(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板本体上の基板側電極とチップ状半導体素子の電極とを接続するボンディングワイヤが封止樹脂により被覆されており、ボンディングワイヤの一端が前記基板側電極に接続されており、他端が突起電極に形成されており、前記突起電極は、装着されるチップ状半導体素子と直接接続可能なように封止樹脂から露出しており、且つ、接続されるチップ状半導体素子の熱膨張係数と近似する熱膨張係数を有する材料を基材とした安定化基板に囲繞されていることを特徴とするチップ状半導体素子装着用の配線回路基板。
【請求項２】
前記回路基板本体にチップ状半導体素子が着脱自在に装填可能なキャビティ部が形成されている請求項１に記載のチップ状半導体素子装着用の配線回路基板。
【請求項３】
前記回路基板本体の基板側電極が設けられている面と反対側の面にエラストマーダンパーを介して前記安定化基板が設けられている請求項１に記載のチップ状半導体素子装着用の配線回路基板。
【請求項４】
前記安定化基板の基材に形成された突起電極を囲繞している貫通孔の内面を含めて基材の全表面に絶縁被膜が施されている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のチップ状半導体素子装着用の配線回路基板。
【請求項５】
前記安定化基板を構成する基材が４２アロイであり、絶縁被膜の材料がポリイミドである請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のチップ状半導体素子装着用の配線回路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップ状半導体素子の装着に用いられる配線回路基板に関する。なお、本発明において、チップ状半導体素子とは、半導体ウェハーまたは半導体チップをいう。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウェハーの装着に用いられる配線回路基板として、特開平９−１７９０２号公報に示されるようなタイプのものがあった。
図５にその概要を示す。すなわち、図５において、配線回路基板本体ａには所要の回路として基板側電極ｂが設けられ、その基板側電極ｂから、先端に端子部ｄを有するボンディングワイヤｃが設けられ、ボンディングワイヤｃは封止樹脂ｅに埋め込まれている。配線回路基板本体ａにはチップ状半導体素子ｆを受け入れるキャビティ部ｇが設けられており、チップ状半導体素子ｆは、クッション役のゴム部材ｈを介して止め部材ｉで配線回路基板本体ａに取り付けられる。このとき、チップ状半導体素子ｆのチップ状半導体素子側電極ｊがボンディングワイヤｃの先端に形成されている端子部ｄと導通するように押圧状に接触される。
【０００３】
この接続用回路基板は、特に封止樹脂に弾性体であるシリコーンゴム等を使用した場合には、封止樹脂の硬化の際に樹脂の収縮が大きく（約３／１０００程度）、ボンディングワイヤの位置、ひいては端子部の位置がずれることがあった。また、封止樹脂の熱膨張係数は、半導体ウェハーの熱膨張係数と大きく異なっているので、この半導体ウェハー接続用回路基板による接続構造においては、半導体ウェハーの発熱や、温度変化を来す環境に曝された場合、さらには、検査時の高温環境下においては、ボンディングワイヤｃの先端に形成されている端子部ｄが半導体ウェハー側電極ｊと相対的にずれて、接触が不安定となる傾向が見られることがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点に鑑み、製造時における突起電極（前述従来技術における端子部に同じ）の位置誤差の虞が少なく、温度が大きく変化する環境においても接触が不安定となることのないチップ状半導体素子装着用の配線回路基板を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のチップ状半導体素子装着用の配線回路基板は、回路基板本体上の基板側電極とチップ状半導体素子の電極とを接続するボンディングワイヤが封止樹脂により被覆されており、ボンディングワイヤの一端が前記基板側電極に接続されており、他端が突起電極に形成されており、前記突起電極が接続されるチップ状半導体素子の熱膨張係数と近似する熱膨張係数を有する材料を基材とした安定化基板に囲繞されていることを特徴とする。前記回路基板本体にチップ状半導体素子が着脱自在に装填可能なキャビティ部が形成されている態様、また、前記回路基板本体の基板側電極が設けられている面と反対側の面にエラストマーダンパーを介して前記安定化基板が設けられている態様とすることができる。前記安定化基板の基材に形成された貫通孔の内面を含めて基材の全表面が絶縁被膜が施されていることが好ましく、前記安定化基板を構成する基材が４２アロイであり、絶縁被膜の材料がポリイミドであることがさらに好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、電気的に接続されるチップ状半導体素子の熱膨張係数と近似する熱膨張係数を有する材料を基材とした安定化基板でボンディングワイヤの突起電極を囲繞することによって、製造時における突起電極の位置誤差の虞が少なく、温度環境が変化してもチップ状半導体素子側の電極とボンディングワイヤの突起電極との電気的接続が不安定にならないことを知見したことを基本とする。
チップ状半導体素子の素材であるシリコンの熱膨張係数は、約２．５×１０-6／℃であり、ＧａＡｓのそれは６．８６×１０-6／℃であるのに対して、前述の特開平９−１７９０２号公報に記載されたチップ状半導体素子装着用の配線回路基板に封止樹脂として推奨されているシリコーンゴムの熱膨張係数は約２００×１０-6／℃であり、大きく異なっている。
【０００７】
４２アロイとして知られている鉄とニッケル（Ｎｉ４０〜４２％）の合金は、その熱膨張係数が４．８×１０-6／℃であって、シリコンの熱膨張係数と極めて近似する。４２アロイをボンディングワイヤの突起電極を囲繞する材料として用いることができれば、製造時における突起電極の位置誤差の虞が少なく、温度変化の範囲が大きくても、対応できる筈であることが解る。
しかし、４２アロイは金属であって、このまま使用したのでは、ボンディングワイヤと接触してそこで短絡してしまう虞がある。そこで、４２アロイの表面を絶縁性被膜で被覆することが好ましい。
【０００８】
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。なお、以下ではシリコン製のチップ状半導体素子について主として説明するが、それに限られるものではない。
図１は、本発明のチップ状半導体素子装着用の配線回路基板の１実施の形態を示す模式図である。
図１において、１は、所要の回路として基板側電極２を備えた、回路基板本体であり、基板側電極２の端部近傍にボンディングワイヤ３が接続され、ボンディングワイヤ３の先端には突起電極４が形成されている。突起電極４を囲繞して安定化基板５が配置される。安定化基板５は、チップ状半導体素子の熱膨張係数と近似する熱膨張係数を有する材料からなる基材６と基材６を被覆する絶縁被膜７とから構成されている（図２（ｅ）も参照）。安定化基板５、ボンディングワイヤ３、突起電極４は、封止樹脂８に埋め込まれている。また、回路基板本体１には、チップ状半導体素子を受け入れるキャビティ部９が設けられている。
【０００９】
なお、本発明において、安定化基板が突起電極を囲繞する、とは、図１に示す如く、ボンディングワイヤのチップ状半導体素子装着用の配線回路基板の平面に沿う方向に移動・変位することを阻止すべく、突起電極の横側周囲を取り囲む状態をいう。
図２は、図１に示す本発明のチップ状半導体素子装着用の配線回路基板の１実施の形態の製造過程を工程を追って順に説明する図である。
図２（ａ）で、安定化基板５用の基材６を用意する。基材６は、チップ状半導体素子の熱膨張係数と近似する熱膨張係数を有する材料の薄板である。チップ状半導体素子がシリコン製の場合には、基材６は、例えば、４２アロイの薄板が用いられ、その厚さに格別制限はないが、例えば、０．０２〜０．２ｍｍである。以下、シリコン製のチップ状半導体素子と４２アロイとの組合せを例にして説明する。
【００１０】
図２（ｂ）では、４２アロイの表面にレジスト膜１０でレジストコートを行い、所望の位置にエッチング用空隙を設けるレジスト製版を行う。レジスト製版は、各種技術分野で汎用されているフォトレジスト技術を利用することができる。図２（ｃ）では、エッチングにより、基材６の表裏に貫通する貫通孔１１を形成する。エッチングは、例えば塩化第二鉄水溶液を用いて化学エッチングを行う。その後、レジスト膜１０を剥離する。図２（ｄ）で示すように、基材６である４２アロイ薄板には、所望の大きさの多数の貫通孔１０が形成されている。貫通孔１０の大きさは、所望の任意の大きさでよいが、突起電極４より若干大きい程度であることが必要である。具体的には、例えば、７５〜２００μｍとする。
【００１１】
次ぎに、図２（ｅ）で示すように、基材６である４２アロイの全面に、貫通孔１０の内側を含めて、絶縁性材料で絶縁被膜７を形成する。絶縁被膜７の材料としては、例えば、ポリイミドが用いられ得る。ポリイミドは、特開平９−１０４８３９号公報に開示されるように、導電性材料表面に電着加工することができるので、７５〜２００μｍのように径の小さい貫通孔１０であっても、その貫通孔１０の内壁にも確実に絶縁被膜７を形成することができる。絶縁被膜７の厚さは、５〜２０μｍ程度であることが好ましい。
絶縁被膜７の材料としては、ポリイミドのほかに、ウレタン、アクリル等も利用することができるし、必ずしも電着加工によらなくともよい。
【００１２】
絶縁被膜７を形成された基材６の一面には、ダミー電極板１２を貼り合わせる（図２（ｆ））。ダミー電極としては、適宜の厚さの銅箔等が用いられ得るが、導電性を有し、後に選択的にエッチング除去可能のものであれば、銅箔に限られない。絶縁被膜７として用いる例えばポリイミドは電着加工した後、２００℃で硬化させる。したがって、銅箔は硬化前に貼り合わせ、硬化により接着できる。そして、ダミー電極１２の貫通孔内の表面に、常法により金メッキ１３を施す。
ダミー電極が貼り合わされ絶縁被膜７が形成された基材６は、回路基板本体１のキャビティ部９の上に、図２（ｇ）に示すように、位置合わせされる。チップ状半導体素子１１を実装するときと同様に、クッション役のゴム部材１４、止め部材１５を用いて仮止めしてもよい。
【００１３】
回路基板本体１上の基板側電極２とダミー電極板１２の金メッキ１３面とを、ワイヤーボンド法等で、貫通孔１０を通してボンディングワイヤ３で連結する。その際、少なくともボンディングワイヤ３のダミー電極板１２側は、径が拡大するようにしておく。
ボンディングワイヤとしては、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｐｔ等が使用できる。
次ぎに、堰１６を回路基板本体１上に設置し、封止樹脂８を注入固化する（図２（ｈ）参照）。封止樹脂８は、ボンディングワイヤ３先端に形成された突起電極４と安定化基板５の貫通孔１１内面に形成されている絶縁被膜７との間にも充填されていることが好ましい。封止樹脂８としては、シリコーン、エポキシ、ウレタン、アクリル等が用いられ得る。
【００１４】
堰１６を撤去し、使用していた場合にはゴム部材１４、止め部材１５を撤去して、ダミー電極板１２を除去する。ダミー電極板１２の除去には、化学エッチング等、適宜の手段が採用できる。ダミー電極板１２の材料が銅である場合には、塩化第二鉄水溶液が用いられ得る。その後、回路基板本体１とほぼ面一となっている突起電極４に盛り上げ処理を施す。盛り上げ処理は、電解メッキ等で行い得る。盛り上げ処理は、金メッキでもよいし、硬質金属を用いて挿抜耐久性を向上させてもよい。更に、要すれば突起電極４の表面に、接触抵抗を低減するために、金メッキ１３を行って、本発明のチップ状半導体素子装着用の配線回路基板（図２（ｉ））を得る。
【００１５】
本発明は、以上の実施の形態に限られない。図３に示すように、ダミー電極板１２を全て溶解除去することなく、突起電極の一部１７として利用することもできる。この場合には、突起電極としての突出がより確実で、信頼性が増す。
更に、チップ状半導体素子を回路基板本体に設けたキャビティ部に収納する必要がない場合には、回路基板本体の裏面側にエラストマーダンパー１８を介在させて安定化基板を設置し、回路基板本体の下面に安定化基板ごと突出させたタイプとすることもできる（図４）。エラストマーダンパー用の材料としては、シリコーン、ウレタンゴム、アクリルゴム等が用いられ得る。
【００１６】
また、封止樹脂に２種類の樹脂を用い、ボンディングワイヤ等を埋め込むのはエラストマー１９とし、そのエラストマー１９を更に硬質樹脂２０で覆う態様も好ましい態様である（図４）。この場合、エラストマーの材料としては、シリコーンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム等が、硬質樹脂の材料としては、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ＡＢＳ、サーモトロピック液晶ポリマー（ＬＣＰ）等が用いられ得る。
なお、図４には、回路基板本体の下面に安定化基板ごと突起電極が突出させた態様と、エラストマー１９を更に硬質樹脂２０で覆う態様とが同時に適用されたものとして描かれているが、この二つの態様は、別個の態様となし得るし、特に後者は、図１または図３に示す態様にも適用できることは云うまでもない。
【００１７】
【実施例】
以下に実施例を示すが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
５０μｍ厚で２０×２０ｍｍの４２アロイの薄板に、カゼインでレジスト膜を形成し、ＵＶを照射して径８０μｍ、ピッチ１５０μｍで２００個のエッチング用開口を有するようにレジスト製版を施した。
塩化第二鉄の３７％水溶液で４２アロイ板をエッチングし、貫通孔を形成した。その後、湯洗により、レジスト膜を除去した。
【００１８】
貫通孔を形成した４２アロイ板を、（株）ピーア技術研究所製のポリイミド溶液中で、電圧１５０Ｖ、３０秒の条件で、ポリイミドの絶縁被膜（膜厚１０μｍ）を形成して安定化基板を得た。
ダミー電極板として銅箔（厚さ５０μｍ）を貼り合わせ、２００℃、３０分で硬化後、シアン金浴のメッキ液を用いて、銅箔を陰極として貫通孔内の銅箔表面に金メッキを施した（メッキ厚０．５μｍ）。
ガラスエポキシ製の、基板側電極を備え、１０×１０ｍｍの大きさのキャビティ部を設けた回路基板本体に、ダミー電極板を貼り付けた安定化基板を位置合わせして設置した。
【００１９】
金製のボンディングワイヤで基板側電極とダミー電極とを、ボールボンディング法を用いて、キャビティ部を通して接合した。その後、ポリエーテルイミド製の堰を設け、シリコーン樹脂を注入し、１５０℃、３時間の条件で固化した。ダミー電極板を塩化第二鉄（濃度３７％）の水溶液で溶解除去し、ニッケルメッキ浴を用いて突起電極の突起部（安定化基板から１０μｍ）を形成した。突起電極の表面にシアン金のメッキ浴を用いて金メッキを施して、チップ状半導体素子装着用の配線回路基板を得た。
【００２０】
このチップ状半導体素子装着用の配線回路基板を、この接続対象となるチップ状半導体素子装着用の配線回（電極配列が同一のもの（１５０μｍピッチ、パッド１２０μｍ□で２００個の電極を持つ））と接続を行い、接続実験を実施したところ、接続抵抗が５００ｍΩ以下で全ての電極を接続することが可能であった。
また、この接続状態で周辺温度環境を−５５℃から１５５℃に変化させ、同様に接続抵抗測定を行ったが、全ての電極で５００ｍΩ以下で接続することが可能であった。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、チップ状半導体素子の熱膨張係数と近似する熱膨張係数を有する材料をチップ状半導体素子装着用の配線回路基板の安定化基板の素材として用いたので、チップ状半導体素子の発熱、また検査時の高温環境等、低温から高温のあらゆる環境に制約されることなく、安定した接続を得ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のチップ状半導体素子装着用の配線回路基板の１実施の形態を示す模式図である。
【図２】  本発明の１実施の形態のチップ状半導体素子装着用の配線回路基板の製造工程を工程を追って順に示す説明図である。
【図３】  本発明の他の実施の形態のチップ状半導体素子装着用の配線回路基板を示す模式図である。
【図４】  本発明の更に他の実施の形態のチップ状半導体素子装着用の配線回路基板を示す模式図である。
【図５】  従来のチップ状半導体素子装着用の配線回路基板を示す模式図である。
【符号の説明】
１：（チップ状半導体素子装着用の配線回路基板の）回路基板本体
２：基板側電極
３：ボンディングワイヤ
４：突起電極
５：安定化基板
６：基材
７：絶縁被膜
８：封止樹脂
９：キャビティ部
１０：レジスト膜
１１：貫通孔
１２：ダミー電極板
１３：金メッキ
１４：ゴム部材
１５：止め部材
１６：堰
１７：突起電極の一部
１８：エラストマーダンパー
１９：エラストマー
２０：硬質樹脂
ａ：配線回路基板本体
ｂ：基板側電極
ｃ：ボンディングワイヤ
ｄ：端子部
ｅ：封止樹脂
ｆ：チップ状半導体素子
ｇ：キャビティ部
ｈ：ゴム部材
ｉ：止め部材
ｊ：チップ状半導体素子側電極
【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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