JP3198243B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
製造方法に係り、特にリードフレームをエッチング技術
を用いてエッチングすることにより外部接続端子を形成
した半導体装置及びその製造方法に関する。
高機能化へのニーズが高まる中で、電子機器に組み込ま
れる半導体装置においても小型化,高密度化,高機能化
が要求されている。一方、上記のニーズに加えて電子機
器には高い信頼性も要求されており、よって半導体装置
においても高い信頼性を実現させる必要がある。
た半導体装置としてBGA(Ball GridArray) タイプの
半導体装置が知られている。このBGAタイプの半導体
装置は、多層のプリント基板の上面に半導体素子及び封
止樹脂を搭載しており、また下面には半田ボールよりな
る外部接続端子がマトリックス状に形成されている。
れた電極とはワイヤにより電気的に接続されており、ま
た電極は多層プリント基板に内設された内部配線により
基板下面に引き出され外部接続端子となる半田ボールと
電気的に接続された構成とされている。
部接続端子となる半田ボールをプリント基板に形成する
ために面倒な工程を必要とし、半導体装置の製造工程が
面倒となると共に製品コストが高くなってしまう。そこ
で、上記の問題点を解決するために本発明者は、先に特
願平7−216127号に開示した半導体装置を提案し
た。同出願に開示された半導体装置は、リードフレーム
をエッチング処理することにより柱状の外部接続端子
(以下、柱状端子という)を形成することを特徴とする
ものである。
リードフレームの両面に柱状端子となる部位を残してハ
ーフエッチングを行うことによりディンプル部(凹部)
を形成し、続いてこれをモールド金型にクランプして上
下面に形成されたディンプル部の内、上面に配設された
ディンプル部にのみ端子間樹脂を充填する。
上面に絶縁層を配設すると共に、柱状端子となる部位
(柱状突起という)と対向する位置にビアホールを形成
する。この絶縁層の上部には配線層が形成され、更に配
線層の上部には絶縁性接着剤により半導体素子が搭載さ
れる。この半導体素子と配線層とはワイヤにより接続さ
れ、その後にリードフレームの上面には封止樹脂がモー
ルドされ半導体素子は封止される。
に対してエッチング処理を行い、ハーフエッチング部分
を除去する。これにより柱状突起は独立し、柱状端子が
形成される。またこの状態において、隣接する柱状端子
の間には端子間樹脂が存在するため、各柱状端子は夫々
電気的に独立した状態で保持された構成となる。
明者が先に提案した特願平7−216127号に開示し
た半導体装置によれば、半田ボールをプリント基板に形
成するために面倒な工程が不要となり、半導体装置の製
造効率の向上及び製品コストの低減を図ることができ
る。
理することにより柱状端子を形成する構成の半導体装置
では、その製造段階においてリードフレームに形成され
たディンプル部に端子間樹脂を充填する必要がある。こ
れは、端子間樹脂を充填しないと、ハーフエッチング部
分を除去し柱状端子が独立した際に柱状端子が保持され
ないからである。
型の面は鏡面とされていたため、クランプ状態の不均
一,リードフレームの寸法誤差,或いはリードフレーム
の反り等が存在する場合には、金型と柱状突起との間に
微細な間隙が形成されるおそれがある。この間隙が金型
と柱状突起との間に発生した場合、端子間樹脂を充填し
た際に端子間樹脂は間隙内にも侵入し、柱状突起の上面
を覆ってしまう。
面が端子間樹脂に覆われ絶縁されると、柱状突起と半導
体素子との電気的な接続が良好に或いは全くできなくな
り、半導体装置の信頼性及び歩留りが低下してしまうと
いう問題点があった。また、上記した出願に係る半導体
装置は、金属製のリードフレーム上に封止樹脂を形成す
るため、リードフレームと封止樹脂との接合性が弱いと
いう問題点もあった。
あり、信頼性及び製造効率の向上を図りうる半導体装置
及びその製造方法を提供することを目的とする。
に本発明では、下記の手段を講じたことを特徴とするも
のである。請求項1記載の発明では、半導体素子と、前
記半導体素子と電気的に接続される配線層と、前記半導
体素子を覆う封止樹脂と、上端部に形成された接続部が
前記配線層と電気的に接続されると共に端子間樹脂によ
り所定ピッチに保持された外部端子としての柱状端子
と、前記柱状端子の配設位置の外周位置に配設された枠
体部とを具備し、前記柱状端子がリードフレームをエッ
チングすることにより形成される半導体装置において、
前記柱状端子の接続部に微細な凹凸または小突起を形成
したことを特徴とするものである。
凸または小突起を形成することにより、接続部における
表面積が広くなり、配線層との電気的な接続を確実に行
うことができる。また、請求項2記載の発明では、前記
請求項1記載の半導体装置において、枠体部の上面に封
止樹脂が係合する溝部を形成したことを特徴とするもの
である。
枠体部と封止樹脂との接合性を向上することができ、封
止樹脂の剥離を防止することができる。また、請求項3
記載の発明では、前記請求項1記載の半導体装置を製造
する半導体装置の製造方法であって、導電性金属基板の
両面に、少なくとも前記外部端子となる柱状突起部と前
記枠体部となる外周突起部とを除き凹部を形成すると共
に、端子間樹脂が充填される所定部位に樹脂注入孔を形
成してリードフレームを形成するリードフレーム形成工
程と、前記リードフレーム形成工程で形成されたリード
フレームを、少なくとも前記柱状突起部と対向する部位
に微細な凹凸が形成された金型でクランプし、前記樹脂
注入孔より前記リードフレームの上面に形成された凹部
に対し前記端子間樹脂を充填する端子間樹脂充填工程
と、前記リードフレームの前記端子間樹脂が形成される
上面に、前記絶縁層,配線層及び半導体素子を配設する
と共に所定の電気的な接続処理を行う半導体素子搭載工
程と、前記前記外部端子と外周突起部とを露出させ、前
記半導体チップを前記封止樹脂により封止する樹脂封止
工程と、前記リードフレームにエッチング処理を行うこ
とにより、前記枠体部部と前記柱状端子部との連結状態
及び前記各柱状端子部間の連結状態を分離させるエッチ
ング工程とを含むことを特徴とするものである。
樹脂充填工程において、少なくとも柱状突起部と対向す
る部位に微細な凹凸が形成された金型でリードフレーム
をクランプして端子間樹脂を充填する。従って、クラン
プを行った際に金型に形成された微細な凹凸は柱状突起
部の上面に食い込んだ状態となり、金型と柱状突起部と
は隙間無く係合(対峙)した状態となる。
柱状突起部との間に端子間樹脂が侵入することはなく、
よって柱状突起部と配線層との電気的接続を確実に行う
ことができる。また、請求項4記載の発明では、前記請
求項3記載の半導体装置の製造方法において、前記端子
間樹脂充填工程に用いる金型として、前記柱状突起部と
対向する部位に微細な凹凸が形成された金型に代えて、
前記柱状突起部と対向する部位に小突起が形成された金
型を用いたことを特徴とするものである。
に小突起が形成された金型を用いた場合でも、クランプ
を行った際に金型に形成された小突起は柱状突起部の上
面に強く当接した状態となり、金型と柱状突起部とは隙
間無く係合(対峙)した状態となる。よって、金型と柱
状突起部との間に端子間樹脂が侵入することはなく、柱
状突起部と配線層との電気的接続を確実に行うことがで
きる。
項3または4記載の半導体装置の製造方法において、前
記リードフレーム形成工程で、前記導電性金属基板の前
記封止樹脂の形成範囲位置内に対向する一対の溝部を形
成したことを特徴とするものである。
いて溝部を形成しておくことにより、後に実施される樹
脂封止工程において封止樹脂は溝部内に流入する。よっ
て、溝部に流入し固化した樹脂は封止樹脂をリードフレ
ームに固定する機能を奏するため、リードフレームと封
止樹脂との接合性を向上することができ、封止樹脂の剥
離を防止することができる。
項5記載の半導体装置の製造方法において、前記導電性
金属基板の前記端子間樹脂が形成される上面に形成され
た溝部の形成位置と、下面に形成される溝部の形成位置
をずらして形成したことを特徴とするものである。
るエッチング工程において、上下の溝部の連通性が向上
し、エッチングの制御を容易に行うことができる。
面と共に説明する。図1は本発明の一実施例である半導
体装置1を示す断面図である。半導体装置1は、大略す
ると柱状端子2,枠体部部3,絶縁層4,配線層5,半
導体素子6,端子間樹脂7,及び封止樹脂8等により構
成されている。
u)により形成されており、後述するように図2に示さ
れるリードフレーム9をアルカリ系エッチャント(エッ
チング液)によりエッチングすることにより所定の形状
に成形されるものである。柱状端子2は半導体装置1を
実装する実装基板(図示せず)に接続される外部端子と
して機能するものであり、マトリックス状或いは所定の
配列で複数個配設されている。また、各柱状端子2の表
面には半田メッキ膜10が形成されており、実装時にお
ける実装基板との接続性の向上が図られている。また枠
体部部3は、この複数個の柱状端子2を囲繞するように
配設されている。
る柱状端子2と枠体部部3との間には端子間樹脂7(濃
い梨地で示す)が配設されている。この端子間樹脂7
は、隣接する柱状端子2の間及び隣接する柱状端子2と
枠体部部3との間を絶縁する機能を有すると共に、柱状
端子2及び枠体部部3を保持する機能を奏する。よっ
て、柱状端子2及び枠体部部3は、互いに絶縁された状
態を維持しつつ所定の位置に保持される。
状端子2の上面(以下、接続部という)12及び枠体部
部3の上面13に微細な凹凸が形成されている。この接
続部12及び上面13に形成される凹凸は、その表面粗
さが約12μmとされており、後述するようにモールド
金型14にクランプされることにより形成されるもので
ある(図3参照)。尚、理解を容易とするために、図1
では接続部12及び上面13に形成される凹凸を誇張し
て描いている。
は絶縁フィルム等により形成されており、前記した柱状
端子2の形成位置の上部に配設されている。また絶縁層
4には複数のビアホール11が形成されており、このビ
アホール11の形成位置は柱状端子2の配設位置と対応
するよう構成されている。ビアホール11は例えば絶縁
層4に形成された小孔に銅を充填した構成を有してお
り、よってビアホール11と柱状端子2の接続部12と
は電気的に接続する。
続部12には微細な凹凸が形成されているため、その表
面積は大きくなつている。よって、微細な凹凸が形成さ
れた接続部12の上部にビアホール11が形成されるこ
とにより、接続部12とビアホール11との電気的接続
を確実に行うことができる。
線パターンであり、絶縁層4の上面に形成されている。
この配線層5の上部には、絶縁性接着剤15を介して半
導体素子6が搭載されている。半導体素子6と配線層5
との間にはワイヤ16が配設されており、このワイヤ1
6により半導体素子6と配線層5とは電気的に接続され
る。また、配線層5と前記したビアホール11も電気的
に接続された構成とされており、よって柱状端子2と半
導体装置6とはビアホール11,配線層5,ワイヤ16
を介して電気的に接続される。
ポキシ系の樹脂であり、柱状端子2及び枠体部3の下面
を露出した状態で、半導体素子6,絶縁層4,配線層5
を封止した構成とされている。この封止樹脂8は、後述
するようにモールド金型14を用いて樹脂モールドする
ことにより形成される。
形成されており、封止樹脂8はこの溝部17内にも入り
込んだ状態となっている。このように、封止樹脂8の一
部が枠体部3に形成された溝部17内に入り込んだ構成
とすることにより、枠体部3と封止樹脂8との機械的接
合強度を向上させることができ、よって封止樹脂8の剥
離を防止することができる。
製造方法について、図2乃至図7を用いて説明する。
尚、各図において、図1に示した半導体装置1の構成と
対応する部分については同一符号を附して説明する。半
導体装置60は、リードフレーム形成工程,端子間樹脂
充填工程,半導体素子搭載工程,封止樹脂配設工程,エ
ッチング工程の各工程を実施することにより製造され
る。以下、各工程について説明する。
u)等の導電性金属基板に所定のパターンを有するレジ
ストを形成した上で塩化第二鉄(エッチング液)を用い
てハーフエッチングを行い、導電性金属基板の両面に柱
状端子2となる柱状突起部20及び枠体部3となる外周
突起部21を形成する。具体的には、図2に示されるよ
うに、柱状突起部20及び外周突起部21の形成位置を
除き、たの部分にハーフエッチングを行い凹部22を形
成する。
部21より外周位置には溝部17が、また矩形状とされ
た凹部22の四隅位置には、後述する端子間樹脂充填工
程において端子間樹脂7が注入される樹脂注入口23及
び端子間樹脂7が注入される際の空気抜きとして機能す
る空気抜き口24(本実施例では3個設けられている)
が合わせて形成される。この樹脂注入口23及び空気抜
き口24は、リードフレーム9の一方の面(半導体素子
6が配設される面)のみに形成されている。
ることにより製造されたリードフレーム9を示してい
る。このリードフレーム9の製造は、単に所定位置にレ
ジストを配設した上でエッチング処理を行う処理である
ため、容易かつ低コストで行うことができる。
樹脂充填工程において、端子間樹脂7が溝部17に流入
するのを防止する流入防止ブレードである。この流入防
止ブレード25は、図2に示されるようにリードフレー
ム9に設けた構成としても、またモールド金型14に設
けた構成としても良い。この流入防止ブレード25の機
能については、説明の便宜上、後述するものとする。
する部分を示しているが、導電性金属基板に図2に示さ
れる構成を複数個形成し、いわゆる多数個取りを行いう
る構成のリードフレームとしてもよい。上記したリード
フレーム形成工程を実施することによりリードフレーム
9が形成されると、続いて端子間樹脂充填工程が実施さ
れる。図3は端子間樹脂充填工程を説明するための図で
ある。
下型27とにより構成されるモールド金型14にリード
フレーム9をクランプし、リードフレーム9の両面に形
成された凹部22の内、一方の面(半導体素子6が配設
される面)に形成された凹部22のみに端子間樹脂7を
充填する。
ット28及びプランジャ29が配設されており、またト
ランスファポット28はリードフレーム9に形成された
樹脂注入口23と連通するよう構成されている。 よっ
て、トランスファポット28内で加熱された端子間樹脂
7は、プランジャ29に押圧されることにより、樹脂注
入口23を通り凹部22内に充填されていく。
が凹部22内に充填されている様子を示す図である。同
図に示されるように、樹脂注入口23と溝部17との交
錯位置には流入防止ブレード25が形成されている。こ
の流入防止ブレード25は、リードフレーム9或いはモ
ールド金型14(下型27)に配設されており、樹脂注
入口23から注入される端子間樹脂7が溝部17に流入
するのを防止する機能を奏するものである。この流入防
止ブレード25を設けことにより、端子間樹脂充填工程
において溝部17が埋まってしまうことを防止すること
ができる。
7との接合部分を拡大して示す。同図に示される用に、
下型27のリードフレーム9と対向する接合面30には
微細な凹凸が予め形成されている。この接合面30に形
成された微細な凹凸は、表面粗さにして約12μmとさ
れている。
型27との間にクランプされた状態で、微細な凹凸が形
成された接合面30は柱状突起部20の上面に食い込ん
だ状態となり、下型27と柱状突起部20とは隙間無く
係合(対峙)した状態となる。このため、端子間樹脂7
を充填しても下型27と柱状突起部20の上面との間に
端子間樹脂7が侵入することはなくなる。
子2となるものであり、かつその上面は接続部12とな
る部位である。前述したように、接続部12にはビアホ
ール11が電気的に接続されるため、接続部12に端子
間樹脂7が付着すると電気的接続が不良或いは全くでき
なくなり、半導体装置1の信頼性が低下する。しかる
に、上記の製造方法を採用することにより、柱状突起部
20の上面に端子間樹脂7が付着することを確実に防止
でき、よって半導体装置1の信頼性を向上させることが
できる。
に微細な凹凸を形成することにより、クランプ時におい
て柱状端子2となる柱状突起部20及び枠体部3となる
外周突起部21の上面にも微細な凹凸が形成されること
となる。よって、前述したように柱状突起部20とビア
ホール11との電気的接合性、及び枠体部3と封止樹脂
8との機械的接合性を向上することができ、これによっ
ても半導体装置1の信頼性を向上させることができる。
ドフレーム9と対向する接合面30に微細な凹凸を形成
することにより半導体装置1の信頼性を向上させる構成
を示したが、図6に示されるように、下型27Aの柱状
突起部20と対向する部位に小突起31を形成すること
によっても同様の効果を実現することができる。
ことにより、リードフレーム9をモールド金型14にク
ランプした際に、小突起21は柱状突起部20に食い込
んだ状態となり、柱状突起部20と下型27Aとの間に
間隙が発生することを防止することができる。よって、
図6に示す構成においても柱状突起部20の上面に端子
間樹脂7が付着することを確実に防止でき、よって半導
体装置1の信頼性を向上させることができる。
することにより端子間樹脂7が形成されると、続いて半
導体素子搭載工程が実施される。この半導体素子搭載工
程では、リードフレーム9の端子間樹脂7が形成された
上面に、ビアホール11を有した絶縁層14を形成する
と共に、その上部に配線層5を形成する。続いて、配膳
層5の上部に絶縁性接着剤15を塗布した上で半導体素
子6を搭載、この半導体素子6と配線層5の所定位置を
ワイヤ16を配設する。
と、続いて樹脂封止工程が実施される。この樹脂封止工
程では、柱状突起部20及び外周突起部21が露出され
た状態となるよう、半導体素子6を封止樹脂8により封
止する処理を行う。この封止樹脂8の形成は、モールド
成形してもよく、またポッティングを用いることも可能
である。また、封止樹脂8を形成する際、封止樹脂8は
溝部17の内部にも入り込み、よって封止樹脂8の剥離
を防止できることは前述した通りである。封止樹脂8を
形成することにより、半導体素子6,ワイヤ16等は保
護された状態となる。
ング工程が実施される。エッチング工程では、リードフ
レーム9にノズルからエッチング液を噴霧することによ
り、銅(Cu)により形成されたリードフレーム9の凹
部22が形成された部位、及び溝部17の対向部位をエ
ッチングにより除去する。これにより、柱状突起部20
及び外周突起部21は分離されて柱状端子2及び枠体部
3が形成される。
枠体部3は電気的に独立した状態となる。また、この分
離された状態において、隣接する柱状端子2の間、及び
柱状端子2と枠体部3との間には端子間樹脂7が介在す
るため、上記エッチング処理を行った後においても各柱
状端子2及び枠体部3は所定位置に保持された状態を維
持する。
フレーム9がエッチングされることにより対向配設され
た溝部17は連通することとなる。この際、図7(A)
に示されるように、対向する溝部17の形成位置を若干
量ずらしておくことにより、溝部17同士の対向面積が
広くなるため、図7(B)に示されるようにエッチング
処理時に溝部17間の連通性が向上し、エッチングの制
御を容易に行うことができる。尚、半導体装置1の分離
は、この溝部17内の樹脂を割ることにより行うことが
可能となり、分離作業の容易化を図ることができる。
し、例えば無電解メッキ等により半田メッキ膜10が形
成され、以上の工程を経ることにより図1に示す半導体
装置1が製造される。
を実現することができる。請求項1及び請求項5記載の
発明によれば、外部端子と配線層との電気的な接続を確
実に行うことができる。
部と封止樹脂との接合性を向上することができ、よって
封止樹脂の剥離を防止することができる。また、請求項
3及び4記載の発明によれば、端子間樹脂を充填しても
金型と柱状突起部との間に端子間樹脂が侵入することは
なく、よって柱状突起部と配線層との電気的接続を確実
に行うことができる。
チング工程において上下の溝部の連通性が向上し、よっ
てエッチングの制御を容易に行うことができる。
ある。
図であり、(A)は平面図,(B)は(A)におけるX
−X線に沿う断面図である。
る。
拡大して示す図である。
す図である。
す図である。
ング処理前の状態を示す図であり、(B)はエッチング
処理後の状態を示す図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体素子と、前記半導体素子と電気的
に接続される配線層と、前記半導体素子を覆う封止樹脂
と、上端部に形成された接続部が前記配線層と電気的に
接続されると共に端子間樹脂により所定ピッチに保持さ
れた外部端子としての柱状端子と、前記柱状端子の配設
位置の外周位置に配設された枠体部とを具備し、前記柱
状端子がリードフレームをエッチングすることにより形
成される半導体装置であって、 前記柱状端子の接続部に微細な凹凸または小突起を形成
したことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置において、 前記枠体部の上面に前記封止樹脂が係合する溝部を形成
したことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項3】 請求項1記載の半導体装置を製造する半
導体装置の製造方法であって、 導電性金属基板の両面に、少なくとも前記外部端子とな
る柱状突起部と前記枠体部となる外周突起部とを除き凹
部を形成すると共に、端子間樹脂が充填される所定部位
に樹脂注入孔を形成してリードフレームを形成するリー
ドフレーム形成工程と、 前記リードフレーム形成工程で形成されたリードフレー
ムを、少なくとも前記柱状突起部と対向する部位に微細
な凹凸が形成された金型でクランプし、前記樹脂注入孔
より前記リードフレームの上面に形成された凹部に対し
前記端子間樹脂を充填する端子間樹脂充填工程と、 前記リードフレームの前記端子間樹脂が形成される上面
に、前記絶縁層,配線層及び半導体素子を配設すると共
に所定の電気的な接続処理を行う半導体素子搭載工程
と、 前記柱状突起部と外周突起部とを露出させ、前記半導体
チップを前記封止樹脂により封止する樹脂封止工程と、 前記リードフレームにエッチング処理を行うことによ
り、前記枠体部部と前記柱状端子部との連結状態及び前
記各柱状端子部間の連結状態を分離させるエッチング工
程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 請求項3記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 前記端子間樹脂充填工程に用いる金型として、前記柱状
突起部と対向する部位に微細な凹凸が形成された金型に
代えて、前記柱状突起部と対向する部位に小突起が形成
された金型を用いたことを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項5】 請求項3または4記載の半導体装置の製
造方法において、 前記リードフレーム形成工程で、前記導電性金属基板の
前記封止樹脂の形成範囲位置内に対向する一対の溝部を
形成したことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 請求項5記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 前記導電性金属基板の前記端子間樹脂が形成される上面
に形成された溝部の形成位置と、下面に形成される溝部
の形成位置をずらして形成したことを特徴とする半導体
装置の製造方法。
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