JP2004128418A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Tosaku Nishiyama
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin three-dimensional semiconductor device by mounting a plurality of thin semiconductor devices on a flexible board, which has high speed performance, high frequency, and excellent function, and by bending the board while controlling electric interference. <P>SOLUTION: The semiconductor device comprises a bent package which has two or more semiconductors (102, 103) mounted on the flexible board. The bent parts of places (109, 110) without the electronic components of the flexible board (101) mounted, are laminated and arranged at least between a pair of semiconductor elements (102, 103). A metallization layer (104) covering at least one of the semiconductor elements (102, 103) facing is formed in the place laminated and arranged between the semiconductors (102, 103) of the flexible board (101). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子が高密度に回路基板に実装された半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯機器への小型薄型化の要望は強まる一方であり、また携帯電話に代表されるように、同じサイズにより多くの機能を盛り込むことで機器の差別化が図られているのが実情である。この要求を満たすために、さまざまな技術開発がなされ、半導体素子の実装形態としても、３次元的に半導体を積層配置し、半導体の占める実装面積を低減させる取り組みが数多くなされている。
【０００３】
このような３次元半導体装置として、図１９に示すような形態のものが提案されている。図１９に示したのは、フレキシブル基板上に半導体素子を複数ベアチップ実装し、実装後に折りたたむことで、半導体の積層実装を実現した例である。フレキシブル基板１１０１上に半導体素子１１０２、１１０３がベアチップ実装されている。実装方式については、ワイヤーボンディング、ＡＣＦ（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　ｆｉｌｍ）、ＮＣＦ（ｎｏｎ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　ｆｉｌｍ）、半田等さまざまな方式があるが、実装体の小型化の点でＡＣＦ、ＮＣＦ、半田等を用いてフェースダウンでベアチップ実装することが多い。この実装の際、ベアチップの実装強度を補強し、実装信頼性を確保する目的で半導体素子とフレキシブル基板の間には、封止樹脂１１０４が設けられる。この実装体は半導体素子が重なり合うように折り曲げられて実装体を構成しており、実装体の外部には外部接続端子１１０５が設けられている。この外部接続端子には半田ボール１１０６が搭載され、この半田ボールを介してメイン基板と電気的に接続される。このように、半導体素子が実装されたフレキシブル基板を折り曲げることで、半導体素子の実装面積を低減できる。
【０００４】
このような従来の３次元半導体装置は、多数半導体素子を実装した提案もある（例えば、特許文献１参照）。また、半導体素子間をつなぐ配線領域を確保するために、広いフレキシブル基板を用い、内側に折り曲げた提案もある。（例えば特許文献２参照）
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１６８２７２号公報、第７頁、第１図
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−９２３１号公報、第６頁、第１図
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年のさらなる機器の高速、高周波、高密度化に従って、半導体装置は、より小型薄型で、高速、高周波信号を処理できることが求められている。つまり、メモリー以外の端子数の多いロジック半導体が積層実装でき、高速、高周波の信号を伝達できる配線を有し、厚みの薄い半導体装置を実現することが課題である。
【０００８】
このような要求を満たすために、半導体素子の薄型化についても技術開発がなされており、５０μｍ以下で半導体素子を扱うことが可能となっている。しかし、従来技術では半導体素子が薄くなった場合に半導体素子のアクティブ面同士が近接することとなり、互いに干渉し半導体素子の動作を確保することができず、高周波、高速半導体では薄さと機能を両立することが困難であった。
【０００９】
また、フレキシブル基板が折り曲げられ実装体を構成することから、近接した空間に半導体素子間の配線が高密度に配置されることとなり、半導体の動作確保のために、配線間、配線と半導体素子の電気的な干渉を抑制する必要がある。
【００１０】
また、端子数の多いロジック半導体を上記方法にて高密度に実装するためには、フレキシブル基板には配線収容性の高い多層配線基板が必要となり、薄型実装体を実現する、曲率半径の小さな曲げに耐えうる、高密度な多層フレキシブル基板が求められることとなる。
【００１１】
本発明は、上記した課題を解決し、フレキシブル基板上に高速、高周波、高機能の薄型半導体素子を複数実装し、電気的干渉を抑制しつつ、実装体を折り曲げることで薄型３次元半導体装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１番目の半導体装置は、フレキシブル基板上に２つ以上の半導体素子が実装された実装体を折り曲げてなる半導体装置であって、少なくとも一組の対向する前記半導体素子間に、前記フレキシブル基板の電子部品が実装されていない個所の一部が折り曲げられて積層配置されており、前記フレキシブル基板の前記半導体素子間に積層配置される個所には、対向する前記半導体素子の少なくとも一方を覆う金属層が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明にかかる半導体装置は、近接する薄型半導体素子間に、フレキシブル基板上に形成された金属層により構成される電気的シールド層を配置するために、薄型半導体のアクティブ面が近接した場合でも電気的な干渉を引き起こすことがない。また、この電気的シールド層をフレキシブル基板上に、フレキシブル基板の配線パターンとして形成し、組立工程で半導体素子間に折り曲げるので、生産性に優れた製造方法かつ低コストで電気的シールド層を形成することができる。
【００１４】
上記した半導体装置において、前記フレキシブル基板の前記半導体素子間に積層配置される個所には、少なくとも一方の半導体素子を覆うように凹部が形成されていることがより好ましい。このように、半導体素子間に電気的シールド層として配置されるフレキシブル基板個所に、あらかじめ半導体素子を覆うような凹部を形成することで、相互の電気的な干渉を抑制しつつ、近接する半導体素子間隔をより狭いものとすることができる。この結果として、より薄い半導体装置を実現することができる。
【００１５】
上記した半導体装置において、前記フレキシブル基板の前記半導体素子間に積層配置される個所は、フレキシブル基板に電気的に接続する金属層によって形成されることが好ましい。このように半導体素子間に積層配置される個所を金属層のみとすることで、電気的シールド層を容易に半導体装置端面部に広範囲で露出させることができる。露出した電気的シールド層は、半導体装置のメイン基板実装時にメイン基板のグランド部分と広範囲で接続することができ、半導体素子間の安定した電気的シールドを実現することができる。
【００１６】
上記した半導体装置において、前記フレキシブル基板の前記半導体素子間に積層配置される個所に形成された金属層は、前記半導体装置外部に設けられた放熱装置に接続されていることが好ましい。前記金属層は、フレキシブル基板上の配線により構成されているため、前記金属層につながる配線を自由に引き回し、基板のサーマルビア等を通じて外部の放熱板、放熱フィン等の放熱装置に接続することで、容易に放熱経路を確保することができる。その結果として、高速半導体素子の実装には不可欠な放熱設計を簡便に行うことができる。
【００１７】
本発明の第２番目の半導体装置は、フレキシブル基板上に２つ以上の半導体素子が実装された実装体を折り曲げてなる半導体装置であって、前記フレキシブル基板の電子部品が実装されていない個所の一部が折り曲げられて、前記フレキシブル基板上の前記半導体素子間を接続する配線上に積層されており、前記フレキシブル基板の配線上に積層される個所は、前記配線を覆う金属層を含み、前記金属層は電気的にグランドに接続されていることを特徴とする。
【００１８】
このようにフレキシブル基板上の配線を金属層で覆うことで、半導体素子と配線が近接した場合の電気的干渉を抑制することができると共に、半導体素子間をつなぐフレキシブル基板の表層配線を、グランドプレーンで挟み込んだストリップライン構造とすることが可能になる。このような方法でフレキシブル基板の表層配線をストリップラインとした場合は、ストリップライン形成のためのグランド層をフレキシブル基板に新たに設ける必要がなく、その結果としてフレキシブル基板の配線層を増やすことなく、コスト上昇を抑制することができる。
【００１９】
上記した半導体装置において、前記フレキシブル基板の配線上に積層される個所は、前記フレキシブル基板を構成する絶縁樹脂を加熱することにより配線上に積層接着されていることが好ましい。このように、フレキシブル配線基板の絶縁樹脂のみを用いて、フレキシブル基板表層にストリップラインを構成することで、誘電率等の電気的特性、絶縁層厚みが安定した信号線を形成することができる。その結果として、回路設計シミュレーション精度が向上し、設計時間を短縮することができる。
【００２０】
上記した半導体装置において、前記フレキシブル基板の配線上に積層される個所が、前記半導体装置の折り曲げ個所に相当することが好ましい。このようにフレキシブル基板が積層された個所については、結果として信号線が樹脂に埋め込まれることとなり、曲率半径の小さな曲げに対して、断線、剥離等を抑制することができる。また、折り曲げ部配線が半導体素子に近接し、放射される電磁波が半導体素子等の回路部品に影響を与えることを抑制することができる。
【００２１】
本発明の第３番目の半導体装置は、フレキシブル基板上に２つ以上の半導体素子が実装された実装体を折り曲げてなる半導体装置であって、前記フレキシブル基板の対向する配線層の層間電気的接続部分が、少なくとも導電性粒子と有機樹脂を含む複合材料によって形成されていることを特徴とする。このようにフレキシブル配線基板の層間電気的接続を、導電性粒子と有機樹脂を含む複合材料に変えることで、より曲げに対して電気的接続信頼性に優れたフレキシブル基板を提供することができる。従来のめっき等によるリジッドな電気的接続を、曲率半径の小さな基板の曲げ部に設けた場合には、めっきのクラックが発生し電気的接続の信頼性を損なう結果となっていた。つまり、めっき接続部に曲げによる応力が発生しないように設計上配慮する必要があった。しかしながら、上記電気的接続の場合には、接続部に変位が生じた際に導電粒子同士の接触位置がずれたとしても、電気的な接続は保たれ、曲げに強い電気的接続を実現できる。
【００２２】
上記した半導体装置において、前記フレキシブル基板が３層以上の配線層を有する多層基板であって、すべての層間の電気的接続部分が対向する配線層間に設けられた、少なくとも導電性粒子と有機樹脂を含む複合材料によって形成されていることが好ましい。半導体素子の端子数が増加し、配線引出しのためにフレキシブル基板として多層構造を用いた場合、めっき接続部の曲げに対する耐クラック性がより低下することとなる。多層基板の接続部として導電性粒子と有機樹脂を含む複合材料を用いた場合には、接続部が多層にわたった際でも、良好な接続信頼性を維持することができる。その結果として、配線収容性に優れた、多層フレキシブル基板を用いて、多端子半導体を実装した半導体装置を実現することが可能となる。
【００２３】
上記した半導体装置において、前記フレキシブル基板の少なくとも一方の表面層に形成された配線の側面の一部が、前記フレキシブル基板を構成する絶縁樹脂層に覆われていることが好ましい。このように、配線の側面が絶縁樹脂層に覆われていることで、曲げが生じた際に配線と絶縁樹脂層の界面にクラックが発生しにくくなり、その結果として断線や剥離が生じることを抑制することができる。
【００２４】
上記した半導体装置において、前記フレキシブル基板の配線が引張強度４００Ｎ／ｍｍ２以上の銅箔表面に凹凸を設けた銅箔より形成されていることがより好ましい。このような配線材料を用いることで、曲率半径が小さな曲げに対して銅箔の断線を抑制できると共に、絶縁樹脂との密着性をアンカー効果で高め、フレキシブル基板内層での銅箔と絶縁樹脂、絶縁樹脂と絶縁樹脂の間のデラミネーションを抑制することができる。
【００２５】
上記した半導体装置は、前記フレキシブル基板の半導体素子が実装された裏面部分に、外部接続端子が設けられていることが好ましい。このように外部接続端子を半導体素子の裏面部分に設けることで、半導体素子とほぼ同一寸法の半導体装置を形成することができる。
【００２６】
上記した半導体装置を構成する前記フレキシブル基板は、表裏面に半導体素子が実装されていない個所を有し、前記個所に外部接続端子が設けられていることが好ましい。このように、半導体素子が実装されていない部分に外部接続端子を設けることで、半導体装置をメイン基板に実装した際に生じる、実装ストレスが半導体素子に直接伝わらないようにすることができる。つまり、本発明にかかる半導体装置では、フレキシブル基板を用いているために、基板が面方向に変形し易い材料となっている。メイン基板と半導体素子の熱膨張係数の違いによる応力をフレキシブル基板部分が変形することで緩和している。その結果として、実装信頼性に優れた半導体装置を提供することができる。
【００２７】
上記した半導体装置は、前記フレキシブル基板に設けられた外部接続端子部分が、前記半導体素子実装領域側に折り曲げられて、固定されていることが好ましい。このような構成によって、本発明にかかる半導体装置とメイン基板の熱膨張係数の差による実装ストレスを外部接続端子部分が変形することで緩和することができる。
【００２８】
上記した半導体装置は、前記半導体素子の積層部分の接着が、半導体素子の重なり合う面積以下の接着面積にてなされることがより好ましい。半導体素子間の接着面積を小さくすることで、リフロー実装の際に発生する半導体装置内部からの水蒸気の移動経路を確保することができると共に、半導体装置内部を樹脂でリジッドに固めないことで、熱膨張係数の異なる各構成材料が、他材料に拘束されず変形し易い状態を実現することができる。その結果として、半導体装置内部での応力集中を抑制し、実装信頼性に優れた半導体装置を提供できる。
【００２９】
上記した半導体装置の前記フレキシブル基板には、周辺回路素子が実装されていることがより好ましい。このように周辺回路素子もフレキシブル基板上に実装し、折り曲げることで、高速、高周波、高機能半導体よりなる３次元機能モジュールを薄型で提供することが可能となる。
【００３０】
本発明の第１番目の半導体装置の製造方法は、フレキシブル基板を支持体に貼り付ける貼付工程と、半導体素子をフレキシブル基板に実装する実装工程と、前記実装体を折り曲げて積層固定する組立工程と、組立工程の後に前記支持体を除去する支持体除去工程とを含む。この製造方法によれば、薄いフレキシブル基板上への半導体素子の実装組立を、剛性のある支持体が付いたまま行うことができハンドリング性に優れる。その結果として、生産性に優れた方法で本発明の半導体装置を提供することができる。
【００３１】
本発明の第２番目の半導体装置の製造方法は、支持体上にフレキシブル基板を形成するフレキシブル基板形成工程と、半導体素子をフレキシブル基板に実装する実装工程と、前記実装体を折り曲げて積層固定する組立工程と、組立工程の後に前記支持体を除去する支持体除去工程とを含む。このように、支持体上にフレキシブル基板を形成した後に連続して、半導体素子の実装、組立を行うことで、フレキシブル基板製造時に除去し廃棄する支持体を、組立時にも利用することができ、結果として、間接材料を効率よく使った製造方法が実現できる。
【００３２】
上記した半導体装置の製造方法は、前記実装体の折り曲げ個所に位置する支持体部が除去されているか、その厚みが薄くなるように加工されていることが好ましい。薄型の半導体装置を実現するために、半導体素子が５０μｍ以下となり、フレキシブル基板もそれに伴って５０μｍ以下となった場合には、半導体実装部と曲げ部の剛性差が小さくなり、その結果として組立工程の際に、曲げによる半導体素子の破損、半導体素子の電気的接続部分へのダメージが発生する。そこで、本発明にかかる製造方法のように、支持体によって実装体全体の剛性を確保し半導体素子を保護しつつ、折り曲げ部のみ支持体の厚みを薄くすることで、半導体素子にダメージを与えることなく、半導体装置の組立を行うことができるのである。
【００３３】
上記した半導体装置の製造方法の前記組立工程において、実装体の一部を支持体が設けられたまま折り曲げ積層し、積層後に前記折り曲げ部の支持体を除去する工程を含むことがより好ましい。このような製造方法によって、半導体装置の組立の際に、複数回折り曲げを行う場合でも、薄型半導体、フレキシブル基板の折り曲げ部等を、簡便に扱うことができる。
【００３４】
上記した半導体装置の製造方法の前記組立工程において、フレキシブル基板に設けられた、曲げしろ距離を、折り曲げられるフレキシブル基板の位置に従って異なったものとすることがより好ましい。このように必要な曲げしろを、曲げ部分によってあらかじめ異なったものとすることで、曲げの際に生じる曲率半径を制御することができ、曲げの際に生じる、不要な空間の発生を抑制すると共に、局所的な応力が半導体素子、フレキシブル基板に与えるダメージを抑制できる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（実施の形態１）
本発明の一実施形態について、図を用いて説明する。
【００３７】
図１（ａ）〜（ｃ）及び図２（ａ）〜（ｃ）に本発明の実施形態１における半導体装置の主要組立工程図と組立後の断面図を示した。図１（ａ）に示すように、フレキシブル基板１０１上に半導体素子１０２、１０３がベアチップ実装されている。この半導体素子は、半導体装置の総厚みを薄くするために、裏面側が研磨されている。半導体素子の厚みは５０μｍ以下まで研磨可能であり、半導体素子を薄くすることで、半導体アクティブ面と半導体素子裏面の距離はより近接する。
【００３８】
従来例で既に述べたように、半導体素子のベアチップ実装は、ワイヤーボンディング、ＡＣＦ、ＮＣＦ、半田等さまざまな方式があるが、実装体の小型化の点でＡＣＦ、ＮＣＦ、半田等を用いてフェースダウンでベアチップ実装することが多い。この実装の際、ベアチップの実装強度を補強し、実装信頼性を確保する目的で半導体素子とフレキシブル基板の間には、封止樹脂が設けられる。図１では封止樹脂については、記載を省略してある。
【００３９】
半導体素子１０２と半導体素子１０３は配線１０５で接続されている。ここでは、簡略化して半導体素子１０２と半導体素子１０３を直線的な配線１０５で接続しているが、半導体の端子数が増え、半導体素子の端子配置が周辺に配置されるペリフェラルではなく、半導体素子裏面に格子状にエリアで形成された場合は、配線１０５の引き回しはフレキシブル基板１０１の多層にわたることなり、配線配置も複雑なものとなる。
【００４０】
フレキシブル基板１０１には金属層１０４が形成されている。この金属層１０４はフレキシブル基板の配線材料によって形成されており、図１（ａ）ではフレキシブル基板１０１の表面に露出した状態を示している。ここでは、金属層１０４をフレキシブル基板１０１の表層に設けているが、内層であっても、裏面であっても構わない。また、この金属層１０４は電気回路的に接地されていることが好ましく、フレキシブル基板の配線を介して、メイン基板のグランドラインに接続される。
【００４１】
次にフレキシブル基板の金属層１０４が設けられた部分が折り曲げられると、図１（ｂ）に示す状態になる。ここで、金属層１０４は半導体素子１０３を覆うように折り曲げられる。折り曲げた際の半導体素子１０３と金属層１０４の接着については、接着剤が用いられ、あらかじめ半導体素子１０３の上に接着剤シートを貼り付けるのが、生産性に優れた方法である。また、この接着剤としてはエポキシ、ポリイミド、アクリル等の材料よりなる熱硬化性の樹脂が好ましく、耐熱性に優れる材料が用いられる。
【００４２】
次に半導体素子１０２が実装された部分が折り曲げられると、図１（ｃ）に示す状態が得られる。ここで、半導体素子１０２とフレキシブル基板１０６の接着についても先ほどの接着剤が用いられる。接着剤として熱硬化性の材料を用いる場合に、折り曲げ接着の際に接着剤を完全に硬化させず、組立の際にはタック性が確保できる程度の仮接着を行うのが生産性に優れた方法である。図１（ｃ）に示す状態まで組立た後に、接着剤を完全硬化させることによって、接着強度を確保するのである。この際に、加熱と同時に厚み方向に圧力を加えるとより、強固な接着が得られる。
【００４３】
組立後の図１（ｃ）のＩ−Ｉ断面を示したのが図２（ａ）であり、ＩＩ−ＩＩ断面を示したのが図２（ｂ）である。半導体素子１０２と半導体素子１０３の間に金属層１０４を有するフレキシブル基板が積層配置されている。この金属層を有するフレキシブル基板は接着剤１０６によって半導体素子間に固定されており、これが、半導体素子１０２と半導体素子１０３の電気的な干渉を抑制する電気的シールド層の役割を果たす。フレキシブル基板１０１の下側には外部接続端子１０７を形成する。
【００４４】
次に図２（ｃ）に示すように、外部接続端子１０７の外側に半田ボールを形成する。
【００４５】
本発明の半導体装置の製造方法について工程断面図を用いてさらに詳しく示したのが、図３（ａ）〜（ｆ）及び図４（ａ）〜（ｂ）である。図３（ａ）に示したのはフレキシブル基板６０１であり、半導体素子間の電気的シールド層となる金属層６０２が形成されている。この金属層６０２は図に示されるように、フレキシブル基板６０１の配線層として形成されている。
【００４６】
次に、フレキシブル基板６０１の裏面に支持体６０３を貼り付けると図３（ｂ）に示し状態が得られる。支持体６０３としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン−２，６−ナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、アラミド等の樹脂フィルムを用いることができる。厚みとしては、樹脂材料のヤング率にも依存するが５０μｍから１００μｍ程度が適切である。接着剤としては、機械的剥離が容易な微粘着接着剤や、紫外線剥離タイプの接着剤を用いるのが、剥離工程での作業性を考慮するとより好ましい。この接着剤に対して、後の半導体実装工程での熱履歴に耐えうる材料物性を付与させるために、高Ｔｇの樹脂を添加しても構わない。
【００４７】
次にフレキシブル基板６０１の折り曲げしろに相当する部分に設けられた支持体６０３を除去すると図３（ｃ）に示す状態になる。支持体の部分除去はレーザー加工、ダイシング加工、ルーター加工等の機械加工によってハーフカットし、部分的に機械剥離するのが簡便な方法である。
【００４８】
次いで、図３（ｄ）に示すように、半導体素子６０４、６０５をフェースダウンでベアチップ実装する。半導体素子とフレキシブル基板の間には、電気的接続部の強度保護と実装信頼性を確保する目的でアンダーフィル樹脂６０６が設けられるのが一般的である。
【００４９】
次に、金属層６０２が形成された部分のフレキシブル基板を折り曲げ、金属層６０２と半導体素子６０５を積層接着すると図３（ｅ）に示す状態となる。このとき金属層６０２に相当する個所と半導体素子実装部分を支持体６０３が補強した状態となっている。
【００５０】
薄型の半導体装置を実現するために、半導体素子が５０μｍ以下となり、フレキシブル基板もそれに伴って５０μｍ以下となった場合には、半導体実装部と曲げ部の剛性差が小さくなり、結果として組立工程の際に、曲げによる半導体素子の破損、半導体素子の電気的接続部分へのダメージが発生する。しかし、本発明にかかる製造方法のように、支持体によって実装体全体の剛性を確保し半導体素子を保護しつつ、折り曲げ部のみ支持体の厚みを薄くすることで、半導体素子にダメージを与えることなく、半導体装置の組立を行うことができるのである。
【００５１】
次に、金属層６０２を補強していた支持体部６０７を除去すると図３（ｆ）に示す状態となる。この支持体部の除去としては、機械的に剥離するのが簡便な方法であるが、紫外線剥離タイプの接着剤に紫外線を照射し、機械的に剥離しても構わない。
【００５２】
次に半導体素子６０４が実装された部分を金属層６０２側に折り曲げ、積層接着すると図４（ａ）に示した状態となる。この曲げの際に、前工程と同様に支持体６０３が半導体素子とフレキシブル基板の接続部を保護する役割を果たすのである。
【００５３】
最後に、表裏面の支持体を除去すると図４（ｂ）に示す半導体装置が形成される。この図４（ｂ）は図２（ａ）で示した部分の断面にほぼ相当している。
【００５４】
なお、図２（ｂ）−（ｃ）、図４（ｂ）に示したように積層した際の半導体装置内部は樹脂で封止しない方がより好ましい。さらに、半導体素子の重なり合う面積以下の面積にて接着されることがより好ましい。半導体素子の重なり合う部分については、同じ熱膨張係数の材料が重なり合うので、接着剤を用いて強固に固定しても半導体素子にダメージを与えるような応力が発生することはない。
【００５５】
また、吸湿によって半導体装置内部に蓄積される水分は材料の界面に存在しやすい。このように半導体装置内部を完全に樹脂で封止せずに、かつ半導体素子間の接着面積を小さくすることで、リフロー実装の際に発生する半導体装置内部からの水蒸気の移動経路を確保することができる。また、半導体装置内部を樹脂でリジッドに固めないことで、熱膨張係数の異なる各構成材料が、他材料に拘束されず変形し易い状態を実現できる。その結果として、半導体装置内部での応力集中を抑制し、実装信頼性の高い半導体装置を形成した。
【００５６】
次に、外部接続端子１０７に半田ボール１０８を搭載すると図２（ｃ）に示す半導体装置が形成される。このように外部接続端子を半導体素子の裏面部分に設けることで、半導体素子とほぼ同一寸法の半導体装置を形成することができる。
【００５７】
このように、電気的シールド層をフレキシブル基板上に、フレキシブル基板の配線パターンとして形成し、組立工程で半導体素子間に折り曲げるので、生産性に優れた製造方法で低コストに、電気的シールド層を形成することができる。
【００５８】
また、外部接続端子を図５（ａ）に示すように設けることもできる。外部接続端子１００１はフレキシブル基板１００２の両面に半導体素子が実装されていない領域に形成されている。また、この外部接続端子が形成されたフレキシブル基板部は、折り曲げられ半導体素子１００３、１００４と重なり合う位置に接着剤１００５によって積層接着されている。この接着剤１００５は半導体装置がメイン基板に実装された際の応力緩和層として機能する。つまり、フレキシブル基板にくらべてヤング率が小さい材料によって構成されており、半田ボール１００６が実装によって面方向に変位を受けた際にも、接着剤１００５が内部変形し応力を緩和し、メイン基板との半田ボール接続部、半導体装置内の半導体素子実装部に応力集中するのを抑制している。
【００５９】
また、外部接続端子を図５（ｂ）に示すように設けることもできる。外部接続端子１００８は半導体素子１００９が実装部の裏面を避けて設けられている。この外部接続端子には半田ボール１００７が搭載される。このように、半導体素子が実装されていない部分に外部接続端子を設けることで、半導体装置をメイン基板に実装した際に生じる、実装ストレスが半導体素子に直接伝わらないようにすることができる。つまり、本発明にかかる半導体装置では、フレキシブル基板を用いているために、基板が面方向に変形し易い材料となっている。メイン基板と半導体素子の熱膨張係数の違いによる応力をフレキシブル基板部分が変形することで緩和している。その結果として、実装信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【００６０】
尚、図１（ａ）に示すように、曲げしろ距離１０９と曲げしろ距離１１０は長さが異なったものとなっている。ここで、曲げしろ距離とは、フレキシブル基板が曲率半径を持って曲げられる部分を示すことにする。曲げしろ距離１１０は半導体素子１０３の厚み以上を確保する必要があり、また、曲げしろ距離１０９は半導体素子１０３、フレキシブル基板１０６、半導体素子１０２の厚み合計以上を確保する必要がある。曲げしろ距離が十分に確保されない場合には、曲げ開始部分においてフレキシブル基板が局所的に折れ曲がり、曲げの曲率半径が小さくなりすぎる個所が発生する。この曲率半径が小さい個所では、フレキシブル基板のデラミや、配線の断線を引き起こしやすくなり、また場合によっては、半導体素子の実装端部に応力が集中することになる。つまり、このように必要な曲げしろ距離を、曲げ部分によってあらかじめ異なったものとすることで、曲げの際に生じる曲率半径を制御することができ、曲げの際に生じる、不要な空間の発生を抑制すると共に、局所的な応力が半導体素子、フレキシブル基板に与えるダメージを抑制できる。
【００６１】
尚、図１では曲げ部分を明確に区別できるように、曲げ部分においてフレキシブル基板端部にくびれ形状を施し、曲げしろ距離を示しているが、このくびれ形状はフレキシブル基板の形状を限定するものではない。
【００６２】
また、図１では半導体素子１０２、１０３、金属層１０４の配置を直線的なものとしている。このような配置では、フレキシブル基板製造時にパターン配置を密なものとすることができ、結果としてフレキシブル基板の取れ数を増やし、材料コストを減らすことができる利点がある。尚、半導体素子数が３素子以上になった際には、フレキシブル基板の取れ数が最大となるように、半導体素子、及び金属層の配置を適正化するのが好ましい。
【００６３】
次に、図６（ａ）〜（ｃ）及び図７（ａ）〜（ｃ）に示す半導体装置の主要組立工程と組立後の断面図を説明する。この構成によれば、本発明の半導体装置をさらに薄く実現することができる。尚、先に述べた実施の形態と重複する部分については、詳細な説明を省略する。
【００６４】
図６（ａ）に示すように、フレキシブル基板２０１には半導体素子２０２、２０３がフェースダウンでベアチップ実装されている。半導体素子２０２と半導体素子２０３は配線２０５で電気的に接続されている。配線２０５の引き回しについて、この形状に限定されないのは既に述べた例と同様である。
【００６５】
フレキシブル基板２０１には電気的シールド層となる金属層２０４が設けられている。この金属層は、フレキシブル基板上の配線を介して半導体装置外部のグランド端子と接続され、半導体素子間の電気的干渉を抑制する。この金属層２０４が設けられたフレキシブル基板部のＶ−Ｖ断面を示したのが図７（ａ）である。フレキシブル基板には金属層２０４が露出するように凹部が形成されている。つまり、この金属層２０４はその周辺でフレキシブル基板に固定されている。この凹部については、フレキシブル基板作成の際に、あらかじめ絶縁材料を打ち抜き加工し、その後に銅箔を貼り付け、パターニングすることで容易に形成できる。
【００６６】
次に金属層２０４が設けられたフレキシブル基板部を折り曲げ、金属層２０４と半導体素子２０３を接着すると、図６（ｂ）に示す状態が得られる。ここで、金属層２０４が露出するように設けられた凹部に半導体素子２０３が収容されるように、凹部の形状は半導体素子より大きく形成されている。また、この凹部は折り曲げの際の位置決めガイドとしても機能し、組立の際のフレキシブル基板折り曲げ部形状を、均一なものとすることができる。
【００６７】
次に、半導体素子２０２が実装された個所のフレキシブル基板部をさらに折り曲げ、金属層２０４と接着すると図６（ｃ）で示した状態が得られる。ここで、図６（ｃ）におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面を図７（ｂ）に、ＩＶ−ＩＶ断面を図７（ｃ）に示す。半導体素子２０３をフレキシブル基板に設けた凹部に収容しているため、半導体素子２０２と半導体素子２０３がより近接して積層され、結果としてより薄型の半導体装置を実現している。このような半導体装置構造によれば、薄型半導体素子がより近接して積層された場合でも、半導体素子間に金属層２０４による電気的シールド層があるために、半導体素子間での電気的干渉が抑制される。２０７は外部接続端子である。
【００６８】
また、図８（ａ）〜（ｃ）及び図９（ａ）〜（ｂ）に示す例のように本実施形態の半導体装置を構成することができる。尚、先に述べた実施の形態と重複する部分については、詳細な説明を省略する。
【００６９】
図８（ａ）に示すようにフレキシブル基板３０１上に半導体素子３０２、３０３がフェースダウンでベアチップ実装されており、これらの半導体素子は配線３０５で接続されている。金属層３０４はフレキシブル基板の配線材料により構成されており、フレキシブル基板３０１から配線材料である銅箔のみが引き出された形状となっている。
【００７０】
次に、この金属層３０４を折り曲げ、接着剤を用いて半導体素子３０３と接着し図８（ｂ）に示す状態を得、さらに、半導体素子３０２実装部を折り曲げ、積層接着することで図８（ｃ）に示した状態を得ることができる。この図８（ｃ）のＶＩ−ＶＩ断面を図９（ａ）であり、ＶＩＩ−ＶＩＩ断面を示したのが図９（ｂ）である。３０７は外部接続端子である。
【００７１】
この金属層３０４はフレキシブル基板３０１のグランドラインに接続されていても構わないし、図９（ａ）に示した、半導体装置端面に露出した金属層３０４から直接、半田等によってメイン基板のグランドラインに接続してよい。金属層３０４から直接、メイン基板のグランドラインに接続された場合には、十分な接続面積が確保されるので、安定したグランド電位を得ることができ、結果として確実な電気的シールドを実現することができる。
【００７２】
また、この金属層３０４は銅箔のみによって構成されており、熱伝導に優れている。この露出した金属層３０４をメイン基板のグランドラインに直接接続させると共に、基板のサーマルビア等を通じてメイン基板に設けられた放熱板、放熱フィン等の放熱装置に接続すれば、半導体素子３０２、３０３の放熱経路を容易に確保することができる。
【００７３】
（実施の形態２）
本発明の他の実施形態について、図を用いて説明する。尚、先に述べた実施の形態と重複する部分については、詳細な説明を省略する。
【００７４】
図１０（ａ）〜（ｃ）及び図１１に本実施形態にかかる半導体装置の主要組立工程と組立後の断面を示す。図１０（ａ）に示すように、フレキシブル基板４０１上に、半導体素子４０２、４０３がフェースダウンで実装されている。これらの半導体素子は配線４０５によって互いに接続されている。フレキシブル基板４０１には、フレキシブル基板の配線材料によって形成された金属層４０４が設けられ、フレキシブル基板のグランドラインに電気的に接続されている。この金属層４０４は、図１０（ａ）では表面に露出しておらずフレキシブル基板の裏面側に存在する。つまり、図１０（ａ）で示した金属層４０４形成部の表面に露出しているのは、フレキシブル基板の絶縁性基材である。図ではフレキシブル基板が２層の配線層を有する場合について示しているが、フレキシブル基板が多層の配線層を有する場合には、この金属層はフレキシブル基板の内層にあっても構わない。また、配線４０５が配置されるフレキシブル基板の裏面にも金属層４０６を設けておくと、金属層４０４部を折り曲げて積層接着したときにストリップラインが形成されることになり、より好ましい。半導体素子４０２、４０３を接続する配線４０５に高速、高周波の信号が流れる場合には、配線同士のクロストークを抑制するとともに、特性インピーダンスを均一にすることが回路設計上重要である。フレキシブル基板４０１が多層の配線層を有する場合に、この金属層４０６が内層にあっても構わないのは、金属層４０４の場合と同様である。
【００７５】
次に、金属層４０４が形成されたフレキシブル基板部を折り曲げ、半導体素子をつなぐ配線を覆うように積層接着すると図１０（ｂ）に示す状態が得られる。この接着については、接着剤としてフレキシブル基板の絶縁性基材を構成する樹脂材料を用いるのがより好ましい。絶縁性基材の材料としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等を主成分とする材料が一般的に用いられる。また、フレキシブル基板の絶縁樹脂が熱可塑性樹脂を含む場合には、接着剤を用いずに、フレキシブル基板表面の絶縁樹脂を再加熱し、粘着性を発生させることで接着を行うことができる。フレキシブル基板の絶縁樹脂が熱硬化性樹脂を含む場合でも、フレキシブル基板作成時に前記熱硬化性樹脂を完全に硬化させず、追加加熱で硬化する程度の状態にしておくと、熱可塑性樹脂の場合と同様に接着剤を用いずに接着することができる。
【００７６】
このように、フレキシブル配線基板の絶縁樹脂のみを用いて、フレキシブル基板表層にストリップラインを構成することで、誘電率等の電気的特性、絶縁層厚みが安定した信号線を形成できる。その結果として、回路設計シミュレーション精度が向上し、設計時間を短縮できる。
【００７７】
次に、図１０（ｂ）に示すように半導体素子４０２と半導体素子４０３が重なるようにフレキシブル基板４０１を折り曲げ、積層接着すると、図１０（ｃ）に示す状態が得られる。図１０（ｃ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面を示したのが図１１である。図１１に示すように、金属層４０４を有するフレキシブル基板部で配線４０５を覆った部分が、フレキシブル基板の曲げ部に相当している。４０７は外部接続端子である。
【００７８】
このようにフレキシブル基板が積層された個所については、配線が樹脂に埋め込まれることとなり、曲率半径の小さな曲げに対して、断線、剥離等を抑制できる。また、折り曲げ部配線が半導体素子に近接し、放射される電磁波が半導体素子等の回路部品に影響を与えることを抑制できる。
【００７９】
上記したように、フレキシブル基板上の配線を金属層で覆うことで、半導体素子と配線が近接した場合の電気的干渉を抑制することができると共に、半導体素子間をつなぐフレキシブル基板の表層配線を、グランドプレーンで挟み込んだストリップライン構造とすることが可能になる。このような方法でフレキシブル基板の表層配線をストリップラインとした場合は、ストリップライン形成のためのグランド層をフレキシブル基板に新たに設ける必要がなく、結果としてフレキシブル基板の配線層を増やすことなく、コスト上昇を抑制することができる。
【００８０】
また、図１２（ａ）〜（ｃ）及び図１３に示す例のように半導体装置を構成することができる。尚、先に述べた実施の形態と重複する部分については、詳細な説明を省略する。図１２（ａ）〜（ｃ）は本実施形態の半導体装置の主要組立工程を示す図であり、図１３は図１２（ｃ）のＩＸ−ＩＸ断面を示した図である。フレキシブル基板５０１上に周辺部品５０７が半導体素子５０２、５０３と合わせて実装されている。周辺部品としては、抵抗、コンデンサなどのチップ部品、水晶発振子、フィルター等が用いられる。また、金属層５０４が半導体素子５０２、５０３を覆う領域に形成されている。フレキシブル基板５０１上に無線回路を形成した場合などは、半導体素子同士をつなぐ配線のみならず、周辺部品を含めて電気的にシールドする必要がある。また、半導体素子の端子数が増えた場合には、半導体素子をつなぐ配線５０５はフレキシブル基板の全面に広がり、フレキシブル基板全面を電気的にシールドする必要がある。
【００８１】
また、図１２（ａ）では、折り曲げた際に半導体素子と重なるフレキシブル基板および金属層５０４には穴５０６が形成されており、図１２（ｂ）に示すように、金属層５０４を有するフレキシブル基板部を折り曲げた際に、半導体素子に重ならないよう配慮した例を示しているが、半導体素子５０２と半導体素子５０３の間の電気的干渉を合わせて抑制する場合には、この穴５０６を設ける必要はない。このように周辺回路素子もフレキシブル基板上に実装し、折り曲げることで、高速、高周波、高機能半導体よりなる３次元機能モジュールを薄型で提供することが可能となる。
【００８２】
（実施の形態３）
本発明の他の実施形態について、図面を用いて説明する。尚、先に述べた実施の形態と重複する部分については、詳細な説明を省略する。図１４は本実施形態にかかる半導体装置の断面図を示したものである。フレキシブル基板７０１の基板内部での層間電気接続は、導電粒子と有機樹脂を含む複合材料で構成される導電性ペーストによってなされている。この導電性ペーストを構成する導電粒子として、金、銀、銅、銀パラジウム、およびこれらの合金の一種以上からなることが好ましい。これらの導電性粒子は表面に接合を阻害する酸化等の変質層が少なく、信頼性の高い電気的接続を実現できる。また、有機樹脂としてフェノール、エポキシなどの熱硬化性樹脂を主成分として用い、樹脂に可とう性を持たせるため、ゴム成分等を添加しても構わない。
【００８３】
フレキシブル基板７０１上には半導体素子７０２、７０３がフェースダウンでベアチップ実装され、フレキシブル基板が折り曲げられ、積層接着されているのは、既に述べた例と同様である。
【００８４】
このフレキシブル基板７０１の層間電気接続は導電性ペーストによってなされているために、曲げに対する電気的接続信頼性が高い。従来のめっき等によるリジッドな電気的接続を、曲率半径の小さな基板の曲げ部に設けた場合には、めっきのクラックが発生し電気的接続の信頼性を損なう結果となっていた。つまり、めっき接続部に曲げによる応力が発生しないように設計上配慮する必要があった。しかしながら、上記電気的接続の場合には、接続部に変位が生じた際に導電粒子同士の接触位置がずれたとしても、電気的な接続は保たれ、曲げに強い電気的接続を実現できる。図１４に示すようにフレキシブル基板７０１の層間電気接続部をフレキシブル基板７０１の屈曲部７０４に設けることが可能となる。このように、従来のめっき接続のようなリジッドな接続では、形成できなかった個所に層間電気接続部を形成できるので、必然的にフレキシブル基板の配線設計自由度が高くなる。その結果、より端子数の多い半導体素子をより少ない配線層数のフレキシブル基板で電気接続することが可能となり、低コストで薄型の半導体装置を提供できる。
【００８５】
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。尚、先に述べた実施の形態と重複する部分については、詳細な説明を省略する。図１５（ａ）〜（ｈ）及び図１６（ａ）〜（ｂ）に本実施形態にかかる半導体装置の製造方法について、主要工程を断面図で示した。図１５（ａ）は、支持体８０１上にフレキシブル配線基板の表層配線となる配線８０２が形成されている状態を示す。この支持体８０１上の配線形成は、支持体８０１上全面に形成された配線材料をパターンエッチングして形成してもよいし、支持体８０１上にパターンめっきによって形成してもよい。配線材料としては、銅を用いるのが一般的である。配線８０２として微細なパターンを用いる場合はめっきによる配線形成の方が適している。
【００８６】
支持体８０１は配線８０２を保持する役割を持たせたもので、ハンドリングするのに十分な剛性があれば、材料は金属箔であっても樹脂フィルムであっても構わない。支持基材が金属箔の場合、薬液を選べば配線を侵さずに容易に除去が可能である。また、支持基材が樹脂フィルムの場合は配線転写後、機械的に剥離し除去することが可能である。
【００８７】
次に、図１５（ｂ）に示すように絶縁性基材８０３と配線材料８０４を積層する。この絶縁性基材８０３には貫通孔設けられており、貫通孔には導電性ペースト８０５が充填されている。この絶縁性基材として、エポキシ等の熱硬化性樹脂フィルム、フッ素系樹脂、ポリイミド樹脂、液晶ポリマー等の熱可塑性フィルム基材の両面に接着剤層が設けられた基材等が用いられ、フレキシブル基板としての屈曲性を有する。また、屈曲性を有する、ガラスや樹脂繊維に樹脂を含浸させた絶縁性基材を用いても構わない。
【００８８】
半導体装置の厚みを薄くするために、絶縁性基材としてもより薄いものが用いられ、３０μｍ以下の繊維と樹脂の複合基材や２５μｍ以下のフィルムと接着剤の複合基材を用いることができる。
【００８９】
次に図１５（ｃ）に示すように配線材料８０４を加熱加圧によって絶縁性基材８０３に接着する。この加熱加圧によって導電性ペーストが圧縮され電気的な接続が確保される。この配線材料８０４は銅箔等の金属箔を用いるのが一般的である。ここで、金属箔として、引張強度４００Ｎ／ｍｍ２以上の銅箔表面に凹凸を設けた銅箔より形成されていることが好ましい。銅箔として引張強度が大きく、耐屈曲性に優れた圧延銅箔を用い、銅箔表面に電解めっきによって銅の微細粒子を付着させ、凹凸形状を形成すると、絶縁性基材とのアンカー効果による密着と屈曲性を両立した銅箔が実現できる。このような配線材料を用いることで、曲率半径が小さな曲げに対して銅箔の断線を抑制できると共に、絶縁樹脂との密着性をアンカー効果で高め、フレキシブル基板内層での銅箔と絶縁樹脂、絶縁樹脂と絶縁樹脂の間のデラミネーションを抑制できる。
【００９０】
次に、この配線材料８０４をエッチングによってパターニングし、さらに、先ほどの工程と同様に、配線材料８０６と、所望の個所に導電性ペースト８０８が充填された貫通孔を有する絶縁性基材８０７を積層すると、図１５（ｄ）に示す状態となる。次いで、図１５（ｅ）に示すように、加熱加圧によって配線材料８０７と絶縁性基材８０７を接着し、表面の配線材料８０６をエッチングによってパターニングすると、図１５（ｆ）に示した状態となり、支持体８０１上に３層の配線層を有するフレキシブル基板８１１が形成された状態を示している。
【００９１】
次に、フレキシブル基板８１１上に半導体素子８０９、８１０をフェースダウンでベアチップ実装すると図１５（ｇ）の状態となる。この際、支持体８０１がフレキシブル基板８１１を支えているために、薄いフレキシブル基板上への半導体素子の実装作業性が損なわれることはない。
【００９２】
次に、図１５（ｈ）に示すように、フレキシブル基板８１１の折り曲げ部に相当する個所の支持体８０１を除去する。支持体として、樹脂材料を用いた場合には、図３で説明した例と同様に、ハーフカット後に機械的に剥離することが可能であり、また、支持体として金属を用いた場合には、支持体表面にエッチングマスクを形成し、支持体材料のみを薬液で溶解させるのがよい。支持体金属としてアルミニウムを用いた場には、希塩酸でアルミニウムを溶解除去すると、フレキシブル基板上の銅配線を侵食することはなく、酸性溶液で除去するため、フレキシブル基板を構成する絶縁樹脂材料を侵すこともない。
【００９３】
次に、図１６（ａ）に示すように、フレキシブル基板８１１を折り曲げ、半導体素子８０９と半導体素子８１０を積層接着し、最後に表面の支持体８０１を除去すると、図１６（ｂ）に示した半導体装置を形成できる。
【００９４】
以上のように、支持体上にフレキシブル基板を形成した後に連続して、半導体素子の実装、組立を行うことで、フレキシブル基板製造時に除去し廃棄する支持体を、組立時にも利用することができ、間接材料を効率よく使った製造方法が実現できる。
【００９５】
また、図１７（ａ）〜（ｈ）及び図１８（ａ）〜（ｂ）のような製造方法によっても、本発明の半導体装置を製造することができる。図１７に示した製造方法は、図１５で示した製造方法の表層配線を形成する工程が異なるものである。つまり図１７で示した製造方法は、図１５（ｄ）〜（ｆ）を図１７（ｄ）〜（ｆ）の工程に置き換えたものである。
【００９６】
以下、重複する部分の説明を省略し、図１７（ｄ）〜（ｆ）の工程について説明する。
【００９７】
図１７（ｄ）では、図１７（ｃ）で示した状態から配線材料９０４をエッチングによってパターニングし、さらに、図１７（ａ）で示した状態と同様に形成された配線９０１を有する支持体９０２と、所望の個所に導電性ペーストが充填された貫通孔を有する絶縁性基材９０３を積層する。
【００９８】
次に、加熱加圧によって配線９０１と絶縁性基材９０３を接着させると、図１７（ｅ）に示す状態となる。引き続き、片側の支持体９０２を除去すると、図１７（ｆ）に示した、支持体上にフレキシブル基板が積層された状態が得られる。
【００９９】
上記した製造方法の場合、支持体９０２上に形成された配線９０１は加熱加圧による接着工程の際に、絶縁性基材中に埋め込まれる。つまり、支持体９０２を除去したあと、配線９０１の側面が絶縁基材９０３に埋設した状態になるところが、図１５で述べた例と異なるところである。
【０１００】
このように、フレキシブル基板の表層配線の側面が絶縁樹脂層に覆われた構成を取ることで、フレキシブル基板を折り曲げた際に、配線と絶縁樹脂層の界面にクラックが発生しにくくなり、結果として断線や剥離が生じることを抑制し、フレキシブル基板の耐曲げ性を向上させることができる。
【０１０１】
このような配線構造をとることで、薄いフレキシブル基板を用いて、より小さい曲率半径でフレキシブル基板を曲げることが可能となり、薄型の半導体装置が提供できる。
【０１０２】
尚、本実施の形態では半導体素子が２つフレキシブル基板に実装される例を用いて説明したが、半導体素子の数はこれに限定されるものではなく、半導体素子が増えた際にも、同様に本発明の効果を得ることができる。
【０１０３】
【発明の効果】
以上のように本発明の半導体装置では、フレキシブル基板と一体となった金属層を電気的シールド層として、半導体素子の間に配置させることで、高速、高周波信号を扱う薄い半導体素子を近接して積層した場合でも電気的干渉を抑制し、回路動作を確保することができる。
【０１０４】
また、フレキシブル基板上の配線に対して、簡便な方法でストリップラインを形成しており、半導体装置内で高速、高周波信号を処理することができる。
【０１０５】
また、導電性ペーストによる層間接続構造を備えたフレキシブル基板を用いることで、曲率半径の小さな曲げを有する半導体装置を実現できるとともに、高密度に配線を収容することができるので多端子の半導体素子を収容することができる。つまり、本発明による半導体装置はフレキシブル基板上に高速、高周波、高機能の薄型半導体素子を複数実装し、電気的干渉を抑制しつつ、実装体を折り曲げることで薄型３次元半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態１にかかる半導体装置の組立工程を示す平面図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態１で得られた半導体装置の断面図。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施形態１にかかる半導体装置の別の組立工程を示す断面図。
【図４】（ａ）〜（ｂ）は同断面図。
【図５】（ａ）〜（ｂ）本発明の実施形態１で得られたさらに別の半導体装置の断面図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態１にかかる半導体装置のさらに別の組立工程を示す断面図。
【図７】（ａ）〜（ｂ）は同断面図。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態１にかかる半導体装置のさらに別の組立工程を示す断面図。
【図９】（ａ）〜（ｂ）は同断面図。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施形態２にかかる半導体装置の組立工程を示す平面図。
【図１１】同断面図。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態２にかかる半導体装置のさらに別の組立工程を示す断面図。
【図１３】同断面図。
【図１４】本発明の実施形態３にかかる半導体装置の構成を示す断面図。
【図１５】（ａ）〜（ｈ）は本発明の実施形態３にかかる半導体装置の製造工程を主要工程毎に示した断面図。
【図１６】（ａ）〜（ｂ）は同断面図。
【図１７】（ａ）〜（ｈ）は本発明の実施形態３にかかる半導体装置の別の製造工程を主要工程毎に示した断面図。
【図１８】（ａ）〜（ｂ）は同断面図。
【図１９】従来の半導体装置の構成を示す断面図。
【符号の説明】
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８１１，１００２，１１０１　　フレキシブル基板
１０２，１０３，２０２，２０３，３０２，３０３４０２，４０３，５０２，５０３６０４，６０５，７０２，７０３８０９，８１０，１００３，１００４，１００９，１１０２，１１０３　　半導体素子
１０４，２０４，３０４，４０４，４０６，５０４，６０２，　金属層
１０５，２０５，３０５，４０５，５０５，８０２，９０１，　配線
１０６，１００５，　　接着剤
１０７，２０７，３０７，４０７，１００１，１００８，１１０５　外部接続端子
１０８，１００６，１００７，１１０６　半田ボール
１０９　　曲げしろ距離
５０６　　穴
５０７　　周辺部品
６０６　　アンダーフィル樹脂
６０７，８０１，９０２　　支持体
７０４　　屈曲部
８０３，９０３　　絶縁性基材
８０４，９０４　　配線材料
８０５，８０８　　導電性ペースト
８０６　　配線材料
８０７　　絶縁性基材
１１０４　封止樹脂[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device in which semiconductor elements are mounted on a circuit board at high density and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the demand for smaller and thinner mobile devices has been increasing, and as represented by mobile phones, the fact is that device differentiation has been achieved by incorporating more functions in the same size. is there. In order to satisfy this requirement, various technological developments have been made, and many efforts have been made to reduce the mounting area occupied by semiconductors by three-dimensionally stacking semiconductors as mounting forms of semiconductor elements.
[0003]
As such a three-dimensional semiconductor device, a device as shown in FIG. 19 has been proposed. FIG. 19 shows an example in which stacked mounting of a semiconductor is realized by mounting a plurality of semiconductor elements on a flexible substrate and folding them after mounting. Semiconductor elements 1102 and 1103 are bare chip mounted on the flexible substrate 1101. There are various mounting methods such as wire bonding, ACF (anisotropic conductive film), NCF (non-conductive film), solder, etc., but in terms of miniaturization of the mounting body, ACF, NCF, solder, etc. In many cases, bare chip mounting is performed. In this mounting, a sealing resin 1104 is provided between the semiconductor element and the flexible substrate for the purpose of reinforcing the mounting strength of the bare chip and ensuring mounting reliability. This mounting body is bent so that semiconductor elements are overlapped to form a mounting body, and external connection terminals 1105 are provided outside the mounting body. Solder balls 1106 are mounted on the external connection terminals, and are electrically connected to the main board via the solder balls. In this manner, the mounting area of the semiconductor element can be reduced by bending the flexible substrate on which the semiconductor element is mounted.
[0004]
Such a conventional three-dimensional semiconductor device has a proposal in which a large number of semiconductor elements are mounted (for example, see Patent Document 1). In addition, there is also a proposal that uses a wide flexible substrate and bends inward to secure a wiring region that connects the semiconductor elements. (For example, see Patent Document 2)
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-168272 A, page 7, FIG.
[0006]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-9231, page 6, FIG.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, with the recent increase in the speed, high frequency, and high density of devices, semiconductor devices are required to be smaller and thinner and to process high speed, high frequency signals. In other words, it is a problem to realize a semiconductor device having a thin thickness and capable of stacking logic semiconductors having a large number of terminals other than a memory and having wiring capable of transmitting high-speed and high-frequency signals.
[0008]
In order to satisfy such a demand, technological development has also been made for thinning the semiconductor element, and it is possible to handle the semiconductor element at 50 μm or less. However, in the conventional technology, when the semiconductor element is thinned, the active surfaces of the semiconductor elements are close to each other, and the operation of the semiconductor element cannot be ensured by interfering with each other. It was difficult to do.
[0009]
In addition, since the flexible substrate is bent to form the mounting body, the wiring between the semiconductor elements is arranged at a high density in a close space. In order to ensure the operation of the semiconductor, between the wiring, between the wiring and the semiconductor element. It is necessary to suppress electrical interference.
[0010]
In addition, in order to mount logic semiconductors with a large number of terminals at a high density by the above method, a flexible printed circuit board requires a multilayer wiring board with high wiring capacity, and realizes a thin mounting body with a small bending radius. Therefore, a high-density multilayer flexible substrate that can withstand the above is required.
[0011]
The present invention solves the above-described problems, mounts a plurality of high-speed, high-frequency, and high-function thin semiconductor elements on a flexible substrate, and suppresses electrical interference while bending the mounting body, thereby providing a thin three-dimensional semiconductor device. The purpose is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first semiconductor device of the present invention is a semiconductor device formed by bending a mounting body in which two or more semiconductor elements are mounted on a flexible substrate, and includes at least one set of semiconductor devices. Between the semiconductor elements facing each other, a part of the portion where the electronic component of the flexible substrate is not mounted is folded and disposed, and the portion disposed and stacked between the semiconductor elements of the flexible substrate includes: A metal layer covering at least one of the semiconductor elements facing each other is formed.
[0013]
In the semiconductor device according to the present invention, an electrical shield layer composed of a metal layer formed on a flexible substrate is disposed between adjacent thin semiconductor elements, so that even when the active surface of the thin semiconductor is close, the electric device is electrically connected. Does not cause general interference. In addition, since the electrical shield layer is formed on the flexible substrate as a wiring pattern of the flexible substrate and bent between the semiconductor elements in the assembly process, the electrical shield layer is formed at a low cost with a manufacturing method excellent in productivity. be able to.
[0014]
In the above-described semiconductor device, it is more preferable that a concave portion is formed so as to cover at least one of the semiconductor elements at a location where the flexible substrate is stacked between the semiconductor elements. As described above, by forming a concave portion that covers the semiconductor element in advance in a flexible substrate portion arranged as an electrical shield layer between the semiconductor elements, the adjacent semiconductor elements are suppressed while suppressing mutual electrical interference. The interval can be made narrower. As a result, a thinner semiconductor device can be realized.
[0015]
In the semiconductor device described above, the portion of the flexible substrate that is stacked between the semiconductor elements is preferably formed by a metal layer that is electrically connected to the flexible substrate. In this way, by using only the metal layer as the place where the semiconductor elements are stacked, the electrical shield layer can be easily exposed over a wide range on the end face of the semiconductor device. The exposed electrical shield layer can be connected over a wide range to the ground portion of the main substrate when the main substrate of the semiconductor device is mounted, and a stable electrical shield between the semiconductor elements can be realized.
[0016]
In the semiconductor device described above, it is preferable that a metal layer formed at a location where the flexible substrate is stacked between the semiconductor elements is connected to a heat dissipation device provided outside the semiconductor device. Since the metal layer is composed of wiring on the flexible substrate, the wiring connected to the metal layer is freely routed and connected to a heat dissipation device such as an external heat dissipation plate or heat dissipation fin through a thermal via of the substrate. The heat dissipation path can be easily secured. As a result, it is possible to easily perform a heat radiation design that is indispensable for mounting high-speed semiconductor elements.
[0017]
A second semiconductor device of the present invention is a semiconductor device formed by bending a mounting body in which two or more semiconductor elements are mounted on a flexible substrate, wherein the electronic component of the flexible substrate is not mounted. A portion is bent and laminated on the wiring connecting the semiconductor elements on the flexible substrate, and the portion laminated on the wiring of the flexible substrate includes a metal layer covering the wiring, The metal layer is electrically connected to the ground.
[0018]
By covering the wiring on the flexible substrate with the metal layer in this way, it is possible to suppress electrical interference when the semiconductor element and the wiring are close to each other, and the surface layer wiring of the flexible substrate that connects the semiconductor elements is connected to the ground plane. It becomes possible to have a stripline structure sandwiched between. When the surface layer wiring of the flexible substrate is made into a strip line by such a method, it is not necessary to newly provide a ground layer for forming the strip line on the flexible substrate, and as a result, without increasing the wiring layer of the flexible substrate, An increase in cost can be suppressed.
[0019]
In the semiconductor device described above, it is preferable that the portion laminated on the wiring of the flexible substrate is laminated and adhered on the wiring by heating the insulating resin constituting the flexible substrate. As described above, by using only the insulating resin of the flexible wiring board and forming the strip line on the surface of the flexible board, a signal line having stable electrical characteristics such as dielectric constant and thickness of the insulating layer can be formed. As a result, circuit design simulation accuracy can be improved and design time can be shortened.
[0020]
In the semiconductor device described above, it is preferable that the portion laminated on the wiring of the flexible substrate corresponds to a bent portion of the semiconductor device. As a result, the signal line is embedded in the resin at the portion where the flexible substrate is laminated as described above, and disconnection, peeling, and the like can be suppressed against bending with a small curvature radius. Further, it is possible to suppress the bent portion wiring from being close to the semiconductor element and the radiated electromagnetic wave from affecting the circuit components such as the semiconductor element.
[0021]
A third semiconductor device of the present invention is a semiconductor device formed by bending a mounting body in which two or more semiconductor elements are mounted on a flexible substrate, and an interlayer electrical connection between wiring layers facing the flexible substrate. The portion is formed of a composite material containing at least conductive particles and an organic resin. Thus, by changing the interlayer electrical connection of the flexible wiring board to a composite material containing conductive particles and an organic resin, it is possible to provide a flexible board with more excellent electrical connection reliability against bending. When a rigid electrical connection by conventional plating or the like is provided at a bent portion of a substrate having a small curvature radius, plating cracks are generated, resulting in a loss of electrical connection reliability. In other words, it is necessary to consider the design so that stress due to bending does not occur in the plating connection portion. However, in the case of the above-described electrical connection, even when the contact position of the conductive particles is displaced when the connection portion is displaced, the electrical connection is maintained, and an electrical connection resistant to bending can be realized.
[0022]
In the semiconductor device described above, the flexible substrate is a multilayer substrate having three or more wiring layers, and at least conductive particles and an organic resin are provided between the wiring layers facing each other, with the electrical connection portions between all the layers facing each other. It is preferable that it is formed with the composite material containing. When the number of terminals of the semiconductor element increases and a multilayer structure is used as a flexible substrate for drawing out the wiring, the crack resistance against bending of the plated connection portion is further lowered. When a composite material containing conductive particles and an organic resin is used as the connection portion of the multilayer substrate, good connection reliability can be maintained even when the connection portion extends in multiple layers. As a result, it is possible to realize a semiconductor device in which a multi-terminal semiconductor is mounted using a multilayer flexible substrate having excellent wiring accommodation.
[0023]
In the semiconductor device described above, it is preferable that a part of the side surface of the wiring formed on at least one surface layer of the flexible substrate is covered with an insulating resin layer that constitutes the flexible substrate. As described above, since the side surface of the wiring is covered with the insulating resin layer, when the bending occurs, the interface between the wiring and the insulating resin layer is less likely to be cracked, and as a result, disconnection or peeling occurs. Can be suppressed.
[0024]
In the above semiconductor device, the wiring of the flexible substrate has a tensile strength of 400 N / mm. 2 It is more preferable that the copper foil is formed of a copper foil having irregularities on the surface. By using such a wiring material, it is possible to suppress disconnection of the copper foil against bending with a small curvature radius, and to enhance the adhesion with the insulating resin by an anchor effect, the copper foil and the insulating resin in the flexible substrate inner layer, Delamination between the insulating resin and the insulating resin can be suppressed.
[0025]
In the semiconductor device described above, it is preferable that an external connection terminal is provided on a back surface portion on which the semiconductor element of the flexible substrate is mounted. Thus, by providing the external connection terminal on the back surface portion of the semiconductor element, a semiconductor device having substantially the same dimensions as the semiconductor element can be formed.
[0026]
It is preferable that the flexible substrate constituting the above-described semiconductor device has a portion where a semiconductor element is not mounted on the front and back surfaces, and an external connection terminal is provided at the location. As described above, by providing the external connection terminal in the portion where the semiconductor element is not mounted, it is possible to prevent the mounting stress generated when the semiconductor device is mounted on the main substrate from being directly transmitted to the semiconductor element. That is, in the semiconductor device according to the present invention, since the flexible substrate is used, the substrate is easily deformed in the surface direction. The stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the main substrate and the semiconductor element is alleviated by the deformation of the flexible substrate portion. As a result, a semiconductor device having excellent mounting reliability can be provided.
[0027]
In the semiconductor device described above, it is preferable that an external connection terminal portion provided on the flexible substrate is fixed by being bent toward the semiconductor element mounting region. With such a configuration, the mounting stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor device according to the present invention and the main substrate can be reduced by the deformation of the external connection terminal portion.
[0028]
In the semiconductor device described above, it is more preferable that adhesion of the stacked portions of the semiconductor elements is performed with an adhesion area equal to or less than an overlapping area of the semiconductor elements. By reducing the bonding area between the semiconductor elements, it is possible to secure a movement path of water vapor from the inside of the semiconductor device that occurs during reflow mounting, and by not solidifying the inside of the semiconductor device with resin, Each constituent material having a different expansion coefficient can be easily deformed without being restricted by other materials. As a result, it is possible to provide a semiconductor device that suppresses stress concentration inside the semiconductor device and has excellent mounting reliability.
[0029]
More preferably, peripheral circuit elements are mounted on the flexible substrate of the semiconductor device described above. As described above, by mounting and bending the peripheral circuit element on the flexible substrate, it is possible to provide a thin three-dimensional functional module made of high-speed, high-frequency, and high-performance semiconductor.
[0030]
A first manufacturing method of a semiconductor device of the present invention includes an attaching step of attaching a flexible substrate to a support, a mounting step of mounting a semiconductor element on a flexible substrate, and an assembly step of folding and fixing the mounting body. And a support removing step of removing the support after the assembly step. According to this manufacturing method, mounting and assembling of the semiconductor element on the thin flexible substrate can be performed with the rigid support attached, and the handling property is excellent. As a result, the semiconductor device of the present invention can be provided by a method with excellent productivity.
[0031]
According to a second method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a flexible substrate forming step of forming a flexible substrate on a support, a mounting step of mounting a semiconductor element on the flexible substrate, and folding and fixing the mounting body. An assembly step and a support removing step of removing the support after the assembly step. Thus, after forming the flexible substrate on the support, by continuously mounting and assembling the semiconductor element, the support that is removed and discarded at the time of manufacturing the flexible substrate can be used at the time of assembly, As a result, a manufacturing method using the indirect material efficiently can be realized.
[0032]
In the semiconductor device manufacturing method described above, it is preferable that the support portion located at the bent portion of the mounting body is removed or processed so that the thickness thereof is reduced. In order to realize a thin semiconductor device, when the semiconductor element becomes 50 μm or less and the flexible substrate also becomes 50 μm or less, the difference in rigidity between the semiconductor mounting portion and the bending portion becomes small, resulting in an assembly process. At this time, the semiconductor element is damaged due to bending, and the electrical connection portion of the semiconductor element is damaged. Therefore, as in the manufacturing method according to the present invention, the semiconductor element is damaged by reducing the thickness of the support only at the bent portion while securing the rigidity of the entire mounting body by the support and protecting the semiconductor element. As a result, the semiconductor device can be assembled.
[0033]
More preferably, the assembling step of the semiconductor device manufacturing method includes a step of folding and laminating a part of the mounting body with the support provided, and removing the support of the bent portion after the lamination. With such a manufacturing method, a thin semiconductor, a bent portion of a flexible substrate, and the like can be easily handled even when multiple bending is performed when assembling a semiconductor device.
[0034]
In the assembly step of the semiconductor device manufacturing method described above, it is more preferable that the bending distance provided on the flexible substrate differs according to the position of the flexible substrate to be bent. In this way, by making the necessary bending margin different depending on the bending portion, it is possible to control the radius of curvature that occurs during bending, and suppress the generation of unnecessary space that occurs during bending. In addition, it is possible to suppress damage caused by local stress on the semiconductor element and the flexible substrate.
[0035]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0036]
(Embodiment 1)
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0037]
FIGS. 1A to 1C and FIGS. 2A to 2C show a main assembly process diagram and a sectional view after assembly of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1A, semiconductor elements 102 and 103 are bare-chip mounted on a flexible substrate 101. This semiconductor element has its back side polished to reduce the total thickness of the semiconductor device. The thickness of the semiconductor element can be polished up to 50 μm or less, and by reducing the thickness of the semiconductor element, the distance between the semiconductor active surface and the back surface of the semiconductor element becomes closer.
[0038]
As already described in the conventional example, there are various methods such as wire bonding, ACF, NCF, solder and the like for bare chip mounting of a semiconductor element. In many cases, bare chip mounting is performed. In this mounting, a sealing resin is provided between the semiconductor element and the flexible substrate for the purpose of reinforcing the mounting strength of the bare chip and ensuring mounting reliability. In FIG. 1, the description of the sealing resin is omitted.
[0039]
The semiconductor element 102 and the semiconductor element 103 are connected by a wiring 105. Here, the semiconductor element 102 and the semiconductor element 103 are simply connected by the straight wiring 105, but the number of semiconductor terminals is increased, and the semiconductor element is not a peripheral arranged around the semiconductor element. In the case where the back surface is formed in an area in a grid pattern, the wiring 105 extends over multiple layers of the flexible substrate 101, and the wiring arrangement becomes complicated.
[0040]
A metal layer 104 is formed on the flexible substrate 101. The metal layer 104 is formed of a wiring material of a flexible substrate. FIG. 1A shows a state where the metal layer 104 is exposed on the surface of the flexible substrate 101. Although the metal layer 104 is provided on the surface layer of the flexible substrate 101 here, it may be an inner layer or a back surface. The metal layer 104 is preferably grounded in terms of an electric circuit, and is connected to the ground line of the main board via the wiring of the flexible board.
[0041]
Next, when the portion provided with the metal layer 104 of the flexible substrate is bent, the state shown in FIG. Here, the metal layer 104 is bent so as to cover the semiconductor element 103. For bonding the semiconductor element 103 and the metal layer 104 when bent, an adhesive is used, and an adhesive sheet is pasted on the semiconductor element 103 in advance is a method with excellent productivity. The adhesive is preferably a thermosetting resin made of a material such as epoxy, polyimide, or acrylic, and a material having excellent heat resistance is used.
[0042]
Next, when the portion on which the semiconductor element 102 is mounted is bent, the state shown in FIG. Here, the adhesive described above is also used for bonding the semiconductor element 102 and the flexible substrate 106. When a thermosetting material is used as the adhesive, the adhesive is not completely cured at the time of bending bonding, and it is excellent in productivity to perform temporary bonding that can secure tackiness at the time of assembly. Is the method. After assembling to the state shown in FIG. 1 (c), the adhesive strength is secured by completely curing the adhesive. At this time, stronger adhesion can be obtained by applying pressure in the thickness direction simultaneously with heating.
[0043]
FIG. 2 (a) shows the II cross section of FIG. 1 (c) after assembly, and FIG. 2 (b) shows the II-II cross section. A flexible substrate having a metal layer 104 is stacked between the semiconductor element 102 and the semiconductor element 103. The flexible substrate having this metal layer is fixed between the semiconductor elements by an adhesive 106, and this serves as an electrical shield layer for suppressing electrical interference between the semiconductor element 102 and the semiconductor element 103. External connection terminals 107 are formed on the lower side of the flexible substrate 101.
[0044]
Next, as shown in FIG. 2C, solder balls are formed outside the external connection terminals 107.
[0045]
FIGS. 3A to 3F and FIGS. 4A to 4B show the semiconductor device manufacturing method of the present invention in more detail using process cross-sectional views. FIG. 3A shows a flexible substrate 601 on which a metal layer 602 serving as an electrical shield layer between semiconductor elements is formed. The metal layer 602 is formed as a wiring layer of the flexible substrate 601 as shown in the figure.
[0046]
Next, when the support 603 is attached to the back surface of the flexible substrate 601, the state shown in FIG. As the support 603, a resin film such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene-2,6-naphthalate (PEN), polyimide, or aramid can be used. The thickness is appropriately about 50 μm to 100 μm although it depends on the Young's modulus of the resin material. As the adhesive, it is more preferable to use a slightly tacky adhesive that can be easily mechanically peeled off or an ultraviolet peeling type adhesive in view of workability in the peeling process. A high Tg resin may be added to the adhesive in order to impart material properties that can withstand the thermal history in the subsequent semiconductor mounting process.
[0047]
Next, when the support body 603 provided in the portion corresponding to the bending margin of the flexible substrate 601 is removed, the state shown in FIG. For the partial removal of the support, a simple method is to half-cut by mechanical processing such as laser processing, dicing processing, and router processing, and partially mechanically peel off.
[0048]
Next, as shown in FIG. 3D, the semiconductor elements 604 and 605 are bare-chip mounted face down. In general, an underfill resin 606 is provided between the semiconductor element and the flexible substrate in order to protect the strength of the electrical connection portion and ensure mounting reliability.
[0049]
Next, when the portion of the flexible substrate on which the metal layer 602 is formed is bent and the metal layer 602 and the semiconductor element 605 are laminated and bonded, the state shown in FIG. At this time, the portion corresponding to the metal layer 602 and the semiconductor element mounting portion are reinforced by the support 603.
[0050]
In order to realize a thin semiconductor device, when the semiconductor element is 50 μm or less and the flexible substrate is also 50 μm or less, the difference in rigidity between the semiconductor mounting portion and the bending portion is reduced, resulting in the assembly process. At this time, the semiconductor element is damaged by bending, and the electrical connection portion of the semiconductor element is damaged. However, as in the manufacturing method according to the present invention, the semiconductor element is damaged by reducing the thickness of the support only at the bent portion while securing the rigidity of the entire mounting body by the support and protecting the semiconductor element. As a result, the semiconductor device can be assembled.
[0051]
Next, when the support body portion 607 that has reinforced the metal layer 602 is removed, the state shown in FIG. As for the removal of the support portion, it is a simple method to mechanically peel off, but the ultraviolet peeling type adhesive may be irradiated with ultraviolet rays and mechanically peeled off.
[0052]
Next, when the portion where the semiconductor element 604 is mounted is bent to the metal layer 602 side and laminated and bonded, the state shown in FIG. In this bending, the support body 603 plays a role of protecting the connection portion between the semiconductor element and the flexible substrate as in the previous step.
[0053]
Finally, when the front and back supports are removed, the semiconductor device shown in FIG. 4B is formed. FIG. 4B substantially corresponds to the cross section of the portion shown in FIG.
[0054]
It is more preferable that the inside of the semiconductor device when stacked as shown in FIGS. 2B to 2C and FIG. 4B is not sealed with resin. Furthermore, it is more preferable that the bonding is performed with an area that is equal to or smaller than the overlapping area of the semiconductor elements. In the overlapping portions of the semiconductor elements, the materials having the same thermal expansion coefficient are overlapped. Therefore, even if the semiconductor elements are firmly fixed using an adhesive, no stress that damages the semiconductor elements is generated.
[0055]
Further, moisture accumulated in the semiconductor device due to moisture absorption tends to exist at the interface of the material. In this way, the interior of the semiconductor device is not completely sealed with resin, and the adhesion area between the semiconductor elements is reduced, so that a movement path of water vapor from the inside of the semiconductor device generated during reflow mounting can be secured. it can. Further, since the inside of the semiconductor device is not rigidly fixed with resin, it is possible to realize a state in which each constituent material having a different thermal expansion coefficient is easily deformed without being restricted by other materials. As a result, the concentration of stress inside the semiconductor device was suppressed, and a semiconductor device with high mounting reliability was formed.
[0056]
Next, when the solder balls 108 are mounted on the external connection terminals 107, the semiconductor device shown in FIG. 2C is formed. Thus, by providing the external connection terminal on the back surface portion of the semiconductor element, a semiconductor device having substantially the same dimensions as the semiconductor element can be formed.
[0057]
In this way, the electrical shield layer is formed on the flexible substrate as a wiring pattern of the flexible substrate, and is bent between the semiconductor elements in the assembly process. Therefore, the electrical shield layer can be formed at a low cost by a manufacturing method with excellent productivity. Can be formed.
[0058]
Also, external connection terminals can be provided as shown in FIG. The external connection terminal 1001 is formed in a region where no semiconductor element is mounted on both surfaces of the flexible substrate 1002. In addition, the flexible substrate portion on which the external connection terminals are formed is laminated and bonded with an adhesive 1005 at a position where the flexible substrate portion is folded and overlapped with the semiconductor elements 1003 and 1004. The adhesive 1005 functions as a stress relaxation layer when the semiconductor device is mounted on the main substrate. That is, it is made of a material having a Young's modulus smaller than that of the flexible substrate. Even when the solder ball 1006 is displaced in the surface direction by mounting, the adhesive 1005 is internally deformed to relieve the stress, It is possible to suppress stress concentration on the solder ball connecting portion and the semiconductor element mounting portion in the semiconductor device.
[0059]
In addition, external connection terminals can be provided as shown in FIG. The external connection terminal 1008 is provided with the semiconductor element 1009 avoiding the back surface of the mounting portion. Solder balls 1007 are mounted on the external connection terminals. As described above, by providing the external connection terminal in the portion where the semiconductor element is not mounted, it is possible to prevent the mounting stress generated when the semiconductor device is mounted on the main substrate from being directly transmitted to the semiconductor element. That is, in the semiconductor device according to the present invention, since the flexible substrate is used, the substrate is easily deformed in the surface direction. The stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the main substrate and the semiconductor element is alleviated by the deformation of the flexible substrate portion. As a result, a semiconductor device with high mounting reliability can be provided.
[0060]
As shown in FIG. 1A, the bending distance 109 and the bending distance 110 are different in length. Here, the bend margin distance indicates a portion where the flexible substrate is bent with a curvature radius. The bend margin distance 110 needs to ensure the thickness of the semiconductor element 103 or more, and the bend margin distance 109 needs to ensure the total thickness of the semiconductor element 103, the flexible substrate 106, and the semiconductor element 102 or more. When a sufficient bending distance is not secured, the flexible substrate is locally bent at the bending start portion, and a portion where the bending radius of curvature becomes too small is generated. Where the radius of curvature is small, delamination of the flexible substrate or disconnection of the wiring is likely to occur, and in some cases, stress is concentrated on the mounting end of the semiconductor element. In other words, by making the required bending allowance different depending on the bending portion in advance, the radius of curvature generated during bending can be controlled, and unnecessary space generated during bending can be generated. While suppressing, the damage which a local stress gives to a semiconductor element and a flexible substrate can be suppressed.
[0061]
In FIG. 1, a constricted shape is given to the end of the flexible substrate at the bent portion so that the bent portion can be clearly distinguished, and the bending distance is shown, but this constricted shape is not intended to limit the shape of the flexible substrate. Absent.
[0062]
In FIG. 1, the arrangement of the semiconductor elements 102 and 103 and the metal layer 104 is linear. Such an arrangement has an advantage that the pattern arrangement can be made dense at the time of manufacturing the flexible substrate, and as a result, the number of flexible substrates can be increased and the material cost can be reduced. In addition, when the number of semiconductor elements becomes three or more, it is preferable to optimize the arrangement of the semiconductor elements and the metal layer so that the number of flexible substrates that can be taken is maximized.
[0063]
Next, a main assembly process of the semiconductor device shown in FIGS. 6A to 6C and FIGS. 7A to 7C and a cross-sectional view after the assembly will be described. According to this configuration, the semiconductor device of the present invention can be further thinned. Detailed description of the same parts as those in the above-described embodiment will be omitted.
[0064]
As shown in FIG. 6A, semiconductor elements 202 and 203 are bare-chip mounted on the flexible substrate 201 face down. The semiconductor element 202 and the semiconductor element 203 are electrically connected by a wiring 205. The routing of the wiring 205 is not limited to this shape, as in the example already described.
[0065]
The flexible substrate 201 is provided with a metal layer 204 serving as an electrical shield layer. This metal layer is connected to a ground terminal outside the semiconductor device via wiring on the flexible substrate, and suppresses electrical interference between semiconductor elements. FIG. 7A shows a VV cross section of the flexible substrate portion provided with the metal layer 204. A recess is formed in the flexible substrate so that the metal layer 204 is exposed. That is, the metal layer 204 is fixed to the flexible substrate at the periphery thereof. This concave portion can be easily formed by punching an insulating material in advance when forming a flexible substrate, and then attaching and patterning a copper foil.
[0066]
Next, when the flexible substrate portion provided with the metal layer 204 is bent and the metal layer 204 and the semiconductor element 203 are bonded, the state shown in FIG. 6B is obtained. Here, the shape of the recess is formed larger than that of the semiconductor element so that the semiconductor element 203 is accommodated in the recess provided so that the metal layer 204 is exposed. Moreover, this recessed part functions also as a positioning guide at the time of bending, and can make the flexible substrate bending part shape at the time of an assembly uniform.
[0067]
Next, when the flexible substrate portion where the semiconductor element 202 is mounted is further bent and bonded to the metal layer 204, the state shown in FIG. 6C is obtained. Here, the III-III cross section in FIG. 6C is shown in FIG. 7B, and the IV-IV cross section is shown in FIG. 7C. Since the semiconductor element 203 is accommodated in the recess provided in the flexible substrate, the semiconductor element 202 and the semiconductor element 203 are stacked closer to each other, and as a result, a thinner semiconductor device is realized. According to such a semiconductor device structure, even when thin semiconductor elements are stacked closer to each other, there is an electrical shield layer formed by the metal layer 204 between the semiconductor elements, so that there is no electrical interference between the semiconductor elements. It is suppressed. Reference numeral 207 denotes an external connection terminal.
[0068]
Further, the semiconductor device of the present embodiment can be configured as in the examples shown in FIGS. 8A to 8C and FIGS. 9A to 9B. Detailed description of the same parts as those in the above-described embodiment will be omitted.
[0069]
As shown in FIG. 8A, semiconductor elements 302 and 303 are bare-chip mounted face-down on a flexible substrate 301, and these semiconductor elements are connected by wiring 305. The metal layer 304 is made of a wiring material of a flexible substrate, and has a shape in which only a copper foil that is a wiring material is drawn from the flexible substrate 301.
[0070]
Next, the metal layer 304 is bent and bonded to the semiconductor element 303 using an adhesive to obtain the state shown in FIG. 8B. Further, the mounting portion of the semiconductor element 302 is bent and laminated and bonded to FIG. The state shown in c) can be obtained. FIG. 9 (a) shows the VI-VI cross section of FIG. 8 (c), and FIG. 9 (b) shows the VII-VII cross section. Reference numeral 307 denotes an external connection terminal.
[0071]
The metal layer 304 may be connected to the ground line of the flexible substrate 301. The metal layer 304 may be directly connected to the ground line of the main substrate by soldering or the like from the metal layer 304 exposed on the end face of the semiconductor device shown in FIG. May be connected. When connected directly from the metal layer 304 to the ground line of the main board, a sufficient connection area is ensured, so that a stable ground potential can be obtained, and as a result, a reliable electrical shield can be realized. Can do.
[0072]
Moreover, this metal layer 304 is comprised only by the copper foil, and is excellent in heat conduction. If the exposed metal layer 304 is directly connected to the ground line of the main board and connected to a heat radiating device such as a heat radiating plate or a heat radiating fin provided on the main board through a thermal via of the board, the semiconductor elements 302 and 303 A heat dissipation path can be easily secured.
[0073]
(Embodiment 2)
Another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Detailed description of the same parts as those in the above-described embodiment will be omitted.
[0074]
10A to 10C and FIG. 11 show a main assembly process of the semiconductor device according to the present embodiment and a cross section after the assembly. As shown in FIG. 10A, semiconductor elements 402 and 403 are mounted face-down on a flexible substrate 401. These semiconductor elements are connected to each other by a wiring 405. The flexible substrate 401 is provided with a metal layer 404 formed of a wiring material of the flexible substrate, and is electrically connected to the ground line of the flexible substrate. The metal layer 404 is not exposed on the surface in FIG. 10A and exists on the back surface side of the flexible substrate. That is, it is the insulating base material of the flexible substrate that is exposed on the surface of the metal layer 404 forming portion shown in FIG. In the figure, the flexible substrate has two wiring layers. However, when the flexible substrate has multiple wiring layers, the metal layer may be in the inner layer of the flexible substrate. In addition, it is more preferable to provide a metal layer 406 on the back surface of the flexible substrate on which the wiring 405 is disposed, because a strip line is formed when the metal layer 404 part is bent and laminated and bonded. When a high-speed, high-frequency signal flows through the wiring 405 connecting the semiconductor elements 402 and 403, it is important in circuit design to suppress crosstalk between the wirings and make the characteristic impedance uniform. When the flexible substrate 401 has a multilayer wiring layer, the metal layer 406 may be an inner layer as in the case of the metal layer 404.
[0075]
Next, when the flexible substrate portion on which the metal layer 404 is formed is bent and laminated and bonded so as to cover the wiring connecting the semiconductor elements, the state shown in FIG. 10B is obtained. About this adhesion | attachment, it is more preferable to use the resin material which comprises the insulating base material of a flexible substrate as an adhesive agent. As a material for the insulating substrate, a material mainly composed of an epoxy resin, a polyimide resin or the like is generally used. In addition, when the insulating resin of the flexible substrate includes a thermoplastic resin, the insulating resin on the surface of the flexible substrate can be reheated without using an adhesive to generate adhesiveness. Even when the insulating resin of the flexible substrate contains a thermosetting resin, if the thermosetting resin is not completely cured at the time of forming the flexible substrate and is kept in a state of being cured by additional heating, the case of the thermoplastic resin Similarly, bonding can be performed without using an adhesive.
[0076]
In this way, by forming a strip line on the surface of the flexible substrate using only the insulating resin of the flexible wiring substrate, a signal line with stable electrical characteristics such as dielectric constant and the insulating layer thickness can be formed. As a result, the circuit design simulation accuracy is improved and the design time can be shortened.
[0077]
Next, as shown in FIG. 10B, when the flexible substrate 401 is folded and laminated so that the semiconductor element 402 and the semiconductor element 403 overlap with each other, the state shown in FIG. 10C is obtained. FIG. 11 shows a VIII-VIII cross section of FIG. As shown in FIG. 11, a portion where the wiring 405 is covered with the flexible substrate portion having the metal layer 404 corresponds to a bent portion of the flexible substrate. Reference numeral 407 denotes an external connection terminal.
[0078]
In such a place where the flexible substrate is laminated, the wiring is embedded in the resin, and disconnection, peeling, and the like can be suppressed with respect to bending with a small radius of curvature. Moreover, it can suppress that bending part wiring adjoins to a semiconductor element, and the emitted electromagnetic waves affect circuit components, such as a semiconductor element.
[0079]
As described above, by covering the wiring on the flexible substrate with the metal layer, it is possible to suppress electrical interference when the semiconductor element and the wiring are close to each other, and the surface layer wiring of the flexible substrate that connects between the semiconductor elements, A stripline structure sandwiched between ground planes can be achieved. When the surface layer wiring of the flexible substrate is made into a strip line by such a method, it is not necessary to newly provide a ground layer for forming the strip line on the flexible substrate, and as a result, the cost is increased without increasing the wiring layer of the flexible substrate. The rise can be suppressed.
[0080]
In addition, a semiconductor device can be configured as in the example shown in FIGS. 12A to 12C and FIG. Detailed description of the same parts as those in the above-described embodiment will be omitted. 12A to 12C are views showing main assembly steps of the semiconductor device of this embodiment, and FIG. 13 is a view showing a IX-IX cross section of FIG. A peripheral component 507 is mounted on the flexible substrate 501 together with the semiconductor elements 502 and 503. As peripheral parts, chip parts such as resistors and capacitors, crystal oscillators, filters, and the like are used. A metal layer 504 is formed in a region covering the semiconductor elements 502 and 503. When a wireless circuit is formed on the flexible substrate 501, it is necessary to electrically shield not only the wiring that connects the semiconductor elements but also the peripheral components. Further, when the number of terminals of the semiconductor element increases, the wiring 505 connecting the semiconductor elements spreads over the entire surface of the flexible substrate, and it is necessary to electrically shield the entire surface of the flexible substrate.
[0081]
In FIG. 12A, holes 506 are formed in the flexible substrate and the metal layer 504 which overlap with the semiconductor element when bent, and the flexible substrate having the metal layer 504 as shown in FIG. Although an example is shown in which the semiconductor element is not overlapped when the portion is bent, it is necessary to provide the hole 506 when electrical interference between the semiconductor element 502 and the semiconductor element 503 is suppressed together. There is no. As described above, by mounting and bending the peripheral circuit element on the flexible substrate, it is possible to provide a thin three-dimensional functional module made of high-speed, high-frequency, and high-performance semiconductor.
[0082]
(Embodiment 3)
Another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Detailed description of the same parts as those in the above-described embodiment will be omitted. FIG. 14 is a sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment. Interlayer electrical connection inside the substrate of the flexible substrate 701 is made by a conductive paste made of a composite material containing conductive particles and an organic resin. The conductive particles constituting the conductive paste are preferably made of one or more of gold, silver, copper, silver palladium, and alloys thereof. These conductive particles have few alteration layers such as oxidation that inhibit bonding on the surface, and can realize highly reliable electrical connection. In addition, a thermosetting resin such as phenol or epoxy is used as an organic resin as a main component, and a rubber component or the like may be added to make the resin flexible.
[0083]
The semiconductor elements 702 and 703 are bare-chip mounted face-down on the flexible substrate 701, and the flexible substrate is bent and laminated and bonded, as in the example already described.
[0084]
Since the interlayer electrical connection of the flexible substrate 701 is made of a conductive paste, the electrical connection reliability against bending is high. When a rigid electrical connection by conventional plating or the like is provided at a bent portion of a substrate having a small curvature radius, plating cracks are generated, resulting in a loss of electrical connection reliability. In other words, it is necessary to consider the design so that stress due to bending does not occur in the plating connection portion. However, in the case of the above-described electrical connection, even when the contact position of the conductive particles is displaced when the connection portion is displaced, the electrical connection is maintained, and an electrical connection resistant to bending can be realized. As shown in FIG. 14, the interlayer electrical connection portion of the flexible substrate 701 can be provided in the bent portion 704 of the flexible substrate 701. As described above, since the interlayer electrical connection portion can be formed at a location that cannot be formed by the rigid connection such as the conventional plating connection, the wiring design flexibility of the flexible substrate is inevitably increased. As a result, a semiconductor element having a larger number of terminals can be electrically connected by a flexible substrate having a smaller number of wiring layers, and a low-cost and thin semiconductor device can be provided.
[0085]
Next, a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described. Detailed description of the same parts as those in the above-described embodiment will be omitted. FIGS. 15A to 15H and FIGS. 16A to 16B are cross-sectional views illustrating the main steps of the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 15A shows a state in which a wiring 802 serving as a surface wiring of the flexible wiring board is formed on the support 801. The wiring on the support 801 may be formed by pattern-etching the wiring material formed on the entire surface of the support 801, or may be formed on the support 801 by pattern plating. Copper is generally used as the wiring material. When a fine pattern is used as the wiring 802, the wiring formation by plating is more suitable.
[0086]
The support 801 has a role of holding the wiring 802, and the material may be a metal foil or a resin film as long as it has sufficient rigidity for handling. When the supporting base material is a metal foil, it can be easily removed without attacking the wiring by selecting a chemical solution. Further, when the supporting base material is a resin film, it can be mechanically peeled off after wiring transfer.
[0087]
Next, as shown in FIG. 15B, an insulating substrate 803 and a wiring material 804 are laminated. The insulating base 803 is provided with a through hole, and the through hole is filled with a conductive paste 805. As this insulating substrate, a thermosetting resin film such as an epoxy, a fluororesin, a polyimide resin, a substrate having an adhesive layer provided on both sides of a liquid crystal polymer, or the like is used. It has flexibility as a substrate. Moreover, you may use the insulating base material which impregnated resin to glass or a resin fiber which has flexibility.
[0088]
In order to reduce the thickness of the semiconductor device, a thinner insulating substrate is used, and a composite substrate of fiber and resin of 30 μm or less or a composite substrate of film and adhesive of 25 μm or less can be used. .
[0089]
Next, as shown in FIG. 15C, the wiring material 804 is bonded to the insulating substrate 803 by heating and pressing. By this heating and pressing, the conductive paste is compressed and electrical connection is ensured. As the wiring material 804, a metal foil such as a copper foil is generally used. Here, as metal foil, tensile strength 400N / mm 2 It is preferable to form from the copper foil which provided the unevenness | corrugation in the above copper foil surface. Using a rolled copper foil with high tensile strength and excellent bending resistance as the copper foil, and attaching copper fine particles to the copper foil surface by electrolytic plating to form a concavo-convex shape, due to the anchor effect with the insulating substrate A copper foil having both adhesion and flexibility can be realized. By using such a wiring material, it is possible to suppress disconnection of the copper foil against bending with a small curvature radius, and to enhance the adhesion with the insulating resin by an anchor effect, the copper foil and the insulating resin in the flexible substrate inner layer, Delamination between the insulating resin and the insulating resin can be suppressed.
[0090]
Next, this wiring material 804 is patterned by etching, and further, in the same manner as in the previous step, a wiring material 806 and an insulating base material 807 having a through hole filled with a conductive paste 808 at a desired location are laminated. Then, the state shown in FIG. Next, as shown in FIG. 15E, when the wiring material 807 and the insulating base material 807 are bonded by heating and pressing and the surface wiring material 806 is patterned by etching, the state shown in FIG. 15F is obtained. 9 shows a state where a flexible substrate 811 having three wiring layers is formed on a support 801.
[0091]
Next, when the semiconductor elements 809 and 810 are mounted face-down on the flexible substrate 811, the state shown in FIG. At this time, since the support body 801 supports the flexible substrate 811, the workability of mounting the semiconductor element on the thin flexible substrate is not impaired.
[0092]
Next, as shown in FIG. 15 (h), the support body 801 corresponding to the bent portion of the flexible substrate 811 is removed. When a resin material is used as the support, it can be mechanically peeled after half-cut, as in the example described in FIG. 3, and when a metal is used as the support, It is preferable to form an etching mask on the surface of the support and dissolve only the support material with a chemical solution. When aluminum is used as the support metal, if the aluminum is dissolved and removed with dilute hydrochloric acid, the copper wiring on the flexible substrate will not be eroded and will be removed with an acidic solution, which will insulate the insulating resin material constituting the flexible substrate. There is nothing.
[0093]
Next, as shown in FIG. 16A, the flexible substrate 811 is bent, the semiconductor element 809 and the semiconductor element 810 are laminated and bonded, and finally the support 801 on the surface is removed, as shown in FIG. 16B. A semiconductor device can be formed.
[0094]
As described above, by continuously mounting and assembling the semiconductor element after forming the flexible substrate on the support, the support that is removed and discarded at the time of manufacturing the flexible substrate can be used at the time of assembly. A manufacturing method using indirect materials efficiently can be realized.
[0095]
Also, the semiconductor device of the present invention can be manufactured by a manufacturing method as shown in FIGS. 17A to 17H and FIGS. 18A to 18B. The manufacturing method shown in FIG. 17 is different from the manufacturing method shown in FIG. 15 in the step of forming the surface layer wiring. That is, the manufacturing method shown in FIG. 17 is obtained by replacing FIGS. 15D to 15F with the steps of FIGS. 17D to 17F.
[0096]
Hereinafter, the description of the overlapping part will be omitted, and the steps of FIGS. 17D to 17F will be described.
[0097]
In FIG. 17D, the wiring material 904 is patterned by etching from the state shown in FIG. 17C, and the support 902 having the wiring 901 formed in the same manner as in the state shown in FIG. Then, an insulating base material 903 having a through hole filled with a conductive paste at a desired location is laminated.
[0098]
Next, when the wiring 901 and the insulating base material 903 are bonded by heating and pressing, the state shown in FIG. Subsequently, when the support 902 on one side is removed, a state in which the flexible substrate is laminated on the support shown in FIG. 17F is obtained.
[0099]
In the case of the manufacturing method described above, the wiring 901 formed on the support 902 is embedded in the insulating base material in the bonding step by heat and pressure. In other words, after the support 902 is removed, the side surface of the wiring 901 is embedded in the insulating base material 903, which is different from the example described in FIG.
[0100]
In this way, by adopting a configuration in which the side surface of the surface layer wiring of the flexible substrate is covered with the insulating resin layer, when the flexible substrate is bent, the interface between the wiring and the insulating resin layer is less likely to generate a crack. It is possible to suppress the occurrence of disconnection or peeling and to improve the bending resistance of the flexible substrate.
[0101]
By adopting such a wiring structure, the flexible substrate can be bent with a smaller radius of curvature using a thin flexible substrate, and a thin semiconductor device can be provided.
[0102]
In this embodiment, the description is given using an example in which two semiconductor elements are mounted on a flexible substrate. However, the number of semiconductor elements is not limited to this, and the same applies to an increase in the number of semiconductor elements. In addition, the effects of the present invention can be obtained.
[0103]
【The invention's effect】
As described above, in the semiconductor device of the present invention, a thin semiconductor element that handles high-speed, high-frequency signals is placed close to each other by arranging the metal layer integrated with the flexible substrate as an electrical shield layer between the semiconductor elements. Even in the case of lamination, electrical interference can be suppressed and circuit operation can be ensured.
[0104]
In addition, a strip line is formed by a simple method for the wiring on the flexible substrate, and high-frequency signals can be processed at high speed in the semiconductor device.
[0105]
In addition, by using a flexible substrate having an interlayer connection structure made of conductive paste, a semiconductor device having a bend with a small radius of curvature can be realized, and wiring can be accommodated with high density, so that a multi-terminal semiconductor element can be formed. Can be accommodated. That is, the semiconductor device according to the present invention provides a thin three-dimensional semiconductor device by mounting a plurality of high-speed, high-frequency, and high-function thin semiconductor elements on a flexible substrate and bending the mounting body while suppressing electrical interference. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1C are plan views showing an assembling process of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention;
2A to 2C are cross-sectional views of a semiconductor device obtained in Embodiment 1 of the present invention.
FIGS. 3A to 3F are sectional views showing another assembly process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention; FIGS.
4A and 4B are sectional views of the same. FIG.
FIGS. 5A to 5B are cross-sectional views of still another semiconductor device obtained in the first embodiment of the present invention. FIGS.
6A to 6C are cross-sectional views showing still another assembly process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIGS. 7A and 7B are sectional views of the same.
FIGS. 8A to 8C are sectional views showing still another assembly process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
FIGS. 9A and 9B are sectional views of the same. FIG.
FIGS. 10A to 10D are plan views showing the assembly process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 11 is a sectional view of the same.
FIGS. 12A to 12C are cross-sectional views showing still another assembly process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 13 is a sectional view of the same.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 3 of the invention.
FIGS. 15A to 15H are cross-sectional views showing a manufacturing process of a semiconductor device according to Embodiment 3 of the present invention for each main process. FIGS.
FIGS. 16A and 16B are sectional views of the same.
FIGS. 17A to 17H are cross-sectional views showing another manufacturing process of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention for each main process;
FIGS. 18A to 18B are sectional views of the same.
FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 811, 1002, 1101 Flexible substrate
102, 103, 202, 203, 302, 303402, 403, 502, 503604, 605, 702, 703809, 810, 1003, 1004, 1009, 1102, 1103 Semiconductor element
104, 204, 304, 404, 406, 504, 602, metal layer
105, 205, 305, 405, 505, 802, 901, wiring
106,1005 Adhesive
107, 207, 307, 407, 1001, 1008, 1105 External connection terminals
108,1006,1007,1106 Solder balls
109 Bending distance
506 holes
507 Peripheral parts
606 Underfill resin
607, 801, 902 support
704 Bending part
803,903 Insulating base material
804,904 Wiring material
805,808 conductive paste
806 Wiring material
807 Insulating substrate
1104 Sealing resin

Claims (21)

フレキシブル基板上に２つ以上の半導体素子が実装された実装体を折り曲げてなる半導体装置であって、
少なくとも一組の対向する前記半導体素子間に、前記フレキシブル基板の電子部品が実装されていない個所の一部が折り曲げられて積層配置されており、
前記フレキシブル基板の前記半導体素子間に積層配置される個所には、対向する前記半導体素子の少なくとも一方を覆う金属層が形成されていることを特徴とする半導体装置。A semiconductor device formed by bending a mounting body in which two or more semiconductor elements are mounted on a flexible substrate,
Between the at least one pair of the semiconductor elements facing each other, a part of the portion where the electronic component of the flexible substrate is not mounted is folded and disposed.
A semiconductor device, wherein a metal layer that covers at least one of the opposing semiconductor elements is formed at a position where the flexible substrate is stacked between the semiconductor elements. 前記フレキシブル基板の前記半導体素子間に積層配置される個所には、少なくとも一方の半導体素子を覆うように凹部が形成されている請求項１に記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a concave portion is formed so as to cover at least one of the semiconductor elements at a position where the flexible substrate is stacked between the semiconductor elements. 前記フレキシブル基板の前記半導体素子間に積層配置される個所は、フレキシブル基板に電気的に接続する金属層によって形成される請求項１に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the portion of the flexible substrate that is stacked between the semiconductor elements is formed by a metal layer that is electrically connected to the flexible substrate. 前記フレキシブル基板の前記半導体素子間に積層配置される個所に形成された金属層は、前記半導体装置外部に設けられた放熱装置に接続されている請求項１に記載の半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a metal layer formed at a location where the flexible substrate is laminated between the semiconductor elements is connected to a heat dissipation device provided outside the semiconductor device. フレキシブル基板上に２つ以上の半導体素子が実装された実装体を折り曲げてなる半導体装置であって、
前記フレキシブル基板の電子部品が実装されていない個所の一部が折り曲げられ、
前記フレキシブル基板上の前記半導体素子間を接続する配線上に積層され、
前記フレキシブル基板の配線上に積層される個所は、前記配線を覆う金属層を含み、
前記金属層は電気的にグランドに接続されていることを特徴とする半導体装置。A semiconductor device formed by bending a mounting body in which two or more semiconductor elements are mounted on a flexible substrate,
A portion of the flexible board where the electronic components are not mounted is folded,
Laminated on the wiring connecting the semiconductor elements on the flexible substrate,
The portion laminated on the wiring of the flexible substrate includes a metal layer covering the wiring,
The semiconductor device, wherein the metal layer is electrically connected to ground. 前記フレキシブル基板の配線上に積層される個所は、前記フレキシブル基板を構成する絶縁樹脂を加熱することにより配線上に積層接着されている請求項５に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 5, wherein the portion laminated on the wiring of the flexible substrate is laminated and adhered on the wiring by heating an insulating resin constituting the flexible substrate. 前記フレキシブル基板の配線上に積層される個所が、前記半導体装置の折り曲げ個所に相当する請求項５に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 5, wherein the portion laminated on the wiring of the flexible substrate corresponds to a bent portion of the semiconductor device. フレキシブル基板上に２つ以上の半導体素子が実装された実装体を折り曲げてなる半導体装置であって、
前記フレキシブル基板の対向する配線層の層間電気的接続部分が、少なくとも導電性粒子と有機樹脂を含む複合材料によって形成されていることを特徴とする半導体装置。A semiconductor device formed by bending a mounting body in which two or more semiconductor elements are mounted on a flexible substrate,
A semiconductor device characterized in that interlayer electrical connection portions of opposing wiring layers of the flexible substrate are formed of a composite material containing at least conductive particles and an organic resin. 前記フレキシブル基板が３層以上の配線層を有する多層基板であって、
すべての層間の電気的接続部分が対向する配線層間に設けられた、少なくとも導電性粒子と有機樹脂を含む複合材料によって形成されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。The flexible substrate is a multilayer substrate having three or more wiring layers,
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein all the electrical connection portions between the layers are formed of a composite material including at least conductive particles and an organic resin provided between the opposing wiring layers. 前記フレキシブル基板の少なくとも一方の表面層に形成された配線の側面の一部が、前記フレキシブル基板を構成する絶縁樹脂層に覆われている請求項８に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 8, wherein a part of a side surface of the wiring formed on at least one surface layer of the flexible substrate is covered with an insulating resin layer constituting the flexible substrate. 前記フレキシブル基板の配線が引張強度４００Ｎ／ｍｍ２以上の銅箔表面に凹凸を設けた銅箔より形成されている請求項８に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 8, wherein the wiring of the flexible substrate is formed from a copper foil having irregularities on the surface of the copper foil having a tensile strength of 400 N / mm 2 or more. 前記フレキシブル基板の半導体素子が実装された裏面部分に、外部接続端子が設けられている請求項１，５，８のいずれかに記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein an external connection terminal is provided on a back surface portion on which the semiconductor element of the flexible substrate is mounted. 前記フレキシブル基板は、表裏面に半導体素子が実装されていない個所を有し、前記個所に外部接続端子が設けられている請求項１，５，８のいずれかに記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the flexible substrate has a portion where a semiconductor element is not mounted on the front and back surfaces, and an external connection terminal is provided at the portion. 前記フレキシブル基板に設けられた外部接続端子部分が、前記半導体素子実装領域側に折り曲げられて、固定されている請求項１３に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 13, wherein an external connection terminal portion provided on the flexible substrate is bent and fixed to the semiconductor element mounting region side. 前記半導体素子の積層部分が、半導体素子の重なり合う面積以下の接着面積にて接着されている請求項１，５，８のいずれかに記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the stacked portion of the semiconductor elements is bonded with an adhesive area that is equal to or less than an overlapping area of the semiconductor elements. 前記フレキシブル基板には、周辺回路素子が実装されている請求項１，５，８のいずれかに記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein peripheral circuit elements are mounted on the flexible substrate. フレキシブル基板を支持体に貼り付ける貼付工程と、半導体素子をフレキシブル基板に実装する実装工程と、前記実装体を折り曲げて積層固定する組立工程と、組立工程の後に前記支持体を除去する支持体除去工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。Affixing step for attaching the flexible substrate to the support, a mounting step for mounting the semiconductor element on the flexible substrate, an assembly step for folding and fixing the mounting body, and a support removal for removing the support after the assembly step A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step. 支持体上にフレキシブル基板を形成するフレキシブル基板形成工程と、半導体素子をフレキシブル基板に実装する実装工程と、前記実装体を折り曲げて積層固定する組立工程と、組立工程の後に前記支持体を除去する支持体除去工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。A flexible substrate forming step of forming a flexible substrate on the support, a mounting step of mounting the semiconductor element on the flexible substrate, an assembling step of folding and fixing the mounting body, and removing the support after the assembling step A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a support removing step. 前記実装体の折り曲げ個所に位置する支持体部は、除去されているか、その厚みが薄くなるように加工されている請求項１７または１８に記載の半導体装置の製造方法。19. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein the support body portion positioned at the bent portion of the mounting body is removed or processed so as to reduce its thickness. 前記組立工程において、実装体の一部を支持体が設けられたまま折り曲げ積層し、積層後に前記折り曲げ部の支持体を除去する工程を含む請求項１７または１８に記載の半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein the assembling step includes a step of folding and laminating a part of the mounting body with a support provided, and removing the support of the bent portion after the lamination. 前記組立工程において、フレキシブル基板に設けられた、曲げしろ距離を、折り曲げられるフレキシブル基板の位置に従って異なったものとする請求項１７または１８に記載の半導体装置の製造方法。19. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17, wherein, in the assembling step, a bending distance provided in the flexible substrate is changed according to a position of the flexible substrate to be bent.
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