(57)【要約】【課題】  半導体素子をフィルム基板上に搭載して半導体装置を構成する際に、半導体素子のダメージなどを伴うことなく良好に接合する。【解決手段】  半導体素子を搭載するフィルム基板を、表面にリード配線が形成され、半導体素子の搭載領域に背反する裏面の反搭載領域に凹部が形成された構成とする。これによれば、半導体素子を超音波接合する場合に超音波を印加する反搭載領域のフィルム基板の厚みを凹部によって薄くしているので、超音波エネルギの伝達効率を向上させることができ、電極パッド６と突起電極５の接合部に印加する超音波エネルギを小さくしても、良好に接合できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を搭載するフィルム基板であって、表面にリード配線が形成され、半導体素子の搭載領域に背反する裏面の反搭載領域に凹部が形成されたフィルム基板。
【請求項２】
半導体素子の搭載領域内のリード配線上に、搭載対象の半導体素子の複数の電極パッドをそれぞれ接続する複数の突起電極が形成された請求項１記載のフィルム基板。
【請求項３】
フィルム基板の裏面の凹部は、搭載対象の半導体素子と同一または近似した形状である請求項１または請求項２のいずれかに記載のフィルム基板。
【請求項４】
フィルム基板の裏面の凹部は、基板面に沿う方向の寸法が搭載対象の半導体素子の寸法の±１ｍｍ以内である請求項１〜請求項３のいずれかに記載のフィルム基板。
【請求項５】
請求項１記載のフィルム基板上に半導体素子が搭載された半導体装置であって、前記半導体素子の複数の電極パッド上あるいは前記フィルム基板のリード配線上に予め、前記複数の電極パッドのそれぞれに接続する複数の突起電極が形成され、前記複数の突起電極を介して前記半導体素子の電極パッドと前記フィルム基板のリード配線とが超音波接合された半導体装置。
【請求項６】
請求項１記載のフィルム基板上に半導体素子を搭載して半導体装置を製造する際に、前記フィルム基板をその凹部に嵌合する嵌合部を有したステージ上に設置し、前記フィルム基板の半導体素子搭載領域内のリード配線に、前記半導体素子の複数の電極パッド上に形成された突起電極を当接させ、この当接部を熱圧着させながら当該当接部に超音波を印加することにより、前記複数の突起電極を介して前記半導体素子の電極パッドと前記フィルム基板のリード配線とを電気的に接続させる半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項２記載のフィルム基板上に半導体素子を搭載して半導体装置を製造する際に、前記フィルム基板をその凹部に嵌合する嵌合部を有したステージ上に設置し、前記フィルム基板の半導体素子搭載領域内のリード配線上に形成された突起電極に、前記半導体素子の複数の電極パッドを当接させ、この当接部を熱圧着させながら当該当接部に超音波を印加することにより、前記複数の突起電極を介して前記半導体素子の電極パッドと前記フィルム基板のリード配線とを電気的に接続させる半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルム基板、半導体装置、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＳＩなどの半導体製品は、軽量化、薄型化、小型化、低価格化の実現のために高密度実装が要求され続けている。高密度実装を実現する半導体装置として、テープキャリヤパッケージ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）と称する半導体装置があるが、その中で、デバイスホールや折り曲げスリットが無く、半導体チップの電極と接続されるリード配線がテープ基材に密着しているものが、チップオンフィルム（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｆｉｌｍ）である。
【０００３】
チップオンフィルム（以下、ＣＯＦともいう）はデバイスホールがなく、リード配線がフィルム基材に密着しているため、リード配線自体を薄くすることができる。このため、デバイスホールがある従来のテープキャリヤパッケージ（以下、ＴＣＰともいう）と比較して、リード配線のエッチングが容易であり、より微細な導体パターンを形成可能である。現在、３５μｍピッチのＣＯＦテープが出現しつつあり、さらなるファイン化が要望されている。
【０００４】
図３（ａ）は、ＴＣＰの平面図、図３（ｂ）は同ＴＣＰの図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
図３（ａ）（ｂ）に示すＣＯＦタイプのＴＣＰにおいて、フィルム基板１上に半導体素子２が搭載されている。フィルム基板１は、柔軟な絶縁性のポリイミドからなるフィルム基材３と、フィルム基材３上に形成された複数本のリード配線４と、リード配線４上に形成された突起電極５とにより構成されており、このフィルム基板１の突起電極５に対して半導体素子２の電極パッド６が電気的に接続されている。
【０００５】
半導体素子２近傍のリード配線４の表面には、このリード配線４が他の導電部材とショートするのを防止するソルダーレジスト７が形成されている。フィルム基板１と半導体素子２との間にはエポキシ樹脂を主成分とする熱硬化型のＮＣＰ（Ｎｏｎ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐａｓｔｅ）樹脂８が充填されており、それによりフィルム基板１と半導体素子２とが固着されている。リード配線４において、半導体素子２の電極パッド６と接続すべく先端付近に前記突起電極５が形成された領域はインナーリード４ａと呼ばれ、外部回路と接続すべくインナーリード４ａからフィルム基材３の外周側へ延び、前記ソルダーレジスト７で覆われた領域はアウターリード４ｂと呼ばれる。
【０００６】
リード配線４には金などのメッキが施されている。突起電極５は、銅の電解メッキにより形成され、表面に金メッキやスズメッキが施されており、高さ５〜２０μｍである。半導体素子２の電極パッド６はアルミニウムなどで形成されている。
【０００７】
このＴＣＰを製造する際には、まず、図４（ａ）に示すように、突起電極５を含んだリード配線４が半導体素子２の実装領域とその周囲領域に形成されたフィルム基板１をステージ９上に設置し、このフィルム基板１上の突起電極５の形成領域にＮＣＰ樹脂８を塗布する。次に、このフィルム基板１に対して、電極パッド６が形成された半導体素子２をフェースダウンとして位置合わせする。
【０００８】
次に、図４（ｂ）に示すように、フィルム基板１上の突起電極５と半導体素子２の電極パッド６とを当接させ、半導体素子２の裏面から１５０〜２００℃に加熱した超音波ホーン１０によって熱・圧力を加えながら超音波を印加することにより、電極パッド６と突起電極５とを熱圧着させるとともに、ＮＣＰ樹脂８を硬化させる。そして更に半導体素子よりはみ出したＮＣＰ樹脂８の完全硬化のために、フィルム基板１をリールに巻き取った状態で高温槽内に投入したり、また、乾燥機構を有したインラインで、１５０〜２００℃の雰囲気中にて数分間加熱することにより、ＮＣＰ樹脂８を硬化度９０％以上に本硬化させる。
【０００９】
上記したようにして、アルミニウム製の電極パッド６と金メッキ膜を表面に持った突起電極５とを熱圧着させながら超音波を印加することにより、電極パッド６の自然酸化膜が破られて合金層が形成されることになり、熱圧着のみで接合させるよりも電気的に安定な接合が得られる。
【００１０】
しかし、電極パッド６と突起電極５との接合部に超音波エネルギを効率的に伝達させるためには、接合部の下地の剛性を強くする必要がある。ところが、ＣＯＦタイプのＴＣＰは、上記したようにポリイミドなどの柔軟な樹脂を基材とするフィルム基板１で構成されているため、フィルム基板１に超音波エネルギの一部が吸収されてしまい、実際に接合に要するよりも大きなパワーを印加しなければならない。そのため、半導体素子２にクラック等のダメージが発生したり、半導体素子２の電極パッド６とフィルム基板１の突起電極５との位置合わせ精度が悪化するなど、実装信頼度を損なう結果になってしまう。
【００１１】
また一方で、このようなＣＯＦタイプのＴＣＰを液晶パネル等へ２次実装する際の取扱いや、バックライトユニット等の筺体に組み込む際のＣＯＦの折り曲げ作業時に、フィルム基板１が損傷することがあるため、現状で２５μｍ、３８μｍ等が主流となっているフィルム基材３の厚みを５０μｍまで厚くする要望もある。しかしそれでは、超音波エネルギの伝達効率がさらに低くなってしまう。
【００１２】
超音波エネルギの伝達効率の向上が期待される技術として、接合部分にのみシングルポイントまたはマルチポイントで超音波を印加する方法が提案されている。この方法は、ポリイミドフィルム等の片面に銅箔等の導体パターンを設けたＦＰＣの電極パッド部裏面の基材部に、エキシマレーザー加工またはその他の加工技術により微少な穴を形成した後、前記電極パッドの上面に、半導体素子の電極パッド上に形成したスタッドバンプを位置合わせし、その状態で、前記電極パッドの下面に前記穴を通して直接超音波を印加することにより、ＦＰＣの電極と半導体素子のスタッドバンプとをＡｕ―Ａｕ非加熱超音波プロセスで接合するもので、それにより実装信頼度が向上されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２８０４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、上記した従来の方法では、半導体素子と接合されるインナーリードの腐食防止と半導体素子とポリイミドフィルムとの接着性を確保するために使用するＮＣＰ樹脂が前記穴から流れ出てしまう。そして、不要な部分に突起が出来てしまいカスタマでの取り扱い性を悪化させてしまう。また、前期穴の大きさを電極パッドより小さくした場合においては、超音波プロセスによる接合後に前記穴のむき出しとなった電極パッドを腐食防止のためにＮＣＰ樹脂等で封止する必要がある。この時に工程が増えることと、超音波プロセスによる接合後、ポリイミドフィルムを反転させて封止させなければならないため非常に生産性が悪化してしまう。
【００１４】
本発明は上記問題を解決するもので、半導体素子をフィルム基板上に搭載して半導体装置を構成する際に、半導体素子のダメージなどを伴うことなく、良好に実装することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために本発明は、半導体素子を搭載するフィルム基板を、表面にリード配線が形成され、半導体素子の搭載領域に背反する裏面の反搭載領域に凹部が形成された構成としたものである。これによれば、半導体素子を超音波接合する場合に超音波を印加する反搭載領域のフィルム基板の厚みを凹部によって薄くしているので、柔軟なフィルム基板に吸収される超音波のエネルギロスを減少できる。また、凹部以外の部分のフィルム基板の厚みはある程度大きくてもよいので、剛性を確保することが可能になる。
【００１６】
半導体素子の搭載領域内のリード配線上に、搭載対象の半導体素子の複数の電極パッドをそれぞれ接続する複数の突起電極を形成してもよい。これにより半導体素子（ベアチップ）の搭載が容易になる。
【００１７】
フィルム基板の裏面の凹部は、搭載対象の半導体素子と同一または近似した形状とすることができる。これにより超音波のエネルギロスを効果的に抑えることができる。
フィルム基板の裏面の凹部は、基板面に沿う方向の寸法が搭載対象の半導体素子の寸法の±１ｍｍ以内とすることができる。カスタマにおいて液晶パネル等にフィルム基板を実装し折り曲げて使用する場合、凹部の寸法が大き過ぎるとその凹部に折り目が位置した時にその部分の強度が不十分となり、フィルム基板を破損してしまう恐れがある。しかし一般にＮＣＰ樹脂の塗布範囲は半導体素子の寸法の＋１ｍｍ以内なので、この範囲にカスタマでのフィルム基板の折り曲げ位置がある場合もＮＣＰ樹脂が補強となり、フィルム基板の破損を防止することが可能となる。また半導体素子の電極パッドや突起電極は、その構成上、半導体素子の外周からその内側１ｍｍの範囲に形成されているので、凹部を半導体素子の寸法の−１ｍｍ以内とすることにより、当該範囲を満足することが可能となる。
【００１８】
また本発明は、上記したフィルム基板上に半導体素子が搭載された半導体装置を、前記半導体素子の複数の電極パッド上あるいは前記フィルム基板のリード配線上に予め、前記複数の電極パッドのそれぞれに接続する複数の突起電極が形成され、前記複数の突起電極を介して前記半導体素子の電極パッドと前記フィルム基板のリード配線とが超音波接合された構成としたものである。上記したように、超音波接合の際にフィルム基材に吸収される超音波のエネルギロスが抑えられることから、それを補うように大きな超音波エネルギを加えることなく、良好に超音波接合がなされる。よって、半導体素子にクラック等のダメージが生じたり、寸法精度が悪化するのを回避できる。
【００１９】
このようなフィルム基板上に半導体素子を搭載した半導体装置を製造する際に、前記フィルム基板をその凹部に嵌合する嵌合部を有したステージ上に設置し、前記フィルム基板の半導体素子搭載領域内のリード配線に、前記半導体素子の複数の電極パッド上に形成された突起電極を当接させ、この当接部を熱圧着させながら当該当接部に超音波を印加することにより、前記複数の突起電極を介して前記半導体素子の電極パッドと前記フィルム基板のリード配線とを電気的に接続させることができる。
【００２０】
また、前記フィルム基板をその凹部に嵌合する嵌合部を有したステージ上に設置し、前記フィルム基板の半導体素子搭載領域内のリード配線上に形成された突起電極に、前記半導体素子の複数の電極パッドを当接させ、この当接部を熱圧着させながら当該当接部に超音波を印加することにより、前記複数の突起電極を介して前記半導体素子の電極パッドと前記フィルム基板のリード配線とを電気的に接続させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のフィルム基板は、半導体素子の搭載領域に背反する基板裏面の反搭載領域に凹部を有することにより、半導体素子を超音波接合する際の接合部に超音波エネルギを効率的に印加することが可能になる。凹部以外の部分のフィルム基板の厚みはある程度大きくてもよいので、剛性を確保することができる。
【００２２】
このため、このフィルム基板を用いて半導体装置を構成する際に、半導体素子にクラック等のダメージが生じたり、寸法精度が悪化するのを回避して、良好に接合できる。よって、半導体装置の製造の際の歩留まり、実装信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、本発明の一実施形態におけるＴＣＰの平面図、図１（ｂ）は同ＴＣＰの図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【００２４】
図１（ａ）（ｂ）に示すＣＯＦタイプのＴＣＰにおいて、フィルム基板１上に半導体素子２が搭載されている。フィルム基板１は、柔軟な絶縁性のポリイミドからなるフィルム基材３と、フィルム基材３上に形成された複数本のリード配線４と、リード配線４上に形成された突起電極５とにより構成されており、このフィルム基板１の突起電極５に対して半導体素子２の電極パッド６が電気的に接続されている。半導体素子２近傍のリード配線４の表面には、このリード配線４が他の導電部材とショートするのを防止するソルダーレジスト７が形成されている。フィルム基板１と半導体素子２との間にはエポキシ樹脂を主成分とする熱硬化型のＮＣＰ樹脂８が充填されており、それによりフィルム基板１と半導体素子２とが固着されている。
【００２５】
リード配線４において、半導体素子２の電極パッド６と接続すべく先端付近に前記突起電極５が形成された領域はインナーリード４ａと呼ばれ、外部回路と接続すべくインナーリード４ａからフィルム基材３の外周側へ延び、前記ソルダーレジスト７で覆われた領域はアウターリード４ｂと呼ばれる。
【００２６】
リード配線４には金メッキなどのメッキが施されている。突起電極５は、銅の電解メッキにより形成され、表面に金メッキやスズメッキが施されており、高さ５〜２０μｍである。半導体素子２の電極パッド６はアルミニウムなどで形成されている。
【００２７】
このＴＣＰが従来のものと相違するのは、フィルム基板１（具体的にはフィルム基材３）の表面のインナーリード４ａ上、突起電極５が形成されている半導体素子２の搭載面である実装領域１ｂとその背反する反実装領域側に、エッチングやレーザー加工等により凹部１ａが形成されている点である。
【００２８】
凹部１ａの形状は、半導体素子２と同一または近似した形状とされる。ここでは半導体素子２はほぼ直方体状なので、凹部１ａもほぼ直方体状に窪んで形成されている。
凹部１ａの寸法（縦横）は、半導体素子２の大きさに応じて決定され、好適には半導体素子２の縦横寸法±１ｍｍである。少なくとも突起電極５の形成領域より大きいことが必要である。
【００２９】
凹部１ａの深さは、フィルム基材３の厚み等に応じて決定される。本来柔軟なフィルム基材３にあって、取扱い時の損傷を回避するためにある程度大きな厚み（Ｌ１と称する）を要する一方で、半導体素子の電極とフィルム基板の突起電極との接合部に超音波エネルギを効率的に伝達する剛性を、背面から支持した状態で確保するために、ある程度小さな厚み（Ｌ２（＜Ｌ１）と称する）を要する。そこで例えば、両者の差（Ｌ１−Ｌ２）を凹部１ａの深さとするのである。Ｌ１は既存のフィルム基材３の厚みとするのが好都合である。例えば厚み５０μｍのフィルム基材３を用いる場合、レーザー加工等により１２μｍの厚みを除去して凹部１ａを形成して、厚み３８μｍとする。それにより、厚み３８μｍのフィルム基材３を用いる場合と同等の接続状態を得ることが可能となる。
【００３０】
このＴＣＰを製造する際には、図２（ａ）に示すように、突起電極５を含んだリード配線４が表面に形成され、裏面に凹部１ａが形成されたフィルム基板１を、ステージ９上に設置する。このステージ９は、フィルム基板１の凹部１ａに勘合する凸部９ａを有するとともに、凸部９ａの周囲に、凹部１ａの周囲の基板面を載置可能な平坦部９ｂを持ったものとする。このことによってフィルム基板１全体をステージ９上に支持可能となる。
【００３１】
次に、フィルム基板１上の突起電極５の形成領域にＮＣＰ（Ｎｏｎ−Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐａｓｔｅ）樹脂８を塗布する。このフィルム基板１に対して、電極パッド６が形成された半導体素子２をフェースダウンとして位置合わせする。
【００３２】
次に、図２（ｂ）に示すように、フィルム基板１上の突起電極５と半導体素子２の電極パッド６とを当接させ、半導体素子２の裏面から１５０〜２００℃に加熱した超音波ホーン１０によって熱・圧力を加えながら超音波を印加することにより、電極パッド６と突起電極５とを熱圧着させるとともに、ＮＣＰ樹脂８を仮硬化させる。
【００３３】
このようにしてアルミニウム製の電極パッド６と金メッキ膜を表面に持った突起電極５とを熱圧着させながら超音波を印加することにより、電極パッド６の自然酸化膜が破られて合金層が形成されることになり、熱圧着のみで接合させるよりも電気的に安定な接合が得られる。その際に、フィルム基板１に上記したような凹部１ａが形成されているため、凹部１ａがない場合に比べて超音波エネルギを効率よく印加することができ、印加時間の短縮化や超音波パワーの低下が可能となる。そして、凹部１ａの底部の厚みと同じ厚みのフィルム基材３を用いる場合と同等の接続状態が得られる。よって、半導体素子２にクラック等のダメージが発生するのを防止することができ、歩留まり、実装信頼性を向上できる。
電極パッド６と突起電極５との接合が終了した後に、フィルム基板１をリールに巻き取った状態で高温槽内に投入したり、また乾燥機構を有したインラインで、更に１５０〜２００℃の雰囲気中にて数分間加熱することにより、ＮＣＰ樹脂８を硬化度９０％以上に本硬化させる。その後に捺印、検査を行なうことでＴＣＰが完成する。
【００３４】
なお、上記したようにリード配線４上に突起電極５を形成するのに代えて、半導体素子２の電極パッド６上に金などからなる突起電極５を形成しても、同様にして良好に接合できる。リード配線４の表面にＡｕめっきが施されている場合はＡｕ―Ａｕ接合され、リード配線４の表面にＳｎめっきが施されている場合は、Ａｕ―Ｓｎ共晶層が形成されることになる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のテープキャリア基板および半導体装置は、配線密度が高い画像表示用フラットパネルなどへの実装に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の（ａ）平面図および（ｂ）断面図
【図２】図１の半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【図３】従来の半導体装置の（ａ）平面図および（ｂ）断面図
【図４】図３の半導体装置の製造方法を示す工程断面図
【符号の説明】
【００３７】
１    フィルム基材
１ａ  凹部
１ｂ  実装領域
２    半導体素子
３    フィルム基板
４    リード配線
５    突起電極
６    電極パッド
９    ステージ
１０  超音波ホーン
【図１】
2005191335.tif 000003
【図２】
2005191335.tif 000004
【図３】
2005191335.tif 000005
【図４】
2005191335.tif 000006