JP3634709B2 - 半導体モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路装置および実装基板に関し、特に支持基板を不要にした薄型の回路装置および実装基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子機器にセットされる回路装置は、携帯電話、携帯用のコンピューター等に採用されるため、小型化、薄型化、軽量化が求められている。
【０００３】
例えば、回路装置として半導体装置を例にして述べると、一般的な半導体装置として、従来通常のトランスファーモールドで封止されたパッケージ型半導体装置がある。この半導体装置１は、図２６のように、プリント基板ＰＳに実装される。
【０００４】
またこのパッケージ型半導体装置１は、半導体チップ２の周囲を樹脂層３で被覆し、この樹脂層３の側部から外部接続用のリード端子４が導出されたものである。
【０００５】
しかしこのパッケージ型半導体装置１は、リード端子４が樹脂層３から外に出ており、全体のサイズが大きく、小型化、薄型化および軽量化を満足するものではなかった。
【０００６】
そのため、各社が競って小型化、薄型化および軽量化を実現すべく、色々な構造を開発し、最近ではＣＳＰ（チップサイズパッケージ）と呼ばれる、チップのサイズと同等のウェハスケールＣＳＰ、またはチップサイズよりも若干大きいサイズのＣＳＰが開発されている。
【０００７】
図２７は、支持基板としてガラスエポキシ基板５を採用した、チップサイズよりも若干大きいＣＳＰ６を示すものである。ここではガラスエポキシ基板５にトランジスタチップＴが実装されたものとして説明していく。
【０００８】
このガラスエポキシ基板５の表面には、第１の電極７、第２の電極８およびダイパッド９が形成され、裏面には第１の裏面電極１０と第２の裏面電極１１が形成されている。そしてスルーホールＴＨを介して、前記第１の電極７と第１の裏面電極１０が、第２の電極８と第２の裏面電極１１が電気的に接続されている。またダイパッド９には前記ベアのトランジスタチップＴが固着され、トランジスタのエミッタ電極と第１の電極７が金属細線１２を介して接続され、トランジスタのベース電極と第２の電極８が金属細線１２を介して接続されている。更にトランジスタチップＴを覆うようにガラスエポキシ基板５に樹脂層１３が設けられている。
【０００９】
前記ＣＳＰ６は、ガラスエポキシ基板５を採用するが、ウェハスケールＣＳＰと違い、チップＴから外部接続用の裏面電極１０、１１までの延在構造が簡単であり、安価に製造できるメリットを有する。
【００１０】
また前記ＣＳＰ６は、図２６のように、プリント基板ＰＳに実装される。プリント基板ＰＳには、電気回路を構成する電極、配線が設けられ、前記ＣＳＰ６、パッケージ型半導体装置１、チップ抵抗ＣＲまたはチップコンデンサＣＣ等が電気的に接続されて固着される。
【００１１】
そしてこのプリント基板モジュールで構成された回路は、色々なセットの中に取り付けられる。
【００１２】
つぎに、このＣＳＰ６の製造方法を図２８および図２９を参照しながら説明する。尚、図２９では、中央のガラエポ／フレキ基板と題するフロー図を参照する。
【００１３】
まず基材（支持基板）としてガラスエポキシ基板５を用意し、この両面に絶縁性接着剤を介してＣｕ箔２０、２１を圧着する。（以上図２８Ａを参照）
続いて、第１の電極７，第２の電極８、ダイパッド９、第１の裏面電極１０および第２の裏面電極１１に対応するＣｕ箔２０、２１に耐エッチング性のレジスト２２を被覆し、Ｃｕ箔２０、２１をエッチングによりパターニングする。尚、パターニングは、表と裏で別々にしても良い（以上図２８Ｂを参照）
続いて、レジストを除去した後、ドリルやレーザを利用してスルーホールＴＨのための孔を前記ガラスエポキシ基板５に形成し、この孔にメッキを施し、スルーホールＴＨを形成する。このスルーホールＴＨにより第１の電極７と第１の裏面電極１０、第２の電極８と第２の裏面電極１１が電気的に接続される。（以上図２８Ｃを参照）
更に、図面では省略をしたが、ボンデイングポストと成る第１の電極７，第２の電極８にＮｉメッキを施すと共に、ダイボンディングポストとなるダイパッド９にＡｕメッキを施し、トランジスタチップＴをダイボンディングする。
【００１４】
最後に、トランジスタチップＴのエミッタ電極と第１の電極７、トランジスタチップＴのベース電極と第２の電極８を金属細線１２を介して接続し、樹脂層１３で被覆している。（以上図２８Ｄを参照）
そして必要により、ダイシングして個々の電気素子として分離している。図２８では、ガラスエポキシ基板５に、トランジスタチップＴが一つしか設けられていないが、実際は、トランジスタチップＴがマトリックス状に多数個設けられている。そのため、最後にダイシング装置により個別分離されている。
【００１５】
以上の製造方法により、支持基板５を採用したＣＳＰ型の電気素子が完成する。この製造方法は、支持基板としてフレキシブルシートを採用しても同様である。
【００１６】
一方、セラミック基板を採用した製造方法を図２９左側のフローに示す。支持基板であるセラミック基板を用意した後、スルーホールを形成し、その後、導電ペーストを使い、表と裏の電極を印刷し、焼結している。その後、前製造方法の樹脂層を被覆するまでは図２８の製造方法と同じであるが、セラミック基板は、非常にもろく、フレキシブルシートやガラスエポキシ基板と異なり、直ぐに欠けてしまうため金型を用いたモールドができない問題がある。そのため、封止樹脂をポッティングし、硬化した後、封止樹脂を平らにする研磨を施し、最後にダイシング装置を使って個別分離している。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
図２７に於いて、トランジスタチップＴ、接続手段７〜１２および樹脂層１３は、外部との電気的接続、トランジスタの保護をする上で、必要な構成要素であるが、これだけの構成要素で小型化、薄型化、軽量化を実現する回路素子を提供するのは難しかった。
【００１８】
また、支持基板となるガラスエポキシ基板５は、前述したように本来不要なものである。しかし製造方法上、電極を貼り合わせるため、支持基板として採用しており、このガラスエポキシ基板５を無くすことができなかった。そのため、このガラスエポキシ基板５を採用することによって、コストが上昇し、更にはガラスエポキシ基板５が厚いために、回路素子として厚くなり、小型化、薄型化、軽量化に限界があった。
【００１９】
更に、ガラスエポキシ基板やセラミック基板では必ず両面の電極を接続するスルーホール形成工程が不可欠であり、製造工程も長くなる問題もあった。
【００２０】
また図２６の如く、前記ＣＳＰ６をプリント基板ＰＳに実装すると、プリント基板ＰＳの厚みとＣＳＰ６の支持基板の厚みが足し合わされ、プリント基板モジュールは、厚みのあるものに成ってしまう。ましてやプリント基板ＰＳの裏面にも回路素子１、チップコンデンサＣＣを実装すると、実装された回路素子の厚みも足し合わされ、更に厚いプリント基板モジュールになってしまう。従って前記プリント基板モジュールが実装されたセット（電子機器）の大型化を招いてしまう問題があった。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述した多くの課題に鑑みて成され、第１に、分離溝で電気的に分離された複数の導電路と、所望の該導電路上に固着された回路素子と、該回路素子を被覆し且つ前記導電路間の前記分離溝に充填され前記導電路の裏面を露出して一体に支持する絶縁性樹脂と、前記導電路の裏面に固着された外付け回路素子とを具備することで解決するものである。
【００２２】
第２に、分離溝で電気的に分離された複数の導電路と、所望の該導電路上に固着された回路素子と、該回路素子の電極と他の前記導電路とを接続する接続手段と、前記回路素子を被覆し且つ前記導電路間の前記分離溝に充填され前記導電路の裏面を露出して一体に支持する絶縁性樹脂と、前記導電路の裏面に固着された外付け回路素子とを具備することで解決するものである。
【００２３】
第３に、分離溝で電気的に分離された複数の導電路と、所望の該導電路上に固着された複数の回路素子と、該回路素子の所望の電極と他の前記導電路とを接続する接続手段と、前記回路素子を被覆し且つ前記導電路間の前記分離溝に充填され前記導電路の裏面を露出して一体に支持する絶縁性樹脂と、前記導電路の裏面に固着された外付け回路素子とを具備することで解決するものである。
【００２４】
この外付け部品を除いた回路素子は、構成要素を最小限にでき、しかも裏面に導電路が露出しているため、外付け部品により機能を更に付加した回路装置を実現できるものである。
【００２５】
第４に、前記回路素子は半導体ベアチップ、チップ回路部品、パッケージ型半導体装置またはＣＳＰのいずれかあるいは両方で成ることで解決するものである。
【００２６】
第５に、前記接続手段はボンディング細線またはロウ材で構成されることで解決するものである。
【００２７】
第６に、前記導電路の裏面と前記分離溝間に充填された絶縁性樹脂の裏面とを実質的に平坦にすることで解決するものである。
【００２８】
導電路と絶縁性樹脂で同一面を形成するため、実装された外付け回路素子は、導電路の側面に当たることなくずらすことができる。特に、本回路装置を実装基板として用いた場合、位置ずれして実装された外付け回路素子を水平方向にずらして配置し直すことができる。また外付け回路素子の実装後、ロウ材が溶けていれば、ずれて実装された外付け回路素子は、溶けたロウ材の表面張力により、導電路上部に自ら戻ろうとし、外付け回路素子自身による再配置が成される。
【００２９】
第７に、前記導電路は電極、ボンディングパッド、ダイパッド、配線またはコネクタとして用いられることで解決するものである。
【００３０】
第８に、分離溝で電気的に分離された複数の導電路と、所望の該導電路裏面に固着された回路素子と、該回路素子を被覆し且つ前記導電路間の前記分離溝に充填され前記導電路の表面を露出して一体に支持する絶縁性樹脂とから成る前記回路素子が埋め込まれた実装基板であり、前記導電路の表面に固着された外付け回路素子とを具備することで解決するものである。
【００３１】
本構成により、回路素子が埋め込まれた機能内蔵型の実装基板として活用できる。例えば標準回路を実装基板の中に内蔵し、ユーザ側では、実装基板上にユーザ独自の機能を追加するための外付け部品を実装できる。
【００３２】
第９に、前記導電路の表面と前記分離溝間に充填された絶縁性樹脂の表面とを実質的に平坦にすることで解決するものである。
【００３３】
前述したように外付け部品を簡単にずらすことができ、位置調整が容易に実現できる。
【００３４】
第１０に、前記導電路の表面をボンディングパッドまたは外部接続用パッドとすることで解決するものである。
【００３５】
第１１に、前記実装基板の中で用いられるロウ材の融点は、前記導電路表面で用いられるロウ材の融点よりも高いことで解決するものである。
【００３６】
外付け部品をロウ材により実現する場合でも、実装基板内のロウ材が溶けず、実装基板内の回路が不良とならない。
【００３７】
【発明の実施の形態】
回路装置を説明する第１の実施の形態
まず本発明の回路装置について図１を参照しながらその構造について説明する。
【００３８】
図１Ａには、絶縁性樹脂５０に導電路５１が埋め込まれ、前記導電路５１上には回路素子５２Ａ、５２Ｂが固着され、前記絶縁性樹脂５０で導電路５１を支持して成る回路装置５３が示され、更には外付け部品１が裏面に実装されている。ここで回路素子は、一つでも良く、また複数の回路素子が実装されても良い。また複数の回路素子は、導電路の一つである配線も含めて一つのＩＣ回路が構成されても良い。
【００３９】
本構造は、符号５２Ａ、５２Ｂで示す回路素子、符号５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃで示す複数の導電路、前記回路素子５２Ａ、５２Ｂおよび導電路５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃを埋め込む絶縁性樹脂５０の３つで構成され、導電路５１間には、この絶縁性樹脂５０で充填された分離溝５４が設けられる。そして絶縁性樹脂５０により前記導電路５１が支持されている。
【００４０】
絶縁性樹脂としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂を用いることができる。また絶縁性樹脂は、金型を用いて固める樹脂、ディップ、塗布をして被覆できる樹脂であれば、全ての樹脂が採用できる。また導電路５１としては、Ｃｕを主材料とした導電箔、Ａｌを主材料とした導電箔、またはＦｅ−Ｎｉ等の合金から成る導電箔等を用いることができる。もちろん、他の導電材料でも可能であり、特にエッチングできる導電材、レーザで蒸発する導電材が好ましい。
【００４１】
また回路素子５２の接続手段は、金属細線５５Ａ、ロウ材から成る導電ボール、扁平する導電ボール、半田等のロウ材５５Ｂ、Ａｇペースト等の導電ペースト５５Ｃ、導電被膜または異方性導電性樹脂等がある。そしてこれら接続手段は、回路素子５２の種類、回路素子５２の実装形態により選択される。例えば、ベアの半導体素子であれば、半導体素子表面の電極と導電路５１との接続は、金属細線が選択され、ＣＳＰであれば半田ボールや半田バンプが選択される。またチップ抵抗、チップコンデンサは、半田５５Ｂが選択される。またパッケージされた回路素子、例えばＢＧＡ等を導電路５１に実装しても問題はなく、これを採用する場合、接続手段は半田が選択される。
【００４２】
また回路素子と導電路５１Ａとの固着は、電気的接続が不要であれば、絶縁性接着剤が選択され、また電気的接続が必要な場合は、導電被膜が採用される。ここでこの導電被膜は、少なくとも一層あればよい。
【００４３】
この導電被膜として考えられる材料は、Ａｇ、Ａｕ、ＰｔまたはＰｄ等であり、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の低真空、または高真空下の被着、メッキまたは導電ペーストの焼結等により被覆される。
【００４４】
例えばＡｇは、Ａｕと接着するし、ロウ材とも接着する。よってチップ裏面にＡｕ被膜が被覆されていれば、そのままＡｇ被膜、Ａｕ被膜を導電路５１Ａに被覆することによってチップを熱圧着でき、また半田等のロウ材を介してチップを固着できる。ここで、前記導電被膜は複数層に積層された導電被膜の最上層に形成されても良い。例えば、Ｃｕの導電路５１Ａの上には、Ｎｉ被膜、Ａｕ被膜の二層が順に被着されたもの、Ｎｉ被膜、Ｃｕ被膜、半田被膜の三層が順に被着されたもの、Ａｇ被膜、Ｎｉ被膜の二層が順に被覆されたものが形成できる。尚、これら導電被膜の種類、積層構造は、これ以外にも多数あるが、ここでは省略をする。
【００４５】
本回路装置は、導電路５１を封止樹脂である絶縁性樹脂５０で支持しているため、支持基板が不要となり、導電路５１、回路素子５２および絶縁性樹脂５０で構成される。この構成は、本発明の特徴である。従来の技術の欄でも説明したように、従来の回路装置の導電路は、支持基板で支持されていたり、リードフレームで支持されているため、本来不要にしても良い構成が付加されている。しかし、本回路装置は、必要最小限の構成要素で構成され、支持基板を不要としているため、薄型で安価となる特徴を有する。
【００４６】
また前記構成の他に、回路素子５２を被覆し且つ前記導電路５１間の前記分離溝５４に充填されて一体に支持する絶縁性樹脂５０を有している。
【００４７】
また導電路５１間は、分離溝５４となり、ここに絶縁性樹脂５０が充填されることで、お互いの絶縁がはかれるメリットを有する。
【００４８】
また、回路素子５２を被覆し且つ導電路５１間の分離溝５４に充填され導電路５１の裏面のみを露出して一体に支持する絶縁性樹脂５０を有している。
【００４９】
この導電路の裏面を露出する点は、本発明の特徴の一つである。導電路の裏面が外部との接続に供することができ、図２４の如き従来構造のスルーホールＴＨを不要にできる特徴を有する。
【００５０】
しかも回路素子がロウ材、Ａｕ、Ａｇ等の導電被膜を介して直接導電路５１に固着されている場合、導電路５１の裏面が露出されているため、回路素子５２Ａから発生する熱を導電路５１Ａを外部に放出することができる。特に放熱により、駆動電流の上昇等の特性改善が可能となる半導体チップに有効である。しかも導電路の裏面が露出しているため外部接続用電極として活用できる。例えば外部リードＥＬ１、薄膜のリードが被着されたフレキシブルシート、コネクタ等を導電路５１Ｂの裏面に実装できる。またそのまま導電路５１Ｂをオス型のコネクタとし、実装基板に取り付けられたメス型のコネクターに挿入することもできる。
【００５１】
また本回路装置に於いて、分離溝５４の表面と導電路５１の表面は、実質一致している構造となっている。本構造は、本発明の特徴であり、図２７に示す如く、裏面電極１０、１１の段差が設けられないため、外付け回路素子１をそのまま水平に移動できる特徴を有する。特に回路装置５３がプリント基板の如くある程度の大きさであれば、導電路５１上には、外付け回路素子を実装できる。これはＩＣ回路が埋め込まれたプリント基板の様なものである。
一方、図１Ｂで、別の外部接続構造を説明する。図１Ｂは、図１Ａと実質同一であり、外部接続用電極ＥＬ２が絶縁性樹脂５０から露出しているものである。この構造に依れば、導電路５１Ｂの表面を介して外部との接続が可能である。例えば金属細線またはロウ材を介して本回路装置を取り付ける実装基板と電気的に接続することも可能であり、外部リードの接続も可能である。
回路装置を説明する第２の実施の形態
次に図８Ａに示された回路装置５６を説明する。
【００５２】
本構造は、導電路５１の表面に導電被膜５７が形成されており、それ以外は、図１Ａの構造と実質同一である。よってこの導電被膜５７について説明する。
【００５３】
第１の特徴は、導電路や回路装置の反りを防止するするために導電被膜５７を設ける点である。
【００５４】
一般に、絶縁性樹脂と導電路材料（以下第１の材料と呼ぶ。）の熱膨張係数の差により、回路装置自身が反ったり、また導電路が湾曲したり剥がれたりする。また導電路５１の熱伝導率が絶縁性樹脂の熱伝導率よりも優れているため、導電路５１の方が先に温度上昇して膨張する。そのため、第１の材料よりも熱膨張係数の小さい第２の材料を被覆することにより、導電路の反り、剥がれ、回路装置の反りを防止することができる。特に第１の材料としてＣｕを採用した場合、第２の材料としてはＡｕ、ＮｉまたはＰｔ等が良い。Ｃｕの膨張率は、１６．７×１０−６（１０のマイナス６乗）で、Ａｕは、１４×１０−６、Ｎｉは、１２．８×１０−６、Ｐｔは、８．９×１０−６である。
【００５５】
第２の特徴は、第２の材料によりアンカー効果を持たせている点である。第２の材料によりひさし５８が形成され、しかも導電路５１と被着したひさし５８が絶縁性樹脂５０に埋め込まれているため、アンカー効果を発生し、導電路５１の抜けを防止できる構造となる。特に絶縁性樹脂の中にＩＣ回路を形成する場合、細く曲折した配線が設けられる。しかしこの配線にもひさしが設けられるため、配線の抜けを防止できる。
【００５６】
また図１Ａと同様に、導電路の裏面が露出しているため外部接続用電極として活用できる。例えば外部リードＥＬ１、コネクター用のフレキシブルシート、コネクタ等を実装できる。またそのまま導電路５１Ｂをメス型のコネクターに挿入することもできる。
【００５７】
一方、図８Ｂはに別の外部接続構造を説明する。図８Ｂは、図１Ｂと実質同一であり、ひさし５８が形成されている点のみ異なるものである。またひさしの効果については、図８Ａと同様なのでその説明は省略する。本構造に依れば、外部接続用電極ＥＬ２が絶縁性樹脂５０から露出しているものである。この構造に依り、導電路５１Ｂの表面を介して外部との接続が可能である。例えば金属細線やロウ材を介して実装基板と電気的に接続することも可能であり、外部リードの接続も可能である。
以上、回路装置としてトランジスタチップ５２Ａと受動素子５２Ｂが実装された回路装置で説明してきたが、本発明は、一つの半導体チップが封止されて構成された回路装置、図２２の如く、ＣＳＰ等のフェイスダウン型の素子が実装された回路装置、または図２３の如くチップ抵抗、チップコンデンサ等の受動素子が封止された回路装置でも実施できる。更には、複数の回路素子、これらを電気的に接続する配線等でＩＣ回路を構成しても良い。
【００５８】
また外付け回路素子としてパッケージ型半導体装置１を取り付けてあるが、その他の半導体装置、チップコンデンサ、チップ抵抗、ＣＳＰ、ＢＧＡ等の回路素子（電気部品）も実装可能である。またその数は、回路装置の大きさにより限定されるが、少なくとも一つ実装される。
回路装置の製造方法を説明する第１の実施の形態
次に図２〜図７および図１を使って回路装置５３の製造方法について説明する。
【００５９】
まず図２の如く、シート状の導電箔６０を用意する。この導電箔６０は、ロウ材の付着性、ボンディング性、メッキ性が考慮されてその材料が選択され、材料としては、例えば、Ｃｕを主材料とした導電箔、Ａｌを主材料とした導電箔またはＦｅ−Ｎｉ等の合金から成る導電箔等が採用される。
【００６０】
導電箔の厚さは、後のエッチングを考慮すると１０μｍ〜３００μｍ程度が好ましく、ここでは７０μｍ（２オンス）の銅箔を採用した。しかし３００μｍ以上でも１０μｍ以下でも基本的には良い。後述するように、導電箔６０の厚みよりも浅い分離溝６１が形成できればよい。
【００６１】
尚、シート状の導電箔６０は、所定の幅でロール状に巻かれて用意され、これが後述する各工程に搬送されても良いし、所定の大きさにカットされた導電箔が用意され、後述する各工程に搬送されても良い。
続いて、少なくとも導電路５１となる領域を除いた導電箔６０を、導電箔６０の厚みよりも薄く除去する工程がある。そしてこの除去工程により形成された分離溝６１および導電箔６０に絶縁性樹脂５０を被覆する工程がある。
【００６２】
まず、Ｃｕ箔６０の上に、ホトレジスト（耐エッチングマスク）ＰＲを形成し、導電路５１となる領域を除いた導電箔６０が露出するようにホトレジストＰＲをパターニングする（以上図３を参照）。そして、前記ホトレジストＰＲを介してエッチングすればよい（以上図４を参照）。
【００６３】
エッチングにより形成された分離溝６１の深さは、例えば５０μｍであり、その側面は、粗面となるため絶縁性樹脂５０と導電路との接着性が向上される。
【００６４】
またこの分離溝６１の側壁は、模式的にストレートで図示しているが、除去方法により異なる構造となる。この除去工程は、ウェットエッチング、ドライエッチング、レーザによる蒸発、ダイシングが採用できる。ウェットエッチングの場合、エッチャントは、塩化第二鉄または塩化第二銅が主に採用され、前記導電箔は、このエッチャントの中にディッピングされるか、このエッチャントでシャワーリングされる。ここでウェットエッチングは、一般に非異方性にエッチングされるため、側面は湾曲構造になる。
【００６５】
またドライエッチングの場合は、異方性、非異方性でエッチングが可能である。現在では、Ｃｕを反応性イオンエッチングで取り除くことは不可能といわれているが、スパッタリングで除去できる。またスパッタリングの条件によって異方性、非異方性でエッチングできる。よってファインパターンの導電路が実現できる。
【００６６】
またレーザでは、直接レーザ光を当てて分離溝を形成でき、この場合は、どちらかといえば分離溝６１の側面はストレートに形成される。
【００６７】
またダイシングでは、曲折した複雑なパターンを形成することは不可能であるが、格子状の分離溝を形成することは可能である。
【００６８】
尚、図３に於いて、ホトレジストの代わりにエッチング液に対して耐食性のある導電被膜を選択的に被覆しても良い。導電路と成る部分に選択的に被着すれば、この導電被膜がエッチング保護膜となり、レジストを採用することなく分離溝をエッチングできる。この導電被膜として考えられる材料は、例えばＡｇ、Ａｕ、ＰｔまたはＰｄ等である。しかもこれら耐食性の導電被膜は、ダイパッド、ボンディングパッドとしてそのまま活用できる特徴を有する。
【００６９】
例えばＡｇ被膜は、Ａｕと接着するし、ロウ材とも接着する。よってチップ裏面にＡｕ被膜が被覆されていれば、そのまま導電路５１上のＡｇ被膜にチップを熱圧着でき、また半田等のロウ材を介してチップを固着できる。またＡｇの導電被膜にはＡｕ細線が接着できるため、ワイヤーボンディングも可能となる。従ってこれらの導電被膜をそのままダイパッド、ボンディングパッドとして活用できるメリットを有する。
【００７０】
続いて、図５の如く、分離溝６１が形成された導電箔６０に回路素子５２を電気的に接続して実装する工程がある。
【００７１】
回路素子５２としては、トランジスタ、ダイオード、ＩＣチップ等の半導体素子、チップコンデンサ、チップ抵抗等の受動素子である。また厚みが厚くはなるが、ＣＳＰ、ＢＧＡ等のフェイスダウンの半導体素子も実装できる。
【００７２】
ここでは、ベアのトランジスタチップ５２Ａが導電路５１Ａにダイボンディングされ、エミッタ電極と導電路５１Ｂ、ベース電極と導電路５１Ｂが、金属細線５５Ａを介して接続される。方法としては、熱圧着によるボールボンディングあるいは超音波によるウェッヂボンディング等である。また５２Ｂは、チップコンデンサまたは受動素子であり、半田等のロウ材または導電ペースト５５Ｂで固着される。
【００７３】
更に、図６に示すように、前記導電箔６０および分離溝６１に絶縁性樹脂５０を付着する工程がある。これは、トランスファーモールド、インジェクションモールド、ディッピングまたは塗布により実現できる。樹脂材料としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂がトランスファーモールドで実現でき、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂はインジェクションモールドで実現できる。
【００７４】
本実施の形態では、導電箔６０表面に被覆された絶縁性樹脂の厚さは、回路素子の最頂部から約約１００μｍ程度が被覆されるように調整されている。尚、この厚みは、強度を考慮して厚くすることも、薄くすることも可能である。
【００７５】
本工程の特徴は、絶縁性樹脂５０を被覆するまでは、導電路５１となる導電箔６０が支持基板となることである。従来では、図２８の様に、本来必要としない支持基板５を採用して導電路７〜１１を形成しているが、本発明では、支持基板となる導電箔６０は、電極材料として必要な材料である。そのため、構成材料を極力省いて作業できるメリットを有し、コストの低下も実現できる。
【００７６】
また分離溝６１は、導電箔の厚みよりも浅く形成されているため、導電箔６０が導電路５１として個々に分離されていない。従ってシート状の導電箔６０として一体で取り扱え、絶縁性樹脂をモールドする際、金型への搬送、金型への実装の作業が非常に楽になる特徴を有する。
【００７７】
続いて、導電箔６０の裏面を化学的および／または物理的に除き、導電路５１として分離する工程がある。ここでこの除く工程は、研磨、研削、エッチング、レーザの金属蒸発等により施される。
【００７８】
実験では研磨装置または研削装置により全面を３０μｍ程度削り、分離溝６１から絶縁性樹脂５０を露出させている。この露出される面を図６では点線で示している。その結果、約４０μｍの厚さの導電路５１となって分離される。また絶縁性樹脂５０が露出する手前まで、導電箔６０を全面ウェトエッチングし、その後、研磨または研削装置により全面を削り、裏面から絶縁性樹脂５０を露出させても良い。
【００７９】
この結果、絶縁性樹脂５０に導電路５１の表面が露出する構造となる。この結果、分離溝６１が加工され、図１の分離溝５４となる。（以上図６参照）
最後に、必要によって露出した導電路５１に半田等の導電材を被着し、図７の如く、回路装置５３を反転し、外付け回路素子１を実装する。回路装置５３は、実質平坦であるため、チップマウンター等の部品実装装置に載置できる。また半田リフロー装置にも流すことができる。また外付け回路素子をロウ材を介して固着する場合は、絶縁性樹脂５０の中に設けられるロウ材の融点を高くする必要がある。こうすることにより例えば半田リフロー工程に於いて、ロウ材５５Ｂが溶けず、断線等の防止が可能となる。
【００８０】
尚、導電路５１の裏面に導電被膜を被着する場合、図２の導電箔の裏面に、前もって導電被膜を形成しても良い。この場合、導電路に対応する部分を選択的に被着すれば良い。被着方法は、例えばメッキである。またこの導電被膜は、エッチングに対して耐性がある材料がよい。この場合、研磨をせずにエッチングだけで導電路５１として分離できる。
【００８１】
尚、本製造方法では、絶縁性樹脂５０の中にトランジスタとチップ抵抗が一組だけ実装されているが、これを１単位としてマトリックス状に配置しても良いし、どちらか一方の回路素子を１単位としてマトリックス状に配置しても良い。更には複数の回路素子から成るＩＣ回路を一単位としてマトリックス状に配置しても良い。この場合は、後述するようにダイシング装置で個々に分離される。
【００８２】
以上の製造方法によって、絶縁性樹脂５０に導電路５１が埋め込まれ、絶縁性樹脂５０の裏面と導電路５１の裏面が一致する平坦な回路装置５６が実現できる。
【００８３】
本製造方法の特徴は、絶縁性樹脂５０を支持基板として活用し導電路５１の分離作業ができることにある。絶縁性樹脂５０は、導電路５１を埋め込む材料として必要な材料であり、図２８の従来の製造方法のように、不要な支持基板５を必要としない。従って、最小限の材料で製造でき、コストの低減が実現できる特徴を有する。
【００８４】
尚、導電路５１表面からの絶縁性樹脂の厚さは、前工程の絶縁性樹脂の付着の時に調整できる。従って実装される回路素子により違ってくるが、回路装置５６としての厚さは、厚くも薄くもできる特徴を有する。ここでは、４００μｍ厚の絶縁性樹脂５０に４０μｍの導電路５１と回路素子が埋め込まれた回路装置になる。（以上図１を参照）
回路装置の製造方法を説明する第２の実施の形態
次に図９〜図１４、図８を使ってひさし５８を有する回路装置５６の製造方法について説明する。尚、ひさしとなる第２の材料７０が被着される以外は、第１の実施の形態と実質同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００８５】
まず図９の如く、第１の材料から成る導電箔６０上にエッチングレートの小さい第２の材料７０が被覆された導電箔６０を用意する。
【００８６】
例えばＣｕ箔の上にＮｉを被着すると、塩化第二鉄または塩化第二銅でＣｕとＮｉが一度にエッチングでき、エッチングレートの差によりＮｉがひさし５８と成って形成されるため好適である。太い実線がＮｉから成る導電被膜７０であり、その膜厚は１〜１０μｍ程度が好ましい。またＮｉの膜厚が厚い程、ひさし５８が形成されやすい。
【００８７】
また第２の材料は、第１の材料と選択エッチングできる材料を被覆しても良い。この場合、まず第２の材料から成る被膜を導電路５１の形成領域に被覆するようにパターニングし、この被膜をマスクにして第１の材料から成る導電膜をエッチングすればひさし５８が形成できるからである。第２の材料としては、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ等が考えられる。
【００８８】
続いて、少なくとも導電路５１となる領域を除いた導電箔６０を、導電箔６０の厚みよりも薄く取り除く工程がある。
【００８９】
図１０の様に、Ｎｉ７０の上に、ホトレジストＰＲを形成し、導電路５１となる領域を除いたＮｉ７０が露出するようにホトレジストＰＲをパターニングし、図１１の様に前記ホトレジストを介してエッチングすればよい。
【００９０】
前述したように塩化第二鉄、塩化第二銅等のエッチャントを採用しエッチングすると、Ｎｉ７０のエッチングレートがＣｕ６０のエッチングレートよりも小さいため、エッチングが進むにつれてひさし５８がでてくる。
【００９１】
尚、前記分離溝６１が形成された導電箔６０に回路素子５２を実装する工程（図１２）、前記導電箔６０および分離溝６１に絶縁性樹脂５０を被覆し、導電箔６０の裏面を化学的および／または物理的に除き、導電路５１として分離する工程（図１３）、導電路裏面に導電被膜を形成し、回路装置５６を反転する工程（図１４）、および外付け回路素子１を実装して完成までの工程（図８）は、前製造方法と同一であるためその説明は省略する。
回路素子の製造方法を説明する第３の実施の形態
続いて、複数の回路素子を一単位としてマトリックス状に配置し、封止後に個別分離して、ディスクリート素子、ＩＣ素子とする製造方法を図１５〜図２１を参照して説明する。尚、本製造方法は、第１の実施の形態と殆どが同じであるため、同一の部分は簡単に述べる。
【００９２】
まず図１５の如く、シート状の導電箔６０を用意する。
【００９３】
尚、シート状の導電箔６０は、所定の幅でロール状に巻かれて用意され、これが後述する各工程に搬送されても良いし、所定の大きさにカットされた導電箔が用意され、後述する各工程に搬送されても良い。
【００９４】
続いて、少なくとも導電路５１となる領域を除いた導電箔６０を、導電箔６０の厚みよりも薄く除去する工程がある。
【００９５】
まず、図１６の如く、Ｃｕ箔６０の上に、ホトレジストＰＲを形成し、導電路５１となる領域を除いた導電箔６０が露出するようにホトレジストＰＲをパターニングする。そして、図１７の如く、前記ホトレジストＰＲを介してエッチングすればよい。
【００９６】
エッチングにより形成された分離溝６１の深さは、例えば５０μｍであり、その側面は、粗面となるため絶縁性樹脂５０との接着性が向上される。
【００９７】
またここの分離溝６１の側壁は、模式的にストレートで図示しているが、除去方法により異なる構造となる。この除去工程は、ウェットエッチング、ドライエッチング、レーザによる蒸発、ダイシングが採用できる。（詳細は、第１の実施の形態を参照）
尚、図１６に於いて、ホトレジストＰＲの代わりにエッチング液に対して耐食性のある導電被膜を選択的に被覆しても良い。導電路と成る部分に選択的に被着すれば、この導電被膜がエッチング保護膜となり、レジストを採用することなく分離溝をエッチングできる。
【００９８】
続いて、図１８の如く、分離溝６１が形成された導電箔６０に回路素子５２を電気的に接続して実装する工程がある。
【００９９】
回路素子５２としては、トランジスタ、ダイオード、ＩＣチップ等の半導体素子、チップコンデンサ、チップ抵抗等の受動素子である。また厚みが厚くはなるが、ＣＳＰ、ＢＧＡ等のフェイスダウンの半導体素子も実装できる。
【０１００】
図では、ベアのトランジスタチップ５２Ａが導電路５１Ａにダイボンディングされ、エミッタ電極と導電路５１Ｂ、ベース電極と導電路５１Ｂが金属細線５５Ａを介して接続され、チップコンデンサ５２Ｂが半田を介して接続されている。
【０１０１】
更に、図１９に示すように、前記導電箔６０および分離溝６１に絶縁性樹脂５０を付着する工程がある。これは、トランスファーモールド、インジェクションモールド、またはディッピングにより実現できる。
【０１０２】
本実施の形態では、導電箔６０表面に被覆された絶縁性樹脂の厚さは、回路素子の最頂部から約１００μｍ程度が被覆されるように調整されている。この厚みは、強度を考慮して厚くすることも、薄くすることも可能である。
【０１０３】
本工程の特徴は、絶縁性樹脂５０を被覆する際、導電路５１となる導電箔６０が支持基板となることである。従来では、図２８の様に、本来必要としない支持基板５を採用して導電路７〜１１を形成しているが、本発明では、支持基板となる導電箔６０は、電極材料として必要な材料である。そのため、構成材料を極力省いて作業できるメリットを有し、コストの低下も実現できる。
【０１０４】
また分離溝６１は、導電箔の厚みよりも浅く形成されているため、導電箔６０が導電路５１として個々に分離されていない。従ってシート状の導電箔６０として一体で取り扱え、絶縁性樹脂をモールドする際、金型への搬送、金型への実装の作業が非常に楽になる特徴を有する。
【０１０５】
続いて、導電箔６０の裏面を化学的および／または物理的に除き、導電路５１として分離する工程がある。ここで前記除く工程は、研磨、研削、エッチング、レーザの金属蒸発等により施される。
【０１０６】
実験では研磨装置または研削装置により全面を３０μｍ程度削り、絶縁性樹脂５０を露出させている。この露出される面を図１９では点線で示している。その結果、約４０μｍの厚さの導電路５１となって分離される。また絶縁性樹脂５０が露出する手前まで、導電箔６０を全面ウェトエッチングし、その後、研磨または研削装置により全面を削り、絶縁性樹脂５０を露出させても良い。
【０１０７】
この結果、絶縁性樹脂５０に導電路５１の表面が露出する構造となる。
【０１０８】
更に、図２０の如く、露出した導電路５１に半田等の導電材を被着する。
【０１０９】
更に、図２１の如く、回路素子毎に分離する工程がある。
【０１１０】
分離ラインは、矢印の所であり、ダイシング、カット、プレス、チョコレートブレーク等で実現できる。尚、チョコレートブレークを採用する場合は、絶縁性樹脂を被覆する際に分離ラインに溝が入るように金型に突出部を形成しておけば良い。
【０１１１】
特にダイシングは、通常の半導体装置の製造方法に於いて多用されるものであり、非常に小さいサイズに分離可能であるため、好適である。
【０１１２】
そして図２１で完成した回路装置を反転し、外付け回路素子を実装して完成する。
図２９の右側には、本発明を簡単にまとめたフローが示されている。Ｃｕ箔の用意、ＡｇまたはＮｉ等のメッキ、ハーフエッチング、ダイボンド、ワイヤーボンデイング、トランスファーモールド、裏面Ｃｕ箔除去、導電路の裏面処理およびダイシングの９工程で回路装置が実現できる。しかも支持基板をメーカーから供給することなく、全ての工程を内作する事ができる。
回路装置の種類およびこれらの実装方法を説明する実施の形態。
【０１１３】
図２２は、フェイスダウン型の回路素子８０を実装した回路装置８１を示すものである。回路素子８０としては、ベアの半導体チップ、表面が封止されたＣＳＰやＢＧＡ等が該当する。また図２３は、チップ抵抗やチップ抵抗等の受動素子８２が実装された回路装置８３を示すものである。これらは、支持基板が不要であるため、薄型であり、しかも絶縁性樹脂で封止されてあるため、耐環境性にも優れたものである。
【０１１４】
図２４は、実層構造について説明するものである。プリント基板や金属基板、セラミック基板等の実装基板８４に形成された導電路８５に今まで説明してきた本発明の回路装置５３、８１、８３が実装されたものである。
【０１１５】
特に、半導体チップ５２の裏面が固着された導電路５１Ａは、実装基板８４の導電路８５と熱的に結合されているため、前記導電路８５を介して放熱させることができる。また実装基板８４として金属基板を採用すると、金属基板の高熱伝導率も手伝って更に半導体チップ５２の温度を低下させることができる。そのため、半導体チップの駆動能力を向上させることができる。
【０１１６】
例えばパワーＭＯＳ、ＩＧＢＴ、ＳＩＴ、大電流駆動用のトランジスタ、大電流駆動用のＩＣ（ＭＯＳ型、ＢＩＰ型、Ｂｉ−ＣＭＯＳ型）メモリ素子等は、好適である。
【０１１７】
また金属基板としては、Ａｌ基板、Ｃｕ基板、Ｆｅ基板が好ましく、また導電路８５との短絡が考慮されて、絶縁性樹脂および／または酸化膜等が形成されている。
【０１１８】
また図２５は、本発明の回路装置を実装基板９０として用い、この上に本発明の回路装置９１、および受動素子９２を実装したものである。実装基板９０と回路装置９１の間は、導電路の露出面が平坦であるため、短絡防止用に絶縁性樹脂９３が被覆されている。この絶縁性樹脂９３は、プリント基板に採用される半田レジストと同様に、接続部分のみが露出されている。この構造に依れば、プリント基板を採用することなく回路素子を埋め込んだ実装基板モジュールが可能となる。
【０１１９】
更に、図３０を使い本回路装置のメリットを述べる。従来の実装方法に於いて、半導体メーカーは、パッケージ型半導体装置、フリップチップを形成し、セットメーカーは、半導体メーカーから供給された半導体装置と部品メーカーから供給された受動素子等をプリント基板に実装し、これをセットに組み込んで電子機器としていた。しかし本回路装置では、自身を実装基板として採用できるため、半導体メーカーは、実装基板モジュールとしてセットメーカーに供給できる。従って、セットメーカーは、プリント基板への素子実装を省くことができる。
【０１２０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、回路素子、導電路および絶縁性樹脂の必要最小限で構成され、資源に無駄のない回路装置となる。よって完成するまで余分な構成要素が無く、コストを大幅に低減できる回路装置を実現できる。また絶縁性樹脂の被覆膜厚、導電箔の厚みを選択することにより、非常に小型化、薄型化および軽量化された回路装置を実現できる。
【０１２１】
また導電路の裏面のみを絶縁性樹脂から露出しているため、外付け回路素子を実装することができ、全体の回路機能を更に高めることも可能となる。また導電路の表面または裏面が直ちに外部接続用電極に供することができ、図２７の如き従来構造の裏面電極およびスルーホールを不要にできる利点を有する。
【０１２２】
しかも、導電路の裏面が露出されるため、回路素子から発生する熱を導電路を介して外部に伝えることができる。特にこの放熱により、パワー素子の実装も可能となる。
【０１２３】
また本回路装置は、分離溝の表面と導電路の表面は、実質一致している平坦な表面を有する構造となっており、狭ピッチＱＦＰ実装時には回路装置自身をそのまま水平に移動できるので、リードずれの修正が極めて容易となる。
【０１２４】
また導電路の表側に第２の材料を形成しているため、熱膨張係数の違いにより実装基板の反り、特に細長い配線の反りまたは剥離を抑制することができる。
【０１２５】
また導電路の表面に第２の材料から成る被膜を形成することにより、導電路に被着されたひさしが形成できる。よってアンカー効果を発生させることができ、導電路の反り、抜けを防止することができる。
【０１２６】
また本発明の回路装置の製造方法では、導電路の材料となる導電箔自体を支持基板として機能させ、分離溝の形成時あるいは回路素子の実装、絶縁性樹脂の被着時までは導電箔で全体を支持し、また導電箔を各導電路として分離する時、外付け回路素子を実装する時は、絶縁性樹脂を支持基板にして機能させている。従って、回路素子、導電箔、絶縁性樹脂の必要最小限で製造できる。従来例で説明した如く、本来回路装置を構成する上で支持基板が要らなくなり、コスト的にも安価にできる。また支持基板が不要であること、導電路が絶縁性樹脂に埋め込まれていること、更には絶縁性樹脂と導電箔の厚みの調整が可能であることにより、非常に薄い回路装置が形成できるメリットもある。
【０１２７】
また図２９から明白なように、スルーホールの形成工程、導体の印刷工程（セラミック基板の場合）等を省略できるので、製造工程を大幅に短縮でき、しかも全行程を内作できる利点を有する。またフレーム金型も一切不要であり、極めて短納期となる製造方法である。
【０１２８】
次に導電箔の厚みよりも薄く取り除く工程（例えばハーフエッチング）までは、導電路を個々に分離せずに取り扱えるため、後の回路素子の実装工程、絶縁性樹脂の被覆工程に於いて、作業性が向上する特徴も有する。
【０１２９】
また導電路と絶縁性樹脂で同一面を形成するため、実装された外付け回路素子は、回路装置裏面の導電路側面に当たることなくずらすことができる。特に位置ずれして実装された外付け回路素子を水平方向にずらして配置し直すことができる。また外付け回路素子の実装後、ロウ材が溶けていれば、ずれて実装された外付け回路素子は、溶けたロウ材の表面張力により、導電路上部に自ら戻ろうとし、外付け回路素子自身による再配置が可能となる。
【０１３０】
更に、半導体装置自身を実装基板として採用できるため、半導体メーカーが、プリント基板モジュールとしてセットメーカーに供給でき、セットメーカーは、プリント基板への素子実装を省くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回路装置を説明する図である。
【図２】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図３】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図４】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図５】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図６】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図７】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図８】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図９】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１０】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１１】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１２】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１３】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１４】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１５】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１６】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１７】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１８】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１９】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図２０】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図２１】本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図２２】本発明の回路装置を説明する図である。
【図２３】本発明の回路装置を説明する図である。
【図２４】本発明の回路装置の実装方法を説明する図である。
【図２５】本発明の回路装置の実装方法を説明する図である。
【図２６】従来の回路装置の実装構造を説明する図である。
【図２７】従来の回路装置を説明する図である。
【図２８】従来の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図２９】従来と本発明の回路装置の製造方法を説明する図である。
【図３０】セット組立までの従来の方法と本発明の方法を説明する図である。
【符号の説明】
１ 外付け回路素子
５０ 絶縁性樹脂
５１ 導電路
５２ 回路素子
５３ 回路装置
５４ 分離溝
５８ ひさし

Claims (13)

1. 複数の導電路と、
   前記導電路により互いが電気的に接続された半導体素子および受動素子と、
   前記導電路の裏面を露出させ、前記半導体素子、前記受動素子および前記導電路を封止する絶縁性樹脂と、
   前記導電路の裏面に電気的に接続された外付け回路素子と、
   を具備することを特徴とする半導体モジュール。
2. 前記導電路を介して、前記半導体素子または前記受動素子と前記外付け回路素子とを電気的に接続することを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
3. 前記半導体素子は、トランジスタ、ダイオードまたはＩＣチップであることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
4. 前記受動素子は、チップ抵抗またはチップコンデンサであることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
5. 前記導電路にパッケージ型半導体装置またはＣＳＰが電気的に接続され、
   前記パッケージ型半導体装置または前記ＣＳＰは前記絶縁性樹脂により封止されることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
6. 前記導電路は分離溝で互いが分離されることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
7. 前記導電路の側面は湾曲面を呈することを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
8. 前記外付け回路素子として、パッケージ型半導体装置、半導体装置、チップコンデンサ、チップ抵抗、ＣＳＰまたはＢＧＡを採用することを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
9. 前記外付け回路素子は、ロウ材を介して前記導電路の裏面に固着されることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
10. 前記外付け回路素子は、外部リード、フレキシブルシートまたはコネクタであることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
11. 前記導電路は銅、アルミニウム、鉄−ニッケルのいずれかで構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
12. 前記導電路の表面に前記導電路とは異なる金属材料より成る導電被膜を設けることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
13. 前記導電路は、電極、ボンディングパッド、ダイパッドまたはこれらを電気的に接続する配線であることを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。

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