JP3660854B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、底面端子型の半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路装置では、微細化の進展によって、より多くの回路を単一の半導体チップに搭載する高集積化が進められている。しかしながら、半導体集積回路を構成する全ての素子を単一チップに集積した場合には、モデルチェンジ等に伴う些細な仕様変更の度に、集積回路の再設計を行なうこととなり、迅速な対応が困難となる。そこで、こうした軽微な変更に対応するために、トランジスタ等回路素子の一部を集積化せずに実装基板上で半導体集積回路に外付けする構成とし、この外付けする回路素子を変えることによって、同一の半導体集積回路装置を用いたままで軽微な変更に対応する方法が採用されている。
【0003】
そして、半導体分野においては、顧客実装面積・容積縮小を目的とした個別半導体装置の薄型化・小型化が常に求められている。こうした単体の回路素子にも小型化が求められており、例えば単体のトランジスタでは、顧客要求により外形寸法1006(平面形状1mm×0.6mm)、或いは外形寸法0804(平面形状0.8mm×0.4mm)といった微小な半導体装置が求められている。
【0004】
こうした半導体装置を製造する方法としては、例えば、特開平11‐102924号公報に、セラミック又はガラスエポキシ樹脂の基板を用い、トランスファーモールド方式またはポッティング方式によって樹脂封止を行ない、封止後にダイシングにより切断・分離して個別の半導体装置を形成する技術が記載されている。
【0005】
この技術では、半導体装置は、多層のセラミック基板の上面に形成された搭載部に、半導体素子のダイボンディングを行い、半導体素子の電極パッドとセラミック基板の電極端子とをボンディングワイヤにより接続し、前記電極端子が基板の底面に形成された外部端子と基板の内部配線によって接続され、半導体素子、基板の上面及び内側面、ボンディングワイヤを樹脂を用いた封止体によって封止してある。
【0006】
この半導体装置の製造方法では、複数の半導体装置の基板が行列状に複数連続して形成されており、個々の半導体装置のダイボンディング・ワイヤボンディングが行なわれた後に、基板上面の複数の半導体素子及びボンディングワイヤ等を樹脂により一括して封止した後、ダイシングを用いて夫々切断し個別半導体装置を形成する。
【0007】
この技術では、モールド時のゲート寸法に係らず、個別半導体の外形寸法の縮小が可能となる。しかし、セラミック基板のコストが従来のCu、42アロイ等を材料としたリードフレームに比べて高価であり、加えて基板表面には、金等の高価なメッキを導体として施さなければならないので製造原価が上昇する。また、セラミックは焼結材料の為、セラミック基板の焼成工程にて、焼成後の収縮誤差及び反りの問題が生じ、基板の歩留まり向上に限界がある等のデメリットが有り、更に、この結果、基板不具合部に不良処置(マーキング等)を施し、ダイボンディング時には不良部分にダイボンドを行なわないように工夫する等の処理が増加することとなる。
【0008】
また、セラミック基板を用いた場合、セラミックが脆性をもっているために、上下金型により挟持しクランプ圧力を付加した時点で、若干の基板の反りによっても破損するおそれがあるので、従来方式である金型を用いたスルーモールド方式の採用は困難であり、レジンを塗布する等の別方法を用いる必要がある。レジンを塗布する場合、塗布の厚み及び平坦度の制御が難しくなる等の問題点が残っている。更に、基板上面を一括して樹脂封止する為、樹脂の収縮作用により分割前に大きな反りを生ずる。更には、ダイシング方法等に依って切削切断したパッケージの側面(セラミックと樹脂との接合界面)より水分が進入し、完成品の長期信頼性に影響を及ぼす可能性が有る等の問題点が、発明者等により明らかとなった。
【0009】
他に、例えば特開平10‐313082公報には、リードフレームに複数の半導体素子を搭載し、トランスファーモールド方式又はポッティング方式を用いて一括樹脂封止し、ダイシングによって個別の半導体装置に切断・分離する方法が開示されている。
【0010】
しかしながらこの方法では、基板上面を一括して樹脂封止する為、比較的広い面積を1つのキャビティとして封止することとなり、封止後に樹脂が硬化する際の収縮作用による応力によって、樹脂の分割前に大きな大きな反りやねじれが生じてしまう。加えて、半導体素子の搭載されるアイランド下面及びリード電極下面が、半導体装置下面に露出する為、個別半導体装置の封止体としては封止体下面部の絶縁範囲を広くすることが難しい。その結果として、実装基板の回路設計時にアイランド下面及びリード電極下面と配線との電気的ショートを回避する配慮が必要となる。半導体装置の下に位置する基板領域に配線を通すことが難しくなり、回路設計の自由度が低下する。また、搭載する半導体素子がパッケージ寸法に近くなるに連れて、アイランド寸法を大きくする必要があり、アイランド部とリード電極との距離を十分に確保することが次第に困難となる。
【0011】
更に、前記半導体装置外形の一部は、封止体の絶縁材料が硬化した後に切断された面によって構成されるため、切断面からの水分の進入による個別半導体装置の封止信頼性低下という問題が残っている。また、個別半導体装置に切断する際の作業性及び切断精度に関して充分な検討が為されていない等の問題点も有る。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
こうした問題点を踏まえて、本発明者等は、個々の半導体装置に用いられるアイランド或いはリードの組を複数組一体に形成したリードフレームに、複数の半導体素子のダイボンディングを行ない、複数の半導体素子を列毎に一つのキャビティとして一体に封止体をモールドし、前記キャビティ及びリードフレームを切断して、個別の半導体装置に分離する技術を発明し、特願平11‐199897号として出願した。
【0013】
この技術では、個別の半導体装置に分離する際に、キャビティの樹脂とリードフレームの金属をダイシングブレードを用いて同時に切断しているが、切断時の応力によって金属と樹脂との接合面に亀裂の生じることがある。この亀裂が大きい場合には半導体素子の接合界面又はワイヤボンディング接合部に達し不良品となり、亀裂が小さい場合にも温度サイクル・吸湿等の影響によって経時的に半導体装置の信頼性を低下させることがある。
【0014】
また、ダイシングブレードによって金属を切断する場合には、特に銅等の比較的軟らかい金属の場合には、切断面にダレと通称される上下方向への変形が生じ、この変形が底面に設けられる外部電極の端部に生じた場合には、電極面の平坦度が低下し、実装不良を生じることがある。
【0015】
また、用いるブレードは樹脂と金属とを併せて切断するのでブレードを何れかに最適化することができないため、銅等の比較的軟らかい金属をリードフレームに用いた場合等には、この切断の際にブレードに金属の目づまりが生じることがあり、場合によっては、こうした目づまりによって分離工程の進捗が影響を受けることがある。
【0016】
本発明の課題は、こうした問題を解決し、微小な半導体装置の封止体を比較的容易に低コストで行ない得る技術の更なる信頼性及び生産性の向上を図ることにある。
【0017】
本発明の前記ならびにその他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【0020】
アイランドに固定した半導体素子とリードとを接続し封止体によって封止した半導体装置の製造方法では、個々の半導体装置に用いられるアイランド或いはリードの組を行列状に複数組設け、行方向に隣接するアイランド或いはリードを連続させて一体に形成したリードフレームを用意し、このリードフレームの各アイランドに夫々半導体素子のダイボンディングを行ない、前記夫々の半導体素子と前記リードとを電気的に接続し、半導体素子、アイランド及びリードを封止する前記封止体を、列毎に複数を一体に一つのキャビティとして樹脂モールドし、前記封止体の列間の樹脂及びリードフレームをプレス切断し、前記封止体の行間のキャビティをブレード切断して個別の半導体装置に分離する。
【0021】
かかる本発明によれば、半導体素子寸法に近似した半導体装置(CSP:チップサイズパッケージ)に関し、個別半導体素子搭載基板として金属材料を用いたリードフレームの使用が可能となり、セラミック基板を用いた場合より安価に製造することができる。
【0022】
また、半導体装置下面に、絶縁層を樹脂モールド方法により形成したことにより、実装基板上に形成された回路配線との電気的短絡を防止することができる。
【0023】
また、リードフレームをプレス切断するので、前記ダイシングによるダレの発生を防止することができるので、実装不良の発生を防止することができる。
【0024】
更に、ブレードを用いた切断では樹脂のみを切断するので、用いるブレードを樹脂の切断に最適化することが可能となり、切断を円滑に進捗させることができる。
【0025】
加えて、複数の半導体素子を列毎に一つのキャビティとして樹脂封止することによって、熱または樹脂の収縮作用による反りを防止しつつ、仕上がり寸法精度の良い個別半導体装置を提供することが可能となる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0027】
(実施の形態1)
図1は本発明の一実施の形態である半導体装置を封止体を透過して示す斜視図であり、図2は本発明の一実施の形態である半導体装置を示す斜視図及びその底面の投影図である。
【0028】
本実施の形態の半導体装置では、単結晶シリコン等の半導体基板にFET等の所定の素子を形成した半導体素子1を、例えば金等のロー材によってアイランド2に固定し、半導体素子1とリード3とをボンディングワイヤ4によって接続してある。半導体素子1をダイボンディングするアイランド2には下面部内方及び外方に凹部が設けられ、リード3には下面部外方に凹部が設けられている。
【0029】
半導体素子1、アイランド2、リード3の上面及び側面、ボンディングワイヤ4は、例えばエポキシ樹脂にフィラを混入させた封止樹脂を用いた封止体5によって封止され、前記下面部の凹部も封止体5によって覆われており、アイランド2及びリード3の外端部の下面或いは角部には凹部が設けられている。アイランド2の上面と半導体素子1の裏面電極とは導電性の接続がされており、アイランド2の下面及びリード3の下面が封止体5の底面から選択的に露出して半導体装置の外部電極となる。
【0030】
封止体5の短手方向に沿った側面(以下、短側面という)下部にはわずかに張出した平坦部5aが形成されており、この平坦部5aではアイランド2及びリード3の端部上面及び外端部が露出しているが、アイランド2或いはリード3の端部は、封止体5の長手方向に沿った側面(以下、長側面という)には露出していない。
【0031】
封止体5から露出して外部電極となるアイランド2の部分及びリード3の部分の厚さは、封止体5から露出しないアイランド2の部分及びリード3の部分の厚さよりも厚い構造となっており、アイランド2の下面内方に凹部を形成し、樹脂封止を行うことによって半導体装置の下面部電極間の絶縁層を広げることが可能となり、実装基板の回路配線との電気的短絡防止ができる。この結果、半導体装置実装基板設計時、パッケージ下面絶縁部に回路配線を配置することが可能となり、実装基板の縮小化に寄与することができる。
【0032】
また、アイランド2とリード3との下面部外方に凹部を設け、外端の下面を夫々内側に後退させることによって、半導体装置の底面では、アイランド2及びリード3の電極として機能する露出面が封止体5と同一平面となり、かつその周囲が封止体5によって囲まれている。このため外部電極はアイランド2及びリード3の露出面に施されたメッキの厚さ分周囲の封止体5から均等に浮き出た形状となり、ハンダ付け等による実装基板への実装を確実に行なうことができる。
【0033】
続いて、本実施の形態の半導体装置の製造方法について、図3乃至図14を用いて説明する。
【0034】
図3は本実施の形態の半導体装置の製造に用いられるリードフレームを示す平面図であり、図4は図3中のa部を拡大して示す平面図及び縦断面図である。リードフレーム6には、図4中に破線にて示す封止体5形成領域毎に、個別の半導体装置となる夫々のアイランド2及びリード3が、行列状に連続的に形成してある。夫々のアイランド2及びリード3は、行方向にアイランド2とリード3とが交互に配置され、列方向には隣接する封止領域間にて即ち封止領域外で連結されている。
【0035】
リードフレーム6としては、銅系または鉄系の材料を用いるので、多層セラミック基板を用いる場合に比べて、半導体素子寸法に近似した半導体装置の材料費を抑制することができる。
【0036】
先ず、リードフレーム6のアイランド2上に半導体素子1が適切な接合ロー材によってダイボンディングされる。この際、リードフレーム下面のアイランド2の凹部に対応させて凹凸を設けたヒートブロックによって接触加熱されることによってリードフレーム6は適切な接合温度条件下に保持される。ダイボンディング後、ボンディングワイヤ4により半導体素子1の電極パッドとリード3の上面とを電気的に接続するワイヤボンディングを行なう。このダイボンディング及びワイヤボンディング作業はリードフレーム6に配置した全てのアイランド2及びリード3に対して施される。
【0037】
こうしてダイボンディング及びワイヤボンディングを完了したリードフレーム6をトランスファーモールド装置の下金型にセットし、その後、上金型によりリードフレーム6を挟み込み、封止樹脂を注入し、各列を夫々一つのキャビティ7として、その列に並ぶ複数の半導体素子1を一体に封止する樹脂封止を行なう。
【0038】
この樹脂封止では、リードフレーム6下面の凹部にも樹脂が十分に充填される様に行い、この凹部に充填された封止樹脂は、個別半導体装置に分割した後は、半導体装置底面の絶縁層の役割を果たす。各キャビティ7に充填した半導体封止用樹脂を硬化させた後、次工程前に不要な樹脂部分であるランナ7a及びゲート7bを切除する。この状態の平面図を図5に示し、図5中のa部を拡大した平面図及び縦断面図を図6に、斜視図を図7に示す。なお、図5中ではキャビティ7、ランナ7a及びゲート7b以外の樹脂が充填される部分に斜線を付してある。
【0039】
本実施の形態では一列に並んだ複数の封止体5を列毎に一つのキャビティ7として樹脂封止することによって、封止樹脂の硬化時に生ずる収縮に影響されて、リードフレーム6が行方向に湾曲或いは反って、全体が変形するのを防止することができる。この結果、リードフレーム6の大型化が可能となり、取得数を増やすことができる。なお、キャビティ7列間にキャビティ7と平行にリードフレームの略全幅にわたってスリットを設けることによって、熱応力或いは封止後の樹脂硬化の過程において生じるレジン収縮等の変形を抑制することも可能である。
【0040】
また、例えば一つの列に形成される半導体装置の数が多いためにキャビティ7が長くなると列方向にレジンの反りが生じる場合がある。そうした場合には、キャビティ7を列方向に分割する。即ち、複数の半導体装置を列毎に樹脂封止するキャビティ7を列方向に複数形成する構成とすることも可能である。
【0041】
次に、アイランド2及びリード3のキャビティ7から露出する部分が半導体装置の外部電極となるリードフレーム6下面にハンダ等のメッキを施す。このメッキに先立って液体ホーニング等の処理によるメッキ付着面に付着した樹脂等の異物の除去を行う。この浄化処理によって封止体5とリードフレーム6との間に隙間が生じることがある。また、リードフレーム6を、予めパラジウムメッキ等の方法を用いて比較的軟質な材料で予め覆っておくことも可能であり、このような処理を施すことによって、この軟質材料が謂わばパッキングとして機能し、モールド時に樹脂が外部電極面へ付着するのを防止することができる。このパラジウムメッキ等の方法を用いれば、前記異物除去処理を省略することが可能であり、封止体5とリードフレーム6との間に前記異物除去処理によって隙間が生じるのを防止することができる。
【0042】
更に、基板実装の際のハンダ付け性を向上させるため、外部電極面にハンダメッキ等のメッキ処理を行なう。前記のように予めリードフレームにパラジウム等がメッキされている場合には、パラジウムメッキがハンダ付け性に優れているため、外部電極面のハンダ等のメッキ処理を省略して、工程数を削減することも可能である。なお最近では、パラジウムメッキのハンダ付け性を更に高めるため、パラジウムメッキ表面に金をフラッシュ処理する場合もある。
【0043】
次工程にて、封止樹脂表面等に製品名等を刻印(マーキング)した後に、列毎に一つのキャビティ7として封止されている複数の半導体装置を個別の半導体装置に分割する。その手順を以下に説明する。
【0044】
先ず、図8の(a)に示すように、各キャビティ7の平坦部を上金型8及び下金型9で挟み、切断金型10によってプレス切断する。この際、また、切断部分のリードフレーム6は下面に凹部が設けられて切断面積が小さくされているため、容易にキャビティ7樹脂とリードフレーム6の金属とをプレス切断することができる。プレス切断によってキャビティ7列間の不用部分を除去した状態を図8の(b)及び図9に示す。
【0045】
また、こうした切断によって、切断面に切断方向に沿って小さな突起(バリと通称されている)が生じることがある。このような突起が実装面である底面に向かって形成された場合には、半導体装置と実装基板との間に間隙が生じ、実装不良となることがある。本実施の形態では、半導体装置のアイランド2及びリード3の下面部外方に、夫々凹部を設けてあるのでアイランド2或いはリード3の端部は、三方を封止体5によって挟まれ上面を上金型8によって抑えられているために、切断の際に前記突起が生じにくくなり、突起が生じた場合にも半導体装置の底面から突出することがない。更に、本実施の形態では底面側から切断金型10がプレス切断するため、このようなバリが生じたとしても、突起が底面側に生じないため実装不良の原因とはならない。また、アイランド2及びリード3が、前記凹部によって封止体5に強固に保持されることとなり、外部より加えられた力によってアイランド2或いはリード3が剥離・脱落或いは接合部分への亀裂の発生等が生じにくくなる。
【0046】
なお、切断部分の樹脂がリードフレーム6と比べて薄い場合、或いは切断部分の金属部分の断面積が大きい場合等には、リードフレーム6とキャビティ7との間に剥離の生じる可能性が高くなる。こうした場合には、このプレス切断に先立って、図10に平面図を図11に部分拡大平面図及び断面図を示すように、切断部分に溝11を形成しておいてもよい。溝11としては、アイランド2或いはリード3の薄い部分を切断し、その凹部に充填された封止体5の樹脂が露出する程度が望ましい。この溝11を設けることによって、図12の(a)に示すように金型8,9,10を用いたプレス切断によってキャビティ7に加えられるストレスを更に低減させることができる。また、封止に用いられる樹脂は金属と比較して脆性体であるため、溝を設けることによって、プレス切断が容易になる。こうした溝は、図12の(b)に示すように、ブレード12を用いたダイシングによって容易に形成することができる。
【0047】
次に、粘着性のダイシングテープにリードフレーム6下面(外部電極面)を貼り付け、更にその周囲をリング状のテープホルダーに固定する。ダイシングテープとしては、後の剥離工程で粘着成分がリードフレーム6下面に残り難いもの、例えば紫外線照射型のテープ(所謂UVテープ)が望ましい。続いて、ダイシング位置合わせスリットを基準としてダイシング装置(ウエーハダイシング装置の流用が可能:図示せず)によって、図13及び図14に示すように、個別半導体装置に切削分割する。切削方法としては、半導体ウエーハ切断時に常用されている所謂フルカットダイシング方法を用い、ブレード12を用いてキャビティ7は完全に切断するが、ダイシングテープ12は部分的に切断し一体化したままとする。リードフレーム6に切断目標となる位置合わせ認識マークとしてスリット或いは貫通孔(図面中には記載せず)を施しておくことによって、樹脂封止、フレームハンダメッキを施した後、ダイシングにて個別半導体装置に切断する過程において、切断寸法精度を保証することができる。
【0048】
このダイシングでは、キャビティ7の樹脂のみを切断する。樹脂は金属と比較して脆性体であるため、樹脂のみの切断はダイシングを迅速に行なうことが可能であり、また、切断する樹脂に最適化したブレード12を用いることが可能となるため、ブレード12の目づまりも生じにくい。更に、ダイシングテープに貼り付けた状態でフルカット方法により切断するため、切断後の個別半導体装置が飛散することなく、その位置関係もずれることはない為、その後の扱いが容易になる。
【0049】
また、従来のスルーモールド方式により、半導体素子別にキャビティを形成する場合、封止体サイズが小さくなる程、封止樹脂導入路であるゲートを小さく構成しなければならず、レジン注入の観点からその限界寸法がある。本方式によれば、後に不要部分を切削切断すれば良いので、ゲートのサイズによって制約されることがない。また、多層セラミック基板を用いた場合との比較では、セラミックが脆性材料である点或いは基板焼成過程において若干の変形が生じている点を考慮すると、従来の金型を用いたトランスファーモールド方法により樹脂封止することは困難であるが、本願発明の如くリードフレームを用いた場合にはこの様な懸念はない。
【0050】
この後、各半導体装置の電気的特性を測定する。この測定では、分離された各半導体装置が接着された状態の前記テープホルダーを、複数枚一組にリングカセットに入れた状態で選別工程のハンドリング装置のローダー部にセットする。セットされたテープホルダーは、一枚毎にハンドリング装置のローディング部に移送する。ハンドリング装置は、従来のダイレクトピックアップ方式のダイボンダと同様の構成であり、リングホルダと協働する個別半導体装置突き上げ機構を具備し、予め設定された座標位置または認識装置の認識結果から指定された座標位置データに基づき、突き上げ動作を行いダイシングテープより所定の半導体装置を引き剥がす。なお引き剥がす際には、紫外線照射型のダイシングテープを用いた場合は、紫外線照射を適量行い半導体装置底面とダイシングテープとの接合強度を弱めることによって、粘着成分が半導体装置底面に残存するのを防止することができる。
【0051】
(実施の形態2)
図15は本発明の他の実施の形態である半導体装置を示す斜視図であり、(a)はその外形を、(b)は封止体を透過して内部を示してある。
【0052】
本実施の形態の半導体装置では、単結晶シリコン等の半導体基板にFET等の所定の素子を形成した半導体素子1を、例えば金等のロー材によってアイランド2に固定し、半導体素子1とリード3とをボンディングワイヤ4によって接続してある。半導体素子1をダイボンディングするアイランド2には下面部内方及び外方に凹部が設けられ、リード3には下面部外方に凹部が設けられている。
【0053】
半導体素子1、アイランド2、リード3の上面及び側面、ボンディングワイヤ4は、例えばエポキシ樹脂にフィラを混入させた封止樹脂を用いた封止体13によって封止されているが、本実施の形態の封止体13では、単一の封止体13に半導体素子1、アイランド2及びリード3の組が2組封止されている点が、前述した実施の形態とは相異しているが、他の構成は前述した実施の形態と同様である。
【0054】
例えば、封止体13の短手方向に沿った側面(以下、短側面という)下部にはわずかに張出した平坦部13aが形成されており、この平坦部13aではアイランド2及びリード3の端部上面及び外端部が露出しているが、アイランド2或いはリード3の端部は、封止体13の長手方向に沿った側面(以下、長側面という)には露出しない構成となっている。このため、長側面側に隣接して形成される複数の半導体装置を、図16に示すようにブレード12による切断位置を変更するだけで、金型変更等をすることなしに、一体化することが可能となる。
【0055】
封止される半導体素子としては、同種の素子を搭載して耐圧或いは許容電流を向上させることが可能となり、更に異種の素子、例えば発振回路の発振用の素子と増幅用の素子とを搭載してもよい。そして搭載した素子は、ボンディングワイヤ4によって互いにアイランド2或いはリード3を接続して必要な接続を行ない、回路としての配線長を短縮することも可能である。また、単一の封止体12によって封止する、半導体素子1、アイランド2及びリード3の組を3組以上とする構成も可能である。
【0056】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【0057】
例えば、以上の説明では、主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるトランジスタについてレジン封止によるCSP(Chip Size Package)技術を適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、本発明は、ダイオード或いはQFN型半導体装置等の他の形式の半導体装置にも広く適用が可能である。
【0058】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
(1)本発明によれば、半導体素子寸法に近似した半導体装置(CSP)に関し、個別半導体素子搭載基板として金属材料を用いたリードフレームの使用が可能となるという効果がある。
(2)本発明によれば、微小な半導体装置の封止体を一括モールドによって樹脂封止することができるという効果がある。
(3)本発明によれば、上記効果(1)(2)により、半導体装置を安価に製造することができるという効果がある。
(4)本発明によれば、ダイシングによって、切断面に切断方向に沿って突起が生じるのを防止することができるという効果がある。
(5)本発明によれば、上記効果(4)により、実装不良の発生を防止することができるという効果がある。
(6)本発明によれば、、樹脂のみをブレード切断するため目づまりが生じにくく、分離工程の効率を向上させることができるという効果がある。
(7)本発明によれば、金属と樹脂との接合界面に亀裂が入りにくいので、耐湿性が向上するという効果がある。
(8)本発明によれば、複数の半導体素子を単一の封止体に封止した半導体装置を、金型の変更なしに製造することができるという効果がある。
(9)本発明によれば、半導体装置下面に、絶縁層を樹脂モールド方法により形成したことにより、実装基板上に形成された回路配線との電気的短絡を防止することができるという効果がある。
(10)本発明によれば、複数の半導体素子を列毎に一つのキャビティとして樹脂封止することによって、熱または樹脂の収縮作用による反りを防止しつつ、仕上がり寸法精度の良い個別半導体装置を提供することが可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である半導体装置を封止体を透視して示す斜視図である。
【図2】本発明の一実施の形態である半導体装置を示す斜視図及びその底面の投影図である。
【図3】本実施の形態に用いられるリードフレームを示す平面図である。
【図4】図3中のa部を拡大して示す平面図及び断面図である。
【図5】本発明の一実施の形態である半導体装置を製造工程毎に示す平面図である。
【図6】図5中のa部を拡大して示す平面図及び断面図である。
【図7】本発明の一実施の形態である半導体装置を製造工程毎に示す斜視図である。
【図8】本発明の一実施の形態である半導体装置を製造工程毎に示す断面図及び斜視図である。
【図9】本発明の一実施の形態である半導体装置を製造工程毎に示す平面図である。
【図10】本発明の一実施の形態である半導体装置を製造工程毎に示す平面図である。
【図11】図10中のa部を拡大して示す平面図及び断面図である。
【図12】本発明の一実施の形態である半導体装置を製造工程毎に示す断面図及び斜視図である。
【図13】本発明の一実施の形態である半導体装置を製造工程毎に示す平面図である。
【図14】本発明の一実施の形態である半導体装置を製造工程毎に示す斜視図である。
【図15】本発明の他の実施の形態である半導体装置を示す平面図である。
【図16】本発明の他の形態である半導体装置の製造方法を示す斜視図である。
【符号の説明】
1…半導体素子、2…アイランド、3…リード、4…ボンディングワイヤ、5,13…封止体、6…リードフレーム、7…キャビティ、7a…ランナ、7b…ゲート、8…上金型、9…下金型、10…切断金型、11…溝、12…ブレード。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a technique effective when applied to a bottom terminal type semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
In semiconductor integrated circuit devices, with the progress of miniaturization, higher integration in which more circuits are mounted on a single semiconductor chip is being promoted. However, if all the elements that make up a semiconductor integrated circuit are integrated on a single chip, the integrated circuit must be redesigned each time a minor specification change occurs due to a model change, etc., making it difficult to respond quickly. It becomes. Therefore, in order to cope with such minor changes, a configuration in which a part of circuit elements such as transistors are externally attached to a semiconductor integrated circuit on a mounting substrate without being integrated, and by changing this externally attached circuit element, A method is adopted that can cope with minor changes while using the same semiconductor integrated circuit device.
[0003]
In the semiconductor field, there is a constant demand for thinner and smaller individual semiconductor devices for the purpose of reducing the customer mounting area and volume. Such single circuit elements are also required to be miniaturized. For example, in the case of a single transistor, an external dimension 1006 (
[0004]
As a method of manufacturing such a semiconductor device, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-102924, a ceramic or glass epoxy resin substrate is used, resin sealing is performed by a transfer molding method or a potting method, and cutting is performed by dicing after sealing. A technique for separating and forming individual semiconductor devices is described.
[0005]
In this technique, a semiconductor device performs die bonding of a semiconductor element on a mounting portion formed on an upper surface of a multilayer ceramic substrate, connects an electrode pad of the semiconductor element and an electrode terminal of the ceramic substrate by a bonding wire, The electrode terminals are connected to the external terminals formed on the bottom surface of the substrate by the internal wiring of the substrate, and the semiconductor element, the top and inner surfaces of the substrate, and the bonding wires are sealed with a sealing body using a resin.
[0006]
In this semiconductor device manufacturing method, a plurality of semiconductor device substrates are continuously formed in a matrix, and a plurality of semiconductor elements on the upper surface of the substrate are formed after die bonding and wire bonding of each semiconductor device is performed. Then, the bonding wires and the like are collectively sealed with resin and then cut using dicing to form individual semiconductor devices.
[0007]
With this technology, it is possible to reduce the external dimensions of individual semiconductors regardless of the gate dimensions during molding. However, the cost of the ceramic substrate is higher than that of a conventional lead frame made of Cu, 42 alloy or the like, and in addition, the substrate surface must be subjected to expensive plating such as gold as a conductor. Rises. In addition, since ceramic is a sintered material, there are disadvantages such as shrinkage error and warpage after firing in the firing process of the ceramic substrate, and there is a limit in improving the yield of the substrate. Processing such as applying a defect treatment (marking or the like) to the defective part and devising not to perform die bonding on the defective part at the time of die bonding increases.
[0008]
In addition, when a ceramic substrate is used, since the ceramic is brittle, it may be damaged by slight warping of the substrate when it is sandwiched between upper and lower molds and clamp pressure is applied. It is difficult to adopt a through mold method using a mold, and it is necessary to use another method such as applying a resin. When a resin is applied, problems remain such as difficulty in controlling the thickness and flatness of the application. Furthermore, since the upper surface of the substrate is collectively sealed with resin, a large warp occurs before the division due to the shrinking action of the resin. Furthermore, there is a problem that moisture may enter from the side surface of the package cut and cut by the dicing method etc. (bonding interface between ceramic and resin), which may affect the long-term reliability of the finished product. It became clear by the inventors.
[0009]
In addition, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-313082, a plurality of semiconductor elements are mounted on a lead frame, encapsulated with a resin using a transfer mold method or a potting method, and cut and separated into individual semiconductor devices by dicing. A method is disclosed.
[0010]
However, in this method, since the upper surface of the substrate is sealed together with a resin, a relatively wide area is sealed as one cavity, and the resin is divided by the stress caused by the shrinkage when the resin is cured after sealing. A big big warp and twist occur before. In addition, since the island lower surface and the lead electrode lower surface on which the semiconductor element is mounted are exposed on the lower surface of the semiconductor device, it is difficult for the sealing body of the individual semiconductor device to widen the insulating range of the lower surface portion of the sealing body. As a result, consideration must be given to avoid an electrical short circuit between the lower surface of the island and the lower surface of the lead electrode and the wiring when designing the circuit of the mounting substrate. It becomes difficult to pass wiring through the substrate region located under the semiconductor device, and the degree of freedom in circuit design is reduced. Further, as the semiconductor element to be mounted becomes closer to the package size, it is necessary to increase the island size, and it becomes increasingly difficult to secure a sufficient distance between the island portion and the lead electrode.
[0011]
Furthermore, since a part of the outer shape of the semiconductor device is constituted by a surface that is cut after the insulating material of the sealing body is cured, there is a problem that the sealing reliability of the individual semiconductor device is reduced due to the ingress of moisture from the cut surface. Remains. In addition, there is a problem that sufficient study has not been made on workability and cutting accuracy when cutting into individual semiconductor devices.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In light of these problems, the present inventors perform die bonding of a plurality of semiconductor elements on a lead frame in which a plurality of islands or lead groups used in individual semiconductor devices are integrally formed, and a plurality of semiconductor elements As a single cavity for each row, a sealing body is molded integrally, the cavity and the lead frame are cut, and a technique for separating them into individual semiconductor devices has been invented, and has been filed as Japanese Patent Application No. 11-199897.
[0013]
In this technology, when separating into individual semiconductor devices, the resin in the cavity and the metal in the lead frame are simultaneously cut using a dicing blade. However, the stress at the time of cutting causes cracks in the joint surface between the metal and the resin. May occur. If this crack is large, it reaches the bonding interface or wire bonding joint of the semiconductor element and becomes a defective product, and even if the crack is small, the reliability of the semiconductor device may deteriorate over time due to the influence of temperature cycle, moisture absorption, etc. is there.
[0014]
Also, when cutting a metal with a dicing blade, especially in the case of a relatively soft metal such as copper, a vertical deformation called sagging occurs on the cut surface, and this deformation is provided on the bottom surface. If it occurs at the end of the electrode, the flatness of the electrode surface may be reduced, resulting in poor mounting.
[0015]
In addition, since the blade to be used cuts both the resin and the metal, the blade cannot be optimized to any one. Therefore, when a relatively soft metal such as copper is used for the lead frame, etc. The blades may become clogged with metal, and in some cases, the clogging may affect the progress of the separation process.
[0016]
An object of the present invention is to solve these problems and to further improve the reliability and productivity of a technique capable of performing a sealing body of a minute semiconductor device relatively easily at low cost.
[0017]
The above and other problems and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
[0020]
Semiconductor device in which semiconductor element fixed to island and lead are connected and sealed with sealing body In this manufacturing method, a plurality of pairs of islands or leads used in individual semiconductor devices are provided in a matrix, and a lead frame is prepared by integrally forming islands or leads adjacent in the row direction. Each of the islands is die-bonded to a semiconductor element, the semiconductor element and the lead are electrically connected, and a plurality of the sealing bodies for sealing the semiconductor element, the island, and the lead are provided for each column. The resin is integrally molded as one cavity, the resin and the lead frame between the columns of the sealing bodies are press-cut, and the cavities between the rows of the sealing bodies are blade-cut to be separated into individual semiconductor devices.
[0021]
According to the present invention, regarding a semiconductor device (CSP: chip size package) approximate to a semiconductor element size, a lead frame using a metal material can be used as an individual semiconductor element mounting substrate, which is more than when a ceramic substrate is used. It can be manufactured at low cost.
[0022]
In addition, since the insulating layer is formed on the lower surface of the semiconductor device by a resin molding method, an electrical short circuit with the circuit wiring formed on the mounting substrate can be prevented.
[0023]
In addition, since the lead frame is press-cut, the occurrence of sagging due to the dicing can be prevented, and the occurrence of mounting defects can be prevented.
[0024]
Furthermore, since the cutting using the blade cuts only the resin, the blade to be used can be optimized for cutting the resin, and the cutting can proceed smoothly.
[0025]
In addition, by sealing a plurality of semiconductor elements as a single cavity for each row, it is possible to provide an individual semiconductor device with good finished dimensional accuracy while preventing warping due to heat or resin shrinkage. Become.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
[0027]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention through a sealing body, and FIG. 2 is a perspective view showing the semiconductor device according to an embodiment of the present invention and the bottom surface thereof. FIG.
[0028]
In the semiconductor device of the present embodiment, a
[0029]
The
[0030]
A slightly projecting
[0031]
The thickness of the portion of the
[0032]
Further, by providing a recess outside the lower surface portion of the
[0033]
Next, a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIGS.
[0034]
FIG. 3 is a plan view showing a lead frame used for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment, and FIG. 4 is an enlarged plan view and a longitudinal sectional view showing a part a in FIG. In the
[0035]
Since the
[0036]
First, the
[0037]
The
[0038]
This resin sealing is performed so that the recesses on the lower surface of the
[0039]
In the present embodiment, a plurality of sealing
[0040]
Further, for example, since the number of semiconductor devices formed in one row is large, when the
[0041]
Next, solder or the like is plated on the lower surface of the
[0042]
Furthermore, in order to improve the solderability at the time of board mounting, a plating process such as solder plating is performed on the external electrode surface. As described above, when palladium or the like is plated on the lead frame in advance, palladium plating is excellent in solderability. Therefore, the plating process such as soldering on the external electrode surface is omitted to reduce the number of processes. It is also possible. Recently, in order to further improve the solderability of palladium plating, gold may be flashed on the surface of the palladium plating.
[0043]
In the next step, a product name or the like is marked on the sealing resin surface or the like, and then a plurality of semiconductor devices sealed as one
[0044]
First, as shown in FIG. 8A, the flat portion of each
[0045]
In addition, such cutting may cause small protrusions (commonly called burrs) along the cutting direction on the cut surface. When such a protrusion is formed toward the bottom surface, which is the mounting surface, a gap may be generated between the semiconductor device and the mounting substrate, resulting in mounting failure. In the present embodiment, the recesses are provided outside the lower surface of the
[0046]
When the resin at the cut portion is thinner than the
[0047]
Next, the lower surface (external electrode surface) of the
[0048]
In this dicing, only the resin in the
[0049]
Further, when the cavity is formed for each semiconductor element by the conventional through mold method, the smaller the sealing body size, the smaller the gate that is the sealing resin introduction path must be configured. There are critical dimensions. According to this method, unnecessary portions may be cut and cut later, so that there is no restriction by the size of the gate. Also, in comparison with the case of using a multilayer ceramic substrate, considering that the ceramic is a brittle material or that some deformation has occurred in the substrate firing process, the resin is formed by a transfer mold method using a conventional mold. Although it is difficult to seal, there is no such concern when a lead frame is used as in the present invention.
[0050]
Thereafter, the electrical characteristics of each semiconductor device are measured. In this measurement, the tape holder in a state where each separated semiconductor device is bonded is set in a loader portion of a handling device in a sorting process in a state where a plurality of tape holders are put in a ring cassette. The set tape holder is transferred to the loading unit of the handling device one by one. The handling device has the same configuration as a conventional direct pickup type die bonder, and includes an individual semiconductor device push-up mechanism that cooperates with the ring holder, and coordinates designated based on a preset coordinate position or a recognition result of the recognition device. Based on the position data, a push-up operation is performed to peel off a predetermined semiconductor device from the dicing tape. When peeling off, if an ultraviolet irradiation type dicing tape is used, an appropriate amount of ultraviolet irradiation is applied to weaken the bonding strength between the bottom surface of the semiconductor device and the dicing tape, so that the adhesive component remains on the bottom surface of the semiconductor device. Can be prevented.
[0051]
(Embodiment 2)
15A and 15B are perspective views showing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention, in which FIG. 15A shows the outer shape and FIG. 15B shows the inside through the sealing body.
[0052]
In the semiconductor device of the present embodiment, a
[0053]
The
[0054]
For example, a
[0055]
As a semiconductor element to be sealed, it is possible to improve the withstand voltage or allowable current by mounting the same type of element, and further mounting different types of elements, for example, an oscillation element and an amplification element of an oscillation circuit. May be. The mounted elements can be connected to each other by connecting the
[0056]
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the above-described embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Of course.
[0057]
For example, in the above description, the case where the CSP (Chip Size Package) technology by resin sealing is applied to a transistor which is a field of use that is based on the invention made by the present inventor has been described. However, the present invention can be widely applied to other types of semiconductor devices such as diodes or QFN type semiconductor devices.
[0058]
【The invention's effect】
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
(1) According to the present invention, with respect to a semiconductor device (CSP) approximated to a semiconductor element size, there is an effect that a lead frame using a metal material can be used as an individual semiconductor element mounting substrate.
(2) According to the present invention, there is an effect that a sealing body of a minute semiconductor device can be resin-sealed by collective molding.
(3) According to the present invention, the effects (1) and (2) have an effect that a semiconductor device can be manufactured at low cost.
(4) According to the present invention, there is an effect that it is possible to prevent a protrusion from being formed along the cutting direction on the cut surface by dicing.
(5) According to the present invention, due to the effect (4), it is possible to prevent the occurrence of mounting defects.
(6) According to the present invention, since only the resin is blade-cut, clogging hardly occurs, and the efficiency of the separation process can be improved.
(7) According to the present invention, cracks are unlikely to occur at the joint interface between the metal and the resin, so that there is an effect of improving moisture resistance.
(8) According to the present invention, there is an effect that a semiconductor device in which a plurality of semiconductor elements are sealed in a single sealing body can be manufactured without changing the mold.
(9) According to the present invention, since the insulating layer is formed on the lower surface of the semiconductor device by the resin molding method, an electrical short circuit with the circuit wiring formed on the mounting substrate can be prevented. .
(10) According to the present invention, by sealing a plurality of semiconductor elements as a single cavity for each column, an individual semiconductor device with good finished dimensional accuracy can be obtained while preventing warping due to heat or resin shrinkage. There is an effect that it can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view illustrating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention as seen through a sealing body.
FIG. 2 is a perspective view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention and a projected view of the bottom surface thereof.
FIG. 3 is a plan view showing a lead frame used in the present embodiment.
4 is an enlarged plan view and a cross-sectional view of a part in FIG.
FIG. 5 is a plan view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention for each manufacturing process;
6 is an enlarged plan view and a cross-sectional view showing a part a in FIG. 5;
FIG. 7 is a perspective view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention for each manufacturing process;
FIGS. 8A and 8B are a cross-sectional view and a perspective view illustrating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention for each manufacturing process; FIGS.
FIG. 9 is a plan view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention for each manufacturing process;
FIG. 10 is a plan view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention for each manufacturing process;
FIGS. 11A and 11B are a plan view and a cross-sectional view showing an enlarged portion a in FIG.
12A and 12B are a cross-sectional view and a perspective view illustrating a semiconductor device according to an embodiment of the present invention for each manufacturing process.
FIG. 13 is a plan view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention for each manufacturing process;
FIG. 14 is a perspective view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention for each manufacturing process;
FIG. 15 is a plan view showing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a perspective view showing a method for manufacturing a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
個々の半導体装置に用いられるアイランド或いはリードの組を行列状に複数組設け、行方向に隣接するアイランド或いはリードを連続させて一体に形成したリードフレームを用意し、このリードフレームの各アイランドに夫々半導体素子のダイボンディングを行なう工程と、
前記夫々の半導体素子と前記リードとを電気的に接続する工程と、
半導体素子、アイランド及びリードを封止する前記封止体を、列毎に複数を一体に一つのキャビティとして樹脂モールドする工程と、
前記封止体の列間の樹脂及びリードフレームをプレス切断する工程と、
前記封止体の行間のキャビティをブレード切断して個別の半導体装置に分離する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。In a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor element fixed to an island and a lead are connected and sealed by a sealing body,
A plurality of pairs of islands or leads used in individual semiconductor devices are provided in a matrix, and lead frames are prepared by integrally forming islands or leads adjacent in the row direction. A step of die bonding a semiconductor element;
Electrically connecting each of the semiconductor elements and the leads;
A step of resin-molding the sealing body that seals the semiconductor element, the island, and the lead as a single cavity in a single unit for each row;
Pressing the resin and the lead frame between the rows of the sealing bodies; and
And a step of blade-cutting the cavities between the rows of the sealing bodies to separate them into individual semiconductor devices.
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