JP2016063015A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気シールド効果を高めた半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態の半導体装置１は、基板２に固着されたベース部３１、ベース部３１の対向する両端部から外側に向けて斜め方向に延びる傾斜部３２、および傾斜部３２の先端に設けられた円弧部３３を備える磁気シールド板３と、磁気シールド板３のベース部３１上に接着された半導体素子４と、円弧部３３の少なくとも一部を露出させつつ、磁気シールド板３および半導体素子４を封止する封止樹脂層５と、円弧部３３の露出部分と接触させつつ、樹脂封止層５の表面を覆う磁気シールド膜６とを具備する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。

現在、種々の半導体メモリが開発、実用化されている。半導体メモリの中には、磁気抵抗メモリ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：ＭＲＡＭ）のような磁気を利用した半導体メモリも実用化されている。磁気抵抗メモリは、磁気を利用した記憶素子であるため、記憶素子に保持された情報が外部磁場の影響により失われるおそれがある。従来の磁気抵抗メモリを有する半導体チップでは、外部磁場の影響を抑制するために、例えば半導体チップの表面および裏面に沿って軟磁性体を磁気シールド層として配置したパッケージ構造を適用することが検討されている。

磁気抵抗メモリを有する半導体チップに適用されるシールドパッケージ構造において、半導体チップの裏面側に関しては、半導体チップとそれが搭載される配線基板との間に軟磁性板を配置することで簡易的に磁気シールドすることができる。半導体チップの表面側に関しては、例えば略Ｌ字型の軟磁性板を裏面側の軟磁性板と接するように配置することが検討されている。このような構造においては、Ｌ字型の軟磁性板で覆われていない半導体チップの端部側で十分な磁気シールド効果を得ることができない。

裏面側の軟磁性板の両端部を上方に立上げ、これら立上げ部上に表面側の軟磁性板を裏面側の軟磁性板と接触させつつ配置して磁気回路を形成することも考えられる。この場合、軟磁性板の曲げ加工精度等の影響で、裏面側の軟磁性板の立上げ部と表面側の軟磁性板とを隙間なく接触させることが難しく、軟磁性板間の隙間により磁気シールド効果が低下するおそれがある。また、予め表面側の軟磁性板を配置した構造では、半導体チップを樹脂封止する際に、半導体チップと表面側の軟磁性板との間に樹脂を十分に充填できないおそれがある。封止樹脂の未充填部は、半導体装置の信頼性等を低下させる。

特開２０１３−２０７０５９号公報

本発明が解決しようとする課題は、半導体チップの優れた磁気シールド効果を得ることを可能にした半導体装置を提供することにある。

実施形態の半導体装置は、チップ搭載領域を有する基板と、基板のチップ搭載領域に固着されたベース部と、ベース部の対向する両端部から外側に向けて斜め方向に延びる傾斜部と、傾斜部の先端に設けられた円弧部とを備える磁気シールド板と、磁気シールド板のベース部上に接着された半導体素子と、磁気シールド板の円弧部の少なくとも一部を露出させつつ、磁気シールド板および半導体素子を封止する封止樹脂層と、円弧部の露出部分と接触させつつ、樹脂封止層の表面を覆うように設けられた磁気シールド膜とを具備している。

実施形態の半導体装置を示す上面透過図である。 図１に示す半導体装置のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図１に示す半導体装置の磁気シールド膜を形成する前の装置状態を示す断面図である。 図３に示す装置に磁気シールド膜を形成した状態を示す断面図である。 図１に示す半導体装置に用いられる磁気シールド板の第１の構成例を一部拡大して示す図である。 図１に示す半導体装置に用いられる磁気シールド板の第２の構成例を一部拡大して示す図である。 図１に示す半導体装置に用いられる磁気シールド板の第３の構成例を一部拡大して示す図である。 図１に示す半導体装置に用いられる磁気シールド板の第４の構成例を一部拡大して示す図である。 図１に示す半導体装置の製造に用いられる多数個取りの配線基板を示す平面図である。 図１に示す半導体装置の製造に用いられる多数個取りの磁気シールド板を示す平面図である。 図１に示す半導体装置の製造工程を示す平面図である。

以下、実施形態の半導体装置について、図面を参照して説明する。図１は半導体装置の内部構成を透過して示す上面図（上面透過図）、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図３は図１に示す半導体装置に磁気シールド膜を形成する前の状態を示す図であって、図３（ａ）は磁気シールド膜の形成前の装置状態を一部拡大して示す平面図、図３（ｂ）は図３（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図４は図３に示す装置に磁気シールド膜を形成した状態を示す断面図である。

図１ないし図４に示す半導体装置１は、基板２と、基板２上に固着された断面が略コ字状の磁気シールド板３と、磁気シールド板３上に搭載された半導体チップ４と、磁気シールド板３および半導体チップ４を封止する封止樹脂層５と、封止樹脂層５の表面を覆う磁気シールド膜６とを具備する。なお、以下の説明における上下の方向は、基板２の磁気シールド板３および半導体チップ４が搭載された面を上とした場合を基準とする。

基板２としては、例えば絶縁樹脂基板の表面や内部に配線網（図示せず）を設けた配線基板が用いられ、具体的にはガラス−エポキシ樹脂やＢＴ樹脂（ビスマレイミド・トリアジン樹脂）等を使用したプリント配線板（多層プリント基板等）が用いられる。配線基板２は、半導体チップの搭載面となる表面２ａを有している。配線基板２の表面２ａは、端子形成領域Ｘ１、Ｘ２とチップ搭載領域Ｙとを有している。端子形成領域Ｘ１、Ｘ２は、それぞれ矩形状の配線基板２の長辺にそって設けられている。端子形成領域Ｘ１、Ｘ２には、半導体チップ４との接続端子７が設けられている。配線基板２の表面２ａには、位置決め用のアライメントマーク８が設けられている。配線基板２の表面２ａは、接続端子７やアライメントマーク８等を除いて、ソルダレジスト（図示せず）で覆われている。

配線基板２の表面２ａにおけるチップ搭載領域Ｙには、断面が略コ字状の磁気シールド板３が接着剤層９により接着されている。磁気シールド板３には、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）等の軟磁性金属や、これら軟磁性金属を少なくとも１つ含む軟磁性合金等が用いられる。軟磁性合金等としては、珪素鋼（Ｆｅ−Ｓｉ）、炭素鋼（Ｆｅ−Ｃ）、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ）、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ）、パーメンジュール（Ｆｅ−Ｃｏ）、フェライトステンレス等が挙げられる。磁気シールド膜６にも、同様な軟磁性材料が用いられる。磁気シールド膜６に、磁気シールド板３と同一の軟磁性材料を用いてもよいし、異なる軟磁性材料を用いてもよい。

磁気シールド板３は、矩形状の半導体チップ４と同等、もしくはそれより大きい矩形形状を有するベース部３１を有している。磁気シールド板３のベース部３１は、接着剤層９によりチップ搭載領域Ｙに接着されている。磁気シールド板３のベース部３１は、端子形成領域Ｘ１、Ｘ２に沿った長辺と、長辺と直交する短辺とを有する平板形状を備えるものである。ベース部３１の短辺側の両端部には、それぞれ傾斜部３２が設けられている。傾斜部３２は、ベース部３１の端部から外側に向けて斜め上方に延びるように設けられている。傾斜部３２の先端には、それぞれ円弧部３３が設けられている。磁気シールド板３の具体的な形状は、後に詳述する。

磁気シールド板３のベース部３１上には、半導体チップ４が接着剤層（図示せず）により接着されている。半導体チップ４は、例えば磁気抵抗メモリ（ＭＲＡＭ）素子を有する。ただし、半導体チップ４はこれに限られるものではなく、外部磁場の影響を排除することが求められる半導体チップを適用することができる。半導体チップ４は、端子形成領域Ｘ１、Ｘ２の近傍に位置する２つの長辺に沿って設けられた電極パッド１０を有する。半導体チップ４の電極パッド１０は、金（Ａｕ）ワイヤ等のボンディングワイヤ１１を介して、端子形成領域Ｘ１、Ｘ２に設けられた接続端子７と電気的に接続されている。

配線基板２の表面２ａ上には、磁気シールド板３および半導体チップ４をボンディングワイヤ１１等と共に封止する封止樹脂層５が形成されている。ただし、磁気シールド板３の傾斜部３２の先端に設けられた円弧部３３の少なくとも一部は、封止樹脂層５から露出している。円弧部３３は、図３に示すように、封止樹脂層５から露出した露出部分３３ａを有している。封止樹脂層５の上面および側面には、磁気シールド膜６が形成されている。封止樹脂層５の表面は、磁気シールド膜６で覆われている。磁気シールド膜６は、図４に示すように、円弧部３３の露出部分３３ａと接している。磁気シールド膜６は、例えばメッキ法、スパッタ法、導電性ペーストの塗布法等により形成される。

磁気シールド板３の形状、磁気シールド板３の封止樹脂層５からの露出構造、およびそれらに基づく磁気シールド板３と磁気シールド膜６との接触構造について、図３ないし図８を参照して詳述する。磁気シールド板３は、上述したようにベース部３１と傾斜部３２と円弧部３３とを有している。ベース部３１は、矩形状の半導体チップ４と同等、もしくはそれより大きい矩形形状を有している。半導体チップ４の裏面側は、ベース部３１により覆われている。傾斜部３２は、ベース部３１に垂直な方向に対し、ベース部３１の端部（短辺側の両端部）を支点としてベース部３１の外側方向に向けて傾けるように設けられている。

傾斜部３２は、図５に示すように、傾斜角（ベース部３１と傾斜部３２とが成す角度）θが鈍角となるように、ベース部３１の短辺側端部に設けられている。図５（ａ）は磁気シールド板３のベース部３１、傾斜部３２、および円弧部３３を拡大して示す断面図、図５（ｂ）はベース部３１、傾斜部３２、および円弧部３３を図５（ａ）の矢印方向から見た図である。傾斜部３２は、傾斜角θが鈍角であるためにバネ性を有している。バネ性を有する傾斜部３２をベース部３１の両端部に上方への立上げ部として設けることによって、磁気シールド板３を構成する軟磁性板の曲げ加工のバラツキ、封止樹脂層５の厚さバラツキ等を吸収して磁気シールド板３の封止樹脂層５からの露出精度を高めることができる。

傾斜部３２の傾斜角θは、傾斜部３２に適度なバネ性を付与しつつ、上方への立上げ部として傾斜部３２を有する磁気シールド板３による半導体チップ４の収容性、すなわちベース部３１および傾斜部３２で形成される容器形状部内への半導体チップ４の配置性を確保する上で、例えば１２０度以上１５０度以下であることが好ましく、典型的には１３５度程度である。傾斜角θが小さすぎると、傾斜部３２のバネ性が低下する。傾斜角θが大きすぎると、磁気シールド板３による半導体チップ４の収容性が低下する。半導体チップ４の収容性を確保するために、傾斜部３２を長くすると半導体装置１の大型化を招く。

傾斜部３２の先端側を封止樹脂層５から露出させるにあたって、露出部分の形状が安定するように、傾斜部３２の先端には円弧部３３が設けられている。円弧部３３は、傾斜部３２の先端を外側に向けて湾曲させた形状を有している。傾斜部３２の先端に円弧部３３を設けることによって、傾斜部３２のバネ性を利用して傾斜部３２の先端高さを調節した場合においても、傾斜部３２の先端を上方から見たときの形状がほぼ一定になる。傾斜部３２の先端に設けられた円弧部３３の一部３３ａを、封止樹脂層５から安定して露出させることができる。従って、磁気シールド膜６が磁気シールド板３と安定的に接触するため、磁気シールド板３と磁気シールド膜６とで良好な磁気回路を形成することができる。

すなわち、半導体チップ４の下面および短辺側の側面は磁気シールド板３で覆われており、さらに半導体チップ４の上面および側面は磁気シールド板３と接触させて磁気回路を形成した磁気シールド膜６で覆われている。半導体装置１の外部で発生した磁力線は、磁気シールド板３および磁気シールド膜６により形成された磁気シールドを伝わるため、半導体装置１の内部への磁力線の侵入を効果的に防ぐことができる。従って、半導体チップ４に対する磁気シールド性を有効に得ることが可能となる。

磁気シールド板３の円弧部３３の一部を封止樹脂層５から露出させる方法としては、いくつか考えられる。例えば、封止樹脂層５を形成する際に用いられる金型、具体的には封止樹脂層５の充填空間を形成する金型のキャビティ面に磁気シールド板３の円弧部３３を接触させる。円弧部３３を金型に接触させた状態で封止樹脂層５を形成することで、円弧部３３の一部（金型との接触部）が封止樹脂層５から露出する。円弧部３３が金型に接触した際に、傾斜部３２の傾斜角θに基づくバネ性と円弧部３３の滑り性により傾斜部３２が横方向に広がる。このため、軟磁性板の加工精度や封止樹脂層５の厚さにバラツキが生じたとしても、円弧部３３を金型に安定して接触させることができる。

さらに、円弧部３３は金型に接触させた際の形状がほぼ一定であるため、円弧部３３の封止樹脂層５からの露出部分３３ａの形状を安定させることができる。円弧部３３の曲率半径Ｒは、金型との接触性や装置サイズ等を考慮して設定することが好ましい。また、磁気シールド板３のベース部３１から円弧部３３の先端面までの高さは、軟磁性板の加工バラツキや封止樹脂層５の厚さバラツキ等を考慮し、これらが生じていた場合においても常に円弧部３３が金型に当たるように設定することが好ましい。成形用の金型には、金型汚れ防止用にシートを用いるシートモールドタイプを使用することが好ましい。円弧部３３がシートに食い込む分だけ、円弧部３３の封止樹脂層５からの露出量が多くなる。

封止樹脂層５の成形には、トランスファ成形および圧縮成形のいずれを適用してもよい。例えば、圧縮成形により封止樹脂層５を形成する場合には、一対の圧縮成形型（モールド）内に封止用樹脂材料と封止される装置部品（被封止部品／ここでは基板２に磁気シールド板３と半導体チップ４とを搭載した部品）とを配置し、一対の圧縮成形型を閉じた後に加圧しながら加熱し、加熱により流動化させた樹脂材料で磁気シールド板３や半導体チップ４を覆うことにより封止樹脂層５を形成する。一対の圧縮成形型を加圧する際に、磁気シールド板３の円弧部３３を圧縮成形型（金型）と接触させやすい。

磁気シールド板３の円弧部３３を封止樹脂層５から露出させる他の方法としては、円弧部３３を有する傾斜部３２を封止樹脂層５内に埋設し、この状態の封止樹脂層５を上面側から削ることにより円弧部３３の一部を封止樹脂層５から露出させる方法が挙げられる。この場合においても、円弧部３３の形状等に基づいて、円弧部３３の封止樹脂層５からの露出性を高めることができる。ただし、封止樹脂層５の切削量の管理等に手間を要し、また切削工程自体のコストも加わるため、上述した円弧部３３と金型とを接触させる方法、すなわち封止樹脂層５を切削することなく円弧部３３を封止樹脂層５から露出させる方法を適用することが好ましい。これによって、封止樹脂層５から露出させた円弧部３３を有する装置部品、ひいては円弧部３３の露出部分３３ａと接触させた磁気シールド膜６を有する半導体装置１を安定にかつ低コストで提供することが可能となる。

次に、磁気シールド板３の傾斜部３２の平面形状について説明する。磁気シールド板３による磁気シールド性の観点からは、傾斜部３２の平面形状は図５（ａ）に示すように、ベタ板状（平板状）であることが好ましい。ただし、円弧部３３の露出安定性を高めるためには、図６ないし図８に示すような形状を有する傾斜部３２を適用することが好ましい。すなわち、円弧部３３を金型に接触させて横方向に広げるように変形させた場合、曲げモーメントは傾斜部３２の根本部分、すなわちベース部３１との接続部分で最大となる。傾斜部３２の平面形状を根本部分が繋がったベタ板状とすると、傾斜部３２を均等に変形させるために比較的大きな力を加える必要がある。

このような点に対して、図６ないし図８に示すように、傾斜部３２をベース部３１の端部方向（ベース部３１の短辺方向）と平行な方向に対して複数に分割することが有効である。図６ないし図８に示す傾斜部３２は、複数の傾斜分割片３４を有している。複数の傾斜分割片３４は、それぞれ先端に設けられた円弧部３３を有している。傾斜分割片３４はベタ板状の傾斜部３２に比べて変形させやすいため、それらの先端に設けられた円弧部３３の封止樹脂層５からの露出安定性を高めることができる。また、半導体装置１の外部で発生した磁力線は、軟磁性材料が存在する方向に引き寄せられ、軟磁性材料内を通過しやすいため、傾斜分割片３４間に隙間が存在していても磁気シールド効果を得ることができる。

複数の傾斜分割片３４を有する傾斜部３２の磁気シールド効果を高めるためには、図７および図８に示すように、隣接する傾斜分割片３４間をベース部３１の端部方向と平行な方向に接続片３５で接続することが有効である。接続片３５は、傾斜分割片３４のベース部３１との接続部および傾斜分割片３４の円弧部３３を含む先端部を除いた部分間に設けられる。接続片３５は、図７に示すように隣接する傾斜分割片３４間のみを接続するように設けてもよいし、図８に示すように３個以上の傾斜分割片３４間を接続するように設けてもよい。接続片３５による傾斜分割片３４の接続構造は、円弧部３３の露出安定性とシールド効果との兼ね合いで適宜に設定される。

上述したように、磁気シールド板３による磁気シールド性の観点からは、傾斜部３２の平面形状はベタ板状であることが好ましい。ただし、この場合には円弧部３３の露出安定性が他の構成より劣るおそれがある。一方、円弧部３３の露出安定性に関しては、図６に示したように、傾斜部３２を分割して複数の傾斜分割片３４で構成することが好ましい。ただし、この場合には磁気シールド効果が他の構成より劣るおそれがある。図７および図８に示したように、傾斜部３２を複数の傾斜分割片３４とそれらを接続する接続片３５で構成した構造は、それらの中間となる。傾斜部３２の平面形状は、円弧部３３の露出安定性とシールド効果との兼ね合いで適宜に選択することができる。

次に、半導体装置１の製造工程について、図９ないし図１１を参照して説明する。ただし、以下に示す製造工程は半導体装置１の製造工程の一例であり、それに限定されるものではない。図９は配線基板２となる装置形成領域１０１を複数備える多数個取りの集合基板１００を示している。複数の装置形成領域１０１は、それぞれ接続端子７を有している。さらに、装置形成領域１０１のチップ搭載領域には、それぞれ接着剤層９を形成する接着フィルム１０２が貼り付けられている。接着フィルム１０２は、磁気シールド板３のベース部３１より大きい形状を有していることが好ましい。集合基板１００は、製造装置内での搬送用および位置決め用の丸穴１０３を有している。

磁気シールド板３を配線基板２に接着する接着フィルム１０２は、例えば配線基板２の製造工程で予め貼り付けておく、磁気シールド板３に予め貼り付けておく、磁気シールド板３を接着する直前に配線基板２に貼り付ける等の方法により配置される。磁気シールド板３に予め接着フィルム１０２を貼り付けておく方法は、接着フィルム１０２を貼り付ける際に、傾斜部３２を避けてベース部３１を支持する必要があり、貼り付け治具の形状が複雑になる。接着フィルム１０２は、貼付け位置精度を考えるとベース部３１よりも小さめの寸法が好ましいため、磁気シールド板３を配線基板２に貼り付けた後に、磁気シールド板３と配線基板２との間に細長い隙間が生じやすい。これは樹脂封止時に不利となる。

配線基板２に接着フィルム１０２を予め貼り付けておくことによって、ベース部３１より大きい接着フィルム１０３を使用することができるため、樹脂封止時に不利となることはない。さらに、接着フィルム１０３を平らな配線基板２に貼り付ける場合には、貼付け治具の形状を簡易化することができる。ここでは、集合基板１００の各装置形成領域１０１に接着フィルム１０２を貼り付けている。磁気シールド板３を接着する直前に配線基板２に接着フィルム１０２を貼り付ける方法は、製造ラインが長くなるために不利である。

図１０は複数の磁気シールド板３を吊りピン１１１でフレーム１１２に接続した集合シールド板１１０を示している。集合シールド板１１０は、集合基板１００の搬送用および位置決め用の丸穴１０３より一回り大きい丸穴１１３を有している。これは、集合基板１００と集合シールド板１１０とを貼り合わせる際の位置ズレを考慮すると共に、製造装置内で集合基板１００の丸穴１０３で搬送および位置決めを行うためである。図１１に示すように、集合基板１００上に集合シールド板１１０を貼り合わせる。集合基板１００と集合シールド板１１０との貼り合わせは、各装置形成領域１０１に接着フィルム１０２を介して磁気シールド板３をそれぞれ貼り付けることにより行われる。

集合シールド板１１０の各磁気シールド板３上に半導体チップ４を搭載し、半導体チップ４の電極と装置形成領域１０１の接続端子７とをボンディングワイヤ１１により電気的に接続する。このような状態の集合シールド板１１０と集合シールド板１１０との積層物を封止装置の金型内に設置する。この際、各磁気シールド板３の円弧部３３が金型に接触するように、積層物を金型内に配置する。積層物の各装置形成領域１０１上に磁気シールド板３および半導体チップ４を封止する封止樹脂層５を形成する。封止樹脂層５は、複数の装置形成領域１０１を一括して封止するように形成される。このような樹脂封止体を各装置形成領域１０１に応じて個片化する。この際に、集合シールド板１１０の吊りピン１１１も切断する。個片化後の装置表面に磁気シールド膜６を形成することによって、実施形態形態の半導体装置１、すなわち磁気シールド機能付き半導体パッケージを作製する。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…半導体装置、２…配線基板、３…磁気シールド板、３１…ベース部、３２…傾斜部、３３…円弧部、３３ａ…露出部分、３４…傾斜分割片、３５…接続片、４…半導体チップ、５…封止樹脂層、６…磁気シールド膜。

Claims (5)

1. チップ搭載領域を有する基板と、
   前記基板の前記チップ搭載領域に固着されたベース部と、前記ベース部の対向する両端部から外側に向けて斜め方向に延びる傾斜部と、前記傾斜部の先端に設けられた円弧部とを備える磁気シールド板と、
   前記磁気シールド板の前記ベース部上に接着された半導体素子と、
   前記磁気シールド板の前記円弧部の少なくとも一部を露出させつつ、前記磁気シールド板および前記半導体素子を封止する封止樹脂層と、
   前記円弧部の露出部分と接触させつつ、前記樹脂封止層の表面を覆うように設けられた磁気シールド膜と
   を具備する半導体装置。
2. 前記磁気シールド板の前記傾斜部は、前記ベース部の前記端部と平行な方向に対して分割された複数の傾斜分割片を有し、前記複数の傾斜分割片のそれぞれの先端に前記円弧部が設けられている、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記傾斜部は、隣接する前記傾斜分割片の前記ベース部との接続部および前記円弧部を除く部分間を前記端部と平行な方向に接続する接続片を有する、請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記半導体チップは磁気抵抗メモリ素子を有する、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記磁気シールド板および前記磁気シールド膜に軟磁性材料を用いる、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。

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