JP2009010020A - 樹脂封止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空気温度調整機を用いずに、正確な量の溶融樹脂を吐出することができる樹脂封止装置を提供する。
【解決手段】半導体チップ７１が搭載された配線基板７０の半導体チップ７１上に溶融樹脂７２を吐出するディスペンサ３６と、吐出された溶融樹脂７２を圧縮成形して半導体チップ７１を樹脂封止するモールド金型６４とを具備する樹脂封止装置３０において、溶融樹脂７２の温度を測定する温度測定手段３８と、温度測定手段３８によって測定された温度に基づいて、ディスペンサ３６からの溶融樹脂７２の吐出量を制御する制御手段４０とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂封止された半導体装置を製造するための樹脂封止装置に関し、さらに詳細には、半導体チップが搭載された配線基板の半導体チップ上に溶融樹脂を吐出するディスペンサと、吐出された溶融樹脂をして半導体チップを樹脂封止するモールド金型とを備えた樹脂封止装置に関する。

従来の樹脂封止装置による樹脂封止工程について、図８〜図１０に基づいて説明する。なお、ここで説明する半導体装置は、片面が樹脂封止される片面樹脂封止型の半導体装置である。
まず、図８に示すように、半導体チップ９が上面に搭載された配線基板１０の半導体チップ９上に、ディスペンサ１１によって定格質量の溶融樹脂が吐出される。ここで用いられる溶融樹脂は、熱硬化性樹脂である。
また、ディスペンサ１１における溶融樹脂の吐出量は、溶融樹脂の体積によって計量されている。

次に、図９に示すように、溶融樹脂が吐出された配線基板１０は、上型１２と下型１３とから成るモールド金型１４内に配置される。このモールド金型１４は、上型１２と下型１３とが相対的に接離動して型閉じ・型開きするように設けられている。また、上型１２には、半導体装置の外観形状に合わせて上方に凹むように形成されたキャビティ１５が設けられ、さらにキャビティ１５内の溶融樹脂を加熱するためのヒータが内蔵されている。
そして、図１０に示すように、モールド金型１４の上型１２と下型１３とが型閉じすることによって、配線基板１０の半導体チップ９上の溶融樹脂が上型のキャビティ１５の形状に合わせて圧縮され、ヒータの熱により加熱されることで硬化されて樹脂封止される（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

ところで、溶融樹脂は温度によりその体積が変化する。一般的には、温度が上昇すると体積も増加する性質がある。
しかし、上述したように、ディスペンサ１１は溶融樹脂の体積を計量して、所定量の溶融樹脂を吐出するようにしているので、温度変化があると常に上型１２のキャビティ１５に適合した量の溶融樹脂を吐出できない場合もある。

以下、上型のキャビティに適合した定格質量の溶融樹脂を吐出できなかった場合の例を示す。
図１１は、溶融樹脂の量が多かった場合の半導体装置１６を示している。この場合は、温度が低かったのでディスペンサ１１による計量時に溶融樹脂の体積が小さくなっており、定格質量よりも多く吐出してしまい、モールド金型１４から溶融樹脂がはみ出してしまっている。はみ出した部分が符号１７である。
図１２は、溶融樹脂の量が少なかった場合の半導体装置１６を示している。この場合は、温度が高かったのでディスペンサ１１の計量時に溶融樹脂の体積が大きくなっており、定格質量よりも少なく吐出してしまい、半導体装置１６の表面に溶融樹脂が不足した部分である空隙（ボイド）１８が生じてしまっている。

このように、樹脂封止装置では、装置内の温度を常に一定に保つことが製造不良を減らすために非常に重要である。そこで、従来の樹脂封止装置では、装置内の空気温度を調整する空気温度調整機が設けられていた。
空気温度調整機としては、冷風を供給するエアコンディショナーを設けたり、あるいは外気を供給する外気導入用ファンを設ける構成が考えられていた。
特開平９−１６２２０９号公報 特開２００３−２０９１３８号公報

上述したように、従来の樹脂封止装置では、樹脂封止装置内の温度を一定に維持するために、空気温度調整機が必要であった。
しかし、空気温度調整機では装置内の空気全体を一定温度に維持できるだけであり、ディスペンサ内の溶融樹脂の温度は一定に維持することができない。このため、空気温度調整機を設けたとしても定格質量の溶融樹脂を正確に吐出することができなかったという課題がある。

また、従来の樹脂封止装置では、空気温度調整機を設置するためのスペースも必要であり、装置全体が大型化してしまうという課題もある。さらに、空気温度調整機を電気等のエネルギーを用いて運転する以上、ランニングコストが高くついてしまうという課題もある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、空気温度調整機を用いずに、正確な量の溶融樹脂を吐出することができる樹脂封止装置を提供することにある。

すなわち、本発明にかかる樹脂封止装置によれば、半導体チップが搭載された配線基板の該半導体チップ上に溶融樹脂を吐出するディスペンサと、吐出された溶融樹脂を圧縮成形して半導体チップを樹脂封止するモールド金型とを具備する樹脂封止装置において、前記溶融樹脂の温度を測定する温度測定手段と、温度測定手段によって測定された温度に基づいて、前記ディスペンサからの溶融樹脂の吐出量を制御する制御手段とを具備することを特徴としている。
この構成を採用することによって、実際の溶融樹脂の温度に基づいて溶融樹脂の吐出量を制御できるので、空気温度調整機を用いずに、且つ正確に定格質量の溶融樹脂を吐出することができる。

また、樹脂封止に必要な一定量の樹脂の、溶融状態における樹脂の温度と温度変化に対する体積の変化との関係を予め記憶している記憶手段が設けられ、前記制御手段は、前記温度測定手段が測定した温度に対応する体積の溶融樹脂が吐出されるように前記ディスペンサを制御することを特徴としてもよい。
この構成により、極めて正確な定格質量の溶融樹脂を吐出することができる。

さらに、前記記憶手段には、溶融樹脂の種類毎に、樹脂封止に必要な一定量の樹脂の溶融状態における樹脂の温度と温度変化に対する体積の変化との関係が予め記憶されていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、様々な種類の樹脂を用いる場合でも、正確な定格質量の溶融樹脂を吐出することができる。

さらに、前記温度測定手段は、ディスペンサの外壁面に取り付けられてディスペンサの外壁温度を測定していることを特徴としてもよい。
この構成によれば、内部の溶融樹脂とほぼ同一の温度としてディスペンサの外壁温度を測定するので、ディスペンサの内部構造を複雑にしなくてもよく、簡易な構造で正確な定格質量の溶融樹脂を吐出することができる。

本発明にかかる樹脂封止装置によれば、空気温度調整機を設置しなくても常に正確な量の溶融樹脂を吐出することができるので、省スペース化を図ることができ、且つランニングコストを低減させることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
樹脂封止装置の概略の全体構成を図１に示す。本実施形態の樹脂封止装置３０は、片面樹脂封止型の半導体装置を製造する際に用いられる装置であり、半導体チップ７１が搭載された配線基板（以下、単にワークと称する場合がある：図４〜図７参照）７０を樹脂封止するものである。
樹脂封止装置３０は、樹脂供給部３１と、樹脂封止部３２とを備えており、樹脂供給部３１でワーク７０に溶融樹脂が吐出され、樹脂封止部３２で吐出された溶融樹脂が所定の形状に圧縮成形される。
樹脂供給部３１と樹脂封止部３２との間は、図示しない搬送装置が設けられており、搬送装置によってワーク７０が樹脂供給部３１から樹脂封止部３２へ移動する。

樹脂供給部３１は、ワーク７０が載置される載置台３４と、載置台３４の表面に対向して配置されたディスペンサ３６とを備えている。ディスペンサ３６には、ディスペンサ３６の温度を測定する温度センサ３８が設けられている。温度センサ３８としては、測温抵抗体、サーミスタまたは熱電対などを採用することができる。

樹脂供給部３１には、制御部４０が設けられている。制御部４０は、具体的にはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されており、予めＲＯＭ内に記憶されている制御プログラムをＣＰＵが読み出して、制御プログラムに基づく処理を実行可能である。
また、制御部４０には記憶部４２が接続されており、制御部４０は記憶部４２に記憶されているデータを参照することができる。記憶部４２としては、制御部４０と別個にＲＯＭ等を設けてもよいし、制御部４０内のＲＯＭ等を用いてもよい。

記憶部４２に記憶されているデータについて説明する。
記憶部４２には、ディスペンサ３６で吐出される溶融樹脂の定格質量の下における体積−温度特性が記憶されている。具体的には、溶融樹脂は温度の上昇に伴って体積が増加するので、その関係を実際に測定した結果を記憶部４２には記憶しておく。
図２には、記憶部４２に記憶されているデータの例を図示している。このデータは、溶融樹脂の定格質量Ｍにおいて、横軸に溶融樹脂の体積Ｓ、縦軸に温度Ｔをとったグラフを表している。この記憶部４２には、予め実測したデータを記憶させるようにしている。

制御部４０は、温度センサ３８からの温度信号が入力され、入力された温度信号に基づいてディスペンサ３６へ制御信号を出力し、吐出される溶融樹脂の吐出量を制御することができる。
つまり、制御部４０は、温度センサ３８からの温度信号を受信すると、受信した温度に該当する溶融樹脂の体積の値を記憶部４２から読み出す。そして、制御部４０は、ディスペンサ３６に対して記憶部４２から読み出した体積の溶融樹脂を吐出させるように制御信号を出力する。

ディスペンサ３６の構造について図３に基づいて説明する。
ディスペンサ３６は、溶融樹脂が貯留されるタンク４４と、タンク４４の下部から下方に向けて延出されるノズル部４６とを具備している。また、温度センサ３８はタンク４４の外壁面に取り付けられているところを図示しているが、温度センサ３８の取り付け位置はタンク４４に限定するものではなく、ノズル部４６に取り付けられていても良い。

ノズル部４６の内部にはタンク４４の内部と連通して溶融樹脂を流通させる流路５１が形成されている。この流路５１を開閉可能な供給バルブ４８と吐出バルブ４９が、ノズル部４６には設けられている。また、供給バルブ４８と吐出バルブ４９との間の流路５１には、吐出させる溶融樹脂の所定量を収容させるためのシリンダ５０が形成されている。シリンダ５０内には、プランジャ５２が摺動するように配置されている。

供給バルブ４８と吐出バルブ４９には、それぞれ流路５１に対して進退動させるための駆動部５５，５６が設けられている。駆動部５５，５６は、エアシリンダ、ボールねじ、リニアモータなどを用いることができる。
さらに、プランジャ５２にも、シリンダ５０内を進退動させるための駆動部５４が設けられている。駆動部５４も、エアシリンダ、ボールねじ、リニアモータなどを用いることができる。
このような構成のディスペンサ３６による溶融樹脂の吐出量の制御は、プランジャ５２の移動量を制御することによって行うことができる。すなわち、制御部４０が出力する制御信号は、プランジャ５２の移動量を制御するために駆動部５４に入力され、駆動部５４の制御を行うものである。

次に、図１に戻り、樹脂封止部３２について説明する、
樹脂封止部３２は、上型６０と下型６２とを備えたモールド金型６４を有している。下型６２にはワーク７０が載置され、上型６０には、成形する半導体素子の形状に合わせたキャビティ６６が形成されている。また、上型６０の下面には厚さ５０μｍ程度の保護フィルム６８が設けられている。保護フィルム６８は、成形される半導体装置の表面が平滑面となるように設けられている。
なお、上型６０内にはヒータ（図示せず）が内蔵されており、ヒータによる熱で溶融樹脂が硬化するように設けられている。溶融樹脂の種類によっても異なるが、ここではヒータの加熱温度は、１６０℃程度となるようにしている。

上型６０と下型６２は相対的に接離動可能である。具体的には上型６０が可動プラテン（図示せず）に設けられ、下型６２に対して上下動する。
下型６２には、上方に突出して上型６０の下面と当接する緩衝部材６９が設けられている。緩衝部材６９は、上型６０が下降して下型６２に接近した際に、上型６０に当接して圧縮し、衝撃を吸収することによって上型６０がワークに衝突することによるワークの破損を防止している。

続いて、図４〜図５に基づいて、本実施形態の樹脂封止装置の動作について説明する。
まず、樹脂供給部３１にワーク７０が到着すると、図４に示すように、ディスペンサ３６がワーク７０の上面に溶融樹脂７２を吐出する。このとき、ディスペンサ３６では、ディスペンサ３６の温度に基づいて、上型６０のキャビティ６６に対して過不足ないように定格質量の溶融樹脂７２を吐出する。

具体的には、上述したように温度センサ３８が測定したディスペンサ３６の温度が温度信号として制御部４０で受信し、制御部４０は受信した温度に該当する体積の値を記憶部４２から取り出す。そして、制御部４０は、記憶部４２から取り出した体積の値に一致するような体積分を吐出するように、ディスペンサ３６の駆動部５４に対して制御信号を出力する。駆動部５４は制御信号に基づいて、指示された体積分の溶融樹脂７２を吐出するようにプランジャ５２を移動させる。

定格質量の溶融樹脂７２が吐出されたワーク７０は、図示しない搬送装置によって、樹脂封止部３２に搬送され、下型６２に載置される。
そして、図５〜図６に示すように上型６０が下降し、図７に示すようにワーク７０上の溶融樹脂７２は上型６０のキャビティ６６によって圧縮され、ヒータにより硬化されて所定形状の半導体装置が成形される。

次のワーク７０が樹脂供給部３１に到着すると、その都度ディスペンサ３６では、ディスペンサ３６の温度に基づいて、上型６０のキャビティ６６に対して過不足ないように定格質量の溶融樹脂７２を吐出する。

なお、上述してきた実施形態では、記憶部４２に記憶されているデータは、1種類の溶融樹脂７２に対する体積−温度特性であったが、複数種類の溶融樹脂７２の定格質量における体積−温度特性を記憶させておいてもよい。

また、上述した実施形態では、温度センサ３８をディスペンサ３６に取り付けてディスペンサ３６の温度を測定するものについて説明した。
しかしながら、本発明としてはディスペンサ３６内の溶融樹脂の温度を直接測定するように温度センサを設けてもよい。

さらに、上述した実施形態では、片面樹脂封止型の半導体装置を製造する樹脂封止装置についてのみ説明したが、本発明の樹脂封止装置としては片面樹脂封止型に限定することはなく、両面樹脂封止型の半導体装置を製造するものであってもよい。

以上本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのはもちろんである。

本発明に係る樹脂封止装置の概略構成を説明する説明図である。 予め記憶される、溶融樹脂の体積−温度特性を示すグラフである。 ディスペンサの構成を示す断面図である。 樹脂供給部での動作を示す説明図である。 樹脂封止部にワークが搬送されたところを示す説明図である。 上型の下降によってワーク上の溶融樹脂が若干潰されたところを示す説明図である。 上型と下型とが型閉じして、半導体装置が成形されたところを示す説明図である。 従来の樹脂封止装置において、ワークに溶融樹脂が吐出されたところを示す説明図である。 従来の樹脂封止装置において、ワークがモールド金型に配置されているところを示す説明図である。 従来の樹脂封止装置において、上型と下型とが型閉じして、半導体装置が成形されたところを示す説明図である。 溶融樹脂がはみ出した半導体装置を示す説明図である。 空隙が生じた半導体装置を示す説明図である。

符号の説明

３０ 樹脂封止装置
３１ 樹脂供給部
３２ 樹脂封止部
３４ 載置台
３６ ディスペンサ
３８ 温度センサ
４０ 制御部
４２ 記憶部
４４ タンク
４６ ノズル部
４８ 供給バルブ
４９ 吐出バルブ
５０ シリンダ
５１ 流路
５２ プランジャ
５４，５５，５６ 駆動部
６０ 上型
６２ 下型
６４ モールド金型
６６ キャビティ
６８ 保護フィルム
６９ 緩衝部材
７０ 配線基板（ワーク）
７１ 半導体チップ
７２ 溶融樹脂

Claims (4)

1. 半導体チップが搭載された配線基板の該半導体チップ上に溶融樹脂を吐出するディスペンサと、吐出された溶融樹脂を圧縮成形して半導体チップを樹脂封止するモールド金型とを具備する樹脂封止装置において、
   前記溶融樹脂の温度を測定する温度測定手段と、
   温度測定手段によって測定された温度に基づいて、前記ディスペンサからの溶融樹脂の吐出量を制御する制御手段とを具備することを特徴とする樹脂封止装置。
2. 樹脂封止に必要な一定量の樹脂の、溶融状態における樹脂の温度と温度変化に対する体積の変化との関係を予め記憶している記憶手段が設けられ、
   前記制御手段は、
   前記温度測定手段が測定した温度に対応する体積の溶融樹脂が吐出されるように前記ディスペンサを制御することを特徴とする請求項１記載の樹脂封止装置。
3. 前記記憶手段には、溶融樹脂の種類毎に、樹脂封止に必要な一定量の樹脂の溶融状態における樹脂の温度と温度変化に対する体積の変化との関係が予め記憶されていることを特徴とする請求項２記載の樹脂封止装置。
4. 前記温度測定手段は、ディスペンサの外壁面に取り付けられてディスペンサの外壁温度を測定していることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項記載の樹脂封止装置。