JP2005101170A - 半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】信頼性の高い半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器を提供する。
【解決手段】配線パターン12を有する配線基板に、開口を有する保護膜20を、表面が凹凸面となるように、かつ、開口から配線パターン12の一部が露出するように形成する。配線基板に電極32を有する半導体チップ30を搭載して、配線パターン12における開口からの露出部14と電極32とを対向させて電気的に接続する。保護膜20を、凹凸面の凹部が保護膜20を貫通しないように形成する。
【選択図】図5

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器に関する。
配線パターンを有する配線基板に、配線パターンを保護する保護膜を形成することが知られている。ここで、保護膜の表面積を大きくすれば、保護膜の表面から蒸発する水分の量を増やすことができ、半導体装置の信頼性を高めることができる。
本発明の目的は、信頼性の高い半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器を提供することにある。
特開平8−102583号公報
(1)本発明に係る半導体装置の製造方法は、配線パターンを有する配線基板に、開口を有する保護膜を、表面が凹凸面となるように、かつ、前記開口から前記配線パターンの一部が露出するように形成すること、及び、
前記配線基板に電極を有する半導体チップを搭載して、前記配線パターンにおける前記開口からの露出部と前記電極とを対向させて電気的に接続することを含み、
前記保護膜を、前記凹凸面の凹部が前記保護膜を貫通しないように形成する。本発明によれば、保護膜を、表面が凹凸面となるように形成する。これにより保護膜の表面積が大きくなり、保護膜から蒸発する水分の量を増やすことができる。また、本発明によれば、凹凸面の凹部を、保護膜を貫通しないように形成する。そのため、凹部によって配線パターンが露出することを防止することができる。このことから、耐湿性に優れた、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
(2)この半導体装置の製造方法において、
前記半導体チップを搭載する工程の前に、前記配線基板における前記開口からの露出領域に、接着剤を、前記保護膜における前記開口の周縁部に至るように設けることをさらに含み、
前記接着剤によって、前記半導体チップと前記配線基板とを接着してもよい。これによれば、接着剤を、保護膜における開口の周縁部に至るように設ける。そして、保護膜は表面が凹凸面となるように形成されてなる。そのため、接着剤と保護膜との接触面積が広がり、接着力を高めることができる。このことから、半導体チップと配線基板とを強固に固着することができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
(3)この半導体装置の製造方法において、
前記接着剤は導電粒子を含有し、
前記配線パターンと前記電極との間に、前記導電粒子を介在させてもよい。
(4)この半導体装置の製造方法において、
前記接着剤を、ペースト状で設けてもよい。
(5)この半導体装置の製造方法において、
前記接着剤を、フィルム状で設けてもよい。
(6)この半導体装置の製造方法において、
前記保護膜を、前記凹部が前記保護膜における前記開口の端部から前記接着剤を設けるための領域の外側に至るように配置された溝状凹部を含むように形成してもよい。これによれば、溝状凹部によって、配線基板と保護膜とフィルム状の接着剤とによって形成される空間から空気を抜くことができる。これにより、半導体チップと配線基板との間に気泡が残ることを防止することができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
(7)この半導体装置の製造方法において、
前記溝状凹部は、前記配線パターンとオーバーラップする領域を避けて配置されていてもよい。これにより、配線パターンを保護することが可能な、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
(8)この半導体装置の製造方法において、
前記保護膜を、前記溝状凹部の底部の厚みが前記配線パターンよりも薄くなるように形成してもよい。これにより、配線基板と保護膜とフィルム状の接着剤とによって形成される空間から容易に空気を抜くことができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
(9)この半導体装置の製造方法において、
前記溝状凹部を、プレス加工によって形成してもよい。
(10)この半導体装置の製造方法において、
前記溝状凹部を、エッチングによって形成してもよい。
(11)本発明に係る半導体装置は、上記方法によって製造されてなる。
(12)本発明に係る半導体装置は、配線パターンと、前記配線パターンの一部を露出させる開口が形成されてなり表面が凹凸面である保護膜とを有する配線基板と、
電極を有し、前記電極が前記配線パターンと対向するように前記配線基板に搭載された半導体チップと、
を含み、
前記凹凸面の凹部は、前記保護膜を貫通しないように形成されてなる。本発明によれば、保護膜は、表面が凹凸面となるように形成されてなる。これにより保護膜の表面積が大きくなるため、保護膜から蒸発する水分の量を増やすことができる。また、本発明によれば、凹凸面の凹部は、保護膜を貫通しないように形成されてなる。そのため、凹部によって配線パターンが露出することを防止することができる。このことから、耐湿性に優れた、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
(13)この半導体装置において、
前記配線基板と前記半導体チップとの間に、前記保護膜における前記開口の周縁部に至るように配置された樹脂部をさらに有してもよい。これによれば、樹脂部は、保護膜における開口の周縁部に至るように設けられてなる。そして、保護膜は表面が凹凸面となるように形成されてなる。そのため、保護膜と樹脂部との接触面積が大きくなり、保護膜と樹脂部との接着強度を高めることができる。すなわち、配線基板と半導体チップとが強く接着された信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
(14)本発明に係る回路基板には、上記半導体装置が実装されてなる。
(15)本発明に係る電子機器は、上記半導体装置を有する。
以下、本発明を適用した実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
(第1の実施の形態)
図1〜図6は、本発明を適用した第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図1に示すように、配線基板10を用意することを含む。配線基板10の材料は特に限定されるものではなく、有機系(例えばエポキシ基板)、無機系(例えばセラミック基板、ガラス基板)、又は、それらの複合構造(例えばガラスエポキシ基板)からなるものであってもよい。配線基板10は、リジッド基板であってもよく、このとき、配線基板10をインターポーザと称してもよい。あるいは、配線基板10は、ポリエステル基板やポリイミド基板などのフレキシブル基板であってもよい。配線基板10は、COF(Chip On Film)用の基板やTAB(Tape Automated Bonding)用の基板であってもよい。また、配線基板10は、単一の層からなる単層基板であってもよく、積層された複数の層を有する積層基板であってもよい。そして、配線基板10の形状や厚みについても、特に限定されるものではない。
配線基板10は、図1に示すように、配線パターン12を有する。配線パターン12は、配線基板10の両面に設けられていてもよく、このとき、貫通導電部15を介して、配線基板10の一方の面と他方の面との間の電気的な接続を図ってもよい(図3参照)。また、配線基板10として積層基板を用意した場合、各層間に、配線パターンを形成してもよい。配線パターン12は、銅(Cu)、クローム(Cr)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、チタンタングステン(Ti−W)、金(Au)、アルミニウム(Al)、ニッケルバナジウム(NiV)、タングステン(W)のうちのいずれかを積層して、あるいはいずれかの一層で形成してもよい。配線パターン12の形成方法は特に限定されない。例えば、スパッタリング等によって配線パターン12を形成してもよいし、無電解メッキで配線パターン12を形成するアディティブ法を適用してもよい。あるいは、金属箔をエッチングすることによって、配線パターン12を形成してもよい。配線パターン12は、ハンダ、スズ、金、ニッケル等でメッキされていてもよい。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図2〜図4に示すように、配線基板10に、開口22を有する保護膜20を形成することを含む。なお、図3は、図2のIII−III線断面図であり、図4は、図2のIV−IV線断面の一部拡大図である。保護膜20を、レジスト膜と称してもよい。保護膜20によって、配線パターン12の腐食や、配線パターン12間のショートを防止することができるため、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。保護膜20は、既に公知となっているいずれかの方法で形成してもよい。例えば、配線基板10の全面に感光性の材料で保護膜20を形成し、その後、露光現像工程によって一部を除去して(リソグラフィ工程によって)、開口22を有する保護膜20を形成してもよい。あるいは、スクリーン印刷法によって、開口22を有する保護膜20を形成してもよい。図2に示すように、保護膜20は、開口22から配線パターン12の一部が露出するように形成する。ここで、配線パターン12における開口22から露出した部分(露出部14)は、後述する半導体チップ30と配線パターン12との電気的な導通を図るための部分である。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、図3及び図4に示すように、保護膜20を、表面が凹凸面となるように形成する。例えば、保護膜20を形成した後に、その表面を、サンドブラストを用いて機械的に、又はプラズマ、紫外線、オゾン等を用いて物理的に、エッチング材を用いて化学的に荒らすことによって、表面を凹凸面としてもよい。あるいは、配線基板10に保護膜20の前駆体を設け、該前駆体の表面を凹凸面としてからこれを重合させることで、表面が凹凸面となるように保護膜20を形成してもよい。保護膜20の表面を凹凸面とすることによって、保護膜20の表面積を大きくすることができる。そのため、保護膜20内の水分が蒸発しやすくなる。さらに、配線基板10が含有する水分についても、保護膜20を透過しやすくなるため、配線基板10から除去しやすくなる。このことから、配線基板10及び保護膜20内に含有する水分量を減らすことができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。なお、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法では、保護膜20を、凹凸面の凹部が保護膜20を貫通しないように形成する。これによれば、凹凸面の凹部によって配線パターン12が露出することを防止することができるため、凹凸面の凹部の位置を厳密に制御することなく、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、配線基板10に、電極32を有する半導体チップ30を搭載することを含む(図5(A)及び図5(B)参照)。電極32は、半導体チップ30の内部と電気的に接続されていてもよい。半導体チップ30は、トランジスタやメモリ素子等からなる集積回路34を有していてもよい。本実施の形態では、図5(B)に示すように、配線パターン12における開口22からの露出部14と電極32とを対向させて電気的に接続する。このとき、半導体チップ30を搭載する工程の前に、配線基板10に接着剤40を設けてもよい。言い換えると、図5(A)に示すように、配線基板10に接着剤40を設けた後に、配線基板10に半導体チップ30を搭載してもよい。接着剤40は、図5(A)に示すようにペースト状で設けてもよい。あるいは、接着剤40を、フィルム状で設けてもよい(図示せず)。そして、接着剤40によって、半導体チップ30と配線基板10とを接着してもよい。例えば、接着剤40を硬化させて樹脂部41を形成して、両者を接着してもよい(図6参照)。
接着剤40は、配線基板10における開口22からの露出領域16(図2参照)に、保護膜20における開口22の周縁部に至るように設けてもよい。これにより、接着剤40と保護膜20とを接触させることができる。先に説明したとおり、保護膜20は表面が凹凸面となっている。そのため、接着剤40を保護膜20に至るように設けることで、接着剤40と保護膜20との接続強度を高めることができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。また、接着剤40と保護膜20との接触面積を大きくすることができるため、接着剤40に含まれる水分が保護膜20に移動しやすくなる。これにより、接着剤40(樹脂部41)に含まれる水分量を減らすことができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。接着剤40は、図5(A)に示すように、予め保護膜20における開口22の周縁部に至るように設けてもよいが、これとは別に、半導体チップ30によって押し広げられることによって、保護膜20における開口22の周縁部に至るように設けてもよい。
図5(A)及び図5(B)に示すように、接着剤40として、導電粒子42を含有する異方性導電ペースト(あるいは異方性導電フィルム)を利用してもよい。そして、図5(B)に示すように、電極32と配線パターン12(詳しくは露出部14)との間に導電粒子42を介在させて、両者を電気的に接続してもよい。これにより、電気的な接続信頼性の高い半導体装置を製造することができる。ただし、これとは別に、電極32と配線パターン12とを接触させて、両者を電気的に接続してもよい(図示せず)。また、電極32と配線パターン12の間に合金が形成されることにより電気的に接続していてもよい。また、半導体チップを配線基板に搭載した後に、半導体チップと配線基板との間にアンダーフィル材を充填して、半導体装置を製造してもよい(図示せず)。このとき、アンダーフィル材を、保護膜における開口の端部に至るように設けてもよい。
なお、図5(A)及び図5(B)に示すように、1つの配線基板10に1つの半導体チップ30を搭載して、半導体装置を製造してもよいが、1つの配線基板10に複数の半導体チップを搭載して、後の工程で配線基板10を切断することによって、半導体装置を製造してもよい(図示せず)。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、配線基板10に外部端子50を形成する工程をさらに含んでもよい(図6参照)。外部端子50は、配線基板10における半導体チップ30が搭載された面とは反対側の面に形成してもよい。外部端子50は、例えばハンダによって形成してもよい。そして、必要な場合には、配線基板10を切断する工程や検査工程等を経て、図6に示す半導体装置1を製造してもよい。
本発明を適用した第1の実施の形態に係る半導体装置1は、配線基板10を含む。配線基板10は配線パターン12を有する。また、配線基板10は表面が凹凸面である保護膜20を有する。保護膜20には、配線パターン12の一部を露出させる開口22が形成されてなる。半導体装置1は、半導体チップ30を含む。半導体チップ30は、電極32を有する。半導体チップ30は、電極32が配線パターン12と対向するように配線基板10に搭載されてなる。そして、保護膜20の表面の凹凸面の凹部は、保護膜20を貫通しないように形成されてなる。上述のように、半導体装置1の保護膜20は、表面が凹凸面となるように形成されてなる。これにより保護膜20の表面積が大きくなるため、保護膜20から蒸発する水分の量を増やすことができる。また、保護膜20の表面の凹凸面を構成する凹部は、保護膜20を貫通しないように形成されてなる。そのため、凹部から配線パターン12が露出することを防止することができる。このことから、耐湿性に優れた、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。半導体装置1は、さらに、樹脂部41を有してもよい。樹脂部41は、配線基板10と半導体チップ30との間に、保護膜20における開口22の周縁部に至るように配置されてもよい。なお、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置1は、上述の半導体装置1の製造方法の中で説明した内容から導き出せる構成をさらに含んでいてもよい。そして、図7に、半導体装置1が実装された回路基板1000を示す。また、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器として、図8にノート型パーソナルコンピュータ2000を、図9に携帯電話3000を、それぞれ示す。
(第2の実施の形態)
図10〜図15は、本発明を適用した第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。なお、本実施の形態でも、既に説明した内容を可能な限り適用するものとする。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、配線基板10に、開口62を有する保護膜60を形成することを含む。ここで、図10〜図13は、配線基板10に保護膜60を形成する方法を説明するための図である。なお、図11は、図10のXI−XI線断面図である。また、図12は、図10のXII−XII線断面図であり、図13は、図10のXIII−XIII線断面図である。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、保護膜60を、表面が凹凸面となるように形成することを含む。このとき、保護膜60を、凹凸面の凹部が溝状凹部64を含むように形成する(図10〜図13参照)。溝状凹部64の形成方法は特に限定されない。例えば、配線基板10に開口62を有する保護膜60を設け、その後、保護膜60に溝状凹部64を形成してもよい。詳しくは、配線基板10に保護膜60の前駆体を設け、該前駆体に開口62を形成した後にこれを重合させてから、溝状凹部64を形成してもよい。このとき、溝状凹部64を、プレス加工によって形成してもよい。あるいは、配線基板10に保護膜60の前駆体を設け、該前駆体の表面に溝状凹部64を形成してからこれを重合させることで、溝状凹部64を形成してもよい。このとき、保護膜60の一部をエッチングによって除去して、保護膜60の前駆体に溝状凹部64を形成してもよく、プレス加工によって溝状凹部64を形成してもよい。図10及び図11に示すように、溝状凹部64は、保護膜60における開口62の端部から、接着剤を設けるための領域66の外側に至るように形成する。なお、図10に示すように、接着剤を設けるための領域66は、開口62よりも大きな領域である。溝状凹部64を、配線パターン12とオーバーラップする領域を避けて形成してもよい(図10〜図13参照)。これにより、図12及び図13に示すように、配線パターン12上で保護膜60の厚みを十分確保することができるため、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。このとき、溝状凹部64を、配線パターン12に沿って形成してもよい(図10参照)。また、図13に示すように、保護膜60を、溝状凹部64の底部65の厚みが配線パターン12よりも薄くなるように形成してもよい。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、図14及び図15に示すように、配線基板10に接着剤70を設けることを含んでもよい。なお、図15は、図14のXV−XV線断面図である。接着剤70は、接着剤を設けるための領域66(図10参照)に設ける。図14に示すように、接着剤70は、保護膜60における開口62の周縁部に至るように設ける。本実施の形態では、接着剤70を、フィルム状で設ける。先に説明したように、保護膜60は、溝状凹部64を有する。そして、溝状凹部64は、保護膜60における開口62の端部から接着剤を設けるための領域66の外側に至るように配置される。そのため、配線基板10と保護膜60とフィルム状の接着剤70とによって囲まれる空間が閉空間となることを防止することができる。これにより、半導体チップを搭載する際に、溝状凹部64を通して、配線基板10と保護膜60とフィルム状の接着剤70とによって囲まれる空間から空気を抜くことができる(図15参照)。そのため、半導体チップと配線基板10との間に気泡が残ることを防止することができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。先に説明したように、保護膜60を、溝状凹部64の底部65の厚みが配線パターン12よりも薄くなるように形成してもよい。これにより、配線基板10と保護膜60とフィルム状の接着剤70とによって形成される空間から空気が抜けやすくなる。そのため、さらに信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
本発明を適用した第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、以上の説明に限られるものではない。例えば、リソグラフィ工程によって、溝状凹部64を形成してもよい。詳しくは、配線基板10に、保護膜60の前駆体を設けた後に、露光現像工程によってその一部を除去して、溝状凹部64を形成してもよい。このとき、保護膜60の前駆体として感光性の材料を利用する。これによっても、同様の効果を奏する半導体装置を製造することができる。
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
図1は、本発明を適用した第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。 図2は、本発明を適用した第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。 図3は、本発明を適用した第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。 図4は、本発明を適用した第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。 図5は、本発明を適用した第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。 図6は、本発明を適用した第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。 図7は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置が実装された回路基板を示す図である。 図8は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器を示す図である。 図9は、本発明を適用した実施の形態に係る半導体装置を有する電子機器を示す図である。 図10は、本発明を適用した第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。 図11は、本発明を適用した第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。 図12は、本発明を適用した第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。 図13は、本発明を適用した第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。 図14は、本発明を適用した第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。 図15は、本発明を適用した第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
符号の説明
10 配線基板、 12 配線パターン、 14 露出部、 16 露出領域、 20 保護膜、 22 開口、 30 半導体チップ、 32 電極、 40 接着剤、 41 樹脂部、 42 導電粒子、 60 保護膜、 62 開口、 64 溝状凹部、 70 接着剤

Claims (15)

  1. 配線パターンを有する配線基板に、開口を有する保護膜を、表面が凹凸面となるように、かつ、前記開口から前記配線パターンの一部が露出するように形成すること、及び、
    前記配線基板に電極を有する半導体チップを搭載して、前記配線パターンにおける前記開口からの露出部と前記電極とを対向させて電気的に接続することを含み、
    前記保護膜を、前記凹凸面の凹部が前記保護膜を貫通しないように形成する半導体装置の製造方法。
  2. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記半導体チップを搭載する工程の前に、前記配線基板における前記開口からの露出領域に、接着剤を、前記保護膜における前記開口の周縁部に至るように設けることをさらに含み、
    前記接着剤によって、前記半導体チップと前記配線基板とを接着する半導体装置の製造方法。
  3. 請求項2記載の半導体装置の製造方法において、
    前記接着剤は導電粒子を含有し、
    前記配線パターンと前記電極との間に、前記導電粒子を介在させる半導体装置の製造方法。
  4. 請求項2又は請求項3記載の半導体装置の製造方法において、
    前記接着剤を、ペースト状で設ける半導体装置の製造方法。
  5. 請求項2又は請求項3記載の半導体装置の製造方法において、
    前記接着剤を、フィルム状で設ける半導体装置の製造方法。
  6. 請求項5記載の半導体装置の製造方法において、
    前記保護膜を、前記凹部が前記保護膜における前記開口の端部から前記接着剤を設けるための領域の外側に至るように配置された溝状凹部を含むように形成する半導体装置の製造方法。
  7. 請求項6記載の半導体装置の製造方法において、
    前記溝状凹部は、前記配線パターンとオーバーラップする領域を避けて配置されてなる半導体装置の製造方法。
  8. 請求項6又は請求項7記載の半導体装置の製造方法において、
    前記保護膜を、前記溝状凹部の底部の厚みが前記配線パターンよりも薄くなるように形成する半導体装置の製造方法。
  9. 請求項6から請求項8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
    前記溝状凹部を、プレス加工によって形成する半導体装置の製造方法。
  10. 請求項6から請求項8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
    前記溝状凹部を、エッチングによって形成する半導体装置の製造方法。
  11. 請求項1から請求項10のいずれかに記載の方法によって製造された半導体装置。
  12. 配線パターンと、前記配線パターンの一部を露出させる開口が形成されてなり表面が凹凸面である保護膜とを有する配線基板と、
    電極を有し、前記電極が前記配線パターンと対向するように前記配線基板に搭載された半導体チップと、
    を含み、
    前記凹凸面の凹部は、前記保護膜を貫通しないように形成されてなる半導体装置。
  13. 請求項12記載の半導体装置において、
    前記配線基板と前記半導体チップとの間に、前記保護膜における前記開口の周縁部に至るように配置された樹脂部をさらに有する半導体装置。
  14. 請求項11から請求項13のいずれかに記載の半導体装置が実装された回路基板。
  15. 請求項11から請求項13のいずれかに記載の半導体装置を有する電子機器。
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