(57)【要約】【課題】樹脂基板と半導体装置を絶縁性樹脂を介して熱圧着する際に、樹脂基板が凹んでしまうので、半導体装置の外縁部と樹脂基板に形成された導体配線当接することで、その導体配線が断線してしまう場合がある。【解決手段】本発明によると、半導体装置と樹脂基板との間隙に、突起電極よりも高さの低い絶縁性のスペーサー層を備えることで、樹脂基板と半導体装置を絶縁性樹脂を介して熱圧着する際の樹脂基板が凹む現象が発生しても、半導体装置と樹脂基板とが当接する箇所にスペーサー層を設けたので、そのスペーサー層が緩衝材として作用し、導体配線が断線することが無い。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂基板と半導体装置とを絶縁性樹脂を介して固着させるとともに、前記樹脂基板に形成された導体配線と、前記半導体装置に形成された突起電極とを電気的に接続する樹脂基板と半導体装置の実装構造において、
少なくとも前記半導体装置に形成された前記突起電極の外側であり、前記半導体装置と前記樹脂基板との間隙に、前記突起電極よりも高さの低い絶縁性のスペーサー層を備えることを特徴とする樹脂基板と半導体装置の実装構造。
【請求項２】
前記半導体装置を加圧させて前記樹脂基板に固着させ、前記樹脂基板が凹む際に、前記半導体装置の縁部が前記樹脂基板に当接しうる箇所に、前記スペーサー層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の樹脂基板と半導体装置の実装構造。
【請求項３】
前記スペーサー層を、前記半導体装置の四隅に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂基板と半導体装置の実装構造。
【請求項４】
樹脂基板と半導体装置とを絶縁性樹脂を介して固着させるとともに、前記樹脂基板に形成された導体配線と、前記半導体装置に形成された突起電極とを電気的に接続する樹脂基板と半導体装置の実装構造の製造方法において、
前記樹脂基板または前記半導体装置のいずれか一方であり、前記突起電極の少なくとも外側に位置する箇所にスペーサー層を形成する工程と、
前記樹脂基板上に絶縁性樹脂を配する工程と、
前記半導体装置と前記樹脂基板との位置合わせを行った後に両部材を加熱加圧させて、前記突起電極と前記導体配線とを当接させるとともに、前記絶縁性樹脂を硬化させる工程
とを有することを特徴とする樹脂基板と半導体装置の実装構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導体配線を有する樹脂基板と突起電極を有する半導体装置の実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小形化、半導体装置の狭ピッチ化を達成するために、半導体パッケージに半導体装置を収納する代わりに半導体装置上に突起電極を形成し、その突起電極を用いて直接回路基板上にフェースダウン実装するフリップチップ技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。その実装構造および実装方法について図１５を用いて説明する。この実装構造は、接続に要する配線長が短くなり、実装領域の面積も小さくなるという利点を有する。
【０００３】
図１５は、従来の技術における半導体装置と樹脂基板との実装方法を説明するための構造断面図である。ここに示す図１５（ａ）は従来の技術により形成された樹脂基板上に半導体装置を載せた状態の工程断面図であり、図１５（ｂ）は、熱圧着冶具２６にて図１５（ａ）の構造体を熱圧着した際の不良作用を説明するための工程断面図である。
この従来の技術における樹脂基板１４と半導体装置１０を実装する具体的な方法としては、図１５（ａ）に示すように、まずはＡｌ、Ａｕの金属からなる突起電極１２を有する半導体装置１０と、Ｃｒ−Ｃｕ，Ａｌ，Ｃｕ，インジウムスズの酸化物等からなり、所望のパターンを有する導体配線１８を用意する。そして、樹脂基板１４の導体配線１８が形成された面に、ＵＶ硬化性の絶縁性樹脂２０を塗布する。樹脂基板１４には、ガラスエポキシ樹脂基板が用いられているが、その他にも、ポリカーボネート、ＰＥＳ、エポキシ系の樹脂が用いられる例もある。
【０００４】
続けて、突起電極１２を有する半導体装置１０を、その突起電極１２と樹脂基板１４に配した導体配線１８を対向して位置あわせすることにより搭載する。
【０００５】
次に、ここでは図示しない熱圧着冶具を使用して、半導体装置１０を樹脂基板１４に熱圧着する。この時、突起電極１２と導体配線１８との間に介在する絶縁性樹脂２０は上記圧着により突起電極１２の周縁部に押し出され、突起電極１２と導体配線１８とは電気的に接続される。また、絶縁性樹脂２０は、熱硬化性樹脂を使用しているため、接着強度も十分得られる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平２−１１０９４９号公報（第２頁−第３頁、第１図）
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述したように熱圧着冶具を利用して、半導体装置１０と樹脂基板１４に掛ける圧力は、突起電極１２と導体配線１８との間に介在する絶縁性樹脂２０が突起電極１２の周縁部に押し出される圧力を少なくとも加える必要がある。そのため、樹脂基板１４には、突起電極１２を介して多大な力が加わることになり、樹脂基板１４が沈み込む現象が発生する。このように作用すると、図１５（ｂ）に示すＢ部に示す箇所で、樹脂基板１４上の導体配線１８に半導体装置１０の外縁部が接触し、導体配線１８の断線が発生する場合がある。
【０００８】
この現象を回避するために、熱圧着冶具２６の加圧条件を弱めて行うと、図１５（ｂ）のＢ部に示す、導体配線１８に半導体装置１０の外縁部が接触することでの導体配線１８の断線を防止することができるが、突起電極１２と導体配線１８との間に介在する絶縁性樹脂２０が突起電極１２の周縁部に十分押し出されない場合が想定できる。そのため、突起電極１２と導体配線１８との電気的な接続がなされない虞れがあり、好ましい実装手段ではない。
【０００９】
また、上述した現象を回避する他の方法として、樹脂基板１４の材料としてエポキシ樹脂などの硬い基板材料を用いて実装体を作る手段が考えられる。このとき、熱圧着冶具２６による樹脂基板１４の凹み量は少量であるため、前述した導体配線１８の断線の現象を回避することができるが、樹脂基板の材料に制限を受けてしまいこれも好ましくない。
【００１０】
さらに、上述した現象を回避するためのさらに別の手段として、半導体装置１０の突起電極１２の高さを十分高くして、この現象を回避する方法もある。しかしながら、突起電極１２を形成するための、メッキ材料や形成時間の増加により、大幅なコストアップにつながり、半導体装置１０の生産性を考慮すると好ましい手段ではない。
【００１１】
上記のように従来の樹脂基板１４へのフェースダウン実装技術では、十分に信頼性の高い接続を行うことができないものでしかなかった。
【００１２】
本発明の目的は、上記課題を解決し、樹脂基板上に半導体装置をフェースダウン実装する際、樹脂基板に形成された導体配線の断線不良が起こり難くした半導体装置の実装構造およびその製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の実装構造は、樹脂基板と半導体装置とを絶縁性樹脂を介して固着させるとともに、前記樹脂基板に形成された導体配線と、前記半導体装置に形成された突起電極とを電気的に接続する樹脂基板と半導体装置の実装構造において、少なくとも前記半導体装置に形成された前記突起電極の外側であり、前記半導体装置と前記樹脂基板との間隙に、前記突起電極よりも高さの低い絶縁性のスペーサー層を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、本発明の実装構造は、前記半導体装置を加圧させて前記樹脂基板に固着させる際に、前記樹脂基板が凹み、前記半導体装置の縁部が前記樹脂基板に当接しうる箇所に、前記スペーサー層を設けたことを特徴とする。
【００１５】
さらに、上記目的を達成するために、本発明の実装構造は、前記スペーサー層を前記半導体装置の四隅に設けたことを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の実装構造の製造方法は、樹脂基板と半導体装置とを絶縁性樹脂を介して固着させるとともに、前記樹脂基板に形成された導体配線と、前記半導体装置に形成された突起電極とを電気的に接続する樹脂基板と半導体装置の実装構造の製造方法において、前記樹脂基板または前記半導体装置のいずれか一方であり、前記突起電極の少なくとも外側に位置する箇所にスペーサー層を形成する工程と、前記樹脂基板上に絶縁性樹脂を配する工程と、前記半導体装置と前記樹脂基板との位置合わせを行った後に、両部材を加熱加圧させて、前記突起電極と前記導体配線とを当接させるとともに、前記絶縁性樹脂を硬化させる工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
［作用］
本発明の樹脂基板と半導体装置の実装構造は、半導体装置と樹脂基板との間隙であり、半導体装置に形成された突起電極よりも外側に、突起電極よりも高さの低い絶縁性のスペーサー層を備えることで、樹脂基板と半導体装置を絶縁性樹脂等を介して熱圧着しても、樹脂基板上に形成された導体配線が断線することを防止することができるものである。
つまり、本構成は、半導体装置上に形成された突起電極を介して、樹脂基板に圧力を加えると、樹脂基板が凹むことになるが、樹脂基板上に形成された導体配線に半導体装置縁部が直に接触することが無いため、従来の構成のように、導体配線が断線する不良の発生を極力抑えることができるのである。
【００１８】
また、半導体装置の４隅にスペーサー層を形成することで、熱圧着冶具にて半導体装置を熱圧着する際、樹脂基板が凹む際の変形量が大きい部分である半導体装置の４隅に対向する樹脂基板上に形成された導体配線の断線がなくなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を実施するため、図１（ａ）、図１（ｂ）、図２（ａ）、図２（ｂ）の順に、樹脂基板と半導体装置の実装構造を説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１における樹脂基板と半導体装置の実装構造の上部平面図を示し、図１（ｂ）は、本発明の実施の形態２における樹脂基板と半導体装置の実装構造の上部平面図を示す。また、図２（ａ）は、図１（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図を示し、図２（ｂ）は、図１（ｂ）における実装構造のＤ−Ｄ断面図を示す。
この図１および図２では、一つの半導体装置を樹脂基板に実装した一上部実装領域を示しているが、この構成のみならず複数の半導体装置を樹脂基板に実装する形態であってももちろん構わない。
【００２０】
（実施の形態１）
まず、図１（ａ）と図２（ａ）を用いて、本発明の実施の形態１における樹脂基板と半導体基板の実装構造の一例を説明する。
図１（ａ）に示す本発明の樹脂基板１４は、例えばポリカーボネート、ＰＥＳ、エポキシ等の樹脂基板１４より構成し、０．１ｍｍから０．３ｍｍ程度の厚みのものを用いる。また、樹脂基板１４上には、所望のパターンの導体配線１８が放射状に形成されている。
【００２１】
さらに、本発明の実装構造は、図１（ａ）に示す位置、つまり、半導体装置１０内部エリアに形成された突起電極１２よりも外側で且つ、半導体装置１０を樹脂基板１４の所定の位置にアライメントする際に、半導体装置１０の縁部が掛かるように図では四隅にスペーサー層１６が形成されている。
【００２２】
このように構成することで、図２（ａ）に示すように、半導体装置１０を加圧させて樹脂基板１４に固着させる際に半導体装置１０側から圧力Ａを掛けても、前記樹脂基板１４が凹み、前記半導体装置１０の縁部が前記樹脂基板１４に当接しうることとなるが、この箇所にはスペーサー層１６を設けているので、このスペーサー層１６が緩衝材として作用し、導体配線１８の断線を防止することができる。
【００２３】
本実施の形態においては、このスペーサー層１６は、半導体装置１０に形成された突起電極近傍から外側に延びていればよく、突起電極１２を実装する箇所以外の箇所、すなわち樹脂基板１４全面に形成されていても構わない。この場合スペーサー層１６は、放射状に形成された導体配線１８のオーバーコート材に兼用することができる。
【００２４】
また、本実施の形態においては、半導体装置１０に形成された突起電極１２の外側であり、さらにこの半導体装置１０の外縁部に掛かる箇所である四隅にスペーサー層１６を形成した例を示したが、このスペーサー層１６は、この四隅に限定されるものではなく、例えば半導体装置１０の外縁部全周に配置してももちろん構わない。
【００２５】
ここで、本実施の形態における樹脂基板側にスペーサー層を形成する樹脂基板と半導体装置の製造方法について説明する。
図３〜８は、本発明の実施の形態１（図１（ａ）および図２（ａ））の製造方法を説明するための工程断面図である。
【００２６】
まず、図３に示す様に、樹脂基板１４上にインジウムスズ酸化物をスパッタリング装置で基板全面にシート抵抗２０Ω程度のインジウムスズ酸化物を成膜し、さらに所望のパターンでパターンニングして樹脂基板１４上に導体配線１８を有する樹脂基板１４を得る。
【００２７】
次に、図４に示す様に、樹脂基板１４側にスペーサー層１６を作製する。このスペーサー層１６は、常温硬化型もしくは樹脂基板１４の物性が変わる温度に達することがない程度の低温硬化型のエポキシ樹脂を用い印刷マスクによる印刷法やディスペンサーによる塗布法により形成する。また、このスペーサー層１６は、樹脂基板１４の物性が変わる温度に達することがなければ、他の樹脂を用いても構わない。
【００２８】
ここで形成されるスペーサー層１６は、図１（ａ）に示すように、半導体装置１０内部エリアに形成された突起電極１２よりも外側のエリアで且つ、半導体装置１０を樹脂基板１４の所定の位置にアライメントする際に、半導体装置１０の外縁部が掛かるように形成する必要がある。また、スペーサー層１６の厚みは、後段で説明する半導体装置１０上に形成された突起電極１２の高さよりも低く形成することが重要である。ここでは、スペーサー層１６の厚みは、１０μｍで形成する。
【００２９】
次に、図５に示す様に、スペーサー層１６を形成した樹脂基板１４に、熱硬化型の絶縁性樹脂２０を塗布する。ここではエポキシ樹脂を使用するが、異方性のエポキシ樹脂や、熱硬化併用型のＵＶ樹脂を使用しても特に差し支えない。
【００３０】
そして、図６に示す、メッキ等の手段により高さを１５μｍとした複数個の突起電極１２を有する半導体装置１０を用意する。通常、半導体装置１０はウエハー上に複数個形成されており、ここでは説明を簡単にするために単個について示す。
【００３１】
この様に半導体装置１０上に形成された複数個の突起電極１２と、これに対向した状態で樹脂基板１４に形成されている導体配線１８とを位置合わせを行い、図６の形態となる。
【００３２】
次に、図７に示す様に、樹脂基板１４に半導体装置１０を熱圧着冶具２６にて熱圧着する。ここで示す構造体は、半導体装置１０と樹脂基板１４との間隙に、突起電極１２よりも高さの低い絶縁性のスペーサー層１６を備えている。そのため、半導体装置１０上に形成された突起電極１２を介して、樹脂基板１４に圧力Ａが加わり、樹脂基板１４が凹んだとしても、樹脂基板１４上に形成された導体配線１８上に半導体装置１０の外縁部が直接接することが無く、樹脂基板１４と半導体装置１０との熱圧着による導体配線１８の断線を防止することができるものとなる。
【００３３】
最後に、図８に示すとおり、絶縁性樹脂２０が硬化する所定時間の熱圧着を行った後、前述した熱圧着冶具２６のヒートツールを半導体装置１０から外すことで、半導体装置１０と樹脂基板１４のフェースダウン実装が完了し、図８に示す実装構造を得ることができる。
【００３４】
（実施の形態２）
次に、図１（ｂ）と図２（ｂ）を用いて、本発明の実施の形態２における樹脂基板と半導体基板の他の実装構造例について説明する。
本実施の形態は、先に説明した実施の形態における、半導体装置１０の突起電極１２の外側であり、この半導体装置１０の外縁部に掛かる様にスペーサー層１６を配設した実装構造に代えて、突起電極１２の外側であり、半導体装置１０の外縁部の内側にスペーサー層１６を設けた構成である。本実施の形態においても、半導体装置１０の外縁部の四隅にスペーサー層１６を形成した例を示すが、この配置位置についてはこれに限定されるものではない。
【００３５】
また、本実施の形態における実装構造は、実施の形態１と同様の作用を受け、図２（ｂ）に示すように、半導体装置１０を加圧させて樹脂基板１４に固着させる際に半導体装置１０側から圧力Ａを掛けても、前記樹脂基板１４が凹み、前記半導体装置１０の縁部が前記樹脂基板１４に当接しうるが、この箇所には、スペーサー層１６を設けているので、このスペーサー層１６が緩衝材として作用し、導体配線１８の断線を防止することができる。なお、ここで示すスペーサー層１６は、半導体装置１０と樹脂基板１４との間隙に突起電極１２よりも高さの低い厚みとすることが重要である。
【００３６】
ここで、本実施の形態の製造方法について、下記に詳細に説明する。
まず、半導体装置１０上にスペーサー層を形成する方法について説明する。
図９に示す様に、半導体装置１０に形成する突起電極１２は、メッキ等の手段により形成し、高さ１５μｍとする。また、半導体装置１０はウエハー上に複数個形成されており、ここでは説明を簡単にするために単個について示す。
【００３７】
次に、突起電極１２の高さ１５μｍより低い高さのスペーサー層１６を、具体的には１０μｍ程度で、半導体装置１０内部エリアに形成された突起電極１２よりも外側のエリアで且つ、少なくとも四隅に作製する。このスペーサー層は、感光性のポリイミド樹脂でパターンニング後、焼成して形成することができる。また、ここで用いるスペーサー層１６は、例えばアクリル樹脂やＵＶ樹脂などの他の樹脂で形成しても差し支えない。
【００３８】
次に、前述した半導体装置と実装するための樹脂基板の製造方法について説明する。
実施の形態１と同様に、図１０に示す様に、樹脂基板１４上にインジウムスズ酸化物をスパッタリング装置で全面に成膜し、所望のパターンでパターンニングして樹脂基板１４上に導体配線１８を有する樹脂基板１４を得る。
【００３９】
続けて、図１１に示す様に、先に説明した半導体装置１０を樹脂基板１４へ固着するとともに、樹脂基板１４上に形成する導体配線１８と半導体装置１０に形成する突起電極１２の電気的接続を維持するための熱硬化型の絶縁性樹脂２０を塗布する。ここでは、エポキシ樹脂を使用するが、異方性のエポキシ樹脂や、熱硬化併用型のＵＶ樹脂を使用しても差し支えない。
【００４０】
ここで、図１２に示す様に、半導体装置１０上に形成された突起電極１２と、これに対向した状態で樹脂基板１４に形成されている導体配線１８とを位置合わせして搭載する。
【００４１】
さらに続けて、先に説明した実施の形態１と同様、図１３に示す様に、熱圧着冶具２６にて半導体装置１０を樹脂基板１４を熱圧着する。ここで示す構造体は、半導体装置１０と樹脂基板１４との間隙に、突起電極１２よりも高さの低い絶縁性のスペーサー層１６を備えている。そのため、半導体装置１０上に形成された突起電極１２を介して、樹脂基板１４に圧力Ａが加わり、樹脂基板１４が凹んだとしても、樹脂基板１４上に形成された導体配線１８上に半導体装置１０の外縁部が直接接することが無く、樹脂基板１４と半導体装置１０との熱圧着による導体配線１８の断線を防止することができる。
【００４２】
最後に、図１４に示すとおり、絶縁性樹脂２０が硬化する所定時間の熱圧着を行った後、半導体装置１０から熱圧着冶具２６のヒートツールを外すことで、半導体装置１０と樹脂基板１４のフェースダウン実装が完了し、図１４に示す本発明の実装構造を得ることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明における樹脂基板と半導体装置の実装構造は、絶縁性樹脂を介して固着させるとともに、樹脂基板に形成された導体配線と、半導体装置に形成された突起電極とを電気的に接続する実装構造において、少なくとも半導体装置に形成された突起電極の外側で、半導体装置と樹脂基板との間隙に、突起電極よりも高さの低い絶縁性のスペーサー層を備える形態とした。
これにより、樹脂基板と半導体装置を熱圧着にてフェースダウン実装する際、半導体装置上に形成された突起電極を介して、樹脂基板に圧力が加わり、樹脂基板が凹む現象が発生しても、樹脂基板上に形成された導体配線上の半導体装置の外縁部と樹脂基板とが当該する箇所にスペーサー層を配したので、このスペーサー層が緩衝材として作用し、導体配線が断線することは無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の構成を説明するための平面図である。
【図２】本発明の実施の形態の構成を説明するための図１における構造体の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における、製造方法を説明するための工程断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における、製造方法を説明するための工程断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における、製造方法を説明するための工程断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における、製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における、製造方法を説明するための工程断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における、製造方法を説明するための工程断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２における、製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における、製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における、製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における、製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における、製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態２における、製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１５】従来の技術における、製造方法と導体配線の断線現象を説明するための工程断面図である。
【符号の説明】
１０  半導体装置
１２  突起電極
１４  樹脂基板
１６  スペーサー層
１８  導体配線
２０  絶縁性樹脂
２６  熱圧着冶具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2004273780.tif 000012
【図１１】
2004273780.tif 000013
【図１２】
2004273780.tif 000014
【図１３】
2004273780.tif 000015
【図１４】
2004273780.tif 000016
【図１５】
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