JP3699573B2 - 半導体装置とそれに用いられる回路部材およびそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子を搭載した樹脂封止型の半導体装置とそれに用いられる回路部材およびそれらの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置は、高集積化や小型化技術の進歩、電気機器の高性能化と軽薄短小化の傾向(時流)から、LSIのASICに代表されるように、ますます高集積化、高機能化になってきている。
【0003】
これに伴い、リードフレームを用いた封止型の半導体装置においても、その開発のトレンドが、SOJ(Small Outline J−Leaded Package)やQFP(Quad Flat Package)のような表面実装型のパッケージを経て、TSOP(Thin Small OutlinePackage)の開発による薄型化を主軸としたパッケージの小型化へ、さらにはパッケージ内部の3次元化によるチップ収納効率向上を目的としたLOC(Lead On Chip)の構造へと進展してきた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、樹脂封止型の半導体装置パッケージには、高集積化、高機能化とともに、更に一層の多ピン化、薄型化、小型化が求められており、上記従来のパッケージにおいても半導体素子外周部分のリードの引き回しがあるため、パッケージの小型化に限界が見えてきた。
【0005】
また、TSOP等の小型パッケージにおいては、リードの引き回し、ピンピッチの点で、多ピン化に対しても限界が見えてきた。
【0006】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、半導体素子の占有率が高く小型化が可能で、回路基板への実装密度を向上させることができ、さらに、多ピン化への対応が可能な樹脂封止型の半導体装置と、この半導体装置に用いられる回路部材、および、これら回路部材と半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の半導体装置は、表面側に内部端子を裏面側に外部端子を表裏一体的に有し内部端子面が略一平面上に位置するように電気的に独立して配設された複数の端子部と、前記端子部の内部端子側へ突出して内部端子面に対し表面側が段差をなすように設けられたダイパッド部と、該ダイパッド部の裏面に回路形成面側が電気的に絶縁して固着された半導体素子と、各端子部の内部端子と半導体素子の端子とを電気的に接続するボンディングワイヤと、各端子部の外部端子の一部を外部に露出させるように前記端子部、ダイパッド部、半導体素子およびボンディングワイヤを封止する封止部材と、を備えるような構成とした。
【0008】
また、本発明の半導体装置は、前記ダイパッドの表面側の少なくとも一部が外部に露出しているような構成とした。
【0009】
さらに、本発明の半導体装置は、外部に露出している外部端子に半田からなる外部電極を設けたような構成とした。
【0010】
本発明の回路部材は、外枠部材と、該外枠部材から各々接続リードを介して相互に独立して配設された複数の端子部と、前記外枠部材から接続リードを介して配設されたダイパッド部とを備え、各端子部は表面側に内部端子を裏面側に外部端子を表裏一体的に有するとともに、各端子部の内部端子面は略一平面上に位置し、前記ダイパッド部は前記内部端子面側へ突出してその表面側が前記内部端子面に対して段差をなす位置にあるような構成とした。
【0011】
また、本発明の回路部材は、前記ダイパッド部の裏面側に電気絶縁性の両面接着テープが設けられているような構成とした。
【0012】
本発明の回路部材の製造方法は、導電性基板をエッチングして、表面側に内部端子を裏面側に外部端子を表裏一体的に有する複数の端子部と、ダイパッド部と、各端子部が相互に独立して接続リードを介して一体的に連結され、かつ、前記ダイパッド部が接続リードを介して一体的に連結された外枠部材とを備えた回路部材用パターンを作成した後、該回路部材用パターンのダイパッド部を端子部の内部端子面側へ突出させ、ダイパッド部の表面側が内部端子面に対して段差をなす位置に加工するような構成とした。
【0013】
また、本発明の回路部材の製造方法は、さらに、ダイパッド部の裏面側に電気絶縁性の両面接着テープを貼り付けるような構成とした。
【0014】
本発明の半導体装置の製造方法は、上記の製造方法により製造した回路部材のダイパッド部の裏面側に半導体素子の回路形成面側を電気的に絶縁して固着することにより搭載する半導体素子搭載工程と、回路部材の内部端子と半導体素子の端子とをボンディングワイヤで電気的に接続するワイヤボンディング工程と、外部端子の一部を外部に露出させ、前記端子部、ダイパッド部、半導体素子およびボンディングワイヤを樹脂材料で封止する封止工程と、回路部材の各接続リードを切断し、外枠部材を除去する外枠部材分離除去工程と、を備えるような構成とした。
【0015】
このような本発明では、内部端子面とダイパッド部の表面側との間の段差により、ダイパッド部裏面側に回路形成面が固着された半導体素子の端子と内部端子とを電気的に接続するボンディングワイヤのループ高さの許容が大きくなり、また、上記ダイパッド部が半導体素子の回路形成面で発生した熱の放熱板の作用をなし、さらに、外部端子に半田電極を形成することにより、BGA(BallGrid Array)タイプの半導体装置が可能となり取扱性、ショート防止性が向上する。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0017】
図1は本発明の回路部材の一実施形態を示す平面図、図2は図1に示される回路部材のII−II線における縦断面図である。図1および図2において、本発明の回路部材1は、外枠部材2と、この外枠部材2から接続リード3を介して相互に独立して配設された複数の端子部4と、外枠部材2から接続リード8を介して配設されたダイパッド部6とを備えるものである。
【0018】
外枠部材2は、外形形状および内側開口形状が矩形であり、各接続リード3は外枠部材2の内側開口の各辺から同一平面内に突設されている。
【0019】
端子部4は、接続リード3の先端に設けられ、表面側に内部端子4Aを裏面側に外部端子4Bを表裏一体的に有している。図示例では、内部端子4A上に銀めっき層5が設けられており、各内部端子4A面は同一平面(図2に1点鎖線P1で示される面)上に位置している。
【0020】
ダイパッド部6は、外枠部材2の内側開口の各隅部から延設された4本の接続リード8に支持されている。そして、このダイパッド部6は内部端子4A面側(図2において上方向)へ突出しており、ダイパッド部6の表面側6aのなす面(図2に1点鎖線P2で示される面)が内部端子4A面に対して段差Gをなすように構成されている。この段差Gの大きさは、例えば、100〜500μm程度の範囲内で設定することができる。
【0021】
このような回路部材1の材質は、42合金(Ni42%のFe合金)、銅、銅合金等とすることができる。
【0022】
また、本発明の回路部材は、図3に示されるように、ダイパッド部6の裏面側6bに電気絶縁性の両面接着テープ7を設けた回路部材1´であってもよい。両面接着テープ7は、電気絶縁性のベースフィルムの両面に接着剤層を備えたもの、例えば、ユーピレックス(宇部興産(株)製の電気絶縁性のベースフィルム)の両面にRXF((株)巴川製紙所製の接着剤)層を備えたUX1W((株)巴川製紙所製)のような両面接着テープを使用することができる。
【0023】
図4は図1に示される本発明の回路部材を使用した本発明の半導体装置の一実施形態を示す平面図、図5は図4に示される半導体装置のV−V線における縦断面図である。図4および図5において、本発明の半導体装置11は、ダイパッド部6の裏面側6bに、電気絶縁性の両面接着テープ7を用いて半導体素子12が固着されており、半導体素子12の回路形成面がダイパッド部6の裏面側6bに対向している。この半導体素子12の各端子12aは、端子部4の内部端子4A(銀めっき層5)にボンディングワイヤ14によって接続されている。
【0024】
そして、外部端子4Bの一部を外部に露出させるように端子部4、ダイパッド部6、半導体素子12およびボンディングワイヤ14が封止部材16により封止されている。封止部材16は、封止型半導体装置に使用されている公知の樹脂材料を用いて形成することができる。図示例では、外部に露出している外部端子4Bに、半田からなる外部電極18が設けられている。これにより、BGA(Ball Grid Array)タイプの半導体装置となっている。
【0025】
尚、半導体装置11の構成を理解しやすくするために、図4では封止部材16を省略し、図5では封止部材16を仮想線(2点鎖線)で示している。
【0026】
このような半導体装置11では、ダイパッド部6が半導体素子12の放熱板の作用をなす。すなわち、半田からなる外部電極18を介して半導体装置11を回路基板に実装した状態で、半導体素子12の回路形成面で発生した熱は熱伝導率の高いダイパッド部6へ伝わり、半導体装置11の上部に流れる冷却風により効率よく除去されるので、半導体装置11は放熱性が極めて良好なものとなる。また、本発明では、半導体装置の放熱性をより向上させるため、図6に示されるように、ダイパッド部6の表面側6aが外部に露出するように封止部材16を設けてもよい。
【0027】
また、本発明の半導体装置11は、内部端子4A面(図5に1点鎖線P1で示される面)とダイパッド部6の表面側6a(図5に1点鎖線P2で示される面)との間の段差Gにより、ダイパッド部6の裏面側6bに固着された半導体素子12の回路形成面が、端子部4の内部端子4A面と略同一面となるので、半導体素子12の端子と内部端子4Aとを電気的に接続するボンディングワイヤ14のループ高さの許容が大きいものとなる。
【0028】
尚、上述の回路部材1および半導体装置11における端子数、端子配列等は例示であり、本発明の回路部材および半導体装置がこれに限定されないことは勿論である。
【0029】
次に、本発明の回路部材の製造方法について説明する。
【0030】
図7は、図1および図2に示される本発明の回路部材1を例とした本発明の回路部材の製造方法の一実施形態を示す工程図である。各工程は、上記の図2に対応する回路部材の縦断面図で示してある。
【0031】
図7において、まず、導電性基板21の表裏に感光性レジストを塗布、乾燥し、これを所望のフォトマスクを介して露光した後、現像してレジストパターン22A,22Bを形成する(図7(A))。導電性基板21としては、上述のように42合金(Ni42%のFe合金)、銅、銅合金等の金属基板(厚み100〜250μm)を使用することができ、この導電性基板21は、両面を脱脂等を行い洗浄処理を施したものを使用することが好ましい。また、感光性レジストとしては、従来公知のものを使用することができる。
【0032】
次に、レジストパターン22A,22Bを耐腐蝕膜として導電性基板21に腐蝕液でエッチングを行う(図7(B))。腐蝕液は、通常、塩化第二鉄水溶液を使用し、導電性基板21の両面からスプレーエッチングにて行う。
【0033】
次いで、レジストパターン22A,22Bを剥離して除去することにより、端子部4とダイパッド部6がそれぞれ接続リード3と接続リード8(図示せず)により外枠部材2に一体的に連結された回路部材用パターンが得られる(図7(C))。この回路部材用パターンでは、図から明らかなように、内部端子4A面とダイパッド部6の表面側6aとは、同一平面内にある。
【0034】
次に、端子部4の内部端子4Aの位置に銀めっき層5を形成した後、所定の金型でダイパッド部6を内部端子4A側へ突出させ、ダイパッド部6の表面側6aと内部端子4A面との間に段差を形成する(図7(D))。これにより、本発明の回路部材1が得られる。さらに、ダイパッド部6の裏面側6bに電気絶縁性の両面接着テープ7を貼付することにより、回路部材1´を得ることができる。
【0035】
次に、本発明の半導体装置の製造方法について説明する。
【0036】
図8は、図4および図5に示される本発明の半導体装置の製造方法の一実施形態を示す工程図である。各工程は、上記の図5に対応する半導体装置の縦断面図で示してある。
【0037】
図8において、まず、上述の本発明の製造方法により製造した回路部材1´を用い、この回路部材1´のダイパッド部6の裏面側6bに半導体素子12の回路形成面側を電気絶縁性の両面接着テープ7を介して固着することにより、半導体素子12を搭載する(図8(A)半導体素子搭載工程)。
【0038】
次に、搭載した半導体素子12の端子と、回路部材の内部端子4Aの銀めっき層5とを、ボンディングワイヤ14で電気的に接続する(図8(B)ワイヤボンディング工程)。
【0039】
次いで、外部端子4Bの一部を外部に露出させるようにして、端子部4、ダイパッド部6、半導体素子12およびボンディングワイヤ14を封止部材16で封止する(図8(C)封止工程)。
【0040】
次に、回路部材1´の各接続リードを切断し外枠部材2を除去して、本発明の半導体装置11とする(図8(D)外枠部材分離除去工程)。その後、外部に露出している外部端子4Bに半田からなる外部電極18を形成する。
【0041】
【実施例】
次に、具体的な実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
(回路部材の作製)
導電性基板として厚み0.15mmの銅板(古河電気工業(株)製EFTEC64T−1/2H)を準備し、脱脂処理、洗浄処理を行った後、この銅板の両面に紫外線硬化型レジスト(東京応化工業(株)製OFPR1305)を掛け流し法により塗布して乾燥した。次いで、表面側および裏面側のレジスト層をそれぞれ所定のフォトマスクを介して露光した後、現像してレジストパターンを形成した。その後、銅板の両面から塩化第二鉄水溶液を使用してスプレーエッチングを行い、洗浄後、有機アルカリ溶液を用いてレジストパターンを剥離除去した。
【0042】
次に、内部端子面に銀めっき層(厚み約5μm)を形成した後、所定の金型でダイパッド部を内部端子面側へ突出させた。これにより、ダイパッド部の表面側と内部端子の銀めっき層との間に約250μmの段差を形成した。その後、このダイパッド部の裏面側に電気絶縁性の両面接着テープ(巴川製紙所(株)製UH1W)を貼り付けて回路部材とした。
(半導体装置の作製)
上記の回路部材のダイパッド部裏面側の両面接着テープに半導体素子(厚み約0.25mm)の回路形成面側を圧着して加熱(140℃)することにより固着して半導体素子を搭載した。次いで、回路部材の内部端子上の銀めっき層と搭載した半導体素子の端子とを金線により結線し、その後、外部端子の一部を外部に露出させるようにして、端子部、ダイパッド部、半導体素子および金線を樹脂材料(日東電工(株)製MP−7400)で封止した。
【0043】
次に、回路部材の各接続リードを切断して外枠部材を除去し、外部に露出している外部端子に半田からなるボールを接着して外部電極を形成した。
【0044】
このようにして作製した半導体装置は外部端子数が80ピンであり、その外形寸法は10mm四方と小型であり、かつ、厚みが0.8mmであり非常に薄いものであった。
【0045】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば半導体素子の占有率が高くなり小型化が可能となって回路基板への実装密度を向上させることができ、また、ダイパッド部が半導体素子の回路形成面で発生する熱の放熱板の作用をなすので、外部端子側にて半導体装置を回路基板に実装した状態での半導体装置の放熱性が極めて良好であり、さらに、内部端子面とダイパッド部の表面側との間の段差により、ダイパッド部裏面側に回路形成面が固着された半導体素子の端子と内部端子とを電気的に接続するボンディングワイヤのループ高さの許容が大きくなり、また、外部端子に半田電極を形成することにより、BGA(Ball Grid Array)タイプの半導体装置が可能となり、実装作業性、ショート防止性が向上するとともにさらに、多ピン化への対応が可能となり、本発明の回路部材を使用することにより、上記のような効果を奏する半導体装置を容易に作製することができ、このような本発明の回路部材および半導体装置は、本発明の製造方法により簡便に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の回路部材の一実施形態を示す平面図である。
【図2】図1に示される回路部材のII−II線における縦断面図である。
【図3】本発明の回路部材の他の実施形態を示す縦断面図である。
【図4】図1に示される本発明の回路部材を使用した本発明の半導体装置の一実施形態を示す平面図である。
【図5】図4に示される半導体装置のV−V線における縦断面図である。
【図6】本発明の半導体装置の他の実施形態を示す縦断面図である。
【図7】本発明の回路部材の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図8】本発明の半導体装置の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【符号の説明】
1,1´…回路部材
2…外枠部材
3…接続リード
4…端子部
4A…内部端子
4B…外部端子
6…ダイパッド部
7…電気絶縁性の両面接着テープ
8…接続リード
11…半導体装置
12…半導体素子
14…ボンディングワイヤ
16…封止部材
18…半田外部電極
21…導電性基板
Claims (8)
- 表面側に内部端子を裏面側に外部端子を表裏一体的に有し内部端子面が略一平面上に位置するように電気的に独立して配設された複数の端子部と、前記端子部の内部端子側へ突出して内部端子面に対し表面側が段差をなすように設けられたダイパッド部と、該ダイパッド部の裏面に回路形成面側が電気的に絶縁して固着された半導体素子と、各端子部の内部端子と半導体素子の端子とを電気的に接続するボンディングワイヤと、各端子部の外部端子の一部を外部に露出させるように前記端子部、ダイパッド部、半導体素子およびボンディングワイヤを封止する封止部材と、を備えることを特徴とする半導体装置。
- 前記ダイパッド部の表面側の少なくとも一部が外部に露出していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 外部に露出している外部端子に半田からなる外部電極を設けたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
- 外枠部材と、該外枠部材から各々接続リードを介して相互に独立して配設された複数の端子部と、前記外枠部材から接続リードを介して配設されたダイパッド部とを備え、各端子部は表面側に内部端子を裏面側に外部端子を表裏一体的に有するとともに、各端子部の内部端子面は略一平面上に位置し、前記ダイパッド部は前記内部端子面側へ突出してその表面側が前記内部端子面に対して段差をなす位置にあることを特徴とする回路部材。
- 前記ダイパッド部の裏面側に電気絶縁性の両面接着テープが設けられていることを特徴とする請求項4に記載の回路部材。
- 導電性基板をエッチングして、表面側に内部端子を裏面側に外部端子を表裏一体的に有する複数の端子部と、ダイパッド部と、各端子部が相互に独立して接続リードを介して一体的に連結され、かつ、前記ダイパッド部が接続リードを介して一体的に連結された外枠部材とを備えた回路部材用パターンを作成した後、該回路部材用パターンのダイパッド部を端子部の内部端子面側へ突出させ、ダイパッド部の表面側が内部端子面に対して段差をなす位置に加工することを特徴とする回路部材の製造方法。
- さらに、ダイパッド部の裏面側に電気絶縁性の両面接着テープを貼り付けることを特徴とする請求項6に記載の回路部材の製造方法。
- 請求項6または請求項7に記載の製造方法により製造した回路部材のダイパッド部の裏面側に半導体素子の回路形成面側を電気的に絶縁して固着することにより搭載する半導体素子搭載工程と、
回路部材の内部端子と半導体素子の端子とをボンディングワイヤで電気的に接続するワイヤボンディング工程と、
外部端子の一部を外部に露出させ、前記端子部、ダイパッド部、半導体素子およびボンディングワイヤを樹脂材料で封止する封止工程と、
回路部材の各接続リードを切断し、外枠部材を除去する外枠部材分離除去工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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