(57)【要約】【課題】樹脂封止の効率を向上させる。【解決手段】半導体チップと半導体装置の外部端子とが基板に固定され、前記半導体チップと外部端子とを電気的に接続した半導体装置において、前記半導体チップと外部端子との接続部分を熱可塑性樹脂によって封止する。上述した構成によれば、基板に半導体チップとリード等の外部端子とが固定されているので、熱可塑性樹脂によって封止体を形成することができるので、熱可塑性樹脂を封止体に用いることによって、半導体装置のコストを低減させることができる。加えて、封止体形成後のキュアが不要になるので、キュアに要する時間を削減し作業効率を向上させ、キュアに要する電力を削減することによって製造コストを低減することが可能となる。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと半導体装置の外部端子とが基板に固定され、前記半導体チップと外部端子とを電気的に接続した半導体装置において、
前記半導体チップと外部端子との接続部分を熱可塑性樹脂によって封止することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記熱可塑性樹脂がポリアミドであ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】
前記封止がポッティングによって行なわれることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記封止がモールドによって行なわれることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体装置がＴＣＰ型の半導体装置であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に関し、特に半導体装置の樹脂封止に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造では、単結晶シリコン等のウェハに設けられた複数の素子形成領域に、半導体素子或いは配線パターンを一括して形成して所定の回路を構成し、隣接する素子形成領域間のスクライビング領域にてウェハを切断して、夫々の素子形成領域を個々の半導体チップとして分離するダイシングを行なう。ダイシングによって分離された個々の半導体チップは、例えばベース基板或いはリードフレームに固定するダイボンディング及びワイヤボンディング等の実装工程を経て、エポキシ樹脂等を用いて樹脂封止されて半導体装置として完成する。
【０００３】
完成した半導体装置は、実装基板の指定位置に接着剤等により仮止めされ、溶融したハンダにハンダ浴させるフローハンダ、或いは実装基板或いはリードに付着させたハンダをリフロー加熱によって溶融させてリードを実装基板に固定導通されている。このような実装時の加熱によってリード或いは半導体チップの位置が変動するのを防止するために、樹脂封止には加熱によって軟化することのない熱硬化型の樹脂が用いられてきた。
【０００４】
樹脂封止に用いられているエポキシ樹脂等の熱硬化型樹脂は、加熱すると一旦溶融状態となりエポキシ基が開環して付加重合し、硬質のエポキシ樹脂重合体を生成する。このため、一旦重合反応によって硬化するとその後に加熱されても軟化することはないので、実装時にリード及び半導体チップの位置を確実に保持することができる。
【０００５】
電子装置の小型化、薄型化の要求に応える方法の一つとして、銅箔等のリードを表面に形成したポリイミド等の可撓性フィルムからなるテープキャリアに半導体チップ等の部品を固定し、前記リードと半導体チップ等の接続端子とを接続し、半導体チップ及びリードの接続部分をポッティングによって樹脂封止したＴＣＰ（Ｔａｐｅ　Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｐａｃｋａｇｅ）型の半導体装置がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
こうしたポッティングでは、常温では液状の熱硬化型樹脂に熱を加えると反応が急速に進行し、時間とともに樹脂が硬化する。常温状態でも反応が僅かに進行するため樹脂のロットや保管状態により樹脂の粘度が変化し粘度管理が難しく、このため塗布した樹脂の厚さの計測・吐出量の計量・調整等の管理が難しい。
【０００７】
また、ポッティングした樹脂を重合反応によって硬化させるキュアを行なうために、例えば１２０℃の温度で２４分程度加熱する長時間の加熱が必要であり、材料によっては確実にキュアするために更に１４０℃で２時間程度のキュアが必要となるものもある。このような高温状態を長時間維持しなければならないので作業効率が低下する。
【０００８】
また、このキュアに用いられる加熱炉が必要となり、ＴＣＰ型の半導体装置では長尺のテープキャリアに半導体チップが取り付けられているために、キュアを行なうための加熱炉としては搬送距離が１０ｍ程度で装置の幅としては４ｍ〜５ｍ程度の長い連続炉が必要となり、装置の占有面積が大きくなってしまう。
【０００９】
本発明の課題は、これらの問題点を解決し、樹脂封止の効率を向上させることが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
半導体チップと半導体装置の外部端子とが基板に固定され、前記半導体チップと外部端子とを電気的に接続した半導体装置において、前記半導体チップと外部端子との接続部分を熱可塑性樹脂によって封止する。
【００１１】
上述した本発明によれば、基板に半導体チップとリード等の外部端子とが固定されているので、実装時の熱により熱可塑性樹脂が柔らかくなってもリードの位置精度は悪くならないので、熱可塑性樹脂を封止体に用いることによって、半導体装置のコストを低減させることができる。加えて、封止体形成後のキュアが不要になるので、キュアに要する時間を削減し作業効率を向上させ、キュアに要する電力を削減することによって製造コストを低減することが可能となる。
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態であるＴＣＰ型半導体装置を示す平面図であり、図２は、図１中の要部を示す部分縦断面図である。
ＴＣＰ型の半導体装置は、ポリイミド等の可撓性フィルムからなるテープキャリア１の表面に、銅或いはアルミニウム等の金属膜を接着剤３によって固定しウェットエッチングによって前記金属膜をリード２にパターニングし、リード２の接続部分を除いてソルダーレジスト４によって被覆した長尺のフィルム基板を用いており、テープキャリア１には半導体チップ５を収容するデバイスホール１ａを設け、リード２の一端はデバイスホール１ａに露出してインナーリードとなり、このインナーリードに半導体チップ５の接続端子となるバンプ電極５ａを接続する。
【００１４】
リード２の他端は、図１中左方の入力側ではアウターリードとなり、図１中右方の出力側ではリード２の他端が、液晶パネルの画素と接続するためのリード及び検査ピンとのコンタクトのためのパッドが形成されたパッド領域１ｃに延在している。テープキャリア１には、工程での搬送時に送り機構の歯車が噛み合ってテープキャリア１を定められたピッチで規則正しく送る為に、その長さ方向に沿った両縁部に一定のピッチでスプロケットホール１ｄが設けられている。
【００１５】
リード２のインナーリード、半導体チップ５の素子形成面及びその近傍のテープキャリア１には封止体６が形成されているが、本発明では封止体６を熱可塑性樹脂であるポリアミドで形成し、熱可塑性樹脂の封止体６によって半導体チップ５とリード２との接続部分を封止する。
【００１６】
続いて、この半導体装置の製造方法について説明する。図３に示すのは本実施の形態のＴＣＰ型半導体装置のボンディング及びポッティングに用いられる製造装置である。本発明では、封止体６に熱可塑性の樹脂を用いているので重合反応のための加熱炉が不用となる。このため、図３に示すようにボンディングを行なうインナーリードボンダ部１０に続けて、ポッティング部１１を設けてある。
【００１７】
この装置では、先ずスペーサテープ１２に重ね合わせて長尺のテープキャリア１が巻かれたリール１３をローダ部１４にセットし、ローダ部１４からスプロケットによってインナーリードボンダ部１０へテープ送りする。
【００１８】
インナーリードボンディング部では、半導体チップでは、切断分離された半導体チップがウェハ１５の状態で粘着テープに固定されており、個別の半導体チップをピッアップアーム１６によって真空吸着されてボンディングステージ１７へ搬送され、ボンディングステージ１７にて半導体チップの位置ずれを修正した後にボンディングステージ１７を移動させ、フィルム基板のリードと半導体チップの位置を検出して位置合せを行ない、ボンディングヘッド１８によって熱を加えてリード２のインナーリードと半導体チップのバンプ電極５ａとを接続する。ボンディングが終了するとスプロケットによってテープキャリア１が一定ピッチ送られて次のボンディング部１１へ移行する。
【００１９】
ボンディングの終了したテープキャリア１は、連続してポッティングの処理が行なわれ、樹脂加熱装置１９によって溶融された熱可塑性樹脂がＸＹ方向に移動可能なアーム２０に取り付けられたディスペンサ２１に送られ、ディスペンサ２１のノズルから熱可塑性樹脂を吐出して、真空吸着によってステージ２２に固定された半導体チップの素子形成面及びリードとの接続部分を被覆する封止体６を形成する。
【００２０】
封止体の形成されたテープキャリア１は、アンローダ部２３にて再びスペーサテープ１２に重ね合わせてリール１３に巻き取られた状態でケース等に収容し、次の工程へ搬送する。
【００２１】
前述したインナーリードボンディングには１回の処理に５秒前後程度の時間を要するが、熱可塑性樹脂のポッティングでは、このサイクルタイム内に樹脂の温度が下がり、樹脂の流動或いは粘着を回避することができる程度に硬化するので、ボンディングのサイクルタイムに合せて、ポッティングを完了することが可能である。
【００２２】
従来のＴＣＰ型半導体装置のボンディング及びポッティングでは、熱硬化性の樹脂を塗布しキュアを行なうために、ボンディングとポッティングとではサイクルタイムが大きく異なるので、図４に示すように、テープキャリアに半導体チップを取り付けるインナーリードボンダ部と半導体チップとリードとの接続部分を封止するために熱硬化性の樹脂を塗布しキュアを行なうポッティング部とは個別の装置として設けざるを得なかった。
【００２３】
また、本実施の形態の装置では、熱可塑性樹脂を用いることによって硬化のための長い加熱炉２４が不要となり、キュアに要する時間を削減し作業効率を向上させ、キュアに要する電力を削減することによって製造コストを低減することが可能になる。
【００２４】
キュアが不要になるため、ボンディングから連続してポッティングを行なうことが可能となり、ボンディングのためのアンローダ部２３とポッティングのためのローダ部１４が不要となる。このため、加熱炉２４とアンローダ部２３及びローダ部１４との設置面積が不要となるので、製造装置に要する投資が低減し、加えて製造装置の設置面積が減少する。加えて、ボンディング部とポッティング部とを一体化し、連続して処理を行ない、かつ樹脂の粘度管理が容易であるため、操作を行なう作業者の直接人員を低減させることができる。
【００２５】
また、ポリアミド樹脂は、硬化剤を使用せず、粘度が温度だけの関数となるため、粘度の管理が容易であり、長時間安定した吐出を行なうことができる。加えてポリアミドは大豆から生成されるため、廃棄物となった場合に環境に与える影響が少ない。
【００２６】
また、熱硬化性樹脂では、温度を下げると硬化の速度が低下するが硬化反応は進行するため、一旦保管のための冷蔵庫から取り出して使用を開始したポッティング樹脂は作業終了の時点で残量を廃棄処分せざるを得ない。しかし、熱可塑性樹脂であれば温度を下げて硬化した樹脂であっても再加熱によって再び溶融させて利用することが可能であり、材料を有効利用することができる。
【００２７】
（実施の形態２）
図５は本発明の他の実施の形態であるＴＣＰ型の半導体装置を示す縦断面図であり、本実施の形態では封止体の形成を樹脂モールドによって行なう点が前述した実施の形態とは異なるが、他の構成については前述した実施の形態と同様である。
【００２８】
ＴＣＰ型の半導体装置は、ポリイミド等の可撓性フィルムからなるテープキャリア１の表面に、銅或いはアルミニウム等の金属膜を接着剤３によって固定しウェットエッチングによって前記金属膜をリード２にパターニングし、リード２の接続部分を除いてソルダーレジスト４によって被覆した長尺のフィルム基板を用いており、テープキャリア１には半導体チップ５を収容するデバイスホール１ａを設け、リード２の一端はデバイスホール１ａに露出してインナーリードとなり、このインナーリードに半導体チップ５の接続端子となるバンプ電極５ａを接続する。
【００２９】
リード２のインナーリード、半導体チップ５の素子形成面及びその近傍のテープキャリア１には封止体６が形成されているが、本発明では封止体６を熱可塑性樹脂であるポリアミドで形成し、熱可塑性樹脂の封止体６によって半導体チップ５とリード２との接続部分を封止する。
【００３０】
本実施の形態の半導体装置では、リード２がテープキャリア１に固定され、半導体チップ５がリード２を介してテープキャリア１に固定されているため、実装時の加熱によって封止体６が軟化しても入力用或いは出力用アウターリードとして用いられるリード２或いは半導体チップ５の位置が変動することはない。
【００３１】
本実施の形態の半導体装置では、封止体６の形成をモールドによって行なうため、ポッティングによって形成する場合に必要となる封止体の形成誤差を削減して封止体６を薄く形成することが可能になる。加えて、封止体６の上面を平坦にすることができるので、実装工程における封止体６上面の真空吸着を確実に行なうことが可能になり半導体装置の取り扱いが容易になる。
【００３２】
続いて、この半導体装置の製造方法について図６乃至図８を用いて説明する。先ず図６に示すようにボンディングの終了したテープキャリア１を上金型２５及び下金型２６によってクランプした後に、図７に示すように、シャッタ２７を開放した状態のゲートから加熱により溶融した液状の熱可塑性樹脂を注入する。上金型２５は大気開放になっており樹脂の注入量は目視により確認することが可能である。
【００３３】
樹脂が規定の量まで注入されると、図８に示すようにゲートのシャッタ２７を閉鎖して、注入した樹脂の温度低下を待って上金型２５及び下金型２６を外す。この状態で封止体６の上面にシャッタ２７以降のゲート部分が僅かに突出することになるが、封止体６が熱可塑性樹脂であるため、ヒートブロック等を用いて部分的に加熱することによって容易に突出部分を平坦化することができる。
【００３４】
また、樹脂の注入に関しては、図９に示すように上金型２５を密閉構造として、樹脂の注入に合せて排気口２８から金型２５，２６内の大気の吸引・排気を行なうことによって封止体６内にボイドが発生するのを防止することができる。或いは、積極的に圧力を加えボイドを極小化させてもよい。
【００３５】
以上、本発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００３６】
例えば、前述した実施の形態ではＴＣＰ型の半導体装置について本発明を説明したが、半導体チップと半導体装置の外部端子とが基板に固定され、前記半導体チップと外部端子とを電気的に接続した半導体装置であれば、フィルム基板を用いたＣＯＦ（Ｃｈｉｐ　Ｏｎ　Ｆｉｌｍ）型の半導体装置、或いは図１０に示すようにセラミック或いはガラスエポキシ等のベース基板７を用い、外部端子としてバンプ電極８が形成され半導体チップ５と外部端子であるバンプ電極８に導通する配線７ａとをボンディングワイヤ９によって電気的に接続したＢＧＡ（Ｂａｌｌ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ）型の半導体装置についても、本発明は適用が可能である。
【００３７】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）本発明によれば、基板に半導体チップとリード等の半導体装置の外部端子とが固定されているので熱可塑性樹脂によって封止体を形成することができるという効果がある。
（２）本発明によれば、上記効果（１）により、熱硬化性樹脂と比較してコストが低いため、原料コストの低減によって半導体装置の価格を低減させることができるという効果がある。
（３）本発明によれば、上記効果（１）により、フィラの混入をなくすことによって半導体装置のコストを低減させることができるという効果がある。
（４）本発明によれば、上記効果（１）により、封止体形成後のキュアをなくすことができるという効果がある。
（５）本発明によれば、上記効果（４）により、キュアに要する時間を削減し作業効率を向上させ、キュアに要する電力を削減することによって製造コストを低減することが可能になるという効果がある。
（６）本発明によれば、上記効果（４）により、加熱炉が不要となり、製造装置に要する投資が低減し、加えて製造装置の設置面積が減少するという効果がある。
（７）本発明によれば、上記効果（４）により、ボンディングから連続してポッティングを行なうことが可能となり、ボンディング部とポッティング部とを一体化し、操作を行なう作業者の直接人員を低減させることができるという効果がある。
（８）本発明によれば、上記効果（１）により、樹脂の粘度管理が容易であるため、操作を行なう作業者の直接人員を低減させることが可能になるという効果がある。
（９）本発明によれば、上記効果（１）により、再加熱によって再び溶融させて利用することが可能であり、材料を有効利用することができるという効果がある。
（１０）本発明によれば、上記効果（１）により、廃棄物となった場合に環境に与える影響を低減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるＴＣＰ型半導体装置を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施の形態であるＴＣＰ型半導体装置の要部を示す縦断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態であるＴＣＰ型半導体装置の製造に用いられる装置の概略構成図である。
【図４】従来のＴＣＰ型半導体装置の製造に用いられる装置の概略構成図である。
【図５】本発明の他の実施の形態であるＴＣＰ型半導体装置を示す縦断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態であるＴＣＰ型半導体装置の製造方法を示す縦断面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態であるＴＣＰ型半導体装置の製造方法を示す縦断面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態であるＴＣＰ型半導体装置の製造方法を示す縦断面図である。
【図９】本発明の他の実施の形態であるＴＣＰ型半導体装置の製造方法の変形例を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の変形例である半導体装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…テープキャリア、１ａ…デバイスホール、１ｃ…パッド領域、１ｄ…スプロケットホール、２…リード、３…接着剤、４…ソルダーレジスト、５…半導体チップ、５ａ…バンプ電極、６…封止体、７…ベース基板、７ａ…配線、８…バンプ電極、９…ボンディングワイヤ、１０…インナーリードボンダ部、１１…ポッティング部、１２…スペーサテープ、１３…リール、１４…ローダ部、１５…ウェハ、１６…ピクアップアーム、１７…ボンディングステージ、１８…ボンディングヘッド、１９…樹脂加熱装置、２０…アーム、２１…ディスペンサ、２２…ステージ、２３…アンローダ部、２４…加熱炉、２５…上金型、２６…下金型、２７…シャッタ、２８…排気口。
【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】
2004022714.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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