JP4936010B2 - 半導体モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体モジュール及びその製造方法に関する。
半導体チップに長尺状の樹脂突起を形成し、その上に複数の配線を形成して、弾力性を有する端子を形成することが知られている（特許文献１）。しかし、特許文献１には、複数の配線間で、配線を構成する金属が移動して絶縁不良を起こすマイグレーションの対策について開示されていない。
特開２００７−４２８６７号公報
本発明は、マイグレーションの発生を防止することを目的とする。
（１）本発明に係る半導体モジュールは、
集積回路が形成された半導体チップと、
前記半導体チップに形成され、前記集積回路に電気的に接続された複数の電極と、
前記複数の電極上に位置する複数の開口を有して前記半導体チップ上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に配置された、長尺状をなす弾性突起と、
前記複数の電極上から、前記弾性突起が延びる方向に沿った軸に交差して延び、前記弾性突起上に至る複数の配線と、
前記複数の配線の前記弾性突起上の部分にそれぞれ接触する複数のリードと、
前記複数のリードが形成されたベース基板と、
前記半導体チップの前記弾性突起が形成された面と、前記ベース基板の前記複数のリードが形成された面と、の間で間隔を保持する硬化した接着剤と、
を有し、
前記弾性突起は、弾性変形によって形成された複数の窪みを有し、
前記複数の配線及び前記複数のリードの接触部は、それぞれ、前記複数の窪み内に位置し、
前記弾性突起は、隣同士の前記窪みの間に、弾性力を以って前記ベース基板に密着する部分を有し、
前記窪みの内面と前記リードとの間に、前記接着剤の一部が充填されている。本発明によれば、隣同士の窪みの間で弾性突起がベース基板に密着するため、両者間の界面が１つだけになるので、水分の侵入経路が少ない。この点、両者間に接着剤が介在すると界面が２つになるので水分の侵入経路が多いので、イオンマイグレーションが発生しやすいが、本発明によれば、これを防止することができる。また、接着剤が介在しない部分では、接着剤に一般的に含まれるイオン化しやすい物質（塩素など）を配線間から排除することができ、これによってもイオンマイグレーションの発生を防止することができる。さらに、接着剤は硬化すると収縮するので、弾性突起とベース基板間に硬化した接着剤が介在すると界面の剥離が生じやすいが、本発明では、接着剤が介在しない部分では剥離が生じにくく、しかも、弾性力によって弾性突起とベース基板が密着するので両者の剥離が生じにくい。
（２）本発明に係る半導体モジュールの製造方法は、
半導体装置を、接着剤を介して、複数のリードが形成されたベース基板に搭載する工程を含み、
前記半導体装置は、
集積回路が形成された半導体チップと、
前記半導体チップに形成され、前記集積回路に電気的に接続された複数の電極と、
前記複数の電極上に位置する複数の開口を有して前記半導体チップ上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に配置された、長尺状をなす弾性突起と、
前記複数の電極上から、前記弾性突起が延びる方向に沿った軸に交差して延び、前記弾性突起上に至る複数の配線と、
を有し、
前記工程で、押圧力によって、
前記複数のリードを、前記複数の配線の前記樹脂突起上の部分に接触させ、
前記複数のリード及び前記複数の配線を介して、前記弾性突起を弾性変形させて複数の窪みを形成し、
前記複数の配線及び前記複数のリードの接触部を、それぞれ、前記複数の窪み内に配置し、
前記弾性突起の隣同士の前記窪みの間の部分を、弾性力を以って前記ベース基板に密着させ、
前記窪みの内面と前記リードとの間の隙間で、前記接着剤を流動させる。本発明によれば、隣同士の窪みの間で弾性突起をベース基板に密着させるため、両者間の界面を１つだけにすることができ、水分の侵入経路が少なくなる。この点、両者間に接着剤が介在すると界面が２つになるので水分の侵入経路が多いので、イオンマイグレーションが発生しやすいが、本発明によれば、これを防止することができる。また、接着剤が介在しない部分では、接着剤に一般的に含まれるイオン化しやすい物質（塩素など）を配線間から排除することができ、これによってもイオンマイグレーションの発生を防止することができる。さらに、接着剤は硬化すると収縮するので、弾性突起とベース基板間に硬化した接着剤が介在すると界面の剥離が生じやすいが、本発明では、接着剤が介在しない部分では剥離が生じにくく、しかも、弾性力によって弾性突起とベース基板が密着するので両者の剥離が生じにくい。さらに、本発明では、窪みの内面とリードの間に隙間を形成して接着剤を流動させるので、接着剤に含まれるボイドを排出することができる。
集積回路が形成された半導体チップと、
前記半導体チップに形成され、前記集積回路に電気的に接続された複数の電極と、
前記複数の電極上に位置する複数の開口を有して前記半導体チップ上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に配置された、長尺状をなす弾性突起と、
前記複数の電極上から、前記弾性突起が延びる方向に沿った軸に交差して延び、前記弾性突起上に至る複数の配線と、
前記複数の配線の前記弾性突起上の部分にそれぞれ接触する複数のリードと、
前記複数のリードが形成されたベース基板と、
前記半導体チップの前記弾性突起が形成された面と、前記ベース基板の前記複数のリードが形成された面と、の間で間隔を保持する硬化した接着剤と、
を有し、
前記弾性突起は、弾性変形によって形成された複数の窪みを有し、
前記複数の配線及び前記複数のリードの接触部は、それぞれ、前記複数の窪み内に位置し、
前記弾性突起は、隣同士の前記窪みの間に、弾性力を以って前記ベース基板に密着する部分を有し、
前記窪みの内面と前記リードとの間に、前記接着剤の一部が充填されている。本発明によれば、隣同士の窪みの間で弾性突起がベース基板に密着するため、両者間の界面が１つだけになるので、水分の侵入経路が少ない。この点、両者間に接着剤が介在すると界面が２つになるので水分の侵入経路が多いので、イオンマイグレーションが発生しやすいが、本発明によれば、これを防止することができる。また、接着剤が介在しない部分では、接着剤に一般的に含まれるイオン化しやすい物質（塩素など）を配線間から排除することができ、これによってもイオンマイグレーションの発生を防止することができる。さらに、接着剤は硬化すると収縮するので、弾性突起とベース基板間に硬化した接着剤が介在すると界面の剥離が生じやすいが、本発明では、接着剤が介在しない部分では剥離が生じにくく、しかも、弾性力によって弾性突起とベース基板が密着するので両者の剥離が生じにくい。
（２）本発明に係る半導体モジュールの製造方法は、
半導体装置を、接着剤を介して、複数のリードが形成されたベース基板に搭載する工程を含み、
前記半導体装置は、
集積回路が形成された半導体チップと、
前記半導体チップに形成され、前記集積回路に電気的に接続された複数の電極と、
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（半導体装置）
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体モジュールに使用される半導体装置を示す平面図である。図２は、図１に示す半導体装置のII-II線断面図であり、図３は、図１に示す半導体装置のIII-III線断面図である。
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体モジュールに使用される半導体装置を示す平面図である。図２は、図１に示す半導体装置のII-II線断面図であり、図３は、図１に示す半導体装置のIII-III線断面図である。
半導体装置１は、半導体チップ１０を有する。半導体チップ１０は、矩形の面を有している。半導体チップ１０には、集積回路１２（トランジスタ等）が形成されている。半導体チップ１０には、集積回路１２に電気的に接続されるように、複数の電極１４が形成されている。電極１４は、１列又は複数列（平行な複数列）に並んでいる。電極１４は、半導体チップ１０の矩形の面の辺（例えば長方形の長辺）に沿って（平行に）並んでいる。電極１４は、内部配線（図示せず）を介して集積回路１２に電気的に接続されている。半導体チップ１０には、電極１４の少なくとも一部が露出する様に、電極１４上に位置する開口を有する絶縁膜１６（例えばパッシベーション膜）が形成されている。絶縁膜１６は、例えば、ＳｉＯ２やＳｉＮ等の無機材料のみで形成されていてもよい。絶縁膜１６は、集積回路１２の上方に形成されている。
半導体チップ１０（絶縁膜１６上）には、弾性突起１８が設けられている。半導体チップ１０の矩形の面の辺（例えば長方形の長辺）に沿って（平行に）延びる弾性突起１８が示されており、複数の弾性突起１８が平行に配列されている。弾性突起１８は、弾性変形する性質を有する。弾性突起１８の材料としては、例えばポリイミド樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ；benzocyclobutene）、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ；polybenzoxazole）、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂等を用いてもよい。
弾性突起１８は長尺状に形成されている。弾性突起１８は、延長方向に沿った軸ＡＸ（図１参照）に直交する断面が、図２に示すように弓形（円の弧とその両端を結ぶ弦によってできる図形）をなしている。弾性突起１８は、その断面において、弓形の弦が絶縁膜１６上に配置されている。弾性突起１８の表面（半導体チップ１０とは反対側を向く面）は、凸曲面になっている。弾性突起１８の表面は、弾性突起１８の長手軸を回転軸として、回転軸の周囲に平行に位置する直線を回転させて描かれる回転面である。弾性突起１８の表面は、円柱を中心軸に平行な平面で切断して得られた形状の曲面（円柱の回転面の一部）の形状をなしている。弾性突起１８は、上面よりも下面が広くなるように、末広がりの形状になっている。
半導体チップ１０には、複数の配線２０が形成されている。配線２０の材料として、Ａｕ、Ｔｉ、ＴｉＷ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｄ又は鉛フリーはんだ等を使用することができる。複数の配線２０は、電極１４上から弾性突起１８上に至るように形成されている。複数の配線２０は、隣同士の間隔をあけて弾性突起１８の上面に形成されている。１つの弾性突起１８上に複数の配線２０が形成されている。配線２０は、弾性突起１８の延長方向に沿った軸ＡＸに交差するように延びる。配線２０は、電極１４上から、絶縁膜１６上を通って、弾性突起１８上に至る。弾性突起１８上では、配線２０の表面は、弾性突起１８の表面に従った曲面になっている。配線２０と電極１４は直接接触していてもよいし、両者間に導電膜（図示せず）が介在していてもよい。配線２０は、弾性突起１８の、電極１４とは反対側の端部を越えて、絶縁膜１６上に至るように形成されている。
（半導体モジュールの製造方法）
図４（Ａ）〜図５は、本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明する図である。本実施の形態では、上述した半導体装置１を、接着剤２２を介して、ベース基板２４に搭載する。ベース基板２４は、弾性変形する性質を有し、樹脂などからなるフレキシブル基板であってもよい。ベース基板２４には、リード２６が形成されている。リード２６の延長方向（図４（Ｂ）で紙面の表裏面方向）に直交する幅Ｗ１は、配線２０の延長方向（図４（Ｂ）で紙面の表裏面方向）に直交する幅Ｗ２よりも狭い。
図４（Ａ）〜図５は、本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明する図である。本実施の形態では、上述した半導体装置１を、接着剤２２を介して、ベース基板２４に搭載する。ベース基板２４は、弾性変形する性質を有し、樹脂などからなるフレキシブル基板であってもよい。ベース基板２４には、リード２６が形成されている。リード２６の延長方向（図４（Ｂ）で紙面の表裏面方向）に直交する幅Ｗ１は、配線２０の延長方向（図４（Ｂ）で紙面の表裏面方向）に直交する幅Ｗ２よりも狭い。
リード２６を、配線２０の弾性突起１８上の部分に接触させて、弾性突起１８の延長方向に沿った軸ＡＸ（図１参照）に交差して延びるように配置する。半導体装置１及びベース基板２４の間に押圧力を加える。押圧力によって、弾性突起１８上の複数の配線２０を、リード２６に接触させる。
図５に示すように、さらに押圧力を加えて、リード２６及び配線２０を弾性突起１８にめり込ませて、弾性突起１８に窪み２８を形成する。詳しくは、リード２６の押圧力が配線２０を介して弾性突起１８に加えられるが、弾性突起１８の弾性力によって、窪み２８の内面（又は配線２０の表面）とリード２６の側面には隙間があく。なお、弾性突起１８が弾性変形し、ベース基板２４も弾性変形してもよい。複数の配線２０及び複数のリード２６の接触部を、それぞれ、複数の窪み２８内に配置する。配線２０は、窪み２８内でその内面に沿って屈曲する。そして、弾性突起１８の隣同士の配線２０の間の部分と、ベース基板２４とを、相互に弾性力を以て密着させる。押圧力によって、半導体装置１及びベース基板２４の間で接着剤２２を流動させる（例えば排出する）。さらに、窪み２８の内面（又は配線２０の表面）とリード２６との間の隙間で、接着剤２２を流動させる。
熱によって、接着剤２２を硬化収縮させ、接着剤２２が硬化するまで押圧力を維持する。接着剤２２が硬化したら押圧力を解除する。こうして、半導体モジュールを製造する。
本実施の形態によれば、隣同士の窪み２８の間で弾性突起１８をベース基板２４に密着させるため、両者間の界面を１つだけにすることができ、水分の侵入経路が少なくなる。この点、両者間に接着剤２２が介在すると界面が２つになるので水分の侵入経路が多いので、イオンマイグレーションが発生しやすいが、本実施の形態によれば、これを防止することができる。また、接着剤２２が介在しない部分では、接着剤２２に一般的に含まれるイオン化しやすい物質（ナトリウム・カリウムなどのアルカリ金属（第１族元素のうち水素を除いたもの）又はフッ素・塩素・臭素などのハロゲン（第１７属元素））を配線２０間から排除することができ、これによってもイオンマイグレーションの発生を防止することができる。さらに、接着剤２２は硬化すると収縮するので、弾性突起１８とベース基板２４間に硬化した接着剤２２が介在すると界面の剥離が生じやすいが、本実施の形態では、接着剤２２が介在しない部分では剥離が生じにくく、しかも、弾性力によって弾性突起１８とベース基板２４が密着するので両者の剥離が生じにくい。さらに、本実施の形態では、窪み２８の内面とリード２６の間に隙間を形成して接着剤２２を流動させるので、接着剤２２に含まれるボイドを排出することができる。
（半導体モジュール）
図６は、本発明の実施の形態に係る半導体モジュールを説明する図である。半導体モジュールは、上述した半導体装置１と、ベース基板２４と、を有する。ベース基板２４は、リード２６の弾性突起１８とは反対側を支持する。
図６は、本発明の実施の形態に係る半導体モジュールを説明する図である。半導体モジュールは、上述した半導体装置１と、ベース基板２４と、を有する。ベース基板２４は、リード２６の弾性突起１８とは反対側を支持する。
弾性突起１８は、弾性変形によって形成された複数の窪み２８を有する。複数の配線２０の複数のリード２６との接触部は、それぞれ、複数の窪み２８内（その表面上）に形成されている。弾性突起１８の隣同士の配線２０の間の部分と、ベース基板２４とは、相互に弾性力を以て密着している。
窪み２８の内面とベース基板２４の表面とのなす角度は、リード２６がベース基板２４から立ち上がる角度（内部側の角度）よりも鋭角になっている。したがって、窪み２８の内面（又は配線２０の表面）とリード２６との間に隙間が形成され、この隙間に接着剤２２の一部が充填されている。接着剤２２は、半導体チップ１０の弾性突起１８が形成された面（弾性突起１８を避けた領域）と、ベース基板２４の複数のリード２６が形成された面（リード２６を避けた領域）と、の間で間隔を保持する。接着剤２２は硬化収縮している。接着剤２２は、硬化時の収縮による残存ストレスを内在している。
本実施の形態によれば、隣同士の窪み２８の間で弾性突起１８がベース基板２４に密着するため、両者間の界面が１つだけになるので、水分の侵入経路が少ない。この点、両者間に接着剤２２が介在すると界面が２つになるので水分の侵入経路が多いので、イオンマイグレーションが発生しやすいが、本実施の形態によれば、これを防止することができる。また、接着剤２２が介在しない部分では、接着剤２２に一般的に含まれるイオン化しやすい物質（ナトリウム・カリウムなどのアルカリ金属（第１族元素のうち水素を除いたもの）又はフッ素・塩素・臭素などのハロゲン（第１７属元素））を配線２０間から排除することができ、これによってもイオンマイグレーションの発生を防止することができる。さらに、接着剤２２は硬化すると収縮するので、弾性突起１８とベース基板２４間に硬化した接着剤２２が介在すると界面の剥離が生じやすいが、本実施の形態では、接着剤２２が介在しない部分では剥離が生じにくく、しかも、弾性力によって弾性突起１８とベース基板２４が密着するので両者の剥離が生じにくい。
なお、半導体モジュールを有する電子機器として、ノート型パーソナルコンピュータ又は携帯電話などが挙げられる。
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
１…半導体装置、 １０…半導体チップ、 １２…集積回路、 １４…電極、 １６…絶縁膜、 １８…弾性突起、 ２０…配線、 ２２…接着剤、 ２４…ベース基板、 ２６…リード ２８…窪み
Claims (2)
- 集積回路が形成された半導体チップと、
前記半導体チップに形成され、前記集積回路に電気的に接続された複数の電極と、
前記複数の電極上に位置する複数の開口を有して前記半導体チップ上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に配置された、長尺状をなす弾性突起と、
前記複数の電極上から、前記弾性突起が延びる方向に沿った軸に交差して延び、前記弾性突起上に至る複数の配線と、
前記複数の配線の前記弾性突起上の部分にそれぞれ接触する複数のリードと、
前記複数のリードが形成されたベース基板と、
前記半導体チップの前記弾性突起が形成された面と、前記ベース基板の前記複数のリードが形成された面と、の間で間隔を保持する硬化した接着剤と、
を有し、
前記弾性突起は、弾性変形によって形成された複数の窪みを有し、
前記複数の配線及び前記複数のリードの接触部は、それぞれ、前記複数の窪み内に位置し、
前記弾性突起は、隣同士の前記窪みの間に、弾性力を以って前記ベース基板に密着する部分を有し、
前記窪みの内面と前記リードとの間に、前記接着剤の一部が充填されている半導体モジュール。 - 半導体装置を、接着剤を介して、複数のリードが形成されたベース基板に搭載する工程を含み、
前記半導体装置は、
集積回路が形成された半導体チップと、
前記半導体チップに形成され、前記集積回路に電気的に接続された複数の電極と、
前記複数の電極上に位置する複数の開口を有して前記半導体チップ上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に配置された、長尺状をなす弾性突起と、
前記複数の電極上から、前記弾性突起が延びる方向に沿った軸に交差して延び、前記弾性突起上に至る複数の配線と、
を有し、
前記工程で、押圧力によって、
前記複数のリードを、前記複数の配線の前記樹脂突起上の部分に接触させ、
前記複数のリード及び前記複数の配線を介して、前記弾性突起を弾性変形させて複数の窪みを形成し、
前記複数の配線及び前記複数のリードの接触部を、それぞれ、前記複数の窪み内に配置し、
前記弾性突起の隣同士の前記窪みの間の部分を、弾性力を以って前記ベース基板に密着させ、
前記窪みの内面と前記リードとの間の隙間で、前記接着剤を流動させる半導体モジュールの製造方法。
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