(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（３）に実装された半導体チップ（８）を樹脂（３０）で封止する封止装置であって、上記基板（３）を固定する基板支持手段（４）と、上記基板（３）を移動させる手段と、上記樹脂（３０）を上記半導体チップ（８）上に塗布する塗布手段（５）と、該塗布手段（５）を移動させる手段と、上記樹脂（３０）を所定形状に成形するキャビティを下面（１６）に有する成形手段（７）と、該成形手段（７）を移動させる手段と、上記所定形状に成形された上記樹脂（３０）を上記キャビティ内で加熱する加熱手段と、上記樹脂（３０）を上記キャビティ内で冷却する冷却手段と、からなる封止装置において、
上記キャビティは、上記半導体チップ（８）を封止する上記樹脂（３０）の形状に対応した第１キャビティ（３１）と、上記樹脂（３０）を上記形状に成形する過程で上記第１キャビティ（３１）からオーバーフローする樹脂（３０）を貯留する第２キャビティ（３２）とからなることを特徴とする封止装置。
【請求項２】
前記半導体チップ（８）上に塗布された前記樹脂（３０）を脱ガスする脱ガス手段（６）を備えたことを特徴とする請求項１記載の封止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に実装された半導体チップ等の封止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基板に実装された半導体チップの樹脂封止方法には、ポッティング方法とトランスファモールド法等が慣用されている。前者のポッティング法は、液状の樹脂を塗布した状態で硬化させる方法である。従って、半導体チップの上に塗布された樹脂の厚さは、表面張力等により均一にならない（特開２０００−２０８５３７号公報参照）。具体的に言及すると、ポッティング法では、塗布された樹脂の中央部は、表面張力により高くなること、又、ダムがある場合、ダムに接する樹脂は、メニスカス効果によりダムに這い上がること等により塗布された樹脂は平坦にならない欠点がある。更に大面積に塗布さらた樹脂は、波うって平坦にならない欠点もある。
【０００３】
後者のトランファモールド法は、加熱して流動化させた熱硬化性樹脂をキャビティ内に加圧して射出する方法である。従って、樹脂の高速流動によるワイヤー配線の切断が発生し易い。特に、厚さが薄い樹脂では、ワイヤー配線の切断と樹脂の充填不足が生じ易くなるので、熱硬化性樹脂の厚みは厚くならざるをえない欠点もある（特開２０００−３１５６９８号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現在、携帯電話を初めとする携帯電子機器は、構成部品を薄型化・小型化・軽量化・高性能化することにより、新規な応用分野と需要を開拓してきている。このように電子機器の薄型化の強い要望に対して、ポッティング法やトランスファモールド法を初めとする従来の半導体封止技術は、十分に応えることができない。
本発明は、このような従来技術の欠点を抜本的に改良するものであり、基板に実装された半導体チップを樹脂で薄く且つ均一な厚さに封止し、更に樹脂封止された基板が反らない封止装置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】
上記目的を達成するために、本発明の封止装置は、基板３に実装された半導体チップ８を樹脂３０で封止する封止装置であって、基板３を固定する基板支持手段４と、基板３を移動させる手段と、樹脂３０を半導体チップ８上に塗布する塗布手段５と、塗布手段５を移動させる手段と、樹脂３０を所定の形状に成形するキャビティを下面１６に有する成形手段７と、成形手段を移動させる手段と、所定の形状に成形された樹脂３０をキャビティ内で加熱する加熱手段と、加熱された樹脂３０をキャビティ内で冷却する冷却手段とを含むことを特徴とする。このような封止装置によれば、半導体チップに関して、薄く且つ平坦な樹脂封止実装が可能となる。
【０００６】
特に、本発明の封止装置では、このキャビティは、半導体チップ８を封止する樹脂３０の形状に対応した第１キャビティ３１と、樹脂３０を所定形状に成形する過程で第１キャビティ３１からオーバーフローする樹脂を貯留する第２キャビティ３２とを含む。封止装置をこのような構成にすると、塗布する樹脂量を必要量より所定量多することができるので、塗布量不足に起因する樹脂の欠け部の発生を防止でき、且つ過剰の樹脂を逸散させることなく所定個所（第２キャビティ）に貯留することができる。
【０００７】
また、本発明の封止装置は、半導体チップ８上に塗布された樹脂３０を脱ガスする脱ガス手段６を有することを特徴とする。このような封止装置の構成により、樹脂に内包された空気による膨れの発生をなくすことができた。更に、内包された空気に起因する接着力の低下や封止機能の低下を防止することもできる。
【０００８】
なお、本発明の封止装置に対応する封止方法は、たとえば、基板３に実装された半導体チップ８を樹脂３０で被覆して封止する封止方法であって、基板３を基板支持台１１に載置する工程と、基板支持台１１に載置された基板３上の半導体チップ８に樹脂３０を塗布する塗布工程と、成形ヘッド１６を基板３に当接させて成形ヘッドの下面１６ａに設けられたキャビティ内に樹脂３０を充満させることにより、樹脂３０を所定形状に成形する成形工程と、樹脂３０をキャビティ内で加熱して硬化させる加熱工程と、硬化した樹脂３０をキャビティ内で基板と共に冷却する冷却工程と、成形ヘッド１６から樹脂封止された基板３を分離する工程と、樹脂封止された基板３を基板支持台１１から取り外し、次工程へ送る工程とからなればよい。このような封止方法によると、キャビティの内面形状に従って樹脂３０が成形されるので、厚さを薄く且つ平坦にできる。塗布工程で樹脂の高速流動を伴わないのでワイヤ配線の切断は生じない。更に、冷却してから基板を成形型から分離するので、基板３の反りは発生しない。
【０００９】
また、この本発明の封止装置に対応する封止方法では、塗布工程の後に、塗布された樹脂３０を脱ガスする工程を設けるとよい。この工程により、樹脂中に含まれる空気と塗布中に巻き込まれた空気は除去され、内包された空気による硬化樹脂の膨れが生じなくなる。更に、樹脂と、半導体チップ、リード線や基板との接着力を高めることができる。このようなことにより、半導体チップのみならずリードのパッシベーション性能も、大幅に向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る封止方法と封止装置を２つの実施の形態にもとづき、図面を参照して説明する。
第１の実施の形態
図１は、本発明になる第１の実施の形態に係る封止装置の要部構成を示す要部構成図である。図中の符号１はレール、２はスライドテーブル、３は基板、４は基板支持手段、５は塗布手段、６は脱ガス手段、７は成形手段、８は半導体チップ、９は位置決め孔、１１は基板支持台、１１ａは基板支持板、１２は基板の位置決めピン、１５は基板支持板加熱冷却用のペルチェ素子、１６は成形ヘッド、１６ａは成形ヘッドの下面、１７はスペーサ、１８は外側ダム、２１は成形ヘッド用のエアシリンダ、２３は成形ヘッド用のペルチェ素子、２４は脱ガスヘッド、２５は脱ガスヘッドのキャビティ、２６は排気用のパイプ、２７は脱ガスヘッド用のエアシリンダ、２８はディスペンサ、２９はノズルである。
【００１１】
この封止装置は、レール１と、このレール１上を往復移動するスライドテーブル２と、このスライドテーブル２の上に配設された基板支持手段４と、樹脂を基板３に塗布する塗布手段５と、基板３に塗布された樹脂を脱ガスする脱ガス手段６と、樹脂を所定の形状に成形する成形手段７とからなる。
レール１は、基板３を基板支持台１１に搭載する工程と、樹脂を塗布する工程と、樹脂を脱ガスする工程と、樹脂を所定の形状に成形する工程と、樹脂を加熱硬化する工程と、加熱硬化された樹脂を冷却する工程と、樹脂封止された基板３を成形手段７から分離する工程とを実行する領域に少なくとも延在している。
【００１２】
スライドテーブル２は、ボールネジ軸（図示略）に螺合されていて、サーボモータ（図示略）によりレール１上を直線的に往復できるようになっている。
基板支持手段４は、大別すると基板支持板１１ａと、基板支持台１１と、ペルチェ素子１５からなっている。その下端は、スライドテーブル２と連結し、その上端は、基板支持板１１ａに配設された位置決めピン１２を介して基板３を所定位置に固定する。基板支持台１１には、塗布された樹脂を加熱して熱硬化させ、その後冷却するための加熱冷却素子であるペルチェ素子１５が配設されている。
【００１３】
塗布手段５は、ノズル２９を下部に装着したディスペンサ２８とディスペンサ２８をＸＹＺ方向に移動させる駆動機構（図略）からなる。ノズル２９は、マルチノズルで図５（Ｂ）等に示す如く複数のノズルが１列に配置されている。そしてノズル２９を移動させながら樹脂３０を基板３上に塗布する。
脱ガス手段６は、脱ガスキャビティ２５を下部に有する脱ガスヘッド２４と、この上部に連結されたエアシリンダ２７からなる。このエアシリンダ２７により、脱ガスヘッド２４は、昇降自在である。また、脱ガスヘッド２４の側面には、脱ガスキャビティ２５を減圧にするための孔が明けられ、脱ガス用のパイプ２６が嵌設されている。樹脂を脱ガスする時の真空洩れを小さくするために、脱ガスキャビティ２５の側壁下面にゴム、樹脂等の弾性のあるシートを取りつけると良い。パイプ２６は、銅パイプで、ここでは図示していなが、減圧ポンプに接続されている。
【００１４】
成形手段７の主な構成要素は、成形ヘッド１６とエアシリンダ２１である。成形ヘッド１６の下面１６ａには、キャビティを形成して樹脂を所定形状に成形するための要素（スペーサ１７、外側ダム１８等）が配設され、その内部には加熱冷却要素であるペルチェ素子２３が配設されている。エアシリンダ２１は、成形ヘッド１６を自在に昇降させる。
【００１５】
図２は、第１の実施の形態で使用した基板３の一例を示したものである。図２（Ａ）は、基板３の平面図で、図２（Ｂ）は、基板３の正面図である。基板３には、その４隅に位置決め孔９が設けられている。また、基板３は、多層配線基板で種々の回路（図示略）が配線されていて、半導体チップ８は、バンプ等を介してこれらの配線の端子電極と接続されている。複数の半導体チップ８を一括して樹脂封止する実装領域１０は、長方形の破線で示され、２４個の半導体チップ８が同時に樹脂封止されるようになっている。
【００１６】
図３は、第１の実施の形態で使用した基板支持手段４の一例を示したものである。図３（Ａ）は、基板支持手段４の平面図で、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＡＡ断面図である。基板支持台１１は、その上部に基板支持板１１ａが配設され、基板支持板１１ａの下方にペルチェ素子１５と断熱材１４が配置されている。基板支持台１１は、スライドテーブル２にネジ等で固定されている。加熱冷却要素であるペルチェ素子１５は、基板支持台１１に内臓されておりスライドテーブル２と共に移動するように据え付けられている。なお、ペルチェ素子１５の固定機構は、通常の方法と異ならないので図示を略す。基板支持板１１ａには、図示していないが、基板を吸着固定するための開口が設けられている。
【００１７】
基板支持板１１ａは、基板３と等しい大きさか、又はそれより大きい形状をしており、４本の基板位置決めピン１２がその上面より突出するように突設されている。これらのピン１２は、基板３の４隅に設けられた位置決め孔９に勘挿され、基板３の位置決めを行う。
基板支持台１１の側面には、開口部１３が形成され、その中にペルチェ素子１５と耐熱繊維板からなる断熱材１４が配設される。断熱材１４は、ペルチェ素子１５の裏面から発生した発熱又は吸熱が基板支持台を通して基板支持板に伝導するのを防止する役割を果たしている。ペルチェ素子１５と断熱材１４との間に放熱部材（図示略）を設けると良い。この放熱部材は、ペルチェ素子の裏側に発生する熱を放散させて、ペルチェ素子の発熱・冷却効率を高める働きをする。更に、熱を放散させるために、油冷、水冷又は空冷手段（図示省略）を基板支持台１１の下部またはペルチエ素子１５の下面に取り付けできるようになっている。
【００１８】
図４は、第１の実施の形態で使用した成形ヘッド１６の一例を示すものである。成形ヘッド１６は、下面１６ａに設けられたスペーサ１７，外側ダム１８と内側ダム１９と、側面の開口部２０から成形ヘッドの内部に挿入されているペルチェ素子２３と断熱材２２とからなる。図４（Ａ）は、成形ヘッド１６の下面図で、成形ヘッドの下面１６ａの４隅にはスペーサ１７が、中央部にはダムが配設されている。スペーサ１７は、基板３上に塗布された樹脂の成形厚さを決めるもので、半導体チップ８と、配線と、その他マーク等と干渉しないで基板３の上面と直接接触できるように、基板３の外周領域に配置されている。
【００１９】
ダムは、外側ダム１８と内側ダム１９からなる。内側ダム１９は、外側ダム１８の内側に設けられ、外側ダム１８で囲まれたキャビティを２つに分割する。それらを第１キャビティ３１と第２キャビティ３２と呼ぶ。第１キャビティ３１は、樹脂封止する半導体チップが配列されている領域に対応する空間で、そして第２キャビティ３２は、塗布された樹脂が成形ヘッド１６により所定の厚さに成形される時に、剰余の樹脂がオーバーフローして、その中に溜まる空間である。外側ダム１８の高さは、スペーサ１７と内側ダム１９より高くなるように設定されている。一方、内側ダム１９の高さは、スペーサ１７の高さより低く設定されている。これらの高さの関係により、塗布された樹脂を所定の厚さに成形する時に、塗布された樹脂が外側ダム１８より外に流出することはなくなる。また、少々余剰に塗布された樹脂は、成形時に内側ダムの先端と基板との間隙を通って第１キャビティ３１から第２キャビティ３２に押し出される。外側ダム１８は、封止する半導体チップ８が配置されている領域より大きめに設計されている。同様に、内側ダム１９も、封止される半導体チップ８が配列されている領域の外側に設けられる。
【００２０】
ペルチェ素子２３は、電流を流す方向により加熱と冷却ができる素子であり、２００ワットの素子を使用している。断熱材２２は、厚さ５ｍｍの耐熱繊維板を使用している。断熱材２２の代わりに銅板や銅パイプ等からなる放熱部材を用いても良い。その場合、放熱部材の先端には放熱フィンを設ける。
【００２１】
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＡＡ断面図である。基板支持台１１の側面に開口部２０が設けられ、その内部にペルチェ素子２３と断熱材２２が配設されている。
図４（Ｃ）は、成形ヘッドの下面１６ａの部分拡大図で、位置関係を説明するために、基板３を破線で示してある。成形ヘッド１６が下降すると、先ず外側ダム１８と基板３が接触する。塗布された樹脂は、この接触により、外側に漏れ出ることはなくなる。引き続き成形ヘッド１６が降下した場合、スペーサ１７が基板３と接触して降下が止まるまで、外側ダム１８は、押しつぶされながら変形し続ける。この降下により、塗布された樹脂の余剰分は、内側ダム１９の先端と破線（基板３）の間を通って第１キャビティ３１から矢印方向に流れ、第２キャビティ３２に流れ込む。このようにして樹脂は、第１キャビティ３１内に所定の厚さに成形される。
【００２２】
図５および図６は、本発明になる封止方法に係る第１の実施形態の主要な工程を説明するための工程説明図である。第１の実施形態の製造方法について、図１に示す封止装置を参照して説明する。図５（Ａ）は、工程の始まりを示し、図１における基板３と基板支持手段４の部分図に対応している。この封止方法では、順次、基板３をディスペンサ２８の下へ、脱ガスヘッド２４の下へ更に成形ヘッド１６の下へと移動させて、第１の実施形態に係る工程が実施されるようになっている。以下、図１を参照しながら図５および図６を具体的に説明する。
【００２３】
まず、図５（Ａ）に示すように、基板３を基板支持板１１ａ上に搬送し、その後矢印の方向に降下させて、基板の位置決め孔９をピン１２に勘入して、基板３が基板支持板１１ａ上に位置決め載置される。基板支持板１１ａには、真空吸着口（図示略）が５個配置されており、これらの真空吸着口の吸着力で基板３を基板支持板１１ａに更にしっかり固定する。加熱硬化工程における所定の硬化温度に到達する時間を短くするために、この工程とこの工程の前後において、ペルテェ素子１５に通電し、基板支持板を予熱する。但し、基板支持板１１ａの予熱条件は、後工程にて塗布された樹脂が成形工程前にゲル化ない温度範囲にとどめる。
【００２４】
次に、基板３がディスペンサ２８の下に移動すると、ディスペンサ２８が降下し所定位置に停止する。そして、ディスペンサ２８は、配列している半導体チップ８上をスイープしながら所定量の樹脂３０を複数のノズル２９から吐出して、上昇する。この状態が図５（Ｂ）である。ディスペンサ２８自体をエアシリンダ以外にモータ等で上下方向に移動させるようにしても良い。また、樹脂を吐出する際にノズル２９を持ち上げて基板とノズル先端との間隔を大きくすることで、高い粘性を有する樹脂をスムースに塗布することができる。
【００２５】
次に、脱ガスヘッド２４の下に基板３が移動した後、脱ガスヘッド２４は、エアシリンダ２７により降下して、脱ガスヘッド２４の下面が基板支持板１１ａと圧接する。図５（Ｃ）に示すように、塗布された樹脂３０は、脱ガスキャビティ２５内に密閉される。密閉された脱ガスキャビティ２５内は、真空ポンプに連結するパイプ２６を経由して排気されて、０．５ＫＰａに減圧される。脱ガスキャビティ２５内を減圧することにより、樹脂３０と、基板３及び半導体チップ８との間に残留している気泡や、樹脂内に残留している気泡やガスをパージする。なお、この減圧の仕方として長時間連続して減圧を実行するようにしても良いが、間欠的に減圧を繰り返すように脱ガスを行うようにしている。脱ガスの効率は、後者の方が良い。他方、樹脂３０中に溶存するガスが許容値以下で、樹脂３０を塗布する時空気の巻き込みが少ない場合は、この脱ガス工程を省略する。
【００２６】
次に、脱ガスヘッド２４を上昇させた後、基板３を成形ヘッド１６の下に移動させる。図５（Ｄ）がこの状態を示している。
図５（Ｄ）の状態から、成形ヘッドの下面１６ａに設けられたスペーサ１７が基板３に圧接するまで成形ヘッド１６を降下させて、図６（Ａ）となる。成形ヘッド１６が降下する過程は、まず、外側ダム１８が塗布された樹脂３０を囲みながら基板３と接触する。その後、外側ダム１８は、スペーサ１７が基板３と接触するまで変形させられながら基板３に押圧される。
【００２７】
第１キャビティ３１内にある樹脂３０は、成形ヘッド１６の下面１６ａで押されて流動し、第１キャビティ３１内の空気を排除しながら第１キャビティ内に充満するとともに、余剰の樹脂は、内側ダム１９と基板３との間隙を通って第２キャビティ３２内に流出する。成形ヘッド１６が降下して外側ダム１８が基板３と接した後更に降下すると、第１及び第２キャビティ内の空気は逃げ場を失い第１キャビティ内に気泡となって残る場合がある。第１キャビティ３１内に空気を残留させないために、第１及び第２キャビティ内の空気をパージするための切欠部４９を外側ダム１８に設ける。切り欠き４９を設ける位置は、外側ダム１８から樹脂が洩れないように、第２キャビティを構成している外側ダム１８に設ける。このようにして、塗布された樹脂は、第１キャビティ３１の面とスペーサ１７の高さからなる薄板形状に成形される。
【００２８】
次に、成型ヘッド７と基板３とを圧接した状態で、ペルチェ素子（１５と２３）に流す電流を増大させて、樹脂３０を上下の両面から所定の硬化温度まで昇温し所定時間保持して硬化させる。基板支持台１１に設けられたペルチェ素子１５には２本の導線（１５ａと１５ｂ）が接続されており、レギュレータ（図示略）から直流電流が矢印の方向に流される。成形ヘッド１６に設けられたペルチェ素子２３についても同様である。加熱温度と加熱時間（加熱温度に達してからの時間）は、１５０℃で２分間である。この加熱温度と時間は、樹脂の成分や温度プロファイル等によって異なるが、１３０〜１８０℃で３０秒〜４分間である。
【００２９】
次に、図６（Ｂ）に示すように、塗布された樹脂の加熱硬化が終了した後、成形ヘッド１６を基板３に圧接した状態で、加熱時と逆向きの電流をペルテェ素子（１５と２３）に通電し、樹脂封止された基板３を冷却する。この冷却工程においては、樹脂３０と基板３を室温付近まで冷却する。このことにより、離型後の基板３の反りを効果的に抑止することと樹脂３０の表面を極めて高精度な平坦面に成形することができる。なお、ペルチェ素子には、通電するために通常２本の導線が接続されているが、煩雑さを避けるために、図６（Ａ）と図６（Ｂ）のみに導線を図示した。
【００３０】
そして、この冷却工程が終了すると、図６（Ｃ）に示すように、エアシリンダ２１により成形ヘッド１６を上昇させて、成形ヘッド１６を基板３から離型させる。基板３は、基板支持台１１に設けられた位置決めピンと嵌合し、更に真空吸着口（図示略）により吸着されているので、基板支持台１１に固定された状態を維持する。
【００３１】
なお、実際には、基板３に塗布された樹脂３０を上記の加熱工程で完全に硬化させなくても良い。この場合には、樹脂３０が、変形し難い程度に硬化しており、且つ基板や半導体チップと剥離しない程度に硬化していれば実用上問題はなく、その後、約１６０℃に加熱された炉において二次キュア処理を行う。従来と同様に、二次キュアはマス処理である。従って、枚葉処理である一次処理を短時間のプレキュアとし、塗布した樹脂を二次キュアで時間をかけて完全に硬化させる。
【００３２】
次に、基板３を吸着している真空吸着口の真空をブレイクした後、基板３は、ノックピン（図示略）で押し出され、図６（Ｄ）に示すように、基板支持板１１ａから取り外され、次工程（図示略）に送られる。その後、樹脂封止された半導体チップ８群は、ダイシングで個々に分離され使用される。なお、基板３に塗布された樹脂３０のうち余分なものは、半導体チップ８が実装されていない基板上に固着しているので、塵として舞うこともなく、残りの基板と共に廃棄することができる。なお、基板３の取り外しは、位置決めピンの先端を基板支持板の上面より下に降下させることにより行うことも慣用された方法である。
【００３３】
ここで、スペーサ１７、外側ダム１８と内側ダム１９それぞれの機能について説明する。本実施例では、図４に示すように、基板３の外形形状と略同一の大きさである成形ヘッドの下面１６ａ上に、スペーサ１７と、外側ダム１８と、内側ダム１９とが配設されている。外側ダム１８に囲まれた領域は、内側ダム１９により２つの領域に仕切られる。実装領域を含む領域を第１キャビティ３１と、他方の余剰樹脂を貯留する領域を第２キャビティ３２と呼ぶ。
【００３４】
スペーサ１７は、塗布された樹脂３０を成形する時、基板３と成型ヘッドの下面１６との間隔を規制するものである。上記実施例では、スペーサ１７が基板３に当接するので、スペーサ１７の高さが樹脂３０の成形厚さとなる。
【００３５】
上記実施の形態において外側ダム１８は、シリコンゴム等の弾性材料で構成され、スペーサ１７より高くなるように形成されている。これにより、成型ヘッド１６を基板支持板１１ａに圧接させると、外側ダム１８は、その全周において基板３と密着するので、樹脂３０が外側ダム１８と基板３との間から漏れ出してしまうことを防止できる。
【００３６】
これに対し、内側ダム１９は、スペーサ１７よりも低く形成されている。これにより、基板３へ成型ヘッド１６が押圧された際に、第１キャビティ３１内の余分な樹脂３０を、内側ダム１９と基板３との間隙から第２キャビティ３２へ移動させることができる。なお、内側ダムは、殆ど変形しないため、外側ダムに用いた弾性部材以外に、変形し難い樹脂や金属などからある部材であっても良い。
【００３７】
また、ディスペンサ２８から吐出される樹脂の容積を、第１キャビティ３１の容積よりも多く且つ第１キャビティ３１と第２キャビティ３２との合計容積よりも少ない量とすることにより、樹脂３０は、第１キャビティ３１の形状に成形される。
【００３８】
上記実施例では、スペーサ１７が基板３に圧接されるものとして、これを基準に外側ダム１８および内側ダム１９の高さを説明した。しかし、基板３にスペーサ１７を当接させるスペースがない場合、スペーサ１７を基板支持板１１ａに直接当接させる。この実施例では、外側ダム１８と内側ダム１９ｎの高さは変更しないで、スペーサ１７の高さを基板３の板厚分だけ長くなるように変更する。この場合、樹脂の成形高さの精度は、基板３の厚みのバラツキだけ少なくとも低下する。
【００３９】
また、上記実施例では、外側ダム１８の一辺のみに対応させて内側ダム１９を設けているが、実装領域１０に対応する第１キャビティ３１の２辺に余剰な樹脂３０を貯留する第２キャビティ３２を設けても良い。第２キャビティ３２を２個設けることにより第１キャビティ３１内の空気のパージが容易になる。他にも、たとえば、内側ダム１９も外側ダム１８と相似な長方形形状に形成し、内側ダム１９を外側ダムの内側全周に対応して配設されても良い。また、実装領域１０の３辺に対応する辺に第２キャビティ３２を設けても良いことは自明である。
他方、圧接時に、内側ダムがそのすべての部位において必ずしも基板３から離間している必要は無い。少なくとも一部において基板３から離間していれば、そこから余分な樹脂３０を第１キャビティ３１から第２キャビティ３２へ移動せることができる。このようなことから、内側ダム１９は、少なくとも一部において基板３から離間するように形成すれば、型締めの際に発生する樹脂３０の厚みの上昇を効果的に抑制することができる。
【００４０】
さらに、内側ダム１９の幅は外側ダム１８と同じ幅であっても良いが、外側ダム１８よりも薄くすることで、外側ダム１８よりも低い圧力において内側ダム１９を撓ませることができるので、余分な樹脂３０を第１キャビティ３１から第２キャビティ３２へ移動させることができる。しかし、このような内側ダムの構造によって、外側ダム１８と基板３との間から樹脂３０の漏出が発生することは生じない。
一方、樹脂の塗布量の精度を上げると、第１キャビティ３１からの洩れ量を極めて少なくできる。この場合、第２キャビティ３２を設けなくても良い。第２キャビティを設けない場合、半導体チップが実装されていない領域に対応する成形ヘッドの下面に、鋳物の押し湯に類似した構造を設けて、樹脂と空気の逃げ場とすると良い。押し湯を設ける個所は、基板の大きさによっては複数個を設ける。
【００４１】
チップ厚さが０．２ｍｍの半導体チップを実装した厚さ０．１ｍｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製の３層配線基板に厚さ０．２ｍｍの樹脂３０を被覆すると、樹脂封止された半導体チップの厚さは、０．４ｍｍである。本発明の方法を用いると、実装領域が１００ｍｍ×５０ｍｍ程度の大きさの基板で、離型後の基板３の撓みを殆ど発生させることがなく、歩留まりを悪化させることはない。
【００４２】
ところで、第１の実施形態のような封止装置であったとしても、基板３の実装領域が大きくなる程に、且つ、基板３の厚さが薄くなる程に、樹脂封止された基板３を離型した後に基板３の反りが大きくなり、その結果、半導体チップ８の実装不良が発生し易くなる。
【００４３】
実装領域が２００ｍｍ×５０ｍｍのように長いと、長さ方向の彎曲が大きくなる。この場合、変形が生じないように、基板を押さえる個所を増やし且つ冷却を十分にする等の工夫を行う必要がある。しかし、半導体チップ８の実装領域が２００ｍｍ×５０ｍｍの大きさの基板を樹脂封止する場合、基盤を実装領域を２つに分割して連結した図７に例示する基板とし、成型ヘッドを図８に例示する成型ヘッドとすることによって、厚さ０．１ｍｍのＰＥＴ製３層配線基板に対して、厚さ０．３ｍｍの樹脂封止を基板の変形を抑えながら容易に行うことができる。本発明の封止方法は、加熱硬化工程と冷却工程の時間が長いので、図８に示す成型ヘッドを用いることにより生産性が大きく向上する。なお、図７および図８において、各構成要素には、図２および図４と同一の符号を付してあるのでその説明を省略する。
【００４４】
第２の実施の形態
図９は、本発明になる第２の実施の形態に係る封止装置を示す概略構成図で、図９（Ａ）は平面図、図９（Ｂ）は正面図である。
【００４５】
この封止装置は、図９（Ａ）に示すように、第１ライン４７と第２ライン４８の２つの封止装置を連結したもので、タクトの短い工程に用いるディスペンサ４３と脱ガスヘッド４５を共用化させた構造を特徴とする。そのため、ディスペンサ４３と脱ガスヘッド４５は、ヘッドレール３９に滑合され、第１ライン４７と第２ライン４８の間を矢印の方向に往復可能になっている。また、図９（Ｂ）に示すように、基板支持台３３，３４を保持するスライドテーブル３５，３６は、それぞれレール３７，３８上に滑合され、図１と同様に、レール上を矢印の方向に往復移動する。
【００４６】
第１ライン４７を構成する基板支持台３３は、スライドテーブル３５に固定され、そして基板４６は、基板支持台３３に固定される。同様に、第２ライン４８を構成する基板支持台３４は、スライドテーブル３６に固定され、そして基板４６は、基板支持台３４に固定される。これらの構造は、第１の実施の形態と同様である。また、ディスペンサ４３と脱ガスヘッド４５は、実施の形態１と同様なものを用いている。ディスペンサ４３は、スライド治具４２を介して、そして脱ガスヘッド４５は、スライド治具４４を介してヘッドレール３９に滑合され、これらの構成により、第１ラインと第２ラインを往復できるようになっている。
ここでは図示いてないが、ディスペンサ４３と脱ガスヘッド４５は、エアシリンダによってそれぞれ独立して上下に移動できるようになっている。成形ヘッド４０、４１は、第１の実施形態と同様なものを用いている。なお、第１ラインと第２ラインで異なる基板を樹脂封止する場合は、基板支持台と成形ヘッドは、それぞれ異なる構造のものとなることは云うまでもないが、ディスペンサと脱ガスヘッドは、多くの場合共用できる。
【００４７】
図１０は、第２の実施の形態に係る封止方法のフローチャートである。この封止方法は、第１ラインと第２ラインの各工程を１個のマイクロプロセッサ（図示略）で制御する。加熱硬化と冷却の工程の合計時間は、樹脂の塗布と脱ガスの工程の合計時間と比較すると著しく長い。従って、処理の定常状態において、第２ライン４８から第１ライン４７へのディスペンサ４３の移動は、第２ライン４８の塗布工程が終了した後で、第１ラインでは樹脂が加熱硬化あるいは冷却されている工程中に行われるケースが多い。同様に、第２ライン４８から第１ライン４７への脱ガスヘッド４５の移動は、第２ライン４８の脱ガス工程が終了した後で、第１ラインでは樹脂が加熱硬化あるいは冷却されている工程中に行われケースが多い。
【００４８】
一方、加熱・硬化工程と冷却工程は、ディスペンサ４３と脱ガスヘッド４５の移動とは関係なく、各ラインで順次進められる。
第１ラインに復帰したディスペンサ４３と脱ガスヘッド４５は、第１ラインの基板支持台３３から樹脂封止された基板が取り外され、新たな基板４１がセットされ、そして樹脂を塗布する位置に基板４１が移動されるまで、所定位置に待機している。また、第２ラインへの移動と各工程のタイミングも上述と同様である。以下、第２の実施の形態である封止方法について、第１ラインを主体とし、それに第２ラインを付加して説明する。
【００４９】
第１ステップは、第１ラインにおいて、基板４６がマガジン（図示略）から移動させられて、基板支持台３３にセットされる。なお、ディスペンサ４３と脱ガスヘッド４５は、所定の位置で待機している。
【００５０】
第２ステップは、基板４６がディスペンサ４３の下方（樹脂を塗布する位置）に移動し、ディスペンサ４３が降下して、樹脂を基板４６の所定領域に塗布する。樹脂の塗布量は、後述の成形工程で第１キャビチィ３１から少量オーバーフローする量とする。このオーバーした樹脂は、第２キャビティ３２に入り、外側ダム１８の外にはこぼれない。
基板４６への塗布が終了後、ディスペンサ４３は、第１ラインから第２ラインへ移動する。第２ラインに移動されたこのディスペンサ４３は、未処理の基板４６が基板支持台３４にセットされ、ディスペンサ４３の下にくるまで待機する。また、ディスペンサ４３が第２ラインに移動してきた時、基板４６が基板支持台３４に載置されていて且つディスペンサ４３の下に移動している場合は、第１ラインの第１ステップと同じ操作に入る。以下第２ラインにおいても、第１ラインと同様な手順でプロセスが進行する。
【００５１】
第３ステップは、基板４６を脱ガスヘッド４５の下に移動し、脱ガスヘッド４５を降下させ、脱ガスヘッド４５を基板４６に圧接させて、第１の実施の形態と同様にして、樹脂中の残存空気等を脱ガスする。脱ガス後、基板４６を成形ヘッド４０の下（樹脂を成形する位置）に移動する。一方、脱ガスヘッド４５を第２ラインへ移動させる。この移動された脱ガスヘッド４５は、第１ラインで樹脂を塗布された基板４６がその下に移動して来るまで待機するようになっている。また、脱ガスヘッド４５が第２ラインに移動してきた時、樹脂を塗布された基板４６が脱ガスヘッド４５の下に移動している場合は、第１ラインの第２ステップに入り、その後、第１ラインと同様な手順でプロセスが進行する。
【００５２】
第４ステップは、成形ヘッド４０の下面に配設されたスペーサ１７が基板４６と当接するまで、成形ヘッド４０を下方に移動し、基板４６に成形ヘッド４０を押圧して、塗布した樹脂を所定の厚さに成形する。
【００５３】
第５ステップは、成形ヘッド４０を基板４６に押圧した状態で、基板支持板と成形ヘッドの下面を加熱素子で昇温して、樹脂を１６０℃×１．５分間キュアして、成形した樹脂を硬化させる。
【００５４】
第６ステップは、成形ヘッド４０を基板４６に押圧した状態で、基板支持板と成形ヘッドの下面を冷却し、樹脂封止された基板４６の温度を室温近くまで下げ、その後に、基板４６を成形ヘッド４０から分離する。
【００５５】
第７ステップは、冷却された基板４６を搭載した基板支持台３３を元の位置（図１０の（Ａ））に戻して、基板４６を基板支持台３３から取り外す。更に、樹脂封止すべき基板がある場合は、第１ステップの初めに戻り、再度、基板４６を基板支持台３３にセッとして樹脂封止処理を行う。また、処理すべき基板が無いと判断された時、この処理は終了する。
【００５６】
一方、第２ラインは、ディスペンサ４３と脱ガスヘッド４５が第１ラインから移動してくるタイミングが不確定でいろいろのケースが生じるので、それらの移動のタイミングを除くと第１ラインと同じ工程を順に行う。なお。第１ラインにおいても第２ラインの初期設定とサイクルタイムによって、ディスペンサ４３と脱ガスヘッド４５が第１ラインから移動してくるタイミングが不確定でいろいろのケースが生じることはいうまでもない。
【００５７】
一方、第２ラインの工程の初回は、基板４６が基板支持台３４に載置されている状態で、ディスペンサ４３が第１ラインから移動してくる。そして、樹脂の塗布が終了した後、ディスペンサ４３は、第１ラインに移動して待機する。次に、第１ラインから移動してきた脱ガスヘッド４５を用いて、塗布された樹脂を脱ガスした後、脱ガスヘッド４５は、第１ラインに移動して待機する。
封止処理の２回目以降では、ディスペンサ４３と脱ガスヘッド４５が第１ライン又は第２ラインとも待機している状態で、基板支持台（３４、３６）が所定の位置に戻り、基板４６が基板支持台にセットされて、新たな封止工程に入るケースや、ディスペンサ４３あるいは脱ガスヘッド４５が移動した後待機することなく処理に入るケースのいずれでも、第１ラインと第２ラインのサイクルタイムの差とプロセスの初期設定の設定値により生じる。
【００５８】
この第２の実施形態の封止方法においても、基板に樹脂を塗布する以前から昇温しておき、基板支持板と成形ヘッドの下面を加熱して硬化温度に昇温させるための時間を短縮すると良い。更に、基板支持板と成形ヘッドの下面の加熱・冷却速度を速めるために、ペルチェ素子の代わりに、銅パイプ（図示略）を配設する。そして、加熱する時は、銅パイプに加熱されたオイル等の液体を流し、逆に、冷却する時は、冷却されたオイル等の液体を流す。加熱された液体と冷却された液体は、バルブで切り替えて流す。液体に蒸気や他の気体が混じると、熱伝導が極端に低下して、樹脂の加熱・冷却速度が著しく低下する。この液体へ空気が混入することを防止するとともに、液体の沸点は、２２０℃より高いことが好ましく且つ加圧して液体を流すことが好ましい。
【００５９】
半導体チップを被覆する硬化した樹脂の形状は、高さが外周ダムの高さとほぼ同じで、縦横が実装領域に対応する第１キャビティの大きさとほぼ同じである。樹脂は、一般的に、硬化すると体積が減少するが、減少率は、小さない。従って、本発明において、所定の形状に成形された樹脂の平面形状とは、大略、第１キャビティの平面形状に相当する。
【００６０】
本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。基板を基板支持台に取り付ける場所と基板を基板支持台から取り外す場所を同一場所としたが、別な場所としても良い。タンデム配置され且つ基板の自動搬送機構を有する装置で半導体チップの表面実装を行う場合、基板の取り付けと取り外しの場所を異ならせた方が好ましい。また、樹脂は、熱硬化性の樹脂でエポキシ樹脂を用いたが光硬化樹脂でも良い。
【００６１】
本発明において、基板は、短冊状の回路基板だけでなく、連続したテープ上の回路基板でも良い。また、半導体チップは、シリコンチップ以外にＧａ−Ａｓ等の化合物半導体チップでも良いことはいうまでもなく、半導体チップと基板との電気的接続は、フリップチップ法でもワイヤ配線法等いずれでも良い。
【００６２】
本発明において、多数の吐出口を有するノズル２９の幅は、基板の実装領域の巾で、ノズルをスイープする方向の巾とほぼ等しくし、１回のパスで樹脂を塗布することが好ましい。しかし、塗布時間は掛かるが、１口のノズルで１筆書きにすることでも可能であることは云うまでもない。また、脱ガスの真空度を０．５ＫＰａとしたが、減圧すると程度の差はあれ脱ガスの効果はがあらわれる。実用的には、３０ＫＰａ以下であれば良い。
【００６３】
加熱手段として、ペルチェ素子とヒートパイプの手段を例示したが、加熱に電熱ヒータや光を用いても良いことは明かである。熱硬化性樹脂を光エネルギーで加熱する場合、成形ヘッドは、透明な耐熱ガラス等のセラミックで構成し、冷却は、成形ヘッドに設けた流路に透明液体を流すことで行う。光硬化樹脂を光エネルギーで硬化させる場合、紫外線を照射して樹脂を硬化させる。しかし、光硬化樹脂のみで十分なパッシベーション性能が得られないことがあり、その場合、熱硬化性樹脂を混合させ光硬化により仮接続をした後、熱硬化させると良い。紫外線は、半導体チップの裏面に届かないので、表と裏の両面から照射する。また、樹脂は封止後の光を吸収するために、黒色の場合が多いので、透明なエポキシ樹脂で封止した後染色で黒色にすると良い。
【００６４】
成形ヘッドと基板支持板の冷却は、それらの内部に配管されパイプに液体を通して冷却する方法を述べたが、加圧した気体を通して冷却しても良い。また、加熱に関しても、液体でなく加圧した気体を流しても良いことは自明である。
【００６５】
ダムに適する材料特性は、樹脂と接着し難い化学特性が必須要件である。従って、非接着性であるフッ素樹脂やシリコン樹脂を用いることが好ましいが、コーティング等の表面処理により粘着性を低下させたものでも良い。外側ダムは、弾性変形することも必須要件で、弾性の高い樹脂以外にある程度変形する金属からなるパイプや薄板でも良いことは明かである。なお、この場合、金属には、樹脂との接着力を低減させる被覆をすることが好ましい。ダムの巾は、０．５〜２ｍｍであれば良く、より好ましくは１〜１．５ｍｍである。
【００６６】
また、成形ヘッドは、ステンレス合金を用いたが、樹脂が接着し易いので、成形ヘッドにフッ素樹脂等の非粘着性樹脂をコーティングする。このコーティングにより、硬化した樹脂が成形ヘッドに接着しなくなると共に、成形ヘッドの清掃が容易になる利点も生まれる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明は、上記の実施の形態を用いることにより、実装面積の大きな基板であっても、実装された半導体チップを薄く且つ平坦な樹脂で封止することができる。また，本発明により、０．３〜１ｍｍと極めて薄い樹脂封止された半導体チップを供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明になる第１の実施の形態に係る封止装置の主要な構成要素を示す概略構成図である。
【図２】  基板を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。
【図３】  基板支持台を示す図で、（Ａ）は下面図、（Ｂ）はＡＡ断面図である。
【図４】  成形ヘッドを示す図で、（Ａ）は成形型の下面図、（Ｂ）はＡＡ断面図、（Ｃ）はスペーサ１７、外側ダム部材１８と内側ダム１９との高さの関係を説明するための（Ｂ）の部分拡大断面図である。
【図５】  第１の実施の形態である封止方法に関する前段の主要な工程を示す工程説明図である（その１）。
【図６】  第１の実施の形態である封止方法に関する前段の主要な工程を示す工程説明図である（その２）。
【図７】  基板の他の例を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。
【図８】  図８に示す基板用の成形ヘッドを示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡＡ断面図である。
【図９】  本発明になる第２の実施の形態に係る封止装置の主要な構成要素を示す概略構成図である。
【図１０】  第２の実施の形態である封止方法に関する主要な工程を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１  レール
２  スライドテーブル
３  基板
４  基板支持手段
５  塗布手段
６  脱ガス手段
７  成形手段
８  半導体チップ
９  位置決め孔
１０  実装領域
１１  基板支持台
１１ａ  基板支持板
１２  位置決めピン
１３  基板支持台の開口部
１４  断熱材
１５  ペルチェ素子
１５ａ，１５ｂ  導線
１６  成形ヘッド
１６ａ  成形ヘッドの下面
１７  スペーサ
１８  外側ダム
１９  内側ダム
２０  成形ヘッド側面の開口部
２１  エアシリンダ
２２  断熱材
２３  ペルチェ素子
２３ａ、２３ｂ  導線
２４  脱ガスヘッド
２５  脱ガスキャビティ
２６  パイプ
２７  エアシリンダ
２８  ディスペンサ
２９  ノズル
３０  樹脂
３１  第１キャビティ
３２  第２キャビティ
３３、３４  基板支持台
３５，３６  スライドテーブル
３７，３８  レール
３９  ヘッドレール
４０，４１  成形ヘッド
４２，４４  スライド治具
４３  ディスペンサ
４５  脱ガスヘッド
４６  基板
４７  第１ライン
４８  第２ライン
４９  切り欠き
【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】
0003945629.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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