JP4751585B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、板状体および半導体装置の製造方法に関するものであり、特にＢＧＡ（Ball Grid Array）構造の問題を解決するものである。

近年、ＩＣパッケージは携帯機器や小型・高密度実装機器への採用が進み、従来のＩＣパッケージとその実装概念が大きく変わろうとしている。詳細は、例えば電子材料（１９９８年９月号２２頁〜）の特集「ＣＳＰ技術とそれを支える実装材料・装置」で述べられている。

図１５は、フレキシブルシート５０をインターポーザー基板として採用するＢＧＡに関するものであり、図１５Ａは、平面図、図１５Ｂは、Ａ−Ａ線における断面図である。

このフレキシブルシート５０の上には、接着剤を介して銅箔パターン５１が貼り合わされている。このフレキシブルシート５０上には、ＩＣチップ５２が固着され、このＩＣチップ５２の周囲にボンディング用パッド５３が前記銅箔で形成されている。またこのボンディング用パッド５３と一体で形成される配線５４を介して半田ボール接続用パッド５５が形成され、この半田ボール接続用パッド５５に半田ボール５６が形成されている。

図１５Ａでは、フレキシブルシート５０が外側の実線で示され、太線の矩形がＩＣチップ５２である。図からも明らかなように、このＩＣチップ５２の周囲に形成されたボンディング用パッド群５３…の内側には、半田ボール接続用パッド群５５…マトリックス状に分散されて形成されている。

この半田ボール接続用パッド群５５…の裏側は、フレキシブルシート５０が加工されて開口部５７が設けられており、この開口部５７を介して半田ボール５６が形成されている。
電子材料（１９９８年９月号２２頁〜）の特集「ＣＳＰ技術とそれを支える実装材料・装置」

前述したフレキシブルシート５０は、セラミック基板、プリント基板等と同様に基板として活用されるものであり、これら基板の中で最も薄くできる部材である。しかしフレキシブルシートの価格は、セラミック基板やプリント基板の価格から比べて高く、しかも開口部５７の加工費を含めるとＢＧＡのコストを大幅に上昇させてしまう問題があった。

また携帯機器に実装される半導体装置は、より薄型・軽量が望まれており、前述したＢＧＡも薄型・軽量が望まれていた。しかしＣｕ箔パターンを形成する工程、ＩＣチップ５２を搭載する工程、更には金属細線５８をボンディングする工程を考えると、フレキシブルシート５０は、支持基板として採用しなければならない部材であり、フレキシブルシート５０を無くすことは、製造方法から考えても不可能であった。

更には、Ｃｕ箔パターンは、フレキシブルシート５０の上に接着剤で貼り合わされており、このＣｕ箔パターンが変形したり剥がれたりする問題もあった。特にＩＣチップ５２のパッド数は、年々その数が増え、これをＢＧＡで実現しようとすれば、Ｃｕ箔パターンを微細化する必要がっあった。それにより配線５４、ボンディングパッド５３の接着面積が減少し、Ｃｕ箔パターンが変形したり剥がれたりする問題が更に発生する問題があった。

更に製造工程を考えると、半導体メーカーが、所定のパターンデータをフレキシブルシートメーカーに伝え、フレキシブルシートメーカーがパターン化してフレキシブルシートを製造し、この完成されたフレキシブルシートを半導体メーカーが購入するため、ＢＧＡを製造するまでに非常に時間がかかる問題があった。従って、半導体メーカーは、前記ＢＧＡを短い納期でユーザーに納めることができない問題もあった。

またフレキシブルシート５０が介在するためＩＣチップ５２の放熱性が悪い問題もあった。

本発明は、前述した多くの課題に鑑みて成され、第１に、平坦面から成る第１の表面と、前記第１の表面に対向して設けられ、平坦面から成る第２の表面とを有する板状体であり、
前記第２の表面には、半導体素子搭載領域の周辺に設けられたボンディングパッド、このボンディングパッドと一体で前記半導体素子搭載領域に延在される配線およびこの配線と一体で設けられた外部取り出し用電極と実質同一パターンの第１の導電被膜が形成されることで解決するものである。

第２に、平坦面から成る第１の表面と、前記第１の表面に対向して設けられ、平坦面から成る第２の表面とを有する板状体であり、
前記第２の表面には、半導体素子搭載領域の周辺に設けられたボンディングパッド、このボンディングパッドと一体で前記半導体素子搭載領域に延在される配線およびこの配線と一体で設けられた外部取り出し用電極と実質同一パターンのホトレジストが形成されることで解決するものである。

第３に、前記ボンディングパッドに対応する領域には、導電被膜が設けられ、これを被覆するように前記ホトレジストが形成されることで解決するものである。

板状体に形成された導電被膜またはホトレジストを介してハーフエッチングすることにより、板状体で支持された導電パターンを形成することができる。よって半導体メーカーは、ホトリソグラフィ設備を有することで、独自に板状体から半導体装置までを一貫して製造することが可能となる。

また半導体素子の固着、金属細線を使った電気的接続、絶縁性樹脂を使った封止工程は、この板状体を支持基板として採用することができ、従来のような支持基板としてのフレキシブルシートが不要となった。特にボンディングパッドは、微細でアイランド状に存在し、配線は、長く細いので、不安定な状態で配置されるが、板状体と一体であるため、反りや剥がれ等の変形を無くすことができる。

また板状体のパターンを表から裏までプレスやエッチングで抜かず、途中で止めるハーフエッチングを行うことにより、導電パターンの間隔を狭める事ができ、より微細なパターンが形成できる。更には、絶縁性樹脂を封止して完全に固定した後、板状体の裏面を研磨やエッチングする事でパッドおよび配線の分離が可能となり、位置ずれも無く所定の位置に配置することができ、しかも配線を長く引き回しても変形無く配置することができる。

またホトレジストをマスクとしてハーフエッチングする場合、ボンディングパッドの部分に導電被膜を残すことで、次の工程でワイヤーボンディングが容易に実現できる。

第４に、前記板状体の相対向する側辺には、ガイドピンと実質同一のパターンまたは前記ガイドピンが挿入されるガイド孔が形成されることで解決するものであり、モールド時に、前記板状体の金型実装が精度高く実施できる。

第５に、前記板状体は、導電箔で成り、前記導電被膜は、前記導電箔の材料とは異なる材料より成ることで解決するものである。

導電被膜を形成することで、凸部の側面が湾曲になり、更には導電被膜自身にひさしが形成される。寄って導電パターンであるボンディングパッドや配線がアンカー効果をもって絶縁性樹脂に埋め込まれる。

第６に、平坦面から成る第１の表面と、所望の高さに形成された凸部を有し、前記第１の表面に対向して成る第２の表面とを有する板状体であり、
前記凸部は、半導体素子搭載領域の周辺に設けられたボンディングパッド、このボンディングパッドと一体で前記半導体素子搭載領域に延在される配線およびこの配線と一体で設けられた外部取り出し用電極を構成することで解決するものである。

第７に、前記凸部の表面は、導電被膜が設けられることで解決するものである。

第８に、少なくとも前記ボンディングパッドに対応する領域に、導電被膜が設けられることで解決するものである。

第９に、前記板状体は、導電箔で成り、前記導電被膜は、前記導電箔の材料とは異なる材料より成ることで解決するものである。

凸部で導電パターンを構成した板状体は、半導体素子の実装、パッドとの電気的接続および封止等が、半導体メーカーの後工程の設備で可能となる。従って従来のリードフレームと同様に、板状体を例えばメーカーから供給し、半導体メーカーがＢＧＡ型の半導体装置を製造することができる。

また半導体素子の固着、金属細線を使った電気的接続、絶縁性樹脂を使った封止は、この板状体を支持基板として採用することができ、従来のようなフレキシブルシートをなくすことができる。特にボンディングパッドは、アイランド状に存在したり、不安定な状態で配置されるが、板状体と一体であるため、反りや剥がれ等の変形を無くすことができる。更に配線も長く延在され、反り、ねじれ等を発生するものであるが、板状体と一体であるため、これらの問題を解決することができる。

またハーフエッチングで構成しているため、パッドまたは配線等の間隔を狭める事ができ、より微細なパターンが形成できる。更には、絶縁性樹脂を封止して完全に固定した後、板状体の裏面を研磨やエッチングする事でパッド、ダイパッドおよび配線の分離が可能となり、位置ずれも無く所定の位置に配置することができる。

第１０に、前記板状体の相対向する側辺には、ガイドピンと実質同一のパターンの凸部または前記ガイドピンが挿入されるガイド孔が形成されることで解決するものである。

第１１に、前記板状体には、前記凸部から成る所定のパターンがマトリックス状に配置されることで解決するものであり、大量生産が可能となる。

第１２に、前記板状体は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ａｌの積層体またはＡｌ−Ｃｕ−Ａｌの積層体から成ることで解決するものである。

第１３に、前記凸部の側面は、アンカー構造を有することで解決するものである。

第１４に、前記導電被膜は、前記凸部の上面でひさしを構成することで解決するものである。

第１５に、前記導電被膜は、Ｎｉ、Ａｕ、ＡｇまたはＰｄから成ることで、アンカー効果を持たせることができ、同時にワイヤーボンディング、ダイボンディングが可能となる。

第１６に、樹脂封止領域に対応する全面に渡り平坦な裏面と、前記裏面から所定の厚みでシート状に形成され、上金型との当接領域で囲まれる領域に、
半導体素子搭載領域の周辺に設けられたボンディングパッド、このボンディングパッドと一体で前記半導体素子搭載領域に延在される配線およびこの配線と一体で設けられた外部取り出し用電極となる凸部が形成されている表面を有する板状体であり、
少なくとも前記上金型との当接領域で囲まれる領域は、前記表面および前記上金型で密閉空間を構成する事で解決するものである。

第１７に、樹脂封止領域に対応する全面に渡り平坦な裏面と、前記裏面から所定の厚みでシート状に形成され、上金型との当接領域で囲まれる領域に設けられたボンディングパッド、このボンディングパッドと一体で前記半導体素子搭載領域に延在される配線およびこの配線と一体で設けられた外部取り出し用電極となる凸部が形成されている表面を有する板状体を用意し、
前記半導体素子搭載領域に半導体素子を搭載するとともに、前記ボンディングパッドと前記半導体素子を電気的に接続し、
前記板状体を金型に搭載し、前記板状体と前記上金型で構成される空間に樹脂を充填し、
前記充填された樹脂の裏面に露出する板状体を取り除いて前記凸部をそれぞれ分離する工程とを有することで解決するものである。

第１８に、前記樹脂封止領域に対応する前記板状体の裏面の全域は、下金型に当接されることを特徴とした請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。

第１９に、前記下金型の当接領域は、真空吸引手段が分散されて配置されることで解決するものである。

板状体は、シート状に形成されるため、板状体の裏面は下金型に全面に渡り当接され、しかもパッド等の導電パターンは、前記密閉空間内に配置されるため、バリを板状体裏面に排出することが全くない。

以上、導電パターン、半導体素子およびこれらを封止する絶縁性樹脂で構成され、フレキシブルシートを無くすことができるため、半導体装置の薄型・軽量化が実現できる。しかも導電路が埋め込まれ、また導電箔の表面に導電被膜を形成することにより、表面にひさしを有するボンディングパッドや配線を形成することができ、アンカー効果を発生させることができることで導電パターンの反り、抜け等の変形を抑えたＢＧＡ型の半導体装置が実現できる。

以上の説明から明らかなように、本発明の板状体は、導電被膜またはホトレジストを介して導電パターンをハーフエッチングできる構造を有する。更には板状体を表から裏まで、プレスやエッチングで抜かず、途中で止め導電パターンとして構成することもできる。このハーフエッチングが採用できる構造により、導電パターンの間隔を狭める事ができ、より微細なＢＧＡ構造の半導体装置用のパターンが可能となる。また第２のボンディングパッド、配線および外部取り出し用電極は板状体と一体で構成されるため、変形や反り等を抑制することができる。更には、絶縁性樹脂を封止して完全に固定した後、板状体の裏面を研磨やエッチングする事で導電パターンの分離が可能となり、位置ずれも無く所定の位置に導電パターンを配置することができる。しかもＢＧＡ構造の半導体装置に必要となる配線も何ら変形無く配置することができる。

また樹脂封止領域内に、導電パターン全域が配置されることで、従来型のリードフレームから発生したバリをなくすことができる。

またガイドピンと同一のパターンが形成されていることにより、絶縁性樹脂で封止する際に、ガイドピンとして開口させることができる。また前もってガイドピンを開口させておくことにより、封止用の金型のガイドピンに板状体をセットすることができ、位置精度の高い樹脂封止が可能となる。

また板状体をＣｕを主材料で構成し、導電被膜をＮｉ、Ａｇ、ＡｕまたはＰｄ等で構成すると、導電被膜をエッチングマスクとして活用することができ、更には、ハーフエッチングした際、その側面を湾曲構造にしたり、導電パターンの表面に導電被膜によるひさしを形成することができ、アンカー効果を持たせた構造とすることができる。従って絶縁性樹脂の裏面に位置する導電パターンの抜け、反りを防止することができる。

また板状体で製造される半導体装置は、半導体素子、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。またフレキシブルシート等の支持基板を採用しないため、支持基板の熱抵抗が無くなり、半導体素子の放熱性が向上される。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。

また導電パターンの裏面を絶縁性樹脂から露出しているため、導電パターン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。

また本半導体装置は、分離溝の表面と導電パターンの表面は、実質一致している平坦な表面を有する構造となっており、狭ピッチＱＦＰ等を実装基板に実装しても、半導体装置自身をそのまま水平に移動できるので、外部取り出し用電極のずれの修正が極めて容易となる。

また導電パターンの側面が湾曲構造をしており、更には表面にひさしが形成できる。よってアンカー効果を発生させることができ、導電パターンの反り、抜けを防止することができる。

また、絶縁性樹脂の被着時まで板状体で全体を支持し、導電パターンの分離、ダイシングは絶縁性樹脂が支持基板となる。従って、従来例で説明した如く、支持基板が要らなくなり、コスト的にも安価にできるメリットを有する。

本発明は、半導体チップの周辺にボンディングパッドを配置し、このボンディングパッドと一体の配線を使って外部取り出し用電極をマトリックス状に分散させて配置させる半導体装置に関するものである。一般に外部取り出し用電極に半田ボールを取り付けるたものがＢＧＡと呼ばれているが、通常の半田付けで固着するものも含め、ここではＢＧＡ構造の半導体装置と呼ぶことにする。

板状体を説明する第１の実施の形態
図１Ａは、従来型のフレキシブルシートを採用したＢＧＡよりもその効果が優れ、より薄型のパッケージが実現できる板状体を示すものである。

この板状体１０は、図１Ａに示すように、従来のＢＧＡに於いて、フレキシブルシートに印刷される導電パターンが導電被膜１１で形成されたものである。

つまり、平坦面から成る第１の表面１２と、前記第１の表面１２に対向して設けられ、平坦面から成る第２の表面１３とを有する板状体１０であり、
前記第２の表面１３には、半導体素子搭載領域１４の周辺に、第２のボンディングパッド１７と実質同一パターンの第１の導電被膜１１Ａが形成されている。この導電被膜１１Ａは、図３に於いて示された半導体素子１５上の第１のボンディングパッド１６に対応して設けられ、第２のボンディングパッド１７と実質同一パターンで形成されている。また前述した第２のボンディングパッド１７と一体で設けられた配線１８および外部取り出し用電極１９と実質同一パターンの第２の導電被膜１１Ｂ、第３の導電被膜１１Ｃが形成されている。尚、この導電被膜１１Ａ〜１１Ｃは、同一材料でも良いし、それぞれ異なる材料でも良い。ただし、導電被膜１１Ａ〜１１Ｃは、後の製造方法で判るように耐エッチングマスクとして有効な材料が選択され、且つ導電被膜１１Ａの表面は、ＡｕやＡｌから成る金属細線２０がボールボンディング法や超音波ボンディング法で実施できる材料が選択される。

また図１３〜の説明で判るが、半導体素子１５としてフェイスダウン型の素子（ＳＭＤ）を採用する場合、導電被膜１１Ａは、ロウ材、導電ペーストが固着できる材料が選択される。

この板状体１０は、図１Ｂの様に、前記導電被膜１１の代わりに、ホトレジスト等の耐エッチングマスクＭＳＫが形成されても良い。この場合、金属細線を使ったボンディングまたはフェイスダウンボンディングが可能なように、少なくとも第２のボンディングパッド１７に対応する部分に導電被膜２０が形成され、この導電被膜を含む全パターンが、ホトレジストＭＳＫで被覆される。

本発明の特徴は、前記板状体１０にある。後の説明から判るように、板状体１０の導電被膜１１またはホトレジストＭＳＫを介してハーフエッチングし、これに半導体素子１５を搭載し、絶縁性樹脂２１で封止する。そして、第２のボンディングパッド、配線１８および外部取り出し用電極１９から構成される導電パターン２２が分離されるまで、絶縁性樹脂２１の裏面に露出している板状体１０をエッチング、研磨または研削等で加工する。この製造方法を採用することにより、半導体装置は、半導体素子１５、導電パターン２２、この半導体素子１５および導電パターン２２を埋め込む絶縁性樹脂２１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１０は、最終的にＢＧＡ構造の半導体装置２３として機能させることができる。

本構造の最大の特徴は、ハーフエッチングできるように板状体１０の表面に導電被膜１１または耐エッチングマスクＭＳＫが形成されていることである。

一般に、エッチングは、縦方向にエッチングが進むにつれて、横方向にもエッチングが進む。例えば等方性エッチングの場合、この現象が顕著に現れ、縦方向のエッチング深さと横方向にエッチングされる長さは実質同一になる。また、異方性に於いて、横方向にエッチングされる長さは、等方性よりも非常に少ないが、前記横方向にエッチングされる。

例えば、図１５の示すＢＧＡ構造の半導体装置に於いて、フレキシブルシート５０上の導電パターン５３〜５５を形成する場合、貼り付けられたＣｕ箔の表から裏まで貫通するようにパターンを抜く必要がある。しかし導電パターンの間は、横方向にもエッチングされ、導電パターン２２と隣接する導電パターンとの間隔は、Ｃｕ箔厚との相関を持ち、ある限界の値よりも小さくすることができず、微細パターンの形成が難しかった。これはエッチング型のリードフレームを採用してＢＧＡ構造の半導体装置を実現する場合でも同様な現象が発生する。またプレスでリードフレームを抜く場合でも、リードフレームの厚みがほぼリードフレームパターンの最小間隔となり、微細パターンに限界があった。

しかし板状体１０に導電被膜１１または耐エッチングマスクＭＳＫを形成し、その後、微細パターン形成に適した深さにハーフエッチングすれば、横方向のエッチング量を抑制することができ、より微細の導電パターン２２を実現することができる。

例えば、２オンス（７０μｍ）の厚みの板状体１０に、パターニングされた導電被膜としてＮｉ、Ａｇ、ＡｕまたはＰｄ等の導電被膜１１を形成し、これをマスクにして完全に貫通するまでエッチングすると、導電パターンの間隔は、一番狭くしたもので、実質７０μｍとなってしまう。しかし導電被膜１１を耐エッチングマスクとして活用し、３５μｍの深さまで板状体１０をエッチングすれば、導電パターンの間隔は、実質３５μｍまで狭く加工することができる。つまり２倍の実装効率を実現できる訳である。この微細パターンは、板状体１０に対してハーフエッチングの深さが浅くなればなる程、より微細パターンが可能となる。

また本発明の板状体１０に於いて、エッチング設備、量産性、製造コストを考えるとウェットエッチングが好ましい。しかしウェットエッチングは、非異方性であり、横方向のエッチングが比較的多い。従って導電被膜１１や耐エッチングマスクＭＳＫを使ったハーフエッチングは、より微細な導電パターン２２の形成に優れる。

また本発明の板状体１０では、ハーフエッチングされた導電パターン２２は板状体１０と一体で成るため、板状体１０が固定されている限り、導電パターン２２がずれたり、反ったりすることは無くなる。従って、第２のボンディングパッド１７へのボンディングも安定してできる特徴を有する。

更に、前述したリードフレームで形成するＢＧＡ構造の半導体装置では、導電パターンを吊りリードで支持する必要があるが、本発明では不要である。よって、吊りリードとの交差を考えることなく、任意の位置に導電パターン２２を配置する事ができるようになり、導電パターン２２の設計が容易になるメリットを有する。

また板状体１０にガイド孔２４を設けると、金型に板状体１０を搭載する際に便利である。

このガイド孔２４は、ガイドピンと実質同一形状で、対応する位置に、導電被膜またはホトレジストで円形にパターニングされて、モールドの前に、このパターンに沿ってドリル、パンチングまたはエッチング等で開口しても良い。また前もって開口されたものを用意しても良い。このガイド孔２４に金型のガイドピンを挿入することで、位置精度の高いモールドが可能となる。

前述したように、導電パターン２２は、導電被膜１１または耐エッチングマスクＭＳＫを介してハーフエッチングされることにより現れ、これは、従来のフレキシブルシートまたは従来のリードフレームとして採用する事が可能となる。

半導体装置メーカーは、一般的に前工程と後工程に分かれて工場があり、本板状体１０を採用してモールドする後工程では、通常エッチング設備が設置されていない。従って導電被膜１１の成膜設備、エッチング設備を設置することにより、リードフレームを製造する金属材料メーカーから導電被膜１１または耐エッチングマスクＭＳＫが形成された板状体１０を購入する事で、半導体メーカーは、この板状体１０を用いたＢＧＡ構造の半導体装置２３の製造が可能となる。

尚、導電パターン２２は、図１Ｃに示すように、一端から他端まで実質一定の幅を持った配線の如き形状でも良い。また図１Ａ、図１Ｂのパッド１１Ａや電極１１Ｃを円形や矩形としたが、形状は任意である。

板状体を説明する第２の実施の形態
この板状体３０は、図２に示すように、前記導電被膜１１または耐エッチングマスクＭＳＫを介してハーフエッチングされ、導電パターン２２が凸状に形成されたものである。

つまり、平坦面から成る第１の表面１２と、所望の高さに形成された凸部３１を有し、前記第１の表面１２に対向して成る第２の表面１３とを有する板状体３０であり、
前記凸部３１は、半導体素子搭載領域１４の周囲に設けられた第２のボンディングパッド１７、この第２のボンディングパッドと一体の配線１８およびこの配線と一体の外部取り出し用電極１９を構成するものである。

本板状体３０は、第１の実施の形態で説明した板状体１０の構成、効果と、実質的に同一である。違いは、導電パターン２２がハーフエッチングされている点である。

よってここでは、ハーフエッチングされている点について述べる。つまり、半導体メーカー、特に後工程は、Ｃｕから成る板状体１０のメッキ設備、エッチング等のリソグラフィ設備を有していない。従ってハーフエッチングにより、凸部から成る導電パターン２２を有した板状体３０を購入すれば、板状体３０は、従来のリードフレームと同様の取り扱いが可能となり、後工程の既存の設備でＢＧＡ構造の半導体装置２３の製造が可能となる。

尚、凸部から成る導電パターン２２は、板状体１０をプレスしても可能である。プレスの場合は、第１の表面１２が飛び出すため、必要により第１の表面１２を研磨・研削等で平坦にする必要がある。

板状体を採用した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１０または３０を採用し、ＢＧＡ構造の半導体装置２３が製造されるまでを図１〜図４を採用して説明する。尚、図１Ａの板状体１０をハーフエッチングしたものが図２Ａであり、図１Ｂの板状体１０をハーフエッチングしたものが図２Ｂである。更に図１Ｃの板状体１０をハーフエッチングしたものが図２Ｃである。また図３以降は、図１Ａ、図２Ａを採用して製造したものとして説明している。

まず図１の様に板状体１０を用意する。この板状体１０は、第１の表面１２、第２の表面１３は、平坦であり、更に第２の表面１３に導電パターン２２が形取られた導電被膜１１またはホトレジスト等の耐エッチングマスクＭＳＫが形成されている。尚、図１Ａは、導電パターン２２の全面に導電被膜１１が形成され、導電被膜１１を斜線でハッチングした。また図１Ｂは、導電被膜１１の代わりにホトレジストＭＳＫを採用したものであり、ホトレジストＭＳＫは、少なくとも第２のボンディングパッド１７に対応する部分に形成された導電被膜１１Ａを被覆している。尚、ホトレジストＭＳＫは、点でハッチングした（以上図１を参照）
続いて、前記導電被膜１１またはホトレジストＭＳＫを介して板状体１０をハーフエッチングする。エッチング深さは、板状体１０の厚みよりも浅い。尚、エッチングの深さが浅ければ浅いほど、微細パターンの形成が可能である。

そしてハーフエッチングすることにより、図２のように導電パターン２２が板状体１０の第２の表面１３に凸状に現れる。尚、板状体１０は、Ｃｕ材、Ａｌ材、Ｆｅ−Ｎｉ合金材、Ｃｕ−Ａｌの積層体、Ａｌ−Ｃｕ−Ａｌの積層体でも良い。特に、Ａｌ−Ｃｕ−Ａｌの積層体は、熱膨張係数の差により発生する反りを防止できる。

例えば、半導体メーカーに於いて、後工程にエッチング設備が有れば、リードフレームメーカーから図１の板状体１０を購入し、また後工程にエッチング設備が無ければ、ハーフエッチングされて導電パターンが凸状になった板状体３０を購入することで、以下の工程に移行することができる。（以上図２を参照）
続いて半導体素子搭載領域１４に半導体素子１５を固着し、半導体素子１５の第１のボンディングパッド１６と第２のボンディングパッド１７を電気的に接続する。図面では、半導体素子１５がフェィスアップで実装されるため、接続手段として金属細線２６が採用される。尚、フェイスダウンで実装する場合、接続手段は、半田バンプ、半田ボール等のロウ材、Ａｇ、Ａｕ等の導電ペースト、導電ボールまたは異方性導電性樹脂等が考えられる。

このボンデイングに於いて、第２のボンディングパッド１７は板状体３０と一体であり、しかも板状体３０の裏面は、フラットである。そのため、板状体３０は、ボンディングマシーンのテーブルに面で当接される。従って板状体３０がボンディングテーブルに完全に固定されれば、第２のボンディングパッド１７は、位置ずれもなく、ボンディングエネルギーを効率よく金属細線２０と第２のボンディングパッド１７に伝えることができ、金属細線２０の接続強度を向上させることができる。ボンディングテーブルの固定は、例えば図９のように、テーブル全面に複数の真空吸引孔Ｖを設けることで可能となる。

また半導体素子１５と板状体３０の固着は、絶縁性接着剤３２を使って成され、放熱性を考慮して、酸化Ｓｉ、酸化Ａｌ等のフィラーがこの絶縁性接着剤３２に混入されても良い。

そして前記導電パターン、半導体素子５７、および接続手段を覆うように絶縁性樹脂２１が形成される。

例えば金型を用いて封止する場合、この段階でガイド孔２４が開口され、ここに金型のガイドピンを挿入する。板状体３０の第１の表面１２はフラットなため、下金型の面もフラットに形成される。絶縁性樹脂２１としては、熱可塑性、熱硬化性のどちらでも良い。

また、このモールドは、トランスファーモールド、インジェクションモールド、ディッピングまたは塗布により実現できる。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、液晶ポリマー、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。

本実施の形態では、絶縁性樹脂２１の厚さは、金属細線２０の頂部から上に約１００μｍが被覆されるように調整されている。この厚みは、半導体装置２３の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。

尚、注入に於いて、導電パターン２２は、シート状の板状体３０と一体で成るため、板状体３０のずれが無い限り、導電パターン２２の位置ずれは全くない。
ここでも下金型と板状体３０裏面の固定は、真空吸引で実現できる。また金型に備えられた抑えピンを使用しても良い。

以上、絶縁性樹脂２１には、凸部３１として形成された導電パターン２２および半導体素子１５が埋め込まれ、凸部３１よりも下方の板状体３０が裏面から露出している。（以上図３を参照）
続いて、前記絶縁性樹脂２１の裏面に露出している板状体３０を取り除き、導電パターン２２を個々に分離する。

ここの分離工程は、色々な方法が考えられ、裏面をエッチングにより取り除いても良いし、研磨や研削で削り込んでも良い。また、両方を採用しても良い。例えば、絶縁性樹脂２１が露出するまで削り込んでいくと、板状体３０の削りカスや外側に薄くのばされたバリ状の金属が、絶縁性樹脂２１に食い込んでしまう問題がある。そのため、絶縁性樹脂２１が露出する手前で、削り込みを停止し、その後は、エッチングにより導電パターン２２を分離すれば、導電パターン２２の間に位置する絶縁性樹脂２１に板状体３０の金属が食い込むこと無く形成できる。これにより、微細間隔の導電パターン２２同士の短絡を防止することができる。

またハーフエッチングでは、エッチング深さのバラツキにより、導電パターン２２の間の絶縁性樹脂２１に厚みのバラツキが発生する。そのため導電パターン２２を分離した後、研磨や研削で目標の厚みまで削り込むことで一定の厚みのパッケージを精度良く形成することができる。

そして半導体装置２３と成る１ユニットが複数形成されている場合は、この分離の工程の後に、個々の半導体装置２３としてダイシングする工程がある。このダイシングラインを図面では太い点線で示した。

ここではダイシング装置を採用して個々に分離しているが、チョコレートブレークでも、プレスやカットでも可能である。

尚、裏面に露出している導電パターン２２は、図４Ｂの如く、絶縁性樹脂Ｒでカバーし、外部取り出し用電極１９に対応する部分を露出させても良い。またこの露出した外部取り出し用電極１９は、実装基板との接続構造が考慮され、半田ボール等の導電ボールの装着、半田等のロウ材またはＡｇペースト等の導電ペーストの被覆、異方性導電性樹脂の塗布等の接続手段が選択される。

また図４Ｃでは、外部取り出し用電極１９に形成されたホトレジストを介してエッチングを行い、外部取り出し用電極１９を凸状にしたものである。そして外部取り出し用電極１９が露出するように絶縁性樹脂Ｒを被覆したものである。

図４Ｂ、図４Ｃの様に、裏面に絶縁性樹脂Ｒをコートすることで、この下層には実装基板側の配線を通過させることができる。（以上図４を参照）
以上の製造方法により複数の導電パターン２２、半導体素子１５および絶縁性樹脂２１の３要素で、軽薄短小のＢＧＡ構造の半導体装置が実現できる。

次に、以上の製造方法により発生する効果を説明する。

まず第１に、導電パターン２２は、ハーフエッチングされ、板状体３０と一体となって支持されているため、支持基板として用いたフレキシブルシートを無くすことができた。

第２に、板状体３０は、ハーフエッチングされて凸部となった導電パターン２２が形成されるため、導電パターン２２の微細化が可能となった。従って導電パターン２２の幅、導電パターン２２の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た。

第３に、前記３要素で構成されるため、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半導体装置２３が実現できた。

第４に、第２のボンディングパッド１７、配線１８および外部取り出し用電極１９は、ハーフエッチングで凸部と成って形成され、個別分離は封止の後に行われるため、リードフレームで採用されるようなタイバー、吊りリードは不要となり、パターン設計がしやすくなった。

尚、このＢＧＡ構造の半導体装置には、１つの半導体素子しか実装されていないが、複数個実装しても良い。

板状体を説明する第４の実施の形態
図５は、第１の実施の形態と同様に、導電被膜１１により導電パターン２２が形成された板状体１０を示すものである。尚、導電被膜１１の代わりにホトレジスト等の耐エッチングマスクを形成しても良い。この場合、ボンディングパッドに対応する部分には導電被膜が形成され、導電被膜も含めてホトレジストによるパターンが形成される。

図５のパターンは、図１をより具体化したものものであり、具体的には、点線で囲まれた導電パターンで一つの半導体装置となるパターンユニット３４がマトリックス状に形成され、これを囲むように金型当接領域３５がリング状に所定の幅を持って形成されている。つまり図５のパターンは、一つのキャビティ内に形成される導電パターンを示したものである。

この金型当接領域３５の内側には、位置合わせマーク３６、３７が設けられている。合わせマーク３６Ａと３７Ａを結ぶラインは、横方向のダイシングラインを示し、また合わせマーク３６Ｂと３７Ｂを結ぶラインは、縦方向のダイシングラインを示す。また各合わせマークは、少なくとも１本の短い直線で形成され、この直線を基準にして、ダイシング装置のブレードの向きが調整される。ここで合わせマークは、ブレードが所望の精度で削れるように、所望の間隔（マージン）が設けられ、二本の直線で構成されている。

更に前述した金型当接領域３５の外側には、ガイド孔を形成するための第１のパターン３８、第２のパターン３９が形成されている。第２のパターン３９の十の字は、ガイド孔をドリルで形成する際のセンタリングマークである。またこのパターンを形成せずに、予め第１のパターンと同一形状のガイド孔が設けられていても良い。

以上、ダイシングラインのマーク、金型当接領域３５を除くと第１の実施の形態と同一であるため、本実施の形態の特徴や効果は、省略する。

板状体を説明する第５の実施の形態
本板状体３０は、図６に示す形状であり、第４の実施の形態に示した導電被膜１１またはホトレジスト等の耐エッチングマスクを介してハーフエッチングされ、凸部３１を有するものである。尚、第１の合わせマーク３８、第２の合わせマーク３９もハーフエッチングにより凸状に形成しても良い。

本板状体３０は、従来のリードフレーム、例えばＳＩＰ、ＤＩＰ、ＱＩＰ等と同様な扱いができるものである。

つまり平坦面から成る第１の表面１２と、所望の高さに形成された凸部３１を有し、前記第１の表面１２に対向して成る第２の表面１３とを有する板状体３０から成り、
前記凸部３１は、半導体素子搭載領域の周辺に設けられた第２のボンディングパッド１７、この第２のボンディングパッド１７と一体の配線１８および配線１８と一体の外部取り出し用電極１９を構成して成る。

本板状体３０は、各パターンがハーフエッチングされた状態であり、このまま半導体素子の固着、電気的接続、封止が可能となるものであり、後工程の既存の設備で製造が可能となる特徴を有するものである。
尚、効果は第１の実施の形態、第４の実施の形態で説明しているのでここでは省略をする。

半導体装置の製造方法を説明する第６の実施の形態
次に図５〜図１１を使って製造方法について説明する。

まず図５の如く、板状体１０を用意する。この板状体１０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等の合金から成るシート状の導電箔、Ｃｕ−Ａｌの積層体、Ａｌ−Ｃｕ−Ａｌの積層体等が採用される。そしてこの板状体１０の表面には、第２のボンディングパッド１７、配線１８、外部取り出し用電極１９、金型当接領域３５、合わせマーク３６、３７、パターン３８、３９が導電皮膜１１またはホトレジスト等の耐エッチングマスクにより形成されている。

板状体１０として採用される導電箔の厚さは、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７０μｍ（２オンス）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。（以上図５を参照）
続いて、第２のボンディングパッド１７、配線１８、外部取り出し用電極１９、金型当接領域３５、合わせマーク３６、３７、パターン３８、３９となる領域を除いた板状体１０を板状体１０の厚さよりも浅く除去する工程がある。

ここでは、導電被膜１１またはホトレジストを耐エッチングマスクとして使用し、前記分離溝４０が板状体１０の厚みよりも浅く形成される。

本製造方法ではウェットエッチングまたはドライエッチングで、非異方性的にエッチングされ、その側面は、粗面となり、しかも湾曲となる特徴を有する。

ウェットエッチングの場合、エッチャントは、一般的に塩化第二鉄または塩化第二銅が採用され、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、このエッチャントがシャワーリングされる。

特にエッチングマスクとなる導電被膜１１またはホトレジストの直下は、横方向のエッチングが進みづらく、それより深い部分が横方向にエッチングされる。そのため分離溝４０の一側面から上方に向かうにつれて、その位置に対応する開口部の開口径が小さくなるので、逆テーパー構造となり、アンカー構造を有する構造となる。またシャワーリングを採用することで、深さ方向に向かいエッチングが進み、横方向のエッチングは抑制されるため、このアンカー構造が顕著に現れる。

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。

また導電被膜として考えられる材料は、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、ＰｔまたはＰｄ等である。しかもこれら耐食性の導電被膜は、ボンディングパッドとしてそのまま活用できる特徴を有する。

例えばＡｇ、Ａｕの導電被膜にはＡｕ細線が接着できる。またＮｉは、Ａｌ線と超音波ボンディングを可能とする。従ってこれらの導電被膜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。

もちろんここでは、異方性エッチングにより凸部を形成しても良い。（以上図６を参照）
続いて、図７の如く、半導体素子搭載領域１４に半導体素子１５を実装する工程がある。

半導体素子１５としては、トランジスタ、ダイオード、ＩＣチップ等である。また厚みが厚くはなるが、ウェハスケール型のＣＳＰ、ＢＧＡ等のＳＭＤ（フェイスダウンの半導体素子）も実装できる。

ここでは、ベアのＩＣチップ１５が絶縁性接着剤３２により固着され、ＩＣチップ１５上の第１のボンディングパッド１６と第２のボンディングパッド１７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イング等で固着される金属細線２０を介して接続される。

また図に示す第２のボンディングパッド１７は、そのサイズが非常に小さいが、板状体３０と一体である。よってボンディングツールのエネルギーをボンディングパッド１７に伝えることができ、ボンディング性か向上する。またボンディング後の金属細線のカットに於いて、金属細線をプルカットする場合がある。この時は、第２のボンディングパッド１７が板状体３０と一体で成るため、ボンディングパッド１７が浮いたりする現象を無くせ、プルカット性も向上する。（以上図７を参照）
更に、図８に示すように、分離溝４０に絶縁性樹脂２１を付着する工程がある。これは、トランスファーモールド、インジェクションモールド、ディッピングまたは塗布により実現できる。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、液晶ポリマ、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。

本実施の形態では、絶縁性樹脂２１の厚さは、金属細線２０の頂部から上に約１００μｍが被覆されるように調整されている。この厚みは、半導体装置の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。

本工程の特徴は、絶縁性樹脂２１を被覆し、硬化するまでは、板状体３０が支持基板となることである。従来のＢＧＡでは、フレキシブルシートの支持基板が必要であるが、本発明では、不要となる。

更には、湾曲構造を持った分離溝４０に絶縁性樹脂２１が充填されるため、この部分でアンカー効果が発生し、絶縁性樹脂２１から前記導電パターン２２が剥がれにくくなる。

尚、ここの絶縁性樹脂２１を被覆する前に、例えば半導体チップや金属細線の接続部を保護するためにシリコーン樹脂等をポッティングしても良い。

図９は、このモールド方法を図示したものである。図９Ａは、金型１００内のキャビティー１０１内に絶縁性樹脂２１が充填された状態を示す断面図である。板状体３０の裏面は、下金型１００Ａに当接しており、上金型１００Ｂは、金型当接領域で当接していることが判る。尚、符号Ｖは真空吸引孔である。図９Ｂは、下金型１００Ａに、板状体３０が装着された状態を示している。符号１０２が下金型１００Ａに取り付けられたガイドピンであり、板状体３０に開口されたガイド孔を介してガイドピン１０２が顔を出している。

図９Ｃは、金型に形成されるキャビティ１０１、ランナー１０３およびポット１０４の関係を説明する図である。図のように、キャビティ１０１が横方向に数個配列され、一つのフレームで数多くの半導体装置が取れるように設計されている。点線で示す符号１０５は、板状体の配置領域を示し、例えば図１１のような板状体１０６が従来のリードフレームと同様な扱いで装着される。これは、図６の板状体３０が複数一体で形成されたものである。この板状体で製造される半導体装置自身は、サイズが小さく、しかも一つのキャビティ内で多数個取りが可能であり、大量生産が可能となり、製造コストの低減につながる特徴を有する。（以上図８、図９を参照）
続いて、金型１００から封止済みの板状体３０を取り出し、絶縁性樹脂２１の裏面に露出する板状体３０を取り除き、導電パターン２２を分離する工程がある。

図１０Ａは、分離するラインを示した平面図であり、図１０Ｂは、絶縁性樹脂２１の裏面と第２のボンディングパッド１７の裏面、または絶縁性樹脂２１の裏面と配線１８および外部取り出し用電極１９の裏面が一致したものを示すものである。これは、研磨装置で分離溝４０が露出されるまで削り取ることによって可能となる。尚、裏面に半田レジスト等の絶縁被膜Ｒを形成し、電気的接続が必要な部分のみを露出させても良い。

また図１０Ｃは、この研磨を途中で止め、外部取り出し用電極１９の他端１１０に凸部１１１が形成されているものである。これは凸部１１１に対応する部分にホトレジストを形成し、これ以外の部分をエッチングする事で可能となる。そして凸部１１１が露出するように絶縁被膜Ｒを形成する。こうすることにより、半導体素子１５の下に通過する実装基板側の導電体との短絡を防止することができる。

そして最後に、このモールド体をダイシングテーブルに配置し、合わせマーク３６、３７を基準にしてブレードの位置を調整し、点線で示すラインに沿ってダイシングし、半導体装置として完成する。

半導体装置の製造方法を説明する第７の実施の形態
次に図１２〜図１４は、フェイスダウン型の半導体素子１５０を板状体１５１に実装し、ＢＧＡ構造の半導体装置を製造するものである。

金属細線２０を使うと、導電パターン２２が半導体素子搭載領域からはみ出すが、本フェイスダウン型を採用すれば、このはみ出しを少なくしたり無くすることも可能となる。また金属細線２０は、その頂部が高くなるため、パッケージの厚みが厚くなってしまうが、フェイスダウン型を採用することにより薄型も可能となる。

フェイスダウン型の半導体素子は、半田ボール１５２を採用するもの、半田ボール１５２の代わりに半田や金のバンプが採用される。

尚、半田等のロウ材で半導体素子１５０を固着する場合、外部取り出し用電極１５３は、Ｃｕを主材料としているため、ボンディングパッドの様に導電被膜をその表面に形成する必要はない。ただし、ひさしを作ってアンカー効果を発生させるためには、必要となる。

また製造方法は、前実施の形態と同様であるため、簡単な説明で留める。

まず図１２に示すように、板状体１５１を用意し、この板状体１５１に半導体素子１５０の半田ボール１５２を固着する。

続いて、図１３に示すように、絶縁性樹脂１５４を使い封止する。

そして図１４に示すように、絶縁性樹脂１５４の裏面に位置する板状体１５１を裏面から取り除くことにより導電パターンを分離し、点線で示すラインに沿ってダイシングし半導体装置として完成する。

尚、図１０Ｂ、図１０Ｃの如く、パッケージの裏面に絶縁性樹脂Ｒを被覆し、外部取り出し用電極に対応する部分を露出させても良い。

全実施例に言えることであるが、板状体にエッチングレートの小さい導電被膜を被覆し、この導電被膜を介してハーフエッチングすることによりひさしと湾曲構造が実現でき、アンカー効果を持たせることができる。

例えばＣｕ箔の上にＮｉを被着すると、塩化第二鉄または塩化第二銅等でＣｕとＮｉが一度にエッチングでき、エッチングレートの差によりＮｉがひさしと成って形成されるため好適である。

本発明の板状体を説明する図である。 本発明の板状体を説明する図である。 本発明の板状体を採用した半導体装置の製造方法を説明する図である。 本発明の板状体を採用した半導体装置の製造方法を説明する図である。 本発明の板状体を説明する図である。 本発明の板状体を説明する図である。 本発明の板状体を採用した半導体装置の製造方法を説明する図である。 本発明の板状体を採用した半導体装置の製造方法を説明する図である。 本発明の板状体を採用した半導体装置の製造方法を説明する図である。 本発明の板状体を採用した半導体装置の製造方法を説明する図である。 板状体をリードフレームとして採用した図である。 本発明の板状体を採用した半導体装置の製造方法を説明する図である。 本発明の板状体を採用した半導体装置の製造方法を説明する図である。 本発明の板状体を採用した半導体装置の製造方法を説明する図である。 従来のＢＧＡ構造の半導体装置を説明する図である。

符号の説明

１０ 板状体
１１ 導電被膜
１２ 第１の表面
１３ 第２の表面
１４ 半導体素子搭載領域
１５ 半導体素子
１６ 第１のボンディングパッド
１７ 第２のボンディングパッド
１８ 配線
１９ 外部取り出し用電極
２０ 金属細線
２１ 絶縁性樹脂
２２ 導電パターン
２３ 半導体装置

Claims (2)

1. 平坦面から成る第１の表面と、凸部を有し、前記第１の表面と対向してなる第２の表面とで板状体をなし、予定の金型の当接領域で囲まれた領域には、前記凸部であって、１つの半導体装置の導電パターンと成るパターンユニットがマトリックス状に設けられた板状体を用意し、
   前記パターンユニットに、裏面に設けられた絶縁性接着剤によりベアのＩＣチップを固着するとともに、前記ＩＣチップと前記パターンユニットを電気的に接続し、
   前記板状体の第１の表面を前記金型を構成する下金型に当接し、前記板状体と前記金型を構成する上金型とで成るキャビティに絶縁性樹脂を充填し、
   前記金型から封止した前記板状体を取り出し、
   前記絶縁性樹脂の裏面に露出する前記板状体を取り除いて、前記導電パターンを分離し、
   前記導電パターンを分離した後に、前記板状体の裏面に絶縁被膜を設け、電気的接続に必要な部分を露出させ、
   前記パターンユニット毎にダイシングして、個々の前記半導体装置とする半導体装置の製造方法であり、
   前記パターンユニットは、前記ＩＣチップの搭載領域に設けられたボンディングパッドと、前記ボンディングパッドと一体でなる配線と、前記配線と一体でなる外部取り出し電極からパターンを複数有し、前記ＩＣチップの裏面には、前記外部取り出し電極が複数延在される事を特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記下金型の当接領域は、真空吸引手段が配置されることを特徴とした請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

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