(57)【要約】【課題】反りを抑制する。【解決手段】ランド９を有する基板３と、ランド９に接続される接続端子８を有し、基板３上に実装された半導体チップ２と、半導体チップ２と基板３との間に充填される樹脂部材４と、樹脂部材４により接合された半導体チップ２の一主面２ａとは反対側の他主面２ｂに貼り付けた矯正フィルム５とを備え、半導体チップ２と基板３との間に充填された樹脂部材４が収縮した際の応力により半導体チップ２が弾性変形して生じた反りを矯正フィルム５が矯正することから、樹脂部材４が収縮することで生じる反りが抑えられる。【選択図】　図１
2004096015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランドを有する基板と、
上記ランドと電気的に接続される接続端子を有する半導体素子が一主面に形成され、上記基板上に実装された半導体チップと、
上記半導体チップと上記基板との間に充填され、上記接続端子と上記ランドとの接続部及び上記半導体素子を被覆すると共に上記半導体チップと上記基板とを接合させる樹脂部材と、
上記樹脂部材により接合された上記半導体チップの一主面とは反対側の他主面に貼り付けられ、上記半導体チップとは異なる線膨張率を有する上記樹脂部材の膨張或いは収縮により上記半導体チップに生じる反りを矯正する矯正部材と
を備える半導体装置。
【請求項２】
開口部とランドとを有する基板と、
接続端子を有する半導体素子が一主面に形成され、上記接続端子と上記基板のランドとがワイヤーを介して電気的に接続された状態で上記基板の開口部内に収納された半導体チップと、
少なくとも上記半導体チップが収納された上記基板の開口部内に充填され、上記接続端子と上記ランドとの上記ワイヤーを介した接続部と、上記ワイヤーと、上記半導体素子とを被覆すると共に上記半導体チップを上記基板の開口部内に固定する樹脂部材と、
上記樹脂部材により固定された上記半導体チップの一主面とは反対側の他主面に貼り付けられ、上記半導体チップとは異なる線膨張率を有する上記樹脂部材の膨張或いは収縮により上記半導体チップに生じる反りを矯正する矯正部材と
を備える半導体装置。
【請求項３】
ランドを有する基板上に、接続端子を有する半導体素子が一主面に形成された半導体チップを、上記ランドと上記接続端子とが電気的に接続されるように配設する配設工程と、
上記半導体チップと上記基板との間に、上記接続端子と上記ランドとの接続部及び上記半導体素子を被覆するように樹脂部材を充填する充填工程と、
上記半導体チップと上記基板との間に充填された上記樹脂部材が上記半導体チップと上記基板とを接合することで上記基板上に上記半導体チップを実装させる実装工程と、
上記半導体チップの一主面とは反対側の他主面に、上記半導体チップとは異なる線膨張率を有する上記樹脂部材の膨張或いは収縮により上記半導体チップに生じる反りを矯正する矯正部材を貼り付ける貼付工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
開口部とランドとを有する基板の開口部内に、接続端子を有する半導体素子が一主面に形成された半導体チップを収納し、上記ランドと上記接続端子とをワイヤーを介して接続する接続工程と、
少なくとも上記半導体チップが収納された上記基板の開口部内に、上記接続端子と上記ランドとの上記ワイヤーを介した接続部と、上記ワイヤーと、上記半導体素子とを被覆するように樹脂部材を充填する充填工程と、
上記基板の開口部内に充填された上記樹脂部材が上記半導体チップを上記基板の開口部内に固定させる固定工程と、
上記半導体チップの一主面とは反対側の他主面に、上記半導体チップとは異なる線膨張率を有する上記樹脂部材の膨張或いは収縮により上記半導体チップに生じる反りを矯正する矯正部材を貼り付ける貼付工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップと基板とを有する軽薄短小型の半導体装置、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、携帯電話に代表される情報通信技術の進展によって、様々な情報通信機器に例えば高周波通信モジュールや高速シリアルインターフェース等が実装されている。特に、携帯型の情報通信機器においては、これら高周波通信モジュールや高速シリアルインターフェースの軽薄短小化が要望されている。そして、この要望を満足させる半導体パッケージとして、図２１に示す軽薄短小型の半導体装置１００が注目されている。
【０００３】
この半導体装置１００は、特に薄型化を進めるために、シリコン基板上に半導体素子等が形成された厚みが１００μｍ以下の半導体チップ１０１を、例えばポリイミド等からなる厚みが１００μｍ程度の可撓性を有する基板１０２に実装させた構成になっている。具体的に、この半導体装置１００は、半導体チップ１０１の半導体素子等の一部に設けられた接続端子１０３と、基板１０２の表面に予めパターニングされた配線部等の一部に形成されたランド１０４とが電気的に接続され、これら半導体チップ１０１と基板１０２との間に例えばアンダーフィル法等により樹脂部材１０５が充填されることで、半導体チップ１０１を基板１０２に接合させた構成になっている。また、この半導体装置１００においては、樹脂部材１０５が接続端子１０３とランド１０４との接続部等を覆い保護することで、容易に半導体チップ１０１と基板１０２との接合が外れないようになっている。そして、この半導体装置１００は、全体の厚みが２００μｍ程度となり、軽薄短小化が実現された構成となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この上述した半導体装置１００では、線膨張率が比較的小さいシリコン基板上に半導体素子等が形成された半導体チップ１０１と、半導体チップ１０１以外の部材、特に樹脂部材１０５との線膨張率の違いにより反ってしまう。具体的には、半導体装置１００では、半導体チップ１０１と基板１０２との間に充填した樹脂部材１０５の線膨張率が大きく、例えば硬化した際に大きく収縮することから、この収縮による応力により基板１０２側に湾曲する反りが生じてしまう。
【０００５】
このように反った半導体装置１００では、実質の厚みは２００μｍ程度であるが、図２２に示すように、マザー基板２００に実装させた場合、反りの寸法も含まれてマザー基板２００の実装面２００ａを基準に図中矢印Ｘで示す最も厚い部分、いわゆる見かけの厚みが実質の厚みの数倍になることがある。このため、半導体装置１００では、軽薄短小化を図ることが困難となる。
【０００６】
また、半導体装置１００においては、基板１０２側に反ることで、基板１０２のランド１０４をマザー基板２００と平行に配設することが困難となり、マザー基板２００への実装自体も難しくなる。
【０００７】
さらに、この半導体装置１００では、−２５℃雰囲気と１２５℃雰囲気とを交互に繰り返す環境に放置するといった冷熱環境サイクル試験を行った場合、高温時に樹脂部材１０５が軟化して反りが無くなり、低温時に樹脂部材１０５が硬化し、収縮して反りが生じることが繰り返される。このため、半導体装置１００では、冷熱環境サイクル試験による反りの有無の繰り返しにより、半導体チップ１０１の接続端子１０３と基板１０２のランド１０４との接続部１０６に曲げ応力が繰り返し掛かり、この接続部１０６が断線して基板１０２と半導体チップ１０１との電気的接続が途切れてしまう問題もある。
【０００８】
そこで、本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、反りを抑制して軽薄短小化を図ると共に製品信頼性及び歩留まりが高い半導体装置及びその製造方法を提供することを目的に提案されたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明に係る半導体装置は、ランドを有する基板と、ランドと電気的に接続される接続端子を有する半導体素子が一主面に形成され、基板上に実装された半導体チップと、半導体チップと基板との間に充填され、接続端子とランドとの接続部及び半導体素子を被覆すると共に半導体チップと基板とを接合させる樹脂部材と、樹脂部材により接合された半導体チップの一主面とは反対側の他主面に貼り付けられ、半導体チップとは異なる線膨張率を有する樹脂部材の膨張或いは収縮により半導体チップに生じる反りを矯正する矯正部材とを備えている。
【００１０】
また、本発明に係る半導体装置は、開口部とランドとを有する基板と、接続端子を有する半導体素子が一主面に形成され、接続端子と基板のランドとがワイヤーを介して電気的に接続された状態で基板の開口部内に収納された半導体チップと、少なくとも半導体チップが収納された基板の開口部内に充填され、接続端子とランドとのワイヤーを介した接続部と、ワイヤーと、半導体素子とを被覆すると共に半導体チップを基板の開口部内に固定する樹脂部材と、樹脂部材により固定された半導体チップの一主面とは反対側の他主面に貼り付けられ、半導体チップとは異なる線膨張率を有する樹脂部材の膨張或いは収縮により半導体チップに生じる反りを矯正する矯正部材とを備えている。
【００１１】
この半導体装置では、半導体チップの他主面に矯正部材が貼り付けられていることから、この矯正部材が、半導体チップとは異なる線膨張率を有し、半導体チップの一主面で半導体素子を覆うようにされた樹脂部材が膨張或いは収縮する際に生じる半導体チップを反らせる応力と釣り合いを取って半導体チップが弾性変形することで生じる反りを矯正させる。
【００１２】
上述した目的を達成する本発明に係る半導体装置の製造方法は、ランドを有する基板上に、接続端子を有する半導体素子が一主面に形成された半導体チップを、ランドと接続端子とが電気的に接続されるように配設する配設工程と、半導体チップと上記基板との間に、接続端子とランドとの接続部及び半導体素子を被覆するように樹脂部材を充填する充填工程と、半導体チップと基板との間に充填された樹脂部材が半導体チップと基板とを接合することで基板上に半導体チップを実装させる実装工程と、半導体チップの一主面とは反対側の他主面に、半導体チップとは異なる線膨張率を有する樹脂部材の膨張或いは収縮により半導体チップに生じる反りを矯正する矯正部材を貼り付ける貼付工程とを有している。
【００１３】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、開口部とランドとを有する基板の開口部内に、接続端子を有する半導体素子が一主面に形成された半導体チップを収納し、ランドと接続端子とをワイヤーを介して接続する接続工程と、少なくとも半導体チップが収納された基板の開口部内に、接続端子とランドとのワイヤーを介した接続部と、ワイヤーと、半導体素子とを被覆するように樹脂部材を充填する充填工程と、基板の開口部内に充填された樹脂部材が半導体チップを基板の開口部内に固定させる固定工程と、半導体チップの一主面とは反対側の他主面に、半導体チップとは異なる線膨張率を有する樹脂部材の膨張或いは収縮により半導体チップに生じる反りを矯正する矯正部材を貼り付ける貼付工程とを有している。
【００１４】
この半導体装置の製造方法では、半導体チップとは異なる線膨張率を有する樹脂部材が半導体チップの一主面側に半導体素子を覆うように設けられ、半導体チップの反りを矯正する矯正部材が半導体チップの他主面側に貼り付けられた構成の半導体装置が製造される。このため、この半導体装置の製造方法では、半導体チップの他主面に貼り付けられた矯正部材が、半導体チップの一主面に設けられた樹脂部材の膨張或いは収縮により生じる半導体チップを反らせる応力と釣り合いを取って半導体チップが弾性変形することで生じる反りを矯正させることから、反りが抑制された半導体装置が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施の形態として図１に示す半導体装置１は、厚みが１００μｍ以下の半導体チップ２と、この半導体チップ２を実装させる厚みが１００μｍ程度の基板３と、基板３に半導体チップ２を実装させる際にこれらを接合させる樹脂部材４と、半導体チップ２の基板３と相対する一主面２ａとは反対側の他主面２ｂに貼り付けられた矯正フィルム５とを有している。そして、この半導体装置１は、全体の厚みが２００μｍ程度にされて薄型化が図られている。
【００１６】
半導体チップ２は、例えばシリコン等からなるウエハー６上に半導体素子７が形成されている。また、半導体チップ２は、半導体素子７の一部として、半導体素子７が形成された面、いわゆる一主面２ａを囲むように複数の接続端子８が設けられた構成になっている。そして、半導体チップ２は、軽薄短小化を図るために、その厚みが１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ〜３０μｍ程度にされている。
【００１７】
基板３は、ポリイミド等からなる可撓性フィルムの主面に配線回路等が予めパターニングされ、この配線回路の一部に、半導体チップ２が実装された際に接続端子８と電気的に接続されるランド９が設けられている。このランド９には、半導体チップ２が基板３に実装された際に、接続端子８との接続を適切に行うために、その表面に例えばニッケル−金等といった導電性金属からなるめっき層１０がめっき処理等により成膜されている。そして、基板３は、その厚みが５０μｍ〜１００μｍ程度にされることで、半導体装置１の軽薄短小化が図られる。
【００１８】
また、この基板３は、例えばランド９が露出する一主面３ａから反対側の他主面３ｂまで貫通するビア１１が形成され、このビア１１の他主面３ｂ側の端面にも導電性金属等によるめっき処理が施されて他主面３ｂ側で露出する端子部１２が形成されている。そして、基板３においては、半導体チップ２が実装された際に、一主面３ａ側で露出するランド９と、可撓性基板を貫通するビア１１と、他主面３ｂ側で露出する端子部１２とが電気的に接続されることで半導体チップ２に対する引出導体となる。なお、以上の例では、ポリイミド等からなる可撓性フィルムを用いた基板３について説明しているが、例えばリジットな基板を用いても良く、材質も無機、有機等に係わらず様々な材料を用いても良い。
【００１９】
樹脂部材４は、半導体チップ２と基板３との間に隙間無く充填されることで半導体チップ２と基板３とを接合させている。また、樹脂部材４は、半導体チップ２と基板３との間に、半導体チップ２の基板３と相対する面、すなわち半導体チップ２の一主面２ａに設けられた半導体素子７を覆うように充填されることで半導体素子７を保護するように機能する。また、樹脂部材４は、半導体チップ２と基板３との間に充填された際に、接続端子８とランド９との接続部も覆うことで、接続端子８とランド９との接続を保護すると共に、半導体チップ２と基板３との電気的な接続を強固にさせる。
【００２０】
この樹脂部材４には、例えばＡＣＰ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｐａｓｔｅ）、ＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｆｉｌｍ）等の異方性導電樹脂、ＮＣＰ（Ｎｏｎ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｐａｓｔｅ）、ＮＣＦ（Ｎｏｎ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｆｉｌｍ）等の導電粒子の無い樹脂等といった熱硬化性樹脂或いは光硬化性樹脂等を用いる。樹脂部材４として、例えばＡＣＰやＡＣＦ等を用いた場合、樹脂に含有される導電性粒子が接続端子８とランド９とを適切に接続させ、ＮＣＰやＮＣＦ等を用いた場合、樹脂が硬化した際の収縮力が接続端子８とランド９とを互いに押しつけることで適切に接続させるように作用する。
【００２１】
矯正フィルム５は、半導体チップ２の他主面２ｂに接着剤層１３で貼り付けられている。矯正フィルム５を半導体チップ２に貼り付ける接着剤層１３には、例えばエポキシ系接着材等といった有機樹脂系の接着材を用い、この有機樹脂系の接着材としては熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のどちらでも使用可能である。矯正フィルム５には、例えばＣｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｌ等のうちの一種以上からなる金属箔、セラミック等の無機材料からなるフィルム、ポリイミド等の有機材料からなるフィルム等を用いる。矯正フィルム５においては、例えば表面にＮｉめっき等が施されたＦｅ箔等を用いることで、低コスト化が図れる。
【００２２】
この矯正フィルム５は、半導体チップ２と基板３との間に半導体素子７を覆うように充填された樹脂部材４が硬化して収縮する際に生じる半導体チップ２を基板３側に反らせる応力と釣り合いを取ることから、半導体チップ２に生じた弾性変形による反りを矯正させるように作用する。このため、矯正フィルム５は、半導体チップ２よりも高い線膨張率を有している。
【００２３】
また、矯正フィルム５は、その厚みを調整することで、樹脂部材４が収縮して生じた半導体チップ２を反らせる応力と釣り合いを取っている。例えば基板３の厚みｔ１、弾性率ｐ１、線膨張率α１とし、樹脂部材４の厚みｔ２、弾性率ｐ２、線膨張率α２とし、矯正フィルム５の厚みｔ３、弾性率ｐ３、線膨張率α３とし、矯正フィルム５を半導体チップ２に貼り付ける際の接着材の厚みｔ４、弾性率ｐ４、線膨張率α４とし、半導体チップ２の線膨張率をα０とした場合、矯正フィルム５の厚みｔ３は｛（ｔ１×ｐ１×（α１−α０））＋（ｔ２×ｐ２×（α２−α０））−（ｔ４×ｐ４×（α４−α０））｝／（ｐ３×（α３−α０））で示される数式で求まる。
【００２４】
具体的には、基板３を厚みが５０μｍのポリイミドとし、樹脂部材４を厚みが５０μｍのＡＣＦとし、矯正フィルム５を銅箔とし、矯正フィルム５を半導体チップ２に貼り付ける接着材を１０μｍの厚みに塗布したエポキシ樹脂とし、ウエハー６をシリコン製のウエハー６を有する半導体チップ２の厚みを１００μｍとする場合、上述した数式より求めた銅箔からなる矯正フィルム５の厚みは１２μｍとなる。なお、上述した矯正フィルム５の厚みを求める数式は、矯正フィルム５の厚みを求める際の目安であり、半導体チップ２の反りの状態で矯正フィルム５の厚みを多少調整する必要がある。
【００２５】
次に、以上のような構成の半導体装置１の製造方法について説明する。この半導体装置１を製造する際は、先ず、図２に示すように、可撓性を有する厚みが５０μｍ程度の基板３を用意し、この基板３の一主面３ａ上に、例えばエポキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂等からなる接着層２０と、ポリエステル、ポリプロピレン、オレフィン、塩化ビニル等からなる保護層２１とを順次積層形成させる。
次に、基板３には、図３に示すように、例えばパンチング加工等により接着層２０と保護層２１とを一括して厚み方向に貫通する孔部２２が複数設けられる。
【００２６】
次に、基板３には、図４に示すように、保護層２１が除去されて接着層２０全面を覆うように例えば銅等の導電性金属箔等からなる金属箔２３が貼り付けられる。
【００２７】
次に、金属箔２３には、図５に示すように、例えばフォトリソグラフ処理等により所望の回路配線となるようにパターニング加工が施され、回路配線の一部にランド９が形成される。
【００２８】
次に、基板３の一主面３ａ上方には、図６に示すように、接着層２０、ランド９を覆うレジスト層２４が形成される。また、孔部２２には、その内周壁面に例えば銅等の導電性金属からなるめっきが施されてめっき部２５が形成され、孔内に導電ペースト２６が埋め込まれる。これにより、孔部２２は、基板３の一主面３ａから反対側の他主面３ｂまで貫通し、ランド９と導通するビア１１となる。
【００２９】
次に、レジスト層２４には、図７に示すように、ランド９が露出する開口部２４ａが設けられる。そして、基板３の一主面３ａ上方には、レジスト層２４及び開口部２４ａを覆うように例えばニッケル−金等からなる金属めっき層２６が成膜される。
【００３０】
次に、基板３の一主面３ａ側上方には、図８に示すように、レジスト層２４が除去されることで、ランド９を覆うようにめっき層１０が形成される。また、ビア１１における基板３の他主面３ｂで露出する端部には、導電ペースト２６を蓋するように例えばニッケル−金等のめっき処理が施されることで端子部１２が形成される。
【００３１】
次に、基板３の一主面３ａ上方には、図９に示すように、半導体チップ２が実装される領域に、上述した樹脂部材４が設けられる。図９においては、フィルム状の樹脂部材４を貼り付けた場合を示している。
【００３２】
次に、基板３の一主面３ａ側には、図１０に示すように、上述したウエハー６上に接続端子８を有する半導体素子７が形成された半導体チップ２を実装させる。具体的に、半導体チップ２を基板３に実装させる際は、半導体チップ２を所定の温度で加熱させながら樹脂部材４に押しつけることで樹脂部材４を軟化させ、半導体チップ２の接続端子８を軟化した樹脂部材４に突き刺す。このとき、半導体チップ２においては、接続端子８が基板３のランド９と相対するように基板３の一主面３ａ上に設置させるようにする。そして、半導体チップ２は、基板３の一主面３ａに押しつけながら、例えば冷却等によって樹脂部材４を硬化させることで接続端子８とランド９とが電気的に接続された状態で基板３の一主面３ａ上に実装される。
【００３３】
このとき、基板３に実装された半導体チップ２は、図１１に示すように、比較的に線膨張率が大きい樹脂部材４が硬化した際の収縮による応力が掛かり、基板３と共に基板３側に弾性変形して反ってしまう。このため、半導体チップ２及び基板３では、図中矢印Ａで示す実際の厚みＡに比べ、図中矢印Ｂで示す見かけの厚みが厚くなってしまう。
【００３４】
次に、基板３側に反りが生じた半導体チップ２には、他主面２ｂ側に例えば熱硬化性又は熱可塑性のエポキシ系接着剤等からなる接着剤層１３を介して矯正フィルム５を貼り付ける。半導体チップ２に矯正フィルム５を貼り付ける際は、半導体チップ２の他主面２ｂに、矯正フィルム５を間に接着剤層１３を介して押しつけながら所定の温度で加熱する。これにより、矯正フィルム５は、半導体チップ２に生じた反りを矯正するように半導体チップ２の他主面２ｂに貼り付けられることになる。
【００３５】
以上のようにして、図１２に示すような反りが矯正され、見かけの厚みも大幅に抑制され、薄型化が図られた半導体装置１が製造される。
【００３６】
この半導体装置１では、半導体チップ２の他主面２ｂに矯正フィルム５が貼り付けられていることから、この矯正フィルム５が半導体チップ２の一主面２ａで半導体素子７を覆うようにされた樹脂部材４が硬化する等して収縮する際に生じる半導体チップ２を弾性変形させて反らせる応力と釣り合いを取るように作用する。
【００３７】
したがって、この半導体装置１では、矯正フィルム５が半導体チップ２に生じた反りを矯正することから全体の反りが抑えられ、従来のように反りにより見かけの厚みが厚くなることが無く、薄型化を図ることができる。
【００３８】
また、この半導体装置１は、マザー基板３０に実装させる場合、図１３に示すように、例えばフリップチップボンディング法等により実装面３０ａにバンプ３１を介して実装面３０ａ上に設けられたランド３２に、端子部１２が電気的に接続されることでマザー基板３０に実装されることになる。
【００３９】
この半導体装置１では、上述したように、反りが抑制されていることから、マザー基板３０等に実装する際に、マザー基板３０の実装面３０ａと、基板３の他主面３ｂとが略平行となるように実装面３０ａに配設されることから、端子部１２をランド３２に適切に接続することが可能となり、マザー基板３０に歩留まり良く実装させることができる。
【００４０】
なお、上述した実施の形態においては、基板３に半導体チップ２を実装させた後に、矯正フィルム５を貼り付けたが、このような製造方法に限定されることはなく、例えば矯正フィルム５を貼り付けた半導体チップ２を基板３に実装させて製造された半導体装置１でも上述した作用効果が得られる。
【００４１】
以上の例では、可撓性を有する基板３の一主面３ａに半導体チップ２を実装させた半導体装置１について説明したが、本発明が適用可能な半導体装置は上述した構成に限定されることはなく、例えば図１４に示すような構成の半導体装置４０にも適用可能である。以下に、本発明の第２の実施の形態として半導体装置４０について説明する。
【００４２】
この半導体装置４０は、厚みが１００μｍ以下の半導体チップ４１と、この半導体チップ４１が実装される厚みが１００μｍ程度の基板４２と、基板４２に半導体チップ４１が実装される際に半導体チップ４１を固定する樹脂部材４３と、半導体チップ４１の一方主面に貼り付けられた矯正フィルム４４とを有している。
【００４３】
半導体チップ４１は、上述した半導体装置１における半導体チップ２と同様に、例えばシリコン等からなるウエハー４５上に半導体素子４６が形成された構成となっている。この半導体チップ４１は、半導体素子４６の一部として一主面４１ａを囲むように複数の接続端子４７が設けられた構成になっている。そして、この半導体チップ４１も、厚みが１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ〜３０μｍ程度にされており、軽薄短小化が図られている。
【００４４】
基板４２は、例えばフェノール樹脂等からなるリジット基板の一主面４２ａから他主面４２ｂ貫通する開口部４８が設けられ、一主面４１ａに配線回路等が予めパターニングされた構成となっている。この基板４２に半導体チップ４１を実装させる際は、開口部４８内に半導体チップ４１が収納されることで行われる。
【００４５】
この基板４２には、一主面４２ａの配線回路の一部に、半導体チップ４１が実装された際に接続端子４７と例えば導電性金属のワイヤー等といった接続線４９を介して電気的に接続されるランド５０が開口部４８を囲むように設けられている。そして、基板４２では、その厚みが５０μｍ〜１００μｍ程度にされ、半導体チップ４１を開口部４８内に収納させることで、半導体装置４０を半導体装置１に比べて更に薄型化させることが可能となる。
【００４６】
また、この基板４２は、例えばランド５０が露出する一主面４２ａから反対側の他主面４２ｂまで貫通するビア５１が形成され、このビア５１の他主面４２ｂ側の端面にも導電性金属等によるめっき処理で他主面４２ｂ側に露出するた端子部５２が形成されている。そして、基板４２においては、半導体チップ４１が実装された際に、一主面４２ａ側で露出するランド５０と、リジット基板を貫通するビア５１と、他主面４２ｂ側で露出する端子部５２とが電気的に接続されることで半導体チップ４１に対する引出導体となる。ランド５０及び端子部５２には、半導体チップ４１が基板４２に実装された際に、接続線４９を介した接続端子４７との接続を適切に行うために、その表面に例えばニッケル−金等といった導電性金属からなるめっき層５３ａ、５３ｂがめっき処理等により成膜されている。
【００４７】
樹脂部材４３は、少なくとも半導体チップ４１が収納された基板４２の開口部４８内に充填されることで半導体チップ４１を開口部４８内で固定している。また、この樹脂部材４３は、接続端子４７と接続線４９との接続部５４ａと、ランド５０との接続線４９との接続部５４ｂと、接続線４９と、半導体チップ４１の一主面４１ａとを被覆し、これらを保護している。そして、この樹脂部材４３には、上述した半導体装置１でも使用可能な、例えばＡＣＰやＮＣＰ等の他に、エポキシ系の樹脂ペースト等、ペースト状の熱硬化性樹脂或いは光硬化性樹脂等を用いる。
【００４８】
矯正フィルム４４は、上述した半導体装置１と同様に、半導体チップ４１の他主面４１ｂに接着剤層５５で貼り付けられている。矯正フィルム４４には、上述した矯正フィルム５と同様に、例えばＣｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｌ等のうちの一種以上からなる金属箔、セラミック等の無機材料からなるフィルム、ポリイミド等の有機材料からなるフィルム等を用いる。矯正フィルム４４を半導体チップ４１に貼り付ける接着剤層５５には、上述した半導体装置１における接着剤層１３と同様の材料を用いる。
【００４９】
この矯正フィルム４４は、半導体チップ４１を基板４２に固定するように開口部４８内に充填された樹脂部材４３が硬化して収縮する際に生じる半導体チップ４１を一主面４１ａ側に反らせる応力と釣り合いを取って半導体チップ４１に生じた弾性変形による反りを矯正させるように作用する。このため、矯正フィルム４４は、半導体チップ４１よりも高い線膨張率を有している。
【００５０】
次に、以上のような構成の半導体装置４０の製造方法について説明する。この半導体装置４０を製造する際は、先ず、図１５に示すように、厚みが１００μｍ程度のリジットな基板４２として用意し、この基板４２を例えばポリイミド、ポリエステル等からなるダミーフィルム６０を、間に粘着層６１を介して貼り付ける。この基板４２は、上述したように、開口部４８と、ランド５０と、ビア５１と、端子部５２と、めっき層５３ａ、５３ｂとを有している。
【００５１】
次に、ダミーフィルム６０上には、図１６に示すように、基板４２の開口部４８内に収納するように、矯正フィルム４４を粘着層６１に貼り付ける。なお、矯正フィルム４４は、接着層６１に貼り付けられることによって基板４２の開口部４８内に容易に固定されることになる。
【００５２】
次に、矯正フィルム４４には、図１７に示すように、半導体チップ４１を他主面４１ｂ側が対向するように接着剤層５５を介して貼り付ける。これにより、矯正フィルム４４及び半導体チップ４１は、粘着層６１上に順次積層された状態で基板４２の開口部４８内に収納されることになる。
【００５３】
次に、半導体チップ４１は、図１８に示すように、接続端子４７と、基板４２のランド５０とが接続線４９を介して接続されることで、基板４２に電気的に接続される。接続端子４７とランド５０とは、例えばワイヤーボンディング法等によって接続線４９で適切に接続される。
【００５４】
次に、基板４２の開口部４８内には、図１９に示すように、接続端子４７と接続線４９との接続部５４ａと、ランド５０との接続線４９との接続部５４ｂと、接続線４９と、半導体チップ４１の一主面４１ａとを被覆し、矯正フィルム４４及び半導体チップ４１を固定する樹脂部材４３が充填される。この樹脂部材４３には、上述したペースト状の熱硬化性樹脂或いは光硬化性樹脂等を用いる。そして、この樹脂部材４３は、開口部４８に充填された後に、熱硬化或いは光硬化されることで硬化して矯正フィルム４４及び半導体チップ４１を固定することになる。
【００５５】
このとき、半導体チップ４１には、比較的に線膨張率が大きい樹脂部材４３が硬化により収縮して半導体素子４６側、すなわち一主面４１ａ側に反らせる応力が掛かることになる。しかしながら、半導体チップ４１においては、一主面４１ａ側に反らせる応力と釣り合いを取って反りを矯正させるように作用する矯正フィルム４４が他主面４１ｂ側に配設されていることから、一主面４１ａ側に反ることが抑制される。
【００５６】
次に、ダミーフィルム６０は、図２０に示すように、基板４２及び矯正フィルム４４等より粘着層６１が剥がされることで、粘着層６１と共に除去される。以上のようにして、半導体装置４０が製造される。
【００５７】
この半導体装置４０は、上述した半導体装置１と同様に、半導体チップ４１の他主面４１ｂに矯正フィルム４４が貼り付けられていることから、この矯正フィルム４４が一主面４１ａで半導体素子４６を覆うようにされた樹脂部材４３が硬化して収縮する際に生じる半導体チップ４１を弾性変形させて反らせる応力と釣り合いを取るように作用することになる。
【００５８】
したがって、この半導体装置４０でも、矯正フィルム４４が半導体チップ４１に生じた反りを矯正することから全体の反りが抑えられ、従来のように反りにより見かけの厚みが厚くなることが無く、薄型化を図ることができる。特に、この半導体装置４０では、半導体チップ４１が基板４２の開口部４８内に収納された構成となっていることから、上述した半導体装置１のような基板３上に半導体チップ２を積層実装させた構成に比べ、更なる薄型化が図れる。
【００５９】
また、半導体装置４０では、上述した半導体装置１と同様に、反りが抑制されていることから、例えばマザー基板等に実装する際に歩留まり良く、適切に実装させることができる。
【００６０】
なお、上述した第２の実施の形態においては、配設した矯正フィルム４４に半導体チップ４１を貼り付けているが、このような製造方法に限定されることはなく、例えばダミーフィルム６０が除去された後に、基板４２の開口部４８に収納された半導体チップ４１の他主面４１ｂに矯正フィルム４４が貼り付けられて製造された半導体装置４０でも上述した作用効果が得られる。
【００６１】
【実施例】
以下、本発明を適用した半導体装置を実際に作製した実施例及び比較例について説明する。
【００６２】
〈実施例〉
実施例では、先ず、可撓性を有する厚みが５０μｍの可撓性を有する基板を用意し、この基板の一主面上にエポキシ樹脂からなる接着層と、ポリエステルからなる保護層とを順次積層形成させた。
次に、この基板には、パンチング加工により接着層と保護層とを一括して厚み方向に貫通する孔部を複数形成させた。
【００６３】
次に、基板には、保護層が除去されて接着層全面を覆うように銅からなる導電性の金属箔を貼り付けた。
【００６４】
次に、金属箔には、フォトリソグラフ処理等により所望の回路配線を形成させるパターニング加工を施した。そして、回路配線の一部には、ランドを形成させた。
【００６５】
次に、基板の接着層側の主面には、接着層、回路配線及びランドを覆うレジスト層を形成させた。また、この孔部には、その内周面に銅によるめっきが施されて、孔内に導電ペーストを埋め込んだ。このようにして、基板に、一主面から他主面に貫通し、ランドに接続するビアを形成した。
【００６６】
次に、レジスト層には、ランドが露出する開口部を設けた。そして、基板の一主面には、レジスト層及び開口部を覆うようにニッケル−金からなるめっきを成膜させた。
【００６７】
次に、基板の一主面上には、レジスト層を除去することで、ランドを覆うようにめっき層を形成させた。また、ビアにおける基板の他主面で露出する端部には、導電ペーストを蓋するようにニッケル−金からなるめっきを成膜させた端子部を形成させた。
【００６８】
次に、基板の一主面上には、半導体チップが実装される領域に、ＡＣＦからなる厚みが５０μｍの樹脂フィルムを配設させた。
【００６９】
次に、基板の一主面側には、ウエハー上に接続端子を有する半導体素子が形成された厚みが１００μｍの半導体チップを、半導体素子が基板に相対するように実装させた。具体的に、この半導体チップを基板に実装させた際は、半導体チップを所定の温度で加熱させながら樹脂フィルムに押しつけることで樹脂フィルムが軟化し、半導体チップの接続端子を軟化した樹脂フィルムに突き刺した。このとき、半導体チップにおいては、接続端子が基板のランドと相対するように基板の一主面上に設置させるようにした。そして、基板の一主面には、半導体チップを押しつけながら、樹脂フィルムを冷却し、硬化させることで接続端子とランドとを電気的に接続するように半導体チップを実装させた。
【００７０】
このとき、基板に実装された半導体チップは、基板に接合させる樹脂フィルムが硬化した際の収縮による応力が掛かり基板と共に反ってしまった。この反りは、半導体チップを基板に実装させた際の実際の全体の厚み、すなわち基板、樹脂フィルム、半導体チップの総厚みが２００μｍ程度になるところを、見かけの厚みを３８０μｍにさせてしまった。
【００７１】
次に、反りが生じた半導体チップには、他主面側に熱硬化性のエポキシ接着剤を１０μｍの厚みに塗布して厚みが１２μｍの銅箔からなる矯正部材を貼り付けた。具体的に、半導体チップに矯正部材を貼り付ける際は、半導体チップの基板と相対する一主面とは反対側の他主面に、矯正部材を間にエポキシ接着剤を介して押しつけながら所定の温度で加熱し、矯正部材を半導体チップの他主面に貼り付けた。
【００７２】
以上のようにして、半導体チップに生じた反りを矯正するように半導体チップの他主面に矯正部材が貼り付けられ、矯正部材により半導体チップに生じた反りが矯正されることで、全体の厚み、すなわち見かけの厚みが矯正部材を貼り付ける前の３８０μｍから２１０μｍに抑えられた半導体装置が製造された。
【００７３】
〈比較例〉
比較例では、半導体チップに矯正部材を貼り付けないこと以外は、上述した実施例と同様にして半導体装置を製造した。そして、この比較例では、半導体装置に反りが生じ、全体の厚み、すなわち見かけの厚みが３８０μｍになった。
【００７４】
そして、以上のように製造した実施例及び比較例の半導体装置について、−２５℃雰囲気と１２５℃雰囲気とを交互に繰り返す環境に放置するといった冷熱環境サイクル試験を施し、半導体チップの接続端子と、基板のランドとにおける断線の有無を確認した。
【００７５】
冷熱環境サイクル試験時の接続端子とランドとにおける断線の有無を確認した結果、半導体チップに矯正部材が貼り付けられた実施例では、冷熱環境を２０００サイクル以上変化させても接続端子とランドとに断線は見られなかった。これに対し、比較例では、冷熱環境を１０００サイクル変化させたところで接続端子とランドとが断線してしまった。
【００７６】
比較例では、１２５℃の環境下において樹脂フィルムが軟化して半導体チップに対する応力が無くなり見かけの厚みが２００μｍ程度になり、−２５℃の環境下において樹脂フィルムが硬化して半導体チップに反らせる応力が生じて見かけの厚みが４００μｍ程度となる。これにより、比較例では、冷熱環境サイクル試験による反りの有無の繰り返され、半導体チップの接続端子と基板のランドとの接続部に曲げ応力が繰り返し掛かることから、接続端子とランドとが途切れて断線してしまう。
【００７７】
実施例では、１２５℃の環境下における樹脂フィルムの軟化や、−２５℃の環境下における樹脂フィルムの硬化による応力が半導体チップに掛かっても、矯正部材が半導体チップに掛かる応力を矯正して冷熱環境サイクル試験により反りの有無が繰り返されることを抑制し、２００μｍ程度の厚みに保持させる。したがって、実施例では、冷熱環境サイクル試験により生じる反りを抑え、半導体チップの接続端子と基板のランドとの接続部に掛かる曲げ応力を抑制することから、接続端子とランドとが冷熱環境サイクル試験により断線してしまうことが防止される。
【００７８】
以上のことから、半導体チップに矯正部材を貼り付けることは、冷熱環境サイクル試験により半導体チップと基板との電気的接続が途切れて断線してしまうことを防止し、優れた製品信頼性を有する半導体装置を製造する上で大変有効であることがわかる。
【００７９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、半導体チップの樹脂部材が覆われた一主面とは反対側の他主面に矯正部材を貼り付けることで、矯正部材が樹脂部材の膨張或いは収縮する際に生じる半導体チップを反らせる応力と釣り合いを取って半導体チップに生じた弾性変形を矯正させることから、反りが抑制された半導体装置が得られる。
【００８０】
したがって、本発明によれば、矯正部材が半導体チップに生じた弾性変形を矯正し、全体の反りを抑えることから、従来のように反りにより見かけの厚みが厚くなることが無く、薄型化が図られた半導体装置を提供できる。
【００８１】
本発明によれば、全体の反りが抑制されていることから、例えば他の基板等に実装する際に、半導体装置を他の基板に実装面同士を略平行にして配設することが可能となり、他の基板に対して半導体装置を容易に実装させることができ、他の基板に実装させる際の歩留まりを向上できる半導体装置が得られる。
【００８２】
本発明によれば、矯正部材により反りが矯正されており、周囲の雰囲気温度に伴う樹脂部材の膨張或いは収縮で生じる反りが抑制されていることから、冷たい雰囲気と厚い雰囲気とを交互に繰り返しても半導体チップと基板との電気的な接続が途切れることの無い優れた製品信頼性を有する半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置を示す縦断面図である。
【図２】同半導体装置の製造工程を説明するための図であり、基板上に接着層と保護層とが順次積層形成された状態を示す縦断面図である。
【図３】同半導体装置の製造工程を説明するための図であり、基板に孔部が複数形成された状態を示す縦断面図である。
【図４】同半導体装置の製造工程を説明するための図であり、基板上に金属箔が貼り付けられた状態を示す縦断面図である。
【図５】同半導体装置の製造工程を説明するための図であり、基板上にランドが形成された状態を示す縦断面図である。
【図６】同半導体装置の製造工程を説明するための図であり、基板上にレジスト層が形成された状態を示す縦断面図である。
【図７】同半導体装置の製造工程を説明するための図であり、レジスト層に開口部が設けられた状態を示す縦断面図である。
【図８】同半導体装置の製造工程を説明するための図であり、レジスト層が除去されてランドを覆うめっき層が形成された状態を示す縦断面図である。
【図９】同半導体装置の製造工程を説明するための図であり、基板上に樹脂部材が設けられた状態を示す縦断面図である。
【図１０】同半導体装置の製造工程を説明するための図であり、基板上に樹脂部材を介して半導体チップが実装された状態を示す縦断面図である。
【図１１】同半導体装置の製造工程を説明するための図であり、基板上に半導体チップが実装された際に樹脂部材の収縮による応力で半導体チップ及び基板に反りが生じた状態を示す縦断面図である。
【図１２】同半導体装置の製造工程を説明するための図であり、製造された半導体装置を示す縦断面図である。
【図１３】同半導体装置がマザー基板に実装された状態を示す縦断面図である。
【図１４】本発明に係る半導体装置おける第２の実施の形態を示す縦断面図である。
【図１５】同第２の実施の形態の半導体装置における製造工程を説明するための図であり、ダミーフィルム上に基板を貼り付けた状態を示す縦断面図である。
【図１６】同第２の実施の形態の半導体装置における製造工程を説明するための図であり、基板の開口部内に矯正フィルムを配設させた状態を示す縦断面図である。
【図１７】同第２の実施の形態の半導体装置における製造工程を説明するための図であり、基板の開口部内に配設させた矯正フィルム上に半導体チップを積層させた状態を示す縦断面図である。
【図１８】同第２の実施の形態の半導体装置における製造工程を説明するための図であり、基板と半導体チップとを接続線で電気的に接続させた状態を示す縦断面図である。
【図１９】同第２の実施の形態の半導体装置における製造工程を説明するための図であり、樹脂部材で基板の開口部内に半導体チップを固定させた状態を示す縦断面図である。
【図２０】同第２の実施の形態の半導体装置における製造工程を説明するための図であり、製造された第２の実施の形態の半導体装置を示す縦断面図である。
【図２１】従来の半導体装置を示す縦断面図である。
【図２２】同半導体装置をマザー基板に実装させた状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１，４０　半導体装置、２，４１　半導体チップ、３，４２　基板、４，４３樹脂部材、５，４４　矯正フィルム、７，４６　半導体素子、８，４７　接続端子、９，５０　ランド、１１，５１　ビア、１２，５２　端子部、３０　マザー基板、４８　開口部、４９　接続線
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2004096015.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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