(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】  スリット状の貫通孔１１を有する絶縁フィルム１２の主面に第１保護層１３を介して積層された接着層１４と、主面と対向した反対面に設けられた配線パターン１５と、配線パターン１５を覆うように積層された第２保護層１６と、配線パターン１５の一端に設けられた外部接続端子１７とを有する基板１８と、貫通孔１１を跨ぐように第１接着層１４上にフェースダウンで載置され、配線パターン１５に電気的接続された電極２０を有する半導体チップ２１とを具備する。絶縁フィルム４２の両面に設けられた第１および第２保護層１３、１６の熱収縮による応力が互いに打ち消しあい、基板１８の反りを抑制する。【選択図】  図１
2006100533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１貫通孔を有する絶縁フィルムと、
前記絶縁フィルムの主面に第１保護層を介して積層された接着層と、
前記主面と対向した反対面に設けられた配線パターンと、
前記配線パターンを覆うように積層された第２保護層と、
前記配線パターンの一端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】
更に、前記第１保護層が複数の第２貫通孔を有し、前記第２貫通孔を通して前記接着層が前記絶縁フィルムに接していることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ用基板。
【請求項３】
第１貫通孔を有する絶縁フィルムの主面に第１保護層を介して積層された接着層と、前記主面と対向した反対面に設けられた配線パターンと、前記配線パターンを覆うように積層された第２保護層と、前記配線パターンの一端に設けられた外部接続端子とを有する半導体パッケージ用基板と、
前記第１貫通孔を跨ぐように前記接着層上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】
第１貫通孔を有する絶縁フィルムの主面に、複数の第２貫通孔を有する第１保護層を介して積層された接着層と、前記主面と対向した反対面に設けられた配線パターンと、前記配線パターンを覆うように積層された第２保護層と、前記配線パターンの一端に設けられた外部接続端子とを有する半導体パッケージ用基板と、
前記第１貫通孔を跨ぐように前記接着層上にフェースダウンで載置され、前記第１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５】
前記第１および第２保護層は、同じ熱収縮率を有す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、配線パターンの残存面積や適用する封止材の熱膨張係数などによりパッケージに反りが生じる問題がある。
【０００４】
これに対して、絶縁フィルム基材の両面に接着材層を設け、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、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に開示されたパッケージ用基板を用いた半導体装置は、複数の貫通孔を有し、両面に第１および第２接着剤層が設けられた両面接着材付き絶縁フィルムと、第１接着材面に貫通孔を覆うように形成された配線パターンと、電極面を上にして配線パターンを跨ぐように絶縁フィルム上にダイボンド材で固着された半導体チップと、第２接着材層側に配線パターンに電気的接続された外部接続用のハンダボールとを有している。  
半導体チップの電極が金ワイヤで配線パターンの一端に電気的接続され、半導体チップおよび配線パターン全体が第１接着層側から樹脂でモールドされている。
【０００６】
即ち、絶縁フィルムの片面に形成する金属配線パターンの残存面積や適用する封止材の熱膨張係数などに応じて第１および第２接着材層の厚み比率および接着材表面粗さ比率等を適宜設定することにより、基板レベルおよびパッケージレベルでの反り量を調整している。
【０００７】
然しながら、特許文献１に開示された半導体装置では、第２接着層面に配線パターンを形成し、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、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２００３−１７９１８８号公報（２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、第１貫通孔を有する絶縁フィルムと、前記絶縁フィルムの主面に第１保護層を介して積層された接着層と、前記主面と対向した反対面に設けられた配線パターンと、前記配線パターンを覆うように積層された第２保護層と、前記配線パターンの一端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、第１貫通孔を有する絶縁フィルムの主面に第１保護層を介して積層された接着層と、前記主面と対向した反対面に設けられた配線パターンと、前記配線パターンを覆うように積層された第２保護層と、前記配線パターンの一端に設けられた外部接続端子とを有する半導体パッケージ用基板と、前記貫通孔を跨ぐように前記接着層上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（第１貫通孔）１１を有する絶縁フィルム１２の主面に第１保護層１３を介して積層された接着層１４と、主面と対向した反対面に設けられた配線パターン１５と、配線パターン１５を覆うように積層された第２保護層１６と、配線パターン１５の一端に設けられた外部接続端子１７とを有する半導体パッケージ用基板（以下、単に基板という）１８を具備している。
【００１５】
更に、基板１８の第１接着層１４上に貫通孔１１を跨ぐようにフェースダウンで載置され、貫通孔１１から露出した主面に貫通孔１１を通るワイヤ１９を介して配線パターン１５に電気的接続された電極２０を有する半導体チップ２１と、半導体チップ２１をモールドする樹脂２２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７５μｍ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。
【００１７】
絶縁フィルム１２の主面と対向する反対面には、例えば接着材で貼り付けられた銅箔の配線パターン１５が設けられ、配線パターン１５の一端には外部接続端子１７、例えばハンダボールが設けられている。  
更に、外部接続端子１７を除いて配線パターン１５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第２保護層１６が積層されている。
【００１８】
絶縁フィルム１２の主面には、第２保護層と同じ材質で、ほぼ等しい厚さの第１保護層１３と、例えば厚さ３μｍ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接着層１４が積層されている。第１および第２保護層１３、１６は、同じ材質で、ほぼ等しい厚さに形成されており、同じ熱収縮率を有する。
【００１９】
半導体チップ２１には主面の中央部にライン状に複数の電極２０が設けられ、スリット状の貫通孔１１を通るワイヤ１９を介して配線パターン１５に電気的接続されている。
【００２０】
第２保護層１６は基板１８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、配線パターンのショートを押さえて絶縁性を保ち、配線パターン１５を保護する役目をしている。
【００２１】
ハンダ付けするときの熱により第２保護層１６が熱収縮するので、基板１８に熱収縮による応力のために反りが生じる。特に、半導体チップ２１が載置されていない基板１８の周辺部は剛性が少ないため、熱収縮による応力により反りやすい。  
しかし、基板１８の主面に設けた第１保護層１３も同様に熱収縮するので、応力は互いに打ち消しあい、基板１８の反りを抑制することが可能である。
【００２２】
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。
【００２３】
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１５を形成する。同時に、配線パターン１５以外の接着材を除去する。
【００２４】
次に、図２（ｃ）に示すように、絶縁フィルム１２の主面に第１保護層１３および接着層１４をこの順で塗布して積層する。
【００２５】
次に、図２（ｄ）に示すように、外部接続端子１７を設けるアイランド３１およびワイヤ１９を接続するアイランド３２を除き、配線パターン１５を覆うように第２保護膜１６を積層した後、基板１８の中央部にスリット状の貫通孔１１を形成する。
【００２６】
次に、図２（ｅ）に示すように、接着層１４上に貫通孔１１を跨ぐように半導体チップ２１をフェースダウンで載置した後、ワイヤボンディングにより、電極２０と配線パターン１５をワイヤ１９で電気的接続する。
【００２７】
次に、図２（ｆ）に示すように、配線パターン１５のアイランド３１に、外部接続端子１７を取り付ける。これにより、半導体チップ２１が外部に電気的接続される。
【００２８】
次に、樹脂２２でモールドして、半導体チップ２１の外周部と貫通孔１１およびワイヤ１９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。
【００２９】
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の両面にダミーとなる第１保護層１３と、配線パターン１５を保護する第２保護層１６を積層したので、基板１８をハンダ付けするときの熱により第１および第２保護層が熱収縮しても、絶縁フィルム１２の反りを抑制することができる。
【００３０】
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。
【００３１】
ここでは、配線パターン１５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。
【００３２】
また、接続端子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。
【００３３】
更に、半導体チップ２１を樹脂２２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１５に加わる恐れがないので、第１および第２保護層１３、１６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】
【００３４】
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。
【００３５】
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。  
本実施例が実施例１と異なる点は、第１保護層に規則的に配列された貫通孔を設けたことにある。
【００３６】
即ち、図３に示すように、実施例２に係る半導体装置４０は、規則的に、例えば直径１００μｍ程度の円形状で、ピッチ３００μｍ程度の千鳥格子状に配置された複数の第２貫通孔４１が形成された第１保護層４２を有している。
【００３７】
第１保護層４２に接着層１４を塗布して積層すると、第２貫通孔４１に接着層１４が充填され、接着層１４と絶縁フィルム１２が接する。
【００３８】
ポリイミド基材である絶縁フィルム１２とアクリレート系樹脂を主成分とする第１保護層４２とは元来密着性が弱いので、第２貫通孔４１を通して接着層１４と絶縁フィルム１２を部分的に接することにより、絶縁フィルム１２と第１保護層４２との密着性を高めることが可能である。
【００３９】
これにより、ハンダ付けするときの熱により第１保護層４２が熱収縮しても、絶縁フィルム１２から第１保護層４２が剥離する恐れがない。
【００４０】
以上説明したように、実施例２に係る半導体装置４０では、第１保護層４２に規則的に配置された複数の第２貫通孔４１を形成し、第２貫通孔４１を通して接着層１４と絶縁フィルム１２を部分的に接着したので、絶縁フィルム１２と第１保護層４２との密着性が向上する。その結果、半導体装置４０の信頼性を高めることができる利点がある。
【００４１】
ここでは、第２貫通孔４１が円形状である場合について説明したが、四角形状の第２貫通孔が千鳥格子状に配列されていても良いし、円形状と四角形状の貫通孔を交互に組み合わせたものとしても構わない。
【００４２】
例えば、図４はその四角形状の第２貫通孔が千鳥格子状に配列され半導体装置５０を示す図で、図４（ａ）はその平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿って切断し、矢印の方向に眺めた断面図ある。  
図４に示すように、四角形状の複数の第２貫通孔５１が形成された第１保護膜５２を介して接着層１４が積層されている。
【００４３】
また、貫通孔が規則的に配列されている場合について説明したが、絶縁フィルム１２と第１保護層４２の所定の剥離強度が得られる範囲内においては、貫通孔の大きさや配列は適宜選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【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２に係る別の半導体装置の構造を示す図で、図４（ａ）はその平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿って切断し、矢印の方向に眺めた断面図。
【符号の説明】
【００４５】
１０、４０、５０  半導体装置
１１  貫通孔（第１貫通孔）
１２  絶縁フィルム
１３、４２、５２  第１保護層
１４  接着層
１５  配線パターン
１６  第２保護層
１７  外部接続端子
１８  半導体パッケージ用基板
１９  ワイヤ
２０  電極
２１  半導体チップ
２２  樹脂
３０  銅箔
３１、３２  アイランド
４１、５１  第２貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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