JP2005202682A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ＩＣ素子のサイズが小さい場合でも、ＩＣ素子の接続端子と回路層とを確実にかつ接続信頼性良く接続することが可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】
表面に導電層が形成された第一の回路層と両面に電極が形成されたＩＣ素子と、表面に導電層が形成された第二の回路層とで構成される半導体装置において、回路層とＩＣの一方の電極との接続、ＩＣの他方の電極と第二の回路層との接続及び第一及び第二の回路層との接続に超音波による金属接合を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触式ＩＣカードなどアンテナコイルを含む回路構成の半導体装置及びその製造方法に関する。

現在広く用いられているキャッシュカード、クレジットカード等は、プラスチックカードに磁気ストライプを設け、これに記録された情報を読み取りできるようにしたものである。このような磁気記録方式のものでは、第三者によって情報が解読され易い、記録可能な情報量が少ないといった欠点がある。

そこで近年、メモリ、ＣＰＵ等の機能を有するＩＣチップを装備したＩＣカードが開発され実用段階に達しつつある。中でも、非接触で信号の送受信を行う非接触ＩＣカードとして、質問器（リーダ／ライタ）が発した電磁波により、応答器（非接触式ＩＣカード）のアンテナコイルに誘導電圧を発生させ電源として利用すると共に、データの通信を行うものが注目されている。

このような非接触式ＩＣカードとして、その基本的な回路構成は、プラスチックフィルムの一方の面にアンテナコイルパターンと回路パターンを形成し、その裏面側にアンテナコイルパターンと回路パターンとをスルーホールを介して接続するジャンパーパターンが形成された基板に、異方導電フィルムを介してＩＣチップをフェイスダウン式に直接接続し、ＩＣカードの外層となるプラスチックフィルムで挟んだＩＣカードが、特許文献１に提案されている。

従来、ＩＣカードのような半導体装置に使用されているＩＣチップは、ＩＣの回路形成面（下面）にアンテナに接続する接続電極が金メッキにより形成されており、接続電極に異方導電フィルムを介してアンテナ回路パターンに接続されている。

図２に従来の半導体装置の１つの実施例を示した。回路層基板に搭載するＩＣチップ１０２には、下面の回路形成面にアンテナに接続する接続端子が設けられており、接続端子には、サイズ１００〜２００μｍで高さが１５〜２０μｍのバンプ（突起）が形成され、異方導電フィルム１０３を介して、回路層基板１０１に加熱・圧着されることにより、接続される。
特開平８−３１０１７２号公報

ＩＣカードのようなプラスチックフィルムにて積層したカードの中にＩＣチップ１０２を搭載する場合、チップサイズが２ｍｍ角以上大きく、かつチップ厚さが厚い（１５０μｍ以上）と、曲げ、捻れ等での機械的信頼性に弱いという課題があった。

一方、ＩＣの片面バンプによる接続では、チップサイズが１ｍｍ角以下に小さくなった場合、アンテナ回路接続部のライン／スペースが狭くなってしまい、高精細な回路形成技術が必要になると共に、チップ実装時の位置合せが難しく、チップ搭載に対して高精度な位置精度が要求される。

また、半導体装置の通信特性・信頼性の点においては、異方導電フィルム１０３のみによる接続では導電粒子を介してＩＣのバンプとアンテナ回路とを接続している為、接触面積が少なく、通信特性の不安定化を招いたり、長期的な接続信頼性に欠けるという課題があった。

本発明は、ＩＣのチップサイズが１ｍｍ角以下に小さくなった場合でも、搭載位置に対する位置精度が大きく、かつ接続の信頼性にすぐれた半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明に係る半導体装置は、表面に導電層が形成された第一の回路層と、両面に電極が形成されたＩＣ素子と、表面に導電層が形成された第二の回路層とを含む半導体装置において、前記第一の回路層及び前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層とがそれぞれ超音波による金属接合により接続されている。

また、本発明に係る半導体装置は、表面に導電層が形成された第一の回路層と、両面に電極が形成されたＩＣ素子と、表面に導電層が形成された第二の回路層とを含む半導体装置において、前記第一の回路層及び前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層に加え、前記第一及び第二の回路層とがそれぞれ超音波による金属接合により接続されている。

前記回路層の導電層と前記ＩＣ素子の電極は、金属接合により接続されることが好ましい。前記第一及び第二の導電層は、金属箔であることが好ましい。

前記第一の回路層の導電層にスリットが設けられていることが好ましい。

前記スリットは、Ｌ字型又はＴ字型であることが好ましい。

前記第一の回路層及び前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層との間にそれぞれ異方導電フィルム又は異方導電接着剤が介在し、前記第一の回路層及び前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層とは、異方導電フィルム又は異方導電接着剤を介して、それぞれ超音波による金属接合により接続されていることが好ましい。

前記第一の回路層と前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層と、前記第一及び第二の回路層との間にそれぞれ異方導電フィルム又は異方導電接着剤が介在し、前記第一の回路層と前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層と、前記第一及び第二の回路層とは、異方導電フィルム又は異方導電接着剤を介して、それぞれ超音波による金属接合により接続されていることが好ましい。

前記第一又は第二の回路層の導電層は、アルミニウム箔であることが好ましい。

前記ＩＣ素子の厚みが１００μｍ以下であることが好ましい。

前記ＩＣ素子の大きさが１ｍｍ角以下であることが好ましい。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、表面に導電層が形成された第一の回路層と、両面に電極が形成されたＩＣ素子と、表面に導電層が形成された第二の回路層とを含む半導体装置の製造方法であって、前記第一の回路層及び前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層とをそれぞれ超音波による金属接合により接続するステップを有する。

前記第一の回路層及び前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層との間にそれぞれ異方導電フィルム又は異方導電接着剤が介在し、前記接続するステップは、前記第一の回路層及び前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層とを、異方導電フィルム又は異方導電接着剤を介して、それぞれ超音波による金属接合により接続することが好ましい。

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、表面に導電層が形成された第一の回路層と、両面に電極が形成されたＩＣ素子と、表面に導電層が形成された第二の回路層とを含む半導体装置の製造方法であって、前記第一の回路層及び前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層と、前記第一及び第二の回路層とをそれぞれ超音波による金属接合により接続するステップを有する。

前記第一の回路層と前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層と、前記第一及び第二の回路層との間にそれぞれ異方導電フィルム又は異方導電接着剤が介在し、前記接続するステップは、前記第一の回路層と前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層と、前記第一及び第二の回路層とを、異方導電フィルム又は異方導電接着剤を介して、それぞれ超音波による金属接合により接続することが好ましい。

以上の本発明によって、ＩＣ素子のチップサイズが１ｍｍ角以下に小さくなった場合、両面に電極が形成されたＩＣ素子を用いることにより、ＩＣ素子の一方の面に形成されたバンプと回路層、ＩＣの他方の面に形成されたバンプと接続カバー及び接続カバーと回路層とを超音波により金属接合する為、搭載位置に対する実装位置精度が大きく確保でき、かつ接続の信頼性にすぐれた半導体装置を提供することが可能となる。

本発明を図面を用いて説明する。図１は、本発明の半導体装置を示す図である。図１（ａ）は、半導体装置を上面から見た上面図であり、図１（ｂ）は半導体装置を右側面から見た断面図である。

本発明に用いる回路層１には、図１（ｂ）に示したように、基材としてプラスチックフィルム５を用い、その表面にアルミニウム箔４を接着剤により貼り合わせたものを用いた。回路層１は、図１（ａ）に示すように、２．５ｍｍ（巾）×５５ｍｍ（長さ）のサイズに中央に長さ５ｍｍ、巾０．５ｍｍの励振スリット１０を形成してある。アンテナ回路として動作する回路層１は、事前にアルミニウム箔４上にグラビア印刷方式により、エッチングレジストを印刷し、乾燥後、エッチング加工を行って形成してある。エッチング加工後の励振スリット１０巾は、出来上がり寸法値０．５±０．１ｍｍであった。回路層１に搭載するＩＣ素子２は、サイズが０．５ｍｍ×０．５ｍｍ、厚みは、バックグラインド加工により５０μｍとしたものを用いた。ＩＣ素子２に形成される回路層１の基板に接続する電極は、ＩＣ素子２の上下に各々形成され、バンプサイズは、３００μｍ×４００μｍ、高さ１５μｍのＡｕバンプである。

ＩＣ素子２の下部に形成されたＡｕバンプ７と回路層１とは、異方導電フィルム３を介して、超音波を用いて加熱・圧着して接合され、回路層１表面のアルミニウム箔４上の酸化層１２を突き破り、超音波接合部１３においてＡｕ―アルミの接合が行われている。一方、ＩＣ素子２の上部に形成されるＡｕバンプ７についても異方導電フィルム３を介して、上部の接続カバー８と超音波により加熱・圧着し、超音波接合部１３において接合されている（Ａｕ−アルミ接合）。

下部の第一の回路層１と上部の第二の回路層８は、上記と同様、異方導電フィルム３を介して接続ポイント９の超音波接合部１３において、超音波を用いて加熱・圧着され、接合されている（アルミーアルミ接合）。これら第一の回路層１と第二の回路層８の少なくとも１つ以上の層は、送信受信又は送受信機能を有することができる。

本発明の回路層１のアルミニウム箔４に代わって、銅などの金属箔を用いることができるが、量産時のコストの面では、アルミニウムが好ましい。この金属箔の厚さは、５〜３０μｍであることが好ましい。厚さが５μｍ未満であると、抵抗値が大きく回路として実用的でなく、５０μｍを超えると、厚くなり過ぎ、エッチングして回路の形状を形成することが困難となる。

本発明で用いる回路層１は金属張積層板によって形成され、この金属張積層板は、金属箔に対してプラスチックフィルム、あるいは、強化材／樹脂複合材などの基材を接着剤で貼り合せ積層したり、金属箔を基材に直接に張り合わせたものを用いることが好ましい。紙、ガラス繊維などの強化材に用いる樹脂として、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂が用いられる。

熱硬化性樹脂として、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シクロペンタジエンから合成した樹脂、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌラートを含む樹脂、芳香族ニトトリルから合成した樹脂、３量化芳香族ジシアナミド樹脂、トリアリルトリメタクリレートを含む樹脂、フラン樹脂、ケトン樹脂、キシレン樹脂、縮合多環芳香族を含む熱硬化性樹脂などが挙げられる。

熱可塑性樹脂として、ポリエチレン、ポリプロピレンや、４−メチルペンテン−１樹脂、ポリブテン−１樹脂、及び高圧法エチレンコポリマーなどのポリオレフィン樹脂、スチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリアクリル酸系プラスチック樹脂、ジエン系プラスチック樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、フッ素系樹脂、ポリウレタン系プラスチック樹脂、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、低結晶性１，２−ポリブタジエン、塩素化ポリマー系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー、あるいはイオン架橋熱可塑性エラストマーなどの熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。

接着剤には、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ゴム、あるいは嫌気性接着剤を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂、ポリイミド樹脂、シアノアクリレート樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリイソシアネート樹脂、フラン樹脂、レゾルシノール樹脂、キシレン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シロキサン変性エポキシ樹脂、シロキサン変性ポリアミドイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂などが挙げられ、必要な場合に、その硬化剤、硬化促進剤などを混合したもの、あるいはこれらを加熱し、半硬化状にしたものが使用できる。

熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、四フッ化ポリエチレン樹脂、六フッ化ポリプロピレン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリオキシベンゾエート樹脂などが挙げられ、必要な場合に、その硬化剤、硬化促進剤などを混合したもの、あるいはこれらを加熱し、半硬化状にしたものが使用できる。

ゴムとしては、天然ゴム、ニトリルゴム、ブタジエンゴム、シリコーンゴム、イソブチレンゴムなどが挙げられ、必要な場合に、その架橋剤などを混合したものが使用できる。この接着剤の厚さは、３〜５０μｍであることが好ましい。

プラスチックフィルムとして、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート樹脂（ＰＥＮ）などのポリエステル類、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ＥＶＡなどのポリオレフィン類、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂などのビニル系樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、四フッ化ポリエチレン樹脂、六フッ化ポリプロピレン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリオキシベンゾエート樹脂などのフィルムが挙げられる。

図１（ａ）に示すように、金属箔として厚さ９μｍのアルミニウム箔４を、基材５として厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムに貼り合わせた積層板を用い、アルミニウム箔４の表面の回路となる箇所に、グラビア印刷方式によりエッチングレジスト（熱乾燥型アルカリ可溶塗料）を印刷、乾燥して形成し、不要な箇所のアルミニウム箔４を塩化第二鉄溶液にてエッチング除去して、図１（ａ）に示すように、回路層１を２．５ｍｍ（巾）×５５ｍｍ（長さ）のサイズで中央に長さ５ｍｍ、巾０．５ｍｍの励振スリット１０を形成した。エッチング加工後の励振スリット１０巾は、出来上がり寸法値０．５±０．１ｍｍであった。回路層１に搭載するＩＣ素子２として、サイズが０．５ｍｍ×０．５ｍｍ、厚み５０μｍを用いた。ＩＣ素子２の上下には、各々、バンプサイズ、３００μｍ×４００μｍ、高さ１５μｍのＡｕバンプが形成されている。ＩＣ素子２に形成された回路層１に接続する電極は、ＩＣ素子２の下部に形成されたＡｕバンプ７と回路層１１とは、異方導電フィルム３を介して超音波により加熱・圧着され、超音波接合部１３において接合（Ａｕ−アルミ接合）されている。

一方、ＩＣ素子２の上部に形成されたＡｕバンプ７についても異方導電フィルム３を介して、上部の接続カバー８と超音波により超音波接合部１３において加熱・圧着により接合（Ａｕ−アルミ接合）した。

下部の回路層１と上部の接続カバー８は、上記と同様、異方導電フィルム３を介して接続ポイント９にて超音波により加熱・圧着され、超音波接合部１３において接合（アルミ−アルミ接合）して、半導体装置を作製した。

なお、本実施の形態によると、ＩＣ素子のチップサイズが１ｍｍ角以下と小さく、かつチップ厚みを１００μｍ以下と薄いものを用いることで、カード又はタグ形状に成形した場合、曲げ・捻れに対して強くなり、機械的な信頼性の高い半導体装置を提供することができる。

本発明による半導体装置の１つの実施例を示す図である。 従来の技術による半導体装置の１つの実施例の断面図である。

符号の説明

１．第一の回路層
２．ＩＣ素子
３．異方導電フィルム
４．アルミニウム箔（導電層）
５．基材（プラスチックフィルム）
７．Ａｕバンプ（電極）
８．第二の回路層
９．接続ポイント
１０．励振スリット
１２．アルミニウム酸化層
１３．超音波接合部
１０１．回路層
１０２．片面バンプ付きＩＣ
１０３．異方導電フィルム

Claims (13)

1. 表面に導電層が形成された第一の回路層と、両面に電極が形成されたＩＣ素子と、表面に導電層が形成された第二の回路層とを含む半導体装置において、
   前記第一の回路層及び前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層とがそれぞれ超音波による金属接合により接続されていること
   を特徴とする半導体装置。
2. 表面に導電層が形成された第一の回路層と、両面に電極が形成されたＩＣ素子と、表面に導電層が形成された第二の回路層とを含む半導体装置において、
   前記第一の回路層及び前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層とに加え、前記第一及び第二の回路層とがそれぞれ超音波による金属接合により接続されていること
   を特徴とする半導体装置。
3. 前記第一の回路層の導電層にスリットが設けられていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
4. 前記スリットは、Ｌ字型又はＴ字型であることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
5. 前記第一の回路層及び前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層との間にそれぞれ異方導電フィルム又は異方導電接着剤が介在し、前記第一の回路層及び前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層とは、異方導電フィルム又は異方導電接着剤を介して、それぞれ超音波による金属接合により接続されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
6. 前記第一の回路層及び前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層と、前記第一及び第二の回路層との間にそれぞれ異方導電フィルム又は異方導電接着剤が介在し、前記第一の回路層と前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層と、前記第一及び第二の回路層とは、異方導電フィルム又は異方導電接着剤を介して、それぞれ超音波による金属接合により接続されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
7. 前記第一又は第二の回路層の導電層は、アルミニウム箔であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体装置。
8. 前記ＩＣ素子の厚みが１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体装置。
9. 前記ＩＣ素子の大きさが１ｍｍ角以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体装置。
10. 表面に導電層が形成された第一の回路層と、両面に電極が形成されたＩＣ素子と、表面に導電層が形成された第二の回路層とを含む半導体装置の製造方法であって、
    前記第一の回路層及び前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層とをそれぞれ超音波による金属接合により接続するステップを有すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 前記第一の回路層及び前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層との間にそれぞれ異方導電フィルム又は異方導電接着剤が介在し、前記接続するステップは、前記第一の回路層及び前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層とを、異方導電フィルム又は異方導電接着剤を介して、それぞれ超音波による金属接合により接続することを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
12. 表面に導電層が形成された第一の回路層と、両面に電極が形成されたＩＣ素子と、表面に導電層が形成された第二の回路層とを含む半導体装置の製造方法であって、
    前記第一の回路層及び前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び第二の回路層と、前記第一及び第二の回路層とをそれぞれ超音波による金属接合により接続するステップを有すること
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
13. 前記第一の回路層と前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層と、前記第一及び第二の回路層との間にそれぞれ異方導電フィルム又は異方導電接着剤が介在し、前記接続するステップは、前記第一の回路層と前記ＩＣ素子の一方の電極と、前記ＩＣ素子の他方の電極及び前記第二の回路層と、前記第一及び第二の回路層とを、異方導電フィルム又は異方導電接着剤を介して、それぞれ超音波による金属接合により接続することを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製造方法。

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