JP6231459B2

JP6231459B2 - 半導体デバイスの製造方法

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Publication number: JP6231459B2
Application number: JP2014220459A
Authority: JP
Inventors: 淳史黒羽
Original assignee: Aoi Electronics Co Ltd
Current assignee: Aoi Electronics Co Ltd
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2017-11-15
Anticipated expiration: 2034-10-29
Also published as: JP2016092021A

Description

本発明は、半導体デバイスの製造方法に関する。

基板上の半導体チップを樹脂封止する技術が知られている（特許文献１参照）。従来技術では、被成形品の上側を樹脂封止する際に、通常は被成形品の上面側のみにリリースフィルムを用いるところ、被成形品の上面側と下面側とにそれぞれリリースフィルムを用いることによって、被成形品の基板の厚さのばらつきを吸収する点が開示される。

特開２０００−２７７５５１号公報

従来技術では、金型成形した樹脂から半導体チップの一部を露出させる場合への適用が困難であった。

本発明は、金型成形した樹脂から半導体チップの一部を露出させる半導体デバイスの製造方法に適用される。そして、上型および下型を有する金型が閉じた状態で、上型から延設されたマスキング部により、前記マスキング部の押圧面と前記半導体チップの上面の予定露出位置との間に設けられた第１の弾性フィルム部材を押圧して変形させるとともに、前記下型により支持されるプレートにより、前記プレートの上面と前記半導体チップの下面との間に設けられた第２の弾性フィルム部材を押圧して変形させ、前記第１の弾性フィルム部材の前記変形による厚さの変化が、前記第２の弾性フィルム部材の前記変形による厚さの変化よりも大きい。

本発明によれば、半導体チップの上面および下面のダメージを軽減できる。

図１(a)は半導体デバイスの上面図、図１(b)は半導体デバイスの断面図である。製造方法を説明する図である。製造方法を説明する図である。製造方法を説明する図である。製造方法を説明する図である。製造方法を説明する図である。複数個の半導体デバイスを一括製造する場合を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による半導体デバイス１を例示する図である。図１(a)は半導体デバイス１の上面図、図１(b)は図１(a)における半導体デバイス１のＥ−Ｅ’断面図である。半導体デバイス１は、平置きした半導体チップ１０を樹脂１３で封入してパッケージ化したものである。本実施形態では、ＰＬＰ(Plating Lead Package)と呼ばれるパッケージ化を行う。

図１(a)および図１(b)において、半導体デバイス１の上面は樹脂１３で覆われている。半導体デバイス１の上面の一部に開口部２０が設けられており、開口部２０から半導体チップ１０の上面の一部が露出する。半導体チップ１０の上面のうち開口部２０から露出する領域には、例えば、発光素子の発光部や、受光素子の受光部が構成される。これにより、半導体チップ１０の発光部からの光が開口部２０を介して半導体デバイス１の外部へ射出され、半導体デバイス１の外部からの光が開口部２０を介して半導体チップ１０の受光部へ入射される。

半導体デバイス１の下面も樹脂１３で覆われる。ただし、半導体デバイス１の下面の一部に、半導体チップ１０の下面と、端子群１１ａおよび端子群１１ｂの下面とが露出する。端子群１１ａおよび端子群１１ｂは、例えばニッケル材によって構成される。
端子群１１ａおよび端子群１１ｂを、銅材によって構成してもよい。

露出した半導体チップ１０の下面は、ＤＡＦ（Die Attach Film）１４で覆われている。後述するように、ＤＡＦ１４は絶縁材料で構成されるため、半導体チップ１０の下面は絶縁性を備える。このため、完成した半導体デバイス１を使用する際に、例えば、半導体デバイス１を実装する基板の実装面において、半導体デバイス１の実装位置に配線パターンを通しても、この配線パターンと半導体チップ１０の下面とが短絡することがない。

図１(b)において、半導体デバイス１の下面を構成する樹脂１３、ＤＡＦ１４（半導体チップ１０の下面）、端子群１１ａおよび端子群１１ｂは、略面一（つらいち）である。

平置きされた半導体チップ１０上の不図示の端子は、ボンディングワイヤ１２ａおよびボンディングワイヤ１２ｂによって、端子群１１ａおよび端子群１１ｂとそれぞれ接続される。半導体チップ１０の端子が多い場合は、ボンディングワイヤの数を増やして端子群１１ａや端子群１１ｂと接続される。

半導体チップ１０、ボンディングワイヤ１２ａ、ボンディングワイヤ１２ｂ、端子群１１ａおよび端子群１１ｂは、樹脂１３によって封止される。上述したように、半導体デバイス１の上面側に設けられた樹脂１３の開口部２０から、半導体チップ１０の上面の一部が露出する。樹脂１３は、例えば、遮光性のフィラーを含有し、赤外光の透過率が概ね１０％以下の黒色系の樹脂である。

上述した半導体デバイス１の製造方法について、図２−図６を参照して説明する。図２において、例えば、厚さ１５０μｍのステンレス板３０の上面の所定位置に、ＤＡＦ１４を用いて半導体チップ１０をダイマウントする。ＤＡＦ１４は、例えば、厚さ２５μｍの熱硬化性樹脂によって構成されている。具体的には、エポキシ、シリコン、およびシリカなどの混合物によってＤＡＦ１４が構成されており、ＤＡＦ１４の弾性率は、例えば１５ＧＰａである。
半導体チップ１０の厚さは、例えば４００μｍである。

ステンレス板３０の上面の所定位置には、端子群１１ａおよび端子群１１ｂがメッキにより形成されている。

図３において、半導体チップ１０の不図示の端子と、端子群１１ａ、端子群１１ｂとの間を、上述したボンディングワイヤ１２ａ、およびボンディングワイヤ１２ｂでそれぞれ接続する。図３に例示した構成を、被成形品１Ｂと呼ぶことにする。

図４において、トランスファーモールド法による樹脂封止用の金型は、上型５１および下型５２によって構成される。下型５２の上に、図３の被成形品１Ｂを載置する。さらに、被成形品１Ｂの上から、離型フィルム４０を介して上型５１をセットする。

図５は、金型（下型５２および上型５１）を閉じた状態を説明する図である。上型５１には、樹脂１３の開口部２０を設けるために、略円柱状の凸部５１ｃが設けられている。凸部５１ｃの先端面は、円形の開口部２０を得るために円形状に構成される。凸部５１ｃの先端面は、離型フィルム４０を介して半導体チップ１０の上面の開口予定位置に当接する。また、上型５１の左当接面５１ａは、離型フィルム４０を介して下型５２の左当接面５２ａに当接する。さらに、上型５１の右当接面５１ｂは、離型フィルム４０を介して下型５２の右当接面５２ｂに当接する。

離型フィルム４０は、上記金型（上型５１および下型５２）による樹脂成形面を覆う広さの面積を有し、例えば、厚さ７５μｍのＥＴＦＥ（エチレン-テトラフロロエチレン）によって構成されている。離型フィルム４０の弾性率は、例えば１５〜２０ＭＰａである。

離型フィルム４０は、上型５１による樹脂成形面の凹凸に倣って変形する柔軟性と、樹脂成形時における金型（下型５２および上型５１）の加熱温度に耐える耐熱性と、樹脂１３および金型（下型５２および上型５１）との剥離が容易な容易剥離性と、を備える。

一般に、離型フィルム４０は、金型（下型５２および上型５１）の樹脂成形面と、樹脂１３との剥離目的で用いられる。本実施形態では、剥離目的に加えて、離型フィルム４０による弾性効果と、半導体チップ１０の下面側に設けられているＤＡＦ１４による弾性効果とによって以下のように相乗効果を生み出す。

先ず、半導体チップ１０の上面の開口予定位置に直に接する離型フィルム４０が弾性を有しており、この離型フィルム４０を介して半導体チップ１０の上面に対して圧力を加える。一方、半導体チップ１０の下面に直に接するＤＡＦ１４が弾性を有しており、このＤＡＦ１４を介して半導体チップ１０の下面に対して圧力を加える。

ＤＡＦ１４の厚さ２５μｍと、離型フィルム４０の厚さ７５μｍとで合わせて合計１００μｍであるところ、下型５２および上型５１を閉じた図５の状態では、ＤＡＦ１４および離型フィルム４０が共につぶれて変形するように金型（下型５２および上型５１）が構成されている。ＤＡＦ１４および離型フィルム４０の変形量（押しつぶれ量）は、約５０μｍ（３０μｍ〜７０μｍ程度）である。変形量は、押しつぶれた状態の厚さと、押しつぶれる前の厚さとの差である。

すなわち、金型（下型５２および上型５１）が閉じられたとき、上型５１の凸部５１ｃの先端面が圧力を加える位置（半導体チップ１０の上面の開口予定位置）において、離型フィルム４０およびＤＡＦ１４を合わせた厚さは、金型（下型５２および上型５１）が閉じられる前の１００μｍから半分程度の厚さまで変形する。離型フィルム４０およびＤＡＦ１４がそれぞれ変形することで、半導体チップ１０の厚さのばらつきを半導体チップ１０のすぐ上とすぐ下においてそれぞれ吸収する。

ここで、ＤＡＦ１４の弾性率は離型フィルム４０の弾性率よりも大きい。また、離型フィルム４０を介して半導体チップ１０の上面から押圧される面積（凸部５１ｃの円形状の先端面の面積）の方が、ＤＡＦ１４を介して半導体チップ１０の下面から押圧される面積（半導体チップ１０の下面面積）よりも狭い。このため、離型フィルム４０の方がＤＡＦ１４よりも変形量が大きいと推定される。

さらに、離型フィルム４０の厚さをＤＡＦ１４の厚さより厚くしたので、離型フィルム４０の厚さをＤＡＦ１４の厚さと同等、または離型フィルム４０の厚さをＤＡＦ１４の厚さより薄くする場合に比べて、離型フィルム４０の変形代を大きく確保できる。

以上のことから、半導体チップ１０の上面の開口予定位置において、上型５１の凸部５１ｃの先端面（円形状）で押圧された離型フィルム４０が、半導体チップ１０の上面に適切に密着する。これにより、半導体チップ１０の上面の開口予定位置に局所的に過大な押圧力を作用させることなく、開口予定位置において凸部５１ｃが壁となって樹脂１３の進入を防止する。

金型（下型５２および上型５１）を閉じた図５において、金型の内部空間の高さＷは、例えば、ステンレス板３０の上面から７００μｍである。

加熱された金型（上型５１および下型５２）の内部空間へ、不図示の供給路を介して樹脂１３を流し込んで供給する。被成形品１Ｂ、すなわち、半導体チップ１０、ボンディングワイヤ１２ａ、１２ｂ、端子群１１ａ、１１ｂをそれぞれ覆うように、樹脂１３で封止する。

上述したように、上型５１の凸部５１ｃの先端面（円形状）で押圧された離型フィルム４０を、半導体チップ１０の上面の開口予定位置に密着させたことにより、空間内に充填された樹脂１３が半導体チップ１０の上面の開口予定位置へ進入しないので、開口部２０（図１）にバリが生起されることがない。

図６において、樹脂１３の固化後に金型（上型５１および下型５２）を開いて半導体デバイス１を取り出し、ステンレス板３０を引きはがす。端子群１１ａおよび端子群１１ｂは、ステンレス板３０をはがした際に樹脂１３側（すなわち半導体デバイス１側）に残る。また、半導体チップ１０の下面のＤＡＦ１４は、ステンレス板３０をはがした際に半導体チップ１０の下面に残る。

これにより、半導体デバイス１の下面に、略面一に形成された樹脂１３、ＤＡＦ１４（半導体チップ１０の下面）、端子群１１ａおよび端子群１１ｂが露出する。線Ｆで示す位置で両端の不要な樹脂を切り落とすことにより、図１に例示した半導体デバイス１が完成する。

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）上型５１および下型５２を有する金型が閉じた状態で、上型５１から延設された凸部５１ｃと、凸部５１ｃが当接する半導体チップ１０の上面の開口予定位置との間に設けられた離型フィルム４０を押圧して変形させるとともに、下型５２により支持されるステンレス板３０と、半導体チップ１０の下面との間に設けられたＤＡＦ１４を押圧して変形させるようにした。例えば、離型フィルム４０およびＤＡＦ１４を合わせた厚さを、金型５１、５２が閉じられる前の厚さ１００μｍから半分程度の厚さ５０μｍまで変形させる。離型フィルム４０およびＤＡＦ１４がそれぞれ変形することで、半導体チップ１０の厚さのばらつきを半導体チップ１０のすぐ上とすぐ下においてそれぞれ吸収する。この結果、半導体チップ１０の上面と下面とでそれぞれダメージを軽減できる。

（２）離型フィルム４０およびＤＡＦ１４がそれぞれ変形した状態で、金型５１、５２の内部へ樹脂１３を供給する。離型フィルム４０およびＤＡＦ１４がそれぞれ変形すると、凸部５１ｃの先端面で押圧された離型フィルム４０が半導体チップ１０の上面の開口予定位置に適切に密着する。このため、開口予定位置において凸部５１ｃが壁となって、内部に充填された樹脂１３が半導体チップ１０の上面の開口予定位置へ進入しないことから、開口部２０（図１）にバリが生起されることが防止される。

（３）離型フィルム４０の変形前の厚さ７５μｍが、ＤＡＦ１４の変形前の厚さ２５μｍより厚くされている。これにより、離型フィルム４０の変形代をＤＡＦ１４の変形代より大きく確保し、とくに、凸部５１ｃが当接する半導体チップ１０の上面においてダメージを軽減できる。

（４）本実施形態では、離型フィルム４０の弾性率よりもＤＡＦ１４の弾性率を大きくしたので、上記（３）と合わせて、とくに、凸部５１ｃが当接する半導体チップ１０の上面においてダメージを軽減できる。

（５）離型フィルム４０の弾性を利用するとともに、ＤＡＦ１４の弾性を利用するので、新たなフィルム部材を用いることなく、半導体チップ１０の厚さのばらつきを半導体チップ１０のすぐ上とすぐ下においてそれぞれ吸収できる。

（６）ステンレス板３０を、金型成形後に除去するので、ステンレス板３０をはがした後の厚さが薄い半導体デバイス１を製造できる。

（７）ＤＡＦ１４を、ステンレス板３０の除去後も半導体チップ１０の下面に残すので、半導体チップ１０の下面を絶縁できる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（変形例１）
上述した説明では、ステンレス板３０の上に半導体チップ１０や端子群１１ａ、１１ｂをマウントする例を説明した。ステンレス板３０の代わりに、銅板を用いてもよい。

（変形例２）
以上の説明では図１(a)、図１(b)に例示した単一の半導体デバイス１を製造する製造手順を説明したが、一般には、複数個の半導体デバイス１を一括して製造することが好ましい。図７は、複数個の半導体デバイス１を一括製造する場合の金型（上型５１Ｇおよび下型５２Ｇ）を閉じた状態を説明する図である。上型５１Ｇには、複数個の半導体チップ１０上にそれぞれ開口部２０（図１）を設けるために、略円柱状の凸部５１ｃが複数個設けられている。離型フィルム４０は、上記金型（上型５１Ｇおよび下型５２Ｇ）による樹脂成形面を覆う広さの面積を有する。

単一の半導体デバイス１を製造する場合と同様に、ステンレス板３０Ｇの上面の所定位置に、ＤＡＦ１４を用いて複数個の半導体チップ１０がそれぞれダイマウントされている。ステンレス板３０Ｇの上面の所定位置には、端子群１１Ｇがメッキにより形成されている。端子群１１Ｇは、樹脂封止後において線Ｆの位置でカットされる。

半導体チップ１０の不図示の端子と、対応する端子群１１Ｇとの間が、それぞれボンディングワイヤによって接続されている。金型（上型５１Ｇおよび下型５２Ｇ）が閉じられたとき、上型５１Ｇの凸部５１ｃの先端面が圧力を加える位置（半導体チップ１０の上面の開口予定位置）において、離型フィルム４０およびＤＡＦ１４がそれぞれ変形し、半導体チップ１０の厚さのばらつきを半導体チップ１０のすぐ上とすぐ下においてそれぞれ吸収する点は、単一の半導体デバイス１を製造する場合と同様である。

加熱された金型（上型５１Ｇおよび下型５２Ｇ）の内部空間へ樹脂が流し込まれて樹脂封止される。樹脂の固化後に金型（上型５１Ｇおよび下型５２Ｇ）を開いて半導体デバイスを取り出し、ステンレス板３０Ｇを引きはがす。端子群１１Ｇは、ステンレス板３０Ｇをはがした際に樹脂側（すなわち半導体デバイス側）に残る。また、半導体チップ１０の下面のＤＡＦ１４は、ステンレス板３０Ｇをはがした際に半導体チップ１０の下面に残る。

線Ｆで示す位置で両端の不要な樹脂を切り落とすとともに、デバイスを個片化することにより、図１に例示した半導体デバイス１が複数個完成する。以上例示した説明によれば、図１(a)、図１(b)に例示した単一の半導体デバイス１をまとめて製造することができる。

（変形例３）
上述した説明では、半導体デバイス１のパッケージとしてＰＬＰを例に説明したが、ＤＦＮＰ(Dual Flat No-lead Package)等のパッケージ化においても同様に行うことができる。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１…半導体デバイス
１０…半導体チップ
１１ａ，１１ｂ、１１Ｇ…端子群
１３…樹脂
１４…ＤＡＦ
２０…開口部
３０、３０Ｇ…ステンレス板
４０…離型フィルム
５１、５１Ｇ…上型
５１ｃ…凸部
５２、５２Ｇ…下型

Claims

金型成形した樹脂から半導体チップの一部を露出させる半導体デバイスの製造方法において、
上型および下型を有する金型が閉じた状態で、
前記上型から延設されたマスキング部により、前記マスキング部の押圧面と前記半導体チップの上面の予定露出位置との間に設けられた第１の弾性フィルム部材を押圧して変形させるとともに、
前記下型により支持されるプレートにより、前記プレートの上面と前記半導体チップの下面との間に設けられた第２の弾性フィルム部材を押圧して変形させ、
前記第１の弾性フィルム部材の前記変形による厚さの変化が、前記第２の弾性フィルム部材の前記変形による厚さの変化よりも大きい、
半導体デバイスの製造方法。
請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法において、
前記マスキング部の前記押圧面は、前記半導体チップの上面の予定露出位置に前記第１の弾性フィルム部材を介して当接する、
半導体デバイスの製造方法。
請求項１または２に記載の半導体デバイスの製造方法において、
前記マスキング部により押圧される前記半導体チップの面積は、前記プレートにより押圧される前記半導体チップの面積よりも狭い、
半導体デバイスの製造方法。
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体デバイスの製造方法において、
前記第１の弾性フィルム部材および前記第２の弾性フィルム部材がそれぞれ変形した状態で、前記金型の内部へ前記樹脂が供給される、
半導体デバイスの製造方法。
請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体デバイスの製造方法において、
前記第１の弾性フィルム部材の前記変形前の厚さが、前記第２の弾性フィルム部材の前記変形前の厚さよりも厚い、
半導体デバイスの製造方法。
請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体デバイスの製造方法において、
前記第１の弾性フィルム部材の弾性率よりも前記第２の弾性フィルム部材の弾性率が大きい、
半導体デバイスの製造方法。
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体デバイスの製造方法において、
前記第１の弾性フィルム部材は、離型フィルムであり、
前記第２の弾性フィルム部材は、ＤＡＦである、
半導体デバイスの製造方法。
請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体デバイスの製造方法において、
前記プレートを、前記金型成形後に除去する、
半導体デバイスの製造方法。
請求項８に記載の半導体デバイスの製造方法において、
前記第２の弾性フィルム部材を、前記プレートの除去後も前記半導体チップの下面に残す、
半導体デバイスの製造方法。