JP3116913B2 - 半導体チップ樹脂封止用金型及びこれを用いた半導体チップ樹脂封止方法 - Google Patents

半導体チップ樹脂封止用金型及びこれを用いた半導体チップ樹脂封止方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばプラスチッ
ク・ボール・グリッド・アレイパッケージ(以下、「P
BGAパッケージ」という。)やプラスチック・ピン・
グリッド・アレイパッケージのような片面封止型の半導
体装置を対象とした、半導体チップ樹脂封止用金型及び
これを用いた半導体チップ樹脂封止方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、PBGAパッケージは、図6に示
す半導体チップ樹脂封止用金型(以下「封入金型」とい
う。)によって形成されるようになっている。図6に示
す封入金型は、上キャビティブロック51と下キャビテ
ィブロック52とにより構成されている。上キャビティ
ブロック51は、樹脂封止エリアを形成する上キャビテ
ィ53を備えている。また、下キャビティブロック52
は、比較的大きい凹部からなる下キャビティ54を備え
た固定キャビティブロック52Aと、下キャビティ54
内に設けられた移動キャビティブロック52Bとにより
構成されている。
【0003】移動キャビティブロック52Bは、その下
側のばね収納用凹部52Baに装備された皿ばね55に
よって、常時所定の押圧力をもって上方に押し上げられ
るようになっている。そして、移動キャビティブロック
52Bと皿ばね55とによって圧力逃げ機構(フローテ
ィング機構)60が構成されている。PBGAパッケー
ジの封入時には、圧力逃げ機構60によって、基板57
の厚さバラツキが吸収されることにより、基板配線(図
示せず)が保護されるようになっている。
【0004】次に、上記従来例におけるPBGAパッケ
ージの半導体チップ樹脂封止方法(以下、「封入方法」
という。)について説明する。
【0005】まず、図6に示す封入金型を加熱する。そ
して、封入金型が所定の温度に到達したら、移動キャビ
ティブロック52B上に、ワイヤボンディング済みの基
板57を載置する。続いて、上キャビティブロック51
と下キャビティブロック52とを、基板配線を破壊せず
に、封入樹脂の注入時に上キャビティ53周囲から樹脂
漏れの発生しない圧力となるように型締めする。この型
締め作業が完了した時点より樹脂を所定圧力にて注入
し、注入が完了した後、樹脂硬化反応時間を経て封入金
型を開き、封入工程を完了する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】PBGAパッケージに
使用する基板は、1フレーム内に半導体チップが複数搭
載された多数個取りとなっている。このため、封入金型
は複数のキャビティを有し、基板を位置合わせをしてそ
の後に型締めを行う。この時、前述した圧力逃げ機構
は、基板の厚さバラツキを例えば100〔μm〕程度吸
収する。
【0007】しかしながら、基板配線による凹凸がある
ため、基板配線の厚い基板では押圧力が大きく、基板配
線の薄い基板では押圧力が小さいという、型締めした基
板へのいわゆる片当たり(押圧力の不均一)が発生す
る。この片当たりによる部分的な基板の破壊を防止する
ために型締圧力を調整すると樹脂漏れが発生し、樹脂漏
れを防ぐように型締圧力を調整すると部分的に基板の破
壊が発生するという不都合が生じていた。
【0008】
【発明の目的】そこで、本発明の目的は、PBGAパッ
ケージ等の封入工程での樹脂漏れや基板破壊などによる
歩留まり低下を防止し、更にパッケージの縮小化が可能
となる、封入金型及び封入方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る封入金型
は、第一キャビティブロックと、第二キャビティブロッ
クと、前記第一キャビティブロックに設けられた半導体
チップ樹脂封止用の複数のキャビティと、クランプブロ
ックとを備えている。前記第一キャビティブロック及び
前記第二キャビティブロックは、半導体チップが一部に
ダイボンディングされた基板を、当該半導体チップが前
記キャビティ内かつ当該基板の周辺が前記キャビティ外
に位置するように挟持するものである。前記クランプブ
ロックは、前記キャビティの前記基板に接する周端を囲
繞するように当該各キャビティ毎に前記第一キャビティ
ブロック内に設けられ、前記第一キャビティブロック及
び前記第二キャビティブロックとは独立して当該各キャ
ビティ毎に前記基板を押圧するものである。そして、当
該各クランプブロックには、当該クランプブロックの基
盤への押圧力を制御する加圧機構が付設されていて、当
該押圧力を制御可能としたものである。
【0010】次に、本発明に係る封入金型の使用方法を
説明する。前述のとおり、基板をインサートとし封止樹
脂を注入する複数のキャビティと、各キャビティごとに
基板を押圧する可動式のクランプブロックとを有する封
入金型を使用する。そして、第二キャビティブロック上
に基板を配置し、第一キャビティブロック及びクランプ
ブロックによりキャビティが基板上に封入エリアを形成
するように型締めを行う。このとき、加圧機構により
締め圧力をクランプブロック毎に検出し、型締め圧力が
所定の圧力に達した時点から所定量クランプブロックを
可動させる。これにより基板を型締めし、樹脂を注入す
る。加圧機構にて型締め圧力を検出する代わりに、位置
を検出するようにしてもよく、又は圧力と位置との両方
を検出するようにしてもよい。
【0011】各キャビティ毎にクランプブロックに対す
る圧力又は位置を加圧機構により制御することにより、
各キャビティ毎に異なる基板厚さに対応するように、型
締め圧力が全キャビティに渡り均一になる。したがっ
て、封入時の樹脂漏れが防止されるとともに片当たりが
発生しないので、基板破壊が発生することもなく、キャ
ビティ毎に最低限必要な型締め圧力又は位置制御による
押し込み量にて、樹脂注入が行える。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は、本発明に係る封入金型の
第一実施形態を示す概略断面図である。図2は、図1の
封入金型の一部を示す分解斜視図である。以下、この図
面に基づき説明する。ただし、図6と同一部分は同一符
号を付すことにより重複説明を省略する。
【0013】本実施形態の封入金型は、上キャビティブ
ロック10と、下キャビティブロック52と、上キャビ
ティブロック10に設けられた半導体チップ樹脂封止用
の複数の上キャビティ53と、上キャビティ53毎に設
けられた複数のクランプブロック12とを備えている。
上キャビティブロック10及び下キャビティブロック5
2は、半導体チップ56が一部にダイボンディングされ
た基板57を、半導体チップ56が上キャビティ53内
かつ基板57の周辺が上キャビティ53外に位置するよ
うに挟持するものである。クランプブロック12は、上
キャビティ53の基板57に接する周端を囲繞するよう
に各上キャビティ53毎に上キャビティブロック10内
に設けられ、上キャビティブロック10及び下キャビテ
ィブロック52とは独立して各上キャビティ53毎に基
板57を押圧可能としたものである。すなわち、クラン
プブロック12は、上キャビティブロック10内部で上
下に摺動可能となっている。なお、上キャビティ53及
びクランプブロック12は、便宜上一個のみ図示してい
る。
【0014】また、本実施形態の封入金型には、クラン
プブロック12毎に基板57への押圧力を制御する加圧
機構(押圧部材14Aのみ図示)が付設されている。加
圧機構は、押圧力発生源(図示せず)、この圧力発生源
から発生した押圧力をクランプブロック12に伝達する
押圧部材14、基板57への押圧力を検出する圧力セン
サ(図示せず)、この圧力センサで検出された押圧力が
所定値になるように押圧力発生源を制御するコントロー
ラ(図示せず)等を備えている。したがって、加圧機構
によって上キャビティ53毎に型締め圧力を調整でき
る。
【0015】押圧力発生源は、例えばサーボモータ、油
圧装置等である。圧力センサは、例えば加圧機構内に設
けられたロードセルである。圧力センサの代わりに位置
センサを用いてもよい。コントローラは、例えばマイク
ロコンピュータである。
【0016】次に、図1の封入金型の動作を説明する。
【0017】例えばPBGAの6連基板の封入をする場
合、下キャビティ54の皿バネ55による圧力逃げ機構
60の押し上げ力は80〜100〔kg/cm2 〕が目安
となる。皿バネ55を複数個組み合わせることにより、
求めるバネ力となるよう調整する。このとき、上キャビ
ティブロック10と下キャビティブロック52とによる
型締め力を100〔kg/cm2 〕以上に設定しても、圧
力逃げ機構60の作用によって基板57には皿バネ55
による一定の圧力のみ加わることになる。この皿バネ5
5の設定値は、基板57にダメージを与えない圧力とす
ることが望ましい。この状態で、上キャビティ53毎に
加圧機構にてクランプブロック12を下降させ、基板5
7が破断しない100〜150〔kg/cm2 〕程度の圧
力に達するまで押し込む。このように、上キャビティ5
3毎に樹脂漏れの発生しない状態にクランプが完了した
後、樹脂を注入する。
【0018】図3は、本発明に係る封入金型の第二実施
形態を示す概略断面図である。以下、この図面に基づき
説明する。ただし、図1と同一部分は同一符号を付すこ
とにより重複説明を省略する。
【0019】本実施形態の封入金型では、クランプブロ
ック12の押圧によって変形した基板57を逃がすクラ
ンプブロック逃げ52Bbを備えている。クランプブロ
ック逃げ52Bbは、下キャビティブロック20を構成
する移動キャビティブロック52Bの、クランプブロッ
ク12に対向する位置に設けられている。これにより、
クランプブロック12のストロークを最大限延長するこ
とが可能となる。また樹脂の注入が完了した後、更にク
ランプブロック12を基板57の厚さ分(この場合0.
36〔mm〕)押し込むことにより、基板57の個片切
断を行うことが可能となる。
【0020】図4は、本発明に係る封入金型の第三実施
形態を示す概略断面図である。以下、この図面に基づき
説明する。ただし、図3と同一部分は同一符号を付すこ
とにより重複説明を省略する。
【0021】本実施形態の封入金型では、上キャビティ
ブロック30に設けられたキャビティ32の一部がクラ
ンプブロック12によって構成されている。詳しくは、
キャビティ32の側面(基板57に垂直な面)がクラン
プブロック12によって構成されている。これにより、
樹脂外周の稜線が垂直なPBGAパッケージを製造する
ことができる。したがって、本実施形態の封入金型によ
れば、樹脂封入エリアを最小にすることが可能となる。
【0022】図5は、図3の封入金型を用いた封入方法
を工程順に示した概略断面図である。以下、この図面に
基づき説明する。
【0023】まず、移動キャビティブロック52B上に
基板57を位置決めし(図5〔1〕)、上キャビティブ
ロック10と下キャビティブロック20とを型締めする
(図5〔2〕)。下キャビティ54には皿バネ55によ
る圧力逃げ機構60が付いているため、図5〔2〕の状
態では皿バネ55のバネ力により基板57が型締めされ
ている。このときのバネ力による型締め圧力は、基板5
7を破壊しない程度である。この状態では、樹脂が注入
されないので、間隙があってもかまわない。
【0024】図5〔2〕の状態から加圧機構により圧力
をモニターしつつクランプブロック12を加圧し、基板
57を変形させたところで、クランプブロック12の加
圧を停止する(図5〔3〕)。この状態になったところ
で、樹脂を注入する。樹脂注入が終了したら金型を開
き、製品を取り出す。
【0025】また、基板57を変形させるクランプブロ
ック12の動作は加圧機構による位置制御によっても可
能であるし、位置及び圧力の併用であっても可能であ
る。更に、樹脂注入終了後、基板57が破壊するまでク
ランプブロック12を加圧すれば、樹脂稜線での切断工
程を同時に行うこともできる。
【0026】なお、これらの各実施形態に記載した以外
にも、プラスチック基板を使用した片面封止型パッケー
ジの封入工程及び切断工程に広く応用することが可能で
ある。本発明により、樹脂漏れが少なくかつ基板ダメー
ジの少ない封入が可能であり、従来の封入金型を使用し
た場合に比べてパッケージ外形寸法より小さくすること
が可能である。
【0027】
【発明の効果】本発明に係る封入金型及び封入方法によ
れば、キャビティの基板に接する周端を囲繞するように
各キャビティ毎にクランプブロックを設け、クランプブ
ロック毎に、当該クランプブロックの基盤への押圧力を
制御する加圧機構を付設したことにより、第一キャビテ
ィブロック及び第二キャビティブロックとは独立して各
キャビティ毎に基板を押圧し、当該押圧力を調整するこ
とができるので、基板の厚さバラツキに起因する樹脂漏
れ又は基板配線の破壊などの不具合を防止でき、これに
より歩留まりを向上させることができる。
【0028】請求項2記載の封入金型又は請求項4記載
の封入方法によれば、クランプブロックの押圧によって
変形した基板を逃がすクランプブロック逃げを備えたこ
とにより、より確実に基板を押圧することができるの
で、基板の厚さバラツキに起因する樹脂漏れをより確実
に防止できる。
【0029】請求項3記載の封入金型によれば、キャビ
ティの一部が前記クランプブロックによって構成されて
いることにより、製品の寸法を小さくすることが可能な
樹脂稜線での切断が実現できる。
【0030】請求項5記載の封入方法によれば、クラン
プブロックによって基板を切断することにより、従来必
要であった基板の切断工程を省略できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体チップ樹脂封止用金型の第
一実施形態を示す概略断面図である。
【図2】図1の半導体チップ樹脂封止用金型の一部を示
す分解斜視図である。
【図3】本発明に係る半導体チップ樹脂封止用金型の第
二実施形態を示す概略断面図である。
【図4】本発明に係る半導体チップ樹脂封止用金型の第
三実施形態を示す概略断面図である。
【図5】図3の封入金型を用いた半導体チップ樹脂封止
方法を示した概略断面図であり、図5〔1〕〜〔3〕の
順に工程が進行する。
【図6】従来の半導体チップ樹脂封止用金型を示す概略
断面図である。
【符号の説明】
10,30 上キャビティブロック(第一キャビティブ
ロック) 12 クランプブロック 14A 加圧機構の押圧部材 30,52 下キャビティブロック(第二キャビティブ
ロック) 32,53 上キャビティ(半導体チップ樹脂封止用の
キャビティ) 54 下キャビティ 57 基板 56 半導体チップ 52Bb クランプブロック逃げ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/56 B29C 45/14 B29C 45/26

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第一キャビティブロックと、第二キャビ
    ティブロックと、前記第一キャビティブロックに設けら
    れた半導体チップ樹脂封止用の複数のキャビティとを備
    え、 前記第一キャビティブロック及び前記第二キャビティブ
    ロックは、半導体チップが一部にダイボンディングされ
    た基板を、当該半導体チップが前記キャビティ内かつ当
    該基板の周辺が前記キャビティ外に位置するように挟持
    するものである、 半導体チップ樹脂封止用金型において、 前記キャビティの前記基板に接する周端を囲繞するよう
    に当該各キャビティ毎に前記第一キャビティブロック内
    に設けられ、前記第一キャビティブロック及び前記第二
    キャビティブロックとは独立して当該各キャビティ毎に
    前記基板を押圧可能とした、クランプブロックを備え、 このクランプブロック毎に、当該クランプブロックの基
    盤への押圧力を制御する加圧機構を付設した ことを特徴
    とする半導体チップ樹脂封止用金型。
  2. 【請求項2】 前記クランプブロックの押圧によって変
    形した基板を逃がすクランプブロック逃げを備えた、請
    求項1記載の半導体チップ樹脂封止用金型。
  3. 【請求項3】 前記キャビティの一部が前記クランプブ
    ロックによって構成されている、請求項1又は2記載の
    半導体チップ樹脂封止用金型。
  4. 【請求項4】 請求項1、2又は3記載の半導体チップ
    樹脂封止用金型を用いた半導体チップ樹脂封止方法であ
    って、 前記第一キャビティブロックと前記第二キャビティブロ
    ックとで前記基板を挟持することにより予備的に型締め
    を行い、 続いて、前記クランプブロックによって前記各キャビテ
    ィ毎に前記基板を前記加圧機構にて制御された押圧力で
    押圧することにより型締めを行う、 半導体チップ樹脂封止方法。
  5. 【請求項5】 請求項2記載の半導体チップ樹脂封止用
    金型を用いた半導体チップ樹脂封止方法であって、 前記第一キャビティブロックと前記第二キャビティブロ
    ックとで前記基板を挟持することにより予備的に型締め
    を行い、 続いて、前記クランプブロックによって前記各キャビテ
    ィ毎に前記基板を前記加圧機構にて制御された押圧力で
    押圧することにより型締めを行い、 更に前記クランプブロックによって前記基板を変形させ
    る、 半導体チップ樹脂封止方法。
  6. 【請求項6】 請求項2記載の半導体チップ樹脂封止用
    金型を用いた半導体チップ樹脂封止方法であって、 前記第一キャビティブロックと前記第二キャビティブロ
    ックとで前記基板を挟持することにより予備的に型締め
    を行い、 続いて、前記クランプブロックによって前記各キャビテ
    ィ毎に前記基板を前記加圧機構にて制御された押圧力で
    押圧することにより型締めを行い、 更に前記クランプブロックによって前記基板を切断す
    る、 半導体チップ樹脂封止方法。
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