JP2008108866A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂封止工程後のチップ搭載部材の側面に樹脂ばりが残されるのを防止する。
【解決手段】配線基板７上の半導体チップ８をモールド樹脂により封止する工程において、配線基板７を下金型２の凹部５に収容した後、下金型２の下金型メインブロック２ｂをセンターブロック２ａ側に移動し、配線基板７の側面Ｓ２に凹部５の内側面（センターブロック２ａの基板当接部２ａ２の側面Ｓ１）を接触させる。この状態で、下金型２上に上金型を被せて形成されたキャビティ内にモールド樹脂を流す。これにより配線基板７の側面Ｓ２と凹部５の内側面との間に隙間が形成されないようにすることができるので、その隙間を通じて配線基板７の側面Ｓ２にモールド樹脂が付着するのを防止することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体チップの樹脂封止技術に関するものである。

樹脂封止工程は、半導体チップ等を外部からの応力から守り、湿気や汚染物質等の環境から保護する工程である。樹脂封止工程では、半導体チップを搭載したチップ搭載部材（配線基板やリードフレーム）を、下金型の所定位置に位置決めした状態で載せ、上金型と下金型とで挟み込むようにした後、樹脂供給源から供給された封止樹脂を上金型のキャビティ内に流し込み、そのキャビティ内に収容されている半導体チップを封止するようにしている。

なお、上記のような樹脂封止工程については、例えば特開平８−５１１６８号公報（特許文献１）に開示がある。
特開平８−５１１６８号公報

しかし、上記樹脂封止技術については、以下の課題があることを本発明者は見出した。

上記チップ搭載部材は、チップ搭載部材の基準孔に下金型のパイロットピンを挿入することで位置決めがなされているが、チップ搭載部材の基準孔とチップ搭載部材の側面までの距離はチップ搭載部材毎に僅かではあるが製造誤差が生じることが不可避である。また、下金型には、チップ搭載部材を収容するために、チップ搭載部材の厚み分の深さを持つ凹部を設けるが、チップ搭載部材には上記のような寸法上の誤差があることから、その誤差を吸収できるように凹部の平面寸法をチップ搭載部材の公差よりも若干大きめに形成している。このため、チップ搭載部材を下金型の凹部に収容した場合、チップ搭載部材の側面と、凹部の内側面との間に僅かな隙間が生じる。

ところで、樹脂封止工程では、上記のように樹脂供給源から供給された封止樹脂を上記キャビティに流し込むが、この封止樹脂は必ずチップ搭載部材の側面を横切ることになる。このため、封止樹脂は、チップ搭載部材の側面を横切るところで、チップ搭載部材の側面と凹部の内側面との間に形成された僅かな隙間に流れ込み、チップ搭載部材の側面に付着してしまう。その結果、樹脂封止後のチップ搭載部材の側面には樹脂ばり（端面ばり）が残されることになる。この端面ばりは、その後の工程で障害（例えば位置合わせ精度の低下、発塵、製品汚染、搬送不具合等の原因）となるので、樹脂封止工程後に端面ばりを除去する必要がある。

しかし、この端面ばりは、薄厚で除去し難いことから、チップ搭載部材の側面に端面ばりが残されないようにしたり、端面ばりを除去し易いかたちで樹脂封止したりしている。例えば端面ばりが残されないようにするため、チップ搭載部材の側面と凹部の内側面との隙間をできるだけ小さく狙う方法や、チップ搭載部材を上金型と下金型とで挟み込む際に、チップ搭載部材を潰して上記隙間を無くすようにする方法等がある。また、端面ばりを除去し易くする方法として、端面ばりがチップ搭載部材の側面部分で長く流れでないように下金型に樹脂溜まりを設ける方法等がある。

しかし、上記チップ搭載部材の側面と凹部の内側面との隙間をできるだけ小さく狙う方法や樹脂溜まりを設ける方法では樹脂の特性やチップ搭載部材の製造精度によっては端面ばりが残されるのを回避できない。また、チップ搭載部材を潰す方法では、チップ搭載部材の変形が後の加工工程において加工精度の低下を招く。

そこで、本発明の目的は、樹脂封止工程後のチップ搭載部材の側面に樹脂ばりが残されるのを防止することのできる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、本発明は、封止金型の凹部に収容されたチップ搭載部材上の半導体チップを樹脂封止体によって封止する工程において、前記チップ搭載部材の側面と、前記凹部の内側面との間の隙間を閉じることができるように前記封止金型の一部を移動可能なように構成し、前記樹脂封止体を形成する樹脂の流れる経路に交差する前記チップ搭載部材の側面と前記凹部の内側面との間の隙間を閉じた状態で樹脂封止を行うものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、上記チップ搭載部材の側面と上記凹部の内側面との間の隙間を閉じた後に樹脂封止を行うことにより、樹脂封止工程後のチップ搭載部材の側面に樹脂ばりが残されるのを防止することができる。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は可能な限り省略するようにしている。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本実施の形態の半導体装置の製造方法で用いるモールド金型の一例の要部平面図、図２は図１のモールド金型のＸ１−Ｘ１線の断面図である。なお、図１では説明を分かり易くするためにモールド金型の一部を透かして見せている。

トランスファーモールド装置のモールド金型（封止金型）１は、下金型（第１金型）２および上金型（第２金型）３を有している。下金型２と上金型３とは互いに対向するように設けられている。ここでは、上金型３が、下金型２に対して近接および離間する方向（基板載置面に直交する方向、図２の上下方向）に移動可能な状態で設置されているが、その逆でも良い。

下金型２において上金型３との対向面には、複数のポット（樹脂供給源）４および凹部（基板搭載領域）５がモールド樹脂６の流れる方向に沿って順に形成されている。ポット４は、モールド樹脂６の供給口である。凹部５は、配線基板（チップ搭載部材）７を収容する窪みである。配線基板７は、例えばプリント配線基板からなり、その主面には複数の半導体チップ８が搭載されている。各半導体チップ８に形成された集積回路はボンディングワイヤ９を介して配線基板７の配線と電気的に接続されている。

一方、上金型３において下金型２との対向面には、複数のカル１０、メインランナ１１ａ、サブランナ１１ｂ、ゲート１２、キャビティ１３、エアベント１４が、モールド樹脂６の流れる方向に沿って順に形成されている。

カル１０は、上記ポット４から注入されたモールド樹脂６をメインランナ１１ａおよびサブランナ１１ｂに等圧に分岐させるために上金型３に形成された凹部であり、上記下金型２のポット４に対向する位置に形成されている。

メインランナ１１ａおよびサブランナ１１ｂは、モールド樹脂６をカル１０からキャビティ１３に流し込む経路のうちのカル１０からゲート１２までの上金型３に形成された凹部である。メインランナ１１ａは、複数のサブランナ１１ｂに分岐されている。ゲート１２は、モールド樹脂６がキャビティ１３に注入される注入口である。

キャビティ１３は、樹脂封止体を成型するために上金型３に形成された凹部であり、上記下金型２の凹部５に対向する位置に形成されている。このキャビティ１３の平面寸法は、配線基板７上の全ての半導体チップ８を内包する程度の大きさで形成されているが、配線基板７の全体の平面寸法よりは小さい。

エアベント１４は、モールド工程時にキャビティ１３内の空気やガスを外部に送り出すために上金型３に形成された凹部である。

ところで、本実施の形態においては、下金型２が、それぞれ別体で形成されたセンターブロック（第１ブロック）２ａと下金型メインブロック（第２ブロック）２ｂとを有しており、下金型メインブロック２ｂが、センターブロック２ａに対して近接および離間する方向（基板載置面に沿う方向、図１および図２の左右方向）に移動可能な状態で設置されている。センターブロック２ａを下金型メインブロック２ｂに対して近接および離間する方向に移動可能としても良いし、センターブロック２ａおよび下金型メインブロック２ｂの両方を互いに近接および離間する方向に移動可能としても良い。ただし、センターブロック２ａはモールド樹脂供給源にかかわる場所でもありモールド樹脂の流れの制御性等を確保することを考慮すると、下金型メインブロック２ｂ側を移動可能とした方が好ましい。

下金型２のセンターブロック２ａは、モールド樹脂６の供給源側であってキャビティ１３の前段に配置されており、本体部２ａ１および基板当接部２ａ２を一体的に有している。本体部２ａ１および基板当接部２ａ２は、モールド樹脂６の流れる方向に沿って順に配置されている。この本体部２ａ１において上記上金型３に対向する面には、上記複数のポット４が形成されている。各ポット４には、プランジャ（樹脂供給源）１５がポット４の中心軸方向に沿って移動可能な状態で設置されている。プランジャ１５は、ポット４内のモールド樹脂６をキャビティ１３内に注入し、加圧保持させる部品である。

また、本実施の形態において、上記下金型２の凹部５の底面と３つの内側面とは、下金型メインブロック２ｂに形成されているが、凹部５の残りの１つの内側面は、センターブロック２ａの基板当接部２ａ２の側面（基板当接面）Ｓ１によって形成されている。ここでは、下金型メインブロック２ｂがセンターブロック２ａに近接する方向に移動すると、凹部５内の配線基板７の側面Ｓ２がセンターブロック２ａの基板当接部２ａ２の側面Ｓ１に近づき接する。一方、下金型メインブロック２ｂがセンターブロック２ａから離間する方向に移動すると、凹部５内の配線基板７の側面Ｓ２がセンターブロック２ａの基板当接部２ａ２の側面Ｓ１から離間するようになっている。

すなわち、本実施の形態においては、上記凹部５のセンターブロック２ａ側の内側面は開放されており、この開放部分にセンターブロック２ａの基板当接部２ａ２が組み合わされることで閉じられる構成になっている。したがって、モールド処理においては、凹部５の内側面（基板当接部２ａ２の側面Ｓ１）とこれに対向する配線基板７の側面Ｓ２とが接触し、それらの間の隙間が解消された状態でモールド処理を行うことができる。このため、サブランナ１１ｂに流れてきたモールド樹脂６が、凹部５の内側面とこれに対向する配線基板７との間に流れ込むことがなく、配線基板７の側面Ｓ２に付着することもない。その結果、配線基板７の側面Ｓ２に樹脂ばり（端面ばり）が残されるのを防止することができる。

また、配線基板７毎に平面寸法が若干変わったとしても、配線基板７毎に、下金型メインブロック２ｂの移動量を調節することにより、凹部５の内側面（基板当接部２ａ２の側面Ｓ１）とこれに対向する配線基板７の側面Ｓ２との間の隙間を無くすことができるので、モールド工程後の配線基板７の側面Ｓ２に樹脂ばり（端面ばり）が残されるのを防止することができる。

上記凹部５の深さは、配線基板７の公差および型締め時の配線基板７の圧縮変形量を見込んで、配線基板７の厚さよりも若干浅く設定されている。

この凹部５の底面には、複数の吸引ダクト２０が形成されている。この吸引ダクト２０は、モールド工程時に配線基板７を確実に固定しておくためのエア吸引孔である。

また、凹部５の底面には、パイロットピン２１が凹部５の底面から突出した状態で設置されている。このパイロットピン２１を配線基板７の一部に形成された位置決め穴（基準穴）７ａに挿入することにより、下金型２の基板載置面内における配線基板７の相対的な位置決めを行うことが可能になっている。なお、配線基板７には、２つの位置決め穴７ａが形成されている。そのうちの一方の位置決め穴７ａは、相対的に大きな長穴とされている。

次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法の一例を説明する。

まず、図１および図２に示した配線基板７を用意する。配線基板７は、例えばプリント配線基板からなり、厚さ方向に沿って互いに反対側に位置する第１主面（裏面）および第２主面（チップ搭載面）を有している。

続いて、この配線基板７の第２主面上に複数の半導体チップ８を行列状に規則的に並べて搭載した後、その各々の半導体チップ８のボンディングパッドと、配線基板７の配線（電極）とをボンディングワイヤ９によって電気的に接続する。

その後、図３に示すように、複数の半導体チップ８が搭載された配線基板７をモールド金型１に搬送する。ここでは、下金型２の下金型メインブロック２ｂを、若干（少なくとも配線基板７の製造公差を見込んだ分）センターブロック２ａから離間する方向に移動しておく。続いて、図４に示すように、上記配線基板７を、下金型２の凹部５内に載置する。この時、配線基板７の位置決め穴７ａに、下金型２のパイロットピン２１を差し込むことにより配線基板７の位置合わせを行う。その後、吸引ダクト２０を通じて配線基板７の第１主面を吸引し、配線基板７を凹部５内に確実に固定する。

次いで、下金型メインブロック２ｂをセンターブロック２ａに近づける方向（図４の矢印Ａで示す方向）に基板載置面に沿って移動させ、図５に示すように、配線基板７のセンターブロック２ａ側の側面Ｓ２が、センターブロック２ａの基板当接部２ａ２の側面（凹部５の内側面）Ｓ１に当たるところで移動を停止する。これにより、センターブロック２ａの基板当接部２ａ２の側面Ｓ１と、配線基板７の側面Ｓ２との間の隙間が解消される。この移動には、図示しない油圧駆動機構またはバネ圧を利用した与圧機構を用いている。

続いて、図６に示すように、上金型３を下金型２側に下降し、モールド金型１の型締めを行う。上金型３は、配線基板７の四辺を閉じた状態で、配線基板７の第２主面上にキャビティ１３を形成する。

その後、プランジャ１５を操作し、溶融状態のモールド樹脂６をキャビティ１３内に供給することにより、複数の半導体チップ８を一括してモールドする（ＭＡＰ（Mold Array Package）モールド）。これと置換する形で、キャビティ１３内の空気が、エアベント１４を通じてモールド金型１の外部に排出される。

この時、ポット４からメインランナ１１ａを通じて流れてきたモールド樹脂６は、サブランナ１１ｂのところで配線基板７の一辺と交差してからゲート１２を通じてキャビティ１３内に流れ込む。ここで、凹部５の内側面（基板当接部２ａ２の側面Ｓ１）とこれに対向する配線基板７の側面Ｓ２との間の隙間を調整できない構成の場合は、サブランナ１１ｂに流れてきたモールド樹脂６が配線基板７の一辺と交差したところで、凹部５の内側面と配線基板７の側面Ｓ２との間に形成された隙間に流れ込み、配線基板７の側面Ｓ２に付着してしまう。

これに対して、本実施の形態においては、凹部５の内側面（基板当接部２ａ２の側面Ｓ１）とこれに対向する配線基板７の側面Ｓ２とが接触し、それらの間の隙間が解消された状態でモールド処理を行うことができるので、サブランナ１１ｂに流れてきたモールド樹脂６が、凹部５の内側面とこれに対向する配線基板７との間に流れ込むことがなく、配線基板７の側面Ｓ２に付着することもない。したがって、配線基板７の側面Ｓ２に樹脂ばり（端面ばり）が残されるのを防止することができる。

また、配線基板７毎に平面寸法が若干変わったとしても、配線基板７毎に、下金型メインブロック２ｂの移動量を調節することにより、凹部５の内側面（基板当接部２ａ２の側面Ｓ１）とこれに対向する配線基板７の側面Ｓ２との間の隙間を無くすことができる。すなわち、すなわち、モールド樹脂６の特性や配線基板７の製造精度に関係なく、モールド工程後の配線基板７の側面Ｓ２に樹脂ばり（端面ばり）が残されるのを防止することができる。

また、モールド工程後に、上記樹脂ばりに起因する障害（例えば位置合わせ精度の低下、発塵、製品汚染、搬送不具合等の原因）を回避できるので、半導体装置の歩留りおよび信頼性を向上させることができる。また、上記樹脂ばりを除去する工程を無くすことができるので、半導体装置の製造工程を簡単化でき、また、半導体装置の製造時間を短縮できる。

また、上記樹脂ばりが残されないようにするための難しい工夫も必要ない。また、配線基板７を上金型３と下金型２とで挟み込む際に、上記樹脂ばりが残されないように上記隙間を無くすために配線基板７を潰す必要もないので、配線基板７が変形することもなく、その後の加工精度の低下を招くこともない。したがって、半導体装置の歩留りおよび信頼性を向上させることができる。

次いで、モールド樹脂６が硬化した段階で、モールド金型１の型開きを行い、図７に示すように、成形された樹脂封止体６ａを取り出し、余分な樹脂を除去する（カルブレイク）。続いて、図８に示すように、配線基板７の第１主面上に半田ボール２２を搭載する。その後、図９に示すように、樹脂封止体６ａおよび配線基板７を個々の半導体チップ８毎（単位領域毎）にカッター（回転刃）２３により切断する。

このようにして図１０に示すような半導体装置２４を製造する。配線基板７の第２主面上には半導体チップ８が搭載されている。半導体チップ８およびボンディングワイヤ９は樹脂封止体６ａにより覆われ封止されている。また、半導体チップ８の主面の集積回路はボンディングワイヤ９を通じて配線基板７の第２主面の配線と電気的に接続されている。この配線基板７の第２主面の配線は、配線基板７の内部配線を通じて配線基板７の第１主面の配線に電気的に接続され、その配線を通じて半田ボール２２で形成されるバンプ電極（突起電極）に電気的に接続されている。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発
明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることは言うまでもない。

例えば前記実施の形態においては、チップ搭載部材として配線基板を用いたＭＡＰモールド工程に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばチップ搭載部材としてリードフレームを用いた個片方式またはＭＡＰ方式のモールド工程に適用しても良い。個片方式の場合、単位領域毎にキャビティを設け、単位領域毎に分割された状態で樹脂封止体を一括して形成する。

また、バンプ電極を有する構成の半導体装置の製造方法に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば配線基板の第１主面に複数の平坦な電極パッドをアレイ状に配置したＬＧＡ（Land Grid Array）型の半導体装置の製造方法に適用することもできる。

本発明は、半導体装置の製造業に適用できる。

本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法で用いる封止金型の一部を透視して示した要部平面図である。 図１の封止金型のＸ１−Ｘ１線の断面図である。 本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程中の断面図である。 図３に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図４に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図５に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図６に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図７に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図８に続く半導体装置の製造工程中の断面図である。 図３〜図９の半導体装置の製造工程を経て製造された半導体装置の断面図である。

符号の説明

１ モールド金型（封止金型）
２ 下金型（第１金型）
２ａ センターブロック（第１ブロック）
２ａ１ 本体部
２ａ２ 基板当接部
２ｂ 下金型メインブロック（第２ブロック）
３ 上金型（第２金型）
４ ポット
５ 凹部（基板搭載領域）
６ モールド樹脂
６ａ 樹脂封止体
７ 配線基板（チップ搭載部材）
７ａ 位置決め穴
８ 半導体チップ
９ ボンディングワイヤ
１０ カル
１１ａ メインランナ
１１ｂ サブランナ
１２ ゲート
１３ キャビティ
１４ エアベント
１５ プランジャ
２０ 吸引ダクト
２１ パイロットピン
２２ 半田ボール
２３ カッター
２４ 半導体装置

Claims (4)

1. 封止金型の凹部に収容されたチップ搭載部材上の半導体チップを樹脂封止体によって封止する工程において、前記チップ搭載部材の側面と、前記凹部の内側面との間の隙間を閉じることができるように前記封止金型の一部を移動可能なように構成し、前記樹脂封止体を形成する樹脂の流れる経路に交差する前記チップ搭載部材の側面と前記凹部の内側面との間の隙間を閉じた状態で樹脂封止を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. （ａ）チップ搭載部材を用意する工程と、
   （ｂ）前記チップ搭載部材上に半導体チップを搭載する工程と、
   （ｃ）前記（ｃ）工程後の前記チップ搭載部材を封止装置に収容し、前記半導体チップを樹脂封止体で封止する工程とを有し、
   前記封止装置は、互いに対向するように設けられた第１金型および第２金型を有しており、
   前記第１金型において前記第２金型との対向面には、前記チップ搭載部材を収容する凹部が設けられており、
   前記第２金型において前記第１金型の前記凹部との対向面には、前記半導体チップを収容するキャビティが設けられており、
   前記第１金型は、第１ブロックと第２ブロックとを有しており、
   前記第１ブロックは、前記キャビティの前段に配置され、
   前記第１ブロックの一部は、前記凹部の１つの内側面を形成しており、
   前記第１ブロックまたは前記第２ブロックの一方または両方は、前記凹部の前記１つの内側面が前記チップ搭載部材の側面に近接および離間する方向に移動可能な状態で設けられており、
   前記（ｃ）工程は、
   （ｃ１）前記（ｂ）工程後の前記チップ搭載部材を前記第１金型の前記凹部内に収容する工程と、
   （ｃ２）前記凹部の前記１つの内側面が前記チップ搭載部材の側面に接触するように前記第１ブロックまたは前記第２ブロックの一方または両方を移動する工程と、
   （ｃ３）前記チップ搭載部材を前記第１金型と前記第２金型とで挟み込むようにする工程と、
   （ｃ４）前記（ｃ３）工程後、前記キャビティ内に前記樹脂封止体を形成する封止樹脂を流し込む工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項２記載の半導体装置の製造方法において、
   前記（ｂ）工程においては、前記チップ搭載部材上に複数の半導体チップを搭載し、
   前記第２金型は、前記複数の半導体チップを一括して収容するキャビティを有しており、
   前記（ｃ）工程においては、前記複数の半導体チップを一括して前記樹脂封止体により封止し、
   前記（ｃ）工程後、前記樹脂封止体および前記チップ搭載部材を前記複数の半導体チップ毎に分割する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項１、２または３記載の半導体装置の製造方法において、前記チップ搭載部材が、配線基板またはリードフレームであることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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