(57)【要約】【課題】モールド工程における半導体チップへかかる応力を緩和し、モールド工程での電気的特性の変動を抑制する半導体モールド装置を提供する。【解決手段】樹脂供給部と、樹脂成形部とを有するモールド装置であって、樹脂供給部は、樹脂７を圧送するプランジャ３を備えたポット部１とランナー部２とからなり、ランナー部２には複数の圧力センサ８，９を備え、樹脂成形部は、キャビティ４を有する金型１５からなり、金型１５には冷却機能付きモールド金型温度制御部１２を備える。複数の圧力センサ８，９により得られた圧力から溶融した樹脂の粘度を求め、粘度に応じてワークを降温することで、応力の発生を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂を圧送するプランジャを備えたポット部と複数の圧力センサを備えたランナー部とからなる樹脂供給部と、
キャビティを有する金型からなり、前記金型の前記キャビティの近傍には金型加温冷却部が備えられている樹脂成形部と、
を有し、
前記複数の圧力センサにより得られた圧力値の差から算出した前記樹脂の粘度に従って前記樹脂を降温することを特徴とするモールド装置。
【請求項２】
前記キャビティの近傍に設けられた前記金型加温冷却部を制御する冷却機能付きモールド金型温度制御部を有することを特徴とする請求項１記載のモールド装置。
【請求項３】
キャビティにワークを載置し、第１の温度に保持する工程と、
樹脂をポットに投入し、溶融する工程と、
溶融した前記樹脂をプランジャにより前記ポットからランナーへ押し出す工程と、
前記ランナー部において前記樹脂が流動するときの複数の圧力を検知する工程と、
前記複数の圧力を基に降温プロファイルを算出する工程と、
前記樹脂を前記キャビティ内に充填し、前記ワークを樹脂封止する工程と、
前記樹脂封止されたワークを前記降温プロファイルに従って前記キャビティ内で降温する工程と、
からなる半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記降温する工程が封止樹脂がガラス転移点に達するまでの範囲であることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記降温する工程が封止樹脂が室温まで達するまでの範囲であることを特徴とする請求項３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、モールド装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯情報機器やデジタル家電、車載用に使用されている半導体パッケージは、小型化、薄型化が年々進み、このため、半導体チップの寸法も厚みが薄くなり、小型化してゆく傾向にある。一般的に、半導体チップは封止されており、樹脂からなるプラスチックパッケージに覆われている。樹脂封止は熱硬化性樹脂を用いて１８０度の温度で行われるので、樹脂封止された後、半導体チップには室温付近で圧縮応力が発生する。
【０００３】
従来、半導体チップは十分な厚みをもち、半導体チップ上に形成された半導体デバイスの密度も低かったため、この応力は、製品の信頼性に大きな影響力を及ぼすことはなかった。しかし、近年の半導体チップの小型化、厚みの減少傾向、半導体デバイスの高密度化は、この樹脂応力を増加させる要因となることから、半導体パッケージ内部における応力起因の不良は増加する傾向にある。
【０００４】
代表的な不良例としては、半導体チップや樹脂封止のわれ、かけ、半導体チップと金属フレーム間をつなぐワイヤの断線などがある。しかし、このような目に見える不良の対策は、対策が講じやすいが、半導体チップ中に歪みが残留すると、製品の電気的特性が劣化する場合があることがわかってきた。
【０００５】
この半導体製品に影響を与える物理現象としては、半導体の電気抵抗率が変動するピエゾ効果、半導体素子内のエネルギーギャップシフト等の現象がある。したがって、半導体チップに発生する応力の増加は、半導体素子や電気的特性、あるいは信頼性に大きな影響力を及ぼす可能性がある。
【０００６】
このため、実装工程、特に半導体チップを金属フレームに実装して、樹脂封止をおこなうモールド工程では、半導体チップ内部に発生する応力と半導体素子の電気的特性の変動の相関性を正確に把握して、所定の値以下になるようコントロールすることが、重要である。
【０００７】
応力を緩和する方法としては、半導体チップに精度が要求される半導体素子領域を緩衝領域で囲む事により、応力を緩和することなどが考えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、応力を緩和する方法としては、半導体チップ上に応力の影響から保護したい半導体素子の周りに環状にダミーパターンを設けることにより、応力の影響を取り去ることなどが考えられている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１６２９６号公報
【特許文献２】特開平５−２２６３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１のような手段は、半導体チップに緩衝領域を形成するため、相対的に半導体素子を形成する領域が狭くなるため、同じ大きさの半導体チップの半導体素子数より、半導体チップの半導体素子数がかなり少なくなってしまう。また、半導体チップ上に緩衝領域とそれに囲まれた半導体素子が固定化されるため、半導体チップ上に半導体素子を自由にレイアウトできなくなるなどの問題点がある。
さらに、特許文献２のような手段では、パッシベーション膜を樹脂応力から保護するだけで、半導体素子への応力の影響を排除することができない。
【００１１】
本発明は、モールド工程における半導体チップへかかる応力を緩和し、モールド工程での電気的特性の変動を抑制する半導体モールド装置およびそのモールド装置を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明では以下のような手段を用いた。
まず、樹脂供給部と、樹脂成形部とを有するモールド装置であって、前記樹脂供給部は、樹脂を圧送するプランジャを備えたポット部とランナー部とからなり、前記ランナー部には複数の圧力センサを備え、前記樹脂成形部は、キャビティを有する金型からなり、前記金型には冷却機能付きモールド金型温度制御部を備えることを特徴とする樹脂モールド装置とした。
【００１３】
また、上記のモールド装置を用い、前記キャビティにワークを載置し、第１の温度に保持する工程と、前記樹脂が流動するときの前記ランナー部の圧力を検知する工程と、前記圧力を基に降温プロファイルを算出する工程と、前記樹脂を前記キャビティ内に充填し、前記ワークを樹脂封止する工程と、前記樹脂封止されたワークを前記降温プロファイルに従って前記キャビティ内で降温する降温工程と、からなる半導体装置の製造方法とした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、モールド工程における半導体チップへかかる応力を緩和し、モールド工程において発生する電気的特性の変動を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態にかかるモールド装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかるモールド装置のランナー部の拡大図である。
【図３】従来のモールド装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
最初に、通常のモールド装置の断面図を用い、その製造工程について簡単に説明する。
図３は通常のモールド装置の断面図である。まず、半導体チップ１０とワイヤ１１が実装された金属フレーム１６（以後、ワークと呼ぶ）を、約１８０度に加熱されたモールド金型１５のキャビティ４内に挿入して固定する。次に、熱硬化性樹脂７の粉末を押し固めた樹脂タブレットをポット１と呼ばれる空間に投入する。樹脂タブレットはこの時点から、また周囲から溶融しはじめ、モールド金型１５を閉じてプランジャ３を押し上げると、モールド金型１５に触れて溶融がさらに進んでゆく。
【００１７】
その後、樹脂の供給路であるランナー２などの狭い空間を通過する過程でさらに加熱されてキャビティ４内に送られる。液状となった熱硬化性樹脂７はキャビティ４内の半導体チップ１０やワイヤ１１などによって占められていない狭い空間に充填され、半導体チップ１０、ワイヤ１１、金属フレーム１６を封止し、１〜２分すると硬化し始める。モールド金型１５に設けられた金型加温部１９への電源供給を止め、モールド金型１５への熱供給をストップし、モールド金型１５の外へ金属フレーム１６を取り出し、常温放置により常温まで下げることで、モールド工程は終了する。
【００１８】
しかし、この通常の方式では、熱硬化性樹脂７のロットごとの粘性の違いによる冷却工程での樹脂、半導体チップ１０、金属フレーム１６の寸法収縮量の違いによる、半導体チップ１０上に構成されている半導体素子への反りや残留応力が考慮されていないので、反りや残留応力が規定範囲内に収まらず、半導体素子の電気的特性の変動が発生してしまうことがある。
【００１９】
図１は本発明の実施例であるモールド装置を示す断面図である。
本実施例では、新たにランナー２に複数の圧力センサ８，９と冷却機能付きモールド金型温度制御部１２を設けることで、モールド工程における半導体チップへかかる応力を緩和し、モールド工程での電気的特性の変化を抑制することを可能とする半導体モールド装置とした。従来のモールド装置における金型温度制御部６は金型の昇温はできるものの冷却制御する機能は有していなかった。一方、本実施例のモールド装置に搭載の冷却機能付きモールド金型温度制御部１２はキャビティ４の近傍に設けられた金型加温冷却部２０を制御して、所定の速さで熱硬化性樹脂７が常温へ降下するように、モールド金型を昇温制御および冷却制御するものである。
【００２０】
図２は本発明の実施例にかかるモールド装置のランナー部の拡大図である。ここでは、熱硬化性樹脂７がポット１からランナー２に流れ込んでいる状態を示している。
２個の圧力センサ８，９は、ランナー２を流動する溶けた熱硬化性樹脂７の流動方向と垂直な方向の圧力を感知する機能を有している。これらの圧力センサによってランナー内の圧力損失を検出し、ランナー２内を流動する液状の熱硬化性樹脂７の粘度を計測することを可能としている。本実施例では圧力センサを２個使用したが、粘性測定の精度を向上させるためランナー２の途中にさらに多数の圧力センサを配置しても構わない。また、ランナー２の断面は溶けた熱硬化性樹脂７が流動するのを妨げない形状であれば良く、断面は円形あるいは楕円形をしていることが望ましい。
【００２１】
次に、本実施例のモールド装置の動作を、図１を参照して説明する。モールド装置は主に樹脂供給部のポット１とランナー２、そして樹脂成形部であるキャビティ４を有する金型１５とからなる。まず、ワークを約１８０度に加熱されたモールド金型１５のキャビティ４内に挿入して固定する。次に、熱硬化性樹脂７の粉末を押し固めた樹脂タブレットをポット１と呼ばれる空間に投入する。樹脂タブレットはこの時点から周囲から溶融しはじめ、金型を閉じてプランジャ３を押し上げると溶融がさらに進んでゆく。溶融した樹脂はポット１からライナー２へと押し出される。
【００２２】
２個の圧力センサ８，９を配置して流動中の圧力を測定できるランナー２において、溶けた樹脂が流動する間に、樹脂の流動方向と垂直な方向の２点における圧力値が連続的に検出される。さらに、低粘度化した熱硬化性樹脂７はキャビティ４内に送られ、そして、熱硬化性樹脂７はワークを構成する半導体チップ１０ワイヤ１１などによって占められていない狭い空間に充填される。ワークは熱硬化性樹脂７が充填されてから一定温度（１８０℃）で所定の時間（１〜２分間）保持される。
【００２３】
そして、冷却機能を有するモールド温度制御部１２では、ランナー２を溶けた樹脂が通過する際の圧力センサ８，９からの２点の圧力値を基に降温プロファイルを算出し、この降温プロファイルに沿ってモールド金型１７の温度制御が行われる。すなわち、ワークを一定の温度に所定時間保持した後、ワークを一定の温度１８０℃から所定の第１の降温速度にてＴｇ（ガラス転移点温度）まで降温させる。
【００２４】
上記の第１の降温速度は溶けた樹脂の粘度で決まるが、樹脂がランナーを通過したときに圧力センサにより得られた圧力値の差から算出した粘度が高い場合は降温速度を相対的に遅くし、粘度が低い場合は相対的に降温速度を速くする。Ｔｇは樹脂固有の値であって１２０〜１５０℃であり、第１の降温速度は５℃／分〜１５℃／分である。このようにすることで粘度が高い場合の半導体チップへかかる応力が緩和され、電気特性の変化を抑制することが可能となる。
【００２５】
これはＴｇ以上の温度であれば樹脂内のブラウン運動により応力の緩和がされることを利用したもので、樹脂粘度が高いのものほどＴｇまでの降下時間を延ばして応力緩和されやすくするものである。第１の降温速度のコントロールは、冷却機能付きモールド金型温度制御部１２によって行われるが、本発明のモールド装置では金型加温冷却部２０を有するため、熱容量の大きい金型であっても降温コントロールが可能となっている。
【００２６】
キャビティ内のワークの温度がＴｇに至れば、ワークを取り出し、常温放置により室温まで下げることで、モールド工程は終了する。もちろん、Ｔｇ以降の降温を第２の降温速度にてモールド金型内で行っても構わない。ただし、第２降温速度は第１降温速度より大きいものである。
【００２７】
参考までに、ランナー２に配置された圧力センサ８，９を使って検出された圧力値より、下記式を用いて、流路を流れる際の圧力損失、熱硬化性樹脂７の粘度を計算することができる。圧力センサが２個の場合は計算式（１）となり、ｎ個の場合、計算式（２）となる。
η=π×r4×（Ｐ１-Ｐ２)÷（８×Ｌ×ｑ）・・・・・（１）
η=π×r4×(（ΣΔＰm）÷m)÷（８×Ｌ×ｑ）・・・・（２）
但し、m＝n−１  、ΔＰm＝Ｐn−Ｐn-1
ここで、
η：粘度
ｑ：流量
Ｌ：圧力センサ間の距離
ｒ：ランナーの半径
Ｐｎ：ｎ番目の圧力センサの圧力値
である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ポット
２  ランナー
３  プランジャ
４  キャビティ
５  プランジャ制御部
６  モールド金型温度制御部
７  熱硬化性樹脂
８  第１の圧力センサ
９  第２の圧力センサ
１０  半導体チップ
１１  ワイヤ
１２  冷却機能付きモールド金型温度制御部
１９  金型加温部
２０  金型加温冷却部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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