特許 5751079 半導体装置及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5751079

(24)【登録日】2015年5月29日

(45)【発行日】2015年7月22日

(54)【発明の名称】半導体装置及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/56 20060101AFI20150702BHJP

   H01L 23/29 20060101ALI20150702BHJP

   H01L 23/31 20060101ALI20150702BHJP

   H01L 23/28 20060101ALI20150702BHJP

   H01L 25/00 20060101ALI20150702BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/56 R

   H01L23/30 A

   H01L23/28 F

   H01L23/28 J

   H01L25/00 B

【請求項の数】7

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2011-171848(P2011-171848)

(22)【出願日】2011年8月5日

(65)【公開番号】特開2013-38162(P2013-38162A)

(43)【公開日】2013年2月21日

【審査請求日】2014年5月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】308014341

【氏名又は名称】富士通セミコンダクター株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092152

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 毅巖

(72)【発明者】

【氏名】海沼 則夫

【審査官】 木下 直哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１５５２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２９８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平２−１７２２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３１３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１５８３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１９２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５４８５０３７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−３５３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−９７４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／５６

Ｈ０１Ｌ ２３／２８−２３／３１

Ｈ０１Ｌ ２５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に実装された電子部品と、
前記電子部品を封止する樹脂層と、
前記樹脂層の上面及び側面に設けられ、前記上面の側に前記樹脂層に通じる筒状の第１の穴が設けられたシールド層と、
を含み、
前記樹脂層に設けられ、前記第１の穴に連通する第２の穴と、
前記第１の穴及び前記第２の穴に設けられ、導電性を有するピンと、
を更に含み、
前記ピンは、
前記第１の穴及び前記第２の穴に挿入され、前記第２の穴の底部で前記樹脂層に固定される軸部と、
前記軸部上に設けられ、前記第１の穴を前記シールド層の上から閉塞する頭部と、
を有し、
所定温度での加熱時に、前記ピンが熱膨張することによって前記頭部が前記シールド層から離間し、前記第１の穴及び前記第２の穴に連通する隙間が生成されることを特徴とする半導体装置。

【請求項2】

前記第２の穴は、前記電子部品の実装領域上方に、前記電子部品上に所定の厚さの前記樹脂層が残る深さで設けられ、前記電子部品の非実装領域上方に、前記基板上に所定の厚さの前記樹脂層が残る深さで設けら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。

【請求項3】

前記第１の穴の径は、前記シールド層によってシールドする電磁波の波長に基づいて設定され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。

【請求項4】

基板上に電子部品を実装する工程と、
前記電子部品を封止する樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層の上面及び側面に、前記上面の側に前記樹脂層に通じる筒状の第１の穴が設けられたシールド層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記シールド層を形成する工程後に、前記樹脂層に、前記第１の穴に連通する第２の穴を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記樹脂層を形成する工程は、前記樹脂層に第２の穴を形成する工程を含み、
前記シールド層を形成する工程においては、前記第２の穴が設けられた前記樹脂層の前記上面及び前記側面に選択的に前記シールド層の材料を形成することによって、前記第２の穴に連通する前記第１の穴が設けられた前記シールド層を形成することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項7】

前記第１の穴及び前記第２の穴に、導電性を有する、軸部と前記軸部上に設けられた頭部とを有するピンを設ける工程を更に含み、
前記ピンは、前記軸部が前記第１の穴及び前記第２の穴に挿入され前記第２の穴の底部で前記樹脂層に固定され、前記頭部が前記第１の穴を前記シールド層の上から閉塞するように設けられることを特徴とする請求項５又は６に記載の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、シールド部材を備えた半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体素子をはじめとする電子部品への、或いはそのような電子部品からの、電磁波をシールドするための技術が知られている。例えば、基板に実装された電子部品を封止する樹脂層の表面に電磁波をシールドするシールド層を設けた半導体装置等が知られている。シールド層として、樹脂層の上面及び側面を覆う網目状のマイクロチャンネルクラックが形成された層や、メッシュ状の金属薄層からなる部材を形成する技術等も知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４−２９７０５４号公報

【特許文献2】特開２００５−１０９３０６号公報

【特許文献3】特開２０１０−２１９２１０号公報

【特許文献4】特開２００６−１３３７５号公報

【特許文献5】実用新案登録第３１４３８８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

基板に実装された電子部品を封止する樹脂層の表面に電磁波のシールド層を設けた半導体装置では、樹脂層がシールド層で覆われる構造となるため、シールド層によって樹脂層の吸湿を抑えることができるという利点がある。

【0005】

しかし、樹脂層の吸湿は、基板を介して起こる場合があり、この場合、シールド層が樹脂層を覆っていることで却って樹脂層の脱湿が行われ難くなり、半導体装置の他の基板への実装前に行う脱湿のための乾燥（ベイク）の時間が長くなってしまうことがある。脱湿が充分でない状態で半導体装置を他の基板に実装すると、その実装時の加熱（リフロー加熱）により、樹脂層内の水分が膨張し、シールド層が樹脂層から剥離してしまうといったことも起こり得る。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一観点によれば、基板と、前記基板上に実装された電子部品と、前記電子部品を封止する樹脂層と、前記樹脂層の上面及び側面に設けられ、前記上面の側に前記樹脂層に通じる筒状の第１の穴が設けられたシールド層とを含み、前記樹脂層に設けられ、前記第１の穴に連通する第２の穴と、前記第１の穴及び前記第２の穴に設けられ、導電性を有するピンとを更に含み、前記ピンは、前記第１の穴及び前記第２の穴に挿入され、前記第２の穴の底部で前記樹脂層に固定される軸部と、前記軸部上に設けられ、前記第１の穴を前記シールド層の上から閉塞する頭部とを有し、所定温度での加熱時に、前記ピンが熱膨張することによって前記頭部が前記シールド層から離間し、前記第１の穴及び前記第２の穴に連通する隙間が生成される半導体装置が提供される。

【0007】

また、本発明の一観点によれば、基板上に電子部品を実装する工程と、前記電子部品を封止する樹脂層を形成する工程と、前記樹脂層の上面及び側面に、前記上面の側に前記樹脂層に通じる筒状の穴が設けられたシールド層を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法が提供される。

【発明の効果】

【0008】

開示の技術によれば、シールド層に設けた穴を通して樹脂層内の水分を除去することのできる、脱湿性の高い半導体装置が実現される。それにより、半導体装置を実装する際の実装工程の効率化、実装工程を経た半導体装置の信頼性向上を図ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。

【図2】別形態の半導体装置の一例を示す図である。

【図3】第１の実施の形態に係る半導体装置のベイク及び実装工程の説明図である。

【図4】第２の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。

【図5】第３の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。

【図6】第４の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。

【図7】第４の実施の形態に係る半導体装置の脱湿時の挙動を説明する図である。

【図8】第４の実施の形態に係る半導体装置の別例を示す図である。

【図9】半導体装置の第１の形成方法を説明する図である。

【図10】半導体装置の第２の形成方法を説明する図である。

【図11】半導体装置の第３の形成方法を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

まず、第１の実施の形態について説明する。
図１は第１の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。尚、図１（Ａ）は第１の実施の形態に係る半導体装置の一例の断面模式図、図１（Ｂ）は第１の実施の形態に係る半導体装置の一例の平面模式図である。

【0011】

図１（Ａ）に示すように、半導体装置１００は、基板１１０、電子部品１２０、樹脂層１３０及びシールド層１４０を含む。
基板１１０には、例えば、プリント基板が用いられる。基板１１０は、一方の面側（電子部品１２０の実装面側）に設けられた電極パッド１１１、及び他方の面側（電子部品１２０の実装面と反対の面側）に設けられた電極パッド１１２を有している。尚、基板１１０の内部には、所定のパターン形状の配線、及び異なる配線間を接続するビア等の導電部と、そのような導電部を被覆する絶縁部とが設けられている。基板１１０の両面の電極パッド１１１，１１２は、基板１１０内に設けられた導電部を介して電気的に接続されている。更に基板１１０には、その一方の面側の端部に、グランド（ＧＮＤ）電位とされるＧＮＤパターン１１３が設けられている。

【0012】

このような基板１１０の電極パッド１１１の配設面側に、電子部品１２０として、半導体素子（半導体チップ）１２１のほか、コンデンサ、インダクタ、抵抗器等の受動部品（実装部品）１２２が実装されている。

【0013】

半導体チップ１２１には、基板１１０との対向面にバンプ１２１ａが設けられている。基板１１０の一部の電極パッド１１１は、実装される半導体チップ１２１のバンプ１２１ａと対応する位置に設けられている。半導体チップ１２１は、そのバンプ１２１ａ、或いはバンプ１２１ａとはんだ等の接合部材を介して、基板１１０の対応する電極パッド１１１上にフリップチップ実装される。その場合、例えば、実装された半導体チップ１２１と基板１１０との間には、アンダーフィル材１５０が充填される。

【0014】

尚、アンダーフィル材１５０は、設けないようにすることも可能である。また、基板１１０には、上記のようなフリップチップ実装された半導体チップ１２１に替えて、或いはフリップチップ実装された半導体チップ１２１と共に、ワイヤーボンディングで実装された半導体チップが実装されていてもよい。

【0015】

実装部品１２２は、その電極部１２２ａと対応する位置に設けられた電極パッド１１１上に、はんだ等の接合部材１６０を用いて実装されている。
樹脂層１３０は、基板１１０に実装された半導体チップ１２１及び実装部品１２２等の電子部品１２０を封止する。樹脂層１３０には、エポキシ樹脂を用いることができ、例えば、非導電性フィラーを含有するエポキシ樹脂が用いられる。樹脂層１３０は、所定形状の金型を用いたモールド成形によって形成することができる。

【0016】

シールド層１４０は、樹脂層１３０の表面（上面及び側面）に設けられ、基板１１０に設けたＧＮＤパターン１１３に電気的に接続されている。シールド層１４０には、金属や導電性樹脂等の導電性材料を用いることができる。シールド層１４０は、用いる材料に応じて、めっき法、蒸着法、塗布法等を用いて、樹脂層１３０の上面及び側面に形成することができる。

【0017】

更にこのシールド層１４０には、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、樹脂層１３０の上面に設けられている部分に、樹脂層１３０に通じる筒状の穴１４１が、少なくとも１つ、ここでは一例として複数設けられている。尚、ここではシールド層１４０のうち、樹脂層１３０の側面に設けられている部分には上記のような穴１４１が設けられていない構造を例示している。シールド層１４０の穴１４１は、種々の方法を用いて形成することができる。例えば、樹脂層１３０の上面及び側面に一様に形成したシールド層１４０の、樹脂層１３０上面側の部分に対し、ドリルを用いた穴開け加工を施すことで、形成することができる。

【0018】

このように一方の面側に電子部品１２０、樹脂層１３０、シールド層１４０等が配設された基板１１０の、他方の面側に設けた電極パッド１１２には、はんだボール等のバンプ１７０が取り付けられている。半導体装置１００は、このバンプ１７０を用いて、マザーボード等の他の基板にリフローを行って実装することができるようになっている。

【0019】

半導体装置１００は、実装される電子部品１２０のサイズ（高さ）によって異なるが、０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度の厚みとされる。また、シールド層１４０は、その形成方法、材質によって異なるが、数μｍ〜数十μｍの厚みとされる。

【0020】

上記のように半導体装置１００は、その樹脂層１３０の上面及び側面に、基板１１０のＧＮＤパターン１１３に電気的に接続されたシールド層１４０が設けられている。このシールド層１４０により、半導体装置１００の外部の電磁波が電子部品１２０に入射するのをシールドし、或いは、電子部品１２０で発生した電磁波が半導体装置１００の外部に放射されるのをシールドする。

【0021】

更に上記のようにこの半導体装置１００では、そのシールド層１４０に、穴１４１が設けられている。このような穴１４１を有するシールド層１４０を樹脂層１３０の表面に設けることにより、樹脂層１３０の表面全体を露出させている場合（即ちシールド層１４０を設けていない場合）に比べて、樹脂層１３０の吸湿を抑制することができる。また、このような穴１４１を有するシールド層１４０を樹脂層１３０の表面に設けた場合には、穴１４１を有しないシールド層を樹脂層１３０の表面に設けた場合に比べて、吸湿した樹脂層１３０の脱湿性を向上させることができる。これらの点について、次の図２を参照して説明する。

【0022】

図２（Ａ）にはシールド層を設けていない半導体装置の一例を、図２（Ｂ）には穴１４１を有しないシールド層を用いた半導体装置の一例を、それぞれ示している。
図２（Ａ）に示す半導体装置１００Ａは、上記のようなシールド層１４０を設けていない点で、図１に示した半導体装置１００と相違する。また、図２（Ｂ）に示す半導体装置１００Ｂは、上記のような穴１４１を有しないシールド層１４０Ａが樹脂層１３０の表面に設けられている点で、図１に示した半導体装置１００と相違する。

【0023】

図２（Ａ）に示すような半導体装置１００Ａでは、樹脂層１３０の表面全体が露出するため、例えば、半導体装置１００Ａをマザーボードに実装するまでの間、大気中に放置した場合等に、比較的樹脂層１３０の吸湿が起こり易い。半導体装置１００Ａの樹脂層１３０に吸湿された水分は、半導体装置１００Ａをマザーボードに実装する際のリフロー加熱で膨張する。樹脂層１３０に吸湿された水分量、水分の膨張の程度によっては、水分の膨張時の圧力により、半導体装置１００Ａ内の接合界面（基板１１０と樹脂層１３０の接合界面、基板１１０と電子部品１２０の接合界面等）で剥離が発生することがある。

【0024】

このような接合界面の剥離を抑制するためには、所定の温度環境（例えば１２０℃〜１５０℃程度）でのベイクと呼ばれる乾燥処理によって樹脂層１３０の脱湿を行うことが有効である。シールド層を設けていない半導体装置１００Ａでは、樹脂層１３０の表面全体が露出しているため、例えば、数時間程度で樹脂層１３０の脱湿を行うことができる。

【0025】

一方、図２（Ｂ）に示すような、電磁波シールドのためにシールド層１４０Ａを設けた半導体装置１００Ｂでは、樹脂層１３０の表面全体がシールド層１４０Ａで覆われる。そのため、半導体装置１００Ｂでの樹脂層１３０への吸湿は、図２（Ａ）の半導体装置１００Ａに比べて緩やかである。従って、半導体装置１００Ｂをマザーボードに実装するまでの時間を、半導体装置１００Ａのときよりも長くとることができ、その点では半導体装置１００Ｂの取り扱いが容易になるという利点はある。

【0026】

しかし、樹脂層１３０の吸湿は、プリント基板等の基板１１０を介しても起こる。そのため、半導体装置１００Ｂでも、高湿度環境での放置が長くなったり、大気中への放置時間があまりにも長くなったりすると、基板１１０を介して樹脂層１３０に一定量の水分が吸湿されてしまう場合がある。その場合、半導体装置１００Ｂでは、ベイクを行っても、シールド層１４０Ａがあるために却って樹脂層１３０からの脱湿効率が悪くなり、ベイク時間が十数時間〜数十時間と長くなってしまう。その結果、半導体装置１００Ｂをマザーボードに実装するのに長時間を要してしまうことが起こり得る。

【0027】

更に、半導体装置１００Ｂでは、脱湿が充分でない状態でマザーボードへの実装を行った場合、その実装時のリフロー加熱により、樹脂層１３０内に残る水分が膨張するときの圧力により、シールド層１４０Ａが樹脂層１３０から剥離するといったことも起こり得る。このようなシールド層１４０Ａの剥離に起因して、シールド層１４０ＡのＧＮＤパターン１１３からの剥離、基板１１０と樹脂層１３０の接合界面や基板１１０と電子部品１２０の接合界面等での剥離が起こる恐れもある。

【0028】

このように半導体装置１００Ｂでは、マザーボードへの実装工程に時間を要してしまったり、実装工程後の半導体装置１００Ｂの信頼性が確保できなかったりする場合がある。
これに対し、図１に示した半導体装置１００では、樹脂層１３０を、穴１４１を設けたシールド層１４０で被覆する。そのため、樹脂層１３０の表面全体が露出する半導体装置１００Ａ（図２（Ａ））に比べ、樹脂層１３０の吸湿は緩やかになる。更に、半導体装置１００では、大気中の放置等で樹脂層１３０が吸湿しても、図３（Ａ）に示すように、ベイクの際、樹脂層１３０の水分１３０ａを、シールド層１４０の穴１４１を介して半導体装置１００の外部に除去することができる。そのため、穴を有しないシールド層１４０Ａを設けた半導体装置１００Ｂ（図２（Ｂ））に比べ、樹脂層１３０の脱湿性を向上させることができる。樹脂層１３０の水分１３０ａを除去するためのベイクの後、図３（Ｂ）に示すように、そのベイク後の半導体装置１００が、バンプ１７０を介して、マザーボード４１０に実装される。

【0029】

このような半導体装置１００によれば、シールド層１４０で樹脂層１３０の吸湿を抑制することで、ベイクが長時間化するのを抑制することができ、半導体装置１００のベイクを含むマザーボード４１０への実装工程の効率化を図ることがでる。また、そのシールド層１４０に穴１４１を設けて樹脂層１３０からの脱湿性を高めることで、半導体装置１００のベイクを含むマザーボード４１０への実装工程の効率化、マザーボード４１０への実装工程を経た半導体装置１００の信頼性の向上を図ることができる。更に、そのように半導体装置１００をマザーボード４１０に実装した装置（電子装置）４００の信頼性の向上を図ることもできる。

【0030】

尚、上記のような樹脂層１３０からの脱湿経路となるシールド層１４０の穴１４１の径（直径）は、シールド層１４０でシールド（遮蔽）する電磁波の波長に基づいて設定することができる。シールド層１４０による充分なシールド効果を得るためには、穴１４１の径を、シールドすべき電磁波の波長よりも充分に小さくすることが望ましい。例えば、所謂ワンセグ帯域（５００ＭＨｚ〜８００ＭＨｚ程度）では波長が数十ｃｍとなるため、径が数ｍｍ以下の穴１４１であれば、シールド層１４０による充分なシールド効果を得ることができる。シールド層１４０に設ける穴１４１は、後述のいずれの方法を用いた場合にも、０．１ｍｍ以上の径で形成することが可能である。

【0031】

次に、第２の実施の形態について説明する。
図４は第２の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。尚、図４は第２の実施の形態に係る半導体装置の一例の断面模式図である。

【0032】

図４に示す半導体装置１００ａは、樹脂層１３０に、シールド層１４０の穴１４１に連通する穴１３１が設けられている点で、上記図１に示した半導体装置１００と相違する。ここでは一例として、シールド層１４０に複数設けた穴１４１のそれぞれに連通し、基板１１０側に向かって一定の深さで延びる、複数の穴１３１が設けられた樹脂層１３０を示している。

【0033】

樹脂層１３０の穴１３１は、その底部に樹脂層１３０が存在するような深さ、即ち、電子部品１２０や基板１１０に達しないような深さで、設けられる。電子部品１２０の周囲には、樹脂層１３０が１００μｍ以上の厚さで設けられていれば、樹脂層１３０を設けたことによる一定の信頼性を確保することが可能である。そのため、樹脂層１３０の穴１３１は、いずれの電子部品１２０の上にも、厚さ１００μｍ以上の樹脂層１３０が残るような一定の深さで、設けられる。

【0034】

図４に示したような半導体装置１００ａでは、樹脂層１３０に穴１３１が設けられていることで、図１に示したような半導体装置１００に比べて、樹脂層１３０のシールド層１４０からの露出面積が増加するようになる。そのため、樹脂層１３０の吸湿量が同程度であれば、樹脂層１３０に穴１３１を設けて露出面積を増加させた図４の半導体装置１００ａでは、図１の半導体装置１００に比べて、ベイク時間の短縮化を図ることが可能になる。

【0035】

半導体装置１００ａでは、上記半導体装置１００同様、シールド層１４０で樹脂層１３０の吸湿を抑制し、ベイクの長時間化を抑制して、半導体装置１００ａのベイクを含むマザーボードへの実装工程の効率化を図ることができる。また、半導体装置１００ａでは、そのシールド層１４０に穴１４１を設けると共に、樹脂層１３０にも穴１３１を設けることにより、樹脂層１３０からの脱湿性を更に高めている。それにより、マザーボードへの実装工程の効率化、マザーボードへの実装工程を経た半導体装置１００ａ、更には半導体装置１００ａをマザーボードに実装した電子装置の信頼性の向上を図ることができる。

【0036】

次に、第３の実施の形態について説明する。
図５は第３の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。尚、図５は第３の実施の形態に係る半導体装置の一例の断面模式図である。

【0037】

図５に示す半導体装置１００ｂは、シールド層１４０の穴１４１に連通する樹脂層１３０の穴１３１が、その位置によって深さが異なっている点で、上記図４に示した半導体装置１００ａと相違する。

【0038】

樹脂層１３０の各穴１３１は、その深さ方向に存在する電子部品１２０や基板１１０の高さに応じた深さで設けられる。上記のように、電子部品１２０の周囲には、樹脂層１３０が１００μｍ以上の厚さで設けられていれば、一定の信頼性を確保することが可能である。電子部品１２０の実装領域の上方に位置する穴１３１は、その実装領域の電子部品１２０（アンダーフィル材１５０や接合部材１６０を含む）の上（穴１３１の下端と電子部品１２０の間）に、厚さ１００μｍ以上の樹脂層１３０が残るような深さとされる。電子部品１２０の非実装領域の上方に位置する穴１３１は、基板１１０の上（穴１３１の下端と基板１１０の間）に、厚さ１００μｍ以上の樹脂層１３０が残るような深さとされる。

【0039】

図５に示したような半導体装置１００ｂによれば、図４に示した半導体装置１００ａに比べ、樹脂層１３０のシールド層１４０からの露出面積が、より増加するようになるため、樹脂層１３０からの脱湿性をいっそう高めることができる。半導体装置１００ｂでは、上記半導体装置１００ａ同様、半導体装置１００ｂのベイクを含むマザーボードへの実装工程の効率化、マザーボードへの実装工程を経た半導体装置１００ａ、及び実装後に得られる電子装置の信頼性の向上を図ることができる。

【0040】

次に、第４の実施の形態について説明する。
図６は第４の実施の形態に係る半導体装置の一例を示す図である。尚、図６は第４の実施の形態に係る半導体装置の一例の要部断面模式図である。

【0041】

図６に示す半導体装置１００ｃは、上記図４に示した半導体装置１００ａ同様、シールド層１４０及び樹脂層１３０に穴１４１，１３１が設けられた構造を有し、更に、これらの穴１４１，１３１にピン１８０が設けられた構造を有している。この半導体装置１００ｃでは、ピン１８０として、アルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の金属製のピンが用いられる。

【0042】

ピン１８０は、穴１４１，１３１に挿入される軸部１８１と、その軸部１８１の上に設けられた頭部１８２とを有している。軸部１８１は、穴１４１，１３１に挿入され、軸部１８１の下端部が、穴１３１の底部で樹脂層１３０に固定される。軸部１８１は、接着剤、例えばエポキシ系の接着剤を用いて、穴１３１の底部に固定することができる。ピン１８０は、このように軸部１８１が樹脂層１３０に固定されたときに、軸部１８１の上の頭部１８２が、その下面でシールド層１４０と接触し、穴１４１をシールド層１４０の上から塞ぐようになっている。このようにピン１８０がセットされたときに、軸部１８１と穴１４１，１３１の内壁との間に一定の空間が存在することとなるよう、ピン１８０（軸部１８１、頭部１８２）や穴１４１，１３１のサイズが設定される。

【0043】

半導体装置１００ｃでは、上記のような構成を採用することにより、高周波の電磁波を効果的にシールドすることができると共に、ベイクやリフローといった加熱時には穴１４１，１３１を利用して脱湿を行うことができるようになっている。この点について、図７を参照して、より詳細に説明する。

【0044】

図７は第４の実施の形態に係る半導体装置の脱湿時の挙動を説明する図である。尚、図７（Ａ）は非加熱時（常温時）の状態の一例を示す図、図７（Ｂ）は加熱時の状態の一例を示す図である。

【0045】

半導体装置１００ｃは、ベイク等の加熱を行っていない非加熱時には、図７（Ａ）に示すように、軸部１８１の下端部が穴１３１の底部で樹脂層１３０に固定され、頭部１８２の下面がシールド層１４０に接触した状態になっている。シールド層１４０とピン１８０は、いずれも導電性を有しており、導通しているため、シールド層１４０やピン１８０に到達した電磁波は、シールド層１４０及びこれに接触するピン１８０を伝播する。例えば、半導体装置１００ｃでは、図７（Ａ）に矢印で示したように、電磁波がシールド層１４０からピン１８０（頭部１８２）に伝播し、ピン１８０（頭部１８２）からシールド層１４０に伝播することが可能になっている。

【0046】

シールド層１４０に設けた穴１４１が、ピン１８０で塞がれずにそのまま残っていると、シールド性能が劣化する場合がある。例えば、シールドすべき電磁波が１０ＧＨｚを超えるような比較的高周波となった場合には、シールド層１４０の穴１４１がたとえ数ｍｍ程度の比較的小さなものであっても、シールド性能が劣化する可能性がある。半導体装置１００ｃでは、非加熱時には、シールド層１４０と同様に導電性を示すピン１８０で穴１４１が塞がれた状態となっており、電磁波の伝播経路に隙間がなくなるため、穴１４１を設けたことで生じ得るシールド性能の劣化を効果的に抑制することができる。

【0047】

一方、半導体装置１００ｃでは、ベイク等の加熱時には、図７（Ｂ）に示すように、その加熱により、ピン１８０が熱膨張して上方に伸長する。軸部１８１の下端部が穴１３１の底部で樹脂層１３０に固定されているピン１８０は、加熱による熱膨張によって、上方に伸長するようになる。ピン１８０の伸長によってその頭部１８２がシールド層１４０から離れると、頭部１８２の下面とシールド層１４０の上面との間に、穴１３１，１４１と連通する隙間２００ができる。樹脂層１３０に含まれる水分は、加熱に伴い、これらの穴１３１，１４１及び隙間２００を通って、半導体装置１００ｃの外部へと除去されるようになる。

【0048】

このように半導体装置１００ｃでは、加熱時にピン１８０が膨張（伸長）することによってできる隙間２００を利用して、樹脂層１３０の脱湿が行われる。加熱後は、半導体装置１００ｃの冷却に伴い、膨張したピン１８０が収縮し、再び図７（Ａ）に示したような非加熱時の状態に戻り、収縮したピン１８０によりシールド層１４０の穴１４１が塞がれるようになる。

【0049】

非加熱時と加熱時にこのような挙動を示すピン１８０には、樹脂層１３０よりも熱膨張係数が大きい材料が用いられる。例えば、樹脂層１３０の熱膨張係数α１（ガラス転移点までの熱膨張係数）が８ｐｐｍ／Ｋ程度で、ガラス転移点が１２５℃程度であるとする。ピン１８０に用いる材料として先にＡｌ，Ｃｕを例示したが、Ａｌは熱膨張係数が２４ｐｐｍ／Ｋであり、Ｃｕは熱膨張係数が１７ｐｐｍ／Ｋである。従って、ＡｌやＣｕのピン１８０は、樹脂層１３０よりも熱膨張係数が大きくなるため、１２５℃のベイクでは、樹脂層１３０よりも膨張、伸長し、上記のような隙間２００ができることになる。

【0050】

尚、ここではピン１８０として、ＡｌやＣｕ等、金属製のものを用いる場合を例にして述べたが、金属以外の導電材料から成るもの、例えば導電性樹脂から成るもの等を用いることもできる。更に、ピン１８０には、少なくともその表面（電磁波の伝播経路となる表面）が導電性を示すようなものであれば、同様に用いることができる。

【0051】

図８は第４の実施の形態に係る半導体装置の別例を示す図である。尚、図８は第４の実施の形態に係る半導体装置の別例の要部断面模式図である。
図８に示す半導体装置１００ｄは、上記のような金属製のピン１８０に替えて、樹脂製の軸部１９１と頭部１９２を有し、その頭部１９２の表面に導電層１９３が設けられたピン１９０が用いられている点で、上記の半導体装置１００ｃと相違する。ピン１９０の軸部１９１及び頭部１９２には、樹脂層１３０よりも熱膨張係数が大きくなるような樹脂材料を用いることができる。ピン１９０の導電層１９３には、Ａｌ，Ｃｕ等の金属や導電性樹脂等の導電性材料を用いることができる。

【0052】

このようなピン１９０を用いた場合にも、非加熱時には、上記図７（Ａ）に示したのと同様に、ピン１９０で穴１４１が塞がれ、シールド性能の劣化が効果的に抑制される。また、加熱時には、上記図７（Ｂ）に示したのと同様に、ピン１９０が膨張（伸長）して穴１３１，１４１と連通する隙間ができ、樹脂層１３０の脱湿経路が確保される。膨張したピン１９０が、加熱後の冷却に伴って収縮すると、再びピン１９０で穴１４１が塞がれるようになる。

【0053】

尚、ここでは頭部１９２に導電層１９３を設けたピン１９０を例示したが、頭部１９２のほか軸部１９１にも導電層１９３を設けたピンを用いても、加熱時の上記同様の挙動、並びにシールド性、脱湿性を実現することが可能である。

【0054】

また、半導体装置１００ｃ，１００ｄにおいても、上記の半導体装置１００ｂと同様に、電子部品１２０の位置に応じて穴１３１の深さを変えてもよい。即ち、電子部品１２０の実装領域の上方に位置する穴１３１は、その実装領域の電子部品１２０（アンダーフィル材１５０や接合部材１６０を含む）の上（穴１３１の下端と電子部品１２０の間）に、厚さ１００μｍ以上の樹脂層１３０が残るような深さとする。電子部品１２０の非実装領域の上方に位置する穴１３１は、基板１１０の上（穴１３１の下端と基板１１０の間）に、厚さ１００μｍ以上の樹脂層１３０が残るような深さとする。このような穴１３１及びそれに連通する穴１４１にピン１８０，１９０を設けることで、加熱時の上記同様の挙動、並びにシールド性、脱湿性を実現することが可能である。

【0055】

以上、第１〜第４の実施の形態に係る半導体装置１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ等によれば、良好なシールド性と脱湿性とを兼ね備えた半導体装置、及びそのような半導体装置をマザーボード等の他の基板に実装した電子装置が実現可能になる。

【0056】

続いて、上記のような半導体装置の形成方法の一例について説明する。
図９は半導体装置の第１の形成方法を説明する図である。
まず、図９（Ａ）に示すように、プリント基板等の基板１１０に、半導体チップ１２１、実装部品１２２といった電子部品１２０を実装する。基板１１０には、電極パッド１１１，１１２及びＧＮＤパターン１１３のほか、その内部に、電極パッド１１１，１１２及びＧＮＤパターン１１３に電気的に接続された、配線やビア等の導電部が、絶縁部で被覆された状態で設けられている。半導体チップ１２１は、例えば、バンプ１２１ａを介して基板１１０の電極パッド１１１にフリップチップ実装し、半導体チップ１２１と基板１１０の間には、アンダーフィル材１５０を充填する。実装部品１２２は、接合部材１６０を用いて電極部１２２ａを基板１１０の電極パッド１１１に接合する。

【0057】

基板１１０への電子部品１２０の実装後は、図９（Ｂ）に示すように、実装された電子部品１２０を封止する樹脂層１３０を形成する。樹脂層１３０は、所定の金型（上型及び下型）を用いたモールド成形によって形成する。即ち、電子部品１２０を実装した基板１１０を上型と下型の間に配置し、上型と下型の間の空間に、非導電性フィラーを含む樹脂材料を充填し、硬化させた後、上型と下型を取り外す。これにより、図９（Ｂ）のような、基板１１０上の電子部品１２０が樹脂層１３０で封止された成形品を得る。

【0058】

樹脂層１３０の形成後は、図９（Ｃ）に示すように、樹脂層１３０の表面（上面及び側面）を覆うシールド層１４０を形成する。シールド層１４０は、金属や導電性樹脂等の導電材料を、めっき法、蒸着法、塗布法等を適宜選択して形成する。図９（Ｃ）の工程では、樹脂層１３０の上面及び側面の全体がシールド層１４０で被覆され、また、シールド層１４０は、基板１１０に設けたＧＮＤパターン１１３に接続される。

【0059】

シールド層１４０の形成後は、図９（Ｄ）に示すように、シールド層１４０の、樹脂層１３０の上面を被覆している部分に、ドリル３００を用いた穴開け加工によって穴１４１を形成し、更にそれに続けて、樹脂層１３０に穴１３１を形成する。その際は、形成する穴１４１，１３１の径に応じた径のドリル３００が選択される。ドリル３００には、例えば、プリント板のビアホール加工に使用するような細いドリルを用いることができる。このようにして所定数の穴１４１，１３１を、所定の深さで形成する。

【0060】

尚、バンプ１７０は、穴１４１，１３１の形成後、又は形成前に、基板１１０の電極パッド１１２に取り付けることができる。
穴１４１，１３１を一定の深さで形成することにより、上記第２の実施の形態で述べたような半導体装置１００ａを得ることができる。更に、上記のようなピン１８０やピン１９０を、その導電性の頭部１８２や導電層１９３がシールド層１４０と接触するように、穴１４１，１３１に挿入、固定すれば、上記第４の実施の形態で述べたような半導体装置１００ｃ，１００ｄを得ることができる。また、ドリル３００による穴開け加工の際、穴１４１，１３１を、電子部品１２０の高さに応じた深さで形成すれば、上記第３の実施の形態で述べたような半導体装置１００ｂを得ることができる。また、樹脂層１３０には穴１３１を設けず、シールド層１４０にだけドリル３００による穴開け加工を行うようにすれば、上記第１の実施の形態で述べたような半導体装置１００を得ることができる。

【0061】

この第１の形成方法では、ドリル３００を用いた穴開け加工によって穴１４１，１３１、或いは穴１４１のみを形成する例を示したが、穴１４１，１３１の形成手法は、これに限定されるものではない。

【0062】

図１０は半導体装置の第２の形成方法を説明する図である。
まず上記第１の形成方法と同様、基板１１０に電子部品１２０を実装し（図９（Ａ））、実装した電子部品１２０を封止する樹脂層１３０をモールド成形により形成する（図９（Ｂ））。

【0063】

その後、この第２の形成方法では、図１０（Ａ）に示すように、形成した樹脂層１３０の上面に、穴１４１，１３１の形成位置に対応する位置に開口部３１１を設けたブラストマスク３１０を配置する。そして、そのブラストマスク３１０をマスクにして、研磨材等のブラスト材料３２０を吹き付け、開口部３１１に露出する樹脂層１３０を部分的に除去する（ブラスト加工）。このようにして樹脂層１３０に穴１３１を形成する。

【0064】

ブラスト加工による穴１３１の形成後は、図１０（Ｂ）に示すように、ブラストマスク３１０を除去する。
ブラストマスク３１０を除去した後は、図１０（Ｃ）に示すように、シールド層１４０を形成する。シールド層１４０は、めっき法を用いて形成することができる。その際、先のブラスト加工の工程で、樹脂層１３０に形成する穴１３１の径、深さを調整しておくことで、めっき液が穴１３１に入らないようにすることができる。このような手法を用いることにより、図１０（Ｃ）のように、穴１３１を形成した樹脂層１３０の上面と側面に選択的に、めっき層を形成することができる。これにより、穴１３１を形成した樹脂層１３０の上面、及び樹脂層１３０の側面全体を被覆し、基板１１０のＧＮＤパターン１１３に接続された、穴１４１を有するシールド層１４０が形成される。

【0065】

尚、例えばこのシールド層１４０の形成後に、基板１１０の電極パッド１１２にバンプ１７０が取り付けられる。
このような方法により、上記第２の実施の形態で述べたような半導体装置１００ａを得ることができる。更に、上記のピン１８０やピン１９０を、その頭部１８２や導電層１９３がシールド層１４０と接触するように、穴１４１，１３１に挿入、固定すれば、上記第４の実施の形態で述べたような半導体装置１００ｃ，１００ｄを得ることができる。

【0066】

尚、ブラスト加工時に１種類のブラストマスク３１０を用い、条件（時間やブラスト材料３２０の種類等）を変えずに加工を行えば、樹脂層１３０に形成する全ての穴１３１を同等の深さで形成することができる。また、開口部３１１の配置を変えた複数種のブラストマスクを用い、各々のブラストマスクを用いたブラスト加工時の条件（時間やブラスト材料３２０の種類等）を適宜設定すれば、樹脂層１３０の異なる位置に、異なる深さの穴１３１を形成することもできる。このような方法を用いれば、上記第３の実施の形態で述べたような半導体装置１００ｂを得ることができる。

【0067】

また、このようにモールド成形後の樹脂層１３０に対しブラストによる穴開け加工を行って穴１３１を形成する方法のほか、樹脂層１３０のモールド成形時に穴１３１を形成することもできる。

【0068】

図１１は半導体装置の第３の形成方法を説明する図である。
まず上記第１の形成方法と同様、基板１１０に電子部品１２０を実装する（図９（Ａ））。その後、所定の金型（上型及び下型）を用いたモールド成形によって樹脂層１３０を形成する。

【0069】

この第３の形成方法では、樹脂層１３０のモールド成形に用いる金型３３０として、図１１（Ａ）に示すような上型３３１と下型３３２を用いる。このうち、上型３３１には、穴１４１，１３１の形成位置に対応する位置に凸部３３１ａが設けられている。凸部３３１ａは、例えば、その位置によって高さが調整される。そして、図１１（Ａ）に示すように、電子部品１２０を実装した基板１１０を、上型３３１と下型３３２の間に挟み、それらの間の空間に樹脂材料３４０を充填し、硬化させる（モールド成形）。

【0070】

その後、図１１（Ｂ）に示すように、上型３３１と下型３３２を取り外す。これにより、位置によって高さが異なる穴１３１を有する樹脂層１３０が形成される。穴１３１は、その下端と電子部品１２０の間、或いは下端と基板１１０の間に、厚さ１００μｍ以上の樹脂層１３０が残るような深さで形成する。このような穴１３１が形成されるように、用いる上型３３１の凸部３３１ａの位置及び高さが予め調整される。

【0071】

樹脂層１３０の形成後は、図１１（Ｃ）に示すように、めっき法を用いてシールド層１４０を形成する。樹脂層１３０の穴１３１の径、深さを予め調整しておくことで、樹脂層１３０の上面と側面に選択的に、めっき層を形成することができる。これにより、穴１３１を形成した樹脂層１３０の上面、及び樹脂層１３０の側面全体を被覆し、基板１１０のＧＮＤパターン１１３に接続された、穴１４１を有するシールド層１４０が形成される。

【0072】

尚、例えばこのシールド層１４０の形成後に、基板１１０の電極パッド１１２にバンプ１７０が取り付けられる。
このような方法により、上記第３の実施の形態で述べたような半導体装置１００ｂを得ることができる。

【0073】

尚、ここでは、位置によって高さが異なる凸部３３１ａを設けた上型３３１を用いたが、勿論、一定高さの凸部３３１ａを設けた上型３３１を用いてもよく、その場合には、上記第２の実施の形態で述べたような半導体装置１００ａを得ることができる。またその場合に、上記のピン１８０やピン１９０を、その頭部１８２や導電層１９３がシールド層１４０と接触するように、穴１４１，１３１に挿入、固定すれば、上記第４の実施の形態で述べたような半導体装置１００ｃ，１００ｄを得ることができる。

【0074】

以上説明した実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１） 基板と、
前記基板上に実装された電子部品と、
前記電子部品を封止する樹脂層と、
前記樹脂層の上面及び側面に設けられ、前記上面の側に前記樹脂層に通じる筒状の第１の穴が設けられたシールド層と、
を含み、
前記樹脂層に設けられ、前記第１の穴に連通する第２の穴と、
前記第１の穴及び前記第２の穴に設けられ、導電性を有するピンと、
を更に含み、
前記ピンは、
前記第１の穴及び前記第２の穴に挿入され、前記第２の穴の底部で前記樹脂層に固定される軸部と、
前記軸部上に設けられ、前記第１の穴を前記シールド層の上から閉塞する頭部と、
を有し、
所定温度での加熱時に、前記ピンが熱膨張することによって前記頭部が前記シールド層から離間し、前記第１の穴及び前記第２の穴に連通する隙間が生成されることを特徴とする半導体装置。

【0075】

（付記２） 前記第２の穴は、前記電子部品の実装領域上方に、前記電子部品上に所定の厚さの前記樹脂層が残る深さで設けられ、前記電子部品の非実装領域上方に、前記基板上に所定の厚さの前記樹脂層が残る深さで設けられていることを特徴とする付記１に記載の半導体装置。

【0076】

（付記３） 前記第１の穴の径は、前記シールド層によってシールドする電磁波の波長に基づいて設定されることを特徴とする付記１又は２に記載の半導体装置。
（付記４） 基板上に電子部品を実装する工程と、
前記電子部品を封止する樹脂層を形成する工程と、
前記樹脂層の上面及び側面に、前記上面の側に前記樹脂層に通じる筒状の第１の穴が設けられたシールド層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

【0077】

（付記５） 前記シールド層を形成する工程は、
前記樹脂層の前記上面及び前記側面に前記シールド層の材料を形成する工程と、
前記材料の、前記上面の側に形成された部分に、前記樹脂層に通じる前記第１の穴を形成する工程と、
を含むことを特徴とする付記４に記載の半導体装置の製造方法。

【0078】

（付記６） 前記シールド層を形成する工程後に、前記樹脂層に、前記第１の穴に連通する第２の穴を形成する工程を更に含むことを特徴とする付記４又は５に記載の半導体装置の製造方法。

【0079】

（付記７） ドリルを用いた穴開け加工によって、前記第１の穴を形成し、続けて前記樹脂層に前記第２の穴を形成することを特徴とする付記６に記載の半導体装置の製造方法。

【0080】

（付記８） 前記樹脂層を形成する工程は、前記樹脂層に第２の穴を形成する工程を含み、
前記シールド層を形成する工程においては、前記第２の穴が設けられた前記樹脂層の前記上面及び前記側面に選択的に前記シールド層の材料を形成することによって、前記第２の穴に連通する前記第１の穴が設けられた前記シールド層を形成することを特徴とする付記４に記載の半導体装置の製造方法。

【0081】

（付記９） ブラストを用いた穴開け加工によって、前記樹脂層に前記第２の穴を形成することを特徴とする付記８に記載の半導体装置の製造方法。
（付記１０） 前記第２の穴に対応した凸部を有する金型を用いた前記樹脂層のモールド成形によって、前記樹脂層に前記第２の穴を形成することを特徴とする付記８に記載の半導体装置の製造方法。

【0082】

（付記１１） 前記第１の穴及び前記第２の穴に、導電性を有する、軸部と前記軸部上に設けられた頭部とを有するピンを設ける工程を更に含み、
前記ピンは、前記軸部が前記第１の穴及び前記第２の穴に挿入され前記第２の穴の底部で前記樹脂層に固定され、前記頭部が前記第１の穴を前記シールド層の上から閉塞するように設けられることを特徴とする付記６乃至１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。

【0083】

（付記１２） 前記第１の穴の径は、前記シールド層によってシールドする電磁波の波長に基づいて設定されることを特徴とする付記４乃至１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。

【符号の説明】

【0084】

１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００Ａ，１００Ｂ 半導体装置
１１０ 基板
１１１，１１２ 電極パッド
１１３ ＧＮＤパターン
１２０ 電子部品
１２１ 半導体チップ
１２１ａバンプ
１２２ 実装部品
１２２ａ 電極部
１３０ 樹脂層
１３０ａ 水分
１３１，１４１ 穴
１４０，１４０Ａ シールド層
１５０ アンダーフィル材
１６０ 接合部材
１７０ バンプ
１８０，１９０ ピン
１８１，１９１ 軸部
１８２，１９２ 頭部
１９３ 導電層
２００ 隙間
３００ ドリル
３１０ ブラストマスク
３１１ 開口部
３２０ ブラスト材料
３３０ 金型
３３１ 上型
３３１ａ 凸部
３３２ 下型
３４０ 樹脂材料
４００ 電子装置
４１０ マザーボード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】