JP2012248694A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】搭載部材の素子搭載凹部内に半導体素子を搭載した半導体装置において、液滴吐出法で形成する配線と電極部との間の接続信頼性と生産性を向上させる。
【解決手段】搭載部材の素子搭載凹部１２の内周側面と半導体素子１１の外周側面との間の隙間を樹脂充填スペース１４とする。搭載部材の素子搭載凹部１２の外側に、樹脂充填スペース１４に連通する樹脂注入凹部１６を形成し、該樹脂注入凹部１６に液状の絶縁性樹脂を注入して該樹脂注入凹部１６から樹脂充填スペース１４に流入させて硬化させることで、半導体素子１１上面の電極部１３と搭載部材の電極部１７との間の配線経路を絶縁性樹脂で平坦化する。その後、この配線経路に液滴吐出法で導電性のインクを吐出して配線１８を形成して、半導体素子１１上面の電極部１３と搭載部材の電極部１７との間を配線１８で接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、搭載部材に搭載した半導体素子の上面の電極部（パッド）と該搭載部材の電極部とを接続する配線をインクジェット等の液滴吐出法で形成した半導体装置及びその製造方法に関する発明である。

従来より、半導体素子の実装工程では、半導体素子を搭載部材（回路基板、リードフレーム等）にダイボンドした後に、該半導体素子の電極部と搭載部材の電極部との間をワイヤボンディングで配線するのが一般的である。

しかし、特許文献１（特許第３９９２０３８号公報）に記載されているように、ワイヤボンディングを行うときの機械的なストレスによって不良が発生する可能性があるため、ワイヤボンディングに代わる接続信頼性の高い実装構造を低コストで実現することを目的として、配線基板上に搭載した半導体素子の周囲に流動性の樹脂材料をディスペンサで吐出して、半導体素子の上面と配線基板の表面との間を傾斜面でつなぐ樹脂スロープを形成した後、半導体素子上面の電極部と配線基板の電極部との間を接続する配線パターンを、インクジェット等の液滴吐出法により樹脂スロープ上に形成する配線技術が提案されている。

上記特許文献１の実装構造では、半導体素子上面の電極部と配線基板の電極部との間の配線経路に半導体素子の高さ相当分の段差ができるため、配線パターンを液滴吐出法で形成するには、半導体素子の側面上端から配線基板上面に跨がる樹脂スロープを形成して、半導体素子上面の電極部と配線基板の電極部との間を、段差のない傾斜面で結ぶ必要がある。

そこで、搭載部材に形成した素子搭載凹部内に半導体素子を搭載することで、半導体素子上面の電極部と該搭載部材の素子搭載凹部の外側に設けた電極部とをほぼ同一高さとしたものがある。このような構造に対しては、特許文献２（特開２００５−５０９１１号公報）に記載されているように、搭載部材の素子搭載凹部の内周側面と半導体素子の外周側面との間の隙間（溝）に絶縁体を埋め込むことで、半導体素子上面の電極部と搭載部材の電極部との間の配線経路を平坦化して、該配線経路にインクジェット等の液滴吐出法で導電性のインクを吐出して配線を形成することが提案されている。

特許第３９９２０３８号公報 特開２００５−５０９１１号公報

上記特許文献２では、搭載部材の素子搭載凹部の内周側面と半導体素子の外周側面との間の隙間に絶縁体を埋め込むようにしているが、一般に、素子搭載凹部の内周側面と半導体素子の外周側面との間の隙間は微小であるため、この微小な隙間に微小厚みの絶縁体を埋め込む作業は、容易ではない。

そこで、素子搭載凹部の内周側面と半導体素子の外周側面との間の隙間にディスペンサで液状の絶縁性樹脂を注入して硬化させることで、半導体素子上面の電極部と搭載部材の電極部との間の配線経路を絶縁性樹脂で平坦化することが考えられる。

しかし、半導体素子周辺の隙間全体に樹脂を注入するのに必要な樹脂量を１回で吐出すると、半導体素子周辺の隙間から液状の絶縁性樹脂が溢れ出て半導体素子上面の電極部や搭載部材の電極部に付着する可能性があり、インクジェット等の液滴吐出法で形成する配線と電極部との接続不良が生じる原因となる。

この問題を回避するために、上記特許文献２では、搭載部材の素子搭載凹部の内周側面と半導体素子の外周側面との間の隙間に絶縁体を埋め込む方法を採用したものと思われるが、前述したように、微小な隙間に微小厚みの絶縁体を埋め込む作業は、容易ではない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、搭載部材の素子搭載凹部内に半導体素子を搭載した半導体装置において、インクジェット等の液滴吐出法で形成する配線と電極部との間の接続信頼性を向上させながら、生産性も向上できる半導体装置及びその製造方法を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、搭載部材に形成した素子搭載凹部内に半導体素子を搭載し、該半導体素子上面の電極部と該搭載部材の素子搭載凹部の外側に設けた電極部とを配線で接続した半導体装置において、前記搭載部材の素子搭載凹部の内周側面と前記半導体素子の外周側面との間の隙間を樹脂充填スペースとすると共に、前記搭載部材に前記樹脂充填スペースに連通する樹脂注入凹部を形成し、前記樹脂注入凹部に液状の絶縁性樹脂を注入して該樹脂注入凹部から前記樹脂充填スペースに流入させて硬化させることで、前記半導体素子上面の電極部と前記搭載部材の電極部との間の配線経路を前記絶縁性樹脂で平坦化し、前記配線経路に液滴吐出法で導電性のインクを吐出して前記配線を形成したものである。

この構成では、搭載部材の素子搭載凹部に搭載した半導体素子周囲の樹脂充填スペースに連通する樹脂注入凹部を形成し、この樹脂注入凹部にディスペンサ等で液状の絶縁性樹脂を注入して該樹脂注入凹部から該絶縁性樹脂を毛細管現象等で半導体素子周囲の樹脂充填スペースに流入させて硬化させるようにしたので、ディスペンサ等で注入した液状の絶縁性樹脂が樹脂充填スペースから溢れ出て半導体素子上面の電極部や搭載部材の電極部に付着することを防止でき、インクジェット等の液滴吐出法で形成する配線と電極部との接続不良を防止できる。しかも、半導体素子周囲の樹脂充填スペース全体に流し込むのに必要な樹脂量を、該樹脂充填スペースに連通する比較的大きな樹脂注入凹部内にまとめて注入することが可能となり、液状の絶縁性樹脂の注入作業も容易である。これにより、搭載部材の素子搭載凹部内に半導体素子を搭載した半導体装置において、インクジェット等の液滴吐出法で形成する配線と電極部との接続信頼性を向上しながら、生産性も向上させることができる。

この場合、半導体素子周囲の樹脂充填スペースに連通する樹脂注入凹部は、搭載部材の１箇所のみに形成しても良いし、請求項２のように、樹脂注入凹部を搭載部材の複数箇所に形成しても良い。複数箇所の樹脂注入凹部から液状の絶縁性樹脂を半導体素子周囲の樹脂充填スペースに流入させるようにすれば、液状の絶縁性樹脂が半導体素子周囲の樹脂充填スペースに行き渡りやすくなり、樹脂充填スペースへの絶縁性樹脂の充填状態が一層良好になる利点がある。

また、本発明は、搭載部材の素子搭載凹部に半導体素子を１個のみ搭載した構成としても良いし、搭載部材の素子搭載凹部に複数の半導体素子を搭載した構成としても良い。この場合、請求項３のように、搭載部材の素子搭載凹部に搭載した複数の半導体素子の間に樹脂注入凹部として用いる空間を確保するように素子搭載凹部を形成しても良い。このようにすれば、素子搭載凹部内に確保された１箇所の樹脂注入凹部に液状の絶縁性樹脂を注入すれば、１箇所の樹脂注入凹部から液状の絶縁性樹脂を複数の半導体素子の樹脂充填スペースに流入させることができる。

上述した請求項１に記載の半導体装置を製造する場合は、請求項４のように、前記搭載部材の素子搭載凹部の内周側面と前記半導体素子の外周側面との間の隙間を樹脂充填スペースとすると共に、前記搭載部材に前記樹脂充填スペースに連通する樹脂注入凹部を形成する工程と、前記樹脂注入凹部に液状の絶縁性樹脂を注入して該樹脂注入凹部から前記樹脂充填スペースに流入させて硬化させることで、前記半導体素子上面の電極部と前記搭載部材の電極部との間を前記絶縁性樹脂で平坦化する工程と、前記半導体素子上面の電極部と前記搭載部材の電極部との間を前記絶縁性樹脂を介して結ぶ配線経路に液滴吐出法で導電性のインクを吐出して前記配線を形成する工程とを実行するようにすると良い。

図１（ａ）は本発明の実施例１の半導体装置の主要部の構造を示す平面図、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図２（ａ）は本発明の実施例２の半導体装置の主要部の構造を示す平面図、同図（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図、同図（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。 図３（ａ）は本発明の実施例３の半導体装置の主要部の構造を示す平面図、同図（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。 図４（ａ）は本発明の実施例４の半導体装置の主要部の構造を示す平面図、同図（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面図である。 図５（ａ）は本発明の実施例５の半導体装置の主要部の構造を示す平面図、同図（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した５つの実施例１〜５を説明する。

本発明の実施例１を図１に基づいて説明する。
まず、半導体装置の構造を説明する。
ＬＥＤ素子等の半導体素子１１を搭載する四角形状の素子搭載凹部１２は、リードフレーム、回路基板等の搭載部材（図示せず）に形成されている。本発明を適用可能な半導体素子１１は、ＬＥＤ素子に限定されず、上面に電極部１３（パッド）が形成された半導体素子であれば本発明を適用可能である。素子搭載凹部１２の高さ寸法は、半導体素子１１の高さ寸法とほぼ同一に設定され、該素子搭載凹部１２の底面中央部に半導体素子１１が接着等により搭載（ダイボンド）されている。

素子搭載凹部１２の内周側面と半導体素子１１の外周側面との間の溝状の隙間は、樹脂充填スペース１４となり、搭載部材のうちの素子搭載凹部１２の外側に、樹脂充填スペース１４に溝１５を介して連通する樹脂注入凹部１６が形成されている。この樹脂注入凹部１６は、半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４全体に流し込むのに必要な樹脂量を注入できる容積の円形穴状に形成され、且つ、樹脂注入凹部１６内に注入した液状の絶縁性樹脂が半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４側に流れやすいように該樹脂注入凹部１６の内周面がテーパ状に形成されている。この場合、半導体素子１１が微小であるため、樹脂充填スペース１４の溝幅も微小であり、液状の絶縁性樹脂が毛細管現象で半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４に流入するようになっている。尚、図１（ａ）〜（ｃ）では、絶縁性樹脂の図示を省略している。

搭載部材のうちの素子搭載凹部１２の両側には、それぞれ半導体素子１１の各電極部１３と接続するための電極部１７が設けられ、各電極部１７が素子搭載凹部１２の対向する２辺に沿って延びるように形成されている。本実施例１では、半導体素子１１上面の電極部１３と搭載部材の電極部１７とがほぼ同じ高さ位置となるように構成されている。半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４に液状の絶縁性樹脂が流入して硬化することで、半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４が絶縁性樹脂で平坦化されて、半導体素子１１上面の電極部１３と搭載部材の電極部１７との間の配線経路が前記絶縁性樹脂で平坦化されている。この配線経路にインクジェット等の液滴吐出法で導電性のインクが吐出されて配線１８が形成され、半導体素子１１上面の電極部１３と搭載部材の電極部１７との間が配線１８で接続されている。

次に、上記構成の半導体装置の製造方法を説明する。
まず、ディスペンサ等で液状の絶縁性樹脂（例えば紫外線硬化型樹脂）を素子搭載凹部１２に注入する。これにより、樹脂注入凹部１２内に注入した液状の絶縁性樹脂が毛細管現象で半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４に流入する。そして、半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４に液状の絶縁性樹脂を十分に行き渡らせたところで、該絶縁性樹脂を硬化させる。これにより、半導体素子１１上面の電極部１３と搭載部材の電極部１７との間の配線経路が絶縁性樹脂で平坦化される。

この後、半導体素子１１上面の電極部１３と搭載部材の電極部１７との間の配線経路に液滴吐出法で導電性のインクを吐出して配線１８を形成して、半導体素子１１上面の電極部１３と搭載部材の電極部１７との間を配線１８で接続する。

以上説明した本実施例１では、搭載部材の素子搭載凹部１２に搭載した半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４に連通する樹脂注入凹部１６を形成し、この樹脂注入凹部１６にディスペンサ等で液状の絶縁性樹脂を注入して該樹脂注入凹部１６から該絶縁性樹脂を毛細管現象で半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４に流入させて硬化させるようにしたので、ディスペンサ等で注入した液状の絶縁性樹脂が樹脂充填スペース１４から溢れ出て半導体素子１１上面の電極部１３や搭載部材の電極部１７に付着することを防止でき、インクジェット等の液滴吐出法で形成する配線１８と電極部１３，１７との接続不良を防止できる。

しかも、半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４全体に流し込むのに必要な樹脂量を、該樹脂充填スペース１４に連通する比較的大きな樹脂注入凹部１６内にまとめて注入することが可能となり、液状の絶縁性樹脂の注入作業も容易である。これにより、搭載部材の素子搭載凹部１６内に半導体素子１１を搭載した半導体装置において、インクジェット等の液滴吐出法で形成する配線１８と電極部１３，１７との接続信頼性を向上しながら、生産性も向上させることができる。

上記実施例１では、半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４に、溝１５を介して樹脂注入凹部１６を連通させるようにしたが、図２に示す本発明の実施例２では、素子搭載凹部１２の４辺のうちの電極部１７が設けられていない一辺に連続して半円状の樹脂注入凹部２１を形成することで、半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４の一辺に半円状の樹脂注入凹部２１を連通させるように形成している。この樹脂注入凹部２１内に注入した液状の絶縁性樹脂が半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４側に流れやすいように該樹脂注入凹部２１の内周面がテーパ状に形成されている。その他の事項は、前記実施例１と実質的に同一であり、前記実施例１と同一の符号を図２に付して説明を省略する。
以上説明した本実施例２でも、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。

上述した各実施例１，２では、半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４に連通する樹脂注入凹部１６，２１を１箇所のみに形成したが、図３に示す本発明の実施例３では、素子搭載凹部１２の対角方向両側の２箇所にそれぞれ樹脂注入凹部２２を形成することで、半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４の対角方向の２箇所にそれぞれ樹脂注入凹部２２を連通させるように形成している。各樹脂注入凹部２２内に注入した液状の絶縁性樹脂が半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４側に流れやすいように各樹脂注入凹部２２の内周面がテーパ状に形成されている。搭載部材の素子搭載凹部１２の両側には、それぞれ樹脂注入凹部２２を避けた位置に電極部２３が形成されている。その他の事項は、前記実施例１と実質的に同一であり、前記実施例１と同一の符号を図３に付して説明を省略する。

本実施例３では、半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４に液状の絶縁性樹脂を流入させる工程で、半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４の対角方向の２箇所の樹脂注入凹部２２内に液状の絶縁性樹脂を注入する。これにより、半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４の対角方向の２箇所の樹脂注入凹部２２から液状の絶縁性樹脂が半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４に流入するようになるため、液状の絶縁性樹脂が半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４に行き渡りやすくなり、樹脂充填スペース１４への絶縁性樹脂の充填状態が一層良好になる利点がある。

尚、素子搭載凹部１２の対向する２辺に、それぞれ前記実施例２（図２）と同様の樹脂注入凹部を形成しても良いし、或は、前記実施例１（図１）と同様の溝を介して樹脂注入凹部を形成しても良い。

図４に示す本発明の実施例４では、素子搭載凹部１２の４つの角部にそれぞれ樹脂注入凹部２４を形成することで、半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４の４つの角部にそれぞれ樹脂注入凹部２４を連通させるように形成している。各樹脂注入凹部２４内に注入した液状の絶縁性樹脂が半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４側に流れやすいように各樹脂注入凹部２４の内周面がテーパ状に形成されている。搭載部材の素子搭載凹部１２の両側には、それぞれ樹脂注入凹部２４を避けた位置に電極部２５が形成されている。その他の事項は、前記実施例１と実質的に同一であり、前記実施例１と同一の符号を図４に付して説明を省略する。

本実施例４では、半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４に液状の絶縁性樹脂を流入させる工程で、半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４の４つの角部に位置する４箇所の樹脂注入凹部２４内に液状の絶縁性樹脂を注入する。これにより、前記実施例３と同様の効果を得ることができる。

尚、本発明は、半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４に連通する樹脂注入凹部を搭載部材の３箇所に形成しても良い。

上述した各実施例１〜４では、搭載部材の素子搭載凹部１２に半導体素子１１を１個のみ搭載した構成としたが、図５に示す本発明の実施例５では、搭載部材の素子搭載凹部３１に２つの半導体素子１１を搭載している。更に、素子搭載凹部３１に搭載した２つの半導体素子１１の間に樹脂注入凹部３２として用いる空間を確保するように素子搭載凹部３１を長方形状に形成している。

本実施例５では、素子搭載凹部３１の長手方向両側に、それぞれ半導体素子１１の一方の電極部１３と接続するための電極部１３が形成され、両方の電極部１３，３３が配線３４で接続されている。２つの半導体素子１１（ＬＥＤ素子）の対向する２つの電極部１３（プラス側とマイナス側の電極部１３）が配線３５で接続され、２つの半導体素子１１（ＬＥＤ素子）が直列に接続されている。各配線３４，３５は、前記実施例１と同様に、インクジェット等の液滴吐出法で形成されている。その他の事項は、前記実施例１と実質的に同一であり、前記実施例１と同一の符号を図５に付して説明を省略する。

本実施例５では、２つの半導体素子１１周囲の樹脂充填スペース１４に液状の絶縁性樹脂を流入させる工程で、素子搭載凹部３１内の２つの半導体素子１１の間に確保された１箇所の樹脂注入凹部３２に液状の絶縁性樹脂を注入する。これにより、１箇所の樹脂注入凹部３２から液状の絶縁性樹脂を２つの半導体素子１１の樹脂充填スペース１４に流入させることができる。

尚、本実施例５では、素子搭載凹部３１内に搭載した２つの半導体素子１１（ＬＥＤ素子）の対向する２つの電極部１３（プラス側とマイナス側の電極部１３）を配線３５で接続するようにしたが、搭載部材の素子搭載凹部３１の外側の４箇所に電極部を形成して、２つの半導体素子１１の全ての電極部１３を素子搭載凹部３１の外側の電極部と配線で接続するようにしても良い。

また、本発明は、搭載部材の素子搭載凹部に３個以上の半導体素子１１を搭載して、３個以上の半導体素子の中間に樹脂注入凹部として用いる空間を確保するように素子搭載凹部を形成した構成としても良い。

上述した各実施例１〜５では、素子搭載凹部に搭載した半導体素子の上面の電極部と搭載部材の電極部とがほぼ同じ高さ位置となるように構成したが、両者の電極部の高さ位置が少し異なっていても良く、この場合でも、半導体素子周囲の樹脂充填スペースに流入させた液状の絶縁性樹脂の上面を表面張力により少し傾斜させた状態にして硬化させることで、半導体素子上面の電極部と搭載部材の電極部との間を絶縁性樹脂を介して結ぶ配線経路を少し傾斜させて平坦化するようにしても良い。要は、２つの電極部を結ぶ配線経路を段差のない面（平面又は緩やかな曲面）で結ぶように平坦化すれば良い。

また、前記各実施例１〜５では、素子搭載凹部の高さ寸法を半導体素子の高さ寸法とほぼ同一に設定したが、素子搭載凹部の高さ寸法が半導体素子の高さ寸法より高い場合は、素子搭載凹部の底面と半導体素子との間にスペーサを挟み込んで、スペーサの厚みにより半導体素子上面の電極部の高さ位置が搭載部材の電極部の高さ位置と一致するように高さ調整するようにしても良い。

その他、本発明は、樹脂注入凹部の形状・位置や搭載部材の電極部の形状・位置を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

１１…半導体素子、１２…素子搭載凹部、１３…電極部、１４…樹脂充填スペース、１５…溝、１６…樹脂注入凹部、１７…電極部、１８…配線、２１，２２…樹脂注入凹部、２３…電極部、２４…樹脂注入凹部、２５…電極部、３１…素子搭載凹部、３２…樹脂注入凹部、３３…電極部、３４，３５…配線

Claims (4)

1. 搭載部材に形成した素子搭載凹部内に半導体素子を搭載し、該半導体素子上面の電極部と該搭載部材の素子搭載凹部の外側に設けた電極部とを配線で接続した半導体装置において、
   前記搭載部材の素子搭載凹部の内周側面と前記半導体素子の外周側面との間の隙間を樹脂充填スペースとすると共に、前記搭載部材に前記樹脂充填スペースに連通する樹脂注入凹部を形成し、
   前記樹脂注入凹部に液状の絶縁性樹脂を注入して該樹脂注入凹部から前記樹脂充填スペースに流入させて硬化させることで、前記半導体素子上面の電極部と前記搭載部材の電極部との間の配線経路を前記絶縁性樹脂で平坦化し、
   前記配線経路に液滴吐出法で導電性のインクを吐出して前記配線を形成したことを特徴とする半導体装置。
2. 前記樹脂注入凹部は、前記搭載部材の複数箇所に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記素子搭載凹部は、複数の半導体素子を搭載し、且つ、前記複数の半導体素子の間に前記樹脂注入凹部として用いる空間を確保するように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 搭載部材に形成した素子搭載凹部内に半導体素子を搭載し、該半導体素子上面の電極部と該搭載部材の素子搭載凹部の外側に設けた電極部とを配線で接続した半導体装置の製造方法において、
   前記搭載部材の素子搭載凹部の内周側面と前記半導体素子の外周側面との間の隙間を樹脂充填スペースとすると共に、前記搭載部材に前記樹脂充填スペースに連通する樹脂注入凹部を形成する工程と、
   前記樹脂注入凹部に液状の絶縁性樹脂を注入して該樹脂注入凹部から前記樹脂充填スペースに流入させて硬化させることで、前記半導体素子上面の電極部と前記搭載部材の電極部との間の配線経路を前記絶縁性樹脂で平坦化する工程と、
   前記配線経路に液滴吐出法で導電性のインクを吐出して前記配線を形成する工程と
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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