JP2814966B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、フィルムキャリア
テープ上に半導体ＩＣチップを搭載してなる半導体装置
に関し、特にフィルムキャリアテープ上にグリッドアレ
イ状にバンプを配置し、これにより半導体ＩＣチップを
実装基板へ接続するようにした半導体装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来のフィルムキャリアテープを用いた
半導体装置は、ポリイミド、ポリエステル、ガラスまた
はエポキシ等の絶縁フィルムをベースフィルムとし、搬
送および位置決め用スプロケットホールと半導体ＩＣが
配置されるための開孔部であるデバイスホールとを有す
るベースフィルム上に、接着材によって銅等の金属箔を
接着し、この金属箔にエッチング等により所望の形状の
リードと電気的選別用のパッドとが形成されている。
【０００３】このようにして形成されたフィルムキャリ
アテープのデバイスホール内に突出したリード（インナ
ーリード）と、ＩＣチップの電極端子上に予め設けた金
属突起物であるバンプとを熱圧着または共晶法によりイ
ンナーリードボンディング（以下、ＩＬＢと記す）し、
フィルムキャリアテープの状態で電気選別やバーンイン
試験を実施し、次にリードをアウターリードボンディン
グ（以下、ＯＬＢと記す）可能な所望の長さに切断す
る。
【０００４】このとき、リードの数が多い多数ピンの場
合はリードのアウターリードボンディング部のばらけを
防止するため、フィルムキャリアテープを構成している
ポリイミド等の絶縁フィルムを、アウターリードの外端
に残す方法が用いられることが多い。次いで、例えばプ
リント基板上のボンディングパッドにリードをＯＬＢし
て実装を行う。
【０００５】このようなフィルムキャリアテープを用い
た半導体装置の実装方法においては、プリント基板のＯ
ＬＢを行う際、ＯＬＢリードの厚さが約３５μｍと非常
に薄いためＯＬＢリードのコプラナリティー（平坦性）
の確保が難しく、これに対応するため、フィルムキャリ
アテープ専用のＯＬＢボンダーが必要であった。
【０００６】また、半導体装置を同一基板上に一括リフ
ローで実装可能な他の例えばＱＦＰ等のパッケージと共
に実装する場合、リフロー工程とは別工程で実装する必
要があった。このため、フィルムキャリアテープ型半導
体装置は特殊なパッケージとして取り扱われ汎用性が不
十分であった。
【０００７】一方、リフロー可能なＱＦＰ等のアウター
リフローピッチは０．４ｍｍ程度が限界とされている。
この限界を超えるものとして、日経マイクロデバイス誌
１９９４年３月号ｐ．５８〜６４には、パッケージ裏面
に外部端子として格子状にはんだバンプを配置した表面
実装型パッケージとしてボールグリッドアレイ（ＢＧ
Ａ）が紹介されている。このパッケージは、例えば２２
０ピン級の２３〜２４ｍｍ角のパッケージを実現するた
めには１．５ｍｍ程度のピッチでよいため実装性に優れ
ている。
【０００８】また、ＢＧＡはパッケージの外形サイズが
小さいため、パッケージ内部の配線長が短くでき、電気
的特性をも向上する。このＢＧＡパッケージの基板には
多層プリント基板が用いられているが、その他にセラミ
ックの基板やフィルムキャリアテープを用いることもで
きる。このうち、フィルムキャリアテープを用いたもの
として例えば図５に示されたＢＡＧパッケージがある。
以下これを第１の従来例という。図５（ａ）はその断面
図であり、図５（ｂ）はその平面図である。
【０００９】このＢＧＡパッケージ３０は、ベースフィ
ルム３２の上面に銅箔配線３３を貼付けたフィルムキャ
リアテープ３２ａと、銅箔配線３３およびキャリアテー
プ３２ａの下面を覆うカバーレジスト３８と、フィルム
キャリアテープ３２ａ上の銅箔配線３３上に形成された
ランド３７に、はんだボールを用いて形成された外部端
子としてのはんだバンプ３９と、銅箔配線３３のインナ
ーリード３５に電極３４が接続されている半導体ＩＣチ
ップ３１と、半導体ＩＣチップの表面保護のためにその
一部を封止する樹脂３６とで形成されている。このＢＧ
Ａパッケージを基板上に実装するときは、実装基板上の
パッド上に予めはんだペースト等を供給しておき、はん
だバンプ３９を介して接着、実装する。
【００１０】図６（ａ）〜（ｅ）は、上述した第１の従
来例の製造方法を説明するための工程を示す断面図であ
る。まず図６（ａ）に示すように、図５において説明し
たフィルムキャリアテープ３２ａのインナーリード３５
に半導体ＩＣチップ３１の電極３４をＩＬＢする。次に
図６（ｂ）に示すように、半導体ＩＣチップ３１の表面
にポッティング法により樹脂を供給し、硬化させて封止
樹脂３６を形成する。次に図６（ｃ）に示すように、銅
箔配線３３のランド３７にフラックスを塗布し、続いて
はんだボールを供給し、リフローすることによって、は
んだバンプ３９を形成する。このようにして製造された
ＢＧＡパッケージ３０即ちフィルムキャリア方式ＢＧＡ
型半導体装置は、図６（ｄ）に示すように、実装基板１
３上のランド１２上にはんだペースト１１を供給してお
き、はんだバンプ３９を介して一括リフロー方式により
実装される。
【００１１】このフィルムキャリアテープを使用した形
式のＢＧＡパッケージでは、ベースフィルムの材質が一
般的にポリイミド（ＰＩ）で、そのテープの厚さが約５
０〜１２５μｍであるために、基板としての機械的強度
が不足し、反りやうねりが生じやすいという欠点があ
る。この欠点を防止するため基板にスティフナーを貼付
けることが提案されている。
【００１２】一方、薄い基板の反り防止として基板の縁
を強化する方法が特開平４−２８０８７５号公報におい
て提案されている。以下これを第２の従来例という。図
７（ａ）〜（ｃ）は第２の従来例のグリーンシートの斜
視図であって、厚みが３０〜２００μｍの薄いセラミッ
ク基板を製造する場合に、焼成によって反り、うねり等
が発生しないようにグリーンシート５５の状態におい
て、端縁５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄをそれぞれ１
８０°折返し、治工具にて挟んで焼成する方法である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上述した第１の従来例
のフィルムキャリアテープを使用したＢＧＡパッケージ
では、ベースフィルムの材質が一般的にポリイミド（Ｐ
Ｉ）で、そのテープの厚さが５０〜１２５μｍであるた
めに、基板としての機械的強度が不足、反りやうねりが
生じやすいという欠点がある。
【００１４】即ち、図６（ｄ）に示すような状態からリ
フロー処理をした場合、リフロー温度は２４０℃〜２６
０℃（ＭＡＸ）になるように設定されるが、ＰＩで形成
されたベースフィルムと銅箔配線の熱膨張係数は、２０
０〜３００℃の温度範囲でそれぞれ１５〜１６ｐｐｍと
１６〜１７ｐｐｍであるために、リフロー中にベースフ
ィルムと銅箔との熱膨張係数差による応力が発生し、図
６（ｅ）に示すように、実装基板に対してベースフィル
ムが上方へ反ってしまう現象が生じる。このためＢＧＡ
パッケージの中心より遠い側に配置されているはんだバ
ンプが実装基板に接着されず、未接着部１４が発生する
という欠点があり、さらにまた、ＢＧＡパッケージの外
形寸法が例えば４０ｍｍ角と大きくなり、６００〜７０
０ピンと多ピン化するにしたがってこの傾向がより顕著
となり、ＢＧＡパッケージの特徴である実装の容易性を
損なうという欠点がある。
【００１５】上述した反りを少なくするために、ベース
フィルムにスティフナーを貼付けるという提案がなされ
ているが、その工程が煩雑であることに加えて効果が不
充分であるという欠点がある。
【００１６】また上述した第２の従来例に示す、セラミ
ック基板をグリーンシートの状態で端縁を１８０°折返
した後焼成して、焼成による反り、うねりを防止する方
法は、焼成後の基板の反りを減少させる効果があるが、
この方法をフィルムキャリアテープに適用する場合に
は、ベースフィルムのテープ材質が前述の通り一般的に
ポリイミド（ＰＩ）であって抗張力が２０〜４０ｋｇ／
ｍｍ2 と高いために、１８０°折返すという加工が１回
の加工で達成できず、２回以上の加工となり、このよう
な複雑な加工方法を適用することは、製造コストの大幅
な増加につながるため、高価なパッケージになってしま
うという欠点があって実施することは困難である。
【００１７】本発明の目的は、フィルムキャリアテープ
を使用したＢＧＡパッケージ型の半導体装置において、
リフローの熱によるベースフィルムの反りやうねりを防
止して、はんだバンプと実装基板との間に未接着部が発
生せず、かつ安価で量産性に合致し実装性に優れた半導
体装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
デバイスホールが形成されたベースフィルムと、ベース
フィルム上に接着され、一方の端部が前記デバイスホー
ル内に突出してインナーリードを形成し、他方の端部の
外側がバンプと接合するためのランドを形成する金属箔
配線とを有するフィルムキャリアテープと、金属箔配線
を含んでフィルムキャリアテープを覆い、金属箔配線上
のランドにバンプを接続するための開口を有し、かつデ
バイスホールとほぼ同一形状の開口部を有するカバーレ
ジストと、金属箔配線のインナーリード部に接続された
電極を有する半導体ＩＣチップと、半導体ＩＣチップを
保護する封止樹脂と、金属箔配線のランド上に形成され
た導電性材料のバンプとを備え、かつベースフィルムの
４辺の端縁がそれぞれ折曲げられている。
【００１９】上述したベースフィルムの４辺の端縁は、
ベースフィルムの面に対して角度をなして折曲げられ、
折曲げ角度は、バンプの反対側に２０°以上９０°未満
の範囲か、バンプと同じ側に２０°以上９０°未満の範
囲か、バンプの反対側に３０°以上９０°未満の範囲に
折曲げられ、さらに先端部分がベースフィルム面に対し
３０°未満の角度に折曲げられるか、またはバンプと同
じ側に３０°以上９０°未満の範囲に折曲げられ、さら
に先端部分がベースフィルム面に対し３０°未満に折曲
げられることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の半導体装置は、フィルム
キャリアテープ上に半導体ＩＣチップを搭載したＢＧＡ
パッケージ型の装置であって、フィルムキャリアテープ
上にはグリッドアレイ状にバンプを配置し、そのバンプ
によって半導体ＩＣチップの実装基板への接続を行うよ
うになっている。フィルムキャリアテープを形成するベ
ースフィルムには半導体チップと接続するための金属箔
配線が貼付けられている。フィルムキャリアテープは金
型によって切断成形されて半導体装置が形成される。そ
のとき同時にベースフィルムの端縁に折曲げ部が形成さ
れ、この折曲げ部によってベースフィルムの４辺の強度
が強化されるので、リフロー中に生じるベースフィルム
の反りやうねりを小さくすることができるようになって
いる。
【００２１】次にベースフィルム４辺の端縁に形成され
る折曲げ部の作用について説明する。ベースフィルムの
材質は一般にポリイミドでその厚さは５０〜１２５μｍ
である。半導体装置を実装基板上においてリフロー処理
をする場合、その温度は２４０〜２６０℃であるが、ポ
リイミドで形成されたベースフィルムと金属箔配線−一
般には銅箔を用いる−の熱膨張係数は２００〜３００℃
の温度範囲においてそれぞれ１５〜１６ｐｐｍと１６〜
１７ｐｐｍであるために、リフロー中にベースフィルム
と銅箔との熱膨張係数の差による応力が発生し、実装基
板上においてベースフィルムの上面側が凹に反るという
現象が生じ、これによってベースフィルムの中心部より
遠い側に配置されているはんだバンプが実装基板に接着
されないという欠点がある。このベースフィルムの反り
を防ぐには、ベースフィルムの端縁部分の強度を増せば
よい。その方法には、従来の技術において述べた如く、
スティフナーを貼付ける方法や端縁を１８０°折返す方
法があるが、何れも前述の如く不適当である。
【００２２】本発明により、ベースフィルムの端縁をフ
ィルム面に対して２０°以上９０°未満の範囲折曲げる
か、または２段に折曲げることが効果的である。折曲げ
角度を２０°以上とする理由は、２０°未満であれば強
度を強める効果が少ないために反りが出やすくなるから
であり、また９０°未満とした理由は、９０°以上に折
曲げるためには折曲げ工程が２段階となってコスト増と
なる他、９０°以上に折曲げても反りを防ぐ効果が９０
°未満の場合と変りがないからである。
【００２３】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図１は本発明の半導体装置の一実施例の略図
であって、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は平面図で
ある。
【００２４】この半導体装置２０は、フィルムキャリア
テープを使用したＢＧＡパッケージである。ベースフィ
ルム２は、厚さが５０〜１２５μｍのポリイミドのフィ
ルムで、中央部にデバイスホール２ｃが設けられてい
る。金属箔配線用の銅張りテープにレジスト塗布、露
光、現像、エッチング等の処理を施して形成された銅箔
配線３が、ベースフィルム２の上に貼付けられ、銅箔配
線３の内側先端部に設けられたインナーリード５が、デ
バイスホール２ｃの中央部に向かって突出するように配
設されてフィルムキャリアテープ２ａが形成される。電
極４を有する半導体ＩＣチップ１が、インナーリード５
と電極４において接続されてデバイスホール２ｃの中に
配設され、それらを保護する封止樹脂６によってベース
フィルム２に固定されている。スクリーン印刷法等によ
って所定のパターンに形成されたカバーレジスト８が、
フィルムキャリアテープ２ａの銅箔配線３が配設された
部分の上から被覆している。カバーレジスト８に形成さ
れるはんだバンプ９のための開口８ｂは、グリッドアレ
イ状に配列され、銅箔配線３の面上に外部と接続するた
めのランド７を形成している。カバーレジスト８の中央
部分の開口部８ａは、デバイスホール２ｃとほぼ同一形
状で、その中は封止樹脂６で充填されている。はんだバ
ンプ９は、ランド７において銅箔配線３に接続されてい
る。はんだバンプ９のピッチＰ1 が１．２７ｍｍのと
き、カバーレジスト８の開口８ｂの直径は０．４〜０．
６ｍｍで、ランド７へ直径０．７〜０．９ｍｍのはんだ
ボールを供給してリフローすることによって、バンプの
高さが０．５〜０．８ｍｍのはんだバンプ９がランド上
に形成される。
【００２５】このようにして半導体ＩＣチップ１が設け
られたフィルムキャリアテープ２ａは、切断成形金型に
よって切断成形されて半導体装置２０が形成されるが、
この切断成形と同時にベースフィルムの４辺に折曲げ部
１０を形成する。この折曲げ部を形成することにより、
ベースフィルムの端縁の強度が増大し、反り、うねり等
を極めて小さくすることが可能となる。
【００２６】ベースフィルムの材質のポリイミドの抗張
力は２０〜４０ｋｇ／ｍｍ2 であって、９０°までの折
曲げは一度の成形工程で可能であり、かつ折曲げ部分に
クラック等が生じるおそれはない。
【００２７】折曲げ角度は、ベースフィルムの面に対し
２０°以上とすることが反りを防ぐ上で効果があり、ま
た９０°以上曲げることは効果が変わらず、かつ成形工
程を２段階に増さねばならないのでコスト増となり不利
である。したがって１段曲げの場合には、図１（ａ）に
示す曲げ角度θ1 を、ベースフィルム面を基準として、 ２０°≦θ1 ＜９０° とする。
【００２８】この曲げ角度は、図２（ａ）に示すよう
に、はんだバンプ９の側に曲げても同様の効果があり、
その場合には、 ２０°≦θ2 ＜９０° とする。
【００２９】さらに図３（ａ）に示すように、折曲げ角
度を２段とすれば、反りを防ぐ効果が増大する。この場
合の折曲げ角度θ3 ，θ4 はそれぞれ次の範囲とする。
【００３０】 ３０°≦θ3 ＜９０°，０°≦θ4 ＜３０° また２段の折曲げ角度θ3、θ4を、図４（ａ）に示すよ
うに、はんだバンプ９の側に曲げて折曲げ部１０を形成
することもでき、図３（ａ）の場合と同様の効果が得ら
れる。
【００３１】このようにベースフィルムの４辺に折曲げ
部を形成することにより、ベースフィルムの端縁の強度
が増大し、反り、うねり等の量を小さくすることができ
る。例えば、パッケージの寸法が４０ｍｍ角のとき、従
来例においては反り量が０．２〜０．３ｍｍであった
が、折曲げ部を形成することにより０．１ｍｍ以下の反
り量とすることができた。これにより実装基板へフィル
ムキャリア型ＢＧＡパッケージを実装する場合、図６
（ｄ）に示すような従来の実装方法が適用でき、図６
（ｅ）に示すような未接着部を生じることはない。さら
にまた、このＢＧＡパッケージは安価な３レイヤー１メ
タル構成のフィルムキャリアを使用しているので、低コ
ストで製造することが可能である。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明には、半導体
装置を形成するフィルムキャリアテープのベースフィル
ムの４辺の端縁に折曲げ部を形成することによって、ベ
ースフィルムの端縁の強度が増加するため、リフロー中
に生ずるベースフィルムと銅箔配線間の熱膨張係数の差
によって生じる応力によるベースフィルムの反り、うね
りの量を小さくできる効果があり、したがって実装基板
への実装をＱＦＰ等の他の表面実装型電子部品と同時に
一括リフロー方式により実装することができ、かつ未接
着部を生じないので、実装における作業性が向上し、コ
ストが低下するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の略図であって、（ａ）は
断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】本発明の別の半導体装置の略図であって、
（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図３】本発明の別の半導体装置の略図であって、
（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図４】本発明の別の半導体装置の略図であって、
（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図５】従来の技術による第１の実施例の半導体装置の
略図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図であ
る。
【図６】図５の半導体装置の製造方法を示す工程順断面
略図である。
【図７】従来の技術による第２の実施例の基板の製造工
程を示す斜視略図である。
【符号の説明】
１，３１ 半導体ＩＣチップ ２，３２ ベースフィルム ２ａ，３２ａ フィルムキャリアテープ ２ｃ デバイスホール ３，３３ 銅箔配線 ４，３４ 電極 ５，３５ インナーリード ６，３６ 封止樹脂 ７，１２，３７ ランド ８，３８ カバーレジスト ８ａ 開口部 ８ｂ 開口 ９，３９ はんだバンプ １０ 折曲げ部 １１ はんだペースト １３ 実装基板 １４ 未接着部 ２０ 半導体装置 ３０ ＢＧＡパッケージ ５５ グリーンシート ５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ 端縁

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 フィルムキャリアテープ上に半導体ＩＣ
    を搭載し、該半導体ＩＣの電極と、該半導体ＩＣを実装
    基板へ接続するためのバンプとを、 前記フィルムキャ
    リアテープのベースフィルム上に接着された金属箔配線
    によって電気的に接続する半導体装置において、 デバイスホールが形成されたベースフィルムの４辺の端
    縁が、前記バンプの反対側に折り曲げられ、折り曲げ角
    度がベースフィルムの面に対し２０°以上９０°未満の
    範囲にある半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記ベースフィルムの４辺の端縁が、前
    記バンプの側に折曲げられ、折曲げ角度がベースフィル
    ムの面に対し２０°以上９０°未満の範囲にある請求項
    １に記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記ベースフィルムの４辺の端縁が、前
    記バンプの反対側にかつベースフィルムの面に対して３
    ０°以上９０°未満の範囲に折曲げられ、さらに先端部
    分がベースフィルムの面に対し３０°未満の角度に折曲
    げられる請求項１に記載の半導体装置。
  4. 【請求項４】 前記ベースフィルムの４辺の端縁が、前
    記バンプの側にかつベースフィルムの面に対して３０°
    以上９０°未満の範囲に折曲げられ、さらに先端部分が
    ベースフィルムの面に対し３０°未満の角度に折曲げら
    れる請求項１に記載の半導体装置。
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