JP2004235397A

JP2004235397A - 半導体装置およびその製造方法

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Publication number: JP2004235397A
Application number: JP2003021716A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Kaneko; 英之金子; Toshio Tsuda; 俊雄津田; Tetsumasa Maruo; 哲正丸尾; Tadashi Tanami; 正田並
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: JP4071121B2

Abstract

【課題】樹脂基板に半導体チップをフリップチップ実装した半導体装置の耐湿性を向上させて信頼性の向上を図る。
【解決手段】テープ基材で構成された樹脂基板１４にスリット１８を設け、ほぼ真上に半導体チップ１６が搭載される部分の基板中央部１４ａと、その周囲部分の基板周辺部１４ｂとに分離しするとともに、樹脂基板１４の裏面に、薄いＡｌ、Ｃｕ等の金属箔またはガラス１９を貼り付けておく。樹脂基板１４に、バンプ１７と対向する部分よりも端部側の領域にスリット１８を形成しているため、外部に露出した樹脂基板１４の側面から浸入した水分がスリット１８の手前で止まり、リード線１５とバンプ１７の接合部の近傍に水分が達し難く、また、金属箔またはガラス１９により樹脂基板１４の裏面からの水分の浸入も抑えられ、耐湿性の向上が図れ、信頼性が向上する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂基板に半導体チップをＦＣ（フリップチップ）実装し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、ＡＶ技術の進歩により、高画質、大画面のディスプレイ装置が家庭用に普及が始まろうとしている。中でも、ＰＤＰ（プラズマディスプレイ）装置は、その性能において秀でたものが有る。こういったディスプレイ装置に最も近い画面周囲に有るデータドライバー用の実装用フレキシブル樹脂基板及びチップを含む半導体装置の構造についての従来技術を以下に説明する。
【０００３】
従来のデータドライバーに用いられた半導体装置の代表的な構造物にＣＯＦが有る。ＣＯＦ構造は、図６に示す様に、表面にリード線５が形成されたフレキシブルな樹脂基板１に、金属バンプ２を形成した半導体チップ３を対面させてフリップチップ接続し、樹脂基板１と半導体チップ３の間にアンダーフィル樹脂４を流し込み、半導体チップ３と樹脂基板１との間隙を充填している。なお、２３はソルダーレジストである。このＣＯＦ構造の場合、ＴＨＢ評価（高温、高湿、高バイアス）において、信頼性に問題がある場合が多い。信頼性を低下させる要因は、テープ基材で構成される樹脂基板１、アンダーフィル樹脂４の吸湿性、或はアンダーフィル樹脂４と半導体チップ３、アンダーフィル樹脂４と樹脂基板１との間の密着性の不足などが想像できる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２７５７４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
先述の図６のようにＣＯＦで半導体装置を製作した場合、信頼性の問題が有ると述べたが、例えば０Ｖ〜８０Ｖ程度の間でチップ内に電圧差を持たせＴＨＢ試験（８５℃、８５％湿度）を実施した場合に、外部からの吸湿によりチップ内部で金属イオンが発生する事によるマイグレーションが起こる。水分の進入経路は、樹脂基板１或いはアンダーフィル樹脂４を通して、さらにはアンダーフィル樹脂４と半導体チップ３又はアンダーフィル樹脂４と樹脂基板１との間で密着性が悪い場合が想定される。
【０００６】
本発明の目的は、耐湿性を向上させて信頼性の向上が図れる半導体装置およびその製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の半導体装置は、表面にリード線が形成された樹脂基板の表面と半導体チップの電極が存在する表面とが対向して配置され、半導体チップの電極と樹脂基板の表面に形成されたリード線とがバンプによって電気的に接続され、半導体チップと樹脂基板との間が封止樹脂で封止された半導体装置であって、樹脂基板にはバンプと対向する部分よりも樹脂基板の端部側の領域にスリットが形成され、樹脂基板の裏面には少なくともスリットを蓋するように金属膜またはガラス層が形成されたことを特徴とする。
【０００８】
この請求項１の構成によれば、樹脂基板にバンプと対向する部分よりも端部側の領域にスリットを形成したことにより、外部に露出した樹脂基板の側面から浸入した水分がスリットの手前で止まる。その結果、リード線とバンプの接合部の近傍に水分が達し難く、信頼性が向上することになる。また、樹脂基板の裏面に金属膜またはガラス層を形成したことにより、樹脂基板の裏面からの水分の浸入も抑えられ信頼性が向上するとともに、放熱性に優れたものとなる。
【０００９】
また、請求項２記載の半導体装置は、請求項１記載の半導体装置において、金属膜またはガラス層は樹脂基板の裏面の全面に形成されたことを特徴とする。
【００１０】
この請求項２の構成により、樹脂基板の裏面からの水分の浸入がより抑えられて信頼性がより向上するとともに、より放熱性に優れたものとなる。
【００１１】
また、請求項３記載の半導体装置は、請求項１または２記載の半導体装置において、スリットは連続した環状に形成され、樹脂基板はスリットによって囲まれた領域とスリットの外方の領域とに分離されたことを特徴とする。
【００１２】
この請求項３の構成により、バンプと対向する樹脂基板の部分が、連続した環状のスリットによって囲まれた領域内となるため、樹脂基板の側面から浸入する水分がリード線とバンプの接合部の近傍により達し難くなり、信頼性をより向上できる。
【００１３】
また、請求項４記載の半導体装置は、請求項３記載の半導体装置において、スリットは半導体チップの各辺と略平行に形成されたことを特徴とする。
【００１４】
この請求項４の構成により、例えば楕円等の様に大きな曲率円で構成される場合、このスリットを金型でスタンプする場合に、金型を安価に製作でき且つ寿命を長くすることが可能となり、コスト面で有利である。
【００１５】
また、請求項５記載の半導体装置は、請求項１または２記載の半導体装置において、スリットは不連続な環状に形成され、樹脂基板はスリットによって囲まれた領域とスリットの外方の領域とにスリットの不連続な部分を除いて分離されたことを特徴とする。
【００１６】
この請求項５の構成により、バンプと対向する樹脂基板の部分が、不連続な環状のスリットによって囲まれた領域内となるため、樹脂基板の側面から浸入する水分がリード線とバンプの接合部の近傍により達し難くなり、信頼性をより向上できる。この場合、スリットが不連続なため、請求項３の構成と比較すれば、水分浸入の防止効果はやや劣るが、製法上、樹脂基板にスリットを形成した後で、その樹脂基板にリード線を貼り合わせる工法が可能となる。
【００１７】
また、請求項６記載の半導体装置は、請求項５記載の半導体装置において、スリットは半導体チップの各辺と略平行に形成されたことを特徴とする。
【００１８】
この請求項６の構成により、例えば楕円等の様に大きな曲率円で構成される場合、このスリットを金型でスタンプする場合に、金型を安価に製作でき且つ寿命を長くすることが可能となり、コスト面で有利である。
【００１９】
また、請求項７記載の半導体装置は、請求項６記載の半導体装置において、半導体チップの各辺と略平行に形成されたスリットの不連続な部分は、半導体チップの角部と対向する部分であることを特徴とする。
【００２０】
この請求項７の構成により、樹脂基板にスリットを形成した後で、その樹脂基板にリード線を貼り合わせる工法を用いる場合に、リード線を貼り合わせる前の、スリットを形成した樹脂基板の強度を高く保つことができる。
【００２１】
本発明の請求項８記載の半導体装置の製造方法は、半導体チップの表面の電極上にバンプを形成する工程と、表面にリード線が形成されたチップ搭載基板を準備する工程と、チップ搭載基板のリード線が形成された表面と半導体チップのバンプの形成された表面とを対向させ、バンプとリード線とを接続する工程と、半導体チップとチップ搭載基板との間を封止樹脂により封止する工程とを含み、準備されるチップ搭載基板は、表面にリード線が形成されかつバンプと対向する部分よりも端部側の領域にスリットが形成された樹脂基板と、樹脂基板の裏面に少なくともスリットを蓋するように形成された金属膜またはガラス層とを有するものである。
【００２２】
この請求項８の製造方法によれば、チップ搭載基板として、樹脂基板にバンプと対向する部分よりも端部側の領域にスリットを形成したことにより、外部に露出した樹脂基板の側面から浸入した水分がスリットの手前で止まる。その結果、リード線とバンプの接合部の近傍に水分が達し難く、信頼性が向上することになる。また、樹脂基板の裏面に金属膜またはガラス層を形成したことにより、樹脂基板の裏面からの水分の浸入も抑えられ信頼性が向上するとともに、放熱性に優れる。
【００２３】
また、請求項９記載の半導体装置の製造方法は、請求項８記載の半導体装置の製造方法において、金属膜またはガラス層は樹脂基板の裏面の全面に形成されていることを特徴とする。
【００２４】
この請求項９の製造方法により、樹脂基板の裏面からの水分の浸入がより抑えられて信頼性がより向上するとともに、より放熱性に優れたものとなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の半導体装置の断面構造を図１に示す。図１において、１４はエポキシ樹脂からなるテープ基材で構成された樹脂基板、１５はリード線、１６は半導体チップ、１７は半導体チップ１６の表面の電極（図示せず）上に形成されリード線１５と接続されたＡｕ等のバンプ、１８は樹脂基板１４に形成されたスリット、１９はＡｌ、Ｃｕ等の金属箔またはガラス、２０は封止樹脂であるアンダーフィル樹脂である。図２（ａ）は樹脂基板１４に形成されたスリット１８の一例を示す平面図である。
【００２６】
この半導体装置は、樹脂基板１４上に半導体チップ１６をＦＣ（フリップチップ）実装している。すなわち、半導体チップ１６をフェイスダウンし、樹脂基板１４上に形成されたリード線１５と半導体チップ１６の表面の電極（図示せず）とがバンプ１７によって電気的に接続されている。樹脂基板１４は、図２（ａ）に示すように、スリット１８によって、ほぼ真上に半導体チップ１６が搭載される部分の基板中央部１４ａと、その周囲部分の基板周辺部１４ｂとに分離されている。半導体チップ１６表面の電極上に形成されたバンプ１７とリード線１５との接合点は、基板周辺部１４ｂと切り離された基板中央部１４ａ上に存在する。また本構造では、樹脂基板１４のリード配線面とは逆の面に、薄いＡｌ、Ｃｕ等の金属箔またはガラス１９を貼り付けておく。貼り付け方法は、ＴＡＢなどでのＣｕ箔貼り付け用の接着樹脂、接着シートを用いる。この金属箔またはガラス１９は、樹脂基板１４に形成されたスリット１８を通ってアンダーフィル樹脂２０が流れ出ないようにするため、少なくともスリット１８部分を覆うように形成される必要がある。
【００２７】
この構成によれば、テープ基材で構成された樹脂基板１４に、バンプ１７と対向する部分よりも端部側の領域にスリット１８を形成し、スリット１８内が水分の浸透しにくいアンダーフィル樹脂２０で充填されているため、外部に露出した樹脂基板１４の側面から浸入した水分がスリット１８の手前で止まる。その結果、リード線１５とバンプ１７の接合部の近傍に水分が達し難く（耐湿性の向上）、信頼性が向上することになる。また、樹脂基板１４の裏面に金属箔またはガラス１９を貼り付けておくことにより、樹脂基板１４の裏面からの水分の浸入も抑えられ（耐湿性の向上）信頼性が向上するとともに、放熱性に優れたものとなる。また、ＣＯＦ構造の特徴として、アンダーフィル樹脂２０の注入量が少ないためにチップの反りが発生しにくい。そのため樹脂基板１４とアンダーフィル樹脂２０間、或いは半導体チップ１６とアンダーフィル樹脂２０間に与える応力を小さく抑えることができ、これら界面へのダメージが小さくなり、結果として水分の浸入に対する信頼性が向上する。
【００２８】
なお、図２（ａ）の場合、スリット１８を、半導体チップ１６の平面形状である四角形の各辺と略平行で、かつ連続して形成しているが、図２（ｂ）に示すように不連続に形成してあってもよい。この場合、後述するが製造上の利点がある。
【００２９】
なお、連続または不連続に形成されるスリット１８の形状を、半導体チップ１６の各辺と略平行な四角形としたが、四角形に限らず、多角形、楕円、真円など他の形状であっても、バンプ１７と対向する部分よりも端部側の領域に形成することで、同様に効果を得ることが可能である。
【００３０】
次に本実施の形態における半導体装置の製造方法を、図３に示す工程断面図を参照して説明する。
【００３１】
まず図３（ａ）に示す様に、エポキシ樹脂からなるテープ基材２１（図１では樹脂基板１４）に、リード配線用のＣｕ等の金属箔２２を一般的なＴＡＢテープ同様に接着樹脂、接着シートを用いて貼り合わせる。
【００３２】
次に図３（ｂ）に示す様に、テープ基材２１にスリット１８を形成し基板中央部１４ａと基板周辺部１４ｂとに分離する。ここでスリット１８は例えば図２（ａ）に示された形状である。このスリット１８は、リード配線用の金属箔２２を形成した面とは逆の面に、所望する形状にマスキングした後、エッチングによって形成される。
【００３３】
次に図３（ｃ）に示す様に、テープ基材２１に貼り付けた金属箔２２を所望のパターンにエッチングしてリード線１５を形成する。
【００３４】
次に図３（ｄ）に示す様に、テープ基材２１の裏面側すなわちリード配線の反対側にＡｌ等の金属箔またはガラス１９を貼り付ける。貼り付けは、先に示した接着樹脂、接着シートを用いて行う。この時に貼り付ける金属箔またはガラス１９はスリット１８を完全に覆い、スリット１８が裏面に露出しないようにする必要がある。
【００３５】
次に図３（ｅ）に示す様に、リード線１５上に半導体チップ１６をフェイスダウンで実装する。ここで、リード線１５と半導体チップ１６の表面の電極（図示せず）とがバンプ１７によって接続される。このとき、ツールがチップ裏面を押した荷重は、リード線１５を通じて基板中央部１４ａが受ける。チップ実装後、アンダーフィル樹脂２０を注入し、硬化して完成となる。
【００３６】
上記の図３に示した製造方法は一例であり、他の方法として、図３（ｃ）の状態に到るまでに、次に示す手順が可能である。第１に、図４に示す様に、テープ基材２１と金属箔２２を貼り合わせ、金属箔２２を所望のパターンにエッチングしてリード線１５を形成した後に、テープ基材２１にスリット１８をエッチングで形成する手順が可能である。
【００３７】
第２に、図５に示す様に、テープ基材２１ヘ金属箔（２２）を貼り合わせる前に、予め金属箔（２２）を所望のパターンにエッチングしてリード線１５を形成した状態にしておき、それをテープ基材２１と貼り合わせ、その後に、テープ基材２１にスリット１８をエッチングで形成する手順が可能である。
【００３８】
以上に示した各製造方法は、スリット１８が、例えば図２（ａ）のように四角形状に連続して形成される場合も、また図２（ｂ）のように四角形状で不連続に形成される場合も適用可能である。さらにはスリット１８の形状が四角形に限らず、多角形、楕円、真円など他の形状で、連続・不連続に形成される場合も適用可能である。
【００３９】
また、例えば図２（ｂ）のように、スリット１８を不連続に形成する場合には、図３（ｃ）の状態に到るまでに、予め所望のパターンにエッチングしてリード線１５を形成した状態の金属箔と、エッチング或はプレスによってスリット１８部分が打ち抜かれたテープ基材２１とを、先に示した接着樹脂、接着シートで貼り合わせる工法が可能となり、製造が容易となる。この場合、スリット１８の不連続部分を、図２（ｂ）のように半導体チップ１６の角部（コーナー部）と対応する部分に設けることが、リード線１５を形成した金属箔と貼り合わせる前の、スリット１８を形成したテープ基材２１の強度を維持する上で好ましい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体チップをＦＣ実装する樹脂基板に、バンプと対向する部分よりも端部側の領域にスリットを形成したことにより、外部に露出した樹脂基板の側面から浸入した水分がスリットの手前で止まる。その結果、リード線とバンプの接合部の近傍に水分が達し難く（耐湿性の向上）、信頼性が向上することになる。また、樹脂基板の裏面に金属膜またはガラス層を形成したことにより、樹脂基板の裏面からの水分の浸入も抑えられ（耐湿性の向上）信頼性が向上するとともに、放熱性に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の半導体装置（ＣＯＦ構造）の断面図
【図２】本発明の実施の形態の半導体装置における樹脂基板に形成されたスリットの例を示す平面図
【図３】本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法の一例を示す工程断面図
【図４】本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法の他の例を示す工程断面図
【図５】本発明の実施の形態の半導体装置の製造方法の他の例を示す工程断面図
【図６】従来の半導体装置（ＣＯＦ構造）の断面図
【符号の説明】
１４樹脂基板
１５リード線
１６半導体チップ
１７バンプ
１８スリット
１９金属箔またはガラス
２０アンダーフィル樹脂
２１テープ基材

Claims

表面にリード線が形成された樹脂基板の前記表面と半導体チップの電極が存在する表面とが対向して配置され、前記半導体チップの電極と前記樹脂基板の表面に形成された前記リード線とがバンプによって電気的に接続され、前記半導体チップと前記樹脂基板との間が封止樹脂で封止された半導体装置であって、
前記樹脂基板には前記バンプと対向する部分よりも前記樹脂基板の端部側の領域にスリットが形成され、前記樹脂基板の裏面には少なくとも前記スリットを蓋するように金属膜またはガラス層が形成されたことを特徴とする半導体装置。
金属膜またはガラス層は樹脂基板の裏面の全面に形成されたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
スリットは連続した環状に形成され、前記樹脂基板は前記スリットによって囲まれた領域と前記スリットの外方の領域とに分離されたことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
スリットは半導体チップの各辺と略平行に形成されたことを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
スリットは不連続な環状に形成され、前記樹脂基板は前記スリットによって囲まれた領域と前記スリットの外方の領域とに前記スリットの不連続な部分を除いて分離されたことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
スリットは半導体チップの各辺と略平行に形成されたことを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
半導体チップの各辺と略平行に形成されたスリットの不連続な部分は、前記半導体チップの角部と対向する部分であることを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
半導体チップの表面の電極上にバンプを形成する工程と、
表面にリード線が形成されたチップ搭載基板を準備する工程と、
前記チップ搭載基板の前記リード線が形成された表面と前記半導体チップの前記バンプの形成された表面とを対向させ、前記バンプと前記リード線とを接続する工程と、
前記半導体チップと前記チップ搭載基板との間を封止樹脂により封止する工程とを含み、
前記準備されるチップ搭載基板は、表面に前記リード線が形成されかつ前記バンプと対向する部分よりも端部側の領域にスリットが形成された樹脂基板と、前記樹脂基板の裏面に少なくとも前記スリットを蓋するように形成された金属膜またはガラス層とを有する半導体装置の製造方法。
金属膜またはガラス層は樹脂基板の裏面の全面に形成されていることを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。