JP2000012575A - 半導体チップのモールド方法およびこれに用いるモールド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実装基板上の半導体チップを被覆するモール
ド樹脂層の外形形状と寸法を安定化させ、最終製品基板
の取り扱い性や作業効率を改善する。 【解決手段】 半導体チップ３が実装された実装基板１
上にスクリーン１１を重ね、スクリーン１１の開口１２
の直上からシリンジ１３を用いてモールド樹脂Ｒを注入
し、続いて該スクリーン１１の上面を摺動するスキージ
１４で余剰のモールド樹脂Ｒを掻き取って上面を平坦化
し、スクリーン１１を分離してモールド樹脂層を硬化さ
せる。樹脂注入時に空気が巻き込まれないので、脱泡工
程が不要となり、また脱泡に伴うモールド樹脂層表面の
変形も生じない。モールド樹脂層の外形形状や寸法はス
クリーン１１の開口１２に規定されるので、常に安定化
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体チップを実装
基板上で樹脂モールドする方法およびそのための装置に
関し、特にモールド樹脂層の外形形状や寸法を安定化さ
せることにより、最終製品基板の取り扱い性や作業効率
を改善する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタルビデオカメラやデジタル携帯電
話、さらにノート型パーソナル・コンピュータ等の携帯
用電子機器の小型化、薄型化、軽量化を進展させるため
には、機器内部の電子部品の表面実装密度をいかに向上
させるかが、重要なポイントである。これら電子機器の
心臓部を構成する部品が半導体チップであるが、この半
導体チップをパッケージングしない状態で実装基板上に
電気的に接続するベアチップ実装法が知られている。

【０００３】ベアチップ実装法では、予め実装基板上に
形成された導体パターンに、ボンディング・ワイヤ、ハ
ンダや金属球等からなるバンプ、異方性導電膜、導電性
接着剤、光収縮性樹脂等の接続手段を用いて半導体チッ
プが実装される。半導体チップがパッケージに封入され
ていない分、チップと実装基板上の導体パターンとの間
の接続経路を単純化かつ短縮することができ、また実装
密度が向上できる分、他チップとの間の距離も短縮する
ことができる。したがって、電子機器の小型軽量化はも
ちろん、信号処理の高速化も期待できるものである。た
だしベアチップとは称しても、実装信頼性を維持するた
めに電気的接続部の近傍を樹脂でモールドすることは広
く行われている。特に、ＬＧＡ（ランド・グリッド・ア
レイ）やＢＧＡ（ボール・グリッド・アレイ）等のよう
なフェイスダウン実装用のベアチップではなく、ワイヤ
・ボンディングによるフェイスアップ実装用のベアチッ
プについては、基板実装後の半導体チップの表面全体を
樹脂でモールドすることが必要である。このモールドの
方式には、大別してディスペンス方式とスクリーン印刷
方式とがある。

【０００４】図５および図６は、ディスペンス方式によ
る樹脂モールドの工程を図示したものである。導体パタ
ーン３２が予め形成された実装基板３１の上に半導体チ
ップ３３がペーストを用いて接着され、該半導体チップ
３３の上面に配列された電極パッドとこれらの各々に対
応する導体パターン３２とがボンディング・ワイヤ３４
で電気的に接続されている。この半導体チップ３３を樹
脂でモールドするには、図５に示されるように該半導体
チップ３３の直上から、シリンジ４３を用いてモールド
樹脂Ｒを吐出する。モールド樹脂Ｒがボンディング・ワ
イヤ３４を十分に被覆したところで吐出を中止し、加熱
硬化を行うことにより図６に示されるようなモールド樹
脂層Ｒｓを形成する。

【０００５】一方、図７ないし図９にはスクリーン印刷
方式による樹脂モールドの工程を示す。図中の符号は前
掲の図５および図６と一部共通である。図７は、前掲の
図５に示したように半導体チップ３３が実装された実装
基板３１上に、モールド樹脂Ｒの塗布部位を規定するた
めのマスク平板としてスクリーン４１を重ね合わせ、そ
の上面に流動化状態のモールド樹脂Ｒを盛った状態を示
している。上記スクリーン４１には矩形の開口４２が設
けられており、この開口４２の内部に上記半導体チップ
３３、ボンディング・ワイヤ３４、および該ボンディン
グ・ワイヤ３４が接続されている導体パターン３２の先
端部が露出されるようになされている。また、上記開口
４２の深さは、半導体チップ３３の実装高さよりも大と
されている。上記開口４２の寸法は、一般的には半導体
チップ３３の外形寸法に１〜２ｍｍを加算した値とされ
る。上記スクリーン４１の上方には、その表面に平坦に
摺接されるスキージ４４が設置されている。

【０００６】図８は、上記スキージ４４を矢印ａ方向に
動かしてモールド樹脂Ｒを開口４２の内部に流し込むと
同時にその表面を平坦化し、モールド樹脂層をＲｓを形
成している途中状態を示す。この後、スクリーン４１を
上昇させて実装基板３１から分離すると、図９に示され
るように、開口４２の深さと同じ高さを有するモールド
樹脂層Ｒｓが形成される。この後、実装基板３１を真空
オーブン中に搬入してモールド樹脂層Ｒｓの脱泡および
熱硬化処理を行うことにより、樹脂モールドを終了す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のモール
ド方法には問題点もある。まず、ディスペンス方式にお
いては、モールド樹脂Ｒの吐出量を正確に制御すること
が困難であるため、この吐出量に大きく依存するモール
ド樹脂層Ｒｓの最終的な外形形状や寸法を安定化させる
ことも困難となる。モールド樹脂層Ｒｓの外形形状や寸
法が不安定化すると、自動位置検出装置を併用した最終
製品基板の検査、測定、詰替え、出荷といった様々な作
業を円滑に行うことができなくなる。

【０００８】かかる外形寸法の不安定化の問題は、たと
えばモールド樹脂Ｒの流動範囲を規定するための適当な
枠体を併用することである程度は解決できるが、それで
もモールド樹脂層Ｒｓの上面を高度に平坦化すること
は、ディスペンス方式では原理的に難しい。 特に、こ
のモールド樹脂層Ｒｓが前掲の図６にも示したようなワ
イヤ・ボンディングされた半導体チップ３３を被覆する
場合には、密集するボンディング・ワイヤ３４がモール
ド樹脂の保持効果を発揮するために、平坦化は一層困難
となる。モールド樹層層Ｒｓの上面が平坦でなく、何ら
かの凹凸が存在すると、マーキング工程でこの上面に品
名、ロット番号、製造社名等の識別情報を印刷する際に
印字のかすれや歪みが発生し、識別性が低下する。ま
た、モールド樹脂層Ｒｓの表面に吸着式の治具を当接さ
せることにより最終製品基板の拾い上げや搬送を行って
いる場合には、上述のようなモールド樹脂層２５の上面
の凹凸がこの吸着力を弱め、最終製品基板を落下させる
おそれもある。

【０００９】一方、スクリーン印刷方式では、スクリー
ン４１上に盛られたモールド樹脂Ｒをスキージ４４を用
いて開口４２の内部へ落下させる際に空気が巻き込ま
れ、前掲の図８および図９に示したように、モールド樹
脂層Ｒｓの内部に気泡Ｖが残ることがしばしばある。そ
のために、前述のような真空オーブンを用いた脱泡工程
が必要となる。しかし、脱泡を経ることによって図１０
に示されるようにモールド樹脂層Ｒｓの表面が波状に変
形し、新たな外形形状および寸法の不安定化要因となる
おそれが大きい。そこで本発明は、実装基板上に電気的
に接続された半導体チップの樹脂モールドを行う際に、
モールド樹脂層の外形形状や寸法を安定化させると同時
にその上面を全面的に平坦化できる方法、およびこれに
用いて好適なモールド装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の目
的を達成するために検討を重ね、スクリーン方式の長所
である外形形状，寸法，および樹脂使用量の規定し易
さ、およびディスペンス方式の長所である空気巻込みの
防止し易さを組み合わせることが良好な結果をもたらす
ことを見出し、本発明を提案するに至ったものである。
すなわち本発明の半導体チップのモールド方法は、実装
基板に電気的に接続された半導体チップのモールド部位
を選択的に露出させる開口を有するマスク平板を重ね、
この開口の内部に直上から流動化状態のモールド樹脂を
注入することにより空気巻込みを防ぎ、マスク平板の上
面をこの上面に対して平坦な摺接面を有する板状部材を
摺動させることによりモールド樹脂層の表面を平坦化す
ると共に樹脂使用量を正確に規定し、しかる後にマスク
平板を実装基板から分離して、モールド樹脂層を硬化さ
せるものである。前述のスクリーンは上記マスク平板の
一例、前述のスキージは上記板状部材の一例である。

【００１１】かかるモールド方法に用いられるモールド
装置としては、マスク平板、該マスク平板の上面に対し
て平坦な摺接面を有する板状部材、および該マスク平板
の開口の内部にその直上から流動化状態のモールド樹脂
を注入するための樹脂注入手段の少なくとも三者を備え
たものが好適である。前述のシリンジは、上記樹脂注入
手段の一例である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明において、実装基板に対す
る半導体チップの電気的接続方式は、ハンダボール等の
接続手段を用いたフェイスダウン式であっても、あるい
はボンディング・ワイヤを用いたフェイスアップ式であ
ってもよい。特にボンディング・ワイヤを用いた場合に
は、密集した該ボンディング・ワイヤによる樹脂の保持
効果に起因してモールド封止樹脂層の変形がもともと生
じ易いため、これを改善するための技術として本発明が
特に有効である。

【００１３】上記実装基板としては、セラミック基板、
ガラス繊維強化エポキシ基板、樹脂モールド基板等、従
来公知のものを使用することができ、その構造も単層基
板、多層基板のいずれであってもよい。モールド樹脂も
従来公知のものを適宜選択してよく、硬化方法も光照
射、電子線照射、加熱の別を問わない。代表的なものと
しては、熱硬化性エポキシ系樹脂を挙げることができ
る。

【００１４】以下、本発明の具体的なプロセス例につい
て図１ないし図３を参照しながら説明する。図１におい
て、導体パターン２が予め形成された実装基板１の上に
半導体チップ３がペーストを用いて接着され、該半導体
チップ３の上面に配列された電極パッドとこれらの各々
に対応する導体パターン２とがボンディング・ワイヤ４
で電気的に接続されている。実装基板はたとえば厚さ
１．０ｍｍのガラスエポキシ基板、上記半導体チップ３
としてはたとえば１辺７．０ｍｍ、高さ３００μｍの正
方形のチップを使用した。この実装基板１上に、スクリ
ーン１１をセットした。このスクリーン１１は、たとえ
ば厚さ０．９ｍｍのステンレス鋼からなり、１辺１２ｍ
ｍの正方形の開口１２を備えている。実装基板１とスク
リーン１１とは、上記開口１２の中央に上記半導体チッ
プ３が露出するように位置合わせされている。

【００１５】この状態で、上記開口１２の中央部上方に
セットされたシリンジからモールド樹脂Ｒを注入した。
モールド樹脂Ｒとしては、たとえば熱硬化性のエポキシ
系樹脂を用いた。上記注入は、開口１２の内部がモール
ド樹脂Ｒで満たされるまで十分に行ったが、内部に気泡
が残ることはなかった。なお、図１ではシリンジ１３が
開口１２の中央に垂直にセットされているが、空気巻込
みを防止することができれば、開口１２の端部から注入
を行っても、あるいはシリンジ１３を傾斜させても、さ
らにあるいは開口１２の範囲内でシリンジ１３を移動さ
せながら注入を行ってもよい。なおこのとき、スクリー
ン１１上でシリンジ１３の動作に支障を及ぼさない場所
にスキージ１４が待機されている。

【００１６】図２は、このスキージ１４をスクリーン１
１の上面に平坦に摺接させるごとく矢印Ａ方向に動か
し、平坦なモールド樹脂層Ｒｓを形成している状態を示
す。このとき、開口１２内に収容し切れない余分のモー
ルド樹脂Ｒはスキージ１４に掻き取られ、除去された。
つまり、この段階で樹脂使用量が正確に規定される。こ
の後、スクリーン１１を実装基板１から分離し、加熱硬
化処理を行って図３に示されるようなモールド樹脂層Ｒ
ｓを完成させた。本発明では、この加熱硬化処理に先立
つ脱泡工程は不要であり、工数削減が可能となる。本発
明では、スクリーン１１の開口１２のプロファイルがそ
のままモールド樹脂層Ｒｓに反映され、しかもスキージ
１４で樹脂使用量が規定されるため、該モールド樹脂層
Ｒｓの外形形状や寸法は常に安定していた。また、スキ
ージ１４で平坦化された上面には常に良好な印字品質を
もって識別マークを印刷することができた。さらに、こ
の面に吸着式の治具を当接させて最終製品基板を取り扱
う際にも、吸着ミスを著しく減少させることができた。

【００１７】次に、上述のようなモールド方法に好適に
用いられるモールド装置の構成例について、図４を参照
しながら説明する。このモールド装置の主要部材は、ス
クリーン１１、シリンジ１３、およびスキージ１４であ
る。上記スクリーン１１は、ステージ１５上に水平に載
置された実装基板に重ね合わせて使用される。通常、こ
のスクリーン１１には開口１２が複数個設けられ、１枚
の実装基板上で複数個の半導体チップのモールドを一括
して行えるようになされている。

【００１８】上記スキージ１４は、周辺必要部材と共に
スキージ・アセンブリ２０としてまとめられている。こ
のスキージ・アセンブリ２０の左右端はそれぞれ水平な
ガイド・レール２２に係合されており、図示されない駆
動手段により、矢印Ｃで示されるごとく上記スクリーン
１１に対して平行な往復運動が可能とされている。スキ
ージ・アセンブリ２０は垂直なガイド・レール２１に係
合されており、図示されない駆動手段により、矢印Ｅで
示されるごとく上記スクリーン１１に対して垂直な往復
運動が可能とされている。

【００１９】上記シリンジ１３は、周辺必要部材と共に
シリンジ・アセンブリ１６としてまとめられており、該
シリンジ・アセンブリ１６は図示されない駆動手段によ
り、矢印Ａで示されるごとく上記スクリーン１１に対し
て垂直なガイド・レール１７に沿って昇降可能とされて
いる。また、このシリンジ・アセンブリ１６はさらにシ
リンジ・ブロック１８と一体化され、該シリンジ・ブロ
ック１８を介して上記スキージ・アセンブリ２０の上に
水平に固定されたガイド・レール１８に係合されること
により、図示されない駆動手段を用いた図中矢印Ｂ方向
の往復運動が可能とされている。上記スキージ・アセン
ブリ２０の運動方向（矢印Ｃ方向）と上記シリンジ・ブ
ロック１８の運動方向（矢印Ｂ方向）とは互いに直交し
ているので、これら各方向への移動量を個別に設定する
ことにより、上記シリンジ１３を平面内の任意の座標位
置に移動させることが可能である。また上記シリンジ・
ブロック１８は、スクリーン１１に対して垂直な面内で
上記ガイド・レール１８の回りに矢印Ｄ方向に沿って回
動可能とされている。これは、スキージ１４の使用時に
シリンジ１３を上方へ退避させるための機構である。

【００２０】かかるモールド装置の使用方法は、概略以
下のとおりである。まず、半導体チップの実装を終えた
実装基板をステージ１５上に載置し、該実装基板と位置
合わせをしてスクリーン１１を重ねる。次に、矢印Ｂ方
向および矢印Ｃ方向に所定の移動量を設定しながらシリ
ンジ１３を上記スクリーン１１の開口１２の直上部に移
動させ、停止するごとにシリンジ１３を矢印Ａ方向に沿
って下降させてモールド樹脂を注入し、注入が終了した
らシリンジ１３を上昇させ、隣りの開口１２の直上部に
移動させる、という動作を繰り返す。このとき、スキー
ジ１４はスクリーン１１の上面に接触しない高さに上昇
させておく。

【００２１】すべての開口１２にモールド樹脂を注入し
終わったら、シリンジ・ブロック１８を矢印Ｄ方向、た
とえば上方へ９０°回転させ、シリンジ１３を退避させ
る。次に、スキージ１４を矢印Ｅ方向に沿って下降さ
せ、矢印Ｃ方向に沿ってスクリーン１１の上面を一方向
に摺動させることにより余分なモールド樹脂を除去し、
開口１２内に残るモールド樹脂層を平坦化する。スキー
ジ１４を元の位置に後退させる時は、スクリーン１１の
上面から離した状態で行う。この後、スクリーン１１を
実装基板から分離し、実装基板をステージ１５から取り
外して後工程へ送る。このようなモールド装置によれ
ば、外形形状および寸法の精度に優れ、かつ上面が平坦
なモールド樹脂層を容易かつ効率良く形成することがで
き、量産にも極めて適している。

【００２２】以上、本発明の具体的な実施例について説
明したが、本発明は上記の実施例に何ら限定されるもの
ではない。使用するモールド樹脂は熱硬化性樹脂に限ら
れず、紫外線硬化樹脂や電子線硬化樹脂であってもよ
い。この他、半導体チップの外形形状や寸法、スクリー
ンの開口の寸法や形状、実装基板への電気的接続の形
式、モールド装置の構成等の細部については、適宜変
更、選択、組合せが可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の半導体チップのモールド方法によれば、ディスペン
ス方式とスクリーン印刷方式の双方の長所を採り入れ、
予め決められた空間内に空気を巻き込むことなくモール
ド樹脂を注入し、その上面をすり切ることにより上面の
平坦化と樹脂使用量の規定を行うので、外形形状と寸法
の精度に優れたモールド樹脂層を形成することができ
る。しかも脱泡工程を省略できる。特に、半導体チップ
がキャリア基板上にワイヤボンディングにより搭載され
る半導体チップについて、著しい精度改善効果が得られ
る。かかる精度改善により、自動位置検出装置を併用し
た最終製品の検査、測定、マーキング、詰替え、出荷と
いった様々な作業を円滑に行うことが可能となる。かか
るモールド方法は、マスク平板、底面の平らな板状部
材、および該マスク平板の開口の内部にその直上から流
動化状態のモールド樹脂を注入するための樹脂注入手段
の少なくとも三者を備えた装置を用いて容易に行うこと
が可能である。したがって本発明は、モールド工程の改
善を通じて最終製品基板上における半導体チップの実装
密度と実装信頼性を向上させ、ひいてはこの基板を搭載
した電子機器の小型軽量化、高性能化に大きく貢献する
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したプロセス例において、シリン
ジを用いてスクリーンの開口内へモールド樹脂を注入し
ている状態を示す模式的断面図である。

【図２】スキージを用いて平坦なモールド樹脂層を形成
している状態を示す模式的断面図である。

【図３】スクリーンの分離、加熱硬化を経て樹脂モール
ドが終了した状態を示す模式的断面図である。

【図４】本発明のモールド装置の一構成例を示す概略斜
視図である。

【図５】従来のディスペンス方式によるプロセス例にお
いて、実装基板上にワイヤ・ボンディングされた半導体
チップの上にシリンジからモールド樹脂を吐出している
状態を示す概略斜視図である。

【図６】樹脂モールドが終了した状態を示す概略斜視図
である。

【図７】従来のスクリーン印刷方式によるプロセス例に
おいて、スクリーン上にモールド樹脂を盛った状態を示
す模式的断面図である。

【図８】図８のモールド樹脂をスキージを用いてスクリ
ーンの開口に流し込んでいる状態を示す模式的断面図で
ある。

【図９】図８のスクリーンを実装基板から分離した状態
を示す模式的断面図である。

【図１０】脱泡によりモールド樹脂層の表面が変形した
状態を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１…実装基板 ２…導体パターン ３…半導体チップ
４…ボンディング・ワイヤ １１…スクリーン １２…
開口 １３…シリンジ １４…スキージ Ｒ…モールド
樹脂 Ｒｓ…モールド樹脂層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 実装基板に電気的に接続された半導体チ
   ップをその近傍部と共に露出させ、かつ該半導体チップ
   の実装高さよりも深い開口を有するマスク平板を該実装
   基板上に重ねる工程と、 前記開口の内部に該開口の直上から流動化状態のモール
   ド樹脂を注入し、該開口を充填する工程と、 前記マスク平板の上面で該上面に対して平坦な摺接面を
   有する板状部材を摺動させることにより、前記モールド
   樹脂からなる層の表面を該マスク平板の上面に合わせて
   平坦化する工程と、 前記マスク平板を前記実装基板から分離し、前記モール
   ド樹脂からなる層を硬化させる工程とを有することを特
   徴とする半導体チップのモールド方法。
2. 【請求項２】 前記半導体チップはワイヤ・ボンディン
   グにより前記実装基板と電気的に接続されていることを
   特徴とする請求項１記載の半導体チップのモールド方
   法。
3. 【請求項３】 実装基板に電気的に接続された半導体チ
   ップをその近傍部と共に露出させ、かつ該半導体チップ
   の実装高さよりも深い開口を有するマスク平板と、 前記開口の内部に該開口の直上から流動化状態のモール
   ド樹脂を注入するための樹脂注入手段と、 前記マスク平板の上面にて摺動される平坦な摺接面を有
   する板状部材とを備えることを特徴とするモールド装
   置。