JP2008028157A - 半導体実装用テープキャリア及びその半導体パッケージ及び半導体実装用テープキャリアの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁基材上に金属配線を形成し、実装する半導体チップ上のボンディングパッドと電気的に接続するための配線の一端側であるリード部と、はんだバンプと接続するための配線の他端側であるバンプランドのリード部とを形成する半導体実装用テープキャリアにおいて、ボンディングパッドに接続の際、一端側であるリード部とボンディングパッドとの距離が変化しても、導通孔の開口部面積が大きくならずに、その密着信頼性が向上する半導体実装用テープキャリアを提供することであり、その提供により、種々の半導体チップの実装できる、接続性が向上した、半導体パッケージを提供することである。
【解決手段】半導体実装用テープキャリアは、開口する導通孔を形成し、導通孔の領域内にある配線の一端側であるリード部が、螺旋状に成形（フォーミング）されたパターンに形成したことを特徴とする半導体実装用テープキャリア。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体実装用テープキャリア及びそれを用いた半導体パッケージ及び半導体実装用テープキャリアの製造方法
に関する。

従来の半導体実装用テープキャリアは、支持基材である絶縁基材の表面上に金属配線を形成した層構成である。前記金属配線は、半導体チップの表面上のボンディングパッドと電気的に接続するためのテープキャリアの配線の一端側であるリード部を備え、はんだバンプと電気的に接続するためのテープキャリアの配線の他端側であるバンプランドのリード部を備え、該配線の他端側のバンプランドと一端側であるリード部とは電気的に接続された回路を形成している。

図４は、半導体実装用テープキャリアの部分拡大図であり、（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は、側断面図である。

図４（ａ）は、支持基材である絶縁基材１と、絶縁基材裏面側４０に、はんだバンプ７、配線保護用のソルダーレジスト５が形成され、表面側５０に接着剤（図上省略）と、金属配線６と、配線保護用のソルダーレジスト５からなる３層構造のテープキャリア１０である。所定の位置にデバイスホールである導通孔２が形成されている。前記開口部を持つ導通孔２の領域内には、配線の一端側であるリード部３が形成され、該リード部の形状は直線形状にパターニングされている。このリード部３はインナーリード部と呼称されている。従って、前記インナーリード部３は、金属配線６の単層構造である。なお、前記開口部を持つ導通孔２は、半導体チップのボンディングパッドの形成位置と重なる位置に形成され、導通孔領域でボンディングパッドとインナーリード部が接続される。テープキャリア１０の金属配線６は、前記インナーリード部３より延長した金属配線６を形成し、他端側であるバンプランド４の位置の近傍の金属配線と絶縁基材を貫通するスルホール８を介して裏面側に形成したバンプランド４とを電気的に接続させている。前記インナーリード部３とバンプランドのリード部４は回路を形成して電気的に接続されており、バンプランドのリード部４にはんだバンプ７を形成されている。

図４（ｂ）は、デバイスホールである導通孔２の近傍の部分拡大であり、導通孔２側にインナーリード部３が直線上に形成されている。また、前記インナーリード部３は対応するバンプランドのリード部４まで金属配線され、当該位置で、絶縁基材を貫通するスルホール８を介してバンプランドのリード部４までの回路が形成されている。すなわち、配線の一端側であるリード部と他端側であるバンプランドのリード部とは１対の回路で形成されている。

従来の半導体実装用テープキャリアの製造方法の一例を説明する。支持基材は透明なポリイミドフイルム（以下ＰＩ基材と記す）を用い、金属は銅箔を用いる。最初の工程は、支持体であるＰＩ基材に金型を用いて導通孔、スルーホール用孔等を穿孔する。次いで、前記絶縁基材と配線用の銅箔を貼り合せる。次いで、前記銅箔上に感光性レジストを塗布する。次いで、フォトマスクを介して、露光したレジストを形成し、レジストの現像処理する。次いで、前記レジストパターンをマスクとして、銅箔をエッチング処理し、前記レジストの剥膜処理を行い銅配線が形成される。次いで、インナーリード部及びバンプランド以外の、すなわち、配線回路の形成位置上にソルダーレジストを形成する。次いで、必
要な場合には、インナーリード部及びバンプランドにＳｎ（錫）の薄膜、Ａｇ、Ａｕの薄膜等を形成する。最後にバンプランドにはんだバンプを装着する。以上により従来の半導体実装用テープキャリアが製造される。なお、スルーホールの形成方法、無電解めっき、電解めっき、又は導通孔、スルーホール用孔等の樹脂埋め込み等は、公知の材料、方法を利用する。

従来の半導体実装用テープキャリア（以下テープキャリアと記す）を用いた半導体パッケージ（以下半導体パッケージと記す）は、半導体チップの表面上に接着剤（エラストマ）を用いて、テープキャリアが貼り付けられ、そのテープキャリアの配線の一端側であるリード部が半導体チップの表面上のボンディングパッドと電気的に接続され、且つテープキャリアの配線の他端側であるバンプランドがはんだバンプと電気的に接続されている。

前記テープキャリアと半導体チップとの電気的な接続は、テープキャリアの配線の一端側であるリード部を撓ませた状態で行われる。

半導体パッケージは、例えば、外形寸法が半導体チップ同じ、又は必要に応じてその外周部に付ける保護枠分だけ大きい程度であり、表面側にはんだバンプが形成され、そのテープキャリアの裏側の銅配線がエラストマを介して下部の半導体チップと張り合わされている。図では見えないが、導通孔の開口部内では、テープキャリアのインナーリード部と半導体チップ表面上のボンディングパッドと接続された後、導通孔の開口部内に封止樹脂層を形成し、封止樹脂及びソルダーレジスト層により半導体チップ及びテープキャリアの配線を保護する構造である。

図５は、テープキャリアを用いた半導体パッケージの一例であり、半導体チップとテープキャリアの接続状態の側断面図であり、（ａ）は、貼り合せの直後で、（ｂ）は、接続直後で、（ｃ）は、樹脂封止後である。

図５は、図下より半導体チップ２０、張り合わせのためのエラストマ２１、テープキャリア１０のソルダーレジスト５、銅配線６、ＰＩ基材１、半田ボール７ａ（はんだバンプ７）と、ソルダーレジスト５及び導通孔の開口部内の封止樹脂２２と積層されたμ−ＢＧＡ型の半導体パッケージである。銅配線６面のインナーリード部３は、導通孔２の開口部内に延長され、直線形状に形成されている。図５（ａ）では、接続前の断面図であり、半導体チップ表面上のボンディングパッド１２の上方に飛び出した状態でインナーリード部３が形成されている。

図５（ｂ）では、接続後の断面図であり、インナーリード部３が撓ませた状態に成形（フォーミング）されて半導体チップ表面上のボンディングパッド１２の表面と電気的に接続されている。前記接続では、インナーリード部であるビームリード部に接続治具を介して撓ませる成形（フォーミング）しながら、ビームリード部の先端の余分なフライングリード部３ｂを切断し、ボンディングパッドの表面と電気的に接続する。なお、接続後のインナーリード部は、エラストマの側端部からボンディングパッドまでの最短距離で、且つ周辺材料に接触しないように、さらに熱膨張等の影響が無い程度に余裕のある長さに撓ませた状態でフォーミングされ形成されている。

図５（ｃ）では、導通孔２の開口部内に封止樹脂２２を注入し樹脂封止する。なお、導通孔の開口部は、複数形成する場合もあり、実装する半導体チップのボンディングパッドの形成領域に従って最適位置に、最適数に適宜判断する必要がある。

従来のテープキャリアを用いた半導体パッケージは、テープキャリアと半導体チップとの電気的な接続の際、テープキャリアの一端側であるリード部を撓ませた状態で行われる
ため、テープキャリアと半導体チップのボンディングパッドとを正確な位置に接続するには、テープキャリアと半導体チップとの段差からを含む距離を一定に保たなければならない。そのため、位置のあわせこみ等の手間が必要となり問題である。

前記位置のあわせこみでは、各々リード部の段差、すなわちインナーリード部底面の高さとボンディングパッド表面の高さの差があり、各々ボンディングパッドでの段差にバラツキがある。例えば段差が大きい場合、撓みが少なくなり直線状に接続され、その段差が小さい場合、撓みが大きくなり湾曲状に撓んで接続される。そのため、各々ボンディングパッドでは、接続性の品質にバラツキが生じ、接続耐久性に不安を残す問題がある。

また、テープキャリアと半導体チップとの接続部の距離を大きく取りたい場合、リード部を長く伸ばす必要がある。テープキャリアのリード部は、リード部を長くするにはより大きな開口部が必要となる。導通孔の開口部には、エラストマが形成できないため、テープキャリアと半導体チップとの密着信頼性の低下や、貼り付け時の平坦性が確保できずに接続信頼性が低下する等の問題が発生する。

以下に公知文献を記す。
特開２００５−３１０８９４号公報

本発明の課題は、テープキャリアと半導体チップ表面上のボンディングパッドが電気的に接続される際、テープキャリアと表面上のボンディングパッドとの距離が変化しても、テープキャリアと表面上のボンディングパッドとの距離を大きく取りたい場合でも、リード部の長さを長く形成したい場合でも、導通孔の開口部面積が大きくならずに、テープキャリアと半導体チップとの密着信頼性が向上する半導体実装用テープキャリアを提供することであり、その半導体実装用テープキャリアの提供により、種々の半導体チップの実装に用いることができる、ボンディングパッドとの接続性が向上した、半導体実装用テープキャリア及びその半導体パッケージを提供することである。

本発明の請求項１に係る発明は、支持基材である絶縁基材の表面上に金属からなる配線の回路を形成した半導体実装用テープキャリアの、実装する半導体チップの表面上のボンディングパッドと電気的に接続するための配線の一端側であるリード部と、はんだバンプと電気的に接続するための配線の他端側であるバンプランドのリード部とを形成する半導体実装用テープキャリアにおいて、
半導体実装用テープキャリアは、開口する導通孔を形成し、導通孔の領域内にある配線の一端側であるリード部が、螺旋状に成形（フォーミング）されたパターンに形成したことを特徴とする半導体実装用テープキャリアである。

本発明の請求項２に係る発明は、半導体チップの表面上に接着剤（エラストマ）を用いて、テープキャリアが貼り付けられ、そのテープキャリアの配線の一端側であるリード部が半導体チップの表面上のボンディングパッドと電気的に接続され、且つテープキャリアの配線の他端側であるバンプランドのリード部がはんだバンプと電気的に接続した、前記請求項１記載の半導体実装用テープキャリアを用いた半導体パッケージであって、
前記半導体実装用テープキャリアの配線の一端側であるリード部が螺旋状に成形（フォーミング）された形状で、撓ませた状態でボンディングパッドと電気的に接続されていることを特徴とする半導体パッケージである。

本発明の請求項３に係る発明は、半導体実装用テープキャリアの絶縁基材の表面上に金属からなる配線を形成し、絶縁基材裏面にはんだバンプを形成した前記請求項１記載の半導体実装用テープキャリアの製造方法であって、
少なくとも以下の工程を含む構成により半導体実装用テープキャリアを製造することを特徴とする半導体実装用テープキャリアの製造方法である。
（ａ）支持体である絶縁基材に導通孔を穿孔する工程。
（ｂ）前記絶縁基材と配線用の金属箔を貼り合せる工程。
（ｃ）前記導通孔の領域内の金属箔にエッチング処理により、渦巻き状のリード部を形成する工程。
（ｄ）前記渦巻き状のリード部に所定の治具を押圧し、螺旋状に成形（フォーミング）する工程。

本発明の方法によれば、テープキャリアと半導体チップ表面上のボンディングパッドが電気的に接続される際、リード部が螺旋状に変形することにより、テープキャリアと表面上のボンディングパッドとの距離が変化しても、螺旋状の中心位置はボンディングパッドの位置とずれることがなく、正確に接続することができる。

本発明の方法によれば、テープキャリアと半導体チップ表面上のボンディングパッドが電気的に接続される際、直線形状リード部と比較して、少ない導通孔の開口部面積でリード部の長さを長くすることができる。

本発明の方法によれば、テープキャリアと半導体チップ表面上のボンディングパッドが電気的に接続される際、テープキャリアと表面上のボンディングパッドとの距離を大きく取りたい場合でも、直線形状リード部と比較して、導通孔の開口部面積を小さくすることができることにより、エラストマの貼り付け面積を確保することができ、テープキャリアと半導体チップとの密着信頼性が向上する。

本発明の方法によれば、テープキャリアと半導体チップ表面上のボンディングパッドが電気的に接続される際、リード部が螺旋状に変形することにより、少ない導通孔の開口部面積でリード部の長さを長くすることができるため、種々の半導体チップの実装に用いることができ、ボンディングパッドとの接続性が向上した、半導体実装用テープキャリア及びその半導体パッケージを提供できる。

本発明の半導体実装用テープキャリア及びその半導体パッケージを一実施形態に基づいて以下説明する。

本発明の半導体実装用テープキャリア１０は、支持基材１である絶縁基材の表面上に金属からなる配線６の回路を形成したものであり、実装する半導体チップ２０の表面上のボンディングパッド１２と電気的に接続するための配線の一端側であるリード部３と、はんだバンプ７と電気的に接続するための配線の他端側であるバンプランドのリード部４とを形成する。半導体実装用テープキャリア１０は、開口する導通孔２を形成し、導通孔２の領域内にある配線の一端側であるリード部３が、螺旋状に成形（フォーミング）されたパターンのリード部を形成した（図３参照）。

図１は、本発明の半導体実装用テープキャリアの一実施例のリード部の部分拡大図であり、（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は、ａ−ａ’破線での側断面図である。なお、参考図は、螺旋状リード部３２の斜視図であり、螺旋形状にフォーミングされている。

図１（ａ）は、エッチング処理直後の導通孔２内に形成したリード部であり、渦巻き状リード部３１のパターンが形成されている。次いで、前記渦巻き状リード部３１にフォーミング用治具を押圧して、螺旋状にフォーミングされた螺旋状リード部３２を形成する。

前記渦巻き状のリード部３１では、金属からなる渦巻き状のパターンを形成し、該パターンをボンディングパッドとの接続するリード部として用いている。

図１（ｂ）は、螺旋状にフォーミングされた螺旋状リード部３２の側断面図であり、渦巻き状リード部３１の中央部分を所定の深さ（ギャップｇ）まで下降させて、フォーミングされた形状に仕上げている。図上側は、本発明のテープキャリア１０であり、その下方の半導体チップ２０とエラストマ２１を介して接着する状態の説明図である。導通孔２内では、螺旋状リード部３２が半導体チップ２０の表面のボンディングパッド１２の直上にあって、ボンディングパッド１２が螺旋状リード部３２の中央部分と接している。

前記ギャップｇは、リード部３とボンディングパッド１２との段差に相当する距離であり、渦巻き状リード部３１の外周部から深さｇまでその中央部分を押圧し、螺旋状リード部３２にフォーミングする。螺旋状リード部３２は、バネ状であり、中央部分は上若しくは下側に容易に高さ位置を変動する、すなわち、容易にギャップｇの変動が可能となる。

図２は、本発明の半導体実装用テープキャリアの製造方法を説明する工程の側断面図である。

前記半導体実装用テープキャリアの製造方法は、絶縁基材の表面上に金属からなる配線を形成し、絶縁基材裏面にはんだバンプを形成した半導体実装用テープキャリアのであって、少なくとも以下の工程を含む製造方法である。

最初の（ａ）工程では、支持体である絶縁基材に導通孔を穿孔し、導通孔付き絶縁基材１ａを製造する。導通孔付き絶縁基材１ａには、スルーホール孔８ａ、導通孔２が主として形成されている。

次いで（ｂ）工程では、前記絶縁基材と配線用の金属箔を貼り合せ、金属箔付き絶縁基材６ａを製造する。次いで、金属箔にパターンを形成する。パターンの形成は、フォトプロセス法を用いて行い、金属箔上にレジスト塗布処理、パターン露光処理、現像及びエッチング処理、レジスト剥膜処理いよる方法である。なお、エッチング防止層９、スルーホール８は、公知の方法で形成する。

次いで（ｃ）工程では、前記導通孔の領域内の金属箔にエッチング処理により、金属配線部６、渦巻き状のリード部３１ａを形成する。前記渦巻き状のリード部は、予め所望のパターンを形成したフォトマスクを用いて形成する。

最後に（ｄ）工程では、前記渦巻き状のリード部に所定の治具を押圧し、螺旋状に成形（フォーミング）する。ｄ−１、ｄ−２、ｄ−３は、フォーミング治具３３により、渦巻き状のリード部３１を螺旋状リード部３２にフォーミングする過程を説明するものであり、ｄ−１は開始時の状態であり、ｄ−２は加熱の状態であり、ｄ−３はフォーミングが終了した、すなわち螺旋状リード部３２が製造された状態である。

ｄ−１では、開始時の状態であり、渦巻き状のリード部３１の上下の加熱板６２を近接させ、渦巻き状のリード部３１を挟み込む。

ｄ−２では、上下の加熱板６２により渦巻き状のリード部３１を圧着する。この状態で
、加熱板６２を３５０〜４３０℃に昇温し、１〜３分間密着させて、渦巻き状のリード部３１を加熱する。

ｄ−３では、クランプ６１、６１ａで渦巻き状のリード部３１の両端を把持し、中央の上下軸６３をギャップｇの距離まで下方に押圧する。この状態を維持しながら、常温まで冷却する。以上の工程処理により、所定のギャップｇにフォーミングされた螺旋状のリード部３２ができあがる。

図３は、本発明の半導体実装用テープキャリアを用いた半導体パッケージの一実施例であり、半導体パッケージのリード部の部分拡大の側断面図である。（ａ）は、半導体チップ２０と半導体実装用テープキャリア１０が貼り付けられた直後の状態であり、（ｂ）は、ボンディングパッド１２に螺旋状リード部３２を電気的に接続した直後の状態であり、（ｃ）は、導通孔２に封止樹脂２２を形成した状態である。

（ａ）は、半導体チップ２０と半導体実装用テープキャリア１０が貼り付けられた直後の状態である。本発明の半導体パッケージは、半導体チップ２０の表面上に接着剤のエラストマ２１を用いて、半導体実装用テープキャリア１０が貼り付けられている。そのテープキャリアの導通孔２内に配線の一端側である螺旋状のリード部３２が露出されている。螺旋状のリード部３２は、その中央部分が下方へギャップｇだけ押圧されて成形されている。従って、螺旋状のリード部３２の中央部分は、ボンディングパッド１２の表面に接する位置にある。

（ｂ）は、螺旋状リード部３２がボンディングパッド１２に電気的に接続した直後の状態である。螺旋状リード部３２は、半導体チップの表面上のボンディングパッド１２と電気的に接続され、且つテープキャリアの配線の他端側であるバンプランド４ａがはんだバンプ７と電気的に接続されている（図３（ａ）参照）。前記本発明の半導体実装用テープキャリアの配線の一端側であるリード部が螺旋状のリード部３２に成形（フォーミング）された形状で、撓ませた状態でボンディングパッド１２と電気的に接続されている。

図３に示すギャップｇは、リード部３とボンディングパッド１２との段差に相当する距離であり、その距離ｇのギャップ間では、螺旋状リード部３２は、バネ状に成形（フォーミング）されたことにより、ボンディングパッド１２と電気的に接続する中央部分が上若しくは下側に容易に高さ位置を変動する、すなわち、容易にギャップｇの変動が可能となる。螺旋状リード部３２が、バネ状に成形（フォーミング）されたことにより、撓ませた状態でボンディングパッドと電気的に接続されているため、材料からの熱膨張率差等の対応ができる。

螺旋状リード部３２では、ボンディングパッド１２と電気的に接続する中央部分との位置のあわせこみが容易となる。各々リード部の段差、すなわち螺旋状リード部３２の中央部分の底面の高さとボンディングパッド表面の高さの差があっても、各々ボンディングパッドでの接続は、例えば段差が大きい場合でも、その段差が小さい場合でも、撓みが均等となり、均一な湾曲状に撓んで接続される。そのため、各々ボンディングパッドでは、接続性の品質が平均化され、接続耐久性においても品質が向上する。

ボンディングパッド１２と螺旋状リード部３２の中央部分との電気的に接続する方法を説明する。螺旋状リード部３２の中央部分の押圧治具は、円柱状治具、例えば図２（ｄ）上下軸６３を用いる方法がある。螺旋状リード部３２の中央部分に前記押圧治具を介してボンディングパッド１２に押圧する。前記押圧時では、押圧治具は３００℃近傍まで加熱し、０．０００１Ｎ／μｍ²近傍で、２．０秒間近傍まで加圧する。なお、押圧条件は、適宜最適化することが好ましい。

（ｃ）は、導通孔２に封止樹脂２２を形成した状態である。半導体パッケージの内部の配線回路等を保護する。以上により、本発明の半導体実装用テープキャリアを用いた半導体パッケージが完成する。

本発明の半導体実装用テープキャリアの一実施例のリード部の部分拡大図であり、（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は、側断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の半導体実装用テープキャリアの製造方法を説明する工程の側断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の半導体実装用テープキャリアを用いた半導体パッケージの一実施例であり、半導体パッケージのリード部の部分拡大の側断面図である。 従来の半導体実装用テープキャリアの部分拡大図であり、（ａ）は、平面図であり、（ｂ）は、側断面図である。 従来の半導体実装用テープキャリアを用いた半導体パッケージの半導体チップとテープキャリアの接続状態の側断面図である。

符号の説明

１…（ポリイミドの）絶縁基材、ＰＩ
１ａ…導通孔付き絶縁基材
２…（開口する）導通孔
３…（一端側の）リード部、インナーリード部
３ｂ…フライングリード部
４…バンプランドのリード部、
４ａ…バンプランド
５…ソルダーレジスト
６…金属配線
６ａ…金属箔付き絶縁基材
７…はんだバンプ
７ａ…半田ボール
８…スルーホール
８ａ…スルーホール孔
９…エッチング防止層
１０…半導体実装用テープキャリア
１２…ボンディングパッド
２０…半導体チップ
２１…エラストマ
２２…封止樹脂
３１…渦巻き状リード部
３２…螺旋状リード部
３３…所定の治具、フォーミング用治具
４０…絶縁基板裏側
５０…絶縁基板表側
６１、６１ａ…クランプ
６２…加熱板
６３…上下軸

Claims (3)

1. 支持基材である絶縁基材の表面上に金属からなる配線の回路を形成した半導体実装用テープキャリアの、実装する半導体チップの表面上のボンディングパッドと電気的に接続するための配線の一端側であるリード部と、はんだバンプと電気的に接続するための配線の他端側であるバンプランドのリード部とを形成する半導体実装用テープキャリアにおいて、
   半導体実装用テープキャリアは、開口する導通孔を形成し、導通孔の領域内にある配線の一端側であるリード部が、螺旋状に成形（フォーミング）されたパターンに形成したことを特徴とする半導体実装用テープキャリア。
2. 半導体チップの表面上に接着剤（エラストマ）を用いて、テープキャリアが貼り付けられ、そのテープキャリアの配線の一端側であるリード部が半導体チップの表面上のボンディングパッドと電気的に接続され、且つテープキャリアの配線の他端側であるバンプランドのリード部がはんだバンプと電気的に接続した、前記請求項１記載の半導体実装用テープキャリアを用いた半導体パッケージであって、
   前記半導体実装用テープキャリアの配線の一端側であるリード部が螺旋状に成形（フォーミング）された形状で、撓ませた状態でボンディングパッドと電気的に接続されていることを特徴とする半導体パッケージ。
3. 半導体実装用テープキャリアの絶縁基材の表面上に金属からなる配線を形成し、絶縁基材裏面にはんだバンプを形成した前記請求項１記載の半導体実装用テープキャリアの製造方法であって、
   少なくとも以下の工程を含む構成により半導体実装用テープキャリアを製造することを特徴とする半導体実装用テープキャリアの製造方法。
   （ａ）支持体である絶縁基材に導通孔を穿孔する工程。
   （ｂ）前記絶縁基材と配線用の金属箔を貼り合せる工程。
   （ｃ）前記導通孔の領域内の金属箔にエッチング処理により、渦巻き状のリード部を形成する工程。
   （ｄ）前記渦巻き状のリード部に所定の治具を押圧し、螺旋状に成形（フォーミング）する工程。

Images