JP5263485B2

JP5263485B2 - 半導体モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP5263485B2
Application number: JP2008056224A
Authority: JP
Inventors: 直也佐藤; 明仁成田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-03-06
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-03-06
Also published as: JP2009212437A

Description

本発明は、半導体モジュールの製造方法に関する。

従来、半導体チップをフレキシブル基板に搭載したＣＯＦと呼ばれる実装形態が知られている（特許文献１）。この形態では、半導体チップのバンプとフレキシブル基板のリードを、対向する小さな表面同士で電気的に接続しなければならないが、金属から構成されるリードは汚染されやすいので、これを洗浄又はエッチングなどする必要があった。なお、特許文献２には、本願発明に関連して樹脂突起上に端子を形成することが開示されている。
特許第３２８４９１６号公報特開２００７−４２８６７号公報

本発明は、電気的接続について信頼性を向上させることを目的とする。

（１）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、リードが形成された弾性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電極と、
前記電極上に位置する開口を有して前記半導体チップ上に形成されたパッシベーション膜と、
前記パッシベーション膜上に配置された樹脂突起と、
前記電極上から、前記樹脂突起上に至るように延びる配線と、
を有し、
前記リードの表面は、前記リードを構成する材料よりも延展性の低い材料からなる絶縁膜で覆われ、
前記工程で、
前記半導体装置と前記弾性基板の間に押圧力を加えて、前記配線の前記樹脂突起上の部分を、前記リードに押圧し、
前記押圧力によって、前記リードを介して前記弾性基板を弾性変形させて窪みを形成するとともに前記窪みの表面で前記リードを延展し、
前記リードの延びによって前記絶縁膜を破断し、前記リードの一部を前記絶縁膜の切れ間から露出させて前記配線と接触させる。本発明によれば、予めリードが絶縁膜で覆われているのでリードの汚染を防止することができる。しかも、押圧力によって絶縁膜を破断しながらリードと配線を接触させるので、絶縁膜を除去する工程を増やすことなく電気的な接続信頼性を確保することができる。
（２）この半導体モジュールの製造方法において、
前記樹脂突起は、前記半導体チップとは反対の表面が凸曲面をなし、
前記配線は、前記凸曲面に沿った形状をなし、
前記窪みは、前記配線の表面に対応した凹曲面をなし、
前記リードを、前記凹曲面に沿って延展してもよい。
（３）この半導体モジュールの製造方法において、
前記リードは、Ｃｕ層と、前記Ｃｕ層の外側で表面を構成するＣｕ−Ｓｎ合金層と、を有し、前記Ｃｕ−Ｓｎ合金層が前記絶縁膜で覆われていてもよい。

（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パッシベーション膜１６が形成されている。パッシベーション膜１６は、例えば、ＳｉＯ_２やＳｉＮ等の無機材料のみで形成されている。パッシベーション膜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（パッシベーション膜１６上）には、樹脂突起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）延びる樹脂突起１８が示されており、複数の樹脂突起１８が平行に配列されている。樹脂突起１８は、弾性変形する性質を有する。樹脂突起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。

樹脂突起１８は長尺状に形成されている。樹脂突起１８は、延長方向に沿った軸ＡＸ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。樹脂突起１８は、その断面において、弓形の弦がパッシベーション膜１６上に配置されている。樹脂突起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。樹脂突起１８の表面は、樹脂突起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。樹脂突起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。樹脂突起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上から樹脂突起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樹脂突起１８の上面に形成されている。１つの樹脂突起１８上に複数の配線２０が形成されている。配線２０は、樹脂突起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、パッシベーション膜１６上を通って、樹脂突起１８上に至る。樹脂突起１８上では、配線２０の表面は、樹脂突起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、樹脂突起１８の、電極１４とは反対側の端部を越えて、パッシベーション膜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３〜図４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、弾性基板２４に搭載する。弾性基板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。弾性基板２４には、リード２６が形成されている。リード２６の表面は、リード２６を構成する材料（金属）よりも延展性の低い材料からなる絶縁膜３０で覆われている。絶縁膜３０は、酸化膜であってもよいし樹脂膜（例えば、ロジン系樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂からなる膜）であってもよい。リード２６の延長方向に直交する幅（図示せず）は、配線２０の延長方向に直交する幅（図１参照）よりも狭い。

リード２６を、樹脂突起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及び弾性基板２４の間に押圧力を加える。押圧力によって、樹脂突起１８上の複数の配線２０をリード２６に接触させる。

図４に示すように、押圧力によって、リード２６を介して、弾性基板２４を弾性変形させて、窪み２８を形成する。窪み２８は、凹曲面であって、樹脂突起１８の弾性変形後の形状（又はその上の配線２０の形状）に対応した形状になっている。このとき、窪み２８の表面（凹曲面）でリード２６を延展する。そして、リード２６の延びによって絶縁膜３０を破断し、リード２６の一部を絶縁膜３０の切れ間から露出させて配線２０と接触させる。なお、押圧力によって、配線２０を介して、樹脂突起１８を弾性変形させて窪みを形成してもよい（図示せず）。そして、樹脂突起１８の隣同士の配線２０の間の部分と、弾性基板２４とを、相互に弾性力を以て密着させる（図５参照）。

本実施の形態によれば、予めリード２６が絶縁膜３０で覆われているのでリード２６の汚染を防止することができる。しかも、押圧力によって絶縁膜３０を破断しながらリード２６と配線２０を接触させるので、絶縁膜３０を除去する工程を増やすことなく電気的な接続信頼性を確保することができる。

また、リード２６を窪み２８の表面で延展するので、配線２０との接触面積が大きくなって、電気的接続信頼性が高まる。ここで、樹脂突起１８の表面が凸曲面なので、リード２６を延展するときにその破断が生じにくい。しかも、樹脂突起１８の弾性力によって応力が分散されることからも、リード２６の破断が防止される。

押圧力によって、半導体装置１及び弾性基板２４の間で接着剤２２を流動させる（例えば排出する）。図４に示すように、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。

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の変形例を説明する図である。この例では、リード１２６は、Ｃｕ層１２２と、Ｃｕ層１２２の外側で表面を構成するＣｕ−Ｓｎ合金層１２４と、を有する。Ｃｕ−Ｓｎ合金層１２４が絶縁膜１３０で覆われている。Ｃｕ−Ｓｎ合金層１２４は、Ｃｕ層１２２にＳｎ層を設け、ＣｕとＳｎを金属拡散して形成することができる。本発明は、リード１２６がこの構成になっている場合にも適用可能である。

（半導体モジュール）
図４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、弾性基板２４と、を有する。弾性基板２４は、リード２６の樹脂突起１８とは反対側を支持する。リード２６は、配線２０の樹脂突起１８上の部分に接触する。

弾性基板２４は、弾性変形によって形成された複数の窪み２８を有する。窪み２８の内面は、曲面であって、樹脂突起１８の弾性変形後の表面に対応した形状になっている。複数のリード２６の複数の配線２０との接触部は、それぞれ、複数の窪み２８の表面上に形成されている。

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の表面上に形成されている。なお、配線２０とリード２６の間には、絶縁膜１３０の破片が介在しており、絶縁膜１３０の切れ目において、配線２０とリード２６が接触している。また、樹脂突起１８の隣同士の配線２０の間の部分と、弾性基板２４とは、相互に弾性力を以て密着している。樹脂突起１８の弾性率は、弾性基板２４の弾性率よりも高くてもよい。

接着剤２２は、半導体チップ１０の樹脂突起１８が形成された面と、弾性基板２４の複数のリード２６が形成された面と、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、弾性基板２４及び樹脂突起１８の両方からの弾力性によって、リード２６と配線２０が圧接するのでさらに信頼性が高まる。また、リード２６の、窪み２８に対向する面は、曲面になっている。したがって、リード２６の、弾性基板２４との接触面は、平坦面であったときと比べて、曲面（図４参照）になると面積が大きくなるので、リード２６の弾性基板２４への放熱性が高くなる。

また、隣同士の配線２０の間で樹脂突起１８が弾性基板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が介在しないので、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、樹脂突起１８と弾性基板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が介在せず、しかも、弾性力によって樹脂突起１８と弾性基板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。

図１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で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線断面図である。図３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。図４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。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の変形例を説明する図である。

符号の説明

１…半導体装置、１０…半導体チップ、１２…集積回路、１４…電極、１６…パッシベーション膜、１８…樹脂突起、２０…配線、２２…接着剤、２４…弾性基板、２６…リード、３０…絶縁膜、１２２…Ｃｕ層、１２４…Ｃｕ−Ｓｎ合金層、１２６…リード、１３０…絶縁膜

Claims

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電極と、前記電極上に位置する開口を有して前記半導体チップ上に形成されたパッシベーション膜と、前記パッシベーション膜上に配置された樹脂突起と、前記電極上から前記樹脂突起上に至るように延びる配線とを有する半導体装置を、リードが形成され、前記リードを構成する材料よりも延展性の低い材料からなる絶縁膜で覆われた弾性基板に、接着剤を介して搭載する半導体モジュールの製造方法であって、
前記半導体装置を前記弾性基板に搭載する前に、前記リードを汚染防止用の前記絶縁層で予め覆う工程、を有し、
前記半導体装置を前記弾性基板に搭載する工程で、
前記半導体装置と前記弾性基板の間に押圧力を加えて、前記配線の前記樹脂突起上の部分を、前記リードに押圧し、
前記押圧力によって、前記リードを介して前記弾性基板を弾性変形させて窪みを形成するとともに前記窪みの表面で前記リードを延展し、
前記リードの延びによって前記絶縁膜を破断し、前記リードの一部を前記絶縁膜の切れ間から露出させて前記配線と接触させる半導体モジュールの製造方法。
請求項１に記載された半導体モジュールの製造方法において、
前記樹脂突起は、前記半導体チップとは反対の表面が凸曲面をなし、
前記配線は、前記凸曲面に沿った形状をなし、
前記窪みは、前記配線の表面に対応した凹曲面をなし、
前記リードを、前記凹曲面に沿って延展する半導体モジュールの製造方法。
請求項１又は２に記載された半導体モジュールの製造方法において、
前記リードは、Ｃｕ層と、前記Ｃｕ層の外側で表面を構成するＣｕ−Ｓｎ合金層と、を有し、前記Ｃｕ−Ｓｎ合金層が前記絶縁膜で覆われている半導体モジュールの製造方法。