(57)【要約】【課題】  配線パターンを保護する耐熱性保護膜を設けた絶縁フィルムの反りを抑制するのに最適な構造を有する半導体パッケージ用基板およびそれを用いた半導体装置を提供する。【解決手段】  貫通孔１１を有し、絶縁フィルム１２と絶縁フィルム１２と同じ大きさの補強板１３とが第１接着層１４を介して積層された基板１５と、基板１５の主面に積層された第２接着層１６と、主面と対向した反対面に設けられた配線パターン１７と、配線パターン１７の一部を露出させて配線パターンを覆うように積層された保護層１８と、配線パターン１７の露出部に設けられた外部接続端子１９とを具備する半導体パッケージ用基板２０と、貫通孔１１を跨ぐように第２接着層１６上にフェースダウンで載置され、貫通孔１１を通して配線パターン１７に電気的接続された電極を有する半導体チップ２３と、を具備する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁フィルムと前記絶縁フィルムと同じ大きさの補強板とが接着層を介して積層され、且つ前記絶縁フィルムおよび前記補強板を貫通する貫通孔を有する基板と、
前記絶縁フィルムまたは前記補強板の表面に設けられた配線パターンと、
前記配線パターンの一部を露出させて前記配線パターンを覆うように積層された保護層と、
前記配線パターンの前記露出部に設けられた外部接続端子と
を具備することを特徴とする半導体パッケージ用基板。
【請求項２】
絶縁フィルムと前記絶縁フィルムと同じ大きさの補強板とが接着層を介して積層され、且つ前記絶縁フィルムおよび前記補強板とを貫通するビアとを有する基板と、
前記絶縁フィルムおよび前記補強板のいずれか一方の表面に設けられた接続パッドと、
前記絶縁フィルムおよび前記補強板のいずれか他方の表面に設けられ、前記接続パッドに前記ビアを介して電気的接続された配線パターンと、
前記配線パターンの一部を露出させて前記配線パターンを覆うように積層された保護層と、
前記配線パターンの前記露出部に設けられた外部接続端子と
を具備することを特徴とする半導体パッケージ用基板。
【請求項３】
絶縁フィルムと前記絶縁フィルムと同じ大きさの補強板とが接着層を介して積層され、且つ前記絶縁フィルムおよび前記補強板を貫通する貫通孔を有する基板と、前記絶縁フィルムおよび前記補強板のいずれか一方の表面に設けられた配線パターンと、前記配線パターンの一部を露出させて前記配線パターンを覆うように積層された保護層と、前記配線パターンの前記露出部に設けられた外部接続端子とを具備する半導体パッケージ用基板と、
前記貫通孔を跨いで前記絶縁フィルムおよび前記補強板のいずれか他方の表面にフェースダウンで載置され、前記貫通孔を通して前記配線パターンに電気的接続された電極を有する半導体チップと
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
絶縁フィルムと前記絶縁フィルムと同じ大きさの補強板とが接着層を介して積層され、且つ前記絶縁フィルムおよび前記補強板とを貫通するビアを有すると、前記絶縁フィルムおよび前記補強板のいずれか一方の表面に設けられた接続パッドと、前記絶縁フィルムおよび前記補強板のいずれか他方の表面に設けられ、前記接続パッドに前記ビアを介して電気的接続された配線パターンと、前記配線パターンの一部を露出させて前記配線パターンを覆うように積層された保護層と、前記配線パターンの前記露出部に設けられた外部接続端子とを具備する半導体パッケージ用基板と、
前記絶縁フィルムおよび前記補強板のいずれか一方の表面にフェースダウンで載置され、前記接続パッドに電気的接続された電極を有する半導体チップと
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記半導体パッケージ用基板は、前記絶縁フィルムと前記補強板とが前記接着層を介して交互に積層されてなることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージ用基板およびそれを用いた半導体装置に係り、特に絶縁フィルムタイプの半導体パッケージ用基板およびそれを用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の高集積化に伴って、多くの入出力端子を有する半導体チップが表面実装可能なパッケージとして、ＢＧＡ（Ball Grid Array）と呼ばれるパッケージが多く使用されているが、更なるパッケージの小型化、薄型化のために、ポリイミドなどの薄くて耐熱性のある絶縁フィルム基材をベースとしたパッケージが開発されている。
【０００３】
従来、絶縁フィルム基材をベースとしたパッケージでは、半導体チップを実装する前と半導体チップを実装して樹脂でモールドした後で、絶縁フィルム基材の吸排湿や、適用する封止材の熱変形に起因して、パッケージに反りが生じる問題がある。
【０００４】
これに対して、絶縁フィルム基材に補強部材を接着することにより、反りを小さくした半導体パッケージ用基板が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
特許文献１に開示された半導体パッケージ用基板を用いた半導体装置は、主面に接続端子が設けられ、主面と対向した反対面に外部接続端子が導出配置されたフィルム状の配線基板と、配線基板の接続端子に対応させ電気的に接続・搭載された半導体チップと、半導体チップ周辺を囲繞し、かつ配線基板面に接着剤層を介して順次積層された補強板および配線基板の基材と同種の樹脂板と、樹脂板上面との間に間隙を持たせ、かつ半導体チップ上面に接着剤層を介して一体的に配置された放熱板とを具備している。
【０００６】
即ち、同種の樹脂板で額縁状の補強板の両面を挟着させて対象的な構成とし、温度変化や湿度の影響で反りを発生し易い補強板の膨張作用などを両面側に分散的に及ばせ、厚さ方向に発生する反りを防止・低減している。
【０００７】
然しながら、特許文献１に開示された半導体装置の主面と対向した反対面に、多数の外部接続端子を設けるために配線パターンを形成し、この配線パターンにハンダが付かないように配線パターンを保護する耐熱性保護膜、所謂ソルダーレジストを設けた場合に、半導体装置をマザーボード等にハンダ付けするときの加熱により耐熱性保護膜が熱で収縮するので、反り量が調整できるレベルを超過して絶縁フィルムが反ってしまう問題がある。
【特許文献１】特開平１１−１７０６４号公報（３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、配線パターンを保護する耐熱性保護膜を設けた絶縁フィルムの反りを抑制するのに最適な構造を有する半導体パッケージ用基板およびそれを用いた半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様の半導体パッケージ用基板では、絶縁フィルムと前記絶縁フィルムと同じ大きさの補強板とが接着層を介して積層され、且つ前記絶縁フィルムおよび前記補強板を貫通する貫通孔を有する基板と、前記絶縁フィルムまたは前記補強板の表面に設けられた配線パターンと、前記配線パターンの一部を露出させて前記配線パターンを覆うように積層された保護層と、前記配線パターンの前記露出部に設けられた外部接続端子と、を具備することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の一態様の半導体装置では、絶縁フィルムと前記絶縁フィルムと同じ大きさの補強板とが接着層を介して積層され、且つ前記絶縁フィルムおよび前記補強板を貫通する貫通孔を有する基板と、前記絶縁フィルムおよび前記補強板のいずれか一方の表面に設けられた配線パターンと、前記配線パターンの一部を露出させて前記配線パターンを覆うように積層された保護層と、前記配線パターンの前記露出部に設けられた外部接続端子とを具備する半導体パッケージ用基板と、前記貫通孔を跨いで前記絶縁フィルムおよび前記補強板のいずれか他方の表面にフェースダウンで載置され、前記貫通孔を通して前記配線パターンに電気的接続された電極を有する半導体チップと、を具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、配線パターンを保護する耐熱性保護膜を設けた絶縁フィルムの反りを抑制することができる。  
従って、十分な平坦性を有する半導体パッケージ用基板が得られる。その結果、小型・薄型で信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明の実施例１に係る半導体装置について、図１を参照して説明する。図１は本発明の実施例１に係る半導体装置の構成を示す図で、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し、矢印方向に眺めた断面図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施例の半導体装置１０は、スリット状の貫通孔１１を有し、絶縁フィルム１２と絶縁フィルム１２と同じ大きさの補強板１３とが第１接着層１４を介して積層された基板１５と、基板１５の主面に積層された第２接着層１６と、基板１５の主面と対向した反対面に設けられた配線パターン１７と、配線パターン１７の一部を露出させてその他の配線パターン部分を覆うように積層された保護層１８と、配線パターン１７の露出部に設けられた外部接続端子１９とを有する半導体パッケージ用基板（以下、単にパッケージ基板という）２０を具備している。
【００１５】
更に、パッケージ基板２０の接着層１６上に貫通孔１１を跨いでフェースダウンで載置され、貫通孔１１内に露出された電極２２が貫通孔１１を通るワイヤ２１を介して配線パターン１７に電気的接続された半導体チップ２３と、半導体チップ２３の外周部、貫通孔１１およびワイヤ２１をモールドする樹脂２４とを具備している。
【００１６】
絶縁フィルム１２は、例えば耐熱性を有する厚さ１００乃至１５０μｍ程度のポリイミドフィルムで、中央部にスリット状の貫通孔１１が形成されている。  
補強板１３は、絶縁フィルム１２と大きさが等しく、厚さ１００乃至５００μｍ程度の銅板で、中央部にスリット状の貫通孔１１が形成されている。  
絶縁フィルム１２と絶縁フィルム１２と同じ大きさの補強板１３とは、例えば厚さ２０μｍ程度のシリコン樹脂系の第１接着層１４を介して積層され、基板１５を構成している。
【００１７】
基板１５の補強板１３には、例えば厚さ５０μｍ程度のアクリル酸エステル共重合体とノボラック型エポキシ樹脂を主成分とする第２接着層１６が積層されている。  
基板１５の絶縁フィルム１２には、例えば厚さ２０μｍ程度の接着材（図示せず）で貼り付けられた、例えば厚さ２０μｍ程度の銅箔の配線パターン１７が設けられ、配線パターン１７の一端には外部接続端子１９、例えばハンダボールが設けられている。
【００１８】
更に、外部接続端子１９を除いて配線パターン１７を覆うように、例えば厚さ２０μｍ程度のアクリレート系樹脂を主成分とする保護層１８が積層されている。  
保護層１８はパッケージ基板２０をマザーボード等にハンダ付けするときに、ハンダ付けに必要な箇所以外の所にハンダが付かないようにするための所謂ソルダーレジストであり、配線パターン１７のショートを押さえて絶縁性を保ち、配線パターン１７を保護する役目をしている。
【００１９】
パッケージ基板２０をマザーボード等にハンダ付けするときの熱により保護層１８が熱収縮するので、絶縁フィルム１２には熱収縮による反りが生じる。  
しかし、絶縁フィルム１２に接着された絶縁フィルム１２と同じ大きさの補強板１３の剛性と熱収縮による応力とが釣り合うので、絶縁フィルム１２の反りを抑制することが可能である。
【００２０】
補強板１３の厚さは、絶縁フィルム１２の反りが所定の範囲内に収まるように保護層１８の厚さに応じて適宜定めることができる。
【００２１】
次に、半導体装置１０の製造方法について説明する。図２は半導体装置１０の組み立て工程を順に示す断面図である。
【００２２】
始に、図２（ａ）に示すように、絶縁フィルム１２の主面と対向する反対面に接着材（図示せず）を塗布して銅箔３０を接着する。  
次に、図２（ｂ）に示すように、銅箔３０にフォトリソグラフィ法によりレジストパターン（図示せず）を形成した後、レジストをマスクとして銅箔３０をエッチングし、配線パターン１７を形成する。同時に、配線パターン１７以外の接着材を除去する。
【００２３】
次に、図２（ｃ）に示すように、絶縁フィルム１２の主面に第１接着層１４を塗布して、絶縁フィルム１２と同じ大きさの補強板１３を接着する。絶縁フィルム１２と補強板１３とでは硬さが異なるので、補強板１３には、予め中央部にスリット状の貫通孔１１を形成しておくことが望ましい。これにより、絶縁フィルム１２の貫通孔１１の形成が容易になる。
【００２４】
次に、図２（ｄ）に示すように、外部接続端子１９を設けるアイランド３１およびワイヤ２１を接続するアイランド３２の露出面を除き、配線パターン１７を覆うように保護膜１８を積層した後、基板１５の中央部にスリット状の貫通孔１１を形成する。
【００２５】
次に、図２（ｅ）に示すように、補強板１３上に第２接着層１６を形成した後、第２接着層１６上に貫通孔１１を跨いで半導体チップ２３をフェースダウンで載置し、ワイヤボンディングにより、電極２２と配線パターン１７のアイランド３２とをワイヤ２１で電気的接続する。
【００２６】
次に、図２（ｆ）に示すように、配線パターン１７のアイランド３１に、外部接続端子１９を取り付ける。これにより、半導体チップ２３が外部に電気的接続される。
【００２７】
次に、樹脂２４でモールドして、半導体チップ２３の外周部と貫通孔１１およびワイヤ２１を気密封止する。これにより、図１に示す半導体装置１０が完成する。
【００２８】
以上説明したように、実施例１に係る半導体装置１０では、絶縁フィルム１２に絶縁フィルム１２と同じ大きさの補強板１３を積層したので、パッケージ基板２０をマザーボード等にハンダ付けするときの熱により保護層１８が熱収縮しても、絶縁フィルム１２の反りを抑制することができる。  
従って、十分な平坦性を有する半導体パッケージ用基板が得られる。その結果、小型・薄型で信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００２９】
ここでは、補強板１３が銅である場合について説明したが、鉄あるいはステンレス等でもよく、プラスチック等の絶縁体であっても構わない。鉄あるいはステンレス等であれば銅より剛性が高いので補強板をより薄くでき、プラスチック等の絶縁体であれば密度が小さいので補強板をより軽くできる利点がある。
【００３０】
また、配線パターン１７が接着材により絶縁フィルム１２に貼り付けられた銅箔３０である場合について説明したが、絶縁フィルム１２の上にスパッタリング法などで形成され薄い金属膜に、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして電界メッキされた銅箔であっても構わない。  
接続端子１９がハンダボールである場合について説明したが、ハンダ層、金ボール、金属ポストなどであっても構わない。
【００３１】
更に、半導体チップ２３を樹脂２４でモールドした場合について説明したが、図２（ｆ）に示すまでの樹脂でモールドされない半導体装置としても構わない。これによれば、モールド樹脂による不均一な応力が絶縁フィルム１２に加わる恐れがないので、保護層１８の熱収縮による応力のバランスが安定して維持される。従って、安定して高い平坦性が得られる利点がある。
【実施例２】
【００３２】
図３は本発明の実施例２に係る半導体装置の構成を示す図で、図３（ａ）はその平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って切断し、矢印の方向に眺めた断面図ある。
【００３３】
本実施例において上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００３４】
本実施例が実施例１と異なる点は、補強板に樹脂を用い、ビアを介して半導体チップと配線パターンを接続したことにある。
【００３５】
即ち、図３に示すように、実施例２に係る半導体装置５０は、ビア５１を有し、絶縁フィルム１２と絶縁フィルム１２と同じ大きさの補強板５２が接着層１４を介して積層された基板５３と、基板５３の主面の補強板５２に形成された接続パッド５４と、基板５３の主面と対向した反対面の絶縁フィルム１２に設けられた配線パターン１７と、配線パターン１７の一部を露出させその他の配線パターン部分を覆うように積層された保護層１８と、配線パターン１７の露出部に設けられた外部接続端子１９とを有する半導体パッケージ用基板（以下、単にパッケージ基板という）５５を具備している。接続パッド５４はビア５１を介して配線パターン１７に接続されている。  
更に、補強板５２上の接続パッド５４にフェースダウンで載置され、接続パッド５４に固着されたバンプ５６を有する半導体チップ５７と、半導体チップ５７と補強板５２の間の隙間にアンダーフィルとして充填された樹脂５８とを具備している。
【００３６】
補強板５２は、例えば絶縁フィルム１２と大きさが等しく、厚さ１００乃至５００μｍ程度のプラスチックで、ビア５１を埋め込むための貫通孔が形成されている。  
プラスチックは耐熱性および剛性に優れるとともに絶縁物なので、パッケージ基板をマザーボード等にハンダ付けするときの熱により保護層１８が熱収縮しても、絶縁フィルム１２に接着された絶縁フィルム１２と同じ大きさの補強板５２の剛性と熱収縮応力とが釣り合い、絶縁フィルム１２の反りを抑制するとともに、補強板５２上に直接接続パッド５４が形成できるので、半導体チップ５７をフリップチップ接続することが容易になる利点がある。
【００３７】
以上説明したように、実施例２に係る半導体装置５０では、絶縁フィルム１２に絶縁フィルム１２と同じ大きさのプラスチック製の補強板５２を積層したので、パッケージ基板５５をマザーボード等にハンダ付けするときの熱により保護層１８が熱収縮しても、絶縁フィルム１２の反りを抑制することができるとともに、補強板５２上に直接接続パッド５４が形成できるので、半導体チップ５７をフリップチップ接続することができる。  
従って、十分な平坦性を有する半導体パッケージ用基板が得られる。その結果、小型・薄型で信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００３８】
上述した実施例において、補強板側に半導体チップを載置し、絶縁フィルム上に配線パターンを形成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、絶縁フィルムと補強板の積層順を適宜変更しても構わない。
【００３９】
例えば、図４（ａ）に示すように、絶縁フィルムと絶縁フィルムと同じ大きさの補強板の積層順を入れ替え、絶縁フィルム６１と補強板６２とが第１接着層６３を介して積層された基板６４とし、補強板６２に配線パターン１７および保護層１８を形成してもよい。  また、図4（ｂ）に示すように、絶縁フィルムと絶縁フィルムと同じ大きさの補強板を交互に積層し、絶縁フィルム６５と補強板６６とが第１接着層６７を介して積層され、補強板６６と絶縁フィルム６８とが第１接着層６９を介して積層された基板７０とし、絶縁フィルム６５に配線パターン１７および保護層１８を形成してもよい。  
これによれば、絶縁フィルム６５、６８の両面にそれぞれ配線パターンを形成して、４層の多層配線パターンを形成できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置の構造を示す図で、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し、矢印の方向に眺めた断面図。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体装置の製造工程を順に示す断面図。
【図３】本発明の実施例２に係る半導体装置の構造を示す図で、図３（ａ）はその平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し、矢印の方向に眺めた断面図。
【図４】本発明の実施例に係る半導体パッケージ用基板の要部を示す断面図で、図４（ａ）は絶縁フィルムと補強板の積層順を入れ替えた半導体パッケージ用基板の要部を示す断面図、図４（ｂ）は絶縁フィルムと補強板を交互に積層した半導体パッケージ用基板の要部を示す断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１０、５０  半導体装置
１１  貫通孔
１２、６１、６５、６８  絶縁フィルム
１３、５２、６２、６６  補強板
１４、６３、６７、６９  第１接着層
１５、５３、６４、７０  基板
１６  第２接着層
１７  配線パターン
１８  保護層
１９  外部接続端子
２０、５５  半導体パッケージ用基板
２１  ワイヤ
２２  電極
２３、５７  半導体チップ
２４、５８  樹脂
３０  銅箔
３１、３２  アイランド
５１  ビア
５４  接続パッド
５６  バンプ
【図１】
2006135044.tif 000003
【図２】
2006135044.tif 000004
【図３】
2006135044.tif 000005
【図４】
2006135044.tif 000006