JP3580749B2 - 粒状半導体装置の実装方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、粒状半導体装置の実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粒状半導体装置に関する情報として、アメリカのボールセミコンダクター・インコーポレイテッドが米国特許出願(Serial No.60/0320340，08/858004，PCT/US97-14922)等で提案している球状半導体粒子の外部プリント基板との接続について、１９９８年７月１日の日経マイクロデバイス誌(第１５７号)、および、１９９８年７月１８日の週刊東洋経済誌に紹介されている。
【０００３】
上記情報によれば、図９に示すように、プリント基板１上の複数個のハンダボール３によって、粒状半導体装置２の底面が接続されている。そして、１９９８年７月１日の日経マイクロデバイス誌(第１５７号)の記事を引用すると、「プリント基板へのＳi球の接続は、Ｓi表面に配列した電極を介して行う。この電極はＳi球同士の接続にも使える。この結果、メモリーやプロセサといった各種機能を搭載したＳi球同士を立体的に接続して、システムＬＳＩを構築できる。」とある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の複数個のハンダボールによって粒状半導体装置の底面をプリント基板上に接続する実装方法には、以下のような問題がある。
【０００５】
１．粒状半導体装置は、四角のシリコン基板に形成された従来の半導体装置の３倍の表面積を有している。したがって、四角のシリコン基板に形成されている従来の半導体装置と同じ配線ルールによって粒状半導体装置の配線を行う場合には、その出力用接続窓の数も３倍に増加しないと出力信号を取り出すことができない。最近のＢＧＡ(Ball Grid Array)やＣＳＰ(Chip Size Package)における事例を見ても、チップサイズが大きくなるに従って、接続ピン数は増加している。ところが、上記従来の粒状半導体装置の実装方法においては、粒状半導体装置２の底面および隣接する他の粒状半導体装置との接触部にハンダボール３を取り付けてプリント基板１に接続しているために、入出力接続窓を多く取ることができないという問題がある。また、粒状半導体装置２は平面を持たないために、プリント基板１との接続や隣接する他の粒状半導体装置との接続が点接触になるという問題もある。
【０００６】
２．上記粒状半導体装置２はプリント基板１上に数個のハンダボール３によって接続されているが、シリコンボール(粒状半導体)２とハンダボール３との界面やハンダボール３とプリント基板１との界面は信頼性が低い。これは、シリコンボール２,ハンダボール３,プリント基板１夫々の線膨張係数の違いによって、各々の界面において膨張・収縮を繰り返し、ストレスが蓄積されて亀裂(クラック)が発生し、断線に到るためである。
【０００７】
３．上記粒状半導体装置２を用いてシステムＬＳＩ(大規模集積回路)を構成する事例においては、各シリコンボール(粒状半導体)２の間にハンダボール３が挟まれた構成になっており、夫々のシリコンボール２界面におけるストレスの蓄積は益々大きくなり、亀裂(クラック)が発生する。この原因は、シリコンボール２,ハンダボール３,プリント基板１夫々の線膨張係数に違いが有るにも拘わらず、そのストレスを逃がす緩衝部分が設計されていないことにある。このように緩衝部分を設けない場合には、ストレスの逃げ場が無いのである。
【０００８】
４．３.で述べたフレキシブル性を銅回路に求めた場合、銅回路の厚さを極端に薄くしなければならない。例えば、厚さ３８μmのポリエステルフィルムにスパッタリング法で銅蒸着を行った製品が知られている。その場合における銅回路の膜厚は０.３μm(３０００Å)である。ところが、この銅回路の薄さでは、必要とする回路抵抗を得ることができないという問題がある。銅回路の膜厚をもっと厚くすることも可能ではあるが、その場合には、生産能力が減少し、コストは上昇するという別の問題が発生する。
【０００９】
一方において、ポリイミドフィルムにメッキ法で銅を積層する方法がある。しかしながら、銅箔をアルミニウム箔と同等に厚く付けるとフレキシブル性が悪くなり、粒状半導体装置の直径の１/４程度の曲率半径(≒０.２５mm)で曲げることはできないという問題がある。その理由として、銅は大気中で際限無く酸化するために、大気から遮断する必要があるためである。一般には、ニッケルメッキを行った後に、金メッキを掛けたり、ハンダメッキや錫メッキを行う等の手法が用いられる。尚、カバーフィルムやカバーインクで保護する方法もあるが、信頼性的には不充分であるという問題がある。また、これらの方法によって銅箔表面を保護すると、膜厚がさらに厚くなり硬くなるため折り曲げ性が低下する。
【００１０】
そこで、この発明の目的は、実装用の入出力接続窓を効率よく配置でき、プリント基板との接続部分の高信頼性を得ることができる粒状半導体装置の実装方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、表面に形成された保護絶縁膜と、中心を通る軸に直交する平面と上記保護絶縁膜とが交差する位置における上記保護絶縁膜に設けられた複数の入出力接続窓を備えた粒状半導体装置の実装方法であって、上記粒状半導体装置の外周にフレキシブルプリント基板を巻き付け、上記フレキシブルプリント基板の一辺側を上記粒状半導体装置の表面に沿わせると共に , 上記フレキシブルプリント基板上の回路パターンにおける上記一辺側に在る一端部を , 上記入出力接続窓を介して , 上記粒状半導体装置の入出力端子に電気的に接続する一方、上記フレキシブルプリント基板における上記一辺に対向する他辺側に在る上記回路パターンの他端部を回路基板の入出力端子に電気的に接続することを特徴としている。
【００１２】
上記構成によれば、上記粒状半導体装置が、上記回路基板にフレキシブルプリント基板によって配線され実装される。こうして、平面を持たない粒状半導体装置の表面に高い密度で配列された入出力端子と平面状を成す回路基板に配置された入出力端子とが、上記フレキシブルプリント基板のフレキシブル性によって無理なく接続される。その際に、上記フレキシブルプリント基板に弛みを持たせることによって、線膨張係数の違い等によって各接続部が動いても、その場合に生ずるストレスが上記フレキシブルプリント基板の弛みで緩和される。
【００１３】
また、上記粒状半導体装置の実装方法に用いるフレキシブルプリント基板は、ポリイミド樹脂上に金属箔で成る上記回路パターンが形成されていることが望ましい。
【００１４】
この場合、上記回路パターンの下地は耐熱性の高いポリイミド樹脂で構成されている。したがって、上記実装後に、周辺環境の急激な温度変化があっても寸法変化が小さく、接続部分に与えるストレスも小さい。さらに、自身のフレキシブル性が高く、上記フレキシブルプリント基板に十分なフレキシブル性が与えられる。
【００１５】
また、上記フレキシブルプリント基板は、上記回路パターンをアルミニウム箔で構成されることが望ましい。
【００１６】
ピュアなアルミニウムは、大気に曝されると瞬時に表面酸化膜を形成して内部のアルミニウムを保護する。しかも、アルミニウムの純度を９９.９％以上にして不純物を減らせば、大気中で局部電池を形成せず、腐食性のガスが存在しない限りアルミニウムの腐食は進行しない。したがって、アルミニウム箔の表面に保護膜を設けなくても銅のような腐食は起こらないのである。この場合、上記回路パターンは、表面に保護膜を設ける必要のないアルミニウム箔で構成されている。したがって、フレキシブル性の高い上記アルミニウム箔の特性を損なうことがなく、上記フレキシブルプリント基板に十分なフレキシブル性が与えられる。
【００１７】
また、上記フレキシブルプリント基板は、上記粒状半導体装置の入出力端子に接続される上記一辺側あるいは上記回路基板の入出力端子に接続される上記他辺側が,切れ目によって複数の分離部に分離されており、上記各分離部の夫々には,上記回路パターンの端部が存在していることが望ましい。
【００１８】
この場合、上記回路基板の入出力端子に接続される上記他辺側が切れ目によって複数の分離部に分離されている場合には、上記各分離部が上記フレキシブルプリント基板の本体とは関係無く動くことができる。したがって、上記回路基板の入出力端子の配列ピッチが上記粒状半導体装置の入出力接続窓の配列ピッチよりも大きい場合でも、各分離部を湾曲させて水平方向へ放射状に配置させることによって無理無く接続することができる。また、略球状を呈する上記粒状半導体装置に設けられた入出力接続窓と平面状の上記回路基板に設けられた入出力端子とが、上記フレキシブルプリント基板の分離部が上記粒状半導体装置の直径の略１/４の曲率半径で曲げらることによって、容易に接続される。そして、上記分離部を途中で弛ませることによって、周辺環境の変化(温度や湿度およびその組合せによる急激なショック等)で上記粒状半導体装置,フレキシブルプリント基板および回路基板等が膨張・収縮したとしても、上記弛ませ部分が緩衝地帯となってストレスが吸収される。
【００１９】
さらに、上記粒状半導体装置の入出力端子に接続される上記一辺側が切れ目によって複数の分離部に分離されている場合には、上記入出力接続窓が上記粒状半導体装置における中心を通る平面と平行であり且つ反回路基板側に在る平面と上記保護絶縁膜とが交差する位置に設けてある場合でも、上記フレキシブルプリント基板の本体とは関係無く動くことができる上記各分離部が、容易に上記粒状半導体装置の表面に沿うことができる。こうして、上記分離部にある上記回路パターンの上記一端が上記入出力接続窓内の入力端子に接続される。
【００２０】
また、上記フレキシブルプリント基板は、上記複数の分離部のうち、特定の分離部の先端を他の分離部の先端よりも突出させることが望ましい。
【００２１】
この場合、特定の分離部の先端が他の分離部の先端よりも突出しているので、上記特定の分離部は、例えば、上記回路基板の表面に設けられたコネクターや上記回路基板の内層回路等の上記回路基板の入出力端子とは遠く離れた接続端子や回路に容易に接続される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。図１は、本実施の形態の粒状半導体装置の実装方法による粒状半導体装置のプリント回路基板への実装状態を示す。本実施の形態における粒状半導体装置１１は、その中心１２を通る平面１３と表面の保護絶縁膜１４とが交差する位置における保護絶縁膜１４に、所定の間隔で入出力接続窓１５が設けられている。そして、粒状半導体装置１１のプリント回路基板１６上への実装は、入出力接続窓１５内の入出力端子(図示せず)を、プリント回路基板１６上の銅箔回路１７に、フレキシブルプリント基板１８によって電気的に接続することによって行うのである。尚、粒状半導体装置１１の詳細な構造については、本実施の形態とは直接関係無いので説明は省略する。
【００２３】
上記フレキシブルプリント基板１８は、後に詳述するように、耐熱性の高いポリイミド樹脂１９とフレキシブル性の高いアルミニウム箔で成る回路パターン２０との２層構造になっており、両者の貼り合わせに接着剤を使用してはいない。したがって、フレキシブルプリント基板１８は、寸法変化が少なく、接続部分が動いたとしてもその影響は弛ませてある部分で吸収されるのである。
【００２４】
尚、上記フレキシブルプリント基板１８を、粒状半導体装置１１の入出力接続窓１５内の上記入出力端子に電気的に接続する際には、回路パターン２０側の一端部を異方性導電性接着剤２１で接着することによって行う。一方、フレキシブルプリント基板１８を、プリント回路基板１６上の銅箔回路１７に電気的に接続する際には、回路パターン２０側の他端部を異方性導電性インク(または異方性導電性フィルム)２２で接続することによって行う。
【００２５】
以下、上記フレキシブルプリント基板１８の製造方法および外形加工法、フレキシブルプリント基板１８を用いた粒状半導体装置１１の実装方法、その実装の際に用いられる治具等について順次説明する。
【００２６】
先ず、上記フレキシブルプリント基板１８の製造方法について説明する。図２は、フレキシブルプリント基板１８の製造工程中における積層構造体の縦断面図である。先ず、図２(a)に示すように、アルミニウム箔２４の表面を研磨やアルカリ処理(図示せず)によって清浄する。この研磨やアルカリ処理は、アルミニウム箔や銅箔の表面処理方法として広く行われている処理である。尚、上記研磨やアルカリ処理の目的は、アルミニウム箔２４の表面にある異物や有機物および厚さの不揃いな表面酸化膜を除去し、緻密で厚さの揃った均質な表面酸化膜を作ることにある。
【００２７】
次に、上述したように表面処理が施されたアルミニウム箔２４の表面に、図２(b)に示すように、ポリイミド樹脂の溶液２５を塗布する。使用するアルミニウム箔２４は、日本製箔(株)製の高純度箔(純度９９.９％)厚さ１５μmである。また、ポリイミド樹脂の溶液２５は、(株)ピーアイ技術研究所製の接着性ポリイミドを用いる。塗布するポリイミド樹脂の溶液２５の量は、完成されたフレキシブルプリント基板１８の状態で、２０μm〜２５μmを確保できるように調整する。そして、ポリイミド樹脂の溶液２５を、図３に示す温度/圧力プロファイルに従って乾燥/硬化することによって、ポリイミド樹脂１９とアルミニウム箔２４との２層構造体が得られる。
【００２８】
次に、上記ポリイミド樹脂１９の硬化が終了した後、アルミニウム箔２４の表面にフォトレジストを塗布し、プレベークした後、フォトマスクを被せて露光・現像して、図２(c)に示すように、フォトレジストパターン２６を作成する。そして、フォトレジストパターン２６をマスクとして、図２(d)に示すように、エッチング液でアルミニウム箔２４をエッチングする。そうした後、フォトレジストパターン２６を剥離することによって、図２(e)に示すように、ポリイミド樹脂１９上にアルミニウム箔の回路パターン２０が形成されるのである。
【００２９】
次に、こうして得られたフレキシブルプリント基板１８において、後の実装時に粒状半導体装置１１の入出力接続窓１５と対向する部分の回路パターン２０側に、異方性導電性接着剤２１を付着させる。この異方性導電性接着剤２１は、スクリーン印刷できるペーストタイプでも良いし、予めテープ状に成形した異方性導電性テープを貼り付けても良い。
【００３０】
次に、上記フレキシブルプリント基板１８の外形加工法について説明する。図４は、完成したフレキシブルプリント基板１８の平面図(図４(a))及び断面図(図４(b))を示す。図４において、アルミニウム箔２４をエッチングして成る短冊状の回路パターン２０が形成されている側の表面であって、実装時にプリント回路基板１６上の銅箔回路１７と対向する部分に、異方性導電性インク２２をスクリーン印刷する(あるいは異方性導電性フィルム２２を貼り付ける)。その後に、粒状半導体装置１１のプリント回路基板１６に対する実装を容易にするために、フレキシブルプリント基板１８に対して外形切断加工を行う。
【００３１】
この外形切断加工は、炭酸ガスレーザー装置を用いて、フレキシブルプリント基板１８における異方性導電性インク２２側の長辺に、２本の回路パターン２０置きに切れ目２７を入れることによって行う。その結果、本実施の形態においては、回路パターン２０は回路パターン２０aから回路パターン２０bまでの４８本となり、切れ目２７は切れ目２７aから切れ目２７cまでの２３本となる。
【００３２】
図４(a)において、Ａ‐Ｃで囲まれた領域は上記異方性導電性接着剤２１が付着された領域であり、粒状半導体装置１１の上記入出力端子と接続される領域である。また、Ｂ‐Ｃで囲まれた領域は異方性導電性インク(あるいは異方性導電性フィルム)２２が形成された領域であり、プリント回路基板１６の銅箔回路１７と接続される領域である。そして、２３本の切れ目２７で一方の長辺が２４個に分割されたフレキシブルプリント基板１８は、図１に示すように、曲率半径Ｒのカーブを描いて曲がることができるのである。
【００３３】
以上の如く外形加工が施された上記フレキシブルプリント基板１８は、プリント回路基板１６と接続される側の長辺が複数の分離部１８aに分割され、夫々の分離部１８aには少なくとも１本の導電性配線で成る回路パターン２０形成されていることになる。そして、フレキシブルプリント基板１８を用いて粒状半導体装置１１をプリント回路基板１６上に実装した場合には、回路パターン２０が形成されている各分離部１８aは、図５に示すように、湾曲すると同時に、その先端部が放射状に拡がる。こうして、プリント回路基板１６との接続面が確保されるのである。
【００３４】
したがって、任意の回路パターン２０とプリント回路基板１６の入出力端子との接続面積を破保しつつ、隣接する回路パターン２０との間の所定の間隔(入出力接続窓１５の配列ピッチ)を上記先端部においてはプリント回路基板１６の入出力端子の配列ピッチに合わせるように広げることができるのである。さらに、粒状半導体装置１１とプリント回路基板１６との接続はフレキシブルプリント基板１８でのみ行うため、粒状半導体装置１１とプリント回路基板１６との間のストレスを吸収することができる。したがって、従来のハンダボールによる接続等のように粒状半導体装置１１とプリント回路基板１６との間のストレスに起因する断線等は生じないのである。
【００３５】
次に、上記フレキシブルプリント基板１８の分割数等ついて述べる。先ず、フレキシブルプリント基板１８における長辺の片側あるいは両側が分離・分割されている理由について説明する。今、図６に示すように、アルミニウム箔の回路パターンの間に切れ目が入れられて上記回路パターンの一部が本体と関係無く動くようになっていない(つまり、図４（a)における切れ目２７が無い)フレキシブルプリント基板３１を粒状半導体装置３２の周囲に巻き付ける場合を考える。その場合には、粒状半導体装置３２が邪魔になって、フレキシブルプリント基板３１を外側に曲げることはできない。つまり、フレキシブルプリント基板１８を曲げるには、フレキシブルプリント基板１８の回路パターン２０間に切れ目２７を入れて、回路パターン２０の一部が本体と関係無く動くようにする必要がある。
【００３６】
次に、上記フレキシブルプリント基板１８の分割数について説明する。フレキシブルプリント基板１８は、粒状半導体装置１１の外形(球形)に沿う形になる必要がある。さらに、プリント回路基板１６の銅箔回路１７上に被さることが必要となる。フレキシブルプリント基板１８を４分割した場合には粒状半導体装置１１の周辺を正方形に取り囲み、６分割すると正六角形に取り囲み、何れの場合も粒状半導体装置１１の入出力接続窓１５には届かない。無理に届かせようとするとフレキシブルプリント基板１８に皺が寄ってしまう。したがって、フレキシブルプリント基板１８を、均一に粒状半導体装置１１の外形に沿わせるには、１２分割以上、より好ましくは２４分割の切れ目２７が必要になるのである。尚、１２分割あるいは２４分割としたのは、設計が容易であることと、粒状半導体装置１１の外周に沿わせたときに皺が寄らず、図５に示すように、円に近い形状(近似外接円)で取り囲むことが可能であるからである。
【００３７】
次に、上記構成のフレキシブルプリント基板１８を用いた粒状半導体装置１１の実装方法について述べる。ところで、上記異方性導電性接着剤２１,異方性導電性インク(あるいは異方性導電性フィルム)２２は、図１に示すように、バインダー３６中に導電性フィラー３５を混入させて構成されている。導電性フィラー３５としてはニッケル粒子の表面に金メッキされたものを用いることが多い。また、バインダー３６としてはエポキシ樹脂を用いることが多い。
【００３８】
上記粒状半導体装置１１の実装に際しては、図１において、先ず、フレキシブルプリント基板１８と粒状半導体装置１１およびプリント回路基板１６との位置合わせを行い、フレキシブルプリント基板１８の上から熱と圧力とを加える。こうして、異方性導電性接着剤２１,異方性導電性インク(あるいは異方性導電性フィルム)２２のバインダー３６を溶解すると共に、導電性フィラー３５をフレキシブルプリント基板１８の回路パターン(アルミニウム箔)２０およびプリント回路基板１６の銅箔回路１７に食い込ませて、粒状半導体装置１１とフレキシブルプリント基板１８との間およびフレキシブルプリント基板１８とプリント回路基板１６との間の導通を得るのである。
【００３９】
その場合、上述したように、上記フレキシブルプリント基板１８は粒状半導体装置１１の直径の１/４の曲率半径Ｒで曲がっており、弛ませてあることで急激な環境変化にも追随できるのである。さらに、フレキシブルプリント基板１８自身が、耐熱性の高いポリイミド樹脂１９とフレキシブル性の高いアルミニウム箔２０との積層構造になっており、両者の貼り合わせに接着剤を使用していないので寸法変化が少なく、接続部分が動いたとしてもその影響はフレキシブルプリント基板１８の弛ませている部分で吸収されるのである。
【００４０】
次に、上記粒状半導体装置１１の入出力接続窓１５を介して上記出力端子にフレキシブルプリント基板１８の回路パターン２０(異方性導電性接着剤２１側)を接続する場合に使用する接続治具、および、接続方法について説明する。
【００４１】
図７は、上記接続治具としてのフレキシブルヒータ４１の外観斜視図である。また、図８は、フレキシブルヒータ４１によってフレキシブルプリント基板１８を粒状半導体装置１１に巻き付け始める状態を示す平面図である。尚、図８においては、説明を分り易くするために、粒状半導体装置１１,フレキシブルプリント基板１８およびフレキシブルヒータ４１の縮尺を異ならせている。
【００４２】
上記フレキシブルヒータ４１は、フレキシブルプリント基板１８の長辺の長さと同じ長さを有し、その一平面全面に吸着穴４２が設けられている。そして、フレキシブルヒータ４１の上記一平面にフレキシブルプリント基板１８の異方性導電性接着剤２１が塗布された部分を当てて真空ポンプ４３によって吸着させる。そして、この状態で、図８に示すように、フレキシブルプリント基板１８における最も外側に位置する回路パターン２０の位置を粒状半導体装置１１の何れかの入出力接続窓１５の位置に合わせ、フレキシブルヒータ４１を粒状半導体装置１１の外周に入出力接続窓１５の配列方向に巻き付けるのである。
【００４３】
その際に、上記フレキシブルプリント基板１８の各回路パターン２０と粒状半導体装置１１の各入出力接続窓１５との位置ずれを、位置決め用センサカメラ４４によって読み取る。そして、この位置決め用センサカメラ４４で読み取られた上記位置ずれに基づいて、回路パターン２０と入出力接続窓１５との位置決めが行われる。尚、上記位置決め方法については、本実施の形態とは直接関係無いので説明は省略する。
【００４４】
そうした後、上記フレキシブルヒータ４１の全体を粒状半導体装置１１の中心１２に向かって締め付けると同時に、温度が加えられる。この場合の加圧・温度条件は、温度は１５０℃〜２５０℃であり、圧力は１つの入出力接続窓１５当り２０gr〜１００grである。尚、加圧時間は８秒〜１５秒間である。
【００４５】
次に、上記フレキシブルプリント基板１８とプリント回路基板１６との接続について説明する。上述のようにして、フレキシブルプリント基板１８の一方の長辺が粒状半導体装置１１に接続された状態では、他方の長辺は粒状半導体装置１１の底部よりも下側まで垂れ下がっている。したがって、プリント回路基板１６上に粒状半導体装置１１を上側から近付けていくと、図５に示すように、フレキシブルプリント基板１８の各分離部１８aが外方に向かって放射状に伸びる。そこで、フレキシブルプリント基板１８の各回路パターン２０の先端とプリント回路基板１６上の銅箔回路１７との位置決めを行った後に加圧・加温して、回路パターン２０と銅箔回路１７とを接続する。この場合の加圧・温度条件は、温度は１５０℃〜２５０℃であり、圧力は１つの回路パターン２０当り２０gr〜１００grである。尚、加圧時間は８秒〜１５秒間である。
【００４６】
ところで、上記フレキシブルプリント基板１８の各分離部１８aの長さは、図４(a)に示すように全部同じ長さでもよいが、図５に示すように特定の分離部１８bの長さを、他の分離部１８aよりも長く伸ばしておいてもよい。
【００４７】
こうすることによって、上記特定の分離部１８bを、例えば、プリント回路基板１６の表面に設けられたコネクター(図示せず)に挿入して接続することができる。尚、その場合には、分離部１８bの長さが長くなっているので、上記コネクターの接続端子がプリント回路基板１６の表面よりも高い位置にあっても分離部１８bの先端部を宙に浮かせた状態で接続することが可能になる。また、プリント回路基板１６の内層回路がコンタクトホール等を介して表から見える状態であれば、分離部１８bの先端部を上記コンタクトホール等に挿入して接続することができる。尚、このようにしてプリント回路基板１６の内層回路と接続すれば、ジャンパー回路の代用にすることもできる。また、より長い分離部１８bを用いることによって、上述の如く実装された粒状半導体装置１１を、遠く離れた回路と接続させることも可能になる。
【００４８】
上述のごとく、本実施の形態の粒状半導体装置１１は、中心１２を通る平面１３と表面の保護絶縁膜１４とが交差する位置における保護絶縁膜１４に入出力接続窓１５を設けている。したがって、粒状半導体装置１１の表面に、四角のシリコン基板に形成されている従来の半導体装置の３倍の入出力接続窓１５を容易に配置することができる。こうすることによって、粒状半導体装置１１の実装に際して上記従来の半導体装置と同じ配線ルールを適用することができるのである。
【００４９】
さらに、上記粒状半導体装置１１を銅箔回路１７が形成されたプリント回路基板１６上に実装する場合には、耐熱性の高いポリイミド樹脂１９とフレキシブル性の高いアルミニウム箔で成る回路パターン２０との２層構造を有すると共に、一方の長辺に切れ目２７が入れられて少なくとも一つの回路パターン２０を含む複数の分離部１８aが形成されたフレキシブルプリント基板１８を用いる。そして、切れ目２７が入っていない他方の長辺を粒状半導体装置１１の入出力接続窓１５に沿って巻き付けて、回路パターン２０の一端と上記入出力端子とを接続する。一方、分離部１８a上に在る回路パターン２０の他端とプリント回路基板１６上の銅箔回路１７とを接続するようにしている。
【００５０】
したがって、上記入出力接続窓１５の配列ピッチと銅箔回路１７の配列ピッチとが異なる場合でも、分離部１８aの間隔を広げることによって簡単に対処できる。
【００５１】
また、上記フレキシブルプリント基板１８は、ポリイミド樹脂１９とアルミニウム箔で成る回路パターン２０との２層構造を有している。ポリイミド樹脂１９は耐熱性が高く、上記実装後に周辺環境の急激な温度変化があっても寸法変化が小さく、接続部分に与えるストレスも小さい。さらに、自身のフレキシブル性が高く、フレキシブルプリント基板１８に十分なフレキシブル性を与えることができる。一方、アルミニウムは、ピュアな状態で大気に曝されると瞬時に表面酸化膜を形成して内部のアルミニウムを保護する。しかも、アルミニウムの純度を９９.９％以上にして不純物を減らせば、大気中で局部電池を形成せず、腐食性のガスが存在しない限りアルミニウムの腐食は進行しない。したがって、アルミニウム箔の表面に保護膜を設けなくても銅のような腐食は起こらないのである。すなわち、このように表面に保護膜を設ける必要のないアルミニウム箔で回路パターン２０を構成することによって、フレキシブルプリント基板１８に十分なフレキシブル性を与えることができる。
【００５２】
その結果、フレキシブル性の高いフレキシブルプリント基板１８を、粒状半導体装置１１の直径の１/４の曲率半径Ｒで湾曲させて弛ませることができる。したがって、線膨張係数の違い等で接続部が動いてもそのストレスをフレキシブルプリント基板１８の弛みで緩和することができ、従来の実装構造の如くハンダボールを用いる場合のように断線することはない。すなわち、本実施の形態によれば、信頼性の高い粒状半導体装置の実装構造を得ることができるのである。
【００５３】
その際に、上記フレキシブルプリント基板１８は、ポリイミド樹脂１９と回路パターン２０とが接着剤を使用しないで貼り合わされて構成されている。したがって、膨張・収縮を繰り返しても剥離するようなことはなく、さらに高信頼性が得られるのである。
【００５４】
尚、上記実施の形態においては、上記フレキシブルプリント基板１８の各分離部１８a,１８bに設ける回路パターン２０の形状を短冊状にしているが、この形状に限定されるものではない。例えば、プリント回路基板１６上の銅箔回路１７やコネクタの接続端子等の幅に応じて先端側を広げてもよい。また、先端側を分割して、分割された夫々の先端部を異なる分離部１８a上に在るようにすれば、粒状半導体装置１１における一つの入出力端子を異なる銅箔回路１７やコネクタに接続することができる。
【００５５】
さらに、上記粒状半導体装置１１における入出力接続窓１５の形成個所も、中心１２を通る平面１３と表面の保護絶縁膜１４とが交差する位置に限定されるものではない。但し、上記位置に形成する場合に、最も多くの入出力接続窓１５を設置することができるのである。尚、フレキシブルプリント基板１８の曲げ応力からすれば、上記平面１３に平行であって且つ平面１３よりも反プリント回路基板１６側に在る平面と表面の保護絶縁膜１４とが交差する位置に、入出力接続窓１５を配置することが望ましい。但し、その場合には、フレキシブルプリント基板１８の両長辺に切れ目２７を入れる必要がある。あるいは、フレキシブルプリント基板１８の展開形状を図４(a)のような矩形ではなく扇形にしてもよい。
【００５６】
さらに、図５においては、上記フレキシブルプリント基板１８における各分離部１８a,１８bは放射状に広がっている。しかしながら、粒状半導体装置１１の実装に際しては、必要があれば各分離部１８a,１８bを互いに交差させて配置しても差し支えない。但し、その場合には、フレキシブルプリント基板１８のベースフィルムに絶縁性を持たせる必要がある。
【００５７】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の粒状半導体装置の実装方法は、中心を通る軸に直交する平面と表面の保護絶縁膜とが交差する位置における上記保護絶縁膜に複数の入出力接続窓を設けた粒状半導体装置を実装するに際して、フレキシブルプリント基板の一辺側を上記粒状半導体装置の表面に沿わせて、上記フレキシブルプリント基板上の回路パターンの一端部を上記粒状半導体装置の入出力接続窓内の入出力端子に接続する一方、上記フレキシブルプリント基板の他辺側に在る上記回路パターンの他端部を回路基板の入出力端子に電気的に接続するので、平面を持たない上記粒状半導体装置の表面に高い密度で配列された入出力端子と平面状を成す上記回路基板に配置された入出力端子とを、上記フレキシブルプリント基板によって容易に接続することができる。
【００５８】
その際に、上記フレキシブルプリント基板に弛みを持たせることによって、上記粒状半導体装置,フレキシブルプリント基板および回路基板の線膨張係数の違い等によって各接続部が動いても、その場合に生ずるストレスを上記フレキシブルプリント基板の弛みで緩和できる。したがって、各接続部が膨張・収縮を繰り返した場合に断線に至ることを防止できる。
【００５９】
また、上記粒状半導体装置の実装方法に用いるフレキシブルプリント基板は、ポリイミド樹脂上に金属箔で成る上記回路パターンを形成すれば、上記回路パターンの下地を耐熱性の高いポリイミド樹脂で構成することができる。したがって、上記実装後に、周辺環境の急激な温度変化があっても寸法変化を小さくでき、接続部分に与えるストレスも小さくできる。さらに、自身のフレキシブル性が高く、上記フレキシブルプリント基板に十分なフレキシブル性を与えることができる。
【００６０】
また、上記フレキシブルプリント基板は、表面に保護膜を設けなくとも腐食しないアルミニウム箔で上記回路パターンを構成すれば、フレキシブル性の高い上記アルミニウム箔の特性を損なうことがなく、上記フレキシブルプリント基板に十分なフレキシブル性を与えることができる。
【００６１】
また、上記フレキシブルプリント基板は、上記粒状半導体装置の上記一辺側または上記他辺側を切れ目によって複数の分離部に分離し、上記各分離部の夫々には上記回路パターンの端部を存在させれば、上記各分離部を上記フレキシブルプリント基板の本体とは関係無く動かすことができる。
【００６２】
したがって、上記回路基板の入出力端子に接続される上記他辺側が切れ目によって複数の分離部に分離されている場合には、上記回路基板の入出力端子の配列ピッチが上記粒状半導体装置の入出力接続窓の配列ピッチよりも大きい場合でも各分離部を放射状に配置することによって容易に接続することができる。また、略球状を呈する上記粒状半導体装置に設けられた入出力接続窓と平面状の上記回路基板に設けられた入出力端子とを、上記分離部のフレキシブル性によって容易に接続できる。その際に、上記分離部を途中で弛ませることによって、周辺環境の変化で上記粒状半導体装置,フレキシブルプリント基板および回路基板等が膨張・収縮しても、上記弛ませ部分が緩衝地帯となって各接続部のストレスを吸収できる。その結果、断線に至ることを防止でき、信頼性を向上できる。
【００６３】
さらに、上記粒状半導体装置の入出力端子に接続される上記一辺側が切れ目によって複数の分離部に分離されている場合には、上記入出力接続窓が上記粒状半導体装置における中心を通る平面の反回路基板側に設けてある場合でも、上記フレキシブルプリント基板の本体とは関係無く動くことができる上記各分離部を、容易に上記粒状半導体装置の表面に沿わせることができる。
【００６４】
また、上記フレキシブルプリント基板は、上記複数の分離部のうち、特定の分離部の先端を他の分離部の先端よりも突出させれば、上記特定の分離部を、例えば、上記回路基板の表面に設けられたコネクターや上記回路基板の内層回路等の上記回路基板の入出力端子とは遠く離れた接続端子や回路に容易に接続できる。すなわち、１ピンだけの接続位置を容易に変えることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の粒状半導体装置の実装方法による粒状半導体装置のプリント回路基板への実装状態を示す図である。
【図２】図１におけるフレキシブルプリント基板の製造工程中における縦断面図である。
【図３】図２に示す製造工程中においてポリイミド樹脂の溶液を乾燥/硬化する際の温度/圧力プロファイルを示す図である。
【図４】完成したフレキシブルプリント基板の平面図及び断面図である。
【図５】図１に示す粒状半導体装置の実装時における各分離部の湾曲/広がり状態を示す図である。
【図６】切れ目が無いフレキシブルプリント基板を粒状半導体装置に取り付けた状態を示す図である。
【図７】フレキシブルヒータの外観斜視図である。
【図８】図７に示すフレキシブルヒータを用いてフレキシブルプリント基板を粒状半導体装置に巻き付け始めた状態を示す概念図である。
【図９】粒状半導体装置に対する従来の実装状態を示す図である。
【符号の説明】
１１…粒状半導体装置、
１５…入出力接続窓、
１６…プリント回路基板、
１７…銅箔回路、
１８…フレキシブルプリント基板、
１８a…分離部、
１９…ポリイミド樹脂、
２０…回路パターン、
２１…異方性導電性接着剤、
２２…異方性導電性インク(異方性導電性フィルム)、
２４…アルミニウム箔、
２５…ポリイミド樹脂溶液、
２７…切れ目、
３５…導電性フィラー、
３６…バインダー、
４１…フレキシブルヒータ、
４２…吸着穴、
４４…位置決め用センサカメラ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、粒状半導体装置の実装方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
粒状半導体装置に関する情報として、アメリカのボールセミコンダクター・インコーポレイテッドが米国特許出願(Serial No.60/0320340，08/858004，PCT/US97-14922)等で提案している球状半導体粒子の外部プリント基板との接続について、１９９８年７月１日の日経マイクロデバイス誌(第１５７号)、および、１９９８年７月１８日の週刊東洋経済誌に紹介されている。
【０００３】
上記情報によれば、図９に示すように、プリント基板１上の複数個のハンダボール３によって、粒状半導体装置２の底面が接続されている。そして、１９９８年７月１日の日経マイクロデバイス誌(第１５７号)の記事を引用すると、「プリント基板へのＳi球の接続は、Ｓi表面に配列した電極を介して行う。この電極はＳi球同士の接続にも使える。この結果、メモリーやプロセサといった各種機能を搭載したＳi球同士を立体的に接続して、システムＬＳＩを構築できる。」とある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の複数個のハンダボールによって粒状半導体装置の底面をプリント基板上に接続する実装方法には、以下のような問題がある。
【０００５】
１．粒状半導体装置は、四角のシリコン基板に形成された従来の半導体装置の３倍の表面積を有している。したがって、四角のシリコン基板に形成されている従来の半導体装置と同じ配線ルールによって粒状半導体装置の配線を行う場合には、その出力用接続窓の数も３倍に増加しないと出力信号を取り出すことができない。最近のＢＧＡ(Ball Grid Array)やＣＳＰ(Chip Size Package)における事例を見ても、チップサイズが大きくなるに従って、接続ピン数は増加している。ところが、上記従来の粒状半導体装置の実装方法においては、粒状半導体装置２の底面および隣接する他の粒状半導体装置との接触部にハンダボール３を取り付けてプリント基板１に接続しているために、入出力接続窓を多く取ることができないという問題がある。また、粒状半導体装置２は平面を持たないために、プリント基板１との接続や隣接する他の粒状半導体装置との接続が点接触になるという問題もある。
【０００６】
２．上記粒状半導体装置２はプリント基板１上に数個のハンダボール３によって接続されているが、シリコンボール(粒状半導体)２とハンダボール３との界面やハンダボール３とプリント基板１との界面は信頼性が低い。これは、シリコンボール２,ハンダボール３,プリント基板１夫々の線膨張係数の違いによって、各々の界面において膨張・収縮を繰り返し、ストレスが蓄積されて亀裂(クラック)が発生し、断線に到るためである。
【０００７】
３．上記粒状半導体装置２を用いてシステムＬＳＩ(大規模集積回路)を構成する事例においては、各シリコンボール(粒状半導体)２の間にハンダボール３が挟まれた構成になっており、夫々のシリコンボール２界面におけるストレスの蓄積は益々大きくなり、亀裂(クラック)が発生する。この原因は、シリコンボール２,ハンダボール３,プリント基板１夫々の線膨張係数に違いが有るにも拘わらず、そのストレスを逃がす緩衝部分が設計されていないことにある。このように緩衝部分を設けない場合には、ストレスの逃げ場が無いのである。
【０００８】
４．３.で述べたフレキシブル性を銅回路に求めた場合、銅回路の厚さを極端に薄くしなければならない。例えば、厚さ３８μmのポリエステルフィルムにスパッタリング法で銅蒸着を行った製品が知られている。その場合における銅回路の膜厚は０.３μm(３０００Å)である。ところが、この銅回路の薄さでは、必要とする回路抵抗を得ることができないという問題がある。銅回路の膜厚をもっと厚くすることも可能ではあるが、その場合には、生産能力が減少し、コストは上昇するという別の問題が発生する。
【０００９】
一方において、ポリイミドフィルムにメッキ法で銅を積層する方法がある。しかしながら、銅箔をアルミニウム箔と同等に厚く付けるとフレキシブル性が悪くなり、粒状半導体装置の直径の１/４程度の曲率半径(≒０.２５mm)で曲げることはできないという問題がある。その理由として、銅は大気中で際限無く酸化するために、大気から遮断する必要があるためである。一般には、ニッケルメッキを行った後に、金メッキを掛けたり、ハンダメッキや錫メッキを行う等の手法が用いられる。尚、カバーフィルムやカバーインクで保護する方法もあるが、信頼性的には不充分であるという問題がある。また、これらの方法によって銅箔表面を保護すると、膜厚がさらに厚くなり硬くなるため折り曲げ性が低下する。
【００１０】
そこで、この発明の目的は、実装用の入出力接続窓を効率よく配置でき、プリント基板との接続部分の高信頼性を得ることができる粒状半導体装置の実装方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、表面に形成された保護絶縁膜と、中心を通る軸に直交する平面と上記保護絶縁膜とが交差する位置における上記保護絶縁膜に設けられた複数の入出力接続窓を備えた粒状半導体装置の実装方法であって、上記粒状半導体装置の外周にフレキシブルプリント基板を巻き付け、上記フレキシブルプリント基板の一辺側を上記粒状半導体装置の表面に沿わせると共に , 上記フレキシブルプリント基板上の回路パターンにおける上記一辺側に在る一端部を , 上記入出力接続窓を介して , 上記粒状半導体装置の入出力端子に電気的に接続する一方、上記フレキシブルプリント基板における上記一辺に対向する他辺側に在る上記回路パターンの他端部を回路基板の入出力端子に電気的に接続することを特徴としている。
【００１２】
上記構成によれば、上記粒状半導体装置が、上記回路基板にフレキシブルプリント基板によって配線され実装される。こうして、平面を持たない粒状半導体装置の表面に高い密度で配列された入出力端子と平面状を成す回路基板に配置された入出力端子とが、上記フレキシブルプリント基板のフレキシブル性によって無理なく接続される。その際に、上記フレキシブルプリント基板に弛みを持たせることによって、線膨張係数の違い等によって各接続部が動いても、その場合に生ずるストレスが上記フレキシブルプリント基板の弛みで緩和される。
【００１３】
また、上記粒状半導体装置の実装方法に用いるフレキシブルプリント基板は、ポリイミド樹脂上に金属箔で成る上記回路パターンが形成されていることが望ましい。
【００１４】
この場合、上記回路パターンの下地は耐熱性の高いポリイミド樹脂で構成されている。したがって、上記実装後に、周辺環境の急激な温度変化があっても寸法変化が小さく、接続部分に与えるストレスも小さい。さらに、自身のフレキシブル性が高く、上記フレキシブルプリント基板に十分なフレキシブル性が与えられる。
【００１５】
また、上記フレキシブルプリント基板は、上記回路パターンをアルミニウム箔で構成されることが望ましい。
【００１６】
ピュアなアルミニウムは、大気に曝されると瞬時に表面酸化膜を形成して内部のアルミニウムを保護する。しかも、アルミニウムの純度を９９.９％以上にして不純物を減らせば、大気中で局部電池を形成せず、腐食性のガスが存在しない限りアルミニウムの腐食は進行しない。したがって、アルミニウム箔の表面に保護膜を設けなくても銅のような腐食は起こらないのである。この場合、上記回路パターンは、表面に保護膜を設ける必要のないアルミニウム箔で構成されている。したがって、フレキシブル性の高い上記アルミニウム箔の特性を損なうことがなく、上記フレキシブルプリント基板に十分なフレキシブル性が与えられる。
【００１７】
また、上記フレキシブルプリント基板は、上記粒状半導体装置の入出力端子に接続される上記一辺側あるいは上記回路基板の入出力端子に接続される上記他辺側が,切れ目によって複数の分離部に分離されており、上記各分離部の夫々には,上記回路パターンの端部が存在していることが望ましい。
【００１８】
この場合、上記回路基板の入出力端子に接続される上記他辺側が切れ目によって複数の分離部に分離されている場合には、上記各分離部が上記フレキシブルプリント基板の本体とは関係無く動くことができる。したがって、上記回路基板の入出力端子の配列ピッチが上記粒状半導体装置の入出力接続窓の配列ピッチよりも大きい場合でも、各分離部を湾曲させて水平方向へ放射状に配置させることによって無理無く接続することができる。また、略球状を呈する上記粒状半導体装置に設けられた入出力接続窓と平面状の上記回路基板に設けられた入出力端子とが、上記フレキシブルプリント基板の分離部が上記粒状半導体装置の直径の略１/４の曲率半径で曲げらることによって、容易に接続される。そして、上記分離部を途中で弛ませることによって、周辺環境の変化(温度や湿度およびその組合せによる急激なショック等)で上記粒状半導体装置,フレキシブルプリント基板および回路基板等が膨張・収縮したとしても、上記弛ませ部分が緩衝地帯となってストレスが吸収される。
【００１９】
さらに、上記粒状半導体装置の入出力端子に接続される上記一辺側が切れ目によって複数の分離部に分離されている場合には、上記入出力接続窓が上記粒状半導体装置における中心を通る平面と平行であり且つ反回路基板側に在る平面と上記保護絶縁膜とが交差する位置に設けてある場合でも、上記フレキシブルプリント基板の本体とは関係無く動くことができる上記各分離部が、容易に上記粒状半導体装置の表面に沿うことができる。こうして、上記分離部にある上記回路パターンの上記一端が上記入出力接続窓内の入力端子に接続される。
【００２０】
また、上記フレキシブルプリント基板は、上記複数の分離部のうち、特定の分離部の先端を他の分離部の先端よりも突出させることが望ましい。
【００２１】
この場合、特定の分離部の先端が他の分離部の先端よりも突出しているので、上記特定の分離部は、例えば、上記回路基板の表面に設けられたコネクターや上記回路基板の内層回路等の上記回路基板の入出力端子とは遠く離れた接続端子や回路に容易に接続される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。図１は、本実施の形態の粒状半導体装置の実装方法による粒状半導体装置のプリント回路基板への実装状態を示す。本実施の形態における粒状半導体装置１１は、その中心１２を通る平面１３と表面の保護絶縁膜１４とが交差する位置における保護絶縁膜１４に、所定の間隔で入出力接続窓１５が設けられている。そして、粒状半導体装置１１のプリント回路基板１６上への実装は、入出力接続窓１５内の入出力端子(図示せず)を、プリント回路基板１６上の銅箔回路１７に、フレキシブルプリント基板１８によって電気的に接続することによって行うのである。尚、粒状半導体装置１１の詳細な構造については、本実施の形態とは直接関係無いので説明は省略する。
【００２３】
上記フレキシブルプリント基板１８は、後に詳述するように、耐熱性の高いポリイミド樹脂１９とフレキシブル性の高いアルミニウム箔で成る回路パターン２０との２層構造になっており、両者の貼り合わせに接着剤を使用してはいない。したがって、フレキシブルプリント基板１８は、寸法変化が少なく、接続部分が動いたとしてもその影響は弛ませてある部分で吸収されるのである。
【００２４】
尚、上記フレキシブルプリント基板１８を、粒状半導体装置１１の入出力接続窓１５内の上記入出力端子に電気的に接続する際には、回路パターン２０側の一端部を異方性導電性接着剤２１で接着することによって行う。一方、フレキシブルプリント基板１８を、プリント回路基板１６上の銅箔回路１７に電気的に接続する際には、回路パターン２０側の他端部を異方性導電性インク(または異方性導電性フィルム)２２で接続することによって行う。
【００２５】
以下、上記フレキシブルプリント基板１８の製造方法および外形加工法、フレキシブルプリント基板１８を用いた粒状半導体装置１１の実装方法、その実装の際に用いられる治具等について順次説明する。
【００２６】
先ず、上記フレキシブルプリント基板１８の製造方法について説明する。図２は、フレキシブルプリント基板１８の製造工程中における積層構造体の縦断面図である。先ず、図２(a)に示すように、アルミニウム箔２４の表面を研磨やアルカリ処理(図示せず)によって清浄する。この研磨やアルカリ処理は、アルミニウム箔や銅箔の表面処理方法として広く行われている処理である。尚、上記研磨やアルカリ処理の目的は、アルミニウム箔２４の表面にある異物や有機物および厚さの不揃いな表面酸化膜を除去し、緻密で厚さの揃った均質な表面酸化膜を作ることにある。
【００２７】
次に、上述したように表面処理が施されたアルミニウム箔２４の表面に、図２(b)に示すように、ポリイミド樹脂の溶液２５を塗布する。使用するアルミニウム箔２４は、日本製箔(株)製の高純度箔(純度９９.９％)厚さ１５μmである。また、ポリイミド樹脂の溶液２５は、(株)ピーアイ技術研究所製の接着性ポリイミドを用いる。塗布するポリイミド樹脂の溶液２５の量は、完成されたフレキシブルプリント基板１８の状態で、２０μm〜２５μmを確保できるように調整する。そして、ポリイミド樹脂の溶液２５を、図３に示す温度/圧力プロファイルに従って乾燥/硬化することによって、ポリイミド樹脂１９とアルミニウム箔２４との２層構造体が得られる。
【００２８】
次に、上記ポリイミド樹脂１９の硬化が終了した後、アルミニウム箔２４の表面にフォトレジストを塗布し、プレベークした後、フォトマスクを被せて露光・現像して、図２(c)に示すように、フォトレジストパターン２６を作成する。そして、フォトレジストパターン２６をマスクとして、図２(d)に示すように、エッチング液でアルミニウム箔２４をエッチングする。そうした後、フォトレジストパターン２６を剥離することによって、図２(e)に示すように、ポリイミド樹脂１９上にアルミニウム箔の回路パターン２０が形成されるのである。
【００２９】
次に、こうして得られたフレキシブルプリント基板１８において、後の実装時に粒状半導体装置１１の入出力接続窓１５と対向する部分の回路パターン２０側に、異方性導電性接着剤２１を付着させる。この異方性導電性接着剤２１は、スクリーン印刷できるペーストタイプでも良いし、予めテープ状に成形した異方性導電性テープを貼り付けても良い。
【００３０】
次に、上記フレキシブルプリント基板１８の外形加工法について説明する。図４は、完成したフレキシブルプリント基板１８の平面図(図４(a))及び断面図(図４(b))を示す。図４において、アルミニウム箔２４をエッチングして成る短冊状の回路パターン２０が形成されている側の表面であって、実装時にプリント回路基板１６上の銅箔回路１７と対向する部分に、異方性導電性インク２２をスクリーン印刷する(あるいは異方性導電性フィルム２２を貼り付ける)。その後に、粒状半導体装置１１のプリント回路基板１６に対する実装を容易にするために、フレキシブルプリント基板１８に対して外形切断加工を行う。
【００３１】
この外形切断加工は、炭酸ガスレーザー装置を用いて、フレキシブルプリント基板１８における異方性導電性インク２２側の長辺に、２本の回路パターン２０置きに切れ目２７を入れることによって行う。その結果、本実施の形態においては、回路パターン２０は回路パターン２０aから回路パターン２０bまでの４８本となり、切れ目２７は切れ目２７aから切れ目２７cまでの２３本となる。
【００３２】
図４(a)において、Ａ‐Ｃで囲まれた領域は上記異方性導電性接着剤２１が付着された領域であり、粒状半導体装置１１の上記入出力端子と接続される領域である。また、Ｂ‐Ｃで囲まれた領域は異方性導電性インク(あるいは異方性導電性フィルム)２２が形成された領域であり、プリント回路基板１６の銅箔回路１７と接続される領域である。そして、２３本の切れ目２７で一方の長辺が２４個に分割されたフレキシブルプリント基板１８は、図１に示すように、曲率半径Ｒのカーブを描いて曲がることができるのである。
【００３３】
以上の如く外形加工が施された上記フレキシブルプリント基板１８は、プリント回路基板１６と接続される側の長辺が複数の分離部１８aに分割され、夫々の分離部１８aには少なくとも１本の導電性配線で成る回路パターン２０形成されていることになる。そして、フレキシブルプリント基板１８を用いて粒状半導体装置１１をプリント回路基板１６上に実装した場合には、回路パターン２０が形成されている各分離部１８aは、図５に示すように、湾曲すると同時に、その先端部が放射状に拡がる。こうして、プリント回路基板１６との接続面が確保されるのである。
【００３４】
したがって、任意の回路パターン２０とプリント回路基板１６の入出力端子との接続面積を破保しつつ、隣接する回路パターン２０との間の所定の間隔(入出力接続窓１５の配列ピッチ)を上記先端部においてはプリント回路基板１６の入出力端子の配列ピッチに合わせるように広げることができるのである。さらに、粒状半導体装置１１とプリント回路基板１６との接続はフレキシブルプリント基板１８でのみ行うため、粒状半導体装置１１とプリント回路基板１６との間のストレスを吸収することができる。したがって、従来のハンダボールによる接続等のように粒状半導体装置１１とプリント回路基板１６との間のストレスに起因する断線等は生じないのである。
【００３５】
次に、上記フレキシブルプリント基板１８の分割数等ついて述べる。先ず、フレキシブルプリント基板１８における長辺の片側あるいは両側が分離・分割されている理由について説明する。今、図６に示すように、アルミニウム箔の回路パターンの間に切れ目が入れられて上記回路パターンの一部が本体と関係無く動くようになっていない(つまり、図４（a)における切れ目２７が無い)フレキシブルプリント基板３１を粒状半導体装置３２の周囲に巻き付ける場合を考える。その場合には、粒状半導体装置３２が邪魔になって、フレキシブルプリント基板３１を外側に曲げることはできない。つまり、フレキシブルプリント基板１８を曲げるには、フレキシブルプリント基板１８の回路パターン２０間に切れ目２７を入れて、回路パターン２０の一部が本体と関係無く動くようにする必要がある。
【００３６】
次に、上記フレキシブルプリント基板１８の分割数について説明する。フレキシブルプリント基板１８は、粒状半導体装置１１の外形(球形)に沿う形になる必要がある。さらに、プリント回路基板１６の銅箔回路１７上に被さることが必要となる。フレキシブルプリント基板１８を４分割した場合には粒状半導体装置１１の周辺を正方形に取り囲み、６分割すると正六角形に取り囲み、何れの場合も粒状半導体装置１１の入出力接続窓１５には届かない。無理に届かせようとするとフレキシブルプリント基板１８に皺が寄ってしまう。したがって、フレキシブルプリント基板１８を、均一に粒状半導体装置１１の外形に沿わせるには、１２分割以上、より好ましくは２４分割の切れ目２７が必要になるのである。尚、１２分割あるいは２４分割としたのは、設計が容易であることと、粒状半導体装置１１の外周に沿わせたときに皺が寄らず、図５に示すように、円に近い形状(近似外接円)で取り囲むことが可能であるからである。
【００３７】
次に、上記構成のフレキシブルプリント基板１８を用いた粒状半導体装置１１の実装方法について述べる。ところで、上記異方性導電性接着剤２１,異方性導電性インク(あるいは異方性導電性フィルム)２２は、図１に示すように、バインダー３６中に導電性フィラー３５を混入させて構成されている。導電性フィラー３５としてはニッケル粒子の表面に金メッキされたものを用いることが多い。また、バインダー３６としてはエポキシ樹脂を用いることが多い。
【００３８】
上記粒状半導体装置１１の実装に際しては、図１において、先ず、フレキシブルプリント基板１８と粒状半導体装置１１およびプリント回路基板１６との位置合わせを行い、フレキシブルプリント基板１８の上から熱と圧力とを加える。こうして、異方性導電性接着剤２１,異方性導電性インク(あるいは異方性導電性フィルム)２２のバインダー３６を溶解すると共に、導電性フィラー３５をフレキシブルプリント基板１８の回路パターン(アルミニウム箔)２０およびプリント回路基板１６の銅箔回路１７に食い込ませて、粒状半導体装置１１とフレキシブルプリント基板１８との間およびフレキシブルプリント基板１８とプリント回路基板１６との間の導通を得るのである。
【００３９】
その場合、上述したように、上記フレキシブルプリント基板１８は粒状半導体装置１１の直径の１/４の曲率半径Ｒで曲がっており、弛ませてあることで急激な環境変化にも追随できるのである。さらに、フレキシブルプリント基板１８自身が、耐熱性の高いポリイミド樹脂１９とフレキシブル性の高いアルミニウム箔２０との積層構造になっており、両者の貼り合わせに接着剤を使用していないので寸法変化が少なく、接続部分が動いたとしてもその影響はフレキシブルプリント基板１８の弛ませている部分で吸収されるのである。
【００４０】
次に、上記粒状半導体装置１１の入出力接続窓１５を介して上記出力端子にフレキシブルプリント基板１８の回路パターン２０(異方性導電性接着剤２１側)を接続する場合に使用する接続治具、および、接続方法について説明する。
【００４１】
図７は、上記接続治具としてのフレキシブルヒータ４１の外観斜視図である。また、図８は、フレキシブルヒータ４１によってフレキシブルプリント基板１８を粒状半導体装置１１に巻き付け始める状態を示す平面図である。尚、図８においては、説明を分り易くするために、粒状半導体装置１１,フレキシブルプリント基板１８およびフレキシブルヒータ４１の縮尺を異ならせている。
【００４２】
上記フレキシブルヒータ４１は、フレキシブルプリント基板１８の長辺の長さと同じ長さを有し、その一平面全面に吸着穴４２が設けられている。そして、フレキシブルヒータ４１の上記一平面にフレキシブルプリント基板１８の異方性導電性接着剤２１が塗布された部分を当てて真空ポンプ４３によって吸着させる。そして、この状態で、図８に示すように、フレキシブルプリント基板１８における最も外側に位置する回路パターン２０の位置を粒状半導体装置１１の何れかの入出力接続窓１５の位置に合わせ、フレキシブルヒータ４１を粒状半導体装置１１の外周に入出力接続窓１５の配列方向に巻き付けるのである。
【００４３】
その際に、上記フレキシブルプリント基板１８の各回路パターン２０と粒状半導体装置１１の各入出力接続窓１５との位置ずれを、位置決め用センサカメラ４４によって読み取る。そして、この位置決め用センサカメラ４４で読み取られた上記位置ずれに基づいて、回路パターン２０と入出力接続窓１５との位置決めが行われる。尚、上記位置決め方法については、本実施の形態とは直接関係無いので説明は省略する。
【００４４】
そうした後、上記フレキシブルヒータ４１の全体を粒状半導体装置１１の中心１２に向かって締め付けると同時に、温度が加えられる。この場合の加圧・温度条件は、温度は１５０℃〜２５０℃であり、圧力は１つの入出力接続窓１５当り２０gr〜１００grである。尚、加圧時間は８秒〜１５秒間である。
【００４５】
次に、上記フレキシブルプリント基板１８とプリント回路基板１６との接続について説明する。上述のようにして、フレキシブルプリント基板１８の一方の長辺が粒状半導体装置１１に接続された状態では、他方の長辺は粒状半導体装置１１の底部よりも下側まで垂れ下がっている。したがって、プリント回路基板１６上に粒状半導体装置１１を上側から近付けていくと、図５に示すように、フレキシブルプリント基板１８の各分離部１８aが外方に向かって放射状に伸びる。そこで、フレキシブルプリント基板１８の各回路パターン２０の先端とプリント回路基板１６上の銅箔回路１７との位置決めを行った後に加圧・加温して、回路パターン２０と銅箔回路１７とを接続する。この場合の加圧・温度条件は、温度は１５０℃〜２５０℃であり、圧力は１つの回路パターン２０当り２０gr〜１００grである。尚、加圧時間は８秒〜１５秒間である。
【００４６】
ところで、上記フレキシブルプリント基板１８の各分離部１８aの長さは、図４(a)に示すように全部同じ長さでもよいが、図５に示すように特定の分離部１８bの長さを、他の分離部１８aよりも長く伸ばしておいてもよい。
【００４７】
こうすることによって、上記特定の分離部１８bを、例えば、プリント回路基板１６の表面に設けられたコネクター(図示せず)に挿入して接続することができる。尚、その場合には、分離部１８bの長さが長くなっているので、上記コネクターの接続端子がプリント回路基板１６の表面よりも高い位置にあっても分離部１８bの先端部を宙に浮かせた状態で接続することが可能になる。また、プリント回路基板１６の内層回路がコンタクトホール等を介して表から見える状態であれば、分離部１８bの先端部を上記コンタクトホール等に挿入して接続することができる。尚、このようにしてプリント回路基板１６の内層回路と接続すれば、ジャンパー回路の代用にすることもできる。また、より長い分離部１８bを用いることによって、上述の如く実装された粒状半導体装置１１を、遠く離れた回路と接続させることも可能になる。
【００４８】
上述のごとく、本実施の形態の粒状半導体装置１１は、中心１２を通る平面１３と表面の保護絶縁膜１４とが交差する位置における保護絶縁膜１４に入出力接続窓１５を設けている。したがって、粒状半導体装置１１の表面に、四角のシリコン基板に形成されている従来の半導体装置の３倍の入出力接続窓１５を容易に配置することができる。こうすることによって、粒状半導体装置１１の実装に際して上記従来の半導体装置と同じ配線ルールを適用することができるのである。
【００４９】
さらに、上記粒状半導体装置１１を銅箔回路１７が形成されたプリント回路基板１６上に実装する場合には、耐熱性の高いポリイミド樹脂１９とフレキシブル性の高いアルミニウム箔で成る回路パターン２０との２層構造を有すると共に、一方の長辺に切れ目２７が入れられて少なくとも一つの回路パターン２０を含む複数の分離部１８aが形成されたフレキシブルプリント基板１８を用いる。そして、切れ目２７が入っていない他方の長辺を粒状半導体装置１１の入出力接続窓１５に沿って巻き付けて、回路パターン２０の一端と上記入出力端子とを接続する。一方、分離部１８a上に在る回路パターン２０の他端とプリント回路基板１６上の銅箔回路１７とを接続するようにしている。
【００５０】
したがって、上記入出力接続窓１５の配列ピッチと銅箔回路１７の配列ピッチとが異なる場合でも、分離部１８aの間隔を広げることによって簡単に対処できる。
【００５１】
また、上記フレキシブルプリント基板１８は、ポリイミド樹脂１９とアルミニウム箔で成る回路パターン２０との２層構造を有している。ポリイミド樹脂１９は耐熱性が高く、上記実装後に周辺環境の急激な温度変化があっても寸法変化が小さく、接続部分に与えるストレスも小さい。さらに、自身のフレキシブル性が高く、フレキシブルプリント基板１８に十分なフレキシブル性を与えることができる。一方、アルミニウムは、ピュアな状態で大気に曝されると瞬時に表面酸化膜を形成して内部のアルミニウムを保護する。しかも、アルミニウムの純度を９９.９％以上にして不純物を減らせば、大気中で局部電池を形成せず、腐食性のガスが存在しない限りアルミニウムの腐食は進行しない。したがって、アルミニウム箔の表面に保護膜を設けなくても銅のような腐食は起こらないのである。すなわち、このように表面に保護膜を設ける必要のないアルミニウム箔で回路パターン２０を構成することによって、フレキシブルプリント基板１８に十分なフレキシブル性を与えることができる。
【００５２】
その結果、フレキシブル性の高いフレキシブルプリント基板１８を、粒状半導体装置１１の直径の１/４の曲率半径Ｒで湾曲させて弛ませることができる。したがって、線膨張係数の違い等で接続部が動いてもそのストレスをフレキシブルプリント基板１８の弛みで緩和することができ、従来の実装構造の如くハンダボールを用いる場合のように断線することはない。すなわち、本実施の形態によれば、信頼性の高い粒状半導体装置の実装構造を得ることができるのである。
【００５３】
その際に、上記フレキシブルプリント基板１８は、ポリイミド樹脂１９と回路パターン２０とが接着剤を使用しないで貼り合わされて構成されている。したがって、膨張・収縮を繰り返しても剥離するようなことはなく、さらに高信頼性が得られるのである。
【００５４】
尚、上記実施の形態においては、上記フレキシブルプリント基板１８の各分離部１８a,１８bに設ける回路パターン２０の形状を短冊状にしているが、この形状に限定されるものではない。例えば、プリント回路基板１６上の銅箔回路１７やコネクタの接続端子等の幅に応じて先端側を広げてもよい。また、先端側を分割して、分割された夫々の先端部を異なる分離部１８a上に在るようにすれば、粒状半導体装置１１における一つの入出力端子を異なる銅箔回路１７やコネクタに接続することができる。
【００５５】
さらに、上記粒状半導体装置１１における入出力接続窓１５の形成個所も、中心１２を通る平面１３と表面の保護絶縁膜１４とが交差する位置に限定されるものではない。但し、上記位置に形成する場合に、最も多くの入出力接続窓１５を設置することができるのである。尚、フレキシブルプリント基板１８の曲げ応力からすれば、上記平面１３に平行であって且つ平面１３よりも反プリント回路基板１６側に在る平面と表面の保護絶縁膜１４とが交差する位置に、入出力接続窓１５を配置することが望ましい。但し、その場合には、フレキシブルプリント基板１８の両長辺に切れ目２７を入れる必要がある。あるいは、フレキシブルプリント基板１８の展開形状を図４(a)のような矩形ではなく扇形にしてもよい。
【００５６】
さらに、図５においては、上記フレキシブルプリント基板１８における各分離部１８a,１８bは放射状に広がっている。しかしながら、粒状半導体装置１１の実装に際しては、必要があれば各分離部１８a,１８bを互いに交差させて配置しても差し支えない。但し、その場合には、フレキシブルプリント基板１８のベースフィルムに絶縁性を持たせる必要がある。
【００５７】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の粒状半導体装置の実装方法は、中心を通る軸に直交する平面と表面の保護絶縁膜とが交差する位置における上記保護絶縁膜に複数の入出力接続窓を設けた粒状半導体装置を実装するに際して、フレキシブルプリント基板の一辺側を上記粒状半導体装置の表面に沿わせて、上記フレキシブルプリント基板上の回路パターンの一端部を上記粒状半導体装置の入出力接続窓内の入出力端子に接続する一方、上記フレキシブルプリント基板の他辺側に在る上記回路パターンの他端部を回路基板の入出力端子に電気的に接続するので、平面を持たない上記粒状半導体装置の表面に高い密度で配列された入出力端子と平面状を成す上記回路基板に配置された入出力端子とを、上記フレキシブルプリント基板によって容易に接続することができる。
【００５８】
その際に、上記フレキシブルプリント基板に弛みを持たせることによって、上記粒状半導体装置,フレキシブルプリント基板および回路基板の線膨張係数の違い等によって各接続部が動いても、その場合に生ずるストレスを上記フレキシブルプリント基板の弛みで緩和できる。したがって、各接続部が膨張・収縮を繰り返した場合に断線に至ることを防止できる。
【００５９】
また、上記粒状半導体装置の実装方法に用いるフレキシブルプリント基板は、ポリイミド樹脂上に金属箔で成る上記回路パターンを形成すれば、上記回路パターンの下地を耐熱性の高いポリイミド樹脂で構成することができる。したがって、上記実装後に、周辺環境の急激な温度変化があっても寸法変化を小さくでき、接続部分に与えるストレスも小さくできる。さらに、自身のフレキシブル性が高く、上記フレキシブルプリント基板に十分なフレキシブル性を与えることができる。
【００６０】
また、上記フレキシブルプリント基板は、表面に保護膜を設けなくとも腐食しないアルミニウム箔で上記回路パターンを構成すれば、フレキシブル性の高い上記アルミニウム箔の特性を損なうことがなく、上記フレキシブルプリント基板に十分なフレキシブル性を与えることができる。
【００６１】
また、上記フレキシブルプリント基板は、上記粒状半導体装置の上記一辺側または上記他辺側を切れ目によって複数の分離部に分離し、上記各分離部の夫々には上記回路パターンの端部を存在させれば、上記各分離部を上記フレキシブルプリント基板の本体とは関係無く動かすことができる。
【００６２】
したがって、上記回路基板の入出力端子に接続される上記他辺側が切れ目によって複数の分離部に分離されている場合には、上記回路基板の入出力端子の配列ピッチが上記粒状半導体装置の入出力接続窓の配列ピッチよりも大きい場合でも各分離部を放射状に配置することによって容易に接続することができる。また、略球状を呈する上記粒状半導体装置に設けられた入出力接続窓と平面状の上記回路基板に設けられた入出力端子とを、上記分離部のフレキシブル性によって容易に接続できる。その際に、上記分離部を途中で弛ませることによって、周辺環境の変化で上記粒状半導体装置,フレキシブルプリント基板および回路基板等が膨張・収縮しても、上記弛ませ部分が緩衝地帯となって各接続部のストレスを吸収できる。その結果、断線に至ることを防止でき、信頼性を向上できる。
【００６３】
さらに、上記粒状半導体装置の入出力端子に接続される上記一辺側が切れ目によって複数の分離部に分離されている場合には、上記入出力接続窓が上記粒状半導体装置における中心を通る平面の反回路基板側に設けてある場合でも、上記フレキシブルプリント基板の本体とは関係無く動くことができる上記各分離部を、容易に上記粒状半導体装置の表面に沿わせることができる。
【００６４】
また、上記フレキシブルプリント基板は、上記複数の分離部のうち、特定の分離部の先端を他の分離部の先端よりも突出させれば、上記特定の分離部を、例えば、上記回路基板の表面に設けられたコネクターや上記回路基板の内層回路等の上記回路基板の入出力端子とは遠く離れた接続端子や回路に容易に接続できる。すなわち、１ピンだけの接続位置を容易に変えることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の粒状半導体装置の実装方法による粒状半導体装置のプリント回路基板への実装状態を示す図である。
【図２】図１におけるフレキシブルプリント基板の製造工程中における縦断面図である。
【図３】図２に示す製造工程中においてポリイミド樹脂の溶液を乾燥/硬化する際の温度/圧力プロファイルを示す図である。
【図４】完成したフレキシブルプリント基板の平面図及び断面図である。
【図５】図１に示す粒状半導体装置の実装時における各分離部の湾曲/広がり状態を示す図である。
【図６】切れ目が無いフレキシブルプリント基板を粒状半導体装置に取り付けた状態を示す図である。
【図７】フレキシブルヒータの外観斜視図である。
【図８】図７に示すフレキシブルヒータを用いてフレキシブルプリント基板を粒状半導体装置に巻き付け始めた状態を示す概念図である。
【図９】粒状半導体装置に対する従来の実装状態を示す図である。
【符号の説明】
１１…粒状半導体装置、
１５…入出力接続窓、
１６…プリント回路基板、
１７…銅箔回路、
１８…フレキシブルプリント基板、
１８a…分離部、
１９…ポリイミド樹脂、
２０…回路パターン、
２１…異方性導電性接着剤、
２２…異方性導電性インク(異方性導電性フィルム)、
２４…アルミニウム箔、
２５…ポリイミド樹脂溶液、
２７…切れ目、
３５…導電性フィラー、
３６…バインダー、
４１…フレキシブルヒータ、
４２…吸着穴、
４４…位置決め用センサカメラ。
Claims (1)
- 表面に形成された保護絶縁膜と、中心を通る軸に直交する平面と上記保護絶縁膜とが交差する位置における上記保護絶縁膜に設けられた複数の入出力接続窓を備えた粒状半導体装置の実装方法であって、
上記粒状半導体装置の外周にフレキシブルプリント基板を巻き付け、
上記フレキシブルプリント基板の一辺側を上記粒状半導体装置の表面に沿わせると共に、上記フレキシブルプリント基板上の回路パターンにおける上記一辺側に在る一端部を、上記入出力接続窓を介して、上記粒状半導体装置の入出力端子に電気的に接続する一方、
上記フレキシブルプリント基板における上記一辺に対向する他辺側に在る上記回路パターンの他端部を、回路基板の入出力端子に電気的に接続することを特徴とする粒状半導体装置の実装方法。
Priority Applications (3)
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