JP2011129683A - 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂封止パッケージの一括モールドによる成形時において、成形硬化樹脂とサブストレートの熱膨張係数の差により一括樹脂封止基板の中央部分が持ち上げられて、次工程に悪影響を及ぼすことを防止する。
【解決手段】半導体装置の製造方法であって、後の工程で個々の半導体装置に個片化される複数のデバイス領域（１４）を有する支持部材（１１）を一括樹脂封止する工程と、前記樹脂封止後の支持部材（１１）に対して、少なくとも一方向のダイシングラインに沿って、封止樹脂（１２）を貫通して前記支持部材（１１）の一部に至る溝（１３）を形成する工程と、を含む半導体装置の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に複数の薄型化した半導体パッケージを一括成形した後に個片化する半導体装置の製造方法に関する。
また、本発明は、半導体製造装置に係り、特に複数の薄型化した半導体パッケージを一括成形した後に個片化する半導体製造装置に関する。

半導体集積回路が形成された半導体チップを有する半導体パッケージ（半導体装置）の生産効率化を向上して低コスト化を図る技術として、一括モールド方法（一括成形方法）が考案されている。この一括成形方法は、個別の半導体装置が形成されるデバイス領域が複数区画されて連なって形成された多数個取り基板を用い、各デバイス領域に半導体チップを搭載した後、複数のデバイス領域を一括に覆う状態でモールドによって樹脂封止して一括封止部を形成する方法であり、樹脂封止後、ダイシングを行って多数個取り基板および一括封止部をデバイス領域単位に分割（個片化）して、複数の半導体装置を形成するものである。

近年パッケージの厚みが益々薄型化されてきて、一括成形法により前記支持部材を樹脂封止する場合、成形硬化樹脂とサブストレートの熱膨張の差により支持部材及びバッケージの中央部分が持ち上げられて、次工程に悪影響を及ぼすいわゆる反り上がりが問題となる。

この問題を解決することを目的とした技術が、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１の半導体装置の製造方法では、複数のデバイス領域７ａを有する多数個取り基板７をフレーム部材１１ａ上に固定してフレーム搬送体１１を形成し（図５）、各デバイス領域７ａに半導体チップ１を搭載し（図６）、ワイヤボンディングを行った後（図７）、フレーム搬送体１１をモールド金型１３に設置して、複数のデバイス領域７ａを一括して樹脂封止する（図８）。この方法では、金型１３のキャビティ成形面１３ａに凸部１３ｃを設け、半導体パッケージのダイシングラインに対応する位置でモールド樹脂１４の上面に、一括モールド部（樹脂）８の半分程度の深さで溝部８ａを形成する（図８）。

特許文献１に記載の方法では、金型キャビティ内部に突出する凸部によって樹脂の流れが妨害されるおそれがあり、特に、半導体パッケージが薄くなるほど、凸部が樹脂の流れに与える影響が大きくなる。

また、特許文献１に記載の方法では、溝部の深さが樹脂厚の半分程度であるため、封止樹脂の応力を十分に緩和できず、半導体パッケージの反りあがりを十分に抑制できない可能性がある。また、溝部の底部に残存する樹脂に収縮応力が集中してクラックを生じるおそれもある。一方、上述したように、凸部の高さがモールド時の樹脂の流れに影響を与えるので、凸部の高さを高くできず、溝部の深さを深くすることができない。

特開２００２−１１０７１８号公報（段落００４５−００７７、第５−８図）

本発明の目的は、一括封止基板の反りを低減し、後工程への悪影響による不具合を無くして、歩留り向上および原価低減を図る半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様は、半導体装置の製造方法であって、後の工程で個々の半導体装置に個片化される複数のデバイス領域（１４）を有する支持部材（１１）を一括樹脂封止する工程と、前記樹脂封止後の支持部材（１１）に対して、少なくとも一方向のダイシングラインに沿って、封止樹脂（１２）を貫通して前記支持部材（１１）の一部に至る溝（１３）を形成する工程と、を含む。
上記において、「支持部材」は、基板又はリードフレームである。「複数のデバイス領域」は、半導体回路が設けられる領域であり、当該領域に半導体チップが搭載される場合、及び、支持部材（基板）の当該領域に直接、半導体回路が形成される場合がある。
本発明の一態様に係る方法では、封止樹脂を貫通するように溝加工するため、溝底部の封止樹脂が完全に除去される。このため、溝底部に他の部分よりも薄い封止樹脂が残存してこの部分に応力が集中してクラックが発生することを防止し、かつ、溝によって封止樹脂の応力を確実に緩和して、一括樹脂封止部の反りあがりを抑制することができる。これにより、次工程のマガジン収納や後工程の半田ボール接着等の作業をスムーズに正確に実施することができる。

本発明の一態様によれば、前記支持部材（１１）は、長手方向（Ｙ）の長辺（１１ｂ）と、長手方向よりも短い幅方向（Ｘ）の短辺（１１ａ）とを有する矩形状であり、前記溝（１３）は、前記幅方向（Ｘ）に延びるダイシングライン（１６）に沿って形成される。
一方向が長い矩形状の多数個取り基板を用いる場合には、長手方向に垂直な幅方向にのみ溝を形成すれば、反り易い長手方向の一括樹脂封止部の反り上がりを低減することが可能である。

本発明の一態様によれば、前記溝（１３）は、レーザマーカ（６）によって形成される。ダイシング装置で溝を形成する場合には、水や空気で冷却するため、冷却のための構成を設ける必要があるが、レーザマーカによって溝を形成することにより、冷却のための構成が不要である。また、レーザマーカによる溝加工は、モールドマシーン（樹脂封止装置）中の一工程として実施できる。

本発明の一態様によれば、前記溝（１３）は、前記封止樹脂（１２）硬化時の収縮応力を緩和して前記支持部材（１１）の反り上がりを防止するための応力緩和用の溝である。

本発明の一態様は、半導体製造装置であって、後の工程で個々の半導体装置に個片化される複数のデバイス領域（１４）を有し、複数のデバイス領域（１４）を覆うように樹脂（１２）で封止された支持部材（１１）に対して、少なくとも一方向のダイシングラインに沿って、前記封止樹脂（１２）を貫通して前記支持部材（１１）の一部に至る溝（１３）を形成する溝加工手段（６）、を備える。
この装置によれば、支持部材の一括封止樹脂部に貫通するように溝加工することができる。これにより、溝底部の封止樹脂を完全に除去し、クラックの発生を防止しつつ、一括封止樹脂部の応力を確実に緩和して反りあがりを抑制することができる。この結果、次工程のマガジン収納や後工程の半田ボール接着等の作業をスムーズに正確に実施することができる。

一括樹脂封止後の配線基板（一括樹脂封止基板）の構成を説明する斜視図である。 一括樹脂封止基板の側面図であり、（ａ）溝加工しないもの、（ｂ）は溝加工を施したものである。 図２（ｂ）の溝部の拡大図である。 半導体樹脂封止装置の一部を構成する溝加工装置の平面図である。

以下、本発明に係る半導体装置の製造方法、特に、一括樹脂封止基板に対するレーザー光による溝加工法の好適な実施の形態について、添付図面とともに詳述する。本実施の形態では片面モールドされて形成される電子部品に用いられる、支持部材（基板又はリードフレーム）、並びに、該支持部材（基板又はリードフレーム）を用いた成形品について説明する。なお、本発明は、両面モールドされる電子部品についても同様に実施可能である。

図１は、一括樹脂封止後の配線基板（以下、一括封止部材２０と称す）の構成を説明する斜視図である。なお、ここでは、複数のデバイス領域を有する配線基板１１を例に挙げて説明する。配線基板１１は、例えば、ガラスエポキシ基板からなり、表面には配線、電極等が設けられている。

図１において、一括樹脂封止基板２０は、後の工程で個片化されることにより、例えばＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）のような個々の半導体パッケージ（半導体装置）に分割されるものである。一括樹脂封止基板２０は、複数のデバイス領域１４を含む多数個取り基板１１と、各デバイス領域１４に１又は複数搭載された半導体チップ１５と、複数のデバイス領域１４を一括して覆う一括樹脂封止部（樹脂）１２とから構成されている。複数のデバイス領域１４は、後の工程で長手方向Ｙ及び幅方向Ｘのダイシングライン１７，１６に沿って個片化されることにより、個々の半導体パッケージとなる。半導体チップ１５は、ワイヤボンディングまたはフリップチップ接続によって基板１１上の配線又は電極に電気的に接続されている。本実施形態では、図１に示すように、多数個取り基板１１は、長手方向Ｙに沿う長辺１１ｂと、長手方向に垂直な幅方向Ｘに沿う短辺１１ａとを有する矩形形状である。但し、本発明は、正方形状の多数個取り基板や円形状のウエハに適用することも可能である。

以下、図１の構成に基づいて、本実施形態を説明する。個々の半導体パッケージとなる各デバイス領域１４に半導体チップ１５をボンディングペーストによって接着し、ワイヤボンディングによって半導体チップ１５の電極と多数個取り基板１１上の配線又は電極とを接続した後、各デバイス領域１４を覆うように一括樹脂封止することにより、一括樹脂封止基板２０を得る。そして、一括樹脂封止基板２０に対して、幅方向Ｘの各ダイシングライン１６に沿って溝１３を形成する。図１では、１つの溝１３のみ示すが、溝１３は、例えば、全てのダイシングライン１６に沿って設けられる。溝１３は、図３に示すように、一括樹脂封止部１２を貫通して、基板１１の表面から一定の深さ（図３の例では０．１ｍｍの深さ）に到達する深さで加工される。つまり、溝の底部では、封止樹脂を完全に除去している。本実施形態では、溝は、後述するレーザマーカ６により溝加工される。なお、溝１３は、幅方向Ｘの全てのダイシングライン１７に沿って溝１３を形成しても良いし、一括樹脂封止基板２０の反りの程度に応じて、一部のダイシングライン１６に対して、例えば２本のダイシングライン１６に対して、１つの溝１３を加工するなど、適宜、溝１３の間隔を決定すれば良い。

図２は、溝加工無しの一括樹脂封止基板２０（図２ａ）と、溝加工を施した一括樹脂封止基板２０（図２ｂ）とにおける反り上がりを比較した実験結果を示す。この実験では、多数個取り基板１１は、長辺１８３ｍｍ、短辺３２ｍｍ、厚さ０．２ｍｍであり、一括樹脂封止部１２は、厚さ０．３ｍｍである。また、多数個取り基板１１は、長辺方向１２個、短辺方向１個のデバイス領域１４を含む。

溝加工無しの場合の一括樹脂封止基板２０では、長手方向Ｙにおいて中央部が両端部に対して約９ｍｍ反り上がる（図２（ａ））が、本実施形態による溝１３を幅方向Ｘに形成した場合には、一括樹脂封止基板２０の中央部の反りは２ｍｍ以下に低減される。
なお、ここでは、全てのダイシングライン１６に溝１３を設けたが、一部のダイシングライン１６に例えば１５〜３０ｍｍの間隔で溝加工することにより、一括樹脂封止部の収縮応力を効果的に抑制することができる。

このように、一括樹脂封止基板２０に幅方向Ｘのダイシングライン１６に沿って且つ一括樹脂封止部１２を貫通する深さで溝１３を形成することにより、一括樹脂封止部１２の収縮応力を確実に緩和することができる。これにより、一括樹脂封止後に、一括樹脂封止部１２と多数個取り基板１１の熱膨張係数の差により一括樹脂封止基板２０の中央部分が持ち上げられて湾曲し、次工程に悪影響を及ぼすいわゆる反り上がりを確実に抑制又は防止することができる。この結果、次工程のマガジン収納や後工程の半田ボール接着等の作業をスムーズに正確に実施することができる。

また、反りの生じ易い長手方向Ｙに垂直な幅方向Ｘにのみ溝を形成することにより、反り易い長手方向Ｙの一括樹脂封止部１２の反り上がりを低減することができる。従って、長手方向及び幅方向の両方に格子状に溝加工する場合に比較して、溝加工に要する工数を低減することができる。

また、溝底部に樹脂が残存する場合には、他の部分よりも薄い溝底部の樹脂に応力が集中してクラックが発生するおそれがあるが、本実施形態では溝底部の樹脂を全て切除するため、溝底部の残存樹脂にクラックを生じることなく、確実に一括樹脂封止基板の反りを抑制することができる。

なお、上記では、幅方向のダイシングラインのみに溝加工する場合を説明したが、長手方向のダイシングラインにも同様の溝を形成しても良い。特に、一括樹脂封止基板２０の幅が大きくなって幅方向にも反りが生じる場合には、長手方向のダイシングライン１６にも同様の溝を加工することにより、長手方向及び幅方向の両方の反りを抑制することができる。

図４は、樹脂封止装置の溝加工装置周辺の構成を示す平面図である。同図において、溝加工装置は、レーザテーブル５及びレーザ光発生器（レーザマーカ）６から構成され、図示しない樹脂成型機の金型で一括樹脂成型された一括樹脂封止基板２０に溝１３を形成する。溝加工装置は、樹脂封止装置中において、図４に示すように、ディゲート装置１，２とＥＯＬ（Ｅｎｄ Ｏｆ Ｌｉｎｅ）バッファ１０との間に配置される。
図中Ｘ、Ｙは、図１と同様の方向を示し、Ｙは一括樹脂封止基板２０の長手方向、Ｘは一括樹脂封止基板２０の幅方向を示す。また、以下の説明では、Ｙをレーザテーブル５の進行方向としても言及する場合がある。

以下、本実施形態の樹脂封止装置について、図４を参照して説明する。
図示しない樹脂成型機で複数のデバイス領域１４を一括して樹脂封止された一括樹脂封止基板２０は、ディゲート装置に移送される。ディゲート装置では、下ディゲータ１が上ディゲータ２とともに一括樹脂封止基板２０を挟み込んでカル及びランナを除去し、ディゲート後の一括樹脂封止基板２０をターンテーブル３上のレールに移送する。ターンテーブル３は、ディゲート装置から一括樹脂封止基板２０を１枚受け取ると、一括樹脂封止基板２０の方向をレーザテーブル５の方向に揃える。その後、プッシャ−４により、一括樹脂封止基板２０を、ターンテーブル３のレールの近傍に移動しているレーザテーブル５上に押し出し、スライドさせてストッパーに押し当てて位置決めし、押さえ冶具（図示せず）にてレーザテーブル５上に密着させる。又はパイロットピン（図示せず）により位置決めして押さえ冶具にてレーザテーブル５に密着させる。

次に、レーザテーブル５を長手方向Ｙに沿ってレーザマーカ６の下方に移動させ、レーザマーカ６から出力するレーザ光の焦点位置を、一括樹脂封止基板２０の最も進行方向Ｙ側のダイシングライン１６に位置合わせする。レーザマーカ６は、図４に破線円で示すレーザ光照射範囲６ａ（例えば、直径約５０ｍｍの円）内でレーザ光の光軸を動かせ焦点位置を移動させることが可能である。ここでは、レーザマーカ６の焦点位置を横方向（幅方向）Ｘのダイシングライン１６に沿って走査しつつレーザ光を照射し、図１及び図３に示すように幅方向Ｘに沿って一括樹脂封止部１２を貫通し基板１１の一部に至る溝１３を形成する。このとき、ダイシングライン１６の長さがレーザ光照射範囲６ａの直径よりも小さい場合には、レーザ光の光軸を動かせるだけでレーザ光の焦点位置をダイシングライン１６の全長にわたって走査することができる。一方、ダイシングライン１６の長さがレーザ光照射範囲６ａの直径よりも大きい場合には、光軸の移動とレーザテーブル５による幅方向Ｘへの移動とを組み合わせて、レーザ光の焦点位置をダイシングライン１６の全長にわたって走査する。レーザ光のパワー及び走査速度（又は照射時間）は、図１及び図３に示すように溝底部の一括樹脂封止部１２が完全に切除され、基板１１の所定深さ（例えば０．１ｍｍ）に至る溝が形成されるように設定する。
最も進行方向Ｙ側のダイシングライン１６に沿って溝加工が終了すると、レーザテーブル５を長手方向Ｙに沿って移動させて一括樹脂封止基板２０上の次のダイシングライン１６にレーザ光の焦点位置を合わせ、同様に溝加工を施す。このように、一括樹脂封止基板２０を長手方向Ｙに移動して、幅方向Ｘのダイシングライン１６に順次レーザ光の焦点位置を合わせること、及び、レーザ光の焦点位置を幅方向Ｘのダイシングライン１６に沿って走査して溝加工することを繰り返すことにより、一括樹脂封止基板２０の各ダイシングライン１６に溝１３を加工する。

ここでは、全てのダイシングライン１６に溝１３を加工する場合を説明したが、一部のダイシングライン１６に溝１３を加工しても良い。この場合には、加工すべき位置のダイシングライン１６（選択したダイシングライン）に対して、上記同様に、一括樹脂封止基板２０を長手方向Ｙに移動して、選択した幅方向Ｘのダイシングライン１６に順次レーザ光の焦点位置を合わせること、及び、レーザ光の焦点位置を幅方向Ｘのダイシングライン１６に沿って走査して溝加工することを繰り返せば良い。

なお、一括樹脂封止基板２０の長手方向Ｙのダイシングライン１７にも溝を形成する場合には、上述のようにレーザテーブル５により一括樹脂封止基板２０を幅方向Ｘに沿って移動して、長手方向Ｙのダイシングライン１７に順次レーザ光の焦点位置を位置合わせすること、及び、レーザ光の焦点位置を長手方向Ｙのダイシングライン１７に沿って走査して溝加工することを繰り返すことにより、長手方向Ｙのダイシングライン１７の全部又は一部に溝を加工する。例えば、一括樹脂封止基板２０の幅方向が大きくなり、幅方向の反りにも対応する必要がある場合には、長手方向及び幅方向の両方に溝加工することによって、両方向の反りを抑制することができる。

一括樹脂封止基板２０への溝加工が終了した後、レーザテーブル５を長手方向Ｙに移動し固定レール８ａに接近させ（図４中の５ａに対応）、一括樹脂封止基板２０を引き込み部７によって固定レール８ａ上に取り込む。その後、一括樹脂封止基板２０は固定レール８ａからターンキャリア８に受け渡され、ターンキャリア８が回転し、一括樹脂封止基板２０をＥＯＬバッファ１０の基準位置と合わせる。次に、一括樹脂封止基板２０は、ターンキャリア８から固定レール８ｂに受け渡され、プッシャー９によってＥＬＯバッファ１０内に押し込まれる。その後、一括樹脂封止基板２０は、ＥＬＯバッファ１０からボンディングカセットに格納される。

以上説明したように本発明に係るレーザ光による溝加工法を用いれば、以下の作用効果を奏する。
１．樹脂硬化収縮による成型品（一括樹脂封止基板２０）の反り上がりを無くす、若しくは減少させることが可能であり、次工程のマガジン収納（ボンディングカセットへの収納）や後工程の半田ボール接着等の作業がスムーズに正確に実施することができる。
２．封止樹脂を貫通して基板の所定深さに至る深さで溝を形成し、溝内の封止樹脂を全て切除するため、溝内の封止樹脂が樹脂硬化収縮によってクラックを発生することなく、封止樹脂の収縮応力を確実に緩和することができる。
３．一方向が長い矩形状の多数個取り基板を用いる場合に、長手方向の反り上がりのみに対応する必要がある場合には、長手方向に垂直な幅方向にのみ溝を形成することにより、反り易い長手方向の一括樹脂封止部の反り上がりを低減することが可能である。
４．レーザ光により溝加工を行うため、ダイシング装置で溝加工する場合のように水や空気で冷却する必要がなく、冷却のための構成を設ける必要がない。また、ダイシング装置を用いないので、樹脂封止装置中の成型後の一工程としてレーザ光による溝加工を実施することができる。

１ 下ディゲータ
２ 上ディゲータ
３ ターンテーブル
４ プッシャー
５ レーザテーブル
５ａ 移動後のレーザテーブル
６ レーザマーカ
６ａ レーザ光照射範囲
７ 引込み部
８ ターンテーブル
８ａ 固定レール
８ｂ 固定レール
９ プッシャー
１０ ＥＯＬバッファ
１１ サブストレート（配線基板）
１２ 一括樹脂封止部
１３ 溝
１４ デバイス領域
１５ 半導体チップ
１６ ダイシングライン（Ｘ方向）
１７ ダイシングライン（Ｙ方向）

Claims (8)

1. 半導体装置の製造方法であって、
   後の工程で個々の半導体装置に個片化される複数のデバイス領域（１４）を有する支持部材（１１）を一括樹脂封止する工程と、
   前記樹脂封止後の支持部材（１１）に対して、少なくとも一方向のダイシングラインに沿って、封止樹脂（１２）を貫通して前記支持部材（１１）の一部に至る溝（１３）を形成する工程と、
   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、
   前記支持部材（１１）は、長手方向（Ｙ）の長辺（１１ｂ）と、長手方向よりも短い幅方向（Ｘ）の短辺（１１ａ）とを有する矩形状であり、
   前記溝（１３）は、前記幅方向（Ｘ）に延びるダイシングライン（１６）に沿って形成される、半導体装置の製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記溝（１３）は、レーザマーカ（６）によって形成される、半導体装置の製造方法。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の半導体装置の製造方法において、
   前記溝（１３）は、前記封止樹脂（１２）硬化時の収縮応力を緩和して前記支持部材（１１）の反り上がりを防止するための応力緩和用の溝である、半導体装置の製造方法。
5. 半導体製造装置であって、
   後の工程で個々の半導体装置に個片化される複数のデバイス領域（１４）を有し、複数のデバイス領域（１４）を覆うように樹脂（１２）で封止された支持部材（１１）に対して、少なくとも一方向のダイシングラインに沿って、前記封止樹脂（１２）を貫通して前記支持部材（１１）の一部に至る溝（１３）を形成する溝加工手段（６）、を備える半導体製造装置。
6. 請求項５に記載の半導体製造装置において、
   前記支持部材（１１）は、長手方向の長辺と、長手方向よりも短い幅方向の短辺とを有する矩形状であり、
   前記溝（１３）は、前記幅方向に延びるダイシングラインに沿って形成される、半導体製造装置。
7. 請求項５又は６に記載の半導体製造装置において、
   前記溝加工手段（６）はレーザマーカである、半導体製造装置。
8. 請求項５乃至７の何れかに記載の半導体製造装置において、
   前記溝加工手段（６）は、前記封止樹脂（１２）硬化時の収縮応力を緩和して前記支持部材（１１）の反り上がりを防止するために前記溝（１３）を形成する、半導体製造装置。

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