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JP2008130701A - 配線基板とそれを用いた半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

配線基板とそれを用いた半導体装置及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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JP2008130701A JP2006312316A JP2006312316A JP2008130701A JP 2008130701 A JP2008130701 A JP 2008130701A JP 2006312316 A JP2006312316 A JP 2006312316A JP 2006312316 A JP2006312316 A JP 2006312316A JP 2008130701 A JP2008130701 A JP 2008130701A
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Hiroaki Fujimoto
博昭 藤本
Kenichi Imazu
健一 今津
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

【課題】半導体装置としての信頼性をより向上することができるとともに、生産性をもより向上することができる配線基板とそれを用いた半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】BGAパッケージ用の配線基板8を構成する各半導体パッケージ基板1の周囲に凹部10を形成し、この凹部10を含めて配線基板8上に封止樹脂15を充填して樹脂封止した状態で、配線基板8と封止樹脂15を区切りライン9で切断することにより、半導体パッケージ基板1上に半導体チップ13が封止樹脂15により封止された複数の半導体装置を製造する。
【選択図】図5

Description

本発明は、例えばBGAパッケージ等に用いられ半導体チップが搭載される複数の半導体パッケージ基板からなる配線基板とそれを用いた半導体装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。
近年、移動体通信機器等の電子機器の小型化に対応するため、半導体装置においても小型化・高密度化が求められている。また、電子機器の高機能・多機能化が進展し、半導体装置においては、外部端子が多ピン化の傾向にあり半導体パッケージの底面にエリアアレー状に配置されたBGAパッケージ、LGAパッケージが多く用いられている。
このような半導体装置は、例えばBGAパッケージ用の配線基板を構成する各半導体パッケージ基板上に半導体チップを封止樹脂により封止した状態で、配線基板と封止樹脂を個々の半導体パッケージ基板ごとに切り出すことにより得るようにしている。
以下、従来の半導体装置(例えば、特許文献1を参照)としてBGAパッケージを例に挙げて、その製造方法を説明する。
図7は従来のBGAパッケージ用の配線基板において配線パターンを形成した状態を示す上面図、図8は従来の半導体装置の製造方法における製造工程を示す断面図、図9は従来の半導体装置の製造方法における製造工程により製造された半導体装置の外観形状を示す側面図である。
まず、図7および図8(a)に示すように、区切りライン9で区切られた複数の半導体パッケージ基板1を有する配線基板8を準備する。なお、ここでは、配線基板8として、半導体パッケージ基板1が区切りライン9で上下左右に6個形成されている場合を図示している。配線基板8を構成する複数の半導体パッケージ基板1はガラスエポキシ等の絶縁性基板よりなり、それぞれの表面には、半導体チップ搭載領域2、内部電極3、導体配線4、メッキ用配線5が形成され、裏面には、外部接続用の外部電極16が形成されており、図示していないが、導体配線4と外部電極16とは配線基板8の内部に形成されたスルーホール等を介して電気的に接続されている。
次に、図8(b)に示すように、配線基板8の表面に形成された複数の半導体チップ搭載領域2の全てに対して、それぞれ半導体チップ13を導電性樹脂で固着する。次に、各半導体チップ13の電極と内部電極3を、Au等のボンディングワイヤ14にて、電気的に接続する。
次に、図8(c)に示すように、エポキシ等の樹脂からなる封止樹脂15にて配線基板8表面の全領域を樹脂封止する。
次に、図8(d)に示すように、図8(c)の状態で、配線基板8および封止樹脂15に対して、ダイシングソー等を用いて区切りライン9に沿って切削することにより、配線基板8および封止樹脂15を区切りライン9で分割し、半導体パッケージ基板1上に半導体チップ13が封止樹脂15により封止された複数個の半導体装置を得るようにしている。
特開2001−274283号公報
しかしながら、上記のような従来の半導体装置および半導体装置の製造方法では、配線基板8および封止樹脂15を複数の半導体装置に分割する際に、メッキ用配線5も同時に分割され、図9に示すように、半導体装置の側面に、メッキ用配線5の端面が露出した状態となる。
このように、メッキ用配線5が半導体装置の側面に露出していると、後の検査工程や電子機器のプリント基板に搭載する際に、メッキ用配線5に検査用ソケットやプリント基板搭載時のピックアップツール等が触れることがあり、この場合、メッキ用配線5が変形して隣接するメッキ用配線5間での電気的なショートが発生することがある。また、不純物イオンの不着や、半導体装置の吸湿によりメッキ用配線5が側面においてマイグレーションを起こしてしまう。以上により、半導体装置としての信頼性が低下するという問題点を有していた。
また、配線基板8および封止樹脂15を区切りライン9で切削して個々の半導体装置に分割するまでは、ほぼ全ての内部配線3がメッキ用配線5により電気的に接続された(ショート)状態にあるため、配線基板8状態での個々の半導体パッケージ基板1に対する電気的検査が困難であり、不良の半導体パッケージ基板1にも半導体チップ13を搭載する可能性があり、結果的に、半導体装置としての生産性が低下するという問題点も有していた。
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、半導体装置としての信頼性をより向上することができるとともに、生産性をもより向上することができる配線基板とそれを用いた半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
上記の課題を解決するために、本発明の請求項1記載の配線基板は、表面に電気接続された内部電極と導体配線および半導体チップが搭載される半導体チップ搭載領域が形成された半導体パッケージ基板を複数有し、各半導体パッケージ基板の外周に凹部が形成され、前記内部電極と前記導体配線が個々の前記半導体パッケージ基板間で電気的に絶縁されていることを特徴とする。
また、本発明の請求項2記載の配線基板は、請求項1記載の配線基板であって、少なくとも1本以上の前記導体配線の端部が、前記凹部の側面まで達していることを特徴とする。
また、本発明の請求項3記載の配線基板は、請求項1または請求項2記載の配線基板であって、前記凹部が、前記半導体パッケージ基板の外周の全領域に渡ってリング状に形成されていることを特徴とする。
また、本発明の請求項4記載の配線基板は、請求項1または請求項2記載の配線基板であって、前記凹部が、前記半導体パッケージ基板の外周のコーナー部を除いて溝状に形成されていることを特徴とする。
また、本発明の請求項5記載の配線基板は、請求項1または請求項2記載の配線基板であって、前記凹部が、前記半導体パッケージ基板の外周の前記導体配線ごとに独立させて形成されていることを特徴とする。
また、本発明の請求項6記載の配線基板は、請求項1〜請求項5のいずれかに記載の配線基板であって、前記凹部の深さが、前記半導体パッケージ基板の厚みの1/2以下であることを特徴とする。
また、本発明の請求項7記載の配線基板は、請求項1〜請求項6のいずれかに記載の配線基板であって、前記凹部の巾が、300μm以下であることを特徴とする。
また、本発明の請求項8記載の半導体装置は、表面に電気接続された内部電極と導体配線および半導体チップが搭載される半導体チップ搭載領域が形成された半導体パッケージ基板を複数有する配線基板の前記半導体チップ搭載領域に前記半導体チップが搭載され、前記半導体チップの電極と前記内部電極が電気的に接続され、各半導体パッケージ基板の外周に厚みの薄い部分を有し、前記半導体パッケージ基板の少なくとも前記半導体チップ搭載領域以外の前記厚みの薄い部分を含む全領域が封止樹脂にて覆われていることを特徴とする。
また、本発明の請求項9記載の半導体装置は、表面に電気接続された内部電極と導体配線および半導体チップが搭載される半導体チップ搭載領域が形成された半導体パッケージ基板の前記半導体チップ搭載領域に前記半導体チップが搭載され、前記半導体チップの電極と前記内部電極が電気的に接続され、各半導体パッケージ基板の外周に厚みの薄い部分を有し、前記半導体パッケージ基板の少なくとも前記半導体チップ搭載領域以外の前記厚みの薄い部分を含む全領域が封止樹脂にて覆われ、前記半導体パッケージ基板の側面及び前記封止樹脂の側面には、前記導体配線が露出していないことを特徴とする。
また、本発明の請求項10記載の半導体装置は、請求項8または請求項9記載の半導体装置であって、少なくとも1本以上の前記導体配線の端部が、前記厚みの薄い部分の側面まで達していることを特徴とする。
また、本発明の請求項11記載の半導体装置は、請求項8または請求項9または請求項10記載の半導体装置であって、前記厚みの薄い部分が、前記半導体パッケージ基板の外周の全領域に渡ってリング状に形成されていることを特徴とする。
また、本発明の請求項12記載の半導体装置は、請求項8または請求項9または請求項10記載の半導体装置であって、前記厚みの薄い部分が、前記半導体パッケージ基板の外周のコーナー部を除いて溝状に形成されていることを特徴とする。
また、本発明の請求項13記載の半導体装置は、請求項8または請求項9または請求項10記載の半導体装置であって、前記厚みの薄い部分が、前記半導体パッケージ基板の外周の前記導体配線ごとに独立させて形成されていることを特徴とする。
また、本発明の請求項14記載の半導体装置は、請求項8〜請求項13のいずれかに記載の半導体装置であって、前記厚みの薄い部分の深さが、前記半導体パッケージ基板の厚みの1/2以下であることを特徴とする。
また、本発明の請求項15記載の半導体装置は、請求項8〜請求項14のいずれかに記載の半導体装置であって、前記厚みの薄い部分の前記外周部からの長さが100μm以下であることを特徴とする。
また、本発明の請求項16記載の半導体装置は、請求項8〜請求項15のいずれかに記載の半導体装置であって、前記半導体チップの電極と前記内部電極が金属細線にて接続され、前記半導体チップ及び前記金属細線が前記封止樹脂に覆われていることを特徴とする。
また、本発明の請求項17記載の半導体装置は、請求項8〜請求項15のいずれかに記載の半導体装置であって、前記半導体チップの電極と前記内部電極がフリップチップボンディングにて接続されていることを特徴とする。
また、本発明の請求項18記載の半導体装置は、請求項8〜請求項15のいずれかに記載の半導体装置であって、前記半導体チップの電極と前記内部電極がフリップチップボンディングにて接続され、かつ前記半導体チップが前記封止樹脂で覆われていることを特徴とする。
また、本発明の請求項19記載の半導体装置の製造方法は、表面に電気接続された内部電極と導体配線および半導体チップが搭載される半導体チップ搭載領域が形成された半導体パッケージ基板を複数有する配線基板の各半導体パッケージ基板の外周に凹部を形成する工程と、個々の半導体パッケージ基板の前記半導体チップ搭載領域に前記半導体チップを固着する工程と、前記半導体チップの電極と前記内部電極を電気的に接続する工程と、前記配線基板の表面側の全領域を封止樹脂にて覆う工程と、個々の半導体パッケージ基板の外周部にて前記凹部である厚みの薄い部分を残すように、前記封止樹脂及び前記配線基板を切断する工程とからなることを特徴とする。
以上のように本発明によれば、配線基板における各半導体パッケージ基板の外周部分に凹部が形成されており、その凹部によって各半導体パッケージ基板のそりが緩和され、配線基板全体のそり量を小さくできるため、配線基板形成の後工程で各半導体パッケージ基板上に半導体チップを実装した場合の実装品質をより向上することができる。
また、各半導体パッケージ基板上への半導体チップの実装後に樹脂封止して形成した半導体装置の側面には、従来のように内部の導体部が露出していないため、導体間でのショートやマイグレーションの発生をなくすとともに、半導体装置の側面は、密着性の高い封止樹脂と半導体パッケージ基板の基材との界面のみとなるため、半導体装置への外部からの水分の浸入も少なくすることができる。
以上により、半導体装置としての信頼性をより向上することができるとともに、過酷な環境で使用される車載用途など適用範囲の拡大を実現することができる。
また、各半導体パッケージ基板の外周部分に形成された凹部によって全ての内部配線がお互いに絶縁されており、配線基板の状態でも、個々の半導体パッケージ基板上の配線パターンに対する電気的検査が可能であるため、良品の半導体パッケージ基板のみを正確に選択して半導体チップを搭載することができる。
その結果、半導体装置としての信頼性をより向上することができるとともに、生産性をもより向上することができる。
以下、本発明の実施の形態を示す配線基板とそれを用いた半導体装置及び半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。
本発明の実施の形態の配線基板を説明する。
図1は本実施の形態の配線基板において配線パターンを形成した状態を示す上面図、図2は本実施の形態の配線基板において各半導体パッケージ基板の外周のメッキ用配線部分のみに溝状の凹部を形成した状態を示す上面図、図3は本実施の形態の配線基板において各半導体パッケージ基板の外周の全領域に渡るリング状の凹部を形成した状態を示す上面図、図4は本実施の形態の配線基板において各半導体パッケージ基板の外周のメッキ用配線ごとに独立した凹部を形成した状態を示す上面図である。
まず、図1において、例えばBGAパッケージ、LGAパッケージ用の配線基板8の基材は、ガラスエポキシ、BTレジン、ポリイミド等よりなり、その厚みは、0.1mm〜0.8mm程度である。配線基板8は、複数個の半導体パッケージ基板1で構成され、個別の半導体パッケージ基板1は区切りライン9で区分けされている。各々の半導体パッケージ基板1上には、表面に、内部電極3、導体配線4、メッキ用配線5を有している。図示はしていないが、半導体パッケージ基板1の裏面には、外部電極を有しており、内部電極3と配線基板8の内部に形成されたスルーホール等を介して電気的に接続されている。
内部電極3、導体配線4、メッキ用配線5の主導体の材質は、通常Cuであり、エッチング法やメッキ法などにて形成される。主導体の厚みは、5〜35μm程度である。内部電極3は、後に半導体チップの電極とAuボンディングワイヤにて電気的に接続される領域であり、そのボンディング性の向上に、通常、Ni/Auメッキが電解法にて施されている。メッキ用配線5は、この時のメッキ用電極に接続されているものである。
次に、図2に示すように、各半導体パッケージ基板1の外周のメッキ用配線部分のみに溝状の凹部10を形成する。溝状の凹部10の形成は、ルータ等により機械的に切削により形成する方法や、レーザー等による形成方法を用いる。この時、メッキ用配線5も同時に切断され、各々の導体配線4は互いに電気的に分離される。
凹部10の深さは、配線基板8(または半導体パッケージ基板1)の厚みの10%〜90%程度であり、配線基板8(または半導体パッケージ基板1)の厚みにより決定される。また、凹部10の巾は、50μm〜500μm程度である。また、凹部10の代わりに、図3に示すように、配線基板8における各半導体パッケージ基板1の外周の全領域に渡るリング状の凹部11を形成しても良いし、また、図4に示すように、配線基板8における各半導体パッケージ基板1の外周にメッキ用配線5ごとに独立した凹部12を形成しても良い。
本発明の実施の形態の半導体装置及び半導体装置の製造方法を説明する。
図5は本実施の形態の半導体装置の製造方法における製造工程を示す断面図、図6は本実施の形態の半導体装置の製造方法における製造工程により製造された半導体装置の外観形状を示す側面図である。
まず、図5(a)は図2で示した配線基板8のA−A’断面図であり、図5(a)に示すように、配線基板8は、複数個の半導体パッケージ基板1より構成されており、個々の半導体パッケージ基板1は、表面に半導体チップ搭載領域2、内部電極3、導体配線4を有し、裏面には外部配線と接続される外部電極16を有している。この配線基板8は、各半導体パッケージ基板1の外周の区切りライン9を含むメッキ用配線5部分のみに溝状の凹部10を有している。
次に、図5(b)に示すように、半導体チップ13を、半導体パッケージ基板1上の半導体チップ搭載領域2に、エポキシ、ポリイミド等の導電性樹脂または絶縁性樹脂で固着する。なお、半導体チップ13は、配線基板8内に形成された半導体パッケージ基板1の全部に固着する。
そして、図5(b)に示すように、Au、Cu、AL等よりなるボンディングワイヤ14を用いて、ワイヤボンディング法により、半導体チップ13の電極と半導体パッケージ基板1上に形成された内部電極3とを電気的に接続する。ボンディングワイヤ14の径は10〜30μm程度である。ワイヤボンディング時の加熱温度は、100〜250℃程度である。この時、内部電極3の表面にはAuメッキが施されているため、良好なボンディング性を得ることができる。
次に、図5(c)に示すように、封止樹脂15にて、全ての半導体パッケージ基板1を含むように樹脂封止する。封止樹脂15の厚みは、半導体チップ13上で0.1mm〜0.8mm程度である。この時、封止樹脂15は、半導体パッケージ基板1上に形成された溝上の凹部10にも充填される。
次に、図5(d)に示すように、図5(c)の状態で、配線基板8および封止樹脂15に対して、ダイシングソー等を用いて区切りライン9に沿って切削することにより、配線基板8および封止樹脂15を区切りライン9で分割し、半導体パッケージ基板1上に半導体チップ13が封止樹脂15により封止された複数個の半導体装置を得るようにしている。
この時、半導体パッケージ基板1の外周部の凹部10によりなる厚みが薄い領域は外周より0.1mm以下程度の短い寸法とすることにより、機械的強度の強い半導体装置を得ることができる。
以上のようにして製造された半導体装置においては、図6に示すように、半導体装置の側面には、従来のようにメッキ用配線などの導体部の露出が無い。したがって、導体部間のショートおよび導体部によるマイグレーション不良や、検査時のハンドリング時に導体部に触れることがないため、導体部の変形による隣接する導体配線同士の接触もなく、半導体装置として信頼性の高いものを得ることができる。
なお、前述した実施の形態では、半導体チップ13の電気的な接続にワイヤボンディング法を用いたが、フリップチップボンディングによる接続を用いた場合にも、同様に適用することができる。
本発明の配線基板とそれを用いた半導体装置及び半導体装置の製造方法は、半導体装置としての信頼性をより向上することができるとともに、生産性をもより向上することができるもので、移動体通信機器等の電子機器の小型化およびチップの多ピン化に対応する半導体装置に適用できる。
本発明の実施の形態の配線基板において配線パターンを形成した状態を示す上面図 同実施の形態の配線基板において各半導体パッケージ基板の外周部分に溝状の凹部を形成した状態を示す上面図 同実施の形態の配線基板において各半導体パッケージ基板の外周部分にリング状の凹部を形成した状態を示す上面図 同実施の形態の配線基板において各半導体パッケージ基板の外周部分に独立した凹部を形成した状態を示す上面図 同実施の形態の半導体装置の製造方法における製造工程を示す断面図 同実施の形態の半導体装置の製造方法における製造工程により製造された半導体装置の外観形状を示す側面図 従来のBGAパッケージ用の配線基板において配線パターンを形成した状態を示す上面図 同従来例の半導体装置の製造方法における製造工程を示す断面図 同従来例の半導体装置の製造方法における製造工程により製造された半導体装置の外観形状を示す側面図
符号の説明
1 半導体パッケージ基板
2 半導体チップ搭載領域
3 (半導体パッケージ基板上に形成した)内部電極
4 (半導体パッケージ基板上に形成した)導体配線
5 (半導体パッケージ基板上に形成した)メッキ用配線
8 配線基板
9 区切りライン
10 (半導体パッケージ基板に形成した)溝状の凹部
11 (半導体パッケージ基板に形成した)リング状の凹部
12 (半導体パッケージ基板に形成した)独立した凹部
13 半導体チップ
14 ボンディングワイヤ
15 封止樹脂
16 外部電極

Claims (19)

  1. 表面に電気接続された内部電極と導体配線および半導体チップが搭載される半導体チップ搭載領域が形成された半導体パッケージ基板を複数有し、
    各半導体パッケージ基板の外周に凹部が形成され、
    前記内部電極と前記導体配線が個々の前記半導体パッケージ基板間で電気的に絶縁されている
    ことを特徴とする配線基板。
  2. 少なくとも1本以上の前記導体配線の端部が、前記凹部の側面まで達している
    ことを特徴とする請求項1記載の配線基板。
  3. 前記凹部が、前記半導体パッケージ基板の外周の全領域に渡ってリング状に形成されている
    ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の配線基板。
  4. 前記凹部が、前記半導体パッケージ基板の外周のコーナー部を除いて溝状に形成されている
    ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の配線基板。
  5. 前記凹部が、前記半導体パッケージ基板の外周の前記導体配線ごとに独立させて形成されている
    ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の配線基板。
  6. 前記凹部の深さが、前記半導体パッケージ基板の厚みの1/2以下である
    ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の配線基板。
  7. 前記凹部の巾が、300μm以下である
    ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の配線基板。
  8. 表面に電気接続された内部電極と導体配線および半導体チップが搭載される半導体チップ搭載領域が形成された半導体パッケージ基板を複数有する配線基板の前記半導体チップ搭載領域に前記半導体チップが搭載され、
    前記半導体チップの電極と前記内部電極が電気的に接続され、
    各半導体パッケージ基板の外周に厚みの薄い部分を有し、
    前記半導体パッケージ基板の少なくとも前記半導体チップ搭載領域以外の前記厚みの薄い部分を含む全領域が封止樹脂にて覆われている
    ことを特徴とする半導体装置。
  9. 表面に電気接続された内部電極と導体配線および半導体チップが搭載される半導体チップ搭載領域が形成された半導体パッケージ基板の前記半導体チップ搭載領域に前記半導体チップが搭載され、
    前記半導体チップの電極と前記内部電極が電気的に接続され、
    各半導体パッケージ基板の外周に厚みの薄い部分を有し、
    前記半導体パッケージ基板の少なくとも前記半導体チップ搭載領域以外の前記厚みの薄い部分を含む全領域が封止樹脂にて覆われ、
    前記半導体パッケージ基板の側面及び前記封止樹脂の側面には、前記導体配線が露出していない
    ことを特徴とする半導体装置。
  10. 少なくとも1本以上の前記導体配線の端部が、前記厚みの薄い部分の側面まで達している
    ことを特徴とする請求項8または請求項9記載の半導体装置。
  11. 前記厚みの薄い部分が、前記半導体パッケージ基板の外周の全領域に渡ってリング状に形成されている
    ことを特徴とする請求項8または請求項9または請求項10記載の半導体装置。
  12. 前記厚みの薄い部分が、前記半導体パッケージ基板の外周のコーナー部を除いて溝状に形成されている
    ことを特徴とする請求項8または請求項9または請求項10記載の半導体装置。
  13. 前記厚みの薄い部分が、前記半導体パッケージ基板の外周の前記導体配線ごとに独立させて形成されている
    ことを特徴とする請求項8または請求項9または請求項10記載の半導体装置。
  14. 前記厚みの薄い部分の深さが、前記半導体パッケージ基板の厚みの1/2以下である
    ことを特徴とする請求項8〜請求項13のいずれかに記載の半導体装置。
  15. 前記厚みの薄い部分の前記外周部からの長さが100μm以下である
    ことを特徴とする請求項8〜請求項14のいずれかに記載の半導体装置。
  16. 前記半導体チップの電極と前記内部電極が金属細線にて接続され、
    前記半導体チップ及び前記金属細線が前記封止樹脂に覆われている
    ことを特徴とする請求項8〜請求項15のいずれかに記載の半導体装置。
  17. 前記半導体チップの電極と前記内部電極がフリップチップボンディングにて接続されている
    ことを特徴とする請求項8〜請求項15のいずれかに記載の半導体装置。
  18. 前記半導体チップの電極と前記内部電極がフリップチップボンディングにて接続され、
    かつ前記半導体チップが前記封止樹脂で覆われている
    ことを特徴とする請求項8〜請求項15のいずれかに記載の半導体装置。
  19. 表面に電気接続された内部電極と導体配線および半導体チップが搭載される半導体チップ搭載領域が形成された半導体パッケージ基板を複数有する配線基板の各半導体パッケージ基板の外周に凹部を形成する工程と、
    個々の半導体パッケージ基板の前記半導体チップ搭載領域に前記半導体チップを固着する工程と、
    前記半導体チップの電極と前記内部電極を電気的に接続する工程と、
    前記配線基板の表面側の全領域を封止樹脂にて覆う工程と、
    個々の半導体パッケージ基板の外周部にて前記凹部である厚みの薄い部分を残すように、前記封止樹脂及び前記配線基板を切断する工程とからなる
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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