JP2008263018A - 半導体装置用基板及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
めっき層を有する金属板を用いて樹脂封止後に金属板を除去する半導体について、金属板の除去後にめっき層が樹脂封止と密着し、封止樹脂からめっき層が浮いた状態や剥離する事態が生じないようにした半導体装置用基板及び半導体装置を提供すること。
【解決手段】
金属板上に、０．０１〜０．１ｍｍの厚さで形成されためっき層の輪郭形状は、凹部を含む多角形状とし、金属板上に形成されためっき層の周長が、矩形時の周長より１５％以上長くなるように形成された多角形状とし、金属板上に金めっきとニッケルめっきと金めっきを順次施して所定の厚さにしためっき層とし、金属板は銅系の金属とし、めっき層は複数の同形状の多角形状を同じ向きに並んでいるようにしたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、めっきによって半導体装置の端子部となる部分を形成する半導体装置用基板及びその基板を用いた半導体装置に関するものである。

半導体装置の小型・薄型化は年々進み、図７に示すような封止樹脂１０の裏面に、外部との接続部（端子部）１を有する半導体装置が増えてきた。このような半導体装置のパッド部２や端子部１は、銅系合金や鉄・ニッケル合金をエッチング加工やプレス加工により所定のパターンに形成したリードフレームを用いることが一般的だった。しかし、このリードフレームは、０．１２５〜０．２０ｍｍの板厚のものが主に使用され、半導体装置の薄型化を妨げる要因の一つとなっていた。

近年、このリードフレームの代わりに、金属板に０．１ｍｍ以下の厚さでめっき層を形成した半導体装置用基板を用いて、パッド部や端子部をめっき層で形成した薄型の半導体装置が現れてきた。

このめっき層によりパッド部や端子部を形成する半導体装置は、例えば、先ず図４（１）に示すように、金属板３上に複数の端子部１とパッド部２を含む所定パターンのめっき層を形成した半導体装置用基板を準備し、次に図４（２）に示すようにパッド部２上に半導体素子１２を搭載して、この半導体素子１２の電極と端子部１とをボンディングワイヤ１１により接続した後、これら全体を樹脂１０にて封止し、次に図４（３）に示すように、金属板３のみを除去することで封止樹脂１０の裏面にめっき層の端子部１を有する複数個の半導体装置を得、その後一単位毎に切断することにより得ることができる。
金属板を除去する方法としては、金属板のみを溶解する方法や機械的に引き剥がす方法などがある。

このように金属板を除去する方法を用いる半導体装置用基板は、金属板とめっき層が、半導体装置の組み立て工程中は剥がれることなく密着している必要がある。一方、金属板のみを除去する工程においては、めっき層が封止樹脂と密着するとともに金属板とめっき層の間が剥がれ易いという相反する機能が要求されている。

そして、特許文献１には図５に示すように、金属板３の表面にブラスト処理などによって凹凸を設け、且つ剥離性をもたせる酸化膜を形成する剥離処理を行った後に、めっき層１を形成する技術が示されている。しかし、この場合には、金属板の一面に凹凸を付ける表面処理工程と、剥離性をもたせる酸化膜形成工程が新たに必要となる。また、めっき層を形成する片面側に凹凸を設けることで、金属板に反りが発生する問題がある。

また、特許文献２には図６に示すように、めっき層１に張り出し部を設けることで、めっき層と封止樹脂１０との密着性を向上させる技術が示されている。しかし、めっき層をオーバーハングさせて形成する場合、オーバーハング量をコントロールすることが難しく、形成するめっき層の全てが同じ庇長さにならない問題や、隣のめっき層と繋がってしまう問題がある。また、めっき層が薄くなると張り出し部の厚さも薄くなることから、密着性が低下する問題も抱えている。
特開平１０−５０８８５号公報 特開平２００２−９１９６号公報

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、めっき層を有する金属板を用いて樹脂封止後に金属板を除去するようにした半導体装置用基板及び半導体装置について、金属板の除去後にめっき層が封止樹脂と密着し、封止樹脂からめっき層が浮いた状態や剥離する事態が生じないようにした半導体装置用基板及び半導体装置を提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明の半導体装置用基板は、金属板上に、０．０１〜０．１ｍｍの厚さで形成されためっき層の輪郭形状は、凹部を含む多角形状としたものである。

そして、本発明の別の態様は、前記発明に加えて金属板上に形成されためっき層の周長が、矩形時の周長より１５％以上長くなるように形成された多角形状であるものである。

さらに、本発明の別の態様は、前記発明に加えて金属板上に金めっきとニッケルめっきと金めっきを順次施して、所定の厚さにしためっき層であるものである。

そして、本発明の別の態様は、前記発明に加えて金属板は、銅系の金属であるものである。

さらに、本発明の別の態様は、前記発明に加えて金属板上に形成されためっき層は、複数の同形状の多角形状であり、且つこれらは同じ向きに並んでいるものである。

また、本発明の半導体装置は、厚さが０．０１〜０．１ｍｍのめっきにより形成された端子部を有する半導体装置において、端子部の輪郭形状は、凹部を含む多角形状で同じ方向に並んでいるものである。

そして、本発明の別の態様は、前記発明に加えて端子部の形状は、矩形時の周長より１５％以上長くなるように形成された多角形状であるものである。

金属板上に形成するめっき層の輪郭形状を、凹部を含む多角形状にし、そして、周長が矩形時の周長より１５％以上長くなるようにすることで、形成するめっき層の側面積を増加させた半導体装置用基板となり、半導体装置として組み立てた時に、めっき層の端子部と封止樹脂との密着力が増加し、結果として端子部と封止樹脂との間で、剥離やクラックが極めて発生しずらい半導体装置を得ることが可能となる。

本発明の実施の形態を、図１及び図２に基づいて説明する。
金属板３に脱脂処理と酸洗浄を行った後、レジストを両面に貼り付けた所定のパターンが描かれたガラスマスクを用いて露光を行い、現像することで、金属板上にめっき層を形成するためのめっきエリア部を作製する。この時、半導体装置の端子部１となるめっき層を形成するめっきエリア部は、輪郭形状を凹部を含む多角形状として形成し、周長を矩形時の周長より１５％以上長くなるようにする。

つまり、端子部１の形状は、例えば図１の（１）〜（７）に示すように、輪郭形状を、凹部を含む多角形状とする。より具体的に説明すると、図１の（１）のように矩形形状の左右の辺を中央部で折り曲げた多角形状としたり、（２）のように折り曲げる点をずらした多角形状としたり、（３）のようにくの字をした多角形状としたり、（４）のように一辺に複数の凹部をもつ多角形状にしたり、（５）のように４辺全てに凹部をもつ多角形状にしたり、あるいは（６）に示すようにＳ字をした多角形状にするなど、さまざまな多角形状に設定することができる。

通常、端子部１は図７（２）に示すように矩形形状で、所定のピッチで並んだパターンであることから、凸部のみの多角形状では隣の端子部との距離が狭くなってしまう。そこで、隣の端子部との距離を一定量確保するためには、図３（２）に示すように端子部１は凹部を含む多角形状とし、同じ方向に並べることで一定量の距離を確保することが可能となる。

そして、金属板上にめっき層を形成するためのめっきエリア部が形成された材料を用いて、めっき前処理を行った後に、めっき層を必要な高さに形成し、レジストを剥離し、後処理を行うことで半導体装置用基板を得ることができる。

この半導体装置用基板を用いて、図３に示すように半導体素子の搭載、ワイヤボンディング及び樹脂封止などを行い、樹脂硬化後に金属板をエッチングして除去することで、複数個の半導体装置が一体に樹脂封止された状態の半導体装置が得られる。
その後、ブレードによりダイシングを行って半導体装置を個片化する。

次に、本発明の半導体装置用基板の製造方法及び半導体装置の製造方法を図４を参照しながら具体的に説明する。
金属板３として板厚０．２ｍｍの銅合金を用い、幅１００ｍｍの板状にして、脱脂処理と酸洗浄を行った。次に、厚み０．０２５ｍｍの感光性ドライフィルムレジストをラミネートロールで前記材料の両面に貼り付けた。次に、後でめっき層を形成するめっきエリア部分を黒く、それ以外を透明にしたガラスマスクをドライフィルムレジストの上から被せて、さらにその上から紫外光を照射して露光を行い、ドライフィルムレジストに所定のパターンを作製した。

次に炭酸ナトリウム溶液を用いて、紫外光の照射が遮られて感光しなかった未硬化のドライフィルムレジストを溶かす現像処理を行って、めっきを施すための材料を完成させた。この材料を用いて、脱脂、酸洗浄後に、金めっきを約０．１μｍ，その上に一般的なスルファミン酸ニッケルめっきを１０μｍ、その上に金めっきを３μｍ施して、最後に水酸化ナトリウム溶液でドライフィルムレジストを剥離し、水洗と乾燥を行った後に１００ｍｍ×２００ｍｍの大きさに切断して、図４（１）に示す本発明の半導体装置用基板を得た。

そしてこの半導体装置用基板を用いて、図４（２）に示すように半導体素子１２を搭載し、ワイヤボンディング及び樹脂封止を行い、封止樹脂１０硬化後に図４（３）に示すように金属板３である素材の銅合金をアルカリエッチャントでエッチングした。

なお、このときの端子部となるめっきエリアのパターンは比較のために、次の３種類を作製した。
（Ａ）従来例として、パッド部は矩形形状で３ｍｍ角とし、その周囲に図１（８）に示す矩形形状で０．３ｍｍ角の端子部を２８個配置したもの。
（Ｂ）パッド部は矩形形状で３ｍｍ角とし、本発明の構造である図１（７）に示す端子部の周長が矩形より約１０％長い（ｄ＝０．０５ｍｍの凹）もの。
（Ｃ）パッド部は矩形形状で３ｍｍ角とし、本発明の構造である図１（７）に示す端子部の周長が矩形より約１３％長い（ｄ＝０．０５８ｍｍの凹）もの。
（Ｄ）パッド部は矩形形状で３ｍｍ角とし、本発明の構造である図１（７）に示す端子部の周長が矩形より約１７％長い（ｄ＝０．０６６ｍｍの凹）もの。
（Ｅ）パッド部は矩形形状で３ｍｍ角とし、本発明の構造である図１（７）に示す端子部の周長が矩形より約２１％長い（ｄ＝０．０７５ｍｍの凹）もの。
そして図２に示すように、幅１００ｍｍの素材のうち中央５０ｍｍの付近にパッド部２と端子部１の組が１６組マトリックス状に並ぶようにして、そのマトリックス状を複数組作製した。

エッチング後、樹脂封止された複数の半導体装置をブレードによりダイシングを行って個片化した。６０％ＲＨにて１９２時間エージング後に２４０℃のリフローを行い、超音波探傷及び断面加工にて封止樹脂内の端子部の剥離やクラックを観察した。

その結果、（Ａ）の従来の形状の半導体装置では、端子部３０個のうち５個でめっき層周縁の側面にて封止樹脂との剥離が発生していた。（Ｂ）では、端子部３０個のうち２個に同様の剥離が発生していた。また（Ｃ）では、端子部３０個のうち１個に同様の剥離が発生していた。一方、（Ｄ）および（Ｅ）の形状では、それぞれ３０個の端子部に剥離の発生が無かった。

本発明の凹部を含む多角形状のめっき層、周長が矩形時の周長より１５％以上長くなるめっき層は、めっき層の側面に対する技術であることから、従来技術の金属板の一面に凹凸を付ける表面処理工程と剥離性をもたせる剥離処理工程を追加することや、めっき層をオーバーハングさせて形成することは、めっき層の上面、下面に対する技術であるから、併用することも可能である。

本発明の矩形時の周長より長くなるような凹部を含む多角形状をした端子部の例を示したものである。 半導体装置用基板の概略図である。 本発明の半導体装置の概略を示したものであり、（１）は断面図、（２）は底面図である。 半導体装置の製造工程を示す概略図である。 従来の半導体装置用基板と半導体装置の概略を示したものであり、（１）は半導体装置用基板の断面図、（２）は半導体装置の断面図である。 従来の半導体装置用基板と半導体装置の他例の概略を示したものであり、（１）は半導体装置用基板の断面図、（２）は半導体装置の断面図である。 従来の半導体装置の概略を示したものであり、（１）は断面図、（２）は底面図である。

符号の説明

１ 端子部
２ パッド部
３ 金属板
４ レジスト
１０ 封止樹脂
１１ ボンディングワイヤ
１２ 半導体素子

Claims (7)

1. 金属板上に、０．０１〜０．１ｍｍの厚さで形成されためっき層の輪郭形状は、凹部を含む多角形状であることを特徴とする半導体装置用基板。
2. 金属板上に形成されためっき層の周長が、矩形時の周長より１５％以上長くなるように形成された多角形状である請求項１に記載の半導体装置用基板。
3. 金属板上に金めっきとニッケルめっきと金めっきを順次施して、所定の厚さにしためっき層である請求項１又は２に記載の半導体装置用基板。
4. 金属板は、銅系の金属である請求項１乃至３の何れかに記載の半導体装置用基板。
5. 金属板上に形成されためっき層は、複数の同形状の多角形状であり、且つこれらは同じ向きに並んでいる請求項１乃至４の何れかに記載の半導体装置用基板。
6. 厚さが０．０１〜０．１ｍｍのめっきにより形成された端子部を有する半導体装置において、端子部の輪郭形状は、凹部を含む多角形状で同じ方向に並んでいることを特徴とする半導体装置。
7. 端子部の形状は、矩形時の周長より１５％以上長くなるように形成された多角形状である請求項６に記載の半導体装置。

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