JP2007043014A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モールド樹脂パッケージ成形時の樹脂漏れを防ぐとともに、モールド樹脂パッケージと基板との密着性を高めた半導体装置を提供する。
【解決手段】本発明の半導体装置１０は、基板２に搭載した半導体素子１を、樹脂封止金型を用いてモールド樹脂パッケージ７で封止した半導体装置１０であって、半導体素子１が搭載された面である基板２の上面から側面に沿って形成され、半導体素子１と導通接続される電極３と、基板２の端部であって、半導体素子１を樹脂封止する際に基板２が樹脂封止金型により挟持される領域となる位置に形成されたレジスト層６と、基板２の上面であって、半導体素子１とレジスト層６との間に台形状に形成されたザグリ溝５とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に搭載した半導体素子をモールド樹脂パッケージで封止した半導体装置に関する。

基板に搭載された半導体素子をモールド樹脂パッケージで封止した半導体装置が電子機器の部品として多く用いられている。半導体装置のモールド樹脂パッケージは、半導体素子を搭載した基板を上下２つの金型からなる樹脂封止金型で型締めし、この樹脂封止金型により形成されるキャビティ内に圧力をかけて封止樹脂を注入し、充填させることによって成形される。モールド樹脂パッケージを成型するための封止樹脂は、基板と封止樹脂との密着性を上げるために圧力がかかった状態でキャビティ内に注入されるので、樹脂封止金型の型締め荷重が小さいと、樹脂封止金型とこの樹脂封止金型により挟持された基板の端部との隙間から封止樹脂が漏れる場合がある。

このような問題を解決するために、樹脂封止金型により挟持される基板の端部に樹脂によるレジスト層を形成し、このレジスト層を樹脂封止金型で挟持することによって、レジスト層を弾性変形させながら樹脂封止金型と樹脂封止金型により挟持された基板の端部とを密着させて封止樹脂の漏れを防止する方法が特許文献１に記載されている。
特開平１１−２９８０４９号公報

しかしながら、特許文献１に記載のような方法では、レジスト層を弾性変形させながら樹脂封止金型で基板の端部を挟持しても、レジスト層の厚さが一定でない場合、樹脂封止金型とレジスト層との間に隙間が生じてしまうため、圧力をかけて注入された封止樹脂の応力により樹脂漏れが発生しやすくなる。そこで、樹脂封止金型と樹脂封止金型により挟持された基板の端部とを隙間なく密着させるために樹脂封止金型の型締め荷重を大きくするか、封止樹脂の注入圧を小さくする必要がある。しかしながら、樹脂封止金型の型締め荷重を大きくしすぎると、基板が反りかえってしまうことにより、基板に形成された電極配線の潰れや破断、半導体素子の外れを引き起こしてしまい、また、封止樹脂の注入圧を小さくしすぎると封止樹脂と基板との間の密着性が低下してしまう。

そこで本発明は、モールド樹脂パッケージ成形時の樹脂漏れを防ぐとともに、モールド樹脂パッケージと基板との密着性を高めた半導体装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体装置は、基板に搭載した半導体素子を、樹脂封止金型を用いてモールド樹脂パッケージで封止した半導体装置であって、前記半導体素子が搭載された面である前記基板の上面から側面に沿って形成され、前記半導体素子と導通接続される電極と、前記半導体素子を樹脂封止する際に前記基板が樹脂封止金型により挟持される領域に形成されたレジスト層と、前記基板の上面であって、前記半導体素子と前記レジスト層との間に形成された溝とを備えたことを特徴とする。

本発明の半導体装置によれば、基板の上面であって、半導体素子とレジスト層との間に溝が形成されたことにより、モールド樹脂パッケージを成形する際、封止樹脂金型の型締め荷重により基板が反りかえろうとする応力は溝部分で分断される。従って、基板中心部の反りを少なくすることができる。これにより、樹脂封止金型は、効果的に基板を挟持することができるので、基板と樹脂封止金型との間の隙間が生じないようにすることができ、この領域からの樹脂漏れを防ぐことができる。また、溝が形成されたことにより、基板と封止樹脂との接触面積が増加するので、モールド樹脂パッケージと基板との密着性を高めることができる。

本願の第１の発明は、基板に搭載した半導体素子を、樹脂封止金型を用いてモールド樹脂パッケージで封止した半導体装置であって、半導体素子が搭載された面である基板の上面から側面に沿って形成され、半導体素子と導通接続される電極と、半導体素子を樹脂封止する際に基板が樹脂封止金型により挟持される領域に形成されたレジスト層と、基板の上面であって、半導体素子とレジスト層との間に形成された溝とを備えたことを特徴とする半導体装置である。

モールド樹脂パッケージを成形する際、基板の上面であって、半導体素子とレジスト層との間に溝が形成されたことにより、樹脂封止金型の型締め荷重により基板が反りかえろうとする応力は溝部分で分断される。従って、基板中心部の反りを少なくすることができる。これにより、基板の樹脂封止金型により挟持される領域と樹脂封止金型とは密着した状態となるので、樹脂封止金型は効果的に基板を挟持することができる。このようにして、基板と樹脂封止金型との間の隙間が生じないようにすることができるため、この領域からの樹脂漏れを防ぐことができる。従って、従来のように、樹脂封止金型とレジスト層との間に隙間が生じることを防ぐために樹脂封止金型の型締め荷重を大きくしすぎたり、封止樹脂の注入圧を小さくしたりする必要がない。また、本発明によれば、溝を形成したことにより基板と封止樹脂との接触面積が増加するうえ、封止樹脂の注入圧を小さくすることなく注入することができるので、モールド樹脂パッケージと基板との密着性も高めることができる。

従って、モールド樹脂パッケージを成形する際に漏れた樹脂による半導体装置の実装不良や電気的な導通不良がなく、モールド樹脂パッケージを成形する際の樹脂封止金型の型締め荷重による基板の反りや半導体素子の外れなどを防止することができるので、信頼性の高い半導体装置とすることができる。

また、本願の第２の発明は、本願の第１の発明において、レジスト層は、半導体素子を樹脂封止する際に基板が樹脂封止金型により挟持される領域において、隣接する電極に跨るように形成され、溝は、半導体素子とレジスト層との間で、かつ、隣接する電極の間となる位置に形成されたものであることを特徴とする。

半導体素子と導通接続される電極が基板に複数形成されたことにより、隣接する電極の間には段差が生じる。レジスト層は、電極部分を跨るように形成されているが、モールド樹脂パッケージを成形する際、樹脂封止金型で基板を挟持すると、段差により樹脂封止金型とレジスト層との間に隙間が発生しやすくなり、この隙間より封止樹脂が漏れやすくなる。しかし、本発明における基板には、半導体素子とレジスト層との間で、かつ、隣接する電極の間となる位置に溝が形成されており、モールド樹脂パッケージを成形する際、樹脂封止金型の型締め荷重により基板が反りかえろうとする応力は溝部分で分断することができる。従って、効果的に基板を挟持することができ、基板と樹脂封止金型との間の隙間が生じないようにすることができるため、樹脂封止金型とレジスト層との間から樹脂が漏れることを防ぐことができる。

本願の第３の発明は、基板に搭載した半導体素子を、樹脂封止金型を用いてモールド樹脂パッケージで封止した半導体装置を製造する方法において、半導体素子を搭載する面である基板の上面であって、樹脂封止金型により挟持される領域と半導体素子との間に溝を形成する工程と、基板の上面から側面に沿って、半導体素子と電気的に接続する電極を形成する工程と、基板に半導体素子をダイボンディングし、電極に半導体素子を導通接続する工程と、樹脂封止金型により挟持される領域にレジスト層を形成する工程と、基板を樹脂封止金型で挟持し、半導体素子を樹脂封止してモールド樹脂パッケージを成形する工程とを含む半導体装置の製造方法である。

半導体素子が搭載された面である基板の上面であって、樹脂封止金型により挟持される領域と半導体素子との間に溝を形成するので、封止樹脂金型の型締め荷重により、基板が反りかえろうとする応力は溝部分で分断される。これにより、基板中心部の反りは少なくなり、基板の樹脂封止金型により挟持される領域と樹脂封止金型とは密着した状態となるので、基板と樹脂封止金型との間の隙間が生じないようにすることができる。また、樹脂封止金型に型締め荷重を大きめに与えても、基板中心部の反りを抑えることができるので、基板と樹脂封止金型との間に隙間が生じない程度まで樹脂封止金型に型締め荷重を与えることができる。よって、基板と樹脂封止金型との間からの樹脂漏れを防ぐことができる。従って、樹脂封止金型とレジスト層との間にできた隙間から樹脂が漏れることを防ぐために封止樹脂の注入圧を小さくする必要もない。また、溝を形成したことにより基板と封止樹脂との接触面積が増加するうえ、封止樹脂の注入圧を小さくすることなく注入することができるので、モールド樹脂パッケージと基板との密着性も高めることができる。

（実施の形態）
以下、図を用いて本発明の実施の形態における半導体装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態における半導体装置の斜視図である。

図１に示すように、本実施の形態における半導体装置１０は、基板２に搭載した半導体素子１を、樹脂封止金型を用いてモールド樹脂パッケージ７で封止したものである。

半導体素子１は、矩形状の基板２の中央部にダイボンディングにより固定されている。

基板２には、半導体素子１と電気的に接続するための電極３と、電極３同士の短絡を防ぐためのレジスト層６とが形成されている。

電極３は、基板２の上面から側面に沿って、半導体素子１の電極の数に応じてそれぞれ離間させた状態で複数形成されている。

レジスト層６は、樹脂材料により形成され、基板２の端部に、基板２の長手方向に沿って形成されている。基板２に電極３が形成されたことにより、隣接する電極３の間は段差がある状態となっているが、レジスト層６が隣接する電極３に跨った状態で形成されたことにより、前記段差は解消された状態となっている。このレジスト層６が形成された領域は、半導体素子１をモールド樹脂パッケージ７で封止する際、基板２が上下２つの樹脂封止金型により挟持され、基板２の上面が下金型と当接する領域となる。

また、基板２の上面には、半導体素子１とレジスト層６との間となる位置に、台形状のザグリ溝５が基板２の厚さの３分の１程度まで形成されている。ザグリ溝５は、レジスト層６が形成された領域のすぐ内側、つまり、半導体素子１をモールド樹脂パッケージ７で封止する際、基板２が上下２つの樹脂封止金型により挟持され、基板２の上面が下金型と当接する領域のすぐ内側となる位置に設けられ、基板２の長手方向全長にわたって連続して形成されている。

モールド樹脂パッケージ７は、半導体素子１を樹脂により封止したものであり、後述する樹脂封止金型によって、基板２の端部以外の略全域にわたって台形状に形成されている。

次に、本実施の形態における半導体装置１０の製造方法について説明する。

まず、基板２にザグリ溝５をルータ加工などにより所定の深さまで形成する。そして、この基板２上にメッキ加工を施し、その後エッチング加工によりメッキをエッチングして電極３を形成する。さらに、基板２の端部に、隣接する電極３に跨るように基板２の長手方向に沿ってレジスト層６を形成する。

次に、半導体素子１を基板２の中央部にダイボンディングして固定する。そして、半導体素子１の電極ごとに形成された電極パッドにそれぞれ設けられたワイヤ４を電極３にボンディングすることによって、半導体素子１を電極３と導通接続する。

そして、樹脂封止金型を用いて基板２を樹脂により封止し、モールド樹脂パッケージ７を成形する。このモールド樹脂パッケージ７の成形過程において、基板２にかかる応力について図２に基づいて説明する。図２は、モールド樹脂パッケージ７の成形過程での基板２にかかる応力を説明する図であり、（ａ）はザグリ溝５がない状態を示す図、（ｂ）はザグリ溝５がある状態を示す図である。

図２に示すように、モールド樹脂パッケージ７を成形する場合、まず、基板２を、半導体素子１が搭載された面を下側に向けた状態で、上金型８と下金型９とで挟持して型締めする。下金型９は、基板２に形成されたレジスト層６に当接した状態となっており、上金型８および下金型９とに型締め荷重をかけてレジスト層６を弾性変形させながら基板２と下金型９との間に隙間が生じないように密着させていく。その後、基板２を上金型８と下金型９とで挟持したことにより形成されたキャビティ１１内に封止樹脂を注入する。封止樹脂は注入圧によってキャビティ１１の内面を押圧しながら浸潤していく。

下金型９と基板２とが当接した位置には、封止樹脂の注入圧により大きな押圧力がかかっている。ここでもし、レジスト層６の厚さが一定でなく、レジスト層６と下金型９との間に隙間が生じていると、この隙間から封止樹脂の注入圧により樹脂漏れが発生してしまうこととなる。図２（ａ）に示すように、基板２にザグリ溝５が形成されていない従来の半導体装置の場合、上記のような樹脂漏れを発生させないようにするためには、基板２と下金型９との間の隙間が生じることを防止する目的で、上金型８および下金型９との型締め荷重をあげるか、封止樹脂の注入圧を小さくしなければならない。しかしながら、型締め荷重を大きくしすぎると、基板２の中心部が反りかえってしまうことにより、基板２に形成された電極３配線の潰れ・破断や、半導体素子１の外れを引き起こしてしまう。また、注入圧を小さくしすぎると封止樹脂と基板２との間の密着性が低下してしまい、モールド樹脂パッケージ７の成形が不良となってしまう。

しかし、図２（ｂ）に示すように、本実施の形態における基板２にはザグリ溝５が形成されているため、封止樹脂金型の型締め荷重による基板挟持応力は、ザグリ溝５で分断される。よって、基板２が反りかえろうとする応力は、基板２の中心部にまで伝わらなくなり、基板２は反りかえることなく上金型８と下金型９とにそれぞれ密着した状態で挟持される。よって、レジスト層６と下金型９との間の隙間から封止樹脂が漏れ出ようとする応力よりも、上金型８の反力から下金型９が基板２を挟持する圧力の方が大きくなるので、レジスト層６と下金型９との間の隙間から封止樹脂が漏れ出ることなく、封止樹脂はキャビティ１１内に充填される。従って、従来の場合のように、上金型８および下金型９との型締め荷重をあげたり、封止樹脂の注入圧を小さくしたりすることなく樹脂漏れを防ぐことができる。

以上のように、本実施の形態では、基板２にザグリ溝５が形成されたことにより、レジスト層６と下金型９との間の隙間から封止樹脂が漏れ出ることを防ぐことができる。また、封止樹脂の注入圧を小さくすることなく注入することができるので、成形されるモールド樹脂パッケージ７と基板２との密着性を維持することができる。また、ザグリ溝５を形成したことにより、基板２と封止樹脂との接触面積も増加するので、結果として、モールド樹脂パッケージ７と基板２との密着性をより高めることができる。

また、本実施の形態においては、半導体素子が一つ搭載されていたが、複数の半導体素子が搭載され、それぞれの半導体素子１がモールド樹脂パッケージで封止されたような半導体装置であっても、それぞれの半導体素子とレジスト層との間にザグリ溝を形成することによって、モールド樹脂パッケージ７の成形時における樹脂漏れの発生を防ぐことができる。

また、本実施の形態におけるザグリ溝５は台形状に形成されていたが、これに限らず、半円状に形成してもよい。なお、ザグリ溝５の深さは深ければ深いほど小さい型締め荷重で効果的に基板を挟持することができ、また、基板中心部の反りを少なくすることができるが、深く形成しすぎると、樹脂封止金型で基板を挟持した際に基板にひびが入る可能性が高くなるので、基板の厚さの半分よりも浅く形成する程度である方が望ましい。

本発明は、半導体素子を樹脂で封止する際に、樹脂漏れを防ぐことができるので、この半導体装置を電子機器等に実装した際に実装不良や電気的な導通不良がない信頼性の高い半導体装置として有用である。

本発明の実施の形態における半導体装置の斜視図 モールド樹脂パッケージの成形過程での基板にかかる応力を説明する図であり、（ａ）はザグリ溝がない状態を示す図、（ｂ）はザグリ溝がある状態を示す図

符号の説明

１ 半導体素子
２ 基板
３ 電極
４ ワイヤ
５ ザグリ溝
６ レジスト層
７ モールド樹脂パッケージ
８ 上金型
９ 下金型
１０ 半導体装置
１１ キャビティ

Claims (3)

1. 基板に搭載した半導体素子を、樹脂封止金型を用いてモールド樹脂パッケージで封止した半導体装置であって、
   前記半導体素子が搭載された面である前記基板の上面から側面に沿って形成され、前記半導体素子と導通接続される電極と、
   前記半導体素子を樹脂封止する際に前記基板が樹脂封止金型により挟持される領域に形成されたレジスト層と、
   前記基板の上面であって、前記半導体素子と前記レジスト層との間に形成された溝と
   を備えた半導体装置。
2. 前記電極は複数形成され、
   前記レジスト層は、前記半導体素子を樹脂封止する際に前記基板が樹脂封止金型により挟持される領域において、隣接する電極に跨るように形成され、
   前記溝は、前記半導体素子と前記レジスト層との間で、かつ、前記隣接する電極の間となる位置に形成されたものである請求項１記載の半導体装置。
3. 基板に搭載した半導体素子を、樹脂封止金型を用いてモールド樹脂パッケージで封止した半導体装置を製造する方法において、
   前記半導体素子を搭載する面である前記基板の上面であって、樹脂封止金型により挟持される領域と前記半導体素子との間に溝を形成する工程と、
   前記基板の上面から側面に沿って、前記半導体素子と電気的に接続する電極を形成する工程と、
   前記基板に前記半導体素子をダイボンディングし、前記電極に前記半導体素子を導通接続する工程と、
   前記樹脂封止金型により挟持される領域にレジスト層を形成する工程と、
   前記基板を樹脂封止金型で挟持し、前記半導体素子を樹脂封止してモールド樹脂パッケージを成形する工程と
   を含む半導体装置の製造方法。

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