JP4679000B2 - 板状体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状体、リードフレームおよび半導体装置の製造方法に関するものであり、特に極めて小型、薄型で従来のリードフレームにない様々な特徴を出した板状体、リードフレームおよび半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子機器にセットされる回路装置は、携帯電話、携帯用のコンピューター等に採用されるため、小型化、薄型化、軽量化が求められている。
【0003】
例えば、回路装置として半導体装置を例にして述べると、一般的な半導体装置として、トランスファーモールドで封止されたパッケージ型半導体装置がある。この半導体装置1は、図36のように、プリント基板PSに実装される。
【0004】
またこのパッケージ型半導体装置1は、半導体チップ2の周囲を樹脂層3で被覆し、この樹脂層3の側部から外部接続用のリード4が導出されたものである。
【0005】
図37に、前記パッケージ型半導体装置1に用いられるリードフレーム5を示す。このリードフレーム5は、Cu等の薄型金属板から成り、一般的に外形は、矩形である。中央の符号6は、半導体チップ2を実装するアイランドであり、符号7は、吊りリードである。またこのアイランド6,リード4は、樹脂層3を形成する絶縁性樹脂の注入圧力により簡単に変形するため、吊りリード7やタイバー8が設けられている。そしてリード4、アイランド6、吊りリード7およびタイバー8は、プレス等の打ち抜きやエッチングにより形成されている。
【0006】
これらの技術は、例えば特開平9−181241号公報、特開平7−135230号公報に示され、DIP、QIP用のリードフレームとして説明されている。
【0007】
しかしこのパッケージ型半導体装置1は、リード4、アイランド6、吊りリード7およびタイバー8をファインパターンで形成することが難しく、リードフレーム自体のサイズを小さくすることが難しかった。更には、リード4が樹脂層3から外に出ており、全体のサイズが大きく、小型化、薄型化および軽量化を満足するものではなかった。
【0008】
そのため、各社が競って小型化、薄型化および軽量化を実現すべく、色々な構造を開発し、最近ではCSP(チップサイズパッケージ)と呼ばれる、チップのサイズと同等のウェハスケールCSP、またはチップサイズよりも若干大きいサイズのCSPが開発されている。
【0009】
図38は、支持基板としてフレキシブルシート30を採用した、チップサイズよりも若干大きいCSP31を示すものである。
【0010】
このフレキシブルシート30の表面には、複数のリード32…が配置され、リード32の一端は、半導体チップ33の配置領域に近接され、他端は樹脂層34から外部に露出している。そして前記配置領域に設けられた半導体チップ33の電極とリード32は、金属細線35を介して接続されている。また図面では、半導体チップ33の裏面をパッケージから露出させるために、フレキシブルシート30に開口部36が形成されている。
【0011】
続いて、前記リードフレーム5を用いたモールド方法について、図22を用いて簡単に説明する。まず図37Aに示すように所望の形状に打ち抜かれたリードフレーム5を用意し、アイランド6に半導体チップ20を固着する。そして半導体チップ20上にあるボンディングパッドとリード4の一端を金属細線21で電気的に接続する。
【0012】
続いて図37Bに示すように、金型22に前記リードフレーム5を装着する。そして前記リードフレーム5を下金型22Aと上金型22Bで挟み、下金型22Aと上金型22Bで形成されたキャビティ内に絶縁性樹脂を注入し、所望のパッケージが形成される。尚、図22Aに示された点線は、絶縁性樹脂で形成されたモールド部23を示すものである。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
まずリードフレーム5を用いたパッケージの問題点について説明する。このリードフレーム5は、プレスやエッチングにより表から裏へ抜かれて形成されている。そのため、リードやアイランドは、バラバラにならない様に対策を施している。つまり、リード4には、タイバー8が設けられ、またアイランド6は、吊りリード7が設けられている。このタイバー8や吊りリード7は、本来、必要とされるものではなく、モールドの後に取り除かれる。
【0014】
またリードフレーム5は、エッチングやプレスにより表から裏に渡り抜かれるため、リードパターンの微細化に限界がある問題もあった。例えばプレスでリードフレーム5を形成する場合、打ち抜かれるリードの間は、リードフレームの厚みとほぼ同じ長さが限界値であると言われている。またエッチングによって形成されるリードフレームも、厚さの分だけ縦方向にエッチングされる分、横方向にもエッチングが進むので、リードフレームの厚みがリードの間隔の限界であると言われている。
【0015】
よってリードフレームのパターンを微細化しようとすると、リードフレームの厚みを薄くする必要がある。しかしリードフレーム5自体の厚みが薄くなれば、その強度は低下し、リードフレーム5に反りが発生したり、リード4が変形したり、位置ずれを起こしたりする問題があった。特に、金属細線21と接続されるリード4の端部は、支持されていないため、変形、反り等が発生する問題があった。
【0016】
しかも図37Aの矢印で示す部分は、リード4がパッケージの側面から出るため、バリが発生する問題もあった。
【0017】
以上のように、リードフレームは、微細加工に限界があり、パッケージ全体のサイズをより小さくすることができず、しかもプロセスを考えると、リードフレームの反りを防止する方法が必要となったり、バリを取り除く工程が必要であったり、吊りリード7やタイバー8を切除する必要があったりするため、プロセスが複雑になってしまう問題があった。
【0018】
一方、フレキシブルシートを用いてリードフレームを形成する場合、リードフレームは主にエッチングにより形成されるため、比較的微細加工に適している。
【0019】
例えば所望のパターンに表から裏に抜かれたリードフレームをフレキシブルシートに貼り合わせる場合、リードがバラバラになるのを防止するため、タイバーや吊りリードが必要となる不都合があった。
【0020】
またフレキシブルシートの上にCu箔を貼り合わせ、この後にエッチングによりパターン化する方法では、フレキシブルシートに貼り合わされているため、エッチャントによりリードの接着強度が劣化し、剥がれたり、リードが位置ずれを起こしたりする問題があった。またリードは、パッケージから外に出るため、やはりリードとリードの間に樹脂バリが発生する問題があった。また支持基板となるフレキシブルシート30は、本来不要なものである。しかし製造方法上、リードを貼り合わせるため、支持基板として採用しており、このフレキシブルシート30無くすことができなかった。そのため、このフレキシブルシート30を採用することによって、コストが上昇し、更にはフレキシブルシートの厚みにより回路装置として厚くなり、小型化、薄型化、軽量化に限界があった。
【0021】
また場合によっては、フレキシブルシートの両面に電極を形成し、これを接続するスルーホールが必要となる場合もあった。この場合、この形成工程が付加されることにより、製造工程も長くなる問題もあった。
【0022】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述した多くの課題に鑑みて成され、第1に、平坦な第1の主面と第2の主面を有する導電箔と、前記導電箔の前記第1の主面から設けられ且つ前記導電箔の厚みの途中まで除去して設けた分離溝で分離して形成された導電パターンと、前記分離溝および前記導電パターンの一部を被覆した熱硬化性樹脂層とを具備する板状体に特徴を有する。
【0023】
板状体として平坦な第1の主面と第2の主面を有する導電箔を用い、分離溝で分離された導電パターンから複数のリードを構成できるので、導電パターンを導電箔の分離溝を設けない連結部分で一体に支持できる。
【0024】
また第2に、平坦な第1の主面と第2の主面を有する導電箔と、前記導電箔の前記第1の主面から設けられ且つ前記導電箔の厚みの途中まで除去して設けた分離溝で分離して形成された導電パターンと、前記分離溝および前記導電パターンの一部を被覆した熱硬化性樹脂層とを備え、半導体素子と電気的に接続される前記導電パターンがハーフエッチングされることにより凸状に板状体に形成されるリードフレームに特徴を有する。
【0025】
リードフレームとして、平坦な第1の主面と第2の主面を有する導電箔を用い、導電箔の一部を分離溝で分離した導電パターンでリードを構成し、導電箔の他の部分で導電パターンを一体に支持し、分離溝を被覆する熱硬化性樹脂層で封止樹脂との接着強度を向上させることができる。
更に第3に、平坦な第1の主面と第2の主面を有する導電箔と、前記導電箔の前記第1の主面から設けられ且つ前記導電箔の厚みの途中まで除去して設けた分離溝で分離して形成された導電パターンと、前記分離溝および前記導電パターンの一部を被覆した熱硬化性樹脂層とで構成されるリードフレームを用意し、前記リードフレームに半導体素子を搭載するとともに、前記導電パターンで形成されたリードと前記半導体素子を電気的に接続し、前記リードフレームを金型に搭載し、前記リードフレームと前記上金型で構成される空間に樹脂を充填して、前記熱硬化性樹脂層と充填された前記樹脂とを結合し、前記充填された樹脂の裏面に露出するリードフレームを前記導電箔の連結部分を取り除いて前記リードをそれぞれ分離することを特徴とする。
【0026】
この製造方法では導電箔に多数の半導体素子半導体素子搭載領域を近接させて配置でき、極めて量産効率を高めることができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
板状体を説明する第1の実施の形態
本発明の板状体について図1を参照して説明する。
【0028】
本発明に依る板状体は、平坦な第1の主面と第2の主面を有する導電箔と、前記導電箔の前記第1の主面から設けられ且つ前記導電箔の厚みの途中まで除去して設けた分離溝で分離して形成された導電パターンと、前記分離溝および前記導電パターンの一部を被覆した熱硬化性樹脂層とから構成されている。
【0029】
導電箔60としては、Cuを主材料とした導電箔、Alを主材料とした導電箔、またはFe−Ni等の合金から成る導電箔、Cu−Alの積層体またはAl−Cu−Alの積層体等を用いることができる。もちろん、他の導電材料でも可能であり、特にエッチングできる導電材、レーザで蒸発する導電材が好ましい。
【0030】
導電箔60は平板状あるいはシート状であり、平坦な第1の主面41および第2の主面42を有する。
【0031】
導電箔60は第1の主面41からハーフエッチングして形成された分離溝61で導電パターン51が形成されており、導電箔60の第2の主面42側は導電箔60が残っているので導電パターン51を一体に支持できる。具体的には、厚さ125μm程度のCu箔を用い、分離溝61は20〜30μmに形成されると、導電パターン51のファインパターンが実現できる。
【0032】
熱硬化性樹脂層50Aとしては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられ、分離溝61を埋め込み且つ導電パターン51の表面を被覆するように設けられる。この熱硬化性樹脂層50Aは熱硬化性樹脂を有機溶剤に溶かした液状の材料をキャスティングして分離溝61および導電パターン51表面に塗布し、半硬化して有機溶剤を飛ばした後に本硬化して形成される。また熱硬化性樹脂層50Aにはシリカ、アルミナ等のフィラーを混入して導電パターン51との熱膨張係数を緩和すると良い。一般的にエポキシ樹脂の熱膨張係数は50ppm/℃であり、上記したフィラー入りのエポキシ樹脂の熱膨張係数は15〜30ppm/℃であり、導電パターン51を形成する銅の熱膨張係数は18ppm/℃であるので、エポキシ樹脂と銅との熱膨張係数のミスマッチを改善できる。
【0033】
また熱硬化性樹脂層50Aは液状の状態で分離溝61に充填されるので、トランスファーモールドされるエポキシ樹脂に比較して低粘度のため分離溝61の内壁に密着でき、両者の接着強度が大幅に増加できる。
【0034】
更に熱硬化性樹脂層50Aは予め半硬化したシート状のフィルムを加熱圧着して本硬化して、溶融したエポキシ樹脂で分離溝61および導電パターン51表面に付着する方法も採用できる。
【0035】
導電パターン51は半導体素子搭載領域に近接して設けられる複数のリードL、半導体素子搭載領域に設けられる半導体素子を搭載するアイランドHとで形成されている。なお、導電パターン51の一部を利用して内部の配線として利用できる。
【0036】
また半導体素子のアイランドHへの固着は、電気的接続が不要であれば、絶縁性接着剤が選択され、また電気的接続が必要な場合は、ダイボンディング領域に導電被膜54が採用される。この導電被膜54として考えられる材料は、Ag、Au、PtまたはPd等であり、蒸着、スパッタリング、CVD等の低真空、または高真空下の被着、メッキまたは焼結等により被覆される。
【0037】
例えばAgは、Auと接着するし、ロウ材とも接着する。よってチップ裏面にAu被膜が被覆されていれば、そのままAg被膜、Au被膜、半田被膜を導電パターン51に被覆することによってチップを熱圧着でき、また半田等のロウ材を介してチップを固着できる。ここで、前記導電被膜は複数層に積層された導電被膜の最上層に形成されても良い。例えば、Cuの導電パターン51の上には、Ni被膜、Au被膜の二層が順に被着されたもの、Ni被膜、Cu被膜、半田被膜の三層が順に被着されたもの、Ag被膜、Ni被膜の二層が順に被覆されたものが形成できる。尚、これら導電被膜の種類、積層構造は、これ以外にも多数あるが、ここでは省略をする。
【0038】
なお、ボンディングワイヤーを固着するリードにもボンディング領域に同様の導電被膜54を同時に形成する。
【0039】
板状体の周端にはガイド孔43を設けて製造時の位置決め等に用いると良い。
【0040】
本発明の特徴である板状体には、後で詳述するが、ハーフエッチングして形成した導電パターン51のアイランドHに半導体素子52を搭載し、封止用絶縁性樹脂50Bで封止する。そして封止用絶縁性樹脂50Bの裏面に露出している導電箔60をエッチング、研磨または研削等で加工して、導電パターン51を完全に分離して個別の半導体装置を完成する。この製造方法を採用することにより、半導体素子52、複数のリードLと、封止用絶縁性樹脂50Bの3つの材料で構成することができる。そしてこの板状体は、最終的にリードフレームとして機能させることができる。
【0041】
本発明の最大の特徴は、導電箔60をハーフエッチングして一部で連結された導電パターン51を形成した板状体を半導体素子の組立に用いることである。また分離溝が極めて浅いので封止用絶縁性樹脂との接着強度が十分に得られないので、これを補強する意味で低粘度の熱硬化性樹脂層50Aで分離溝61を埋め込んで両者の接着強度を上げている。
【0042】
更には、図37の従来構造のリードフレームでは、タイバーに支持されたリードは最終形状に完全に抜かれてパターニングされているため、リードが変形する問題が多発する。しかし、この板状体では、リードLは導電箔60と一体で成るため、導電箔60が固定されている限り、リードが変形することは無くなる。従って、リードLへのボンディングも安定してできる特徴を有する。
【0043】
また従来のリードフレームでトランスファーモールドすると、リードの裏側に、樹脂がバリとして発生する。この状態では、トランスファーモールドした後にこのバリを取り除く作業が入る。しかし本発明では、導電箔をハーフエッチングしているため、裏面は全面に渡り導電箔であり、本発明の板状体を採用することで、従来発生する樹脂バリは全く心配する必要が無くなる。
リードフレームを説明する第2の実施の形態
本発明に依るリードフレームは、図2に示す如く、平坦な第1の主面41と第2の主面42を有する導電箔60と、前記導電箔60の前記第1の主面41から設けられ且つ前記導電箔60の厚みの途中まで除去して設けた分離溝61で分離して形成された導電パターン51と、前記分離溝61および前記導電パターン51の一部を被覆した熱硬化性樹脂層50Aとを備え、半導体素子と電気的に接続される前記導電パターン51がハーフエッチングされることにより凸状に板状体に形成されて構成される。
【0044】
各構成要素は前述した板状体と同じであるので、ここでは説明を省略する。リードフレームは長尺の平坦な第1の主面41と第2の主面42を有する導電箔60にブロック62毎に導電パターン51で形成された多数の半導体素子搭載領域65を行列状に配置し、導電箔60にはこのブロック62が複数個並べられている。従来のリードフレームと異なり、各半導体素子搭載領域65間は約50μmと極めて近接して配置される。
【0045】
各ブロック62に配列されたユニットは中央にアイランドHが設けられ、アイランドHに隣接して複数のリードLが設けられている。アイランドHとリードL間は分離溝61で分離され、分離溝61とアイランドHおよびリードLの周辺が熱硬化性樹脂層50Aで埋められている。
【0046】
このリードフレームは導電パターン51がエッチングで作られるので、任意のパターンを実現でき、例えば導電パターン51の一部を利用して内部の配線として利用でき、分離溝61も浅いので極めてファインパターンに適したものとなる。
【0047】
このリードフレームの製造方法を図3から図8を参照して説明する。
【0048】
本発明のリードフレームは、導電箔60を用意し、少なくとも半導体素子搭載領域65を多数個形成する導電パターン51を除く領域の前記導電箔60に前記導電箔60の厚みよりも浅い分離溝61を形成して導電パターン51を形成する工程と、熱硬化性樹脂で分離溝61および導電パターン51を被覆する工程と、所定の導電パターン51表面をレーザーエッチングで露出する工程と、露出された導電パターン51に選択的に導電被膜54を形成する工程から形成される。
【0049】
第1の工程では、図3から図5に示すように、導電箔60を用意し、少なくとも半導体素子搭載領域65を多数個形成する導電パターン51を除く領域の導電箔60に導電箔60の厚みよりも浅い分離溝61を形成してブロック62毎の導電パターン51を形成することにある。
【0050】
本工程では、まず図3Aの如く、平坦な第1の主面41と第2の主面42を有するシート状の導電箔60を用意する。この導電箔60は、ロウ材の付着性、ボンディング性、メッキ性が考慮されてその材料が選択され、材料としては、Cuを主材料とした導電箔、Alを主材料とした導電箔またはFe−Ni等の合金から成る導電箔、Cu−Alの積層体またはAl−Cu−Alの積層体等が採用される。
【0051】
導電箔60の厚さは、後のエッチングを考慮すると10μm〜300μm程度が好ましく、ここでは125μmの銅箔を採用した。しかし300μm以上でも10μm以下でも基本的には良い。後述するように、導電箔60の厚みよりも浅い分離溝61が形成できればよい。
【0052】
尚、シート状の導電箔60は、所定の幅、例えば45mmでロール状に巻かれて用意され、これが後述する各工程に搬送されても良いし、所定の大きさにカットされた短冊状の導電箔60が用意され、後述する各工程に搬送されても良い。
【0053】
具体的には、図3Bに示す如く、短冊状の導電箔60に多数の半導体素子搭載領域65が形成されるブロック62が4〜5個離間して並べられる。各ブロック62間にはスリット63が設けられ、モールド工程等での加熱処理で発生する導電箔60の応力を吸収する。また導電箔60の上下周端にはインデックス孔64が一定の間隔で設けられ、各工程での位置決めに用いられる。
【0054】
続いて、ブロック62毎の導電パターン51を形成する。
【0055】
まず、図4に示す如く、Cu箔60の上に、ホトレジスト(耐エッチングマスク)PRを形成し、導電パターン51となる領域を除いた導電箔60が露出するようにホトレジストPRをパターニングする。そして、図5Aに示す如く、ホトレジストPRを介して導電箔60を選択的にエッチングする。
【0056】
エッチングにより形成された分離溝61の深さは、例えば20〜30μmであり、その側面は、酸化処理や化学研磨処理されて粗面化され、熱硬化性樹脂層50Aとの接着強度が向上される。
【0057】
またこの分離溝61の側壁は、模式的にストレートで図示しているが、除去方法により異なる構造となる。この除去工程は、ウェットエッチング、ドライエッチング、レーザによる蒸発、ダイシングが採用できる。ウェットエッチングの場合、エッチャントは、塩化第二鉄または塩化第二銅が主に採用され、前記導電箔60は、このエッチャントの中にディッピングされるか、このエッチャントでシャワーリングされる。ここでウェットエッチングは、一般に非異方性にエッチングされるため、側面は湾曲構造になる。
【0058】
またドライエッチングの場合は、異方性、非異方性でエッチングが可能である。現在では、Cuを反応性イオンエッチングで取り除くことは不可能といわれているが、スパッタリングで除去できる。またスパッタリングの条件によって異方性、非異方性でエッチングできる。
【0059】
またレーザでは、直接レーザ光を当てて分離溝61を形成でき、この場合は、どちらかといえば分離溝61の側面はストレートに形成される。
【0060】
図5Bに具体的な導電パターン51を示す。本図は図3Bで示したブロック62の1個を拡大したものに対応する。黒く塗られた部分の1個が1つの半導体素子搭載領域65であり、導電パターン51を構成し、1つのブロック62には5行5列のマトリックス状に多数の半導体素子搭載領域65が配列され、各半導体素子搭載領域65毎に同一の導電パターン51が設けられている。各ブロックの周辺には枠状のパターン66が設けられ、それと少し離間してその内側にダイシング時の位置合わせマーク67が設けられている。枠状のパターン66はモールド金型との嵌合に使用され、また導電箔60の裏面エッチング後には封止用絶縁性樹脂50の補強をする働きを有する。
【0061】
第2の工程では、図6に示す如く、分離溝61および導電パターン51の表面を被覆するように熱硬化性樹脂層50Aを形成することにある。
【0062】
本工程は本発明の特徴とする工程であり、熱硬化性樹脂層50Aとしては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられ、分離溝61を埋め込み且つ導電パターン51の表面を被覆するように設けられる。この熱硬化性樹脂層50Aは熱硬化性樹脂を有機溶剤に溶かした液状の材料をキャスティングして分離溝61および導電パターン51表面に塗布し、80℃から100℃の加熱をして半硬化させ有機溶剤を飛ばした後に、150℃から170℃で1.5時間程度加熱して本硬化して形成される。従って、半硬化の状態では熱硬化性樹脂はBステージの状態であり、熱硬化されていない。
【0063】
また熱硬化性樹脂層50Aにはシリカ、アルミナ等のフィラーを混入して導電パターン51との熱膨張係数を緩和すると良い。一般的にエポキシ樹脂の熱膨張係数は50ppm/℃であり、上記したフィラー入りのエポキシ樹脂の熱膨張係数は15〜30ppm/℃であり、導電パターン51を形成する銅の熱膨張係数は18ppm/℃であるので、エポキシ樹脂と銅との熱膨張係数のミスマッチを改善できる。
【0064】
また熱硬化性樹脂層50Aは液状の状態で分離溝61に充填されるので、トランスファーモールドされるエポキシ樹脂に比較して低粘度のため分離溝61の内壁に密着でき、両者の接着強度が大幅に増加できる。この結果、今まででは約60μmの分離溝61で接着強度を確保していたが、接着強度の向上により分離溝61は20〜30μmと半分の深さで済み、導電パターン51をよりファインパターンに形成できる利点が得られる。
【0065】
他の方法として、熱硬化性樹脂層50Aは予め半硬化したシート状の熱硬化性樹脂フィルムを加熱圧着して本硬化して、溶融したエポキシ樹脂で分離溝61および導電パターン51表面に付着する方法も採用できる。熱硬化性樹脂フィルムをその表面をクッション紙で覆い、1cm2当たり100kgで圧着して150℃から170℃で加熱して溶融したエポキシ樹脂で分離溝61および導電パターン51表面を被覆した状態で本硬化させる。
【0066】
なお、本工程では分離溝61と熱硬化性樹脂層50Aとの接着強度を高めるために分離溝61の内壁を酸化処理するか、有機酸系のエッチング処理液を用いて分離溝61の壁面を化学研磨して粗面化すると良い。有機酸系のエッチング液としては、メック(株)製CZ−8100を用い、このエッチング液に数分間浸漬して表面に1〜2μm程度の凹凸を形成する。これにより分離溝61の内壁表面が粗面化されるので、分離溝61と熱硬化性樹脂層50Aとの接着強度を高めることができる。
【0067】
また本工程では、他の実施例として熱硬化性樹脂の代わりにUV硬化樹脂を用いることもできる。すなわち、UV硬化樹脂を真空ラミネータで塗膜した後に、UV照射、現像して本硬化すると、分離溝61および導電パターン51の所望の表面を被覆するようにUV硬化樹脂層を形成することができる。この場合は、次の第3の工程を一緒に行うので、工程が簡単になる。すなわち、所定の粘度のUV硬化樹脂を塗布し、紫外線を照射してパターニングしても良い。どちらも紫外線を照射することで、現像液に対して溶融(または硬化)するため、後述するレーザーを用いなくても、現像液で簡単にパターを書くことが可能となる。
【0068】
第3の工程では、図7に示す如く、所望の導電パターン51表面の熱硬化性樹脂層50Aをレーザーエッチングで除去して露出することにある。
【0069】
本工程では、直接描画でレーザーエッチングにより熱硬化性樹脂層50Aを選択的に取り除き、導電パターン51を露出させる。レーザーとしては、炭酸ガスレーザーが好ましいが、エキシマレーザーやYAGレ−ザーも利用できる。またレーザーで絶縁樹脂を蒸発させた後、開口部の底部に残査がある場合は、過マンガン酸ソーダまたは過硫酸アンモニウム等でウェットエッチングするかエキシマレーザー等でドライエッチングし、この残査を取り除く。
【0070】
本発明の第4の工程は、図8に示す如く、露出された導電パターン51に導電被膜54を形成する。
【0071】
この導電被膜54は残された熱硬化性樹脂層50Aをマスクとして用い、金、銀あるいはパラジュームを電界あるいは無電界メッキで付着され、ダイパッド、ボンディングパッドとして活用される。
【0072】
例えば銀被膜は、金線と接着するし、ロウ材とも接着する。よってチップ裏面に金被膜が被覆されていれば、そのまま導電パターン51上の銀被膜にチップを熱圧着でき、また半田等のロウ材を介してチップを固着できる。また銀の導電被膜にはAu細線が接着できるため、ワイヤーボンディングも可能となる。従ってこれらの導電被膜54をそのままダイパッド、ボンディングパッドとして活用できるメリットを有する。
【0073】
次に、上述した板状体またはリードフレームにより発生する効果を説明する。
【0074】
第1に、板状体またはリードフレームは、ハーフエッチングされて凸部となったリードLが形成されるため、リードの微細パターンが可能となる。従ってリードの幅、リード間隔を狭くすることができ、より平面サイズの小さいパッケージが形成できる。
【0075】
第2に、導電箔60および熱硬化性樹脂層50Aで構成されるため、必要最小限で構成でき、極力無駄な材料を無くすことができ、コストを大幅に抑えた薄型の板状体またはリードフレームが実現できる。
【0076】
第3に、リードLは、ハーフエッチングで凸部となる導電パターン51で形成され、個別分離は封止の後に行われるため、リードL間に形成されるタイバーは不要となる。よって、タイバーの形成、タイバーのカットは、本発明では全く不要となる。
【0077】
第4に、凸部となったリードLが封止用絶縁性樹脂50に埋め込まれた後、封止用絶縁性樹脂50の裏面から露出した導電箔60を取り除いて、リードLを分離しているため、従来構造のように、リードL間には樹脂バリが全く発生しない。よってモールド後のバリ取りが全く不要となる。
【0078】
第5に、アイランドHの裏面が封止用絶縁性樹脂50の裏面から露出されるので、半導体素子から発生する熱を裏面から放出することができる。
半導体装置の製造方法を説明する第3の実施の形態
前述した板状体またはリードフレームを採用し、半導体装置60が製造されるまでを図9〜図13を参照して説明する。
【0079】
第1の工程は、図9に示す如く、所望の導電パターン51の各半導体素子搭載領域65に半導体素子52を固着し、各半導体素子搭載領域65の半導体素子52の電極と所望の導電パターン51とを電気的に接続する接続手段を形成することにある。
【0080】
半導体素子52としては、トランジスタ、ダイオード、ICチップ等の半導体素子である。また厚みが厚くはなるが、CSP、BGA等のフェイスダウンの半導体素子も実装できる。
【0081】
ここでは、ベアのICチップ52が導電パターン51のアイランドH上の導電被膜54にダイボンディングされ、ICチップ52の各電極はリードL上の導電被膜54に熱圧着によるボールボンディングあるいは超音波によるウェッヂボンディング等で固着されたボンディングワイヤー55を介して接続される。
【0082】
本工程では、各ブロック62に多数の導電パターン51が集積されているので、半導体素子52の固着およびワイヤーボンディングが極めて効率的に行える利点がある。
【0083】
第2の工程は、図10に示す如く、各半導体素子搭載領域65の半導体素子52を一括して被覆し、分離溝61に充填された熱硬化性樹脂層50Aと結合するように封止用絶縁性樹脂50Bで共通モールドすることにある。
【0084】
本工程では、図10Aに示す如く、既に前の工程で分離溝61および複数の導電パターン51は熱硬化性樹脂層50Aで被覆されているので、封止用絶縁性樹脂50Bは半導体素子52を被覆し、分離溝61および導電パターン51表面に残された熱硬化性樹脂層50Aと結合される。特に、熱硬化性樹脂層50Aと封止用絶縁性樹脂50Bとは同種のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いればお互いに馴染みが良いのでより強力な接着強度を得られる。更に強い接着強度を実現するには封止用絶縁性樹脂50Bでモールドする前に、熱硬化性樹脂層50Aの表面をUV照射もしくはプラズマ照射して熱硬化性樹脂層50A表面の樹脂の極性基を活性化すると良い。そして熱硬化性樹脂層50Aと封止用絶縁性樹脂50Bとで一体となりより導電パターン51が支持されている。
【0085】
また本工程では、トランスファーモールド、インジェクションモールド、またはディッピングにより実現できる。樹脂材料としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂がトランスファーモールドで実現でき、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂はインジェクションモールドで実現できる。
【0086】
更に、本工程でトランスファーモールドあるいはインジェクションモールドする際に、図10Bに示すように各ブロック62は1つの共通のモールド金型に半導体素子搭載領域65を納め、各ブロック毎に1つの封止用絶縁性樹脂50Bで共通にモールドを行う。このために従来のトランスファーモールド等の様に各半導体素子搭載領域を個別にモールドする方法に比べて、大幅な樹脂量の削減が図れ、モールド金型の共通化も図れる。
【0087】
導電箔60表面に被覆された封止用絶縁性樹脂50Bの厚さは、半導体素子52の最頂部から約100μm程度が被覆されるように調整されている。この厚みは、強度を考慮して厚くすることも、薄くすることも可能である。
【0088】
本工程の特徴は、封止用絶縁性樹脂50Bを被覆するまでは、導電パターン51となる導電箔60が支持基板となることである。従来では、本来必要としない支持基板上に導電路をを形成しているが、本発明では、支持基板となる導電箔60は、電極材料として必要な材料である。そのため、構成材料を極力省いて作業できるメリットを有し、コストの低下も実現できる。
【0089】
また分離溝61は、導電箔60の厚みよりも浅く形成されているため、導電箔60が導電パターン51として個々に分離されていない。従ってシート状の導電箔60として一体で取り扱え、封止用絶縁性樹脂50Bをモールドする際、金型への搬送、金型への実装の作業が非常に楽になる特徴を有する。
【0090】
第3の工程は、同様に図10Aに示す如く、分離溝61を設けていない厚み部分の導電箔60を除去することにある。
【0091】
本工程は、導電箔60の裏面を化学的および/または物理的に除き、導電パターン51として分離するものである。この工程は、研磨、研削、エッチング、レーザの金属蒸発等により施される。
【0092】
実験では研磨装置または研削装置により全面を約100μm程度削り、分離溝61から熱硬化性樹脂層50Aを露出させている。この露出される面を図10Aでは点線で示している。その結果、約30μmの厚さの導電パターン51となって分離される。また、熱硬化性樹脂層50Aが露出する手前まで、導電箔60を全面ウェトエッチングし、その後、研磨または研削装置により全面を削り、熱硬化性樹脂層50Aを露出させても良い。更に、導電箔60を点線まで全面ウェトエッチングして熱硬化性樹脂層50Aを露出させても良い。
【0093】
この結果、熱硬化性樹脂層50Aに導電パターン51の裏面が露出する構造となる。すなわち、分離溝61に充填された熱硬化性樹脂層50Aの表面と導電パターン51の表面は、実質的に一致する構造となっている。従って、本発明の半導体装置53は従来の裏面電極のように段差が設けられないため、マウント時に半田等の表面張力でそのまま水平に移動してセルフアラインできる特徴を有する。
【0094】
更に、導電パターン51の裏面処理を行い、図11に示す最終構造を得る。すなわち、電極を形成する導電パターン51を選択的に露出して他の部分をレジスト層57で被覆し、半田等の導電材を被着して裏面電極56を形成し、半導体装置として完成する。
【0095】
第4の工程は、図12に示す如く、複数個のブロック62を封止用絶縁性樹脂50Bを当接させて粘着シート80に貼り付けることにある。
【0096】
前工程で導電箔60の裏面エッチングをした後に、導電箔60から各ブロック62が切り離される。このブロック62は熱硬化性樹脂層50Aと封止用絶縁性樹脂50Bで導電箔60の残余部と連結されているので、切断金型を用いず機械的に導電箔60の残余部から剥がすことで達成できる。
【0097】
本工程では、ステンレス製のリング状の金属枠81に粘着シート80の周辺を貼り付け、粘着シート80の中央部分には4個のブロック62をダイシング時のブレードが当たらないような間隔を設けて絶縁性樹脂50Bを当接させて貼り付けられる。粘着シート80としてはUVシート(リンテック社製)が用いられるが、各ブロック62は封止用絶縁性樹脂50Bで機械的強度があるので、安価なダイシングシートでも使用できる。
【0098】
第5の工程は、図13に示す如く、粘着シート80に貼り付けられた状態で熱硬化性樹脂層50Aと封止用絶縁性樹脂50Bで一括してモールドされた各ブロック62の各半導体素子搭載領域65の半導体素子52の特性の測定を行うことにある。
【0099】
各ブロック62の裏面には図11に示すように、裏面電極56が露出されており、各半導体素子搭載領域65が導電パターン51形成時と全く同一にマトリックス状に配列されている。この導電パターン51の封止用絶縁性樹脂50Bから露出した裏面電極56にプローブ68を当てて、各半導体素子搭載領域65の半導体素子52の特性パラメータ等を個別に測定して良不良の判定を行い、不良品には磁気インク等でマーキングを行う。
【0100】
本工程では、各半導体素子搭載領域65の半導体装置53は封止用絶縁性樹脂50Bでブロック62毎に一体で支持されているので、個別にバラバラに分離されていない。従って、粘着シート80に貼り付けられた複数個のブロック62をテスターの載置台に真空で吸着させ、ブロック62毎に半導体素子搭載領域65のサイズ分だけ矢印のように縦方向および横方向にピッチ送りをすることで、極めて早く大量にブロック62の各半導体素子搭載領域65の半導体装置53の測定を行える。すなわち、従来必要であった半導体装置の表裏の判別、電極の位置の認識等が不要にでき、更に複数個のブロック62を同時に処理するので、測定時間の大幅な短縮を図れる。
【0101】
第6の工程は、図14に示す如く、粘着シート80に貼り付けられた状態でブロック62の熱硬化性樹脂層50Aと封止用絶縁性樹脂50Bを各半導体素子搭載領域65毎にダイシングにより分離することにある。
【0102】
本工程では、粘着シート80に貼り付けられた複数個のブロック62をダイシング装置の載置台に真空で吸着させ、ダイシングブレード69で各半導体素子搭載領域65間のダイシングライン70に沿って分離溝61上の熱硬化性樹脂層50Aと封止用封止用絶縁性樹脂50Bをダイシングし、個別の半導体装置53に分離する。
【0103】
本工程で、ダイシングブレード69は完全に熱硬化性樹脂層50Aと封止用絶縁性樹脂50Bを切断し粘着シートの表面に達する切削深さでダイシングを行い、完全に各半導体素子搭載領域65毎に分離する。ダイシング時は予め前述したリードフレーム形成時に設けた各ブロックの周辺の枠状のパターン66の内側に設けた位置合わせマーク67を認識して、これを基準としてダイシングを行う。周知ではあるが、ダイシングは縦方向にすべてのダイシングライン70をダイシングをした後、載置台を90度回転させて横方向のダイシングライン70に従ってダイシングを行う。
【0104】
また本工程では、ダイシングライン70には分離溝61に充填された熱硬化性樹脂層50Aとその上に結合された封止用絶縁性樹脂50Bしか存在しないので、ダイシングブレード69の摩耗は少なく、金属バリも発生せず極めて正確な外形にダイシングできる特徴がある。
【0105】
更に本工程後でも、ダイシング後も粘着シート80の働きで個別の半導体装置にバラバラにならず、その後のテーピング工程でも効率よく作業できる。すなわち、粘着シート80に一体に支持された半導体装置は良品のみを識別してキャリアテープの収納孔に吸着コレットで粘着シート80から離脱させて収納できる。このために微小な半導体装置であっても、テーピングまで一度もバラバラに分離されない特徴がある。
【0106】
以上に本発明の製造方法を詳述したが、測定工程とダイシング工程を逆にしても粘着シート80で一体に支持されているので、問題なく測定をテスターで行えることは言うまでもない。ただダイシング後は粘着シート80での支持のために測定時に粘着シート80が撓むことを配慮すれば足りる。
【0107】
本発明の製造方法では、導電パターン形成後にすぐに半硬化した熱硬化性樹脂層で被覆するので、液状の低粘度の熱硬化性樹脂で分離溝を完全に充填でき、両者の接着強度を著しく向上できる利点がある。また熱硬化性樹脂層は導電パターン形成後すぐに導電パターンを覆うので、導電パターン表面がその後のダイボンドやワイヤーボンディング等の加熱工程で酸化されず信頼性の向上に寄与できる。
【0108】
また、熱硬化性樹脂層はレーザーエッチングにより容易に選択的に除去することができ、残された熱硬化性樹脂層をマスクとして導電被膜をメッキで形成でき、工程をシンプル化できる。
【0109】
更に、従来の分離溝にトランスファーモールドで絶縁性樹脂を充填する場合、絶縁性樹脂の粘度が高いために分離溝に絶縁性樹脂を十分に充填できないため、分離溝と絶縁性樹脂の接着強度は十分に得られず絶縁性樹脂が導電パターンから剥がれる問題があった。本発明では分離溝と熱硬化性樹脂層との接着強度は低粘度の半硬化した熱硬化性樹脂を用いることで解決し、熱硬化性樹脂層と絶縁性樹脂は樹脂同士で馴染みが良いので、導電パターンと熱硬化性樹脂層および絶縁性樹脂との接着強度はより大幅に向上できる。
【0110】
更に、粘着シート80に複数個のブロックを貼り付けることで、微小な回路装置を最後までバラバラにすることなく処理でき、極めて量産効果が高い製造方法を実現できる。
【0111】
更に、測定工程およびダイシング工程で粘着シートに貼り付けられた複数個のブロックで処理を行える利点を有する。従って、測定工程では極めて早く大量にブロックの各搭載部の回路装置の測定を行え、従来必要であった回路装置の表裏の判別、電極の位置の認識等が不要にでき、複数個のブロックを一括で処理できるので、測定時間の大幅な短縮を図れる。またダイシング工程では位置合わせマークを用いてダイシングラインの認識が早く確実に行われる利点を有する。更にダイシングは絶縁性樹脂層のみの切断でよく、導電箔を切断しないことによりダイシングブレードの寿命も長くでき、導電箔を切断する場合に発生する金属バリの発生もない。
板状体およびリードフレームを説明する第4の実施の形態
図15は、図1に示した板状体または図2に示したリードフレームの改良であり、導電パターンのアイランドHを除去したものである。従って、変更点を説明する。なお、同一構成要素は同一符号を用いる。
【0112】
本発明に依る板状体は、平坦な第1の主面と第2の主面を有する導電箔と、前記導電箔の前記第1の主面から設けられ且つ前記導電箔の厚みの途中まで除去して設けた分離溝で分離して形成された導電パターンと、前記分離溝および前記導電パターン全体を被覆した熱硬化性樹脂層とから構成されている。
【0113】
この板状体は図1に示すアイランドHを無くして、全体にリードLを配置した点が異なっている。従って、導電パターン51はリードLのみで構成され、半導体素子は熱硬化性樹脂層50A上に絶縁性接着剤58で固着される。この結果、回路素子52の下にはファインパターンの導電パターン51が自由に配線でき、導電パターン51の一部を利用して内部の配線として利用でき、配線の自由度が大幅に増大する。回路素子52の各電極パッドは周辺に設けた導電パターン51の一部で形成されるボンデイングパッドと供する導電被膜54にボンディングワイヤー55で接続されている。従って裏面電極56を回路素子52の下にある導電パターン51にも形成でき、等価的に2層配線構造を実現できる。
【0114】
これにより半導体素子52は薄い熱硬化性樹脂層50A上に絶縁性接着剤58で固着配置されているので、半導体素子52から発生する熱は熱硬化性樹脂層50Aを通して導電パターン51を介して実装基板に伝えることができる。特に放熱により、駆動電流の上昇等の特性改善が可能となる半導体チップに有効である。
【0115】
また本発明に依るリードフレームは、平坦な第1の主面41と第2の主面42を有する導電箔60と、前記導電箔60の前記第1の主面41から設けられ且つ前記導電箔の厚みの途中まで除去して設けた分離溝61で分離して形成された導電パターン51と、前記分離溝61および前記導電パターン51を被覆した熱硬化性樹脂層50Aとを備え、半導体素子搭載領域65を前記熱硬化性樹脂層50A上に設け、半導体素子52と前記導電パターン51は前記熱硬化性樹脂層50Aと絶縁されて形成される。
【0116】
かかるリードフレームでは、半導体素子搭載領域65が熱硬化性樹脂層50A上になるので、半導体素子52を載置する半導体素子搭載領域65下にもリードLとなる導電パターン51が配置でき、導電パターン51の引き回しが図1に示すアイランドHの制約を受けなくなる。
【0117】
次に図16から図21を参照して、このリードフレームの製造方法を説明する。
【0118】
本発明は、導電箔を用意し、少なくとも回路素子の搭載部を多数個形成する導電パターンを除く領域の前記導電箔に前記導電箔の厚みよりも浅い分離溝を形成して導電パターンを形成する工程と、熱硬化性樹脂で分離溝および導電パターンを被覆する工程と、所定の導電パターン表面をレーザーエッチングで露出する工程と、露出された導電パターンに選択的に導電被膜を形成する工程とから構成される。
【0119】
第1の工程は、図16から図18に示すように、導電箔60を用意し、少なくとも半導体素子搭載領域65を多数個形成する導電パターン51を除く領域の導電箔60に導電箔60の厚みよりも浅い分離溝61を形成してブロック毎の導電パターン51を形成することにある。
【0120】
本工程では、まず図16Aの如く、シート状の導電箔60を用意する。この導電箔60は、ロウ材の付着性、ボンディング性、メッキ性が考慮されてその材料が選択され、材料としては、Cuを主材料とした導電箔、Alを主材料とした導電箔またはFe−Ni等の合金から成る導電箔、Cu−Alの積層体またはAl−Cu−Alの積層体等が採用される。
【0121】
導電箔の厚さは、後のエッチングを考慮すると10μm〜300μm程度が好ましく、ここでは125μmの銅箔を採用した。しかし300μm以上でも10μm以下でも基本的には良い。後述するように、導電箔60の厚みよりも浅い分離溝61が形成できればよい。
【0122】
尚、シート状の導電箔60は、所定の幅、例えば45mmでロール状に巻かれて用意され、これが後述する各工程に搬送されても良いし、所定の大きさにカットされた短冊状の導電箔60が用意され、後述する各工程に搬送されても良い。
【0123】
具体的には、図16Bに示す如く、短冊状の導電箔60に多数の搭載部が形成されるブロック62が4〜5個離間して並べられる。各ブロック62間にはスリット63が設けられ、モールド工程等での加熱処理で発生する導電箔60の応力を吸収する。また導電箔60の上下周端にはインデックス孔64が一定の間隔で設けられ、各工程での位置決めに用いられる。
【0124】
続いて、ブロック62毎の導電パターン51を形成する。
【0125】
まず、図17に示す如く、Cu箔60の上に、ホトレジスト(耐エッチングマスク)PRを形成し、導電パターン51となる領域を除いた導電箔60が露出するようにホトレジストPRをパターニングする。そして、図18Aに示す如く、ホトレジストPRを介して導電箔60を選択的にエッチングする。
【0126】
エッチングにより形成された分離溝61の深さは、例えば20〜30μmであり、その側面は、酸化処理や化学研磨処理されて粗面化され、熱硬化性樹脂層50Aとの接着強度が向上される。
【0127】
またこの分離溝61の側壁は、模式的にストレートで図示しているが、除去方法により異なる構造となる。この除去工程は、ウェットエッチング、ドライエッチング、レーザによる蒸発、ダイシングが採用できる。ウェットエッチングの場合、エッチャントは、塩化第二鉄または塩化第二銅が主に採用され、前記導電箔は、このエッチャントの中にディッピングされるか、このエッチャントでシャワーリングされる。ここでウェットエッチングは、一般に非異方性にエッチングされるため、側面は湾曲構造になる。
【0128】
またドライエッチングの場合は、異方性、非異方性でエッチングが可能である。現在では、Cuを反応性イオンエッチングで取り除くことは不可能といわれているが、スパッタリングで除去できる。またスパッタリングの条件によって異方性、非異方性でエッチングできる。
【0129】
またレーザでは、直接レーザ光を当てて分離溝61を形成でき、この場合は、どちらかといえば分離溝61の側面はストレートに形成される。
【0130】
図18Bに具体的な導電パターン51を示す。本図は図16Bで示したブロック62の1個を拡大したものに対応する。黒く塗られた部分の1個が1つの半導体素子搭載領域65であり、導電パターン51を構成し、1つのブロック62には5行5列のマトリックス状に多数の半導体素子搭載領域65が配列され、各半導体素子搭載領域65毎に同一の導電パターン51が設けられている。各ブロックの周辺には枠状のパターン66が設けられ、それと少し離間してその内側にダイシング時の位置合わせマーク67が設けられている。枠状のパターン66はモールド金型との嵌合に使用され、また導電箔60の裏面エッチング後には絶縁性樹脂50Bの補強をする働きを有する。
【0131】
第2の工程は、図19に示す如く、分離溝61および導電パターン51の表面を被覆するように熱硬化性樹脂層50Aを形成することにある。
【0132】
本工程は本発明の特徴とする工程であり、熱硬化性樹脂層50Aとしては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられ、分離溝61を埋め込み且つ導電パターン51の表面を被覆するように設けられる。この熱硬化性樹脂層50Aは熱硬化性樹脂を有機溶剤に溶かした液状の材料をキャスティングして分離溝61および導電パターン51表面に塗布し、80℃から100℃の加熱をして半硬化させ有機溶剤を飛ばした後に、150℃から170℃で1.5時間程度加熱して本硬化して形成される。従って、半硬化の状態では熱硬化性樹脂はBステージの状態であり、熱硬化されていない。
【0133】
また熱硬化性樹脂層50Aにはシリカ、アルミナ等のフィラーを混入して導電パターン51との熱膨張係数を緩和すると良い。一般的にエポキシ樹脂の熱膨張係数は50ppm/℃であり、上記したフィラー入りのエポキシ樹脂の熱膨張係数は15〜30ppm/℃であり、導電パターン51を形成する銅の熱膨張係数は18ppm/℃であるので、エポキシ樹脂と銅との熱膨張係数のミスマッチを改善できる。
【0134】
また熱硬化性樹脂層50Aは液状の状態で分離溝61に充填されるので、トランスファーモールドされるエポキシ樹脂に比較して低粘度のため分離溝61の内壁に密着でき、両者の接着強度が大幅に増加できる。この結果、今まででは約60μmの分離溝61で接着強度を確保していたが、接着強度の向上により分離溝61は20〜30μmと半分の深さで済み、導電パターン51をよりファインパターンに形成できる利点が得られる。
【0135】
他の方法として、熱硬化性樹脂層50Aは予め半硬化したシート状の熱硬化性樹脂フィルムを加熱圧着して本硬化して、溶融したエポキシ樹脂で分離溝61および導電パターン51表面に付着する方法も採用できる。熱硬化性樹脂フィルムをその表面をクッション紙で覆い、1cm2当たり100kgで圧着して150℃から170℃で加熱して溶融したエポキシ樹脂で分離溝61および導電パターン51表面を被覆した状態で本硬化させる。
【0136】
なお、本工程では分離溝61と熱硬化性樹脂層50Aとの接着強度を高めるために分離溝61の内壁を酸化処理するか、有機酸系のエッチング処理液を用いて分離溝61の壁面を化学研磨して粗面化すると良い。有機酸系のエッチング液としては、メック(株)製CZ−8100を用い、このエッチング液に数分間浸漬して表面に1〜2μm程度の凹凸を形成する。これにより分離溝61の内壁表面が粗面化されるので、分離溝61と熱硬化性樹脂層50Aとの接着強度を高めることができる。
【0137】
また本工程では、他の実施例として熱硬化性樹脂の代わりにUV硬化樹脂を用いることもできる。すなわち、UV硬化樹脂を真空ラミネータで塗膜した後に、UV照射、現像して本硬化すると、分離溝61および導電パターン51の所望の表面を被覆するようにUV硬化樹脂層を形成することができる。この場合は、次の第3の工程を一緒に行うので、工程が簡単になる。
【0138】
第3の工程は、図20に示す如く、所望の導電パターン51表面の熱硬化性樹脂層50Aをレーザーエッチングで除去して露出することにある。
【0139】
本工程では、直接描画のレーザーエッチングにより熱硬化性樹脂層50Aを選択的に取り除き、導電パターン51を露出させる。レーザーとしては、炭酸ガスレーザーが好ましいが、エキシマレーザーやYAGレ−ザーも利用できる。またレーザーで絶縁樹脂を蒸発させた後、開口部の底部に残査がある場合は、過マンガン酸ソーダまたは過硫酸アンモニウム等でウェットエッチングもしくはエキシマレーザー等でドライエッチングし、この残査を取り除く。
【0140】
第4の工程は、図21に示す如く、露出された導電パターン51に導電被膜54を形成する。
【0141】
この導電被膜54は残された熱硬化性樹脂層50Aをマスクとして用い、金、銀あるいはパラジュームを電界あるいは無電界メッキで付着され、ボンディングパッドとして活用される。
【0142】
例えば銀被膜は、金線と接着するし、ロウ材とも接着する。また銀の導電被膜にはAu細線が接着できるため、ワイヤーボンディングも可能となる。従ってこれらの導電被膜54をそのままボンディングパッドとして活用できるメリットを有する。
【0143】
中央に位置する導電パターン51は熱硬化性樹脂層50Aはそのまま残されて導電パターン51を覆い、周辺のボンディングパッドとして活用される導電パターン51のみを露出して導電被膜54を形成する。
【0144】
上述したリードフレームの製造方法では、導電箔60全体にリードLとなる導電パターン51を設け、アイランドHを無くすることができるので、導電パターン51の引き回しが容易になる利点がある。
半導体装置の製造方法を説明する第5の実施の形態
図15に示す板状体あるいは図16から図21に示すリードフレームを用いた半導体装置の製造方法を説明する。なお前述した実施の形態と共通する構成要素には同一符号を付した。
【0145】
本発明は、熱硬化性樹脂層上に半導体素子を固着する工程と、前記半導体素子の電極と所望の前記導電パターンとを電気的に接続する接続手段を形成する工程と、各半導体素子搭載領域の前記半導体素子を一括して被覆し、前記分離溝に充填されるように絶縁性樹脂で共通モールドする工程と、前記分離溝を設けていない厚み部分の前記導電箔を除去する工程と、複数個の前記ブロックを前記絶縁性樹脂を当接させて粘着シートに貼り付ける工程と、前記粘着シートに貼り付けられた状態で前記ブロックの各半導体素子搭載領域の前記半導体素子の特性の測定を行う工程と、前記粘着シートに貼り付けられた状態で前記ブロックの前記絶縁性樹脂を各半導体素子搭載領域毎にダイシングにより分離する工程とから構成されている。
【0146】
第1の工程は、図22に示す如く、各半導体素子搭載領域65の熱硬化性樹脂層50A上に半導体素子52を絶縁性接着剤58で固着し、各半導体素子搭載領域65の半導体素子52の電極と所望の導電パターン51とを電気的に接続する接続手段を形成することにある。
【0147】
半導体素子52としては、トランジスタ、ダイオード、ICチップ等の半導体素子である。また厚みが厚くはなるが、CSP、BGA等のフェイスダウンの半導体素子も実装できる。更に半導体素子52は複数個のICチップを積み重ねたり、平面的に配置しても良い。
【0148】
ここでは、ベアのICチップ52が熱硬化性樹脂層50A上にエポキシ樹脂等の絶縁接着剤58で固着され、ICチップ52の各電極と各半導体素子搭載領域65の周囲に配列された導電パターン51上の導電被膜54とが熱圧着によるボールボンディングあるいは超音波によるウェッヂボンディング等により固着されたボンディングワイヤー55を介して接続される。
【0149】
本工程では、各ブロック62に多数の導電パターン51が集積されているので、回路素子52の固着およびワイヤーボンディングが極めて効率的に行える利点がある。
【0150】
第2の工程は、図23に示す如く、各半導体素子搭載領域65の半導体素子52を一括して被覆し、分離溝61に充填された熱硬化性樹脂層50Aと結合するように封止用絶縁性樹脂50Bで共通モールドすることにある。
【0151】
本工程では、図23Aに示す如く、既に前の工程で分離溝61および複数の導電パターン51は熱硬化性樹脂層50Aで被覆されているので、封止用絶縁性樹脂50Bは半導体素子52を被覆し、分離溝61および導電パターン51表面に残された熱硬化性樹脂層50Aと結合される。特に、熱硬化性樹脂層50Aと封止用絶縁性樹脂50Bとは同種のエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いればお互いに馴染みが良いのでより強力な接着強度を得られる。更に強い接着強度を実現するには封止用絶縁性樹脂50Bでモールドする前に、熱硬化性樹脂層50Aの表面をUV照射もしくはプラズマ照射して熱硬化性樹脂層50A表面の樹脂の極性基を活性化すると良い。そして熱硬化性樹脂層50Aと封止用絶縁性樹脂50Bとで一体となりより導電パターン51が支持されている。
【0152】
また本工程では、トランスファーモールド、インジェクションモールド、またはディッピングにより実現できる。樹脂材料としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂がトランスファーモールドで実現でき、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂はインジェクションモールドで実現できる。
【0153】
更に、本工程でトランスファーモールドあるいはインジェクションモールドする際に、図23Bに示すように各ブロック62は1つの共通のモールド金型に半導体素子搭載領域65を納め、各ブロック毎に1つの封止用絶縁性樹脂50で共通にモールドを行う。このために従来のトランスファーモールド等の様に各半導体素子搭載領域を個別にモールドする方法に比べて、大幅な樹脂量の削減が図れ、モールド金型の共通化も図れる。
【0154】
導電箔60表面に被覆された封止用絶縁性樹脂50Bの厚さは、半導体素子52の最頂部から約100μm程度が被覆されるように調整されている。この厚みは、強度を考慮して厚くすることも、薄くすることも可能である。
【0155】
本工程の特徴は、封止用絶縁性樹脂50Bを被覆するまでは、導電パターン51となる導電箔60が支持基板となることである。従来では、本来必要としない支持基板を採用して導電路を形成しているが、本発明では、支持基板となる導電箔60は、電極材料として必要な材料である。そのため、構成材料を極力省いて作業できるメリットを有し、コストの低下も実現できる。
【0156】
また分離溝61は、導電箔の厚みよりも浅く形成されているため、導電箔60が導電パターン51として個々に分離されていない。従ってシート状の導電箔60として一体で取り扱え、封止用絶縁性樹脂50Bをモールドする際、金型への搬送、金型への実装の作業が非常に楽になる特徴を有する。
【0157】
第3の工程は、同様に図23Aに示す如く、分離溝61を設けていない厚み部分の導電箔60を除去することにある。
【0158】
本工程は、導電箔60の裏面を化学的および/または物理的に除き、導電パターン51として分離するものである。この工程は、研磨、研削、エッチング、レーザの金属蒸発等により施される。
【0159】
実験では研磨装置または研削装置により全面を約100μm程度削り、分離溝61から熱硬化性樹脂層50Aを露出させている。この露出される面を図23Aでは点線で示している。その結果、約30μmの厚さの導電パターン51となって分離される。また、熱硬化性樹脂層50Aが露出する手前まで、導電箔60を全面ウェトエッチングし、その後、研磨または研削装置により全面を削り、熱硬化性樹脂層50Aを露出させても良い。更に、導電箔60を点線まで全面ウェトエッチングして熱硬化性樹脂層50Aを露出させても良い。
【0160】
この結果、熱硬化性樹脂層50Aに導電パターン51の裏面が露出する構造となる。すなわち、分離溝61に充填された熱硬化性樹脂層50Aの表面と導電パターン51の表面は、実質的に一致する構造となっている。従って、本発明の回路装置53は図16に示した従来の裏面電極10、11のように段差が設けられないため、マウント時に半田等の表面張力でそのまま水平に移動してセルフアラインできる特徴を有する。
【0161】
更に、導電パターン51の裏面処理を行い、図24に示す最終構造を得る。すなわち、電極を形成する導電パターン51を選択的に露出して他の部分をレジスト層57で被覆し、半田等の導電材を被着して裏面電極56を形成し、半導体装置として完成する。
【0162】
以下の測定およびダイシングの工程は前述した第3の実施の形態の図12から図14と共通するので、ここでは説明を省略する。
板状体およびリードフレームを説明する第6の実施の形態
本発明に依る板状体は、平坦な第1の主面41と第2の主面42を有する導電箔60と、前記導電箔60の前記第1の主面41から設けられ且つ前記導電箔60の厚みの途中まで除去して設けた分離溝61で分離して形成された導電パターン51と、前記分離溝61および前記導電パターン51を被覆した熱硬化性樹脂層50Aと、所望の前記導電パターン51と接続され、前記熱硬化性樹脂層50A上に設けた多層導電パターン71とから構成されている。
【0163】
また本発明のリードフレームは、平坦な第1の主面41と第2の主面42を有する導電箔60と、前記導電箔60の前記第1の主面41から設けられ且つ前記導電箔60の厚みの途中まで除去して設けた分離溝61で分離して形成された導電パターン51と、前記分離溝61および前記導電パターン51を被覆した熱硬化性樹脂層50Aと、所望の前記導電パターン51と接続され、前記熱硬化性樹脂層50A上に設けた多層導電パターン71とを備え、半導体素子搭載領域65を前記多層導電パターン71上に設け、半導体素子と電気的に接続される前記多層導電パターン71は所望の前記導電パターン51と接続されて構成される。
【0164】
本発明の板状体およびリードフレームは多層導電パターン71の採用により導電パターン51とで多層配線を実現したことにある。多層導電パターン71としては、Cuを無電界および電界メッキして熱硬化性樹脂層50A表面に付着した導電膜が用いられ、電気的接続を求められる個所の導電パターン51は予め熱硬化性樹脂層50Aを選択的に除去することで多層導電パターン71との接続ができる。この結果、半導体素子52の下には導電パターン51および多層導電パターン71が自由に配線でき、内部の配線を含めた多層配線を実現できる。半導体素子52の各電極パッドは周辺に設けた多層導電パターン71の一部で形成されるボンデイングパッドと供する導電被膜54にボンディングワイヤー55で接続されている。
【0165】
上述したリードフレームの製造方法を図25から図31を参照して説明する。
【0166】
本発明は、導電箔60を用意し、少なくとも半導体素子搭載領域65を多数個形成する導電パターン51を除く領域の前記導電箔60に前記導電箔60の厚みよりも浅い分離溝61を形成して導電パターン51を形成する工程と、熱硬化性樹脂で分離溝61および導電パターン51を被覆する工程と、所定の導電パターン51表面をレーザーエッチングで露出する工程と、露出された導電パターン51に接触し熱硬化性樹脂層50A表面にCuメッキにより導電膜を形成し、所定のパターンにエッチングして多層導電パターン71を形成する工程と、露出された多層導電パターン71に選択的に導電被膜を形成する工程とから構成される。
【0167】
第1の工程は、図25から図27に示すように、第1の主面41と第2の主面42とを導電箔60を用意し、少なくとも半導体素子搭載領域65を多数個形成する導電パターン51を除く領域の導電箔60に導電箔60の厚みよりも浅い分離溝61を形成してブロック62毎の導電パターン51を形成することにある。
【0168】
本工程では、まず図25Aの如く、シート状の導電箔60を用意する。この導電箔60は、ロウ材の付着性、ボンディング性、メッキ性が考慮されてその材料が選択され、材料としては、Cuを主材料とした導電箔、Alを主材料とした導電箔またはFe−Ni等の合金から成る導電箔、Cu−Alの積層体またはAl−Cu−Alの積層体等が採用される。
【0169】
導電箔の厚さは、後のエッチングを考慮すると10μm〜300μm程度が好ましく、ここでは125μmの銅箔を採用した。しかし300μm以上でも10μm以下でも基本的には良い。後述するように、導電箔60の厚みよりも浅い分離溝61が形成できればよい。
【0170】
尚、シート状の導電箔60は、所定の幅、例えば45mmでロール状に巻かれて用意され、これが後述する各工程に搬送されても良いし、所定の大きさにカットされた短冊状の導電箔60が用意され、後述する各工程に搬送されても良い。
【0171】
具体的には、図25Bに示す如く、短冊状の導電箔60に多数の半導体素子搭載領域65が形成されるブロック62が4〜5個離間して並べられる。各ブロック62間にはスリット63が設けられ、モールド工程等での加熱処理で発生する導電箔60の応力を吸収する。また導電箔60の上下周端にはインデックス孔64が一定の間隔で設けられ、各工程での位置決めに用いられる。
【0172】
続いて、ブロック62毎の導電パターン51を形成する。
【0173】
まず、図26に示す如く、Cu箔60の上に、ホトレジスト(耐エッチングマスク)PRを形成し、導電パターン51となる領域を除いた導電箔60が露出するようにホトレジストPRをパターニングする。そして、図27Aに示す如く、ホトレジストPRを介して導電箔60を選択的にエッチングする。
【0174】
エッチングにより形成された分離溝61の深さは、例えば20〜30μmであり、その側面は、酸化処理や化学研磨処理されて粗面化され、熱硬化性樹脂層50Aとの接着強度が向上される。
【0175】
またこの分離溝61の側壁は、模式的にストレートで図示しているが、除去方法により異なる構造となる。この除去工程は、ウェットエッチング、ドライエッチング、レーザによる蒸発、ダイシングが採用できる。ウェットエッチングの場合、エッチャントは、塩化第二鉄または塩化第二銅が主に採用され、前記導電箔は、このエッチャントの中にディッピングされるか、このエッチャントでシャワーリングされる。ここでウェットエッチングは、一般に非異方性にエッチングされるため、側面は湾曲構造になる。
【0176】
またドライエッチングの場合は、異方性、非異方性でエッチングが可能である。現在では、Cuを反応性イオンエッチングで取り除くことは不可能といわれているが、スパッタリングで除去できる。またスパッタリングの条件によって異方性、非異方性でエッチングできる。
【0177】
またレーザでは、直接レーザ光を当てて分離溝61を形成でき、この場合は、どちらかといえば分離溝61の側面はストレートに形成される。
【0178】
図27Bに具体的な導電パターン51を示す。本図は図25Bで示したブロック62の1個を拡大したものに対応する。黒く塗られた部分の1個が1つの半導体素子搭載領域65であり、導電パターン51を構成し、1つのブロック62には5行5列のマトリックス状に多数の半導体素子搭載領域65が配列され、各半導体素子搭載領域65毎に同一の導電パターン51が設けられている。各ブロックの周辺には枠状のパターン66が設けられ、それと少し離間してその内側にダイシング時の位置合わせマーク67が設けられている。枠状のパターン66はモールド金型との嵌合に使用され、また導電箔60の裏面エッチング後には絶縁性樹脂50Bの補強をする働きを有する。
【0179】
第2の工程は、図28に示す如く、分離溝61および導電パターン51の表面を被覆するように熱硬化性樹脂層50Aを形成することにある。
【0180】
本工程は本発明の特徴とする工程であり、熱硬化性樹脂層50Aとしては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられ、分離溝61を埋め込み且つ導電パターン51の表面を被覆するように設けられる。この熱硬化性樹脂層50Aは熱硬化性樹脂を有機溶剤に溶かした液状の材料をキャスティングして分離溝61および導電パターン51表面に塗布し、80℃から100℃の加熱をして半硬化させ有機溶剤を飛ばした後に、150℃から170℃で1.5時間程度加熱して本硬化して形成される。従って、半硬化の状態では熱硬化性樹脂はBステージの状態であり、熱硬化されていない。
【0181】
また熱硬化性樹脂層50Aにはシリカ、アルミナ等のフィラーを混入して導電パターン51との熱膨張係数を緩和すると良い。一般的にエポキシ樹脂の熱膨張係数は50ppm/℃であり、上記したフィラー入りのエポキシ樹脂の熱膨張係数は15〜30ppm/℃であり、第1の導電パターン51を形成する銅の熱膨張係数は18ppm/℃であるので、エポキシ樹脂と銅との熱膨張係数のミスマッチを改善できる。
【0182】
また熱硬化性樹脂層50Aは液状の状態で分離溝61に充填されるので、トランスファーモールドされるエポキシ樹脂に比較して低粘度のため分離溝61の内壁に密着でき、両者の接着強度が大幅に増加できる。この結果、今まででは約60μmの分離溝61で接着強度を確保していたが、接着強度の向上により分離溝61は20〜30μmと半分の深さで済み、導電パターン51をよりファインパターンに形成できる利点が得られる。
【0183】
他の方法として、熱硬化性樹脂層50Aは予め半硬化したシート状の熱硬化性樹脂フィルムを加熱圧着して本硬化して、溶融したエポキシ樹脂で分離溝61および導電パターン51表面に付着する方法も採用できる。熱硬化性樹脂フィルムをその表面をクッション紙で覆い、1cm2当たり100kgで圧着して150℃から170℃で加熱して溶融したエポキシ樹脂で分離溝61および導電パターン51表面を被覆した状態で本硬化させる。
【0184】
なお、本工程では分離溝61と熱硬化性樹脂層50Aとの接着強度を高めるために分離溝61の内壁を酸化処理するか、有機酸系のエッチング処理液を用いて分離溝61の壁面を化学研磨して粗面化すると良い。有機酸系のエッチング液としては、メック(株)製CZ−8100を用い、このエッチング液に数分間浸漬して表面に1〜2μm程度の凹凸を形成する。これにより分離溝61の内壁表面が粗面化されるので、分離溝61と熱硬化性樹脂層50Aとの接着強度を高めることができる。
【0185】
また本工程では、他の実施例として熱硬化性樹脂層50Aの代わりにUV硬化樹脂を用いることもできる。すなわち、UV硬化樹脂を真空ラミネータで塗膜した後に、UV照射、現像して本硬化すると、分離溝61および導電パターン51の所望の表面を被覆するようにUV硬化樹脂を形成することができる。この場合は、次の第3の工程を一緒に行うので、工程が簡単になる。
【0186】
第3の工程は、図29に示す如く、所望の導電パターン51表面の熱硬化性樹脂層50Aをレーザーエッチングで除去して露出し、多層導電パターン71を形成するための導電メッキ膜74を付着することにある。
【0187】
本工程では、直接描画でレーザーエッチングにより熱硬化性樹脂層50Aを選択的に取り除き、導電パターン51に貫通孔73を設けて選択的に露出させる。レーザーとしては、炭酸ガスレーザーが好ましいが、エキシマレーザーやYAGレ−ザーも利用できる。またレーザーで絶縁樹脂を蒸発させた後、開口部の底部に残査がある場合は、過マンガン酸ソーダまたは過硫酸アンモニウム等でウェットエッチングもしくはエキシマレーザー等でドライエッチングし、この残査を取り除く。
【0188】
続いて、同様に図29に示す如く、貫通孔73および熱硬化性樹脂層50A表面に導電メッキ膜74を形成する。
【0189】
貫通孔73を含む熱硬化性樹脂層50A全面に導電メッキ膜74をマスクなしで形成する。この導電メッキ膜74は無電解メッキと電解メッキの両方で形成され、ここでは、無電解メッキにより約2μmのCuを少なくとも貫通孔73を含む熱硬化性樹脂層50A全面に形成する。これにより導電メッキ膜74と導電パターン51が電気的に導通するため、導電箔60で連結された導電パターン51を電極にして電解メッキを行い、約20μmのCuをメッキする。これにより貫通孔73はCuの導電メッキ膜74で埋め込まれる。また導電メッキ膜74は、ここではCuを採用したが、Au、Ag、Pd等を採用しても良い。またマスクを使用して部分メッキをしても良い。
【0190】
第4の工程は、図30に示す如く、導電メッキ膜74を所望のパターンにエッチングして多層導電パターン71を形成することにある。
【0191】
導電メッキ膜74上に所望のパターンのホトレジスト層で被覆し、ボンディングパッドとなる導電被膜54およびボンディングパッドから中央に延在される多層導電パターン71をケミカルエッチングにより形成する。導電メッキ膜74はCuを主材料とするものであるので、エッチング液は、塩化第2鉄または塩化第2銅を用いれば良い。具体的なパターンは後で図35を参照して説明する。
【0192】
導電メッキ膜74は厚さが5〜20μm程度に形成されているので、多層導電パターン71は20μm以下のファインパターンに形成できる利点がある。
【0193】
第5の工程は、図31に示す如く、露出された多層導電パターン71に導電被膜54を形成する。
【0194】
多層導電パターン71はオーバーコート樹脂等の絶縁被膜75で被覆される。絶縁被膜75としては、溶剤で溶かしたエポキシ樹脂等をスクリーン印刷で付着し、熱硬化させると良い。なお絶縁被膜75としてフォトソルダーレジストを用い、露光現像して選択的に残す方法もできる。
【0195】
次に、多層導電パターン71のボンディングパッドと供する部分を除いてホトレジスト層でマスクして、レーザーエッチングにより絶縁被膜75を選択的に取り除き、多層導電パターン71を選択的に露出させる。レーザーとしては、炭酸ガスレーザーが好ましいが、エキシマレーザーやYAGレ−ザーも利用できる。またレーザーで絶縁樹脂を蒸発させた後、開口部の底部に残査がある場合は、過マンガン酸ソーダまたは過硫酸アンモニウム等でウェットエッチングもしくはエキシマレーザー等でドライエッチングし、この残査を取り除く。
【0196】
この導電被膜54は残された絶縁被膜75をマスクとして用い、金、銀あるいはパラジュームを電界あるいは無電界メッキで付着され、ボンディングパッドとして活用される。
【0197】
例えば銀被膜は、金線と接着するし、ロウ材とも接着する。また銀の導電被膜にはAu細線が接着できるため、ワイヤーボンディングも可能となる。従ってこれらの導電被膜54をそのままボンディングパッドとして活用できるメリットを有する。
【0198】
図35を参照して、具体化された本発明のリードフレームを説明する。まず、実線で示すパターンは多層導電パターン71であり、点線で示すパターンは導電パターン51である。多層導電パターン71は半導体ベアチップ52を取り巻くようにボンディングパッドとして働く導電被膜54が周辺に設けられ、一部では2段に配置されて多パッドを有する半導体ベアチップ52に対応している。ボンディングパッドは半導体ベアチップ52の対応する電極パッド75とボンディングワイヤー55で接続され、ボンディングパッドからファインパターンの多層導電パターン71が半導体ベアチップ52の下に多数延在されて、黒丸で示す貫通孔73で導電パターン51と接続されている。
【0199】
斯かる構造であれば、200以上のパッドを有する半導体回路素子でも、多層導電パターン71のファインパターンを利用して所望の導電パターン51まで多層配線構造で延在でき、導電パターン51に設けられた裏面電極56から外部回路への接続が行える。なお、図35では熱硬化性樹脂層50Aおよび封止用絶縁性樹脂50B等は説明のために省略している。
【0200】
上述した板状体またはリードフレームは、導電パターンと多層導電パターンで多層配線を実現できるので、極めてパッド数の多い半導体チップでも実装可能となり、高価なリードフレームを用いない実装構造を実現できる。
半導体装置の製造方法を説明する第7の実施の形態
上述した板状体またはリードフレームを用いた半導体装置の製造方法を図32から図34を参照して説明する。
【0201】
本発明の製造方法は、多層導電パターン71を覆う絶縁被膜75上に半導体素子52を固着する工程と、前記半導体素子52の電極と所望の前記多層導電パターン71とを電気的に接続する接続手段を形成する工程と、各半導体素子搭載領域65の前記半導体素子52を一括して被覆し、封止用絶縁性樹脂50Bで共通モールドする工程と、前記分離溝61を設けていない厚み部分の前記導電箔60を除去する工程と、複数個の前記ブロック62を前記封止用絶縁性樹脂50Bを当接させて粘着シートに貼り付ける工程と、前記粘着シートに貼り付けられた状態で前記ブロックの各半導体素子搭載領域65の前記半導体素子52の特性の測定を行う工程と、前記粘着シートに貼り付けられた状態で前記ブロックの前記絶縁性樹脂を各半導体素子搭載領域65毎にダイシングにより分離する工程とから構成されている。
【0202】
第1の工程は、図32に示す如く、各半導体素子搭載領域65の絶縁被膜75上に半導体素子52を導電性あるいは絶縁性接着剤58で固着し、各半導体素子搭載領域65の半導体素子52の電極と所望の多層導電パターン71とを電気的に接続する接続手段を形成することにある。
【0203】
半導体素子52としては、トランジスタ、ダイオード、ICチップ等の半導体素子である。また厚みが厚くはなるが、CSP、BGA等のフェイスダウンの半導体素子も実装できる。更に回路素子52は複数個のICチップを積み重ねたり、平面的に配置しても良い。
【0204】
ここでは、ベアのICチップ52が絶縁被膜75上にエポキシ樹脂等の絶縁接着剤58で固着され、ICチップ52の各電極と各半導体素子搭載領域65の周囲に配列された多層導電パターン71上の導電被膜54とが熱圧着によるボールボンディングあるいは超音波によるウェッヂボンディング等により固着されたボンディングワイヤー55を介して接続される。
【0205】
本工程では、各ブロック62に多数の多層導電パターン71が集積されているので、半導体素子52の固着およびワイヤーボンディングが極めて効率的に行える利点がある。
【0206】
第2の工程は、図33に示す如く、各半導体素子搭載領域65の半導体素子52を一括して被覆し、分離溝61に充填された熱硬化性樹脂層50Aと結合するように封止用絶縁性樹脂50Bで共通モールドすることにある。
【0207】
本工程では、図33Aに示す如く、既に前の工程で分離溝61および複数の導電パターン51は熱硬化性樹脂層50Aで被覆されているので、封止用絶縁性樹脂50Bは半導体素子52を被覆し、分離溝61および導電パターン51表面に残された熱硬化性樹脂層50Aと結合される。なお、絶縁被膜75が熱硬化性樹脂層50Aと絶縁性樹脂50Bの間に介在する形になるが、絶縁被膜75は極めて薄く熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂等を用いているので、お互いに馴染みが良く強力な接着強度を得られる。更に強い接着強度を実現するには封止用絶縁性樹脂50Bでモールドする前に、絶縁被膜75の表面をUV照射もしくはプラズマ照射して絶縁被膜75表面の樹脂の極性基を活性化すると良い。そして熱硬化性樹脂層50Aと封止用絶縁性樹脂50Bとで一体となりより強力に導電パターン51が支持されている。
【0208】
本工程で、熱硬化性樹脂層50Aと封止用絶縁性樹脂50Bとの直接の結合を望むときは、前工程での絶縁被膜75のエッチング時に同時に多層導電パターン71の存在しない部分の絶縁被膜75を除去すると良い。
【0209】
また本工程では、トランスファーモールド、インジェクションモールド、またはディッピングにより実現できる。樹脂材料としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂がトランスファーモールドで実現でき、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂はインジェクションモールドで実現できる。
【0210】
更に、本工程でトランスファーモールドあるいはインジェクションモールドする際に、図33Bに示すように各ブロック62は1つの共通のモールド金型に半導体素子搭載領域65を納め、各ブロック毎に1つの封止用絶縁性樹脂50Bで共通にモールドを行う。このために従来のトランスファーモールド等の様に各搭載部を個別にモールドする方法に比べて、大幅な樹脂量の削減が図れ、モールド金型の共通化も図れる。
【0211】
導電箔60表面に被覆された封止用絶縁性樹脂50Bの厚さは、半導体素子52の最頂部から約100μm程度が被覆されるように調整されている。この厚みは、強度を考慮して厚くすることも、薄くすることも可能である。
【0212】
本工程の特徴は、封止用絶縁性樹脂50Bを被覆するまでは、導電パターン51となる導電箔60が支持基板となることである。従来では、本来必要としない支持基板を採用して導電路を形成しているが、本発明では、支持基板となる導電箔60は、電極材料として必要な材料である。そのため、構成材料を極力省いて作業できるメリットを有し、コストの低下も実現できる。
【0213】
また分離溝61は、導電箔の厚みよりも浅く形成されているため、導電箔60が導電パターン51として個々に分離されていない。従ってシート状の導電箔60として一体で取り扱え、封止用絶縁性樹脂50Bをモールドする際、金型への搬送、金型への実装の作業が非常に楽になる特徴を有する。
【0214】
第3の工程は、同様に図33Aに示す如く、分離溝61を設けていない厚み部分の導電箔60を除去することにある。
【0215】
本工程は、導電箔60の裏面を化学的および/または物理的に除き、導電パターン51として分離するものである。この工程は、研磨、研削、エッチング、レーザの金属蒸発等により施される。
【0216】
実験では研磨装置または研削装置により全面を100μm程度削り、分離溝61から熱硬化性樹脂層50Aを露出させている。この露出される面を図33Aでは点線で示している。その結果、約30μmの厚さの導電パターン51となって分離される。また、熱硬化性樹脂層50Aが露出する手前まで、導電箔60を全面ウェトエッチングし、その後、研磨または研削装置により全面を削り、熱硬化性樹脂層50Aを露出させても良い。更に、導電箔60を点線まで全面ウェトエッチングして熱硬化性樹脂層50Aを露出させても良い。
【0217】
この結果、熱硬化性樹脂層50Aに導電パターン51の裏面が露出する構造となる。すなわち、分離溝61に充填された熱硬化性樹脂層50Aの表面と導電パターン51の表面は、実質的に一致する構造となっている。従って、本発明の半導体装置53は従来の裏面電極のように段差が設けられないため、マウント時に半田等の表面張力でそのまま水平に移動してセルフアラインできる特徴を有する。
【0218】
更に、導電パターン51の裏面処理を行い、図34に示す最終構造を得る。すなわち、電極を形成する導電パターン51を選択的に露出して他の部分をレジスト層57で被覆し、半田等の導電材を被着して裏面電極56を形成し、半導体装置として完成する。
【0219】
以降の測定およびダイシング工程は前述した第3の実施の形態で説明した図12から図14と同じであるので、ここでは説明を省略する。
以上、本発明では、ハーフエッチングされた導電箔を、従来のトランスファーモールドの製造装置で採用するリードフレームのサイズに設計してある。つまり従来のリードフレームと縦×横のサイズを一致させることで、従来のトランスファーモールド装置を採用することができる。またトランスファーモールド装置のキャビーティのサイズを一致させ、その中に半導体装置をマトリックス状に配置させている。半導体装置のサイズにもよるが、小さければn個×m個が一つのキャビティで製造でき、大きければこの個数よりも取り数が少なくなる。しかし半導体装置のサイズ形状はどうであれ、従来の金型で、且つ一種類の金型で種類の異なる半導体装置が製造できる。
【0220】
これは、従来の製造装置を活用できる点でメリットがある。しかし別途新しい製造装置を作る場合、導電箔のサイズを従来のものと一致させることもない。
【0221】
また、個別分離の際にダイシング装置を採用している。半導体装置と半導体装置の間は、少なくともダイシングブレードの幅程度にすれば良く、従来のリードフレームを使った個別封止よりもその取り数は大幅に増加する。よって製造設備を従来から製造されてきた装置を活用でき、設備投資にかかる費用を少なくできる点、半導体装置の取り数が増大する点等とから非常に量産性に富み、プライスダウンにも寄与する優れた製造方法である。
【0222】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の板状体またはリードフレームは、導電箔をハーフエッチングして形成した導電パターンをリードやアイランドとして用いることを特徴とする。この結果、導電パターンはエッチングで形成されるので、リードをファインパターン化でき、より微細な板状体またはリードフレームが可能となる。
【0223】
また、リードは導電パターンとして導電箔と一体で構成されるため、変形や反り等が抑制でき、リードのタイバー、吊りリードを不要とすることができる。
【0224】
更には、封止用絶縁性樹脂で封止した後、導電箔の裏面を研磨やエッチングすることでリードやアイランドの分離が可能となり、位置ずれも無く所定の位置にリードやアイランドを配置することができる。
【0225】
また封止用絶縁性樹脂内に、リード全域が配置されるので、個別分離した後もリードの変形も無くすることができる。
【0226】
また板状体あるいはリードフレームは主にCuを主材料で構成するので、極めて安価で、薄く、小型の半導体装置を可能にできる。
【0227】
また、分離溝が極めて浅くても低粘度の熱硬化性樹脂層を分離溝61を埋め込んで両者の接着強度を上げているので、導電パターンを微細化でき同時に導電パターンと封止用絶縁性樹脂との接着強度が強くなり、薄型でありながら良好な封止構造を実現できる。
【0228】
また、導電箔の各ブロックに極めて近接して多数の半導体素子搭載領域を形成できるので、極めて小さい面積で多数の半導体素子を組み立てられるリードフレームを実現できる。更に多層導電パターンを用いると多層配線が可能となり、極めて多ピンの半導体素子の組立に使用できるリードフレームを実現できる。
【0229】
また板状体またはリードフレームで製造される半導体装置は、半導体素子、リードやアイランド等の導電パターンおよび絶縁性樹脂の必要最小限で構成され、資源に無駄のない半導体装置となる。よってコストを大幅に低減できる半導体装置を実現できる。また絶縁性樹脂の被覆膜厚、導電箔の厚みを最適値にすることにより、非常に小型化、薄型化および軽量化された半導体装置を実現できる。
【0230】
また導電パターンの裏面のみを絶縁性樹脂から露出しているため、導電路の裏面が直ちに外部との接続に供することができ、従来構造のフレキシブルシートの如くスルーホール等の加工を不要にできる利点を有する。
【0231】
しかも半導体素子が直接あるいは極めて近接してアイランドや熱硬化性樹脂層上に固着されているので、半導体素子から発生する熱をアイランド等の導電パターンを介して直接実装基板に熱を伝えることができる。特にこの放熱により、パワー素子の実装も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の板状体の第1の実施の形態を説明する図である。
【図2】本発明のリードフレームの第2の実施の形態を説明する図である。
【図3】本発明のリードフレームの製造方法の第2の実施の形態を説明する図である。
【図4】本発明のリードフレームの製造方法の第2の実施の形態を説明する図である。
【図5】本発明のリードフレームの製造方法の第2の実施の形態を説明する図である。
【図6】本発明のリードフレームの製造方法の第2の実施の形態を説明する図である。
【図7】本発明のリードフレームの製造方法の第2の実施の形態を説明する図である。
【図8】本発明のリードフレームの製造方法の第2の実施の形態を説明する図である。
【図9】本発明の板状体またはリードフレームを採用した半導体装置の製造方法の第3の実施の形態を説明する図である。
【図10】本発明の板状体またはリードフレームを採用した半導体装置の製造方法の第3の実施の形態を説明する図である。
【図11】本発明の板状体またはリードフレームを採用した半導体装置の製造方法の第3の実施の形態を説明する図である。
【図12】本発明の板状体またはリードフレームを採用した半導体装置の製造方法の第3の実施の形態を説明する図である。
【図13】本発明の板状体またはリードフレームを採用した半導体装置の製造方法の第3の実施の形態を説明する図である。
【図14】本発明の板状体またはリードフレームを採用した半導体装置の製造方法の第3の実施の形態を説明する図である。
【図15】本発明の板状体またはリードフレームの第4の実施の形態を説明する図である。
【図16】本発明のリードフレームの製造方法の第4の実施の形態を説明する図である。
【図17】本発明のリードフレームの製造方法の第4の実施の形態を説明する図である。
【図18】本発明のリードフレームの製造方法の第4の実施の形態を説明する図である。
【図19】本発明のリードフレームの製造方法の第4の実施の形態を説明する図である。
【図20】本発明のリードフレームの製造方法の第4の実施の形態を説明する図である。
【図21】本発明のリードフレームの製造方法の第4の実施の形態を説明する図である。
【図22】本発明のリードフレームを採用した半導体装置の製造方法の第5の実施の形態を説明する図である。
【図23】本発明のリードフレームを採用した半導体装置の製造方法の第5の実施の形態を説明する図である。
【図24】本発明のリードフレームを採用した半導体装置の製造方法の第5の実施の形態を説明する図である。
【図25】本発明の板状体またはリードフレームの製造方法の第6の実施の形態を説明する図である。
【図26】本発明の板状体またはリードフレームの製造方法の第6の実施の形態を説明する図である。
【図27】本発明の板状体またはリードフレームの製造方法の第6の実施の形態を説明する図である。
【図28】本発明の板状体またはリードフレームの製造方法の第6の実施の形態を説明する図である。
【図29】本発明の板状体またはリードフレームの製造方法の第6の実施の形態を説明する図である。
【図30】本発明の板状体またはリードフレームの製造方法の第6の実施の形態を説明する図である。
【図31】本発明の板状体またはリードフレームの製造方法の第6の実施の形態を説明する図である。
【図32】本発明のリードフレームを採用した半導体装置の製造方法の第7の実施の形態を説明する図である。
【図33】本発明のリードフレームを採用した半導体装置の製造方法の第7の実施の形態を説明する図である。
【図34】本発明のリードフレームを採用した半導体装置の製造方法の第7の実施の形態を説明する図である。
【図35】本発明の具体化されたリードフレームの第6の実施の形態を説明する図である。
【図36】従来のプリント基板への実装構造を説明する図である。
【図37】従来のリードフレームを説明する図である。
【図38】支持基板としてフレキシブルシートを採用した半導体装置を説明する図である。
【符号の説明】
41 第1の主面
42 第2の主面
50A 熱硬化性樹脂層
50B 封止用絶縁性樹脂
51 導電パターン
54 導電被膜
Claims (2)
- 平坦な第1の主面と第2の主面を有する短冊状の導電箔と、
前記導電箔に複数の半導体素子搭載領域がマトリックス状に設けられ、予定のモールド金型で共通にモールドされるブロック領域と、
前記第1の主面の前記半導体素子搭載領域のそれぞれに設けられ、前記導電箔の厚みよりも浅くエッチングされてなる分離溝が形成されることで設けられ、前記半導体素子を載置予定の領域および前記半導体素子を載置予定の領域の周辺にリードが並べられて成る導電パターンと、
前記分離溝および前記導電パターンを覆い、前記半導体素子搭載領域に搭載予定の半導体素子と電気的に接続される前記リードのボンディングパッドの部分が取り除かれて成る熱硬化性樹脂層と、
前記ボンディングパッドの部分に設けられた導電被膜とを有し、
前記載置予定の半導体素子の下方に相当する部分には、配線が設けられる事を特徴とした板状体。 - 前記導電箔には、前記ブロック領域が離間して複数並べられる請求項1に記載の板状体。
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