JP2007109914A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業性を損なうことなく高精度に薄厚のノンリード型パッケージ部品を製造することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】金属ベース１０上に導体パターン１４を形成する工程と、複数の半導体チップ１６を金属ベース上１０に搭載して導体パターン１４と電気的に接続する工程と、金属ベース１０上に封止樹脂層１８を形成する工程と、金属ベース１０を溶解除去して導体パターン１４を外部端子１４ａとして外部に露出させる工程と、半導体チップ１６の搭載領域毎に個片化する工程とを有する。本発明では、金属ベース１０上に形成した導体パターン１４が半導体装置２１の外部端子として構成され、金属ベース１０はエッチングにより完全除去される。これにより、作業性を損なうことなく薄厚の半導体装置２１を高精度に作製することが可能となる。
【選択図】図６

Description

本発明は、樹脂封止されたノンリード型の半導体装置の製造方法に関する。

従来より、樹脂封止されたノンリード型の半導体装置（半導体パッケージ部品）の製造は、例えば図９に示すような方法で行われている（下記特許文献１，２）。以下、図９を参照して従来のノンリード型の半導体装置の製造方法について説明する。

まず、厚さ１２０〜２００μｍの金属製の基板１を用意する（図９Ａ）。そして、基板１の表面のチップ搭載領域に接着剤等を介して複数の半導体チップ２の非能動面を接合する（図９Ｂ）。続いて、半導体チップ２の能動面の周囲に沿って配列されている複数の電極パッドと、半導体チップ２の周囲の基板１上の所定領域との間が、ボンディングワイヤ３で各々接続される（図９Ｃ）。その後、基板１の表面全域に封止樹脂４を形成して、半導体チップ２をボンディングワイヤ３とともに封止する（図９Ｄ）。

次に、基板１の上下面を反転させて封止樹脂４側の表面を粘着シート（ダイシングシート）５上に固定し、ダイシングソー６を用いて基板１および封止樹脂４を半導体チップ２の搭載領域毎に切断するとともに、基板１をボンディングワイヤ３の接合領域毎に分離する（図９Ｅ）。以上の工程を経ることで、封止樹脂４の下面に外部端子１ａを備えたノンリード型の半導体装置７が製造される。

一方、下記特許文献３には、金属ベース材を用いて配線フィルム層を形成した後、金属ベース材の所定部位をエッチングにより除去し、当該エッチング除去した領域に半導体チップを接合して配線フィルム層との電気的接続を行う半導体パッケージの製造方法が開示されている。

特開２００３−３１７３０号公報 特開２００４−１７９６２２号公報 特許第２８８２３７８号公報

近年における電子機器の軽薄短小化により、これを構成する各種部品の薄型化、小型化の要求が益々高まっている。ノンリード型パッケージ部品は、パッケージの周囲から外部リードが突出しない構成であるので、部品の小型化および実装面積の低減に大きく貢献することができる。一方、電子機器の薄型化を図るには部品の実装高さを低くすることが必要とされ、このためノンリード型の半導体装置においては、今後益々の薄型化が要求されている。

上述した従来のノンリード型の半導体装置７の製造方法において更なる薄型化を図るためには、外部端子１ａを構成する基板１の薄厚化が挙げられる。しかし、出発材料である基板１の薄厚化が進むと、搬送性やハンドリング性等が損なわれて、作業性が悪化したり寸法精度が低下するという問題がある。

一方、封止樹脂４の形成後に基板１をウェットエッチング法で薄厚化する手法も有効である（下記特許文献２参照）。しかし、基板１を所望の厚さに精度よくエッチング加工するには非常に厳しい作業管理体制が必要となり、結果的に生産コストが上昇するという問題がある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、作業性を損なうことなく高精度に薄厚のノンリード型パッケージ部品を製造することができる半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の半導体装置の製造方法は、金属ベース上に導体パターンを形成する工程と、複数の半導体チップを金属ベース上に搭載して導体パターンと電気的に接続する工程と、金属ベース上に封止樹脂層を形成する工程と、金属ベースを溶解除去して導体パターンを外部端子として外部に露出させる工程と、半導体チップの搭載領域毎に個片化する工程とを有する。

本発明では、金属ベース上に形成した導体パターンが半導体装置の外部端子として構成され、金属ベースはエッチングにより完全除去される。従って、比較的厚い金属ベースを用いても部品の厚さ寸法に影響を与えることはないため、金属ベースの形成厚に関係なく半導体装置の厚さ寸法を任意に調整できる。これにより、作業性を損なうことなく薄厚の半導体装置を高精度に作製することが可能となる。

金属ベースは、単層板、積層板の何れでも適用可能であるが、特に、金属板と、この金属板のエッチングストッパ層と、導体パターンが形成される下地金属層とを含む積層板を用いることで、金属ペースのエッチング除去を容易かつ高精度に行うことが可能となる。

導体パターンは、電解めっき法で形成することが好ましく、微細パターンを高精度に形成することができる。この導体パターンで、半導体チップが載置されるダイパッド部を同時に形成してもよい。完成後は、外部端子とともに当該ダイパッド部が外面に露出し、半導体チップの放熱性を高めることができる。なお、導体パターンは電解めっき膜に限らず、スパッタ膜や蒸着膜、導電ペースト等で形成することも可能である。

以上述べたように、本発明の半導体装置の製造方法によれば、作業性を損なうことなく薄厚の半導体装置を高精度に製造することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１から図３は、本発明の実施の形態によるノンリード型の半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。

まず、図１Ａに示す３層構造の金属ベース１０を準備する。この金属ベース１０は、金属板１１と、この金属板１１のエッチングストッパ層１２と、下地金属層１３とを有している。なお、この金属ベース１０は、所定サイズの矩形あるいは円形基板でもよいし、ロール状に巻回可能なテープ体であってもよい。

金属板１１は、金属ベース１０の全厚の主要部分を占め、ハンドリング時に必要とされる機械的性質または材料科学的性質を具備している。本実施の形態では、金属板１１には銅板が用いられており、その厚さは例えば１２０μｍ〜１５０μｍである。

エッチングストッパ層１２は、金属板１１に対してエッチング選択性のある金属材料、すなわち金属板１１のウェットエッチングによる溶解除去の際、そのエッチング液に溶解されない金属膜で構成されており、本実施の形態ではニッケル膜、アルミニウム膜等で形成されている。エッチングストッパ層１２の膜厚は特に限定されないが、本実施の形態では４μｍ〜５μｍ程度である。

下地金属層１３は、後述する導体パターン１４の下地層であり、エッチングストッパ層１２に対してエッチング選択性のある材料、例えば銅で形成されている。下地金属層１３の膜厚は例えば１μｍ〜２μｍである。

次に、上述した構成の金属ベース１０の下地金属層１３の表面に、図１Ｂに示すように導体パターン１４を形成する。本実施の形態において、導体パターン１４は銅からなる電解めっき膜で構成される。導体パターン１４の形成は、下地金属層１３の表面に所定形状のレジストマスク（図示略）を形成し、このレジストマスクの開口部に銅めっきを成長させて図１Ｂに示したような導体パターン１４を形成する。

なお、導体パターン１４は銅めっき膜に限らず、ニッケルめっき膜等の他の金属めっき膜でもよい。また、導体パターン１４は電解めっき法で形成する場合に限らず、スパッタ法や真空蒸着法、導電ペーストのスクリーン印刷等によっても形成することができる。

後述するように、導体パターン１４は、ボンディングワイヤ（例えば金線）１７を介して半導体チップ１６接続される外部端子１４ａとして用いられる（図３Ｉ）。このため、ボンディングワイヤ１７との接合信頼性を高めることを目的として導体ランド１４の表面に金めっきを形成してもよい。

また、例えば導体パターン１４の形成後、必要に応じて、金属ベース１０を製造設備の自動搬送や位置決め等の作業性向上を目的とした貫通孔１５が所定部位（例えば金属ベース周縁部）に形成される。貫通孔１５の形成方法としては、エッチング、ドリル、レーザー加工等、適宜の方法が用いられる。

続いて、金属ベース１０の下地金属層１３の上であって、導体ランド１４の複数の開口領域に半導体チップ１６をそれぞれ搭載する（図１Ｃ）。本実施の形態において、半導体チップ１６は、能動面を上向きにしたフェイスアップ方式で金属ベース１０上に接着剤等を介して接着される。その後、半導体チップ１６の能動面周囲に配列された複数の電極パッド（図示略）と、半導体チップ１６の周囲に形成された複数の導体パターン１４との間をボンディングワイヤ１７で接合し電気的に接続する（図２Ｄ）。

次に、半導体チップ１６が搭載されている金属ベース１０の表面ほぼ全域に、半導体チップ１６およびボンディングワイヤ１７を被覆する封止樹脂層１８を形成する（図２Ｄ）。封止樹脂層１８の形成方法は特に限定されず、塗布法、印刷法、ポッティング法等が適用可能である。

続いて、金属ベース１０の溶解除去工程が行われる（図２Ｅ〜図３Ｇ）。先ず、金属板１１の溶解除去工程が行われる（図２Ｅ）。金属板１１の溶解除去工程では、銅は溶解しニッケルは不溶なエッチング液として、例えば硝酸が用いられる。これにより、エッチングストッパ層１２を境として金属板１１が溶解除去される。次に、エッチングストッパ層１２の溶解除去工程が行われる（図２Ｆ）。エッチングストッパ層１２の溶解除去工程では、ニッケルは溶解し銅は不溶なエッチング液として、例えば塩酸が用いられる。これにより、下地金属層１３を境としてエッチングストッパ層１２が溶解除去される。

最後に、下地金属層１３を溶解除去する（図３Ｇ）。下地金属層１３の溶解除去では、エッチング液として例えば硝酸が用いられる。これにより、封止樹脂層１８の裏面側から導体パターン１４および半導体チップ１６の表面が露出される。

ここで、下地金属層１３の表面に形成された導体パターン１４もまた下地金属層１３と同様に銅で形成されているので、導体パターン１４が露出した時点でエッチングを終了させるようにする。なお、導体パターン１４を銅めっきではなく、例えばニッケルめっき等のエッチング選択性のある材料で形成してもよい。あるいは、導体パターン１４を金めっきと銅めっきの２層構造とすることで、当該金めっき膜を下地金属層１３のエッチングストッパ層として機能させることもできる。

続いて、導体パターン１４、半導体チップ１６およびボンディングワイヤ１７を被覆している封止樹脂層１８に対して、ダイシングソー（図示略）等の切断手段を用いて分離線１９を形成し半導体チップ１６の搭載領域毎に個片化する（図３Ｈ，Ｉ）。これにより、導体パターン１４を外部端子１４ａとするノンリード型の半導体パッケージ部品（半導体装置）２０が製造される。

以上のようにして製造される本実施の形態の半導体装置２０においては、封止樹脂層１８の下面から外部端子１４ａが突出しない構造であるので、半導体装置２０の厚さを封止樹脂層１８の形成厚と同等に抑えることができる。これにより、半導体装置２０の薄型化を容易に実現することができる。

また、金属ベース１０として、金属板１１、エッチングストッパ層１２および下地金属層１３からなる積層板を用いているので、金属ベース１０の溶解除去工程における作業性が高められるとともに外部端子１４ａの露出工程を高精度に行えるようになる。

そして、本実施の形態によれば、比較的厚い金属ベース１０を用いても部品の厚さ寸法に影響を与えることはないため、金属ベース１０の形成厚に関係なく半導体装置２０の厚さ寸法を任意に調整できる。これにより、作業性を損なうことなく薄厚の半導体装置２０を高精度に作製することが可能となる。また、生産性の向上と生産コストの低減を図ることができる。

本実施の形態の半導体装置２０において、外部端子１４ａは、半導体チップ１６を囲むように封止樹脂層１８の下面周縁に複数配列されている。外部端子１４ａの配列ピッチ、配置個数、形状、大きさ等は、金属ベース１１上への導体パターン１４の形成工程において任意に設定することができる。

半導体装置２０は配線基板（図示略）に対して外部端子１４ａを介して実装される。配線基板への実装は、外部端子１４にはんだペーストを塗布してリフロー実装する形態や、外部端子１４ａに更に突起電極（バンプ）を形成する実装形態等が適用可能である。特に本実施の形態では、配線基板への接合をはんだ付けで行う場合において、半導体装置２０の周囲に外部端子１４ａの切断面が露出しているので、はんだフィレットの形成面積を大きくして接合信頼性を高めることができる。

なお、図１Ｂに形成した導体パターン１４の形成工程においては、外部端子１４ａとなる導体パターン１４の形成と同時に、半導体チップ１６が載置される領域にも導体パターン１４を形成することにより、図４に示すように、ダイパッド１４ｂを備えた半導体装置を製造することができる。このダイパッド１４ｂは、半導体チップ１６で発生した熱を外部へ放熱する放熱層として機能し、半導体装置の動作信頼性を高めることができる。

また、導体パターン１４の形成工程を適宜変更することで、図５に示したように半導体チップ１６の搭載位置を中心として二重あるいは三重に外部端子１４ａを配列させたＬＧＡ（Land Grid Array）構造とすることも可能である。特に、導体パターン１４を電解めっき法で形成しているので、微細の配線パターンでも高精度に形成することが可能である。

（第２の実施の形態）
図６は本発明の第２の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。なお、図において上述の第１の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。

本実施の形態では、導体パターン１４と下地金属層１３との界面にはんだめっき層１４ｃを中間層として形成している点で、上述の第１の実施の形態と異なっている。はんだめっき層１４ｃの形成には、導体パターン１４成膜用のめっきレジスト（図示略）を利用した電解めっき法が適用され、はんだめっき層１４ｃの形成後、導体パターン１４が形成される（図６Ａ）。

導体パターン１４の下地層としてはんだめっき層１４ｃを形成した後、半導体チップ１６のマウントとボンディングワイヤの接続工程（図６Ｂ）を行い、さらに樹脂封止工程（図６Ｃ）および分離個片化工程を行うことで、はんだめっき層１４ｃが表面に形成された外部端子１４ａを有するノンリード型の半導体パッケージ部品（半導体装置）２１が製造される。

本実施の形態によれば、外部端子１４ａにあらかじめはんだめっき層１４ｃが形成されているので、配線基板への実装作業が簡易かつ容易となり、作業性および実装信頼性の向上を図ることができる。

（第３の実施の形態）
図７は、本発明の第３の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。なお、図において上述の第１の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。

本実施の形態では、金属ベース１０の下地金属層１３の上に形成する導体パターン１４を半導体チップ１６の搭載領域毎に各々独立して形成している点で、上述の第１の実施の形態と異なっている。すなわち、第１の実施の形態では、隣接するチップ搭載領域の間に形成される導体パターン１４は、これらのチップ搭載領域の半導体チップ１６と共通にワイヤボンディングされ、後の個片化工程において分割される（図３参照）。

これに対して本実施の形態では、あらかじめ導体パターン１４をチップ搭載領域毎に独立して形成する（図７Ａ）。そして、個片化工程では、隣接するチップ搭載領域の境界部に位置する封止樹脂層１８を分割する（図７Ｂ）。その結果、完成した半導体パッケージ部品（半導体装置）２２の周囲は封止樹脂層１８で被覆されており、外部端子１４ａは部品の下面側においてのみ露出される（図７Ｃ）。

以上のようにして作製される本実施の形態の半導体装置２２においては、外部端子１４ａの露出面積を小さくできるので、封止樹脂層１８と外部端子１４ａの境界部に侵入するガスや水分量を抑えて高温高湿度雰囲気における素子の信頼性を高めることができる。

（第４の実施の形態）
図８は本発明の第４の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。なお、図において上述の第１の実施の形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態では、図８Ａに示すように、金属ベース１０の下地金属層１３の表面であって導体パターンの形成領域に凹所１３ａを形成した後、この凹所１３ａ内に金めっき膜２３および銅めっき膜２４をそれぞれ積層形成して導体パターンを形成する例を示している。なお、図８Ａにおいて符号２５は、めっきレジスト膜である。

本実施の形態においても、金属ベース１０の溶解除去は、上述の第１の実施の形態と同様にして行うことができる。特に、下地金属層１３の溶解除去は、金めっき膜２３がエッチングストッパ層として機能し、導体パターン２４を封止樹脂層１８の下面に高精度に突出形成することが可能である（図８Ｂ）。これにより、いわゆるスタンドオフ構造の半導体パッケージ部品２３を作製することができる（図８Ｃ）。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施の形態では、半導体チップ１６と導体パターン１４との電気的接続をボンディングワイヤ１７を介して行うワイヤボンディング法を用いて行ったが、これに代えて、半導体チップの電極パッドを導体パターンに直接的に接合するフリップチップ方式を採用してもよい。

また、以上の実施の形態では、金属ベースとして３層構造の積層板を用いたが、これに限らず、例えばエッチングストッパ層と下地金属層にしてその上に導体パターンを形成するようにしてもよい。

本発明の第１の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態において説明する半導体装置の構成の変形例を示す側断面図である。 本発明の第１の実施の形態において説明する半導体装置の構成の他の変形例を示す側断面図である。 本発明の第２の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第３の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 本発明の第４の実施の形態による半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。 従来の半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。

符号の説明

１０…金属ベース、１１…金属板、１２…エッチングストッパ層、１３…下地金属層、１４、２４…導体パターン、１４ａ，２４ａ…外部端子、１４ｂ…ダイパッド、１４ｃ…はんだめっき層、１６…半導体チップ、１７…ボンディングワイヤ、１８…封止樹脂層、２０，２１，２２，２６…半導体装置、半導体パッケージ部品、２３…金めっき

Claims (8)

1. 金属ベース上に導体パターンを形成する工程と、
   複数の半導体チップを前記金属ベース上に搭載して前記導体パターンと電気的に接続する工程と、
   前記金属ベース上に封止樹脂層を形成する工程と、
   前記金属ベースを溶解除去して前記導体パターンを外部端子として外部に露出させる工程と、
   前記半導体チップの搭載領域毎に個片化する工程とを有する
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記金属ベースとして、金属板と、この金属板のエッチングストッパ層と、前記導体パターンが形成される下地金属層とを含む積層板からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記導体パターンは、電解めっき膜からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記導体パターンの下地層として、はんだめっき層を形成する
   ことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記金属ベース上に、前記半導体チップが載置されるダイパッド部を前記導体パターンで形成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記個片化された半導体装置の周囲から前記外部端子の切断面が露出している
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記個片化された半導体装置の周囲が前記封止樹脂層で被覆されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記金属ベースの導体パターン形成領域に凹所を形成し、この凹所内にエッチングストッパ層を介して前記導体パターンを形成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
   
   

Images