(57)【要約】【課題】薄い配線フィルムを用いたＣＯＦ半導体装置は配線フィルムが加熱により変形し半導体ペレットに近接または接触し、半導体ペレットと配線フィルムの間に注入した樹脂系接着材中にボイドを生じることがあった。【解決手段】突起電極１４を有する半導体ペレット１２と絶縁フィルム１６上に導電パターン１７を形成した配線フィルム１５とを対向させ、前記突起電極１４と導電パターン１７の要部とを重合させて電気的に接続し、半導体ペレット１２と配線フィルム１５とを樹脂系接着材２２で接続した半導体装置において、上記配線フィルム１５の半導体ペレット１２と対向する面に空隙部２０を形成したことを特徴とする。【選択図】　図１
2004119650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
突起電極を有する半導体ペレットとテープ状絶縁フィルム上に導電パターンを形成した配線フィルムとを対向させ、前記突起電極と導電パターンの要部とを重合させて電気的に接続し、半導体ペレットと配線フィルムとの間を樹脂系接着材で接続した半導体装置において、
上記配線フィルムの半導体ペレットと対向する面に半導体ペレットの一方の側壁と他の側壁とを連通する空隙部を形成したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
細長い突部を複数ほぼ平行配置して突部間に空隙部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
細長い凹溝を複数ほぼ平行配置して凹溝内に空隙部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
半導体ペレットの平面形状が矩形状で、空隙部が半導体ペレットの長辺と交差して形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は可撓性を有する耐熱性配線フィルム上に半導体ペレットをフリップチップ接続したＣＯＦ（Ｃｈｉｐ　Ｏｎ　Ｆｉｌｍ）半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可搬型の電子回路装置、例えば携帯電話やノート型パーソナルコンピュータは小型化、薄型化することにより可搬性を良好にしている。そのためこれらの電子回路装置に用いられる電子部品、例えば半導体装置も小型、薄型化が要求され、種々のパッケージが採用されている。
【０００３】
このような薄型化に適した半導体装置の一例を図４に示す。図において、１は半導体ペレットで、内部に多数の半導体素子（図示せず）が形成された半導体基板２の一主面の周縁部に沿って多数の突起電極３が形成されている。４は配線基板で、可撓性を有し耐熱性を有する樹脂を用いた絶縁基板５上に導電パターン６を形成し、絶縁基板５上を被覆したレジスト膜７の要部を窓明けして導電パターン６の一部を露呈させ、この露呈部に所要のめっき（図示せず）をしてパッド電極８を形成している。半導体ペレット１の突起電極３と配線基板４のパッド電極８は重合され熱圧着されている。９は半導体ペレット１と配線基板４の対向面間に供給されて両者を接着した樹脂系接着材で、半導体ペレット１表面の配線層や電極重合部を外力や外部の腐食性ガスから保護している。
【０００４】
この半導体装置を製造する装置の一例を図５から説明する。図において、１０は半導体ペレット１を支持する支持テーブルで、内部に図示省略するがヒータが組み込まれている。この支持テーブル１０上の定位置に突起電極３を上にして載置される半導体ペレット１の電極形成面が所定時間後所定温度となるように支持面１０ａの温度が設定される。例えば、半導体ペレット１を支持面１０ａ上に供給して１〜２秒後に半導体ペレット１の電極形成面の温度が２００〜３００℃となるように支持面１０ａ温度は４００〜５００℃に設定される。４Ａは配線基板４を数百〜数千枚連接したテープ状配線基板で、両端が一対のリール（図示せず）に巻回され、リール間に位置する中間部が前記支持テーブル１０上に対向配置されている。支持テーブル１０とテープ状配線基板４Ａは相対的に近接離隔し、必要に応じて水平動して平面視位置をずらせるようにしている。１１は内部にヒータ（図示せず）が組み込まれ、支持面１０ａ上の半導体ペレット１上方で上下動し、テープ状配線基板４Ａのパッド電極８と半導体ペレット１の突起電極３の重合部を加熱加圧するボンディングツールで、テープ状配線基板４Ａを構成する絶縁基板５の軟化温度を考慮して加圧面１１ａの温度が、例えば２００〜３００℃に設定される。
【０００５】
この製造装置を用いたボンディング作業を説明する。先ず所定温度に加熱された支持テーブル１０上に半導体ペレット１を供給し位置決めする。供給から１〜２秒後には突起電極３の温度が２００〜３００℃に上昇するが、その間にテープ状配線基板４Ａを降下させて、そのパッド電極８を半導体ペレット１の突起電極３と重合させ、さらにボンディングツール１１を降下させて、テープ状配線基板４Ａを加圧し、電極重合部を加熱、加圧して熱圧着する。
【０００６】
一つの半導体ペレット１についてボンディング作業が完了するとボンディングツール１１とテープ状配線基板４Ａを上昇させ、テープ状配線基板４Ａと一体化された半導体ペレット１を支持テーブル１０上から取り除く。次に、新しい半導体ペレット１を支持テーブル１０上に供給し、テープ状配線基板４Ａを１ピッチずらして、上記動作を繰返し、ボンディング作業を継続することができる。
【０００７】
このようにして半導体ペレット１とテープ状配線基板４Ａのボンディング作業が完了すると、半導体ペレット１とテープ状配線基板４Ａの間に樹脂系接着材９を注入して両者を固定する。樹脂系接着材９は半導体ペレット１とテープ状配線基板４Ａの間だけでなく半導体ペレット１の側壁も覆うことにより封止性を高めている。
【０００８】
図４に示す構造の半導体装置は、図示省略するが導電パターン６を絶縁基板５の周縁部に延在させ、この周縁部で外部接続するものや、絶縁基板５の他の面に導電ランドを形成してスルーホールを介して導電パターンと導電ランドとを電気的に接続し、さらに導電ランドにボール状の電極を形成して、このボール電極により外部接続するものなどがある。また図示例の配線基板４は単層であるが、多層構造のものもあり、半導体ペレット１だけでなく種々の電子部品をマウントして内部接続しモジュール化したものなどもある。
【０００９】
ところで小型化が要求される半導体装置では半導体ペレット１の外径寸法を大きくすることができない。一方、半導体ペレット１を高集積化したり多機能化すると電極数が増大するが、電極の外形寸法や配列間隔はペレット１の外形寸法から制約され、例えばペレットの外形寸法が１．５×１５ｍｍで、電極数が４００を超えるものでは、電極の外径寸法は一辺長さが例えば９０μｍ、隣り合う電極との距離は４５μｍで千鳥状に複数列配置される。
【００１０】
また半導体装置の厚みは半導体ペレット１と配線基板４の厚みの和で決定されるため、より一層の薄型化を図るには、半導体ペレット１または配線基板４の一方あるいは両方を薄くする必要がある。例えば配線基板４は絶縁基板５の厚みを２００μｍから２５μｍとするだけで１７５μｍ薄くできる。このように薄い絶縁フィルムからなる配線フィルムを用いた半導体装置はＣＯＦ半導体装置と称される。
【００１１】
ＣＯＦ半導体装置を製造する場合、配線フィルムが薄いため作業性が悪い。そのため配線フィルムを平坦な板に貼り付けて作業面を平坦にすることが知られている。（例えば特許文献１参照）
【００１２】
また半導体ペレット１と配線基板４の間隔は概略突起電極の高さとパッド電極８の厚みで決定されるが、前記間隔が１００μｍ以下であると半導体ペレット１と配線基板４間で樹脂系接着材９の流動性が悪く内部にボイドを生じることがあった。
【００１３】
このような問題に対し配線基板４の半導体ペレット１と対向する領域にソルダレジストによる突起を形成しこの突起により樹脂の流動を制御しボイドの発生を防止することが知られている。（例えば特許文献２参照）
【００１４】
【特許文献１】
特開平１１−２１９９８５号公報（第３頁〜第４頁、図１）
【特許文献２】
特開２００１−２３７２５７号公報（第４頁〜第５頁、図１）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、長尺のテープ状配線フィルムでは平坦板を連続して貼り付けることが困難で、貼り付けることができたとしてもテープ状配線フィルムの搬送が困難でリールに再巻取りする前に平坦板を剥離する必要があり却って作業性が悪くなるため、特許文献１に開示された技術をテープ状の薄い配線フイルムに直ちに適用することができなかった。
【００１６】
また配線基板４はボンディング作業時に加熱された半導体ペレット１の熱が突起電極３と重合するパッド電極８に伝達され、さらにパッド電極８から絶縁基板５内の周縁に伝達されて温度上昇する。これと同時に配線基板４の半導体ペレット１と対向する領域は半導体ペレット１が近接するため半導体ペレット１から輻射される熱により急激に温度上昇する。
【００１７】
厚みが２００μｍ程度の配線基板４は数秒間の加熱に耐え配線基板４の一部が局所的に急加熱されても大きく変形することはない。
【００１８】
しかしながら厚さ２５μｍ程度の薄い配線フィルムでは、加熱時間が数秒でも輻射熱が配線フィルムを貫通し急加熱される。この配線フィルム４の急加熱領域は突起電極３とパッド電極８で拘束されており、熱膨張により伸びた部分は拘束領域内に閉じ込められるため大きなしわを生じ、図６に示すように、配線フィルム４の一部４ａが半導体ペレット１に近接し半導体ペレット１と接触すると接触部分が密着し、配線フィルム４の外面４ｂに凹部４ｃが形成されるという問題があつた。
【００１９】
このようにして配線フィルム４にしわを生じると、特許文献２に開示された技術は半導体ペレットと配線基板との間隔が一定の状態で樹脂系接着材の流動性を良好にすることができるというもので、図６に示すように配線フィルム４の一部が半導体ペレット１に近接したり密着する状態では、特許文献２に開示された突起を形成しても半導体ペレット１と配線フィルム４の間隔を一様に保つことができず、樹脂系接着材の未充填やボイドを解消することはできなかった。
【００２０】
このようにして接着材の未充填やボイドを生じると樹脂外面から未充填部分やボイドまでの距離（樹脂の厚み）がばらつき、耐湿性が低下しその結果、半導体装置の信頼性が低下するという問題があった。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題の解決を目的として提案されたもので、突起電極を有する半導体ペレットとテープ状絶縁フィルム上に導電パターンを形成した配線フィルムとを対向させ、前記突起電極と導電パターンの要部とを重合させて電気的に接続し、半導体ペレットと配線フィルムとの間を樹脂系接着材で接続した半導体装置において、上記配線フィルムの半導体ペレットと対向する面に空隙部を形成したことを特徴とする半導体装置を提供する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明による半導体装置はＣＯＦ半導体装置を構成する配線フィルムの半導体ペレットと対向する面に空隙部を形成したことを特徴とするが、前記空隙部は、細長い突部を複数ほぼ平行配置したり、細長い凹溝を複数ほぼ平行配置して形成することができる。また平面形状が矩形状の半導体ペレットに対して空隙部は半導体ペレットの長辺と交差して形成するとよい。
【００２３】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図１から説明する。図において、１２は半導体基板１３の一主面に多数の突起電極１４を形成した半導体ペレットで、図示例では平面形状が、長辺が短辺に比して数倍長い長径の矩形状半導体ペレットを示す。１５は配線フィルムで、ポリイミド樹脂など可撓性を有し電気的絶縁性と耐熱性を有する厚さ２５μｍ程度の薄い絶縁フィルム１６に導電パターン１７を形成し、絶縁フィルム１６を覆うレジスト膜１８の要部を窓明けして導電パターン１７の一部を露呈させパッド電極１９を形成している。２０は配線フィルム１５のパッド電極１９で囲まれる領域内に形成した空隙部で、図示例では細長い突起２１をペレット１２の長辺（一方の側壁と他の側壁）と交差して（図面に対して垂直方向に）互いに離隔して多数ほぼ平行に形成することにより空隙部２０を構成している。上記半導体ペレット１２と配線フィルム１５は突起電極１４とパッド電極１９を重合させて対向配置され、空隙部２０により半導体ペレット１２と配線フィルム１５の間に空隙が確保されている。２２は空隙部２０によって確保された空隙を通り半導体ペレット１２と配線フィルム１５の間に注入された樹脂系接着材で、半導体ペレット１２と配線フィルム１５とを接着することにより半導体ペレット１２表面の配線（図示せず）や電極重合部を外力や外部の腐食性ガスから保護し半導体装置の信頼性を高めている。
【００２４】
この半導体装置は図５に示す製造装置を用いて電極重合部が熱圧着により接続されるが、半導体ペレット１２と配線フィルム１５をボンディングする際に、配線フィルム１５は２００〜３００℃に加熱された半導体ペレット１２の突起電極１４からの伝導熱と半導体ペレット１２から直接輻射される輻射熱を受けて軟化し電極重合部によって拘束された領域内で伸びてしわを発生し、部分的に半導体ペレット１２に近接する。このしわ部分に含まれる突起２１の上端はしわを発生する前から半導体ペレット１２に近接しており、しわの発生により突起２１の上端は半導体ペレット１２に密着し、しわの盛上りを抑制する。そのため突起２１間には空隙が確保され、半導体ペレット１２の下面を横切って多数の空隙が確保される。
【００２５】
ボンディング作業が終了し半導体ペレット１２の温度が低下した後にも空隙部２０によって半導体ペレット１２と配線フィルム１５の間に空隙が形成され、この空隙は半導体ペレット１２の長辺と交差しているため長さが短く、接着材２２に対する抵抗を可及的に小さくできるため突起２１、２１の間隔を狭めても接着材２２の流動性が良好で半導体ペレット１２と配線フィルム１５の間に樹脂系接着材２２を確実に注入でき、未充填やボイドを発生することなく充填できる。
【００２６】
また樹脂フィルム１５の外面に陥没孔が形成されても、その深さを浅くできる。空隙部２０を構成する突起２１は、ボンディング時の加熱温度で所定時間加熱した後、配線フィルム１５と半導体ペレット１２の間に十分空隙が確保できるように、絶縁フィルム１６の材質や厚みを考慮して突起２１の高さや配列間隔を設定すればよい。
【００２７】
また空隙部２０の沿面長さが長くなるため配線フィルム１５の半導体ペレット１２に対する接着面積を拡大でき接着強度を高めることができる。
【００２８】
このように図１半導体装置は短時間の加熱により変形し易い配線フィルムを用いても半導体ペレット１２と配線フィルム１５の間に樹脂系接着材２２を注入できる空隙を確保できボイドのない樹脂封止が可能で、信頼性の高い半導体装置を実現できる。
【００２９】
本発明の他の実施例を図２に示す。図において図１と同一部分には同一符号を付し重複する説明を省略する。図１実施例では空隙部２０を突起２１により構成したが、図２実施例では絶縁フィルム１６に細長い凹溝２３を多数形成し、この凹溝２３により空隙部２０を構成している。この凹溝２３は半導体ペレット１２の長辺と交差する方向に形成している。配線フィルム１５は加熱されしわが寄ると図３に示すようにしわの上端（図示点線で示す凹溝２３の開口端）は半導体ペレット１２に近接または接触するが、
【００３０】
凹溝２３の間の半導体ペレット１２と接触する突起部分の面積が小さいため、ボンディング後の熱収縮により半導体ペレット１２と配線フィルム１５の接触部分が容易に剥離し、完全に剥離しなくても凹溝２３によって半導体ペレット１２を横断する空隙が確保できるため、半導体ペレット１２と配線フィルム１５の間に注入した樹脂系接着材２２はしわが形成された部分でも凹溝２３を通り半導体ペレット１２と配線フィルム１５を確実に接着することができる。また凹溝２３により接着面積が拡大するため、半導体ペレット１２と配線フィルム１５の接着強度を高めることができる。
【００３１】
この実施例では配線フィルム１５の外面に陥没孔が形成される。しかしながら凹溝２３部分は絶縁フィルム１６が薄く伸び易いため凹溝２３近傍部分のみが陥没変形し、周縁部分を引き込まないため凹溝２３から離れた部分の平面性を保つことができ、陥没孔が形成されてもその面積を小さくできる。
【００３２】
また配線フィルム１５は凹溝１２から離れた部分の平面性を保つことができ、突起電極１４とパッド電極１９の電極重合部に配線フィルムの変形応力が及ばないため、電極重合部の電気的接続を損なうこともない。
【００３３】
尚、本発明は上記実施例にのみ限定されるものではなく、例えば、突起２１と凹溝２３を組み合わせ形成しても良い。また空隙部２０は半導体ペレット１２の長辺と直交するように交差させているが樹脂系接着材を未充填やボイドを発生させることなく注入できるのであれば半導体ペレットの短辺と交差する方向に配置しても良い。さらには凹溝を環状に形成し、熱膨張により絶縁フィルムが伸びて環状凹溝で囲まれた領域が部分的に半導体ペレットと近接または接触しても環状凹溝により半導体ペレットと配線フィルムの間隔を保つことができ樹脂系接着材により半導体ペレットと配線フィルムとを確実に接着することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、半導体ペレットと配線フィルムの各電極をボンディングする際に加熱された配線フィルムにしわがよっても、半導体ペレットと配線フィルムの間に半導体ペレットを横断する空隙を確保でき、ボイドを発生することなく空隙を樹脂系接着材で充填できるため、信頼性の高い半導体装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す側断面図
【図２】本発明の他の実施例を示す側断面図
【図３】図２に示す半導体装置の配線フィルムが変形した状態を示す側断面図
【図４】半導体装置の一例を示す側断面図
【図５】図４半導体装置の製造に用いられるボンディング装置を示す側断面図
【図６】薄い配線フィルムを用いた半導体装置の課題を示す側断面図
【符号の説明】
１２　半導体ペレット
１３　半導体基板
１４　突起電極
１５　配線フィルム
１６　絶縁フィルム
１７　導電パターン
１８　レジスト膜
１９　パッド電極
２０　空隙部
２２　樹脂系接着材
【図１】
2004119650.tif 000003
【図２】
2004119650.tif 000004
【図３】
2004119650.tif 000005
【図４】
2004119650.tif 000006
【図５】
2004119650.tif 000007
【図６】
2004119650.tif 000008