JP6716363B2 - 半導体パッケージ及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体パッケージ及びその製造方法に関し、より詳細には、大型のパネルスケールで薄膜配線工程及び組立工程を行なう、Panel Level Package(以下PLPという)構造を有する半導体パッケージ及びその製造方法に係るものである。
近年の電子機器の高機能化および軽薄短小化の要求に伴い、電子部品の高密度集積化、さらには高密度実装化が進んできており、これらの電子機器に使用される半導体装置は従来にも増して小型化が進んできている。
電子部品の高密度化、軽薄短小化を目的とした半導体パッケージの製造方法の例が特許文献1に記載されている。
図4に特許文献1に記載の半導体装置の基本的な構造を示すと共に、この半導体装置について以下説明する。
半導体装置20は、樹脂硬化体または金属から構成される支持板1を備えており、その一方の主面に、半導体チップ2が素子回路面(表側面)を上にして配置され、素子回路面と反対側の面(裏側面)が接着剤3により支持板1に固着されている。そして、支持板1の主面全体には、半導体チップ2の素子回路面を覆うようにして絶縁材料層4が一層だけ形成されている。この単層の絶縁材料層4の上には、銅等の導電性金属からなる配線層5が形成されており、その一部は半導体チップ2の周辺領域にまで引き出されている。また、半導体チップ2の素子回路面上に形成された絶縁材料層4には、半導体チップ2の電極パッドと配線層5とを電気的に接続する導電部(ビア部)6が形成されている。この導電部6は、配線層5と一括して形成されて一体化されている。また、配線層5の所定の位置には外部電極であるはんだボール7が複数個形成されている。さらに、絶縁材料層4の上、および半田ボール7の接合部を除く配線層5の上には、配線保護層(ソルダーレジスト層)8が形成されている。
従来のPLPの製造方法を図5に基づいて説明する。
図5に示したものは、一つのパッケージに3個の半導体チップ2が搭載されたパッケージを製造する方法の概要を示したものである。なお、実際には複数のパッケージを大サイズのパネル上に複数同時に組み立てるが、図5においては一つのパッケージのみを示している。
パッケージの製造方法は次の(A)、(B)及び(C)の工程からなる。
(A)半導体素子搭載工程(図5A参照)
樹脂硬化体又はステンレススチール若しくは42アロイ等の金属からなる支持板1の一方の主面に接着剤によって半導体素子2を素子回路面を上にして固着する。
(B)封止工程(図5B参照)
支持体1の半導体素子2の搭載面を絶縁樹脂4で封止する。
(C)配線層形成工程(図5C参照)
ビア導体6によって半導体チップ2の電極とビア接続された配線層5を形成する。
特開2010−219489号公報
図4に示した従来のPLPにおいては、支持板1が付いた状態で最終製品となっていたため、半導体チップ2の搭載率が高くなると、製造中にパネル反りが発生し、PLPの製造装置に干渉してしまうという問題がある。
また、半導体チップ2の厚みが厚く、かつ隣接する半導体チップ2間の距離が近くなると、その間に絶縁樹脂が入りこまなくなるという問題がある。そしてこの問題を改善するために樹脂材料厚を厚くすると半導体パッケージ自体の薄型化ができなくなるという問題がある。
そして、半導体チップの厚みが厚くなると、支持板1と配線層5との距離が長くなるため、支持板1と配線層5を接続するためのレーザによるビア穴明け加工、銅めっき接続が困難になるという問題がある。
本発明は、封止樹脂の体積を小さくし、半導体チップの厚みや隣接する半導体チップ間の距離が狭くても樹脂埋め込みが容易となる半導体パッケージを提供すること、及び最終製品が支持用平板を含まない薄型の半導体パッケージを提供することを目的とする。
本発明者等は、銅めっきによって形成したキャビティ部に半導体チップを埋め込んだ構造とすることにより、上記の課題を解決することができることを見出して本発明を完成した。
すなわち、本発明は以下に記載する通りの半導体パッケージ及びその製造方法に係るものである。
(1)半導体チップを受容するキャビティ部を有する銅めっきからなる支持体の前記キャビティ部内に半導体チップを収容した構造を有することを特徴とする半導体パッケージ。
(2)前記キャビティの高さは、半導体チップ搭載治具と前記キャビティ部を形成するキャビティ壁との干渉を避けるために半導体チップの高さよりも低くされている、上記(1)に記載の半導体パッケージ。
(3)半導体パッケージの外周部のキャビティ壁は、上部が広がる段差部を有しており、該段差部の高さは、半導体チップ搭載治具と前記キャビティ壁との干渉を避けるために半導体チップの高さよりも低くされている、上記(1)に記載の半導体パッケージ。
(4)支持体と、
前記支持体の一方の面に接着層を介して素子回路面を上にして搭載された半導体チップと、
前記半導体チップ及びその周辺を封止する絶縁材料層と、
前記絶縁材料層において、前記半導体チップの前記素子回路面に配置された電極上に形成された開口と、
前記半導体チップの前記電極と接続されるように前記開口内に形成された導電部と、
前記絶縁材料層上に前記導電部と接続されるように形成され、一部が前記半導体チップ
の周辺領域に延出された配線層と、
前記配線層上に形成された外部電極と
を備え、
前記支持体は、前記一方の面に半導体チップを受容するキャビティ部を有する銅めっき体からなり、半導体チップは前記キャビティ部内に収容されており、
前記支持体の他方の面に絶縁材料層を有する、
ことを特徴とする半導体パッケージ。
(5)支持用平板の一方の主面に、銅箔を積層する工程、
前記銅箔上に電気めっきにより銅めっき層を形成する工程、
前記銅めっき層上に電気めっきによってキャビティ部を形成する工程、
前記キャビティ部に半導体チップの素子回路面と反対側の面を接着剤によって固着する工程、
前記半導体チップを絶縁樹脂で樹脂封止して封止樹脂層を形成する工程、
前記半導体チップの前記素子回路面に配置された電極上の位置で、前記絶縁材料層に開口を形成する工程、
前記絶縁材料層上に一部が前記半導体チップの周辺領域に延出された配線層を形成し、かつ前記絶縁材料層の前記開口内に前記半導体チップの前記電極と接続された導電部を形成する工程、
前記配線層上に開口部を残してソルダーレジストを形成する工程、
前記開口部の配線層上に外部電極を形成する工程、
前記支持用平板を前記銅箔から分離する工程、
分離された銅箔上に絶縁材料層を形成する工程、
の各工程をこの順に含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
(6)支持用平板の一方の主面に、銅箔を積層する工程、
前記銅箔上に電気めっきにより銅めっき層を形成する工程、
前記銅めっき層上に電気めっきによってキャビティ部を形成する工程、
前記キャビティ部に半導体チップの素子回路面と反対側の面を接着剤によって固着する工程、
前記半導体チップを絶縁樹脂で樹脂封止して封止樹脂層を形成する工程、
前記半導体チップの前記素子回路面に配置された電極上の位置で、前記絶縁材料層に開口を形成する工程、
前記絶縁材料層上に一部が前記半導体チップの周辺領域に延出された配線層を形成し、かつ前記絶縁材料層の前記開口内に前記半導体チップの前記電極と接続された導電部を形成する工程、
前記配線層上に開口部を残してソルダーレジストを形成する工程、
前記開口部の配線層上に外部電極を形成する工程、
の各工程をこの順に含むことを特徴とする前記支持用平板を有する半導体パッケージの製造方法。
(7)前記キャビティ部は、レジストを用いたパターンめっきによって銅めっきを析出しない部分を形成することによって形成されることを特徴とする上記(5)又は(6)に記載の半導体パッケージの製造方法。
(8)支持用平板の両面のそれぞれに、
銅箔を積層する工程、
前記銅箔上に電気めっきにより銅めっき層を形成する工程、
前記銅めっき層上に電気めっきによってキャビティ部を形成する工程、
前記キャビティ部に半導体チップの素子回路面と反対側の面を接着剤によって固着する工程、
前記半導体チップを絶縁樹脂で樹脂封止して封止樹脂層を形成する工程、
前記半導体チップの前記素子回路面に配置された電極上の位置で、前記絶縁材料層に開口を形成する工程、
前記絶縁材料層上に一部が前記半導体チップの周辺領域に延出された配線層を形成し、かつ前記絶縁材料層の前記開口内に前記半導体チップの前記電極と接続された導電部を形成する工程、
前記配線層上に開口部を残してソルダーレジストを形成する工程、
前記開口部の配線層上に外部電極を形成する工程、
を行って支持用平板の両面のそれぞれにパッケージ部を形成し、
前記支持用平板を前記それぞれのパッケージ部の銅箔から分離して、二つのパッケージ部を得る工程、
前記二つのパッケージ部の銅箔上に絶縁材料層を形成する工程、
の各工程をこの順に含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
本発明の半導体パッケージは次の効果を奏する。
・キャビティ部を有する銅めっきからなる支持体のキャビティ部に半導体チップを収容するため、封止樹脂で封止する体積が小さくなり、半導体チップの厚みや隣接する半導体チップ間の距離が狭くても樹脂埋め込みが容易となる。
・最終製品が銅めっきからなる支持体で支持された構造となるため、通常の層間接続ビアで銅めっきからなる支持体とグランド接続し、EMIシールド効果を向上させることができる。
・半導体パッケージの最終製品が支持用平板を含まない構造とすることができるため、半導体パッケージを薄くすることができ、モバイル製品等の製品適用範囲が広がる。
図1A〜図1Dは支持用平板上にキャビティ部を有する銅めっきからなる支持体を形成する工程を示す図である。 図1E〜図1Hは銅めっきからなる支持体のキャビティ部に半導体チップを搭載して封止樹脂層を形成し、この封止樹脂層の表面に配線層を形成する工程を示す図である。 図1I〜図1Lは、配線層の表面に開口部を有するソルダーレジストを形成し、ソルダーレジストの開口部に外部電極を形成し、支持用平板と半導体パッケージとを分離して、分離した半導体パッケージの裏面に絶縁層を形成する工程を示す図である。 図2Aは支持用平板の両面に半導体パッケージ部を形成した状態を示す図であり、図2Bは支持用平板と半導体パッケージ部とを分離した状態を示す図であり、図2Cは半導体パッケージ部の一方の面に絶縁材料層を形成した状態を示す図である。 図2Aに示した半導体パッケージ部の部分拡大図である。 従来のPLPの構造を示す図である。 従来のPLPの製造工程の概略を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下の記載では実施形態を図面に基づいて説明するが、それらの図面は図解のために供されるものであり、本発明はそれらの図面に示したものに限定されるものではない。
本発明の半導体パッケージは、半導体チップを受容するキャビティ部を有する銅めっきからなる支持体の前記キャビティ部内に半導体チップを収容した構造を有することを特徴としている。
以下では、上記の構造を有する半導体パッケージの具体例を図面に基づいて説明する。
(実施形態1)
本実施形態を図1−1、図1−2、図1−3に基づいて説明する。
図1Aは支持用平板1を示す図である。支持用平板1は均一な厚さを有する平坦な板であり、絶縁樹脂を硬化させた樹脂硬化体、SUSや42アロイ等の剛性の高い金属を用いることができる。支持用平板1は、パネルに剛性を与え製造工程中の反り防止の役割を果たすので、支持用平板1の厚さは反りが発生しない程度の厚さであればよい。
また、支持用平板を最終製品に残す場合においては、支持用平板1は、スティフナ、放熱板、および電磁シールドとしての機能を果たすと共に、製造工程内においては製品搬送キャリアとしての役割をも担うので、パネルのハンドリング容易性、反り抑制、個片化の容易性の目的からステンレススチールを用いることが好ましい。
図1Bは支持用平板1上に接着層5を介して銅箔6を積層した状態を示す図である。
図1BのX部分の拡大図に示すように銅箔6は一般的なキャリア付き銅箔であり、極薄銅箔6aと銅箔キャリア6bとの2層構造となっている。
キャリア面は用途に応じて積層時に裏表変えることができ、支持用平板1を最終製品まで残す場合には銅箔キャリアをこの工程で剥してもよい。
以下では、支持用平板1を最終的に製品から剥がす場合について説明する。
図1Cは銅箔6上に電解銅めっきにより銅めっき層7を面内均一な厚さで形成した状態を示す図である。銅めっき層7は半導体チップ9を載置する面となる。
図1Dは銅めっき層7上に一般的な電気めっきによる配線形成プロセスを用いてキャビティ壁8aを形成して銅めっきからなる支持体2を形成した状態を示す図である。銅めっきからなる支持体2のキャビティ部8は銅めっきからなるキャビティ壁8aと、銅めっき層7の表面であるキャビティ底面8bとよって形成される。
一般的な電気めっきによる配線形成プロセスとは、例えば、銅めっき層7に感光性ドライフィルムレジストをラミネートし、露光、現像を施してパターニングを行い、パターニングによって形成された開口部に電気めっきによって銅めっきからなるキャビティ壁8aを形成した後、レジストを除去するプロセスである。
前記キャビティ部8の高さは、半導体チップ9の高さよりも低くすることが好ましい。
なお、本発明ではキャビティ部8の深さをキャビティの高さという。
図1Eはキャビティ部8内に半導体チップ9を搭載した状態を示す図である。
半導体チップ9の搭載は、半導体チップ9の裏面又はキャビティ部8のキャビティ底面に接着剤を塗布し、ダイアタッチ装置によって半導体チップ9をピックアップしてキャビティ底面8bに固着することによって行われる。この時、キャビティ部8の高さが半導体チップ9の高さよりも高いと半導体チップ搭載用の治具(コレット等)がキャビティ壁8aに接触する虞がある。このため、キャビティ部8の高さは、半導体チップ9の高さ以下とすることが好ましい。
図1Fは半導体チップ9を封止する絶縁樹脂からなる封止樹脂層10を形成した状態を示す図である。
封止方法としてはラミネート方式、トランスファーモールド方式、コンプレッションモールド方式等を用いることができる。
図1Gは封止樹脂層10に銅箔11を積層した状態を示す図である。
銅箔11は封止樹脂層10の表面に配線層を形成するために設けられる。しかしながら、銅箔11を用いることに代えて、封止樹脂層10の表面に無電解めっき、スパッタ、PVD等でシード層を設けたのち、電気めっきによって銅めっき膜を形成してもよい。
図1Hは封止樹脂層10の表面に配線層12を形成した状態を示す図である。
この配線層12は、例えば、銅箔11に対して必要に応じて黒化処理やエッチング処理等の前処理を施した後、レーザによる開口形成処理、デスミア処理等を施した後、一般的な電気めっきによる配線形成プロセスを用いて形成することができる。
図1Iは、配線層12上にソルダーレジスト13を形成した状態を示す図である。
熱硬化性エポキシ樹脂等の絶縁材料を用いて、半田付けが必要な配線部分だけを開口15によって露出させ、半田付けが不要な部分を絶縁材料で被覆してソルダーレジスト13を形成する。
図1Jは、開口15に外部電極である半田ボール17を形成した状態を示す図である。
図1Kは、パッケージ部20と支持用平板部21とを分離した状態を示す図である。
本実施形態では最終製品である半導体パッケージは支持用平板を有しない構造であるため、パッケージ部20と支持用平板部21とを分離する。具体的には、ソルダーレジスト13の面側から銅箔6の材料端に切り込みを入れて、極薄銅箔6aと銅箔キャリア6bとの間で分離する。
切り込みは、切断設備、銅箔貼り合せ精度を考慮して銅箔材料サイズより内側を切ることによって行う。
図1Lは支持用平板部21を分離したパッケージ部20の銅めっき層7側に付着している極薄銅箔6a上にソルダーレジスト若しくは絶縁材料層14を形成した状態を示す図である。
必要に応じて、開口部15の配線層12上に金めっき等の表面処理を実施し、個片化することで半導体パッケージ30を得ることができる。
なお、図1Bの工程において既に銅箔キャリア6bを剥した場合、すなわち、最終製品が支持用平板1を備えているものを作製する場合には、前記図1Iで示したソルダーレジスト13を形成した状態のものにおいて、必要であれば開口部15の露出している配線層12の上に金めっき等の表面処理を実施し、個片化することで支持用平板付き半導体パッケージを得ることができる。
(実施形態2)
本実施形態を図2に基づいて説明する。本実施形態は実施形態1の応用例である。
本実施形態においては、実施形態1の図1Bで示したものにおいて、支持用平板1の両面に樹脂5を介して銅箔6を積層して支持用平板部21を得る。
図2Aは、支持用平板1の両面に対して実施形態1において行ったと同様の工程を実施して支持用平板部21の両面にパッケージ部20、20’を形成した状態を示す図である。
支持用平板部21の両面にパッケージ部20、20’を形成する場合は、まず、一方の面(表側面という)のキャビティ部8に半導体チップ9を搭載して固着した後、支持用平板部21を裏返して反対の面(裏側面という)のキャビティ部8に半導体チップ9を搭載する工程が必要となる。
この場合、実施形態1におけるように、半導体チップ1の高さより低いキャビティ壁8aを有するキャビティ部16を形成すると、裏側面に半導体チップ9を搭載するとき、先に表側面に搭載した半導体チップ9の表面が装置テーブルに接触して歩留悪化の要因となる。
このため、本実施形態では半導体チップ9の高さ以上の高さを有するキャビティ16を形成する。
図3は図2Aに示したパッケージ部におけるキャビティ16の部分を拡大して示した図である。
キャビティ部16のキャビティ壁は段差部17を有しており、キャビティ部16は幅の狭いキャビティ16aと幅の広いキャビティ16bの2段構造となっている。
また、キャビティ部16aの高さは、半導体チップ搭載時の治具がキャビティ16bのキャビティ壁に干渉しない高さとし、キャビティ16bの開口サイズは半導体チップ搭載時の治具がキャビティ16bのキャビティ壁に干渉しないサイズとする。
なお、このような2段構造のキャビティ部は実施形態1のキャビティ部においても採用することができる。
図2Bは、パッケージ部20及びパッケージ部20’と支持用平板部21とを分離した状態を示す図である。
図2Cは支持用平板部21を分離したパッケージ部20及びパッケージ部20’の銅めっき層7に付着している極薄銅箔6a上にソルダーレジスト若しくは絶縁材料層14を形成した状態を示す図である。
次いで、必要に応じて、開口部15の配線層12上に金めっき等の表面処理を実施し、個片化することで半導体パッケージ30、30’を得ることができる。
本発明の半導体パッケージの利点を挙げると以下の通りである。
・半導体パッケージの最終製品が支持用平板を含まない構造とすることができるため、半導体パッケージを薄くすることができ、モバイル製品等の製品適用範囲が広がる。
・最終製品として支持用平板を剥すことができるため、半導体パッケージが薄くなっても製造中のパネル反りを抑制することができる。
・キャビティ部に半導体チップを埋め込むことができるため、絶縁樹脂で埋め込む体積が小さくなり、半導体チップ厚みや隣接する半導体チップ間の距離が狭くても樹脂埋め込みが容易になる。また、半導体チップ上の樹脂厚のばらつきが低減され、通過特性や特性インピーダンス等の電気特定に優れる。
・銅めっきでキャビティ部が形成されているため、エッチング工法とは異なり深さ方向の寸法精度が優れる。
・最終製品が銅めっき体を支持体とする構造となるため、通常の層間接続ビアで銅めっき支持板とグランド接続し、EMIシールド効果を向上させることができる。
・キャビティ構造とすることで半導体チップ厚が厚くても、銅めっきからなる支持体と配線層との距離を縮めることが可能であるため、レーザビア穴明け加工、銅めっきによる接続が容易になる。
(図1〜3について)
1 支持用平板
2 銅めっきからなる支持体
5 接着層
6 銅箔
6a 極薄銅箔
6b 銅箔キャリア
7 銅めっき層
8 キャビティ部
8a キャビティ壁
8b キャビティ底面
9 半導体チップ
10 封止樹脂層
11 銅箔
12 配線層
13 ソルダーレジスト
14 ソルダーレジスト、絶縁材料層
15 開口部
16 キャビティ部
16a キャビティ
16b キャビティ
17 外部電極、半田ボール
20、20’ パッケージ部
21 支持用平板部
30、30’ 半導体パッケージ
(図4、図5について)
1 支持板
2 半導体チップ
3 接着剤
4 絶縁材料層
5 配線層
6 導電部
7 はんだボール
20 半導体装置

Claims (5)

  1. 支持体と、
    前記支持体の一方の面に接着層を介して素子回路面を上にして搭載された半導体チップと、
    前記半導体チップ及びその周辺を封止する封止樹脂層と、
    前記封止樹脂層において、前記半導体チップの前記素子回路面に配置された電極上に形成された開口と、
    前記半導体チップの前記電極と接続されるように前記開口内に形成された導電部と、
    前記封止樹脂層上に前記導電部と接続されるように形成され、一部が前記半導体チップ
    の周辺領域に延出された配線層と、
    前記配線層上に形成された外部電極と
    を備え、
    前記支持体は、前記一方の面に半導体チップを受容するキャビティ部を有する銅めっき体からなり、前記半導体チップは前記キャビティ部内に収容されており、
    前記支持体の他方の面に絶縁材料層を有する、
    ことを特徴とする半導体パッケージ。
  2. 支持用平板の一方の主面に、銅箔を積層する工程、
    前記銅箔上に電気めっきにより銅めっき層を形成する工程、
    前記銅めっき層上に電気めっきによってキャビティ部を形成する工程、
    前記キャビティ部に半導体チップの素子回路面と反対側の面を接着剤によって固着する工程、
    前記半導体チップを絶縁樹脂で樹脂封止して封止樹脂層を形成する工程、
    前記半導体チップの前記素子回路面に配置された電極上の位置で、前記封止樹脂層に開口を形成する工程、
    前記封止樹脂層上に一部が前記半導体チップの周辺領域に延出された配線層を形成し、かつ前記封止樹脂層の前記開口内に前記半導体チップの前記電極と接続された導電部を形成する工程、
    前記配線層上に開口部を残してソルダーレジストを形成する工程、
    前記開口部の配線層上に外部電極を形成する工程、
    前記支持用平板を前記銅箔から分離する工程、
    分離された銅箔上に絶縁材料層を形成する工程、
    の各工程をこの順に含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
  3. 支持用平板の一方の主面に、銅箔を積層する工程、
    前記銅箔上に電気めっきにより銅めっき層を形成する工程、
    前記銅めっき層上に電気めっきによってキャビティ部を形成する工程、
    前記キャビティ部に半導体チップの素子回路面と反対側の面を接着剤によって固着する
    工程、
    前記半導体チップを絶縁樹脂で樹脂封止して封止樹脂層を形成する工程、
    前記半導体チップの前記素子回路面に配置された電極上の位置で、前記封止樹脂層に開口を形成する工程、
    前記封止樹脂層上に一部が前記半導体チップの周辺領域に延出された配線層を形成し、かつ前記封止樹脂層の前記開口内に前記半導体チップの前記電極と接続された導電部を形成する工程、
    前記配線層上に開口部を残してソルダーレジストを形成する工程、
    前記開口部の配線層上に外部電極を形成する工程、
    の各工程をこの順に含むことを特徴とする前記支持用平板を有する半導体パッケージの製造方法。
  4. 前記キャビティ部は、レジストを用いたパターンめっきによって銅めっきを析出しない部分を形成することによって形成されることを特徴とする請求項又はに記載の半導体パッケージの製造方法。
  5. 支持用平板の両面のそれぞれに、
    銅箔を積層する工程、
    前記銅箔上に電気めっきにより銅めっき層を形成する工程、
    前記銅めっき層上に電気めっきによってキャビティ部を形成する工程、
    前記キャビティ部に半導体チップの素子回路面と反対側の面を接着剤によって固着する工程、
    前記半導体チップを絶縁樹脂で樹脂封止して封止樹脂層を形成する工程、
    前記半導体チップの前記素子回路面に配置された電極上の位置で、前記封止樹脂層に開口を形成する工程、
    前記封止樹脂層上に一部が前記半導体チップの周辺領域に延出された配線層を形成し、かつ前記封止樹脂層の前記開口内に前記半導体チップの前記電極と接続された導電部を形成する工程、
    前記配線層上に開口部を残してソルダーレジストを形成する工程、
    前記開口部の配線層上に外部電極を形成する工程、
    を行って支持用平板の両面のそれぞれにパッケージ部を形成し、
    前記支持用平板を前記それぞれのパッケージ部の銅箔から分離して、二つのパッケージ部を得る工程、
    前記二つのパッケージ部の銅箔上に絶縁材料層を形成する工程、
    の各工程をこの順に含むことを特徴とする半導体パッケージの製造方法。
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