JP4182963B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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本発明は半導体装置及びその製造方法に関するもので、特に基板と半導体素子とがフリップフロップ方式により接続するCOF(Chip On Film)構造と呼ばれる半導体パッケージに関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor package called a COF (Chip On Film) structure in which a substrate and a semiconductor element are connected by a flip-flop method.
図6は従来例のCOF構造における半導体素子の下面図で、図7(a)、(b)は従来例のCOF構造における基板の上面図と、A−A´における断面図である。図8は従来例における基板と半導体素子との接続状態を示すA−A´における断面図で、図9は従来例のCOF構造における封止状態を示すA−A´における断面図である。従来のCOF構造を以下に示す。 FIG. 6 is a bottom view of a semiconductor element in a conventional COF structure, and FIGS. 7A and 7B are a top view of a substrate in a conventional COF structure and a cross-sectional view taken along line AA ′. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ showing the connection state between the substrate and the semiconductor element in the conventional example, and FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ showing the sealed state in the COF structure of the conventional example. A conventional COF structure is shown below.
図6に示すように、半導体素子1の下面にはバンプ電極2が形成されている。通常、バンプ電極2は半導体素子1内の周辺部に形成されている。
As shown in FIG. 6, a
図7(a)、(b)に示すように、基板3上には複数の配線4が形成され、基板3及び配線4は絶縁膜5により被覆されている。基板3には通常、25・m又は40・m厚の可撓性を有するポリイミド系フィルムが使用されているが、ここで言う基板3の厚さは適宜、設定できる。配線4は基板3表面にバリアメタル6(ニッケル[Ni]及びクロム[Cr]、又はニッケル[Ni]及び銅[Cu])をスパッタリングし、バリアメタル6上にメッキ法で銅を析出させ銅箔を形成し、フォトリソ、エッチングすることにより複数形成される。また、少なくともバンプ電極接続位置7の配線4はスズメッキされている。配線4は基板3の周囲から半導体素子搭載領域8まで延在し、バンプ電極接続位置7の配線4は半導体素子搭載領域8内で、半導体素子1のバンプ電極2に対応するように位置している。絶縁膜5は少なくとも半導体素子搭載領域8を露出するように形成されている。これは図9に示すように、基板3と半導体素子1との間の空間を封止材料9を用いて封止する際、封止材料9の注入口である基板3と半導体素子1の端部との間の空間の広さを保ち、封止材料9の注入を容易にするためである。
As shown in FIGS. 7A and 7B, a plurality of
図8に示すように、基板3上のバンプ電極接続位置7の配線4と半導体素子1に形成されたバンプ電極2とは、ボンディング装置により位置合わせされ、電気的に接続されている。接続の方法としては通常、熱圧着方式等が用いられている。熱圧着方式とはバンプ電極接続位置7の配線4とバンプ電極2に熱及び圧力を加え、バンプ電極接続位置7の配線4上にメッキされているスズを溶融させてバンプ電極2と接続する方式である。
As shown in FIG. 8, the
図9に示すように、基板3と半導体素子1との間の空間は、基板3と半導体素子1の端部との間から注入された封止材料9により封止されている。通常、封止材料9には樹脂が用いられている。
As shown in FIG. 9, the space between the
図10はエッジショートが発生した際の従来例におけるCOF構造のA−A´における断面図である。図10に示すように、従来例におけるCOF構造では、配線4とバンプ電極2とを熱圧着する際、熱や圧力により基板3が符号10で示すように変形する場合がある。この場合、半導体素子1の下側や、その周囲に位置する配線4は、絶縁膜5で被覆されていないので、配線4は半導体素子1と符号10で示された箇所で接触し、配線4と半導体素子1とがショートするエッジショートという問題が起きる可能性がある。
FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of the COF structure in the conventional example when an edge short circuit occurs. As shown in FIG. 10, in the conventional COF structure, when the
本発明においては、基板上の配線を被覆する絶縁膜を半導体素子の下側にまで延在させることにより、熱圧着によって基板が変形し、配線が半導体素子とバンプ電極以外の部位で接触しても、配線は絶縁膜で被覆されているのでエッジショートが発生する可能性は低くなる。 In the present invention, by extending the insulating film covering the wiring on the substrate to the lower side of the semiconductor element, the substrate is deformed by thermocompression bonding, and the wiring contacts the part other than the semiconductor element and the bump electrode. However, since the wiring is covered with an insulating film, the possibility of an edge short circuit is reduced.
絶縁膜を半導体素子の下側まで延在させることにより、熱圧着時の熱及び圧力により基板が折れ曲がり、配線が半導体素子の端部と接触しても、配線は絶縁膜で被覆されているので、エッジショートの発生は減少し、品質の信頼性が向上する。更に、絶縁膜に封止材料注入のための切り欠き部を設けること、また、基板と半導体素子との間を封止する際、基板を反らせ基板と半導体素子の端部との間を広げることにより封止材料の注入が容易となり、流動性の低い封止材料でも封止が可能となるため、選択できる封止材料の幅が広がり設計の自由度が高くなる。 By extending the insulating film to the lower side of the semiconductor element, the substrate is bent due to heat and pressure during thermocompression bonding, and the wiring is covered with the insulating film even if the wiring contacts the end of the semiconductor element. The occurrence of edge shorts is reduced and the quality reliability is improved. Further, a notch for injecting a sealing material is provided in the insulating film, and when sealing between the substrate and the semiconductor element, the substrate is warped and the gap between the substrate and the end of the semiconductor element is widened. Therefore, the sealing material can be easily injected, and even a sealing material with low fluidity can be sealed. Therefore, the width of the sealing material that can be selected is widened, and the degree of freedom in design is increased.
本発明のCOF構造における参考の形態について以下に説明する。COF構造とは、配線基板上に半導体素子が形成され、基板と半導体素子とが導電体により電気的に接続され、導電体を保護するために配線基板と半導体素子との間の空間が樹脂により封止されている構造を言う。 Reference forms in the COF structure of the present invention will be described below. In the COF structure, a semiconductor element is formed on a wiring board, the substrate and the semiconductor element are electrically connected by a conductor, and the space between the wiring board and the semiconductor element is made of resin to protect the conductor. A structure that is sealed.
図1は本発明の参考の形態のCOF構造における半導体素子の下面図で、図2(a)、(b)は本発明の参考の形態のCOF構造における基板の上面図と、A−A´における断面図で、図3(a)、(b)は本発明の参考の形態のCOF構造において、基板と半導体素子とが接続され、封止された状態のA−A´、B−B´における断面図で、図4は本発明の参考の形態のCOF構造において基板が折れ曲がった際のCOF構造のA−A´における断面図である。
図1に示すように、半導体素子1の下面にはバンプ電極2が形成されている。
Figure 1 is a bottom view of the semiconductor device in the COF structure reference embodiment of the present invention, FIG. 2 (a), (b) is a top view of the substrate COF structure reference embodiment of the present invention, A-A' FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views taken along line AA ′ and BB ′ in a state where the substrate and the semiconductor element are connected and sealed in the COF structure according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of the COF structure when the substrate is bent in the COF structure according to the reference embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a
次に基板3の説明をする前に、説明の都合上、基板3を図2(a)、(b)に示すように3つの領域に分ける。半導体素子1が搭載される領域を第1の領域8aとし、その周囲を第2の領域8bとし、第1の領域8aの中央部を第3の領域8c(この第3の領域8cは、以降に説明される通り、配線が露出される領域であるので、配線露出領域と称する場合もある。)と定義する。
Next, before explaining the
図2(a)、(b)に示すように、基板3上には第2の領域8bから第3の領域8cまで延在し、バンプ電極接続位置7の配線4が第3の領域8cに位置するように、複数の配線4が形成される。基板3には例えば、可撓性を有するポリイミドやポリエステル等のプラスティック絶縁フィルムが用いられるが、基板3の厚さ、材質は適宜、設定できる。配線4はバリアメタル6層を介して基板3上に形成される。基板3表面にバリアメタル6(ニッケル[Ni]及びクロム[Cr]、又はニッケル[Ni]及び銅[Cu])をスパッタリングし、バリアメタル6上にメッキ法で銅を析出させ銅箔を形成し、フォトリソ、エッチングすることにより、複数の配線4が所定のピッチで互いに近接して形成される。また、少なくともバンプ電極接続位置7の配線4はスズメッキされている。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
基板3及び配線4は絶縁膜(例えばソルダーレジスト、エポキシ樹脂)5により被覆されている。絶縁膜5は、配線4に外部から異物が侵入する可能性を低くする為と、配線4が半導体素子1等と、所定の部位以外の場所で接触し、ショートする可能性を低くする為に設けられている。また、基板3と半導体素子1との間の空間を封止する際、封止材料の注入が容易となるように、絶縁膜5の所定部には、封止材料を注入するための切り欠き部11が設けられている。
The
絶縁膜5は第3の領域8c及び切り欠き部11を除いた第1の領域8a及び第2の領域8bに形成されている。ここで、絶縁膜5は、上述したように、その目的から、少なくとも配線4を被覆していれば良いが、基板3の強度を向上させる為、第3の領域8cを除いた配線4上を含む基板3上全域を覆うことが望ましい。すなわち、この配線4を被覆する絶縁膜5は、配線4を周囲から絶縁するという機能と同時に、基板3をサポートする補強板としての機能も有する。さらに、この場合、この絶縁膜5を従来の工程でも用いられているソルダーレジストで構成すれば、従来のソルダーレジストの開口領域(第3の領域8cに相当する領域)の大きさを変えることのみで本実施の形態に適用することが可能となる。従って、従来の工程を大幅に変更することなく、すなわち、コストを大幅に増大させることなく本発明を実現することができる。
The
切り欠き部11は第3の領域8cの境界線8´cから第2の領域8bまで延在するように、絶縁膜5の配線4上以外の領域に設けられている。切り欠き部11は基板3と半導体素子1との間の空間を封止するために、封止材料を注入するための注入口、又は基板3と半導体素子1との間の空気を排出するための排気口として機能する。注入された封止材料の流れ易さを考慮すると、封止材料が注入された際、基板3と半導体素子1との間の空間の空気が排出され易い構造が好ましいので、切り欠き部11は少なくとも2箇所以上で、注入口となる切り欠き部から、できるだけ離間した位置に排気口となる切り欠き部がくるように、それぞれの切り欠き部を設けるのが好ましい。例えば、基板3の中心部に対して対称となるように、基板3の長手方向に設けられた切り欠き部11、又は基板3の中心部に対して対角になるように設けられた切り欠き部11等が好ましい。また、封止材料の注入を円滑にするため、境界線8´cにおける切り欠き部の幅は、配線4のピッチ内で、できるだけ長い幅を有することが好ましい。すなわち、注入口の大きさをできるだけ広くするということである。図2(a)に示す切り欠き部11は、好ましい位置、形状の切り欠き部11の一例である。
The
図3(a)、(b)に示すように、基板3上の第3領域8c内の配線4と半導体素子1に形成されたバンプ電極2とはボンディング装置により位置合わせされ、熱圧着方式により電気的に接続され、半導体素子1は基板3上の第1の領域8aに搭載されている。基板3と半導体素子1との間の空間は、切り欠き部11から注入された封止材料(例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等)9により封止されている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
以上のように本発明の参考の形態においては、絶縁膜5が半導体素子1の下側まで延在しているので、配線4とバンプ電極2とを熱圧着する際の熱及び圧力により基板3が、図4の符号10に示すように変形し、配線4が半導体素子1の端部と接触した場合でも、配線4は絶縁膜5で被覆されているので、エッジショートの発生は減少し、品質の信頼性が向上する。また、エッジショートの発生を防止するための構造として、配線4が一本一本絶縁被覆されたものも考えられるが、それに比べて参考の形態では、絶縁膜5にソルダーレジストを用いているので、基板3の強度が大きく基板3が曲がり難い。また、従来の工程を大幅に変更することなく絶縁膜5を形成することができるので、大幅なコストアップを伴わずに実現できる。また、基板3上面の第3の領域は、絶縁膜5で取り囲まれているため、基板3と半導体素子1との間の空間に注入された封止材料9は、第3の領域の周囲の絶縁膜5によって堰き止められ、基板3の周囲に流れ出難くなるため、適量の封止材料で所定の箇所を封止することができる。
As described above, in the reference embodiment of the present invention, since the insulating
更に、切り欠き部11により基板3と半導体素子1の端部との間が、図3(b)の符号12に示すように、絶縁膜5の厚さ分だけ広がり、封止材料9の注入が容易となり、流動性の低い封止材料でも封止が可能となるため、選択できる封止材料9の幅が広がり、設計の自由度が高くなる。また、広がった間は、絶縁膜5の厚さ分だけ厚く封止材料9で封止でき、その部位で基板3は曲がり難くなるので、切り欠き部11をエッジショートが発生する可能性のある部位に設けることで、エッジショートを防止することができる。
Further, the
本発明の第2の実施の形態は、COF構造の半導体装置の他の製造方法に関するものである。図5は本発明の第2の実施の形態における半導体装置の製造方法の封止の際の工程を示した断面図である。 The second embodiment of the present invention relates to another method for manufacturing a semiconductor device having a COF structure. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a process at the time of sealing in the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment of the present invention.
第2の実施の形態では、基板3と半導体素子1との間の空間を封止材料9を用いて封止する際、基板3の周囲に応力を加えて基板3の周囲を下側に反らせ、基板3と半導体素子1の端部との間を広げる。
In the second embodiment, when the space between the
基板3と半導体素子1の端部との間を広げる一つ目の方法は、中央部が周囲に比べ高さのある支持台(例えば凸型の支持台等)13に、基板3の下側の中央部が支持台13の中央部(あるいは頂部、又は凸部とも呼ぶ)に位置するように半導体装置を載置し、押圧冶具(例えばピン等)で基板3の周囲を支持台13の周囲に押さえ付けることにより、基板3と支持台13を固定して基板3を反らせ、基板3と半導体素子1の端部との間を広げる方法である。
The first method for widening the gap between the
二つ目の方法は、可撓性を有する支持台13に、基板3を載置し、基板3の周囲に応力を加えることで、支持台13を撓ませ基板3の周囲を下側に反らせ、基板3と半導体素子1の端部との間を広げる方法である。
The second method is to place the
次に、この広がった間(図5の符号14で示す箇所)から封止材料9を注入し、基板3と半導体素子1との間の空間を封止する。ここで、支持台13の形状によっては基板3の中央部が持ち上がり、基板3と半導体素子1との間が多少狭まるが、基板3と半導体素子1の端部との間から注入された封止材料9は基板3と半導体素子1との間を毛細管現象で容易に広がり、所定の領域を封止できるので、封止を妨げる要因とはならない。
Next, the sealing material 9 is injected from this expanded area (location indicated by
以上のように本発明の第2の実施の形態では、封止の際、基板3と半導体素子1の端部との間を広げることで、封止材料9の注入が容易となり、流動性の低い封止材料9でも封止が可能となるため、選択できる封止材料の幅が広がり、設計の自由度が高くなる。
As described above, in the second embodiment of the present invention, the gap between the
また、ここで示した封止の方法は、本発明の参考の形態におけるCOF構造の半導体装置にも用いることができる。 The sealing method shown here can also be used for a semiconductor device having a COF structure according to a reference embodiment of the present invention.
1 半導体素子
2 バンプ電極
3 基板
4 配線
5 絶縁膜
6 バリアメタル
7 バンプ電極接続位置
8 半導体素子搭載領域
8a 第1の領域
8b 第2の領域
8c 第3の領域
9 封止材料
11 切り欠き部
13 支持台
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記基板の前記周囲を前記半導体素子が搭載された側とは反対側に反らせ、前記基板と前記半導体素子の端との間の空間を広げる工程と、広がった前記空間から封止材料を注入し、前記基板と前記半導体素子との間に前記所定間隔離間して形成された空間を封止する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A flexible substrate in which a plurality of wirings are formed on the surface so as to extend from the periphery to the central part, and a semiconductor element placed on the central part and the wiring are electrically connected, and the semiconductor element In a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a conductor formed on a lower side; and an insulating film that covers the substrate and the wiring so as to expose the conductor and is spaced apart from the semiconductor element by a predetermined distance.
Warping the periphery of the substrate to the side opposite to the side on which the semiconductor element is mounted, and widening a space between the substrate and the end of the semiconductor element; and injecting a sealing material from the widened space And a step of sealing a space formed at a predetermined distance between the substrate and the semiconductor element.
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