JP2007027305A - 半導体装置、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造工程数が少なく、材料費も少なくて済む半導体装置またその製造方法を提供する。
【解決手段】 耐熱性を有する絶縁基板２０の表面に、加熱により軟化して接着性を発現する熱可塑性樹脂２１を設け、その熱可塑性樹脂の表面に導体パターン２５を形成するとともに、その導体パターンのチップ接続端子２５ａを熱可塑性樹脂２１中に埋没して絶縁基板２０に押し当て、そのチップ接続端子２５ａに金属バンプ３３を介してチップ電極を接続して下部を熱可塑性樹脂２１中に埋没した状態で半導体チップ３２を絶縁基板２０上に搭載し、フレキシブルプリント配線板２７に実装する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ＮＣＰやＡＣＰを使用することなく、プリント配線板上に半導体チップを実装する半導体装置およびその製造方法に関する。

近年、エレクトロ産業の発展により、フラットパネルディスプレイの需要が高まっており、その駆動用ドライバとして、高密度実装が可能で自由に折り曲げることができるフレキシブルプリント配線板が広く使用され、フレキシブルプリント配線板の一種であるＣＯＦ（chip on film）実装方式などの半導体装置が多く採用されている。

図２（Ａ）ないし（Ｅ）には、そのようなＣＯＦ実装方式を用いる半導体装置の製造工程を示す。

プラスチックフィルム状の絶縁基板の片面に導電体を有する基材を用い、まずその基材の両側縁に金型を用いて一定間隔置きにパーフォレーションを形成し、次に導電体にレジスト塗布、露光、現像、エッチング、レジスト除去などを行い、図２（Ａ）に示すように絶縁基板１の表面に同一の導電パターン２を絶縁基板１の長さ方向に繰り返し形成する。図中符号３は、パーフォレーションである。

その後、図示省略するが、導体パターン２にすずめっきを行い、また必要に応じ導体パターン２をソルダーレジストで覆ってフレキシブルプリント配線板４を得ていた。なお、ここですずめっきとソルダーレジストは、いずれを先に設けてもよい。

それから、図２（Ｂ）に示すように、フレキシブルプリント配線板４を加熱ステージ５上にセットし、チップ電極に設けられた金属バンプ６と導体パターン２のチップ接続端子２ａとを位置合わせし、ボンディングツール７で熱と圧力を加えてそれらを接合し、フレキシブルプリント配線板４上に半導体チップ８を搭載する。

次いで、図２（Ｃ）に示すように、塗布ノズル９を使用して半導体チップ８の周囲を描画して封止樹脂１０を塗布し、毛細管現象によりフレキシブルプリント配線板４と半導体チップ８との間に浸透して充填する。その後、熱を加えて封止樹脂１０を加熱硬化し、図２（Ｄ）に示すように封止樹脂１０で封止してフレキシブルプリント配線板４上に半導体チップ８を搭載する。

これにより、半導体チップ８とフレキシブルプリント配線板４との熱膨張係数の差から、接続信頼性が低下することを防止する。そして、最後に導体パターン２ごとに金型で打ち抜いて、図２（Ｅ）に示すような半導体装置を得ていた。

しかし、このような従来の製造方法では、封止樹脂１０で樹脂封止する際、封止樹脂１０の浸透速度に合わせて半導体チップ８の周囲を描画し、フレキシブルプリント配線板４と半導体チップ８との間に封止樹脂１０を充填する必要があることから、塗布スピードを早くすることができない欠点があった。

そのような欠点を解消すべく、従来の製造方法の中には、図３（Ａ）ないし（Ｇ）に示すような製造方法もある。

すなわち、この製造方法では、図３（Ａ）に示すように、パーフォレーション３を形成した絶縁基板１の表面に同一の導電パターン２を絶縁基板１の長さ方向に繰り返し形成し、すずめっきとソルダーレジストを行ってフレキシブルプリント配線板４を形成して後、図３（Ｂ）に示すように塗布ノズル９を使用して、半導体チップ８の搭載領域に図３（Ｃ）に示すように封止樹脂１０を塗布する。

それから、図３（Ｄ）に示すように、加熱ステージ５とボンディングツール７を用いて、チップ電極に設けられた金属バンプ６と導体パターン２のチップ接続端子２ａとを位置合わせし、図３（Ｅ）に示すようにボンディングツール７で熱と圧力を加えてそれらを接合することにより電気的に接続し、図３（Ｆ）に示すように封止樹脂１０で封止してフレキシブルプリント配線板４上に半導体チップ８を搭載する。最後に、導体パターン２ごとに金型で打ち抜いて、図３（Ｇ）に示すような半導体装置を得ていた。

ところが、図２に示すような製造方法も、図３に示すような製造方法も、塗布ノズル９を用いて封止樹脂１０を塗布する必要があるとともに、半導体チップ８を封止して後、封止樹脂１０を加熱硬化する必要があり、生産性の点で問題がある。また、工程数が多くなり、封止樹脂１０の材料コストも高くなって製造コストがアップする問題があった。

このため、従来の半導体装置の製造方法の中には、さらに図４に示すように、塗布ノズル９を使用した封止樹脂１０の塗布を行わないようにしたものもある。

まず図４（Ａ）に示すように、銅箔１１の裏面側に加熱によって接着性を発現する熱硬化性樹脂１２を設けて２層シート１３を形成する。一方、絶縁基板１の両面には、導体パターン２を有する両面フレキシブルプリント配線板４を形成する。そして、図４（Ｂ）に示すように、２層シート１３を、両面フレキシブルプリント配線板４の、半導体チップ８を搭載する側にラミネートする。

それから、銅箔１１にレジスト塗布、露光、現像、エッチング、レジスト除去などを行い、図４（Ｃ）に示すように導体端子１４を形成し、次に導体端子１４に表面処理を行うことにより図４（Ｄ）に示すように接続端子部１５を有する半導体搭載用基板１６を形成する。その後、図４（Ｅ）に示すようにその半導体搭載用基板１６を加熱ステージ５上にセットし、ボンディングツール７を用いて半導体チップ８のチップ電極と接続端子部１５とを位置合わせする。

次いで、図４（Ｆ）に示すようにボンディングツール７で熱と圧力を加えて熱硬化性樹脂１２を加熱軟化しながら半導体チップ８のチップ電極を接続端子部１５に押し当て、接続端子部１５を押し込んで熱硬化性樹脂１２中に埋没し、導体パターン２のチップ接続端子２ａに接続して半導体搭載用基板１６上に半導体チップ８を搭載する。それから、導体パターン２ごとに金型で打ち抜いて、図３（Ｇ）に示すような半導体装置を得ていた。

特開２０００−３２３６２０号公報

ところが、図４（Ａ）および（Ｇ）に示す半導体装置では、銅箔１１の裏面側に加熱によって接着性を発現する熱硬化性樹脂１２を設けて２層シート１３を形成する必要があり、さらにその２層シート１３を両面フレキシブルプリント配線板４の、半導体チップ８を搭載する側にラミネートする必要があり、しかもその両面フレキシブルプリント配線板４を製造するためには、非常に多くの工程を必要とするから、工程数が多くなるとともに、材料も多く必要としてコスト高となる問題があった。

そこで、この発明の目的は、製造工程数が少なく、材料費も少なくて済む半導体装置またその製造方法を提供することにある。

かかる目的を達成すべく、この発明の第１の態様は、耐熱性を有するポリイミド等を用いた絶縁基板の表面に、加熱により軟化して接着性を発現する熱可塑性樹脂を設け、
その熱可塑性樹脂の表面に導体パターンを形成するとともに、その導体パターンのチップ接続端子を熱可塑性樹脂中に埋没して絶縁基板に押し当て、
そのチップ接続端子に、金めっき等の金属バンプを介してチップ電極を接続して下部を熱可塑性樹脂中に埋没した状態で半導体チップを絶縁基板上に搭載することを特徴とする、半導体装置である。

半導体チップには、熱可塑性樹脂中に埋没するエッジ部分にステップカットを設けるとよい。ステップカットは、半導体チップのエッジ部分に、そのエッジ部分が導体パターンに接触しないように階段状に切り欠いて設ける。

この発明の第２の態様は、耐熱性を有するポリイミド等を用いた絶縁基板の表面に、加熱により軟化して接着性を発現する熱可塑性樹脂を設け、
その熱可塑性樹脂の表面に導電体を設けてその導電体をエッチングすることにより導体パターンを形成し、
その導電パターンのチップ接続端子に、半導体チップのチップ電極に設ける、金めっき等の金属バンプを位置合わせし、
その半導体チップに熱と圧力とを加えて熱可塑性樹脂を軟化し、チップ接続端子とともに半導体チップを熱可塑性樹脂中に埋没してチップ接続端子を絶縁基板に押し当て、チップ接続端子に金属バンプを接合して半導体チップを絶縁基板上に搭載する、
ことを特徴とする、半導体装置の製造方法である。

導電体は、例えば、熱可塑性樹脂の表面にスパッタ層を形成して後、電解めっきを行って設ける。または、熱可塑性樹脂を介してラミネートして設ける。一方、導体パターンを形成して後、少なくともチップ接続端子の表面には、すずめっき、金めっき、ニッケル下地の金めっき、インジュウムめっきのいずれか１つのめっきを行うとよい。

この発明によれば、絶縁基板の表面に熱可塑性樹脂を設け、その表面に導体パターンを形成し、その導体パターンのチップ接続端子に半導体チップの金属バンプを位置合わせしてから、半導体チップに熱と圧力とを加えて熱可塑性樹脂を軟化し、チップ接続端子とともに半導体チップを熱可塑性樹脂中に埋没してチップ接続端子を絶縁基板に押し当て、チップ接続端子に金属バンプを接合して半導体チップを絶縁基板上に搭載するので、アンダーフィル材を半導体チップと絶縁基板間に充填する必要がなく、従来のような塗布ノズルを用いた封止樹脂の塗布を不要として、製造工程数が少なく、材料費も少なくて済む半導体装置またその製造方法を提供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、半導体チップには、熱可塑性樹脂中に埋没するエッジ部分にステップカットを設けるので、半導体チップのエッジ部分が導体パターンに接触しないようにすることができる。

請求項６に記載の発明によれば、導体パターンを形成して後、少なくともチップ接続端子の表面にすずめっき、金めっき、ニッケル下地の金めっき、インジュウムめっきのいずれか１つのめっきを行うので、チップ接続端子の防錆を行い、チップ接続端子と金属バンプとの電気的な接続をより確実なものとすることができる。すずめっきの場合には、Ａｕ−Ｓｎ共晶接合を行うことを可能として、チップ接続端子と金属バンプとの接続のさらなる信頼性の向上を図ることができる。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の最良形態について説明する。
図１（Ａ）ないし（Ｆ）には、半導体装置の製造工程を示す。

図中符号２０は、可撓性とともに耐熱性を有する長尺プラスチックフィルム製の絶縁基板であり、厚さが１２．５〜５０μｍのポリイミドなどを使用する。例えば、宇部興産（株）製の商品名「ユーピレックス」や、東レ・デュポン（株）製の商品名「カプトン」などを用いる。

耐熱性を有する絶縁基板２０の表面には、加熱により軟化して接着性を発現する熱可塑性樹脂２１を設ける。熱可塑性樹脂２１は、厚さが２５〜５０μｍ、好適には３０〜４０μｍで、ガラス転移温度または熱変形温度３００℃以下の熱可塑性ポリイミド接着フィルムを使用する。例えば三井東圧化学株式会社製の「ＬＡＲＣ−ＴＰＩフィルム」などを用い、熱と圧力とを加えて絶縁基板２０の表面にラミネートして形成する。

熱可塑性樹脂２１の表面には、Ｎｉ−Ｃｒ合金のスパッタ層を形成して後、電解めっきを行って図１（Ａ）に示すように導電体２２を設け、基材２３を形成する。または、熱可塑性樹脂２１を介してラミネートして導電体２２を設け、基材２３を形成する。導電体２２は、銅めっきにより例えば厚さ５〜１２μｍとし、好適には７〜９μｍとする。それから、基材２３の両側縁に、金型を用いて長さ方向に一定間隔置きに打ち抜いてパーフォレーション２４をあける。

その後、導電体２２の表面にフォトレジストを塗布して後、パーフォレーション２４を用いて基材２３を搬送位置決めしながら露光、現像を行ってから、エッチングし、そしてレジストを除去することにより、図１（Ｂ）に示すように導電体２２で、チップ接続端子２５ａを有する導体パターン２５を形成する。

次いで、導体パターン２５の表面に、すずめっき、金めっき、ニッケル下地の金めっき、インジュウムめっきなどを行い、半導体チップとの電気的接続を良好とし、また防錆効果を高める。また必要に応じ、導体パターン２５にチップ接続端子２５ａおよびその他の接続端子部分を除いて、印刷により、可撓性に優れたソルダーレジストを設け、導体パターン２５を保護してフレキシブルプリント配線板２７を形成する。このフレキシブルプリント配線板２７のソルダーレジストを設ける工程は、めっき工程の前でも後でもよい。

それから、図１（Ｃ）に示すように、フレキシブルプリント配線板２７を、所定の温度に設定した加熱ステージ２８上にセットし、同じく所定の温度に設定したボンディングツール３０で半導体チップ３２を保持して、そのチップ電極に設けられた、金めっき等の金属バンプ３３を導体パターン２５のチップ接続端子２５ａに位置合わせし、ボンディングツール３０を下降して半導体チップ３２を介して熱と圧力を加え、金属バンプ３３とチップ接続端子２５ａとを接続する。

その後、時間の経過とともに、ボンディングツール３０の熱は、半導体チップ３２から金属バンプ３３およびチップ接続端子２５ａを介して熱可塑性樹脂２１に伝わる。また、加熱ステージ２８の熱は、絶縁基板２０を介して熱可塑性樹脂２１に伝わる。これにより、絶縁基板２０は耐熱性のポリイミドを用いることから熱により軟化しないし、圧力により変形もしないが、熱可塑性樹脂２１は軟化し、図１（Ｄ）に示すようにチップ接続端子２５ａとともに半導体チップ３２の下部を熱可塑性樹脂２１中に埋没してチップ接続端子２５ａを絶縁基板２０に押し当て、チップ接続端子２５ａに金属バンプ３３を確実に接合して電気的に確実に接続し、半導体チップ３２を絶縁基板２０上に搭載してフレキシブルプリント配線板２７に実装する。

この後、ボンディングツール３０を上昇してフレキシブルプリント配線板２７を搬送し、図１（Ｅ）に示すように半導体チップ搭載領域を加熱ステージ２８から離し、熱可塑性樹脂２１の温度を下げる。そして、熱可塑性樹脂２１を硬化するとともに、その線膨張係数に従って収縮する。これにより、チップ接続端子２５ａと金属バンプ３３との接合部には、絶えずそれらを圧接する力が働くようになっており、常に高い信頼性を確保することができる。

ところで、熱可塑性樹脂２１の材料は、ガラス転移温度が２５０℃程度の熱可塑性ポリイミド材を用いた場合、加熱ステージ２８の温度は３００〜５００℃、ボンディングツール３０の温度も同じく３００〜５００℃程度が好ましい。例えば、加熱ステージ２８の温度を３２０℃、ボンディングツール３０の温度を３４０℃とする。

また、チップ接続端子２５ａに施すめっきをすずめっきに限定した場合、加熱ステージ２８の温度を３００〜５００℃、ボンディングツール３０の温度を４００〜５００℃程度にすることで、金属バンプ３３と、すずめっきされたチップ接続端子２５ａとの接合をＡｕ−Ｓｎ共晶接合にすることができる。

このＡｕ−Ｓｎ共晶接合にした場合にも、ボンディングツール３０と加熱ステージ２８を引き離すことにより熱可塑性樹脂２１の温度が下がり、線膨張係数に従って収縮することから、同様にチップ接続端子２５ａと金属バンプ３３との接合部には、絶えずそれらを圧接する力が働くようになっており、常に高い信頼性を確保することができる。

さて、以上のような構成とすると、半導体チップ３２のエッジ部分が導体パターン２５に接触するおそれがある。このため、図示例では、半導体チップ３２の、熱可塑性樹脂２１中に埋没するエッジ部分に、ステップカット３５を設ける。ステップカット３５は、半導体ウエハを切断して半導体チップ３２にする段階で、エッジ部分が導体パターンに接触しないようにエッジ部分を階段状に切り欠いて形成する。

上述したとおり、図１に示す製造方法によれば、絶縁基板２０の表面に熱可塑性樹脂２１を設け、その表面に導体パターン２５を形成し、その導体パターン２５のチップ接続端子２５ａに半導体チップ３２の金属バンプ３３を位置合わせしてから、半導体チップ３２に熱と圧力とを加えて熱可塑性樹脂２１を軟化し、チップ接続端子２５ａとともに半導体チップ３２を熱可塑性樹脂２１中に埋没してチップ接続端子２５ａを絶縁基板２０に押し当て、チップ接続端子２５ａに金属バンプ３３を接合して半導体チップ３２を絶縁基板２０上に搭載する。そこで、アンダーフィル材を半導体チップ３２と絶縁基板２０間に充填する必要がなく、従来のような塗布ノズルを用いた封止樹脂の塗布を不要として、製造工程数が少なく、材料費も少なくて済む。

そして、半導体チップ３２を実装したフレキシブルプリント配線板２７は、最後に単位ごとに金型などで打ち抜いて、図１（Ｆ）に示すような半導体装置を得る。

よって、図１（Ｆ）に示す半導体装置は、耐熱性を有する絶縁基板２０の表面に、加熱により軟化して接着性を発現する熱可塑性樹脂２１を設け、その熱可塑性樹脂２１の表面に導体パターン２５を形成するとともに、その導体パターン２５のチップ接続端子２５ａを熱可塑性樹脂２１中に埋没して絶縁基板２０に押し当て、そのチップ接続端子２５ａに金属バンプ３３を介してチップ電極を接続して下部を熱可塑性樹脂２１中に埋没した状態で半導体チップ３２を絶縁基板２０上に搭載する。

（Ａ）ないし（Ｆ）は、この発明による半導体装置の製造工程図である。 （Ａ）ないし（Ｅ）は、ＣＯＦ実装方式を用いる、従来の半導体装置の製造工程図である。 （Ａ）ないし（Ｇ）は、従来の別の半導体装置の製造工程図である。 （Ａ）ないし（Ｇ）は、従来のさらに別の半導体装置の製造工程図である。

符号の説明

２０ 絶縁基板
２１ 熱可塑性樹脂
２２ 導電体
２３ 基材
２５ 導体パターン
２５ａ チップ接続端子
２７ フレキシブルプリント配線板
２８ 加熱ステージ
３０ ボンディングツール
３２ 半導体チップ
３３ 金属バンプ
３５ ステップカット

Claims (6)

1. 耐熱性を有する絶縁基板の表面に、加熱により軟化して接着性を発現する熱可塑性樹脂を設け、
   その熱可塑性樹脂の表面に導体パターンを形成するとともに、その導体パターンのチップ接続端子を前記熱可塑性樹脂中に埋没して前記絶縁基板に押し当て、
   そのチップ接続端子に金属バンプを介してチップ電極を接続して下部を前記熱可塑性樹脂中に埋没した状態で半導体チップを前記絶縁基板上に搭載する、
   ことを特徴とする、半導体装置。
2. 前記半導体チップの、前記熱可塑性樹脂中に埋没するエッジ部分にステップカットを設けることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置。
3. 耐熱性を有する絶縁基板の表面に、加熱により軟化して接着性を発現する熱可塑性樹脂を設け、
   その熱可塑性樹脂の表面に導電体を設けてその導電体をエッチングすることにより導体パターンを形成し、
   その導電パターンのチップ接続端子に、半導体チップのチップ電極に設ける金属バンプを位置合わせし、
   その半導体チップに熱と圧力とを加えて前記熱可塑性樹脂を軟化し、前記チップ接続端子とともに前記半導体チップを熱可塑性樹脂中に埋没して前記チップ接続端子を前記絶縁基板に押し当て、前記チップ接続端子に前記金属バンプを接合して前記半導体チップを前記絶縁基板上に搭載する、
   ことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
4. 前記熱可塑性樹脂の表面にスパッタ層を形成して後、電解めっきを行って前記導電体を設けることを特徴とする、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記熱可塑性樹脂を介してラミネートして前記導電体を設けることを特徴とする、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記導体パターンを形成して後、少なくとも前記チップ接続端子の表面にすずめっき、金めっき、ニッケル下地の金めっき、インジュウムめっきのいずれか１つのめっきを行うことを特徴とする、請求項３ないし５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
   

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