JP2007142123A - 回路基板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂封止型半導体装置を一括成形法で製造する際の金属屑の発生を抑え、ショート不良を防止する。
【解決手段】半導体チップと電気的に接続される導体部を有して半導体チップが搭載されるパッケージユニット領域が配列され、半導体チップの搭載後の複数のパッケージユニット領域、すなわちパッケージユニット５が形成された領域のチップ搭載面を封止金型を用いて一括して樹脂封止する際の樹脂注入路となる領域に樹脂剥離用の金属ゲート部７が形成されたシート状の回路基板１において、金属ゲート部７が、樹脂封止後にパッケージユニット領域ごとに切断するために設定されるダイシングレーン１４上を避けて形成される。ダイシングレーン１４上にも金属ゲート部７が形成されている場合と較べて、切断の際の金属屑の発生を大きく削減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、BGA（Ball Grid Array）、LGA（Land Grid Array）等の樹脂封止型半導体装置を一括成形法で製造するために使用するシート状の回路基板とその製造方法に関するものである。

近年、携帯電子機器の小型化に対応するために、半導体部品の高密度実装が要求され、半導体パッケージの小型化、薄型化が進んでいる。最近では、小型薄型の樹脂封止型半導体装置として、ＢＧＡ（Ball Grid Array）、ＬＧＡ（Land Grid Array）等のエリアアレイタイプや、ＱＦＮタイプの樹脂封止半導体装置が市場に投入されている。

ＱＦＮタイプの樹脂封止型半導体装置の製造方法を簡略に説明する。
図１０（ａ）に示すように、リードフレーム１００に形成した複数のダイパッド部１０１のそれぞれに銀ペースト等の接着剤を用いて半導体チップ１０３を搭載し、各半導体チップ１０３の電極パッドとリードフレーム１００のリード部１０２の所定接続箇所とを金線等の金属細線１０４で電気的に接続する。

図１０（ｂ）に示すように、半導体チップ１０３を搭載したパッケージユニット１０５ごとに、トランスファーモールド法によって封止樹脂１０６で封止する。この樹脂封止の際には、リードフレーム１００の裏面に樹脂フィルム（図示せず）を貼付して、封止樹脂１０６の回り込みを確実に防止することにより、リード部１０２の裏面が露出する片面封止構造とする。

図１０（ｃ）に示すように、封止樹脂１０６で封止したパッケージユニット１０５ごとに、切断金型のポンチ１０７によってリードフレーム１００を切断する。この際には、封止樹脂１０６の側面近傍にポンチ１０７を降ろすことにより、リード部１０２の端面を封止樹脂１０６の側面とほぼ面一とする。図中ではリードフレーム１００を上面側から切断しているが、裏面側から切断する場合もあり、またポンチ１０７に代えて回転ブレードを用いる場合もある。

図１０（ｄ）は、個片化した樹脂封止型半導体装置１０８を示す。樹脂封止が個々のパッケージユニット１０５ごとに行われるため、リード部１０２の裏面が封止樹脂１０６の底面に並ぶとともに、リード部１０２の側端面が封止樹脂１０６の側面に露出した、ＱＦＮタイプの構造である。装置の外形は、パッケージユニット１０５ごとに封止した封止樹脂１０６の外形をほぼそのまま受け継いでいて、封止樹脂１０６の上面に近づくほど幅狭くなる角錐台形状である。

しかしこのようにリードフレーム１００に形成した複数のパッケージユニット１０５を個別に樹脂封止する方法は、近年の携帯機器の普及とそのスピードに対応できる量産工法ではない。量産化技術としては、より早く、より安く、より高精度に、且つより高効率で製造することが求められる。そこで近年、１枚のリードフレームあるいは回路基板に形成した複数のパッケージユニットを連続して樹脂封止する「一括成形法」と呼ばれる工法が開発されている。

回路基板に一括成形法を適用するＢＧＡ型の樹脂封止型半導体装置の製造方法を簡略に説明する。
図１１（ａ）に示すように、回路基板１に設けた複数のパッケージユニット領域２の上に半導体チップ３を銀ペースト等により搭載し、図１１（ｂ）に示すように、各半導体チップ３の電極パッド部と各パッケージユニット領域２の電極部とを金線などの金属細線４により接続して、前記複数のパッケージユニット領域２に対応する複数のパッケージユニット５を形成する。

図１１（ｃ）に示すように、回路基板１のチップ搭載面を複数のパッケージユニット５ずつ一括にトランスファーモールド法により封止樹脂６で封止する（金属細線４の図示は省略している）。７は封止金型のキャビティに注入される封止樹脂６の樹脂注入路となるゲート部であり、金属めっきで形成されている。

図１１（ｄ）に示すように、チップ搭載面に背反する面にパッケージユニット領域２ごとに形成されたランド８上に、外部との電気的接続を行う外部電極としての半田ボール９を搭載する。

図１２（ａ）に示すように、回路基板１を半田ボール９を上向きにしてダイシングテープ１０に貼り付けたうえで、封止樹脂６とともに、パッケージユニット５ごとにパッケージダイサーの回転ブレード１１で一括に切断して、図１２（ｂ）（ｃ）に示すような個片の樹脂封止型半導体装置１２とする。
特開２００４−１５８５３９号公報

上述したように、樹脂封止型半導体装置を一括成形法で製造するための回路基板１には、樹脂注入路となる金属製のゲート部７が形成される。このゲート部７は、封止後に残留する不要な樹脂をきれいに取り除く（ゲートブレイク）ためのもので、チップ搭載面の製品エリア外に設けられており、個片の半導体装置１２へと切断するときに切除される。しかしその際にゲート部７の切削屑たる金属屑が発生し、切削水や回転ブレード１１の高速回転などに伴われて半田ボール９上に飛散したり、切断後の洗浄工程で半田ボール９上に飛散する恐れがあり、ショート不良の原因となり得るという問題がある。

本発明は上記問題を解決するもので、樹脂封止型半導体装置を一括成形法で製造する際の金属屑の発生を抑え、ショート不良を防止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は、半導体チップと電気的に接続される導体部を有して半導体チップが搭載されるパッケージユニット領域が配列され、半導体チップの搭載後に複数のパッケージユニット領域のチップ搭載面を封止金型を用いて一括して樹脂封止する際の樹脂注入路となる領域に樹脂剥離用の金属部が形成されたシート状の回路基板において、前記金属部が、樹脂封止後にパッケージユニット領域ごとに切断するために設定されるダイシングレーン上を避けて形成されていることを特徴とする。これによれば、ダイシングレーン上にも金属部が形成されている場合と較べて、切断の際の金属屑の発生を大きく削減することができ、ショート不良を抑えることができる。

金属部が形成されない領域の幅がダイシングレーンの幅の１２０〜１５０％であるのが好ましい。ダイシングレーンの幅は一般に１５０〜２５０ｕｍなので、金属部が形成されない領域は幅１８０〜３７５となり、この程度であれば、樹脂剥離を支障なく行うことが可能だからである。

また本発明は、半導体チップと電気的に接続される導体部を有して半導体チップが搭載されるパッケージユニット領域が配列され、半導体チップの搭載後に複数のパッケージユニット領域のチップ搭載面を封止金型を用いて一括して樹脂封止する際の樹脂注入路となる領域に樹脂剥離用の金属部が形成されたシート状の回路基板において、前記金属部が、樹脂封止後にパッケージユニット領域ごとに切断するために設定されるダイシングレーンに沿う方向に各々が伸びるように、縞状に形成されていることを特徴とする。これによれば、切断の際に発生する金属屑はその１片あたりの幅が非常に細くなり、粉砕されやすくなり、電極部間の距離よりも小さければ、ショート不良の原因とはなり難い。

金属部の幅がダイシングレーンの幅と同等かそれ以下であるのが好ましい。切断の際に発生する金属屑が粉砕される可能性がより高いからである
ダイシングレーンの位置を認識するための認識マークを具備しているのが好ましい。切断精度を向上することができ、回路基板の形成精度や反りの影響を最小限にできるからである。

認識マークは導体部と同一材料を用いてダイシングレーンを避けて形成されたものであってよい。ダイシングレーン外であれば、切断の際の金属屑の発生を大きく削減することができ、ショート不良を抑えられるからである。認識マークは半導体チップ搭載部外に配置することができる。

認識マークはダイシングレーンの切断開始部と切断終了部の近傍にそれぞれ配置されているのが好ましい。基板のθ方向の切断精度を向上できるからである。
認識マークはダイシングレーンの切断開始部と切断終了部とその中間部の近傍にそれぞれ配置されているのが好ましい。１本のダイシングレーン対して複数箇所に認識マークが配置されていると、なんらかの原因で回路基板の一部が欠如して、切断開始部または切断終了部の近傍の認識マークがなくなってしまった場合も、残存している認識マークを利用して位置認識することができるからである。

認識マークを具備した回路基板を製造する際には、半導体チップと電気的に接続する導体部をパッケージユニット領域に形成する工程で、導体部と同一材料で樹脂剥離用の金属部と認識マークの少なくとも一方を形成することができる。工程を追加する必要がないので都合よい。

本発明の回路基板は、樹脂封止型半導体装置を一括成形法で製造する際の金属屑の発生を抑え、ショート不良を防止することを可能とする。

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。
まず、回路基板に一括成形法を適用するＢＧＡ型の樹脂封止型半導体装置の製造方法を、再び図１１および図１２を参照しながら詳細に説明する。

図１１（ａ）に示すように、回路基板１に設けた複数のパッケージユニット領域２の上に半導体チップ３を銀ペースト等により搭載する。
回路基板１はパッケージユニット２ごとに、内層配線が施され、半導体チップ３の電極パッド部と接続される電極部がチップ搭載面に形成されるとともに、その反対面に外部との電気的接続を行うランド８（後述する図１１（ｄ）参照）が形成されている。ランド８は、中心間距離が０．５ｍｍピッチ程度で形成されることが多い。図示したように、端部に回路基板１内の不良パッケージユニットを記録するための不良マーク１３が形成されている場合もある。

チップ搭載面には、樹脂注入路となる金属製のゲート部７（以下、金属ゲート部７という）も形成されている。ここでは金属ゲート部７は、封止金型のゲート（およびランナー）が配置される端部から封止エリアまでの幅で、前記端部のほぼ全長にわたって形成されていて、封止金型のゲートの配置を自由に行えるようになっている。ゲート部金属７については後段で詳述する。

図１１（ｂ）に示すように、各半導体チップ３の電極パッド部と各パッケージユニット領域２の電極部とを金線などの金属細線４により接続して、前記複数のパッケージユニット領域２に対応する複数のパッケージユニット５を形成する。

ただし、半導体チップ３の搭載・接続はここで示した工法の他にフリップチップ工法なども可能である。また搭載される半導体チップ３の個数は１パッケージユニット領域２あたり１個とは限らず、複数の半導体チップ３を多段に接続することも可能である。この場合の接続方法としては、最下段の半導体チップ３をフリップチップ工法もしくは金属細線により接続し、他の半導体チップ３は金属細線により接続する工法がある。

図１１（ｃ）に示すように、回路基板１のチップ搭載面を複数のパッケージユニット５ずつ一括にトランスファーモールド法により封止樹脂６で封止する（金属細線４の図示は省略している）。このときの封止樹脂６の厚みは約０．７ｍｍ程度である。

図１１（ｄ）に示すように、チップ搭載面に背反する面に形成されたランド８上に、外部との電気的接続を行うための半田ボール９を搭載する。半田ボール９はφ０．３ｍｍ程度である。

図１２（ａ）に示すように、回路基板１を半田ボール９を上向きにしてダイシングテープ１０に貼り付けたうえで、封止樹脂６とともに、パッケージユニット５ごとにパッケージダイサーの回転ブレード１１で一括に切断して、図１２（ｂ）（ｃ）に示すように個片化された樹脂封止型半導体装置１２を得る。

ダイシングテープ１０はＵＶ硬化型を用いることが多く、厚みは０．２５ｍｍ程度である。またリング状等の枠体（図示せず）に展張して用いる。ダイシングテープ１０に貼り付ける回路基板１は１フレームとは限らない。回転ブレード１１は、例えば厚み０．２ｍｍ程度、外形φ５６ｍｍ程度で、ダイヤモンドをボンド材にて結合したものを使用する。ボンド材にはレジン系、メタル系、電鋳系などがあげられる。上述したように回路基板１をダイシングテープ１０上に貼り付けて切断する工法をテープ方式パッケージダイシングと言うが、回路基板１を直接ジグにて保持して回転ブレードで切断するジグ方式パッケージダイシングという工法もある。

図１に、上述した構成を有する本発明の第１実施形態の回路基板１を示す。（ａ）は概略全体構成図、（ｂ）は金属ゲート部７の付近の拡大図である。
金属ゲート部７は、樹脂注入路となる領域、すなわち封止金型のゲートおよびランナーに対応する領域に形成されるもので、たとえば回路基板１上に予め設けた銅パターンの上にニッケル・金メッキを施すことで形成される。金メッキに対する封止樹脂の密着性が小さいため、回路基板にクラックや割れを発生させることなく樹脂剥離（ゲートブレイク）することを可能ならしめる。ゲート部金属７の厚みは１０μｍ程度である。

図１（ａ）（ｂ）に示す金属ゲート部７において、金属領域１５は少なくともダイシングレーン１４を避けて形成され、ダイシングレーン１４は金属を配置しない領域とされている。回路基板１が多層配線基板である場合は、各層とも、ダイシングレーン１４に相当する領域には金属は配置されない。

このことにより、ダイシングレーン１４の領域にも金属が配置される場合と較べて、切断の際の金属屑の発生を大きく、９０％以上も、削減することが可能となり、ショート不良を大幅に抑えることができる。

金属を配置しない領域１６（以下、非金属領域１６という）の幅Ｌは、ダイシングレーン１４（すなわち回転ブレード１１）の幅の１２０〜１５０％とするのが好ましい。これは、非金属領域１６上に封止金型のゲート、ランナーが配置された場合も、金属ゲート部７が本来の目的、ゲートブレイクを容易にすることを妨げないためである。ゲート、ランナーが配置されない箇所の非金属領域１６の幅はこの範囲内でなくともよい。一般にダイシングレーン１４の幅は１５０〜２５０ｕｍなので、非金属領域１６の幅Ｌ１は１８０〜３７５となる。この程度であれば、支障なく樹脂剥離を行うことが可能である。

図２は、本発明の第２実施形態の回路基板１を示す。（ａ）は概略全体構成図、（ｂ）は金属ゲート部７の付近の拡大図である。
この回路基板１が上記した第１実施形態のものと相違するのは、非金属領域１６が、ダイシングレーン１４と平行な方向に伸びるように微細なピッチで配置されていて、全体として、金属領域１５と非金属領域１６とが縞状に配置されている点である。非金属領域１６は、例えば５０ｕｍピッチ、幅２０ｕｍ程度とされる。

このような縞状の配置とすることにより、ダイシングレーン６に沿って切断する際に金属領域１５から発生する金属屑の１片あたりの幅は非常に細くなり、粉砕されやすい形状になる。粉砕された金属屑は、それが半田ボール９間の距離よりも小さければ、ショート不良の原因とはなりえない。

このような縞状の配置は、ダイシングレーン１４の位置によらず、金属ゲート部７の全領域で実施すればよいので、様々な半導体装置について回路基板１の共用が可能となる。これに対し、第１実施形態の回路基板１は、ダイシングレーン１４上を非金属領域１５としているため、ダイシングレーン１４の配置、すなわちパッケージユニット５、個々の半導体装置１２の大きさに依存するものとなる。

本発明の回路基板１には、図３に示すように、半田ボール搭載面に、ダイシングレーン１４の位置を認識するための認識マーク１７を配置するのが好ましい。この認識マーク１７は、半田ボール搭載エリアの外側に配置され、その形状、数量は任意に設定できる。形状は、例えば十字やＴ字などであってよいが、実際にカメラで認識する際に誤認識を起こさないように、周辺のパターンに類似しない形状が望ましい。また数量は、回路基板１のθ方向の切断精度を向上させるために、１本のダイシングレーン１４に対して２箇所以上配置するのが望ましい。ここでは各封止エリアＡ１に対応させて、最外側のダイシングレーン１４の切断開始部および切断終了部の近傍、計４箇所に配置されている。

図４に示す回路基板１では、全てのダイシングレーン１４の両端部、すなわち切断開始部および切断終了部の近傍に認識マーク１７が配置されている。このことにより、θ方向の位置あわせが可能になる。

図５に示す回路基板１では、全てのダイシングレーン１４の交点の近傍に認識マーク１７が配置されている。言い換えると、１本のダイシングレーン１４について、各パッケージユニットに対応させて、認識マーク１７が配置されている。このことにより、基板の形成精度や反りがカット精度におよぼす影響も最小限にできる。

なお、上述したように、ダイシングレーン１４の領域には金属は配置されない。認識マーク１７、そのための下地金属部もダイシングレーン１４の領域には配置しないようにする。各パッケージユニット内に分割して配置する。

たとえば図６に示す例では、各パッケージユニット５（半田ボールの図示は省略している）内のコーナ部に円形の認識マーク１７ａを配置している。図７に示す例では、各パッケージユニット５内のコーナ部にＬ形の認識マーク１７ｂを配置している。認識マーク１７ａ，１７ｂの位置は、半導体チップ搭載部３ａの外側でもある。

図７〜図８を参照しながら、認識マーク１７を備えた回路基板１の製造方法を説明する。ここでは有機材料を主成分とする積層基板および製造方法を例示している。
図８（ａ）に示すように、コア基板２５ａの両面にフィルム３０を貼り付ける。コア基板２５ａは例えば、ガラスエポキシからなり、厚み１００μｍ程度である。

図８（ｂ）に示すように、コア基板２５ａに、配線レイアウトに必要な数量のビアホール２９ａをレーザ３１により穴あけ加工する。ビアホール２９ａは例えば直径１００μｍ程度である。レーザ３１としては例えばCO₂レーザ、YAGレーザなどを用いることができる。

各ビアホール２９ａに、図８（ｃ）に示すように、導電性ペースト２４を充填する。導電性ペースト２４は例えば銅を主成分とするものを使用するが、導電性であればどのような成分でも構わない。このときビアホール２９ａ以外の部分はフィルム３０により導電性ペースト２４から保護される。充填が終了したらフィルム３０は不要となるので除去する。

図８（ｄ）に示すように、導電性ペースト２４からのビア２９が形成されたコア基板２５ａの両面に、金属薄膜２６ａを例えば数１０μｍ程度に成長させる。この金属薄膜２６ａは無電解めっき、電解めっき、スパッタリング法などにより生成することができる。金属薄膜２６ａの材料としては銅などを使用するが、導電性のものであれば銅でなくとも構わない。その後に、金属薄膜２６ａをフォトレジストを用いたエッチングプロセス等でパターニングして、図８（ｅ）に示すような配線２６を形成する。

次に図８（ｆ）に示すように、コア基板２５ａの上下に同様の基板２５ｂ，２５ｃを積層し、同様の加工を行って、図９（ａ）に示すように、配線２６、ビア２９を持った多層配線構造とする。

このときに、基板２５ｂ，２５ｃの表面に配線２６を形成すると同時に、認識マーク形成用の下地金属部３６も形成しておく。ダイシングレーン１４となる領域には、配線２６は当然ながら、下地金属部３６も配置しないように設計しておく。このことは、全ての認識マークおよび配線パターンに対して適用され、また多層配線構造においては全ての層に適用される。

次に図９（ｂ）に示すように、基板２５ｂ，２５ｃの最表面にソルダーレジスト２８を塗布し、その外部接続部分および認識マーク部分を開口して配線２６，下地金属部３６を露出させ、配線２６上には金めっき３５をたとえば数μｍ程度の厚みで施す。この金めっき３５部分が上述したランドやチップ接続用の電極となる。

以上のようにして形成した回路基板１上に、先に説明したように、複数のパッケージユニット５を形成し、一括成形法で樹脂封止し、個片分割を行って、図９（ｃ）に示すような、回路基板１Ａ，封止樹脂６Ａを有した半導体装置１２を得る。

本発明の回路基板は、樹脂封止型半導体装置を一括成形法で製造する際の金属屑の発生を抑えることができ、生産性を低下させることなく、ショート不良を防止できるので、有用である。

本発明の一実施形態における回路基板の斜視図および一部拡大図 本発明の他の実施形態における回路基板の一部拡大図 認識マークを備えた本発明の回路基板の斜視図 認識マークを備えた本発明の回路基板の斜視図 認識マークを備えた本発明の回路基板の斜視図 認識マークの拡大図 他の認識マークの拡大図 図３の回路基板を製造する前半工程を説明する工程断面図 図３の回路基板を製造する後半工程を説明する工程断面図 従来の半導体装置〔ＱＦＮ〕の製造方法を説明する工程断面図 従来の半導体装置（ＢＧＡ）の製造方法の前半工程を説明する工程断面図 従来の半導体装置（ＢＧＡ）の製造方法の後半工程を説明する工程断面図

符号の説明

１ 回路基板
２ パッケージユニット領域
３ 半導体チップ
3a 半導体チップ搭載部
５ パッケージユニット
６ 封止樹脂
７ 金属ゲート部
８ ランド
９ 半田ボール
12 半導体装置
14 ダイシングレーン
15 金属領域
16 非金属領域
17 認識マーク

Claims (10)

1. 半導体チップと電気的に接続される導体部を有して半導体チップが搭載されるパッケージユニット領域が配列され、半導体チップの搭載後に複数のパッケージユニット領域のチップ搭載面を封止金型を用いて一括して樹脂封止する際の樹脂注入路となる領域に樹脂剥離用の金属部が形成されたシート状の回路基板において、
   前記金属部は、樹脂封止後にパッケージユニット領域ごとに切断するために設定されるダイシングレーン上を避けて形成された回路基板。
2. 金属部が形成されない領域の幅がダイシングレーンの幅の１２０〜１５０％である請求項１記載の回路基板。
3. 半導体チップと電気的に接続される導体部を有して半導体チップが搭載されるパッケージユニット領域が配列され、半導体チップの搭載後に複数のパッケージユニット領域のチップ搭載面を封止金型を用いて一括して樹脂封止する際の樹脂注入路となる領域に樹脂剥離用の金属部が形成されたシート状の回路基板において、
   前記金属部は、樹脂封止後にパッケージユニット領域ごとに切断するために設定されるダイシングレーンに沿う方向に各々が伸びるように、縞状に形成された回路基板。
4. 金属部の幅がダイシングレーンの幅と同等かそれ以下である請求項３記載の回路基板。
5. ダイシングレーンの位置を認識するための認識マークを具備した請求項１または請求項３のいずれかに記載の回路基板。
6. 認識マークが導体部と同一材料を用いてダイシングレーンを避けて形成された請求項５記載の回路基板。
7. 認識マークが半導体チップ搭載部外に配置された請求項５記載の回路基板。
8. 認識マークがダイシングレーンの切断開始部と切断終了部の近傍にそれぞれ配置された請求項５記載の回路基板。
9. 認識マークがダイシングレーンの切断開始部と切断終了部とその中間部の近傍にそれぞれ配置された請求項５記載の回路基板。
10. 請求項５記載の回路基板を製造する際に、半導体チップと電気的に接続する導体部をパッケージユニット領域に形成する工程で、導体部と同一材料で樹脂剥離用の金属部と認識マークの少なくとも一方を形成する回路基板の製造方法。

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