(57)【要約】      （修正有）【課題】フレキシブル基板に半導体素子をフェイスダウンで実装する半導体装置において、低コストな手段で、小型・薄型構造を妨げずに放熱性を高めるフリップチップ実装構造を提供する。【解決手段】半導体素子１とフレキシブル基板１０とがバンプ２を介して接合され、半導体素子とフレキシブル基板との間が封止樹脂９により封止されたフリップチップ実装構造において、フレキシブル基板には、半導体素子と対抗する面の一部にランド３が形成され、フレキシブル基板は、バンプと接合されることで画定される領域の内側で屈曲し、このときのランドと半導体素子との間隔が、バンプと接合後の半導体素子とランドとの間隔よりも狭小になっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子とフレキシブル基板とがバンプを介して接合され、前記半導体素子と前記フレキシブル基板との間が封止樹脂により封止されたフリップチップ実装構造において、前記フレキシブル基板には、前記半導体素子と対抗する面の一部にランドが形成され、前記フレキシブル基板は、前記バンプと接合されることで画定される領域の内側で屈曲し、このときの前記ランドと前記半導体素子との間隔が、前記バンプと接合後の前記半導体素子と前記ランドとの間隔よりも狭小であることを特徴とするフリップチップ実装構造。
【請求項２】
前記ランドは、前記フレキシブル基板に設けられた何れかの配線と接続されている、請求項１に記載のフリップチップ実装構造。
【請求項３】
前記フレキシブル基板の、前記バンプと接合されることで画定される領域の内側に、少なくとも一本のスリットが形成されている、請求項１または２に記載のフリップチップ実装構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブル基板に半導体素子をフェイスダウンで実装したフリップチップ実装構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラや携帯電話に代表される電子機器の小型化・高性能化が進んでいる。この小型化・高性能化に対応するため、機器内に搭載される半導体パッケージの実装形態として、フリップチップ実装型のパッケージ構造が多く採用されている。
【０００３】
フリップチップ実装では、半導体素子と配線基板とをバンプを介して直接電気的に接合する。そのためワイヤーボンディングが不要となることで高周波特性に優れ、高速伝送特性が向上し、電子機器の高性能化に寄与している。ワイヤーボンディングがなくなる分、配線基板側のボンディングパッドを半導体素子の下側に設置するので、半導体パッケージの小型化が可能となり、そのため実装面積も低減できる。
【０００４】
半導体素子の樹脂による保護も、半導体素子全体をモールドする方法と異なり、フリップチップ実装では半導体素子と配線基板の間を封止樹脂で封止する構造であるため、薄型化を可能にしている。
【０００５】
このフリップチップ実装の一つとして、半導体素子をフレキシブル基板にフリップチップ実装する技術が知られている。半導体素子をフレキシブル基板にフリップチップ実装するＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）やＣＯＦ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｆｉｌｍ）と呼ばれる実装技術は、主に液晶ドライバやＩＣタグの実装などに用いられている。
【０００６】
さらに近年では、デジタルカメラなどに搭載されるイメージセンサユニットを、このＴＡＢやＣＯＦの実装技術を用いて高周波特性を向上させつつ薄型化し、筐体サイズを小型・薄型化する実装構造も開発されている。
【０００７】
一方、近年の半導体素子の高集積化と消費電力の増大に伴い、その発熱量の増加が問題となっている。イメージセンサにおいては、撮像素子の発熱により出力信号にノイズが発生し、撮影した画像が劣化するという問題が発生する。
【０００８】
従来、フリップチップ実装を含め一般的な半導体パッケージの放熱手段として、ヒートシンクのような放熱部材を設置して、半導体素子を冷却する方法がある。しかし、デジタルカメラや携帯電話のような、その筐体サイズに制限がある機器内にヒートシンクを設置することは望ましくない。また、ヒートシンクの部材費や設置プロセスが増加し、コストアップに繋がる。
【０００９】
このフレキシブル基板にフリップチップ実装した半導体素子の放熱性向上という課題に対し、特許文献１では、画像表示ドライバの半導体素子にダミーバンプを設け、フレキシブル基板に形成された大面積の金属箔と接続し放熱させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２７５８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献１の方法は、放熱性を高めるためには金属箔の面積を大きくする必要があり、その結果フレキシブル基板の面積が大きくなるという課題がある。そのため、筐体サイズの大きいディスプレイなどには有効な方法であるが、小型機器に搭載する場合には不利である。
【００１２】
また、画像表示ドライバのような細型の半導体素子と異なり、半導体素子の面積が大きく、ダミーバンプと半導体素子上の発熱源との距離が大きい場合や、発熱源が複数ある場合は、熱が半導体素子全面に拡散するという課題がある。
【００１３】
本発明は上記の課題を解決するもので、フレキシブル基板に半導体素子をフェイスダウンで実装したフリップチップ実装構造において、低コストな手段で、小型・薄型構造を妨げずに放熱性を高めることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のフリップチップ実装構造は、半導体素子とフレキシブル基板とがバンプを介して接合され、前記半導体素子と前記フレキシブル基板との間が封止樹脂により封止されたフリップチップ実装構造において、前記フレキシブル基板には、前記半導体素子と対向する面の一部にランドが形成され、前記フレキシブル基板は、前記バンプと接合されることで画定される領域の内側で屈曲し、このときの前記ランドと前記半導体素子との間隔が、前記バンプと接合後の前記半導体素子と前記ランドとの間隔よりも狭小であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一態様によれば、フレキシブル基板が屈曲し、半導体素子と対抗する面に設けられたランドが半導体素子の表面に近接または接触することにより、半導体素子の熱がバンプからだけでなく、ランドを介してフレキシブル基板へ伝熱される。これにより、半導体素子の面積が大きい場合や、発熱源が半導体素子上に複数ある場合でも、半導体素子の表面からフレキシブル基板へ伝熱されるため、半導体素子から効率よく放熱することができる。
【００１６】
その結果、ヒートシンクなどの放熱部材を設けることなく、半導体素子の放熱特性を向上することができるため、コストダウンが可能になると同時に、フリップチップ実装構造の薄型構造を妨げることがない。
【００１７】
また、ランドは、フレキシブル基板の製造時に他の配線と同時に形成することが可能であり、低コストに形成可能である。
【００１８】
本発明の別の態様によれば、前記ランドはフレキシブル基板の配線と接続されることにより、配線を介して放熱できるので、新たに放熱用の金属箔などを設ける必要が無く、フレキシブル基板の大型化を防ぐことができる。このとき、ランドと接続される配線はグランド配線のような広面積な配線であれば、より放熱性を高めることができ、かつフレキシブル基板が大型化しない。
【００１９】
さらに、本発明の別の態様によれば、フレキシブル基板のバンプと接続されることで画定される領域内にスリットがあるため、フレキシブル基板の屈曲時にバンプに応力が加わることを防止しつつ、ランドを半導体素子の表面に近接させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）本発明の実施形態におけるフリップチップ実装構造の断面図である。（ｂ）本発明の実施形態に使用するフレキシブル基板の上面模式図である。
【図２】（ａ）本発明のフリップチップ実装構造を用いたイメージセンサユニットの断面図である。（ｂ）本発明のフリップチップ実装構造を用いたイメージセンサユニットに使用されるフレキシブル基板の上面模式図である。
【図３】従来のフリップチップ実装構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
[実施形態１]
図１（ａ）は本発明の実施形態であるフリップチップ実装構造の断面図であり、図１（ｂ）は、本発明の実施形態に使用されるフレキシブル基板の半導体素子搭載部周辺を示す上面図である。
【００２３】
半導体素子１とフレキシブル基板１０は、バンプ２と接続パッド８を介して電気的に接続され、半導体素子１とフレキシブル基板１０との間に形成される空間、およびバンプ２と接続パッド８の周囲は封止樹脂９により封止、保護されている。
さらに、フレキシブル基板１０は、屈曲部１２ａ、１２ｂで屈曲することにより、ビア４を介して、グランド配線５と接続されたランド３が半導体素子１の表面に近接している。
なお、ランドは、フレキシブル基板の製造プロセス時に、他の接続用パッドや配線パターンと同時にエッチングで形成される。具体的には、樹脂フィルムをベースとした銅張積層板の接続用パッドや配線パターンが形成される部分に、印刷や露光によりエッチングレジストを形成する。このとき、ランドが形成される部分にもエッジングレジストを形成しておく。その後、銅張積層板をエッチングすることで、接続用パッドや配線パターンと同様に、エッチングレジストで保護された銅がランドとして形成される。従って、フレキシブル基板の製造プロセスに別途ランドを設けるプロセスを加える必要がない。そのため、ランドを形成することによるコストアップがない。
【００２４】
このとき、ランド３と半導体素子１とが、バンプと接合後の半導体素子とランドとの間隔より近接して狭小であることにより、半導体素子１で発生した熱はランド３を介してグランド配線へと伝熱される。さらに、ランド３の一部が半導体素子１と接している場合には、より伝熱効率を高めることができる。その結果、半導体素子１は動作時の熱を表面から効率よく放熱できるため、発熱による誤動作などを防止することができる。
【００２５】
屈曲部１２ａ、１２ｂは、半導体素子１とフレキシブル基板１０を封止樹脂９により封止する工程で形成することができる。具体的には、まず半導体素子１とフレキシブル基板１０の間隔に封止樹脂９を注入する。次にフレキシブル基板１０の、半導体素子１のバンプ２で画定される領域の内側を、半導体素子１と反対側の面から複数のピン状の突起を有する治具でフレキシブル基板１０を押し込み、屈曲部１２ａ、１２ｂを屈曲させる。さらにこの屈曲部１２ａ、１２ｂが屈曲した状態で加熱し、封止樹脂９を硬化させる。結果、屈曲部１２ａ、１２ｂが形成され半導体素子１とランド３を近接、または接触させることが可能になる。
また、このとき、複数の突起を有する治具で加圧することにより、封止樹脂９を少なくとも一本のスリット１１（図１では一本）から、半導体素子搭載面の反対側の面へと染み出す。
【００２６】
その結果、スリット１１の縁部は、フレキシブル基板の半導体素子側とは反対側に染み出した封止樹脂９のアンカー効果により密着強度が高まり、スリット１１からの剥離を防止でき、ひいては本発明のフリップチップ実装構造の信頼性を高めることができる。
【００２７】
[実施形態２]
図２（ａ）は本発明の実施形態におけるフリップチップ実装構造を用いたイメージセンサユニットの断面図である。図２（ｂ）は、本発明の実施形態におけるフリップチップ実装構造を用いたイメージセンサに使用されるフレキシブル基板の撮像素子搭載部周辺を示す上面図である。
【００２８】
半導体素子として撮像素子１０１が、受光部１０２と対向する位置に開口部１０５が形成されたフレキシブル基板１０にフリップチップ実装され、バンプ２と接続パッド８の周囲は封止樹脂９により封止、保護されている。また、撮像素子１０１を異物や水分から保護するための保護ガラス１０３が接着剤１０４により接着され、イメージセンサユニットを構成している。
【００２９】
このイメージセンサユニットは、フレキシブル基板１０の屈曲部１２ａ、１２ｂで屈曲することにより、ビア４を介して、グランド配線５と接続されたランド３が撮像素子１０１の表面に近接している。ランド３と撮像素子１０１とが近接していることにより、撮像素子１０１で発生した熱はランド３を介してグランド配線５へと伝熱される。さらに、ランド３の一部が撮像素子１０１と接している場合には、より伝熱効率を高めることができる。その結果、撮像素子１０１は動作時の熱を効率よく放熱できるため、発熱によって発生する画像信号のノイズを低減することができる。
【００３０】
また、このイメージセンサユニットの製造時に、フレキシブル基板１０を屈曲させた状態で封止樹脂９を注入すると、余剰な封止樹脂９は、スリット１１から毛細管現象により、撮像素子搭載面と反対側の方向へと染み出す。これにより、受光部１０２へ封止樹脂１０９が流出することを防止する効果を得ることができる。
【実施例】
【００３１】
本発明の効果を確認すべく、シミュレーションを行った。
図３に示す従来のフリップチップ実装構造のモデルと、図１（ａ）に示す本発明のフリップチップ実装構造のモデルとの半導体素子温度を比較した。図３中、図１と同じ符号は図１と同じ部材を表す。
【００３２】
このときの従来のフリップチップ実装構造のモデルサイズを以下に示す。半導体素子のサイズは、５．０×５．０ｍｍで、厚さは０．１ｍｍである。フレキシブル基板と接続されるバンプはＡｕバンプであり、サイズは０．０２×０．０２ｍｍで、高さは０．０５ｍｍである。
【００３３】
バンプの配置は半導体素子の回路上を避け、ペリフェラル状に０．２ｍｍピッチで配置し、バンプ数は９６個である。半導体素子とフレキシブル基板の間隔は、０．０５ｍｍであり、エポキシ樹脂で封止されている。フレキシブル基板は１０．０×１０．０ｍｍで、ベースフィルムとカバーフィルムの材質はポリイミドで、厚さはそれぞれ０．０２５ｍｍである。接続パッドおよびグランド配線を形成するＣｕの厚さは０．０２０ｍｍである。
【００３４】
次に、本発明のフリップチップ実装構造のモデルサイズを以下に示すが、半導体素子、バンプ、フレキシブル基板のサイズおよび材質は全て従来のフリップチップ実装構造と同じである。従来のフリップチップ実装構造と異なる点は、フレキシブル基板には、半導体素子と対抗する面にランドが形成されている点と、フレキシブル基板がバンプと接合されることで画定される領域の内側で屈曲し、ランドと前記半導体素子との間隔が、バンプの高さよりも狭い点である。
【００３５】
ランドの材質はＣｕで、図１（ｂ）に示すよう２ヶ所に形成され、サイズはそれぞれ３．５×２．０ｍｍで、厚さは他の配線と同様に０．０２ｍｍで、ビアを介してグランド配線に接続されている。半導体素子とランドとの間隔は０．００３ｍｍであり、エポキシ樹脂で封止されている。
【００３６】
周囲温度２５℃の条件における、半導体素子の発熱量と定常状態における半導体素子温度のシミュレーション結果を表１に示す。
【表１】
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【００３７】
シミュレーションの結果によれば、従来のフレキシブル基板にフェイスダウンで実装されたフリップチップ実装構造の半導体素子温度と比較し、本発明のフリップチップ実装構造では半導体素子の温度が低下していることを確認できる。
【００３８】
またこのとき、周囲温度２５℃における改善効率は、０．１０Ｗでは３．５％、０．１５Ｗでは４．６％、０．２０Ｗでは５．０％であった。
【００３９】
以上のように、本発明によれば、フレキシブル基板に半導体素子をフェイスダウンで実装したフリップチップ実装構造において、低コストな手段で、小型・薄型構造を妨げずに放熱性を高めることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  半導体素子
２  バンプ
３  ランド
４  ビア
５  グランド配線
６ａ、６ｂ  カバーフィルム
７  ベースフィルム
８  接続パッド
９  封止樹脂
１０  フレキシブル基板
１１  スリット
１２ａ、１２ｂ  屈曲部
１０１  撮像素子
１０２  受光部
１０３  保護ガラス
１０４  接着剤
１０５  開口部
【図１】
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【図２】
2012134256.tif 000005
【図３】
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