JP4975584B2 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法。 - Google Patents

半導体装置及び半導体装置の製造方法。 Download PDF

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Description

本発明は半導体装置に関し、特に半導体チップをフレキシブル基板上に実装する半導体装置に関する。
例えば液晶表示装置に半導体装置を実装する為の技術として、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）や、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）と呼ばれる技術が知られている。ＩＣの高集積化、高機能化に伴って、このＴＣＰやＣＯＦにおいて、ビアホールを介してフレキシブル基板の裏面側にも配線を形成し、リード配線の自由度を向上させる技術が、特許文献１、２に示されている。
一方で、半導体装置の動作速度の高速化に伴って、半導体チップが排出する熱も、より大きなものとなってきている。そのため、近年ではＴＣＰなどのフレキシブル基板上にチップを配置するような半導体装置でも、より放熱機能が優れた半導体装置が必要とされている。
従来、フレキシブル基板上に半導体チップを配置するような半導体装置では、半導体チップに接続される配線層を利用して半導体チップの排出する熱を放熱することが行なわれている。しかしながら、このチップに接続される配線のみによる放熱では、近年の半導体装置において充分な放熱性を得られない場合があった。
特開平６−３１４７２４号公報 特開平１１−１０２９３７号公報
上記したように、従来の半導体チップに接続される配線のみによる放熱では、充分な放熱性が得られない場合があった。
本発明の１態様による半導体装置は、
フレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板の第１の主面上に形成され、半導体チップと電気的に接続された第１の熱伝導層と、
前記フレキシブル基板の第２の主面上に形成され、前記半導体チップと電気的に絶縁された第２の熱伝導層とを有し、
前記第２の熱伝導層は、長辺部及び短辺部を有する複数の導体パターンがストライプ状に形成されたものであり、
前記半導体チップに対応する前記フレキシブル基板の第２の主面は、当該フレキシブル基板が露出している半導体装置である。
また、本発明の１態様による半導体装置は、フレキシブル基板と、前記フレキシブル基板上に列状に配置された複数の半導体チップと、前記フレキシブル基板の第１の主面上に形成され、半導体チップと電気的に接続された第１の熱伝導層と、前記フレキシブル基板の第２の主面上に形成され、前記半導体チップと電気的に絶縁された第２の熱伝導層とを有し、前記第２の熱伝導層は、前記複数の半導体チップの列方向に対して交差する方向に長辺部を有する。
また、本発明の１態様による半導体装置の製造方法は、フレキシブル基板の第１の主面上に半導体チップと電気的に接続される第１の熱伝導層を形成し、前記フレキシブル基板の第２の主面上に前記半導体チップとは電気的に絶縁される第２の熱伝導層を形成し、前記第１の熱伝導層上に前記半導体チップを配置し、前記第１の熱伝導層の少なくとも一部及び前記半導体チップを樹脂封止する。
本発明によれば、半導体パッケージの放熱性の向上が可能となる。
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に関わる半導体装置（以下、ＴＣＰと称す）１００の断面図である。図１に示すように、本実施の形態のＴＣＰ１００は、フレキシブル基板（以下、単に基板とも称す）１、第１の熱伝導層（以下、第１の導体パターンと称す）２、第２の熱伝導層（以下、第２の導体パターンと称す）３、ソルダレジスト４、半導体チップ５、電極６を有している。
フレキシブル基板１は、絶縁性および柔軟性を有する基板である。フレキシブル基板としては、例えばポリイミド樹脂などで形成されたテープ状のフィルムが使用される。
第１の導体パターン２は、基板１の第１の主面（以下、表面と称す）上に形成されている。この第１の導体パターン２は、例えば銅箔などの導電体で形成されている。この第１の導体パターン２は、半導体チップの電極と接続されるインナーリード部、外部素子に接続されるアウターリード部、インナーリード部とアウターリード部を結ぶ配線部を有している。この第１の熱伝導層としては、配線の酸化を防ぐ為にその表面に導電性材料によるメッキが施されたものがでも良い。
第２の導体パターン３は、基板１の第２の主面（以下、裏面と称す）上に形成されている。本実施の形態では、この第２の導体パターン３は銅箔などの導電体で形成されている。また、第２の導体パターン３は、表面側でチップが搭載される領域には形成されておらず、基板１が露出された状態となっている。この第２の熱伝導層３は、表面に搭載される半導体チップとは電気的に絶縁されている。
ソルダレジスト４は、半導体チップが搭載される領域を除いて、第１の導体パターン及び第２の導体パターン上に形成される。このソルダレジスト４は、絶縁性の被覆膜であり、後述する封止樹脂の流出を防止する機能を有している。また、フレキシブル基板、あるいは導体パターン部の周囲が補強され、変形を防止する効果も有している。
半導体チップ５は、その内部に集積回路が形成されている。この半導体チップ５上に形成された電極６を介して、内部の回路と第１の導体パターンが電気的に接続される。
図２（ａ）、図２（ｂ）はそれぞれ、上記した基板１の表面、裏面を示す図である。ＴＣＰ１００は、フィルム上に列状あるいは行列状に複数並んだ状態で形成され、それを分割することによって個々の半導体装置とされる。そのため、ＴＣＰの両側にはスプロケットホール９が設けられている。スプロケットホール９は、装置の組み立てを連続して行なう場合のフィルム送りのために設けられたものである。
このように、基板１の両面には、第１の導体パターン及び第２の導体パターンが形成されている。第１の導体パターンは、半導体チップと電気的に接続されており、第２の導体パターンは半導体チップと電気的に絶縁されている。このようにＴＣＰの裏面側に熱伝導層として導体パターンを設けることによって、裏面側に、何も設けずにポリイミド表面から空中に放熱する場合よりも、熱抵抗を小さくすることが可能となる。よって、ＴＣＰとしての放熱性が向上し、実装されるチップが熱破壊などを起こしてしまう可能性も低くすることができる。
また、第２の導体パターンは、半導体チップ５の搭載される領域に相当する部分を除いて形成される。このような構成によりチップをフィルム上に実装する場合、ボンディングツールを直接フィルムに接触させることが可能となる。通常、チップを実装する場合、ボンディングツールは、加熱された状態で使用される。仮に第２の導体パターンが裏面全面に形成された状態でボンディングを行った場合、ボンディングツールの熱は第２の導体パターンを介して一部放熱されてしまう。その為、半導体チップの搭載領域の導体パターンを除去しておくことでボンディングの熱は放熱されず、効率よく半導体チップの実装を行なうことが可能となる。
図３は、以上のように構成されたＴＣＰの製造方法を示す図である。以下、図３を参照して本実施の形態のＴＣＰの製造方法について説明する。まず、基板となるフィルム上に導体層が形成される。この導体層は、公知のフォトリソグラフィ、エッチング工程によって、所定の形状にパターンニングされる（図３（ａ）、（ｂ）参照）。なお、図３では、表面及び裏面に同時に導体層が形成されているが、例えば表面の導体層を形成した後に、裏面に対して同じ工程を繰り返すことにより、裏面側の導体層を形成してもよい。
上記した導電体、例えば銅箔をベースフィルム１に貼り付けるためには、例えば接着剤が使用される。（不図示）。この接着剤は、例えば、密着性や耐熱性などに優れた熱硬化性のエポキシ系接着剤が用いられる。
その後、半導体チップ５が搭載される領域を除く第１及び第２の導体パターン上にソルダレジスト４が形成される（図３（ｃ）参照）。そして、ＴＣＰ１００に半導体チップ５が搭載される。
具体的には、半導体チップ５の電極６とＴＣＰの第１の導体パターンにおけるインナーリードが接続される。この場合、インナーリードは、例えばバンプ電極を介して半導体パッケージに搭載される半導体チップと接続される。この半導体チップの接続部にＴＣＰの導体部を接続させる工程は、例えば、インナーリードボンディングによって実施することができる。その場合、例えばボンディングステージ７上に設定した半導体素子の接続部とＴＣＰの導体部の位置合わせを行った後、ボンディングツール８を加熱条件下で押し当てて、複数部位での接続を短時間で行なうことができる（図３（ｄ）参照）。
その後、最終工程として、半導体チップやインナーリードを周囲環境の湿度あるいは、汚染等から保護するため、両者を包み込むようにして樹脂で封止する。封止用の樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂が使用される（図３（ｆ）参照）。このようにして、半導体装置１００が完成する（図３（ｇ）参照）。
このように、本実施の形態では、半導体チップと電気的に接続された第１の導体パターンと、半導体チップと電気的に絶縁された第２の導体パターンが形成される。ＴＣＰの裏面側に熱伝導層として導体パターンを設けることによって、裏面側に、何も設けずにポリイミド表面から空中に放熱する場合よりも、熱抵抗を小さくすることが可能となる。よって、ＴＣＰとしての放熱性が向上し、実装されるチップが熱破壊などを起こしてしまう可能性も低くすることができる。
また、本実施の形態に示した半導体装置１００では、第２の導体パターンは、放熱を目的として形成された熱伝導層である。従って、第１の導体パターン及び第２の導体パターンをスルーホールを介して電気的に接続させる必要がない。よって、基板１に、スルーホールを形成する必要がないため、第２の導体パターンは、スルーホール形成などの工程を行わずに第１の導体パターンと同様に形成するのみでよい。そのため、配線パターンとして、裏面に導体を形成する特許文献１あるいは２に記載のＴＣＰよりも製造工程は簡易なものとなる。
実施の形態２
図１は、実施の形態１と同様、本実施の形態２の半導体装置２００の断面を示す図である。また、図４（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、半導体チップが搭載される表面、半導体チップが搭載される表面とは反対の面である裏面を示す図である。なお、図４において、図２と共通する構成に関しては、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。図４では、図２に示した半導体装置１００におけるＴＣＰの第２の導体パターンがストライプ形状に形成されている。このストライプ形状は、長辺部及び短辺部を有する複数の導体パターンがチップ長辺部に沿う方向に並べられて形成されている。
このようなストライプ形状は、基板１の裏面に形成された銅箔をエッチングすることによって形成することができる。また、ＴＣＰの裏面に形成されるストライプ形状は、基板の表面に形成される半導体チップ５の搭載される領域に相当する部分を除いて形成される。
図５はフィルムを送る方向に対するストライプ形状の向きを示す図である。なお、図５（ａ）に示すＴＣＰでは、ストライプ形状はフィルムを送る方向に対して直交方向に延在している。また、図５（ｂ）に示すＴＣＰでは、ストライプ形状はフィルムを送る方向に対して等方向に延在している。
このように、ストライプ状に第２の導体パターンを形成した場合フレキシブル基板１としての柔軟性を向上させることが可能となる。柔軟性のみを考慮した場合は、フィルムを送る方向に対するストライプ形状の向きはどちらでもよい。しかしながら、フィルムを巻き取る方向を考慮する場合、ＴＣＰの裏面に形成されるストライプ形状は、フィルムを送る方向に対して直交方向に延在していていることが好ましい。また、搭載される半導体チップが長辺部、短辺部を有しているのであれば、長辺部の方向に沿ったストライプ形状とすることで、チップ長辺方向の強度を保ちつつ、柔軟性を向上させることが可能となる。
以上、本実施の形態では、ＴＣＰの裏面に形成される第２の導体パターンをストライプ形状とした。第２の導体パターンをストライプ形状とすることで、ＴＣＰの柔軟性を高めることが可能となる。また、第２の導体パターンの表面積が増加することにより、さらに放熱性を高めることが可能となる。さらに、第２の導体パターンは、半導体チップ５の搭載される領域に相当する部分を除いて形成される。このような構成によりチップをフィルム上に実装する場合、ボンディングツールを直接フィルムに接触させることが可能となる。よって、半導体チップの搭載領域の導体パターンを除去しておくことでボンディングの熱は放熱されず、効率よく半導体チップの実装を行なうことが可能となる。
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない限り種々の変形が可能である。本実施の形態では、フレキシブル基板の裏面に半導体チップで発生する熱を放熱する放熱面を導体パターンで形成している。しかしながら、放熱が目的であれば、フレキシブル基板の裏面に、熱を赤外線に変換して放熱する特殊なセラミックのパターンを形成してもよい。また、実施の形態２では、第２の導体パターンをストライプ形状としている。しかしながら、第２の導体パターンの表面積を増やすことにより放熱性の向上に寄与できるのであれば、特にストライプ形状である必要はなく、種々の形状を取ることが可能である。
実施の形態１に関わる半導体装置１００の断面を示す図である。 実施の形態１に関わる半導体装置１００を示す図である。 実施の形態１に関わる半導体装置１００の製造工程を示す図である。 実施の形態２に関わる半導体装置２００を示す図である。 実施の形態２に関わる半導体装置２００の裏面とフィルムを送る方向との関係性を示す図である。
符号の説明
１ ベースフィルム
２ 第１の導体パターン
３ 第２の導体パターン
４ ソルダレジスト
５ 半導体チップ
６ 電極（バンプ電極）
７ ボンディングステージ
８ ボンディングツール
９ スプロケットホール
１００ ＴＣＰ

Claims (2)

  1. フレキシブル基板と、
    前記フレキシブル基板の第１の主面上に形成され、半導体チップと電気的に接続された第１の熱伝導層と、
    前記フレキシブル基板の第２の主面上に形成され、前記半導体チップと電気的に絶縁された第２の熱伝導層とを有し、
    前記第２の熱伝導層は、長辺部及び短辺部を有する複数の導体パターンがストライプ状に形成されたものであり、
    前記半導体チップに対応する前記フレキシブル基板の第２の主面は、当該フレキシブル基板が露出している半導体装置。
  2. 前記複数の導体パターンの長辺部は、前記半導体チップの長辺部と同一方向に形成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。
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