(57)【要約】      （修正有）【課題】  電子回路基板表面に搭載された複数個の半導体チップを樹脂で一括封止する際に、ウエルド、ウエルドボイド、ゲート切断痕等の成形不良が発生し難い封止方法の提供。【解決手段】  電子回路基板に搭載された複数個の半導体チップを樹脂で一括封止する方法であって、電子回路基板裏面に対向する凹部を有する上金型と、複数個の半導体チップが搭載された電子回路基板表面に対向し、キャビティを形成する凹部を有し、さらに凹部の中心部で且つ複数個の半導体チップと対向しない位置に少なくとも１つのゲートを有する下金型で両端部にエアベントを有するキャビティを形成し、成形金型の少なくとも１つのゲートからキャビティ内に溶融樹脂を注入し、溶融樹脂を電子回路基板の中心部から外周部に向かって流動させて、キャビティ内を充填する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路基板に搭載された複数個の半導体チップを樹脂で一括封止する方法であって、
複数個の半導体チップが搭載された電子回路基板をトランスファモールド装置用成形金型に固定する工程であり、前記成形金型は、前記電子回路基板裏面に対向する凹部を有する上金型と、前記複数個の半導体チップが搭載された電子回路基板表面に対向し、キャビティを形成する凹部を有し、さらに前記凹部の中心部であり及び前記複数個の半導体チップと対向しない位置に少なくとも１つのゲートを有する下金型とから構成され、前記上金型と前記下金型との間に前記電子回路基板を挟み込み型締して固定することにより、両端部にエアベントを有するキャビティが形成される工程と、
前記成形金型の少なくとも１つのゲートから前記キャビティ内に溶融樹脂を注入し、前記電子回路基板の中心部から外周部に向かって流動させて、前記キャビティ内を前記溶融樹脂で充填する工程と
を有することを特徴とする封止方法。
【請求項２】
前記複数個の半導体チップが前記電子回路基板表面の中心点以外の領域にマトリクス形状に対称配列されており、前記下金型が前記電子回路基板の中心点に対向する位置に少なくとも１つのゲートを有することを特徴とする請求項１に記載の封止方法。
【請求項３】
前記複数個の半導体チップが前記電子回路基板表面の中心点を含む領域にマトリクス形状に対称配列されており、前記下金型が前記中心点上に搭載された半導体チップとそれに隣接する他の半導体チップの少なくとも１つとによって区画される領域の少なくとも１つの中心点に対向する位置に少なくとも１つのゲートを有することを特徴とする請求項１に記載の封止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一括封止型半導体パッケージの製造方法に関し、より詳細には、電子回路が形成された基板（以下「電子回路基板」と称す）に搭載された複数個の半導体チップをトランスファモールド法によって樹脂で一括封止する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＢＧＡ（Ball Grid Array）等の一括封止型半導体パッケージの製造に適用される代表的な封止方法として、トランスファモールド法が知られている。トランスファモールド法の代表例として、電子回路基板の側面側から樹脂を注入する、所謂「サイドゲート方式」が知られている。より具体的には、図１に示すように、複数個の半導体チップ１０を搭載した電子回路基板２０を上金型３０ａと下金型３０ｂとから構成されるトランスファモールド装置用成形金型３０に挟み込み、次いで型締して固定することによってキャビティ３２を形成した後に、成形金型の側面に設けられたサイドゲート３４’からキャビティ３２内に溶融樹脂４０を注入する。注入された溶融樹脂４０は、サイドゲート３４’に対向する側面に設けられたエアベント３６に向かって流動し、サイドゲート側にある手前の半導体チップからエアベント側にある奥の半導体チップを順次連続して封止する。
【０００３】
サイドゲート方式によるトランスファモールド法を適用した封止方法は従来から知られているが、それらの封止方法ではウエルドボイド等の成形不良が発生しやすい傾向がある。ウエルドボイドの発生は、主に、キャビティ内の溶融樹脂の流動速度にバラツキが生じることに起因する。サイドゲート方式では、ゲート部と最終端部とが離れているため、溶融樹脂の流動距離は長い。また、電子回路基板の側面側から溶融樹脂を注入した時に、電子回路基板の半導体チップが搭載された領域とそれ以外の領域とではキャビティ内の流路厚みが異なるため、流動抵抗に差が生じやすい。通常、基板面と比較してチップ面での溶融樹脂の流動速度は遅くなる。このような現象はゲート部から離れるにつれて大きくなり、特に最終端部では溶融樹脂がエアをトラップしてウエルドボイドが発生しやすくなる。
【０００４】
このような状況下、ウエルドボイドの発生を改善するいくつかの方法が報告されている。例えば、電子回路基板の一端部に溝を設け、トランスファモールド装置用成形金型に基板を固定した際にその溝をエアベントとして機能させる方法が報告されている（特許文献１を参照）。しかし、この方法では従来のサイドゲート方式を採用しており、溶融樹脂の流動距離が長く、最終端部にウエルドボイドが発生する可能性がある。
【０００５】
サイドゲート以外の方式を用いた封止方法として、電子回路基板の上部から樹脂を注入する、所謂「トップゲート方式」を用いた方法がある。例えば、複数個の半導体チップを搭載した電子回路基板をトランスファモールド装置用成形金型に挟み込み、次いで型締しめすることによってキャビティを形成した後に、半導体チップの上方に設けたトップゲートからキャビティ内に溶融樹脂を注入し、放射状に流動させて、キャビティ内を溶融樹脂で充填する方法である（特許文献２及び非特許文献１を参照）。この方法では、基板上の電子回路と半導体チップとを導通させる金線の変形を抑制するために、半導体チップの中心に対向する位置にトップゲートを設けている。しかし、この方法で使用する成形金型は、半導体チップの上方にゲートを有するため、一括封止後に個々に切断された半導体パッケージ製品の表面には凹凸状のゲート切断痕が残る傾向がある。そのようなゲート切断痕は外観が悪いだけでなく、パッケージ実装工程時に搬送エラー等の不具合が生じやすくなるため望ましくない。
【０００６】
【特許文献１】特開平２００３−７７９４６号公報
【特許文献２】特開２００３−４５９０５号公報
【非特許文献１】日立化成テクニカルレポートＮｏ.４０（２００３−１）Ｐ１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体パッケージ製品の表面に生じる凹凸状のゲート切断痕を改善するために、通常、トップゲート方式で使用する成形金型のゲート部周辺は凹状に加工されている。しかし、薄型の半導体パッケージの製造に上述の封止方法を適用することは困難である。すなわち、近年の半導体パッケージの薄肉化に伴って、半導体チップ表面に許容される樹脂封止層の厚みは、例えば０．２〜０．１ｍｍであり、非常に薄い。そのため、ゲート切断痕を軽減するために、成形金型のゲート部周辺を凹状に加工することは極めて困難である。また、樹脂封止層の厚さを薄くすると、ゲート部から半導体チップ表面までの距離が近くなり、溶融樹脂の注入時又はゲートブレイク時に半導体チップに悪影響を与える可能性が高まる。さらに、薄型のパッケージではゲート切断痕から水分等が浸入しやすくなりパッケージ信頼性が低下する傾向がある。
【０００８】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、ウエルドボイド等の成形不良を低減し、またゲート切断痕を改善し、さらに薄型の一括封止型半導体パッケージを歩留り良く製造することが可能な、トランスファモールド法による半導体チップの一括封止方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、トランスファモールド法による半導体チップの一括封止方法について鋭意検討した結果、成形金型の特定の位置にゲートを設け、そのゲート部から特定の方向に溶融樹脂を注入することによって、初期の目的が達成可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下に関する。
【００１０】
本発明は、電子回路基板に搭載された複数個の半導体チップを樹脂で一括封止する方法であって、複数個の半導体チップが搭載された電子回路基板をトランスファモールド装置用成形金型に固定する工程であり、上記成形金型は、上記電子回路基板裏面に対向する凹部を有する上金型と、上記複数個の半導体チップが搭載された電子回路基板表面に対向し、キャビティを形成する凹部を有し、さらに上記凹部の中心部であり及び上記複数個の半導体チップと対向しない位置に少なくとも１つのゲートを有する下金型とから構成され、上記上金型と上記下金型との間に上記電子回路基板を挟み込み型締して固定することにより、両端部にエアベントを有するキャビティが形成される工程と、上記成形金型の少なくとも１つのゲートから上記キャビティ内に溶融樹脂を注入し、上記電子回路基板の中心部から外周部に向かって流動させて、上記キャビティ内を上記溶融樹脂で充填する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
ここで、上記複数個の半導体チップは上記電子回路基板表面の中心点以外の領域にマトリクス形状に対称配列されており、上記下金型は上記電子回路基板の中心点に対向する位置に少なくとも１つのゲートを有することが好ましい。また別法として、複数個の半導体チップは上記電子回路基板表面の中心点を含む領域にマトリクス形状に対称配列されており、上記下金型は上記中心点上に搭載された半導体チップとそれに隣接する他の半導体チップの少なくとも１つとによって区画される領域の少なくとも１つの中心点に対向する位置に少なくとも１つのゲートを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の封止方法によれば、従来のトランスファモールド法によるウエルドボイド及びゲート切断痕の問題を改善することが可能となる。また、本発明の封止方法によれば、樹脂封止層の厚さを薄くした場合であっても、金線の変形等の成形不良が生じ難いため、信頼性の高い薄型の一括封止型半導体パッケージを歩留り良く製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の詳細について図面を参照して説明する。本発明による封止方法では、図２（ａ）に例示されるように、最初に、複数個の半導体チップ１０が搭載された電子回路基板２０をトランスファモールド装置用成形金型３０に固定してキャビティ３２を形成する。成形金型３０は上金型３０ａと下金型３０ｂとから構成され、上金型３０ａは電子回路基板２０の裏面に対向する凹部を有する。一方、下金型３０ｂは複数個の電子回路基板２０の表面に対向する凹部を有し、さらにその凹部の中心部であり及び複数個の半導体チップ１０と対向しない位置に少なくとも１つのゲート３４を有する。上金型３０ａと下金型３０ｂとの間に電子回路基板２０を挟み込み型締めして固定することによって、両端部にエアベント３６を有するキャビティ３２が形成される。次に、成形金型３０の少なくとも１つのゲート３４からキャビティ３２に溶融樹脂を注入し（図中、矢印で示す）、電子回路基板２０の中心部から外周部に向かって流動させて、キャビティ３２内を溶融樹脂４０で充填する。
【００１４】
なお、本明細書で使用する用語「凹部の中心部」とは、電子回路基板の中心点およびその周辺領域に対向する位置を意図しており、このことは以下の説明によってより明らかにされる。すなわち、本発明による封止方法において、溶融樹脂を注入するゲートと、電子回路基板に搭載された複数個の半導体チップとの位置関係は、図２の様式に限定されるものではなく、キャビティを形成する凹部の中心点またはその周辺領域であって、かつ複数個の半導体チップと対向しない位置にゲートを設ければ良いことに留意すべきである。
【００１５】
図２は、本発明による封止方法の第１の実施形態を説明する図であり、（ａ）は成形金型の断面図、（ｂ）は半導体チップとゲートとの位置関係を示す模式図である。第１の実施形態では、複数個の半導体チップ１０が電子回路基板２０表面の中心点（図２（ｂ）中、十字で示す）以外の領域にマトリクス形状に対称配列されており、この場合、ゲート３４は電子回路基板２０の中心点に対向する位置に存在する。図３は、本発明による封止方法の第２の実施形態を説明する図であり、（ａ）は成形金型の断面図、（ｂ）は半導体チップとゲートとの位置関係を示す模式図である。図３では、電子回路基板２０の中心点（図３（ｂ）中、十字で示す）上に搭載された半導体チップとそれに隣接する２つの半導体チップとによって区画される各領域の中心点に対向する位置にゲート３４が存在する。このように、第２の実施形態では、複数個の半導体チップ１０が電子回路基板２０の表面の中心点を含む領域にマトリクス形状に対称配列されており、この場合、中心点上に搭載された半導体チップとそれに隣接する他の半導体チップの少なくとも１つとによって区画される領域の中心点に対向する位置に少なくとも１つのゲートが存在する。
【００１６】
上述のように、本発明の封止方法では、電子回路基板の中心点およびその周辺領域であって、半導体チップとは対向しない位置に少なくとも１つのゲートが存在するため、キャビティ内に注入された溶融樹脂は中央部から最終端部となる両端のエアベントに向かって同心円状に流動することになる。すなわち、サイドゲート方式による場合と比較してゲートから最も遠い半導体チップまでの距離が短く、溶融樹脂の流動距離は半分程度に減少するのでキャビティの隅々までムラなく樹脂が充填されるようになる。その結果、流動距離による成形性への影響が低減され、ウエルド又はウエルドボイドの発生を抑制することが可能となる。また、本発明の封止方法では、半導体チップの上面を回避した位置にゲートが設けられるため、半導体チップへのダメージが低減される。すなわち、注入された溶融樹脂は半導体チップに直接当たることがなく、かつゲートブレイク時に生じる半導体チップに対する引剥応力が緩和される。さらに、成形時のゲート切断痕は、パッケージ成形品を一括封止後に個々に分割する際に切り代として処理することが可能であり、最終的に得られる半導体パッケージ表面にゲート切断痕が残ることはない。
【００１７】
本発明の封止方法は、半導体チップの配列に応じて決定される下金型の特定の位置に少なくとも１つのゲートを設けること、及びそのゲートから溶融樹脂を注入して同心円状に樹脂を流動させることを除き、従来のトランスファモールド法による一括封止方法と同様にして実施することが可能である。例えば、樹脂成形に使用するトランスファモールド成形装置は、代表的に、成形金型のゲートに連通するポット、ランナ及びゲートと、それらの外部に位置する加熱ヒータとを有するものであってよい。
【００１８】
成形装置内では、最初にポット内で樹脂を溶融し、次いでプランジャ等でポットを加圧することによって、溶融樹脂をランナ及びゲートを通してキャビティ内に注入する。キャビティ内の溶融樹脂の流動速度は、封止材料の組成、金型の加熱温度、プランジャ径及び加圧値等の条件を適切に選択することによって調整することが可能である。特に限定されるものではないが、一般に溶融樹脂の流動速度は、２．０〜１０．０ｍｍ／ｓの範囲に調整することが好ましい。
【００１９】
キャビティ内を溶融樹脂で充填した後に樹脂を硬化させることによって、電子回路基板表面の半導体チップの周域に樹脂封止層を有する半導体パッケージ成形品が得られる。この成形品を金型から取り出し、縦横方向に切断することによって、最終製品となる一括封止型半導体パッケージが得られる。
【００２０】
なお、封止される半導体チップの構造は、ＩＣチップ及びＬＳＩチップ等の周知のチップであってよく、それらは金線によって個々に基板表面の電子回路と導通している。半導体チップの形状及び寸法についても、特に限定されるものではない。また、半導体パッケージの樹脂封止層を構成する樹脂は、エポキシ樹脂等の半導体の封止材料として周知の樹脂であってよい。樹脂封止層は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂をベースとして、硬化剤、硬化促進剤、無機充填材、着色剤、及び離型剤等の各種添加剤を配合した封止材料から構成されてもよい。本発明の封止方法によって製造可能な一括封止型半導体パッケージの形状は、ＢＧＡ型に限定されるものではない。本発明の封止方法を適用して、多段スタック型、フリップチップ型、マルチチップパッケージ型等の種々の主半導体パッケージを製造することも可能である。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明の範囲はそれら実施例に限定されるものではない。
【００２２】
（実施例１）
本発明の封止方法に従って、９個の半導体チップが３×３の配列で搭載された電子回路基板の表面を一括封止した。各々の半導体チップは１０ｍｍ×１０ｍｍの外形及び０.４ｍｍの厚みを有し、電子回路基板の外形は４５ｍｍ×４５ｍｍであった。電子回路基板表面の一括封止は、通常のトランスファモールド成形装置を使用して実施することが可能である。しかし、本実施例では、図４に示すように、ガラス製の成形金型（３０ａ及び３０ｂ）を備え、さらにＣＣＤカメラ５０、ＣＲＴモニタ５２及びビデオ装置５４に接続して封止材料の流動挙動を観察できるようにした可視化トランスファモールド成形装置を使用し、封止時のウエルド及びウエルドボイドの発生について確認した。
【００２３】
図４に示した可視化トランスファモールド成形装置による封止は、以下のようにして実施した。最初に、上金型３０ａ及び下金型３０ｂで電子回路基板２０を挟み込み型締めして固定した。電子回路基板２０の固定は、電子回路基板２０の裏面が上金型３０ａに対向し、電子回路基板２０の表面が下金型３０ｂに対向する方向で実施し、電子回路基板表面の上方に両端部にエアベント（不図示）を有するキャビティ３２を形成した。下金型３０ｂの中心部にはキャビティ３２に連通する２つのゲート３４が設けられている。なお、半導体チップ１０とゲート３４との位置関係は図５を参照されたい。
【００２４】
次に、ポット６０に封止材料のタブレット（直径１３ｍｍ、長さ１８ｍｍ）を投入し、装置用金型７０ａ及び７０ｂ内に設けた加熱ヒータ７２で一定時間にわたって加熱して封止材料を溶融させた。引き続き、プランジャ８０をサーボモータ８２によって下降駆動させて、溶融した封止材料４０をポット６０からランナ６２及びゲート３４を通してキャビティ３２に加圧注入し、キャビティ３２を封止材料４０で充填した。なお、成形条件は、成形温度(金型温度)１７５℃、成形圧力３ＭＰａ、及び移送速度（プランジャ速度）１.７ｍｍ/ｓとした。また、封止材料として、多芳香族系エポキシ樹脂と、フェノールアラルキル系硬化剤と、球状溶融シリカフィラと、リン系硬化促進剤と、離型剤と、カーボンブラックとを含む封止用エポキシ樹脂組成物を使用した（球状溶融シリカフィラの含有量は組成物の全量を基準として８８質量％とした）。
【００２５】
以上のようにして、９個の半導体チップを一括封止したパッケージ成形品を得た。パッケージ成形品において、樹脂封止層の最大厚みは０.５ｍｍであり、半導体チップ上の樹脂封止層の厚みは０.１ｍｍであった。図５は、ビデオ装置で録画したキャビティ内の封止材料の流動挙動を示す画像写真であり、（ａ）は充填途中の状態を示し、（ｂ）は充填終了後の状態を示す。図５から分かるように、２箇所のゲート３４部から注入された封止材料４０は、それぞれ同心円状に広がり、流動途中の流動差によるエアトラップは確認されなかった。また、充填終了後のパッケージ成形品ではウエルド及びウエルドボイドの発生は確認されなかった。
【００２６】
（実施例２）
本発明の封止方法に従って、８個の半導体チップが４×２の配列で搭載された電子回路基板の表面を一括封止した。各々の半導体チップは１０ｍｍ×１０ｍｍの外形及び０.４ｍｍの厚みを有し、電子回路基板の外形は４５ｍｍ×４５ｍｍであった。半導体チップの電子回路基板表面の一括封止は、成形金型におけるゲート位置及びゲート数が異なることを除き、実施例１に記載の方法と同様にして実施した。本実施例で使用した成形金型を構成する下金型にはその凹部の中心部にキャビティに連通する１つのゲートが設けられている。なお、半導体チップとゲートとの位置関係は図６を参照されたい。
【００２７】
本実施例で得られたパッケージ成形品において、樹脂封止層の最大厚みは０.５ｍｍであり、半導体チップ上の樹脂封止層の厚みは０.１ｍｍであった。図６は、ビデオ装置で録画したキャビティ内の封止材料の流動挙動を示す画像写真であり、（ａ）は充填途中の状態を示し、（ｂ）は充填終了時の状態を示す。図６から分かるように、ゲート３４部から注入された封止材料４０は、ゲート部から同心円状に広がり、流動途中の流動差によるエアトラップは確認されなかった。また、充填終了後のパッケージ成形品ではウエルド及びウエルドボイドの発生は確認されなかった。
【００２８】
（比較例１）
本発明のサイドゲート方式による封止方法に従って、９個の半導体チップが３×３の配列で搭載された電子回路基板の表面を一括封止した。各々の半導体チップは１０ｍｍ×１０ｍｍの外形及び０.４ｍｍの厚みを有し、電子回路基板の外形は４５ｍｍ×４５ｍｍであった。電子回路基板表面の一括封止は、サイドゲート方式用の成形金型を使用することを除き、実施例１に記載した方法と同様にして実施した。なお、半導体チップとゲートとの位置関係は図７を参照されたい。
【００２９】
本実施例で得られたパッケージ成形品において、樹脂封止層の最大厚みは０.５ｍｍであり、半導体チップ上の樹脂封止層の厚みは０.１ｍｍであった。図７は、ビデオ装置で録画したキャビティ内の封止材料の流動挙動を示す画像写真であり、（ａ）は充填途中の状態を示し、（ｂ）は充填終了時の状態を示す。図７から分かるように、サイドゲート部から注入された封止材料は、ゲート部に対向する方向に流動するが、流動途中で流路厚みの差に起因すると思われる流動差によるエアトラップ４２が確認された。また、充填終了後に得られるパッケージ成形品には複数個のウエルドボイド４４の発生が確認された。
【００３０】
上述の実施例１及び２、比較例１における封止条件及びパッケージ成形品の評価を表１にまとめて示す。
【表１】
2006339428.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来のサイドゲート方式による一括封止方法を説明する金型の断面図である。
【図２】本発明による封止方法におけるゲート位置の第１の実施形態を説明する図であり、（ａ）は成形金型の断面図であり、（ｂ）は半導体チップとゲートとの位置関係を示す模式図である。
【図３】本発明による封止方法の第２の実施形態を説明する図であり、（ａ）は成形金型の断面図であり、（ｂ）は半導体チップとゲートとの位置関係を示す模式図である。
【図４】実施例で使用した可視化トランスファモールド成形装置の構成を示す模式図である。
【図５】実施例１で録画したキャビティ内の封止材料の流動挙動を示す画像写真であり、（ａ）は充填途中の状態を示し、（ｂ）は充填終了後の状態を示す。
【図６】実施例２で録画したキャビティ内の封止材料の流動挙動を示す画像写真であり、（ａ）は充填途中の状態を示し、（ｂ）は充填終了後の状態を示す。
【図７】比較例１で録画したキャビティ内の封止材料の流動挙動を示す画像写真であり、（ａ）は充填途中の状態を示し、（ｂ）は充填終了後の状態を示す。
【符号の説明】
【００３２】
１０…半導体チップ、２０…電子回路基板
３０…成形金型、３０ａ…上金型、３０ｂ…下金型  ３２…キャビティ、３４…ゲート、３４’…サイドゲート、３６…エアベント
４０…溶融樹脂、封止材料、４２…エアトラップ、４４…ウエルドボイド
５０…ＣＣＤカメラ、５２…ＣＲＴモニタ、５４…ビデオ装置
６０…ポット、６２…ライナ
７０ａ，７０ｂ…金型、７２…加熱ヒータ
８０…プランジャ、８２…サーボモータ
９０…可視化トランスファモールド成形装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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