JP6913993B2

JP6913993B2 - 半導体装置用基板、半導体装置の製造方法

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Publication number: JP6913993B2
Application number: JP2020150534A
Authority: JP
Inventors: 佑也五郎丸; 達也古賀; 真幸林田
Original assignee: Maxell Holdings Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2020-09-08
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2036-08-05
Also published as: JP2020198454A

Description

本発明は、母型上にダイパッドおよび／またはリードを備える半導体装置用基板、該半導体装置用基板を用いた半導体装置の製造方法に関する。

ダイパッドやリードとなる金属部が形成された半導体装置用基板を準備し、該半導体装置用基板上に半導体素子を搭載して配線等の処理後、半導体素子や配線のある金属部の表面側を封止樹脂で封止し、金属部が底部に一部露出した構成とされる半導体装置は、その高さを低くして省スペース化が図れ、小型の半導体装置の分野で利用が進んでいる。こうした半導体装置は、主に、母型上にダイパッドやリードとなる金属部をめっき（電鋳）により半導体装置の所望個数分まとめて形成し、半導体素子が搭載され配線等の処理を経た金属部の表面側を封止樹脂で封止した後、母型のみを除去し、一体にまとまった状態の多数の半導体装置を個別に切り分ける、といった製造過程を経て製造されており、このような半導体装置の製造方法が特許文献１に開示されている。

特開２００４−２１４２６５号公報

近年、半導体装置の更なる小型化が要求されており、この要求に対応するためには、ダイパッドやリードとなる金属部の微小化が必要となる。しかしながら、ダイパッドやリードとなる金属部を微小化すれば、金属部と封止樹脂との接触面積が小さくなることによって密着力が弱まり、母型除去時に、金属部のズレやヌケが発生するおそれがある。

本発明の目的は、上記課題を解消するためになされたものであり、金属部のズレやヌケの発生を防止できる半導体装置用基板、並びにこの半導体装置用基板を用いる半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明は、装置底面に露出するリード３またはダイパッド４となる金属部が母型２０上に形成された半導体装置用基板であって、母型２０は最表層となる第１基材２０ａを含む複数の基材が積層形成されたものであり、金属部が形成されている側の第１基材２０ａ表面の密着性より各基材間の密着性が弱い構成であることを特徴とする。これは、金属部が形成されている側の第１基材２０ａ表面に比べて各基材間の密着性を弱く設定することで実現できる。また、母型２０は第１基材２０ａと第２基材２０ｂとが積層形成されており、第２基材２０ｂ上に第１基材２０ａがめっき形成されていることを特徴とする。また、第２基材２０ｂがステンレスからなり、第１基材２０ａがニッケルからなることを特徴とする。

また本発明は、装置底面に露出するリード３またはダイパッド４となる金属部が母型２０上に形成された半導体装置用基板の製造方法であって、最表層となる第１基材２０ａを含む複数の基材を積層して母型２０を形成する工程と、母型２０の第１基材２０ａ表面に、金属部を形成するためのレジストパターン層２５を形成する工程と、レジストパターン層２５から露出する第１基材２０ａ表面に、金属部を形成する工程と、レジストパターン
層２５を除去する工程とを有することを特徴とする。また、母型２０はステンレスからなる第２基材２０ｂ上に、ニッケルめっきにより第１基材２０ａを積層形成したことを特徴とする。

また本発明は、半導体素子２と、該半導体素子２と接続されるリード３または半導体素子２が載置されるダイパッド４となる金属部とが樹脂により封止され、底面に金属部が露出する半導体装置の製造方法であって、最表層となる第１基材２０ａを含む複数の基材を積層して母型２０を形成する工程と、母型２０の第１基材２０ａ表面に、金属部を形成するためのレジストパターン層２５を形成する工程と、レジストパターン層２５から露出する第１基材２０ａ表面に、金属部を形成する工程と、レジストパターン層２５を除去する工程と、金属部上に、半導体素子２を搭載するとともに、半導体素子２と金属部とを電気的に接続する工程と、半導体素子２及び金属部を樹脂で封止して樹脂封止体７を形成する工程と、樹脂封止体７から母型２０を除去する工程を有し、母型２０を除去する工程においては、金属部が形成されている第１基材２０ａを除く基材を除去した後に、第１基材２０ａを除去することを特徴とする。また、母型２０はステンレスからなる第２基材２０ｂ上に、ニッケルめっきにより第１基材２０ａを積層形成したものであり、第２基材２０ｂは剥離除去することを特徴とする。

本発明によれば、最表層となる第１基材を含む複数の基材が積層形成された母型上に、リードまたはダイパッドとなる金属部を形成した半導体装置用基板を用いることにより、生産性、信頼性に優れた半導体装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る半導体装置用基板の断面図である。本発明の第１実施形態に係る半導体装置の断面図及び斜視図である。本発明の第１実施形態に係る半導体装置用基板の製造方法を説明するための図である。本発明の第１実施形態に係る半導体装置用基板の製造方法を説明するための図である。本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。本発明の第１実施形態の他実施例に係る半導体装置用基板の断面図である。

（第１実施形態）図１乃至図５に本発明の第１実施形態に係る半導体装置用基板及び半導体装置を示す。図１は、本実施形態に係る半導体装置用基板の断面図である。図２（ａ）は、本実施形態に係る半導体装置の断面図であり、図２（ｂ）は、本実施形態に係る半導体装置の斜視部である。

半導体装置用基板１０は、母型２０上にリード３やダイパッド４となる金属部が形成されたものである。そして、半導体装置１は、この半導体装置用基板１０を用いて製造されるリードレス表面実装型であり、半導体素子２と、この半導体素子２が載置されるダイパッド４と、半導体素子２を囲むように配されたリード３と、半導体素子２の上面に形成された電極５とリード３とを電気的に接続するワイヤ６とを有し、これら半導体素子２、リード３、ダイパッド４およびワイヤ６はエポキシ樹脂などの樹脂により封止され、全体としてブロック形状に形成された樹脂封止体７が構成され、底面側には、ダイパッド４とリード３とが露出している。本実施形態では、図１及び図２に示すように、１つの半導体素子２と、６つ（複数個）のリード３と、１つのダイパッド４とを有し、樹脂により封止されている。なお、ダイパッド４はない構成であっても良く、その場合は、半導体素子２とリード３とがフリップチップボンディングなどにて接続される。

母型２０は、最表層となる第１基材２０ａを含む複数の基材が積層して構成され、図１に示すように、第２基材２０ｂ上に第１基材２０ａを積層してなるものである。この第１基材２０ａおよび第２基材２０ｂは、ステンレス、アルミニウム、ニッケル、銅などの金属で形成されており、第１基材２０ａと第２基材２０ｂとは、同一金属で構成されても良いし、異なる金属で構成されても良い。第１基材２０ａとしては、この表面に形成される第１金属層１２が拡散しがたい基材を用いることが好ましい。ここで、後述する半導体装置の製造方法における母型除去工程、特に、母型２０を剥離除去する場合において、リード３やダイパッド４のズレやヌケを防止できる母型２０の構成について説明すると、第１基材２０ａは第２基材２０ｂより薄く形成すると良い。具体的には、第１基材２０ａの厚さは１０〜３０μｍ、第２基材２０ｂの厚さは１００〜５００μｍが好ましい。また、第１基材２０ａは第２基材２０ｂより柔らかい材質で形成すると良い。例えば、第２基材２０ｂがステンレスからなり第１基材２０ａがニッケルからなるもの、第２基材２０ｂがニッケルからなり第１基材２０ａが銅からなるものなどが挙げられる。また、第２基材２０ｂ表面に剥離処理を施した上で第１基材２０ａを形成すると良い。この剥離処理としては、酸化膜や有機膜などの形成が挙げられる。また、第１基材２０ａと第２基材２０ｂとをレジストや接着剤などの樹脂を介して接合すると良い。この場合、突弧面あるいは凹弧面どうしが対向する状態で接合することで、第１基材２０ａおよび第２基材２０ｂの二次元ないしは三次元曲面状の反りが相殺され、母型２０を平坦状に形成することができるので、この母型２０上に形成されるリード３やダイパッド４の平坦度を向上でき、半導体装置の信頼性を向上できる。なお、第１基材２０ａと第２基材２０ｂとをレジストや接着剤などの樹脂を介して接合した場合の母型２０の除去方法は、引き剥がしによる剥離除去や処理液を用いた溶解除去にて行うが、第１基材２０ａと第２基材２０ｂとをレジストを介して接合した場合は、第１基材２０ａから第２基材２０ｂを剥離除去し難いので、第１基材２０ａおよび／または第２基材２０ｂの表面にレジストを形成した後に半露光を行うと良い。このように、母型２０として上述したような構成が挙げられるが、第１基材２０ａと第２基材２０ｂに求められる機能としては、リード３やダイパッド４となる金属部が形成される第１基材２０ａは、高強度や柔軟性を備えたものが良く、第１基材２０ａが積層形成される第２基材２０ｂは、可撓性やコシを備えたものが良い。

リード３とダイパッド４は、単層あるいは複数の層が積層して構成され、本実施形態では、第１金属層１２、第２金属層１４、第３金属層層１６を下方側から順に積層してなるものである。第１金属層１２は、金・銀・パラジウム・スズ・ハンダなど導電性やはんだぬれに優れた金属からなり、０．０１〜１μｍ程度の厚さで形成されている。第２金属層１４は、ニッケル・銅・これら各金属の合金などからなり、２０〜１００μｍ程度の厚さで形成されている。第３金属層１６は、金・銀・パラジウム・白金などの金属からなり、０．０１〜１μｍ程度の厚さで形成されている。なお、ダイパッド４においては、第３金属層１６を形成しなくても良い。

図３は、上記半導体装置用基板の製造方法を工程ごとに示している。まず、図３（ａ）に示すごとく、ステンレスからなる第２基材２０ｂ上にニッケルめっきにより第１基材２０ａを積層形成した母型２０上に、アルカリタイプの感光性レジストを熱圧着などの方法でラミネートしてレジスト層２１を形成し、母型２０の一面側のレジスト層２１上に所定パターン２２を有するパターンフィルム２３（ガラスマスク）を配した状態で紫外線の照射による露光を行った後、現像処理を行うことで、図３（ｂ）に示すように、母型２０の一面側にレジスト体２５ａを有するレジストパターン層２５を得る。なお、レジストパターン層２５は、パターンフィルム２３（ガラスマスク）を用いずに、直接描画にて形成するようにしても良い。

次いで、図３（ｃ）に示すごとく、母型２０の一面側の第１基材２０ａにめっきを施す
ことにより、リード３及びダイパッド４を形成する。

このダイパッド４及びリード３の形成工程について具体的に説明すると、まず、図４（ａ）に示すごとく、母型２０の第１基材２０ａのレジストパターン層２５で覆われていない露出面に対し、めっき前処理（酸浸漬、陰極電解、化学エッチング、ストライクめっきなど）や剥離処理を行った後、係る露出面に０．０５〜１μｍ厚で金をめっき成長させて、第１金属層１２を形成する。本実施形態のように、母型２０（第１基材２０ａ）上に金の薄層（第１金属層１２）をめっき成長させる場合、金めっきの成長不良や付着不良の発生を事前に防止する目的で、上記めっき前処理を適宜行い、母型２０（第１基材２０ａ）上の不活性膜を除去しているが、母型２０（第１基材２０ａ）やめっき金属（第１金属層１２）の材質や厚さによって、上記めっき前処理を適宜選択して行ったり、省略したりする。剥離処理も同様である。なお、母型２０の露出面にめっき前処理として化学エッチングを行った場合、その露出面は粗面となるとともに、化学エッチングされた分だけ凹み形状となる。

次いで、図４（ｂ）に示すごとく、上記第１金属層１２の表面に２０〜８０μｍ厚でニッケルをめっき（電鋳）して、第２金属層１４を積層形成する。なお、本工程において、第２金属層１４をレジストパターン層２５の厚みを越えてめっき（電鋳）形成することで、ダイパッド４及びリード３の上端部周縁に張出部を形成することができる。

次いで、図４（ｃ）に示すごとく、後述のワイヤボンディング時の結着力を向上させるために、第２金属層１４の表面に１．０〜２．５μｍ厚で銀をめっき成長させて、第３金属層１６を積層形成する。その後、レジストパターン層２５を除去することで、図４（ｄ）や図１に示すごとく、母型２０上にダイパッド４及びリード３が形成された半導体装置用基板が得られる。なお、本実施形態のように、第２金属層１４をニッケルやニッケル合金とし、この第２金属層１４上にめっき成長させる第３金属層１６を銀とした場合、ニッケルと銀は相性が悪いため、銀めっきの成長不良や付着不良が生じるおそれがあるので、第２金属層１４上に金やパラジウムなどをめっき形成する、もしくは第２金属層１４上に金、銀、銅などによるストライクめっきを施したうえで、第３金属層１６をめっき成長させることで、係る不良の発生を防止することができる。また、第３金属層１６は、第２金属層１４の表面全面ではなく、ワイヤボンディングされる箇所に部分的に形成されたものでも良い。

続いて、半導体装置の製造方法を説明する。図５は、上述の半導体装置用基板を用いた半導体装置の製造方法を工程ごとに示している。まず、図５（ａ）に示すごとく、半導体素子２をダイボンディングによりダイパッド４上に接着して搭載するとともに、図５（ｂ）に示すごとく、金や銅などの導電性のワイヤ６を用いて超音波ボンディング装置等により上記半導体素子２上の電極５とこれに対応するリード３とを結線する。係る結線においては、電極５の部分はボールボンディング、リード３部分はウェッジボンディングが好ましい。このように、リード３においては、ワイヤ６の結線箇所に第３金属層１６が形成されており、この第３金属層１６としてリード３とワイヤ６との結着性に優れた金属を採用することにより、結線力が一層向上し、結線ミスを低減できる。

次いで、母型２０上の半導体素子２搭載部分を、図５（ｃ）に示すごとく、熱硬化性エポキシ樹脂などの樹脂３８でモールドし、母型２０上に樹脂封止体７を形成する。具体的には、母型２０の一面側をモールド金型（上型）に装着するとともに、モールド金型内に封止樹脂３８をキャビティにより圧入するもので、母型２０上に並列して形成した、複数組の半導体素子２搭載部分が封止樹脂３８により連続して封止された状態の樹脂封止体７が形成される。この場合、母型２０自体が樹脂モールド時における下型の機能を果たす。なお、モールド時に複数の母型２０を並列に配置して、ライナを通して封止樹脂３８を各
母型２０と上金型との間に圧入するようにすれば、効率良く多数の樹脂封止を行うことが可能である。

次いで、図５（ｄ）に示すごとく、樹脂封止体７から母型２０を除去する。上記母型２０を除去する方法としては、樹脂封止体７から母型２０を引き剥がすことにより剥離除去する。詳しくは、まず、母型２０を構成する第１基材２０ａから第２基材２０ｂを剥離除去したのち、樹脂封止体７から第１基材２０ａを剥離除去する。この時、第２基材２０ｂ表面に剥離処理を施した上で第１基材２０ａを積層形成することで、第２基材２０ｂの剥離除去が容易となる。この他の母型２０の除去方法としては、第１基材２０ａを溶解可能な材質で形成することで、第１基材２０ａから第２基材２０ｂを除去したのち、樹脂封止体７に対して影響のない処理液などを用いて第１基材２０ａを溶解（エッチング）することにより溶解除去できる。このように、樹脂封止体７から母型２０を除去することにより、樹脂封止体７の底面には、複数組のリード３とダイパッド４の各裏面が露出するとともに、ダイパッド４とリード３の各裏面と樹脂封止体７の底面は略同一平面となっている。すなわち、ダイパッド４とリード３における第１金属層１２が樹脂封止体７の底面と略同一平面で露出する状態となっている。

次いで、図５（ｅ）に示すごとく、樹脂封止体を切断線Ｘ−Ｘに沿って１つの半導体素子２毎に切断して切り離すダイシング工程を経て、個々の樹脂封止体７、すなわち、半導体装置１が完成する。

このような半導体装置の製造方法によれば、金属部形成側の第１基材２０ａ表面に比べて第１基材２０ａと第２基材２０ｂとの間の密着性を弱くした母型２０を用意し、この母型２０の除去工程において、第２基材２０ｂを除去したのちに第１基材２０ａを除去するように、第１基材２０ａと第２基材２０ｂとの除去を段階的に行うことにより、単層母型に比べ、母型除去時におけるリード３やダイパッド４の変形・ズレ・ヌケを可及的に防ぐことができる。また、第１基材２０ａをめっきにより形成すれば、第１基材２０ａを薄く形成することができるだけでなく、めっき時における光沢剤の添加量や電流密度を調整することで、第１基材２０ａの表面粗さを容易に設定することができるため、母型２０（第１基材２０ａ）の平面度を高めることができ、ひいては母型２０（第１基材２０ａ）上に形成するリード３やダイパッド４の平面度を高めることができるので、半導体装置の信頼性を向上できる。また、母型２０の第２基材２０ｂだけを除去した状態（第１基材２０ａ上に樹脂封止体７が形成された状態）で搬送や保管をすれば、第２基材２０ｂがない分だけ、搬送や保管が容易になるとともに、第１基材２０ａがリード３やダイパッド４の裏面の酸化や塵埃付着を防止する保護層としての役割を果たすことができる。なお、母型２０を剥離除去するにあたり、リード３やダイパッド４となる金属部、封止樹脂３８、第１基材２０ａ、第２基材２０ｂにおける各層間の密着性の強さとしては、「金属部（第１金属層１２）と第１基材２０ａとの間＞第１基材２０ａと第２基材２０ｂとの間、封止樹脂３８と第１基材２０ａとの間＞第１基材２０ａと第２基材２０ｂとの間、金属部と封止樹脂３８との間＞金属部（第１金属層１２）と第１基材２０ａとの間」の条件を満たすのが望ましい。係る条件は、第１基材２０ａおよび第２基材２０ｂの表面へのめっき前処理や剥離処理を適宜選択して行うことで設定できる。

また、リード３及びダイパッド４を構成する第１金属層１２、第２金属層１４、第３金属層１６を連続しためっき・電鋳工程の中で積層形成するので、量産性に優れ、さらに、各半導体装置の裏面からは、導電性やはんだぬれ性に優れた金属からなる第１金属層１２が露出されるため、その後のバレルめっきや無電解めっきを行うことなく、実装基板への実装工程に移ることができる点でも、量産性に優れる。

本実施形態において、図４に示すリード３やダイパッド４となる金属部（第２金属層１
４）を形成する際に、レジストパターン層２５の厚みを越えてめっき（電鋳）形成することで、図６に示すように、ダイパッド４及びリード３の上端部周縁に張出部を形成することができる。このように、ダイパッド４やリード３の上端部に張出部を有することにより、封止樹脂３８による封止状態において、封止樹脂３８はくい込み状に位置した状態で硬化するため、この喰い付き効果（アンカー効果）により、後工程の樹脂封止体７から母型２０を引き剥がし除去するときに、ダイパッド４やリード３は樹脂封止体７側に確実に残留し、母型２０とともにくっついて引き離されることはなく、ズレや欠落などを防止できる。さらに、上記のように、母型２０を積層構造とすることで、母型２０除去時のダイパッド４やリード３のズレや欠落などをより効果的に防止でき、製造時の歩留まりが向上でき、係る製造方法によって完成される半導体装置自体の信頼性も向上する。

１半導体装置
２半導体素子
３リード
４ダイパッド
５電極
６ワイヤ
７樹脂封止体
１０半導体装置用基板
１２第１金属層
１４第２金属層
１６第３金属層
２０母型
２０ａ第１基材
２０ｂ第２基材
２５レジストパターン層

Claims

母型（２０）上に、リード（３）および／またはダイパッド（４）となる金属部が形成された半導体装置用基板であって、
前記母型（２０）は、前記金属部が形成される第１基材（２０ａ）と第２基材（２０ｂ）とを含み、接着剤またはレジストを介して前記第２基材（２０ｂ）上に前記第１基材（２０ａ）が接合されており、
前記第１基材（２０ａ）と前記第２基材（２０ｂ）は、突弧面あるいは凹弧面どうしが対向する状態で接合され、前記第１基材（２０ａ）と前記第２基材（２０ｂ）との間で分離可能であることを特徴とする半導体装置用基板。
前記第１基材（２０ａ）と前記第２基材（２０ｂ）は、レジストを介して接合され、該レジストは半露光されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置用基板。
前記第１基材（２０ａ）は、前記第２基材（２０ｂ）より薄く形成されてい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用基板。
前記第１基材（２０ａ）は、前記金属部を構成する金属が拡散しがたい材質で形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置用基板。
前記第１基材（２０ａ）は、高強度および／または柔軟性を有し、前記第２基材（２０ｂ）は、可撓性および／またはコシを有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体装置用基板。
前記金属部と前記第１基材（２０ａ）との間の密着性の強さは、前記第１基材（２０ａ）と前記第２基材（２０ｂ）との間の密着性の強さより強いことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体装置用基板。
請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置用基板を用い、半導体素子（２）と、前記金属部とが樹脂により封止され、底面に前記金属部が露出する半導体装置の製造方法であって、
前記母型（２０）の前記第１基材（２０ａ）表面に、レジストパターン層（２５）を形成する工程と、
前記レジストパターン層（２５）から露出する前記第１基材（２０ａ）表面に、前記金属部を形成する工程と、
前記レジストパターン層（２５）を除去する工程と、
前記金属部上に、前記半導体素子（２）を搭載し、前記半導体素子（２）と前記金属部とを電気的に接続する工程と、
前記半導体素子（２）及び前記金属部を封止樹脂（３８）でモールドして樹脂封止体（７）を形成する工程と、
前記樹脂封止体（７）から前記母型（２０）を除去する工程とを有し、
前記母型（２０）を除去する工程において、前記第１基材（２０ａ）から前記第２基材（２０ｂ）を剥離除去したのち、前記樹脂封止体（７）から前記第１基材（２０ａ）を剥離除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記金属部と前記第１基材（２０ａ）との間の密着性の強さは前記第１基材（２０ａ）と前記第２基材（２０ｂ）との間の密着性の強さより強く、前記封止樹脂（３８）と前記第１基材（２０ａ）との間の密着性の強さは前記第１基材（２０ａ）と前記第２基材（２０ｂ）との間の密着性の強さより強く、前記金属部と前記封止樹脂（３８）との間の密着性の強さは前記金属部と前記第１基材（２０ａ）との間の密着性の強さより強いことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置用基板。