JP4562950B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はフィルム状の基板上に半導体素子を搭載した半導体装置に関するものであり、特に、基板に形成された配線が可動する半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、LSIなどの半導体製品は低価格化、軽量化、薄型化、小型化の実現のために高密度実装が要求され続けている。
【0003】
一般に、半導体素子の高密度実装を実現する半導体装置として、TCP(Tape Carrier Package)と称する半導体装置があるが、その中でもデバイスホールや折り曲げスリットが無く、半導体チップの電極と接続されるリード配線がテープ基材に密着しているものがCOF(Chip On Film)である。COFはデバイスホールが無く、リード配線がフィルム基材に密着しているためにリード配線を薄くすることが出来る。これにより従来のデバイスホールがあるTCPと比較するとリード配線のエッチングが容易となり、より微細な導体パターンを形成することができる。現在、45[μm]ピッチのCOFテープが業界で出現されつつあり、さらなるファイン化が要望されている。
【0004】
以下、図面を参照しながら従来の半導体装置およびその製造方法について説明する。
【0005】
まず、従来の半導体装置について説明する。
【0006】
図4(a)は、従来の半導体装置を示す平面図であり、図4(b)は図4(a)のA−A1箇所における断面図である。
【0007】
図4(a)および図4(b)に示すように、フィルム基板1は絶縁、可撓の性質を有し、ポリイミドなどの樹脂で形成されたフィルム基材2と、銅などの金属箔で形成されたリード配線3とで構成されている。リード配線3において半導体素子4の突起電極(図示せず)と接続する部分でソルダーレジスト5に覆われていない領域をインナーリード3a、インナーリード3aより外へフィルム基材2上に延長されたリード配線3のうち、外部回路と接続される領域をアウターリード3bと呼ぶ。リード配線3には通常メッキが施されている。半導体素子4の電極には、半導体素子4に形成されている電極とインナーリード3aとを接続するために必要な突起電極6が形成されている。突起電極6の高さはさまざまであり、突起電極6が形成されていない構成もある。インナーリード3a周辺の領域は半導体素子4の表面保護や半導体装置自身の強度確保のために封止樹脂7で覆われている。
【0008】
次に、従来の半導体装置の製造方法について説明する。
【0009】
なお、前記した半導体装置の構成要件と同一の構成要件には同一の符号を付す。
【0010】
図5および図6は、従来の半導体装置の製造方法の各工程を示した断面図である。
【0011】
図5(a)に示すように、フィルム基材2上に形成されたインナーリード3aと半導体素子4の電極に形成された突起電極6とを位置合わせする。ここで、インナーリード3aの表面にはスズや金などによってメッキが施されている。フィルム基材2の厚みは、38[μm]または25[μm]である。また、突起電極6の高さは、10〜20[μm]である。
【0012】
次に、図5(b)に示すように、半導体素子4の裏面をステージ8の上面に載置し、フィルム基材2の上面からボンディングツール9によって押圧する。ここで、半導体素子4に形成された突起電極6とフィルム基板1のインナーリード3aを所定の位置に合わせて熱圧着方式により接合するが、熱圧着方式とは、インナーリード3aに施されたメッキ材と突起電極とを共晶融合あるいは固相拡散させるために必要な温度(300〜400[℃])で、荷重を加えながら接合する方式である。
【0013】
次に、図5(c)に示すように、インナーリード3aと突起電極6との接合部分と半導体素子4の回路が存在する表面部分を保護し、半導体装置全体の機械強度を確保するために封止樹脂7をフィルム基板1と半導体素子4との隙間に樹脂供給ノズル10を使用して注入する。封止後に捺印、検査を行ないCOF製品が完成する。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の半導体装置の製造方法の封止工程では、大きい応力が突起電極の周辺部分に発生することが分かっている。この応力は、図5に示したように、インナーリード3aと突起電極6を接合する際に発生する。応力発生原因は、封止工程における温度変化に伴うCOF構成材料の収縮率が材質によって異なるためである。すなわち、フィルム基材2の熱膨張係数が半導体素子4の主材料であるシリコンの熱膨張係数よりも大きい値を持つことに起因する。この収縮率の差により、リード配線3と半導体素子4の電極との接合部分である突起電極6には、せん断応力が発生する。この応力が、ある限界値を越えると突起電極6の周辺に位置する半導体素子4の回路を機械的に破壊する不具合が生じる。
【0015】
図6は、従来の半導体装置の製造工程における不具合発生の状態を示した断面図である。
【0016】
図6(a)に示すような従来の半導体装置の製造方法の各工程における応力発生から不具合発生のメカニズムについて説明する。A部は、以下の図面に示す拡大する部分である。
【0017】
図6(b)に示すように、図6(a)のA部では、温度降下に伴うフィルム基板1の収縮により半導体素子4の中心線へ向かう方向(矢印11が示す方向)にテープ収縮応力が働く。
【0018】
このテープ収縮応力により、まず保護層12にインナーリード3aの先端側と対向する側にある金属突起6の端部を起点とするクラック13が生じる。この部分は保護層12の厚みが他の部分より薄くなっているため機械的に弱い部分であり、クラック13が発生しやすい。
【0019】
次に、図6(c)に示すように、クラック13は金属電極14の側面に沿う形で成長する。
【0020】
次に、図6(d)に示すように、金属電極14とシリコン基板15の接合面の剥離へと進行する。
【0021】
本発明は、前記従来の課題を解決する半導体装置およびその製造方法であり、リード配線をフィルム基材から分離させて、封止工程において発生する応力をリード配線で吸収する半導体装置およびその製造方法を提供するものである。
【0022】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するための本発明の半導体装置は、フィルム基材の表面に接着層を介さず直接的に形成されたリード配線と半導体素子の電極とが突起電極を介して電気的に接続され、前記フィルム基材と前記半導体素子の間にフィラーを含まない封止樹脂が充填され、前記突起電極が接続される前記リード配線の前記フィルム基材側の面は前記フィルム基材の表面から分離し、さらに、前記リード配線が前記フィルム基材から分離した領域には接着層がなく前記封止樹脂が前記フィルム基材の表面と直接的に接触している。
【0023】
また、リード配線のフィルム基板の表面から離れている部分は、半導体素子が対向する範囲内にある。
【0024】
また、フィルム基板の表面と、前記フィルム基板の表面から離れたリード配線の前記フィルム側の面との間の距離は、1〜20[μm]である。
【0025】
このように、リード配線とフィルム基板が分離することによって、半導体素子とフィルム基板との間が封止樹脂によって封止される工程において、半導体素子、フィルム基板、封止樹脂およびリード配線のそれぞれの熱膨張係数が異なることに起因した応力を、フィルム基板から離れて分離して可動のリード配線が吸収することにより、突起電極と半導体素子の電極との境界部における剥離や、半導体素子のクラックといった不具合を防ぐことができる。
【0026】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、フィルム基材の表面に接着層を介さず直接的に形成されたリード配線と半導体素子の電極とを突起電極を介して熱圧着するとともに、前記フィルム基材と前記リード配線との界面の密着力を低下させて、前記フィルム基材の表面と前記リード配線の前記突起電極が熱圧着される部分の裏面側とを分離させる第1工程と、前記半導体素子と前記フィルム基材との間にフィラーを含まない封止樹脂を注入して硬化させる第2工程とからなり、前記第1工程では、前記リード配線が前記フィルム基材から分離した領域には接着層がなく、前記第2工程では、前記リード配線が前記フィルム基材から分離した前記領域において、前記封止樹脂が前記フィルム基材の表面と直接的に接触している。
【0027】
また、フィルム基材の表面に形成されたリード配線と半導体素子の電極とを突起電極を介して熱圧着するとともに、前記フィルム基材の表面と、前記リード配線の前記突起電極が熱圧着される部分の裏面側とを分離させる工程は、前記リード配線と前記半導体素子の電極とを突起電極を介して熱圧着する第1の工程と、前記熱圧着のための圧力を開放し、前記フィルム基材の表面から、前記リード配線の前記突起電極が熱圧着された部分の裏面側を分離させる第2の工程とからなる。
【0028】
また、フィルム基板の表面に形成されたリード配線と半導体素子の電極とを突起電極を介して熱圧着するとともに、前記フィルム基板の表面と前記リード配線とを分離させる工程では、前記熱圧着時の温度が400〜500[℃]であり、前記熱圧着の時間が1〜5[s]である。
【0029】
このような半導体装置の製造方法により、リード配線の突起電極が接続される部分の裏面側がフィルム基板から離れた状態で、半導体素子とフィルム基板との間に封止樹脂を注入して封止するので、半導体素子、フィルム基板、封止樹脂およびリード配線のそれぞれの熱膨張係数が異なることに起因した応力を、フィルム基板から離れて分離して可動のリード配線が吸収することにより、突起電極と半導体素子の電極との境界部における剥離や、半導体素子のクラックといった不具合を防ぐことができる。
【0030】
また、半導体素子とフィルム基板との間に注入する封止樹脂は、液状の樹脂のみからなる。
【0031】
このように、封止樹脂として、固体のフィラーを含まない樹脂を用いることにより、リード配線とフィルム基板との間に封止樹脂が流入するので、封止工程の後に、半導体素子とフィルム基板との間において封止樹脂が浸透しない部分が発生せず、半導体素子とフィルム基板との間における亀裂や剥離といった不具合の発生を防止できる。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装置およびその製造方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0033】
まず、本実施形態の半導体装置について説明する。
【0034】
図1は、本実施形態の半導体装置を示した平面図であり、図2は図1のA−A1箇所における断面図である。
【0035】
図1に示すように、ポリイミドからなるフィルム基材8に複数本のリード配線9が形成されてフィルム基板10が構成され、半導体素子11の電極に形成された突起電極とリード配線9とが電気的に接続されている。半導体素子11とフィルム基板10との間には封止樹脂12が注入され、封止されている。また、半導体素子11近傍のリード配線9の表面にはソルダーレジスト13が形成され、リード配線9が他の導電部材とショートすることを防止している。
【0036】
次に、半導体素子の電極とリード配線とが突起電極を介して電気的に接続された部分を詳細に説明する。
【0037】
図2に示すように、半導体素子11の電極14の周囲には、ポリイミド膜からなる保護膜15が形成されている。一端がフィルム基材8の表面から分離し、他端がフィルム基材8の表面に形成されたリード配線9の一端と、半導体素子11の電極に形成された突起電極16とが電気的に接続されている。リード配線9がフィルム基材8から分離する部分は、半導体素子11が対向する範囲内である。
【0038】
また、リード配線9とフィルム基板10との間には、フィラーを含まない樹脂からなる封止樹脂12が充填され、封止されている。フィルム基材8とリード配線9との密着面では、ニッケルまたはクロムからなる金属層を介している。本実施形態で、封止樹脂12として、フィラーを含まない樹脂を用いたのは、フィルム基材8から分離するリード配線9は、なだらかに形成されており、リード配線9とフィルム基材8との分離部分においては、非常に微小な隙間であることから、封止樹脂12はこの微小な隙間に入り込むフィラーを含まない樹脂が望ましいからである。ここで、フィルム基材8の表面とリード配線9のフィルム基材8側の面との距離は、1〜20[μm]である。
【0039】
発明者らの実験によれば、フィルム基材とリード配線のフィルム基材側の面との距離が1[μm]よりも小さい場合は、リード配線がフィルム基板の表面に対して自由に可動することが困難である。また、フィルム基材とリード配線のフィルム基材側の面との距離が20[μm]よりも大きい場合は、封止工程において、リード配線に対する封止樹脂の流動の抵抗が大きくなり、リード配線が不安定になるという問題が発生する。
【0040】
以上、本実施形態の半導体装置は、リード配線の突起電極が接続する部分をフィルム基材から分離することによって、封止工程において発生する応力をリード配線で吸収することができ、突起電極近傍の半導体素子表面の保護膜におけるクラック等の不具合を防止できる。
【0041】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。
【0042】
なお、前記した半導体装置の構成要件と同一の構成要件には同一の符号を付し、同一の内容については省略する。
【0043】
図3は、本実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示した断面図である。
【0044】
まず、図3(a)に示すように、表面にリード配線9が形成されたフィルム基板10と、電極に突起電極16が形成された半導体素子11とを用意し、リード配線9と突起電極16とを位置合わせする。なお、リード配線9の表面には、他の導電部材とのショートを防止するために、ソルダーレジスト13が形成されている。
【0045】
次に、図3(b)に示すように、半導体素子11の裏面を第1のツール18上に載置し、フィルム基板10の裏面から第2のツール19により400〜500[℃]に加熱しながら加圧することにより、半導体素子11の電極に形成された突起電極16とフィルム基材8の表面に形成されたリード配線9とを熱圧着する。ここで、加熱されることにより、フィルム基材8とリード配線9との界面の密着力は低下している。
【0046】
次に、図3(c)に示すように、第1のツール18と第2のツール19により与えていた圧力を開放し、また、温度を室温に低下させることで、フィルム基材8が収縮して応力が発生し、リード配線9とフィルム基材8とが分離する。ここで、突起電極16とリード配線9との接合部の加熱温度は、本実施形態では、400〜500[℃]に設定したが、リード配線9とフィルム基材8が分離する温度は、400〜500[℃]の限定されるものではなく、フィルム基材8の材料およびリード配線9の材料に依存する。
【0047】
次に、図3(d)に示すように、半導体素子11とフィルム基板10との間に封止樹脂12を注入し、加熱することにより封止樹脂12を硬化させた後、室温に冷却する。
【0048】
なお、本実施形態では、フィルム基材8の線膨張係数が10〜15[ppm/℃]、厚さ40[μm]程度であり、半導体素子11の形状が、長辺10〜20[mm]、短辺0.5〜3[mm]である。
【0049】
以上、本実施形態の半導体装置の製造方法は、リード配線の突起電極が接続する部分をフィルム基材から分離することによって、封止工程において発生する応力をリード配線で吸収することができ、突起電極近傍の半導体素子表面の保護膜におけるクラック等の不具合を防止できる。
【0050】
【発明の効果】
本発明では、半導体素子の電極に形成された突起電極と電気的に接続するリード配線が、フィルム基材の表面から分離しているために、半導体素子とフィルム基材との間を封止する封止工程において発生する応力を、フィルム基材から分離したリード配線によって吸収することができ、突起電極近傍の接続部におけるクラック等の不具合の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の半導体装置を示す平面図
【図2】本発明の一実施形態の半導体装置を示す断面図
【図3】本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図4】従来の半導体装置を示す図
【図5】従来の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図6】従来の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【符号の説明】
1 フィルム基板
2 フィルム基材
3 リード配線
4 半導体素子
5 ソルダーレジスト
6 突起電極
7 封止樹脂
8 フィルム基材
9 リード配線
10 フィルム基板
11 半導体素子
12 封止樹脂
13 ソルダーレジスト
14 電極
15 保護膜
16 突起電極
Claims (7)
- フィルム基材の表面に接着層を介さず直接的に形成されたリード配線と半導体素子の電極とが突起電極を介して電気的に接続され、前記フィルム基材と前記半導体素子の間にフィラーを含まない封止樹脂が充填され、前記突起電極が接続される前記リード配線の前記フィルム基材側の面は前記フィルム基材の表面から分離し、さらに、前記リード配線が前記フィルム基材から分離した領域には接着層がなく前記封止樹脂が前記フィルム基材の表面と直接的に接触していることを特徴とする半導体装置。
- リード配線のフィルム基材の表面から離れている部分は、半導体素子に対向する範囲内にあることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- フィルム基材の表面と、前記フィルム基材の表面から離れたリード配線の前記フィルム基材側の面との間の距離は、1〜20[μm]であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- フィルム基材の表面に接着層を介さず直接的に形成されたリード配線と半導体素子の電極とを突起電極を介して熱圧着するとともに、前記フィルム基材と前記リード配線との界面の密着力を低下させて、前記フィルム基材の表面と前記リード配線の前記突起電極が熱圧着される部分の裏面側とを分離させる第1工程と、
前記半導体素子と前記フィルム基材との間にフィラーを含まない封止樹脂を注入して硬化させる第2工程とからなり、
前記第1工程では、前記リード配線が前記フィルム基材から分離した領域には接着層がなく、
前記第2工程では、前記リード配線が前記フィルム基材から分離した前記領域において、前記封止樹脂が前記フィルム基材の表面と直接的に接触している
半導体装置の製造方法。 - フィルム基材の表面に形成されたリード配線と半導体素子の電極とを突起電極を介して熱圧着するとともに、前記フィルム基材の表面と、前記リード配線の前記突起電極が熱圧着される部分の裏面側とを分離させる工程は、前記リード配線と前記半導体素子の電極とを突起電極を介して熱圧着する第1の工程と、前記熱圧着のための圧力を開放し、前記フィルム基材の表面から、前記リード配線の前記突起電極が熱圧着された部分の裏面側を分離させる第2の工程とからなることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- フィルム基材の表面に形成されたリード配線と半導体素子の電極とを突起電極を介して熱圧着するとともに、前記フィルム基材の表面と前記リード配線とを分離させる工程では、前記熱圧着時の温度が400〜500[℃]であり、前記熱圧着の時間が1〜5[s]であることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体素子とフィルム基板との間に注入する封止樹脂は、液状の樹脂のみからなることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
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