JP6102263B2

JP6102263B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP6102263B2
Application number: JP2013000964A
Authority: JP
Inventors: 石井　格; 格石井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2013-01-08
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-01-08
Also published as: JP2014135309A

Description

本発明は、センシング部を有する半導体装置の製造方法に関する。

従来より、センサチップとケーシングとを備えたセンサ構造が、例えば特許文献１で提案されている。具体的に、特許文献１では、センサチップのうちの第１の領域がケーシングによって封止されていると共に、センサチップのうちの第２の領域がケーシングから部分的に突出した構造が提案されている。第２の領域にはセンシング部が形成されている。また、ケーシングは、センサチップと外部とを電気的に接続するための接続エレメントの一部を封止している。

上記の構造は以下のように製造する。まず、センシング部が設けられたセンサチップと接続エレメントとをそれぞれ用意し、これらを電気的に接続する。この後、センサチップのうちの第２の領域と接続エレメントの一部が露出するように、センサチップ及び接続エレメントを上側と下側の金型で挟む。そして、金型に樹脂を充填し、センサチップの第１の領域及び接続エレメントの一部を樹脂で封止する。こうしてセンサ構造が完成する。

特表２００９−５０５０８８号公報

しかしながら、上記従来の技術では、センサチップの一部を樹脂で封止する工程においてセンサチップのうちケーシングから露出させる部分を上下の金型で押さえつけている。このため、センサチップに過剰な応力が掛かってしまい、センサチップにダメージが入ってしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、樹脂封止の際にセンサチップにダメージが入ることを抑制することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、まず、第１接着層（６４）と第１接着層（６４）よりも接着力が弱い第２接着層（６５）とが積層されて構成された台座（６０）のうちの第１接着層（６４）が貼り付けられた支持部（１２）と、リード部（１０）と、を含んだリードフレーム（１１）を用意する（準備工程）。

次に、センサチップ（２０）を用意すると共に当該センサチップ（２０）の一端（２３）側を台座（６０）のうちの第２接着層（６５）に貼り付けることにより、台座（６０）を介してセンサチップ（２０）を支持部（１２）に固定する（固定工程）。また、リード部（１０）とセンサチップ（２０）とを電気的に接続する（電気的接続工程）。

続いて、センサチップ（２０）のうちの一端（２３）側及びセンシング部（２５）とリード部（１０）の一部とが露出するようにセンサチップ（２０）及びリード部（１０）をモールド樹脂（３０）で封止する（封止工程）。

この後、リードフレーム（１１）から支持部（１２）及びリード部（１０）を分離し、センサチップ（２０）から第２接着層（６５）を剥離することにより台座（６０）と支持部（１２）とが一体となったものをセンサチップ（２０）から取り外す（除去工程）ことを特徴とする。

これによると、センサチップ（２０）は台座（６０）及び支持部（１２）で構成された支持装置によって支持される。このため、封止工程では、少なくともセンサチップ（２０）のうち支持装置によって支持された面に過剰な応力が掛かることを抑制することができる。したがって、樹脂封止の際にセンサチップ（２０）にダメージが入ってしまうことを抑制することができる。

また、センサチップ（２０）に貼り付いた第２接着層（６５）は支持部（１２）に貼り付いた第１接着層（６４）よりも接着力が弱いので、センサチップ（２０）から支持部（１２）を台座（６０）ごと容易に取り外すことができる。したがって、センサチップ（２０）から支持部（１２）を剥離する際にセンサチップ（２０）に掛かる応力を低減でき、ひいてはセンサチップ（２０）にダメージが入ってしまうことを抑制することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の一実施形態に係る半導体装置の平面図である。図１のII−II断面図である。リードフレームの平面図である。図３のIV−IV断面図である。（ａ）は固定工程を示した図であり、（ｂ）は電気的接続工程を示した図である。図５に続く封止工程を示した図である。図６に続く除去工程を示した図である。第２実施形態に係る台座及び支持部の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。図１に示されるように、本発明の一実施形態に係る半導体装置は、複数のリード部１０と、センサチップ２０と、モールド樹脂３０と、を備えて構成されている。なお、図１は透視図である。

リード部１０は、センサチップ２０と外部とを電気的に接続するための接続部品である。本実施形態では、３本のリード部１０が当該リード部１０の長手方向に垂直な方向に並べられている。そして、各リード部１０がワイヤ４０を介してセンサチップ２０と電気的に接続されている。

センサチップ２０は、図２に示されるように表面２１及び当該表面２１の反対側の裏面２２を有すると共に、一端２３及び当該一端２３の反対側の他端２４を有する板状のチップ部品である。センサチップ２０は、シリコン基板等の半導体基板から形成されている。

また、センサチップ２０は、当該センサチップ２０のうちの一端２３側及び表面２１側に物理量を検出するためのセンシング部２５を有している。センシング部２５は、例えば、圧力や流量の検出を行う薄肉部としてのメンブレンや、加速度や角速度検出を行う梁構造体等の構造である。

さらに、センサチップ２０は、表面２１のうちの他端２４側に、リード部１０と電気的接続を行うための複数のパッド２６を有している。このパッド２６に上記のワイヤ４０が接合されている。これにより、センサチップ２０と各リード部１０とが電気的に接続されている。そして、センサチップ２０は、３本のリード部１０のうちの中央のリード部１０に耐熱接着剤５０で固定されている。

モールド樹脂３０は、センサチップ２０及び複数のリード部１０を封止した封止部材である。具体的には、モールド樹脂３０は、センサチップ２０の一端２３側及びセンシング部２５が露出すると共に、各リード部１０の一部すなわちアウターリードの部分が露出するように、センサチップ２０及び各リード部１０を封止している。モールド樹脂３０の材料として、例えばエポキシ樹脂が採用される。以上が、本実施形態に係る半導体装置の構成である。

次に、上記の構成の半導体装置を製造する方法について、図３〜図７を参照して説明する。まず、リードフレーム１１を用意する準備工程を行う。リードフレーム１１は、図３に示されるように、複数のリード部１０と支持部１２とがこれらを囲む枠状のフレーム部１３に対してタイバー１４で連結されてそれぞれが一体化された金属板である。

また、リードフレーム１１は、支持部１２の上に貼り付けられた台座６０を有している。図４に示されるように、台座６０は、熱硬化性樹脂層６１と、熱硬化性樹脂層６１の上の弾性体層６２と、弾性体層６２の上の仮止め接着層６３と、の３層の積層構造として構成されている。

熱硬化性樹脂層６１は、熱が加えられることで硬化する高耐熱接着層である。熱硬化性樹脂層６１は支持部１２に貼り付けられている。熱硬化性樹脂層６１は例えばエポキシ系樹脂等によって形成されている。また、弾性体層６２は、熱硬化性樹脂層６１と仮止め接着層６３とに挟まれた中間層であり、ポリイミド樹脂等で形成されたフィルムである。なお、弾性体層６２が粘着性を有していても良い。

仮止め接着層６３は、熱や紫外線が与えられることで粘着性を失う低耐熱接着層である。仮止め接着層６３は、弾性体層６２の上に貼り付けられている。仮止め接着層６３は、モールド樹脂３０を形成する際に、センサチップ２０の裏面２２のうちの一端２３側に貼り付けられることでセンサチップ２０を仮固定する役割を果たす。仮止め接着層６３は、例えばシリコーン系樹脂や熱可塑性のアクリル系樹脂等によって形成されている。

そして、仮止め接着層６３は熱硬化性樹脂層６１よりも接着力が弱い。このため、台座６０は支持部１２に対して強固に固定される一方、センサチップ２０に対しては弱く貼り付く。すなわち、台座６０は、一方の面が他方の面よりも接着力が強い両面テープであると言える。このため、支持部１２と台座６０とは一体となった状態でセンサチップ２０に対して貼り付いたり剥離されたりする。

また、仮止め接着層６３のガラス転移温度をＴｇ１とし、熱硬化性樹脂層６１のガラス転移温度をＴｇ２とすると、Ｔｇ１＜Ｔｇ２の関係がある。これにより、仮止め接着層６３に与える熱の温度をＴｇ１とＴｇ２との間に設定することで、熱硬化性樹脂層６１の接着力を確保しつつ、仮止め接着層６３の接着力を弱くすることができる。つまり、仮止め接着層６３の接着力を容易にコントロールすることができる。

ここで、センサチップ２０の平面サイズを１ｍｍ×２ｍｍとすると、台座６０の平面サイズは例えば５ｍｍ×５ｍｍである。また、熱硬化性樹脂層６１の厚みは例えば３０μｍであり、弾性体層６２の厚みは例えば１００μｍであり、仮止め接着層６３の厚みは例えば３０μｍである。

上記の積層構成を有する台座６０とリードフレーム１１のうちの支持部１２とによって支持装置が構成されている。この支持装置は、センサチップ２０をモールド樹脂３０で封止する際にセンサチップ２０を固定して支持するための支持手段として機能する。

なお、台座６０付きのリードフレーム１１は、金属板をプレス加工した後に支持部１２に台座６０を貼り付ける方法で用意することができる。一方、金属板のうち支持部１２となる場所に予め台座６０を貼り付け、この状態で金属板をプレス加工する方法で台座６０付きのリードフレーム１１を用意しても良い。

続いて、台座６０を介してセンサチップ２０を支持部１２に固定する固定工程を行う。まず、センシング部２５を有するセンサチップ２０を用意する。また、図５（ａ）に示されるように、センサチップ２０の他端２４側を耐熱接着剤５０でリード部１０に固定すると共に、センサチップ２０の一端２３側を台座６０のうちの仮止め接着層６３に貼り付ける。このようにしてセンサチップ２０を支持部１２に固定する。

この後、電気的接続工程を行う。すなわち、図５（ｂ）に示されるように、各リード部１０とセンサチップ２０の各パッド２６とをそれぞれワイヤ４０で接続する。

次に、センサチップ２０及び各リード部１０をモールド樹脂３０で封止する封止工程を行う。このため、図６に示されるように、電気的接続工程を終えたワークを樹脂成形用の金型７０に設置する。金型７０は上型７１と下型７２とで構成されている。また、上型７１と下型７２が合致することで、モールド樹脂３０の外形に対応したキャビティ７３が形成される。

上型７１のうち下型７２と合わせられる表面７４には封止フィルム７５を貼り付けてある。この封止フィルム７５は、ポリイミドやアクリル樹脂等の粘着性のフィルムである。したがって、下型７２にリードフレーム１１を設置して下型７２に上型７１を合致させると、封止フィルム７５がワークのうちモールド樹脂３０から露出する部分すなわちセンサチップ２０の表面２１の一部と各リード部１０の一部に貼り付いて密着する。この封止フィルム７５によりワークが上型７１に直接接触することがない。また、ワークのうち封止フィルム７５が貼り付いた部分にモールド樹脂３０が付着することを防止することができる。

そして、トランスファーモールド法により金型７０のキャビティ７３に溶融したモールド樹脂３０を注入して充填する。これにより、センサチップ２０の一端２３側及びセンシング部２５とリード部１０の一部とが露出するようにセンサチップ２０の他端２４側及びリード部１０をモールド樹脂３０で封止する。ワークのうち下型７２に接触した部分及び封止フィルム７５に密着した部分がモールド樹脂３０から露出する部分となる。

続いて、センサチップ２０から支持部１２を除去する除去工程を行う。このため、タイバー１４を切断することによりリードフレーム１１から支持部１２及びリード部１０を分離する。また、仮止め接着層６３に対して熱や紫外線を与えることにより仮止め接着層６３の接着力を失わせる。熱を加える際には、Ｔｇ１以上Ｔｇ２未満の温度を加えることで仮止め接着層６３の接着力のみを確実に失わせることができる。

そして、図７に示されるように、センサチップ２０から仮止め接着層６３を剥離することにより、台座６０と支持部１２とが一体となったものをセンサチップ２０から取り外す。こうして、図１及び図２に示された半導体装置が完成する。

以上説明したように、本実施形態では、モールド樹脂３０を形成する際に、センサチップ２０の裏面２２側に台座６０を介して支持部１２を設けてセンサチップ２０を支持することが特徴となっている。これにより、センサチップ２０の裏面２２側と金型７０の下型７２との間には台座６０及び支持部１２で構成された支持装置が配置される。このため、少なくともセンサチップ２０の裏面２２側は当該支持装置によって金型７０からセンサチップ２０に過剰な応力が掛かることを抑制することができる。したがって、センサチップ２０にダメージが入ってしまうことを抑制することができる。

また、モールド樹脂３０の形成後に台座６０の仮止め接着層６３の接着力を失わせてセンサチップ２０から支持部１２を台座６０ごと剥離することが特徴となっている。これにより、センサチップ２０から容易に支持部１２を取り外すことができる。したがって、センサチップ２０から支持部１２を剥離する際にセンサチップ２０に掛かる応力を低減でき、ひいてはセンサチップ２０にダメージが入ってしまうことを抑制することができる。

そして、下型７２には支持装置を設けているために封止フィルム７５を貼り付ける必要がない。このため、少なくとも、モールド樹脂３０のうちのセンサチップ２０の裏面２２側の形状は封止フィルム７５が用いられたことによる制約を受けないようにすることができる。つまり、モールド樹脂３０のうちのセンサチップ２０の裏面２２側については、設計通りの形状を得ることができる。

さらに、封止フィルム７５はセンサチップ２０の表面２１に密着すると共にモールド樹脂３０の成形にも耐え得るものであるために非常に高価なフィルムである。このような封止フィルム７５を下型７２に貼り付けないでモールド樹脂３０を成形することができるので、コストの大きな削減に繋がる。

そして、支持部１２はリードフレーム１１の一部として形成されたものであるため、封止工程の際にセンサチップ２０に対する支持部１２の位置決めを行わなくても良いという利点がある。すなわち、センサチップ２０をリード部１０に実装したときにセンサチップ２０の一端２３側を自己整合的に支持部１２に位置させると共に台座６０に貼り付けることができる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、熱硬化性樹脂層６１が特許請求の範囲の「第１接着層」に対応する。また、弾性体層６２と仮止め接着層６３との積層構造が特許請求の範囲の「第２接着層」に対応する。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、準備工程で支持部１２に貼り付けられた台座６０は、図８に示されるように、第１接着層６４とこの第１接着層６４の上に貼り付けられた第２接着層６５とが積層されて構成されている。

第１接着層６４は支持部１２に貼り付けられている。第１接着層６４は例えば上述の熱硬化性樹脂により形成されている。第２接着層６５は第１接着層６４よりも接着力が弱い接着層である。第２接着層６５は例えばアクリル樹脂やシリコーン樹脂等で形成されている。

このように、台座６０が両面接着性を有すると共に、支持部１２に貼り付けられる第１接着層６４の接着力がセンサチップ２０を固定する第２接着層６５の接着力よりも強いという関係を満たせば、台座６０を２層の積層構造とすることもできる。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された半導体装置の構成及びその製造方法は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、センサチップ２０とリード部１０との間に回路チップが設けられていても良い。この場合、回路チップはリードフレーム１１のうち支持部１２とリード部１０との間に設けられたアイランド部に実装されるようにすれば良い。

また、第１実施形態では、封止工程において金型７０の上型７１に封止フィルム７５を貼り付けていたが、これは一例であり、上型７１に封止フィルム７５を貼り付けずにモールド樹脂３０を成形しても良い。

台座６０の構成についても上記各実施形態で示された積層構造は一例である。すなわち、少なくとも一方の面の接着力が他方の面よりも強い両面接着フィルムであれば良い。したがって、上述のように台座６０が２層や３層の積層構造で成立するのであれば、４層やそれ以上の積層構造であっても良い。

１０リード部
１１リードフレーム
１２支持部
２０センサチップ
２３一端
２４他端
２５センシング部
３０モールド樹脂
６０台座
６４第１接着層
６５第２接着層

Claims

一端（２３）を有すると共に前記一端（２３）側に物理量を検出するためのセンシング部（２５）が設けられたセンサチップ（２０）と、前記センサチップ（２０）と電気的に接続されたリード部（１０）と、を備え、
前記センサチップ（２０）のうちの前記一端（２３）側及び前記センシング部（２５）と前記リード部（１０）の一部が露出するようにモールド樹脂（３０）で封止された半導体装置の製造方法であって、
第１接着層（６４）と前記第１接着層（６４）よりも接着力が弱い第２接着層（６５）とが積層されて構成された台座（６０）のうちの前記第１接着層（６４）が貼り付けられた支持部（１２）と、前記リード部（１０）と、を含んだリードフレーム（１１）を用意する準備工程と、
前記センサチップ（２０）を用意すると共に当該センサチップ（２０）の一端（２３）側を前記台座（６０）のうちの前記第２接着層（６５）に貼り付けることにより、前記台座（６０）を介して前記センサチップ（２０）を前記支持部（１２）に固定する固定工程と、
前記リード部（１０）と前記センサチップ（２０）とを電気的に接続する電気的接続工程と、
前記センサチップ（２０）のうちの前記一端（２３）側及び前記センシング部（２５）と前記リード部（１０）の一部とが露出するように前記センサチップ（２０）及び前記リード部（１０）を前記モールド樹脂（３０）で封止する封止工程と、
前記リードフレーム（１１）から前記支持部（１２）及び前記リード部（１０）を分離し、前記センサチップ（２０）から前記第２接着層（６５）を剥離することにより前記台座（６０）と前記支持部（１２）とが一体となったものを前記センサチップ（２０）から取り外す除去工程と、
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記準備工程では、前記台座（６０）として、前記第１接着層（６４）が前記支持部（１２）に貼り付けられた熱硬化性樹脂層（６１）で構成され、前記第２接着層（６５）が前記熱硬化性樹脂層（６１）の上に貼り付けられた弾性体層（６２）とこの弾性体層（６２）に貼り付けられていると共に前記熱硬化性樹脂層（６１）よりも接着力が弱い仮止め接着層（６３）とで構成されたものを用いることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。