JP2014103186A - 半導体装置の製造方法、半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モールド層中に半導体チップが封止された形態の半導体装置を、端子の取り出しの構成によらずに簡易な製造方法で製造する。
【解決手段】図１（ｂ）に示されるように、平面状とされたテープ３０上において、外枠部２０を接着して固定することができる。この際、外枠部２０の下部とテープ３０とは密着している。次に、図１（ｃ）に示されるように、外枠部２０で囲まれた内部におけるテープ３０上に、半導体チップ１０を固定する。この際、半導体チップ１０の下面も、テープ３０と接着して固定される。この状態において、液状とされた熱硬化性樹脂を上側から外枠２０の開口部に流し込んだ後に、硬化させることによって、図１（ｄ）に示されるように、外枠２０内で半導体チップ１０がモールド層４０で封止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、モールド層中に半導体チップが封止された構成を具備する半導体装置の製造方法に関する。

例えばダイオード等の半導体素子が形成された半導体チップをモールド層中に封止して実装した構成の半導体モジュール（半導体装置）が使用されている。こうした半導体装置においては、シリコン等の半導体材料で構成された半導体チップがモールド層中に埋め込まれて封止され、端子となるリードがモールド層から突出した形態とされる。モールド層は、通常、熱硬化性樹脂等の樹脂材料で構成され、液状とされたこの材料中に半導体チップが埋め込まれた後でこの材料が硬化してモールド層とされる。

こうした半導体装置、あるいはその製造方法は、例えば特許文献１〜５に記載されている。

特許文献１には、一方の電極をケース状として凹部を設け、この凹部の中に半導体チップを設置してから凹部の中に樹脂材料を流し込んで封止した構成の半導体装置が記載されている。

特許文献２には、半導体チップが基板の中の収納孔に設置されて粘着テープ（台座手段）上に配置され、その上にダムが設けてから液状のモールド材料（樹脂材料））を流し込み、硬化させる製造方法が記載されている。硬化後に粘着テープから基板を分離することによって、上記の構成の半導体装置を得ることができる。

特許文献３には、粘着テープ上に予め薄膜の回路パターンを形成した上で、半導体チップをこの上に搭載し、上記と同様に樹脂材料でモールド層を形成し、硬化後のモールド層から最後に粘着テープを剥がすことによって、上記の半導体装置を得る製造方法が記載されている。

特許文献４には、リードに対応した箇所に開口部が設けられたテープ上に半導体チップを設置し、開口部が設けられたテープ下面をフィルムで保護して密封してから液状のモールド材料を滴下してモールド層を形成した後に、フィルムを除去する製造方法が記載されている。

特許文献５には、放熱板の上に底のない容器を接着し、この容器内の放熱板上に半導体チップをセラミックス基板を介して設置し、容器内をモールド層で封止した半導体装置が記載されている。

特開２０１１−１９９１６０号公報 特開平０２−０１０７４８号公報 特開２００３−３１８３５７号公報 特開平１１−２３３５３５号公報 公開実用昭５６−１２３５５９号公報

上記のような半導体装置において、その端子（リードあるいは配線）は、半導体チップの上面側、下面側、あるいはこれらの両方に形成される。上記の製造方法においては、この端子の取り出しの形態は制限される。あるいは、この端子の取り出しの形態によっては、その製造方法は複雑となる。

例えば、特許文献１に記載の半導体装置は、容易に製造できることは明らかであるものの、ケースそのものを一つの電極（リード：端子）とし、他の端子は上側に突出させる形態とすることしかできず、例えば端子を下側に複数設けることは極めて困難である。特許文献２、５に記載の半導体装置、あるいはその製造方法も、容易に実現することができるものの、同様に、端子を下側に複数設けることは極めて困難である。

一方、特許文献３、４に記載の製造方法においては、半導体チップの下側に端子（回路パターン）を複数設けることも可能となる。しかしながら、例えば特許文献３に記載の技術においては、粘着テープ上に薄膜の回路パターンを形成する工程が必要になる、また、特許文献４に記載の技術では、下側のリード（端子））を別途準備することが必要になる。更に、開口部を下側から覆うためのフィルムを貼付及び剥離する工程が必要になる。

このため、モールド層中に半導体チップが封止された形態の半導体装置を、端子の取り出しの構成によらずに簡易な製造方法で製造することは困難であった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体チップの周囲にモールド層が形成された構成を具備する半導体装置の製造方法であって、平面状とされたテープ上において、開口部を具備する外枠部を、当該外枠部と前記テープとの間が接着された状態で設置する外枠部設置工程と、前記外枠部の前記開口部中における前記テープ上に前記半導体チップを設置する半導体チップ設置工程と、前記テープ上において、前記外枠部の前記開口部に液状の樹脂材料を滴下した後に硬化させることによって前記モールド層を形成するモールド層形成工程と、前記外枠部から前記テープを剥離するテープ剥離工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体チップの上面側にリード端子を形成し、前記モールド層形成工程において、前記モールド層の上面から前記リード端子が突出した形態とすることを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体チップの下面に電極パッドを形成し、前記半導体チップ設置工程において、前記電極パッドを前記テープに接着することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体チップ設置工程において、放熱板を介して前記半導体チップを前記テープ上に設置することを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法において、前記テープはその長手方向に移動する設定とされ、前記長手方向における異なる箇所で、前記外枠部設置工程、前記半導体チップ設置工程、前記モールド層形成工程、及び前記テープ剥離工程を、順次行うことを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記半導体装置の製造方法によって製造されたことを特徴とする。
本発明の半導体装置は、半導体チップの周囲にモールド層が形成され、平坦な下面を具備する半導体装置であって、上面側から下面側にかけて貫通する開口部を有する外枠部を具備し、前記半導体チップは前記外枠部の前記開口部中に設けられ、前記モールド層は前記開口部中に形成されたことを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記外枠部の上面側において、前記半導体装置を実装する際の位置決め用の凸部又は凹部が形成されたことを特徴とする。

本発明は以上のように構成されているので、モールド層中に半導体チップが封止された形態の半導体装置を、端子の取り出しの構成によらずに簡易な製造方法で製造することができる。

本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の構成を示す上面側から見た斜視図（ａ）、下面側から見た斜視図（ｂ）、その断面図（ｃ）である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を流れ作業で実現する構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の第１の変形例の構成を示す上面側から見た斜視図（ａ）、下面側から見た斜視図（ｂ）である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の第２の変形例の構成を示す上面側から見た斜視図（ａ）、下面側から見た斜視図（ｂ）、断面図（ｃ）である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の第３の変形例の構成を示す上面側から見た斜視図である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の第４の変形例の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態となる半導体装置の製造方法について説明する。この半導体装置（半導体モジュール）においては、半導体チップがモールド層中に封止された形態とされる。この際、半導体チップに接続された端子の取り出しを、半導体チップの上面側、下面側の両方で行うことができる。図１は、この半導体装置の製造方法における形態を示す斜視図である。図１においては、端子（リード端子）は半導体チップの上面側においてのみ形成されているものとする。ここでは、まず、図１（ａ）に示されるように、半導体チップ１０、外枠部２０、テープ３０が準備される。

半導体チップ１０は、この半導体装置において用いられる矩形体形状のチップ、例えばシリコンチップであり、図において上面側にリード端子１１が６本設けられている。この形態は、特許文献１に記載のダイオードと同様であり、特許文献１に記載の場合には上側に１本のリード端子のみが設けられていたのに対し、ここでは６本設けられているものとする。

外枠部２０には開口部が設けられ、外枠部２０を平面上に設置した際に、この開口部の内部に半導体チップ１０が嵌合して設置できるような形態とされる。内部に半導体チップ１０を設置できるという点では特許文献１における支持電極と同様であるが、この外枠部２０を平面上に設置した際に、この開口部はその上部から下部まで貫通し、底面を具備しない点が異なる。半導体チップ１０は、リード端子１１を上側にした状態で外枠部２０内に設置される形態とされる。外枠部２０は、樹脂材料や金属で形成することができる。外枠部２０を樹脂材料で形成した場合には、半導体チップ２０への高い絶縁性が得られ、外枠部２０を金属で形成した場合には、半導体チップからの高い放熱性が得られる。

テープ３０は、耐熱性の樹脂材料あるいは金属で構成され、上面側においてのみ粘着層が設けられており、この上において、外枠部２０、半導体チップ１０を接着して固定できる構成とされる。この際、外枠部２０の下部は、半導体チップ１０の周囲において外枠部２０の下部とテープ３０とが密着するような形状とされる。

以上の構成により、図１（ｂ）に示されるように、平面状とされたテープ３０上において、外枠部２０を接着して固定することができる（外枠部設置工程）。この際、外枠部２０の下部とテープ３０とは密着している。

次に、図１（ｃ）に示されるように、外枠部２０で囲まれた内部におけるテープ３０上に、半導体チップ１０を固定する（半導体チップ設置工程）。この際、半導体チップ１０の下面も、テープ３０と接着して固定される。

この状態において、液状とされた熱硬化性樹脂（モールド層となる材料）を上側から外枠２０の開口部に流し込んだ後に、硬化させることによって、図１（ｄ）に示されるように、外枠２０内で半導体チップ１０がモールド層４０で封止される（モールド層形成工程）。これにより、半導体装置１００を得ることができる。

その後、図１（ｅ）に示されるように、半導体装置１００の底面からテープ３０を剥離すれば、分離された半導体装置１００を得ることができる（テープ剥離工程）。図２（ａ）は、この半導体装置１００を上面側から見た斜視図であり、図２（ｂ）は、この半導体装置１００を底面側から見た斜視図、図２（ｃ）は、半導体チップ１０の厚さ方向における断面図である。下面側においては、外枠部２０の中で半導体チップ１０の下面が露出しており、上面側はモールド層４０で封止されることによって、半導体チップ１０が外枠部２０内で固定されている。上面側では、モールド層４０からリード端子１１が突出している。この半導体装置１００においては、その下面側で、外枠部２０と半導体チップ１０は同一平面を構成するため、下面は平坦となる。

なお、図１、２の記載では半導体チップ１０と外枠部２０との間には空隙が全くないものとしているが、外枠部２０とテープ３０の間は密着しているため、空隙が存在しても、上記と同様にモールド工程を行うことができる。この場合には、半導体装置１００の下面側の一部でモールド層４０も露出し、外枠部２０、半導体チップ、モールド層４０は同一平面を構成し、下面が平坦となることは上記と同様である。

この半導体装置１００を実装する際には、例えば基板に対して半導体装置１００の上面側を固定する。この際、リード端子１１を機械的に固定して電気的接続をとればよい。この際、外枠部２０が存在していても、障害になることはない。

なお、ここで、露出した半導体チップ１０の底面には絶縁層を形成してもよく、全面に導電層を形成してもよい。後者の場合には、露出した導電層を一つの電極として使用することもできる。これらの形成は、半導体チップ設置工程の前において行われていればよい。また、半導体チップ１０の下面は平面状である必要もない。

図１（ｂ）〜（ｅ）の各工程は、テープ３０をその長手方向に徐々に移動させることによって行うことができる。この場合、図１の製造方法を、テープ３０を移動させ、各工程をこの長手方向における異なる場所で行う流れ作業で容易に行うことができる。図３は、この構成を模式的に示す図である。

図３において、テープ３０は、送出側リール２０１と回収側リール２０２の間で、ロール２０３を介して図中左側から右下側に移動する。この際、テープ３０は、平面状の作業台（図示せず）の上を滑って移動する設定とされている。また、テープ３０における粘着層は図中上側に形成されているものとする。初めに、外枠部設置ブロック２１０において、テープ３０上に外枠部２０が設置され（外枠部設置工程）、その後、半導体チップ設置ブロック２２０において、外枠部２０の中に半導体チップ１０が設置される（半導体チップ設置工程）。

次に、樹脂材料滴下ブロック２３０において、外枠２０の開口内に、モールド層４０の材料となる液状の熱硬化性樹脂４１が適量滴下される。その後、硬化ブロック２４０において、熱硬化性樹脂４１が硬化してモールド層４０となる温度で熱処理が行われる（モールド層形成工程）。この熱処理は、熱硬化性樹脂４１が完全硬化する条件で行う必要はなく、この熱処理によって定形性をもったモールド層４０が得られればよい。このため、例えばこの際の温度をテープ３０に悪影響を与えることのない程度の温度として、例えば１５０℃とすることができる。逆に、テープ３０に対しては、この程度の温度に耐える耐熱性のものを使用することができる。

その後、テープ剥離ブロック２５０において、図１（ｅ）に示されるように、半導体装置１００がテープ３０から剥離して得られる（テープ剥離工程）。

その後、硬化ブロック２４０における熱処理よりも高温、長時間の熱処理を行うキュア工程が半導体装置１００に対して行えば、モールド層４０を完全硬化させることができる。この工程は、複数の半導体装置１００に対して同時に行うことができる。

図３に示された作業は、テープ３０を用いて容易に行うことができる。すなわち、上記の製造方法を容易に実行することができる。ただし、図３に示された構成以外でも、例えば広いシート状のテープ３０を用いて多数の外枠部２０をこの上に配列し、上記の製造方法を同様に実施することもできる。

図１の形態においては、半導体チップ１０において、上面側にリード端子（端子）１１が設けられており、これに対応した構成の半導体装置１００が製造されるものとした。しかしながら、上記の製造方法においては、底部も開口した外枠部２０が用いられるため、半導体チップ１０の下面側の形状は、外枠部２０の内部で半導体チップ１０が封止できる限りにおいて、任意である。このため、上記の製造方法によって、図１に示された半導体装置１００と異なる形態の半導体装置（半導体モジュール）を製造することもできる。

例えば、半導体チップ１０の下面側にも端子（電極パッド）を設けることができる。図４は、この構成の半導体装置（第１の変形例）１１０の上面側からの斜視図（ａ）、その下面側からの斜視図（ｂ）である。上記の製造方法によって、この半導体装置１１０を製造することができる。ここでは、半導体チップ１０の下面側（テープ３０側）に複数の電極パッド（端子）１２が設けられ、その上面側には電極やリード端子は形成されていない。半導体チップ設置工程の前において、半導体チップ１０の下面側に複数の電極パッド１２を形成し、半導体チップ設置工程において、電極パッド１２がテープ３０に接着される状態とすれば、完成後の半導体装置１１０の下面において電極パッド１２が露出する。この際、半導体チップ１１０の下面側において電極パッド１２が厚く形成されたために、電極パッド１２以外の領域には熱硬化性樹脂４１（モールド層４０）が回り込んで形成される場合もあるが、この半導体装置１１０を使用する際には問題になることはない。この場合においても、上記の製造方法によれば、半導体装置１１０の下面は平坦となって形成される。

この半導体装置１１０を使用する際には、前記の半導体装置１００と逆に、例えば基板に対して下面側の電極パッド１２をはんだ付けすることによって、面実装することができる。なお、下面側に電極パッド１２を形成し、かつ上面側にリード端子１１を形成した場合でも、同様に上記の製造方法を適用することができることは明らかである。すなわち、半導体チップの上面側、下面側の両方に端子を形成することも可能である。

また、図５に示されるように、半導体チップ１０の放熱性を高めるために下面側に放熱板を設けた半導体装置（第２の変形例）１２０を製造することもできる。図５（ａ）はその上面側からの斜視図、図５（ｂ）はその下面側からの斜視図、図５（ｃ）は半導体チップ１０の厚さ方向におけるその断面図である。この半導体装置１２０を製造する際には、図１における半導体チップ１０の下面側に絶縁層５０を介して放熱板６０を予め接合した構造を、図１における半導体チップ１０の代わりに用いることによって、上記の製造方法を用いることができる。

また、外枠部の下面側（テープ３０側）は、テープ３０との間が密封されるような形状とする必要があるが、その上面側は、凹凸を設けた形状とすることも可能である。図６は、こうした半導体装置（第３の変形例）１３０の上面側からの斜視図である。この半導体装置１３０において用いられる外枠部１４０の開口部は矩形形状とはされておらず、その４つの頂点において張り出し部１４１が設けられている。この張り出し部１４１の上面側には、凸部１４２、凹部１４３が設けられている。

この半導体装置１３０を実装する際には、例えばその上面側を基板等に固定してリード端子１１を電気的に接続する。この際の位置決め用に、凸部１４２、凹部１４３を用いることができる。この場合、この半導体装置１３０の機械的固定には凸部１４２、凹部１４３を用い、リード端子１１を電気的接続の目的のみに使用することができる。このため、リード端子１１に対する機械的負荷が低減し、実装時における高い信頼性が得られる。

また、外枠部２０内で半導体チップ１０とモールド層４０とが固定される限りにおいて、外枠部２０内の構造は任意である。例えば、図７にその断面図を示すように、外枠部２０の中で中空構造をもつ半導体装置（第４の変形例）１５０を形成することもできる。この半導体装置１５０においては、外枠部２０内の開口よりも小さな半導体チップ１６０が用いられ、外枠部２０の内面とこの半導体チップ１６０間の空隙にモールド層４０が形成される。これによって、半導体チップ１６０は外枠部２０に固定される。一方、半導体チップ１６０の上面には、半導体チップ１６０の表面を保護するための薄い保護樹脂層１７０が形成される。

この構造においては、モールド層４０は、必要最小限の体積だけ形成される。保護樹脂層１７０としては、モールド層４０と異なる材料を用いることができ、例えば、モールド層４０として半導体チップ１６０の固定に適した材料を用いる一方で、保護樹脂層１７０として、耐湿性等に効果のある樹脂材料を用いることができる。すなわち、モールド層４０と保護樹脂層１７０で異なる材料を用いることができ、これによってこの半導体装置１５０の信頼性を高めることができる。モールド層４０と同様にして保護樹脂層１７０も形成できることは明らかである。

熱硬化性樹脂４１の滴下量を調整することによって、図７のような形態のモールド層４０を形成することができる。また、図３の製造装置を用いてこの半導体装置１５０を製造する場合には、保護樹脂層１７０を形成しない状態でこの半導体装置１５０をテープ３０から分離し、その後で保護樹脂層１７０を形成すればよい。あるいは、モールド層４０を形成する場合と同様に、保護樹脂層１７０を形成するための保護樹脂層材料滴下ブロック、これを硬化させるための硬化ブロックをテープ剥離ブロック２５０の前に更に追加してもよい。

以上説明したように、上記の製造方法によって、半導体チップがモールド層中に封止された形態の半導体装置（半導体モジュール）を容易に製造することができる。この際、半導体チップからの電極の取り出しは、半導体チップの上面側、下面側のどちらからも行うことができる。また、外枠部内の構造や、半導体チップの上面側における外枠部の構造は、機能に応じて様々な形態とすることができる。この場合においても、同様にこの半導体装置を製造することができる。

なお、上記の例においては、外枠部（モールド層）内に１枚の半導体チップが設けられる構成としたが、複数枚の半導体チップを設けることもできる。また、例えば放熱板を用いた構成（図５）においては、単一の放熱板上に複数の半導体チップを配した構成とすることもできる。

１０、１６０ 半導体チップ
１１ リード端子（端子）
１２ 電極パッド（端子）
２０、１４０ 外枠部
３０ テープ
４０ モールド層
４１ 熱硬化性樹脂
５０ 絶縁層
６０ 放熱板
１００、１１０、１２０、１３０、１５０ 半導体装置（半導体モジュール）
１４１ 張り出し部
１４２ 凸部
１４３ 凹部
１７０ 保護樹脂層
２０１ 送出側リール
２０２ 回収側リール
２０３ ロール
２１０ 外枠部設置ブロック
２２０ 半導体チップ設置ブロック
２３０ 樹脂材料滴下ブロック
２４０ 硬化ブロック
２５０ テープ剥離ブロック

Claims (8)

1. 半導体チップの周囲にモールド層が形成された構成を具備する半導体装置の製造方法であって、
   平面状とされたテープ上において、開口部を具備する外枠部を、当該外枠部と前記テープとの間が接着された状態で設置する外枠部設置工程と、
   前記外枠部の前記開口部中における前記テープ上に前記半導体チップを設置する半導体チップ設置工程と、
   前記テープ上において、前記外枠部の前記開口部に液状の樹脂材料を滴下した後に硬化させることによって前記モールド層を形成するモールド層形成工程と、
   前記外枠部から前記テープを剥離するテープ剥離工程と、
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記半導体チップの上面側にリード端子を形成し、
   前記モールド層形成工程において、前記モールド層の上面から前記リード端子が突出した形態とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記半導体チップの下面に電極パッドを形成し、
   前記半導体チップ設置工程において、前記電極パッドを前記テープに接着することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記半導体チップ設置工程において、
   放熱板を介して前記半導体チップを前記テープ上に設置することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記テープはその長手方向に移動する設定とされ、
   前記長手方向における異なる箇所で、前記外枠部設置工程、前記半導体チップ設置工程、前記モールド層形成工程、及び前記テープ剥離工程を、順次行うことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法によって製造されたことを特徴とする半導体装置。
7. 半導体チップの周囲にモールド層が形成され、平坦な下面を具備する半導体装置であって、
   上面側から下面側にかけて貫通する開口部を有する外枠部を具備し、
   前記半導体チップは前記外枠部の前記開口部中に設けられ、前記モールド層は前記開口部中に形成されたことを特徴とする半導体装置。
8. 前記外枠部の上面側において、前記半導体装置を実装する際の位置決め用の凸部又は凹部が形成されたことを特徴とする請求項６又は７に記載の半導体装置。

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