JP2002141369A - 半導体装置およびデータキャリア装置 - Google Patents
半導体装置およびデータキャリア装置Info
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Abstract
る。 【解決手段】 点圧負荷61が掛けられると、硬質層4
1bの内部に極短時間のうちに応力場が生じて、作用面
積が増加する。このため、応力分散層41aの軟質樹脂
粒子52に伝搬する点圧負荷61が図中の矢印に示すよ
うに分散され、結果として、半導体チップ11にかかる
点圧負荷が分散されて面圧負荷に変換されるので、半導
体チップ11の破損が防止される。
Description
データキャリア装置に関し、特に、外力負荷による破損
を防止するようにした半導体装置およびデータキャリア
装置に関する。
無人改札用パスを使用目的としたデータキャリア装置が
一般に普及しつつある。
特開平6-243358に記載された航空タグがある。特開平6-
243358に記載された航空タグは、PET(ポリエチレンテ
レフタレート)フィルム製基材の片面に渦巻状導体パタ
ーンのアンテナコイルと、送受信回路やメモリ等を搭載
したIC(Integrated Circuit)(半導体装置)から構成
されている。
モリ等を構成する半導体チップを、フィルム状の絶縁性
小片(一種の配線基板)に予め実装することでモジュー
ル化し、この電子部品モジュールを航空タグ本体として
構成するPETフィルム上に接着する構造のデータキャリ
アを提案している。
接着される上記の電子部品モジュールのように、高度の
薄型化が要求される配線基板に関して、図1に示すよう
に、プリント回路基板を構成する樹脂基材15に半導体
チップ11が直接実装されるフリップチップ方式(以
下、FCと称する)が提案されている。このFC方式は、半
導体チップ11の電極に、予め接続用のバンプ(突起状
端子)12を形成しておき、このバンプ12と樹脂基材
15上の端子13を位置合わせした後、ハンダなどの導
電性ペースト14により接続する方式である。
成するシリコン(Si)は、脆性であり、外部からの機械
的応力、特に点圧応力の負荷に対して非常に脆いにもか
かわらず、FC方式で実装されると半導体チップ11が剥
き出しになるため、点圧応力の負荷により半導体チップ
が欠ける、割れる等の破損が発生し易いという課題があ
った。
ップを実装後に樹脂モールドにより密閉封止する方法、
あるいは特開2000-242745に記載されているような、金
属板等によってIC部を補強する方法が提案されている。
しかしながら、樹脂モールドは高温で、かつ、長時間の
熱処理が必要であり製造コストが高いうえ、平滑面を生
成することや薄型化が困難であるという課題があった。
では、点圧応力を面圧応力に変換するという効果を持つ
ため、半導体チップの破損を防止することが可能にはな
るものの、薄型化が難しいことや、金属板によってIC実
装部周辺の曲げに対する柔軟性が損なわれてしまうとい
った問題がある上、データキャリアを構成するアンテナ
コイルとの間でコンデンサが形成されてしまうので、共
振周波数を低下させてしまい、交信距離が低下してしま
うという課題があった。
許第2625654号のように、樹脂フィルムを半導体チップ
の上面に積層する方法が知られている。この方法におい
ては、半導体チップの保護構造を持った半導体装置を薄
く、低コストで構成することが可能であり、半導体チッ
プの上面に積層されるのものが樹脂フィルムであること
から、アンテナコイルとの間でコンデンサを形成するこ
とがないので、交信距離を低下させてしまうといった課
題を解消させることができる。
樹脂フィルムが、金属板等の剛性材料にみられるような
点圧応力を面圧応力に変換するという効果を持たないた
め、半導体チップが破損し易いという課題があった。
ものであり、薄型で柔軟性のある半導体装置およびデー
タキャリア装置の点圧負荷による破損を防止させるよう
にするものである。
置は、軟質層および硬質層からなる2層構造の緩衝層を
備え、緩衝層が、配線基板の半導体チップを実装してい
ない面上か、または、半導体チップ上の面の少なくとも
いずれか一方の面に、軟質層が接するように積層された
ことを特徴とする。
層、若しくは、不織布、または、樹脂フィルムに粘着性
樹脂粒子を固定した粘着テープとするようにすることが
できる。
を含浸させた層、または、熱硬化樹脂層とするようにす
ることができる。
なる緩衝層を備え、緩衝層が、配線基板の半導体チップ
を実装していない面上か、または、半導体チップ上の面
の少なくともいずれか一方の面に積層されたことを特徴
とする。
層、若しくは、不織布、または、樹脂フィルムに粘着性
樹脂粒子を固定した粘着テープとするようにすることが
できる。
質層および硬質層からなる2層構造の緩衝層を備え、緩
衝層が、第1の基体の電子部品モジュールと対向してい
ない面か、または、第2の基体の半導体チップを実装し
ていない面の少なくともいずれか一方の面に、軟質層が
接するように積層されたことを特徴とする。
質層からなる緩衝層を備え、緩衝層が、第1の基体の電
子部品モジュールと対向していない面か、または、第2
の基体の半導体チップを実装していない面の少なくとも
いずれか一方の面に積層されたことを特徴とする。
は、例えば、軟質層である応力分散層41aおよび硬質
層41bから構成された、図5の応力緩衝層41であ
り、点圧負荷を分散し、半導体チップ11の破損を防止
する。
は、例えば、図2の応力緩衝層41であり、軟質層であ
る応力分散層41aから構成され、点圧応力を分散し、
半導体チップ11の破損を防止する。
緩衝層は、例えば、軟質層である応力分散層41aおよ
び硬質層41bから構成された、図7の応力緩衝層10
1a,101bであり、点圧負荷を分散し、データキャ
リア装置71の電子部品モジュール81に搭載された半
導体チップ11の破損を防止する。
緩衝層は、例えば、軟質層である応力分散層41aから
構成された、図7の応力緩衝層101a,101bであ
り、点圧負荷を分散し、データキャリア装置71の電子
部品モジュール81に搭載された半導体チップ11の破
損を防止する。
質層および硬質層からなる2層構造の緩衝層が設けら
れ、緩衝層が、配線基板の半導体チップを実装していな
い面上か、または、半導体チップ上の面の少なくともい
ずれか一方の面に、軟質層が接するように積層される。
質層からなる緩衝層が設けられ、緩衝層が、配線基板の
半導体チップを実装していない面上か、または、半導体
チップ上の面の少なくともいずれか一方の面に積層され
る。
ては、軟質層および硬質層からなる2層構造の緩衝層が
設けられ、緩衝層が、第1の基体の電子部品モジュール
と対向していない面か、または、第2の基体の半導体チ
ップを実装していない面の少なくともいずれか一方の面
に、軟質層が接するように積層される。
ては、軟質層からなる緩衝層が設けられ、緩衝層が、第
1の基体の電子部品モジュールと対向していない面か、
または、第2の基体の半導体チップを実装していない面
の少なくともいずれか一方の面に積層される。
層および硬質層からなる2層構造の緩衝層を設け、緩衝
層を配線基板の半導体チップを実装していない面上か、
または、半導体チップ上の面の少なくともいずれか一方
の面に、軟質層が接するように積層するようにした。
ば、軟質層からなる緩衝層を設け、緩衝層を配線基板の
半導体チップを実装していない面上か、または、半導体
チップ上の面の少なくともいずれか一方の面に積層する
ようにした。
置によれば、軟質層および硬質層からなる2層構造の緩
衝層を設け、緩衝層を第1の基体の電子部品モジュール
と対向していない面か、または、第2の基体の半導体チ
ップを実装していない面の少なくともいずれか一方の面
に、軟質層が接するように積層するようにした。
によれば、軟質層からなる緩衝層を設け、緩衝層を第1
の基体の電子部品モジュールと対向していない面か、ま
たは、第2の基体の半導体チップを実装していない面の
少なくともいずれか一方の面に積層するようにした。
プを実装する部分の薄型化や、曲げに対する柔軟性を妨
げることなく、点圧負荷に対する強度を向上させること
ができ、破損を防止することが可能になると共に、その
製造工程において、高温、長時間の処理を必要としない
ので低コストでの製造が可能になる。
の一実施の形態の構成を示す図である。
応する部分には、同一の符号を付してあり、その説明は
適宜省略する。
PET(ポリエチレンテレフタレート)製フィルムであ
る。この樹脂基材15の図中上面に35μmの硬質アル
ミからなる配線回路31が積層される。この配線回路3
1の表面に熱可塑性の樹脂材(レジスト)32からなる
インク材が所定のパターン状に塗布されて積層されてい
る。この樹脂材32は、エッチングにより配線回路31
を形成する際に、配線回路31として形成される部分を
マスクするために塗布されるものである。
されていない部分(エッチングの後に、樹脂材32が剥
がされた部分)には、150μmの厚さの半導体チップ
11が、そのバンプ12を介して接続されている。さら
に、半導体チップ11の上には、応力緩衝層41が積層
されている。応力緩衝層41は、70μmの不織布に軟
質の粘着性樹脂粒子を付着させた応力分散層41aから
構成されている。また、応力緩衝層41は、樹脂材15
の図中下側にも積層されている。
応力緩衝層41(応力分散層41a)に、比較的広い面
積の点圧負荷51がかけられると、図3に示すように、
粘着性の軟質樹脂粒子52を伝播する過程で点圧負荷5
1が、図中の矢印に示すように、半導体チップ11に対
して分散されることになるため、半導体チップ11への
作用面積を増加させることができる。半導体チップ11
を構成するシリコン(Si)等の脆性材は、衝撃的応力、
あるいは点圧的応力には非常に弱いという欠点がある
が、面圧的応力には非常に強い(圧縮応力で450MPa
に達する)という特性がある。このため、図3に示すよ
うに、応力分散層41aからなる応力緩衝層41が、点
圧負荷51に示すような点圧的応力の作用面積を分散し
て、面圧的応力に変化させることにより、点圧的応力に
対して強い半導体装置を構成することが可能となる。
は、図4に示すように、比較的作用面積の小さい、例え
ば、先端の鋭い圧子等からなる点圧負荷61がかけられ
ると、応力緩衝層41の応力分散層41aが、点圧負荷
61の作用面積を時間経過に伴って増加させる(分散さ
せる)ことができず、結果として、図4中の矢印に示す
ように、半導体チップ11には、局部的に大きな負荷が
かかってしまい、破損してしまう恐れがある。
1に、軟質層である応力分散層41aに加えて、さら
に、樹脂基材15に対して外側の面に、ガラスクロスに
熱硬化性樹脂を含浸させた(熱硬化樹脂だけでも良い)
30μmの硬質層41bを設ける。
ように、硬質層41b内に、局部的に比較的面積の小さ
い、例えば、先端が鋭い圧子等からなる点圧負荷61に
対して応力場が生じ、点圧負荷61の作用面積が極短時
間で増加するという効果が得られる。結果として、応力
分散層41aの軟質樹脂粒子52を伝播する過程で点圧
負荷61が、図中の矢印に示すように、半導体チップ1
1に対して分散されることになるため、半導体チップ1
1への作用面積を増加させることができ、比較的面積の
小さい点圧負荷61による負荷に対しても、半導体装置
が破損し難い構成とすることが可能となる。また、硬質
層41bを設けても、応力緩衝層41は、0.1mm(=
応力分散層70μm+硬質層30μm)程度の厚さで構
成できるので、薄型化に対する弊害とならない。
ある場合、応力緩衝層41は、点圧負荷61によって全
く変形しない剛性、あるいは変形を内部で吸収する十分
な厚さが必要となる。
ついて説明する。
配線回路31として、例えば、Al-PET(アルミ−ポリエ
チレンテレフタレート)積層基材を生成する。樹脂基材
15は、例えば、25μm厚のPETフィルムであり、そ
の片面に、ウレタン系接着剤を介して35μm厚の硬質
アルミ箔からなる配線回路31を重ね、これを温度15
0℃、圧力5kg/cm2の条件で熱ラミネート処理
し、積層接着させる。これにより、PETフィルムからな
る樹脂基材15の表面に、配線回路31を形成するため
の硬質アルミ箔が接着された(樹脂基材15に配線回路
31の層が積層された)Al-PET積層材が生成される。
するための硬質アルミ箔の表面上に所定のパターン形状
のエッチングレジストパターンとなる樹脂材32を形成
する。
成されたエッチングレジストパターンから露出するアル
ミ箔部分をエッチング処理により除去し、配線回路パタ
−ンを形成する。このエッチング処理に際しては、エッ
チング液としてNaOH(水酸化ナトリウム(濃度:120
g/l))を50℃の条件で使用し、配線回路31とし
て不要な部分のアルミ箔を除去する。
第3の工程の処理で形成された配線回路31上に接続す
る。すなわち、エッチング処理の後、図5に示すよう
に、所定の部分の樹脂材32を剥がして、接続用の配線
回路31のアルミ箔が剥き出しになった部分に、半導体
チップ11のバンプ12を介して接続(実装)する。こ
の時の半導体チップ11の実装方法は、異方導電性接着
剤による実装方法、あるいは超音波、導電性接着剤によ
る実装方法等を用いる。
実装された半導体チップ11の直上、及び、樹脂基材1
5の半導体チップ11が実装されていない面側に、応力
緩衝層41(応力分散層41aのみ、または、応力分散
層41aおよび硬質層41b)を積層する。軟質樹脂粒
子(アクリル等)52からなる応力分散層41aを作製
する。この応力分散層41aは、軟質樹脂粒子52を高
温で吹き付けるスプレーコート法により生成されるが、
不織布に粘着性の軟質樹脂粒子52、例えばアクリル系
樹脂を塗布した粘着性のフィルムテ−プ70μmを予め
作製し、このテープを貼り付けてもよい。
質層41bは、応力分散層41aの表面にエポキシ等の
熱硬化性樹脂を30μm乃至50μm程に度塗布し、1
20℃で30分程度硬化させて形成することができる。
また、応力分散層41aとして上記の粘着性のフィルム
テ−プを用いるとき、予め作製したエポキシ、あるいは
ガラスクロスに熱硬化性樹脂を含浸させた、30μm程
度の厚さのフィルムからなる硬化層41bを貼り付けて
形成するようにしてもよい。
緩衝層41を、フィルム状データキャリア装置に応用し
た例について説明する。図7(A)は、データキャリア
装置71の平面図であり、図7(B)は、データキャリ
ア装置71の側面図である。図7(A),図7(B)に
示すように、デ−タキャリア装置71は、水平方向Hが
78mm、垂直方向Vが48mmのカード状のもので、
フィルム状樹脂製基体にアンテナコイル72を構成する
金属箔パタ−ンを有するデ−タキャリア装置71の本体
と、樹脂基材15の表面の配線回路31に半導体チップ
11を実装した電子部品モジュール81とが一体化され
た構造となっており、アンテナコイル72を介して、半
導体チップ11に内蔵された通信回路(図示せず)によ
り図示せぬ読取装置と電磁波で通信することができる。
ジュール81の半導体チップ11の実装されていない樹
脂基材15の表面、及び、電子部品モジュール81が実
装されていない基体表面の半導体チップ11の直上の位
置の面に、それぞれ上記の応力緩衝層41(総厚0.1mm
(=(応力分散層41a:70μm)+(硬質層41
b:30μm)))と同様の応力緩衝層101a,10
1bが積層されている。
71における半導体チップ11の実装されていない応力
緩衝層101bに向けて、φ10mm、および、φ0.
5mmの圧子によって点圧負荷111をかけた場合に半
導体チップ11に割れが入る限界荷重(N)が示されて
いる。
ア装置71の両面に応力緩衝層101a,101bが積
層されていない場合の限界荷重が示されており、図8の
構造Bには、データキャリア装置71の両面に応力緩衝
層101a,101bとして、応力分散層41aと硬質
層41bが積層されている場合の限界荷重が示されてお
り、図8の構造Cには、データキャリア装置71の両面
に応力緩衝層101a,101bとして、応力分散層4
1aのみが積層されている場合の限界荷重が示されてお
り、図8の構造Dには、データキャリア装置71の両面
に応力緩衝層101a,101bとして、硬質層41b
のみが積層されている場合の限界荷重が示されており、
さらに、図8の構造Eには、データキャリア装置71の
電子部品モジュール81が積層されていない面のみに、
応力分散層41aと硬質層41bからなる応力緩衝層1
01bが積層されている場合の限界荷重が示されてい
る。
側の面には、硬質の樹脂板を置いた。
01a,101bとして、応力分散層41aと硬質層4
1bが積層されている場合、構造Aの応力緩衝層101
a,101bが設けられていない場合に比べて、φ10
mmの点圧負荷111に対しては、その強度が6倍以上
(=45/7.1)となり、また、φ0.5mmの点圧
負荷111に対しては、その強度が2.5倍以上(=1
8/6.8)となることが示されている。
衝層101a,101bとして、応力分散層41aのみ
が設けられた場合、構造Aの応力緩衝層101a,10
1bが設けられていない場合に比べて、φ10mmの点
圧負荷111に対しては、その強度が6倍以上(=43
/7.1)となるが、φ0.5mmの点圧負荷111に
対しては、その強度が1.5倍弱程度(=10/6.
8)となることが示されている。これは、例えば、先端
が鋭いφ0.5mmの圧子による点圧負荷に対して、応
力分散層41aだけでは、極短時間のうちに作用面積を
広げることができないため、構造Aの場合と比較して、
限界荷重が低下することを示している。
緩衝層101a,101bとして、硬質層41bのみ
(但し、厚さ0.1mm以下)が設けられた場合、構造A
の応力緩衝層101a,101bが設けられていない場
合に比べて、φ10mmの点圧負荷111に対しては、
その強度が2倍以上(=17/7.1)となるが、φ
0.5mmの点圧負荷111に対しては、その強度が1
0%(=100×(7.8−6.8)/6.8)程度し
か向上しないことが示されている。すなわち、硬質部4
1bだけでは、作用面積を広げることができないので、
構造Aの場合に比べて強度が向上されないことが示され
ている。
散層41aと硬質層41bからなる応力緩衝層101b
のみを設けた場合、すなわち、応力緩衝層101aを設
けない場合、構造Aの応力緩衝層101a,101bが
設けられていない場合に比べて、φ10mmの点圧負荷
111に対しては、その強度が5倍弱(=34/7.
1)程度向上し、φ0.5mmの点圧負荷111に対し
ては、その強度が2.5倍弱(=18/6.8)程度向
上することが示されている。すなわち、片面だけでも応
力緩衝層41が設けられると、衝撃に対する強度を向上
させることができ、特に、圧子がφ0.5mmである場
合は、両面に応力緩衝層101a,101bが設けられ
る場合と同様の効果が得られることが示されている。
び、硬質層41bからなる応力緩衝層101a,101
bをデータキャリア装置71の両面に、設けるようにす
ることで、半導体チップ11の破損の防止効果を最も高
めることができ、データキャリア装置71の片面に設け
るだけでも、半導体チップ11の破損を防止させる効果
がある。
ャリア装置に少なくとも一方の面に、応力緩衝層を設け
るようにすることにより、半導体チップを実装する部分
の薄型化や、曲げに対する柔軟性を妨げることなく、点
圧負荷に対する強度を向上させ、破損を防止することが
可能になると共に、その製造工程において、樹脂モール
ドを使用しないため、高温で、かつ、長時間の処理を必
要としないので低コストでの製造が可能になる。
ア装置によれば、軟質層および硬質層からなる2層構造
の緩衝層、または、軟質層からなる緩衝層を設けるよう
にしたので、半導体チップを実装する部分の薄型化や、
曲げに対する柔軟性を妨げることなく、点圧負荷に対す
る強度を向上させることができ、破損を防止することが
可能になると共に、その製造工程において、高温、長時
間の処理を必要としないので低コストでの製造が可能に
なる。
構成を示す図である。
の状態を説明する図である。
の状態を説明する図である。
示す図である。
の状態を説明する図である。
示す図である。
れたときの半導体チップの限界荷重を示す図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 配線基板に半導体チップを実装した半導
体装置において、 軟質層および硬質層からなる2層構造の緩衝層を備え、 前記緩衝層が、前記配線基板の前記半導体チップを実装
していない面か、または、前記半導体チップ上の面の少
なくともいずれか一方の面に、前記軟質層が接するよう
に積層されたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記軟質層は、樹脂粒子により構成され
た層、若しくは、不織布、または、樹脂フィルムに粘着
性樹脂粒子を固定した粘着テープであることを特徴とす
る請求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項3】 前記硬質層は、ガラスクロスに熱硬化樹
脂を含浸させた層、または、熱硬化樹脂層であることを
特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項4】 配線基板に半導体チップを実装した半導
体装置において、 軟質層からなる緩衝層を備え、 前記緩衝層が、前記配線基板の前記半導体チップを実装
していない面か、または、前記半導体チップ上の面の少
なくともいずれか一方の面に積層されたことを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項5】 前記軟質層は、樹脂粒子により構成され
た層、若しくは、不織布、または、樹脂フィルムに粘着
性樹脂粒子を固定した粘着テープであることを特徴とす
る請求項4に記載の半導体装置。 - 【請求項6】 第1の基体にアンテナコイルを構成する
金属箔パターンを有するデータキャリア本体と、第2の
基体表面の配線回路に半導体チップを実装した電子部品
モジュールとを備え、前記第1の基体の前記金属箔パタ
ーンを有する面と、前記第2の基体の前記半導体チップ
が実装された面とが、対向した状態で一体化して構成さ
れたデータキャリア装置において、 軟質層および硬質層からなる2層構造の緩衝層を備え、 前記緩衝層が、前記第1の基体の前記電子部品モジュー
ルと対向していない面か、または、前記第2の基体の前
記半導体チップを実装していない面の少なくともいずれ
か一方の面に、前記軟質層が接するように積層されたこ
とを特徴とするデータキャリア装置。 - 【請求項7】 第1の基体にアンテナコイルを構成する
金属箔パターンを有するデータキャリア本体と、第2の
基体表面の配線回路に半導体チップを実装した電子部品
モジュールとを備え、前記第1の基体の前記金属箔パタ
ーンを有する面と、前記第2の基体の前記半導体チップ
が実装された面とが、対向した状態で一体化して構成さ
れたデータキャリア装置において、 軟質層からなる緩衝層を備え、 前記緩衝層が、前記第1の基体の前記電子部品モジュー
ルと対向していない面か、または、前記第2の基体の前
記半導体チップを実装していない面の少なくともいずれ
か一方の面に積層されたことを特徴とするデータキャリ
ア装置。
Priority Applications (1)
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