JP2006019363A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 異種材料の境界が外部に露出しない構成の半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 半導体装置10Aは、外部電極14が下面に設けられた半導体素子11と、外部電極14を露出させて半導体素子11を被覆する封止樹脂12とを具備する構成となっている。半導体素子11の表面には電気回路が形成されており、そしてその裏面には外部電極14が形成されている。半導体素子11の表面に形成された電気回路と外部電極14とは、貫通電極13を介して電気的に接続されている。貫通電極13は、半導体素子11を厚み方向に貫通して形成された電極である。
【選択図】 図1

Description

本発明は、面実装型の半導体装置およびその製造方法に関し、特に、内蔵される半導体素子の電極を封止樹脂から露出させる半導体装置およびその製造方法に関する。
図17を参照して、第1の従来例である半導体装置100の構成を説明する(例えば特許文献1を参照)。図17(A)は半導体装置100の平面図であり、図17(B)は半導体装置100の断面図である。
半導体素子103は、ランド102の上面に載置された半導体素子103と、半導体素子103を囲むように配置されたリード101を有する構成となっている。
半導体素子103の表面に設けた電極とリード101とは、金属細線104を介して電気的に接続されている。封止樹脂105は、半導体素子103、ランド102、金属細線104およびリード101を封止している。上記した半導体素子103として、受光部あるいは発光部を具備した半導体素子が採用された場合は、封止樹脂103として透明性を有する樹脂を採用する。
図18を参照して、第2の従来例であるCSP110の構成を説明する。図18(A)はCSP110の斜視図であり、図18(B)はその断面図である。
CSP110は、表面に電気回路が形成された半導体素子111と、電気回路が形成された面の半導体素子111の表面を被覆する被覆樹脂112とを具備する。更に、外部電極113は、半導体素子111の表面に形成された電気回路と電気的に接続されて、被覆樹脂112を貫通して外部に露出している。このように、CSP110の平面的な大きさは、半導体素子111と同等であるので、小型の半導体装置を提供することができる。
半導体素子111の表面に形成された電極114と外部電極113とは、再配線115を介して電気的に接続されている。再配線115を用いることにより、電極114が狭ピッチに形成された場合でも、所定の距離にて離間された外部電極113を再配置することができる。
特開平5−102449号公報(第3頁、第1図)
上述した従来例は以下のような問題を有していた。
第1の従来例では、内蔵される半導体素子103のサイズによって、異なるサイズのランドを用意しなければならない問題があった。具体的には、半導体素子103はランド102の上面に載置されることから、安定した実装を行うために、両者の平面的な大きさは同等にされていた。従って、半導体素子103のサイズに応じて、異なる大きさのランドを有するリードフレームを準備する必要があり、このことがコストアップを招いていた。
第2の従来例では、半導体素子111と被覆樹脂112との境界が側面に露出することにより、使用雰囲気によっては信頼性が低下する問題があった。例えば、前記境界から水分等が内部に侵入してしまう問題があった。特に、自動車の内部等の温度変化が激しい環境にCSPが実装された場合、被覆樹脂と半導体チップには熱応力が加わり、この問題が顕著に発生する。
本発明は上記した問題点を鑑みて成されたものであり、本発明の一つの目的は、半導体素子が載置されるランドを省いて構成される半導体装置およびその製造方法を提供することにある。本発明の他の目的は、異種材料の境界が外部に露出しない構成の半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
本発明の半導体装置は、電気回路が一主面に形成され、前記一主面に対向する他の主面に前記電気回路と電気的に接続された電極が設けられた半導体素子と、前記電極を露出させて前記半導体素子を被覆する封止樹脂とを具備することを特徴とする。
更に本発明の半導体装置は、受光部または発光部を含む電気回路が一主面に形成され、前記一主面に対向する他の主面に前記電気回路と電気的に接続された電極が設けられた半導体素子と、前記一主面を被覆する被覆層と、前記電極および前記被覆層を露出させて、前記半導体素子と前記被覆層との境界を被覆する被覆樹脂とを具備することを特徴とする。
更に本発明の半導体装置は、一主面およびそれに対向する他の主面の両方に、内蔵された電気回路と電気的に接続された第1の電極および第2の電極を有する半導体素子と、接続手段を介して前記第1の電極と電気的に接続される導電部材と、前記第2の電極および前記導電部材の両方を露出させた状態で前記半導体素子を封止する封止樹脂とを具備することを特徴とする。
更に本発明の半導体装置は、一主面およびそれに対向する他の主面の両方に、前記一主面に形成されて受光部または発光部を含む電気回路と電気的に接続された第1の電極および第2の電極を有する半導体素子と、接続手段を介して前記第1の電極と電気的に接続される導電部材と、前記一主面を被覆する被覆層と、前記被覆層、前記第2の電極および前記導電部材を露出させた状態で前記半導体素子を封止する封止樹脂とを具備することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子の電極が形成された主面を、シートの表面に貼り付ける工程と、前記シートの表面に封止樹脂を形成し、前記電極を前記封止樹脂から露出させた状態で前記半導体素子を被覆する工程とを具備することを特徴とする。
更に本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子およびそれに一端が接近する導電部材を、シートの表面に貼り付ける工程と、前記半導体素子の表面に設けられた電極と前記導電部材とを電気的に接続する工程と、前記シートの表面に封止樹脂を形成し、前記導電部材を前記封止樹脂から露出させた状態で前記半導体素子を被覆する工程とを具備することを特徴とする。
更に本発明の半導体装置の製造方法は、半導体素子が載置される予定の載置領域に一端が接近するように配置された複数のリードから構成されるユニットが複数個形成されたフレームを用意する工程と、前記フレームをシートの表面に貼着し、前記載置領域に対応する領域の前記シートの表面に前記半導体素子を貼着する工程と、前記半導体素子と前記リードとを電気的に接続する工程と、前記半導体素子および前記リードが封止されるように前記シートの表面に封止樹脂を形成する工程と、前記各ユニットの外周部の前記封止樹脂を切断することにより各前記ユニットを分離することを特徴とする。
更に本発明の半導体装置の製造方法は、第1の分離溝と、載置予定の半導体素子よりも平面的に大きく形成される第2の分離溝と、前記両分離溝が形成されることにより凸状に厚み方向に突出したパッドが表面に形成された導電箔を用意する工程と、一主面およびそれに対向する他の主面の両方に、内蔵された電気回路と電気的に接続された第1の電極および第2の電極を有する前記半導体素子を、前記第1の電極が前記第2の分離溝の底部に当接するように、前記第2の分離溝に配置する工程と、前記半導体素子の上面に位置する第2の電極と、前記パッドとを電気的に接続する工程と、前記半導体素子が封止され且つ前記分離溝が充填されるように封止樹脂を形成する工程と、前記分離溝に充填された前記封止樹脂および前記半導体素子の前記第1の電極が露出するまで、前記導電箔を裏面から除去する工程とを具備することを特徴とする。
本発明の半導体装置に依れば、ウェハスケールCSPの様な、表面に形成される被覆樹脂と半導体チップの界面、半導体チップ内に形成される絶縁層の界面が露出するタイプは、CSP全体が樹脂で被覆されるため、安定した特性が得られる。例えば、車載等の使用環境の厳しい状況下の温度変化に対して信頼性が極めて高い半導体装置を提供することができる。
本発明の半導体装置の製造方法に依れば、シートに半導体素子を貼着することにより、従来例のランドを不要にした製造方法を実現することができる。従って、内蔵される半導体素子の大きさに応じて、対応する大きさのランドを有するフレームを用意する必要が無くなる。従って、フレームの共用化を行うことができる。
(第1の実施の形態)
図1から図2を参照して、本形態の半導体装置10Aおよびその製造方法を説明する。図1(A)は半導体装置10Aの斜視図であり、図1(B)はその断面図であり、図1(C)は裏面図である。図1(D)および図1(E)は他の形態の半導体装置10Aの断面図である。
半導体装置10Aは、外部電極14が下面に設けられた半導体素子11と、外部電極14を露出させて半導体素子11を被覆する封止樹脂12とを具備する構成となっている。
半導体素子11は、上面に拡散、ポリシリコンおよび金属材料により電気回路が形成されたLSIチップである。半導体素子11の上面には、内蔵された電気回路の入力・出力端子、電源端子として機能する電極11Aが形成されている。更に、半導体素子11の上面には、電極11Aと電気的に接続された第1の再配線13Aが形成されている。この第1の再配線13Aにより、貫通電極13の位置が調整され、電極11Aと貫通電極13が電気的に接続される。
貫通電極13は、半導体素子11を厚み方向に貫通して形成された孔に、銅やポリシリコン等の導電部材を埋め込むことにより形成された電極である。この貫通電極13を介して、半導体素子11の表面に形成された電気回路と、裏面に形成された外部電極14とが接続されている。具体的には、貫通電極13の上部は、第1の再配線13Aを介して、半導体素子11表面に形成された電気回路と接続している。そして、貫通電極13の下部は、第2の再配線13Bを介して、外部電極14に接続している。このように、貫通電極13を用いることにより、チップ裏面に電極を配置することができる。更に、半導体素子11の表面に形成された電気回路と外部とを、比較的短い経路で接続することが可能となる。従って、高速動作や高放熱に対応した半導体デバイス構成を実現することができる。尚、貫通電極13は円筒状に形成されており、その径は40μm程度である。また、貫通電極13は、半導体素子11の周辺部付近に形成されているが、他の領域に貫通電極13を設けることも可能である。
外部電極14は、半導体素子11の下面に形成されており、下面が封止樹脂12から外部に露出している。この外部電極14は、半導体素子10A全体の入出力端子として機能する電極である。ここでは、半導体素子11の下面に形成された第2の再配線13Bを介して、外部電極14は貫通電極13から離間して配置されている。しかしながら、第2の再配線13Bを排除して、貫通電極13の直下に外部電極14を形成することも可能である。外部電極14の平面的な大きさは、例えば径が300μm程度の円形である。
図1(C)の裏面図を参照して、外部電極14は、半導体素子10Aの外形を成す封止樹脂12からマトリックス状に露出している。更にこの図では、貫通電極13が形成される平面的な位置を、黒丸で示している。貫通電極13と外部電極14とは、平面的に異なる位置に形成され、両者は第2の再配線13Bにより接続されている。図示の如く、この第2の再配線13Bを採用することにより、半導体素子11の裏面の任意の箇所に、外部電極14を形成することが可能となる。ここでは、封止樹脂12から露出する外部電極14が入出力用のパッドとして機能するLGA(Land Grid Array)が形成されている。更に、露出する外部電極14に半田ボール等のロウ材を付着させたBGA(Ball Grid Array)を形成することも可能である。
封止樹脂12は、外部電極14を下面から露出させて半導体素子11を封止している。具体的には、半導体装置10Aの主たる外形を形成しているのは封止樹脂12であり、他の構成要素は、露出する外部電極14を除いて封止樹脂12により封止されている。封止樹脂12の材料としては、熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂の両方を全般的に採用することができる。更に、放熱性が考慮されて、フィラーが混入された樹脂が封止樹脂12の材料として採用される。
上述した半導体装置10Aは、CSPの側面に形成される界面、封止樹脂と半導体チップの界面、半導体チップに形成されるSiO2、TEOS、SiN等の絶縁層の界面が封止樹脂12により保護されている。従って、構成要素の境界部からの水分等の侵入を抑止できる構成となっている。
図1(D)の断面図を参照して、他の形態の半導体装置10Aを説明する。この図に示す半導体装置10Aでは、電気回路が形成される半導体素子11の主面に、外部電極14が形成されている。ここでは、半導体素子11の主面は紙面にて下面に位置している。ここでは、外部電極14が、厚み方向に突出しているので、半導体素子11の下方に、封止樹脂12が充填されるための間隙を確保することができる。他の構成は、図1(A)等に示す半導体装置10Aと基本的に同様である。
図1(E)を参照して、他の形態の半導体装置10Aの構成を説明する。ここでは、外部電極14の電気的コンタクト部分を除いて被覆樹脂12Aがチップの裏面にカバーされている。この構成により、半導体素子11の下面が被覆樹脂12Aにより被覆されているので、モールドの工程にて半導体素子11の下面に封止樹脂12を充填させる必要がない。従って、半導体素子11の下面に封止樹脂12が回り込まないことによるボイドの発生を抑止することができる。
次に図2を参照して、図1に構成を示した半導体装置10Aの製造方法を説明する。図2の各図は、各工程を示す断面図である。
図2(A)を参照して、先ず、シート36の表面に半導体素子11を貼着する。シート36は、熱に対して伸縮性の低い素材から採用される。例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)材等を用いることができる。更に、シート36の表面には、予め半導体素子11を接着させるために接着剤が塗布される。ここでは、半導体素子11の下方に突出する外部電極14の裏面が、シート36の表面に貼着されることで、半導体素子11が固定される。シート36の表面には、等間隔で複数個の半導体素子11が配置されている。ここで、半導体素子11がマトリックス状に複数個配置されている。本形態では、1つの半導体装置を形成する構成要素の集合をユニット19と表現する。従って、ここでは、シート36の表面に複数個のユニット19が形成される。尚、図1(E)に示したような半導体装置を製造する場合は、半導体素子11の表面を被覆する被覆樹脂12Aが、シート36の表面に貼着される。
図2(B)を参照して、次に、各半導体素子11が被覆されるように封止樹脂12を形成する。封止樹脂12の形成方法としては、トランスファーモールド、インジェクションモールド、ポッティング等の封止方法を採用することができる。ここでは、上金型20Aおよび下金型20Bを用いたトランスファーモールド法で説明している。
先ず、表面に半導体素子11が載置されたシート36を下金型20Bの表面に載置する。次に、上金型20Aと下金型20Bとを当接させ、キャビティ20Cの内部に複数個の半導体素子11を収納させる。次に、金型に設けた不図示のゲートから、キャビティ20Cの内部に封止樹脂12を注入する。このことにより、シート36の表面に載置された半導体素子11は、封止樹脂12により封止される。また、半導体素子11の外部電極14の裏面は、シート36の表面に当接していることから、封止後にシートを剥がすことにより、露出する。更に、本工程では、半導体素子11の下面とシート36の表面の間にも被覆樹脂12が充填される。
次に、図2(C)を参照して、図1(E)に示すタイプの半導体素子11を、シート36の上面に載置してモールドする方法を説明する。ここでは、半導体素子11の下面に形成された被覆樹脂12Aがシート36の表面に当接している。更に、本形態では、半導体素子11がシート36に沈み込む。そこで本形態では、被覆樹脂12Aの厚みL1を、この沈み込みの量L2よりも厚くすることにより、被覆樹脂12Aと半導体素子11との界面Kを封止樹脂12により封止している。このことにより、半導体素子11と被覆樹脂12との境界Kを含めて半導体素子12の封止を行うことが可能となる。具体的には、被覆樹脂12Aの厚みL1が沈み込みの量L2と同等以下である場合を考えると、境界Kがシート36の表面よりも下方に位置する。従って、この場合では、境界Kが封止樹脂12により封止されず、外部に露出してしまう恐れがある。そこで本形態では、被覆樹脂12Aの厚みL1をL2よりも厚くすることで、境界Kをシート36の上面よりも上方に位置させて、境界Kを含めた半導体素子11の封止を行っている。上記した工程により、封止樹脂12から被覆樹脂12Aが僅かに外部に突出した構成となる。
図2(D)を参照して、次に、各ユニット19を分割することで、個々の半導体装置を得る。具体的には、分割線21に沿ってダイシングを行う。
上記した製造工程では、研削等等の工程に依らずに、外部電極14を露出させた状態で封止樹脂12を形成することができる。従って、接続信頼性を向上させた半導体装置を提供することができる。
(第2の実施の形態)
図3および図4を参照して、半導体装置10Bおよびその製造方法を説明する。本形態にて説明する半導体装置10Bでは、半導体素子11の表面に、受光部または発光部を含む電気回路が形成されている。少なくとも発光面または受光面には、ガラス等の透明な被覆層15が配置されている。また透明樹脂を被覆しても良い。この被覆層15は、表面を除いて、光を遮断する通常の封止樹脂12で封止されている。
図3(A)を参照して、半導体装置10Bの主たる外形を形成する封止樹脂12の上面からは、被覆層15の一表面が外部に露出している。更に、図3(C)から判るように、封止樹脂12の裏面からは外部電極14が露出している。
図3(B)を参照して、半導体素子11の表面には、受光部または発光部を含む電気回路が形成されている。即ち、半導体素子11は、いわゆる光半導体素子である。受光素子としては、CCD(Charged Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の固体撮像素子や、フォトダイオードやフォトトランジスタ等のフォトセンサを採用することができる。発光素子としては、発光ダイオードまたは半導体レーザーを採用することができる。
被覆層15は、半導体素子11の表面に於いて、少なくとも受光部または発光部を被覆するように形成されている。更に、被覆層15の上面は、全体を封止する封止樹脂12から外部に露出している。被覆層15の材料としては、半導体素子11に入・出力される光に対して透明なものが用いられる。例えば、半導体素子11が可視光線を感知する素子であれば、可視光線に対して透明性を有する材料が被覆層15として採用される。具体的には、ガラス板またはアクリル板等を被覆層15として用いることができる。更に、半導体素子11がCCDイメージセンサ等の撮像素子である場合は、フィルタ等が付加される。
封止樹脂12は、外部電極14および被覆層15を露出させた状態で構成要素を封止している。更に、封止樹脂12は、半導体素子11と被覆層15との境界面、半導体素子に積層される絶縁膜の界面等を被覆している。従って、この境界面からの水分等の侵入が封止樹脂により抑止されている。封止樹脂12の他の詳細は、第1の実施の形態と同様である。
図3(C)を参照して、外部電極14の下面は、封止樹脂12から外部に露出している。貫通電極13および外部電極14の詳細は、第1の実施の形態と同様である。上記した半導体装置10Bでは、被覆層15および外部電極14の電気的接続部分が露出するように封止樹脂12により被覆されている。
次に図4を参照して、上述した半導体装置10Bの製造方法を説明する。
図4(A)を参照して、先ず、第1のシート36Aの表面に複数個の半導体素子11を配置する。各半導体素子11の上面は、被覆層15により被覆されている。そして、各回路素子11の下面から突出する外部電極14が、第1のシート36Aの表面に貼着される。第1のシート36Aとしては、第1の実施の形態にて説明したシート36と同様のものを採用することができる。被覆層15として、ガラスやアクリルを用いる場合、予め接着剤が塗布されたモノを用いると比較的簡単に組立が可能である。
図4(B)を参照して、次に、各半導体素子11の封止を行う。ここでは、金型を用いた封止樹脂12の形成方法を説明する。先ず、下金型20Bの上面に、半導体素子11が配置された第1のシート36Aを配置する。次に、上金型20Aと下金型20Bとを噛み合わせることにより、キャビティ20Cの内部に半導体素子11を収納させる。ここで、キャビティ20Cを構成する上金型20Aの内壁には、第2のシート36Bが貼着されている。そして、各半導体素子11の上部に配置された被覆層15の上面は、この第2のシート36Bにより被覆されている。次に、金型に設けたゲートからキャビティ20Cに封止樹脂12を封入することで、各半導体素子11の封止を行う。
第2のシート36Bとしては、上述した第1のシート36Aと同様のものを採用することができる。更に、上述の説明では、上金型20の内壁の殆どを第2のシート36Bにて被覆していたが、個々の被覆層15の上面を個別に第2のシート36Bにて保護することもできる。この場合でも、被覆層15の上面を露出させた状態で、封止樹脂12の形成を行うことができる。更に、この場合では、第2のシート36Bの厚みに対応して、被覆層15の表面が封止樹脂12から凹状に形成される。
シートがあることにより、被覆層の表面保護が可能となり、更には、シートが柔らかく当接部材が若干潜り込むため、被覆層、外部電極は、封止後にシートを剥がすと、封止樹脂から突状に若干突出する。
図4(C)を参照して、次に、各ユニット19の境界に位置する封止樹脂12を切断することにより、個々の半導体装置10Bを得る。本工程の詳細は、上述した第1の実施の形態と同様である。
(第3の実施の形態)
図5および図6を参照して、本形態の半導体装置10Cおよびその製造方法を説明する。本形態の半導体装置10Cでは、内蔵される半導体素子11の表面に第1の電極11Aが形成され、更に裏面には第2の電極11Bが形成されている。ここでは、電気回路が形成される面と同一の面に形成される電極を第1の電極11Aと呼ぶ。また、電気回路が形成される面とは反対の面に形成される電極を、第2の電極11Bと呼ぶ。
図5(A)および図5(B)を参照して、半導体装置10Cは、半導体素子11とそれと電気的に接続されたパッド16とが封止樹脂12により被覆されている。そして、半導体素子11の裏面から突出する第2の電極11Bとパッド16とが、封止樹脂12の裏面から露出する構成となっている。
図5(B)を参照して、半導体素子11の詳細を説明する。半導体素子11の表面には電気回路が構成されている。そして、この電気回路と電気的に接続された第1の電極11Aが、半導体素子11の表面の周辺部に形成されている。ここでは、第1の電極11Aは、貫通電極13よりも外周部寄りに形成されている。しかしながら、貫通電極13よりも内側に第1の電極11Aを形成することも可能である。
貫通電極13は、半導体素子11の表面に形成された電気回路と電気的に接続されて、半導体素子11を厚み方向に貫通して、その裏面まで延在している。そして、第2の電極11Bは、半導体素子11の裏面に形成された電極であり、貫通電極13を介して、表面の電気回路と電気的に接続されている。
パッド16は、半導体素子11と電気的に接続されて裏面が外部に露出する導電部材である。パッド16は、金属細線17を介して、半導体素子11の上面に形成された第1の電極11Aと電気的に接続されている。更に、パッド16は、半導体素子11を囲むように複数個が配置されている。
図5(C)を参照して、半導体装置10Cの裏面の構成を説明する。封止樹脂12の裏面からは、第2の電極11Bとパッド16とが露出している。また、第2の電極11Bは、半導体素子11が載置される領域の裏面に露出している。パッド16は、チップの外周に位置し、裏面の周辺で露出している。
本形態の半導体装置10Cでは、2つの経路で外部端子と半導体素子11とが電気的に接続されている。第1の経路は、半導体素子11の表面に形成された第1の電極11A、金属細線17、パッド16から成る経路である。第2の経路は、半導体素子11の表面に形成された電気回路、貫通電極13、第2の電極11Bである。第1の経路と第2の経路を比較すると、第1の経路は金属細線を介していることから、経路の抵抗値が比較的大きくなる。従って、半導体素子11に入出力される電気信号の電流値の大小に従って、上記経路を使い分けることができる。具体的には、電流値が大きい電気信号を第2の経路を用いて入出力を行い、電流値が小さい電気信号を第1の経路を用いて入出力を行うことができる。このことにより、抵抗値が大きい第1の経路に、電流値が大きい電気信号が通過することによる発熱等の弊害を抑止することができる。また被覆層の形状により、どうしても被覆層と重なる第一の電極が有れば、これは貫通電極を介して形成せざるを得ない。
次に、図6を参照して、上記した半導体装置10Cの製造方法を説明する。図6の各図は、各工程を示す断面図である。
図6(A)を参照して、先ず、シート36の表面に半導体素子11およびパッド16を貼着する。ここでは、半導体素子11およびその周辺部に配置されるパッド16により一つのユニット19が形成されている。半導体素子11は、下面に露出する第2の電極11Bが、シート36の表面に貼着される。
図6(B)を参照して、半導体素子11表面の周辺部に形成された第1の電極11Aと、パッド16の上面とを、金属細線17を介して電気的に接続する。
図6(C)を参照して、次に、各ユニット19の封止を行う。具体的には、表面に半導体素子11およびパッド16が貼着されたシート36を、下金型20Bの表面に載置する。そして、上金型20Aと下金型20Bとでキャビティ20Cを形成した後に、封止樹脂12をキャビティ20Cに注入することで、封止を行う。この工程では、半導体素子11の裏面に形成された第2の電極11Bと、パッド16の裏面が、封止樹脂12から露出する構成となる。
図6(D)を参照して、次に、各ユニット19同士の境界にて封止樹脂12を切断することにより、個々の半導体装置10Cを得る。
上記した本形態の半導体装置の製造方法では、半導体素子11を載置させるランドを省いた構成となっている。従って、本形態の製造方法は、内蔵される素子のサイズが変更された場合でも、パッド16が載置される位置を調節するだけで対応することができる。このことから、内蔵される半導体素子に応じてランドを形成していた従来例と比較すると、製造コストを低減させることができる。
(第4の実施の形態)
図7および図8を参照して、本形態の半導体装置10Dおよびその製造方法を説明する。本形態の半導体装置10Dの基本的な構成は、第3の実施の形態にて説明した半導体装置10Cと同様であり、相違点は被覆層15を有する点である。この相違点を中心に以下の説明を行う。
図7(A)および図7(B)を参照して、半導体装置10Dには、周辺にパッド16が内蔵され、このパッド16で囲まれる内側に半導体素子11が配置されている。そして、半導体素子11の表面を被覆する被覆層15は、封止樹脂12の上面から外部に露出している。また、半導体素子11の裏面に設けた第2の電極11Bおよびパッド16の裏面は、封止樹脂12の裏面から露出している。
半導体素子11の表面には、受光素子または発光素子を含む電気回路が形成されている。この受光素子および発光素子の詳細は、上述した第2の実施の形態と同様である。半導体素子11の周辺部は第1の電極11Aが形成されている。第1の電極11Aが形成される領域の半導体素子11の表面は、被覆層15により被覆されない。そして、第1の電極11Aとパッド16とは、金属細線17を介して電気的に接続されている。
図7(C)の裏面図を参照して、封止樹脂12の裏面には、第2の電極11Bとパッド16の裏面が露出する。ここでは、半導体素子11が載置される領域の内部に第2の電極11Bが露出している。更に、第2の電極11Bを囲むようにパッド16の裏面が露出している。
次に、図8を参照して、上述した半導体装置10Dの製造方法を説明する。図8の各図は、各工程を示す断面図である。
図8(A)を参照して、先ず、第1のシート36Aの表面に、各ユニット19を構成する半導体素子11およびパッド16を貼着する。各ユニット19では、中央部付近に半導体素子11が配置され、その半導体素子11を囲むようにパッド16が配置される。半導体素子11は、その裏面に形成された第2の電極11Bが第1のシート36Aの表面に貼着されることで、その位置が固定されている。また、半導体素子11の表面は、被覆層15により被覆されている。
図8(B)を参照して、次に、各ユニット19の半導体素子11とパッド16とを金属細線17により電気的に接続する。
図8(C)を参照して、次に、各ユニット19の封止を行う。具体的には、下金型20Bに半導体素子11が設けられた第1のシート36Aを収納させ、上金型20Aおよび下金型20Bにて形成されるキャビティ20Cに樹脂12を注入する。第2の電極11Bおよびパッド16の裏面は、第1のシート36Aにて保護された状態で封止が行われる。また、被覆層15は、第2のシート36Bにて保護された状態で封止が行われる。
図8(D)を参照して、第1のシート36A、第2のシート36Bから剥がし、分割線21にてダイシングを行うことにより、個別の半導体装置が製造される。
(第5の実施の形態)
本形態では、図9から図13を参照して、フレーム22を用いて多数個の半導体装置を製造する製造方法を説明する。尚、本形態の製造方法は、上述した各実施の形態に適用可能である。
図9を参照して、先ず、フレーム22を用意する。図9(A)はフレーム22の全容を示す平面図であり、図9(B)はフレーム22に形成されるブロック23の一つを拡大した平面図である。
図9(A)を参照して、フレーム22は、銅を主材料とする板状のシートであり、打ち抜き加工またはエッチング加工等により形成されている。
フレーム22には、複数のブロック23が形成されている。ここでは、5個のブロック23が所定の距離で離間されて列状に配置されている。各ブロック23の間には、スリット24が形成されている。このスリット24を設けることにより、モールド工程時の熱応力を吸収することができる。フレーム22の長手方向の周辺部には、フレーム22を貫通して設けられたガイドホール25が形成されている。このガイドホール25は、各工程にてフレーム22の位置を調整する際に用いられる。
図9(B)を参照して、ブロック23の詳細を説明する。ブロック23の内部には、格子状に連結部が延在して各ユニット19を形成している。具体的には、第1の連結部28が、紙面上にて横方向に等間隔に延在している。更に、第2の連結部29は、紙面上にて垂直方向に延在している。そして、これらの連結部により囲まれるユニット19の内部に、半導体素子11の載置領域26が規定されている。ユニット19の外周部に位置する第1の連結部28および第2の連結部29からは、内側に向かって複数個のリード27が延在している。
載置領域26の大きさは、載置予定の半導体素子11のサイズが数種類有る場合は、その中で最もサイズが大きい半導体素子11に対応した大きさにするのが好適である。載置領域26と同等以下のサイズの半導体素子11であれば共通のフレームで実装が可能となる。
図10(A)および図10(B)を参照して、フレーム22の全体がシート36に貼り付けられることにより、リード27の裏面もシート36に貼り付けられている。そして、各ユニット19の内部にて、半導体素子11がシート36の表面に貼着される。ここでは、半導体素子11の裏面に形成された第2の電極11Bが、シート36の表面に貼着される。また、裏面に電極を具備しない半導体素子11に於いては、素子の裏面が直にシート36の表面に貼着される。
図11を参照して、次に、各ユニット19の半導体素子11とリード27とを電気的に接続する。ここでは、半導体素子11の上面に設けた第1の電極11Aと、リード27とを金属細線17を介して電気的に接続している。
図12を参照して、次に、半導体素子11の封止を行う。図12(A)は本工程を示す断面図であり、図12(B)は封止された後の状態を示す平面図である。
図12(A)を参照して、ここでは、上金型20Aおよび下金型20Bで形成されるキャビティ20Cに樹脂を注入することで、半導体素子11の封止を行っている。具体的には、下金型20Bの上面にシート36を載置して、上金型20Aと下金型20Bとを噛み合わせることにより、1つのブロック23内の複数個のユニット19を、1つのキャビティ20Cに収納させる。次に、キャビティ20Cに封止樹脂12を封入させることにより、半導体素子11の封止を行う。ここでは、半導体素子11の裏面に形成された第2の電極11Bと、リード27をシート36に貼り付けた状態で封止を行っている。従って、第2の電極11Bとリード27とは、封止樹脂12の下面から外部に露出する。
図12(B)を参照して、各ブロック23は、1つの一体化した封止樹脂12により被覆されている。また全てのブロック23を一体にモールドすることも可能である。しかしながら、モールド後に全体の反りが発生する等の問題がある。
図13の断面図を参照して、次に、各ユニット19の分割線21に沿ってダイシングを行う。また、この工程は、樹脂封止された各ブロック23を、フレーム22から分離させてから行っても良い。
(第6の実施の形態)
本実施の形態では、図14から図16を参照して、他の形態の半導体装置10Eおよびその製造方法を説明する。
先ず、図14を参照して、半導体装置10Eの構成を説明する。図14(A)は半導体装置10Eの斜視図であり、図14(B)はその断面図であり、図14(C)は裏面図である。また、図14(D)は他の形態の半導体装置10Eの断面図である。
図14(A)から図14(C)を参照して、半導体装置10Eの主たる外形を成す封止樹脂12の表面からは被覆層15が露出している。更に、被覆層15が露出する面に対向する面の封止樹脂12からは、外部端子を構成するパッド16の裏面および第2の電極11Bが露出している。
半導体素子11の表面には、受光部または発光部を有する電気回路が形成されている。更に、電気回路が形成された半導体素子11の表面は、被覆層15により被覆されている。また、半導体素子11の周辺部には、第1の電極11Aが形成されている。第1の電極11Aとパッド16とは、金属細線17を介して電気的に接続されている。半導体素子11の表面に形成された電気回路と、裏面に形成された第2の電極11Bとは、貫通電極13を介して電気的に接続されている。また、半導体素子11の裏面には、接着樹脂35が形成されている。この接着樹脂35は、金属材料の表面に半導体素子11を固定させるために用いられるものである。このことから、接着樹脂35を省いて全体を構成することも可能である。
第2の電極11Bとパッド16の裏面は、封止樹脂12の下面から露出している。封止樹脂12の下面は全面的にレジスト30により被覆されており、このレジスト30に形成された開口部から、第2の電極11Bとパッド16の裏面が露出している。更に、露出する第2の電極11Bとパッド16の裏面には、半田等のロウ材を付着させた半田電極31が形成されている。
エッチングにより形成されるパッド16の側面は、内側に湾曲する形状となっている。この形状により、パッド16と封止樹脂12との機械的な結合が確保されている。
図14(C)を参照して、他の形態の半導体装置10Eの構成を説明する。ここでは、半導体素子11の表面を被覆する被覆樹脂15を省いた構成が実現されている。従って、封止樹脂12から露出する構成要素は、第2の電極11Bおよびパッド16の裏面のみである。このことから、この図に示す半導体装置は、耐湿性に優れている。
次に、図15および図16を参照して、上述した半導体装置10Eの製造方法を説明する。図15および図16の各図は、各構成を示す断面図である。
図15(A)を参照して、先ず、銅などの金属から成る導電箔32を用意して、パッド16等の導電パターンとなる領域に対応する導電箔32の表面をレジスト33で被覆する。次に、導電箔32の表面からウエットエッチングを行うことにより、導電箔の表面に分離溝34を形成する。本工程では、第1の分離溝34Aおよび第2の分離溝34Bを形成する。第1の分離溝34Aは、パッド16等の導電パターン同士を分離させる分離溝である。それに対して第2の分離溝34Bは、半導体装置に内蔵される半導体素子11が底部に配置される分離溝である。このことから、第2の分離溝34Bの平面的な大きさは、この部分に載置予定の半導体素子11よりも大きく形成される。
図15(B)を参照して、次に、第2の分離溝34Bに半導体素子11を載置して、半導体素子11とパッド16とを電気的に接続する。半導体素子11は、接着樹脂35を介して、第2の分離溝34Bの底面に貼着される。ここでは、半導体素子11の裏面に形成された第2の電極11Bが、第2の分離溝34Bの底面に当接させている。このことにより、導電箔32の裏面を除去する後の工程にて、第2の電極11Bを外部に露出させることができる。半導体素子11の周辺部に形成された第1の電極11Aとパッド16の表面とは、金属細線17を介して電気的に接続される。尚、接着樹脂35を用いずとも半導体素子11の固定が行える場合は、接着樹脂35を省いても良い。
図15(C)を参照して、次に、半導体素子11が被覆されるように導電箔32の表面に封止樹脂12を形成する。ここでは、上金型20Aおよび下金型20Bを用いたモールドを行っている。具体的には、下金型20Bの表面に導電箔32を載置する。次に、上金型20Aおよび下金型20Bを噛み合わせることにより、キャビティ20Cに半導体素子11を収納させる。次に、キャビティ20Cに封止樹脂12を封入させることにより、半導体素子11を封止する。半導体素子11を被覆する被覆層15の上面は、上金型20Aの内壁に貼り付けられたシート36により、保護された状態で封止が行われる。
図16(A)を参照して、前工程にて樹脂封止が行われた状態の断面図を示す。第1の分離溝34Aおよび第2の分離溝34Bには、封止樹脂12が充填される。そして、シート36により保護された被覆層15の表面は、封止樹脂12から外部に露出している。尚、接着樹脂35を省いた工程を行った場合は、半導体素子11の下部にも、封止樹脂12が充填される。
図16(B)を参照して、分離溝34に充填された封止樹脂12が露出するまで、導電箔32を裏面から除去する。このことにより、各パッド16が電気的に分離する。更に、第2の分離溝34Bに充填された封止樹脂12および接着樹脂35も裏面から露出する。また、半導体素子11の裏面に形成された第2の電極11Bは、接着樹脂35から外部に露出している。尚、接着樹脂35を省いた工程の場合は、封止樹脂12から、第2の電極11Bが露出する構成となる。
図16(C)を参照して、次に、パッド16等が露出する面の封止樹脂12に、レジスト30を形成する。更に、レジスト30の開口部から露出する第2の電極11Bの裏面およびパッド16に、外部電極を形成する。その後に、分割線21の部分にて封止樹脂12を分離することにより、半導体装置10Eを得る。
本発明の第1の実施の形態の半導体装置を説明する斜視図(A)、断面図(B)、裏面図(C)、断面図(D)、断面図(E)である。 本発明の第1の実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図(A)−(D)である。 本発明の第2の実施の形態の半導体装置を説明する斜視図(A)、断面図(B)、裏面図(C)である。 本発明の第2の実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図(A)−(C)である。 本発明の第3の実施の形態の半導体装置を説明する斜視図(A)、断面図(B)、裏面図(C)である。 本発明の第3の実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図(A)−(D)である。 本発明の第4の実施の形態の半導体装置を説明する斜視図(A)、断面図(B)、裏面図(C)である。 本発明の第4の実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図(A)−(D)である。 本発明の第5の実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する平面図(A)、平面図(B)である。 本発明の第5の実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図(A)、平面図(B)である。 本発明の第5の実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図(A)、平面図(B)である。 本発明の第5の実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図(A)、平面図(B)である。 本発明の第5の実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図である。 本発明の第6の実施の形態の半導体装置を説明する斜視図(A)、断面図(B)、裏面図(C)、断面図(D)である。 本発明の第6の実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図(A)−(C)である。 本発明の第6の実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する断面図(A)−(C)である。 従来の半導体装置を説明する平面図(A)、断面図(B)である。 従来の半導体装置を説明する斜視図(A)、断面図(B)である。
符号の説明
10A〜10E 半導体装置
11 半導体素子
12 封止樹脂
13 貫通電極
14 外部電極
15 被覆層
16 パッド
17 金属細線
19 ユニット
20A 上金型
20B 下金型
21 分割線
22 フレーム
23 ブロック
24 スリット
25 ガイドホール
26 載置領域
27 リード
28 第1の連結部
29 第2の連結部
30 レジスト
31 半田電極
32 導電箔
33 レジスト
34A 第1の分離溝
34B 第2の分離溝
35 接着樹脂
36 シート

Claims (25)

  1. 電気回路が一主面に形成され、前記一主面に対向する他の主面に前記電気回路と電気的に接続された電極が設けられた半導体素子と、
    前記電極を露出させて前記半導体素子を被覆する封止樹脂とを具備することを特徴とする半導体装置。
  2. 受光部または発光部を含む電気回路が一主面に形成され、前記一主面に対向する他の主面に前記電気回路と電気的に接続された電極が設けられた半導体素子と、
    前記一主面を被覆する被覆層と、
    前記電極および前記被覆層を露出させて、前記半導体素子と前記被覆層との境界を被覆する被覆樹脂とを具備することを特徴とする半導体装置。
  3. 前記半導体素子の前記電気回路と前記電極とは、前記半導体素子を厚み方向に貫通して接続されることを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導体装置。
  4. 前記被覆層は、前記受光部が受光する光または前記発光部が発光する光に対して透明な材料から成ることを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
  5. 一主面およびそれに対向する他の主面の両方に、内蔵された電気回路と電気的に接続された第1の電極および第2の電極を有する半導体素子と、
    接続手段を介して前記第1の電極と電気的に接続される導電部材と、
    前記第2の電極および前記導電部材の両方を露出させた状態で前記半導体素子を封止する封止樹脂とを具備することを特徴とする半導体装置。
  6. 一主面およびそれに対向する他の主面の両方に、前記一主面に形成されて受光部または発光部を含む電気回路と電気的に接続された第1の電極および第2の電極を有する半導体素子と、
    接続手段を介して前記第1の電極と電気的に接続される導電部材と、
    前記一主面を被覆する被覆層と、
    前記被覆層、前記第2の電極および前記導電部材を露出させた状態で前記半導体素子を封止する封止樹脂とを具備することを特徴とする半導体装置。
  7. 前記半導体素子の前記電気回路と前記第2の電極とは、前記半導体素子を厚み方向に貫通して接続されることを特徴とする請求項5または請求項6記載の半導体装置。
  8. 前記封止樹脂は、前記第2の電極を外部に露出させた状態で、前記半導体素子の他の主面を被覆することを特徴とする請求項5記載の半導体装置。
  9. 前記第2の電極と前記導電部材とは、前記封止樹脂の同一の面から露出することを特徴とする請求項5または請求項6記載の半導体装置。
  10. 前記導電部材は、前記半導体素子を囲むように配置されることを特徴とする請求項5または請求項6記載の半導体装置。
  11. 前記被覆層は、前記受光部が受光する光または前記発光部が発光する光に対して透明な材料から成ることを特徴とする請求項6記載の半導体装置。
  12. 半導体素子の電極が形成された主面を、シートの表面に貼り付ける工程と、
    前記シートの表面に封止樹脂を形成し、前記電極を前記封止樹脂から露出させた状態で前記半導体素子を被覆する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  13. 半導体素子およびそれに一端が接近する導電部材を、シートの表面に貼り付ける工程と、
    前記半導体素子の表面に設けられた電極と前記導電部材とを電気的に接続する工程と、
    前記シートの表面に封止樹脂を形成し、前記導電部材を前記封止樹脂から露出させた状態で前記半導体素子を被覆する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  14. 複数個の前記半導体素子を前記シートに貼り付けて、
    前記封止樹脂を形成した後に、前記封止樹脂を分離することで各前記半導体素子を分離することを特徴とする請求項12または請求項13記載の半導体装置の製造方法。
  15. 前記半導体素子は離間されてマトリックス状に配置されることを特徴とする請求項12または請求項13記載の半導体装置の製造方法。
  16. 前記電極を前記半導体素子の前記主面から突出させ、
    突出する前記電極を前記シートに貼り付けた状態で前記封止樹脂を形成することで、前記電極を前記封止樹脂から露出させた状態で、前記半導体素子の前記主面を前記封止樹脂で覆うことを特徴とする請求項12または請求項13記載の半導体装置の製造方法。
  17. 前記半導体素子の一主面には受光部または発光部を含む電気回路が形成され、
    前記一主面を被覆する被覆層の上面を前記シートとは異なるシートにて被覆した状態で前記封止樹脂による封止を行い、
    前記被覆層を前記封止樹脂から露出させることを特徴とする請求項12または請求項13記載の半導体装置の製造方法。
  18. 前記半導体素子は、一主面およびそれに対向する他の主面の両方に、内蔵された電気回路と電気的に接続された第1の電極および第2の電極を有し、
    前記第1の電極は接続手段を介して前記導電部材と電気的に接続され、
    前記第2の電極は、前記シートに貼り付けられた状態で封止されることで前記封止樹脂から露出することを特徴とする請求項12または請求項13記載の半導体装置の製造方法。
  19. 半導体素子が載置される予定の載置領域に一端が接近するように配置された複数のリードから構成されるユニットが複数個形成されたフレームを用意する工程と、
    前記フレームをシートの表面に貼着し、前記載置領域に対応する領域の前記シートの表面に前記半導体素子を貼着する工程と、
    前記半導体素子と前記リードとを電気的に接続する工程と、
    前記半導体素子および前記リードが封止されるように前記シートの表面に封止樹脂を形成する工程と、
    前記各ユニットの外周部の前記封止樹脂を切断することにより各前記ユニットを分離することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  20. 前記フレームには、マトリックス状に配置された複数個の前記ユニットから成るブロックが、列状に複数個が配置されることを特徴とする請求項19記載の半導体装置の製造方法。
  21. 前記リードは、格子状に延在する第1の連結部および第2の連結部から、前記載置領域に接近するように延在することを特徴とする請求項19記載の半導体装置の製造方法。
  22. 前記半導体素子の一主面には受光部または発光部を含む電気回路が形成され、
    前記一主面を被覆する被覆層の上面を前記シートとは異なるシートにて被覆した状態で前記封止樹脂による封止を行い、
    前記被覆層を前記封止樹脂から露出させることを特徴とする請求項19記載の半導体装置の製造方法。
  23. 前記半導体素子は、一主面およびそれに対向する他の主面の両方に、内蔵された電気回路と電気的に接続された第1の電極および第2の電極を有し、
    前記第1の電極は、接続手段を介して前記導電部材と電気的に接続され、
    前記第2の電極は、前記シートに貼り付けられた状態で封止されることで前記封止樹脂から露出することを特徴とする請求項19記載の半導体装置の製造方法。
  24. 第1の分離溝と、載置予定の半導体素子よりも平面的に大きく形成される第2の分離溝と、前記両分離溝が形成されることにより凸状に厚み方向に突出したパッドが表面に形成された導電箔を用意する工程と、
    一主面およびそれに対向する他の主面の両方に、内蔵された電気回路と電気的に接続された第1の電極および第2の電極を有する前記半導体素子を、前記第1の電極が前記第2の分離溝の底部に当接するように、前記第2の分離溝に配置する工程と、
    前記半導体素子の上面に位置する第2の電極と、前記パッドとを電気的に接続する工程と、
    前記半導体素子が封止され且つ前記分離溝が充填されるように封止樹脂を形成する工程と、
    前記分離溝に充填された前記封止樹脂および前記半導体素子の前記第1の電極が露出するまで、前記導電箔を裏面から除去する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  25. 前記半導体素子の一主面には受光部または発光部を含む電気回路が形成され、
    前記一主面を被覆する被覆層の上面を前記シートとは異なるシートにて被覆した状態で前記封止樹脂による封止を行い、
    前記被覆層を前記封止樹脂から露出させることを特徴とする請求項24記載の半導体装置の製造方法。
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