JP2010086991A

JP2010086991A - 回路装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2010086991A
Application number: JP2008250910A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Mino; 勝義三野; Masaru Kanakubo; 優金久保; Masami Mogi; 昌巳茂木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd
Priority date: 2008-09-29
Filing date: 2008-09-29
Publication date: 2010-04-15

Abstract

【課題】半導体素子の主面が薄く封止樹脂により被覆された回路装置の製造方法を提供する。
【解決手段】外部接続電極１６が形成された半導体ウェハ２０を金型３２、３４のキャビティ３６に収納させ、熱硬化性樹脂を含む樹脂シート４２を、半導体ウェハ２０と金型３４の内壁下面との間に介在させている。この状態で、金型を１８０℃程度に加熱し、ゲート４４から液状の封止樹脂を注入することで、注入された第１封止樹脂により半導体ウェハ２０の上面を被覆すると共に、溶融された樹脂シート４２から成る第２封止樹脂１４Ｂにより半導体ウェハ２０の下面を被覆している。
【選択図】図４

Description

本発明は回路装置およびその製造方法に関し、特に、半導体素子の主面が封止樹脂により薄く被覆される回路装置およびその製造方法に関する。

携帯電話等の電子機器の小型化および高機能化に伴い、こうした機器に使用される回路装置にも、よりいっそうの小型化が要求されている。

高集積化された回路素子をパッケージする構造は、従来のＱＦＰ（ＱｕａｄＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）から、ＣＳＰ（ＣｈｉｐＳｉｚｅＰａｃｋａｇｅ）またはＷＬＰ（ｗａｆｅｒｌｅｖｅｌｐａｃｋａｇｅ）へ移行している。ＣＳＰでは、一主面に外部接続電極が形成されたウェハをダイシングすることによりパッケージが形成される。従って、ＣＳＰは、回路素子と同等のサイズにて実装基板に固着することが可能となり、ＣＳＰが実装される側の実装基板を小型化することが可能となる。このことから、ＣＳＰを採用することにより、携帯電話等のセット全体を小型化することも可能となる（特許文献１）。

図６を参照して、従来のＣＳＰ型の回路装置１００を説明する。回路装置１００は、上面に拡散領域が構成された半導体基板から成る回路素子１０１と、この回路素子１０１の上面を被覆する保護膜１０２と、外部電極１０７とを備えて構成されている。また、電極１０４は、保護膜１０２を部分的に除去して設けた開口部に設けられた金属膜であり、回路素子１０１に設けた拡散領域と接続されている。外部電極１０７は、金から成るバンプ電極または半田から成る半田ボールであり、電極１０４の上面に固着されている。保護膜としては、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ−Ｇｌａｓｓ）膜やＳｉ_３Ｎ_４（シリコン窒化膜）等が採用される。
特開平９−６４０４９号公報

しかしながら、上記した構成の回路装置１００では、シリコン等の半導体材料から成る回路素子１０１の下面が外部に露出されるので、回路素子１００を搬送する工程や実装する工程にて、回路素子１０１にクラックが発生してしまう問題があった。

このように回路素子１０１にクラックが発生する問題は、回路素子１０１の下面を樹脂等の保護膜により被覆すると緩和される。しかしながら、ポッティング等の塗布方法により回路素子１０１の下面に保護膜を形成すると、この保護膜を薄く且つ平坦に形成することが困難であった。この保護膜が厚く形成されてしまうと回路装置１００全体の厚みが増加してしまう問題が発生し、保護膜が平坦に形成されないと回路装置１００の平坦性が損なわれる問題が発生する。

本発明は上記した問題点を鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、回路素子の主面を極めて薄く樹脂により平坦に被覆することを可能とする回路装置の製造方法を提供することにある。

本発明の回路装置の製造方法は、拡散工程により複数の半導体素子部が形成されると共に、一主面に各前記半導体素子部と接続された外部接続電極が形成された半導体ウェハを用意する工程と、前記半導体ウェハの前記一主面および他主面を樹脂により封止する工程と、前記半導体ウェハを前記半導体素子部毎に分割する工程と、を備え、前記封止する工程では、熱硬化性樹脂を含む樹脂シートを溶融させて前記半導体ウェハの前記他主面を被覆することを特徴とする。

本発明の回路装置は、外部接続電極が形成された第１主面と第２主面とを備えた半導体素子と、前記半導体素子の前記第１主面および前記外部接続電極の側面を被覆する第１封止樹脂と、前記半導体素子の前記第２主面を被覆する第２封止樹脂と、を備え、前記第２封止樹脂は、熱硬化性樹脂を含む樹脂シートを溶融させて形成されることを特徴とする。

本発明によれば、極めて薄く形成された樹脂シートを溶融させて半導体ウェハの主面を被覆しているので、薄く且つ平坦な樹脂により主面が被覆された回路装置が提供される。更に、通常は半導体材料が露出する主面を、樹脂にて薄く被覆することにより、クラックの発生が防止されると共に装置全体の機械的強度が向上された回路装置が製造される。

図１を参照して、本形態の製造方法により製造される回路装置１０の構成を説明する。図１（Ａ）は回路装置１０の斜視図であり、図１（Ｂ）は代表的な断面図である。回路装置１０は、装置全体の大きさが半導体素子と同等の、ＣＳＰまたはＷＬＰと称される面実装型のパッケージである。

図１（Ａ）を参照して、回路装置１０は、半導体素子１２と、半導体素子１２の上面に設けられた外部接続電極１６と、外部接続電極１６が設けられた箇所以外の半導体素子１２の上面を被覆する第１封止樹脂１４Ａと、半導体素子１２の下面を被覆する第２封止樹脂１４Ｂとを主要に備えている。

半導体素子１２は、シリコン等の半導体材料から成り、所定の電気回路を実現するための拡散領域が上面に形成されている。半導体素子１２としては、バイポーラトランジスタ等のディスクリートのトランジスタとして構成されても良いし、多数のトランジスタ等が形成されたＬＳＩとして構成されても良い。

図１（Ｂ）を参照して、半導体素子１２の上面は、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ−Ｇｌａｓｓ）膜やＳｉ_３Ｎ_４（シリコン窒化膜）から成る絶縁膜２６により被覆されている。そして、この絶縁膜２６を部分的に開口した領域に、金属膜から成るパッド１８が形成されている。

外部接続電極１６は、パッド１８の上面に形成された電極であり、上端部は第１封止樹脂１４Ａから外部に露出している。外部接続電極１６は、ワイヤボンディングにより接続された金バンプ等である。更に、第１封止樹脂１４Ａから外部に露出する外部接続電極１６の上面に、半田ボールを溶着しても良い。

第１封止樹脂１４Ａは、フィラー等の添加剤が加えられた熱硬化性樹脂から成り、絶縁膜２６の上面および外部接続電極１６の側面を被覆している。第１封止樹脂１４Ａの厚みは外部接続電極１６の高さと同等であり、例えば０．１ｍｍ程度である。

第１封止樹脂１４Ａを構成する熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック・ビフェニール、ジシクロペンタジエン等が採用される。また、第１封止樹脂１４Ａには、熱抵抗の低減等を目的としてフィラーが混入されている。第１封止樹脂１４Ａに混入されるフィラーの割合は、例えば７０重量％以上９０重量％以下である。フィラーの種類としては、結晶シリカと破砕シリカとの混合物が採用されているが、溶融シリカ、アルミナまたは窒化ケイ素が採用されても良い。更に、混入されるフィラーの平均粒径は、例えば、２０μｍ以上３０μｍ以下である。

第２封止樹脂１４Ｂは、半導体素子１２の下面を全面的に被覆する樹脂層であり、具体的な組成は上記した第１封止樹脂１４Ａと同様で良い。第２封止樹脂１４Ｂの厚みＴ１は例えば０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下程度である。第２封止樹脂１４Ｂにより、半導体素子１２の下面を保護することにより、搬送の工程や実装の工程に於ける半導体素子１２の欠けが防止される。更に、半導体素子１２の厚みが極めて薄く形成された場合でも、第２封止樹脂１４Ｂにより装置全体の剛性を向上させることもできる。

更にまた、第２封止樹脂１４Ｂには多量のフィラーが混入されているので、半導体素子１２が動作することにより発生する熱を、第２封止樹脂１４Ｂを経由して良好に外部に放熱させることもできる。特に第２封止樹脂１４Ｂは、射出成形により形成されるのではなく、板状の樹脂シートを溶融させることで形成されるので、第１封止樹脂１４Ａよりもフィラーが均一に分散された状態であり、全体的に熱抵抗が均一とされている。

図２から図５を参照して、上記した構成の回路装置の製造方法を説明する。

図２を参照して、先ず、所定の回路が構成されて外部接続電極１６が形成された半導体ウェハ２０を用意する。図２（Ａ）は半導体ウェハ２０の斜視図であり、図２（Ｂ）は半導体ウェハ２０の断面図である。

図２（Ａ）を参照して、半導体ウェハ２０は、シリコン等の半導体を材料とする基板であり、その上面には拡散工程等を経ることによりマトリックス状に半導体素子部２２が形成されている。また、各集積回路と接続されたパッド１８が、各半導体素子部２２の周辺部に形成されている。ここで、半導体素子部２２とは、１つの回路装置を構成する部位のことである。また、各半導体素子部２２どうしの間にはダイシングライン２４が規定されており、後の工程にて半導体ウェハ２０を分割する際には、ダイシングライン２４に沿ってダイシングが行われる。

図２（Ｂ）を参照して、半導体ウェハ２０の上面は、絶縁膜２６により全面的に被覆されており、この絶縁膜２６を部分的に開口した部分に、銅やアルミニウム等の金属から成るパッド１８が形成されている。このパッド１８の上面には、突起する外部接続電極１６が形成されている。外部接続電極１６を形成する方法としては、ワイヤボンディングによるＡｕバンプの形成でも良いし、Ａｕ等の金属から成るボール状の電極が設けられても良い。更には、他の金属材料から成る突起状のバンプを外部接続電極１６として用いても良い。

図３を参照して、次に、半導体ウェハ２０を、金型３０のキャビティ３６の内部に収納させる。図３（Ａ）は本工程を示す断面図であり、図３（Ｂ）は樹脂シート４２が溶融する前の状態を示す拡大断面図であり、図３（Ｃ）は樹脂シート４２が溶融した後の状態を示す拡大断面図である。

図３（Ａ）を参照して、ここでは、樹脂シート４２を下金型３４の内壁下面に載置した後に、この樹脂シート４２の上面に半導体ウェハ２０を載置している。ここでは、外部接続電極１６が形成されない平坦面である半導体ウェハの下面が、樹脂シート４２に面的に接触している。

そして、上金型３２と下金型３４とを当接させることで、キャビティ３６の内部に半導体ウェハ２０が収納される。そして、拡散工程による半導体装置部が形成されていない半導体ウェハ２０の周辺部が、上金型３２および下金型３４により狭持されて固定されている。この様に上下金型により半導体ウェハ２０が狭持されることにより、キャビティ３６の内部における半導体ウェハ２０の上下方向および左右方向の位置が固定されている。尚、この工程の初期段階に於いては、樹脂シート４２は、粒状の熱硬化性樹脂が加圧加工された固体の状態である。また、金型３０には不図示のヒータが装備されており、樹脂シート４２が溶融して加熱硬化する温度（例えば１７０℃以上）に金型３０は加熱されている。この金型３０の加熱は、樹脂シート４２を載置する前から開始しても良いし、樹脂シート４２を載置して後から開始しても良い。

ここで、半導体ウェハ２０の下面を被覆する樹脂シート４２に関して説明する。樹脂シート４２は、溶融して加熱硬化されることで、半導体ウェハ２０を被覆する封止樹脂の一部を成すものである。具体的には、樹脂シート４２は、フィラーや硬化剤等が添加された粉末状の熱硬化性樹脂を、所定形状のシート状に加圧成型されている。樹脂シート４２の組成としては、金型のキャビティ３６に注入される封止樹脂と同様でも良いし、異なっても良い。例えば、製造される半導体素子の裏面からの放熱を良好にするために、樹脂シート４２に含まれるフィラーの割合を、後に注入される封止樹脂よりも多くしても良い。ここで、樹脂シート４２を構成する粒子状の熱硬化性樹脂は、直径が１ｍｍ以下の粒状とされている。

また、樹脂シート４２は極めて高い圧力にて常温で加圧成形されるので、充填率（樹脂シート４２の全体に対して樹脂粉等の構成要素が占める体積割合）は９９％程度であり、後に説明するタブレットよりも高い。従って、樹脂シート４２に含まれる空気は極めて少量であるので、この半導体ウェハ２０の下面を被覆する封止樹脂にボイドが発生することが抑止される。

図３（Ｂ）を参照して、樹脂シート４２の厚みＴ２は、製造される回路装置１０に於いて半導体素子１２の下面を被覆する封止樹脂の厚み（図１（Ｂ）に示したＴ１）よりも厚く形成されている。具体的には、図１（Ｂ）に示した封止樹脂の厚みＴ１が０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の場合は、樹脂シート４２の厚さＴ２は０．５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下に設定される。一方、上記したように、キャビティ３６の内部に於ける半導体ウェハ２０の位置は、金型により狭持されることで固定される。従って、金型３０の形状は、半導体ウェハ２０の下面と下金型３４の内壁上面との距離が、Ｔ１（図１（Ｂ）参照）と成るように設定されている。このことから、下金型３４に樹脂シート４２と半導体ウェハ２０とを重畳して載置して、金型３０により半導体ウェハ２０を狭持すると、上金型３２が上方から下方に押し曲げる応力により半導体ウェハ２０が弾性変形し、結果的に半導体ウェハ２０の下面により樹脂シート４２が下金型３４に押しつけられて固定される。この図では、金型により狭持されることで、弾性変形した半導体ウェハ２０の状態を、誇張して示している。

金型３０は上記したように加熱されているので、時間の経過と共に樹脂シート４２は溶融して軟化し、液状又は半固形状の樹脂シート４２により半導体ウェハの下面は被覆される。

また、図３（Ｃ）を参照して、上記したように半導体ウェハ２０は弾性変形した状態で金型に狭持されているので、樹脂シート４２が軟化して支持力を失うと、半導体ウェハ２０の形状が元に戻り下方に沈み込む。この様に、沈み込んだ半導体ウェハ２０の下面を被覆する樹脂シート４２の厚みＴ３は、例えば０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であり、図１（Ｂ）に示す封止樹脂の厚みＴ１と同等である。

また、樹脂シート４２の平面的な大きさは、半導体素子部２２（図２（Ａ）参照）が構成された半導体ウェハ２０を被覆する程度であり、半導体ウェハ２０全体よりも小さく設定されている。従って、半導体素子部２２が形成されない半導体ウェハ２０の周辺端部の下面は、樹脂シート４２により被覆されない。

ここで、本工程では、半導体ウェハ２０の上面に形成された外部接続電極１６の上端は上金型３２の内壁に接触している。ここで、外部接続電極１６の破損や変形を防止するために、上金型３２の内部側壁を樹脂から成る保護シートにより被覆し、外部接続電極１６の上端を保護シートに接触させても良い。

図４（Ａ）を参照して、次に、キャビティ３６に封止樹脂を注入する。具体的には、下金型３４に設けたポッド４０Ａに、タブレット４８を投入して加熱溶融した後に、プランジャー５０にてタブレット４８を加圧する。タブレット４８は、上記した樹脂シート４２と同様の組成であり、フィラー等の添加物が混入された粉状の熱硬化性樹脂を筒状に加圧成型したものである。上記したように、金型は１７０℃程度以上に加熱されているので、ポッド４０Ａにタブレット４８を投入すると、タブレット４８は徐々に溶融する。溶融して液状または半固形状の状態となった封止樹脂は、ランナー３８を流通してゲート４４を通過した後に、キャビティ３６に供給される。この樹脂の供給に伴い、キャビティ３６の内部の空気は、エアベント４６を経由して外部に放出される。以下の説明では、ゲート４４から供給される封止樹脂を第１封止樹脂１４Ａと称し、溶融した樹脂シート４２から成る封止樹脂を第２封止樹脂１４Ｂと称する。

図４（Ｂ）を参照して、注入された液状の第１封止樹脂１４Ａは、キャビティ３６に充填される。具体的には、注入された第１封止樹脂１４Ａにより、半導体ウェハ２０の上面および外部接続電極１６の側面が被覆される。ここで、金型の温度は、第１封止樹脂１４Ａが加熱硬化する温度よりも高温となっているので、キャビティ３６に充填された第１封止樹脂１４Ａおよび第２封止樹脂１４Ｂは、時間の経過と共に重合して硬化する。

金型にて加熱することにより、第１封止樹脂１４Ａおよび第２封止樹脂１４Ｂの両方が十分に重合して加熱硬化したら、上金型３２と下金型３４とを離間させ、両樹脂により被覆された半導体ウェハ２０を取り出す。本工程では、金型３０を使用して第２封止樹脂１４Ｂが形成されるので、半導体ウェハ２０の下面を、所定の厚みで精度良く平坦に樹脂封止することができる。

更にここで、本工程では、外部接続電極１６の上端部も含めて半導体ウェハ２０の上面が被覆されるように第１封止樹脂１４Ａを形成し、封止の工程が終了した後に、第１封止樹脂１４Ａを上面から研削加工することにより外部接続電極１６を第１封止樹脂１４Ａから外部に露出させても良い。

図５を参照して、次に、上記工程により封止樹脂により被覆された半導体ウェハ２０をダイシングすることにより、個別の回路装置として分離する。ここでは、半導体素子部２２どうしの間にて、一点鎖線により規定された箇所で、半導体ウェハ２０、第１封止樹脂１４Ａおよび第２封止樹脂１４Ｂをダイシングにより切断している。更にここで、半導体素子部２２同士の間に対応する領域の、半導体ウェハ２０の上面および下面に溝を形成しても良い。この様にすることで、本工程のダイシングが容易になる利点がある。

本工程では、半導体ウェハ２０の両主面が、第１封止樹脂１４Ａおよび第２封止樹脂１４Ｂにより被覆されているので、ダイシングの際のチッピングが抑制される効果がある。

以上の工程により、図１に示す構成の回路装置１０が製造される。

本発明の回路装置の製造方法により製造される回路装置を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図である。本発明の回路装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図である。本発明の回路装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）および（Ｃ）は拡大された断面図である。本発明の回路装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）および（Ｂ）は断面図である。本発明の回路装置の製造方法を示す断面図である。従来の回路装置を示す断面図である。

符号の説明

１０回路装置
１２半導体素子
１４Ａ第１封止樹脂
１４Ｂ第２封止樹脂
１６外部接続電極
１８パッド
２０半導体ウェハ
２２半導体素子部
２４ダイシングライン
２６絶縁膜
３０金型
３２上金型
３４下金型
３６キャビティ
３８ランナー
４０Ａポッド
４２樹脂シート
４４ゲート
４６エアベント
４８タブレット
５０プランジャー

Claims

拡散工程により複数の半導体素子部が形成されると共に、一主面に各前記半導体素子部と接続された外部接続電極が形成された半導体ウェハを用意する工程と、
前記半導体ウェハの前記一主面および他主面を樹脂により封止する工程と、
前記半導体ウェハを前記半導体素子部毎に分割する工程と、を備え、
前記封止する工程では、熱硬化性樹脂を含む樹脂シートを溶融させて前記半導体ウェハの前記他主面を被覆することを特徴とする回路装置の製造方法。
前記封止する工程ではモールド金型が使用され、
前記樹脂シートは、前記半導体ウェハの他主面と前記モールド金型の内壁との間に配置されて溶融され、
前記半導体ウェハの前記一主面は、前記モールド金型のキャビティに注入される樹脂により被覆されることを特徴とする請求項１記載の回路装置の製造方法。
前記樹脂シートは、加熱硬化する前の粉体の前記熱硬化性樹脂を加圧して成形されることを特徴とする請求項２記載の回路装置の製造方法。
前記モールド金型の前記キャビティに注入される樹脂と、前記樹脂シートとは組成が同じであることを特徴とする請求項３記載の回路装置の製造方法。
外部接続電極が形成された第１主面と第２主面とを備えた半導体素子と、
前記半導体素子の前記第１主面および前記外部接続電極の側面を被覆する第１封止樹脂と、
前記半導体素子の前記第２主面を被覆する第２封止樹脂と、を備え、
前記第２封止樹脂は、熱硬化性樹脂を含む樹脂シートを溶融させて形成されることを特徴とする回路装置。