JP2009194345A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歩留まり向上、基板及び樹脂の使用効率を上昇させることで、コストダウン可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】基板１０の片面を樹脂２０で封止する工程と、前記封止する工程の後に、前記基板１０と接している面とは反対の面から、前記基板１０を残存させるように、前記樹脂２０を切断する工程と、前記樹脂２０を切断する工程の後に、前記基板１０と前記樹脂２０とを加熱する第１加熱工程と、前記第１加熱工程の後に、前記基板１０を個片化する工程と、を有する半導体装置１２０の製造方法。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に片面封止型パッケージで構成される半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造工程において、半導体チップを基板に実装した後、半導体チップを保護するために、基板及び半導体チップを樹脂で封止するモールド工程が行われる。モールド工程終了後には、樹脂の残留応力を取り除くため、樹脂を再度加熱し、その後室温に戻すキュア工程が行われる。

特許文献１には、樹脂で封止した後、半導体装置を加圧して、平坦に保持しながらキュアする半導体装置の製造方法が開示されている。
特開平４−３１３２４５号公報

半導体装置を構成するパッケージのうち、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）に代表される片面封止型パッケージでは、基板の半導体チップが実装された面のみを樹脂で封止する。従って、半導体装置は樹脂と基板との二層構造となる。樹脂と基板とでは、熱膨張係数に差異があるため、モールド工程やキュア工程等の半導体装置を加熱する工程を行うと、半導体装置に反りが発生する。反りが大きい場合、後の工程において搬送や治具への吸着でエラーが発生する恐れがあった。このことは、歩留まりを低下させ、半導体装置のコストアップの原因となる可能性があった。

反りを低減するために、基板にスリットを設け、樹脂で封止する領域を分割する方法がある。しかし、この方法では基板及び樹脂の使用効率が悪くなり、結果的に半導体装置のコストアップの原因になるという課題があった。また、使用効率を上げるために基板を大判化した場合、反りが大きくなることも課題であった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、歩留まりを向上させ、基板及び樹脂の使用効率を上昇させることで、コストダウン可能な半導体装置の提供を目的としている。

本発明は、基板の片面を樹脂で封止する工程と、前記封止する工程の後に、前記基板と接している面とは反対の面から、前記基板を残存させるように、前記樹脂を切断する工程と、前記樹脂を切断する工程の後に、前記基板と前記樹脂とを加熱する第１加熱工程と、前記第１加熱工程の後に、前記基板を個片化する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。本発明によれば、歩留まりを向上させ、基板及び樹脂の使用効率を上昇させることで、半導体装置のコストダウンが可能となる。

上記構成において、前記基板の前記片面を前記樹脂で封止する工程は、前記基板と前記樹脂とを加熱する第２加熱工程を含む構成とすることができる。

上記構成において、前記第２加熱工程の加熱時間は、前記第１加熱工程の加熱時間より短い構成とすることができる。この構成によれば、切断できる程度に樹脂を硬化させることができ、かつ第２加熱工程における反りの発生を抑制することができる。

上記構成において、前記第１加熱工程は、前記第２加熱工程と等しい温度、または高い温度まで前記基板と前記樹脂とを加熱する工程とすることができる。

上記構成において、前記基板を個片化する工程における切断線は、前記樹脂を切断する工程における切断線を含んでいる構成とすることができる。この構成によれば、前記基板を個片化する工程後の、基板の切断面と樹脂の切断面とを同一平面とすることができる。

上記構成において、前記樹脂を切断する工程における複数の切断線は、前記基板を個片化する工程における複数の切断線のうち、少なくとも一本と重なっている構成とすることができる。この構成によれば、前記基板から取得できる個片化された半導体装置の個数への影響をなくすことができる。

上記構成において、前記樹脂を切断する工程は、前記樹脂を幅方向に切断する工程とすることができる。この構成によれば、基板の長手方向に発生した反りを低減することができる。

上記構成において、前記樹脂を切断する工程は、前記樹脂を格子状に切断する工程とすることができる。この構成によれば、基板の長手方向及び幅方向に発生した反りを低減することができる。

上記構成において、前記第１加熱工程の後であって、前記基板を個片化する工程の前に、前記基板と前記樹脂とを加熱する第３加熱工程を有する構成とすることができる。

上記構成において、前記第３加熱工程は、前記基板に端子を設ける工程に含まれる構成とすることができる。

本発明によれば、歩留まりを向上させ、基板及び樹脂の使用効率を上昇させることで、コストダウン可能な半導体装置を提供することができる。

図面を用い、本発明が解決しようとする課題について説明する。

比較例１は、通常のキュア工程を行う例である。図１及び図２を参照に、比較例１に係る半導体装置の製造方法について説明する。

図１は、比較例１に係る半導体装置１００の製造方法を示したフローチャートである。図２は、反りが発生した場合の半導体装置を示した側面図である。ステップＳ１０のモールド工程において、例えばガラスエポキシからなる絶縁性基板１０の半導体チップ（不図示）が実装された面を、例えばエポキシ等の熱硬化性を有する樹脂２０により封止する。モールド工程は、絶縁性基板１０及び樹脂２０を、例えば１７５℃で例えば２分間加熱する工程（第２加熱工程）を含む。ステップＳ１１のキュア工程において、絶縁性基板１０及び樹脂２０を例えば１７５℃で例えば６時間加熱する（第１加熱工程）。キュア工程では、樹脂２０に残留する残留応力を除去するために、モールド工程における温度と等しい温度、またはそれ以上の温度にまで基板１０と樹脂２０とを加熱する。

ステップＳ１２の端子配置工程において、絶縁性基板１０の樹脂２０に封止されていない面に、例えば半田からなる端子１２を設置する。ステップＳ１３のリフロー工程において、絶縁性基板１０、樹脂２０及び端子１２を、例えば２４０℃に加熱して、端子１２を固定させる（第３加熱工程）。ステップＳ１４の個片化工程において、絶縁性基板１０と樹脂２０とを例えば８ｍｍ毎に切断して、半導体装置１００を個片化する。

図２に示すように、片面封止型パッケージでは、半導体装置１００が絶縁性基板１０と樹脂２０との二層構造となっている。絶縁性基板１０と樹脂２０とでは、熱膨張係数に差異があるため、ステップＳ１０のモールド工程、ステップＳ１１のキュア工程、ステップＳ１３のリフロー工程等で、半導体装置１００が加熱されると、図２に示すように反りが発生する。反りが大きい場合、例えばステップＳ１２の端子配置工程等の、後の工程において、搬送や治具への吸着でエラーが発生する。

反りを矯正するため、モールド工程後に絶縁性基板１０及び樹脂２０を加圧し平坦な状態にしながらキュアを行う加圧キュア工程が実施されている。

比較例２は、加圧キュア工程を実施した例である。図３から図４（ｃ）を参照に、比較例２に係る半導体装置の製造方法について説明する。

図３は、比較例２に係る半導体装置の製造方法を示したフローチャートである。図４（ａ）から図４（ｃ）は、各々ステップＳ２１からステップＳ２３を示した側面図である。

ステップＳ２０のモールド工程において、絶縁性基板１０の半導体チップが実装された面を樹脂２０で封止し、半導体装置１１０を形成する（図２の半導体装置１００を１１０に置き換える）。

図４（ａ）に示したステップＳ２１の加圧キュア工程において、絶縁性基板１０及び樹脂２０を加圧し、平坦な状態に保持しながら加熱する。加熱後、絶縁性基板１０及び樹脂２０を平坦な状態に保持したまま室温に戻す。

図４（ｂ）に示したステップＳ２２の端子配置工程において、端子１２を絶縁性基板１０上に配置する。図４（ｃ）に示したステップＳ２３のリフロー工程において、絶縁性基板１０、樹脂２０及び端子１２を加熱して、端子１２を固定する。ステップＳ２４の個片化工程において、絶縁性基板１０と樹脂２０とを切断して、個片化を行う。

比較例２によれば、図４（ａ）に示すように、ステップＳ２１の加圧キュア工程を行うため、ステップＳ２０のモールド工程で発生した反りを矯正することができる。しかし、後のステップＳ２３のリフロー工程において、絶縁性基板１０と樹脂２０とは、モールド工程及び加圧キュア工程よりも高い温度で加熱される。このため、図４（ｃ）に示すように、反りが復元する。従って、比較例１と同様に、反りが大きなものはステップＳ２４の個片化工程においてエラーとなるため、歩留まりが低下する。また、加圧の工程が加わるため生産効率が低下し、かつ加圧キュアを行うための設備が必要となる。これらのことは、半導体装置のコストアップの原因となり得る。

以下、図面を用い、上記課題を解決するための実施例について説明する。

図５は実施例１に係る半導体装置１２０の製造方法を示したフローチャートである。図６（ａ）から図７（ｂ）は、半導体装置１２０の製造方法を示した側面図である。

図６（ａ）に示したステップＳ３０のモールド工程において、絶縁性基板１０及び樹脂２０をツール３０に収納し、例えば１７５℃で例えば２分間加熱することで、絶縁性基板１０の半導体チップが実装された面を樹脂２０で封止して半導体装置１２０を形成する。

図６（ｂ）に示したステップＳ３１のハーフカット工程において、樹脂２０の絶縁性基板１０と接している面とは反対の面から、絶縁性基板１０を残存させるように、樹脂２０を切断する。すなわち、モールド工程後であって、キュア工程を実施する前に、樹脂２０を切断する。このときの切断線２２の幅をＷ１とする。

ステップＳ３２のキュア工程において、加圧をすることなく、例えば１７５℃で、例えば６時間加熱して、キュア工程を行う。

図６（ｃ）に示したステップＳ３３の端子配置工程において、端子１２を絶縁性基板１０上に配置する。

図６（ｄ）に示したステップＳ３４のリフロー工程において、絶縁性基板１０、樹脂２０及び端子１２を例えば２４０℃に加熱し、端子１２を固定させる。

図７（ａ）に示したステップＳ３５の個片化工程において、幅Ｗ２の切断線２４に沿って、絶縁性基板１０及び樹脂２０を切断し、半導体装置１２０を個片化する。図７（ｂ）に示すように、以上の工程により、個片化された半導体装置１２０ａが完成する。

実施例１によれば、ステップＳ３０のモールド工程後であって、ステップＳ３２のキュア工程前に、ハーフカット工程において樹脂２０のみを切断し、小片に分割している。このため、キュア工程やステップＳ３４のリフロー工程において加熱を行うと、図６（ｄ）に示すように小片毎で反りが発生する。従って、半導体装置１２０全体における反りを低減することができる。このことにより、エラーの発生を防止することができ、歩留まりが向上する。また、加圧キュアを行わないので、生産効率が向上し、かつ加圧のための設備が不要である。結果的に、半導体装置のコストダウンが可能となる。

ハーフカット工程を行うことで反りを低減することができるため、前述のように基板にスリットを設ける必要がなく、基板の大判化が可能となる。これにより、基板及び樹脂の使用効率が上がるため、半導体装置のコストダウンが可能となる。

モールド工程における反りの発生を抑制し、同時に樹脂２０を切断できる程度の硬さにするために、モールド工程における加熱時間は、キュア工程における加熱時間よりも短く、かつ樹脂２０の硬化が完全に進行しない程度の時間であることが好ましい。

ハーフカット工程における切断線２２の位置、及び個片化工程における切断線２４の位置に限定はない。しかし、図７（ａ）に示すように、ハーフカット工程が、半導体装置１２０から取得できる個片化された半導体装置１２０ａの個数に影響を及ぼさないためには、図８に示すように、複数の切断線２２は、複数の切断線２４のうち、少なくとも一本とは重なっていることが好ましい。

切断線２２の幅、及び切断線２４の幅には限定はない。しかし、図７（ａ）に示すように、個片化された半導体装置１２０ａにおいて、絶縁性基板１０の切断面２６と樹脂２０の切断面２８とが同一平面にあるためには、切断線２２の幅Ｗ１は、切断線２４の幅Ｗ２よりも小さいことが好ましい。すなわち、切断線２４は切断線２２を含んでいることが好ましい。

実施例１に係る実験について説明する。

始めに、実験における反りの測定方法と定義について説明する。図９（ａ）は、絶縁性基板１０を下にしてサンプルを平面上に置いたとき、絶縁性基板１０の中心が平面に接し、絶縁性基板１０の両端は平面から浮く方向に反りが発生した場合を示す側面図である。図９（ｂ）に示すように、この場合は、絶縁性基板１０の下面の、一方の端部を平面に接触させた際の、平面から測定した他方の端部の高さＨ１で反りを定義し、正の値で表すものとする。

図９（ｃ）は、絶縁性基板１０を下にしてサンプルを平面上に置いたときに、絶縁性基板の両端が平面と接し、中心は平面から浮く方向に反りが発生した場合を示す側面図である。この場合は、絶縁性基板１０の下面の両端を平面に接触させた際の、平面から測定した絶縁性基板１０の中心の高さＨ２で反りを定義し、負の値で表すものとする。

図１０は、実験に用いたサンプルを示す斜視図である。絶縁性基板１０の寸法は、長さＬ＝２３０ｍｍ、幅Ｄ＝１８９ｍｍ、厚さＨ＝０．１８ｍｍである。樹脂２０は絶縁性基板１０の片面を封止し、厚さＨ’＝０．４５ｍｍである。絶縁性基板１０はガラスエポキシ、樹脂２０はエポキシからなる。

本実験は、比較例１で説明した工程（図１参照）を行ったサンプル１と、実施例１で説明した工程（図５参照）を行ったサンプル２との比較をしたものである。モールド工程においては１７５℃で２分間加熱し、キュア工程においては１７５℃で６時間加熱した。また、リフロー工程においては２４０℃に加熱した。ハーフカット工程の切断線の幅は０．２ｍｍである。

図１１は、実験の結果を示すグラフである。図１１に示すように、モールド工程後はサンプル１、サンプル２共に−５．０ｍｍの反りが測定された。ハーフカット工程後のサンプル２の反りは−０．５ｍｍである。キュア工程後は、サンプル１では−９．０ｍｍ、サンプル２では−２．０ｍｍの反りが測定された。リフロー工程後は、サンプル１で−６．５ｍｍ、サンプル２では−０．５ｍｍの反りが測定された。

以上の結果から、ハーフカット工程を行うことにより、反りを低減できることが分かった。また、サンプル１の反りは、キュア工程後に−９．０ｍｍ、リフロー工程後に−６．５ｍｍであり、加熱されることで反りが発生したことが分かった。これに対し、サンプル２の反りは、キュア工程後に−２．０ｍｍ、リフロー工程後に−０．５ｍｍであり、加熱しても反りの発生が抑制されていることが分かった。

実施例２は、反りが絶縁性基板の長手方向及び幅方向の両方向に発生する例である。

図１２（ａ）に示すように、実施例１では絶縁性基板１０及び樹脂２０は、上面から見た場合に長方形で、反りは長手方向に発生するとして説明した。このため、ハーフカット工程における切断線２２は、幅方向に設けられていた。

これに対し、図１２（ｂ）に示すように、絶縁性基板１０が、上面から見た場合に正方形であれば、反りは長手方向及び幅方向の両方向に発生する。このとき、切断線２２を格子状に設け樹脂２０を切断することで、両方向の反りを低減できる。

実施例２では、樹脂２０が正方形であるとしたが、反りが長手方向及び幅方向に発生する場合であれば、その他の形状においても切断線２２を格子状に設けることで、反りを低減することができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

図１は、比較例１に係る半導体装置１００の製造方法を示したフローチャートである。 図２は、反りが発生した場合の半導体装置１００を示した側面図である。 図３は、比較例２に係る半導体装置１１０の製造方法を示したフローチャートである。 図４（ａ）から図４（ｃ）は、比較例２に係る半導体装置１１０の製造方法を示した側面図である。 図５は、実施例１に係る半導体装置１２０の製造方法を示したフローチャートである。 図６（ａ）から図６（ｄ）は、実施例１に係る半導体装置１２０の製造方法を示した側面図である。 図７（ａ）から図７（ｂ）は、実施例１に係る半導体装置１２０の製造方法を示した側面図である。 図８は、切断線２２と切断線２４との位置関係を示す上面図である。 図９（ａ）から図９（ｃ）は、反りの測定方法及び定義を示す側面図である。 図１０は、実験に用いたサンプルを示す斜視図である。 図１１は、実験の結果を示すグラフである。 図１２（ａ）は実施例１に係る半導体装置の上面図であり、図１２（ｂ）は実施例２に係る半導体装置の上面図である。

符号の説明

１０ 絶縁性基板
２０ 樹脂
２２，２４ 切断線
１００，１１０，１２０ 半導体装置

Claims (10)

1. 基板の片面を樹脂で封止する工程と、
   前記封止する工程の後に、前記基板と接している面とは反対の面から、前記基板を残存させるように、前記樹脂を切断する工程と、
   前記樹脂を切断する工程の後に、前記基板と前記樹脂とを加熱する第１加熱工程と、
   前記第１加熱工程の後に、前記基板を個片化する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記基板の前記片面を前記樹脂で封止する工程は、前記基板と前記樹脂とを加熱する第２加熱工程を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記第２加熱工程の加熱時間は、前記第１加熱工程の加熱時間より短いことを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記第１加熱工程は、前記第２加熱工程と等しい温度、または高い温度まで前記基板と前記樹脂とを加熱する工程であることを特徴とする請求項２または３記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記基板を個片化する工程における切断線は、前記樹脂を切断する工程における切断線を含んでいることを特徴とする請求項１から４いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記樹脂を切断する工程における複数の切断線は、前記基板を個片化する工程における複数の切断線のうち、少なくとも一本と重なっていることを特徴とする請求項１から５いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記樹脂を切断する工程は、前記樹脂を幅方向に切断する工程であることを特徴とする請求項１から６いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記樹脂を切断する工程は、前記樹脂を格子状に切断する工程であることを特徴とする請求項１から６いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記第１加熱工程の後であって、前記基板を個片化する工程の前に、前記基板と前記樹脂とを加熱する第３加熱工程を有することを特徴とする請求項１から８いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記第３加熱工程は、前記基板に端子を設ける工程に含まれることを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。

Images