JP2006032531A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＯＦ構造で高いボンディング精度の要求に応じたフレキシブル配線基板の組み立てを可能とする。
【解決手段】フレキシブル配線基板１に半導体チップ５が接合される接合領域１２に配線部４のない基材２の空き領域２ａに設けられ、インナーリード４ａ間において、このインナーリード４ａの長手方向に沿った四角形状の銅箔による導体９を設ける。ボンディングにおいて、金属突起６とインナーリード４ａを共晶融合させるため温度と荷重を加える接合で基材２が高温にさらされ軟化し広がるように変形し、処理後に接合部分が室温へと降下するに従って基材２が元の形状に戻ろうと空き領域２ａの部分で中心に向かう伸縮の応力が発生する。この応力に対し導体９を設けて基材２の空き領域２ａを固め、この空き領域２ａの部分に生じる伸縮を阻止し高精度のボンディングを可能として、インナーリードずれ、インナーリード剥がれ等の組立工程での不具合を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造工程、特にチップオンフィルムの構造において半導体チップをフレキシブル配線基板上にフリップチップ実装する技術を用いて製造した半導体装置に関するものである。

従来のこの種のフレキシブルな基材を利用した配線基板のパッケージは、液晶ディスプレイの駆動用ドライバのパッケージとして主に使用されている。ここでフレキシブルな基材を使用したパッケージモジュールの１つとしてチップオンフィルム（以下、ＣＯＦという）構造がある。液晶ディスプレイ駆動用ドライバの半導体チップの形状は、その特徴として一般に細長いチップ形状をしている。この場合、半導体チップのボンディング時に加えられる熱により、図４（ａ）に示す接合領域１２に高い値の応力が発生することがわかっている。

この応力発生の原因の１つにインナーリードボンド（以下、ＩＬＢという）工程により押し付けたフレキシブル配線基板１の基材２が弾性により復元しようとする応力がある。この基材２の復元力が働き、半導体チップ５の金属突起６とインナーリード４ａが引き離されてインナーリードずれや、インナーリード剥がれなどの物理的な異常に加え、電気的に開放状態となる不良が発生するという問題を有している。

そこでボンディング時の熱応力によるフレキシブル配線基板１の伸縮を緩和する技術が提案されている。以下、特許文献１に示されている方法について説明する。図４（ｂ）に示すフレキシブル配線基板１において、半導体チップ５をフリップチップ実装する実装領域に対応した他方の面側に裏面導体８を一体的に、あるいはメッシュ状や格子状のパターンを設ける。裏面導体８はめっき法などにより、基材２に直接形成されるか、または別工程で成膜されたものを貼り付けてもよい。その領域については、できるだけ広い面にわたって設けられることがのぞましく、これにより配線基板の伸縮を防止するものである。
特開２００３−３２４１２９号公報

しかしながら、このように製造する半導体装置の従来技術において、裏面に導体を設ける場合に、導体の張り合わせやめっき法による成膜といった工程が増える。さらに、裏面の導体にパターンを施す場合にはパターンの露光やエッチングといった工程も追加されるため、リードタイムとそのコストが膨らんでしまうという課題がある。

また、液晶ディスプレイ用のＣＯＦ構造の半導体装置は図５に示すように液晶パネルへ折り曲げて実装される。そのため、基材２および配線部４に使用する銅箔を薄くすることにより折り曲げ性をより向上させる必要があるが、裏面に導体を広い領域で設けた場合は折り曲げ性が損なわれるために、配線基板そのものの実装性が悪くなる。さらに、裏面の基材に対しては有効な方法であるが、チップ実装面については完全に基材の伸縮を押さえることができないという課題がある。

本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、液晶ドライバの技術として、今後さらに高精細化を目指して狭ピッチ化とパッド数が増加していくと予想され、高いボンディング精度の要求に応じて、より効果が高く、低コストな配線基板の組み立てを可能とした半導体装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、バンプを有する半導体チップを基材と配線層から成るフレキシブル配線基板にフリップチップ実装する半導体装置において、フリップチップ実装する半導体チップとフレキシブル配線基板との間で基材表面上に導体を形成したことを特徴とする。

また、導体の外形形状が、フリップチップ実装する半導体チップよりも小さく、かつ半導体チップのバンプと接続する配線層のインナーリードの間に形成されて、インナーリードの長手方向に沿った四角形状であることを特徴とする。

前記構成によれば、バンプを有する半導体チップをフリップチップ実装するフレキシブル配線基板上で配線層のない基材の空き領域に半導体チップよりも小さく、かつインナーリード間でその長手方向に沿った四角形状の銅箔による導体を備え、この導体をフリップチップ実装する接合部分と同じ面の近傍に設けてフレキシブル配線基板の基材を固定し、ボンディング時の熱応力によって生じる伸縮を効果的に低減できる。

本発明によれば、ボンディング時の熱応力を効果的に低減して、インナーリードずれや、インナーリード剥がれを防止し、物理的な異常による不良を発生させない信頼性の高い半導体装置を提供できるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態における半導体チップを実装するフレキシブル配線基板の正面図（ａ）と、フレキシブル配線基板に半導体チップを実装した半導体装置の断面図（ｂ）を示す図である。ここで、前記従来例を示す図４（ａ），（ｂ）において説明した構成部材に対応し実質的に同等の機能を有するものには同一の符号を付して示す。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、本発明の実施の形態におけるフレキシブル配線基板１に半導体チップ５が接合される接合領域１２において、配線層である配線部４のない基材２の空き領域２ａに設けられ、インナーリード４ａ間において、このインナーリード４ａの長手方向に沿った四角形状の銅箔による導体９を設けたものである。

図２はＣＯＦ構造の半導体装置を組み立てる工程の概要を示す図である。図２（ａ）に示すように、ＣＯＦ構造のフレキシブル配線基板１は、基材２に配線部４が形成され、入出力の外部端子以外の配線部には、配線保護膜３が塗布されている。このフレキシブル配線基板１に、半導体チップ５をフリップチップ実装した半導体装置の製造方法は、平面上に載置された基材２上の配線部４を有する面に、半導体チップ５のバンプである金属突起６を対向させて熱圧着することによって、配線部４から引き出されたインナーリード４ａと金属突起６を接続するＩＬＢ（インナーリードボンド）工程を有している。

次に、ＩＬＢ工程について、図２（ｂ）を用いて説明する。図２（ｂ）に示すように、フレキシブル配線基板１には、半導体チップ５の金属突起６の位置に合わせてインナーリード４ａが基材２上の配線部４に形成されている。インナーリード４ａの表面には錫や金などによってめっきが施されている。半導体チップ５には、金属突起６が半導体チップ５の外周に沿う形か、または半導体チップ５の表面全体に配置されている。半導体チップ５上の金属突起６とフレキシブル配線基板１のインナーリード４ａを所定の位置に合わせて熱圧着方式により接合する。

熱圧着方式とは金属突起６に施されためっき材と配線部４から引き出されたインナーリード４ａを共晶融合させるために必要な温度（３００℃〜５００℃程度）と荷重を加えながら接合する方式である。基材２側から押さえる冶具をステージ１０、半導体チップ５側で支える冶具をボンディングツール１１などと呼ぶ。

ＩＬＢ工程のボンディング加圧中にはフレキシブル配線基板１を構成する基材２が高温にさらされて軟化し、広がるように変形する。その後、ボンディングが完了して接合部分が室温へと降下するに従い基材２が元の形状に戻ろうとする。その際、基材２と配線部４を構成する銅箔の熱膨張率の違いにより、図３に示す矢印が示す通り基材２のむき出しの空き領域２ａの部分が中心に向かって縮もうとする応力７が発生する。その応力７の影響をうけるのが接合領域１２（図１（ａ）参照）のインナーリード４ａの長手方向となる空き領域２ａの両端部分であり、そこに前述のインナーリードずれや、インナーリード剥がれといった不具合がもっとも顕著に発生することになる。

そこで、本実施の形態における図１（ａ），（ｂ）に示すような導体９を設けることにより、フレキシブル配線基板１の製造工程である露光やエッチングといった工程が１回で済み、低コストでリードタイムにも影響がなく、さらに配線部４側の面に導体９を設けることで折り曲げ性の損失についてもまったく損なうことがない。そして、基材２の空き領域２ａの部分に生じる伸縮を防止するという課題に対して、半導体チップ５の接合面と同じ面であること、さらに接合部分にもっとも近い位置で導体９によって、基材２の空き領域２ａを固めていることの２点の効果により高精度のボンディングを行うことが可能となる。

本発明に係る半導体装置は、ボンディング時の熱応力を効果的に低減して、インナーリードずれや、インナーリード剥がれを防止して、物理的な異常による不良を防ぐことができ、半導体装置の製造工程、特に半導体チップをフレキシブル配線基板にフリップチップ実装して半導体装置製造に用いる技術に有用である。

（ａ）は本発明の実施の形態におけるフレキシブル配線基板の正面図、（ｂ）はフレキシブル配線基板に半導体チップを実装した断面図 ＣＯＦ構造の半導体装置を組み立てる工程の概要を示す図 フレキシブル配線基板の空き領域部分に生じる応力を説明する図 （ａ）は従来のフレキシブル配線基板の正面図、（ｂ）はフレキシブル配線基板に半導体チップを実装した断面図 液晶パネルに折り曲げて実装されるフレキシブル配線基板を示す図

符号の説明

１ フレキシブル配線基板
２ 基材
２ａ 空き領域
３ 配線保護膜
４ 配線部
４ａ インナーリード
５ 半導体チップ
６ 金属突起
７ 応力
８ 裏面導体
９ 導体
１０ ステージ
１１ ボンディングツール
１２ 接合領域

Claims (2)

1. バンプを有する半導体チップを基材と配線層から成るフレキシブル配線基板にフリップチップ実装する半導体装置において、
   フリップチップ実装する前記半導体チップと前記フレキシブル配線基板との間で前記基材表面上に導体を形成したことを特徴とする半導体装置。
2. 前記導体の外形形状が、フリップチップ実装する半導体チップよりも小さく、かつ前記半導体チップのバンプと接続する配線層のインナーリードの間に形成されて、前記インナーリードの長手方向に沿った四角形状であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。

Images