TW557522B - Semiconductor device - Google Patents

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TW557522B
TW557522B TW091112902A TW91112902A TW557522B TW 557522 B TW557522 B TW 557522B TW 091112902 A TW091112902 A TW 091112902A TW 91112902 A TW91112902 A TW 91112902A TW 557522 B TW557522 B TW 557522B
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TW
Taiwan
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semiconductor device
substrate
wiring pattern
wiring
thin film
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TW091112902A
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Inventor
Takehiro Suzuki
Kenji Toyosawa
Original Assignee
Sharp Kk
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Description

557522 A7 -------------- B7 五、發明説明（i ) —- 發明的技術領域 本發明係係和例如行動電話、移動式資訊終端機、及液 晶顯示用面板等電子機器所使用之半導體裝置相關。 習知技術 近年來’如订動電話、移動式資訊終端機、液晶顯示用 面板、及筆記型電腦等電子機器之小型化、薄化、及輕量 化的發展十分快速。因此，以裝配於這些機器上之半導體 裝置為首，所有構件也同樣追求小型化、輕量化、高機能 化、及高密度化。 在刖述之狀況下，現在之半導體裝置，以使用薄膜狀基 板來實現輕量化，並以在前述薄膜狀基板上安裝半導體元 件追求高密度化來實現形體之小型化及薄化。此種安裝方 式被稱為 COF(Chip on FPC)。 利用圖6至圖9來說明前述C0F方式之習知半導體裝置。 如圖6所示，此習知之半導體裝置係由半導體元件丨8及配 線基板16所構成。半導體元件18上會形成複數電極。此電 極係由半導體元件1 8上形成之銘墊（aluminium pad) 12、及 在該鋁墊12上形成之凸塊（bump)電極（Au凸塊）13所構成。 如圖7所示，配線基板16係由形成配線圖案15之薄膜基板14 所構成。此配線圖案15會形成於和Au凸塊13相對應之位置 上。且Au凸塊13及配線圖案15會互相連接。 利用圖8來說明前述半導體裝置之製造方法。 首先，先針對配線基板16調整半導體元件18之位置。亦 即，調整Au凸塊13之位置，使其和相對應之配線圖案15的 -5- 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 557522 A7 ________B7_ 五、發明説明（2 ) 特定位置一致。接著，使用接合工具19，以熱壓接合法將 Αιι凸塊13及配線圖案15連接（接合）在一起。然後，再以樹 脂將半導體元件18及配線基板16密封起來。 如上面所述，半導體裝置之Au凸塊13及配線圖案15的連 接上，目前係以熱壓接合法為主流。因此，熱壓接合時， 必須對配線基板16之薄膜基板14及配線圖案15施加熱應力 。利用此熱應力，使薄膜基板14及配線圖案1 5分別依據膨 脹係數進行伸縮（實際上為加熱伸長）。此時，因薄膜基板14 之線膨脹係數大於配線圖案15之線膨脹係數，故薄膜基板 14會有較大的伸長。 而實際上，因配線圖案15係在薄膜基板14上形成，故配 線圖案15會隨著薄膜基板14之伸長程度（被拉伸）而有較大之 伸長。相反的，薄膜基板14亦會隨著配線圖案1 5之伸長程 度而縮小伸長。換言之，配線基板16之尺寸安定性並非十 分良好，而使配線圖案15產生位置偏離，而無法和Au凸塊 13之位置一致。因此，會產生Au凸塊13及配線圖案15連接 不良的問題。 又，對應因熱壓接合時所施加之溫度變化而產生製造誤 差之配線基板16的完成尺寸，實施位置偏離補正，進行半 導體元件1 8及配線基板16之連接。然而，此時因需針對各 配線基板16改變溫度，而降低生產效率。 又，如圖7所示，設置於配線基板16上之半導體元件18(參 照圖6)的半導體元件設置位置17(以虛線圍繞部份）中，除了 連接Au凸塊13(參照圖6)之部位以外，並未形成配線圖案。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） -6- 557522 A7
五、發明説明（3 亦即，配線圖案15之内側，並未形成配線圖案，薄膜基板 14因而外露。因此，施加熱應力時，在配線圖案15之内侧 ’因薄膜基板14之伸長會大於形成配線圖案1 5之部份，故 會產生皺紋。產生此種皺紋之半導體裝置，會有外觀檢查 上不良之問題。同時，此皺紋中，可能會蓄含水份等，因 此水份等會使Au凸塊13附近腐蝕，而產生半導體元件18及 配線基板16連接不良之問題。 因此，曰本特開2000-286309號公報（2000年1〇月13曰公開 )發表’防止因熱之伸縮而變形（反翹）的配線基板。此配線 基板16之構成上，如圖9所示，在薄膜基板14上以折線方式 形成配線圖案1 5(含有向第1方向及第2方向延伸之部份）。此 折線式配線圖案1 5利用複數方向來承受薄膜基板之伸長 ’而可減輕因薄膜基板14之伸長而產生的反麵。又，前述 配線基板16中，以突出於元件孔（device hole)21之内導線 (inner lead)(配線圖案15之一部份）22連接半導體元件。因此 ’產生則述皺紋之區域為元件孔21之部份，故不會產生敏 紋造成之連接不良。 然而’曰本特開2000-286309號公報之配線基板中，連接 半導體元件部份之周邊，並未形成折線式配線圖案。因此 ，連接半導體元件部份之周邊，配線圖案15無法以複數方 向來承受熱應力造成之薄膜基板14的伸長。所以，會產生 配線基板16(薄膜基板14)之伸長，而相對於半導體元件位置 之内導線22就會產生位置偏離。此位置偏離會導致無法將 半導體元件連接於内導線22上，而產生連接不良（導電不良）
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557522 A7 --------_B7__ 五、發明説明（4 ) " "-- 的問題。 發明之摘要 本發明之目的，係利用提高配線基板之尺寸安定性來防 止半導體元件及配線基板之配線圖案的位置偏離，提供可 確實連接半導體元件及配線圖案之半導體裝置。 為了達成前述目的，本發明之半導體裝置係由半導體元 件、及在薄膜基板上形成配線圖案之配線基板所構成，且 為半導體元件和配線圖案相連接，並以樹脂密封半導體元 件及配線基板之半導體裝置，其特徵則為，在前述薄膜基 板之至少一側未形成配線圖案之區域，以線膨脹係數小於 薄膜基板之材料形成補強膜。 利用前述構成，可以在薄膜基板上形成補強膜，薄膜基 板之伸長會受到抑制，而為補強膜之較小伸長。亦即，補 強膜會抑制薄膜基板之伸長。利用此方式，可以提升配線 基板之尺寸安定性。所以，可以減少半導體元件及配線圖 案之位置偏離，可提供半導體元件及配線圖案可確實連接 之半導體裝置。又，如前面所述，因為形成補強膜，而使 薄膜基板不易伸長，亦可防止薄膜基板上產生皺紋。 本發明之其他目的、特徵、及優點由下面記載可知。又 ’本發明之利益由下述參照圖面之說明亦可了解。 圖式之簡單說明 圖1係本發明一實施形態半導體裝置之主要部位的剖面圖。 圖2係前述半導體裝置之配線基板的平面圖。 圖3(a)〜（c)係本發明另一實施形態半導體裝置之配線基板 本紙張尺度it财國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱) 557522
的平面圖。 圖4係本發明另一實施形態半導體裝置之配線基板的平面 圖。 圖5係本發明另一實施形態半導體裝置之配線基板（帶載體 (tape carrier))的平面圖。 圖6係習知半導體裝置之主要部位的剖面圖。 圖7係習知半導體裝置之配線基板的平面圖。 圖8係說明習知半導體裝置之製造方法的剖面圖。 圖9係習知配線基板的平面圖。 發明之實施形態 [實施形態1] 利用圖1至圖5，針對本發明一實施形態相關半導體裝置 說明如下。又’本實施形態所採用之各步驟條件等，和習 知之半導體積體電路（半導體元件）製造方法（安裝步驟）所使 用之條件相同，除了特殊情形以外，省略其詳細說明。 本貫施形態相關半導體裝置如圖1所示，係由半導體元件 1及配線基板6所構成。半導體元件1上形成複數之輸出入用 電極。此電極係由在半導體元件1上形成之墊2、及在該墊2 上形成之凸塊電極（Au凸塊）3所構成。配線基板6之構成如 圖2所示，係由在薄膜基板4上形成之金屬膜（補強膜）8及配 線圖案5所構成。此配線圖案5形成於和Au凸塊3相對應之位 置上。又，配線圖案5則是由連接半導體元件1之内導線、 液晶顯示用面板等電子機器之連接部的外導線、及連接内 導線及外導線之中間導線所構成。且Au凸塊3和配線圖案 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公袭：) 557522 A7
557522 A7 B7 五、發明説明（7 凸塊3及配線圖案（内導線）5。亦即，實施JLB。 ILB後，以如環氧樹脂或矽樹脂等材料所構成之熱硬化性 樹脂（樹脂）密封半導體元件1及配線基板6。此樹脂密封則係 利用如噴嘴對半導體元件1周圍之1邊至3邊（4邊密封因無排 氣口而不可能）塗敷（滴下）前述樹脂。樹脂會流入半導體元 件1及配線基板6之間，利用回流（refjow)方式等進行加熱， 使樹脂硬化。前述樹脂亦可使用紫外線硬化性樹脂。此時 ’照射紫外線使樹脂硬化。 如前面所述，利用本實施形態之半導體裝置，如圖2所示 ’在半導體元件設置位置7未形成配線圖案之區域，會形成 金屬膜8 ^此時，薄膜基板4係以聚醯亞胺樹脂或聚酯樹脂 等材料形成，金屬模8則係以銅等之金屬材料形成。利用此 等材料之特性（聚醯亞胺樹脂或聚酯樹脂等材料的線膨脹係 數大於金屬屬材料），薄膜基板4之線膨脹係數的值會大於 金屬膜8之線膨脹係數的值。所以，對薄膜基板4及金屬膜8 施加同程度之熱應力時，熱膨脹係數較大之薄膜基板4側的 伸縮會大於金屬膜8(此處，只有加熱時之伸長）。 然而，因金屬膜8黏著於薄膜基板4上，薄膜基板4之伸長 ’會因為金屬膜8之較小伸長而受到抑制。利用此方式，金 屬膜8可以抑制薄膜基板4之伸長，可提高配線基板6之尺寸 安定性。又，亦可減少半導體元件1及配線基板6之位置偏 離，亦即，減少Au凸塊3及配線圖案（内導線）5之位置偏離 ，而降低Au凸塊3及配線圖案（内導線）5之連接不良。因而 有良好之ILB。 -11 - 本紙張尺度適用巾g s家標準(CNS) A4規格㈣χ挪公爱)
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557522 A7 B7 五、發明説明（8 ) 以具體實例而言，前述薄膜基板4具有20 ρριη/Κ程度之熱 膨脹係數。相對於此，形成金屬膜8之薄膜基板4之線膨脹 係數則只有較小之15 ppm/K程度。因此可知，實際加熱時 ，薄膜基板4不易伸長。亦即，配線基板6之尺寸安定性提 高了。 又，未形成前述金屬膜之薄膜基板4的區域上，因為薄膜 基板4及配線圖案5之伸長差異，而可能產生皺紋。然而， 因為形成此金屬膜8，而使薄膜基板4不易伸長，故亦可防 止薄膜基板4上之敏紋。 又，前述金屬膜8可以阻隔透過薄膜基板4而照射於半導 體元件1表面之外部光線（α射線）。所以，亦可防止因α線 照射而產生之半導體裝置的錯誤動作。 又，前述配線圖案5及金屬膜8最好以相同材料形成。如 此，配線圖案5及金屬膜8較容易同時形成，而提高生產效 率。又，無需另設新製造步驟，可以低成本形成金屬膜8。 此外，前述配線圖案5及金屬膜8最好以同一製作方法（同 一步驟）形成。如此，配線圖案5及金屬膜8較容易同時形成 ，而提高生產效率。又，無需另設新製造步驟，可以低成 本形成金屬膜8。 以相同厚度形成前述金屬膜8及配線圖案5時，較容易同 時形成，而且可進一步提高生產效率。又，”相同厚度，，係 扣金屬膜8及配線圖案5具有實質相同之厚度。因無需另設 新製造步驟，可以更低成本形成金屬膜8。 前述金屬膜8之厚度，最好小於配線圖案5之厚度。又， -12- 本紙張尺度適财目目豕標準(CNS) A4規格(210X297公爱)
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配線圖案5之實質厚度和金屬膜8相同亦可。此時，將半導 體元件1連接至配線基板6時，半導體元件丨可能接觸到金屬 膜8。然而，若在半導體元件〗之表面形成保護膜，則即使 半導體元件1及金屬膜8輕輕接觸，亦不會破壞半導體元件i 。又，因為金屬膜8之厚度小於配線圖案5之厚度，半導體 元件1及配線基板6之間只會產生Au凸塊3之厚度的空間。樹 脂密封時，樹脂會利用此空間流入半導體元件丨及配線基板 6之間。故容易貫施樹脂密封。 又’金屬膜8厚度為配線圖案5厚度之1/3〜2/3時更好。金 屬膜8厚度為配線圖案5厚度之1/3以下時，因厚度太薄而不 易製造，而且，製造上也需要較大的製造成本。又，金屬 膜8厚度超過2/3(接近或等於配線圖案5厚度），將半導體元 件1連接於配線基板6時，半導體元件丨可能接觸到金屬膜8 。半導體元件1接觸到金屬膜8時，半導體元件丨可能因短路 而損壞。亦即，前述範圍内之厚度，金屬膜8之製造較為容 易，且可以降低半導體元件1因接觸金屬膜而損壞之可能性 。又，半導體元件1及配線基板6之間因有薄薄的金屬層8而 具有較大的空間。實施樹脂密封時，樹脂可以利用此空間 而較易流入半導體元件1及配線基板6之間。所以，樹脂密 封亦會更為容易。 此外，金屬膜8最好為和配線圖案5分開形成，且未實施 電氣連接。前述金屬膜8的目的，就是要抑制薄膜基板4因 熱應力而伸長，故構成上必須以提升尺寸安定性為目的。 所以，金屬膜8及配線圖案5不需要電氣連接。 -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 557522 A7 ________ B7 五、發明説明（1〇 ) 其次，亦可以圖3(a)所示之複數個三角形金屬膜8取代一 個長方形金屬膜8。 如前面所述，形成複數個金屬膜8，可使相鄰金屬膜8之 間形成空間。前述空間可以成為樹脂密封時之樹脂通路， 可促進樹脂之流動。利用此方式，樹脂密封會更為容易。 又，形成複數金屬膜8時，相鄰之金屬膜8間的間隔最好 大於相鄰配線圖案5間的間隔。 利用此方式，相鄰金屬膜8間之空間會較大，樹脂更容易 流入。又，前述空間可以促進並更易流入充足量之樹脂， 而降低樹脂密封不充份或密封不良的機會。 又，如圖3(b)所示，亦可形成複數個圓形之金屬膜8。亦 可如圖3(c)所示，形成複數個長條形之金屬膜8。圖上未標 不出來，金屬膜之形狀也可以為四角形、菱形、梯形等。 如上面所述，形成複數個金屬膜時，最好為數十個〜數百 個之均一配列。亦可只形成1個前述形狀之金屬膜。 此外，半導體元件設置位置7上之前述金屬膜8最好為點 對稱或線對稱之（配置）^此處將點對稱及線對稱合併稱為對 稱。 薄臈基板4一般會以上下左右對稱（薄膜基板4面上之所有 方向為均一）方式伸長。然而，因為形成金·屬膜8 ,可抑制 形成金屬膜8之薄膜基板4區域的伸長β所以，利用如上所 不之金屬膜8的配列，在薄膜基板4上形成金屬膜8之區域， 在所有方向會有均一之伸|。因此，因Α薄膜基板4整體可 以向所有方向伸長，故可更進一步防止皺紋之產生。 -14- 557522 A7 B7 11 五、發明説明（ 另外，三角形之金屬膜8時，最好採相鄰金屬膜8之三角 形一邊（底邊）相向方式形成。又，梯形之金屬膜8時，最好 採上底或下底相向方式形成。 又如圖4所示，前述金屬膜8亦可在薄膜基板4之兩面上同 時形成。利用此方式，可更進一步抑制熱應力造成之薄膜 基板4的伸縮，亦可更進一步減少配線圖案5及半導體元件工 之連接不良。又，前述金屬膜8亦可以只在未形成配線圖案 5之配線基板6的一面上形成。 連續形成半導體裝置時，如圖5所示，可以在膠帶上連續 並列（複數）前述配線基板6來實施形成，亦即帶载體^此 處，並列配線基板6之方向為縱向，和縱向互相垂直之方向 為橫向。 ° 前述帶載體10上，橫向之兩側邊沿著縱向以一定間隔形 成傳送孔11。此傳送孔丨丨會和圖上未標示之傳送裝置互相 咬合，使帶載體10朝縱向移動。如此，可連續實施半導體 元件及配線基板6之連接，而可提高半導體裝置之生產效率。 將半導體元件連接於帶載體10之配線基板6上，並對安裝 半導體元件之部份的帶載體1〇實施切刀或鑽頭之衝切。衝 切所得即為個別之半導體裝置。此半導體裝置會被安裝至 電子機器。 、 本發明之半導體裝置，如前面所述，因為可以減少各配 線基板6及半導體元件之連接上的位置偏離，而實施連續連 接之帶載體10的累積位置偏離亦可減少。所以，連續執行 半導體元件之安裝時，可降低Au凸塊及配線圖案之連接不 -15-
557522 A7 ___^_ B7 五、發明説明（12 ) 良。 本發明之半導體裝置除了前述構成以外，最好以和配線 圖案相同之材料來形成前述補強膜。 利用前述構成，很容易同時形成配線圖案及補強膜，可 提高生產效率。又，因無需另設新製造步驟，可以低成本 形成補強膜。 此外，因前述補強膜係以和配線圖案相同之材料（例如， 金屬等）形成，可以阻隔透過薄膜基板而照射於半導體元件 表面之外部光線（α射線）。所以，亦可防止因〇；線照射而產 生之半導體裝置的錯誤動作。 又，本發明之半導體裝置除了前述構成以外，前述補強 膜之厚度最好小於配線圖案之厚度。 利用前述構成，補強膜之厚度小於配線圖案之厚度，半 導體元件及配線基板間會產生空間。因為有此空間，密封 時’則述樹脂容易流入半導體元件及配線基板間。所以， 容易實施密封。又，因和半導體元件之距離較遠，可以避 免半導體元件及補強膜相相接觸。利用此方式，可以避免 半導體元件因和補強膜接觸而損壞。 又，本發明之半導體裝置除了前述構成以外，補強膜厚 度最好為配線圖案厚度之1/3〜2/3。 利用前述構成，前述樹脂更容易流入半導體元件及配線 基板之間，所以，樹脂密封亦會更為容易。 本發明之半導體裝置，除了前述構成以外，最好能在前 述薄膜基板上形成相互獨立之複數個前述補強膜。 •16-
557522 A7 __^___B7_ 五、發明説明（13 ) 利用前述構成，相鄰補強膜之間會形成空間。前述空間 可以成為樹脂密封時之樹脂通路，可促進樹脂之流動。利 用此方式，樹脂密封會更為容易。 本發明之半導體裝置，除了前述構成以外，相鄰之前述 補強膜間的間隔最好大於相鄰配線圖案間的間隔。 利用前述構成，補強膜間之空間會較大，樹脂更容易流 入。又，前述空間可以促進並更易流入充足量之樹脂，而 降低樹脂密封不充份或密封不良的機會。 本發明之半導體裝置，除了前述構成以外，前述補強膜 最好以對稱方式在薄膜基板上形成。 利用前述構成，補強膜係以對稱（點對稱或線對稱）形成， 在薄膜基板上形成補強膜之區域，在所有方向會有均一之 伸長因此，因為薄膜基板整體可以向所有方向伸長，故 可更進一步防止皺紋之產生。 本發明之半導體裝置，除了前述構成以外，最好在配線 基板之兩面形成前述補強膜。 利用前述構成，可以更進—步抑制薄膜基板因熱應力而 產生的伸縮，亦可更進一步減少配線圖案及半導體元件之 連接不良。 本發明之半導體裝置除上述構造外，上述補強膜較佳為 二角形、四角形或圓形。 ，本發明之半導體裝置，除了前述構成以外，前述補強膜 為二角形或四角形時，相鄰補強膜之一邊應相互對向。 為了解則述問題，本發明之配線基板係在薄膜基板上形 -17-
557522 A7 發明説明（14 成-線圖案之配線基板，前述薄膜基板上未形成配線圖案 之區垃卜 ，-r· ’、可以線膨脹係數小於薄膜基板之線膨脹係數 的材料，形成補強膜。 利用刖述構成’因薄膜基板上會形成補強膜，薄膜基板 之=長會抑制為補強膜之較小伸長。亦即，補強膜會抑 i薄膜基板之伸長。利用此方式，可以提升配線基板之尺 寸安定性。 又，如前面所述，因形成補強膜而使薄膜基板不易伸長 ’故可防止薄膜基板上產生皺紋。 本發月之帶載體較佳者為在帶上形成有複數之上述 配線基板。 、利用前述構成，例如在製造半導體裝置時，可連續實施 半導體7G件及配線基板之連接，因而提高半導體裝置之生 產效率。 發明之詳細說明中的具體實施形態或實施例只是為了 說明本發明之技術内容而已’不能採取狹義解釋而將範圍 限定於此具韹實例，只要符合本發明之精神及在下面記載 之申請專利範圍内者，可實施各種變更。 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐)

Claims (1)

  1. 557522 A8 B8 C8 _____ D8_ 六、申請專利範圍 1· 一種半導體裝置，其特徵為··其係包含半導體元件、及 在薄膜基板上形成配線圖案之配線基板，且半導體元件 和配線圖案相連接，並以樹脂密封半導體元件及配線基 板者；且 在前述薄膜基板之至少一側未形成配線圖案之區域， 以線膨脹係數小於薄膜基板之材料形成補強膜。 2·如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中 前述補強膜係以和配線圖案相同之材料形成。 3·如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中 刖述補強膜之厚度小於配線圖案之厚度。 4.如申請專利範圍第3項之半導體裝置，其中 月1J述補強膜之厚度為配線圖案之厚度的丨/3〜2/3。 5·如申請專利範圍第1至4項中任一項之半導體裝置，其中 前述薄膜基板上形成互相獨立之複數個前述補強膜。 6. 如申請專利範圍第5項之半導體裝置，其中 相郴刖述補強膜間之間隔大於相鄰配線圖案間之間隔。 7. 如申請專利範圍第5項之半導體裝置，其中 前述補強膜係以對稱方式在薄膜基板上形成。 8·如申請專利範圍第1至4項中任一之半導體裝置，其中 前述補強膜在配線基板之兩面上形成。 9·如申印專利範圍第1至4項中任一之半導體裝置，其中 刖述補強膜為三角形、四角形、或圓形。 1〇·如申請專利範圍第9項之半導體裝置，其中 刖述補強膜為三角形或四角形，且相鄰補強膜之一邊
    乃 7522 A8 B8
    相互對向。 U.如^請專利範圍第！至4項中任一之半導體裝置，其中 前述補強膜可以阻隔射線。 12.如^請專利範圍第li4項中任一之半導體裝置，其中 刚述補強膜係和前述配線圖案分開形成。 13·如申請專利範圍第項中任一之半導體裝置，其中 刖述薄膜基板係以聚醯亞胺樹脂、聚酯樹脂等絕 料所構成。 '何 4.如申凊專利範圍第1至4項中任一之半導體裝置，其中 前述補強膜係為金屬構成之金屬膜。 15· —種配線基板，係在薄膜基板上形成配線圖案，其特徵 為： 前述薄膜基板上未形成配線圖案之區域，以線膨脹係 數小於薄膜基板之材料形成補強膜。 、 ^ 一種帶載體，其特徵為： 膠帶上形成複數之如申請專利範圍第丨5項配線基板。 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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