JP2012231176A - 半導体装置用基板、樹脂封止型半導体装置、半導体装置用基板の製造方法および樹脂封止型半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Chikao Ikenaga
永 知加雄 池
Shozo Ishikawa
川 祥 三 石
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Abstract

【課題】半導体装置用基板および樹脂封止型半導体装置を平面方向で十分に小型化すること。
【解決手段】半導体装置用基板10は、基板1と、基板1上に平面状に配置され、基板1側を向いた外部端子面12pb,12qbを有する複数の外部端子部12p,12qと、基板1上に平面状に配置され、基板1に対して反対側を向いた内部端子面11aを有する複数の内部端子部11と、を備えている。内部端子部11と外部端子部12p,12qとは配線部17によって接続されている。一部の外部端子部12pは、基板1上であって、半導体素子50が配置される配置予定領域A内に配置されている。一部の外部端子部12p以外の外部端子部12qは、基板1上であって、配線予定領域A外に配置されている。
【選択図】図2

Description

本発明は、平面方向で小型化された樹脂封止型半導体装置および当該樹脂封止型半導体装置の製造方法、並びに、このような樹脂封止型半導体装置を得るための半導体装置用基板および当該半導体装置用基板の製造方法に関する。
従来の樹脂封止型半導体装置は、図7(d)に示すように、内部端子面70aと外部端子面70bを表裏一体に持つ複数の端子部70と、ダイパッド75上に配置された半導体素子50と、各端子部70の内部端子面70aと半導体素子50とを接続するワイヤ30と、各端子部70の外部端子面70bの一部を外部に露出させるように端子部70、ダイパッド75、半導体素子50およびワイヤ30を封止した樹脂部材からなる樹脂封止部40とを備えている(特許文献1乃至3参照)。
また、後述のように、半導体装置から基板1を剥離する際に加わる力によって、樹脂封止部40と端子部70とが剥離したり、端子部70にクラックが入ったりすることを防止するために各端子部70の内部端子面(上面)70aの周縁には突起部70tが形成されている(図7(a)−(d)参照)。また、図7(a)−(d)に示すように、ダイパッド75の上面の周縁にも突起部75tが形成されている(特許文献2参照)。
このような樹脂封止型半導体装置は以下のようにして製造される。すなわち、まず、基板1を準備する(図7(a)参照)。次に、基板1の表面側にめっきを施して、内部端子面70aと外部端子面70bを表裏一体に持つ複数の端子部70と、ダイパッド75とを形成する(図7(a)参照)。なお、このとき、各端子部70の内部端子面70aの周縁には突起部70tが形成され、ダイパッド75の上面の周縁には突起部75tが形成される。
次に、当該ダイパッド75上に半導体素子50を載置し、その後、ワイヤ30によって、半導体素子50と端子部の内部端子面70aとを電気的に接続する(図7(b)参照)。次に、樹脂材料からなる樹脂封止部40によって、端子部70、ダイパッド75、半導体素子50およびワイヤ30を封止する(図7(c)参照)。次に、半導体装置から基板1を除去し、端子部70の外部端子面70bを露出させる(図7(d)参照)。
特開昭59−208756号公報 特開2002−289739号公報 特開2002−16181号公報
このような樹脂封止型半導体装置は基板1を有していないため、その厚みを薄くすることができる。しかしながら、端子部70が内部端子面70aと外部端子面70bを表裏一体に持っているため、各端子部70をダイパッド75の周縁方向外方に配置する必要があり、いわゆるFan-Out型のものしか製造することができない。このため、樹脂封止型半導体装置を平面方向(厚み方向と垂直な方向)で十分に小型にすることができていない。
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、平面方向で十分に小型化された樹脂封止型半導体装置および当該樹脂封止型半導体装置の製造方法、並びに、このような樹脂封止型半導体装置を得るための半導体装置用基板および当該半導体装置用基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様による半導体装置用基板は、
金属製の基板と、
基板上に平面状に配置され、基板側を向いた外部端子面を有する複数の外部端子部と、 基板上に平面状に配置され、基板に対して反対側を向いた内部端子面を有する複数の内部端子部と、
内部端子部と外部端子部とを基板上で平面状に接続する配線部と、を備え、
少なくとも一部の外部端子部が、基板上であって、半導体素子が配置される配置予定領域内に配置されている。
このような構成により、一部の外部端子部を、基板上であって、半導体素子が配置される配置予定領域内に配置することができ、半導体装置用基板を平面方向で十分に小型化することができる。
本発明の第1の態様による半導体装置用基板において、内部端子部は、基板上であって、半導体素子が配置される配置予定領域外に全て配置されていることが好ましい。
このような構成により、内部端子部が配置予定領域に配置される半導体素子と重なって配置されてしまうことを防止することができ、内部端子部と半導体素子とをワイヤボンディングで確実に接続することができる。
一方、フリップチップ方式で内部端子部と半導体素子を接続する場合は、半導体素子に端子と内部端子部を内部接続部(例えばバンプ)を介して電気的に接続している。従って、内部端子部は、基板上であって、半導体素子が配置される配置予定領域内に全て配置されていることが好ましい。
本発明の第1の態様による半導体装置用基板において、半導体素子の配置予定領域内に配置された前記一部の外部端子部以外の外部端子部は、基板上であって、内部端子部に対して平面方向外方に配置されていることが好ましい。
このような構成により、任意の個数の外部端子部を配置することができ、半導体素子が配置される配置予定領域内に配置された外部端子部だけでは足りない外部端子部の個数を補うことができる。
本発明の第1の態様による半導体装置用基板において、内部端子部は、基板上であって、半導体素子が配置される配線領域内に全て配置されることが好ましい。
本発明の第1の態様による半導体装置用基板において、内部端子部は、基板に対して反対側の端部が内部接続用めっき層からなり、外部端子部は、基板側の端部が外部接続用めっき層からなることが好ましい。
このような構成により、内部端子部の内部接続用めっき層が内部端子面を構成し、外部端子部の外部接続用めっき層が外部端子面を構成する。このため、内部端子部の内部端子面に、後述する内部接続部、例えばワイヤボンド接続のワイヤや、フリップチップ実装のバンプを容易に接続することができ、また、外部端子部の外部端子面に、後述する外部接続部、例えばボールグリッドアレイ用のはんだボールを容易に接続することができる。
本発明による樹脂封止型半導体装置は、
平面状に配置され、一方側を向いた内部端子面を有する複数の内部端子部と、
平面状に配置され、他方側を向いた外部端子面を有する複数の外部端子部と、
内部端子部と外部端子部とを平面状に接続する配線部と、
一部の外部端子部の一方側に、絶縁性の樹脂層(例えばダイアタッチフィルム、絶縁性ダイアタッチ剤など)を介して載置された半導体素子と、
半導体素子と内部端子部の内部端子面とを接続する内部接続部と、
少なくとも外部端子部の外部端子面が露出するように、内部端子部、外部端子部、半導体素子、内部接続部および配線部を封止する樹脂封止部と、
を備えている。
このような構成により、半導体素子を、一部の外部端子部の一方側に絶縁性の樹脂層を介して載置することができ、樹脂封止型半導体装置を平面方向で十分に小型化することができる。
本発明による樹脂封止型半導体装置において、樹脂部封止部のうち外部端子部の外部端子面側に配置され、当該外部端子面に対応する開口部を有する外部絶縁層と、外部絶縁層の開口部に埋設され、外部端子部の外部端子面に接続された外部接続部と、をさらに備えていることが好ましい。
このような外部絶縁層(例えばソルダレジスト)を設けることにより、外部端子部のみ外部端子として機能させることができ、不測の箇所で短絡などの弊害が生じることを防止することができる。また、このような外部接続部を設けることによって、外部端子部の外部端子面を、外部接続部を介して、プリント配線板の配線などの外部部材と容易に電気的に接続することができる。
本発明による樹脂封止型半導体装置において、ワイヤボンディング接続に用いる内部端子部は、半導体素子に対して平面方向外方に全て配置されていることが好ましい。一方フリップチップ実装に用いられる内部端子部は、半導体素子に対して平面方向内方に全て配置されていることが好ましい。
このような構成により、内部端子部と半導体素子とを確実に電気的に接続することができる。
本発明による樹脂封止型半導体装置において、絶縁性の樹脂層を介して半導体素子が載置された前記一部の外部端子部以外の外部端子部は、内部端子部に対して平面方向外方に配置されていることが好ましい。
このような構成により、任意の個数の外部端子部を配置することができ、半導体素子が配置される配置予定領域内に配置された外部端子部だけでは足りない外部端子部の個数を補うことができる。
本発明による樹脂封止型半導体装置において、半導体と接続されている内部端子部は、半導体素子に対して平面方向内方に全て配置されていることが好ましい。
このような構成により、配線部との接続強度を保ちつつ、基板上で各内部端子部の占める面積を小さくすることができる。
本発明による樹脂封止型半導体装置において、内部端子部は、一方側の端部が内部接続用めっき層からなり、外部端子部は、他方側の端部が外部接続用めっき層からなることが好ましい。
このような構成により、内部端子部の内部接続用めっき層が内部端子面を構成し、外部端子部の外部接続用めっき層が外部端子面を構成する。このため、内部端子部の内部端子面に内部接続部を容易に接続することができ、また、外部端子部の外部端子面に外部接続部を容易に接続することができる。
本発明による樹脂封止型半導体装置において、
内部端子部は、一方側の端部が内部接続用めっき層からなり、
外部端子部は、他方側の端部が外部接続用めっき層からなり、
内部端子部、外部端子部および配線部の他方の側の面は、Ni、Pd、Ag、Auから選ばれる1種類以上の金属であることが好ましい。
このような構成により、内部端子部、外部端子部、配線部の他方の側の面をこのような金属材料で構成することで、基板をエッチングで除去する際に、内部端子部、外部端子部、配線部はエッチングされずに残り半導体装置を構成できることが好ましい。
本発明による半導体装置用基板の製造方法は、
金属製の基板の表面に、所望のパターンでレジストを設ける工程と、
基板の表面側にめっきを施して、基板と反対側の端部に内部端子面を有する複数の内部端子部と、基板側の端部に外部端子面を有する複数の外部端子部と、内部端子部と外部端子部とを接続する配線部とを形成する工程と、を備え、
一部の外部端子部が、基板上であって、半導体素子が配置される配置予定領域内に形成される。
このような製造方法によって、一部の外部端子部を、基板上であって、半導体素子が配置される配置予定領域内に配置することができ、平面方向で十分に小型化された半導体装置用基板を製造することができる。
本発明による半導体装置用基板の製造方法において、
金属製の基板の表面および裏面に感光性レジストを設ける工程と、
表面の感光性レジストに内部端子部と外部端子部と配線部のパターンを露光し、裏面の感光性レジストに基板を機械的に位置決めする治具穴を含む孔部のパターンを露光する工程と、
表面および裏面の感光性レジストを現像する工程と、
レジストが形成された基板の表面にめっきを施して内部端子部、外部端子部および配線部を形成し、裏面をエッチングして治具穴含む孔部を形成する工程と、
をさらに備えることが好ましい。
本発明による樹脂封止型半導体装置の製造方法は、
金属製の基板の表面に、所望のパターンでレジストを設ける工程と、
基板の表面側にめっきを施して、基板と反対側の端部に内部端子面を有する複数の内部端子部と、基板側の端部に外部端子面を有する複数の外部端子部と、内部端子部と外部端子部とを接続する配線部とを形成する工程と、
一部の外部端子部の基板と反対側の端部に絶縁性の樹脂層を介して半導体素子を載置する工程と、
内部接続部によって、半導体素子と内部端子部の内部端子面とを接続する工程と、
内部端子部、外部端子部、半導体素子、内部接続部および配線部を樹脂封止部によって封止する工程と、
基板を除去し、少なくとも外部端子部の外部端子面を露出させる工程と、
を備えている。
このような製造方法によって、半導体素子を、一部の外部端子部の一方側に絶縁性の樹脂層を介して載置することができ、平面方向で十分に小型化された樹脂封止型半導体装置を製造することができる。
本発明による樹脂封止型半導体装置の製造方法において、樹脂封止部のうち外部端子部の外部端子面側に、当該外部端子面に対応する開口部を有する外部絶縁層を設ける工程と、外部絶縁層の開口部に、外部端子部の外部端子面に接続される外部接続部を埋設する工程と、をさらに備えていることが好ましい。
このような外部絶縁層を設けることにより、外部端子部のみ外部端子として機能させることができ、不測の箇所で短絡などの弊害が生じない薄型の樹脂封止型半導体装置を製造することができる。また、このような外部接続部を設けることによって、外部端子部の外部端子面を、外部接続部を介して、プリント配線板の配線などの外部部材と容易に電気的に接続できる樹脂封止型半導体装置を製造することができる。
本発明による樹脂封止型半導体装置の製造方法において、基板を除去して外部端子面を露出する工程は、エッチングにより基板を除去することが好ましい。
このように基板を除去するのにエッチングを用いて化学的に溶解することで、外部端子部に機械的な力が働いて封止樹脂から剥離するのを防ぐことができる。このような基板の材質としては金属特に銅もしくは銅合金が好適であり、エッチング液としては塩化アンモニウム系のエッチング液を使用できる。
本発明の第2の態様による半導体装置用基板は、
金属製の基板と、
基板上に平面状に配置され、基板側の端部が外部端子面を有する外部接続用めっき層からなる複数の外部端子部と、
基板上に平面状に配置され、基板に対して反対側の端部が内部端子面を有する内部接続用めっき層からなる複数の内部端子部と、
内部端子部と外部端子部とを基板上で平面状に接続する配線部と、を備え、
内部端子部、外部端子部および配線部の基板と接する部分がNi、Pd、Ag、Auのいずれかの金属であり、
外部端子部のうち外部接続用めっき層を除く部分の側面が、基板の法線方向に延在するとともに、外部接続用めっき層が形成されておらず、
内部端子部のうち内部接続用めっき層を除く部分の側面が、基板の法線方向に延在するとともに、内部接続用めっき層が形成されておらず、
少なくとも一部の外部端子部が、基板上であって、半導体素子が配置される配置予定領域内に配置されている。
このような構成により、一部の外部端子部を、基板上であって、半導体素子が配置される配置予定領域内に配置することができ、半導体装置用基板を平面方向で十分に小型化することができる。
本発明の第2の態様による半導体装置用基板において、基板は、銅または銅合金からなり、外部接続用めっき層および内部接続用めっき層の各々が、電解めっき法を用いて形成されることが好ましい。
本発明の第2の態様による半導体装置用基板において、内部端子部は、基板上であって、半導体素子が配置される配線予定領域内および配置予定領域外の両方に配置されていることが好ましい。
本発明の第2の態様による半導体装置用基板において、配置予定領域内に配置されている前記一部の外部端子部は、内部端子部に対して平面方向内方に配置され、当該一部の外部端子部以外の外部端子部は、内部端子部に対して平面方向外方に配置され、内部端子部は、外部端子部よりも大きさが小さくなっていることが好ましい。
本発明によれば、一部の外部端子部を、基板上であって、半導体素子が配置される配置予定領域内に配置することによって、平面方向で十分に小型化された半導体装置用基板を得ることができ、また、このような半導体装置用基板を用いて、半導体素子を、一部の外部端子部の一方側に絶縁性の樹脂層(例えばダイアタッチフィルム)を介して載置することによって、平面方向で十分に小型化された樹脂封止型半導体装置を得ることができる。
本発明の実施の形態による半導体装置用基板を示す概略断面図。 本発明の実施の形態による半導体装置用基板を示す平面図と、当該平面図の一部を拡大した拡大平面図。 本発明の実施の形態による樹脂封止型半導体装置を示す概略断面図。 本発明の実施の形態による半導体装置用基板の内部端子部を形成する工程を示したフロー図。 本発明の実施の形態による樹脂封止型半導体装置を製造する工程を示したフロー図。 内部端子部、外部端子部および配線部の層構成を例示した断面図。 従来の樹脂封止型半導体装置を製造する工程を示したフロー図。
実施の形態
以下、本発明に係る半導体装置用基板および樹脂封止型半導体装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図1乃至図5(a)−(f)は本発明の実施の形態を示す図である。
図1および図2(a)(b)に示すように、半導体装置用基板10は、金属製の基板1と、基板1上に平面状に配置され、基板1側を向いた外部端子面12pb,12qbを有する複数の外部端子部12p,12qと、基板1上に平面状に配置され、基板1に対して反対側を向いた内部端子面11aを有する複数の内部端子部11と、内部端子部11と外部端子部12p,12qとを基板上の平面内で接続する配線部17と、を備えている。なお、ここで、図1は本実施の形態による半導体装置用基板10の概略断面図であり、図2(a)は本実施の形態による半導体装置用基板の平面図であり、図2(b)は当該平面図の一部を拡大した拡大平面図である。
また、図2(a)に示すように、一部の外部端子部12pは、基板1上であって、半導体素子50が配置される配置予定領域A内に、マトリックス状に配置されている。より具体的には、これらの外部端子部12pは、6行6列のマトリックスとなって配置されている。
また、図2(a)に示すように、内部端子部11は、基板1上であって、半導体素子50が配置される配置予定領域A外に配置されており、ワイヤボンド接続に対応している。
より具体的には、これらの内部端子部11は、配置予定領域A外で、上述した6行6列のマトリックス状の外部端子部12pを囲むようにして配置されている。一方フリップチップ実装の場合、内部端子部11はバンプの位置に対応して半導体素子50が配置される配置予定領域A内に配置されるように変更されるが、一部の外部端子部12pは配置予定領域A内に配置されていることは変わらない。
なお、内部端子部11の基板面に投影した平面形状は、略長円形状(図2(a)(b)参照)または略長方形状からなっていることが好ましい。
また、図2(a)に示すように、配置予定領域A内に配置された一部の外部端子部12p以外の外部端子部12qは、基板1上であって、内部端子部11に対して平面方向外方に配置されている。本実施の形態においては、図2(a)に示すように、外部端子部12qは、3つずつ列(行)になって、配置されている。なお、このように、外部端子部12p,12qは、内部端子部11の平面方向内方および平面方向外方の両方(広い範囲)に配置されているのに対して、内部端子部11は、マトリックス状の外部端子部12pを囲む一箇所(狭い範囲)に配置されているので、内部端子部11の大きさは、外部端子部12p,12qの大きさよりも小さくする必要がある。
また、図2(a)に示すように、内部端子部11と外部端子部12p,12qとの間には、内部端子部11と外部端子部12p,12qとを接続する配線部17が配置されている。
この配線部17は、図2(a)(b)に示すように、長円形状もしくは長方形状の内部端子部11のうち、外部端子部12p,12qと近い方の端部に接続されている。すなわち、図2(a)(b)に示すように、配置予定領域A内に配置された外部端子部12pに接続された配線部17は、内部端子部11の当該外部端子部12p側の端部に接続されている。また、内部端子部11に対して平面方向外方に配置された外部端子部12qに接続された配線部17は、内部端子部11の当該外部端子部12q側の端部に接続されている。
なお、内部端子部11および外部端子部12p,12qは、Ag、Pd、Auのいずれか1種の金属からなる単層構造、または、Cu、Ni、Ag、Pd、Auのうち2種以上の金属からなる多層構造であることが好ましい。
また、内部端子部11は、図1に示すように、基板1に対して反対側(図1における上方側)の端部が、後述するワイヤまたはバンプ(内部接続部)30を接続しやすくするための内部接続用めっき層61からなることが好ましい。なお、この内部接続用めっき層61は、Au、Pd、Agなどからなる単層めっきもしくは2種類以上の多層めっきとすることができ、厚みは0.01〜5μm程度となることが好ましい。
また、同様に、外部端子部12p,12qは、基板1側(図1における下方側)の端部が、後述する半田ボール(外部接続部)25を接続しやすくするための外部接続用めっき層62からなることが好ましい。なお、この外部接続用めっき層62は、Ni、Pd、Ag、Auなどからなる単層めっきもしくは2種類以上の多層めっきとすることができ、厚みは0.01〜5μm程度となることが好ましい。
ところで、本実施の形態では、容易に製造するために、図1に示すように、内部端子部11、外部端子部12p,12qおよび配線部17の各々は、同じ層構成からなっている。そして、内部端子部11、外部端子部12p,12qおよび配線部17の各々は、基板1に対して反対側(上方側)の端部に設けられた内部接続用めっき層61と、基板1側(下方側)の端部に設けられた外部接続用めっき層62と、内部接続用めっき層61と外部接続用めっき層62との間に設けられた中間層63とを有している。そして、外部端子部12p,12qのうち内部接続用めっき層61および外部接続用めっき層62を除いた部分(本実施の形態では中間層63)の側面は、基板1の法線方向(上下方向)に延在し、外部接続用めっき層62が形成されていない。また、内部端子部11のうち内部接続用めっき層61および外部接続用めっき層62を除いた部分(本実施の形態では中間層63)の側面は、基板1の法線方向(上下方向)に延在し、内部接続用めっき層61が形成されていない。
なお、内部端子部11、外部端子部12p,12qおよび配線部17の構成は、上述のような態様に限られない。例えば、内部端子部11および外部端子部12p,12qの基板1側(下方側)の端部にだけ外部接続用めっき層62を形成してもよいし、内部端子部11および外部端子部12p,12qの基板1に対して反対側(上方側)の端部にだけ内部接続用めっき層61を形成してもよい。さらに、電解めっき法によってめっきを施す際に、適宜マスクを施して、内部端子部11については、基板1に対して反対側(上方側)の端部に内部接続用めっき層61を形成し、外部端子部12p,12qについては、基板1側(下方側)の端部に外部接続用めっき層61を形成してもよい。内部接続用めっきおよび外部接続用のめっきは、それぞれの端部へマスクを用いた部分めっきとすることで、貴金属めっきの使用量を減らすことができる。しかし、後述するように、本発明では、基板1をエッチングにより除去するため、内部端子部11、外部端子部12p,12q、配線部17の基板1側の部分は基板1のエッチング液に対し耐エッチング性のある金属、例えばNi、Pd、Ag、Auで構成する必要がある。
図6は内部端子部11、外部端子部12p,12qおよび配線部17の層構成を例示した断面図である。具体的には、図6(a)は内部端子部11に内部接続部30、外部端子部12p,12qに外部接続部25が取り付けられた状態を図示している。図6(b)は内部端子部11、外部端子部12p,12qがそれぞれ基板1側からNi/Pdの2層めっきで構成されている例を示している。図6(c)は内部端子部11、外部端子部12p,12qともPdの単層めっきで構成されている例を示している。図6(d)は内部端子部11、外部端子部12p,12qとも基板1側からNi/Cu/Ni/Agの4層構成であるが外部接続用めっき層62はNi、内部接続用めっき層61はNi/Agであり、Cuは中間層63を形成している。図6(e)は基板1側からAu/Ni/Auの構成で、外部接続用めっき層62をAuとし、内部接続用めっき層61をAuの部分めっきで構成した例であり、Niは中間層63を形成している。図6(f)は基板1側からAu/Ni/Cu/Ni/Auの5層で形成されている例で、外部接続用めっき層61はAu/Niからなり、内部接続用めっき層はNi/Auからなり、中間層63はCuからなっている。これらのめっき層の合計厚さは5〜100μmの範囲が適している。厚さが5μmより薄い場合内部端子部11の強度として弱く、好ましくは各端子の厚さは10μm以上である。一方、厚さが100μmより厚い場合、各端子部をめっきで形成するのに時間がかかり、コスト的に不利となる。
上述した内部端子部11および外部端子部12p,12qの層構成は、とりわけ、基板1側から順に、Ni/Pd、Ni/Au、Ni/Au/Ag、Ni/Pd/Au、Ni/Cu/Ni/Au、Ni/Cu/Ni/Ag、Ni/Cu/Ni/Pd/Au、Au/Ni/Au、Au/Ni/Ag、Au/Ni/Pd/Au、Au/Ni/Cu/Ni/Au、Au/Ni/Cu/Ni/Ag、Au/Ni/Cu/Ni/Pd/Au、Au/Pd/Ni/Au、Au/Pd/Ni/Ag、Au/Pd/Ni/Pd/Au、Au/Pd/Ni/Cu/Ni/Au、Au/Pd/Ni/Cu/Ni/Ag、またはAu/Pd/Ni/Cu/Ni/Pd/Auからなることが好ましい。
また、基板1には、基板1を位置決めしたり、基板1を搬送したりするために孔部1aが設けられている(図4(e)(f)参照)。また、このような孔部1aを設けることによって、熱膨張により基板1がひずむことを緩和することもできる。なお、図面を簡略化するために、図1および図2(a)(b)には孔部1aを図示していない。
また、上述した基板1を用いて製造される樹脂封止型半導体装置は、図3(a)に示すように、平面状に配置され、上方側(一方側)を向いた内部端子面11aを有する複数の内部端子部11と、平面状に配置され、下方側(他方側)を向いた外部端子面12pb,12qbを有する複数の外部端子部12p,12qと、内部端子部11と外部端子部12p,12qとを接続する配線部17と、を備えている。
また、図3(a)に示すように、一部の外部端子部12p(本実施の形態では、(6×6=)36個の外部端子部12p(図2(a)参照))の上方側には、絶縁性の接着剤層(例えばダイアタッチフィルム)35を介して半導体素子50が載置されている。また、半導体素子50と内部端子部11の内部端子面11aとは、内部接続部(図3(a)のワイヤ、またはフリップチップ実装の場合は図3(b)のようなバンプ)30によって電気的に接続されている。
また、図3(a)に示すように、内部端子部11、外部端子部12p,12q、半導体素子50、ワイヤ(内部接続部)30および配線部17は樹脂材料からなる樹脂封止部40によって封止されている。なお、樹脂材料としては、従来から樹脂封止型半導体装置に用いられている電気絶縁性のものを用いることができ、特定の材料に限定されるものではない。
また、図3(a)に示すように、樹脂封止部40のうち外部端子部12p,12qの外部端子面12pb,12qb側には、当該外部端子面12pb,12qbに対応する開口部27を有するソルダーレジスト(外部絶縁層)20が配置されている。また、ソルダーレジスト20の開口部27には半田ボール(外部接続部)25が埋設され、当該半田ボール25は外部端子部12p,12qの外部端子面12pb,12qbに接続されている。
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。
半導体装置用基板の製造方法
最初に、図4(a)−(e)を用いて、半導体装置用基板10の製造方法について説明する。なお、以下に説明する方法では、内部端子部11、外部端子部12p,12qおよび配線部17が同じ層構成からなり、内部端子部11および外部端子部12p,12qの各々が、基板1側(下方側)の端部に外部接続用めっき層62を有し、基板1に対して反対側(上方側)の端部に内部接続用めっき層61を有するものを用いて説明する。
ところで、図4(a)−(e)には、図面を簡略化するために、内部端子部11を形成する工程を用いて説明しているが、外部端子部12p,12qおよび配線部17も、同様の方法によって形成される。
まず、基板1を準備する(図4(a)参照)。基板1は各端子部11,12p、12qを電解めっきで形成することから導体であることが好適であり、パッケージ完成後にエッチングで除去することから銅もしくは銅合金が好適である。その後、当該基板1の表面に付着した油や汚れを除去する(脱脂する)。
次に、基板1の表面および裏面の各々に、所望のパターンでめっき用レジスト3,およびエッチング用レジスト4を設ける。具体的には基板1の表面及び裏面に感光性レジスト層として、例えばドライフィルムレジストを貼り付ける(図4(b)参照)。その後、当該ドライフィルムレジスト(DFR)3,4を所望のパターンで露光し、現像する。ここで表面および裏面を同じ工程内で露光すると、めっきで形成する基板1上のパターン(外部端子部12p,12q、内部端子部11、配線部17)とエッチングで形成する基板1の治具穴を含む孔部のパターンとの相対位置精度を良好に維持できる。エッチングで形成する孔部は上記の治具穴のみだけでなく、多面付けの場合の切断用スリットなども一緒に形成する場合もある。
次に、基板1の裏面に設けられたドライフィルムレジスト4を保護フィルム5で覆う(図4(b)参照)。
その後、基板1の表面側に電解めっき法によってめっきを施して、基板1側の端部に外部端子面12pb,12qbを有する複数の外部端子部12p,12qと、基板1と反対側の端部に内部端子面11aを有する複数の内部端子部11と、内部端子部11と外部端子部12p,12qとを面内で接続する配線部17とを形成する(図1、図2(a)(b)および図4(c)参照)。
このとき、内部端子部11、外部端子部12p,12qおよび配線部17の下方側(基板1側)の端部に外部接続用めっき層62が形成され、上方側(基板1に対して反対側)の端部に内部接続用めっき層61が形成され(図1および図4(c)参照)、外部接続用めっき層62と内部接続用めっき層61との間に中間層63が形成される。そして、内部端子部11の上方側の端部に形成された内部接続用めっき層61によって、内部端子部11の内部端子面11aが構成されている。また、外部端子部12p,12qの下方側の端部に形成された外部接続用めっき層62によって、外部端子部12p,12qの外部端子面12pb,12qbが構成されている。
ここで、本実施の形態では、めっき用レジスト3を基板1上に所望のパターンで設けた後に電解めっき法を用いるので、内部端子部11および外部端子部12p,12qの側面を、めっき用レジスト3の側面に沿った形状とすることができる。このため、内部端子部11および外部端子部12p,12qの側面を、基板1の法線方向(上下方向)に延在させることができる。また、中間層63の側面に、外部接続用めっき層62と内部接続用めっき層61が形成されることを防止することもできる。より具体的には、本実施の形態では、中間層63を形成した後で内部接続用めっき層61を形成するが、中間層63の側面が基板1の法線方向に延在しているので(または、めっき用レジスト3の側面と中間層63の側面と当接しているので)、当該中間層63の側面に内部接続用めっき層61が形成されることを防止することができる。この結果、余分な部分に外部接続用めっき層62や内部接続用めっき層61が形成されることを防止することができ、製造コストを低減することができる。
また、図2(a)に示すように、一部の外部端子部12pは、基板1上であって、半導体素子50が配置される配置予定領域A内に、マトリックス状に配置されている。このように、半導体素子50が配置される配置予定領域A内に外部端子部12pを配置することによって、従来技術では利用することができなかったスペースを利用することができる。
このため、半導体装置用基板10を平面方向(厚さ方向に垂直な方向)で小型化することができる。
また、図2(a)に示すように、内部端子部11は、基板1上であって、半導体素子50が配置される配置予定領域A外の周辺部に配置されている。このように、内部端子部11が配置予定領域A外に配置されているので、内部端子部11が配置予定領域Aに配置される半導体素子50と重なって配置されてしまうことが無く、半導体素子50とのワイヤによる接続に好適である。この結果、内部端子部11を、後述する半導体素子50と確実に接続することができる。一方、図3(b)に示すように内部端子部11を配置予定領域A内に配置される場合は、半導体表面のバンプ(内部接続部)30と直接重なり合い、バンプ接続が可能となりフリップチップ実装に好適である。なお、これらに限られることなく、内部端子部11が、基板1上であって、配置予定領域A内と配置予定領域A外の両方に配置される態様も用いることができる。
また、図2(a)に示すように、配置予定領域A内に配置された一部の外部端子部12p以外の外部端子部12qは、基板1上であって、内部端子部11に対して平面方向外方に配置されている。このように、内部端子部11に対して平面方向外方に外部端子部12qが設けられているので、任意の個数の外部端子部12qを配置することができ、半導体素子50が配置される配置予定領域A内に配置された外部端子部12pだけでは足りない個数を補うことができる。
また、図2(a)(b)に示すように、内部端子部11の基板面に投影した平面形状は、配線部17の配線が延在する方向に延びた略長円形状からなっている。このため、配線部17との接続強度を保ちつつ、基板1上で各内部端子部11の占める面積を小さくすることができる。
次に、基板1の裏面側のドライフィルムレジスト4を覆っていた保護フィルム5を剥離する。その後、基板1の表面側のドライフィルムレジスト3と内部端子部11、外部端子部12p,12qおよび配線部17を保護フィルム7で覆う(図4(d)参照)。
次に、基板1を裏面側からエッチングして、基板1の所定の位置に孔部(例えば治具穴や切断用スリット)1aを形成する(図4(e)参照)。この孔部1aは、基板1を位置決めしたり、基板1を搬送したりするために用いられる。
次に、基板1の表面側に設けられた保護フィルム7を剥離する。その後、基板1の表面側および裏面側に設けられたドライフィルムレジスト3,4を剥膜する(図4(f)参照)。
樹脂封止型半導体装置の製造方法
次に、図5(a)−(f)を用いて、上述のようにして製造された半導体装置用基板10を使用して、樹脂封止型半導体装置を製造する方法について説明する。
まず、上述のようにして製造された半導体装置用基板10を準備する(図2(a)および図5(a)参照)。
次に、配置予定領域A内に配置された一部の外部端子部12p((6×6=)36個の外部端子部12p(図2(a)参照))の上方側(一方側)にダイアタッチフィルム35を介して半導体素子50を載置する(図5(b)参照)。このような構成は、言い換えれば、従来技術では利用することができなかった半導体素子50の下方側(他方側)に外部端子部12pを配置した構成となっている。
次に、ワイヤ(内部接続部)30によって、半導体素子50と内部端子部11の内部端子面11aとを接続する(図5(b)参照)。このとき、内部端子部11の内部端子面11aは内部接続用めっき層61によって形成されているので、当該内部端子面11aにワイヤ30を容易に接続することができる。さらに図5(b)の状態で内部端子部11は基板1に固定されているため、ワイヤボンディング時に機械的な強い力を受けても変形等の問題を生じにくい。
次に、内部端子部11、外部端子部12p,12q、半導体素子50、ワイヤ30および配線部17を樹脂材料からなる樹脂封止部40によって封止する(図5(c)参照)。
次に、基板1をエッチングによって除去する(図5(d)参照)。このように基板1を除去することによって、外部端子部12p,12qの外部端子面12pb,12qbが外方に露出される。基板1が銅もしくは銅合金の場合、エッチング液としてアンモニア系エッチング液を用いることで、表面がNi、Pd、Ag、Au等の金属の層で形成された内部端子部11、外部端子部12p,12q、配線部17を封止樹脂部部40に残したまま基板1を除去することができる。エッチングで基板1を除去するメリットは、基板1の除去に際し機械的な引き剥がし力が不要であり、前記の内部端子部11、外部端子部12p,12q、配線部17を封止樹脂部部40から剥離させる危険を避けることができる。アンモニア系エッチング液としては塩化アンモニウムを主剤としたエッチング液を用いる。
次に、樹脂封止部40のうち外部端子部12p,12qの外部端子面12pb,12qb側に、当該外部端子面12pb,12qbに対応する箇所にだけ開口部27を有する絶縁性の樹脂層、例えばソルダーレジスト20を設ける(図5(e)参照)。
このようなソルダーレジスト20を設けることによって、適切な部位(すなわち外部端子部12p,12qのみ)を外部端子として機能させることができ、内部端子部11の下方側の表面および配線部17の下方側の表面を絶縁層(ソルダーレジスト)20で電気的に保護される。この結果、不測の箇所で短絡などの弊害が生じることを防止することができる。前記絶縁層としては感光性を有するソルダーレジストを用いることで、上記外部端子部12p,12qに対応した開口部を容易に形成することができる。
また、ソルダーレジスト20によって、外部端子部12p,12qの一部、内部端子部11および配線部17を支持することができるので、これらの部材を樹脂封止部40内で安定して物理的に保護することができる。
次に、ソルダーレジスト20に設けられた開口部27に、外部端子部12p,12qの外部端子面12pb,12qbに接続される半田ボール(外部接続部)25を埋設する(図5(f)参照)。ここで、外部端子部12p,12qの外部端子面12pb,12qbは接続用めっき層62によって形成されているので、当該外部端子面12pb,12qbに半田ボール25を容易に接続することができる。
また、このように、下方に突出した半田ボール25を設けることによって、外部端子部12p,12qの外部端子面12pb,12qbを、半田ボール25を介して、プリント配線板の配線などの外部部材(図示せず)と容易に電気的に接続することができる。
なお、このとき、開口部27に半田ボール25を埋設する代わりに、無電解めっき法によって、外部端子部12p,12qの外部端子面12pb,12qbに開口部27から突出する厚みを持つめっき層を形成してもよい。
上述のようにして製造された樹脂封止型半導体装置によれば、半導体素子50の下方にも外部端子面12pb,12qbを有する外部端子部12p,12qを設けることができ、Fan-In型の構成を取ることができる。このため、従来技術では利用することができなかった半導体素子50の下方側(他方側)の領域に外部端子部12p,12qを配置することができる。この結果、樹脂封止型半導体装置を平面方向(厚さ方向に垂直な方向)で小型化することができる。
一方、半導体装置の厚さについても、従来のリードフレームはエッチングで形成しており、リードの強度の面から少なくとも100〜250μm程度の厚さが必要であるが、本発明の基板1上にめっきでリードを形成した構造では5〜100μmの厚さに薄型化でき、半導体装置(半導体パッケージ)全体の厚さを薄くすることが可能となる。
1 基板
1a 孔部
10 半導体装置用基板
11 内部端子部
11a 内部端子面
12p,12q 外部端子部
12pb,12qb 外部端子面
17 配線部
20 ソルダーレジスト(絶縁層)
25 半田ボール(外部接続部)
27 開口部
30 ワイヤまたはバンプ(内部接続部)
35 絶縁性接着剤層(ダイアタッチフィルム)
40 樹脂封止部
50 半導体素子
61 内部接続用めっき層
62 外部接続用めっき層
A 配置予定領域

Claims (18)

  1. 金属製の基板と、
    基板上に平面状に配置され、基板側を向いた外部端子面を有する複数の外部端子部と、 基板上に平面状に配置され、基板に対して反対側を向いた内部端子面を有する複数の内部端子部と、
    内部端子部と外部端子部とを基板上で平面状に接続する配線部と、を備え、
    内部端子部、外部端子部および配線部の基板と接する部分はNi、Pd、Ag、Auのいずれかの金属であり、
    一部の外部端子部は、基板上であって、半導体素子が配置される配置予定領域内に配置され、
    半導体素子の配置予定領域内に配置された前記一部の外部端子部以外の外部端子部は、基板上であって、配線予定領域外に配置されていることを特徴とする半導体装置用基板。
  2. 内部端子部は、基板上であって、半導体素子が配置される配線予定領域内に全て配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置用基板。
  3. 内部端子部は、基板に対して反対側の端部が内部接続用めっき層からなり、
    外部端子部は、基板側の端部が外部接続用めっき層からなることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の半導体装置用基板。
  4. 平面状に配置され、一方側を向いた内部端子面を有する複数の内部端子部と、
    平面状に配置され、他方側を向いた外部端子面を有する複数の外部端子部と、
    内部端子部と外部端子部とを平面状に接続する配線部と、
    一部の外部端子部の一方側に、絶縁性の樹脂層を介して載置された半導体素子と、
    半導体素子と内部端子部の内部端子面とを接続する内部接続部と、
    少なくとも外部端子部の外部端子面が露出するように、内部端子部、外部端子部、半導体素子、内部接続部および配線部を封止する樹脂封止部と、
    を備え、
    絶縁性の接着剤層を介して半導体素子が載置された前記一部の外部端子部以外の外部端子部は、半導体素子に対して平面方向外方に配置されていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
  5. 樹脂封止部のうち外部端子部の外部端子面側に配置され、当該外部端子面に対応する開口部を有する外部絶縁層と、
    絶縁層の開口部に埋設され、外部端子部の外部端子面に接続された外部接続部と、
    をさらに備えたことを特徴とする請求項4に記載の樹脂封止型半導体装置。
  6. 内部端子部は、半導体素子に対して平面方向外方に配置されていることを特徴とする請求項4又は5のいずれかに記載の樹脂封止型半導体装置。
  7. 絶縁性の接着剤層を介して半導体素子が載置された前記一部の外部端子部以外の外部端子部は、内部端子部に対して平面方向外方に配置されていることを特徴とする請求項6に記載の樹脂封止型半導体装置。
  8. 半導体と接続されている内部端子部は、半導体素子に対して平面方向内方に全て配置されていることを特徴とする請求項4、5又は7のいずれか1項に記載の樹脂封止型半導体装置。
  9. 内部端子部は、一方側の端部が内部接続用めっき層からなり、
    外部端子部は、他方側の端部が外部接続用めっき層からなり、
    内部端子部、外部端子部および配線部の他方の側の面はNi、Pd、Ag、Auから選ばれる1種類以上の金属あることを特徴とする請求項4乃至8のいずれか1項に記載の樹脂封止型半導体装置。
  10. 金属製の基板の表面に、所望のパターンでレジストを設ける工程と、
    基板の表面側にめっきを施して、基板と反対側の端部に内部端子面を有する複数の内部端子部と、基板側の端部に外部端子面を有する複数の外部端子部と、内部端子部と外部端子部とを接続する配線部とを形成する工程と、を備え、
    一部の外部端子部は、基板上であって、半導体素子が配置される配置予定領域内に形成され、
    前記一部の外部端子部以外の外部端子部は、基板上であって、半導体素子が配置される配線予定領域外に形成されることを特徴とする半導体装置用基板の製造方法。
  11. 金属製の基板の表面および裏面に感光性レジストを設ける工程と、
    表面の感光性レジストに内部端子部と外部端子部と配線部のパターンを露光し、裏面の感光性レジストに基板を機械的に位置決めする治具穴を含む孔部のパターンを露光する工程と、
    表面および裏面の感光性レジストを現像する工程と
    レジストが形成された基板の表面にめっきを施して内部端子部、外部端子部および配線部を形成し、裏面をエッチングして治具穴を含む孔部を形成する工程と、
    をさらに備えたことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置用基板の製造方法。
  12. 金属製の基板の表面に、所望のパターンでレジストを設ける工程と、
    基板の表面側にめっきを施して、基板と反対側の端部に内部端子面を有する複数の内部端子部と、基板側の端部に外部端子面を有する複数の外部端子部と、内部端子部と外部端子部とを接続する配線部とを形成する工程と、
    一部の外部端子部の基板と反対側の端部に絶縁性の樹脂層を介して半導体素子を載置する工程と、
    内部接続部によって、半導体素子と内部端子部の内部端子面とを電気的に接続する工程と、
    内部端子部、外部端子部、半導体素子、内部接続部および配線部を樹脂封止部によって封止する工程と、
    基板を除去し、少なくとも外部端子部の外部端子面を露出させる工程と、
    を備え、
    前記一部の外部端子部以外の外部端子部は、半導体素子に対して平面方向外方に配置されることを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。
  13. 樹脂封止部のうち外部端子部の外部端子面側に、当該外部端子面に対応する開口部を有する絶縁層を設ける工程と、
    絶縁層の開口部に、外部端子部の外部端子面に接続される外部接続部を埋設する工程と、
    をさらに備えたことを特徴とする請求項12に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
  14. 基板を除去して外部端子面を露出する工程は、エッチングにより基板を除去することを特徴とした請求項12又は13のいずれかに記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
  15. 金属製の基板と、
    基板上に平面状に配置され、基板側の端部が外部端子面を有する外部接続用めっき層からなる複数の外部端子部と、
    基板上に平面状に配置され、基板に対して反対側の端部が内部端子面を有する内部接続用めっき層からなる複数の内部端子部と、
    内部端子部と外部端子部とを基板上で平面状に接続する配線部と、を備え、
    内部端子部、外部端子部および配線部の基板と接する部分はNi、Pd、Ag、Auのいずれかの金属であり、
    外部端子部のうち外部接続用めっき層を除く部分の側面は、基板の法線方向に延在するとともに、外部接続用めっき層が形成されておらず、
    内部端子部のうち内部接続用めっき層を除く部分の側面は、基板の法線方向に延在するとともに、内部接続用めっき層が形成されておらず、
    一部の外部端子部は、基板上であって、半導体素子が配置される配置予定領域内に配置され、
    前記一部の外部端子部以外の外部端子部は、基板上であって、配線予定領域外に配置されていることを特徴とする半導体装置用基板。
  16. 基板は、銅または銅合金からなり、
    外部接続用めっき層および内部接続用めっき層の各々が、電解めっき法を用いて形成されることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置用基板。
  17. 内部端子部は、基板上であって、半導体素子が配置される配線予定領域内および配置予定領域外の両方に配置されていることを特徴とする請求項15又は16のいずれかに記載の半導体装置用基板。
  18. 配置予定領域内に配置されている前記一部の外部端子部は、内部端子部に対して平面方向内方に配置され、
    当該一部の外部端子部以外の外部端子部は、内部端子部に対して平面方向外方に配置され、
    内部端子部は、外部端子部よりも大きさが小さくなっていることを特徴とする請求項15乃至17のいずれか1項に記載の樹脂封止型半導体装置。
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