JP3936234B2 - 半導体装置製造方法及び半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、半導体装置製造方法及び半導体装置に係り、特に、複数の電子部品が搭載された基板に樹脂封止を行う半導体装置製造方法及び半導体装置に関わる。
【0002】
【従来の技術】
近年の電子機器の小型化及び多機能化の要請から、電子機器に搭載される半導体装置の高性能化が望まれている。それに伴い、半導体産業では、1つの基板に1つの電子部品(例えば、半導体チップ)を搭載した半導体装置から、1つの基板に複数の電子部品を搭載した半導体装置(「マルチチップパッケージ」と呼ばれることもある)に生産をシフトしてきている。
【0003】
半導体装置は、基板の所定の位置に電子部品を接着し、基板に設けられたリードと電子部品の電極を金線などで電気的に接続した後、型締めされた金型内に熱硬化性樹脂を圧入して(即ち、トランスファー形成により)樹脂封止を行って製造する。ここで、基板2100の外周に対して整列した複数の電子部品2200a乃至2200cを有する半導体装置2000の樹脂封止について説明する。図7は、半導体装置2000の樹脂封止の一例を示す概略平面図である。なお、図7において、便宜上、金型は省略している。
【0004】
半導体装置2000の樹脂封止は、図7によく示されるように、基板2100の一角2100aに設けられたゲート2300から樹脂を注入(充填)すると共に、他の角2100b乃至2100dに設けられたエアーベント2400b乃至2400dから金型内の空気を抜きながら行われる。ゲート2300から注入された樹脂は、放射線状に広がり、図7に示す矢印Aのように流れる。この時、電子部品2200a乃至2200cが存在しない(即ち、金型空間が大きい)箇所は樹脂が早く回り込み、一方、電子部品2200a乃至2200cが存在する(即ち、金型空間が狭い)箇所は樹脂の注入が遅れ、早く回り込んだ樹脂との間のエアが逃げ場を失い、例えば、領域Xに未充填やボイドを発生して半導体装置の品質の低下をもたらしていた。そして、著しく品質の低下した半導体装置は廃棄しなければならず、生産性(例えば、歩留まりやコスト増加など)の悪化を招いていた。
【0005】
また、図8に示すように、ポット(「チャンバー」と呼ばれることもある)3300に収容した樹脂をランナー3400を通して一括基板3100に設けられたゲート3500から注入(充填)して樹脂封止を行った後、切断線L(図中破線)に沿って一括基板3100を切断して1つの基板3100aに1つの電子部品3200を搭載した半導体装置3000を得る場合においても、上述したように、領域Yにエアの巻き込みを生じ、未充填やボイドを発生させてしまう。ここで、図8は、樹脂封止を行った一括基板3100から半導体装置の個片を得る場合の一例を示す概略平面図である。
【0006】
このため、樹脂の流れを調節して未充填やボイドの発生を抑制する半導体装置が、例えば、公開特許平成6年244309号公報、公開特許平成7年135277号公報に提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
公開特許平成6年244309号公報において提案されている半導体装置によれば、基板に搭載される電子部品を樹脂の流れやすい配置にすることで樹脂の流れを調節している。しかしながら、基板上の電子部品の配置位置を変更するためには基板の配線パターンも変更する必要があり、基板の設計段階から考慮しなければならず非常に面倒である。また、図7及び図8に示したように、基板上の電子部品の配置位置が制約されており、思い通りに電子部品を配置することができない場合もある。
【0008】
一方、公開特許平成7年135277号公報において提案されている半導体装置によれば、基板に透孔を設けることで樹脂の流れを調節しているが、公開特許平成6年244309号公報と同様に、基板の配線パターンを避けて透孔を配置する必要があり、基板の設計段階から考慮しなければならず非常に面倒である。また、基板に透孔を設けるために、基板の片面(即ち、電子部品を搭載する面)のみを樹脂封止することができない。
【0009】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、このような従来の課題を解決する新規且つ有用な半導体装置製造方法及び半導体装置を提供することを概括的な目的とする。
【0010】
より特定的には、本発明は、簡易な構成で未充填やボイドを低減し、高品質な半導体装置を生産性よく製造することができる半導体装置製造方法を提供することを例示的目的とする。
【0011】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての半導体装置製造方法は、予め配線パターンの形成された基板の所定の位置に複数の電子部品を載置するマウントステップと、前記複数の電子部品の間の前記基板上に、樹脂の流れを均一にして、樹脂が基板上を放射状に広がるようにし、未充填やボイドの発生を抑制する隔壁を形成する隔壁形成ステップと、前記隔壁が形成された前記基板上に、トランスファ成形により樹脂を注入して封止を行う樹脂封止ステップとを有する。かかる製造方法によれば、隔壁により樹脂封止の際の樹脂の流れを均一にすることができるので、電子部品周辺における樹脂流速の違いから生じるエアの巻き込みを低減し、未充填やボイドの発生を防止することができる。なお、隔壁形成ステップは、樹脂封止ステップに先駆けて行えばよく、例えば、マウントステップや、電子部品と基板の配線パターンを電気的に接続するボンディングステップより前に行ってもよい。
【0012】
本発明の更に別の側面としての半導体装置は、配線パターンの形成された基板と、前記基板上に載置され、前記配線パターンと電気的に接続される複数の電子部品と、前記複数の電子部品の間に形成され、当該複数の電子部品をトランスファ成形により樹脂封止する際に、樹脂の流れを均一にして、樹脂が基板上を放射状に広がるようにし、未充填やボイドの発生を抑制する隔壁とを有する。かかる半導体装置によれば、適当に隔壁を形成することによって樹脂の流れを均一にすることができ、上述の製造方法の作用と同様の作用を奏する。前記隔壁は、柔軟性のある絶縁物から形成される。これにより、耐熱性の熱可塑性の材料を用いることができる。前記隔壁は、前記封止樹脂と同じ材料から形成される。これにより、隔壁を樹脂封止の一部に含めることができる。
【0013】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は添付図面を参照して説明される好ましい実施例において明らかにされるであろう。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の例示的一態様である半導体装置製造方法及び半導体装置について説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定するものではなく、本発明の目的が達成される範囲において、各構成要素が代替的に置換されてもよい。
【0015】
ここで、図1は、本発明に係る半導体装置100の概略構成図であって、図1(a)は、半導体装置100の概略平面図、図1(b)は、図1(a)に示す半導体装置100のA−A断面図である。半導体装置100は、例えば、コンピューター、オーディオ機器、通信機器などの電子機器、自動車や電車の制御機器など、あらゆるエレクトロ機器に組み込まれる。半導体装置100は、図1によく示されるように、基板110と、電子部品120(電子部品120は、電子部品120a乃至120cを総括するものとする)と、隔壁130とを有する。
【0016】
基板110は、例えば、プリント基板(PCB:Print CircuitBoard)で、所定の位置110a乃至110cに電子部品120を載置して、電子部品120間の配線を行う。但し、所定の位置110a乃至110cは、後述する隔壁130により、基板110上に任意に設定することができる。なお、本実施形態において、基板110は、3つの電子部品120a乃至cを図7に示した半導体装置2000の基板2100が搭載する電子部品2200a乃至2200cと同一位置に載置しているが、その配置や数を限定するものではない。
【0017】
基板110は、厚さ1mm乃至2mm程度の絶縁板(例えば、ベークライト、エポキシ樹脂など)に配線パターンが形成された(即ち、配線が張り付けられた)構造を有する。配線パターンは、電子部品120を電気的に接続し、一般には、エッチングによって、厚さ30μm乃至40μm程度の鉄系又は銅系の合金で形成される。
【0018】
電子部品120は、基板110の所定の位置110a乃至110cに載置され、基板110の配線パターンと電気的に接続される。電子部品120は、半導体チップ(LSIやVLSIなど)、抵抗器、コンデンサ、トランジスタ等を含む。電子部品120の基板110(所定の位置110a乃至110c)への載置(「マウント」と呼ばれる)は、例えば、導電性エポキシ樹脂による接着や半田付けによって行われ、電子部品120と基板110の配線パターンとの電気的な接続(「ボンディング」と呼ばれる)は、例えば、30μm程度の金線などによって行われる。
【0019】
隔壁130は、電子部品120の間に形成され、電子部品120を封止する樹脂の流れを変更する。隔壁130は、図1(b)に示すように、上型510と下型520によって型締めされた金型500内に熱硬化性樹脂を圧入して(即ち、トランスファー形成により)樹脂封止を行う際に、圧入した熱硬化性樹脂の流れを調節して基板110上を放射線状に広がらせる。
【0020】
隔壁130は、電子部品120a乃至120cが存在しない(即ち、金型500空間が大きい)箇所に樹脂が早く回りこむことを防止するように樹脂の流れを変更する箇所に配置する。即ち、隔壁130は、電子部品120a乃至120cが存在しない箇所における樹脂の流れと電子部品120a乃至120cが存在する(即ち、金型500空間が小さい)箇所における樹脂の流れを均一にして、樹脂が基板110上を放射状に広がるように配置する。
【0021】
隔壁130は、図2によく示されるように、略四角柱(即ち、板状)の形状を有する。但し、図2に示す隔壁130の形状は、例示的であり、上述した機能を有するならばどのような形状であってもかまわない。ここで、図2は、図1に示す隔壁130の概略斜視図である。図2を参照するに、隔壁130は、樹脂の流れを変更するため、且つ、樹脂の流圧に耐える十分な強度を有するように、縦径a及び横径bを設定する。従って、隔壁130の縦径a及び横径bは、基板110上に載置される電子部品120の載置位置や大きさに基づいて設定される。しかし、隔壁130の縦径a及び横径bを大きく設定してしまうと、電子部品120と同様に、隔壁130の周りにエアの巻き込みを生じてしまうので好ましくない。隔壁130の高さcは、電子部品120と同じ高さに設定することが好ましい。なお、隔壁130の配置位置、縦径a、横径b及び高さcは、例えば、コンピューターシミュレーションにより求めることができる。
【0022】
ここで、図6を参照して、コンピューターシミュレーションにより隔壁130の配置位置、縦径a、横径b及び高さcを求める方法を説明する。図6は、隔壁130の配置位置及び寸法(縦径a、横径b及び高さc)を求める方法を説明するためのフローチャートである。まず、所定の位置110a乃至110cに複数の電子部品120a乃至120cを載置した基板110に樹脂を流し、基板110上の樹脂の流れが不均一な領域、即ち、エアの巻き込みが発生する領域を確認する(ステップ2002)。次に、基板110上の適当な位置に適当な縦径a、横径b及び高さcで隔壁130を形成する(ステップ2004)。そして、隔壁130が形成された基板110に樹脂を流し、かかる樹脂の流れが均一となり基板110上にエアの巻き込みが発生しないかどうか判断する(ステップ2006)。エアの巻き込みが発生しない場合は、ステップ2004で設定した隔壁130の配置位置及び寸法(縦径a、横径b及び高さc)が最適となる。エアの巻き込みが発生する場合は、エアの巻き込みが発生しなくなるまで隔壁130の配置位置及び縦径a、横径b及び高さcを変更してステップ2004以下を繰り返し行う。但し、本実施形態では、ステップ2006の判断基準を基板110上にエアの巻き込みが発生しなくなるまでとしたが、半導体装置100を劣化させない程度のエアの巻き込み以下になるまでとしてもよい。
【0023】
再び、図1に戻って、隔壁130は、柔軟性のある絶縁物(例えば、耐熱性の熱可塑性の材料など)から形成され、例えば、エポキシ樹脂などの接着剤を用いて基板110に固定される。隔壁130は、液材吐出装置を用いて樹脂封止に使われる樹脂(熱硬化性樹脂)を基板110に塗布して形成することも可能である。これにより、隔壁130を樹脂封止の一部に含めることができる。
【0024】
本実施形態では、隔壁130は、基板110に載置される電子部品120a乃至120cの位置及び大きさに基づいて、図1に示すように、基板110上の2箇所に配置されている。かかる構成において、図3に示すように、基板110の一角110dに設けられたゲート112から樹脂を注入(充填)すると共に、他の角110e乃至110gに設けられたエアーベント114e乃至114gから金型500内の空気を抜きながら樹脂封止を行うと、ゲート112から注入された樹脂は、放射線状に広がり、隔壁130によって流れが変更されて矢印Bのように流れる。即ち、電子部品120a乃至120cが存在しない箇所と電子部品120a乃至120cが存在する箇所の樹脂の流れが均一となり、樹脂が基板110全面に充填されるまで放射線状の広がりを維持する。従って、樹脂の流れの不均一によるエアの巻き込みが起こらず、例えば、図7に示したように従来、領域Xに発生していた未充填やボイドを抑制することができる。ここで、図3は、半導体装置100を樹脂封止する際の樹脂の流れを示す概略平面図である。
【0025】
以下、図4を参照して、半導体装置100の製造方法の実施例について説明する。図4は、半導体装置100の製造を説明するためのフローチャートである。まず、予め配線パターンの形成された基板110の所定の位置110a乃至110cに複数の電子部品120a乃至120cを載置する(ステップ1002)。ここで、基板110の所定の位置110a乃至110cは、基板110の設計段階で任意に定めることができるため、載置位置の制約はなく思い通りに電子部品120a乃至120cを配置することができる。
【0026】
次に、基板110の所定の位置110a乃至110cに載置した電子部品120a乃至120cと基板110の配線パターンを電気的に接続する(ステップ1004)。
【0027】
次いで、複数の電子部品120a乃至120cの間の基板110上に隔壁130を形成する(ステップ1006)。この際、例えば、上述したコンピューターシミュレーションにより基板110上の最適な配置位置に最適な寸法(縦径a、横径b及び高さc)で隔壁130を形成することによって、樹脂の流れやすい箇所(即ち、複数の電子部品120a乃至120cが存在しない箇所)の樹脂の流れを、樹脂の流れにくい箇所(即ち、複数の電子部品120a乃至120cが存在する箇所)に変更することが可能となり、樹脂封止をする際の樹脂の流れを均一にすることができる。
【0028】
そして、隔壁130が形成された基板110上に樹脂を注入して封止を行う(ステップ1008)。注入された樹脂は、隔壁130によって流れを変更され、放射線状に広がり均一に基板110を充填する。従って、複数の電子部品120a乃至120c周辺部(例えば、領域X)における樹脂流速の違いから生じるエアの巻き込みを低減し、未充填やボイドの発生を防止することができる。
【0029】
かかる製造方法によれば、従来よりも高品位の半導体装置100を生産性よく製造することができる。なお、隔壁130を形成するステップ1006は、基板110を樹脂で封止するステップ1008に先駆けて行えばよく、例えば、電子部品120a乃至120cを基板110に載置するステップ1002や電子部品120a乃至120cと基板110の配線パターンと電気的に接続するステップ1004より前に行ってもよい。但し、隔壁130を形成する位置が後の工程(ステップ1002及びステップ1004)に影響を与えない場合に限ることは言うまでもない。
【0030】
また、かかる製造方法は、図5に示すように、ポットに収容した樹脂をランナーを通して一括基板180に設けられたゲートから注入(充填)して樹脂封止を行った後、切断線L(図中破線)に沿って一括基板180を切断して1つの基板180aに1つの電子部品120aを載置した半導体装置100aを得る場合にも適用することができる。即ち、一括基板180上の適当な位置に適当な大きさで隔壁130を形成することによって樹脂の流れが変更されて矢印Cのように流す(一括基板180上を樹脂が均一に流れる)ことが可能となる。従って、図8に示したように、領域Yにエアの巻き込みを生じることなく、未充填やボイドの発生が抑制された高品位な半導体装置100aを得ることができる。ここで、図5は、隔壁130を形成した一括基板180に樹脂封止を行う際の樹脂の流れを示す概略平面図である。但し、図5においては、領域Yのみに注目して説明しているため隔壁130は2つしか形成されていないことに理解されたい。
【0031】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はその要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【0032】
【発明の効果】
本発明の半導体製造方法によれば、簡易な構成で樹脂封止の際の樹脂の流れを均一にすることが可能となり、未充填やボイドを低減し、高品質な半導体装置を生産性よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る半導体装置の概略構成図であって、図1(a)は、半導体装置の概略平面図、図1(b)は、図1(a)に示す半導体装置のA−A断面図である。
【図2】 図1に示す隔壁の概略斜視図である。
【図3】 図1に示す半導体装置を樹脂封止する際の樹脂の流れを示す概略平面図である。
【図4】 図1に示す半導体装置の製造を説明するためのフローチャートである。
【図5】 隔壁を形成した一括基板に樹脂封止を行う際の樹脂の流れを示す概略平面図である。
【図6】 隔壁の配置位置及び寸法を求める方法を説明するためのフローチャートである。
【図7】 半導体装置の樹脂封止の一例を示す概略平面図である。
【図8】 樹脂封止を行った一括基板から半導体装置の個片を得る場合の一例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
100 半導体装置
110 基板
120 電子部品
130 隔壁
Claims (4)
- 予め配線パターンの形成された基板の所定の位置に複数の電子部品を載置するマウントステップと、
前記複数の電子部品の間の前記基板上に、樹脂の流れを均一にして、樹脂が基板上を放射状に広がるようにし、未充填やボイドの発生を抑制する隔壁を形成する隔壁形成ステップと、
前記隔壁が形成された前記基板上に、トランスファ成形により樹脂を注入して封止を行う樹脂封止ステップとを有する半導体装置製造方法。 - 配線パターンの形成された基板と、
前記基板上に載置され、前記配線パターンと電気的に接続される複数の電子部品と、
前記複数の電子部品の間に形成され、当該複数の電子部品をトランスファ成形により樹脂封止する際に、樹脂の流れを均一にして、樹脂が基板上を放射状に広がるようにし、未充填やボイドの発生を抑制する隔壁とを有する半導体装置。 - 前記隔壁は、柔軟性のある絶縁物から形成される請求項2記載の半導体装置。
- 前記隔壁は、前記封止樹脂と同じ材料から形成される請求項2記載の半導体装置。
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