JP5058144B2

JP5058144B2 - 半導体素子の樹脂封止方法

Info

Publication number: JP5058144B2
Application number: JP2008328904A
Authority: JP
Inventors: 晃明千野
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: JP2010153521A; US7985629B2; US20100167469A1

Description

本発明は半導体素子の樹脂封止方法に関し、更に詳細には支持板の所定位置に配設した半導体素子を樹脂封止する際に、樹脂封止時での半導体素子の位置ずれを防止することが可能な半導体素子の樹脂封止方法に関する。

複数の半導体素子の一面側に形成された電極端子を支持体上に塗布されている接着膜に向けた状態で位置決めして配設した後、半導体素子の他面側を封止樹脂により一括樹脂封止する方法として、いわゆるウェハレベルモールド方法が知られている。このようなウェハレベルモールド方法には封止樹脂を支持体上に位置決めして配設された半導体素子の側面側から圧入して半導体素子を封止樹脂により封止するトランスファモールド方法と、支持体上に位置決めして配設された半導体素子の上面から封止樹脂を供給し、封止樹脂と半導体素子とを上下方向に圧縮することで半導体素子を封止樹脂により封止するコンプレッション成形方法とが広く知られている。

このような半導体素子のウェハレベルモールドを行っている先行技術としては、例えば、特許文献１に記載されているような方法がある。
特許文献１においては、金属基板からなる支持基板上にエポキシ系の接着剤層を塗布し、未硬化の状態の接着剤層に半導体素子の外部電極端子を接着剤層側にした状態で位置決めして配設した後、支持体に配設された半導体素子を絶縁樹脂により封止し、支持基板を絶縁樹脂から剥離させた後、接着剤層を除去して外部電極端子を露出させてから配線回路や外部接続バンプを接続させる方法が開示されている。
特開平４−２８３９８７号公報（段落００３３〜００４０および、図７参照）

特許文献１にも開示されているように、樹脂封止された半導体素子の外部電極端子には、配線回路が形成されることになるから、半導体素子の外部電極端子と接着剤層との剥離が容易になるように、接着剤層はさほど強い接着力を有していないことが多い。近年では、一枚の支持基板が大きく形成され、支持基板に搭載される半導体素子の数が増えており、コンプレッション成形方法であってもトランスファ成形方法であっても、半導体素子の樹脂封止時において、樹脂の流れによって半導体素子が位置ずれしてしまうという課題が明らかになった。このような半導体素子の位置ずれは、樹脂封止後における微細配線の形成ができず、支持基板上の半導体素子の大部分若しくはそのすべてが不良になってしまい、歩留まりが低下し、不経済である。
そこで、本発明が解決すべき課題は、支持板の所定位置に配設された半導体素子を樹脂封止する際に、支持板上の半導体素子が封止用樹脂の流動力により当初の接着位置から位置ずれを起こすことがなく、半導体素子を精密な位置で樹脂封止するための半導体素子の樹脂封止方法を提供することにある。

本発明者は、前記課題を解決するには、支持基板上の接着剤層への半導体素子を固定する際に、接着剤層の接着力に加え、機械的な固定手段を採用することが有効であると考え検討した結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、半導体素子に形成したダミーバンプを、支持体の表面に設けられた接着剤層の所定位置に形成された凹部に挿入し、前記半導体素子を前記支持体上に位置決めした状態で接着する工程と、前記支持体および前記支持体に接着された半導体素子をセットした樹脂封止用金型内に供給された溶融樹脂の流動による前記半導体素子の位置ずれを前記ダミーバンプにより阻止しつつ、前記支持体上で前記半導体素子を樹脂封止する工程と、前記樹脂封止した半導体素子から前記支持体、前記接着剤層および前記ダミーバンプをそれぞれ除去する工程と、を含むことを特徴とする半導体素子の樹脂封止方法にある。

また、前記ダミーバンプをエッチングによって除去する際に、同時に除去されることのない材料によって形成されたダミーパッド上に前記ダミーバンプを形成することを特徴とする。これにより、ダミーバンプを除去する際に半導体素子が損傷することを防ぐことができる。

また、前記凹部に挿入している前記ダミーバンプを前記支持体と同時に除去することを特徴とする。これにより半導体素子の樹脂封止工程を簡略化することができ、効率的な処理が可能になる。
さらに、前記ダミーバンプおよび前記支持体を同一材料により形成することが好ましい。これによりダミーバンプと支持体を一括除去することができる。

また、他の発明としては、支持体の表面に設けられた接着剤層に凹部を形成し、前記凹部にペーストを充てんする工程と、前記凹部に充てんしたペーストに当接させるように位置合わせした半導体素子を前記接着剤層に接着し、かつ、前記半導体素子と一体化させるべく前記ペーストを硬化させて硬化体とする工程と、前記支持体および前記支持体に接着された前記半導体素子をセットした樹脂封止用金型内に供給された溶融樹脂の流動による前記半導体素子の位置ずれを、前記硬化体により阻止しつつ、前記半導体素子を樹脂封止する工程と、前記樹脂封止した半導体素子から前記支持体、前記接着剤層および前記硬化体を除去する工程と、を含むことを特徴とする半導体素子の樹脂封止方法がある。

また、前記硬化体をエッチングによって除去する際に同時に除去されることのない材料によって形成されたダミーパッドの表面に前記硬化体を形成するペーストを当接させることを特徴とする。これにより、硬化体を除去する際にエッチング液を用いても半導体素子が損傷することを防ぐことができる。

また、前記凹部に設けられた硬化体を前記支持体と同時に除去することを特徴とする。これにより半導体素子の樹脂封止工程を簡略化することができ、効率的な処理が可能になる。
さらに、前記硬化体および前記支持体は同一材料により形成されていることが好ましい。これにより硬化体と支持体を一括で除去することができる。

本発明を採用することにより、支持体上に塗布された接着剤層と半導体素子との位置決め状態がダミーバンプや硬化体（硬化したペースト）によって確実に接着剤層に固定することができるため、樹脂封止用金型内に供給される溶融樹脂を高圧でプレス（または圧送）したとしても、溶融樹脂の流動力に抵抗して半導体素子と接着剤層との位置決め状態を確実に維持することができる。これにより、半導体素子を適切に樹脂封止することができる。さらには、樹脂封止後における半導体素子の全数に対して正確に微細配線回路を形成することが可能になり、歩留まりが向上し、効率的に半導体パッケージや半導体製品を製造することが可能になる。

（第１実施形態）
第１実施形態にかかる半導体素子の樹脂封止方法について説明する。図１は、第１実施形態にかかる半導体素子の構成を示す正面図および底面図である。
まず、半導体素子１０に対する処理方法（加工方法）について説明する。半導体素子１０は、図１に示すように、半導体素子１０の電極端子１２が形成されている面の外周縁位置にダミーバンプ２２が形成されている。本実施形態における電極端子１２は、半導体素子１０の底面側から突出する形状に形成されている。ダミーバンプ２２は、半導体素子１０の樹脂封止後にエッチングにより除去するため、エッチングによる半導体素子１０の損傷を防ぐため、半導体素子１０の電極端子１２の形成面側に設けられたダミーパッド２０に積層させた状態で取り付けられている。本実施形態では、ダミーパッド２０として金膜を用い、ダミーバンプ２２として銅バンプを用いた。ダミーパッド２０およびダミーバンプ２２は、平面形状が矩形に形成された半導体素子１０のすべてのコーナー部に設けられているが、半導体素子１０に対して少なくとも２箇所に配設しておけばよい。この場合、半導体素子１０のコーナー部を結ぶ対角線上の２箇所に配設しておくことが好ましい。また、ダミーパッド２０は電極端子１２の突出高さと同じ厚さ寸法に形成されていて、ダミーパッド２０とダミーバンプ２２の高さ寸法の合計は、接着剤層４０の層厚寸法に等しく形成されている。なお、図１においては個片化された半導体素子１０が示されているが、ダミーパッド２０やダミーバンプ２２を形成する際は個片化される前にフォトリソグラフィー法やめっき処理等を用いることによりダミーパッド２０およびダミーバンプ２２を一括形成することができる。

以上のようにして電極端子１２の形成面側にダミーバンプ２２が形成された半導体素子１０は、支持体３０に塗布された接着層である接着剤層４０に位置決めして接着される。以下に支持体３０および接着剤層４０について説明する。図２は、支持体に接着剤層が形成された状態を示す平面図およびＡ−Ａ線における断面図である。図３は、接着剤層が形成された後に半導体素子が配設された状態を示す平面図およびＡ−Ａ線における断面図である。図２内の破線は、半導体素子１０の配設位置を示すものである。図４は、半導体素子をコンプレッション金型により樹脂封止している状態を示す図３のＢ−Ｂ線位置における断面図である。
最初に、図２の平面図に示すように、金属板により薄肉円板状に形成された支持体３０の上面側に接着剤層４０を塗布する。ここでは支持体３０に薄銅板を、接着剤層４０にエポキシ系接着剤を用いた。本実施形態における接着剤層の層厚寸法は３０μｍとした。支持体３０に接着剤層４０を形成した後、図２の断面図に示すように、接着剤層４０に凹部４２を形成する。凹部４２を形成する際は、レーザー光照射加工法を用いることができる。また、接着剤層４０が感光性である場合には、フォトリソグラフィー法によっても形成することができる。凹部４２は半導体素子１０に形成したダミーバンプ２２の位置にそれぞれ対応する位置に形成される。本実施形態における凹部４２は接着剤層４０を厚さ方向に貫通し、凹部４２の底面で支持体３０の表面が露出している。

接着剤層４０に凹部４２が形成された後、図３に示すように半導体素子１０が配設される。半導体素子１０は、電極端子１２の形成面に形成されたダミーバンプ２２を接着層４０に形成された凹部４２に位置合わせし、ダミーバンプ２２およびダミーパッド２０を凹部４２に嵌合させるようにして配設される。ダミーバンプ２２およびダミーパッド２０の合計高さ寸法は、凹部４２の深さ寸法と等しく形成されているから、半導体素子１０を接着剤層４０に押圧させることで、半導体素子１０の電極端子１２の形成面が接着剤層４０の表面に密着させた状態で配設することができる。半導体素子１０の底面には電極端子１２が突出しているが、電極端子１２の突出高さはきわめてわずかであるため、接着剤層４０に半導体素子１０を押圧すれば接着剤層４０が電極端子１２面に追従し、半導体素子１０の底面と接着剤層４０とを密着させることが可能である。このようにして支持体３０に塗布した接着剤層４０に半導体素子１０が位置決めされた状態で接着され、かつ、ダミーバンプ２２と凹部４２によって嵌合し、半導体素子１０と支持体３０とを一体化することができる。一体化された半導体素子１０と支持体３０は、図４（Ａ）に示すように樹脂成形用金型の下型８０にセットされ、半導体素子１０の上面に封止樹脂である封止樹脂５０が供給される。図４（Ａ）では封止樹脂５０として液状樹脂が示されているが、顆粒状のものであってもよいのはもちろんである。所定量の封止樹脂５０が供給された後、図４（Ｂ）に示すように樹脂成形用金型の上型９０を用いて下型８０と上型９０と共に封止樹脂５０を加熱および加圧する（コンプレッション成形する）ことで封止樹脂５０が硬化し半導体素子１０の上面側が封止樹脂５０により樹脂封止される。

半導体素子１０を樹脂封止した後、樹脂封止された半導体素子１０を支持体３０と共に下型８０から取り出した後（図４（Ｃ））、支持体３０の除去を行う。支持体３０の除去方法は、エッチングにより除去することができる。本実施形態においては、支持体３０およびダミーバンプ２２がそれぞれ銅により形成されているので、銅をエッチングするエッチャント（エッチング液）を用いることにより、支持板３０とダミーバンプ２２のみを選択的にエッチングすることができる。このようにして支持体３０およびダミーバンプ２２が除去された状態の断面図を図５（Ａ）に示す。図５は、図４（Ｃ）内の矢印Ｚの範囲における拡大図である。支持体３０が除去されると、半導体素子１０の電極端子１２の形成面には接着剤層４０とダミーパッド２０が露出した状態になる。
次に接着剤層４０をエッチングやレーザーの照射により除去して図５（Ｂ）に示す半導体パッケージ６０を得ることができる。

本実施形態にかかる半導体素子の樹脂成形方法によれば、半導体素子の一面側に形成された突起物であるダミーパッド２０とダミーバンプ２２とが、支持体３０の表面に形成された接着剤層４０の凹部４２に嵌合し、ストッパとして作用することになる。これにより、半導体素子１０の他面側を加圧しながら樹脂封止する際に、封止用樹脂の流動力による半導体素子１０の位置決め状態が崩れてしまうことがなく、当初の配設位置を維持した状態で樹脂封止をすることができる。したがって、半導体素子１０の樹脂封止後において再配線する工程において、半導体パッケージ６０内における半導体素子１０の位置ずれの心配がなく、所要の位置に所定の配線回路（再配線）が形成された半導体パッケージ６０の製造歩留まりを向上させることができ、効率的な半導体パッケージ６０の製造が可能になるといった利点がある。このようにして形成した半導体パッケージ６０を個片化した後、外部接続用バンプ(図示せず)を接続して半導体装置を得ることもできる。また、半導体パッケージ６０を高さ方向にスタック（積層）させてもよい。
なお、本実施形態においては、ダミーバンプ２２として銅バンプを用いているが、半導体素子１０の樹脂封止時における溶融状態の封止樹脂の流動力に抗する強度を有していれば、金属製に限定されず、合成樹脂などの他の材料より形成されていてもよいのはもちろんである。

（第２実施形態）
本実施形態においては、支持体３０の表面に形成した接着剤層４０にペーストを充てんし、充てんしたペーストを硬化させた硬化体を形成することにより第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる半導体素子１０の樹脂封止方法について説明する。図６は、本実施形態における半導体素子の正面図および底面図である。図７は、支持体に接着剤層が形成された状態を示す平面図およびＡ−Ａ線における断面図である。図８は、半導体素子をコンプレッション金型により樹脂封止している状態を示す図７のＡ−Ａ線における断面図である。
本実施形態にかかる半導体素子１０は、第１実施形態と同様に電極端子１２の形成面に金めっき等によるダミーパッド２０が形成される。このダミーパッド２０は第１実施形態におけるダミーパッド２０と同様にして形成することができる。本実施形態においては、図６に示すように半導体素子１０の電極端子１２の形成面における２箇所のコーナー部分にダミーパッド２０を形成した。

次に、図７の平面図に示すように第１実施形態と同様にして薄銅板からなる支持体３０に接着剤層４０を塗布し、レーザー光照射加工やフォトリソグラフィー法により所定の位置に凹部４２を形成する。凹部４２の位置は半導体素子１０に形成したダミーパッド２０の位置に対応しているのはもちろんである。この凹部４２には銅ペースト４４が充てんされる。本実施形態においては、銅ペースト４４を凹部４２に密に充てんする（銅ペースト４４を凹部４２の上面開口部の高さ位置まで充てんする）のではなく、図７に示すように凹部４２に進入するダミーパッド２０の体積を控除した体積分の銅ペースト４４を充てんしている。これによりダミーパッド２０が凹部４２に進入した際に、銅ペースト４４が溢れ出すことがなく、銅ペースト４４およびダミーパッド２０によって凹部４２内空間を過不足なく充てんすることができる。
このようにして銅ペースト４４が充てんされた凹部４２に半導体素子１０のダミーパッド２０を銅ペースト４４の位置に位置合わせして進入させて、図８（Ａ）に示すように半導体素子１０のダミーパッド２０を銅ペースト４４に接触させる。接着剤層４０に半導体素子１０を接着させた後で銅ペースト４４を加熱して硬化体である銅バンプ４５を形成する。銅バンプ４５は銅ペースト４４の時点でダミーパッド２０と密着していたので、銅バンプ４５とダミーパッド２０は確実に一体化して、半導体素子１０を接着剤層４０の所定位置に強固に固定させることになる。

接着剤層４０と半導体素子１０との固定ができたら、第１実施形態と同様に（図４参照）半導体素子１０と支持体３０（接着剤層４０等を含む）を、樹脂成形金型の下型８０にセットし、半導体素子１０の上面に封止樹脂５０を供給し、樹脂成形金型の上型９０を下型８０に当接させて下型８０と上型９０により封止樹脂５０を加熱および加圧して封止樹脂５０をキャビティ内に満遍なく広げて、熱硬化させることで、図８（Ｂ）に示すように半導体素子１０が樹脂封止される。本実施形態では、銅バンプ４５が接着剤層４０の凹部４２に嵌合状態になっていることにより、半導体素子１０の樹脂封止時における封止樹脂５０の流動力に抗することができ、半導体素子１０を当初の接着位置を維持させた状態で樹脂封止することができる。
半導体素子１０の樹脂封止が完了した後、図８（Ｃ）に示すように、支持体３０を除去する。支持体３０を第１実施形態と同様に銅のエッチャントを用いることで、支持体３０と銅バンプ４５の除去を一回で行うことができる。この後は第１実施形態と同様の処理を行うことにより、図８（Ｄ）に示す半導体パッケージ６０を得ることができる。

以上に示した実施形態に基づいて本願発明を詳細に説明してきたが、本願発明は以上の実施形態に限定されるものではない。例えば、以上の実施形態においては、ダミーバンプ２２や接着材層４０の凹部４２に充てんするペースト材として銅を用いているが、ダミーバンプ２２および凹部４２に充てんするペースト材は銅に限定されるものではない。要は、半導体素子１０の電極端子１２の形成面に設けたダミーパッド２０との付着力を、半導体素子１０の樹脂封止時における封止樹脂５０のフローによる平面方向に作用する力より上回らせることができ、かつ、選択的に除去可能な硬化体を得ることができれば、銅以外の材料（例えば、合成樹脂や銅以外の金属材料）を用いることももちろん可能である。

また、以上の実施形態においては、半導体素子１０に形成するダミーパッド２０を、半導体素子１０の平面領域のコーナー部分に形成した形態について説明しているが、この形態に限定されるものではない。要は、ダミーパッド２０および凹部４２は、半導体素子１０の樹脂封止時において、接着剤層４０に接着されている半導体素子１０の位置決め状態を維持することができればよく、半導体素子１０の平面領域内であれば特に限定されるものではない。また、ダミーパッド２０、ダミーバンプ２２、凹部４２の平面形状は円形状に形成した形態について説明しているが、Ｌ字型や十文字型等のように、縦横のそれぞれの方向（いわゆるＸ軸方向およびＹ軸方向）に突出部を有する形状に形成してもよい（図９参照）。このような形状を採用することにより、ダミーバンプ２２の配設数を削減させることができる。
特に、図９（Ｂ）に示すようなダミーパッド２０、ダミーバンプ２２、凹部４２の平面形状を採用すれば、半導体素子１０に形成するダミーパッド２０およびダミーバンプ２２と、接着剤層４０に形成する凹部４２の配設数を、半導体素子１０一個につき一箇所にすることができる点において、きわめて好都合である。
図９に示す形状のダミーパッド２０、ダミーバンプ２２、凹部４２は、フォトリソグラフィー法によれば容易に形成することができる。

また、図１０（Ａ）に示すように半導体素子１０の厚さ内に電極端子１２およびダミーパッド２０を収めるようにして形成した半導体素子１０を用いることもできる。図１０（Ａ）に示す半導体素子１０においても、上記実施形態のいずれかを適用することにより、図１０（Ｂ）に示す半導体パッケージ６０を得ることができる。図１０（Ｂ）に示す半導体パッケージ６０は電極端子１２の形成面（半導体素子１０の底面）を平坦にすることができ、半導体パッケージ６０およびこれを用いた半導体装置の薄型化にも好都合である。

また、ダミーパッド２０およびダミーバンプ２２は、個片化状態の半導体素子１０にあらかじめ形成しておくことも可能ではある。ダミーパッド２０およびダミーバンプ２２があらかじめ形成された半導体素子１０は、図示しない治具に収容した状態で支持体３０に積層させた接着剤層４０の凹部４２に転着させれば、以降の処理は第１実施形態と同様にして行うことができる。そして、ダミーバンプ２２および銅バンプ４５（硬化体）は、半導体素子１０の能動面に設けられた信号用パッドの上に形成するようにしてもよい。
さらには、半導体素子１０の樹脂封止時に用いる成形金型は、コンプレッション成形金型を用いた実施形態について説明しているが、この実施形態に限定されるものではなく、トランスファ成形金型によって半導体素子１０を樹脂封止する際においても本願発明を適用することができる。

第１実施形態にかかる半導体素子の構成を示す正面図および底面図である。支持体に接着剤層が形成された状態を示す平面図およびＡ−Ａ線における断面図である。接着剤層が形成された後に半導体素子が配設された状態を示す平面図およびＡ−Ａ線における断面図である。半導体素子をコンプレッション金型により樹脂封止している状態を示す図３のＢ−Ｂ線位置における断面図である。図４（Ｃ）内の矢印Ｚの範囲における拡大図である。第２実施形態における半導体素子の加工状態を示す正面図および底面図である。支持体に接着剤層が形成された状態を示す平面図およびＡ−Ａ線における断面図である。半導体素子をコンプレッション金型により樹脂封止している状態を示す図７のＡ−Ａ線における断面図である。ダミーパッド、ダミーバンプの他の実施形態の一例を示す半導体素子の正面図および底面図である。半導体素子および半導体パッケージの他の実施形態の一例を示す断面図である。

符号の説明

１０半導体素子
１２電極端子
２０ダミーパッド
２２ダミーバンプ
３０支持体
４０接着剤層
４２凹部
４４銅ペースト
４５銅バンプ
５０封止樹脂
６０半導体パッケージ
８０下型
９０上型

Claims

半導体素子に形成したダミーバンプを、支持体の表面に設けられた接着剤層の所定位置に形成された凹部に挿入し、前記半導体素子を前記支持体上に位置決めした状態で接着する工程と、
前記支持体および前記支持体に接着された半導体素子をセットした樹脂封止用金型内に供給された溶融樹脂の流動による前記半導体素子の位置ずれを前記ダミーバンプにより阻止しつつ、前記支持体上で前記半導体素子を樹脂封止する工程と、
前記樹脂封止した半導体素子から前記支持体、前記接着剤層および前記ダミーバンプをそれぞれ除去する工程と、を含むことを特徴とする半導体素子の樹脂封止方法。
前記ダミーバンプをエッチングによって除去する際に、同時に除去されることのない材料によって形成されたダミーパッド上に前記ダミーバンプを形成することを特徴とする請求項１記載の半導体素子の樹脂封止方法。
前記凹部に挿入している前記ダミーバンプを前記支持体と同時に除去することを特徴とする請求項１または２記載の半導体素子の樹脂封止方法。
前記ダミーバンプおよび前記支持体を同一材料により形成することを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の半導体素子の樹脂封止方法。
支持体の表面に設けられた接着剤層に凹部を形成し、前記凹部にペーストを充てんする工程と、
前記凹部に充てんしたペーストに当接させるように位置合わせした半導体素子を前記接着剤層に接着し、かつ、前記半導体素子と一体化させるべく前記ペーストを硬化させて硬化体とする工程と、
前記支持体および前記支持体に接着された前記半導体素子をセットした樹脂封止用金型内に供給された溶融樹脂の流動による前記半導体素子の位置ずれを、前記硬化体により阻止しつつ、前記半導体素子を樹脂封止する工程と、
前記樹脂封止した半導体素子から前記支持体、前記接着剤層および前記硬化体を除去する工程と、を含むことを特徴とする半導体素子の樹脂封止方法。
前記硬化体をエッチングによって除去する際に同時に除去されることのない材料によって形成されたダミーパッドの表面に前記硬化体を形成するペーストを当接させることを特徴とする請求項５記載の半導体素子の樹脂封止方法。
前記凹部に設けられた硬化体を前記支持体と同時に除去することを特徴とする請求項５または６記載の半導体素子の樹脂封止方法。
前記硬化体および前記支持体は同一材料により形成されていることを特徴とする請求項５〜７のうちのいずれか一項に記載の半導体素子の樹脂封止方法。