JP2003068922A - 半導体チップ搭載基板及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

半導体チップ搭載基板及びそれを用いた半導体装置

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Kunio Sakamoto
邦男 坂本
Kenshiyou Murata
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】半導体チップと導体パターンとの間に介在する
ように基板の表面に絶縁パターンを形成するものであり
ながら、絶縁パターンの硬化収縮等に起因する基板の反
りを低減する。 【解決手段】表面に、接着材を介して半導体チップを搭
載するためのチップ搭載領域を有する可撓性の基板１１
（絶縁フィルム１６）と、前記基板１１の表面に形成さ
れ、前記チップ搭載領域の外部領域で前記半導体チップ
に電気的に接続される導体パターン２０と、前記半導体
チップと前記導体パターン２０との間に介在するように
前記基板１１の表面に形成される絶縁パターン２１とを
備え、前記絶縁パターン２１は、前記チップ搭載領域に
部分的に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板に形成される
導体パターンと、基板に搭載される半導体チップとを絶
縁する絶縁パターンを備えた半導体チップ搭載基板及び
それを用いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】携帯電話、携帯型コンピュータ、その他
の小型電子機器の普及に伴って、これらに搭載する半導
体装置の小型化の要求が高まっている。ＬＧＡ（Land G
rid Array）やＢＧＡ（Ball Grid Array）構造の半導体
装置は、外部基板へのインタフェースとしての外部接続
端子を、半導体装置の底面に２次元的に配することがで
きるので、その小型化に適している。ＬＧＡやＢＧＡ構
造の半導体装置においては、半導体チップを基板にフェ
イスダウン実装したものと、半導体チップを基板にフェ
イスアップ実装したものとがあり、後者としては、基板
にフェイスアップ実装した半導体チップを、ワイヤボン
ディングによって基板に電気的に接続するワイヤボンド
方式の半導体装置が広く普及している。
【０００３】ワイヤボンド方式の半導体装置は、例え
ば、その表面に複数のチップ搭載領域を備えた基板を用
意する工程と、前記基板の各チップ搭載領域に接着材を
介して半導体チップを搭載する工程と、前記基板上の半
導体チップをモールド樹脂で封止する工程と、前記基板
の裏面に外部基板接続用のバンプ電極を形成する工程
と、前記基板をダイシングして個々の半導体装置を分離
する工程とを経て製造される。
【０００４】図８に示されるように、前記基板１００の
表面には、銅箔のエッチング処理等によって、予め導体
パターン１０１が形成される。導体パターン１０１は、
チップ搭載領域１０２の外部領域で半導体チップにワイ
ヤボンド接続されるワイヤ接続用電極部１０１ａと、ビ
ヤホールを介して外部基板接続用のバンプ電極に接続さ
れるバンプ接続用電極部１０１ｂと、両電極部１０１
ａ、１０１ｂを接続する回路部１０１ｃとを含む。導体
パターン１０１の回路部１０１ｃおよびバンプ接続用電
極部１０１ｂは、チップ搭載領域１０２にも形成される
ので、半導体チップを基板１００に搭載する際には、半
導体チップと導体パターン１０１との短絡を防止するこ
とが要求される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の基板１００
においては、半導体チップと導体パターン１０１との短
絡を防止するために、半導体チップと導体パターン１０
１との間に介在する絶縁層（ソルダーレジスト）１０３
をチップ搭載領域１０２に形成している。この絶縁層１
０３は、例えば、チップ搭載領域１０２の全域に熱硬化
性の絶縁材を塗布し、これを熱硬化させことにより形成
される。しかしながら、上記のような半導体装置の製造
においては、基板１００として、ポリイミド樹脂等で形
成される可撓性の絶縁フィルムが用いられるため、絶縁
層１０３の硬化収縮等により基板に反りが発生し、この
反りが許容量を越える場合には、下記に示すような幾つ
かの問題がある。
【０００６】（１）半導体装置の製造工程において、基
板搬送用の治具に基板をセットする際、基板の反りが大
きいと、基板を上記治具の位置決めピンに上手く固定で
きず、トラブルの原因となる。 （２）半導体装置の製造工程において、基板上の半導体
チップを樹脂封止する際、基板の反りが大きいと、基板
をモールド金型の位置決めピンに上手く固定できず、ト
ラブルの原因となる。 （３）半導体装置の製造工程において、基板に半導体チ
ップを搭載する際に、基板を強制的に平面状態とする治
具にセットした上、接着材を基板の表面に塗布し、ここ
に半導体チップを搭載するが、基板の反りが大きいと、
基板を治具から外したとき、基板の反りが戻り、半導体
チップの接着面と基板の絶縁層との間に気泡（空間）が
発生し、パッケージクラック（外観不良）やチップクラ
ックの原因となる。特に、薄型の半導体装置（１ｍｍ以
下）においては、半導体チップの厚さが薄いことから、
接着材が半導体チップに乗り上げないように接着材の量
を少なく設定する必要があり、そのため、基板の反りを
接着材の量で吸収することができず、気泡が発生し易
い。
【０００７】本発明の目的は、半導体チップと導体パタ
ーンとの間に介在するように基板の表面に絶縁パターン
を形成するものでありながら、絶縁パターンの硬化収縮
等に起因する基板の反りを低減し、その結果、半導体装
置の製造工程において、基板の反りを原因とするトラブ
ルの発生を防止できる許りでなく、製造された半導体装
置において、基板の反りを原因とするパッケージクラッ
クやチップクラックの発生を防止できる半導体チップ搭
載基板及び半導体装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明に係る半導体チップ搭載基板は、その主面に半導
体チップ搭載領域を有する絶縁基板と、前記絶縁基板の
主面に形成され、搭載される半導体チップの電極パッド
に電気的に接続される接続部を含む複数の導体パターン
と、前記半導体チップ搭載領域に部分的に形成され、搭
載される半導体チップと前記導体パターンとの間に介在
するための絶縁パターンとを有する。
【０００９】また、前記複数の導体パターンの接続部が
前記半導体チップ搭載領域の外周に沿って配置されてい
ることが好ましい。この場合、半導体チップ搭載領域に
搭載される半導体チップの電極パッドと導体パターンの
接続部とが導電ワイヤにより接続され得る。また、絶縁
パターンが部分的に形成されているので、絶縁パターン
の硬化収縮等に起因する基板の反りを低減することがで
きる。
【００１０】また、前記絶縁パターンが３以上に分割さ
れていることが好ましい。この場合、絶縁パターンを半
導体チップ搭載領域に部分的に形成するものでありなが
ら、半導体チップが絶縁パターンによって３点以上で支
持されるため、半導体チップと導体パターンとの短絡を
確実に防止することができる。
【００１１】また、前記絶縁パターンが搭載される半導
体チップの重心位置を囲むように配置されていることが
好ましい。この場合、絶縁パターンを半導体チップ搭載
領域に部分的に形成するものでありながら、半導体チッ
プの重心位置を囲む絶縁パターンによって半導体チップ
がバランス良く支持されるため、半導体チップと導体パ
ターンとの短絡を確実に防止することができる。
【００１２】また、前記絶縁パターンが前記半導体チッ
プ搭載領域の隅部に配置されていることが好ましい。こ
の場合、絶縁パターンを半導体チップ搭載領域に部分的
に形成するものでありながら、半導体チップ搭載領域の
隅部に配置される絶縁パターンによって半導体チップが
バランス良く支持されるため、半導体チップと導体パタ
ーンとの短絡を確実に防止することができる。
【００１３】また、前記絶縁パターンが所定間隔をおい
て配置される複数のドット状パターンであることが好ま
しい。この場合、半導体チップ搭載領域における絶縁パ
ターンの形成面積を減らし、絶縁パターンの硬化収縮等
に起因する絶縁基板の反りを更に低減することができ、
しかも、半導体チップが絶縁パターンによって多点支持
されるため、半導体チップと導体パターンとの短絡を確
実に防止することができる。
【００１４】また、前記絶縁パターンがスリット状の切
り欠き部により複数に分割されていることが好ましい。
この場合、絶縁パターンによる半導体チップの支持面積
を広く確保しつつ、絶縁パターンの硬化収縮等に起因す
る絶縁基板の反りを低減することができる。
【００１５】また、前記スリット状の切り欠き部が前記
半導体チップ搭載領域の対角線上に配置されていること
が好ましい。この場合、スリット状の切り欠き部を可及
的に長くし、絶縁パターンの硬化収縮等に起因する絶縁
基板の反りを更に低減することができる。
【００１６】また、前記絶縁パターンが線状に配置され
ていることが好ましい。この場合、半導体チップ搭載領
域における絶縁パターンの形成面積を減らし、絶縁パタ
ーンの硬化収縮等に起因する基板の反りを更に低減する
ことができる。
【００１７】また、前記線状の絶縁パターンが前記半導
体チップ搭載領域において交差状に配置されていること
が好ましい。この場合、絶縁パターンを半導体チップ搭
載領域に部分的に形成するものでありながら、半導体チ
ップ搭載領域内に交差状に配置される線状の絶縁パター
ンによって半導体チップがバランス良く支持されるた
め、半導体チップと導体パターンとの短絡を確実に防止
することができる。
【００１８】また、前記目的を達成するために、本発明
の半導体装置は、前述の半導体チップ搭載基板と、前記
半導体チップ搭載基板の半導体チップ搭載領域に接着剤
を介して搭載された半導体チップと、前記半導体チップ
の電極パッドと前記半導体チップ搭載基板の接続部とを
電気的に接続する接続部材とを有する。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
沿って説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る絶
縁フィルム（基板）を用いて製造された半導体装置を示
す断面図である。この図に示されるように、半導体装置
１０は、基板１１と、該基板１１の表面に接着材１２を
介して搭載される半導体チップ１３と、前記基板１１に
搭載された半導体チップ１３を封止するモールド樹脂１
４と、基板１１の裏面に形成される外部基板接続用のバ
ンプ電極１５とを備えて構成される。
【００２０】図２は、絶縁フィルム（基板）を示す平面
図である。この図に示されるように、絶縁フィルム１６
は、その両側に沿って、搬送および位置決め用の孔１６
ａを備える。絶縁フィルム１６は、長尺状のフィルムと
して供給され、所望の寸法に切断して使用される。絶縁
フィルム１６は、例えば厚さ５０μｍ程度のポリイミド
樹脂フィルムであり、本図では省略しているが、後述す
る導体パターンを前記バンプ電極１５に電気的に接続す
るためのビアホール１７を複数有している。絶縁フィル
ム１６には、多数の基板領域１８が行方向及び列方向に
規則正しく配列されている。各基板領域１８は、その領
域内に確保されるチップ搭載領域１９に半導体チップ１
３を搭載した後に分離され、前述した半導体装置１０の
基板１１を構成する。尚、本実施形態の絶縁フィルム１
６は、長さ方向に並ぶ複数のブロックＢに区画され、各
ブロックＢに９０個の基板領域１８が形成される。
【００２１】図３は、絶縁パターンを省略した絶縁フィ
ルム（基板）の平面図である。この図に示されるよう
に、絶縁フィルム１６は、各基板領域１８の表面に導体
パターン２０を備える。この導体パターン２０は、絶縁
フィルム１６上の全域に、一旦金属箔（好ましくは銅
箔）を接着剤により接着し、リソグラフィ技術（エッチ
ング）を用いて不必要な金属部分を除去することによっ
て形成される。導体パターン２０は、チップ搭載領域１
９の外部領域で半導体チップ１３の電極部にワイヤボン
ド接続されるワイヤ接続用電極部２０ａと、ビヤホール
１７を介してバンプ電極１５に接続されるバンプ接続用
電極部２０ｂと、両電極部２０ａ、２０ｂを接続する回
路部２０ｃとを備えて形成される。導体パターン２０の
回路部２０ｃおよびバンプ接続用電極部２０ｂは、チッ
プ搭載領域１９にも形成されており、半導体チップ１３
をチップ搭載領域１９に搭載する際には、半導体チップ
１３と導体パターン２０との短絡を防止することが要求
される。
【００２２】図４は、絶縁パターンを示す絶縁フィルム
（基板）の平面図である。この図に示されるように、絶
縁フィルム１６は、各チップ搭載領域１９に絶縁パター
ン２１を備える。この絶縁パターン２１は、例えば絶縁
フィルム１６に熱硬化性の絶縁材を塗布し、これを熱硬
化させることによって形成される。絶縁パターン２１
は、導体パターン２０上に、１２μｍ程度の絶縁層を形
成することにより、半導体チップ１３と導体パターン２
０とを絶縁する。図４に示す絶縁パターン２１は、複数
のドット２１ａ（例えば径寸法０．５ｍｍの円形ドッ
ト）で形成され、チップ搭載領域１９に所定間隔（例え
ば０．７ｍｍ）で配置される。つまり、絶縁パターン２
１は、チップ搭載領域１９に部分的に形成される。従っ
て、チップ搭載領域１９の全域に絶縁層を形成していた
従来に比べ、絶縁材の硬化収縮に伴って絶縁フィルム１
６の表面に作用する圧縮応力が低減され、該圧縮応力に
起因する絶縁フィルム１６の反りが抑制される。また、
絶縁パターン２１は、３以上のドット２１ａに分割さ
れ、少なくとも、半導体チップ１３の重心位置を囲み、
且つ、チップ搭載領域１９の４隅に配置される。これに
より、絶縁パターン２１をチップ搭載領域１９に部分的
に形成するものでありながら、半導体チップ１３がバラ
ンス良く支持され、半導体チップ１３と導体パターン２
０との短絡を確実に防止することが可能になる。
【００２３】図５は、絶縁パターンの他例を示す図であ
る。図５の（Ａ）に示される絶縁パターン２２は、図４
に示した絶縁パターン２１と同様に、複数のドット２２
ａによって形成される。この絶縁パターン２２において
は、隣接するドット２２ａが行方向及び列方向に半ピッ
チずつ位置をずらして配置されているが、図４に示した
絶縁パターン２１と同等の効果が得られる。図５の
（Ｂ）に示される絶縁パターン２３も、図４に示した絶
縁パターン２１と同様に、複数のドット２３ａによって
形成される。この絶縁パターン２３においては、ドット
径が図４のものよりも大きく設定されているが、図４に
示した絶縁パターン２１と同等の効果が得られる。図５
の（Ｃ）に示される絶縁パターン２４は、スリット状の
非絶縁領域を介して分離されている。そのため、絶縁パ
ターン２４による半導体チップ１３の支持面積を広く確
保しつつ、絶縁パターン２４の硬化収縮等に起因する絶
縁フィルム１６の反りを低減することが可能になる。ま
た、このものでは、スリット状の非絶縁領域をチップ搭
載領域１９の対角線上に配置している。これにより、ス
リット状の非絶縁領域を可及的に長くし、絶縁フィルム
１６の反りを更に低減することが可能になる。図５の
（Ｄ）に示される絶縁パターン２５は、上記絶縁パター
ン２１〜２４のように複数に分割されることなく、チッ
プ搭載領域１９内に連続状に配置される。絶縁パターン
２５は、交差する線形状に形成されると共に、チップ搭
載領域１９の対角線上に配置されている。そのため、チ
ップ搭載領域１９における絶縁パターン２５の形成面積
を減らし、絶縁フィルム１６の反りを更に低減すること
ができる許りでなく、半導体チップ１３がバランス良く
支持し、半導体チップ１３と導体パターン２０との短絡
を確実に防止することが可能になる。
【００２４】図６は、チップ搭載領域の全域に絶縁層を
形成した絶縁フィルムの反り量と、チップ搭載領域に本
発明の絶縁パターンを形成した絶縁フィルムの反り量を
測定した結果を示す図である。この図に示されるよう
に、この測定においては、幅４８ｍｍの絶縁フィルム１
６を用い、そのチップ搭載領域１９の全域に絶縁層を形
成した絶縁フィルム１６の反り量と、チップ搭載領域１
９に図４に示す絶縁パターン２１を形成した絶縁フィル
ム１６の反り量と、チップ搭載領域１９に図５の（Ｃ）
に示す絶縁パターン２４を形成した絶縁フィルム１６の
反り量とを測定した。反り量は、絶縁フィルム１６の幅
方向一端部を平面に固定した状態における幅方向他端部
の平面からの垂直距離とし、各１０枚の絶縁フィルム１
６において反り量を計測した。チップ搭載領域１９の全
域に絶縁層を形成した絶縁フィルム１６の反り量は、最
小が１０．１ｍｍ、最大が１０．５ｍｍ、１０枚の平均
が１０．３ｍｍであり、標準偏差は０．１５８１１であ
った。また、チップ搭載領域１９に絶縁パターン２１を
形成した絶縁フィルム１６の反り量は、最小が３．７ｍ
ｍ、最大が５．４ｍｍ、１０枚の平均が４．４ｍｍであ
り、標準偏差は０．７３１４４であった。さらに、チッ
プ搭載領域１９に絶縁パターン２４を形成した絶縁フィ
ルム１６の反り量は、最小が５．３ｍｍ、最大が６．３
ｍｍ、１０枚の平均が５．８２ｍｍであり、標準偏差は
０．４２０７１であった。その結果、チップ搭載領域１
９に本発明の絶縁パターン２１、２４を形成した絶縁フ
ィルム１６の反りが、チップ搭載領域１９の全域に絶縁
層を形成した絶縁フィルム１６に比べて低減されること
が確認された。
【００２５】次に、本発明の絶縁フィルム１６を用いた
半導体装置１０の製造工程を説明する。図７は、半導体
装置の製造工程を示す図である。この図に示されるよう
に、最初の工程（Ａ）においては、絶縁フィルム１６を
用意する。この絶縁フィルム１６は、そのチップ搭載領
域１９に絶縁パターン２１〜２５が形成されたものであ
り、前述のように反りが低減されている。従って、治具
による絶縁フィルム１６の搬送や位置決めが確実に行わ
れる。次の工程（Ｂ）においては、絶縁フィルム１６の
チップ搭載領域１９に接着材１２を塗布し、半導体チッ
プ１３をフェイスアップ状態で搭載する。このとき、絶
縁フィルム１６のチップ搭載領域１９においては、前述
のように反りが低減されると共に、絶縁パターン２１〜
２５が半導体チップ１３をバランス良く支持するため、
半導体チップ１３の下面が導体パターン２０に接触する
ことなく、絶縁フィルム１６と平行な姿勢でチップ搭載
領域１９に接着される。次の工程（Ｃ）においては、半
導体チップ１３の電極部と、導体パターン２０のワイヤ
接続用電極部２０ａとの間をワイヤボンディング（導体
ワイヤ２６）によって電気的に接続する。次の工程
（Ｄ）においては、絶縁フィルム１６上にモールド樹脂
１４を供給し、半導体チップ１３を樹脂封止する。この
とき、絶縁フィルム１６は、前述のように反りが低減さ
れているため、治具によって確実に位置決めされる。次
の工程（Ｅ）においては、絶縁フィルム１６の裏面側に
バンプ電極１５を形成する。バンプ電極１５は、ＬＧＡ
またはＢＧＡ構造のものであり、形成されたバンプ電極
１５は、絶縁フィルム１６のビアホール１７を介して導
体パターン２０のバンプ接続用電極部２０ｂに電気的に
接続される。次の工程（Ｆ）においては、ダイシングブ
レード２７を用いて、絶縁フィルム１６及びモールド樹
脂１４をダイシングし、個々の半導体装置１０に分離す
る。ダイシングは、図のようにダイシングテープ２８上
にモールド樹脂１４側を下にして絶縁フィルム１６を固
定し、前述した基板領域１８の境界線に沿って行う。以
上の工程により多数の半導体装置１０が同時に製造され
る。
【００２６】以上、本発明の一実施形態を図面に沿って
説明したが、本発明は前記実施形態において示された事
項に限定されず、特許請求の範囲及び発明の詳細な説明
の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者がその変
更・応用を行うことができる範囲が含まれる。
【００２７】
【発明の効果】以上の如く本発明によれば、半導体チッ
プと導体パターンとの間に介在するように基板の表面に
絶縁パターンを形成するものでありながら、絶縁パター
ンの硬化収縮等に起因する基板の反りを低減し、その結
果、半導体装置の製造工程において、基板の反りを原因
とするトラブルの発生を防止できる許りでなく、製造さ
れた半導体装置において、基板の反りを原因とするパッ
ケージクラックやチップクラックの発生を防止すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る絶縁フィルム（基
板）を用いて製造された半導体装置を示す断面図であ
る。
【図２】絶縁フィルム（基板）を示す平面図である。
【図３】絶縁パターンを省略した絶縁フィルム（基板）
の平面図である。
【図４】絶縁パターンを示す絶縁フィルム（基板）の平
面図である。
【図５】絶縁パターンの他例を示す図である。
【図６】チップ搭載領域の全域に絶縁層を形成した絶縁
フィルムの反り量と、チップ搭載領域に本発明の絶縁パ
ターンを形成した絶縁フィルムの反り量を測定した結果
を示す図である。
【図７】半導体装置の製造工程を示す図である。
【図８】従来例を示す絶縁フィルム（基板）の平面図で
ある。
【符号の説明】
１０ 半導体装置 １１ 基板 １２ 接着材 １３ 半導体チップ １４ モールド樹脂 １５ バンプ電極 １６ 絶縁フィルム １８ 基板領域 １９ チップ搭載領域 ２０ 導体パターン ２１〜２５ 絶縁パターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 邦男 大分県速見郡日出町大字川崎字高尾4260 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 内 (72)発明者 村田 堅昇 大分県速見郡日出町大字川崎字高尾4260 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 その主面に半導体チップ搭載領域を有す
    る絶縁基板と、 前記絶縁基板の主面に形成され、搭載される半導体チッ
    プの電極パッドに電気的に接続される接続部を含む複数
    の導体パターンと、 前記半導体チップ搭載領域に部分的に形成され、搭載さ
    れる半導体チップと前記導体パターンとの間に介在する
    ための絶縁パターンと、 を有する半導体チップ搭載基板。
  2. 【請求項２】 前記複数の導体パターンの接続部が前記
    半導体チップ搭載領域の外周に沿って配置されている請
    求項１に記載の半導体チップ搭載基板。
  3. 【請求項３】 前記絶縁パターンが３以上に分割されて
    いる請求項１又は２に記載の半導体チップ搭載基板。
  4. 【請求項４】 前記絶縁パターンが搭載される半導体チ
    ップの重心位置を囲むように配置されている請求項３に
    記載の半導体チップ搭載基板。
  5. 【請求項５】 前記絶縁パターンが前記半導体チップ搭
    載領域の隅部に配置されている請求項３又は４に記載の
    半導体チップ搭載基板。
  6. 【請求項６】 前記絶縁パターンが所定間隔をおいて配
    置される複数のドット状パターンである請求項１又は２
    に記載の半導体チップ搭載基板。
  7. 【請求項７】 前記絶縁パターンがスリット状の切り欠
    き部により複数に分割されている請求項１又は２に記載
    の半導体チップ搭載基板。
  8. 【請求項８】 前記スリット状の切り欠き部が前記半導
    体チップ搭載領域の対角線上に配置されている請求項１
    又は２に記載の半導体チップ搭載基板。
  9. 【請求項９】 前記絶縁パターンが線状に配置されてい
    る請求項１又は２に記載の半導体チップ搭載基板。
  10. 【請求項１０】 前記線状の絶縁パターンが前記半導体
    チップ搭載領域において交差状に配置されている請求項
    ９に記載の半導体チップ搭載基板。
  11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０の何れかに記載の半
    導体チップ搭載基板と、 前記半導体チップ搭載基板の半導体チップ搭載領域に接
    着剤を介して搭載された半導体チップと、 前記半導体チップの電極パッドと前記半導体チップ搭載
    基板の接続部とを電気的に接続する接続部材と、 を有する半導体装置。
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