JP2004343000A

JP2004343000A - 半導体モジュールとそれを備えた非接触ｉｃタグ及び半導体モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP2004343000A
Application number: JP2003140724A
Authority: JP
Inventors: Hideto Noguchi; 秀人野口; Tatsuya Ito; 達也伊藤; Yutaka Saito; 豊斎藤; Atsushi Tanaka; 田中　　敦
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】基板のアンテナ部と半導体装置の金属突起との間隔を一定に保つことにより、特性のバラツキを小さくすることができ、その結果、製品の歩止まりを向上させることができる半導体モジュールとそれを備えた非接触ＩＣタグ及び半導体モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の半導体モジュールは、ダイポールアンテナ２が形成された回路基板１上に、複数のバンプ電極４、１１を有するＩＣチップ１２を搭載したもので、バンプ電極４を絶縁性の微粒子混入樹脂１４を介してダイポールアンテナ２に接続したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板のアンテナ部と半導体装置の金属突起との間隔を一定に保つことにより、特性のバラツキを小さくすることができ、その結果、製品の歩止まりを向上させることができる半導体モジュールとそれを備えた非接触ＩＣタグ及び半導体モジュールの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、交通、流通、情報通信等の分野においては、ダイポールアンテナ等の無線通信用のアンテナ部及び配線パターンが形成された回路基板上に、複数のバンプ電極（金属突起）を有するＩＣチップ（半導体装置）を搭載した半導体モジュールが提案されている。
この半導体モジュールは、ＩＣチップによる高い情報処理能力を有し、情報の書き込みや読み出しを非接触にて高速で行うことができ、しかも、高いセキュリティ機能を有するという特徴があることから、交通システムにおける乗車券、書籍、ＣＤ、ＤＶＤ等の情報媒体の商品管理に用いられるＩＣタグ、オフィスビルやマンション等における非接触型のＩＤカードやカードキー等様々な分野で広く利用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−３５４４０４号公報
【０００４】
図３は、従来の半導体モジュールを示す平面図、図４は同断面図であり、図において、符号１は回路基板、２は回路基板１上に形成されたダイポールアンテナ（アンテナ部）、３はこれらのダイポールアンテナ２、２に圧接されたＩＣチップ（半導体装置）、４はＩＣチップ３のバンプ電極（金属突起）、５はＩＣチップ３をダイポールアンテナ２、２を含む回路基板１上に固定する熱硬化型樹脂である。この熱硬化型樹脂５は、例えば、紫外線硬化型等の光硬化型樹脂であってもよい。
この半導体モジュールは、製品の軽薄短小化、高密度化に適したフリップチップ実装方式を用いてＩＣチップ３のバンプ電極４、４を回路基板１上のダイポールアンテナ２、２に圧接している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の半導体モジュールでは、ＩＣチップ３を回路基板１上のダイポールアンテナ２、２に圧接し固定する際に、ＩＣチップ３のバンプ電極４、４と回路基板１上のダイポールアンテナ２、２との間に熱硬化型樹脂５が残った状態で両者を接続しているために、このＩＣチップ３のバンプ電極４、４と回路基板１上のダイポールアンテナ２、２との間に残る熱硬化型樹脂５の厚みにバラツキが生じ易いという問題点があった。この厚みのバラツキを解消するには、圧接時の圧力をコントロールすればよいのであるが、圧力を高精度でコントロールすることは難しい。また、厚みのバラツキが大きかった場合、ＩＣチップ３のバンプ電極４、４と回路基板１上のダイポールアンテナ２、２との間の容量Ｃが変化してしまい、その結果、高周波の発信特性のバラツキが大きくなり、製品としての歩留まりが低下するという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、基板のアンテナ部と半導体装置の金属突起との間隔を一定に保つことにより、特性のバラツキを小さくすることができ、その結果、製品の歩止まりを向上させることができる半導体モジュールとそれを備えた非接触ＩＣタグ及び半導体モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次の様な半導体モジュールとそれを備えた非接触ＩＣタグ及び半導体モジュールの製造方法を採用した。
すなわち、請求項１記載の半導体モジュールは、アンテナ部が形成された基板上に、複数の金属突起を有する半導体装置を搭載してなる半導体モジュールであって、前記半導体装置の少なくとも１対の金属突起を、非導電性微粒子を混入してなる樹脂を介して前記アンテナ部に接続してなることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の半導体モジュールは、請求項１記載の半導体モジュールにおいて、前記１対の金属突起の少なくとも前記アンテナ部との接続領域を除く部分には、絶縁膜が形成されてなることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の半導体モジュールは、請求項１または２記載の半導体モジュールにおいて、前記非導電性微粒子は、セラミックスまたは合成樹脂からなる微粒子であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の半導体モジュールは、請求項３記載の半導体モジュールにおいて、前記セラミックスまたは合成樹脂からなる微粒子は、単分散微粒子であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の半導体モジュールは、請求項１ないし４のいずれか１項記載の半導体モジュールにおいて、前記半導体装置は、非接触ＩＣタグ用の半導体装置であることを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の非接触ＩＣタグは、請求項１ないし５のいずれか１項記載の半導体モジュールを備えてなることを特徴とする。
【００１３】
請求項７記載の半導体モジュールの製造方法は、アンテナ部が形成された基板上に複数の金属突起を有する半導体装置を搭載してなる半導体モジュールの製造方法であって、前記基板上のアンテナ部の前記半導体装置の金属突起との接続領域に、非導電性微粒子を混入してなる樹脂層を形成する工程と、該樹脂層上に前記半導体装置の金属突起を載置し、該半導体装置の金属突起を前記樹脂層を介して前記アンテナ部に圧接する工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項８記載の半導体モジュールの製造方法は、請求項７記載の半導体モジュールの製造方法において、前記半導体装置の金属突起の少なくとも前記アンテナ部との接続領域を除く部分には、絶縁膜が形成されてなることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体モジュールとそれを備えた非接触ＩＣタグ及び半導体モジュールの製造方法の一実施形態について図面に基づき説明する。
図１は、本実施形態の半導体モジュールを示す断面図であり、この半導体モジュールは、ダイポールアンテナ（アンテナ部）２が形成された回路基板１上に、複数のバンプ電極（金属突起）４、１１、…を有するＩＣチップ（半導体装置）１２が搭載されている。
【００１６】
このＩＣチップ１２のバンプ電極４（図１では、一方のみ図示）及びＩＣテスト用のバンプ電極１１は、バンプ電極４の少なくともダイポールアンテナ２との接続領域、及びバンプ電極１１のＩＣテスタの端子との接続領域を除いて、パシベーション膜（保護・絶縁膜）１３により覆われている。すなわち、このパシベーション膜１３には、ダイポールアンテナ２との接続領域であるバンプ電極４の略中央部を露出させるための開口１３ａ、及びバンプ電極１１の略中央部を露出させるための開口１３ｂが形成されている。
【００１７】
ＩＣチップ１２は、集積回路（ＩＣ）の一方の主面上に複数の電極が形成されたもので、例えば、非接触ＩＣタグ用のＩＣチップを用いる。この非接触ＩＣタグ用のＩＣチップとは、送受信回路、制御回路、メモリ等を構成する集積回路（ＩＣ）が形成された半導体チップであり、ダイポールアンテナあるいはコイル状アンテナと接続することにより、外部の情報機器とデータの送受信が行えるようになっている。
【００１８】
パシベーション膜１３は、ＩＣチップ１２の集積回路（ＩＣ）及び複数の電極を保護するために設けられたもので、絶縁性を有するものであればとくに限定されないが、例えば、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の合成樹脂が好適に用いられる。また、この合成樹脂としては、熱により硬化する熱硬化型樹脂、あるいは紫外線等の光により硬化する光硬化型樹脂が好適である。
【００１９】
このバンプ電極４とダイポールアンテナ２との間には微粒子混入樹脂１４が充填されている。
この微粒子混入樹脂１４は、絶縁性を有する液状またはシート状の樹脂を熱あるいは紫外線等の光により硬化させた絶縁性樹脂１５中に非導電性微粒子１６を混入・分散させたもので、絶縁性樹脂１５としては、絶縁性、機械的強度及び耐摩耗性等に優れているエポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等が好適に用いられ、また、非導電性微粒子１６としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、タルク等のセラミックス微粒子、またはポリイミド、ポリアミド、フッ素樹脂等の絶縁性樹脂１５より軟化点温度が高い合成樹脂微粒子が好適に用いられる。これらの微粒子は、粒子径が揃った単分散微粒子が好ましい。
【００２０】
この半導体モジュールでは、バンプ電極４とダイポールアンテナ２との間に、絶縁性樹脂１５中に単分散の非導電性微粒子１６を混入・分散させた微粒子混入樹脂１４を充填したことにより、非導電性微粒子１６がスペーサとなってバンプ電極４とダイポールアンテナ２との間の間隔が一定に保持される。これにより、微粒子混入樹脂１４の厚みは非導電性微粒子１６の直径により制御され、厚みのバラツキが極めて小さくなり、圧接時の圧力をコントロールする必要も無くなる。
【００２１】
この微粒子混入樹脂１４の厚みは、非導電性微粒子１６の直径により概ね決定されるものであるから、特に厚みを制御する必要はないが、非接触ＩＣタグとして用いる場合には、ＩＣチップ１２のバンプ電極４とダイポールアンテナ２との間の容量分Ｃで結合することができる厚みであることが必要である。
例えば、２．４５ＧＨｚ帯域の高周波を用いる場合、１μｍ〜数１０μｍが好ましい。この厚みは面方向に一定であることが好ましい。
【００２２】
このＩＣチップ１２を用いた非接触ＩＣタグの例としては、書籍、ＣＤ、ＤＶＤ等の情報媒体の商品管理に用いられる非接触型のＩＣタグがあり、このＩＣタグをＩＤカード等に埋め込めば、個人の識別ができるＩＤカードとして用いることもできる。
【００２３】
例えば、非接触ＩＣタグ用に用いた場合のダイポールアンテナ２のアンテナ長Ｌは、高周波の波長をλ、光速をＣ、高周波の周波数をｆとすると、
Ｌ＝λ／２＝Ｃ／（２×ｆ）
で表される。
ここで、光速Ｃを２．９９×１０^８ｍ、高周波の周波数ｆを２．４５ＧＨｚ＝２．４５×１０^９Ｈｚとすると、

となる。したがって、タグサイズに充分対応することができる。
【００２４】
次に、この半導体モジュールの製造方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、回路基板１のダイポールアンテナ２上のＩＣチップ１２搭載位置に、樹脂２１を塗布する。
この樹脂２１は、絶縁性を有する液状またはシート状の樹脂中に、酸化ケイ素微粒子、合成樹脂微粒子等の非導電性微粒子を混入・分散させたもので、熱あるいは紫外線等の光により硬化し、絶縁性を有する。
【００２５】
次いで、ＩＣチップ１２のバンプ電極４と、回路基板１のダイポールアンテナ２との位置合わせを行う。
次いで、図２（ｂ）に示すように、ＩＣチップ１２に上方から所定の圧力Ｆを加え、このＩＣチップ１２をダイポールアンテナ２に所定の圧力Ｆで圧接する。
この状態で、樹脂２１に対して熱あるいは紫外線等の光を加える。これにより樹脂２１は硬化して絶縁性を有する微粒子混入樹脂１４となる。
以上により、半導体モジュールを製造することができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態の半導体モジュールによれば、ＩＣチップ１２のバンプ電極４と、回路基板１上のダイポールアンテナ２との間に、絶縁性樹脂１５中に非導電性微粒子１６を混入・分散させた微粒子混入樹脂１４を充填したので、回路基板１上のダイポールアンテナ２とＩＣチップ１２のバンプ電極４との間隔を一定に保つことができ、発信特性等のバラツキを小さくすることができる。その結果、製品の歩止まりを向上させることができる。
【００２７】
また、本実施形態の半導体モジュールの製造方法によれば、回路基板１のダイポールアンテナ２上のＩＣチップ１２搭載位置に、非導電性微粒子を混入・分散させた熱硬化型あるいは紫外線等の光硬化型の絶縁性を有する樹脂２１を塗布し、ＩＣチップ１２のバンプ電極４を樹脂２１を介して回路基板１のダイポールアンテナ２に圧接するので、回路基板１上のダイポールアンテナ２とＩＣチップ１２のバンプ電極４との間隔が高精度で一定に保持された半導体モジュールを、簡単な工程で、しかも容易に作製することができる。その結果、発信特性等のバラツキが小さく、製品の歩止まりが向上した半導体モジュールを容易に作製することができる。
【００２８】
また、本実施形態の半導体モジュールを用いて非接触ＩＣタグを作製すれば、発信特性等のバラツキが小さく、製品の歩止まりの高い非接触ＩＣタグを得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体モジュールによれば、アンテナ部が形成された基板上に、複数の金属突起を有する半導体装置を搭載してなる半導体モジュールであって、前記半導体装置の少なくとも１対の金属突起を、非導電性微粒子を混入してなる樹脂を介して前記アンテナ部に接続したので、基板のアンテナ部と半導体装置の金属突起との間隔を一定に保つことができ、特性のバラツキを小さくすることができる。
また、特性のバラツキが小さいので、信頼性、特に長期間使用時の信頼性を高めることができる。
【００３０】
本発明の非接触ＩＣタグによれば、本発明の半導体モジュールを備えたので、発信特性等のバラツキが小さく、製品の歩止まりの高い非接触ＩＣタグを得ることができる。
【００３１】
本発明の半導体モジュールの製造方法によれば、基板上のアンテナ部の半導体装置の金属突起との接続領域に、非導電性微粒子を混入してなる樹脂層を形成する工程と、該樹脂層上に前記半導体装置の金属突起を載置し、該半導体装置の金属突起を前記樹脂層を介して前記アンテナ部に圧接する工程とを有するので、基板のアンテナ部と半導体装置の金属突起との間隔が一定に保持され、しかも特性のバラツキの小さい半導体モジュールを、容易に製造することができる。
また、バラツキが小さいので、製品の歩留まりが高くなり、信頼性の向上及び製造方法コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の半導体モジュールを示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の半導体モジュールの製造方法を示す過程図である。
【図３】従来の半導体モジュールを示す平面図である。
【図４】従来の半導体モジュールを示す断面図である。
【符号の説明】
１…回路基板、２…ダイポールアンテナ（アンテナ部）、４、１１…バンプ電極（金属突起）、１２…ＩＣチップ（半導体装置）、１３…パシベーション膜（保護・絶縁膜）、１３ａ、１３ｂ…開口、１４…微粒子混入樹脂、１５…絶縁性樹脂、１６…非導電性微粒子、２１…樹脂。

Claims

アンテナ部が形成された基板上に、複数の金属突起を有する半導体装置を搭載してなる半導体モジュールであって、
前記半導体装置の少なくとも１対の金属突起を、非導電性微粒子を混入してなる樹脂を介して前記アンテナ部に接続してなることを特徴とする半導体モジュール。
前記１対の金属突起の少なくとも前記アンテナ部との接続領域を除く部分には、絶縁膜が形成されてなることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
前記非導電性微粒子は、セラミックスまたは合成樹脂からなる微粒子であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体モジュール。
前記セラミックスまたは合成樹脂からなる微粒子は、単分散微粒子であることを特徴とする請求項３記載の半導体モジュール。
前記半導体装置は、非接触ＩＣタグ用の半導体装置であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の半導体モジュール。
請求項１ないし５のいずれか１項記載の半導体モジュールを備えてなることを特徴とする非接触ＩＣタグ。
アンテナ部が形成された基板上に複数の金属突起を有する半導体装置を搭載してなる半導体モジュールの製造方法であって、
前記基板上のアンテナ部の前記半導体装置の金属突起との接続領域に、非導電性微粒子を混入してなる樹脂層を形成する工程と、
該樹脂層上に前記半導体装置の金属突起を載置し、該半導体装置の金属突起を前記樹脂層を介して前記アンテナ部に圧接する工程とを有することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
前記半導体装置の金属突起の少なくとも前記アンテナ部との接続領域を除く部分には、絶縁膜が形成されてなることを特徴とする請求項７記載の半導体モジュールの製造方法。