JP4470780B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、複数のベアチップが搭載された基板上に樹脂を塗布する半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置において、水分による腐食や塵・埃等から電極パッドやワイヤ等の金属部材を保護するため、これらの金属部材と外気との接触を防ぐ必要があり、そのためにこれらの金属部材を樹脂で封止する方法が採られている。

従来の樹脂封止型の半導体装置の製造は、一般的に以下のような工程で行われていた。
すなわち、所定の回路と電極端子とを有する基板上に、半導体素子を形成したベアチップを搭載する工程と、電極端子とベアチップ上の電極パッドとをワイヤ等で配線して電気的に接続する工程と、その後に、ワイヤ及びベアチップ全体を樹脂で封止する工程と、封止が完了した基板を所定の形状に切断する工程とで、半導体装置を製造していた。半導体素子がフォトダイオード、フォトトランジスタ、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）、レーザーダイオード等の受光素子または発光素子等の光学素子である場合、封止には透明樹脂が使用される（特許文献１参照）。
特開２００５−５３６３号公報

上記樹脂封止型の半導体装置の製造方法に関しては、以下のような問題点があった。
（１）ワイヤ及びベアチップ全体を樹脂で封止するためには、金型が必要であり、大きな設備投資が要求された。また、金型およびその他、樹脂モールドのための機器や設備のメンテナンスの負担が大きいという問題もあった。
（２）はんだリフロー時等の加熱過程において、封止樹脂とベアチップとの熱膨張率の差による熱応力が生じ、ベアチップに割れや欠けが発生する。あるいは、ワイヤの接続が切れるという懸念もあった。
（３）半導体素子が光学素子である場合に用いられる透明樹脂は、一般に不透明な黒色樹脂等に比べて高価であった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされた発明であり、低コストで半導体装置を製造できると共に、その半導体装置の信頼性を確保できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる半導体装置の製造方法は、
半導体素子が形成された複数のベアチップを、基板上にマトリクス状に搭載する搭載工程と、
前記ベアチップ上に形成された複数の電極パッドと前記基板上に形成された電極端子とを導電部材で電気的に接続する工程と、
少なくとも前記電極パッド及び前記導電部材が樹脂で覆われるように樹脂を塗布する塗布工程と、を有し、
前記各ベアチップはほぼ矩形であり、前記各電極パッドは、前記各ベアチップの４辺それぞれに沿った外周部に形成され、
前記搭載工程では、前記基板上に搭載された第１のベアチップの対向する２辺の延長線上に、該第１のベアチップと隣接する第２のベアチップの対向する２辺が重なるように配列され、
前記塗布工程は、ベアチップの１辺について樹脂を塗布した後、一つ前に樹脂を塗布した辺と同一直線上の辺について樹脂を塗布するようにして、順次に隣接するベアチップについて樹脂を塗布する一方、前記ベアチップにおいて樹脂が塗布された辺に対向する側について、一つ前に樹脂を塗布した辺と同一直線上の辺について樹脂を塗布するようにして、順次に隣接するベアチップについて樹脂を塗布する第１塗布部分工程と、
前記樹脂を塗布された複数の辺と略直交する辺において、ベアチップの一辺について樹脂を塗布した後、一つ前に樹脂を塗布した辺と同一直線上の辺について、樹脂をその供給を途中で中断することなく塗布するようにして、順次に隣接するベアチップについて樹脂を塗布する一方、前記ベアチップにおいて樹脂が塗布された辺に対向する側について、一つ前に樹脂を塗布した辺と同一直線上の辺について、樹脂をその供給を途中で中断することなく塗布するようにして、順次に隣接するベアチップについて樹脂を塗布する第２塗布部分工程と、から構成されることを特徴とする。

前記第１塗布部分工程では、前記基板上に搭載された一のベアチップの角部を挟んで隣接する２つの電極パッドを前記一のベアチップの辺に沿って結ぶ経路であって前記一のベアチップの角部を経由するＬ字状の経路を構成する２つの直線状の経路部分の内、その長さがより短い方の当該経路部分に沿って位置する前記一のベアチップの１辺について樹脂を塗布した後、一つ前に樹脂を塗布した辺と同一直線上の辺について樹脂を塗布するようにして、順次に隣接するベアチップについて樹脂を塗布するようにしてもよい。

前記半導体素子は受光部または発光部を有する光学素子を含み、
前記塗布工程では、前記受光部または発光部が樹脂で覆われないように、樹脂を塗布してもよい。

少なくとも電極パッドとワイヤを含むように樹脂で被覆することにより、金型を使わずにディスペンス法等により樹脂を塗布することができるため、簡易かつ安価に、半導体装置を製造する方法を提供することができる。また、熱応力差の影響が緩和され、半導体装置の信頼性を確保できる。また、特に半導体素子が光学素子を含む場合であっても不透明な樹脂を使用可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１０の構成を示す平面図である。この半導体装置１０は、半導体素子が形成されたベアチップ１１を基板１７に搭載した装置である。

基板１７は、例えば矩形であり、基板１７上の中央には、ダイパッド１２が形成されると共に、基板１７の外縁近傍には、外部との接続を可能にする複数の電極端子１４が、基板１７の各辺に沿って形成されている。

ベアチップ１１は、基板１７のダイパッド１２の上に取付けられている。ベアチップ１１の外形も矩形である。ベアチップ１１上には、複数の電極パッド１３がベアチップ１１の各辺に沿った外周部に形成されている。ベアチップ１１の電極パッド１３と基板１７の電極端子１４とは、ワイヤ１５により電気的に接続されている。

また、ベアチップ１１の４辺に並んだ電極パッド１３と、ワイヤ１５とはすべて樹脂１６で被覆されている。

次に、この半導体装置１０の製造方法を説明する。
図２及び図３は、図１の半導体装置１０の製造工程の説明図である。

複数の半導体装置を製造するために、当初の基板１７には、１つの半導体装置を構成するためのダイパッド１２及び複数の電極端子１４のパターンが、マトリクス状に複数組形成されている。

このような基板１７に対して、図２（ａ）のベアチップ搭載工程と、図２（ｂ）の接続工程と、図２（ｃ）及び図３（ｄ）の塗布工程と、ダイシング工程とを行うことにより、図３（ｅ）に示すように半導体装置１０が製造される。

図２（ａ）のベアチップ搭載工程では、電極端子１４が設けられた基板１７に、半導体素子が形成されたベアチップ１１を搭載する。ベアチップ１１が搭載されるダイパット１２部分には、予め接着用ペースト材が塗布されている。この接着用ペースト材上にベアチップ１１を搭載し、基板１７ごと加熱炉内に入れ、接着用ペースト材を熱硬化させてベアチップ１１を基板１７に固定する。

図２（ｂ）の接続工程では、ワイヤボンダを用いてベアチップ１１の表面の外周部に形成された電極パッド１３と基板１７上の電極端子１４とをワイヤ１５で電気的に接続する。

図２（ｃ）の塗布工程では、ベアチップ１１の対向する２辺に沿って電極パッド１３と、ワイヤ１５と、ワイヤ１５の周辺部分に樹脂１６を塗布して覆う。樹脂１６として、熱硬化性のエポキシ樹脂等を用いることができる。

この塗布工程では、基板１７をＸ，Ｙの２方向に移動可能なＸＹステージ（図示略）に乗せ、ディスペンサに装着されたシリンダから充填された樹脂１６を押し出すと同時に、シリンダ先端とＸＹステージが相対的に所定距離だけＸ方向に移動するように、シリンダおよび/またはＸＹステージを動かし、ベアチップ１１の一辺について電極パッド１３とワイヤ１５とワイヤ１５の周辺部分とを樹脂１６で覆う。ベアチップ１１の一辺について樹脂１６が塗布された後は、隣接するベアチップ１１に対しても、一つ前に樹脂１６を塗布した辺と同一直線上の辺について同様に樹脂１６を塗布する。以上のように順次隣接するベアチップに樹脂１６を塗布していく。

次いで、樹脂１６が塗布された辺に対向する側についても同様に樹脂１６を塗布して電極パッド１３とワイヤ１５およびワイヤ１５の周辺部分に樹脂１６を塗布して覆う。

その後、図３（ｄ）に示すように、ベアチップ１１上の残された辺についても以上の手順に従って順次に樹脂１６を塗布していく。
なお、シリンダは１本ではなく、複数本を使用して塗布するように塗布工程を構成することもできる。

各ベアチップ１１の全ての辺について樹脂１６の塗布が終了した基板１７は加熱炉内に入れられ、塗布した樹脂１６を熱硬化させる。

次に、ダイシング工程では、ダイシングカッターを用いて図３（ｄ）に示すダイシングラインｄに沿ってベアチップ１１を搭載した基板１７を所定の位置で切断し、図３（ｅ）に示すようにベアチップ１１単位で半導体装置を分離する。

以上により、図１の半導体装置１０が形成される。
本実施形態の半導体装置１０は、ベアチップ１１全体ではなく、少なくとも電極パッド１３とワイヤ１５が覆われるようにベアチップ１１の各辺に沿って樹脂１６を塗布すればよい。したがって、金型を使った樹脂封止によらずに、ディスペンス法等により樹脂１６を塗布すればよく、多数のベアチップ１１が基板に搭載された状態で連続的に樹脂１６を塗布する塗布工程が可能となる。これによって、簡易かつ安価に、半導体装置を製造できる。また、熱応力差の影響が緩和され、半導体装置の信頼性を確保できる。

なお、樹脂１６を塗布する順序は、ベアチップ１１上に形成された電極パッド１３の配置によって適宜調節することも可能である。例えば、図４（ａ）に、樹脂１６を横方向から縦方向に塗布した半導体装置の平面図を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す半導体装置のＡ−Ａ’線断面図である。また、図５（ａ）に、樹脂１６を縦方向から横方向に塗布した半導体装置の平面図を示す。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す半導体装置のＢ−Ｂ’線断面図である。

例えば、図４（ａ）に示すように電極パッド１３及び電極端子１４が形成された半導体装置で、横方向から樹脂１６を塗布すると、横方向に塗布された樹脂１６と縦方向に塗布された樹脂１６との接触界面は、図示するように電極パッド１３及び電極端子１４付近に横方向に形成される。本実施の形態で樹脂１６は、供給と中断を交互に繰り返し、連続的に塗布されるため、樹脂１６を供給した際及び中断した際、樹脂１６中に空気が内包される場合がある。結果として、先に塗布された樹脂１６と、その上から塗布された樹脂１６との接触界面近傍には図４（ｂ）に示すように空気が内包される恐れがある。樹脂中に空気が内包されると、空気及びこの空気に含まれる水分が、はんだリフロー時の加熱によって膨張することで樹脂にクラックが生じたり、あるいは半導体装置の性能を劣化させたりするおそれがある。従って、空気が内包される恐れがある接触界面が図４（ｂ）に示すように電極パッド１３付近に形成されると、半導体装置の信頼性を低下させる恐れがあり、図４（ａ）に示す半導体装置では横方向から縦方向に樹脂１６を塗布するのは好ましくない。

図５（ａ）に示すように、縦方向から横方向へ樹脂を塗布すると樹脂１６の接触界面は縦方向に形成される。この場合、接触界面は電極パッド１３及び電極端子１４から離れて形成され、図５（ｂ）に示すように接触界面近傍に空気が内包された場合であっても、電極パッド１３から離れた位置に形成されるため、電極パッド１３等に影響を及ぼす可能性が小さくなる。このように電極パッド１３及び電極端子１４の配置によって適宜樹脂１６を塗布する順を調節することによって、更に高い信頼性の半導体装置を製造することができる。

（第２の実施の形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置２０の平面図である。
この半導体装置は、半導体素子が形成されたベアチップ１１を基板１７に搭載した装置である。

基板１７は、例えば矩形であり、基板１７上の中央には、ダイパッド１２が形成されると共に、基板１７の外縁近傍には、外部との接続を可能にする複数の電極端子１４が、各辺に沿って形成されている。

ベアチップ１１は、基板１７のダイパッド１２の上に取付けられている。ベアチップ１１の外形も矩形である。ベアチップ１１上には、複数の電極パッド１３が各辺に沿って形成されている。ベアチップ１１の電極パッド１３と基板１７の電極端子１４とがワイヤ１５により、電気的に接続されている。

ベアチップ１１の４辺に並んだ電極パッド１３と、ワイヤ１５とは、すべて樹脂２６で被覆されている。

本実施の形態の半導体装置２０は、半導体装置１０と異なりベアチップ１１の４辺に並んだ電極パッド１３およびワイヤ１５が全て樹脂２６で被覆されているが、樹脂２６の一部は基板の端部まで到達している。

次に、この半導体装置２０の製造方法を説明する。
図７及び図８は、図６に示す半導体装置２０の製造方法の説明図である。
複数の半導体装置を製造するために、当初の基板１７には、１つの半導体装置を構成するためのダイパッド１２及び複数の電極端子１４のパターンが、マトリクス状に複数組形成されている。

このような基板１７に対して、図７（ａ）のベアチップ搭載工程と、図７（ｂ）の接続工程と、図７（ｃ）及び図８（ｄ）の塗布工程と、ダイシング工程とを行うことにより、半導体装置が製造される。

図７（ａ）のベアチップ搭載工程は、第１の実施形態のベアチップ搭載工程と同様であり、電極端子１４が設けられた基板１７に、半導体素子が形成されたベアチップ１１を搭載する。基板１７上のベアチップ１１が搭載されるためのダイパット１２部分には、予め接着用ペースト材が塗布されており、基板１７ごと加熱炉内に入れ、接着用ペースト材を熱硬化させてベアチップ１１を基板１７に固定する。

図７（ｂ）の接続工程も、第１の実施形態の接続工程と同様であり、ワイヤボンダを用いてベアチップ１１の表面の外周部に形成された電極パッド１３と基板１７上の電極端子１４とをワイヤ１５で電気的に接続する。

図７（ｃ）の塗布工程では、ベアチップ１１の各辺に沿って電極パッド１３とワイヤ１５およびワイヤ１５の周辺部分に樹脂２６を塗布して覆う。樹脂２６には、熱硬化性のエポキシ樹脂等が使用できる。

即ち、基板１７をＸＹステージ（図示略）に乗せ、ディスペンサに装着されたシリンダから充填された樹脂２６を押し出すと同時に、シリンダ先端とＸＹステージが相対的に所定距離だけＸ方向に移動するように、シリンダおよび/またはＸＹステージを動かし、ベアチップ１１の一辺について電極パッド１３とワイヤ１５およびワイヤ１５の周辺部分を樹脂２６で覆う。

ベアチップ１１の一辺について樹脂２６が塗布された後は、そのままシリンダからの樹脂２６の供給を止めることなくシリンダおよび/またはＸＹステージを移動させ、一つ前に樹脂２６を塗布した辺と同一直線上の辺について同様に樹脂２６を塗布するようにして、順次に樹脂２６を塗布していく。

次いで、樹脂２６が塗布された辺に対向する側についても同様に樹脂２６を塗布する。

その後、図８（ｄ）に示すようにベアチップ１１上の残された辺についても同様に樹脂２６を塗布する。
なお、シリンダは１本ではなく、複数本を使用して塗布するように塗布工程を構成することもできる。
各ベアチップ１１の全ての辺について樹脂２６の塗布が終了した基板１７は加熱炉内に入れられ、塗布した樹脂２６を熱硬化させる。

図８（ｄ）のダイシング工程では、ダイシングカッターを用いてベアチップ１１を搭載した基板１７をダイシングラインｄに沿って切断し、図８（ｅ）に示すようにベアチップ１１単位で半導体装置を分離する。

以上により、図６に示す半導体装置２０が形成される。
本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、第１の実施形態による製造方法に比べ、樹脂供給やシリンダまたはＸＹステージ移動の中断と再開を繰り返す必要がないため、更に塗布工程の効率を上げることができる。

また、本実施の形態の製造方法では、樹脂の供給を中断することなく連続して行う。樹脂によって空気を押し出しながら塗布工程が行われるため、樹脂中に空気が内包される恐れが軽減する。従って、樹脂中に空気が内包されることで生じるクラックや、半導体装置の性能の劣化を生じさせる恐れが軽減し、高い信頼性を備える半導体装置を製造することができる。例えば、図９（ａ）に、樹脂２６を縦方向から横方向に塗布した半導体装置の平面図を示す。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す半導体装置のＣ−Ｃ’線断面図である。図９（ａ）に示すように縦方向から横方向に樹脂２６を塗布した場合、接触界面は縦方向に形成される。上述したように本実施の形態では樹脂２６は中断なく連続的に供給されるため、樹脂２６中に空気が内包される恐れが軽減され、図９（ｂ）に示すように接触界面近傍に空気が内包されることなく半導体装置を製造することができる。

なお、本実施の形態の製造方法は、第１の実施の形態による製造方法と比べ、次のような利点も有する。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、第１の実施の形態による製造方法では、電極パッド１３及び電極端子１４の配置に応じて樹脂１６を塗布する順序を調節することで、空気が内包される恐れのある接触界面を電極パッド１３等から離すことができ、半導体装置１０の信頼性を確保することができる。しかし、例えば縦方向と横方向に同じように電極パッド等が配置されている等、電極パッド等の配置によっては塗布する順序を調節することで接触界面を電極パッド等から離すことが難しい場合もある。このような場合であっても、本実施の形態の製造方法では、樹脂の供給を途中で中断することなく、樹脂を塗布していくため、樹脂中に空気が混入されにくく、先に塗布された樹脂とその上から塗布された樹脂との接触界面近傍に空気が内包される恐れが軽減する。従って、高い信頼性を備える半導体装置を製造することができる。

（第３の実施の形態）
図１０は本発明の第３の実施形態に係る半導体装置３０の平面図である。
この半導体装置３０はフォトダイオードやレーザーダイオード等の光学素子１８が形成されたベアチップ１１を基板１７に搭載した装置である。
本実施の形態に係る半導体装置３０は、ベアチップ１１に光学素子１８が形成されている以外は第１の実施の形態と同様の構成を採る。第１の実施の形態と共通する部分は、同一の引用番号を付し詳細な説明は、省略する。

基板１７は、例えば矩形であり、基板１７上の中央には、ダイパッド１２が形成されると共に、基板１７の外縁近傍には、外部との接続を可能にする複数の電極端子１４が、各辺に沿って形成されている。

ベアチップ１１は、基板１７のダイパッド１２の上に取付けられている。ベアチップ１１の外形も矩形である。ベアチップ１１上には、複数の電極パッド１３が各辺に沿って形成されている。ベアチップ１１の電極パッド１３と基板１７の電極端子１４とがワイヤ１５により、電気的に接続されている。

ベアチップ１１の４辺に並んだ電極パッド１３及びワイヤ１５が、すべて樹脂１６で被覆されている。

光学素子１８は、フォトダイオードやレーザーダイオード等から構成され光学素子１８の発光部または受光部は樹脂１６で覆われず、開口している。

この半導体装置の製造方法は、図２及び３に示す製造工程で、光学素子の発光部または受光部が樹脂で覆われることなく開口するようにする必要がある以外は、第１の実施形態と同様の製造方法である。

本実施の形態の半導体装置の製造方法は、樹脂１６を電極端子１４、電極パッド１３等のみを覆うように形成するため、ベアチップ１１上に形成された光学素子１８は、受光面又は発光面が露出する。従って、封止に透明樹脂を使う必要がなく、コストを下げることができる。

本発明は上述した実施の形態に限られず、様々な修正及び応用が可能である。
例えば、上述した第３の実施の形態のようにベアチップに光学素子が形成される場合、第２の実施の形態と同様に連続的に樹脂を塗布する構成を採用することも可能である。この場合、発光部又は受光部が樹脂で覆われることなく開口するように樹脂を形成する。

本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程において樹脂を塗布する順序について説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造工程において樹脂を塗布する順序について説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造工程において樹脂を塗布する順序について説明する図である。 本発明の第３の実施の形態に係る半導体装置の平面図である。

符号の説明

１０，２０，３０ 半導体装置
１１ ベアチップ
１２ ダイパッド
１３ 電極パッド
１４ 電極端子
１５ ワイヤ
１６，２６ 樹脂
１７ 基板
１８ 光学素子

Claims (3)

1. 半導体素子が形成された複数のベアチップを、基板上にマトリクス状に搭載する搭載工程と、
   前記ベアチップ上に形成された複数の電極パッドと前記基板上に形成された電極端子とを導電部材で電気的に接続する工程と、
   少なくとも前記電極パッド及び前記導電部材が樹脂で覆われるように樹脂を塗布する塗布工程と、を有し、
   前記各ベアチップはほぼ矩形であり、前記各電極パッドは、前記各ベアチップの４辺それぞれに沿った外周部に形成され、
   前記搭載工程では、前記基板上に搭載された第１のベアチップの対向する２辺の延長線上に、該第１のベアチップと隣接する第２のベアチップの対向する２辺が重なるように配列され、
   前記塗布工程は、ベアチップの１辺について樹脂を塗布した後、一つ前に樹脂を塗布した辺と同一直線上の辺について樹脂を塗布するようにして、順次に隣接するベアチップについて樹脂を塗布する一方、前記ベアチップにおいて樹脂が塗布された辺に対向する側について、一つ前に樹脂を塗布した辺と同一直線上の辺について樹脂を塗布するようにして、順次に隣接するベアチップについて樹脂を塗布する第１塗布部分工程と、
   前記樹脂を塗布された複数の辺と略直交する辺において、ベアチップの一辺について樹脂を塗布した後、一つ前に樹脂を塗布した辺と同一直線上の辺について、樹脂をその供給を途中で中断することなく塗布するようにして、順次に隣接するベアチップについて樹脂を塗布する一方、前記ベアチップにおいて樹脂が塗布された辺に対向する側について、一つ前に樹脂を塗布した辺と同一直線上の辺について、樹脂をその供給を途中で中断することなく塗布するようにして、順次に隣接するベアチップについて樹脂を塗布する第２塗布部分工程と、から構成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記第１塗布部分工程では、前記基板上に搭載された一のベアチップの角部を挟んで隣接する２つの電極パッドを前記一のベアチップの辺に沿って結ぶ経路であって前記一のベアチップの角部を経由するＬ字状の経路を構成する２つの直線状の経路部分の内、その長さがより短い方の当該経路部分に沿って位置する前記一のベアチップの１辺について樹脂を塗布した後、一つ前に樹脂を塗布した辺と同一直線上の辺について樹脂を塗布するようにして、順次に隣接するベアチップについて樹脂を塗布する、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. 前記半導体素子は受光部または発光部を有する光学素子を含み、
   前記塗布工程では、前記受光部または発光部が樹脂で覆われないように、樹脂を塗布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。

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