(57)【要約】【課題】配線基板と樹脂封止部との密着性を確保しつつ、実装の際の信頼性も確保することができる半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置１は、配線基板２となる原基板に設けられた貫通孔に、溶融樹脂を注入し硬化させて形成された樹脂充填部６と、樹脂充填部６が形成された原基板に所定の配線パターン２２が形成された配線基板２と、配線基板２に搭載された半導体素子３と、半導体素子３を封止する樹脂封止部４とを備えている。予め樹脂充填部６を形成しておくことで、貫通孔に隙間無く樹脂を注入することができるので、実装の際の信頼性を確保することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板となる原基板に設けられた貫通孔に、溶融樹脂を注入し硬化させて樹脂充填部を形成する樹脂充填工程と、
前記樹脂充填部が形成された原基板に所定の配線パターンを形成して配線基板とする配線パターン形成工程と、
前記配線基板に半導体素子を搭載する搭載工程と、
前記半導体素子を封止する樹脂封止部を形成する封止工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記配線パターン形成工程では、予め原基板の全面に形成されていた金属薄膜をパターニングすると共に、パターニングされた金属薄膜にめっき層を形成する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記樹脂充填工程では、前記貫通孔が設けられた位置に対応させて、一方の型板に注入口が設けられ、他方の型板に空隙が設けられた一組の型板で原基板を挟み、前記注入口から前記スルーホールに溶融樹脂を注入し、前記注入口と前記空隙とからの硬化した余剰樹脂を研磨して、全体を平坦面とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記樹脂充填部を形成する樹脂を前記樹脂封止部を形成する樹脂より粘性が低い樹脂を使用する請求項１から３のいずれかの項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記樹脂充填部を形成する樹脂と前記樹脂封止部を形成する樹脂とは、同系の樹脂を使用する請求項１から４のいずれかの項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記請求項１から請求項５のいずれかの項に記載の半導体装置の製造方法により形成されたことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁性基板に配線パターンが形成された配線基板と、配線基板に搭載された半導体素子と、半導体素子を封止する樹脂封止部とを備えた半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
配線基板に半導体素子が搭載され、半導体素子が樹脂封止部により封止された従来の半導体装置（図１１参照）が知られている。この従来の半導体装置１００は、絶縁性基板２１に配線パターン２２が形成された配線基板２に搭載された半導体素子３が樹脂封止部４で封止されている。配線基板２の搭載面Ｆにワイヤ５で半導体素子３と接続するワイヤ接続電極２２ｂが形成され、搭載面Ｆとは反対側となる裏面Ｒに実装基板の端子と接続するための外部端子２２ｃが形成されている、そして、外部端子２２ｃとワイヤ接続電極２２ｂと電気的導通を図るために、銅めっき配線によって絶縁性基板２１を貫通するスルーホール電極２２ｄが形成されている。このスルーホール電極２２ｄには、銅の露出と腐食を防ぐために内部に樹脂が充填されている。スルーホール電極２２ｄの両端の開口部分は、ワイヤ接続電極２２ｂと外部端子２２ｃとの基部からこの樹脂上にかけてめっき処理により塞がれることで、蓋部２２ｄｘが形成されている。
【０００３】
このような従来の半導体装置１００においては、金属めっき処理された蓋部２２ｄｘと樹脂封止部４との密着性が低いため、環境条件が半田リフローを行ったときのような高温高湿状態となると、樹脂封止部の膨張収縮と吸湿によるポップコーン現象により、比較的面積の広いスルーホール電極２２ｄの蓋部２２ｄｘから界面剥離が発生することがある。対策として蓋部２２ｄｘの面積を小さくすることも考えられるが、スルーホール電極２２ｄそのものを極小径とするためには、穴あけの加工精度に限界がある。またスルーホール電極２２ｄの開口とめっきするためのエッチングマスクとのずれを考慮すると、スルーホールの露出を防ぐため、ある程度の蓋部２２ｄｘのランド面積は確保する必要がある。このように樹脂封止部４の膨張収縮に対する対策は、半導体装置の高い信頼性を確保する上では重要な課題である。
【０００４】
このような信頼性の問題に対して対策を施した半導体装置が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載の樹脂封止型半導体装置には、上面側配線と下面側配線との電気的接続のために設けられている配線用貫通穴としてのスルーホールとは別に、チップ搭載用基板の上面から下面に達する封止用貫通穴が設けられている。この封止用貫通穴に、樹脂成型時の溶融した樹脂が注入されることで、封止樹脂のアンカー効果により封止樹脂とチップ搭載基板との接合力を高めることができる。
【０００５】
この樹脂封止型半導体装置では、封止樹脂を成形するときの樹脂封止工程において、上金型と下金型とで型締めする前に、封止樹脂の回り込みによる樹脂バリの防止のために、封止用貫通穴が設けられたチップ搭載基板の裏面に予め封止テープを貼り付けてから樹脂封止を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１２４３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の樹脂封止型半導体装置における封止樹脂では、キャビティに注入された樹脂が空気を巻き込み、直径が小さい封止用貫通穴内の奥側で、巻き込まれた空気が残留するおそれがある。また、貫通孔の裏側面の開口は、封止テープにより塞がれているので、残留した空気の逃げ道がなく、高い圧力をかけても空気を追い出すことができない。この空気の残留は、封止テープを剥がすと裏面側に開口した封止用貫通穴のボイド（欠陥部）となる。
【０００８】
そうなると、高温の環境条件下では、この欠陥部に水分が入り込むことで、半田リフローによる加熱時の水蒸気爆発を誘発させ、この欠陥部を起点として樹脂クラックおよび半田クラックが発生するおそれがある。
【０００９】
従って、この樹脂封止型半導体装置は、封止用貫通穴が設けられていることで、配線基板と樹脂封止部との密着性は確保できるが、空気の残留により、反対に実装の際の信頼性低下を起こすことが心配される。
【００１０】
そこで本発明は、配線基板と樹脂封止部との密着性を確保しつつ、実装の際の信頼性も確保することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、配線基板となる原基板に設けられた貫通孔に、溶融樹脂を注入し硬化させて樹脂充填部を形成する樹脂充填工程と、前記樹脂充填部が形成された原基板に所定の配線パターンを形成して配線基板とする配線パターン形成工程と、前記配線基板に半導体素子を搭載する搭載工程と、前記半導体素子を封止する樹脂封止部を形成する封止工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、貫通孔に予め樹脂充填部を形成することで、貫通孔に隙間無く樹脂充填部を形成することができると共に、結合相性のよい樹脂同士である樹脂充填部と樹脂封止部とが密着するので、樹脂封止部の剥がれを抑止することができる。従って、本発明は、配線基板と樹脂封止部との密着性を確保しつつ、実装の際の信頼性も確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置の断面図
【図２】図１に示す半導体装置の平面図
【図３】図１に示す半導体装置の底面図
【図４】（Ａ）は配線基板となる原基板を示す斜視図、（Ｂ）は原基板に貫通孔を設けた状態を示す斜視図
【図５】図４（Ｂ）に示す原基板にめっき処理を施した状態を示す一部拡大断面図
【図６】（Ａ）から（Ｅ）は、配線基板を形成する各工程を説明するための部分断面図
【図７】配線パターンを形成した状態の原基板を示す平面図
【図８】樹脂充填部が形成されたスルーホール電極の断面図
【図９】半導体素子を搭載した原基板を示す平面図
【図１０】樹脂封止部を形成した状態のスルーホール電極の断面図
【図１１】従来の半導体装置を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本願の第１の発明は、配線基板となる原基板に設けられた貫通孔に、溶融樹脂を注入し硬化させて樹脂充填部を形成する樹脂充填工程と、樹脂充填部が形成された原基板に所定の配線パターンを形成して配線基板とする配線パターン形成工程と、配線基板に半導体素子を搭載する搭載工程と、半導体素子を封止する樹脂封止部を形成する封止工程とを含むことを特徴としたものである。
【００１５】
第１の発明によれば、予め両端が開放された貫通孔に溶融樹脂を注入し硬化させることで、未注入部分や空気の巻き込みによるボイドができることなく、樹脂充填部を形成することができる。樹脂充填部と樹脂封止部とは樹脂同士であるため、樹脂封止部と金属薄膜との組み合わせより密着性が高い。従って、樹脂封止部の膨張にも樹脂封止部が樹脂充填部に密着することで樹脂封止部の剥がれを抑止することができる。
【００１６】
本願の第２の発明は、第１の発明において、配線パターン形成工程では、予め原基板の全面に形成されていた金属薄膜をパターニングすると共に、パターニングされた金属薄膜にめっき層を形成することを特徴としたものである。
【００１７】
第２の発明によれば、樹脂充填部を形成した後に、原基板に形成された金属薄膜をパターニングしてめっき層を形成すれば、貫通孔にはめっき層の厚み分の凹部ができる。従って、樹脂封止部を形成するときに溶融樹脂が凹部に入り込み、樹脂封止部に凸部が形成されるので、凸部によるアンカー効果が期待できる。
【００１８】
本願の第３の発明は、第２の発明において、樹脂充填工程では、貫通孔が設けられた位置に対応させて、一方の型板に注入口が設けられ、他方の型板に空隙が設けられた一組の型板で原基板を挟み、注入口からスルーホールに溶融樹脂を注入し、注入口と空隙とからの硬化した余剰樹脂を研磨して、全体を平坦面とすることを特徴としたものである。
【００１９】
第３の発明によれば、原基板を一組の型板で挟んで溶融樹脂を注入口から注入して硬化させると、注入口と反対側の空隙とに余剰樹脂ができるので、これを研磨して全体を平坦面とすることで、樹脂充填部は原基板に形成された金属薄膜の表面と同じ高さの平面となる。従って、金属薄膜にめっき層を形成することで、貫通孔にめっき層の厚み分の凹部を確実に形成することができる。
【００２０】
本願の第４の発明は、第１から第３のいずれかにおいて、樹脂充填部を形成する樹脂を樹脂封止部を形成する樹脂より粘性が低い樹脂を使用することを特徴としたものである。
【００２１】
第４の発明は、樹脂充填部を形成する樹脂を粘性が低い樹脂とすることで、貫通孔全体に隙間なく、また空気の残留なく注入することができる。
【００２２】
本願の第５の発明は、第１から第４の発明のいずれかにおいて、樹脂充填部を形成する樹脂と樹脂封止部を形成する樹脂とは、同系の樹脂を使用することを特徴としたものである。
【００２３】
第５の発明によれば、樹脂充填部を形成する樹脂と樹脂封止部を形成する樹脂とが同系であればより密着性が向上する。
【００２４】
本願の第６の発明は、第１から第４の発明により形成された半導体装置としたことを特徴としたものである。
【００２５】
第６の発明によれば、実装基板に実装したときにボイドの発生を抑止することができるので、高い信頼性を図ることができる。
【００２６】
（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る半導体装置を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１から図３に示す半導体装置１は、光ディスクドライブ装置に搭載されるフォトＩＣである。半導体装置１は、配線基板２と、半導体素子３と、樹脂封止部４とを備えている。
【００２８】
配線基板２は、矩形状の絶縁性基板２１と、所定形状に形成された配線パターン２２と、ソルダレジスト樹脂で形成されたレジスト部２３とを備えている。
【００２９】
配線パターン２２は、絶縁性基板２１の搭載面Ｆおよび裏面Ｒの両面に形成されている。搭載面Ｆ側には、略正方形状のダイボンド部２２ａと、半導体素子３の接続端子３ａとワイヤ５により導通接続されるワイヤ接続電極２２ｂとが形成されている。搭載面Ｆとは反対側となる裏面Ｒには、この半導体装置１と外部との電源および信号の接続端子となる外部端子２２ｃが形成されている。また、配線パターン２２としては、絶縁性基板２１を貫通するスルーホール電極２２ｄが形成されている。ダイボンド部２２ａは、半導体素子３を搭載するためのパターンである。
【００３０】
ワイヤ接続電極２２ｂは、半導体素子３を挟んだ絶縁性基板２１の両側に配列されている。ワイヤ接続電極２２ｂは、スルーホール電極２２ｄの一側の開口が基部に位置し、ワイヤ５がボンドされるワイヤ接続部２２ｂｘが中央に形成され、電解めっき製造時に隣接する他の半導体装置の配線パターンとの導通を図るためにワイヤ接続部２２ｂｘより狭幅に形成された連絡部２２ｂｙが先部に形成されている。
【００３１】
外部端子２２ｃは、この半導体装置１が実装される実装基板（図示せず）との導通を図るための電極である。外部端子２２ｃは、スルーホール電極２２ｄの他側の開口が基部に位置し、実装基板との接続のための矩形状の半田実装電極２２ｃｘが先部に形成されている。
【００３２】
スルーホール電極２２ｄは、ワイヤ接続電極２２ｂと外部端子２２ｃとを導通接続するための電極である。スルーホール電極２２ｄの内部には、銅めっきが腐食することを防止すると共に、樹脂封止部４の剥がれ防止のためにエポキシ系樹脂により形成された樹脂充填部６が形成されている。この樹脂充填部６を形成する樹脂は、樹脂封止部４を形成する樹脂より粘性の低い樹脂である。スルーホール電極２２ｄの両端の開口部分は、樹脂充填部６が露出している。
【００３３】
レジスト部２３は、搭載面Ｆ側に設けられた第１レジスト部２３ａおよび第２レジスト部２３ｂと、裏面Ｒ側に設けられた第３レジスト部２３ｃとを備えている。第１レジスト部２３ａは、それぞれのワイヤ接続電極２２ｂの連絡部２２ｂｙを跨るように形成されている。この第１レジスト部２３ａは、樹脂封止部４を形成する際の金型との密着性を向上させると共に、連絡部２２ｂｙの表面に沿って水分が樹脂封止部４内に浸入するのを防止するために設けられている。第２レジスト部２３ｂは、搭載面Ｆ側に設けられた略楕円形状の極性表示である。第３レジスト部２３ｃは、外部端子２２ｃが設けられた縁部を除く残余に設けられ、極性表示を示す円形状の切欠部２３ｃｘが設けられている。
【００３４】
半導体素子３は、上面の中央部に円形状に配置された受光部３ｂにより受光した光信号を電気信号として出力するフォトＩＣである。電源端子および信号端子などの接続端子３ａが、受光部３ｂを挟んで両側に列状に配置されている。
【００３５】
樹脂封止部４は、半透明のエポキシ樹脂により形成されている。
【００３６】
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について、図面に基づいて説明する。
【００３７】
まず、図４（Ａ）に示すように、絶縁性基板２１の搭載面Ｆおよび裏面Ｒの全面に銅箔層２０１が形成された複数の配線基板２となる原基板２００を準備する。次に、図４（Ｂ）に示すように、スルーホール電極２２ｄ（図１参照）が形成される所定位置に貫通孔２０２を形成する。
【００３８】
図５に示すように、貫通孔２０２を形成すると銅めっきを施す。そうすることで貫通孔２０２の内周面と銅箔層２０１上に銅めっき層２０３が形成される。次に、樹脂充填工程を行う。
【００３９】
図６（Ａ）に示すように、搭載面Ｆ側に、貫通孔２０２が設けられた位置に対応させて注入口７ａが設けられた一方の型板７１と、同様に貫通孔２０２が設けられた位置に対応させて空隙となる孔７ｂが設けられた他方の型板７２との一組の型板７で、原基板２００を挟む。そして、図６（Ｂ）に示すように、一方の型板７１の上面に溶融樹脂２０４を塗布し、スキージＳにより均す。注入口７ａからスルーホールとなる貫通孔２０２に溶融樹脂２０４を注入する。溶融樹脂２０４は、貫通孔２０２を満たすと、貫通孔２０２から孔７ｂに溢れ余剰樹脂となると共に、注入口７ａから貫通孔２０２に入り切らずに余剰樹脂となる。図６（Ｃ）に示すように、この状態で溶融樹脂２０４を硬化させ、型板７を取り外す。図６（Ｄ）に示すように、硬化した余剰樹脂を研磨して、全体を平坦面とすることで、貫通孔２０２に樹脂充填部６を形成する。このように、両端が開放された状態で貫通孔２０２に予め溶融樹脂２０４を注入して硬化させ、樹脂充填部６を形成しておくことで、未注入部分や空気の巻き込みによるボイドができることなく樹脂充填部６を形成することができる。
【００４０】
次に、配線パターン形成工程を行う。配線パターン形成工程は、パターニングとレジスト工程と、金めっき処理工程とを行う。パターニングは、原基板２００の搭載面Ｆ側をダイボンド部２２ａおよびワイヤ接続電極２２ｂの形状に、裏面Ｒを外部端子２２ｃの形状にエッチングして、銅箔層２０１と銅めっき層２０３の残余を図７に示すような形状とする。次に、レジスト部２３を形成するレジスト工程を行う。レジスト工程では、原基板２００の搭載面Ｆおよび裏面Ｒの全面にレジスト膜を形成し、所定形状にエッチングすることで、残余が第１〜第３レジスト部２３ａ〜２３ｃとなるレジスト部２３（図２および図３参照）を形成することができる（図６（Ｅ）参照）。
【００４１】
次に、金めっき処理工程を行う。図８に示すように、エッチングにより形成された銅めっき層に下地として電解ニッケルめっきを施し、最後に金めっき処理を施すことで、ダイボンド部２２ａと、ワイヤ接続電極２２ｂと、外部端子２２ｃとの表面であって、スルーホール電極２２ｄ上を除く表面に、金めっき層２０５が形成されて各配線パターン２２となる。なお、図８では、スルーホール電極２２ｄの断面部分のみを図示している。
【００４２】
次に、半導体素子３をダイボンド部２２ａに搭載する搭載工程を行う。まず、ダイボンド部２２ａに接着部材である銀ペーストを塗布する。次に、銀ペースト上に半導体素子３を載置する。そして加熱することで銀ペーストが硬化して半導体素子３がダイボンド部２２ａ上に固着する。
【００４３】
次に、半導体素子３を導通配線する配線工程を行う。配線工程は、最初に、半導体素子３の各接続端子３ａと、ワイヤ接続電極２２ｂとをワイヤ５により接続する。このときの状態を図９に示す。
【００４４】
配線工程が完了すると、上金型および下金型を用いて型締めしてトランスファー成型法にて、樹脂封止部４を形成する封止工程を行う。ここで形成される樹脂封止部４は、原基板２００上に連続して形成されたものである。つまり、隣接する半導体装置１同士が一体的に形成された状態である。
【００４５】
最後に、これらを個片とする切断工程を行う。ダイシングソーにより縦列および横列に樹脂封止部４と共に原基板２００を切断することで、図１から図３に示す個々の半導体装置１を得ることができる。
【００４６】
個片となった半導体装置１は、リフロー処理により実装基板に実装される。このとき、環境状態が高温高湿となることで、樹脂封止部４内の水分が膨張するポップコーン現象が発生したとしても、樹脂封止部４と樹脂充填部６とは、図１０に示すように樹脂同士であるため、図１１に示すように樹脂封止部４と金属薄膜で形成された蓋部２２ｄｘとの組み合わせより密着性が高い。従って、樹脂封止部４の膨張にも樹脂封止部４が樹脂充填部６に密着することで樹脂封止部４が配線基板２から剥がれてしまうことを抑止することができる。
【００４７】
また、樹脂充填部６を形成した後に、原基板２００に形成された銅箔層２０１および銅めっき層２０３をパターニングして金めっき層２０５を形成しているので、貫通孔２０２には金めっき層２０５の厚み分の凹部６１（図１０参照）ができる。従って、樹脂封止部４を形成するときに溶融樹脂が凹部６１に入り込み、樹脂封止部４に凸部が形成されるので、凸部によるアンカー効果が期待できる。
【００４８】
また、図６（Ｂ）に示す注入口７ａと反対側の孔７ｂにできる空隙とにできる余剰樹脂を研磨して、図６（Ｄ）に示すように全体を平坦面としているので、樹脂充填部６の露出面は原基板２００に形成された銅めっき層２０３の表面と同じ高さの平面となる。従って、スルーホール電極２２ｄとなる貫通孔２０２に金めっき層２０５の厚み分の凹部６１を確実に形成することができる。
【００４９】
樹脂充填部６を形成する樹脂を、樹脂封止部４を形成する樹脂より粘性が低い樹脂とすることで、貫通孔２０２全体に隙間なく、そして空気を巻き込むことなく、容易に注入することができる。また、樹脂充填部６と樹脂封止部４とは、同じエポキシ系樹脂なので、密着性が高い。
【００５０】
更に、樹脂充填部６を設けるための貫通孔２０２を、ワイヤ接続電極２２ｂと外部端子２２ｃとを導通接続するためのスルーホール電極２２ｄと兼ねているため、樹脂封止部４の剥離防止用に樹脂充填部６を備えた貫通孔を、配線基板２に特別に割り当てる必要がない。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本実施の形態では、樹脂充填部６と樹脂封止部４とをエポキシ系樹脂で形成しているがシリコーン樹脂で形成してもよい。また、半導体素子は、フォトＩＣだけでなく、樹脂封止されるものであれば他の半導体素子でも、本発明を適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、配線基板と樹脂封止部との密着性を確保しつつ、実装の際の信頼性も確保することができるので、絶縁性基板に配線パターンが形成された配線基板と、配線基板に搭載された半導体素子と、半導体素子を封止する樹脂封止部とを備えた半導体装置の製造方法および半導体装置に好適である。
【符号の説明】
【００５３】
１  半導体装置
２  配線基板
３  半導体素子
３ａ  接続端子
３ｂ  受光部
４  樹脂封止部
５  ワイヤ
６  樹脂充填部
７  型板
７ａ  注入口
７ｂ  孔
２１  絶縁性基板
２２  配線パターン
２２ａ  ダイボンド部
２２ｂ  ワイヤ接続電極
２２ｂｘ  ワイヤ接続部
２２ｂｙ  連絡部
２２ｃ  外部端子
２２ｃｘ  半田実装電極
２２ｄ  スルーホール電極
２３  レジスト部
２３ａ  第１レジスト部
２３ｂ  第２レジスト部
２３ｃ  第３レジスト部
２３ｃｘ  切欠部
６１  凹部
７１  一方の型板
７２  他方の型板
２００  原基板
２０１  銅箔層
２０２  貫通孔
２０３  銅めっき層
２０４  溶融樹脂
２０５  金めっき層
Ｆ  搭載面
Ｒ  裏面
Ｓ  スキージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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