半導体装置および半導体装置の製造方法
【課題】
電気特性および放熱特性の優れた半導体装置を提供する。
【解決手段】
半導体素子2は、搭載パッド部4bの略中央に実装される。外部電極3bおよび搭載パッド部4bは、Cuからなる。外部電極3bおよび搭載パッド部4bの上面には、ワイヤ5と外部電極3bとが接続するために、Ag層3a,4aが形成され、下面には、外部電極3bと搭載パッド部4bとが半田と接続するために、Sn−Pb層3c,4cが形成される。また、半導体素子2と外部電極3bとはAuのワイヤ5によって電気的に接続しており、6つの外部電極3bのうちの4つの外部電極3bと半導体素子2とが電気的に接続している。そして、半導体素子2、ワイヤ5、外部電極3bおよび搭載パッド部4bは、エポキシ樹脂などからなる樹脂6によって封止される。
電気特性および放熱特性の優れた半導体装置を提供する。
【解決手段】
半導体素子2は、搭載パッド部4bの略中央に実装される。外部電極3bおよび搭載パッド部4bは、Cuからなる。外部電極3bおよび搭載パッド部4bの上面には、ワイヤ5と外部電極3bとが接続するために、Ag層3a,4aが形成され、下面には、外部電極3bと搭載パッド部4bとが半田と接続するために、Sn−Pb層3c,4cが形成される。また、半導体素子2と外部電極3bとはAuのワイヤ5によって電気的に接続しており、6つの外部電極3bのうちの4つの外部電極3bと半導体素子2とが電気的に接続している。そして、半導体素子2、ワイヤ5、外部電極3bおよび搭載パッド部4bは、エポキシ樹脂などからなる樹脂6によって封止される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電鋳フレームを用いたリードレスタイプの半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電鋳フレームを用いたリードレスタイプの半導体装置として、特許文献1の半導体装置が知られている。この半導体装置は、金属層に接着された半導体素子と、その半導体素子上の電極パッドと外部導出用の金属層とを電気的に接続するワイヤと、そのワイヤで配線を行った半導体素子を封止する樹脂パッケージとを備え、半導体素子が接着されている金属層裏面と外部導出用の金属層裏面とが樹脂パッケージ底面と同一平面である。
【特許文献1】特開2002−16181号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
上記特許文献1に開示されている半導体装置では、金属層にNi薄膜層またはNi・Co薄膜層が用いられているため、半導体素子のクロック数が上昇している今日において、半導体装置の電気特性と放熱特性とがよくないという問題点がある。また、金属層にNi薄膜層やNi・Co薄膜層を用いるとめっきスピードが遅いため、電鋳による金属層の形成に時間がかかり、生産性が低いという問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
(1)請求項1の発明は、半導体素子と、半導体素子が搭載された搭載パッドと、半導体素子とワイヤにより電気的に接続している外部電極とを備え、半導体素子と搭載パッドとワイヤと外部電極とが樹脂によって封止されている半導体装置であって、搭載パッドと外部電極とは電鋳によるCuから成り、半導体装置の底面に露出していることを特徴とする。
(2)請求項2の発明は、半導体素子と、半導体素子とフリップチップ接続により電気的に接続している外部電極とを備え、半導体素子と外部電極とが樹脂によって封止されている半導体装置であって、外部電極は電鋳によるCuから成り、半導体装置の底面に露出していることを特徴とする。
(3)請求項3の発明の半導体装置の製造方法は、パターニングされた電鋳によるCu層が形成されている可撓性平板状の導電性基板を用い、Cu層に複数の半導体素子を隣接して搭載し、半導体素子とCu層とを電気的に接続する半導体素子実装工程と、Cu層および半導体素子を樹脂封止する樹脂封止工程と、導電性基板を剥離して樹脂封止体を得る剥離工程と、樹脂封止体の導電性基板を剥離した剥離面に露出するCu層に半田接続用金属層を形成する金属層形成工程と、金属層形成工程において半田接続用金属層が形成された樹脂封止体を切断して、個々の半導体装置に分割する分割工程とを備えることを特徴とする。
(4)請求項4の発明の半導体装置の製造方法は、パターニングされた半田接続用金属層と、その上に電鋳によるCu層とが形成されている可撓性平板状の導電性基板を用い、Cu層に複数の半導体素子を隣接して搭載し、半導体素子とCu層とを電気的に接続する半導体素子実装工程と、半田接続用金属層、Cu層および半導体素子を樹脂封止する樹脂封止工程と、導電性基板を剥離して樹脂封止体を得る剥離工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0005】
本発明によれば、外部電極の材料としてCuを使用しているので、電気特性の優れた半導体装置を得ることができる。また、電鋳に外部電極を金属板に形成する際、外部電極の材料としてCuを使用すると、金属板に流す電流の電流密度を大きくすることができるので、めっきスピードが速くなり、生産性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0006】
−第1の実施の形態−
本発明の第1の実施形態の半導体装置1の構造について図1を参照して説明する。図1(a)は半導体装置1の断面図である。図1(b)は半導体装置1の裏面図である。2は半導体素子であり、3bは外部電極であり、4bは搭載パッド部である。半導体素子2は、搭載パッド部4bの略中央に搭載される。搭載パッド部4bには不図示のボンディング剤が塗布され、半導体素子2は固定される。外部電極3bおよび搭載パッド部4bは、Cuからなる。
【0007】
外部電極3bおよび搭載パッド部4bの上面にはワイヤ5と接続するためのAg層3a,4aが形成され、下面には半田と接続する際の濡れ性向上のためのSn−Pb層3c,4cが形成される。外部電極3bおよび搭載パッド部4bの厚さは50〜80μmであり、Ag層3a,4aの厚さは約2.5μmであり、Sn−Pb層3c,4cの厚さは3〜20μmである。また、半導体素子2と外部電極3bとはAuのワイヤ5によって電気的に接続しており、図1(b)に示すように、6つの外部電極3bのうちの4つの外部電極3bと半導体素子2とが電気的に接続している。
【0008】
半導体素子2、ワイヤ5、外部電極3bおよび搭載パッド部4bは、エポキシ樹脂などからなる樹脂6によって封止される。半導体装置2の底面には、図1(b)に示すように、樹脂6と外部電極3bおよび搭載パッド部4bに形成したSn−Pb層3c,4cとが露呈している。
【0009】
次に本発明の第1の実施形態の半導体装置1の製造方法について、図2〜図7を参照して説明する。本発明の第1の実施形態の半導体装置1の製造方法では、1つの金属板を用いて複数の半導体装置1を同時に作製する。第1の実施形態の半導体装置1の製造方法は、第1金属層形成工程と、半導体素子実装工程と、樹脂封止工程と、金属板剥離工程と、第2金属層形成工程と、分割工程とからなる。
【0010】
(イ)第1金属形成工程
第1金属層形成工程について、図2(a)〜(d)および図3を参照して説明する。
図2(a)に示すように、レジスト22を可撓性を有する金属板21の両面に塗布またはラミネートする。金属板21は、厚さ約0.1mmの平板状のJIS規格のSUSステンレス鋼板またはCu板の金属薄板などからなる。次にアクリルフィルムベースのパターンマスクフィルムを密着させ、紫外線により露光する。そして、現像し、図2(b)に示すように、金属層を形成する部分のレジスト22を除去する。このときの金属板21の平面方向の状態を図3に示すと、1つの半導体装置1を作製するためのレジスト22a,22bが縦横に複数並列して形成されている。
【0011】
金属板21の一方の面には金属層を形成しないので、レジスト22によって全面が覆われる。次に、H2SO4−H2O2やNa2S2O8などの酸化性溶液により、レジスト22を除去した部分の金属板21面のソフトエッチングを行う。そして、硫酸などの酸で酸洗いし、酸活性処理を行う。
【0012】
次に、酸活性処理を行った金属板21をCuめっき溶液に浸漬して金属板21に電力を供給し、電鋳を行う。そして、Cu層23を形成する。次に、Agめっき溶液に金属板21を浸漬して金属板21に電力を供給する。そして、Ag層24を形成する。このようにして、図2(c)に示すように、金属板21に金属層として、パターニングされたCu層23とAg層24とを形成する。金属層を形成後、図2(d)に示すように、レジスト22を金属板21から剥離する。
【0013】
(ロ)半導体素子実装工程
半導体素子実装工程について図2(e)を参照して説明する。
半導体素子2の搭載面に不図示のボンディング剤を塗布し、そして図2(e)に示すように、複数の半導体素子2を隣接して搭載する。そして、ワイヤボンディングによって、Ag層24と半導体素子2とをワイヤ5によって接続し、半導体素子2をCu層23およびAg層24に実装する。
【0014】
(ハ)樹脂封止工程
樹脂封止工程について、図2(f)および図4を参照して説明する。
樹脂封止工程では、図2(f)に示すように半導体素子2、ワイヤ5、Cu層23およびAg層24を樹脂6によって封止する。樹脂封止は次のようにして行う。図4に示すように、金属板21の半導体素子2が実装などされている面に金型41が被せられる。そして、樹脂6が金型41内に注入され、金属板21に搭載された複数の隣接配置された半導体素子2などが一括に封止される。この樹脂封止工程では、金型41は上型の役割を果たし、金属板21は下型の役割を果たす。
【0015】
(ニ)金属板剥離工程
金属板剥離工程について、図5(a)を参照して説明する。
樹脂6による封止が完了した後は、図5(a)に示すように、Cu層23や樹脂6から金属板21を剥離する。金属板21は可撓性を有するので、容易に剥離することができる。この金属板21を剥離したものを以下、樹脂封止体50と呼ぶ。
【0016】
(ホ)第2金属層形成工程
第2金属層形成工程について、図5(b)および図6を参照して説明する。
樹脂封止体50をSn−Pbめっき溶液に浸漬し、剥離面51に電力を供給する。電力の供給は、図6に示すように樹脂封止体50の両側を基板ホルダ61ではさみ、基板ホルダ61より電力を供給して、2箇所から通電するようにして行う。ところで、剥離面51に露出されているCu層23は全ての外部電極3bの形成部分や搭載パッド部4bの形成部分において電気的に接続されている。したがって、矢印62で示すように、全ての外部電極3bの形成部分や搭載パッド部4bの形成部分に基板ホルダ61から供給された電流が流れる。そして、図5(b)に示すように、樹脂封止体50の剥離面51にパターニングされたSn−Pb層52を形成する。
【0017】
(ヘ)分割工程
分割工程について、図5(b),(c)および図7を参照して説明する。
図5(b)の2点鎖線53に沿って、ダイヤモンドブレード・ダイシング法で樹脂封止体50をダイシングする。ダイジングは、ダイシングライン75,76において行われる。図7に示すように、Sn−Pb層で形成されためっきパターンの辺71,72および辺73,74はダイシングライン75,76に沿って形成されているので、辺71,72および辺73,74を目印として画像認識し、ダイシングを行うことができる。そして、図5(c)に示すように、一つの樹脂封止体50が分割され、半導体装置1が完成する。
【0018】
以上の第1の実施形態による半導体装置1の製造方法は次のような作用効果を奏する。
(1)外部電極の材料としてCuを使用しているので、電気特性に優れた半導体装置1を得ることができる。
(2)搭載パッド部の材料としてCuを使用しているので、放熱特性の優れた半導体装置1を得ることができる。
(3)外部電極3bと搭載パッド部4bをCuで形成するので、電鋳によって形成する際、金属板21に流す電流の電流密度を大きくすることができ、生産性を向上することができる。
(4)Cuは樹脂6との密着性が強いため、Niと比較して外部電極3bおよび搭載パッド部4bの信頼性が向上する。
(5)個々の半導体装置1に切断する前に、樹脂封止体50の剥離面51のCu層23に半田接続用のSn−Pb層52を成膜する。したがって、個々の半導体装置1ごとの半田接続用のSn−Pb層52を成膜する工程が必要なく、半導体装置1の製造コストを安くすることができる。
(6)樹脂封止体50の剥離面51に形成されている外部電極3bや搭載パッド部4bに相当するCu層23は電気的に接続されるように形成されている。このため、半導体装置1の外部電極3bと搭載パッド部4bとにおけるSn−Pb層3c,4cの膜厚および膜質を1回のめっき処理で安定的に精度よく均一にすることができる。
【0019】
−第2の実施の形態−
次に本発明の第2の実施形態の半導体装置1の製造方法について、図8および図9を参照して説明する。第2の実施形態の半導体装置1の製造方法は、第1金属層形成工程と、半導体素子実装工程と、樹脂封止工程と、金属板剥離工程と、第2金属層形成工程と、分割工程とからなる。第1の実施形態の半導体装置1の製造方法と共通する部分は同じ符号を使用する。
【0020】
第1金属層形成工程について、図8(a)〜(d)を参照して説明する。
可撓性を有する金属板21の一方の面にCu箔をラミネートし、他方の面にレジスト22を塗布またはラミネートする。次に、Agめっき溶液に金属板21を浸漬して金属板21に電力を供給する。そして、Ag層24を形成する。以上のようにして、図8(a)に示すように、金属板21にCu層81とAg層24とを形成する。次に、図8(b)に示すように、レジスト22を金属板21のAg層24面に塗布またはラミネートする。そして、アクリルフィルムベースのパターンマスクフィルムを密着させ、紫外線により露光を行う。次に、現像を行い、図8(c)に示すように、金属層を形成する部分以外のレジスト22を除去する。そして、エッチングを行い、レジスト22で被服されていない不要部分のCu層81およびAg層24を溶解除去する。次に、図8(d)に示すように、レジスト22を金属板21から剥離する。
【0021】
半導体素子実装工程と、樹脂封止工程と、金属板剥離工程と、第2金属層形成工程と、分割工程とは、第1の実施形態の半導体装置1の製造方法と共通するので、以下、説明を省略する。
【0022】
以上の第2の実施形態による半導体装置1の製造方法は、第1の実施形態による半導体装置1の製造方法の実施形態による作用効果(1)(2)のほかに次のような作用効果を奏する。
(1)Cu層の形成にCu箔を使用するので、均一なCu層を形成することができる。したがって、樹脂封止体50から分割した半導体素子1の電気特性のばらつきが小さくすることができる。
【0023】
−第3の実施の形態−
本発明の第3の実施形態の半導体装置100の構造について、図10を参照して説明する。第1の実施形態の半導体装置1と共通する部分は同じ符号を使用し、共通する部分の説明は省略する。
【0024】
図10(a)は半導体装置100の断面図である。図10(b)は半導体装置100の裏面図である。外部電極3bおよび搭載パッド部4b下面には、半田と接続するためのAu層3d,4dが形成される。また、半導体装置1Aの底面において、Au層3d,4dと樹脂6とは同一の平面に形成されている。半導体装置1Aの底面には、図10(b)に示すように、樹脂6と外部電極3bおよび搭載パッド部4bに形成したAu層3d,4dとが露呈している。
【0025】
次に本発明の第3の実施形態の半導体装置100の製造方法について、図11および図12を参照して説明する。第3の実施形態の半導体装置100の製造方法は、第1金属層形成工程と、半導体素子実装工程と、樹脂封止工程と、金属板剥離工程と、分割工程とからなり、第2金属形成工程を有さない点で第1の実施形態の半導体装置1の製造方法と異なる。第1の実施形態の半導体装置1の製造方法と共通する部分は同じ符号を使用する。
【0026】
第1金属層形成工程について、図11(a)〜(d)を参照して説明する。
図11(a)に示すように、レジスト22を可撓性を有する金属板21の両面に塗布またはラミネートする。次にアクリルフィルムベースのパターンマスクフィルムを密着させ、紫外線により露光する。そして、現像し、図11(b)に示すように、金属層を形成する部分のレジスト22を除去する。このとき、金属板21の一方の面には金属層を形成しないので、全面をレジスト22によって覆う。次に、レジスト22を除去した部分の金属板21面をソフトエッチングし、そして、酸活性処理を行う。
【0027】
酸活性処理を行った金属板21をAuめっき溶液に浸漬して金属板21に電力を供給する。そして、Au層111を形成する。次に、Cuめっき溶液に浸漬して金属板21に電力を供給し、電鋳を行う。そして、Cu層23を形成する。次に、Agめっき溶液に金属板21を浸漬して金属板21に電力を供給する。そして、Ag層24を形成する。このようにして、図11(c)に示すように、金属板21にAu層111とCu層23とAg層24とを形成する。そして、図11(d)に示すように、レジスト22を金属板21から剥離する。以下、半導体素子実装工程と、樹脂封止工程と、金属板剥離工程と、分割工程とは、第1の実施形態の半導体装置1の製造方法と同じなので説明を省略する。
【0028】
以上の第3の実施形態による半導体装置100の製造方法によれば、金属板21を剥離した後、ダイシングで分割すれば半導体装置100が完成する。ところで外部電極3bの下面にはAu層3dが形成されているので、金属板21の剥離のあと、半導体装置100を半田接続用の金属層を形成する必要がない。したがって、金属板21を樹脂封止体120から剥離した後のめっき処理の必要がないので、半導体装置の製造コストを安くすることができる。
【0029】
以上の実施の形態の半導体装置1,100を次のように変形することができる。
(1)半導体素子2と外部電極4bをワイヤ5で接続したが、図13(a)および(b)に示すようにハンダバンプ131でフリップチップ接続してもよい。ハンダバンプ131でフリップチップ接続する場合は、搭載パッド部4bを設けず、外部電極3bのみ設けることとなる。この場合においても、樹脂封止体50の剥離面51に形成されている外部電極3bに相当するCu層23,81は図6と同様に電気的に接続されるように形成されている。また、ワイヤ5を用いて接続する場合に比べて、半導体装置1,100をさらに低背化、小型化することができる。フリップチップ接続の場合は、半導体素子2は外部電極3bに搭載されるので、外部電極の材料としてCuを使用することによって、電気特性および放熱特性の優れた半導体装置130を得ることができる。
(2)ワイヤ接続用の金属層や半田接続用の金属層をめっき法によって形成したが、真空蒸着法やCVD法によって形成してもよい。
(3)Cu層23,81の上面側にAg層24を形成しているが、ワイヤ5とCu層23,81とを接続できるようにするためのものであれば、Ag層24に限定されない。たとえば、Au層を形成してもよい。また、ワイヤ5を直接Cu層23,81に接続できる場合は、Ag層24を形成しなくてもよい。
(4)Cu層23,81の下面側にSn−Pb層52、Au層111を形成したが、外部電極4bと半田と接合するための半田接続用金属層であれば実施の形態に限定されない。たとえば、Sn−Ag層、Sn−Cu層、Sn−Bi層またはSn層を形成してもよい。
(5)外部電極3bおよび搭載パッド部4bの厚さは50〜80μmであり、Ag層3a,4aの厚さは約2.5μmであり、Sn−Pb層3c,4cの厚さは3〜20μmであったが、実施の形態には限定されない。
(6)以上の第1の実施の形態では、可撓性を有する金属板21にNi層23やレジスト22などを形成したが、可撓性を有し、導電性を有する導電性基板であればSUSステンレス鋼板やCu板に限定されない。たとえば、SUSステンレス鋼板やCu板以外の金属薄板を使用してもよいし、導電性樹脂を使用してもよい。また、表面に導電膜を形成した基板を使用してもよい。
(7)以上の第2の実施の形態では、可撓性を有する金属板21にNi層23やレジスト22などを形成したが、可撓性を有する基板であればSUSステンレス鋼板やCu板に限定されない。たとえば、可撓性を有する樹脂基板を使用してもよい。
(8)搭載パッドや外部電極の材料であるCuには、Cuを主成分としたCu合金も含まれる。
(9)以上の第1の実施形態では、第2金属層形成工程について、電力の供給は、2箇所から通電するようにして行ったが、2箇所に限定されず、2箇所以上の複数箇所から通電してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】本発明の第1の実施形態の半導体装置の構造を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図3】本発明の第1の実施形態の半導体装置の製造方法におけるレジストが形成された金属板を説明するための図である。
【図4】本発明の第1の実施形態の半導体装置の製造方法における樹脂の封止を説明するための図である。
【図5】本発明の第1の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図6】本発明の第1の実施形態の半導体装置の製造方法におけるSn−Pbめっき処理を説明するための図である。
【図7】本発明の第1の実施形態の半導体装置の製造方法におけるダイシング工程を説明するための図である。
【図8】本発明の第2の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図9】本発明の第2の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図10】本発明の第3の実施形態の半導体装置の構造を示す図である。
【図11】本発明の第3の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図12】本発明の第3の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図13】半導体素子をフリップチップ接続した半導体装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【0031】
1,100,130 半導体装置
2 半導体素子
3a,4a,24 Ag層
3b 外部電極
3c,4c,52 Sn−Pb層
3d,4d,111 Au層
4b 搭載パッド部
5 ワイヤ
6 樹脂
21 金属板
22,22a,22b レジスト
23,81 Cu層
41 金型
50,120 樹脂封止体
51 剥離面
61 基板ホルダ
131 ハンダバンプ
【技術分野】
【0001】
本発明は、電鋳フレームを用いたリードレスタイプの半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電鋳フレームを用いたリードレスタイプの半導体装置として、特許文献1の半導体装置が知られている。この半導体装置は、金属層に接着された半導体素子と、その半導体素子上の電極パッドと外部導出用の金属層とを電気的に接続するワイヤと、そのワイヤで配線を行った半導体素子を封止する樹脂パッケージとを備え、半導体素子が接着されている金属層裏面と外部導出用の金属層裏面とが樹脂パッケージ底面と同一平面である。
【特許文献1】特開2002−16181号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
上記特許文献1に開示されている半導体装置では、金属層にNi薄膜層またはNi・Co薄膜層が用いられているため、半導体素子のクロック数が上昇している今日において、半導体装置の電気特性と放熱特性とがよくないという問題点がある。また、金属層にNi薄膜層やNi・Co薄膜層を用いるとめっきスピードが遅いため、電鋳による金属層の形成に時間がかかり、生産性が低いという問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
(1)請求項1の発明は、半導体素子と、半導体素子が搭載された搭載パッドと、半導体素子とワイヤにより電気的に接続している外部電極とを備え、半導体素子と搭載パッドとワイヤと外部電極とが樹脂によって封止されている半導体装置であって、搭載パッドと外部電極とは電鋳によるCuから成り、半導体装置の底面に露出していることを特徴とする。
(2)請求項2の発明は、半導体素子と、半導体素子とフリップチップ接続により電気的に接続している外部電極とを備え、半導体素子と外部電極とが樹脂によって封止されている半導体装置であって、外部電極は電鋳によるCuから成り、半導体装置の底面に露出していることを特徴とする。
(3)請求項3の発明の半導体装置の製造方法は、パターニングされた電鋳によるCu層が形成されている可撓性平板状の導電性基板を用い、Cu層に複数の半導体素子を隣接して搭載し、半導体素子とCu層とを電気的に接続する半導体素子実装工程と、Cu層および半導体素子を樹脂封止する樹脂封止工程と、導電性基板を剥離して樹脂封止体を得る剥離工程と、樹脂封止体の導電性基板を剥離した剥離面に露出するCu層に半田接続用金属層を形成する金属層形成工程と、金属層形成工程において半田接続用金属層が形成された樹脂封止体を切断して、個々の半導体装置に分割する分割工程とを備えることを特徴とする。
(4)請求項4の発明の半導体装置の製造方法は、パターニングされた半田接続用金属層と、その上に電鋳によるCu層とが形成されている可撓性平板状の導電性基板を用い、Cu層に複数の半導体素子を隣接して搭載し、半導体素子とCu層とを電気的に接続する半導体素子実装工程と、半田接続用金属層、Cu層および半導体素子を樹脂封止する樹脂封止工程と、導電性基板を剥離して樹脂封止体を得る剥離工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0005】
本発明によれば、外部電極の材料としてCuを使用しているので、電気特性の優れた半導体装置を得ることができる。また、電鋳に外部電極を金属板に形成する際、外部電極の材料としてCuを使用すると、金属板に流す電流の電流密度を大きくすることができるので、めっきスピードが速くなり、生産性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0006】
−第1の実施の形態−
本発明の第1の実施形態の半導体装置1の構造について図1を参照して説明する。図1(a)は半導体装置1の断面図である。図1(b)は半導体装置1の裏面図である。2は半導体素子であり、3bは外部電極であり、4bは搭載パッド部である。半導体素子2は、搭載パッド部4bの略中央に搭載される。搭載パッド部4bには不図示のボンディング剤が塗布され、半導体素子2は固定される。外部電極3bおよび搭載パッド部4bは、Cuからなる。
【0007】
外部電極3bおよび搭載パッド部4bの上面にはワイヤ5と接続するためのAg層3a,4aが形成され、下面には半田と接続する際の濡れ性向上のためのSn−Pb層3c,4cが形成される。外部電極3bおよび搭載パッド部4bの厚さは50〜80μmであり、Ag層3a,4aの厚さは約2.5μmであり、Sn−Pb層3c,4cの厚さは3〜20μmである。また、半導体素子2と外部電極3bとはAuのワイヤ5によって電気的に接続しており、図1(b)に示すように、6つの外部電極3bのうちの4つの外部電極3bと半導体素子2とが電気的に接続している。
【0008】
半導体素子2、ワイヤ5、外部電極3bおよび搭載パッド部4bは、エポキシ樹脂などからなる樹脂6によって封止される。半導体装置2の底面には、図1(b)に示すように、樹脂6と外部電極3bおよび搭載パッド部4bに形成したSn−Pb層3c,4cとが露呈している。
【0009】
次に本発明の第1の実施形態の半導体装置1の製造方法について、図2〜図7を参照して説明する。本発明の第1の実施形態の半導体装置1の製造方法では、1つの金属板を用いて複数の半導体装置1を同時に作製する。第1の実施形態の半導体装置1の製造方法は、第1金属層形成工程と、半導体素子実装工程と、樹脂封止工程と、金属板剥離工程と、第2金属層形成工程と、分割工程とからなる。
【0010】
(イ)第1金属形成工程
第1金属層形成工程について、図2(a)〜(d)および図3を参照して説明する。
図2(a)に示すように、レジスト22を可撓性を有する金属板21の両面に塗布またはラミネートする。金属板21は、厚さ約0.1mmの平板状のJIS規格のSUSステンレス鋼板またはCu板の金属薄板などからなる。次にアクリルフィルムベースのパターンマスクフィルムを密着させ、紫外線により露光する。そして、現像し、図2(b)に示すように、金属層を形成する部分のレジスト22を除去する。このときの金属板21の平面方向の状態を図3に示すと、1つの半導体装置1を作製するためのレジスト22a,22bが縦横に複数並列して形成されている。
【0011】
金属板21の一方の面には金属層を形成しないので、レジスト22によって全面が覆われる。次に、H2SO4−H2O2やNa2S2O8などの酸化性溶液により、レジスト22を除去した部分の金属板21面のソフトエッチングを行う。そして、硫酸などの酸で酸洗いし、酸活性処理を行う。
【0012】
次に、酸活性処理を行った金属板21をCuめっき溶液に浸漬して金属板21に電力を供給し、電鋳を行う。そして、Cu層23を形成する。次に、Agめっき溶液に金属板21を浸漬して金属板21に電力を供給する。そして、Ag層24を形成する。このようにして、図2(c)に示すように、金属板21に金属層として、パターニングされたCu層23とAg層24とを形成する。金属層を形成後、図2(d)に示すように、レジスト22を金属板21から剥離する。
【0013】
(ロ)半導体素子実装工程
半導体素子実装工程について図2(e)を参照して説明する。
半導体素子2の搭載面に不図示のボンディング剤を塗布し、そして図2(e)に示すように、複数の半導体素子2を隣接して搭載する。そして、ワイヤボンディングによって、Ag層24と半導体素子2とをワイヤ5によって接続し、半導体素子2をCu層23およびAg層24に実装する。
【0014】
(ハ)樹脂封止工程
樹脂封止工程について、図2(f)および図4を参照して説明する。
樹脂封止工程では、図2(f)に示すように半導体素子2、ワイヤ5、Cu層23およびAg層24を樹脂6によって封止する。樹脂封止は次のようにして行う。図4に示すように、金属板21の半導体素子2が実装などされている面に金型41が被せられる。そして、樹脂6が金型41内に注入され、金属板21に搭載された複数の隣接配置された半導体素子2などが一括に封止される。この樹脂封止工程では、金型41は上型の役割を果たし、金属板21は下型の役割を果たす。
【0015】
(ニ)金属板剥離工程
金属板剥離工程について、図5(a)を参照して説明する。
樹脂6による封止が完了した後は、図5(a)に示すように、Cu層23や樹脂6から金属板21を剥離する。金属板21は可撓性を有するので、容易に剥離することができる。この金属板21を剥離したものを以下、樹脂封止体50と呼ぶ。
【0016】
(ホ)第2金属層形成工程
第2金属層形成工程について、図5(b)および図6を参照して説明する。
樹脂封止体50をSn−Pbめっき溶液に浸漬し、剥離面51に電力を供給する。電力の供給は、図6に示すように樹脂封止体50の両側を基板ホルダ61ではさみ、基板ホルダ61より電力を供給して、2箇所から通電するようにして行う。ところで、剥離面51に露出されているCu層23は全ての外部電極3bの形成部分や搭載パッド部4bの形成部分において電気的に接続されている。したがって、矢印62で示すように、全ての外部電極3bの形成部分や搭載パッド部4bの形成部分に基板ホルダ61から供給された電流が流れる。そして、図5(b)に示すように、樹脂封止体50の剥離面51にパターニングされたSn−Pb層52を形成する。
【0017】
(ヘ)分割工程
分割工程について、図5(b),(c)および図7を参照して説明する。
図5(b)の2点鎖線53に沿って、ダイヤモンドブレード・ダイシング法で樹脂封止体50をダイシングする。ダイジングは、ダイシングライン75,76において行われる。図7に示すように、Sn−Pb層で形成されためっきパターンの辺71,72および辺73,74はダイシングライン75,76に沿って形成されているので、辺71,72および辺73,74を目印として画像認識し、ダイシングを行うことができる。そして、図5(c)に示すように、一つの樹脂封止体50が分割され、半導体装置1が完成する。
【0018】
以上の第1の実施形態による半導体装置1の製造方法は次のような作用効果を奏する。
(1)外部電極の材料としてCuを使用しているので、電気特性に優れた半導体装置1を得ることができる。
(2)搭載パッド部の材料としてCuを使用しているので、放熱特性の優れた半導体装置1を得ることができる。
(3)外部電極3bと搭載パッド部4bをCuで形成するので、電鋳によって形成する際、金属板21に流す電流の電流密度を大きくすることができ、生産性を向上することができる。
(4)Cuは樹脂6との密着性が強いため、Niと比較して外部電極3bおよび搭載パッド部4bの信頼性が向上する。
(5)個々の半導体装置1に切断する前に、樹脂封止体50の剥離面51のCu層23に半田接続用のSn−Pb層52を成膜する。したがって、個々の半導体装置1ごとの半田接続用のSn−Pb層52を成膜する工程が必要なく、半導体装置1の製造コストを安くすることができる。
(6)樹脂封止体50の剥離面51に形成されている外部電極3bや搭載パッド部4bに相当するCu層23は電気的に接続されるように形成されている。このため、半導体装置1の外部電極3bと搭載パッド部4bとにおけるSn−Pb層3c,4cの膜厚および膜質を1回のめっき処理で安定的に精度よく均一にすることができる。
【0019】
−第2の実施の形態−
次に本発明の第2の実施形態の半導体装置1の製造方法について、図8および図9を参照して説明する。第2の実施形態の半導体装置1の製造方法は、第1金属層形成工程と、半導体素子実装工程と、樹脂封止工程と、金属板剥離工程と、第2金属層形成工程と、分割工程とからなる。第1の実施形態の半導体装置1の製造方法と共通する部分は同じ符号を使用する。
【0020】
第1金属層形成工程について、図8(a)〜(d)を参照して説明する。
可撓性を有する金属板21の一方の面にCu箔をラミネートし、他方の面にレジスト22を塗布またはラミネートする。次に、Agめっき溶液に金属板21を浸漬して金属板21に電力を供給する。そして、Ag層24を形成する。以上のようにして、図8(a)に示すように、金属板21にCu層81とAg層24とを形成する。次に、図8(b)に示すように、レジスト22を金属板21のAg層24面に塗布またはラミネートする。そして、アクリルフィルムベースのパターンマスクフィルムを密着させ、紫外線により露光を行う。次に、現像を行い、図8(c)に示すように、金属層を形成する部分以外のレジスト22を除去する。そして、エッチングを行い、レジスト22で被服されていない不要部分のCu層81およびAg層24を溶解除去する。次に、図8(d)に示すように、レジスト22を金属板21から剥離する。
【0021】
半導体素子実装工程と、樹脂封止工程と、金属板剥離工程と、第2金属層形成工程と、分割工程とは、第1の実施形態の半導体装置1の製造方法と共通するので、以下、説明を省略する。
【0022】
以上の第2の実施形態による半導体装置1の製造方法は、第1の実施形態による半導体装置1の製造方法の実施形態による作用効果(1)(2)のほかに次のような作用効果を奏する。
(1)Cu層の形成にCu箔を使用するので、均一なCu層を形成することができる。したがって、樹脂封止体50から分割した半導体素子1の電気特性のばらつきが小さくすることができる。
【0023】
−第3の実施の形態−
本発明の第3の実施形態の半導体装置100の構造について、図10を参照して説明する。第1の実施形態の半導体装置1と共通する部分は同じ符号を使用し、共通する部分の説明は省略する。
【0024】
図10(a)は半導体装置100の断面図である。図10(b)は半導体装置100の裏面図である。外部電極3bおよび搭載パッド部4b下面には、半田と接続するためのAu層3d,4dが形成される。また、半導体装置1Aの底面において、Au層3d,4dと樹脂6とは同一の平面に形成されている。半導体装置1Aの底面には、図10(b)に示すように、樹脂6と外部電極3bおよび搭載パッド部4bに形成したAu層3d,4dとが露呈している。
【0025】
次に本発明の第3の実施形態の半導体装置100の製造方法について、図11および図12を参照して説明する。第3の実施形態の半導体装置100の製造方法は、第1金属層形成工程と、半導体素子実装工程と、樹脂封止工程と、金属板剥離工程と、分割工程とからなり、第2金属形成工程を有さない点で第1の実施形態の半導体装置1の製造方法と異なる。第1の実施形態の半導体装置1の製造方法と共通する部分は同じ符号を使用する。
【0026】
第1金属層形成工程について、図11(a)〜(d)を参照して説明する。
図11(a)に示すように、レジスト22を可撓性を有する金属板21の両面に塗布またはラミネートする。次にアクリルフィルムベースのパターンマスクフィルムを密着させ、紫外線により露光する。そして、現像し、図11(b)に示すように、金属層を形成する部分のレジスト22を除去する。このとき、金属板21の一方の面には金属層を形成しないので、全面をレジスト22によって覆う。次に、レジスト22を除去した部分の金属板21面をソフトエッチングし、そして、酸活性処理を行う。
【0027】
酸活性処理を行った金属板21をAuめっき溶液に浸漬して金属板21に電力を供給する。そして、Au層111を形成する。次に、Cuめっき溶液に浸漬して金属板21に電力を供給し、電鋳を行う。そして、Cu層23を形成する。次に、Agめっき溶液に金属板21を浸漬して金属板21に電力を供給する。そして、Ag層24を形成する。このようにして、図11(c)に示すように、金属板21にAu層111とCu層23とAg層24とを形成する。そして、図11(d)に示すように、レジスト22を金属板21から剥離する。以下、半導体素子実装工程と、樹脂封止工程と、金属板剥離工程と、分割工程とは、第1の実施形態の半導体装置1の製造方法と同じなので説明を省略する。
【0028】
以上の第3の実施形態による半導体装置100の製造方法によれば、金属板21を剥離した後、ダイシングで分割すれば半導体装置100が完成する。ところで外部電極3bの下面にはAu層3dが形成されているので、金属板21の剥離のあと、半導体装置100を半田接続用の金属層を形成する必要がない。したがって、金属板21を樹脂封止体120から剥離した後のめっき処理の必要がないので、半導体装置の製造コストを安くすることができる。
【0029】
以上の実施の形態の半導体装置1,100を次のように変形することができる。
(1)半導体素子2と外部電極4bをワイヤ5で接続したが、図13(a)および(b)に示すようにハンダバンプ131でフリップチップ接続してもよい。ハンダバンプ131でフリップチップ接続する場合は、搭載パッド部4bを設けず、外部電極3bのみ設けることとなる。この場合においても、樹脂封止体50の剥離面51に形成されている外部電極3bに相当するCu層23,81は図6と同様に電気的に接続されるように形成されている。また、ワイヤ5を用いて接続する場合に比べて、半導体装置1,100をさらに低背化、小型化することができる。フリップチップ接続の場合は、半導体素子2は外部電極3bに搭載されるので、外部電極の材料としてCuを使用することによって、電気特性および放熱特性の優れた半導体装置130を得ることができる。
(2)ワイヤ接続用の金属層や半田接続用の金属層をめっき法によって形成したが、真空蒸着法やCVD法によって形成してもよい。
(3)Cu層23,81の上面側にAg層24を形成しているが、ワイヤ5とCu層23,81とを接続できるようにするためのものであれば、Ag層24に限定されない。たとえば、Au層を形成してもよい。また、ワイヤ5を直接Cu層23,81に接続できる場合は、Ag層24を形成しなくてもよい。
(4)Cu層23,81の下面側にSn−Pb層52、Au層111を形成したが、外部電極4bと半田と接合するための半田接続用金属層であれば実施の形態に限定されない。たとえば、Sn−Ag層、Sn−Cu層、Sn−Bi層またはSn層を形成してもよい。
(5)外部電極3bおよび搭載パッド部4bの厚さは50〜80μmであり、Ag層3a,4aの厚さは約2.5μmであり、Sn−Pb層3c,4cの厚さは3〜20μmであったが、実施の形態には限定されない。
(6)以上の第1の実施の形態では、可撓性を有する金属板21にNi層23やレジスト22などを形成したが、可撓性を有し、導電性を有する導電性基板であればSUSステンレス鋼板やCu板に限定されない。たとえば、SUSステンレス鋼板やCu板以外の金属薄板を使用してもよいし、導電性樹脂を使用してもよい。また、表面に導電膜を形成した基板を使用してもよい。
(7)以上の第2の実施の形態では、可撓性を有する金属板21にNi層23やレジスト22などを形成したが、可撓性を有する基板であればSUSステンレス鋼板やCu板に限定されない。たとえば、可撓性を有する樹脂基板を使用してもよい。
(8)搭載パッドや外部電極の材料であるCuには、Cuを主成分としたCu合金も含まれる。
(9)以上の第1の実施形態では、第2金属層形成工程について、電力の供給は、2箇所から通電するようにして行ったが、2箇所に限定されず、2箇所以上の複数箇所から通電してもよい。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】本発明の第1の実施形態の半導体装置の構造を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図3】本発明の第1の実施形態の半導体装置の製造方法におけるレジストが形成された金属板を説明するための図である。
【図4】本発明の第1の実施形態の半導体装置の製造方法における樹脂の封止を説明するための図である。
【図5】本発明の第1の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図6】本発明の第1の実施形態の半導体装置の製造方法におけるSn−Pbめっき処理を説明するための図である。
【図7】本発明の第1の実施形態の半導体装置の製造方法におけるダイシング工程を説明するための図である。
【図8】本発明の第2の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図9】本発明の第2の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図10】本発明の第3の実施形態の半導体装置の構造を示す図である。
【図11】本発明の第3の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図12】本発明の第3の実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図13】半導体素子をフリップチップ接続した半導体装置を説明するための図である。
【符号の説明】
【0031】
1,100,130 半導体装置
2 半導体素子
3a,4a,24 Ag層
3b 外部電極
3c,4c,52 Sn−Pb層
3d,4d,111 Au層
4b 搭載パッド部
5 ワイヤ
6 樹脂
21 金属板
22,22a,22b レジスト
23,81 Cu層
41 金型
50,120 樹脂封止体
51 剥離面
61 基板ホルダ
131 ハンダバンプ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体素子と、
前記半導体素子が搭載された搭載パッドと、
前記半導体素子とワイヤにより電気的に接続している外部電極とを備え、
前記半導体素子と前記搭載パッドと前記ワイヤと前記外部電極とが樹脂によって封止されている半導体装置であって、
前記搭載パッドと前記外部電極とは電鋳によるCuから成り、前記半導体装置の底面に露出していることを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
半導体素子と、
前記半導体素子とフリップチップ接続により電気的に接続している外部電極とを備え、
前記半導体素子と前記外部電極とが樹脂によって封止されている半導体装置であって、
前記外部電極は電鋳によるCuから成り、前記半導体装置の底面に露出していることを特徴とする半導体装置。
【請求項3】
パターニングされた電鋳によるCu層が形成されている可撓性平板状の導電性基板を用い、前記Cu層に複数の半導体素子を隣接して搭載し、前記半導体素子と前記Cu層とを電気的に接続する半導体素子実装工程と、
前記Cu層および前記半導体素子を樹脂封止する樹脂封止工程と、
前記導電性基板を剥離して樹脂封止体を得る剥離工程と、
前記樹脂封止体の前記導電性基板を剥離した剥離面に露出するCu層に半田接続用金属層を形成する金属層形成工程と、
前記金属層形成工程において半田接続用金属層が形成された樹脂封止体を切断して、個々の半導体装置に分割する分割工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項4】
パターニングされた半田接続用金属層と、その上に電鋳によるCu層とが形成されている可撓性平板状の導電性基板を用い、前記Cu層に複数の半導体素子を隣接して搭載し、前記半導体素子と前記Cu層とを電気的に接続する半導体素子実装工程と、
前記半田接続用金属層、前記Cu層および前記半導体素子を樹脂封止する樹脂封止工程と、
前記導電性基板を剥離して樹脂封止体を得る剥離工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項1】
半導体素子と、
前記半導体素子が搭載された搭載パッドと、
前記半導体素子とワイヤにより電気的に接続している外部電極とを備え、
前記半導体素子と前記搭載パッドと前記ワイヤと前記外部電極とが樹脂によって封止されている半導体装置であって、
前記搭載パッドと前記外部電極とは電鋳によるCuから成り、前記半導体装置の底面に露出していることを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
半導体素子と、
前記半導体素子とフリップチップ接続により電気的に接続している外部電極とを備え、
前記半導体素子と前記外部電極とが樹脂によって封止されている半導体装置であって、
前記外部電極は電鋳によるCuから成り、前記半導体装置の底面に露出していることを特徴とする半導体装置。
【請求項3】
パターニングされた電鋳によるCu層が形成されている可撓性平板状の導電性基板を用い、前記Cu層に複数の半導体素子を隣接して搭載し、前記半導体素子と前記Cu層とを電気的に接続する半導体素子実装工程と、
前記Cu層および前記半導体素子を樹脂封止する樹脂封止工程と、
前記導電性基板を剥離して樹脂封止体を得る剥離工程と、
前記樹脂封止体の前記導電性基板を剥離した剥離面に露出するCu層に半田接続用金属層を形成する金属層形成工程と、
前記金属層形成工程において半田接続用金属層が形成された樹脂封止体を切断して、個々の半導体装置に分割する分割工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項4】
パターニングされた半田接続用金属層と、その上に電鋳によるCu層とが形成されている可撓性平板状の導電性基板を用い、前記Cu層に複数の半導体素子を隣接して搭載し、前記半導体素子と前記Cu層とを電気的に接続する半導体素子実装工程と、
前記半田接続用金属層、前記Cu層および前記半導体素子を樹脂封止する樹脂封止工程と、
前記導電性基板を剥離して樹脂封止体を得る剥離工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2006−303028(P2006−303028A)
【公開日】平成18年11月2日(2006.11.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−120053(P2005−120053)
【出願日】平成17年4月18日(2005.4.18)
【出願人】(390022471)アオイ電子株式会社 (85)
【出願人】(000164461)九州日立マクセル株式会社 (338)
【公開日】平成18年11月2日(2006.11.2)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年4月18日(2005.4.18)
【出願人】(390022471)アオイ電子株式会社 (85)
【出願人】(000164461)九州日立マクセル株式会社 (338)
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