JP4035949B2 - 配線基板及びそれを用いた半導体装置、ならびにその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線テープ及びそれを用いた半導体装置、ならびにその製造方法に関し、特に、半導体チップを、配線テープ上に弾性体（エラストマ）を介在させてフリップチップ接合する半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、配線及びその外部接続端子が設けられた配線基板上に半導体チップを搭載し、前記半導体チップの外部電極と配線基板の配線を接続する方法の一つとしてフリップチップ接合があげられる。
【０００３】
前記フリップチップ接合を用いて製造される半導体装置は、例えば、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、絶縁性基板１０１に配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂが設けられた配線基板１上に、例えば二つの弾性体（エラストマ）２Ａ，２Ｂが設けられ、前記弾性体２Ａ，２Ｂ上に半導体チップ３が設けられている。前記半導体チップ３は、図１０（ｂ）に示すように、その外部電極形成面が前記弾性体２Ａ，２Ｂと向かい合うように設けられ、前記外部電極３０１と前記配線基板１の配線１０２Ａが突起導体（バンプ）５により接合されている。このとき、前記弾性体２Ａ，２Ｂは、前記半導体チップ３の外部電極３０１が形成された領域をはさんだ両側に設けられており、前記突起導体（バンプ）５の周辺にできる隙間には、レジンなどの封止樹脂（アンダーフィル）１３を流し込んで前記突起導体（バンプ）５の周辺を封止している。前記弾性体２Ａ，２Ｂは、前記配線基板１と半導体チップ３とを接着する接着剤であるとともに、前記配線基板１と半導体チップ３の熱膨張係数の違いにより生じる熱応力を緩和するための緩和材としても機能するものを用いており、例えば、熱硬化性のエポキシ系樹脂などが用いられる。また、前記配線基板１の外部接続端子１０２Ｂは、前記テープ状基材１０１に設けられたビア孔に充填されたはんだビアを介して、はんだボールなどのボール端子４と接続されている。
【０００４】
前記フリップチップ接合された半導体装置の製造方法は、まず、テープ状基材１０１に配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂ、前記外部接続端子１０２Ｂ部分のビア孔を形成した配線基板１を形成したのち、前記配線基板１の所定位置に弾性体（エラストマ）２Ａ，２Ｂを配置し、前記弾性体２Ａ，２Ｂ上に半導体チップ３を、その外部電極３０１が前記弾性体２Ａ，２Ｂと向かい合うように配置する。このとき、例えば、前記外部電極３０１上に突起電極５が設けておき、前記突起電極５と前記配線１０２Ａが接するようにしておく。そして、前記弾性体２Ａ，２Ｂ及び突起電極５を加熱して、前記半導体チップ３と配線基板１を前記弾性体２Ａ，２Ｂにより接着するとともに、前記半導体チップ３の外部電極３０１と配線基板１の配線１０２を前記突起導体（バンプ）５により接続する。その後、前記突起導体（バンプ）５を封止するために、図１１に示すように、樹脂注入用ノズル１４を用いて、前記半導体チップ３の側面方向から前記二つの弾性体２Ａ，２Ｂ間にレジン等の封止樹脂１３を流し込む。前記封止樹脂１３によりバンプ５を封止した後、前記配線基板１のビア孔上にはんだボール等のボール端子４を載せて加熱し、部分的に融解させて前記はんだボールと外部接続端子１０２Ｂを接続する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術では、前記弾性体２Ａ，２Ｂを介して半導体チップ３と配線基板１をフリップチップ接合する工程と、前記突起導体（バンプ）２を封止する工程が別の工程であるため、製造工程が増え、製造コストが上昇するという問題があった。
【０００６】
また、前記弾性体（エラストマ）２Ａ，２Ｂを介して半導体チップ３と配線基板１をフリップチップ接合する工程の後に、前記弾性体２Ａ，２Ｂ間に封止樹脂１３を流し込んで突起導体（バンプ）３を封止する工程が行われているが、前記封止樹脂１３を流し込むときに、図１１に示すように、前記バンプ５間に封止樹脂１３が流れ込まずにボイド１５ができてしまうことが多い。前記ボイド１５が生じると、その後の製造工程での加熱処理、例えば、前記ボール端子４を接続するためのリフロー工程等で、前記ボイド１５内の空気が加熱されて膨張し、前記バンプ５が配線１０２Ａあるいは外部電極３０１から剥がれて接続不良になるという問題があった。また、前記ボイド１５の膨張により、前記封止樹脂１３と半導体チップ３あるいは配線基板１の接着面が剥がれ、パッケージクラックの原因になるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、配線基板上に、弾性体を介して半導体チップをフリップチップ接合した半導体装置において、製造工程を簡略化することが可能な技術を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、配線基板上に、弾性体を介して半導体チップをフリップチップ接合した半導体装置において、半導体チップの外部電極と配線の接続不良を低減することが可能な技術を提供することにある。
【０００９】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明において開示される発明の概要を説明すれば、以下のとおりである。
【００１１】
（１）絶縁性基材と、前記基材の表面に設けられた配線及びその外部接続端子とを備える配線基板において、前記配線の所定位置に突起導体が設けられ、前記絶縁性基材の配線及びその外部接続端子上に、前記突起導体の表面が露出しその一部が突出するように弾性体（エラストマ）が設けられていることを特徴とする配線基板である。
【００１２】
前記（１）によれば、前記配線基板の配線上に突起電極を設け、前記突起電極が露出するように弾性体（エラストマ）を設けておくことで、前記配線基板上に半導体チップを接着して、前記半導体チップの外部電極と配線を接続する際の製造工程を簡略化させることができる。
【００１３】
（２）絶縁性基材の表面に配線及びその外部接続端子が設けられ、前記配線の所定位置に突起導体が設けられ、前記絶縁性基材の配線及びその外部接続端子上に、前記突起導体の表面が露出しその一部が突出するように弾性体（エラストマ）が設けられた配線基板を設け、前記配線基板の弾性体上に、半導体チップをその回路形成面が前記弾性体と向かい合うように設け、前記半導体チップの回路形成面に設けられた外部電極と前記配線基板の配線が、前記弾性体（エラストマ）で密封されて接続されていることを特徴とする半導体装置である。
【００１４】
前記（２）によれば、前記半導体チップの外部電極と配線基板の配線を接続する導体（突起導体）が、前記弾性体（エラストマ）により密封されているため、前記導体の周辺にボイドができて、接合部の剥がれや、パッケージクラックが発生することを低減できるので、半導体装置の信頼性が向上する。
【００１５】
（３）テープ状の絶縁性基材の配線基板形成領域に、配線及びその外部接続端子を形成し、前記配線の所定位置に突起導体を形成し、前記配線基板形成領域の配線及び外部接続端子上に、前記突起導体と平面的に重なる位置に開口部を有する弾性体（エラストマ）を前記突起導体が前記開口部内に挿入され且つ前記突起導体の一部が前記開口部から突出するように貼り付けることを特徴とする配線基板の製造方法である。
【００１６】
前記（３）によれば、前記配線基板の配線上に突起電極を設け、前記突起電極が露出するように弾性体（エラストマ）を設けておくことで、前記配線基板上に半導体チップを接着して、前記半導体チップの外部電極と配線を接続する際の製造工程を簡略化させることができる。
【００１７】
（４）テープ状の絶縁性基材の配線基板形成領域に、配線及びその外部接続端子を形成し、前記配線の所定位置に突起導体を形成し、前記配線基板形成領域の配線及び外部接続端子上に、前記突起導体と平面的に重なる位置に開口部を有する弾性体（エラストマ）を前記突起導体が前記開口部内に挿入され且つ前記突起導体の一部が前記開口部から突出するように貼り付け、前記弾性体上に、半導体チップを、その外部電極形成面が前記弾性体と向かい合うように配置し、前記半導体チップを、前記弾性体を介して前記配線基板に接着するとともに、前記半導体チップの外部電極と前記配線基板の配線を、前記弾性体で密封される突起導体により接続することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１８】
前記（４）によれば、前記配線基板の配線上に突起電極を設け、前記突起電極が露出するように弾性体（エラストマ）を設けておくことで、前記配線基板上に半導体チップを接着して、前記半導体チップの外部電極と配線を接続する際の製造工程を簡略化させることができる。そのため、前記半導体装置の製造コストを低減させることができる。また、前記半導体チップの外部電極と配線基板の配線をフリップチップ接合する際に、前記導体 （突起導体）がその周辺のエラストマにより密封されるため、前記導体の周辺にボイドができて、接合部分の剥がれやパッケージクラックが発生することを低減でき、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１９】
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
【００２０】
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号をつけ、その繰り返しの説明は省略する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実施例）
図１及び図２は、本発明による一実施例の半導体装置の概略構成を示す模式図であり、図１（ａ）は半導体装置の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の裏面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の左側面図、図２（ａ）は図１（ａ）の半導体チップを省略して示した平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線での断面図である。
【００２２】
図１（ａ）、図１（ｂ）、及び図１（ｃ）において、１は配線基板、２は弾性体（エラストマ）、３は半導体チップ、４はボール端子である。また、図２（ａ）及び図２（ｂ）において、１０１は絶縁性基板、１０２Ａは配線、１０２Ｂは外部接続端子、３０１は半導体チップの外部電極、５は導体（突起導体）である。
【００２３】
本実施例の半導体装置は、例えば、図１（ａ）、図１（ｂ）、及び図１（ｃ）に示すように、配線基板１の一主面（表面）上に、弾性体（エラストマ）２を介在させて半導体チップ３が接着されており、前記配線基板１の前記表面と対向する面（裏面）には、例えば、Ｐｂ−Ｓｎ系はんだ等のボール端子４が接続されたＢＧＡ（Ball Grid Array ）型の半導体装置である。また、図１では示していないが、本実施例の半導体装置で用いている半導体チップ３は、外部電極が、回路形成面の中心線付近に線状に設けられたセンターパッド型の半導体チップであるとする。
【００２４】
また、本実施例の半導体装置では、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、前記配線基板１は、絶縁性基板１０１とその表面に設けられた配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂにより構成される。また、前記配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂ上には、前記弾性体２を介して前記半導体チップ３が、その外部電極３０１が形成された面を向かい合わせるように接着されており、前記半導体チップ３の外部電極３０１と前記配線基板の配線１０２Ａは、前記弾性体（エラストマ）２で密封された導体（突起導体）５により電気的に接続されている。また、前記外部接続端子１０２Ｂは、前記絶縁性基板１０１に設けられたビア孔を介して前記ボール端子４と接続されている。
【００２５】
図３乃至図８は、本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）、及び図６（ａ）は配線基板の製造方法を説明するための模式平面図、図３（ｂ）、図４（ｂ）、図６（ｂ）はそれぞれ、図３（ａ）、図４（ａ）、図６（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ’線での断面図、図７（ａ）及び図８（ａ）は前記配線基板を用いた半導体装置の製造方法を説明するための模式平面図、図７（ｂ）及び図８（ｂ）はそれぞれ、図７（ａ）及び図８（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図である。以下、図３乃至図８に沿って、本実施例の半導体装置の製造方法について説明する。なお、前記半導体装置で用いる半導体チップ３は、外部電極が、回路形成面の中心線付近に線状に設けられた、センターパッド型の半導体チップであるとする。
【００２６】
まず、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、例えば、ポリイミドなどの絶縁性のテープ状基材６の配線基板形成領域１’に、所定の配線パターンの配線１０２Ａ及び外部接続端子１０２Ｂを形成し、前記テープ状基材６の前記外部接続端子１０２Ｂ部分にビア孔１０３を開口する。前記配線１０２Ａ及び外部接続端子１０２Ｂは、前記テープ状基材６の表面に設けられた、例えば、銅箔のような導電性薄膜上に、所定の配線パターンに対応したレジストを形成し、前記レジストをマスクとして前記導電性薄膜上にめっき層を形成し、その後、前記レジストを除去して、今度は前記めっき層をマスクとして前記導電性薄膜をエッチング処理することにより形成される。また、前記ビア孔１０３は、例えば、レジスト膜をマスクとしたエッチング処理や、レーザによる開口などで形成する。また、前記テープ状基材６上には、図３（ａ）に示したような配線基板形成領域１’が複数個あり、各配線基板形成領域１’に同様の配線パターンが形成される。
【００２７】
次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、前記配線１０２Ａの所定位置に突起導体（バンプ）５を形成する。前記突起導体５は、例えば、Ｐｂ−Ｓｎ系はんだ等のはんだボールを前記配線１０２Ａ上に載せて、部分的に融解させて形成する方法や、金（Ａｕ）ワイヤを用いてスタッドバンプを形成する方法などがある。
【００２８】
次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示したような、前記配線１０２Ａに形成された突起導体５と対応する位置に開口部２０１を有する弾性体（エラストマ）２を準備する。前記弾性体２は、例えば、熱硬化性のエポキシ系樹脂にフィラーなどの添加剤を所定の割合で配合して所定の弾性率が得られるようにしておく。またこのとき、前記弾性体２の一主面には、図５（ｂ）に示したようにカバーフィルム７を設けておく。また、前記開口部２０１は、前記突起電極５と同じ大きさ、もしくは突起電極５よりも少し小さく形成する。
【００２９】
次に、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、前記テープ状基板６の配線基板形成領域１’に形成された配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂ上に、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示したカバーフィルム７が設けられた弾性体２を配置する。このとき、前記弾性体２は、前記開口部２０１が前記配線１０２Ａ上の突起導体５と平面的に重なるように位置あわせをして、前記開口部２０１内に突起導体５が挿入されるように配置される。またこのとき、前記弾性体２の開口部２０１を前記突起導体５よりも小さくしておくことにより、前記突起導体５が前記開口部２０１に押し込まれるように、隙間なく挿入することができる。
【００３０】
以上の手順に沿って、本実施例の半導体装置に用いる配線基板１が各配線基板形成領域１’に形成されたテープ状基材６が形成される。
【００３１】
次に、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示したようなテープ状基材６の配線基板形成領域１’上に設けられた弾性体（エラストマ）２の表面のカバーフィルム７を剥がして、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、前記弾性体２上に、センターパッド型の半導体チップ３を、その外部電極形成面が前記弾性体２と向かい合うようにして、前記外部電極３０１と前記突起電極５の位置あわせを行い、配置する。
【００３２】
次に、例えば、前記弾性体２を加熱するとともに、前記半導体チップ３を押圧して、前記半導体チップ３と前記弾性体２を接着するとともに、前記半導体チップ３の外部電極３０１と前記突起導体５を接続する。このとき、前記突起導体５は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したように、その周囲が前記弾性体（エラストマ）２で囲まれているため、前記半導体チップ３の外部電極３０１と前記配線基板１の配線１０２Ａを突起導体５によりフリップチップ接合されると同時に、前記接合部分が前記弾性体２により封止（密封）される。すなわち、本実施例の半導体装置の製造方法では、前記半導体チップの外部電極と配線基板の配線をフリップチップ接合する工程と、前記接合部を封止する工程を一工程で行うことができる。
【００３３】
その後、前記テープ状基材６に設けられたビア孔１０３上に、例えば、Ｐｂ−Ｓｎ系はんだ等のボール端子４を配置して、前記ボール端子４を部分的に融解させて前記ビア孔１０３内に流し込み、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、前記ボール端子４と前記外部接続端子１０２Ｂと電気的に接続する。その後、前記テープ状基材６を前記配線基板形成領域１’の外周部分で切断すると、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したような半導体装置が得られる。
【００３４】
以上説明したように、本実施例によれば、絶縁性基材１０１の表面に形成された配線１０２Ａの所定位置に突起導体（バンプ）５を設け、前記配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂ上に、前記突起導体５の表面が露出するように弾性体（エラストマ）２を設けた配線基板１を用いることにより、半導体チップ３を、その外部電極３０１形成面が前記弾性体２と向かい合うようにして前記外部電極３０１と配線１０２Ａをフリップチップ接合すると同時に、前記接合部の封止をすることができる。そのため、従来２つの工程だった、フリップチップ接合をする工程と、接合部を封止する工程を一工程で行い、製造工程を少なくすることができる、半導体装置の製造コストを低減させることができる。
【００３５】
また、前記配線基板１を用いてフリップチップ接合を行うと、前記外部電極３０１と配線１０２Ａを電気的に接続する導体（バンプ）５は、前記弾性体（エラストマ）により封止（密封）されるので、導体５の周辺にボイドができて、接合部分の剥離や、パッケージクラックなどが発生することを低減でき、半導体装置の信頼性が向上する。
【００３６】
図９（ａ）及び図９（ｂ）は前記実施例の半導体装置の応用例を示す模式断面図である。
【００３７】
前記実施例では、一つのセンターパッド型の半導体チップ３を配線基板１上にフリップチップ接合した半導体装置を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、図９（ａ）に示したように、前記実施例で説明した配線基板１上にフリップチップ接合されたセンターパッド型の半導体装置３上に、接着剤８を介して、例えば、回路形成面の２方向の辺に沿って外部電極９０１が設けられた半導体チップ９を積層した半導体装置であっても良い。この場合、前記半導体チップ９の外部電極９０１はボンディングワイヤ１０により前記配線基板上の配線１０２Ａと接続され、積層されたセンターパッド型の半導体チップ３及び半導体チップ９、ボンディングワイヤ１０、及びその接続部はモールド樹脂１１により封止される。
【００３８】
また、前記実施例で説明した配線基板１上にフリップチップ接続される半導体チップ前記実施例で挙げたセンターパッド型の半導体装置３に限らず、図９（ｂ）に示したような、回路形成面の２方向の辺に沿って外部電極が形成された半導体チップであっても良い。この場合も、前記実施例で説明したように、絶縁性基板１０１上に形成された配線１０２Ａの所定位置に突起電極５を設け、前記突起電極５に対応する位置に開口部が形成された弾性体（エラストマ）を設けた配線基板を製造することにより、フリップチップ接合する工程と接合部を封止する工程を一工程で行うことができ、製造工程が少なくなり製造コストが低減する。
【００３９】
以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることはもちろんである。
【００４０】
【発明の効果】
本発明において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００４１】
（１）配線基板上に、弾性体を介して半導体チップをフリップチップ接合した半導体装置において、製造工程を簡略化することができる。
【００４２】
（２）配線基板上に、弾性体を介して半導体チップをフリップチップ接合した半導体装置において、半導体チップの外部電極と配線の接続不良を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施例の半導体装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明による一実施例の半導体装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図である。
【図４】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図である。
【図５】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図である。
【図６】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図である。
【図７】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図である。
【図８】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図である。
【図９】前記実施例の半導体装置の応用例を示す模式断面図である。
【図１０】従来のフリップチップ接合した半導体装置の概略構成を示す模式図である。
【図１１】従来のフリップチップ接合した半導体装置の封止方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１ 配線基板
１０１ 絶縁性基材
１０２Ａ 配線
１０２Ｂ 外部接続端子
１０３ ビア孔
２ 弾性体（エラストマ）
２０１ エラストマの開口部
３ センターパッド型の半導体チップ
３０１ 外部電極
４ ボール端子
５ 突起導体（バンプ）
６ テープ状基材
７ カバーフィルム
８ 接着剤
９ 半導体チップ
９０１ 外部電極
１０ ボンディングワイヤ
１１ 封止樹脂
１２ 半導体チップ
１２０１ 外部電極
１３ 封止樹脂（アンダーフィル）
１４ ノズル
１５ ボイド
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線テープ及びそれを用いた半導体装置、ならびにその製造方法に関し、特に、半導体チップを、配線テープ上に弾性体（エラストマ）を介在させてフリップチップ接合する半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、配線及びその外部接続端子が設けられた配線基板上に半導体チップを搭載し、前記半導体チップの外部電極と配線基板の配線を接続する方法の一つとしてフリップチップ接合があげられる。
【０００３】
前記フリップチップ接合を用いて製造される半導体装置は、例えば、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、絶縁性基板１０１に配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂが設けられた配線基板１上に、例えば二つの弾性体（エラストマ）２Ａ，２Ｂが設けられ、前記弾性体２Ａ，２Ｂ上に半導体チップ３が設けられている。前記半導体チップ３は、図１０（ｂ）に示すように、その外部電極形成面が前記弾性体２Ａ，２Ｂと向かい合うように設けられ、前記外部電極３０１と前記配線基板１の配線１０２Ａが突起導体（バンプ）５により接合されている。このとき、前記弾性体２Ａ，２Ｂは、前記半導体チップ３の外部電極３０１が形成された領域をはさんだ両側に設けられており、前記突起導体（バンプ）５の周辺にできる隙間には、レジンなどの封止樹脂（アンダーフィル）１３を流し込んで前記突起導体（バンプ）５の周辺を封止している。前記弾性体２Ａ，２Ｂは、前記配線基板１と半導体チップ３とを接着する接着剤であるとともに、前記配線基板１と半導体チップ３の熱膨張係数の違いにより生じる熱応力を緩和するための緩和材としても機能するものを用いており、例えば、熱硬化性のエポキシ系樹脂などが用いられる。また、前記配線基板１の外部接続端子１０２Ｂは、前記テープ状基材１０１に設けられたビア孔に充填されたはんだビアを介して、はんだボールなどのボール端子４と接続されている。
【０００４】
前記フリップチップ接合された半導体装置の製造方法は、まず、テープ状基材１０１に配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂ、前記外部接続端子１０２Ｂ部分のビア孔を形成した配線基板１を形成したのち、前記配線基板１の所定位置に弾性体（エラストマ）２Ａ，２Ｂを配置し、前記弾性体２Ａ，２Ｂ上に半導体チップ３を、その外部電極３０１が前記弾性体２Ａ，２Ｂと向かい合うように配置する。このとき、例えば、前記外部電極３０１上に突起電極５が設けておき、前記突起電極５と前記配線１０２Ａが接するようにしておく。そして、前記弾性体２Ａ，２Ｂ及び突起電極５を加熱して、前記半導体チップ３と配線基板１を前記弾性体２Ａ，２Ｂにより接着するとともに、前記半導体チップ３の外部電極３０１と配線基板１の配線１０２を前記突起導体（バンプ）５により接続する。その後、前記突起導体（バンプ）５を封止するために、図１１に示すように、樹脂注入用ノズル１４を用いて、前記半導体チップ３の側面方向から前記二つの弾性体２Ａ，２Ｂ間にレジン等の封止樹脂１３を流し込む。前記封止樹脂１３によりバンプ５を封止した後、前記配線基板１のビア孔上にはんだボール等のボール端子４を載せて加熱し、部分的に融解させて前記はんだボールと外部接続端子１０２Ｂを接続する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術では、前記弾性体２Ａ，２Ｂを介して半導体チップ３と配線基板１をフリップチップ接合する工程と、前記突起導体（バンプ）２を封止する工程が別の工程であるため、製造工程が増え、製造コストが上昇するという問題があった。
【０００６】
また、前記弾性体（エラストマ）２Ａ，２Ｂを介して半導体チップ３と配線基板１をフリップチップ接合する工程の後に、前記弾性体２Ａ，２Ｂ間に封止樹脂１３を流し込んで突起導体（バンプ）３を封止する工程が行われているが、前記封止樹脂１３を流し込むときに、図１１に示すように、前記バンプ５間に封止樹脂１３が流れ込まずにボイド１５ができてしまうことが多い。前記ボイド１５が生じると、その後の製造工程での加熱処理、例えば、前記ボール端子４を接続するためのリフロー工程等で、前記ボイド１５内の空気が加熱されて膨張し、前記バンプ５が配線１０２Ａあるいは外部電極３０１から剥がれて接続不良になるという問題があった。また、前記ボイド１５の膨張により、前記封止樹脂１３と半導体チップ３あるいは配線基板１の接着面が剥がれ、パッケージクラックの原因になるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、配線基板上に、弾性体を介して半導体チップをフリップチップ接合した半導体装置において、製造工程を簡略化することが可能な技術を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、配線基板上に、弾性体を介して半導体チップをフリップチップ接合した半導体装置において、半導体チップの外部電極と配線の接続不良を低減することが可能な技術を提供することにある。
【０００９】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明において開示される発明の概要を説明すれば、以下のとおりである。
【００１１】
（１）絶縁性基材と、前記基材の表面に設けられた配線及びその外部接続端子とを備える配線基板において、前記配線の所定位置に突起導体が設けられ、前記絶縁性基材の配線及びその外部接続端子上に、前記突起導体の表面が露出しその一部が突出するように弾性体（エラストマ）が設けられていることを特徴とする配線基板である。
【００１２】
前記（１）によれば、前記配線基板の配線上に突起電極を設け、前記突起電極が露出するように弾性体（エラストマ）を設けておくことで、前記配線基板上に半導体チップを接着して、前記半導体チップの外部電極と配線を接続する際の製造工程を簡略化させることができる。
【００１３】
（２）絶縁性基材の表面に配線及びその外部接続端子が設けられ、前記配線の所定位置に突起導体が設けられ、前記絶縁性基材の配線及びその外部接続端子上に、前記突起導体の表面が露出しその一部が突出するように弾性体（エラストマ）が設けられた配線基板を設け、前記配線基板の弾性体上に、半導体チップをその回路形成面が前記弾性体と向かい合うように設け、前記半導体チップの回路形成面に設けられた外部電極と前記配線基板の配線が、前記弾性体（エラストマ）で密封されて接続されていることを特徴とする半導体装置である。
【００１４】
前記（２）によれば、前記半導体チップの外部電極と配線基板の配線を接続する導体（突起導体）が、前記弾性体（エラストマ）により密封されているため、前記導体の周辺にボイドができて、接合部の剥がれや、パッケージクラックが発生することを低減できるので、半導体装置の信頼性が向上する。
【００１５】
（３）テープ状の絶縁性基材の配線基板形成領域に、配線及びその外部接続端子を形成し、前記配線の所定位置に突起導体を形成し、前記配線基板形成領域の配線及び外部接続端子上に、前記突起導体と平面的に重なる位置に開口部を有する弾性体（エラストマ）を前記突起導体が前記開口部内に挿入され且つ前記突起導体の一部が前記開口部から突出するように貼り付けることを特徴とする配線基板の製造方法である。
【００１６】
前記（３）によれば、前記配線基板の配線上に突起電極を設け、前記突起電極が露出するように弾性体（エラストマ）を設けておくことで、前記配線基板上に半導体チップを接着して、前記半導体チップの外部電極と配線を接続する際の製造工程を簡略化させることができる。
【００１７】
（４）テープ状の絶縁性基材の配線基板形成領域に、配線及びその外部接続端子を形成し、前記配線の所定位置に突起導体を形成し、前記配線基板形成領域の配線及び外部接続端子上に、前記突起導体と平面的に重なる位置に開口部を有する弾性体（エラストマ）を前記突起導体が前記開口部内に挿入され且つ前記突起導体の一部が前記開口部から突出するように貼り付け、前記弾性体上に、半導体チップを、その外部電極形成面が前記弾性体と向かい合うように配置し、前記半導体チップを、前記弾性体を介して前記配線基板に接着するとともに、前記半導体チップの外部電極と前記配線基板の配線を、前記弾性体で密封される突起導体により接続することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１８】
前記（４）によれば、前記配線基板の配線上に突起電極を設け、前記突起電極が露出するように弾性体（エラストマ）を設けておくことで、前記配線基板上に半導体チップを接着して、前記半導体チップの外部電極と配線を接続する際の製造工程を簡略化させることができる。そのため、前記半導体装置の製造コストを低減させることができる。また、前記半導体チップの外部電極と配線基板の配線をフリップチップ接合する際に、前記導体 （突起導体）がその周辺のエラストマにより密封されるため、前記導体の周辺にボイドができて、接合部分の剥がれやパッケージクラックが発生することを低減でき、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００１９】
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
【００２０】
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号をつけ、その繰り返しの説明は省略する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実施例）
図１及び図２は、本発明による一実施例の半導体装置の概略構成を示す模式図であり、図１（ａ）は半導体装置の平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の裏面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の左側面図、図２（ａ）は図１（ａ）の半導体チップを省略して示した平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線での断面図である。
【００２２】
図１（ａ）、図１（ｂ）、及び図１（ｃ）において、１は配線基板、２は弾性体（エラストマ）、３は半導体チップ、４はボール端子である。また、図２（ａ）及び図２（ｂ）において、１０１は絶縁性基板、１０２Ａは配線、１０２Ｂは外部接続端子、３０１は半導体チップの外部電極、５は導体（突起導体）である。
【００２３】
本実施例の半導体装置は、例えば、図１（ａ）、図１（ｂ）、及び図１（ｃ）に示すように、配線基板１の一主面（表面）上に、弾性体（エラストマ）２を介在させて半導体チップ３が接着されており、前記配線基板１の前記表面と対向する面（裏面）には、例えば、Ｐｂ−Ｓｎ系はんだ等のボール端子４が接続されたＢＧＡ（Ball Grid Array ）型の半導体装置である。また、図１では示していないが、本実施例の半導体装置で用いている半導体チップ３は、外部電極が、回路形成面の中心線付近に線状に設けられたセンターパッド型の半導体チップであるとする。
【００２４】
また、本実施例の半導体装置では、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、前記配線基板１は、絶縁性基板１０１とその表面に設けられた配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂにより構成される。また、前記配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂ上には、前記弾性体２を介して前記半導体チップ３が、その外部電極３０１が形成された面を向かい合わせるように接着されており、前記半導体チップ３の外部電極３０１と前記配線基板の配線１０２Ａは、前記弾性体（エラストマ）２で密封された導体（突起導体）５により電気的に接続されている。また、前記外部接続端子１０２Ｂは、前記絶縁性基板１０１に設けられたビア孔を介して前記ボール端子４と接続されている。
【００２５】
図３乃至図８は、本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図であり、図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）、及び図６（ａ）は配線基板の製造方法を説明するための模式平面図、図３（ｂ）、図４（ｂ）、図６（ｂ）はそれぞれ、図３（ａ）、図４（ａ）、図６（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ’線での断面図、図７（ａ）及び図８（ａ）は前記配線基板を用いた半導体装置の製造方法を説明するための模式平面図、図７（ｂ）及び図８（ｂ）はそれぞれ、図７（ａ）及び図８（ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図である。以下、図３乃至図８に沿って、本実施例の半導体装置の製造方法について説明する。なお、前記半導体装置で用いる半導体チップ３は、外部電極が、回路形成面の中心線付近に線状に設けられた、センターパッド型の半導体チップであるとする。
【００２６】
まず、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、例えば、ポリイミドなどの絶縁性のテープ状基材６の配線基板形成領域１’に、所定の配線パターンの配線１０２Ａ及び外部接続端子１０２Ｂを形成し、前記テープ状基材６の前記外部接続端子１０２Ｂ部分にビア孔１０３を開口する。前記配線１０２Ａ及び外部接続端子１０２Ｂは、前記テープ状基材６の表面に設けられた、例えば、銅箔のような導電性薄膜上に、所定の配線パターンに対応したレジストを形成し、前記レジストをマスクとして前記導電性薄膜上にめっき層を形成し、その後、前記レジストを除去して、今度は前記めっき層をマスクとして前記導電性薄膜をエッチング処理することにより形成される。また、前記ビア孔１０３は、例えば、レジスト膜をマスクとしたエッチング処理や、レーザによる開口などで形成する。また、前記テープ状基材６上には、図３（ａ）に示したような配線基板形成領域１’が複数個あり、各配線基板形成領域１’に同様の配線パターンが形成される。
【００２７】
次に、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、前記配線１０２Ａの所定位置に突起導体（バンプ）５を形成する。前記突起導体５は、例えば、Ｐｂ−Ｓｎ系はんだ等のはんだボールを前記配線１０２Ａ上に載せて、部分的に融解させて形成する方法や、金（Ａｕ）ワイヤを用いてスタッドバンプを形成する方法などがある。
【００２８】
次に、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示したような、前記配線１０２Ａに形成された突起導体５と対応する位置に開口部２０１を有する弾性体（エラストマ）２を準備する。前記弾性体２は、例えば、熱硬化性のエポキシ系樹脂にフィラーなどの添加剤を所定の割合で配合して所定の弾性率が得られるようにしておく。またこのとき、前記弾性体２の一主面には、図５（ｂ）に示したようにカバーフィルム７を設けておく。また、前記開口部２０１は、前記突起電極５と同じ大きさ、もしくは突起電極５よりも少し小さく形成する。
【００２９】
次に、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、前記テープ状基板６の配線基板形成領域１’に形成された配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂ上に、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示したカバーフィルム７が設けられた弾性体２を配置する。このとき、前記弾性体２は、前記開口部２０１が前記配線１０２Ａ上の突起導体５と平面的に重なるように位置あわせをして、前記開口部２０１内に突起導体５が挿入されるように配置される。またこのとき、前記弾性体２の開口部２０１を前記突起導体５よりも小さくしておくことにより、前記突起導体５が前記開口部２０１に押し込まれるように、隙間なく挿入することができる。
【００３０】
以上の手順に沿って、本実施例の半導体装置に用いる配線基板１が各配線基板形成領域１’に形成されたテープ状基材６が形成される。
【００３１】
次に、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示したようなテープ状基材６の配線基板形成領域１’上に設けられた弾性体（エラストマ）２の表面のカバーフィルム７を剥がして、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、前記弾性体２上に、センターパッド型の半導体チップ３を、その外部電極形成面が前記弾性体２と向かい合うようにして、前記外部電極３０１と前記突起電極５の位置あわせを行い、配置する。
【００３２】
次に、例えば、前記弾性体２を加熱するとともに、前記半導体チップ３を押圧して、前記半導体チップ３と前記弾性体２を接着するとともに、前記半導体チップ３の外部電極３０１と前記突起導体５を接続する。このとき、前記突起導体５は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したように、その周囲が前記弾性体（エラストマ）２で囲まれているため、前記半導体チップ３の外部電極３０１と前記配線基板１の配線１０２Ａを突起導体５によりフリップチップ接合されると同時に、前記接合部分が前記弾性体２により封止（密封）される。すなわち、本実施例の半導体装置の製造方法では、前記半導体チップの外部電極と配線基板の配線をフリップチップ接合する工程と、前記接合部を封止する工程を一工程で行うことができる。
【００３３】
その後、前記テープ状基材６に設けられたビア孔１０３上に、例えば、Ｐｂ−Ｓｎ系はんだ等のボール端子４を配置して、前記ボール端子４を部分的に融解させて前記ビア孔１０３内に流し込み、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、前記ボール端子４と前記外部接続端子１０２Ｂと電気的に接続する。その後、前記テープ状基材６を前記配線基板形成領域１’の外周部分で切断すると、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したような半導体装置が得られる。
【００３４】
以上説明したように、本実施例によれば、絶縁性基材１０１の表面に形成された配線１０２Ａの所定位置に突起導体（バンプ）５を設け、前記配線１０２Ａ及びその外部接続端子１０２Ｂ上に、前記突起導体５の表面が露出するように弾性体（エラストマ）２を設けた配線基板１を用いることにより、半導体チップ３を、その外部電極３０１形成面が前記弾性体２と向かい合うようにして前記外部電極３０１と配線１０２Ａをフリップチップ接合すると同時に、前記接合部の封止をすることができる。そのため、従来２つの工程だった、フリップチップ接合をする工程と、接合部を封止する工程を一工程で行い、製造工程を少なくすることができる、半導体装置の製造コストを低減させることができる。
【００３５】
また、前記配線基板１を用いてフリップチップ接合を行うと、前記外部電極３０１と配線１０２Ａを電気的に接続する導体（バンプ）５は、前記弾性体（エラストマ）により封止（密封）されるので、導体５の周辺にボイドができて、接合部分の剥離や、パッケージクラックなどが発生することを低減でき、半導体装置の信頼性が向上する。
【００３６】
図９（ａ）及び図９（ｂ）は前記実施例の半導体装置の応用例を示す模式断面図である。
【００３７】
前記実施例では、一つのセンターパッド型の半導体チップ３を配線基板１上にフリップチップ接合した半導体装置を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、図９（ａ）に示したように、前記実施例で説明した配線基板１上にフリップチップ接合されたセンターパッド型の半導体装置３上に、接着剤８を介して、例えば、回路形成面の２方向の辺に沿って外部電極９０１が設けられた半導体チップ９を積層した半導体装置であっても良い。この場合、前記半導体チップ９の外部電極９０１はボンディングワイヤ１０により前記配線基板上の配線１０２Ａと接続され、積層されたセンターパッド型の半導体チップ３及び半導体チップ９、ボンディングワイヤ１０、及びその接続部はモールド樹脂１１により封止される。
【００３８】
また、前記実施例で説明した配線基板１上にフリップチップ接続される半導体チップ前記実施例で挙げたセンターパッド型の半導体装置３に限らず、図９（ｂ）に示したような、回路形成面の２方向の辺に沿って外部電極が形成された半導体チップであっても良い。この場合も、前記実施例で説明したように、絶縁性基板１０１上に形成された配線１０２Ａの所定位置に突起電極５を設け、前記突起電極５に対応する位置に開口部が形成された弾性体（エラストマ）を設けた配線基板を製造することにより、フリップチップ接合する工程と接合部を封止する工程を一工程で行うことができ、製造工程が少なくなり製造コストが低減する。
【００３９】
以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることはもちろんである。
【００４０】
【発明の効果】
本発明において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００４１】
（１）配線基板上に、弾性体を介して半導体チップをフリップチップ接合した半導体装置において、製造工程を簡略化することができる。
【００４２】
（２）配線基板上に、弾性体を介して半導体チップをフリップチップ接合した半導体装置において、半導体チップの外部電極と配線の接続不良を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施例の半導体装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明による一実施例の半導体装置の概略構成を示す模式図である。
【図３】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図である。
【図４】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図である。
【図５】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図である。
【図６】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図である。
【図７】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図である。
【図８】本実施例の半導体装置の製造方法を説明するための模式図である。
【図９】前記実施例の半導体装置の応用例を示す模式断面図である。
【図１０】従来のフリップチップ接合した半導体装置の概略構成を示す模式図である。
【図１１】従来のフリップチップ接合した半導体装置の封止方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１ 配線基板
１０１ 絶縁性基材
１０２Ａ 配線
１０２Ｂ 外部接続端子
１０３ ビア孔
２ 弾性体（エラストマ）
２０１ エラストマの開口部
３ センターパッド型の半導体チップ
３０１ 外部電極
４ ボール端子
５ 突起導体（バンプ）
６ テープ状基材
７ カバーフィルム
８ 接着剤
９ 半導体チップ
９０１ 外部電極
１０ ボンディングワイヤ
１１ 封止樹脂
１２ 半導体チップ
１２０１ 外部電極
１３ 封止樹脂（アンダーフィル）
１４ ノズル
１５ ボイド
Claims (4)
- 絶縁性基材と、前記基材の表面に設けられた配線及びその外部接続端子とを備える配線基板において、
前記配線の所定位置に突起導体が設けられ、
前記絶縁性基材の配線及びその外部接続端子上に、前記突起導体の表面が露出しその一部が突出するように弾性体（エラストマ）が設けられていることを特徴とする配線基板。 - 絶縁性基材の表面に配線及びその外部接続端子が設けられ、
前記配線の所定位置に突起導体が設けられ、前記絶縁性基材の配線及びその外部接続端子上に、前記突起導体の表面が露出しその一部が突出するように弾性体（エラストマ）が設けられた配線基板を設け、前記配線基板の弾性体上に、半導体チップをその回路形成面が前記弾性体と向かい合うように設け、前記半導体チップの回路形成面に設けられた外部電極と前記配線基板の配線が、前記弾性体（エラストマ）で密封されて接続されていることを特徴とする半導体装置。 - テープ状の絶縁性基材の配線基板形成領域に、配線及びその外部接続端子を形成し、
前記配線の所定位置に突起導体を形成し、
前記配線基板形成領域の配線及び外部接続端子上に、前記突起導体と平面的に重なる位置に開口部を有する弾性体（エラストマ）を前記突起導体が前記開口部内に挿入され且つ前記突起導体の一部が前記開口部から突出するように貼り付けることを特徴とする配線基板の製造方法。 - テープ状の絶縁性基材の配線基板形成領域に、配線及びその外部接続端子を形成し、
前記配線の所定位置に突起導体を形成し、
前記配線基板形成領域の配線及び外部接続端子上に、前記突起導体と平面的に重なる位置に開口部を有する弾性体（エラストマ）を前記突起導体が前記開口部内に挿入され且つ前記突起導体の一部が前記開口部から突出するように貼り付け、
前記弾性体上に、半導体チップを、その外部電極形成面が前記弾性体と向かい合うように配置し、
前記半導体チップを、前記弾性体を介して前記配線基板に接着するとともに、前記半導体チップの外部電極と前記配線基板の配線を、前記弾性体で密封される突起導体により接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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