JP2007194287A - 圧縮成形による樹脂封止装置及び樹脂封止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂封止装置のコストを下げ、且つ不良製品の発生を低減する圧縮成形による樹脂封止装置及び樹脂封止方法を提供する。
【解決手段】半導体等を組み込んだ被封止部材１６を、樹脂１８を圧縮成形することによって封止する樹脂封止装置１２において、圧縮成形の際に、樹脂１８に対する圧力を、例えば５０ｋＰａ以上の振幅で変動させる駆動装置（圧力変動手段）３２を備え、且つ樹脂封止に用いる金型のうち、下型２２（枠状金型２４及び圧縮金型２６）をテフロン（登録商標）を基材とする素材にて製作する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮成形による樹脂封止装置及び樹脂封止方法に関する。

半導体等の電子部品の実装分野では、モバイル機器搭載用のＩＣに代表されるように、チップの小型化・薄肉化の流れが顕著である。この種の実装分野では、露光等のパターンニング技術によって回路設計されたベアチップをウェハから切り出し、これをダイ上にマウントし、さらにワイヤボンディング等によって外部端子と結線し、その後、樹脂封止する。この樹脂封止を行う際、従来は、トランスファ成形と呼ばれる封止手法が採用されていた。これは、溶融した熱硬化性樹脂（エポキシ等）をランナ、ノズルを介して被封止部材（封止対象）の装着されたキャビティ内に流し込むものであり、一度に多くの被封止部材を封止できるという利点がある。

しかし、この方法では、近年のチップの薄型化、積層化などの要請に従い、１ｍｍにも満たない狭いギャップのキャビティに、封止材料を損傷することなく均一に流し込むのが困難となってきた。すなわち、単に、キャビティ内に均一に封止材料を流し込むだけならば、比較的流動性のある樹脂を高い圧力でキャビティ内に押し込むことで実現できる。しかし、図２に示されるように、（ボンディングされたワイヤ２Ａ、２Ｂの間隔も高密度化の要請で狭くなっていることから）封止時の樹脂の流れの運動量が大きいと、ワイヤがその流れＡによって変形し、破線で示すように接触して短絡が発生してしまう。そこで、トランスファ成形による樹脂封止に対し、その代替え技術として近年導入され始めてきているのが、圧縮成形による樹脂封止である（例えば特許文献１参照）。

圧縮成形による樹脂封止は、図３（Ａ）に示されるように、１０ｃｍ角程度のキャビティ４内に予備成形された板状の封止材料６を配設し、この封止材料６をキャビティ４内でそのまま溶融し、圧縮成形する。従って、封止材料の流動長が極めて短く、しかも、樹脂は図２の矢印Ｂの方向に流れるため、ワイヤ２Ａ、２Ｂ同士の干渉が発生しにくい。そのため、薄肉成形、ワイヤ倒れの防止などに有効であると言われている。

特開２００２−５９４５３号公報

圧縮成形による樹脂封止の場合、構造上、封止材料内の気泡の残存が問題となり易い。合否の基準としては、測定器によって測定し得るような気泡が存在しないことが要件となり、被封止部材の用途によっては１０ミクロン程度の大きさの気泡が存在した場合には、不合格品となる場合もある。このため、圧縮成形による樹脂封止においては、一般に１００ton を超えるレベルのプレスユニットを用いて、プレス時に非常に大きな圧縮力を印加し、気泡を細径化する手法が採られている。そのため金型及びその駆動系のコストアップ、ひいては封止装置全体のコストアップが大きな課題となっている。

さらに、トランスファ成形と異なり、多キャビティ化が困難な圧縮成形では、現場の生産性の要求から１個当たりのキャビティの大きさを１０ｃｍ角以上とする必要があるため、大面積の封止済みの樹脂成形板を如何にチップにダメージを与えることなく離型させるか、ということも大きな問題となっている。

現状では、図３の（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、予め離型用のフィルム（リリースフィルム）７をキャビティ４内に敷き詰め、離型時において同フィルム７ごとキャビティ４の底から成形板８をすくい上げるような方法が採用されている（前述の特許文献１参照）。リリースフィルム７への要求性能項目としては、金型の加熱温度に耐え得る耐熱性、樹脂及び金型の双方と剥離し易い剥離性があり、且つ、高い伸縮性を有する特殊且つ高価なフィルム素材が使用される。しかし、リリースフィルム７を用いる方法は、離型の促進という効果は得られるもの、金型９Ａ、９Ｂの型締め・離型と同期したフィルムの送り機構の付設に大きなコストが掛かり、また高価なリリースフィルム８を「使い捨て」とせざるを得ず、これも生産コスト面で大きな問題となっている。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであって、装置全体のコストを高めることなく、不良品の発生を低減することのできる圧縮成形による樹脂封止装置及び樹脂封止方法を提供することをその課題としている。

本発明は、半導体等を組み込んだ被封止部材を、樹脂を圧縮成形することによって封止する樹脂封止装置において、前記圧縮成形の際に、前記樹脂に対する圧力を変動させる圧力変動手段を備えたことにより、上記課題を解決したものである。

また、本発明は、半導体等を組み込んだ被封止部材を、樹脂を圧縮成形することによって封止する樹脂封止装置において、前記圧縮成形の際に、前記樹脂に対する圧力を変動させる圧力変動手段を備え、且つ前記樹脂封止に用いる金型をテフロン（登録商標）を基材とする素材にて製作したことにより、同じく上記課題を解決したものである。

本発明においては、圧縮成形の際に（封止材料が未だ流動性を有している段階で）該封止材料に対して「圧力変動」を与える。これにより、従来封止材料内の気泡の細径化に必要とされていたプレス圧縮力を大きく低減することが可能となる（後に詳述）。そのため、封止装置全体のコストを大幅に低減できる。加えてこの圧力変動は、硬化した封止樹脂を金型キャビティから容易に離脱させる働きもある。

また、圧縮力を軽減できることから、従来では耐性の面から採用が困難であったテフロン（登録商標）を基材とする離型性の高い材料で成形した金型が採用できるようにもなる。そのため、圧力変動の付与による離型性の増大と相まって、従来生産コスト面で大きな負担となっていた使い捨てのリリースフィルムの採用を中止することができるようにもなる。

装置全体のコストやランニングコストを高めることなく、不良品の発生を低減することができる。

図１の（Ａ）（Ｂ）に、当該実施形態の一例に係る樹脂封止装置の概略を示す。なお、図１は、該樹脂封止装置の概略をその機能に着目して模式的に示したものであり、実際の装置の具体的構成とは必ずしも一致していない。

この樹脂封止装置１２は、電子部品（図示略）を搭載したセラミック基板（被封止部材）１６に対して樹脂（封止材料）１８を加熱圧縮成形し、前記電子部品の搭載部分を樹脂封止するもので、上型２０及び該上型２０と相対峙する下型２２を備える。下型２２は、枠状金型２４と圧縮金型２６とから構成されている。上型２０は、この樹脂封止装置１２では固定されており、下型２２が図示せぬ駆動部によって（枠状金型２４及び圧縮金型２６ごと）上下動する構成とされている。

枠状金型２４は、前記上型２０と対向して配置されており、貫通孔２０Ａを備える。圧縮金型２６は、該貫通孔２０Ａに嵌合しながら前記上型２０に対して進退動可能である。枠状金型２４は、ばね３０を介して圧縮金型２６に取り付けられている。

圧縮金型２６の下面には、圧力変動を発生させるための駆動装置（圧力変動手段）３２が取り付けられている。この駆動装置３２は、圧縮金型２６に対して、超高速で上下方向の微小変位を与えるもので、具体的な構造は特に限定されない。

この実施形態においては、発生するであろう気泡径を１００μｍ程度と仮定し、これを効果的に細径化するべく、変動頻度（周波数）３０ｋＨｚ、振幅２００ｋＰａ程度の圧力変動を与えるようにしている。また、その際、変動頻度については、３０ｋＨｚに固定せず、２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚ程度の範囲で時間的に変化させるようにし、且つその振幅も２００ｋＰａに固定せず、５０ｋＰａ〜３００ｋＰａの範囲で時間的に変化させながら印加するようにしている。

一般に、液状体に圧力変動を与えると、その変動過程で負圧時に発生したキャビテーション気泡が正圧環境下において急激に縮小されるという現象が起こる。気泡内圧力は自己加圧効果により気泡径に反比例して増加するため、急激な縮小は気泡内圧力の急上昇を招来する。この圧力上昇は、微小気泡の溶解性を高め、気泡体積の減少を促す。圧力変動の印加により、気泡内圧力上昇として１００倍以上、それに伴う温度上昇として、数百℃の変化が惹起可能と解される。

この実施形態では、更に、例えば変動頻度３０ｋＨｚ、振幅２００ｋＰａで一定の圧力変動を与えるのではなく、それぞれを上記所定の幅で時間的に変化させるようにしている。そのため、より効果的な細径化が実現できる。この理由は必ずしも明らかではないが、気泡の大きさは一定ではない（ばらつきがある）ため、それぞれの気泡が、それぞれに合致した特定の圧力変動条件となったときに容易に細径化されるためではないかと推察される。なお、大半の樹脂は、５０ｋＰａ以上３００ｋＰａ未満の振幅でその効果が認められるのが、条件によっては、３００ｋＰａ以上とすることによってその効果が大きくなる場合もある。

また、一般に、樹脂封止のプロセスでは、材料含有の油脂分が析出する。この油脂分は、上下の金型２０、２２の内壁及び樹脂１８の間に浸漬し、一定の膜を形成する。この膜は、取り出し温度レベルでは硬化し、離型時の阻害要因となるが、樹脂１８に対して温度制御を施し、離型時に一定の温度レベルを維持し、油脂分を液状に保つことによって離型促進に寄与させることができる。本実施形態においては、圧力変動の頻度および振幅を時間的に変化させていることから、間接的に封止材料の温度をある程度制御することができる。そのため、この油脂分の悪影響を軽減し、その分、離型促進に寄与させるようにすることができる可能性がある。

細径化が効率的に行われる以上、金型の圧縮力は、それほど大きなものが必要とされない。そのため、本実施形態においては、上型２０の素材は、従来通り鋼材とされているが、下型２２の素材は、枠状金型２４及び圧縮金型２６ともテフロン（登録商標）を基材とする離型性の高い材料によって形成されている。

なお、テフロン（登録商標）を基材とした素材の中でも、該テフロン（登録商標）材料の主鎖を構成しているＦ原子をいわゆる「架橋」させたものが、一般的なテフロン（登録商標）材料に比べて高い硬度を示すことから、本樹脂封止装置１０の材料としてはより好ましい。そのほか、酸化テフロン（登録商標）材料なども、低表面摩擦性、材料硬度などの点で良好な特性を示すことが確認されている。これらは、いずれも、従来は、耐性の面で、圧縮成形による樹脂封止用の金型の素材として採用されることなど考えられなかったものである。本実施形態に係る樹脂封止装置１２では、樹脂１８に対して圧力変動を加えながら圧縮する構成を採用しているが故に、圧縮力を大幅に低減できるようになり、こうした素材の金型への採用が可能となった。

これにより、装置の大幅な小型化が可能となり、また、低コスト化が実現できる。更には、リリースフィルムを使用しなくてもよくなり、該リリースフィルムを金型面に供給したり、金型面から除去したりするための設備が不要となる上に、ランニングコストの低減も可能となる。

なお、上記実施形態においては、金型への印加圧力を低減できることを利用して、該金型の素材として、テフロン（登録商標）を基材とする素材を採用するようにし、リリースフィルムの使用を中止するように構成していたが、本発明においては、金型の素材をこの種の素材に変更することを必ずしも要求するものではない。装置の圧縮力を低減できるというのは、それ自体、装置の小型化、及びコストダウンに大きく寄与するものであり、益は大きい。

また、上記実施形態においては、圧力変動を与えるに当たり、その変動周波数及び振幅の双方を時間的に変化させるようにしていたが、本発明においては、これらのパラメータを変化させることを必須の要件とするものではない。一方のみを変化させてもよいし、まったく変化させることなく、終始一定の圧力変動を与えるものであっても、相応の効果が得られる。

圧縮成形による樹脂封止装置に広く適用可能である。

本発明の実施形態の一例に係る圧縮成形による樹脂封止装置を、圧縮工程に沿って機能的に示した概略構成図 チップのワイヤに対する封止樹脂の流れを説明するための斜視図 リリースフィルムを介在させて離型する手法を示す概略工程図

符号の説明

１２…樹脂封止装置
１６…セラミック基板（被封止部材）
１８…樹脂（封止材料）
２０…上型
２２…下型
２４…枠状金型
２６…圧縮金型
３０…ばね
３２…駆動装置（圧力変動手段）

Claims (5)

1. 半導体等を組み込んだ被封止部材を、樹脂を圧縮成形することによって封止する樹脂封止装置において、
   前記圧縮成形の際に、前記樹脂に対する圧力を変動させる圧力変動手段を備えた
   ことを特徴とする圧縮成形による樹脂封止装置。
2. 半導体等を組み込んだ被封止部材を、樹脂を圧縮成形することによって封止する樹脂封止装置において、
   前記圧縮成形の際に、前記樹脂に対する圧力を変動させる圧力変動手段を備え、且つ
   前記樹脂封止に用いる金型をテフロン（登録商標）を基材とする素材にて製作した
   ことを特徴とする圧縮成形による樹脂封止装置。
3. 請求項１または２において、
   前記圧力変動の振幅が、５０ｋＰａ以上であることを特徴とする圧縮成形による樹脂封止装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記圧力変動手段が、前記圧力変動の振幅および周波数のうち少なくとも一方を時間と共に変化させることが可能な構成とされた
   ことを特徴とする圧縮成形による樹脂封止装置。
5. 半導体等を組み込んだ被封止部材を、樹脂を圧縮成形することによって封止する樹脂封止方法において、
   前記圧縮成形の際に、前記樹脂に対する圧力を変動させ、且つ
   該圧力変動の振幅及び周波数の少なくとも一方を、時間と共に変化させる
   ことを特徴とする圧縮成形による樹脂封止方法。

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