JP2002231755A - 半導体パッケージおよびその製法 - Google Patents
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Abstract
であるにもかかわらず、信頼性の高い、優れた半導体パ
ッケージおよびその製法を提供する。 【解決手段】半導体チップ30表面が、導体配線層11
を備えた樹脂フィルム12によって保護された構造を有
する半導体パッケージであって、上記半導体チップ30
表面と樹脂フィルム12が、樹脂フィルム12の熱融着
により直接接合されているとともに、上記導体配線層1
1の一部が半導体チップ30の電極部に接続され他の一
部が外部端子として外側に露出している。
Description
導体パッケージおよびその製法に関するものである。
例えば図14に示すような、モールド型のQFP(Qu
ad Flat Package)がよく知られてい
る。すなわち、このものは、リードフレーム1に設けら
れたダイパッド2上に、接着剤層3を介して半導体チッ
プ4を接合し、半導体チップ4上の電極5を、導電体か
らなるボンディングワイヤ6によって、リードフレーム
1側のリード部1aに接続した上で、モールド樹脂7に
よって全体を封止することによりパッケージ化したもの
である。
高速化の進展と、電子機器システムコストの低減化要求
から、ボンディングの狭ピッチ化が一層押し進められて
おり、上記QFPにおいても、ボンディングワイヤ6に
よる接続のピッチをより狭くすることが要求されてい
る。しかし、ボンディングワイヤ6の狭ピッチ化は限界
に近く、これ以上の狭ピッチ化は、ボンディングワイヤ
6同士の接触や断線を招きやすい。また、ワイヤボンデ
ィング作業には支障がなくても、樹脂封止工程におい
て、樹脂液の流れを受けて、上記と同様のトラブルが生
じやすい。さらに、多ピンになると、ワイヤボンディン
グの能力向上が不可欠となり、ワイヤボンディング装置
への投資が大きくなり、コスト的な負担が大きくなる。
ckage)、BGA(BallGrid Arra
y)、FC(Flip Chip)等、高密度実装要求
に応え得る超小型パッケージ技術の開発が進められてい
る。
の超小型パッケージ技術は、構造が複雑で製造コストが
高くなる上、これをプリント基板等に組み立て実装し検
査する技術が難しく、装置コストも高くつくことから、
量産に結びつけることが容易でない。このため、従来の
QFP等のパッケージ規格に準じた形であって、ワイヤ
レス・ファインピッチであり、しかも超薄型のパッケー
ジ技術が望まれているが、そのようなものは未だ実現し
ていないのが実情である。
もので、ワイヤレス・ファインピッチで、しかも超薄型
であるにもかかわらず、信頼性の高い、優れた半導体パ
ッケージおよびその製法の提供を、その目的とする。
め、本発明は、半導体チップ表面が、導体配線層を備え
た樹脂フィルムによって保護された構造を有する半導体
パッケージであって、上記半導体チップ表面と樹脂フィ
ルムが、樹脂フィルムの熱融着により直接接合されてい
るとともに、上記導体配線層の一部が半導体チップの電
極部に接続され他の一部が外部端子として外側に露出し
ている半導体パッケージを第1の要旨とし、そのなかで
も、特に、上記半導体チップと樹脂フィルムの接合部に
おけるダイシェア強度が49.0N以上に設定されてい
る半導体パッケージを第2の要旨とする。
ある半導体パッケージのなかでも、特に、上記半導体チ
ップがリードフレームに搭載された構造になっており、
上記樹脂フィルムの導体配線層の、外部端子として外側
に露出している部分がリードフレームのリード部と接続
されている半導体パッケージを第3の要旨とし、上記半
導体チップと樹脂フィルムとが、モールド樹脂によって
封止されている半導体パッケージを第4の要旨とし、上
記半導体チップと樹脂フィルムとが、モールド樹脂によ
って封止されておらず、上記半導体チップ裏面に、他の
樹脂フィルムが熱融着により直接接合されている半導体
パッケージを第5の要旨とする。
である半導体パッケージのなかでも、特に、半導体チッ
プに接合される導体配線層付の樹脂フィルムが、半導体
チップ表面と重なる部分と、側方にはみ出す延長部とを
備え、この延長部が、半導体チップのある側と反対側に
折り返されて、導体配線層の外部端子となる部分が、半
導体チップのフェイスダウン方向、フェイスアップ方
向、側面方向の3方向に露出している半導体パッケージ
を第6の要旨とする。
が上記半導体チップ表面の電極部に接続可能で他の一部
が外部端子としてフィルム外側に露出するよう設定され
た導体配線層を備えた樹脂フィルムとを準備し、上記半
導体チップの表面に、上記樹脂フィルムを、上記導体配
線層の一部が上記半導体チップの電極部に接続するよう
重ね、その状態で加熱加圧することにより、上記樹脂フ
ィルムを熱融着させて両者を接合一体化するようにした
半導体パッケージの製法を第7の要旨とする。
ついて説明する。
導体配線層を備えた樹脂フィルムを、熱融着により直接
接合することが大きな特徴である。ただし、上記「熱融
着により直接接合する」とは、樹脂フィルムに熱をかけ
て樹脂フィルムを溶融もしくは軟化させて半導体チップ
表面に対する接合力を高めて両者を接合するという趣旨
である。
電気的特性、熱的特性、化学的特性等に優れていること
が必要で、しかも比較的低温(通常、200℃〜)で半
導体チップ表面に熱融着することにより、優れた接合強
度を発現するものでなければならない。すなわち、実用
的な見地から、上記樹脂フィルムと半導体チップ表面の
接合部におけるダイシェア強度が49.0N(=5kg
f)以上であることが好ましい。また、さらにいえば、
ピール強度が9.8N(=1kgf)以上であることが
好ましい。
5に示すように、樹脂フィルム12と半導体チップ30
を熱融着により直接接合した試料を、万能型ボンドテス
ター(デイジ社製、シリーズ2400)にかけ、接触工
具50を矢印のように動かして、半導体チップ30がず
れない限界荷重を測定することによって得られる値であ
る。
示すように、樹脂フィルム12と半導体チップ30を熱
融着により直接接合した試料を、上記と同じ万能型ボン
ドテスターにかけ、樹脂フィルム12を矢印のように直
角方向に引き上げて、界面剥離が生じない限界荷重を測
定することによって得られる値である。
えば、耐熱性の高分子であるポリアリールケトン樹脂と
非晶性のポリエーテルイミド樹脂を配合して調製され
る、特殊なポリイミド系フィルムを用いることができ
る。
リエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ
エーテルケトンケトン等があるが、なかでも、下記の一
般式(1)で示されるポリエーテルエーテルケトンが好
適である。
に用いられるポリエーテルイミド樹脂は、その構造単位
に芳香核結合、エーテル結合およびイミド結合を有する
非晶性の熱可塑性樹脂で、例えば、下記の一般式(2)
で示されるポリエーテルイミドが好適に用いられる。
記非晶性ポリエーテルイミド樹脂とは、前者を65〜3
5重量%、後者を35〜65重量%の割合で配合したも
のが好適である。すなわち、上記範囲よりもポリアリー
ルケトン樹脂が多すぎると、組成物の結晶化速度が速く
なりすぎてその結晶性が高くなり、熱融着による接合力
が不充分になるおそれがあり、逆に、上記範囲よりも非
晶性ポリエーテルイミド樹脂が多すぎると、組成物の結
晶化速度が遅くなりすぎてその結晶性が低くなり、耐熱
性が低下するからである。
K7121、JIS K7122に準じた示差走査熱
量測定で昇温した時に測定される、ガラス転移温度が1
50〜230℃、結晶融解ピーク温度が260℃以上で
あり、結晶融解熱量ΔHmと昇温中の結晶化により発生
する結晶化熱量ΔHcとが、下記の関係式を満たすもの
であることが好適である。
分子量、組成物の比率等にも依存するが、樹脂組成物を
フィルム状に成形加工する際に、原料ポリマーを溶融さ
せた後、速やかに冷却することにより、上記値を小さく
制御することができる。そして、上記関係式に示すよう
に、その値を0.5以下に制御することにより、半導体
チップ30および導体配線層に対し、熱融着による優れ
た接着性を発現させることができる。
て、上記のもの以外に、例えば、ビフェニルテトラカル
ボン酸二無水物とジアミンの縮重合によって得られる、
下記の一般式(3)で示されるポリイミド系樹脂からな
る樹脂フィルム(市販品としては、ユーピレックスV
T:宇部興産社製等)を用いることができる。この樹脂
フィルム12も、半導体チップ30および導体配線層に
対し、熱融着によって優れた接着性を示す。
る樹脂組成物には、その性質を損なわない程度に、他の
樹脂や添加剤、例えば熱安定剤、紫外線吸収剤、光安定
剤、核剤、着色剤、滑剤、難燃剤、無機フィラー等の充
填剤等、各種の添加剤を適宜配合することができる。ま
た、フィルム状絶縁体の表面に、ハンドリング性の改良
等のために、エンボス加工やコロナ処理等を施すことが
できる。
に限定するものではないが、50〜200μm程度に設
定することが好適である。50μm未満では、熱融着に
よる接合強度が充分に得られないおそれがある。逆に、
200μmを超えると、半導体パッケージの薄型化の点
から好ましくない。
れる導体配線層には、従来から導体として用いられてい
る、銅、金、銀、アルミニウム、ニッケル、錫等が用い
られる。なかでも、銅が好適であり、さらに、その表面
に黒色酸化処理等の化成処理を施したものが好適であ
る。そして、導体配線層は、樹脂フィルム上に、箔状の
導体を積層して樹脂フィルム12を熱融着させることに
より両者を接合したのち、エッチング等により適宜の配
線形状にして得ることができる。上記箔状の導体を用い
る場合、箔の厚みは5〜20μmに設定することが好適
である。すなわち、5μm未満では、取り扱いに問題を
生じやすく、逆に、20μmを超えると、薄型化の点で
好ましくないからである。なお、半導体チップ30との
接続形態、基板等への実装形態によっては、導体配線層
として、スルーホールやバンプを形成する場合もある。
箔として接合する場合は、箔の、樹脂フィルム12との
接合面を、予め化学的または機械的に粗面化しておくこ
とが好ましい。これにより、樹脂フィルム12との接合
を、より強固にすることができるからである。このよう
な粗面化箔としては、電解銅箔製造時に電気化学的に粗
面化された粗化銅箔等があげられる。
12と、半導体チップ30の接合は、通常、上記樹脂フ
ィルム12上の導体配線層の一部が、上記半導体チップ
30の表面電極に接続し、上記導体配線層の他の一部
が、外部端子としてフィルム外側に露出するような配置
で、両者を重ね、その状態で加熱加圧して樹脂フィルム
12を熱融着させることにより行われる。
ドフレームに搭載した状態でパッケージ化する場合を例
にとって、具体的に説明する。
ップ30(図示せず)の電極部とリードフレームのイン
ナーリードとを接続することができるような配線パター
ンからなる導体配線層11を備えた樹脂フィルム12を
準備する。この樹脂フィルム12は、テープ状で、1パ
ッケージ分ごとに、リードフレームとの位置決め用の穴
13と、リードフレームのアウターリードを逃がすため
の角穴14とが形成されている。
に示すように、従来、半導体チップ搭載用のダイパッド
とが設けられていた中央部分が大きな開口になってお
り、その周縁部に、インナーリード15aとアウターリ
ード15bが形成されている。16は、位置決め用の穴
である。
の樹脂フィルム12(導体配線層11付)を、ヒータが
内蔵されたステージ20上に保持されたリードフレーム
15の上に供給し、リードフレーム15の位置決め用の
穴16(図1〔b〕参照)に挿通された位置決めピン2
1を、さらに樹脂フィルム12の位置決め用の穴13
(図1〔a〕参照)に挿通させながらステージ20を上
昇させることにより、両者を、適正な位置関係に合わせ
た状態で重ねる。なお、22は樹脂フィルム12の位置
決め用の穴13を検出するためのセンサである。
ム15の中央空隙部(図1〔b〕参照)の真下に、ヒー
タが内蔵されたステージ23上に保持された半導体チッ
プ30を配置し、樹脂フィルム12の上側から、LED
24による照明を当てながら、拡大カメラ25を用い、
ステージ23をXYθ方向に移動しながら調整して半導
体チップ30表面の電極部に樹脂フィルム12側の導体
配線層11の所定部分が重なるように位置決めする。そ
して、ステージ23を上昇させて半導体チップ30表面
を、樹脂フィルム12に重ね、両者の位置関係が正しく
保持されていることを拡大カメラ25で確認した上で、
上記拡大カメラ25およびLED24を側方(Y方向)
に移動させる。そして、上方からヒータ26を下降させ
て、樹脂フィルム12とリードフレーム15と半導体チ
ップ30を、上記ヒータ26とステージ20,23の間
に挟み込んだ状態で、加熱加圧をかける。これにより、
樹脂フィルム12が溶融ないし軟化し、半導体チップ3
0およびリードフレーム15に対してアンカー効果(投
錨効果)を発現するため、三者が一体的に接合する。
30の種類、特にチップ厚み、電極数等によって左右さ
れるが、通常、界面の温度が230〜350℃、特に2
80〜330℃、荷重が4.9〜49.0N、時間が2
0〜120秒、特に30〜90秒となるように設定する
ことが好適である。より具体的な例でいうと、チップサ
イズが7.29mm×4.7mm×400μmでピン数
が40〜60ピンの半導体チップ30を用いる場合、界
面の温度が310〜330℃、荷重が4.9〜49.0
N、時間が30〜90秒となるように設定することが好
適である。
に、ステージ20,23を下降させて、樹脂フィルム1
2上(図ではフィルム下面)に、リードフレーム15と
半導体チップ30が一体的に接合されたパッケージ中間
体を得る。そして、このものを、従来と同様の方法によ
り樹脂封止し、不要な樹脂フィルム12部分を切断除去
することにより、例えば図4に示すような、モールド型
の半導体パッケージを得ることができる。31が封止樹
脂である。なお、図では、リードフレーム15のアウタ
ーピン15bは、水平に伸びているが、実際には、適宜
の角度に折り曲げて、実装に供せられる。
は、半導体チップ30が、ダイパッドや接着剤層を介し
てリードフレーム15に固定されておらず、またワイヤ
ボンディングされていないため、全体が、図14に示す
従来型に比べて、非常に薄いという特徴を有する。そし
て、接着剤層がないため、半導体チップ30の電気的特
性等の特性低下が生じることもない。また、半導体チッ
プ30表面の電極と、リードフレーム15のインナーリ
ード15aが、樹脂フィルム12上に形成された薄い導
体配線層11によって接続されているため、リードピッ
チが極めて狭小であっても、断線やショートといったト
ラブルが生じることがなく、優れた品質のものが得られ
る。
に示すように、半導体チップ30の表面電極30aの配
置によっては、ボンディングワイヤ6によってこれらを
インナーリード15aと接続しようとしても、ワイヤ6
が交差して接続できない場合があるため、リードフレー
ム15のインナーリード15aの配置を、半導体チップ
30の表面電極30aの配置に適するよう、その都度設
計しなければならないという手間を要していた。これに
対し、本発明の半導体パッケージでは、図17(b)に
示すように、導体配線層11の配線パターンは、樹脂フ
ィルム12上で自由に設計することができるため、半導
体チップ30の表面電極30aの配置に拘束されること
なく、リードフレーム15を比較的自由に設定すること
ができるという利点がある。また、逆に、半導体チップ
30の表面デザインを、相手側のリードフレーム15と
のボンディング形態を考慮することなく自由に設計する
ことができる。
図18(a),(b)に示すように、リードフレーム1
5については、共通仕様とし、チップデザイン、チップ
サイズ、パット数(ピン数)等の異なる半導体チップ3
0と組み合わせる場合には、その半導体チップ30に応
じた配線パターンからなる導体配線層11が形成された
樹脂フィルム12を用いることにより、製造コストの削
減を図ることができる。
の例に限らず、その製造時に、樹脂フィルム12とリー
ドフレーム15の位置合わせや接合時の加熱加圧等を、
表側から行うか裏側から行うか、表裏同時に行うか、ま
た上下の配置をどうするか、等の諸条件を適宜に設定す
ることができる。このように、装置・プロセス条件等の
ニーズに応じて柔軟に対応しながら製造することができ
るため、実用的な価値が大きい。
上に形成する導体配線層11の配線幅は、狭ピッチ化を
実現するには、できるだけ細くすることが望ましいが、
あまり細すぎると、半導体チップ30との熱融着時に、
導体配線層11の配線パターンが流れる(ずれる、乱れ
る、切れる等)おそれがある。そこで、図19に示すよ
うに、配線パターン11aの太さを、半導体チップ30
の表面電極30aに重ねる部分とインナーリード15a
に重ねる部分については、できるだけ細幅(例えば70
μm以下)にし、他の部分については比較的太幅(例え
ば100μm以上)にすることが好適である。
の片方の面に導体配線層11を形成したが、図5に示す
ように、樹脂フィルム12の両面にそれぞれ導体配線層
11を形成し、表裏面の導体配線層11を、樹脂フィル
ム12に形成したスルーホール40によって導通すれ
ば、樹脂フィルム12の両面にそれぞれ半導体チップ3
0を積層して接合一体化することにより、2個の半導体
チップ30を積層して搭載することができる。これによ
り、1モジュール当たり2倍の処理能力を備えた半導体
パッケージを得ることができる。
2の両面にそれぞれ半導体チップ30を積層して接合一
体化したものを、リードフレーム15の両面にそれぞれ
積層して接合一体化することにより、4個の半導体チッ
プ30を積層して搭載することができるため、1モジュ
ール当たり4倍の処理能力を備えた半導体パッケージを
得ることができる。
を上下に積層する場合、同一種類の半導体チップを積層
するだけでなく、異なる種類の半導体チップを積層する
こともできる。したがって、従来、上下方向への積層に
よる嵩高さが問題となっていたMCM(Multi C
hip Module)においても、薄型化を実現する
ことができ、好適である。
プ30の積層部分を樹脂封止するのではなく、図7に示
すように、半導体チップ30の裏面側とリードフレーム
15の裏面側に、表側の樹脂フィルム12と同様の材質
からなる樹脂フィルム12′を、上記と同様にして熱融
着により接合一体化して、半導体パッケージとしてもよ
い。これにより、より一層、薄型のパッケージを実現す
ることができる。なお、図では、各部材を厚み方向に強
調して示しているため、半導体チップ30の周囲とリー
ドフレーム15の開口部の間に隙間Pがあるように見え
るが、実際には、この隙間Pには、樹脂フィルム12′
の熱融着時に、溶融した樹脂が入り込んで、全体が完全
に封止されるようになっている。
30の厚みが厚く、裏面側に半導体チップ30が突出す
ることを避けるために、例えば図8に示すように、半導
体チップ30の裏側を、所定厚み分だけ研磨して薄くす
るようにしてもよい。この構成によれば、パッケージの
裏面側に凹凸が殆ど生じず、厚みが非常に薄く、しかも
全体があたかも一枚のシートのように平坦なパッケージ
となるため、好適である。
5,図6に示すように、半導体チップ30を2個積層し
た構造や、4個積層した構造にすることが可能である。
リードフレーム15に代えて、図9に示すように、導体
配線層11付樹脂フィルム12自体に、リードフレーム
的な機能を持たせるようにしてもよい。この場合、導体
配線層11の表裏面を樹脂フィルム12で挟むことによ
り絶縁保護し、樹脂フィルム12に設けたスルーホール
41を利用して半導体チップ30の電極と接続し、同じ
く樹脂フィルム12に設けたスルーホール42およびバ
ンプ43を利用して、実装時の接続を行うようにする。
もちろん、図7,図8に示す構成において、リードフレ
ーム15を、上記のように、導体配線層11付樹脂フィ
ルム12で置き換えることにより、さらに薄型のパッケ
ージを実現することができる。
図6に示すように、半導体チップ30を2個積層した構
造や、4個積層した構造にすることが可能である。
示すような、CPSタイプの半導体パッケージをあげる
ことができる。この場合、樹脂フィルム12に形成され
た導体配線層11の一部を、半導体チップ30表面の電
極と接続し、導体配線層11と導通するスルーホール4
4およびバンプ45を利用して、実装時の接続を行うよ
うにする。これにより、さらに薄型でコンパクトなパッ
ケージを実現することができる。
BGAタイプの半導体パッケージとして、例えば図11
に示すような構成のものをあげることができる。このも
のは、導体配線層11として、半導体チップ30の表面
電極と接続されるスルーホール46とバンプ47を備え
ただけの構造であり、非常にコンパクトなパッケージを
実現することができる。この例に限らず、本発明の半導
体パッケージは、パッケージの時点で、チップがフェイ
スアップ/フェイスダウン、どちらの向きでもよく、そ
の製造方法においても、フェイスアップ/フェイスダウ
ン、どちらの向きでもよい。さらに、実装時において
も、フェイスアップ/フェイスダウン、どちらの向きに
してもよい。したがって、ニーズに応じて柔軟に対応す
ることができ、実用的な価値が大きい。
とQFPタイプの半導体パッケージの中間タイプとし
て、例えば図12(a)に示すような構成のものをあげ
ることができる。このものは、樹脂フィルム12に形成
された導体配線層11の一部が半導体チップ30表面の
電極と接続され、導体配線層11の他の一部がはんだボ
ールからなるバンプ49に接続されている。そして、こ
のバンプ49は、図12(b)に示すように、半導体チ
ップ30の裏面側の周囲に環状に並んでおり、リードフ
レームの代わりに外部端子として用いられる。なお、半
導体チップ30の周面および裏面は、樹脂フィルム1
2′によって保護されている。この構成によれば、非常
にコンパクトな半導体パッケージを実現することができ
る。そして、この場合、樹脂フィルム12,12′とし
ては、線膨張係数が20〜50程度のものを用いること
が好適である。すなわち、線膨張係数がこの範囲であれ
ば、実装するPCB,FPC等の基板として用いるガラ
スエポキシ基板の線膨張係数と近似しているため、得ら
れる半導体装置の信頼性が優れたものとなる。
図13(a)に示すように、折り畳み可能な5つの区画
を備えた特殊な形状に成形し、所定の導体配線層(図示
せず)を形成した上で、各区画に半導体チップ30を熱
融着により接合一体化することにより、スタックタイプ
のパッケージを得ることができる。このものは、同図
(b)に示すように、最下面となる区画の樹脂フィルム
12の裏面にバンプ48を設けることにより、5個の半
導体チップ30を積層した状態で、面実装を行うことが
できる。このタイプのパッケージによれば、実装形態に
よって、半導体チップ30をどのような配置にするかを
自由に設定できるため、融通性が高く、実用的効果が大
きい。
0の接合の際、必ずしもヒータ加熱による必要はなく、
例えばレーザ照射により樹脂フィルム12を加熱するよ
うにしても差し支えはない。
導体チップ30の熱圧着後、レーザ照射によって半導体
パッケージの外形成型を行うことができる。従来のモー
ルド封止型パッケージでは、モールド金型を用いて成型
を行っているため、パッケージデザインが変わるたびに
モールド金型を製作しなければならないが、上記のよう
に、レーザ照射によって外形成型を行う場合、装置の設
定を変更するだけで、簡単にパッケージ外形の変更を実
現することができるため、ニーズに対し、素早く、しか
も安く対応することができる。
2と半導体チップ30の熱圧着時に、上下一対のパルス
ヒータを用いることにより、より高品質の半導体パッケ
ージを製造することができる。
られているコイル式のヒータ等と異なり、所定の温度設
定に即座に切り替えることができるため、下側のパルス
ヒータの上面に、直接、熱圧着しようとするワークを正
確に位置決めした状態で載せることができる。もちろ
ん、上記パルスヒータと同様の機能を果たす加熱手段で
あれば、その種類は特に限定するものではない。以下、
その具体的な実施の形態を図面に基づいて説明する。
上下一対のパルスヒータ51,52の間に、半導体チッ
プ30をフェイスアップで位置決めし、下側に裏張り用
樹脂フィルム53を配置し、上側に導体配線層11付樹
脂フィルム12を配置した状態で、三者を一括熱圧着し
て、半導体パッケージを得るようにしたものである。
は、上記裏張り用樹脂フィルム53を嵌入して位置決め
保持するための凹部54が形成されており、その開口縁
部に、周方向への変形防止のための四角枠状の凸条55
が形成されている。
ると、熱圧着時に導体配線層11が沈み込んで位置ずれ
を生じやすいことを考慮して、熱圧着面に段差が生じな
いよう、半導体チップ30の周囲を埋めるための四角枠
状のスペーサ56(上記樹脂フィルム12と同様の樹脂
フィルムで作製)が用意されている。
(図4参照)を用いておらず、導体配線層11が、熱圧
着時にリードフレーム15のインナーリード15aと重
なって位置ずれ防止されるという効果が得られないた
め、導体配線層11の位置ずれ防止を目的として、鉄系
金属(42アロイ、全面Agメッキ)製の額縁フレーム
57が用意されている。
うにして半導体パッケージを得ることができる。まず、
図21(a)に示すように、下側のパルスヒータ52の
凹部54内に、裏張り用樹脂フィルム53を嵌入し、そ
の上に、同図(b)に示すように、半導体チップ30を
フェイスアップで載置する。
ヒータ52の凸条55の周囲に、額縁フレーム57を載
置し、さらに、同図(d)に示すように、上記凸条55
の内側面と半導体チップ30の間に、スペーサ56を嵌
入する。
上に、導体配線層11付樹脂フィルム12を位置決め
し、上側のパルスヒータ51を下降させることにより、
同図(b)に示すように、半導体チップ30の上下両面
を樹脂フィルム12,53で挟み、その状態でパルスヒ
ータ51,52を所定温度に昇温して、全体を熱圧着す
る。
導体チップ30表面の電極が導体配線層11に接続され
た状態で、半導体チップ30と樹脂フィルム12が接合
され、半導体チップ30の側面および裏面がスペーサ5
6および裏張り用樹脂フィルム53に接合されて、全体
が完全に一体化された中間品となる。なお、上記スペー
サ56および裏張り用樹脂フィルム53は、熱圧着によ
り溶融ないし軟化して完全に一体化するため、以下、ス
ペーサ56の表示はしない。また、導体配線層11が露
出した部分の周縁部は、額縁フレーム57によって保持
されている。
全体を打ち抜いて所定寸法に切断することにより、額縁
フレーム57ごと余分な部分を除去して、目的とする半
導体パッケージを得ることができる。
も、前記実施態様のものと同様、非常に薄型で、導体配
線層11の配線ピッチが狭小であるにもかかわらず、断
線やショート等のトラブルがなく、高品質である。特
に、上記製法によれば、樹脂フィルム12が、熱圧着時
に熱の影響を受けても、スペーサ56,額縁フレーム5
7の介在と、パルスヒータ52の凹部54と凸条55に
よる周方向の規制によって、樹脂フィルム12上の導体
配線層11が位置ずれしにくく、より一層、高精度のも
のとなる。また、この製法によれば、熱圧着により、電
気的接合と、樹脂フィルム12,53,56による封止
と、外形成形を一工程で行うことができるため、生産効
率がよい。
にSnメッキ(電解メッキでも無電解メッキでもよい)
を施し、額縁フレーム57にAgメッキを施すと、導体
配線層11と額縁フレーム57の間でSn−Ag結合が
生じるため、導体配線層11を、よりしっかり固定する
ことができ、好適である。
7を用いると比較的コストがかかるため、例えば図23
(a)および(b)に示すように、下側のパルスヒータ
52に凹部54のみ設け、この凹部54内に、裏張り用
樹脂フィルム53と半導体チップ30とスペーサ56を
図示のように嵌入したのち、額縁フレーム57を用いる
ことなく、この上に、導体配線層11付樹脂フィルム1
2を位置決めして熱圧着するようにしてもよい。この方
法によっても、従来より高品質の半導体パッケージを得
ることができる。
ように、エンボス加工によって、上記裏張り用樹脂フィ
ルム53とスペーサ56が一体化されたような形状のス
ペーサ56′を用いるようにしてもよい。この方法によ
れば、樹脂フィルムの材料コストが低減されるだけでな
く、部品点数が減るため、生産効率が向上する。また、
水分等の進入路となるおそれのある樹脂フィルム同士の
接着界面が一つ減るため、得られる半導体パッケージの
信頼性がより高いものとなる。
うに、下側のパルスヒータ52に所定の凹凸形状部5
2′を設けるともに、樹脂フィルム製の2枚のスペーサ
56a,56bを用いることにより、半導体チップ30
の裏面一部が露出した構成の半導体パッケージを得るこ
ともできる。これにより、より薄型でコンパクトなパッ
ケージを実現することができる。
52′を詳細に示すと、図26(a)と、そのA−A′
断面図である同図(b)に示すようになっている。すな
わち、上記凹凸形状部52′は、スペーサ56bが入る
環状の凹部60と、半導体チップ30が載置される凸部
61とで構成されている。そして、この凸部61の上面
には、十字状の溝62が形成されており、中心に、真空
引き用の穴63が設けられている。この構成によれば、
熱圧着時に、スペーサ56a,56bと半導体チップ3
0が嵌入された凹凸形状部52′内を真空引きすること
ができるため、パッケージ内にボイドが発生することを
防止することができる。また、熱圧着に先立って、穴6
3から真空引きすることにより、半導体チップ30の吸
着固定を行うことができるという利点も有する。
線層11の配線が、熱圧着時に樹脂フィルム12上で位
置ずれするのを、さらに抑制する案として、例えば図2
7に示すように、樹脂フィルム12上に、必要最小限の
導体配線層11のみを形成するのではなく、斜線で示す
ように、導体配線パターンの周囲にも、額縁状に導体層
11aを形成することが好適である。
拡大図である図28に示すように、導体配線層11の、
配線パターンのコーナー部において、配線と配線の隙間
部にも、略くさび状の導体層11bを残すことにより、
この周辺の配線の位置ずれを防止することができる。
大図である図29に示すように、導体配線層11の各配
線の接合端子に、ランド(円形)11cを設けることに
より、各配線が多少位置ずれを生じても、基板等の端子
と接合が適正になされるようにすることができる。
導体パッケージは、各種の形態で、PCB、FPC等の
基板に実装することができる。例えば図30に示すよう
に、樹脂フィルム12上の導体配線層11のうち、側方
に露出した部分にはんだボールからなるバンプ49を取
り付け、バンプ49を介して基板に実装することができ
る。
金型70を用いて導体配線層11付樹脂フィルム12を
賦形し、同図(b)に示すようなガルウィング型に成形
することにより、QFPタイプのパッケージとすること
ができる。
ージのように、半導体チップ30に接合された導体配線
層11付の樹脂フィルム12のうち、側方にはみ出す延
長部において、同図(b)に示すように、樹脂フィルム
12の上面に切り込みを入れ(あるいは切り込みを入れ
ないでそのまま)、同図(c)〜(f)に示すように、
順次折り曲げて熱圧着をかけることにより、折り曲げ形
状を固定する。このようにすると、導体配線層11の外
部端子となる部分が、半導体チップ30のフェイスダウ
ン方向、フェイスアップ方向、側面方向の3方向に露出
した状態になるため、実装を、平置きにしても縦置きに
してもよく、利便性に優れている。また、同図(g)に
示すように、これを上下逆にして、基板上に実装するこ
とができる。さらに、側面端子を利用して、半導体パッ
ケージを多数個横に並べた2次元モジュールを簡単に作
製することができる。あるいは上下面に露出した端子を
利用して、半導体パッケージを多数個縦に並べた3次元
モジュールを簡単に作製することができる。
1の外部端子が3方向に露出した形状の半導体パッケー
ジとして、例えば図33に示す形態のものをあげること
ができる。このものは、折り曲げスペーサ80の介在に
より、樹脂フィルム12の折り曲げによって形成される
盛り上がり部分の高さが高くなっているとともに、その
中央凹部81の開口が大きく設定されている。このた
め、半導体チップ30とこれを被覆する裏張り用樹脂フ
ィルム53(スペーサ56と一体化)とで形成される突
出部が、上記中央凹部81内に嵌入できるようになって
いる。
示すように、導体配線層11の側面端子を利用し、横方
向に多数個接続することにより、簡単に2次元モジュー
ルを得ることができる。また、図35に示すように、半
導体パッケージを多段に重ねるだけで、互いに電気的に
接続された、優れた3次元モジュールを得ることができ
る。特に、従来の3次元モジュールは、再配線層とし
て、インターポーザ等を設ける必要があり、厚みが大き
く、嵩高くなるという問題があったのに対し、図35の
形態のものは、樹脂フィルム12上の導体配線層11に
再配線層の機能を持たせることができるとともに、パッ
ケージ単品の半導体チップ30側の突出部を、樹脂フィ
ルム12側の中央凹部81内に嵌入された状態で積層す
ることができるため、非常に薄く、コンパクトなモジュ
ールを実現することができ、好適である。
12の厚みが75μm、折り曲げスペーサ80の厚みが
175μm、半導体チップ30の厚みが100μm、裏
張り用樹脂フィルム53の厚みが75μmの場合、この
半導体パッケージ1個の厚みは、500μmであるが、
これを4層重ねたモジュールの厚みは、325×4+1
00+75=1475μm、となり、比較的薄い仕上が
りとなる。
て、上記のように、コンパクトに積層して3次元モジュ
ールを得るには、〔X:半導体チップ30の厚み+裏張
り用樹脂フィルム53の厚み〕≦〔Y:樹脂フィルム1
2の厚み+折り曲げスペーサ80の厚み〕となるよう設
定することが好適である。
て、パッケージ単品の厚みをより薄くする場合、折り曲
げスペーサ80の厚みを薄くするより、樹脂フィルム1
2の厚みを薄くする方が、樹脂フィルム12上に形成さ
れた導体配線層11が断線しにくく、好適である。
熱圧着を経由しても形状に変化が生じないよう、耐熱性
に優れ、加熱下での寸法安定性に優れた材質のものを用
いることが好適である。
ジは、半導体チップが、ダイパッドや接着剤層を介して
リードフレームに固定されておらず、またワイヤボンデ
ィングされていないため、全体が、非常に薄いという特
徴を有する。しかも、接着剤層による半導体チップの電
気的特性等の特性低下が生じず、また、リードピッチが
極めて狭小であっても、断線やショートといったトラブ
ルが生じることがないため、優れた品質のものが得られ
る。
によれば、本発明の半導体チップを効率よく製造するこ
とができる。
た。 〔チップ〕 チップサイズ:縦7.29mm×横4.70mm チップ厚 :400μm チップ表面 :窒化膜 電極 :形成せず
のパラグラフ〔0055〕に記載されたフィルム状絶縁
体の製法に準じて、厚み100μmの樹脂フィルムaを
作製した。なお、この樹脂フィルムaの材料組成物の配
合割合と、フィルム物性を、下記の表1に併せて示す。
表面と樹脂フィルムaとを接合したのち、その接合体の
ダイシェア強度とピール強度を測定した。 〔熱圧着条件〕 時間 :60〜90秒 温度 :321〜323℃(チップの界面温度) 荷重 :24.5〜44.1N
平均で106.86Nであり、優れた接合強度を備えて
いることがわかった。また、ピール強度については、荷
重をかけるとフィルムが破れてしまうため、正しい測定
値を得ることができなかったが、9.8N以上の実用的
な強度を備えていると推測される。
ように変化させて、得られる接合体のダイシェア強度を
測定することにより、充分な接合強度(ダイシェア強度
が49.0N以上)を得ることのできる、好適な熱圧着
条件範囲を調べた。表2において、ダイシェア強度4
9.0N以上で接合したものに○を付している。
の界面温度が310℃以上において、充分なダイシェア
強度が得られることがわかる。
た。 〔チップ〕 チップサイズ :縦1303mm×横13.03mm チップ厚 :100μm
ムであって厚みが75μmのものを準備し、図27に示
す形状の導体配線層を形成した。さらに、この樹脂フィ
ルムと同一のフィルムで、図20に示す裏張り用樹脂フ
ィルム53と同様のものを作製し、厚みが100μmの
樹脂フィルムで、図20に示すスペーサ56と同様のも
のを作製した。
で、上記チップの表裏面と周囲を樹脂フィルムで封止し
てなる半導体パッケージを得た。 〔熱圧着条件〕 時間 :30〜120秒 設定温度 :290〜310℃ 荷重 :9.8〜19.6N 界面実温度Max:設定温度+10〜+20℃ 温度昇温時間 :短時間上昇 +20℃ 長時間上昇 +10℃
は、実用上充分な強度を備えており、またパッケージの
品質も、ボイドが発生しておらず、非常に良好なもので
あった。
ムの説明図、(b)は上記実施例に用いるリードフレー
ムの説明図である。
程の説明図である。
程の説明図である。
の縦断面図である。
図、(b)はその底面図である。
(b)はその実施例の使用態様の説明図である。
ある。
点の説明図、(b)は本発明によって上記欠点が解決し
たことの説明図である。
の説明図である。
変形例の説明図である。
ジの製造工程の説明図である。
おける半導体パッケージの製造工程の説明図である。
おける半導体パッケージの製造工程の説明図である。
形例の説明図である。
の変形例の説明図である。
らに他の変形例の説明図である。
面図、(b)はそのA−A′断面図である。
状を示す部分的な平面図である。
明図である。
明図である。
ケージの実装形態の説明図である。
の実装形態の説明図である。
の実装形態の説明図である。
る。
である。
である。
Claims (7)
- 【請求項1】 半導体チップ表面が、導体配線層を備え
た樹脂フィルムによって保護された構造を有する半導体
パッケージであって、上記半導体チップ表面と樹脂フィ
ルムが、樹脂フィルムの熱融着により直接接合されてい
るとともに、上記導体配線層の一部が半導体チップの電
極部に接続され他の一部が外部端子として外側に露出し
ていることを特徴とする半導体パッケージ。 - 【請求項2】 上記半導体チップと樹脂フィルムの接合
部におけるダイシェア強度が49.0N以上に設定され
ている請求項1記載の半導体パッケージ。 - 【請求項3】 上記半導体チップがリードフレームに搭
載された構造になっており、上記樹脂フィルムの導体配
線層の、外部端子として外側に露出している部分がリー
ドフレームのリード部と接続されている請求項1または
2記載の半導体パッケージ。 - 【請求項4】 上記半導体チップと樹脂フィルムとが、
モールド樹脂によって封止されている請求項3記載の半
導体パッケージ。 - 【請求項5】 上記半導体チップと樹脂フィルムとが、
モールド樹脂によって封止されておらず、上記半導体チ
ップ裏面に、他の樹脂フィルムが熱融着により直接接合
されている請求項3記載の半導体パッケージ。 - 【請求項6】 半導体チップに接合される導体配線層付
の樹脂フィルムが、半導体チップ表面と重なる部分と、
側方にはみ出す延長部とを備え、この延長部が、半導体
チップのある側と反対側に折り返されて、導体配線層の
外部端子となる部分が、半導体チップのフェイスダウン
方向、フェイスアップ方向、側面方向の3方向に露出し
ている請求項1または2記載の半導体パッケージ。 - 【請求項7】 半導体チップと、一部が上記半導体チッ
プ表面の電極部に接続可能で他の一部が外部端子として
フィルム外側に露出するよう設定された導体配線層を備
えた樹脂フィルムとを準備し、上記半導体チップの表面
に、上記樹脂フィルムを、上記導体配線層の一部が上記
半導体チップの電極部に接続するよう重ね、その状態で
加熱加圧することにより、上記樹脂フィルムを熱融着さ
せて両者を接合一体化するようにしたことを特徴とする
半導体パッケージの製法。
Priority Applications (3)
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JP2000-367492 | 2000-12-01 | ||
JP2001302651A JP2002231755A (ja) | 2000-12-01 | 2001-09-28 | 半導体パッケージおよびその製法 |
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Family Applications (1)
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- 2001-09-28 JP JP2001302651A patent/JP2002231755A/ja not_active Withdrawn
- 2001-11-26 WO PCT/JP2001/010286 patent/WO2002045151A1/ja active Application Filing
- 2001-11-26 AU AU2002221041A patent/AU2002221041A1/en not_active Abandoned
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Also Published As
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WO2002045151A1 (fr) | 2002-06-06 |
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