JP2012009745A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】封止樹脂から発生するアウトガス等に起因する問題の発生を抑制することができる半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置１０は、基板１１と、基板１１に実装される電子部品１２と、電子部品１２を封止して基板１１上に形成される封止樹脂１３と、封止樹脂１３の一部を覆うように、平面視において格子状に形成されたシールド層１４と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関するものである。

従来の半導体装置には、基板上に実装された電子部品を封止する封止樹脂と、封止樹脂上に電子部品を電磁波から保護するシールド層とを備えたものがある（例えば、特許文献１，２参照）。

ここで、図１３は、従来の半導体装置を示す概略斜視図である。
図１３に示すように、半導体装置は、基板３１と、電子部品（図示略）と、封止樹脂３２と、シールド層３３とを有する。

封止樹脂３２は、基板３１上に実装された電子部品を封止するように基板３１上に形成されている。この封止樹脂３２は、外部からの衝撃等から電子部品を保護するための部材である。

シールド層３３は、封止樹脂３２の上面全面を覆うように形成されている。このようなシールド層３３を設けることで、外部からの電磁波が遮断され、電子部品を電磁波から保護することができる。

特開２００１−２４３１２号公報 特許第３８４２２２９号公報

ところで、封止樹脂３２はその表面が平滑であるため、シールド層３３がスパッタ法等により形成された導電膜であるときには、そのシールド層３３と封止樹脂３２との密着性が悪くなる場合がある。このような場合には、例えばはんだのリフロー加熱時に封止樹脂３２から発生するアウトガスや吸湿による水蒸気などによって封止樹脂３２が膨らんだり、シールド層３３が封止樹脂３２から剥がれたりするといった問題が発生する。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、封止樹脂から発生するアウトガス等に起因する問題の発生を抑制することができる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。

本発明の一観点によれば、基板と、前記基板に実装される電子部品と、前記電子部品を封止して前記基板上に形成される封止樹脂と、前記封止樹脂の一部を覆うように、平面視において第１の所定パターンの開口部を有するシールド層と、を有する。

この構成によれば、シールド層の開口部では、封止樹脂の一部が露出されることになる。このように封止樹脂の一部が露出されるため、仮にはんだのリフロー加熱時などに封止樹脂からアウトガスや吸湿による水蒸気が発生しても、上記露出された部分からそれらアウトガスや水蒸気を逃がすことができる。これにより、アウトガスや水蒸気に起因する問題の発生を好適に抑制することができる。

本発明の一観点によれば、基板と、前記基板に実装された電子部品と、前記電子部品を封止する封止樹脂とを含む半導体装置の製造方法であって、前記封止樹脂の一部を覆うように、平面視において第１の所定パターンの開口部を有するシールド層を形成するシールド層形成工程を含む。

この方法によれば、封止樹脂の一部を覆うように形成されたシールド層の開口部では、封止樹脂の一部が露出されることになる。このように封止樹脂の一部が露出されるため、仮にはんだのリフロー加熱時などに封止樹脂からアウトガスや吸湿による水蒸気が発生しても、上記露出された部分からそれらアウトガスや水蒸気を逃がすことができる。これにより、アウトガスや水蒸気に起因する問題の発生を好適に抑制することができる。

本発明の一観点によれば、封止樹脂から発生するアウトガス等に起因する問題の発生を抑制することができる半導体装置及びその製造方法を提供することができる。

（ａ）は第１実施形態の半導体装置を示す概略平面図、（ｂ），（ｃ）は第１実施形態の半導体装置を示す概略断面図。 第１実施形態の半導体装置の一部を示す概略斜視図。 多数個取り配線基板を示す概略平面図。 （ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 第２実施形態の半導体装置を示す概略断面図。 （ａ）、（ｂ）は、第２実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、第２実施形態の半導体装置の製造方法を示す概略断面図。 変形例の半導体装置を示す概略断面図。 （ａ）は変形例の半導体装置の製造方法を示す概略断面図、（ｂ）〜（ｄ）は変形例の半導体装置の製造方法を示す拡大断面図。 （ａ）は変形例の半導体装置を示す概略平面図、（ｂ）は変形例の半導体装置を示す概略断面図。 （ａ），（ｂ）は、変形例の半導体装置を示す概略平面図。 従来の半導体装置を示す概略斜視図。

以下、添付図面を参照して各実施形態を説明する。尚、添付図面は、構造の概略を説明するためのものであり、実際の大きさを表していない。
（第１実施形態）
以下、第１実施形態を図１〜図５に従って説明する。なお、図１（ａ）は、本実施形態の半導体装置１０の概略平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す半導体装置１０のＡ−Ａ概略断面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）に示す半導体装置１０の概略断面図である。また、図２は、半導体装置１０の一部を示す概略斜視図である。

図１（ｂ），（ｃ）に示すように、半導体装置１０は、基板１１と、電子部品１２と、封止樹脂１３と、シールド層１４とを有する。
基板１１は、電子部品１２とマザーボート等の他の基板（図示せず）との間を電気的に接続するためのものである。基板１１としては、例えばプリント配線板を用いることができる。

電子部品１２は、基板１１上に実装されている。電子部品１２としては、例えば半導体チップ、チップ抵抗、チップコンデンサ、水晶振動子等を用いることができる。
封止樹脂１３は、電子部品１２を封止するように基板１１上に設けられている。この封止樹脂１３の上面は、凹凸状に形成されている。具体的には、封止樹脂１３の上面には、平面視において網目状（第２の所定パターン）の凹部１３ａが形成されている。換言すると、封止樹脂１３の上面には、平面視においてマトリクス状（第１の所定パターン）の凸部１３ｂが形成されている。なお、この封止樹脂１３としては、例えばモールド樹脂を用いることができる。モールド樹脂としては、例えばトランスファーモールド法により形成されたエポキシ系モールド樹脂を用いることができる。

シールド層１４は、図１（ｂ），（ｃ）及び図２に示すように、封止樹脂１３の凹部１３ａ内に形成されている。具体的には、シールド層１４は、封止樹脂１３の凹部１３ａの内壁を覆うように形成されている。このため、シールド層１４は、図１（ａ）に示すように、平面視において格子状に形成されている。また、このようなシールド層１４は、平面視において所定パターンの開口部、つまり上記凸部１３ｂのパターンと同パターンの開口部（ここでは、マトリクス状の開口部）１４ａを有する、とも言える。すなわち、封止樹脂１３の凸部１３ｂにはシールド層１４が形成されず、その凸部１３ｂにおいて封止樹脂１３の上面が露出されている。このように封止樹脂１３の一部（凸部１３ｂ）において上面が露出されているため、仮にはんだのリフロー加熱時などに封止樹脂１３からアウトガスや吸湿による水蒸気が発生しても、上面の露出された凸部１３ｂからそれらアウトガスや水蒸気を外部に逃がすことができる。

ここで、図３は、本実施形態の半導体装置１０が多数形成される多数個取り配線基板３０の平面図である。
図３に示すように、多数個取り配線基板３０は、半導体装置１０が形成される領域である半導体装置形成領域Ｃを多数有している。この半導体装置形成領域Ｃには、上記基板１１が形成されている。また、多数個取り配線基板３０は、半導体装置１０に対応する構造体が形成された後、ダイシング位置Ｄに沿ってダイシングブレードによって切断される。これにより、半導体装置１０に対応する構造体が個片化され、多数の半導体装置１０が製造される。なお、多数個取り配線基板３０の材質としては、例えばガラスエポキシを用いることができる。

次に、半導体装置１０の製造方法を図４及び図５に従って説明する。
図４（ａ）に示すように、半導体装置形成領域Ｃに形成された基板１１上に電子部品１２を実装する。次に、図４（ｂ）に示すように、電子部品１２を覆うように封止樹脂１３を基板１１上に形成する。この封止樹脂１３の厚さは、例えば１ｍｍとすることができる。

続いて、図４（ｃ）に示すように、封止樹脂１３の上面に、平面視において格子状の凹部１３ａを形成する。この凹部１３ａは、例えばダイシングブレード、レーザ、ドリル等により形成することができる。なお、凹部１３ａの深さＷ１は例えば５０μｍ〜１００μｍ、凹部１３ａの幅Ｗ２は例えば１００μｍ、隣接する凹部１３ａのピッチＷ３は例えば２００μｍとすることができる。また、上記凹部１３ａが形成されることにより、封止樹脂１３の上面にはマトリクス状の凸部１３ｂが形成されることになる。

次に、図５（ａ）に示すように、凹部１３ａの内壁を含む封止樹脂１３の上面側全面に導電層１５を形成する。この導電層１５は、例えばスパッタ法、真空蒸着法、めっき法により形成することができる。なお、スパッタ法や真空蒸着法を用いる場合には、導電層１５の材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。また、めっき法を用いる場合には、導電層１５の材料としては、例えば銅（Ｃｕ）を用いることができる。

続いて、図５（ｂ）に示すように、封止樹脂１３の上面側を研磨又は研削する。具体的には、凸部１３ｂ上面に形成された導電層１５を研磨又は研削して除去することにより、凸部１３ｂ（封止樹脂１３）の上面を露出させる。すなわち、本工程では、凸部１３ｂの上面が露出されるまで封止樹脂１３の上面側を研磨又は研削する。これにより、封止樹脂１３の凹部１３ａの内壁を覆う、平面視において格子状のシールド層１４、つまり平面視においてマトリクス状の開口部１４ａを有するシールド層１４が形成される。なお、上記研磨としては、例えばバフ研磨などを用いることができる。また、この研磨工程（研削工程）において、凸部１３ｂ上面に形成された導電層１５に加えて、シールド層１４の一部と封止樹脂１３の一部とを同時に研磨又は研削するようにしてもよい。

そして、以上の製造工程により、多数の半導体装置形成領域Ｃに、半導体装置１０に相当する構造体が形成される。なお、本実施形態では、図４（ｃ）及び図５（ａ），（ｂ）に示した工程がシールド層形成工程となる。

次に、図５（ｃ）に示すように、図５（ｂ）に示した構造体をダイシング位置Ｄに沿って切断する。これにより、半導体装置１０が個片化され、多数の半導体装置１０が製造される。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）封止樹脂１３の上面に、所定パターンの開口部１４ａを有するシールド層１４を形成するようにした。このシールド層１４の開口部１４ａでは、封止樹脂１３の凸部１３ｂの上面が露出されることになる。このように封止樹脂１３の一部（凸部１３ｂ）において上面が露出されているため、仮にはんだのリフロー加熱時などに封止樹脂１３からアウトガスや吸湿による水蒸気が発生しても、上面の露出された凸部１３ｂからそれらアウトガスや水蒸気を逃がすことができる。これにより、アウトガスや水蒸気に起因する問題の発生を好適に抑制することができる。

（２）シールド層１４を封止樹脂１３の凹部１３ａに形成するようにした。これにより、例えば従来のように封止樹脂３２の上面にシールド層３３を形成する場合に比べて、シールド層１４の形成に伴う半導体装置１０全体の高さの増大を抑えることができる。

（３）また、従来のようにシールド層３３と封止樹脂３２との密着性が悪く、封止樹脂３２の上面にシールド層３３を形成する場合には、シールド層３３に機械的な外力が加わると容易にシールド層３３が剥がれ、金属異物（浮遊物）の原因になるという問題がある。これに対し、本実施形態では、封止樹脂１３の凹部１３ａにシールド層１４が形成されるため、そのシールド層１４を機械的な外力から好適に保護することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態を図６〜図７に従って説明する。先の図１〜図５に示した部材と同一の部材にはそれぞれ同一の符号を付して示し、それら各要素についての詳細な説明は省略する。

図６に示すように、半導体装置１０ａは、基板１１と、電子部品１２と、封止樹脂１３と、シールド層１４と、接地端子１６とを有する。
接地端子１６は、グランド電位とされた導体であり、基板１１上に設けられている。この接地端子１６は、平面視において格子状に形成されたシールド層１４と電気的に接続されている。この接地端子１６には、例えば角柱状や円柱状の金属ポストやはんだボール等を用いることができる。

封止樹脂１３は、電子部品１２及び接地端子１６を封止するように基板１１上に設けられている。この封止樹脂１３の上面には、平面視において格子状の凹部１３ａと、平面視においてマトリクス状の凸部１３ｂとが形成されている。ここで、上記接地端子１６と対向する凹部１３ａ（図６において最も左側に位置する凹部１３ｃ及び最も右側に位置する凹部１３ｄ）は、接地端子１６の上面を露出するように形成されている。

シールド層１４は、封止樹脂１３の凹部１３ａの内壁を覆うように形成されている。このため、上記接地端子１６と対向する凹部１３ｃ，１３ｄ内に形成されたシールド層１４は、接地端子１６の上面と電気的に接続されている。これにより、平面視において格子状に形成されたシールド層１４と接地端子１６とが電気的に接続され、シールド層１４がグランド電位とされる。したがって、シールド層１４は、電子部品１２が放出する電磁波を遮断すると共に、半導体装置１０の外部に存在する他の装置から放出された電磁波を遮断し、その電磁波により電子部品１２が悪影響を受けることを抑制することができる。

次に、半導体装置１０ａの製造方法を図７及び図８に従って説明する。
図７（ａ）に示すように、半導体装置形成領域Ｃに形成された基板１１上に接地端子１６を形成する。続いて、基板１１上に電子部品１２を実装する。次に、接地端子１６及び電子部品１２を覆うように封止樹脂１３を基板１１上に形成する。この封止樹脂１３の厚さは、例えば１ｍｍとすることができる。また、接地端子１６上の封止樹脂１３の厚さＷ４は、例えば１００μｍとすることができる。

続いて、図７（ｂ）に示すように、封止樹脂１３の上面に、平面視において格子状の凹部１３ａを形成する。このとき、接地端子１６と対向する位置に形成される凹部１３ｃ，１３ｄは、接地端子１６の上面を露出する開口部として形成される。

次に、図８（ａ）に示すように、凹部１３ａの内壁を含む封止樹脂１３の上面側全面に導電層１５を形成する。これにより、上記凹部１３ｃ，１３ｄに形成された導電層１５が接地端子１６の上面と電気的に接続される。なお、この導電層１５の形成前に、導電層１５と接地端子１６との導通不良を防ぐために、図７（ｂ）に示した構造体にデスミア処理を施すようにしてもよい。

続いて、図８（ｂ）に示すように、封止樹脂１３の凸部１３ｂ上面に形成された導電層１５を研磨又は研削して除去することにより、凸部１３ｂの上面を露出させる。これにより、封止樹脂１３の凹部１３ａの内壁を覆うシールド層１４が形成される。なお、本実施形態では、図７（ｂ）及び図８（ａ）、（ｂ）に示した工程がシールド層形成工程となる。

次に、図８（ｃ）に示すように、図８（ｂ）に示した構造体をダイシング位置Ｄに沿って切断する。これにより、半導体装置１０ａが個片化され、多数の半導体装置１０ａが製造される。

以上説明した実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（３）の効果に加えて以下の効果を奏する。
（４）基板１１上に接地端子１６を形成し、その接地端子１６とシールド層１４とを凹部１３ｃ，１３ｄを介して電気的に接続するようにした。これにより、例えば接地端子１６を設けずに、基板１１の接地用配線の一部に直接シールド層１４を電気的に接続する場合よりも、シールド層１４を容易にグランド電位に設定することができる。すなわち、凹部１３ｃ，１３ｄを深く掘ることなく、シールド層１４と接地端子１６とを接続することができる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記各実施形態では、封止樹脂１３の上面全面を覆うように導電層１５を形成した後に、凸部１３ｂ上に形成された導電層１５を除去することにより、凹部１３ａ内のみにシールド層１４を形成するようにした。これに限らず、封止樹脂１３に凹部１３ａを形成した後に、必要な部分（ここでは、凹部１３ａ）のみにシールド層１４を形成するようにしてもよい。例えば印刷法により、凹部１３ａのみに導電ペースト（例えば、Ｃｕペーストや銀（Ａｇ）ペーストなど）を充填することで、凹部１３ａ内のみにシールド層１４を形成することができる。また、例えばセミアディティブ法により、封止樹脂１３の凸部１３ｂ上にめっきレジストを形成させた状態でＣｕめっき膜を析出成長させることで、凹部１３ａ内のみにシールド層１４を形成することができる。

なお、このような場合には、封止樹脂１３の凸部１３ｂ上面の一部にシールド層１４が形成されていてもよい。すなわち、凸部１３ｂの上面の一部が露出され、平面視において所定パターンの開口部を有するシールド層１４が形成されれば、上記第１実施形態の（１）と同様の効果を奏することができる。

・上記各実施形態では、封止樹脂１３の凹部１３ａの内壁を覆うようにシールド層１４を形成するようにした。これに限らず、例えば図９に示されるように、封止樹脂１３の凹部１３ａ内を充填するようにシールド層１７を形成してもよい。

・上記各実施形態では、封止樹脂１３の上面にダイシングブレード等で凹部１３ａを形成することによって、封止樹脂１３の上面を凹凸状に形成するようにした。これに限らず、例えば図１０に示されるように、封止樹脂１８の表面を粗化させることにより、封止樹脂１８の上面を凹凸状に形成するようにしてもよい。この封止樹脂１８の粗化としては、例えばデスミア処理を用いることができる。なお、封止樹脂１８が粗化することの困難な樹脂である場合には、例えば封止樹脂１８上に粗化可能な封止樹脂を形成し、その粗化可能な封止樹脂の上面を粗化するようにしてもよい。また、封止樹脂１８内にシリカのフィラーが含有されている場合であれば、そのシリカのフィラーをフッ化水素水溶液で溶解することにより、封止樹脂１８の表面を粗化するようにしてもよい。

このように封止樹脂１８の上面を粗化した場合には、図１０（ｂ）〜（ｄ）に示す製造方法により、上記粗化した面（粗化面）１８ａにシールド層を形成することができる。なお、図１０（ｂ）〜（ｄ）は、図１０（ａ）の破線領域Ｒを拡大した拡大断面図である。

図１０（ｂ）は、封止樹脂１８の上面に粗化面１８ａを形成した状態を示す。このとき、粗化面１８ａは、凹部１８ｂと凸部１８ｃとを有する。また、図示は省略するが、凹部１８ｂは、平面視において網目状に形成されている。次に、図１０（ｃ）に示すように、その粗化面１８ａを覆うように薄く導電層１９ａを形成する。続いて、図１０（ｄ）に示すように、封止樹脂１８の上面側を薄く研磨することにより、凸部１８ｃの上面を露出させる。これにより、凹部１８ｂの内壁を覆うように平面視において網目状のシールド層１９を形成することができる。

・上記各実施形態では、一側面（上面）が平滑な面である封止樹脂１３を形成するようにした。これに限らず、例えば封止樹脂１３としてトランスファーモールド法により形成したモールド樹脂を用いる場合には、金型の形に樹脂を成型する際に、一側面（上面）に凹部と凸部を有する封止樹脂を形成するようにしてもよい。すなわち、金型の形によって、上面に凹部と凸部を有する封止樹脂を形成するようにしてもよい。

・図１１（ａ）、（ｂ）に示されるように、封止樹脂１３の側面を覆うシールド層２０を形成するようにしてもよい。このシールド層２０は、図１１（ａ）に示すように、平面視において格子状に形成されたシールド層１４と電気的に接続されている。また、このシールド層２０は、図１１（ｂ）に示すように、基板１１上に形成されグランド電位とされた接地端子２１と電気的に接続されている。これにより、封止樹脂１３の側面から侵入する電磁波を遮断することが可能となり、外部からの電磁波を精度良く遮断することができる。

・上記各実施形態では、平面視において格子状の（平面視においてマトリクス状の開口部１４ａを有する）シールド層１４を形成するようにしたが、このシールド層１４の形状は特に制限されない。すなわち、平面視において所定パターンの開口部を有する形状であれば、シールド層１４の形状は特に制限されない。例えば図１２（ａ）に示されるように、シールド層２２を、平面視において十字状に形成するようにしてもよい。この場合のシールド層２２は、封止樹脂１３の四隅にそれぞれ封止樹脂１３を露出する開口部２２ａを有する。また、図１２（ｂ）に示されるように、平面視において中央部の封止樹脂１３を露出する開口部２４ａを有し、環状及び帯状に形成されたシールド層２４を形成するようにしてもよい。

・上記各実施形態では、封止樹脂１３の凹部１３ａ内にシールド層１４を形成するようにした。これに限らず、例えば平滑な上面を有する封止樹脂の上面に、平面視において所定パターンの開口部を有するシールド層を形成するようにしてもよい。このような構成であっても、上記第１実施形態の（１）と同様の効果を奏することができる。

１０，１０ａ 半導体装置
１１ 基板
１２ 電子部品
１３，１８ 封止樹脂
１３ａ，１３ｃ，１３ｄ，１８ｂ 凹部
１３ｂ，１８ｃ 凸部
１４，１７，１９，２２，２４ シールド層
１４ａ，２２ａ，２４ａ 開口部
１６ 接地端子

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板に実装される電子部品と、
   前記電子部品を封止して前記基板上に形成される封止樹脂と、
   前記封止樹脂の一部を覆うように、平面視において第１の所定パターンの開口部を有するシールド層と、
   を含むことを特徴とする半導体装置。
2. 前記封止樹脂は、一側面に平面視において第２の所定パターンの凹部を有し、
   前記シールド層は、前記凹部内に形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記基板上に形成された接地端子を含み、
   前記封止樹脂は、前記電子部品及び前記接地端子を封止するように形成され、
   前記凹部の少なくとも一部は、前記接地端子の一側面を露出するように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記凹部は、前記第２の所定パターンとして平面視において網目状に形成され、
   前記シールド層は、平面視において網目状に形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置。
5. 基板と、前記基板に実装された電子部品と、前記電子部品を封止する封止樹脂とを含む半導体装置の製造方法であって、
   前記封止樹脂の一部を覆うように、平面視において第１の所定パターンの開口部を有するシールド層を形成するシールド層形成工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 前記シールド層形成工程は、
   前記封止樹脂の一側面に前記第１の所定パターンの凸部と第２の所定パターンの凹部を形成する工程と、
   前記凹部内に前記シールド層を形成する工程と
   を含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記シールド層形成工程の前に、前記基板上に接地端子を形成する工程を含み、
   前記シールド層形成工程は、
   前記封止樹脂の一側面に、第２の所定パターンを有し、少なくとも一部が前記接地端子の一側面を露出する凹部を形成する工程と、
   前記凹部内にシールド層を形成する工程と
   を含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。

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