JP2008177309A - 樹脂封止用成形金型、それを用いた半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボンディングワイヤを用いても樹脂封止の際に変形が生じ難く、寸法精度の低下を来たす樹脂残りの発生を防止する。
【解決手段】樹脂封止用成形金型において、下金型４との間にキャビティ６を形成する凹部１１を有する上金型５が、前記凹部１１の底面で開口するゲート７を有しており、ゲート７部の端部が前記凹部１１の底面よりも下金型４側に筒状に突出している構造とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂封止用成形金型、それを用いた半導体装置及びその製造方法に関し、特に樹脂注入部跡の処理に関するものである。

近年、移動体通信機器等の電子機器の小型化に対応するために、搭載される半導体装置に小型化・高密度化が求められている。一方、電子機器の高機能・多機能化が進展するに伴って半導体装置は多ピン化の傾向にあり、半導体チップを配線基板あるいはリードフレームに搭載し、トランスファーモールド方式で樹脂封止してパッケージ化し、前記配線基板あるいはリードフレームに基づく多数の外部端子を持たせた半導体装置が多く用いられてきている。

この種の半導体装置の一例に、外部端子が半導体パッケージの底面にエリアアレー状に配置されたＢＧＡ（Ball Grid Array）型半導体装置がある。この半導体装置を製造する際には、図３（ａ）に示すように、半導体チップ１を搭載しボンディングワイヤ２で電気的に接続したＢＧＡ用基板３を、モールド成形金型の下金型４と上金型５との間に形成されるキャビティ６にセットし、このキャビティ６内にゲート（樹脂注入部）７を通じて溶融させた封止樹脂８を送り込んで半導体チップ等を封止し、型開きして、図３（ｂ）に示すような、樹脂封止部９形成された半導体装置を取り出す（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−７６０３８公報

しかしながら、上記した従来の製造方法によると、キャビティ６内に側方のゲート７を通じて封止樹脂が圧入されるため、ボンディングワイヤ２が長い場合に特に変形が生じやすく、歩留まり低下の原因となる。

また樹脂封止された半導体装置を成形金型から取り出す際に、キャビティ６外の樹脂のほとんどは上金型５に残るものの、ゲート７部分の樹脂は樹脂残り１７となって半導体装置側に残留する。この樹脂残り１７は定まらない形状であるため、半導体装置の寸法精度の低下の原因となる。

本発明は、上記問題に鑑み、ボンディングワイヤを用いる場合も変形が生じ難くし、寸法精度の低下を来たす樹脂残りをなくすことを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の樹脂封止用成形金型は、下金型との間にキャビティを形成する凹部を有する上金型が前記凹部の底面で開口する樹脂注入部を有しており、前記樹脂注入部の端部が前記凹部の底面よりも下金型側に筒状に突出していることを特徴とする。これによれば、樹脂は凹部の底面に突出した樹脂注入部を通じてキャビティ内に上方から注入されるため、被封止物にボンディングワイヤが用いられている場合も変形が生じ難くなり、樹脂封止部への樹脂残りは少ない。

樹脂注入部は、上金型本体に着脱自在な金属筒体で構成されるのが好ましい。樹脂封止部の外観不良を引き起こす原因となる磨耗が生じたときに容易に交換できるからである。
樹脂注入部の端部とその周囲の凹部底面とで表面粗さが同等であるのが好ましい。樹脂注入部跡が樹脂封止部の上面（表面）に残ることになるので、実装時やレーザーマーキング時の外観認識等の妨げとなる乱反射を防ぐためである。

樹脂注入部の端部の突出高さが０．１ｍｍ以下であり、前記樹脂注入部の端部およびその周囲の凹部底面の表面粗さがＲａ０．２μｍから２．０μｍの範囲であるのが好ましい。突出高さが０．１ｍｍを超えると、形成される樹脂封止部の内部のボンディングワイヤが露出する恐れがある。表面粗さがＲａ２．０μｍを超えると樹脂封止部に形成されるインクマーク等の視認性の妨げとなる恐れがあり、Ｒａ０．２μｍ未満であると加工性が悪い。

本発明の半導体装置の製造方法は、導体を有した半導体チップ支持体に半導体チップを搭載するとともに互いの電極部どうしを電気的に接続する工程と、前記半導体チップを搭載した半導体チップ支持体を上記の樹脂封止用成型金型に設置し、前記成型金型の樹脂注入部を通じて樹脂を注入して前記半導体チップを覆う樹脂封止部を形成する工程と、前記樹脂封止部における凹状の樹脂注入部跡とその底面への樹脂残りとが生じた一主面にレーザー照射して凹状のマーク部を形成するとともに、前記凹状の樹脂注入部跡の底面にもレーザー照射して前記凹状のマーク部の底面と同等の表面粗さに加工する工程とを有することを特徴とする。

本発明の半導体装置は、導体を有した半導体チップ支持体と、前記半導体チップ支持体に搭載され電気的に接続された半導体チップと、前記半導体チップを覆った樹脂封止部とを有する半導体装置であって、前記樹脂封止部の一主面にレーザーによる凹状のマーク部と凹状の樹脂注入部跡とを有し、前記マーク部の底面と樹脂注入部跡の底面とが同等の表面粗さであることを特徴とする。

半導体チップ支持体は半導体チップ搭載面の背面に複数の外部端子を有しており、樹脂部の凹状の樹脂注入部跡は前記複数の外部端子の内の所定の外部端子に対応する位置に配置されていることを特徴とする。

本発明の樹脂封止用成型金型は、樹脂注入部を、キャビティを形成する凹部の底面に開口させて突出させて設けたため、被封止物にボンディングワイヤが用いられている場合も変形が生じ難く、形成される封止樹脂部への樹脂残りは少ない。

しかもこの樹脂残りは、封止樹脂部の表面にレーザーによりマークを形成する際に同時に除去することができ、マークの底面と樹脂注入部跡の底面とに同等の表面粗さを持たせることもできるので、寸法精度の高い半導体装置を容易に低コストにて得ることが可能である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態の半導体装置であるＢＧＡ型半導体装置の製造方法を説明する工程断面図である。

図１（ａ）に示すように、半導体チップ１をＢＧＡ用基板３の第１主面に固着し、半導体チップ１の周縁部の電極１ａとＢＧＡ用基板３の内部電極３ａとをボンディングワイヤ２により電気的に接続する。

ＢＧＡ用基板３は、ガラスエポキシやＢＴレジン等を用いて、厚み０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度に形成されており、第２主面に外部端子３ｂがエリアアレー状に配置されている。ボンディングワイヤ２は径１５〜２５μｍ程度の金線等である。半導体チップ１の固着は、エポキシ、ポリイミド等の熱硬化性樹脂やフィルム状の樹脂固着材（図示せず）で行う。

次に、図１（ｂ）に示すように、上記のＢＧＡ用基板３を、半導体チップ１を搭載した面を上向きにしてモールド成形金型の下金型４上に設置し、上金型５を閉じる。
ここで、上金型５は、下金型４との間に半導体チップ１を収容可能なキャビティ６を形成する凹部１１を有する第１の金属体とその上に積み重ねられた第２の金属体とからなり、ランナーブロック１２が上面に積み重ねられている。また上金型５（ランナーブロック１２を含む）は、凹部１１の底面に開口したゲート（樹脂注入部）７とエジェクターピン挿入孔１３とを有するとともに、空気ベント（図示せず）とを有している。図示したように、ＢＧＡ用基板３が設置される段階では、エジェクターピン挿入孔１３はエジェクターピン１３ａが挿入され塞がれた状態となっている。上金型５は１００℃〜２５０℃程度に加熱されている。

ゲート７は、半導体チップ１のほぼ中央部に対応する位置に上金型５を貫通する貫通口１４が形成され、この貫通口１４に着脱自在な金属筒体１５（ゲートブロック）が設けられることで構成されており、金属筒体１５の端部は凹部１１の底面よりも下金型４側に突出している。この金属筒体１５の端部は、突出高さが０．１mm以下であり、表面粗さが凹部１１の底面と同等、すなわちＲａ０．２μｍから２．０μｍの範囲にある。
この状態で、エポキシ等よりなる熱硬化性の封止樹脂８を、ポット（図示せず）からランナーブロック１２のランナー１２ａを通じて溶融および加圧しながら移送し、ゲート７より注入してキャビティ６を満たし、数秒〜数分程度保持することにより仮硬化させる。

この際に、半導体チップ１及びボンディングワイヤ２は封止樹脂８で覆われ封止されることとなるが、上述のようにゲート７は半導体チップ１のほぼ中央の上方に位置しているため、注入された封止樹脂８は半導体チップ１の中央部から周縁部に向かって、つまりボンディングワイヤ２に沿うように流れる。このため、ボンディングワイヤ２のループが変形することはなく、ボンディングワイヤ２が狭ピッチで接続される電極配置であってもボンディングワイヤ２どうしの接触は起こらず、歩留の高いものとなる。

次に、エジェクターピン１３ａで押しつつ型開きして、図１（ｃ）に示すように、樹脂封止部９が形成されたＢＧＡ用基板３（樹脂成形体）を取り出す。
このときには、樹脂封止部９の上面には、金属筒体１５の端部の埋入跡である凹状のゲート跡１６とその底面中央部に突起状に残った樹脂残り１７とが形成されている。樹脂残り１７は、ゲート７部分で硬化した封止樹脂８を引きちぎることにより発生するもので、その形状は様々である。

次に、樹脂封止部９が形成されたＢＧＡ用基板３の全体を１００℃〜２５０℃程度で数分〜十数時間程度加熱することにより、樹脂封止部９の封止樹脂材料の本硬化を行う。
次に、図１（ｄ）に示すように、凹状のゲート跡１６が形成された樹脂封止部９の上面に、レーザー照射して凹状のマーク部１８を形成すると同時に、凹状のゲート跡１６の底面にもレーザー照射して樹脂残り１７を除去し、凹状のマーク部１８の底面と同等の表面粗さに加工する。マーク部１８は製品名や製造会社名等を表す文字、記号、図形等である。

図２（ａ）（ｂ）は、得られたＢＧＡ型半導体装置の上面図および下面図である。凹状のゲート跡１６は、ＢＧＡ用基板３の第２主面にエリアアレー状に配置された複数の外部端子３ｂの内の所定の外部端子に対応する位置に配置される。ここでは、ゲート跡１６は、ＢＧＡ用基板３の各端辺に沿うように且つ同心状に配列された複数の外部端子３ｂ列に対して、同心をなすように、最内側の外部端子３ｂ列よりも内側となるように配置されている。

上述の方法によれば、ゲート７（金属筒体１５）を、キャビティ６を形成する凹部１１の底面に開口させて突出させて設けているため、ボンディングワイヤ２に変形が生じ難く、樹脂残り１７の量も少ない。これは、樹脂成形体を凹部１１から引き離すと同時に金属筒体１５からも引き離すため、金属筒体１５内で硬化した封止樹脂８を下金型４寄りの位置で切断可能となるからであり、樹脂封止部９への樹脂残り１７が少なくなる。これに対し従来は、樹脂封止部を、ゲートおよびランナーで硬化した余分な樹脂と一体になった状態で金型から引き離し、余分な樹脂を後工程でせん断によって取り除いていたため、樹脂封止部への樹脂残り量はコントロールしにくく比較的多く残っていた。

しかも上述の方法によれば、樹脂残り１７は、ゲート跡１６の表面にレーザーによりマーク部１８を形成するのと同時に完全に除去することができ、ゲート跡１６が目立たなくなるもので、外形寸法の精度を容易に低コストにて上げることが可能となる。マーク部１８の底面とゲート跡１６の底面とに同等の表面粗さを持たせるのが望ましく、それにより、寸法精度の高い、品質の高い半導体装置が得られる。これは、ゲート跡１６は樹脂封止部９の上面（表面）に残り、同じく上面に形成されるマーク部１８と表面粗さが異なると、実装時の外観認識等を光の反射を利用して行う場合に乱反射を起こして認識できないこと、またレーザーマーキング時に乱反射等でマーキング不良を引き起こすことが懸念されるのであるが、上記のように表面粗さを調整することで防止されるのである。

さらに、ゲート７が着脱自在な金属筒体１５にて構成されているので、樹脂封止部９の外観不良を引き起こす原因となる磨耗が生じたときに容易に交換できる。ゲート７は、ここを通じて注入される封止樹脂８に含まれるシリカによって磨耗し、磨耗が進むと樹脂封止部９の外観不良を引き起こす原因となるので、交換できることは有利である。外観不良をとしてはたとえば、樹脂注入口が広がることで樹脂注入圧力が低くなり、エアーボイド不良、未充填不良、ゲート残り不良等が起こる。

なお、ゲート７は、突出高さが０．１ｍｍを超えると、樹脂封止部９の内部のボンディングワイヤ２が露出する恐れがある。ゲート７が逆に窪んでいると当然ながらゲート跡１６が樹脂封止部９の上面より突出し外観不良となる。表面粗さがＲａ２．０μｍを超えると、樹脂封止部９に形成されるインクマーク等の視認性の妨げとなる恐れがあり、Ｒａ０．２μｍ未満とするには、ワイヤー放電加工による梨地加工が必要となり、金属筒体１５のパーツを増やさざるをえず、コスト高につながる。

以上の実施形態では、ＢＧＡ用基板３に半導体チップ１を搭載してなるＢＧＡ型半導体装置の樹脂封止について説明したが、リードフレームに半導体チップを搭載するタイプの半導体装置の樹脂封止にも本発明を同様に適用できる。

本発明は、樹脂封止部を寸法精度よく高い品質で製造することができるもので、移動体通信機器等の小型の電子機器に適用する多ピン、小型の樹脂封止型半導体装置の製造に特に有用である。

本発明の一実施形態の半導体装置の製造方法を説明する工程断面図 図１の半導体装置の上面図および下面図 従来の半導体装置の製造方法を説明する工程断面図

符号の説明

１：半導体チップ
1a：電極
２：ボンディングワイヤ
３：ＢＧＡ用基板
3a：内部電極
3b：ＢＧＡ基板の外部電極
４：下金型
５：上金型
６：キャビティ
７：ゲート（樹脂注入部）
８：封止樹脂
９：樹脂封止部
11：凹部
14：貫通口
15：金属筒体
16：ゲート跡（樹脂注入部跡）
17：樹脂残り
18：マーク部

Claims (7)

1. 下金型との間にキャビティを形成する凹部を有する上金型が、前記凹部の底面で開口する樹脂注入部を有しており、前記樹脂注入部の端部が前記凹部の底面よりも下金型側に筒状に突出していることを特徴とする樹脂封止用成形金型。
2. 樹脂注入部は、上金型本体に着脱自在な金属筒体で構成されていることを特徴とする請求項１記載の樹脂封止用成形金型。
3. 樹脂注入部の端部とその周囲の凹部底面とで表面粗さが同等であることを特徴とする請求項１記載の樹脂封止用成形金型。
4. 樹脂注入部の端部の突出高さが０．１ｍｍ以下であり、前記樹脂注入部の端部およびその周囲の凹部底面の表面粗さがＲａ０．２μｍから２．０μｍの範囲であることを特徴とする請求項３記載の樹脂封止用成形金型。
5. 導体を有した半導体チップ支持体に半導体チップを搭載するとともに互いの電極部どうしを電気的に接続する工程と、前記半導体チップを搭載した半導体チップ支持体を請求項１記載の樹脂封止用成型金型に設置し、前記成型金型の樹脂注入部を通じて樹脂を注入して前記半導体チップを覆う樹脂封止部を形成する工程と、前記樹脂封止部における凹状の樹脂注入部跡とその底面への樹脂残りとが生じた一主面にレーザー照射して凹状のマーク部を形成するとともに、前記凹状の樹脂注入部跡の底面にもレーザー照射して前記凹状のマーク部の底面と同等の表面粗さに加工する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。
6. 導体を有した半導体チップ支持体と、前記半導体チップ支持体に搭載され電気的に接続された半導体チップと、前記半導体チップを覆った樹脂封止部とを有する半導体装置であって、前記樹脂封止部の一主面にレーザーによる凹状のマーク部と凹状の樹脂注入部跡とを有し、前記マーク部の底面と樹脂注入部跡の底面とが同等の表面粗さであることを特徴とする半導体装置。
7. 半導体チップ支持体は半導体チップ搭載面の背面に複数の外部端子を有しており、樹脂部の凹状の樹脂注入部跡は前記複数の外部端子の内の所定の外部端子に対応する位置に配置されていることを特徴とする請求項６記載の半導体装置。

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