JP2005217082A

JP2005217082A - 半導体実装体

Info

Publication number: JP2005217082A
Application number: JP2004020611A
Authority: JP
Inventors: Goro Ikegami; 五郎池上
Original assignee: Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd; Kansai Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: Renesas Semiconductor Manufacturing Co Ltd; Kansai Nippon Electric Co Ltd
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】ｐＨセンサやガスセンサ等の過酷な環境における長時間の使用によっても、半導体チップ上の突起電極や配線が腐食されることがなく、配線基板上の半導体チップ直下にない部分の配線が腐食されることがない半導体実装体を提供する。
【解決手段】複数の突起電極４を有する半導体チップ３と、前記突起電極４に対応する複数の電極パッド５を有する配線基板１１を対向させ、加熱加圧により前記突起電極４と前記電極パッド５を電気的機械的に接続した半導体実装体１５において、前記配線基板１１の基材が液晶ポリマからなり、前記半導体チップ３の前記突起電極４を有する一主面と前記配線基板１１が接着用液晶ポリマシート１０によって接着されており、前記半導体チップ３の他面と前記配線基板１１が被覆用液晶ポリマシート１により覆われている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップを配線基板にフェイスダウン実装した半導体実装体に関し、特に、耐薬品性、ガスバリア性を改善した半導体実装体に関するものである。

電子機器の小型化薄型化の要求から、個々の半導体チップをパッケージングせずに半導体チップを配線基板にフェイスダウン実装する、いわゆるフリップチップ実装により配線基板上の実装効率を上げる方法が多用されている。

半導体チップをフェイスダウン実装した半導体実装体の例を、図６を用いて説明する。先ず、図６（ａ）に示すように、加熱装置８を有するステージ９上にポリイミドやガラスエポキシ等の液晶ポリマ以外の材質からなる配線基板２を載せ、配線基板２上の電極パッド５と半導体チップ３の対応する突起電極４を重ね合わせ、加熱加圧によって接続する。次に、図６（ｂ）に示すように、配線基板２と半導体チップ３の間にアンダーフィル樹脂１６を流し込み、加熱硬化によって配線基板２と半導体チップ３を接着する。アンダーフィル樹脂１６は、図６（ａ）で説明した突起電極４の接続前に配線基板２又は半導体チップ３に塗布しておき、突起電極４の接続と同時に加熱硬化される場合もある。配線基板２の電極パッド５と半導体チップ３の突起電極４は電気的機械的に接合しており、配線基板２と半導体チップ３はアンダーフィル樹脂１６によって接着されている。

しかし、前述の半導体実装体及びその製造方法は、配線基板と半導体チップを接着しているアンダーフィル樹脂が比較的高い誘電率と誘電損失を有するため、特にＧＨｚ帯での高周波特性が悪化するというという問題があった。

これに対し図７に示すように、前記と同様の方法で配線基板２の電極パッドと半導体チップ３の突起電極４を電気的機械的に接合したのち、半導体チップ３の裏面と配線基板２上を柔軟性のあるシート６で覆い接着剤７で固定する方法（特許文献１参照）が開示されている。これにより、アンダーフィル樹脂による高周波特性の悪化は回避できるが、耐薬品性やガスバリア性が悪化するという新たな問題を生じていた。

一方、高周波特性と耐薬品性、ガスバリア性を両立させる方法として、図８に示すように、接着用液晶ポリマシート１０と液晶ポリマ配線基板１１を用いる方法（特許文献２参照）が提案されている。この方法は、図９（ａ）〜（ｂ）に示すように、液晶ポリマ配線基板１１の半導体チップ３と対向する位置に接着用液晶ポリマシート１０を載せ、液晶ポリマ配線基板１１の電極パッド５上に半導体チップ３の突起電極４を重ね合わせ、加熱加圧によって前記突起電極４と前記電極パッド５の電気的機械的接続と、半導体チップ３と液晶ポリマ配線基板１１の接着を同時に行うものである。これにより、半導体チップ３上の配線形成面（突起電極４が形成されている面）と液晶ポリマ配線基板１１上の電極パッド５は、低誘電率、低誘電損失で耐薬品性、ガスバリア性に優れた液晶ポリマで覆われた構造となるため、高周波特性の悪化や水分、薬品、ガスにより半導体チップ上の配線や配線基板上の電極パッドが腐食される恐れがない半導体実装体が実現できる。
特開２００１−５３０９２号公報（第３〜５頁、第１図）特願２００４−９９４８号公報（段落〔０００９〕〜〔００２２〕、第１図）

しかしながら、前述の接着用液晶ポリマシート１０と液晶ポリマ配線基板１１を用いる方法には、次のような残された問題があった。すなわち、通常の使用環境では充分な耐薬品性、ガスバリア性を有するものの、ｐＨセンサやガスセンサ等のように薬液やガス雰囲気中で使用を続ける場合においては、長時間の使用によって半導体チップ周辺に位置する突起電極や配線の腐食や、接着用液晶ポリマシート１０によって被覆されていない配線基板上の半導体チップ直下にない部分の配線腐食といった問題が発生する恐れがあった。

本発明の課題は、ｐＨセンサやガスセンサ等の過酷な環境における長時間の使用によっても、半導体チップ上の突起電極や配線が腐食されることがなく、配線基板上の半導体チップ直下にない部分の配線が腐食されることがない半導体実装体を提供することである。

本発明の請求項１記載の半導体実装体は、複数の突起電極を有する半導体チップと、前記突起電極に対応する複数の電極パッドを有する配線基板を対向させ、加熱加圧により前記突起電極と前記電極パッドを電気的機械的に接続した半導体実装体において、前記配線基板の基材が液晶ポリマからなり、前記半導体チップの前記突起電極を有する一主面と前記配線基板が接着用液晶ポリマシートによって接着されており、前記半導体チップの他面と前記配線基板が被覆用液晶ポリマシートにより覆われている。

本発明の請求項２記載の半導体実装体は、複数の突起電極を有する半導体チップと、前記突起電極に対応する複数の電極パッドを有する配線基板を対向させ、加熱加圧により前記突起電極と前記電極パッドを電気的機械的に接続した半導体実装体において、前記配線基板の基材が液晶ポリマからなり、前記半導体チップの前記突起電極を有する一主面と前記配線基板が接着用液晶ポリマシートによって接着されており、前記半導体チップの他面と前記配線基板が被覆用液晶ポリマシートにより覆われており、さらに、前記半導体チップの前記突起電極を有する一主面にセンサ部が形成されており、前記配線基板と前記接着用液晶ポリマシートの前記センサ部に対応する位置それぞれに開口部が形成されており、前記開口部内に前記センサ部が露出している。

本発明の半導体実装体によれば、半導体チップの裏面と配線基板を被覆用液晶ポリマで覆うことにより、半導体チップ周辺に位置する突起電極や配線と、配線基板上の半導体チップ直下にない部分の配線とが、低誘電率、低誘電損失で耐薬品性、ガスバリア性に優れた液晶ポリマで覆われた構造となる。このため、ｐＨセンサやガスセンサ等の過酷な環境における長時間の使用によっても、高周波特性に優れ、水分、薬品、ガスによる半導体チップ周辺に位置する突起電極や配線と、配線基板上の半導体チップ直下にない部分の配線が腐食される恐れがない半導体実装体を提供できるという優れた産業上の効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照し、従来例と同一物には同一の符号を用いて説明する。

本発明の第１の実施形態である半導体実装体１５は、図１に示すように、液晶ポリマ配線基板１１の電極パッド５と半導体チップ３の突起電極４が電気的機械的に接合しており、前記半導体チップ３の前記突起電極４を有する一主面と液晶ポリマ配線基板１１が接着用液晶ポリマシート１０によって接着されており、前記半導体チップ３の他面と前記液晶ポリマ配線基板１１が被覆用液晶ポリマシート１により覆われている。前記配線基板の基材が液晶ポリマからなり、半導体チップ３と液晶ポリマ配線基板１１が接着用液晶ポリマシート１０によって接着されており、半導体チップ３の裏面と液晶ポリマ配線基板１１が被覆用液晶ポリマシート１により覆われていることが、本発明の半導体実装体の特徴である。

図１に示した本発明の第１の実施形態である半導体実装体１５の製造方法は、図２（ａ）に示すように、液晶ポリマ配線基板１１の半導体チップ３と対向する位置に接着用液晶ポリマシート１０を載せ、液晶ポリマ配線基板１１の電極パッド５上に半導体チップ３の突起電極４を重ね合わせ、加熱加圧によって前記突起電極４と前記電極パッド５の電気的機械的接続と、半導体チップ３と液晶ポリマ配線基板１１の接着を同時に行う。そののち、図２（ｂ）に示すように、半導体チップ３と液晶ポリマ配線基板１１を覆う位置に被覆用液晶ポリマシート１を位置決めし、加熱加圧によって半導体チップ３の裏面と液晶ポリマ配線基板１１を被覆する。

本発明の第２の実施形態である半導体実装体１７は、図３に示すように、液晶ポリマ配線基板１１の電極パッド５と半導体チップ３の突起電極４が電気的機械的に接合しており、前記半導体チップ３の前記突起電極４を有する一主面と液晶ポリマ配線基板１１が接着用液晶ポリマシート１０によって接着されており、前記半導体チップ３の他面と前記液晶ポリマ配線基板１１が被覆用液晶ポリマシート１により覆われており、さらに、前記半導体チップ３の前記突起電極４を有する一主面にセンサ部１２が形成されており、前記液晶ポリマ配線基板１１と前記接着用液晶ポリマシート１０の前記センサ部１２に対応する位置それぞれに開口部１３、１４が形成されており、前記開口部１３、１４内に前記センサ部１２が露出している。前記配線基板の基材が液晶ポリマからなり、半導体チップ３と液晶ポリマ配線基板１１が接着用液晶ポリマシート１０によって接着されており、半導体チップ３の裏面と液晶ポリマ配線基板１１が被覆用液晶ポリマシート１により覆われている点は、第１の実施形態と同じであるが、さらに、前記半導体チップ３の前記突起電極４を有する一主面にセンサ部１２が形成されており、前記液晶ポリマ配線基板１１と前記接着用液晶ポリマシート１０の前記センサ部１２に対応する位置それぞれに基板開口部１３、接着用液晶ポリマシート開口部１４が形成されており、基板開口部１３と接着用液晶ポリマシート開口部１４内に前記センサ部１２が露出していることが、第１の実施形態との相違点である。

図３に示した本発明の第２の実施形態である半導体実装体１７の製造方法は、図４（ａ）に示すように、基板開口部１３を有する液晶ポリマ配線基板１１の半導体チップ３と対向する位置に、前記基板開口部１３と同じ位置に接着用液晶ポリマシート開口部１４を有する接着用液晶ポリマシート１０を載せ、液晶ポリマ配線基板１１の電極パッド５上に半導体チップ３の突起電極４を重ね合わせ、加熱加圧によって前記突起電極４と前記電極パッド５の電気的機械的接続と、半導体チップ３と液晶ポリマ配線基板１１の接着を同時に行う。そののち、図４（ｂ）に示すように、半導体チップ３と液晶ポリマ配線基板１１を覆う位置に被覆用液晶ポリマシート１を位置決めし、加熱加圧によって半導体チップ３の裏面と液晶ポリマ配線基板１１を被覆する。

また、図５（ａ）に示すように、あらかじめ半導体チップ３の突起電極４を有する面に、半導体チップ３のセンサ部１２に対応する位置に接着用ポリマシート開口部１４を設けた接着用ポリマシート１０を加熱加圧により接着しておき、次に、基板開口部１３を有する液晶ポリマ配線基板１１の電極パッド５上に半導体チップ３の突起電極４を重ね合わせ、加熱加圧によって前記突起電極４と前記電極パッド５の電気的機械的接続と、半導体チップ３と液晶ポリマ配線基板１１の接着を同時に行う。そののち、図５（ｂ）に示すように、半導体チップ３と液晶ポリマ配線基板１１を覆う位置に被覆用液晶ポリマシート１を位置決めし、加熱加圧によって半導体チップ３の裏面と液晶ポリマ配線基板１１を被覆する。これにより、半導体チップ３と接着用液晶ポリマシート１０の加熱加圧条件を、半導体チップ３を液晶ポリマ配線基板１１に搭載する際の加熱加圧条件と異なる値に設定することができるため、半導体チップ周辺部の耐薬品性、ガスバリア性の改善が容易となる。

上記２つの実施形態において、半導体チップの裏面と配線基板を被覆用液晶ポリマシートで覆うことにより、半導体チップ周辺に位置する突起電極や配線と、配線基板上の半導体チップ直下にない部分の配線とが、低誘電率、低誘電損失で耐薬品性、ガスバリア性に優れた液晶ポリマで覆われた構造となる。このため、ｐＨセンサやガスセンサ等の過酷な環境における長時間の使用によっても、高周波特性に優れ、水分、薬品、ガスによる半導体チップ周辺に位置する突起電極や配線と、配線基板上の半導体チップ直下にない部分の配線が腐食される恐れがなくなる。代表的な値として、液晶ポリマは、酸素透過率が０．３（ｃｃ・２０μm／ｍ^２・ｄａｙ・ａｔｍ、２０℃、６５％ＲＨ時）、水蒸気透過率が０．１３（ｇ・２０μm／ｍ^２・ｄａｙ、４０℃、９０％ＲＨ時）であり、ポリイミドの酸素透過率４９０、水蒸気透過率１０５に対し桁違いに小さな値を有している。また、液晶ポリマ配線基板上の配線は、その両面を低誘電率（代表的な値２．９、１ＧＨｚ時）で低誘電損失（代表的な値０．００２５、１ＧＨｚ時）である液晶ポリマからなる被覆用液晶ポリマシートと液晶ポリマ配線基板で覆われた構造となるため、優れた高周波特性が得られる。

接着用液晶ポリマシートは、少なくとも半導体チップの一主面を全て覆う大きさであれば良いが、液晶ポリマ配線基板上の配線全てを覆う大きさ、形状であっても良い。

接着用及び被覆用液晶ポリマシートと液晶ポリマ配線基板に使用する液晶ポリマは、突起電極と電極パッドの電気的機械的接続をより確実にするため、高融点である全芳香族系液晶ポリマが好ましい。

また、接着用液晶ポリマシートでの接着時に液晶ポリマ配線基板の寸法安定性を確保するために、接着用液晶ポリマシートの融点は液晶ポリマ配線基板の融点より１０〜４０℃低い値が好ましく、例えば、株式会社クラレ製Ｖｅｃｓｔａｒ（登録商標）ＦＡタイプを接着用液晶ポリマシートに、同ＣＴタイプ、ＣＴＸタイプを液晶ポリマ配線基板に用いることができる。同様の理由から、被覆用液晶ポリマシートの融点は接着用液晶ポリマシートの融点よりさらに１０〜４０℃低い値が好ましい。

また、突起電極は、金属細線を半導体チップにボンディングした後引きちぎって形成したスタッドバンプやめっきによるバンプ（ポスト）に加え、低加圧実装の半田バンプであっても適用可能である。

本発明によれば、半導体チップの裏面と配線基板を被覆用液晶ポリマで覆うことにより、半導体チップ周辺に位置する突起電極や配線と、配線基板上の半導体チップ直下にない部分の配線とが、低誘電率、低誘電損失で耐薬品性、ガスバリア性に優れた液晶ポリマで覆われた構造となる。このため、ｐＨセンサやガスセンサ等の過酷な環境における長時間の使用によっても、高周波特性に優れ、水分、薬品、ガスによる半導体チップ周辺に位置する突起電極や配線と、配線基板上の半導体チップ直下にない部分の配線が腐食される恐れがない半導体実装体を提供できる。

尚、本発明の半導体実装体は、上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得る。

本発明の半導体実装体の第１の実施形態を示す断面図。（ａ）〜（ｂ）第１の実施形態の製造方法を示す断面図。本発明の半導体実装体の第２の実施形態を示す断面図。（ａ）〜（ｂ）第２の実施形態の半導体実装体の製造方法を示す断面図。（ａ）〜（ｂ）第２の実施形態の半導体実装体の別の製造方法を示す断面図。従来の半導体実装体の製造方法を示す断面図。従来の半導体実装体の別の実施形態を示す断面図。従来の半導体実装体のさらに別の実施形態を示す断面図。（ａ）〜（ｂ）従来の半導体実装体のさらに別の実施形態の製造方法を示す断面図。

符号の説明

１被覆用液晶ポリマシート
２配線基板
３半導体チップ
４突起電極
５電極パッド
６柔軟性のあるシート
７接着剤
８加熱装置
９ステージ
１０接着用液晶ポリマシート
１１液晶ポリマ配線基板
１２センサ部
１３基板開口部
１４接着用液晶ポリマシート開口部
１５半導体実装体
１６アンダーフィル樹脂
１７半導体実装体

Claims

複数の突起電極を有する半導体チップと、前記突起電極に対応する複数の電極パッドを有する配線基板を対向させ、加熱加圧により前記突起電極と前記電極パッドを電気的機械的に接続した半導体実装体において、前記配線基板の基材が液晶ポリマからなり、前記半導体チップの前記突起電極を有する一主面と前記配線基板が接着用液晶ポリマシートによって接着されており、前記半導体チップの他面と前記配線基板が被覆用液晶ポリマシートにより覆われていることを特徴とする半導体実装体。
請求項１記載の半導体実装体において、前記半導体チップの前記突起電極を有する一主面にセンサ部が形成されており、前記配線基板と前記接着用液晶ポリマシートの前記センサ部に対応する位置それぞれに開口部が形成されており、前記開口部内に前記センサ部が露出していることを特徴とする半導体実装体。