(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、前記第１基板に実装される第２基板と、を備えた半導体装置であって、
前記第１基板は、フレキシブル基板と、異方導電性弾性体シートと、回路基板と、を含み、
前記第２基板は、半導体素子と、電極部と、を含み、
前記第２基板の熱膨張係数は、前記回路基板の熱膨張係数と異なり、
前記異方導電性弾性体シートは、絶縁性シートと、前記絶縁性シートに局所的に形成され、かつ電気的接点となる導電部と、を有し、
前記フレキシブル基板は端子電極を有し、
前記回路基板はコネクタ電極を有し、
前記異方導電性弾性体シートは、前記回路基板と前記フレキシブル基板との間に位置し、
前記コネクタ電極と前記端子電極とは、前記導電部を介して電気的に接続され、
前記半導体素子は、前記電極部と電気的に接続され、
前記電極部は、前記端子電極と電気的に接続され、
前記第２基板は、フェイスダウンボンディングによって前記第１基板へ実装される、半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記フレキシブル基板には、前記電極部のための位置決め用の穴部が形成され、
前記端子電極は前記穴部に位置している、半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかにおいて、
前記端子電極は突起部を有する、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体チップのような半導体部品が実装基板に実装された半導体装置に関する。
【０００２】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
半導体装置の中には、例えば、半導体チップのような半導体部品を実装基板に実装した形態のものがある。通常、半導体チップと実装基板とにおいて、熱膨張係数に差がある。このため、実装基板と半導体チップとの接続部位には、実装時（ボンディング、封止）や半導体装置使用時等に熱応力が作用することがある。接続部位は微細であるため、熱応力による接続部位の信頼性低下（例えば、接続部の破壊）が問題となる。
【０００３】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は熱応力による接続部位の信頼性低下を防ぐことが可能な構造をした半導体装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１基板と、前記第１基板に実装される第２基板と、を備えた半導体装置であって、前記第１基板は、フレキシブル基板と、異方導電性弾性体シートと、回路基板と、を含み、前記第２基板は、半導体素子と、電極部と、を含み、前記第２基板の熱膨張係数は、前記回路基板の熱膨張係数と異なり、前記異方導電性弾性体シートは、絶縁性シートと、前記絶縁性シートに局所的に形成され、かつ電気的接点となる導電部と、を有し、前記フレキシブル基板は端子電極を有し、前記回路基板はコネクタ電極を有し、前記異方導電性弾性体シートは、前記回路基板と前記フレキシブル基板との間に位置し、前記コネクタ電極と前記端子電極とは、前記導電部を介して電気的に接続され、前記半導体素子は、前記電極部と電気的に接続され、前記電極部は、前記端子電極と電気的に接続され、前記第２基板は、フェイスダウンボンディングによって前記第１基板へ実装されることを特徴とする。
【０００５】
本発明によれば、回路基板を含む第１基板と半導体素子を含む第２基板との間に、異方導電性弾性体シートを介在させている。異方導電性弾性体シートは弾性を有するので、第１基板と第２基板との間で熱膨張係数の差により熱応力が発生しても、異方導電性弾性体シートの弾性機能が熱応力を緩和する。したがって、本発明によれば、熱応力が発生しても、第２基板の電極部と第１基板の端子電極との接続の破壊等を防ぐことができるので、この接続部位の信頼性を向上させることができる。
【０００６】
また、本発明によれば、フレキシブル基板に端子電極を形成している。よって、異方導電性弾性体シートの導電部を端子電極とする場合に比べて、より微細なパターンの端子電極にすることができる。すなわち、異方導電性弾性体シートはその作製上の理由から導電部間の距離を微細にするのが容易ではなく、フレキシブル基板の端子電極間の距離を微細にするほうが容易なのである。このため、本発明によれば、第２基板の電極部が微細化しても、第２基板の第１基板への実装が可能となる。
【０００７】
また、本発明によれば、異方導電性弾性体シートの上にフレキシブル基板があるので、このフレキシブル基板により、異方導電性弾性体シートを構成する弾性材料のうち未硬化の材料が、実装時の加圧や加熱によりフレキシブル基板側から第１基板外部にしみ出すことを防ぐことができる。よって、本発明によれば、異方導電性弾性体シートを構成する弾性材料が第２基板の電極部に付着するのを防ぐことができるので、実装の歩留まりを低下させたり、実装後の接続の信頼性を低下させたりすることはない。
【０００８】
ここで、本発明における用語の説明をする。第１基板は、半導体チップ等が実装される実装基板等を意味する。第２基板は、半導体素子と電極部とを含み、例えば、半導体チップ、半導体チップを含むパッケージ等を意味する。
【０００９】
異方導電性弾性体シートとは、ＩＣおよびプリント回路基板の検査治具、あるいは実装用ＩＣソケットおよびプリント回路基板用コネクタ、あるいはその周辺部におけるＩＣカード用コネクタなど、特に微細な多点電気接続を達成するものである。異方導電性弾性体シートは、厚さ方向にのみ導電性を有するもの、または、加圧されたときに厚さ方向にのみ導電性を示す多数の加圧導電性導電部を有するものである。
【００１０】
フレキシブル基板とは、第１基板の厚さ方向にフレキシブルな移動が可能な基板を意味する。このような性質を満たす材料としては、ポリイミド、ポリエステル、ＰＥＴ等がある。異方導電性弾性体シートの上に位置させる基板をフレキシブル基板としたのは、この基板が柔軟性のない硬い基板だと、ある端子電極が第２基板の電極部と接触し押圧された場合、他の非接触の端子電極もこれに追従して移動し、結局、非接触のままの状態となるからである。
【００１１】
回路基板とは、リジッド基板（例えば、ガラスエポキシからなる基板）、フレキシブルな性質を有する基板等の回路を形成することが可能な基板のことである。回路基板がフレキシブルな性質を有する基板の場合、回路基板の両面の電極が、第１基板の厚さ方向にフレキシブルな移動が可能となる。
【００１２】
本発明は、前記第２基板の前記第１基板への実装は、フェイスダウンボンディングである、ことを特徴とする。フリップチップ実装等のような、半導体チップを実装基板にフェイスダウンボンディングし、半導体チップと実装基板との隙間をエポキシ等のアンダーフィル材料を充填した構成では、熱応力集中が接続電極部に作用する。このため、上記実装では、接続電極部の信頼性が低下しやすい。本発明によれば、異方導電性弾性体シートの弾性機能が熱応力集中を緩和するので、上記実装であっても、接続電極部の信頼性の低下を防ぐことができる。
【００１３】
本発明は、前記フレキシブル基板に、前記電極部のための位置決め用の穴部が形成され、前記端子電極は前記穴部に位置している、ことを特徴とする。本発明によれば、この穴部が、第２基板の電極部の位置決め機能を果たす。このため、穴部がない場合に比べて位置合わせ精度が向上する。特に、第２基板の電極部が球状（例えば、ハンダボール）や柱状の場合、この穴部の位置決め機能が有効に作用する。端子電極が穴部に位置している構造の一例としては、穴部が形成されたフレキシブルシートの裏面の穴部のところに銅箔パターンを形成し、金メッキを施すことにより形成された凹状電極がある。
【００１４】
本発明は、前記端子電極が突起部を有する、ことを特徴とする。この突起部は端子電極と電気的に接続される第２基板の電極部と接触する。本発明によれば、特に、第２基板の電極部が平板状の場合（例えばアルミニウムのパッド）や電極部の縦断面が台形状の場合（例えばＡｕメサ型バンプ）において、端子電極と第２基板の電極部との接続の確実性を高めることができる。突起部を有する端子電極としては、例えば、Ｎｉ等の硬度の高いコア金属の表面にＡｕ、Ｐｄ、Ｒｈ等の接触性に優れた金属膜が形成された小径の突起電極がある。
【００１５】
本発明は、フレキシブル基板に回路が形成されている、ことを特徴とする。本発明によれば、回路は回路基板及びフレキシブル基板に形成されているので、第１基板の集積度を向上させることができる。
【００１６】
本発明は、フレキシブル基板が第１基板中の配線層形成の自由度を向上させるために用いられる、ことを特徴とする。
【００１７】
本発明は、フレキシブル基板、異方導電性弾性体シート、回路基板をあらかじめ別々に作製し、これらを積層し、この積層物を例えば熱圧着することにより第１基板を作製する、ことを特徴とする。これによれば、従来の多層基板形成装置により本発明の第１基板を作製することができるので、設備的にもプロセス的にも特殊な手段によることなく、第１基板を作製することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
｛構造の説明｝
図１は、本発明の半導体装置の第１実施形態の断面図である。第１実施形態の半導体装置１は、第１基板の一例である実装基板１００および第２基板の一例である半導体チップ３００を備える。半導体チップ３００は、実装基板１００に実装されている。
【００１９】
実装基板１００の構造の詳細について、図２および図３を用いて説明する。図２は、実装基板１００の断面図であり、図３は、実装基板１００の分解図である。実装基板１００は、回路基板１０と、回路基板１０上に位置する異方導電性弾性体シート２０と、異方導電性弾性体シート２０上に位置するフレキシブル基板３０と、を備える。
【００２０】
回路基板１０はリジッド層が三層積層した構造をしている。回路基板１０は三層の積層構造にかぎらず、他の多層積層構造でもよいし、一層構造でもよい。リジッド層としては、例えば、ガラスクロス入りのエポキシ基板がある。最上層のリジッド層上には上面電極１２、最下層のリジッド層上には下面電極１４がそれぞれ、所定のパターンで形成されている。上面電極１２及び下面電極１４は、例えば、リジッド層に貼り付けた銅箔をエッチングすることにより形成される。上面電極１２がコネクタ電極の一例である。回路基板１０中には配線層１６が形成されている。上面電極１２と下面電極１４とは配線層１６を介して電気的に接続されている。配線層１６は例えばメッキ層により構成されている。
【００２１】
回路基板１０はコア基板の両面にプリプレグを載置し、この構造物をエポキシ基板で挟み、真空プレスにより加工する方法やビルドアップ工法により作製することができる。
【００２２】
異方導電性弾性体シート２０は、弾性を有する絶縁性シート２４と、絶縁性シート２４に所定のパターンで局所的に形成され、かつ電気的接点となる導電部２２とから構成される。導電部２２は回路基板１０の上面電極１２と接触する。異方導電性弾性体シート２０の構造を詳細に説明する。図４は、異方導電性弾性体シート２０の斜視図である。シリコーンゴムからなる厚さ１ｍｍ程度の絶縁性シート２４に、多数の導電部２２が島状に形成されている。異方導電性弾性体シート２０のＡ−Ａ断面図が図５である。図５において、導電部２２は、導電性強磁性粒子２６（例えば、ニッケル粒子）が異方導電性弾性体シート２０の厚さ方向に連続して連なった粒子列が複数個集合して形成されたものである。
【００２３】
次に、フレキシブル基板３０の説明をする。図２および図３に示すように、フレキシブル基板３０は、基板部３２と、基板部３２の上面に所定のパターンで形成されている上面電極３４と、基板部３２の下面に所定のパターンで形成されている下面電極３６と、から構成されている。基板部３２には図示はされていないがスルーホールが形成されている。スルーホールにはメッキ層が埋め込まれている。上面電極３４と下面電極３６とはこのメッキ層により電気的に接続されている。
【００２４】
基板部３２はフレキシブルであり、その材料は、例えば、ポリイミドである。上面電極３４は端子電極の一例である。下面電極３６は異方導電性弾性体シート２０の導電部２２と接触する。上面電極３４及び下面電極３６は、金属製の電極である。すなわち、上面電極３４及び下面電極３６は、例えば、基板部３２に形成された銅やニッケルからなるパターンに、金、パラジウム、ロジウム等をメッキした電極である。
【００２５】
以上に説明した実装基板１００は、例えば、回路基板１０とフレキシブル基板３０との間に、両面に弾性接着剤を塗布した異方導電性弾性体シート２０を介在させ、この積層物を熱プレスすることにより、作製することができる。
【００２６】
次に、半導体チップ３００について、図１を用いて説明する。半導体チップ３００は、シリコン基板３２０と、シリコン基板３２０の表面上に形成されたバンプ電極３１０と、を備えている。シリコン基板３２０には、半導体集積回路が形成されており、この半導体集積回路はバンプ電極３１０と接続されている。半導体チップ３００は、実装基板１００にフェイスダウンボンディングにより、フリップチップ実装されている。つまり、バンプ電極３１０と実装基板１００の上面電極３４とが電気的に接続されている。そして、バンプ電極３１０と上面電極３４との接続部は、例えば、エポキシ樹脂のような材料からなる封止膜４００で封止されている。
【００２７】
｛効果の説明｝
第１実施形態の半導体装置１の主な効果を説明する。図１に示すように、第１実施形態の半導体装置１は、半導体チップ３００を実装基板１００に、フリップチップ実装している。半導体チップ３００の主材料であるシリコンの熱膨張係数が約３×１０-6（１／℃）、フレキシブル基板３０の基板部３２の材料であるポリイミドの熱膨張係数が約２×１０-5（１／℃）、回路基板１０の材料であるガラスエポキシの熱膨張係数が約１．５×１０-5（１／℃）である。第１実施形態の半導体装置１は、半導体チップ３００と回路基板１０との間に異方導電性弾性体シート２０が位置している。異方導電性弾性体シート２０は弾性を有するので、半導体チップ３００（シリコン）と回路基板１０（ガラスエポキシ）との間で熱膨張係数の差により熱応力が発生しても、異方導電性弾性体シート２０の弾性機能が熱応力を緩和する。したがって、第１実施形態によれば、熱応力が発生しても、半導体チップ３００のバンプ電極３１０と実装基板１００の上面電極３４との接続の破壊等を防ぐことができるので、この接続部位の信頼性の低下を防ぐことができる。
【００２８】
また、第１実施形態において、異方導電性弾性体シート２０の上にフレキシブル基板３０があるので、異方導電性弾性体シート２０を構成する弾性材料のうち未硬化の材料が、実装時の加圧や加熱によりフレキシブル基板３０側から実装基板１００外部にしみ出すことを防ぐことができる。よって、異方導電性弾性体シート２０を構成する未硬化の弾性材料がバンプ電極３１０に付着するのを防ぐことができるので、半導体装置の実装の歩留まりを向上させることができる。
【００２９】
［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態の半導体装置２の断面図である。半導体装置２において、図１に示す半導体装置１の構造と同じものについては、同一符号を付すことにより説明を省略し、相違する箇所について説明する。半導体装置２は、半導体装置１のフレキシブル基板３０の代わりに、フレキシブル基板４０を用いている。フレキシブル基板４０は、穴部４６が局所的に形成されたフレキシブルな基板部４２と、基板部４２の裏面に形成された下面電極４４と、を備える。
【００３０】
フレキシブル基板４０の詳細な構造について、図７を用いて説明する。図７は図６に示すフレキシブル基板４０の部分拡大図である。フレキシブル基板４０にはバンプ電極３１０と対応する位置に穴部４６が形成されている。穴部４６は基板部４２の厚さ方向に基板部４２を貫通している。下面電極４４は基板部４２の裏面に形成され、穴部４６の底に位置し、少なくとも穴部４６の開口部を覆うように形成されている。フレキシブル基板４０には上面電極が形成されていない。下面電極４４が端子電極となる。穴部４６はバンプ電極３１０の位置決め機能を果たし、バンプ電極３１０は穴部４６を介して下面電極４４と接触する。
【００３１】
次に、第２実施形態の半導体装置２の特有の効果を説明する。図７に示すように、フレキシブル基板４０には、バンプ電極３１０の位置決め用の穴部４６が形成されているので、バンプ電極３１０の位置合わせ精度が向上する。その他の作用効果は第１実施形態と同様である。
【００３２】
［第３実施形態］
図８は、本発明の第３実施形態の半導体装置の部分拡大図であり、フレキシブル基板５０付近を示している。図８に示す半導体装置の基本構造は、図１に示す半導体装置１の基本構造と同じである。図８に示す半導体装置の構成要素と図１に示す半導体装置１の構成要素との違いはフレキシブル基板の構造である。すなわち、図８に示す半導体装置は、半導体装置１のフレキシブル基板３０の代わりに、フレキシブル基板５０を用いている。図８に示すフレキシブル基板５０は、フレキシブルな基板部５２と、基板部５２の裏面に形成された下面電極５４と、基板部５２の表面に形成されたバンプ電極構造の上面電極５６と、を備える。この実施の形態では、上面電極５６が突起部を備える電極である。基板部５２にはスルーホールが形成され、そこにはメッキ層からなる配線層５８が充填されている。フレキシブル基板５０の上面電極５６と下面電極５４とは  配線層５８により電気的に接続されている。なお、半導体チップにはバンプ電極でなく、パッド電極３３０が形成されている。
【００３３】
次に、第３実施形態の特有の効果を説明する。図８に示すように、フレキシブル基板５０の上面電極５６はバンプ電極である。バンプ電極は突起状をしているので、フィルム状の電極に比べてパッド電極３３０との接触の確実性が高まる。その他の作用効果は本発明の第１実施形態と同様である。
【００３４】
なお、第２実施形態と第３実施形態との組み合わせが変形例として上げられる。すなわち、図７に示すフレキシブル基板４０の下面電極４４を、図８に示すフレキシブル基板５０の上面電極５６のように突起部を有する構造とし、突起部の高さを穴部４６の深さより小さくし、突起部が穴部４６の底部に位置するようにした形態である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の半導体装置に備えられる実装基板の断面図である。
【図３】図２に示す実装基板の分解図である。
【図４】本発明に用いられる異方導電性弾性体シートの一例の斜視図である。
【図５】図４に示す異方導電性弾性体シートのＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態の半導体装置の断面図である。
【図７】図６に示すフレキシブル基板の拡大図である。
【図８】本発明の第３実施形態の半導体装置の部分拡大図である。
【符号の説明】
１、２  半導体装置
１０  回路基板
１２  上面電極
１４  下面電極
１６  配線層
２０  異方導電性弾性体シート
２２  導電部
２４  絶縁性シート
２６  導電性強磁性体粒子
３０  フレキシブル基板
３２  基板部
３４  上面電極
３６  下面電極
４０  フレキシブル基板
４２  基板部
４４  下面電極
４６  穴部
５０  フレキシブル基板
５２  基板部
５４  下面電極
５６  上面電極
５８  配線層
１００  実装基板
３００  半導体チップ
３１０  バンプ電極
３２０  シリコン基板
３３０  パッド電極
４００  封止膜
【図１】
0004250844.tif 000002
【図２】
0004250844.tif 000003
【図３】
0004250844.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004250844.tif 000006
【図６】
0004250844.tif 000007
【図７】
0004250844.tif 000008
【図８】
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