JP2005167242A

JP2005167242A - ゆがみ防止パッケージおよびその製造方法

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Publication number: JP2005167242A
Application number: JP2004344216A
Authority: JP
Inventors: Kuo-Chung Yee; 國寵余
Original assignee: Advanced Semiconductor Engineering Inc
Current assignee: Advanced Semiconductor Engineering Inc
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2024-11-29
Also published as: US7352071B2; US20050116359A1; TWI231578B; JP4184333B2; TW200520178A

Abstract

【課題】パッケージング基板と、チップと、および構造強化材からなるゆがみ防止パッケージを提供する。
【解決手段】チップがパッケージング基板の上面に配置され、構造強化材が、パッケージング基板の下面側の、チップを囲む領域の真下に相当する位置に配置され、構造強化材を配置することにより、チップをモールディング化合物で包み込む時に、パッケージング基板をゆがませようとする力が相殺されるゆがみ防止パッケージ。
【選択図】図１

Description

本発明はパッケージ構造に関する。より詳しくは、ゆがみ防止パッケージおよびその製造方法に関する。

半導体パッケージングプロセスは、概略、ウェハーソーイングと、チップ載置と、ワイヤボンディングと、モールディングと、プリンティングと、およびパッケージングの一連の工程に分けることができる。前記一連の工程の一つであるモールディングの目的は、水分の侵入を防ぐバリアの提供と、内部で発生した熱を外部に放散させる役割と、手で持ちやすい形にするためと、および内部の電子デバイスを外部の電子デバイスから電気的に絶縁するためである。通常、前記モールディングプロセスは、半導体チップまたは電子デバイスが載置された基板をモールドの内側に置く工程と、ある量の固体のエポキシモールディング化合物を加熱して液体にする工程と、およびプランジャーを介して加圧しながら前記液体となったモールディング化合物をモールド内部のモールドキャビティーに注入する工程からなる。最終的に、前記モールディング化合物が前記基板上の前記半導体チップまたは電子デバイスを包み込み、気密性のパッケージが形成される。前記モールディング化合物を硬化させた後、前記パッケージを前記モールドから取りはずす。

大量のパッケージを製造するためには、複数の半導体チップまたは電子デバイスがパッケージング基板上に配置され、すべての部品が同時にモールディング化合物によって封入される。その後、前記パッケージング基板は裁断され、複数の個々に独立したパッケージユニットが作られる。しかし、カプセル封入するために用いられる前記モールディング化合物の材料と、前記パッケージング基板の材料は、通常、異なった熱膨張率を有する。そのため、硬化プロセスの温度変化にともない、前記パッケージング基板および前記モールディング化合物の間の膨張または収縮の度合いが応力を発生させ、前記パッケージング基板にゆがみを生じる可能性がある。一般に、硬化温度が高いほど、および、硬化時間が長いほど、前記パッケージング基板のゆがみの程度が大きくなる。そのため前記パッケージング基板の裁断がより困難になる。しかも前記半導体チップおよび前記電子デバイスは前記パッケージング基板に接合されているため、前記パッケージ内部でゆがみを生じさせる力がほんのわずかなものであっても前記半導体チップまたは前記電子デバイスに伝わり、曲げトルクとして作用する可能性がある。前記曲げトルクが過度に大きくなると、前記半導体チップまたは前記電子デバイスが損傷を受ける可能性がある。

しかしながら、上述したパッケージ構造を有するランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）パッケージ構造などの光学デバイスでは、前記パッケージング基板のゆがみの程度が大幅に増加する可能性がある。その理由は前記モールディング化合物として透明な樹脂を使う必要があるためである。通常、透明なパッケージング樹脂の熱膨張率は、ほとんどの不透明なパッケージング樹脂の熱膨張率よりも大きく、そのため、前記パッケージング基板のゆがみの程度が増加する。したがって、モールディング後に起こるゆがみを最小限に抑えることの可能な構造を有するパッケージング基板を提供する必要がある。

以上から、本発明の目的は、ゆがみを防止するパッケージ構造を提供することであり、本発明のパッケージング基板により、ゆがんだパッケージング基板に起因する問題点および欠点が解決される。

本発明の目的は、パッケージ構造の製造方法を提供することであり、本発明のパッケージング基板により、ゆがんだパッケージング基板に起因する問題点および欠点を防止できる。したがって、パッケージ製造の歩留まりおよび信頼性を向上できる。

本明細書に実施例を示し概略を説明するように、本発明の目的は、ゆがみを防止するパッケージ構造を提供することである。前記パッケージ構造は、パッケージング基板と、チップと、構造強化材を備えている。前記チップは、前記パッケージング基板の上面に配置される。前記構造強化材は、前記パッケージング基板の下面側の、前記チップを囲む領域の真下に相当する位置に配置される。前記チップをモールディング化合物で封入する時に生じる前記パッケージング基板をゆがませようとする力は、構造強化材を配置することにより相殺される。

本発明の目的は、以下のステップからなるパッケージの製造方法を提供することである。初めにパッケージング基板を用意する。チップは、前記パッケージング基板の上面に配置される。その後、構造強化材は、前記パッケージング基板の下面側の、前記チップを囲む領域の真下に相当する位置に配置される。その後、前記パッケージング基板上の前記チップを包み込む形でカプセルが形成される。カプセルが形成された後、前記パッケージング基板は裁断され、複数の個別のパッケージユニットが作られるとともに、前記構造強化材が除去される。個々のパッケージユニットには前記チップが搭載されている。本発明の一実施例では、カプセルは例えば以下のようなステップにしたがって形成される。初めに、上部モールドと、下部モールドと、ゲートを有するカプセル形成用モールドを用意する。前記上部モールドには前記チップに対応するモールドキャビティーがある。前記下部モールドには前記構造強化材に対応するランナーがある。前記ゲートは前記カプセル形成用モールドの端部近辺に位置し、前記上部モールドのキャビティーおよび前記下部モールドのキャビティーの両方を接続している。前記パッケージング基板は前記カプセル形成用モールドの前記上部モールドおよび前記下部モールドの間に設置され、前記チップは前記モールドキャビティーに収まり、前記構造強化材は前記ランナーモールドキャビティーに収まる。その後、前記ゲートを介してモールディング化合物が注入され、前記パッケージング基板上の前記チップおよび前記構造強化材を包み込む。

したがって、本発明は、パッケージング基板の下部に構造強化材を配置した後、引き続いてモールディングプロセスを実施することで、前期パッケージング基板のチップを配置している領域をゆがませようとする力を相殺する。したがって、前記パッケージ構造はゆがんだパッケージング基板に起因するすべての問題点および欠点を防ぐことができる。

前記の概要および以下に記す詳述は、ともに模範的な例を示すものであり、本発明のより詳しい説明は特許請求の範囲に記載される。

本発明の好ましい実施例の詳細について記述する。好ましい実施例が添付図に示される。どのような場合でも可能であれば、同一の、または、類似の部分を示すために、図面および明細書本文において同一の参照番号を使用する。

図１は、本発明の一実施例のパッケージ構造の平面図である。図２は、本発明の一実施例のパッケージ構造の下面図である。図３は、図１の線Ａ−Ａについての横断面図である。図１と、図２と、および図３に示したように、パッケージング基板１０は上面１２および下面１４を有する。パッケージング基板１０の上面１２に、例として、２つのチップ配置領域１６が明示される。個々のチップ配置領域１６にはチップ１８が載置される。チップ１８はチップ配置領域１６内にアレー状に整然と並べて配置される。また個々のチップ配置領域１６を囲む周辺領域２０が前記パッケージング基板１０に明示される。さらに、構造強化用リング２２は、図２に示したように、下面１４の、個々の周辺領域２０の真下に相当する領域に配置される。

図４は、パッケージ基板上の構造強化用リングの配置方法を示す見取り図である。図４に示したように、構造強化用リング２２の下面２４は、下に突き出た複数の位置決めピン２６を有する。さらに、位置決めピン２６は構造強化用リング２２の下面２４に均等に配置される。加えて、パッケージング基板１０の下面１４は複数の位置決めホール２８を有し、位置決めホールの位置は位置決めピン２６に対応する。構造強化用リング２２は、位置決めピン２６および対応する位置決めホール２８を介して、パッケージング基板１０の下面１４に堅固に取り付けられる。望ましくは、構造強化用リング２２の下面２４に接着剤を塗布し、構造強化用リング２２をパッケージング基板１０の下面１４に永久に接合する。

本発明の一実施例では、構造強化用リング２２は耐熱性プラスチックあるいは金属を用いて製造される。通常、構造強化用リング２２の材料は、少なくとも耐熱性モールディング化合物の融点温度に耐える必要がある。そのような材料を用いることで、構造強化用リング２２はパッケージング基板のゆがみを防ぐことができる。

図５は、図３に示すパッケージング基板がカプセル形成用モールドの中にどのように配置されるかを示す横断面図である。本実施例では、モールド３０内部で、パッケージング基板１０の下面１４が上方を向き、パッケージング基板１０の上面１２が下方を向いている。カプセル形成用モールド３０は、下部モールド３２と、上部モールド３４と、およびゲート３６を有する。下部モールド３２は、パッケージング基板１０の上面１２と相対し、２つのモールディングキャビティー３８を備えている。それら２つのモールディングキャビティーの中にはチップ配置領域１６内のチップ１８が収まり、チップ１８をおおう形でモールディング化合物を注入するためのスペース４０がある。上部モールド３４は、パッケージング基板１０の下面１４と相対し、２つのリング状のランナー４２を備えている。それら２つのリング状のランナーの中には構造強化用リング２２が収まり、構造強化用リング２２をおおう形でモールディング化合物を注入するためのスペース４４がある。さらに、ゲート３６は、カプセル形成用モールド３０の上部モールド３４に設置され、図示されていない他のランナーを介してモールディングキャビティー３８およびリング状のランナー４２につながっている。パッケージング基板１０をモールドするために、モールディング化合物４６がゲート３６の中に注入され、モールディングキャビティー３８およびリング状のランナー４２によって決められたスペ−ス４０および４４に充填される。このようにして、チップ１８および構造強化用リング２２は、図６に示されるようにモールディング化合物４６により包み込まれる。

注目すべきは、モールド３０内部で、パッケージング基板１０の下面１４が上方を向き、それにより、モールドが注入されている間に構造強化用リング２２がパッケージング基板１０の下面１４からはずれるのを防いでいる点である。しかしながら、構造強化用リング２２がパッケージング基板１０の下面１４に、ラッチまたは接着剤を塗布した位置決めピン２６を用いるなど、何らかの方法を介して固定されている場合、モールドが注入されている間、パッケージング基板１０の下面１４を下方に向けておくことが可能である。

モールディングプロセスおよびその後に引き続く硬化プロセスを完了した時のパッケージング基板の平面図および下面図を図７および図８に示す。硬化したモールディング化合物４６がパッケージング基板１０の上面１２のチップ１８を包み込み、チップを包み込むカプセル５０を形成する。同様に、硬化したモールディング化合物４６がパッケージング基板１０の下面１４の構造強化用リング２２を包み込み、構造強化用リングを包み込むカプセル４８を形成する。最後に、シンギュレーションプロセスにおいて、パッケージング基板１０が裁断され個別のパッケージユニットが形成される。個々のパッケージユニットの中にはチップ１８が包み込まれている。シンギュレーションプロセスにおいて、構造強化用リング２２は、線Ｃ−Ｃと、Ｄ−Ｄと、Ｃ１−Ｃ１と、およびＤ１−Ｄ１に沿って裁断され除去される。

本発明の最も良い実施例はオプティカルランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）パッケージの製造への応用である。本発明をオプティカルＬＧＡパッケージの製造に応用する場合、図７のチップ１８は光学デバイスを含み、チップ１８を包み込むモールディング化合物４６は透明な樹脂である。注目すべきは、本発明のパッケージング基板は、透明なモールディング樹脂およびパッケージング基板の間の熱膨張率の差から生じる基板をゆがませるほんのわずかな力をも相殺可能な構造を有する点である。

図９は、４つのチップ配置領域を有するパッケージのモールドされた構造を示す平面図である。図１０は、４つのチップ配置領域を有するパッケージのモールドされた構造を示す下面図である。本実施例では、パッケージング基板１０の上面１２は全部で４つのチップ配置領域１６を有する。個々のチップ配置領域１６にはチップ１８が載置される。さらに、構造強化用リング２２は、パッケージング基板１０の下面１４の側の、チップ配置領域１６周辺領域の真下に相当する位置に配置され、パッケージング基板１０を強化する。その後、カプセルが形成されパッケージング基板上のチップを包み込む。本実施例では、モールディング化合物が注入され、チップ１８を包み込むチップカプセルが形成される。さらに、構造強化材を包み込むカプセルがモールディングプロセスにより形成され、例えば、個々の構造強化用リング２２を包み込む。最後に、構造強化用リング２２はシンギュレーションプロセスにおいて除去され、パッケージング基板は、チップ１８を包み込んでいる個々のパッケージユニットに裁断される。

前述の実施例によれば、本発明は複数のチップ配置領域を有するパッケージング基板に応用可能である。パッケージング基板の下面側の、個々のチップ配置領域に対応する位置に構造強化用リングを配置することにより、モールド注入に起因して生じるパッケージング基板をゆがませようとする力が相殺される。

本発明の別の実施例では、図１０の構造強化用リング２２は、図１１に示すような複数の構造強化用バー２２ａで代替可能であり、それによりパッケージング基板のゆがみを防止できる。さらに、注目すべきは、パッケージング基板の下面１４の構造強化用リングまたは構造強化用バーによって包み込まれ補強されるチップ配置領域の数は１ヶ所または２ヶ所に制限されない点である。一般に、複数のチップ配置領域を補強するために、複数の構造強化用リングまたは構造強化用バーを用いることが可能である。

要約すれば、本発明の一つの主要な特徴は、パッケージング基板の下面に構造強化用リングまたはひとまとまりの構造強化用バーなどの構造強化材を配置し、パッケージング基板の構造強度を強めることである。さらに、チップおよび構造強化材をモールディング化合物で包み込みカプセルを形成するプロセスで、構造強化材は、パッケージング基板の上面および下面の間の熱膨張率の差から生じる基板をゆがませる力をも相殺可能である。最終的に、パッケージング基板に生じるゆがみの総量は実質的に最小限に抑えられる。

本発明の範囲または本旨を離れることなく、本発明の構造に様々な変更および変形を加えることができることは、当業者にとっては明らかであろう。したがって、本発明の変更および変形は、それらが添付のクレームおよびクレームの相当物の範囲に該当する限り、本発明に含まれるものである。

本発明のより深い理解のために本明細書の一部として図面を添付する。添付図面は本発明の実施例を示し、明細書本文とともに本発明の本質を説明するものである。
本発明の一実施例のパッケージ構造の平面図である。本発明の一実施例のパッケージ構造の下面図である。図１の線Ａ−Ａについての横断面図である。パッケージング基板上の構造強化用リングの配置方法を示す見取り図である。図３に示すパッケージング基板がカプセル形成用モールドの中にどのように配置されるかを示す横断面図である。モールド内部にモールディング化合物を注入した後の図５に示すパッケージング基板の状態を示す横断面図である。モールディングおよび硬化後のパッケージ構造全体を示す平面図である。モールディングおよび硬化後のパッケージ構造全体を示す下面図である。４つのチップ配置領域を有するパッケージのモールドされた構造を示す平面図である。４つのチップ配置領域を有するパッケージのモールドされた構造を示す下面図である。本発明の他の実施例によるパッケージング基板の上の構造強化用バーを示す平面図である。

Claims

上面および下面を有し、前記上面に少なくともチップ配置領域を有するパッケージング基板と、
前記チップ配置領域に配置された第１のチップと、
前記パッケージング基板の前記下面の側の、前記チップ配置領域の周辺領域の真下に相当する位置に配置される構造強化材と、
を有することを特徴とするゆがみ防止パッケージ。
請求項１に記載のパッケージにおいて、さらに、前記チップ配置領域内の前記第１のチップを包み込むチップカプセル、および、前記構造強化材を包み込む構造強化材カプセルを有することを特徴とするパッケージ。
請求項２に記載のパッケージにおいて、前記チップカプセルおよび前記構造強化材カプセルの材質が透明なモールディング樹脂からなることを特徴とするパッケージ。
請求項３に記載のパッケージにおいて、前記第１のチップが光学デバイスからなることを特徴とするパッケージ。
請求項１に記載のパッケージにおいて、さらに、複数の第２のチップを有し、前記第１のチップおよび前記第２のチップが前記チップ配置領域内にアレー状に整然と並べて配置されることを特徴とするパッケージ。
請求項１に記載のパッケージにおいて、前記パッケージング基板の前記下面に複数の位置決めホールを有し、前記構造強化材が、位置決めホールに対応する複数の位置決めピンを有することにより、前記位置決めピンが前記位置決めホールに差し込まれ、前記構造強化材が前記パッケージング基板に堅固に固定されることを特徴とするパッケージ。
請求項１に記載のパッケージにおいて、前記構造強化材が構造強化用リングからなることを特徴とするパッケージ。
請求項７に記載のパッケージにおいて、前記構造強化材の材質が金属からなることを特徴とするパッケージ。
請求項７に記載のパッケージにおいて、前記構造強化材の材質がプラスチックからなることを特徴とするパッケージ。
請求項１に記載のパッケージにおいて、前記構造強化材が複数の構造強化用バーからなることを特徴とするパッケージ。
請求項１０に記載のパッケージにおいて、前記構造強化材の材質が金属からなることを特徴とするパッケージ。
請求項１０に記載のパッケージにおいて、前記構造強化材の材質がプラスチックからなることを特徴とするパッケージ。
次の段階からなるパッケージの製造方法であって、
上面および下面を有し、前記上面にチップ配置領域を有するパッケージング基板を用意し、
前記チップ配置領域にチップを配置し、前記パッケージング基板の前記下面の側の、前記チップ配置領域の周辺領域の真下に相当する位置に構造強化材を配置し、
前記パッケージング基板上の前記チップを包み込むカプセルを形成し、
前記パッケージング基板を裁断して、複数のパッケージユニットを形成するとともに前記構造強化材を除去し、個々のパッケージユニットは前記チップを包み込んでいること、
を特徴とするパッケージの製造方法。
請求項１３に記載の方法において、前記ゲートを介して前記モールドの中に前記モールディング化合物を注入する際、前記パッケージング基板の下面が上方を向き、前記パッケージング基板の上面が下方を向いており、そのようにして、前記パッケージング基板が上下逆さの状態で前記モールディング化合物を注入することを特徴とする方法。
請求項１３に記載の方法において、前記モールディング化合物が透明なモールディング樹脂からなることを特徴とする方法。
請求項１５に記載の方法において、前記チップが光学デバイスからなることを特徴とする方法。
請求項１３に記載の方法において、個々のパッケージユニットがランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）パッケージからなることを特徴とする方法。
請求項１３に記載の方法において、複数の位置決めホールが前記パッケージング基板の下面に配置され、位置決めホールに対応する複数の位置決めピンが前記構造強化材に配置され、それにより、前記位置決めピンが前記位置決めホールに差し込まれ、前記構造強化材が前記パッケージング基板に堅固に固定されることを特徴とする方法。
請求項１３に記載の方法において、前記構造強化材が構造強化用リングからなることを特徴とする方法。
請求項１９に記載の方法において、前記構造強化材の材質が金属からなることを特徴とする方法。
請求項１９に記載の方法において、前記構造強化材の材質がプラスチックからなることを特徴とする方法。
請求項１３に記載の方法において、前記構造強化材が複数の構造強化用バーからなることを特徴とする方法。
請求項２２に記載の方法において、前記構造強化材の材質が金属からなることを特徴とする方法。
請求項２２に記載の方法において、前記構造強化材の材質がプラスチックからなることを特徴とする方法。
請求項２２に記載の方法において、前記パッケージング基板上の前記チップを包み込む前記カプセルの形成方法が、
上部モールドと、下部モールドと、およびゲートを有するカプセル形成用モールドを用意し、前記下部モールドは、前記チップに対応するモールディングキャビティーを有し、前記上部モールドは、前記構造強化材に対応するランナーを有し、前記ゲートは、前記カプセル形成用モールド上に設置され前記モールディングキャビティーおよび前記ランナーの両方を接続し、
前記パッケージング基板を前記カプセル形成用モールドの前記上部モールドおよび前記下部モールドの間に設置し、前記チップが前記モールディングキャビティーの中に収まり、前記構造強化材が前記ランナーの中に収まり、
モールディング化合物を前記ゲートを通して前記モールドの中に注入し、パッケージング基板上の前記チップおよび前記構造強化材を包み込む、
ことを特徴とする方法。