JP2003203933A - 封止方法および封止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚さが薄い基板に実装された複数の半導体チ
ップを薄い樹脂で一括して封止する封止方法と封止装置
であって、更に、樹脂封止された基板が反らない封止方
法と封止装置を提供すること。 【解決手段】基板に実装された半導体チップ上に樹脂を
塗布する工程と、実装領域に対応する第１のキャビティ
と余剰な樹脂を貯留する第２のキャビティが下面に配設
された成形ヘッドを基板に圧接して第１キャビティに樹
脂を充満させる工程と、第１キャビティから溢れた出し
た樹脂を第２キャビティに溜める工程と、成形ヘッドを
基板に圧接した状態で、樹脂を加熱硬化させる工程と、
成形ヘッドを基板に圧接した状態で、加熱硬化した樹脂
を冷却する工程とからなる樹脂封止方法。

Description

【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方法と封止装置に関する。

【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方法と封止装置を提
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、本発明の封止方法は、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の周り
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ることを特徴とす
る。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。

【０００６】また、本発明の封止方法は、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たこと
を特徴とする。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。

【０００７】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３
０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
る冷却手段とからなることを特徴とする。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。

【０００８】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。

【０００９】更に、本発明の封止装置において、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とからなることを
特徴とする。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。

【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、２
８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１
５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１
８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１１
ａ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１
７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１
７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１
７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３
０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４
５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３
６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４
３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４
０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４
６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４
６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４
６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−Ａ
ｓ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０．５
ＫＰａ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

フロントページの続き (72)発明者 佐上 洋佑 神奈川県横浜市戸塚区上矢部町2050 デク スター株式会社内 (72)発明者 鮫島 勇樹 神奈川県横浜市戸塚区上矢部町2050 デク スター株式会社内 (72)発明者 本間 和幸 神奈川県横浜市戸塚区上矢部町2050 デク スター株式会社内 Ｆターム(参考） 5F061 AA01 BA03 CA26

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板（３）に実装された半導体チップ
   （８）を樹脂（３０）で封止する封止方法において、上
   記基板（３）を基板支持台（１１）に載置する工程と、
   上記基板支持台（１１）に載置された上記基板（３）上
   の上記半導体チップ（８）の周りに上記樹脂（３０）を
   塗布する塗布工程と、キャビティ（３１）が下面（１６
   ａ）に設けられた成形ヘッド（１６）を上記基板（３）
   に当接させて上記キャビティ（３１）内に上記樹脂（３
   ０）を充填させることにより、上記樹脂（３０）を所定
   形状に成形する成形工程と、上記樹脂を上記キャビティ
   （３１）内で加熱して硬化させる加熱工程と、硬化した
   上記樹脂（３０）を上記キャビティ（３１）内で冷却す
   る冷却工程と、上記成形ヘッド（１６）から樹脂封止さ
   れた上記基板（３）を分離する工程と、樹脂封止された
   上記基板（３）を上記基板支持台（１１）から取り外し
   次工程へ送る工程と、からなることを特徴とする封止方
   法。
2. 【請求項２】 前記塗布工程の後に、塗布された前記樹
   脂（３０）を脱ガスする工程を設けたことを特徴とする
   請求項１記載の封止方法。
3. 【請求項３】 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において、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（３
   ０）を上記キャビティ内で冷却する冷却手段と、からな
   ることを特徴とする封止装置。
4. 【請求項４】 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３記載の封止装置。
5. 【請求項５】 前記キャビティは、前記半導体チップ
   （８）を封止する前記樹脂（３０）の形状に対応した第
   １キャビティ（３１）と、前記樹脂（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請求項３又は請求
   項４記載の封止装置。