JPH05291218A - 樹脂封止型半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 本発明は、チップ破壊を生じることなくチッ
プを超薄型にし、信頼性の高い大型でかつ薄型の樹脂封
止型半導体装置を提供することを目的とする。 【構成】 本発明では、複数のリードを含むリード構成
体１に搭載された半導体チップ３の能動面側に封止用樹
脂シート５，Ｐを貼着し一体的に加圧成型したのち、こ
のチップ３裏面から所望の厚さまで研磨するようにして
いる。望ましくはさらに、この後必要に応じてチップ裏
面側にも封止用樹脂シートＰ，５を一体的に固着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は樹脂封止型半導体装置の
製造方法に係り、特に超薄型のチップを用いた樹脂封止
型半導体装置の形成に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年半導体装置の高集積化に伴うチップ
の大型化によって、樹脂封止型半導体装置のパッケ―ジ
の大型化が進む一方、実装スペースの微細化にともない
薄型化の傾向を強めており、この傾向は今後益々強くな
っていくと考えられる。また、パッケ―ジの種類も今後
益々多様化し、従来のトランスファ成型法で十分な対応
ができなくなってきている。このような状況の中で、多
品種少量生産ができるフレキシブルな生産様式の開発が
望まれている。

【０００３】例えば、近年の半導体集積回路技術の進歩
は、マイクロプロセッサとその外部とのデータ転送量お
よびスピードの増大への要求を強くしておりこの要求に
いかに応えるかが、マイクロプロセッサを用いたシステ
ムの動作スピード、能力を上げるための重要な課題であ
るといえる。このために従来から、ウェハスケールイン
テグレーションやマルチチップモジュールなどの高密度
実装技術等の開発が行われているがいずれもメモリチッ
プやロジックチップを２次元平面上に高密度に実装する
技術である。たとえばメモリチップを２次元平面上に高
密度に実装した場合マイクロプロッセッサからの距離が
近いチップと遠いチップとが存在するため、遠いチップ
からマイクロプロセッサまでの信号遅延時間がマイクロ
プロセッサとメモリチップとのデータ転送スピードを律
速することになる。この問題を解決するための技術とし
てメモリチップやパッケージを３次元状に厚さ方向に積
層する方法が提案されている。この場合できるだけ多く
のチップを配置するためにはパッケージはもとよりチッ
プの薄型化が必要となる。

【０００４】ところで従来、樹脂封止型半導体装置はト
ランスファ成型法によって得られていた。この方法は、
エポキシ樹脂および充填剤などを主体としたエポキシ成
型材料等、未硬化の熱硬化性樹脂を、加熱して溶融さ
せ、トランスファ―成型機を用いて金型に注入し、高温
高圧状態（１６０〜１８０℃，７０〜１００ｋｇ／c
m²）で成型して、硬化することにより、フィルムキャリ
アやリードフレーム等の実装部材に搭載された半導体チ
ップを封止する方法である。この方法で形成される樹脂
封止型半導体装置は、図１５(a) および(b) に示すよう
に半導体チップ３４をエポキシ樹脂組成物３５が完全に
覆うため、信頼性に優れており、また金型で緻密に成型
するため、パッケ―ジの外観も良好であることから、現
在ではほとんどの樹脂封止型半導体装置はこの方法で製
造されている。ここで３１はリード、３２はダイパッ
ド、３３はボンディングワイヤである。

【０００５】しかしながら、未硬化の熱硬化性樹脂をト
ランスファ成型器の金型に注入する方法では薄型の実装
は困難である。

【０００６】また、このようなパッケージをプリント基
板上に実装する場合、プリント基板のパッドに半田ぺー
ストをスクリーン印刷し、位置合わせ後にパッケージを
搭載してリフローすることにより固着するという方法が
とられる。この場合個々のリードを半田付けするのとは
異なり、リフロー時にはパッケージを含めた基板全体が
加熱されることになる。チップサイズが大きくなると、
このように全体が２００℃以上の高温にさらされること
により、封止樹脂３５内部に吸湿された水分がダイパッ
ド３２の下側にある封止樹脂およびチップの上側にある
封止樹脂にクラックを発生させるという問題があった。
この樹脂クラックはボンディングワイヤの切断を招いた
り半導体チップの耐湿性を劣化させ、その結果半導体装
置の信頼性を著しく劣化させる。

【０００７】このように、従来のトランスファ用エポキ
シ成型材料は、種々の改良にもかかわらず、電子機器の
小型化薄型化の流れに対応していくのは極めて困難であ
った。 このようにパッケージすなわち封止樹脂層の薄
型化に伴い、チップの厚さも半導体装置全体の厚さを大
きく左右することになるため、チップの薄型化が必要と
なってくる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このようにチップの薄
型化、大型化が更に進むと次のような課題が生じてく
る。すなわちチップの大きさが２cm角を越え、チップの
厚さを２００μm 以下とすることにより超薄型の半導体
装置を形成しようとすると、チップの機械的強度が十分
に大きくないため、封止に際してチップ破壊を生じやす
いという問題がある。これはチップを薄くしようとする
場合にさらに顕著となる根本的な課題である。

【０００９】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、チップ破壊を生じることなくチップを超薄型にし、
信頼性の高い大型でかつ薄型の樹脂封止型半導体装置を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで本発明では、複数
のリードを含むリード構成体に搭載された半導体チップ
の能動面側に封止用樹脂シートを貼着し一体的に加圧成
型したのち、このチップ裏面から所望の厚さまで研磨す
るようにしている。

【００１１】そしてさらに、この後必要に応じてチップ
裏面側にも封止用樹脂シートを一体的に固着する。

【００１２】ここで封止用樹脂シートとしては、樹脂を
硬化する前のシート状体、例えばガラス繊維等の基体に
樹脂を含浸させたいわゆるプリプレグなどを含めた未架
橋部分を残したシート状体を出発材料として用いること
ができ、半導体チップと共に積層後、硬化成型される。

【００１３】半導体チップの研磨方法としては、機械的
研削法を用いてもよいし、化学的蝕刻法を用いても良
い。

【００１４】またここで硬化方法としては、熱硬化性樹
脂を加熱して架橋させ硬化させる方法、光硬化性樹脂を
光照射して架橋させ硬化させる方法を用いることがで
き、金型内で一旦溶融させ架橋により硬化させる他、所
望であれば界面のみを溶融させ加圧状態で硬化させ固着
するようにしてもよい。また金型を用い、誘導加熱によ
り樹脂のみを選択的に加熱するようにしてもよい。

【００１５】本発明で使用されるリード構成体の材質、
形状機能は、特に制限されない。封止用樹脂シ―トの材
質については、未硬化の光および熱硬化性樹脂、熱可塑
性樹脂、エンジニアリングプラスチックスなどの樹脂素
材を使用してもよいが、一体成型時の樹脂粘度が低いほ
ど緻密な封止を行うことができる。

【００１６】例えば、熱硬化性樹脂としては、エポキシ
樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、シリコ―ン樹
脂、フェノ―ル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂
などが挙げられる。光硬化性樹脂としては、アクリレー
ト系、ジアゾニウム系、ジアジド系、また感光性低分子
である重クロム酸系、イオウ化合物系などがある。これ
らの樹脂は単独で用いても、組み合わせてもよく、また
これらの樹脂の中に硬化剤、触媒、可塑剤、着色剤、難
燃化剤、充填剤、その他各種添加剤を含有したものでも
よい。

【００１７】本発明において用いられる封止用樹脂シ―
トは、例えば以下のような方法で作成することができ
る。エポキシ樹脂、硬化剤、触媒、シリカ粉末、その他
の材料を粉砕、混合して、アセトンなどの溶剤に溶解し
て濃度調整を行い、ローラにかける等して金型をしてそ
のまま放置する、加熱する、又は減圧下におく等の方法
により、溶媒を揮発させるか、あるいはガラス織布等の
織布に、この溶液を塗布するか、溶液中にガラス織布を
含浸させ、放置する、加熱する、又は減圧下におく等の
方法により、溶媒を揮発させプリプレグを作製すること
ができる。

【００１８】また、織布の材質としては無機系ではガラ
ス、石英、炭素繊維、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ア
ルミニウム、アルミナ、ジルコニア、チタン酸カリウム
繊維などがあり、有機系ではナイロン系、アクリル系、
ビニロン系、ポリ塩化ビニル系、ポリエステル系、アラ
ミド系、フェノ―ル系、レ―ヨン系、アセテ―ト系、
綿、麻、絹、羊毛などがある。これらを単独で用いて
も、組み合わせて用いてもよい。

【００１９】加圧硬化させる工程においては、ボイドの
発生を防止し、空気の膨脹によるパッケージクラックの
発生を防止するために、金型内を減圧することが望まし
い。さらに、成型後に封止樹脂の各種特性を向上するた
めに、アフタ―キュアを行うことが望ましい。

【００２０】

【作用】本発明によれば、半導体チップを薄く研磨する
に先立ち、複数のリードを含むリード構成体に接続しさ
らに、能動面側を封止用樹脂シートで加圧成型して固定
し、研磨するようにしているため、封止等の取扱い際し
てチップが破壊することなく薄型に加工される。

【００２１】またこの方法によれば極めて薄型でかつ裏
面を露呈せしめた封止形状を得ることができ、放熱性が
高いものとなる。

【００２２】従来のトランスファ成型法では、半導体チ
ップの裏面を露呈させるのに、金型にグリース等を用い
てチップを貼着しておき、成型後外す等の方法を駆使し
ているが、取扱いが繁雑であるうえ、樹脂の回り込みを
生じ易く、良好な封止形状を得ることができなかったの
に対し、本発明の封止用樹脂シートを用いた方法によれ
ば、極めて緻密でかつ熱膨張率がチップに近い状態でチ
ップの能動面側を良好に保護することができるため、裏
面の研磨に際しても十分にこの封止状態を維持すること
ができる。

【００２３】従って化学的蝕刻法を用いる場合にも封止
用樹脂シートは良好な保護効果を発揮し、半導体チップ
裏面のみが選択的にエッチングされる。また化学的蝕刻
法を用いる場合には半導体チップのみが選択的にエッチ
ングされるため、封止用樹脂シートに凹部が形成され
る。この凹部に樹脂を充填するかあるいはチップの大き
さに相当する封止用樹脂シートを埋め込んで硬化成型す
るようにすれば極めて薄型のパッケージ形成が可能であ
る。また、この凹部に金属箔等を埋め込むようにしても
よい。

【００２４】また機械的研削法を用いる場合にも封止用
樹脂シートによって極めて良好に固定されているため十
分に機械的応力に耐えることができ、裏面に半導体チッ
プの裏面が露呈した状態で薄型に形成されるため、この
まま放熱板上に載置して実装しても良い。

【００２５】さらにこのように裏面が露呈した状態の半
導体装置を封止用樹脂シートを挾んで複数個積層し圧縮
硬化させるようにすれば、半導体チップの破壊あるいは
ボンディング不良等を生じることなく良好に封止するこ
とができ、歩留まりが向上する。

【００２６】また本発明の樹脂封止型半導体装置は、製
造工程のインライン化により自動的に製造を行うことが
できる。このように本発明によれば、製造工程の簡略化
が可能となり、長期にわたって良好な信頼性を保持する
ことができる。

【００２７】本発明において、半導体チップを載置する
フィルムキャリア、リードフレームなどのリード構成体
およびプリプレグは、リ―ル方式で供給することができ
る。両者がそれぞれ対応するようにリ―ルで供給し、合
体、封止することにより、半導体デバイスの封止工程を
完全にインライン化することができ、半導体装置のアセ
ンブリから封止までを連続工程で行うことができる。こ
れは、従来のトランスファ成型法ではバッチ処理によら
なければならなかったのに比べ、決定的に有利な点であ
る。

【００２８】封止工程がインライン化できることによ
り、本発明の製造方法は多品種少量生産に適したフレキ
シブルな製造方法となる。

【００２９】本発明の構造は、機械的強度が高いことか
ら、半導体パッケ―ジが薄く、チップ面積が大きく、か
つ表面実装用の半導体装置に最適である。

【００３０】望ましくは繊維に樹脂を含浸させたプリプ
レグで封止用樹脂シートを構成するようにすればさらに
機械的強度が向上する。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。

【００３２】実施例１ 本発明の第１の実施例の樹脂封止型半導体装置の製造工
程の概要図を図１に示す。また図２乃至図５はこの工程
中で用いられる部材および封止の要部拡大図、図６(a)
および(b) はこの方法で形成された樹脂封止型半導体装
置を示す図である。また、この樹脂封止型半導体装置の
樹脂封止に用いられる封止装置を図７および図８に示
す。

【００３３】製造に際してはまず、フェノールノボラッ
クタイプのエポキシ樹脂１００部、ＵＶ硬化性アクリレ
ート２０部、硬化剤としてジシアンジアミド６部、充填
材としてシリカを３００部、および触媒としてベンジル
ジメチルアミン０．５部をメチルセロソルブ１００部に
溶解してワニスを調整する。このようにして得られたエ
ポキシ含浸ワニスをガラスクロス４に浸漬した後、風乾
し、乾燥機中で、８０℃×４時間の加熱乾燥を行い、厚
さ１０００μm の封止用樹脂シートを形成し、これを１
３×１３mmにカットして、図２(a) および(b) に上面図
および断面図を示すようにガラスクロス４の両面に樹脂
層５の形成された封止用樹脂シートＰを作成した。そし
てさらに図３に示すようにこの封止用樹脂シートＰと同
じ形状の銅箔６を形成し、２枚の封止用樹脂シートＰの
間に銅箔６を挟む。

【００３４】一方通常の方法で、ポリイミド樹脂からな
るフィルムキャリア１に銅箔を貼着しこれをパターニン
グすることにより、リードパターン２を形成し、フィル
ムキャリアを形成する。このフィルムキャリア１を図７
に示すような半導体封止装置を用いて、供給リール１０
０と巻取リール５００との間で移動せしめつつ半導体チ
ップの搭載から樹脂封止までをインラインで行った。な
おこの装置は、供給リール１００と、半導体チップ載置
部２００と、２枚の封止用樹脂シートＰで銅箔６を挟ん
だものを供給し前記半導体チップ上にこれを貼着するシ
ート貼着部３００と、圧縮成型部４００と、巻取リール
５００と、アフターキュア部（図示せず）とから構成さ
れている。

【００３５】まずチップ載置部２００で位置合わせを行
いつつフィルムキャリア１上に１０×１０×０．５mmの
半導体チップ３をフェイスダウンでバンプを介してリー
ド２と接続する。

【００３６】この後シート貼着部３００で、図１(a) に
示すように、封止用樹脂シートＰと銅箔６の積層体をフ
ィルムキャリア２上にバンプを介して搭載された半導体
チップ３の能動面側に貼り付け、さらに、圧縮成型部４
００においてヒータ４０２によって１７０℃に加熱され
た金型４０１内で１分間、圧縮成型して図１(b) に示す
ように半導体チップの能動面側のみを封止用樹脂シート
Ｐで固定した。ここで成型されたパッケ―ジの厚さは８
００μm であった。成型されたパッケ―ジを金型から外
し、巻取リール５００を用いて巻き取ったのち、アフタ
ーキュア部（図示せず）で１８０℃４時間のアフタ―キ
ュアを行う。

【００３７】なおここで金型４０１の凹部の形状は図８
に拡大説明図を示すように封止用樹脂シートの形状とほ
ぼ等しく形成されておりかつ金型凹部の容積は、封止用
樹脂シートと金属箔の体積の合計よりもやや小さく、成
型時に封止用樹脂シートが加圧されるようにしたものを
用いる。図中４０３は金型内を減圧にするための真空系
である。

【００３８】この後、シリカ等の研磨粉を用いた機械的
研磨により４００μm 程度裏面を研磨し、図１(c) に示
すようにはじめ６００μm であった半導体チップ３の厚
さを２００μm 程度まで薄くする。７は研磨で除去され
る領域を示す。このとき封止用シートも同様に研磨され
裏面は平滑な形状になっている。この機械的研磨工程に
おいて、半導体チップ３は封止用樹脂シートＰによって
極めて良好に固定されているため十分に機械的応力に耐
えることができる。

【００３９】そしてさらに再び図７に示したような封止
装置を用いて図１(d) に示すように薄型に加工された半
導体チップ封止体の裏面側に再び封止用樹脂シートＰと
銅箔６の積層体を貼り付け、同様に、圧縮成型部４００
において１７０℃に加熱された金型４０１内で１分間、
圧縮成型して半導体チップの裏面側側のみを封止用樹脂
シートＰで固定し，枠体を除去して個々に分断し樹脂封
止型半導体装置を完成した（図１(e) ）。この枠体除去
前の状態を図５に示す。

【００４０】なお、樹脂封止装置としては前記実施例で
用いたものに限定されることなく、図９に示すように封
止用樹脂シートの貼着および加圧成型を同一装置（箇
所）で行うようにしてもよい。ここでは封止用樹脂シー
ト供給機Ｋが圧縮成型機に近接して設けられており、フ
ィルムキャリア１に搭載されて搬送されてきた半導体チ
ップ３が金型４０１の位置にきたところで、封止用樹脂
シート供給機Ｋによって封止用樹脂シートＰが半導体チ
ップの両面に貼着され、続いてその位置でヒータ４０２
によって加熱されつつ金型４０１で加圧成型され樹脂封
止がなされる。

【００４１】さらに図１０に示すように、封止用樹脂シ
ートをテープＴ1 ，Ｔ2 上に載置して、連続的に供給
し、フィルムキャリア１に搭載された半導体チップ３の
両面に貼着部３００で封止用樹脂シートＰを貼着し、圧
縮成型部４００で加圧成型するようにしてもよい。この
とき封止用樹脂シート供給後のテープは巻きとりリール
によって巻き取られる。

【００４２】なお、前記実施例では裏面を研磨したもの
を再び封止用樹脂シートＰで封止したが、図１(c) に示
したように研磨したのち、そのまま個々の半導体装置に
分割することによって半導体チップの裏面が露呈した状
態で薄型の樹脂封止型半導体装置として、図１１に示す
ように放熱板１１上に載置して実装しても良い。

【００４３】さらに図１２に示すようにこのように裏面
が露呈した状態の半導体装置を封止用樹脂シートを挾ん
で複数個積層し圧縮硬化させるようにすれば、半導体チ
ップの破壊あるいはボンディング不良等を生じることな
く良好に封止することができ、歩留まりが向上する。

【００４４】実施例２ 次に本発明の第２の実施例として、化学的蝕刻法を用い
て半導体チップ３を薄くする方法について説明する。

【００４５】封止用樹脂シートをフィルムキャリア１に
搭載された半導体チップ３の能動面側に圧縮成型する工
程までは前記実施例とまったく同様である（図１３(a)
および(b) ）。

【００４６】この後、ＫＯＨからなるエッチング液に浸
漬し、半導体チップ３の裏面側を選択的に４００μm 程
度蝕刻し、図１３(c) に示すようにはじめ６００μm で
あった半導体チップ３の厚さを２００μm 程度まで薄く
する。このとき封止用樹脂シートはエッチングされずに
残り、裏面には凹部が形成される。このエッチング工程
において封止用樹脂シートは良好な保護効果を発揮し、
半導体チップ裏面のみが選択的にエッチングされる。

【００４７】この後、図１３(d) に示すように、封止用
樹脂シートに形成された凹部１２に樹脂１３を充填する
かあるいはチップの大きさに相当する封止用樹脂シート
を埋め込んで硬化成型することにより実施例１よりもさ
らに薄型の樹脂封止型半導体装置を得ることができる。

【００４８】またこの変形例として図１４に示すよう
に、この凹部に金属箔１４を埋め込むようにしてもよ
い。

【００４９】なお、前記実施例では、プリプレグはカッ
トしたものを用い、貼着部で供給して貼着するようにし
たが、プリプレグをカットしてキャリアテープに載置し
たり、プリプレグをフィルム状に形成し、プリプレグ自
体に送り穴を形成して供給するようにしてもよい。

【００５０】また、前記実施例ではガラスクロスに樹脂
を含浸させたプリプレグを用いたが封止用樹脂シートと
しては、繊維を用いることなく、溶融状態の樹脂をわず
か架橋させ、シート状にしたものでもよい。

【００５１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、半導体チップ自体を薄く形成することができるた
め、超薄型で信頼性の高い樹脂封止型半導体装置を得る
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の樹脂封止型半導体装置
の製造工程図

【図２】同工程で用いられる部材の拡大説明図

【図３】同工程で用いられる部材の拡大説明図

【図４】同工程で用いられる部材の拡大説明図

【図５】同工程の部分説明図

【図６】同工程で形成された樹脂封止型半導体装置を示
す図

【図７】同装置で用いられる封止装置を示す図

【図８】同装置の要部拡大図

【図９】同装置で用いられる他の封止装置を示す図

【図１０】同装置で用いられる他の封止装置を示す図

【図１１】本発明の樹脂封止型半導体装置の変形例の実
装例を示す図

【図１２】本発明の樹脂封止型半導体装置の変形例を示
す図

【図１３】本発明の第２の実施例の樹脂封止型半導体装
置の製造工程図

【図１４】本発明の樹脂封止型半導体装置の変形例を示
す図

【図１５】従来例の樹脂封止型半導体装置を示す図

【符号の説明】

１ フィルムキャリア ２ リードパターン ３ 半導体チップ ４ ガラス繊維 ５ 樹脂層 Ｐ プリプレグ ６ 銅箔 ７ 除去領域 １１ 金属板 １２ 樹脂 １３ 金属箔

フロントページの続き (72)発明者 望月 正生 神奈川県川崎市幸区小向東芝町 １ 株式 会社東芝総合研究所内 (72)発明者 山地 泰弘 神奈川県川崎市幸区小向東芝町 １ 株式 会社東芝総合研究所内 (72)発明者 太田 英男 神奈川県川崎市幸区小向東芝町 １ 株式 会社東芝総合研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のリードを含むリード構成体に半導
   体チップを搭載する搭載工程と前記半導体チップの能動
   面側に封止用樹脂シートを貼着し一体的に加圧成型する
   成型工程と前記半導体チップを裏面側から所望の厚さま
   で研磨する研磨工程とを含むことを特徴とする樹脂封止
   型半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 さらに、前記半導体チップの裏面側にも
   封止用樹脂シートを貼着し一体的に加圧成型する第２の
   成型工程を含むことを特徴とする請求項１記載の樹脂封
   止型半導体装置の製造方法。