JP2014115938A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで信頼性の高いフリップチップ実装が可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、メタルストリップ１０と、メタルストリップ１０に搭載した熱可塑性フィルム２０と、熱可塑性フィルム２０を介してメタルストリップ１０の上にフリップチップ実装された半導体デバイス３０と、半導体デバイス３０とメタルストリップ１０との間を電気的に接続するバンプ４０とを有し、バンプ４０は熱圧着により熱可塑性フィルム２０を破ってメタルストリップ１０と電気的に接続される。
【選択図】図２

Description

本発明は、フリップチップ実装の半導体チップを備えた半導体装置に関する。

従来から、半導体チップにバンプ（電気接続用の突起部）を形成し、このバンプを基板上に形成された金属パターンに接続させることにより、フリップチップ実装を行う構成が知られている。フリップチップ実装を行う場合には、半導体チップと基板との間の空間にアンダーフィル材を充填することにより、バンプ接続における接続信頼性を向上させている。

例えば特許文献１には、半導体チップと配線基板とをバンプを介して接続してバンプ接合体を製造する方法に関し、アンダーフィル樹脂を介在させて２つの接合部材を接合させる方法が開示されている。

ところで、従来から、ＩＤ情報が書き込まれたタグからリーダライタを使用し、無線通信を介して情報のやり取りを行うＲＦＩＤタグ（無線ＩＣタグ）が広く用いられている。例えば特許文献２には、封止樹脂内におけるアンテナの位置を制御可能なＲＦＩＤタグの製造方法が開示されている。特許文献２の製造方法によれば、小型で耐性のある高性能なＲＦＩＤタグを提供することができる。

特開２００７−５９５３８号公報 特開２０１１−１１３５１７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたバンプ接合体のように、２つの接合部材の間にアンダーフィル樹脂を充填させると、電気接続性能の確保は困難であり、コストを要する。また、短絡防止や信頼性の観点から、接合部の周囲に空隙が存在する場合、アンダーフィル樹脂を用いたフリップチップ実装は困難である。このような問題は、特許文献２に開示されたＲＦＩＤタグの半導体デバイスに対してフリップチップ実装を行う場合にも生じうる。このため、低コストで信頼性の高いフリップチップ実装可能なＲＦＩＤタグ（半導体装置）を実現することが困難である。

そこで本発明は、低コストで信頼性の高いフリップチップ実装が可能な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供する。

本発明の一側面としての半導体装置は、基板と、前記基板に搭載した熱可塑性フィルムと、前記熱可塑性フィルムを介して前記基板の上にフリップチップ実装された半導体デバイスと、前記半導体デバイスと前記基板との間を電気的に接続するバンプとを有する。

本発明の他の側面としての半導体装置の製造方法は、基板に熱可塑性フィルムを搭載する工程と、前記熱可塑性フィルムを介して前記基板の上に半導体デバイスをフリップチップ実装する工程とを有し、前記半導体デバイスのバンプは、前記熱可塑性フィルムを破って前記基板と電気的に接続される。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、低コストで信頼性の高いフリップチップ実装が可能な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することができる。

本実施例における半導体装置の製造工程図（平面図）である。 本実施例における半導体装置の製造工程図（拡大断面図）である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１および図２を参照して、本実施例における半導体装置の構成およびその製造方法について説明する。図１は、半導体装置の製造工程図であり、平面図を示している。図２は、半導体装置の製造工程図であり、拡大断面図を示している。なお本実施例では、半導体装置の一例として、ＲＦＩＤタグ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）について説明する。ただし本実施例は、これに限定されるものではなく、他の種類の半導体装置にても広く適用可能である。

図１（ａ）は、本実施例におけるＲＦＩＤタグ（半導体装置）のアンテナとして用いられるメタルストリップ１０（金属基板）の平面図である。なお、本実施例は金属基板について説明しているが、これに限定されるものではなく、例えば樹脂系の多層基板であってもよい。このため、以下、これを総称して基板という。メタルストリップ１０は、例えば０．１５ｍｍの厚さを有する銅系又は鉄系の金属からなり、スタンピング（プレス加工）又はエッチング加工により形成される（メタルストリップ抜き加工）。メタルストリップ１０は、このメタルストリップ抜き加工により、無線通信を行うＲＦＩＤタグのアンテナとして機能するアンテナ部１０ａ、および、アンテナ部１０ａを保持するための連結部１０ｂを備えて構成される。アンテナ部１０ａは、連結部１０ｂを介して、外枠１０ｃと繋がっている。またメタルストリップ１０には、後述のように、半導体デバイス３０を実装するための実装部１０ｄが設けられている。このように本実施例では、まず、このような構成を有するメタルストリップ１０（金属基板）を準備する。

次に、図１（ｂ）に示されるように、メタルストリップ１０の中央部において、実装部１０ｄを含むように、接着剤を有する熱可塑性フィルム２０（プラスチックテープ）を貼り付ける。すなわち、熱可塑性フィルム２０をメタルストリップ１０の上に搭載する。また図２は、実装部１０ｄの周辺の拡大断面図である。図２（ａ）に示されるように、メタルストリップ１０（実装部１０ｄ）の上方に熱可塑性フィルム２０を配置させる。そして図２（ｂ）に示されるように、メタルストリップ１０（実装部１０ｄ）の上に熱可塑性フィルム２０を載置して貼り付ける。

熱可塑性フィルム２０は、実装部１０ｄにおいて、半導体デバイス３０の搭載側の面に貼り付けられている。ただし本実施例はこれに限定されるものではなく、熱可塑性フィルム２０を実装部１０ｄの両面に貼り付けてもよい。熱可塑性フィルム２０をメタルストリップ１０の搭載面（表面）と反対側の面（裏面）にも貼り付けることにより、熱により生じるメタルストリップ１０の反りを抑制することができる。

本実施例において、熱可塑性フィルム２０は、一例としてアクリル、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの熱可塑性樹脂を基材としたものからなる。熱可塑性樹脂は、粘度が高い性質を有し、熱加工後の形状再現性が高いため、扱い易いという利点がある。熱可塑性フィルムに接着剤を添付したものを一例としているが、接着剤は必ずしも必要なものではない。ただし本実施例はこれに限定されるものではなく、所望の粘度が得られる場合には、熱可塑性フィルム２０として熱硬化性樹脂を用いることもできる。

本実施例では、熱可塑性フィルム２０として、一つの連続した熱可塑性フィルムが複数のＲＦＩＤタグ（図１（ｂ）に示される範囲では、１１個のＲＦＩＤタグ）の全てに対応する実装部１０ｄに貼り付けられている。ただし本実施例はこれに限定されるものではなく、分割（切断）された熱可塑性フィルムを実装部１０ｄのそれぞれに貼り付けてもよい。分割の熱可塑性フィルムの大きさは、少なくともバンプ接続をカバーするサイズであり、半導体デバイス３０のサイズであることが好ましい。

次に、図１（ｃ）に示されるように、メタルストリップ１０の実装部１０ｄの上に、半導体デバイス３０がフリップチップ実装される。本実施例の半導体デバイス３０には、予め、その四隅においてバンプ４０が形成されている。バンプ４０は、例えば半田や金から構成されているが、これらに限定されるものではない。

より具体的には、図２（ｂ）に示されるように、まず、熱可塑性フィルム２０を貼り付けられたメタルストリップ１０（実装部１０ｄ）の上方に半導体デバイス３０を配置する。そして、図２（ｃ）に示されるように、半導体デバイス３０（バンプ４０）を熱可塑性フィルム２０を介してメタルストリップ１０の上に載置する。続いて図２（ｄ）に示されるように、半導体デバイス３０（バンプ４０）とメタルストリップ１０との熱圧着を行う。このとき、バンプ４０の熱により、バンプ４０に接する部分（周囲部分）の熱可塑性フィルム２０は破られ、孔部２０ａが形成される。そして、このような熱圧着を行うことにより、バンプ４０とメタルストリップ１０は金属結合し、互いに電気的に接続される。

本実施例において、バンプ４０が半導体デバイス３０とメタルストリップ１０の実装部１０ｄとの間を電気的に接続することにより、半導体デバイス３０は実装部１０ｄの上にフリップチップ実装される。このとき、バンプ４０は、熱圧着により、その間に介在する熱可塑性フィルム２０を破って実装部１０ｄと電気的に接続される。ただし本実施例はこれに限定されるものではなく、バンプ４０は、バンプ４０と実装部１０ｄとの間の接着性を向上させるため、更に超音波を利用して熱可塑性フィルム２０を破ってメタルストリップ１０と電気的に接続されるように構成してもよい。

本実施例において、メタルストリップ１０には、錫メッキ、銀メッキ、金メッキ、パラジウムメッキなどのメッキ処理が施されている。このため、金などの金属を含有するバンプ４０を実装部１０ｄの上に熱圧着させる際に、バンプ４０と実装部１０ｄとの間の金属結合、すなわち、バンプ４０と実装部１０ｄとの間の電気的接続を確実にさせることができる。

また本実施例において、熱可塑性フィルム２０の厚さＴは、メタルストリップ１０と半導体デバイス３０間に空気層ができない方が良いので、熱可塑性フィルム２０の厚さＴは、バンプ４０の厚さ（高さＨ）以上（Ｔ≧Ｈ）に設定されることが好ましい。このような厚さの関係を満たすことにより、バンプ４０とメタルストリップ１０とが熱圧着による金属結合で接続された場合、半導体デバイス３０とメタルストリップ１０との間（複数のバンプ４０の間）において、熱可塑性フィルム２０が圧縮される。また、半導体デバイス３０の下部に位置するメタルストリップ１０に空隙部１０ｆが存在する場合、空隙部１０ｆの内部に熱可塑性フィルム２０の一部が食い込む（挿入される）。これにより、空隙部１０ｆが存在する場合でもフリップチップ実装における信頼性（絶縁性）を確保することができる。

以上のとおり、本実施例のＲＦＩＤタグ（半導体装置）では、半導体デバイス３０とメタルストリップ１０との間、すなわち複数のバンプ４０の間の空間を確実に保護することができる。したがって、本実施例の構成によれば、アンダーフィルを用いることなく、複数のバンプ４０の間の短絡などを確実に回避して信頼性を向上させることが可能となる。本実施例において、熱可塑性フィルム２０の厚さは、熱可塑性フィルム２０の接着層（粘着層）を含んで、例えば２５μｍである。なお、熱可塑性フィルム２０は接着層を除いて５μｍである。またバンプ４０の厚さ（高さ）は、例えば２０μｍである。ただし本実施例はこれらに限定されるものではない。

半導体デバイス３０としては、ＩＣチップ（ベアチップ）が用いられる。ただし本実施例はこれに限定されるものではなく、ＩＣチップ（ベアチップ）を樹脂封止した半導体パッケージ（ＩＣパッケージ）を用いることもできる。半導体パッケージとしては、例えば面実装型半導体パッケージが用いられる。半導体デバイス３０として半導体パッケージを用いた場合、例えば以下の三つのメリットがある。すなわち、ＲＦＩＤタグをクリーンルームで製造する必要はなく、ＲＦＩＤタグの製造時における製造コストが低くなる。また、半導体デバイス３０として良品のみを選択してメタルストリップ１０の上に実装することができる。さらに、実装部にメッキ等の表面処理を行う必要がない。

このように本実施例では、熱可塑性フィルム２０を介してメタルストリップ１０（金属基板）の上に半導体デバイス３０をフリップチップ実装する。この実装工程において、半導体デバイス３０のバンプ４０は、熱圧着などにより、熱可塑性フィルム２０を破ってメタルストリップ１０（実装部１０ｄ）と電気的に接続される。このため、本実施例の構成によれば、従来のフリップチップ実装された半導体装置に用いられているアンダーフィル（ＡＣＦ、ＮＣＦ、ＡＣＰ、ＮＣＰなど）が不要となる。このため、低コストで、高い接続信頼性を有するＲＦＩＤタグを製造することができる。

本実施例のＲＦＩＤタグは、続いて、メタルストリップ１０の連結部１０ｂが切断される。そして、金型（不図示）を用いてメタルストリップ１０をクランプした状態で、樹脂（エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂）をメタルストリップ１０の両面または片面を射出成形することにより、アンテナ部１０ａおよび半導体デバイス３０は樹脂で封止される。樹脂成形は、ポッティング成形、トランスファモールド、または、圧縮成形により行われる。最後に、熱可塑性フィルム２０を切断して樹脂（樹脂パッケージ）を個片化することにより、複数（図１では１１個）のＲＦＩＤタグが製造される。

本実施例によれば、低コストで信頼性の高いフリップチップ実装が可能な半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することができる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

例えば本実施例は、メタルストリップなどの金属基板に代えて、金属配線が形成された基板（プリント基板やセラミック基板など）の上に半導体デバイスをフリップチップ実装する場合にも適用可能である。この場合、基板上に形成された金属配線と半導体デバイスに形成されたバンプとが電気的に接続される。

１０ メタルストリップ
１０ａ アンテナ部
１０ｂ 連結部
１０ｃ 外枠
１０ｄ 実装部
２０ 熱可塑性フィルム
３０ 半導体デバイス

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板に搭載した熱可塑性フィルムと、
   前記熱可塑性フィルムを介して前記基板の上にフリップチップ実装された半導体デバイスと、
   前記半導体デバイスと前記基板との間を電気的に接続するバンプと、を有することを特徴とする半導体装置。
2. 前記バンプは、熱圧着により、前記熱可塑性フィルムを破って前記基板と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記バンプは金を含有し、
   前記基板の表面には、錫メッキが施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記半導体装置は、無線通信を行うＲＦＩＤタグであり、
   前記基板は、アンテナ部を構成するメタルストリップであり、
   前記メタルストリップの上に前記半導体デバイスが搭載されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 基板に熱可塑性フィルムを搭載する工程と、
   前記熱可塑性フィルムを介して前記基板の上に半導体デバイスをフリップチップ実装する工程と、を有し、
   前記半導体デバイスのバンプは、前記熱可塑性フィルムを破って前記基板と電気的に接続される、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 前記バンプは、熱圧着により、前記熱可塑性フィルムを破って前記基板と電気的に接続されることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。