JP2015018860A - Semiconductor package manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基材上に半導体素子をはんだ付けしたものをモールド樹脂で封止してなる半導体パッケージの製造方法に関し、特に基材とモールド樹脂との間に介在する密着補助膜の耐熱性向上に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor package in which a semiconductor element is soldered on a base material and sealed with a mold resin, and in particular, the heat resistance improvement of an adhesion auxiliary film interposed between the base material and the mold resin. About.
従来より、この種の半導体パッケージとしては、基材と、基材上にはんだを介してはんだ付けされた半導体素子と、基材および半導体素子を封止するモールド樹脂と、基材および半導体素子とモールド樹脂との間に介在し、モールド樹脂の密着性を確保するための密着補助膜と、を備えたものが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, as this type of semiconductor package, a base material, a semiconductor element soldered onto the base material via solder, a mold resin that seals the base material and the semiconductor element, a base material and the semiconductor element, There has been proposed a film provided with an adhesion auxiliary film for interposing between the mold resin and ensuring the adhesion of the mold resin (for example, see Patent Document 1).
このような半導体パッケージは、基材上に半導体素子をはんだ付けした後、基材および半導体素子の表面に、密着補助膜を設け、その後、モールド樹脂による封止を行うことにより製造される。ここで、密着補助膜は、ポリイミド等の熱硬化性材料よりなるもので、塗布した後、加熱して硬化させることにより設けられる。 Such a semiconductor package is manufactured by soldering a semiconductor element on a base material, providing an adhesion auxiliary film on the surface of the base material and the semiconductor element, and then sealing with a mold resin. Here, the adhesion assisting film is made of a thermosetting material such as polyimide, and is provided by being heated and cured after being applied.
ところで、このような半導体パッケージは、より高温での使用が求められている。ここで、当該半導体パッケージにおいては、半導体素子の表面には通常ポリイミド系樹脂よりなる保護膜が設けられているため、半導体素子とモールド樹脂との密着性は、基材とモールド樹脂との密着性に比べて十分に確保される。 By the way, such a semiconductor package is required to be used at a higher temperature. Here, in the semiconductor package, since a protective film made of a polyimide resin is usually provided on the surface of the semiconductor element, the adhesion between the semiconductor element and the mold resin is the adhesion between the substrate and the mold resin. It is sufficiently secured compared to
そこで、基材とモールド樹脂との密着性をより高めるべく、基材表面に設けられる密着補助膜の耐熱性を向上させることが求められている。そのためには、密着補助膜をより高温で硬化させることで、高い使用温度であっても、密着補助膜の硬化状態を維持することが必要となる。密着補助膜の硬化温度が低く、当該硬化が不十分な状態では、基材とモールド樹脂との密着性の確保も不十分となる。 Therefore, in order to further improve the adhesion between the substrate and the mold resin, it is required to improve the heat resistance of the adhesion auxiliary film provided on the substrate surface. For this purpose, it is necessary to maintain the cured state of the adhesion assisting film by curing the adhesion assisting film at a higher temperature even at a high use temperature. When the curing temperature of the adhesion auxiliary film is low and the curing is insufficient, the adhesion between the base material and the mold resin is also insufficient.
しかし、上記従来の製造方法では、半導体素子と基材とをはんだ付けした後、密着補助膜を基材表面に塗布して硬化させていた。そのため、密着補助膜の硬化温度をより高温化させようとすると、当該硬化温度が、はんだの融点を越えてしまい、はんだ付け部分の接合性が損なわれてしまう恐れがある。 However, in the above conventional manufacturing method, after soldering the semiconductor element and the base material, the adhesion auxiliary film is applied to the surface of the base material and cured. For this reason, if the curing temperature of the adhesion assisting film is to be increased, the curing temperature exceeds the melting point of the solder, which may impair the solderability of the soldered portion.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、基材上に半導体素子をはんだ付けしたものをモールド樹脂で封止してなる半導体パッケージの製造方法において、基材とモールド樹脂との間に介在する密着補助膜の耐熱性を適切に向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in a method for manufacturing a semiconductor package in which a semiconductor element is soldered on a base material and sealed with a mold resin, the base material and the mold resin are provided. The object is to appropriately improve the heat resistance of the adhesion auxiliary film interposed in the film.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、基材(10)と、基材上にはんだ(30)を介してはんだ付けされた半導体素子(20)と、基材および半導体素子を封止するモールド樹脂(40)と、基材とモールド樹脂との間に介在し、基材とモールド樹脂との密着性を確保するための熱硬化性材料よりなる密着補助膜(100)と、を備える半導体パッケージを製造する半導体パッケージの製造方法であって、
基材および半導体素子を用意する用意工程と、基材の表面のうちはんだが配置される部位以外の部位に、密着補助膜を塗布して配置する膜配置工程と、塗布された密着補助膜を、はんだの融点よりも高い温度で硬化する硬化工程と、しかる後、基材と半導体素子とを、はんだを介してはんだ付けするはんだ付け工程と、はんだ付けされた基材および半導体素子をモールド樹脂で封止する封止工程と、を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a base material (10), a semiconductor element (20) soldered onto the base material via a solder (30), the base material, and the semiconductor element A mold resin (40) for sealing the substrate, and an adhesion auxiliary film (100) made of a thermosetting material that is interposed between the substrate and the mold resin and ensures adhesion between the substrate and the mold resin. A semiconductor package manufacturing method for manufacturing a semiconductor package comprising:
A preparation step of preparing a base material and a semiconductor element, a film placement step of applying and placing an adhesion auxiliary film on a portion of the surface of the substrate other than a portion where solder is arranged, and an applied adhesion auxiliary film A curing process for curing at a temperature higher than the melting point of the solder, a soldering process for soldering the base material and the semiconductor element via solder, and a mold resin for the soldered base material and the semiconductor element And a sealing step of sealing with.
それによれば、はんだ付けする前に、はんだの融点よりも高い温度で密着補助膜を硬化させるので、従来のようなはんだの溶融を回避しつつ、密着補助膜の硬化温度を高めることができる。よって、本発明によれば、密着補助膜の耐熱性を適切に向上させることができ、高温信頼性に優れた半導体パッケージを提供することができる。 According to this, since the adhesion assisting film is cured at a temperature higher than the melting point of the solder before soldering, the curing temperature of the adhesion assisting film can be increased while avoiding melting of the solder as in the prior art. Therefore, according to the present invention, the heat resistance of the adhesion auxiliary film can be appropriately improved, and a semiconductor package excellent in high-temperature reliability can be provided.
なお、特許請求の範囲およびこの欄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一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in the claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
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、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings for the sake of simplicity.
本発明の実施形態にかかる半導体パッケージP1について、図1を参照して述べる。この半導体パッケージP1は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するための装置として適用されるものである。 A semiconductor package P1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The semiconductor package P1 is mounted on a vehicle such as an automobile and is applied as a device for driving various electronic devices for the vehicle.
本実施形態の半導体パッケージP1は、大きくは、基材としてのヒートシンク10と、ヒートシンク10の一面11上にはんだ30を介してはんだ付けされた半導体素子20と、ヒートシンク10および半導体素子20を封止するモールド樹脂40と、を備えて構成されている。
The semiconductor package P1 of the present embodiment is roughly sealed by a
ヒートシンク10は半導体素子20に発生する熱を逃がす放熱機能を有するもので、本実施形態では、表裏の板面の一方を一面11、他方を他面12とし、これら両板面11、12を連結する側面13を有する板状をなすものである。
The
このようなヒートシンク10は、Cu(銅)やNi(ニッケル)、Fe(鉄)などの金属よりなるもので、ここでは、はんだ付け性の向上等の点から表面にAu等のめっき10aが施されている。このヒートシンク10は、平面サイズが半導体素子20よりも大きいものであり、ヒートシンク10の一面11の一部にて、半導体素子20のはんだ付けがなされている。
Such a
半導体素子20は、たとえばSi(シリコン)やSiC(シリコンカーバイド)、GaN(ガリウムナイトライド)などの半導体よりなるもので、通常の半導体プロセスにより、形成されたものであり、具体的には、MOSトランジスタ、IGBT等のパワー素子などが挙げられる。また、通常のものと同様に、半導体素子20の表面(はんだ付け面とは反対側の面)は、ポリイミド系樹脂よりなる保護膜20aにより構成されている
ヒートシンク10と半導体素子20とを接合するはんだ30としては、Sn−Ag系、Sn−Ni−Cu−P系、Sn−Sb系、Sn−Pb系等の各種はんだ材料が用いられる。これらのはんだ材料は、融点がたとえば180℃〜250℃程度のものである。
The
そして、ヒートシンク10および半導体素子20の外側には、CuやNiなどの金属よりなるリード端子50が設けられており、このリード端子50と半導体素子20とは、ボンディングワイヤ60により接合され、電気的に導通している。
A
ここで、ボンディングワイヤ60は、AuやアルミニウムやCuなどよりなるもので、通常のワイヤボンディングにより形成される。なお、半導体素子20におけるワイヤ60との接合部分には、図示しないが、保護膜20aより開口するパッドが設けられており、このパッドとワイヤ60とが接合されている。
Here, the bonding
そして、モールド樹脂40は、これらヒートシンク10、半導体素子20、はんだ30、リード端子50、ボンディングワイヤ60を包み込むように封止している。このモールド樹脂40は、エポキシ樹脂等の通常のモールド材料よりなるもので、金型成形やポッティング等により形成されている。
The
なお、リード端子50の一部は、モールド樹脂40から突出しており、半導体パッケージP1と外部との信号のやりとりを行うべく、図示しない外部配線などに電気的に接続されるようになっている。また、ヒートシンク10の他面12側がモールド樹脂40より露出することで、放熱性を高めている。
A part of the
このような構成において、さらに本実施形態の半導体パッケージP1では、ヒートシンク10とモールド樹脂40との密着性を確保するため密着補助膜100が、ヒートシンク10とモールド樹脂40との間に介在している。
In such a configuration, in the semiconductor package P1 of the present embodiment, the adhesion
この密着補助膜100は、ヒートシンク10の表面のうちはんだ30が配置される部位以外の部位に、配置されている。具体的に、本実施形態では、ヒートシンク10の一面11のうちのはんだ30の配置部分以外の部位にて、モールド樹脂40との間に密着補助膜100が配置されている。
The adhesion
このような密着補助膜100は、ポリイミド等の熱硬化性材料よりなるもので、塗布および加熱硬化により形成されるものである。たとえば、密着補助膜100となるポリイミドとしては、日立化成デュポンマイクロシステムズ社製のPIX1400、PIX6400(いずれも商品名)などが挙げられる。
Such an
また、本実施形態では、密着補助膜100は、リード端子50の表面のうちボンディングワイヤ60と接続される部位以外の部位にも配置されている。これにより、リード端子50とこれを封止するモールド樹脂40との密着性も確保するようにしている。
In the present embodiment, the
次に、本実施形態の半導体パッケージP1の製造方法について、図2、図3を参照して述べる。まず、用意工程にて、ヒートシンク10および半導体素子20を用意する。ヒートシンク10は、切削、プレス、めっき等の工程を経て作製され、半導体素子20は半導体プロセスにより作製される。
Next, a method for manufacturing the semiconductor package P1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. First, the
次に、図2(a)に示されるように、ヒートシンク10とリード端子50とを所定の位置に配置する。このとき、リード端子50がたとえばリードフレーム素材よりなる場合には、このリードフレーム素材とヒートシンク10とを、接着やかしめ等により固定した状態とする。
Next, as shown in FIG. 2A, the
そして、図2(b)に示されるように、ヒートシンク10の一面11のうちはんだ30が配置される部位以外の部位、および、リード端子50の表面のうちボンディングワイヤ60と接続される部位以外の部位に、密着補助膜100としてのポリイミドを塗布して配置する(膜配置工程)。
Then, as shown in FIG. 2B, a part other than the part where the
続いて、オーブン等を用いて、塗布された密着補助膜100を、はんだ30の融点よりも高い温度で硬化する(硬化工程)。たとえば、上記したSn−Ag系等のはんだ30の融点は、180〜250℃であるが、当該ポリイミドの硬化温度は、たとえば250℃〜350℃の範囲ではんだ融点よりも高いものとする。
Subsequently, the applied
この後、図2(c)に示されるように、ヒートシンク10と半導体素子20とを、はんだ30を介してはんだ付けする(はんだ付け工程)。このときのはんだリフロー温度は、上記したSn−Ag系等のはんだ30の場合、たとえば230〜300℃程度である。
Thereafter, as shown in FIG. 2C, the
その後、図3(a)に示されるように、通常のワイヤボンディング方法を用いることにより、リード端子50と半導体素子20とをボンディングワイヤ60で接続する(ワイヤ接続工程)。
Thereafter, as shown in FIG. 3A, the
そして、はんだ付けされたヒートシンク10および半導体素子20、さらに、リード端子50およびボンディングワイヤ60を含む構造体を、金型等に設置して樹脂成形を行うことにより、モールド樹脂40で封止する(封止工程)。その後は、必要に応じて、リード端子50についてリードカット等を行うことにより、本実施形態の半導体パッケージP1ができあがる。
Then, the structure including the soldered
ところで、本実施形態によれば、はんだ付け工程の前に、はんだ30の融点よりも高い温度で密着補助膜100を硬化させるので、従来のようなはんだ30の溶融を回避しつつ、密着補助膜100の硬化温度を高めることができる。よって、本実施形態によれば、密着補助膜100の耐熱性を適切に向上させることができ、高温信頼性に優れた半導体パッケージP1を提供することができる。
By the way, according to the present embodiment, since the adhesion
たとえば、半導体素子20として、SiCを用いた場合、SiCは、Siに比べバンドギャップが約3倍と大きく、200℃以上の高温で使用できる。本実施形態では、密着補助膜100の耐熱性を向上した半導体パッケージP1とすることにより、SiCよりなる半導体素子20の特長を有効に発揮できることになる。
For example, when SiC is used as the
(他の実施形態)
なお、密着補助膜100としては、塗布して加熱により硬化させることで上記密着性を確保する機能を有するものならば、上記したポリイミドに限定されるものではない。たとえば、その他、ポリアミドイミド系、シアネート系の樹脂等が挙げられる。
(Other embodiments)
The adhesion
また、基材としては、半導体素子20がはんだ付けできるものであればよく、上記したヒートシンク10以外にも、リードフレームのアイランドでもよいし、その他、可能ならば各種の配線基板等であってもよい。
The base material may be any material as long as the
また、半導体パッケージとしては、少なくとも半導体素子がはんだ付けされた基材をモールド樹脂40で封止したものであればよく、可能ならば、上記図1におけるリード端子50やボンディングワイヤ60が省略された構成であってもよい。
Further, as the semiconductor package, it is sufficient that at least the base material to which the semiconductor element is soldered is sealed with the
また、上記実施形態では、半導体素子20の片面側のみにヒートシンク10をはんだ付けした片面放熱タイプのパッケージを示した。ここで、半導体パッケージとしては、図1の半導体素子20においてヒートシンク10側とは反対側の面にも、図示しないもう1つのヒートシンクをはんだ付けしてなる両面放熱タイプのものであってもよい。この場合、当該もう1つのヒートシンクについて、同様に密着補助膜100を設ければよい。
Moreover, in the said embodiment, the single-sided thermal radiation type package which soldered the
また、上記図1では、密着補助膜100は、ヒートシンク10の一面11上に設けられていたが、さらに、ヒートシンク10の表面のうちはんだ30が配置される部位以外の部位であってモールド樹脂40で封止される部位として、ヒートシンク10の側面13にも、密着補助膜100を設けてもよい。
In FIG. 1, the
また、上記図1では、ヒートシンク10の他面12側がモールド樹脂40より露出するパッケージ、いわゆるハーフモールド構造のパッケージであったが、さらに、ヒートシンク10の他面12側もモールド樹脂40で封止されたパッケージであってもよい。この場合、ヒートシンク10の他面12に対しても、上記同様に、密着補助膜100を設けてやればよい。
In FIG. 1, the package is a package in which the
また、モールド樹脂40および密着補助膜100のガラス転移温度は、180℃以上であることが望ましい。これは、200℃程度の高温においても、モールド樹脂40と基材との剥離を抑制しやすいためである。
The glass transition temperatures of the
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within the scope described in the claims. The above embodiments are not irrelevant to each other, and can be combined as appropriate unless the combination is clearly impossible, and the above embodiments are not limited to the illustrated examples. Absent. In each of the above-described embodiments, it is needless to say that elements constituting the embodiment are not necessarily essential unless explicitly stated as essential and clearly considered essential in principle. Yes. Further, in each of the above embodiments, when numerical values such as the number, numerical value, quantity, range, etc. of the constituent elements of the embodiment are mentioned, it is clearly limited to a specific number when clearly indicated as essential and in principle. The number is not limited to the specific number except for the case. Further, in each of the above embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of the component, etc., the shape, unless otherwise specified and in principle limited to a specific shape, positional relationship, etc. It is not limited to the positional relationship or the like.
10 基材としてのヒートシンク
20 半導体素子
30 はんだ
40 モールド樹脂
100 密着補助膜
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記基材上にはんだ(30)を介してはんだ付けされた半導体素子(20)と、
前記基材および前記半導体素子を封止するモールド樹脂(40)と、
前記基材と前記モールド樹脂との間に介在し、前記基材と前記モールド樹脂との密着性を確保するための熱硬化性材料よりなる密着補助膜(100)と、を備える半導体パッケージを製造する半導体パッケージの製造方法であって、
前記基材および前記半導体素子を用意する用意工程と、
前記基材の表面のうち前記はんだが配置される部位以外の部位に、前記密着補助膜を塗布して配置する膜配置工程と、
前記塗布された密着補助膜を、前記はんだの融点よりも高い温度で硬化する硬化工程と、
しかる後、前記基材と前記半導体素子とを、前記はんだを介してはんだ付けするはんだ付け工程と、
前記はんだ付けされた前記基材および前記半導体素子を前記モールド樹脂で封止する封止工程と、を備えることを特徴とする半導体パッケージの製造方法。 A substrate (10);
A semiconductor element (20) soldered onto the substrate via solder (30);
A mold resin (40) for sealing the substrate and the semiconductor element;
Manufacturing a semiconductor package comprising an adhesion auxiliary film (100) made of a thermosetting material, which is interposed between the substrate and the mold resin, and ensures adhesion between the substrate and the mold resin. A method of manufacturing a semiconductor package comprising:
A preparation step of preparing the substrate and the semiconductor element;
A film placement step of applying and placing the adhesion auxiliary film on a portion of the surface of the substrate other than the portion where the solder is placed;
A curing step of curing the applied adhesion assisting film at a temperature higher than the melting point of the solder;
Thereafter, a soldering step of soldering the base material and the semiconductor element via the solder;
And a sealing step of sealing the soldered base material and the semiconductor element with the mold resin.
膜配置工程では、前記リード端子の表面のうち前記ボンディングワイヤと接続される部位以外の部位に、前記密着補助膜を塗布して配置するようにし、
前記はんだ付け工程と前記封止工程との間に、前記リード端子と前記半導体素子とを前記ボンディングワイヤで接続するワイヤ接続工程を行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージの製造方法。 In the semiconductor package, a lead terminal (50) is provided on the outside of the base material, and the lead terminal and the semiconductor element are connected by a bonding wire (60). Sealed with
In the film arranging step, the adhesion auxiliary film is applied and arranged on a portion other than the portion connected to the bonding wire on the surface of the lead terminal,
2. The method of manufacturing a semiconductor package according to claim 1, wherein a wire connection step of connecting the lead terminal and the semiconductor element with the bonding wire is performed between the soldering step and the sealing step. .
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