(57)【要約】　　　（修正有）【課題】樹脂モールドによって形成するＢＧＡパッケージの反り等の変形を防止して好適な樹脂モールドを可能にする。【解決手段】基板１２を所定位置にセットするセット部を設けた下型２４と半導体チップ１０を樹脂封止するキャビティ凹部を設けた上型２６とで基板１２をクランプし、キャビティ１６内に樹脂充填して樹脂成形するＢＧＡパッケージの製造に用いるモールド金型において、前記下型２４および／または上型２６で前記キャビティ１６の周囲位置に、キャビティ１６内に充填された樹脂を中心部から先に硬化させるよう溝幅あるいは溝の深さを変えて熱伝導を制御する断熱溝３２を設けたことを特徴とする。【選択図】　　　　　図１
2004096094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を所定位置にセットするセット部を設けた下型と半導体チップを樹脂封止するキャビティ凹部を設けた上型とで基板をクランプし、キャビティ内に樹脂充填して樹脂成形するＢＧＡパッケージの製造に用いるモールド金型において、
前記下型および／または上型で前記キャビティの周囲位置に、キャビティ内に充填された樹脂を中心部から先に硬化させるよう溝幅あるいは溝の深さを変えて熱伝導を制御する断熱溝を設けたことを特徴とするＢＧＡパッケージの製造に用いるモールド金型。
【請求項２】
基板を所定位置にセットするセット部を設けた下型と半導体チップを樹脂封止するキャビティ凹部を設けた上型とで基板をクランプし、キャビティ内に樹脂充填して樹脂成形するＢＧＡパッケージの製造に用いるモールド金型において、
金型ランナーおよび／またはゲートの近傍に、溝幅あるいは溝の深さを変えることにより金型ランナーあるいはゲート内の樹脂に対する熱伝導をキャビティ内に充填された樹脂に対するよりも抑制して金型ランナーおよびゲートからキャビティへの樹脂充填性を向上させる断熱溝を設けたことを特徴とするＢＧＡパッケージの製造に用いるモールド金型。
【請求項３】
キャビティ凹部の内面を凹面形状に設け、樹脂充填時には前記キャビティ凹部に配置される放熱板を反らせて樹脂を過供給させるとともに、樹脂充填後の樹脂シュリンクによって前記放熱板を平坦面に復帰すべく設けたことを特徴とする請求項１または２記載のＢＧＡパッケージの製造に用いるモールド金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＢＧＡパッケージの製造に用いるモールド金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３はＢＧＡパッケージの従来例の構成を示す。図のようにＢＧＡパッケージは基板５の上面に半導体チップ６を搭載し、片面樹脂モールドして成る。このようなＢＧＡパッケージを製造する場合、通常は、基板５に半導体チップ６を搭載し、基板５の片面を樹脂モールドした後、基板５の下面にはんだボール７を接合して製品とする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のＢＧＡパッケージはＱＦＰ等に比べて熱放散性に劣ることが問題になっている。これは、ＱＦＰ等の金属のリードフレームを用いたパッケージではリードフレーム部分から熱放散できるのに対して、ＢＧＡパッケージの場合は基板が絶縁体であることから基板からの熱放散性が低いことによる。また、ＢＧＡパッケージの場合はパッケージサイズに対し搭載される半導体チップの占める面積が大きく、半導体チップの発熱量に見合う熱放散が得られないこと、また、ＢＧＡパッケージは基板の片面のみ樹脂モールドするからＱＦＰに比べると樹脂モールド部分の表面積が２５％程度以下に減少して放熱が制限されることによる。
【０００４】
また、別の問題として、ＢＧＡパッケージは図１３に示すように基板５の片面のみ樹脂モールドすることと基板５の全面積に対する樹脂モールド範囲が占める面積が大きいことから、モールド樹脂がシュリンクした際に基板が反ることが問題になる。
本発明は、これら問題点を解消すべくなされたものであり、従来のＢＧＡパッケージでの熱放散性の問題を解消するとともに、ＢＧＡパッケージの反りを好適に防止した製品を好適に製造することができるモールド金型を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、基板を所定位置にセットするセット部を設けた下型と半導体チップを樹脂封止するキャビティ凹部を設けた上型とで基板をクランプし、キャビティ内に樹脂充填して樹脂成形するＢＧＡパッケージの製造に用いるモールド金型において、前記下型および／または上型で前記キャビティの周囲位置に、キャビティ内に充填された樹脂を中心部から先に硬化させるよう溝幅あるいは溝の深さを変えて熱伝導を制御する断熱溝を設けたことを特徴とする。
また、金型ランナーおよび／またはゲートの近傍に、溝幅あるいは溝の深さを変えることにより金型ランナーあるいはゲート内の樹脂に対する熱伝導をキャビティ内に充填された樹脂に対するよりも抑制して金型ランナーおよびゲートからキャビティへの樹脂充填性を向上させる断熱溝を設けたことを特徴とする。
また、放熱板を配置するキャビティ凹部の内面を凹面形状に設け、樹脂充填時には前記放熱板を外側に反らせて樹脂を過供給させるとともに、樹脂充填後の樹脂シュリンクによって前記放熱板を平坦面に復帰すべく設けたことを特徴とする。
【０００６】
【作用】
本発明に係るＢＧＡパッケージの製造に用いるモールド金型によれば、金型に断熱溝を設けたことにより、パッケージの周囲部分、金型ランナー部分、ゲート部分での熱伝導を抑制することができ、パッケージの中心部分から樹脂硬化を促進させ、反り等の変形のないＢＧＡパッケージを得ることができる。また、放熱板とともに樹脂モールドすることにより、放熱板からの熱伝導によってキャビティの中央部から先に樹脂硬化し、変形を防止して信頼性の高い製品を製造することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。ＢＧＡパッケージは基板の片面を樹脂封止する際に同時に放熱板を一体に樹脂成形して成る。図１はＢＧＡパッケージの製造に用いるモールド金型の構成を示す説明図である。図は半導体チップ１０を搭載した基板１２を放熱板１４とともにモールド金型のキャビティ１６内にセットした状態を示す。同図で１８はポット、２０はプランジャー、２２はポット１８とキャビティ１６とを連絡する金型ランナーおよびゲートである。
【０００８】
下型２４には基板１２を所定位置にセットするためのセット部を設け、半導体チップ１０を樹脂封止するキャビティ凹部を設けた上型２６と下型２４とで基板１２をクランプし、キャビティ１６内に樹脂充填することによって樹脂成形する。下型２４には基板１２を吸着支持する吸着溝２５を設ける。吸着溝２５は真空吸引機構に連絡する。また、上型２６のキャビティ凹部にはその凹面のほぼ中央部に吸着孔２８を設け、吸着孔２８を真空吸引機構に連絡して放熱板１４をキャビティ凹部の内面に吸着可能とする。
【０００９】
本実施の形態では図１に示すように上型２６に設けるキャビティ凹部の内面を中央部が膨らんだ凹面形状に形成する。このようにキャビティ１６を厚み方向に見て、中央部を厚くし周辺を薄くするのは樹脂成形時の樹脂シュリンクによって生じる基板１２の反りをできるだけ小さくするためである。
【００１０】
また、下型２４および上型２６にはカル周辺の熱伝導を抑制する断熱溝３０、およびパッケージ周辺部分の熱伝導を抑制する断熱溝３２、ゲート部分の熱伝導を抑制する断熱溝３４を設ける。図２にこれら断熱溝３０、３２の平面配置を示す。これらの断熱溝３０、３２、３４は金型内に空隙を設けることによって樹脂充填の際に溶融樹脂に作用する熱伝導を抑制し、熱硬化性樹脂の硬化を抑えて好適な樹脂成形ができるようにすることを目的とする。
【００１１】
図３〜図６は上記モールド金型を用いてＢＧＡパッケージを樹脂モールドする様子を示す。
図３はモールド金型を型開きした状態で下型２４に基板１２をセットし、上型２６に放熱板１４をセットした状態である。基板１２は吸着溝２５によってキャビティ凹部に吸着支持し、放熱板１４は吸着孔２８によって上型２６のキャビティ凹部内面に吸着支持する。ポット１８には樹脂タブレット４０を投入する。
【００１２】
次いで、基板１２を下型２４と上型２６とでクランプし、溶融樹脂をプランジャー２０でキャビティ内へ圧送する。図４はプランジャー２０で溶融樹脂４２をキャビティに樹脂充填している様子を示す。実施の形態のモールド金型はキャビティの中央部から先に樹脂硬化させるため放熱板１４の内面に突起部を設けて半導体チップ１０の表面と放熱板１４との間隔を狭くし、この間の樹脂容量を小さくするとともに放熱板１４から熱伝導しやすくして樹脂硬化を促進させるようにする。これによって、パッケージ内の中央部から樹脂硬化が進み、樹脂シュリンクによる影響を抑えることができる。
【００１３】
断熱溝３０、３２、３４は金型ランナー部分、パッケージの周囲部分、ゲート部分での熱伝導を抑制するように作用し、金型ランナーやパッケージの周囲部分での樹脂硬化が遅れるようにする。なお、断熱溝による熱伝導は溝幅や溝の深さを変えることによって適宜制御することができる。たとえば、断熱溝の深さが浅い方が深い場合よりも熱伝導が良好になるから樹脂硬化を促進させることができる。パッケージの周囲部分に設けた断熱溝３２はパッケージの中心部分から樹脂硬化を促進させ、樹脂シュリンクの作用を抑制することを目的としている。
【００１４】
ゲート近傍部分ではゲートの上下左右に断熱溝３４を巡らせ、熱伝導を抑えてゲート部分での硬化が遅れるようにする。これは、キャビティ内への樹脂充填がほぼ終了し、キャビティ内で樹脂硬化がはじまった後も、プランジャー２０で樹脂圧をかけて樹脂を圧送することを可能にし、良好な樹脂成形ができるようにするためである。図５はキャビティ内への樹脂充填がほぼ終了し、プランジャー２０で樹脂圧をかけながら樹脂成形している状態を示す。
【００１５】
なお、金型内には金型を加熱するためのヒータを設置するが、ポットあるいは金型ランナー近傍に設けるヒータを、樹脂タブレット４０を投入した際には１００％通電させて樹脂タブレット４０を早く溶融させ、樹脂タブレット４０が溶融した後は金型ランナーあるいはゲート部分での樹脂硬化を抑制するため通電を抑制し、また、キャビティへの樹脂充填が完了してゲートが閉塞した後は、再度通電を増大させて樹脂硬化を速めるように制御する方法も有効である。
【００１６】
前述したように実施の形態では上型２６のキャビティ凹部の内面を凹面形状にしているから、樹脂充填時には放熱板１４は樹脂圧によって上に反った形状となるが（図４）、樹脂硬化の際の樹脂シュリンクによって図５に示すように平坦面に復帰する。このように放熱板１４を反り形状にして樹脂充填する方法は、過供給された樹脂量を樹脂の硬化反応による樹脂シュリンク量に等しくさせることによって、樹脂モールド後に放熱板１４を平坦面にすることができてパッケージの反りを防止することが可能になる。
【００１７】
樹脂成形後は金型内から成形品を取り出し、成形品ランナー４４等の不要樹脂部分を除去して製品とする（図６）。樹脂モールド製品は基板１２の片面がモールド樹脂４６によって樹脂モールドされ、モールド樹脂４６の外面に放熱板１４の外面が露出して樹脂成形された製品となる。この成形品はモールド樹脂４６と一体に放熱板１４を樹脂成形したことによって、放熱板１４による放熱効果によりパッケージの熱放散性を有効に向上させることが可能になる。また、放熱板１４を一体成形したことによってパッケージの反り等の変形を放熱板１４によって防止することができ基板１２の平坦性を得ることが可能になる。
【００１８】
本実施の形態のモールド金型では放熱板１４を基板１２と一体成形するため、モールド金型のキャビティ内に放熱板１４をセットして樹脂モールドする。このため、上記実施の形態ではキャビティ内面に放熱板１４を真空吸着して樹脂モールドしたが、放熱板１４をキャビティ内にセットして樹脂モールドする場合は、放熱板１４の外面に樹脂の薄ばりが生じることが問題になることがある。図７〜９は樹脂ばりが生じないようにして樹脂モールドする金型の構成例を示す。
【００１９】
図７（ｂ）　はキャビティ凹部の内面に放熱板１４を真空吸着支持した様子、図７（ａ）　はその部分拡大図である。この金型はキャビティ凹部の内面で放熱板１４の周縁部近傍に当接する部位に段差５０を設けて放熱板１４の周縁部の外面とキャビティ凹部内面との間に空隙を設けて樹脂トラップ部５２を構成した例である。この樹脂トラップ部５２は樹脂充填した際に溶融樹脂を放熱板１４の外面に若干入り込ませ、樹脂トラップ部５２部分で樹脂を硬化させることによってそれ以上放熱板１４上に樹脂を入り込ませないようにすることによって薄ばりの発生を防止する。樹脂トラップ部５２の空隙部分は０〜０．２ｍｍ、好適には０．０５〜０．２ｍｍ程度である。２８ａは放熱板１４を真空吸着支持するための吸着溝である。
【００２０】
図８はキャビティ凹部の内面に放熱板１４をセットするセット凹部５０ａを設け、セット凹部５０ａの壁面と放熱板１４の側面との間に樹脂トラップ部５４として空隙を設けて樹脂モールドするように構成した例である。この例では樹脂モールドの際に樹脂トラップ部５４に充填された樹脂が硬化して放熱板１４の外面に樹脂が回り込むことを防止する。なお、樹脂トラップ部５４は断面Ｖ字状に形成して抜きテーパ角を設けている。
【００２１】
図９に示す実施の形態はパッケージの外面のほぼ全域に放熱板１４を露出させて樹脂モールドする実施の形態である。この場合は、キャビティ凹部の内面で放熱板１４を配置する面の寸法、形状を放熱板１４とほぼ一致させ、放熱板１４の側面とキャビティ凹部の側面との間に若干空隙が生じるようにして樹脂モールドする。本実施の形態の場合はこの空隙部が樹脂トラップとして作用し、放熱板１４の外面へ樹脂が回り込むことを防止して樹脂モールドすることができる。また、図９（ａ）　はプレス抜き加工によって作成した放熱板１４の破断面側を露出面側にして樹脂モールドする例を示す。このように破断面側を外側にして樹脂モールドした場合は、破断面部分が逆テーパ状に形成されることから放熱板１４がモールド樹脂から剥離しにくくなるという利点がある。
【００２２】
上記各実施の形態のモールド金型では上型２６に設けたキャビティ凹部内に放熱板１４を配置して樹脂モールドすることを特徴とするが、その場合にキャビティの中央部から先に樹脂硬化させるようにするため半導体チップ１０と放熱板１４との間隔を狭めて樹脂容量を小さくし、中央部分で熱伝導がより促進させるようにした。図１０、１１、１２はこの放熱板付きのＢＧＡパッケージに好適に使用できる放熱板１４の例を示す。
【００２３】
図１０に示す放熱板１４は半導体チップ１０に対向する内面の中央部に段差状の突部１４ａを設けた例である。図１に示すように半導体チップ１０はその外縁部で基板１２とボンディングするからボンディングワイヤに干渉しないよう内側に平坦状に突部１４ａを設ける。
図１１に示す放熱板１４は突部１４ａが山状に突出するように設けた例、図１２に示す放熱板１４は図１０に示す実施の形態で突部１４ａの対角線方向に溝を設けた例である。図１１、１２に示す放熱板１４によれば樹脂モールドの際に半導体チップ１０と放熱板１４との隙間部分に樹脂を注入しやすくし、エアを抜きやすくすることができるという利点がある。
【００２４】
放熱板１４に設ける突部１４ａは半導体チップ１０との間で挟む樹脂容量を小さくし、これによって樹脂硬化を促進させるためのものであるから、突部１４ａのデザインはもちろん上記例に限定されるものではない。たとえば、小突起を多数設ける方法や線状に複数個の突起を設けるといった方法も可能である。なお、これら放熱板１４はプレス抜き加工によって容易に製造でき、製造コストがかからない点でも有用である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に係るＢＧＡパッケージの製造に用いるモールド金型によれば、上述したように、ＢＧＡパッケージの反り等の変形を防止して好適な樹脂モールドが可能となる。また、放熱板と一体成形することによってパッケージの反りを防止し、信頼性の高いＢＧＡパッケージを容易に製造することができる等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】モールド金型の一実施形態の構成を示す説明図である。
【図２】モールド金型の断熱溝の配置例を示す説明図である。
【図３】モールド金型によってＢＧＡパッケージを樹脂モールドする方法を示す説明図である。
【図４】モールド金型によってＢＧＡパッケージを樹脂モールドする方法を示す説明図である。
【図５】モールド金型によってＢＧＡパッケージを樹脂モールドする方法を示す説明図である。
【図６】モールド金型によてＢＧＡパッケージを樹脂モールドする方法を示す説明図である。
【図７】モールド金型に放熱板をセットする例を示す説明図である。
【図８】モールド金型に放熱板をセットする例を示す説明図である。
【図９】モールド金型に放熱板をセットする例を示す説明図である。
【図１０】放熱板の例を示す平面図及び側面図である。
【図１１】放熱板の例を示す平面図及び側面図である。
【図１２】放熱板の例を示す平面図及び側面図である。
【図１３】ＢＧＡパッケージの従来例について一部破断して示す斜視図である。
【符号の説明】
１０　半導体チップ
１２　基板
１４　放熱板
１６　キャビティ
１８　ポット
２４　下型
２５　吸着溝
２６　上型
２８　吸着孔
３０、３２、３４　断熱溝
４０　樹脂タブレット
４２　溶融樹脂
４４　成形品ランナー
４６　モールド樹脂
５０　段差
５０ａ　セット凹部
５２、５４　樹脂トラップ部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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