JP5037071B2 - 樹脂封止型半導体装置の製造方法 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は樹脂封止型半導体装置の製造方法に係り、さらに詳しくは、トランスファモールド法で半導体チップを封止するモールド樹脂を形成することを含む樹脂封止型半導体装置の製造方法に関する。
従来、配線層を備えた配線基板の上に半導体チップが実装されて構成される半導体装置には、半導体チップがモールド樹脂で封止された構造の樹脂封止型半導体装置がある。樹脂封止型半導体装置では、半導体チップがモールド樹脂で封止されることによって、半導体チップ及びそれが接続される配線基板の接続部が保護されている。
半導体チップをモールド樹脂で封止する方法としては、モールド型を用いたトランスファモールド法が一般的に採用される。トランスファモールド法では、半導体チップに対応する部分に凹部を備えたモールド型で配線基板及び半導体チップを挟んで半導体チップの回りにキャビティを構成し、溶融した樹脂を配線基板の端部に設けられたモールドゲート部上からキャビティへと加圧移動させる。そして、加熱することによってキャビティ内の樹脂を硬化させることにより半導体チップがモールド樹脂で封止される。
そのようなトランスファモールド法に関連する技術としては、特許文献１には、配線基板上にワイヤボンディングで接続されて実装された複数の半導体チップを一括モールディング方式によってモールド樹脂で封止した後に、配線基板を切断して個々の半導体装置を得ることが記載されている。
特開２００２−３４３８１８号公報
ところで、上記したトランスファモールド法では、配線基板のモールドゲート部上に、モールド樹脂に繋がる不要なゲート樹脂部が形成されて残るので、そのゲート樹脂部を除去する必要がある。ゲート樹脂部を除去する方法としては、モールド型を取り外した後に、ゲート樹脂部を折り取る方法がある。モールドゲート部上のゲート樹脂部を除去することを一般的にゲートブレイクと呼ぶ。
図１には、モールド樹脂が形成される前の配線基板及び半導体チップの様子が示されている。図１に示すように、配線層１２０を備えた配線基板１００の上にソルダレジスト２００が形成され、その実装領域上に固着された半導体チップ３００がワイヤ３００ａによって配線基板１００の配線層１２０の接続部に接続されている。そして、配線基板１００の一端側にはモールドゲート部ＭＧが設けられており、モールドゲート部ＭＧには樹脂が半導体チップ３００側にスムーズに流入するように、配線層１２０と同時に形成された金属層４００が一体的に設けられている。
図２には、半導体チップ３００の周りにモールド樹脂５００を形成し、上記したような方法でモールドゲート部ＭＧのゲート樹脂部を折り取って除去した後のモールドゲート部ＭＧの様子が示されている。配線基板１００のモールドゲート部ＭＧの金属層４００は樹脂を半導体チップ３００側にスムーズに流入させることはできるものの、モールドゲート部ＭＧの全体に金属層４００が配置されているため、ゲート樹脂部は金属層２００と密着性が高い状態で硬化して残される。
このため、図２に示すように、ゲート樹脂部を折り取って除去する際に、その下の金属層４００が引っ張られて同時に剥がれてしまう問題がある。また、モールドゲート部ＭＧに、モールド樹脂５００に繋がる樹脂が除去しきれずに残ってしまう場合がある。
モールドゲート部ＭＧの金属層４００に剥がれが発生すると、その後の配線基板１００の搬送においてトラブルが発生しやすくなると共に、半導体チップ３００に関係をもたせた配線層１２０やソルダレジスト２００などにダメージ（傷やクラックなど）が発生しやすくなる。
本発明は以上の課題を鑑みて創作されたものであり、トランスファモールド法で半導体チップを封止するモールド樹脂を形成する樹脂封止型半導体装置の製造方法において、モールドゲート部での樹脂の流動性を確保しつつ、そこに形成される樹脂を何ら不具合が発生することなく下地層から選択的に除去する方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は樹脂封止型半導体装置の製造方法に係り、実装領域に半導体チップが実装され、一端側に樹脂を前記半導体チップの周りに流入させるためのモールドゲート部が設けられた配線基板であって、前記モールドゲート部に、点在する抜きパターンを内部にもつ金属パターン層が露出して設けられた前記配線基板を用意する工程と、前記配線基板にモールド型を設置することにより、前記半導体チップの周りにキャビティを設けると共に、モールドゲート部の前記金属パターン層の上に前記キャビティに繋がる樹脂流入部を設ける工程と、前記モールドゲート部上の前記樹脂流入部を通して前記樹脂を前記キャビティ内に充填して前記半導体チップを封止するモールド樹脂を形成する工程と、前記樹脂流入部に形成されたゲート樹脂部を前記金属パターン層に対して選択的に除去する工程とを有し、前記金属パターン層の抜きパターンを含む全体の配置面積を１００％とするとき、前記抜きパターンのトータル面積は５乃至２０％であることを特徴とする。
本発明では、まず、実装領域に半導体チップが実装された配線基板が用意される。この配線基板の一端側には半導体チップの周りに樹脂を流入するためのモールドゲート部が設けられており、モールドゲート部には内部に抜きパターンが設けられて構成される金属パターン層が配置されている。
そして、配線基板にモールド型が配置されて、半導体チップの周りに配置されるキャビティとそれに繋がってモールドゲート部上に配置される樹脂流入部とが設けられる。さらに、樹脂がモールドゲート部の樹脂流入部を通過してキャビティに充填されて、硬化することによって半導体チップを封止するモールド樹脂が形成される。このとき、モールドゲート部には金属パターン層（好適には最上が金層）が配置されているので、樹脂がスムーズにモールドゲート部を通過してキャビティに流れ込んでいく。このとき同時に、モールドゲート部上の樹脂流入部にも硬化したゲート樹脂部が形成される。
さらに、モールド型が取り外された後に、モールドゲート部上のゲート樹脂部が折り取られて除去される。本発明では、配線基板のモールドゲート部に金属パターン層を配置することにより、その全面に金属層を配置する場合よりも樹脂との接触面積を少なくして接着強度が弱くなるようにしている。このため、ゲート樹脂部を除去する際に、ゲート樹脂部が金属パターン層から容易に除去されて金属パターン層の剥がれが防止される。その結果、半導体チップに関係をもたせた配線基板の配線層などにダメージが発生することが防止される。
このように、本発明では、トランスファモールド法において、モールドゲート部における樹脂の流動性と剥離性を両立させることができるので、信頼性の高い樹脂封止型半導体装置を歩留りよく製造することができる。
上記した発明の好適な態様では、モールドゲート部の金属パターン層は、複数の島状パターンが連結部によって相互に繋がって構成される。
また、上記した発明の好適な態様では、金属パターン層の抜きパターンを含む全体の配置面積を１００％とするとき、抜きパターンのトータル面積は５乃至２０％に設定される。
以上説明したように、本発明では、信頼性の高い樹脂封止型半導体装置を高い歩留りで製造できるようになる。
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
図３は本発明の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法で使用される配線基板の構成を模式的に示す平面図である。図３に示すように、本実施形態で使用される配線基板１０では、樹脂などの絶縁材料かからなるコア基板１２の上に接続部２５を備えた配線層（不図示）が形成されている。そして、配線基板１０の最上には、配線層の接続部２５上に第１開口部１４ｘが設けられたソルダレジスト１４が形成されており、ソルダレジスト１４には半導体チップが実装される複数の実装領域Ａ（破線で囲まれた領域）が画定されている。
また、配線基板１０の一端側にソルダレジスト１４の第２開口部１４ｙが設けられており、その第２開口部１４ｙが樹脂を実装領域Ａ側に流入するためのモールドゲート部ＭＧとなっている。さらに、モールドゲート部ＭＧの入口（配線基板１０の縁部）には所定の間隔を空けてソルダレジスト部１４ａが設けられて、各ソルダレジスト部１４ａの間の領域にモールドゲート部ＭＧの入口が分割されて配置されている。
さらに、モールドゲート部ＭＧには、金属パターン層２０が露出して配置されている。ここで、図４（ａ）及び（ｂ）を参照して、モールドゲート部ＭＧの金属パターン層２０について詳しく説明する。図４（ａ）は図３のモールドゲート部ＭＧのＢで示される領域の部分拡大図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、モールドゲート部ＭＧでは、コア基板１２の上に内部に抜きパターン２０ｘが設けられた金属パターン層２０が配置されている。金属パターン層２０は複数の四角状の島状パターン２０ａとそれらを相互に繋ぐ連結部２０ｂとによって構成されている。また、図４（ｂ）に示すように、金属パターン層２０は、銅（Ｃｕ）層パターン１６の上にニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）層１８が被覆されて構成され、最上に金層が露出した状態となっている。
後述する製造方法で説明するように、樹脂がモールドゲート部ＭＧを通過して実装領域Ａ上に実装される半導体チップの周りに流入されて半導体チップを封止するモールド樹脂が形成される。このため、本実施形態では、モールドゲート部ＭＧには樹脂の十分な流動性を確保できる程度に金属パターン層２０が設けられている。金属パターン層２０の材料としては各種の金属を使用できるが、樹脂の流動性をより安定させるという観点からは金属パターン層２０の最上が金層であることが好ましい。
さらに、半導体チップを封止するモールド樹脂を形成する際にモールドゲート部ＭＧの金属パターン層２０上にも硬化したゲート樹脂部が形成される。このため、本実施形態では、そのゲート樹脂部を金属パターン層２０から選択的に除去するために、モールドゲート部ＭＧに内部に所要の抜きパターン２０ｘをもつ金属パターン層２０を設けることにより、ゲート樹脂部と金属パターン層２０との接触面積が少なくなるようにしている。
つまり、本実施形態では、モールドゲート部ＭＧにパターン化された金属パターン層２０を配置することにより、樹脂の十分な流動性を確保しつつ、硬化された樹脂との接着強度が弱くなるようにしている。
具体的には、モールドゲート部ＭＧに配置された金属パターン層２０の抜きパターンを含む全体の配置面積を１００％とすると、抜きパターンのトータル面積は５〜２０％（好適には１０〜２０％（例えば１３．５％））に設定される。
本願発明者の実験によれば、抜きパターン２０ｘのトータル面積を５％未満とする場合は、金属パターン層２０とゲート樹脂部との接触面積が比較的大きくなるので、ゲート樹脂部を除去した後に、金属パターン層２０に剥がれやふくれが確認された。逆に、抜きパターン２０ｘのトータル面積が２０％を越える場合は、金属パターン層２０とゲート樹脂部との接触面積が比較的小さくなって金属パターン層２０に剥がれやふくれは発生しないが、樹脂を流入する際の流動性が悪くなることが確認された。
金属パターン層２０のパターン形状としては、図４（ａ）の例以外にも各種のパターン形状を採用できる。本実施形態では、残しパターン同士が繋がった状態で抜きパターンが形成された形状が好ましく、例えば、図５に示すように、複数の四角状の抜きパターン２０ｘが規則的に配置されて画定される格子状の金属パターン層２０を採用してもよい。
次に、本実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法について説明する。図６〜図１２は本発明の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図、図１３は同じく樹脂封止型半導体装置の一例を示す断面図である。
まず、図３のＩ−Ｉに沿った断面図である図６を参照しながら配線基板１０の断面からみた配線構造について説明する。図６に示すように、配線基板１０のコア基板１２にはスルーホール１２ｘが設けられており、スルーホール１２ｘの内壁には銅からなるスルーホールめっき層２２が形成されている。また、コア基板１２の両面側にはスルーホールめっき層２２を介して相互接続される銅からなる配線層２４がそれぞれ形成されている。スルーホール１２ｘの孔には樹脂体１１が充填されている。
また、コア基板１２の両面側には、配線層２４の上に第１開口部１４ｘが設けられたソルダレジスト１４がそれぞれ形成されており、その第１開口部１４ｘ内にＮｉ／Ａｕ層からなる接続部２５が形成されている。そして、前述したように、配線基板１０のコア基板１２の一端側にはソルダレジスト１４の第２開口部１４ｙが設けられてモールドゲート部ＭＧが配置されている。モールドゲート部ＭＧには、銅層パターン１６の上にＮｉ／Ａｕ層１８が順に被覆されて構成される金属パターン層２０が配置されている。
モールドゲート部ＭＧの銅層パターン１６は配線基板１０の配線層２４と同時に形成される。そして、モールドゲート部ＭＧの銅層パターン１６及び配線層２４はめっき給電ライン（不図示）に接続されており、モールドゲート部ＭＧのＮｉ／Ａｕ層１８は、ソルダレジスト１４が形成された後に、配線層２４の接続部２５（Ｎｉ／Ａｕ層）と同時に電解めっきによって形成される。
なお、前述した図４（ａ）及び図５の例では、めっき給電経路を確保する都合上、金属パターン層２０は一体的に繋がって形成されているが、無電解めっきで銅層パターン１６の上にＮｉ／Ａｕ層１８を形成する場合やＮｉ／Ａｕ層１８を省略する場合は、図４（ａ）において島状パターン２０ａを相互に分離して形成してもよい。
本実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法では、まず、上記したようなモールドゲート部ＭＧに金属パターン層２０が設けられた配線基板１０を用意する。次いで、図７に示すように、素子形成面が上側になるように半導体チップ３０をダイアタッチ材３２によってソルダレジスト１４の実装領域Ａ（図３参照）に固着する。続いて、ワイヤボンディング法により、半導体チップ３０の接続電極（不図示）と配線基板１０の配線層２４の接続部２５とをワイヤ３４によって接続する。前述した図３のソルダレジスト１４の複数の実装領域Ａに半導体チップ３０がそれぞれ同様に実装される。
次いで、トランスファモールド法により、半導体チップ３０を封止するモールド樹脂を形成する。すなわち、図８に示すように、まず、下型５１及び上型５３を備えたモールド型５０を用意する。そして、下型５１の上に図７の半導体チップ３０が実装された配線基板１０を配置する。さらに、下面側に第１凹部５３ｘと第２凹部５３ｙとを備えた上型５３を配線基板１０の上に配置する。
このようにして、配線基板１０を下型５１と上型５３とによって挟むことにより、上型５３の第１凹部５３ｘとモールドゲート部ＭＧとによって樹脂流入部Ｒが構成され、上型５３の第２凹部５３ｙと半導体チップ３０及び配線基板１０とよってモールド樹脂が充填されるキャビティＣが構成される。さらに、樹脂流入部ＲとキャビティＣとの間には、上型５３に設けられた突出部５３ｚによって樹脂を折り取るための折取部Ｂが構成される。なお、モールド型５０によって前述した図３の複数の実装領域Ａに実装された各半導体チップ３０の周りに相互に連通するキャビティＣがそれぞれ構成される。
次いで、図９に示すように、モールド型５０に繋がって下側に配置されたポット（不図示）に投入された円筒状の熱硬化樹脂（エポキシ樹脂など）からなる樹脂タブレットをプランジャ（不図示）で押し上げることにより、溶融された樹脂をモールドゲート部ＭＧ上の樹脂流入部Ｒ及び折取部Ｂを通してキャビティＣに流し込む。このとき、配線基板１０のモールドゲート部ＭＧには、最上がＡｕ層からなる金属パターン層２０が配置されているので、樹脂がモールドゲート部ＭＧをスムーズに通過してキャビティＣに流れ込んでいく。
さらに、キャビティＣに押し込まれた樹脂を熱処理して硬化させることにより、半導体チップ３０の周りのキャビティＣ内に半導体チップ３０を封止するモールド樹脂６０を形成する。このとき同時に、モールドゲート部ＭＧ上の樹脂流入部Ｒ及び折取部Ｂにも硬化したゲート樹脂部６２が形成される。
次いで、図１０に示すように、上型５３を取り外してモールド樹脂６０及ゲート樹脂部６２を露出させた後に、モールドゲートＭＧ部上のゲート樹脂部６２を折取部Ｂで折り取ってモールド樹脂６０から切り離す。ゲート樹脂部６２の折取部Ｂは薄膜で形成されるためゲート樹脂部６２を折取部Ｂで容易に折り取ることができる。
本実施形態では、前述したように、配線基板１０のモールドゲート部ＭＧに配置された金属パターン層２０は、内部に抜きパターン２０ｘが設けられることでゲート樹脂部６２との接触面積を少なくして接着強度が弱くなるようにしている。
このため、ゲート樹脂部６２を折り取って除去する際に、ゲート樹脂部６２は金属パターン層２０から容易に剥離される。従って、金属パターン層２０の剥がれの発生が防止されると共に、モールド樹脂６０に繋がってゲート樹脂部６２が中途半端に残ることもない。このようにして、モールドゲート部ＭＧ上のゲート樹脂部６２が除去されてゲートブレイクが完了し、半導体チップ３０、ワイヤ３４及び配線層２４の接続部２５を封止するモールド樹脂６０が画定されて残される。
続いて、図１１に示すように、下型５１が配線基板１０から取り外される。さらに、図１２に示すように、配線基板１０の下面側（半導体チップ３０の実装面と反対側）の配線層２４の接続部２５にはんだボールを搭載するなどして外部接続端子６４を形成する。さらに、外部接続端子６４を設ける前又は後に、モールドゲート部ＭＧが分離された状態で個々の半導体装置が得られるように配線基板１０が切断される。これにより、図１３に示すように、本実施形態に係るＢＧＡ型の樹脂封止型半導体装置１が得られる。
以上説明したように、本実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法では、配線基板１０のモールドゲート部ＭＧに金属パターン層２０を配置することで、樹脂の流動性を確保しつつ、モールドゲート部ＭＧに形成されるゲート樹脂部６２と金属パターン層２０との接触面積を少なくしてそれらの接着強度が弱くなるようにしている。
これにより、ゲート樹脂部６２を除去する際に、モールドゲート部ＭＧの金属パターン層２０に剥がれが発生したり、それによって半導体チップ３０に関係をもたせた配線層２４やソルダレジスト１４などにダメージが生じたりすることが防止される。その結果、信頼性の高い樹脂封止型半導体装置を高い歩留りで製造できるようになる。
図１はトランスファモールド法におけるモールド樹脂が形成される前の半導体チップが実装された配線基板の様子を示す断面図である。 図２はトランスファモールド法におけるモールドゲート部の樹脂を除去する際の問題点を示す平面図である。 図３は本発明の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法で使用される配線基板を示す平面図である。 図４（ａ）は図３の配線基板のモールドゲート部の金属パターン層を示す部分拡大平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。 図５は図３の配線基板のモールドゲート部の変形例の金属パターン層を示す部分拡大平面図である。 図６は本発明の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図（その１）であり、図３のＩ−Ｉに沿った断面図に相当する。 図７は本発明の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図（その２）である。 図８は本発明の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図（その３）である。 図９は本発明の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図（その４）である。 図１０は本発明の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図（その５）である。 図１１は本発明の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図（その６）である。 図１２は本発明の実施形態の樹脂封止型半導体装置の製造方法を示す断面図（その７）である。 図１３は本発明の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の一例を示す断面図である。
符号の説明
１…樹脂封止型半導体装置、１０…配線基板、１１…樹脂体、１２…コア基板、１２ｘ…スルーホール、１４…ソルダレジスト、１４ｘ，１４ｙ…開口部、１６…銅層パターン、１８…Ｎｉ／Ａｕ層、２０…金属パターン層、２０ａ…島状パターン、２０ｂ…連結部、２０ｘ…抜きパターン、２２…スルーホールめっき層、２４…配線層、２５…接続部、３０…半導体チップ、３２…ダイアタッチ材、３４…ワイヤ、５０…モールド型、５１…下型、５３…上型、５３ｘ…第１凹部、５３ｙ…第２凹部、５３ｚ…突出部、６０…モールド樹脂、６２…ゲート樹脂部、６４…外部接続端子、ＭＧ…モールドゲート部、Ｂ…折取部、Ｃ…キャビティ、Ｒ…樹脂流入部。

Claims (7)

  1. 実装領域に半導体チップが実装され、一端側に樹脂を前記半導体チップの周りに流入させるためのモールドゲート部が設けられた配線基板であって、前記モールドゲート部に、点在する抜きパターンを内部にもつ金属パターン層が露出して設けられた前記配線基板を用意する工程と、
    前記配線基板にモールド型を設置することにより、前記半導体チップの周りにキャビティを設けると共に、モールドゲート部の前記金属パターン層の上に前記キャビティに繋がる樹脂流入部を設ける工程と、
    前記モールドゲート部上の前記樹脂流入部を通して前記樹脂を前記キャビティ内に充填して前記半導体チップを封止するモールド樹脂を形成する工程と、
    前記樹脂流入部に形成されたゲート樹脂部を前記金属パターン層に対して選択的に除去する工程とを有し、
    前記金属パターン層の抜きパターンを含む全体の配置面積を１００％とするとき、前記抜きパターンのトータル面積は５乃至２０％であることを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。
  2. 前記配線基板を用意する工程において、前記金属パターン層は、最上に金層を備えていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
  3. 前記配線基板を用意する工程において、前記金属パターン層は、複数の島状パターンが連結部によって相互に繋がって構成されることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
  4. 前記配線基板を用意する工程において、
    前記配線基板には、前記モールドゲート部及び該配線基板の配線層の接続部の上に開口部が設けられたソルダレジストが形成されており、
    前記半導体チップは前記ソルダレジストの上に実装され、前記配線層の前記接続部にワイヤで接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
  5. 前記配線基板にモールド型を設置する工程において、前記モールド型は、前記配線基板の下に配置される下型と、前記配線基板及び前記半導体チップの上側に配置されて前記キャビティ及び前記樹脂流入部を構成する上型とによって構成され、
    前記ゲート樹脂部を除去する工程において、前記ゲート樹脂部を折り取って前記モールド樹脂から分離することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
  6. 前記配線基板を用意する工程において、前記配線基板には複数の前記実装領域に複数の前記半導体チップがそれぞれ実装されており、
    前記ゲート樹脂部を除去する工程の後に、
    前記モールドゲート部が分離された状態で個々の半導体装置が得られるように前記配線基板を切断する工程をさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
  7. 前記配線基板を用意する工程において、前記配線層は前記配線基板のスルーホールを介して相互接続された状態で前記配線基板の両面側に設けられており、
    前記配線基板を切断する工程の前又は後に、前記配線基板の前記半導体チップと反対面側の前記配線層に接続される外部接続端子を設ける工程をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
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