JP2003282797A - 半導体装置および半導体モジュールの製造方法 - Google Patents
半導体装置および半導体モジュールの製造方法Info
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Abstract
導体装置、およびそれらを含む半導体モジュールににお
いて、コストの削減および製造時間の短縮を可能とし、
かつ、小型化されたCOB実装の半導体装置および半導
体モジュールの製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 回路基板101上に搭載された半導体素子1
06と、回路基板101の表面上に形成された配線10
2と、半導体素子106と配線102とを電気的に接続
する導体107とを有し、半導体素子106、導体10
7、および導体107の一端が接続された配線102の
一部を含む領域を規定する、高い熱収縮性材料により形
成されたダム109を回路基板101表面上に配置する
工程と、ダム109により規定された領域内に封止体1
10を導入し、半導体素子106、導体107および導
体107の一端が接続された配線102の一部とを封止
体110により封止する工程と、ダム109を冷却する
ことで、ダム109を剥離させる工程とにより構成され
る。
Description
半導体モジュールの製造方法に関し、特に、表面に配線
等が形成された回路基板上に半導体チップが直接搭載さ
れる半導体装置およびその半導体装置が用いられる半導
体モジュールの製造方法に関する。
小型化、軽量化、薄型化等のニーズが日々高まってお
り、それに伴い、これらの電子機器を構成する半導体装
置においても、半導体装置の小型化、軽量化および薄型
化が求められるようになってきている。
術の1つとして、現在、半導体チップを配線等が形成さ
れた回路基板上に直接搭載する、COB(Chip O
n Board)と呼ばれる実装技術が実用化されてい
る。
OBパッケージについて説明する。
形成された回路基板と、回路基板上に配置された半導体
チップと、半導体チップの電極と回路基板表面上の配線
とを電気的に接続する導体であるワイヤと、回路基板上
に設けられ、ワイヤおよびそのワイヤが接続された配線
の一部と半導体チップとを含む領域を囲む封止枠と、封
止枠内に注入される樹脂等よりなる封止体とによって構
成されている。
注入される樹脂等の封止体の流れ出しを防止するダムの
働きを有するものである。この構成により、保護の必要
となる、ワイヤおよびそのワイヤが接続された配線の一
部と半導体チップが封止体により確実に保護される。
においては、まず回路基板等の上に、例えばシリコンウ
エハより製造された半導体チップを配置し、そして、半
導体チップの電極と回路基板上の配線とをワイヤボンデ
ィング法等の公知の技術を用いて互いに電気的に接続す
る。
プ、ワイヤおよびワイヤが接続された配線の一部を封止
樹脂等の封止体により封止する。半導体チップの封止
は、回路基板上に搭載された半導体チップ、半導体チッ
プの電極と回路基板の配線とを電気的に接続するワイ
ヤ、そしてワイヤの一端が接続された配線の一部とを含
む領域を規定する封止枠を公知の印刷法や搭載法を用い
て、回路基板上の所定位置に設けた後、その封止枠内に
流動性のある封止樹脂を注入することで行われている。
製造方法によるCOB実装の半導体装置では、封止体の
流れ出しを防止する封止枠を半導体装置毎に設け、そし
て、その封止枠内に封止体を注入することで半導体チッ
プの封止を行っている。そのため、個々の半導体装置の
外形寸法が、回路基板上に設けられた封止枠により制御
されてしまい、半導体装置の小型化が困難となってい
た。また、従来の製造方法では、個々の半導体装置を形
成する毎に封止枠が設けられるため、コストおよび製造
時間が増大するという課題も生じていた。
の半導体装置を含む半導体モジュールの場合、COB実
装に用いられる封止枠は、COB実装の半導体装置と、
それに隣接して実装される半導体装置間に形成されたソ
ルダーレジスト上に配置されている。そのため、回路基
板上に実装されたCOB実装の半導体装置と、それに隣
接して実装される半導体装置との間に設けられるソルダ
ーレジストの距離は、封止枠の幅およびソルダーレジス
トのマスクずれ等によって制御されてしまうので、各半
導体装置間の距離を一定以上近づけることができず、半
導体モジュールの小型化を図ることが困難となってい
た。
および製造時間の短縮を可能とし、かつ、小型化された
COB実装の半導体装置およ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。
に、本発明に係る半導体装置の製造方法の1つは、少な
くとも一つの表面に半導体素子と、配線と、一端が半導
体素子に他端が配線にそれぞれ接続される導体とが設け
られた回路基板上に、半導体素子、導体、および導体の
他端が接続された配線の一部を含む領域を規定する、高
い熱収縮性材料により形成されたダムを配置する工程
と、ダムにより規定された領域内に封止体を導入し、半
導体素子、導体および導体の他端が接続された配線の一
部とを封止体により封止する工程と、ダムを冷却するこ
とで、ダムを封止体から剥離させる工程とから構成され
るものである。
製造方法は、少なくとも一つの第1表面に第1半導体素
子と、第1配線と、一端が第1半導体素子に他端が第1
配線にそれぞれ接続される第1導体とが設けられた第1
回路基板上に、第1半導体素子、第1導体、および第1
導体の他端が接続された第1配線の一部を含む領域を規
定する、高い熱収縮性材料により形成されたダムを配置
する工程と、ダムにより規定された領域内に封止体を導
入し、第1半導体素子、第1導体および第1配線の一部
とを前記封止体により封止する工程と、ダムを冷却する
ことで、ダムを封止体から剥離させる工程と、少なくと
も一つの第2表面に第2半導体素子と、第2配線と、一
端が第2半導体素子に他端が第2配線にそれぞれ接続さ
れる第2導体とが設けられた第2回路基板上に、剥離さ
れたダムを配置し、第2回路基板上に配置された剥離さ
れたダムに封止体を導入することで、第2半導体素子
と、第2導体と、第2導体の他端が接続された第2配線
の一部とを封止体により封止する工程とから構成される
ものである。
製造方法の1つは、少なくとも一つの表面に半導体素子
と、配線と、一端が半導体素子に他端が配線にそれぞれ
接続される導体とが設けられた回路基板上に、半導体素
子、導体、および導体の他端が接続された配線の一部を
含む領域を規定する、高い熱収縮性材料により形成され
たダムを配置する工程と、ダムにより規定された領域内
に封止体を導入し、半導体素子、導体および配線の一部
とを封止体により封止する工程と、ダムを冷却し、ダム
を封止体から剥離させることで、回路基板上に搭載され
る第1半導体装置を形成する工程と、回路基板上に、第
1半導体装置とは所定距離離間して配置される第2半導
体装置を搭載する工程ととから構成されるものである。
ついて図面を参照して詳細に説明する。
る半導体装置の製造方法における各工程の断面図であ
り、図2は、本発明における封止枠のもう一つの構成を
説明する封止枠要部の拡大図である。
ポキシ樹脂等よりなる回路基板101を準備する。
は、銅(Cu)等の導電性膜よりなる配線102が形成
されており、本実施形態では、回路基板101の表面に
形成された配線102aと裏面に形成された配線102
bとが回路基板101内に形成されたスルーホール10
4によって電気的に接続されている。
うち、回路基板101上に搭載された半導体素子106
の電極との間を電気的に接続する、例えばボンディング
ワイヤ107等の導体が接続される一部以外の配線10
2上には、回路基板101上の配線102を保護する導
体保護層のソルダーレジスト103が形成されている。
は、半導体素子106の搭載予定領域の回路基板101
表面に、回路基板101上の配線102が形成されてい
る面よりも低い底面を有する凹部105が設けられた構
造をしている。
においては、この凹部105内の底面に、例えば銀(A
g)ペーストや絶縁ペースト等からなる固定部材108
を配置し、この固定部材108によって、回路基板10
1上へ半導体素子106を固定する。
01を用いる本実施形態によると、配線102が形成さ
れた面よりも一段低い凹部105の底面に半導体素子1
06が搭載され、結果として、凹部105を有しない回
路基板101に搭載されて形成された半導体装置より
も、さらに薄型化した半導体装置を提供することを可能
としている。例えば、回路基板101表面に形成される
凹部105の底面が、基板表面の高さから約0.15m
m程度低い位置にある場合、完成した半導体装置の配線
102が形成された回路基板101表面からの総厚を約
0.3mm程度以内に抑えることが可能である。
子106を搭載した後、半導体素子106上の電極と回
路基板101上の配線102とを金(Au)よりなるボ
ンディングワイヤ107等の導体により電気的に接続す
る。この際、半導体素子106の電極と回路基板101
上の配線102とは、周知のワイヤボンディング法によ
って接続される。
子106およびボンディングワイヤ107、そしてワイ
ヤボンディング107が接続される配線102の一部を
含む領域の周囲、望ましくは封止枠109の内壁が配線
102に接続されたワイヤボンディング107の端部か
ら約0.35mm以上離間して位置するよう、後工程に
て内部に注入される封止体110の流れ出しを防止する
封止体流出防止ダムの封止枠109を回路基板101上
に設ける。
109は、幅が約0.4mm以上、高さが約0.08m
m以上であり、後工程で使用される封止体110よりも
熱収縮性に優れた材料によって形成されていればよい。
を用いる封止方法を採用する場合においては、銅(C
u)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)等の金属、ま
たは高い粘性を有し、かつ、熱収縮性を高めた樹脂、例
えば高粘度のエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等により構
成される封止枠109を使用することができる。
枠109を形成し、回路基板101の所定の位置に封止
枠109を固定することで、Cuよりなる封止枠109
を回路基板101上の所定位置に設けている。
は、封止を行う際に使用される封止体110の粘度より
も高い粘度を有する樹脂等を用いて、メタルマスクに開
口部を設け、その開口部より封止枠材料を半導体素子1
06の周囲に印刷塗布する公知のスクリーン印刷法や、
エアー圧力を利用して封止枠材料を半導体素子106の
周囲に沿って軌跡を描くように定量吐出して封止枠を形
成するディスペンス法等があり、これらの方法を用いて
本実施形態の封止枠109を形成しても構わない。
枠109を設けた後、封止枠109内部に封止体110
を注入し、封止枠109により規定された領域内にあ
る、半導体素子106、ボンディングワイヤ107およ
び配線102の一部を封止体110で被覆し、封止を行
う。
〜180℃、1〜6時間程度の加熱を行い、封止枠10
9内の封止体110を硬化させて、半導体素子106等
の保護を行う。
は、熱収縮性の高い、つまり熱膨張し易い材料によって
封止枠109を構成している。そのため、回路基板10
1上に予め設けられた本実施形態の封止枠109は、こ
の封止体110の硬化を行う加熱工程により、外向きの
応力を生じ膨張している。
6が搭載された回路基板101は常温(約18〜36
℃)に戻され、冷却される。
ていた封止枠109は、内部に注入され硬化された封止
体110よりも速い速度で収縮する。つまり、封止枠1
09内には外側から内側方向へと向かう応力が生じるこ
ととなる。
0、および封止枠109と回路基板101との界面には
亀裂が生じ、封止枠109が除去される。
れる封止体110を構成する材料が有する熱収縮性より
も、高い熱収縮性を有する材料にて封止枠109を構成
し、封止体110の注入前に、封止枠109を膨張させ
ることで、冷却時に封止枠109と封止体110との間
に生じる応力の差を利用するためである。
い、小型化された半導体装置が提供される。
では、封止体110を硬化させる加熱工程を利用し、半
導体素子106が搭載された回路基板101の冷却によ
り生じる、互いに隣接する封止枠109と封止体11
0、また封止枠109と回路基板101との応力の差を
用いることで、封止枠109と封止体110との界面に
亀裂を生じさせ、結果、外形寸法を規定する封止枠10
9の除去を行っている。すなわち、本実施形態の半導体
装置の製造方法を用いれば、新たな封止枠109の除去
工程を加えることなく、封止枠109を持たない、より
小型化された半導体装置を提供することが可能となる。
装置では、配線102、半導体素子106およびボンデ
ィングワイヤ107、特に、外力の影響を受け易いボン
ディングワイヤ107のうち、回路基板101上の配線
102に接続される部分から半導体素子106の電極に
接続される部分までが、1つの材料より構成される封止
体110によって覆われ保護される。
置では、従来の半導体装置において、更なる小型化を図
る目的で、配線、半導体素子およびボンディングワイヤ
を、互いに異なる構成材料で形成した封止枠と封止体と
で保護する場合では、封止枠と封止体とで生じる応力の
差によって引き起こされる恐れのあった、ボンディング
ワイヤ107の切断や脱離を防止することが可能とな
る。この結果、小型化を図りつつ、より信頼性の高い半
導体装置を提供することが可能となる。
製造方法のうち、Cu等により構成される封止枠109
を回路基板101上に搭載して設ける製造方法において
は、従来、個々の半導体装置毎に準備される必要のあっ
た封止枠109を複数の半導体装置に対して繰り返し使
用することが可能となる。結果として、より低いコスト
で半導体装置を製造することが可能となる。
方法によれば、コストの削減および製造時間の短縮を可
能とし、かつ、小型化されたCOB実装の半導体装置を
提供することが可能となる。
封止体110の硬化を行う加熱工程により封止枠109
を膨張させる方法を例に挙げて説明を行ったが、封止体
110を硬化させる前であれば、封止枠109を膨張さ
せるための加熱はいつ行われてもよい。
01の加熱を行い、加熱を止めた後、回路基板101を
常温に戻して封止枠109の除去を行ったが、常温にて
封止体110の硬化までを行い、その後、回路基板10
1を常温以下に冷却することで封止枠109に応力を生
じさせ封止枠109の除去を行ってもよい。
0の流れ出しを防止する封止枠109を1つの部材によ
り構成する場合を例に挙げて説明を行ったが、封止枠1
09の構成については、これに限られるものではない。
としては、図2に示すように、回路基板101と封止体
110とに接する第1部材201、そして、回路基板1
01および封止体110とは離間し、かつ、第1部材2
01には接して配置される第2部材202といった複数
の部材より構成された封止枠109を使用することも可
能である。
は、内壁側に設けられた第1部材201の熱収縮性より
も小さい熱収縮性を有する材料によって形成されている
ことが好ましい。
は、内壁側に設けられる第1部材をAlとする場合、封
止枠109の冷却時における第1部材201と第2部材
202との界面に加わる応力を考慮して、第2部材の材
料としてはCu等を用いることが望ましい。
なる熱収縮性を有した部材からなる多重構造の封止枠1
09を使用することで、回路基板101を冷却した際、
封止枠109内部に生じる応力の方向を制御することが
可能となる。つまり、熱収縮性の高い第1部材から熱収
縮性の低い第2部材の方向へ、封止枠109を回路基板
101および封止体110から脱離する方向へ応力の方
向が制御される。
110の接着界面で、封止枠109が更に確実に剥離さ
れるようになる。
明における半導体モジュールの製造方法を説明する。
導体モジュールの製造方法における各工程の断面図であ
る。また、第1の実施形態で示した記号と同一記号は同
一物、若しくは相当部分を示すものである。
した半導体装置の製造方法の場合と同様、表面に配線1
02が形成され、配線102を保護するソルダーレジス
ト103と凹部105とが形成された回路基板101を
準備し、凹部105内の所定の位置に半導体素子106
を搭載する。その後、半導体素子105の電極と、回路
基板101上の配線102とをワイヤボンディング法等
を用いて電気的に接続する。
板102上には、COB半導体装置を搭載する所定領域
に隣接して、例えば、リードフレーム等を有する、QF
P、SOPといった表面実装型の半導体装置302が搭
載されるべき領域301がソルダーレジスト103が除
去されて設けられている。領域301においては、半導
体装置302と電気的に接続される回路基板101上の
配線102がソルダーレジスト103より露出されて配
置されている。
101上に設けられる、互いに隣接する2つの半導体装
置106,302の搭載予定領域間の距離は、0.2m
m程度以上離間していることが望ましい。
ソルダーレジストの除去時のマスクずれや、表面実装型
半導体装置を搭載する際の半導体装置の搭載位置のずれ
を加味して決定されるものであり、半導体モジュールを
構成する半導体装置により適宜決められるものである。
102上の所定位置に搭載された半導体素子106およ
びボンディングワイヤ107、配線102の一部の周囲
に、封止体110の流れ出しを防止する封止枠109を
回路基板101上に配置する。
封止枠109は、先の半導体装置の製造方法の場合と同
様に、後工程で内部に注入される封止体110よりも高
い熱収縮性を有する材料にて形成されている。また、封
止枠109の高さ、および幅についても、先の場合と同
様、高さ0.3mm程度、幅1mm程度である。
ける封止枠109の形成方法では、先に説明したような
搭置法や印刷法、ディスペンス法等の形成方法を採用す
ることができる。但し、図3(b)に示すように、隣接
する搭載予定領域間の距離が短く、封止枠109の設置
位置にソルダーレジストによる段差が生じる場合等にお
いては、印刷法、およびディスペンス法といった段差被
覆性の高い封止枠109形成方法を採用することが望ま
しい。
後、図3(c)に示すように、封止枠109内部に封止
体110を注入し、封止枠109によって規定された領
域内の、半導体素子106、ボンディングワイヤ107
および配線102の一部を封止体110で被覆する。
〜180℃、1〜6時間程度の加熱を行い、封止体11
0を硬化させる。これにより、半導体素子106等の保
護を行う。
いても、封止体110の硬化を行う加熱工程により、熱
収縮性の高い封止枠109が膨張している。そのため、
加熱工程後に行われる回路基板101の冷却時に封止枠
109内部に応力が生じ、結果として、封止枠109と
封止体110とが剥離され、封止枠109が回路基板1
01より除去される。
モジュールを構成する1つの半導体装置が搭載される。
ュールの製造方法では、図3(d)に示すように、隣接
するもう1つの半導体装置の搭載予定領域に、例えば、
QFPやSOPといったリードフレームタイプの表面実
装型の半導体装置302を搭載し、所望の半導体モジュ
ールを完成させる。
ルの製造方法によれば、先に回路基板101上に搭載さ
れるCOB半導体装置の封止を行う際に用いられる封止
枠109の一部が隣接して搭載される半導体装置の搭載
予定領域301に掛かる場合においても、封止体110
を硬化するための加熱、および冷却工程により、封止体
110よりも高い熱収縮性を有する材料にて形成された
封止枠109は回路基板101より除去される。そのた
め、封止枠109のための幅を考慮する必要がなくな
り、結果として、半導体モジュールを構成するCOB半
導体装置とその他の半導体装置との間の距離を最小に設
定することが可能となる。つまり、半導体モジュール全
体の占有面積を縮小することが可能となる。
法同様、本発明における半導体モジュールの製造方法に
よれば、コストの削減および製造時間の短縮を可能と
し、かつ、小型化されたCOB実装を含む半導体モジュ
ールを提供することが可能となる。
導体装置の製造方法では、封止体110を硬化させる加
熱工程を利用し、半導体素子106が搭載された回路基
板101の冷却により生じる、互いに隣接する封止枠1
09と封止体110との応力の差を用いることで、新た
な封止枠109の除去工程を加えることなく、封止枠1
09を持たない、より小型化された半導体装置および半
導体モジュールを提供することが可能となる。
断面図である。
のもう1つの構成例を示す断面図である。
各工程を示す断面図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 少なくとも一つの表面に半導体素子と、
配線と、一端が前記半導体素子に他端が前記配線にそれ
ぞれ接続される導体とが設けられた回路基板上に、前記
半導体素子、前記導体、および前記導体の他端が接続さ
れた前記配線の一部を含む領域を規定する、高い熱収縮
性材料により形成されたダムを配置する工程と、 前記ダムにより規定された領域内に封止体を導入し、前
記半導体素子、前記導体および前記導体の他端が接続さ
れた前記配線の一部とを前記封止体により封止する工程
と、 前記ダムを冷却することで、前記ダムを剥離させる工程
とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記剥離させる工程は、前記封止体と前記ダム
とに生じる応力の差を利用することを特徴とする半導体
装置の製造方法。 - 【請求項3】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記封止体を導入し、前記配線の一部、前記導
体および前記半導体素子とを前記封止体により封止する
工程は、前記回路基板および前記ダムを加熱して行われ
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 請求項3記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記回路基板および前記ダムは、略100℃以
上加熱されていることを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項5】 請求項3記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記ダムを剥離させる工程は、常温で行われる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記ダムは、金属により形成されていることを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記回路基板の表面には凹部が形成されてお
り、前記半導体素子は前記凹部の底面上に配置されてい
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記ダムは、前記回路基板および前記封止体に
接する第1部材と、前記第1部材に接する第2部材とか
ら構成されており、前記第1部材は前記第2部材の熱収
縮性よりも高い熱収縮性を有する材料により形成されて
いることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 請求項1記載の半導体装置の製造方法に
おいて、前記封止体は流動性を有する樹脂であり、前記
封止体は前記冷却工程により硬化されることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項10】 請求項1記載の半導体装置の製造方法
において、前記ダムの前記回路基板の表面からの高さ
は、略1.0mm以内であることを特徴とする半導体装
置の製造方法。 - 【請求項11】 請求項1記載の半導体装置の製造方法
において、前記ダムは前記半導体素子の周囲を取り囲む
ように配置されていることを特徴とする半導体装置の製
造方法。 - 【請求項12】 少なくとも一つの第1表面に第1半導
体素子と、第1配線と、一端が前記第1半導体素子に他
端が前記第1配線にそれぞれ接続される第1導体とが設
けられた第1回路基板上に、前記第1半導体素子、前記
第1導体、および前記第1導体の他端が接続された前記
第1配線の一部を含む領域を規定する、高い熱収縮性材
料により形成されたダムを配置する工程と、 前記ダムにより規定された領域内に封止体を導入し、前
記第1半導体素子、前記第1導体および前記第1配線の
一部とを前記封止体により封止する工程と、前記ダムを
冷却することで、前記ダムを剥離させる工程と、 少なくとも一つの第2表面に第2半導体素子と、第2配
線と、一端が前記第2半導体素子に他端が前記第2配線
にそれぞれ接続される第2導体とが設けられた第2回路
基板上に、前記剥離されたダムを配置し、前記第2回路
基板上に配置された前記剥離されたダムに封止体を導入
することで、前記第2半導体素子と、前記第2導体と、
前記第2導体の他端が接続された前記第2配線の一部と
を前記封止体により封止する工程とを有することを特徴
とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項13】 少なくとも一つの表面に半導体素子
と、配線と、一端が前記半導体素子に他端が前記配線に
それぞれ接続される導体とが設けられた回路基板上に、
前記半導体素子、前記導体、および前記導体の他端が接
続された前記配線の一部を含む領域を規定する、高い熱
収縮性材料により形成されたダムを配置する工程と、 前記ダムにより規定された領域内に封止体を導入し、前
記半導体素子、前記導体および前記配線の一部とを前記
封止体により封止する工程と、 前記ダムを冷却し、前記ダムを剥離させることで、前記
回路基板上に搭載される第1半導体装置を形成する工程
と、 前記回路基板上に、前記第1半導体装置とは所定距離離
間して配置される第2半導体装置を搭載する工程とを有
することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
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