(57)【要約】      （修正有）【課題】可撓性を有する絶縁基材上の導体配線と半導体子の素子電極とが突起電極を介して接合された構造において、接合時の超音波振動等に起因して導体配線の破損や断線を抑制する手段を提供する。【解決手段】配線基板１９は、絶縁基材１０と、その上に設けられた複数の第１の導体配線１１と、第１の導体配線に設けられた第１の突起電極１３と、第１の導体配線の外端側にそれぞれ隣り合うように設けられた１本以上の第２の導体配線１２を有する。半導体チップ１８は、半導体素子２０と、その上に設けられた素子電極２１と、素子電極上に設けられた第２の突起電極２２を有する。配線基板の第１の突起電極と半導体チップの第２の突起電極が対向して接合されることにより、第１の導体配線から半導体素子までが電気的に接続される。第２の導体配線は、第２の突起電極および半導体素子との間に隙間が設けられ、絶縁されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有する絶縁基材と、前記絶縁基材上に整列して設けられた複数の第１の導体配線と、前記第１の導体配線に設けられた第１の突起電極と、前記第１の導体配線の長手方向と垂直な方向における外端側にそれぞれ隣り合うように設けられた１本以上の第２の導体配線とを備えた配線基板。
【請求項２】
前記第２の導体配線の幅が前記第１の導体配線の幅よりも広い請求項１に記載の配線基板。
【請求項３】
可撓性を有する絶縁基材、前記絶縁基材上に整列して設けられた複数の第１の導体配線、前記第１の導体配線に設けられた第１の突起電極、および前記第１の導体配線の長手方向と垂直な方向の外端側にそれぞれ隣り合うように設けられた１本以上の第２の導体配線を有する配線基板と、
半導体素子、前記半導体素子上に設けられた素子電極、および前記素子電極上に設けられた第２の突起電極を有する半導体チップとを備え、
前記配線基板に前記半導体チップが搭載され、前記配線基板の前記第１の突起電極と前記半導体チップの前記第２の突起電極が対向して接合されることにより、前記第１の導体配線から前記半導体素子までが電気的に接続されており、
前記第２の導体配線は、前記第２の突起電極および前記半導体素子との間に隙間が設けられ、絶縁されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記第２の導体配線に第３の突起電極が設けられ、前記第３の突起電極に対向する位置の前記半導体素子の前記素子電極上には、前記第２の突起電極が設けられていない請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
可撓性を有する絶縁基材、前記絶縁基材上に整列して設けられた複数の第１の導体配線、前記第１の導体配線に設けられた第１の突起電極、および前記第１の導体配線の長手方向と垂直な方向の外端側にそれぞれ隣り合うように設けられた１本以上の第２の導体配線を有する配線基板を準備する工程と、
半導体素子、前記半導体素子上に設けられた素子電極、および前記素子電極上に設けられた第２の突起電極を有する半導体チップを準備する工程と、
前記絶縁基材の前記第１の導体配線および前記第２の導体配線が形成されている面と、前記半導体素子の前記素子電極が配列されている面とを対向させ、前記絶縁基材上に前記半導体素子を載置して、前記半導体素子を経由して前記第１の導体配線の長手方向に振動する超音波振動を印加し、前記第１の突起電極と前記第２の突起電極とを超音波接合して前記第１の導体配線から前記半導体素子までを電気的に接続する工程とを含む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、テープキャリア基板のように可撓性を有する絶縁基材を用いて形成された配線基板、それを用いた半導体装置、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テープキャリア基板を使用したパッケージモジュールの一種として、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）が知られている。ＴＣＰは、フラットパネルディスプレイの駆動ＬＳＩ用パッケージとして主に使用されている（例えば特許文献１を参照）。図７は、ＴＣＰの一例を示し、図７（ａ）はその平面図である。図７（ｂ）は図７（ａ）のＣ−Ｃ’線に沿った断面図、図７（ｃ）は図７（ａ）のＤ−Ｄ’線に沿った断面図である。
【０００３】
図７（ａ）に示すように、ＴＣＰは、可撓性を有する絶縁基材１を用いて作製される。絶縁基材１にはデバイスホール２が形成され、デバイスホール２に沿って、第１の導体配線３及び第２の導体配線４が設けられ、第１及び第２の導体配線３、４の端部には突起電極５が形成されている。半導体素子６はデバイスホール２中に配置される。
【０００４】
図７（ｂ）の断面図は、半導体素子６と第１の導体配線３との接続部分を拡大して示している。図７（ｂ）に示すように、半導体素子６上に形成された複数の素子電極７と、第１の導体配線３の突起電極５とが接合されることにより、半導体素子６は、第１及び第２の導体配線３、４に支持された形態で、絶縁基材１上に実装されている。半導体素子６上の素子電極７の周囲には保護膜８が形成され、デバイスホール２中の、半導体素子６の接合面と第１及び第２の導体配線３、４とは、封止材９により保護されている。
【０００５】
第２の導体配線４の幅は第１の導体配線３よりも太く設定され、１本以上の第２の導体配線４が最端部に配置されている。それにより、突起電極５との接続強度が増強され、熱応力による第１の導体配線３または第２の導体配線４の破損や断線などが発生し難い構造となっている。さらに、図７（ｃ）に示すように、第２の導体配線４は半導体素子６と物理的に接続されているが、電気的に接続されていないことにより、第２の導体配線４の破損や断線などが発生しても、半導体装置の機能を損なわないようにされている。
【０００６】
必要に応じて第１の導体配線３上または第２の導体配線４上には、金属めっき被膜および絶縁樹脂であるソルダーレジストの層が形成される。一般的に、絶縁基材１の材料としてはポリイミドフィルムが、第１の導体配線３および第２の導体配線４の材料としては銅が使用されている。
【０００７】
このようなＴＣＰは省コスト化等に伴い、材料の薄型化が望まれており、近年、５０μｍ以下の薄いテープ基材を用いたものが利用されている。
【特許文献１】特開２００３−１９７６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、絶縁基材１上の導体配線３に、突起電極５を介して半導体素子６の素子電極７を電気接続した構造を持つ半導体装置において、以下のような問題が発生する。すなわち、絶縁基材１として柔軟なフィルムを用い、突起電極５と素子電極７との接合に超音波を用いた場合、半導体素子６から突起電極５を経由して印加した超音波の振動により、フィルム６が変形して導体配線３に応力がかかり、突起電極５と接合された導体配線３が破損する、または断線するといった問題が生じる。
【０００９】
従来例では、突起電極５と第１の導体配線３および第２の導体配線４との接合強度を増強しているが、フィルム６が変形して導体配線３に応力がかかることによる、第１の導体配線３または第２の導体配線４の破損や断線などの対策としては、十分に効果的ではなかった。
【００１０】
本発明は、配線基板への半導体素子の実装時に、突起電極と素子電極との接合に超音波振動を利用した場合であっても、超音波振動により絶縁基材が変形して導体配線に応力がかかることによる、導体配線の破損や断線などを抑制することができる配線基板、それを用いた半導体装置、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の配線基板は、可撓性を有する絶縁基材と、前記絶縁基材上に整列して設けられた複数の第１の導体配線と、前記第１の導体配線に設けられた第１の突起電極と、前記第１の導体配線の長手方向と垂直な方向における外端側にそれぞれ隣り合うように設けられた１本以上の第２の導体配線とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体装置は、可撓性を有する絶縁基材、前記絶縁基材上に整列して設けられた複数の第１の導体配線、前記第１の導体配線に設けられた第１の突起電極、および前記第１の導体配線の長手方向と垂直な方向の外端側にそれぞれ隣り合うように設けられた１本以上の第２の導体配線を有する配線基板と、半導体素子、前記半導体素子上に設けられた素子電極、および前記素子電極上に設けられた第２の突起電極を有する半導体チップとを備え、前記配線基板に前記半導体チップが搭載され、前記配線基板の前記第１の突起電極と前記半導体チップの前記第２の突起電極が対向して接合されることにより、前記第１の導体配線から前記半導体素子までが電気的に接続されており、前記第２の導体配線は、前記第２の突起電極および前記半導体素子との間に隙間が設けられ、絶縁されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法は、可撓性を有する絶縁基材、前記絶縁基材上に整列して設けられた複数の第１の導体配線、前記第１の導体配線に設けられた第１の突起電極、および前記第１の導体配線の長手方向と垂直な方向の外端側にそれぞれ隣り合うように設けられた１本以上の第２の導体配線を有する配線基板を準備する工程と、半導体素子、前記半導体素子上に設けられた素子電極、および前記素子電極上に設けられた第２の突起電極を有する半導体チップを準備する工程と、前記絶縁基材の前記第１の導体配線および前記第２の導体配線が形成されている面と、前記半導体素子の前記素子電極が配列されている面とを対向させ、前記絶縁基材上に前記半導体素子を載置して、前記半導体素子を経由して前記第１の導体配線の長手方向に振動する超音波振動を印加し、前記第１の突起電極と前記第２の突起電極とを超音波接合して前記第１の導体配線から前記半導体素子までを電気的に接続する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
上記配線基板の構成によれば、絶縁基材上に第１の導体配線とは別に第２の導体配線が形成されることにより絶縁基材が補強され、絶縁基材が変形して導体配線に応力がかかることによる、第１の導体配線または第２の導体配線の破損や断線などを防止することができる。
【００１５】
上記半導体装置の構成によれば、絶縁基材上に第１の導体配線とは別に第２の導体配線が形成されることにより絶縁基材が補強され、配線基板と半導体チップとの超音波接合の際に、絶縁基材が変形して導体配線に応力がかかることによる、第１の導体配線または第２の導体配線の破損や断線などを防止することができる。
【００１６】
上記半導体装置の製造方法によれば、超音波振動の方向が第１の導体配線および第２の導体配線と同じであるため、第１の導体配線の変形が第２の導体配線で抑制され、第１の導体配線の破損や切断などを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
上記本発明の配線基板において、前記第２の導体配線の幅が前記第１の導体配線の幅よりも広いことが好ましい。この構成によれば、第２の導体配線の幅が広いことにより、絶縁基材と第２の導体配線との密着力が向上し、絶縁基材の変形が拘束され、導体配線内に加わる応力が減少し、断線し難くなる。さらに、配線形成時の配線幅の配線幅ばらつきにより、例えば所定の配線幅より細くなった場合に断線しやすくなる、といった不具合を少なくすることができる。
【００１８】
また、上記本発明の半導体装置において、前記第２の導体配線に第３の突起電極が設けられ、前記第３の突起電極に対向する位置の前記半導体素子の前記素子電極上には、前記第２の突起電極が設けられていない構成とすることができる。この構成によれば、第３の突起電極が形成されることにより、封止材の形成時に、封止材と第３の突起電極との密着力が向上し、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１９】
以下に、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。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における半導体装置に使用される配線基板の構成を示す平面図である。
【００２１】
図１（ａ）に示す配線基板は、可撓性を有する絶縁基材１０と、絶縁基材１０上に整列して設けられた複数の第１の導体配線１１と、第１の導体配線１１の長手方向と垂直な方向の外端にそれぞれ隣り合うように設けられた１本以上の第２の導体配線１２とを有する。第１の導体配線１１には、第１の突起電極１３が設けられている。
【００２２】
以上のように、絶縁基材１０上に、第１の導体配線１１とは別に第２の導体配線１２が形成されることで、絶縁基材１０が補強される。従って、絶縁基材１０に応力がかかることによる第１の導体配線１１または第２の導体配線１２の破損や断線などを防止することができ、配線基板の信頼性を高めることができる。
【００２３】
なお、本発明の第１の実施形態における配線基板としては、図１（ａ）のような構成に限られず、実施の形態の要旨を逸脱しない範囲において種々の構成に変形可能である。例えば、図１（ａ）の長手方向に向かい合う２本の第２の導体配線１２を繋げて、図１（ｂ）に示すように、１本の第２の導体配線１４とした構成を用いることができる。あるいは、図１（ｃ）に示すように、第２の導体配線１５を「く」の字に屈曲させた構成にしてもよい。さらに、図１（ｄ）に示すように、第２の導体配線１６上の、長手方向における位置が第１の突起電極１３に対応する部分の幅を太くした構成にしてもよい。その他、屈曲部分に丸みを帯びるなど、種々の形状が考えられる。
【００２４】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２における半導体装置に使用される配線基板の構成を示す平面図である。図２において、図１の配線基板と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明の繰り返しを省略する。
【００２５】
本実施の形態においては、第２の導体配線１７が、第１の導体配線１１よりも幅を太くして形成されている。
【００２６】
第２の導体配線１７を第１の導体配線１１よりも幅を太くすると、絶縁基材１０と第２の導体配線１７の密着性がさらに向上する。その結果、絶縁基材１０が変形して第１の導体配線１１または第２の導体配線１７に応力がかかることによる破損や断線などを回避しやすくなり、配線基板の信頼性をより高めることができる。
【００２７】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における半導体装置を図３に示す。図３（ａ）は同半導体装置の平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。この半導体装置に用いられる配線基板は、図１の配線基板と同一であり、同一の構成要素については同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを省略する。
【００２８】
図３（ｂ）、図３（ｃ）の断面図に、この半導体装置を構成する半導体チップ１８と配線基板１９の構成が示される。
【００２９】
半導体チップ１８は、半導体素子２０に形成された素子電極２１上に第２の突起電極２２が設けられ、第２の突起電極２２の周囲が保護膜２３により被覆された構成を有する。第２の突起電極２２は、第１の導体配線１１に設けられた第１の突起電極１３と接合されている。配線基板１９には、絶縁基材１０そのものを補強するために第２の導体配線１２が、第１の導体配線１１の長手方向と垂直な方向の外端にそれぞれ隣り合うように形成されているが、第２の導体配線１２と対向する位置の素子電極２１には、第２の突起電極２２が設けられていない。配線基板１９上における、半導体チップ１８が搭載された領域は、封止材２４により封止されている。
【００３０】
配線基板１９側の第１の突起電極１３は、絶縁基材１０上の第１の導体配線１１の上面および両側面を覆うように形成されている。第１の突起電極１３と第２の突起電極２２との接合により、絶縁基材１０上の第１の導体配線１１は、半導体素子２０上の素子電極２１と電気的に接続されている。また、第２の突起電極２２は、第１の導体配線１１の上面および両側面を覆うように形成された第１の突起電極１３に埋没した状態で接合され、半導体素子２０と絶縁基材１０は封止材２４により固定されている。
【００３１】
以上のように、絶縁基材１０上に補強のための第２の導体配線１２が形成され、配線基板１９側の第１の突起電極１３と半導体チップ１８側の第２の突起電極２２とが接合されることにより、第１の実施形態と同様の効果を得られる。また、第２の導体配線１２上には突起電極がなく、第２の導体配線１２と半導体チップ１８の間に物理的に隙間が存在するため、封止材２４の充填時に封止材２４の流動性が向上し、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００３２】
（実施の形態４）
図４は、実施の形態４における半導体装置を示す断面図である。図３に示した実施の形態３における半導体装置と同一の構成要素については、同一の参照番号を付して説明の繰り返しを省略する。
【００３３】
本実施の形態では、配線基板２５の構成が、実施の形態３の場合と若干相違する。すなわち、実施の形態３の配線基板１９では第２の導体配線１２に突起電極が設けられていなかった（図３（ｂ））のに対して、本実施の形態の配線基板２５では、第２の導体配線１２に第３の突起電極２６が設けられている。一方、半導体チップ１８では、第３の突起電極２６に対向する位置の素子電極２１には第２の突起電極２２が設けられていない。
【００３４】
以上の構成によれば、絶縁基材１０が変形して第１の導体配線１１または第２の導体配線１２に応力がかかることによる、破損や断線などを抑制する効果がより向上し、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００３５】
（実施の形態５）
図５は、実施の形態５における半導体装置の製造方法を示す断面図である。同図は、実施の形態３の半導体装置を製造する場合を例として図示されており、従って、図３に示した構成要素と同一の要素については、同一の参照番号を付して説明の繰り返しを省略する。
【００３６】
図５（ａ）に示すように、絶縁基材１０の上に、複数の第１の導体配線１１が設けられ、第１の導体配線１１の長手方向と垂直な方向の外端にそれぞれ隣り合うように１本以上の第２の導体配線１２が設けられ、第１の導体配線１１に第１の突起電極１３が設けられた配線基板１９を準備する。
【００３７】
また、図５（ｂ）に示すように、半導体素子２０上に素子電極２１が設けられ、素子電極２１の上に半導体素子２０ごと被覆して保護膜２３が設けられ、素子電極２１上の保護膜２３に形成された開口部に第２の突起電極２２が埋め込まれた半導体チップ１８を準備する。
【００３８】
次に図５（ｃ）に示すように、絶縁基材１０の第１の導体配線１１が形成されている面と、半導体素子２０の素子電極２１が配列されている面とを対向させる。第１の突起電極１３と第２の突起電極２２との位置合わせが終了した状態で、半導体素子２０と絶縁基材１０に対して、接合ツール２７により、半導体素子２０の裏面（図５（ｃ）では上面）から半導体素子２０への接合荷重を、徐々に増加させる。それにより、第１の突起電極１３に、第２の突起電極２２を埋没させた状態で接合させる。これにより、第１の導体配線１１から半導体素子２０までを電気的に接続することができる。
【００３９】
ここで、第１の突起電極１３と第２の突起電極２２の接合時に、接合ツール２７に対して、第１の導体配線１１または第２の導体配線１２の長手方向に振動する超音波振動を発生させることにより、第１の突起電極１３と第２の突起電極２２同士の接合を、より早くかつ確実に行うことができる。また、超音波による接合ツール２７の振動方向が第１の導体配線１１または第２の導体配線１２の長手方向であるため、第１の導体配線１１または第２の導体配線１２の破損や断線などを回避しやすくなり、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００４０】
なお、実施の形態３の半導体装置に代えて、実施の形態４における半導体装置を製造する場合も、上述と同様に実施することができる。その場合の図５（ｃ）に対応する断面図を図６に示す。この例では、第２の導体配線１２に第３の突起電極２６を設ける一方で、第３の突起電極２６に対向する位置に第２の突起電極２２が設けられていない半導体装置を製造する。
【００４１】
ここで、第１の突起電極１３の厚さは１０μｍ程度に形成し、絶縁基材１０としては厚さ４０μｍ程度のポリイミドからなるフレキシブルテープを用いる。第１の導体配線１１および第２の導体配線１２は厚み８μｍ程度の銅で形成する。
【００４２】
第１の突起電極１３の材質としては、無電解メッキにより膜形成が可能となる複数種類の金属、例えば、Ｎｉ（ニッケル）およびＡｕ（金）を用い、それらの金属をＮｉ、Ａｕの順番（以下、Ａｕ／Ｎｉのように表記）に無電解メッキすることにより突起電極を層形成するのが一般的であるが、無電解メッキで膜形成が可能な金属であれはどのような金属でも良い。このため、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ等の金属を用いることが考えられる。
【００４３】
一方、第２の突起電極２２または第３の突起電極２６の材質としては、一般的には、電解メッキで形成したＡｕ／ＣｕやＡｕ／Ｎｉ／Ｃｕによる突起電極が主となる。
【００４４】
電解メッキを行う場合、第１の導体配線１１を給電線として利用してメッキ材料を導電させる。図１〜図３に示した配線基板または半導体装置を製造する場合、第２の導体配線１２は第１の導体配線１１と電気的に接続されていないため、第２の導体配線１２の上面および側面には突起電極は形成されない。これに対して、図４に示す半導体装置を製造する場合、第２の導体配線１２と第１の導体配線１１とを電気的に接続すれば、第２の導体配線１２を利用してメッキ材料が導電されることにより、第２の導体配線１２の上面および側面に第３の突起電極２６が形成される。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、例えば、導体配線の突起電極と半導体素子の素子電極を接合する際に超音波振動を利用した場合の、超音波振動による導体配線への機械的ダメージを低減する等、絶縁基材が変形して導体配線に応力がかかることを抑制できる。それにより、第１の導体配線または第２の導体配線の破損や断線などを防止することができ、半導体装置の信頼性を向上させるために有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置に使用される配線基板の構成を示す平面図
【図２】実施の形態２における半導体装置に使用される配線基板の構成を示す平面図
【図３】実施の形態３における半導体装置の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図
【図４】実施の形態４における半導体装置の構成を示す断面図
【図５】実施の形態５における半導体装置の製造方法を示す断面図
【図６】同実施の形態の半導体装置の製造方法の変更例を示す断面図
【図７】従来例の半導体装置の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ’断面図
【符号の説明】
【００４７】
１、１０  絶縁基材
２  デバイスホール
３、１１  第１の導体配線
４、１２、１４、１５、１６、１７  第２の導体配線
５  突起電極
６、２０  半導体素子
７、２１  素子電極
８、２３  保護膜
９、２４  封止材
１３  第１の突起電極
１８  半導体チップ
１９、２５  配線基板
２２  第２の突起電極
２６  第３の突起電極
２７  接合ツール
【図１】
2007158194.tif 000003
【図２】
2007158194.tif 000004
【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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