JPH05206201A - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルムチップキャリアにおけるインナーリ
ード部の薄肉化に伴うフィンガー強度の低下を補足し、
半導体デバイスチップとの接合性を向上させて、金属配
線の微細化を可能とし、高集積化された半導体装置を実
現すること。 【構成】 可撓性フィルム部材上に金属配線が形成され
たチップキャリアに半導体デバイスチップを搭載してな
る半導体装置において、半導体デバイスチップの端子部
が、チップキャリアの金属配線形成面側から金属配線の
インナーリード部に接続されており、インナーリード部
の接続部の裏面側に、可撓性フィルム部材を貫通する熱
伝導性材料の貫通柱が設けられているもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＩＣ，ＬＳＩ等の半
導体デバイスチップが、その端子部を外部容器（いわゆ
るパッケージ）または回路基板の端子部に接続する際に
用いられるチップキャリアに搭載された半導体装置及び
その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体デバイスチップの複数の接
続用パッド（バンプ部）は、ボンディング・ワイヤー、
もしくはテープ状またはバッチタイプ等のフィルムチッ
プキャリア上に形成されたリードワイヤによって、リー
ドフレームあるいは回路基板の端子部と接続されてい
た。ここで、ボンディング・ワイヤーとフィルムチップ
キャリアとの使用区分は、半導体デバイスチップのバン
プ間ピッチに依存し、例えばピッチが２００〜３００μ
ｍ以下の場合にはフィルムチップキャリアが使用される
ことが一般的である。

【０００３】従来のフィルムチップキャリアでは、ポリ
イミドフィルム，ポリエステルフィルム等からなる電気
絶縁性の可撓性フィルムに、半導体デバイスチップを挿
入するためのデバイス孔が穿設されており、可撓性フィ
ルムの一方の面のデバイス孔開口部周縁には、デバイス
開口部に放射状にインナーリード部を突き出した多数の
金属配線（リードワイヤ）が形成されている。

【０００４】このリードワイヤのインナーリード部は、
デバイス孔開口部にオーバーハング状につきだした状態
となっており、デバイス孔内に半導体デバイスチップが
挿入された状態でインナーリード部と半導体デバイスチ
ップのバンプとが（インナーリード部側から）加圧ボン
ディングされて接続される。

【０００５】ところで、近年半導体デバイスチップの高
集積度化の傾向は著しく、それに伴って、入出力接続パ
ッド数も多くなり、現在ではバンプ間ピッチが１００μ
ｍ以下の半導体デバイスチップも実用化の段階に入って
いる。しかし、このような非常に狭いバンプ間ピッチの
半導体デバイスチップに対応できる微細ピッチのインナ
ーリード部を備えたフィルムチップキャリアの作成は非
常に困難である。

【０００６】即ち、チップキャリアの金属配線の一般的
形成方法は、可撓性フィルム部材に３５μｍ程度の銅箔
を蒸着等により析出し、あるいは銅箔片を貼付しておい
て、この銅箔をエッチングすることにより形成するか、
若しくは可撓性フィルム部材表面に無電解メッキに対す
る触媒活性層を所定の配線パターンで設けておき、その
後銅メッキを施すことによって形成されているが、イン
ナーリード間ピッチを非常に狭くする場合には以下のよ
うな問題を生じる。

【０００７】前者のエッチング方法の場合、例えばイン
ナーリード間ピッチの目標を７０μｍとするとインナー
リード部の導体の幅は３５μｍ程度となるが、銅箔層の
厚さが３５μｍである場合には導体幅／導体厚さの比が
１以下となるので、このような場合にはサイドエッチン
グが著しく、個々の配線のインナーリード部の断面形状
が台形形状となってしまう。又、後者のメッキ方法の場
合、積み上げられたメッキ層からピッチ方向に瘤がつき
出して配線間が短絡する可能性があり、この瘤の大きさ
は例えば銅メッキ厚が３５μｍのときに、２０μｍ程度
にまでなってしまうこともある。

【０００８】このような問題を解決するにあたっては、
上記の何れの方法においても金属配線の厚みを薄くする
ことが望まれる。つまり、エッチングによる方法におい
て銅箔層の厚みが薄ければ、サイドエッチングがあまり
進行せず、ほぼ矩形断面の配線が得られ、メッキによる
方法においてもメッキ厚が薄ければ、瘤はあまり成長せ
ず、短絡の危険性が少ない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のチップ
キャリアにおける金属配線のインナーリード部は、前述
したようにデバイス孔の開口部につきだしたオーバーハ
ング構造をとっているので、半導体デバイスチップとの
ボンディング時の加圧力を金属配線単独で耐えなければ
ならない。このボンディング時の耐加圧力（以下「フィ
ンガー強度」と称す）は５〜１５ｇ必要であるとされて
いるが、インナーリード部の銅箔層を薄くして、例え
ば、２５μｍ幅，１８μｍ厚とした銅箔配線のフィンガ
ー強度は１２ｇである。このため、このように厚みを薄
くした金属配線では、半導体デバイスチップのボンディ
ングに耐えることができない場合が生じ、半導体装置と
しての製品の信頼性を低下する要因となっていた。

【００１０】ここで、金属配線のインナーリード部の裏
面側（半導体デバイスチップのバンプ部と接続される面
の裏側）に可撓性フィルム部材を残存（又は新規に形
成）させてインナーリード部の補強を行なうことが考え
られているが、この方法ではボンディング時の接着性が
低下する問題がある。即ち、従来のボンディング工程で
は、加熱加圧ツールをインナーリード部の裏面側に当接
させて加熱加圧作業を行なうため、このツールを通常通
りに用いれば、ツールとインナーリード部との間に可撓
性フィルム部材が介在することとなり、ツールからの熱
及び加圧力が効率良く伝わらなくなる。このため、イン
ナーリード部とバンプ部との接着不良が生じる場合があ
り、これを避けるために加熱温度や加圧力を上昇させる
と、可撓性フィルム部材の変質や、インナーリード部の
折れ（乱れ）、並びに半導体デバイスチップ自体の故障
等の問題が生ずる。

【００１１】そこで、本発明ではこれらの問題を解決
し、金属配線の微細化が可能で、かつ充分なフィンガー
強度を有し、ボンディング加工性ならびに耐久性に優れ
たチップキャリアを用いた半導体装置及びその製造方法
を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため本発
明では、可撓性フィルム部材の一方の面側に複数組の金
属配線が形成されたチップキャリアに半導体デバイスチ
ップを搭載してなる半導体装置において、前記半導体デ
バイスチップの端子部が前記チップキャリアの金属配線
形成面側から金属配線のインナーリード部に接続されて
おり、前記インナーリード部の前記接続部の裏面側に可
撓性フィルム部材を貫通する熱伝導性材料の貫通柱が設
けられている半導体装置を提供する。

【００１３】ここで、可撓性フィルム部材の一方の面側
に複数組の金属配線が形成されたチップキャリアに半導
体デバイスチップを搭載してなる半導体装置の製造方法
においては、前記半導体デバイスチップの端子部を前記
チップキャリアの金属配線形成面側から金属配線のイン
ナーリード部に接続する際に、前記インナーリード部の
前記接続部の裏面側に可撓性フィルム部材を貫通する熱
伝導性材料の貫通柱が設けられたチップキャリアを用
い、接合装置の加圧ツールを上記貫通柱に当て、インナ
ーリード部を前記貫通柱を介した加圧力により半導体デ
バイスチップの突起状端子部に加圧することにより半導
体装置を製造する。

【００１４】

【作用】本発明では、上記のように半導体装置を構成す
るチップキャリアとして、金属配線のインナーリード部
の接続部の裏面側に可撓性フィルム部材を貫通する熱伝
導性材料の貫通柱が設けられているものを用いている。
そして、このチップキャリアを用いて半導体デバイスチ
ップと接合して半導体装置を作成する際には、接合装置
の加圧ツールをこのチップキャリアの貫通柱に当て、イ
ンナーリード部の貫通柱を介してチップの端子部に加圧
若しくは同時に加熱することで、両者の接合を行なう。

【００１５】ここで、ボンディング時には、接合装置の
加圧ツールとインナーリード部との間には熱伝導性材料
の貫通柱が介在するため、インナーリード部と半導体デ
バイスチップの端子部との接合部には、加圧ツールから
の圧力並びに熱が貫通柱を介して効率良く伝導され、こ
れらの接合性は極めて良好なものとなる。従って、ボン
ディング時における接合装置の加圧ツールによる加熱加
圧作業が、低圧力で、低温で、かつ短時間での接合が可
能となり、半導体デバイスチップに損傷を及ぼさない範
囲で半導体装置を作製できるものとなっている。

【００１６】さらに、この半導体装置に用いるチップキ
ャリアにおいては、そのインナーリード部が従来のよう
にオーバーハング構造をとっておらず、半導体デバイス
チップとの接合部の裏面側には可撓性フィルム部材が設
けられている。このため、金属配線単体からなるものに
比べて、可撓性フィルム部材により支持固定されている
分だけインナーリード部のフィンガー強度が向上し、金
属配線の厚さを従来より極めて薄くしても、通常の接合
装置の加圧ツールから与えられるボンディング工程にお
ける加熱加圧力に十分に耐えることができるものとなっ
ている。

【００１７】加えて、このようにインナーリード部が強
化されていることから、何物かの物体との接触等による
インナーリード部の変形、乱れが生じなく、半導体デバ
イスチップと良好な接合性が得られるため、半導体装置
として完成された場合の製品の歩留が向上する。

【００１８】ここで、チップキャリアに上記の貫通柱を
形成する場合には、例えばインナーリード部を含む領域
の可撓性フィルム部材を、予めインナーリード部の裏側
より削っておくことで肉厚を薄くしておくと、この場所
へ小径の貫通柱の形成を容易に行なえる。このような小
径の貫通柱の形成方法としては、本件出願人による特願
平１−３５０２９号（特開平２−２１５１４５号）にそ
の一例が記載されているが、この方法に限定されるもの
ではない。このチップキャリアの形成方法の具体的な一
例を以下に説明する。ここでは、フィルムチップキャリ
アがテープ状に形成された、いわゆるテープキャリアの
形成方法として説明するが、バッチ状のフィルムチップ
キャリアにおいてもほぼ同様である。

【００１９】まず、ポリイミド、ポリフェニレンサルフ
ァイド、ポリエチレンテレフタレート、液晶ポリマー等
の耐熱性に優れた厚さ１０〜２００μｍ程度の可撓性テ
ープを用い、その一方の面にスパッター蒸着法によって
０．１〜１μｍの金属皮膜（銅、クロム、ニッケル等）
を形成する。その後、必要に応じて更に銅メッキを施
し、厚さ１〜５０μｍの銅を主体とした金属箔層とし、
可撓性テープと金属箔層とからなる複合テープを形成す
る。

【００２０】そして、必要に応じて、可撓性フィルム部
材のインナーリード部群形成領域を含んだ周辺の領域
を、金属箔層の裏側よりエッチングにて削って薄膜化す
る。さらに、インナーリード部先端部近傍で半導体デバ
イスチップの端子部との接合場所（接合部の裏面部）の
可撓性フィルム部材を、インナーリード部の金属箔に到
達するまでエッチングで削りとる。

【００２１】この時の切削形状は、インナーリード部の
幅をはみ出さないものであり、可撓性フィルム部材がイ
ンナーリード部を支持固定できる限り開口面積が大きい
方が望ましいが、一般的には、インナーリード部の幅を
その一辺とし、他辺が０．５ｍｍ程度の長方形の貫通孔
で十分である。

【００２２】そして、この貫通孔に電解メッキ等により
金属等の熱伝導性材料を充填し、貫通柱を設ける。一般
的には、銅メッキが簡単である。また、この際に予め無
電解金属メッキ、金属蒸着等を行ない、可撓性フィルム
部材の前記貫通孔の壁面を導電処理した後、先の電解メ
ッキをするほうが、ここに形成された貫通柱が可撓性フ
ィルム部材に確実に固定され、ボンディング加圧に対し
て安定となる。

【００２３】しかる後、リソグラフィにて、金属箔層を
エッチングして金属配線を形成させる。尚、この金属配
線形成のためのリソグラフィは、可撓性フィルム部材の
エッチングの前でも可能であるが、このときは、金属配
線面をレジストで可撓性フィルム部材のエッチング液よ
り保護しなければならない。

【００２４】高分子フィルムよりなる可撓性テープをエ
ッチングする方法としては、高分子フィルムを溶解分解
させる溶液が使用される。例えば、可撓性テープが、ポ
リイミドフィルムより成る場合は、ヒドラジンとエチレ
ンジアミンの混合溶液、水酸化カリウム等のアルカリ径
薬品をエタノールあるいは水に混合した溶液等のエッチ
ング液によって好ましい結果が得られる。また、ＥＣＲ
プラズマ、エキシマレーザー加工等のドライエッチング
も利用可能である。

【００２５】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。以下の実施例では、チップキャリアとしてテープキ
ャリアを用いた場合について述べているが、単体のバッ
チタイプの場合もほぼ同様である。図１は、本発明の第
１の実施例にかかる半導体装置のテープキャリアの部分
平面図であり、図２は図１の部分拡大図、図３はこのテ
ープキャリアを用いた半導体装置の部分断面図である。

【００２６】まず、本実施例におけるテープキャリアの
製造方法について説明する。この実施例では、厚さ５０
μｍのポリイミドフィルムからなる可撓性テープ２の一
方の面にスパッター蒸着法によって０．２μｍの銅皮膜
を付着させ、更に電解銅メッキを施して厚さ１０μｍの
銅箔層を形成して、複合テープを作製する。

【００２７】そして、塩化第二鉄水溶液を用いて銅箔層
にエッチングを施し、導体幅ｄ＝２５μｍ，導体ピッチ
ｐ＝５０μｍの金属配線１を長手方向に所定の長さ間隔
で複数組形成した。この時、金属配線１の全数のアウタ
ーリード１ｂの外側部分は、電解メッキ用の電極１ｃに
接続されている。尚、図１では４組の金属配線の配線本
数は一部省略している。

【００２８】また、本実施例における金属配線１は、半
導体デバイスチップ６のバンプ７とボンディングされる
べきインナーリード部１ａを内側に、リードフレームや
外部回路基板の端子部と接続されるアウターリード部１
ｂを外側にして、図１に示されるように４方向に放射状
に配置されている。ここで、本実施例では各々の金属配
線１にインナーリード部１ａと１対１に対応するアウタ
ーリード部１ｂが設けられており、それぞれのアウター
リード部１ｂが、リードフレームや回路基板等の外部回
路装置の端子部に接続されるようになっているが、この
ような形式のものに限るものではない。

【００２９】即ち、本発明にかかるテープキャリアに形
成される金属配線は、図１のように一端にインナーリー
ド部、他端にアウターリード部を備えた配線が所定のピ
ッチで並んでいる場合だけでなく、アウターリード部と
インナーリード部が１対複数に対応している場合や、イ
ンナーリード部がその外側に形成された所定の回路に接
続されている場合もある。また、本実施例では、１本の
金属配線に、半導体デバイスチップがボンディングされ
るインナーリード部が１個だけ形成されているが、場合
によって１本の金属配線に複数個のインナーリード部が
形成されていても良い。

【００３０】次に、金属配線１が形成された複合テープ
の金属配線１形成面と可撓性テープ２表面の両面に環化
イソプレンゴムを塗布し、金属配線１形成面側は全面露
光する。また、可撓性テープ２側は、インナーリード１
ａ群の周辺部３（従来、デバイス孔が開口していた場
所）、スプロケット孔５、アウターリード孔１ｂを除い
て露光する。そして、これを 1,1,1トリクロロエタンに
て現像し、インナーリード１ａ群の周辺部３等に開口部
を有するレジスト層を形成する。

【００３１】さらに、これを５規定の水酸化カリウム水
溶液中に、５０℃にて１時間浸漬して開口部の可撓性フ
ィルム部材の一部を削除した後、水洗した。この後、レ
ジストの環化イソプレンゴムをトルエンに浸漬し、レジ
スト剥離を行った。これにより、インナーリード１ａ群
の周辺部３の可撓性テープ２は、厚さが１１μｍに薄膜
化された。

【００３２】しかる後、再び、可撓性テープ２側表面に
環化イソプレンゴムを塗布し、可撓性テープ２形成面で
インナーリード１ａの裏側に、インナーリード１ａの幅
の両端と、インナーリード部先端より０．５ｍｍの位置
から、更に０．５ｍｍ内側の位置までの金属配線で囲ま
れた領域と、スプロケット孔５、アウターリード孔１ｂ
を除いて露光し、現像してレジスト層を形成した。

【００３３】これを５規定の水酸化カリウム水溶液中
に、５０℃にて２０分浸漬した後、水洗することで、イ
ンナーリード１ａの裏側から可撓性テープ２表面に通じ
る貫通孔と、スプロケット孔５、アウターリード孔１ｂ
とが形成された。

【００３４】しかる後、スプロケット孔５、アウターリ
ード孔１ｂ部分に環化イソプレンゴムを塗布して露光
し、これらの部分にレジスト層を形成する。この状態
で、スパッター蒸着法にて０．２μｍの銅皮膜を付着
し、その後トルエンに浸漬してレジスト剥離を行い、先
の貫通孔の壁面に導電処理を施した。

【００３５】そして次に、金属配線１形成面に環化イソ
プレンゴムを塗布し、電極部１ｃを除いて露光し、現像
する。この状態で、電極部１ｃに通電して電解メッキを
施すことで、先の貫通孔が充填され、貫通柱８が形成さ
れる（図２参照）。最後に、不要なレジストを剥離し
て、テープキャリアを完成した。

【００３６】このようにして形成されたテープキャリア
は、スプロケット孔による搬送装置に装着され、インナ
ーリードボンダーに送られて半導体デバイスチップと接
合される。この際に、テープキャリアのスプロケット孔
による概略送り位置合わせがなされ、インナーリードボ
ンダーのボンディングツールと、テープキャリアのイン
ナーリード部と、半導体デバイスチップのバンフとの精
密な相対位置合わせは別個の位置検出手段（図示せず）
により行なう。

【００３７】このボンディング時には、半導体デバイス
チップ（のバンフ）は、金属配線１のインナーリード１
ａ上（テープキャリアの金属配線形成面側）に配置さ
れ、ボンディングツールは貫通柱８の下方（テープキャ
リアの可撓性テープ側）に配置される。そして、ボンデ
ィングツールを貫通柱８に当接させた状態で加熱加圧動
作を施して、半導体デバイスチップのバンフと、金属配
線１のインナーリード１ａとを接合する。この接合作業
は、ボンディングツールにより、加熱温度４５０℃、加
圧力３０g/cm² で約１秒間程度で行なうことができた。

【００３８】以上のようにして、本実施例に係る半導体
装置が形成されるが、これらの実施例製品のテープキャ
リアと半導体デバイスチップとの接合状態は極めて良好
であり、従来品に比較して全く遜色はない。さらに、テ
ープキャリア単体並びに半導体装置の完成品にあっても
インナーリード部の損傷は全く発生しなかった。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、イ
ンナーリード部のフィンガー強度を低下させることな
く、金属配線を薄くできるため、従来不可能であったチ
ップキャリアの金属配線の微細化が可能となるので、高
集積化された半導体装置が実現できる。

【００４０】また、チッップキャリアのインナーリード
部は可撓性フィルム部材により補強されているが、可撓
性フィルム部材側の面よりインナーリード部の半導体デ
バイスチップの端子部と接合される部分に至る貫通柱を
熱伝導性材料にて設けているため、チップキャリアと半
導体デバイスチップとのボンディング時には、この熱伝
導性材料よりなる貫通柱を通して、速やかに接合箇所に
熱が伝達し、低圧力で、低温かつ短時間での接合が可能
となり、半導体デバイスチップに損傷を及ぼさない利点
がある。

【００４１】加えて、このようにインナーリード部が強
化されているので、何物かの物体との接触等によるイン
ナーリード部の変形、乱れ等が生じないため、半導体デ
バイスチップとの接合性が向上し、半導体装置として完
成された場合の歩留が向上する利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る半導体装置に用いるテ
ープキャリアを示す部分平面図である。

【図２】図１に示すテープキャリアのインナーリード部
１ａ近傍を示す部分拡大図である。

【図３】本発明の一実施例に係る半導体装置を示す断面
図である。

【符号の説明】

１…金属配線、１ａ…インナーリード部、１ｂ…アウタ
ーリード部、 １ｃ…メッキ用電極、２…可撓性テープ、 ３…インナーリード部周辺領域（薄膜化された可撓性テ
ープ部） ４…アウターリード孔、５…スプロケット孔、６…半導
体デバイスチップ ７…バンプ、８…貫通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大谷 健一 東京都千代田区丸の内二丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可撓性フィルム部材の一方の面側に複数
   組の金属配線が形成されたチップキャリアに半導体デバ
   イスチップを搭載してなる半導体装置において、 前記半導体デバイスチップの端子部が、前記チップキャ
   リアの金属配線形成面側から金属配線のインナーリード
   部に接続されており、 前記インナーリード部の前記接続部の裏面側に、可撓性
   フィルム部材を貫通する熱伝導性材料の貫通柱が設けら
   れていることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 可撓性フィルム部材の一方の面側に複数
   組の金属配線が形成されたチップキャリアに半導体デバ
   イスチップを搭載してなる半導体装置の製造方法におい
   て、 前記半導体デバイスチップの端子部を、前記チップキャ
   リアの金属配線形成面側から金属配線のインナーリード
   部に接続する際に、 前記インナーリード部の前記接続部の裏面側に、可撓性
   フィルム部材を貫通する熱伝導性材料の貫通柱が設けら
   れたチップキャリアを用い、 接合装置の加圧ツールを上記貫通柱に当て、インナーリ
   ード部を前記貫通柱を介した加圧力により半導体デバイ
   スチップの突起状端子部に加圧することを特徴とする半
   導体装置の製造方法。