JP4340552B2 - 真空成形装置 - Google Patents
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Description
本発明は、真空室内に収容されたワークに塗布された液状樹脂に、真空破壊による大気圧以上の加圧加温をして成形する真空成形装置に関する。
近年、半導体装置の小型化、薄型化が進行しており、樹脂封止されるパッケージ部も薄型化している。樹脂封止されるワークには、半導体チップが回路基板にフリップチップ接続されたフリップチップタイプや半導体チップが回路基板にワイヤボンディング接続されたワイヤボンディングタイプなどが用いられる。これらの半導体チップは基板上にマトリクス状に配置されて一括して樹脂封止されるものが多い。しかも、封止樹脂は、ポッティング装置や印刷装置が用いられ、ワークがフリップチップタイプにおいては、液状樹脂が基板上に吐出されて基板−チップ間の隙間に充填されたアンダーフィルモールドされ、かつチップ表面を覆ってオーバーモールドがおこなわれる。また、ワークがワイヤボンディングタイプにおいては、チップ表面を覆うオーバーモールドがおこなわれる。そして、一括封止されたパッケージ部は、ダイシング装置などにより各半導体装置毎に切断されて個片化される。
フリップチップタイプのパッケージを効率良くアンダーフィルモールドする方法として、基板にフリップチップ接続されたチップの周囲にチップ−基板間の隙間を囲んで液状樹脂を吐出した後、減圧下において液状樹脂の脱泡及び隙間内を真空状態にし、減圧を解除して大気圧に戻すことにより周囲の空気との圧力差を利用して隙間内に液状樹脂を強制的に吸引充填させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許３２２０７３９号公報
しかしながら、特許文献１に開示されているように、フリップチップ接続された半導体チップの周囲に減圧空間で液状樹脂を塗布し、大気圧に戻してチップ−基板間の隙間と周囲の空気圧との圧力差のみでアンダーフィルモールドを行う場合、塗布された液状樹脂の経時的流動によりチップ−基板間の隙間の気密性を保持することが難しい。また、液状樹脂の流動性を高めるためワークを加温するとフィラーが沈降し易く、狭いチップ−基板間の隙間にフィラーが均一に進入し難い。このためフィラー径が半導体チップの周囲で大きく、中心部へ向かうにしたがってフィラー径が細かくなるためパッケージ部の強度がばらつき信頼性が低下する。また、生産性を重視するあまり、ワークを液状樹脂がゲル化する温度以上に加熱するため、液状樹脂がチップ−基板間の隙間に進入して半導体チップの中心部に届く前に硬化が始まりボイドが発生するおそれがある。また、半導体チップが基板にワイヤボンディング接続されたワークにおいては、高密度ワイヤー配線間の隙間へ毛細管現象とワイヤの濡れ性によって樹脂が進入するが、樹脂の表面張力によって、ワイヤの下側空間への進入を妨げられるという別の課題がある。
これに対し、例えば１〜３ｔｏｒｒ程度の真空室内に搬入されたワークへ液状樹脂をディスペンスし、ワークを加温することで樹脂の流動性を高めてから真空破壊して封止することも考えられるが、減圧された空間内で液状樹脂が加温されると、樹脂に内在する気泡や揮発成分（希釈剤、硬化剤、カップリング剤など）が発泡してボイドが発生してしまう。
また、液状樹脂の場合、半導体チップに塗布された状態で金型などの硬い面により加圧しても液状樹脂に混入するフィラーなどの存在により圧力が伝わり難く樹脂層が薄くなるほど圧力が伝わり難い。特に、半導体チップが基板にワイヤボンディング接続されたワークにおいては、高密度ワイヤー配線間に形成される液状樹脂の大きな表面張力を気泡が突き抜けて脱泡することは期待できない。
また、ワークを構成する基板が加熱されて伸びや反りが生じ易いため、平坦度が損なわれたパッケージが形成されるおそれがある。
また、液状樹脂の場合、半導体チップに塗布された状態で金型などの硬い面により加圧しても液状樹脂に混入するフィラーなどの存在により圧力が伝わり難く樹脂層が薄くなるほど圧力が伝わり難い。特に、半導体チップが基板にワイヤボンディング接続されたワークにおいては、高密度ワイヤー配線間に形成される液状樹脂の大きな表面張力を気泡が突き抜けて脱泡することは期待できない。
また、ワークを構成する基板が加熱されて伸びや反りが生じ易いため、平坦度が損なわれたパッケージが形成されるおそれがある。
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、ワークの狭い封止空間へボイドが発生することなく、封止樹脂が発泡することなく平坦度を維持して樹脂封止して成形品質を向上させた真空成形装置を提供することにある。
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
半導体チップが基板実装されたワークへ液状樹脂を吐出する樹脂吐出部と、キャビティ凹部にリリースフィルムが敷設された圧縮成形型を用いて液状樹脂が吐出されたワークをクランプして加熱加圧して成形する加圧成形部と、を備えた真空成形装置であって、前記圧縮成形型は、ワーク載置部とその周囲を囲むシール材が嵌め込まれた下型と、上型ベースに固定されたキャビティブロックとその周囲にシール材を介して配設されると共に吊下げ支持された可動ブロックとでキャビティ凹部が形成され、該キャビティ凹部を覆うように前記リリースフィルムが吸着保持されて敷設された上型と、前記下型若しくは上型に設けられ、前記可動ブロックと前記下型のシール材との当接により閉止されるキャビティに連通する真空吸引路と、を備え、前記圧縮成形型に搬入されたワークに前記樹脂吐出部から液状樹脂が吐出され、当該ワークに吐出された液状樹脂が前記圧縮成形型に内蔵されたヒータによりゲル化温度未満で加温され該圧縮成形型のクランプ動作によりキャビティブロックを覆うフィルム面に沿って押し広げられかつ前記真空吸引路からの吸引動作が開始され、前記可動ブロックのクランプ面が前記下型のシール材と当接すると、前記圧縮成形型のクランプ完了前にキャビティ内に減圧された真空室が形成され前記ワークが前記可動ブロックによりリリースフィルムを介してクランプされ、金型クランプ完了後に真空室が真空破壊されて、キャビティ内に充填された液状樹脂に金型プレス圧に加えて大気圧を加え、前記圧縮成形型で前記ワークをクランプしたまま前記ゲル化温度を超える硬化温度で加熱加圧することを特徴とする。
半導体チップが基板実装されたワークへ液状樹脂を吐出する樹脂吐出部と、キャビティ凹部にリリースフィルムが敷設された圧縮成形型を用いて液状樹脂が吐出されたワークをクランプして加熱加圧して成形する加圧成形部と、を備えた真空成形装置であって、前記圧縮成形型は、ワーク載置部とその周囲を囲むシール材が嵌め込まれた下型と、上型ベースに固定されたキャビティブロックとその周囲にシール材を介して配設されると共に吊下げ支持された可動ブロックとでキャビティ凹部が形成され、該キャビティ凹部を覆うように前記リリースフィルムが吸着保持されて敷設された上型と、前記下型若しくは上型に設けられ、前記可動ブロックと前記下型のシール材との当接により閉止されるキャビティに連通する真空吸引路と、を備え、前記圧縮成形型に搬入されたワークに前記樹脂吐出部から液状樹脂が吐出され、当該ワークに吐出された液状樹脂が前記圧縮成形型に内蔵されたヒータによりゲル化温度未満で加温され該圧縮成形型のクランプ動作によりキャビティブロックを覆うフィルム面に沿って押し広げられかつ前記真空吸引路からの吸引動作が開始され、前記可動ブロックのクランプ面が前記下型のシール材と当接すると、前記圧縮成形型のクランプ完了前にキャビティ内に減圧された真空室が形成され前記ワークが前記可動ブロックによりリリースフィルムを介してクランプされ、金型クランプ完了後に真空室が真空破壊されて、キャビティ内に充填された液状樹脂に金型プレス圧に加えて大気圧を加え、前記圧縮成形型で前記ワークをクランプしたまま前記ゲル化温度を超える硬化温度で加熱加圧することを特徴とする。
本発明に係る真空成形装置を用いれば、液状樹脂が塗布されたワークが圧縮成形型に搬入され、樹脂吐出部より液状樹脂が吐出されて金型クランプ動作を開始することで液状樹脂がフィルム面に沿って効率よく押し広げられる。ワークが圧縮成形型にクランプされる直前にキャビティをシールして真空吸引することにより真空室が形成されかかる減圧環境化で液状樹脂を加温することによって、液状樹脂の流動性を高めかつ液状樹脂が発泡する前に金型クランプ面と接触するため該接触面からは発泡せず、発泡が生じても製品にならないフローフロント近傍に限られるので、成形品質を向上することができる。また、液状樹脂の流動性を確保しながらクランプ圧に加えて大気圧を作用させてチップと基板との間の封止空間やワイヤ配線とチップに囲まれた狭い封止空間へボイドを生ずることなく液状樹脂を充填することができる。また、圧縮成形型によりクランプしたまま、樹脂のゲル化を超える硬化温度で加熱加圧して液状樹脂の硬化を促進しつつ整形するので、パッケージ部の平坦度を維持して樹脂封止することができる。
［第１参考例］
以下、本発明に係る真空成形装置の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。先ず、真空成形装置の概略構成について図１及び図２を参照して説明する。図１において、基台１上には、真空吐出部２と加圧整形部３とが設けられている。真空吐出部２と加圧整形部３との間には、半導体チップが基板実装されたワーク４を保持して真空吐出部２と加圧整形部３との間を移動可能な移送用ハンド５が設けられている。移送用ハンド５によりワーク４が吸着保持されるワーク載置部７１には、ビジョンカメラ７２が設けられていても良い。このビジョンカメラ７２でワーク４を撮像してチップの欠損をカウントして液状樹脂の塗布量を演算により推定する。
以下、本発明に係る真空成形装置の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。先ず、真空成形装置の概略構成について図１及び図２を参照して説明する。図１において、基台１上には、真空吐出部２と加圧整形部３とが設けられている。真空吐出部２と加圧整形部３との間には、半導体チップが基板実装されたワーク４を保持して真空吐出部２と加圧整形部３との間を移動可能な移送用ハンド５が設けられている。移送用ハンド５によりワーク４が吸着保持されるワーク載置部７１には、ビジョンカメラ７２が設けられていても良い。このビジョンカメラ７２でワーク４を撮像してチップの欠損をカウントして液状樹脂の塗布量を演算により推定する。
真空吐出部２には、例えば基台１に対して開閉アーム６により開閉する真空容器（真空ベルジャ）７により真空室８が形成される。真空ベルジャ７は、中空状の開閉アーム６を通じて真空ポンプ９及び図示しないコンプレッサに配管接続されている。配管の途中には開閉弁２５、２６が各々設けられている（図３参照）。真空ポンプ９を作動させると配管を通じて真空吸引されて真空ベルジャ７内に真空室８が形成されるようになっている。コンプレッサを作動させると配管を通じて圧縮空気を真空ベルジャ７内に送り込むことができるようになっている。また、真空室８内には、ワーク４を載置する可動テーブル１０が設けられている。可動テーブル１０は、真空室８内でＸ−Ｙ方向に走査可能に設けられている。このテーブル移動機構は、例えばＸ−Ｙ方向で各々ステッピングモータとボールねじとの連繋を備えた駆動機構或いはリニアモータ等の公知の駆動機構が用いられる。また、真空室８内には、可動テーブル１０上のワーク４を加温することが可能なヒータ２４（図３参照）が設けられている。このヒータ２４は、液状樹脂１３及びワーク４をゲル化温度未満の所定温度（液状樹脂によって異なるが半硬化温度若しくは硬化温度（およそ１２０℃〜１３０℃）に至らない温度で発泡し難い温度、好ましくは４５℃〜５０℃）で加温して流動性を高めるために設けられている。
樹脂吐出部であるディスペンサー１１は、真空ベルジャ７内に搬入されたワーク４に吐出ノズル（ディスペンスノズル）１２より液状樹脂１３を吐出する。液状樹脂１３は、ディスペンサー１１によりゲル化温度未満の所定温度（液状樹脂によって異なるが半硬化温度若しくは硬化温度（およそ１２０℃〜１３０℃）に至らない温度で発泡し難い温度、好ましくは４５℃〜５０℃）で加温される。ディスペンサー１１は、液状樹脂１３を溜めておく吐出部本体（シリンジ部）１４が真空ベルジャ７の外に配置されており、ノズルチューブ１５のみが真空ベルジャ７内へシール部１６を介して導入されている。ノズルチューブ１５は真空ベルジャ７内の可動テーブル１０上方に上下方向に移動可能に配置されたディスペンスノズル１２に接続されている。また、ディスペンスノズル１２より吐出される液状樹脂１３の吐出量は、ノズルチューブ１５の途中に設けられた電磁作動弁１７により制御されるようになっている。
このように、真空ベルジャ７内にディスペンスノズル１２及びノズルチューブ１５のみが配設され、シリンジ部１４が真空ベルジャ７外に配設されているので、真空室８を小型化することができる。また、真空室８内おける可動テーブル１０の移動範囲も小さくできるので、真空室８内のシール性を良好に維持できる。また、ワーク４を載置した可動テーブル１０がＸ−Ｙ方向へ走査することにより、様々なサイズのワーク４に対して広い範囲で液状樹脂１３を塗布することができ、液状樹脂１３の流動量を可及的に小さくすることができる。また、ワーク４が基板上に半導体チップがマトリクス状に配置されているものである場合には、前述したようにワーク４のチップエリアを一括して広い範囲で液状樹脂１３を塗布する他に、各半導体チップの中心部に液状樹脂１３を散点状に塗布しても良い。また、ワイヤー配線の基板側接続部領域に液状樹脂を連続して塗布してその位置エネルギーでワイヤー下部への樹脂の流入を容易にするようにしても良い。
尚、樹脂封止に時間をかけられるならば、例えば常温減圧空間でディスペンスノズル１２よりワーク４へ液状樹脂１３を吐出してから毛細管現象により液状樹脂１３を狭い封止空間へ徐々に充填し、ヒータ２４によりゲル化温度未満の所定温度（液状樹脂によって異なるが半硬化温度若しくは硬化温度（およそ１２０℃〜１３０℃）に至らない温度で発泡し難い温度、好ましくは４５℃〜５０℃）でワーク４及び液状樹脂１３を加温して樹脂の流動性を高めるようにしても良い。
尚、樹脂封止に時間をかけられるならば、例えば常温減圧空間でディスペンスノズル１２よりワーク４へ液状樹脂１３を吐出してから毛細管現象により液状樹脂１３を狭い封止空間へ徐々に充填し、ヒータ２４によりゲル化温度未満の所定温度（液状樹脂によって異なるが半硬化温度若しくは硬化温度（およそ１２０℃〜１３０℃）に至らない温度で発泡し難い温度、好ましくは４５℃〜５０℃）でワーク４及び液状樹脂１３を加温して樹脂の流動性を高めるようにしても良い。
図２に加圧整形部であるプレス装置１８を例示する。図２において、プレス装置１８は、下型１９及び上型２０を備え、該下型１９及び上型２０にはヒータ２１、２２が内蔵されている。また、プレス装置１８は、下型１９に載置されたワーク４の液状樹脂１３に平板状の加圧プレート２３を搭載したまま上型２０を型閉じしてワーク４をクランプして加熱加圧するようになっている。これにより、真空室８でワーク４のチップエリアに塗布された半硬化状態の液状樹脂１３のゲル化を超える温度（１２０℃〜１３０℃）で加熱加圧して硬化させると共に液状樹脂１３の上面を平坦に整形する。加圧プレート２３は、金属板に限らず、ガラス板、セラミック板など様々な板材が用いられる。或いは加圧プレート２３は、液状樹脂１３と一体に被着される放熱板であっても良い。尚、加圧プレート２３を用いることなく、上型２０と下型１９とで直接クランプするようにしても良い。また、プレス装置１８の近傍には、検査ユニット７３が設けられていても良い。ビジョンカメラ７２のワーク４の撮像に基づく制御部の演算により液状樹脂の塗布量が算出される。しかしながら、ディスペンサー１１の計量誤差や推定プログラムの精度の誤差があるので、加圧整形後のパッケージの厚みを、検査ユニット７３で測定して検査結果をフィードバック制御して次に塗布する液状樹脂の吐出量の誤差を修正するようにしても良い。
ここで、図３及び図４を参照して真空成形動作について説明する。
先ず、図３（ａ）〜図３（ｄ）において、半導体チップ４ａが基板４ｂにフリップチップ接続されたワーク４をアンダーフィルモールドする動作について説明する。真空ベルジャ７が開放された状態で移送用ハンド５によりワーク４が可動テーブル１０上に搬入される。ワーク４が搬入されると、真空ベルジャ７を閉じ、開閉弁２５を開放し開閉弁２６を閉じた状態で真空ポンプ９を作動させることにより真空室８内に真空空間（例えば０．１ｔｏｒｒ〜５０ｔｏｒｒ好ましくは０．１ｔｏｒｒ〜０．５ｔｏｒｒ）が形成される。そして、ワーク４が載置された可動テーブル１０をＸ−Ｙ方向に走査しながらディスペンサー１１より液状樹脂１３が吐出される。液状樹脂１３は半導体チップ４ａの一辺側を除いて塗布される（図３（ａ）参照）。このとき真空室８は真空状態にあるが大気中で塗布しても良い。この状態でしばらく放置すると、毛細管現象により半導体チップ４ａと基板４ｂとの隙間（アンダーフィル空間）へ液状樹脂１３を徐々に進入させることができる。
次に、真空空間が形成された真空室８内で残りの一辺に液状樹脂１３を塗布してアンダーフィル空間が液状樹脂１３により囲まれる。ディスペンスノズル１２よりワーク４上に滴下された液状樹脂１３は真空室８内で脱泡される。液状樹脂１３の吐出が完了すると、可動テーブル１０の走査を停止する。このとき、半導体チップ４ａの周囲は液状樹脂１３により囲まれているが、半導体チップ４ａの直下の基板４ｂとの隙間には真空空間２７が形成されている（図３（ｂ）参照）。尚、液状樹脂１３は全ての半導体チップ４ａの周囲を囲んでアンダーフィル空間を真空室空間から絶縁するまで塗布すると、開閉弁２５を閉じ開閉弁２６を開放して真空室８を一旦真空破壊する。この後再度、開閉弁２５を開放し開閉弁２６を閉じて真空吸引を行って真空室８を真空状態にして不足する液状樹脂１３を塗布して補充するようにしても良い。
先ず、図３（ａ）〜図３（ｄ）において、半導体チップ４ａが基板４ｂにフリップチップ接続されたワーク４をアンダーフィルモールドする動作について説明する。真空ベルジャ７が開放された状態で移送用ハンド５によりワーク４が可動テーブル１０上に搬入される。ワーク４が搬入されると、真空ベルジャ７を閉じ、開閉弁２５を開放し開閉弁２６を閉じた状態で真空ポンプ９を作動させることにより真空室８内に真空空間（例えば０．１ｔｏｒｒ〜５０ｔｏｒｒ好ましくは０．１ｔｏｒｒ〜０．５ｔｏｒｒ）が形成される。そして、ワーク４が載置された可動テーブル１０をＸ−Ｙ方向に走査しながらディスペンサー１１より液状樹脂１３が吐出される。液状樹脂１３は半導体チップ４ａの一辺側を除いて塗布される（図３（ａ）参照）。このとき真空室８は真空状態にあるが大気中で塗布しても良い。この状態でしばらく放置すると、毛細管現象により半導体チップ４ａと基板４ｂとの隙間（アンダーフィル空間）へ液状樹脂１３を徐々に進入させることができる。
次に、真空空間が形成された真空室８内で残りの一辺に液状樹脂１３を塗布してアンダーフィル空間が液状樹脂１３により囲まれる。ディスペンスノズル１２よりワーク４上に滴下された液状樹脂１３は真空室８内で脱泡される。液状樹脂１３の吐出が完了すると、可動テーブル１０の走査を停止する。このとき、半導体チップ４ａの周囲は液状樹脂１３により囲まれているが、半導体チップ４ａの直下の基板４ｂとの隙間には真空空間２７が形成されている（図３（ｂ）参照）。尚、液状樹脂１３は全ての半導体チップ４ａの周囲を囲んでアンダーフィル空間を真空室空間から絶縁するまで塗布すると、開閉弁２５を閉じ開閉弁２６を開放して真空室８を一旦真空破壊する。この後再度、開閉弁２５を開放し開閉弁２６を閉じて真空吸引を行って真空室８を真空状態にして不足する液状樹脂１３を塗布して補充するようにしても良い。
次に、真空ポンプ９の作動を停止し、開閉弁２５を閉じ、開閉弁２６を開放して真空室８を真空破壊する。更にコンプレッサを作動させて真空ベルジャ７内へ例えば１気圧から１０気圧程度の圧縮空気を送り込む。このとき、アンダーフィル空間を囲む液状樹脂１３に大気圧及び流体圧を作用させることで、毛細管現象による液状樹脂１３の隙間充填（本実施例ではアンダーフィルモールド）が促進される。特にチクソ性（エマルジョンの流動性）が高い樹脂には、圧縮空気による加圧にワーク４の微振動を併用しても良い。
また、ヒータ２４により液状樹脂１３がゲル化せずしかも発泡しない温度条件で加温するので、液状樹脂１３が移動途中で硬化したり発泡することなく流動性が確保できるので、真空空間２７が徐々に小さくなり（図３（ｃ）参照）、最終的には液状樹脂１３に完全に置換される（図３（ｄ）参照）。
また、ヒータ２４により液状樹脂１３がゲル化せずしかも発泡しない温度条件で加温するので、液状樹脂１３が移動途中で硬化したり発泡することなく流動性が確保できるので、真空空間２７が徐々に小さくなり（図３（ｃ）参照）、最終的には液状樹脂１３に完全に置換される（図３（ｄ）参照）。
次に、真空ベルジャ７を開放して、移送用ハンド５によりワーク４が可動テーブル１０から一旦室外へ取り出され、プレス装置１８へ搬入される（図１参照）。次いで、ワーク４に塗布された液状樹脂１３上に加圧プレート２３が重ね合わされ、プレス装置１８を型閉じすることにより加熱加圧して液状樹脂１３の硬化を促進しつつ樹脂封止部（パッケージ部）の上面が平坦になるように整形する。このパッケージ部は成形後、ダイシングされて個片化された半導体装置が製造されるようになっている。ワーク４は熱による加工履歴によるストレスを内包しており、基板が反り易くなっている。このため、パッケージ部の均一な成形品質を維持するため、平坦化が行われる（図２参照）。これにより、後工程でワーク４をダイシングする際のダイシング作業が精度良く行える。
次に、図４（ａ）〜図４（ｄ）において、半導体チップ４ａが基板４ｂにワイヤボンディング接続されたワーク４をモールドする動作について説明する。真空ベルジャ７が開放された状態で移送用ハンド５によりワーク４が可動テーブル１０上に搬入される。ワーク４が搬入されると、真空ベルジャ７を閉じ、開閉弁２５を開放し開閉弁２６を閉じた状態で真空ポンプ９を作動させることにより真空室８内に真空空間（例えば０．１ｔｏｒｒ〜５０ｔｏｒｒより好ましくは０．１ｔｏｒｒ〜０．５ｔｏｒｒ）が形成される。そして、ワーク４が載置された可動テーブル１０をＸ−Ｙ方向に走査しながらディスペンサー１１より液状樹脂１３が吐出される。半導体チップ４ａが基板４ｂにマトリクス状に配置されたワーク４においては、先ず各チップ間を格子状に仕切って流れ止め（ダム）を形成していくのが好ましい。次に、半導体チップ４ａの４辺に形成されるボンディングワイヤ４ｃの基板側接続部に液状樹脂１３を塗布する（図４（ａ）参照）。この作業は積層型ＩＣの場合には必須の作業工程となる。液状樹脂１３は真空空間で塗布されるが大気中で塗布しても良い。この状態でしばらく放置すると、毛細管現象によりボンディングワイヤ４ｃと基板４ｂとの隙間へ液状樹脂１３を徐々に進入させることができる。
次に、真空空間が形成された真空室８内でディスペンスノズル１２より液状樹脂１３がワーク４（半導体チップ４ａ）の真上から滴下される。ディスペンスノズル１２よりワーク４上に滴下された液状樹脂１３は真空室８内で脱泡される。液状樹脂１３の吐出が完了すると、可動テーブル１０の走査を停止する。このとき、半導体チップ４ａの周囲は液状樹脂１３により覆われているが、ボンディングワイヤ４ｃ直下の基板４ｂとの隙間には真空空間２７が形成されている（図４（ｂ）参照）。尚、液状樹脂１３は全ての半導体チップ４ａの中央部に吐出して周囲に流れ出して樹脂充填空間を真空室空間から絶縁するまで塗布すると開閉弁２５を閉じ、開閉弁２６を開放して真空室８を一旦真空破壊する。この後再度、開閉弁２５を開放し開閉弁２６を閉じて真空吸引を行って真空室８を真空状態にして液状樹脂１３をワーク中央部に山脈状に塗布しエアーベント性能を維持したまま不足する樹脂を補充するようにしてもよい。
次に、真空空間が形成された真空室８内でディスペンスノズル１２より液状樹脂１３がワーク４（半導体チップ４ａ）の真上から滴下される。ディスペンスノズル１２よりワーク４上に滴下された液状樹脂１３は真空室８内で脱泡される。液状樹脂１３の吐出が完了すると、可動テーブル１０の走査を停止する。このとき、半導体チップ４ａの周囲は液状樹脂１３により覆われているが、ボンディングワイヤ４ｃ直下の基板４ｂとの隙間には真空空間２７が形成されている（図４（ｂ）参照）。尚、液状樹脂１３は全ての半導体チップ４ａの中央部に吐出して周囲に流れ出して樹脂充填空間を真空室空間から絶縁するまで塗布すると開閉弁２５を閉じ、開閉弁２６を開放して真空室８を一旦真空破壊する。この後再度、開閉弁２５を開放し開閉弁２６を閉じて真空吸引を行って真空室８を真空状態にして液状樹脂１３をワーク中央部に山脈状に塗布しエアーベント性能を維持したまま不足する樹脂を補充するようにしてもよい。
次に、真空ポンプ９の作動を停止し、開閉弁２５を閉じ、開閉弁２６を開放して真空室８を真空破壊する。更にコンプレッサを作動させて真空ベルジャ７内へ例えば１気圧から１０気圧程度の圧縮空気を送り込む。このとき、液状樹脂１３に大気圧及び流体圧を作用させることで毛細管現象による液状樹脂１３の隙間充填（本実施例では高密度ワイヤ配線と基板との隙間充填）が促進される。特にチクソ性（エマルジョンの流動性）が高い樹脂には、圧縮空気による加圧にワーク４の微振動を併用しても良い。
また、ヒータ２４により液状樹脂１３がゲル化しない温度でしかも発泡しない温度条件で加温するので、液状樹脂１３が移動途中で硬化したり発泡することなく流動性が確保できるので、真空空間２７が徐々に小さくなり（図４（ｃ）参照）、最終的には液状樹脂１３に完全に置換される（図４（ｄ）参照）。
また、ヒータ２４により液状樹脂１３がゲル化しない温度でしかも発泡しない温度条件で加温するので、液状樹脂１３が移動途中で硬化したり発泡することなく流動性が確保できるので、真空空間２７が徐々に小さくなり（図４（ｃ）参照）、最終的には液状樹脂１３に完全に置換される（図４（ｄ）参照）。
ここで、図５を参照してボンディングワイヤ４ｃの内側へ液状樹脂１３が経時的に充填される状況を模式的に説明する。図５の左半図は、液状樹脂１３のフローフロントを示す。ボンディングワイヤ（例えば金線）４ｃは、半導体チップ４ａの電極部と基板端子部とを電気的に接続するが、ボンディングワイヤ４ｃの間隔はチップ側が密になり基板端子側が粗になる。よって、液状樹脂１３をチップ中央部に滴下すると、周囲に流動しボンディングワイヤ４ｃの表面をつたわって基板端子側のワイヤの隙間から進入し始める（エリアＥ１）。このときの液状樹脂１３の挙動は液状樹脂１３の持つ位置エネルギー、真空空間の収縮エネルギー、ボンディングワイヤ４ｃとの濡れ性等の影響されて移動する。次いで、真空破壊による大気圧に加えて圧縮空気による流体圧を加えて押圧することにより更に内部へ進入し（エリアＥ２）、更に液状樹脂１３をゲル化未満の温度で加温して粘度をさげて流動性を高めることで、真空空間２７が泡沫状に縮小して液状樹脂と置換する（エリアＥ３）ことが判明している。また、図５の右半図で、液状樹脂１３に混入する気泡の経時的な大きさの変化を模式的に示す。真空破壊した当初の気泡の大きさがＲ１とすると、圧縮空気で加圧したときの気泡の大きさがＲ２に縮小し、更に液状樹脂１３をゲル化未満の温度で加温した場合の気泡の大きさがＲ３に縮小し、最終的には軟Ｘ線検査装置では検出不可能な程度の大きさに縮小できる。
［実施例］
次に真空成形装置の実施例について図６乃至図１１を参照して説明する。
図６において、真空成形装置は、半導体チップ４ａが基板実装されたワーク４へ液状樹脂１３を吐出する樹脂吐出部（図示しないディスペンサー）を備えている。また、液状樹脂１３が吐出されたワーク４が搬入される加圧成形用の加圧成形部である圧縮成形型２８を具備している。
次に真空成形装置の実施例について図６乃至図１１を参照して説明する。
図６において、真空成形装置は、半導体チップ４ａが基板実装されたワーク４へ液状樹脂１３を吐出する樹脂吐出部（図示しないディスペンサー）を備えている。また、液状樹脂１３が吐出されたワーク４が搬入される加圧成形用の加圧成形部である圧縮成形型２８を具備している。
圧縮成形型２８は、ワーク４が載置される下型２９と、キャビティ凹部３０が形成される上型３１とを備えている。下型２９はワーク載置部３２とその周囲を囲むシール材３３が嵌め込まれている。上型３１は、キャビティ凹部３０の底部を構成するキャビティブロック３４と、キャビティ凹部３０の側壁を形成する可動ブロック３５を備えている。可動ブロック３５は上型ベース３６にコイルスプリング３７により吊下げ支持されている。キャビティブロック３４は上型ベース３６に支持固定されている。可動ブロック３５の内周面にはシール材３８が嵌め込まれており、キャビティブロック３４との隙間３９をシールしている。可動ブロック３５には図示しない真空ポンプに連なる真空吸引路４０、４１が設けられている。真空吸引路４０はキャビティブロック３４と可動ブロック３５との隙間３９に連通して形成されており、真空吸引路４１は、可動ブロック３５のクランプ面に連通して設けられている。
キャビティ凹部３０にはリリースフィルム４２が敷設されている。リリースフィルム４２は、封止樹脂に接触する部位を覆うものであり、本実施例では上型３１のキャビティ凹部３０を覆って敷設される。リリースフィルム４２は隙間３９より真空吸引路４０を通じてキャビティ凹部３０に吸着保持されている。リリースフィルム４２は、圧縮成形型２８の加熱温度に耐えられる耐熱性を有するもので、上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。上記リリースフィルム４２を用いることで上型３１にエジェクタピン及び成形後に金型面をクリーニングするクリーナー部を設ける必要がない。
圧縮成形型２８が型開きした状態でワーク４が下型２９のワーク載置部３２に搬入される。尚、リリースフィルム４２は真空吸引路４０から真空吸引されて上型３１に張設されているものとする。次いで図示しないディスペンサーにより液状樹脂１３がワーク４の中央部に山盛状に滴下されると、上型３１が下動して金型クランプを開始する。また、可動ブロック３５に形成された真空吸引路４１からの真空吸引を開始する。上型３１がクランプ動作を開始すると、先ずキャビティブロック３４を覆うリリースフィルム４２が液状樹脂１３に当接して樹脂を周囲に押し広げる。そして、更に下動すると可動ブロック３５のクランプ面がシール材３３に当接する。このときキャビティ４３内が閉空間となって真空吸引路４１からの真空吸引が作用して減圧される。また、下型２９には図示しないヒータが内蔵されており、液状樹脂１３のゲル化温度未満で加温されるので、樹脂の流動性を高めてワーク４全体に液状樹脂１３を迅速に行きわたらせることができる。尚、真空雰囲気中で液状樹脂１３を加温すると発泡するが、液状樹脂１３の上面側がリリースフィルム４２を介してキャビティブロック３４に押さえられるのでこの当接面からの発泡は生ずることがなく、専ら液状樹脂１３のフローフロントで生ずる。フローフロントから発泡したエアーは真空吸引路４１へ吸引される。
尚、真空吸引路４１から吸引を開始すると、リリースフィルム４２が上型面より剥離する方向の力が作用するが、真空吸引路４０からの真空吸引の方が強いか平衡状態にあればリリースフィルム４２は剥離することがない。また、真空吸引路４１の吸引の方が強ければ、リリースフィルム４２は剥離して落下するが、上型３１は下動してクランプ動作を開始しているので、液状樹脂１３の山頂面にいち早く接触して支持されるので、かかる接触面において液状樹脂１３の発泡を抑止できる。
可動ブロック３５がリリースフィルム４２を介して基板４ｂをクランプし、可動ブロック３５が上型ベース３６に押圧されて状態で金型クランプが完了する。金型クランプ完了後に、真空吸引路４１の真空吸引を停止してキャビティ４３内を真空破壊することにより封止される。
このときワーク４の狭い封止空間には、大気圧に加えて金型プレスによる圧力が作用するので液状樹脂１３の毛細管現象による進入を促進する。
このときワーク４の狭い封止空間には、大気圧に加えて金型プレスによる圧力が作用するので液状樹脂１３の毛細管現象による進入を促進する。
ワーク４を上型３１と下型２９とでクランプしたまま、液状樹脂１３のゲル化を超える硬化温度で加熱加圧することにより液状樹脂１３の硬化を促進しつつ上面を平坦になるように整形する。
このように圧縮成形型２８を用いて樹脂封止する場合、キャビティ４３内に真空空間を形成しつつ加温するため、液状樹脂１３の発泡を軽減する必要があるが、キャビティブロック３４は、リリースフィルム４２を通じていち早くワーク４に塗布された液状樹脂１３に接触するため、発泡による影響を軽減することができる。
また、圧縮成形型２８は、真空室と加圧成形部とを兼用しているため、装置構成も簡略化できる。尚、圧縮成形型２８で常温常圧で液状樹脂１３をディスペンスしても良いが、減圧空間を形成して液状樹脂１３をディスペンスするようにしても良い。
また、圧縮成形型２８は、真空室と加圧成形部とを兼用しているため、装置構成も簡略化できる。尚、圧縮成形型２８で常温常圧で液状樹脂１３をディスペンスしても良いが、減圧空間を形成して液状樹脂１３をディスペンスするようにしても良い。
図７（ａ）〜図７（ｄ）は、半導体チップ４ａが基板４ｂにワイヤボンディング接続されたワーク４を用いた真空成形動作を示す。尚、図６とは異なり、真空吸引路４１は可動ブロック３５ではなく、下型２９に形成されている。
図７（ａ）において、ワーク４の中央部に液状樹脂１３を山盛り状に塗布した後、リリースフィルム４２が吸着保持された上型３１の型閉じ動作を開始する。そして、可動ブロック３５がシール材３３に当接するとキャビティ４３が外気よりシールされ、真空吸引路４１より真空吸引が開始される。このとき、リリースフィルム４２は、真空吸引路４１からの真空吸引により上型面より剥離しても、上型３１が液状樹脂１３の頂上面に接触して押し広げるため液状樹脂１３に支えられる。また、キャビティ４３の空間は周方向に連通しているため減圧状態は進行する。
図７（ａ）において、ワーク４の中央部に液状樹脂１３を山盛り状に塗布した後、リリースフィルム４２が吸着保持された上型３１の型閉じ動作を開始する。そして、可動ブロック３５がシール材３３に当接するとキャビティ４３が外気よりシールされ、真空吸引路４１より真空吸引が開始される。このとき、リリースフィルム４２は、真空吸引路４１からの真空吸引により上型面より剥離しても、上型３１が液状樹脂１３の頂上面に接触して押し広げるため液状樹脂１３に支えられる。また、キャビティ４３の空間は周方向に連通しているため減圧状態は進行する。
図７（ｂ）において、キャビティ４３内の真空レベルが上がると、金型内のヒータによる発泡温度以下の加温によりリリースフィルム４２に接触していない液状樹脂１３のフローフロント（真空界面部）で発泡が始まる。また、キャビティブロック３４の下動にしたがって液状樹脂１３が周縁部へ押し広げられる。
図７（ｃ）において、流動化した液状樹脂１３がキャビティ周縁部まで到達すると、キャビティブロック３４の下動による液状樹脂１３の圧縮が開始する。このとき、液状樹脂１３はボンディングワイヤ４ｃと基板４ｂとの間の隙間へ充填され、該隙間への樹脂の流入とプレス加圧により真空レベルが低下する。
そして、図７（ｄ）において、可動ブロック３５が上型ベース３６に突き当たるまで上型３１が下動するとクランプ動作を停止する。このとき、液状樹脂１３に存在したボイド空間は、プレス圧で消滅する。次いで、真空吸引路４１の真空吸引を停止して大気開放し、ワーク４を上型３１と下型２９とでクランプしたまま、液状樹脂１３のゲル化を超える硬化温度で加熱加圧することにより液状樹脂１３の硬化を促進しつつ上面を平坦になるように整形する。
図８（ａ）〜図８（ｄ）は、液状樹脂１３をワーク４にライン状に塗布した場合の真空成形動作を示す。キャビティ４３内の真空吸引を開始すると、リリースフィルム４２がライン状に形成された液状樹脂１３の山部分で支持されること（図８（ａ）参照）、液状樹脂１３の発泡がライン状に塗布された樹脂凹部（真空空間２７）で発生すること（図８（ｂ）参照）を除けば真空成形動作は図７（ａ）〜図７（ｄ）と同様である。図９（ａ）〜図９（ｄ）は、液状樹脂１３をワーク４に各半導体チップ４ａ毎に散点状に塗布した場合の真空成形動作を示す。真空成形動作の概要は図８（ａ）〜図８（ｄ）と同様であるので説明を省略する。
図１０は、液状樹脂１３を複数回ワーク４へディスペンスする場合を示す。例えば、同一の液状樹脂１３を用いて１回目に塗布された液状樹脂１３ａに不足分を２回目以降の液状樹脂１３ｂを複数回重ねて塗布しても良い。また、種類の異なる液状樹脂１３を用いて、例えば１回目にフィラー径の細かい樹脂を塗布し、２回目以降にフィラー径の粗い樹脂を塗布するようにしても良い。更には、２回目以降に塗布される表層の樹脂には、カーボンナノチューブを混合した液状樹脂を塗布して電磁波に対する耐久性や放熱特性を向上させた液状樹脂１３ｂを塗布するようにしても良い。
図１１は、ワークとして半導体チップが積層された積層型ＩＣ４４（ワイヤボンディング接続されたもの、フリップチップ接続されたものを含む）を封止する圧縮成形型２８を示す。圧縮成形型２８の概略構成は図６と同様であるが、下型２９に位置決めピン４５が立設されており、対向する可動ブロック３５には凹部４６が形成されている。凹部４６はキャビティから漏れ出した液状樹脂１３を収容すると共に、ワークをクランプする際に位置決めピン４５の先端がリリースフィルム４２と共に進入する。また、凹部４６へ進入したリリースフィルム４２の弛みを防ぐため空気圧を作用させる送風路が形成されている。
また、可動ブロック３５の外周側には、パッケージ部の厚さを一定に成形するためスペーサブロック４７、４８が上型ベース３６及び下型ベース４９に設けられている。このスペーサブロック４７、４８は、型閉じする際に、先ず可動ブロック３５がワークに当接して押し戻される際にコイルスプリング３７に蓄えられるばね力によりクランプされた後、キャビティブロック３４が移動する下限位置を規制している。
上記構成によって、液状樹脂１３の流動性を確保しながら大気圧＋クランプ圧を作用させてスタックされたチップと基板との間の封止空間やワイヤ配線とスタックされたチップに囲まれた狭い封止空間へボイドを生ずることなく液状樹脂を充填することができる。
上記構成によって、液状樹脂１３の流動性を確保しながら大気圧＋クランプ圧を作用させてスタックされたチップと基板との間の封止空間やワイヤ配線とスタックされたチップに囲まれた狭い封止空間へボイドを生ずることなく液状樹脂を充填することができる。
［第２参考例］
次に第２参考例に係る真空成形装置について説明する。
図１２において、真空加圧成形部の構成について説明する。基台５０には開閉可能な真空ベルジャ５１が載置されており、該真空ベルジャ５１内に真空室が形成される。基台５０には図示しない真空ポンプに接続する真空吸引路５２が形成されている。また、基台５０にはワーク載置部としてＸ−Ｙ−θテーブル５３が設けられている。このＸ−Ｙ−θテーブル５３の上面には、ワーク４を吸着保持する多孔質板５４が支持台５５に支持されている。支持台５５には真空吸引路５６と加熱用のヒータ５７が設けられている。
次に第２参考例に係る真空成形装置について説明する。
図１２において、真空加圧成形部の構成について説明する。基台５０には開閉可能な真空ベルジャ５１が載置されており、該真空ベルジャ５１内に真空室が形成される。基台５０には図示しない真空ポンプに接続する真空吸引路５２が形成されている。また、基台５０にはワーク載置部としてＸ−Ｙ−θテーブル５３が設けられている。このＸ−Ｙ−θテーブル５３の上面には、ワーク４を吸着保持する多孔質板５４が支持台５５に支持されている。支持台５５には真空吸引路５６と加熱用のヒータ５７が設けられている。
また、加圧ツール５８は、真空ベルジャ５１に進入して真空度を保ったまま上下動可能に設けられている。加圧ツール５８の下面には、ワーク４を吸着保持する多孔質板５９が支持台６０に支持されている。支持台６０には真空吸引路６１と加熱用のヒータ６２が設けられている。
真空ベルジャ５１を開放して、Ｘ−Ｙ−θテーブル５３上にランド部６３が形成された実装基板６４が載置され、多孔質板５４に吸着保持される。また、実装基板６４上にはシート樹脂６５が重ね合わせて搬入される。加圧ツール５８の多孔質板５９には半導体チップ４ａが吸着保持されて真空ベルジャ５１内に搬入される。
Ｘ−Ｙ−θテーブル５３上に実装基板６４及びシート樹脂６５が搬入され、加圧ツール５８に半導体チップ４ａが吸着保持されたまま真空ベルジャ５１が基台５０に閉じる。そして真空吸引路５２から真空吸引されて真空ベルジャ５１内に真空空間が形成される。
真空空間で加圧ツール５８をＸ−Ｙ−θテーブル５３へ押圧して半導体チップ４ａが電極部４ｄによりシート樹脂６５を突き破ってランド部６３に電気的に接続される（図１２左半図参照）。そして、ワーク４がクランプされたまま、ヒータ５７、６２をシート樹脂６５の発泡温度以下で加熱加圧して溶融した樹脂を電極部４ｄ間に隙間なく充填する。そして、真空室内の真空レベルを徐々に低下させる。これにより、真空下でシート樹脂６５を加温しても発泡することなく封止できる。最後に、真空ベルジャ５１内を真空破壊して圧縮空気を送り込むことにより、電極部４ｄ間の狭い隙間に存在するボイド空間を消滅させ、ヒータ５７を硬化温度まで上昇させてシート樹脂６５の硬化を促進しつつ整形する（図１２右半図参照）。尚、ワーク４は、フリップチップ接続用の半導体チップ４ａに限らず、接続用のポストが形成された半導体ウエハであっても良い。
ワーク４は単数の半導体チップが一列に設けられたものや複数の半導体チップがマトリクス状に配置されたものでもよく、半導体チップが基板にフリップチップ実装されていても良いし、ワイヤボンディング実装されていても良く、さらには積層タイプの半導体チップであっても良い。
また液状樹脂１３のゲル化温度は樹脂の種類によって異なり、シート樹脂６５の発泡しない温度も樹脂の種類によって異なるため、各々任意に調整される。
また液状樹脂１３のゲル化温度は樹脂の種類によって異なり、シート樹脂６５の発泡しない温度も樹脂の種類によって異なるため、各々任意に調整される。
１、５０ 基台
２ 真空吐出部
３ 加圧整形部
４ ワーク
４ａ 半導体チップ
４ｂ 基板
４ｃ ボンディングワイヤ
５ 移送用ハンド
６ 開閉アーム
７、５１ 真空ベルジャ
８ 真空室
９ 真空ポンプ
１０ 可動テーブル
１１ ディスペンサー
１２ ディスペンスノズル
１３ 液状樹脂
１４ シリンジ部
１５ ノズルチューブ
１６ シール部
１７ 電磁作動弁
１８ プレス装置
１９、２９ 下型
２０、３１ 上型
２１、２２、２４、５７、６２ ヒータ
２３ 加圧プレート
２５、２６ 開閉弁
２７ 真空空間
２８ 圧縮成形型
３０ キャビティ凹部
３２ ワーク載置部
３３、３８ シール材
３４ キャビティブロック
３５ 可動ブロック
３６ 上型ベース
３７ コイルスプリング
３９ 隙間
４０、４１、５６、６１ 真空吸引路
４２ リリースフィルム
４３ キャビティ
４４ 積層型ＩＣ
４５ 位置決めピン
４６ 凹部
４７、４８ スペーサブロック
４９ 下型ベース
５３ Ｘ−Ｙ−θテーブル
５４、５９ 多孔質板
５５、６０ 支持台
５８ 加圧ツール
６３ ランド部
６４ 実装基板
６５ シート樹脂
７１ ワーク載置部
７２ ビジョンカメラ
７３ 検査ユニット
２ 真空吐出部
３ 加圧整形部
４ ワーク
４ａ 半導体チップ
４ｂ 基板
４ｃ ボンディングワイヤ
５ 移送用ハンド
６ 開閉アーム
７、５１ 真空ベルジャ
８ 真空室
９ 真空ポンプ
１０ 可動テーブル
１１ ディスペンサー
１２ ディスペンスノズル
１３ 液状樹脂
１４ シリンジ部
１５ ノズルチューブ
１６ シール部
１７ 電磁作動弁
１８ プレス装置
１９、２９ 下型
２０、３１ 上型
２１、２２、２４、５７、６２ ヒータ
２３ 加圧プレート
２５、２６ 開閉弁
２７ 真空空間
２８ 圧縮成形型
３０ キャビティ凹部
３２ ワーク載置部
３３、３８ シール材
３４ キャビティブロック
３５ 可動ブロック
３６ 上型ベース
３７ コイルスプリング
３９ 隙間
４０、４１、５６、６１ 真空吸引路
４２ リリースフィルム
４３ キャビティ
４４ 積層型ＩＣ
４５ 位置決めピン
４６ 凹部
４７、４８ スペーサブロック
４９ 下型ベース
５３ Ｘ−Ｙ−θテーブル
５４、５９ 多孔質板
５５、６０ 支持台
５８ 加圧ツール
６３ ランド部
６４ 実装基板
６５ シート樹脂
７１ ワーク載置部
７２ ビジョンカメラ
７３ 検査ユニット
Claims (1)
- 半導体チップが基板実装されたワークへ液状樹脂を吐出する樹脂吐出部と、キャビティ凹部にリリースフィルムが敷設された圧縮成形型を用いて液状樹脂が吐出されたワークをクランプして加熱加圧して成形する加圧成形部と、を備えた真空成形装置であって、
前記圧縮成形型は、ワーク載置部とその周囲を囲むシール材が嵌め込まれた下型と、
上型ベースに固定されたキャビティブロックとその周囲にシール材を介して配設されると共に吊下げ支持された可動ブロックとでキャビティ凹部が形成され、該キャビティ凹部を覆うように前記リリースフィルムが吸着保持されて敷設された上型と、前記下型若しくは上型に設けられ、前記可動ブロックと前記下型のシール材との当接により閉止されるキャビティに連通する真空吸引路と、を備え、
前記圧縮成形型に搬入されたワークに前記樹脂吐出部から液状樹脂が吐出され、当該ワークに吐出された液状樹脂が前記圧縮成形型に内蔵されたヒータによりゲル化温度未満で加温され該圧縮成形型のクランプ動作によりキャビティブロックを覆うフィルム面に沿って押し広げられかつ前記真空吸引路からの吸引動作が開始され、前記可動ブロックのクランプ面が前記下型のシール材と当接すると、前記圧縮成形型のクランプ完了前にキャビティ内に減圧された真空室が形成され前記ワークが前記可動ブロックによりリリースフィルムを介してクランプされ、金型クランプ完了後に真空室が真空破壊されて、キャビティ内に充填された液状樹脂に金型プレス圧に加えて大気圧を加え、前記圧縮成形型で前記ワークをクランプしたまま前記ゲル化温度を超える硬化温度で加熱加圧することを特徴とする真空成形装置。
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Family Applications (1)
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