JP3566929B2 - 半導体装置用テープキャリアおよび半導体装置とそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびそれに用いられるＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージ用テープキャリア、またはＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｌ Ｐａｃｋａｇｅ）用テープキャリアの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、パソコン等に代表される電子機器の高性能化・小型化に伴い、半導体パッケージも高密度化・小型化が要求されている。半導体パッケージの高密度化・小型化に対応して、従来のＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）に代表されるペリフェラルタイプの半導体パッケージよりも、さらに多端子化に対応できるＢＧＡパッケージや、ＣＳＰ等のエリアアレイタイプの半導体パッケージが登場してきている。
【０００３】
現在、ＢＧＡパッケージおよびＣＳＰは、基材にプリント基板を使用したプラスチックＢＧＡが主流である。
【０００４】
しかしながら、半導体チップとの接続に、狭ピッチのインナーリードボンディングが可能であること、製造においてＲｅｅｌ Ｔｏ Ｒｅｅｌ工程が使用でき、低コスト化が可能であること等の長所を持ったＢＧＡパッケージおよびＣＳＰとして、基材に可撓性を有する絶縁性のある樹脂フィルムを使用したテープＢＧＡ、テープＣＳＰが増えつつある。
【０００５】
テープＢＧＡ用、テープＣＳＰ用のテープキャリア材料には、銅箔が積層されたポリイミドフィルム等の絶縁テープが用いられる。テープキャリアの一方の面には半導体チップを接続する金属配線層を有し、他方の面には基板接続用の半田ボールの搭載部を有する構造のものが主として用いられる。
【０００６】
このような構造においては、金属配線層側と半田ボール側との導通および半田ボール搭載のために、絶縁テープにビアホールが必要である。ビアホールを形成する方法は、乾式のレーザー方式による開孔、または湿式のエッチングを用いる方法が知られている。所望のビアホールを形成するためには、フォトエッチングにより所望の金属マスクを形成した後、乾式のレーザーまたは湿式のエッチングを行う。そして、開孔部から露出した金属配線層の金属表面に半田の濡れをよくするために、ＮｉめっきおよびＡｕめっきを施す。その後に、開孔部に半田ボールを搭載して、半導体装置が作製される。その半田ボールを介して、半導体装置がプリント基板などに接続される。
【０００７】
しかし、上記構造の半導体装置をプリント基板等に実装した場合に、次のような問題があった。
【０００８】
半導体装置において、テープキャリアに接続した半導体チップとプリント基板の熱膨張係数が異なるため、周囲温度の変化の繰り返しにより、半導体装置の金属配線層と半田ボールとの接合部に応力が集中し、特に、ビアホールにおいて、金属配線層側との導通部分にＮｉめっき下地のＡｕめっきを施した部分近辺から半田ボール部分にひび割れが発生し、故障を起こしていた。
【０００９】
これに関し、特開平１１−２５１４７１号公報には、テープの裏面で半田ボールが配設される位置に、この半田ボールと接合するリング状の補強パターンを形成する技術が開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平１１−２５１４７１１号の発明により、ひび割れの問題がほぼ解決したものの、依然としてひび割れが生じているものもあって、未だ改善の余地があった。これは、ビアホールにガスが溜まって、ひび割れの原因となるからとも考えられるた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上に述べた課題を解決するために、以下に開示するテープキャリアおよびその製造方法、並びに前記テープキャリアを使用した半導体装置およびその製造方法を提供する。
【００１２】
本発明の半導体装置用テープキャリアは、可撓性を有する絶縁テープの一方の面に金属配線層を形成し、他方の面に開口する半田ボール用ビアホールの外縁に金属囲いが形成される。そして、前記金属囲いをリング状とし、円周方向長さに対する４％以下の幅の切り込み口を設けるか、前記金属囲いを２個以上の円弧状部分で構成し、対称的に間隙を設けて配置し、該間隙の合計が、円周方向長さに対し４０％以下とする。
【００１３】
前記金属囲いの表面にＮｉめっきを施し、該Ｎｉめっきの上にＡｕめっきを施すか、Ａｕめっきのみを施す。
【００１４】
本発明の半導体装置用テープキャリアの製造方法は、可撓性を有する絶縁テープの両面に金属箔を形成し、保護膜の形成、エッチング加工、および保護膜の除去により、一方の面には半導体チップを搭載するための金属配線層を形成し、他方の面の所望位置には絶縁テープを露出させ、前記金属配線層を含む前記一方の面を樹脂膜で保護し、前記絶縁テープの露出部分をエッチング加工することによりビアホールを前記所望位置に形成し、前記ビアホールと、ビアホールの外縁部とに、樹脂の保護膜を形成してエッチング加工することにより、保護膜から露出した部分の前記金属箔を除去し、残留する金属箔でビアホールの外縁において金属囲いを形成し、絶縁テープ両面に形成した保護膜を除去する。
【００１５】
前記金属囲いはリング状で、円周方向長さに対する４％以下の幅の切り込み口が設けられている。あるいは、前記金属囲いは２個以上の円弧状部分とで構成され、対称的に間隙が設けられ、該間隙の合計が、円周方向長さに対し４０％以下になっている。
【００１６】
さらに、前記金属囲いの表面にＮｉめっきが施され、さらにＡｕめっきが施されるか、Ａｕめっきのみが施されている。
【００１７】
本発明の半導体装置では、前記半導体装置用テープキャリアが使用され、前記金属配線層に半導体チップが接続され、前記ビアホールおよび金属囲いを覆うように半田ボールが搭載される。半田ボールは、溶融により一部がビアホール内に入り込んで、金属配線層に電気的に接続する柱状部を形成している。
【００１８】
本発明の半導体装置の製造方法では、前記半導体装置用テープキャリアの製造方法に加えて、前記金属配線層に半導体チップを接続し、前記ビアホールおよび該ビアホールに隣接する金属箔部分を覆うように半田ボールを搭載し、その一部を溶融によりビアホール内へ侵入させる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明のテープキャリアおよびその製造方法、並びに前記テープキャリアを使用した半導体装置およびその製造方法の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の半導体装置用テープキャリアの一実施例を示す断面図である。
【００２１】
絶縁テープ１は可撓性を有するポリイミドフィルム等が用いられる。絶縁テープ１の厚さは数十μｍ程度である。絶縁テープ１の一方の面（表面）には、金属配線層２が設けられている。他方の面（裏面）には、半田ボールを搭載する。そして、半田ボールと金属配線層２とを導通するために、両面間にビアホール３を形成し、その中に半田ボールの一部を侵入させている。このビアホール３の大きさは半導体装置の大きさにより異なってくるが、ビアホール３の裏面側開孔部分で直径数十μｍ〜数百μｍである。そのビアホール３の形成には、乾式のレーザー、湿式のエッチングによる方法がある。このビアホール３の中で金属配線層２と半田ボールとを接合する部分には、半田の濡れ性をよくするために、必要に応じてＮｉめっきを施し、その上にＡｕめっきを施してめっき層５を形成する。そして、ビアホール３の一つ一つに対応させて、ビアホール３の外縁に、半田ボールの搭載補強のために、金属囲い６が設けられている。この金属囲い６の表面には、半田ボールとの濡れ性をよくするために、必要に応じてＮｉめっき下地のＡｕめっき、またはＡｕめっきのみを施す。以上が、本発明の半導体装置用テープキャリアの構造である。
【００２２】
図２は、本発明の半導体装置の一実施例を示す断面図である。
【００２３】
前記半導体装置用テープキャリアの表面、すなわち金属配線層２の側に、半導体チップ７を接続する。半導体チップ７の接着には、接着剤を使用するが、半導体装置用テープキャリア上にシート状の接着剤を貼り付けてもよいし、液状の接着剤を塗布してもよい。半導体チップ７と金属配線層２とはワイヤボンディング８で接続される。そして、ビアホール３には、テープキャリアの裏面に半田ボール９が搭載される。そして、前記半田ボール９は、金属囲い６により補強される。以上が、本発明の半導体装置の構造である。ビアホール３の形成方法は、後述する。
【００２４】
次に、本発明における金属囲い６の構造についてであるが、例えば図３は、半導体装置用テープキャリアのビアホール３の外縁に、リング状の金属囲い６を設けて、半田ボール９を搭載した断面図である。図４は、金属囲い６の平面図である。
【００２５】
半導体装置用テープキャリアのビアホール３に、リフロー方式により、半田ボール９を搭載する。リフロー方式とは、あらかじめ、接合箇所に一定の量の半田を供給しておき、これを外部の熱源から輻射、伝導、対流などの方法で適温に加熱し、半田を溶融させて半田付けするものである。その際、半田の濡れ性をよくするために、ビアホール３内の金属配線層２に、Ｎｉめっきを施し、その上にＡｕめっきを施して、めっき層５を形成する。それから、半田ボール９を搭載する。
【００２６】
ここで、ビアホール３の形状はビアホールの形成方法により異なり、特にポリイミドエッチング等の湿式のエッチングでは、図３に示すように、ビアホール３はテーパーを生ずる形状となる。このテーパーにより、ビアホールの上部の径１０が開口部の径１１よりも小さくなる。このビアホールの上部の径１０が小さくなるほど、表面の金属配線層２における半導体チップ７の電極部分同士の間隔を細くすることができ、金属配線層２の緻密化や半導体チップ７の小型化が図られやすくなる。
【００２７】
Ｎｉめっき下地のＡｕめっきと、半田ボールとの接合部において生じやすいひび割れや破断を防止するために、補強のために金属囲い６を半田ボールとビアホールの界面に設けている。それと共に、例えば、図４に示したように、前記金属囲い６にガス抜き用の切り込み口を設けるか、図５から図７に示したように、金属囲い６を２個以上の円弧状の部分で構成し、複数のガス抜き用の通り路を設ける。これは、ビアホール３に半田ボール９を装着した時、ビアホール３の側壁部分４では、周囲温度の変化の繰り返しにより、隙間が生じて気泡等のガスが溜まりやすくなるからである。
【００２８】
切り込み口の幅は、円周方向長さに対する４％以下がよい。切り込み口の幅が大きいと、半田ボールが円形のまま形成されなくなり、中心がビアホールからずれて、プリント基板に正確に接続できなくなる。
【００２９】
また、複数のガス抜き用の通り路は対称的に設け、合計で円周方向長さに対し４０％以下であるとよい。通り路の合計が４０％を超えると、半田ボールによる補強効果が期待できなくなる。
【００３０】
金属囲い６の形状は、ビアホール３を囲み、搭載する半田ボール９が流れ出さないように、補強できるのであれば、リング状には限らず、例えば図８から図１６に示したように、多角形を成してもよい。その多角形の形状においても、図８から図１０に示したように、ガス抜き用に切り込み口が入っていてもよいし、図１１から図１６に示したように、２個以上の部分（対称配置が好ましい）に分かれて、複数のガス抜き用の通り路を設けてもよい。
【００３１】
図３に示すように、金属囲い６の幅１２は、搭載する半田ボール９のひび割れや破断がない程度に大きければよいが、１０μｍ以上のほうが望ましい。幅１２が１０μｍ以下では細すぎるため、絶縁テープ１との密着力が弱くなり、半導体装置用テープキャリアの製造工程中に、金属囲い６が剥離・脱落してしまう。また、金属囲い６の厚さ１３については、金属囲い６を形成する金属箔がビアホール形成用のエッチングマスクを兼ねるように作製されるため、そのエッチングマスクとして機能する厚さであることも必要である。金属囲い６の厚さ１３は、１μｍ〜３０μｍ程度が望ましく、１μｍより薄すぎると、半田ボール９を補強する強度が弱く、半田ボール９とビアホール３の接合部がひび割れ、破断が生ずる可能性が高い。また、エッチングマスクとしての効果も無くなる。一方、金属囲い６の厚さ１３が、３０μｍより大きいと、エッチングマスクの除去時間やエッチング液の使用量も多くなるので、エッチング処理にかかるコストが高くなる。
【００３２】
図４に示すように、金属囲い６の内径１４については、ビアホール３の外縁を囲い、半田ボール９をうまく搭載でき、補強できる程度の大きさが望ましい（数十〜数百μｍ程度）。
【００３３】
金属囲い６の材質は、上記ビアホール形成用のエッチングマスクに使用される金属箔であり、通常、Ｃｕ（銅）が用いられる。
【００３４】
次に、図１７から図２２に、本発明の半導体装置用テープキャリアの製造方法を示す。
【００３５】
図１７に示すように、可撓性を有する絶縁テープ１の両面に、金属箔１５を貼り付けたテープ部材に、フォトエッチング法を施し、図１８に示すように、一方の面には半導体チップを接続するために金属配線層２を形成し、反対側の面にはビアホール３を形成するための所定の位置に、エッチングマスク１６を形成させる。エッチングマスク１６の形成には、フォトレジスト１８で保護してフォトエッチング法により金属箔１５のビアホール部分だけ金属箔１５を除去する。これにより、ビアホール部分の絶縁テープ部分１７を露出させ、他の部分は金属箔でマスクされる。そして、露光処理を行いエッチングを行う。エッチング液には、エッチングマスク１６に銅を用いた場合、塩化第２銅溶液や塩化第２鉄溶液を用いる。
【００３６】
図１９に示すビアホール３の形成には、エッチングマスク１６でマスクした部分以外の絶縁テープの露出部分１７を、フォトエッチング法により処理することで形成する。その際、表面の金属配線層２を形成した側には、エッチングを防止するために、表面をレジスト１９により保護する。絶縁テープ１にポリイミドを使用した場合には、エッチング液として、ノンヒドラジン系のアルカリエッチング液を使用する。レジスト１９には、市販の耐アルカリ性レジストを使用する。
【００３７】
図１９に示すように、ビアホール３を形成した後、図２０に示すように、ビアホール３の外縁のエッチングマスク１６の上に、リング状になるようフォトレジスト２０で被覆する。フォトレジスト２０で覆われなかったエッチングマスク１６は、フォトエッチングにより除去されることになる。そして、露光処理、フォトエッチング処理を行う。これにより、エッチングマスク１６に使用した金属箔で、図２１に示すように、ビアホール３の外縁に半田ボール補強用の金属囲い６が形成される。そして、金属配線層２を保護していたレジスト１９と、裏面に残ったフォトレジスト２０とを、希アルカリ溶液で剥離する。
【００３８】
次に、半導体装置用テープキャリアにめっきを施す。このとき、電解めっきか、または無電解めっきの２種類のいずれかの方法でめっきする。
【００３９】
電解めっきでは、半導体装置用テープキャリアの金属配線層の裏面のビアホール開孔部の金属配線に導通する部分に、Ｎｉめっきが施され、その上にＡｕめっきが施され、めっき層５を得る（図２２参照）。当該めっきを施す前においては、金属囲い６の部分は、表面の金属配線層２と電気的に接続されていないが、電気Ａｕめっきの際に、Ａｕめっき浴内で金属囲い６の金属と置換されたＡｕによって被覆され、金属配線層２と電気的に接続される。
【００４０】
電気Ａｕめっきの際に、Ａｕめっき浴内で金属囲い６の金属と置換されたＡｕによって被覆され、金属配線層２と電気的に接続される。すなわち、金属囲いの表面に電解Ｎｉめっきを施した場合、表面のＮｉイオンとめっき浴中のＡｕイオンとが置換してＡｕが析出してＮｉめっきの上に被覆されることになる。また、金属囲いの材質にＣｕ等を使用して、電解Ｎｉめっきを施さず金属囲いの素地に直接電気Ａｕめっきを施す場合、金属囲いの表面のＣｕイオンとめっき浴中のＡｕイオンとが置換してＡｕが析出してＣｕの上に被覆されることになる。
【００４１】
無電解めっきでは、半導体装置用テープキャリアの金属配線層の裏面のビアホール開孔部の金属配線に導通する部分に、Ｎｉめっきが施され、その上にＡｕめっきが施され、めっき層５を得る（図２２参照）。金属囲い６の部分の表面には、前記と同じくＮｉめっきが施され、その上にＡｕめっきが施される。これにより、金属囲い６の部分が金属配線層２と電気的に接続される。
【００４２】
Ｎｉめっきの厚さは１〜８μｍ程度が望ましく、１μｍより薄いと半田の濡れ性が悪くなり、８μｍより厚いとめっきにかかる時間やＮｉめっきの使用量が多くなるので、めっき処理にかかるコストが高くなる。また、Ａｕめっきの厚さにおいても、あまり厚すぎると、Ａｕめっきの使用量が多くなり、コストが高くなるので、１μｍ以下の厚さが望ましい（電解めっきのときの置換Ａｕめっきの厚さは、０．０５μｍ未満である）。
【００４３】
以上が、本発明の半導体装置用テープキャリアの製造方法である。
【００４４】
次に、本発明における半導体装置の製造方法であるが、上記の製造方法により半導体装置用テープキャリアを製造した後、図２に示すように、半導体チップ７を組み込んでパッケージする。半導体チップ７の接着は、電気絶縁性を有するシート状の接着剤を半導体装置用テープキャリアの所定の位置に貼り付けて、接着してもよいし、液状の接着剤を塗布して装着してもよい。
【００４５】
次に、半導体チップ７の端子と、半導体装置用テープキャリアにおける金属配線層２のインナーリードパッドとを、金微細線８等でワイヤボンディングする。その後、半導体チップ７の気密封止のため、市販のエポキシモールド樹脂で半導体チップ側を樹脂封止してもよい（図示せず）。
【００４６】
そして、裏面のビアホール３に、半田ボール９をリフローにより接続する。この際、半田以外にフラックスを用いてもよい。
【００４７】
以上が、本発明の半導体装置の製造方法である。
【００４８】
（実施例１〜１２、比較例１〜６）
以下に、本発明の実施例を示す。
【００４９】
本実施例は、半導体チップの大きさが８ｍｍ角、端子数は６４個、端子のピッチが０．８ｍｍのものに対応する半導体装置用テープキャリアおよび半導体装置に関する。
【００５０】
厚さ５０μｍのポリイミドフィルムからなる絶縁テープの両面に、それぞれ厚さ１８μｍの銅箔を一体に形成したテープ部材を用意した。そのテープ部材は、鐘淵化学製のポリイミド（商品名アピカル）をベースとした商品名エスパーフレックスである。
【００５１】
以下に説明するＲｅｅｌ Ｔｏ Ｒｅｅｌ工程により、半導体装置用テープキャリアを作製した。
【００５２】
本実施例における半導体装置用テープキャリアの半導体チップを接続する側に、銅配線層をフォトエッチング技術を用いて形成した。この銅配線層の配線パターンは、半導体チップの端子とワイヤボンディングで接続するための４つの周辺に設けられたインナーリードボンディングワイヤ部から、内部に向かってエリアアレイ状に配置した半田ボール用のランド電極に向かう配線パターンである。
【００５３】
半田ボール搭載のためのポリイミドフィルムのビアホールは、ノンヒドラジン系のアルカリエッチング液（東レエンジニアリング製、ＴＰＥ−３０００系）でエッチングして作製した。その際のエッチングは、銅配線層と逆の方向からエッチング液を吹き付ける方法で行い、エッチングマスクは、裏面の銅箔をマスクとした。すなわち、フォトエッチングによりテープキャリア裏面のビアホール形成部分だけの銅箔を除去して、その部分のポリイミドフィルムを露出させる。そして、他の部分が銅箔でマスクされた状態で、テープキャリア表面の銅配線をレジストで保護した後、ポリイミドフィルムのエッチングを行うことによって、ビアホールを開孔した。ビアホールには、テープキャリア裏面に向けて広がるテーパーが生じた。
【００５４】
本実施例では、銅マスクの直径を０．４１ｍｍにすることで、銅配線側の直径が０．３５ｍｍのビアホールを開孔した。その後、銅マスクを塩化第２銅溶液を用いて除去したが、このとき、銅配線層を保護するためのレジスト塗布と、裏面には、以下のように実施例１〜１２、比較例１〜６でそれぞれ異なるフォトレジストを塗布した。
【００５５】
比較例１、２では、ビアホールだけでなくビアホール周辺に切れ目の無いリング状の銅パターン（以下銅リングと呼ぶ）を幅１０μｍで残す様に、焼き付けを行った。
【００５６】
実施例１では、ビアホールだけでなくビアホール周辺に銅リングを、幅１０μｍで残す様にし、各々の銅リングに１ヶ所（図４）の幅２０μｍの切れ目を入れて焼き付けを行った。
【００５７】
実施例２では、ビアホールだけでなくビアホール周辺に銅リングを、幅１０μｍで残す様にし、各々の銅リングに２ヶ所（図５）の幅２０μｍの切れ目を入れて焼き付けを行った。
【００５８】
比較例３、４では、ビアホールだけでなくビアホール周辺に銅リングを幅２０μｍで残す様に焼き付けを行った。
【００５９】
実施例３、４では、ビアホールだけでなくビアホール周辺に銅リングを幅２０μｍで残す様にし、各々の銅リングに１ヶ所と２ヶ所の幅２０μｍの切れ目を入れて焼き付けを行った。
【００６０】
比較例５、６では、ビアホールだけでなく、ビアホール周辺に銅リングを幅３０μｍで残す様に焼き付けを行った。
【００６１】
実施例５、６では、ビアホールだけでなく、ビアホール周辺に銅リングを幅３０μｍで残す様にし、各々の銅リングに１ヶ所と２ヶ所の幅２０μｍの切れ目を入れて焼き付けを行った。
【００６２】
比較例７、８では、開孔したビアホールのみがフォトレジストで埋まるように焼き付けを行った（リング形成しない）。
【００６３】
比較例９、１０では、ビアホールだけでなくビアホール周辺に銅リングを幅５μｍで残す様に、焼き付けを行った。
【００６４】
比較例１１、１２では、ビアホールだけでなくビアホール周辺に銅リングを幅５μｍで残す様にし、各々の銅リングに１ヶ所と２ヶ所の幅２０μｍの切れ目を入れて焼き付けた。
【００６５】
いずれも、銅のエッチングをして銅マスクの除去、銅リングの形成を行った。そして、表面の保護レジストと裏面に残ったフォトレジストを希アルカリ溶液で剥離した。
【００６６】
そして、実施例１、３、５、比較例１、３、５、７、９、１１では、半導体テープキャリアの銅配線層およびビアホール外縁の銅リングに、電解めっきを行った。
【００６７】
実施例２、４、６、比較例２、４、６、８、１０、１２では、無電解めっきを行った。
【００６８】
このとき、Ｎｉめっきの厚さは５μｍとし、Ａｕめっきの厚さは０．２μｍとした。また、電解めっきにおける銅リングの置換金めっき厚は０．０５μｍ未満であった。
【００６９】
上記の工程で半導体装置用テープキャリアを作製した後、半導体チップを組み込んで半導体装置に組み立て、そしてプリント基板に実装まで行い評価した。評価は半導体装置とプリント基板の接続の信頼性評価として、温度サイクルテストを行った。
【００７０】
半導体装置の組立ては、まず半導体チップを電気絶縁性を有するエポキシ系の接着剤でテープキャリア中央部に貼り付け接着した。さらに、半導体チップの端子と金属配線層のインナーリードパッドを金微細線でワイヤボンディングした後、市販のエポキシモールド樹脂で半導体チップ側を樹脂封止した。４５０μｍ直径の共晶半田ボールを、ロジン系フラックス（九州松下電器製、ＭＳＰ５１１）に軽く接触させた後、１パッケージ当たり６４個の半田ボールを搭載した。その後、マックス２４０℃でリフロー炉にてリフローさせた（プリント基板に半導体装置を実装する前にリフローさせた）。
【００７１】
温度サイクルテストは、−４０℃〜１２０℃、周期１時間、それぞれの保持時間２０分とし、５ｃｍ角のプリント基板の中央に半導体装置を実装して行った。５００サイクル以降、１００サイクルごとにサイクル炉から取り出して、電気抵抗を測定して接続の信頼性を評価した。テストに用いた半導体装置の数は、各実施例、比較例で、それぞれ２０個である。各々の半導体装置の６４個の端子接続部のうち１個でも、電気抵抗があるレベルを超えて大きくなると、不良と判定することとした。
【００７２】
切れ目の有無にかかわらず、銅リングと半田ボール搭載の半田濡れ性は、電解めっき、無電解めっきによらず、すべて良好な濡れ性を示した。銅リングは、置換めっき、無電解めっきとも十分半田が濡れ、半田ボールに対する補強の効果が有った。
【００７３】
また、リング幅５μｍの比較例９〜１２では、銅リングの幅が細すぎ、ポリイミドフィルムとの密着力が弱く、テープキャリア作製工程で、銅リングが剥離・脱落したため、半導体装置の組立ては行わなかった。
【００７４】
表１に、本実施例１〜６および比較例１〜８における温度サイクルテストの結果を示す。
【００７５】
【表１】
【００７６】
テストの結果から、銅リングを設置し、半田ボールを銅リングで固定することにより、温度サイクル寿命は銅リングに切れ目を設けた場合（実施例）と、設けない場合（比較例）とではどちらも改善効果は向上し、すべてのサンプルで、金属囲いの無い従来構造の比較例７、８より１．８倍以上の信頼性が得られた。また、切れ目を１ヶ所設けた場合と２ヶ所設けた場合との効果は変わらず、同様に安定した１．８倍以上の寿命が得られた。
【００７７】
銅リング幅は１０μｍ以上で十分な効果が得られた。
【００７８】
電解めっきを施した場合と、無電解めっきを施した場合のどちらとも、温度サイクルテスト結果は同等であった。このことから、銅リングへのめっきは半田ボールと濡れればよく、Ａｕの置換めっきでもよく、また厚さは０．０５μｍ未満でもよいことが得られた。
【００７９】
（比較例９）
比較例９では、４５０μｍの直径の銅リングとした以外は、比較例１と同様にして、半導体装置用テープキャリアを作製した。
【００８０】
（実施例７〜９）
さらに、実施例７〜９では、銅リングに、幅２０μｍ、３０μｍ、５０μｍの切り込み口を１つ設けた以外は、実施例１と同様にして、半導体装置用テープキャリアを作製した。前記の銅リングの切り込み口は、円周方向長さに対し４％以下である。
【００８１】
比較のために、銅リングの切り込み口が、円周方向長さに対し４％以上となる幅６０μｍとした比較例１０の半導体装置用テープキャリアを作製した。
【００８２】
いずれも、形成された半田ボールの形状と、半田ボールの中心がビアホールの中心からずれずに、半田ボールがプリント基板と正確に接続可能な状態かどうかを目視検査した。結果を表２に示す。
【００８３】
【表２】
【００８４】
切り込み口が円周長さに対して４％以下である本発明の半田装置用テープキャリアでは、半田ボールの搭載のずれがなく、正確にプリント基板に接続が可能となる。
【００８５】
（実施例１０〜１３）
実施例１０、１１、１２、１３では、４５０μｍの直径の銅リングとし、合計の幅が４％、２０％、３０％、４０％の複数のガス抜き用通り路を、対称的な位置に設けた以外は、実施例１と同様にして、半導体装置用テープキャリアを作製した。
【００８６】
（比較例１１）
比較のため、比較例１１では、合計の幅が円周長さに対して５０％の複数のガス抜き用通り路を、対称的な位置に設けた以外は、実施例１と同様にして、半導体装置用テープキャリアを作製した。
【００８７】
それぞれ、前述と同様の温度サイクルテストを実施し、結果を表３に示す。
【００８８】
【表３】
【００８９】
表３から、ガス抜き用通り路の幅の合計が円周長さに対して４０％以下である本発明の半田装置用テープキャリアでは、銅リングによる半田ボールの補強効果が得られることが分かる。
【００９０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、半導体装置とプリント基板の熱膨張係数の差によって、半導体装置におけるテープキャリアと半田ボールとの接合部に生ずる熱応力によるひび割れを防止して、信頼性の高い接続ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置用テープキャリアの一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の一実施例を示す断面図である。
【図３】図２の半導体装置の一部を拡大して示す断面図である。
【図４】切れ目を設けた円形の金属囲いを示す平面図である。
【図５】２つのガス抜き用の通り路を設けた円形の金属囲いを示す平面図である。
【図６】３つのガス抜き用の通り路を設けた円形の金属囲いを示す平面図である。
【図７】４つのガス抜き用の通り路を設けた円形の金属囲いを示す平面図である。
【図８】切れ目を設けた三角形の金属囲いを示す平面図である。
【図９】切れ目を設けた四角形の金属囲いを示す平面図である。
【図１０】切れ目を設けた五角形の金属囲いを示す平面図である。
【図１１】直線部分にガス抜き用の通り路を設けた三角形の金属囲いを示す平面図である。
【図１２】直線部分にガス抜き用の通り路を設けた四角形の金属囲いを示す平面図である。
【図１３】直線部分にガス抜き用の通り路を設けた五角形の金属囲いを示す平面図である。
【図１４】角部分にガス抜き用の通り路を設けた三角形の金属囲いを示す平面図である。
【図１５】角部分にガス抜き用の通り路を設けた四角形の金属囲いを示す平面図である。
【図１６】角部分にガス抜き用の通り路を設けた五角形の金属囲いを示す平面図である。
【図１７】金属箔およびフォトレジストを配置した絶縁テープを示す断面図である。
【図１８】金属配線層が形成されたテープ部材を示す断面図である。
【図１９】ビアホールが形成されたテープ部材を示す断面図である。
【図２０】フォトレジストを被覆したテープ部材を示す断面図である。
【図２１】金属囲いが形成されたテープ部材を示す断面図である。
【図２２】半導体装置用テープキャリアを示す断面図である。
【符号の説明】
１ 絶縁テープ
２ 金属配線層
３ ビアホール
５ めっき層
６ 金属囲い
７ 半導体チップ
８ ボンディングワイヤ
９ 半田ボール
１０ ビアホール上部径
１１ ビアホール開口部径
１２ 金属囲いの幅
１３ 金属囲いの厚さ
１４ 金属囲いの内径
１５ 金属箔
１６ エッチングマスク
１７ 絶縁テープ露出部分
１８ レジスト
１９ 金属配線用保護レジスト
２０ フォトレジスト
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびそれに用いられるＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージ用テープキャリア、またはＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｌ Ｐａｃｋａｇｅ）用テープキャリアの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、パソコン等に代表される電子機器の高性能化・小型化に伴い、半導体パッケージも高密度化・小型化が要求されている。半導体パッケージの高密度化・小型化に対応して、従来のＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）に代表されるペリフェラルタイプの半導体パッケージよりも、さらに多端子化に対応できるＢＧＡパッケージや、ＣＳＰ等のエリアアレイタイプの半導体パッケージが登場してきている。
【０００３】
現在、ＢＧＡパッケージおよびＣＳＰは、基材にプリント基板を使用したプラスチックＢＧＡが主流である。
【０００４】
しかしながら、半導体チップとの接続に、狭ピッチのインナーリードボンディングが可能であること、製造においてＲｅｅｌ Ｔｏ Ｒｅｅｌ工程が使用でき、低コスト化が可能であること等の長所を持ったＢＧＡパッケージおよびＣＳＰとして、基材に可撓性を有する絶縁性のある樹脂フィルムを使用したテープＢＧＡ、テープＣＳＰが増えつつある。
【０００５】
テープＢＧＡ用、テープＣＳＰ用のテープキャリア材料には、銅箔が積層されたポリイミドフィルム等の絶縁テープが用いられる。テープキャリアの一方の面には半導体チップを接続する金属配線層を有し、他方の面には基板接続用の半田ボールの搭載部を有する構造のものが主として用いられる。
【０００６】
このような構造においては、金属配線層側と半田ボール側との導通および半田ボール搭載のために、絶縁テープにビアホールが必要である。ビアホールを形成する方法は、乾式のレーザー方式による開孔、または湿式のエッチングを用いる方法が知られている。所望のビアホールを形成するためには、フォトエッチングにより所望の金属マスクを形成した後、乾式のレーザーまたは湿式のエッチングを行う。そして、開孔部から露出した金属配線層の金属表面に半田の濡れをよくするために、ＮｉめっきおよびＡｕめっきを施す。その後に、開孔部に半田ボールを搭載して、半導体装置が作製される。その半田ボールを介して、半導体装置がプリント基板などに接続される。
【０００７】
しかし、上記構造の半導体装置をプリント基板等に実装した場合に、次のような問題があった。
【０００８】
半導体装置において、テープキャリアに接続した半導体チップとプリント基板の熱膨張係数が異なるため、周囲温度の変化の繰り返しにより、半導体装置の金属配線層と半田ボールとの接合部に応力が集中し、特に、ビアホールにおいて、金属配線層側との導通部分にＮｉめっき下地のＡｕめっきを施した部分近辺から半田ボール部分にひび割れが発生し、故障を起こしていた。
【０００９】
これに関し、特開平１１−２５１４７１号公報には、テープの裏面で半田ボールが配設される位置に、この半田ボールと接合するリング状の補強パターンを形成する技術が開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平１１−２５１４７１１号の発明により、ひび割れの問題がほぼ解決したものの、依然としてひび割れが生じているものもあって、未だ改善の余地があった。これは、ビアホールにガスが溜まって、ひび割れの原因となるからとも考えられるた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上に述べた課題を解決するために、以下に開示するテープキャリアおよびその製造方法、並びに前記テープキャリアを使用した半導体装置およびその製造方法を提供する。
【００１２】
本発明の半導体装置用テープキャリアは、可撓性を有する絶縁テープの一方の面に金属配線層を形成し、他方の面に開口する半田ボール用ビアホールの外縁に金属囲いが形成される。そして、前記金属囲いをリング状とし、円周方向長さに対する４％以下の幅の切り込み口を設けるか、前記金属囲いを２個以上の円弧状部分で構成し、対称的に間隙を設けて配置し、該間隙の合計が、円周方向長さに対し４０％以下とする。
【００１３】
前記金属囲いの表面にＮｉめっきを施し、該Ｎｉめっきの上にＡｕめっきを施すか、Ａｕめっきのみを施す。
【００１４】
本発明の半導体装置用テープキャリアの製造方法は、可撓性を有する絶縁テープの両面に金属箔を形成し、保護膜の形成、エッチング加工、および保護膜の除去により、一方の面には半導体チップを搭載するための金属配線層を形成し、他方の面の所望位置には絶縁テープを露出させ、前記金属配線層を含む前記一方の面を樹脂膜で保護し、前記絶縁テープの露出部分をエッチング加工することによりビアホールを前記所望位置に形成し、前記ビアホールと、ビアホールの外縁部とに、樹脂の保護膜を形成してエッチング加工することにより、保護膜から露出した部分の前記金属箔を除去し、残留する金属箔でビアホールの外縁において金属囲いを形成し、絶縁テープ両面に形成した保護膜を除去する。
【００１５】
前記金属囲いはリング状で、円周方向長さに対する４％以下の幅の切り込み口が設けられている。あるいは、前記金属囲いは２個以上の円弧状部分とで構成され、対称的に間隙が設けられ、該間隙の合計が、円周方向長さに対し４０％以下になっている。
【００１６】
さらに、前記金属囲いの表面にＮｉめっきが施され、さらにＡｕめっきが施されるか、Ａｕめっきのみが施されている。
【００１７】
本発明の半導体装置では、前記半導体装置用テープキャリアが使用され、前記金属配線層に半導体チップが接続され、前記ビアホールおよび金属囲いを覆うように半田ボールが搭載される。半田ボールは、溶融により一部がビアホール内に入り込んで、金属配線層に電気的に接続する柱状部を形成している。
【００１８】
本発明の半導体装置の製造方法では、前記半導体装置用テープキャリアの製造方法に加えて、前記金属配線層に半導体チップを接続し、前記ビアホールおよび該ビアホールに隣接する金属箔部分を覆うように半田ボールを搭載し、その一部を溶融によりビアホール内へ侵入させる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明のテープキャリアおよびその製造方法、並びに前記テープキャリアを使用した半導体装置およびその製造方法の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の半導体装置用テープキャリアの一実施例を示す断面図である。
【００２１】
絶縁テープ１は可撓性を有するポリイミドフィルム等が用いられる。絶縁テープ１の厚さは数十μｍ程度である。絶縁テープ１の一方の面（表面）には、金属配線層２が設けられている。他方の面（裏面）には、半田ボールを搭載する。そして、半田ボールと金属配線層２とを導通するために、両面間にビアホール３を形成し、その中に半田ボールの一部を侵入させている。このビアホール３の大きさは半導体装置の大きさにより異なってくるが、ビアホール３の裏面側開孔部分で直径数十μｍ〜数百μｍである。そのビアホール３の形成には、乾式のレーザー、湿式のエッチングによる方法がある。このビアホール３の中で金属配線層２と半田ボールとを接合する部分には、半田の濡れ性をよくするために、必要に応じてＮｉめっきを施し、その上にＡｕめっきを施してめっき層５を形成する。そして、ビアホール３の一つ一つに対応させて、ビアホール３の外縁に、半田ボールの搭載補強のために、金属囲い６が設けられている。この金属囲い６の表面には、半田ボールとの濡れ性をよくするために、必要に応じてＮｉめっき下地のＡｕめっき、またはＡｕめっきのみを施す。以上が、本発明の半導体装置用テープキャリアの構造である。
【００２２】
図２は、本発明の半導体装置の一実施例を示す断面図である。
【００２３】
前記半導体装置用テープキャリアの表面、すなわち金属配線層２の側に、半導体チップ７を接続する。半導体チップ７の接着には、接着剤を使用するが、半導体装置用テープキャリア上にシート状の接着剤を貼り付けてもよいし、液状の接着剤を塗布してもよい。半導体チップ７と金属配線層２とはワイヤボンディング８で接続される。そして、ビアホール３には、テープキャリアの裏面に半田ボール９が搭載される。そして、前記半田ボール９は、金属囲い６により補強される。以上が、本発明の半導体装置の構造である。ビアホール３の形成方法は、後述する。
【００２４】
次に、本発明における金属囲い６の構造についてであるが、例えば図３は、半導体装置用テープキャリアのビアホール３の外縁に、リング状の金属囲い６を設けて、半田ボール９を搭載した断面図である。図４は、金属囲い６の平面図である。
【００２５】
半導体装置用テープキャリアのビアホール３に、リフロー方式により、半田ボール９を搭載する。リフロー方式とは、あらかじめ、接合箇所に一定の量の半田を供給しておき、これを外部の熱源から輻射、伝導、対流などの方法で適温に加熱し、半田を溶融させて半田付けするものである。その際、半田の濡れ性をよくするために、ビアホール３内の金属配線層２に、Ｎｉめっきを施し、その上にＡｕめっきを施して、めっき層５を形成する。それから、半田ボール９を搭載する。
【００２６】
ここで、ビアホール３の形状はビアホールの形成方法により異なり、特にポリイミドエッチング等の湿式のエッチングでは、図３に示すように、ビアホール３はテーパーを生ずる形状となる。このテーパーにより、ビアホールの上部の径１０が開口部の径１１よりも小さくなる。このビアホールの上部の径１０が小さくなるほど、表面の金属配線層２における半導体チップ７の電極部分同士の間隔を細くすることができ、金属配線層２の緻密化や半導体チップ７の小型化が図られやすくなる。
【００２７】
Ｎｉめっき下地のＡｕめっきと、半田ボールとの接合部において生じやすいひび割れや破断を防止するために、補強のために金属囲い６を半田ボールとビアホールの界面に設けている。それと共に、例えば、図４に示したように、前記金属囲い６にガス抜き用の切り込み口を設けるか、図５から図７に示したように、金属囲い６を２個以上の円弧状の部分で構成し、複数のガス抜き用の通り路を設ける。これは、ビアホール３に半田ボール９を装着した時、ビアホール３の側壁部分４では、周囲温度の変化の繰り返しにより、隙間が生じて気泡等のガスが溜まりやすくなるからである。
【００２８】
切り込み口の幅は、円周方向長さに対する４％以下がよい。切り込み口の幅が大きいと、半田ボールが円形のまま形成されなくなり、中心がビアホールからずれて、プリント基板に正確に接続できなくなる。
【００２９】
また、複数のガス抜き用の通り路は対称的に設け、合計で円周方向長さに対し４０％以下であるとよい。通り路の合計が４０％を超えると、半田ボールによる補強効果が期待できなくなる。
【００３０】
金属囲い６の形状は、ビアホール３を囲み、搭載する半田ボール９が流れ出さないように、補強できるのであれば、リング状には限らず、例えば図８から図１６に示したように、多角形を成してもよい。その多角形の形状においても、図８から図１０に示したように、ガス抜き用に切り込み口が入っていてもよいし、図１１から図１６に示したように、２個以上の部分（対称配置が好ましい）に分かれて、複数のガス抜き用の通り路を設けてもよい。
【００３１】
図３に示すように、金属囲い６の幅１２は、搭載する半田ボール９のひび割れや破断がない程度に大きければよいが、１０μｍ以上のほうが望ましい。幅１２が１０μｍ以下では細すぎるため、絶縁テープ１との密着力が弱くなり、半導体装置用テープキャリアの製造工程中に、金属囲い６が剥離・脱落してしまう。また、金属囲い６の厚さ１３については、金属囲い６を形成する金属箔がビアホール形成用のエッチングマスクを兼ねるように作製されるため、そのエッチングマスクとして機能する厚さであることも必要である。金属囲い６の厚さ１３は、１μｍ〜３０μｍ程度が望ましく、１μｍより薄すぎると、半田ボール９を補強する強度が弱く、半田ボール９とビアホール３の接合部がひび割れ、破断が生ずる可能性が高い。また、エッチングマスクとしての効果も無くなる。一方、金属囲い６の厚さ１３が、３０μｍより大きいと、エッチングマスクの除去時間やエッチング液の使用量も多くなるので、エッチング処理にかかるコストが高くなる。
【００３２】
図４に示すように、金属囲い６の内径１４については、ビアホール３の外縁を囲い、半田ボール９をうまく搭載でき、補強できる程度の大きさが望ましい（数十〜数百μｍ程度）。
【００３３】
金属囲い６の材質は、上記ビアホール形成用のエッチングマスクに使用される金属箔であり、通常、Ｃｕ（銅）が用いられる。
【００３４】
次に、図１７から図２２に、本発明の半導体装置用テープキャリアの製造方法を示す。
【００３５】
図１７に示すように、可撓性を有する絶縁テープ１の両面に、金属箔１５を貼り付けたテープ部材に、フォトエッチング法を施し、図１８に示すように、一方の面には半導体チップを接続するために金属配線層２を形成し、反対側の面にはビアホール３を形成するための所定の位置に、エッチングマスク１６を形成させる。エッチングマスク１６の形成には、フォトレジスト１８で保護してフォトエッチング法により金属箔１５のビアホール部分だけ金属箔１５を除去する。これにより、ビアホール部分の絶縁テープ部分１７を露出させ、他の部分は金属箔でマスクされる。そして、露光処理を行いエッチングを行う。エッチング液には、エッチングマスク１６に銅を用いた場合、塩化第２銅溶液や塩化第２鉄溶液を用いる。
【００３６】
図１９に示すビアホール３の形成には、エッチングマスク１６でマスクした部分以外の絶縁テープの露出部分１７を、フォトエッチング法により処理することで形成する。その際、表面の金属配線層２を形成した側には、エッチングを防止するために、表面をレジスト１９により保護する。絶縁テープ１にポリイミドを使用した場合には、エッチング液として、ノンヒドラジン系のアルカリエッチング液を使用する。レジスト１９には、市販の耐アルカリ性レジストを使用する。
【００３７】
図１９に示すように、ビアホール３を形成した後、図２０に示すように、ビアホール３の外縁のエッチングマスク１６の上に、リング状になるようフォトレジスト２０で被覆する。フォトレジスト２０で覆われなかったエッチングマスク１６は、フォトエッチングにより除去されることになる。そして、露光処理、フォトエッチング処理を行う。これにより、エッチングマスク１６に使用した金属箔で、図２１に示すように、ビアホール３の外縁に半田ボール補強用の金属囲い６が形成される。そして、金属配線層２を保護していたレジスト１９と、裏面に残ったフォトレジスト２０とを、希アルカリ溶液で剥離する。
【００３８】
次に、半導体装置用テープキャリアにめっきを施す。このとき、電解めっきか、または無電解めっきの２種類のいずれかの方法でめっきする。
【００３９】
電解めっきでは、半導体装置用テープキャリアの金属配線層の裏面のビアホール開孔部の金属配線に導通する部分に、Ｎｉめっきが施され、その上にＡｕめっきが施され、めっき層５を得る（図２２参照）。当該めっきを施す前においては、金属囲い６の部分は、表面の金属配線層２と電気的に接続されていないが、電気Ａｕめっきの際に、Ａｕめっき浴内で金属囲い６の金属と置換されたＡｕによって被覆され、金属配線層２と電気的に接続される。
【００４０】
電気Ａｕめっきの際に、Ａｕめっき浴内で金属囲い６の金属と置換されたＡｕによって被覆され、金属配線層２と電気的に接続される。すなわち、金属囲いの表面に電解Ｎｉめっきを施した場合、表面のＮｉイオンとめっき浴中のＡｕイオンとが置換してＡｕが析出してＮｉめっきの上に被覆されることになる。また、金属囲いの材質にＣｕ等を使用して、電解Ｎｉめっきを施さず金属囲いの素地に直接電気Ａｕめっきを施す場合、金属囲いの表面のＣｕイオンとめっき浴中のＡｕイオンとが置換してＡｕが析出してＣｕの上に被覆されることになる。
【００４１】
無電解めっきでは、半導体装置用テープキャリアの金属配線層の裏面のビアホール開孔部の金属配線に導通する部分に、Ｎｉめっきが施され、その上にＡｕめっきが施され、めっき層５を得る（図２２参照）。金属囲い６の部分の表面には、前記と同じくＮｉめっきが施され、その上にＡｕめっきが施される。これにより、金属囲い６の部分が金属配線層２と電気的に接続される。
【００４２】
Ｎｉめっきの厚さは１〜８μｍ程度が望ましく、１μｍより薄いと半田の濡れ性が悪くなり、８μｍより厚いとめっきにかかる時間やＮｉめっきの使用量が多くなるので、めっき処理にかかるコストが高くなる。また、Ａｕめっきの厚さにおいても、あまり厚すぎると、Ａｕめっきの使用量が多くなり、コストが高くなるので、１μｍ以下の厚さが望ましい（電解めっきのときの置換Ａｕめっきの厚さは、０．０５μｍ未満である）。
【００４３】
以上が、本発明の半導体装置用テープキャリアの製造方法である。
【００４４】
次に、本発明における半導体装置の製造方法であるが、上記の製造方法により半導体装置用テープキャリアを製造した後、図２に示すように、半導体チップ７を組み込んでパッケージする。半導体チップ７の接着は、電気絶縁性を有するシート状の接着剤を半導体装置用テープキャリアの所定の位置に貼り付けて、接着してもよいし、液状の接着剤を塗布して装着してもよい。
【００４５】
次に、半導体チップ７の端子と、半導体装置用テープキャリアにおける金属配線層２のインナーリードパッドとを、金微細線８等でワイヤボンディングする。その後、半導体チップ７の気密封止のため、市販のエポキシモールド樹脂で半導体チップ側を樹脂封止してもよい（図示せず）。
【００４６】
そして、裏面のビアホール３に、半田ボール９をリフローにより接続する。この際、半田以外にフラックスを用いてもよい。
【００４７】
以上が、本発明の半導体装置の製造方法である。
【００４８】
（実施例１〜１２、比較例１〜６）
以下に、本発明の実施例を示す。
【００４９】
本実施例は、半導体チップの大きさが８ｍｍ角、端子数は６４個、端子のピッチが０．８ｍｍのものに対応する半導体装置用テープキャリアおよび半導体装置に関する。
【００５０】
厚さ５０μｍのポリイミドフィルムからなる絶縁テープの両面に、それぞれ厚さ１８μｍの銅箔を一体に形成したテープ部材を用意した。そのテープ部材は、鐘淵化学製のポリイミド（商品名アピカル）をベースとした商品名エスパーフレックスである。
【００５１】
以下に説明するＲｅｅｌ Ｔｏ Ｒｅｅｌ工程により、半導体装置用テープキャリアを作製した。
【００５２】
本実施例における半導体装置用テープキャリアの半導体チップを接続する側に、銅配線層をフォトエッチング技術を用いて形成した。この銅配線層の配線パターンは、半導体チップの端子とワイヤボンディングで接続するための４つの周辺に設けられたインナーリードボンディングワイヤ部から、内部に向かってエリアアレイ状に配置した半田ボール用のランド電極に向かう配線パターンである。
【００５３】
半田ボール搭載のためのポリイミドフィルムのビアホールは、ノンヒドラジン系のアルカリエッチング液（東レエンジニアリング製、ＴＰＥ−３０００系）でエッチングして作製した。その際のエッチングは、銅配線層と逆の方向からエッチング液を吹き付ける方法で行い、エッチングマスクは、裏面の銅箔をマスクとした。すなわち、フォトエッチングによりテープキャリア裏面のビアホール形成部分だけの銅箔を除去して、その部分のポリイミドフィルムを露出させる。そして、他の部分が銅箔でマスクされた状態で、テープキャリア表面の銅配線をレジストで保護した後、ポリイミドフィルムのエッチングを行うことによって、ビアホールを開孔した。ビアホールには、テープキャリア裏面に向けて広がるテーパーが生じた。
【００５４】
本実施例では、銅マスクの直径を０．４１ｍｍにすることで、銅配線側の直径が０．３５ｍｍのビアホールを開孔した。その後、銅マスクを塩化第２銅溶液を用いて除去したが、このとき、銅配線層を保護するためのレジスト塗布と、裏面には、以下のように実施例１〜１２、比較例１〜６でそれぞれ異なるフォトレジストを塗布した。
【００５５】
比較例１、２では、ビアホールだけでなくビアホール周辺に切れ目の無いリング状の銅パターン（以下銅リングと呼ぶ）を幅１０μｍで残す様に、焼き付けを行った。
【００５６】
実施例１では、ビアホールだけでなくビアホール周辺に銅リングを、幅１０μｍで残す様にし、各々の銅リングに１ヶ所（図４）の幅２０μｍの切れ目を入れて焼き付けを行った。
【００５７】
実施例２では、ビアホールだけでなくビアホール周辺に銅リングを、幅１０μｍで残す様にし、各々の銅リングに２ヶ所（図５）の幅２０μｍの切れ目を入れて焼き付けを行った。
【００５８】
比較例３、４では、ビアホールだけでなくビアホール周辺に銅リングを幅２０μｍで残す様に焼き付けを行った。
【００５９】
実施例３、４では、ビアホールだけでなくビアホール周辺に銅リングを幅２０μｍで残す様にし、各々の銅リングに１ヶ所と２ヶ所の幅２０μｍの切れ目を入れて焼き付けを行った。
【００６０】
比較例５、６では、ビアホールだけでなく、ビアホール周辺に銅リングを幅３０μｍで残す様に焼き付けを行った。
【００６１】
実施例５、６では、ビアホールだけでなく、ビアホール周辺に銅リングを幅３０μｍで残す様にし、各々の銅リングに１ヶ所と２ヶ所の幅２０μｍの切れ目を入れて焼き付けを行った。
【００６２】
比較例７、８では、開孔したビアホールのみがフォトレジストで埋まるように焼き付けを行った（リング形成しない）。
【００６３】
比較例９、１０では、ビアホールだけでなくビアホール周辺に銅リングを幅５μｍで残す様に、焼き付けを行った。
【００６４】
比較例１１、１２では、ビアホールだけでなくビアホール周辺に銅リングを幅５μｍで残す様にし、各々の銅リングに１ヶ所と２ヶ所の幅２０μｍの切れ目を入れて焼き付けた。
【００６５】
いずれも、銅のエッチングをして銅マスクの除去、銅リングの形成を行った。そして、表面の保護レジストと裏面に残ったフォトレジストを希アルカリ溶液で剥離した。
【００６６】
そして、実施例１、３、５、比較例１、３、５、７、９、１１では、半導体テープキャリアの銅配線層およびビアホール外縁の銅リングに、電解めっきを行った。
【００６７】
実施例２、４、６、比較例２、４、６、８、１０、１２では、無電解めっきを行った。
【００６８】
このとき、Ｎｉめっきの厚さは５μｍとし、Ａｕめっきの厚さは０．２μｍとした。また、電解めっきにおける銅リングの置換金めっき厚は０．０５μｍ未満であった。
【００６９】
上記の工程で半導体装置用テープキャリアを作製した後、半導体チップを組み込んで半導体装置に組み立て、そしてプリント基板に実装まで行い評価した。評価は半導体装置とプリント基板の接続の信頼性評価として、温度サイクルテストを行った。
【００７０】
半導体装置の組立ては、まず半導体チップを電気絶縁性を有するエポキシ系の接着剤でテープキャリア中央部に貼り付け接着した。さらに、半導体チップの端子と金属配線層のインナーリードパッドを金微細線でワイヤボンディングした後、市販のエポキシモールド樹脂で半導体チップ側を樹脂封止した。４５０μｍ直径の共晶半田ボールを、ロジン系フラックス（九州松下電器製、ＭＳＰ５１１）に軽く接触させた後、１パッケージ当たり６４個の半田ボールを搭載した。その後、マックス２４０℃でリフロー炉にてリフローさせた（プリント基板に半導体装置を実装する前にリフローさせた）。
【００７１】
温度サイクルテストは、−４０℃〜１２０℃、周期１時間、それぞれの保持時間２０分とし、５ｃｍ角のプリント基板の中央に半導体装置を実装して行った。５００サイクル以降、１００サイクルごとにサイクル炉から取り出して、電気抵抗を測定して接続の信頼性を評価した。テストに用いた半導体装置の数は、各実施例、比較例で、それぞれ２０個である。各々の半導体装置の６４個の端子接続部のうち１個でも、電気抵抗があるレベルを超えて大きくなると、不良と判定することとした。
【００７２】
切れ目の有無にかかわらず、銅リングと半田ボール搭載の半田濡れ性は、電解めっき、無電解めっきによらず、すべて良好な濡れ性を示した。銅リングは、置換めっき、無電解めっきとも十分半田が濡れ、半田ボールに対する補強の効果が有った。
【００７３】
また、リング幅５μｍの比較例９〜１２では、銅リングの幅が細すぎ、ポリイミドフィルムとの密着力が弱く、テープキャリア作製工程で、銅リングが剥離・脱落したため、半導体装置の組立ては行わなかった。
【００７４】
表１に、本実施例１〜６および比較例１〜８における温度サイクルテストの結果を示す。
【００７５】
【表１】
テストの結果から、銅リングを設置し、半田ボールを銅リングで固定することにより、温度サイクル寿命は銅リングに切れ目を設けた場合（実施例）と、設けない場合（比較例）とではどちらも改善効果は向上し、すべてのサンプルで、金属囲いの無い従来構造の比較例７、８より１．８倍以上の信頼性が得られた。また、切れ目を１ヶ所設けた場合と２ヶ所設けた場合との効果は変わらず、同様に安定した１．８倍以上の寿命が得られた。
【００７７】
銅リング幅は１０μｍ以上で十分な効果が得られた。
【００７８】
電解めっきを施した場合と、無電解めっきを施した場合のどちらとも、温度サイクルテスト結果は同等であった。このことから、銅リングへのめっきは半田ボールと濡れればよく、Ａｕの置換めっきでもよく、また厚さは０．０５μｍ未満でもよいことが得られた。
【００７９】
（比較例９）
比較例９では、４５０μｍの直径の銅リングとした以外は、比較例１と同様にして、半導体装置用テープキャリアを作製した。
【００８０】
（実施例７〜９）
さらに、実施例７〜９では、銅リングに、幅２０μｍ、３０μｍ、５０μｍの切り込み口を１つ設けた以外は、実施例１と同様にして、半導体装置用テープキャリアを作製した。前記の銅リングの切り込み口は、円周方向長さに対し４％以下である。
【００８１】
比較のために、銅リングの切り込み口が、円周方向長さに対し４％以上となる幅６０μｍとした比較例１０の半導体装置用テープキャリアを作製した。
【００８２】
いずれも、形成された半田ボールの形状と、半田ボールの中心がビアホールの中心からずれずに、半田ボールがプリント基板と正確に接続可能な状態かどうかを目視検査した。結果を表２に示す。
【００８３】
【表２】
切り込み口が円周長さに対して４％以下である本発明の半田装置用テープキャリアでは、半田ボールの搭載のずれがなく、正確にプリント基板に接続が可能となる。
【００８５】
（実施例１０〜１３）
実施例１０、１１、１２、１３では、４５０μｍの直径の銅リングとし、合計の幅が４％、２０％、３０％、４０％の複数のガス抜き用通り路を、対称的な位置に設けた以外は、実施例１と同様にして、半導体装置用テープキャリアを作製した。
【００８６】
（比較例１１）
比較のため、比較例１１では、合計の幅が円周長さに対して５０％の複数のガス抜き用通り路を、対称的な位置に設けた以外は、実施例１と同様にして、半導体装置用テープキャリアを作製した。
【００８７】
それぞれ、前述と同様の温度サイクルテストを実施し、結果を表３に示す。
【００８８】
【表３】
表３から、ガス抜き用通り路の幅の合計が円周長さに対して４０％以下である本発明の半田装置用テープキャリアでは、銅リングによる半田ボールの補強効果が得られることが分かる。
【００９０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、半導体装置とプリント基板の熱膨張係数の差によって、半導体装置におけるテープキャリアと半田ボールとの接合部に生ずる熱応力によるひび割れを防止して、信頼性の高い接続ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置用テープキャリアの一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の一実施例を示す断面図である。
【図３】図２の半導体装置の一部を拡大して示す断面図である。
【図４】切れ目を設けた円形の金属囲いを示す平面図である。
【図５】２つのガス抜き用の通り路を設けた円形の金属囲いを示す平面図である。
【図６】３つのガス抜き用の通り路を設けた円形の金属囲いを示す平面図である。
【図７】４つのガス抜き用の通り路を設けた円形の金属囲いを示す平面図である。
【図８】切れ目を設けた三角形の金属囲いを示す平面図である。
【図９】切れ目を設けた四角形の金属囲いを示す平面図である。
【図１０】切れ目を設けた五角形の金属囲いを示す平面図である。
【図１１】直線部分にガス抜き用の通り路を設けた三角形の金属囲いを示す平面図である。
【図１２】直線部分にガス抜き用の通り路を設けた四角形の金属囲いを示す平面図である。
【図１３】直線部分にガス抜き用の通り路を設けた五角形の金属囲いを示す平面図である。
【図１４】角部分にガス抜き用の通り路を設けた三角形の金属囲いを示す平面図である。
【図１５】角部分にガス抜き用の通り路を設けた四角形の金属囲いを示す平面図である。
【図１６】角部分にガス抜き用の通り路を設けた五角形の金属囲いを示す平面図である。
【図１７】金属箔およびフォトレジストを配置した絶縁テープを示す断面図である。
【図１８】金属配線層が形成されたテープ部材を示す断面図である。
【図１９】ビアホールが形成されたテープ部材を示す断面図である。
【図２０】フォトレジストを被覆したテープ部材を示す断面図である。
【図２１】金属囲いが形成されたテープ部材を示す断面図である。
【図２２】半導体装置用テープキャリアを示す断面図である。
【符号の説明】
１ 絶縁テープ
２ 金属配線層
３ ビアホール
５ めっき層
６ 金属囲い
７ 半導体チップ
８ ボンディングワイヤ
９ 半田ボール
１０ ビアホール上部径
１１ ビアホール開口部径
１２ 金属囲いの幅
１３ 金属囲いの厚さ
１４ 金属囲いの内径
１５ 金属箔
１６ エッチングマスク
１７ 絶縁テープ露出部分
１８ レジスト
１９ 金属配線用保護レジスト
２０ フォトレジスト
Claims (12)
- 可撓性を有する絶縁テープの一方の面に金属配線層を形成し、他方の面に開口する半田ボール用ビアホールの外縁にリング状の金属囲いが形成された半導体装置用テープキャリアであって、前記金属囲いには、その円周方向長さに対する４％以下の幅の切り込み口を設けたことを特徴とする半導体装置用テープキャリア。
- 可撓性を有する絶縁テープの一方の面に金属配線層を形成し、他方の面に開口する半田ボール用ビアホールに金属囲いが形成された半導体装置用テープキャリアであって、前記金属囲いは、対称的に間隙を設けて配置した２個以上の円弧状部分からなり、該間隙の合計が、円周方向長さに対し４０％以下であることを特徴とする半導体装置用テープキャリア。
- 前記金属囲いの表面にＮｉめっきを施し、該Ｎｉめっきの上にＡｕめっきを施したことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置用テープキャリア。
- 前記金属囲いの表面にＡｕめっきを施したことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置用テープキャリア。
- 可撓性を有する絶縁テープの両面に金属箔を形成し、保護膜の形成、エッチング加工、および保護膜の除去により、一方の面には半導体チップを搭載するための金属配線層を形成し、他方の面の所望位置には絶縁テープを露出させ、前記金属配線層を含む前記一方の面を樹脂膜で保護し、前記絶縁テープの露出部分をエッチング加工することによりビアホールを前記所望位置に形成し、前記ビアホールと、ビアホールの外縁の一部とに、樹脂の保護膜を形成してエッチング加工することにより、保護膜から露出した部分の前記金属箔を除去し、このときビアホールの外縁における金属箔の除去幅は、該外縁の円周方向長さに対する４％以下であり、残留した金属箔によりビアホールの外縁におけるリング状の金属囲いを形成し、絶縁テープ両面に形成した保護膜を除去することからなることを特徴とする半導体装置用テープキャリアの製造方法。
- 可撓性を有する絶縁テープの両面に金属箔を形成し、保護膜の形成、エッチング加工、および保護膜の除去により、一方の面には半導体チップを搭載するための金属配線層を形成し、他方の面の所望位置には絶縁テープを露出させ、前記金属配線層を含む前記一方の面を樹脂膜で保護し、前記絶縁テープの露出部分をエッチング加工することによりビアホールを前記所望位置に形成し、前記ビアホールと、ビアホールの外縁の複数箇所に、樹脂の保護膜を形成してエッチング加工することにより、保護膜から露出した部分の前記金属箔を除去し、残留した金属箔によりビアホールの外縁における金属囲いを形成し、絶縁テープ両面に形成した保護膜を除去する各工程からなり、前記金属囲いは、対称的に間隙を設けて配置した２個以上の円弧状部分からなり、該間隙の合計が、円周方向長さに対し４０％以下であることを特徴とする半導体装置用テープキャリアの製造方法。
- 請求項５または６に記載の半導体装置用テープキャリアの製造方法に加えて、前記金属囲いの表面にＮｉめっきを施し、さらにＡｕめっきを施すことを特徴とする半導体装置用テープキャリアの製造方法。
- 請求項５または６に記載の半導体装置用テープキャリアの製造方法に加えて、前記金属囲いの表面にＡｕめっきを施すことを特徴とする半導体装置用テープキャリアの製造方法。
- 請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置用テープキャリアを使用し、前記金属配線層に半導体チップを接続し、前記ビアホールおよび金属囲いを覆うように半田ボールを搭載し、金属配線層と半田ボールを電気的に接続したことを特徴とする半導体装置。
- 請求項５または６に記載の半導体装置用テープキャリアの製造方法に加えて、前記金属配線層に半導体チップを接続し、前記ビアホールおよび該ビアホールに隣接の金属箔部分を覆うように半田ボールを搭載し、金属配線層と半田ボールを電気的に接続することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 所定位置にビアホールが貫通し、半導体チップを搭載するための絶縁テープと、前記半導体チップに電気的接続するように該絶縁テープの表面に形成される金属配線層と、該絶縁テープの裏面に形成されて前記ビアホールを介して前記金属配線層に接続される半田ボールと、前記絶縁テープの裏面で、前記半田ボールが配設される位置にあって、前記半田ボールと接合するリング状の金属囲いとからなり、該金属囲いには、その円周方向長さに対する４％以下の幅の切り込み口を設けたことを特徴とする半導体装置用テープキャリア。
- 所定位置にビアホールが貫通し、半導体チップを搭載するための絶縁テープと、前記半導体チップに電気的接続するように該絶縁テープの表面に形成される金属配線層と、該絶縁テープの裏面に形成されて前記ビアホールを介して前記金属配線層に接続される半田ボールと、前記絶縁テープの裏面で、前記半田ボールが配設される位置にあって、前記半田ボールと接合する金属囲いとからなり、該金属囲いは、対称的に間隙を設けて配置した２個以上の円弧状部分からなり、該間隙の合計が、円周方向長さに対し４０％以下であることを特徴とする半導体装置用テープキャリア。
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