JP2007109719A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製品エリアを小さくすることなく、基板のカル側ランナーがまたがる端辺とは別の端辺と下金型の凹部の側壁との間の隙間に樹脂バリが発生するのを防ぐことができる半導体装置の製造方法を得る。
【解決手段】半導体チップを搭載した基板を下金型の凹部内に載置し、基板を下金型と上金型で挟むことで形成されるキャビティ内に、カルからカル側ランナーを介して樹脂を充填して半導体チップを封止する半導体装置の製造方法において、キャビティ内に樹脂を充填する際に、キャビティ内の樹脂を基板の外側に設けられたオーバーフローキャビティにオーバーフローキャビティランナーを介してオーバーフローさせ、カル側ランナーとオーバーフローキャビティランナーが基板の同じ側の端辺をまたがるようにする。
【選択図】図３

Description

本発明は、モールド・アレイ・パッケージ（mold array package 以下、ＭＡＰという。）による半導体装置の製造方法に関するものである。

ＭＡＰによる半導体装置の製造方法は、基板上に複数の半導体チップを配列し、基板を下金型と上金型で挟み、キャビティ内に樹脂を充填して、複数の半導体チップを一括して封止した後に、基板及び樹脂を半導体チップ毎に切断して個別の半導体装置を製造する方法である（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開２０００−１２５７８号公報 特開２００５−１２９７８３号公報

樹脂封止の際にキャビティ内で発生した表面ボイドを除去するために、キャビティ内の樹脂を製品領域外に設けたオーバーフローキャビティにオーバーフローさせる方法が提案されている。この方法について図２３を参照しながら説明する。まず、基板１を下金型３と上金型２で挟む。次に、キャビティ４内に、カル５からカル側ランナー６を介して樹脂を充填する。そして、キャビティ４に注入された樹脂を、カル５と反対側の基板１上に設けられたオーバーフローキャビティ７にオーバーフローさせる。

しかし、この方法では、基板１上にオーバーフローキャビティ７を設ける領域を確保する必要があるため、製品エリアが小さくなるという問題があった。製品エリアが小さくなると、基板から採れるパッケージ数が少なくなり、パッケージのコストアップにつながる。この問題は特許文献１の発明でも同様に存在する。

そこで、図２４に示すように、オーバーフローキャビティ７を基板の外側に設け、キャビティ４内の樹脂をオーバーフローキャビティ７にオーバーフローキャビティランナー８を介してオーバーフローさせる方法が考えられる。これならば、基板１の製品エリアを小さくしなくても十分な体積のオーバーフローキャビティを形成することができる。

しかし、この方法では、基板１のカル側ランナー６がまたがる端辺と下金型３の凹部の側壁との間の隙間に樹脂バリ９が発生するだけでなく、基板１のオーバーフローキャビティランナー８がまたがる端辺と下金型３の凹部の側壁との間の隙間にも樹脂バリ１０が発生する。そして、金型に対する基板の位置決めをカル側で行っている関係で、カル側の基板側面に形成される樹脂バリ９の幅は０．１ｍｍ程度と小さいのに対し、オーバーフローキャビティ側の樹脂バリ１０の幅は、位置決めから遠い分、基板１の寸法公差が大きくなるため、０．２ｍｍ程度になってしまう。これらの樹脂バリ９，１０はその後の工程でゴミとなって、製品に打ち込まれて不良の原因となり、装置内に散乱して動作不具合を引き起こす。また、樹脂封止工程後に、基板側面を使って位置決めを行い、半導体装置の電気特性試験を行う場合には、樹脂バリ１０によって位置ズレが発生する。そして、現在は、樹脂バリを手作業で除去しており、人手作業によるコストアップ、フレーム破損が問題となっている。

また、特許文献２には、テーパピンの先端のテーパ部分を基板に設けられたテーパピン用穴の開口縁部に圧接させて、カル側の基板の端辺を下金型の凹部の側壁に圧接させて、両者の間の隙間を無くし、カル側の基板の側面に樹脂バリが発生するのを防ぐ方法が記載されている。

しかし、この方法では、オーバーフローキャビティ側の基板側面に樹脂バリが発生する場合は、その問題を解決することができない。また、テーパピンにより基板を移動させるために、基板を位置決めする位置決めピンに遊びを設ける必要があった。このため、基板を下金型に載置する際に基板を正確に位置決めすることができず、基板が下金型の凹部から飛び出したまま位置決めされて上金型と下金型に基板が挟まれて基板や金型が破損するという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その第１の目的は、製品エリアを小さくすることなくオーバーフローキャビティを設置し、基板のカル側ランナーがまたがる端辺とは別の端辺と下金型の凹部の側壁との間の隙間に樹脂バリが発生するのを防ぐことができる半導体装置の製造方法を得るものである。

また、本発明の第２の目的は、基板を下金型に載置する際に基板を正確に位置決めし、かつ基板の端辺と下金型の凹部の側壁との間の隙間に樹脂バリが発生するのを防ぐことができる半導体装置の製造方法を得るものである。

請求項１に係る半導体装置の製造方法は、半導体チップを搭載した基板を下金型の凹部内に載置し、基板を下金型と上金型で挟むことで形成されるキャビティ内に、カルからカル側ランナーを介して樹脂を充填して半導体チップを封止する半導体装置の製造方法において、キャビティ内に樹脂を充填する際に、キャビティ内の樹脂を基板の外側に設けられたオーバーフローキャビティにオーバーフローキャビティランナーを介してオーバーフローさせ、カル側ランナーとオーバーフローキャビティランナーが基板の同じ側の端辺をまたがるようにする。

また、請求項４に係る半導体装置の製造方法は、半導体チップを搭載した基板を下金型の凹部内に載置し、基板を下金型と上金型で挟むことで形成されるキャビティ内に、カルからカル側ランナーを介して樹脂を充填して半導体チップを封止する半導体装置の製造方法において、基板を下金型に載置する際に、下金型に設けられた位置決めピンを基板に設けられた位置決め穴に貫通させて基板を位置決めし、基板を下金型と上金型で挟む際に、上金型に設けられたテーパピンの先端のテーパ部分を基板に設けられたテーパピン用穴の開口縁部に圧接させて、基板のカル側ランナーがまたがる端辺を下金型の凹部の側壁に圧接させ、位置決めピンとして、位置決めピンを位置決め穴に貫通させる際には基板を正確に位置決めし、基板を下金型と上金型で挟む際には基板の位置決めに遊びを持たせる機能を有するものを用いる。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

請求項１に係る発明により、製品エリアを小さくすることなくオーバーフローキャビティを設置し、基板のカル側ランナーがまたがる端辺とは別の端辺と下金型の凹部の側壁との間の隙間に樹脂バリが発生するのを防ぐことができる。

また、請求項４に係る発明により、基板を下金型に載置する際に基板を正確に位置決めし、かつ基板の端辺と下金型の凹部の側壁との間の隙間に樹脂バリが発生するのを防ぐことができる。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。

まず、図1に示すように、基板１上に複数の半導体チップ１１，１３及びスペーサ１２を搭載する。図２は、半導体チップの積層構造を示す断面図であり、図３はその平面図である。半導体チップ１１，１３をそれぞれワイヤ１４により基板１に接続する。また、基板１には位置決め穴１５とテーパピン用穴１６が設けられている。

図４は上金型を示す上面図であり、図５は下金型を示す上面図である。上金型２には、カル５、カル側ランナー６の一部、オーバーフローキャビティ７、オーバーフローキャビティランナー８の一部、位置決めピン受け部１７、及びテーパピン１８が設けられている。一方、下金型３には、カル５、カル側ランナー６の一部、オーバーフローキャビティランナー８の一部、基板１を載置するための凹部１９、キャビティ４及び位置決めピン２０が設けられている。本実施の形態においては、キャビティ４が下金型に形成される場合を示すが、これに限られる物ではなく、キャビティ４が上金型に形成され、基板１の半導体チップ１１，１３が搭載された面を上向きに載置して、樹脂封止する場合に本発明を適用することも可能である。

次に、基板１を下金型３の凹部１９内に、半導体チップ１１，１３がキャビティ４内に配置されるように載置し、図６に示すように、基板１を下金型３と上金型２で挟んだ状態で、キャビティ４内に、カル５からカル側ランナー６を介して樹脂を充填して複数の半導体チップ１１，１３を一括して封止する。その後、基板１の裏面上の端子に半田ボールを取り付けた後に、図７に示すように、基板１及び樹脂２１を半導体チップ１１，１３ごとに切断し、個別の半導体装置を得る。

ここで、キャビティ４内に樹脂を充填する際に、キャビティ４内の樹脂を基板１の外側に設けられたオーバーフローキャビティ７にオーバーフローキャビティランナー８を介してオーバーフローさせる。これにより、キャビティ４内で発生した表面ボイドを除去することができる。

そして、図８に模式的に示したように、カル側ランナー６とオーバーフローキャビティランナー８が基板１の同じ側の端辺をまたがるようにする。これにより、基板１のカル側ランナー６がまたがる端辺と下金型３の凹部１９の側壁との間の隙間にのみに樹脂バリ９が発生する。即ち、樹脂が基板１のカル側ランナー６がまたがる端辺とは別の端辺をまたがないようにすることで、基板１の別の端辺と下金型３の凹部１９の側壁との間の隙間に樹脂バリが発生するのを防ぐことができる。

また、オーバーフローキャビティ７の容量をキャビティ４の容量の１／６以上にするのが好ましい。例えば、キャビティ４内に充填できる樹脂が３ｇの場合に、オーバーフローキャビティ７内に充填できる樹脂が０．５ｇ以上になるようにするのが好ましい。これにより、キャビティ４内の樹脂を充分にオーバーフローさせることができるため、キャビティ４内で発生した表面ボイドをより確実に除去することができる。

そして、オーバーフローキャビティランナー８とキャビティ４の連結部を、キャビティ４を図８に破線で示すように１６個の領域に等しく分割した場合に、樹脂がキャビティ４に最後に充填される領域に設けるのが好ましい。これにより、キャビティ４内が樹脂で充満されてから、オーバーフローキャビティ７に樹脂が流出し続ける時間、及び樹脂の流量をより確保することができ、キャビティ４内で発生した表面ボイドをより確実に除去することができる。

また、基板１を下金型３に載置する際に、下金型３に設けられた位置決めピン２０を基板１に設けられた位置決め穴１５に貫通させて基板１を位置決めする。ここで、本実施の形態に係る位置決めピン２０は、図９に示すように、先端部２０ａが本体部２０ｂよりも細く、下端がスプリング２３を介して下金型３に接続されている。そして、基板１を下金型３に載置する際には本体部２０ｂが位置決め穴１５を貫通する。また、図１０に示すように、基板１を下金型３と上金型２で挟む際にはスプリング２３が縮んで先端部２０ａが位置決め穴１５を貫通する。これにより、位置決めピン２０は、基板１を下金型３に載置する際には基板１を正確に位置決めし、基板１を下金型３と上金型２で挟む際には基板１の位置決めに遊びを持たせる機能を有する。また、図１１に示すように、位置決めピン２０の本体部２０ｂが位置決め穴１５に挿入された状態では、基板１が凹部１９からはみ出すことがないように、本体部２０ｂのカルと反対側の側面と、位置決め穴１５のカルと反対側の内面とのクリアランスＢは、基板１のカル側の側面と凹部１９のカル側の側面とのクリアランスＡよりも小さくしておくことが好ましい。位置決めピン２０の先端部２０ａが位置決め穴１５に挿入された状態では、基板１のカル側側面を、凹部１９のカル側側面に寄せるための遊びを十分に確保することができるように、先端部２０ａのカルと反対側の側面と、位置決め穴１５のカルと反対側の内面とのクリアランスＣは、基板１のカル側の側面と凹部１９のカル側の側面とのクリアランスＡよりも大きくしておくことが好ましい。このような構成にすることにより、位置決め穴１５に本体部２０ｂを貫通させた状態では、位置決め穴１５と本体部２０ｂとのクリアランスが、基板１のカル側側面と、凹部１９のカル側側面とのクリアランスよりも常に小さくなるため、基板１が凹部１９からはみ出るのを確実に防ぐことができる。また、位置決め穴１５に先端部２０ｂを貫通させた状態では、位置決め穴１５と先端部２０ｂとのクリアランスが、基板１のカル側側面と、凹部１９のカル側側面とのクリアランスよりも常に大きくなるため、基板１のカル側側面を、凹部１９のカル側側面に寄せるための遊びを十分に確保することができる。

また、図１２に示すように、基板１を下金型３と上金型２で挟む際に、上金型２に設けられたテーパピン１８の先端のテーパ部分をスプリング２４により基板１に設けられたテーパピン用穴１６の開口縁部に圧接させ、基板１をスライドさせる。そして、図１３に示すように、基板１のカル側ランナー６がまたがる端辺を下金型３の凹部１９の側壁に圧接させる。これにより、基板の端辺と下金型の凹部の側壁との間の隙間に樹脂バリが発生するのを防ぐことができる。また、本実施の形態において、先端部２０ｂの形状は、本体部２０ｂに比べて、側面全体が細くなるような形状であるが、これに限る物ではない。先端部２０ｂの形状としては、基板１を、カル側方向に寄せるための遊びが有れば十分である。従って、図１４に示すように、少なくとも、先端部２０ｂのカル側と反対側の測面に遊びのための段差を有する形状であれば良く、先端部２０ｂのカル側の側面は、本体部２０ｂの側面と同一面を構成する形状であっても良い。このような形状にすることにより、先端部２０ｂの断面を大きくすることができ、先端部２０ｂの強度の低下を良好に防ぐことができる。

実施の形態２．
図１５,１６は、本発明の実施の形態２に係る位置決めピンを示す断面図である。位置決めピン２０は、先端部２０ｄよりも細いくびれ部２０ｃを有する。

そして、基板１を下金型３に載置する際には、図１５に示すように、太い先端部２０ｄが位置決め穴１５を貫通するため、基板１を正確に位置決めすることができる。

そして、基板１を下金型３の凹部１９内に載置した状態では、図１６に示すように、細いくびれ部２０ｃが位置決め穴１５を貫通するため、基板１の位置決めに遊びを持たせ、テーパピン１８により基板１をスライドさせることができる。

これにより、実施の形態１と同様に、基板を下金型に載置する際に基板を正確に位置決めし、かつ基板の端辺と下金型の凹部の側壁との間の隙間に樹脂バリが発生するのを防ぐことができる。先端部２０ｄの形状は、実施の形態１における本体部２０ｂと同様に、位置決め穴１５と先端部２０ｄとのクリアランスが、基板１のカル側側面と、凹部１９のカル側側面とのクリアランスよりも常に小さくなる形状であることが好ましい。また、くびれ部２０ｃの形状は、実施の形態１における先端部２０ａと同様に、位置決め穴１５とくびれ部２０ｃとのクリアランスが、基板１のカル側側面と、凹部１９のカル側側面とのクリアランスよりも常に大きくなる形状であることが好ましい。また、くびれ部２０ｃの形状は、図１７に示すように、少なくとも、カル側と反対側の側面がくびれていれば良く、カル側の側面は、先端部２０ｄの側面と同一面を構成する形状であっても良い。また、実施の形態１及び実施の形態２において、位置決めピンの太くなっている部分と細くなっている部分の境界に段差が有るように強調して図示したが、配線基板の位置決め穴１５を貫通させる際、および取り外す際に引っかかりがないように、境界部分は滑らかなテーパ形状や曲面形状にするのがより好ましい。

実施の形態３．
図１８,１９は、本発明の実施の形態３に係る位置決めピンを示す断面図である。位置決めピン２０は、下金型３の長穴に貫通され、側面がスプリング２３を介して下金型３に接続され、基板１のカル側ランナー６がまたがる端辺の方向に可動できる。

そして、基板１を下金型３に載置する際には、図１８に示すように、太い位置決めピン２０が位置決め穴１５を貫通するため、基板１を正確に位置決めすることができる。

そして、基板１を下金型３と上金型２で挟む際には、テーパピン１８により基板１がスライドするのと同時に位置決めピン２０もスライドし、基板１と下金型３との隙間を埋めることができる。また、テーパピン１８からの圧力によって、位置決めピン２０用のスプリング２３が確実に縮む様に、位置決めピン２０用のスプリング２３の弾性係数は、テーパピン１８用のスプリング２４の弾性係数よりも十分小さく設定するのが好ましい。

これにより、実施の形態１と同様に、基板を下金型に載置する際に基板を正確に位置決めし、かつ基板の端辺と下金型の凹部の側壁との間の隙間に樹脂バリが発生するのを防ぐことができる。

実施の形態４．
図２０は、本発明の実施の形態４においてキャビティ内に樹脂を充填する様子を示す模式図である。カル側ランナー６とキャビティ４の連結部をキャビティ４の一辺に沿って複数設け、オーバーフローキャビティランナー８とキャビティ４の連結部を反対側の端辺に沿って複数設ける。この場合も実施の形態１〜３と同様の効果を奏する。

実施の形態５．
図２１は、本発明の実施の形態５においてキャビティ内に樹脂を充填する様子を示す模式図である。実施の形態４の構成に加えて、基板１上に第２のオーバーフローキャビティ２５を設けている。これにより、実施の形態４よりも多くの樹脂をオーバーフローできるため、キャビティ４内で発生した表面ボイドをより確実に除去することができる。

実施の形態６．
図２２は、本発明の実施の形態６においてキャビティ内に樹脂を充填する様子を示す模式図である。第２のオーバーフローキャビティ２５とキャビティ４を複数のゲート２６で接続している点以外は実施の形態５と同様である。この場合も実施の形態５と同様の効果を奏する。

複数の半導体チップを搭載した基板を示す上面図である。 半導体チップの積層構造を示す断面図である。 半導体チップの積層構造を示す上面図である。 上金型を示す上面図である。 下金型を示す上面図である。 キャビティ内に樹脂を充填する様子を示す上面図である。 製造された半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態１においてキャビティ内に樹脂を充填する様子を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係る位置決めピンを示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る位置決めピンを示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る位置決めピンを示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係るテーパピンを示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る位置決めピンを示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る位置決めピンの他の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る位置決めピンを示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る位置決めピンを示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る位置決めピンの他の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る位置決めピンを示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る位置決めピンを示す断面図である。 本発明の実施の形態４においてキャビティ内に樹脂を充填する様子を示す模式図である。 本発明の実施の形態５においてキャビティ内に樹脂を充填する様子を示す模式図である。 本発明の実施の形態６においてキャビティ内に樹脂を充填する様子を示す模式図である。 従来の方法によりキャビティ内に樹脂を充填する様子を示す模式図である。 従来の方法によりキャビティ内に樹脂を充填する様子を示す模式図である。

符号の説明

１ 基板
２ 上金型
３ 下金型
４ キャビティ
５ カル
６ カル側ランナー
７ オーバーフローキャビティ
８ オーバーフローキャビティランナー
９ 樹脂バリ
１１，１３ 半導体チップ
１５ 位置決め穴
１６ テーパピン用穴
１８ テーパピン
１９ 凹部
２０ 位置決めピン
２０ａ，２０ｄ 先端部
２０ｂ 本体部
２０ｃ くびれ部
２３ スプリング

Claims (10)

1. 半導体チップを搭載した基板を下金型の凹部内に載置し、前記基板を前記下金型と上金型で挟むことで形成されるキャビティ内に、カルからカル側ランナーを介して樹脂を充填して前記半導体チップを封止する半導体装置の製造方法において、
   前記キャビティ内に前記樹脂を充填する際に、前記キャビティ内の樹脂を前記基板の外側に設けられたオーバーフローキャビティにオーバーフローキャビティランナーを介してオーバーフローさせ、
   前記カル側ランナーと前記オーバーフローキャビティランナーが前記基板の同じ側の端辺をまたがるようにすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記基板を前記下金型に載置する際に、前記下金型に設けられた位置決めピンを前記基板に設けられた位置決め穴に貫通させて前記基板を位置決めし、
   前記基板を前記下金型と上金型で挟む際に、前記上金型に設けられたテーパピンの先端のテーパ部分を前記基板に設けられたテーパピン用穴の開口縁部に圧接させて、前記基板の前記カル側ランナーがまたがる端辺を前記下金型の凹部の側壁に圧接させる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。
3. 前記位置決めピンとして、前記基板を前記下金型に載置する際には前記基板を正確に位置決めし、前記基板を前記下金型と前記上金型で挟む際には前記基板の位置決めに遊びを持たせる機能を有するものを用いることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 半導体チップを搭載した基板を下金型の凹部内に載置し、前記基板を前記下金型と上金型で挟むことで形成されるキャビティ内に、カルからカル側ランナーを介して樹脂を充填して前記半導体チップを封止する半導体装置の製造方法において、
   前記基板を前記下金型に載置する際に、前記下金型に設けられた位置決めピンを前記基板に設けられた位置決め穴に貫通させて前記基板を位置決めし、
   前記基板を前記下金型と上金型で挟む際に、前記上金型に設けられたテーパピンの先端のテーパ部分を前記基板に設けられたテーパピン用穴の開口縁部に圧接させて、前記基板の前記カル側ランナーがまたがる端辺を前記下金型の凹部の側壁に圧接させ、
   前記位置決めピンとして、前記位置決めピンを前記位置決め穴に貫通させる際には前記基板を正確に位置決めし、前記基板を前記下金型と前記上金型で挟む際には前記基板の位置決めに遊びを持たせる機能を有するものを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記位置決めピンとして、先端部が本体部よりも細く、下端がスプリングを介して前記下金型に接続され、前記基板を前記下金型に載置する際には前記本体部が前記位置決め穴を貫通し、前記基板を前記下金型と前記上金型で挟む際には前記スプリングが縮んで前記先端部が前記位置決め穴を貫通するものを用いることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記位置決めピンとして、先端部よりも細いくびれ部を有し、前記基板を前記下金型の凹部内に載置した状態では前記くびれ部が前記位置決め穴を貫通するものを用いることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記位置決めピンとして、側面がスプリングを介して前記下金型に接続され、前記基板の前記カル側ランナーがまたがる端辺の方向に可動できるものを用いることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記樹脂が前記基板の前記カル側ランナーがまたがる端辺とは別の端辺をまたがないようにすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記オーバーフローキャビティの容量を前記キャビティの容量の１／６以上にすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記オーバーフローキャビティランナーと前記キャビティの連結部を、前記キャビティを１６個の領域に等しく分割した場合に、前記樹脂が前記キャビティに最後に充填される領域に設けることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。

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