JP2001267369A

JP2001267369A - 異方性導電シートおよびこれを用いた半導体装置ならびに異方性導電シートの製造方法

Info

Publication number: JP2001267369A
Application number: JP2000075928A
Authority: JP
Inventors: Takaharu Yonemoto; 隆治米本
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体チップの小型化の進行に対応することの
できる異方性導電シートと、これを用いた半導体装置
と、異方性導電シートの製造方法を提供する。【解決手段】直立して並べられて集積された複数の導通
路１３を有し、この導通路１３の相互間を絶縁体１４で
絶縁したシート状物１５の片面に絶縁層１７を介して所
定のパターンの配線層１６を形成し、配線層１６の外部
電極が接続されるべき所定の個所２１を、絶縁層１７を
貫通して形成された導通ビア２２を介して複数の導通路
１３のうちの半導体チップ４の電極５が接続されるべき
所定の導通路１３ａおよび１３ｂに導通させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、異方性導電シート
およびこれを用いた半導体装置ならびに異方性導電シー
トの製造方法に関し、特に、半導体チップの小型化への
対応性に優れた異方性導電シートと、これを用いた半導
体装置と、異方性導電シートを製造するための方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体パッケージは、薄型および小型化
の一途をたどっており、最近では、半導体チップと同一
サイズのＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇ
ｅ）型半導体パッージが広く使用されている。図５の
（ａ）および（ｂ）は、代表的なＣＳＰの例を示したも
ので、いずれもポリイミドフィルム等の基板１上に所定
のパターンの配線層２を形成し、この配線層２の上にエ
ラストマ３を介して半導体チップ４を搭載し、半導体チ
ップ４の電極５を配線層２の所定の個所に接続するとと
もに、基板１側より配線層２の半田ボール用ランド６に
外部電極としての半田ボール７を形成した構成を有す
る。

【０００３】電極５と配線層２の接続は、図５の（ａ）
の場合には、ボンディングワイヤ８によって行われ、
（ｂ）の場合には、配線層２のインナリード９を電極５
に圧接することによって行われる。１０は絶縁および保
護のための封止樹脂を示す。いずれのパッケージも小型
である点が評価されてきたが、最近の半導体チップの一
層の小型化の趨勢からすると、これらの接続形式では対
応に限界がある。

【０００４】ワイヤボンディングおよびインナリードボ
ンディングに変わる接続方式として、フリップチップに
よる接続方式が知られている。図６は、フリップチップ
による接続方式に基づいた半導体装置の構成を示したも
ので、ポリイミドフィルム等の基板１上の配線層２と半
導体チップ４は、半導体チップ４の電極５に設けたバン
プ１１を配線層２に接触させることによって接続され
る。１０は封止樹脂を示す。

【０００５】バンプ１１の材質としては、Ｐｂ−Ｓｎ合
金、Ａｕ等が使用され、配線層２との間には、必要によ
っては、接続を確実にするために導電ペースト、Ｉｎ合
金はんだ膜等が介在させられる（エレクトロニクス実装
学会誌Ｖｏｌ．１Ｎｏ．５１９９８ｐ４２３〜４２
８参照）。この接続方式は、それ以前の図５の（ａ）お
よび（ｂ）に示される接続方式に比べると、コンパクト
であり、従って、半導体チップの小型化の趨勢に対応す
る有効な接続方式として評価されている。

【０００６】しかし、この接続方式によると、バンプ１
１の形成は、メッキ、ワイヤ接合、転写等によって行わ
れているが、いずれの方法も多数のチップ電極を対象と
した複雑な長時間の作業を必要とするため、コスト的に
不利であり、これに代わるバンプなしでの接続が求めら
れている。

【０００７】バンプなしでの接続方式として、異方性導
電シートを使用する方法が注目されている。図７は、
異方性導電シートを使用した半導体装置の分解図を示し
たもので、基板１と半導体チップ４の間に異方性導電シ
ート１２を挟み、基板１、異方性導電シート１２および
半導体チップ４を一体に積層させて構成される。

【０００８】異方性導電シート１２は、直立した多数の
小さな導通路１３を縦横に並列させて集積し、各導通路
１３の間に薄肉の絶縁体１４を介在させて構成されてお
り、導通路１３によって配線層２の所定の個所と半導体
チップ４の電極５を導通させる構成のため、小サイズの
半導体チップを対象としたときでも、所定の半導体装置
を容易に組み立てられる特質を有している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の異方性
導電シートを使用した半導体装置によると、半導体チッ
プ４の電極５の小ピッチ化がさらに進行したとき、多数
のリードを含み、複雑な配線パターンを形成しなければ
ならない配線層２の側が、いずれ対応不能となることは
明らかである。

【００１０】従って、本発明の目的は、半導体チップの
小型化の進行に対応することのできる異方性導電シート
と、これを組み込んだ半導体装置と、異方性導電シート
を製造するための製造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、直立して並列に集積された複数の導通路
を有し、前記複数の導通路の相互間が絶縁されたシート
状物と、前記シート状物の片面に絶縁層を介して形成さ
れ、その外部電極が接続されるべき所定の個所を、前記
絶縁層を貫通して形成された導通ビアを介して前記複数
の導通路のうちの半導体チップの電極が接続されるべき
所定の導通路に導通させた配線層より構成されることを
特徴とする異方性導電シートを提供するものである。

【００１２】また、本発明は、上記の目的を達成するた
め、直立して並列に集積された複数の導通路を有し、前
記複数の導通路の相互間が絶縁されたシート状物と、前
記シート状物の片面に絶縁層を介して形成され、その所
定の個所に有する半田ボール用ランドを、前記絶縁層を
貫通して形成された導通ビアを介して前記複数の導通路
のうちの所定の導通路に導通させた配線層と、前記絶縁
層上に形成され、前記半田ボール用ランドの位置に孔を
有するソルダレジスト層と、前記シート状物の他面に
搭載され、前記所定の導通路に電極を接続させた半導体
チップと、前記半田ボール用ランド上に前記孔を通し
て形成された半田ボールより構成されることを特徴とす
る半導体装置を提供するものである。

【００１３】さらに、本発明は、上記の目的を達成する
ため、Ｃｕ箔等の金属箔の片面に絶縁層を形成するステ
ップと、前記絶縁層上にワニス塗布膜等の軟化あるいは
液状の絶縁膜を形成するステップと、表面に絶縁皮膜を
形成したＣｕ線等の金属線の短片を静電気植毛によって
前記絶縁膜に植毛するステップと、前記静電気植毛後に
前記絶縁膜を固化させるステップと、前記金属箔に所定
のパターンの配線層をフォトエッチングするステップ
と、固化した前記絶縁膜に植毛された前記金属線の短片
のうちの半導体チップの電極が接続されるべき金属線の
短片と前記配線層の外部電極が接続されるべき所定の個
所の間を前記絶縁層に形成された孔を通してメッキ処理
することにより導通させるステップを含むことを特徴と
する異方性導電シートの製造方法を提供するものであ
る。

【００１４】上記の異方性導電シートにおいて、外部電
極が接続されるべき所定の個所における外部電極として
は、多くの場合、半田ボールがこれに相当する。従っ
て、外部電極が接続されるべき所定の個所には、半田ボ
ール用ランドが形成され、その場合、配線層上には、半
田ボール用ランドの位置に半田ボールを形成するための
孔を有したソルダレジスト層が設けられる。また、シー
ト状物の他面の側に位置する複数の導通路の端面には、
多くの場合、半導体チップの電極との接合性を良好にす
るためにＳｎ、Ｐｂ−Ｓｎ合金、Ａｕ等の金属メッキが
形成される。

【００１５】上記の製造方法において、静電気植毛の具
体的な方法としては、上部電極と下部電極を対向配置す
るとともに、軟化あるいは液状の絶縁膜を下部電極上に
配置し、上部電極の上方より供給した金属線の短片を上
部電極に形成した複数の孔を通過させてから絶縁膜に植
毛する方法が好適である。静電気植毛をこのように行う
ときには、金属線の短片が上部電極の孔を通過する際に
その軸方向を上下に揃えられるため、絶縁膜への直立植
毛が確実となる。

【００１６】また、上記の製造方法において、金属箔上
の絶縁層に形成される絶縁膜としては、多くの場合、ワ
ニスの塗布による液状の絶縁膜が使用されるが、ワニス
塗布膜のように溶剤を含まず、従って、液状ではなく、
加熱されて溶融軟化状態とされた樹脂によって形成する
ことも可能であり、さらには、未硬化状態の液状の硬化
型樹脂により形成することも可能である。

【００１７】絶縁膜をワニスの塗布により形成するとき
のワニスとしては、常温における弾性率が１０００ＭＰ
ａ以下の樹脂分を含むものであることが好ましい。１０
００ＭＰａを超える弾性率の樹脂分のワニスを使用する
と、完成した半導体装置にヒートサイクルが作用したと
き、半導体チップと異方性導電シートの熱膨張係数の違
いを原因とした剥離を起こし、半導体チップと異方性導
電シートの間に接続不良を招きやすくなる。１０００Ｍ
Ｐａ以下の弾性率は、ヒートサイクル作用時に熱応力を
有効に緩和するように働く。

【００１８】また、ワニス塗布膜としては、弾性率の調
整を容易にするために、エナメル用樹脂とゴム分の混合
物を樹脂分として含むワニスを使用して形成することが
好ましい。具体的には、エポキシ樹脂、ポリイミド樹
脂、ポリアミドイミド樹脂等のエナメル用樹脂に、アク
リロニトリルブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の微粒子を分
散させたものを樹脂分として調合したワニスが使用され
る。なお、金属線の構成材としては、多くの場合、Ｃ
ｕ、Ａｇ、Ａｕ等の良導電性金属が使用されるが、半導
体チップとの熱膨張係数の一致を考慮する場合には、４
２Ｎｉ合金の使用も考えられる。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明による異方性導電シ
ートおよびこれを用いた半導体装置ならびに異方性導電
シートの製造方法の実施の形態を説明する。図１は、異
方性導電シートの断面を示したもので、１５は、直立し
て縦横に並べられて集積された複数の導通路１３と、導
通路１３の相互間に介在させられた絶縁体１４より構成
されるシート状物、１６はシート状物１５の片面に絶縁
層１７を介して形成された金属箔より構成される所定の
パターンの配線層を示す。

【００２０】絶縁層１７には、複数の導通路１３のうち
の所定の導通路１３ａおよび１３ｂの位置に貫通孔１９
が形成されており、貫通孔１９の内面には、Ｃｕメッキ
膜２０が形成されている。このメッキ膜２０は、貫通孔
１９内に露出したシート状物１５と配線層１６の表面に
かけて形成されており、これにより配線層１６の外部電
極が接続されるべき所定の個所２１と導通路１３ａおよ
び１３ｂを導通する導通ビア２２が形成されている。

【００２１】２３は配線層１６上に形成されたソルダレ
ジスト層を示し、配線層１６に設定された所定の個所２
１の位置に孔２４が設けられている。配線層１６の所定
の個所２１は、半田ボール用ランドを構成する部分であ
り、孔２４は、この半田ボール用ランド２５に半田ボー
ルを形成するときの形成孔となる。半田ボール用ランド
２５には、Ｎｉメッキ膜２６とＡｕメッキ膜２７が順に
形成されており、一方、シート状物１５の導通路１３の
他面の側（図の上方端）の端面には、Ｓｎメッキ膜（図
示せず）が形成されている。

【００２２】図２は、以上の構成の異方性導電シート２
８を使用して組み立てられたＣＳＰ型半導体装置を示し
たものである。４は電極５を導通路１３ａおよび１３ｂ
に接続させた半導体チップを示し、電極５は、図の奥行
き方向に小ピッチで多数形成されている。２９は、孔２
４より半田ボール用ランド２５上に形成された半田ボー
ルを示す。図においては、説明の便宜上、半田ボール２
９を両サイドにのみ配置して示したが、実際には、ソル
ダレジスト層２３の全面を使用してアレイ状に配置され
る。

【００２３】以上の半導体装置によれば、シート状物１
５が有する導通路１３のうち、半導体チップ４の電極５
が接続されべき導通路１３ａおよび１３ｂを予め設定す
るとともに、この導通路１３ａおよび１３ｂと配線層１
６の所定の個所２１の間を導通ビア２２で導通させた異
方性導電シート２８を準備し、これに半導体チップ４を
搭載してその電極５を導通路１３ａおよび１３ｂに接続
する一方、配線層１６の所定の個所２１の半田ボール用
ランド２５に半田ボール２９を形成することで所定の半
導体装置が構成されるため、図７に示される従来の半導
体装置のように配線層１６の構成を半導体チップ４の電
極５の形成ピッチに合わせて細密化する必要がなく、従
って、半導体チップの小型化の進行を考慮したとき、そ
の有用性は大である。

【００２４】図３は、異方性導電シート２８の製造手順
を示したものである。図１および図２と同一部分は同じ
符号を使用し、さらに、図１および図２と対応させるた
めに断面形状をこれらと同じにして図示する。まず、
（ａ）のように、直径が２０μｍのＣｕ線３１上に２μ
ｍ厚さのポリイミド絶縁皮膜３２を形成した絶縁Ｃｕ線
３３をカッター３４で切断して長さが０．１７ｍｍの短
片３５とする。（ｂ）は、短片１５を植毛するための静
電気植毛装置を示し、電源３６の正極に接続された上部
電極３７と負極に接続されて接地された下部電極３８を
上下に対向配置し、下部電極３８上に、片面に絶縁層１
７を５０μｍの厚さに形成した１８μｍの厚さの電解Ｃ
ｕ箔３９を載せた構成から成る。

【００２５】絶縁層１７上には、エポキシ系接着剤にＮ
ＢＲの微粒子を分散させた混合物を樹脂分として含むワ
ニス塗布膜４０が３００μｍの厚さに形成されている。
なお、絶縁層１７は、このワニスの硬化物より構成され
ている。上部電極３７には、多数の孔４１が格子状に配
置されて形成されており、絶縁Ｃｕ線の短片３５が上部
電極３７の上方より供給されてこの孔４１を通過してワ
ニス塗布膜４０に向かう。孔４１を通過することによっ
て軸方向を上下に揃えられた短片３５は、孔４１の通過
時に正に帯電させられ、下部電極３８によって引き寄せ
られる。

【００２６】孔４１による整列と下部電極３８による引
き寄せの結果、短片１５は、その下部を絶縁層１７に密
着させた状態でワニス塗布膜４０の中に直立することに
なり、直立した短片１５が所定の密度に達した時点で植
毛は完了する。（ｃ）は、９０℃×４時間の乾燥と１５
０℃×４時間の熱硬化処理が施されてワニス塗布膜４０
が固化した後の植毛状態であり、４２はワニス塗布膜４
０の固化物を示す。（ｄ）は、（ｃ）の短片３５の突出
部４３を研削することによって表面が平滑にされた状態
を示し、この工程においてシート状物１５が現出する。
ワニスの固化物４２と同じ高さにされた短片３５のＣｕ
線３１の端面には、無電解Ｓｎメッキ（図示せず）が施
される。

【００２７】図４は、図３の続きの手順を示したもの
で、（ａ）は、フォトレジスト層塗布、露光、現像およ
びエッチング処理を施すことによって、短片３５のうち
の半導体チップの電極が接続されるべき所定の短片３５
ａおよび３５ｂに位置する部分のＣｕ箔３９を除去する
エッチング工程、（ｂ）は、短片３５ａおよび３５ｂの
個所に位置させて絶縁層１７に貫通孔１９を形成するレ
ーザ加工工程、（ｃ）は、Ｃｕ箔３９の表面から貫通孔
１９の内部にかけてＣｕメッキ膜２０を形成するメッキ
処理工程を示す。２２は、これによって形成された導通
ビアである。

【００２８】（ｄ）は、フォトレジスト層塗布、露光、
現像およびエッチング処理をＣｕ箔３９とＣｕメッキ膜
２０に施すことによって所定のパターンの配線層１６を
形成するエッチング工程、（ｅ）は、配線層１６上への
ソルダレジスト層２３の形成工程を示し、ソルダレジス
ト層２３には、配線層１６の半田ボール用ランド２５の
位置に孔２４が形成される。（ｆ）は、ランド２５への
Ｎｉメッキ膜２６とＡｕメッキ膜２７の形成工程を示
し、これにより図示されるような図１と同じ構成の異方
性導電シート２８が完成する。

【００２９】以上のようにして進行する異方性導電シー
トの製造方法によれば、静電気植毛に基づいて絶縁Ｃｕ
線３３の短片３５をワニス塗布膜４０に直立植毛するこ
とを基本としているため、異方性導電シート２８を効率
よく製造することができる。表１は、図３および図４の
手順により製造された異方性導電シート２８を組み込ん
だ図２の構成の半導体装置を対象に行ったヒートサイク
ル試験（−２５℃×３０分、１２５℃×３０分）の実施
結果を示したものである。表１には、ワニス塗布膜４０
の樹脂分、即ち、絶縁体１４の弾性率が、ヒートサイク
ル特性におよぼす影響が示されている。

【００３０】半導体装置は、図３および図４より製造さ
れた幅１００ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ０．１５ｍｍ
のシートから、幅および長さとも１２．５ｍｍの異方性
導電シート２８を切り出し、この上に、幅および長さと
も１１ｍｍの半導体チップ４を搭載して２００℃の温度
と２５ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力を２０秒間加えることによ
って両者を一体化させ、その後、１５０℃×９０分のキ
ュア処理を行うことによって組み立てた。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１によれば、常温における弾性率が１０
００ＭＰａ以下の樹脂分のワニス塗布膜４０を形成して
製造された異方性導電シートを使用したものが、いずれ
も良好な試験結果を示しているのに比べ、樹脂分の弾性
率が１０００ＭＰａを超えるワニス塗布膜による異方性
導電シートを使用した半導体装置の場合には、半導体チ
ップ４と異方性導電シート２８の間に接続不良を発生さ
せており、しかも、樹脂分の弾性率が高くなるにしたが
って高不良率となることが示されている。以上の結果よ
り、ワニス塗布膜４０における樹脂分の弾性率は、１０
００ＭＰａ以下に設定することが望ましいといえる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による異方
性導電シートおよびこれを用いた半導体装置並びに異方
性導電シートの製造方法によれば、直立して並べられて
集積された複数の導通路を有し、導通路の相互間を絶縁
したシート状物の片面に絶縁層を介して所定のパターン
の配線層を形成し、この配線層の外部電極が接続される
べき所定の個所を、絶縁層を貫通して形成された導通ビ
アを介して、複数の導通路のうちの半導体チップの電極
が接続されるべき所定の導通路に導通させた構成を有す
るため、従来のように配線層の構成を半導体チップの電
極の形成ピッチに合わせて細密化する必要がなく、半導
体チップの小型化の趨勢に充分に対応することのできる
半導体装置を構成することができる。また、本発明は、
異方性導電シートを効率よく製造できる製造方法をも併
せて提供するものであり、その有用性は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による異方性導電シートの実施の形態を
示す説明図である。

【図２】図１の異方性導電シートを使用した本発明の半
導体装置の実施の形態を示す説明図である。

【図３】本発明による異方性導電シートの製造方法の実
施の形態を示す説明図であり、（ａ）〜（ｄ）は製造手
順を示す。

【図４】図３に引き続いての製造手順を示す説明図であ
る。

【図５】従来の半導体装置を示す説明図であり、（ａ）
はワイヤボンディングタイプ、（ｂ）はインナリードボ
ンディングタイプを示す。

【図６】フリップチップ接続方式による従来の半導体装
置を示す説明図である。

【図７】異方性導電シートを使用した従来の半導体装置
を示す説明図である。

【符号の説明】

４半導体チップ５電極１３導通路１３ａ、１３ｂ所定の導通路１４絶縁体１５シート状物１６配線層１７絶縁層１９貫通孔２０Ｃｕメッキ膜２１配線層の所定の個所２２導通ビア２３ソルダレジスト層２４孔２５半田ボール用ランド２６Ｎｉメッキ膜２７Ａｕメッキ膜２８異方性導電シート２９半田ボール３１Ｃｕ線３２ポリイミド絶縁皮膜３３絶縁Ｃｕ線３４カッター３５絶縁Ｃｕ線の短片３５ａ、３５ｂ所定の短片３６電源３７上部電極３８下部電極３９電解Ｃｕ箔４０ワニス塗布膜４１孔４２ワニス塗布膜の固化物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直立して並列に集積された複数の導通路を
有し、前記複数の導通路の相互間が絶縁されたシート状
物と、前記シート状物の片面に絶縁層を介して形成され、その
外部電極が接続されるべき所定の個所を、前記絶縁層を
貫通して形成された導通ビアを介して前記複数の導通路
のうちの半導体チップの電極が接続されるべき所定の導
通路に導通させた配線層より構成されることを特徴とす
る異方性導電シート。
【請求項２】前記配線層は、その表面にソルダレジスト
層を有し、前記ソルダレジスト層は、前記所定の個所に
相当する半田ボール用ランドの位置に孔を有することを
特徴とする請求項１項記載の異方性導電シート。
【請求項３】前記複数の導通路は、前記シート状物の他
面の側の端面にＳｎ、Ｐｂ−Ｓｎ合金、Ａｕ等の金属メ
ッキ膜を有することを特徴とする請求項１項記載の異方
性導電シート。
【請求項４】直立して並列に集積された複数の導通路を
有し、前記複数の導通路の相互間が絶縁されたシート状
物と、前記シート状物の片面に絶縁層を介して形成され、その
所定の個所に有する半田ボール用ランドを、前記絶縁層
を貫通して形成された導通ビアを介して前記複数の導通
路のうちの所定の導通路に導通させた配線層と、前記配線層上に形成され、前記半田ボール用ランドの位
置に孔を有するソルダレジスト層と、前記シート状物
の他面に搭載され、前記所定の導通路に電極を接続させ
た半導体チップと、前記半田ボール用ランド上に前記
孔を通して形成された半田ボールより構成されることを
特徴とする半導体装置。
【請求項５】Ｃｕ箔等の金属箔の片面に絶縁層を形成す
るステップと、前記絶縁層上にワニス塗布膜等の軟化あるいは液状の絶
縁膜を形成するステップと、表面に絶縁皮膜を形成したＣｕ線等の金属線の短片を静
電気植毛によって前記絶縁膜に植毛するステップと、前記静電気植毛後に前記絶縁膜を固させるステップと、前記金属箔に所定のパターンの配線層をフォトエッチン
グするステップと、固化した前記絶縁膜に植毛された前記金属線の短片のう
ちの半導体チップの電極が接続されるべき所定の金属線
の短片と前記配線層の外部電極が接続されるべき所定の
個所の間を前記絶縁層に形成された孔を通してメッキ処
理することにより導通させるステップを含むことを特徴
とする異方性導電シートの製造方法。
【請求項６】前記静電気植毛は、上下に配置された上部
電極および下部電極を準備するステップと、前記上部電
極の上方より供給された前記金属線の短片を前記上部電
極に設けられた複数の孔を通過させてから、前記金属箔
および絶縁層を介して前記下部電極上に位置させられた
前記絶縁膜に植毛するステップを含むことを特徴とする
請求項５項記載の異方性導電シートの製造方法。
【請求項７】前記静電気植毛は、前記金属箔上の前記絶
縁層に常温における弾性率が１０００ＭＰａ以下の樹脂
分を含む前記ワニス塗布膜を塗布するステップを含むこ
とを特徴とする請求項５項記載の異方性導電シートの製
造方法。
【請求項８】前記静電気植毛は、前記絶縁層に、エポキ
シ樹脂等のエナメル用樹脂とアクリロニトリルブタジエ
ンゴムの微粒子等のゴム分の混合物を樹脂分として含む
前記ワニス塗布膜を塗布するステップ含むことを特徴と
する請求項５項記載の異方性導電シートの製造方法。