(57)【要約】【課題】高周波設備、機器、デバイス、の周辺で用いられる各種の樹脂封止された半導体デバイスの電磁障害を防止する樹脂封止型半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】配線基板１からなる基体と、基体に固定された半導体素子２と、半導体素子を封止してなる半導体封止用樹脂９と、からなる樹脂封止型半導体装置であって、半導体封止用樹脂の外周部の少なくとも一部に、半導体素子への電磁波を遮断するように電磁波シールド樹脂部６が形成されている樹脂封止型半導体装置。【選択図】図１
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【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半導体封止用樹脂と、からなる樹脂封止型半導体装置であって、
前記半導体封止用樹脂の外周部の一部又は全面に、前記半導体素子への電磁波シールド樹脂部が形成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】
前記電磁波シールド樹脂部と前記基体とが、前記半導体素子を挟んで配置されており、前記電磁波シールド樹脂部は、前記半導体素子に前記半導体封止用樹脂を介して接合されていることを特徴とする請求項１記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項３】
前記電磁波シールド樹脂部を形成する電磁波シールド用樹脂が、ベース樹脂に、金属材料、カーボン材料及びフェライト材料から選ばれる少なくとも１つ以上の電磁波シールド用添加材を含有することを特徴とする請求項１又は２記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項４】
前記電磁波シールド樹脂部を形成する電磁波シールド用樹脂が、カーボン繊維と金属粒子を含有するものであって、前記半導体封止用樹脂が、エポキシ樹脂である事を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項５】
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、半導体封止用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、
前記半導体封止用樹脂を成形すると同時に、担体フィルム表面又は金型内面に形成されたＢ−ステージ状態の電磁波シールド樹脂部を、前記半導体封止用樹脂の外周部に転写硬化させ、電磁波シールド樹脂部を形成して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６】
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、２層以上の半導体封止用樹脂シート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、
前記半導体封止用樹脂シートとして、少なくとも１層のＢ−ステージ状態の電磁波シールド樹脂部を有する半導体封止用樹脂シートを用い、このシートを基体に固定された半導体素子の上に積層し、圧縮成形して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７】
前記電磁波シールド樹脂部を形成する電磁波シールド用樹脂が、ベース樹脂に、金属材料、カーボン材料及びフェライト材料から選ばれる少なくとも１つ以上の電磁波シールド用添加材を含有することを特徴とする請求項５又は６記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記電磁波シールド樹脂部を形成する電磁波シールド用樹脂が、カーボン繊維と金属粒子を含有するものであって、前記半導体封止用樹脂が、エポキシ樹脂である事を特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項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、通信機器周辺での使用に耐え得る樹脂封止型半導体装置及びその製造方法に関し、特に、半導体封止用樹脂の外周部の少なくとも一部に電磁波シールド樹脂部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】
情報通信分野における、大量伝送、高速伝送に対する要求は著しく、本要求に応えるためには、動作周波数、キャリア周波数共、高周波化が欠かせない。
【０００３】
一方、高周波化すればするほど、電磁波障害は激しくなる。例えば、各種の通信機器用の制御用半導体装置は、樹脂封止によりデバイス化、パッケージ化されているが、これまでの半導体の封止に用いられていた樹脂のみでは、今後の展開が図られる高周波化には対応できるものではない。
【０００４】
現在、高周波化への対策として、金属被覆による電磁障害防止、電磁障害を受けにくい素子設計等が実施されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。
【特許文献１】特開２００１−６０６４２号公報
【特許文献２】特開２００２−１３４６７９号公報
【特許文献３】特開２００２−３６３３８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したような金属被覆や素子設計により得られた樹脂封止型半導体装置の場合でも、外的有害電波による誤動作を防ぐために十分な対応ができているとはいえない。
【０００６】
そこで、本発明は、特に高周波設備、機器、デバイス、の周辺で用いられる各種の樹脂封止された半導体デバイスの電磁障害を防止する樹脂封止型半導体装置であり、かつ、従来は複数回の成形が必要であったのに対して一回の成形で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、基体に固定された半導体素子と、半導体素子を封止してなる半導体封止用樹脂と、からなる樹脂封止型半導体装置であって、半導体封止用樹脂の外周部の一部又は全面に、半導体素子への電磁波を遮断するように電磁波シールド樹脂部が形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
この樹脂封止型半導体装置は、半導体素子への電磁波を遮断するように電磁波シールド樹脂部が形成されていることを特徴とするものであって、この電磁波シールド樹脂部は半導体素子への電磁波を十分に遮断することができるように、電磁波シールド樹脂部と基体とが、半導体素子を挟んで配置されており、半導体素子に半導体封止用樹脂を介して接合されていることが好ましい。
【０００９】
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、半導体封止用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、半導体封止用樹脂を成形すると同時に、担体フィルム表面又は金型内面に形成されたＢ−ステージ状態の電磁波シールド樹脂部を、半導体封止用樹脂の外周部に転写硬化させ、電磁波シールド樹脂部を形成して封止することを特徴とするものである。転写したフィルムは剥がしてもよいし、剥がさずにそのまま一体化してもよい。
【００１０】
さらに、本発明の別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、２層以上の半導体封止用樹脂シート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、半導体封止用樹脂シートとして、少なくとも１層の電磁波シールド樹脂部を有する半導体封止用樹脂シートを用い、このシートを基体に固定された半導体素子の上に積層して、圧縮成形することにより封止することを特徴とするものである。
【００１１】
半導体素子を樹脂封止する方法として、片面封止法と両面封止法があり、片面封止方法により得られる半導体装置としては、例えば、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイパッケージタイプ）等が挙げられ、両面封止法により得られる半導体装置としては、例えば、ＱＦＰ（クオードフラットタイプパッケージ）等が挙げられる。本発明においては、どちらの封止法も用いることができる。
【発明の効果】
【００１２】
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ように電磁波シールド樹脂部を形成しているので、高周波回路等の近くで使用しても、内装された半導体素子、半導体部品、モジュール等への高周波による外乱を防止する事が出来、安定して動作させることができる。
【００１３】
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、一回の成形で電磁波シールド機能を有する樹脂封止型半導体装置を製造することができる。工程が短縮されるため不良品の発生の減少、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、電磁波シールド樹脂部に使用する樹脂及びその形成方法の自由度が高く、昨今要求が高くなっている薄型の樹脂封止型半導体装置にも容易に対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明について、実施形態を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の樹脂封止型半導体装置を製造する場合の樹脂封止の操作を時系列に示したものである。ここでは、片面封止法によるＢＧＡの製造を例とし、移送成形（トランスファー成形）による封止について示し、図１において、（ａ）は樹脂封止前、（ｂ）は樹脂封止中、（ｃ）は樹脂封止後の半導体装置の断面と周辺部材の断面図を示したものである。なお、上下の金型と担体フィルムとは便宜上、空間を空けて示し、これは以下の実施形態の説明においても同様である。
【００１６】
配線基板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。この配線基板１の下には、移送成形用の下金型４があり、上方には移送成形用の上金型５があり、また、上金型５と配線基板１との間には、所定の部分に、硬化前（Ｂ−ステージ）の電磁波シールド用樹脂６を塗布した担体フィルム７がある。
【００１７】
樹脂封止前の状況では、金型４，５は、硬化に必要な温度まで加熱されており、担体フィルム７は、減圧口により上金型５に固定されている（図１（ａ））。上下の金型を締めて固定し、次に、ゲート口８から予備加熱された半導体封止用樹脂９を半導体素子部に注入し（図１（ｂ））、エアベント部１０にまで到達したら、半導体封止用樹脂９を加熱硬化して成形すると同時に、担体フィルム表面に形成されたＢ−ステージ状態の電磁波シールド用樹脂６を半導体封止用樹脂の外周部に転写し、かつ硬化させる。金型４，５を外し、配線基板１の裏側に金属ボールを接続し、個々のパッケージを図に示した切断線１１でカットして電磁波シールド樹脂部を有するＢＧＡパッケージを製造することができる（図１（ｃ））。
【００１８】
本実施形態で用いる材料は、通常、半導体を製造する際に用いられるものを何ら限定することなく使用することができる。
【００１９】
そして、ここで用いる電磁波シールド用樹脂としては、鉄、アルミニウム、銅、ニッケル、銀、金等の金属材料、カーボン繊維からなるカーボン材料及びフェライト材料から選ばれる少なくとも１種の材料を配合したものが挙げられ、これらを任意に混合して用いることもできるが、特に、金属材料にカーボン材料又はフェライト材料を混合して含有する樹脂であることが好ましい。
【００２０】
また、金属材料としては、平均粒径０．１〜１００μｍの金属粒子であることが好ましく、カーボン材料としては、黒鉛、カーボン、活性炭、カーボンファイバー、コークス、有機前駆体を不活性雰囲気中で熱処理して合成した炭素、ナノカーボン球状体、ナノカーボンチューブ、ナノカーボンファイバー等の粉末であることが好ましく、さらに、フェライト材料としては、平均粒径０．１〜１００μｍの粒子であることが好ましい。これらは、それぞれシールド効果の大きさ、対象周波数等の目的に応じて適宜選択して用いることができる。
【００２１】
ここで用いるベース樹脂としては、Ｂ−ステージ化の可能な熱硬化性樹脂であることが好ましく、例えば、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く、さらには、京セラケミカル株式会社製のＫＥ−シリーズの組成からなるものであることが特に好ましい。
【００２２】
このようなベース樹脂、例えばＫＥ−シリーズ等の半導体封止用樹脂を、アセトン等の溶媒に溶かして、金属材料、カーボン材料、フェライト材料等からなる電磁波シールド用添加剤を練り込み、適当な粘度になるまで溶媒を気散させてペーストとし、担体フィルムに塗布して、さらに溶媒を気散させて乾かし、Ｂ−ステージ状態の樹脂とすることができる。
【００２３】
これらのベース樹脂と金属材料、カーボン材料及びフェライト材料との混合割合は、ベース樹脂が５〜９５％、金属材料、カーボン材料及びフェライト材料からなる電磁波シールド用添加材が９５〜５％として電磁波シールド用樹脂とすることが好ましい。この割合は、シールド効果の大きさ、対象周波数等の目的に応じて適宜選択することができる。また、この電磁波シールド用樹脂には、水溶性溶剤やアルコール、防腐剤、紫外線吸収剤、老化防止剤、充填材、粘度調整剤、垂れ止め剤等の添加剤を適宜配合することができる。
【００２４】
このような電磁波シールド用樹脂を、例えば、担体フィルム等に塗布して電磁波シールド樹脂の膜を形成し、これを、例えば、日泉化学株式会社の一体成形方式等のフィルム転写成形（Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ）により、金型内に成形することができる。担体フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルホン、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素、アクリル、ナイロン（ポリアミド）、塩化ビニール等の素材からなるフィルムが挙げられる。また、担体フィルムを使用せず、金型内面に電磁波シールド用樹脂を直接塗膜形成した後、転写するようにしてもよい。
【００２５】
そして、電磁波シールド用樹脂を転写、硬化させて形成された電磁波シールド樹脂部は、半導体素子への外部の電磁波ならびに内部からの電磁波を遮断して、悪影響を及ぼさないようにするように形成されており、例えば、基体上に固定された半導体素子を、基体と挟んで配置されており、かつ、半導体封止用樹脂を介して半導体素子とは接触しないように形成されている。この電磁波シールド樹脂部の大きさは、半導体素子よりも平面寸法が１０〜５０％大きいものであることが好ましく、半導体封止用樹脂の外周部の全面を覆うようにしていてもよく、また、その厚さは５〜３０μｍであることが好ましい。
【００２６】
そして、ここで用いる半導体封止用樹脂としては、従来から半導体封止に用いられている樹脂であれば特に限定されるものではないが、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等の成形材料であることが好ましく、特に、エポキシ樹脂としたときには、京セラケミカル株式会社のＫＥシリーズを好適に用いる事ができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の樹脂封止型半導体装置を製造する場合の樹脂封止の操作を時系列に示したものである。ここでは、両面封止法によるＱＦＰの製造を例として示し、図２において、（ａ）は樹脂封止前、（ｂ）は樹脂封止中、（ｃ）は樹脂封止後の半導体装置の断面と周辺部材の断面図を示したものである。なお、この実施形態で使用する材料等は、第１の実施形態と同じである。
【００２８】
リードフレーム２１に搭載された半導体素子２２に、信号接続のためにボンディングワイヤー２３がリードフレーム端から伸びて接続されている。このリードフレーム２１の下には、移送成形用の下金型２４があり、上方には移送成形用の上金型２５があり、また、上金型２５とリードフレーム２１との間には、所定の部分に、硬化前（Ｂ−ステージ）の電磁波シールド用樹脂２６を塗布した担体フィルム２７がある。また、下金型２４とリードフレーム２１との間には、担体フィルム２８がある。
【００２９】
樹脂封止前の状況では、金型２４，２５は、硬化に必要な温度まで加熱されており、担体フィルム２７，２８は、減圧口により上金型と下金型にそれぞれ固定されている（図２（ａ））。上下の金型２４，２５を締めて固定し、次に、ゲート口２９から予備加熱された封止用樹脂３０を半導体素子部に注入し（図２（ｂ））、エアベント部３１にまで到達したら、半導体封止用樹脂３０を加熱硬化して成形すると同時に、担体フィルム表面に形成されたＢ−ステージ状態の電磁波シールド用樹脂２６を転写し、かつ硬化させる。金型２４，２５を外し、図に示したようにゲート部のバリ３２とエアベント部のバリ３３とを取り、リードフレームをカットして端子成形してＱＦＰを製造することができる（図２（ｃ））。
【００３０】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の樹脂封止型半導体装置を製造する場合の樹脂封止の操作を時系列に示したものである。ここでは、片面封止によるＢＧＡの製造を例とし、第１の実施形態とは異なり、圧縮成形による封止について示した。図３において、（ａ）は樹脂封止前、（ｂ）は樹脂封止中、（ｃ）は樹脂封止後の半導体装置の断面と周辺部材の断面図を示したものである。なお、この実施形態で使用する材料等は、第１の実施形態と同じである。
【００３１】
配線基板４１に搭載された半導体素子４２に、信号接続のためにボンディングワイヤー４３が配線基板４１から伸びて接続されている。この配線基板４１の下には、圧縮成形用の下金型４４があり、上方には圧縮成形用の上金型４５があり、また、上金型４５と配線基板４１との間には、所定の部分に、硬化前（Ｂ−ステージ状態）の電磁波シールド樹脂部４６が形成された半導体封止用樹脂シート４７とフィルム４８がある。
【００３２】
樹脂封止前の状況では、上下金型４４，４５は、硬化に必要な温度まで加熱されており、半導体封止用樹脂シート４７は、配線基板４１及び半導体素子４２の上に積層された状態で成形前に予備加熱されている（図３（ａ））。半導体封止用樹脂シート４７が、十分に加熱され溶融したら、上金型４５が下降させて金型を締め、半導体素子４２を、半導体封止用樹脂を加熱硬化させると同時に電磁波シールド樹脂部４６も加熱硬化させることで樹脂封止する（図３（ｂ））。金型４４，４５を外し、配線基板４１に金属ボールを接続し、個々のパッケージを図に示した切断線４９でカットしてＢＧＡパッケージを製造することができる（図３（ｃ））。
【００３３】
なお、半導体封止用樹脂シート４７は、図示したように、電磁波シールド用樹脂部を半導体封止用樹脂の外周部の一部に形成されるようにしたものであればよく、これを全面に形成してもよい。また、この他に、半導体封止用樹脂からなるシートと電磁波シールド樹脂からなるシートを複数枚組み合わせて積層した多層樹脂シートとして形成することができ、電磁波シールド層と半導体封止用樹脂層をそれぞれ含んでいれば何層でも構わない。多層樹脂シートとして構成されるシートの究極は、片表面が電磁波シールド機能を持ち、もう一方の面が絶縁機能を持つ傾斜機能材料である。また、フィルム４８は、第１の実施形態の担体フィルムと同じものである。
【００３４】
（第４の実施形態）
図４は、本発明の樹脂封止型半導体装置を製造する場合の樹脂封止の操作を時系列に示したものである。ここでは、第１の実施形態と同様に片面封止法によるＢＧＡの製造を例とし、移送成形（トランスファー成形）による封止について示し、図１において、（ａ）は樹脂封止前、（ｂ）は樹脂封止中、（ｃ）は樹脂封止後の半導体装置の断面と周辺部材の断面図を示したものである。
【００３５】
この第４の実施形態は、電磁波シールド樹脂５１が担体フィルム７の全面に形成されている点及び下金型４にも電磁波シールド樹脂５２が担体フィルム５３の全面に形成されて設けられている点が異なるだけで、その他の構成、操作は第１の実施形態と同様である。
【００３６】
したがって、最終的に切断線５４でカットされて製造されるＢＧＡは上下面が電磁波シールド樹脂で覆われたものとなり、この実施形態によれば、電磁波の遮蔽効果が極めて優れた樹脂封止型半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の製造操作を示した図である。
【図２】第２の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の製造操作を示した図である。
【図３】第３の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の製造操作を示した図である。
【図４】第４の実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の製造操作を示した図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…配線基板、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…電磁波シールド用樹脂、７…担体フィルム、８…ゲート口、９…半導体封止用樹脂、１０…エアベント部、１１…切断線、２１…リードフレーム、２２…半導体素子、２３…ボンディングワイヤー、２４…下金型、２５…上金型、２６…電磁波シールド用樹脂、２７，２８…担体フィルム、２９…ゲート口、３０…半導体封止用樹脂、３１…エアベント部、３２，３３…バリ、４１…配線基板、４２…半導体素子、４３…ボンディングワイヤー、４４…下金型、４５…上金型、４６…電磁波シールド樹脂部、４７…半導体封止用樹脂シート、４８…フィルム、４９…切断線、５１，５２…電磁波シールド樹脂、５３…担体フィルム、５４…切断線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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