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JP4565727B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は特に高周波用途の半導体素子および過電流保護機能を気密中空パッケージに収納した半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に従来の中空パッケージを用いた半導体装置の一例を示した。この電子部品は、セラミックなどからなるベース基板１、外部接続用のリード２、同じくセラミック等からなるキャップ３からなり、リード２の素子搭載部４表面に半導体チップ５を固着し、半導体チップ５とリード２とをボンディングワイヤ６で接続し、半導体チップ５をキャップ３が構成する気密空間７内部に封止したものである（例えば、特開平１０−１７３１１７号）。
【０００３】
斯かる部品を製造するときは、リード２をリードフレームの状態で供給し、該リードフレームに対して半導体チップ５をダイボンド、ワイヤボンドし、そしてリードフレーム下面にベース基板１を貼り付け、そしてリード２を挟むようにしてキャップ３をベース基板１に貼り付け、そしてリード２を切断、整形するという工程を経る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体装置では、リードフレームに対してベース基板１とキャップ３を素子毎に貼り付けるので、製造工程が複雑であり、大量生産には向かないという課題があった。
【０００５】
更に、半導体チップ５をセラミック等からなるキャップ３が構成する気密空間７内部に封止していたため、接着部の状態を外観検査において確認することができず、接着不良を起こした半導体装置を取り除くことが困難であるという課題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した各事情に鑑みて成されたものであり、本発明の半導体装置は、絶縁物より成る支持基板と、該支持基板の表面に設けた導電パターンと該導電パターンと電気的に接続され裏面に設けた外部接続端子と、前記支持基板の前記導電パターン上に設けた回路素子と、前記回路素子を覆い前記支持基板との間に気密中空部を形成して接着されたガラス板と,前記ガラス板の接着面全面に塗布した接着樹脂とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の半導体装置は、好適には、前記回路素子を気密中空するのに用いられる前記ガラス板は、接着面全面に遮光性接着樹脂が塗布されることで、接着部の状態を外観検査において確認することができ、また、前記回路素子に光が直接あたることを防ぐことができ、前記回路素子の特性が変化することを避ける構造を有することを特徴とする。
【０００８】
上記した課題を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法は、表面に多数個の搭載部を形成した導電パターンを設け、裏面に外部接続端子を設けた支持基板を準備する工程と、前記各搭載部に回路素子を固着する工程と、前記回路素子を覆い前記支持基板との間に前記各搭載部毎に気密中空部を形成するガラス板の接着面全面に接着樹脂を塗布する工程と、前記ガラス板と前記支持基板とを接着し、前記各搭載部毎に気密中空部を形成する工程と、前記支持基板と前記ガラス板との接着部をダイシングして前記各掲載部毎に分離する工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体装置の製造方法は、好適には、気密中空を形成する工程において、気密中空を形成する前記ガラス板の接着面全面にあらかじめ遮光性接着樹脂を塗布しておくことで、複数の半導体素子を一度に形成することができるため、製造工程が簡素であり、大量生産が可能であることを特徴とする工程である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の半導体装置の１実施例を示す（Ａ）断面図、（Ｂ）平面図である。大判基板２１から分離された基板２１ａは、セラミックやガラスエポキシ等の絶縁材料からなり１００〜３００μｍの板厚と、平面視で（図１（Ｂ）のように観測して）長辺×短辺が２．５ｍｍ×１．９ｍｍ程度の矩形形状を有している。基板２１ａは更に、表面側に第１主面２２ａを、裏面側に第２主面２２ｂを各々具備し、これらの表面は互いに平行に延在する。柱状部２３は基板２１ａの外周近傍を高さ０．４ｍｍ、幅が０．５ｍｍ程度で取り囲むように設けられた環状の柱状部であり、柱状部２３によって基板２１ａの中央部分を凹ませた凹部２４を形成している。基板２１ａと柱状部２３とは、各々別個に形成された部材を接着剤３７で固着したものである。尚、基板２１ａと柱状部２３とがあらかじめ一体化したものであっても良い。
【００１２】
基板２１ａの第１主面２２ａの表面は平坦に形成されており、その表面には金メッキなどの導電パターンによってアイランド部２６と電極部２７、２８が形成されている。そして、基板２１ａのアイランド部２６には例えばショットキーバリアダイオードやＭＯＳＦＥＴ素子等の半導体チップ２９がダイボンドされている。半導体チップ２９の表面に形成した電極パッドと電極部２７、２８とがボンディングワイヤ３０で接続されている。
【００１３】
基板２１ａの第２主面２２ｂの表面には金メッキなどの導電パターンによって外部接続端子３２、３３、３４が形成されている。更に電極部３２、３３、３４には基板２１ａの第１主面２２ａから第２主面２２ｂを貫通するビアホール３５が設けられる。ビアホール３５の内部はタングステン、銀、銅などの導電材料によって埋設されており、アイランド部２６を外部接続端子３２に、電極部２７を外部接続端子３３に、電極部２８を外部接続端子３４に各々電気的に接続する。
外部接続端子３２、３３、３４は、その端部が基板２１の端部から０．０１〜０．１ｍｍ程度後退されている。また、電極部２７、２８のビアホール３５上は平坦でないため、ボンディングワイヤ３０は、各々電極部２７、２８のビアホール３５上を避けて接続されているのが好ましい。外部接続端子３２、３３、３４は、あらかじめ大判基板２１に形成されている。
【００１４】
凹部２４内部を密閉空間とするため、板厚が０．１〜０．３ｍｍ程度の透明なガラス板３６が蓋体として用いられる。ガラス板３６は、大判基板２１上に多数形成された凹部２４を被覆するため、ガラス板３６の接着面全面には、遮光性接着材３７があらかじめ塗布されている。そして、凹部２４形成する柱状部２３の上部とガラス板３６の接着面が接着することにより、半導体チップ２９と金属細線３０は完全に気密空間内に収納される。
【００１５】
ここで、遮光性接着樹脂３７がガラス板３６の接着面全面に塗布されることで、ガラス板３６を透過した光が遮光性接着樹脂３７で遮断され、凹部２４内部の半導体チップ２９等には、光が直接当たらない構造となっている。
【００１６】
半導体チップ２９周辺は、ダイシングによって切断された柱状部２３が取り囲み、更にその上部を切断されたガラス板３６が密閉する。柱状部２３と基板２１ａの第１主面２２ａとが、及び柱状部２３とガラス板３６とが接着剤３７によって接着される。これによって半導体チップ２９と金属細線３０は凹部２４が構成する気密空間内に収納される。基板２１ａ、柱状部２３及びガラス板３６の外周端面は、ダイシングによって切断された平坦な切断端面となる。
【００１７】
上記した半導体装置は、実装基板上の電極パターンに対して外部接続電極３２、３３、３４を対向接着する様にして実装される。
【００１８】
ここで、基板の上を樹脂層で被覆し、各搭載部に固着した半導体チップの各々を共通の樹脂層で被覆する場合の実施例について簡単に説明する。
【００１９】
製造工程における機械的強度を維持し得る板厚２００〜３５０μｍの基板上に搭載部を複数個分、例えば１００個分を１０行１０列に縦横に配置した大判の基板を準備する。基板は、セラミックやガラスエポキシ等からなる絶縁基板である。そして、各搭載部毎に半導体チップをダイボンドし、所定量のエポキシ系液体樹脂を滴下（ポッティング）し、すべての半導体チップを共通の樹脂層で被覆する。滴下した樹脂層を１００〜２００度、数時間の熱処理（キュア）にて硬化させた後に、湾曲面を研削することによって樹脂層の表面を平坦面に加工する。研削にはダイシング装置を用い、ダイシングブレードによって樹脂層の表面が基板から一定の高さに揃うように、樹脂層表面を削る。この工程では、樹脂層の膜厚を０．３〜１．０ｍｍに成形する。前記ブレードには様々な板厚のものが準備されており、比較的厚めのブレードを用いて、切削を複数回繰り返すことで全体を平坦面に形成する。
【００２０】
次に、図２は、ヒューズを用いた過電流保護装置の実施例を示す（Ａ）断面図、（Ｂ）平面図である。基板５１はセラミックやガラスエポキシ等の絶縁材料からなる。１００〜３００μｍの板厚と、平面視で（図２（Ｂ）のように観測して）長辺×短辺が２．５ｍｍ×１．９ｍｍ程度の矩形形状を有している。基板５１は更に、表面側に第１主面５２ａを、裏面側に第２主面５２ｂを各々具備する。
柱状部５３は基板５１の外周近傍を高さ０．４ｍｍ、幅が０．５ｍｍ程度で取り囲むように設けられた環状の側部であり、柱状部５３によって基板５１の中央部分を凹ませた凹部５４を形成している。基板５１と柱状部５３とは、各々別個に形成された部材を接着剤６１固着したものである。尚、基板５１と柱状部５３とがあらかじめ一体化したものであっても良い。
【００２１】
基板５１の第１主面５２ａの表面は平坦に形成されており、その表面には金メッキなどの導電パターンによって電極部５５、５６が形成されている。電極部５５、５６間には例えば直径が３０μｍの金属細線５７がワイヤボンドによって打たれている。金属細線５７は純度９９．９９％の金線や、半田の細線等からなり、電極部５５に１ｓｔボンドが打たれ凹部５４の高さに収まる様な高さのワイヤループで電極部５６に２ｎｄボンドされる。
【００２２】
基板５１の第２主面５２ｂの表面には金メッキなどの導電パターンによって外部接続端子５８、５９が形成されている。更に電極部５５、５６の下部には基板５１を貫通するビアホール６０が設けられる。ビアホール６０の内部はタングステンなどの導電材料によって埋設されており、電極部５５を外部接続端子５８に、電極部５６を外部接続端子５９に各々電気的に接続する。外部接続端子５８、５９は、その端部が基板５１の端部から０．０１〜０．１ｍｍ程度後退されている。また、電極部２７、２８のビアホール３５上は平坦でないため、ボンディングワイヤ３０は、各々電極部２７、２８のビアホール３５上を避けて接続されているのが好ましい。
【００２３】
凹部５４内部を密閉空間とするため、板厚が０．１〜０．３ｍｍ程度の透明なガラス板６２が蓋体として用いられる。ガラス板６２は、大判基板２１上に多数形成された凹部５４を被覆するため、ガラス板６２の接着面全面には、遮光性接着材６１があらかじめ塗布されている。そして、凹部５４形成する柱状部５３の上部とガラス板６２の接着面が接着することにより、金属細線５７は完全に気密空間内に収納される。
【００２４】
ここで、遮光性接着樹脂６１がガラス板６２の接着面全面に塗布されることで、ガラス板６２を透過した光が遮光性接着樹脂６１で遮断され、凹部５４内部の金属細線５７等には、光が直接当たらない構造となっている。
【００２５】
上記した過電流保護装置は、実装基板上の電極パターンに対して外部接続電極５８、５９を対向接着する様にして実装される。外部接続端子５８、５９間に定格以上の過電流が流れたとき、該過電流は金属細線５７を流れ金属細線５７の固有抵抗によって急激な温度上昇をもたらす。この発熱により、金属細線５７が溶断して過電流に対する保護機能を果たす。上記の直径３０μｍの金（Ａｕ）線であれば、ワイヤ長、約０．７ｍｍの場合、溶断電流は約４Ａ（１〜５秒）となる。多くの場合、放熱性と抵抗の関係から電極部５５、５６に近い箇所よりは、金属細線５７の真中近傍で溶断する。このとき、溶断箇所が樹脂などの他の素材に接していないので、外観上で、装置が発火、発煙、変色、変形することがない装置を得ることが出来る。また、金属細線２７が溶断することによって、過電流時に端子間が完全にオープンとなる素子とすることが出来る。
【００２６】
尚、ヒューズ素子としては、金属細線の他に電極部５５、５６を形成する導電パターンの一部をくさび状に幅狭にして連続させたものや、ポリシリコン抵抗体を固着すること等によっても形成することが出来る。要は溶断箇所が凹部５４内に収納されていればよい。また、凹部５４内部は大気中で密閉するが、例えば窒素雰囲気等の不燃性ガスを充填することも可能である。
【００２７】
上記したように、本発明の半導体装置は、半導体チップ２９、ボンディングワイヤ３０等を気密中空するのに透明なガラス板３６を用いることで、ガラス板３６と柱状部２３との接着部の状態を外観検査において確認することができる。また、ガラス板３６の接着面には、遮光性接着樹脂３７が全面に塗布されているため、ガラス板３６を透過した光が凹部２４内に入射し、半導体チップ２９等に直接当たり、半導体チップ２９等の特性が劣化することを抑制することができる。
【００２８】
更に、本発明の半導体装置では、柱状部２３およびガラス板３６を用いることで中空構造を形成することができ、基板２１ａ上にダイボンドされた半導体チップ２９等は、中空部である凹部２４が構成する気密空間内に収納される。そのことにより、基板２１ａ上を樹脂層で被覆し、搭載部に固着した半導体チップ２９を樹脂層で被覆する場合と比べて、材料コストを大幅に低減することができる。
【００２９】
更に、本発明の半導体装置では、柱状部２３およびガラス板３６を用いることで中空構造を形成することができ、中空構造の蓋体としてガラス板３６を用いるため半導体素子の表面の平坦化をする工程を必要としないため、基板２１ａ上を樹脂層で被覆し、搭載部に固着した半導体チップ２９を樹脂層で被覆する場合と比べて、製造コストを大幅に低減することができる。
【００３０】
更に、基板２１ａには、第１主面２２ａから第２主面２２ｂを貫通するビアホール３５が設けられる。そして、ビアホール３５の内部はタングステン、銀、銅などの導電材料によって埋設されており、アイランド部２６を外部接続端子３２に、電極部２７を外部接続端子３３に、電極部２８を外部接続端子３４に各々電気的に接続し、内部の素子と前記外部接続端子とを電気的に接続することができ、基板２１ａから外部に導出されるリードを必要としないため、プリント基板上へ実装したときにその実装面積を大幅に低減することができる。
【００３１】
以下に図１に示した本発明の第１の実施例を詳細に説明する。
【００３２】
第１工程：図３（Ａ）参照
先ず、大判の基板２１を準備する。大判基板２１はセラミックやガラスエポキシ等の絶縁材料からなり、１００〜３００μｍの板厚を具備する。大判基板２１は更に、表面側に第１主面２２ａを、裏面側に第２主面２２ｂを各々具備する。
符号２３は高さ０．１〜０．５ｍｍ、幅が０．２５〜０．５ｍｍ程度の一定幅で設けられた格子状の柱状部であり、柱状部２３によって基板２１の中央部分を凹ませた凹部２４を形成している。基板２１と柱状部２３とは、あらかじめ一体化成形され、柱状部２３を含めて上記した板厚となっている。尚、基板２１と柱状部２３とを個別に形成して接着固定したものを準備しても良い。
【００３３】
凹部２４は、例えば１つの大きさが約０．８ｍｍ×０．６ｍｍの大きさを持ち、基板２１に縦横に等間隔で配置されている。凹部２４の第１主面２２ａには多数組のアイランド部２６と電極部２７、２８が金メッキなどの導電パターンにより描画されている。各凹部２４とその周囲を囲む第２基板２１ｂの柱状部２３の一部が素子搭載部４１を構成することになる。
【００３４】
第２工程：図３（Ｂ）参照
この様な基板２１を準備した後、各凹部２４毎に、アイランド部２６に半導体チップ２９をダイボンドし、ボンディングワイヤ３０をワイヤボンドする。そして、半導体チップ２９にワイヤボンドしたボンディングワイヤ３０の片側は、電極部２７、２８に接続される。このときのボンディングワイヤ３０のループ高さは、柱状部２３の高さ以下に収まる高さとする。
【００３５】
第３工程：図４（Ａ）、（Ｂ）参照
板厚が０．１〜０．３ｍｍ程度の透明なガラス板３６を準備し、ガラス板３６の接着面全面に遮光性接着樹脂３７を塗布する。そして、ガラス板３６は、例えば、大判基板２１と柱状部２３とを用いることで形成される複数の凹部２４を含めた搭載部４１上に気密中空構造を構成する蓋体として接着される。これによって半導体チップ２９とボンディングワイヤ３０は完全に気密空間内に収納される。このとき、上記したように、ガラス板３６には、全面に遮光性接着樹脂３７が塗布されているため、一度に大量の半導体素子を形成することができる。
【００３６】
ここで、大判基板２１と柱状部２３とは、後から柱状部２３を接着してもいいし、あらかじめ一体となって形成されていても良い。また、大判基板２１を掘削することによって凹部２４を形成しても良い。
【００３７】
その後、柱状部２３とガラス板３６とが接着不良を起こしているかどうかを目視によるチェックが行われる。
【００３８】
第４工程：図４（Ｃ）参照
そして、基板２１表面に形成した合わせマークを基準にして、各搭載部４１毎に分割して図５に示したような個別の装置を得る。分割にはダイシングブレード４２を用い、基板２１の裏面側にダイシングシートを貼り付け、基板２１とガラス板３６とをダイシングライン４３に沿って縦横に一括して切断する。尚、ダイシングライン４３は柱状部２３の中心に位置する。また、ダイシングシートをガラス板３６側に貼り付けて第２主面２２ｂ側からダイシングしても良い。
【００３９】
以下に、図１に示した本発明の第２の実施例を説明する。柱状部２３を個別部品として構成した場合である。
【００４０】
第１工程：図６（Ａ）参照
先ず、平板状の大判の基板２１を準備する。大判基板２１はセラミックやガラスエポキシ等の絶縁材料からなり、１００〜３００μｍの板厚を具備する。大判基板２１は更に、表面側に第１主面２２ａを、裏面側に第２主面２２ｂを各々具備する。第１主面２２ａの表面には多数組のアイランド部２６と電極部２７、２８が金メッキなどの導電パターンにより描画されている。アイランド２６と電極部２７、２８の周囲を囲む領域が素子搭載部４１を構成し、該素子搭載部４１が等間隔で縦横に多数個配置される。
【００４１】
第２工程：図６（Ｂ）参照
この様な基板２１を準備した後、各素子搭載部４１毎に、アイランド部２６に半導体チップ２９をダイボンドし、ボンディングワイヤ３０をワイヤボンドする。そして、半導体チップ２９にワイヤボンドしたボンディングワイヤ３０の片側は、電極部２７、２８に接続される。このときのボンディングワイヤ３０のループ高さは、凹部２４深さ以下に収まる高さとする。
【００４２】
第３工程：図７（Ａ）参照
ダイボンド、ワイヤボンドが終了した基板２１に対して、素子搭載部４１に対応する箇所に凹部２４（貫通穴）を持つ第２基板２１ａを第１主面２２ａ表面に接着固定する。接着にはエポキシ系等の接着剤を用いる。
【００４３】
凹部２４は例えば１つの大きさが約０．８ｍｍ×０．６ｍｍの大きさを持ち、第２基板２１ｂに縦横に等間隔で配置されている。凹部２４と凹部２４との間には、柱状部２３が高さ０．１〜０．２ｍｍ、幅が０．２〜０．５ｍｍ程度の一定幅で格子状に取り囲む。これで凹部２４にアイランド２６、半導体チップ２９、電極パット２７、２８等が露出し、これで図３（Ｂ）の状態と等価になる。この手法であれば、平板状の基板２１に対してダイボンド、ワイヤボンドが出来るので、吸着コレットやボンディングツールと柱状部２３との接触がなく、凹部２４の寸法を縮小できる。
【００４４】
第４工程：図７（Ｂ）、（Ｃ）参照
板厚が０．１〜０．３ｍｍ程度の透明なガラス板３６を準備し、ガラス板３６の接着面全面に遮光性接着樹脂３７を塗布する。そして、ガラス板３６は、例えば、大判基板２１と柱状部２３とを用いることで形成される複数の凹部２４を含めた搭載部４１上に気密中空構造を構成する蓋体として接着される。これによって半導体チップ２９とボンディングワイヤ３０は完全に気密空間内に収納される。このとき、上記したように、ガラス板３６には、全面に遮光性接着樹脂３７が塗布されているため、一度に大量の半導体素子を形成することができる。
【００４５】
その後、柱状部２３とガラス板３６とが接着不良を起こしているかどうかを目視によるチェックが行われる。
【００４６】
第５工程：図８（Ａ）参照
そして、基板２１表面に形成した合わせマークを基準にして、各搭載部４１毎に分割して図８（Ｂ）に示したような個別の装置を得る。分割にはダイシングブレード４２を用い、基板２１の第２主面２２ｂ側にダイシングシートを貼り付け、基板２１、第２基板２１ｂ、及びガラス板３６とをダイシングライン４３に沿って縦横に一括して切断する。尚、ダイシングライン４３は柱状部２３の中心に位置する。また、第２主面２２ｂ側からダイシングする構成でも良い。
【００４７】
【発明の効果】
上記したように、本発明の半導体装置によれば、半導体チップ、ボンディングワイヤ等を気密中空するのに透明なガラス板を用いることで、ガラス板と柱状部との接着部の状態を外観検査において確認することができる。また、ガラス板の接着面には、遮光性接着樹脂が全面に塗布されているため、ガラス板を透過した光が凹部内に入射し、半導体チップ等に直接当たり、半導体チップ等の特性が劣化することを抑制することができる。
【００４８】
更に、本発明の半導体装置の製造方法によれば、気密中空構造を形成するガラス板の接着面全面にあらかじめ遮光性接着樹脂が塗布されているため、基板と柱状部とで形成される多数の凹部に一度に接着することができるので、製造コストが大幅に低減することができ、また、大量生産をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）平面図である。
【図２】本発明を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）平面図である。
【図３】本発明を説明するための（Ａ）斜視図、（Ｂ）斜視図である。
【図４】本発明を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）斜視図、（Ｃ）斜視図である。
【図５】本発明を説明するための斜視図である。
【図６】本発明を説明するための（Ａ）斜視図、（Ｂ）斜視図である。
【図７】本発明を説明するための（Ａ）斜視図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）斜視図である。
【図８】本発明を説明するための（Ａ）斜視図、（Ｂ）斜視図である。
【図９】従来例を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）平面図である。

Claims (3)

  1. 表面に多数個の搭載部を形成した導電パターンと、前記搭載部に相当する裏面に外部接続端子を設けた大判の支持基板と、前記各搭載部に固着された回路素子と、前記各搭載部を囲む格子状の柱状部と、前記回路素子を覆い前記支持基板と前記柱状部とにより前記各搭載部毎に気密中空部を形成し、前記支持基板の多数個の搭載部を覆い、全面に設けられた遮光性接着樹脂を介して固定されたガラス板とを有する前記回路素子が設けられた大判の前記支持基板を用意し、
    前記格子状の柱状部に沿ってダイシングし、前記各搭載部毎に分離する半導体装置の製造方法であり、
    前記外部接続端子は、前記ダイシングラインから内側に後退されている事を特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記導電パターンの全域は、前記柱状部により形成される凹部から露出され、前記ダイシングラインから内側に後退されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  3. 大判の支持基板は、セラミックまたはガラスエポキシからなる請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
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