JP2015056572A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に表面弾性波フィルタやMEMS等で使用される半導体素子表面上を空洞化した中空構造を備えた半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a semiconductor device having a hollow structure in which a surface of a semiconductor element used in a surface acoustic wave filter, a MEMS, or the like is hollowed, and a manufacturing method thereof.
表面弾性波(SAW)フィルタやMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子など半導体素子表面でメカニカルな動作が必要な半導体装置では、半導体素子表面を空洞化させた中空パッケージが使用されている。この種の中空パッケージでは、金属キャップにより封止する構造のものや樹脂を用いて封止する構造のものが種々提案されている(例えば特許文献1)。このうち、樹脂を用いて封止する構造の中空パッケージは、薄型化や低コストである点から利点が大きい。 In a semiconductor device that requires a mechanical operation on the surface of a semiconductor element such as a surface acoustic wave (SAW) filter or a micro electro mechanical systems (MEMS) element, a hollow package in which the surface of the semiconductor element is hollowed is used. Various types of hollow packages of this type have been proposed that have a structure of sealing with a metal cap and a structure of sealing with a resin (for example, Patent Document 1). Among these, a hollow package having a structure sealed with a resin is advantageous in that it is thin and low in cost.
図3および図4は、この種の樹脂を用いて封止する中空構造を備えた半導体装置の製造工程の一例を示している。所定の配線パターン(図示せず)が形成された実装基板1上に、半導体素子2がバンプ電極3を介してフリップチップ実装されている。ここで、メカニカルな動作が必要な半導体素子表面を、実装基板1側に向けて配置している(図3a)。
3 and 4 show an example of a manufacturing process of a semiconductor device having a hollow structure that is sealed using this type of resin. A
次に半導体素子2を樹脂フィルム層4で覆うため、樹脂フィルム貼り付け用下型5と樹脂フィルム貼り付け用上型6との間に、半導体素子2を実装した実装基板1と樹脂フィルム層4を配置する(図3b)。樹脂フィルム貼り付け用下型5および樹脂貼り付け用上型6には、それぞれ貫通孔7が形成されている。
Next, in order to cover the
樹脂フィルム貼り付け用下型5と樹脂フィルム貼り付け用上型6とを接合させ、伸縮性のある樹脂フィルム層4と半導体素子2との間に残る空気を樹脂フィルム貼り付け用下型5に形成された貫通孔7を通して排出することで、樹脂フィルム層4が半導体素子2表面に沿って密着する。樹脂フィルム貼り付け用上型6の貫通孔7からキャビティ8内に圧力を加えることで、密着性を更に増すこともできる(図3c)。
The
その後、半導体素子2に密着した樹脂フィルム層4に紫外線を照射させたり、熱を加えることで硬化させる(図3d)。
Thereafter, the
その後樹脂封止を行うため、樹脂封止用下型9と樹脂封止用上型10との間に形成されるキャビティ11内に、半導体素子2を実装し、その表面を樹脂フィルム層4で被覆した実装基板1を載置して、封止樹脂を注入する。このとき樹脂フィルム層4によって半導体素子2表面に封止樹脂が流入することはない。その後、注入した封止樹脂を硬化させることで、樹脂フィルム層4上に封止樹脂12が形成される(図4a)。
Thereafter, in order to perform resin sealing, the
樹脂封止用下型9および樹脂封止用上型10を取り外し(図4b)、封止樹脂12,樹脂フィルム層4および実装基板1を切断して個片化することで、中空構造を備えた半導体装置を形成することができる(図4c)。
The
ところで、樹脂フィルム層4を半導体素子2表面および実装基板1上に密着させる際、伸縮性のある樹脂フィルム層4が伸びて半導体素子2表面に沿って密着するため、図3および図4に示すようにバンプ電極により接続するのが好ましい。半導体素子2と実装基板1とを金属ワイヤで接続している場合には、樹脂フィルム層4の伸縮によって、半導体素子2の表面に、樹脂フィルム層4が接してしまい、中空構造が形成できないためである。
By the way, when the
従来の中空構造を備えた半導体装置の製造方法では、金属ワイヤで半導体素子と実装基板とを接続する構造の半導体装置には採用することができなかった。本発明は、金属ワイヤで半導体素子と実装基板を接続する構造の半導体装置であっても、簡便に中空構造を形成することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 The conventional method for manufacturing a semiconductor device having a hollow structure cannot be employed in a semiconductor device having a structure in which a semiconductor element and a mounting substrate are connected by a metal wire. An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can easily form a hollow structure, and a method of manufacturing the same, even if the semiconductor device has a structure in which a semiconductor element and a mounting substrate are connected by a metal wire.
上記目的を達成するため、本願請求項1に係る発明は、半導体素子表面に形成された電極から金属ワイヤにより電気的な接続が形成されているとともに、前記半導体素子表面と封止樹脂との間に中空部が形成されている半導体装置において、前記中空部は、大気圧より低い圧力の気体が内包されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an electrical connection is formed by a metal wire from an electrode formed on the surface of a semiconductor element, and between the surface of the semiconductor element and a sealing resin. In the semiconductor device in which a hollow portion is formed, a gas having a pressure lower than atmospheric pressure is included in the hollow portion.
本願請求項2に係る発明は、請求項1記載の半導体装置において、前記中空部は、少なくとも樹脂フィルム層を含む封止樹脂によって封止されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the hollow portion is sealed with a sealing resin including at least a resin film layer.
本願請求項3に係る発明は、半導体素子表面に形成された電極から金属ワイヤによって電気的な接続が形成されているとともに、前記半導体素子表面と封止樹脂との間に中空部が形成されている半導体装置の製造方法において、実装基板上に複数の半導体素子を実装し、該半導体素子表面に形成された電極から金属ワイヤにより電気的な接続を形成する工程と、前記半導体素子表面に気体を内包し、隣接する半導体素子間の前記実装基板表面に密着するように、樹脂フィルム層で前記実装基板表面を被覆する工程と、前記半導体素子表面に残る気体を膨張させた後、あるいは膨張させながら、少なくとも前記樹脂フィルム層を含む封止樹脂を硬化させ、前記半導体素子表面と前記樹脂フィルム層との間に、大気圧より低い圧力の前記気体が内包する中空部を形成する工程と、個々の半導体装置に個片化する工程とを備えたことを特徴とする。 In the invention according to claim 3 of the present invention, the electrical connection is formed by the metal wire from the electrode formed on the surface of the semiconductor element, and the hollow portion is formed between the surface of the semiconductor element and the sealing resin. In the method of manufacturing a semiconductor device, a step of mounting a plurality of semiconductor elements on a mounting substrate and forming an electrical connection by a metal wire from an electrode formed on the surface of the semiconductor element; and a gas on the surface of the semiconductor element Encapsulating and mounting the surface of the mounting substrate with a resin film layer so as to be in close contact with the surface of the mounting substrate between adjacent semiconductor elements, and after expanding or expanding the gas remaining on the surface of the semiconductor element And at least the sealing resin including the resin film layer is cured, and the gas having a pressure lower than atmospheric pressure is contained between the semiconductor element surface and the resin film layer. Forming a hollow portion which is characterized by comprising the step of singulating the individual semiconductor devices.
本願請求項4に係る発明は、請求項3記載の半導体装置の製造方法において、前記中空部を形成する工程は、前記実装基板表面を被覆した前記樹脂フィルム層上に液状樹脂を塗布する工程と、前記半導体素子表面に残る気体を膨張させた後、あるいは膨張させながら、前記樹脂フィルム層および前記液状樹脂を硬化させ、前記半導体素子表面と前記樹脂フィルム層および前記液状樹脂が硬化した封止樹素の前記樹脂フィルム層との間に、大気圧より低い圧力の前記気体が内包する中空部を形成する工程を含むことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the third aspect, the step of forming the hollow portion includes a step of applying a liquid resin on the resin film layer covering the surface of the mounting substrate. After the gas remaining on the surface of the semiconductor element is expanded or expanded, the resin film layer and the liquid resin are cured, and the semiconductor element surface, the resin film layer, and the liquid resin are cured. The method includes a step of forming a hollow portion containing the gas having a pressure lower than atmospheric pressure between the elemental resin film layer.
本願請求項5に係る発明は、請求項3又は請求項4いずれか記載の半導体装置の製造方法において、前記半導体素子表面に残る気体を膨張させる工程は、前記実装基板を密閉容器内に載置し、前記密閉容器内を減圧させることで、前記半導体素子表面に残る気体を膨張させる工程であることを特徴とする。
The invention according to
本発明の半導体装置は、金属ワイヤによって接続された半導体素子表面に中空構造を備える構造となっているため、半導体素子や半導体装置を実装する基板を変更することなく、製造コストを抑えながら、中空構造を形成することができる。 Since the semiconductor device of the present invention has a structure having a hollow structure on the surface of the semiconductor element connected by the metal wire, the semiconductor device is hollow while suppressing the manufacturing cost without changing the semiconductor element and the substrate on which the semiconductor device is mounted. A structure can be formed.
また半導体装置が高周波デバイスの場合、信号配線と半導体素子表面が対向すると高周波特性に影響があり、フリップチップ実装が好ましくない場合があるが、本発明のように金属ワイヤにより接続する構造とすると信号配線と半導体素子表面が対向する構造を避けることができ、高周波デバイスの特性に影響を与えることなく中空構造を形成することができる。 When the semiconductor device is a high-frequency device, if the signal wiring and the surface of the semiconductor element face each other, the high-frequency characteristics are affected, and flip chip mounting may not be preferable. A structure in which the wiring and the surface of the semiconductor element face each other can be avoided, and a hollow structure can be formed without affecting the characteristics of the high-frequency device.
また本発明の半導体装置は、中空構造内の圧力が大気圧より低くなるため、中空構造の内壁が内側に引き寄せられる圧力が加わるため、実装基板と樹脂フィルム層との接着を密に保つことが可能となる。 In the semiconductor device of the present invention, since the pressure in the hollow structure is lower than the atmospheric pressure, the pressure applied to the inner wall of the hollow structure is attracted to the inside, so that the adhesion between the mounting substrate and the resin film layer can be kept tight. It becomes possible.
また、本発明の半導体装置の製造方法は、通常の半導体装置の製造工程に、減圧のための密閉容器を用意するだけでよいため、通常の半導体装置の製造方法同様、歩留まり良く製造することができるという利点がある。 In addition, since the semiconductor device manufacturing method of the present invention only needs to prepare a sealed container for decompression in a normal semiconductor device manufacturing process, it can be manufactured with a high yield as in a normal semiconductor device manufacturing method. There is an advantage that you can.
本発明の半導体装置の製造方法は、樹脂フィルム層で半導体素子を被覆する際、樹脂フィルム層内に気体を残したままとしておき、その後、残った気体を膨張させ、この状態で封止樹脂を硬化させることで、中空構造を形成することを特徴としている。以下、本発明の実施例について詳細に説明する。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, when a semiconductor element is coated with a resin film layer, the gas is left in the resin film layer, and then the remaining gas is expanded, and the sealing resin is expanded in this state. It is characterized by forming a hollow structure by curing. Examples of the present invention will be described in detail below.
所定の配線パターン(図示せず)が形成された実装基板1上に、半導体素子2を実装する。半導体素子2と実装基板1上の配線パターンは、金属ワイヤ13によって接続されている。メカニカルな動作が必要な半導体素子表面は、上面側に向けて配置している(図1a)。ここで、金属ワイヤ13を半導体素子2の周囲四方向に配置したり、金属ワイヤ13の数を増やしたり、あるいは金属ワイヤ13間の間隔を狭くすると、半導体素子2表面に空気が残りやすくなる。
The
半導体素子2を樹脂フィルム層4で覆うため、従来例同様、樹脂フィルム貼り付け用下型5と樹脂フィルム貼り付け用上型6との間に、半導体素子2を実装した実装基板1と樹脂フィルム層4を配置する(図1b)。樹脂フィルム貼り付け用下型5および樹脂貼り付け用上型6には、それぞれ貫通孔7が形成されている。ここで、樹脂フォルム層4は、例えば、25℃における弾性率が580Mpa程度の柔らかさで、伸びる材料を使用する。
Since the
樹脂フィルム貼り付け用下型5と樹脂フィルム貼り付け用上型6とを接合させ、樹脂フィルム層4と半導体素子2との間に残る空気を樹脂フィルム貼り付け用下型5に形成された貫通孔7を通して排出することで、樹脂フィルム層4が実装基板1と密着する(図1c)。ここで、樹脂フィルム層4と半導体素子2表面との間には空気14が残り、金属ワイヤ13を押しつぶしたり、半導体素子2表面の電極と金属ワイヤ13の接合が破断することがないように、吸引時間、吸引圧力、温度を調整する。通常は、樹脂フィルム貼り付け用下型5の貫通孔7から吸引を開始すると樹脂フィルム層4は実装基板1と密着するので、樹脂フィルム層4と実装基板1が密着し半導体素子2表面に空気14が残った状態で、吸引を停止すればよい。また、樹脂フィルム貼り付け用上型6に形成された貫通孔7から、樹脂フィルム貼り付け用上型6と樹脂フィルム層4との間の空気を吸引すると、樹脂フィルム層4と半導体素子2との間に残る空気14が、半導体素子2表面付近に集まるとともに、樹脂フィルム層4と実装基板1とが完全に密着する。
The
実装基板1上に実装された半導体素子2を被覆した樹脂フィルム層4上に封止樹脂12を塗布する。この封止樹脂12の塗布は、実装基板1の周囲にダム部を形成し、その内側に液状樹脂を滴下すればよい(図2a)。封止樹脂12は、液状樹脂に限らず、別の樹脂フィルム層を積層することも可能であるが、金属ワイヤ13に過剰な力が加わらないようにする必要がある。
A sealing
次に、封止樹脂12を硬化させる前に、実装基板1を減圧容器15中に入れ、減圧容器15に形成された貫通孔7から、減圧容器7内の空気を排出する。封止樹脂12は硬化前で流動性に富んだ状態であるので、図2(b)に示すように、内部に含まれる空気14が膨張する。なお、樹脂フィルム層4は、硬化後であっても柔らかく伸びるため、空気14が膨張する。この状態で封止樹脂12を加熱し、あるいは紫外線を照射することにより、封止樹脂12を硬化させる。この硬化によって、空気14は膨張した状態で残り、中空構造を形成することができる。ここで減圧の結果、封止樹脂の12の表面が盛り上がるように変形することもあるが、半導体素子の表面が平坦である方が好ましい場合は、更に表面に封止樹脂12を塗布して平坦化し、再度硬化する工程を加えればよい。また表面を研磨して平坦化してもよい。
Next, before the sealing
その後、封止樹脂12、樹脂フィルム層4および実装基板1を、例えばダイシングソーを用いて切断することで個片化し、中空構造を備えた半導体装置を形成することができる(図2c)。
Thereafter, the sealing
以上説明したように、半導体素子2と実装基板1を金属ワイヤ13で接続する構造の半導体装置であっても、中空構造を簡便に形成することが可能となる。
As described above, even in a semiconductor device having a structure in which the
なお、上記説明では中空構造内に残る気体が空気として説明したが、樹脂フィルム層4で半導体素子2を被覆する際の雰囲気ガスが空気以外の気体であれば、中空構造内に残る気体は、その雰囲気ガスとなる。
In the above description, the gas remaining in the hollow structure has been described as air. However, if the atmosphere gas when covering the
1:実装基板、2:半導体素子、3:バンプ電極、4:樹脂フィルム層、5:樹脂フィルム貼り付け用下型、6:樹脂フィルム貼り付け用上型、7:貫通孔、8:キャビティ、9:樹脂封止用下型、10:樹脂封止用上型、11:キャビティ、12:封止樹脂、13:金属ワイヤ、14:空気、15:減圧容器 1: mounting substrate, 2: semiconductor element, 3: bump electrode, 4: resin film layer, 5: lower mold for pasting resin film, 6: upper mold for pasting resin film, 7: through hole, 8: cavity, 9: Lower mold for resin sealing, 10: Upper mold for resin sealing, 11: Cavity, 12: Sealing resin, 13: Metal wire, 14: Air, 15: Depressurized container
Claims (5)
前記中空部は、大気圧より低い圧力の気体が内包されていることを特徴とする半導体装置。 In the semiconductor device in which an electrical connection is formed by a metal wire from the electrode formed on the surface of the semiconductor element, and a hollow portion is formed between the surface of the semiconductor element and the sealing resin,
The semiconductor device, wherein the hollow portion contains a gas having a pressure lower than atmospheric pressure.
実装基板上に複数の半導体素子を実装し、該半導体素子表面に形成された電極から金属ワイヤにより電気的な接続を形成する工程と、
前記半導体素子表面に気体を内包し、隣接する半導体素子間の前記実装基板表面に密着するように、樹脂フィルム層で前記実装基板表面を被覆する工程と、
前記半導体素子表面に残る気体を膨張させた後、あるいは膨張させながら、少なくとも前記樹脂フィルム層を含む封止樹脂を硬化させ、前記半導体素子表面と前記樹脂フィルム層との間に、大気圧より低い圧力の前記気体が内包する中空部を形成する工程と、
個々の半導体装置に個片化する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the method for manufacturing a semiconductor device in which an electrical connection is formed by a metal wire from an electrode formed on the surface of the semiconductor element, and a hollow portion is formed between the surface of the semiconductor element and the sealing resin,
Mounting a plurality of semiconductor elements on a mounting substrate, and forming an electrical connection with a metal wire from an electrode formed on the surface of the semiconductor element;
A step of covering the mounting substrate surface with a resin film layer so as to enclose a gas in the surface of the semiconductor element and closely adhere to the mounting substrate surface between adjacent semiconductor elements;
After the gas remaining on the surface of the semiconductor element is expanded or expanded, the sealing resin including at least the resin film layer is cured, and is lower than atmospheric pressure between the semiconductor element surface and the resin film layer. Forming a hollow portion enclosing the gas of pressure;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of dividing each semiconductor device into individual pieces.
前記実装基板表面を被覆した前記樹脂フィルム層上に液状樹脂を塗布する工程と、
前記半導体素子表面に残る気体を膨張させた後、あるいは膨張させながら、前記樹脂フィルム層および前記液状樹脂を硬化させ、前記半導体素子表面と前記樹脂フィルム層および前記液状樹脂が硬化した封止樹脂の前記樹脂フィルム層との間に、大気圧より低い圧力の前記気体が内包する中空部を形成する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the step of forming the hollow portion includes:
Applying a liquid resin on the resin film layer covering the mounting substrate surface;
After the gas remaining on the surface of the semiconductor element is expanded or expanded, the resin film layer and the liquid resin are cured, and the semiconductor element surface, the resin film layer, and the liquid resin are cured. The manufacturing method of the semiconductor device characterized by including the process of forming the hollow part which the said gas of the pressure lower than atmospheric pressure encloses between the said resin film layers.
前記半導体素子表面に残る気体を膨張させる工程は、前記実装基板を密閉容器内に載置し、前記密閉容器内を減圧させることで、前記半導体素子表面に残る気体を膨張させる工程であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claim 3 or Claim 4,
The step of expanding the gas remaining on the surface of the semiconductor element is a step of expanding the gas remaining on the surface of the semiconductor element by placing the mounting substrate in a sealed container and depressurizing the inside of the sealed container. A method of manufacturing a semiconductor device.
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JP6223085B2 (en) | 2017-11-01 |
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