(57)【要約】【課題】成形品の強度を向上させ、半導体チップのチップクラックの発生を低減可能とする。【解決手段】上型１１０と、上型１１０に接近・離反可能な下型１３０と、下型１３０を移動させる駆動部１４５と、駆動部１４５の駆動を制御する制御部１４６と、を有し、上型１１０と下型１３０との間に形成されるキャビティ１５０で半導体チップ１０７の搭載された基板１０６の樹脂封止を行う樹脂封止装置１００において、制御部１４６は、駆動部１４５を駆動させて下型１３０を上型１１０に接近させ、キャビティ１５０の表面に半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂを接触させる。【選択図】図１
2013187351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定金型と、該固定金型に接近・離反可能な可動金型と、該可動金型を移動させる駆動部と、該駆動部の駆動を制御する制御部と、を有し、前記固定金型と前記可動金型との間に形成されるキャビティで半導体チップの搭載された基板の樹脂封止を行う樹脂封止装置において、
前記制御部は、前記駆動部を駆動させて前記可動金型を前記固定金型に接近させ、前記キャビティの表面に前記半導体チップの反基板側表面を接触させる
ことを特徴とする樹脂封止装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御部は、前記キャビティの表面に前記半導体チップの反基板側表面を押し付ける
ことを特徴とする樹脂封止装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記固定金型と可動金型のうちの前記半導体チップの反基板側表面側の金型の表面に配置されて、前記キャビティの表面を形成する離型フィルムを備える
ことを特徴とする樹脂封止装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記固定金型と可動金型とが接近する際の両金型の相対距離を検知可能な距離検知部と、
該固定金型と可動金型の接近によって変化する圧力を検知可能な圧力検知部と、を備え、
前記制御部は、前記距離検知部で検知された距離情報と該圧力検知部で検知された圧力情報とに基づいて、樹脂封止後の前記基板の状態を判断する
ことを特徴とする樹脂封止装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記制御部は、前記キャビティの厚みが前記半導体チップの反基板側表面から前記基板の反半導体チップ側表面までの厚み以下となるように、前記固定金型に対する可動金型の位置を制御する
ことを特徴とする樹脂封止装置。
【請求項６】
請求項１に記載の樹脂封止装置に用いられる樹脂であって、
平板形状とされ、前記半導体チップに対応する位置に該半導体チップの嵌入可能な貫通孔が設けられている
ことを特徴とする樹脂。
【請求項７】
固定金型と、該固定金型に接近・離反可能な可動金型と、該可動金型を移動させる駆動部と、該駆動部の駆動を制御する制御部と、を有し、前記固定金型と前記可動金型との間に形成されるキャビティで半導体チップの搭載された基板の樹脂封止を行う樹脂封止装置で成形された成形品であって、
少なくとも前記半導体チップの反基板側表面が露出された形態とされている
ことを特徴とする成形品。
【請求項８】
固定金型と、該固定金型に接近・離反可能な可動金型と、該可動金型を移動させる駆動部と、該駆動部の駆動を制御する制御部と、を用いて、前記固定金型と前記可動金型との間に形成されるキャビティで半導体チップの搭載された基板の樹脂封止を行う樹脂封止方法において、
前記制御部によって、前記駆動部を駆動させて前記可動金型を前記固定金型に接近させ、前記キャビティの表面に前記半導体チップの反基板側表面を接触させる工程を含む
ことを特徴とする樹脂封止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂封止装置、樹脂封止装置に用いられる樹脂、成形品、及び樹脂封止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示すように、半導体チップの搭載された基板の高密度化、小型化のために、半導体チップが基板にフリップチップ接合されている。そして、半導体チップと基板との接続部は、破断を回避するためアンダーフィル材で充填されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７１４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１で示されるようなアンダーフィル材を備えても、フリップチップ接合された基板（成形品）をハンドリングする際には、半導体チップにチップクラックが生じるおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は、前記問題点を解決するべくなされたもので、成形品の強度を向上させ、半導体チップのチップクラックの発生を低減可能な樹脂封止装置、樹脂封止装置に用いられる樹脂、成形品、及び樹脂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】
【０００６】
本発明は、固定金型と、該固定金型に接近・離反可能な可動金型と、該可動金型を移動させる駆動部と、該駆動部の駆動を制御する制御部と、を有し、前記固定金型と前記可動金型との間に形成されるキャビティで半導体チップの搭載された基板の樹脂封止を行う樹脂封止装置において、前記制御部は、前記駆動部を駆動させて前記可動金型を前記固定金型に接近させ、前記キャビティの表面に前記半導体チップの反基板側表面を接触させることにより、上記課題を解決したものである。
【０００７】
即ち、本発明では、樹脂封止の際には、キャビティの表面に半導体チップの反基板側表面が接触した状態となる。
【０００８】
なお、本発明は、固定金型と、該固定金型に接近・離反可能な可動金型と、該可動金型を移動させる駆動部と、該駆動部の駆動を制御する制御部と、を有し、前記固定金型と前記可動金型との間に形成されるキャビティで半導体チップの搭載された基板の樹脂封止を行う樹脂封止装置で成形された成形品であって、少なくとも前記半導体チップの反基板側表面が露出された形態とされていることを特徴とする成形品とも捉えることができる。
【０００９】
あるいは、本発明は、固定金型と、該固定金型に接近・離反可能な可動金型と、該可動金型を移動させる駆動部と、該駆動部の駆動を制御する制御部と、を用いて、前記固定金型と前記可動金型との間に形成されるキャビティで半導体チップの搭載された基板の樹脂封止を行う樹脂封止方法において、前記制御部によって、前記駆動部を駆動させて前記可動金型を前記固定金型に接近させ、前記キャビティの表面に前記半導体チップの反基板側表面を接触させる工程を含むことを特徴とする樹脂封止方法とも捉えることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、成形品の強度を向上させ、半導体チップのチップクラックの発生を低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態の一例が適用された樹脂封止装置の模式図
【図２】樹脂封止装置に用いられる基板を示す模式図
【図３】樹脂封止装置に用いられる樹脂の一例を示す模式図
【図４】樹脂封止装置に用いられる樹脂の別の一例を示す模式図
【図５】樹脂封止の手順を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態の例を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態の一例が適用された樹脂封止装置の模式図である。まず、概略的な樹脂封止装置と離型フィルムと基板と半導体チップと樹脂とについて以下説明する。
【００１４】
樹脂封止装置１００は、図１、図２に示す如く、上型１１０（固定金型）と、上型１１０に接近・離反可能な下型１３０（可動金型）と、下型１３０を移動させる駆動部１４５と、駆動部１４５の駆動を制御する制御部１４６と、を有し、上型１１０と下型１３０との間に形成されるキャビティ１５０で半導体チップ１０７の搭載された基板１０６の樹脂封止を行う。ここで、制御部１４６は、駆動部１４５を駆動させて下型１３０を上型１１０に接近させ、キャビティ１５０の表面、即ち離型フィルム１０４を介して圧縮型１３２の表面１３２Ａに半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂを接触させる。
【００１５】
なお、樹脂封止装置１００は、半導体チップ１０７の反基板側表面側の金型である下型１３０の表面（圧縮型１３２の表面１３２Ａ）に配置されて、キャビティ１５０の表面を形成する離型フィルム１０４を備える。離型フィルム１０４は、伸縮性を備えており、連続した状態で下型１３０の表面に供給される。この場合には、使用した離型フィルム１０４の回収が容易となる。また、離型フィルム１０４を樹脂１０８の搬送機構として用いてもよい。なお、離型フィルム１０４は、短冊状に分離された形態とされていてもよいし、離型フィルム自体を用いなくてもよい。
【００１６】
また、図２に示す如く、基板１０６は例えばガラスエポキシ基板（リードフレームであってもよい）であり、一方の表面に、複数の半導体チップ１０７が搭載され、そこが樹脂封止のなされる領域とされている。半導体チップ１０７の入出力端子には、はんだバンプが形成され、その半導体チップ１０７の入出力端子が基板１０６の電極端子に接合、つまりフリップチップ接合、もしくはフェイスダウン接合されている（即ち、半導体チップ１０７の入出力端子面が基板側表面１０７Ａとされている）。このため、半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂには、入出力端子やワイヤボンドのための電極そして回路パターンはなく、反基板側表面１０７Ｂは平坦な形状とされている。
【００１７】
樹脂１０８は、図３、図４に示す如く、平板形状とされ、半導体チップ１０７に対応する位置に半導体チップ１０７の嵌入可能な貫通孔１０９が設けられている。なお、図３（Ａ）と図４（Ａ）は樹脂の上面図、図３（Ｂ）と図４（Ｂ）は樹脂の側断面図を示している。具体的に説明すると、貫通孔１０９の内幅Ｗ２は半導体チップ１０７の幅Ｗ１よりも大きくされている。そして、樹脂１０８の厚みＨ２や半導体チップ１０７の基板１０６の表面からの高さＨ１は（もちろん、幅Ｗ１、Ｗ２を含めてとなるが）、樹脂封止する半導体チップ１０７の数や樹脂封止のなされる領域なども考慮され、樹脂封止後に半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂが露出するように、樹脂１０８を成形する際に適宜定められる。なお、樹脂１０８は、図３に示す如く、平坦な平板形状の樹脂１０８Ａを予備的に成形した後に、貫通孔１０９を設けるようにしてもよい。或いは、樹脂１０８は、図４に示す如く、貫通孔１０９の位置に凹部１０８ＢＡを設けた樹脂１０８Ｂを予備的に成形した後に、貫通孔１０９を設けるようにしてもよい。もちろん、貫通孔１０９が設けられた樹脂１０８を直接的に成形してもよい。なお、上型１１０に基板１０６が吸着される前段で半導体チップ１０７のチップ検出がなされ、その結果、半導体チップ１０７がない部分に対しては樹脂１０８に貫通孔１０９が設けられないようになっている。
【００１８】
以下、樹脂封止装置１００の構成について詳細に説明する。
【００１９】
樹脂封止装置１００は、図１に示す如く、固定された上型１１０と、可動する下型１３０とを備える。なお、上型が可動金型とされ、下型が固定金型とされていてもよい。本実施形態の樹脂封止装置１００は樹脂封止のための樹脂１０８が直接的にキャビティ１５０に供給される圧縮成形型とされているが、樹脂がカル部やランナー部を介してキャビティに導入されるトランスファー型の樹脂封止装置に適用してもよい。
【００２０】
前記上型１１０の内部には、図示せぬ基板吸着路が形成されており、それにより基板１０６が吸着保持される。また、上型１１０の内部には、図示せぬヒータが設けられており、所定の温度とするようにされている。なお、上型に基板が吸着されてなくてもよいし、代わりに離型フィルムが吸着されていてもよい。
【００２１】
前記下型１３０は、図１に示す如く、圧縮型１３２と枠型１３６とを有する。圧縮型１３２は、ばね１３８を介して枠型１３６を支持している。圧縮型１３２には、図示せぬヒータが設けられており、所定の温度とするようにされている。枠型１３６には、貫通孔１３６Ａが形成されており、その内側に圧縮型１３２が嵌合されている。そのため、枠型１３６は、圧縮型１３２に対してＺ方向に移動可能とされている。なお、下型１３０には図示せぬフィルム吸着路が形成されており、当該フィルム吸着路を介して図示せぬ吸引機構で発生する負圧により離型フィルム１０４を下型１３０の表面に吸着することができる。なお、下型の表面に基板を吸着するようにしてもよい。
【００２２】
下型１３０の下面には、ロードセル１４０（圧力検知部）が設けられている。ロードセル１４０は、上型１１０と下型１３０の接近によって変化する圧力を検知することができる。
【００２３】
駆動部１４５は、ボールねじ１４１とベルト１４２とモータ１４３とエンコーダ１４４とを有する。ボールねじ１４１は、ロードセル１４０を介して下型１３０に連結されている。ボールねじ１４１は、モータ１４３の出力軸１４３Ａに設けられたプーリ１４３Ｂとプーリ１４３Ｂにかけられたベルト１４２により回転可能とされている。即ち、モータ１４３により、下型１３０はＺ方向に移動可能とされている。なお、モータ１４３にはエンコーダ１４４（距離検知部）が備えられている。エンコーダ１４４はモータ１４３の回転数をカウントするが、モータ１４３の回転数は固定された上型１１０に対する下型１３０の移動距離に比例する。即ち、エンコーダ１４４は、上型１１０と下型１３０が接近する際の両金型の相対距離を検知することができるといえる。
【００２４】
また、樹脂封止装置１００は、駆動部１４５の制御をする制御部１４６を備える。制御部１４６のうち演算部分は、ロードセル１４０で検知された圧力情報を所定のタイミングで取り込んでいる。同時に、演算部分は、エンコーダ１４４で検知された距離情報を取り込んでいる。制御部１４６のうち記憶部分は、圧力情報と距離情報とを必要に応じて記憶することができる。制御部１４６のうち設定部分は、各種設定を行うことができる。本実施形態では、半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂが露出する型締め条件（例えばキャビティ１５０の厚みが半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂから基板１０６の反半導体チップ側表面１０６Ａまでの厚み以下となる条件）となる正常距離情報と正常圧力情報（併せて正常封止条件と称する）とが記憶部分に記憶される。記憶部分は、以前に行った半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂが露出する型締めの際に得られた距離情報と圧力情報を、正常距離情報と正常圧力情報として記憶してもよい。或いは、記憶部分は、設定部分から入力された距離情報と圧力情報を、正常距離情報と正常圧力情報として記憶してもよい。
【００２５】
次に、樹脂封止装置１００による樹脂封止の手順について、図５を用いて説明する。
【００２６】
まず、上型１１０と下型１３０とが離反された型開き状態（図５（Ａ））において、図示せぬ搬送機構で半導体チップ１０７の搭載された基板１０６を上型１１０に近づける。このとき、図示せぬ吸引機構を動作させ、上型１１０に基板１０６を吸着させる。同時に、離型フィルム１０４を図示せぬフィルム搬送機構で連続した状態で下型１３０に配置し、図示せぬ吸引機構を動作させ、下型１３０に離型フィルム１０４を吸着させる。そして、図示せぬ樹脂搬送機構で、樹脂１０８を搬送し、樹脂１０８をキャビティ１５０に投入する。このとき、樹脂１０８の貫通孔１０９に半導体チップ１０７が嵌入可能に、樹脂１０８が配置される。なお、この状態で、上型１１０と下型１３０は樹脂封止する際の一定の温度（例えば１７５度）とされている（図５（Ｂ））。
【００２７】
次に、制御部１４６によって駆動部１４５を駆動させて下型１３０を上型１１０に接近させていく。すると、上型１１０と枠型１３６とが基板１０６と離型フィルム１０４を介して当接して、離型フィルム１０４と基板１０６とが固定される。そして、上型１１０と下型１３０とで密閉状態が構成される。このとき、図示せぬ減圧機構により、上型１１０と下型１３０の間に形成されたキャビティ１５０の減圧が行われ、キャビティ１５０の内部が真空状態となる（図５（Ｃ））。
【００２８】
更に、上型１１０と下型１３０とを接近させていく。そして、キャビティ１５０の表面に半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂを接触させる。そして、ロードセル１４０で検知された圧力情報に基づいてキャビティ１５０の内部が所定の圧力（正常圧力情報と許容範囲で一致）となった状態で、型締めを行い樹脂封止を行う（図５（Ｄ））。即ち、制御部１４６は、キャビティ１５０の厚みが半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂから基板１０６の反半導体チップ側表面１０６Ａまでの厚み以下となるように、上型１１０に対する下型１３０の位置を制御する。このとき、制御部１４６は、キャビティ１５０の表面に半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂを押し付ける。このため、半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂに存在する離型フィルム１０４の部分１０４Ａが、他の半導体チップ１０７のない離型フィルム１０４の部分１０４Ｂに比べてＺ方向により大きく圧縮変形される。即ち、キャビティ１５０内で、離型フィルム１０４の部分１０４Ａが最も圧縮変形される。なお、真空状態で樹脂１０８に圧力をかけるため、半導体チップ１０７と基板１０６との間の空間に樹脂が充填される。そして、単に樹脂が充填されたのではなく、外部から圧力がかけられた状態で基板１０６の樹脂封止がなされる。このため、樹脂封止後の基板１０６（成形品）では、いわば樹脂の詰まった状態とすることができ、ボイドや未充填の発生を回避し、且つ成形品の強度の向上を図ることができる。
【００２９】
なお、型締めによって得られる成形品は、少なくとも半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂが露出された形態となるが、この状態の判断は制御部１４６により記憶された正常封止条件を基準にして行われる。制御部１４６では、記憶部分に記憶された正常封止条件を読み出しておき、今回のロードセル１４０で検知された圧力情報を正常圧力情報と許容範囲で一致させて、ロードセル１４０で当該圧力情報を検知したときにエンコーダ１４４で検知された距離情報と正常距離情報とを比較する。
【００３０】
そして、今回の距離情報が正常距離情報の許容範囲外である場合には、制御部１４６は今回の樹脂封止を異常として判断し、型締めを中止し、型開きを行う（停止命令）。そして、制御部１４６は、金型や基板１０６や樹脂１０８や離型フィルム１０４の点検などの指示を図示せぬスピーカや表示器で行う。なお、エンコーダ１４４で検知された距離情報が正常距離情報を超えても、キャビティ１５０の内部が所定の圧力に到達しない場合には、同様に、制御部１４６から停止命令が出される。
【００３１】
今回の距離情報が正常距離情報の許容範囲内である場合には、型締め終了となる所定の時間経過まで、型締めが行われる。そして、所定の時間経過後、上型１１０と下型１３０の型開きをする。そして、図示せぬ搬送機構で樹脂封止された基板１０６（成形品）を上型１１０から取り出す。なお、許容範囲は、半導体チップ１０７の搭載された基板１０６のばらつきや樹脂１０８のばらつきなどが考慮されて決定される。
【００３２】
本実施形態においては、上型１１０と下型１３０とを接近させて、キャビティ１５０の内部が所定の圧力となる過程で、溶融した樹脂１０８が押し広げられる。しかし、その溶融した樹脂１０８が半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂを覆う前に、半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂとキャビティ１５０との間の隙間がなくなる。即ち、樹脂封止の際には、キャビティ１５０の表面に半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂが接触した状態となる。加えて、制御部１４６はキャビティ１５０の表面に半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂを押し付けている。このため、樹脂１０８が半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂに回り込むことを十分に防止することができる（なお、必ずしも制御部がキャビティの表面に半導体チップの反基板側表面を押し付けるに至らなくてもよい）。
【００３３】
また、本実施形態においては、半導体チップ１０７の反基板側表面側の下型１３０の圧縮型１３２の表面１３２Ａに配置されて、キャビティ１５０の表面を形成する離型フィルム１０４を備える。このため、下型１３０の表面を樹脂１０８で汚すおそれを回避でき、且つ樹脂封止後の成形品の剥離を容易にすることができる。
【００３４】
また、本実施形態においては、上型１１０、下型１３０が接近する際の両金型の相対距離を検知可能なエンコーダ１４４と、上型１１０、下型１３０の接近によって変化する圧力を検知可能なロードセル１４０と、を備え、制御部１４６は、エンコーダ１４４で検知された距離情報とロードセル１４０で検知された圧力情報とに基づいて、成形品の状態を判断する。このため、上型１１０、下型１３０による型開きの前に正常に樹脂封止がなされたか否かを安定して確認できる。即ち、例えば型開き後に成形品を取出し樹脂封止の異常を検査する工程を不要とすることができる。なお、ロードセル１４０で検知された圧力情報を正常圧力情報と許容範囲で一致させて、エンコーダ１４４で検知された距離情報と正常距離情報とを比較していたが、逆に、エンコーダ１４４で検知された距離情報を正常距離情報と許容範囲で一致させて、ロードセル１４０で検知された圧力情報と正常圧力情報とを比較して、成形品の状態を判断してもよい。もちろん、ロードセルやエンコーダが、必須の構成でなくてもよい。
【００３５】
なお、本実施形態においては、制御部１４６は、キャビティ１５０の厚みが半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂから基板１０６の反半導体チップ側表面１０６Ａまでの厚み以下となるように、上型１１０に対する下型１３０の位置を制御していたが、必ずしもそのような構成とされていなくてもよい。
【００３６】
また、本実施形態においては、樹脂１０８は、平板形状とされ、半導体チップ１０７に対応する位置に半導体チップ１０７の嵌入可能な貫通孔１０９が設けられている。このため、樹脂封止に用いる樹脂量の変動を少なくでき、その管理も容易でありながら、樹脂１０８の搬送とキャビティ１５０内での樹脂１０８の位置決め及び樹脂１０８の配置を容易に行うことができる。なお、樹脂がそのような形態である必要はなく、例えば、樹脂は棒状、個片、粒状、粉状、液状、或いはこれらの組み合わせであってよく、キャビティの表面に半導体チップの反基板側表面が接触した状態で樹脂封止がなされるように、半導体チップに対応する位置のキャビティの部分を避けて、樹脂がキャビティに投入されればよい。
【００３７】
即ち、本実施形態によれば、成形品の強度を向上させ、半導体チップ１０７のチップクラックの発生を低減させることが可能である。例えば、半導体チップ１０７の反基板側表面１０７Ｂを樹脂から安定して露出させることで、動作により高温となる半導体チップ１０７を直接的に冷却することが可能となり、成形品の長寿命化や安定動作や熱による性能低下の防止に役立てることができる。
【００３８】
本発明について本実施形態を挙げて説明したが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の樹脂封止装置、樹脂封止装置に用いられる樹脂、成形品、及び樹脂封止方法は、半導体チップの反基板側表面を樹脂から露出させて樹脂封止する用途に用いることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１００…樹脂封止装置
１０４…離型フィルム
１０６…基板
１０６Ａ…反半導体チップ側表面
１０７…半導体チップ
１０７Ａ…基板側表面
１０７Ｂ…反基板側表面
１０８、１０８Ａ、１０８Ｂ…樹脂
１０９…貫通孔
１１０…上型
１３０…下型
１３２…圧縮型
１３２Ａ…圧縮型の表面
１３６…枠型
１３６Ａ…貫通孔
１３８…ばね
１４０…ロードセル
１４１…ボールねじ
１４２…ベルト
１４３…モータ
１４４…エンコーダ
１４５…駆動部
１４６…制御部
１５０…キャビティ
【図１】
2013187351.tif 000003
【図２】
2013187351.tif 000004
【図３】
2013187351.tif 000005
【図４】
2013187351.tif 000006
【図５】
2013187351.tif 000007