JP2005252295A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】リードフレームを用いた極薄型の半導体装置を提供する。
【解決手段】極薄厚の半導体素子10と、その周囲に配置された外部電極11と、それらの間を接続した金属細線12と、外囲を絶縁性樹脂で外形が直方体を構成するように封止した封止樹脂13とより構成され、半導体素子10と外部電極11の底面と上面が封止樹脂13の底面と上面で露出され、半導体素子10の上面と外部電極11の上面の位置が略同一位置である半導体装置であり、底面側からの電極部材、半導体素子を研削し上面側から封止樹脂を研削することによって極薄厚を実現した半導体装置である。
【選択図】図13

Description

本発明は、多ピン対応可能な半導体装置およびその製造方法に関するものであり、特に極薄厚で高密度実装型の半導体装置およびその製造方法に関するものである。
近年、電子機器の小型化に対応するために、樹脂封止型半導体装置などの半導体部品の高密度実装が要求され、それにともなって、半導体部品の小型、薄型化が進んでいる。また小型で薄型でありながら、多ピン化が進み、高密度の小型、薄型の樹脂封止型の半導体装置が要望されている。
以下、従来の半導体装置に使用するリードフレームについて説明する。
図35は、従来のリードフレームの構成を示す平面図である。図35に示すように、従来のリードフレームは、フレーム枠1と、そのフレーム枠1内に、半導体素子が載置される矩形状のダイパッド部2と、ダイパッド部2を支持する吊りリード部3と、半導体素子を載置した場合、その載置した半導体素子と金属細線等の接続手段により電気的接続するビーム状のインナーリード部4と、そのインナーリード部4と連続して設けられ、外部端子との接続のためのアウターリード部5と、アウターリード部5どうしを連結固定し、樹脂封止の際の樹脂止めとなるタイバー部6とより構成されていた。
なお、リードフレームは、図35に示した構成よりなるパターンが1つではなく、複数個、左右、上下に連続して配列されたものである。
次に従来の半導体装置について説明する。図36は、図35に示したリードフレームを用いた樹脂封止型の半導体装置を示す断面図である。
図36に示すように、リードフレームのダイパッド部2上に半導体素子7が搭載され、その半導体素子7とインナーリード部4とが金属細線8により電気的に接続されている。そしてダイパッド部2上の半導体素子7、インナーリード部4の外囲は封止樹脂9により封止されている。封止樹脂9の側面からはアウターリード部5が突出して設けられ、先端部はベンディングされている。
従来の半導体装置の製造方法は、図37に示すように、リードフレームのダイパッド部2上に半導体素子7を接着剤により接合した後(ダイボンド工程)、半導体素子7とインナーリード部4の先端部とを金属細線8により接続する(ワイヤーボンド工程)。その後、半導体素子7の外囲を封止するが、封止領域はリードフレームのタイバー部6で包囲された領域内を封止樹脂9により封止し、アウターリード部5を外部に突出させて封止する(樹脂封止工程)。そしてタイバー部6で封止樹脂9の境界部をカッティングし、各アウターリード部5を分離し、フレーム枠1を除去するとともに、アウターリード部5の先端部をベンディングすることにより(タイバーカット・ベンド工程)、図36に示した構造の樹脂封止型半導体装置を製造することができる。ここで図37において、破線で示した領域が封止樹脂9で封止する領域である。
しかしながら従来のリードフレームでは、半導体素子が高集積化し、多ピンとなった場合、インナーリード部(アウターリード部)の幅の形成には限界があり、多ピンに対応しようとする場合は、インナーリード部(アウターリード部)の数が多くなるため、リードフレーム自体が大きくなり、結果として半導体装置も大きくなり、要望される小型、薄型の半導体装置は実現できないという課題があった。また、半導体素子の多ピン対応としてリードフレームのサイズを変更せず、インナーリード部を増加させる場合は、1本当たりのインナーリード部の幅を細くしなければならず、リードフレーム形成のエッチング等の加工で課題が多くなってしまう。
また最近は面実装タイプの半導体装置として、底面に外部電極を設けたキャリア(配線基板)上に半導体素子を搭載し、電気的接続を行った後、そのキャリアの上面を樹脂封止した半導体装置であるボール・グリッド・アレイ(BGA)タイプやランド・グリッド・アレイ(LGA)タイプの半導体装置がある。このタイプの半導体装置はその底面側でマザー基板と実装する半導体装置であり、今後、このような面実装タイプの半導体装置が主流になりつつある。したがって、このような動向に対応するには、従来のリードフレーム、そのリードフレームを用いた半導体装置では、対応できないという大きな課題が顕在化してきている。
さらに近年は、素子搭載用のダイパッドを有さず、半導体チップを薄厚にし、そのチップ周囲に電極を配置し、外囲を封止樹脂で片面封止した小型薄型のパッケージ技術が開示されているが、そのような片面封止型の小型薄型パッケージでは、封止樹脂の底面から電極が効率よく露出せず、また薄厚であるため、電極間に存在する封止樹脂による応力がそれら電極に印加されてしまうという課題がある。
本発明は前記した従来の課題および今後の半導体装置の動向に対応できる高密度実装型の半導体装置を提供するものであり、底面側で基板実装できる半導体装置を基板ではなく、フレーム本体を用いて構成することを目的とするものである。そしてさらに将来要望される極薄厚で多ピン対応可能、かつ高信頼性を有する樹脂封止型の半導体装置およびその製造方法を提供するものである。
また本発明の半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子の周囲に配置され、上方に突起段差部を有した突起を備えた外部電極と、前記外部電極の前記突起段差部の表面と前記半導体素子の電極とを電気的に接続した細線と、前記半導体素子、外部電極、細線の外囲を外形が直方体を構成するように封止した封止樹脂とより構成され、前記半導体素子および外部電極の底面が前記封止樹脂の底面から露出し、前記半導体素子の上面と前記外部電極の突起段差部の上面の位置が略同一位置であり、前記外部電極の突起が封止樹脂の上面に露出している半導体装置である。
また本発明の半導体装置の製造方法は、導電性の板材よりなるフレーム本体と、前記フレーム本体面内に突出して設けられ、その上部に突起段差部を構成して突出した突起を有した複数の電極構成体と、前記電極構成体に包囲されるように設けられた素子収納部とより構成されたフレーム部材を用意する工程と、前記用意したフレーム部材の前記素子収納部に対して、半導体素子を固定する工程と、固定した半導体素子の電極と前記電極構成体の突起段差部の上面とを細線により電気的に接続する工程と、前記半導体素子が固定され、前記細線で結線されたフレーム部材の上面側を樹脂により封止する工程と、樹脂封止後のフレーム部材に対して、その底面のフレーム本体を研削部材により研削し、底面のフレーム本体を除去し、前記電極構成体どうしを分離させて外部電極を構成するとともに、前記構成した外部電極の底面および前記半導体素子の底面を樹脂より露出させる工程と、底面を研削したフレーム部材に対して、その上面側を研削部材により研削して封止樹脂を切削し、前記突起の上面を封止樹脂の上面から露出させる工程とよりなる半導体装置の製造方法である。
また本発明の半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子の周囲に配置され、上方に突起段差部を有した突起を備え、底面に凹部を有した外部電極と、前記外部電極の前記突起段差部の表面と前記半導体素子の電極とを電気的に接続した細線と、前記半導体素子、外部電極、細線の外囲を外形が直方体を構成するように封止した封止樹脂とより構成され、前記半導体素子および外部電極の底面が前記封止樹脂の底面から露出し、前記半導体素子の上面と前記外部電極の突起段差部の上面の位置が略同一位置であり、前記外部電極の突起が封止樹脂の上面に突出している半導体装置である。
また本発明の半導体装置の製造方法は、導電性の板材よりなるフレーム本体と、前記フレーム本体面内に突出して設けられ、その上部に突起段差部を構成して突出した突起と底面に凹部とを有した複数の電極構成体と、前記電極構成体に包囲されるように設けられた素子収納部とより構成されたフレーム部材を用意する工程と、前記用意したフレーム部材の前記素子収納部に対して、半導体素子を固定する工程と、固定した半導体素子の電極と前記電極構成体の突起段差部の上面とを細線により電気的に接続する工程と、前記半導体素子が固定され、前記細線で結線されたフレーム部材の上面側を前記電極構成体の突起の上部を突出させて樹脂により封止する工程と、樹脂封止後のフレーム部材に対して、その底面のフレーム本体を研削部材により研削し、底面のフレーム本体を除去し、前記電極構
成体どうしを分離させて底面に凹部を有した外部電極を構成するとともに、前記構成した外部電極の底面および前記半導体素子の底面を樹脂より露出させる工程とよりなる半導体装置の製造方法である。
また、樹脂封止後のフレーム部材に対して、その底面のフレーム本体を研削部材により研削し、底面のフレーム本体を除去し、電極構成体どうしを分離させて底面に凹部を有した外部電極を構成するとともに、構成した外部電極の底面および半導体素子の底面を樹脂より露出させる工程の後、前記外部電極の前記凹部に対して、各々対応するように別の半導体装置の突出した外部電極の突起を嵌合してスタック構造を形成する工程と、前記スタック形成後に個々に分割することにより、積層型の半導体装置を得る工程とをさらに備えた半導体装置の製造方法である。
前記構成の通り、半導体素子および外部電極の底面が封止樹脂の底面から露出し、その半導体素子の上面と外部電極の上面の位置が略同一位置であるため、極めて薄い構造を実現し、また外部電極の配置は面配置であるため多ピン化への対応も十分に可能である。
またフレーム部材に半導体素子を搭載後、その底面側から研削するという工法により、フレーム部材を除去して各外部電極に分離するとともに、半導体素子、外部電極の厚みも減厚することができ、全体として極薄厚の半導体装置を実現できる。
以上、本発明の半導体装置は半導体素子および外部電極の底面が封止樹脂の底面から露出し、その半導体素子の上面と外部電極の上面の位置が略同一位置であるため、極めて薄い構造を実現し、また外部電極の配置は面配置であるため多ピン化への対応も十分に可能な半導体装置である。
また本発明の半導体装置の製造方法において、フレーム部材に半導体素子を搭載、結線、封止後、その底面側からフレーム部材を研削するという新規な工法により、フレーム部材を除去して各外部電極に分離するとともに、半導体素子、外部電極の厚みも減厚することができ、全体として極薄厚の半導体装置を実現できる。
以下、本発明の半導体装置およびその製造方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
まず第1の実施形態の半導体装置およびその製造方法について説明する。
図1は本実施形態の半導体装置を示す図であり、図1(a)は断面図、図1(b)は平面図、図1(c)は底面図である。そして図1(a)の断面は、図1(b)のA−A1箇所、図1(c)のA'−A1'箇所の断面を示している。
本実施形態の半導体装置は、外形が矩形状の極薄厚であって、半導体装置の底面には外部電極の面が露出してグリッド状に配置されるとともに、半導体素子の底面が露出した半導体装置である。具体的には、50[μm]厚を有する極薄厚の半導体素子10と、その半導体素子10の周囲に配置された外部電極11と、外部電極11の表面と半導体素子10の表面の電極パッド(図示せず)とを電気的に接続した金属細線12と、半導体素子10、外部電極11、金属細線12の外囲を絶縁性樹脂で外形が直方体を構成するように封止した絶縁性の封止樹脂13とより構成された半導体装置であり、半導体素子10の裏面と外部電極11の金属細線12が接続されていない面が、直方体に構成された封止樹脂13の底面で露出している半導体装置である。また本実施形態の半導体装置では、半導体素子10の上面と外部電極11の上面の位置が略同一位置である。また外部電極11の上面の位置は必ずしも半導体素子10の上面の位置と同一でなくともよく、金属細線で12で接続するのに支障がある場合、例えば、外部電極11の上面の位置を半導体素子10の上面の位置より下げてもよい。
本実施形態の半導体装置は、全体厚として100[μm]の極薄厚の樹脂封止型の半導体装置であり、半導体素子10の厚みは成形により50[μm]に加工されており、また周囲の外部電極11の厚みも半導体素子10の厚みと同じ厚みに加工され、50[μm]を有している。また半導体素子10の上面に電気的接続のために接続された金属細線12の頂部の半導体素子10の表面との距離も50[μm]未満に設定されている。したがって半導体素子10の上面領域に存在している封止樹脂13の厚みとしては、金属細線12をカバーできる厚みとして50[μm]を有し、全体として半導体装置の厚みは100[μm]を実現できるものである。なお、半導体素子10の上部の樹脂厚を50[μm]以上の例えば100[μm]として金属細線12の接続の規制を緩和したり、半導体素子10の厚みを50[μm]以上の例えば100[μm]とした場合は、全体厚は150[μm]、200[μm]となるが、本実施形態では全体厚150[μm]以下を狙うものである。
次に図2は本実施形態の半導体装置を示す断面図であり、図2(a)は半導体装置の断面図であり、図2(b)は図2(a)の円で囲んだ領域の拡大断面図である。
本実施形態の半導体装置は、その底面においては、外部電極11間の封止樹脂13の面、半導体素子10と外部電極11との間の封止樹脂13の面、および外方の封止樹脂13の面の状態は、断面形状において厚さ方向内側に曲率を有するくぼみ13aを有している。本実施形態の半導体装置は図示するように底面の封止樹脂13がくぼみ13aを有しているため、半導体素子10、各外部電極11が封止樹脂13面より突出した状態を構成し、基板実装時のスタンドオフを有し、実装に適した構造を有している。また特に外部電極11間に曲率を有するくぼみ13aが存在することにより、熱応力が外部電極11に印加することを低減し、本実施形態のようなチップ厚程度の極薄型の半導体装置においては有効な構造となる。
次に本実施形態の半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
まず本実施形態の半導体装置の製造方法で用いるフレーム部材について説明する。図3,図4は本実施形態の半導体装置の製造方法で用いるフレーム部材を示す図であり、図3は平面図、図4は図3のB−B1箇所の断面を示す断面図である。
図示するように本実施形態で用いるフレーム部材は、銅材、鉄材等の金属板、もしくは導電性の板材よりなるフレーム本体14と、そのフレーム本体14面内の金属板上に突出し、搭載する半導体素子の電極ピッチと対応して配置された複数の電極構成体15と、それら電極構成体15に包囲されるように設けられた素子収納部16とより構成されている。素子収納部16は電極構成体15が突出している構成により、凹部を構成することにより設けられるものであり、また各電極構成体15間の凹部は、後に各電極構成体15が外部電極を構成する際の分離領域を構成するものである。
また電極構成体15の突出量は素子収納部16に搭載する半導体素子の厚みと略同等の厚みで突出したものであり、搭載する半導体素子の厚みが250[μm]の場合は、電極構成体15の突出量は概ね250[μm]とするが、微厚である素子搭載用の接着剤の厚みも考慮して突出量を合わせ込み、電極構成体15の上面位置と搭載した半導体素子の上面位置を略同等位置になるようその突出量を設定する。勿論、電極構成体15の上面を搭載する半導体素子の上面より下げる場合や上げる場合は、適宜、電極構成体15の突出量を設定できるものである。なお、本実施形態では電極構成体15は素子収納部16に対して二重配置としているが、搭載する半導体素子の電極数に応じてその配置と数は適宜設定できるものである。また突出した電極構成体15の形成は金属板に対して、エッチング加
工やプレス加工により行う。
以上のようなフレーム部材を用いて、以下、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。図5〜図11は本実施形態の半導体装置の製造方法を示す工程ごとの断面図である。
まず図5に示すように、金属板よりなるフレーム本体14と、そのフレーム本体14面内の金属板上に突出し、搭載する半導体素子の電極ピッチと対応して配置された複数の電極構成体15と、それら電極構成体15に包囲されるように設けられた素子収納部16とより構成されたフレーム部材を用意する。
次に図6に示すように、フレーム部材の素子収納部16に対して、半導体素子10を接着剤17により接着固定する。この状態において半導体素子10の上面と電極構成体15の上面の位置は同等位置となっている。また、ここで用いる接着剤17は、導電性、絶縁性いずれの接着剤でもよく、半導体素子10を確実に固定でき、熱膨張係数が半導体素子10、フレーム部材と近い接着剤であればよい。
次に図7に示すように、搭載した半導体素子10の表面の電極(図示せず)とフレーム部材の各電極構成体15の上面とを金属細線12により電気的に接続する。この金属細線12による接続において、そのループ高さは極力低くなるよう結線する。また使用する金属細線12としては、通常、ワイヤーボンドで用いる金(Au)線、アルミニウム(Al)線などの金属細線の他、樹脂製の導電線や、金属細線12どうしが接触しても影響がないように、表面が絶縁材でコーティングされた金属細線を使用してもよい。特に絶縁コートされた金属細線を用いることにより、金属細線12どうしの接触によるショートおよび電極構成体15の端部、半導体素子10の端部への接触による影響を解消して低ループで結線できる。
次に図8に示すように、半導体素子10が搭載され、金属細線12で結線されたフレーム部材の上面側を封止樹脂13により封止する。この片面封止では、低ループで結線した金属細線12の頭頂部を覆い、かつ半導体素子10の上面から50[μm]厚の薄厚で封止する。用いる封止樹脂13は絶縁性を有した樹脂を用い、非透過性または透過性の樹脂を用いる。透過性樹脂の場合は封止後の内部状態が確認できるとともに、透過性樹脂に光硬化型の樹脂を用いることにより紫外線照射により樹脂硬化させることができる。
次に図9に示すように、樹脂封止後のフレーム部材に対して、その底面のフレーム本体14をグランダー等の研削部材18により研削する。この研削工程により、フレーム部材の底面側から加工して全体を薄厚にするものであるが、研削量としては底面のフレーム本体が研削により除去され、各電極構成体15どうしが分離するとともに、半導体素子10の底面が露出し、また電極構成体15間、半導体素子10と電極構成体15との間に封止樹脂13が露出するように研削する。本実施形態では半導体素子10の厚みが50[μm]になるまで研削する。
また研削部材18については弾力性を有した研削部材18を用いることにより、フレーム部材を研削し、底面のフレーム本体14を除去した際、電極構成体15と封止樹脂13、および半導体素子10と封止樹脂13との研削レートの違いにより、金属材質よりも封止樹脂13の研削量が多くなるため、電極構成体15間の封止樹脂13の面、半導体素子10と電極構成体15の封止樹脂13の面、および外方の封止樹脂13の面の状態は、断面形状において厚さ方向内側に曲率を有するくぼみが形成される。特に研削部材18は弾力性を有しているため、押圧した際、金属と樹脂との研削レートの違いによる研削量の差が加速されるので、封止樹脂13の断面形状において厚さ方向内側に曲率を有するくぼみを顕著に形成できる。この封止樹脂13の底面がくぼみを有することにより、形成した半導体装置としては、半導体素子、各外部電極が封止樹脂13面より突出した状態を構成し、基板実装時のスタンドオフを有し、実装に適した構造を有することになる。
図10にはフレーム部材の底面を研削により除去するとともに、半導体素子10の底面が研削されて封止樹脂13より露出し、各電極構成体15が分離することにより外部電極11を構成した状態を示している。
そして図11に示すように、個々の半導体素子10ごとに分割することにより、極薄厚の半導体装置を得る。図11に示す半導体装置は、全体厚として100[μm]の極薄厚の樹脂封止型の半導体装置であり、現状の半導体素子自体の厚みが250[μm]の場合、本実施形態で得られた半導体装置は、素子厚よりも薄い厚みでパッケージ構成された半導体装置を得ることができる。具体的には、50[μm]厚を有する極薄厚の半導体素子10と、その半導体素子10の周囲にグリッド状に配置された外部電極11と、外部電極11の表面と半導体素子10の表面の電極とを電気的に接続した金属細線12と、半導体素子10、外部電極11、金属細線12の外囲を絶縁性樹脂で外形が直方体を構成するように封止した絶縁性の封止樹脂13とより構成された半導体装置である。そして半導体素子10の裏面と外部電極11の金属細線12が接続されていない面が、直方体に構成された封止樹脂13の底面で露出している半導体装置であり、半導体素子10の上面と外部電極11の上面の位置が略同一位置にある半導体装置である。
また図10の状態から個々の半導体装置への分割の際、分割位置として外部電極11の端部にかかるように切断することにより、図12に示すような外部電極11の端部が封止樹脂13の側面からも露出した構造の半導体装置とすることができる。この封止樹脂13の側面からも外部電極が露出していることにより、基板実装時の強度向上により実装信頼性を向上させることができる。
また本実施形態では、図10に示したように、フレーム部材の底面を研削により除去するとともに、半導体素子10の底面が研削されて封止樹脂13より露出し、各電極構成体15が分離することにより外部電極11を構成した状態で、特性検査を実施することにより、検査効率を向上させることができる。検査後は図11に示したように、個々の半導体素子10ごとに分割することにより、検査済みの極薄厚の半導体装置を得るものである。
次に本発明の第2の実施形態の半導体装置およびその製造方法について説明する。
図13は本実施形態の半導体装置を示す図であり、図13(a)は断面図、図13(b)は平面図、図13(c)は底面図である。そして図13(a)の断面は、図13(b)のC−C1箇所、図13(c)のC'−C1'箇所の断面を示している。
本実施形態の半導体装置は、外形が矩形状の極薄厚であって、半導体装置の底面には外部電極の底面が露出してグリッド状に配置されるとともに、上面には外部電極の上面が露出してグリッド状に配置し、半導体素子の底面が露出した半導体装置である。具体的には、50[μm]厚を有する極薄厚の半導体素子10と、その半導体素子10の周囲に配置され、突起19を有した外部電極11と、外部電極11の突起段差部20表面と半導体素子10の表面の電極パッド(図示せず)とを電気的に接続した金属細線12と、半導体素子10、外部電極11、金属細線12の外囲を絶縁性樹脂で外形が直方体を構成するように封止した絶縁性の封止樹脂13とより構成された半導体装置であり、半導体素子10の裏面と外部電極11の金属細線12が接続されていない面が、直方体に構成された封止樹脂13の底面で露出し、外部電極11の突起19の上面が封止樹脂13の上面から露出している半導体装置である。また本実施形態の半導体装置では、半導体素子10の上面と外部電極11の突起段差部20の上面の位置が略同一位置である。
本実施形態の半導体装置は、全体厚として100[μm]の極薄厚の樹脂封止型の半導体装置であり、半導体素子10の厚みは成形により50[μm]に加工されており、また周囲の外部電極11の底面から突起段差部20上面までの厚みも半導体素子10の厚みと同じ厚みに加工され、50[μm]を有している。また半導体素子10の上面に電気的接続のために接続された金属細線12の頂部の半導体素子10の表面との距離も50[μm]未満に設定されている。したがって半導体素子10の上面領域に存在している封止樹脂13の厚みとしては、金属細線12をカバーできる厚みとして50[μm]を有し、外部電極11の突起19の突出量は半導体素子10の上面領域の封止樹脂13の厚みと同等厚みで突出し、全体として半導体装置の厚みは100[μm]を実現できるものである。
また本実施形態の半導体装置は、第1の実施形態で示した半導体装置の構成と同様に、その底面においては、外部電極11間の封止樹脂13の面、半導体素子10と外部電極11の封止樹脂13の面、および外方の封止樹脂13の面の状態は、断面形状において厚さ方向に曲率を有するくぼみを有している。
次に本実施形態の半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
まず本実施形態の半導体装置の製造方法で用いるフレーム部材について説明する。図14,図15は本実施形態の半導体装置の製造方法で用いるフレーム部材を示す図であり、図14は平面図、図15は図14のD−D1箇所の断面を示す断面図である。
図示するように本実施形態で用いるフレーム部材は、銅材、鉄材等の金属板よりなるフレーム本体14と、そのフレーム本体14面内の金属板上に突出し、搭載する半導体素子の電極ピッチと対応して配置され、その上部に突起段差部20を構成して突出した突起19を有した複数の電極構成体15と、それら電極構成体15に包囲されるように設けられた素子収納部16とより構成されている。素子収納部16は電極構成体15が突出している構成により、凹部を構成することにより設けられるものであり、また各電極構成体15間の凹部は、後に各電極構成体15が外部電極を構成する際の分離領域を構成するものである。
また各電極構成体15の突起段差部20上面までの突出量は素子収納部16に搭載する半導体素子の厚みと略同等の厚みで突出したものであり、搭載する半導体素子の厚みが250[μm]の場合は、電極構成体15の突起段差部20上面までの突出量は概ね250[μm]とするが、微厚である素子搭載用の接着剤の厚みも考慮して突出量を合わせ込み、電極構成体15の突起段差部20の上面位置と搭載した半導体素子の上面位置を略同等位置になるようその突出量を設定する。また突起19の突出量は50[μm]以上に設定している。なお、本実施形態では電極構成体15は素子収納部16に対して二重配置としているが、搭載する半導体素子の電極数に応じてその配置と数は適宜設定できるものである。また突出した電極構成体15の形成は金属板に対して、エッチング、プレス加工により行う。
以上のようなフレーム部材を用いて、以下、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。図16〜図22は本実施形態の半導体装置の製造方法を示す工程ごとの断面図である。
まず図16に示すように、金属板よりなるフレーム本体14と、そのフレーム本体14面内の金属板上に突出し、搭載する半導体素子の電極ピッチと対応して配置され、その上部に突起段差部20を構成して突出した突起19を有した複数の電極構成体15と、それら電極構成体15に包囲されるように設けられた素子収納部16とより構成されたフレーム部材を用意する。
次に図17に示すように、フレーム部材の素子収納部16に対して、半導体素子10を接着剤17により接着固定する。この状態において半導体素子10の上面と電極構成体15の突起段差部20の上面の位置は同等位置となっている。また、ここで用いる接着剤17は、導電性、絶縁性いずれの接着剤でもよく、半導体素子10を確実に固定でき、熱膨張係数が半導体素子10、フレーム部材と近い接着剤であればよい。
次に図18に示すように、搭載した半導体素子10の表面の電極(図示せず)とフレーム部材の各電極構成体15の突起段差部20の上面とを金属細線12により電気的に接続する。この金属細線12による接続において、そのループ高さは極力低くなるよう結線する。また使用する金属細線12としては、通常、ワイヤーボンドで用いる金(Au)線、アルミニウム(Al)線の他、金属細線12どうしが接触しても影響がないように、表面が絶縁材でコーティングされた金属細線を使用してもよい。特に絶縁コートされた金属細線を用いることにより、金属細線12どうしの接触によるショートおよび電極構成体15の端部、半導体素子10の端部への接触による影響を解消して低ループで結線できる。
次に図19に示すように、半導体素子10が搭載され、金属細線12で結線されたフレーム部材の上面側を封止樹脂13により封止する。この片面封止では、低ループで結線した金属細線12の頭頂部を覆い、かつ半導体素子10の上面から50[μm]厚の薄厚で封止するとともに、電極構成体15の突起19を覆うかまたは突起19の上面と同等位置になるよう封止する。ここで用いる封止樹脂13は絶縁性を有した樹脂を用い、非透過性または透過性の樹脂を用いる。透過性樹脂の場合は封止後の内部状態が確認できるとともに、透過性樹脂に光硬化型の樹脂を用いることにより紫外線照射により樹脂硬化させることができる。
次に図20に示すように、樹脂封止後のフレーム部材に対して、その底面のフレーム本体14をグランダー等の研削部材18により研削する。この研削工程により、フレーム部材の底面側から加工して全体を薄厚にするものであるが、研削量としては底面のフレーム本体14が研削により除去され、各電極構成体15どうしが分離するとともに、半導体素子10の底面が露出し、また電極構成体15間、半導体素子10と電極構成体15との間に封止樹脂13が露出するように研削する。本実施形態では半導体素子10の厚みが50[μm]になるまで研削する。
また研削部材18については弾力性を有した研削部材18を用いることにより、フレーム部材を研削し、底面のフレーム本体14を除去した際、電極構成体15と封止樹脂13、および半導体素子10と封止樹脂13との研削レートの違いにより、金属材質よりも封止樹脂13の研削量が多くなるため、電極構成体15間の封止樹脂13の面、半導体素子10と電極構成体15の封止樹脂13の面、および外方の封止樹脂13の面の状態は、断面形状において厚さ方向に曲率を有するくぼみが形成される。この封止樹脂13の底面がくぼみを有することにより、形成した半導体装置としては、半導体素子、各外部電極が封止樹脂13面より突出した状態を構成し、基板実装時のスタンドオフを有し、実装に適した構造を有することになる。
図21にはフレーム部材の底面を研削により除去するとともに、半導体素子10の底面が研削されて封止樹脂13より露出し、各電極構成体15が分離することにより外部電極11を構成した状態を示している。
次に図22に示すように、底面を研削したフレーム部材に対して、その上面側を前工程と同様に研削部材18により研削する。この研削工程では、研削量としては上面の封止樹脂13が研削により除去され、各電極構成体15の突起19の上面が露出するように研削する。なお、樹脂封止の際、電極構成体15の突起19の上面を露出させて樹脂封止した場合は、この研削工程を削除できる。
そして図23に示すように、個々の半導体素子10ごとのパッケージ単位に分割することにより、極薄厚の半導体装置を得る。図23に示す半導体装置は、全体厚として100[μm]の極薄厚の樹脂封止型の半導体装置である。具体的には、50[μm]厚を有する極薄厚の半導体素子10と、その半導体素子10の周囲にグリッド状に配置され、上方に突出した突起19と突起段差部20を有した外部電極11と、外部電極11の突起段差部20の表面と半導体素子10の表面の電極とを電気的に接続した金属細線12と、半導体素子10、外部電極11、金属細線12の外囲を絶縁性樹脂で外形が直方体を構成するように封止した絶縁性の封止樹脂13とより構成された半導体装置である。そして半導体素子10の裏面と外部電極11の金属細線12が接続されていない面が、直方体に構成さ
れた封止樹脂13の底面で露出するとともに、外部電極11の突起19の上面が封止樹脂13の上面から露出している半導体装置であり、半導体素子10の上面と外部電極11の突起段差部20の上面の位置が略同一位置にある半導体装置である。
次に本発明の第3の実施形態の半導体装置およびその製造方法について説明する。
図24は本実施形態の半導体装置を示す断面図である。図25は本実施形態の半導体装置の実装状態を示す断面図である。
本実施形態の半導体装置は、外形が矩形状の極薄厚であって、半導体装置の底面には外部電極の底面が露出してグリッド状に配置されるとともに、上面には外部電極の上面が露出、突出してグリッド状に配置し、半導体素子の底面が露出した半導体装置である。具体的には、50[μm]厚を有する極薄厚の半導体素子10と、その半導体素子10の周囲に配置され、突起19を有した外部電極11と、外部電極11の突起段差部20表面と半導体素子10の表面の電極パッド(図示せず)とを電気的に接続した金属細線12と、半導体素子10、外部電極11、金属細線12の外囲を絶縁性樹脂で外形が直方体を構成するように封止した絶縁性の封止樹脂13とより構成された半導体装置であり、半導体素子10の裏面と外部電極11の金属細線12が接続されていない面が、直方体に構成された
封止樹脂13の底面で露出し、外部電極11の突起19の上面が封止樹脂13の上面から露出している半導体装置である。また本実施形態の半導体装置では、半導体素子10の上面と外部電極11の突起段差部20の上面の位置が略同一位置である。さらに本実施形態の半導体装置は、外部電極11の底面には凹部21が設けられ、別の半導体装置の上面突起が嵌合してスタック構造可能な構造を有している。
本実施形態の半導体装置は、全体厚として150[μm]の極薄厚の樹脂封止型の半導体装置であり、半導体素子10の厚みは成形により50[μm]に加工されており、また周囲の外部電極11の底面から突起段差部20上面までの厚みも半導体素子10の厚みと同じ厚みに加工され、50[μm]を有している。また半導体素子10の上面に電気的接続のために接続された金属細線12の頂部の半導体素子10の表面との距離も50[μm]未満に設定されている。したがって半導体素子10の上面領域に存在している封止樹脂13の厚みとしては、金属細線12をカバーできる厚みとして50[μm]を有し、外部電極11の突起19の突出量は半導体素子10の上面領域の封止樹脂13の厚みに加えて、嵌合可能な突出量として50[μm]厚程度で突出し、全体として半導体装置の厚みは150[μm]を実現できるものである。
また図25の断面図に示すように、本実施形態の半導体装置は、底面の外部電極11の凹部21に対して、各々対応するように他の半導体装置の上面から突出した外部電極11の突起19を嵌合することにより、スタック構造を実現できるものである。
なお本実施形態の半導体装置は、第1の実施形態で示した半導体装置の構成と同様に、その底面においては、外部電極11間の封止樹脂13の面、半導体素子10と外部電極11の封止樹脂13の面、および外方の封止樹脂13の面の状態は、断面形状において厚さ方向に曲率を有するくぼみを有している。
次に本実施形態の半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
まず本実施形態の半導体装置の製造方法で用いるフレーム部材について説明する。図26,図27は本実施形態の半導体装置の製造方法で用いるフレーム部材を示す図であり、図26は平面図、図27は図26のE−E1箇所の断面を示す断面図である。
図示するように本実施形態で用いるフレーム部材は、銅材、鉄材等の金属板よりなるフレーム本体14と、そのフレーム本体14面内の金属板上に突出し、搭載する半導体素子の電極ピッチと対応して配置され、その上部に突起段差部20を構成して突出した突起19を有した複数の電極構成体15と、それら電極構成体15に包囲されるように設けられた素子収納部16とより構成されている。素子収納部16は電極構成体15が突出している構成により、その面内で凹部を構成することにより設けられるものであり、また各電極構成体15間の凹部は、後に各電極構成体15が外部電極を構成する際の分離領域を構成するものである。さらに電極構成体の底面には凹部21が設けられている。
また各電極構成体15の突起段差部20上面までの突出量は素子収納部16に搭載する半導体素子の厚みと略同等の厚みで突出したものであり、搭載する半導体素子の厚みが250[μm]の場合は、電極構成体15の突起段差部20上面までの突出量は概ね250[μm]とするが、微厚である素子搭載用の接着剤の厚みも考慮して突出量を合わせ込み、電極構成体15の突起段差部20の上面位置と搭載した半導体素子の上面位置を略同等位置になるようその突出量を設定する。また突起19の突出量は50[μm]以上に設定している。なお、本実施形態では電極構成体15は素子収納部16に対して二重配置としているが、搭載する半導体素子の電極数に応じてその配置と数は適宜設定できるものである。また突出した電極構成体15の形成は金属板に対して、エッチング、プレス加工により行う。
以上のようなフレーム部材を用いて、以下、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。図28〜図34は本実施形態の半導体装置の製造方法を示す工程ごとの断面図である。
まず図28に示すように、金属板よりなるフレーム本体14と、そのフレーム本体14面内の金属板上に突出し、搭載する半導体素子の電極ピッチと対応して配置され、その上部に突起段差部20を構成して突出した突起19を有し、底面に凹部21を有した複数の電極構成体15と、それら電極構成体15に包囲されるように設けられた素子収納部16とより構成されたフレーム部材を用意する。
次に図29に示すように、フレーム部材の素子収納部16に対して、半導体素子10を接着剤17により接着固定する。この状態において半導体素子10の上面と電極構成体15の突起段差部20の上面の位置は同等位置となっている。また、ここで用いる接着剤17は、導電性、絶縁性いずれの接着剤でもよく、半導体素子10を確実に固定でき、熱膨張係数が半導体素子10、フレーム部材と近い接着剤であればよい。
次に図30に示すように、搭載した半導体素子10の表面の電極(図示せず)とフレーム部材の各電極構成体15の突起段差部20の上面とを金属細線12により電気的に接続する。この金属細線12による接続において、そのループ高さは極力低くなるよう結線する。また使用する金属細線12としては、通常、ワイヤーボンドで用いる金(Au)線、アルミニウム(Al)線の他、金属細線12どうしが接触しても影響がないように、表面が絶縁材でコーティングされた金属細線を使用してもよい。特に絶縁コートされた金属細線を用いることにより、金属細線12どうしの接触によるショートおよび電極構成体15の端部、半導体素子10の端部への接触による影響を解消して低ループで結線できる。
次に図31に示すように、半導体素子10が搭載され、金属細線12で結線されたフレーム部材の上面側を突起19を突出するように封止樹脂13により封止する。この封止工程では、半導体素子10が搭載され、金属細線12で結線されたフレーム部材の上面側に封止シートを付設し、突起19がその封止シートに食い込んだ状態で樹脂封止することにより、突起19を封止樹脂面から突出した構造を得ることができる。また、この片面封止では、低ループで結線した金属細線12の頭頂部を覆い、かつ半導体素子10の上面から50[μm]厚の薄厚で封止するとともに、電極構成体15の突起19を50[μm]程度突出させて封止する。ここで用いる封止樹脂13は絶縁性を有した樹脂を用い、非透過性または透過性の樹脂を用いる。透過性樹脂の場合は封止後の内部状態が確認できるとともに、透過性樹脂に光硬化型の樹脂を用いることにより紫外線照射により樹脂硬化させることができる。なお、突起19を突出させて封止する際、加工した封止金型を用いることによっても、封止樹脂面より突起19を突出させて封止できる。
次に図32に示すように、樹脂封止後のフレーム部材に対して、その底面のフレーム本体14をグランダー等の研削部材18により研削する。この研削工程により、フレーム部材の底面側から加工して全体を薄厚にするものであるが、研削量としては底面のフレーム本体14が研削により除去され、各電極構成体15どうしが分離するとともに、半導体素子10の底面が露出し、また電極構成体15間、半導体素子10と電極構成体15との間に封止樹脂13が露出するように研削する。本実施形態では半導体素子10の厚みが50[μm]になるまで研削する。
また研削部材18については弾力性を有した研削部材18を用いることにより、フレーム部材を研削し、底面のフレーム本体14を除去した際、電極構成体15と封止樹脂13、および半導体素子10と封止樹脂13との研削レートの違いにより、金属材質よりも封止樹脂13の研削量が多くなるため、電極構成体15間の封止樹脂13の面、半導体素子10と電極構成体15の封止樹脂13の面、および外方の封止樹脂13の面の状態は、断面形状において厚さ方向に曲率を有するくぼみが形成される。この封止樹脂13の底面がくぼみを有することにより、形成した半導体装置としては、半導体素子、各外部電極が封止樹脂13面より突出した状態を構成し、基板実装時のスタンドオフを有し、実装に適した構造を有することになる。
図33にはフレーム部材の底面を研削により除去するとともに、半導体素子10の底面が研削されて封止樹脂13より露出し、各電極構成体15が分離することにより、底面に凹部21を有して外部電極11を構成し、上面には突起19が突出した状態を示している。
そして図34に示すように、個々の半導体素子10ごとのパッケージ単位に分割することにより、極薄厚の半導体装置を得る。図34に示す半導体装置は、全体厚として150[μm]の極薄厚の樹脂封止型の半導体装置である。具体的には、50[μm]厚を有する極薄厚の半導体素子10と、その半導体素子10の周囲にグリッド状に配置され、上方に突出した突起19と突起段差部20を有した外部電極11と、外部電極11の突起段差部20の表面と半導体素子10の表面の電極とを電気的に接続した金属細線12と、半導体素子10、外部電極11、金属細線12の外囲を絶縁性樹脂で外形が直方体を構成するように封止した絶縁性の封止樹脂13とより構成された半導体装置である。そして半導体素子10の裏面と外部電極11の金属細線12が接続されていない面が、直方体に構成さ
れた封止樹脂13の底面で露出するとともに、外部電極11の突起19の上面が封止樹脂13の上面から突出している半導体装置であり、半導体素子10の上面と外部電極11の突起段差部20の上面の位置が略同一位置にある半導体装置である。
また本実施形態では、図33に示したように、フレーム部材の底面を研削により除去するとともに、半導体素子10の底面が研削されて封止樹脂13より露出し、各電極構成体15が分離することにより、底面に凹部21を有して外部電極11を構成し、上面には突起19が突出した状態に対して、個々に分割前に底面の外部電極11の凹部21に対して、各々対応するように他の半導体装置の上面から突出した外部電極11の突起19を嵌合し、スタック構造を形成し、その後で個々の積層モジュールごとに分割することにより、効率よく積層型の半導体装置を得ることができる。この工法は半導体素子がメモリー素子の場合に有効であり、極薄厚のメモリーモジュールを効率よく製造できる。
以上、本実施形態の半導体装置は、その面内で突出した電極構成体を有したフレーム部材に半導体素子を搭載し、結線、樹脂封止後にそのフレーム底面側から研削することにより、半導体素子を薄厚にするとともに、電極構成体どうしを分離して外部電極を構成し、極薄厚の半導体装置を実現できるものである。そして各実施形態で示したように電極構成体の構成を種々変更することにより、外部電極の形態および積層実装できる薄型の半導体装置を得ることができるものである。
また本実施形態では外部電極の構造は断面形状において直線状としているが、封止樹脂とのアンカー効果や応力対策のために逆テーパー状や溝、凹部、凸部を形成してもよく、また封止樹脂から露出した外部電極の底面には半田ボール等のボール電極を形成してもよい。
本発明は、近年の電子機器の小型化にともなって要求されるであろう、半導体装置の薄型化、多機能化として有用である。
本発明の一実施形態の半導体装置を示す図 本発明の一実施形態の半導体装置を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法におけるフレーム部材を示す平面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法におけるフレーム部材を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置を示す図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法におけるフレーム部材を示す平面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法におけるフレーム部材を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置を示す図 本発明の一実施形態の半導体装置の実装状態を示す図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法におけるフレーム部材を示す平面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法におけるフレーム部材を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を示す断面図 従来のリードフレームを示す平面図 従来の樹脂封止型半導体装置を示す断面図 従来の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す平面図
符号の説明
1 フレーム枠
2 ダイパッド部
3 吊りリード部
4 インナーリード部
5 アウターリード部
6 タイバー部
7 半導体素子
8 金属細線
9 封止樹脂
10 半導体素子
11 外部電極
12 金属細線
13 封止樹脂
13a くぼみ
14 フレーム本体
15 電極構成体
16 素子収納部
17 接着剤
18 研削部材
19 突起
20 突起段差部
21 凹部

Claims (5)

  1. 半導体素子と、
    前記半導体素子の周囲に配置され、上方に突起段差部を有した突起を備えた外部電極と、
    前記外部電極の前記突起段差部の表面と前記半導体素子の電極とを電気的に接続した細線と、
    前記半導体素子、外部電極、細線の外囲を外形が直方体を構成するように封止した封止樹脂とより構成され、
    前記半導体素子および外部電極の底面が前記封止樹脂の底面から露出し、前記半導体素子の上面と前記外部電極の突起段差部の上面の位置が略同一位置であり、
    前記外部電極の突起が封止樹脂の上面に露出していることを特徴とする半導体装置。
  2. 導電性の板材よりなるフレーム本体と、前記フレーム本体面内に突出して設けられ、その上部に突起段差部を構成して突出した突起を有した複数の電極構成体と、前記電極構成体に包囲されるように設けられた素子収納部とより構成されたフレーム部材を用意する工程と、
    前記用意したフレーム部材の前記素子収納部に対して、半導体素子を固定する工程と、
    固定した半導体素子の電極と前記電極構成体の突起段差部の上面とを細線により電気的に接続する工程と、
    前記半導体素子が固定され、前記細線で結線されたフレーム部材の上面側を樹脂により封止する工程と、
    樹脂封止後のフレーム部材に対して、その底面のフレーム本体を研削部材により研削し、底面のフレーム本体を除去し、前記電極構成体どうしを分離させて外部電極を構成するとともに、前記構成した外部電極の底面および前記半導体素子の底面を樹脂より露出させる工程と、
    底面を研削したフレーム部材に対して、その上面側を研削部材により研削して封止樹脂を切削し、前記突起の上面を封止樹脂の上面から露出させる工程とよりなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 半導体素子と、
    前記半導体素子の周囲に配置され、上方に突起段差部を有した突起を備え、底面に凹部を有した外部電極と、
    前記外部電極の前記突起段差部の表面と前記半導体素子の電極とを電気的に接続した細線と、
    前記半導体素子、外部電極、細線の外囲を外形が直方体を構成するように封止した封止樹脂とより構成され、
    前記半導体素子および外部電極の底面が前記封止樹脂の底面から露出し、前記半導体素子の上面と前記外部電極の突起段差部の上面の位置が略同一位置であり、
    前記外部電極の突起が封止樹脂の上面に突出していることを特徴とする半導体装置。
  4. 導電性の板材よりなるフレーム本体と、前記フレーム本体面内に突出して設けられ、その上部に突起段差部を構成して突出した突起と底面に凹部とを有した複数の電極構成体と、前記電極構成体に包囲されるように設けられた素子収納部とより構成されたフレーム部材を用意する工程と、
    前記用意したフレーム部材の前記素子収納部に対して、半導体素子を固定する工程と、
    固定した半導体素子の電極と前記電極構成体の突起段差部の上面とを細線により電気的に接続する工程と、
    前記半導体素子が固定され、前記細線で結線されたフレーム部材の上面側を前記電極構成体の突起の上部を突出させて樹脂により封止する工程と、
    樹脂封止後のフレーム部材に対して、その底面のフレーム本体を研削部材により研削し、底面のフレーム本体を除去し、前記電極構成体どうしを分離させて底面に凹部を有した外部電極を構成するとともに、前記構成した外部電極の底面および前記半導体素子の底面を樹脂より露出させる工程とよりなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 樹脂封止後のフレーム部材に対して、その底面のフレーム本体を研削部材により研削し、底面のフレーム本体を除去し、電極構成体どうしを分離させて底面に凹部を有した外部電極を構成するとともに、構成した外部電極の底面および半導体素子の底面を樹脂より露出させる工程の後、前記外部電極の前記凹部に対して、各々対応するように別の半導体装置の突出した外部電極の突起を嵌合してスタック構造を形成する工程と、前記スタック形成後に個々に分割することにより、積層型の半導体装置を得る工程とをさらに備えたことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
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