JP5262552B2 - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents
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Description
マルチチップモジュールは、複数の半導体素子を1つのパッケージ内に封入し、夫々の半導体素子間を配線により接続した構成をなし、システム性能の向上を図ることを特徴としている。
このようなボンディングワイヤ形成には、多大な時間を要し、当該デバイスの生産性が向上しないという問題点があった。
また、第1の半導体素子と、前記第1の半導体素子を制御する第2の半導体素子と、前記第1の半導体素子の第1の電極に接続する第1の配線パターンと、前記第2の半導体素子の第2の電極に接続する第2の配線パターンと、を樹脂により封止した成形体から、前記第1の配線パターン及び前記第2の配線パターンの主面を表出させ、前記第1の配線パターン及び前記第2の配線パターンに導通する、それぞれの配線層を、印刷、乾燥及び硬化させて積層し、前記第1の電極が配置されている前記第1の半導体素子の主面とは反対側の主面に配置され、配線支持基材からの高さが最も高い、前記第1の半導体素子の第3の電極を、前記第1の半導体素子に残存するように、前記樹脂から表出させ、前記樹脂から表出させた前記第3の電極に接合材を介し、支持基板に選択的に配置された別の配線パターンを電気的に接続した半導体装置が提供される。
<第1の実施の形態>
図1は第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程のフローを説明する図である。
成形体から表出させた配線パターンに導通する配線層を、印刷、乾燥及び硬化させることにより、成形体に積層する(ステップS4)。
次に、図1に例示した製造工程フローによって製造された半導体装置について説明する。
半導体装置1にあっては、金属箔10ma,10mb上に半導体素子20pcを実装し、金属箔10mc,10md上に半導体素子22ccを実装し、金属箔10me,10mf上に半導体素子21pcを実装している。
そして、半導体装置1にあっては、これらの半導体素子20pc,22cc,21pcが封止用樹脂30reにより封止されている。但し、金属箔10ma〜10mfの下面は、封止用樹脂30reから表出させている。
尚、上記鍍金膜の表面酸化を抑制するために、鍍金膜を形成した直後に、耐熱性フラックス被膜で、当該表面を被覆してもよい。耐熱性フラックス被膜の材質としては、例えば、イミダゾール化合物が適用される。
また、導電層11sa〜11sf、導電層12sa〜12sf、外部接続用端子13ba〜13bfの材質は、鉛フリーの半田(例えば、錫(Sn)−銀(Ag)系半田)を主成分としている。そして、導電層11sa〜11sf、導電層12sa〜12sfに於いては、ペースト状の半田を硬化させることにより簡便且つ低コストに形成される(後述)。
また、半導体装置1に搭載する半導体素子の数に於いては、特に上記の数に限定されているものではなく、少なくとも一つのパワー半導体素子と、当該パワー半導体素子を制御する少なくとも一つの制御用IC素子を備えていればよい。
図3乃至図13は第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための要部図である。
また、配線支持基材10flは、ポリイミド樹脂(PI)、液晶ポリマ樹脂(LCP)、エポキシ樹脂(EP)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、ポリフェニレンエーテル樹脂(PPE)の少なくとも一つを含む樹脂を主成分としている。
また、図3(a)に示す金属箔10m内の破線は、ダイシングラインDLであり、当該ダイシングラインDLで画定される領域内に半導体装置1が形成される。
図5には、金属箔10ma〜10mf上に半導体素子20pc,21pc、半導体素子22ccが実装された状態が例示されている。ここで、図5(a)には、半導体素子20pc,21pc、半導体素子22cc等の平面が例示され、図5(b)には、図5(a)のX−Y断面が例示されている。
また、半導体素子21pcのエミッタ電極21e、ゲート電極21gは、夫々、金属箔10mf、金属箔10meに電気的に接続される。
尚、半田付けで用いられる半田材は、実装前にエミッタ電極20e,21e、ゲート電極20g,21gに印刷法、ディスペンス法等により塗布しておく。或いは、このような方法で半田材を金属箔10ma〜10mf上に塗布してもよい。
また、半田材は、鉛フリーの半田(例えば、錫(Sn)−銀(Ag)系半田)が用いられる。
例えば、配線支持基材10flの上面側に封止用樹脂30reを配置し、半導体素子20pc,21pc,22cc、金属箔10ma〜10mfの上面及び側面等を封止用樹脂30reで封止して、成形体30mdを形成する。
例えば、成形体30mdと接着部材10adの界面から、配線支持基材10flを成形体30mdから剥がし、配線支持基材10fl及び接着部材10adを成形体30mdから除去する。
図示するように、パターニングされた金属箔10mの裏面側が封止用樹脂30reから表出している。
尚、ここからは、成形体30mdの主面を上下に反転させて、成形体30mdに処理を施す。
例えば、導電層11sa〜11sfのパターン形状に対応したマスク部材を用いて、スクリーン印刷により、導電性ペーストを成形体30mdの主面に塗布する(図示しない)。次いで、パターン配置された導電性ペーストを乾燥させる(図示しない)。そして、加熱処理を施すことによりパターン配置された導電性ペーストを硬化させる(図示しない)。
尚、導電性ペーストとしては、半田粒とフラックス材とを混錬させたペースト状の半田ペーストを用いる。
例えば、図示する絶縁層11iのパターン形状に対応したマスク部材を用いて、スクリーン印刷によりペースト状の樹脂を成形体30mdの主面及び導電層11sa〜11sfの表面の一部に塗布する(図示しない)。次いで、パターン配置されたペースト状の樹脂を乾燥させる(図示しない)。そして、加熱処理を施すことによりパターン配置されたペースト状の樹脂を硬化させる(図示しない)。
次に、図11に示すように、夫々の導電層11sa〜11sfに導通する導電層12sa〜12sfを成形体30md上に選択的に形成する。
次に、図12に示すように、絶縁層12srを成形体30md上に選択的に形成する。
尚、導電層11sa〜11sf、導電層12sa〜12sfの硬化条件は、温度が100℃〜200℃で、30分〜2時間の範囲で硬化させている。絶縁層11i、絶縁層12srも同じ条件で形成している。
そして、この後に於いては、ダイサーを用い、ダイシングラインDLに沿って、成形体30md等を分断する。これにより、図2に例示する半導体装置1が形成する。
<第2の実施の形態>
図14乃至図16は第2の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための要部図である。
そして、半導体素子20pc,21pcの上方には、支持基板40sに選択的に配置された金属箔(配線パターン)40ma,40mbを対向させている。また、金属箔40ma,40mbには、半田ボール14ba,14bbが電気的に接続されている。
尚、上記鍍金膜の表面酸化を抑制するために、鍍金膜を形成した直後に、耐熱性フラックス被膜で、当該表面を被覆してもよい。耐熱性フラックス被膜の材質としては、例えば、イミダゾール化合物が適用される。
図15に示すように、夫々のコレクタ電極20c,21cには、半田部材(図示しない)を介し、金属箔40ma,40mbが接合している。また、半田ボール14ba,14bbと金属箔10mg,10mhとが接合している。
例えば、支持基板40s、半導体素子20pc,21pc,22cc、金属箔10ma〜10mhの上面及び側面、金属箔40ma,40mbの下面及び側面、及び半田ボール14ba,14bb等を封止用樹脂30reで封止して、成形体30mdを形成する。
このような不具合を回避するために、本発明では、次に例示する実施の形態が提供される。
図17乃至図22は第3の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための要部図である。当該半導体装置の製造工程によれば、上述した不具合を回避することができる。
例えば、半導体素子20pc,21pcのエミッタ電極20e,21e及びゲート電極20g,21gが配置されている主面とは反対側の主面側には、予め、コレクタ電極20c,21cが配置されている。
尚、コレクタ電極20c,21cの高さの差(ばらつき)を“D”とする。
図示するように、コレクタ電極20c,21cの研磨面が封止用樹脂30reから完全に表出している。また、配線支持基材10flからの成形体30mdの高さ、コレクタ電極20c,21cの高さが均一に構成され、成形体30mdの研磨面及びコレクタ電極20c,21cにより平坦面を形成している。
そして、コレクタ電極20c,21cを研磨した後に於いては、その表面酸化を抑制するために、下層から、ニッケル(Ni)/金(Au)鍍金、クロム(Cr)/銅(Cu)鍍金、ニッケル(Ni)/銅(Cu)鍍金、バナジウム(V)/銅(Cu)鍍金、チタン(Ti)/銅(Cu)鍍金、或いはクロム(Cr)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)の少なくとも2つを主成分とする合金/銅(Cu)鍍金が施されている。
尚、上記鍍金膜の表面酸化を抑制するために、鍍金膜を形成した直後に、耐熱性フラックス被膜で、当該表面を被覆してもよい。耐熱性フラックス被膜の材質としては、例えば、イミダゾール化合物が適用される。
そして、ダイシングラインDLに沿って、成形体30mdを分断する。
上述したように、配線支持基材10flの主面からのコレクタ電極20c,21cの高さが均一であるので、当該リフロー処理後に於いて、支持基板40sと配線支持基材10flとが平行な状態を維持する。従って、コレクタ電極20c,21cと金属箔40ma,40mbとの間に隙間が生じることはない。その結果、コレクタ電極20c,21cと金属箔40ma,40mbとの間に接触不良は生じない。
このような手順により、半導体素子20pc,21pcのコレクタ電極20c,21cから配線が引き回される。更に、当該配線に電気的に接続された外部接続端子が配設される。
図23乃至図26は第4の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を説明するための要部図である。当該半導体装置の製造工程によっても、上述した不具合を回避することができる。
例えば、図23に示すように、半導体素子20pc,21pcが予め、封止用樹脂30reにより封止されている。
そして、回転式の研磨治具50を成形体30mdに接触させ、研磨治具50を配線支持基材10flに対し水平方向に移動させることにより、成形体30mdの上面側を研磨する。
研磨後の状態を、図24に例示する。
そして、この後に於いては、図20乃至図22を用いて説明した手順と同様に、夫々の金属箔10ma〜10mfに導通する導電層11sa〜11sfを形成し、夫々の導電層11sa〜11sfに導通する導電層12sa〜12sfを形成する。更に、夫々の導電層12sa〜12sfに導通する外部接続用端子13ba〜13bfを成形体30mdの主面に配設する。
次に、夫々のコレクタ電極20c,21c上に、接合材である導電層41sa,41sbを配置する。
この段階では、上述したように、配線支持基材10flの主面からのコレクタ電極20c,21cの高さが均一であり、リフロー処理後に於いて、支持基板40sと配線支持基材10flとが平行な状態を維持する。従って、コレクタ電極20c,21cと金属箔40ma,40mbとの間に隙間が生じることはない。その結果、コレクタ電極20c,21cと金属箔40ma,40mbとの間に接触不良は生じない。
このような手順によっても、半導体素子20pc,21pcのコレクタ電極20c,21cから配線が引き回され、更に、当該配線に電気的に接続された外部接続端子が形成される。
図27は第5の実施の形態に係る半導体装置の要部断面図である。
半導体装置2にあっては、金属箔10ma,10mb上に半導体素子20pcを実装し、金属箔10mc,10md上に半導体素子22ccを実装し、金属箔10me,10mf上に半導体素子21pcを実装している。
そして、半導体装置2にあっては、これらの半導体素子20pc,22cc,21pcが封止用樹脂30reにより封止されている。但し、金属箔10ma〜10mfの下面は、封止用樹脂30reから表出させている。
また、半導体装置2にあっては、半導体素子20pc,21pcのエミッタ電極20e,21eが配置されている主面とは反対側の主面に配置された、夫々のコレクタ電極から、別の配線を引き回し、当該配線に導通する外部接続用端子を設けている。
また、半導体装置2に搭載する半導体素子の数に於いては、特に上記の数に限定されているものではなく、少なくとも一つのパワー半導体素子と、当該パワー半導体素子を制御する少なくとも一つの制御用IC素子を備えていればよい。
尚、上述した第1乃至第5の実施の形態は、独立した実施の形態とは限らず、これらの実施の形態の中、少なくとも2つの実施の形態を複合させてもよい。
10ad 接着部材
10m,10ma,10mb,10mc,10md,10me,10mf,10mg,10mh,40ma,40mb 金属箔
10fl 配線支持基材
11i,12sr 絶縁層
11sa,11sb,11sc,11sd,11se,11sf,12sa,12sb,12sc,12sd,12se,12sf,41sa,41sb 導電層
13ba,13bb,13bc,13bd,13be,13bf 外部接続用端子
14ba,14bb 半田ボール
20e,21e エミッタ電極
20g,21g ゲート電極
20c,21c コレクタ電極
20pc,21pc,22cc 半導体素子
22p 電極
30md 成形体
30re 封止用樹脂
40s 支持基板
50 研磨治具
50ms マスク部材
DL ダイシングライン
Claims (13)
- 配線支持基材に選択的に配置された配線パターンに、少なくとも一つの第1の半導体素子の第1の電極並びに前記第1の半導体素子を制御する少なくとも一つの第2の半導体素子の第2の電極を電気的に接続する工程と、
前記第1の半導体素子及び前記第2の半導体素子を搭載した前記配線支持基材上に樹脂を配置し、前記第1の半導体素子及び前記第2の半導体素子を前記樹脂により封止した成形体を形成する工程と、
前記成形体を研磨して、前記第1の電極が配置されている前記第1の半導体素子の主面とは反対側の主面に配置されている前記第1の半導体素子の第3の電極を前記樹脂から表出させる工程と、
前記配線支持基材を前記成形体から離し、前記配線パターンが前記第1の電極並びに前記第2の電極と接続している主面とは反対側の前記配線パターンの主面を前記成形体から表出させる工程と、
前記成形体から表出させた前記配線パターンに導通する配線層を、印刷、乾燥及び硬化させることにより、前記成形体に積層する工程と、
前記樹脂から表出させた前記第3の電極に接合材を介し、支持基板に選択的に配置された別の配線パターンを電気的に接続する工程と、
を有し、複数の前記第1の半導体素子を前記配線支持基材上に搭載する場合に、全ての前記第1の半導体素子の前記第3の電極の厚みを、前記配線支持基材の主面からの前記第3の電極の高さのばらつきより厚く形成する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 配線支持基材に選択的に配置された配線パターンに、少なくとも一つの第1の半導体素子の第1の電極並びに前記第1の半導体素子を制御する少なくとも一つの第2の半導体素子の第2の電極を電気的に接続する工程と、
前記第1の半導体素子及び前記第2の半導体素子を搭載した前記配線支持基材上に樹脂を配置し、前記第1の半導体素子及び前記第2の半導体素子を前記樹脂により封止した成形体を形成する工程と、
前記成形体を研磨して、前記第1の電極が配置されている前記第1の半導体素子の主面とは反対側の主面に配置されている前記第1の半導体素子の第3の電極を前記樹脂から表出させる工程と、
前記配線支持基材を前記成形体から離し、前記配線パターンが前記第1の電極並びに前記第2の電極と接続している主面とは反対側の前記配線パターンの主面を前記成形体から表出させる工程と、
前記成形体から表出させた前記配線パターンに導通する配線層を、印刷、乾燥及び硬化させることにより、前記成形体に積層する工程と、
前記樹脂から表出させた前記第3の電極に接合材を介し、支持基板に選択的に配置された別の配線パターンを電気的に接続する工程と、
を有し、前記配線支持基材からの高さが最も高い前記第3の電極が前記第1の半導体素子に残存するように前記樹脂及び前記第3の電極を研磨する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記成形体に導電ペーストを選択的に印刷して、前記導電ペーストを乾燥及び硬化させることにより前記配線層を形成することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
- 積層される前記配線層間に絶縁層を印刷、乾燥及び硬化、またはリソグラフィにより配置することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
- 最表面に積層された前記配線層に外部接続用端子を電気的に接続することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記別の配線パターンに別の外部接続用端子を電気的に接続することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
- 配線支持基材に選択的に配置された配線パターンに、少なくとも一つの第1の半導体素子の第1の電極並びに前記第1の半導体素子を制御する少なくとも一つの第2の半導体素子の第2の電極を電気的に接続する工程と、
前記第1の半導体素子及び前記第2の半導体素子を搭載した前記配線支持基材上に樹脂を配置し、前記第1の半導体素子及び前記第2の半導体素子を前記樹脂により封止した成形体を形成する工程と、
前記成形体を研磨して、前記第1の電極が配置されている前記第1の半導体素子の主面とは反対側の主面を前記樹脂から表出させる工程と、
表出させた前記反対側の主面に不純物を注入し、前記第1の半導体素子をアニールする工程と、
前記反対側の主面に第3の電極を形成する工程と、
前記配線支持基材を前記成形体から離し、前記配線パターンが前記第1の電極並びに前記第2の電極と接続している主面とは反対側の前記配線パターンの主面を前記成形体から表出させる工程と、
前記成形体から表出させた前記配線パターンに導通する配線層を、印刷、乾燥及び硬化させることにより、前記成形体に積層する工程と、
前記第3の電極に接合材を介し、支持基板に選択的に配置された別の配線パターンを電気的に接続する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記成形体に導電ペーストを選択的に印刷して、前記導電ペーストを乾燥及び硬化させることにより前記配線層を形成することを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。
- 積層される前記配線層間に絶縁層を印刷、乾燥及び硬化、またはリソグラフィにより配置することを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。
- 最表面に積層された前記配線層に外部接続用端子を電気的に接続することを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。
- 前記別の配線パターンに別の外部接続用端子を電気的に接続することを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。
- 複数の第1の半導体素子と、前記第1の半導体素子を制御する第2の半導体素子と、前記第1の半導体素子の第1の電極に接続する第1の配線パターンと、前記第2の半導体素子の第2の電極に接続する第2の配線パターンと、を樹脂により封止した成形体から、前記第1の配線パターン及び前記第2の配線パターンの主面を表出させ、前記第1の配線パターン及び前記第2の配線パターンに導通する、それぞれの配線層を、印刷、乾燥及び硬化させて積層し、前記成形体を研磨して、前記第1の電極が配置されている前記第1の半導体素子の主面とは反対側の主面に配置され、全ての厚さが配線支持基材の主面からの高さのばらつきよりも厚く形成された前記第1の半導体素子の第3の電極を表出させ、表出させた前記第3の電極に接合材を介し、支持基板に選択的に配置された別の配線パターンを電気的に接続したことを特徴とする半導体装置。
- 第1の半導体素子と、前記第1の半導体素子を制御する第2の半導体素子と、前記第1の半導体素子の第1の電極に接続する第1の配線パターンと、前記第2の半導体素子の第2の電極に接続する第2の配線パターンと、を樹脂により封止した成形体から、前記第1の配線パターン及び前記第2の配線パターンの主面を表出させ、前記第1の配線パターン及び前記第2の配線パターンに導通する、それぞれの配線層を、印刷、乾燥及び硬化させて積層し、前記第1の電極が配置されている前記第1の半導体素子の主面とは反対側の主面に配置され、配線支持基材からの高さが最も高い、前記第1の半導体素子の第3の電極を、前記第1の半導体素子に残存するように、前記樹脂から表出させ、前記樹脂から表出させた前記第3の電極に接合材を介し、支持基板に選択的に配置された別の配線パターンを電気的に接続した半導体装置。
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