JP2017033998A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、射出成形によって成形された合成樹脂製の基板に、半導体素子として特に発光ダイオードを搭載し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 in which a light emitting diode is particularly mounted as a semiconductor element on a synthetic resin substrate molded by injection molding, and a method for manufacturing the same.
近年、射出成形によって成形された熱可塑性樹脂からなる基板に、無電解めっきおよび電解めっきの併用によってパターニングされた回路(導電層)が形成された成形回路部品(MID:Molded Interconnect Device)が開発され、実用化に至っている。 In recent years, molded circuit devices (MID: Molded Interconnect Device) have been developed, in which a circuit (conductive layer) patterned by the combination of electroless plating and electrolytic plating is formed on a substrate made of a thermoplastic resin molded by injection molding. It has reached practical use.
たとえば、特許文献1に、前記成形回路部品からなる発光ダイオード(LED)パッケージが開示されている。該パッケージは、基板の側面およびパッケージから発する光の出射方向と同方向を向く主面(頂面)において、外部に露出した導電層が形成されている。
For example,
発光ダイオードパッケージのうち、赤外光を発光するパッケージは、携帯電話やタブレット端末などのタッチパネル式の電子機器に適用される近接センサの発光部として使用されている。こうしたタッチパネル式の電子機器は薄型化の要請が強いため、該電子機器の回路基板に実装される発光ダイオードパッケージも、より一層の低背化が求められている。ここで、特許文献1に開示されている形式の発光ダイオードパッケージについて低背化を図ろうとすると、基板の側面および主面に導電層が外部に露出して形成されているため、前記電子機器の回路基板に実装した際、リフローによって溶融された半田が側面を経由して主面まで這い上がることがある。このとき、前記パッケージの基板の主面に半田の塊が形成され、前記電子機器の薄型化を図った場合、前記電子機器の筐体に半田の塊が接触し、前記電子機器に不具合が発生することが懸念される。したがって、前記電子機器の薄型化のため、前記パッケージの低背化を図った場合、該パッケージの信頼性が低下するという課題がある。
Among light emitting diode packages, a package that emits infrared light is used as a light emitting unit of a proximity sensor that is applied to touch panel electronic devices such as a mobile phone and a tablet terminal. Since such a touch panel type electronic device is strongly demanded to be thin, a light-emitting diode package mounted on a circuit board of the electronic device is required to be further reduced in height. Here, when trying to reduce the height of the light emitting diode package of the type disclosed in
本発明は上記事情に鑑み、装置の信頼性を確保しつつ、装置の低背化を図ることが可能な半導体装置を提供することをその課題とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing the height of the device while ensuring the reliability of the device.
本発明の第1の側面によって提供される半導体装置は、互いに反対側を向く主面および裏面と、前記主面から窪むように形成された底面を有する凹部と、を有し、かつ合成樹脂からなる基板と、前記底面に搭載された半導体素子と、前記半導体素子に導通し、かつ前記基板に形成された導電層と、前記半導体素子を覆う封止樹脂と、を備え、前記基板には、前記底面および前記裏面を貫通する複数の貫通孔が形成され、前記導電層は、前記底面に形成された底面導電部と、前記裏面に形成された裏面導電部と、前記底面導電部および前記裏面導電部につながる連絡導電部と、を含み、前記複数の貫通孔が、前記連絡導電部によりいずれも閉塞されていることを特徴としている。 A semiconductor device provided by the first aspect of the present invention includes a main surface and a back surface facing opposite to each other, and a recess having a bottom surface formed to be recessed from the main surface, and is made of a synthetic resin. A substrate, a semiconductor element mounted on the bottom surface, a conductive layer that is electrically connected to the semiconductor element and formed on the substrate, and a sealing resin that covers the semiconductor element. A plurality of through holes penetrating the bottom surface and the back surface are formed, and the conductive layer includes a bottom surface conductive portion formed on the bottom surface, a back surface conductive portion formed on the back surface, the bottom surface conductive portion and the back surface conductivity. Each of the plurality of through holes is closed by the connecting conductive portion.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記連絡導電部は、前記複数の貫通孔のそれぞれの孔壁に沿って形成されている。 In a preferred embodiment of the present invention, the connecting conductive portion is formed along each hole wall of the plurality of through holes.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の貫通孔は、前記底面寄りの端部において、前記連絡導電部によりいずれも閉塞されている。 In a preferred embodiment of the present invention, each of the plurality of through holes is closed at the end near the bottom by the connecting conductive portion.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記凹部は、前記底面および前記主面につながる内側面をさらに有し、平面視において前記内側面は前記底面導電部を囲んでいる。 In a preferred embodiment of the present invention, the concave portion further includes an inner side surface connected to the bottom surface and the main surface, and the inner side surface surrounds the bottom surface conductive portion in a plan view.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記底面は、前記基板の厚さ方向において、前記裏面寄りに位置する第1底面と、前記第1底面と前記主面との間に位置する第2底面と、前記第1底面および前記第2底面につながる起立面と、を含み、前記半導体素子は、前記第1底面に形成された前記底面導電部に搭載されている。 In a preferred embodiment of the present invention, the bottom surface includes a first bottom surface located near the back surface and a second bottom surface located between the first bottom surface and the main surface in the thickness direction of the substrate. And a rising surface connected to the first bottom surface and the second bottom surface, and the semiconductor element is mounted on the bottom surface conductive portion formed on the first bottom surface.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の貫通孔は、前記第2底面および前記裏面を貫通している。 In a preferred embodiment of the present invention, the plurality of through holes penetrate the second bottom surface and the back surface.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記基板は、前記基板の厚さ方向において前記主面と前記裏面との間に挟まれ、かつ外側を向く外側面をさらに有し、前記裏面導電部は、前記裏面と前記外側面との境界から離間して形成されている。 In a preferred embodiment of the present invention, the substrate further includes an outer surface that is sandwiched between the main surface and the back surface in the thickness direction of the substrate and faces outward, and the back surface conductive portion is , Spaced apart from the boundary between the back surface and the outer surface.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記合成樹脂は、熱可塑性樹脂である。 In a preferred embodiment of the present invention, the synthetic resin is a thermoplastic resin.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記導電層は、無電解めっき層と、前記無電解めっき層を覆って積層された電解めっき層と、を有し、前記無電解めっき層は、前記基板と前記電解めっき層との間に介在している。 In a preferred embodiment of the present invention, the conductive layer includes an electroless plating layer and an electroplating layer laminated so as to cover the electroless plating layer, and the electroless plating layer includes the substrate. And the electrolytic plating layer.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記無電解めっき層は、Cuからなる。 In a preferred embodiment of the present invention, the electroless plating layer is made of Cu.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記電解めっき層は、互いに積層されたCu層およびAu層を有し、前記Cu層は、前記無電解めっき層と前記Au層との間に介在している。 In a preferred embodiment of the present invention, the electrolytic plating layer has a Cu layer and an Au layer laminated on each other, and the Cu layer is interposed between the electroless plating layer and the Au layer. Yes.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記電解めっき層は、前記Cu層と前記Au層との間に介在するNi層をさらに有する。 In a preferred embodiment of the present invention, the electrolytic plating layer further includes a Ni layer interposed between the Cu layer and the Au layer.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記半導体素子は、発光ダイオードである。 In a preferred embodiment of the present invention, the semiconductor element is a light emitting diode.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記封止樹脂は、透光性を有した合成樹脂からなる。 In a preferred embodiment of the present invention, the sealing resin is made of a synthetic resin having translucency.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記底面導電部に搭載され、かつ前記発光ダイオードと並列接続されたツェナーダイオードをさらに備える。 In a preferred embodiment of the present invention, the semiconductor device further includes a Zener diode mounted on the bottom surface conductive portion and connected in parallel with the light emitting diode.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記半導体素子と前記導電層とを接続するボンディングワイヤをさらに備える。 In a preferred embodiment of the present invention, a bonding wire for connecting the semiconductor element and the conductive layer is further provided.
本発明の第2の側面によって提供される半導体装置の製造方法は、互いに反対側を向く主面および裏面と、底面を有し、かつ前記主面から窪む凹部と、を有した合成樹脂からなる基板を成形する工程と、前記基板に前記底面および前記裏面を貫通する複数の貫通孔を形成する工程と、前記凹部を含む前記基板に導電層を形成する工程と、前記凹部に収容されるように半導体素子を前記底面に搭載する工程と、前記半導体素子を覆う封止樹脂を前記基板に形成する工程と、を備え、前記導電層は、前記底面に形成された底面導電部と、前記裏面に形成された裏面導電部と、前記底面導電部および前記裏面導電部につながる連絡導電部と、を含み、前記導電層を形成する工程では、前記連絡導電部の形成により、前記複数の貫通孔がいずれも閉塞されることを特徴としている。 The method for manufacturing a semiconductor device provided by the second aspect of the present invention comprises a synthetic resin having a main surface and a back surface facing opposite to each other, and a recess having a bottom surface and recessed from the main surface. Forming a substrate, forming a plurality of through holes penetrating the bottom surface and the back surface, forming a conductive layer on the substrate including the recess, and being accommodated in the recess. Mounting the semiconductor element on the bottom surface, and forming a sealing resin covering the semiconductor element on the substrate, wherein the conductive layer includes a bottom surface conductive portion formed on the bottom surface, In the step of forming the conductive layer, the back surface conductive portion formed on the back surface and the bottom surface conductive portion and the back surface conductive portion connected to the back surface conductive portion. All holes blocked It is characterized in that.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の貫通孔を形成する工程では、レーザ照射により前記基板に前記複数の貫通孔が形成される。 In a preferred embodiment of the present invention, in the step of forming the plurality of through holes, the plurality of through holes are formed in the substrate by laser irradiation.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記導電層を形成する工程では、無電解めっき層を形成する工程と、前記無電解めっき層をパターニングする工程と、電解めっき層を形成する工程と、を含み、前記電解めっき層を形成する工程において、前記連絡導電部により、前記複数の貫通孔がいずれも閉塞される。 In a preferred embodiment of the present invention, in the step of forming the conductive layer, a step of forming an electroless plating layer, a step of patterning the electroless plating layer, and a step of forming an electroplating layer. In the step of forming the electrolytic plating layer, all of the plurality of through holes are closed by the connecting conductive portion.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記パターニングする工程では、レーザを用いる。 In a preferred embodiment of the present invention, a laser is used in the patterning step.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記電解めっき層を形成する工程では、電解めっきにより、Cu層を析出させる工程と、Au層を析出させる工程と、を含む。 In a preferred embodiment of the present invention, the step of forming the electrolytic plating layer includes a step of depositing a Cu layer and a step of depositing an Au layer by electrolytic plating.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記電解めっき層を形成する工程では、電解めっきにより、前記Cu層と前記Au層との間に介在するNi層を析出させる工程をさらに含む。 In a preferred embodiment of the present invention, the step of forming the electrolytic plating layer further includes a step of depositing a Ni layer interposed between the Cu layer and the Au layer by electrolytic plating.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記電解めっき層を形成する工程では、前記Cu層を析出させる工程の後に、エッチングにより前記Cu層に覆われていない前記無電解めっき層を除去する工程をさらに含む。 In a preferred embodiment of the present invention, in the step of forming the electrolytic plating layer, the step of removing the electroless plating layer not covered by the Cu layer by etching after the step of depositing the Cu layer. In addition.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記基板を成形する工程では、熱可塑性樹脂を射出成形することにより前記基板が成形される。 In a preferred embodiment of the present invention, in the step of forming the substrate, the substrate is formed by injection molding a thermoplastic resin.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記半導体素子を搭載する工程の後に、ワイヤボンディングにより前記半導体素子と前記導電層とを接続するボンディングワイヤを形成する工程をさらに備える。 In a preferred embodiment of the present invention, the method further includes a step of forming a bonding wire for connecting the semiconductor element and the conductive layer by wire bonding after the step of mounting the semiconductor element.
本発明によれば、前記半導体装置の前記基板に形成された前記導電層は、前記凹部の前記底面に形成された前記底面導電部と、前記裏面に形成された前記裏面導電部と、前記底面導電部および前記裏面導電部につながる前記連絡導電部とを含んでいる。また、前記基板には、前記底面および前記裏面を貫通する前記複数の貫通孔が形成され、前記複数の貫通孔が、前記連絡導電部によりいずれも閉塞されている。このような構成をとることで、前記底面導電部および前記裏面導電部は、前記複数の貫通孔を通じて互いに導通することとなるため、前記基板の前記主面および前記外側面には前記導電層が形成されない。よって、前記半導体装置の実装時に、リフローにより溶融された半田が前記主面まで這い上がらないため、該半田によって前記半導体装置と各種電子機器の筐体とが干渉することを防ぐことができる。また、リフローにより半田から発生するガスが前記半導体装置の内部に進入しなくなるため、該ガスによって前記半導体装置に不具合が発生することを防ぐことができる。したがって、前記半導体装置の信頼性を確保しつつ、前記半導体装置の低背化を図ることが可能となる。 According to the present invention, the conductive layer formed on the substrate of the semiconductor device includes the bottom surface conductive portion formed on the bottom surface of the recess, the back surface conductive portion formed on the back surface, and the bottom surface. A conductive portion connected to the conductive portion and the back surface conductive portion. Further, the plurality of through holes penetrating the bottom surface and the back surface are formed in the substrate, and the plurality of through holes are closed by the connecting conductive portion. By adopting such a configuration, the bottom surface conductive portion and the back surface conductive portion are electrically connected to each other through the plurality of through holes. Therefore, the conductive layer is formed on the main surface and the outer surface of the substrate. Not formed. Therefore, since the solder melted by reflow does not crawl up to the main surface when the semiconductor device is mounted, it is possible to prevent the semiconductor device from interfering with the casings of various electronic devices due to the solder. Further, since the gas generated from the solder due to reflow does not enter the inside of the semiconductor device, it is possible to prevent the semiconductor device from being troubled by the gas. Therefore, it is possible to reduce the height of the semiconductor device while ensuring the reliability of the semiconductor device.
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面に基づき以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
本発明にかかる半導体装置の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。 An embodiment of a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
〔第1実施形態〕
図1〜図6に基づき、本発明の実施形態にかかる半導体装置A10について説明する。説明の便宜上、平面図の左右方向を第1方向X、第1方向Xに対して直角である平面図の上下方向を第2方向Yとそれぞれ定義する。第1方向Xおよび第2方向Yは、ともに半導体装置A10(または後述する基板1)の厚さ方向Zに対して直角である。
[First Embodiment]
A semiconductor device A10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. For convenience of explanation, the horizontal direction of the plan view is defined as a first direction X, and the vertical direction of the plan view perpendicular to the first direction X is defined as a second direction Y. Both the first direction X and the second direction Y are perpendicular to the thickness direction Z of the semiconductor device A10 (or a
図1は、半導体装置A10を示す要部平面図である。図2は、半導体装置A10を示す要部底面図である。図3は、図1のIII−III線(一点鎖線)に沿う断面図である。図4は、図1のIV−IV線に沿う断面図である。図5は、図4に対して後述する半導体素子31、接合層32および封止樹脂4を省略した断面図である。図6は、図3の部分拡大図である。なお、図1は、理解の便宜上、後述する封止樹脂4を省略している。また、図4は、省略した半導体素子31、接合層32および封止樹脂4を想像線(二点鎖線)で示している。
FIG. 1 is a principal plan view showing the semiconductor device A10. FIG. 2 is a bottom view of an essential part showing the semiconductor device A10. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III (dashed line) in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view in which a
これらの図に示す半導体装置A10は、各種電子機器の回路基板に表面実装される形式の成形回路部品(MID)である。本実施形態の半導体装置A10は、基板1、導電層20、半導体素子31、接合層32、封止樹脂4およびボンディングワイヤ5を備えている。本実施形態においては、半導体装置A10は平面視(基板1の厚さ方向Z視)矩形状である。
The semiconductor device A10 shown in these drawings is a molded circuit component (MID) of a type that is surface-mounted on circuit boards of various electronic devices. The semiconductor device A10 according to this embodiment includes a
基板1は、半導体素子31を搭載することで、半導体装置A10の基礎となる部材である。基板1は電気絶縁体である。本実施形態においては、基板1は合成樹脂からなり、より具体的には芳香族系ポリアミドや液晶ポリマー(LCP)などの熱可塑性樹脂である。また、本実施形態においては、基板1の厚さは400〜700μmである。図1に示すように、平面視において基板1は、第1方向Xを長辺とする矩形状である。基板1は、主面11、裏面12、外側面13、凹部14および複数の貫通孔15を有する。
The board |
主面11は、図3および図4に示す基板1の上面である。本実施形態においては、図1、図3および図4に示すように、主面11から窪むように凹部14が形成されている。凹部14が形成されていることから、図1に示すように、平面視において主面11は凹部14を囲む枠状となっている。裏面12は、図3および図4に示す基板1の下面である。図2に示すように、裏面12に後述する裏面導電部22が形成されていることから、裏面12は半導体装置A10を各種電子機器の回路基板に実装する際に利用される面である。図3および図4に示すように、主面11および裏面12は、ともに基板1の厚さ方向Zに対して直交している。主面11および裏面12は、基板1の厚さ方向Zにおいて互いに反対側を向いている。主面11および裏面12は、ともに平たんである。
The
図1、図3および図4に示すように、外側面13は、基板1の厚さ方向Zにおいて主面11と裏面12との間に挟まれ、かつ第1方向X、または第2方向Yの外側を向く4つの面である。本実施形態においては、外側面13は、いずれも主面11および裏面12に直交している。また、外側面13はいずれも平たんである。
As shown in FIGS. 1, 3, and 4, the
図1、図3および図4に示すように、凹部14は、主面11から窪むように形成された部位である。凹部14は、基板1の厚さ方向Zにおいて基板1を貫通していない。凹部14の平面視形状は矩形状である。凹部14は、底面141および内側面142を有する。
As shown in FIGS. 1, 3, and 4, the
底面141は、半導体素子31を搭載する面である。底面141は、第1底面141aと、第2底面141bと、起立面141cとを含む。
The
図3および図4に示すように、第1底面141aは、基板1の厚さ方向Zにおいて裏面12寄りに位置する面である。第1底面141aは、基板1の厚さ方向Zに対して直交し、かつ平たんである。本実施形態においては、第1底面141aに半導体素子31が搭載されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the first
図3および図5に示すように、第2底面141bは、基板1の厚さ方向Zにおいて第1底面141aと主面11との間に位置する一対の面である。また、図1および図3に示すように、一対の第2底面141bは、第1底面141aを挟んで第1方向Xに離間している。一対の第2底面141bは、ともに基板1の厚さ方向Zに直交し、かつ平たんである。本実施形態においては、第2底面141bに複数の貫通孔15が形成されている。
As shown in FIGS. 3 and 5, the second
図3および図5に示すように、起立面141cは、第1底面141aおよび第2底面141bにつながり、かつ基板1の厚さ方向Zに沿って形成された一対の面である。また、図1および図3に示すように、一対の起立面141cは、第1底面141aを挟んで第1方向Xに離間している。一対の起立面141cは、ともに平たんである。
As shown in FIGS. 3 and 5, the standing
図1、図3および図4に示すように、内側面142は、底面141および主面11につながる面である。内側面142は、第1方向Xに離間した一対の内側面142と、第2方向Yに離間した一対の内側面142とを含む。内側面142は、いずれも基板1の厚さ方向Zに沿って形成され、かつ底面141を向いている。第1方向Xに離間した一対の内側面142はそれぞれ、下端が第2底面141bに、上端が主面11につながっている。また、第2方向Yに離間した一対の内側面142はそれぞれ、下端が第1底面141a、第2底面141bおよび起立面141cに、上端が主面11につながっている。
As shown in FIGS. 1, 3 and 4, the
図1〜図3に示すように、複数の貫通孔15は、基板1に形成された底面141の第2底面141bおよび裏面12を貫通する孔である。本実施形態においては、基板1に複数の貫通孔15が4箇所形成されている。基板1の厚さ方向Zにおける貫通孔15の形状は、略円形である。また、図6に示すように、基板1の厚さ方向Zに対する貫通孔15の横断形状は、裏面12から第2底面141bに向かうにしたがって徐々に縮小している。したがって、貫通孔15の形状は略円錐台である。貫通孔15は孔壁151を有する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the plurality of through
導電層20は、半導体装置A10と各種電子機器の回路基板との導電経路を構成する、基板1に形成された部材である。本実施形態においては、導電層20は、接合層32およびボンディングワイヤ5を介して半導体素子31に導通している。導電層20は、底面導電部21、裏面導電部22および連絡導電部23を含む。
The
図1および図3〜図5に示すように、底面導電部21は、底面141に形成された部位である。本実施形態においては、底面導電部21は第2底面141bにおいて4箇所形成され、平面視において各々の底面導電部21に囲まれた領域内に貫通孔15が位置している。このうち、2箇所の底面導電部21は、起立面141cを経て第1底面141aまで延出して形成されている。第1底面141aに形成された底面導電部21に、半導体素子31が搭載されている。また、本実施形態においては、平面視において内側面142は底面導電部21を囲んでいる。
As shown in FIGS. 1 and 3 to 5, the bottom
図2〜図5に示すように、裏面導電部22は、裏面12に形成された部位である。本実施形態においては、裏面導電部22は裏面12において4箇所形成されている。各々の裏面導電部22の形状は、矩形および半円形が結合した形状である。該半円形の中央に貫通孔15が位置している。また、本実施形態においては、裏面導電部22は、裏面12と外側面13との境界から離間して形成されている。
As shown in FIGS. 2 to 5, the back surface
図3および図6に示すように、連絡導電部23は、底面導電部21および裏面導電部22につながる部位である。したがって、底面導電部21および裏面導電部22は、連絡導電部23を介して相互に導通している。本実施形態においては、連絡導電部23は基板1において4箇所形成され、いずれも複数の貫通孔15のそれぞれの孔壁151に沿って形成されている。また、複数の貫通孔15が、連絡導電部23によっていずれも閉塞されている。本実施形態においては、図6に示すように複数の貫通孔15はいずれも、底面141の第2底面141b寄りの端部において、連絡導電部23の閉塞領域231により閉塞されている。
As shown in FIGS. 3 and 6, the connecting
図3〜図6に示すように、導電層20は、無電解めっき層201および電解めっき層202を有する。無電解めっき層201は基板1に接して形成され、電解めっき層202は無電解めっき層201を覆って形成されている。したがって、無電解めっき層201は、基板1と電解めっき層202との間に介在している。本実施形態においては、無電解めっき層201はCuからなり、その厚さは400〜800nmである。電解めっき層202は、互いに積層された各種金属層であり、本実施形態においてはCu層、Ni層およびAu層を有する。各種金属層の配置形態は、無電解めっき層201側から順に前記Cu層、前記Ni層および前記Au層となっており、電解めっき層202の表面は前記Au層である。したがって、前記Cu層は無電解めっき層201と前記Au層との間に介在し、前記Ni層は前記Cu層と前記Au層との間に介在している。また、本実施形態においては、前記Cu層の厚さは5〜25μm、前記Ni層の厚さは2〜13μm、前記Au層の厚さは0.02〜1.4μmである。なお、前記Ni層は、その配置を省略してもよい。
As shown in FIGS. 3 to 6, the
なお、図1〜図5に示す導電層20の配置形態は一例であり、実際の半導体装置A10の配置形態はこれに限定されない。 1 to 5 is an example, and the actual arrangement of the semiconductor device A10 is not limited to this.
半導体素子31は、図1および図3〜図5に示すように、第1底面141aに形成された底面導電部21に接合層32を介して搭載されている。本実施形態においては、半導体素子31は2つの発光ダイオード(LED)であり、前記発光ダイオードは赤外光を発光する。半導体素子31は、たとえばpn接合により複数の半導体層が互いに積層された素子で、半導体装置A10に電流が流れると半導体素子31が発光する。また、本実施形態においては、図3に示す半導体素子31の上面にp側電極(アノード)、図3に示す半導体素子31の下面にn側電極(カソード)がそれぞれ形成されている(図示略)。前記p側電極にボンディングワイヤ5が接続されることで、半導体素子31はボンディングワイヤ5を介して第2底面141bに形成された底面導電部21に導通している。また、前記n側電極が接合層32に接することで、半導体素子31は接合層32を介して第1底面141aに形成された底面導電部21に導通している。なお、本実施形態においては、半導体素子31の個数は2であるが、実際の半導体装置A10における半導体素子31の個数はこれに限定されない。
As shown in FIGS. 1 and 3 to 5, the
接合層32は、図1および図3〜図5に示すように、半導体素子31と第1底面141aに形成された底面導電部21との間に介在する、導電性を有した部材である。接合層32により、半導体素子31は第1底面141aに形成された底面導電部21に固着によって搭載され、かつ半導体素子31と底面導電部21との導通が確保される。接合層32は、たとえばAgペーストからなる。
As shown in FIGS. 1 and 3 to 5, the
封止樹脂4は、図3および図4に示すように、凹部14内に充填された半導体素子31を覆う合成樹脂である。本実施形態においては、封止樹脂4は透光性および電気絶縁性を有した合成樹脂、たとえばシリコーン樹脂からなる。封止樹脂4は、半導体素子31以外に、底面導電部21、連絡導電部23の一部、接合層32およびボンディングワイヤ5を覆っている。封止樹脂4は、樹脂主面41を有する。樹脂主面41は、半導体装置A10において露出した面である。樹脂主面41は、主面11と同一方向を向く面であり、かつ平たんである。樹脂主面41は、主面11と面一である。
As shown in FIGS. 3 and 4, the sealing
ボンディングワイヤ5は、半導体素子31と、第2底面141bに形成された導電層20の底面導電部21とを接続する配線である。図1に示すように、本実施形態においては、ボンディングワイヤ5は2箇所形成されている。ボンディングワイヤ5は、たとえばAuからなる。
The
次に、図7〜図16に基づき、半導体装置A10の製造方法の一例について説明する。図7〜図16のうち、図9を除く図は、半導体装置A10の製造方法にかかる工程を示す断面図である。該断面は、図3に示す断面と同一である。図9は、図8に示す工程を経たときの後述する基板81の状態を示す斜視図である。
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device A10 will be described with reference to FIGS. 7 to 16, the drawings excluding FIG. 9 are cross-sectional views illustrating steps in the method for manufacturing the semiconductor device A <b> 10. The cross section is the same as that shown in FIG. FIG. 9 is a perspective view showing a state of a
最初に、図7に示すように、主面811および裏面812と、主面811から窪む複数の凹部814とを有した、合成樹脂からなる基板81を成形する。基板81は、半導体装置A10の基板1の集合体である。基板81は、たとえば芳香族系ポリアミドや液晶ポリマー(LCP)などの熱可塑性樹脂を射出成形することにより成形される。主面811は、図6の上方を向く面である。裏面812は、図6の下方を向く面である。主面811および裏面812は、基板81の厚さ方向Zにおいて互いに反対側を向いている。主面811および裏面812は、ともに平たんである。凹部814は、底面814aおよび内側面814bを有する。底面814aは、基板81の厚さ方向Zにおいて段差を有する。内側面814bは、底面814aおよび主面811につながる面であり、底面814aに沿って形成され、かつ底面814aから起立している。
First, as shown in FIG. 7, a
次いで、図8に示すように、基板81に底面814aおよび裏面812を貫通する複数の貫通孔815を形成する。貫通孔815が、半導体装置A10の貫通孔815に相当する。本実施形態においては、レーザ照射により基板81に複数の貫通孔815が形成される。このとき、レーザは裏面812に照射する。図9は、複数の凹部814を有した基板81に、複数の貫通孔815を形成したときの状態を斜視図として示したものである。図9に示すように、第1方向Xおよび第2方向Yのそれぞれに離間した複数の凹部814が、基板81の主面811が窪むように形成される。参考に、基板81における半導体装置A10の基板1に相当する範囲を、図9に二点鎖線で示す。
Next, as shown in FIG. 8, a plurality of through
次いで、凹部814を含む基板81に導電層82を形成する。導電層82が、半導体装置A10の導電層20に相当する。本実施形態においては、導電層82を形成する工程では、無電解めっき層824を形成する工程と、無電解めっき層824をパターニングする工程と、電解めっき層825を形成する工程とを含む。また、導電層82は、底面814aに形成された底面導電部821と、裏面812に形成された裏面導電部822と、底面導電部821および裏面導電部822につながる連絡導電部823とを含む。底面導電部821、裏面導電部822および連絡導電部823がそれぞれ、半導体装置A10の底面導電部21、裏面導電部22および連絡導電部23に相当する。
Next, the
まず、図10に示すように、基板81の主面811、裏面812および凹部814の全面に無電解めっき層824を形成する。無電解めっき層824の形成にあたっては、最初にたとえば紫外線により基板81の表面を改質し、粗化する。次いで、基板81をPdイオン触媒液に浸漬させて、基板81の粗化された部分にPdイオン触媒を吸着させる。次いで、基板81をたとえば水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)水溶液に浸漬させて、基板81に吸着させた前記Pdイオン触媒を、Pd金属に還元する。次いで、前記Pd金属が吸着した基板81を無電解Cuめっき液に浸漬させることで、前記Pd金属を核としたCuからなる無電解めっき層824が形成される。このとき、無電解めっき層824は、複数の貫通孔815のそれぞれの孔壁815aにも形成される。
First, as shown in FIG. 10, an
次いで、図11に示すように、裏面812および凹部814に形成された無電解めっき層824をパターニングする。本実施形態においては、レーザを用いてパターニングする。パターニングすることにより、無電解めっき層824は、導電層82の一部になる導電領域824aと、導電層82にはならずに後工程で除去される非導電領域824bとに分断される。このうち、導電領域824aが、半導体装置A10の無電解めっき層201に相当する。分断された導電領域824aと非導電領域824bとの境界部分から、基板81が露出する。
Next, as shown in FIG. 11, the
次いで、無電解めっき層824の導電領域824aに電解めっき層825を形成する。電解めっき層825が、半導体装置A10の電解めっき層202に相当する。本実施形態においては、電解めっき層825を形成する工程では、Cu層825aを析出させる工程と、エッチングによりCu層825aに覆われていない無電解めっき層824の非導電領域824bを除去する工程と、Ni層825bを析出させる工程と、Au層825cを析出させる工程とを含む。
Next, an
まず、図12に示すように、導電領域824aに電解めっきによりCu層825aを析出させる。このとき、貫通孔815の孔壁815aに形成された導電領域824aにもCu層825aが析出されるとともに、析出されたCu層825aにより複数の貫通孔815がいずれも閉塞される。なお、非導電領域824bには、Cu層825aが析出されない。
First, as shown in FIG. 12, a
次いで、図13に示すように、Cu層825aに覆われていない非導電領域824bをエッチングにより全て除去する。該エッチングは、たとえば硫酸(H2SO4)および過酸化水素(H2O2)との混合溶液を用いたウェットエッチングである。非導電領域824bが除去された部分から、基板81が露出する。このとき、Cu層825aについても、非導電領域824bの層厚に相当する厚さの分だけ、該エッチングにより除去される。なお、該エッチングを経た後であっても、複数の貫通孔815はCu層825aによりいずれも閉塞されたままである。
Next, as shown in FIG. 13, all the
次いで、図14に示すように、Cu層825aに、Ni層825b、Au層825cの順にそれぞれ電解めっきにより析出させる。ゆえに、Ni層825bは、Cu層825aとAu層825cとの間に介在する。該工程により、底面導電部821、裏面導電部822および連絡導電部823を含む導電層82が形成される。このとき、連絡導電部823の閉塞領域823aにより、複数の貫通孔815がいずれも閉塞される。閉塞領域823aは、Cu層825a、Ni層825bおよびAu層825cからなるため、電解めっき層825を形成する工程において、連絡導電部823により、複数の貫通孔815がいずれも閉塞されることとなる。なお、Ni層825bの形成は省略してもよい。
Next, as shown in FIG. 14, an
次いで、図15に示すように、凹部814に収容されるように半導体素子831を底面814aに搭載する。半導体素子831が、半導体装置A10の半導体素子31に相当する。本実施形態においては、半導体素子831は赤外光を発光する発光ダイオード(LED)である。半導体素子831の搭載にあたっては、複数の凹部814のそれぞれの底面814aに形成された底面導電部821にAgペーストを塗布し、ダイボンディングによって半導体素子831を底面導電部821に固着させる。このとき、前記Agペーストが接合層832になる。その後、ワイヤボンディングにより半導体素子831と導電層82の底面導電部821とを接続するボンディングワイヤ85を形成する。ボンディングワイヤ85が、半導体装置A10のボンディングワイヤ5に相当する。
Next, as illustrated in FIG. 15, the
次いで、図16に示すように、半導体素子831を覆う封止樹脂84を、基板81に形成する。封止樹脂84が、半導体装置A10の封止樹脂4に相当する。封止樹脂84は、基板81に形成された凹部814を充填し、かつ底面導電部821、連絡導電部823の一部、半導体素子31、接合層32およびボンディングワイヤ5を完全に覆うように形成する。封止樹脂84は、たとえば透光性および電気絶縁性を有した合成樹脂、たとえばシリコーン樹脂からなる。封止樹脂84は、溶融された該合成樹脂を複数の凹部814のそれぞれに流し込み、固化させることで形成される。
Next, as illustrated in FIG. 16, a sealing
最後に、基板81を切断(ダイシング)することで、凹部814ごとの個片に分割する。切断にあたっては、たとえばダイシングブレード(図示略)を用いる。前記個片が半導体装置A10となる。以上の工程を経ることにより、半導体装置A10が製造される。
Finally, the
次に、半導体装置A10の作用効果について説明する。 Next, functions and effects of the semiconductor device A10 will be described.
本実施形態によれば、半導体装置A10の基板1に形成された導電層20は、凹部14の底面141に形成された底面導電部21と、裏面12に形成された裏面導電部22と、底面導電部21および裏面導電部22につながる連絡導電部23とを含んでいる。また、基板1には、底面141および裏面12を貫通する複数の貫通孔15が形成され、複数の貫通孔15が、連絡導電部23によりいずれも閉塞されている。このような構成をとることで、底面導電部21および裏面導電部22は、複数の貫通孔15を通じて互いに導通することとなるため、基板1の主面11および外側面13には導電層20が形成されない。よって、半導体装置A10の実装時に、リフローにより溶融された半田が主面11まで這い上がらないため、該半田によって半導体装置A10と各種電子機器の筐体とが干渉することを防ぐことができる。また、リフローにより半田から発生するガスが半導体装置A10の内部に進入しなくなるため、該ガスによって半導体装置A10に不具合が発生することを防ぐことができる。したがって、半導体装置A10の信頼性を確保しつつ、半導体装置A10の低背化を図ることが可能となる。
According to the present embodiment, the
半導体素子31は、基板1において、主面11から窪むように形成された凹部14の底面141に搭載されている。このような基板1の構造は、基板1の内部を半導体素子31の収容空間として活用し、かつ封止樹脂4が主面11から突出しないため、半導体装置A10の低背化にあたって好適な構造である。
The
裏面導電部22は、基板1の裏面12と外側面13との境界から離間して形成されている。ここで、半導体装置A10の製造にあたっては、図7〜図16に示すように、基板1の集合体である基板81に対して導電層82を形成し、半導体素子831を搭載するなどの工程を経た後、基板81を切断することで凹部814ごとの個片に分割する。そこで、このような裏面導電部22の形態をとることで、基板81の切断によって半導体装置A10の裏面12と外側面13との境界に、導電層82に起因した金属バリが発生することを防ぐことができる。なお、半導体装置A10に発生した金属バリが欠片となって各種電子機器の回路基板に落下した場合、該電子機器自体に不具合が発生するおそれがある。
The back surface
凹部14の内側面142は、底面導電部21を囲んでいる。本実施形態においては、半導体素子31は底面導電部21に搭載されることから、半導体素子31は内側面142によって囲まれた構成となる。このような構成をとることで、半導体素子31が発光ダイオードである場合、半導体装置A10の側面から光が漏出し、各種電子機器にノイズが発生することを防ぐことができる。
An
図17〜図19は、本発明の他の実施の形態を示している。なお、これらの図において、先述した半導体装置A10と同一または類似の要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略することとする。 17 to 19 show other embodiments of the present invention. In these drawings, the same or similar elements as those of the semiconductor device A10 described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
〔第2実施形態〕
図17〜図19に基づき、本発明の第2実施形態にかかる半導体装置A20について説明する。
[Second Embodiment]
A semiconductor device A20 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図17は、半導体装置A20を示す要部平面図である。図18は、図17のXVIII−XVIII線(一点鎖線)に沿う断面図である。図19は、図17のXIX−XIX線に沿う断面図である。なお、理解の便宜上、図17は封止樹脂4を省略し、図19は半導体素子31、接合層32、封止樹脂4および後述するツェナーダイオード33を省略している。また、図19は、省略した半導体素子31、接合層32、封止樹脂4および後述するツェナーダイオード33を想像線(二点鎖線)で示している。本実施形態においては、半導体装置A20は平面視矩形状である。
FIG. 17 is a plan view of a principal part showing the semiconductor device A20. 18 is a cross-sectional view taken along the line XVIII-XVIII (dashed line) in FIG. 19 is a cross-sectional view taken along line XIX-XIX in FIG. For convenience of understanding, FIG. 17 omits the sealing
本実施形態の半導体装置A20は、半導体素子31、接合層32およびボンディングワイヤ5の構成と、さらにツェナーダイオード(定電圧ダイオード)33を備えることが、先述した半導体装置A10と異なる。
The semiconductor device A20 of this embodiment is different from the semiconductor device A10 described above in that it includes a configuration of the
本実施形態においては、図17〜図19に示すように、2つの半導体素子31(発光ダイオード)のうち、一方の半導体素子31(図17の左側に示す半導体素子31)が搭載されている底面導電部21にツェナーダイオード33が搭載されている。また、本実施形態においては、前記一方の半導体素子31の構造は、半導体装置A10と異なり、図18に示す前記一方の半導体素子31の上面にp側電極(アノード)およびn側電極(カソード)がそれぞれ形成されている(図示略)。前記p側電極および前記n側電極に、それぞれボンディングワイヤ5が接続されることで、前記一方の半導体素子31はボンディングワイヤ5を介して第2底面141bに形成された底面導電部21に導通している。ここで、前記一方の半導体素子31およびツェナーダイオード33が搭載されている底面導電部21はアノードで、ボンディングワイヤ5を介して前記一方の半導体素子31およびツェナーダイオード33に導通している底面導電部21はカソードである。したがって、前記一方の半導体素子31は、第1底面141aに形成された底面導電部21に導通していない。なお、他方の半導体素子31の構造は、半導体装置A10と同一である。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 17 to 19, the bottom surface on which one of the two semiconductor elements 31 (light emitting diode) (the
本実施形態においては、前記一方の半導体素子31が第1底面141aに形成された底面導電部21に導通していないため、前記一方の半導体素子31と底面導電部21との間に介在する接合層32は電気絶縁体である。この場合、接合層32は、たとえばポリイミド樹脂を主剤とする合成樹脂からなる。
In the present embodiment, since the one
ツェナーダイオード33は、図17〜図19に示すように、第2底面141bに形成された底面導電部21に搭載され、かつ前記一方の半導体素子31(発光ダイオード)と並列接続されている。ツェナーダイオード33は、逆方向の電圧が印加された場合、該電圧がある任意の値に達すると、ツェナーダイオード33に急激な電流が流れる。ツェナーダイオード33は、該電流の大きさが変化してもツェナーダイオード33に印加される電圧は、ほぼ一定となる特性を有する。本実施形態においては、図18に示すツェナーダイオード33の上面にn側電極(カソード)、図18に示すツェナーダイオード33の下面にp側電極(アノード)がそれぞれ形成されている(図示略)。前記n側電極にボンディングワイヤ5が接続されることで、ツェナーダイオード33はボンディングワイヤ5を介して第2底面141bに形成された底面導電部21に導通している。また、前記p側電極は、接合層32を介して第2底面141bに形成された底面導電部21に導通している。したがって、ツェナーダイオード33と底面導電部21との間に介在する接合層32は導電性を有し、たとえばAgペーストからなる。
As shown in FIGS. 17 to 19, the
本実施形態においても、半導体装置A20の信頼性を確保しつつ、半導体装置A20の低背化を図ることが可能となる。また、本実施形態によれば、前記一方の半導体素子31と並列接続されたツェナーダイオード33をさらに備える。半導体装置A20においてこのような回路を形成することで、たとえば前記一方の半導体素子31に対して逆方向の静電気が放電した場合、該静電気はツェナーダイオード33を流れ、前記一方の半導体素子31には流れない。また、半導体装置A20に対して順方向の電圧が印加された場合、前記一方の半導体素子31に印加される電圧は、常にある任意の値以下となる。なお、半導体装置A20に順方向の静電気が放電した場合であっても、前記一方の半導体素子31に印加される電圧は、先述と同じく常にある任意の値以下となる。したがって、半導体装置A20に対して順方向および逆方向の静電気が放電しても、前記一方の半導体素子31が、該静電気によって破壊されることを防止することができる。あわせて、前記一方の半導体素子31に、順方向の過電圧が印加されることを防止することができる。
Also in the present embodiment, it is possible to reduce the height of the semiconductor device A20 while ensuring the reliability of the semiconductor device A20. In addition, according to the present embodiment, the
本発明にかかる半導体装置は、先述した実施の形態に限定されるものではない。本発明にかかる半導体装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。 The semiconductor device according to the present invention is not limited to the embodiment described above. The specific configuration of each part of the semiconductor device according to the present invention can be modified in various ways.
A10,A20:半導体装置
1:基板
11:主面
12:裏面
13:外側面
14:凹部
141:底面
141a:第1底面
141b:第2底面
141c:起立面
142:内側面
15:貫通孔
151:孔壁
20:導電層
201:無電解めっき層
202:電解めっき層
21:底面導電部
22:裏面導電部
23:連絡導電部
231:閉塞領域
31:半導体素子
32:接合層
33:ツェナーダイオード
4:封止樹脂
41:樹脂主面
5:ボンディングワイヤ
81:基板
811:主面
812:裏面
814:凹部
814a:底面
814b:内側面
815:貫通孔
815a:孔壁
82:導電層
821:底面導電部
822:裏面導電部
823:連絡導電部
823a:閉塞領域
824:無電解めっき層
824a:導電領域
824b:非導電領域
825:電解めっき層
825a:Cu層
825b:Ni層
825c:Au層
831:半導体素子
832:接合層
84:封止樹脂
85:ボンディングワイヤ
X:第1方向
Y:第2方向
Z:厚さ方向
A10, A20: Semiconductor device 1: Substrate 11: Main surface 12: Back surface 13: Outer surface 14: Recessed surface 141:
Claims (25)
前記底面に搭載された半導体素子と、
前記半導体素子に導通し、かつ前記基板に形成された導電層と、
前記半導体素子を覆う封止樹脂と、を備え、
前記基板には、前記底面および前記裏面を貫通する複数の貫通孔が形成され、
前記導電層は、前記底面に形成された底面導電部と、前記裏面に形成された裏面導電部と、前記底面導電部および前記裏面導電部につながる連絡導電部と、を含み、
前記複数の貫通孔が、前記連絡導電部によりいずれも閉塞されていることを特徴とする、半導体装置。 A main surface and a back surface facing opposite sides, and a recess having a bottom surface formed so as to be recessed from the main surface, and a substrate made of a synthetic resin,
A semiconductor element mounted on the bottom surface;
A conductive layer electrically connected to the semiconductor element and formed on the substrate;
Sealing resin covering the semiconductor element,
A plurality of through holes penetrating the bottom surface and the back surface are formed in the substrate,
The conductive layer includes a bottom surface conductive portion formed on the bottom surface, a back surface conductive portion formed on the back surface, and a communication conductive portion connected to the bottom surface conductive portion and the back surface conductive portion,
The semiconductor device, wherein the plurality of through holes are all closed by the connecting conductive portion.
前記基板に前記底面および前記裏面を貫通する複数の貫通孔を形成する工程と、
前記凹部を含む前記基板に導電層を形成する工程と、
前記凹部に収容されるように半導体素子を前記底面に搭載する工程と、
前記半導体素子を覆う封止樹脂を前記基板に形成する工程と、を備え、
前記導電層は、前記底面に形成された底面導電部と、前記裏面に形成された裏面導電部と、前記底面導電部および前記裏面導電部につながる連絡導電部と、を含み、
前記導電層を形成する工程では、前記連絡導電部の形成により、前記複数の貫通孔がいずれも閉塞されることを特徴とする、半導体装置の製造方法。 Molding a substrate made of a synthetic resin having a main surface and a back surface facing opposite sides, and a recess having a bottom surface and recessed from the main surface;
Forming a plurality of through holes penetrating the bottom surface and the back surface of the substrate;
Forming a conductive layer on the substrate including the recess;
Mounting a semiconductor element on the bottom surface so as to be received in the recess;
Forming a sealing resin covering the semiconductor element on the substrate,
The conductive layer includes a bottom surface conductive portion formed on the bottom surface, a back surface conductive portion formed on the back surface, and a communication conductive portion connected to the bottom surface conductive portion and the back surface conductive portion,
In the step of forming the conductive layer, the plurality of through holes are closed by the formation of the connecting conductive portion.
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