JP4319759B2 - 樹脂封止装置及び樹脂封止方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する利用分野】
本発明は、主として半導体チップをフリップチップ接続された基板や半導体パッケージを搭載した基板などをモールド金型によりクランプしてトランスファ成形、空圧成形或いは圧縮成形などにより樹脂封止する樹脂封止装置及び樹脂封止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップを基板にフリップチップ接続した後、該半導体チップと基板との間の熱応力による影響を緩和するため、所謂アンダーフィルが行われている。
このアンダーフィルは、半導体チップの一辺又は二辺に相当する周囲にポッティングにより液状樹脂を垂らして、基板を傾けることにより、毛細管現象により半導体チップと基板との間に樹脂を注入し、加熱硬化させて樹脂封止していた。
【０００３】
しかしながら、半導体チップの微細配線化に伴い、アンダーフィルにより樹脂を注入する半導体チップと基板との隙間は１００μｍ程度と狭く、今後５０〜３５μｍ程度まで狭くなることが想定されている。また、システムＬＳＩなどの開発により、半導体チップのサイズは、１０×１０ｍｍから２５×２５ｍｍへと大型化するものもある。よって、毛細管現象により半導体チップと基板との間に樹脂を注入する場合、生産性が低い上に液状樹脂などの材料コストが高い。また、チップ面の凹凸、封止面の材質による液状樹脂の濡れ性、バンプ密度と配列の偏りなどにより樹脂が流れ易い部分と流れ難い部分が生じ、アンダーフィル領域に空気塊（ボイド）が生じる。この樹脂層にボイドが生ずると、熱により樹脂層にボイドを起点とするクラックが生じて半導体チップの故障の要因となる。また、環境保護の観点から、液状樹脂にアンチモンなどの難燃化添加剤は減らされる一方、フィラーの含有率を上げて樹脂量を減らす傾向にあり、これによって樹脂の流動抵抗は増加する。したがって、ポッティングによるアンダーフィルでは、半導体チップと基板間の隙間の狭小化やチップサイズの大型化に対応できない。
【０００４】
この半導体チップをフリップチップ接続した基板をアンダーフィルする処理時間を短縮し、樹脂層にボイドの発生を抑えたアンダーフィル方法として、例えば特開平９−１７２０３５号公報、特開平１１−１４５１６８号公報など提案されている。特開平９−１７２０３５号公報は、配線基板に搭載される半導体ダイの中心又は中心付近に対応して単数又は複数の孔が貫通形成されている。この配線基板の半導体ダイの周囲に液状樹脂を垂らして、配線基板の孔から真空吸引することにより、基板上面側から底面側に圧力差を形成して、樹脂を四辺から半導体ダイの中心側に注入させて、半導体ダイと基板間に樹脂を充填して各孔を樹脂で塞いだ後、真空を解除することにより樹脂封止するものである。
【０００５】
特開平１１−１４５１６８号公報は、基板の電子部品装着位置の中央に貫通孔が形成されており、この貫通孔に樹脂加圧機構の注入口を一致させてピストンによりシリンダ内に収容された液状樹脂を加圧しながら電子部品と基板との隙間に強制的に加圧注入したり、滴下機構により電子部品の周囲に液状樹脂を滴下させ、減圧機構により隙間の空気を貫通孔より強制的に吸引排出することにより液状樹脂を隙間に注入したりするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−１７２０３５号公報、特開平１１−１４５１６８号公報に開示されているアンダーフィル方法は、半導体ダイ或いは電子部品の周囲に滴下した液状樹脂を、基板の中央部に設けた貫通孔より真空吸引して強制的に半導体ダイ或いは電子部品と基板との隙間に注入すると、半導体ダイ或いは電子部品のバンプとバンプ間とでは樹脂の流れ性（流動抵抗）に差があり、樹脂流れ先端部（フローフロント）のうち流動抵抗の低い部分が高い部分より先に筋状に流れ込み、フローフロントがばらついて樹脂の流れが切れ易く空気塊（ボイド）を取り込み易くなり、成形品質が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、チップサイズが大型化したり、半導体チップと基板との隙間が狭小化しても、該隙間を含む樹脂封止部を効率良く均一に樹脂封止して成形品質を高めた樹脂封止装置及び樹脂封止方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次の構成を備える。
即ち、第１の樹脂封止装置は、半導体チップがフリップチップ接続され、チップ搭載部に基板排気孔が形成された基板をモールド金型によりクランプして樹脂封止する樹脂封止装置において、モールド金型は、基板が搭載され、該基板に形成された基板排気孔に連通する多孔質部材が設けられている基板搭載部と、半導体チップを収容可能なキャビティ凹部と、半導体チップと基板との隙間部分のエアーを基板排気孔及び多孔質部材を介して吸引するエアー吸引手段と、キャビティに封止樹脂を充填する樹脂充填部とを備え、基板をクランプし、樹脂充填部より封止樹脂をキャビティ凹部へ樹脂圧を印加しながら送出すると共に、エアー吸引手段により半導体チップと基板との隙間部分のエアーを基板排気孔より吸引して該隙間部分を樹脂封止することを特徴とする。
また、基板搭載部には、多孔質部材に代えて、基板に形成された基板排気孔に連通する梨地状金型面が形成されていても良い。
また、モールド金型の樹脂充填部からキャビティ凹部に至る樹脂路を含む金型面にはリリースフィルムが張設されていても良い。この場合、半導体チップにはボス部を介して放熱板が装着され、該放熱板の中心部には放熱板排気孔が貫通形成されており、放熱板と半導体チップとの隙間のエアーを放熱板排気孔より排気しながら該隙間を樹脂封止するようにしても良い。また、リリースフィルムが張設された金型面には放熱板排気孔より排気されたエアーを収容する金型凹部が形成されているのが好ましい。
また、基板排気孔は、基板の両面を導通するスルーホールに形成されていても良く、或いはスルーホール内壁面と該スルーホール内壁面に被着した導体層との空隙によって形成されていても良い。
【０００９】
また、第１の樹脂封止方法は、半導体チップがフリップチップ接続され、チップ搭載部に基板排気孔が形成された基板及び封止樹脂を型開きしたモールド金型へ搬入する工程と、基板をモールド金型によりクランプしてキャビティ凹部へ樹脂圧を印加しながら充填すると共に半導体チップと基板との隙間部分のエアーを基板排気孔より吸引しながら該隙間部分に封止樹脂を充填する樹脂封止工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、第２の樹脂封止装置としては、半導体チップがフリップチップ接続され、チップ搭載部に基板排気孔が形成された基板の、半導体チップの周囲に液状樹脂が供給された基板をモールド金型によりクランプして空圧成形する樹脂封止装置において、モールド金型は、基板が搭載され、該基板に形成された基板排気孔に連通する多孔質部材が設けられている基板搭載部と、半導体チップを収容可能なキャビティ凹部と、該キャビティ凹部内に空圧を印加する空圧印加手段と、半導体チップと基板との隙間部分のエアーを基板排気孔及び多孔質部材を介して吸引するエアー吸引手段とを備え、基板をクランプし、半導体チップの周囲に供給された液状樹脂に空圧印加手段より空圧を印加すると共に、エアー吸引手段より半導体チップと基板との隙間部分のエアーを基板排気孔より吸引しながら該隙間部分を樹脂封止することを特徴とする。
また、基板搭載部には、多孔質部材に代えて、基板に形成された基板排気孔に連通する梨地状金型面が形成されていても良い。
また、基板排気孔は、基板の両面を導通するスルーホールに形成されていても良く、或いはスルーホール内壁面と該スルーホール内壁面に被着した導体層との空隙によって形成されていても良い。
【００１１】
また、第２の樹脂封止方法としては、半導体チップがフリップチップ接続され、チップ搭載部に基板排気孔が形成された基板の、半導体チップの周囲に液状樹脂を供給する樹脂供給工程と、基板をモールド金型によりクランプしてキャビティ凹部に収容された半導体チップの周囲より空圧を印加しながら該半導体チップと基板との隙間部分に液状樹脂を充填すると共に、該隙間部分のエアーを基板排気孔より吸引しながら樹脂封止する空圧成形工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
また、第３の樹脂封止装置としては、半導体チップがフリップチップ接続され、チップ搭載部に基板排気孔が形成された基板をモールド金型によりクランプし、半導体チップをリリースフィルムにより被覆されたキャビティ凹部に供給された液状樹脂に浸漬させて圧縮成形する樹脂封止装置において、モールド金型は、基板を吸着保持する基板吸着部を有する上型と、キャビティ凹部を有するキャビティブロックと、キャビティブロックの周囲に設けられ、リリースフィルムとキャビティ凹部との隙間部分に連通する吸引路が形成された可動ブロックと、リリースフィルムとキャビティ凹部との隙間部分のエアーを吸引するエアー吸引手段とを有する下型とを備え、上型の基板吸着部に基板が吸着保持されることにより半導体チップと基板との隙間部分のエアーを基板排気孔より吸引しながらモールド金型をクランプし、半導体チップをキャビティ凹部に供給された液状樹脂に浸漬すると共に、エアー吸引手段によりリリースフィルムとキャビティ凹部との隙間部分のエアーを吸引して該リリースフィルムをキャビティ凹部の内面に密着させつつ、基板によりキャビティ凹部を密閉することにより半導体チップと基板との隙間部分のエアーを基板排気孔より吸引しながら半導体チップの周囲及び当該半導体チップと基板との隙間部分に充填される液状樹脂にクランプ圧を印加して樹脂封止することを特徴とする。
また、基板排気孔は、基板の両面を導通するスルーホールに形成されていても良く、或いは基板排気孔は、スルーホール内壁面と該スルーホール内壁面に被着した導体層との空隙によって形成されていても良い。
【００１３】
また、第３の樹脂封止方法においては、半導体チップがフリップチップ接続され、チップ搭載部に基板排気孔が形成された基板を型開きしたモールド金型に搬入して上型面に吸着保持する工程と、モールド金型のキャビティ凹部を含む下型面がリリースフィルムで覆われた該リリースフィルム上に液状樹脂を供給する工程と、モールド金型をクランプし、半導体チップをキャビティ凹部に供給された液状樹脂に浸漬すると共に、リリースフィルムとキャビティ凹部との隙間部分のエアーを吸引して該リリースフィルムをキャビティ凹部の内面に密着させつつ、基板によりキャビティ凹部を密閉することにより半導体チップと基板との隙間部分のエアーを基板排気孔より吸引しながら半導体チップの周囲及び当該半導体チップと基板との隙間部分に充填される液状樹脂にクランプ圧を印加しながら圧縮成形する工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る樹脂封止装置及び樹脂封止方法の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。
［第１実施例］
先ず、半導体チップをフリップチップ接続された基板をトランスファ成形により樹脂封止する樹脂封止装置及び樹脂封止方法について説明する。
図１（ａ）（ｂ）はトランスファ成形によるモールド金型の樹脂充填完了前の状態を示す上視図及び断面図、図２は図１のモールド金型の樹脂充填完了状態を示す断面図、図３は半導体チップのバンプと基板貫通孔の配置構成を示す上視図、図４（ａ）〜（ｄ）は半導体チップと基板間を樹脂封止する状態説明図、図５（ａ）（ｂ）は放熱板を装着された半導体チップの上視図及びモールド金型の樹脂封止状態を示す断面説明図、図６及び図７は多層基板を用いてアンダーフィルする場合の断面説明図である。
【００１５】
図１（ａ）（ｂ）において、樹脂封止装置の構成について説明する。本実施例で樹脂封止される被成形品は、複数の半導体チップ１をバンプ又ははんだボールなどの電極端子１ａを介してマトリクス状にフリップチップ接続された基板２が用いられる。基板２としては、エポキシ系樹脂基板、ポリイミド系樹脂基板、ＢＴ（Bismaleimide・Triazine）基板の他にセラミックス基板なども用いられる。また、基板２は、単層基板でも多層基板のいずれでも良い。
樹脂封止装置は、上記樹脂基板２をクランプして樹脂封止するモールド金型３、該モールド金型３を開閉する公知の型開閉機構、モールド金型３内で溶融した封止樹脂４をキャビティへ圧送するトランスファ機構などが装備されている。
【００１６】
モールド金型３は上型５及び下型６を備えている。上型５には、半導体チップ１を収容可能なキャビティ凹部６、該キャビティ凹部６に連通する金型ランナゲート７が形成されている。また、下型８には樹脂基板２を搭載する基板搭載部９、該基板搭載部９よりエアーを吸引するエアー吸引手段１０、封止樹脂４をキャビティへ圧送りする樹脂充填部１１が設けられている。樹脂充填部１１には、樹脂タブレットなどの封止樹脂４を装填するポット１２や該ポット１２内に装填された封止樹脂４をキャビティへ圧送りするプランジャ１３が設けられている。このプランジャ１３は図示しないトランスファ機構により上動して封止樹脂４に樹脂圧を印加して金型ランナゲート７を介して送出してキャビティへ充填する。尚、上型５に基板搭載部９が設けられ、下型８にキャビティ凹部６が設けられていても良い。
【００１７】
樹脂基板２のチップ搭載部（チップ下面側）には基板排気孔１４が複数貫通形成されている。エアー吸引手段１０は、基板２に貫通形成された基板排気孔１４を介して半導体チップ１と樹脂基板２との隙間部分１５のエアーを吸引する。
基板搭載部９には、樹脂基板２に貫通形成された基板排気孔１４に連通可能な多孔質部材１６が設けられていても良く、或いは基板搭載部９の搭載面が基板２に貫通形成された基板排気孔１４に連通可能な梨地状金型面１７に形成されていても良い。上記多孔質部材１６又は梨地状金型面１７にはエアー吸引路１８が連通しており、図示しない真空吸引装置により吸引可能になっている。尚、梨地状金型面１７に樹脂付着の少ない表面処理、例えば複合ニッケルめっき、テフロン系、フッソ系などの耐熱性樹脂をコーティングしておくことにより、仮に基板２の裏面側に封止樹脂４が回り込んだとしても離型性が良いため、該封止樹脂４は基板２と共に取り出されるので金型面に樹脂汚れが生ずることはない。
【００１８】
図２に示すように、樹脂封止装置は、モールド金型３により基板２をクランプして樹脂充填部１１より封止樹脂４をキャビティへ圧送りすると共にエアー吸引手段１０よりエアー吸引することにより、半導体チップ１と樹脂基板２との隙間部分１５のエアーを基板排気孔１４より吸引しながら該隙間部分１５を樹脂封止する。
【００１９】
尚、本実施例は半導体チップ１の上面を露出させて樹脂封止するため、上型５の樹脂充填部１１からキャビティ凹部６に至る樹脂路を含む金型面にはリリースフィルム１９が張設されていても良い。リリースフィルム１９は、モールド金型３の加熱温度に耐えられる耐熱性を有するもので、金型面より容易に剥離するものであって、柔軟性、伸展性を有するフィルム材、例えば、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ＰＥＴ、ＦＥＰ、フッ素含浸ガラスクロス、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリジン等が好適に用いられる。リリースフィルム１９は、上型５のパーティング面に形成された吸着穴よりエアーを吸引することで、上型５に密着して張設される。リリースフィルム１９は、長尺状のものをリリースフィルム供給機構（図示せず）により連続してモールド金型へ供給するようになっていても、或いは予め短冊状に切断されたものを用いても良い。尚、長尺状のリリースフィルム１８を用いる場合には、リリースフィルムを上型５の開閉動作に伴って金型面に対して上下動する必要がある。
【００２０】
また、上型５のキャビティ凹部６には保圧ピン２０が突き出し可能に設けられていても良い。この保圧ピン２０は、樹脂封止部が基板面上の広範囲にわたるため、キャビティの周縁部では流動抵抗により樹脂圧が低下し易いため、該樹脂圧を均一に保つために設けられている。
【００２１】
基板２に貫通形成される基板排気孔１４は、ＣＯ2ガスレーザ、ＵＶ−ＹＡＧレーザ或いはドリルなどにより孔開け加工されている。この基板排気孔１４は、隙間部分１５のエアーをスムーズに逃すため、図３（ａ）に示すようにチップ搭載部の中心側に孔密度が高く形成されているのが好ましい。また、図３（ｂ）において基板排気孔１４の形状は直線状に形成したり或いはクランク状に形成しても良い。また、排気抵抗をチップ搭載部の中心側より周辺側を大きくするため、中心側の孔径が大きくなるように形成されていても良く、或いはチップ搭載部の周辺側に向かって孔長が長くなるように形成されていても良い。これは、封止樹脂４は半導体チップ１の周辺側よりチップ搭載部の中心側に向かって流れ、チップ搭載部の周辺側の基板排気孔１４から順次進入して塞ぐため、早めに基板排気孔１４に進入した封止樹脂４が基板２の裏面側に流出することなく充填硬化させるためである。
尚、基板排気孔１４をクランク状に形成する場合には、後述するように基板２には多層配線板が用いられ、各レイヤーを形成する基板を形成する際に孔開け加工したものを積層して各孔どうしが連通するように形成される。
【００２２】
基板排気孔１４の排気抵抗（大きさや形状などによる）は、アンダーフィル条件（チップサイズや隙間部分１５の大きさ）とアンダーフィル樹脂により相対的に決まる。即ち、半導体チップ１のサイズが大きいほど基板排気孔１４の排気抵抗を下げる必要があり、更に半導体チップ１と基板２との隙間部分１５が狭くなれば、チップサイズよりも樹脂圧力が減衰するため、排気抵抗を更に下げる必要がある。また、逆にチップサイズが小さく、隙間部分１５が大きくなれば、排気抵抗を上げる必要がある。
例えば、キャビティ中の樹脂圧力が４０ｋｇf／ｃｍ2であり、半導体チップ１のサイズが１０ｍｍ×１０ｍｍ、隙間部分１５の大きさ（アンダーフィル空間）が１００μｍの場合、アンダーフィル空間の樹脂圧力は７０％程度であり、チップサイズが２０ｍｍ×２０ｍｍ、隙間１５の大きさ（アンダーフィル空間）が１００μｍの場合には、アンダーフィル空間の樹脂圧力は４０％程度に減衰する。上記各チップサイズで隙間部分１５の大きさ（アンダーフィル空間）が半減する（５０μｍになる）と、アンダーフィル空間の樹脂圧力は５０％程度、２０％程度に減衰すると予想される。
【００２３】
ここで、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して半導体チップ１をフリップチップ実装した基板２をアンダーフィルする過程について説明する。本実施例では、基板２に設けられた基板排気孔１４は、チップ搭載部の中心側に孔密度が高く形成されている。基板排気孔１４の形状は、直線状のものとクランク状のものとが形成されており、チップ搭載部中心側より周辺側の排気抵抗が大きくなるように孔径が調整されている。また、基板搭載部９は梨地状金型面１７が形成されているものとする。
【００２４】
先ず、半導体チップ１をフリップチップ接続された基板２及び封止樹脂４（樹脂タブレットなど）を型開きしたモールド金型３へ搬入する。図４（ａ）において、基板２をモールド金型３によりクランプして、樹脂充填部１１より封止樹脂４を圧送りして、金型ランナゲート７を介してキャビティに充填する。封止樹脂４は比較的流動抵抗の少ない半導体チップ１間より充填される。また、図示しないエアー吸引手段１０によりエアー吸引が行われているため、チップ−基板間に閉じ込められたエアーは基板排気孔１４より梨地状金型面１７を介して吸引される。
【００２５】
そして、図４（ｂ）において、チップ−基板間の隙間部分１５のエアー吸引とトランスファー成形による成形樹脂圧によりアンダーフィル空間の樹脂圧力の損失を補填しながら、封止樹脂４はフローフロントのばらつきなく半導体チップ１の周囲より略均等に隙間部分１５に進入し始める。そして、封止樹脂４がチップ搭載部の中心側に近づくと、図４（ｃ）に示すように周辺側の基板排気孔１４より封止樹脂４が充填され始める。
【００２６】
基板排気孔１４の排気抵抗は、チップ搭載部中心側より周辺側が大きくなるように孔径が調整されているので、基板排気孔１４に進入した封止樹脂４は、樹脂封止が完了するまでに基板２の裏面側に漏れ出すことはない。そして、図４（ｄ）に示すように、隙間部分１５に封止樹脂４が充填され、すべての基板排気孔１４に封止樹脂４が閉塞されると、封止樹脂４は加熱硬化してアンダーフィルが完了する。
【００２７】
上記樹脂封止装置及び樹脂封止方法によれば、半導体チップ１をフリップチップ実装された基板２のチップ−基板間の隙間部分１５にトランスファー成形による成形樹脂圧を印加すると共に隙間部分１５のエアー吸引を行うことにより、隙間部分１５の大きさや封止樹脂４の流動抵抗の大小にかかわらず、半導体チップ１の周囲より流れ込むフローフロントのばらつきをなくして、効率良くしかも均一に樹脂封止することができる。
また、封止樹脂４の樹脂流に空気塊（ボイド）を取り込むのを抑えられるため、成形品質が向上し、しかも難燃化添加剤の少ないフィラー含有率の高い高粘度の樹脂を使用できるので、環境保護に資すると共に製造コストも低減できる。
【００２８】
次に樹脂封止装置の他の実施態様について図５を参照して説明する。図５（ａ）は放熱板を装着された半導体チップの上視図、図５（ｂ）はモールド金型の樹脂封止状態を示す断面説明図である。本実施例は、上型５の樹脂充填部１１からキャビティ凹部６に至る樹脂路を含む金型面にはリリースフィルム１９が張設されている。半導体チップ１には、放熱板（ヒートシンク）２１がボス部２２を介して装着（接着）されていても良い。また、放熱板２１の対向するコーナー部には位置決め用の折り曲げ片２３が形成されている。また、放熱板２１の中心部には放熱板排気孔２４が貫通形成されている。放熱板排気孔２４は、チップ中心側に孔密度が高く形成されている。また、リリースフィルム１９が張設された上型面には放熱板排気孔２４より排気されたエアーを収容する金型凹部２５が形成されている。
【００２９】
アンダーフィルする過程について説明すると、基板２をモールド金型３によりクランプして、樹脂充填部１１より封止樹脂４を圧送りして、金型ランナゲート７を介してキャビティに充填する。また、図示しないエアー吸引手段１０によりエアー吸引が行われ、チップ−基板間に閉じ込められたエアーは基板排気孔１４より梨地状金型面１７を介して吸引される。また、チップ−放熱板間に閉じ込められたエアーは放熱板排気孔２４を介して排気され、排気されたエアーはリリースフィルム１９を金型凹部２５側に撓ませて収容される。
【００３０】
そして、チップ−基板間の隙間部分１５のエアー吸引とトランスファー成形による成形樹脂圧によりアンダーフィル空間の樹脂圧力の損失を補填しながら、封止樹脂４はフローフロントのばらつきなく半導体チップ１の周囲より略均等にチップ−基板間の隙間部分１５及びチップ−放熱板間の隙間部分２６に進入し始める。そして、封止樹脂４がチップ搭載部中心側に近づくと、周辺側の基板排気孔１４及び放熱板排気孔２４より封止樹脂４が充填され、隙間部分１５及び隙間部分２６に封止樹脂４が充填されてすべての基板排気孔１４及び放熱板排気孔２４に封止樹脂４が閉塞されると、封止樹脂４は加熱硬化してアンダーフィルが完了する。
【００３１】
このように、チップ−基板間の隙間部分１５のみならず、放熱板２１と半導体チップ１との隙間部分２６においても、該隙間部分２６のエアーを放熱板排気孔２４より排気しながら半導体チップ１の周囲より流れ込む封止樹脂４のフローフロントのばらつきをなくして、効率良くしかも均一に樹脂封止することができる。
【００３２】
次に、樹脂封止装置の他の実施態様について図６及び図７を参照して説明する。本実施例は、基板として絶縁樹脂層２７と導体層２８とが多層形成された基板２９が用いられている。基板２９のチップ搭載部には、基板排気孔３０が貫通形成されている。図６に示すように、基板排気孔３０は、基板２９をＣＯ2ガスレーザ、ＵＶ−ＹＡＧレーザ或いはドリルなどにより孔開け加工されて貫通孔に形成されていても良い。また、基板２９を構成するレイヤー毎に貫通孔を形成して、これらを積層して一体化することで連通する連通孔３２であっても良い。また、基板２９の両面を導通するスルーホール３３に形成されていても良く、或いは図７に示すように、スルーホール内壁面３４と該スルーホール内壁面３４に被着した導体層２８との空隙３５によって形成されていても良い。この空隙３５は、導体層２８とスルーホール内壁面３４との間で異なる材料間の線膨張係数の差（例えば基板；ポリイミド１９×１０-6ｍｍ／℃＞導体層；銅１５×１０-6ｍｍ／℃）に起因して形成される。尚、図６、図７において、３６は基板２９の導体層２８の一部に接合される接続端子の一例を示すはんだボールである。
また、排気抵抗をチップ搭載部の中心側より周辺側を大きくするため、中心側の孔径が大きくなるように形成されていても良く、或いはチップ搭載部の周辺側に向かって孔長が長くなるように形成されていても良い。
【００３３】
［第２実施例］
次に樹脂封止装置及び樹脂封止方法の他例について、図８及び図９を参照して説明する。本実施例は半導体チップをフリップチップ接続された基板を空圧成形により樹脂封止する樹脂封止装置について説明する。
図８は空圧成形によるモールド金型の構成を示す断面説明図、図９（ａ）（ｂ）は樹脂封止プロセスを示す平面説明図である。尚、第１実施例と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。
【００３４】
図８において、樹脂封止装置の構成について説明する。本実施例で樹脂封止される被成形品は、第１実施例同様に複数の半導体チップ１をバンプ又ははんだボールなどの電極端子１ａを介してマトリクス状にフリップチップ接続された基板２が用いられる。基板２としては、エポキシ系樹脂基板、ポリイミド系樹脂基板、ＢＴ基板の他にセラミック基板などにも用いられる。また、基板２は単層基板でも多層基板のいずれでも良い。
【００３５】
樹脂封止装置は、上記樹脂基板２をクランプして樹脂封止するモールド金型３、該モールド金型３を開閉する公知の型開閉機構、モールド金型３内へ圧縮空気をキャビティへ噴出させる空圧機構やチップ−基板間のエアーを吸引する吸引機構などが装備されている。
モールド金型３のうち上型５には、半導体チップ１を収容可能なキャビティ凹部６が形成されている。また、上型５にはキャビティに空圧を印加する空圧印加手段３７（例えばコンプレッサーなど）が設けられている。空圧印加手段３７は、例えば５〜２０ｋｇｆ／ｃｍ2程度の圧縮空気を送出し、エアー噴出路３８を経てキャビティ内へ噴出可能になっている。また、下型８には基板２を搭載する基板搭載部９が設けられており、この基板搭載部９には多孔質部材１６が設けられている。尚、基板搭載部９は基板２に貫通形成された基板排気孔１４に連通可能な梨地状金型面１７に形成されていても良い。また、下型８には半導体チップ１と基板２との隙間部分１５のエアーを吸引するエアー吸引手段１０が設けられている。エアー吸引手段１０は、基板２のチップ搭載部に貫通形成された基板排気孔１４を介して隙間部分１５のエアーを吸引して多孔質部材１６、エアー吸引路１８を経て排気するようになっている。
【００３６】
ここで空圧成形工程について図９を参照して説明する。図９（ａ）に示すように、基板２にマトリクス状にフリップチップ接続された半導体チップ１の周囲に、マルチノズルを有するディスペンサにより液状樹脂３９を供給する。マルチノズルは例えば図９（ａ）の矢印方向に液状樹脂３９を供給しながら走査される。
図９（ｂ）において、モールド金型３は、液状樹脂３９が供給された基板２をクランプして、空圧印加手段３７よりエアー圧をキャビティ内に印加すると共に、エアー吸引手段１０より半導体チップ１と基板２との隙間部分１５のエアーを基板排気孔１４より吸引して該隙間部分１５を樹脂封止する。
【００３７】
上記樹脂封止装置及び樹脂封止方法によれば、液状樹脂３９は半導体チップ１の周囲から圧縮空気に後押しされると共に隙間部分１５のエアー吸引を行うことにより、隙間部分１５の大きさや液状樹脂３９の流動抵抗の大小にかかわらず、半導体チップ１の周囲より流れ込むフローフロントのばらつきをなくして、効率良くしかも均一に樹脂封止することができる。
また、液状樹脂３９に混入した空気塊（ボイド）を圧縮空気による空圧でボイド径を縮小して加熱硬化するので、成形品質を向上させることができる。
【００３８】
尚、基板２は絶縁樹脂層２７と導体層２８とが交互に多層形成された基板２９が用いられ、該基板２９のチップ搭載部に基板排気孔３０が貫通形成されていても良い。
また、基板排気孔１４、３０は、基板２の両面を導通するスルーホール３３に形成されていても良く、或いはスルーホール内壁面３４と該スルーホール内壁面３４に被着した導体層２８との空隙３５によって形成されていても良い。
また、基板排気孔１４、３０は、チップ搭載部の中心側に孔密度が高く形成されているのが好ましく、チップ搭載部の中心側の孔径が大きくなるように形成されていても良く、或いはチップ搭載部の中心側に向かって孔長が長くなるように形成されていても良い。
また、半導体チップ１に当接するキャビティ凹部６には、保護フィルムなどの弾性部材を装着して、半導体チップ１を保護するようにしても良い。
また、図１０に示すように、半導体チップ１の回りに液状樹脂３９が供給された基板２を基板搭載部９に搭載してリリースフィルム１９を被せた後、モールド金型３をクランプして、空圧印加手段３７より圧縮空気を送り込んで空圧成形を行っても良い。
【００３９】
［第３実施例］
次に、樹脂封止装置及び樹脂封止方法の他例について、図１１を参照して説明する。本実施例は半導体チップを実装された基板を圧縮成形により樹脂封止する樹脂封止装置及び樹脂封止方法について説明する。
図１１は圧縮成形による樹脂封止プロセスを示す断面説明図である。尚、第１実施例と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。
【００４０】
先ず、樹脂封止装置の構成について説明する。基板２には半導体チップ４０の外部リードがはんだ接続されている。基板２としては、エポキシ系樹脂基板、ポリイミド系樹脂基板、ＢＴ基板の他にセラミック基板などにも用いられる。また、基板２は単層基板でも多層基板のいずれでも良い。
また、基板２にはチップ搭載部に基板排気孔１４が設けられているのが望ましい。モールド金型４１のうち、上型４２のパーティング面には基板吸着部４３が設けられている。基板吸着部４３には多孔質部材４４が設けられており、該多孔質部材４４には上型エアー吸引路４５が連通している。上型エアー吸引手段４６により上型エアー吸引路４５を介してエアーを吸引することで、基板２を基板吸着部４３の多孔質部材４４に吸着保持させることができる。
【００４１】
下型４７には上面にキャビティ凹部４８が形成されたキャビティブロック４９が下型ベース５０の上に設けられている。キャビティブロック４９の周囲には可動ブロック５１が下型ベース５０にスプリング５２を介して可動に支持されている。この可動ブロック５１は、スプリング５２により常時上方へ付勢されており、上型４２との間で基板２をクランプする際に、下方に押し下げられる。可動ブロック５１にはブロック吸引路５３が形成されており、該ブロック吸引路５３は下型エアー吸引手段５４に連通している。キャビティブロック４９のキャビティ凹部４８を含む上面を被覆してリリースフィルム１９が敷設されている。下型エアー吸引手段５４はキャビティ凹部４８とリリースフィルム１９との隙間部分５５のエアーをブロック吸引路５３を介して吸引する。キャビティ凹部４８には、各凹部を満たすのに十分な液状樹脂３９がリリースフィルム１９を介して供給される。液状樹脂３９は、リリースフィルム１９に形成される凹部に一括して供給されるが、モールド金型４１をクランプし、下型エアー吸引手段５４を作動させると、リリースフィルム１９は各キャビティ凹部４８の内面に密着して各キャビティ凹部４８に液状樹脂３９が充填される。
【００４２】
ここで、圧縮成形工程について説明する。上型エアー吸引手段４６により半導体チップ４０が実装された基板２を上型４２の基板吸着部４３に吸着保持させる。また、半導体チップ１がフリップチップ実装されている場合には、基板吸着部４３のエアー吸引により半導体チップ１と基板２との隙間部分のエアーを基板排気孔１４より吸引する。また、下型４７のキャビティブロック４９及び可動ブロック５１の上面を覆って敷設されたリリースフィルム１９の凹部に液状樹脂３９を供給する（図１１（ａ）参照）。
【００４３】
次に、下型４７を上動させて型締めし、基板２を吸着保持した上型４２と可動ブロック５１との間で基板２をクランプする。同時に下型エアー吸引手段５４によりブロック吸引路５３を介してキャビティ凹部４８とリリースフィルム１９との隙間部分５５のエアーを吸引する（図１１（ｂ）参照）。
【００４４】
また、更に型締めが進行すると、可動ブロック５１が上型４２によりスプリング５２の付勢力に抗して押し下げられ、リリースフィルム１９をキャビティ凹部４８の内面に徐々に密着させると共に、半導体チップ４０を各キャビティ凹部４８内の液状樹脂３９に浸漬させる（図１１（ｃ）参照）。
【００４５】
そして、可動ブロック５１とキャビティブロック４９が略面一となって型締めが完了すると、リリースフィルム１９がキャビティ凹部４８の内面に完全に密着し、基板２によりキャビティ凹部４８を密閉することにより半導体チップ４０の周囲より液状樹脂３９にクランプ圧が印加されて樹脂封止される（図１１（ｄ）参照）。
本実施例の場合には、半導体チップ４０と基板２の隙間部分、即ち外部リードに囲まれた領域に液状樹脂３９が入り込んで均一な樹脂封止を行うことができる。また、半導体チップ１が基板２にフリップチップ実装されている場合には、チップ−基板間のエアーを基板排気孔１４より基板吸着部４３へ吸引しながら液状樹脂３９にクランプ圧を印加して隙間部分１５を樹脂封止できる。
【００４６】
上記樹脂封止装置及び樹脂封止方法によれば、液状樹脂３９は半導体チップ４０の周囲からクランプ圧が印加されると共にチップ−基板間のエアー吸引を行うことにより、隙間の大きさや液状樹脂３９の流動抵抗の大小にかかわらず、半導体チップ４０の周囲より流れ込むフローフロントのばらつきをなくして、効率良くしかも均一に樹脂封止することができる。
また、液状樹脂３９に混入した空気塊（ボイド）をクランプ圧でボイド径を縮小して加熱硬化するので、成形品質を向上させることができる。
【００４７】
また、基板２は絶縁樹脂層２７と導体層２８とが交互に多層形成された基板２９が用いられ、該基板２９のチップ搭載部に基板排気孔３０が貫通形成されていても良い。
また、基板排気孔１４、３０は、基板２、２９の両面を導通するスルーホール３３に形成されていても良く、或いはスルーホール内壁面３４と該スルーホール内壁面３４に被着した導体層２８との空隙３５によって形成されていても良い。
また、基板排気孔１４，３０は、チップ搭載部の中心側に孔密度が高く形成されているのが望ましい。
【００４８】
以上本発明の好適な実施例について種々述べてきたが、樹脂封止装置及び樹脂封止方法は上述した各実施例に限定されるのではなく、例えばフリップチップ実装タイプの基板のみならず、キャビティダウンタイプの基板を用いて樹脂封止する場合にも適用可能である。また、基板に形成される基板排気孔の大きさ、形状、レイアウトなどは成形条件により任意に設定可能である等、発明の精神を逸脱しない範囲で多くの改変を施し得るのはもちろんである。
【００４９】
【発明の効果】
本発明に係る、請求項１記載の樹脂封止装置及び請求項７記載の樹脂封止方法によれば、半導体チップをフリップチップ実装された基板のチップ−基板間の隙間部分にトランスファー成形による成形樹脂圧を印加すると共に隙間部分のエアー吸引を行うことにより、隙間部分の大きさや封止樹脂の流動抵抗の大小にかかわらず、半導体チップの周囲より流れ込むフローフロントのばらつきをなくして、効率良くしかも均一に樹脂封止することができる。
また、封止樹脂の樹脂流に空気塊（ボイド）を取り込むのを抑えられるため、成形品質が向上し、しかも難燃化添加剤の少ないフィラー含有率の高い高粘度の樹脂を使用できるので、環境保護も資すると共に製造コストも低減できる。
また、請求項８記載の樹脂封止装置及び請求項１１記載の樹脂封止方法によれば、液状樹脂は半導体チップの周囲から圧縮空気に後押しされると共にチップ−基板間の隙間部分のエアー吸引を行うことにより、隙間の大きさや液状樹脂の流動抵抗の大小にかかわらず、半導体チップの周囲より流れ込むフローフロントのばらつきをなくして、効率良くしかも均一に樹脂封止することができる。
また、液状樹脂に混入した空気塊（ボイド）を圧縮空気による空圧でボイド径を縮小して加熱硬化するので、成形品質を向上させることができる。
また、請求項１２記載の樹脂封止装置及び請求項１６記載の樹脂封止方法によれば、液状樹脂は半導体チップの周囲からクランプ圧が印加されると共にチップ−基板間の隙間部分のエアー吸引を行うことにより、隙間の大きさや液状樹脂の流動抵抗の大小にかかわらず、半導体チップの周囲より流れ込むフローフロントのばらつきをなくして、効率良くしかも均一に樹脂封止することができる。
また、液状樹脂に混入した空気塊（ボイド）をクランプ圧でボイド径を縮小して加熱硬化するので、成形品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トランスファ成形によるモールド金型の樹脂充填完了前の状態を示す上視図及び断面図である。
【図２】図１のモールド金型の樹脂充填完了状態を示す断面図である。
【図３】半導体チップのバンプと基板貫通孔の配置構成を示す上視図である。
【図４】半導体チップと基板間を樹脂封止する状態説明図である。
【図５】放熱板を装着された半導体チップの上視図及びモールド金型の樹脂封止状態を示す断面説明図である。
【図６】多層基板を用いてアンダーフィルする場合の断面説明図である。
【図７】多層基板を用いてアンダーフィルする場合の断面説明図である。
【図８】第２実施例に係る空圧成形によるモールド金型の構成を示す断面説明図である。
【図９】樹脂封止プロセスを示す平面説明図である。
【図１０】図８の他例に係る空圧成形によるモールド金型の構成を示す断面説明図である。
【図１１】第３実施例に係る圧縮成形による樹脂封止プロセスを示す断面説明図である。
【符号の説明】
１、４０ 半導体チップ
２、２９ 基板
３、４１ モールド金型
４ 封止樹脂
５、４２ 上型
６、４８ キャビティ凹部
７ 金型ランナゲート
８、４７ 下型
９ 基板搭載部
１０ エアー吸引手段
１１ 樹脂充填部
１２ ポット
１３ プランジャ
１４、３０ 基板排気孔
１５、２６、５５ 隙間部分
１６、４４ 多孔質部材
１７ 梨地状金型面
１８ エアー吸引路
１９ リリースフィルム
２０ 保圧ピン
２１ 放熱板
２２ ボス部
２３ 折り曲げ部
２４ 放熱板排気孔
２５ 金型凹部
２７ 絶縁樹脂層
２８ 導体層
３２ 連通孔
３３ スルーホール
３４ スルーホール内壁面
３５ 空隙
３６ はんだボール
３７ 空圧印加手段
３８ エアー噴出路
３９ 液状樹脂
４３ 基板吸着部
４５ 上型エアー吸引路
４６ 上型エアー吸引手段
４９ キャビティブロック
５０ 下型ベース
５１ 可動ブロック
５２ スプリング
５３ ブロック吸引路
５４ 下型エアー吸引手段
【発明の属する利用分野】
本発明は、主として半導体チップをフリップチップ接続された基板や半導体パッケージを搭載した基板などをモールド金型によりクランプしてトランスファ成形、空圧成形或いは圧縮成形などにより樹脂封止する樹脂封止装置及び樹脂封止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップを基板にフリップチップ接続した後、該半導体チップと基板との間の熱応力による影響を緩和するため、所謂アンダーフィルが行われている。
このアンダーフィルは、半導体チップの一辺又は二辺に相当する周囲にポッティングにより液状樹脂を垂らして、基板を傾けることにより、毛細管現象により半導体チップと基板との間に樹脂を注入し、加熱硬化させて樹脂封止していた。
【０００３】
しかしながら、半導体チップの微細配線化に伴い、アンダーフィルにより樹脂を注入する半導体チップと基板との隙間は１００μｍ程度と狭く、今後５０〜３５μｍ程度まで狭くなることが想定されている。また、システムＬＳＩなどの開発により、半導体チップのサイズは、１０×１０ｍｍから２５×２５ｍｍへと大型化するものもある。よって、毛細管現象により半導体チップと基板との間に樹脂を注入する場合、生産性が低い上に液状樹脂などの材料コストが高い。また、チップ面の凹凸、封止面の材質による液状樹脂の濡れ性、バンプ密度と配列の偏りなどにより樹脂が流れ易い部分と流れ難い部分が生じ、アンダーフィル領域に空気塊（ボイド）が生じる。この樹脂層にボイドが生ずると、熱により樹脂層にボイドを起点とするクラックが生じて半導体チップの故障の要因となる。また、環境保護の観点から、液状樹脂にアンチモンなどの難燃化添加剤は減らされる一方、フィラーの含有率を上げて樹脂量を減らす傾向にあり、これによって樹脂の流動抵抗は増加する。したがって、ポッティングによるアンダーフィルでは、半導体チップと基板間の隙間の狭小化やチップサイズの大型化に対応できない。
【０００４】
この半導体チップをフリップチップ接続した基板をアンダーフィルする処理時間を短縮し、樹脂層にボイドの発生を抑えたアンダーフィル方法として、例えば特開平９−１７２０３５号公報、特開平１１−１４５１６８号公報など提案されている。特開平９−１７２０３５号公報は、配線基板に搭載される半導体ダイの中心又は中心付近に対応して単数又は複数の孔が貫通形成されている。この配線基板の半導体ダイの周囲に液状樹脂を垂らして、配線基板の孔から真空吸引することにより、基板上面側から底面側に圧力差を形成して、樹脂を四辺から半導体ダイの中心側に注入させて、半導体ダイと基板間に樹脂を充填して各孔を樹脂で塞いだ後、真空を解除することにより樹脂封止するものである。
【０００５】
特開平１１−１４５１６８号公報は、基板の電子部品装着位置の中央に貫通孔が形成されており、この貫通孔に樹脂加圧機構の注入口を一致させてピストンによりシリンダ内に収容された液状樹脂を加圧しながら電子部品と基板との隙間に強制的に加圧注入したり、滴下機構により電子部品の周囲に液状樹脂を滴下させ、減圧機構により隙間の空気を貫通孔より強制的に吸引排出することにより液状樹脂を隙間に注入したりするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−１７２０３５号公報、特開平１１−１４５１６８号公報に開示されているアンダーフィル方法は、半導体ダイ或いは電子部品の周囲に滴下した液状樹脂を、基板の中央部に設けた貫通孔より真空吸引して強制的に半導体ダイ或いは電子部品と基板との隙間に注入すると、半導体ダイ或いは電子部品のバンプとバンプ間とでは樹脂の流れ性（流動抵抗）に差があり、樹脂流れ先端部（フローフロント）のうち流動抵抗の低い部分が高い部分より先に筋状に流れ込み、フローフロントがばらついて樹脂の流れが切れ易く空気塊（ボイド）を取り込み易くなり、成形品質が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、チップサイズが大型化したり、半導体チップと基板との隙間が狭小化しても、該隙間を含む樹脂封止部を効率良く均一に樹脂封止して成形品質を高めた樹脂封止装置及び樹脂封止方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は次の構成を備える。
即ち、第１の樹脂封止装置は、半導体チップがフリップチップ接続され、チップ搭載部に基板排気孔が形成された基板をモールド金型によりクランプして樹脂封止する樹脂封止装置において、モールド金型は、基板が搭載され、該基板に形成された基板排気孔に連通する多孔質部材が設けられている基板搭載部と、半導体チップを収容可能なキャビティ凹部と、半導体チップと基板との隙間部分のエアーを基板排気孔及び多孔質部材を介して吸引するエアー吸引手段と、キャビティに封止樹脂を充填する樹脂充填部とを備え、基板をクランプし、樹脂充填部より封止樹脂をキャビティ凹部へ樹脂圧を印加しながら送出すると共に、エアー吸引手段により半導体チップと基板との隙間部分のエアーを基板排気孔より吸引して該隙間部分を樹脂封止することを特徴とする。
また、基板搭載部には、多孔質部材に代えて、基板に形成された基板排気孔に連通する梨地状金型面が形成されていても良い。
また、モールド金型の樹脂充填部からキャビティ凹部に至る樹脂路を含む金型面にはリリースフィルムが張設されていても良い。この場合、半導体チップにはボス部を介して放熱板が装着され、該放熱板の中心部には放熱板排気孔が貫通形成されており、放熱板と半導体チップとの隙間のエアーを放熱板排気孔より排気しながら該隙間を樹脂封止するようにしても良い。また、リリースフィルムが張設された金型面には放熱板排気孔より排気されたエアーを収容する金型凹部が形成されているのが好ましい。
また、基板排気孔は、基板の両面を導通するスルーホールに形成されていても良く、或いはスルーホール内壁面と該スルーホール内壁面に被着した導体層との空隙によって形成されていても良い。
【０００９】
また、第１の樹脂封止方法は、半導体チップがフリップチップ接続され、チップ搭載部に基板排気孔が形成された基板及び封止樹脂を型開きしたモールド金型へ搬入する工程と、基板をモールド金型によりクランプしてキャビティ凹部へ樹脂圧を印加しながら充填すると共に半導体チップと基板との隙間部分のエアーを基板排気孔より吸引しながら該隙間部分に封止樹脂を充填する樹脂封止工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、第２の樹脂封止装置としては、半導体チップがフリップチップ接続され、チップ搭載部に基板排気孔が形成された基板の、半導体チップの周囲に液状樹脂が供給された基板をモールド金型によりクランプして空圧成形する樹脂封止装置において、モールド金型は、基板が搭載され、該基板に形成された基板排気孔に連通する多孔質部材が設けられている基板搭載部と、半導体チップを収容可能なキャビティ凹部と、該キャビティ凹部内に空圧を印加する空圧印加手段と、半導体チップと基板との隙間部分のエアーを基板排気孔及び多孔質部材を介して吸引するエアー吸引手段とを備え、基板をクランプし、半導体チップの周囲に供給された液状樹脂に空圧印加手段より空圧を印加すると共に、エアー吸引手段より半導体チップと基板との隙間部分のエアーを基板排気孔より吸引しながら該隙間部分を樹脂封止することを特徴とする。
また、基板搭載部には、多孔質部材に代えて、基板に形成された基板排気孔に連通する梨地状金型面が形成されていても良い。
また、基板排気孔は、基板の両面を導通するスルーホールに形成されていても良く、或いはスルーホール内壁面と該スルーホール内壁面に被着した導体層との空隙によって形成されていても良い。
【００１１】
また、第２の樹脂封止方法としては、半導体チップがフリップチップ接続され、チップ搭載部に基板排気孔が形成された基板の、半導体チップの周囲に液状樹脂を供給する樹脂供給工程と、基板をモールド金型によりクランプしてキャビティ凹部に収容された半導体チップの周囲より空圧を印加しながら該半導体チップと基板との隙間部分に液状樹脂を充填すると共に、該隙間部分のエアーを基板排気孔より吸引しながら樹脂封止する空圧成形工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
また、第３の樹脂封止装置としては、半導体チップがフリップチップ接続され、チップ搭載部に基板排気孔が形成された基板をモールド金型によりクランプし、半導体チップをリリースフィルムにより被覆されたキャビティ凹部に供給された液状樹脂に浸漬させて圧縮成形する樹脂封止装置において、モールド金型は、基板を吸着保持する基板吸着部を有する上型と、キャビティ凹部を有するキャビティブロックと、キャビティブロックの周囲に設けられ、リリースフィルムとキャビティ凹部との隙間部分に連通する吸引路が形成された可動ブロックと、リリースフィルムとキャビティ凹部との隙間部分のエアーを吸引するエアー吸引手段とを有する下型とを備え、上型の基板吸着部に基板が吸着保持されることにより半導体チップと基板との隙間部分のエアーを基板排気孔より吸引しながらモールド金型をクランプし、半導体チップをキャビティ凹部に供給された液状樹脂に浸漬すると共に、エアー吸引手段によりリリースフィルムとキャビティ凹部との隙間部分のエアーを吸引して該リリースフィルムをキャビティ凹部の内面に密着させつつ、基板によりキャビティ凹部を密閉することにより半導体チップと基板との隙間部分のエアーを基板排気孔より吸引しながら半導体チップの周囲及び当該半導体チップと基板との隙間部分に充填される液状樹脂にクランプ圧を印加して樹脂封止することを特徴とする。
また、基板排気孔は、基板の両面を導通するスルーホールに形成されていても良く、或いは基板排気孔は、スルーホール内壁面と該スルーホール内壁面に被着した導体層との空隙によって形成されていても良い。
【００１３】
また、第３の樹脂封止方法においては、半導体チップがフリップチップ接続され、チップ搭載部に基板排気孔が形成された基板を型開きしたモールド金型に搬入して上型面に吸着保持する工程と、モールド金型のキャビティ凹部を含む下型面がリリースフィルムで覆われた該リリースフィルム上に液状樹脂を供給する工程と、モールド金型をクランプし、半導体チップをキャビティ凹部に供給された液状樹脂に浸漬すると共に、リリースフィルムとキャビティ凹部との隙間部分のエアーを吸引して該リリースフィルムをキャビティ凹部の内面に密着させつつ、基板によりキャビティ凹部を密閉することにより半導体チップと基板との隙間部分のエアーを基板排気孔より吸引しながら半導体チップの周囲及び当該半導体チップと基板との隙間部分に充填される液状樹脂にクランプ圧を印加しながら圧縮成形する工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る樹脂封止装置及び樹脂封止方法の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。
［第１実施例］
先ず、半導体チップをフリップチップ接続された基板をトランスファ成形により樹脂封止する樹脂封止装置及び樹脂封止方法について説明する。
図１（ａ）（ｂ）はトランスファ成形によるモールド金型の樹脂充填完了前の状態を示す上視図及び断面図、図２は図１のモールド金型の樹脂充填完了状態を示す断面図、図３は半導体チップのバンプと基板貫通孔の配置構成を示す上視図、図４（ａ）〜（ｄ）は半導体チップと基板間を樹脂封止する状態説明図、図５（ａ）（ｂ）は放熱板を装着された半導体チップの上視図及びモールド金型の樹脂封止状態を示す断面説明図、図６及び図７は多層基板を用いてアンダーフィルする場合の断面説明図である。
【００１５】
図１（ａ）（ｂ）において、樹脂封止装置の構成について説明する。本実施例で樹脂封止される被成形品は、複数の半導体チップ１をバンプ又ははんだボールなどの電極端子１ａを介してマトリクス状にフリップチップ接続された基板２が用いられる。基板２としては、エポキシ系樹脂基板、ポリイミド系樹脂基板、ＢＴ（Bismaleimide・Triazine）基板の他にセラミックス基板なども用いられる。また、基板２は、単層基板でも多層基板のいずれでも良い。
樹脂封止装置は、上記樹脂基板２をクランプして樹脂封止するモールド金型３、該モールド金型３を開閉する公知の型開閉機構、モールド金型３内で溶融した封止樹脂４をキャビティへ圧送するトランスファ機構などが装備されている。
【００１６】
モールド金型３は上型５及び下型６を備えている。上型５には、半導体チップ１を収容可能なキャビティ凹部６、該キャビティ凹部６に連通する金型ランナゲート７が形成されている。また、下型８には樹脂基板２を搭載する基板搭載部９、該基板搭載部９よりエアーを吸引するエアー吸引手段１０、封止樹脂４をキャビティへ圧送りする樹脂充填部１１が設けられている。樹脂充填部１１には、樹脂タブレットなどの封止樹脂４を装填するポット１２や該ポット１２内に装填された封止樹脂４をキャビティへ圧送りするプランジャ１３が設けられている。このプランジャ１３は図示しないトランスファ機構により上動して封止樹脂４に樹脂圧を印加して金型ランナゲート７を介して送出してキャビティへ充填する。尚、上型５に基板搭載部９が設けられ、下型８にキャビティ凹部６が設けられていても良い。
【００１７】
樹脂基板２のチップ搭載部（チップ下面側）には基板排気孔１４が複数貫通形成されている。エアー吸引手段１０は、基板２に貫通形成された基板排気孔１４を介して半導体チップ１と樹脂基板２との隙間部分１５のエアーを吸引する。
基板搭載部９には、樹脂基板２に貫通形成された基板排気孔１４に連通可能な多孔質部材１６が設けられていても良く、或いは基板搭載部９の搭載面が基板２に貫通形成された基板排気孔１４に連通可能な梨地状金型面１７に形成されていても良い。上記多孔質部材１６又は梨地状金型面１７にはエアー吸引路１８が連通しており、図示しない真空吸引装置により吸引可能になっている。尚、梨地状金型面１７に樹脂付着の少ない表面処理、例えば複合ニッケルめっき、テフロン系、フッソ系などの耐熱性樹脂をコーティングしておくことにより、仮に基板２の裏面側に封止樹脂４が回り込んだとしても離型性が良いため、該封止樹脂４は基板２と共に取り出されるので金型面に樹脂汚れが生ずることはない。
【００１８】
図２に示すように、樹脂封止装置は、モールド金型３により基板２をクランプして樹脂充填部１１より封止樹脂４をキャビティへ圧送りすると共にエアー吸引手段１０よりエアー吸引することにより、半導体チップ１と樹脂基板２との隙間部分１５のエアーを基板排気孔１４より吸引しながら該隙間部分１５を樹脂封止する。
【００１９】
尚、本実施例は半導体チップ１の上面を露出させて樹脂封止するため、上型５の樹脂充填部１１からキャビティ凹部６に至る樹脂路を含む金型面にはリリースフィルム１９が張設されていても良い。リリースフィルム１９は、モールド金型３の加熱温度に耐えられる耐熱性を有するもので、金型面より容易に剥離するものであって、柔軟性、伸展性を有するフィルム材、例えば、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ＰＥＴ、ＦＥＰ、フッ素含浸ガラスクロス、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリジン等が好適に用いられる。リリースフィルム１９は、上型５のパーティング面に形成された吸着穴よりエアーを吸引することで、上型５に密着して張設される。リリースフィルム１９は、長尺状のものをリリースフィルム供給機構（図示せず）により連続してモールド金型へ供給するようになっていても、或いは予め短冊状に切断されたものを用いても良い。尚、長尺状のリリースフィルム１８を用いる場合には、リリースフィルムを上型５の開閉動作に伴って金型面に対して上下動する必要がある。
【００２０】
また、上型５のキャビティ凹部６には保圧ピン２０が突き出し可能に設けられていても良い。この保圧ピン２０は、樹脂封止部が基板面上の広範囲にわたるため、キャビティの周縁部では流動抵抗により樹脂圧が低下し易いため、該樹脂圧を均一に保つために設けられている。
【００２１】
基板２に貫通形成される基板排気孔１４は、ＣＯ2ガスレーザ、ＵＶ−ＹＡＧレーザ或いはドリルなどにより孔開け加工されている。この基板排気孔１４は、隙間部分１５のエアーをスムーズに逃すため、図３（ａ）に示すようにチップ搭載部の中心側に孔密度が高く形成されているのが好ましい。また、図３（ｂ）において基板排気孔１４の形状は直線状に形成したり或いはクランク状に形成しても良い。また、排気抵抗をチップ搭載部の中心側より周辺側を大きくするため、中心側の孔径が大きくなるように形成されていても良く、或いはチップ搭載部の周辺側に向かって孔長が長くなるように形成されていても良い。これは、封止樹脂４は半導体チップ１の周辺側よりチップ搭載部の中心側に向かって流れ、チップ搭載部の周辺側の基板排気孔１４から順次進入して塞ぐため、早めに基板排気孔１４に進入した封止樹脂４が基板２の裏面側に流出することなく充填硬化させるためである。
尚、基板排気孔１４をクランク状に形成する場合には、後述するように基板２には多層配線板が用いられ、各レイヤーを形成する基板を形成する際に孔開け加工したものを積層して各孔どうしが連通するように形成される。
【００２２】
基板排気孔１４の排気抵抗（大きさや形状などによる）は、アンダーフィル条件（チップサイズや隙間部分１５の大きさ）とアンダーフィル樹脂により相対的に決まる。即ち、半導体チップ１のサイズが大きいほど基板排気孔１４の排気抵抗を下げる必要があり、更に半導体チップ１と基板２との隙間部分１５が狭くなれば、チップサイズよりも樹脂圧力が減衰するため、排気抵抗を更に下げる必要がある。また、逆にチップサイズが小さく、隙間部分１５が大きくなれば、排気抵抗を上げる必要がある。
例えば、キャビティ中の樹脂圧力が４０ｋｇf／ｃｍ2であり、半導体チップ１のサイズが１０ｍｍ×１０ｍｍ、隙間部分１５の大きさ（アンダーフィル空間）が１００μｍの場合、アンダーフィル空間の樹脂圧力は７０％程度であり、チップサイズが２０ｍｍ×２０ｍｍ、隙間１５の大きさ（アンダーフィル空間）が１００μｍの場合には、アンダーフィル空間の樹脂圧力は４０％程度に減衰する。上記各チップサイズで隙間部分１５の大きさ（アンダーフィル空間）が半減する（５０μｍになる）と、アンダーフィル空間の樹脂圧力は５０％程度、２０％程度に減衰すると予想される。
【００２３】
ここで、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して半導体チップ１をフリップチップ実装した基板２をアンダーフィルする過程について説明する。本実施例では、基板２に設けられた基板排気孔１４は、チップ搭載部の中心側に孔密度が高く形成されている。基板排気孔１４の形状は、直線状のものとクランク状のものとが形成されており、チップ搭載部中心側より周辺側の排気抵抗が大きくなるように孔径が調整されている。また、基板搭載部９は梨地状金型面１７が形成されているものとする。
【００２４】
先ず、半導体チップ１をフリップチップ接続された基板２及び封止樹脂４（樹脂タブレットなど）を型開きしたモールド金型３へ搬入する。図４（ａ）において、基板２をモールド金型３によりクランプして、樹脂充填部１１より封止樹脂４を圧送りして、金型ランナゲート７を介してキャビティに充填する。封止樹脂４は比較的流動抵抗の少ない半導体チップ１間より充填される。また、図示しないエアー吸引手段１０によりエアー吸引が行われているため、チップ−基板間に閉じ込められたエアーは基板排気孔１４より梨地状金型面１７を介して吸引される。
【００２５】
そして、図４（ｂ）において、チップ−基板間の隙間部分１５のエアー吸引とトランスファー成形による成形樹脂圧によりアンダーフィル空間の樹脂圧力の損失を補填しながら、封止樹脂４はフローフロントのばらつきなく半導体チップ１の周囲より略均等に隙間部分１５に進入し始める。そして、封止樹脂４がチップ搭載部の中心側に近づくと、図４（ｃ）に示すように周辺側の基板排気孔１４より封止樹脂４が充填され始める。
【００２６】
基板排気孔１４の排気抵抗は、チップ搭載部中心側より周辺側が大きくなるように孔径が調整されているので、基板排気孔１４に進入した封止樹脂４は、樹脂封止が完了するまでに基板２の裏面側に漏れ出すことはない。そして、図４（ｄ）に示すように、隙間部分１５に封止樹脂４が充填され、すべての基板排気孔１４に封止樹脂４が閉塞されると、封止樹脂４は加熱硬化してアンダーフィルが完了する。
【００２７】
上記樹脂封止装置及び樹脂封止方法によれば、半導体チップ１をフリップチップ実装された基板２のチップ−基板間の隙間部分１５にトランスファー成形による成形樹脂圧を印加すると共に隙間部分１５のエアー吸引を行うことにより、隙間部分１５の大きさや封止樹脂４の流動抵抗の大小にかかわらず、半導体チップ１の周囲より流れ込むフローフロントのばらつきをなくして、効率良くしかも均一に樹脂封止することができる。
また、封止樹脂４の樹脂流に空気塊（ボイド）を取り込むのを抑えられるため、成形品質が向上し、しかも難燃化添加剤の少ないフィラー含有率の高い高粘度の樹脂を使用できるので、環境保護に資すると共に製造コストも低減できる。
【００２８】
次に樹脂封止装置の他の実施態様について図５を参照して説明する。図５（ａ）は放熱板を装着された半導体チップの上視図、図５（ｂ）はモールド金型の樹脂封止状態を示す断面説明図である。本実施例は、上型５の樹脂充填部１１からキャビティ凹部６に至る樹脂路を含む金型面にはリリースフィルム１９が張設されている。半導体チップ１には、放熱板（ヒートシンク）２１がボス部２２を介して装着（接着）されていても良い。また、放熱板２１の対向するコーナー部には位置決め用の折り曲げ片２３が形成されている。また、放熱板２１の中心部には放熱板排気孔２４が貫通形成されている。放熱板排気孔２４は、チップ中心側に孔密度が高く形成されている。また、リリースフィルム１９が張設された上型面には放熱板排気孔２４より排気されたエアーを収容する金型凹部２５が形成されている。
【００２９】
アンダーフィルする過程について説明すると、基板２をモールド金型３によりクランプして、樹脂充填部１１より封止樹脂４を圧送りして、金型ランナゲート７を介してキャビティに充填する。また、図示しないエアー吸引手段１０によりエアー吸引が行われ、チップ−基板間に閉じ込められたエアーは基板排気孔１４より梨地状金型面１７を介して吸引される。また、チップ−放熱板間に閉じ込められたエアーは放熱板排気孔２４を介して排気され、排気されたエアーはリリースフィルム１９を金型凹部２５側に撓ませて収容される。
【００３０】
そして、チップ−基板間の隙間部分１５のエアー吸引とトランスファー成形による成形樹脂圧によりアンダーフィル空間の樹脂圧力の損失を補填しながら、封止樹脂４はフローフロントのばらつきなく半導体チップ１の周囲より略均等にチップ−基板間の隙間部分１５及びチップ−放熱板間の隙間部分２６に進入し始める。そして、封止樹脂４がチップ搭載部中心側に近づくと、周辺側の基板排気孔１４及び放熱板排気孔２４より封止樹脂４が充填され、隙間部分１５及び隙間部分２６に封止樹脂４が充填されてすべての基板排気孔１４及び放熱板排気孔２４に封止樹脂４が閉塞されると、封止樹脂４は加熱硬化してアンダーフィルが完了する。
【００３１】
このように、チップ−基板間の隙間部分１５のみならず、放熱板２１と半導体チップ１との隙間部分２６においても、該隙間部分２６のエアーを放熱板排気孔２４より排気しながら半導体チップ１の周囲より流れ込む封止樹脂４のフローフロントのばらつきをなくして、効率良くしかも均一に樹脂封止することができる。
【００３２】
次に、樹脂封止装置の他の実施態様について図６及び図７を参照して説明する。本実施例は、基板として絶縁樹脂層２７と導体層２８とが多層形成された基板２９が用いられている。基板２９のチップ搭載部には、基板排気孔３０が貫通形成されている。図６に示すように、基板排気孔３０は、基板２９をＣＯ2ガスレーザ、ＵＶ−ＹＡＧレーザ或いはドリルなどにより孔開け加工されて貫通孔に形成されていても良い。また、基板２９を構成するレイヤー毎に貫通孔を形成して、これらを積層して一体化することで連通する連通孔３２であっても良い。また、基板２９の両面を導通するスルーホール３３に形成されていても良く、或いは図７に示すように、スルーホール内壁面３４と該スルーホール内壁面３４に被着した導体層２８との空隙３５によって形成されていても良い。この空隙３５は、導体層２８とスルーホール内壁面３４との間で異なる材料間の線膨張係数の差（例えば基板；ポリイミド１９×１０-6ｍｍ／℃＞導体層；銅１５×１０-6ｍｍ／℃）に起因して形成される。尚、図６、図７において、３６は基板２９の導体層２８の一部に接合される接続端子の一例を示すはんだボールである。
また、排気抵抗をチップ搭載部の中心側より周辺側を大きくするため、中心側の孔径が大きくなるように形成されていても良く、或いはチップ搭載部の周辺側に向かって孔長が長くなるように形成されていても良い。
【００３３】
［第２実施例］
次に樹脂封止装置及び樹脂封止方法の他例について、図８及び図９を参照して説明する。本実施例は半導体チップをフリップチップ接続された基板を空圧成形により樹脂封止する樹脂封止装置について説明する。
図８は空圧成形によるモールド金型の構成を示す断面説明図、図９（ａ）（ｂ）は樹脂封止プロセスを示す平面説明図である。尚、第１実施例と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。
【００３４】
図８において、樹脂封止装置の構成について説明する。本実施例で樹脂封止される被成形品は、第１実施例同様に複数の半導体チップ１をバンプ又ははんだボールなどの電極端子１ａを介してマトリクス状にフリップチップ接続された基板２が用いられる。基板２としては、エポキシ系樹脂基板、ポリイミド系樹脂基板、ＢＴ基板の他にセラミック基板などにも用いられる。また、基板２は単層基板でも多層基板のいずれでも良い。
【００３５】
樹脂封止装置は、上記樹脂基板２をクランプして樹脂封止するモールド金型３、該モールド金型３を開閉する公知の型開閉機構、モールド金型３内へ圧縮空気をキャビティへ噴出させる空圧機構やチップ−基板間のエアーを吸引する吸引機構などが装備されている。
モールド金型３のうち上型５には、半導体チップ１を収容可能なキャビティ凹部６が形成されている。また、上型５にはキャビティに空圧を印加する空圧印加手段３７（例えばコンプレッサーなど）が設けられている。空圧印加手段３７は、例えば５〜２０ｋｇｆ／ｃｍ2程度の圧縮空気を送出し、エアー噴出路３８を経てキャビティ内へ噴出可能になっている。また、下型８には基板２を搭載する基板搭載部９が設けられており、この基板搭載部９には多孔質部材１６が設けられている。尚、基板搭載部９は基板２に貫通形成された基板排気孔１４に連通可能な梨地状金型面１７に形成されていても良い。また、下型８には半導体チップ１と基板２との隙間部分１５のエアーを吸引するエアー吸引手段１０が設けられている。エアー吸引手段１０は、基板２のチップ搭載部に貫通形成された基板排気孔１４を介して隙間部分１５のエアーを吸引して多孔質部材１６、エアー吸引路１８を経て排気するようになっている。
【００３６】
ここで空圧成形工程について図９を参照して説明する。図９（ａ）に示すように、基板２にマトリクス状にフリップチップ接続された半導体チップ１の周囲に、マルチノズルを有するディスペンサにより液状樹脂３９を供給する。マルチノズルは例えば図９（ａ）の矢印方向に液状樹脂３９を供給しながら走査される。
図９（ｂ）において、モールド金型３は、液状樹脂３９が供給された基板２をクランプして、空圧印加手段３７よりエアー圧をキャビティ内に印加すると共に、エアー吸引手段１０より半導体チップ１と基板２との隙間部分１５のエアーを基板排気孔１４より吸引して該隙間部分１５を樹脂封止する。
【００３７】
上記樹脂封止装置及び樹脂封止方法によれば、液状樹脂３９は半導体チップ１の周囲から圧縮空気に後押しされると共に隙間部分１５のエアー吸引を行うことにより、隙間部分１５の大きさや液状樹脂３９の流動抵抗の大小にかかわらず、半導体チップ１の周囲より流れ込むフローフロントのばらつきをなくして、効率良くしかも均一に樹脂封止することができる。
また、液状樹脂３９に混入した空気塊（ボイド）を圧縮空気による空圧でボイド径を縮小して加熱硬化するので、成形品質を向上させることができる。
【００３８】
尚、基板２は絶縁樹脂層２７と導体層２８とが交互に多層形成された基板２９が用いられ、該基板２９のチップ搭載部に基板排気孔３０が貫通形成されていても良い。
また、基板排気孔１４、３０は、基板２の両面を導通するスルーホール３３に形成されていても良く、或いはスルーホール内壁面３４と該スルーホール内壁面３４に被着した導体層２８との空隙３５によって形成されていても良い。
また、基板排気孔１４、３０は、チップ搭載部の中心側に孔密度が高く形成されているのが好ましく、チップ搭載部の中心側の孔径が大きくなるように形成されていても良く、或いはチップ搭載部の中心側に向かって孔長が長くなるように形成されていても良い。
また、半導体チップ１に当接するキャビティ凹部６には、保護フィルムなどの弾性部材を装着して、半導体チップ１を保護するようにしても良い。
また、図１０に示すように、半導体チップ１の回りに液状樹脂３９が供給された基板２を基板搭載部９に搭載してリリースフィルム１９を被せた後、モールド金型３をクランプして、空圧印加手段３７より圧縮空気を送り込んで空圧成形を行っても良い。
【００３９】
［第３実施例］
次に、樹脂封止装置及び樹脂封止方法の他例について、図１１を参照して説明する。本実施例は半導体チップを実装された基板を圧縮成形により樹脂封止する樹脂封止装置及び樹脂封止方法について説明する。
図１１は圧縮成形による樹脂封止プロセスを示す断面説明図である。尚、第１実施例と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。
【００４０】
先ず、樹脂封止装置の構成について説明する。基板２には半導体チップ４０の外部リードがはんだ接続されている。基板２としては、エポキシ系樹脂基板、ポリイミド系樹脂基板、ＢＴ基板の他にセラミック基板などにも用いられる。また、基板２は単層基板でも多層基板のいずれでも良い。
また、基板２にはチップ搭載部に基板排気孔１４が設けられているのが望ましい。モールド金型４１のうち、上型４２のパーティング面には基板吸着部４３が設けられている。基板吸着部４３には多孔質部材４４が設けられており、該多孔質部材４４には上型エアー吸引路４５が連通している。上型エアー吸引手段４６により上型エアー吸引路４５を介してエアーを吸引することで、基板２を基板吸着部４３の多孔質部材４４に吸着保持させることができる。
【００４１】
下型４７には上面にキャビティ凹部４８が形成されたキャビティブロック４９が下型ベース５０の上に設けられている。キャビティブロック４９の周囲には可動ブロック５１が下型ベース５０にスプリング５２を介して可動に支持されている。この可動ブロック５１は、スプリング５２により常時上方へ付勢されており、上型４２との間で基板２をクランプする際に、下方に押し下げられる。可動ブロック５１にはブロック吸引路５３が形成されており、該ブロック吸引路５３は下型エアー吸引手段５４に連通している。キャビティブロック４９のキャビティ凹部４８を含む上面を被覆してリリースフィルム１９が敷設されている。下型エアー吸引手段５４はキャビティ凹部４８とリリースフィルム１９との隙間部分５５のエアーをブロック吸引路５３を介して吸引する。キャビティ凹部４８には、各凹部を満たすのに十分な液状樹脂３９がリリースフィルム１９を介して供給される。液状樹脂３９は、リリースフィルム１９に形成される凹部に一括して供給されるが、モールド金型４１をクランプし、下型エアー吸引手段５４を作動させると、リリースフィルム１９は各キャビティ凹部４８の内面に密着して各キャビティ凹部４８に液状樹脂３９が充填される。
【００４２】
ここで、圧縮成形工程について説明する。上型エアー吸引手段４６により半導体チップ４０が実装された基板２を上型４２の基板吸着部４３に吸着保持させる。また、半導体チップ１がフリップチップ実装されている場合には、基板吸着部４３のエアー吸引により半導体チップ１と基板２との隙間部分のエアーを基板排気孔１４より吸引する。また、下型４７のキャビティブロック４９及び可動ブロック５１の上面を覆って敷設されたリリースフィルム１９の凹部に液状樹脂３９を供給する（図１１（ａ）参照）。
【００４３】
次に、下型４７を上動させて型締めし、基板２を吸着保持した上型４２と可動ブロック５１との間で基板２をクランプする。同時に下型エアー吸引手段５４によりブロック吸引路５３を介してキャビティ凹部４８とリリースフィルム１９との隙間部分５５のエアーを吸引する（図１１（ｂ）参照）。
【００４４】
また、更に型締めが進行すると、可動ブロック５１が上型４２によりスプリング５２の付勢力に抗して押し下げられ、リリースフィルム１９をキャビティ凹部４８の内面に徐々に密着させると共に、半導体チップ４０を各キャビティ凹部４８内の液状樹脂３９に浸漬させる（図１１（ｃ）参照）。
【００４５】
そして、可動ブロック５１とキャビティブロック４９が略面一となって型締めが完了すると、リリースフィルム１９がキャビティ凹部４８の内面に完全に密着し、基板２によりキャビティ凹部４８を密閉することにより半導体チップ４０の周囲より液状樹脂３９にクランプ圧が印加されて樹脂封止される（図１１（ｄ）参照）。
本実施例の場合には、半導体チップ４０と基板２の隙間部分、即ち外部リードに囲まれた領域に液状樹脂３９が入り込んで均一な樹脂封止を行うことができる。また、半導体チップ１が基板２にフリップチップ実装されている場合には、チップ−基板間のエアーを基板排気孔１４より基板吸着部４３へ吸引しながら液状樹脂３９にクランプ圧を印加して隙間部分１５を樹脂封止できる。
【００４６】
上記樹脂封止装置及び樹脂封止方法によれば、液状樹脂３９は半導体チップ４０の周囲からクランプ圧が印加されると共にチップ−基板間のエアー吸引を行うことにより、隙間の大きさや液状樹脂３９の流動抵抗の大小にかかわらず、半導体チップ４０の周囲より流れ込むフローフロントのばらつきをなくして、効率良くしかも均一に樹脂封止することができる。
また、液状樹脂３９に混入した空気塊（ボイド）をクランプ圧でボイド径を縮小して加熱硬化するので、成形品質を向上させることができる。
【００４７】
また、基板２は絶縁樹脂層２７と導体層２８とが交互に多層形成された基板２９が用いられ、該基板２９のチップ搭載部に基板排気孔３０が貫通形成されていても良い。
また、基板排気孔１４、３０は、基板２、２９の両面を導通するスルーホール３３に形成されていても良く、或いはスルーホール内壁面３４と該スルーホール内壁面３４に被着した導体層２８との空隙３５によって形成されていても良い。
また、基板排気孔１４，３０は、チップ搭載部の中心側に孔密度が高く形成されているのが望ましい。
【００４８】
以上本発明の好適な実施例について種々述べてきたが、樹脂封止装置及び樹脂封止方法は上述した各実施例に限定されるのではなく、例えばフリップチップ実装タイプの基板のみならず、キャビティダウンタイプの基板を用いて樹脂封止する場合にも適用可能である。また、基板に形成される基板排気孔の大きさ、形状、レイアウトなどは成形条件により任意に設定可能である等、発明の精神を逸脱しない範囲で多くの改変を施し得るのはもちろんである。
【００４９】
【発明の効果】
本発明に係る、請求項１記載の樹脂封止装置及び請求項７記載の樹脂封止方法によれば、半導体チップをフリップチップ実装された基板のチップ−基板間の隙間部分にトランスファー成形による成形樹脂圧を印加すると共に隙間部分のエアー吸引を行うことにより、隙間部分の大きさや封止樹脂の流動抵抗の大小にかかわらず、半導体チップの周囲より流れ込むフローフロントのばらつきをなくして、効率良くしかも均一に樹脂封止することができる。
また、封止樹脂の樹脂流に空気塊（ボイド）を取り込むのを抑えられるため、成形品質が向上し、しかも難燃化添加剤の少ないフィラー含有率の高い高粘度の樹脂を使用できるので、環境保護も資すると共に製造コストも低減できる。
また、請求項８記載の樹脂封止装置及び請求項１１記載の樹脂封止方法によれば、液状樹脂は半導体チップの周囲から圧縮空気に後押しされると共にチップ−基板間の隙間部分のエアー吸引を行うことにより、隙間の大きさや液状樹脂の流動抵抗の大小にかかわらず、半導体チップの周囲より流れ込むフローフロントのばらつきをなくして、効率良くしかも均一に樹脂封止することができる。
また、液状樹脂に混入した空気塊（ボイド）を圧縮空気による空圧でボイド径を縮小して加熱硬化するので、成形品質を向上させることができる。
また、請求項１２記載の樹脂封止装置及び請求項１６記載の樹脂封止方法によれば、液状樹脂は半導体チップの周囲からクランプ圧が印加されると共にチップ−基板間の隙間部分のエアー吸引を行うことにより、隙間の大きさや液状樹脂の流動抵抗の大小にかかわらず、半導体チップの周囲より流れ込むフローフロントのばらつきをなくして、効率良くしかも均一に樹脂封止することができる。
また、液状樹脂に混入した空気塊（ボイド）をクランプ圧でボイド径を縮小して加熱硬化するので、成形品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トランスファ成形によるモールド金型の樹脂充填完了前の状態を示す上視図及び断面図である。
【図２】図１のモールド金型の樹脂充填完了状態を示す断面図である。
【図３】半導体チップのバンプと基板貫通孔の配置構成を示す上視図である。
【図４】半導体チップと基板間を樹脂封止する状態説明図である。
【図５】放熱板を装着された半導体チップの上視図及びモールド金型の樹脂封止状態を示す断面説明図である。
【図６】多層基板を用いてアンダーフィルする場合の断面説明図である。
【図７】多層基板を用いてアンダーフィルする場合の断面説明図である。
【図８】第２実施例に係る空圧成形によるモールド金型の構成を示す断面説明図である。
【図９】樹脂封止プロセスを示す平面説明図である。
【図１０】図８の他例に係る空圧成形によるモールド金型の構成を示す断面説明図である。
【図１１】第３実施例に係る圧縮成形による樹脂封止プロセスを示す断面説明図である。
【符号の説明】
１、４０ 半導体チップ
２、２９ 基板
３、４１ モールド金型
４ 封止樹脂
５、４２ 上型
６、４８ キャビティ凹部
７ 金型ランナゲート
８、４７ 下型
９ 基板搭載部
１０ エアー吸引手段
１１ 樹脂充填部
１２ ポット
１３ プランジャ
１４、３０ 基板排気孔
１５、２６、５５ 隙間部分
１６、４４ 多孔質部材
１７ 梨地状金型面
１８ エアー吸引路
１９ リリースフィルム
２０ 保圧ピン
２１ 放熱板
２２ ボス部
２３ 折り曲げ部
２４ 放熱板排気孔
２５ 金型凹部
２７ 絶縁樹脂層
２８ 導体層
３２ 連通孔
３３ スルーホール
３４ スルーホール内壁面
３５ 空隙
３６ はんだボール
３７ 空圧印加手段
３８ エアー噴出路
３９ 液状樹脂
４３ 基板吸着部
４５ 上型エアー吸引路
４６ 上型エアー吸引手段
４９ キャビティブロック
５０ 下型ベース
５１ 可動ブロック
５２ スプリング
５３ ブロック吸引路
５４ 下型エアー吸引手段
Claims (15)
- 半導体チップがフリップチップ接続され、チップ搭載部に基板排気孔が形成された基板をモールド金型によりクランプして樹脂封止する樹脂封止装置において、前記モールド金型は、前記基板が搭載され、該基板に形成された基板排気孔に連通する多孔質部材が設けられている基板搭載部と、前記半導体チップを収容可能なキャビティ凹部と、前記半導体チップと基板との隙間部分のエアーを前記基板排気孔及び前記多孔質部材を介して吸引するエアー吸引手段と、キャビティに封止樹脂を充填する樹脂充填部とを備え、前記基板をクランプし、前記樹脂充填部より封止樹脂をキャビティ凹部へ樹脂圧を印加しながら送出すると共に、前記エアー吸引手段により前記半導体チップと基板との隙間部分のエアーを前記基板排気孔より吸引して該隙間部分を樹脂封止することを特徴とする樹脂封止装置。
- 前記モールド金型の樹脂充填部からキャビティ凹部に至る樹脂路を含む金型面にはリリースフィルムが張設されていることを特徴とする請求項１記載の樹脂封止装置。
- 前記半導体チップにはボス部を介して放熱板が装着され、該放熱板の中心部には放熱板排気孔が貫通形成されており、前記放熱板と半導体チップとの隙間部分のエアーを前記放熱板排気孔より排気しながら該隙間部分を樹脂封止することを特徴とする請求項２記載の樹脂封止装置。
- 前記リリースフィルムが張設された金型面には前記放熱板排気孔より排気されたエアーを収容する金型凹部が形成されていることを特徴とする請求項３記載の樹脂封止装置。
- 前記基板排気孔は、前記基板の両面を導通するスルーホールに形成されていることを特徴とする請求項１、２、３又は請求項４記載の樹脂封止装置。
- 前記基板排気孔は、スルーホール内壁面と該スルーホール内壁面に被着した導体層との空隙によって形成されていることを特徴とする請求項１、２、３又は請求項４記載の樹脂封止装置。
- 半導体チップがフリップチップ接続され、チップ搭載部に基板排気孔が形成された基板及び封止樹脂を型開きしたモールド金型へ搬入する工程と、前記基板をモールド金型によりクランプしてキャビティ凹部へ樹脂圧を印加しながら充填すると共に前記半導体チップと基板との隙間部分のエアーを基板排気孔より吸引しながら該隙間部分に封止樹脂を充填する樹脂封止工程とを有することを特徴とする樹脂封止方法。
- 半導体チップがフリップチップ接続され、チップ搭載部に基板排気孔が形成された基板の、前記半導体チップの周囲に液状樹脂が供給された前記基板をモールド金型によりクランプして空圧成形する樹脂封止装置において、前記モールド金型は、前記基板が搭載され、該基板に形成された基板排気孔に連通する多孔質部材が設けられている基板搭載部と、前記半導体チップを収容可能なキャビティ凹部と、該キャビティ凹部内に空圧を印加する空圧印加手段と、前記半導体チップと基板との隙間部分のエアーを前記基板排気孔及び前記多孔質部材を介して吸引するエアー吸引手段とを備え、前記基板をクランプし、前記半導体チップの周囲に供給された液状樹脂に前記空圧印加手段より空圧を印加すると共に、前記エアー吸引手段より前記半導体チップと基板との隙間部分のエアーを基板排気孔より吸引しながら該隙間部分を樹脂封止することを特徴とする樹脂封止装置。
- 前記基板排気孔は、前記基板の両面を導通するスルーホールに形成されていることを特徴とする請求項８記載の樹脂封止装置。
- 前記基板排気孔は、スルーホール内壁面と該スルーホール内壁面に被着した導体層との空隙によって形成されていることを特徴とする請求項８記載の樹脂封止装置。
- 半導体チップがフリップチップ接続され、チップ搭載部に基板排気孔が形成された基板の、前記半導体チップの周囲に液状樹脂を供給する樹脂供給工程と、前記基板をモールド金型によりクランプしてキャビティ凹部に収容された前記半導体チップの周囲より空圧を印加しながら該半導体チップと基板との隙間部分に前記液状樹脂を充填すると共に、該隙間部分のエアーを基板排気孔より吸引しながら樹脂封止する空圧成形工程とを有することを特徴とする樹脂封止方法。
- 半導体チップがフリップチップ接続され、チップ搭載部に基板排気孔が形成された基板をモールド金型によりクランプし、前記半導体チップをリリースフィルムにより被覆されたキャビティ凹部に供給された液状樹脂に浸漬させて圧縮成形する樹脂封止装置において、前記モールド金型は、前記基板を吸着保持する基板吸着部を有する上型と、前記キャビティ凹部を有するキャビティブロックと、前記キャビティブロックの周囲に設けられ、前記リリースフィルムとキャビティ凹部との隙間部分に連通する吸引路が形成された可動ブロックと、前記リリースフィルムとキャビティ凹部との隙間部分のエアーを吸引するエアー吸引手段とを有する下型とを備え、
前記上型の基板吸着部に前記基板が吸着保持されることにより前記半導体チップと基板との隙間部分のエアーを前記基板排気孔より吸引しながら前記モールド金型をクランプし、前記半導体チップを前記キャビティ凹部に供給された液状樹脂に浸漬すると共に、前記エアー吸引手段により前記リリースフィルムとキャビティ凹部との隙間部分のエアーを吸引して該リリースフィルムをキャビティ凹部の内面に密着させつつ、前記基板によりキャビティ凹部を密閉することにより前記半導体チップと基板との隙間部分のエアーを前記基板排気孔より吸引しながら半導体チップの周囲及び当該半導体チップと基板との隙間部分に充填される液状樹脂にクランプ圧を印加して樹脂封止することを特徴とする樹脂封止装置。 - 前記基板排気孔は、前記基板の両面を導通するスルーホールに形成されていることを特徴とする請求項１２記載の樹脂封止装置。
- 前記基板排気孔は、スルーホール内壁面と該スルーホール内壁面に被着した導体層との空隙によって形成されていることを特徴とする請求項１２又は請求項１３記載の樹脂封止装置。
- 半導体チップがフリップチップ接続され、チップ搭載部に基板排気孔が形成された基板を型開きしたモールド金型に搬入して上型面に吸着保持する工程と、前記モールド金型のキャビティ凹部を含む下型面がリリースフィルムで覆われた該リリースフィルム上に液状樹脂を供給する工程と、前記モールド金型をクランプし、前記半導体チップを前記キャビティ凹部に供給された液状樹脂に浸漬すると共に、前記リリースフィルムとキャビティ凹部との隙間部分のエアーを吸引して該リリースフィルムをキャビティ凹部の内面に密着させつつ、前記基板によりキャビティ凹部を密閉することにより前記半導体チップと基板との隙間部分のエアーを前記基板排気孔より吸引しながら半導体チップの周囲及び当該半導体チップと基板との隙間部分に充填される前記液状樹脂にクランプ圧を印加しながら圧縮成形する工程とを有することを特徴とする樹脂封止方法。
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