JP2010219470A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体パッケージの切断を行うときに配線基板の端子が変形することを-抑制し、かつ放熱板のダイシング面にダレが生じることを抑制する。
【解決手段】まず、複数の半導体素子１００を配線基板２００に実装する。次いで、複数の半導体素子１００を樹脂で封止することにより、複数の半導体素子１００を有する半導体パッケージを形成する。この工程において、放熱板１６０は樹脂１４０の上面に接着される。次いで、放熱板１６０の他面に液体を供給し、液体を固化することにより、放熱板１６０の他面に固化層３００を形成する。次いで、樹脂１４０、配線基板２００、及び放熱板１６０を一括して切断することにより、半導体パッケージ及び放熱板１６０を複数の半導体素子１００別に個片化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体パッケージを切断する工程を有する半導体装置の製造方法に関する。

半導体チップを配線基板に実装した半導体パッケージにおいて、発熱量が多い場合には放熱板を取り付ける必要がある。半導体パッケージに放熱板を取り付ける方法としては、配線基板に実装した半導体チップを樹脂封止することにより半導体パッケージを形成した後、半導体パッケージに放熱板を取り付ける方法がある。この方法では、半導体パッケージそれぞれごとに放熱板を取り付ける必要があるため、半導体パッケージの生産性が低かった。

これに対して特許文献１には、個片化前の半導体基板を一枚の配線基板に実装して一括して樹脂封止した後、半導体基板上に放熱板を張り合わせ、半導体基板、配線基板、及び放熱板を一括して個片化する方法が開示されている。特許文献１に記載の方法において、個片化するとき、放熱板ではなく配線基板のバンプがダイシングシート（粘着テープ）に貼り付けられている。

特開２００８−１３０７０６号公報

特許文献１に記載の方法では、配線基板のバンプ等の端子がダイシングシートに貼り付けられている。このため、半導体パッケージの切断を行うときに端子に力が加わり、端子が変形する可能性があった。この問題を回避するためには、半導体パッケージおよび放熱板を一括して個片化するときに、放熱板をダイシングシートに貼り付ければよい。この場合、図１１に示すように、半導体パッケージの厚さ方向から見た場合、ダイシングブレード５０２は、配線基板５１０側から半導体パッケージに切り込んでいき、最後に放熱板５２０を切断する。このとき、ダイシングブレード５０２の先端は、ダイシングシート５３０に入り込む。しかし放熱板５２０は一般的にダイシングシート５３０と比較して硬い。このため、ダイシングブレード５０２の先端がダイシングシート５３０に入り込むときに、放熱板５２０の側面の一部がダイシングブレード５０２に引きずられてダイシングシート５３０に入り込み、ダレ５００が発生することがあった。ダレ５００が発生すると、その後の工程でダレ５００が放熱板５２０の側面から脱落し、端子間のショートや実装不良を生じさせる可能性があった。

本発明によれば、複数の半導体素子を含み、一面に放熱板が設けられた半導体パッケージを個片化する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体パッケージの放熱板が形成された前記一面に液体を供給し、
前記液体を固化することにより、前記半導体パッケージの前記一面に固化層を形成し、
前記半導体パッケージの他面から前記半導体パッケージを切断すること、を含む半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、半導体パッケージを個片化するとき、半導体パッケージの他面から半導体パッケージを切断するため、ダイシングブレードの先端は、半導体パッケージの放熱板を最後に切断し、その後、固化層に入り込む。固化層はダイシングシートと比較して硬度が高い。従って、ダイシングブレードの先端が固化層に入り込むときに、放熱板の側面の一部がダイシングブレードに引きずられて固化層に入り込むことが抑制される。この結果、半導体パッケージを切断するときに放熱板のダイシング面にダレが生じることを抑制できる。

本発明によれば、放熱板の側面にダレが生じることを抑制することができる。

第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 各図は第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 各図は第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 各図は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 （ａ）は第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図であり、（ｂ）は第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例を示す断面図である。 各図は第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 各図は第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 各図は第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 放熱板に生じるダレを説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１〜図３の各図は、第１の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す断面図である。 まず図２（ａ）に示すように、半導体素子の一例である半導体素子（例えば半導体チップ）１００を準備する。半導体素子１００は、半導体ウエハから切り出されて個片化されている。次いで、複数の半導体素子１００を一枚の配線基板２００の一面に搭載し、複数の半導体素子１００それぞれと配線基板２００をボンディングワイヤ１２０で電気的に接続する。これにより、複数の半導体素子１００が配線基板２００に実装される。

次いで、図２（ｂ）に示すように、配線基板２００の一面と複数の半導体素子１００を樹脂１４０で封止しつつ、樹脂１４０の上面に放熱板１６０を位置させる。これにより、複数の半導体素子１００及びボンディングワイヤ１２０は一括して樹脂１４０で封止され、かつ樹脂１４０上に放熱板１６０が形成される。このようにして半導体パッケージが形成される。本図に示す状態において、半導体パッケージは、複数の半導体素子１００を一枚の配線基板２００の一面に搭載し、配線基板２００の一面と複数の半導体素子１００を樹脂１４０で封止した構成を有している。放熱板１６０は、半導体パッケージのうち樹脂１４０で封止された面に形成されており、樹脂１４０そのものによって樹脂１４０に接着されている。放熱板１６０は、例えばＣｕ板であるが、ステンレス板、Ｃｕ合金板、又はシリコン基板（シリコンウエハ）であってもよい。放熱板１６０は、平面視において複数の半導体素子１００を覆っている。

次いで図３（ａ）に示すように、配線基板２００のうち半導体素子１００が実装されていない面に、端子としてのハンダボール２２０を取り付ける。

次いで図３（ｂ）に示すように、半導体パッケージの放熱板１６０が形成された面に、液体を共有し、この液体を固化することにより固化層３００を形成する。固化層の形成方法としては、例えば固化前の液体が入った容器内に、半導体パッケージを、放熱板１６０が形成された面を下にして浸漬させ、液体を固化させる方法がある。液体が水である場合、液体を固化させる方法としては、液体を冷却する方法がある。また液体が熱硬化性または光硬化性の樹脂である場合、液体を固化させる方法としては、樹脂を加熱又は光照射する方法がある。なお、図３（ｂ）においては、固化層３００は、厚さ方向において半導体パッケージの途中まで形成されているが、厚さ方向において半導体パッケージの全体に形成されても良い。固化層３００の厚さは、２００μｍ以上であるのが好ましい。

次いで図１に示すように、固化層３００が形成された半導体パッケージを、固化層３００を下にしてダイシング装置のステージ４００に載置する。次いで、ダイシング装置のダイシングブレード４２０を用いて半導体パッケージを、固化層３００が形成された面とは反対側の面、すなわち配線基板２００側から一括して切断する。これにより、半導体パッケージ及び放熱板１６０は、複数の半導体素子１００別に個片化される。固化層３００はダイシングシートと比較して硬度が高い。このため、ダイシングブレード４２０の先端が固化層３００に入り込むときに、放熱板１６０の側面の一部がダイシングブレード４２０に引きずられて固化層３００に入り込むことが抑制される。このため、放熱板１６０の側面にダレが生成することを抑制できる。

その後、固化層３００を除去する。例えば固化層３００が水によって形成されている場合、固化層の除去方法としては、固化層３００に熱を加える方法がある。そして、個片化された半導体パッケージ及び放熱板１６０を取り出す。

以上、本実施形態によれば、ダイシングブレード４２０を用いて放熱板１６０、樹脂１４０、及び配線基板２００を一括して切断するときに、ダイシングシートではなく固化層３００を設けている。固化層３００はダイシングシートと比較して硬度が高い。このため、ダイシングブレード４２０の先端が固化層３００に入り込むときに、放熱板１６０の側面の一部がダイシングブレード４２０に引きずられて固化層３００に入り込むことが抑制される。このため、放熱板１６０の側面にダレが生成することを抑制できる。

また、放熱板１６０を切断するときに樹脂１４０及び配線基板２００を一括して切断しているため、製造工程数を少なくすることができる。

また、放熱板１６０、樹脂１４０、及び配線基板２００を一括して切断するとき、配線基板２００側からダイシングブレード４２０を押し込んでいる。すなわち配線基板２００側から切断を行っているため、半導体パッケージの切断時にハンダボール２２０に力が加わることを抑制できる。従って、ハンダボール２２０が変形することを抑制できる。

（第２の実施形態）
図４（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。図４（ａ）は第１の実施形態における図３（ｂ）に相当しており、図４（ｂ）は第１の実施形態における図１に相当している。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、固化層３００の形成方法を除いて、第１の実施形態と同様である。以下、第１の実施形態における図３（ａ）に示す工程までは、説明を省略する。

樹脂１４０を形成し、かつ放熱板１６０を設けた後、図４（ａ）に示すように、半導体パッケージをダイシング装置のステージ４００に配置する。このとき、半導体パッケージの一面すなわち放熱板１６０側をステージ４００に向ける。ステージ４００は、表面に、半導体パッケージをステージ４００の表面より上側に支持する凸部４４０を有している。凸部４４０は、個片化前の半導体パッケージの４角それぞれに対応する位置に設けられる。半導体パッケージおよび放熱板１６０は、凸部４４０上に配置され、凸部４４０によって、ステージ４００の表面から離間した状態で支持される。凸部４４０の高さ、すなわちステージ４００の表面から放熱板１６０までの高さは、例えば２００μｍ以上である。

またダイシング装置は、ステージ４００を冷却する冷却手段を備える。本実施形態において、冷却手段は、冷媒が流れる配管４０２を備えている。配管４０２は、例えばステージ４００の中に埋め込まれているが、ステージ４００の外面（例えば底面）に取り付けられていても良い。冷媒は、例えば過冷却された水であるが、液体窒素などの液化ガスであってもよい。また冷却手段は、冷媒を冷却する冷却部を備えていても良い。この場合、冷媒は冷却部と配管４０２の間を循環する。

次いで、半導体パッケージの放熱板１６０とステージ４００の表面の間の空間に、液体を供給する。そしてステージ４００の冷却手段を用いて、ステージ４００を介して液体を冷却し、固化させる。これにより、放熱板１６０とステージ４００の間には、固化層３００が形成される。固化層３００の厚さは、ステージ４００の表面から放熱板１６０までの高さに等しく、例えば２００μｍ以上である。液体は、例えば水である。この場合、固化層３００は氷の層である。

次いで図４（ｂ）に示すように、ダイシングブレード４２０を用いて半導体パッケージを、配線基板２００側から一括して切断する。これにより、半導体パッケージ及び放熱板１６０は、複数の半導体素子１００別に個片化される。その後、固化層３００を除去する。

本実施形態によっても、半導体パッケージのうち放熱板１６０が位置する面には固化層３００が形成されているため、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ステージ４００を冷却することにより固化層３００を形成している。このため、固化層３００を容易に形成することができる。また、ステージ４００の冷却を終了することにより固化層３００を液体に戻すことができる。このため、固化層３００を容易に除去することができる。

また、凸部４４０は個片化前の半導体パッケージの４角それぞれに対応する位置に設けられている。このため、個片化前の半導体パッケージの水平出しを容易に行なえ、かつ半導体パッケージを確実にステージ４００上に固定することができる。

（第３の実施形態）
図５の各図及び図６（ａ）は、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。この半導体装置の製造方法は、以下の点を除いて、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様である。まず複数の半導体素子１００（例えば切り出し前の半導体チップ）を有する半導体基板１０２が、半導体素子１００に個片化される前に配線基板２００にフリップチップ実装される。そして、ダイシングブレード４２０を用いて放熱板１６０、樹脂１４２、及び配線基板２００を一括して切断するときに、半導体基板１０２が半導体素子１００に個片化される。以下、詳細に説明する。

まず図５（ａ）に示すように、複数の半導体素子（例えば切り出し前の半導体チップ）を有する半導体基板１０２を、バンプ１２２を用いて一枚の配線基板２００にフリップチップ実装する。詳細には、半導体基板１０２の素子形成面には、複数のトランジスタ（図示せず）及び配線層（図示せず）が形成されており、半導体基板１０２は複数の半導体素子１００を含んでいる。ただし本図に示す工程の段階では、半導体基板１０２は半導体素子１００に個片化されていない。半導体基板１０２は半導体ウエハであってもよいが、半導体ウエハから複数の半導体素子１００が繋がった状態で切り出された半導体基板であってもよい。そして、バンプ１２２を用いて、複数の半導体素子１００の素子形成面を配線基板２００の一面と対向するように接続する。

次いで図５（ｂ）に示すように、半導体基板１０２の素子形成面と配線基板２００の一面の間の空間に樹脂１４２を充填する。このようにして半導体パッケージが形成される。

次いで図６（ａ）に示すように、半導体基板１０２の素子形成面とは反対側の面を覆うように、放熱板１６０を取り付ける。放熱板１６０は、例えば熱伝導性の高い接着剤を用いて、半導体基板１０２の素子形成面とは反対側の面に取り付けられる。次いで、ステージ４００上に、放熱板１６０を取り付けた半導体パッケージを載置する。このとき放熱板１６０をステージ４００側に向ける。次いで、放熱板１６０とステージ４００の間に固化層３００を形成する。固化層３００の形成方法は、第２の実施形態と同様である。次いで、ダイシングブレード４２０を用いて、放熱板１６０、半導体基板１０２、樹脂１４２、及び配線基板２００を一括して切断する。これにより、半導体パッケージおよび放熱板１６０は半導体素子１００別に個片化される。

本実施形態によっても、半導体パッケージのうち放熱板１６０が位置する面には固化層３００が形成される。このため、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお本実施形態において、半導体基板１０２を半導体素子１００に個片化した後に、複数の半導体素子１００を配線基板２００にフリップチップ実装しても良い。

また本実施形態において、図６（ｂ）に示すように、半導体基板１０２の裏面側に樹脂層１５５を設け、樹脂層１５５を介して放熱板１６０を半導体基板１０２の裏面側に取り付けても良い。

（第４の実施形態）
図７の各図は、第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。この半導体装置は、半導体パッケージがシステムインパッケージ（Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｐａｃｋａｇｅ：ＳｉＰ）構造を有している点を除いて、第１の実施形態又は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法のいずれかと同様である。図７は、第１の実施形態と同様である場合を示している。

図７（ａ）は、半導体素子１０１が配線基板２００上に実装され、さらに半導体素子１０１上に半導体チップ１００が実装されている例を示している。本図に示す例において、半導体チップ１０１は配線基板２００にフリップチップ実装されているが、ワイヤボンディングにより実装されていても良い。

図７（ｂ）は、半導体素子１００，１０１がともに配線基板２００上に実装されている例を示している。

すなわち本実施形態は、半導体素子１００，１０１を配線基板２００に実装することを除いて、第１の実施形態又は第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法と同様である。本実施形態によっても、半導体パッケージのうち放熱板１６０が位置する面には固化層３００が形成されるため、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第５の実施形態）
図８及び図９の各図は、第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。この半導体装置は、ウエハレベルＢＧＡによって半導体装置を形成する方法である点を除いて、第１の実施形態又は第２の実施形態に係る半導体装置と同様の構成である。なお図８及び図９においては、第１の実施形態と同様の場合を示している。

まず図８（ａ）に示すように、半導体ウエハ１０３を準備する。半導体ウエハ１０３の素子形成面には、複数のトランジスタ（図示せず）及び配線層（図示せず）が形成されており、複数の半導体素子（半導体チップ）を含んでいる。次いで、半導体ウエハ１０３の素子形成面に、配線層２０２を形成する。次いで、配線層２０２に、ハンダボール２２０を取り付ける。

次いで図８（ｂ）に示すように、半導体ウエハ１０３のうち素子形成面とは反対側の面を覆うように、放熱板１６０を取り付ける。本実施形態では、半導体ウエハ１０３に放熱板１６０を直接取り付けている。

次いで図９に示すように、半導体ウエハ１０３のうち放熱板１６０を含む面に、固化層３００を形成する。固化層３００の形成方法は、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様である。

次いで、ダイシング装置のステージ４００上に半導体パッケージが位置し、固化層３００を下にむけた状態において、ダイシングブレード４２０を用いて放熱板１６０、半導体ウエハ１０３、及び配線層２０２を、配線層２０２側から一括して切断する。これにより、半導体ウエハ１０３及び放熱板１６０は、複数の半導体素子別に個片化される。その後、固化層３００を除去する。

本実施形態によっても、半導体パッケージのうち放熱板１６０が位置する面には固化層３００が形成されるため、第１の実施形態又は第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第６の実施形態）
図１０は、第６の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図であり、第５の実施形態における図９に相当している。本実施形態は、半導体ウエハ１０３と放熱板１６０の間に樹脂層１５５が形成されており、半導体ウェハ１０３の素子形成面とは反対側の面が樹脂１５５で覆われている点を除いて、第５の実施形態に係る半導体装置と同様の構成である。

本実施形態によっても、半導体パッケージのうち放熱板１６０が位置する面には固化層３００が形成されるため、第５の実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

例えば第２の実施形態において、固化層３００を形成するための液体は、光硬化性又は熱硬化性の樹脂であっても良い。この場合、固化層３００を形成する工程において、液体状態の樹脂を、ステージ４００と放熱板１６０の間に空間に供給し、供給した樹脂に熱又は光を照射する。また、ステージ４００上には予め熱軟化性又は光軟化性の樹脂層を形成しておくのが好ましい。このようにすると、個片化後の半導体パッケージおよび放熱板、ならびに固化層３００をステージ４００から剥離させやすくなる。

１００ 半導体素子
１０１ 半導体素子
１０２ 半導体基板
１０３ 半導体ウエハ
１２０ ボンディングワイヤ
１２２ バンプ
１４０ 樹脂
１４２ 樹脂
１５５ 樹脂層
１６０ 放熱板
２００ 配線基板
２０２ 配線層
２２０ ハンダボール
３００ 固化層
４００ ステージ
４０２ 配管
４２０ ダイシングブレード
４４０ 凸部
５００ ダレ
５０２ ダイシングブレード
５１０ 配線基板
５２０ 放熱板
５３０ ダイシングシート

Claims (8)

1. 複数の半導体素子を含み、一面に放熱板が設けられた半導体パッケージを個片化する半導体装置の製造方法であって、
   前記半導体パッケージの放熱板が形成された前記一面に液体を供給して前記液体を固化することにより、前記半導体パッケージの前記一面に固化層を形成し、
   前記半導体パッケージの他面から前記半導体パッケージを切断すること、を含む半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記液体は水であり、前記水を冷却することにより前記固化層を形成する半導体装置の製造方法。
3. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記液体は熱硬化性または光硬化性の樹脂であり、前記樹脂を加熱又は光照射することにより前記固化層を形成する半導体装置の製造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
   前記複数の半導体素子を配線基板の一面に搭載し、
   前記配線基板の一面と前記複数の半導体素子を樹脂で封止し、
   前記樹脂で封止された面に前記放熱板を設けることにより前記半導体パッケージを形成すること、を含む半導体装置の製造方法。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
   前記複数の半導体素子の素子形成面を配線基板の一面と対向するように接続し、
   前記素子形成面と前記配線基板の一面との間に樹脂を充填し、
   前記半導体素子の前記素子形成面とは反対の面を覆うように前記放熱板を形成することにより前記半導体パッケージを形成することを含む、半導体装置の製造方法。
6. 請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法おいて、
   前記複数の半導体素子を含む半導体ウエハを準備し、
   前記半導体ウエハの素子形成面とは反対の面を覆うように前記放熱板を設けることにより前記半導体パッケージを形成すること、を含む半導体装置の製造方法。
7. 請求項1乃至６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
   前記固化層の厚さは２００μｍ以上である半導体装置の製造方法。
8. 請求項1乃至６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
   冷却機能を有するステージに少なくとも一つの凸部を設け、前記凸部上に前記半導体パッケージの前記一面に配置することにより、前記一面を前記ステージから離間させ、
   前記一面と前記ステージの間に液体を供給し、前記液体を前記ステージで冷却して固化させることにより前記固化層を形成し、
   前記ステージ上において、前記半導体パッケージを切断する半導体装置の製造方法。

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