JPS63176192A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置、特にＩＣカードなどのような薄型
の半導体装置に適用して有効な技術に関するものである
。

〔従来の技術〕

薄型の半導体装置の代表例であるＩＣカードに関しては
、例えば特公昭５３−６４９１号公報、あるいは特開昭
５８−１３８０５７号公報などに記載がある。

ところで、近年、磁気ストライプカードに代わるものと
して、半導体ペレットを内蔵したＩＣカードが注目され
ている。

このＩＣカードの基本構成は、可撓性材料を薄板状に形
成してなるカード基体の一部に、マイクロプロセッサや
メモリなどの集積回路を有する半導体ペレットと、この
ペレットと電気的に接続された接続用端子とを埋設した
ものであり、従来の磁気ストライプカードに比べて大量
の情報を記憶させることができる、情報を書き換えるこ
とができるなどの利点を有している。

また、このＩＣカードは、磁気ストライプカードとの共
用や携帯性などを考慮してその厚さをほぼ０．８鮒前後
に薄型化する必要があるため、前記カード基体としては
塩化ビニル樹脂など、折り曲げ強度の高い可撓性材料が
使用されるとともに、半導体ペレットも他の半導体装置
に使用されるものに比較して、より薄型化されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記ＩＣカードのような薄型の半導体装置においては、
薄板状に形成された可撓性材料からなる基体の一部に脆
性材料である半導体ペレットを埋設しているため、この
半導体装置に外部から力が加わったときに半導体ペレッ
トに応力が集中し易く、従って、その際、如何にこの半
導体ペレットの破損を防止するかが、薄型の半導体装置
の設計上重要な問題となっている。

そこで従来、この半導体ペレットよりも硬質の材料から
なる保護部材でこの半導体ペレットを被覆することによ
り、あるいは逆に基体と同じような可撓性を備えた保護
部材でこの半導体ペレットを被覆することにより、半導
体ペレットの破損を防止しようとすＳ提案がなされてい
る。

ところが、本発明者は、上記薄型の半導体装置における
半導体ペレットの破損防止技術について、以下のような
問題点を見出した。

すなわち、上記半導体ペレットは、シリコン単結晶やガ
リウムーヒ素単結晶など、曲げ剛性の乏しい脆性材料を
基板としてその表面に所定の集積回路を形成したもので
あり、しかもこの半導体ペレットを薄板状に形成された
基体の一部に埋設する際には、通常の半導体装置におい
て使用する場合よりも、さらに薄型化しなければならな
い。

従って、このような極めて薄型化された脆性材料を基体
に埋設して使用する限り、その破損を防止することには
種々の困難が伴われる。

また、前記従来技術のように半導体ペレットを保護部材
で被覆して基体の一部に埋設する場合は、部品点数の増
加や組立て工程の複雑化が避けられないという問題があ
る。

そしてこれらの問題は、上記ＩＣカードのみならず、カ
ード型電卓など、薄板状に形成された基体の一部に半導
体ペレットを内蔵する半導体装置一般に共通して指摘さ
れる問題である。

本発明は、上記問題点に着目してなされたものであり、
その目的は、外部から力が加わっても信頼性の損なわれ
ることのない半導体装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、合成樹脂フィルムまたはセラミックからなる
モジュール基板と、このモジュール基板の表面に薄膜形
成された半導体単結晶と、この半導体単結晶の表面に形
成された所定の集積回路とからなるＩＣモジュールを、
薄板状に形成された基体の一部に内蔵した半導体装置と
するものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、この半導体装置に外部から力が
加わった際、モジュール基板が合成樹脂フィルムである
場合には、薄板状に形成された基体の変形に追従してこ
の合成樹脂フィルムも変形するため、モジュール基板に
応力が集中することはない。

また、モジュール基板がセラミックである場合は、この
モジュール基板に応力が集中しても、セラミックの曲げ
剛性は半導体単結晶のそれよりも遥かに高いため、容易
なことでは変形しない。

従って、いずれの場合もモジュール基板の破損が防止さ
れ、従ってその表面に形成された集積回路の損傷も防止
されることから、外部から力が加わワても慣頼性の損な
われることのない半導体装置が得られる。

〔実施例１〕 第１図は本発明の一実施例であるＩＣカードを示す第３
図のＡ−Ａ線部分断面図、第２図（ａ）〜（イ）はこの
ＩＣカードに内蔵されるＩＣモジュールの製造工程を工
程順に示す概略図、第３図はこのＩＣカードを示す平面
図である。

本実施例１のＩＣカードの外観は、第３図に示すように
、四隅が丸みを帯びた長方形をなし、その一部に露出し
ている接続端子５は、このＩＣカードに内蔵された集積
回路と電気的に接続されており、このＩＣカードを外部
処理装置に挿入した際に、この接続端子５を介して情報
の読み取りなどが行われるようになっている。

また、第１図に示すように、このＩＣカードの断面構造
は、薄板形成された不透明の塩化ビニル樹脂からなるカ
ード基体４の両面に、透明な塩化ビニル樹脂フィルムか
らなるカバーシート６をラミネートしたものであって、
その一部にはガラスエポキシ樹脂などからなる端子用基
板７が嵌め込まれている。

上記端子用基板７０表面（第１図上側）には前記接続端
子５が形成され、スルホール８を介して裏面の配線層９
と電気的に接続されている。

また、端子用基板７の裏面中央部に接合されたＩＣモジ
ュール３ａは、例えばポリイミド樹脂のような可撓性と
耐熱性を備えた合成樹脂フィルムからなるモジュール基
板１ａと、その表面に薄膜形成されたシリコン単結晶２
とからなり、後述するように、その表面にはマイクロプ
ロセッサやメモリなどの集積回路が形成されるとともに
、ワイヤ１０を介して前記配線層９と電気的に接続され
ている。

さらに、前記カード基体４の裏面には、前記カバーシー
ト６の一部をなすキャップ６ａが接着され、このキャッ
プ６ａとＩＣモジュール３ａとの間には軟質シリコーン
樹脂などからなる封止樹脂１１が注入されている。

以下、上記構成からなるＩＣカードの製造方法を説明す
る。

ＩＣモジュール３ａを製造するには、まず、第２図（ａ
）に示すように、前記ポリイミド樹脂フィルムなどから
なるモジュール基板１ａの表面にＣＶＤ法により、ポリ
シリコン膜２ａを形成する。

その際、合成樹脂からなるモジュール基板１ａの耐熱性
を考慮して、その熱変形温度以下で行う低〜中温ＣＶＤ
法を採用するのが好ましい。

次に、ポリシリコン膜２ａをアニール処理により単結晶
化して、ホトレジスト−エツチングにより上記単結晶シ
リコン膜の適宜個所を除去し、第２図０））に示すよう
に、モジュール基板１ａの表面に多数のシリコン単結晶
２を離間形成する。その際、モジュール基板１ａの耐熱
性を考慮して短時間にポリシリコン膜２ａを単結晶化さ
せる必要があるため、アニール処理としては、レーデビ
ーム再結晶化法や電子ビーム再結晶化法の採用が好まし
い。なお、アニール処理によりポリシリコン膜２ａを効
率的にシリコン単結晶化するには、あらかじめモジュー
ル基板１ａの表面の所定個所にシリコンの種結晶を接合
して置き、その後、前記ＣＶＤ法によりポリシリコン膜
２ａを形成することが結晶方位制御性の上からも望まし
い。

次に、上記のようにして得られた各シリコン単結晶２の
表面に、イオン打ち込み、酸化、拡散、ホトレジスト−
エツチングなど、周知のウェハプロセスを施し、マイク
ロプロセッサ、メモリなどの集積回路（図示しない）を
形成した後、各シリコン単結晶２の表面をマスクし、第
２図（Ｃ）に示すように、各シリコン単結晶２０間にポ
リイミド樹脂などめ可撓性樹脂１２を充填して表面全体
を平坦化する。

このように、離間形成された多数のシリコン単結晶２の
表面に集積回路を形成してそれらの間に可撓性樹脂１２
を充填することにより、カード基体４が変形した際、こ
れに追従してこのモジュール基板１ａも容易に変形する
ため、シリコン単結晶２の損傷が防止されることになる
。

従って、上記可撓性樹脂１２としてはポリイミド樹脂に
限定されるものではなく、モジュール基板１ａやシリコ
ン単結晶２との密着性や熱膨張率の相違などを考慮して
適宜の可撓性材料を選択すればよい。

次に、第２図（６）に示すように、上記モジュール基板
１ａの表面にアルミなどを蒸着して所定の配線パターン
１３を形成し、次いでその表面に酸化シリコンや窒化シ
リコンなどからなるパシベーション膜１４を蒸着した後
、ワイヤ１０をボンディングするためのバッド１５を開
口形成すれば、ＩＣモジュール３ａが得られる。

一方、このＩＣモジュール３ａが接合される端子用基板
７は、例えば薄板形成されたガラスエポキシ樹脂の両面
に銅箔をラミネートしてエツチングを行い、表面には接
続端子５を、また裏面には配線層９を、さらにそれらの
間にスルホール８を形成した後、各表面にニッケル、金
などのメッキ処理を施して所定の形状に打ち抜いたもの
であり、前記カード基体４の一部に嵌め込んだ後、接着
剤などで固定する。

最後に、接着剤などを用いて上記端子用基板７の裏面に
前記ＩＣモジュール３ａを接合し、パッド１５と配線層
９との間にワイヤ１０をボンディングした後、これらを
シリコーン樹脂などの封止樹脂１１で封止して、その表
面にキャップ６ａを接着すれば、第１図に示す構造のＩ
Ｃカードが完成する。

このように、本実施例１によれば以下の効果を得ること
ができる。

（１）、ポリイミド樹脂などの可撓性樹脂で構成された
モジュール基板１ａと、このモジュール基板１ａの表面
に薄膜形成されたシリコン単結晶２と、このシリコン単
結晶２の表面に形成された所定の集積回路とからなるＩ
Ｃモジュール３ａを、薄板状に形成されたカード基体４
の一部に内蔵した半導体装置とすることにより、この半
導体装置に外部から力が加わった際、カード基体４の変
形に追従してこのモジュール基板１ａも変形するため、
このモジュール基板１ａへの応力の集中が防止される。

従って、モジュール基板１ａの破損が防止され、ひいて
はその表面に形成された集積回路の損傷も防止されるこ
とから、外部から力が加わっても信頼性の損なわれるこ
とのない半導体装置が得られる。

特に、本実施例１にふいては、離間形成された多数のシ
リコン単結晶２の表面に集積回路を形成するとともに、
各シリコン単結晶２の間に可撓性樹脂１２を充填する構
成を採用しているため、モジュール基板１ａが大きく変
形しても、その表面に形成された集積回路の損傷が防止
されるようになっている。

（２）、半導体ベレットを保護部材で被覆してカード基
体の一部に埋設する従来技術に比較して、部品点数が減
少し、従って、組立て工程も簡易化される。

〔実施例２〕 第４図は、本発明の他の実施例を示すＩＣカードに内蔵
されるＩＣモジュールの要部概略図である。

本実施例２のＩＣカードの構成は、モジュール基板１ｂ
を構成する材料として、サファイアなどのセラミックが
採用されている点においてのみ前記実施例１と相違し、
従って、その他の構成部分であるカード基体４、カバー
シート６、端子用基板７などは全て同一である。

第４図は、本実施例２におけるＩＣモジュール３ｂの構
成を示し、前記サファイアなどのセラミックからなるモ
ジュール基板１ｂの表面にはシリコン単結晶２の薄膜が
形成されている。

このシリコン単結晶２の薄膜は、例えば周知のへテロエ
ピタキシャル成長法により得ることができるが、これに
限定されるものではなく、ＣＶＤ法を用いてサファイア
からなるモジュール基板１ｂの表面に、ポリシリコン膜
を形成した後、帯域溶融再結晶化法を用いてこのポリシ
リコン膜を単結晶化してもよい。

また、上記のようにして得られたシリコン単結晶２０表
面には、前述したウェハプロセスにより、マイクロプロ
セッサ、メモリなどの集積回路が形成され、その表面に
はアルミなどからなる所定の配線パターン１３が、さら
にその表面には酸化シリコンや窒化シリコンなどからな
るパシベーション膜１４がそれぞれ蒸着され、所定の個
所にはワイヤ１０をボンディングするためのバッド１５
が開口形成されている。

上記構成からなるＩＣモジュール３ｂを前記端子用基板
７の裏面に接合し、パッド１５と配線層９との間にワイ
ヤ１０をボンディングした後、これらをシリコーン樹脂
などの封止樹脂１１で封止して、その表面にキャップ６
ａを接着すれば、本実施例２によるＩＣカードが完成す
る。

このように、本実施例２によれば以下の効果を得ること
ができる。

（１）、サファイアなどのセラミックからなるモジュー
ル基板１ｂと、このモジュール基板１ｂの表面に薄膜形
成されたシリコン単結晶２Ｊ１このシリコン単結晶２の
表面に形成された所定の集積回路とからなるＩＣモジン
ール３ｂを、薄板状に形成されたカード基体４の一部に
内蔵した半導体装置とすれば、セラミックの曲げ剛性が
シリコン単結晶２の曲げ剛性よりも遥かに高いため、こ
の半導体装置に外部から力が加わっても、モジュール基
板１ｂは容易なことでは変形しない。

従って、モジュール基板１ｂの破損が防止され、ひいて
はその表面に形成された集積回路の損傷も防止されるこ
とから、外部から力が加わっても信頼性の損なわれるこ
とのない半導体装置が得られる。

（２）、前記実施例１による半導体装置と同様、半導体
ペレットを保護部材で被覆してカード基体の一部に埋設
する従来技術に比較して、部品点数が減少し、従って、
組立て工程も簡易化される。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

例えば、ＩＣモジュールと端子用基板との電気的接続に
は、フィルムキャリヤ方式を採用してもよいし、実施例
２で用いるモジュール基板は、金属とセラミックとを積
層したものでもよい。

また、ＩＣカードの構成としては、磁気ストライイブカ
ードと併用したものであってもよい。

さらに、以上の説明では主として本発明者によってなさ
れた発明をその背景となった利用分野であるＩＣカード
に適用した場合について説明したが、本発明はそれに限
定されるものではなく、例えば、カード型電卓など、薄
板状に形成された基体の一部に半導体ベレットを内蔵し
た半導体装置一般に適用することもできる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、合成樹脂フィルムまたはセラミックからなる
モジュール基板と、このモジュール基板の表面に薄膜形
成された半導体単結晶と、この半導体単結晶の表面に形
成された所定の集積回路とからなるＩＣモジュールを、
薄板状に形成された基体の一部に内蔵した半導体装置と
することにより、この半導体装置に外部から力が加わっ
た際、モジュール基板が合成樹脂フィルムの場合には、
基体の変形に追従してモジュール基板も変形するため、
このモジュール基板への応力の集中が防止される。また
、モジュール基板がセラミックの場合には、その曲げ剛
性が半導体単結晶の曲げ剛性よりも遥かに高いため、モ
ジュール基板は容易なことでは変形しない。

従って、いずれの場合においてもモジュール基板の破損
が防止され、ひいてはその表面に形成された集積回路の
損傷も防止されることから、外部から力が加わっても信
頼性の損なわれることのない半導体装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であるＩＣカードを示す第
３図のＡ−Ａ線部分断面図、 第２図（ａ）〜（ｄ）は、このＩＣカードに内蔵される
ＩＣモジュールの製造工程を、その工程順に示す概略図
、 第３図は、このＩＣカードを示す平面図、第４図は、本
発明の他の実施例を示すＩＣカードに内蔵されるＩＣモ
ジュールの要部概略図である。 ｌａ、ｌｂ・・・モジュール基板、２・・・シリコン単
結晶（半導体単結晶）、２ａ・・・ポリシリコン膜、３
ａｌ　３ｂＩＩＩＩＣモジュール、４・・・カード基体
（基体）、５・・・接続端子、６・・・カバーシート、
６ａ・・・キャップ、７・・・端子用基板、８・・・ス
ルホール、９・・・配線層、１０・・・ワイヤ、１１・
・・封止樹脂、１２・・・可撓性樹脂、１３・・・配線
パターン、１４　・・・パシベーション１．１５・・・
パッド。 第　　１　　図 ／ｃＬ−モジュ−ル基板 ４−　カ　−ト・互イ１畦 ７−４づ１運 第　　２　　図 ／久 （Ｃ） ノａ− 第　　３　　図 二Ａ 第　　４　　図 ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、合成樹脂フィルムまたはセラミックからなるモジュ
   ール基板と、このモジュール基板の表面に薄膜形成され
   た半導体単結晶と、この半導体単結晶の表面に形成され
   た所定の集積回路とからなるＩＣモジュールを、薄板状
   に形成された基体の一部に内蔵してなる半導体装置。 ２、前記半導体装置がＩＣカードであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 ３、前記セラミックがサファイアであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 ４、前記合成樹脂フィルムがポリイミド樹脂フィルムで
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導
   体装置。 ５、前記半導体単結晶がポリイミド樹脂フィルムの表面
   に離間形成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第４項記載の半導体装置。