Dichtmittelharz in direktem Kontakt mit dem leitfähigen Schaltkreis. Das Metall, aus dem der leitfähige Schaltkreis besteht, und das isolierende Harz haften schlecht aneinander, wodurch Wasser aus der Luft und andere Substanzen in die Grenzfläche zwischen den beiden eindringen können, wodurch die Zuverlässigkeit des erhaltenen Halbleiterelements möglicherweise verschlechtert wird.
Somit ist ein Folienträger vorgeschlagen worden, der bei einer Verkabelung eines Halbleiterelements mit kleinem Abstand oder hoher Dichte ausreichend funktioniert, formschlüssige Verbindungen sowohl beim Kontaktieren von Innenanschlüssen als auch von Außenanschlüssen ergeben kann und den Montagebereich so klein wie möglich macht. Die Struktur dieses Folienträgers ist so beschaffen, dass ein leitfähiger Schaltkreis nicht auf einer isolierenden Folie gebildet wird, sondern vollständig in der isolierenden Folie eingebettet wird, eine Öffnung im isolierenden Film ausgebildet wird, um die Oberfläche des eingebetteten leitfähigen Schaltkreises freizulegen, und ein Leiter in die Öffnung gefüllt wird, wodurch eine Leiterbahn gebildet wird, mittels derer eine elektrische Verbindung zwischen dem leitfähigen Schaltkreis und der Elektrode eines Halbleiterelements oder dem Kontaktteil eines äußeren Substrats über die Oberfläche dieser Leiterbahn ermöglicht wird.
Bei dieser Struktur tritt wiederum das Problem auf, dass die Leiterbahn sich von der isolierenden Folie trennen kann, wenn ein defektes Halbleiterelement nach dem Anschluss eines äußeren Substrats mittels Lötmittel etc. aufgrund einer niedrigen Haftfestigkeit zwischen der Leiterbahn und dem leitfähigen Schaltkreis ersetzt wird.
Ein Halbleiterelement mit Kontakthügeln, das Öffnungen in den Anschlüssen seiner aus Kupferfolie bestehenden Anschlussdrähte aufweist, ist aus EP-A- 0 702 404 bekannt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Lösung der oben erwähnten Probleme und in der Bereitstellung eines Folienträgers, der dazu in der Lage ist, bei einer Verkabelung eines Halbleiterelements mit geringen Abständen oder hoher Dichte ausreichend zu funktionieren, zuverlässige Verbindungen sowohl beim Kontaktieren von Innenanschlüssen als auch beim Kontaktieren von Außenanschlüssen zu ergeben und den Montagebereich im größtmöglichen Ausmaß zu verkleinern, wodurch eine überlegene Haftung zwischen Kontakthöckern und leitfähigen Schaltkreisen erhalten und eine geeignete Reparaturmaßnahme ermöglicht wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Halbleiterelements mit den Merkmalen des Folienträgers der vorliegenden Erfindung nach dem Anschluss des Folienträgers an ein Halbleiterelement.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Der Folienträger der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein leitfähiger Schaltkreis auf einer Seite oder im Inneren eines isolierenden Substrats ausgebildet ist, wobei:
wenn der leitfähige Schaltkreis auf einer Seite des isolierenden Substrats ausgebildet ist, eine Öffnung auf der anderen Seite des isolierenden Substrats an einer Stelle gebildet wird, an der eine Leiterbahn zu bilden ist, und,
wenn der leitfähige Schaltkreis innerhalb des isolierenden Substrats gebildet wird, eine Öffnung auf einer Seite oder beiden Seiten des isolierenden Substrats an einer Stelle gebildet wird, an der eine Leiterbahn zu bilden ist,
wobei die Öffnung eine Durchgangsöffnung umfasst, die sich von der Oberfläche des isolierenden Substrats bis zur Oberfläche des leitfähigen Schaltkreises erstreckt, und eine Konkavität in der Stirnfläche des leitfähigen Schaltkreises an der Öffnung am unteren Ende der Durchgangsöffnung ausgebildet ist, die Konkavität einen Durchmesser aufweist, der sich gleichmäßig um den gesamten Rand der Öffnung erstreckt und die Öffnung und die Konkavität mit einem leitfähigen Material gefüllt sind, wodurch eine Leiterbahn gebildet wird.
Die am meisten bevorzugte Konkavität erfüllt die folgenden Anforderungen (A) -(C):
(A) Y ≤ Z/2, wobei Y die Länge in Richtung der Dicke des leitfähigen Schaltkreises ist, der sich von der Unterkante der Durchgangsöffnung bis zur Unterseite der Konkavität erstreckt, und Z die Dicke des leitfähigen Schaltkreises ist, wenn eine Konkavität nicht ausgebildet ist,
(B) X ≤ W/2, wobei X der Abstand zwischen der Unterkante der Durchgangsöffnung und dem Außenrand der Konkavität ist und W der Abstand zwischen der Unterkante der Durchgangsöffnung und dem Ende des leitfähigen Schaltkreises in Richtung X ist, und
(C) 1/3 ≤ X/Y ≤ 1, wobei Y wie beim obigen (A) definiert ist und X wie im obigen (B) definiert ist.
Das Halbleiter-Bauelement der vorliegenden Erfindung umfasst eine Elektrode des Halbleiterelements, die an den Kontaktteil des Folienträgers der vorliegenden Erfindung angeschlossen ist.
Das in der vorliegenden Erfindung verwendete "Halbleiterelement" umfasst eine Anordnung Halbleiterelemente als Matrix auf einem Silicium-Wafer und einzelne Siliciumchips nach deren Vereinzeln, ein Schaltkreissubstrat zur Montage auf einem Halbleiterelement, ein Schaltkreissubstrat für LCD und ein Schaltkreissubstrat mit kleinen Abständen, wie ein Hybrid-IC, und ein "leitfähiger Schaltkreis" bezeichnet ein weites Konzept, das nicht nur Schaltungsstrukturen, sondern auch eine Elektrode, einen Anschluss und dergleichen einschließt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Folienträgers der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Folienträgers der vorliegenden Erfindung, wobei Öffnungen auf beiden Seiten eines isolierenden Substrats ausgebildet sind.
Fig. 3(A) ist ein schematischer Querschnitt einer Ausführungsform des Halbleiter-Bauelements der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3(B) ist ein schematischer Querschnitt einer anderen Ausführungsform des Halbleiter-Bauelements der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist ein schematischer Querschnitt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Halbleiterelements.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Der Folienträger der vorliegenden Erfindung wird ausführlicher unter Bezugnahme auf die veranschaulichenden Figuren erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform des Folienträgers der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei es sich um einen Querschnitt entlang der Linie der Längsachse der Öffnung handelt. Diese Ausführungsform zeigt einen Folienträger der vorliegenden Erfindung, der nur auf einer Seite des isolierenden Substrats eine Öffnung aufweist. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist die Struktur des Folienträgers der vorliegenden Erfindung so beschaffen, dass ein leitfähiger Schaltkreis 2 in einem isolierenden Substrat 1 ausgebildet ist, eine Öffnung 3 an einer gewünschten Stelle an einer Seite des isolierenden Substrats 1 ausgebildet ist, der leitfähige Schaltkreis an der Unterseite der Öffnung 3 frei liegt und ein leitfähiges Material in die Öffnung gefüllt wird, wodurch eine Leiterbahn 4 gebildet wird. Das obere Ende der Leiterbahn 4 dient als Kontaktteil 5 zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit äußeren Kontaktgegenständen. In dieser Ausführungsform ragt das leitfähige, in die Öffnung gefüllte Material aus der Oberfläche des isolierenden Substrats heraus, wodurch ein Kontakthöcker gebildet wird, bei dem es sich um einen Kontaktteil 5 handelt.
Die Öffnung 3 besteht aus einer Durchgangsöffnung 3a, die sich aus einer Fläche 1a des isolierenden Substrats 1 zu einer Oberfläche 2a des leitfähigen Schaltkreises erstreckt, und einer Konkavität, die auf der Stirnfläche des leitfähigen Schaltkreises über der Öffnung am unteren Ende der Durchgangsöffnung mit einem Durchmesser ausgebildet ist, der sich gleichmäßig um die Öffnung herum erstreckt, wobei die Durchgangsöffnung und die Konkavität in Pilzform vorliegen. In Fig. 1 ist nur der leitfähige Schaltkreis 2 schraffiert.
Diese Konstruktion bietet die folgenden Vorteile.
1 Der Außendurchmesser der durch das Füllen eines leitfähigen Materials in die Öffnung gebildete Leiterbahn ist am konkaven Teil größer als der Durchmesser der Durchgangsöffnung, und die Konkavität dient in Bezug auf das isolierende Substrat als Klette, wodurch ein leichtes Lösen der Leiterbahn von der Öffnung verhindert wird.
2 Durch Erfüllung der obigen Anforderungen (A)-(C) bei der Bestimmung der Form und Größe der Konkavität in Bezug auf die Leiterbahn erhält die mit einem leitfähigen Material gefüllte Konkavität eine optimale mechanische Festigkeit und Konformität mit der Größe des leitfähigen Schaltkreises, während sie konstant einen überlegenen Kontakt mit dem leitfähigen Schaltkreis beibehält.
Die Anforderung 2 wird unten ausführlicher erläutert. Wenn zum Beispiel, wie in Fig. 1 dargestellt ist, die Länge in Richtung der Dicke des leitfähigen Schaltkreises, von der Unterkante der Durchgangsöffnung 3a zur Unterseite einer Konkavität 3c, Y ist und die Dicke des leitfähigen Schaltkreises, wenn eine Konkavität nicht gebildet wird, Z ist, ist Y vorzugsweise nicht größer als 1/2 Z. Wenn Y größer als 1/2 Z ist, kann die Konkavität unerwünscht den leitfähigen Schaltkreis durchdringen.
Wenn der Abstand zwischen der unteren Kante der Durchgangsöffnung 3a und dem äußeren Rand der Konkavität 3c X beträgt und der Abstand zwischen der unteren Kante der Durchgangsöffnung und dem Ende des leitfähigen Schaltkreises in Richtung X W beträgt, beträgt X vorzugsweise immer nicht mehr als 1/2 W. Wenn X größer als 1/2 W ist, wird die Haftung zwischen dem isolierenden Substrat und dem leitfähigen Schaltkreis problematisch gering.
Wenn Y größer als 1/2 Z ist und X größer als 1/2 W ist, reagiert ein zur Ätzbehandlung verwendetes Mittel auf eine uneinheitliche Weise mit dem leitfähigen Schaltkreis und bewirkt inkonsistente Größen der Konkavitäten. Wenn ein leitfähiges Material in die Öffnung gefüllt wird und von der Oberfläche des isolierenden Kontakthöckers hervorstehen gelassen wird, variiert als Folge der senkrechte Abstand zwischen der Oberfläche des isolierenden Substrats zur Oberseite des Kontakthöckers, d. h. die Höhe des Kontakthöckers, wodurch die Zuverlässigkeit des Kontakts verschlechtert wird.
Darüber hinaus ist X/Y vorzugsweise nicht kleiner als 1/3 und nicht größer als 1. Wenn X/Y kleiner als 1/3 ist, verkleinert die Kürze von X den Griff auf dem isolierenden Substrat. Als Folge wird die Zugfestigkeit gering, so dass die Leiterbahn die Tendenz aufweist, sich leicht von der Öffnung zu lösen. Wenn X/Y größer als 1 ist, ist X lang, aber Y wird kurz, so dass die Scherfestigkeit klein wird.
Das Material des isolierenden Substrats ist keiner besonderen Einschränkung unterzogen, solange es den inneren leitfähigen Schaltkreis, die Leiterbahn von der Innenseite bis zur Oberfläche und in einigen Fällen Kontakthöcker auf der Oberfläche stabil tragen kann, und es ist im wesentlichen elektrisch isolierend. Spezielle Beispiele umfassen verschiedene warmhärtende Harze und thermoplastische Harze wie Polyesterharz, Epoxyharz, Urethanharz, Polystyrolharz, Polyethylenharz, Polyamidharz, Polyimidharz, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer- Harz (ABS-Harz), Polycarbonatharz, Silconharz und Fluorharz, wobei hinsichtlich der überlegenen Wärmebeständigkeit, Maßstabilität beim Erwärmen und der mechanischen Festigkeit Polyimidharz bevorzugt ist.
Obwohl die Dicke der isolierenden Schicht nicht besonders eingeschränkt ist, beträgt sie etwa 2-500 um, vorzugsweise etwa 5-150 um, um eine ausreichende mechanische Festigkeit und Biegsamkeit zu erreichen.
Der leitfähige Schaltkreis kann im isolierenden Substrat oder auf dem Substrat auf der Seite ohne Öffnung gebildet werden.
Das Material des leitfähigen Schaltkreises ist keiner besonderen Einschränkung unterworfen, solange es eine Leitfähigkeit aufweist, und wird durch verschiedene Metalle veranschaulicht. Bevorzugt ist Kupfer, weil es einen kleineren Widerstand aufweist und die Breite des Schaltungsbereichs verkleinert werden kann, wodurch feinere Abstände realisiert und Signale mit höheren Geschwindigkeiten gesendet werden können.
Obwohl die Dicke des leitfähigen Schaltkreises nicht besonders eingeschränkt ist, beträgt sie gewöhnlich etwa 1-200 um, vorzugsweise etwa 5-80 um.
Die Form und Größe der Öffnung kann unter Berücksichtigung der Breite des innen enthaltenen leitfähigen Schaltkreises gemäß der Struktur bestimmt werden, wobei beispielsweise ein leitfähiges Material in die Öffnung gefüllt wird und die Öffnung des isolierenden Substrats als Kontaktteil verwendet wird oder wobei ein Kontakthöcker gebildet wird und die Öffnung als Leiterbahn zwischen dem Kontakthöcker und dem leitfähigen Schaltkreis verwendet wird.
Die Form der Durchgangsöffnung ist hauptsächlich säulenförmig oder ein kreisförmiger Konus.
Die Größe der Öffnung auf der Oberfläche des isolierenden Substrats beträgt vorzugsweise etwa 5 um-200 um, vorzugsweise 8 um-100 um.
Die Form der als Teil der Öffnung im leitfähigen Schaltkreis zu bildenden Konkavität kann beliebig sein, sofern ihr Durchmesser größer als derjenige des unteren Endes der Durchgangsöffnung ist, und kann beispielsweise eine Halbkugel oder ein Trapezoid sein.
Die Öffnung kann durch ein bekanntes, gewöhnlich zur Herstellung einer Öffnung in einem Substrat verwendetes Verfahren gebildet werden. Weil die Durchgangsöffnung und die Konkavität aus verschiedenen Materialien bestehen, können sie durch verschiedene Verfahren gebildet werden.
Zum Beispiel kann die Durchgangsöffnung beispielsweise durch eine mechanische Bearbeitung wie das Stanzen, die photolithographische Bearbeitung, die Plasmabearbeitung, die Bearbeitung durch chemisches Ätzen und die Laser-Bearbeitung gebildet werden, wobei die Laser-Bearbeitung bevorzugt ist, die eine für komplizierte Produkte mit kleinen Abständen erforderliche Bearbeitung ermöglicht. Insbesondere die Verwendung eines Ultraviolett-Lasers mit einer Oszillationswellenlänge im Ultraviolettbereich ist zu bevorzugen.
Die Konkavität im leitfähigen Schaltkreis kann beispielsweise durch das Trockenätzen mittels eines CO&sub2;-Lasers oder das Nassätzen, wie chemisches Ätzen oder Elektrolytätzen, gebildet werden. Wenn der leitfähige Schaltkreis aus einem Metall gebildet wird, ist chemisches Ätzen zu bevorzugen, weil es ein gleichmäßiges Ätzen ergibt und bei der Massenherstellung überlegen ist. Beim chemischen Ätzen werden die Tiefe und der Außendurchmesser der Konkavität, insbesondere das oben erwähnte X und Y, durch das Variieren von flüssigen Komponenten, der Temperatur, der Zeit, der Menge und der Weise, in der Flüssigkeiten aufgetragen werden, und dergleichen eingestellt.
Wenn der leitfähige Schaltkreis im isolierenden Substrat gebildet wird, kann die Öffnung auf beiden Seiten des isolierenden Substrats gebildet werden. Alternativ kann, wie in Fig. 2 gezeigt wird, ein leitfähiger Schaltkreis zwischen den Konkavitäten in einer erwünschten Kombination aus Öffnungen 31 und 34 oder 32 und 33 auf beiden Seiten des Substrats hergestellt werden. Diese Konstruktion ergibt einen überlegenen Folienträger, der in der Richtung senkrecht zur Ebene des isolierenden Substrats leitet.
Das leitfähige, in die Öffnung zu füllende Material ist keiner speziellen Einschränkung unterzogen, sofern es eine Leitfähigkeit aufweist, und es kann sich um bekannte metallische Materialien wie Gold, Silber, Kupfer, Platin, Zink, Zinn, Nickel, Cobalt, Indium, Rhodium, Chrom, Wolfram und Ruthenium und verschiedene, diese als Komponenten enthaltende Legierungen (z. B. Lötmittel, Nickel-Zinn und Gold-Cobalt) handeln.
Wenn ein leitfähiges Material in die Öffnung gefüllt wird und eine Erhebung davon als Kontakthöcker verwendet wird, können das zum Füllen in die Öffnung verwendete Material und das Material für den Kontakthöcker gleich oder verschieden sein und werden gemäß der Aufgabe festgelegt.
In Fig. 1 besteht die die Konkavität 3c einschließende, an den leitfähigen Schaltkreis 2 anzuschließende Leiterbahn 4 aus einem wirtschaftlich günstigen Metall mit einem niedrigen Widerstand, wie Kupfer, und die Oberflächenschicht des Kontakthöckers 5, die sich in Kontakt mit der Elektrode eines Halbleiterelements befinden soll, besteht aus einem Material mit einer zuverlässigen Verbindungsqualität, wie Gold.
Wenn der Kontakthöcker 5 und eine äußere Elektrode über Lötmittel angeschlossen werden, wird die Oberflächenschicht des Kontakthöckers insbesondere mittels eines leicht von Lötmittel benetzten Materials wie Gold, Platin oder Zinn gebildet, und ein Material, das kaum von Lötmittel benetzt wird, wie Nickel, Wolfram und Tantal, wird vorzugsweise zwischen der Oberflächenschicht des Kontakthöckers und der Leiterbahn verwendet.
Das Verfahren zum Einfüllen eines leitfähigen Materials in die Öffnungen umfasst beispielsweise ein Plattierungsverfahren wie das elektrolytische Plattieren und das stromlose Beschichten, CVD, chemisches Befüllen, das das Eintauchen der Öffnung in ein geschmolzenes Metallbad umfasst, wodurch das Ausfallen einer leitfähigen Substanz ermöglicht wird, und ein Verfahren des physikalischen Einfüllens, das das Injizieren einer leitfähigen Substanz in die Öffnung unter Druck umfasst, wobei das elektrolytische Plattieren mittels eines leitfähigen Schaftkreises als Elektrode wegen der Einfachheit der Bearbeitung bevorzugt ist. Daher bezeichnet das Einfüllen einer leitfähigen Substanz in der vorliegenden Erfindung ein weites Konzept einschließlich eines mechanischen Einfüllens leitfähiger Substanzen sowie des oben erwähnten chemischen Ausfällens.
Obwohl die Höhe des Kontakthöckers nicht besonders eingeschränkt ist, beträgt sie auf geeignete Weise etwa 3-30 um, um kleine Halbleiterelemente aufnehmen zu können.
Die Form des Kontakthöckers kann beliebig sein, solange sie einen elektrischen Kontakt mit dem Kontaktziel herstellen kann. Zum Beispiel kann sie gemäß der Darstellung in Fig. 1 wie ein Pilz (Regenschirm), eine Halbkugel, ein Prisma, eine Säule, Kugel oder ein Konus (z. B. ein kreisförmiger Konus und eine Pyramide) sein. Die Form des Kontakthöckers auf der Ebene des isolierenden Substrats kann zum Beispiel ein Dreieck, Quadrat, Rechteck, Trapezoid, Parallelogramm oder ein anderes Polygon sein.
Das Vorhandensein von Kontakthöckern trägt zur leichten Positionierung von Verbindungen bei und gewährleistet Verbindungen mit Elektroden von Halbleiterelementen oder Anschlussteilen von äußeren Substraten. Umgekehrt kann jedoch eine Konstruktion, die nicht das Ende einer in einen Kontakthöcker auslaufenden Leiterbahn darstellen soll, sondern diesen bündig mit der Oberfläche abschließen lässt oder diesen als Konkavität ausbildet, gemäß der Form des kontaktierenden Gegenstücks angepasst werden, und eine optionale Konstruktion kann gemäß der Konstruktion des Halbleiterelements und des äußeren, mit dem Folienträger zu verbindenden Substrats, der Form des Schaltkreises und dergleichen eingesetzt werden.
Eine Ausführungsform des Halbleiter-Bauelements, das erhalten wird, indem ein Halbleiterelement an den Folienträger der vorliegenden Erfindung angeschlossen wird, ist nachfolgend dargestellt.
Fig. 3(A) und Fig. 3(B) sind schematische Querschnitte der Ausführungsformen des Halbleiter-Bauelements der vorliegenden Erfindung. Bei diesen Figuren werden verschiedene Bereiche durch Schraffuren unterschieden. In den in diesen Figuren dargestellten Ausführungsformen hat ein Folienträger A jede benötigte Anzahl Öffnungen auf beiden Seiten und eine Leiterbahn mit einem Kontakthöcker auf der Oberseite, wie in der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform, wobei ein Halbleiterelement B an eine Seite des Folienträgers angeschlossen ist und ein isolierendes Harz C um das Halbleiterelement und fast die gesamte Oberfläche auf einer Seite des Folienträgers, mit dem das Halbleiterelement verbunden wurde, geformt ist.
Beim Folienträger A sind leitfähige Schaltkreise 21 und 22 verschiedene Systeme isolierter Schaltkreise und in das biegsame, isolierende Substrat eingebettet. Die Kontakthöcker 51a und 51b und 52a und 52b, die auf beiden Seiten des isolierenden Substrats 1 ausgebildet sind, werden jeweils durch die leitfähigen Schaltkreise 21 bzw. 22 verbunden, und die Kontakthöcker 51a und 52a, die auf einer Seite ausgebildet sind, sind an die Elektroden B1 bzw. B2, die auf dem Halbleiterelement B gebildet wurden, elektrisch angeschlossen. Darüber hinaus sind die Kontakthöcker 51a, 51b, 52a und 52b nicht direkt hinter den entsprechenden Pass-Kontakthöckern ausgebildet, sondern schräg versetzt in Bezug auf die Längsrichtung eines jeden Schaltkreises angeordnet. Der Unterschied zwischen den Ausführungsformen von Fig. 3(A) und Fig. 3(B) besteht in der örtlichen Beziehung zwischen den Kontakthöckern, die auf beiden Seiten des Substrats 22 im zu verwendenden Folienträger A ausgebildet sind. Insbesondere befinden sich die auf der Oberfläche des Halbleiter-Bauelements freiliegenden Kontakthöcker 51b und 52b schräg versetzt in Bezug auf die Kontakthöcker 51a und 52a im Halbleiter-Bauelement in Richtung des äußeren Randes des Substrats in Fig. 3(A) und anders herum in Fig. 3(b). Insbesondere in der Ausführungsform von Fig. 3(B) befinden sich die auf der Oberfläche des Halbleiter-Bauelements freiliegenden Kontakthöcker 51b bzw. 52b in Richtung der Mitte des Substrats in Bezug auf die Kontakthöcker 51a bzw. 52a, wodurch eine Vergrößerung der Fläche des Folienträgers A vorteilhaft überflüssig wird und die von diesem Halbleiter-Bauelement eingenommene Fläche auf einen Bereich beschränkt wird, der derselbe wie derjenige des Halbleiterelements B auf dem Folienträger ist. Diese Ausführungsform ist besonders bevorzugt, weil eine Anzahl Halbleiter- Bauelemente von Fig. 3(B) mit hoher Dichte so montiert ist, dass sie sich gerade nebeneinander auf einem dazugehörigen Schaltkreissubstrat befinden, zum Beispiel ein Leiter auf dem dazugehörigen, einem Halbleiter-Bauelement entsprechenden Schaltkreissubstrat so auszubilden ist, dass er dem nächsten, einem Halbleiter-Bauelement entsprechenden Schaltkreissubstrat nicht zu nahe kommt, wünschenswerterweise aber einen ausreichenden Isolierabstand sichern kann.
Durch das Verbinden der Kontakthöcker 51a und 52a des Halbleiter-Bauelements, die so zum Anschlussteil eines äußeren Substrats (nicht dargestellt) ausgebildet sind, werden die Elektroden B1, B2 des Halbleiterelements B und der Anschlussteil in der anisotropen Richtung (Richtung der Dicke der isolierenden Schicht) leitend verbunden.
Daher ist es möglich, die vorteilhaften Merkmale, die durch die oben beschriebene Wirkung des Folienträgers der vorliegenden Erfindung erhalten werden, einem Halbleiter-Bauelement zu verleihen, das so konfiguriert ist, dass das Halbleiterelement an den Folienträger der vorliegenden Erfindung angeschlossen ist, wodurch der Folienträger eine Verkabelung mit feinen Abständen oder eine hochdichte Verkabelung erhalten kann, während er ausreichend reparabel ist.
Zum Formpressen und Abdichten des Halbleiterelements kann ein bekanntes isolierendes Harz wie ein Epoxyharz und ein Silikonharz verwendet werden.
In der vorliegenden Erfindung kommt das isolierende Formpress-Harz nicht mit dem leitfähigen Schaltkreis, sondern nur mit dem isolierenden Substrat in Berührung, wodurch eine Grenzfläche gebildet wird. Folglich weist der Folienträger gegenüber dem isolierenden Substrat eine überlegene Haftung auf, wodurch ein Eindringen von Wasser in die Grenzfläche vermieden wird, und weist eine außerordentlich verbesserte Zuverlässigkeit als Halbleiter-Bauelement auf.
Ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiter-Bauelements der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Fig. 4 zeigt schematisch eine Ausführungsform davon. In den Figuren (A) bis (E) sind Bezugsnummern für dieselben Teile wie in den vorhergehenden Figuren weggelassen worden. Die Bearbeitung zu jeder Form entspricht der Erläuterung in Fig. 1 oben.
(1) Wie in Fig. 4(A) dargestellt ist, sind die leitfähigen Schaltkreise 21 und 22 auf einer Seite eines ersten isolierenden Substrats 11 ausgebildet. Die leitfähigen Schaltkreise können durch Plattieren, Sputtern, CVD und so weiter ausgebildet werden.
Dann werden die Durchgangsöffnungen 31b und 32b, die bis zur Oberfläche des leitfähigen Schaltkreises reichen, im Bereich des isolierenden Substrats dort ausgebildet, wo die Leiterbahnen durch Laserbearbeitung zu bilden sind, und leitfähige Schaltkreise an dessen Unterseite freigelegt.
(2) Wie in Fig. 4(B) dargestellt ist, wird ein zweites isolierendes Substrat 12 laminiert, um die beiden Seiten des leitfähigen Schaltkreises zu bedecken, wodurch der leitfähige Schaltkreis eingebettet wird. Das Substrat kann durch thermisches Bonden, Extrusionsformen, einen Gussauftrag und dergleichen laminiert werden. Mit Hinsicht auf die Leichtigkeit der Herstellung wird der leitfähige Schaltkreis vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten isolierenden Substrat angeordnet.
Die Materialien des ersten und des zweiten isolierenden Substrats können gleich oder verschieden sein.
Auf dieselbe Weise wie oben werden Durchgangsöffnungen 31a und 32a, die die Oberfläche des leitfähigen Schaltkreises erreichen, auf dem zweiten isolierenden Substrat 12 ausgebildet.
Konkavitäten werden gebildet, indem die Stirnfläche des leitfähigen Schaltkreises, die an der Unterseite der Durchgangsöffnungen 31a, 31b, 32a und 32b frei liegt, geätzt wird.
(3) Wie in Fig. 4(C) dargestellt ist, werden die aus einer Durchgangsöffnung und einer Konkavität bestehenden Öffnungen durch elektrolytisches Plattieren jeweils mit einem leitfähigen Material gefüllt, wodurch Leiterbahnen gebildet werden, was von der Abscheidung des Materials unter Bildung der Kontakthöcker 51a, 51b, 52a und 52b gefolgt wird, wodurch ein Folienträger A erhalten wird. In den obigen Schritten (1) bis (3) können die Durchgangsöffnungen 31a, 31b, 32a und 32b nach dem Laminieren des ersten und des zweiten isolierenden Substrats gebildet werden.
Es ist auch möglich, eine Öffnung auf einer Seite zu bilden, um einen Kontakthöcker zu bilden, und dann eine Öffnung auf der anderen Seite zu bilden.
(4) Wie in Fig. 4(D) dargestellt ist, ist ein Halbleiterelement B auf dem Folienträger A montiert, und die Kontakthöcker 51a und 52b des Folienträgers A und die Elektroden B1 und B2 des Halbleiterelements B sind durch thermisches Bonden angeschlossen. Das Anschlussverfahren kann nach Bedarf nach der Art des anzuschließenden Metalls, wie durch Ultraschallbonden und Aufschmelzlöten, neben dem in Fig. 4 verwendeten Verfahren festgelegt werden.
(5) Wie in Fig. 4(E) dargestellt ist, wird die das Halbleiterelement B umgebende Fläche, die an den Folienträger A angeschlossen ist, mit einem isolierenden Harz C durch Transferformen versiegelt, wodurch das Halbleiter-Bauelement der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
Das Versiegelungsverfahren kann neben dem in Fig. 4 verwendeten Verfahren ein bekanntes Verfahren wie das Einbetten und Gießen sein.
Zum Beispiel kann das Halbleiter-Bauelement der vorliegenden Erfindung durch das folgende Verfahren hergestellt werden.

Herstellung eines Schaltkreissubstrats

Eine Polyimid-Vorstufenlösung wurde auf eine 18 um dicke Kupferfolie aufgetragen, und die Lösung wurde getrocknet und gehärtet, wodurch eine 13 um dicke Polyimidschicht gebildet wurde. Darauf wurde eine thermoplastische Polyimidschicht in einer Dicke von 13 um gebildet. Die Kupferfolie wurde in einer Tiefe von 1 um geätzt, und eine Resistschicht wurde in einer Schaltkreisstruktur auf der Kupferfolie gebildet. Dann wurde ein 17 um dicker leitfähiger Schaltkreis mit einem gewünschten Schaltkreismuster durch photochemische Bearbeitung gebildet. Der leitfähige Schaltkreis umfasste ein quadratisches Feld mit einer Kantenlänge von 70 um an der Stelle, an der die folgende Durchgangsöffnung zu bilden war. Eine Polyimid-Vorstufenlösung wurde auf die Seite des leitfähigen Schaltkreises aufgetragen, und die Lösung wurde getrocknet und gehärtet, wodurch eine 10 um dicke Deckschicht gebildet wurde, wodurch ein Schaltkreissubstrat erhalten wurde. Die Deckschichtseite des Feldes wurde freigelegt und 1 um abgeätzt, wodurch die Dicke des Feldes auf 16 um gebracht wurde.

Herstellung der Durchgangsöffnung

Ein Strahl aus einem KrF-Excimer-Laser (Transmissionswellenlänge 248 nm) wurde durch eine Maske auf den thermoplastischen Polyimidfilm des oben erwähnten Schaltkreissubstrats gestrahlt, wodurch durch Trockenätzen eine Durchgangsöffnung gebildet wurde. Auf einem Schaltkreissubstrat wurden 30 Sätze Durchgangsöffnungen gebildet, wobei jeder Satz 208 Durchgangsöffnungen umfasste. Die Durchgangslöcher in jedem Satz waren so angeordnet, dass ein Quadrat mit einer Kantenlänge von 7 mm gebildet wurde, indem eine Durchgangsöffnung an den vier Eckpunkten und 51 Durchgangsöffnungen in gleichen Abständen an den jeweiligen Seiten des Quadrats gebildet wurden. Die Quadrate mit jeweils 208 Durchgangsöffnungen wurden in einer Matrix angeordnet, die aus 5 Quadraten in Längsrichtung und 6 Quadraten in Querrichtung bestand. Der Abstand zwischen den Zentren benachbarter Quadrate betrug 19 mm (Längsrichtung) bzw. 13,5 mm (Querrichtung).
Jede Durchgangsöffnung wurde konisch gemacht, und ihr Durchmesser im thermoplastischen Polyimidfilm betrug 60 um, und ihr Durchmesser am Boden betrug 50 um.

Auf dem leitfähigen Schaltkreis ausgebildete Konkavität

Mittels O&sub2;-Plasmaätzens der Durchgangsöffnungen wurden zersetzte Substanzen, die von der Laserbearbeitung übrig geblieben waren, in den Öffnungen und den Wandungen innerhalb der Öffnungen der Durchgangsöffnungen und von den in den Durchgangsöffnungen freigelegten leitfähigen Schaltkreisen entfernt, wodurch die Benetzbarkeit verbessert wurde. Darüber hinaus wurde die an der Unterseite der Durchgangsöffnungen freiliegende Kupferfolie einem schonenenden Ätzen unterzogen, wodurch eine Konkavität gebildet wurde. Das schonende Ätzen wurde mittels einer Lösung zum schonenden Ätzen durchgeführt, die 100 g Natriumpersulfat als Mittel zum schonenden Ätzen (PB228, Ebara-Udylite Co., Ltd.) und 100 ml konz. Schwefelsäure auf einen Liter der Lösung zum schonenden Ätzen enthält. Auf diese Lösung wurden 3 min lang bei 30ºC Ultraschallwellen (40 kHz) einwirken gelassen.
Die Größe der so gebildeten Konkavität betrug: Y in Fig. 1 = 5 um, und X in Fig. 1 = 3 um.

Leiterbahn

Das gesamte Schaltkreissubstrat wurde mit Wasser gewaschen und einem Kupferplattieren unterzogen, wobei der leitfähige Schaltkreis als Minuselektrode verwendet wurde, wodurch Kupfer beim Eintauchen so abgeschieden wurde, dass die Konkavität und die Durchgangsöffnung gefüllt wurden. Das Tauchen wurde fortgesetzt, bis das durch Tauchen abgeschiedene Kupfer 1 um aus der Oberfläche des Schaltkreissubstrats herausragte, wodurch der Kern eines Kontakthöckers gebildet wurde. Der Kern war glänzend und pilzförmig. Die für die Kupferplattierung verwendete Plattierungslösung enthielt 20 ml eines Glanzbildners (Thrucup AC90, C. Uyemura & Co., Ltd.), 70 g Kupfersulfid, 190 g Schwefelsäure mit bis zu 60 ppm Chlorid, eine Iodidverbindung und Polyethylenglycol auf einen Liter der Plattierungslösung. Die Temperatur der Plattierungslösung betrug 25ºC, die Stromdichte betrug 5 A/dm², und die Plattierungsdauer betrug 20 min.
Der Kern wurde goldplattiert, um einen Kontakthöcker aus einem 10 um dicken Goldfilm mit einer Härte von 70 HV zu bilden, wodurch die Leiterbahn für den leitfähigen Schaltkreis vervollständigt wurde. Alle Sätze Durchgangslöcher wurden ausgeschnitten, wodurch ein Folienträger der vorliegenden Erfindung erhalten wurde. Die für das oben erwähnte Goldplattieren verwendete Plattierungslösung wurde unter Verwendung von K710 (Kojima Chemical Reagents, Inc.) als Grundlösung hergestellt, und die Goldkonzentration betrug 10 g/l,. Die Temperatur der Plattierungslösung betrug 65ºC, die Stromdichte betrug 0,6 A/dm², und die Plattierungsdauer betrug 35 min.
Die Abschälfestigkeit der Leiterbahn des oben hergestellten Folienträgers der vorliegenden Erfindung wurde wie folgt bestimmt. Das heißt, dass eine Kupferplatte mit Lötmittel aus einer Zinn-Blei-Legierung plattiert wurde, die Kontakthöcker des Folienträgers mit einer ausreichenden Festigkeit schmelzgebunden wurden, die Kontakthöcker abgeschält wurden und die Leiterbahn vom Folienträger abgeschält wurde. Die Zahl der Proben betrug 100 Sätze Durchgangsöffnungen. Das Innere des Folienträgers wurde nach dem Abziehen der Leiterbahn untersucht. Als Folge wurde bei allen 100 Probensätzen gefunden, dass das Abschälen nicht an der Grenzfläche zwischen der Leiterbahn und dem gefüllten Metall (d. h. der konkaven Oberfläche), sondern im leitfähigen Schaltkreis auftrat und die Leiterbahn vom Folienträger abgezogen wurde, wobei ein Teil des leitfähigen Schaltkreises daran haftete. Das Ergebnis bestätigte die ausreichende Haftfestigkeit des darin eingefüllten Metalls am leitfähigen Schaltkreis.
Zum Vergleich wurde ein Folienträger unter den folgenden, verschiedenen Bedingungen hergestellt. Das heißt, dass die Zeit für das schonende Ätzen zur Bildung einer Konkavität auf 0,5 min verkürzt wurde, wodurch Y auf 1 um und X auf 0,5 um geändert wurde. Zusammen damit wurde die Zeit für das Kupferplattieren zur Bildung einer Leiterbahn auf 18 min verkürzt. Die anderen Bedingungen waren dieselben. Der Kupferkern des Kontakthöckers ragte 1 um aus der Oberfläche des Schaltkreissubstrats heraus, und der Goldfilm darauf war derselbe wie im oben erwähnten Beispiel.
Die Abschälfestigkeit des als Vergleich hergestellten Folienträgers wurde wie im obigen Beispiel an 100 Probensätzen bestimmt. Als Folge wiesen 85 Sätze bei allen darin enthaltenen 208 Durchgangsöffnungen wie im obigen Beispiel eine vollständige Zerstörung am leitfähigen Schaltkreis auf, und 15 Sätze wiesen ein Abschälen an der Grenzfläche zwischen dem leitfähigen Schaltkreis und dem eingefüllten Metall bei einer oder mehreren der 208 Durchgangsöffnungen auf.
Aus dem Vergleich des obigen Beispiels mit dem Vergleichsbeispiel bestätigte sich, dass der besonders bevorzugte Bereich von X und Y einer Konkavität hinsichtlich der Abschälfestigkeit des leitfähigen Schaltkreises und des eingefüllten Metalls in dem durch die vorliegende Erfindung definierten Bereich lag.
Wie zuvor beschrieben wurde, ist der Folienträger der vorliegenden Erfindung für eine Montage mit geringen Abständen und hoher Dichte geeignet, wobei ein Herausziehen der Leiterbahn als Kontaktteil durch eine äußere Kraft verhindert wird. Daher trennen sich ein leitfähiger Schaltkreis und eine Leiterbahn beim Anschluss an eine Elektrode eines Halbleiterelements oder einen Anschlussteil eines äußeren Substrats oder beim Lösen der Verbindung bei einer Reparaturmaßnahme nicht. Demgemäß weist der Folienträger keinen Ausfall der Leiterbahn auf, wodurch wiederum die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung erhöht wird.
Die Verwendung des Folienträgers der vorliegenden Erfindung für ein Halbleiter- Bauelement verleiht dem Halbleiterelement die Funktion und Wirkung des Folienträgers, wodurch eine Montage mit geringen Abständen und hoher Dichte ermöglicht wird und es reparabel wird.

Claims

1. Folienträger, umfassend einen auf einer Seite oder Innenseite eines isolierenden Substrats ausgebildeten, leitfähigen Schaftkreis, wobei:

wenn der leitfähige Schaltkreis auf einer Seite des isolierenden Substrats ausgebildet ist, eine Öffnung auf der anderen Seite des isolierenden Substrats an einer Stelle gebildet wird, an der eine Leiterbahn zu bilden ist, und,

wenn der leitfähige Schaltkreis innerhalb des isolierenden Substrats gebildet wird, eine Öffnung auf einer Seite oder beiden Seiten des isolierenden Substrats an einer Stelle gebildet wird, an der eine Leiterbahn zu bilden ist,

wobei die Öffnung eine Durchgangsöffnung umfasst, die sich von der Oberfläche des isolierenden Substrats bis zur Oberfläche des leitfähigen Schaltkreises erstreckt, eine Konkavität in der Stirnfläche des leitfähigen Schaltkreises an der Öffnung am unteren Ende der Durchgangsöffnung ausgebildet ist, die Konkavität einen Durchmesser aufweist, der sich gleichmäßig um den gesamten Rand der Öffnung erstreckt und die Öffnung und die Konkavität mit einem leitfähigen Material gefüllt sind, wodurch eine Leiterbahn gebildet wird.

2. Folienträger nach Anspruch 1, wobei die in der Stirnfläche des leitfähigen Schaltkreises ausgebildete Konkavität die folgenden Anforderungen (A)- (C) erfüllt:

(A) Y ≤ Z/2, wobei Y die Länge in Richtung der Dicke des leitfähigen Schaltkreises ist, der sich von der Unterkante der Durchgangsöffnung bis zur Unterseite der Konkavität erstreckt, und Z die Dicke des leitfähigen Schaltkreises ist, wenn eine Konkavität nicht ausgebildet ist,

(B) X ≤ W/2, wobei X der Abstand zwischen der Unterkante der Durchgangsöffnung und dem Außenrand der Konkavität ist und W der Abstand zwischen der Unterkante der Durchgangsöffnung und dem Ende des leitfähigen Schaltkreises in Richtung X ist, und

(C) 1/3 ≤ X/Y ≤ 1, wobei Y wie beim obigen (A) definiert ist und X wie im obigen (B) definiert ist.

3. Folienträger nach Anspruch 1, wobei der leitfähige Schaltkreis im Inneren des isolierenden Substrats ausgebildet ist, die Öffnungen auf beiden Seiten des isolierenden Substrats ausgebildet sind und die Konkavitäten einer gewünschten Kombination Öffnungen leitend miteinander verbunden sind.

4. Folienträger nach Anspruch 1, wobei die Durchgangsöffnung des isolierenden Substrats durch Laserbearbeitung und die Konkavität des leitfähigen Schaltkreises durch chemisches Ätzen gebildet wird.

5. Folienträger nach Anspruch 1, wobei die Leiterbahn aus der Oberfläche des isolierenden Substrats herausragt.

6. Folienträger nach Anspruch 1, wobei das leitfähige Material durch elektrolytisches Plattieren oder stromloses Plattieren in die Öffnung gefüllt wird.

7. Halbleiter-Bauelement, umfassend den Folienträger von Anspruch 1, wobei eine Elektrode eines Halbleiterelements an einen Kontaktteil der Leiterbahn des Folienträgers angeschlossen ist.

8. Halbleiter-Bauelement, umfassend den Folienträger von Anspruch 2, wobei eine Elektrode eines Halbleiter-Elements an einen Kontaktteil der Leiterbahn des Folienträgers angeschlossen ist.

9. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 7, wobei der Folienträger eine Elektrode zum Anschluss an eine externe Vorrichtung aufweist und der von der Elektrode verschiedene Teil mit einem isolierenden Harz formgepresst ist.

10. Halbleiter-Bauelement nach Anspruch 8, wobei der Folienträger eine Elektrode zum Anschluss an eine externe Vorrichtung aufweist und der von der Elektrode verschiedene Teil mit einem isolierenden Harz formgepresst ist.