JP2006237411A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】認識マークなどを食刻したモールド樹脂面に粘着剤の付着がない半導体装置を装置自体に悪影響を及ぼすことなく容易に製造する。
【解決手段】複数の半導体素子２を配線基板１上に実装した後にモールド樹脂５で一括封止する工程と、前記モールド樹脂５の表面に半導体装置ごとのマーク１０をレーザー光により食刻する工程と、食刻後の半導体装置集合体１００のモールド樹脂面５に粘着テープ１１を貼り付けて装置個片に分割する工程とを行う半導体装置の製造方法において、食刻後の半導体装置集合体１００に、分割に先立って、モールド樹脂５中に含まれる離型性成分を樹脂表面に表出させる加熱処理を施す。これによれば、モールド樹脂５表面に存在する離型性成分が食刻によって除去されても、加熱処理によって樹脂中から新たに補充されるので、食刻領域とその周囲領域とにおける離型性成分が均等化され、粘着テープ１１からの粘着剤の付着が抑制される。
【選択図】 図３

Description

本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特に複数の半導体装置を碁盤状に整列させた半導体装置集合体を経て個片の半導体装置を製造する技術に関する。

セラミック基板や樹脂基板を用いて半導体装置を製造する場合、複数の半導体装置を碁盤状に整列させた半導体装置集合体、つまり複数の半導体素子を配線基板上に単体でまたはチップ型受動部品と共にマトリクス状に実装して一括樹脂封止した半導体装置集合体を作製し、それを半導体装置個片に分割する工法をとることが多くなってきた。半導体装置集合体は、複数の半導体装置を一体に扱えるため、加工時間の短縮、組み立て工法の合理化、搬送時間短縮化、管理コストの低減などのさまざまなメリットがある。

各半導体装置には、個片への分割後に、モールド樹脂の表面にレーザー光やインクを用いて認識マークや製品名称や製造日（以下、単にマークという）を印字している。しかし装置個片が小さくなってきたことから、１つの半導体装置集合体に大量に配列されている場合に、特に装置個片が点対称や線対称の形状を有する場合に、分割後の装置個片の取り扱いや再配列に多大な時間がかかるようになってきたため、印字を分割後の装置個片に対してではなく分割前の半導体装置集合体に対して行うようになってきた。各半導体装置の向きや間隔が揃っているため、印字時間の大幅な短縮と歩留り向上を実現できるからである。

この場合、半導体装置集合体のモールド樹脂表面をたとえばレーザー光により食刻した後、そのモールド樹脂面を粘着テープに貼り付け、その状態で半導体装置集合体を半導体ウエハのダイシングにも用いられているダイサーなどによって装置個片に分割する。セラミック基板のように高硬度な基板を用いていてダイシングに時間を要する場合は、装置個片の領域の外周に沿う溝をモールド樹脂側にレーザー光により形成した後、セラミック基板に同様の溝を基板厚みの約半分の深さでダイシングし、これらの溝を利用して機械式ブレイキングにより個片に分割する。この方法によれば、ダイシングのみによる個片分割と比べて分割時間が約半分ですみ、生産コストも安くなる。分割した装置個片は、ピッカーと呼ばれる装置を使用して粘着テープから引き剥がして回収する（たとえば特許文献１）。
特開平１１−６８００４公報

しかしながら、上述した従来の半導体装置の製造方法では、装置個片を粘着テープから引き剥がす際に、モールド樹脂表面に食刻されたマークやブレイキング用の溝に粘着テープの粘着剤が付着してしまう。これは、レーザー光によって食刻することで樹脂面が物理的に凹凸状の粗雑な面になること、それによって実質面積が投影面積よりも広くなること、さらにはモールド樹脂中に封止金型などとの離型性を向上させるために添加されているワックス成分が食刻部分では除去されてしまい、著しく少なくなることなどが原因である。

最近のモールド樹脂は、内部に包埋した半導体素子に対する応力を緩和するために、シリコーン樹脂などの低弾性材料が添加されていることが多い。シリコーン樹脂は離型性を有しているので、ワックス成分に加えて存在させることで離型性を向上させるという意図もある。しかしこのような離型性を有した樹脂成分も、レーザー光による食刻で飛散してしまう。その結果、レーザー光の当たった食刻領域と当たらない周辺領域とで表面の離型性成分量がさらに大きく相違し、食刻部分への粘着剤の付着を来たすことになる。

そのため、粘着剤が付着した製品を流出させないように、分割された半導体装置の全数を実体顕微鏡で外観検査し、粘着剤が検出されたらアルコール等の溶剤で除去するなどしているのが現状であり、膨大な労力とコストを要している。

本発明は、上記問題に鑑み、マーク等を食刻したモールド樹脂面に粘着剤の付着がない半導体装置を装置自体に悪影響を及ぼすことなく容易に製造することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法は、複数の半導体素子を配線基板上に整列して実装した後にモールド樹脂で一括封止して、前記複数の半導体素子の各々に対応する半導体装置が並んだ半導体装置集合体を作製する工程と、前記モールド樹脂の表面に半導体装置ごとのマークをレーザー光により食刻する工程と、食刻後の半導体装置集合体をモールド樹脂面において粘着材に貼り付けて装置個片に分割する工程とを行う半導体装置の製造方法において、食刻後の半導体装置集合体に、分割に先立って、モールド樹脂中に含まれる離型性成分を樹脂表面に表出させる加熱処理を施すことを特徴とする。これによれば、モールド樹脂表面に存在する離型性成分が食刻によって除去されても、加熱処理によって樹脂中から新たに補充されるので、食刻領域とその周囲領域とにおける離型性成分の均等化され、粘着材上の粘着剤が付着しにくくなる。

レーザー光による食刻工程において、半導体装置の個片領域を区分する溝をモールド樹脂表面に食刻してもよい。これにより個々の半導体装置をブレイキングにより容易に分割可能となる。この場合も食刻領域に加熱処理によって離型性成分が補充されるので、粘着剤の付着が抑制される。

本発明の半導体装置集合体は、複数の半導体素子を配線基板上に整列して実装し、モールド樹脂で一括封止した半導体装置集合体において、前記モールド樹脂の表面に前記複数の半導体素子の各々に対応する半導体装置ごとのマークが食刻され、食刻後の樹脂表面に加熱処理によって樹脂中の離型性成分が表出されたことを特徴とする。

また、モールド樹脂の表面にさらに、半導体装置の個片領域を区分する溝が食刻されていることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、上記した半導体装置集合体より個片に分割されたことを特徴とする。

本発明によれば、モールド樹脂にマーク等を食刻した半導体装置集合体に対して、モールド樹脂中に含まれる離型性成分を樹脂表面に表出させる加熱処理を施すことにより、食刻領域とその周囲領域とにおける離型性成分量を均等化して、装置個片への分割の際に貼り付ける粘着材からの粘着剤の付着を抑制できる。よって、従来実施していた全数外観検査は不要になり、生産性の大幅な向上と生産コストの低減を図ることができる。従来法に、離型性成分を樹脂表面に表出させる加熱処理を加えるだけなので容易であり、装置自体に悪影響を及ぼすこともない。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態における半導体装置集合体の断面図、図２は同半導体装置集合体の斜視図である。

図１および図２において、半導体装置集合体１００は、マトリックス型基板１に碁盤目状に配列された個片基板領域のそれぞれに半導体素子２を金属材料を含んだ接着剤３により搭載し、各半導体素子２を同じ個片基板領域に金属ワイヤー４で電気的に接続し、マトリックス型基板１の素子搭載面の全面をモールド樹脂５で一括封止した構造であり、個片基板領域上の半導体素子２と金属ワイヤー４とモールド樹脂５とが個別の半導体装置となる。個片基板領域には、図示したように半導体素子２を単体で搭載していてもよいし、他の半導体素子や電子部品と共に搭載してもよい。

マトリックス型基板１は、ガラスクロスエポキシ樹脂を基材としていて、個片基板領域のそれぞれに半導体素子２を搭載するダイパッド６と呼ばれる金属ランドと、半導体素子２に金属ワイヤー４を介して接続される金属回路パターン７とが形成されている。ダイパッド６と回路パターン７は基板表面に銅箔で形成されており、これらにビアホール８を介して電気的に接続する外部接続用電極９が基板裏面に銅箔で形成されている。ここではマトリックス基板１は、縦６０ｍｍ×横６０ｍｍ、基板厚み０．２ｍｍであり、その中に１０ｍｍ角の個片基板領域が１０．２ｍｍピッチで５行×５列、計２５個配列されている。

半導体素子２はシリコンおよびガリウム砒素からなり、縦５ｍｍ×横５ｍｍ、厚み２００μｍである。接着剤３は銀を主成分とするエポキシ樹脂系ペーストであり、金属ワイヤー４は２３μｍ直径の金ワイヤーである。

モールド樹脂５はエポキシ樹脂を基材として、樹脂封止の際の成形金型などとの離型性をよくするための離型性成分、例えばオレイン酸アミド、ガルナバワックス、エポキシ変性シリコーンオイル（ポリアルキルアルケニルシロキサン、ポリアルキルシロキサン等）などが添加されたものであり、トランスファーモールド法（印刷工法でもよい）により、半導体素子２，金属ワイヤー４を包埋するように樹脂厚み０．６ｍｍに成形されている。

モールド樹脂５の表面には、半導体装置の個片領域ごとに、認識マーク、製品名称、製造日、製造費などを表わす文字等のマーク１０がレーザー光により凹状に食刻されている
。認識マークは、半導体装置の製造工程またはその半導体装置を搭載する電子機器の製造工程において、外部接続用電極９の１番端子の位置を認識するために記される。食刻されたマーク１０の凹部寸法は、認識マークが０．６ｍｍ直径（通常は円形状の文字である）、深さ１００μｍ、製品名称や製造日が幅１００μｍ、深さ１００μｍである。これらのマーク１０は、従来よりこの種の食刻に用いられている機械設備を使用して食刻される。

上記した半導体装置集合体１００を個別の半導体装置に分割するフローを図３に示す。
図３（ａ）は樹脂封止後の半導体装置集合体を示し、図３（ｂ）はモールド樹脂５の表面にマーク１０が食刻された状態を示している。

このマーク１０が食刻された半導体装置集合体を図３（ｃ）に示すようにオーブン中に入れて加熱処理する。その際にはたとえば、半導体装置集合体をお互いにモールド樹脂面が接触しないように金属製のラックに並べて収納し、金属製のラックごとオーブン中に入れる。オーブンの設定温度は１５０℃、加熱時間は２時間である。

次いで、図３（ｄ）に示すようにモールド樹脂５面においてダイシング用粘着テープ１１に貼り付け、その状態で、図３（ｅ）に示すようにダイサー１２により半導体装置１３の個片に分割する。なおダイシング用粘着テープ１１は有機系テープ基材の全面に紫外線硬化型粘着剤が塗られたもので、接着強度が弱いとダイシング中に個片が脱落することがあるので、高強度の粘着テープが選ばれる。

分割終了後に、図３（ｆ）に示すように粘着テープ１１に紫外線１４を照射して粘着剤を硬化させ、粘着性を低下させたうえで、図３（ｇ）に示すように、内部が真空引きされた金属製コレット１５ａで半導体装置１３の個片を上方向に吸着して引き上げながら、粘着テープ１１下側からは突き上げピン１５ｂと呼ばれる金属棒で個片を押し上げる機構をもつダイスピッカー１５を用いて、粘着テープ１１から半導体装置１３の個片を引き剥がして回収する。

以上のようにして分割することにより、加熱処理を行わない従来工法に比べて、半導体装置１３の個片に粘着テープ１１から移行する粘着剤の付着率が大幅に低下する。つまり、レーザー光での食刻後には、モールド樹脂５中に含まれているワックス成分などの離型性成分（以下、単にワックス成分という）の樹脂表面での存在量が著しく減少するため、食刻部分に粘着剤が付着し易くなるのであるが、加熱処理によって樹脂中から新たなワックス成分の染み出しが起こって樹脂表面を被覆するため、樹脂表面のワックス成分の不均一性が改善され、粘着剤の付着が抑制されるのである。

なお、加熱処理の際には、レーザー光が当たらなかった領域の樹脂表面にも樹脂中からワックス成分の染み出しが起こるが、すでにワックス成分で被覆されているためその量は比較的少ない。加熱温度が高くなるにつれて樹脂中から染み出てくるワックス成分は多くなる傾向にあるが、その量はモールド樹脂５材料により異なる。

半導体装置集合体の表面状態を図４および図５を参照しながら説明する。図４は半導体装置集合体の断面を示す模式図、図５は同半導体装置集合体のモールド樹脂５の表面部分を質量分析したクロマトグラムである。分析方法は電子イオン化法（７０ｅＶ、３００μＡ）を用いた。縦軸は検出された電流値を示しており、検出された最大イオン数を１００にした場合の相対値を表している。横軸は１分間に３２℃の昇温レートで室温から３９０℃まで加熱した時間を表わしている。一般に、縦軸が高いほど検出され物質が多く、右方向に進むほど分子量の大きな物質である場合が多い。

樹脂封止した初期状態では、図４（ａ）に示すようにモールド樹脂５の表面は樹脂中から染み出したワックス成分５ａで均一に被覆されている。図５（ａ）にはワックス成分の存在を示すピークが現れている。

レーザー光での食刻後には、図４（ｂ）に示すように食刻部分５ｂのワックス成分は殆どなくなるか、著しく減少する。つまりレーザー光の当たった部分と当たらなかった部分とでワックス成分５ａが不均一になる。図５（ｂ）ではワックス成分は激減しその存在を示すピークが消失している。

加熱処理後には、図４（ｃ）に示すように、モールド樹脂５中から染み出した新たなワックス成分５ａで樹脂表面は均一に被覆されている。図５（ｃ）ではワックス成分の存在を示すピークが再び現れている。

図６に加熱条件と粘着剤付着発生率との関係を示す。
加熱条件は、加熱温度を２５，１００、１２０、１５０、１７５℃とし、加熱時間を０〜７時間として、粘着剤の付着を調べた。

図示したように、一定の加熱時間では、加熱温度が高いほど粘着剤の付着発生率が低くなっており、１５０℃を超えると発生率の差が殆どなくなっている。これは、食刻部分にある一定量のワックス成分が蓄積されると離型性が発生し、過度のワックス量は必要ないためと考えられる。

また一定の加熱温度では、加熱時間が長くなるにつれて付着発生率が低下し、５時間を越えると付着発生率はほとんど横ばいの状態になっている。これも、食刻部分にある一定量のワックス成分が蓄積されると離型性が発生し、過度のワックス量は必要ないためと考えられる。

ただし、加熱温度が高くなると、外部接続用電極のハンダ濡れ性に関わる表面酸化や新たな金属間化合物形成などの信頼性への影響が懸念され、また加熱時間が長くなると、製品の工程滞留時間が長くなり生産性低下という影響が出てくるので、加熱条件を最適化する必要がある。

上記した半導体装置集合体で加熱温度１５０℃、加熱時間３時間を採用したところ、加熱処理しない従来工法で１０％以上発生していた粘着剤付着が０（ゼロ）になり、従来は実施していた全数外観検査は不要になり、生産性の大幅な向上と生産コストの低減を図ることができた。工程滞留時間を考慮して１５０℃、２時間を採用しても十分である。
（第２の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態における半導体装置集合体の断面図、図８は同半導体装置集合体の斜視図である。

図７および図８に示すように、この半導体装置集合体１０１が第１の実施形態のものと相違するのは、半導体装置集合体を構成しているマトリックス型基板１の基材がセラミックであり、また半導体装置集合体を装置個片に機械式ブレイキングする際の割れの起点とする溝１６がモールド樹脂５の表面にレーザー光により食刻されている点である。ここでは６０ｍｍ×６０ｍｍの半導体装置集合体のモールド樹脂５面に溝１６が１０．２ｍｍピッチで縦方向、横方向それぞれ６本形成されている。

溝１６は装置個片となる領域を区分すべくその外周に沿って形成されており、その断面形状は台形である。ブレイキングを容易にするためには、溝深さは樹脂厚みの半分以上が好ましい。樹脂表面の溝幅は、レーザー光で食刻する際に昇華する樹脂成分を排出するために、溝深さの半分以上が必要である。ここでは表面側で溝幅２００μｍ、底部で溝幅５０μｍ、溝深さ３００μｍである。

上記した半導体装置集合体１０１を個別の半導体装置に分割するフローを図９に示す。
図９（ａ）は樹脂封止後の半導体装置集合体を示し、図９（ｂ）はモールド樹脂５の表面にマーク１０および溝１６が食刻された状態を示している。

このマーク１０および溝１６が食刻された半導体装置集合体を図９（ｃ）に示すようにオーブンで加熱処理し、図９（ｄ）に示すようにモールド樹脂５面においてダイシング用粘着テープ１１に貼り付け、その状態で、図９（ｅ）に示すように基板電極面側を上側にしてダイサー１２で全個片周囲にブレイキング用の切り溝１７を形成する。

溝形成後に、図９（ｆ）に示すように粘着テープ１１に紫外線１４を照射して粘着剤を硬化させ、粘着性を低下させたうえで、図９（ｇ）に示すように、基板裏面側から全体を押し上げて粘着テープから剥がすための治具１８を用いて半導体装置集合体を粘着テープから剥がし、その後にブレイキング用の簡易治具で機械的に割って個片化する。

以上のようにすることにより、セラミックのような硬度な基板材料を用いていても容易に分割することができ、ダイシングのみでの個片分割と比べて加工時間が約半分ですみ、生産コストも安くなる。切り溝１７の深さは基板厚みの約半分が最適である。切り溝１７が浅い場合はブレイキングの際に基板部分が斜めに割れることがあり、深い場合には粘着テープ１１から剥がす時に基板部分が割れることがある。

また加熱処理を行わない従来工法に比べて、半導体装置１３の個片に粘着テープ１１から移行する粘着剤の付着率が大幅に低下する。先に図４および図５を用いて説明したのと同様に、モールド樹脂５の食刻領域に加熱処理によって新たなワックス成分が補充され、樹脂表面のワックス成分の不均一性が改善されるからである。

なおこの構造は、マーク１０のほかにブレイキング用の溝１６があるので、樹脂表面の不均一性が拡大し易く、したがって粘着剤の付着が発生し易い構造であると言える。溝１６は総延長距離が長いため表面積も大きい。また装置個片が小さくなるほど溝本数が増えて表面積の比率は大きくなる。例えば装置個片が１０ｍｍ角の場合には樹脂表面積に対する溝部表面積は１２％であるが、５ｍｍ角の場合には樹脂表面積に対する溝部表面積は２１％に増大する。一般に溝等の凹部の表面積が大きくなるに伴って粘着剤の付着発生率が大幅に高くなる。１０ｍｍ角の装置個片での粘着剤付着発生率は、マーク１０のみがある場合に１０％であったのに対して、ブレイキング用の溝１６が加わったことで２５％に急増した事例もある。このように樹脂表面積に対して溝部表面積が大きくなる装置個片においても、上記したような加熱処理を行うことにより、ワックス成分の不均一性を改善して、粘着剤付着発生率を下げることができる。

図１０に加熱条件と粘着剤の付着発生率との関係を示す。
加熱条件は、加熱温度を２５，１００、１２０、１５０、１７５℃とし、加熱時間を０〜７時間として、粘着剤の付着を調べた。

図示したように、第１の実施形態で説明したのと同様に、一定の加熱時間では、加熱温度が高いほど粘着剤の付着発生率が低くなっており、１５０℃を超えると発生率の差が殆どなくなっている。また一定の加熱温度では、加熱時間が長くなるにつれて付着発生率が低下し、５時間を越えると付着発生率はほとんど横ばいの状態になっている。

上記した半導体装置集合体で加熱温度１５０℃、加熱時間３時間を採用したところ、加熱処理しない従来工法で２５％以上発生していた粘着剤付着が０（ゼロ）になり、従来は実施していた全数外観検査は不要になり、生産性の大幅な向上と生産コストの低減を図ることができた。

本発明は、電子機器に搭載する半導体装置を認識マークや製品名称を付して製造するのに有用である。

本発明の第１の実施形態における半導体装置集合体の断面図 図１の半導体装置集合体の斜視図 図１の半導体装置集合体を個別の半導体装置に分割するフローを示す工程断面図 図１の半導体装置集合体の断面を示す模式図 図１の半導体装置集合体のモールド樹脂の表面部分を質量分析したクロマトグラム 図１の半導体装置集合体を加熱処理した際の加熱条件と粘着剤付着発生率との相関図 本発明の第２の実施形態における半導体装置集合体の断面図 図７の半導体装置集合体の斜視図 図７の半導体装置集合体を個別の半導体装置に分割するフローを示す工程断面図 図７の半導体装置集合体を加熱処理した際の加熱条件と粘着剤付着発生率との相関図

符号の説明

１ マトリックス型基板
２ 半導体素子
５ モールド樹脂
5a ワックス成分
5b 食刻部分
10 マーク
16 溝
100 半導体装置集合体
101 半導体装置集合体

Claims (5)

1. 複数の半導体素子を配線基板上に整列して実装した後にモールド樹脂で一括封止して、前記複数の半導体素子の各々に対応する半導体装置が並んだ半導体装置集合体を作製する工程と、前記モールド樹脂の表面に半導体装置ごとのマークをレーザー光により食刻する工程と、食刻後の半導体装置集合体をモールド樹脂面において粘着材に貼り付けて装置個片に分割する工程とを行う半導体装置の製造方法において、
   食刻後の半導体装置集合体に、分割に先立って、モールド樹脂中に含まれる離型性成分を樹脂表面に表出させる加熱処理を施す半導体装置の製造方法。
2. レーザー光による食刻工程において、半導体装置の個片領域を区分する溝をモールド樹脂表面に食刻する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 複数の半導体素子を配線基板上に整列して実装し、モールド樹脂で一括封止した半導体装置集合体であって、
   前記モールド樹脂の表面に前記複数の半導体素子の各々に対応する半導体装置ごとのマークが食刻され、食刻後の樹脂表面に加熱処理によって樹脂中の離型性成分が表出された半導体装置集合体。
4. モールド樹脂の表面にさらに、半導体装置の個片領域を区分する溝が食刻されている請求項３記載の半導体装置集合体。
5. 請求項３記載の半導体装置集合体より個片に分割された半導体装置。

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