(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと外部との間で電気的信号を授受するための基板の表面に前記半導体チップを載置し、該半導体チップと前記基板との電極同士を電気的に接続した後に、上型と下型とを使用して樹脂によって封止する樹脂封止装置であって、
前記下型において水平方向に移動可能に設けられ前記半導体チップが載置された基板を保持するステージであって、前記基板が自然に落下する程度の水平面に対する所定の角度で前記基板を強制的に保持するステージと、
前記半導体チップにおいて電極が設けられている領域以外の部分であって前記半導体チップの中央部に向けて溶融樹脂を注入するゲートと、
前記ゲートから前記溶融樹脂が注入されるべき空間のうち、前記半導体チップの一部と前記基板の一部とを連続して覆う空間からなる第１のキャビティと、
前記溶融樹脂が注入されるべき空間のうち前記第１のキャビティ以外の空間からなる第２のキャビティと、
前記基板の表面に沿って移動するように設けられ、前記基板の表面が圧接されることにより前記第１のキャビティを形成する上ブロックと、
前記下型に設けられ、前記基板の表面が圧接されることにより前記第２のキャビティを形成する下ブロックとを備えるとともに、
前記ゲートは前記上ブロックと下ブロックとが衝合された状態における該上ブロックと下ブロックとの間隙からなり、
テーパ状の断面形状を有し、前記ステージにおける前記基板が保持された面の反対面を押圧して前記基板の表面を前記上ブロックと下ブロックとに圧接するための押さえ板と、
前記上ブロック及び前記押さえ板が固定された上型とを更に備えるとともに、
前記上型は、各々前記基板の表面に沿って、下方へ移動することにより前記上ブロックを前記下ブロックに衝合させて前記ゲートを形成し、かつ前記押さえ板により前記ステージの反対面を押圧させ前記基板の表面を前記上ブロックと下ブロックとに圧接して前記第１のキャビティと第２のキャビティとを形成するとともに、上方へ移動することにより前記押さえ板による押圧を解除して前記上ブロックと下ブロックとから前記基板の表面を引き離すことを特徴とする樹脂封止装置。
【請求項２】
請求項１記載の樹脂封止装置において、
前記ステージは前記基板が保持されるべき面に開口を有するとともに、
前記開口につながる管路を介して前記基板を吸引することにより前記基板を保持し、前記基板に対する吸引を停止することにより樹脂封止後の前記基板を落下可能にする吸着機構を更に備えたことを特徴とする樹脂封止装置。
【請求項３】
半導体チップと外部との間で電気的信号を授受するための基板の表面に前記半導体チップを載置し、該半導体チップと前記基板との電極同士を電気的に接続した後に、樹脂によって封止する樹脂封止方法であって、
前記半導体チップが載置された基板が自然に落下する程度の水平面に対する所定の角度で、ステージ上に前記基板を強制的に保持する工程と、
前記基板の表面の上方において上ブロックと下ブロックとを衝合させることにより、前記上ブロックと下ブロックとが各々前記基板の表面に対向して有する凹部が連結された空間からなるキャビティと、前記上ブロックと下ブロックとの間隙からなるゲートとを形成する工程と、
前記ステージを一方へ移動して、前記キャビティに前記半導体チップを収容するように前記基板の表面を前記上ブロックと下ブロックとに圧接する工程と、
前記半導体チップにおいて電極が設けられている領域以外の部分であって前記半導体チップの中央部に向けて前記ゲートから溶融樹脂を注入して前記キャビティを充填する工程と、
前記充填された溶融樹脂を硬化する工程と、
前記ステージを他方へ移動して前記基板の表面を前記上ブロックと下ブロックとから引き離すとともに、前記キャビティに充填され硬化した樹脂を前記ゲートにおいて分離する工程と、
前記硬化した樹脂により封止された基板を前記ステージから取りはずす工程とを備えるとともに、
前記基板を強制的に保持する工程では、前記ステージにおける前記基板が保持されるべき面に設けられた開口を介して前記基板を吸着し、
前記基板を取りはずす工程では、前記吸着を解除して前記ステージ上に保持された基板を落下可能にすることを特徴とする樹脂封止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に半導体チップを載置し、基板との間の電気的接続を行った後に、溶融した樹脂によって半導体チップを封止する樹脂封止装置及び封止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体チップと外部との間で電気的信号を授受するために使用されるリードフレームやプリント基板等（以下、基板という。）に半導体チップを載置し基板との間を電気的に接続した後に、半導体チップを樹脂により封止する場合には、ポッティングモールドやプレートモールド等の方法が使用されている。ポッティングモールドは、ノズルやディスペンサによって半導体チップの上方から溶融した樹脂を吐出した後に、その樹脂を硬化させる方法である。
図５は、従来のプレートモールドによる樹脂封止装置の概略を示す断面図である。プレートモールドは、図５に示されているように、上型１００と下型１０１との間に中間プレート１０２を設ける方法である。下型１０１上には基板１０３が保持され、更に基板１０３上には半導体チップ１０４が載置され、基板１０３と半導体チップ１０４との電極同士がワイヤ１０５によって接続されている。中間プレート１０２には、溶融樹脂が充填される空間であるキャビティ１０６が設けられ、上型１００には、キャビティ１０６に溶融樹脂を注入するためのゲート１０７が設けられている。樹脂封止する際には、中間プレート１０２を基板１０３の上面に圧接し、上型１００を中間プレート１０２に圧接して型締めし、ゲート１０７からキャビティ１０６に溶融樹脂を注入する。そして、注入された樹脂を硬化した後に上型１００と中間プレート１０２とを順次上昇させて型開きし、エジェクト機構（図示なし）により基板１０３を下方から突き出して、基板１０３上に半導体チップ１０４が樹脂封止された製品を取りはずす。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法によれば、以下のような問題があった。ポッティングモールドによれば、硬化後の樹脂の寸法精度が悪かった。
一方、プレートモールドによれば、キャビティ１０６内で硬化した樹脂とゲート１０７内で硬化した樹脂とを確実に分離する目的で、基板１０３の上方に上型１００と中間プレート１０２とを分割して設ける必要があるので、金型の構造が複雑になる。また、製品を突き出すエジェクト機構が必要になるとともに、ゲート１０７に溶融樹脂を供給するためのランナ部（図示なし）が上型１００の上方に、すなわち上型１００が移動する方向に位置するので、硬化後のランナを除去する機構が必要になる。したがって、装置全体の構造が複雑になる。また、硬化後のランナを除去する工程が別途必要になり、更に製品を突き出すエジェクト工程が必要になるので、工数が増加する。これらの問題から、プレートモールドを使用した封止装置は、自動化に対応することが困難であった。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、簡素化された機構によって樹脂封止することができる樹脂封止装置及び封止方法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】
上述の技術的課題を解決するために、本発明に係る樹脂封止装置は、半導体チップと外部との間で電気的信号を授受するための基板の表面に半導体チップを載置し、該半導体チップと基板との電極同士を電気的に接続した後に、上型と下型とを使用して樹脂によって封止する樹脂封止装置であって、下型において水平方向に移動可能に設けられ半導体チップが載置された基板を保持するステージであって、基板が自然に落下する程度の水平面に対する所定の角度で基板を強制的に保持するステージと、半導体チップにおいて電極が設けられている領域以外の部分であって半導体チップの中央部に向けて溶融樹脂を注入するゲートと、ゲートから溶融樹脂が注入されるべき空間のうち、半導体チップの一部と基板の一部とを連続して覆う空間からなる第１のキャビティと、溶融樹脂が注入されるべき空間のうち第１のキャビティ以外の空間からなる第２のキャビティと、基板の表面に沿って移動するように設けられ、基板の表面が圧接されることにより第１のキャビティを形成する上ブロックと、下型に設けられ、基板の表面が圧接されることにより第２のキャビティを形成する下ブロックとを備えるとともに、ゲートは上ブロックと下ブロックとが衝合された状態における該上ブロックと下ブロックとの間隙からなり、テーパ状の断面形状を有し、ステージにおける基板が保持された面の反対面を押圧して基板の表面を上ブロックと下ブロックとに圧接するための押さえ板と、上ブロック及び押さえ板が固定された上型とを更に備えるとともに、上型は、各々基板の表面に沿って、下方へ移動することにより上ブロックを下ブロックに衝合させてゲートを形成し、かつ押さえ板によりステージの反対面を押圧させ基板の表面を上ブロックと下ブロックとに圧接して第１のキャビティと第２のキャビティとを形成するとともに、上方へ移動することにより押さえ板による押圧を解除して上ブロックと下ブロックとから基板の表面を引き離すことを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明に係る樹脂封止装置は、上述の封止装置において、ステージは基板が保持されるべき面に開口を有するとともに、開口につながる管路を介して基板を吸引することにより基板を保持し、基板に対する吸引を停止することにより樹脂封止後の基板を落下可能にする吸着機構を更に備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係る樹脂封止方法は半導体チップと外部との間で電気的信号を授受するための基板の表面に半導体チップを載置し、その半導体チップと基板との電極同士を電気的に接続した後に、樹脂によって封止する樹脂封止方法であって、半導体チップが載置された基板が自然に落下する程度の水平面に対する所定の角度で、ステージ上に基板を強制的に保持する工程と、基板の表面の上方において上ブロックと下ブロックとを衝合させることにより、上ブロックと下ブロックとが各々基板の表面に対向して有する凹部が連結された空間からなるキャビティと、上ブロックと下ブロックとの間隙からなるゲートとを形成する工程と、ステージを一方へ移動して、キャビティに半導体チップを収容するように基板の表面を上ブロックと下ブロックとに圧接する工程と、半導体チップにおいて電極が設けられている領域以外の部分であって半導体チップの中央部に向けてゲートから溶融樹脂を注入してキャビティを充填する工程と、充填された溶融樹脂を硬化する工程と、ステージを他方へ移動して基板の表面を上ブロックと下ブロックとから引き離すとともに、キャビティに充填され硬化した樹脂をゲートにおいて分離する工程と、硬化した樹脂により封止された基板をステージから取りはずす工程とを備えるとともに、基板を強制的に保持する工程では、ステージにおける基板が保持されるべき面に設けられた開口を介して基板を吸着し、基板を取りはずす工程では、吸着を解除してステージ上に保持された基板を落下可能にすることを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】
本発明の樹脂封止装置によれば、上型が基板の表面に沿って下方へ移動することにより、上ブロックと下ブロックとが衝合されてゲートが形成され、かつ、基板の表面が上ブロックと下ブロックとに圧接されてゲートから溶融樹脂が注入されるべき空間、すなわちキャビティが形成される。そして、樹脂封止後には上型が上方へ移動することにより、上ブロックと下ブロックとから基板が引き離される。したがって、上型の運動のみによって、ゲートとキャビティとが形成され、かつ硬化樹脂がゲートにおいて分離される。これにより、中間プレートを使用せずに、上型と下型とのみによって金型が構成される。
また、基板が自然に落下する程度の角度で、吸引して基板を強制的に保持するステージを有するので、吸引が停止されると基板が落下する。したがって、基板を突き出すためのエジェクト機構を使用せずに基板が取り出される。
また、上型とともに下降され下ブロックに衝合された上ブロックと下ブロックとによって形成されるゲートから、キャビティに樹脂が注入される。そして、キャビティ内の硬化樹脂とゲートに至るまでの硬化樹脂とが、上ブロックと下ブロックとステージとに囲まれた同一空間内に形成される。したがって、硬化樹脂の取り出しが効率よく行え、自動化対応が容易になる。
更に、第１及び第２のキャビティに溶融樹脂が充填されるので、寸法精度のよい樹脂封止が可能になる。
本発明の樹脂封止方法によれば、吸着を解除することによって基板を落下させるので、基板を突き出すエジェクト工程を割愛できる。また、キャビティ内の硬化樹脂とゲートに至るまでの硬化樹脂とを、上ブロックと下ブロックとステージとに囲まれた同一空間内に形成することになる。したがって、硬化樹脂を効率よく取り出すことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る樹脂封止装置を、図１を参照して説明する。図１は、本発明に係る樹脂封止装置が基板を保持した状態を示す断面図である。上型１には、上ブロック２と、上ブロック２をはさんで対向するように１対の側板３とが固定されている。
上ブロック２には、両側面においては溶融樹脂が注入されるべき空間（キャビティ２０）の一部となる凹部、つまり上キャビティ４が、下面においては溶融樹脂を溜める空間となる凹部、つまりカル５が、それぞれ設けられている。また、上キャビティ４とカル５との境界には、カル５の深さが部分的に小さくなる部分であって、溶融樹脂がカル５からキャビティ２０へと注入される注入口となるゲート６が設けられている。
各側板３の互いに対向する側、つまり内側は凹部を有するとともに、凹部には別部材からなる押圧部７が設けられている。押圧部７の背面に接して設けられたバネ８によって加圧されることにより、押圧部７の前面は側板３の凹部からわずかに突出している。そして、各側板３の内側の面と各押圧部７の前面とは、全体としてテーパ状の断面形状を有する。
【００１０】
下型９には、下ブロック１０が固定され、下ブロック１０をはさんで対向するように、１対のステージ１１が互いに対向する側、つまり内側へ移動可能にして設けられている。下ブロック１０には、両側面においては溶融樹脂が注入される空間（キャビティ２０）の一部となる凹部、つまり下キャビティ１２が、中心部においては溶融樹脂の流路となる円柱状の開口、つまりポット１３が設けられている。ポット１３の内部には、プランジャ１４が上下に移動可能にしてはめ込まれている。プランジャ１４の上面には、封止樹脂の原料であって熱硬化性樹脂からなる樹脂タブレット１５が予め配設されている。
各ステージ１１の内側には、ダイボンディングにより半導体チップ１６が載置された基板１７が、吸着用エア流路１８を介して吸引されることによって保持されている。ここで、各ステージ１１の内側の面は、水平面に対して、吸着用エア流路１８を介した吸引が停止されると基板１７が自然に落下する程度の角度をなしている。そして、半導体チップ１６と基板１７との電極同士は、ワイヤ１９によって電気的に接続されている。また、上ブロック２が下ブロック１０に衝合された状態において、半導体チップ１６の電極が形成されている領域、つまりワイヤ１９がボンディングされている領域を避けてゲート６から溶融樹脂が注入されるように、ゲート６と半導体チップ１６との位置が定められている。
各ステージ１１において、内側の面の反対面、つまり背面は、上型１に固定された側板３の内側の面に対応して同一角度のテーパ状の断面形状を有している。また、各ステージ１１の初期位置は、各ステージ１１が有する上面外側の稜が、各側板３が有する下面内側の稜の直下よりもやや内側に位置するように定められている。更に、各ステージ１１は、背面を加圧されると下ブロック１０に向かって移動するとともに、加圧が解除されると初期位置に向かって移動するように、バネ（図示なし）によって下型９に連結されている。
【００１１】
以下、本発明に係る樹脂封止装置の動作と封止方法とについて、図２〜図４を参照して説明する。
図２は、本発明に係る樹脂封止装置について、ゲートとキャビティとを形成するとともに半導体チップをキャビティに収容する工程での動作を示す断面図である。図２に示すように、上型１を下降させて、各側板３の内側の面と各ステージ１１の背面とを、つまりいずれもテーパ状の断面形状を有する面同士を接触させる。更に上型１を下降させると、各側板３の内側の面と押圧部７とが各ステージ１１の背面を押圧して、各ステージ１１は下ブロック１０に向かって内側へ移動する。また、上型１を下降させると、上型１に固定された上ブロック２も下ブロック１０に向かって下降する。
【００１２】
図３は、本発明に係る樹脂封止装置について、ゲートから溶融樹脂を注入してキャビティを充填する工程での動作を示す断面図である。図３に示すように、上型１を下降させて、上型１に固定された上ブロック２を下ブロック１０に衝合させる。これによって、上ブロック２と下ブロック１０との間隙からなるカル５とゲート６とが形成されるとともに、上キャビティ４と下キャビティ１２とが連結されたキャビティ２０が形成される。また、上型１を下降させることによって、それぞれ側板３と押圧部７とがステージ１１の背面を押圧する。これにより、各ステージ１１の内側の面にそれぞれ吸着された基板１７を上ブロック２と下ブロック１０との側面に圧接するとともに、基板１７に載置された半導体チップ１６をキャビティ２０内に完全に収容する。以上の動作によって、上型１と下型９との型締めが完了する。
更に、図２に示された樹脂タブレット１５を加熱溶融して、溶融樹脂２１を得る。そして、プランジャ１４を用いて溶融樹脂２１を加圧することにより、カル５を介してゲート６からキャビティ２０の内部に、溶融樹脂２１を注入して充填する。
【００１３】
図４は、本発明に係る樹脂封止装置について、半導体チップが封止された基板をステージから取り出す工程での動作を示す断面図である。図４に示すように、キャビティに充填された溶融樹脂を加熱して硬化樹脂２２を得て、基板１７に半導体チップ（図示なし）を封止した後に、上型１を上昇させる。これによって、それぞれ側板３と押圧部７とによってステージ１１の背面に加えられていた押圧が解除されるので、ステージ１１はバネ（図示なし）によって初期位置に向かって移動する。したがって、ステージ１１の内側の面に吸着されている基板１７が上ブロック２と下ブロック１０との側面から引き離されるので、硬化樹脂２２とカル硬化樹脂２３とをゲート６において分離することができる。
更に、吸着用エア流路１８を介した吸引を停止する。これにより、ステージ１１の内側の面に対して基板１７を吸着しなくなるので、基板１７を自然に落下させて取り出すことができる。
【００１４】
以上説明したように、本発明に係る樹脂封止装置によれば、基板１７の上面にゲート及びランナを設けないので、基板１７の上面において硬化樹脂のサイドバリが発生せず、樹脂跡が残らない。したがって、基板１７と外部との電気的接続のための外部電極を基板１７の上面に形成する場合、例えばヒートシンク付ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）を製造するために樹脂封止する場合においても、本発明の封止装置を使用することができる。
また、ゲート及びランナの位置に対する基板１７上の電極配置の影響を考慮することなく、金型を設計することができる。
更に加えて、キャビティ２０とゲート６とを形成するための運動と、封止後の硬化樹脂２２を分離するための運動とが、上型１の上下運動のみによって行われる。したがって、樹脂封止装置の構造が簡素化されるとともに、中間プレートを必要とせず上型１と下型９とのみによって金型が構成されるので、金型の構造が簡素化される。
また、各ステージ１１の内側の面は、水平面に対して、吸着用エア流路１８を介した吸引が停止されると基板１７が自然に落下する程度の角度をなしている。これにより、樹脂封止後の基板１７が、エジェクト機構によることなく取り出されるので、エジェクト機構を割愛することができる。
また、上型１とともに下降した上ブロック２と下ブロック１０とにより形成されるキャビティに樹脂が注入される。これにより、封止樹脂の寸法形状を安定させるとともに、硬化樹脂２２とカル硬化樹脂２３とが、上ブロック２と下ブロック１０とステージ１１とに囲まれた同一空間内に形成されるので、自動機による硬化樹脂の取り出しが容易になる。
【００１５】
また、本発明に係る樹脂封止方法によれば、ステージ１１から樹脂封止後の基板１７を取り出すためのエジェクト工程を割愛できる。
また、硬化樹脂２２とカル硬化樹脂２３とを、上ブロック２と下ブロック１０とステージ１１とに囲まれた同一空間内に形成するので、硬化樹脂を効率よく取り出すことができる。
更に、基板１７と外部との電気的接続のための外部電極を基板１７の上面に形成する場合、例えばヒートシンク付ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）を製造するために樹脂封止する場合においても、本発明の封止方法を適用することができる。
【００１６】
なお、ここまでの説明では、半導体チップ１６と基板１７との電極同士の接続をワイヤボンディングによって行った。これに代えて、半導体チップ１６と基板１７との電極同士の接続を、フェイスダウンボンディングによって行う場合においても、本発明を適用することができる。
【００１７】
また、上ブロック２にカル５とゲート６とを設けたが、これに限らず、カル５とゲート６とを下ブロック１０に設けてもよく、更に、上ブロック２と下ブロック１０との双方に設けてもよい。
【００１８】
また、下ブロック１０の両側に一対のステージ１１を設けたが、これに限らず片側だけでもよい。また、下ブロック１０の片側に１個又は両側に一対設けられたステージ１１を１ユニットとして、下ブロック１０に沿って複数ユニットだけステージ１１を並べてもよい。更に、１個のステージ１１において複数個の基板１７を保持してもよい。
これらの場合には、基板１７の数に応じて、上ブロック２においてはゲート６と上キャビティ４とを、下ブロック１０においては下キャビティ１２を、それぞれ設けておく。そして、溶融樹脂２１が各キャビティ２０に均一に充填されるように、基板１７の数に応じて、カル５とポット１３とプランジャ１４と樹脂タブレット１５とを適当な数だけ設けておくことが好ましい。
【００１９】
【発明の効果】
本発明に係る樹脂封止装置によれば、中間プレートを使用せずに金型が上型と下型とから構成される。また、基板を突き出すエジェクト機構が不要になるとともに、硬化樹脂が効率よく取り出される。したがって、簡素化された機構を有し自動化対応が容易な樹脂封止装置を提供できるという、優れた実用的な効果を奏するものである。
また、本発明に係る樹脂封止方法によれば、基板を突き出すエジェクト工程を割愛できるとともに、硬化樹脂を効率よく取り出すことができる。したがって、工数を削減して樹脂封止できる樹脂封止方法を提供できるという、優れた実用的な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る樹脂封止装置が基板を保持した状態を示す断面図である。
【図２】  本発明に係る樹脂封止装置について、ゲートとキャビティとを形成するとともに半導体チップをキャビティに収容する工程での動作を示す断面図である。
【図３】  本発明に係る樹脂封止装置について、ゲートから溶融樹脂を注入してキャビティを充填する工程での動作を示す断面図である。
【図４】  本発明に係る樹脂封止装置について、半導体チップが封止された基板をステージから取り出す工程での動作を示す断面図である。
【図５】  従来のプレートモールドによる樹脂封止装置の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
１  上型
２  上ブロック
３  側板（押さえ板）
４  上キャビティ（第１のキャビティ）
５  カル
６  ゲート
７  押圧部（押さえ板）
８  バネ
９  下型
１０  下ブロック
１１  ステージ
１２  下キャビティ（第２のキャビティ）
１３  ポット
１４  プランジャ
１５  樹脂タブレット
１６  半導体チップ
１７  基板
１８  吸着用エア流路（管路）
１９  ワイヤ
２０  キャビティ
２１  溶融樹脂
２２  硬化樹脂
２３  カル硬化樹脂
【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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