JP2010087123A - 回路装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属細線の透けを防止しつつ、薄型の回路装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】回路装置１０は、第１基板１２および第２基板１４から成る基板と、第２基板の上面に形成されたパッド３４と、第１基板１２の上面に固着された半導体素子２４と、半導体素子２４とパッド３４とを接続させる金属細線２２と、半導体素子２４および金属細線２２を被覆して樹脂封止する封止樹脂１８とを主要に備えている。そして、封止樹脂１８に含まれる再表層に位置するフィラー２０は、封止樹脂１８を構成する樹脂材料により被覆される。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィラーが混入された封止樹脂により半導体素子が薄く被覆される回路装置およびその製造方法に関する。

回路装置の製造工程は、一枚の半導体ウェハの表面に所望の素子を組み込む前工程と、半導体ウェハを分割して得られた半導体素子をパッケージングする後工程とに大別される。近年に於いては、１回の封止工程にて複数の回路装置を樹脂封止して、封止された樹脂封止体をダイシングにより分割することで個々の回路装置を得る製造方法が開発されている（下記特許文献１を参照）。

図８を参照して、上記した回路装置の製造方法を説明する。図８の各図は、各工程を示す断面図である。

図８（Ａ）を参照して、先ず、基板１００の上面に多数個の回路装置を構成する導電パターン１０２および半導体素子１０６を配置する。基板１００はセラミックや樹脂材料から成り、基板１００の上面には複数の導電パターン１０２が形成されている。ここでは、１つの回路装置となるユニット１０８が、複数の導電パターン１０２から構成されている。そして、各ユニット１０８の導電パターン１０２には半導体素子１０６が固着され、半導体素子１０６の電極と導電パターン１２とは金属細線１０６を経由して接続されている。

図８（Ｂ）を参照して、複数のユニット１０８が被覆されるように基板１００の上面に封止樹脂１１０を塗布する。封止樹脂１１０は、シリカ（ＳｉＯ_２）等から成る粒状のフィラーが充填された樹脂から成り、液状又は半固形状の状態で基板１００の上面に供給された後に硬化される。

図８（Ｃ）を参照して、次に、封止樹脂１１０の上面をグラィンディグすることにより、封止樹脂１１０を薄くすると共に、封止樹脂１１０の上面を平坦化する。

図８（Ｄ）を参照して、次に、各ユニット１０８の境界にて、封止樹脂１１０および基板１００をダイシングにより分割して、個別の回路装置を得る。

上記工程により、多数個の回路装置が一括して製造されるので、回路装置の生産性が向上される利点がある。
特開２０００−１６４６０９号公報

しかしながら、上記した製造方法では、製造される回路装置を薄型にするために、図８（Ｃ）に示す封止樹脂１１０の厚みを薄くすると、被覆樹脂１１０を透過して外側から金属細線１０４等が透けてしまう問題があった。

具体的には、樹脂封止に使用される封止樹脂１１０は、シリカ等から成るフィラーが充填された樹脂材料から成る。そして、シリカは容易に光を透過させる透明な材料である。従って、封止樹脂１１０の上面を研削して、金属細線１０４を被覆する封止樹脂１１０の厚み５０μｍ程度に薄くすると、フィラーを経由して外部からの光が金属細線１０４に容易に到達する。

図９は、従来型の回路装置の断面を撮影した画像であり、金属細線１０４と、金属細線を被覆する封止樹脂１１０が撮影されている。この画像では、封止樹脂１１０の上面を点線にて示し、一部が封止樹脂１１０の上面から外部に露出するフィラーを白い楕円にて囲んでいる。

この画像を参照して、金属細線１０４を被覆する封止樹脂１１０の厚みは、例えば５０μ程度であり、この厚みはフィラーの直径よりも薄い場合がある。この様になると、金属細線１０４が、樹脂材料ではなくフィラーのみによって被覆される箇所が出現する。そして、フィラーは樹脂材料よりも透明な材料であるので、フィラーを経由して外部からの光が容易に金属細線１０４に到達し、結果的に外側から金属細線１０４が透けてしまう。この様に、金属細線１０４が外側から透けてしまうと外観が劣化する。

本発明は上記した問題を鑑みて成され、本発明の目的は、金属細線の透けを防止しつつ薄型とされた回路装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明の回路装置は、半導体素子と、金属細線を経由して前記半導体素子と接続された導電部材と、フィラーが混入された樹脂材料から成り、前記半導体素子および前記金属細線を樹脂封止する封止樹脂と、を備え、前記金属細線の最頂部を被覆する前記封止樹脂の厚みを、前記フィラーの最大径よりも薄くすると共に、再表層に位置する前記フィラーを前記樹脂材料により被覆することを特徴とする。

本発明の回路装置の製造方法は、半導体素子の上面に形成された電極と導電部材とを金属細線を経由して接続する工程と、モールド金型を用いた射出成形により、フィラーが混入された樹脂材料から成る封止樹脂で、前記半導体素子および前記金属細線を被覆する工程と、を備え、被覆する工程では、前記金属細線の最頂部を被覆する前記封止樹脂の厚みを、前記フィラーの最大径よりも薄くすると共に、再表層に位置する前記フィラーを前記樹脂材料により被覆することを特徴とする。

本発明によれば、金属細線の最頂部を被覆する封止樹脂の厚みを、封止樹脂に含まれるフィラーの最大径よりも薄くし、更に、再表層に位置するフィラーを樹脂により被覆している。従って、透明なフィラーが外部に露出しないので、金属細線が外側から透けて見えてしまう不具合が抑制される。

図１を参照して、本実施の形態の回路装置１０の構成を説明する。図１（Ａ）は回路装置１０を示す断面図であり、図１（Ｂ）は一部を拡大した断面図であり、図１（Ｃ）は実際に製造された回路装置１０の断面を撮影した画像である。

図１（Ａ）を参照して、回路装置１０は、第１基板１２および第２基板１４から成る基板と、第２基板１４の上面に形成されたパッド３４と、第１基板１２の上面に固着された半導体素子２４と、半導体素子２４とパッド３４とを接続させる金属細線２２と、半導体素子２４および金属細線２２を被覆して樹脂封止する封止樹脂１８とを主要に備えている。

第１基板１２は、セラミックまたは樹脂材料等の絶縁材料から構成される基板である。第１基板１２の平面的な大きさは、半導体素子２４よりも若干大きい程度であり、厚みは例えば１００μｍ程度である。回路装置１０の下部の左右端部はダイシングにより矩形状に削除されている。また、第１基板１２の下面には、銅箔等から成る外部電極３６が形成されており、回路装置１０を実装する際には、外部電極３６に半田等の導電性接着材を溶着させて面実装される。

第２基板１４は、第１基板１２の上面両端に積層されており、上面にパッド３４が形成されている。また、第２基板１４の材料および厚みは、第１基板１２と同じでよい。第２基板１４の上面に形成されたパッド３４には、金やアルミニウムから成る金属細線２２が接続される。

また、第２基板１４の上面に形成されたパッド３４と、第１基板１２の下面に設けられた外部電極３６とは、両基板を連続的に貫通して設けたスルーホール１６を経由して接続される。このスルーホール１６には、金や銅などの導電材料が埋め込まれている。また、第２基板１４に設けられるパッド３４や、第１基板１２に設けられる外部電極３６は、タングステン等を含む導電ペーストを基板上に所定形状に形成し、この導電ペーストを金メッキ膜により被覆することで形成される。

半導体素子２４は、ＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタ等のディスクリートのトランジスタまたはＩＣ等である。半導体素子２４の下面は、半田等の導電性接着材や絶縁性接着材を介して第１基板１２の上面に固着される。ここでは、１つの半導体素子２４が第１基板１２に実装されているが、複数の素子が第１基板１２の上面に固着されても良い。また、第１基板１２の上面にアイランドを設け、このアイランドの上面に半導体素子２４を実装しても良い。

金属細線２２は、金やアルミニウムから成る直径が１０μｍ程度の細線であり、半導体素子２４の上面に設けられた電極と、第２基板１４の上面に設けられたパッド３４とを電気的に接続する。本実施の形態では、金属細線２２の形状は、一部が湾曲を呈し、残りの部分が直線状を呈している。具体的には、金属細線２２に接続される端部付近の金属細線２２は、円または楕円の一部を呈する形状でありこの部分が金属細線の頂部を含んでいる。また、金属細線２２の湾曲を呈する部分は、ワイヤボンディングの工程に於いて加熱されることにより再結晶されることで高硬度とされており、金属細線２２の直線状を呈する部分は比較的低硬度である。この様にすることで、金属細線２２が一様に湾曲するように形成された場合と比較すると、金属細線２２の頂部の位置を比較的低くすることが可能となり、結果的に装置全体を薄型にすることができる。

封止樹脂１８は、フィラーが混入された樹脂材料から成る。フィラーとしては、例えば球状のシリカが採用され、フィラーの最大粒径は例えば５５μｍ程度である。封止樹脂１８にフィラーが混入される割合は、例えば７０体積％程度である。また、封止樹脂１８に含まれる樹脂材料としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂でも良いし、熱可塑性樹脂でも良い。本実施の形態では、回路装置１０の上面には基本的にはフィラー２０は露出せずに、封止樹脂１８に含まれる樹脂材料から回路装置１０の上面が構成される。

図１（Ｂ）を参照して、金属細線２２の最頂部を被覆する封止樹脂１８の厚みは、封止樹脂１８に含まれるフィラー２０の最大粒径よりも短く構成されている。具体的には、例えば球状であるフィラー２０の最大粒径が上記したように５５μｍの場合、金属細線２２を被覆する封止樹脂１８の厚みＴ２は、４０μｍ程度である。そして、封止樹脂１８の再表層に位置するフィラー２０は樹脂材料により被覆されており、この被覆される厚みＴ１は例えば８μｍ程度である。即ち、本実施の形態では、封止樹脂１８の上面付近に位置するフィラー２０は、樹脂材料により被覆されており、フィラー２０は上面から外部に露出しない。

本実施形態では、回路装置１０を薄型化するために、半導体素子２４を被覆する封止樹脂１８の厚みを極力薄くしている。しかしながら、封止樹脂１８の厚みを薄くすると、封止樹脂１８に含まれるフィラーを光が透過して、金属細線２２やパッド３４が外部に透けてしまう恐れがある。この透けを防止するために、本実施形態では、再表層に位置するフィラー２０を、少なくともフィラー２０よりも遮光性に優れた樹脂材料により被覆している。この様にすることで、フィラー２０を被覆する樹脂材料により外部から入射される光が遮光され、フィラー２０に入射する外部からの光が低減される。結果的に、金属細線２２やパッド３４の透けが抑制される。更に、フィラー２０が封止樹脂１８から外部に露出しないことにより、フィラー２０と樹脂材料との境界が上面から外部に露出しないので、耐圧性も向上される利点がある。

更に、本実施形態では、封止樹脂１８の上面は、微細な凹凸が形成された梨地面とされている。従って、この梨地面によって外部からの光が散乱されて装置内部に入射する光が抑制されるので、金属細線２２の透けを抑制する効果が大きくなる。

図１（Ｃ）は、実際に製造された回路装置を撮影した断面図である。この図を参照しても明らかなように、封止樹脂１８の最上層に位置するフィラーは、樹脂材料により被覆されており、上面には露出していない。

図２を参照して、回路装置１０の構成を更に説明する。図２（Ａ）は回路装置１０を示す斜視図であり、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）は、認識マーク３０が設けられた箇所を拡大して示す断面図である。

図２（Ａ）を参照して、封止樹脂１８の上面には、位置マーク２６と記号マーク２８とから成る認識マーク３０が刻印されている。位置マーク２６は、回路装置１０の平面的な位置（角度）を検出するために設けられている。ここでは、位置マーク２６は、回路装置１０の左下の角部に設けられている。一方、記号マーク２８は文字や数字等から成り、製造会社名、製造時期、製品名、ロット番号、内蔵される素子の特性等で構成されている。
認識マーク３０は、封止樹脂１８の上面に対してレーザーを照射し、封止樹脂１８を表面から部分的に除去することにより形成される。

上記したように、回路装置１０の薄型化のために半導体素子や金属細線２２を被覆する封止樹脂１８は極めて薄く形成されている。従って、レーザーの出力を強くして認識マーク３０を構成すると、レーザーによる熱により半導体素子が悪影響を受ける恐れがある。ここでは、その悪影響を抑制するために、レーザーの出力を通常よりも弱くしている。

図２（Ｂ）を参照して、レーザーを封止樹脂１８の上面に照射することにより、封止樹脂１８の上部は１０μｍ程度（Ｔ３）除去されて、認識マーク３０が形成される。一般的には、認識マーク用のレーザー処理では樹脂材料が２０μｍ程度除去されるので、この深さＴ３は刻印される深さとしては非常に浅い。この様に、照射されるレーザーの出力を調節することにより、認識マーク３０の視認性を一定以上の確保しつつ、レーザー照射に伴う半導体素子の破壊が防止される。

図２（Ｃ）には、認識マーク３０の他の構造が示されている。ここでは、封止樹脂１８の上面が被覆層３２により全面的に被覆され、この被覆層３２を部分的に除去することにより認識マーク３０が形成されている。被覆層３２は、例えば封止樹脂１８とは色が異なる白色の塗料等である。そして、封止樹脂１８の上面を全面的に被覆層３２により被覆した後に、レーザー照射により被覆層３２を部分的に除去して封止樹脂１８を露出させることで、認識マーク３０が形成される。この様にすることで、封止樹脂１８のレーザーによる除去が殆ど無いので、レーザー照射による半導体素子の破壊が防止される。

図３から図７を参照して、次に、上記した構成の回路装置の製造方法を説明する。

図３を参照して、先ず、基板を用意して半導体素子を実装する。図３（Ａ）は基板４０を示す平面図であり、図３（Ｂ）は基板４０の部分的な断面図であり、図３（Ｃ）は半導体素子２４を接続した後の基板４０の断面図である。

図３（Ａ）を参照して、例えばセラミック等の絶縁材料から成る基板４０は短冊形の外形を呈し、複数のブロック４２が離間して配置されている。ここでは、２つのブロック４２が示されているが、更に複数個のブロック４２が基板４０に配置されても良い。１つのブロック４２には、マトリックス状に多数個のユニット４４が含まれている。本実施の形態では、ブロック４２毎に、トランスファーモールドによる樹脂封止を行っている。

図３（Ｂ）を参照して、基板４０は第１基板４６と第２基板４８とを積層して形成されている。第１基板４６は、厚みが１００μｍ程度のセラミック基板等から成り、裏面に外部電極３６が設けられている。更に、第２基板４８は、各ユニット４４の周辺部に対応する箇所にて第１基板４６の上面に積層されている。第２基板４８の上面にはパッド３４が設けられている。また、第２基板４８の上面に設けられたパッド３４と、第１基板４６の下面に設けられた外部電極３６とは、両基板を貫通して設けたスルーホールにより電気的に接続されている。

図３（Ｃ）を参照して、次に、基板４０の各ユニット４４に半導体素子２４を接続する。ディスクリートのトランジスタまたはＩＣ等である半導体素子２４の裏面は、第１基板４６の上面に固着される。そして、半導体素子２４の上面に設けられた電極は、金属細線２２を経由して、パッド３４と接続される。上記したように、本実施の形態では、半導体素子２４と接続される端部付近の金属細線２２の形状は、円または楕円の一部分の如き湾曲形状を呈する。そして、パッド３４と接続される方の金属細線２２は直線形状を呈している。

図４を参照して、次に、半導体素子が実装された基板４０を金型５０にセットする。図４（Ａ）を参照して、本工程では、上金型５２および下金型５４から成る金型５０を用いたトランスファーモールドを行っている。ここでは、上金型５２の一部は、上下方向に移動可能な可動部５８とされている。可動部５８を上昇させることにより形成される封止樹脂の厚みが厚くなり、可動部５８を下降させることで形成される封止樹脂の厚みが薄くなる。本実施の形態は、樹脂から成る剥離シート５６を上金型５２の内壁に密着させている。この様にすることで、樹脂封止後の金型５０からの封止樹脂の離型が容易になる。更にまた、剥離シート５６の下面には微細な凹凸が形成されており、このことにより形成される封止樹脂の表面も微細な凹凸が形成された梨地面となる。

図４（Ｂ）を参照して、上記した構成の上金型５２と下金型５４とを当接させることで、キャビティ６０が形成され、図３（Ａ）に示した各ブロック４２は個別にキャビティ６０に収納される。

図５を参照して、次に、液状または半固形状の封止樹脂１８をキャビティ６０に注入する。図５（Ａ）は本工程を示す断面図であり、図５（Ｂ）は樹脂封止が終了した後の基板４０を示す平面図であり、図５（Ｃ）は封止樹脂１８を拡大して示す断面図である。

図５（Ａ）を参照して、不図示のゲートからキャビティ６０に封止樹脂を注入することにより、１つのブロックに含まれる半導体素子、金属細線および基板４０の上面が被覆される。封止樹脂１８の充填が終了した後は、封止樹脂１８を硬化させる加熱処理を行い、上金型５２と下金型５４とを離間させた後に、封止樹脂１８が形成された基板４０を金型５０から取り出す。

図５（Ｂ）を参照いて、上記工程が終了した後は、基板４０の各ブロックを被覆するように封止樹脂１８が形成されている。また、後のダイシングの工程にて、ダイシングブレードによる樹脂の欠けが、製品に影響することを防止するために、封止樹脂１８が形成される領域は、ユニット４４が形成されるブロック４２よりも広い。

図５（Ｃ）を参照して、本工程では、モールド金型を使用した射出成形により封止樹脂１８を形成するので、封止樹脂１８に含まれるフィラー２０は樹脂材料により被覆されている。再表層に位置するフィラー２０を被覆する樹脂材料の厚みＴ１は、例えば８μｍ以上程度である。更に、金属細線２２の頂部を被覆する封止樹脂１８の厚みＴ２は４０μｍ程度以下であり、封止樹脂１８に含まれるフィラー２０の最大粒径（５５μｍ）よりも薄く形成されている。

上記したように、再表層に位置するフィラー２０が遮光性の樹脂材料により被覆されており、透明なフィラー２０まで外部からの光が到達しないので、金属細線やパターンの透けが防止されている。なお、封止樹脂１８の上面は、剥離シート５６の下面の凹凸形状に即した梨地面と成っている。

図６を参照して、次に、封止樹脂１８の上面に認識マーク３０を刻印する。図６（Ａ）は本工程を示す平面図であり、図６（Ｂ）はレーザー照射を示す断面図である。

図６（Ａ）を参照して、ブロック４２に含まれる各ユニット４４の表面には、位置マーク２６および記号マーク２８から成る認識マーク３０がレーザーにより刻印される。

図６（Ｂ）を参照して、封止樹脂１８の上面に対して上方からレーザー６２を照射することにより、封止樹脂１８を上面から僅かに除去することで、溝状の認識マーク３０を形成している。本実施の形態では、薄型パッケージを実現するために封止樹脂１８が極めて薄く形成されているため、封止樹脂１８に照射されたレーザーのエネルギーにより半導体素子が悪影響を受けやすい。この悪影響を防止するために、レーザーのエネルギーを弱く調節して、認識マーク３０の厚みを１０μｍ以下としている。

またここで、図２（Ｃ）に示すように、封止樹脂１８の上面を被覆層３２により被覆し、この被覆層３２を部分的にレーザー照射により除去して認識マーク３０を形成しても良い。

図７を参照して、次に、各ユニット４４の境界にて封止樹脂１８および基板４０を分割して個別の回路装置を得る。具体的には、先ず、基板４０をダイシングシート６４に貼着する。ここでは、封止樹脂１８が形成された基板４０の主面がダイシングシート６４に貼着されている。そして、各ユニット４４の境界にて、基板４０および封止樹脂１８が分離されるようにダイシングを行う。

本工程では、封止樹脂１８の周辺部が部分的に下方に突出する形状を呈しており、この部分にて樹脂封止が破損してしまう恐れがある。しかしながら、封止樹脂１８はユニット４４が形成される領域よりも広く基板４０を被覆するように形成されているので、この破損はユニット４４を構成する封止樹脂までは及ばない。

以上の工程により、図１に構成を示す回路装置１０が製造される。

本発明の回路装置を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は拡大された断面図であり、（Ｃ）は回路装置の断面を撮影した画像である。 本発明の回路装置を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）および（Ｃ）は拡大された断面図である。 本発明の回路装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）および（Ｃ）は断面図である。 本発明の回路装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）及び（Ｂ）は断面図である。 本発明の回路装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は平面図であり、（Ｃ）は拡大された断面図である。 本発明の回路装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は拡大された断面図である。 本発明の回路装置の製造方法を示す断面図である。 （Ａ）から（Ｄ）は背景技術の回路装置の製造方法を示す断面図である。 背景技術の回路装置を撮影した画像である。

符号の説明

１０ 回路装置
１２ 第１基板
１４ 第２基板
１６ スルーホール
１８ 封止樹脂
２０ フィラー
２２ 金属細線
２４ 半導体素子
２６ 位置マーク
２８ 記号マーク
３０ 認識マーク
３２ 被覆層
３４ パッド
３６ 外部電極
４０ 基板
４２ ブロック
４４ ユニット
４６ 第１基板
４８ 第２基板
５０ 金型
５２ 上金型
５４ 下金型
５６ 剥離シート
５８ 可動部
６０ キャビティ
６２ レーザー
６４ ダイシングシート

Claims (12)

1. 半導体素子と、
   金属細線を経由して前記半導体素子と接続された導電部材と、
   フィラーが混入された樹脂材料から成り、前記半導体素子および前記金属細線を樹脂封止する封止樹脂と、を備え、
   前記金属細線の最頂部を被覆する前記封止樹脂の厚みを、前記フィラーの最大径よりも薄くすると共に、再表層に位置する前記フィラーを前記樹脂材料により被覆することを特徴とする回路装置。
2. 前記金属細線の最頂部を被覆する前記封止樹脂の厚みは、４０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の回路装置。
3. 前記封止樹脂の表面は、梨地面であることを特徴とする請求項２記載の回路装置。
4. 前記フィラーは、球状の形状を呈することを特徴とする請求項３記載の回路装置。
5. 前記封止樹脂の主面に前記フィラーが露出しないことを特徴とする請求項４記載の回路装置。
6. 前記導電部材は、基板の主面に形成された導電パターンであり、
   前記基板の主面が被覆されるように前記封止樹脂は形成されることを特徴とする請求項５記載の回路装置。
7. 前記封止樹脂の主面には、前記封止樹脂にレーザーを照射して部分的に除去することにより認識マークが刻印されており、前記認識マークの深さは１０μｍ以下であることを特徴とする請求項６記載の回路装置。
8. 半導体素子の上面に形成された電極と導電部材とを金属細線を経由して接続する工程と、
   モールド金型を用いた射出成形により、フィラーが混入された樹脂材料から成る封止樹脂で、前記半導体素子および前記金属細線を被覆する工程と、を備え、
   被覆する工程では、前記金属細線の最頂部を被覆する前記封止樹脂の厚みを、前記フィラーの最大径よりも薄くすると共に、再表層に位置する前記フィラーを前記樹脂材料により被覆することを特徴とする回路装置の製造方法。
9. 前記被覆する工程では、前記樹脂材料として熱硬化性樹脂を採用したトランスファーモールドを行うことを特徴とする請求項８記載の回路装置の製造方法。
10. 前記被覆する工程では、前記モールド金型の内壁を、剥離シートにより被覆することを特徴とする請求項９記載の回路装置の製造方法。
11. 前記剥離シートの内側に面する面は梨地面であることを特徴とする請求項１０記載の回路装置の製造方法。
12. 前記封止樹脂の主面に前記封止樹脂にレーザーを照射して部分的に除去することにより、認識マークを刻印する工程を更に有し、前記認識マークの深さを１０μｍ以下とすることを特徴とする請求項１１記載の回路装置の製造方法。