JP2009141268A

JP2009141268A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2009141268A
Application number: JP2007318745A
Authority: JP
Inventors: Junji Tanaka; 淳二田中; Koichi Meguro; 弘一目黒; Yasuhiro Niima; 康弘新間
Original assignee: Spansion LLC
Current assignee: Spansion LLC
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2009-06-25
Also published as: US20090311831A1; US7851260B2

Abstract

【課題】歩留まり向上、基板及び樹脂の使用効率の上昇が可能となり、コストダウン可能な半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】基板１０の片面を樹脂２０で封止する工程と、基板１０と樹脂２０とを、平坦な状態に保持しながら加熱する第１加熱工程と、第１加熱工程の後に、前記基板１０と前記樹脂２０とを、平坦な状態に保持しながら室温に戻す工程と、基板１０と樹脂２０とを室温に戻す工程の後に、基板１０と接している面とは反対の面から、基板１０を残存させるように、樹脂１０を切断する工程と、基板１０を個片化する工程と、を有する半導体装置の製造方法である。
【選択図】図９

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に片面封止型パッケージで構成される半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造工程では、半導体チップを基板に実装した後、半導体チップを保護するために、基板及び半導体チップを樹脂で封止するモールド工程が行われる。モールド工程の後に、樹脂に残留する残留応力を除去するため、樹脂を再度加熱し、その後室温に戻すキュア工程が行われる。

特許文献１には、樹脂で封止した後、半導体装置が平坦になるように加圧しながらキュアする、半導体装置の製造方法が開示されている。
特開平４−３１３２４５号公報

ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）に代表される片面封止型パッケージでは、基板の半導体チップが実装された面のみを樹脂で封止する。従って、半導体装置は基板と樹脂との二層構造となる。このため、基板と樹脂との熱膨張係数の差により、モールド工程やキュア工程等の加熱を行う工程において、半導体装置に反りが発生する。反りが大きい場合、後の工程において搬送や治具への吸着でエラーが発生する可能性があった。結果的に、歩留まりが低下し、半導体装置がコストアップすることが課題となっていた。

反りを低減するため、基板にスリットを設け、樹脂を小さな領域へと分割する方法がある。しかし、この方法では、基板及び樹脂の使用効率が悪くなり、コストアップの原因になるという課題があった。また、使用効率を上げるために基板を大判化すると、反りが大きくなることも課題であった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、歩留まり向上、基板及び樹脂の使用効率の上昇が可能となり、コストダウン可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、基板の片面を樹脂で封止する工程と、前記基板と前記樹脂とを、平坦な状態に保持しながら加熱する第１加熱工程と、第１加熱工程の後に、前記基板と前記樹脂とを、平坦な状態に保持しながら室温に戻す工程と、前記基板と前記樹脂とを室温に戻す工程の後に、前記基板と接している面とは反対の面から、前記基板を残存させるように、前記樹脂を切断する工程と、前記基板を個片化する工程と、を有する半導体装置の製造方法である。本発明によれば、加圧しながらキュア工程を行い、その後、樹脂のみを切断するため、反りを低減することができる。このことにより、歩留まり向上、基板及び樹脂の使用効率の上昇が可能となり、半導体装置のコストダウンが可能となる。

上記構成において、前記樹脂を切断する工程の後であって、前記基板を個片化する工程の前に、前記基板を加熱する第２加熱工程を含む構成とすることができる。

上記構成において、前記樹脂を切断する工程における複数の切断線は、前記基板を個片化する工程における複数の切断線のうち、少なくとも一本と、重なっている構成とすることができる。この構成によれば、前記樹脂を切断する工程の、前記基板から取得できる個片化された半導体装置の個数への影響をなくすことができる。

上記構成において、前記基板を個片化する工程における切断線は、前記樹脂を切断する工程における切断線を含んでいる構成とすることができる。この構成によれば、前記基板を個片化する工程後の、基板の切断面と樹脂の切断面とを、同一平面にすることができる。

上記構成において、前記樹脂を切断する工程は、前記樹脂を幅方向に切断する構成とすることができる。この構成によれば、基板の長手方向に発生した反りを低減することができる。

上記構成において、前記樹脂を切断する工程は、前記樹脂を格子状に切断する構成とすることができる。この構成によれば、基板の長手方向及び幅方向それぞれに発生した反りを低減することができる。

上記構成において、前記基板の前記片面を前記樹脂で封止する工程は、前記基板と前記樹脂とを加熱する第３加熱工程を含む構成とすることができる。

上記構成において、前記第２加熱工程は、前記基板に端子を設ける工程に含まれる構成とすることができる。

本発明によれば、加圧しながらキュア工程を行い、その後、樹脂のみを切断するため、反りを低減することができる。このことにより、歩留まり向上、基板及び樹脂の使用効率の上昇が可能となり、半導体装置のコストダウンが可能となる。

図面を用い、本発明が解決する課題について説明する。比較例１は基板の片面を樹脂で封止し、通常のキュア工程を行う例である。

図１及び図２を用いて、比較例１に係る半導体装置の製造方法について説明する。図１は比較例１に係る半導体装置の工程フローである。図２は、反りが発生した際の半導体装置を示した側面図である。ステップＳ１０において、例えばガラスエポキシからなる絶縁性基板１０の、半導体チップ（不図示）が実装された面を、例えばエポキシからなる熱硬化性を有する樹脂２０で封止するモールド工程を行い、半導体装置１００を形成する。モールド工程は絶縁性基板１０と樹脂２０とを、例えば１７５℃に加熱する工程を含む（第３加熱工程）。ステップＳ１１のキュア工程では、封止した樹脂２０に残留する残留応力を除去するため、絶縁性基板１０と樹脂２０とを例えば１７５℃で例えば５時間加熱し（第１加熱工程）、その後に室温に戻す。キュア工程では、モールド工程における温度と等しい温度、またはそれ以上の温度にまで加熱する。

ステップＳ１２において、例えば半田からなる端子１２（不図示）を、絶縁性基板１０上に配置する。ステップＳ１３において、端子１２を絶縁性基板１０上に固定するリフロー工程を行う。リフロー工程は、絶縁性基板１０と樹脂２０と端子１２とを、例えば２４０℃まで加熱する工程を含んでいる（第２加熱工程）。ステップＳ１４において、絶縁性基板１０と樹脂２０とを例えば８ｍｍ毎に切断し、個片化する。

片面封止型パッケージでは、半導体装置１００が絶縁性基板１０と樹脂２０との二層構造になっている。絶縁性基板１０の熱膨張係数と樹脂２０の熱膨張係数とに差異があるため、ステップＳ１０のモールド工程において加熱が行われると、図２に示すように反りが発生する。反りの大きな半導体装置１００は、例えばステップＳ１２の端子配置工程において、搬送や治具への吸着でエラーが発生する。

そこで、反りを矯正するため、モールド工程後に絶縁性基板１０と樹脂２０とを加圧し平坦な状態にしながら、キュアを行う加圧キュア工程が行われている。比較例２として、加圧キュア工程を実施した例を説明する。

図３から図４（ｃ）を用いて、比較例２に係る半導体装置の製造方法について説明する。図３は実施例２に係る半導体装置の工程フローを示している。図４（ａ）から図４（ｃ）は、各々ステップＳ２１からステップＳ２３を示した側面図である。ステップＳ２０は図２に示したものと同じである。

図３に示したステップＳ２０において、モールド工程を行い、半導体装置１１０を形成する（比較例１における半導体装置１００を、比較例２においては半導体装置１１０に置き換える）。図４（ａ）に示したステップＳ２１において、加圧キュア工程を行う。加圧キュア工程では、絶縁性基板１０と樹脂２０とを、例えば１０ｋｇの重りを載せて加圧して、平坦な状態に保持しながら加熱する。その後、平坦な状態に保持したまま室温に戻す。図４（ｂ）に示したステップＳ２２において、絶縁性基板１０上に端子１２を配置する。図４（ｃ）に示したステップＳ２３において、リフロー工程を行い、端子１２を絶縁性基板１０上に固定する。ステップＳ２４において個片化を行う。

図４（ａ）に示すように、ステップＳ２１の加圧キュア工程を行うことにより、ステップＳ２０のモールド工程で発生した反りが矯正される。しかし、ステップＳ２３のリフロー工程が加熱を行う工程であるため、図４（ｃ）に示すように反りが復元する。このため、反りが大きなものはステップＳ２４の個片化する工程でエラーが発生する。このように、ステップＳ２３のリフロー工程において、ステップＳ２０のモールド工程及びステップＳ２１の加圧キュア工程より、高い温度で加熱することにより、反りが復元する。

図面を用いて、反りの測定方法と値の定義について説明する。ここで述べる測定方法と定義は、以降に説明する実験１、実験２及び実験３についても適用されるものである。

図５（ａ）は絶縁性基板１０を下にしてサンプルを平面上に置いたときに、絶縁性基板１０の中心が平面と接し、両端は平面から浮く方向に反りが発生した場合を示す側面図である。図５（ｂ）に示すように、この場合の反りは、絶縁性基板１０の下面の、一方の端部を平面に接触させた際の、平面から測定した他方の端部の高さＨ１で定義し、正の値で表すものとする。

図５（ｃ）は絶縁性基板１０を下にしてサンプルを平面上に置いたときに、絶縁性基板１０の両端が平面と接し、中心は平面から浮く方向に反りが発生した場合を示す側面図である。この場合の反りは、絶縁性基板１０の下面の両端を平面に接触させた際の、平面から測定した絶縁性基板１０の中心の高さＨ２で定義し、負の値で表すものとする。

比較例１及び比較例２に係る実験について説明する。

実験１は、加圧しない通常のキュア工程を行ったサンプル１と、それぞれ加圧キュア工程を行ったサンプル２及びサンプル３との比較実験である。

図６は、実験１で使用したサンプル１の斜視図である。絶縁性基板１０の寸法は、長さＬ＝２３０ｍｍ、幅Ｄ＝６２ｍｍ、厚さＨ＝１８０μｍである。樹脂２０は、絶縁性基板１０の片面を封止しており、厚さＨ’＝４５０μｍである。また、絶縁性基板１０はガラスエポキシ、樹脂２０はエポキシ、端子１２は半田、で各々構成されている。なお、サンプル２及びサンプル３も、サンプル１と同じ寸法、同じ材質で構成されている。

実験１の内容について説明する。モールド工程において１７５℃に加熱し、終了後の各サンプルの反りを測定する。その後、サンプル１は加圧せずにキュア工程を行った。サンプル２には１．５ｋｇの重りを載せ、サンプル３には１０ｋｇの重りを載せ、それぞれキュア工程を行った。キュア工程は、１７５℃で５時間加熱し、室温に戻す工程である。キュア工程後における各サンプルの反りを測定した。各サンプルを２４０℃に加熱してリフロー工程を行い、反りを測定した。

図７を用いて、実験１の結果について説明する。図７は、各サンプルの、モールド工程後、キュア工程後、リフロー工程後、それぞれにおける反りの値を示したグラフである。モールド工程後においては、サンプル１、サンプル２及びサンプル３それぞれの反りは、約３０ｍｍであり、同程度であった。キュア工程後においては、加圧せずにキュア工程を行ったサンプル１の反りが１５ｍｍであった。それに対し、加圧キュア工程を行ったサンプル２及びサンプル３それぞれの反りは約−３ｍｍであった。このことから、加圧キュア工程を行うことで、反りが低減されたことが分かる。その後、リフロー工程を行うと、サンプル１の反りは約８ｍｍであった。それに対し、サンプル２及びサンプル３それぞれの反りは約５ｍｍ、約０ｍｍとなり、加圧キュア工程後よりも反りが増大していた。この結果から、重りの重量に関わりなく、加圧キュア工程により一時的には矯正された反りが、リフロー工程において加熱を行うことで、復元していることが分かる。

以下、図面を用い、上記課題を解決するための実施例について説明する。

実施例１においては、加圧キュア工程及びハーフカット工程を実施した例を模式的に説明する。

図８から図１０を用いて、実施例１に係る半導体装置の製造方法について説明する。図８に示すのは、実施例１に係る半導体装置の工程フローである。図９（ａ）から図９（ｄ）は、各々ステップＳ３２からステップＳ３５を示した側面図である。ステップＳ３０は図２、ステップＳ３１は図４（ａ）に示したものと、各々同じである。図１０はハーフカット工程における切断線２２と、個片化する工程における切断線２４とを示した上面図である。実線が切断線２２を、点線が切断線２４をそれぞれ示す。

図２に示したステップＳ３０において、モールド工程を行い、半導体装置１２０を形成する（比較例１における半導体装置１００を、実施例１においては半導体装置１２０に置き換える）。ステップＳ３１において、加圧キュア工程を行う。図４（ａ）に示すように、加圧キュア工程を行うことで、半導体装置１２０の反りは矯正される（比較例２における半導体装置１１０を、実施例１においては半導体装置１２０に置き換える）。

図９（ａ）に示したステップＳ３２において、樹脂２０を切断するハーフカット工程を行う。この工程は、例えば幅４０μｍのブレードを使用して、樹脂２０の絶縁性基板１０と接している面とは反対の面から、切断線２２に沿って、絶縁性基板１０を残存させるように、樹脂２０のみを幅方向に切断する工程である。このとき切断線２２の幅は４０μｍとなる。

図９（ｂ）に示したステップＳ３３において、端子１２を絶縁性基板１０上に配置する。図９（ｃ）に示したステップＳ３４において、リフロー工程を行い、端子１２を固定する。

図９（ｄ）に示したステップＳ３５において、例えば幅２５０μｍのブレードを使用して、切断線２４に沿って絶縁性基板１０と樹脂２０とを切断することで、絶縁性基板１０を個片化する。このとき、切断線２２の幅は２５０μｍとなる。以上の工程により、個片化された半導体装置１２０ａが完成する。

実施例１によれば、ステップＳ３１において加圧キュアを行っているため、一時的に反りが矯正される。さらにその後、ステップＳ３２においてハーフカット工程を行い、樹脂２０を切断し、小片に分割している。図９（ｃ）に示すように、ステップＳ３４のリフロー工程において復元する反りは、樹脂２０の小片毎に発生する。このため、比較例１及び比較例２のように、絶縁性基板１０全体で発生する場合よりも、反りを低減することができる。このことにより、ステップＳ３５の個片化する工程における搬送、吸着のエラーを防止することができる。従って、歩留まりが向上し、コストダウンが可能となる。

前述のように、絶縁性基板１０にスリットを設け、樹脂を小さな領域へと分割し、反りを抑制する方法もある。しかし、実施例１によれば、ステップＳ３２のハーフカット工程において樹脂２０が小片に分割されているため、絶縁性基板１０にスリットを設ける必要がない。また、絶縁性基板１０の大判化が可能となる。このことにより、絶縁性基板１０及び樹脂２０の使用効率がよくなる。結果的に、コストダウンが可能となる。

ステップＳ３２のハーフカット工程における切断線２２の位置、及びステップＳ３５の個片化する工程における切断線２４の位置に限定はない。しかし、図１０に示すように、ハーフカット工程が、半導体装置１２０から取得できる個片化された半導体装置１２０ａの個数に影響を与えないためには、ハーフカット工程における複数の切断線２２と、個片化する工程における複数の切断線２４のうち、少なくとも一本とは、重なっていることが好ましい。

ハーフカット工程における切断線２２、及び絶縁性基板１０を個片化する工程における切断線２４の幅に限定はない。しかしながら、図９（ｄ）に示すように、個片化する工程の終了後に、絶縁性基板１０の切断面２６と樹脂２０の切断面２８とが同一平面にあるためには、ハーフカット工程における切断線２２の幅Ｗ１は、個片化する工程における切断線２４の幅Ｗ２よりも小さいことが好ましい。すなわち、個片化する工程における切断線２４は、ハーフカット工程における切断線２２を含んでいることが好ましい。

実施例１に係る実験について説明する。実験２は、加圧キュア工程及びハーフカット工程を実施した実験である。

実験２に用いたサンプル４は、実験１で用いたサンプル１、サンプル２及びサンプル３と同じ寸法、同じ材質で構成されている。実験２に係る工程フローは、図８に示したものと同じである。図１１（ａ）から図１１（ｄ）は、図６の矢印３０から見た、サンプル４の側面図である。図１１（ａ）はステップＳ３０、図１１（ｂ）はステップＳ３１、図１１（ｃ）はステップＳ３２、図１１（ｄ）はステップＳ３４、を各々示している。

ステップＳ３０において、絶縁性基板１０と樹脂２０とを１７５℃に加熱しモールド工程を行った。図１１（ａ）に示すように、モールド工程においては、絶縁性基板１０を下にしてサンプル４を平面上に置いた場合、絶縁性基板１０の中心が平面と接し、両端は平面から浮く方向に反りが発生した。モールド工程後の反りは２７ｍｍであった。

図１１（ｂ）に示したステップＳ３１において、加圧キュア工程を行った。サンプル４に重りを載せ、平坦な状態に保持して１７５℃で５時間加熱し、その後平坦に保持したまま室温に戻した。加圧キュア工程後は、絶縁性基板１０を下にしてサンプル４を平面上に置いた場合、絶縁性基板１０の両端が平面と接し、中心は平面から浮く方向に反りが発生した。加圧キュア工程後の反りは−４ｍｍであった。

図１１（ｃ）に示したステップＳ３２において、樹脂２０を切断するハーフカット工程を行った。切断に使用したブレードの厚さ、すなわち樹脂２０の切断線の幅は１００μｍである。樹脂２０を８ｍｍ毎に、幅方向に切断した。ハーフカット工程後、反りはほとんど確認されなかった。

ステップＳ３３において、半田からなる端子１２を絶縁性基板１０上に配置した。図１１（ｄ）に示すステップＳ３４において、サンプル４を２４０℃に加熱し、リフロー工程を行った。リフロー工程後も、ハーフカット工程後と変わらず、反りはほとんど確認されなかった。

実験２によれば、ステップＳ３１の加圧キュア工程を行うことにより、反りを２７ｍｍから−４ｍｍへと低減することができた。また、ステップＳ３１の加圧キュア工程後、ステップＳ３２のハーフカット工程を行うことにより、反りはほとんどなくなった。ステップＳ３４のリフロー工程後においても、反りはほとんどなく、リフロー工程前と変化はなかった。すなわち、ハーフカット工程を行うことで、反りの復元を抑制することができた。

実験３は、ハーフカット工程を行わなかったサンプル５と、ハーフカット工程を行ったサンプル６との比較実験である。

実験に用いたサンプルは、実施例２及び実施例３で使用したサンプルと同じ寸法、同じ材質のものである。

実験３の内容について説明する。それぞれモールド工程を行ったサンプル５及びサンプル６を対象に、加圧キュア工程を行い、終了後の反りを測定した。その後、サンプル５はハーフカット工程を実施せずに、リフロー工程を行い、反りを測定した。サンプル６は、加圧キュア後にハーフカット工程を行い、反りを測定した。その後、リフロー工程を行い、反りを測定した。なお、サンプル６は複数用いて、それぞれに同じ実験を行った。

図１２を用いて実験３の結果について説明する。図１２は、サンプル５のキュア工程後、リフロー工程後それぞれにおける反りの値、及びサンプル６のキュア工程後、ハーフカット工程後、リフロー工程後それぞれにおける反りの値を示したグラフである。キュア工程後においては、サンプル５及びサンプル６それぞれの反りは約−４ｍｍであり、同程度であった。ハーフカット工程後のサンプル６の反りは約０ｍｍであった。このことから、ハーフカット工程を行うことで、サンプル６の反りが低減されたことが分かった。

リフロー工程後においては、サンプル５の反りは４ｍｍであった。このことから、実験１のサンプル２及びサンプル３と同様に、加圧キュア工程により矯正された反りが、リフロー工程によって復元していることが分かった。それに対して、サンプル６のリフロー工程後の反りは、−２ｍｍから０ｍｍであった。この値は、ハーフカット工程後の反りと同程度である。この結果から、ハーフカット工程を行うことで、リフロー工程での反りの復元を抑制できたことが分かった。

実施例２は、反りが絶縁性基板の長手方向及び幅方向の両方向に発生する例である。

図１３（ａ）に示すように、実施例１では、絶縁性基板１０及び樹脂２０は、上面から見た場合に長方形であり、反りは長手方向に発生した。そのため、ハーフカット工程の切断線２２は幅方向に設けられていた。

これに対し、図１３（ｂ）に示すように、絶縁性基板１０が、上面から見た場合に例えば正方形であれば、反りは長手方向及び幅方向の両方向に発生する。そこで、切断線２２を格子状に設け、樹脂２０を切断する。これにより、両方向の反りを低減できる。

実施例２では、樹脂２０が正方形であるとしたが、その他の形状、例えば長方形においても、反りが長手方向、及び幅方向に発生する場合であれば、実施例２のように樹脂２０の切断線２２を格子状に設けることで、反りを低減することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図１は比較例１に係る半導体装置１００の製造工程を示すフローチャートである。図２は反りが発生した半導体装置を示す側面図である。図３は比較例２に係る半導体装置１１０の製造工程を示すフローチャートである。図４（ａ）から図４（ｃ）は比較例２に係る半導体装置１１０の製造工程を示す側面図である。図５（ａ）から図５（ｃ）は反りの測定方法及び定義を示す側面図である。図６は実験１に係るサンプルを示す斜視図である。図７は実験１の実験結果を示すグラフである。実施例１に係る半導体装置１２０の製造工程を示すフローチャートである。図９（ａ）から図９（ｄ）は実施例１に係る半導体装置１２０の製造工程を示す側面図である。図１０は、切断線２２と切断線２４との位置関係を示す上面図である。図１１（ａ）から図１１（ｄ）は実験２の実験内容を示す側面図である。図１２は実験３の実験結果を示すグラフである。図１３（ａ）は実施例１に係る半導体装置の上面図であり、図１３（ｂ）は実施例２に係る半導体装置の上面図である。

符号の説明

１０絶縁性基板
２０樹脂
２２、２４切断線
１００、１１０、１２０半導体装置

Claims

基板の片面を樹脂で封止する工程と、
前記基板と前記樹脂とを、平坦な状態に保持しながら、加熱する第１加熱工程と、
第１加熱工程の後に、前記基板と前記樹脂とを、平坦な状態に保持しながら、室温に戻す工程と、
前記基板と前記樹脂とを室温に戻す工程の後に、前記基板と接している面とは反対の面から、前記基板を残存させるように、前記樹脂を切断する工程と、
前記基板を個片化する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記樹脂を切断する工程の後であって、前記基板を個片化する工程の前に、前記基板を加熱する第２加熱工程を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記樹脂を切断する工程における複数の切断線は、前記基板を個片化する工程における複数の切断線のうち、少なくとも一本と、重なっていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
前記基板を個片化する工程における切断線は、前記樹脂を切断する工程における切断線を含んでいることを特徴とする請求項１から３いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
前記樹脂を切断する工程は、前記樹脂を幅方向に切断する工程であることを特徴とする請求項１から４いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
前記樹脂を切断する工程は、前記樹脂を格子状に切断する工程であることを特徴とする請求項１から４いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
前記基板の前記片面を前記樹脂で封止する工程は、前記基板と前記樹脂とを加熱する第３加熱工程を含むことを特徴とする請求項１から６いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
前記第２加熱工程は、前記基板に端子を設ける工程に含まれることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。