JP2006303029A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】認識マークを別途形成しなくても半導体装置の第１ｐｉｎに対応する端子の位置を認識することができる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体素子２は、搭載パッド部４ｂに実装される。外部電極３ｂおよび搭載パッド部４ｂの上面側には、Ａｇ層３ａ，４ａが形成され、下面側には、Ｓｎ層３ｃ，４ｃが形成される。半導体装置１には、外部電極３ｂと搭載パッド部４ｂのほかに補強パッド７ｂ〜１０ｂを設ける。補強パッド７ｂ〜１０ｂの上面側にはＡｇ層７ａ〜１０ａが形成され、下面側にはＳｎ層７ｃ〜１０ｃが形成される。補強パッド７ｂ〜１０ｂを半導体装置１の底面の４隅の位置に設ける。４つの補強パッド７ｂ〜１０ｂのうち、３つの補強パッド８ｂ〜１０ｂの形状は正方形とし、１つの補強パッド７ｂの形状は直角二等辺三角形とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板と接合する補強電極を備えた半導体装置に関する。

従来、電極ランドの外周側に電極ランドよりも面積が大きい補強用電極ランドを備えた半導体パッケージ装置が知られている。この半導体パッケージ装置では、素子実装後に外力が加わっても、実装接続部分にクラックや断線などの不具合が発生しにくくされている。
特開２００２−３２９８１２号公報

上記特許文献１に開示されている半導体装置の補強用電極ランドは、上下および左右対称である。したがって、半導体装置に認識マークを形成しないと半導体装置の第１ｐｉｎに該当する電極ランドの位置がわからないという問題点がある。

（１）請求項１の発明は、半導体素子と、この半導体素子が電気的に接続され、回路基板と接合するための外部電極と、回路基板と接合するための補強パッドとを備えた平面視矩形形状の半導体装置において、補強パッドは前記底面の４隅に設けられた少なくとも４つの補強パッドであり、４つの補強パッドのうち少なくとも１つの補強パッド（特定補強パッド）の形状を、半導体装置の方向を特定し得るように、他の補強パッドの形状と異なるようにしたことを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１の半導体装置において、半導体素子、外部電極、および補強パッドが樹脂によって封止されて外部電極が底面に露出することを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項２に記載の半導体装置において、半導体素子を実装する実装パッドをさらに備え、外部電極と実装パッドはＮｉまたはＣｕを電鋳にて製作され、この電鋳ＮｉまたはＣｕを介して、半導体装置は基板に半田接合されることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、補強パッドは、半導体装置の直交する２辺とそれぞれが略９０度をなす２つの辺を有する形状であることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項４に記載の半導体装置において、特定補強パッドの形状は略三角形、略五角形および略六角形のうちのいずれかであり、他の３つの補強パッドの形状は略四角形であることを特徴とする。

本発明によれば、半導体装置の底面の４隅に形成された補強パッドのうち１隅に形成された補強パッドの形状がほかの隅に形成された補強パッドの形状と異なるため、この補強パッドを目印にすることによって、認識マークを別途形成しなくても半導体装置の第１ｐｉｎに対応する端子の位置を認識することができる。

本発明による半導体装置の一実施の形態について図１を参照して説明する。図１（ａ）は半導体装置１の裏面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図、図１（ｄ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。

図１において、符号１は平面視矩形形状の半導体装置、２は不図示のボンディング剤により搭載パッド部４の上面に実装された半導体素子である。半導体素子２の外周には外部電極３ｂが配設され、半導体装置１の４隅には補強パッド７ｂ〜１０ｂが配設されている。外部電極４ｂと補強パッド７ｂ〜１０ｂの各上面にはＡｇ層３ａ，７ａ〜１０ａが、各下面にはＳｎ層３ｃ，７ｃ〜１０ｃがそれぞれ形成されている。図１（ａ）には全てのＳｎ層３ｃおよび７ｃ〜１０ｃが示されている。図１（ｂ）〜（ｄ）の断面図に示された外部電極３ｂ、補強パッド７ｂ〜１０ｂ、Ｓｎ層７ｃ〜１０ｃ、Ａｇ層３ａを参照して、以下、実施の形態による半導体装置１を詳細に説明する。

外部電極３ｂ、搭載パッド部４ｂおよび補強パッド７ｂ〜１０ｂはニッケル電鋳（Ｎｉ電鋳）から成り、半導体装置１の底面に設けられている。したがって、この半導体装置１はいわゆるリードレスタイプである。外部電極３ｂおよび搭載パッド部４ｂの上面側には、Ａｇ層３ａ，４ａが形成される。Ａｇ層はワイヤボインディングの接続性改善のために設けられる。一方、外部電極３ｂおよび搭載パッド部４ｂの下面側には、Ｓｎ層３ｃ，４ｃが形成される。Ｓｎ層３ｃ，４ｃは半田濡れ性改善のために設けられる。

外部電極３ｂおよび搭載パッド部４ｂの厚さは５０〜８０μｍであり、Ａｇ層３ａ，４ａの厚さは約２．５μｍであり、Ｓｎ層３ｃ，４ｃの厚さは３〜２０μｍである。

半導体装置１の底面には、その四隅に、外部電極３ｂと搭載パッド部４ｂのほかに補強パッド７ｂ〜１０ｂが設けられている。外部電極３ｂおよび搭載パッド部４ｂと同様に、補強パッド７ｂ〜１０ｂの上面側にはＡｇ層７ａ〜１０ａが形成され、下面側にはＳｎ層７ｃ〜１０ｃが形成されている。したがって、半導体装置１の底面ではＳｎ層７ｃ〜１０ｃが露呈している。

補強パッド７ｂ〜１０ｂの平面視形状は、図１（ａ）に示すように半導体装置１の底面に露呈しているＳｎ層７ｃ〜１０ｃの形状と同様である。４つの補強パッド７ｂ〜１０ｂのうち、３つの補強パッド８ｂ〜１０ｂの形状は正方形であり、１つの補強パッド７ｂの形状は直角二等辺三角形である。つまり、４隅のうちのひとつ隅に設けられた補強パッド７ｂの形状が、ほかの隅に設けられた補強パッド８ｂ〜１０ｂの形状と異なる。

図１（ａ）に示すように、半導体素子２と外部電極３ｂとはＡｕのワイヤ５によって電気的に接続している。半導体素子２、ワイヤ５、外部電極３ｂ、搭載パッド部４ｂおよび補強パッド７ｂ〜１０ｂは、エポキシ樹脂などからなる樹脂６によって封止される。このような半導体装置１は、その底面を半田ペーストが塗布された実装基板上に配設し、リフロー炉で半田をリフローすることにより、Ｓｎ層３ｃ，４ｃ，７ｃ〜１０ｃを介して半田により実装基板上に接合して実装される。

次に、上述した半導体装置１の製造方法について、図２〜図５を参照して説明する。この製造方法は、第１金属層形成工程と、半導体素子実装工程と、樹脂封止工程と、金属板剥離工程と、第２金属層形成工程と、分割工程とを含み、１つの金属板上に複数の半導体装置１を同時に作製する。以下、各工程を工程順に説明する。

（イ）第１金属層形成工程
第１金属層形成工程について、図２（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
図２（ａ）に示すように、可撓性を有する金属板２１の両面にレジスト２２を塗布またはラミネートする。金属板２１は、厚さ約０．１ｍｍの平板状のＪＩＳ規格のＳＵＳステンレス鋼板またはＣｕ板などの金属薄板からなる。次に、アクリルフィルムベースのパターンマスクフィルムを密着させ、紫外線により露光する。そして、現像し、図２（ｂ）に示すように、金属層を形成する部分のレジスト２２を除去する。金属板２１の一方の面には金属層を形成しないので、レジスト２２によって全面が覆われる。次に、Ｈ_２ＳＯ_４−Ｈ_２Ｏ_２やＮａ_２Ｓ_２Ｏ_８などの酸化性溶液により、レジスト２２を除去した部分の金属板２１面のソフトエッチングを行う。そして、硫酸などの酸で酸洗いし、酸活性処理を行う。

次に、酸活性処理を行った金属板２１をＮｉめっき溶液に浸漬して金属板２１に電力を供給して電鋳を行い、Ｎｉ層２３を形成する。次に、Ａｇめっき溶液に金属板２１を浸漬して金属板２１に電力を供給することにより、Ａｇ層２４を形成する。このようにして、図２（ｃ）に示すように、金属板２１に金属層として、パターニングされたＮｉ層２３とＡｇ層２４とを形成する。金属層を形成後、図２（ｄ）に示すように、レジスト２２を金属板２１から剥離する。

（ロ）半導体素子実装工程
半導体素子実装工程について、図２（ｅ）および図３を参照して説明する。
半導体素子２を実装するために、半導体素子２の実装面に不図示のボンディング剤を塗布し、そして図２（ｅ）に示すように、半導体素子２を搭載する。図２では省略しているが、金属板２１には、パターニングされたＮｉ層２３とＡｇ層２４とが複数並列配置されており、それぞれのパターンニングされたＡｇ層２４上に半導体素子２が隣接して搭載される。そして、ワイヤボンディングによって、Ａｇ層２４と半導体素子２とをワイヤ５によって接続する。半導体素子２は複数の端子を備えており、第１端子３２が基準端子位置となる。

図３に示すように、直角二等辺三角形形状の補強パッドのＡｇ層７ａに隣接する位置にある外部電極のＡｇ層３１と半導体素子２の第１端子３２とをワイヤ５で接続するように、半導体素子２が実装パッド部４ｂに搭載される。このように直角二等辺三角形形状の補強パッド7ｂを目印として半導体素子２の第１端子３２とＡｇ層３１を接続することによって、半導体装置１の第１ｐｉｎは、図１（ａ）の補強パッド７ｂの下側にある外部電極３ｂのＳｎ層３ｃとなり、第１ｐｉｎの位置を補強パッドの位置から認識することができる。

（ハ）樹脂封止工程
樹脂封止工程について、図２（ｆ）および図４を参照して説明する。
樹脂封止工程では、図２（ｆ）に示すように半導体素子２、ワイヤ５、Ｎｉ層２３およびＡｇ層２４を樹脂６によって封止する。樹脂封止は次のようにして行う。図４に示すように、金属板２１の半導体素子２が実装などされている面に金型４１を被せる。そして、樹脂６を金型４１内に注入し、金属板２１に実装された複数の半導体素子２などを一括に封止する。この樹脂封止工程では、金型４１は上型の役割を果たし、金属板２１は下型の役割を果たす。

（ニ）金属板剥離工程
金属板剥離工程について、図５（ａ）を参照して説明する。
樹脂６による封止が完了した後は、図５（ａ）に示すように、Ｎｉ層２３や樹脂６から金属板２１を剥離する。金属板２１は可撓性を有するので、容易に剥離することができる。この金属板２１を剥離したものを以下、樹脂封止体５０と呼ぶ。

（ホ）第２金属層形成工程
第２金属層形成工程について、図５（ｂ）を参照して説明する。
樹脂封止体５０をＳｎめっき溶液に浸漬し、剥離面５１に電力を供給して、図５（ｂ）に示すように、樹脂封止体５０の剥離面５１にパターニングされたＳｎ層５２を形成する。

（ヘ）分割工程
分割工程について、図５（ｂ），（ｃ）を参照して説明する。
図５（ｂ）の点線５３に沿って、ダイヤモンドブレード・ダイシング法で樹脂封止体５０をダイシングする。そして、図５（ｃ）に示すように、一つの樹脂封止体５０が分割され、半導体装置２が完成する。

このようにして製作された個々の半導体装置１を回路基板６１上に実装する実装工程について、図６を参照して説明する。
回路基板６１の表面にＳｎ−Ｐｂからなるクリーム半田が印刷され、その上に半導体装置１が搭載される。そして、回路基板６１をリフロー炉に通して熱処理すると半田クリームは焼成され、図６に示すように、半導体装置１と回路基板６１とは半田６２を介して接続される。半導体装置１と回路基板６１とは、外部電極３ｂの下面側に形成されたＳｎ層３ｃのみならず、補強パッド８ｂ，９ｂの下面側に形成されたＳｎ層８ｃ，９ｃにおいても接続される。つまり、半導体装置１は回路基板６１と外部電極３ｂのみならず補強パッド８ｂ，９ｂにおいても接続される。したがって、半導体装置１と回路基板６１との間の熱膨張の差によって発生する熱ストレスや、半導体装置１を実装した回路基板６１が曲げられることによるストレスによっても、半導体装置１は回路基板６１からはがれにくくなる。

以上の実施形態による半導体装置の製造方法は次のような作用効果を奏する。
（１）補強パッド７ｂ〜１０ｂは半導体装置１の底面の４隅に形成されているので、半導体装置１と回路基板６１との間の熱膨張の差によって発生する熱ストレスや半導体装置１を実装した回路基板６１が曲げられることによるストレスによっても半導体装置１は回路基板６１からはがれない。
（２）半導体装置１の底面の４隅に形成された補強パッド７ｂ〜１０ｂのうち１つの補強パッド７ｂの形状はほかの補強パッド８ｂ〜１０ｂの形状と異なるようにした。そのため、認識マークを別途形成することなく、補強パッド７ｂを目印にすることによって、半導体装置の第１ｐｉｎに対応する端子の位置を認識することができる。たとえば、実装工程において、半導体装置の裏面をカメラで撮像し、その画像から半導体装置の向きを認識する際に、効果的である。
（３）補強パッド７ｂ〜１０ｂは半導体素子２を搭載する前に形成されている。したがって、補強パッド７ｂ〜１０ｂを目印にすることによって、半導体素子実装工程においても半導体素子２を搭載する向きを間違えることはない。これも、金属板２１を上方からカメラで撮影し、画像処理により半導体素子の向きを補正する際に有効である。

以上の実施の形態の半導体装置１を次のように変形することができる。
（１）半導体装置１の底面の４隅に形成された補強パッド７ｂ〜１０ｂのうち、補強パッド７ｂの形状を直角二等辺三角形とした。本発明による半導体装置の方向を認識する機能を有する補強パッド７ｂは、半導体装置１の縦方向および横方向のストレスに抗することができる２辺を備えた形状、つまり、略正方形または略長方形の形状である半導体装置１の相互に略９０度をなす２辺に平行な辺を備えた形状であれば、補強パッドの形状は直角二等辺三角形に限定されない。

たとえば、略三角形でもよいし、図７のＳｎ層７１ｃが示すように、上記２辺以の部分は円弧の形状でもよい。また、図８のＳｎ層８１ｃが示すように、補強パッドの形状は三角形ではなく略５角形でもよいし、図９のＳｎ層９１ｃが示すように、補強パッドの形状は略６角形でもよい。同様に、そのほかの隅に形成された補強パッド７ｂ〜１０ｂの形状も、半導体装置１の縦方向および横方向のストレスに抗することができる２辺を備えた形状、つまり、略正方形または略長方形の形状である半導体装置１の相互に略９０度をなす２辺に平行な辺を備えた形状であれば、正方形に限定されない。たとえば、略四角形でもよい。

（２）外部電極３ｂ、搭載パッド部４ｂおよび補強パッド７ｂ〜１０ｂは電鋳Ｎｉであったが、導電性を有する金属であればＮｉに限定されない。たとえば、電鋳Ｃｕを用いてもよい。

（３）半導体素子２、外部電極３ｂ、搭載パッド部４ｂおよび補強パッド７ｂ〜１０ｂが樹脂によって封止されている半導体装置１以外に、一般的によく知られているリードフレームタイプのパッケージ、セラミックパッケージ、ガラエポ基板などを用いたＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）などのパッケージにも本発明は適用できる。

（４）外部電極３ｂ、搭載パッド部４ｂおよび補強パッド７ｂ〜１０ｂの下面側にＳｎ層３ｃ，４ｃ，７ｃ〜１０ｃを形成しているが、半田６２と外部電極３ｂなどとを接続できるようにするための金属層であれば、Ｓｎ層３ｃ，４ｃ，７ｃ〜１０ｃに限定されない。たとえば、Ａｕ層やＳｎ−Ｐｂ層、Ｓｎ−Ａｇ層、Ｓｎ−Ｃｕ層、Ｓｎ−Ｂｉ層などを形成してもよい。また、半田６２を直接、外部電極３ｂ、搭載パッド部４ｂおよび補強パッド７ｂ〜１０ｂに接続できる場合は、Ｓｎ層３ｃ，４ｃ，７ｃ〜１０ｃを形成しなくてもよい。

（５）外部電極３ｂ、搭載パッド部４ｂおよび補強パッド７ｂ〜１０ｂの上面側にＡｇ層３ａ，４ａ，７ａ〜１０ａを形成しているが、ワイヤ５と外部電極３ｂとを接続できるようにするための金属層であれば、Ａｇ層３ａ，４ａ，７ａ〜１０ａに限定されない。たとえば、Ａｕ層を形成してもよい。また、ワイヤ５を直接、外部電極３ｂに接続できる場合は、Ａｇ層３ａ，４ａ，７ａ〜１０ａを形成しなくてもよい。

（６）以上の実施の形態では、半導体素子２と外部電極３ｂをワイヤ５で接続したが、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すようにハンダバンプ１０１でフリップチップ接続してもよい。ハンダバンプ１０１でフリップチップ接続する場合は、搭載パッド部４ｂを設けず、外部電極３ｂと補強パッド７ｂ〜１０ｂのみ設けることとなる。ワイヤ５を用いて接続する場合に比べて、半導体装置１００をさらに低背化、小型化することができる。
（７）以上の実施の形態では、外部電極３ｂ、搭載パッド部４ｂおよび補強パッド７ｂ〜１０ｂの厚さは５０〜８０μｍであり、Ａｇ層３ａ，４ａ，７ａ〜１０ａの厚さは約２．５μｍであり、Ｓｎ層３ｃ，４ｃ，７ｃ〜１０ｃの厚さは３〜２０μｍであったが、実施の形態には限定されない。

（８）半導体装置１の底面の４隅にそれぞれ１つの補強パッド７ｂ〜１０ｂが設けられているが、４隅の少なくとも１隅に２つ以上の補強パッドを設けてもよい。また、１隅にある２つ以上の補強パッドのそれぞれが半導体装置１の縦方向および横方向のストレスに抗するようにしてもよいし、１隅にある２つ以上の補強パッドのうちひとつは半導体装置１の縦方向のストレスに抗するようにし、他のひとつは横方向のストレスに抗するようにしてもよい。

図１（ａ）は半導体装置１の裏面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図、図１（ｄ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。 本発明の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施形態の半導体装置のワイヤボンディングを説明するための図である。 本発明の実施形態の半導体装置の製造方法における樹脂の封止を説明するための図である。 本発明の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施形態の半導体装置の回路基板の実装を説明するための図である。 本発明の他の実施形態の半導体装置を説明するための図である。 本発明の他の実施形態の半導体装置を説明するための図である。 本発明の他の実施形態の半導体装置を説明するための図である。 図１０（ａ）は半導体素子をフリップチップ接続した半導体装置の裏面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ’線断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。

符号の説明

１，１００ 半導体装置
２ 半導体素子
３ａ，４ａ，７ａ〜１０ａ，２４ Ａｇ層
３ｂ 外部電極
３ｃ，４ｃ，７ｃ〜１０ｃ，５２ Ｓｎ層
４ｂ 搭載パッド部
５ ワイヤ
６ 樹脂
７ｂ〜１０ｂ 補強パッド
２１ 金属板
２２ レジスト
２３ Ｎｉ層
４１ 金型
５０ 樹脂封止体
５１ 剥離面
６１ 回路基板
６２ 半田
１０１ ハンダバンプ

Claims (5)

1. 半導体素子と、この半導体素子が電気的に接続され、回路基板と接合するための外部電極と、前記回路基板と接合するための補強パッドとを備えている平面視矩形形状の半導体装置において、
   前記補強パッドは前記底面の４隅に設けられた少なくとも４つの補強パッドであり、
   前記４つの補強パッドのうち少なくとも１つの補強パッド（特定補強パッド）の形状を、半導体装置の方向を特定し得るように、他の補強パッドの形状と異なるようにしたことを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１の半導体装置において、
   前記半導体素子、前記外部電極、および前記補強パッドが樹脂によって封止されて前記外部電極が底面に露出することを特徴とする半導体装置。
3. 請求項２に記載の半導体装置において、
   前記半導体素子を実装する実装パッドをさらに備え、
   前記外部電極と前記実装パッドはＮｉまたはＣｕを電鋳にて製作され、この電鋳ＮｉまたはＣｕを介して、半導体装置は基板に半田接合されることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
   前記補強パッドは、半導体装置の直交する２辺とそれぞれが略９０度をなす２つの辺を有する形状であることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項４に記載の半導体装置において、
   前記特定補強パッドの形状は略三角形、略五角形および略六角形のうちのいずれかであり、他の３つの補強パッドの形状は略四角形であることを特徴とする半導体装置。
   

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