JP2816028B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
係わり、特にマルチチップモジュールのパッケージ構造
を有する装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年では、一つのパッケージ内に複数の
半導体チップを内蔵するマルチチップモジュールが用い
られている。従来のマルチチップモジュールのパッケー
ジ構造を、図１０に示す。半導体チップ１０２は、電極
パッド１０３がボンディングワイヤ１０５を介してプリ
ント配線基板１０１上のパターン電極１０４に接続され
た状態で実装されている。また半導体チップ１０６及び
１１６は、パターン電極１１０及び１２０上に形成され
たバンプ１０８及び１１８を介して、電極パッド１０７
及び１１７がパターン電極１１０及び１２０に接続され
た状態で実装されている。またプリント配線基板１０１
は、配線層１０９を内蔵している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなプ
リント配線基板１０１の材質には、多層構造にする必要
上、ガラスエポキシ樹脂が一般に用いられていた。この
ため、プリント配線基板１０１は折り曲げが不可能であ
り、ＩＣカード等の小型部品用としてケース内に収納す
る際に大きな制約となっていた。また耐湿性を確保する
必要上、半導体チップ１０２，１０６及び１１６を露出
した状態でプリント配線基板１０１に実装することはで
きない。そこで、なんらかの形で半導体チップ１０２，
１０６及び１１６を封止しなければならず、モジュール
の寸法増大を招いていた。さらに、図１０に示されたよ
うな従来のマルチチップモジュールでは、プリント配線
基板１０１の表面上に半導体チップ１０２，１０６及び
１１６を実装する構造となっている。このため、半導体
チップが上下方向に並ぶ３次元的な実装は困難であり、
実装密度の向上にも限度があった。また従来のマルチチ
ップモジュールは、製造する上で工程数が多く、製造時
間の増大、及び製造コストの上昇を招いていた。これ
は、プリント配線基板１０１の配線層１０９を積層する
工程と、半導体チップ１０２，１０６及び１１６とプリ
ント配線基板１０１とを電気的に接続させる工程と、半
導体チップ１０２，１０６及び１１６を封止する工程と
が全て別個であることに起因していた。
【０００４】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、より薄型化、小型化の追及が可能で実装密度の向
上を図ることができ、高信頼性を得ることのできる半導
体装置を製造時間の短縮、製造コストの低減を達成しつ
つ製造し得る製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、複数のフィルム基板上に、導体ペーストを印
刷して配線パターンを形成し、ヴィアホール接続すべき
箇所に穴を開孔する工程と、フィルム基板を重ね合わ
せ、その内部に半導体チップの電極パッドと配線パター
ンとが接続され得る位置に半導体チップを設置した状態
で加熱及び加圧を行い、フィルム基板の積層、半導体チ
ップとフィルム基板との電気的接続、及び半導体チップ
の封止を同時に行う工程とを備えたことを特徴としてい
る。また、本発明の半導体装置の製造方法は、第１、第
２及び第３の樹脂フィルム基板上に、導体ペーストを用
いて配線パターンを形成する工程と、前記第２の樹脂フ
ィルム基板におけるヴィアホール接続を行うべき箇所に
穴を開孔する工程と、電極パッドを有する半導体チップ
を前記第２の樹脂フィルム基板と前記第３の樹脂フィル
ム基板との間に挟持され、前記半導体チップの前記電極
パッドが前記第２の樹脂フィルム基板の前記穴を介して
前記第１の樹脂フィルム基板の前記配線パターンに電気
的に接続された状態で、前記第１、第２及び第３の樹脂
フィルム基板を加熱及び加圧して重ね合わせることで、
前記半導体チップと前記第１の樹脂フィルム基板との電
気的接続及び前記半導体チップの封止を同時に行う工程
とを備えたことを特徴としている。
【０００６】ここで、少なくとも二つの前記半導体装置
チップが、前記第２の樹脂フィルム基板の前記穴を介し
前記第１の樹脂フィルム基板の前記配線パターンによっ
て電気的に相互接続された状態で、前記第１、第２及び
第３の樹脂フィルム基板が重ね合わされていてもよい。
また、前記電極パッドの部分を除く前記半導体チップの
表面上に、絶縁性膜を形成する工程をさらに備え、ある
いは、前記第１の樹脂フィルム基板と前記第３の樹脂フ
ィルム基板の少なくとも１方の表面上に、導電性膜から
成るグランド層を形成する工程をさらに備え、あるい
は、前記第１、第２及び第３の樹脂フィルム基板のうち
の少なくともいずれか一つの前記配線パターンに電気的
に接続された挿入型ソケット用端子電極を前記半導体装
置の周辺部に形成する工程をさらに備え、あるいはま
た、前記半導体装置の外部表面に放射線遮蔽性を有する
樹脂を塗布する工程をさらに備えてもよい。
【０００７】
【作用】本発明の半導体装置の製造方法は、フィルム基
板の積層と、半導体チップとフィルム基板との電気的接
続と、半導体チップの封止とが同時に行われるため、製
造時間が短縮され、製造コストが低減される。このよう
にして製造された装置は、フィルム基板内に半導体チッ
プが実装されているため、外囲器は極めて薄型で小型化
されたものとなる。また、外囲器がフィルム基板から成
るため、柔軟性に富み、折り曲げが可能である。半導体
チップはフィルム基板という極めて薄いものにより封止
されているため、耐湿性を確保しつつ、放熱性にも優れ
ている。第１、第２及び第３の樹脂フィルム基板を用い
る場合は、これらのフィルム基板の積層と、半導体チッ
プと第１の樹脂フィルム基板との電気的接続と、半導体
チップの封止とが同時に行われる。少なくとも二つの半
導体チップを封止する場合は、第２の樹脂フィルム基板
の穴を介し第１の樹脂フィルム基板の配線パターンによ
って半導体チップを相互に接続することが、フィルム基
板の積層、半導体チップの封止と同時に行われる。半導
体チップ表面に電極パッドの部分を除いて絶縁膜を形成
することで、半導体チップの表面が確実に保護されて耐
湿性が向上する。第１、第３の樹脂フィルム基板の少な
くとも１方の表面上にグランド層を形成する場合は、外
部からの電磁波を遮蔽することができる。挿入型ソケッ
ト用端子電極を形成する場合は、外部の装置との間で容
易に電気的接続を行うことができる。半導体装置の外部
表面に放射線遮蔽性を有する樹脂を塗布する場合は、外
部からの放射線によって半導体チップの特性に影響を及
ぶのが防止される。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例による半導体装置の
製造方法について、図面を参照して説明する。
【０００９】本発明の第１の実施例の製造方法により製
造されるマルチチップモジュールは、図１に示されるよ
うなパッケージ構造を有している。複数の半導体チップ
１２がフィルム多層基板１１の内部に配列されており、
各々の半導体チップ１２の電極パッド１３上にはバンプ
１６が形成されている。この半導体チップ１２とフィル
ム多層基板１１との電気的な接続は、半導体チップ１２
上のバンプ１６と、フィルム多層基板１１内部の配線層
１５とが直接接合されることにより行われ、あるいは後
述するヴィアホールを介して配線層１５とバンプ１６と
が接合されることにより行われている。このようなパッ
ケージ構造で、フィルム多層基板１１を外囲器とするマ
ルチチップモジュールが構成されている。このマルチチ
ップモジュールは、次のような方法により製造すること
ができる。図２に、工程別に素子断面を示す。図２
（ａ）に示されたように、熱可塑性樹脂フィルムに、導
電性を有するペースト２３がパターン状に印刷された単
層フィルム基板２１を用いる。この単層フィルム基板２
１には、各層の間で電気的に接続すべきヴィアホール箇
所に穴２２が開孔されている。
【００１０】また半導体チップ１２の電極パッド１３上
には、バンプ１６が形成される。バンプ１６は金属から
成る突起物であって、鍍金等により形成することができ
る。そして複数の半導体チップ１２が、上下に重ねられ
た単層フィルム基板２１の間であって、バンプ１６とペ
ースト１５とが接続可能な位置に設置される。このよう
に、単層フィルム基板２１の間に複数の半導体チップ１
２がそれぞれサンドイッチ状に設置された状態で、加熱
及び圧縮が行われる。この結果、各単層フィルム基板２
１同志が機械的に圧着される。さらに、半導体チップ１
２と単層フィルム基板２１とが、バンプ１６にペースト
１５が接合されることで、電気的に接続される。
【００１１】図３に、本発明の第２の実施例の製造方法
により製造されるマルチチップモジュールの縦断面を示
す。第１の実施例と比較し、半導体チップ１２の表面に
絶縁保護膜３１が施されている点が異なっている。これ
により、半導体チップ１２の表面が確実に保護され、耐
湿性が向上する。絶縁保護膜３１としては、ポリイミド
やシリコン樹脂等を用いることが可能である。他の構成
要素は第１の実施例のものと同様であり、同一の番号を
付して説明を省略する。また製造方法としては、半導体
チップ１２上に絶縁保護膜３１を形成する点を除いて第
１の実施例の場合と同様である。
【００１２】本発明の第３の実施例について述べる。こ
の実施例の製造方法により製造されるマルチチップモジ
ュールのパッケージ構造は、図４に示されるようであ
る。半導体チップ１２が実装されている層の上層及び下
層に、それぞれ導電性の薄膜から成るグランド層４１及
び４２を設けている点に特徴がある。このグランド層４
１及び４２により、電気的特性に悪影響を及ぼす外部か
らの電磁波を遮蔽する効果が得られる。
【００１３】図５に、本発明の第４の実施例の製造方法
により製造されるマルチチップモジュールを示す。第１
から第３の実施例では、いずれも半導体チップの電極パ
ッド上にバンプが形成されている。これに対し第４の実
施例では、バンプを設けずに直接電極パッド１３とフィ
ルム多層基板１１の配線層１５とが、ヴィアホール１４
の部分で接続されている。またこの実施例では、第２の
実施例と同様に半導体チップ１２の表面上は絶縁保護膜
３１で覆われている。
【００１４】次に、図６のように電極パッド７３がエリ
ア状に配置されている半導体チップ７２を実装した装置
を製造する第５の実施例について述べる。この半導体チ
ップ７２を実装したモジュールのＡ−Ａ線に沿う縦断面
を、図７に示す。半導体チップ７２上の全ての電極パッ
ド７３と多層基板７１の配線層７５とが、ヴィアホール
７４において接続されている。このように、電極パッド
７３が多数設けられた半導体チップ７２を実装する場合
にも本実施例によるマルチチップモジュールは適合して
いる。
【００１５】図８に、本発明の第６の実施例の製造方法
により製造されるマルチチップモジュールの外観を示
す。複数の半導体チップ８２ど配線層８３とが電気的に
接続された状態で、封止されている。そしてフィルム多
層基板８１は、モジュール外部への接続端子として、挿
入型のソケット対応用端子電極８４ａ及び８４ｂを有し
ている。これにより、外部の装置との間で容易に電気的
な接続を行うことができる。また、外部からの放射線に
よる影響が半導体チップの特性に及ぶのを防止する必要
がある場合は、図９に示された第７の実施例のように、
フィルム多層基板９１の外部表面に放射線遮蔽効果のあ
る樹脂９１を塗布すると有効である。以上の実施例で
は、いずれも極めて薄い単層フィルム基板を重ね合わ
せ、その内部に半導体チップを実装している。このた
め、薄型で柔軟性に富む多層のフィルム基板を外囲器と
するマルチチップモジュールが得られ、小型のケース内
に折り曲げて収納することができる。また、実施例では
いずれも半導体チップが横方向に配置されているが、上
下方向に重なるように構成することも可能であり、３次
元的な実装が実現し、実装密度を大幅に向上させること
ができる。
【００１６】また、極めて薄い単層フィルム基板により
半導体チップが封止されているため、ベアチップに近い
状態であり、放熱性に優れている。特に、液体冷却方式
を採用した場合には、極めて大きな冷却効果が得られ
る。また実施例の製造方法によれば、配線層を積層する
工程と、半導体チップとフィルム基板とを電気的に接続
させる工程と、半導体チップを封止する工程とが、一つ
の熱プレス加工工程によって同時に達成される。この結
果、工程数が減少し、製造時間の短縮と製造コストの低
減がもたらされる。上述した実施例はいずれも一例であ
り、本発明を限定するものではない。また電極パッド上
に設けるバンプは、フィルム多層基板の配線層と接合可
能な金属であれば、どのような材料であっても用いるこ
とができる。
【００１７】
【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法は、フィ
ルム基板の積層と、半導体チップとフィルム基板との電
気的接続と、半導体チップの封止とを同時に行うことが
できるため、製造時間の短縮及び製造コストの低減が可
能である。このような方法で製造された装置は、フィル
ム基板内に半導体チップが実装されているため、外囲器
は極めて薄型で小型化され、柔軟性に富んで折り曲げ可
能であり、実装密度を大幅に向上させることができる。
また、半導体チップが極めて薄いフィルム基板により封
止されているため、耐湿性を有すると共に、放熱性に優
れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の製造方法により製造さ
れた半導体装置のパッケージ構造を示した縦断面図。
【図２】同第１の実施例により半導体装置を製造する手
順を示した工程別素子断面図。
【図３】本発明の第２の実施例の製造方法により製造さ
れた半導体装置のパッケージ構造を示した縦断面図。
【図４】本発明の第３の実施例の製造方法により製造さ
れた半導体装置のパッケージ構造を示した縦断面図。
【図５】本発明の第４の実施例の製造方法により製造さ
れた半導体装置のパッケージ構造を示した縦断面図。
【図６】本発明の第５の実施例の製造方法により製造さ
れた半導体装置で実装される半導体チップの電極パッド
の配列を示した平面図。
【図７】同第５の実施例の製造方法により製造された半
導体装置のパッケージ構造を示した縦断面図。
【図８】本発明の第６の実施例の製造方法により製造さ
れた半導体装置のパッケージ構造を示した縦断面図。
【図９】本発明の第７の実施例の製造方法により製造さ
れた半導体装置のパッケージ構造を示した縦断面図。
【図１０】従来の半導体装置のパッケージ構造を示した
縦断面図。
【符号の説明】
１１ フィルム多層基板 １２ 半導体チップ １３ 電極パッド １４ ヴィアホール １５ 配線層 １６ バンプ ２１ 単層フィルム基板 ３１ 絶縁性保護膜 ４１ グランド層 ８４ａ，８４ｂ 端子電極 ９１ 絶縁性樹脂
フロントページの続き (72)発明者 仲 澤 勉 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 加 藤 克 人 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 渥 美 良 宏 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 平 野 尚 彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 総合研究所内 (72)発明者 真 勢 晃 弘 神奈川県川崎市川崎区駅前本町25番地１ 東芝マイクロエレクトロニクス株式会 社内 (56)参考文献 特表 昭62−501882（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 23/52 H01L 21/60

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数のフィルム基板上に、導体ペーストを
    印刷して配線パターンを形成し、ヴィアホール接続すべ
    き箇所に穴を開孔する工程と、 前記フィルム基板を重ね合わせ、その内部に、半導体チ
    ップの電極パッドと前記配線パターンとが接続され得る
    位置に前記半導体チップを設置した状態で加熱及び加圧
    を行い、前記フィルム基板の積層、前記半導体チップと
    前記フィルム基板との電気的接続、及び前記半導体チッ
    プの封止を同時に行う工程とを備えたことを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】第１、第２及び第３の樹脂フィルム基板上
    に、導体ペーストを用いて配線パターンを形成する工程
    と、 前記第２の樹脂フィルム基板におけるヴィアホール接続
    を行うべき箇所に穴を開孔する工程と、 電極パッドを有する半導体チップが前記第２の樹脂フィ
    ルム基板と前記第３の樹脂フィルム基板との間に挟持さ
    れ、前記半導体チップの前記電極パッドが前記第２の樹
    脂フィルム基板の前記穴を介して前記第１の樹脂フィル
    ム基板の前記配線パターンに電気的に接続された状態
    で、前記第１、第２及び第３の樹脂フィルム基板を加熱
    及び加圧して重ね合わせることで、前記半導体チップと
    前記第１の樹脂フィルム基板との電気的接続及び前記半
    導体チップの封止を同時に行う工程と、 を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項３】請求項２記載の半導体装置の製造方法にお
    いて、 少なくとも二つの前記半導体チップが、前記第２の樹脂
    フィルム基板の前記穴を介し前記第１の樹脂フィルム基
    板の前記配線パターンによって電気的に相互接続された
    状態で、前記第１、第２及び第３の樹脂フィルム基板が
    重ね合わされていることを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  4. 【請求項４】請求項２又は３記載の半導体装置の製造方
    法において、 前記電極パッドの部分を除く前記半導体チップの表面上
    に、絶縁性膜を形成する工程をさらに備えたことを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項５】請求項２ないし４のいずれかに記載の半導
    体装置の製造方法において、 前記第１の樹脂フィルム基板と前記第３の樹脂フィルム
    基板の少なくとも１方の表面上に、導電性膜から成るグ
    ランド層を形成する工程をさらに備えたことを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項６】請求項２ないし５のいずれかに記載の半導
    体装置の製造方法において、 前記第１、第２及び第３の樹脂フィルム基板のうちの少
    なくともいずれか一つの前記配線パターンに電気的に接
    続された挿入型ソケット用端子電極を前記半導体装置の
    周辺部に形成する工程をさらに備えたことを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項７】請求項２ないし６のいずれかに記載の半導
    体装置の製造方法において、 前記半導体装置の外部表面に放射線遮蔽性を有する樹脂
    を塗布する工程をさらに備えたことを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
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