(57)【要約】【課題】キャビティ内に塗布中の樹脂量をモニタすることを可能とする手段を持つ半導体パッケージを提供することによって、このモニタからの情報に基づいて規定量の樹脂塗布を可能とし、不良品の発生を未然に防ぐことを目的とする。【解決手段】半導体パッケージ１ａに形成されたキャビティ４内に半導体チップを搭載し、次いでキャビティ４内に樹脂８を塗布して半導体チップを保護する構造の半導体装置において、キャビティ４の側壁の一部にテーパ面１６を設け、このテーパ面１６を利用してキャビティ４内に塗布される樹脂８の上昇する動きを水平方向の動きに変換し、この動きを上方からカメラでモニタして樹脂塗布量を調整する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体パッケージに形成されたキャビティ内に半導体チップを搭載し、次いでキャビティ内に樹脂を塗布して半導体チップを保護する構造の半導体装置において、前記キャビティ側壁の一部にテーパ面を設け、このテーパ面を利用してキャビティ内に塗布される樹脂の上昇する動きを水平方向の動きに変換することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記キャビティの水平方向の断面積がキャビティ上方に行くほど広くなるように前記テーパ面を傾斜させたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記テーパ面を設けたことによりキャビティ開口部の面積が広げられたことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記キャビティ側壁の一部に垂直方向の溝を設け、この溝の底面を前記テーパ面としたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記キャビティ側壁の一側面全体または一側面の一部を傾斜させ、前記テーパ面としたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体パッケージに形成されたキャビティ内に半導体チップを搭載し、次いでキャビティ内に樹脂を塗布して半導体チップを保護する半導体装置の製造方法において、前記テーパ面に沿って上昇する樹脂の水平方向の広がりと、キャビティ内に塗布される樹脂塗布量とが比例することを利用し、樹脂の水平方向の広がりをモニタすることによって樹脂塗布量を検出することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記テーパ面に沿って上昇する樹脂の水平方向の広がりを上方からカメラでモニタし、キャビティ内の樹脂塗布量をカメラの画像認識によって検出することを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記テーパ面に沿って上昇する樹脂の水平方向の広がりをカメラでモニタして画像認識し、画像処理ユニットで規定塗布量に達したかどうかを判断し、規定塗布量に達した時点でコントローラに樹脂塗布の終了信号を出力し、樹脂塗布を終了させることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記テーパ面に沿って上昇する樹脂の水平方向の広がりが最大となった時点で樹脂塗布を終了させ、キャビティから樹脂を溢れさせないことを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造工程において、半導体パッケージに半導体チップを搭載したのち半導体チップを保護するための樹脂塗布を行なう際に、適正な樹脂塗布量をモニタすることができる手段を半導体パッケージに設け、この半導体パッケージを用いた半導体装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体パッケージに設けられたキャビティ内に半導体チップを搭載し、この半導体チップを保護するためにディスペンサノズルから樹脂を滴下して樹脂塗布（ポッティング）を行なう半導体装置が知られている。この半導体パッケージへの樹脂塗布工程では、適正な樹脂量を塗布することが重要な要素の一つとなっている。この目的達成のために、通常、半導体パッケージへの樹脂の塗布量については、塗布終了後に半導体パッケージ重量を重量計で測定するか、あるいは塗布高さを工場顕微鏡で測定して確認するという手法が採用されている。
【０００３】
しかしながら、これらの手法は、樹脂塗布量の測定が塗布終了後に行なわれているため、樹脂塗布量が基準値より多い場合には、塗布した樹脂を取り除くことができないことから不良品と判定されてしまう。また、樹脂塗布量が少ない場合には、樹脂を追加塗布しようとすると塗布済み樹脂の粘度の経時変化により追加塗布した樹脂と完全に混じり合わないためその界面より剥離が発生し、やはり不良品と判定されてしまう。このため、樹脂塗布後の塗布量測定では、不良品を大量に作ってしまう可能性があり、樹脂塗布量の管理に関しては十分な手法とは言えない。
【０００４】
そこで最近では、例えば、特開平１０−１１６８４４号公報に示されているように、ポッティング樹脂塗布装置に、塗布重量を直接測定する機構を設けることによって塗布した樹脂重量を測定し、塗布量の変化や異常を検出する手法が用いられている。この塗布重量測定機構を具備したポッティング樹脂塗布装置について、図７（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。図７（Ａ）は塗布前、図７（Ｂ）は塗布中の状態を示す。
【０００５】
図において、半導体パッケージ１は、リード３とキャビティ４を有する基板２で構成され、キャビティ４の底部には図示していないが半導体チップが搭載されている。この半導体パッケージ１を、図７（Ａ）のようにキャリア５で塗布部に搬送する。そして、この塗布部において、図７（Ｂ）のように重量計測装置９を有する突き上げ部７で半導体パッケージ１を下から突き上げ、半導体パッケージ１の高さを樹脂塗布に適した高さに設定する。そして、図示しない樹脂タンク、シリンジを経てディスペンサノズル６から樹脂８を滴下する。半導体パッケージ１は重量計測装置９上に乗っているため滴下された樹脂８の重量を直ちに計測できるようになっている。そして、この塗布部は、複数列、例えば５列に並設されて一台のポッティング樹脂塗布装置として機能し、各塗布部は同時に動作して５個所での塗布が並列して行なわれるようになっている。
【０００６】
この手法は、塗布対象が個片単位での半導体パッケージであるため、塗布した樹脂量を直接測定して個々に塗布量の変化、異常の検出を可能としているので、複数個同時に測定してもどれが不良品であるか直ちに判別でき、樹脂塗布量の管理において一応の効果を奏している。
【０００７】
しかしながら、半導体パッケージが個別ではなく、例えば特開平９−２２９６３号公報にあるように、帯状のフレームやテープ上に複数個の半導体パッケージが形成されているような場合には、複数個同時に樹脂を塗布した時に個々の半導体パッケージへの塗布重量が測定できないため、個々の半導体パッケージの塗布変化、異常を検出することができない。例えば、図８の平面図に示すように、帯状フレーム１１上にキャビティ４を有する５個の半導体パッケージ１が形成されている場合、５個所で同時に並列して樹脂塗布を行なおうとすると、そのうちの１個所で規定の樹脂量より多く塗布され、別の１個所で規定量より少なく塗布されても、５個所の塗布量全体として規定値以内であれば、この帯状フレーム１１上の５個の半導体パッケージ１は全て良品と判定されてしまい、個々の塗布変化、異常の検出はできないという問題がある。
【０００８】
そこで、この問題を解決する手段として、特開平８−１８６１３８号公報にあるように、塗布量を検出するのに重量測定手段を用いずに、樹脂の塗布状態を検査する画像検査機能を樹脂塗布装置に付加し、不良品を発見した際には樹脂の塗布条件を調整するようにした手段が提案されている。この画像検査機能を付加した樹脂塗布装置について、図９を用いて説明すると、半導体チップ１０が搭載されたＴＣＰテープ１３を搬送してディスペンサノズル６の下に半導体チップ１０がくるようにし、樹脂８を滴下して半導体チップ１０を被覆する。被覆塗布された半導体チップ１０は搬送されて検査用カメラ１４の位置にくる。検査用カメラ１４はＴＣＰテープ１３を挟んで上下に対設された一対のＣＣＤカメラであり、画像処理ユニット１９及びコントローラ２０によって画素濃度の変化を検出して塗布された樹脂８の状態を検査できるようにしてある。
【０００９】
この検査用カメラによる検出手段は、画像処理によって塗布状態の良否を検出しているので、フレームやテープ上で一連の状態にある半導体パッケージでも塗布変化、異常の検出ができ、一応の効果を奏している。しかしながら、キャビティを形成した構造の半導体パッケージに樹脂を塗布しようとすると、塗布量が多い場合にはキャビティより樹脂があふれ出るため、検査用カメラによる塗布異常の検出は可能であるが、逆に塗布量が少ない場合には検出できないという問題がある。これは、キャビティ内に充填中の樹脂量を検査用カメラによる画素濃度の濃淡で検出することは困難だからである。
【００１０】
すなわち、図１０（Ａ）の平面図、そのＡ−Ａ断面図（Ｂ）に示すように、従来のＢＧＡ型の半導体パッケージを例に採ると、ヒートスプレッダ１５と基板２の掘り込みによりキャビティ４が形成されている。樹脂８はこのキャビティ４の底面より順次垂直方向に充填されるので、キャビティ４に充填中の樹脂量を基板２の上方から検査用カメラで確認するだけでは、樹脂８の塗布量は判らない。そのため、規定量以上に塗布されて溢れた場合は不良として検出できるが、規定量以下の場合は検出できないことになる。
【００１１】
このように、従来技術においては、一連のフレーム上に形成された半導体パッケージの各キャビティ内に適正量の樹脂が収まるように塗布しようとすると重量測定方式は適用できず、また、検査用カメラによる検出方式も、キャビティから溢れ出さない範囲の適正量の樹脂を検出することができなかった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
最近、ＢＧＡ構造の半導体装置を製造する際に、帯状のフレーム上に所定の間隔で半導体パッケージを配置して半導体装置を組み立てて行く方式が採用されている。この方式では、ＴＡＢ方式と同様フレームを搬送することによってフレーム上に配置された半導体パッケージに順次ダイボンディング、ＴＡＢリードボンディングを行ない、その後キャビティ内に樹脂をポッティング塗布しフレーム上に一連の半導体装置を組み立てて行く。
【００１３】
このような一連の状態にある半導体パッケージは、重量測定方式では個々の樹脂塗布量の測定ができないためカメラ測定方式に頼らざるを得ない。しかし、カメラによる測定方式は樹脂がキャビティからあふれ出した場合は検出可能であるが、少ない場合には検出できない。
【００１４】
上記したように、従来は、このキャビティ内に樹脂をポッティング塗布する際の塗布量の検出を適正に行なう手段がなく、規定量以上に塗布された場合のみ不良品として検出することができるが、規定量以下の場合は検出できないという問題がある。
【００１５】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、半導体パッケージが一連の状態にあるか個別であるかにかかわらず、キャビティ内に塗布中の樹脂量をモニタすることを可能とする手段を持つ半導体パッケージを提供することによって、このモニタからの情報に基づいて規定量の樹脂塗布を可能とし、不良品の発生を未然に防ぐことを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体パッケージに形成されたキャビティ内に半導体チップを搭載し、次いでキャビティ内に樹脂を塗布して半導体チップを保護する構造の半導体装置において、前記キャビティ側壁の一部にテーパ面を設け、このテーパ面を利用してキャビティ内に塗布される樹脂の上昇する動きを水平方向の動きに変換するようにした半導体装置である。
【００１７】
また、本発明の半導体装置は、キャビティの水平方向の断面積がキャビティ上方に行くほど広くなるようにテーパ面を傾斜させた構造を有し、このテーパ面を設けたことによりキャビティ開口部の面積が広げられた構造となっている。
【００１８】
また、本発明の半導体装置は、キャビティ側壁の一部に垂直方向の溝を設け、この溝の底面をテーパ面とするか、あるいは、キャビティ側壁の一側面全体または一側面の一部を傾斜させてテーパ面としている。
【００１９】
また、本発明は、半導体パッケージに形成されたキャビティ内に半導体チップを搭載し、次いでキャビティ内に樹脂を塗布して半導体チップを保護する半導体装置の製造方法において、前記テーパ面に沿って上昇する樹脂の水平方向の広がりと、キャビティ内に塗布される樹脂塗布量とが比例することを利用し、樹脂の水平方向の広がりをモニタすることによって樹脂塗布量を検出するようにした半導体装置の製造方法である。
【００２０】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記テーパ面に沿って上昇する樹脂の水平方向の広がりを上方からカメラでモニタし、キャビティ内の樹脂塗布量をカメラの画像認識によって検出するようにしたもので、カメラでモニタして画像認識したのち画像処理ユニットで規定塗布量に達したかどうかを判断し、規定塗布量に達した時点でコントローラに樹脂塗布の終了信号を出力して樹脂塗布を終了させるようにしている。そして、前記テーパ面に沿って上昇する樹脂の水平方向の広がりが最大となった時点で樹脂塗布を終了させ、キャビティから樹脂を溢れさせないようにしている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の図面において、従来技術と同じ部分は同じ符号を用いて説明する。図１（Ａ）、（Ｂ）は本発明の一実施の形態における半導体装置を示す平面図及びそのＡ−Ａ断面図である。図１に示すように、本発明の特徴は、半導体パッケージ１ａのキャビティ４の一部にテーパ面１６を設け、キャビティ４に充填中の樹脂８の塗布量をモニタする機能を持たせたことにある。すなわち、このテーパ面１６によって、キャビティ４内に塗布される樹脂８の上昇する動きを水平方向の動きに変換するようにしている。
【００２２】
ここでは、本発明に用いる半導体パッケージ１ａとして、ＢＧＡ型パッケージを例に取って説明する。図１において、半導体パッケージ１ａは、中央部に四角形のデバイスホールを有し上面に配線パターンが設けられた絶縁材からなる基板２と、基板２の下面に張り付けられた金属板であるヒートスプレッダ１５で構成され、ヒートスプレッダ１５を底面としデバイスホールを側壁面とするキャビティ４が形成されている。
【００２３】
このキャビティ４の一側壁面には垂直方向に溝が形成され、溝はその水平方向の断面積が上に行くに従って大きくなるように溝の底面を傾斜させたテーパ面１６となっている。その結果、テーパ面１６に沿って上昇する樹脂は、キャビティ４が樹脂８で充填されるに従って、テーパ面１６の下部よりテーパ斜面に沿って徐々に広がってゆく。この広がった状態を上から見ると、図１（Ａ）に示すように、キャビティ四角形の一辺の一部が突出した状態に見える。突出部の大きさは樹脂８の充填深さに比例するため、この突出部の大きさを検出することによって、キャビティ４内の樹脂８の充填状況がわかるというモニタの役目をテーパ面１６が果たしている。
【００２４】
このような構造を有する半導体パッケージ１ａを用いた本発明の半導体装置について、図１の部分拡大図である図２を用いて説明する。図２（Ａ）は平面図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。図２に示すように、テーパ面１６を有する半導体パッケージ１ａのキャビティ４内に半導体チップ１０をＴＡＢ実装し、ＴＡＢリード１７の外端は、キャビティ４内の段部１８に設けられた配線パターンの内端に接続されている。この時、ＴＡＢリード１７は全体がキャビティ４の開口面よりも低い位置にあることが重要である。次いで、液状のエポキシ樹脂８をキャビティ４内に充填し、ＴＡＢリード１７が完全に隠れるようにキャビティ４の開口面まで塗布する。同時にテーパ面１６も樹脂８で満たされる。次いで、基板２の上面に設けられた配線パターンの外端に、半導体パッケージ実装用のための半田ボール１２を加熱接続して半導体装置を組み立てている。
【００２５】
なお、テーパ面１６の下端となる位置は、図５（Ａ）に示すテーパ面１６ａのようにキャビティ４の底面でもよいし、図５（Ｂ）に示すテーパ面１６ｂのようにキャビティ４の側壁の途中でもよい。また、本発明に用いる半導体パッケージは、ＢＧＡ構造に限らずキャビティを有する構造ならばいかなるパッケージ構造でもよい。
【００２６】
次に、このようなテーパ面１６を利用して、キャビティ４に充填する樹脂８の塗布量をモニタする方法について、図面を参照して説明する。図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、塗布状態を順に示す説明図である。
【００２７】
上記したように、本発明の半導体パッケージ１ａは、基板２とヒートスプレッダ１５から構成されたキャビティ４にテーパ面１６が形成され、この半導体パッケージにまずＴＡＢ実装により半導体チップ１０を搭載する。なお、図示していないが同時にＴＡＢリードも接続されている。次いで、この半導体パッケージを搬送手段によりディスペンサノズル６の下に搬送する。この状態が図３（Ａ）であり、樹脂の塗布を開始する時点での状態を示している。この時点では、キャビティ４にもテーパ面１６にも樹脂は無い。ここで初めて樹脂は、コントローラ２０からの樹脂塗布開始信号によってディスペンサノズル６からキャビティ４に滴下され塗布が開始される。
【００２８】
図３（Ｂ）は、樹脂８の塗布が途中まで進んだ状態を示す。この時、樹脂８はキャビティ４とテーパ面１６の途中まで充填されている。この状態を上から見るとテーパ面１６へ流れ込んだ樹脂８がキャビティ４から広がり始め、充填中であることがわかる。この広がり状態、すなわちテーパ面１６内の充填状態を検査用カメラ１４で常時監視することによって、塗布量の検出を可能にしている。なお、検査用カメラ１４はＣＣＤカメラでも光学レンズ系カメラでもよい。
【００２９】
図３（Ｃ）は、樹脂８の塗布が完了した状態を示している。樹脂８は、キャビティ４とテーパ面１６に完全に充填されている。すなわち、樹脂８はキャビティ４の開口上面に達し規定量の樹脂が塗布された状態である。この状態を捕らえたカメラ１４からの画像は画像処理ユニット１９で処理され、キャビティ４は完全に樹脂８で充填されたと判断され、画像処理ユニット１９よりコントローラ２０に樹脂塗布の終了信号が送られ、ディスペンサノズル６からの樹脂８の塗布が終了する。そのため、規定量以上の樹脂が塗布されることはない。また、通常、樹脂８は黒色であり、基板２とは色が異なるため、テーパ面１６へ樹脂８が完全に充填されたかあるいは充填中であるかは、検査用カメラ１４で容易に認識できる。
【００３０】
次に、図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の平面図を参照して樹脂塗布状態の良否の判定基準について説明する。図４（Ａ）は、半導体パッケージ１ａに対して樹脂８の塗布が途中まで進行した状態を示す。キャビティ４には樹脂８が充填され始めているが、まだテーパ面１６には充填されていない。図４（Ｂ）は、樹脂８の塗布が規定の塗布量に達して完了した状態を示す。キャビティ４とテーパ面１６には樹脂８が完全に充填されている。図４（Ｃ）は、樹脂８の塗布量がオーバーした状態を示す。規定値以上に樹脂８が塗布されたため、キャビティ４より溢れ出した樹脂８が基板２の表面に流れ出している。しかし、通常は規定値に達した時点で塗布が停止するため、溢れ出すことはない。良否の判定としては、図（Ａ）、図（Ｃ）の状態が不良品であり、図（Ｂ）の状態が良品である。なお、図４では、規定値をキャビティ上面位置として説明したが、上面に達しない位置を規定値とすることももちろん可能である。
【００３１】
これまでは、テーパ面の形状を図５（Ａ）、（Ｂ）に示したような溝の底面として説明してきたが、他の実施の形態として、図６（Ａ）に示すように、キャビティ４の側壁の一側面全体を傾斜させてテーパ面１６ｃとしてもよいし、または、図６（Ｂ）に示すように、キャビティ４側壁の一側面の一部を途中から傾斜させてテーパ面１６ｄとしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、半導体パッケージのキャビティ内壁の一部にテーパ面を設け、このテーパ面の傾斜に沿ってキャビティ下部から上昇してくる樹脂の充填位置を上方からカメラによる画像認識でモニタできるようにしたので、樹脂塗布時に塗布状況を確認しながら樹脂塗布量を調整することができる。その結果、従来は樹脂の塗布量が規定値以下の場合は不良として検出することができなかったが、本発明によって塗布不良の発生を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
【図２】図１の部分拡大図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の製造方法を説明する図で、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は樹脂塗布状態をモニタする方法を順に示す図である。
【図４】本発明における樹脂塗布量の良否判定基準を説明する図で、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は各基準状態を示す平面図である。
【図５】本発明の一実施の形態を示す図で、（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれテーパ面の斜視図である。
【図６】本発明の他の実施形態を示す図で、（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれテーパ面の斜視図である。
【図７】従来の樹脂塗布量を測定する手段を説明する図で、（Ａ）は塗布前、（Ｂ）は塗布中の状態を示す図である。
【図８】従来の半導体パッケージが一連の状態にある帯状フレームの平面図である。
【図９】従来の樹脂塗布状態を検査する方法を説明する図である。
【図１０】従来の半導体パッケージの一例を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１、１ａ　　半導体パッケージ
２　　基板
３　　リード
４　　キャビティ
５　　キャリア
６　　ディスペンサノズル
７　　突き上げ部
８　　樹脂
９　　重量計測装置
１０　　半導体チップ
１１　　帯状フレーム
１２　　半田ボール
１３　　ＴＣＰテープ
１４　　検査用カメラ
１５　　ヒートスプレッダ
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ　　テーパ面
１７　　ＴＡＢリード
１８　　段部
１９　　画像処理ユニット
２０　　コントローラ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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