(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板の表面に配設された半導体素子と、前記基板の前記表面から前記半導体素子を越えて突出するように形成された突起電極と、前記半導体素子および前記突起電極を封止する封止樹脂とを備えた半導体装置において、
前記基板の前記突起電極位置の裏面に裏面電極が形成され、
前記基板の前記突起電極位置は、前記裏面電極が前記裏面から突出するように変形しており、
前記封止樹脂は、前記突起電極の突出端部を露出させると共に、前記基板の前記突起電極位置の変形を生じさせるように成形されている、ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
基板の表面に半導体素子を接合する素子接合工程と、
前記基板の前記表面から前記半導体素子を越えて突出するように突起電極を形成する電極形成工程と、
前記半導体素子および前記突起電極を樹脂封止する樹脂封止工程と、を含む半導体装置の製造方法において、
前記電極形成工程は、前記基板の前記突起電極位置の裏面に裏面電極を形成する工程を含み、
前記樹脂封止工程は、前記突起電極の突出端部を露出させると共に、前記基板の前記突起電極位置を変形させて前記裏面電極を前記裏面から突出させるように樹脂成形する工程を含む、ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元実装に有利な半導体装置とその製造用金型、および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、三次元実装に有利な半導体装置を製造するための各種の製造方法が提案されている。一例として、特開２００１−１１０８２９においては、半導体素子の周囲に形成された突起電極を半導体素子と同時に樹脂成形する方法が開示されている。この公報においては、半導体装置を積層して実装基板に実装するための電気接続方法や樹脂封止方法が記載されている。
【０００３】
すなわち、電気接続方法としては、基板における突起電極の直下に貫通孔を形成してこの貫通孔の裏面からハンダボールを印刷し、このハンダボールをリフローにより貫通孔に流し込むことで、積層した半導体装置間の電気接続および積層端部の半導体装置と実装基板との電気接続を行う方法が記載されている。
【０００４】
また、樹脂封止方法としては、突起電極全体を半導体素子と共に樹脂中に埋没させるようにして樹脂封止し、その後にグラインダーを用いて半導体素子の非活性表面まで研削する方法や、突起電極を封止樹脂面から突出させるようにして半導体素子と共に樹脂封止し、その後に突起電極の突出端部に付着した樹脂を研磨・研削やエッチング等にて除去する方法が記載されている。
【０００５】
これらの樹脂封止方法のうち、突起電極全体を樹脂中に埋没させて樹脂封止する前者の方法においては、半導体装置の表面全体を均一に研削する結果、研削後の突起電極の露出面が樹脂表面と同一平面をなすため、半導体装置を単純に積層しただけでは接続不良を生じる可能性がある。これに対して、突起電極を封止樹脂面から突出させて樹脂封止する後者の方法においては、突起電極の突出端部に付着した封止樹脂を除去した後の突起電極の露出面が樹脂表面から突出するため、半導体装置を積層した際の電気接続の信頼性を向上できるという利点がある。
一方、このような樹脂封止方法に使用される具体的な樹脂成形法としては、トランスファ成形法や圧縮成形法などが存在している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来の半導体装置の製造方法には、次のような問題点がある。
【０００７】
第１に、半導体装置を積層して実装基板に実装するための電気接続方法として、貫通孔を形成してこの貫通孔の裏面からハンダボールを印刷し、このハンダボールをリフローにより貫通孔に流し込む方法は、貫通孔の形成、ハンダボールの印刷、リフロー、という３段階の工程が必要であり、このことは、製造効率の低下につながる。
【０００８】
第２に、半導体装置を積層して実装基板に実装するための樹脂封止方法として、突起電極を封止樹脂面から突出させて樹脂封止する方法においては、半導体装置を積層した際の電気接続の信頼性を向上できる反面、そのような樹脂封止を圧縮成形で実現するためには、圧縮成形用の金型の製作コストが増大するという問題がある。
【０００９】
すなわち、突起電極を突出させた状態で樹脂封止するためには、圧縮成形用の金型における突起電極に対応する位置に穴や溝を設ける必要があり、このことは金型製作コストの増大につながる。さらに、突起電極位置の異なる半導体装置を製造する場合には、突起電極に当接する側の金型または金型全体を交換する必要があるが、このことは、金型製作コストの増大に加えて、金型交換工程を必要とする分だけ製造効率を低下させる。
【００１０】
第３に、半導体装置を積層して実装基板に実装するための樹脂封止方法として、突起電極を封止樹脂面から突出させて樹脂封止する方法においては、樹脂封止時に突起電極の突出端部に付着した樹脂を研磨・研削やエッチング等にて除去する工程が必要であり、その分だけ製造効率を低下させる。
【００１１】
本発明は、以上のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的の１つは、封止樹脂面から突起電極を突出させると共に電気接続構造の形成方法を改良することにより、三次元実装時の電気接続を容易かつ確実に行うことが可能な、製造効率の向上に貢献し得る半導体装置および製造方法を提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、突起電極位置の異なる半導体装置に対しても、共通の安価な金型によって封止樹脂面から突起電極を突出させかつその突出端部に樹脂を付着せずに樹脂封止可能であり、三次元実装時の電気接続を容易かつ確実に行うことが可能な、製造効率の向上に貢献し得る半導体装置製造用金型および製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置とその製造方法は、基板表面に突起電極を形成すると共に基板裏面に裏面電極を形成し、封止樹脂の成形時に裏面電極を突出させるように基板を変形させることにより、樹脂成形時に封止樹脂面から突起電極を突出させると同時に基板裏面からも電極を突出させて信頼性の高い電気接続構造を容易に形成可能としたものである。
【００１４】
また、本発明の半導体装置製造用金型とそれを用いた製造方法は、金型の成形面に弾性体を配設することにより、突起電極位置に関係なく突起電極の突出端部を密着状態で収容してこの部分への樹脂の付着を防止する樹脂封止や、基板の裏面の変位を吸収して裏面電極を突出させるような基板の変形を可能にする樹脂封止を実現するものである。
【００１５】
請求項１の発明は、基板と、この基板の表面に配設された半導体素子と、前記基板の表面から半導体素子を越えて突出するように形成された突起電極と、前記半導体素子および前記突起電極を封止する封止樹脂とを備えた半導体装置において、次のような特徴を有するものである。すなわち、基板の突起電極位置の裏面に裏面電極が形成され、基板の突起電極位置は、裏面電極が裏面から突出するように変形しており、封止樹脂は、突起電極の突出端部を露出させると共に、基板の突起電極位置の変形を生じさせるように成形されている。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１の発明を方法の観点から把握したものであり、基板の表面に半導体素子を接合する素子接合工程と、基板の表面から半導体素子を越えて突出するように突起電極を形成する電極形成工程と、半導体素子および突起電極を樹脂封止する樹脂封止工程とを含む半導体装置の製造方法において、次のような特徴を有するものである。すなわち、電極形成工程は、基板の突起電極位置の裏面に裏面電極を形成する工程を含み、樹脂封止工程は、突起電極の突出端部を露出させると共に、基板の突起電極位置を変形させて裏面電極を裏面から突出させるように樹脂成形する工程を含む。
【００１７】
以上の特徴によれば、樹脂成形時に封止樹脂面から突起電極を突出させると同時に基板裏面からも電極を突出させることにより、ハンダボールをリフローで基板の貫通孔に流し込むといった手間のかかる工程を行うことなく、半導体装置を積層して実装基板に実装するための信頼性の高い電気接続構造を容易に形成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下には、本発明を適用した実施の形態として、樹脂成形時に半導体装置の表裏両面に突起電極を形成する場合について図面を参照して具体的に説明する。
【００２１】
［半導体装置の製造方法］
図１は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法の概略を示すフローチャートである。この図１に示すように、まず、ポリイミド基板等の基板の表面にバンプ等により複数の半導体素子を接合し（Ｓ１０１）、この基板の表面に、半導体素子よりも突出寸法の大きい複数の突起電極を形成すると共に、基板の突起電極位置の裏面に裏面電極を形成する（Ｓ１０２、Ｓ１０３）。なお、突起電極の数は、半導体素子の数に応じて決定される。また、図１中では一例としてＳ１０１〜Ｓ１０３の順で示しているが、これらの工程は、実際には、その一部または全部が並行的にあるいは異なる順番で行われる。
【００２２】
以上の工程により、図２に示すように、基板、半導体素子、突起電極、および裏面電極を備えた被成形品１が形成される。ここで、図２は、被成形品１の樹脂封止工程（Ｓ１０４〜Ｓ１０８）を段階的に示す説明図であり、この図２に示すように、枠状の固定下型１１とその内部を移動する可動下型１２からなる下型１３、および上型１４からなる金型１５を使用して被成形品１の樹脂成形を行う。
【００２３】
なお、金型１５の構成は次の通りである。まず、金型１５には、樹脂材料を加熱溶融させるための図示しないヒータが内蔵されている。また、下型１３は図示していない昇降機構によって上型１４に対して昇降するようになっている。さらに、本発明に従い、上型１４の下面および可動下型１２の上面には、シリコンゴムやポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の弾性体１６が配設されている。被成形品４の樹脂成形は次のように行われる。
【００２４】
まず、図２の（Ａ）に示すように、上型１４と下型１３とを対向して配置した状態で、可動下型１２の上面に樹脂材料２を載置すると共に、上型１４と下型１３との間に、被成形品１の半導体素子や突起電極の配置された中央部分が可動下型１２上に位置し、かつ、被成形品１の周縁部が固定下型１１上に位置するように被成形品１を配置する（Ｓ１０４）。この状態で、金型１５に内蔵した図示しないヒータにより樹脂材料２を加熱し溶融状態にする（Ｓ１０５）。
【００２５】
続いて、図２の（Ｂ）に示すように、図示しない昇降機構により、固定下型１１および可動下型１２を上昇させて、固定下型１１の上面と上型１４の下面とで被成形品１の周縁部をクランプする（Ｓ１０６）。この状態で、図示しない昇降機構により、可動下型１２のみをさらに上昇させ、溶融した樹脂材料２を圧縮し、被成形品１の基板と固定下型１１および可動下型１２によって形成されるキャビティ内に溶融した樹脂材料２を充満させることにより樹脂成形を行い、樹脂封止された成形品３を完成する（Ｓ１０７）。
【００２６】
樹脂成形後、図２の（Ｃ）に示すように、図示しない昇降機構により、固定下型１１および可動下型１２を下降させて、成形品３を金型１５から分離して取り出す（Ｓ１０８）。
【００２７】
［作用］
以上の方法で樹脂封止を行った場合の作用について、図３を参照して説明する。ここで、図３は、図２の（Ｂ）におけるＸ部分を拡大して示す断面図である。この図３に示すように、被成形品１は、基板２１、基板２１にバンプ２２を介して接合された半導体素子２３、スタッド棒からなる突起電極２４、裏面電極２５等から構成されている。
【００２８】
この被成形品１は、金型１５による樹脂成形時すなわち樹脂材料２の圧縮時において、突起電極２４の突出端部および裏面電極２５がシリコンゴムやＰＴＦＥ等の弾性体１６に挿入された状態で成形される。すなわち、樹脂封止側の突起電極２４は、その突出端部が可動下型１２に配設された弾性体１６に密着状態で収容されるため、突出端部に樹脂を付着せずに樹脂封止を行うことができる。
【００２９】
また、被成形品１の裏面側においては、上型１４に配設された弾性体１６により基板２１の裏面の変位を吸収できるため、樹脂材料２の圧縮時に可動下型１２から弾性体１６を介して突起電極２４に加わる圧縮力により基板２１がその位置で裏面側に突出するように変形する。これにより、図中Ｙで示すように、基板２１における突起電極位置の裏面に形成された裏面電極２５が基板２１の裏面から突出する。例えば、４０μｍ厚のポリイミド基板を使用した場合には、裏面電極２５を５〜２０μｍ突出できる。
【００３０】
［効果］
上記のような半導体装置の製造方法によれば、次のような効果が得られる。
【００３１】
第１に、基板の突起電極位置の裏面に印刷等で裏面電極を形成するだけで、樹脂封止時に裏面電極を自動的に突出させることができるため、半導体装置を積層して実装基板に実装するための信頼性の高い電気接続構造を容易に形成することができる。したがって、従来に比べて、ハンダボールをリフローで基板の貫通孔に流し込む等の手間が不要となる分だけ、製造効率を向上することができる。
【００３２】
第２に、金型の成形面にシリコンゴムやＰＴＦＥ等の弾性体を配設するだけで、樹脂成形時に突起電極および裏面電極の両方を突出させることができる。したがって、従来に比べて、金型における突起電極に対応する位置に穴や溝を設ける必要がない分だけ、金型製作コストを削減することができる。さらに、突起電極位置の異なる半導体装置を製造する場合でも、突起電極に当接する可動下型または金型全体を交換する必要がないため、金型製作コストの削減に加えて、金型交換工程が不要となる分だけ製造効率を向上することができる。
【００３３】
第３に、金型の成形面にシリコンゴムやＰＴＦＥ等の弾性体を配設するだけで、樹脂封止時における突起電極の突出端部への樹脂の付着を防止できるため、従来に比べて、突起電極の突出端部に付着した樹脂を研磨・研削やエッチング等にて除去する必要がない分だけ製造効率を向上することができる。
【００３４】
［裏面電極の具体的な形成方法］
なお、本発明における裏面電極の形成方法は自由に選択可能であるが、例えば、図４〜図６に示すような方法が採用可能である。
図４は、基板２１の突起電極位置に設けた貫通孔２１ａの裏面に端子パターン２５ａを形成し、貫通孔２１ａに形成した金等のメッキ２６を介して基板２１表面の配線パターン２７と導通する方法を示している。
【００３５】
図５は、基板２１の突起電極位置に設けた貫通孔２１ａにハンダペースト２８を流し込んで基板２１表面の配線パターン２７と導通する方法を示している。
図６は、突起電極として小径部２４ａを含む段付形状の突起電極を使用し、基板２１の貫通孔２１ａに突起電極２４の小径部２４ａを挿入することにより、基板２１表面の配線パターン２７と導通する方法を示している。
いずれの方法を採用した場合でも、図４〜図６の右側に示すように、樹脂封止時の基板変形を利用して裏面電極２５を自動的に突出させることができる。
【００３６】
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記のような実施の形態に限定されるものではなく、他にも多種多様な形態が実施可能である。例えば、次のような形態を包含するものである。
【００３７】
まず、前記実施の形態においては、下型を昇降させて樹脂封止を行う場合について説明したが、逆に上型を昇降させるか、あるいは、上下両型を反対方向に昇降させた場合でも同様の効果を得ることができる。すなわち、本発明においては、対向する成形面の少なくとも一方に弾性体を配設している限り、使用する金型本体の具体的な構成は適宜選択可能である。
【００３８】
また、弾性体の具体的な材料は、シリコンゴムやＰＴＦＥに限定されるものではなく、十分な弾性と耐熱性を有する限り、他のフッ素樹脂あるいはその他の各種材料を適宜使用可能であり、また、複数の材料を適宜組み合わせてもよい。
また、前記実施の形態においては、上型と下型の両方に弾性体を配設した場合について説明したが、少なくとも一方の型に弾性体を配設するだけでも、本発明の効果は得られる。しかしながら、一般的には、両方の型に弾性体を配設することが望ましい。なお、弾性体の配設範囲は、面全体の一部あるいは全部のいずれでもよく、また、配設箇所によって異なる材料の弾性体を使用してもよい。
【００３９】
また、前記実施の形態においては、樹脂封止時に圧縮成形法を採用した場合について説明したが、トランスファ成形法を採用した場合にも同様の効果が得られるものである。ただし、その場合、突起電極のクランプは可動側金型の動作により行われる。
【００４０】
一方、前記実施の形態においては、突起電極をスタッド棒によって形成した場合について説明したが、突起電極の形成方法は自由に選択可能であり、例えば、バンプやハンダボール等によって突起電極を形成した場合でも、同様の効果が得られるものである。
【００４１】
また、図２中では、一例として、２個の半導体素子を含む半導体装置の製造方法を示しているが、本発明は、１個のみの半導体素子を含む半導体装置、あるいは逆に、３個以上の半導体素子を含む半導体装置、さらにはマトリックス状の多数の半導体素子を含む半導体装置、等の製造にも同様に適用可能であり、同様に優れた効果が得られるものである。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板表面に突起電極を形成すると共に基板裏面に裏面電極を形成し、封止樹脂の成形時に裏面電極を突出させるように基板を変形させることにより、樹脂成形時に封止樹脂面から突起電極を突出させると同時に基板裏面からも電極を突出させて信頼性の高い電気接続構造を容易に形成することができる。したがって、三次元実装時の電気接続を容易かつ確実に行うことが可能な、製造効率の向上に貢献し得る半導体装置および製造方法を提供することができる。
【００４３】
本発明においてはまた、金型の成形面に弾性体を配設することにより、突起電極位置に関係なく突起電極の突出端部を密着状態で収容してこの部分への樹脂の付着を防止する樹脂封止や、基板の裏面の変位を吸収して裏面電極を突出させるような基板の変形を可能にする樹脂封止を実現することができる。したがって、三次元実装時の電気接続を容易かつ確実に行うことが可能な、製造効率の向上に貢献し得る半導体装置製造用金型および製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一つの実施の形態に係る半導体装置の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図２】図１に示す製造方法中における被成形品の樹脂封止工程を段階的に示す説明図である。
【図３】図２の（Ｂ）におけるＸ部分を拡大して示す断面図である。
【図４】図１に示す製造方法における裏面電極の具体的な形成方法の一例を示す説明図である。
【図５】図１に示す製造方法における裏面電極の具体的な形成方法の別の一例を示す説明図である。
【図６】図１に示す製造方法における裏面電極の具体的な形成方法の別の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…被成形品
２…樹脂材料
３…成形品
１１…固定下型
１２…可動下型
１３…下型
１４…上型
１５…金型
１６…弾性体
２１…基板
２１ａ…貫通孔
２２…バンプ
２３…半導体素子
２４…突起電極
２４ａ…小径部
２５…裏面電極
２５ａ…端子パターン
２６…メッキ
２７…配線パターン
２８…ハンダペースト
【図１】
0003677762.tif 000002
【図２】
0003677762.tif 000003
【図３】
0003677762.tif 000004
【図４】
0003677762.tif 000005
【図５】
0003677762.tif 000006
【図６】
0003677762.tif 000007