JP2004111965A - 接着テープがボンディングワイヤに貼付けられた半導体チップパッケージ - Google Patents

Abstract

　
【課題】　液状接着剤でチップを貼付ける際、ワイヤボンディングの不良を防止することができる接着テープがボンディングワイヤに貼付けられた半導体チップパッケージを提供することを目的とする。
【解決手段】 １つ以上の半導体チップは、ワイヤボンディングにより実装基板に電気的に接続される。接着テープは、活性面と隣接したワイヤボンディングの上部を封止するために、半導体の活性面に提供し、後続工程においてワイヤボンディングの安定性を向上させる。
【選択図】　図４

Description

本発明は、半導体装置に関するもので、より詳しくは、半導体チップがワイヤボンディングにより基板と電気的に接続されている半導体チップパッケージに関するものである。

一般に、半導体チップパッケージ製造において、半導体チップは、液状接着剤を使用し、基板またはリードフレームのような実装手段上に貼付けられている。

図１は、液状接着剤を使用する従来の半導体チップパッケージの一例を示す断面図で、図２は、液状接着剤を使用する従来の半導体チップパッケージの他の例を示す断面図である。

図１に示したように、半導体チップパッケージ３１０は、液状接着剤３２５の層により印刷回路基板３２１に貼付けられている一つの半導体チップ３１１を有する。チップパッド３１２は、ボンディングワイヤ３２７により基板パッド３２２に接続されている。

図２に示したように、半導体チップパッケージ４１０は、垂直に積層されている２つの半導体チップ４１１、４１３を有する。第１半導体チップ４１１は、液状接着剤４２５の層により印刷回路基板４２１に貼付けられ、第２半導体チップ４１３は、液状接着剤４２６の層により第１半導体チップ４１１に貼付けられている。チップパッド４１２、４１４及び半導体チップ４１１、４１３は、ボンディングワイヤ４２７により基板パッド４２２に電気的に接続されている。

半導体チップパッケージ３１０、４１０は、それぞれ封止部３３５、４３５により外部環境から保護される。封止部３３５、４３５は、エポキシ成形樹脂（ＥＭＣ）により形成され、半導体チップ３１１、４１１、４１３と、ボンディングワイヤ３２７、４２７及びその接続部分を封止する。はんだボール３３７、４３７は、印刷回路基板３２１、４２１の下面に貼付けられ、外部接続端子として使用される。

図１及び図２に示した従来の半導体チップパッケージにおいて、半導体チップは、液状接着剤を使用して貼付けられている。半導体チップパッケージの貼付に液状接着剤を使用することは、接着剤の量を一定に維持することを難しくし、チップ下にボイドを発生させ、半導体チップ及び基板上に接着剤を流出させる。このような欠陥は、最終半導体製品の信頼性を低下させる恐れがある。また、半導体チップパッケージが複数の半導体チップを垂直に積層して製造される場合、液状接着剤が半導体チップパッドを汚染させ、その後の工程の実行を複雑化し、それによる半導体装置の信頼性を劣化する可能性がある。

液状接着剤による問題点を解決するために、半導体チップの実装時、液状接着剤の代わりにフィルムタイプの非導電性テープを使用することができる。

図３は、半導体チップの実装のために、接着テープを使用する従来の半導体チップパッケージの一例を示す断面図である。

図３に示したように、半導体チップパッケージ５１０は、垂直に積層されている２つの半導体チップ５１１、５１３を有する。第１半導体チップ５１１は、液状接着剤５２５により印刷回路基板５２１に貼付けられ、第２半導体チップ５１３は、非導電性接着テープ５２６により第１半導体チップ５１１に貼付けられている。接着テープ５２６は、第１半導体チップ５１１のチップパッド５１２内側に位置する大きさを有し、チップパッド５１２と基板パッド５２２とを接続するボンディングワイヤ５２７のワイヤループ部分のための空間を設ける厚さを有する。

しかしながら、接着テープを使用する半導体チップの貼付において、結果的に、接着テープがチップパッドの一部を覆い、チップ端部を越えて延びるという不均衡を起こし、ワイヤがチップパッドに正常にボンディングされないようにする。また、チップ外周において上部チップと下部チップ間の空間は、ボンディングワイヤの上部チップへの貼付工程に影響を与え、ボンディングの劣化及びチップの損傷を起こし、また、ＥＭＣにボイドを発生させる。

　従って、本発明の目的は、液状接着剤を使用してチップを貼付ける際、ワイヤボンディングの不良を防止することができる、接着テープがボンディングワイヤに貼付けられた半導体チップパッケージを提供することにある。

本発明の他の目的は、チップ積層構造の半導体チップパッケージにおいて、上、下部の半導体チップ間に空間を形成させない、接着テープがボンディングワイヤに貼付けられた半導体チップパッケージを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の実施例は、接着テープがボンディングワイヤに貼付けられた半導体チップパッケージを提供する。本発明の半導体チップパッケージは、チップパッドが形成された活性面を有する半導体チップと、活性面が上向きになるように半導体チップが貼付けられた実装手段と、半導体チップと実装手段を電気的に接続するボンディングワイヤと、半導体チップの上部に位置するボンディングワイヤの一部に、又は半導体チップの活性面に貼付けられた非導電性接着テープと、半導体チップ、実装手段、ボンディングワイヤ及び非導電性接着テープを封止するパッケージ本体とを備えることを特徴とする。ここで、活性面とは、半導体チップ上のチップパッドが形成される面である。

他の実施例において、半導体チップパッケージは、チップパッドが形成された活性面を有する複数の半導体チップと、半導体チップが実装される実装手段と、半導体チップと実装手段を電気的に接続するボンディングワイヤとを備える。第１半導体チップは、液状接着剤により実装手段に貼付けられ、第２半導体チップは、非導電性接着テープを用いて第１半導体チップ上に貼付けられている。その後、第２非導電性接着テープは、第２半導体チップの活性面に塗布される。結果として、チップ積層構造は、それぞれの半導体チップの活性面、及びその近くに位置したボンディングワイヤの上部に貼付けられた接着テープを有する。

好ましくは、接着テープは、半導体チップの活性面より大きく、５〜２００μｍの厚さを有する。接着テープは、ポリイミド、エポキシ、アクリル樹脂のうち少なくとも１つを有する合成樹脂から構成される。また、接着テープは、半導体チップの上部に延びるボンディングワイヤの一部を取り囲むように、活性面の全体に貼付けられるのが好ましい。

従って、本発明による接着テープがボンディングワイヤに貼付けられた半導体チップパッケージは、液状接着剤を使用してチップを貼付ける際、ワイヤボンディングの不良を防止することができる。また、チップ積層構造の半導体チップパッケージにおいて、上、下部の半導体チップ間に空間を形成させない。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施例をより詳しく説明する。

（実施例１）
図４及び図５は、それぞれ、本発明の実施例１による半導体チップパッケージの断面図及び平面図である。図６及び図７は、図４の半導体チップパッケージにおいて接着テープの貼付を示した断面図である。

図４及び図５に示したように、半導体チップパッケージ１０は、液状接着剤２５を用いて印刷回路基板２１上に貼付けられている１つの半導体チップ１１を有する。チップパッド１２と基板パッド２２は、ボンディングワイヤ２７により電気的に接続されている。非導電性合成樹脂の接着テープ３１は、半導体チップ１１の活性面に貼付けられている。半導体チップ１１、ボンディングワイヤ２７及びその接合部分は、ＥＭＣで形成される封止部３５により外部環境から保護される。はんだボール３７は、外部接続端子として、印刷回路基板２１の下面に形成されている。

　非導電性接着テープ３１は、チップの上面に延びるボンディングワイヤ２７の上部、及びチップ側面から外側に延びるボンディングワイヤ２７の所定長さを覆うように、半導体チップ１１の活性面より大きいのが好ましい。接着テープ３１の厚さは、約５〜２００μｍである。接着テープ３１の厚さが５μｍ以下なら取り扱いが難しく、２００μｍ以上なら全体パッケージの厚さを増加させる。

この実施例１において、ボンディングワイヤ２７の所定部分が接着テープ３１により固定され、ボンディングワイヤ間の空間及び方向を維持させる。従って、ワイヤボンディング工程後の工程において、弛みや偏りを防止することができる。

接着テープ３１は、ボンディングワイヤ２７に影響を与えない程度、十分に軟らかい材質と厚さで形成することが好ましい。図６及び図７に示したように、接着テープ３１ａ、３１ｂは、最初には半導体チップ１１の活性面に貼付けられ、ボンディングワイヤ２７の上面に沿って延びる。しかしながら、接着テープの成分、厚さ、温度、加熱周期によって、接着テープは、図６の接着テープ３１ａで示したように、ボンディングワイヤ２７の上面に貼付けられ、図７の接着テープ３１ｂで示したように、ボンディングワイヤ２７を取り囲んで充分に流出される。

接着テープは、シート形態であって、ポリイミド、エポキシ、アクリル樹脂のような熱硬化性又は熱可塑性合成樹脂、または主成分として少なくとも一つの合成樹脂を有する合成物から構成されることが好ましい。このような成分は、熱が加わると接着力を有し、半導体装置の駆動温度では固体のままである。このような材料は、伝達性、導電性、放熱手段の１つ以上を用いて加熱されると、接着テープを容易に貼付けることができる。このような目的のため、モデル１５９５（３Ｍ社）及びポリイミド直列テープ（日立化成工業株式会社）のような接着テープを使用する。一般に、本発明に使用される接着テープは、特別な成分及び構造によって１００〜３００℃で流出し始める。接着テープの貼付に使用される熱圧着手段、テープ接着装置が近傍又は内部に配列されたヒータブロックにより、加熱される。熱圧着工程の間、チップパッドの内部に、またはボンディングワイヤ上に、接着テープを強く圧着することを防止することにより、ボンディングワイヤの損傷リスクを減らす。

ワイヤボンディングは、チップパッド側でステッチボンディング（stitch bonding）を、基板パッド側でボールボンディング（ball bonding）を使用して行うことが好ましい。しかしながら、チップパッド側でボールボンディングを、基板パッド側でステッチボンディングを使用しても良い。接着テープは、半導体チップより大きく形成されているが、半導体チップの大きさと同一にすることも可能である。このような場合、接着テープは、ボンディングワイヤの一部だけに延び、活性面上に延びるのが一般的である。

（実施例２）
図８は、本発明の実施例２による半導体チップパッケージの断面図である。図８に示したように、半導体チップパッケージ１１０は、サイズが実質的に同一である２つの半導体チップ１１１、１１３を有する。半導体チップ１１１、１１３は、印刷回路基板１２１上に垂直に積層され、それぞれの半導体チップ１１１、１１３は、チップパッド１１２、１１４と基板パッド１２２とを接合するボンディングワイヤ１２７により、印刷回路基板１２１と電気的に接続されている。はんだボール１３７は、半導体チップの反対面の印刷回路基板１２１の表面に貼付けられ、外部接続端子として使用される。

第１半導体チップ１１１は、液状接着剤１２５を用いて印刷回路基板１２１に貼付けられ、第２半導体チップ１１３は、接着テープ１３１を用いて第１半導体チップ１１１に貼付けられている。他の接着テープ１３２は、第２半導体チップ１１３の活性面に貼付けられている。各接着テープ１３１、１３２は、５〜２００μｍの厚さを有し、非導電性合成樹脂で形成され、貼付けられる半導体チップ１１１、１１３より大きく形成されるのが好ましい。また、接着テープ１３１、１３２は、活性面上に延びるボンディングワイヤ１２７ａ、１２７ｂの一部、半導体チップ１１１、１１３の側面から外側に延びるボンディングワイヤの所定長さを覆うことが好ましい。

２つの接着テープ１３１、１３２は、成分及び構造が実質的に異なるので、熱特性が異なる。例えば、異なる温度で流出し始める２つの他の接着テープを使用することは、チップ実装工程における制御性を増加させる。第１接着テープ１３１が第２接着テープ１３２より高い流出温度を有すると、第１接着テープにより下部ボンディングワイヤ１２７ｂの貼付や封止は、第２接着テープの貼付前に完成することができる。第２接着テープ１３２は、第２半導体チップ１１３の上面に塗布され、第１接着テープ１３１を追加に使用することなく、第２接着テープを上部ボンディングワイヤ１２７ａに貼付け、封止する充分な温度に加熱する。その反対に、略同一の熱特性を有する２つの接着テープを使用し、第１接着テープ１３１及び第２接着テープ１３２に一回の熱処理を行った後、接着テープを同時にボンディングワイヤ１２７ａ、１２７ｂに貼付け、封止する。

この実施例においては、上部半導体チップと下部半導体チップとの間に空間やボイドが形成されない。接着テープは、上部半導体チップの貼付け後のワイヤボンディング工程において、ボンディング手段により加わる力を支持、抵抗することができる。従って、ワイヤボンディング不良やボンディングワイヤの接合状態に影響を与えない。また、チップ積層によりボンディングワイヤの長さが増えても、上部半導体チップに接着テープを使用することにより、ボンディングワイヤの弛みや偏りを減らすことができる。また、下部半導体チップの活性面より大きい接着テープを使用することにより、下部半導体チップ及び上部半導体チップと結合されたボンディングワイヤ間の干渉を減らすことができる。

（実施例３）
図９は、本発明の実施例３による半導体チップパッケージの断面図である。図９に示したように、半導体チップパッケージ２１０は、印刷回路基板２２１上に垂直に積層された、サイズが異なる２つの半導体チップ２１１、２１３を有する。第１半導体チップ２１１は、液状接着剤２２５により印刷回路基板２２１上に貼付けられ、より小さい第２半導体チップ２１３は、接着テープ２３１を用いて第１半導体チップ２１１に貼付けられている。各半導体チップ２１１、２１３は、ボンディングワイヤ２２７ｂ、２２７ａにより印刷回路基板２２１に電気的に接続されている。はんだボール２３７は、半導体チップの反対面の印刷回路基板２２１の表面に貼付けられ、外部接続端子として使用される。

本発明の実施例３において、半導体チップパッケージは、サイズの同一な半導体チップ又はサイズの異なる半導体チップを積層して形成される。半導体チップパッケージがサイズの異なる半導体チップを積層して形成される場合、上部半導体チップは下部半導体チップより小さいのが一般的である。

この実施例では、実装手段として印刷回路基板を使用しているが、フィルムタイプのテープ配線基板又は従来のリードフレームを使用することもできる。また、接着テープは、貼付けられる半導体チップの活性面より大きいのが好ましいが、半導体チップの活性面と同一または小さくても良い。また、基板に第１または１つの半導体チップを最初に貼付ける際、液状接着剤を使用したが、接着テープを使用しても良い。この実施例では、２つの半導体チップを有する半導体チップパッケージを開示したが、本発明は、２つ以上の半導体チップが積層された半導体チップパッケージに適用することができる。

本発明は、本発明の技術的思想から逸脱することなく、他の種々の形態で実施することができる。前述の実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例のみに限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神及び特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。

液状接着剤を利用する従来の半導体チップパッケージの一例を示す断面図である。 液状接着剤を利用する従来の半導体チップパッケージの他の例を示す断面図である。 接着テープを利用する従来の半導体チップパッケージの一例を示す断面図である。 本発明の実施例１による半導体チップパッケージの断面図である。 本発明の実施例１による半導体チップパッケージの平面図である。 図４の半導体チップパッケージへの接着テープの貼付を示す図４のＩ−Ｉ’で切断した断面図である。 図４の半導体チップパッケージへの接着テープの貼付を示す図４のＩ−Ｉ’で切断した断面図である。 本発明の実施例２による半導体チップパッケージの断面図である。 本発明の実施例３による半導体チップパッケージの断面図である。

符号の説明

１０　半導体チップパッケージ
１１　半導体チップ
１２　チップパッド
２１　印刷回路基板
２２　基板パッド
２５　接着剤
２７　ボンディングワイヤ
３１　接着テープ
３５　封止部
３７　はんだボール

Claims (28)

1. 第１面及び前記第１面に対向する活性面を有する第１半導体チップと、
   前記活性面の周囲に配列されたチップパッドと、
   前記第１半導体チップの第１面に固定された実装領域を有し、複数のマウントパッドが配列された実装手段と、
   チップパッドとマウントパッドの間を電気的に接続する複数の第１ボンディングワイヤで、その上部が前記チップパッドから延び、前記活性面の周囲領域を通る第１ボンディングワイヤと、
   前記第１半導体チップの活性面に貼付けられ、複数の第１ボンディングワイヤの上部を実質的に封止する第１接着テープと、
   を備えることを特徴とする半導体チップパッケージ。
2. 前記第１半導体チップ、前記複数の第１ボンディングワイヤ及び前記第１接着テープを実質的に封止する高分子組成物をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップパッケージ。
3. 前記第１接着テープは、前記第１半導体チップの活性面の一部周辺の外に延びることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップパッケージ。
4. 前記第１接着テープは、前記第１半導体チップの活性面の全体周辺の外に延びることを特徴とする請求項３に記載の半導体チップパッケージ。
5. 前記第１接着テープは、約５〜２００μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体チップパッケージ。
6. 前記第１接着テープは、熱可塑性または熱硬化性合成樹脂材料を主成分として含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体チップパッケージ。
7. 前記合成樹脂材料は、ポリイミド、エポキシ及びアクリル樹脂からなる群より選択された少なくとも１つの材料を主成分として含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体チップパッケージ。
8. 前記実装手段は、印刷回路基板、リードフレーム及びテープタイプ回路基板からなる群より選択されることを特徴とする請求項１に記載の半導体チップパッケージ。
9. 第１面、及び前記第１面に対向し、周囲にチップパッドが配列された活性面を有する第１半導体チップと、
   第１面、及び前記第１面に対向し、周囲にチップパッドが配列された活性面を有する第２半導体チップと、
   前記第１半導体チップの第１面に固定された実装領域を有し、マウントパッドが配列された実装手段と、
   チップパッドとマウントパッドの間を電気的に接続するボンディングワイヤで、その上部が前記チップパッドから延び、前記活性面の周囲領域を通るボンディングワイヤと、
   前記第１半導体チップの活性面に貼付けられ、第１半導体チップの活性面に配列されたチップパッドに貼付けられたボンディングワイヤの上部に貼付けられ、また第２半導体チップの前記第１面に貼付けられる第１接着テープと、
   第２半導体チップの活性面に貼付けられ、第２半導体チップの活性面に配列されたチップパッドに貼付けられたボンディングワイヤの上部を封止する第２接着テープと、
   を備えることを特徴とする半導体チップパッケージ。
10. 前記第１接着テープは、前記第１半導体チップの活性面より大きいことを特徴とする請求項９に記載の半導体チップパッケージ。
11. 前記第２接着テープは、前記第２半導体チップの活性面より大きいことを特徴とする請求項９に記載の半導体チップパッケージ。
12. 前記第１及び第２接着テープは、約５〜２００μｍ範囲内の厚さを有することを特徴とする請求項９に記載の半導体チップパッケージ。
13. 前記第１及び第２接着テープは、熱可塑性または熱硬化性合成樹脂材料を主成分として含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体チップパッケージ。
14. 前記合成樹脂材料は、ポリイミド、エポキシ及びアクリル樹脂からなる群より選択された少なくとも１つの材料を主成分として含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体チップパッケージ。
15. 前記合成樹脂材料は、ポリイミド、エポキシ及びアクリル樹脂からなる群より選択された異種の樹脂材料を少なくとも２層に含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体チップパッケージ。
16. 前記合成樹脂材料は、２層の熱可塑性樹脂により取り囲まれた１層のポリイミド樹脂を含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体チップパッケージ。
17. 前記実装手段は、印刷回路基板、リードフレーム及びテープタイプ回路基板からなる群より選択されることを特徴とする請求項９に記載の半導体チップパッケージ。
18. 前記第１及び第２半導体チップは、サイズが実質的に同一であることを特徴とする請求項９に記載の半導体チップパッケージ。
19. 前記第１及び第２半導体チップは、サイズが異なることを特徴とする請求項９に記載の半導体チップパッケージ。
20. 前記第２半導体チップの外周は、前記第１半導体チップの外周内に含まれることを特徴とする請求項１９に記載の半導体チップパッケージ。
21. 第１面及び前記第１面に対向する活性面を有する第１半導体チップを実装手段上に貼付ける段階と、
    前記第１半導体チップの活性面の周辺に配列されたチップパッドと前記実装手段上に配列されたマウントパッドの間に、前記第１半導体チップと前記実装手段の間を電気的に接続する複数の第１ボンディングワイヤを貼付ける段階と、
    前記第１半導体チップの活性面及び前記複数の第１ボンディングワイヤの上部に第１接着テープを貼付ける段階と、
    前記第１接着テープの一部が内側の前記ボンディングワイヤの上部を封止するのに充分な温度に第１接着テープを熱処理する段階と、
    を備える半導体チップパッケージの製造方法。
22. 前記第１接着テープを熱処理する段階は、熱圧着、輻射、伝導及び対流より選択される少なくとも１つの熱処理技術によって行われることを特徴とする請求項２１に記載の半導体チップパッケージの製造方法。
23. 前記第１半導体チップ、前記複数の第１ボンディングワイヤ及び前記第１接着テープを高分子組成物内に封止する段階と、前記高分子組成物を硬化する段階とをさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載の半導体チップパッケージの製造方法。
24. 第１面及び前記第１面に対向する活性面を有する第２半導体チップを前記第１接着テープにより接着が維持するように、前記第１半導体チップに貼付ける段階と、
    前記第２半導体チップの活性面の周辺に配列されたチップパッドと前記実装手段上に配列されたマウントパッドの間に、前記第２半導体チップと前記実装手段の間を電気的に接続する複数の第２ボンディングワイヤを貼付ける段階と、
    前記第２半導体チップの活性面及び前記複数の第２ボンディングワイヤの上部に第２接着テープを貼付ける段階と、
    内側の複数の第２ボンディングワイヤの上部を封止するのに充分な温度に第２接着テープを熱処理する段階と、
    を備えることを特徴とする半導体チップパッケージの製造方法。
25. 前記第１接着テープが前記複数の第１ボンディングワイヤを封止するように熱処理する段階と、前記第２接着テープが前記複数の第２ボンディングワイヤを封止するように熱処理する段階が、実質的に同時に行われることを特徴とする請求項２４に記載の半導体チップパッケージの製造方法。
26. 前記第１接着テープの熱処理段階は第１温度で行われ、前記第２接着テープの熱処理段階は第２温度で行われ、前記第２温度は、第１接着テープが複数の第１ボンディングワイヤを封止するのに不充分な温度であることを特徴とする請求項２４に記載の半導体チップパッケージの製造方法。
27. 第１面及び前記第１面に対向する活性面を有する第１半導体チップと、
    前記活性面の周辺に配列されたチップパッドと、
    前記第１半導体チップの第１面が貼付けられる実装領域を有し、複数のマウントパッドが配列された実装手段と、
    チップパッドとマウントパッドの間を電気的に接続する複数の第１ボンディングワイヤで、その上部がチップパッドから延び、前記活性面の周辺領域を通る複数の第１ボンディングワイヤと、
    第１半導体チップの活性面に貼付けられ、複数の第１ボンディングワイヤの上部を封止する第１接着テープと、
    を備える半導体チップパッケージを製造する請求項２１に記載の半導体チップパッケージの製造方法。
28. 第１面及び前記第１面に対向する活性面を有する第１半導体チップを実装手段に貼付ける段階と、
    第１半導体チップの活性面の周辺に配列されたチップパッドと前記実装手段に配列されたマウントパッドの間に、前記第１半導体チップと前記実装手段の間を電気的に接続する複数の第１ボンディングワイヤを貼付ける段階と、
    第１半導体チップの活性面及び複数の第１ボンディングワイヤに第１接着テープを貼付ける段階と、
    第１接着テープの一部が内側のボンディングワイヤの上部を封止するのに充分な温度に第１接着テープを熱処理する段階と、
    を備える製造方法によって製造される請求項１に記載の半導体チップパッケージ。
    
    

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