JP3701131B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造技術、特に、放熱性を高める技術に関し、例えば、テープ・キャリア・パッケージ（以下、ＴＣＰという。）を備えている半導体装置の製造に利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＣＰは薄形で表面実装が可能なパッケージとして広く半導体装置に使用されているが、アウタリードが側方に突出するように配置されているため、ランドがエリア化されたプリント配線基板への実装が不可能である。そこで、各アウタリードに外部端子をそれぞれ電気的に接続させ、これら外部端子をエリア状に配置したパッケージが考えられる。
【０００３】
すなわち、ＴＣＰは半導体集積回路が作り込まれた半導体ペレット（以下、ペレットという。）と、ポリイミド樹脂のテープ本体にインナリードおよびアウタリードが敷設されたキャリアテープとがテープ・オートメイテッド・ボンディング（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔａｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ：ＴＡＢ）により機械的かつ電気的に接続され、樹脂封止体がポッティング法によって成形されて製造されたパッケージである。このＴＣＰにおいて、半田バンプやピン等の外部端子をアウタリードに電気的に接続することにより、外部端子をエリア状に配置することができる。
【０００４】
なお、ＴＡＢ技術を用いたＰＧＡパッケージを述べてある例として、株式会社工業調査会１９９０年１月２５日発行「ＴＡＢ技術入門」Ｐ３０３〜Ｐ３０５、がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
外部端子をエリア状に配置したＴＣＰにおいては、キャリアテープを補強するためのスティフナをキャリアテープに貼り付けることが考えられる。ここで、高発熱のペレットが搭載される半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）のパッケージとしてＴＣＰが採用された場合には、スティフナにペレットを貼り付けてペレットの発熱をスティフナに拡散させることが合理的である。
【０００６】
しかし、スティフナにペレットが貼り付けられる場合には、スティフナにペレットの厚さ分のキャビティーを形成する必要があるため、ＴＣＰのペレットをスティフナに貼り付けることは困難であるという問題点があることが本発明者によって明らかにされた。すなわち、キャビティーがプレス加工またはエッチング加工によって形成されたスティフナの平坦度は７０μｍが限界であるため、スティフナにペレットとキャリアテープとを貼り付けることができない。
【０００７】
本発明の目的は、キャビティーを形成せずにスティフナにペレットとキャリアテープとを貼り付けることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通りである。
【００１０】
すなわち、キャリアテープのテープ本体に敷設された各インナリードに半導体ペレットの各パッドが各バンプによって機械的かつ電気的に接続されており、前記テープ本体および前記半導体ペレットが平坦なスティフナの一主面に固着されている半導体装置の製造方法であって、
前記キャリアテープ本体の上の前記インナリードと前記半導体ペレットの上の前記バンプとの位置を整合させ、前記インナリードが真っ直ぐの状態のままであり、前記ペレットと前記バンプとの厚さの合計が前記テープ本体の厚さになるように前記インナリードと前記バンプとを熱圧着する工程と、
前記インナリードと前記バンプとが熱圧着された状態で、前記半導体ペレットを前記平坦なスティフナに貼着する工程と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
前記した手段によれば、スティフナの平坦度を高く維持することができるため、テープ本体とペレットとの間に架橋した状態になるインナリードをペレットのパッドに過度に撓ませることなくバンプを介して適正に機械的かつ電気的に接続させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態に係るＴＢＧＡ・ＩＣを示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ部の拡大断面図である。図２以降は本発明の一実施形態であるＴＢＧＡ・ＩＣの製造方法を示す各説明図である。
【００１３】
本実施形態において、本発明に係る半導体装置は、ＴＣＰ技術を用いたボール・グリッド・アレイパッケージ（以下、ＴＢＧＡという。）を備えているＩＣとして構成されている。以下、その製造方法を説明することにより、ＴＢＧＡを備えているＩＣ（以下、ＴＢＧＡ・ＩＣという。）の構成を詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態に係るＴＢＧＡ・ＩＣに使用されているペレット１０は、図２に示されているように構成されている。すなわち、ＴＢＧＡ・ＩＣの製造工程における所謂前工程において、シリコンウエハ（図示せず）に所望の半導体素子を含む半導体集積回路が各ペレット部毎に作り込まれた後に、そのシリコンウエハが各ペレット部毎にダイシングされることにより、ペレット１０は平面視が略正方形の薄い平板形状の小片に形成されている。
【００１５】
ペレット１０のサブストレート１１のアクティブ・エリア側主面（以下、第一主面という。）１２には半導体集積回路を外部に取り出すためのパッド１３が複数個、ペレットの外周辺部に互いに干渉しない適当な間隔をおいて環状に配されてそれぞれ開設されている。ペレット１０の第一主面１２の上にはパッシベーション膜１４が各パッド１３をそれぞれ露出させた状態で、全体的に均一に被着されている。各パッド１３の上には金系材料（ＡｕまたはＡｕ合金）からなるバンプ１５がそれぞれ被着されている。バンプ１５は金メッキ処理が使用されて薄い平板形状に形成されており、パッシベーション膜１４から若干突出した状態になっている。本実施形態において、ペレット１０の厚さｔとバンプ１５の高さｈとの和は可及的に薄く設定されている。
【００１６】
本実施形態に係るＴＢＧＡ・ＩＣの製造には図３に示されているキャリアテープ２０が使用される。キャリアテープ２０はＴＢＧＡ・ＩＣのペレット１０とインナリード群とをテープ・オートメイテッド・ボンディング（ＴＡＢ）により機械的かつ電気的に接続させ得るように構成されており、絶縁性を有するキャリアとしてのテープ本体２１を備えている。テープ本体２１はポリイミド等の絶縁性樹脂が用いられて、同一パターンが長手方向に連続するように一体成形されている。但し、説明および図示は一単位だけについて行われている。
【００１７】
テープ本体２１の幅方向の両側端辺部にはピッチ送りに使用される送り孔２２が等ピッチに配されて開設されている。また、テープ本体２１の幅方向の中央部にはペレット１０を収容するためのペレット収容孔２３が等ピッチをもって一列縦隊に配されて開設されている。各ペレット収容孔２３はペレット１０の外形に対して若干大きめに相似する正方形に形成されている。
【００１８】
テープ本体２１の片側主面（以下、第一主面とする。）上におけるペレット収容孔２３の四辺には、複数本のインナリード２４が互いに電気的に非接続になるように敷設されている。インナリード２４群は複数本宛がペレット収容孔２３における四辺に分けられて配線されており、各インナリード２４の先端部がペレット収容孔２３にそれぞれ突出されている。インナリード２４はペレット１０のバンプ１５と同数設けられており、各インナリード２４の先端部は各バンプ１５のそれぞれに整合するように配置されている。
【００１９】
各インナリード２４の外側には各アウタリード２５がそれぞれ一体的に形成されている。各アウタリード２５の外側端部はテープ本体２１の第一主面において適宜に引き回されてピッチ間隔および横幅が拡大されている。ちなみに、インナリード２４およびアウタリード２５は銅箔等の導電性材料からなる薄板がテープ本体２１の第一主面に溶着や接着等の手段によって固着され、この薄板がリソグラフィー処理およびエッチング処理によって所望のパターンにパターニングされることにより形成されている。なお、図１（ｂ）や図４（ｂ）に示されているように、インナリード２４の表面には、バンプ１５と協働して接続部を形成するための金メッキ被膜２９が被着されている。
【００２０】
テープ本体２１の第一主面の上にはソルダレジスト膜２６がペレット収容孔２３を取り囲むように被着されている。ソルダレジスト膜２６の各アウタリード２５に対応する位置にはスルーホール２７がそれぞれ開設されており、各スルーホール２７の底面にはアウタリード２５がそれぞれ露出した状態になっている。スルーホール２７群はペレット収容孔２３と同心になった一対の正方形枠上において千鳥形状にそれぞれ配置されている。各スルーホール２７にはバリアメタル２８がそれぞれ形成されており、バリアメタル２８はスルーホール２７の底面において露出したアウタリード２５を被覆した状態になっている。
【００２１】
本実施形態において、テープ本体２１の厚さは、ペレット１０の厚さとバンプ１５の高さとの和と等しくなるように設定されており、ペレット１０の厚さおよびバンプ１５の高さは通常のＴＣＰのペレットの厚さよりも薄く設定されている。
【００２２】
図４はキャリアテープにペレットが電気的かつ機械的に接続されるインナリードボンディング工程を示している。
【００２３】
ペレット１０がキャリアテープ２０にインナリードボンディングされる際、キャリアテープ２０は図４（ａ）に示されているように第一主面（インナリードおよびアウタリードが敷設された主面）側を上向きにした状態で、フィーダに張設されて一方向に間欠送りされる。フィーダに張設されたキャリアテープ２０の途中にはボンディングステーション３０が設定されており、ボンディングステーション３０にはインナリードボンディングのためのヒートブロック３１が配置されている。このヒートブロック３１にはペレット１０がバンプ１５群を上向きにした状態で載せられる。
【００２４】
キャリアテープ２０が間欠停止されると、図４（ａ）に示されているように、ペレット１０がペレット収容孔２３内に下方から収容された状態になるとともに、各バンプ１５が各インナリード２４にそれぞれ整合された状態になる。この状態で、ボンディング工具３２が下降され、各バンプ１５が各インナリード２４の先端部にボンディング工具３２とヒートブロック３１とによってそれぞれ熱圧着される。すなわち、各バンプ１５は各インナリード２４にボンディング工具３２によってギャングボンディングされる。
【００２５】
このとき、インナリード２４の表面に被着されている金メッキ被膜２９と金系材料から成るバンプ１５との間において、金−金の共晶が形成されるため、各パッド１３と各インナリード２４とは、図４（ｂ）に示されているようにバンプ１５によって機械的かつ電気的に接続された状態になる。
【００２６】
図５はインナリードボンディングされたキャリアテープおよびペレットにスティフナが貼着されるスティフナ貼着工程を示している。
【００２７】
フィーダに張設されたキャリアテープ２０のボンディングステーションの後方位置には貼着ステーション４０が設定されており、貼着ステーション４０には貼着のためのヒートブロック４１が図５に示されているように配置されている。ヒートブロック４１にはスティフナ１６が載せられる。
【００２８】
スティフナ１６は銅板等の熱伝導性の良好な材料が使用されて、キャリアテープ２０のバリアメタル２８群が構成した正方形よりも大きい正方形の平板形状に形成されている。スティフナ１６は単純な平板形状に形成されているため、スティフナ１６の平坦度はきわめて高い状態になっている。ヒートブロック４１に供給された状態において、スティフナ１６の上面には接着材膜１７が接着されている。接着材膜１７は熱伝導性の良好な接着材料が使用されて形成されている。
【００２９】
キャリアテープ２０が間欠停止されると、ラバー等の適度な弾力性を有する材料から形成された貼着工具４２が下降され、キャリアテープ２０の下面がヒートブロック４１に受けられたスティフナ１６の上面に押し付けられる。すなわち、キャリアテープ２０のテープ本体２１の下面およびペレット１０の下面がスティフナ１６の接着材膜１７に押し付けられる。この状態で、接着材膜１７がヒートブロック４１によって加熱されると、テープ本体２１の下面およびペレット１０はスティフナ１６に接着材膜１７によって貼着された状態になる。
【００３０】
その後、キャリアテープ２０のスティフナ１６の上には、ペレット１０およびインナリード２４群を樹脂封止する樹脂封止体１８が図６に示されているように成形される。
【００３１】
すなわち、図６（ａ）に示されているように、エポキシ・フェノール樹脂等の絶縁性樹脂が使用された封止樹脂５１は流動性の良好な液状の状態で、ポッティング装置５２によりキャリアテープ２０の上方からペレット収容孔２３を中心に満遍無く塗布するようにポッティングされる。ポッティングされた液状の封止樹脂５１はスティフナ１６の上においてペレット収容孔２３の内部を満たしてペレット１０およびインナリード２４群を全体的に包囲する状態になる。
【００３２】
そして、液状の封止樹脂５１が硬化されると、キャリアテープ２０のスティフナ１６の上にはペレット１０およびインナリード２４群を樹脂封止する樹脂封止体１８が図６（ｂ）に示されているように成形された状態になる。なお、本実施形態において、液状の封止樹脂５１は熱硬化反応によって硬化される。但し、可塑性樹脂によって硬化させてもよいし、他の反応によって硬化させてもよい。
【００３３】
樹脂封止体１８が成形されたキャリアテープ２０の各バリアメタル２８の上には半田ボールを半田付けされることによって半田バンプ１９が突設され、かつ、テープ本体２１がスティフナ１６の外周縁において切断される。
【００３４】
以上により、図１に示されているＴＢＧＡ・ＩＣ１が製造されたことになる。すなわち、図１に示されているＴＢＧＡ・ＩＣ１は、キャリアテープ２０のテープ本体２１に敷設された各インナリード２４にペレット１０の各パッド１３が各バンプ１５によって機械的かつ電気的に接続されており、テープ本体２１およびペレット１０が平坦なスティフナ１６の一主面に接着材膜１７によって接着されて固着されている。この状態において、ペレット１０の厚さはペレット１０の厚さｔとバンプ１５の高さｈとの和がテープ本体２１の厚さＴと等しくなるように設定されているため、テープ本体２１とペレット１０との間に架橋した状態になったインナリード２４は過度に撓むことなく、ペレット１０のパッド１３にバンプ１５を介して機械的かつ電気的に接続した状態になっている。ペレット１０およびインナリード２４群はスティフナ１６の上に成形された樹脂封止体１８によって樹脂封止されている。
【００３５】
そして、ＴＢＧＡ・ＩＣ１はプリント配線基板に半田バンプ１９群のリフロー半田付けによって表面実装される。この際、半田バンプ１９群はテープ本体２１にエリア状に配置されているため、プリント配線基板のランド群もエリア状に配置することができ、多ピン化が可能である。
【００３６】
前記実施形態によれば、次の効果が得られる。
【００３７】
1) テープ本体およびペレットを平坦なスティフナの一主面に固着することにより、スティフナにキャビティーを加工しなくても済むため、スティフナの平坦度を高く維持することができ、その結果、テープ本体とペレットとの間に架橋した状態になるインナリードを過度に撓ませることなく、ペレットのパッドにバンプを介して適正に接続させることができる。
【００３８】
2) ペレットをスティフナに固着することにより、ペレットの発熱をスティフナに直接的に拡散することができるため、ＴＢＧＡ・ＩＣの放熱性能を高めることができる。
【００３９】
3) 前記1)により、ＴＢＧＡ・ＩＣの全体としての厚さを薄くすることができるため、ＴＢＧＡ・ＩＣの実装の高さを薄くすることができる。
【００４０】
4) スティフナを平坦な平板形状に設定することにより、スティフナの平坦度を高く維持することができるばかりでなく、スティフナの製造コストを低減することができるため、ＴＢＧＡ・ＩＣの製造コストを低減することができる。
【００４１】
5) インナリードに接続されたアウタリードに半田バンプを突設することにより、ＴＢＧＡに構成することができるため、外部端子がエリア配置の表面実装形パッケージ構造に構成することができ、かつ、多ピン化に対応することができる。
【００４２】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００４３】
例えば、ペレット側を薄く設定するに限らず、テープ本体側を厚く設定してもよい。
【００４４】
パッドとインナリードとを機械的かつ電気的に接続するためのバンプは、パッド側に突設するに限らず、インナリード側に突設してもよい。
【００４５】
インナリードに接続されたアウタリードに半田バンプを突設してＴＢＧＡに構成するに限らず、通常のＴＣＰのようにアウタリードを径方向に突出させてもよい。
【００４６】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるＴＢＧＡ・ＩＣに適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、テープ・キャリア形パッケージを備えている半導体装置全般に適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００４８】
テープ本体およびペレットを平坦なスティフナの一主面に固着することにより、スティフナの平坦度を高く維持することができるため、テープ本体とペレットとの間に架橋した状態になるインナリードを過度に撓ませることなく、ペレットのパッドにバンプを介して適正に接続させることができる。そして、ペレットをスティフナに固着することにより、ペレットの発熱をスティフナに直接的に拡散することができるため、半導体装置の放熱性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るＴＢＧＡ・ＩＣを示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ部の拡大断面図である。
【図２】 本発明の一実施形態であるＴＢＧＡ・ＩＣの製造方法に使用されるペレットを示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う拡大断面図である。
【図３】 同じくキャリアテープを示しており、（ａ）は一部省略平面図、（ｂ）は一部省略正面断面図である。
【図４】 本発明の一実施形態であるＴＢＧＡ・ＩＣの製造方法のインナリードボンディング工程を示しており、（ａ）はボンディング途中の正面断面図、（ｂ）はボンディング後の拡大断面図である。
【図５】 同じく貼着工程を示す正面断面図である。
【図６】 同じくポッティング工程を示しており、（ａ）はポッティング途中の正面断面図、（ｂ）はポッティング後の正面断面図である。
【符号の説明】
１…ＴＢＧＡ・ＩＣ（半導体装置）、１０…ペレット、１１…サブストレート、１２…第一主面、１３…パッド、１４…パッシベーション膜、１５…バンプ、１６…スティフナ、１７…接着材膜、１８…樹脂封止体、１９…半田バンプ、２０…キャリアテープ、２１…テープ本体、２２…送り孔、２３…ペレット収容孔、２４…インナリード、２５…アウタリード、２６…ソルダレジスト膜、２７…スルーホール、２８…バリアメタル、２９…金メッキ被膜、３０…ボンディングステーション、３１…ヒートブロック、３２…ボンディング工具、４０…貼着ステーション、４１…ヒートブロック、４２…貼着工具、５１…封止樹脂、５２…ポッティング装置。

Claims (7)

1. キャリアテープのテープ本体に敷設された各インナリードに半導体ペレットの各パッドが各バンプによって機械的かつ電気的に接続されており、前記テープ本体および前記半導体ペレットが平坦なスティフナの一主面に固着されている半導体装置の製造方法であって、
   前記キャリアテープ本体の上の前記インナリードと前記半導体ペレットの上の前記バンプとの位置を整合させ、前記インナリードが真っ直ぐの状態のままであり、前記ペレットと前記バンプとの厚さの合計が前記テープ本体の厚さになるように前記インナリードと前記バンプとを熱圧着する工程と、
   前記インナリードと前記バンプとが熱圧着された状態で、前記半導体ペレットを前記平坦なスティフナに貼着する工程と、
   を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記半導体ペレットの厚さと前記バンプの高さとの和が、前記テープ本体の厚さと等しくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記半導体ペレットの厚さは、前記テープ本体の厚さよりも薄く設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記テープ本体の厚さは、前記半導体ペレットの厚さよりも厚く設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記テープ本体および前記半導体ペレットが前記平坦なスティフナの一主面に接着材膜によって接着されていることを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記スティフナの上に前記半導体ペレットおよび前記インナリード群を樹脂封止した樹脂封止体が成形されていることを特徴とする請求項１、２、３、４または５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記インナリードに接続されたアウタリードに半田バンプが突設されていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６に記載の半導体装置の製造方法。

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