JP2019102736A - 半導体パッケージ及び半導体チップのチップｉｄマーキング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】裏面にＸ線を透過しにくい材料からなるチップＩＤが直接マーキングされた半導体チップを搭載した半導体パッケージを提供する。【解決手段】半導体パッケージ１は、半導体チップ１０と、半導体チップを搭載したベース１１と、半導体チップの電極端子に接続された外部端子１２と、半導体チップ及びベースを封止する樹脂部材１５とを備え、半導体チップの裏面に、半導体チップに関する情報をコード化したチップＩＤ４０が直接マーキングされており、チップＩＤは、Ｘ線の線吸収係数が大きい金属またはその化合物で構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップを樹脂で封止した半導体パッケージ、及び半導体パッケージに搭載される半導体チップにチップＩＤを直接マーキングする方法に関する。

半導体パッケージに封止された半導体チップのトレーサビリティを図るために、半導体パッケージの表面に、半導体チップに関する生産情報（例えば、品種名、ロット番号、ウエハ番号等）をコード化したチップＩＤ（識別子）をマーキングすることが行われている。

一般に、半導体パッケージは、ウエハ上に複数の半導体チップを形成した後、個々の半導体チップに分割して、各半導体チップを樹脂で封止することにより製造される。しかしながら、同一の品種であっても、製造工程のバラツキ等の影響で、個々の半導体チップの特性が異なる場合がある。例えば、半導体チップがＣＰＵ（中央演算処理装置）の場合、異なる処理速度（例えば、２ＧＨｚ、１ＧＨｚ等）の半導体チップが製造される。そのため、特性の異なる半導体チップに対して、チップＩＤとして、半導体チップのグレード（階級）を付すことがある。

ところで、半導体パッケージにマーキングされているグレードを書き直して、レベルの高いグレードに偽装された半導体パッケージが市場に出回るという問題が起きている。偽造グレードの半導体パッケージが、誤って電子機器等の製品に搭載されると、その製品本来の性能が発揮されないおそれがある。また、製品の誤動作等につながると、安全性の面で問題が生じるおそれがある。

このような偽装は、半導体パッケージの組み立て後に行われるため、ウエハの段階で、個々の半導体チップにグレードを含むチップＩＤを付与し、このチップＩＤを、半導体パッケージの組み立て後に読み取れるようにできれば、グレード偽装を防止することができる。

このような技術として、特許文献１〜３等には、半導体チップの表面または裏面に、Ｘ線を透過しにくいインクをインクジェット方式により塗布して、チップＩＤをマーキングする技術が開示されている。シリコンウエハや半導体パッケージの樹脂は、Ｘ線をほとんど吸収しないため、半導体チップを半導体パッケージに組み立てた後でも、Ｘ線の透視画像によって、チップＩＤを読み取ることができる。

特開２００９−２４６２６７号公報 特開２００２−２８０２７６号公報 特開昭５４−８７７号公報

半導体チップが形成されたシリコンウエハの表面または裏面に、Ｘ線を透過しにくいインクをインクジェット方式により塗布するためには、特許文献１に開示されているように、シリコンウエハの表面に、インクを付着させるためのベース部材を形成しておく必要がある。

特に、シリコンウエハの裏面にインクを塗布した場合、半導体チップの裏面に、ベース部材が形成されているため、半導体パッケージを組み立てる際、半導体チップをダイパッド等に接着剤等で固定するのが難しくなるという問題がある。

また、シリコンウエハを、個々の半導体チップに切断する前に、半導体チップの厚みを薄くする目的で、シリコンウエハの裏面を研磨する場合がる。この場合、シリコンウエハの裏面にインクを塗布する際、シリコンウエハの裏面を研磨する工程の後に、シリコンウエハの裏面にベース部材を形成する工程をさらに行う必要がある。そのため、半導体パッケージのコストアップを招くという問題もある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その主な目的は、裏面にＸ線を透過しにくい材料からなるチップＩＤが直接マーキングされた半導体チップを搭載した半導体パッケージを提供することにある。また、他の目的は、半導体チップの裏面に、Ｘ線を透過しにくい材料からなるチップＩＤを直接マーキングするチップＩＤマーキング方法を提供することにある。

本発明に係る半導体パッケージは、半導体チップと、半導体チップを搭載したベースと、半導体チップの電極端子を外部に出力する外部端子と、半導体チップ及びベースを封止する樹脂部材とを備え、半導体チップの裏面に、半導体チップに関する情報をコード化したチップＩＤが直接マーキングされており、チップＩＤは、Ｘ線の線吸収係数が大きい金属またはその化合物で構成されていることを特徴とする。

本発明に係る半導体チップのチップＩＤマーキング方法は、上記半導体パッケージに搭載される半導体チップにチップＩＤを直接マーキングする方法であって、表面に複数の半導体チップが形成されたシリコンウエハを用意する工程と、少なくとも半導体チップが形成された部位に対向した前記シリコンウエハの裏面に、金属またはその化合物がパターン形成された転写用フィルムを配置する工程と、転写用フィルムを、シリコンウエハと反対側からレーザ光またはヒータで加熱することによって、パターン形成された金属またはその化合物を、半導体チップが形成された部位に対向したシリコンウエハの裏面に転写する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、裏面にＸ線を透過しにくい材料からなるチップＩＤが直接マーキングされた半導体チップを搭載した半導体パッケージを提供することができる。

本発明の一実施形態における半導体パッケージの構成を模式的に示した断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、半導体チップの裏面に、チップＩＤをマーキングする方法を説明した断面図である。 半導体チップの裏面にチップＩＤがマーキングされた例を示した図である。 タングステンのＸ線線吸収係数を示したグラフである。 半導体チップに放熱板を装着した半導体パッケージの一例を示した断面図である。 半導体チップを搭載した半導体パッケージの他の構成を示した断面図である。 銅板の上にタングステンを塗布した試料のＸ線透過画像を示した写真である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

図１は、本発明の一実施形態における半導体パッケージの構成を模式的に示した断面図である。なお、本実施形態で例示する半導体パッケージ１は、半導体チップ１０をリードフレームに搭載して樹脂モールドした構造のものであるが、これに限定されず、他の構造のものでも勿論構わない。

図１に示すように、半導体チップ１０は、接着剤１４によって、ダイパッド（ベース）１１に搭載されている。半導体チップ１０の電極端子（不図示）は、ボンディングワイヤ１３を介して、リード（外部端子）１２に接続されている。そして、半導体チップ１０及びダイパッド１１は、樹脂部材１５によって封止されている。

本実施形態において、半導体チップ１０の裏面１０ｂには、半導体チップ１０に関する情報をコード化したチップＩＤ（不図示）が直接マーキングされている。また、このチップＩＤは、Ｘ線を透過しにくい、即ち、Ｘ線の線吸収係数が大きい金属またはその化合物で構成されている。

次に、図２を参照しながら、半導体チップ１０の裏面１０ｂに、チップＩＤをマーキングする方法を説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、表面に複数の半導体チップ１０が形成されたシリコンウエハを用意する。なお、ここでは、シリコンウエハのうち、１個の半導体チップ１０が形成された部位だけを示している。また、説明の便宜上、シリコンウエハの表面を１０ａとし、シリコンウエハの裏面を１０ｂとしている。

次に、図２（ｂ）に示すように、半導体チップ１０が形成された部位に対向したシリコンウエハの裏面１０ｂに、金属またはその化合物４０がパターン形成された転写用フィルム２０を配置する。転写用フィルム２０は、例えば、透明フィルム２１に、パターン形成された金属またはその化合物を蒸着したものを用いることができる。なお、ここでは、説明の便宜上、転写用フィルム２０を、シリコンウエハの裏面１０ｂから離して表示しているが、実際には、シリコンウエハの裏面１０ｂに当接している。なお、転写用フィルム２０は、例えば、透明フィルム２１の代わりに、熱転写紙に、パターン形成された金属またはその化合物を蒸着したものを用いてもよい。

次に、図２（ｃ）に示すように、転写用フィルム２０を、ガラス板３０で押さえながら、転写用フィルム２０に、シリコンウエハ（半導体チップ１０）と反対側の矢印の方向からレーザ光２５を部分的に照射する。これにより、図２（ｄ）に示すように、転写用フィルム２０のレーザ照射された金属またはその化合物４０が、半導体チップ１０が形成された部位に対向したシリコンウエハの裏面１０ｂに転写される。

レーザ光照射によるパターン形成された金属またはその化合物４０の転写は、熱転写の原理に基づき行われる。なお、金属またはその化合物４０が透明フィルム（または熱転写紙）２１から剥離しやすくするために、透明フィルムム（または熱転写紙）２１と金属またはその化合物４０との間に、熱剥離層を設けておいてもよい。また、金属またはその化合物４０が半導体チップ１０の裏面に転写しやすくするために、金属またはその化合物４０の表面に、接着層を付加しておいてもよい。

また、本実施形態では、熱転写は、レーザ光の照射による加熱で行ったが、ヒータなどによる局所的な加熱で行ってもよい。転写に使用するレーザ光の波長やスポットサイズは、パターン形成された金属またはその化合物４０の膜厚や吸収係数に応じて、適宜決めることが出来る。

ここで、シリコンウエハの裏面１０ｂに転写された金属またはその化合物４０からなる転写パターンは、半導体チップ１０に関する情報をコード化したチップＩＤを構成している。半導体チップに関する情報としては、例えば、製造識別番号（品種名、ロット番号、ウエハ番号等）、半導体チップ１０の特性のグレード等を含む。

図３に、シリコンウエハ２に形成された複数の半導体チップ１０の裏面に、それぞれ、転写された金属またはその化合物４０からなるチップＩＤの例を示す。ここでは、３個の半導体チップ１０の裏面に、製造識別番号やグレード等の情報がコード化されたチップＩＤ４０ａ、４０ｂ、４０ｃがマーキングされている。

なお、半導体チップ１０に関する情報のコード化の仕方は、特に限定されず、例えば、二次元のドットパターンや、二次元バーコード等のコード化を用いることができる。

半導体チップ１０の裏面にチップＩＤ４０がマーキングされたシリコンウエハ２は、半導体チップ１０毎に切断されて、各半導体チップ１０を、リードフレームに搭載して樹脂モールドすることによって、図１に示したような半導体パッケージ１が完成する。

本実施形態では、チップＩＤ４０は、Ｘ線の線吸収係数が大きい金属またはその化合物４０で構成されているため、半導体チップ１０を半導体パッケージ１に組み立てた後でも、Ｘ線の透視画像によって、チップＩＤ４０を読み取ることができる。

また、チップＩＤ４０は、半導体チップ１０の裏面に直接マーキングされているため、半導体パッケージ１を組み立てる際に、半導体チップ１０をダイパッド等に接着剤等で容易に固定することができる。

また、チップＩＤ４０を、レーザ光やヒータ等による加熱によって、転写用フィルムにパターン形成された金属またはその化合物４０を、半導体チップ１０の裏面に転写して形成することができるため、チップＩＤ４０のマーキングを容易に行うことができる。

また、チップＩＤ４０の厚みは透明フィルム（または熱転写紙）２１に蒸着する金属またはその化合物４０の膜厚で制御できるため、Ｘ線によるチップＩＤ４０の読み取りを安定して行うことができる。

なお、チップＩＤ４０の厚みは、特に限定されないが、レーザ光等による金属またはその化合物４０の熱転写を安定して行うためには、１〜１００μｍの範囲にあることが好ましい。チップＩＤ４０の厚みが１μｍより薄いと、コントラストのよいチップＩＤ４０のＸ線透視画像を得ることが困難となる。一方、チップＩＤ４０の厚みが１００μｍを超えると、熱転写を行うことが困難となる。また、コストが嵩むことにもなり、好ましくない。コントラストのよいチップＩＤ４０のＸ線透視画像を得るには、チップＩＤ４０の厚みを、５〜５０μｍの範囲にすることがより好ましい。

また、チップＩＤ４０を構成する材料は、特に限定されないが、コントラストのよいチップＩＤ４０のＸ線透視画像を得るには、Ｘ線の線吸収係数が大きい金属またはその化合物を用いることが好ましい。Ｘ線の線吸収係数が大きいほど、チップＩＤ４０の厚みを薄くすることができる。Ｘ線の線吸収係数が大きい金属またはその化合物としては、Ｘ線の線吸収係数が１５０ｃｍ^−１以上の材料を用いることが好ましい。このようなＸ線の線吸収係数が大きい好適な材料としては、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、金（Ａｕ）等の金属や、炭化タングステン（ＷＣ）等の化合物が挙げられる。なお、ここで挙げたＷ、Ｔａ、Ｈｆ、Ａｕの線吸収係数は、それぞれ、２１１ｃｍ^−１（Ｘ線波長：７０ｋｅＶ）、１９２ｃｍ^−１（Ｘ線波長：６８ｋｅＶ）、１６０ｃｍ^−１（Ｘ線波長：６５．６ｋｅＶ）、１６３ｃｍ^−１（Ｘ線波長：８１．１ｋｅＶ）である。

なお、チップＩＤ４０の透視画像を得るために使用するＸ線のエネルギーは、特に限定されないが、半導体チップ１０に対するＸ線照射の影響を考慮すれば、Ｘ線のエネルギーは、５０〜１００ｋｅＶの範囲を使用することが好ましい。

図４は、タングステンのＸ線線吸収係数μ（ｃｍ^−１）を示したグラフである。図４に示すように、Ｘ線のエネルギーが７０ｋｅＶのところに、タングステン固有の吸収端Ｐがあり、この吸収端Ｐで、Ｘ線線吸収係数μが不連続に増加している。従って、この吸収端ＰのＸ線のエネルギー（７０ｋｅＶ）を用いれば、より厚みの薄いチップＩＤでも、コントラストのよい透視画像を得ることができる。なお、タングステン以外の他の金属でも、このような吸収端を有しており、各金属固有の吸収端のＸ線のエネルギーを用いることによって、より厚みの薄いチップＩＤでも、コントラストのよい透視画像を得ることができる。

本発明によれば、半導体チップ１０の裏面に、裏面にＸ線を透過しにくい、即ち、Ｘ線の線吸収係数が大きい金属またはその化合物４０で構成されたチップＩＤを直接マーキングすることによって、半導体チップ１０を半導体パッケージ１に組み立てた後でも、Ｘ線の透視画像によって、チップＩＤ４０を容易に読み取ることができる。これにより、半導体パッケージ１に不良が発生したときに、半導体チップ１０に付与されたチップＩＤ４０を読み取ることによって、不良原因を解析することができ、半導体チップ１０のトレーサビリティを確保することができる。また、半導体パッケージ１にマーキングされているグレードを書き直して、レベルの高いグレードに偽装するような行為を防止することができる。

ところで、図１に例示した半導体パッケージ１では、半導体チップ１０は、リードフレームのダイパッド１１に搭載されている。通常、ダイパッド１１は、半導体チップ１０とほぼ同じ面積を有している。そのため、半導体チップ１０の裏面にマーキングされたチップＩＤは、平面視で、ダイパッド１１と重なる格好になる。

また、ＣＰＵのような半導体チップ１０は、動作時に高温となるため、半導体パッケージ１の放熱性を向上させるために、半導体チップ１０に放熱板を装着する場合がある。

図５は、半導体チップ１０に放熱板を装着した半導体パッケージ１の一例を示した断面図である。

図５に示すように、半導体チップ１０は、接着剤１４によって、配線基板（ベース）１１に搭載されている。半導体チップ１０の電極端子（不図示）は、ボンディングワイヤ１３を介して、配線基板１１の電極端子１８に接続され、さらに、配線基板１１内に形成された配線を介して、はんだボール（外部端子）１２に接続されている。半導体チップ１０及び配線基板１１は、樹脂部材１５によって封止され、半導体チップ１０の主面に、放熱板１６が、樹脂部材１５から露出した状態で、放熱用接着剤１７により接合されている。

ここで、放熱板１６は、高い放熱効果を得るために、できるだけ半導体チップ１０との接触面積が大きくなるように、半導体チップ１０とほぼ同じ面積を有している、そのため、半導体チップ１０の裏面にマーキングされたチップＩＤ４０は、平面視で、放熱板１６と重なる格好になる。

また、図６は、半導体チップ１０を搭載した半導体パッケージ１の他の構成を示した断面図である。

高密度ＬＳＩ等の半導体チップ１０は、外部端子の数が非常に多くなるため、図６に示すように、半導体パッケージ１は、半導体チップ１０や配線基板１１に加えて、複数（ここでは３層）のビルドアップ層５０ａ、５０ｂ、５０ｃがさらに積層された構造をなしている。ここで、配線基板１１の外部端子１２は、ビルドアップ層５０ａ、５０ｂ、５０ｃに形成された多層配線（不図示）を介して、最下層のビルドアップ層５０ｃの接続用バンプ５１に接続されている。

各ビルドアップ層５０ａ、５０ｂ、５０ｃに形成された多層配線パターンは、高密度に形成されているため、半導体チップ１０の裏面にマーキングされたチップＩＤ（不図示）４０は、平面視で、多層配線パターンと重なる格好になる。

このように、半導体チップ１０を搭載する半導体パッケージ１の中には、半導体チップ１０の裏面にマーキングされたチップＩＤ４０が、平面視で、半導体パッケージ１を構成する他の部材、例えば、リードフレームのダイパッド（図１参照）、放射板（図５参照）、多層配線パターン（図６参照）と重なる場合がある。

このような部材は、通常、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属が用いられるが、かかる金属も、Ｘ線に対して遮蔽効果を有する。しかしながら、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）のＸ線の線吸収係数は、下記の表１、表２に示すように、チップＩＤ４０の好適な材料として上記に挙げたタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、金（Ａｕ）のＸ線の線吸収係数よりも非常に小さい。従って、チップＩＤ４０の厚みを、チップＩＤ４０によるＸ線吸収線量が、上記に例示したようなＸ線に対して遮蔽効果を有する他の部材によるＸ線吸収線量よりも大きくなるように設定すれば、チップＩＤ４０の透視画像を、Ｘ線に対して遮蔽効果を有する他の部材に対してコントラストよく得ることができる。

ここで、表１、表２に示したＸ線波長（ｋｅＶ）は、各金属における線吸収係数の吸収端を示す。

表１に示すように、チップＩＤ４０の好適な材料として使用するタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、金（Ａｕ）のＸ線吸収係数（μ_１）は、銅（Ｃｕ）のＸ線吸収係数（μ_２）に対して、その比率（μ_１／μ_２）は、１０倍以上大きい。例えば、リードフレームのダイパッドとして、厚さ０．１５ｍｍの銅を想定した場合、この厚さの銅によるＸ線吸収量に相当するＸ線吸収量を得るのに必要な各金属の厚さは、５．８〜８．８μｍとなる。従って、チップＩＤ４０の厚さを、例えば、１０μｍ以上に設定することによって、チップＩＤ４０の透視画像を、ダイパッドに対してコントラストよく得ることができる。

また、表２に示すように、チップＩＤ４０の好適な材料として使用するタングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、金（Ａｕ）のＸ線吸収係数（μ_１）は、アルミニウム（Ａｌ）のＸ線吸収係数（μ_３）に対して、その比率（μ_１／μ_３）は、２４２〜３４０倍以上大きい。例えば、放熱板として、厚さ２ｍｍのアルミニウムを想定した場合、この厚さのアルミニウムによるＸ線吸収量に相当するＸ線吸収量を得るのに必要な各金属の厚さは、５．８〜８．６μｍとなる。従って、チップＩＤ４０の厚さを、例えば、１０μｍ以上に設定することによって、チップＩＤ４０の透視画像を、放熱板に対してコントラストよく得ることができる。

図７は、厚さ０．１５μｍの銅板１００の上に、樹脂にタングステン粉末を混ぜたトナーを、１０μｍの厚さに塗布して試料を作成して、７０ｋｅＶのＸ線で撮影したＸ線透過画像を示す。図７に示すように、タングステンが塗布された領域１１０が、コントラストよく得られた。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。

１ 半導体パッケージ
２ シリコンウエハ
１０ 半導体チップ
１０ａ 半導体チップの表面
１０ｂ 半導体チップの裏面
１１ ベース（ダイパッド、配線基板）
１２ 外部端子（リード、はんだボール）
１３ ボンディングワイヤ
１４ 接着剤
１５ 樹脂部材
１６ 放熱板
１７ 放熱用接着剤
２０ 転写用フィルム
２１ 透明フィルム（熱転写紙）
２５ 加熱用レーザ光
３０ ガラス板
４０ チップＩＤ
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ ビルドアップ層
５１ 接続用バンプ

Claims (12)

1. 半導体チップと、
   前記半導体チップを搭載したベースと、
   前記半導体チップの電極端子に接続された外部端子と、
   前記半導体チップ及び前記ベースを封止する樹脂部材と
   を備えた半導体パッケージであって、
   前記半導体チップの裏面に、該半導体チップに関する情報をコード化したチップＩＤが直接マーキングされており、
   前記チップＩＤは、Ｘ線の線吸収係数が大きい金属またはその化合物で構成されている、半導体パッケージ。
2. 前記チップＩＤは、Ｘ線の線吸収係数が１５０ｃｍ^−１以上の金属またはその化合物で構成されている、請求項１に記載の半導体パッケージ。
3. 前記半導体チップは、リードフレームのダイパッドに搭載されており、
   前記チップＩＤの厚みは、該チップＩＤによるＸ線吸収線量が、前記ダイパッドによるＸ線吸収線量よりも大きくなるように設定されている、請求項１または２に記載の半導体パッケージ。
4. 前記半導体チップの主面に放熱板が貼り付けられており、
   前記チップＩＤの厚みは、該チップＩＤによるＸ線吸収線量が、前記放熱板によるＸ線吸収線量よりも大きくなるように設定されている、請求項１または２に記載の半導体パッケージ。
5. 前記チップＩＤを構成する金属またはその化合物は、タングステン（Ｗ）、炭化タングステン（ＷＣ）、タンタル（Ｔａ）、ハウニウム（Ｈｆ）、または金（Ａｕ）からなる、請求項１〜４の何れかに記載の半導体パッケージ。
6. 前記チップＩＤの厚みは、１〜１００μｍの範囲にある、請求項１〜５の何れかに記載の半導体パッケージ。
7. 前記チップＩＤは、転写用フィルムにパターン形成された金属またはその化合物が転写された転写パターンからなる、請求項１に記載の半導体パッケージ。
8. 前記チップＩＤは、Ｘ線の透視像によって検出される、請求項１〜７の何れかに記載の半導体パッケージ。
9. 前記チップＩＤは、該チップＩＤを構成する金属またはその化合物のＸ線吸収係数における吸収端に対応するエネルギーのＸ線の透視像によって検出される、請求項８に記載の半導体パッケージ。
10. 前記チップＩＤは、少なくとも、前記半導体チップの特性のグレード及び／又は製造識別番号を含む、請求項１〜９の何れかに記載の半導体パッケージ。
11. 請求項１〜１０の何れかに記載の半導体パッケージに搭載される半導体チップにチップＩＤを直接マーキングする方法であって、
    表面に複数の半導体チップが形成されたシリコンウエハを用意する工程と、
    少なくとも前記半導体チップが形成された部位に対向した前記シリコンウエハの裏面に、金属またはその化合物がパターン形成された転写用フィルムを配置する工程と、
    前記転写用フィルムを、前記シリコンウエハと反対側からレーザ光またはヒータで加熱することによって、前記パターン形成された金属またはその化合物を、前記半導体チップが形成された部位に対向した前記シリコンウエハの裏面に転写する工程と、
    を含む、半導体チップのチップＩＤマーキング方法。
12. 前記パターン形成された金属またはその化合物の厚みは、１〜１００μｍの範囲にある、請求項１１に記載の半導体チップのチップＩＤマーキング方法。