JPH08288424A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH08288424A
JPH08288424A JP7092155A JP9215595A JPH08288424A JP H08288424 A JPH08288424 A JP H08288424A JP 7092155 A JP7092155 A JP 7092155A JP 9215595 A JP9215595 A JP 9215595A JP H08288424 A JPH08288424 A JP H08288424A
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flexible substrate
semiconductor chip
bump
semiconductor device
conductor
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JP7092155A
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Hidetoshi Takeda
英敏 武田
Manabu Bonshihara
學 盆子原
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】実装面積の小型化を目的とする実装技術の中
で、実装基板の反りやうねり等が半導体チップに影響し
ないチップサイズ半導体装置を提供する。 【構成】フレキシブル基板4は半導体チップ1の電極パ
ッド2とフレキシブル基板4上に配線されている導体リ
ード8がその電極パッド2上の金属突起バンプ3を介し
てボンディング接続されている。フレキシブル基板4に
は、また外部接続用の金属突起バンプ7が設けられてい
る。フレキシブル基板4と半導体チップ1の外形はほぼ
同一である。 【効果】フレキシブル基板4の弾性を利用し半導体チッ
プ1とフレキシブル基板4の接続部にかかる応力を緩和
する効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップに関し、
特に半導体チップとフレキシブル基板とからなりほとん
どチップ程度の大きさで使用できるチップサイズ半導体
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体チップとテープキャリアを組み合
わせたチップサイズ半導体装置の従来の例として、まず
テセラ社のμBGA(Ball Grid Arra
y)ともいえるパッケージについて説明する。
【0003】TCC(Tessera−complia
nt chip)と呼ばれている半導体装置(日経マイ
クロデバイス1994年5月号98〜102頁に記載
(U.S.Patent 5,258,330))は配
線構造が2層TCP(TapeCarrier Pac
kage)とよく似ておりこのパッケージに使われるフ
レキシブル配線基板はTCPテープと同様のプロセスで
つくられる。この従来の半導体装置を図9を断面図に示
す。フレキシブル配線基板32は、接着剤を使わないC
u−ポリイミドいわゆる2層TCPと同じ構造でポリイ
ミドフィルム31にAuをスパッタ+メッキしてパター
ン形成した配線33及びリード36を設けたものであ
る。フィルム31に設けられたビア・ホールをNiメッ
キまたは半田で埋め、さらにフィルム31よりも高く半
球状に積み上げバンプ34にし、バンプ34の表面にさ
らに薄くAuメッキを施す。このフィルム31を弾性の
ある接着剤35で半導体チップ36に固定し封止の役割
も兼ねている。半導体チップ36に張り付けられたフィ
ルム31から引き出されたAuリード37は半導体チッ
プ36上のAlパッドまたはAuパッドに超音波併用の
熱圧着ボンダーで接続し、ガルウイング状にする。この
半導体装置は、さらにチップ36の周囲に保護枠38を
取り付け、保護枠38内に樹脂を充填してリード37の
部分を封止することもできる。
【0004】このパッケージの特徴にKGD(Know
n Good Die)テクノロジーとして優れている
ということがある。すなわち、このパッケージはμBG
Aといわれるようなエリア・アレイ・パッケージなので
PGA(Pin GridArray)用のテスト基板
に取り付けてバーンインすることができ実装前のテスト
が容易である。
【0005】次に、他の従来の半導体装置として図10
を用いてIBM社のTBGA(Tape Ball G
rid Array)について説明する(特開平1−3
07236号公報)。
【0006】半導体チップとキャリアの熱膨張率の不一
致の問題を解決するのに、基板キャリアを非常に薄い可
とう性材料にすると効果があるということがわかってい
る。図10はそれを考えた新構造の半導体装置で、テフ
ロン等の適当な絶縁材料層22を金属キャリア層21の
上に注型し、絶縁材料層22にバイア23の孔を形成す
るとともに絶縁材料層22の上に金属被膜24を形成さ
せる。最後に電子デバイスその他のコネクタ端部がボン
ディングするための地点を含めて、メタライズした絶縁
材料層22上に必要な回路を形成し、図10においては
この回路に半導体チップ25を接続している。金属キャ
リア層21にも回路パターンが形成され金属キャリア2
1に実装基板との接続を行うためのバンプ26からなる
BGAが配列されているが、これは半田または熱圧着ボ
ンディングで形成する。この半導体装置のキャリアは可
とう性を持たせた構造であるため熱膨張係数の差が影響
してくる実装基板との接続には効果がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図9に示した従来の半
導体装置では、フレキシブル配線基板32と半導体チッ
プ36との間に弾性のある接着剤35を充填する必要が
ある。また、図10に示した従来の半導体装置では、半
導体チップ25よりはるかに大きなキャリアを用い大き
な実装面積を必要とする。
【0008】また、図9及び図10に示した従来の半導
体装置は、半導体チップとキャリアとの接続が高い位置
精度を必要とするため難しい。半導体チップとキャリア
の接続部の接続ピッチが小さくなるとその問題は大きく
なる。
【0009】本発明は、弾性のある接着剤が不要で実装
面積が小さくて済む半導体装置を提供し、さらに半導体
チップとキャリアとの接続が容易な半導体装置、および
バーンイン等の実装前テストが行えるフレキシブル基板
を使った半導体装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
外形が半導体チップとほぼ同一で開口部が設けられたフ
レキシブル基板と、このフレキシブル基板上にパターン
形成された導体リードと、前記半導体チップ上の電極に
設けられ前記開口部に配設された前記導体リードと接続
する第1のバンプと、前記フレキシブル基板上の前記導
体リードに接続された外部接続用の第2のバンプとを備
え、導体リードがフレキシブル基板の半導体チップとは
反対側の面に設けられ、第1のバンプが前記フレキシブ
ル基板の開口部に嵌め合わせられたようにでき、さらに
第1のバンプは金属突起を複数段に重ねたものとし、第
1のバンプと開口部を樹脂で封止することもできる。
【0011】本発明の半導体装置は、外形が半導体チッ
プとほぼ同一で前記半導体チップ上の電極に対応してス
ルーホールを導電材で埋めたパッドが設けられたフレキ
シブル基板と、このフレキシブル基板上にパターン成形
され前記パッドに接続された導体リードと、前記半導体
チップ上の電極に設けられ前記パッドと接続する第1の
バンプと、前記フレキシブル基板上の前記導体リードに
接続された外部接続用の第2のバンプとを備えている。
【0012】本発明の半導体装置は、半導体チップ1に
設けた金属突起を複数段に重ねた位置決め用バンプをフ
レキシブル基板に対応して設けた位置決め用開口部に嵌
め合わせたようにもできる。
【0013】これらの半導体装置は、外形が半導体チッ
プより大きな切断前フレキシブル基板と、この切断前フ
レキシブル基板上にパターン成形された切断前導体リー
ドと、前記切断前フレキシブル基板の前記半導体チップ
に対応する領域以外に設けられ前記切断前導体リードに
接続されたテスト用電極とを備えたものから、前記切断
前フレキシブル基板を前記切断前導体リードと共に前記
半導体チップの外周にほぼ沿った線で切断して外側の部
分を除去することにより得ることができる。
【0014】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0015】(実施例1)図1は本発明の実施例1の断
面図を、図2に実施例1の半導体装置をマザーボード1
8へ実装した状態の断面図を示す。
【0016】図において、1は半導体チップ、2は半導
体チップ表面のアルミニウム(Al)等の電極、3は電
極2の上に形成された金、Au/Pd、銅等の金属突起
バンプ、4はポリイミド(Pi)、エポキシ系樹脂等か
らなるフレキシブル基板、5は半導体チップ1の電極2
に対応した開口部、6はフレキシブル基板4に形成され
た外部接続用電極、7は外部接続用電極6の上に形成さ
れた金属突起バンプ、8はフレキシブル基板4上に形成
され電極6と金属突起バンプ3とを電気的に接続するた
めなどに用いられる銅、アルミ、金等の導体リード、9
はエポキシまたはシリコン系の樹脂コーティングであ
る。
【0017】図1において、半導体チップ1の電極2上
の金属突起バンプ3はそれに対応して設けたフレキシブ
ル基板4の開口部5上の導体リード8とボンディング接
続されている。導体リード8はフレキシブル基板4の半
導体チップ1がマウントされる側に形成されている。ま
た、半導体チップ1の表面は外気、湿度から保護するた
めに樹脂コーティング9が施されている。本実施例では
半導体チップ1の周辺部に電極2が配列されているもの
に対して、フレキシブル基板4上の外部接続用電極6が
電極2が配列された位置の外側と内側の両側それぞれに
1列または複数列に配列されている例を示している。
【0018】本実施例では、フレキシブル基板4上に設
ける外部接続用電極6及び金属突起バンプ7のほとんど
を半導体チップ1に対応する領域内に配列でき、図1に
示すように半導体チップ1に対応する領域の外側に配例
する場合であっても、このような外側に配例する外部接
続用電極6及び金属突起バンプ7は、半導体チップ1の
外周に沿って1列または2列程度の少数列に配置でき、
フレキシブル基板4を半導体チップ1よりわずかに大き
くするだけで済み、実装面積を小さくできる。
【0019】図2はこの半導体装置をマザーボード18
に実装したときの様子である。フレキシブル基板4と半
導体チップ1の間隙には40〜50μmの空間があるた
め、例えば100μmの厚さのフレキシブル基板4の反
りやうねりのあるマザーボード18に実装すると、半導
体チップ1に歪等の影響を与えることなくマザーボード
18の反りに沿った実装ができる。
【0020】(実施例2)図3は本発明の実施例2の断
面図を示す。
【0021】本実施例において、導体リード8はフレキ
シブル基板4の半導体チップ1がマウントされる面とは
反対側の面に形成されている。また、半導体チップ1の
表面は外気、湿度から保護するために例えばポリイミド
(PI)コーティング20がされている。半導体チップ
1の電極2上の金、Au/Pd、銅等の金属突起バンプ
3がそれに対応して設けられたフレキシブル基板4の開
口部5に嵌め合わされることにより半導体チップ1とフ
レキシブル基板4が位置合わせされ、さらに半導体チッ
プ1の金属突起バンプ3と開口部5上の導体リード8と
がボンディング接続される。
【0022】この実施例では、位置合わせのために使っ
ている半導体チップ電極2およびその上に形成された金
属突起バンプ3は、実際に信号または電源ラインとして
使われる電極であり、開口部5上の導体リード8とのコ
ンタクトが必要とされる。この図は、半導体チップ1の
周辺部に電極2が配列されているものに対して、フレキ
シブル基板4上の外部接続用電極6が半導体チップ1の
電極2の位置の内側に1列ないし複数列に配列されてい
る例を示している。
【0023】本実施例では図3に示すようにフレキシブ
ル基板4を半導体チップ1より小さくでき、実装面積が
小さくて済む。
【0024】(実施例3)図4は本発明の実施例3の断
面図を示す。
【0025】半導体チップ1の電極2上に金、Au/P
d、銅等の2段に重ねた金属突起バンプ3Wを形成し、
この金属突起バンプ3Wとこれに対応してフレキシブル
基板4に設けられた開口部5とを嵌め合わせて半導体チ
ップ1とフレキシブル基板4との位置合わせを行ってい
る。2段バンプ3Wを使用することにより、半導体チッ
プ1とフレキシブル基板4の間隙を大きくとることがで
き、フレキシブル基板4の厚さの増加に対応でき、半導
体チップ1におけるより大きい応力の緩和が得られ、半
導体チップ1の表面の樹脂封止を行うときは樹脂の流し
込み性が良くなるなど利点がある。
【0026】また、半導体チップ1の表面は外気、湿度
から保護するために例えばポリイミド(PI)コーティ
ング20がされている。この例はフレキシブル基板4の
開口部5から封止樹脂19を流し込み、半導体チップ1
の電極2と、金属突起バンプ3とフレキシブル基板開口
部5の接合部を封止している。この封止により、金属突
起バンプ3と導電リード8との接合部の補強に加えて接
合部の酸化、腐食を防止することができる。
【0027】この実施例は、位置合わせのために使って
いる半導体チップ1の電極2およびその上に形成された
金属突起バンプ3Wは、実際に信号または電源ラインと
して使われる電極であり、開口部5上ので導体リード8
とのコンタクトが必要とされる。この図は、半導体チッ
プ1の周辺部に電極2が配列されているものに対して、
フレキシブル基板4上の外部接続用電極6が半導体チッ
プ1のその電極2の位置よりも内側に1列ないし複数列
に配列されている例を示している。
【0028】(実施例4)図5は本発明の実施例4の断
面図を示す。
【0029】半導体チップ1の例えば4隅に電極2a及
び位置合わせ専用金属突起バンプ11が形成されてい
る。この電極2a上の位置合わせ専用金属突起バンプ1
1は電極2に形成したバンプ3と同じものを2段に形成
している。このように位置合わせ専用金属突起バンプ1
1をバンプ3と同じものを2段に重ねたバンプにした理
由は、半導体チップ1の電極2に金属突起バンプ3を形
成するときと同じバンプボンダーが使えるためである。
また、フレキシブル基板4の位置合わせ専用金属突起バ
ンプ11に相対応する位置に位置合わせ専用開口部12
が形成されている。
【0030】4隅の位置合わせ専用金属突起バンプ11
と位置合わせ専用開口部12とを嵌め合わせることによ
り半導体チップ1とフレキシブル基板4とのボンディン
グ位置の位置合わせを正確に行うことができる。位置合
わせした後に、位置合わせ専用金属突起バンプ11の先
端をエッジボンダーでつぶし金属突起バンプ11を半径
方向に膨らませる開口部12と密着させると、半導体チ
ップ1とフレキシブル基板4とが固定されて、樹脂封止
時のフレキシブル基板4の浮きを防止できる。なお、位
置合わせ専用開口部12の形状は円形の方が位置精度が
あがる。
【0031】半導体チップ1の表面は外気、湿度から保
護するために例えばポリイミド(PI)コーティング2
0がされている。
【0032】本実施例ではフレキシブル基板4の中央に
中央開口部10が設けられ、中央開口部10内に複数の
導体リード8が設けられ、これらの導体リード8に対応
して半導体チップ1の中央開口部10に対応する部分に
複数の電極2及び金属突起バンプ3が設けられている。
フレキシブル基板4上の導体リード8と半導体チップ1
上の金属突起バンプ3とは半導体チップ1の中央開口部
10においてボンディング接続されている。そして中央
開口部10から樹脂19を流し込んで導体リード8と金
属突起バンプ3との接合部分のみ封止している。この封
止により接合部の補強に加えて接合部の酸化、腐食を防
止することができる。
【0033】(実施例5)図6は本発明の実施例5の断
面図を示す。
【0034】図において、半導体チップ1の電極2の位
置に対応してフレキシブル基板4にスルーホール14が
形成されている。スルーホール14はメッキにより銅等
の導電材で埋められ、スルーホール14にパッドを形成
している。メッキの厚さをフレキシブル基板4の半導体
チップ1側に少し出る(例えば50μm)程度まで析出
させることにより半導体チップ1の電極2側の金属突起
バンプ3を省くこともできる。
【0035】半導体チップ1とフレキシブル基板4の隙
間からエポキシまたはシリコン系等の封止樹脂19を流
し込み、半導体チップ1の表面を固定している。この実
施例ではフレキシブル基板4上の導体リード8の上に例
えばポリイミド(PI)等からなるソルダーレジスト1
5が外部接続用電極6を除いて施された3層構造になっ
ていて外部接続用電極6上には半田バンプ13が形成さ
れている。
【0036】(実施例6)図7は本発明の実施例6の断
面図である。
【0037】フレキシブル基板4上には半導体チップ1
に対応する領域内にある外部接続用電極6の他に半導体
チップ1に対応する領域外にもう一つ別の外部接続用電
極16が形成されている。この外部接続用電極16と対
応する半導体チップ1の電極2、外部接続用電極6は金
属突起バンプ3及び導体リード8を通して結ばれてい
る。この引き出された外部接続用電極16には金、Au
/Pd、銅等の金属突起バンプ17が形成されており、
ET(Electrical Test)/BT(Ba
rn in Test)等のテストが専用の治具により
行える。テストを行った後にフレキシブル基板4(導体
リード8も含めて)を矢印27で示す半導体チップ1の
外周に沿った線で切断してフレキシブル基板4の半導体
チップ1に対応する領域外の部分を切除することにより
本実施例の半導体装置の外形を半導体チップ1と同一に
でき、半導体装置の実装面積を小さくできる。このよう
にフレキシブル基板を半導体チップ1の外側の部分にテ
スト用の外部接続用電極を設けることは上述の本発明の
実施例1〜5に適用可能である。すなわち本実施例と同
様のものから実施例1〜5の半導体装置を製造できる。
【0038】(実施例7,8)上述の実施例1〜6に示
した電極2,2a,6,16、金属突起バンプ3,7,
11,17、開口部5,10及びスルーホール14等並
びにこれらの半導体チップ1に対する配置は種々に組合
わせて適用できる。図8はこれらを適宜に組合わせた本
発明の実施例の平面図で、右半分が本発明の実施例7を
示し、左半分が本発明の実施例8を示す。
【0039】実施例7及び実施例8は共に両側スプロケ
ット穴30を有するテープ状のフレキシブル基板4に半
導体チップ1を取り付けた状態で示してあり、フレキシ
ブル基板4の周囲には支持部分29を残して分離用穴2
8が設けられている。図7に示す実施例6は、このよう
にテープ状のフレキシブル基板4に半導体チップ1を取
り付けた状態のものであり、図1〜図6に示す実施例1
〜5は、図8に示す状態のものから支持部分29を切断
し、導体リード8を分離用穴28の部分で切除して半導
体チップ1の外側の部分を切除して得ることができる。
【0040】図8に示す半導体チップ1、電極2、フレ
キシブル基板4、開口部5、外部接続用電極6、金属突
起バンプ7、導体リード8、中央開口部10、位置合わ
せ専用金属突起バンプ11、位置合わせ専用開口部1
2、外部接続用電極16及び金属突起バンプ17は図1
〜図7に示すものと同様な構造であり、図8には示すこ
とができなかったが、図8に示す実施例7,8には図1
〜図7に示すものと同様な金属突起バンプ3等が設けら
れている。
【0041】図8の右側は位置合わせ専用電極2aと位
置合わせ専用金属突起バンプ11を持たない例で、主に
フレキシブル基板4の開口部5と金属突起バンプ3を嵌
め込むことで位置合わせを行っている。フレキシブル基
板4上の外部接続用電極6は半導体チップ1上の領域に
配置され、テストに使われる外部接続用電極16は半導
体チップ1上の領域外に配列されている。
【0042】図8の左側に示す例は半導体チップ1の4
隅にある位置合わせ専用金属突起バンプ11と、フレキ
シブル基板4の位置合わせ専用開口部12とで位置合わ
せを行っている。この例ではフレキシブル基板に中央開
口部10が設けられ、半導体チップ1の中央開口部10
の中側に電極2が集中して設けられ、フレキシルブ基板
4の外部接続用電極6がその電極2の位置より外側の半
導体チップ1に対応する領域内にそしてテストに使われ
る外部接続用電極16が半導体チップ1に対応する領域
外に配列されている。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
は、半導体チップとフレキシブル基板とを第1のバンプ
で接続し、フレキシブル基板に設けた第2のバンプを実
装基板に接続することにより、実装基板の反りやうねり
の影響または実装基板の熱膨張の影響を半導体チップに
与えないように出来る。特に第1のバンプにより半導体
チップとフレキシブル基板との間に十分な隙間が設けら
れるので、半導体チップとフレキシブル基板とを離すた
めに図9に示したような弾性のある接着剤を充填する必
要がない。
【0044】また、実装基板との接続がフレキシブル基
板上の第2のバンプで行われ、フレキシブル基板の外側
にリード等が突出しないのでフレキシブル基板を半導体
チップと同程度の大きさにすることにより実装面積を小
さく出来る。また、第1のバンプと開口部とを嵌め合わ
せ、または位置決め用バンプを位置決め用開口部に嵌め
合わせることにより、半導体チップとフレキシブル基板
との位置合わせを容易に正確に行うことができる。
【0045】さらに切断前フレキシブル基板にテスト用
電極を設けておくことにより、半導体チップをフレキシ
ブル基板に接続した状態でET/BT等のテストを行う
ことができ、これらテスト後に切断前フレキシブル基板
を半導体チップの外周にほぼ沿って切断することによ
り、テスト済みの半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の断面図である。
【図2】図1に示す実施例1をマザーボード18に実装
した状態の断面図である。
【図3】本発明の実施例2の断面図である。
【図4】本発明の実施例3の断面図である。
【図5】本発明の実施例4の断面図である。
【図6】本発明の実施例5の断面図である。
【図7】本発明の実施例6の断面図でる。
【図8】本発明の実施例7及び8を示す平面図である。
【図9】従来の半導体装置の断面図である。
【図10】従来の他の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
1 半導体チップ 2 電極 2a 位置合わせ専用電極 3,3W 金属突起バンプ 4 フレキシブル基板 5 開口部 6 外部接続用電極 7 金属突起バンプ 8 導体リード 9 樹脂 10 中央開口部 11 位置合わせ専用金属突起バンプ 12 位置合わせ専用開口部 13 半田バンプ 14 スルーホール 15 ソルダーレジスト 16 外部接続用電極 17 金属突起バンプ 18 マザーボード 19 封止樹脂 20 ポリイミドコーティング 21 金属キャリア層 22 絶縁材料層 23 バイア 24 金属被膜 25 電子デバイス

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外形が半導体チップとほぼ同一で開口部
    が設けられたフレキシブル基板と、このフレキシブル基
    板上にパターン形成された導体リードと、前記半導体チ
    ップ上の電極に設けられ前記開口部に配設された前記導
    体リードと接続する第1のバンプと、前記フレキシブル
    基板上の前記導体リードに接続された外部接続用の第2
    のバンプとを含むことを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 外形が半導体チップとほぼ同一で前記半
    導体チップ上の電極に対応してスルーホールを導電材で
    埋めたパッドが設けられたフレキシブル基板と、このフ
    レキシブル基板上にパターン成形され前記パッドに接続
    された導体リードと、前記半導体チップ上の電極に設け
    られ前記パッドと接続する第1のバンプと、前記フレキ
    シブル基板上の前記導体リードに接続された外部接続用
    の第2のバンプとを含むことを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 導体リードがフレキシブル基板の半導体
    チップとは反対側の面に設けられ、第1のバンプが前記
    フレキシブル基板の開口部に嵌め合わせられたことを特
    徴とする請求項1記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 第1のバンプは金属突起を複数段に重ね
    たことを特徴とする請求項1または3記載の半導体装
    置。
  5. 【請求項5】 第1のバンプと開口部が樹脂で封止され
    たことを特徴とする請求項1,3または4記載の半導体
    装置。
  6. 【請求項6】 半導体チップ1に設けた金属突起を複数
    段に重ねた位置決め用バンプをフレキシブル基板に対応
    して設けた位置決め用開口部に嵌め合わせたことを特徴
    とする請求項1ないし5記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】 外形が半導体チップより大きな切断前フ
    レキシブル基板と、この切断前フレキシブル基板上にパ
    ターン成形された切断前導体リードと、前記切断前フレ
    キシブル基板の前記半導体チップに対応する領域以外に
    設けられ前記切断前導体リードに接続されたテスト用電
    極とを含み、前記切断前フレキシブル基板を前記切断前
    導体リードと共に前記半導体チップの外周にほぼ沿った
    線で切断して外側の部分を除去することにより請求項1
    ないし6記載の半導体装置を得ることを特徴とする半導
    体装置。
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