(57)【要約】【課題】薄い配線フィルムに半導体ペレットを熱圧着した半導体装置では、熱圧着時に配線フィルムが熱膨張し、半導体ペレットに配線フィルムが接触又は近接することがあり、半導体ペレットと配線フィルム間を樹脂系接着材で完全に接着することができなかった。【解決手段】耐熱性絶縁フィルム１６上に導電パターン１７を形成した配線フィルム１５と一主面に多数の突起電極１４を形成した半導体ペレット１２を対向させ、導電パターン１７の要部と半導体ペレット１２の突起電極１４とを熱圧着により電気的に接続し、配線フィルム１５と半導体ペレット１２の対向面間を樹脂２１にて接着した半導体装置において、上記配線フィルム１５と半導体ペレット１２の対向領域の中央部に配線フィルム１５と半導体ペレット１２の間隔を保つスペーサ２０を配置したことを特徴とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一主面に多数の突起電極を形成した半導体ペレットと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熱圧着し、半導体ペレットと配線フィルムとを樹脂系接着材にて接着した半導体装置において、
上記半導体ペレットと配線フィルムの対向領域の中央部に半導体ペレットと配線フィルムとを離隔させるスペーサを配置したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
スペーサが島状に配置され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】
スペーサが突起電極とほぼ同じ寸法形状であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
配線フィルム上の導電ランドの一部をスペーサとしたことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
配線フィルム上に被着した熱硬化性樹脂によりスペーサを形成したことを特徴とする請求項２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、薄型化して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、薄型化の要求を満たすため種々のパッケージが採用されている。
【０００３】
薄型化に適した半導体装置の一例を図７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の一主面にその周縁部に沿って多数の突起電極３を形成している。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。上記突起電極３とパッド電極８は重合され熱圧着されて電気的に接続されている。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８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、内部にヒータ（図示せず）が組み込まれている。この支持テーブル１０の支持面１０ａ上の定位置に突起電極３を上にして半導体ペレット１が載置され、載置して所定時間後に半導体ペレット１の電極形成面が所定温度となるように支持面１０ａの温度設定される。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の温度は４００〜５００℃に設定される。４Ａは数百〜数千の多数の配線基板４をテープ状に連接したテープ状配線基板で、一対のリール（図示せず）に巻回され、リール間の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互いの平面視位置をずらせるようにしている。１１は支持面１０ａの半導体ペレット１を供給する定位置上方に配置されて上下動し、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、内部にヒータ（図示せず）が組み込まれ、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。この製造装置を用い、支持テーブル１０、ボンディングツール１１の温度を所定温度に設定した状態で支持テーブル１０上に半導体ペレット１を位置決め配置する。そしてテープ状配線基板４Ａを降下させてパッド電極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を降下させる。
【０００５】
半導体ペレット１を支持面１０ａ上に供給して１〜２秒後にボンディングツール１１でテープ状配線基板４Ａを加圧し電極重合部を加熱、加圧して熱圧着する。
【０００６】
ボンディング作業を終了し、ボンディングツール１１とテープ状配線基板４Ａを上昇させると支持テーブル１０上の半導体ペレット１はテープ状配線基板４Ａに一体化されて支持テーブル１０上から除去される。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。
【０００７】
図７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、この周縁部で外部の電子回路と電気接続するものの他、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、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。また図示例では配線基板４は単層構造で説明したが、多層構造のものもあり、半導体ペレット１の他、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もある。
【０００８】
ところで、この種半導体装置は小型化の制約があることから、半導体ペレット１は外径寸法を大きくすることができない。一方、半導体ペレットの高集積化や多機能化により電極数が増大するが、外形寸法の制約から、電極の外形寸法、配列間隔が決定され、例えば外形寸法が１．５×１５ｍｍで、電極数が４００を超える細長い矩形状の半導体ペレットでは、電極の外径寸法は例えば一辺長さが５０〜１００μｍ、配列間隔は７０〜１３５μｍに設定され単列又は多列配置される。またこの種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型化すればよい。例えば配線基板４の絶縁基板５の厚みを２００μｍから２５μｍとするだけで１７５μｍ薄くすることができる。このように薄い絶縁基板、即ち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。
【０００９】
ところでこのように薄い配線基板４は絶縁基板５の成形時に生じた撓みや局所的な収縮膨張が残留するとテープ状配線基板４Ａが全体的に湾曲変形し半導体ペレット１の突起電極３と配線基板４のパッド電極８の位置決めが正確にできないという問題があった。このような問題を解決するものとして、特許文献１には平坦板上に接着シートを介して配線基板を貼りつけ、平坦なプレス用基板で配線基板を平坦板上に加圧し配線基板を平坦にすることが開示されている。これにより半導体ペレットと配線基板の位置決めを正確にできる。
【００１０】
しかしながら特許文献１に開示された技術は、薄い配線基板を予め平坦板に固定し、この配線基板に半導体ペレットを接続するものであるため、連続したテープ状の配線基板４Ａには適用困難であった。
【００１１】
また配線基板４に張力をかけて平面性を保つようにしても、絶縁基板５の厚みが半導体ペレット１の突起電極３の高さと同程度あるいは突起電極３の高さより薄くなると、半導体ペレット１とボンディングツール１１から供給される熱が絶縁基板５を短時間で貫通して絶縁基板５を電極重合部だけでなく半導体ペレット１と対向する対向面全面を軟化させ平面性を保つことが困難となり、図９に示すように配線基板４の内面が伸びて半導体ペレット１に近接又は密着し、外面４ｂに凹部４ｃが形成されるという問題があった。
【００１２】
このようにして半導体ペレット１と配線基板４の対向面間の間隔が狭められると樹脂系接着材９の注入がうまくできず未充填や接着材９中にボイドを生じるという問題があった。
【００１３】
一方、接着材９の未充填やボイドの問題を解消するものとして、特許文献２が知られている。これは配線基板のパッド電極で囲まれる領域内にソルダレジストによる突起を形成し、突起で囲まれる領域内に供給した樹脂系接着材を半導体ペレットで押圧して全方向に均等に押し広げることにより未充填やボイドを解消するようにしたものである。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１１−２１９９８５号公報（第３頁〜第４頁、図１〜図５）
【特許文献２】
特開２００１−２３７２５７号公報（段落番号００２５〜００３１、図４）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特許文献２は配線基板が十分厚く、予め配線基板上に供給した樹脂系接着材を半導体ペレットで押し広げるもので、配線基板が薄く一体化された半導体ペレットと配線基板の間に樹脂系接着材を供給するものではパッド電極で囲まれる領域内でパッド電極に沿って突起電極を形成したとしても薄い配線基板が伸びて半導体ペレットに近接又は接触するという課題が特許文献１にはなく、樹脂系接着材の未充填やボイドの問題を解決することができなかった。
【００１６】
特に半導体ペレット１が、短辺が短く長辺が近接した細長い矩形状で、長辺に沿って多数の突起電極が配列されたものを薄い配線基板に接続する場合、加圧された電極重合部によって配線基板の一部が固定されて拘束され、この拘束領域内で伸びた絶縁基板５が半導体ペレット１に近接または接触すると半導体ペレット１と配線基板４の間隔が一定せず、その結果、半導体べレット１と配線基板４の間に供給した樹脂系接着材９が対向面間全面に行き渡らず、接着材９中にボイドが形成されると耐湿性が劣化し半導体装置の信頼性が低下するという問題があった。
【００１７】
【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、一主面に多数の突起電極を形成した半導体ペレットと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熱圧着し、半導体ペレットと配線フィルムとを樹脂系接着材にて接着した半導体装置において、上記半導体ペレットと配線フィルムの対向領域の中央部に半導体ペレットと配線フィルムとを離隔させるスペーサを配置したことを特徴とする半導体装置を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明による半導体装置は、配線フィルムと半導体ペレットの対向領域の中央部に配線フィルムと半導体ペレットの間隔を保つスペーサを配置したことを特徴とするが、
【００１９】
突起電極とほぼ同じ寸法形状のスペーサを島状に形成することができる。
【００２０】
また配線フィルム上に島状の導電パターンを形成しこの導電ランドをスペーサとすることでができ、さらにこの導電ランドを耐熱性熱硬化性樹脂を被覆しても良い。
【００２１】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図１及び図２から説明する。図において、１２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１３の一主面の周縁部に沿って多数の突起電極１４が形成されている。１５は配線フィルムで、可撓性を有し耐熱性を有する樹脂、例えばポリイミド樹脂を用いた絶縁フィルム１６上に所定パターンの導電パターン１７を形成し、絶縁フィルム１６上を被覆したレジスト膜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、この露呈部に所要のめっき（図示せず）をしてパッド電極１９を形成している。２０は本発明の特徴部分であるスペーサで、図示例では、突起電極１４と同様に同一材料、同一形状に形成され、図２に示すように多数の突起電極１４（パッド電極１９）で囲まれる領域の中央に、３個分散して配置されている。半導体ペレット１２の突起電極１４と配線フィルム１５のパッド電極１９は重合され熱圧着され、スペーサ２０は先端がレジスト膜１８に近接または圧接されている。２１は半導体ペレット１２と配線フィルム１５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１２表面の配線層や電極重合部を外部の腐食性ガスから保護する。図示例では半導体ペレット１２は細長い矩形状で、突起電極１４はペレット周縁に沿って形成され、一方の長辺側では多数の突起電極（パッド電極）が間隔をおいて配列され、他の長辺側では突起電極（パッド電極）より多数の突起電極（パッド電極）が互いに近接し必要に応じて千鳥状に配列されている。
【００２２】
この半導体装置は図３に示す製造装置を用いて半導体ペレット１２と配線フィルム１５を接続し製造される。図において図８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。ここでは下記数値の半導体ペレット１２及び配線フィルム１５を使用する。半導体ペレット１２は外形寸法が２×１５×０．５ｍｍ、突起電極１４は平面形状が４５×７０μｍの矩形状、高さが２０μｍで、半導体ペレット１２の周縁に沿って多数個配列され、一方の長辺側に約４００個の突起電極１４が７０μｍ間隔で、図示例では１列で示すが千鳥状に２列に配列され、他の長辺側には約１００個の突起電極が配列されている。この多数の突起電極１４で囲まれる領域の中央部に図示例では３個のスペーサ２０が配列されている。このスペーサ２０は突起電極１４と同一材料、同一形状で突起電極１４と同時に形成される。配線フィルム１５Ａはポリイミド樹脂などの可撓性、耐熱性を有する樹脂製で、巾が３５ｍｍ、厚さ２５μｍで長尺のテープ状に加工され、導電パターン１７は厚みが１５μｍで、パッド電極１９部分には厚さ０．２μｍの錫めっき処理されている。配線フィルム１５Ａはリール（図示せず）に巻回され、半導体ペレット１２はその長径を配線フィルム１５の巾方向にして、配線フィルム１５の長手方向に約５ｍｍ間隔で載置される。
【００２３】
上記半導体ペレット１２を図３に示す装置の支持テーブル１０上に突起電極１４を上に向けて位置決め載置し、ヒータ（図示せず）により半導体ペレット１２を数秒間加熱して、突起電極１４を所定の温度、例えば２８０℃まで温度上昇させる。支持テーブル１０上に半導体ペレット１２を供給すると直ちに、図４に示すように配線フィルム１５を半導体ペレット１２上に位置決めし、突起電極１４とパッド電極１９を重合させ、さらにボンディングツール１１で配線フィルム１５の上面を押圧し、突起電極１４とパッド電極１９の重合部を、突起電極１個当たり加圧力３０ｇで約１秒加圧して、突起電極１４とパッド電極１９とを熱圧着する。
【００２４】
一般的なポリイミド樹脂は約３５０℃の高温に耐えるが、２５０℃程度から軟化しさらに加圧力が加えられると加圧部分が変形する。そのため突起電極１４とパッド電極１９の重合部分は図５に示すように、パッド電極１９（導電パターン１７）を絶縁フィルム１６内に陥没させる。この陥没深さは上記条件で２〜５μｍとなる。このとき突起電極１４自身圧縮され、重合部の外径寸法が４５×７０μｍから４８×７５μｍに膨大し、高さは２０μｍから１５μｍに短縮する。一方、突起電極１４は半導体ペレット１２の周縁部に沿って形成され、特に長辺側には多数個互いに近接して形成されているため、配線フィルム１５上の突起電極１４で囲まれた領域は半導体ペレット１２によって拘束される。この状態で配線フィルム１５は電極重合部が加熱されるだけでなく、半導体ペレット１２と対向する部分も輻射熱により加熱され熱膨張する。このようにして配線フィルム１５の半導体ペレット１２により拘束された環状領域が輻射熱により加熱され熱膨張すると、伸びたフィルム表面は半導体ペレット１２に近接する。
【００２５】
配線フィルム１５の巾方向に配列された突起電極の配列長さを約１４ｍｍ、長辺に沿って配列された突起電極１４の間隔を約１．５ｍｍとし、ポリイミド樹脂のテープの長手方向及び巾方向の熱膨張係数を２６ｐｐｍ／℃とし、半導体ペレット１２の加熱温度と室温との差を２５０℃とすると、絶縁フィルム１６はその巾方向に約９０μｍ、長手方向に約１０μｍ伸びる。半導体ペレット１２と配線フィルム１５の間隔は、加圧前は突起電極１４の高さ２０μｍと導電パターン１７の厚み１５μｍを加算した３５μｍであったものが、加圧後は、突起電極１４が１５μｍに短縮し、電極重合部が２〜５μｍ陥没するため、導電パターン１７の厚みが変わらないとしても、半導体ペレット１２と配線フィルム１５の間隔は２５〜２８μｍとなり、加圧前の間隔から７〜１０μｍ近接する。仮に配線フィルム１５の表面を平坦に保って配線フィルム１５表面長さが９０μｍ伸びると、配線フィルム１５の表面は半導体ペレット１２側へ４５μｍ突出する。この突出量は上記半導体ペレット１２と配線フィルム１５の加圧後の間隔２５〜２８μｍを超え、配線フィルム１５は半導体ペレット１２に密着する。実際には配線フィルム１５は両端が固定された状態で熱膨張すると表面は褶曲変形し沿面長さが長くなるため、配線フィルム１５と半導体ペレット１２の間隔は全領域で前記加圧後の間隔を超えることはないが、配線フィルム１５の一部が半導体ペレット１２に近接したり接触するのを防止することはできない。一方、配線フィルム１５の長手方向の膨張長さは約１０μｍとなるが、半導体ペレット１２と配線フィルム１５の加圧後の間隔２５〜２８μｍより小さいため、重大な問題とはならない。
【００２６】
本発明では電極重合部で囲まれる領域の中央部にスペーサ２０を複数配置したことにより、前記領域の中央部での半導体ペレット１２と配線フィルム１５の間隔を電極重合部位置の間隔とほぼ同じ間隔に保つことができ、配線フィルム１５の褶曲変形する表面を半導体ペレット１２の表面から離隔させることができる。また電極１４、１９を熱圧着により重合した後、半導体ペレット１２を支持テーブル１０から持上げて冷却すると、電極重合部で囲まれ熱膨張した領域内は熱収縮するが、スペーサ２０部分で半導体ペレット１２と配線フィルム１５は離隔しているため、スペーサ２０部分を基準として配線フィルム１５は熱収縮し、配線フィルム１５表面で歪みを生じることなく半導体ペレット１２と配線フィルム１５の間隔を保つことができる。そのため半導体ペレット１２と配線フィルム１５の間に樹脂系接着材２１を注入する間隙が確保でき、テープ状配線基板１５Ａを所定の寸法形状に切断して図１に示すように未充填やボイドのない半導体装置を製造できる。
【００２７】
この半導体装置は樹脂系接着材２１に未充填がなく耐湿性が良好である。また薄い配線フィルム１５を用いることかできるため小型で薄い半導体装置を実現することできる。
【００２８】
図６は本発明の他の実施例を示す。図において、図１と同一物には同一符号を付し重複する説明を省略する。この半導体装置は、突起電極１４を有する半導体ペレット１２と薄い配線フィルム１５とを対向させ、突起電極１４とパッド電極１９とを重合し熱圧着し、さらに半導体ペレット１２と配線フィルム１５の間に樹脂系接着材２１を注入して一体化したもので、半導体ペレット１２に形成したスペーサ２０に代わるスペーサ２２を配線フィルム１５に形成した点で図１半導体装置と相異する。このスペーサ２２の高さはパッド電極１９の厚みより高く、突起電極１４の厚みとパッド電極１９の厚みを加算した厚みより低く設定される。
【００２９】
このスペーサ２２は配線フィルム１５が熱膨張し褶曲変形したとき、配線フィルム１５表面の褶曲面より先に半導体ペレット１２と接触し、配線フィルム１５表面が半導体ペレット１２と直接接触しないようにしている。このスペーサ２２はソルダレジストなどの耐熱性樹脂により形成することができるが、導電パターン１７の一部を島状に形成した導電ランドを利用することかでき、さらには導電パターン１７の一部に熱硬化性樹脂を塗布して多層に形成することもできる。
【００３０】
本発明は薄い配線フィルムを用いた半導体装置に有効で、半導体ペレットの突起電極の高さが絶縁フィルムの厚さの０．３〜１．０で、配線フィルムの熱膨張の影響が半導体ペレットに及ぶ虞のある半導体装置に好適である。
【００３１】
尚、本発明は上記実施例にのみ限定されるものではなく、半導体ペレット１２の形状は細長い矩形状だけでなく、短辺と長辺の長さの差が小さい矩形状または方形の半導体ペレットにも適用できる。また耐湿性をより一層向上するため、突起電極を除くペレット表面を保護膜で被覆した半導体ペレットを用いることかできる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば薄い配線フィルムに半導体ペレットを熱圧着した半導体装置の半導体べレットと配線フィルムの間隔を保つことができ、半導体ペレットと配線フィルム間にボイドを形成することなく樹脂系接着材で接着し一体化できるため、耐湿性が良好で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】本発明による半導体装置の実施例を示す側断面図
【図２】図１半導体装置の製造中間構体を示す一部断面平面図
【図３】図１半導体装置の製造工程を示す側断面図
【図４】図１半導体装置の製造工程での要部拡大側断面図
【図５】突起電極とパッド電極の重合部分を示す要部拡大側断面図
【図６】本発明の他の実施例を示す側断面図
【図７】配線基板と半導体ペレットとを一体化した半導体装置の一例を示す側断面図
【図８】図７半導体装置の製造装置を示す側断面図
【図９】薄い配線基板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
１４ａ　突起電極
１４ｂ　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　スペーサ
２１　樹脂系接着材
２２　スペーサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004119474.tif 000006
【図５】
2004119474.tif 000007
【図６】
2004119474.tif 000008
【図７】
2004119474.tif 000009
【図８】
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【図９】
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