JP2008004735A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】金属ベース等の基台に対してFPC等の配線基板を固定する際に必要な材料の種類及び工程をそれぞれ削減する。
【解決手段】金属ベース31上に半導体チップ33及びFPC34がそれぞれ固定されている。半導体チップ33とFPC34とはワイヤ42によって電気的に接続されている。金属ベース31上に半導体チップ33を固定するための材料と、金属ベース31上にFPC34を固定するための材料とは共に接着テープ32である。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えばFPC(Flexible Printed Circuit)を用い、且つ半導体チップとFPCとの間をワイヤにより接続したタイプの半導体装置に関するものである。
まず、従来の半導体装置の構成について説明する。図24及び図25は、従来の半導体装置の製造途中におけるワイヤボンド後の断面図及び平面図である。尚、図24は、図25のA−A線での断面図である。図24及び図25に示すように、半導体装置の基台である金属ベース11上には、接着ペースト12により半導体チップ13が接着されていると共に、貼り付けテープ14によりFPC15が貼り付けられている。半導体チップ13の主面には、外部に信号を取り出す目的でパッド16が設けられている。また、FPC15においては、ベースフィルム17と、エッチングによりパターンが形成された金属箔18とが一体化されている。金属箔18の個々のパターンにおいては、一方の端部がワイヤボンドを行うランド19、他方の端部が外部に接続するための端子部20となっている。ここで、ワイヤボンドを行うランド19が配置された領域と端子部20とは露出しているが、それ以外の部分は絶縁性のカバーレイ21によって覆われている。この半導体装置においては、ランド19の配置密度を高くするために、ランド19を列状ではなく面状に配置している。尚、半導体チップ13のパッド16とFPC15のランド19とはワイヤ22によって接続されている。
この従来のFPC15の作製方法について説明する。まず、ベースフィルム17と金属箔18とが貼り合わされた2層の基材を用意する。この基材に対して、金属箔18側にエッチング用レジストを塗布し、露光及び現像により、パターンとして残す金属箔18上のみにエッチング用レジストを残存させる。この状態で金属箔18に対するエッチングを行うことによって、金属箔18の不要な部分を除去し、その後、金属箔18上に残存するエッチング用レジストを剥離する。これにより、ワイヤボンドを行うランド19から外部に接続するための端子部20へ至る経路のみが金属箔18のパターンとして残る。次に、フィルムの片面に接着剤が塗布されたカバーレイ21を熱圧着により貼り付けることによって、金属箔18側の面で露出させる必要がない部分を覆う。その後、電解めっき等の方法によって、金属箔18の露出表面にめっきを施す。
FPC15の作製後、常温で接着性を示す貼り付けテープ14を金属ベース11上に貼り付け、その上に上記FPC15を運び、位置決めして加圧することによって、FPC15を金属ベース11上に固定する。また、接着ペースト12を金属ベース11の中央部上に塗布し、その上に半導体チップ13を運び、位置決めした後、半導体チップ13を接着ペースト12に押し付けながら擦り付けることによって半導体チップ13と金属ベース11とを接着させる。その後、接着ペースト12を加熱して硬化させるために、所定の時間、上記金属ベース11を高温の炉に入れる。これにより、半導体チップ13と金属ベース11との接着が完全なものとなる。続いて、ワイヤボンドにより半導体チップ13とFPC15とをワイヤ22により接続する。ワイヤボンド後は、半導体チップ13やワイヤ22の周辺に囲い(図示省略)を取り付け、半導体装置として完成させる。
以上に説明した方法と同様に、金属ベースにFPC及び半導体チップを取り付ける例が特許文献1に記載されている。その内容について簡単に当該文献内の用語を用いて説明すると、銅板上にフレキシブル基板を固定した後、フレキシブル基板を折り曲げて位置決め枠をかぶせることによって、銅板、フレキシブル基板及び位置決め枠の3者を固定し、その後、光学チップを銅板上に固着させ、発光素子を光学チップ上に固着させ、金属細線により必要な接続を行い、位置決め枠の上にホログラム及びガラス窓等を載置するというものである。
特開2005−229088号公報
しかしながら、上記従来の半導体装置においては、材料選定が旧来の技術的思想で行なわれており、金属ベースに対してFPCを固定するための材料と、金属ベースに対して半導体チップを固定するための材料とがそれぞれ異なる専用の材料であるため、材料の種類及び工程が多くなるという第1の問題がある。
また、上記従来の半導体装置においては、半導体チップをダイボンドするのは、金属ベースに対してであるので、金属ベースが必ず必要となるという構造上の制約が存在するという第2の問題がある。
本発明は、上記各問題を解決するものであって、金属ベース等の基台に対してFPC等の配線基板を固定するための材料の種類、及び金属ベース等に対して半導体チップを固定するための材料の種類を見直すことによって同じ材料を使用できるようにし、また、当該両固定を同一工程で実施できるようにし、それによって必要な材料の種類及び工程の削減を行うことを第1の目的とする。
また、FPC等の配線基板における所定部分のベースフィルムを除去して当該部分を半導体チップ搭載用のダイパッド部分として露出させることによって、高放熱の構造でありながらも必ずしも金属ベース等の基台を必要としない半導体装置を提供することを第2の目的とする。
上記第1の目的を達成するために、本発明に係る第1の半導体装置は、基台と、前記基台上にそれぞれ固定された配線基板及び半導体チップと、前記配線基板と前記半導体チップとを電気的に接続するワイヤとを備え、前記基台上に前記配線基板を固定するための材料と、前記基台上に前記半導体チップを固定するための材料とが同一材料である。
本発明の第1の半導体装置によると、金属ベース等の基台上にFPC等の配線基板及び半導体チップをそれぞれ固定するための材料及び工程を同じにすることができる。
本発明の第1の半導体装置において、前記同一材料は接着テープであることが好ましい。このようにすると、固定するための材料として高熱伝導性を持つテープを用いることによって、半導体チップで発生した熱を効率よく金属ベース等の基台に伝えることができる。
本発明の第1の半導体装置において、前記同一材料は接着ペーストであることが好ましい。このようにすると、固定するための材料としてFPC等の配線基板との親和性が良いペーストを用いることによって、FPC等の配線基板を金属ベース等の基台に確実に固定することができる。
本発明の第1の半導体装置において、前記基台は金属から構成されていてもよい。すなわち、基台が金属ベースであってもよい。
また、上記第2の目的を達成するために、本発明に係る第2の半導体装置は、絶縁層及び前記絶縁層上に形成された金属層を有する配線基板と、前記配線基板上に接着された半導体チップと、前記配線基板と前記半導体チップとを電気的に接続するワイヤとを備え、前記半導体チップは、前記金属層の一部であるダイパッド部上に載置されている。
本発明の第2の半導体装置によると、FPC等の配線基板における金属層の所定部分を露出させてダイパッド部とすることによって、当該ダイパッド部上に半導体チップをダイボンドさせることができる。
本発明の第2の半導体装置において、前記ダイパッド部の下側に位置する前記絶縁層の少なくとも一部分が除去されていることが好ましい。このようにすると、より高放熱化を図ることができる。
本発明の第1又は第2の半導体装置において、前記配線基板はFPCであってもよい。
以上に説明した、本発明の第1の半導体装置により、金属ベース等の基台上にFPC等の配線基板及び半導体チップをそれぞれ固定するための材料及び工程を同じにすることができるので、材料種類の削減及び工程の削減を図ることができる。また、従来、FPCの貼り付けを2箇所で、半導体チップの接着を種類の異なる材料を用いて1箇所で行わなければならなかったのに対して、FPC等及び半導体チップの両方の接着を行う1つの大きいテープを用いることができるので、テープの取り扱いが容易になる。さらに、金属ベース等の基台に対するFPC等の配線基板の貼り付けにおいては、従来、上記2つのテープの位置決め誤差が存在する状態でFPC等の貼り付けを行なっていたのに対して、1つのテープの位置決め誤差しかない状態でFPC等の貼り付けを行なうことができるので、テープとFPC等との間のずれを少なくすることができる。
また、以上に説明した、本発明の第2の半導体装置によると、FPC等の配線基板上に半導体チップをダイボンドすることによって、金属ベース等の基台を必要としない構造を実現できる。また、FPC等のダイパッド部となる金属層下側の絶縁層(例えばベースフィルム)を除去してダイパッド部下面を露出させることによって、半導体チップをFPC等にダイボンドしたとしても高放熱構造を実現することができる。また、FPC等の配線基板を金属ベース等の基台上に取り付けて使用する場合には、半導体チップから金属ベース等へ至る経路にベースフィルム等が介在しない高放熱構造を実現することができる。また、この場合、金属ベース等の基台上に接着されるものがFPC等のみとなり、貼り付け用テープとFPC等との間のずれを少なくすることができる。一方、FPC等の配線基板を金属ベース等の基台上に取り付けて使用しない場合には、ダイパッド部の露出下面をマザーボード等の上に実装すれば、より高放熱化を図ることができる。
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の目的を達成するための本発明の第1の実施形態に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。まず、図1及び図2を用いて半導体装置の構成について説明する。図1及び図2はそれぞれ、本実施形態の半導体装置の製造途中におけるワイヤボンド後の断面図及び平面図である。尚、図1は、図2のB−B線での断面図である。図1及び図2に示すように、半導体装置の基台である金属ベース31上には、接着テープ32により半導体チップ33及びFPC34が固定されている。半導体チップ33はFPC34の中央部に設けられた開口に配置されている。接着テープ32は、FPC34の一端から他端まで連続した形状を有している。半導体チップ33上には、外部に信号を取り出す目的で複数のパッド35が設けられている。FPC34においては、ベースフィルム36と、エッチングによりパターンが形成された金属箔37とが貼り合わされて一体化されている。金属箔37の個々のパターンにおいては、一方の端部がワイヤボンドを行うランド38、他方の端部が外部と接続するための端子部39、ランド38と端子部39との間は両者をつなぐ配線部40となっている。ここで、ワイヤボンドを行うランド38が配置された領域と端子部39とは露出しているが、それ以外の部分は絶縁性のカバーレイ41によって覆われている。このFPC34では、ランド38の配置密度を高くするために、ランド38を列状ではなく面状に配置している。また、半導体チップ33のパッド35とFPC34のランド38とはワイヤ42によって接続されている。ここで、ランド38が列状ではなく面状に配置されているため、ワイヤ42の全部が似たような長さになることはなく、短いワイヤ42と長いワイヤ42とが混在することになる。尚、図1では、理解を容易にするために、ワイヤ42の一部しか描いていない。
次に、上記第1の目的を達成するための第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について述べる。まず、図3を用いてFPC34の作製方法について説明する。図3は、めっき後のFPC34の平面図である。まず、ベースフィルム36と金属箔37とが貼り合わされた2層の基材を用意する。この基材に対し、金属箔37側の面にエッチング用レジストを塗布し、露光及び現像により、パターンとして残す金属箔37上のみにエッチング用レジストが残るようにする。この状態で金属箔37に対するエッチングを行うことによって、金属箔37の不要な部分を除去し、その後、金属箔37上に残存するエッチング用レジストを剥離する。これにより、ワイヤボンドを行うランド38から外部に接続するための端子部39へ至る経路のみが金属箔37のパターンとして残る。次に、金属箔37のパターンが形成された上記基材を加熱して、当該基材上に、フィルムの片面に接着剤が塗布されたカバーレイ41を圧接することによって、ワイヤボンドを行うランド38が配置された領域と端子部39とを除く他の領域をカバーレイ41によって覆う。続いて、電解めっき等の方法により、金属箔37の露出表面にめっきを施す。
次に、図4〜図6を用いて金属ベース31上へのFPC34の貼り付け及び半導体チップ33のダイボンドについて説明する。図4は、接着テープが接着された後の金属ベース31の平面図であり、図5は、FPC34が貼り付けられた後の金属ベース31の平面図であり、図6は、ダイボンド後の金属ベース31の平面図である。尚、本実施形態で用いる接着テープ32は、半導体チップ33で発生する熱を逃がすことができる高熱伝導性を持つ1層構造のテープであり、常温で接着性を示すと共に初期状態(接着される前の状態)では片面がセパレータに貼り付けられている。金属ベース31上へのFPC34の貼り付けに際しては、上記接着テープ32を所定の大きさとなるように切断して金属ベース31上に位置決めして貼り付ける。そして、接着テープ32の片面に貼り付けられていたセパレータを剥がすことによって、当該片面側も接着面として使用可能にする。この状態を図4に示している。続いて、FPC34を金属ベース31に対して位置決めして載置することによって、FPC34と金属ベース31とを接着する。この状態を図5に示している。このとき、当該接着を確実なものとするため、FPC34上に樹脂等の材質でできた加圧部材を押し当てて加圧する。また、当該加圧部材が接着テープ32の接着剤と直接接触しないように、FPC34の中央部の開口以外の部分を上記加圧部材により押圧するか、又は上記加圧部材の表面材質を接着剤と接触しても接着しないものにすることが好ましい。次に、半導体チップ33を金属ベース31上へダイボンドするが、本実施形態では、半導体チップ33はウエハの状態で形成された後にダイシングシートに貼り付けられてダイシングにより個々に分割されている。従って、半導体チップ33の金属ベース31上へのダイボンドは以下のように行う。すなわち、当該ダイシングシートの裏側から半導体チップ33を針で突き上げると共に当該半導体チップ33をコレットにより真空吸着して、半導体チップ33をダイシングシートから取り外した後、半導体チップ33を、FPC34の中央部の開口内における金属ベース31上に接着された接着テープ32の露出面(接着面)上へ運び、その後、上記コレットにより半導体チップ33を当該接着テープ32の接着面に押し付けることによって半導体チップ33と金属ベース31とを接着させる。この状態を図6に示している。
次に、図7を用いてワイヤボンドによる半導体チップ33とFPC34との接続について説明する。図7は、ワイヤボンドによる半導体チップとFPCとの接続を説明するための図である。ワイヤボンドは、FPC34及び半導体チップ33が載った金属ベース31の両端を装置上で挟んで固定すると共に加熱した状態で行う。ワイヤボンドで使用するキャピラリ43は中空となっており、その中にワイヤ42が通されている。ワイヤボンドでは、キャピラリ43の先端から出たワイヤ42の先端に放電によりイニシャルボールを形成する。このイニシャルボールを半導体チップ33上のパッド35に押し付け、熱及び超音波の作用によってワイヤ42の一端をパッド35に接合する。その後、キャピラリ43はワイヤ42を繰り出しながら上昇し、その後、最上昇した位置からはワイヤ42の他端の接続先であるランド38へ向けて円弧状の下降動作を行う。これによりパッド35からループ状に繰り出されたワイヤ42の他端をランド38に押し付け、両者を接合する。その後、キャピラリ43は上昇すると共に上昇の途中でワイヤ42をつかんでワイヤ42を引きちぎる。これにより、キャピラリ43の先端からワイヤ42が出た初期状態に戻る。次に、前述のように、ワイヤ42の先端にイニシャルボールを形成し、半導体チップ33の他のパッド35とFPC34の他のランド38とを接続する作業を、ワイヤ42の本数分繰返す。ワイヤボンドによる半導体チップ33とFPC34との接続に際しては、ランド38が面状に配置されているため、ワイヤ42を接続する順序に注意する。すなわち、既に接続されたワイヤ42とキャピラリ43との干渉が起こらないようにする。
ワイヤボンド後は、半導体チップ33やワイヤ42の周辺に囲い(図示省略)を取り付け、半導体装置として完成させる。
以上に説明したように、本発明の第1の目的を達成するための第1の実施形態によると、同一の接着テープ32を用いて金属ベース31上にFPC34及び半導体チップ33をそれぞれ貼り付けることによって、接着材料の種類の削減及び接着工程の削減を図ることができる。
また、本実施形態によると、FPC34及び半導体チップ33の固定材料として同一の接着テープ32を用いるため、従来、FPCの貼り付けを2箇所で、半導体チップの接着を種類の異なる材料を用いて1箇所で行わなければならなかったのに対して、FPC34及び半導体チップ33の両方の接着を行う1つの大きいテープつまり接着テープ32を用いることができるので、テープの取り扱いが容易になる。さらに、金属ベース31に対するFPC34の貼り付けにおいては、従来、上記2つのテープの位置決め誤差が存在する状態でFPCの貼り付けを行なっていたのに対して、1つのテープつまり接着テープ32の位置決め誤差しかない状態でFPC34の貼り付けを行なうことができるので、接着テープ32とFPC34との間のずれを少なくすることができる。
尚、本実施形態において、半導体装置の基台として金属ベース31を用いたが、これに代えて、他の基台を用いてもよい。また、配線基板としてFPC34を用いたが、これに代えて、他の配線基板を用いてもよい。また、FPC34として、ベースフィルム36と金属箔37とが貼り合わされたものを用いたが、これに代えて、他の積層構造を用いてもよい。
また、本実施形態において、接着テープ32は、FPC34の一端から他端まで連続した形状を有していたが、これに代えて、接着テープ32を半導体チップ33及びFPC34の固定に必要な複数の領域に分割してもよい。
また、本実施形態において、接着テープ32として、高熱伝導性を持つ1層構造で且つ常温で接着性を示すテープを用いたが、接着テープ32の特性や構造等は、金属ベース31上にFPC34及び半導体チップ33の両者を固定する役割を最低限果たせるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、接着テープ32は、高熱伝導性を有していなくても良いし、表裏両面で接着を行うことができれば3層構造であってもよいし、熱可塑性の接着剤を使用することにより加熱時のみに接着性を示すものであってもよい。
(第2の実施形態)
以下、本発明の第1の目的を達成するための本発明の第2の実施形態に係る半導体装置について図面を参照しながら説明する。第2の実施形態が第1の実施形態と異なっている点は、第1の実施形態の接着テープに代えて、接着ペーストを用いて半導体チップ及びFPCの固定を行っていることである。従って、その点については詳しく説明を行い、第1の実施形態と同様の構成については簡単な説明にとどめる。
まず、図8及び図9を用いて半導体装置の構成について説明する。図8及び図9はそれぞれ、本実施形態の半導体装置の製造途中におけるワイヤボンド後の断面図及び平面図である。尚、図8は、図9のC−C線での断面図である。また、図8及び図9において、図1及び図2に示す第1の実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより説明を省略する。図8及び図9に示すように、半導体装置の基台である金属ベース31上には、接着ペースト44により半導体チップ33及びFPC34が固定されている。ここで、接着ペースト44は、FPC34の一端から他端まで連続しておらず、FPC34の固定を行う2領域とその間で半導体チップ33の固定を行う1領域の計3領域に分かれている。
次に、上記第1の目的を達成するための第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法について述べる。まず、図10を用いて、第1の実施形態と同様にFPC34を作製した後の金属ベース31上へのFPC34の貼り付け及び半導体チップ33のダイボンドから説明する。図10は、接着ペースト44塗布後の金属ベース31の平面図である。尚、本実施形態で用いる接着ペースト44は高熱伝導性を有すると共に、FPC34との親和性が良く高い接着強度が得られるペーストであるとする。図10に示すように、例えばディスペンサにより接着ペースト44を金属ベース31上に塗布する。具体的には、多点ノズルを使用して、FPC34に対応する2箇所及び半導体チップ33に対応する1箇所の計3箇所に接着ペースト44の塗布を行う。このように、接着ペースト44を3領域に分けて塗布した金属ベース31に対してFPC34を位置決めし、FPC34を押圧しながら接着ペースト44に擦り付けることによって、接着ペースト44を伸ばしてFPC34と金属ベース31とを接着する。次に、半導体チップ33をコレットで真空吸着して、FPC34の中央部の開口内における金属ベース31上の接着ペースト44が塗布された位置へ運び、その後、上記コレットにより半導体チップ33を接着ペースト44に押し付けながら擦り付けることによって半導体チップ33と金属ベース31とを接着する。その後、接着ペースト44を加熱して硬化させるために、半導体チップ33及びFPC34が接着された金属ベース31を高温の炉に所定の時間入れる。これにより、金属ベース31とFPC34及び半導体チップ33のそれぞれとの接着が完全なものとなる。
続いて、第1の実施形態と同様に、ワイヤボンドによりFPC34と半導体チップ33とをワイヤ42により接続した後、半導体チップ33やワイヤ42の周辺に囲い(図示省略)を取り付け、半導体装置として完成させる。
以上に説明したように、本発明の第1の目的を達成するための第2の実施形態によると、同一の接着テープ32を用いて金属ベース31上にFPC34及び半導体チップ33をそれぞれ貼り付けることによって、接着材料の種類の削減及び接着工程の削減を図ることができる。
尚、本実施形態において、接着ペースト44を金属ベース31上の3領域に分けて塗布したが、接着ペースト44の塗布領域の数は特に限定されるものではない。また、接着ペースト44をFPC34の一端から他端まで連続して塗布してもよい。
また、本実施形態において、接着ペースト44として、高熱伝導性を持ち且つFPC34との親和性が良く高い接着強度が得られるペーストを用いたが、接着ペースト44の特性や構造等は、金属ベース31上にFPC34及び半導体チップ33の両者を固定する役割を最低限果たせるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、接着ペースト44は、高熱伝導性を有していなくても良いし、FPC34との親和性については接着ペースト44の材質により得られるのではなくFPC表面の改質により得られるとしてもよい。また、接着ペースト44の塗布を多点ノズルにより行ったが、接着ペースト44の塗布方法は種々変更可能である。例えば、描画方式により一点ノズルを所定経路上移動させて接着ペースト44の塗布を行ってもよい。
以上のように、第1及び第2の実施形態に係る発明の要点は、金属ベース31に対するFPC34の固定と金属ベース31に対する半導体チップ33の固定を同じ材料を用いて行うということである。
(第3の実施形態)
以下、本発明の第2の目的を達成するための本発明の第3の実施形態に係る半導体装置について説明する。まず、図11及び図12を用いて半導体装置の構成について説明する。図11及び図12はそれぞれ、本実施形態の半導体装置の製造途中におけるワイヤボンド後の断面図及び平面図である。尚、図11は、図12のD−D線での断面図である。図11及び図12に示すように、本実施形態の半導体装置の基本部となるFPC51においては、ベースフィルム52と、エッチングによりパターンが形成された金属箔53とが貼り合わされて一体化されている。金属箔53のうちFPC51の中央部に形成されている部分がダイパッド部54であり、ダイパッド部54の裏面側ではベースフィルム52がエッチングにより選択的に除去されている。また、ダイパッド部54を除く金属箔53の個々のパターンにおいては、一方の端部がワイヤボンドを行うランド55、他方の端部が外部と接続するための端子部56、ランド55と端子部56との間は両者をつなぐ配線部57となっている。ここで、ダイボンドを行うダイパッド54とワイヤボンドを行うランド55が配置された領域と端子部56とは露出しているが、それ以外の部分は絶縁性のカバーレイ58によって覆われている。また、FPC51の両端に近い位置には、囲いを取り付けるために4個の取付け用穴59が設けられている。このFPC51では、ランド55の配置密度を高くするために、ランド55を列状ではなく面状に配置している。FPC51のダイパッド部54上には、接着ペースト61により半導体チップ60が固定されている。半導体チップ60上には、外部に信号を取り出す目的で複数のパッド62が設けられている。半導体チップ60のパッド62とFPC51のランド55とはワイヤ63によって接続されている。ここで、ランド55が列状ではなく面状に配置されているため、ワイヤ63の全部が似たような長さになることはなく、短いワイヤ63と長いワイヤ63とが混在することになる。尚、図11では、理解を容易にするために、ワイヤ63の一部しか描いていない。
次に、上記第2の目的を達成するための第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法について述べる。まず、図13を用いてFPC51の作製方法について説明する。図13は、めっき後のFPC51の平面図である。まず、ベースフィルム52と金属箔53とが貼り合わされた2層の基材を用意する。この基材に対し、ベースフィルム52側の面に、ベースフィルム52用のエッチングレジストを塗布し、露光及び現像により、パターンとして残すベースフィルム52上のみに当該エッチングレジストが残るようにする。この状態でベースフィルム52のみをエッチングできる溶剤を用いて、ベースフィルム52の露出部分のエッチングを行い、その後、ベースフィルム52上に残存するエッチングレジストを剥離する。これにより、金属箔53におけるダイパッド部54の裏面(下面)が露出した構造が得られる。次に、この基材の金属箔53側の面に、金属箔53用のエッチングレジストを塗布し、露光及び現像により、パターンとして残す金属箔53上のみに当該エッチングレジストが残るようにする。この状態で金属箔53のみをエッチングできる溶剤を用いて、金属箔53の露出部分のエッチングを行い、その後、金属箔53上に残存するエッチングレジストを剥離する。これにより、金属箔53側では、ダイパッド54と、ワイヤボンドを行うランド55から外部に接続するための端子部56へ至る経路とがパターンとして残る。ここで、ダイパッド54部として残す金属箔53のパターンのサイズを、前述のベースフィルム52のエッチングにより形成された開口のサイズと比べて、一回り大きく設定しておく。次に、金属箔53のパターンが形成された上記基材を加熱して、当該基材上に、フィルムの片面に接着剤が塗布されたカバーレイ58を圧接することによって、ダイボンドを行うダイパッド54とワイヤボンドを行うランド55が配置された領域と端子部56とを除く他の領域をカバーレイ58によって覆う。続いて、電解めっき等の方法により、金属箔53の露出面(表面側及び裏面側の両方)にめっきを施す。また、FPC51の両端に近い位置に、4個の取付け用穴59を打ち抜きにより形成する。
次に、図14を用いてFPC51上への半導体チップ60のダイボンドについて説明する。図14は、接着ペースト塗布後のFPC51の平面図である。図14に示すように、例えばディスペンサにより接着ペースト61をFPC51のダイパッド54上に塗布する。具体的には、例えば描画方式により一点ノズルをFPC51のダイパッド54上の所定経路に沿って移動させて接着ペースト61を塗布する。次に、半導体チップ60をコレットで真空吸着して、FPC51上の接着ペースト61が塗布された位置(つまりダイパッド54上)へ運び、その後、上記コレットにより半導体チップ60を接着ペースト61に押し付けながら擦り付けることによって半導体チップ60とダイパッド54とを接着する。その後、接着ペースト61を加熱して硬化させるために、半導体チップ60が接着されたFPC51を高温の炉に所定の時間入れる。これにより、半導体チップ60とダイパッド54との接着が完全なものとなる。尚、以上に述べたダイボンドにおいては、ダイパッド54部の裏面側の段差(ベースフィルム52の除去により生じた段差)をカバーするように、わずかに凸形状となったものでFPC51を支持しながら行うことが好ましい。これは、次に説明するワイヤボンドでも同様である。
次に、図15を用いてワイヤボンドによる半導体チップ60とFPC51との接続について説明する。図15は、ワイヤボンドによる半導体チップとFPCとの接続を説明するための図である。ワイヤボンドは、半導体チップ60が載ったFPC51を加熱すると共にワイヤの接合に支障がない箇所を真空吸着して行うことが好ましい。ワイヤボンドで使用するキャピラリ64は中空となっており、その中にワイヤ63が通されている。ワイヤボンドでは、キャピラリ64の先端から出たワイヤ63の先端に放電によりイニシャルボールを形成する。このイニシャルボールを半導体チップ60上のパッド62に押し付け、熱及び超音波の作用によってワイヤ63の一端をパッド62に接合する。その後、キャピラリ64はワイヤ63を繰り出しながら上昇し、その後、最上昇した位置からはワイヤ63の他端の接続先であるランド55へ向けて円弧状の下降動作を行う。これによりパッド62からループ状に繰り出されたワイヤ63の他端をランド55に押し付け、両者を接合する。その後、キャピラリ64は上昇すると共に上昇の途中でワイヤ63をつかんでワイヤ63を引きちぎる。これにより、キャピラリ64の先端からワイヤ63が出た初期状態に戻る。次に、前述のように、ワイヤ63の先端にイニシャルボールを形成し、半導体チップ60の他のパッド62とFPC51の他のランド55とを接続する作業を、ワイヤ63の本数分繰返す。ワイヤボンドによる半導体チップ60とFPC51との接続に際しては、ランド55が面状に配置されているため、ワイヤ63を接続する順序に注意する。すなわち、既に接続されたワイヤ63とキャピラリ64との干渉が起こらないようにする。
次に、図16及び図17を用いて、半導体チップ60やワイヤ63の周辺への囲いの取り付けについて説明する。図16及び図17はそれぞれ、囲いの斜視図及び本実施形態の半導体装置の完成段階での斜視図である。図16に示す囲いは、囲い下65と囲い上67とからなる。囲い下65は枠型の形状を有し、その四隅に近い位置に上方に伸びる4個のピン66が一体的に設けられている。囲い上67は、下方のみが開いた箱型形状を有し、その下面における上記ピン66に対応した位置に圧入用穴(図示省略)が設けられていると共に、その上面には光を透過させるためのガラス窓68が設けられている。囲い上67に設けられた上記圧入用穴は、囲い下65に設けられたピン66と比べてわずかに小さく形成されており、ピン66が上記圧入用穴に圧入されるようになっている。ワイヤボンドまで行われたFPC51を、その4箇所に設けた取付け用穴59が囲い下65に設けたピン66に入るように組み付ける。次に、囲い上67を、その下面に設けた上記圧入用穴に、FPC51の取付け用穴59を貫通した囲い下65のピン66が入るように組み付ける。このようにして半導体装置として完成させることができる。
尚、本実施形態の半導体装置の完成後においては、ダイパッド部54が囲い下65の下面よりも上方に位置することになるが、本実施形態の半導体装置をマザーボード等に実装する必要がある場合、より高放熱化を図るため、マザーボード等が囲い下65を避けてダイパッド部54の裏面に接触できるように、マザーボード等の形状を工夫してもよい。
以上に説明したように、本発明の第2の目的を達成するための第3の実施形態によると、FPC51における金属箔53の所定部分を露出させてダイパッド部54とすることによって、当該ダイパッド部54上に半導体チップ60をダイボンドさせることができる。すなわち、金属ベース等の基台を必要としない構造を実現できる。また、FPC51のダイパッド部54となる金属箔53下側のベースフィルム52を除去してダイパッド部54の下面を露出させることによって、半導体チップ60をFPC51にダイボンドしたとしても高放熱構造を実現することができる。すなわち、ダイパッド部54の露出下面をマザーボード等の上に実装すれば、より高放熱化を図ることができる。
尚、本実施形態において、配線基板としてFPC51を用いたが、これに代えて、他の配線基板を用いてもよい。また、FPC51として、ベースフィルム52と金属箔53とが貼り合わされたものを用いたが、これに代えて、絶縁層及び当該絶縁層上に形成された金属層を有する他の積層構造を用いてもよい。
また、本実施形態において、ダイパッド部54の形状を半導体チップ60よりもやや大きい四角形に設定したが、ダイパッド部54のサイズをさらに大きくしてもよいし又は半導体チップ60よりも小さくしてもよい。また、ダイパッド部54の形状を、四角形に代えて、円形状又は四角形以外の多角形に設定してもよい。また、ダイパッド部54の下側のベースフィルム52を除去したが、当該除去領域の大きさ、形状及び数等は特に限定されるものではない。また、ベースフィルム52に対するエッチングを溶剤により化学的に行ったが、これに代えて、当該エッチングを物理的に行ってもよいし又はレーザにより行ってもよい。
また、本実施形態において、半導体チップ60やワイヤ63の周辺に取り付ける囲いとして、上面中央にガラス窓68の付いた箱型の囲い上67と、枠型の囲い下65とを用いたが、上記取り付ける囲いの構造、形状及び取り付け方法等は特に限定されるものではない。また、上記取り付ける囲いによってFPC51の端子部56に近い位置を押すようにすれば、当該端子部56が出る方向を水平方向から垂直方向に変えることもできる。
また、本実施形態において、FPC51を金属ベース等の基台には貼り付けなかったが、これに代えて、FPC51を金属ベース等に貼り付けてもよい。その場合、FPC51の裏側においては、ベースフィルム52の選択的除去に起因してベースフィルム面と金属箔面との間で段差が生じているので、当該段差に対応する段差を金属ベース等にも設けて当該段差の影響をなくすか、又は金属ベース等を平坦にして当該段差を補うことができる接着剤を用いることが好ましい。尚、FPCを金属ベース等に貼り付ける場合、囲いの取り付け先はFPCに限らず、金属ベース等でも良いので、囲いの構造、形状及び取り付け方法等に関する自由度がさらに高くなる。すなわち、囲いとして使用可能なものの範囲が格段に広まる。また、FPC51を金属ベース等の基台上に取り付けて使用する場合には、半導体チップ60から金属ベース等へ至る経路にベースフィルム52が介在しない高放熱構造を実現することができる。また、この場合、金属ベース等の基台上に接着されるものがFPC51のみとなり、例えば貼り付け用テープを用いてFPC51と金属ベース等と接着する場合にも、1つの大きいテープを用いることで当該貼り付け用テープとFPC51との間のずれを少なくすることができる。
(第4の実施形態)
以下、本発明の第2の目的を達成するための本発明の第4の実施形態に係る半導体装置について説明する。尚、本実施形態は、FPCでのダイパッド露出構造を樹脂封止型の半導体装置に適用したものである。まず、図18及び図19を用いて半導体装置の構成について説明する。図18及び図19はそれぞれ、本実施形態の半導体装置の説明用の断面図及び平面図である。尚、図18及び図19では、封止樹脂を通して内部が見えるものとして、封止樹脂の外形を二点鎖線で描いている。また、図18は、図19のE−E線での断面図であり、図18では理解を容易にするためにワイヤの一部しか描いていない。図18及び図19に示すように、本実施形態の半導体装置の基本部となるFPC71においては、ベースフィルム72と、エッチングによりパターンが形成された金属箔73とが貼り合わされて一体化されている。金属箔73のうちFPC71の中央部に形成されている部分がダイパッド部74であり、ダイパッド部74の裏面側の4領域ではベースフィルム72がエッチングにより選択的に除去されている。また、ダイパッド部74を除く金属箔73の個々のパターンにおいては、一端にワイヤボンドを行う領域であるランド75、他端に外部と電気接続するための半田ボール取り付け部76、ランド75と半田ボール取り付け部76との間は両者をつなぐ配線部77となっている。半田ボール取り付け部76の裏面側ではベースフィルム72がエッチングにより選択的に除去されており、当該除去箇所に半田ボール78が取り付けられている。このFPC71では、各ランド75は一列周状に設けられているが、各ランド75と接続する半田ボール取り付け部76は、配列ピッチが所定値であるという条件下で多ピン化するために二列周状に設けられている。FPC71のダイパッド74上には、接着ペースト80により半導体チップ79が固定されている。半導体チップ79上には、外部に信号を取り出す目的で複数のパッド81が設けられている。半導体チップ79のパッド81とFPC71のランド75とはワイヤ82によって接続されている。ここで、ワイヤ82の接続先を一列周状配置のランド75としているため、各ワイヤ82は同程度の長さを有している。また、半導体チップ79及びワイヤ82等を保護するため、FPC71の上面全体を覆うように封止樹脂83が設けられている。
次に、上記第2の目的を達成するための第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法について述べる。まず、図20を用いてFPC71の作製方法について説明する。図20は、めっき後のFPC71の平面図である。まず、ベースフィルム72と金属箔73とが貼り合わされた2層の基材を用意する。この基材に対し、ベースフィルム72側の面に、ベースフィルム72用のエッチングレジストを塗布し、露光及び現像により、パターンとして残すベースフィルム72上のみに当該エッチングレジストが残るようにする。この状態でベースフィルム72のみをエッチングできる溶剤を用いて、ベースフィルム72の露出部分のエッチングを行い、その後、ベースフィルム72上に残存するエッチングレジストを剥離する。これにより、金属箔73におけるダイパッド74部及び半田ボール取り付け部76のそれぞれの裏面(下面)が露出した構造が得られる。ここで、ダイパッド部74の裏面側ではベースフィルム72を十文字状に残存させることによってベースフィルム72の除去領域を4分割している。次に、この基材の金属箔73側の面に、金属箔73用のエッチングレジストを塗布し、露光及び現像により、パターンとして残す金属箔73上のみに当該エッチングレジストが残るようにする。この状態で金属箔73のみをエッチングできる溶剤を用いて、金属箔73の露出部分のエッチングを行い、その後、金属箔73上に残存するエッチングレジストを剥離する。これにより、金属箔73側では、ダイパッド74と、ワイヤボンドを行うランド75から半田ボール取り付け部76へ至る経路とがパターンとして残る。ここで、ダイパッド74部として残す金属箔73のパターンのサイズを、前述のベースフィルム72の除去領域(4領域の合計領域)と比べて、一回り大きく設定しておく。続いて、電解めっき等の方法により、金属箔73の露出面(表面側及び裏面側の両方)にめっきを施す。
次に、図21及び図22を用いてFPC71上への半導体チップ79のダイボンドについて説明する。図21及び図22はそれぞれ、接着ペースト塗布後のFPC71の平面図、及びダイボンド後のFPC71の平面図である。図21に示すように、例えばディスペンサにより接着ペースト80をFPC71のダイパッド74上に塗布する。具体的には、例えば描画方式により一点ノズルをFPC71のダイパッド74上の所定経路に沿って移動させて接着ペースト80を塗布する。次に、半導体チップ79をコレットで真空吸着して、FPC71上の接着ペースト80が塗布された位置(つまりダイパッド74上)へ運び、その後、上記コレットにより半導体チップ79を接着ペースト80に押し付けながら擦り付けることによって半導体チップ79とダイパッド74とを接着する。その後、接着ペースト80を加熱して硬化させるために、半導体チップ79が接着されたFPC71を高温の炉に所定の時間入れる。これにより、半導体チップ79とダイパッド74との接着が完全なものとなる。尚、以上に述べたダイボンドにおいては、ダイパッド74部の裏面側の段差(ベースフィルム72の除去により生じた段差)をカバーするように、わずかに凸形状となったものでFPC71を支持しながら行うことが好ましい。これは、次に説明するワイヤボンドや樹脂封止でも同様である。
次に、ワイヤボンドにより半導体チップ79のパッド81とFPC71のランド75とを接続する。ワイヤボンドについては、ランド75の位置及び形状を除いては第3の実施形態と同様であるので、詳しい説明を省略する。尚、本実施形態では、ワイヤ82(図18及び図19参照)の接続先を一列周状配置のランド75としているが、金属箔73の幅がランド75から半田ボール取り付け部76に至る配線部77で変わらないため、ワイヤ82の接続先を半田ボール取り付け部76側へずらしてもよい。
次に、図23を用いてFPC71の樹脂封止及び半田ボール78の取り付けについて説明する。図23は、本実施形態の半導体装置の完成段階の正面図である。上記ワイヤボンド後、半導体チップ79及びワイヤ82を保護するために樹脂封止を行う。具体的には、FPC71の表面側を凹形状の金型で、FPC71の裏面側をほぼ平坦な金型で挟んだ後に上記凹形状部分に加熱により溶融した封止樹脂83を流し込んで硬化させることによって、FPC71の表面側を封止樹脂83により覆う。樹脂封止後、半田ボール取り付け部76にフラックスを印刷して、当該印刷箇所に半田ボール78を搭載した後、加熱により半田ボール78を半田ボール取り付け部76に接合させる。このようにして半導体装置として完成させることができる。
以上に説明したように、本発明の第2の目的を達成するための第4の実施形態によると、FPC71における金属箔73の所定部分を露出させてダイパッド部74とすることによって、当該ダイパッド部74上に半導体チップ79をダイボンドさせることができる。すなわち、金属ベース等の基台を必要としない構造を実現できる。また、FPC71のダイパッド部74となる金属箔73下側のベースフィルム72を除去してダイパッド部74の下面を露出させることによって、半導体チップ79をFPC71にダイボンドしたとしても高放熱構造を実現することができる。すなわち、ダイパッド部74の露出下面をマザーボード等の上に実装すれば、より高放熱化を図ることができる。
尚、本実施形態において、配線基板としてFPC71を用いたが、これに代えて、他の配線基板を用いてもよい。また、FPC71として、ベースフィルム72と金属箔73とが貼り合わされたものを用いたが、これに代えて、絶縁層及び当該絶縁層上に形成された金属層を有する他の積層構造を用いてもよい。
また、本実施形態において、ダイパッド部74の形状を半導体チップ79よりもやや大きい四角形に設定したが、ダイパッド部74のサイズをさらに大きくしてもよいし又は半導体チップ79よりも小さくしてもよい。また、ダイパッド部74の形状を、四角形に代えて、円形状又は四角形以外の多角形に設定してもよい。また、ダイパッド部74の下側のベースフィルム72を除去したが、当該除去領域の大きさ、形状及び数等は特に限定されるものではない。また、ベースフィルム72に対するエッチングを溶剤により化学的に行ったが、これに代えて、当該エッチングを物理的に行ってもよいし又はレーザにより行ってもよい。
また、本実施形態において、半田ボール取り付け部76のみに半田ボール78を取り付けたが、これに加えて、ダイパッド部74にも半田ボール78を取り付けてもよい。また、半導体装置の構造として、下面に半田ボールを取り付けるボールグリッドアレイ型構造を用いたが、これに代えて、他の構造、例えば半田ボールを取り付けずに本実施形態で半田ボール取り付け部とした箇所を外部電極とするランドグリッドアレイ型構造等を用いてもよい。
以上のように、第3及び第4の実施形態に係る発明の要点は、FPC等の配線基板上に半導体チップをダイボンドすることによって、金属ベース等の基台を必要としない構造を実現すると共に、FPC等のダイパッド部となる金属層下側の絶縁層(例えばベースフィルム)を除去してダイパッド部下面を露出させることによって、半導体チップをFPC等にダイボンドしたとしても高放熱構造を実現することである。
本発明の半導体装置は、FPC等の配線基板を用いた半導体装置に関し、材料種類削減と工程削減とを図ることができるという効果が得られ、非常に有用である。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワイヤボンド後の断面図である。 図2は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワイヤボンド後の平面図である。 図3は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるめっき後のFPCの平面図である。 図4は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造途中における接着テープ接着後の金属ベースの平面図である。 図5は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるFPC貼り付け後の金属ベースの平面図である。 図6は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるダイボンド後の金属ベースの平面図である。 図7は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワイヤボンドによる半導体チップとFPCとの接続を説明するための図である。 図8は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワイヤボンド後の断面図である。 図9は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワイヤボンド後の平面図である。 図10は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造途中における接着ペースト塗布後の金属ベースの平面図である。 図11は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワイヤボンド後の断面図である。 図12は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワイヤボンド後の平面図である。 図13は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるめっき後のFPCの平面図である。 図14は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造途中における接着ペースト塗布後のFPCの平面図である。 図15は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるワイヤボンドによる半導体チップとFPCとの接続を説明するための図である。 図16は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置における囲いの斜視図である。 図17は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の完成段階での斜視図である。 図18は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の説明用の断面図である。 図19は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の説明用の平面図である。 図20は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるめっき後のFPCの平面図である。 図21は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造途中における接着ペースト塗布後のFPCの平面図である。 図22は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の製造途中におけるダイボンド後のFPCの平面図である。 図23は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の完成段階での正面図である。 図24は、従来の半導体装置の製造途中におけるワイヤボンド後の断面図でる。 図25は、従来の半導体装置の製造途中におけるワイヤボンド後の平面図である。
符号の説明
31 金属ベース
32 接着テープ
33 半導体チップ
34 FPC
35 パッド
36 ベースフィルム
37 金属箔
38 ランド
39 端子部
40 配線部
41 カバーレイ
42 ワイヤ
43 キャピラリ
44 接着ペースト
51 FPC
52 ベースフィルム
53 金属箔
54 ダイパッド部
55 ランド
56 端子部
57 配線部
58 カバーレイ
59 取付け用穴
60 半導体チップ
61 接着ペースト
62 パッド
63 ワイヤ
64 キャピラリ
65 囲い下
66 ピン
67 囲い上
68 ガラス窓
71 FPC
72 ベースフィルム
73 金属箔
74 ダイパッド部
75 ランド
76 半田ボール取り付け部
77 配線部
78 半田ボール
79 半導体チップ
80 接着ペースト
81 パッド
82 ワイヤ
83 封止樹脂

Claims (7)

  1. 基台と、
    前記基台上にそれぞれ固定された配線基板及び半導体チップと、
    前記配線基板と前記半導体チップとを電気的に接続するワイヤとを備え、
    前記基台上に前記配線基板を固定するための材料と、前記基台上に前記半導体チップを固定するための材料とが同一材料であることを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記同一材料は接着テープであることを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項1に記載の半導体装置において、
    前記同一材料は接着ペーストであることを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置において、
    前記基台は金属からなることを特徴とする半導体装置。
  5. 絶縁層及び前記絶縁層上に形成された金属層を有する配線基板と、
    前記配線基板上に接着された半導体チップと、
    前記配線基板と前記半導体チップとを電気的に接続するワイヤとを備え、
    前記半導体チップは、前記金属層の一部であるダイパッド部上に載置されていることを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項5に記載の半導体装置において、
    前記ダイパッド部の下側に位置する前記絶縁層の少なくとも一部分が除去されていることを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置において、
    前記配線基板はFPCであることを特徴とする半導体装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010009665A (ja) * 2008-06-25 2010-01-14 Sharp Corp 回路基板の固定方法および電子部品

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