JP2008205515A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置に関し、特にパッケージ外形を縮小して実装面積を低減でき、更には製造に伴う材料の無駄を削減できる半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device that can reduce the package area by reducing the package outer shape and further reduce the waste of materials associated with the manufacturing.
半導体装置の製造においては、ウェハからダイシングして分離した半導体チップをリードフレームに固着し、金型と樹脂注入によるトランスファーモールドによってリードフレーム上に固着された半導体チップを封止し、封止された半導体チップを個々の半導体装置毎に分離するという工程が行われている。このリードフレームには短冊状あるいはフープ状のフレームが用いられており、いずれにしろ1回の封止工程で複数個の半導体装置が同時に封止されている。 In the manufacture of a semiconductor device, a semiconductor chip diced and separated from a wafer is fixed to a lead frame, and the semiconductor chip fixed on the lead frame is sealed by a transfer mold using a mold and resin injection. A process of separating a semiconductor chip for each individual semiconductor device is performed. A strip-like or hoop-like frame is used for the lead frame, and in any case, a plurality of semiconductor devices are simultaneously sealed in one sealing step.
図8は、トランスファーモールド工程の状況を示す図である。トランスファーモールド工程では、ダイボンド、ワイヤボンドにより半導体チップ1が固着されたリードフレーム2を、上下金型3A、3Bで形成したキャビティ4の内部に設置し、キャビティ4内にエポキシ樹脂を注入することにより、半導体チップ1の封止が行われる。このようなトランスファーモールド工程の後、リードフレーム2を各半導体チップ1毎に切断して、個別の半導体装置が製造される(例えば特開平05−129473号)。
FIG. 8 is a diagram showing the situation of the transfer molding process. In the transfer molding process, the
この時、図9に示すように、金型3の表面には多数個のキャビティ4a〜4dと、樹脂を注入するための樹脂源5と、ランナー6、及びランナー6から各キャビティ4a〜4dに樹脂を流し込むためのゲート7とが設けられている。これらは全て金型3表面に設けた溝である。短冊状のリードフレームであれば、1本のリードフレームに例えば10個の半導体チップ1が搭載されており、1本のリードフレームに対応して、10個のキャビティ4と10本のゲート7、及び1本のランナー6が設けられる。そして、金型3表面には例えばリードフレーム20本分のキャビティ4が設けられる。
At this time, as shown in FIG. 9, a large number of cavities 4a to 4d, a
図10は、上記のトランスファーモールドによって製造した半導体装置を示す図である。トランジスタ等の素子が形成された半導体チップ1がリードフレームのアイランド8上に半田等のろう材9によって固着実装され、半導体チップ1の電極パッドとリード10とがワイヤ11で接続され、半導体チップ1の周辺部分が上記キャビティの形状に合致した樹脂12で被覆され、樹脂12の外部にリード端子10の先端部分が導出されたものである。
従来のパッケージでは、外部接続用のリード端子10を樹脂12から突出させるので、リード端子10の先端部までの距離を実装面積として考慮しなくてはならず、樹脂12の外形寸法より実装面積の方が遥かに大きくなるという欠点がある。
In the conventional package, since the
また、トランスファーモールド技術では、圧力をかけ続けた状態で硬化させることから、ランナー6とゲート7においても樹脂が硬化し、このランナー6等に残った樹脂は廃棄処分となる。そのため、上記のリードフレームを用いた手法では、製造すべき半導体装置個々にゲート7を設けるので、樹脂の利用効率が悪く、樹脂の量に対して製造できる半導体装置の個数が少ないという欠点があった。 In the transfer mold technique, the resin is cured at the runner 6 and the gate 7 because the resin is cured while pressure is continuously applied, and the resin remaining on the runner 6 and the like is disposed of. For this reason, the above-described method using the lead frame has the disadvantage that the use efficiency of the resin is poor and the number of semiconductor devices that can be manufactured is small with respect to the amount of resin because the gate 7 is provided for each semiconductor device to be manufactured. It was.
上記に鑑み、本発明に係る半導体装置の製造方法は、局所的に薄い第1の板厚と、前記第1の板厚よりも厚い第2の板厚とを持つ絶縁基板を準備する工程と、前記第1の板厚の箇所に、多数個の半導体チップを固着する工程と、前記半導体チップの電極と、前記第2の板厚を持つ箇所に形成した内部電極とを電気的に接続する工程と、前記絶縁基板の上部を絶縁樹脂で被覆し、前記多数個の半導体チップを共通の樹脂層で封止する工程と、前記絶縁基板と前記絶縁樹脂とを、前記半導体チップの各々を分離するように切断する工程と、を具備することを特徴とする。 In view of the above, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of preparing an insulating substrate having a locally thin first plate thickness and a second plate thickness that is thicker than the first plate thickness. The step of fixing a large number of semiconductor chips to the first plate thickness portion is electrically connected to the electrode of the semiconductor chip and the internal electrode formed at the second plate thickness portion. Separating each of the semiconductor chips from a step, a step of covering an upper portion of the insulating substrate with an insulating resin, and sealing the plurality of semiconductor chips with a common resin layer; and the insulating substrate and the insulating resin And a step of cutting as described above.
本発明によれば、リードフレームを用いた半導体装置よりも更に小型化できるパッケージ構造を提供できる利点を有する。このとき、リード端子が突出しない構造であるので、実装したときの占有面積を低減し、高密度実装を実現できる。 The present invention has an advantage of providing a package structure that can be further reduced in size as compared with a semiconductor device using a lead frame. At this time, since the lead terminal does not protrude, the occupied area when mounted can be reduced, and high-density mounting can be realized.
更に、多数個の半導体チップ22を連続した樹脂層23で一括モールドするので、装置1個あたりに消費する樹脂の量を節約でき、無駄を少なくすることができる。
Furthermore, since a large number of
加えて、第1の絶縁基板21aと第2の絶縁基板21bとで板厚の差を作ることにより、装置外形の高さ(t3)を抑えて小型パッケージを実現でき、製造上の大判基板32の取り扱いを容易にし、ワイヤボンドのボンダビリティを改善できる利点を有する。
In addition, by making a difference in plate thickness between the first
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
図1(A)は本発明の半導体装置を示す断面図、図1(B)はその平面図、図2(A)は装置を上方から見たときの斜視図、図2(B)は装置を下方から見たときの斜視図である。 1A is a cross-sectional view showing a semiconductor device of the present invention, FIG. 1B is a plan view thereof, FIG. 2A is a perspective view of the device viewed from above, and FIG. It is a perspective view when seeing from below.
図1、図2を参照して、この半導体装置は、第1と第2の絶縁基板21a、21bを貼着した絶縁基板21と、第1の絶縁基板21a上に固着した、トランジスタ素子などを形成した半導体チップ22と、半導体チップ22を含めて全体を封止する樹脂層23とを有する。
Referring to FIGS. 1 and 2, this semiconductor device includes an insulating substrate 21 having first and second
第1の絶縁基板21aは板厚(図1:t1)が50〜200μのセラミックやガラスエポキシ等からなる基板であり、その表面には金メッキ層によってアイランド部24aが形成されており、裏面には同じく金メッキ層によって外部電極25aが形成されている。第1の絶縁基板21aにはこれを貫通するスルーホール26aが設けられており、該スルーホール26aの内部がタングステン、Ag−Pd等の導電材料によって埋設されてアイランド部24と外部電極25aとが電気的に接続されている。
The first
第2の絶縁基板11bは板厚(図1:t2)が100〜250μのセラミックやガラスエポキシ等からなる基板であり、半導体チップ22を搭載すべき領域を除いた大きさを有し、第1の絶縁基板21aに接着され一体化している。第2の絶縁基板21bの表面には金メッキ層によって内部電極24b、24cが形成されている。その下部の第1の絶縁基板21aと第2の絶縁基板21bにはこれらを貫通するスルーホール26b、26cが設けられ、該スルーホール26b、26cの内部がタングステン、Ag−Pd等の導電材料によって埋設されて内部電極24b、24cと第1の絶縁基板21aの裏面に設けた外部電極25b、25cとが電気的に接続されている。
The second insulating substrate 11b is a substrate made of ceramic, glass epoxy, or the like having a plate thickness (FIG. 1: t2) of 100 to 250 μm, and has a size excluding the region where the
半導体チップ22は第1の絶縁基板21aのアイランド部24aにAgペーストなどの接着剤27でダイボンドされており、半導体チップ22表面の電極パッド28と第2の絶縁基板21b表面に形成した内部電極24b、24cとが金ワイヤ29によって各々ワイヤボンドされている。この結果、外部電極25aがコレクタ電極となり、外部電極25b、25cがベースとエミッタの電極となる。そして、ダイボンド、ワイヤボンドが成された絶縁基板21の上を、エポキシ系の絶縁樹脂層23が被覆して半導体チップ22を封止し、且つ略直方体のパッケージ形状を形成している。
The
パッケージ外形のうち、少なくとも4つの側面23a〜23dは金型表面によらず切断面によって構成されている。第1の絶縁基板21aの外周端面30及び第2の絶縁基板21bの外周端面32は樹脂層23表面に露出しており、樹脂層23の側面23a、23b、23c、23dと連続する同一平面を成している。これらは、樹脂層23と各絶縁基板21a、21bとが、同時に切断工程、例えばダイシングブレードによって切断されることによって同一平面が得られる。尚、図示したとおり、第2の絶縁基板21bの外周端面31の一つは樹脂層23に埋没している。
Of the package outer shape, at least four side surfaces 23a to 23d are constituted by cut surfaces regardless of the mold surface. The outer
而して、本発明の半導体装置は、外部電極25a、25b、25cがパッケージの外形寸法より突出しない構造であるので、リードフレームを用いた半導体装置よりも更に小型化でき、更には実装したときの占有面積を低減し、高密度実装を実現できるものである。
Thus, the semiconductor device according to the present invention has a structure in which the
更に、絶縁基板21の表面に形成したアイランド部24aと内部電極24b、24cの金メッキ層は、樹脂層23の側面23a〜23dには達せず、絶縁基板21の全周にわたって、その端から30〜70μの距離だけ後退されている。また、第1の絶縁基板21aの裏面に形成した外部電極25a、25b、25cも、第1の絶縁基板21aの外周端面30から後退されている。この構成は、2つの利点を生む。
Furthermore, the gold plating layer of the
利点の1つは、側面23a、23b、23c、23dをダイシングブレードで切断したときに得られる。即ち、導電材料として優れた性質を持つ金メッキ層は、同時に優れた延性を持つ素材である。そのため、金メッキ層をダイシングブレードで切断すると、ブレードによって金メッキ層が引き延ばされてバリが生じ、これが外観不良となるのである。ダイシングブレードに接触させないことで、この様な事故を防止できる。
One advantage is obtained when the
利点の2つは、上記の半導体装置をプリント基板上に実装したときに得られる。即ち、上記の半導体装置を実装するときは、プリント基板上に形成した導電パターンに第1の絶縁基板21aの外部電極25a、25b、25cを位置あわせして設置し、両者をはんだ付けすることによって固着するのであるが、金は半田に対して塗れ性が極めて高いという特質を持つ。そのため、パッケージの側面23a〜23dに金メッキ層が露出して半田と接触すると、半田が絶縁基板21と樹脂層23との界面に進入して、樹脂剥がれや電気的短絡という事故を引き起こすのである。パッケージの側面に金メッキ層を露出させないことで、この様な事故を防止できる。
Two of the advantages are obtained when the semiconductor device is mounted on a printed circuit board. That is, when mounting the semiconductor device described above, the
本発明の半導体装置は、パッケージ外形の側面23a〜23bが切断面によって構成されている。即ち、絶縁基板21を支持基板として半導体チップ22を搭載し、モールドしてからこれらを切断する。そのため、1枚の大判の絶縁基板から切断して上記の半導体装置を得ることになる。
In the semiconductor device of the present invention, side surfaces 23a to 23b of the package outer shape are constituted by cut surfaces. That is, the
而して、本発明の骨子は、半導体チップ21を搭載する箇所の絶縁基板21の板厚が薄く、その他に板厚が厚い部分を具備することにある。上記の例は、2枚の基板を張り合わせることで板厚の差を実現している。即ち、半導体チップ22を搭載する部分を第1の絶縁基板21aの板厚t1で構成し、内部電極24b、24cが位置する箇所では第1と第2の絶縁基板21a、21bの板厚の和(t1+t2)で構成している。この様な板厚の差は、上記の大判の絶縁基板を用いて製造する上で機械的強度を保つため、及び半導体装置を小型化する上で重要な要素である。
Thus, the gist of the present invention is that the insulating substrate 21 at the place where the semiconductor chip 21 is mounted has a thin plate thickness and has a thick plate portion. In the above example, the difference in plate thickness is realized by bonding two substrates together. That is, the portion on which the
即ち、半導体チップ22を搭載する箇所を部分的に薄くすることにより、半導体装置の全体高さ(図1のt3)を低く抑えることが可能である。この時、薄い板厚t1として、この基板を製造ラインで流す際に取り扱いが可能な機械的強度を保つ厚みよりは薄い板厚としておく。具体的には、板厚を50〜200μとする。前記大判の絶縁基板全体をこの板厚にすると、基板が割れやすくなって製造上の取り扱いが困難となる。
That is, it is possible to keep the overall height of the semiconductor device (t3 in FIG. 1) low by partially thinning the portion where the
この取り扱いの困難さに対して、半導体チップ22を搭載する箇所を除いて板厚を厚くする(t1+t2)ことにより、全体的な機械的強度を強化する。具体的には、第1の絶縁基板21aの板厚と同じか或いはそれ以上の板厚を持つ第2の絶縁基板21bを貼着して全体の板厚を150μ以上、例えば300μまでとする。従って、前記大判の絶縁基板としては厚い板厚(t1+t2)を有し局所的に薄い板厚(t1)を持つだけにとどまるので、製造を行う上では十分な機械的強度を持たせることが可能になるのである。尚、樹脂層23でモールドした後は、樹脂層23が機械的強度を保つ。
In response to this difficulty in handling, the overall mechanical strength is enhanced by increasing the thickness (t1 + t2) except for the portion where the
更に、板厚を厚くする箇所として、内部電極24b、24cを設けた箇所を厚くすることにより、半導体チップ22上の電極パッド28と内部電極24b、24cとの高さを近似させることができる。これによって、ワイヤボンド工程においてワイヤのボンダビリティを改善し、ワイヤ29の「たれ」などによる半導体チップ23との接触事故などを避けることができる。
Furthermore, the height of the
以下に、上述した半導体装置の製造方法を説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the above-described semiconductor device will be described.
第1工程:図3、及び図4(A)(B)参照
まずは図3に示したような、例えば装置100個分に相当する大判基板32を準備する。この基板32は、第1と第2の絶縁基板21a、21bを貼着したものである。第2の絶縁基板21bには、半導体チップ複数個分、例えば4個分毎に相当する貫通穴33が規則的に多数個設けられており、貫通穴33の内部に第1の絶縁基板21aが露出する。従って、貫通穴33の部分では板厚が薄い(t1)のに対し、その他の領域では厚い板厚(t1+t2)を具備する。
First Step: See FIGS. 3 and 4A and 4B First, a
図4に大判基板32の拡大平面図と断面図を示した。第2の絶縁基板21bの貫通穴33に露出した第1の絶縁基板21aの表面には、金メッキ層によりアイランド24aが形成されている。第2の絶縁基板21bの表面には金メッキ層により内部電極24b、24cが描画されている。第1の絶縁基板21aの裏面には外部電極25に対応する金メッキパターンが描画されている。同図において、ライン34’で囲んだ領域が1つの半導体装置として後に切り出されることになる。
FIG. 4 shows an enlarged plan view and a cross-sectional view of the
第2工程:図5(A)及び図5(B)参照
斯かる状態の大判基板32に対して、貫通穴33内部のアイランド部24aに半導体チップ22をダイボンドし、チップ22上に形成したボンディングパッド28と内部電極24b、24cとをボンディングワイヤ29でワイヤボンドする。同じくダイシングライン34で囲んだ領域が1つの半導体装置として後に切り出されることになる。
Second Step: See FIG. 5A and FIG. 5B With respect to the large-
第3工程:図6参照
ダイボンドした半導体チップ22の全部を被覆するように、大判基板32の上に樹脂層23を形成してモールドする。モールドは、樹脂をポッティングによって供給して硬化させるか、或いは大判基板32一枚に対して1つのキャビティを有する上下金型によってモールドする。この樹脂層23は半導体チップ22を個別に被覆するものではなく、複数の半導体チップ22を連続した樹脂で一括して被覆する。例えば一枚の大判基板32に100個の半導体チップ22を搭載した場合は、100個全てのチップを一括して被覆する。ポッティングであれば無駄になる樹脂の量は極めて少ない。また、金型を用いたトランスファーモールドであっても、装置100個分に1本のゲートを設ければよいので、無駄にする量は少ない。
Third Step: See FIG. 6 A
第4工程:同じく図6を参照して、幅が100〜300μのダイシングブレード35により、ダイシングライン34に沿って樹脂層23と第1と第2の絶縁基板21a、21bを同時に切断し、個々の半導体装置に分離する。個々の半導体装置の側面23a〜23bは本工程のダイシングによって形成されており、切断面には第1と第2の絶縁基板21a、21bの外周端面30、31が露出し且つ樹脂層23と同一平面を形成する。
Fourth step: Referring also to FIG. 6, the
以上の方法によって製造された半導体装置は、以下のメリットを有する。 The semiconductor device manufactured by the above method has the following merits.
多数個の素子をまとめて樹脂でパッケージングするので、個々にパッケージングする場合に比べて、無駄にする樹脂材料を少なくでき。材料費の低減につながる。 Since a large number of elements are packaged together with resin, it is possible to reduce the amount of resin material that is wasted compared to the case of individual packaging. It leads to reduction of material cost.
モールド金型とリードフレームとの位置合わせ精度がプラス・マイナス50μ程度であるのに対して、ダイシング装置の位置あわせ精度はプラス・マイナス10μ程度と精度が高い。従って樹脂外形をダイシングで形成することにより、従来より外形寸法の小さなパッケージを得ることができる。 The alignment accuracy between the mold die and the lead frame is about plus / minus 50 μm, whereas the alignment accuracy of the dicing apparatus is as high as about plus / minus 10 μm. Therefore, by forming the resin outer shape by dicing, a package having a smaller outer size than the conventional one can be obtained.
大判基板32全体が比較的厚い板厚(t1+t2)を有し、アイランド部24aの板厚(t1)だけを薄くしたので、製造工程において大判基板32の割れ、欠け等を防止し、その取り扱いを容易にするほか、半導体チップ22の搭載箇所が凹んでいるので、装置の高さ(t3)を低く抑えて小型パッケージを製造できる利点を有する。本願発明者は、本願手法によって、縦×横×高さが、1.0mm×0.5mm×0.5mmの小型パッケージトランジスタを実現することができた。
Since the entire large-
尚、上記の実施の形態では、薄い板厚と厚い板厚とを2枚の基板を用いて構成したが、例えば1枚の基板で貫通穴33に相当する箇所に有底孔を設けて板厚の差を形成したような基板を用いてもよい。
In the above-described embodiment, the thin plate thickness and the thick plate thickness are configured by using two substrates. For example, a plate with a bottomed hole provided at a location corresponding to the through
また、図7に示したように、半導体チップ22個々に貫通穴33を設け、半導体チップ22の周囲全体が厚い板厚(t1+t2)を持つように切断しても良い。同じ箇所には同じ符号を伏して説明を省略する。
Further, as shown in FIG. 7, a through
以上に説明したように、本発明によれば、リードフレームを用いた半導体装置よりも更に小型化できるパッケージ構造を提供できる利点を有する。このとき、リード端子が突出しない構造であるので、実装したときの占有面積を低減し、高密度実装を実現できる。 As described above, according to the present invention, there is an advantage that it is possible to provide a package structure that can be further reduced in size as compared with a semiconductor device using a lead frame. At this time, since the lead terminal does not protrude, the occupied area when mounted can be reduced, and high-density mounting can be realized.
更に、多数個の半導体チップ22を連続した樹脂層23で一括モールドするので、装置1個あたりに消費する樹脂の量を節約でき、無駄を少なくすることができる。
Furthermore, since a large number of
加えて、第1の絶縁基板21aと第2の絶縁基板21bとで板厚の差を作ることにより、装置外形の高さ(t3)を抑えて小型パッケージを実現でき、製造上の大判基板32の取り扱いを容易にし、ワイヤボンドのボンダビリティを改善できる利点を有する。
In addition, by making a difference in plate thickness between the first insulating
21a 第1の絶縁基板
21b 第2の絶縁基板
22 半導体チップ
23 樹脂層
24a アイランド部
24b 内部電極
24c 内部電極
25 外部電極
29 ワイヤ
21a
Claims (3)
前記第1の板厚の箇所に、多数個の半導体チップを固着する工程と、
前記半導体チップの電極と、前記第2の板厚を持つ箇所に形成した内部電極とを電気的に接続する工程と、
前記絶縁基板の上部を絶縁樹脂で被覆し、前記多数個の半導体チップを共通の樹脂層で封止する工程と、
前記絶縁基板と前記絶縁樹脂とを、前記半導体チップの各々を分離するように切断する工程と、を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Providing an insulating substrate having a locally thin first plate thickness and a second plate thickness greater than the first plate thickness;
Fixing a large number of semiconductor chips to the first plate thickness portion;
Electrically connecting an electrode of the semiconductor chip and an internal electrode formed at a location having the second plate thickness;
Coating the upper part of the insulating substrate with an insulating resin, and sealing the multiple semiconductor chips with a common resin layer;
And a step of cutting the insulating substrate and the insulating resin so as to separate each of the semiconductor chips.
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