JP6561940B2 - 半導体センサ及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体センサ及びその製造方法に関する。
従来より、半導体チップの一部が露出するように半導体チップがモールド樹脂部で被覆された構造が、例えば特許文献1で提案されている。この構成は、次のように製造することができる。まず、半導体チップを用意する。また、上型と下型とで空間部を構成する金型を用意する。上型は当該上型のうち半導体チップの露出部の周囲に対応する部分が突出した突出部を有している。
続いて、上型のうち下型に対向する面の全体にフィルムを貼り付ける。また、半導体チップを下型に乗せる。そして、上型と下型とを組み合わせると共に、上型に貼り付いたフィルムのうち突出部の先端に対応する部分を半導体チップに接触させる。この状態で金型の空間部にモールド樹脂部を流し込んで硬化する。
この後、モールド樹脂部及び半導体チップからフィルムを剥がす。これにより、半導体チップのうちフィルムが接触した部分及び当該接触部分に囲まれた部分がモールド樹脂部から露出した構造が得られる。
特開2015−4557号公報
上記従来の技術では、フィルムのうち半導体チップに接触する部分は一部であるが、フィルムは上型のうち下型に対向する面の全体に貼り付けられている。そこで、上型のうち半導体チップの露出部に対応する部分だけにフィルムを貼り付けることが考えられる。
しかし、上型の形状によっては、フィルムが上型に密着する部分と上型から離れた部分とが発生する。このため、フィルムの端部と上型とに隙間が発生し、この隙間にモールド樹脂部が侵入してしまう。したがって、上型の全体にフィルムを貼り付けなければならず、フィルムの無駄が多いという問題がある。
本発明は上記点に鑑み、半導体チップの一部が露出するように半導体チップがモールド樹脂部で被覆された構成を製造するに際し、上型に貼り付けるフィルムの使用量を少なくすることができる半導体センサの製造方法を提供することを第1の目的とする。また、当該半導体センサを提供することを第2の目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、金属製の板状のアイランド部(111)と、表面(121)、側面(122)、及び裏面(123)を有する板状であり、裏面がアイランド部に実装され、表面を構成する第1領域(124)及び第1領域に連結された第2領域(125)のうちの第1領域側に物理量を検出するセンシング部(126)が設けられた半導体チップ(120)と、第1領域が露出するようにアイランド部の一部及び半導体チップの第2領域及び側面を被覆したモールド樹脂部(140)と、を備えた半導体センサの製造方法であって、以下の各工程を行う。
まず、ゲート部(113)とアイランド部とが連結されていると共にゲート部に貫通孔(114)が設けられた金属製の板状のリードフレーム(110)と、半導体チップと、を用意し、リードフレームのうちアイランド部に対応する部分に半導体チップを実装する(実装工程)。
次に、第1領域と第2領域との連結方向において、第1領域と第2領域との境界(128)から第1領域側の第1空間部(230)と、境界から第2領域側の第2空間部(240)と、を構成する金型(200)として、モールド樹脂部を導入するための導入部(211)を有する下型(210)と、下型に組み合わされる上型(220)と、を用意する(準備工程)。
続いて、上型において下型に対向する壁面(225)のうちの第1空間部側に部分的にフィルム(300)を貼り付ける(貼り付け工程)。
次に、導入部の上部に貫通孔が位置するようにリードフレームを下型に配置すると共に、上型に貼り付けたフィルムの一部を半導体チップの第1領域及びリードフレームに接触させて下型と上型とを組み付けることにより、第1空間部及び第2空間部を構成する(型締め工程)。
型締め工程の後、導入部から貫通孔を介して第1空間部に樹脂材料(143)を注入すると共に、第1空間部を介して第2空間部に樹脂材料を注入して樹脂材料を硬化することによりモールド樹脂部を形成する(樹脂成形工程)。
樹脂成形工程の後、モールド樹脂部から金型及びフィルムを外す(離型工程)。離型工程の後、モールド樹脂部のうちゲート部を含んだ先端部(144)を切断する(切断工程)。
そして、準備工程では、上型として、壁面のうち半導体チップの側面に対向する部分において最も第2空間部側の位置に、半導体チップを挟むように突出すると共に、側面と上型との隙間(231)の間隔を狭くする一対の凸部(224)が設けられたものを用意する。
また、樹脂成形工程では、一対の凸部によって第1空間部から第2空間部への樹脂材料の流れを滞らせることにより、第1空間部に樹脂材料を充填することによってフィルムのうち第1空間部に対応する部分の全体を上型に密着させた後に第2空間部に樹脂材料を充填する。
上記の製造方法によると、第2空間部よりも先に第1空間部を樹脂材料で充填するので、フィルムのうち第2空間部側の端部(310)と上型とに隙間(227)が発生していても、当該隙間が無くなる。これにより、当該隙間に樹脂材料が入り込むことを防止することができる。また、上型の壁面のうち第1空間部及び第2空間部に対応する領域全体にフィルムを貼り付ける必要がない。したがって、上型に貼り付けるフィルムの使用量を少なくすることができる。
請求項5に記載の発明では、半導体センサは、金属製の板状のアイランド部(111)と、表面(121)、側面(122)、及び裏面(123)を有する板状であり、裏面がアイランド部に実装され、表面を構成する第1領域(124)及び第1領域に連結された第2領域(125)のうちの第1領域側に物理量を検出するセンシング部(126)が設けられた半導体チップ(120)と、第1領域が露出するようにアイランド部の一部及び半導体チップの第2領域及び側面を被覆したモールド樹脂部(140)と、を備えている。
そして、モールド樹脂部は、半導体チップの第2領域を被覆する部分のうち第1領域と第2領域との境界(128)に接触する接触部(142)に、第1領域と第2領域との連結方向において第1領域から離れる方向に湾曲状に凹んだ凹部(141)を有する。
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。
本発明の第1実施形態に係る半導体センサの断面図である。 半導体センサにおける第1領域と第2領域との境界付近の拡大断面図である 準備工程、貼り付け工程、及び型締め工程を説明するための断面図である。 樹脂成形工程を説明するための平面図である。 図4のV−V断面図である。 図4のVI−VI断面図である。 樹脂成形工程を説明するための断面図である。 樹脂成形工程において、フィルムの端部付近の拡大断面図である。 離型工程を説明するための断面図である。 比較例を説明するための平面図である。 図10のXI−XI断面図である。 図10のXII−XII断面図である。 第1実施形態の変形例を説明するための断面図である。 第2実施形態に係る上型を示した断面図である。 第2実施形態に係る樹脂成形工程を説明するための断面図である。 第2実施形態に係る樹脂成形工程によって形成されたモールド樹脂部を示した断面図である。
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。本実施形態に係る半導体センサは、例えば、圧力センサ、流量センサ、あるいは加速度センサ等の物理量センサとして構成されている。
図1に示されるように、半導体センサ100は、リードフレーム110、半導体チップ120、回路チップ130、及びモールド樹脂部140を備えて構成されている。
リードフレーム110は、半導体チップ120及び回路チップ130の固定部、及び、回路チップ130と外部とを電気的に接続するための端子として機能する金属製の板状の部品である。リードフレーム110は、第1アイランド部111、第2アイランド部112、及び図示しない複数の端子を有している。
第1アイランド部111は、半導体チップ120が実装された部品である。第2アイランド部112は、半導体チップ120の一部及び回路チップ130が実装された部品である。また、複数の端子は、回路チップ130と外部とを接続するための部品である。複数の端子は、一部がモールド樹脂部140から露出するようにモールド樹脂部140にインサート成形されている。
半導体チップ120は、表面121、側面122、及び裏面123を有する板状の半導体基板を元に形成されている。半導体チップ120は、裏面123の一部がフィルム150によって第1アイランド部111に実装されていると共に、裏面123の他の一部が接着剤160によって第2アイランド部112に実装されている。
また、半導体チップ120は、表面121を構成する第1領域124及び第1領域124に連結された第2領域125のうちの第1領域124側に物理量を検出するセンシング部126を有している。物理量として圧力や流量を検出する場合、センシング部126は半導体チップ120の一部が薄肉化されたダイヤフラムに形成されている。物理量として加速度を検出する場合、センシング部126は例えばMEMS構造として構成されている。
回路チップ130は、半導体チップ120から入力した検出信号に対して予め設定された演算を行うための信号処理回路を備えている。回路チップ130は、接着剤160によって第2アイランド部112に実装されている。
半導体チップ120及び回路チップ130には、図示しないパッドが複数形成されている。また、各パッドに接合されたボンディングワイヤ127によって半導体チップ120と回路チップ130とが電気的に接続されている。回路チップ及び端子も図示しないボンディングワイヤによって電気的に接続されている。
モールド樹脂部140は、半導体チップ120の表面121のうち第1領域124が露出するように、リードフレーム110の一部、半導体チップ120の第2領域125及び側面122、回路チップ130を被覆した部品である。モールド樹脂部140の樹脂材料として、例えばエポキシ樹脂等が採用される。
また、図2に示されるように、モールド樹脂部140は、凹部141を有している。凹部141は、モールド樹脂部140において半導体チップ120の第2領域125を被覆する部分のうち第1領域124と第2領域125との境界128に接触する接触部142に設けられている。凹部141は、第1領域124と第2領域125との連結方向において第1領域124から離れる方向に湾曲状あるいはR形状に凹んだ形状に構成されている。
モールド樹脂部140の凹部141は、モールド樹脂部140を形成する際に必ず形成される。これについては半導体センサ100の製造工程で詳しく説明する。なお、図1では凹部141を省略している。以上が、本実形態に係る半導体センサ100の全体構成である。
次に、半導体センサ100の製造方法について説明する。まず、実装工程を行う。図3及び図4に示されるように、ゲート部113、各アイランド部111、112、及び端子が設けられたリードフレーム110を用意する。ゲート部113は第1アイランド部111に連結されている。ゲート部113は貫通孔114を有している。貫通孔114は、樹脂材料143を通過させる通路である。
また、半導体チップ120を用意する。そして、リードフレーム110のうち各アイランド部111、112に対応する部分に半導体チップ120を実装する。同様に、リードフレーム110のうち第2アイランド部112に対応する部分に回路チップ130を実装する。さらに、ワイヤボンディングを行う。
続いて、金型200を用意する準備工程を行う。金型200は、下型210と、下型210に組み合わされる上型220と、を有して構成されている。図3に示されるように、下型210と上型220とが組み合わされることにより、金型200は第1空間部230及び第2空間部240を構成する。
下型210は、モールド樹脂部140を導入するための導入部211、第1アイランド部111が配置される配置部212、及び第2空間部240を構成する窪み部213を有している。本実施形態では、導入部211はサイドゲートとして構成されている。
上型220は、第1空間部230に繋げられた吸着孔221、第1空間部230を構成する段差部222、及び第2空間部240を構成する窪み部223を有している。吸着孔221は、上型220にフィルム300を吸着するための排気孔である。フィルム300は、半導体チップ120の第1領域124と上型220との間に介在させられる緩衝材である。
また、図4に示されるように、上型220は、一対の凸部224を有している。一対の凸部224は、上型220において下型210に対向する壁面225のうち半導体チップ120の側面122に対向する部分において最も第2空間部240側の位置に設けられている。なお、図4ではフィルム300を省略している。
一対の凸部224は、半導体チップ120を挟むように壁面225から突出している。一対の凸部224は、半導体チップ120の側面122と上型220の壁面225との隙間231の間隔を狭くするための部分である。
次に、上型220にフィルム300を貼り付ける貼り付け工程を行う。具体的には、上型220の壁面225のうちの第1空間部230側に部分的にフィルム300を貼り付ける。つまり、上型220の壁面225のうち段差部222を構成する部分にフィルム300を貼り付ける。上型220の壁面225のうち窪み部223側にはフィルム300を貼り付けない。
図3に示されるように、上型220には段差部222の形状に起因した隅部226が設けられている。このような隅部226にはフィルム300を貼り付けにくい。このため、フィルム300と上型220とに隙間227が発生しやすくなっている。
この後、型締め工程を行う。具体的には、導入部211の上部に貫通孔114が位置するようにリードフレーム110の第1アイランド部111を下型210の配置部212に配置する。また、上型220に貼り付けたフィルム300の一部を半導体チップ120の第1領域124、リードフレーム110のゲート部113及び第1アイランド部111に接触させる。そして、下型210と上型220とを組み付けることにより、金型200に第1空間部230及び第2空間部240を構成する。
第1空間部230は、第1領域124と第2領域125との連結方向において、半導体チップ120の第1領域124と第2領域125との境界128から第1領域124側の空間である。第1空間部230は、リードフレーム110のゲート部113及び第1アイランド部111、半導体チップ120の側面122、及び上型220の段差部222によって囲まれた空間である。
一方、第2空間部240は、上記の連結方向において、境界128から第2領域125側の空間である。第2空間部240は、下型210の窪み部213及び上型220の窪み部223によって囲まれた空間である。フィルム300の端部310は、半導体チップ120の各領域124、125の境界128に位置していると共に、第2空間部240に露出している。
次に、モールド樹脂部140を形成する樹脂成形工程を行う。まず、吸着孔221を介して排気を行うことでフィルム300を上型220に吸着する。また、図4及び図5に示されるように、下型210の導入部211から貫通孔114を介して第1空間部230に樹脂材料143を注入する。第2空間部240には第1空間部230を介して樹脂材料143を注入する。
樹脂材料143の注入の際、第1空間部230から第2空間部240への樹脂材料143の流れが一対の凸部224によって滞る。このため、図6に示されるように、樹脂材料143が第1空間部230に埋まっていくと共に、フィルム300を上型220に押し付ける。したがって、フィルム300と上型220との隙間227が無くなる。このように、第2空間部240よりも先に第1空間部230に樹脂材料143を充填することによって、フィルム300のうち第1空間部230に対応する部分の全体を上型220に密着させる。
この後、樹脂材料143が第1空間部230から第2空間部240に流れると共に、第2空間部240に埋まっていく。これにより、図7に示されるように、第1空間部230及び第2空間部240に樹脂材料143を充填する。そして、樹脂材料143を硬化することにより、モールド樹脂部140を形成する。
ここで、フィルム300は上型220と半導体チップ120とに挟まれて圧縮されている。このため、図8に示されるように、フィルム300が弾性変形して端部310が第2空間部240側に押し出されている。具体的には、フィルム300の端部310が連結方向において第2領域125側に湾曲状あるいはR形状に突出した形状になっている。これに伴い、樹脂材料143が第2空間部240を埋めていく際に、フィルム300の端部310に接触する部分が当該端部310の形状を承継した形状になる。すなわち、モールド樹脂部140の凹部141となる。
このように、フィルム300の端部310が曲面状に変形しているので、第2空間部240に注入された樹脂材料143が当該端部310を第1空間部230側に押す際に、当該端部310の表面に発生する応力を低減することができる。
続いて、図9に示されるように、モールド樹脂部140から金型200及びフィルム300を外す離型工程を行う。この後、モールド樹脂部140のうちゲート部113を含んだ先端部144を切断する切断工程を行う。つまり、ゲートブレークを行う。先端部144の切断と同時に、リードフレーム110のダムバー等の不要な部分を切断しても良い。こうして、半導体センサ100が完成する。
次に、樹脂材料143の注入方法の比較例として、第1空間部230よりも先に第2空間部240から樹脂材料143を注入する場合について説明する。金型200は、第2空間部240に通じる図示しない導入部を有している。
この場合、図10及び図11に示されるように、樹脂材料143がリードフレーム110の端子側から第2空間部240に埋まっていく。しかし、図12に示されるように、上型220の隅部226においてフィルム300と上型220との隙間227が発生していると、第2空間部240からこの隙間227に樹脂材料143が入り込んでしまう。したがって、第2空間部240から第1空間部230に樹脂材料143を注入する方法は採用できない。
これに対し、本実施形態では、第2空間部240よりも先に第1空間部230を樹脂材料143で充填する方法を採用している。このため、フィルム300のうち第2空間部240側の端部310と上型220とに隙間227が発生していても、当該隙間227が樹脂材料143に押されて無くなる。したがって、当該隙間227に樹脂材料143が入り込むことを防止することができる。
以上のように、隙間227が無くなることから、上型220の壁面225のうち第2空間部240に対応する領域にフィルム300を貼り付ける必要がない。すなわち、上型220の壁面225の全体にフィルム300を貼り付けなくても良い。したがって、上型220に貼り付けるフィルム300の使用量を少なくすることができる。
下型210の変形例として、図13に示されるように、下型210の導入部211がトップゲートとして構成されていても良い。これにより、導入部211から貫通孔114を介して第1空間部230に樹脂材料143を導入するまでの経路を短くすることができる。
貫通孔114の変形例として、貫通孔114の数は1つに限られない。また、貫通孔114の平面形状は四角形状に限られない。
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、第1アイランド部111が特許請求の範囲の「アイランド部」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、準備工程において、図14に示されるように、突出部227を有する上型220を用意する。突出部227は、上型220の壁面225のうちゲート部113に対向する部分が第1アイランド部111に対向する段差部222よりも突出した部分である。
そして、図15に示されるように、当該上型220を用いて樹脂成形工程を行う。上型220の突出部227によって、第1空間部230のうちゲート部113側の空間の高さが、第1アイランド部111側の空間の高さよりも低くなる。空間の高さとは、下型210と上型220とでリードフレーム110を挟む方向の幅に対応する。したがって、図16に示されるように、モールド樹脂部140のうちゲート部113に対応する部分の厚みを第1アイランド部111に対応する部分の厚みよりも薄く形成することができる。
この後の切断工程では、モールド樹脂部140のうち厚みが異なる位置で先端部144を切断する。モールド樹脂部140のうちゲート部113に対応する部分の厚みが第1アイランド部111に対応する部分の厚みよりも薄いので、モールド樹脂部140の段差の隅部145に切断の応力を集中させることができる。したがって、先端部144の切断時にモールド樹脂部140の損傷を防ぐことができる。
(他の実施形態)
上記各実施形態で示された半導体センサ100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、半導体センサ100は第2アイランド部112や回路チップ130を備えない構成でも良い。また、モールド樹脂部140も他の形状でも良い。モールド樹脂部140の形状に応じて金型200を適宜用意すれば良い。
110 リードフレーム、111 第1アイランド部、113 ゲート部、114 貫通孔、120 半導体チップ、121 表面、122 側面、123 裏面、124 第1領域、125 第2領域、126 センシング部、128 境界、140 モールド樹脂部、143 樹脂材料、144 先端部、200 金型、210 下型、211 導入部、220 上型、224 凸部、225 壁面、230 第1空間部、231 隙間、240 第2空間部、300 フィルム

Claims (5)

  1. 金属製の板状のアイランド部(111)と、
    表面(121)、側面(122)、及び裏面(123)を有する板状であり、前記裏面が前記アイランド部に実装され、前記表面を構成する第1領域(124)及び前記第1領域に連結された第2領域(125)のうちの前記第1領域側に物理量を検出するセンシング部(126)が設けられた半導体チップ(120)と、
    前記第1領域が露出するように前記アイランド部の一部及び前記半導体チップの前記第2領域及び前記側面を被覆したモールド樹脂部(140)と、
    を備えた半導体センサの製造方法であって、
    ゲート部(113)と前記アイランド部とが連結されていると共に前記ゲート部に貫通孔(114)が設けられた金属製の板状のリードフレーム(110)と、前記半導体チップと、を用意し、前記リードフレームのうち前記アイランド部に対応する部分に前記半導体チップを実装する実装工程と、
    前記第1領域と前記第2領域との連結方向において、前記第1領域と前記第2領域との境界(128)から前記第1領域側の第1空間部(230)と、前記境界から前記第2領域側の第2空間部(240)と、を構成する金型(200)として、前記モールド樹脂部を導入するための導入部(211)を有する下型(210)と、前記下型に組み合わされる上型(220)と、を用意する準備工程と、
    前記上型において前記下型に対向する壁面(225)のうちの前記第1空間部側に部分的にフィルム(300)を貼り付ける貼り付け工程と、
    前記導入部の上部に前記貫通孔が位置するように前記リードフレームを前記下型に配置すると共に、前記上型に貼り付けた前記フィルムの一部を前記半導体チップの前記第1領域及び前記リードフレームに接触させて前記下型と前記上型とを組み付けることにより、前記第1空間部及び前記第2空間部を構成する型締め工程と、
    前記型締め工程の後、前記導入部から前記貫通孔を介して前記第1空間部に樹脂材料(143)を注入すると共に、前記第1空間部を介して前記第2空間部に前記樹脂材料を注入して前記樹脂材料を硬化することにより前記モールド樹脂部を形成する樹脂成形工程と、
    前記樹脂成形工程の後、前記モールド樹脂部から前記金型及び前記フィルムを外す離型工程と、
    前記離型工程の後、前記モールド樹脂部のうち前記ゲート部を含んだ先端部(144)を切断する切断工程と、
    を含み、
    前記準備工程では、前記上型として、前記壁面のうち前記半導体チップの前記側面に対向する部分において最も前記第2空間部側の位置に、前記半導体チップを挟むように突出すると共に、前記側面と前記上型との隙間(231)の間隔を狭くする一対の凸部(224)が設けられたものを用意し、
    前記樹脂成形工程では、前記一対の凸部によって前記第1空間部から前記第2空間部への前記樹脂材料の流れを滞らせることにより、前記第1空間部に前記樹脂材料を充填することによって前記フィルムのうち前記第1空間部に対応する部分の全体を前記上型に密着させた後に前記第2空間部に前記樹脂材料を充填する半導体センサの製造方法。
  2. 前記準備工程では、前記下型として、前記導入部がサイドゲートとして構成されたものを用意する請求項1に記載の半導体センサの製造方法。
  3. 前記準備工程では、前記下型として、前記導入部がトップゲートとして構成されたものを用意する請求項1に記載の半導体センサの製造方法。
  4. 前記準備工程では、前記上型として、前記ゲート部に対向する部分が前記アイランド部に対向する部分よりも突出した突出部(227)を有するものを用意し、
    前記樹脂成形工程では、前記突出部によって前記モールド樹脂部のうち前記ゲート部に対応する部分の厚みを前記アイランド部に対応する部分の厚みよりも薄く形成し、
    前記切断工程では、前記モールド樹脂部のうち厚みが異なる位置で前記先端部を切断する請求項1ないし3のいずれか1つに記載の半導体センサの製造方法。
  5. 金属製の板状のアイランド部(111)と、
    表面(121)、側面(122)、及び裏面(123)を有する板状であり、前記裏面が前記アイランド部に実装され、前記表面を構成する第1領域(124)及び前記第1領域に連結された第2領域(125)のうちの前記第1領域側に物理量を検出するセンシング部(126)が設けられた半導体チップ(120)と、
    前記第1領域が露出するように前記アイランド部の一部及び前記半導体チップの前記第2領域及び前記側面を被覆したモールド樹脂部(140)と、
    を備え、
    前記モールド樹脂部は、前記半導体チップの前記第2領域を被覆する部分のうち前記第1領域と前記第2領域との境界(128)に接触する接触部(142)に、前記第1領域と前記第2領域との連結方向において前記第1領域から離れる方向に湾曲状に凹んだ凹部(141)を有する半導体センサ。
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