JP2010086996A - 回路装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子に貼着されたアイランドが、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】本発明では、上面に半導体素子１２が実装された複数のアイランド２０を、金型のキャビティ３６の内部に収納させ、各アイランド２０の下面と金型内壁との間に、樹脂シート４２を介在させている。この状態で、金型３０を１８０℃程度に加熱し、ゲート４４から液状の封止樹脂を注入している。この様にすることで、注入された第１封止樹脂により半導体素子１２およびアイランド２０の側面を被覆し、溶融した樹脂シート４２から成る第２封止樹脂１４Ｂによりアイランド２０の下面を薄く被覆することが可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は回路装置の製造方法に関し、特に、半導体素子が実装されたアイランドが封止樹脂により薄く被覆される回路装置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（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）から、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）またはＷＬＰ（ｗａｆｅｒ ｌｅｖｅｌ ｐａｃｋａｇｅ）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（特許文献１）。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。

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、複数のアイランドが設けられたリードフレームを用意する工程と、一主面に外部接続電極が設けられた半導体素子を用意し、前記半導体素子の他主面を前記アイランドに固着する工程と、前記アイランドおよび前記半導体素子を封止樹脂により封止する工程と、前記アイランドどうしの間に位置する前記封止樹脂を切断する工程と、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アイランドを被覆す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、半導体素子に固着されたアイランド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、この構成により、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。

更にまた、半導体素子１２の裏面に、銅等の導電材料から成るアイランド２０が貼着されるので、このアイランド２０がヒートスプレッダーとして機能し、装置全体の放熱性が向上される。

図１を参照して、本形態にて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よりも僅かに大きい、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）および図１（Ｂ）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、半導体素子１２の下面に貼着されたアイランド２０と、半導体素子およびアイランド２０を一体的に封止する封止樹脂１４とから主要に構成されている。

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。

アイランド２０は、導電性接着材又は絶縁性接着材を介して、半導体素子１２の下面に接着されている。ここで、導電性接着材としては半田または導電性ペーストが採用され、絶縁性接着材としてはエポキシ樹脂等が採用される。アイランド２０の材料としては、銅またはアルミニウム等を主材料とする金属が採用される。アイランド２０の平面的な大きさは、紙面上では半導体素子１２よりも大きく形成されているが、半導体素子１２と同等でも良いし、小さくても良い。また、アイランド２０の厚みは、例えば０．５ｍｍ程度である。

アイランド２０を半導体素子１２の下面に固着させることにより、半導体素子１２が動作することにより発生する熱を、アイランド２０を経由して良好に外部に放出させることができる。更には、アイランド２０を導電路の一部として用いることも可能である。例えば、半導体素子１２に2つのＭＯＳＦＥＴを設け、両ＭＯＳＦＥＴのドレイン電極をアイランド２０を経由して接続しても良い。この様にすることで、抵抗値の低い銅から成るアイランド２０により、半導体素子１２に形成された素子同士が接続されるので、オン抵抗が低減される。

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、上端部は封止樹脂１４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。

封止樹脂１４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、アイランド２０および半導体素子１２を一体的に封止している。図１を参照すると、回路装置１０の上面、下面および側面は封止樹脂１４から成る面であり、上面には外部接続電極１６の端部が露出している。ここでは、封止樹脂１４により、アイランド２０の下面、側面および上面の周辺部が被覆される。更には、封止樹脂１４により、半導体素子１２の側面および上面が被覆される。

封止樹脂１４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、封止樹脂１４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。封止樹脂１４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。

図１（Ｂ）を参照して、封止樹脂１４に関して更に説明する。封止樹脂１４は、第１封止樹脂１４Ａと、第２封止樹脂１４Ｂとから成る。紙面では、第１封止樹脂１４Ａと第２封止樹脂１４Ｂとの境界が描かれているが、実際の回路装置では両者は一体化している。詳細は下記するが、第１封止樹脂１４Ａは金型のキャビティに液状の樹脂を注入することで形成され、第２封止樹脂１４Ｂはアイランド２０の下面に配置された樹脂シートを溶融することで形成される。アイランド２０を被覆する第２封止樹脂１４Ｂの厚みＴ１は、例えば０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であり非常に薄い。薄い第２封止樹脂１４Ｂは熱抵抗も小さくなるので、半導体素子等の回路素子から放出された熱は、アイランド２０および第２封止樹脂１４Ｂを経由して良好に外部に放出される。

本実施の形態では、第２封止樹脂１４Ｂに含まれるフィラーは、第１封止樹脂１４Ａに含まれるフィラーよりも均一に分散した状態となっている。具体的には、第１封止樹脂１４Ａは、金型のキャビティに液状の樹脂を注入することにより形成される。従って、樹脂注入時にフィラーが偏って配置され、フィラーが密に配置される領域と、フィラーが疎に配置される領域が出現する恐れがある。一方、アイランド２０の下面を被覆する第２封止樹脂１４Ｂは、射出成形により形成されるのではなく、アイランド２０の下面に配置された樹脂シートを溶融して加熱硬化することで形成される。従って、第２封止樹脂１４Ｂは樹脂封止の工程にて基本的には流動しないので、第２封止樹脂１４Ｂ全域にわたり比較的均一にフィラーが充填される。このことにより、第２封止樹脂１４Ｂの熱抵抗が全体にわたり均一となるので、アイランド２０の下面からの放熱が全体的に良好となる。

また、上記した第１封止樹脂１４Ａと第２封止樹脂１４Ｂとは、組成が同様であっても良いし、異なっても良い。例えば、アイランド２０からの放熱を良好にするために、第２封止樹脂１４Ｂのフィラーの含有率を、第１封止樹脂１４Ａよりも高めても良い。

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、複数のアイランド２０が設けられたリードフレーム６０を用意し、このアイランド２０の上面に半導体素子１２を固着する。図２（Ａ）はリードフレームを示す平面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の部分的な拡大図であり、図２（Ｃ）は断面図である。

図２（Ａ）を参照して、リードフレーム６０は、厚みが０．３ｍｍ程度の銅等の金属から成る金属板に対して、エッチング加工又はプレス加工を施すことにより、所定形状に形成されている。また、リードフレーム６０は、全体として短冊形形状を呈している。

リードフレーム６０には、複数個のブロック６２が互いに離間して複数個配置されている。図２（Ａ）では、離間して配置された２個のブロックが図示されているが、更に多数個のブロック６２が一列に配置されても良いし、マトリックス状に配置されても良い。ここで、１つのブロック６２は、マトリックス状に配置された多数個のユニット６４から構成されている。

図２（Ｂ）を参照して、１つのブロック６２の内部には、マトリックス状に多数個のアイランド２０が設けられており、細長に形成された連結部６８によりアイランド２０同士は互いに連結されている。

図２（Ｃ）を参照して、個々のアイランド２０の上面には半導体素子１２が固着される。半導体素子１２の固着は、半田や導電性ペースト等の導電性固着材またはエポキシ樹脂等の絶縁性固着材が用いられる。本工程では、リードフレーム６０に設けられた全てのブロック６２に含まれるアイランド２０に対して、半導体素子１２が固着される。

図３を参照して、次に、リードフレーム６０のブロックを、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の上面にリードフレーム６０を載置している。ここでは、図２（Ａ）に示す各ブロックが、金型３０のキャビティ３６に収納されて封止される。

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の内部にリードフレーム６０が収納される。そして、リードフレーム６０の残余部が、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リードフレーム６０が狭持されることにより、キャビティ３６の内部におけるアイランド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、リードフレーム６０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、アイランド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、このアイランド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に於いてアイランド２０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の内部に於けるアイランド２０の位置は、リードフレーム６０が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、アイランド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とリードフレーム６０（アイランド２０）とを重畳して載置して、金型３０によりリードフレーム６０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リードフレーム６０が弾性変形し、結果的にリードフレーム６０（アイランド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、弾性変形したリードフレーム６０の形状を、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によりアイランド２０の下面は被覆される。

また、図３（Ｃ）を参照して、上記したようにリードフレーム６０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、リードフレーム６０の形状が元に戻り下方に沈み込む。この様に、沈み込んだアイランド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。

ここで、本工程では、各半導体素子１２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がランナー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、アイランドの側面および上面の周辺部、半導体素子１２の側面および上面が被覆される。更には、外部接続電極１６の側面も、注入された第１封止樹脂１４Ａにより被覆される。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リードフレーム６０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、各アイランド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。

図５を参照して、次に、上記工程により形成された封止樹脂１４（第１封止樹脂１４Ａおよび第２封止樹脂１４Ｂ）を、ダイシングブレードを用いたダイシングにより分割し、個別の回路装置を得る。具体的には、各アイランド２０の境界に位置する封止樹脂１４をダイシングすることにより、各回路装置に分離する。本実施形態では、図２（Ａ）に示すように、リードフレーム６０に設けられた各ブロック６２には、アイランド２０がマトリックス状に配置されているので、格子状に上記ダイシングは行われる。

以上の工程により、図１に構成を示す回路装置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）はリードフレームを示す平面図であり、（Ｂ）は拡大された平面図であり、（Ｃ）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
１４ 封止樹脂
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 アイランド
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
６０ リードフレーム
６２ ブロック
６８ 連結部

Claims (5)

1. 複数のアイランドが設けられたリードフレームを用意する工程と、
   一主面に外部接続電極が設けられた半導体素子を用意し、前記半導体素子の他主面を前記アイランドに固着する工程と、
   前記アイランドおよび前記半導体素子を封止樹脂により封止する工程と、
   前記アイランドどうしの間に位置する前記封止樹脂を切断する工程と、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アイランドを被覆することを特徴とする回路装置の製造方法。
2. 前記封止する工程ではモールド金型を用いて前記封止樹脂が形成され、
   前記樹脂シートは、前記アイランド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、
   前記アイランドの側面および前記半導体素子は、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。
3. 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。
4. 一枚の前記樹脂シートにより、複数の前記アイランドが被覆され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。
5. 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４記載の回路装置の製造方法。
   

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