JP4556671B2 - 半導体パッケージ及びフレキシブルサーキット基板 - Google Patents

Description

本発明は、ＦＰＣ（フレキシブルサーキット基板）を半導体チップに組み合わせて形成したＢＧＡ(Ball Grid Array)型の半導体パッケージに関し、例えば携帯端末機、パソコン、カメラ等のディジタル機器に搭載される半導体パッケージ及びフレキシブルサーキット基板に関する。

ＦＰＣは、柔軟性のある回路基板であり、薄く、軽く、自由に曲がるという特性を有することから、エレクトロニクス機器のデザインの多様化、形状の複雑化に対応すると共に、設計時の自由度を高める材料として多用されている。このＦＰＣを、ベアチップや小型パッケージ（ＣＳＰ）等の半導体チップに組み合わせてＢＧＡの半導体パッケージを構成する技術として、特許文献１に記載のものがある。

この特許文献１の半導体パッケージは、図５に示すように、上面に複数のチップのパッド３ａが設けられた半導体チップ１と、この半導体チップ１の少なくとも上面、１側面及び下面の一部を覆い半導体チップ１の少なくとも下面に接着され、半導体チップ１の稜に沿って折り曲げられ、半導体チップ１の上面を覆う部分に上記のパッド３ａに電気的に接続された上面のパッド３ｂが設けられ、半導体チップ１の下面を覆う部分の外側の面に上面のパッド３ｂに電気的に接続された下面のパッド３ｃが設けられたＦＰＣ２と、下面のパッド３ｃ上に設けられた下面の半田ボール６とを備えて構成されている。但し、７は接着シート、９は樹脂封止用穴、１１は封止用樹脂である。

この半導体パッケージを形成する場合、図６に示すように、半導体チップ１の上面のパッド３ａにバンプ４を設け、このバンプ４の表面を導電性物質５で覆う。半導体チップ１の上面にＦＰＣ２の中央部を位置合わせして載せ、両者を押し付け加熱してバンプ４にＦＰＣ２のパッド３ｂを接続し、ＦＰＣ２を溝１０で折り曲げて半導体チップ１の上面、側面及び下面をＦＰＣ２で覆い、接着シート７で接着する。
特許２５７０６２８号公報

上記のように特許文献１の半導体パッケージにおいては、ＦＰＣ２を半導体チップ１の外形に沿って、電気的な接続が必要な部分は電気的に接続しながら外面に密着して包み込んで裏側に折り曲げていた。
しかし、この構造では、図７に示すように、半導体チップ１の上にこれよりも小さい第２の半導体チップ１２が載置されて２層（又は２層以上）に積層されると、ＦＰＣ２と半導体チップ１との重なり合う部分の距離Ｌが小さくなり、また接続後に折り曲げ加工を行うため、ＦＰＣ２を折り曲げる作業が難しいという問題がある。

この他、ベースとなる半導体チップ１に代え、ベースにシリコン基板等のチップ部品を用い、これよりも小さい半導体チップを載置して積層し、この積層型半導体チップを上記同様にＦＰＣに組み合わせる場合でも、同様の問題が生じる。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、半導体チップ又はシリコン基板等のチップ部品上にこれと外形の異なる半導体チップが２層以上に積層されて外面に段差を有する積層型半導体部品に、ＦＰＣを組み合わせてＢＧＡを形成する際に、容易に形成可能とした半導体パッケージ及びフレキシブルサーキット基板を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１による半導体パッケージは、電気回路が形成されたシリコン基板あるいは第１の半導体チップ等の第１の部材上に第２の半導体チップを積層した積層型半導体部品を、フレキシブルサーキット基板に実装した半導体パッケージにおいて、前記フレキシブルサーキット基板は、中央部分に開口部を有し、該開口部の周囲に枠形状あるいは離隔平行状に配置した棒形状の第１の補強部材が接着され、端部が折り曲げられて前記第１の補強部材の前記接着面とは反対側の面に接着されることにより直方体形状に構成され、前記第２の半導体チップが前記開口部を通って前記直方体の内部に位置し、前記直方体の上面に設けた実装用パッドと前記第１の部材に設けられたパッドとが接続されるように前記直方体の上面に前記第１の部材が取り付けられ、前記直方体の下面に半田ボールが設けられることを特徴とする。

この構成によれば、フレキシブルサーキット基板に第１の補強部材を接着したので、このフレキシブルサーキット基板を単独で、表面が露出するように、第１の補強部材が内部に位置するように折り曲げ、直方体形状に加工しておき、この加工された基板にシリコン基板あるいは第１の半導体チップ等を実装することによりＢＧＡ型の半導体パッケージを形成することが容易に可能となる。また、第１の補強部材の上方でシリコン基板あるいは第１の半導体チップ等を固定するようにすれば、シリコン基板あるいは第１の半導体チップ等を強固に固定することができる。

さらに、実装の際、積層型半導体部品の第２の半導体チップが、第１の補強部材の枠内または平行な棒状の間に縦横高さとも収まるようにすることが可能なので、実装が容易になる。

また、本発明の請求項２による半導体パッケージは、請求項１において、前記フレキシブルサーキット基板は、前記半田ボールが設けられた部分の内部側に板状の第２の補強部材が接着されてなることを特徴とする。
この構成によれば、半田ボールが設けられた部分の内部側に板状の第２の補強部材を接着したので、多数のボールが溶着されるプリント基板への実装面を、容易かつ正確に平坦とすることができる。

また、本発明の請求項３によるフレキシブルサーキット基板は、電気回路が形成されたシリコン基板あるいは第１の半導体チップ等の第１の部材上に第２の半導体チップを積層した積層型半導体部品を実装するフレキシブルサーキット基板において、前記フレキシブルサーキット基板は、前記第２の半導体チップが通る開口部を中央部分に有し、該開口部の周囲に枠形状あるいは離隔平行状に配置した棒形状の第１の補強部材が接着され、端部が折り曲げられて前記第１の補強部材の前記接着面とは反対側の面に接着されることにより前記開口部を通った前記第２の半導体チップが内部に位置する直方体形状に構成され、
前記直方体の上面に、前記第１の部材に設けられたパッドと接続される第１の部材実装用パッドが設けられ、前記直方体の下面に、半田ボール実装用パッドが設けられることを特徴とする。
この構成によれば、ＢＧＡ型の半導体パッケージを形成する場合、先ず、フレキシブルサーキット基板を単独で折り曲げて、表面が露出するように、第１の補強部材に接着することにより、直方体形状に加工しておく、そして、その加工された基板にシリコン基板あるいは第１の半導体チップを実装することにより、ＢＧＡ型の半導体パッケージを形成することが可能となる。

また、実装の際、積層型半導体部品の第２の半導体チップが第１の補強部材の枠内または平行な棒状の間に縦横高さとも収まるようにすることが可能なるので、実装が容易となる。

また、本発明の請求項４によるフレキシブルサーキット基板は、請求項３において、前記直方体の下面の内部側に板状の第２の補強部材が接着されてなることを特徴とする。
この構成によれば、本フレキシブルサーキット基板をＢＧＡ型の半導体パッケージ形成に用いる場合、直方体の下面の内部側に板状の第２の補強部材を接着したので、多数のボールが溶着されるプリント基板への実装面を、容易かつ正確に平坦にすることができるので、これによって、半導体パッケージをプリント基板に適正に実装することができる。

以上説明したように本発明によれば、ＦＰＣを直方体形状に加工するようにしたので、ＦＰＣを組み合わせてＢＧＡを形成することが容易になる。また、半導体チップ又はシリコン基板等のチップ部品上にこれと外形の異なる半導体チップが２層以上に積層されて外面に段差を有する積層型半導体部品に、ＦＰＣを組み合わせてＢＧＡを形成する際に、容易に形成可能として製造工数を低くすることができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体パッケージの構成を示す断面図である。
図１に示す半導体パッケージ２０は、ＢＧＡ形状を成し、所定の配線回路が形成されたシリコン基板２１と、このシリコン基板２１の配線回路にバンプ２２、パッド２２ａ，２２ｂを介したフリップチップ接続により実装された半導体チップ２３と、後述で説明するように折り曲げられ、シリコン基板２１の配線回路にバンプ２４、シリコン基板実装用パッド３４及び半導体チップ実装用パッド３７を介したフリップチップ接続によって接続されたＦＰＣ２５とを備えて構成されている。但し、半導体チップ２３は、半田ボールを持ったパッケージ又は半田ボールの無いむき出しのベアチップそのもの等である。

ＦＰＣ２５は、図２（ａ）のＦＰＣ表面図及び（ｂ）の裏面図に示すように、中央部分に積層される半導体チップが通過できる大きさの開口部３８が設けられた長方形の柔軟なシート状を成し、この長方形両側の所定幅領域に多数の半田ボール実装用パッド３１を形成したリード部３２の裏面に、当該リード部３２と略同じ長方形の板状補強部材３３を貼り付け、また、ＦＰＣ２５の開口部３８の周囲に形成されたシリコン基板実装用パッド３４の裏面に、四角枠形状の中央補強部材３５を貼り付けて構成されている。

但し、板状補強部材３３及び中央補強部材３５は、丈夫な絶縁材料を用いたものである。また、中央補強部材３５の高さは、ベースとなるシリコン基板２１に実装される半導体チップ２３の高さよりも高いサイズとする。
なお、半田ボール実装用パッド３１とシリコン基板実装用パッド３４は、所定の配線回路によりそれぞれ接続されている。

このような構成のＦＰＣ２５を、電気的に接続されて積層されるシリコン基板２１及び半導体チップ２３に組み合わせてＢＧＡ型の半導体パッケージ２０を製造する工程を説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、ＦＰＣ２５の表面が露出する状態で、柔軟なシート状部分を中央補強部材３５の角々で折り曲げ、更に、図１に示すように、中央補強部材３５の下方に両側の板状補強部材３３が平坦に配置されるように折り曲げて中央補強部材３５と板状補強部材３３とを接着剤にて固定し、ＦＰＣを直方体形状に加工する。

これによって、両側の板状補強部材３３が平坦に配置された状態で固定されるので、シリコン基板実装用パッド３４に多数の半田ボール３６を溶着させた際に、多数の半田ボール３６も平坦状に配置される状態となる。
次に、シリコン基板２１にフリップチップ接続により半導体チップ２３を実装した積層型半導体部品を、当該半導体チップ２３が開口部３８を通って直方体の内部に入るように合わせてＦＰＣ２５に載置し、パッド３４，３７とバンプ２４とによりフリップチップ接続することによって実装する。これによって、ＢＧＡ型の半導体パッケージ２０が完成する。

以上説明したように本実施の形態の半導体パッケージ２０によれば、ＦＰＣ２５を、当該ＦＰＣ２５の両側リード部３２の裏面に板状補強部材３３を貼り付け、また、ＦＰＣ２５の開口部３８の周囲に設けられたシリコン基板実装用パッド３４の裏面に中央補強部材３５を貼り付けて形成する。その板状補強部材３３と中央補強部材３５の貼り付けはシート部材に接着剤によって貼り付けるだけなので、容易に行うことができる。

このＦＰＣ２５を、シリコン基板２１に半導体チップ２３を実装した積層型半導体部品とは別に単独で折り曲げて直方体形状に加工しておき、このＦＰＣ２５に積層型半導体部品を組み合わせてフリップチップによって実装することによりＢＧＡ型の半導体パッケージ２０を形成するようにした。
ＦＰＣ２５と積層型半導体部品との組合せの際、積層型半導体部品の２層目の半導体チップ２３は、ＦＰＣ２５の中央補強部材３５の枠内に縦横高さ方向とも収まるので、組合せが容易となる。これによって、形成が容易なＦＰＣ２５に、積層型半導体部品を容易に組み合わせて実装可能としたので、容易にＢＧＡ型の半導体パッケージ２０を形成することができる。

従って、シリコン基板２１又は半導体チップ等のチップ部品上にこれと外形の異なる半導体チップ２３が２層以上に積層されて外面に段差を有する積層型半導体部品に、ＦＰＣ２５を組み合わせてＢＧＡ型の半導体パッケージ２０を形成する際に、容易に形成することが可能なので、製造工数を低くすることができる。
また、中央補強部材３５の上方にシリコン基板２１が固定されるので、積層型半導体部品を強固に固定することができる。

また、両側のリード部３２の裏面に板状補強部材３３を貼り付けたので、リード部３２の多数の半田ボール３６が溶着される図示せぬプリント基板への実装面を容易且つ正確に平坦とできる。これによって、半導体パッケージ２０をプリント基板に適正に実装することができる。
また、中央補強部材３５は、図２ではシリコン基板実装用パッド３４が開口部３８の周囲全てに形成されているので、四角枠状のものを用いた。しかし、図３に示すように、シリコン基板実装用パッド４１が、例えば開口部３８の２辺にのみ設けられている場合、当該２辺の裏面に角棒状の中央補強部材４２を用いる。この構成のＦＰＣ４３を用いても上記ＦＰＣ２５と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態では、シリコン基板２１に２層目部品として１つの半導体チップ２３が実装されるケースを例に挙げたが、シリコン基板２１に２層目部品として複数の半導体チップが実装されている場合でも、中央補強部材３５の枠を、それら半導体チップが全て収まるサイズとすれば、上記同様の効果を得ることができる。
また、以上の実施の形態では、ＦＰＣは両端のみを折り曲げて直方体形状に加工する例を示したが、特許２５７０６２８号に記載されているように、図４に示す通り４方向から折り曲げて直方体形状に加工しても良いことは勿論である。図４（ａ）はＦＰＣの構成を示しており、中央部分に設けられた開口部３８の４辺方向にリード部３２が設けられている。これらの４つのリード部３２を折り曲げることにより、図４（ｂ）の加工後の上面図に示すように直方体形状に加工されたＦＰＣを構成することができる。

更には、ＦＰＣ２５又は４３において、両側のリード部３２に板状補強部材３３が無く、中央補強部材３５又は４２のみが貼り付けられた構造のものであってもよい。この場合、半導体パッケージをプリント基板に実装する際に、リード部３２を平坦に保持しながら実装する手間が上記構成に比べると掛かるが、この他の効果は同様に得ることができる。

本発明の実施の形態に係る半導体パッケージの構成を示す断面図である。 上記実施の形態に係るＦＰＣの構成を示し、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図である。 上記実施の形態に係る他のＦＰＣの構成を示し、（ａ）は表面図、（ｂ）は裏面図である。 本発明の他の実施の形態に係るＦＰＣの構成を示し、（ａ）はＦＰＣの表面図、（ｂ）は加工後の上面図である。 従来の半導体パッケージの構成を示す断面図である。 従来の半導体パッケージ形成時の説明図である。 従来の半導体パッケージの問題点を説明するための図である。

符号の説明

２０ 半導体パッケージ
２１ シリコン基板
２２ バンプ
２３ 半導体チップ
２４ バンプ
２５，４３ ＦＰＣ
３１ 半田ボール実装用パッド
３２ リード部
３３ 板状補強部材
３４，４１ シリコン基板実装用パッド
３５，４２ 中央補強部材
３８ 開口部

Claims (4)

1. 電気回路が形成されたシリコン基板あるいは第１の半導体チップ等の第１の部材上に第２の半導体チップを積層した積層型半導体部品を、フレキシブルサーキット基板に実装した半導体パッケージにおいて、
   前記フレキシブルサーキット基板は、中央部分に開口部を有し、該開口部の周囲に枠形状あるいは離隔平行状に配置した棒形状の第１の補強部材が接着され、端部が折り曲げられて前記第１の補強部材の前記接着面とは反対側の面に接着されることにより直方体形状に構成され、
   前記第２の半導体チップが前記開口部を通って前記直方体の内部に位置し、前記直方体の上面に設けた実装用パッドと前記第１の部材に設けられたパッドとが接続されるように前記直方体の上面に前記第１の部材が取り付けられ、前記直方体の下面に半田ボールが設けられる
   ことを特徴とする半導体パッケージ。
2. 前記フレキシブルサーキット基板は、前記半田ボールが設けられた部分の内部側に板状の第２の補強部材が接着されてなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
3. 電気回路が形成されたシリコン基板あるいは第１の半導体チップ等の第１の部材上に第２の半導体チップを積層した積層型半導体部品を実装するフレキシブルサーキット基板において、
   前記フレキシブルサーキット基板は、
   前記第２の半導体チップが通る開口部を中央部分に有し、
   該開口部の周囲に枠形状あるいは離隔平行状に配置した棒形状の第１の補強部材が接着され、
   端部が折り曲げられて前記第１の補強部材の前記接着面とは反対側の面に接着されることにより前記開口部を通った前記第２の半導体チップが内部に位置する直方体形状に構成され、
   前記直方体の上面に、前記第１の部材に設けられたパッドと接続される第１の部材実装用パッドが設けられ、
   前記直方体の下面に、半田ボール実装用パッドが設けられる
   ことを特徴とするフレキシブルサーキット基板。
4. 前記直方体の下面の内部側に板状の第２の補強部材が接着されてなる
   ことを特徴とする請求項３に記載のフレキシブルサーキット基板。

Images