(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板又はリードフレームからなる基体と、前記基体に固定された半導体素子と、前記半導体素子を封止してなる封止樹脂と、前記封止樹脂の外周部の一部又は全面に形成された電磁波シールド材とを有する樹脂封止型半導体装置であって、
前記電磁波シールド材が、樹脂層中に細孔のある導電層が形成されたシートであり、前記電磁波シールド材は、厚さ方向における樹脂の含侵状態が偏在し、導電層が多く含まれている面が封止樹脂に接着されていることを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
【請求項２】
配線基板又はリードフレームからなる基体に固定された半導体素子を、金型を用いて封止樹脂により封止する樹脂封止型半導体装置の製造方法であって、
前記金型の成形面に、樹脂層中に細孔のある導電層が形成されたシートからなる電磁波シールド材を仮固定した後、金型内に封止樹脂を注入し、半導体素子を封止することを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記電磁波シールド材が、厚さ方向における樹脂の含侵状態が偏在しており、該電磁波シールド材の樹脂含侵比率が多い面が金型の成形面に仮固定されることを特徴とする請求項２に記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂封止型半導体装置及びその製造方法に関し、特に、封止樹脂の外周部の一部又は全面に電磁波シールド材を有する樹脂封止型半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話などの情報通信機器は、大量伝送、高速伝送などの高機能化のために、内部に搭載される無線システムにかかる半導体装置の数が増大している。上記のように大量伝送、高速伝送にするためには、内蔵回路のクロック周波数やデータ伝送速度が速くなり、それらの無線システムで使われる半導体装置のノイズが発生しやすくなっている。これらのノイズが情報通信機器に干渉すると、情報通信機器の受信感度が障害を受けるという問題を有していた。
【０００３】
上記における半導体装置は、配線基板又はリードフレームからなる基体上におけるダイパッド部にダイボンディング接着剤を介して半導体素子が固定され、該半導体素子上に形成された電極と上記基体におけるリード部とをボンディングワイヤーにより接続し、半導体封止用樹脂により一体化した構成を有している。
このような半導体装置では、前記の情報通信機器の受信感度が障害を受けるという問題を解決するために、従来より電磁波を遮蔽するための遮蔽材料を半導体装置の外周に設けることが行われていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１８３６７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したような従来技術では、遮蔽材料として銅板などの金属層を用いているため、樹脂封止後における半導体装置の表面から金属層が剥離しやすいという問題が生じていた。
また、半導体装置を製造する際に金属層を形成するため、金型と金属層との間にリリースフィルムを設ける必要があり、該リリースフィルムを金型から剥離するという工程が必要で製造効率が悪いという問題を有していた。
【０００６】
そこで、本発明は、特に高周波設備、機器、デバイスなどの情報通信機器に用いられる各種の樹脂封止された半導体デバイスのノイズ障害を防止する樹脂封止型半導体装置であり、かつ、従来はリリースフィルムが工程上必要であったのに対して容易に電磁波シールド機能を有する樹脂封止型半導体装置が得られる製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の樹脂封止型半導体装置は、配線基板又はリードフレームからなる基体と、前記基体に固定された半導体素子と、前記半導体素子を封止してなる封止樹脂と、前記封止樹脂の外周部の一部又は全面に形成された電磁波シールド材とを有する樹脂封止型半導体装置であって、前記電磁波シールド材が、樹脂層中に細孔のある導電層が形成されたシートであり、前記電磁波シールド材は、厚さ方向における樹脂の含侵状態が偏在し、導電層が多く含まれている面が封止樹脂に接着されていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の樹脂封止型半導体装置の製造方法は、配線基板又はリードフレームからなる基体に固定された半導体素子を、金型を用いて封止樹脂により封止する樹脂封止型半導体装置の製造方法であって、前記金型の成形面に、樹脂層中に細孔のある導電層が形成されたシートからなる電磁波シールド材を仮固定した後、金型内に封止樹脂を注入し、半導体素子を封止することを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法である。
また、この樹脂封止型半導体装置の製造方法では、前記電磁波シールド材が、厚さ方向における樹脂の含侵状態が偏在しており、該電磁波シールド材の樹脂含侵比率が多い面が金型の成形面に仮固定されることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の樹脂封止型半導体装置によれば、半導体素子への電磁波を遮断する電磁波シールド材が、樹脂層中に細孔のある導電層が形成されたシートで形成されているので、封止樹脂が前記電磁波シールド材の樹脂成分と直接接合するため、強固に接合される。また、封止樹脂の一部が導電層の細孔に含侵されるため、強固に一体化される。
また、前記電磁波シールド材の厚さ方向における樹脂の含侵状態が偏在している場合は、封止樹脂が電磁波シールド材の細孔部に含侵されやすく更に強固に一体化される。
【００１０】
また、本発明の樹脂封止型半導体装置の製造方法によれば、樹脂を含浸させた導電繊維シートからなる電磁波シールド材が金型成形面に仮固定できるため、金型と金属層との間にリリースフィルムが必要なく、リリースフィルム使用時にしばしば問題となるモールド漏れの恐れが無いため、不良品の発生の減少、工程が短縮されるため製造コストの低減など、生産性が向上し、簡便に、安定して製造することができる。
また、電磁波シールド材の厚さ方向における樹脂の含侵状態が偏在しており、電磁波シールド材の樹脂含侵比率が多い面を金型成形面に仮固定できるため、更に生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の樹脂封止型半導体装置を製造するための工程を示した図である。
【図２】電磁波シールド材の断面を示した図である。
【図３】実施例１に使用された電磁波シールド材の断面を示した図面代用写真である。
【図４】実施例１で作製された本発明の樹脂封止型半導体装置の断面を示した図面代用写真である。
【図５】樹脂封止型半導体装置における電磁波シールド材を引張りせん断試験機で試験する方法について説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明について、詳細に説明する。
図１は、本発明の樹脂封止型半導体装置を製造するための工程を示した図である。図１では、片面封止法によるＢＧＡ（Ball Grid Array）の製造を例とし、トランスファー成形による封止について示している。図１（ａ）においては、配線基板からなる基体１に搭載された半導体素子２に、信号接続のためにボンディングワイヤー３が配線基板１から伸びて接続されている。この基体１の下には、トランスファー成形用の下金型４があり、上方にはトランスファー成形用の上金型５があり、また、上金型５の成形面には樹脂層中に細孔のある導電層が形成されたシートからなる電磁波シールド材６が仮固定されている。このとき、電磁波シールド材６の樹脂成分のガラス転移点（Ｔｇ）を金型温度より低くすることで仮固定は容易となる。また、トランスファーユニット７の上には半導体素子２を封止するための封止樹脂８が置かれている。
【００１３】
樹脂封止前では、上金型５と下金型４は、封止樹脂を溶融するために必要な約１７５℃の温度まで加熱されている。
図１（ｂ）では、数十トン力で上金型と下金型とを締めて固定した後、トランスファーユニット７により矢印方向に押し上げられた封止樹脂８が金型の温度で液状化になり、金型内の半導体素子部に注入される。
図１（ｃ）では、半導体素子部に注入された樹脂８が半導体素子２全面を封止すると共に、電磁波シールド材６が封止樹脂８内に埋め込まれる。
図１（ｄ）では、上金型５を外した図であり、電磁波シールド材６が半導体素子２の上部に固定されている。その後、金型から成形物を取り出し図示しないが基体１の裏側に金属ボールを接続し、個々のパッケージを切断して個片化することによって電磁波シールド材を有するＢＧＡパッケージを製造することができる。
【００１４】
本発明でいう配線基板とは、ガラス、プラスチック、シリコンウェハ等やこれらの複合材からなる基板に、金、銀、白金、銅、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、スズ、パラジウム、ロジウム、及びクロムからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を含む金属層が積層され、これら積層体の金属層を部分的に除去することにより形成された金属配線を備える基板をいう。また、リードフレームとは、上記金属層を部分的に除去することにより形成された金属配線からなる金属板をいう。配線基板やリードフレームには、半導体チップや他の部材が金属配線上に形成されている。
封止樹脂としては、エポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を使用することができる。
【００１５】
本発明における電磁波シールド材は、細孔を有するシート状の導電性材料に樹脂を含浸させることによって得ることができる。また、樹脂シートを熱ラミネート等により導電性材料に貼り合わせたものでもよい。封止樹脂との接合側は、導電層の多孔質形状が維持されていた方が、封止樹脂が含浸されやすく好ましい。樹脂層中に細孔のある導電層が形成されたシートは、導電部分が表面に露出していてもよいが、導電性材料の落下防止のためには樹脂で覆われていた方が好ましい。
細孔を有するシート状の導電性材料とは、金属繊維からなる金属繊維シートが挙げられる。また、グラファイト構造を持つシートであるグラフェンシート、１つのグラフェンシートが筒状になった単層カーボンナノチューブ、２つ以上のグラフェンシートが筒状に層をなしている多層カーボンナノチューブ、ナノメートルサイズの直径を持つカーボン繊維が直径１０００ｎｍ以内でらせん状になったカーボンナノコイル、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、カーボンナノカプセルなどからなるカーボン繊維シートを挙げることができる。
その他、ステンレスやアルミニウム等の金属材料から成るエキスパンドメタル等も挙げられる。エキスパンドメタルの場合、複数層を積層することで、よりシールド効果の向上が可能となる。
【００１６】
金属繊維シートとしては、金属材料であれば、磁性、非磁性を問わないが、高周波域のシールドのためには高透磁性を有する金属が好ましい。例えば、金属繊維としては、極細線加工が可能なステンレス鋼繊維、ニッケル繊維、銅繊維、アルミニウム繊維、銀繊維、金繊維、チタン繊維等があげられるが、導電性があり、細線加工が可能な金属であれば如何なるものでもよく、金属の種類に限定されるものではない。これらの金属繊維は、繊維径が細いものほどシートに形成したときの柔軟性がよく、繊維径が細いほど加工度が高くなり、高価格になりやすいため、通常５〜５０μｍ、好ましくは３０μｍ以下の範囲で目的に応じて選択される。また、金属繊維の長さは、特に限定されるものではないが、湿式抄紙法によりシートを作製する場合には、地合構成の観点から２〜１０ｍｍの範囲が最適である。
【００１７】
金属繊維シートの製造は、湿式抄紙法によって行うことが好ましいが、その他にも編組や織布の作製方法によって得ることもできる。湿式抄紙法による場合は、短繊維にカットした一種または複数種の金属繊維を水中に離解分散させ、適量のバインダーと必要に応じて助剤を添加し、混合した後、ワイヤー上で脱水処理し、プレス工程、乾燥工程を得てシート化し、真空または非酸化性雰囲気下で加熱してバインダー等を熱分解して除去すればよい。バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、セルロースパルプ等が使用でき、また、助剤としては、一般に湿式抄紙法に使用されている分散剤、界面活性剤、消泡剤等が使用できる。非酸化性雰囲気としては、アルゴンガス、窒素ガス、水素ガス等を使用することができる。
【００１８】
また、金属繊維シートは電磁波シールド特性および品質向上の目的から、金属繊維同士を焼結してもよい。焼結は、真空または非酸化性雰囲気中で金属繊維の融点近くの温度において、例えば、ステンレス鋼繊維の場合、１１２０℃で１〜２時間加熱処理を行えばよい。
【００１９】
本発明において、金属繊維シートの金属繊維表面は、その金属繊維よりも低い抵抗率を有する金属で被覆させることができる。それにより、所望の導電性その他の特性を、より少量の金属を用いて得ることができ、優れた電磁波シールド効果が達成される。
金属繊維表面の被覆は、電解メッキ法、無電解メッキ法、スパッタリング法、蒸着法、プラズマ溶射法等、公知の方法によって行うことができる。また、金属繊維よりも低い融点を有する低抵抗の他の金属繊維を共存させて焼結することによって、焼結と同時に金属繊維の表面を低抵抗の金属で被覆するようにしてもよい。上記の方法で得られるシート状の金属繊維シートは、厚さが１０〜２００μｍであることが好ましい。
【００２０】
本発明における電磁波シールド材は、転写シートに樹脂を塗布した後、該転写シート上の樹脂を前記の金属繊維シートやカーボン繊維シートに転写することにより得ることができる。
上記の転写シートとしては、ポリエチレン製シート、ポリエチレンテレフタレート製シート、ポリプロピレン製シート等を使用することができる。
また、本発明における電磁波シールド材は、金属繊維シートやカーボン繊維シートに直接樹脂を塗布して製造することもできる。塗布の手段としては、エアドクターコーティング、ブレードコーティング、ナイフコーティング、リバースコーティング、トランスファロールコーティング、グラビアロールコーティング、キスコーティング、キャストコーティング、スプレーコーティング、スロットオリフィスコーティング、カレンダーコーティング、ディップコーティング、ダイコーティング等のコーティングや、フレキソ印刷等の凸版印刷、ダイレクトグラビア印刷、オフセットグラビア印刷等の凹版印刷等で形成することができる。
【００２１】
本発明における電磁波シールド材は、厚さ方向における樹脂の含侵状態が偏在していることが好ましい。図２に電磁波シールド材の断面の模式図を示した。厚さ方向における樹脂の含侵状態が偏在しているとは、図２に示したように、電磁波シールド材６の断面の一方の面Ａに樹脂１１が多く含まれ、他方の面Ｂに導電繊維１２が多く含まれている状態を意味する。
このような厚さ方向における樹脂の含侵状態が偏在した電磁波シールド材は、該電磁波シールド材の樹脂含侵比率が多い面が加熱した金型成形面に接触した際に樹脂が溶解されて容易に貼着され、仮固定の作業効率が優れている。また、金型内に樹脂が高圧力で注入された場合であっても電磁波シールド材と金型成形面とが剥がれることがなく、該電磁波シールド材の位置がずれることがないため、樹脂封止型半導体装置の成形性が優れており、不良品が発生することなく製造上の歩留まりも向上できる。
【００２２】
本発明における細孔を有するシート状の導電性材料に含侵、または貼り合わせる樹脂としては、Ｂ−ステージ化の可能な熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ゴム成分を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられ、その中でもエポキシ樹脂であることが好ましい。エポキシ樹脂としては、一般に用いられている半導体封止用エポキシ樹脂を用いることができ、アミン硬化のエポキシ樹脂、酸無水物硬化のエポキシ樹脂、ノボラックフェノール硬化のエポキシ樹脂であることが好ましい。また、熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド等を挙げることができる。また、ゴム成分としては、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、フッ素ゴム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム等が挙げられる。
本発明における樹脂としては、上記熱硬化性樹脂と、熱可塑性樹脂とゴム成分から選ばれる１種とを含有したものが好ましい。特に熱硬化性樹脂１００質量部に対して、熱可塑性樹脂とゴム成分から選ばれる１種が２０〜３００質量部含有したものが好ましい。
【実施例】
【００２３】
［実施例１］
繊維径２０μｍ、繊維長４ｍｍのステンレス鋼繊維（材質：ＳＵＳ３１６Ｌ）９５質量部、および水中溶解温度７０℃のポリビニルアルコール繊維５質量部からなるスラリーを、湿式抄紙法によって抄造し、脱水プレス、加熱乾燥して、米坪量６４ｇ／ｍ２のシートを得た。得られたシートを、表面温度が１６０℃の加熱ロールを用いて、線圧３００ｋｇ／ｃｍ、速度５ｍ／ｍｉｎの条件で加熱圧着し、厚さ約４０μｍのステンレス鋼繊維加熱圧着シートを得た。
次にエポキシ樹脂１００質量部、ブタジエンゴム３５質量部及び溶剤２５０質量部を混合して塗料を得た後、ポリエチレンテレフタレート製シートに乾燥後の厚さが約４０μｍになるようにブレードコーティングにより塗工して樹脂シートを得た。
【００２４】
次に、前記のステンレス鋼繊維加熱圧着シートの表面に上記の樹脂シートの塗工された樹脂面を接触させて載置した後、熱と加圧を加えることにより厚さ約７０μｍの樹脂層中に細孔のある導電層が形成されたシートからなる電磁波シールド材を得た。
ポリエチレンテレフタレート製シートから電磁波シールド材を剥離した後、該電磁波シールド材について、走査型電子顕微鏡を用いて断面の観察を行った。結果を走査型電子顕微鏡の写真として図３に示した。図３から明らかなように電磁波シールド材６においては、写真下部に細孔のある導電層（ステンレス鋼繊維加熱圧着シート）１２を有し、該細孔のある導電層１２の内部に樹脂１１が含侵され、写真上部に樹脂１１が多く存在していて、樹脂の含侵状態が偏在していた。
【００２５】
次に前記の電磁波シールド材を用いて、図１のようにして本発明の樹脂封止型半導体装置を得た。なお、封止樹脂としてはエポキシ樹脂を使用し、約１７５℃に熱せられた上金型面に、電磁波シールド材の樹脂が多く存在している面を貼り付けて樹脂封止した。
上記の封止樹脂後の樹脂封止型半導体装置について、走査型電子顕微鏡を用いて断面の観察を行った。結果を走査型電子顕微鏡の写真として図４に示した。図４から明らかなように電磁波シールド材６が封止樹脂９に接着していることが確認できる。
【００２６】
［比較例１］
上記実施例１において、樹脂層中に細孔のある導電層が形成されたシートの代わりに厚さ約７０μｍのアルミニウム箔からなる電磁波シールド材を用いた以外は同様にして比較用に樹脂封止型半導体装置を得た。
【００２７】
［比較例２］
上記実施例１において、樹脂層中に細孔のある導電層が形成されたシートの代わりに厚さ約７０μｍのステンレスシート箔からなる電磁波シールド材を用いた以外は同様にして比較用に樹脂封止型半導体装置を得た。
【００２８】
次に上記実施例１及び比較例１、２の樹脂封止型半導体装置を個片化して、図５（ａ）のように個体の樹脂封止型半導体装置を得た。そして、図５（ａ）における樹脂封止型半導体装置の矢印部、すなわち電磁波シールド材の端の部分を研磨して除去し図５（ｂ）のように成形した。この成形物の電磁波シールド材露出面に厚さ１ｍｍの銅板２０を接着させ図５（ｃ）のように形成した。
次に常温２３℃の室内で引張りせん断試験機（今田製作所社製  商品名：ＳＬ５０００）を用いて、銅板と電磁波シールド材に同時に引っ掛けることが出来るように図５（ｄ）のように引っかき部２１を固定した後、該引っかき部２１を矢印方向に引張り速度が５０ｍｍ／分で移動させた。
引張りせん断試験機で引張った樹脂封止型半導体装置の電磁波シールド材と封止樹脂との状態を観察し、その結果を表１に示した。
表１から明らかなように本発明の樹脂封止型半導体装置は、電磁波シールド材と封止樹脂とが強固に固定されているので、電磁波シールド材と封止樹脂との界面が剥離せずに封止樹脂が破壊された。
一方、比較例１及び比較例２における樹脂封止型半導体装置は、電磁波シールド材と封止樹脂との界面が剥離され、電磁波シールド材が封止樹脂に十分に固定されていないことが確認された。
【００２９】
【表１】
0006506200.tif 000002
【符号の説明】
【００３０】
１  基体
２  半導体素子
３  ボンディングワイヤー
４  下金型
５  上金型
６  電磁波シールド材
７  トランスファーユニット
８  封止樹脂
１１  樹脂
１２  導電繊維
【図１】
0006506200.tif 000003
【図２】
0006506200.tif 000004
【図３】
0006506200.tif 000005
【図４】
0006506200.tif 000006
【図５】
0006506200.tif 000007