JP2009049224A - 半導体装置、電子モジュール及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電気的接続の信頼性に優れた半導体装置、電子モジュール及び電子機器を提供する。
【解決手段】能動面１２１ｃに複数の電極２４が並んで形成されたシリコン基板１２１ｂと、シリコン基板１２１ｂの電極２４を含む能動面１２１ｃを保護する保護膜２６上に電極２４の配列方向に沿って連続して突条に形成された樹脂突起１２と、樹脂突起１２の頂上部から周辺部に形成されると共に電極２４との電気的接続部２２を有する配線膜２０と、を備え、電極２４が配線膜２０を介して外部の基板に導電接続される半導体装置１２１であって、配線膜２０の膜厚が、樹脂突起１２の頂上部より周辺部の方が薄く形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置、電子モジュール及び電子機器に関するものである。

従来から、各種の電子機器に搭載される、回路基板や液晶表示装置などで構成される電子モジュールにおいて、半導体ＩＣなどの半導体装置を実装する技術が用いられている。例えば、液晶表示装置には、液晶パネルを駆動するための液晶駆動用ＩＣチップが実装される。この液晶駆動用ＩＣチップは、液晶パネルを構成するガラス基板に直接実装される場合もあり、また、液晶パネルに実装されるフレキシブル基板（ＦＰＣ）上に実装される場合もある。前者による実装構造はＣＯＧ（Chip On Glass）構造と呼ばれ、後者はＣＯＦ（Chip On FPC）構造と呼ばれる。

ＣＯＧ構造の液晶表示装置における液晶駆動用ＩＣチップの実装に関して、図７の従来の半導体装置の実装構造の説明図に示すような構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
具体的には、ＩＣチップ２１の能動面に樹脂突起１２を形成し、その樹脂突起１２の表面に導電膜２０を形成して、バンプ電極１０を構成する。なお、予めＩＣチップ２１の電極２４の表面に絶縁膜（保護膜）２６を形成し、その絶縁膜２６の一部を開口することにより、電極２４の電気的接続部２２を形成しておく。そして、その電気的接続部２２に対してバンプ電極１０の導電膜２０を延設することにより、当該バンプ電極１０をＩＣチップ２１の電極端子として機能させることができる。

このバンプ電極１０をガラス基板１１の端子１１ｘに押圧すれば、バンプ電極１０を構成する樹脂突起１２が弾性変形する。この状態で熱硬化性樹脂１２２を硬化させて、ＩＣチップ２１をガラス基板１１に固定すれば、温度変化により熱硬化性樹脂１２２が熱膨張しても、バンプ電極１０を介した導電接触状態を維持することができる。
なお、ＩＣチップ２１とガラス基板１１との固定に関しては、予め熱硬化性樹脂１２２をガラス基板１１に塗布してから、バンプ電極１０をガラス基板１１の端子１１ｘに押圧し、熱硬化性樹脂１２２を硬化させて、ＩＣチップ２１をガラス基板１１に固定する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平２−２７２７３７号公報 特許第２７４４４７６号公報

しかしながら、熱硬化性樹脂１２２を予めガラス基板１１に塗布してから、加熱加圧によりバンプ電極１０をガラス基板１１の端子１１ｘに押圧して接続する場合、加熱加圧による樹脂突起１２の変形と熱硬化性樹脂１２２の硬化が略同時に進行する。
このため、導電膜（以下、配線膜という）２０の膜厚が薄いと、配線膜２０の剛性が不足し、樹脂突起１２の変形に追随して配線膜２０も容易に変形する。これにより、バンプ電極１０は、バンプ電極１０とガラス基板１１の端子１１ｘとの間の熱硬化性樹脂１２２を十分に押し分けて排除することができず、バンプ電極１０とガラス基板１１の端子１１ｘとを確実に接続することが困難である。
また、配線膜２０の膜厚が厚いと、配線膜２０の剛性が強すぎ、樹脂突起１２の弾性変形が抑制されることから、バンプ電極１０の弾性変形量が不足する。これにより、バンプ電極１０は、ガラス基板１１の端子１１ｘとの間で弾性力を保持した状態で接触することができないことから、バンプ電極１０とガラス基板１１の端子１１ｘとを確実に接続することが困難である。

これらのことから、従来技術の構成では、ＩＣチップ２１などの半導体装置とガラス基板１１などの基板との電気的接続の信頼性が低下するという問題がある。

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる半導体装置は、能動面に複数の電極が並んで形成された半導体チップと、前記半導体チップの前記電極を含む能動面を保護する保護膜上に前記電極の配列方向に沿って連続して突条に形成された樹脂突起と、前記樹脂突起の頂上部から前記頂上部の周辺である周辺部に形成されると共に前記電極との電気的接続部を有する配線膜と、を備え、前記配線膜を介して前記電極が外部の基板に導電接続される半導体装置であって、前記配線膜の膜厚が、前記樹脂突起の前記頂上部より前記周辺部の方が薄く形成されていることを特徴とする。

このような構成によれば、半導体装置は、配線膜の膜厚が、樹脂突起の頂上部より頂上部の周辺である周辺部の方が薄く形成されている。このことから、半導体装置は、配線膜を介して外部の基板に導電接続されるときに、樹脂突起の外部の基板との接触部分となる頂上部は変形しにくく、その周辺部分となる周辺部は変形しやすい。
これにより、半導体装置は、頂上部で外部の基板との接触を確保しつつ、接触部分に周辺部の弾性変形による反力が加わるので、外部の基板との接続が確実に行え、電気的接続の信頼性に優れた電子機器を提供することができる。

［適用例２］上記適用例にかかる半導体装置は、前記樹脂突起が、前記電極の配列方向と略直交する方向に沿って切断したときの断面形状が略半円形形状に形成され、前記配線膜の膜厚が、前記略半円形形状の頂点から円弧に沿って底辺に向かうに連れて薄くなるように形成されていることが好ましい。

このような構成によれば、半導体装置は、樹脂突起の断面形状が略半円形形状に形成されていることで、外部の基板に導電接続されるときに、例えば、熱硬化性樹脂などの、外部の基板上に配設されている固定用部材を押し分けて排除しやすい。
また、半導体装置は、配線膜の膜厚が、略半円形形状の頂点から底辺に向かうに連れて薄くなるように形成されていることで、外部の基板に導電接続されるときに、樹脂突起がスムーズに弾性変形し、外部の基板との接続が確実に行える。
これらから、半導体装置は、電気的接続の信頼性に優れた電子機器を提供することができる。

［適用例３］上記適用例にかかる半導体装置は、前記樹脂突起が、前記電極の配列方向と略直交する方向に沿って切断したときの断面形状が略台形形状に形成され、前記配線膜の膜厚が、前記略台形形状の上底部より前記略台形形状の斜辺部の方が薄く形成されていることが好ましい。

このような構成によれば、半導体装置は、樹脂突起の断面形状が略台形形状に形成され、配線膜の膜厚が、略台形形状の上底部より略台形形状の斜辺部の方が薄く形成されている。
半導体装置は、樹脂突起の断面形状が略台形形状であることで、断面形状が略半円形形状の場合より、既存のフォトリソグラフィ技術を用いて、樹脂突起を容易に形成することができる。

［適用例４］本適用例にかかる電子モジュールは、上記の半導体装置が、電子モジュールを構成する基板上に実装されてなることを特徴とする。

このような構成によれば、電子モジュールは、上記の半導体装置が、電子モジュールを構成する基板上に実装されてなることから、電気的接続の信頼性に優れた電子モジュールを提供することができる。

［適用例５］本適用例にかかる電子機器は、上記の電子モジュールを備えたことを特徴とする。
このような構成によれば、電子機器は、上記の電子モジュールを備えていることから、電気的接続の信頼性に優れた電子機器を提供することができる。

以下、実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
（第１の実施形態）
最初に、第１の実施形態について説明する。
図１は、電子モジュールの一実施形態である液晶表示装置を示す模式図である。図示の液晶表示装置１００は、液晶パネル１１０と、半導体装置１２１とを有する。また、必要に応じて、図示しない偏光板、反射シート、バックライトなどの付帯部材が適宜に設けられている。

［液晶表示装置］
液晶パネル１１０は、ガラスやプラスチックなどで構成される外部の基板としての基板１１１及び基板１１２を備えている。基板１１１と基板１１２は相互に対向配置され、図示しないシール材などによって相互に貼り合わされている。基板１１１と基板１１２の間には図示しない電気光学物質である液晶が封入されている。基板１１１の内面上にはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電体で構成された電極１１１ａが形成され、基板１１２の内面上には上記電極１１１ａに対向配置される電極１１２ａが形成されている。なお、電極１１１ａ及び電極１１２ａは直交するように配置されている。そして、電極１１１ａ及び電極１１２ａは基板張出部１１１Ｔに引き出され、その端部にはそれぞれ端子１１１ｂｘ及び端子１１１ｃｘが形成されている。また、基板張出部１１１Ｔの端縁近傍には入力配線１１１ｄが形成され、その内端部にも端子１１１ｄｘが形成されている。

基板張出部１１１Ｔ上には、未硬化状態または半硬化状態の熱硬化性樹脂で構成される封止樹脂１２２を介して、半導体装置１２１が実装される。この半導体装置１２１は、例えば液晶パネル１１０を駆動する液晶駆動用ＩＣチップである。半導体装置１２１の下面には図示しない多数のバンプが形成されており、これらのバンプは基板張出部１１１Ｔ上の端子１１１ｂｘ，１１１ｃｘ，１１１ｄｘにそれぞれ導電接続される。

また、入力配線１１１ｄの外端部に形成された入力端子１１１ｄｙには、異方性導電膜１２４を介してフレキシブル配線基板１２３が実装される。入力端子１１１ｄｙは、フレキシブル配線基板１２３に設けられた、それぞれ対応する図示しない配線に導電接続される。そして、外部からフレキシブル配線基板１２３を介して制御信号、映像信号、電源電位などが入力端子１１１ｄｙに供給され、半導体装置１２１において液晶駆動用の駆動信号が生成されて、液晶パネル１１０に供給されるようになっている。

以上のように構成された本実施形態の液晶表示装置１００によれば、半導体装置１２１を介して電極１１１ａと電極１１２ａとの間に適宜の電圧が印加されることにより、両電極１１１ａ，１１２ａが対向配置される画素部分の液晶を再配向させて光を変調することができ、これによって液晶パネル１１０内の画素が配列された表示領域に所望の画像を形成することができる。

図２は図１のＡ−Ａ線における側面断面図であり、上記液晶表示装置１００における半導体装置１２１の実装構造の説明図である。半導体装置１２１の能動面（図示下面）には、ＩＣ側端子として複数のバンプ電極１０が設けられ、その先端は上記基板１１１の端子１１１ｂｘ，１１１ｄｘに直接導電接触している。バンプ電極１０と端子１１１ｂｘ，１１１ｄｘとの間の導電接触部分の周囲には熱硬化性樹脂などで構成される硬化された封止樹脂１２２が充填されている。

［半導体装置］
図３は本実施形態にかかる半導体装置の電極構造の説明図であり、図３（ａ）は図２のＢ部に相当する部分の拡大図であり、図３（ｂ）は半導体装置の底面図であり、図３（ｃ）は半導体装置の図３（ｂ）の斜め上方から見た斜視図である。半導体装置１２１は、例えば半導体チップとしてのシリコン基板１２１ｂ上に適宜の回路を形成してなるＩＣチップである。半導体装置１２１の能動面１２１ｃ上には、アルミニウムなどで構成された電極２４が形成されている。この電極２４は、半導体装置１２１の周縁部に沿って配列形成されている。電極２４の表面には、ＳｉＮなどの絶縁材料からなるパッシペーション膜などの保護膜２６が形成されている。そして、その保護膜２６に形成された開口２７により、電極２４と後述する配線膜２０とを接続する電気的接続部２２が構成されている。

また、保護膜２６の表面には、樹脂突起１２が形成されている。この樹脂突起１２は、ポリイミドなどの弾性樹脂材料を保護膜２６の表面にコーティングし、フォトリソグラフィなどのパターニング処理を行うことによって形成される。なお、樹脂突起１２は、加熱溶融、またはグレーマスクを用いたフォトリソグラフィを行うことにより、電極２４の配列方向（矢印Ｃ方向）に沿って連続する突条に形成されている。また、樹脂突起１２は、電極２４の配列方向と直交する図１のＡ−Ａ線での断面形状が略半円形形状になるように形成されている。
なお、樹脂突起１２の材料としては、ポリイミド樹脂以外に、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、変性ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン、ポリベンゾオキサゾールなどの樹脂を用いてもよい。

さらに、樹脂突起１２の表面には、配線膜２０が形成されている。この配線膜２０は、Ａｕ、ＴｉＷ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、ＮｉＶ、鉛フリーはんだなどの導電性金属を蒸着、スパッタリングなどによって成膜し、適宜のパターニング処理を適用することによって形成される。また、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌなどで構成された下地の配線膜の表面をさらにＡｕメッキなどで被覆し、導電接触性を高めることも可能である。配線膜２０は、平面視における形状が、略矩形形状であり、電気的接続部２２から樹脂突起１２を乗り越えて反対側の保護膜２６の表面上まで配設されている。

このとき、配線膜２０は、樹脂突起１２の頂上部の膜厚Ｔ１より周辺部の膜厚Ｔ２の方が薄くなるように形成されている。この配線膜２０の頂上部と周辺部とで膜厚を異ならせる製造方法としては、例えば、最初に全体に蒸着、スパッタリングなどを行った後に、周辺部のみをマスキングして頂上部に蒸着、スパッタリングを再度行う方法や、頂上部へはんだペーストを転写法や印刷法などで供給し、加熱溶融させ頂上部から周辺部へぬれ広がらせる方法などがある。

上記のように構成された樹脂突起１２と配線膜２０とによって、半導体装置１２１の保護膜２６上に断面が略半円形形状のバンプ電極１０が形成される。なお、樹脂突起１２は、配線膜２０が形成されている領域と、形成されていない領域との間に段差があってもよい。

図４は、本実施形態にかかる半導体装置１２１の実装構造の説明図であり、図２のＢ部における拡大図である。半導体装置１２１は、熱硬化性樹脂からなる封止樹脂１２２を介して、基板１１１に実装されている。半導体装置１２１の実装は、フィルム状またはシート状の封止樹脂１２２を基板１１１上に配置し、その基板１１１上に半導体装置１２１を加熱しながら加圧することによって行う。

その場合、半導体装置１２１のバンプ電極１０が、封止樹脂１２２を押し分けて進行し、基板１１１上の端子１１１ｂｘに接触する。さらに半導体装置１２１を加圧することにより、樹脂突起１２が押しつぶされて弾性変形する。
このとき、配線膜２０が、頂上部の膜厚Ｔ１より周辺部の膜厚Ｔ２の方が薄いことから、樹脂突起１２の頂上部は、変形しにくいので封止樹脂１２２を押し分けて配線膜２０が基板１１１上の端子１１１ｂｘに確実に接触し、周辺部は、変形しやすいので弾性変形量が十分確保されている。

そして、この状態で加熱を続け封止樹脂１２２を熱硬化させると、半導体装置１２１と基板１１１との相対位置が固定され、樹脂突起１２が弾性変形した状態で保持される。これにより、温度変化に伴って封止樹脂１２２が熱膨張しても、バンプ電極１０と端子１１１ｂｘとの導電接触状態が保持されるので、半導体装置１２１を基板１１１に対して確実に導電接続することができる。

なお、ガラスなどで構成される基板１１１及びＩＴＯなどで構成される端子１１１ｂｘは共に透明であるので、基板１１１の裏面からバンプ電極１０の頂上部と端子１１１ｂｘとの接触面を視認することができる。この接触面の大きさは、バンプ電極１０の弾性変形量に比例して増減する。したがって、基板１１１の裏面から接触面の有無や形状、幅などを観察することにより、バンプ電極１０と端子１１１ｂｘとの接触状態を容易に知ることができる。なお、配線膜２０の頂上部は、所定の押圧力で加圧されたときの基板１１１上の端子１１１ｂｘとの接触範囲を含んで設定される。

上述したように、本実施形態の半導体装置１２１は、配線膜２０が、樹脂突起１２の頂上部の膜厚Ｔ１より周辺部の膜厚Ｔ２の方が薄く形成されている。これにより、半導体装置１２１は、基板１１１への実装の際に、配線膜２０の頂上部では封止樹脂１２２を押し分けて配線膜２０が基板１１１上の端子１１１ｂｘに確実に接触し、配線膜２０の周辺部では、樹脂突起１２の弾性変形量が十分確保されている。
このことから、半導体装置１２１は、バンプ電極１０と基板１１１上の端子１１１ｂｘとの接触を確保しつつ、接触部分に樹脂突起１２の弾性変形の反力が十分加わるので、基板１１１との接続が確実に行え、電気的接続の信頼性に優れた半導体装置を提供することができる。

また、半導体装置１２１は、樹脂突起１２が、電極２４の配列方向（図３（ｂ）の矢印Ｃ方向）に沿って連続する突条に形成され、電極２４の配列方向と略直交する図１のＡ−Ａ線での断面形状が略半円形形状になるように形成されている。
これにより、半導体装置１２１は、基板１１１への実装の際に、樹脂突起１２が封止樹脂１２２を押し分けて排除しやすいことから、配線膜２０を基板１１１上の端子１１１ｂｘに確実に接触させることができる。

また、半導体装置１２１は、配線膜２０の膜厚が、樹脂突起１２の略半円形形状の頂点から円弧に沿って底辺に向かうに連れて薄くなるように形成されている。
これにより、半導体装置１２１は、基板１１１への実装の際に、樹脂突起１２がスムーズに弾性変形し、配線膜２０を基板１１１上の端子１１１ｂｘに確実に接触させることができる。

また、液晶表示装置１００は、上記の効果を有する半導体装置１２１を基板１１１上に実装していることから、電気的接続の信頼性に優れた液晶表示装置を提供することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態につき、図５を用いて説明する。
図５は、第２の実施形態にかかる半導体装置の電極構造の説明図であり、図２のＢ部に相当する部分の拡大図である。

第２の実施形態にかかる半導体装置１２１ａは、樹脂突起１２が電極２４の配列方向と略直交する図１のＡ−Ａ線での断面形状が略台形形状に形成され、配線膜２０は、略台形形状の上底部の膜厚Ｔ１より略台形形状の斜辺部の膜厚Ｔ２の方が薄く形成されている点で、第１の実施形態と異なっている。なお、第１の実施形態と同様の構成となる部分については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

第２の実施形態にかかる半導体装置１２１ａでは、樹脂突起１２が電極２４の配列方向と略直交する図１のＡ−Ａ線での断面形状が略台形形状に形成され、配線膜２０は、略台形形状の頂上部としての上底部の膜厚Ｔ１より周辺部としての略台形形状の斜辺部の膜厚Ｔ２の方が薄く形成されている。これによれば、半導体装置１２１ａは、第１の実施形態の効果に加えて、以下の効果がある。

半導体装置１２１ａは、樹脂突起１２の断面形状が略台形形状であることで、加熱溶融、またはグレーマスクによるフォトリソグラフィが不要なことから、第１の実施形態と比較して、樹脂突起１２を容易に形成することができる。

［電子機器］
図６は、上記各実施形態で説明した半導体装置及び液晶表示装置を搭載した電子機器の一例を示す斜視図である。この図に示す携帯電話１３００は、上述した液晶表示装置１００を小サイズの表示部１３０１として備え、複数の操作ボタン１３０２、受話口１３０３、及び送話口１３０４を備えて構成されている。

上述した液晶表示装置１００は、上記携帯電話１３００に限らず、電子ブック、パーソナルコンピュータ、ディジタルスチルカメラ、液晶テレビ、ビューファインダ型あるいはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器などの画像表示手段として好適に用いることができ、いずれの場合にも電気的接続の信頼性に優れた電子機器を提供することができる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、各実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

第１の実施形態の液晶表示装置を示す模式図。 第１の実施形態の液晶表示装置における半導体装置の実装構造の説明図。 第１の実施形態の半導体装置の電極構造の説明図。 第１の実施形態の半導体装置の実装構造の説明図。 第２の実施形態の半導体装置の電極構造の説明図。 半導体装置及び液晶表示装置を搭載した電子機器の斜視図。 従来の半導体装置の実装構造の説明図。

符号の説明

１０…バンプ電極、１２…樹脂突起、２０…配線膜、２２…電気的接続部、２４…電極、２６…保護膜、２７…開口、１２１…半導体装置、１２１ｂ…半導体チップとしてのシリコン基板、１２１ｃ…能動面、Ｔ１…頂上部の膜厚、Ｔ２…周辺部の膜厚。

Claims (5)

1. 能動面に複数の電極が並んで形成された半導体チップと、
   前記半導体チップの前記電極を含む能動面を保護する保護膜上に前記電極の配列方向に沿って連続して突条に形成された樹脂突起と、
   前記樹脂突起の頂上部から前記頂上部の周辺である周辺部に形成されると共に前記電極との電気的接続部を有する配線膜と、を備え、前記配線膜を介して前記電極が外部の基板に導電接続される半導体装置であって、
   前記配線膜の膜厚が、前記樹脂突起の前記頂上部より前記周辺部の方が薄く形成されてい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、前記樹脂突起は、前記電極の配列方向と略直交する方向に沿って切断したときの断面形状が略半円形形状に形成され、前記配線膜の膜厚が、前記略半円形形状の頂点から円弧に沿って底辺に向かうに連れて薄くなるように形成されてい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、前記樹脂突起は、前記電極の配列方向と略直交する方向に沿って切断したときの断面形状が略台形形状に形成され、前記配線膜の膜厚が、前記略台形形状の上底部より前記略台形形状の斜辺部の方が薄く形成されていることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置が、電子モジュールを構成する基板上に実装されてなることを特徴とする電子モジュール。
5. 請求項４に記載の電子モジュールを備えたことを特徴とする電子機器。

Images