(57)【要約】【課題】さらに高まる高密度化や高機能化に適応する実装用基板ならびに半導体装置を提供すること。【解決手段】折り曲げ可能な実装用基板に半導体素子およびチップ部品を載せた後、実装用基板の折り曲げ辺部で９０度折り曲げて立方体もしくは直方体の半導体装置の一固体を組み立てる。その後、これらを３次元的に自由な組み合わせで接続して半導体装置とすることによって、さらに高まる高密度化や高機能化に適応する実装用基板ならびに半導体装置を提供できる。【選択図】図４
2010272668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有する絶縁部と外部接続端子を含む配線部を内蔵し、立方体もしくは直方体を形成する面部と折り曲げ辺部を有する実装用基板。
【請求項２】
請求項１記載の実装用基板において、立方体もしくは直方体を形成する際ののりしろ部を有することを特徴とする実装用基板。
【請求項３】
請求項１記載の実装用基板において、折り曲げ辺の前後０．１ｍｍ以上の領域において、外部端子保護用の絶縁部を形成しないことを特徴とする実装用基板。
【請求項４】
請求項１記載の実装用基板上に、半導体素子およびチップ部品を少なくとも１つ以上実装したのち、前記折り曲げ辺部を折り曲げることにより６面を有する立方体もしくは直方体形状であることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項４記載の半導体装置において、半導体素子およびチップ部品の一部もしくは全てが樹脂によりモールドされており、このモールドの形状が立方体もしくは直方体に組み立てたときに咬合することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項４および５記載の半導体装置において、外側の各面に外部接続端子を設け、前記外部接続端子を介して複数個を垂直方向および水平方向に接続してあることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置ならびに実装用基板に係り、特に折り曲げ可能な実装用基板を用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年における電子機器の高性能化や小型化の要求は高く、このような要求が高まるにつれて電子部品の高密度化や高機能化に対する要求も確実に高くなってきている。こうした要求から、実装用基板に半導体素子を実装した半導体装置を複数積み重ねた構造（スタック構造）を有する半導体装置が開発されてきた。
【０００３】
スタック構造をとる半導体装置の一例として、特許文献１の発明が挙げられる。これによれば、ＩＣ搭載用電極、半導体装置の接続用電極等が形成されたキャビティ付きセラミックの実装用基板に、メモリーＩＣを実装して金属細線を用いてメモリーＩＣのＩＣ電極に電気的に接続し、その後樹脂封止し、キャリア基板外壁にチップの電極を外部に導出するための電極パターンを有する複数の半導体装置を重ね合わせ、電極パターン相互間を電気的に接続したメモリモジュール構造をとっている。この場合、チップ接続はワイヤボンディングで行われており各半導体装置間の接続は外壁面を利用して行われている。
【０００４】
一方、上記構造では、複数の半導体装置を最終的に電気的に接続する方法であるのに対して、１つの実装用基板に複数個の半導体素子を実装する半導体装置が提案されている。この一例として、特許文献２の発明が挙げられる。これによると、可撓性を有する１つの実装用基板に複数個の半導体素子を搭載した後、基板をＳ字状に折り曲げて高さ方向に積み上げることにより、実装工程の簡略化と半導体装置の寸法の小型化を同時に実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−１０１０６７号公報
【特許文献２】特開２００１−４４３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術の半導体装置においては高さ方向にのみスタックされており、２次元的に高密度化が図られているのみであった。そこで、本発明では、３次元的に自由な組み合わせを可能にすることにより、さらに高まる高密度化や高機能化に適応する実装用基板ならびに半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために、可撓性を有する絶縁部と外部接続端子を含む配線部を内蔵し、立方体もしくは直方体を形成する面部と折り曲げ辺部を有する実装用基板としたものである。
【０００８】
また、本発明は、上記の実装用基板において、立方体もしくは直方体を形成する際ののりしろ部を有することを特徴とする実装用基板としたものである。これによれば、本発明の半導体装置の組み立て時の貼り合わせしろを実装用基板に持たせることにより、組み立て性を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明は、上記の実装用基板において、折り曲げ辺の前後０．１ｍｍ以上の領域で外部接続端子保護用の絶縁部を形成しないことを特徴とする実装用基板としたものである。これにより、折り曲げ辺部が曲げやすくなり、構造的に安定した半導体装置を製造することが可能となる。
【００１０】
また、本発明は、上記の実装用基板上に、半導体素子およびチップ部品を少なくとも１つ以上実装したのち、前記折り曲げ辺部を折り曲げることにより６面を有する立方体もしくは直方体形状であることを特徴とする半導体装置としたものである。これにより、外部との接続端子を６面に配置することが可能となり、本発明の半導体装置を３次元的に配置することが可能となる。
【００１１】
また、本発明は、上記の半導体装置において、半導体素子およびチップ部品の一部もしくは全てが樹脂によりモールドされており、このモールドの形状が立方体もしくは直方体に組み立てたときに咬合することを特徴とする半導体装置としたものである。これにより、パッケージ内の半導体素子およびチップ部品と実装用基板の接続部を強固に保護し、かつ半導体装置の中の空隙部を減らすことが可能となり、信頼性に優れた半導体装置を提供することができる。
【００１２】
また、本発明は、上記の半導体装置において、外側の各面に外部接続端子を設け、前記外部接続端子を介して複数個を垂直方向および水平方向に接続してあることを特徴とする半導体装置としたものである。これにより、複数個の本発明の半導体装置を３次元的に接続した半導体装置を提供できることになり、高密度化と高機能化が同時に達成することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体装置をＸＹ方向へ接続することにより実装面積の縮小が可能となる効果があり、さらに、Ｚ方向へ接続することにより高さ方向への実装も可能であるため、トータルで半導体装置の高密度化・高機能化を実現することができる効果があり、また、半導体装置の一個体ずつ検査してから３次元的に接続をすることが可能なため、コストも低減できる効果がある実装用基板ならびに半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明における実装用基板形態の一例の説明図である。
【図２】本発明における実装用基板断面の一例の説明図である。
【図３】本発明における半導体装置断面の一例の説明図である。
【図４】本発明における半導体装置の一例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、貼付図面を参照して、本発明による実装用基板および半導体装置について説明する。本発明の実装用基板１０は、図１に例示するように立方体や直方体の展開図の形状をしており、半導体装置として組み立てをする際の面部１０１と折り曲げ辺部１０２を有し、半導体装置の組み立て性から、必要に応じてのりしろ部１０３を設ける。本例では、面部１０１と折り曲げ辺部１０２とのりしろ部１０３を設ける実装用基板構造を例示したが、面部１０１同士をオーバーラップさせる構造をとることもできる。すなわち、７つの面部１０１と折り曲げ辺部１０２を持つ基板構造とすることも可能である。その他、立方体や直方体のうち２面を取り除き、４つの面部１０１と折り曲げ辺部１０２、のりしろ部１０３により構成することもでき、この構成からのりしろ部１０３を取り除き、１面をオーバーラップさせた５つの面部１０１と折り曲げ辺部１０２からなる基板構造をとることもできる。
【００１６】
実装用基板１０の断面の例を図２に示す。層間の絶縁部１０４としては、折り曲げが可能な材料の中から好適に選ぶことができ、具体的には、液晶ポリマー、ポリイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂等が挙げられるが、耐熱性、可撓性、平滑性、低吸水率を満足するものとしてポリイミド樹脂を推奨する。また配線部１０５は金属から成り、導電性のよいものであれば構わないが、コストおよび導電性から一般的に銅が好ましく、電解銅箔、圧延銅箔等の平滑性の良い銅箔がより好ましい。配線部１０５の層数は、少なくとも１層以上は必要であるが、高機能化・高密度化の観点から考えると、２層以上の多層基板であることが好ましい。
【００１７】
本発明における実装用基板１０の製造方法としては、例えば、少なくとも以下の工程、（ａ）少なくとも片面に配線部１０５を有する配線フィルムの少なくとも片面に接着フィルムを設置し、片面に配線部１０５を有するフィルムを、その配線部１０５を外側にして、接着フィルムを介して順に配置して積層する工程、（ｂ）工程（ａ）で得られた少なくとも片面に接着フィルムを介して片面に配線部１０５を有するフィルムを積層した中間工程基板において、少なくとも片側からレーザー加工を施した後、導電処理を施し、層間を導通せしめる工程、（ｃ）少なくとも片面に所定のパターンの配線部１０５に加工する工程、（ｄ）外部端子保護用の絶縁部１０４を形成する工程を順に含んでなる工程にて作製することができる。しかし、実装用基板１０の製造方法はこれに限定されるものではない。なお、半導体装置の組み立て性の点から、折り曲げ辺部１０２には、配線部１０５の面積を極力少なくすることが好ましい。さらには、折り曲げ辺部１０２の前後０．１ｍｍ以上の領域で銅の配線部１０５の面積率を５０％以下にすることが好ましい。また、前記領域に外部端子保護用の絶縁部１０４を形成しないことにより、実装用基板１０の折り曲げ性を確保することが可能となる。ここで、折り曲げ辺部１０２の前後を０．１ｍｍ以上と限定したのは、端子保護用の絶縁部１０４に一般的に使用されるソルダーレジストの解像度を考慮すると、折り曲げるために必要な最小必要寸法が０．１ｍｍ以上必要であるためである。
【００１８】
本発明における実装用基板１０の各層間を電気的に接続するビアホール１０６としては、例えば、スルーホール（貫通穴）、ブラインドビアホール（非貫通穴）、更にはスルーホールとブラインドビアホールの併用により電気的接続させる場合等が例示できるが、これらに限定されるものではない。これらの中では特にブラインドビアホールのビアホール１０６による電気的接続が、多層の実装用基板１０の高密度化に適応できる点で望ましい。  
【００１９】
本発明におけるブラインドビアホール１０６としては、例えば、ブラインドビアホール１０６内部を樹脂等の絶縁物で充填するコンフォーマルタイプのブラインドビアホール１０６と、ブラインドビアホール１０６内部を導電性物質で充填するフィルドタイプのブラインドビアホール１０６等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。これらの中では特に、ブラインドビアホール１０６内部を導電性物質で充填するフィルドタイプのブラインドビアホール１０６が、ビア・オン・ビア（スタックド・ビア）等の設計が可能であるため、多層の実装用基板１０の高密度化に適応できる点で望ましい。
【００２０】
次に、実装用基板１０に半導体素子１１やチップ部品１２を実装する。半導体素子１１の実装方法は、ワイヤボンディングによる接続やフリップチップによる接続などから好適に選択することができるが、これに限定されるものではない。半導体素子１１やチップ部品１２の全てもしくは一部に対して、金型を利用して樹脂でモールド封止を行う。半導体素子１１、チップ部品１２およびワイヤーを外部からの応力，湿気や汚染物質から守るためにモールド封止を行い，樹脂は主に熱硬化性のエポキシ系樹脂を用いることが好ましい。金型を使用したモールド封止を用いることにより、樹脂成形後の形状を金型形状によって定義することが可能となる。樹脂成形後の形状が立方体もしくは直方体に組み立てたときに図３に示す断面図のように咬合するようにすることにより、半導体装置としての形状安定性に優れ、しいては高い信頼性を得ることが可能となる。なお、実装用基板１０の折り曲げ性を確保するために、実装用基板１０の折り曲げ辺部１０２においては、モールド樹脂１３がつかないように設計することが好ましい。
【００２１】
実装用基板１０に半導体素子１１およびチップ部品１２を搭載し、モールドを行った後、実装用基板１０の折り曲げ辺部１０２を９０度折り曲げて、のりしろ部１０３を液状もしくはフィルム上の接着剤で接合することにより、図３のような半導体装置の一個体１５を得ることができる。なお、半導体装置の信頼性を向上させるために、モールド樹脂１３間に緩衝層１４を設けることもできる。また、この緩衝層１４に接着機能もあわせて持たせることにより、半導体装置の組み立て性を向上させることも可能である。
【００２２】
上記、半導体装置の一個体１５に設けた外部接続用端子１６同士を接続材１７を用いて接続することで、半導体装置の一個体１５同士を接続する。外部接続用端子１６同士を接続する接続材１７は、はんだを用いた接続、金属バンプによる接続、導電性フィルムを用いた接続、ピンとそれに対応したソケットでの接続などがあるが、これに限定されるものではない。接続方向は、縦横方向（ＸＹ方向）、高さ方向（Ｚ方向）と任意に選択することができる。図４にＸＹ方向、Ｚ方向ともにはんだの接続材１７で接続を行った半導体装置の一例を示す。これによると、ＸＹ方向へ接続したことにより、実装面積の縮小が可能となり、さらに、Ｚ方向への接続により高さ方向への実装も可能であるため、トータルで半導体装置の高密度化・高機能化を実現することができる。また、半導体装置の一個体１５ずつ検査してから、３次元的に接続をすることが可能となり、この半導体装置はコスト的にも有利な構造を有している。
【００２３】
以下に、具体的な実施例により本発明の半導体装置を説明する。なお、後述する実施例は本発明の一実施例であり、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。
【実施例】
【００２４】
実装用基板１０の絶縁部１０４の基板には、両面銅箔付ポリイミドテープ（三井化学製
ネオフレックス  Ｃｕ／ＰＩ／Ｃｕ＝６μｍ／３０μｍ／６μｍ）を使用した。この絶縁部１０４の基板にビアホール用穴部を加工する為に、３５５ｎｍの波長の紫外線レーザーを使用して、ビアホール用穴部加工を行った。加工したビアホール用穴部径は６０μｍであった。
【００２５】
その後、ビアホール用穴部底部に堆積した樹脂残さを除去する為に、過マンガン酸カリウムと水酸化ナトリウムを３対２の割合でイオン交換水に溶解させ、約５０℃に加熱した。この混合液中に基板を浸漬させ、樹脂残さを除去した。次いで、電気めっきのシード層を形成する為に無電解銅めっき処理を行った。その後硫酸銅めっき液により電解めっき処理を行うことで、ビアホール用穴部に銅めっきによるビアホール１０６を形成し、また、基板の両面の銅箔に銅めっき層を重ねた導体層を形成した。
【００２６】
次にこの導体層の銅厚を薄くする為に化学研磨を行った。化学研磨液は硫酸過水系の化学研磨液を使用して、めっき後の銅厚約２０μｍから約１１μｍまで導体層両面を研磨した。次に、基板の両面に配線部１０５を形成するために、配線形成用のドライフィルムレジストをラミネーターにより加熱加圧し張り合わせレジスト層を形成した。次いで、所定のパターンを形成したフォトマスクを用いて超高圧水銀ランプを光源とした平行光にて露光し、１％炭酸ナトリウム水溶液にて現像を行い、所望のレジスト形状を得た。次に、レジスト開口部を比重１．４０の塩化第二鉄にてエッチングを行った。その後、レジストを３％水酸化ナトリウム水溶液にて剥離を行い、配線部１０５の回路パターンを得た。
【００２７】
次に、基板の両面に接着剤を介して片面銅箔付きポリイミド（三井化学  商品名ネオフレックス）をロールラミネーターにて張り合わせ、その後同様にビアホール１０６を形成し、配線部１０５を形成し４層基板を形成した。そして再度、片面銅箔付きポリイミドを接着剤を介して積層し、６層にし、ビアホール１０６形成、銅めっき、レジストコート、露光、現像、エッチング、剥離まで同様に行い、最外層の配線部１０５の回路形成を行った。なお、各層の配線部１０５の回路形成に際しては、折り曲げ辺の前後０．１ｍｍ以上の領域において、銅面積が５０％になるように制御した。
【００２８】
そして最外層部分にソルダーレジストによりパターンを形成した。このソルダーレジストにて配線部１０５の一部で形成した外部接続端子１６を露出させるようにし、また、折り曲げ辺の前後０．１ｍｍの領域に、ソルダーレジストがかからないようにした。その後、外部接続端子１６を保護するために外部接続端子１６上に電解ニッケル金めっきを行い、金型により基板を断裁する外形加工を行って図１のような実装用基板１０を得た。
【００２９】
次に、この実装用基板１０に半導体素子１１を２つとチップ部品１２を２つ実装し、トランスファーモールド法により、樹脂封止を行った。その後、実装用基板１０を、図３のように折り曲げ辺部１０２にて折り曲げて直方体形状として、実装用基板１０をのりつけ部にて固定することにより、横５ｍｍ×縦７ｍｍ×高さ３ｍｍ半導体装置の一個体１５を作成した。次に、この半導体装置の一個体１５を横方向に各個体の直径３００μｍの外部接続端子１６間を接続するため、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだの接続材１７を、コンベアリフローにて接続し、その後接続部を保護するため、接合部に樹脂を充填した。前記ＸＹ方向に接続した半導体装置２つを直径３００μｍの外部接続端子１６間をＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のはんだの接続材１７を用いて接続し、接続部を保護するため、各半導体装置間に樹脂を充填した。これにより、半導体装置の一固体１５を得ることができた。
【００３０】
上記半導体装置の一固体１５の実装性を確認するため、半導体装置の一固体１５に設けられた外部接続用端子１６を上面にして、全ての外部接続端子１６にハンダを充填・溶融させ、概球状のハンダボールの接続材１７を形成した。得られた半導体装置を外部回路基板の所定の実装位置に装着し、リフロー処理を行いハンダボールの接続材１７を溶融させて半導体装置の一固体１５の外部接続端子１６と外部回路基板の接続端子をはんだ付けした。布線検査機にて半導体装置の一固体１５と外部回路基板との導通チェックを行ったところ、全てのネットで問題なく接続できていることが確認できた。
【００３１】
次に、半導体装置の長期信頼性を確認するため、上記の半導体装置の一固体１５を外部回路基板に装着した半導体装置の一固体１５に対して、−４０℃と１２５℃の間で５００回の空気中における温度サイクル試験を行った。その結果、導通抵抗の変化率は全てのネットで１０％以下となり、長期信頼性も有することが確認できた。
【符号の説明】
【００３２】
１０・・・実装用基板
１０１・・・面部
１０２・・・折り曲げ辺部
１０３・・・のりしろ部
１０４・・・絶縁部
１０５・・・配線部
１０６・・・ビアホール
１１・・・半導体素子
１２・・・チップ部品
１３・・・モールド樹脂
１４・・・緩衝層
１５・・・半導体装置の一個体
１６・・・外部接続端子
１７・・・接続材
【図１】
2010272668.tif 000003
【図２】
2010272668.tif 000004
【図３】
2010272668.tif 000005
【図４】
2010272668.tif 000006