半导体封装用芯片支持基片、半导体装置及其制造方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN97199380.7

申请日:

1997.10.29

公开号:

CN1235700A

公开日:

1999.11.17

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

未缴年费专利权终止IPC(主分类):H01L 23/12申请日:19971029授权公告日:20040421终止日期:20091130|||授权|||实质审查的生效申请日:1997.10.29|||公开

IPC分类号:

H01L23/12

主分类号:

H01L23/12

申请人:

日立化成工业株式会社;

发明人:

汤佐正己; 加藤利彦; 井上文男; 市村茂树

地址:

日本东京

优先权:

1996.10.30 JP 288606/96

专利代理机构:

中国国际贸易促进委员会专利商标事务所

代理人:

王永刚

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内容摘要

在本发明的芯片支持基片中,把绝缘性膜状粘接构件帐篷状地贴到布线上边,设有与通气孔相连的空隙。若用该芯片支持基片,则由于不损害通气孔的功能,而且,在软化时从绝缘性膜状粘接构件中发生的气体和水蒸气,还可以确实地放出到封装外边,故可以防止封装产生裂缝,可以制造可靠性高的小型半导体封装。

权利要求书

1.一种半导体封装用芯片支持基片,该基片具有:
(A)在绝缘性支持基片的一个表面上,有2个以上的具有半导体
芯片装载部分的布线,
在把半导体芯片装载到该布线的半导体芯片装载部分上去时,配
置并形成为使得上述半导体芯片的下表面部分和上述布线的端面和
上述绝缘性支持基片的上述表面之间形成空隙,
(B)在面朝上述绝缘性支持基片的上述空隙的部位至少形成一
个贯通孔,
(C)包括上述布线的半导体芯片装载部分在内,在装载半导体芯
片的半导体芯片装载部分上形成了绝缘性膜状粘接构件,
其特征是:
至少在半导体芯片通过上述绝缘性膜状粘接构件进行装载的阶
段,上述绝缘性膜状粘接构件,是玻璃化转变温度100℃以上,残
存挥发量2.0%(重量/重量)以下的绝缘性膜状粘接构件。
2.一种半导体封装用芯片支持基片的制造方法,具有下述工序:
(1)在绝缘性支持基片上形成贯通孔的工序;
(2)在上述绝缘性支持基片的一个表面上,在把半导体芯片装载
到该布线的半导体芯片装载部分上时,把具有半导体芯片装载部分的
2个以上的布线配置并形成为使得半导体芯片下表面部分和上述布线
的端面和上述绝缘支持基片的上述表面之间,形成连接到至少一个上
述贯通孔上的空隙的布线形成工序;
(3)包括上述布线的半导体芯片装载部分在内,在装载半导体芯
片的半导体芯片装载部分上,形成绝缘性膜状粘接构件的粘接层形成
工序,
上述绝缘性膜状粘接构件,
至少在半导体芯片通过上述绝缘性膜状粘接构件进行装载的阶
段,是玻璃化转变温度100℃以上,残存挥发量2.0%(重量/重量)
以下的绝缘性膜状粘接构件。
3.权利要求2所述的半导体封装用芯片支持基片制造方法,其特
征是:含有把玻璃化转变温度100℃以上,残存挥发量2.0%(重量/
重量)以下的绝缘性膜状粘接构件粘贴到上述半导体芯片装载区域部
分上的工序。
4.权利要求2所述的半导体封装用芯片支持基片制造方法,其特
征是含有下述工序:
在半导体芯片装载区域部分上,形成玻璃化转变温度80℃以上,
残存挥发量15.0%(重量/重量)以下的绝缘性膜状粘接构件,
在通过上述绝缘性膜状粘接构件装载半导体芯片的阶段之前的
阶段,对上述绝缘性膜状粘接构件施行加热处理。
5.一种半导体装置,其特征是具备:
权利要求1所述的芯片支持基片;
已经装载到上述芯片支持基片的半导体芯片装载区域上的半导
体芯片;
密封上述半导体芯片的密封构件。
6.一种半导体装置的制造方法,其特征是顺序具备如下工序:
把半导体芯片装载到权利要求1所述的芯片支持基片的半导体
芯片装载区域上的工序;
密封上述半导体芯片的工序。

说明书

半导体封装用芯片支持基片、 半导体装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体封装用芯片支持基片、该基片的制造方法,使
用该基片的半导体装置和该半导体装置的制造方法。

背景技术

随着半导体集成度的提高,输入输出端子数不断增加。因此,具
有许多输入输出端子数的半导体封装就变得需要起来。一般说,输入
输出端子有两种类型:一种其输入输出端子成列地配置在封装的周
边,一种则不仅在周边,在内部也配置多列。

在前者中QFP(Quad Flat Package,方形扁平封装)是代表性
的封装。在使它多端子化的情况下,就必须缩小端子节距。但是,在
0.5mm以下的区域,与布线之间的连接就需要高级的技术。后者的阵
列型,由于可以以比较大的节距配置端子,故适合于多端子化。作为
阵列型,以往一般是具有连接引脚的PGA(Pin Grid Array,网格插
针阵列),它与布线板之间的连接是插入式,不适合于表面贴装。因
此,开发出了可以进行表面贴装的被称之为BGA(Ball Grid Array,
网格焊球阵列)的封装。

另一方面,随着电子机器的小型化,封装尺寸的进一步小型化的
要求日益强烈。作为与这种小型化相对应的封装,人们提出了与半导
体芯片大体上同等尺寸的所谓芯片尺寸封装(CSP;Chip Size
Package)。这是一种不仅在半导体芯片的周边部分,在装配区域内
也有与外部布线基片之间的连接部分的封装。作为具体例子,有在把
带凸点的聚酰亚胺膜粘接到半导体芯片的表面上,并用金引线与芯片
电连后,铸封环氧树脂等进行密封的封装(NIKKEI MATERIALS&
TECHNOLOGY 94.4,No.140,p18~19)或在临时基片上的相当于半导
体芯片与外部布线基片之间的连接部分的位置上形成金属凸点,使半
导体芯片面朝下地键合后,在临时基片上进行传输模铸的封装
(Smallest Flip-Chip-Like Packaging Workshop of Japan,p46~
50,1994)等。

但是,以往提出的半导体封装的大多数,并不能说是小型、可以
应付高集成度,而且防止封装产生裂缝,可靠性好和生产性优良的封
装。

发明的公开

本发明的目的是提供一种可以制造防止封装发生裂缝且可靠性
优良的小型半导体封装的半导体封装用芯片支持基片、使用该基片的
半导体装置和它们的制造方法。

本发明的半导体芯片用支持基片是这样一种半导体芯片用支持
基片:

    A、在绝缘性支持基片的一个表面上,有2个以上的具有

半导体芯片装载部分的布线,

    在把半导体芯片装载到该布线的半导体芯片装载部分上

去时,配置并形成为使得上述半导体芯片的下表面部分和上

述布线的端面和上述绝缘性支持基片的上述表面之间形成空

隙,

    B、在面朝上述绝缘性支持基片的上述空隙的部位上,至

少形成一个贯通孔,

    C、包括上述布线的半导体芯片装载部分在内,在装载半

导体芯片的半导体芯片装载部分上形成了绝缘性膜状粘接构

件,

其特征是:

至少在半导体芯片通过上述绝缘性膜状粘接构件进行装载的阶
段,上述绝缘性膜状粘接构件,是Tg(玻璃化转变温度)100℃以上,
残存挥发量2.0%(重量/重量)以下的绝缘性膜状粘接构件。

在本发明中,既可以在半导体芯片装载区域部分形成Tg100℃以
上,2.0%(重量/重量)以下的绝缘性膜状粘接构件,也可以在半导
体芯片装载区域部分形成Tg80℃以上,残存挥发量15.0%(重量/重
量)以下的绝缘性膜状粘接构件,并在通过上述绝缘性膜状粘接构件
装载半导体芯片的阶段之前的阶段,对上述绝缘性膜状粘接构件施行
加热处理,使上述绝缘性膜状粘接构件变成为Tg100℃以上,残存挥
发量2.0%(重量/重量)以下的绝缘性膜状粘接构件。

本发明的半导体封装用芯片支持基片的理想的实施方案,是这样
一种基片:

    A′、在绝缘性支持基片的一个表面上,至少已形成了2

条布线,该布线具有用于和半导体芯片电极进行连接的内部

连接部分和半导体芯片装载部分,

    上述布线,在把半导体芯片装载到该布线的半导体芯片

装载部分上去时,被配置为使绝缘性膜状粘接构件的绝缘性

支持基片相向面和上述布线的端面和上述绝缘性支持基片之

间形成空隙,

    B′、在上述绝缘性支持基片上,在既是形成上述绝缘性

支持基片的上述布线的部位又是设置与上述内部连接部分导

通的外部连接部分的部位上设有开口部分,

    C′、在上述绝缘性支持基片上,在面朝上述空隙的部位,

至少形成一个贯通孔,

    D′、包括上述布线的半导体芯片装载部分在内,在装载

半导体芯片的半导体芯片装载部分上形成了绝缘性膜状粘接

构件,

其特征是:

至少在半导体芯片通过上述绝缘性膜状粘接构件进行装载的阶
段,上述绝缘性的膜状粘接构件,是Tg100℃以上,残存挥发量2.0%
(重量/重量)以下的绝缘性膜状粘接构件。

此外,在本发明中,还提供具备下述(1)~(3)的各个工序的
半导体芯片用芯片装载基片的制造方法。

(1)在绝缘性支持基片上形成贯通孔的工序;

(2)在上述绝缘性支持基片的一个表面上,在把半导体芯片装载
到该布线的半导体芯片装载部分上时,把具有半导体芯片装载部分的
2个以上的布线配置并形成为使得半导体芯片下表面部分和上述布线
的端面和上述绝缘支持基片的上述表面之间,形成连接到至少一个上
述贯通孔上的空隙的布线形成工序;

(3)包括上述布线的半导体芯片装载部分在内,在装载半导体芯
片的半导体芯片装载部分上,形成具有上述特性的绝缘性膜状粘接构
件的粘接层形成工序。

本发明中的粘接层(绝缘性膜状粘接构件),也可以采用例如把
具备上述特性(即玻璃化转变温度100℃以上,残存挥发量2.0%(重
量/重量)以下)的绝缘性膜状粘接构件贴到半导体芯片装载部分上
的办法形成,也可以采用先把玻璃化转变温度80℃以上,残存挥发
量15.0%(重量/重量)以下的绝缘性膜状粘接构件预先形成(例如
用粘贴膜的办法)在半导体芯片装载部分上,在半导体芯片装载前进
行加热处理使该绝缘性膜状粘接构件具备上述特性的办法形成。

另外,在粘接层形成工序包含粘贴绝缘性膜状粘接构件的工序的
情况下,从作业性的观点来看,希望要粘贴的绝缘性膜状粘接构件是
自我支持性膜。

此外,在本发明中,可以提供具备本发明的芯片支持基片、已装
载到该芯片支持基片的半导体芯片装载区域上的半导体芯片和密封
该半导体芯片的密封构件的半导体装置,以及该半导体装置的制造方
法。

作为在本发明中应用的绝缘性支持基片,可以举出由聚酰胺、环
氧树脂或聚酰亚胺等的塑料构成的薄膜,或把聚酰胺、环氧树脂或聚
酰亚胺等的塑料含浸于玻璃无纺布中使之硬化后的基片。

要想在绝缘性支持基片的一个表面上形成具有半导体芯片装载
部分的布线,可以使用腐蚀铜箔法、在规定的部位镀铜的方法和同时
使用二者的方法等。

要想在绝缘性支持基片上设置外部连接部分和贯通孔等的开口
部分,可以用钻孔加工或冲孔等的机械加工,或者准分子激光或二氧
化碳气体激光等的激光加工等方法进行。此外还可以用在有粘接性的
绝缘基材上预先设置开口部分,再把它和铜箔等的布线形成用金属箔
粘贴起来的方法、在带铜箔或者预先形成了布线的绝缘基材上设置开
口的方法、或同时使用二者的方法等。与内部连接部分导通的外部连
接部分,可以采用在绝缘性支持基片开口部分上,用焊料球或电镀等
形成凸点的办法制作。外部连接部分连接到外部的基片上。

布线和半导体芯片电极的电连方法,可以用使半导体芯片面朝下
地装载到半导体芯片装载部分上,用金属丝键合技术把半导体芯片电
极和设于上述布线上的内部连接部分连接起来的方法,或使半导体芯
片面朝下地装载到半导体芯片装载部分上,再把把半导体芯片电极和
设于上述布线上的连接端子连接起来的方法等进行。

要想把绝缘性支持基片连接到外部,可以用下述方法进行:在绝
缘性支持基片的已经形成了布线的部位设置开口,通过该开口,在与
绝缘性支持基片的已经形成了布线的面相对的面上,设置与布线电连
的外部端子等。

绝缘性膜状粘接构件上,可以使用单层的膜,或在由聚酰胺、环
氧树脂或聚酰亚胺等构成的塑料薄膜上单面或两面涂上粘接剂的粘
接构件。

作为绝缘性膜状粘接构件,例如,有使用下述通式(1)表示的4
碳酸2无水物的含量为全4碳酸2无水物的70摩尔%以上的4碳酸2
无水物与二(元)胺进行反应得到的聚酰亚胺树脂、或者由环氧树脂
等的热硬化性树脂构成的膜状粘接构件。此外在该构件中还可以含有
由二氧化硅、氧化铝等的无机物质构成填料。

                                        ………(1)

(其中,n表示n=2~20的整数)

具备本发明的芯片支持基片的绝缘性膜状粘接构件,在半导体芯
片通过上述绝缘性膜状粘接构件进行装载的阶段,是Tg在100℃以
上,残存挥发量2.0%(重量/重量)以下的绝缘性膜状粘接构件。

由于在通过上述绝缘性膜状粘接构件装载半导体芯片的阶段,使
Tg在100℃以上,残存挥发量2.0%(重量/重量)以下,故例如既可
以粘贴Tg在100℃以上,残存挥发量2.0%(重量/重量)以下的绝缘
性膜状粘接构件,也可以在形成Tg80℃以上,残存挥发量15.0%(重
量/重量)以下的绝缘性膜状粘接构件,并把它粘贴到基片上之后,在
通过上述绝缘性膜装载半导体芯片的阶段之前的阶段,对该绝缘性膜
施行加热处理。

在绝缘性支持基片的将变成为面朝上述空隙的部位上,至少要形
成一个以上的贯通孔。孔径并不特别重要,但理想的是0.05毫米以
上1.000毫米以下。其位置也没什么特别限制,但理想的是尽量均等
地配置多个,这些孔径和配置,可以根据布线图形进行选择。

使用本发明的半导体封装用芯片支持基片制造半导体封装,首
先,把半导体芯片装载到本发明的半导体芯片封装用芯片支持基片的
绝缘性膜状粘接构件面上。这时,也可以同时使用膏状的管芯粘接
剂。其次,用金属丝键合技术把半导体芯片电极连接到支持基片的内
部连接部分上。再对半导体芯片的至少是半导体芯片电极面进行树脂
密封,再把焊料球装载到外部连接部分上,用这种办法可以制造半导
体封装。

附图的简单说明

图1的剖面图示出了用来说明本发明的实施例的半导体封装的制
造工序。

优选实施例

管芯粘接膜形成例

(1)聚酰亚胺的合成

向具备温度计、搅拌机、氮气导入管和干燥管的1000ml的4个
烧瓶内,加入2,2(4-氨基苯氧基苯基)丙烷(以下,简称为BAPP)41g
(0.1摩尔)和N-甲基-2-吡咯烷酮374g,使之溶解。

BAPP溶解后,在水浴中冷却全部烧瓶,边激烈地搅拌边每次少
量地添加十亚甲基双三苯六甲酸酯二酸酣52.2g(0.1摩尔)。保持原状
不变,在水浴中,在氮气气流下搅拌6小时使之反应,得到聚酰胺酸
溶液。

向该聚酰胺酸溶液中加入二甲苯250g,在170~180℃下边吹氮
气边与水一起共沸除去二甲苯,进行亚胺化。在反应结束后,向水中
注入反应液,用过滤法得到沉淀后的聚合物,进行干燥后,得到聚酰
亚胺A。

(2)环氧树脂溶液的调制

把环氧树脂、酚醛树脂和催化剂以表1所示的量进行混合,调制
环氧树脂溶液1~3。

表1

R-170;双酚AD型环氧树脂

EXA-830:双酚F型环氧树脂

ESCN-195:甲酚酚醛型环氧树脂

EPPN-502:水杨基乙醛酚醛型环氧树脂

HP-850N:苯酚酚醛型树脂

TPPK:四苯基硼酸四苯基鏻盐

(3)管芯粘接膜的形成

在下述表2所示的配合和干燥条件下制作膜。

表2

 实施例    实施例    实施例    实施例     实施例    比较例   比较例
   1         2         3         4          5         6        7
 聚酰亚
 胺A
  10g       10g       10g       10g        10g       10g      10g

 环氧树
 脂溶液
  1         1         1         3          1         1        2
  10g       10g       10g       10g        10g       10g      10g
 干燥条
 件
  150℃     150℃     120℃     120℃      80℃      120℃    120℃
    30分      40分      40分      40分       30分      40分     40分
 贴膜后
 的处理
                      150℃                150℃
                                             30分                 30分
 膜的Tg
  106℃     106℃     104℃     107℃      105℃     97℃     107℃
 残存挥
 发成分
  1.9%     1.2%     1.8%     1.9%      1.3%     2.2%    3.0%

 空隙状
 态
  良好      良好      良好      良好       良好     不合格    不合格

 耐软化
 性
  良好      良好      良好      良好       良好     不合格    不合格

实施例1~5、比较例1~2

用图1对本发明的实施例进行说明。

把聚酰亚胺粘接剂涂到聚酰亚胺膜的两面上。用钻孔加工法在厚
度0.07mm的聚酰亚胺键合薄板1上形成将成为外部连接部分的开口
部分3和贯通孔(通气孔)9。其次,在粘接厚度为0.018mm的铜箔
(日本电解(株)生产,商品名:SLP-18)后,用通常的刻蚀法形成
内部连接部分和展开布线2。

对已经露出来的布线,依次施行(未画出)无电解镀镍(膜厚:
5微米)和无电解镀金(膜厚:0.8微米)。在这里虽然使用的是无
电解电镀,但也可以使用电解电镀。

接着,用冲压模具冲压成膜状,准备已形成了多组的内部连接部
分、展开布线、外部连接部分的支持基片(图1(a))。作为支持基片
的制作方法,可以是用激光加工,在市售的2层(铜/聚酰亚胺)挠
性基片的聚酰亚胺上,形成外部连接部分孔的方法。

其次,把如上述那样地形成的管芯粘接膜4粘接到支持基片的半
导体芯片装载区域上(图1(b))。粘接的条件例如定为,温度:160
℃,时间:5秒,压力:3kgf/cm2。这时,管芯粘接膜在布线等的金
属部分进行粘接,要使得和键合薄板不粘接。

其次,在粘接后的管芯粘接膜上边,用无银膏10(日立化成工业
株式会社生产,商品名:EN-4322),把半导体芯片6粘接到支持基
片的规定的位置上,进行180℃,1小时的后处理,使管芯粘接膜和
无银膏硬化。这时,在无布线和金属图形的部分处,在管芯粘接膜和
键合薄板之间形成与贯通孔连接的空隙10。

此外,用键合金丝5把半导体芯片电极和内部连接部分电连起来
(图1(c))。把这样形成的中间产品装填到传输铸模模具中去,用
半导体密封用环氧树脂7(日立化成工业(株)生产,商品名:CL-
7700)逐个进行密封(图1(d))。然后,把焊料球8配置到将成为外
部连接部分的开口部分上使之熔融(图1(e)),使用冲床使各个封装
分离,得到半导体封装(图1(f)。

对所得到的封装中的空隙11进行观察的结果,和进行耐软化性
试验的结果,示于上述表2。

另外,表2中的‘Tg’是用热机械分析(TMP),在升温5℃/
分、荷重5kg下测定的结果,‘残存挥发量’是对纵横5cm的膜进
行200℃/2小时加热,由其前后的重量变化计算出来的。此外,‘耐
软化性’是在30℃/75%HR/96小时的条件下吸湿后进行红外线(IR)
软化试验,用目视观察外观的胀大,没有胀大的定为良好,有胀大的
定为不合格。至于‘空隙’,已形成了空隙的定为良好,没形成空隙
的,定为不合格。

工业上利用的可能性

如上所述,在本发明中,采用把绝缘性膜状粘接构件帐篷状地贴
到布线上边的办法,不损害通气孔的功能,而且,在软化时从绝缘性
膜状粘接构件中发生的气体和水蒸气,还可以确实地放出到封装外
边。因此,倘采用本发明,就可以防止封装产生裂缝,就可以制造可
靠性高的小型半导体封装。

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在本发明的芯片支持基片中,把绝缘性膜状粘接构件帐篷状地贴到布线上边,设有与通气孔相连的空隙。若用该芯片支持基片,则由于不损害通气孔的功能,而且,在软化时从绝缘性膜状粘接构件中发生的气体和水蒸气,还可以确实地放出到封装外边,故可以防止封装产生裂缝,可以制造可靠性高的小型半导体封装。 。

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