JP2005109164A

JP2005109164A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2005109164A
Application number: JP2003340850A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kohama; 力小濱
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】一括注入方式においてチップ間とチップ上を流れる樹脂流動速度差をなくし、巻き込みボイドのない半導体パッケージを提供する。
【解決手段】チップ間の樹脂流路部分に、樹脂の流れを制御するように半田ボールを搭載することで、樹脂の流れを遅くしてチップ上の元々樹脂の流れが遅い部分と流動先端をそろえ、空気の巻き込みをなくしボイドを抑える。さらに、チップ間に占める樹脂体積を削減することで、基材と樹脂の収縮バランスをとり、封入後の反りを抑制する。また、別の方法として、チップ間の樹脂流路部分に金属等のフレームを重ね合わせて封入することで樹脂の流れを阻害し、チップ上の元々樹脂の流れが遅い部分と流動先端をそろえることで、巻き込みボイドを抑える。さらに、チップ間に占める樹脂体積を削減し、基材と樹脂の収縮バランスをとり、封入後の反りを抑制する。
【選択図】図３

Description

本発明は、たとえばTBGA(TAPE BGA;BALL GRID ARRAY),PBGA(PLASTIC BGA),FPBGA(FINE PITCH BGA),TFPBGA(TAPE FINE PITCH BGA)あるいはCSP(chip size package)等の半導体パッケージの樹脂封入に関し、その樹脂流路上に意図的にパッケージ側に障害物を設けることで、樹脂流動時間差を抑制する事に関する。

特許第３１２７８８９号に記載されている内容を例にとり従来の一括封入を説明する。図７に示すように、ガラスエポキシ基板もしくはポリイミドテープをインターポーザとする基材１１上に、半導体チップ１２がマトリクス状に搭載されている封入前の半製品を、図８に示すような封入金型内にセットする。溶融された樹脂はプランジャーによる圧によりカル２９、ランナー３０、連結ゲート３１を介し基材の長辺方向から一様に注入されていく。

また、特開平５−１３６１９１号には金型のキャビティ内部に突起物を設ける方法が記載されている。

特許第３１２７８８９号公報（第３−４頁、図３）

特開平５−１３６１９１号公報（第２頁、図１）

上述した特許文献１に記載された従来の半導体装置の製造方法においては、注入された樹脂は抵抗のないチップ１２の間を速く流れていき、また逆にチップ１２上では樹脂流れは遅い。上述したように、チップ１２上とチップ１２の間での流動速度に差があるため、図９に示すように先に流れた樹脂がチップ１２上を流れる樹脂の側面や反対側からも流れてくる事になり、空気を巻き込みボイドを発生させてしまう。また、チップ１２の間の部分には基材１１と樹脂のみが存在する事になり、基材１１と樹脂との収縮差が大きい場合にはこの樹脂だけの部分で大きな反りを生じさせてしまう。これらを回避する方法として、チップ配列方向を変更して樹脂の流動速度差をなるべく無くすような方策や、製品の配列を減らすなどで対応している。但し、チップの方向を変更する場合にはワイヤーの流れを考慮しなくてはならず、長ワイヤー品などには対応が難しいなどの制限がある。

したがって、第１の問題点は、空気を巻き込みボイドを発生させてしまうことである。その理由は、パッケージの軽薄短小化の流れにより、パッケージ厚が薄くなる事でチップ上の樹脂厚も薄くなり、樹脂の流れを遅くしてしまう事である。また、同一パッケージサイズに多様なサイズのチップを搭載することがあり、これによりチップ間隔もまちまちとなることで、チップ間を流れる樹脂とチップ上を流れる樹脂の流動先端を揃えることを阻害していることである。

第２の問題は、大きな反りを生じさせてしまうことである。その理由は、チップ間の部分には基材と樹脂のみが存在する事になり、基材と樹脂との収縮差が大きい場合には、樹脂の収縮に負けて樹脂側が凹になる大きな反りを生じさせてしまうことである。

第３の問題点は、チップ配列数や配列方向が制限されることにある。その理由は、チップ配列方向によりチップ間距離を短くして樹脂の流動先端をチップ間とチップ上を揃えようとしても、ワイヤーの流れも考慮しなくてはならないことである。

以上より、本発明の目的は、チップ間とチップ上を流れる樹脂流動速度差をなくし、巻き込みボイドのない半導体パッケージを提供することにある。また、本発明の他の目的は、チップ間の樹脂収縮による影響をなくし、封入後に反りの少ないフレームを提供することにある。

また、特許文献２に記載の製造方法では、金型に突起物を作りつけるため製造条件の変更に対して柔軟に抵抗手段を変更することが困難であり、変更するならばコストがかかるという欠点がある。

本発明の半導体装置の製造方法は、一括封入のために基材上に複数個配置された個々のチップの隙間に予め障害物を設け、前記障害物は前記チップの電気的接続を妨げないエリアに配列し、前記障害物は樹脂厚、樹脂の種類、封入条件、並びに、前記チップのサイズにより、樹脂注入時の流動先端がチップ上と同じになるようその大きさ、配列が決定されることを特徴とする。また、一括封入のために基材上に複数個配置されたチップ間の隙間に予め半田ボールが搭載可能なランドを設け、前記ランドは前記チップと前記基材との電気的接続を妨げないエリアにマトリクス状に整列させ、前記チップ間の前記ランド上に搭載される前記半田ボールは、チップサイズ、樹脂厚、樹脂種類、封入条件によりその径が決定され、かつ樹脂注入時の流動先端がチップ上と同じになるよう配置することを特徴とする。また、一括封入のために基材上に複数のチップが配置されたチップエリアを避け、かつ樹脂注入時の流動先端がチップ上と同じになるような形状を有するフレームを、装着し、封入後に前記フレームのみを除去することを特徴とする。また、前記フレームの断面形状はテーパー状であることを特徴とする。

以上の方法により、チップ間の樹脂流路部分に、樹脂の流れを制御するための半田ボールを搭載することで、樹脂の流れを遅くしてチップ上の元々樹脂の流れが遅い部分と流動先端をそろえることで、空気の巻き込みをなくし巻き込みボイドを抑える。さらに、チップ間に占める樹脂体積を削減することで、基材と樹脂の収縮バランスをとり、封入後の反りを抑制する。また、別の方法として、チップ間の樹脂流路部分に金属等のフレームを重ね合わせて封入することで樹脂の流れを阻害し、チップ上の元々樹脂の流れが遅い部分と流動先端をそろえることで、空気の巻き込みをなくし巻き込みボイドを抑える。さらに、チップ間に占める樹脂体積を削減することで、基材と樹脂の収縮バランスをとり、封入後の反りを抑制する。

本発明の第１の効果は、チップ間に樹脂の流れを阻害するような障害物を搭載することで、樹脂の流れを遅くしてチップ上の元々樹脂の流れが遅い部分と流動先端をそろえることで、空気の巻き込みをなくし巻き込みボイドを抑えられる。第２の効果は、チップ間に占める樹脂体積を削減することで、基材と樹脂の収縮バランスをとり、封入後の反りを抑制して、封入後のフレームの反りを低減できる。第３の効果は、搭載する半田ボールの位置、数、サイズを変更することが可能であるため、多種多様なチップサイズに対応できる点である。第４の効果は、搭載する半田ボールの位置、数、サイズを変更することが可能であるため、多様な樹脂に対応できる。第５の効果は、ボール搭載エリアが封入キャビティサイズに内包されているため封入金型を共用できることである。

次に、本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、ガラスエポキシ基板もしくはポリイミドテープをインターポーザとする基材１上に、半導体チップ２が搭載されている。半導体チップ２とインターポーザ１の固定は絶縁ペーストあるいは絶縁テープを介して行われ、電気的接続は金線を用いたワイヤーボンディングやチップ裏面に設けられたバンプとインターポーザ上のバンプを直接接合するフリップチップ接合等で行われている。

図２のように、チップ２間の隙間には予め半田ボール４が搭載可能なランド３が設けられており、ランド３はチップ２とインターポーザ１との電気的接続を妨げないエリアにマトリクス状に整列されており、ランド径は樹脂厚やチップサイズによりその径が決定されている。チップ２間に搭載される半田ボール４は、チップサイズ、樹脂厚、樹脂種類、封入条件によってランダムに配置が可能であり、またボール径を変更することで高さ方向の変更も容易である。

図１のような場合、封入樹脂が基材１の長辺側から注入されると、封入樹脂は流動抵抗の少ないチップ２間を先に流れていくが、元来、流動抵抗のないチップ２間部分に半田ボール４を搭載しておくことで、図３に示すようにチップ２上を流れる樹脂と流動先端を揃えることが可能となる。チップ２間のランド３への半田ボール４搭載は、マニュアル搭載方法や既存のボールマウンターを流用した自動搭載が可能である。半田ボール４の配置については、チップサイズ、樹脂厚、樹脂種類、封入条件によって、樹脂流動先端がチップ２上と同じくなるようにランダムに配置することが可能である。なお、図４はワイヤーボンディングの場合の封入後の断面図を示している。

次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、ガラエポ基板もしくはポリイミドテープをインターポーザとする基材１上に、半導体チップ２が搭載されている。半導体チップ２とインターポーザ１の固定は絶縁ペーストあるいは絶縁テープを介して行われ、電気的接続は金線を用いたワイヤーボンディングやチップ裏面に設けられたバンプとインターポーザ上のバンプを直接接合するフリップチップ接合等で行われている。これに図５に示すチップエリアを避けた形状を有するフレーム５を、図６のように貼り合わせることでチップ２の隙間を埋めて、基材１の長辺側から注入された封入樹脂のチップ２上とチップ２間の樹脂の流動先端を揃えることが可能となる。封入後には、フレーム５のみを除去することで、製品は次工程へ送ることができ、フレーム５は再利用可能である。図５の矢視Ａ−Ａに示すとおり、フレーム５の断面形状はテーパーとなっており、フレーム５除去を容易にしている。

本発明の第１の実施形態を示す概略図で基材上に、半導体チップが搭載されている状態を示す。第１の実施形態における概略図で流動抵抗のないチップ間部分に半田ボールを搭載した様子である。第１の実施形態における概略図である。チップ上を流れる樹脂と流動先端を揃えることが可能となる。第１の実施形態における概略図で封入後の断面図を示している。本発明の第２の実施形態の概略図でチップエリアを避けた形状を有するフレームを示している。本発明の第２の実施形態の概略図でフレームを、基材に貼り合わせた様子を示す。従来の形態の概略図で基材上に、半導体チップがマトリクス状に搭載されている封入前の半製品を示している。従来の形態の概略図で封入前の半製品を封入金型内にセットした様子を示す。従来の形態における概略図で空気を巻き込みボイドを発生する様子である。

符号の説明

１基材
２半導体チップ
３ランド
４半田ボール
５フレーム
６ワイヤー
７樹脂
１１基材
１２チップ
２９カル
３０ランナー
３１連結ゲート

Claims

一括封入のために基材上に複数個配置された個々のチップの隙間に予め障害物を設け、この障害物は前記チップの電気的接続を妨げないエリアに配列し、かつ横方向からの樹脂注入時の流動先端がチップ上と略同じになるようその大きさ、配列が決定されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記基材上に複数個配置された前記個々のチップの隙間に予め半田ボールが搭載可能なランドを設け、このランドは前記個々のチップと前記基材との電気的接続を妨げないエリアにマトリクス状に整列させ、前記ランド上に樹脂注入時の流動先端がチップ上と同じになるよう選択的に半田ボールを搭載したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
一括封入のために基材上に複数のチップが配置されたチップエリアを避け、かつ横方向からの樹脂注入時の流動先端がチップ上と略同じになるような形状を有するフレームを、装着し、封入後に前記フレームのみを除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記フレームの断面形状はテーパー状であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
前記フレームを再利用することを特徴とする請求項３,４に記載の半導体装置の製造方法。