JP2010118604A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形金型を使用した樹脂封止後に不要樹脂の除去を容易に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】半導体装置の製造方法は、樹脂封止前に、配線が形成され、電子部品１７が搭載された基板１０の表面のランナー部１４に、マスク２０を介して疎水性ガスを利用した疎水性大気圧プラズマ処理を行ってランナー部１４を疎水性に改質したことを特徴する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造工程における樹脂封止工程では、電子部品（半導体チップ）を搭載した配線基板やリードフレームを成形金型のパーティング面に搭載する。次いで、ランナーを介してゲートから成形金型のキャビティに溶融樹脂を供給し、電子部品を樹脂封止する。樹脂封止後、成形金型のランナーとゲートに対応する配線基板の表面部分（以下、「ランナー部」という。）から不要樹脂を除去する。不要樹脂の除去は、一例として固化したカルと配線基板を折り曲げることによって行われ、この作業は「ゲートブレイク」とも呼ばれている。従来、ゲートブレイクを容易にするため配線基板のランナー部の表面に、樹脂との密着性が弱い金メッキを施していた。そして、金メッキは、配線基板に電子部品が接続される配線を形成する工程において配線と共に形成していた。

一方、特許文献１は、配線基板に複数のチップを搭載した後に配線基板と樹脂との密着性を高める真空プラズマ処理を行い、その後、各チップの周りに大気圧プラズマ処理を行って配線基板と樹脂との密着性を低下する方法を提案している。これにより、注入された樹脂が隣のチップにまで拡がることを防止することができる。

その他の従来技術としては特許文献２及び特許文献３がある。
特開２００７−１４２２９７号公報 特開２００５−２４６６６７号公報 特開２００２−８３８２９号公報

パッケージの軽薄化に伴って樹脂成分の変更が試行されており、配線基板との密着性の高い樹脂も使用されるようになってきた。また、特許文献３に記載されているように、近年、配線基板と樹脂の密着性を向上させるために樹脂封止前に配線基板に親水性大気圧プラズマ処理を施すことも行われており、樹脂の密着性は益々高まっている。

このため、ランナー部と樹脂との密着性の低減に金メッキだけでは十分ではなくなり、ランナー部またはパッケージのゲートに樹脂が残るという問題が発生してきた。そして、それを防止するためにゲートブレイク時の折り曲げ力を増加することによって樹脂封止されるべき部分の樹脂剥がれや配線基板の変形が発生するという問題も発生してきた。更に、製造コストを低減するために、金メッキ量を減らしたい需要がある。

この点、特許文献１は、樹脂をディスペンサーノズルから滴下しており、成形金型もゲートブレイクの必要もなく、ランナー部には金メッキ自体を必要としない。しかし、成形金型を使用しないと樹脂の形状が一定とならないし、樹脂内のボイドを効率よく圧縮又は排出することができないという問題がある。また、樹脂密度を高くすることができないため、樹脂の架橋密度が低く水分の浸入を容易となり劣化しやすいという問題もある。

そこで、本発明は、成形金型を使用した製造方法により、樹脂封止後に不要樹脂の除去を容易に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例示的な目的とする。

本発明の一側面としての半導体装置の製造方法は、マスクを介した大気圧プラズマ処理によって配線基板又はリードフレームの表面のランナー部を疎水性に改質するステップと、電子部品を搭載した前記配線基板又はリードフレームを成形金型に搭載して型締めした後で前記ランナー部から溶融樹脂を注入して前記配線基板又はリードフレーム上の前記電子部品を樹脂封止するステップと、前記配線基板又はリードフレームの前記ランナー部から不要樹脂を除去するステップと、
を有することを特徴する。かかる半導体装置の製造方法は、大気圧プラズマ処理を使用するので真空チャンバを使用する真空プラズマよりも安価な表面処理を施すことができる。また、マスクを使用するので基板の表面のランナー部に高精度に疎水処理を施すことができ、樹脂封止されるべき基板表面部分の樹脂との密着性を維持することができる。更に、疎水処理を施すので基板の表面のランナー部に金メッキを施す必要がないので製造コストが低減することができる。また、疎水処理により、樹脂封止後に基板のランナー部から不要樹脂を容易に除去することができる。なお、改質ステップと、電子部品を配線基板又はリードフレームに搭載するステップの先後は問わない。

本発明の別の側面としての配線基板又はリードフレームは、電子部品が搭載され、樹脂封止される配線基板又はリードフレームであって、溶融樹脂を注入し、樹脂封止後に不要樹脂が除去されるランナー部を表面に有し、前記ランナー部は大気圧プラズマ処理によって疎水性に改質されていることを特徴とする。かかる基板も本来樹脂封止されるべき基板表面部分の樹脂との密着性を維持した状態で、前記基板の表面のランナー部に金メッキを不要にして製造コストが低減することができる。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、成形金型を使用した樹脂封止後に不要樹脂の除去を容易に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ができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。

図１は、実施例１による、配線基板を使用した半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。図２は、図１に示すＳ１１０の詳細を説明するためのフローチャートである。図１及び図２は、本実施例の半導体装置の製造方法の特徴的なフローのみを示しており、「Ｓ」はステップの略である。

まず、配線を形成することによって配線基板を製造する（Ｓ１１０）。本実施例において配線時にはランナー部に金メッキを行わない。従来のように、ランナー部に金メッキを施す必要がなく金の消費量を減らすことができるので、製造コストを低減することができる。但し、本発明は、配線基板が金メッキ部を有することを妨げるものではない。金メッキ部によってゲートブレイクが更に容易になる。

次に、配線基板に電子部品（半導体チップ）を搭載する（Ｓ１２０）。Ｓ１２０はダイボンディングとワイヤボンディング（又はその他のチップと配線基板との必要な電気的接続）を含む。ボンディングを先に行うと、以下の配線基板の表面処理（特に、親水化処理）Ｓ１３０において、電子部品も表面処理されて樹脂封止における樹脂との密着性が向上するというメリットがある。但し、Ｓ１２０はＳ１３０の後に行われてもよい。電子部品がない状態では配線基板は平坦であるのでＳ１３０におけるマスクを配線基板上に設置する作業が容易になるというメリットがある。

次に、配線基板の表面処理を行う（Ｓ１３０）。表面処理では、まず、配線基板のランナー部を遮蔽してランナー部以外の部分を露出する第１マスクを配置する（Ｓ１３１）。図３は、配線基板１０上に第１マスク２０を配置する前の平面図である。

配線基板１０はサブストレート基板、ＢＴ（ビスマレイミド・トリアジン樹脂）基板、ガラスエポキシ基板などから構成される一般的には多層の電子基板である。配線基板１０は、基部１１を有する。基部１１は、矩形の短冊形状を有し、長辺に平行な方向をＸ方向、短辺に平行な方向をＹ方向とする。

基部１１の長辺１２ａは、第１マスク２０の長辺２２と同一線となる。基部１１の中央にはX方向に複数の電子部品（半導体チップ）１７が一定間隔で搭載されている。なお、電子部品１７の数は限定されない。電子部品１７は、その周囲の接続部１８において基部１１と電気的に接続（一例としてワイヤボンディング）される。各電子部品１７の四隅の外側であって基部１１の一対の平行な長辺１２ａ及び１２ｂの近傍には、配線基板１０を不図示のボンディング装置に位置決めするための４つのパイロット孔（貫通孔）１３が設けられている。なお、パイロット孔１３の数は限定されない。

配線基板１０は後段で樹脂封止される基板であり、その表面に、ランナー部１４と、ランナー部以外の部分１６と、を有する。後述する樹脂封止工程（パッケージング工程）Ｓ１４０では、成形金型によりキャビティが形成され、樹脂封止時に溶融樹脂がキャビティ６３に注入される。ランナー部１４は、樹脂封止時に溶融樹脂が注入される通路を形成し、樹脂封止後に樹脂が除去される部分である。ランナー部１４は、各電子部品１７に対して一つ設けられ、基部１１の長辺１２ａに接続されている。なお、ランナー６７及びランナー部１４は一つに限定されない。ランナー部１４の電子部品１７に近い辺はゲート部（樹脂供給口）１５である。ランナー部１４は、後述する成形金型のカル６６からゲート６８までの樹脂の供給路である成形金型のランナー６７に対応する配線基板１０の表面の部分である。また、ゲート部１５は後述する成形金型のゲート６８に対応する部分である。

第１マスク２０は、矩形の短冊形状を有する基部２１と、基部２１の長辺２２から突出した矢印形状の突出部２４と、を有する。第１マスク２０は、突出部２４によって、ランナー部１４を遮蔽（閉口）するように配置され、本実施例では、第１マスク２０の長辺２２と配線基板１０の長辺１２ａとの突き当てによって位置決めされる。即ち、突出部２４はランナー部１４に対応した大きさ及び形状を有する。

但し、配線基板１０のランナー部１４以外の部分を開口（露出）し、ランナー部１４を閉口（遮蔽）できる限り、第１マスク２０の形状は限定されない。例えば、基部２１を基部１１の周囲に配置するなどである。また、第１マスク２０はステンレス製の板材から構成されてもよいし、テープ材から構成されてもよい。また粘着させても良い。

本実施例のランナー部１４には金メッキを施していないが、金メッキを施してもよい。図４にその一例を示す。金メッキを施した配線基板１０Aは、ランナー部１４として機能する金メッキ部１４Ａを有する。配線基板１０Ａを使用する場合には第１マスクの突出部の形状は金メッキ部１４Ａに対応した大きさ及び形状となる。

次に、図５に示すように、親水性ガスを利用した親水性大気圧プラズマ処理を施し、基板１０のランナー部以外の部分１６を親水性に改質する（Ｓ１３２）。ここで、図５は、大気圧プラズマ処理装置３０によるＳ１３２の処理を説明するための概略側面図である。Ｚ方向はＸＹ平面に垂直な方向である。

大気圧プラズマ処理装置３０は、ノズル３２、高周波電源３４、ガス供給部３６、移動機構３８を有する。

ノズル３２からはＺ方向下向きに親水性ガスのラジカルＧ１が噴射される。高周波電源３４は、親水性ガスをプラズマ化する電源である。ガス供給部３６は親水性ガスを供給する。親水性ガスの種類は特に限定されない。例えば、親水性ガスは、アルゴンと酸素の混合ガス又は窒素ガスである。混合ガスの混合比は、例えば、流量でアルゴン２．１４ｌ／ｍｉｎに対して酸素２．７ｍｌ／ｍｉｎである。移動機構３８は、ノズル３２をＸ方向に移動する機構である。移動機構３８は、基板１０に対してノズル３２幅が小さい場合には、Ｙ方向にも移動可能な機構が必要となる。Ｓ１３２では、Ｓ１３１において第１マスク２０によってランナー部１４が高精度に遮蔽されているので基板１０のランナー部以外の部分１６のみが親水性に改質される。本実施例では、特許文献１に開示された真空プラズマと異なり、大気圧プラズマを使用しているので装置が小型且つ単純で製造コストを低減することができる。

次に、第１マスク２０を配線基板１０上から除去する（Ｓ１３３）。

なお、配線基板１０の部分１６を親水性に改質しなくても樹脂との密着性に問題がない場合にはＳ１３１〜Ｓ１３３を行うかどうかは選択的である。

また、本実施例では、配線基板１０の表面をランナー部１４とランナー部以外の部分１６に分けているが、部分１６のうち実際に樹脂封止される部分１６ａのみを親水性に改質してもよい。この場合、図６（ａ）に示すように、第１マスク２０の代わりに、部分１６ａを露出（開口）するための開口部２５を有し、それ以外の部分を遮蔽（閉口）する基部２６を有する第１マスク２０Ａを使用してもよい。図６（ｂ）は、第１マスク２０Ａを配線基板１０の上に配置した状態を示す平面図である。

次に、配線基板１０のランナー部以外の部分１６を遮蔽してランナー部１４を露出する第２マスク４０を配置する（Ｓ１３４）。図７は、配線基板１０の上に第２マスク４０を配置した様子を示す平面図であり、配線基板１０を点線で透過している。

第２マスク４０は、矩形の短冊形状を有する基部４１と、基部４１の長辺４２から退避した矢印形状の凹部４４と、を有する。第２マスク４０は、凹部４４によって、配線基板１０のランナー部１４を露出（開口）するように配置されている。但し、配線基板１０のランナー部１４以外の部分を閉口（遮蔽）し、ランナー部１４を開口（露出）できる限り、第２マスク４０の形状は限定されない。第２マスク４０はステンレス製の板材から構成されてもよいし、テープ材から構成されてもよい。また、粘着させてもよい。

なお、第２マスク４０は、ランナー部１４に金メッキを施した配線基板１０Ａに使用しても良い。

次に、図８に示すように、疎水性ガスを利用した疎水性大気圧プラズマ処理を施し、基板１０のランナー部以外の部分を疎水性に改質する（Ｓ１３５）。ここで、図８は、大気圧プラズマ処理装置５０によるＳ１３５の処理を説明するための概略側面図である。

大気圧プラズマ処理装置５０は、ノズル５２、高周波電源５４、ガス供給部５６、移動機構５８を有する。ノズル５２からはＺ方向下向きに疎水性ガスのラジカルＧ２が噴射される。高周波電源５４は、疎水性ガスをプラズマ化する電源である。ガス供給部５６は疎水性ガスを供給する。疎水性ガスの種類は特に限定されず、例えば、ＣＦ_４ガスを使用することができる。移動機構５８は、ノズル５２をＸ方向に移動する機構である。移動機構５８は、基板１０に対してノズル５２幅が小さい場合には、Ｙ方向にも移動可能な機構が必要となる。Ｓ１３５では、Ｓ１３４において第２マスク４０によってランナー部以外の部分１６が高精度に遮蔽されているのでランナー部１４が疎水性に改質される。

次に、第２マスク４０を基板上から除去する（Ｓ１３６）。

次に、熱硬化性樹脂（溶融樹脂）によって樹脂封止（パッケージング）を行う（Ｓ１４０）。図９は、樹脂封止装置６０を利用したＳ１４０の詳細を説明するためのフローチャートである。

図１０は、樹脂封止装置６０の概略部分断面図である。樹脂封止装置６０は、図１０に示すように、成形金型と、樹脂注入部、加熱部を有する。

成形金型は、上型６１と下型６２から構成され、その間にキャビティ６３を形成する。キャビティ６３は、樹脂が注入されて成形品を形成するための空隙である。本実施例では、上型６１が可動型であり、下型６２が固定型であるが、これは逆であってもよい。図１０は、可動型の開閉機構を省略している。

樹脂注入部は、ポット６４、プランジャ６５、カル６６、ランナー６７及びゲート６８を有する。ポット６４は、成形材料である溶融樹脂の供給路を規定するシリンダ部として機能する。プランジャ６５は、ポット６４内に配置され、ポット６４内の溶融樹脂をキャビティ６３に注入、加圧保持させるピストン部である。本実施例のプランジャ６５は下から上に動作するロアプランジャであるが、本発明はアッパプランジャにも適用可能である。ランナー６７はカル６６からゲート６８までの樹脂供給路である。ゲート６８は、溶融樹脂をキャビティ６３に供給する供給口でありＺ方向の高さは小さい。また、ゲートブレイクし易い様に、幅も狭い。ポット６４には円柱形状の樹脂タブレットＴが供給され、加熱部６９によって樹脂が溶融される。 加熱部６９は、上型６１と下型６２の両型に設けられている。

図９を参照するに、接続部（ワイヤ）１８によってボンディングされた電子部品１７を搭載した配線基板１０を下型６２のパーティング面（上型６１と合う上面）に搭載する（Ｓ１４２）。

次に、上型６１を閉じて型締めする（Ｓ１４４）。図１０は、この状態を示している。

次に、樹脂タブレットＴを搭載したポット６４内プランジャ６５を上昇させ樹脂タブレットＴに熱を加えながらカル６６に押し付けて溶融させランナー６７、ゲート６８を介して溶融樹脂をキャビティ６３内に注入する（Ｓ１４６）。この結果、溶融樹脂は基板１０のランナー部１４から注入されて基板上の電子部品１７を樹脂封止する。

次に、上型６１を上昇させて型開きをし、配線基板１０を取り出して基板のランナー部１４から不要樹脂を除去（ゲートブレイク）する（Ｓ１４８）。固まった樹脂をゲート６８付近で折り曲げると配線基板１０のランナー部１４の上にある不要樹脂が剥離し、ゲート６８付近で切断される。配線基板１０のランナー部１４には疎水処理が施されて樹脂との密着性が低いために、不要樹脂は簡単に（即ち、小さな力で）除去可能であり、配線基板１０の変形がなく、ゲート残りもなく、不十分な剥離を回避することができる。上述したように、配線基板１０のランナー部１４と不要樹脂との間には金メッキが施されていないが、ランナー部と不要樹脂との間に金メッキが施された基板１０Ａを使用してもよい。一方、基板１０のランナー部１４以外の部分１６と電子部品１７の上面は親水処理が施されて樹脂との密着性は高いため、この部分の樹脂は剥離せず封止性能は維持される。

図１１は、Ｓ１４６後の基板１０Ａの状態を示す平面図である。電子部品は樹脂Ｒによって封止されている。
本発明は配線基板又はリードフレームの部分に応じてマスクをすることで疎水性大気圧プラズマ処理と親水性大気圧プラズマ処理を行ったが、製品により親水性大気圧プラズマ処理だけであってもよい。

図１２は、実施例２による半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。図１３は、図１２のＳ１５０の詳細を説明するためのフローチャートである。実施例２は、Ｓ１２０をＳ１３０の途中（Ｓ１３３とＳ１３４の間）で行う表面処理及びボンディング工程Ｓ１５０を有することを特徴とする。このように、親水性大気圧プラズマ処理が終了した後で疎水性大気圧プラズマ処理を行う前にボンディングを行ってもよい。

実施例１は配線基板１０を使用したが、実施例３はリードフレームを使用する点で相違する。この場合、図１のＳ１１０，図２のＳ１３１、Ｓ１３２、Ｓ１３４、Ｓ１３５、図９のＳ１４２、Ｓ１４６、Ｓ１４８の「配線基板」を「リードフレーム」と読み替えればよい。リードフレームを成形する場合も同様に２種のマスクを使用して樹脂の密着性を上げたい部分に親水性大気圧プラズマ処理を行い、樹脂との密着性を下げたいランナー部に疎水性大気圧プラズマ処理を行うことができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

実施例１の半導体装置の製造方法のフローチャートである。 図１に示す半導体装置の製造方法のＳ１３０の詳細を説明するためのフローチャートである。 図２のＳ１３１を説明する平面図である。 図３の基板の変形例の平面図である。 図２のＳ１３２を説明する側面図である。 図３の変形例の平面図である。 図２のＳ１３４を説明する部分透過平面図である。 図２のＳ１３５を説明する側面図である。 図１に示す半導体装置の製造方法のＳ１４０の詳細を説明するためのフローチャートである。 図１に示す半導体装置の製造方法のＳ１４０を行う樹脂封止装置の断面図である。 図９に示すＳ１４６後の基板の平面図である。 実施例２の半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図１に示す半導体装置の製造方法のＳ１３０の詳細を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０、１０Ａ 配線基板
１４ ランナー部
１４Ａ 金メッキ部（ランナー部）
１７ 電子部品（半導体チップ）
２０ 第１マスク
３０、５０ 大気圧プラズマ装置
２４ 突出部
４０ 第２マスク
４４ 凹部

Claims (7)

1. マスクを介した大気圧プラズマ処理によって配線基板の表面のランナー部を疎水性に改質するステップと、
   電子部品を搭載した前記配線基板を成形金型に搭載して型締めした後で前記ランナー部から溶融樹脂を注入して前記配線基板上の前記電子部品を樹脂封止するステップと、
   前記配線基板の前記ランナー部から不要樹脂を除去するステップと、
   を有することを特徴する半導体装置の製造方法。
2. 前記ランナー部と前記不要樹脂との間には金メッキが施されていない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. 前記改質ステップ後に、前記電子部品を前記配線基板に搭載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。
4. 前記改質ステップ前に、前記電子部品を前記配線基板に搭載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。
5. マスクを介した大気圧プラズマ処理によってリードフレームの表面のランナー部を疎水性に改質するステップと、
   電子部品を搭載した前記リードフレームを成形金型に搭載して型締めした後で前記ランナー部から溶融樹脂を注入して前記リードフレーム上の前記電子部品を樹脂封止するステップと、
   前記リードフレームの前記ランナー部から不要樹脂を除去するステップと、
   を有することを特徴する半導体装置の製造方法。
6. 電子部品が搭載され、樹脂封止される配線基板であって、
   溶融樹脂を注入し、樹脂封止後に不要樹脂が除去されるランナー部を表面に有し、
   前記ランナー部は大気圧プラズマ処理によって疎水性に改質されていることを特徴とする配線基板。
7. 電子部品が搭載され、樹脂封止されるリードフレームであって、
   溶融樹脂を注入し、樹脂封止後に不要樹脂が除去されるランナー部を表面に有し、
   前記ランナー部は大気圧プラズマ処理によって疎水性に改質されていることを特徴とするリードフレーム。