JP2017199834A - 半導体パッケージ及び半導体パッケージの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】メンテナンス頻度が低減された半導体パッケージの製造方法を提供すること。
【解決手段】半導体パッケージの製造方法は、基材に複数の半導体装置を配置し、複数の半導体装置を覆う樹脂絶縁層を形成し、樹脂絶縁層に、複数の半導体装置の各々を囲む溝を形成し、溝に対応する領域において、基材にレーザを照射することで複数の半導体装置の各々を分離する。溝は基材に達していてもよく、溝を形成する際に、溝が形成される位置に対応して基材に凹部を形成してもよい。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体パッケージ及び半導体パッケージの製造方法に関する。特に、基材上における半導体装置の実装技術に関する。又は、半導体装置が実装された基材の端部形状に関する。
従来、携帯電話やスマートホン等の電子機器において、支持基板上にICチップ等の半導体装置を搭載する半導体パッケージ構造が知られている(例えば、特許文献1)。このような半導体パッケージは、一般的には、支持基材上に接着層を介してICチップやメモリ等の半導体装置を接着し、その半導体装置を封止体(封止用樹脂材料)で覆って、半導体デバイス保護する構造を採用している。
半導体装置に用いる支持基材としては、プリント基材、セラミックス基材等の様々な基材が用いられている。特に、近年では、金属基材を用いた半導体パッケージの開発が進められている。金属基材上に半導体装置を搭載し、再配線によりファンアウトする半導体パッケージは、電磁シールド性や熱特性に優れるといった利点を有し、信頼性の高い半導体パッケージとして注目されている。また、このような半導体パッケージは、パッケージデザインの自由度が高いという利点も有する。
また、支持基材上に半導体装置を搭載する構造とした場合、大型の支持基材上に複数の半導体装置を搭載することにより、同一プロセスで複数の半導体パッケージを製造することが可能である。この場合、支持基材上に形成された複数の半導体パッケージは、製造プロセスの終了後に個片化され、個々の半導体パッケージが完成する。このように支持基材上に半導体装置を搭載する半導体パッケージ構造は、量産性が高いという利点も有している。
特開2010−278334号公報
上記のように、支持基材として大型の金属基材を用いた量産を考慮した場合、当該金属基材上に形成された複数の半導体パッケージを、例えばダイシングブレードなどの機械的な加工方法によって個々の半導体パッケージに分断する必要がある。半導体パッケージの分断の際にダイシングブレードで金属基材ごと加工すると、ダイシングブレードが摩耗し、短期間で交換しなければいけなくなってしまう。
本発明は、そのような課題に鑑みてなされたものであり、メンテナンス頻度が低減された半導体パッケージの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法は、基材に複数の半導体装置を配置し、複数の半導体装置を覆う樹脂絶縁層を形成し、樹脂絶縁層に、複数の半導体装置の各々を囲む溝を形成し、溝に対応する領域において、基材にレーザを照射することで複数の半導体装置の各々を分離する。
また、溝は、基材に達していてもよい。
また、溝を形成する際に、溝が形成される位置に対応して基材に凹部を形成してもよい。
また、レーザは、基材の樹脂絶縁層が形成された側とは反対側から基材に照射されてもよい。
また、レーザは、溝の幅よりも狭い領域に照射されてもよい。
また、溝の形成は、ダイシングブレードによって行われてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体パッケージは、第1面、第1面の反対側の第2面、及び第1面の第1端部と第2面の第2端部とを接続する側面を有する基材と、第1面側に配置された半導体装置と、半導体装置を覆う樹脂絶縁層と、を有し、側面は、第1端部から第2端部に向かって湾曲している。
また、第2端部は、第1端部よりも基材の外側に突出していてもよい。
また、側面は、第1端部と第2端部との間で変曲点を有する湾曲形状であってもよい。
また、第1端部と樹脂絶縁層の端部とは連続していてもよい。
本発明に係る半導体パッケージの製造方法によると、メンテナンス頻度が低減された半導体パッケージの製造方法を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの断面模式図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、支持基材にアライメントマーカを形成する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、支持基材に接着層を形成する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、支持基材の裏面及び側面を粗化する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、接着層の一部を除去する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、支持基材上に半導体装置を配置する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、樹脂絶縁層を形成する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、樹脂絶縁層上に導電層を形成する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、導電層の表面を粗化する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、樹脂絶縁層に開口部を形成する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、導電層の表面の粗化された領域を除去し、開口底部の残渣を除去する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、無電解めっき法によって導電層を形成する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、感光性フォトレジストを形成する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、フォトリソグラフィによって感光性フォトレジストの一部を除去する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、電解めっき法によって導電層を形成する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、感光性フォトレジストを除去する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、導電層の一部を除去して配線を形成する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、配線を覆う樹脂絶縁層を形成する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、樹脂絶縁層に配線を露出する開口部を形成する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、露出された配線に対応する位置にはんだボールを配置する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、はんだボールをリフロ―する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、樹脂絶縁層に支持基材に達する溝を形成する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、支持基材を切断して半導体パッケージを個片化する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの断面模式図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、支持基材を準備する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、支持基材に接着層を形成する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、支持基材の裏面及び側面を粗化する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、接着層にアライメントマーカを形成する工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、支持基材上に半導体装置を配置する工程を示す図である。 本発明の一実施例における支持基材の側面形状とその比較例における支持基材の側面形状とを比較する光学顕微鏡像を示す図である。
以下、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの構造及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。また、説明の便宜上、上方又は下方という語句を用いて説明するが、例えば、第1部材と第2部材との上下関係が図示と逆になるように配置されてもよい。また、以下の説明で基板の第1面及び第2面は基板の特定の面を指すものではなく、基板の表面方向又は裏面方向を特定するもので、つまり基板に対する上下方向を特定するための名称である。
〈実施形態1〉
本発明の実施形態1に係る半導体パッケージの概要について、図1を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの断面模式図である。
[半導体パッケージ10の構造]
図1に示すように、半導体パッケージ10は、支持基材100、接着層110、半導体装置120、第1樹脂絶縁層130、配線140、第2樹脂絶縁層150、及びはんだボール160を有する。
支持基材100は、半導体装置120が配置された側の第1面302、第1面の反対側の第2面304、及び第1面302と第2面304との間の側面310を有する。第1面302はその端部に第1端部306を有し、第2面304はその端部に第2端部308を有する。側面310は第1端部306と第2端部308とを接続する面であり、第1端部306から第2端部308に向かって湾曲している。
ここで、第2端部308は第1端部306よりも支持基材100の外側に突出している。上記のように、側面310は第1端部306から第2端部308に向かって湾曲しており、図1に示すように、側面310が第1端部306と第2端部308との間で変曲点320を有する湾曲形状であってもよい。つまり、側面310は変曲点320よりも第2面304側において支持基材100の外側に向かって凸の形状を有し、変曲点320よりも第1面302側において支持基材100の外側に向かって凹の形状を有していてもよい。また、第1端部306と第1面302上に配置された接着層110の端部とは連続している。ここで、第1端部306に対応する位置に接着層110が配置されていない場合は、第1端部306と第1樹脂絶縁層130の端部とが連続していてもよい。
第1面302には、支持基材100の一部が凹んだ形状のアライメントマーカ102が設けられている。接着層110は支持基材100の第1面302に配置されており、アライメントマーカ102を露出するように接着層110の一部が開口されている。なお、接着層110はアライメントマーカ102よりも広い領域で開口されており、アライメントマーカ102及びその周辺の支持基材100の第1面302を露出している。半導体装置120は、接着層110上に配置されている。半導体装置120の上部には、半導体装置120に含まれる電子回路に接続された外部端子122が設けられている。ここで、図1では接着層110が単層である構造を例示したが、この構造に限定されず、接着層110は複数層であってもよい。
第1樹脂絶縁層130は半導体装置120を覆うように支持基材100上に配置されている。また、第1樹脂絶縁層130には開口部132が設けられている。開口部132は外部端子122に達している。換言すると、開口部132は外部端子122を露出するように設けられている。
配線140は第1導電層142及び第2導電層144を有する。第1導電層142は第1樹脂絶縁層130の上面に配置されている。第2導電層144は第1導電層142上及び開口部132内部に配置されており、外部端子122に接続されている。図1では、第1導電層142は第1樹脂絶縁層130の上面のみに配置されており、開口部132の内部には全く配置されていない構造を例示したが、この構造に限定されない。例えば、第1導電層142の一部が開口部132内部に入り込んでいてもよい。第1導電層142及び第2導電層144の各々は、図1に示すように単層であってもよく、第1導電層142及び第2導電層の一方又は両方が複数層であってもよい。
第2樹脂絶縁層150は配線140を覆うように第1樹脂絶縁層130上に配置されている。また、第2樹脂絶縁層150には開口部152が設けられている。開口部152は配線140に達している。換言すると、開口部152は配線140を露出するように設けられている。
はんだボール160は開口部152内部及び第2樹脂絶縁層150の上面に配置されており、配線140に接続されている。はんだボール160の上面は第2樹脂絶縁層150の上面から上方に突出している。はんだボール160の突出部は上に凸の湾曲形状を有している。はんだボール160の湾曲形状は断面視において円弧であってもよく、放物線であってもよい。
[半導体パッケージ10の各部材の材質]
図1に示す半導体パッケージ10に含まれる各部材(各層)の材料について詳細に説明する。
支持基材100としては、金属基材を用いることができる。金属基材としては、ステンレス(SUS)基材、アルミニウム(Al)基材、チタン(Ti)基材、銅(Cu)等の金属材料を用いることができる。また、支持基材100として、金属基材の他にシリコン基板、炭化シリコン基板、化合物半導体基板などの半導体基材を用いることができる。なお、SUS基材は熱膨張率が低く、低価格であるため、支持基材100としてSUS基材を用いることが好ましい。
接着層110としては、エポキシ系樹脂またはアクリル系樹脂を含む接着剤を用いることができる。
半導体装置120としては、中央演算処理装置(Central Processing Unit;CPU)、メモリ、微小電気機械システム(Micro Electro Mechanical Systems;MEMS)、電力用半導体素子(パワーデバイス)などを用いることができる。
第1樹脂絶縁層130及び第2樹脂絶縁層150としては、ポリイミド、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマー、ポリアミドイミド、ポリベンゾオキサゾール、シアネート樹脂、アラミド、ポリオレフィン、ポリエステル、BTレジン、FR−4、FR−5、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、シンジオタクチック・ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテルポリサルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミドなどを用いることができる。なお、エポキシ系樹脂は電気特性および加工特性に優れているため、第1樹脂絶縁層130及び第2樹脂絶縁層150としてエポキシ系樹脂を用いることが好ましい。
ここで、本実施形態で用いられる第1樹脂絶縁層130にはフィラーが含まれている。フィラーとしては、ガラス、タルク、マイカ、シリカ、アルミナ等の無機フィラーが用いられてもよい。また、フィラーとしてフッ素樹脂フィラーなどの有機フィラーが用いられてもよい。ただし、第1樹脂絶縁層130が必ずフィラーを含む樹脂であることを限定するものではない。また、本実施形態では、第2樹脂絶縁層150はフィラーを含んでいないが、第2樹脂絶縁層150にフィラーが含まれていてもよい。
第1導電層142及び第2導電層144としては、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、クロム(Cr)等の金属またはこれらを用いた合金などから選択することができる。第1導電層142と第2導電層144とは同じ材料を用いてもよく、異なる材料を用いてもよい。
はんだボール160としては、例えばSnに少量のAg、Cu、Ni、ビスマス(Bi)、又は亜鉛(Zn)を添加したSn合金で形成された球状の物体を用いることができる。また、はんだボール以外にも一般的な導電性粒子を使用することができる。例えば、導電性粒子として、粒子状の樹脂の周囲に導電性の膜が形成されたものを使用することができる。また、はんだボール以外に、はんだペーストを用いることができる。はんだペーストとしては、Sn、Ag、Cu、Ni、Bi、リン(P)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)、アンチモン(Sb)、コバルト(Co)、鉛(Pb)を用いることができる。
[半導体パッケージ10の製造方法]
図2乃至図23を用いて、本発明の実施形態1に係る半導体パッケージ10の製造方法を説明する。ここで、半導体パッケージ10は大型の金属基材上に複数設けられ、最後に各々の半導体パッケージ10に個片化されるが、ここでは複数の半導体パッケージ10のうちの1つを代表的に例示する。図2乃至図23において、図1に示す要素と同じ要素には同一の符号を付した。ここで、支持基材100としてSUS基材、第1樹脂絶縁層130としてエポキシ系樹脂、第1導電層142及び第2導電層144としてCu、はんだボール160として上記Sn合金を使用して半導体パッケージを作製する製造方法について説明する。
図2は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、支持基材にアライメントマーカを形成する工程を示す図である。アライメントマーカ102は、支持基材100の第1面302にフォトリソグラフィ及びエッチングによって形成される。アライメントマーカ102の位置及び平面形状は目的に応じて適宜決定することができる。アライメントマーカ102は、光学顕微鏡等で支持基材100を上面側から観察したときに、視認できる程度に段差が設けられていればよい。
図3は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、支持基材に接着層を形成する工程を示す図である。アライメントマーカ102が形成された支持基材100の第1面302に接着層110を形成する。接着層110としてシート状の接着層を貼り付ける。なお、接着層110として接着層材料が溶解された溶媒を塗布法によって形成してもよい。図3では、アライメントマーカ102の凹部が空洞になっているが、アライメントマーカ102が形成された領域の接着層110は後の工程で除去されるので、この工程において接着層110がアライメントマーカ102の凹部に埋め込まれていてもよい。
図4は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、支持基材の裏面及び側面を粗化する工程を示す図である。ここでは、後の工程で無電解めっき法によって形成されるめっき層が剥離することを抑制する目的で、支持基材100の第2面304及び側面310を粗化(又は粗面化)する。支持基材100の粗化は、Cuを含む薬液(エッチャント)を用いることで行うことができる。図4において、粗化領域104を点線で示した。
支持基材100の粗化について、より詳細に説明する。支持基材100にSUS基材を用いる場合、SUS基材の表面は不導体化されている。ここで、上記のエッチャントに含まれるCuイオンはSUS基材中のFe、Cr、Niの少なくとも1つと置換されることでSUSがエッチングされる。しかし、SUSのエッチングは局所的に進行するため不均一にエッチングされ、エッチング後のSUS表面の凹凸が大きくなる。つまり、図4に示す状態でエッチャントに浸漬することで、SUS基材の第2面304及び側面310を同一処理で粗化することができる。
なお、ここでは、接着層110を貼り付けた後にSUS基材の粗化を行う製造方法を例示したが、この製造方法に限定されない。例えば、接着層110を貼り付ける前、又はアライメントマーカ102を形成する前に粗化を行ってもよい。
図5は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、接着層の一部を除去する工程を示す図である。アライメントマーカ102をより精度よく読み取るために、アライメントマーカ102の上方の接着層110を除去して開口部112を形成する。接着層110の除去はレーザ照射による昇華又はアブレーションによって行うことができる。又は、フォトリソグラフィ及びエッチングによって形成することもできる。開口部112はアライメントマーカ102を確実に露出するためにアライメントマーカ102よりも広い領域に形成される。つまり、開口部112は支持基材100の第1面302を露出する。換言すると、平面視において、開口部112はアライメントマーカ102を囲むように形成される。
図6は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、支持基材上に半導体装置を配置する工程を示す図である。上記のようにして露出されたアライメントマーカ102に基づいて位置合わせを行い、上面に外部端子122を有する半導体装置120を接着層110を介して支持基材100に配置する。ここでは、1つの支持基材100に対して複数の半導体装置120を形成するが、図6では複数の半導体装置120のうち1つの半導体装置120を代表して例示した。アライメントマーカ102の読み取りは、例えば、光学顕微鏡、CCDカメラ、電子顕微鏡等の方法を行うことができる。この方法によって、高いアライメント精度で半導体装置120の実装を実現することができる。
図7は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、樹脂絶縁層を形成する工程を示す図である。第1樹脂絶縁層130は、絶縁性のシート状フィルムの貼り付けによって形成される。具体的には、当該シート状フィルムを半導体装置120が実装された支持基材100に貼り付けた後に、加熱処理によってシート状フィルムを溶融させ、加圧処理によって溶融したシート状フィルムをアライメントマーカ102の凹部に埋め込む。この加熱処理および加圧処理によって上記シート状フィルムから、図7に示す第1樹脂絶縁層130を得る。ここで、第1樹脂絶縁層130の膜厚は、第1樹脂絶縁層130が半導体装置120を覆うように設定される。つまり、第1樹脂絶縁層130の膜厚は半導体装置120の厚さよりも厚い。なお、第1樹脂絶縁層130は、半導体装置120、接着層110などによって形成された段差を緩和(平坦化)するため、平坦化膜と呼ばれることもある。
ただし、第1樹脂絶縁層130は、半導体装置120及び外部端子122と配線140とが導通することを防ぐことができればよいため、半導体装置120及び外部端子122と配線140とのギャップが十分に確保できていればよい。つまり、第1樹脂絶縁層130が半導体装置120及び外部端子122の少なくとも上面及び側面に配置されていれば、半導体装置120が配置されていない領域における第1樹脂絶縁層130の膜厚は半導体装置120の厚さよりも薄くてもよい。また、図7の説明では、第1樹脂絶縁層130をスピンコート法で形成する製造方法を例示したが、この方法に限定されない。例えば、ディップ法、インクジェット法、蒸着法などの多様な方法で第1樹脂絶縁層130を形成することができる。
図8は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、樹脂絶縁層上に導電層を形成する工程を示す図である。第1樹脂絶縁層130の上面に導電性を有するシート状のフィルムを貼り付ける。ここで、この導電性フィルムは第1導電層142の一部である。ここでは、第1導電層142をフィルムの貼り付けによって形成する製造方法を例示したが、この方法に限定されない。例えば、第1導電層142は物理蒸着法(Physical Vapor Deposition;PVD法)によって形成されてもよい。PVD法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、めっき法、及び分子線エピタキシー法などを用いることができる。また、導電性を有する樹脂材料が溶解された溶媒を塗布することで第1導電層142を形成してもよい。
図9は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、導電層の表面を粗化する工程を示す図である。図9に示すように、第1樹脂絶縁層130上に形成された第1導電層142の表面を粗化する。第1導電層142表面の粗化は、塩化第二鉄薬液を用いたエッチングによって行うことができる。図9において、粗化領域146を点線で示した。
図10は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、樹脂絶縁層に開口部を形成する工程を示す図である。図10に示すように、外部端子122に対応する位置において、第1導電層142表面の粗化領域146に対してレーザを照射することによって外部端子122を露出する開口部132を形成する。開口部132の形成は、第1導電層142及び第1樹脂絶縁層130に対して一括で行うことができる。開口部132を形成するためのレーザとして、CO2レーザを用いることができる。CO2レーザは、開口部132のサイズに合わせてスポット径およびエネルギー量が調整され、複数回パルス照射される。ここで、第1導電層142の表面に粗化領域146が形成されていることで、照射されたレーザ光のエネルギーを効率よく第1導電層142に吸収させることができる。レーザ光は外部端子122の内側に照射される。つまり、レーザ光は外部端子122のパターンを外れないように照射される。ただし、半導体装置120の一部を加工したい場合は、意図的にレーザ光の一部が外部端子122の外側にはみ出すように照射してもよい。
なお、図10では、開口された第1導電層142の側壁と第1樹脂絶縁層130の側壁とが連続している構造を例示したが、この構造に限定されない。例えば、レーザ照射によって開口する場合、第1導電層142に比べて第1樹脂絶縁層130の方が支持基材100の平面方向(開口径が広がる方向)に大きく後退し、第1導電層142の端部が第1樹脂絶縁層130の端部よりも開口部132の内側方向に突出した構造になってもよい。換言すると、開口部132は第1導電層142が突出したひさし形状になってもよい。また換言すると、開口部132が形成された時点において、第1導電層142の一部の下面が開口部132の内部に露出されてもよい。その際に、開口部132の内側方向に突出した第1導電層142が開口部132の内部において外部端子122の方向に屈曲した形状になってもよい。
図11は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、導電層の表面の粗化された領域を除去し、開口底部の残渣を除去する工程を示す図である。まず、開口部132を形成した後に第1導電層142表面の粗化領域146を除去する。粗化領域146の除去は、酸処理によって行うことができる。粗化領域146の除去に続いて、開口部132の底部の残渣(スミア)を除去する。ここで、残渣の除去(デスミア)はプラズマ処理及び薬液処理の2段階の工程で行われる。
ここで、開口部132の底部の残渣を除去する方法について詳細に説明する。まず、開口部132の底部に対してプラズマ処理を行う。プラズマ処理としては、フッ素(CF4)ガス及び酸素(O2)ガスを含むプラズマ処理を用いることができる。プラズマ処理は、主に開口部132の形成時に除去しきれなかった第1樹脂絶縁層130を除去する。このとき、開口部132の形成時に発生した第1樹脂絶縁層130の変質層を除去することもできる。例えば、開口部132をレーザ照射で形成した場合、レーザのエネルギーによって変質した第1樹脂絶縁層130が開口部132の底部に残ることがある。ここで、上記のようにプラズマ処理を行うことで、上記の変質層を効率良く除去することができる。
上記のプラズマ処理に続いて、薬液処理を行う。薬液処理としては、少なくとも過マンガン酸ナトリウム又は過マンガン酸カリウムを用いることができる。薬液処理は、上記のプラズマ処理によって除去しきれなかった残渣を除去することができる。例えば、第1樹脂絶縁層130に含まれ、上記のプラズマ処理では除去することができなかったフィラーを除去することができる。なお、過マンガン酸ナトリウム又は過マンガン酸カリウムは、残渣をエッチングするための役割を有するエッチング液である。ここで、上記のエッチング液による処理の前に第1樹脂絶縁層130を膨潤させる膨潤液を用いることもできる。また、上記のエッチング液による処理の後にエッチング液を中和する中和液を用いることもできる。
膨潤液を用いることで、樹脂環が拡がるため液の濡れ性が高くなる。これによって、エッチングされない領域の発生を抑制することができる。中和液を用いることで、エッチング液を効率よく除去することができるため、意図しないエッチングの進行を抑制することができる。例えば、エッチング液にアルカリ性の薬液を用いた場合、アルカリ性の薬液は水洗では除去しにくいため、意図しないエッチングが進んでしまうことがある。このような場合であっても、エッチング後に中和液を用いれば、意図しないエッチングの進行を抑制することができる。
ここで、膨潤液としては、ジエチレングリコール モノブチルエーテル、エチレングリコールなどの有機溶剤を用いることができる。また、中和液としては、硫酸ヒドロキシルアミンなどの硫酸系の薬液を用いることができる。
例えば第1樹脂絶縁層130に無機材料のフィラーを用いた場合、フィラーはプラズマ処理で除去することができず、残渣となる場合がある。このような場合であっても、プラズマ処理の後に薬液処理を行うことで、フィラーに起因する残渣を除去することができる。
図12は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、無電解めっき法によって導電層を形成する工程を示す図である。無電解めっき法によって、上記のデスミア工程後に露出された外部端子122に接続されるめっき層200(導電体)を形成する。無電解めっき法は、パラジウム(Pd)コロイドを樹脂上に吸着させてCuを含む薬液中に浸漬させ、PdとCuを置換することでCuを析出させる方法を用いることができる。ここで、粗化領域146を除去してから無電解めっき法によってめっき層200を形成することで、第1導電層142に対するめっき層200の密着性を向上させることができる。
図13は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、感光性フォトレジストを形成する工程を示す図である。図13に示すように、めっき層200上に感光性のフォトレジストを形成する。フォトレジストはスピンコート法などの塗布法によって形成される。フォトレジスト形成前に、めっき層200とフォトレジスト210との密着性を向上させる処理(HMDS処理などの疎水化表面処理)をおこなってもよい。フォトレジストは、感光された領域が現像液に対してエッチングされにくくなるネガ型を用いることもでき、逆に感光された領域が現像液によってエッチングされるポジ型を用いることもできる。
図14は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、フォトリソグラフィによって感光性フォトレジストの一部を除去する工程を示す図である。図14に示すように、塗布されたフォトレジストに対して露光及び現像を行うことで、図1に示す配線140を形成する領域のフォトレジストを除去して、レジストパターン220を形成する。なお、レジストパターン220を形成する露光を行う際に、支持基材100に形成されたアライメントマーカ102を用いて位置合わせを行う。
図15は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、電解めっき法によって導電層を形成する工程を示す図である。レジストパターン220を形成後、無電解めっき法によって形成されためっき層200に通電して電解めっき法を行い、レジストパターン220から露出しているめっき層200をさらに成長させて厚膜化して第2導電層144を形成する。ここで、レジストパターン220下の第1導電層142及びめっき層200は、全面をエッチングすることで除去するため、厚膜化された第2導電層144も膜減りする。したがって、上記の膜減り量を考慮して厚膜化する第2導電層144の量を調整する。
図16は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、感光性フォトレジストを除去する工程を示す図である。図16に示すように、めっき層200を厚膜化して第2導電層144を形成した後に、レジストパターン220を構成するフォトレジストを有機溶媒により除去する。なお、フォトレジストの除去には、有機溶媒を用いる代わりに、酸素プラズマによるアッシングを用いることもできる。フォトレジストを除去することで、第2導電層144が形成された厚膜領域230及びめっき層200のみが形成された薄膜領域240を得ることができる。なお、厚膜領域230において、第2導電層144はめっき層200上に電解めっき法によって厚膜化されためっき層が形成されているため、厳密には2層で形成されているが、ここではその2層を区別せずに図示した。
図17は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、導電層の一部を除去して配線を形成する工程を示す図である。図17に示すように、レジストパターン220によって覆われ、厚膜化されなかった領域のめっき層200及び第1導電層142を除去(エッチング)することで、各々の配線140を電気的に分離する。めっき層200及び第1導電層142のエッチングによって、厚膜領域230の第2導電層144の表面もエッチングされて薄膜化するため、この薄膜化の影響を考慮して第2導電層144の膜厚を設定することが好ましい。この工程におけるエッチングとしては、ウェットエッチングやドライエッチングを使用することができる。なお、図17では、配線140を1層形成する製造方法を例示したが、この方法に限定されず、配線140の上方に絶縁層及び導電層を積層させ、複数の配線層が積層された多層配線を形成してもよい。その際に、配線層を形成する度に新たにアライメントマーカを形成し、上層の配線層形成の際の位置合わせに利用してもよい。
図18は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、配線を覆う樹脂絶縁層を形成する工程を示す図である。第2樹脂絶縁層150は第1樹脂絶縁層130と同様に、絶縁性のシート状フィルムを貼り付け、加熱・加圧処理を行うことで形成する。ここで、第2樹脂絶縁層150の膜厚は、第2樹脂絶縁層150が配線140を覆うように設定される。つまり、第2樹脂絶縁層150の膜厚は配線140の厚さよりも厚い。なお、第2樹脂絶縁層150は、配線140などによって形成された段差を緩和(平坦化)するため、平坦化膜と呼ばれることもある。
ただし、第2樹脂絶縁層150は、配線140とはんだボール160とが導通することを防ぐことができればよいため、配線140とはんだボール160とのギャップが十分に確保できていればよい。つまり、第2樹脂絶縁層150が配線140の少なくとも上面及び側面に配置されていれば、配線140が配置されていない領域における第2樹脂絶縁層150の膜厚は配線140の厚さよりも薄くてもよい。また、図18の説明では、第2樹脂絶縁層150をスピンコート法で形成する製造方法を例示したが、この方法に限定されない。例えば、ディップ法、インクジェット法、蒸着法などの多様な方法で第2樹脂絶縁層150を形成することができる。
図19は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、樹脂絶縁層に配線を露出する開口部を形成する工程を示す図である。図19に示すように、第2樹脂絶縁層150に配線140を露出する開口部152を形成する。開口部152はフォトリソグラフィ及びエッチングによって形成してもよく、第2樹脂絶縁層150として感光性樹脂を用いた場合は露光及び現像によって形成してもよい。ここで、第1樹脂絶縁層130の開口部132に対して行われたデスミア処理を開口部152に対して行ってもよい。ここで、配線140と同じ工程で形成したアライメントマーカに基づいて位置合わせすることで、開口部152を形成することができる。
図20は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、露出された配線に対応する位置にはんだボールを配置する工程を示す図である。図20に示すように、開口部152に対してはんだボール160を配置する。なお、図20では、1つの開口部152に対して1つのはんだボール160が配置された製造方法を例示したが、この方法に限定されず、1つの開口部152に複数のはんだボール160が配置されてもよい。また、図20では、はんだボール160を開口部152に配置した段階で、はんだボール160が配線140に接触している製造方法を例示したが、この方法に限定されず、図20に示す段階においてははんだボール160が配線140に接触していなくてもよい。ここで、配線140と同じ工程で形成したアライメントマーカに基づいて位置合わせすることで、はんだボール160を配置することができる。
図21は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、はんだボールをリフロ―する工程を示す図である。図20に示す状態で熱処理を行うことで、はんだボール160をリフロ―させる。リフロ―とは固体の対象物の少なくとも一部を液状化させて流動性を持たせることで、対象物を凹部の内部に流し込むことである。はんだボール160をリフロ―することで、開口部152の内部で露出された配線140の上面の全域においてはんだボール160と配線140とを接触させることができる。
図22は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、樹脂絶縁層に支持基材に達する溝を形成する工程を示す図である。ここでは、ダイシングブレード(例えば、ダイヤモンド製の円形回転刃)を用いて、支持基材100の第1面302側から接着層110、第1樹脂絶縁層130、及び第2樹脂絶縁層150に第1溝250を形成する。第1溝250は、支持基材100上に形成された複数の半導体装置120の各々を囲むように形成される。第1溝250の形成は、ダイシングブレードを高速回転させ、純水で冷却・切削屑の洗い流しを行いながら切断することで行われる。図22では、第1溝250は接着層110、第1樹脂絶縁層130、及び第2樹脂絶縁層150に形成され、さらに支持基材100に達するようにダイシングされて、支持基材100の第1面302付近に凹部が形成される。ただし、接着層110の一部、又は接着層110及び第1樹脂絶縁層130の一部を残すようにダイシングしてもよい。つまり、支持基材100にダイシングブレードが達しないように第1溝250を形成してもよい。
ここで、第1溝250を形成するダイシングは、ダイシングブレードを1回だけ通過させることで行われる。その際、例えば、高速回転(40000rpm)するダイシングブレードを10mm/secの速度で移動させながらダイシングを行う。ここで用いるダイシングブレードの板厚は0.15mmであり、それによって形成される溝の幅は0.15mmである。また、支持基材100の第1面302に形成される凹部の深さは約0.1mmである。ただし、上記のダイシングは、ダイシングブレードを複数回通過させることで行われてもよい。
図23は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、支持基材を切断して半導体パッケージを個片化する工程を示す図である。図23に示すように、支持基材100の第2面304側からレーザ照射することで第1溝250に対応する領域において第2溝260を形成し、半導体パッケージを個片化する。支持基材100に照射するレーザとしては、IR波長の高出力レーザを用いることができる。ここで、支持基材100のアライメントマーカ102に基づいて位置合わせすることで、レーザ照射を行うことができる。レーザは第1溝250よりも狭い領域に対して照射される。
ここで、半導体パッケージを個片化するレーザ照射は、レーザビームを1回だけ通過させることで行われる。その際、レーザビームを600mm/secの速度で移動(スキャン)させながらレーザ照射を行う。支持基材100の第2面304上におけるレーザビームの焦点の径は0.1mmφである。そして、この焦点径によって形成される第2溝260の幅は0.07mmである。
上記のように、レーザ照射によって第2溝260を形成すると、支持基材100はレーザ照射によって発生した熱によって部分的に溶融され、表面が滑らかになる。ここでは、第1溝250の幅よりも小さい幅の第2溝260をレーザ照射によって形成すると、第1溝250の幅と第2溝260の幅との差に起因した段差は滑らかになる。つまり、図23に示すように、第1溝250の側壁と第2溝260の側壁とは湾曲した形状で連続する。換言すると、第1面302付近の第1端部306と第2端部308との間に変曲点が形成される。
なお、ここでは支持基材100の第2面304側からレーザ照射をおこなう製造方法を例示したが、この方法に限定されず、第1面302側から第1溝250を通過させて支持基材100の第1面302にレーザ照射を行ってもよい。また、レーザを照射する領域が第1溝250が形成された領域よりも狭い製造方法を例示したが、この方法に限定されない。例えば、レーザを第1溝250が形成された領域と同じ領域に照射してもよく、それよりも広い領域に照射してもよい。
ここで、支持基材100に金属基材を用いた場合、接着層110、第1樹脂絶縁層130、第2樹脂絶縁層150、及び支持基材100を一括で加工しようとすると、ダイシングブレードの消耗が大きくなり、ダイシングブレードの使用寿命が短くなってしまう。また、金属基材をダイシングブレードで機械的に加工すると、加工端において角の形状が鋭利な「ばり」が発生してしまい、ハンドリングの際に作業者がけがをする危険性がある。しかし、支持基材100をレーザ加工することで、ダイシングブレードの消耗を避けることができ、支持基材100の加工端の形状を滑らかにすることができる。
以上のように、実施形態1に係る半導体パッケージの製造方法によると、樹脂絶縁層(接着層110、第1樹脂絶縁層130、及び第2樹脂絶縁層150)に第1溝250を形成した後に、支持基材100にレーザ照射を行うことで、例えば、第1溝250を形成するダイシングブレードの消耗を抑制することができる。その結果、製造装置のメンテナンス頻度を低減することができる。また、支持基材100の側面310の形状を滑らかにすることができる。その結果、他の部材を傷付ける又は作業者にけがをさせることを抑制することができる。
〈実施形態2〉
本発明の実施形態2に係る半導体パッケージの概要について、図24を参照しながら詳細に説明する。図24は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの断面模式図である。
[半導体パッケージ20の構造]
実施形態2に係る半導体パッケージ20は、実施形態1の半導体パッケージ10と類似しているが、アライメントマーカ114が接着層110に設けられた開口部で実現されている点において、半導体パッケージ10と相違する。なお、半導体パッケージ20では、支持基材100には凹部が形成されていない。ただし、この構造に半導体パッケージ10と同様に支持基材100の第1面302に凹部を設けて、補助的なアライメントマーカを形成してもよい。半導体パッケージ20のその他の部材については、半導体パッケージ10と同様であるので、ここでは詳しい説明を省略する。
[半導体パッケージ20の製造方法]
図25乃至図29を用いて、本発明の実施形態2に係る半導体パッケージ20の製造方法を説明する。図25乃至図29において、図24に示す要素と同じ要素には同一の符号を付した。ここで、半導体パッケージ10と同様に、支持基材100としてSUS基材、第1樹脂絶縁層130としてエポキシ系樹脂、第1導電層142及び第2導電層144としてCu、はんだボール160として上記Sn合金を使用して半導体パッケージを作製する製造方法について説明する。
図25は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、支持基材を準備する工程を示す図である。半導体パッケージ20の製造方法にでは、支持基材100の第1面302にアライメントマーカを形成しない。ただし、必要に応じて、図2に示す製造方法と同様にアライメントマーカを形成してもよい。
図26は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、支持基材に接着層を形成する工程を示す図である。図26に示すように、支持基材100の第1面302に接着層110を形成する。接着層110としてシート状の接着層を貼り付ける。なお、接着層110として溶媒に溶けた状態の接着層材料を塗布法によって形成してもよい。
図27は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、支持基材の裏面及び側面を粗化する工程を示す図である。ここでは、後の工程で無電解めっき法によって形成されるめっき層が剥離することを抑制する目的で、支持基材100の第2面304及び側面310を粗化(又は粗面化)する。支持基材100の粗化は、Cuを含む薬液(エッチャント)を用いることで行うことができる。図27において、粗化領域104を点線で示した。
なお、ここでは、接着層110を貼り付けた後にSUS基材の粗化を行う製造方法を例示したが、この製造方法に限定されない。例えば、接着層110を貼り付ける前に粗化を行ってもよい。
図28は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、接着層にアライメントマーカを形成する工程を示す図である。アライメントマーカ114は、フォトリソグラフィ及びエッチングによって形成される。アライメントマーカ114の位置及び平面形状は目的に応じて適宜決定することができる。アライメントマーカ114は、光学顕微鏡等で支持基材100を上面側から観察したときに、視認できる程度に段差が設けられていればよい。つまり、図28のアライメントマーカ114は接着層110を開口しているが、アライメントマーカ114は接着層110に形成された凹部(有底孔)であってもよい。この工程において、アライメントマーカ114の他の機能を有する開口部又は凹部を接着層110に加工することができる。接着層110の除去はレーザ照射による昇華又はアブレーションによって行うことができる。又は、フォトリソグラフィ及びエッチングによって形成することもできる。
図29は、本発明の一実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、支持基材上に半導体装置を配置する工程を示す図である。上記のようにして接着層に形成されたアライメントマーカ114に基づいて位置合わせを行い、上面に外部端子122を有する半導体装置120を接着層110を介して支持基材100に配置する。アライメントマーカ114の読み取りは、例えば、光学顕微鏡、CCDカメラ、電子顕微鏡等の方法を行うことができる。この方法によって、高いアライメント精度で半導体装置120の実装を実現することができる。
以降の工程は図7乃至図23と同様の製造方法を用いて半導体パッケージ20を形成することができる。したがって、ここではこれ以降の工程について、説明を省略する。
以下、本発明の実施形態に係る半導体パッケージの製造方法において、実施例を示す光学顕微鏡像の観察結果について説明する。具体的には、図22及び図23に示すように、本発明に係る実施形態の製造方法によって個片化されたサンプルとその比較例の製造方法によって個片化されたサンプルとを比較した。
図30は、本発明の一実施例における支持基材の側面形状とその比較例における支持基材の側面形状とを比較する光学顕微鏡像を示す図である。実施例(a)は、半導体パッケージ10の個片化を樹脂絶縁層(接着層110、第1樹脂絶縁層130、及び第2樹脂絶縁層150)のダイシング及び支持基材100のレーザ照射の2段階のステップで行ったサンプルの光学顕微鏡像である。一方、比較例(b)は、樹脂絶縁層及び支持基材100を一括でダイシングしたサンプルの光学顕微鏡像である。
実施例の個片化は以下のようにして行った。ダイシングとしてダイシングブレードを10mm/secの速度で1回通過させ、樹脂絶縁層(接着層110、第1樹脂絶縁層130、及び第2樹脂絶縁層150)に第1溝250を形成した。ダイシングは支持基材100に達するように行い、ダイシングによって支持基材100の第1面302には約0.1mmの深さの凹部を形成した。上記のダイシングに続いて、支持基材100の第2面304側からレーザ照射を行った。レーザ照射としてレーザビームを600mm/secの速度で1回通過させ、支持基材100に第2溝260を形成した。上記のようにして、実施例(a)に示す半導体パッケージ10を得た。
一方で、比較例(b)の個片化は以下のようにして行った。ダイシングとしてダイシングブレードを5mm/secの速度で1回通過させ、樹脂絶縁層(接着層110、第1樹脂絶縁層130、及び第2樹脂絶縁層150)及び支持基材100を一括で切断した。このようにして、比較例(b)に示す半導体パッケージを得た。
ここで、レーザとしてIR波長の高出力レーザを用いた。
図30の実施例(a)に示すように、支持基材100及び樹脂絶縁層(接着層110、第1樹脂絶縁層130、及び第2樹脂絶縁層150)が形成されている。ここで、図30では各樹脂絶縁層の界面は確認されておらず、1層に見えるが、接着層110、第1樹脂絶縁層130、及び第2樹脂絶縁層150が形成されている。実施例(a)の側面310の形状は、第1端部306と第2端部308との間で変曲点320を有する湾曲形状である。つまり、側面310は変曲点320よりも第2面304側において支持基材100の外側に向かって凸の形状を有し、変曲点320よりも第1面302側において支持基材100の外側に向かって凹の形状を有する。また、第1端部306と第1面302上に配置された接着層110の端部とは連続している。
一方で、図30の比較例(b)に示すように、支持基材500の側面510は直線形状である。比較例(b)の樹脂絶縁層(接着層110、第1樹脂絶縁層130、及び第2樹脂絶縁層150)は、支持基材500の側面510よりも支持基材500の内側に入り込んでおり、第1面502側の第1端部506の角が露出されている。なお、支持基材500はダイシングで切断されているため、第1端部506の形状が鋭利な形状になっている。つまり、第1端部506に「ばり」が発生している。
以上のように、実施例によると、半導体パッケージの個片化の際に用いられるダイシングブレードの消耗を抑制するだけでなく、支持基材100の側面310の形状を滑らかにすることができる。その結果、他の部材を傷付ける又は作業者にけがをさせることを抑制することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
10、20:半導体パッケージ
100:支持基材
102、114:アライメントマーカ
104:粗化領域
110、500:接着層
112、132:開口部
120:半導体装置
122:外部端子
130:第1樹脂絶縁層
140:配線
142:第1導電層
144:第2導電層
146:粗化領域
150:第2樹脂絶縁層
152:開口部
160:はんだボール
200:めっき層
210:フォトレジスト
220:レジストパターン
230:厚膜領域
240:薄膜領域
250:第1溝
260:第2溝
302、502:第1面
304、504:第2面
306、506:第1端部
308、508:第2端部
310、510:側面
320:変曲点

Claims (9)

  1. 基材に複数の半導体装置を配置し、
    前記複数の半導体装置を覆う樹脂絶縁層を形成し、
    前記樹脂絶縁層に、前記複数の半導体装置の各々を囲み、前記基材に達する溝を形成し、
    前記溝に対応する領域において、前記基材にレーザを照射することで前記複数の半導体装置の各々を分離することを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
  2. 前記溝を形成する際に、前記溝が形成される位置に対応して前記基材に凹部を形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージの製造方法。
  3. 前記レーザは、前記基材の前記樹脂絶縁層が形成された側とは反対側から前記基材に照射されることを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージの製造方法。
  4. 前記レーザは、前記溝の幅よりも狭い領域に照射されることを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージの製造方法。
  5. 前記溝の形成は、ダイシングブレードによって行われることを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージの製造方法。
  6. 第1面、前記第1面の反対側の第2面、及び前記第1面の第1端部と前記第2面の第2端部とを接続する側面を有する基材と、
    前記第1面側に配置された半導体装置と、
    前記半導体装置を覆う樹脂絶縁層と、
    を有し、
    前記側面は、前記第1端部から前記第2端部に向かって湾曲していることを特徴とする半導体パッケージ。
  7. 前記第2端部は、前記第1端部よりも前記基材の外側に突出していることを特徴とする請求項6に記載の半導体パッケージ。
  8. 前記側面は、前記第1端部と前記第2端部との間で変曲点を有する湾曲形状であることを特徴とする請求項7に記載の半導体パッケージ。
  9. 前記第1端部と前記樹脂絶縁層の端部とは連続していることを特徴とする請求項8に記載の半導体パッケージ。
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