JP3565334B2 - 半導体装置およびそれを用いる液晶モジュール、並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置およびそれを用いる液晶モジュール、並びに半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップの実装にテープを用いた半導体装置のパッケージ構造に関し、またその半導体装置を用いる液晶モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータのモニタとして用いられる液晶表示装置や、携帯電話の端末装置およびゲーム機などの携帯形の機器などでは、TAB(Tape Automated Bonding)と呼ばれる半導体チップの実装に、有機基材から成るテープが用いられている。そして、その実装には、TCP(TapeCarrier Package)、COF(Chip on Film)等のパッケージ構造が用いられている。特に、前記TCP構造は、薄型化に好適であり、前記携帯形の機器での採用が広がっている。
【0003】
図12は、前記TCP構造での典型的な従来技術の実装方法を説明するための断面図である。ポリイミド等の有機材料から成る基材1にCu配線パターン2がパターニングされてテープ3が形成される。前記Cu配線パターン2では、たとえばその引出部2a,2bが基材1の周縁部から相互に平行となるように引出され、異方導電性膜等を介して、引出部2aは液晶パネルのパッドに、引出部2bは電源や画像データ信号が伝送されるプリント基板のパッドに、それぞれ電気的に接続される。
【0004】
基材1には、実装される半導体チップ4に対応して、デバイスホール5が形成されている。前記Cu配線パターン2は、このデバイスホール5内に引込まれ、インナーリード2cとなっている。前記Cu配線パターン2には、前記インナーリード2cおよび引出部2a,2b以外の部分で、Snメッキ(図示せず)が施されている。前記インナーリード2cは、矩形の半導体チップ4の四辺全てに配列されたAuバンプ6に対応して、四方から前記デバイスホール5内に突出している。
【0005】
ウエハからダイシングによって切出された半導体チップ4は、そのAuバンプ6が前記インナーリード2cに無電解メッキされたSnと共晶接合され、これをILB(Inner Lead Bonding)と呼んでいる。
【0006】
こうして実装された半導体チップ4の素子面およびインナーリード2cの周辺は樹脂7のポッティングによって封止され、機械的強度保持や環境からの保護が実現されている。なお、テープ3のインナーリード2c等の電極部分以外は、ソルダーレジスト8の被覆によって保護されている。以上のプロセスがテープ3上のまま連続的に行なわれ、効率良く実装が行われている。
【0007】
ところで、近年の電子機器の高機能化によって、上記のような1つのテープヘの多チップ実装が望まれている。これは、たとえば前記携帯電話の端末装置やゲーム機など小形の機器に搭載される液晶モジュールを例とすると、増大する液晶パネルの配線数に対して、ドライバ動作を効率化するために、先ず該ドライバIC内にメモリが設けられるようになり、それがやがて更なる画素数の増大やカラー化によってメモリ容量の増大を招くことになった。たとえば、コモンおよびセグメントドライバとSRAMとを、コモンおよびセグメントドライバで必要なプロセスで一体に作製すると、SRAM部分は半導体チップ面積の6割を占めるようになっている。
【0008】
一方、液晶パネルの画素コントラストをコントロールするために耐圧が必要なドライバ部分は微細加工での作製は不向きであるけれども、メモリ部分は微細なプロセスを適用することによって、前記液晶パネルの配線数に相当した集積度に対応することができる。このため、前記ドライバ部分とメモリ部分とをそれぞれ最適プロセスで形成し、1つのテープにドライバチップとSRAMチップという2つの半導体チップを実装することが考えられる。
【0009】
そこで、そのような2つの半導体チップの実装を実現する他の従来技術は、たとえば特開平11−54695号公報で示される。この従来技術では、前記ILB構造ではないけれども、リードフレーム上にダイボンドされる第1の半導体チップ上に第2の半導体チップを積層するようにし、その積層にあたっては、第2の半導体チップをフェイスダウンとし、上側となる第2の半導体チップの半田ボールの融点を下側となる第1の半導体チップの半田ボールの融点よりも高くすることで、半田付け時に半田ボールが落下しないようにし、前記積層をワイヤボンドを用いることなく実現し、パッケージ高さを抑えるようにしている。また、第2の半導体チップを第1の半導体チップよりも小さく形成し、非重畳部分を支持リードで支持することで、前記リードフレームを無くして、その厚さ分だけ薄くすることも示されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来技術では、半田接合であるために、端子ピッチを100μm程度までしか縮小することができず、液晶パネルの高精細化に対応することができないという問題がある。
【0011】
本発明の目的は、複数チップの積層した実装を実現するにあたって、端子ピッチを縮小することができる半導体装置およびそれを用いる液晶モジュールを提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、半導体チップを収容するための開口部を有する有機基材上に配線パターンが形成されたテープキャリアに対して、前記配線パターンを前記開口部内に延長して形成されたインナーリードに前記半導体チップが接続されることで、該半導体チップが実装されて成る半導体装置において、前記半導体チップの前記インナーリードに対向する電極面には、前記インナーリードに接続される第1の電極と、第2の電極とがそれぞれ金バンプで形成されて成り、前記第2の電極に、金バンプで形成される他の電子部品の電極が接続されて、該電子部品が前記半導体チップを介して前記テープキャリアに実装されることを特徴とする。
【0013】
上記の構成によれば、TCP構造の半導体装置において、半導体チップをILB実装し、また他の電子部品を半導体チップに積層することで複数チップの実装を実現するにあたって、半導体チップには、インナーリードに接続される第1の電極と、他の電子部品に接続される第2の電極とがそれぞれ金バンプで形成される。
【0014】
したがって、ILBのために必要な第1の電極の形成時に、第2の電極を同時に形成することができるとともに、比較的硬い金バンプは比較的軟らかい半田バンプに比べて、接合のときの変形が小さく、たとえば45μm程度に端子ピッチを縮小することができ、たとえば20mm程度のチップ長さで、450以上の出力端子数を得ることができる。
【0015】
また、本発明の半導体装置は、前記電子部品上に、相互に背面同士が貼合わせられてさらに他の電子部品が積層され、該さらに他の電子部品の電極は、前記インナーリードまたはテープキャリア上の配線パターンとワイヤーボンディングで接続されることを特徴とする。
【0016】
上記の構成によれば、3層目以上のさらに他の電子部品の積層を実現するために、該さらに他の電子部品の電極を、前記インナーリードまたはテープキャリア上の配線パターンとワイヤーボンディングで接続する。こうして、3つ以上のチップを実装することができる。
【0017】
さらにまた、本発明の半導体装置では、前記電子部品は、前記半導体チップよりも幅が狭いことを特徴とする。
【0018】
上記の構成によれば、前記3層以上の構造とし、さらに他の電子部品の電極をインナーリードにワイヤーボンディングするにあたって、ボンディングツールの電子部品との干渉を少なくすることができる。
【0019】
また、本発明の半導体装置では、前記半導体チップは液晶ドライバICであり、前記電子部品はSRAMであることを特徴とする。
【0020】
上記の構成によれば、DRAM(ダイナミックRAM)等に比べて、素子数は多くなるけれども、消費電力が小さく、液晶ドライバICに隣接して配置するメモリとして好適なSRAM(スタティックRAM)と、前記液晶ドライバICとの2チップ構成とし、それぞれ最適なプロセスで効率的に作成することができる。
【0021】
さらにまた、本発明の液晶モジュールでは、上記の半導体装置を液晶パネルに接続して成ることを特徴とする。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の第1の形態について、図1〜図7に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【0023】
図1は本発明の実施の第1の形態の半導体装置の断面図であり、図2〜図4は図1の正面図であり、図4において図1の切断面線を参照符A−Aで示している。ポリイミド等の有機材料から成る基材11にCu配線パターン12がパターニングされてテープ13が形成される。前記Cu配線パターン12は、その引出部12a,12bが基材11の周縁部から相互に平行となるように引出され、異方導電性膜等を介して、たとえば引出部12aは液晶パネルの電極に、引出部12bは電源や画像データ信号が伝送されるプリント基板の電極に、それぞれ電気的および機械的に接続されて、液晶モジュールが構成される。
【0024】
前記液晶パネルへの接合は、たとえば液晶パネルの接合部分にACF(Anisotoropic Conductive Film)を圧着し、その上から該半導体装置を、パネル実装機を使用して接合することで実現され、接合条件は、たとえば温度が200℃、時間が2秒、圧力が3MPaである。
【0025】
基材11には、ILB実装される半導体チップ14に対応して、デバイスホール15が形成されている。前記Cu配線パターン12は、このデバイスホール15内に引込まれ、インナーリード12cとなっている。前記Cu配線パターン12には、前記インナーリード12cおよび引出部12a,12b以外の部分で、Snメッキ(図示せず)が施されている。前記インナーリード12cは、図2で示すように、矩形の半導体チップ14の四辺全てに配列されたAuバンプ16に対応して、四方から前記デバイスホール15内に突出している。
【0026】
ウエハからダイシングによって切出された半導体チップ14は、そのAuバンプ16が前記インナーリード12cに無電解メッキされたSnと共晶接合され、ILB実装される。前記Snメッキの厚さは、たとえば0.5μm程度であり、インナーリード12cのCuと合金層を形成することで、純Sn層は0.15μm程度となる。インナーリード12cのメッキには、Auが用いられてもよい。
【0027】
注目すべきは、本発明では、半導体チップ14の外周側に形成されるILBのためのAuバンプ16と同時に、内周側にAuバンプ17が形成され、半導体チップ14上に、図1および図3で示すように、さらに半導体チップ18が実装されることである。
【0028】
実装された半導体チップ14の素子面およびインナーリード12cの周辺は、図4で示すように樹脂20のポッティングによって封止され、機械的強度保持や環境からの保護が実現されている。なお、テープ13のインナーリード12c等の電極部分以外は、ソルダーレジスト21の被覆によって保護されている。以上のプロセスがテープ13上のまま連続的に行なわれ、効率良く実装が行われている。
【0029】
前記半導体チップ14は、前記液晶パネルのコモン電極およびセグメント電極を駆動する液晶ドライバICであり、たとえば0.6μm前半のプロセスで作成され、17×1.6mmのチップサイズでも、Auバンプ17,19によって端子ピッチを50μmに短縮することができ、コモン側に96、セグメント側に308の出力端子を備えて構成される。すなわち、前記Auバンプ16,17は、たとえば85×40μmに形成される。前記半導体チップ18は、SRAMであり、たとえば0.35μm前半のプロセスで作成され、14×1.0mmのチップサイズに形成される。
【0030】
Auバンプ17,19は、たとえば平均で10μmの高さに形成され、少なくとも一方に形成されていればよい。また、2つの半導体チップ14,18は、400μmの高さまで裏面研磨されている。これによって、該半導体装置の総厚は、1.1mm以内となり、1チップでTCP半導体装置を構成した場合と、略同等となっている。裏面研磨は、特に行われなくてもよく、前記のように薄型化のために行われ、チップの割れや取扱いを考慮すると、50μm以上とすることが望ましい。
【0031】
半導体チップ14のAuバンプ16は、インナーリードボンダーによってインナーリード12cに接合される。半導体チップ14,18のAuバンプ17,19は、フリップチップボンダーによって接合され、そのボンディング条件は、たとえば温度が500℃、時間が2秒、圧力がAuバンプ17,19の1個当り20〜30gfである。
【0032】
ボンディング後には、半導体チップ14,18間には隙間が20μm程度しかなく、アンダーフィル樹脂が注入される。その後、液状樹脂が、たとえば30mgポッティングされ、キュア炉によって、たとえば125℃で20分程度プリキュアされ、さらに125℃で3時間程度ポストキュアされる。前記のように、Auバンプ17,19が何れか一方のみしか形成されていない場合、前記隙間は10μm程度しかなく、前記アンダーフィル樹脂の粘度は、たとえば2Pa・s程度の低粘度とされる。
【0033】
このように構成することによって、TCP構造の半導体装置で2つの半導体チップ14,18を積層するにあたって、半導体チップ14には、ILBのために必要なAuバンプ16の形成時に、Auバンプ17を同時に形成することができるとともに、比較的硬い金バンプ17,19は比較的軟らかい半田バンプに比べて、接合のときの変形が小さく、前記のように端子ピッチを縮小することができる。
【0034】
また、半導体チップ14は液晶ドライバICであり、半導体チップ18は、DRAM(ダイナミックRAM)等に比べて、素子数は多くなるけれども、消費電力が小さく、液晶ドライバICに隣接して配置するメモリとして好適なSRAM(スタティックRAM)であり、このように2つに分割しても、上記のように積層されることで1チップと同等の厚さに形成することができ、それぞれ最適プロセスで作成することができる。
【0035】
なお、図1の例では、半導体チップ18の全体が樹脂20によって被覆されているけれども、半導体チップ14と同様に、図5で示すように、素子面だけを被覆して、さらに薄型化を図るようにしてもよい。
【0036】
また、前記アンダーフィル樹脂の代わりに、ILB後、図6で示すように、半導体チップ14の半導体チップ18を搭載する領域に、NCP(Non Conductive Paste)25をポッティングし、フリップチップボンダーによって図7で示すように接合するようにしてもよい。この場合のボンディング条件は、たとえば温度が200℃、時間が2秒である。ボンディング後には、半導体チップ18側から、その側部に向けて、エポキシ樹脂をポッティングし、たとえば125℃で20分程度プリキュアされ、さらに125℃で3時間程度ポストキュアされる。
【0037】
本発明の実施の第2の形態について、図8および図9に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【0038】
図8および図9は、本発明の実施の第2の形態の半導体装置の断面図である。この半導体装置は、前述の半導体装置に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。注目すべきは、これら図8および図9で示す半導体装置では、テープ13にILB実装される半導体チップ31は液晶パネルのセグメント電極を駆動する液晶ドライバICであり、コモン電極を駆動する液晶ドライバICである半導体チップ32がこの半導体チップ31上にダイボンドされ、さらに半導体チップ32上に、SRAMである半導体チップ33がダイボンドされることである。
【0039】
このため、前述と同様に、半導体チップ31は、そのAuバンプ16がインナーリードボンダーによってインナーリード12cに接合され、半導体チップ31,32間は、それらのAuバンプ17,19がフリップチップボンダーによって接合される。半導体チップ33は、先ずその裏面に貼着いているダイシング時のダイシングシート34自体がダイボンドの役目を果たして、半導体チップ32の裏面と貼合わせられ、次にむき出しとなっているアルミパッド35が、金ワイヤ36によって、図8で示すようにインナーリード12cと、または図9で示すようにCu配線パターン12とボンィングされる。
【0040】
図8で示すように、前記金ワイヤ36がインナーリード12cにボンィングされる場合、前記アルミパッド35には、金ワイヤ36と同じボンィングツールによって、予め100μm程度の径の金ボール37が接合されており、前記金ワイヤ36は、たとえば20〜25μmの径であり、金ボール38がインナーリード12cにボンィングされた後、前記金ボール37にボンィングされる。これによって、金ワイヤ36が半導体チップ33のエッジに接触することによるリーク不良等を防止することができる。半導体チップ32は、半導体チップ31よりも幅が狭く形成されており、上記のようにインナーリード12cにボンィングするにあたって、ボンディングツールと半導体チップ32との干渉を少なくすることができる。
【0041】
これに対して、図9で示すように、前記金ワイヤ36がCu配線パターン12にボンィングされる場合、先ずアルミパッド35に金ボール37が形成され、次にCu配線パターン12にボンィングされる。この場合、金ワイヤ36のループによって、110μm程度厚くなる。
【0042】
半導体チップ33は、半導体チップ32よりも多少大きくても、ワイヤボンィング可能である。このように構成することによって、実装面積を変えることなく、それぞれの機能の半導体チップ31〜33に分離することができ、半導体チップの歩留りを向上することができる。
【0043】
本発明の実施の第3の形態について、図10および図11に基づいて説明すれば以下のとおりである。
【0044】
図10および図11は、本発明の実施の第3の形態の半導体装置の断面図である。この半導体装置は、前述の図8および図9で示す半導体装置に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。注目すべきは、これら図10および図11で示す半導体装置では、前記半導体チップ33上に、さらにコントローラICである半導体チップ41がダイボンドされることである。
【0045】
図10の構成では、半導体チップ41は、半導体チップ33と同様に、その裏面がダイシングシート42によって半導体チップ33のアルミパッド35よりも内側の領域にダイボンドされており、アルミパッド43は、金ワイヤ44によってインナーリード12cとボンィングされる。
【0046】
これに対して、図11の構成では、半導体チップ41は、半導体チップ32と同様に、その素子面が半導体チップ33の素子面に対向し、それらのAuバンプ45,46がフリップチップボンダーによって接合される。以上のようにして、より一層、多層に積層することができる。
【0047】
【発明の効果】
本発明の半導体装置は、以上のように、TCP構造の半導体装置において、半導体チップをILB実装し、また他の電子部品を半導体チップに積層することで複数チップの実装を実現するにあたって、半導体チップには、インナーリードに接続される第1の電極と、他の電子部品に接続される第2の電極とをそれぞれ金バンプで形成する。
【0048】
それゆえ、ILBのために必要な第1の電極の形成時に、第2の電極を同時に形成することができるとともに、比較的硬い金バンプは比較的軟らかい半田バンプに比べて、接合のときの変形が小さく、たとえば45μm程度に端子ピッチを縮小することができ、たとえば20mm程度のチップ長さで、450以上の出力端子数を得ることができる。
【0049】
また、本発明の半導体装置は、以上のように、前記電子部品上に、相互に背面同士を貼合わせてさらに他の電子部品を積層し、該さらに他の電子部品の電極をインナーリードまたはテープキャリア上の配線パターンとワイヤーボンディングで接続する。
【0050】
それゆえ、3つ以上のチップを実装することができる。
【0051】
さらにまた、本発明の半導体装置は、以上のように、前記電子部品を、前記半導体チップよりも幅が狭く形成する。
【0052】
それゆえ、前記3層以上の構造とし、さらに他の電子部品の電極をインナーリードにワイヤーボンディングするにあたって、ボンディングツールの電子部品との干渉を少なくすることができる。
【0053】
また、本発明の半導体装置は、以上のように、前記半導体チップを液晶ドライバICとし、前記電子部品をSRAMとする。
【0054】
それゆえ、DRAM等に比べて、素子数は多くなるけれども、消費電力が小さく、液晶ドライバICに隣接して配置するメモリとして好適なSRAMと、前記液晶ドライバICとの2チップ構成とし、それぞれ最適なプロセスで効率的に作成することができる。
【0055】
さらにまた、本発明の液晶モジュールは、以上のように、上記の半導体装置を液晶パネルに接続して成ることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1の形態の半導体装置の断面図である。
【図2】前記半導体装置の作成手順を示す図1の正面図である。
【図3】前記半導体装置の作成手順を示す図1の正面図である。
【図4】前記半導体装置の作成手順を示す図1の正面図である。
【図5】図1の他の構成を示す断面図である。
【図6】図1の他の構成を示す断面図である。
【図7】図1の他の構成を示す断面図である。
【図8】本発明の実施の第2の形態の半導体装置の断面図である。
【図9】本発明の実施の第2の形態の半導体装置の断面図である。
【図10】本発明の実施の第3の形態の半導体装置の断面図である。
【図11】本発明の実施の第3の形態の半導体装置の断面図である。
【図12】TCPの典型的な従来技術の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
11 基材
12 Cu配線パターン
12a,12b 引出部
12c インナーリード
13 テープ
14,31 半導体チップ
15 デバイスホール
16 Auバンプ(第1の電極)
17 Auバンプ(第2の電極)
18,32 半導体チップ(電子部品)
19,45,46 Auバンプ
20 樹脂
21 ソルダーレジスト
33,41 半導体チップ(さらに他の電子部品)
34,42 ダイシングシート
35,43 アルミパッド
36,44 金ワイヤ
37,38 金ボール

Claims (8)

  1. 半導体チップを収容するための開口部を有する有機基材上に配線パターンが形成されたテープキャリアに対して、前記配線パターンを前記開口部内に延長して形成されたインナーリードに前記半導体チップが接続されることで、該半導体チップが実装されて成る半導体装置において、
    前記半導体チップの前記インナーリードに対向する電極面に、前記インナーリードに接続される第1の電極と、後記する他の電子部品の電極に接続される第2の電極とがそれぞれ金バンプで形成されると共に、
    前記第2の電極に、他の電子部品の電極が接続されて、該電子部品が前記半導体チップを介して前記テープキャリアに実装され、かつ、
    金バンプで形成される前記第1の電極と金バンプで形成される前記第2の電極とは、同じ材質よりなり同一工程で形成され、さらに、
    前記半導体チップと前記電子部品との間にNCP(Non Conductive Paste)がポッティングされると共に、前記電子部品側からその側部に向けてエポキシ樹脂がポッティングされていることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記電子部品上に、相互に背面同士が貼合わせられてさらに他の電子部品が積層され、該さらに他の電子部品の電極は、前記インナーリードまたはテープキャリア上の配線パターンとワイヤーボンディングで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. 前記他の電子部品のダイシング時のダイシングシートを用いて該他の電子部品が前記電子部品に貼合わされていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
  4. 前記電子部品は、前記半導体チップよりも幅が狭いことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の半導体装置。
  5. 前記半導体チップは液晶ドライバICであり、前記電子部品はSRAMであることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の半導体装置。
  6. 前記請求項5に記載の半導体装置を液晶パネルに接続して成る液晶モジュール。
  7. 半導体チップを収容するための開口部を有する有機基材上に配線パターンが形成されたテープキャリアに対して、前記配線パターンを前記開口部内に延長して形成されたインナーリードに前記半導体チップの電極面に形成された第1の電極が接続されることで該半導体チップが実装されると共に、前記半導体チップの前記電極面に形成された第2の電極に他の電子部品の電極が接続されることで該電子部品が前記半導体チップを介して前記テープキャリアに実装されて成る半導体装置の製造方法であって、
    前記半導体チップの前記電極面に、前記第1の電極となる金バンプと前記第2の電極となる金バンプとを同時に形成する金バンプ形成工程と、
    前記金バンプよりなる前記第1の電極と前記半導体チップの前記インナーリードとを接続する第1の接続工程と、
    前記第1の接続工程後に、前記金バンプよりなる前記第2の電極と前記電子部品の前記電極とを接続する第2の接続工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 前記第1の接続工程後であって前記第2の接続工程前に、前記半導体チップにおける前記電子部品を搭載する領域に、NCP(Non Conductive Paste)をポッティングする工程を有しており、前記第2の接続工程では、前記電子部品をフリップチップボンダーによって接合することを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方 法。
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