WO1999050906A1 - Semiconductor device and method for manufacturing the same, circuit substrate, and electronic device - Google Patents

Semiconductor device and method for manufacturing the same, circuit substrate, and electronic device Download PDF

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Nobuaki Hashimoto
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    • H01L2924/151—Die mounting substrate
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Description

明細 : 半導体装置及びその製造方法、 回路基板並びに電子機器 技術分野
本発明は、 半導体装置及びその製造方法、 回路基板並びに電子機器に関する。
背景技術
近年の電子機器の小型化に伴い、 高密度実装に適した半導体装置のパッケージ が要求されている。 これに応えるために、 B G A (Ball Grid Array) や C S P (Chip Scale/Size Package) のような表面実装型パッケージが開発されている 表面実装型パッケージでは、 半導体チップに接続される配線パターンの形成され た基板が使用されることがある。 また、 基板には貫通穴が形成され、 この貫通穴 を介して、 配線パターンとは反対側の面から突出するように、 外部電極が形成さ れることがあった。
このような構成のパッケージが適用された半導体装置によれば、 回路基板に実 装されてから、 回路基板と半導体装置との熱膨張率の差により、 外部電極に応力 が加えられると、 この外部電極にクラックが入ることがあった。
本発明は、 この問題点を解決するものであり、 その目的は、 外部電極のクラッ クを防止できる半導体装置及びその製造方法、 回路基板並びに電子機器を提供す ることにある。
発明の開示
( 1 ) 本発明に係る半導体装置は、 貫通穴が形成された基板と、
電極を有する半導体素子と、
前記基板の一方の面側において前記貫通穴上を含む前記一方の面の任意の領域 に接着部材を介して貼り付けられるとともに、 前記接着部材に貼り付けられた面 の反対側の面で前記半導体素子の電極に電気的に接続される導電部材と、 前記貫通穴を介して前記導電部材と接続されるとともに、 前記基板の他方の面 よりも外側まで設けられた外部電極と、
を有し、 '
前記貫通穴内において、 前記貫通穴を形成する内壁面と前記外部電極との間に、 前記接着部材の一部が介在する。
本発明によれば、 貫通穴内から外部電極が形成され、 外部電極と貫通穴との間 には、 接着部材の一部が介在する。 したがって、 接着部材が応力緩和部材となる ので、 回路基板との熱膨張率の差によって生じた応力 （熱ス トレス） や回路基板 に外部から加えられる機械的ス トレスを吸収することができる。 こうして、 外部 電極にクラックが生じることを防止することができる。
なお、 本発明では、 接着部材は、 基板と導電部材との間から貫通穴の内壁面に 至るまで連続性を保っていてもよいし、 非連続的に貫通穴内に存在してもよい。
( 2 ) この半導体装置において、 前記貫通穴内において、 前記接着部材の一部 が引き込まれて介在してもよい。
( 3 ) 本発明に係る半導体装置は、 貫通穴が形成された基板と、
電極を有する半導体素子と、
前記基板の一方の面側において前記貫通穴上を含む前記一方の面の任意の領域 に直接形成されて前記半導体素子の電極に電気的に接続される導電部材と、 前記貫通穴を介して、 前記導電部材と接続されるとともに、 前記基板の他方の 面よりも外側まで設けられた外部電極と、
を有し、
前記基板は、 前記外部電極よりも弾力性の高い材料で形成され、
前記貫通穴の内壁面には、 前記基板を構成する前記材料によって凸部が形成さ れる。
本発明によれば、 貫通穴の内壁面に凸部が形成されていることで、 平坦な内壁 面よりも変形しやすくなつており、 回路基板との熱膨張率の差によって生じた応 力 （熱ス トレス） や回路基板に外部から加えられる機械的ス トレスを吸収するこ とができる。 こうして、 外部電極にクラックが生じることを防止することができ ( 4 ) この半導体装置において、
前記外部電極は、 前記貫通穴の内側に位置する基端部の径 d 'と、 前記貫通穴か ら突出する突出部の径 øとが、 ≤dの関係を有してもよい。
これによれば、 外部電極は、 貫通穴によって径が絞られないようになり、 くび れが形成されない。 したがって、 回路基板との熱膨張率の差によって生じた応力 (熱ス トレス） や回路基板に外部から加えられる機械的ス トレスが集中しないの で、 外部電極にクラックが生じることを防止することができる。
( 5 ) 本発明に係る半導体装置は、 貫通穴が形成された基板と、
電極を有する半導体素子と、
前記基板の一方の面側において前記貫通穴上を含む前記一方の面の任意の領域 に接着部材を介して貼り付けられるとともに、 前記接着部材に貼り付けられた面 の反対側の面で前記半導体素子の電極に電気的に接続される導電部材と、
前記貫通穴を介して前記導電部材と接続されるとともに、 前記基板の他方の面 よりも外側まで設けられた外部電極と、
を有し、
前記外部電極は、 前記貫通穴の内側に位置する基端部の径 dと、 前記貫通穴か ら突出する突出部の径 øとが、 ≤dの関係を有する。
本発明によれば、 貫通穴内から外部電極が形成される。 ここで、 外部電極の基 端部の径 dと突出部の径 0とは、 0≤dの関係を有する。 すなわち、 外部電極は、 貫通穴によって径が絞られないようになり、 くびれが形成されない。 したがって、 回路基板との熱膨張率の差によって生じた応力 （熱ス トレス） や回路基板に外部 から加えられる機械的ストレスが集中しないので、 外部電極にクラックが生じる ことを防止することができる。
( 6 ) 前記基板は、 絶縁基板であってもよい。
( 7 ) 前記基板は、 プリント基板であってもよい。
( 8 ) 前記外部電極は、 ハンダで形成されてもよい。
( 9 ) この半導体装置において、
前記基板の外形は、 半導体素子の外形よりも大きくてもよい。 ( 1 0 ) この半導体装置において、
前記半導体素子の前記電極は、 導電性粒子が接着剤に分散されてなる異方性導 電材料を介して前記導電部材に電気的に接続されてもよい。
( 1 1 ) この半導体装置において、
前記半導体素子の前記電極は、 ワイヤを介して前記導電部材に電気的に接続さ れてもよい。
( 1 2 ) 本発明に係る回路基板には、 上記半導体装置が実装される。
( 1 3 ) 本発明に係る電子機器は、 上記回路基板を有する。
( 1 4 ) 本発明に係る半導体装置の製造方法は、 接着部材がー方の面に設けら れた基板を用意する工程と、
前記基板を、 前記接着部材が設けられた面側からその反対側面に向かって型抜 きを行うことにより、 貫通穴を形成するとともに、 前記貫通穴内に前記接着部材 の一部を引き込む工程と、
前記接着部材を介して、 前記基板における前記貫通穴上を含む前記一方の面の 任意の領域に導電部材を貼り付ける工程と、
前記貫通穴及び該貫通穴内に引き込まれた前記一部の接着部材の内側を介して、 前記導電部材に外部電極の形成材料を設けて、 前記導電部材の形成面の反対側の 面から突出する外部電極を形成する工程と、
前記導電部材に、 半導体素子の電極を電気的に接続する工程と、
を含む。
本発明によれば、 基板の型抜きを行って貫通穴を形成するときに、 同時に貫通 穴内に接着部材の一部を引き込むことができる。 続いて、 貫通穴を介して外部電 極を形成すると、 この外部電極と貫通穴との間に接着部材の一部が介在するよう になる。 こうして得られた半導体装置によれば、 接着部材が応力緩和部材となる ので、 回路基板との熱膨張率の差によって生じた応力 （熱ストレス） や回路基板 に外部から加えられる機械的ストレスを吸収して、 外部電極にクラックが生じる ことを防止することができる。
( 1 5 ) 本発明に係る半導体装置の製造方法は、 内壁面に凸部を有する貫通穴 が形成されるとともに、 前記貫通穴上を含む領域に導電部材が直接形成され、 外 部電極よりも弾力性の高い材料からなる基板を用意する工程と'、
前記貫通穴を介して、 前記導電部材に外部電極の形成材料を設けて、 前記導電 部材の形成面の反対側の面から突出する外部電極を形成する工程と、
前記導電部材に、 半導 i体素子の電極を電気的に接続する工程と、
を含む。
本発明によれば、 貫通穴の内壁面に凸部が形成されていることで、 平坦な内壁 面よりも変形しやすくなつており、 回路基板との熱膨張率の差によって生じた応 力 （熱ス トレス） や回路基板に外部から加えられる機械的ス トレスを吸収するこ とができる。 こうして、 外部電極にクラックが生じることを防止することができ る。
( 1 6 ) この製造方法において、
前記導電部材を形成する前に、 前記基板を型抜きする工程を含み、 前記型抜き する工程で、 前記基板の一部を前記貫通穴に引き込んで前記凸部を形成してもよ い。
これによれば、 型抜きをする工程で凸部を簡単に形成することができる。
( 1 7 ) この製造方法において、
レーザを使用して前記貫通穴を形成してもよい。
レ一ザを使用すると、 凸部が必然的に生じる。
( 1 8 ) この製造方法において、
ウエッ トエツチングによつて前記貫通穴を形成してもよい。
ゥエツ トエッチングを適用すると、 凸部が必然的に生じる。
( 1 9 ) この製造方法において、
前記外部電極は、 前記貫通穴の内側に位置する基端部の径 と、 前記貫通穴か ら突出する突出部の径 øとが、 0≤dの関係を有してもよい。
これによれば、 外部電極は、 貫通穴によって径が絞られないようになり、 くび れが形成されない。 したがって、 回路基板との熱膨張率の差によって生じた応力 (熱ストレス） や回路基板に外部から加えられる機械的ス トレスが集中しないの で、 外部電極にクラックが生じることを防止することができる。
( 2 0 ) 本発明に係る半導体装置の製造方法は、 貫通穴が形'成されるとともに 前記貫通穴上を含む領域に導電部材が形成された基板を用意する工程と、 前記貫通穴を介して、 前記導電部材に外部電極の形成材料を設けて、 前記導電 部材とは反対側の面から突出する外部電極を形成する工程と、
前記導電部材に、 半導体素子の電極を電気的に接続する工程と、
を含み、
前記外部電極は、 前記貫通穴の内側に位置する基端部の径 dと、 前記貫通穴か ら突出する突出部の径 øとが、 ≤dの関係を有する。
本発明によって製造された半導体装置によれば、 外部電極の基端部の径 dと突 出部の径 øとが ≤dの関係を有する。 すなわち、 外部電極は、 貫通穴によって 径が絞られないようになり、 くびれが形成されない。 したがって、 回路基板との 熱膨張率の差によって生じた応力 （熱ス トレス） や回路基板に外部から加えられ る機械的ストレスが集中しないので、 外部電極にクラックが生じることを防止す ることができる。
( 2 1 ) 前記基板は、 絶縁フィルム又はプリント基板であってもよい。
( 2 2 ) 前記外部電極の形成材料は、 ハンダであってもよい。
( 2 3 ) この半導体装置の製造方法において、
前記導電部材に前記半導体素子の前記電極を電気的に接続する工程の後に、 前 記基板を、 半導体素子の外側で打ち抜く工程を含んでもよい。
( 2 4 ) この製造方法において、
前記導電部材に前記半導体素子の前記電極を電気的に接続する工程で、 導電性 粒子が接着剤に分散されてなる異方性導電材料を介して、 前記電極を前記導電部 材に電気的に接続してもよい。
( 2 5 ) この製造方法において、
前記導電部材に前記半導体素子の前記電極を電気的に接続する工程で、 ワイヤ を介して前記導電部材に前記電極を電気的に接続 図面の簡単な説明
図 1は、 第 1の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図であり、 図 2 A及び 図 2 Bは、 第 1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図であり、 図 3 は、 第 1の実施の形態の変形例に係る半導体装置を示す図であり、 図 4は、 第 2 の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図であり、 図 5は、 第 3の実施の形態 に係る半導体装置を示す図であり、 図 6は、 第 4の実施の形態に係る半導体装置 を示す図であり、 図 7は、 第 5の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図であ り、 図 8 A及び図 8 Bは、 第 5の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す 図であり、 図 9は、 第 5の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図であ り、 図 1 0は、 第 5の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示す図であり、 図 1 1は、 本実施の形態に係る半導体装置が実装された回路基板を示す図であり、 図 1 2は、 本実施の形態に係る半導体装置が実装された回路基板を備える電子機 器を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
(第 1の実施の形態）
図 1は、 第 1の実施の形態に係る半導体装置を示す図である。 この半導体装置 1 0は、 半導体素子の一例である半導体チップ 1 2及び基板の一例である絶縁フ イルム 1 4を含み、 C S P型のパッケージが適用されたものである。 絶縁フィル ム 1 4には、 外部電極 1 6が形成されており、 半導体チップ 1 2は、 複数の電極 1 3を有する。 図 1において、 電極 1 3は、 半導体チップ 1 2の対向する二辺に のみ形成されているが、 周知のように四辺に形成されてもよい。
絶縁フィルム 1 4はポリィミ ド樹脂等からなり、 複数の貫通穴 1 4 aを有する < ポリイミ ド樹脂からなる基板として、
熱膨張係数： 1 2 p p m/°C
弾性率 ： 9 0 0 k g /mm2
程度のものや、 熱膨張係数： 2 0 p p m/°C
弾性率 ： 3 0 2 k g/mm2 '
程度のものを使用することができる。 また、 絶縁フィルム 14の一方の面に、 導 電部材の一例である配線パターン 1 8が貼り付けられている。 詳しくは、 配線パ ターン 1 8は、 接着剤 1 Ίを介して、 絶縁フィルム 1 4に貼り付けられている。 接着部材の一例である接着剤 1 7として、
熱膨張係数 （ 5 0〜 1 5 0°C) : 70〜 1 6 5 pp m/°C
弾性率 （ 1 5 0°C) : 0. 1〜0. 9 x l 08P a
破断伸び ： 1 3〜2 9 %
程度のものを使用することができ、 例えば、
熱膨張係数 （ 5 0〜 1 5 0°C) ： 70 pp m/°C
弾性率 （ 1 5 0°C) ： 0. 1 1 08P a
½断伸び ： 2 1 %
程度のものを使用することができる。
接着剤 1 7の一部は、 貫通穴 1 4 a内に引き込まれている。 なお、 接着剤 1 Ί の代わりに、 粘着テープ等を使用してもよい。 また、 配線パターン 1 8は、 貫通 穴 1 4 a上を通るように形成されており、 図 1に示されないが、 貫通穴 1 4 a上 を含む部分は、 他の部分よりも幅の広いランドとなっている。
さらに、 絶縁フィルム 1 4には、 貫通穴 1 4 aを介して、 配線パターン 1 8に (図においては下に） 外部電極 1 6が形成されている。 外部電極 1 6は、 貫通穴 14 a内に位置して配線パターン 1 8と接合される基端部 1 6 aと、 配線パター ン 1 8とは反対側に絶縁フィルム 1 4から突出する突出部 1 6 bと、 を含む。 な お、 外部電極 1 6は、 ハンダ、 銅又はニッケルなどからなる。
本実施の形態では、 図 1に拡大して示すように、 外部電極 1 6の基端部 1 6 a と、 貫通穴 1 4 aとの間に、 接着剤 1 7の一部が介在している。 この接着剤 1 Ί の一部によって、 外部電極 1 6に加えられた応力 （熱ストレスや機械的ストレ ス） が緩和されるようになっている。 ここで、 応力は加熱されたときに生じるこ とが多いので、 接着剤 1 7は、 少なくとも加熱されたときに、 応力緩和機能を果 る程度に柔軟性又は弾力性を有することが必要である。
各々の配線パターン 1 8には、 凸部 1 8 aが形成されている'。 各凸部 1 8 aは、 半導体チップ 1 2の各電極 1 3に対応して形成されている。 したがって、 電極 1 3が、 半導体チップ 1 2の外周に沿って四辺に並んでいる場合には、 凸部 1 8 a も四辺に並ぶように形成される。 電極 1 3は、 凸部 1 8 aに電気的に接続され、 配線パターン 1 8を介して外部電極 1 6と導通するようになっている。 また、 凸 部 1 8 aが形成されることで、 絶縁フイルム 1 4と半導体チップ 1 2との間、 あ るいは、 配線パターン 1 8と半導体チップ 1 2との間には広い間隔をあけること ができる。
電極 1 3と凸部 1 8 aとの電気的な接続は、 異方性導電材料の一例である異方 性導電膜 2 0によって図られる。 異方性導電膜 2 0は、 樹脂中の金属微粒子など の導電粒子を分散させてシート状にしたものである。 電極 1 3と凸部 1 8 aとの 間で異方性導電膜 2 0が押しつぶされると、 導電粒子も押しつぶされて、 両者間 を電気的に導通させるようになる。 また、 異方性導電膜 2 0を使用すると、 導電 粒子が押しつぶされる方向にのみ電気的に導通し、 それ以外の方向には導通しな い。 したがって、 複数の電極 1 3の上に、 シート状の異方性導電膜 2 0を貼り付 けても、 隣り同士の電極 1 3間では電気的に導通しない。
上述の例では、 凸部 1 8 aを配線パターン 1 8側に形成したが、 半導体チップ 1 2の電極 1 3上にバンプを形成してもよく、 その場合には、 配線パターン 1 8 側に凸部 1 8 aの形成は不要である。
本実施の形態では、 異方性導電膜 2 0は、 電極 1 3と凸部 1 8 aとの間及びそ の付近にのみ形成されているが、 電極 1 3と凸部 1 8 aとの間にのみ形成しても よいし、 後述する樹脂 2 2が注入される領域を含め、 半導体チップ 1 2の全面に 形成されてもよい。
そして、 絶縁フィルム 1 4と半導体チップ 1 2との間に形成される隙間には、 ゲル注入穴 2 4から樹脂 2 2が注入されている。 なお、 半導体チップ 1 2の全面 に異方性導電膜 2 0を形成する場合には、 注入穴 2 4が不要であり、 かつ、 樹脂 2 2の注入工程も不要である。 ここで、 樹脂 2 2として、 ヤング率が低く応力緩和の働きを果たせる材質を用 いれば、 上述した接着剤 1 7による応力緩和機能に加えて、 さ'らに応力緩和を図 ることができる。 例えば、 ポリイミ ド樹脂、 シリコーン樹脂、 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、 アクリル樹脂等を 用いることで、 樹脂 2 2が応力緩和機能を果たす。
次に、 本実施の形態に係る半導体装置 1 0の製造方法について、 主要な工程を 説明する。
まず、 一方の面に接着剤 1 7が設けられた絶縁フィルム 1 4を用意し、 絶縁フ イルム 1 4に貫通穴 1 4 aを形成する。 その工程を図 2 A及び図 2 Bに示す。 す なわち、 図 2 Aに示すように、 まず、 接着剤 1 7が設けられた面側に打ち抜き治 具 1及び受け治具 2を配置する。 同図においては、 接着剤 1 7を有する面を上に して絶縁フィルム 1 4が位置し、 その上に打ち抜き治具 1が位置している。 なお、 絶縁フィルム 1 4は、 図示しない台の上に載せられている。 そして、 図 2 Bに示 すように、 打ち抜き治具 1にて絶縁フィルム 1 4を貫通させて、 貫通穴 1 4 aを 形成する。 ここで、 打ち抜き治具 1は、 受け治具 2にガイ ドされて接着剤 1 7を 引き込みながら絶縁フィルム 1 4を貫通する。 したがって、 接着剤 1 7の一部は、 貫通穴 1 4 aの内部に引き込まれた状態となる。 また、 貫通穴 1 4 a内に引き込 まれた接着剤 1 7は、 打ち抜き治具 1を引き抜いても元にもどらず、 貫通穴 1 4 a内に残る。 なお、 接着剤 1 7を貫通穴 1 4 a内に引き込むには、 打ち抜き治具 1と受け治具 2との間に、 1 0〜5 0〃m程度の隙間 （ク リアランス） が存在す ることが好ましい。
また、 好ましくは、 貫通穴 1 4 aの形成と同時に、 絶縁フィルム 1 4にゲル注 入穴 2 4も形成する。
そして、 絶縁フィルム 1 4に銅箔などの導電箔を貼り付けて、 エッチングによ り配線パターン 1 8を形成する。 凸部 1 8 aの形成領域をマスクして、 それ以外 の部分を薄肉にするようにエッチングし、 マスクを除去すれば、 凸部 1 8 aを形 成することができる。
続いて、 絶縁フィルム 1 4には、 凸部 1 8 aの上から異方性導電膜 2 0を貼り 付ける。 詳しくは、 複数の凸部 1 8 aが、 対向する二辺に沿って並ぶ場合は平行 する 2つの直線状に異方性導電膜 2 0を貼り付け、 凸部 1 8 a ^四辺に並ぶ場合 は、 これに対応して矩形を描くように異方性導電膜 2 0を貼り付ける。
こうして、 上記絶縁フィルム 1 4を、 凸部 1 8 aと電極 1 3とを対応させて、 半導体チップ 1 2上に押しつけて、 凸部 1 8 aと電極 1 3とで異方性導電膜 2 0 を押しつぶす。 こうして、 凸部 1 8 aと電極 1 3との電気的接続を図ることがで きる。
次に、 ゲル注入穴 2 4から、 樹脂を注入して、 絶縁フィルム 1 4と半導体チッ プ 1 2との間に、 樹脂 2 2を形成する。
そして、 貫通穴 1 4 aを介して配線パターン 1 8上にハンダを設け、 ボール状 の外部電極 1 6を形成する。 具体的には、 例えば、 ハンダぺ一ストを用いたハン ダ印刷や、 ハンダボ一ルを配線パターン 1 8上に載せることによって、 外部電極 1 6を形成する。
これらの工程によって、 半導体装置 1 0を得ることができる。 なお、 本実施の 形態では、 異方性導電膜 2 0を用いたが、 その代わりに異方性導電接着剤を用い ても良い。 異方性導電接着剤は、 シート状をなしていない点を除き異方性導電膜 2 0と同様の構成のものである。
本実施の形態によれば、 絶縁フィルム 1 4に形成された貫通穴 1 4 aと外部電 極 1 6との間に、 接着剤 1 7が介在するので、 外部電極 1 6に加えられた応力 (熱ストレスや機械的ストレス） を吸収することができる。 このような構成を得 るには、 上述したように、 絶縁フィルム 1 4に予め接着剤 1 7を設けておき、 こ の接着剤 1 7の側から、 貫通穴 1 4 aの打ち抜き工程を行えばよい。 こうするこ とで、 貫通穴 1 4 aの打ち抜き工程と同時に、 接着剤 1 7の一部を貫通穴 1 4 a 内に引き込むことができる。
次に、 図 3は、 本実施の形態の変形例を示す図である。 この変形例では、 絶縁 フィルム 1 4の貫通穴 1 4 a内に接着剤 1 7が入り込んでおらず、 外部電極 2 6 の形状に特徴を有する。 接着剤 1 7が貫通穴 1 4 a内に入り込んでいなくてもよ いので、 接着剤 1 7を有しないプリ ン ト基板を、 絶縁フィルム 1 4の代わりに用 いることもできる。
すなわち、 外部電極 2 6の基端部 2 6 aの径 dと、 突出部 2 '6 bの径 øとが、 Φ≤ ά
の関係を有する。 言い換えると、 貫通穴 1 4 aの開口端部に位置する基端部 2 6 aが、 貫通穴 1 4 aの外側で絶縁フィルム 1 4から突出する突出部 2 6 bとほぼ 等しいか、 あるいは、 基端部 2 6 aが突出部 2 6 bよりも大きくなつている。 特 に、 両者がほぼ等しいことが好ましい。 こうすることで、 突出部 2 6 bから基端 部 2 6 aにかけて、 絞られた形状が形成されないようになっている。
この構成によれば、 外部電極 2 6に絞られる形状がないので、 外部電極 2 6に 加えられる応力が集中しない。 そして、 応力を分散させてクラックを防止するこ とができる。 なお、 貫通穴 1 4 a内に接着剤 1 7が入り込んでいる構造をとれば、 さらに応力緩和性能は向上する。
また、 その製造方法は、 上述した実施の形態と同様である。 ただし、 貫通穴 1 4 a内に接着剤 1 Ίを入り込ませる工程が必ずしも必要ではないため、 貫通穴 1 4 aを打ち抜く方向が限定されない。 また、 配線パターン 1 8を絶縁フィルム 1 4上にスパッタリングによって形成するなど、 この変形例では、 接着剤 1 7を省 略してもよい。 ただし、 この変形例では、 貫通穴 1 4 aと外部電極 2 6との間に、 接着剤 1 7が介在することを妨げるものではない。
(第 2の実施の形態）
図 4は、 第 2の実施の形態に係る半導体装置を示す図である。 この半導体装置 1 1 0は、 半導体素子 1 1 2と、 基板の一例である絶縁フィルム 1 4 (第 1の実 施の形態と同じ構成） と、 複数の外部電極 1 6 (第 1の実施の形態と同じ構成） とを含む。 半導体素子 1 1 2の複数の電極 （図示せず） にはバンプ 1 1 3が設け られている。 バンプ 1 1 3は、 金ボールバンプ、 金メッキバンプであることが多 いが、 ハンダボ一ルであってもよい。 絶縁フィルム 1 4は、 半導体素子 1 1 2よ りも大きい形状をなしている。
絶縁フィルム 1 4の一方の面に、 導電部材 1 1 8が貼り付けられている。 導電 部材 1 1 8は、 図 1に示す配線パターン 1 8から凸部 1 8 aを省略した構成をな し、 接着剤 1 7によって絶縁フイルム 1 4に貼り付けられている。
バンプ 1 1 3と導電部材 1 1 8との電気的な接続は、 絶縁フ'ィルム 1 4におけ る導電部材 1 1 8が形成された面の全体に設けられた異方性導電材料 1 2 0によ つて図られる。 異方性導電材料 1 2 0自体は、 図 1に示す異方性導電膜 2 0と同 じものを使用することができる。 こうすることで、 半導体素子 1 1 2と絶縁フィ ルム 1 4との間に異方性導電材料 1 2 0が介在して、 半導体素子 1 1 2における 電極が形成された面と、 絶縁フィルム 1 4における導電部材 1 1 8が形成された 面と、 が覆われて保護される。 その他の構成は、 第 1の実施の形態と同じである。 本実施の形態に係る半導体装置 1 1 0の製造方法については、 異方性導電材料 1 2 0を絶縁フィルム 1 4の全面に設ける点を除き、 第 1の実施の形態で説明し た方法を適用することができる。 半導体装置 1 1 0を製造するときには、 基板に 半導体素子 1 1 2を搭載してから、 この基板を絶縁フィルム 1 4の形状で打ち抜 いてもよい。 また、 本実施の形態でも、 外部電極 1 6の形状について図 3に示す 形態を適用することができる。
(第 3の実施の形態）
図 5は、 本発明の第 3の実施の形態に係る半導体装置を示す図である。 同図に 示す半導体装置 3 0では、 配線パターン 3 8と半導体チップ 3 2の電極 3 3とが、 ワイヤ 4 0によって接続されている。 配線パターン 3 8は、 接着剤 3 7を介して 基板 3 4に貼り付けられることで形成されている。 基板 3 4は、 第 1の実施の形 態と同様に絶縁フィルムの場合や、 もしくは、 プリント基板の場合がある。
また、 基板 3 4の配線パターン 3 8の形成面には、 応力緩和層 4 2が設けられ ている。 応力緩和層 4 2は、 第 1の実施の形態の樹脂 2 2として選択可能な材料 から形成されている。 この応力緩和層 4 2に接着剤 4 6を介して、 半導体チップ 3 2の電極 3 3を有する面とは反対側の面が接着されている。
基板 3 4には、 貫通穴 3 4 aが形成されている。 この貫通穴 3 4 aを介して、 配線パターン 3 8に外部電極 3 6が形成されている。 詳しくは、 基板 3 4におけ る配線パターン 3 8とは反対側の面に突出するように、 配線パターン 3 8上に外 部電極 3 6が形成されている。 そして、 半導体チヅプ 3 2の外周及び基板 3 4の 部電極 3 6が形成されている。 そして、 半導体チップ 3 2の外周及び基板 3 4の 配線パターン 3 8を有する面が、 樹脂 4 4にて封止されている'。
外部電極 3 6は、 図 1に示す構成、 もしくは図 3に示す外部電極 2 6と同様の 構成をなし、 同様の効果を達成できるようになつている。 あるいは、 図 1に示す 実施の形態と同様に、 貫通穴 3 4 aと外部電極 3 6との間に接着剤 3 7が介在す るように構成してもよい。
本実施の形態は、 第 1の実施の形態と比べて、 半導体チップ 3 2の電極 3 3と 配線パターン 3 8との接続にワイヤ 4 0を使用した点と、 半導体チップ 3 2等が 樹脂 4 4によって封止されている点で相違するが、 応力緩和に関する機能は第 1 の実施の形態と同様である。
(第 4の実施の形態）
図 6は、 本発明の第 4の実施の形態に係る半導体装置を示す図である。 同図に 示す半導体装置 1 3 0は、 貫通穴 3 4 aと外部電極 1 3 6との間に接着剤 3 7が 介在する点で図 5に示す半導体装置 3 0と異なる。
(第 5の実施の形態）
図 7は、 本発明の第 5の実施の形態に係る半導体装置を示す図である。 同図に 示す半導体装置 2 1 0は、 導電部材 1 1 8が、 接着部材なしで基板 2 1 4に直接 形成されている点で、 図 4に示す半導体装置 1 1 0と異なる。 図 7において、 図 4に示す半導体装置 1 1 0と同じ構成には同じ符号を付してある。 なお、 本実施 の形態では、 半導体素子 1 1 2がフェースダウン実装されているが、 図 6に示す フェースアツプ実装を適用してもよい。
基板 2 1 4は、 外部電極 1 6よりも弾力性の高い材料で形成されている。 また、 基板 2 1 4の貫通穴 2 1 4 aの内壁面には、 凸部 2 2 0が形成されている。 凸部 2 2 0の形成方法を図 8 A及び図 8 Bに示す。
基板 2 1 4は、 接着剤が設けられていない点で図 2に示す絶縁フィルム 1 4と 異なる。 図 8 Aに示すように受け治具 2に載せられた基板 2 1 4を、 打ち抜き治 具 1によって、 図 8 Bに示すように打ち抜いて貫通穴 2 1 aを形成する。 こう することで、 基板 2 1 4を構成する材料が貫通穴 2 4 aの内部に突出して凸部 2 2 0が形成される。 例えば、 基板 2 1 4の一方の面において貫通穴 2 1 4 aの 端部を形成する部分の一部が、 貫通穴 2 1 4 a内に引き込まれて凸部 2 2 0が形 成されてもよいし、 基板 2 1 4の厚みの中間部分において、 貫通穴 2 1 4 aの内 壁面に凸部 2 2 0が形成されてもよい。 また、 凸部 2 2 0は、 貫通穴 2 1 4 aの 周端部の全体が貫通穴 2 1 4 aの内側に突出してリング状をなしてもよいし、 貫 通穴 2 1 4 aの周端部の一部のみが貫通穴 2 1 4 aの内側に突出して構成されて も良い。 凸部 2 2 0が形成されていることで、 図 4に示すように、 接着剤 1 7が 貫通穴 1 4 a内に介在する構成と同じ効果を達成することができる。 すなわち、 貫通穴 2 1 4 aの内壁面が平坦な場合よりも、 凸部 2 2 0が変形しやすいので、 外部電極 1 6に加えれる応力を緩和することができる。
こうして、 貫通穴 2 1 4 aが形成されてから、 基板 2 1 4に導電部材 1 1 8を 形成して 2層基板を構成する。 例えば、 基板 2 1 4が熱可塑性である場合にはこ れを加熱して軟化させ、 導電箔を密着させることで接着剤なしで貼り付け、 これ をエッチングして導電部材 2 1 8を形成することができる。 あるいは、 スパッ夕 リングを適用してもよい。
あるいは、 図 9に示すように、 導電部材 3 1 0が形成された基板 3 0 0に、 レ 一ザ 3 2 0を使用して貫通穴 3 3 0を形成してもよい。 この場合にも、 貫通穴 3
3 0には、 凸部 3 3 2が形成される。 レーザ 3 2 0として、 C 0 2レーザを使用す れば凸部 3 3 2が形成されやすいが、 エキシマレーザを使用してもよい。
または、 図 1 0に示すように、 導電部材 4 1 0が形成された基板 4 0 0に、 貫 通穴に対応した開口 4 2 2を有するレジスト 4 2 0を形成し、 ゥエツ トエツチン グを施すことで、 貫通穴 4 3 0を形成してもよい。 この場合にも、 貫通穴 4 3 0 の内壁面には、 凹凸があるので、 凸部 4 3 2が形成される。
なお、 上述した実施の形態は、 C S P型のパッケージを適用した半導体装置で あるが、 本発明は、 多ピン化を図るために半導体チップよりも広い基板が使用さ れる B G A型のパヅケージに適用することもできる。
図 1 1には、 上述した実施の形態に係る方法によって製造された半導体装置 1 1 0 0を実装した回路基板 1 0 0 0が示されている。 回路基板 1 0 0 0には例え ばガラスエポキシ基板等の有機系基板を用いることが一般的である。 回路基板 1 0 0 0には、 例えば銅からなる配線パターンが所望の回路となるように形成され るとともに、 この回路基板 1 0 0 0にハンダボ一ルが設けられている。 そして、 配線パターンのハンダボールと半導体装置 1 1 0 0の外部電極とを機械的に接続 することでそれらの電気的導通が図られる。
この場合、 半導体装置 1 1 0 0には外部との熱膨張差や機械的ストレスにより 生じる歪みを吸収する構造が設けられているため、 本半導体装置 1 1 0 0を回路 基板 1 0 0 0に実装しても接続時及びそれ以降の信頼性を向上できる。
なお、 実装面積もベアチップにて実装した面積にまで小さくすることができる。 このため、 この回路基板 1 0 0 0を電子機器に用いれば電子機器自体の小型化が 図れる。 また、 同一面積内においてはより実装スペースを確保することができ、 高機能化を図ることも可能である。
そして、 この回路基板 1 0 0 0を備える電子機器として、 図 1 2には、 ノート 型パーソナルコンビュ一夕 1 2 0 0が示されている。
なお、 能動部品か受動部品かを問わず、 種々の面実装用の電子部品に本発明を 応用することもできる。 電子部品として、 例えば、 抵抗器、 コンデンサ、 コイル、 発振器、 フィル夕、 温度センサ、 サ一ミス夕、 ノ リス夕、 ボリューム又はヒュ一 ズなどがある。

Claims

請求の範囲
1 . 貫通穴が形成された基板と、
電極を有する半導体素子と、
前記基板の一方の面側において前記貫通穴上を含む前記一方の面の任意の領域 に接着部材を介して貼り付けられるとともに、 前記接着部材に貼り付けられた面 の反対側の面で前記半導体素子の電極に電気的に接続される導電部材と、
前記貫通穴を介して前記導電部材と接続されるとともに、 前記基板の他方の面 よりも外側まで設けられた外部電極と、
を有し、
前記貫通穴内において、 前記貫通穴を形成する内壁面と前記外部電極との間に、 前記接着部材の一部が介在する半導体装置。
2 . 請求項 1記載の半導体装置において、
前記貫通穴内において、 前記接着部材の一部が引き込まれて介在する半導体装
3 . 貫通穴が形成された基板と、
電極を有する半導体素子と、
前記基板の一方の面側において前記貫通穴上を含む前記一方の面の任意の領域 に直接形成されて前記半導体素子の電極に電気的に接続される導電部材と、 前記貫通穴を介して、 前記導電部材と接続されるとともに、 前記基板の他方の 面よりも外側まで設けられた外部電極と、
を有し、
前記基板は、 前記外部電極よりも弾力性の高い材料で形成され、
前記貫通穴の内壁面には、 前記基板を構成する前記材料によって凸部が形成さ れる半導体装置。
4 . 請求項 1記載の半導体装置において、
前記外部電極は、 前記貫通穴の内側に位置する基端部の径 dと、 前記貫通穴か ら突出する突出部の径 øとが、 0≤dの関係を有する半導体装置。
5 . 請求項 3記載の半導体装置において、
前記外部電極は、 前記貫通穴の内側に位置する基端部の径 dと、 前記貫通穴か ら突出する突出部の径 øとが、 dの関係を有する半導体装置。
6 . 貫通穴が形成された基板と、
電極を有する半導体素子と、
前記基板の一方の面側において前記貫通穴上を含む前記一方の面の任意の領域 に接着部材を介して貼り付けられるとともに、 前記接着部材に貼り付けられた面 の反対側の面で前記半導体素子の電極に電気的に接続される導電部材と、 前記貫通穴を介して前記導電部材と接続されるとともに、 前記基板の他方の面 よりも外側まで設けられた外部電極と、
を有し、
前記外部電極は、 前記貫通穴の内側に位置する基端部の径 dと、 前記貫通穴か ら突出する突出部の径 øとが、 0≤dの関係を有する半導体装置。
7 . 請求項 1記載の半導体装置において、
前記基板は、 絶縁基板である半導体装置。
8 . 請求項 3記載の半導体装置において、
前記基板は、 絶縁基板である半導体装置。
9 . 請求項 6記載の半導体装置において、
前記基板は、 絶縁基板である半導体装置。
1 0 . 請求項 1記載の半導体装置において、
前記基板は、 プリント基板である半導体装置。
1 1 . 請求項 3記載の半導体装置において、
前記基板は、 プリン ト基板である半導体装置。
1 2 . 請求項 6記載の半導体装置において、
前記基板は、 プリント基板である半導体装置。
1 3 . 請求項 1記載の半導体装置において、
前記外部電極は、 ハンダで形成される半導体装置。
1 4 . 請求項 3記載の半導体装置において、 前記外部電極は、 ハンダで形成される半導体装置。
1 5. 請求項 6記載の半導体装置において、
前記外部電極は、 ハンダで形成される半導体装置。
1 6. 請求項 1記載の半導体装置において、
前記基板の外形は、 半導体素子の外形よりも大きい半導体装置。
17. 請求項 3記載の半導体装置において、
前記基板の外形は、 半導体素子の外形よりも大きい半導体装置。
18. 請求項 6記載の半導体装置において、
前記基板の外形は、 半導体素子の外形よりも大きい半導体装置。
1 9. 請求項 1記載の半導体装置において、
前記半導体素子の前記電極は、 導電性粒子が接着剤に分散されてなる異方性導 電材料を介して前記導電部材に電気的に接続される半導体装置。
20. 請求項 3記載の半導体装置において、
前記半導体素子の前記電極は、 導電性粒子が接着剤に分散されてなる異方性導 電材料を介して前記導電部材に電気的に接続される半導体装置。
1. 請求項 6記載の半導体装置において、
前記半導体素子の前記電極は、 導電性粒子が接着剤に分散されてなる異方性導 電材料を介して前記導電部材に電気的に接続される半導体装置。
22. 請求項 1記載の半導体装置において、
前記半導体素子の前記電極は、 ワイヤを介して前記導電部材に電気的に接続さ れる半導体装置。
23. 請求項 3記載の半導体装置において、
前記半導体素子の前記電極は、 ワイヤを介して前記導電部材に電気的に接続さ れる半導体装置。
24. 請求項 6記載の半導体装置において、
前記半導体素子の前記電極は、 ワイヤを介して前記導電部材に電気的に接続さ れる半導体装置。
25. 請求項 1、 2、 4、 7、 10、 1 3、 1 6、 1 9、 22のいずれかに記載 の半導体装置が実装された回路基板。
2 6 . 請求項 3、 5、 8、 1 1、 1 4、 1 7、 2 0、 2 3のい'ずれかに記載の半 導体装置が実装された回路基板。
2 7 . 請求項 6、 9、 1 2、 1 5、 1 8、 2 1、 2 4のいずれかに記載の半導体 装置が実装された回路基板。
2 8 . 請求項 2 5記載の回路基板を有する電子機器。
2 9 . 請求項 2 6記載の回路基板を有する電子機器。
3 0 . 請求項 2 7記載の回路基板を有する電子機器。
3 1 . 接着部材がー方の面に設けられた基板を用意する工程と、
前記基板を、 前記接着部材が設けられた面側からその反対側面に向かって型抜 きを行うことにより、 貫通穴を形成するとともに、 前記貫通穴内に前記接着部材 の一部を引き込む工程と、
前記接着部材を介して、 前記基板における前記貫通穴上を含む前記一方の面の 任意の領域に導電部材を貼り付ける工程と、
前記貫通穴及び該貫通穴内に引き込まれた前記一部の接着部材の内側を介して、 前記導電部材に外部電極の形成材料を設けて、 前記導電部材の形成面の反対側の 面から突出する外部電極を形成する工程と、
前記導電部材に、 半導体素子の電極を電気的に接続する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
3 2 . 内壁面に凸部を有する貫通穴が形成されるとともに、 前記貫通穴上を含む 領域に導電部材が直接形成され、 外部電極よりも弾力性の高い材料からなる基板 を用意する工程と、
前記貫通穴を介して、 前記導電部材に外部電極の形成材料を設けて、 前記導電 部材の形成面の反対側の面から突出する外部電極を形成する工程と、
前記導電部材に、 半導体素子の電極を電気的に接続する工程と、
を含む半導体装置の製造方法。
3 3 . 請求項 3 2記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電部材を形成する前に、 前記基板を型抜きする工程を含み、 前記型抜き する工程で、 前記基板の一部を前記貫通穴に引き込んで前記凸部を形成する半導 体装置の製造方法。 '
3 4 . 請求項 3 2記載の半導体装置の製造方法において、
レーザを使用して前記貫通穴を形成する半導体装置の製造方法。
3 5 . 請求項 3 2記載の半導体装置の製造方法において、
ウエッ トエッチングによって前記貫通穴を形成する半導体装置の製造方法。 3 6 . 請求項 3 1記載の半導体装置の製造方法において、
前記外部電極は、 前記貫通穴の内側に位置する基端部の径 dと、 前記貫通穴か ら突出する突出部の径 øとが、 ≤dの関係を有する半導体装置の製造方法。 3 7 . 請求項 3 2記載の半導体装置の製造方法において、
前記外部電極は、 前記貫通穴の内側に位置する基端部の径 dと、 前記貫通穴か ら突出する突出部の径 øとが、 0 dの関係を有する半導体装置の製造方法。 3 8 . 貫通穴が形成されるとともに前記貫通穴上を含む領域に導電部材が形成さ れた基板を用意する工程と、
前記貫通穴を介して、 前記導電部材に外部電極の形成材料を設けて、 前記導電 部材とは反対側の面から突出する外部電極を形成する工程と、
前記導電部材に、 半導体素子の電極を電気的に接続する工程と、
を含み、
前記外部電極は、 前記貫通穴の内側に位置する基端部の径 dと、 前記貫通穴か ら突出する突出部の径 øとが、 0≤dの関係を有する半導体装置の製造方法。
3 9 . 請求項 3 1記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板は、 絶縁フィルム又はプリント基板である半導体装置の製造方法。
4 0 . 請求項 3 2記載の半導体装置の製造方法において、
前記基板は、 絶縁フィルム又はプリント基板である半導体装置の製造方法。 4 1 . 請求項 3 1記載の半導体装置の製造方法において、
前記外部電極の形成材料は、 ハンダである半導体装置の製造方法。
4 2 . 請求項 3 2記載の半導体装置の製造方法において、
前記外部電極の形成材料は、 ハンダである半導体装置の製造方法。
4 3 . 請求項 3 8記載の半導体装置の製造方法において、
前記外部電極の形成材料は、 ハンダである半導体装置の製造'方法。
4 4 . 請求項 3 1記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電部材に前記半導体素子の前記電極を電気的に接続する工程の後に、 前 記基板を、 半導体素子の外側で打ち抜く工程を含む半導体装置の製造方法。 4 5 . 請求項 3 2記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電部材に前記半導体素子の前記電極を電気的に接続する工程の後に、 前 記基板を、 半導体素子の外側で打ち抜く工程を含む半導体装置の製造方法。 4 6 . 請求項 3 8記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電部材に前記半導体素子の前記電極を電気的に接続する工程の後に、 前 記基板を、 半導体素子の外側で打ち抜く工程を含む半導体装置の製造方法。 4 7 . 請求項 3 1記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電部材に前記半導体素子の前記電極を電気的に接続する工程で、 導電性 粒子が接着剤に分散されてなる異方性導電材料を介して、 前記電極を前記導電部 材に電気的に接続する半導体装置の製造方法。
4 8 . 請求項 3 2記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電部材に前記半導体素子の前記電極を電気的に接続する工程で、 導電性 粒子が接着剤に分散されてなる異方性導電材料を介して、 前記電極を前記導電部 材に電気的に接続する半導体装置の製造方法。
4 9 . 請求項 3 8記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電部材に前記半導体素子の前記電極を電気的に接続する工程で、 導電性 粒子が接着剤に分散されてなる異方性導電材料を介して、 前記電極を前記導電部 材に電気的に接続する半導体装置の製造方法。
5 0 . 請求項 3 1記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電部材に前記半導体素子の前記電極を電気的に接続する工程で、 ワイヤ を介して前記導電部材に前記電極を電気的に接続する半導体装置の製造方法。 5 1 . 請求項 3 2記載の半導体装置の製造方法において、
前記導電部材に前記半導体素子の前記電極を電気的に接続する工程で、 ワイヤ を介して前記導電部材に前記電極を電気的に接続する半導体装置の製造方法。 5 2 . 請求項 3 8記載の半導体装置の製造方法において、 '
前記導電部材に前記半導体素子の前記電極を電気的に接続する工程で、 ワイヤ を介して前記導電部材に前記電極を電気的に接続する半導体装置の製造方法。
PCT/JP1999/001408 1998-03-27 1999-03-19 Semiconductor device and method for manufacturing the same, circuit substrate, and electronic device WO1999050906A1 (en)

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