JP4154306B2 - リジット基板を用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リジット基板を用いた樹脂封止型の半導体装置の製造方法に関する。

半導体集積回路が形成された半導体素子（チップ）を表面に実装した表面実装タイプの半導体装置（半導体パッケージ）において、外部端子としてバンプ電極が設けられ、かつ半導体素子を支持するチップ支持基板を備えたものの一例として、ＣＳＰ（chip scale package）やＢＧＡ（ball grid array）などが知られている。

最近の電子機器の小型、薄型、軽量化の要求から、このような表面実装タイプの半導体パッケージが盛んに採用されるようになった。この種の半導体装置の中、ＣＳＰは、半導体チップと同等のサイズ、又は半導体チップよりわずかに大きいサイズを有する、小型かつ薄型の半導体パッケージの総称である。例えば、チップ支持基板の表面に半導体素子（チップ）が搭載され、その半導体素子が支持されたチップ支持基板の表面側を樹脂で封止することによって樹脂封止部が形成された構造をもつＣＳＰが開発されている。

上記のような樹脂封止型の半導体パッケージには、チップ支持基板としてテープ基板を用いたタイプと、リジット基板を用いたタイプが知られている。テープ基板を用いたタイプには、例えば、柔軟性をもつ（フレキシブルな）ポリイミドテープを使用したＣＳＰ等の半導体パッケージが知られている。一方、リジット基板を用いたタイプには、剛性をもつ（リジットな）セラミックスや樹脂基板を使用したＣＳＰ等の半導体パッケージが知られている。

リジット基板又はテープ基板を用いて製造されるＣＳＰの生産効率を向上して低コスト化を図る技術として、一括モールド法が開発されている。この一括モールド法は、複数の半導体素子（チップ）をアレイ状に配列してチップ支持基板（例えば、リジット基板）上に実装し、複数の半導体素子のチップアレイ領域を一括して樹脂で覆いモールドすることにより樹脂封止部を形成する方法であり、樹脂封止後、ダイシングを行って、樹脂封止部を形成したチップ支持基板のチップアレイ領域を分割、切断して個片化するものである。

近年、リジット基板を用いた半導体パッケージは、コスト低減や半導体パッケージの薄型化の傾向にあり、リジット基板が大型化(基板全面素子化)する、あるいは薄型化する傾向にある。

なお、特許文献１には、テープ基板上に支持された複数の半導体チップを樹脂で一括封止する半導体装置の製造方法において、一括封止部の反りを低減するために、キャビティ形成面に凸部を設けた樹脂封止用金型を使用することが開示されている。
特開２００２−１１０７１８号公報（第７−９頁、図６）

リジット基板の大型化、薄型化に伴い、ダイボンディング工程やワイヤボンディング工程で加えられる処理熱により、半導体パッケージのチップ支持基板に小さな反りやたわみが複数生じてしまう。次いで行われるトランスファ・モールド工程では、樹脂の流れ込みによる寄せの力で前工程で生じた反りやたわみがベント側（樹脂が流れていく方向）に押しやられて、反りやたわみがベント側に集中してしまいリジット基板が大きく反ってしまうという問題がある。また、封止後に上記の反りやたわみに対する応力により、基板上に実装されている半導体チップがダメージを受けたり、ボンディングワイヤの変形が発生してしまうという問題がある。

図１は、従来のリジット基板を用いた半導体装置のモールド工程を説明するための図である。図１（ａ）は、半導体装置の一括モールド工程における樹脂注入時の状態を示し、 図１（ｂ）は、樹脂注入後の状態を示す。

図１のリジット基板１は回路基板であり、ガラスエポキシ樹脂等のプリント基板、またはセラミックス基板よりなり、テープ基板とは異なり剛性をもった基板を指す。表面には半導体素子の電極との接続用の電極及び配線パターンが形成されており、裏面には外部電極接続のための電極が形成されている。

図１のモールド工程で使用される樹脂封止用金型は、上金型２と下金型３を備え、上金型２にはキャビティ２ａが形成されている。

図１（ａ）の樹脂注入前に、リジット基板１が上金型２と下金型３の間に配置される。この状態のリジット基板１は、ダイボンディング、ワイヤボンディングがすでに完了しており、リジット基板１のチップ支持面には複数の半導体素子（チップ）（図示せず）が配列され、チップアレイ領域に実装され、各半導体素子の表面電極（パッド）とリジット基板１に形成された接続端子（電極）とがワイヤで接続されている。ダイボンディング工程やワイヤボンディング工程で使用される処理熱により、リジット基板１に反りが生じている場合が多い。

図１（ａ）に示すように、図面右側のゲート側から上金型２のキャビティに樹脂１１が注入される。

図１（ｂ）に示すように、注入した樹脂１１により、リジット基板１のチップ支持面に搭載された複数の半導体素子（チップ）を一括して封止することにより、樹脂封止部が形成される。

しかし、上述のように、図１のモールド工程では、樹脂の流れ込みによる寄せの力で前工程で生じた反りやたわみがベント側（樹脂が流れていく方向）に押しやられて、ベント側で基板が金型により押え付けられ固定されるため、反りやたわみがベント側に集中してリジット基板１が大きく反ってしまうという問題がある。図１（ｂ）において、９はリジット基板１が大きく反り、リジッド基板上の半導体素子に接続されたワイヤに変形が発生した箇所を示す。

一方、テープ基板を用いた半導体パッケージでは、テープ基板自体に柔軟性があり、図１（ｂ）に示したようなワイヤ変形の問題は生じないが、リジット基板に比較して高価であり、近年の基板の大型化やコスト低減の要求を十分満足できないという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、リジット基板を用いた樹脂封止型の半導体装置の製造方法において、リジット基板や樹脂封止用金型の改良により、樹脂封止後のリジット基板の変形及び樹脂封止時における前記半導体素子やワイヤの変形を低減することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の半導体装置の製造方法は、表面に１又は複数個の半導体素子を支持するリジット基板を樹脂封止するための金型へ配置した際に金型のベント側で上金型と下金型により挟み込まれる部分の基板端部における、半導体素子支持面の反対側の裏面側に切欠き部を形成して該基板端部の板厚を他の部分の板厚より薄くする工程と、前記リジット基板を金型に配置する工程と、前記金型の上金型と前記リジット基板との間に樹脂を流し込み前記半導体素子を樹脂封止する工程とを含むことを特徴とする。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、一括モールド工程において発生するリジット基板の反りやたわみ等の変形を低減することができる。また、リジット基板の反り及びたわみを低減することにより、半導体素子のワイヤ変形等の発生を防止することができる。さらに、樹脂封止後の半導体パッケージの反りやたわみの残留応力を低減して、内部の半導体素子に損傷を与えることを防止することができる。

以下、本発明の第1の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。

図２は、本発明に係るリジット基板の構成を示す。

図２に示すように、リジット基板１は略矩形状であり、ゲート側端部５と、ベント側端部４と、複数の半導体素子（チップ）を支持するチップ支持面と、チップ支持面と反対側の電極搭載面とを有する。

図２のリジット基板１は、ダイボンディング工程、ワイヤボンディング工程がすでに行われており、リジット基板１のチップ支持面には複数の半導体素子（チップ）が配列され、チップアレイ領域１ａ，１ｂに実装され、各半導体素子の表面電極（パッド）とリジット基板１に形成された接続端子（電極）とがワイヤで接続されている（図示せず）。

リジット基板１のチップ支持面は中央で左右に分割され、チップアレイ領域１ａ、１ｂとして形成されている。チップアレイ領域１ａ、１ｂにはそれぞれ、６×８個の半導体集積回路が形成された半導体素子（チップ）がアレイ状に配列され、実装されている。

図２のリジット基板１は、一括モールド工程を行って、これらチップアレイ領域１ａ、１ｂの複数の半導体素子が一括して樹脂で封止されることにより、樹脂封止部が形成される。樹脂封止後、ダイシング工程を行って、樹脂封止部が形成されたリジット基板１のチップアレイ領域１ａ、１ｂが、ダイシングライン１２、１３に沿って分割、切断されることにより個片化される。

また、一括モールド工程前に、図２のリジット基板１を樹脂封止用金型の上金型と下金型の間に配置して、リジット基板１は、チップ支持面のゲート側端部５とベント側端部４において樹脂封止用金型によりクランプされる。その際に、リジット基板１は矩形状のリジット基板１の上辺と下辺の端部である、ゲート側端部５とベント側端部４においてクランプされる共に、リジット基板１の左辺、中央、右辺の端部であるベント側端部４においてもクランプされる。

図３は、本発明の一実施例に係るリジット基板１の構成例を示す。

図３（ａ）乃至（ｄ）に示した構成例では、リジット基板１は、ゲート側端部５と、ベント側端部４と、１又は複数個の半導体素子（チップ）を支持するチップ支持面（表面）と、チップ支持面と反対側の電極搭載面（裏面）とを有し、ベント側端部４におけるリジット基板１の板厚がベント側端部４以外の板厚より小さくなるようにベント側端部４の電極搭載面側に形成したソルダレジスト除去部７ａ乃至７ｄ（切欠き部）を備える。ソルダレジスト除去部は、リジット基板１のベント側端部４の電極搭載面側のソルダレジストを全部又は部分的に除去することにより形成される。後述するように、本実施例のリジット基板１においては、このソルダレジスト除去部が、樹脂封止後のリジット基板１の変形及び樹脂封止時における半導体素子の変形を低減する働きをする。

図３（ａ）の構成例において、ソルダレジスト除去部７ａは、矩形状のリジット基板１の下辺の端部である、ベント側端部４の電極搭載面側のソルダレジストを全部除去することにより、形成される。

図３（ｂ）の構成例において、ソルダレジスト除去部７ｂは、矩形状のリジット基板１の下辺の端部である、ベント側端部４の電極搭載面側のソルダレジストを部分的に除去することにより、形成される。

図３（ｃ）の構成例において、ソルダレジスト除去部７ｃは、矩形状のリジット基板１の上辺の端部であるゲート側端部５以外の端部４の電極搭載面側のソルダレジストを全部除去することにより、形成される。すなわち、ソルダレジスト除去部７ｃは、矩形状のリジット基板１の下辺、左辺、中央、右辺の端部であるベント側端部４の電極搭載面側のソルダレジストを全部除去することにより、形成される。

図３（ｄ）の構成例において、ソルダレジスト除去部７ｄは、矩形状のリジット基板１の上辺の端部であるゲート側端部５以外の端部４の電極搭載面側のソルダレジストを全部又は部分的に除去することにより、形成されている。すなわち、ソルダレジスト除去部７ｄは、矩形状のリジット基板１の下辺の端部であるベント側端部４の電極搭載面側のソルダレジストを全部除去し、リジット基板１の左辺、中央、右辺の端部であるベント側端部４の電極搭載面側のソルダレジストを部分的に除去することにより、形成される。

図３に示したリジット基板１の各構成例では、リジット基板１裏面のゲート側端部５以外のソルダレジストデザインを変更することで、モールド工程における半導体素子の変形を防止することができる。また、樹脂封止後のリジット基板１の反りやたわみ等の原因となる残留応力を低減することができる。

図４は、図３（ａ）のリジット基板を用いた半導体装置のモールド工程を説明するための図である。

図４（ａ）に示すように、本実施例のリジット基板１を樹脂封止用金型の上金型２及び下金型３間に配置して、リジット基板１のベント側端部４における電極搭載面と下金型３との間に、リジット基板１の切欠き部７に対応する空隙部が形成されている。

次に、図４（ｂ）に示すように、樹脂封止用金型の上金型２のキャビティ２ａにゲート側（図面右側）より樹脂１１を注入する。注入した樹脂１１により、リジット基板１のチップ支持面に支持された半導体素子を封止する樹脂封止部１１を形成する。

図４の一括モールド工程では、リジット基板１の裏面のベント側端部４のソルダレジストを除去又は薄化して、部分的に基板厚を薄くすることにより、基板ベント側端部４と下金型３との間に間隙（ソルダレジスト除去部７）が形成される。これにより、上金型２と下金型３によるリジット基板１の締め付けがゆるくなるため、樹脂注入時の上金型方向に生じるリジット基板１の反り・たわみ等の原因となる応力を基板ベント側に解放して、従来のワイヤ変形を防ぐことができる。また、樹脂封止後の半導体パッケージの反りやたわみの原因となる残留応力を低減して、内部の半導体素子（チップ）の変形や損傷を防止することができる。

図５は、本発明の第2の実施例に係る半導体装置の製造方法におけるモールド工程を説明するための図である。

図５（ａ）に示すように、下金型３のベント側の所定の箇所に切欠き部８を形成した樹脂封止用金型を準備する。本実施例のリジット基板１には、第1実施例のようなソルダレジスタ除去部は設けられていない。このリジット基板１を樹脂封止用金型の上金型２及び下金型３間に配置して、リジット基板１のベント側端部４における電極搭載面と下金型３との間に、下金型３の切欠き部８に対応する空隙部が形成される。

次に、図５（ｂ）に示すように、樹脂封止用金型の上金型２のキャビティ２ａにゲート側（図面右側）より樹脂１１を注入する。注入した樹脂１１により、リジット基板１のチップ支持面に支持された半導体素子を封止する樹脂封止部１１を形成する。

図５の一括モールド工程では、下金型３のベント側を彫り込んで部分的に、リジット基板１のベント側と下金型３との間に空隙部が生じる。これにより上金型２と下金型３によるリジット基板１の締め付けがゆるくなることによって、樹脂注入時の上金型２方向に生じるリジット基板１の反り・たわみ等の原因となる圧力を基板ベント側に解放してワイヤ変形を防ぐことができる。また、樹脂封止後の半導体パッケージの反りやたわみの原因となる残留応力を低減して、内部の半導体素子（チップ）の変形や損傷を防止することができる。

図６は、本発明の第3の実施例に係る半導体装置の製造方法におけるモールド工程を説明するための図である。

図６（ａ）に示すように、本実施例のリジット基板１には、ベント側端部４におけるリジット基板１の板厚がベント側端部４以外の板厚より小さくなるように、前記ベント側端部４以外の電極搭載面にカバーフィルム２２が接着されている。

図６（ａ）に示すように、リジット基板１を樹脂封止用金型の上金型２及び下金型３間に配置して、リジット基板１のベント側端部４における電極搭載面と下金型３との間に、カバーフィルム２２を接着しない部分に対応する空隙部２２ａが形成される。

次に、図６（ｂ）に示すように、樹脂封止用金型の上金型２のキャビティ２ａにゲート側（図面右側）より樹脂１１を注入する。注入した樹脂１１により、リジット基板１のチップ支持面に支持された半導体素子を封止する樹脂封止部１１を形成する。

図６の一括モールド工程では、リジット基板１の裏面のベント側端部４以外にカバーフィルム２２を貼り、部分的に総厚(カバーフィルムの厚さ＋基板厚)を薄くすることによって、リジット基板１の裏面のベント側端部４と下金型３との間に空隙部２２ａを形成する。これにより上金型２と下金型３によるリジット基板１の締め付けがゆるくなるため、樹脂注入時の上金型２方向に生じるリジット基板１の反り・たわみ等の原因となる圧力を基板ベント側に解放してワイヤ変形を防ぐことができる。また、樹脂封止後の半導体パッケージの反りやたわみの原因となる残留応力を低減して、内部の半導体素子（チップ）の変形や損傷を防止することができる。

図７は、本発明の第４の実施例に係る半導体装置の製造方法におけるモールド工程を説明するための図である。

図７（ａ）に示すように、リジット基板１のベント側端部４における電極搭載面側に空隙部が形成されるように、樹脂封止用金型の下金型３のベント側以外にリリースフィルム２０を接着する。リジット基板１を樹脂封止用金型の上金型２及び下金型３間に配置して、リジット基板１と下金型３との間に、下金型３のリリースフィルム２０を接着していない部分に対応する空隙部が形成される。

次に、図７（ｂ）示すように、樹脂封止用金型の上金型２のキャビティ２ａに樹脂１１を注入する。注入した樹脂１１により、リジット基板１のチップ支持面に支持された半導体素子を封止する樹脂封止部１１を形成する。

図７の一括モールド工程では、リリースフィルム２０を基板ベント側以外に敷き、部分的に総厚(リリースフィルムの厚さ＋基板厚)を薄くすることによって、リジット基板１の裏面のベント側端部４と下金型３との間に空隙部を形成する。これにより上金型２と下金型３によるリジット基板１の締め付けがゆるくなり、樹脂注入時の上金型２方向に生じるリジット基板１の反り・たわみ等の原因となる圧力を基板ベント側に解放してワイヤ変形を防ぐことができる。また、樹脂封止後の半導体パッケージの反りやたわみの原因となる残留応力を低減して、内部の半導体素子（チップ）の変形や損傷を防止することができる。

図８は、本発明の第５の実施例に係るリジット基板の構成を示す。

図８に示すように、リジット基板１は、ベント側端部４の近傍に形成したスリット２１は、リジット基板１を樹脂封止用金型内に配置したとき、樹脂封止用金型のキャビティ内で、樹脂封止部に向かって開口するように配置される。スリット２１は、樹脂注入時の上金型方向に生じる基板の反りやたわみの原因となる注入樹脂の圧力を低減する働きをもつ。

従って、スリット２１は、樹脂封止後のリジット基板１の変形及び樹脂封止時における半導体素子の変形を低減する機能を有する。
図９は、図８のリジット基板を用いた半導体装置の一括モールド工程を説明するための図である。図９（ａ）は半導体装置の一括モールド工程における樹脂注入前の状態を示し、図９（ｂ）は樹脂注入後の状態を示す。

図９を用いて、本実施例に係る半導体装置の製造方法を説明する。

図９のモールド工程で使用される樹脂封止用金型は、上金型２と下金型３を備え、上金型２にはキャビティ２ａが形成されている。
まず、図９（ａ）に示すように、リジット基板１を上金型２と下金型３の間に配置する。

この状態において、スリット２１は、リジット基板１のチップ支持面（表面）側で上金型２のキャビテイ２ａに向かって開口している。リジット基板１の電極搭載面（裏面）側で閉鎖されるように下金型３にリリースフィルム２０を接着する。

次に、図９（ｂ）に示すように、ゲート側から上金型２のキャビティ２ａ内にゲート側（図面右側）より樹脂１１を注入する。注入した樹脂１１により、リジット基板１のチップ支持面に支持された複数の半導体素子を一括封止する樹脂封止部が形成される。

図８のリジット基板１を用いた半導体装置の一括モールド工程によれば、樹脂注入時の上金型２方向に生じる基板の反りやたわみの原因となる注入樹脂の圧力を、ベント側端部４の近傍に形成したスリット２１で低減することにより、半導体素子の変形を防止することができる。また、樹脂封止後のリジット基板の反りやたわみ等の原因となる残留応力を低減して、内部の半導体素子の変形や損傷を防止することができる。また、スリット２１から漏れて基板裏面に回り込もうとする樹脂を下金型３に貼り付けたリリースフィルム２０によって防止することができる。

図１０は、本発明の第６の実施例に係る半導体装置の製造方法におけるモールド工程を説明するための図である。

図１０（ｃ）は半導体装置の一括モールド工程における樹脂注入前の状態を示し、図１０（ｄ）は樹脂注入時の状態を示し、図１０（ｅ）は樹脂注入後の状態を示す。図１０（ａ）は、樹脂注入前又は樹脂注入時におけるリジット基板１のベント側端部４の、図１０（ｃ）の文字Ａ、又は図１０（ｄ）の文字Ｂで示した箇所の拡大図であり、図１０（ｂ）は、樹脂注入後におけるリジット基板１のベント側端部４の、図１０（ｅ）の文字Ｃに示した箇所の拡大図である。

図１０のモールド工程は、トランスファー・モールド装置（図示なし）を用いて行われる。このトランスファー・モールド装置は、樹脂封止用金型として上金型２と下金型３を備え、上金型２にはキャビティ２ａが形成されており、リジット基板１を上金型２と下金型３の間で基板をクランプする際のクランプ圧を調整する制御ユニットを備えている。

リジット基板１は、ゲート側端部５と、ベント側端部４と、複数の半導体素子（チップ）を支持するチップ支持面（表面）と、チップ支持面と反対側の電極搭載面（裏面）を有する。

まず、図１０（ｃ）に示すように、リジット基板１を上金型２と下金型３の間に配置する。この状態のリジット基板１は、ダイボンディング、ワイヤボンディングがすでに完了しており、リジット基板１のチップ支持面には複数の半導体素子（チップ）が配列され、チップアレイ領域に実装され、各半導体素子の表面電極（パッド）とリジット基板１に形成された接続端子（電極）とがワイヤで接続されている。

次に、トランスファー・モールド装置において、上金型２と、リジット基板１のベント側端部４におけるチップ支持面とが、後段の工程である樹脂注入により離間可能となるように十分小さな第1のクランプ圧を設定することにより、上金型２と下金型３でリジット基板１をソフトクランプする。図１０（ａ）に示すように、上金型２とリジット基板１は接触しているか、又はわずかに離間する状態になるので、上金型２方向に生じる基板の反りやたわみの原因となる注入樹脂の力を、基板ベント側端部４に向かって低減することが可能とする。

次に、図１０（ｄ）に示すように、ゲート側から上金型２のキャビティ２ａ内に樹脂１１を注入する。

樹脂１１の注入が終了すると、図１０（ｂ）及び（ｅ）に示すように、トランスファー・モールド装置において、第1のクランプ圧より大きな第２のクランプ圧を設定して、リジット基板１を本クランプする。上金型２でリジット基板１のベント側端部４におけるチップ支持面が押圧される。

注入した樹脂１１により、リジット基板１のチップ支持面に支持された半導体素子を封止する樹脂封止部が形成される。

従来のモールド工程では、樹脂封止用金型内で基板を本クランプしてから樹脂注入を行うために、基板の反りやたわみ等の変形が生じ、半導体素子のワイヤ変形が発生しやすいという問題があった。

図１０の半導体装置のモールド工程では、樹脂注入時から樹脂注入後までの間で基板クランプ圧を時間的にコントロールする。樹脂注入時には樹脂封止用金型内でリジット基板１をソフトクランプして、上金型２方向に生じる基板の反りやたわみの原因となる注入樹脂の力を、基板ベント側端部４に向かって低減することにより、半導体素子の変形を防止することができる。

また、図１０の半導体装置のモールド工程では、樹脂注入の終了と同時に、本クランプを行うことにより、基板ベント側端部４における樹脂漏れを防ぐことができる。また、樹脂封止後のリジット基板の反りやたわみ等の原因となる残留応力を低減して、内部の半導体素子の変形や損傷を防止することができる。

従来のリジット基板を用いた半導体装置のモールド工程を説明するための図である。 本発明に係るリジット基板の構成を示す図である。 本発明の一実施例に係るリジット基板の構成を示す図である。 図３（ａ）のリジット基板を用いた半導体装置の製造方法におけるモールド工程を説明するための図である。 本発明の他の実施例に係る半導体装置の製造方法におけるモールド工程を説明するための図である。 本発明の他の実施例に係る半導体装置の製造方法におけるモールド工程を説明するための図である。 本発明の他の実施例に係る半導体装置の製造方法におけるモールド工程を説明するための図である。 本発明の他の実施例に係るリジット基板の構成を示す図である。 図８のリジット基板を用いた半導体装置の製造方法におけるモールド工程を説明するための図である。 本発明の他の実施例に係る半導体装置の製造方法におけるモールド工程を説明するための図である。

符号の説明

１ リジット基板
１ａ、１ｂ チップアレイ領域
２ 上金型
２ａ キャビティ
３ 下金型
４ 基板ベント側端部
５ 基板ゲート側端部
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ ソルダレジスト除去部
８ 下金型形状変更部
９ ワイヤ変形
１１ 樹脂
１２ ダイシングライン
１３ ダイシングライン
２０ リリースフィルム
２１ スリット
２２ カバーフィルム

Claims (2)

1. 表面に１又は複数個の半導体素子を支持するリジット基板を樹脂封止するための金型へ配置した際に金型のベント側で上金型と下金型により挟み込まれる部分の基板端部における、半導体素子支持面の反対側の裏面側に切欠き部を形成して該基板端部の板厚を他の部分の板厚より薄くする工程と、
   前記リジット基板を金型に配置する工程と、
   前記金型の上金型と前記リジット基板との間に樹脂を流し込み前記半導体素子を樹脂封止する工程と
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記切欠き部を形成する部分は前記基板端部の一部分のみとする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。

Images