半導體器件和采用半導體器件的液晶模塊的制作方法

專利名稱：半導體器件和采用半導體器件的液晶模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及將條帶用于半導體芯片安裝的半導體器件的封裝結構，還涉及采用該半導體器件的液晶模塊。
對于供個人計算機監視器之用的液晶顯示器件、移動電話終端裝置和游戲機等便攜式電器而言，在稱之為TAB(條帶自動鍵合)的半導體芯片的安裝中采用了條帶。而且，在此類安裝中，采用了TCP(條帶載體封裝)、COF(膜上安裝芯片)等封裝結構。再有，關于采用TAB方式的半導體芯片安裝，已揭示在例如日本國發布的專利公報[特開平3-57233公報(發布日期1991年3月12日)]等文件之中。


圖14和圖15是說明現有安裝方法的圖，其中，圖14是正視圖，圖15是從圖14的剖切線A-A看到的剖面圖。這些圖14和圖15均形成TCP結構。在由聚酰亞胺等有機材料構成的基板材料1上構建Cu布線圖形2，由此形成條帶3。在所述Cu布線圖形2中，其引線部分2a,2b系從基板材料1的周邊部分以相互平行的方式引出，再夾以各向異性導電膜等，則引線部分2a與液晶屏的電極之間，引線部分2b與傳輸電源和圖像數據信號的印刷電路基板的電極之間即可分別實現電連接。
在基板材料1中，與已安裝的半導體芯片4,5相對應，形成器件區6,7。所述Cu布線圖形2被引入這些器件區6,7內，形成內引線2c。在所述Cu布線圖形2上，在所述內引線2c和引線部2a,2b的部分應鍍Sn(錫)(圖中沒有示出)。所述內引線2c對應于排列在矩形半導體芯片4,5全部四個邊的Au凸點8，從四周伸到所述器件區6,7內。半導體芯片4,5的Au凸點8與所述內引線2c上的無電鍍Sn層為共熔鍵合，此現象稱之為ILB(內引線鍵合)。
如此安裝的半導體芯片4,5的元件表面以及內引線2c的周邊W用樹脂9密封，有助于保持機械強度并實現對環境的保護。還有，在條帶3的內引線2c等的電極部分以外的區域，藉涂覆阻焊劑10而得到保護。形成以上配置的工藝是在條帶3上連續進行的，可實施高效安裝。
同時，隨著近年來電器的高功能化，希望向上述一個條帶安裝多個芯片。例如，如舉所述移動電話的終端裝置和游戲機等小型電器上裝載的液晶模塊為例，對于增多的液晶屏的布線數目，為使驅動器動作高效化，首先要在該驅動器IC內設置存儲器，可是不久又隨著像素數目的增多和彩色化，招致存儲器容量增大。例如，如采用公用電極驅動器和段驅動器中的必要工藝(設計規則)來制作公用電極驅動器和段驅動器以及SRAM(靜態隨機存取存儲器)，則SRAM部分就占有半導體芯片面積的六成。
另一方面，為控制液晶屏中像素的對比度，必須耐高電壓的驅動器部分如采用微細加工的方式制作就不合適，而存儲器部分則適用微細加工工藝，藉以對應于與所述液晶屏布線數目相當的集成度。為此，所述驅動器部分和存儲器部分可采取各自最適合的工藝(設計規則)形成，這就要考慮在一個條帶上安裝驅動器芯片和SRAM芯片，即安裝兩個半導體芯片。
然而，在上述安裝結構中，為了形成ILB，半導體芯片4,5的Au凸點8應配置在該矩形半導體芯片4,5的周邊，與此相對應，內引線2c從器件區6,7的所有四個邊伸出，藉以與Cu布線圖形2的高密度化相對應。為此，在器件區6,7的四個邊之中，從對著引線部分2a,2b的邊來說，Cu布線圖形2以直進方式形成，然而從不對著引線部分2a,2b的邊來說，Cu布線圖形2卻要迂回布線，這就使布線變得復雜起來，為了確保條帶3的工藝良品率和迂回布線的空間，條帶3就有大型化等問題。
此類問題是在各個半導體芯片4,5安裝到條帶3時產生的，在安裝多個半導體芯片4,5的情況下變得益加明顯。為此，在需要安裝多個芯片的場合，上述問題為多芯片安裝的實現造成困難。
本發明的目的是提供可在一個條帶上比較緊湊地安裝多個半導體芯片的半導體器件，以及用該半導體器件構成的液晶模塊。
本發明的半導體器件包括有機基板材料和備有在所述有機基板材料上形成布線圖形的條帶，以及安裝在所述條帶上的多個半導體芯片，是在所述半導體芯片為長條狀矩形，所述長條狀矩形半導體芯片的長邊與所述布線圖形的引線方向約略垂直的情況下安裝構成的。
利用上述構成，對于將半導體芯片安裝在條帶上所構成的TCP和COF等半導體器件而言，是在半導體芯片為長條狀矩形，凸點排列在其長邊上，而該長邊又與布線圖形的引線方向約略垂直的情況下進行安裝的。
因此，可在多個布線圖形相互約略平行，并且對輸入輸出端略呈直進狀的情況下進行布線。尤其是，如在半導體芯片之間沒有復雜的迂回布線問題，而兩芯片又用略呈直線的布線圖形進行連接，就可使芯片間隔變窄。因此，在安裝多個半導體芯片時，可使條帶寬度變窄，從而使如此連接的裝置實現小型化。
本發明的半導體器件還可以在所述多個半導體芯片的厚度互異的情況下構成。
利用上述構成，由于是從薄的半導體芯片順次進行鍵合，鍵合機的夾具因與半導體芯片接觸而造成損傷的可能性能夠減少。
因此，可使半導體芯片接近來進行安裝，由于對芯片安裝位置的制約減少，可使布線圖形的處理在設計上留有裕量。
此外，本發明的半導體器件是在所述條帶上為使所述半導體芯片之間易于彎曲而形成狹縫的方式構成的。
利用上述構成，例如在所連接的液晶屏內側進行彎曲等組裝的自由度即可增加。
另外，本發明的半導體器件是使所述半導體芯片之間的布線圖形易于彎曲而不形成阻焊劑的方式構成的。
利用上述構成，由于在半導體芯片之間布線圖形上不形成阻焊劑，在無該阻焊劑的部分，即使條帶發生彎曲，在布線圖形上造成斷線的危險也很小，例如在所連接的液晶屏內側進行彎曲等組裝的自由度即可提高。
此外，本發明的半導體器件是從SRAM，液晶驅動器IC，以及控制器IC中選擇所述半導體芯片，且至少選擇兩個芯片構成的。
利用上述構成，例如，與DRAM(動態隨機存取存儲器)等相比，元件數增多，然而耗電卻減少，可采用兩個芯片，其一是適合作為與液晶驅動器IC相鄰配置的存儲器的SRAM(靜態隨機存取存儲器)，由此構成該半導體器件。
或者，也可用三個芯片，即SRAM，液晶驅動器IC和控制器IC構成半導體器件。還可以用其中任意兩個芯片構成半導體器件。
另外，本發明的液晶模塊系將所述各種半導體器件連接到液晶屏上構成。
本發明的其它目的、特點和優點，根據如下所示的描述會變得十分明顯。
圖2是從圖1的剖切線B-B看到的剖面圖。
圖3是構成ILB時所使用平板的正視圖。
圖4是示出芯片安裝情景的剖面圖。
圖5是一例裝載有圖1～圖4中所示半導體器件的液晶模塊的正視圖。
圖6是本發明實施方案中第2形態的半導體器件的剖面圖。
圖7是示出芯片安裝情景的剖面圖。
圖8是本發明實施方案中第3形態的半導體器件的剖面圖。
圖9是本發明實施方案中第4形態的半導體器件的剖面圖。
圖10是本發明實施方案中第5形態的半導體器件的正視圖。
圖11是從圖10的剖切線C-C看到的剖面圖。
圖12是裝載有圖10和圖11中所示半導體器件的液晶模塊的剖面圖。
圖13是作為本發明實施方案第5形態中的一個變形例子的半導體器件的正視圖。
圖14是為說明現有安裝方法的正視圖。
圖15是從圖14的剖切線A-A看到的剖面圖。
關于本發明實施方案中的第1形態，可基于圖1～圖5說明如下。
圖1是本發明實施方案中第1形態的半導體器件的正視圖，圖2是從圖1的剖切線B-B看到的剖面圖。條帶13是在由聚酰亞胺等有機材料構成的基板材料(有機基板材料)11上構建Cu布線圖形(布線圖形)12后形成的。對于所述Cu布線圖形而言，其引線部分12a,12b與基板材料11的周邊部分相互平行地引出，再夾入各向異性導電膜等，在引線部分12a與液晶屏30(如圖5所示)的電極之間，在引線部分12b與傳輸電源和圖像數據信號的印刷電路基板的電極之間分別進行電連接和機械連接。
在基板材料11上，對應于已安裝的半導體芯片14,15，形成器件區16,17。所述Cu布線圖形12被引入到這些器件區16,17內，形成內引線12c。在所述Cu布線圖形12上，所述內引線12c和引線部12a,12b的部分應鍍Sn(圖中沒有示出)。
在本發明中，所述半導體芯片14,15是縱橫比(長邊和短邊之比)大于10的長條狀矩形，采取與Cu布線圖形12的引線方向約略垂直的方式進行安裝。所述內引線12c與排列在長條狀矩形半導體芯片14,15長邊的Au凸點相對應，伸到所述器件區16,17內。半導體芯片14,15的Au凸點18與所述內引線12c上的無電鍍Sn層為共熔鍵合，即所述的ILB連接。
所述半導體芯片14是SRAM，舉例來說，芯片面積為16mm×1.6mm，厚度為400μm，系采取小于0.35μm的工藝(設計規則)制造的。還有，所述半導體芯片15是驅動器IC，舉例來說，芯片面積為11mm×1mm，厚度為625μm，系采取0.65μm的工藝(設計規則)制造的。所述SRAM與DRAM等相比，元件數增多，然而耗電卻減少，作為與液晶驅動器相鄰配置的存儲器是合適的，就這樣，由于形成長條狀矩形，可將SRAM與驅動器IC相鄰配置。另外，半導體芯片14,15中任何一方也可以是控制器IC，還可設置控制器IC，并將其添加到作為半導體芯片14,15的SRAM和液晶驅動器IC中去。在設置控制器IC，并將其添加到作為半導體芯片14,15的SRAM和液晶驅動器IC中去的場合，例如可按后述圖8的方式將半導體芯片44構成控制器IC。再有，對控制器IC而言，有下述功能。例如，為使TFT液晶屏中顯示出圖像，對于為顯示某圖像的像素而言，在采取與圖像顯示對應的定時信號時，施加到各像素的電壓必須在各像素之間進行分配。控制器IC具有產生該種定時信號的功能。
在本發明中，首先將半導體芯片14進行鍵合，其次使用同一鍵合機的夾具將半導體芯片15進行鍵合。就這樣，兩個半導體芯片14,15的厚度之差希望在200μm以上。因此，在第2次對半導體芯片15進行鍵合時，鍵合機的夾具要與之接觸，從而可減少對第1次已鍵合半導體芯片14的損傷可能性。所以，半導體芯片14,15可相鄰安裝，對芯片安裝位置的制約減少，可使Cu布線圖形12的處理在設計上留有裕量。
注意，該半導體芯片14,15的安裝間隔越小，條帶13的寬度就越可能弄窄，然而考慮到與所述鍵合機夾具的干擾，該安裝間隔最好取0.5～3mm。所述ILB的條件是，每一凸點的連接載重為30gf，連接時間為3秒，鍵合夾具溫度為400℃。因此，半導體芯片14,15之間如有100根以上的Cu布線圖形12，在電學上是能被導通的。
圖3是ILB時所使用的平板21的正視圖，圖4是示出芯片安裝情景的剖面圖。該平板21，舉例來說，是用厚度為0.5mm的因鋼材料(是36％Ni,64％Fe的合金)形成的，要設置間隙21a,21b與進行ILB連接的半導體芯片14,15的大小和間隔相對應。所述器件區16,17與該平板21的間隙21a,21b當相互對位后即可按所述條件進行ILB連接。由于該平板21對條帶13起支承作用，可防止因鍵合時夾具22的擠壓而造成條帶13的彎曲變形等畸變。
經如此安裝的半導體芯片14,15的元件表面和內引線12c的周邊W用樹脂19密封，這樣有助于保持機械強度并且實現對環境的保護。該種樹脂密封，系在所述ILB后將液態樹脂以必要的量滴到半導體芯片14,15的元件表面，比方說在5秒內滴30mg，以后又在120℃下進行20分鐘熱處理實現的。因此，半導體芯片14,15的元件表面就如參照符號19a所示進行樹脂覆蓋，與此同時，在側面也依賴從所述元件表面流淌的樹脂形成圓角19b。再使這些半導體芯片14,15的元件表面和側面的樹脂進行固化，即可保持比較堅固的密封。
注意，在條帶13的內引線12c等電極部分以外，都依賴覆蓋阻焊劑20而得到保護。以上工藝是在條帶13上連續進行的一種高效的安裝方法。
圖5是一例裝載有用上述工藝構成的半導體器件的液晶模塊的正視圖。該液晶模塊可用作移動電話終端裝置的顯示器，是將單個條帶13連接到液晶屏30上構成的。再有，作為圖5的半導體器件在實施方案的后述第2至第5形態中采用哪一種半導體器件均可。
如上所述，在本發明中，半導體芯片14,15為長條狀矩形，系采取與Cu布線圖形12的引線方向約略垂直的方式進行安裝的，因而可采取多個Cu布線圖形12相互間約略平行，而對引線部分12a,12b約略為直進的方式進行布線。尤其是，半導體芯片14,15之間沒有復雜的迂回布線，如兩者用略呈直線的布線圖形連接，則可使芯片間隙變窄。因此，條帶13與半導體芯片14,15的形狀有相似的關系，因而在組裝多個半導體芯片14,15時，條帶13的寬度可以弄窄，與之連接的電器(所述液晶屏30)也可實現小型化。
在本發明中，構成輸出信號線的多個Cu布線圖形12對引線部分12a,12b而言，略呈直進狀，而作為半導體芯片14,15上的輸入輸出端點的多個Au凸點18則配置在同一列上，可據此在半導體芯片14,15上設置長邊。另一方面，在半導體芯片的長邊已設置的情況下，在構成半導體芯片14,15的大晶片內應竭力確保芯片的數目，并且要確保半導體芯片14,15內形成元件和電路所必須的最小面積，可據此設置短邊。若考慮上述諸點，希望半導體芯片14,15的縱橫比(長邊與短邊之比)大于10。亦即，縱橫比大于10的半導體芯片14,15會帶來兩個優點確保一個大晶片內所取的芯片數以及輸出信號線的直進性。
例如，當半導體芯片14,15的長邊約為17mm，電極最小節距為50μm的微細節距時，就能夠確保有540個輸入輸出端點。在該端點數的情況下，當采用設計規則為0.65μm的工藝時，為確保半導體芯片14,15內的元件和電路的面積，則半導體芯片14,15的短邊最少取1.6mm。
關于本發明實施方案的第2形態，可基于圖6和圖7說明如下。
圖6是本發明實施方案中第2形態的半導體器件的剖面圖。對照所述圖1-圖4中示出的半導體器件為TCP結構，本半導體器件則為COF結構，在對應部分采取同一參照符號，其說明從略。在由所述有機材料構成的基板材料31上構建Cu布線圖形32以形成條帶33。在所述Cu布線圖形12上應鍍Ni(圖中未示出)，甚至鍍Au(圖中未示出)。
在該條帶33上采用倒裝芯片連接法，藉此對所述半導體芯片14,15進行安裝。此種安裝如圖7所示，在基底平臺34上條帶33對位放置以后，依靠所述夾具22，在例如所述Au凸點18和電極之間實現Au-Au熱壓焊連接。連接條件比如說是450℃,170×10-4gf/m2,2秒。
其后，各半導體芯片14,15和條帶33之間的狹窄間隙和半導體芯片14,15的周圍用所述樹脂19密封。是使液態樹脂沿著半導體芯片14,15的長邊邊沿連續滴到條帶33上，半導體芯片14,15和條帶33之間的間隙藉毛細現象按參照符號19a所示的那樣被樹脂填充，進而使樹脂在半導體芯片14,15的側面形成圓角19b以實現該種樹脂密封的。樹脂的固化條件與所述ILB的場合相同。半導體芯片14,15之間的圓角按參照符號19c所示的那樣使樹脂連續展布，由此可提高其強度。
因此，本發明也能適用于所述COF結構。
關于本發明實施方案的第3形態，可基于圖8說明如下。
圖8是本發明實施方案中第3形態的半導體器件的剖面圖。與所述圖1～圖4以及圖6和圖7中所示的半導體器件類似，在對應部分采用同一參照符號，其說明從略。在該半導體器件中，在由所述有機材料構成的基板材料41上構建Cu布線圖形42以形成條帶43。在條帶43上形成所述器件區16,17，所述半導體芯片14,15之間采取ILB連接，與此同時，在條帶43上，半導體芯片44還可采用倒裝芯片連接法。亦即，該半導體器件兼備所述TCP結構和COF結構。
將半導體芯片15，44安裝在Cu布線圖形42一側，而將半導體芯片14安裝在基板材料41一側(也可將半導體芯片14安裝在Cu布線圖形42一側進行安裝，而將半導體芯片15安裝在基板材料41一側)。對半導體芯片14,15而言，其上的Au凸點18與所述鍍Sn的內引線12c為共熔連接；對半導體芯片44而言，其上的Au凸點18與電極之間為Au-Au熱壓焊連接。對于在條帶43上安裝的半導體芯片14,15而言，在相鄰的芯片之間由于實現了樹脂的連續展布，如所述參照符號19c所示的那樣，則機械強度可得到提高。
關于本發明實施方案的第4形態，基于圖9說明如下。
圖9是本發明實施方案中第4形態的半導體器件的剖面圖。與所述圖8中所示的半導體器件類似，在對應部分采用同一參照符號，其說明從略。在該半導體器件中，在條帶43上除所述半導體芯片14,15外，還裝載有1個或多個電阻器和電容器之類的其它電子部件45,46。所述電子部件45,46的安裝，首先采用金屬掩模，在印刷焊錫膏后，接著裝載該電子部件45,46，繼而在峰值溫度240℃的熱環境中實現焊接。兩個半導體芯片14,15的安裝在其后實施。
所述電子部件45,46也可安裝在兩個半導體芯片14,15之間，還可裝載多個相同的部件。
關于本發明實施方案的第5形態，基于圖10～圖12說明如下。
圖10是本發明實施方案中第5形態的半導體器件的正視圖，圖11是從圖10的剖切線C-C看到的剖面圖。該半導體器件與所述圖7和圖8中所示的半導體器件類似，在對應部分采用同一參照符號，其說明從略。應該注意的是，在該半導體器件中，在由所述有機材料構成的基板材料31上，在半導體芯片14,15之間形成狹縫52，與此同時，對于其間的Cu布線圖形12，則設置不形成所述阻焊劑20的間隙部分。
所述狹縫52和間隙部分不會損害條帶53的強度，它們是為了容易彎曲而設置的，系沿著半導體芯片14,15的長邊方向形成，它們的寬度比如說是100μm。由此可使條帶53實現柔性彎曲，減緩加到所述引線部分12a,12b周邊的彎曲應力。
利用此構成，如圖12所示，可使條帶53發生彎曲，由于半導體芯片14,15的背面彼此用粘結劑進行粘結，條帶53所占面積可進一步變窄。圖12是裝載有所述圖10和圖11所示半導體器件的液晶模塊的剖面圖，由于可將所述條帶53進行彎曲，這就有助于該液晶模塊的小型化。
注意，作為圖10中所示構成的一個變形實例，可得到圖13所示的構成。圖13是作為本發明實施方案中第5形態的一個變形實例的半導體器件的正視圖。在與圖10半導體器件的對應部分采用同一參照符號，其說明從略。就該構成而言，在條帶53上的Cu布線圖形12之中，如參照符號12e所示的那一種圖形橫越半導體芯片15而連接到半導體芯片14上去；如參照符號12d所示的那一種圖形則橫越半導體芯片14,15進行布線。因此，將Cu布線圖形12中的一部分圖形橫越半導體芯片14,15的一方或雙方進行布線，由此就有在輸入端和輸出端之間，在半導體芯片14,15之間產生各種連線的可能性。再有，Cu布線圖形12所橫越的半導體芯片數也超過2，最好根據電路排布作適當的選擇。總之，Cu布線圖形12中的一部分圖形最好從某一半導體芯片出發，穿越至少一個半導體芯片，再連接到其它的半導體芯片或連接到外部。另外，參照符號12f所示的圖形是在半導體芯片14,15之間進行連接的圖形，它也存在于圖10等附圖之中。
所述粘結劑54的選擇對應于半導體芯片14,15的基準電位進行，假如兩半導體芯片14,15的基準電位互異，則采用絕緣性樹脂，如二者基準電位相同，則采用導電性樹脂，以防止電性能的降低。Cu布線圖形12的引線部分12a應夾入所述各向異性導電膜等，對液晶屏30的電極進行電連接或機械連接。
注意，以上所述的半導體芯片14,15；44的安裝方法以及芯片數不限于此，只要是根據本發明的結構，不管有何種形態，均能達到其效果。在上面詳細描述中所討論的實施方案和具體實施例只是用于說明。
對于發明的詳細說明事項所作的具體實施方案形態或實施案例，本發明的技術內容，而不應局限于對那種具體的案例作狹義的解釋，在本發明的精神和下述專利權利要求的范圍內，可作種種改動和變化。
權利要求
1．一種半導體器件，它包括備有有機基板材料(11)和在所述有機基板材料上形成的布線圖形(12)的條帶(13)，以及安裝在所述條帶上的多個半導體芯片(14,15)，在所述半導體芯片為長條狀矩形，所述長條狀矩形半導體芯片的長邊與所述布線圖形的引線方向約略垂直的情況下進行安裝。
2．如權利要求1所述的一種半導體器件，它包括所述半導體芯片厚度互異的情形。
3．如權利要求1所述的半導體器件，它包括在所述條帶上，在所述半導體芯片之間形成狹縫(52)，其目的是使條帶易于彎曲。
4．如權利要求3所述的半導體器件，它包括使所述條帶彎曲以及使所述半導體芯片的背面相互粘結。
5．如權利要求4所述的半導體器件，它包括將所述半導體芯片的背面相互粘結的粘結劑(54)，當所述背面相互粘結的半導體芯片的基準電位互異時，所述粘結劑為絕緣性樹脂。
6．如權利要求4所述的半導體器件，它包括將所述半導體芯片的背面相互粘結的粘結劑(54)，當所述背面相互粘結的半導體芯片的基準電位相同時，所述粘結劑為導電性樹脂。
7．如權利要求1所述的半導體器件，它包括在所述半導體芯片之間的布線圖形上，為使之易于彎曲而不形成阻焊劑(10)。
8．如權利要求1所述的半導體器件，它包括所述半導體芯片為長邊與短邊之比大于10的長條狀矩形。
9．如權利要求1所述的半導體器件，它包括在所述多個半導體芯片上含有ILB連接工藝。
10．如權利要求1所述的半導體器件，它包括在所述多個半導體芯片上含有倒裝芯片連接工藝。
11．如權利要求1所述的半導體器件，它包括在所述多個半導體芯片上含有ILB連接工藝以及倒裝芯片連接工藝。
12．如權利要求1至11所述的半導體器件，它包括所述半導體芯片是從SRAM，液晶驅動器IC和控制器IC中選擇的至少2個芯片。
13．如權利要求1至11所述的半導體器件，它包括在所述布線圖形上連接所述半導體芯片的工藝，通過所述半導體芯片中至少1個芯片的設置工藝。
14．一種液晶模塊，它是將權利要求12所述的半導體器件連接到液晶屏上構成的。
15．一種液晶模塊，它是將權利要求13所述的半導體器件連接到液晶屏上構成的。
全文摘要
對于將半導體芯片安裝到TCP和COF等條帶上而構成的半導體器件而言，目的在于在一個條帶上較緊湊地安裝多個半導體芯片。為此，在半導體芯片為長條狀矩形，半導體芯片的長邊與Cu布線圖形的引線方向約略垂直的情況下進行安裝。由此，在多個Cu布線圖形相互約略平行，并且對輸入輸出端略呈直進狀的情況下進行布線；在安裝多個半導體芯片時，使條帶寬度變窄而進行連接的電器可實現小型化。
文檔編號H01L25/07GK1317827SQ0111627
公開日2001年10月17日 申請日期2001年4月9日 優先權日2000年4月7日
發明者內藤克幸, 豐澤健司 申請人:夏普公司