JP4517193B2 - マルチチップモールド方法 - Google Patents

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Description

本発明は、プリント基板に平面的に並べて配置装着した複数の半導体チップ(例えば、IC等)を樹脂材料でパッケージ(樹脂成形体)内に封止成形したマルチチップモジュール(MCM・Multi Chip Module )と呼ばれるマルチチップ型の製品をモールドするマルチチップモールド方法に係り、特に、BGA(Ball Grid Array )等のプリント基板に装着した複数の半導体チップを樹脂材料でパッケージ内に封止成形するマルチチップモールド方法に関するものである。
従来より、マルチチップモールド用金型(電子部品の樹脂封止成形用金型)を用いて、
一製品単位となるプリント基板101に装着した複数の半導体チップを一括してマルチチップモールド(樹脂封止成形)することが行われている(図4参照)。
即ち、まず、前記した金型に前記プリント基板101を供給セットして型締めすることにより、前記した一製品単位となる複数のチップを一つの金型キャビティ内に嵌装し、次に、前記した一つの金型キャビティ内に加熱溶融化された樹脂材料を注入充填することにより、前記した金型キャビティ内で前記した金型キャビティの形状に対応した一つのパッケージ102(樹脂成形体)内に前記した複数のチップを一括してマルチチップモールドして封止済基板(103)を形成することができる。
なお、図4に示すように、前記した封止済基板(103)の所要個所を切断することによって一製品単位となるマルチチップ型の製品103(半導体装置)を形成することができる。
また、近年、市販の電子機器が小型化する傾向にあること等から前記した柔軟性を有する基板101が薄くなる傾向にある。
また、前記した基板101には、前記したパッケージ102の端辺から中央部へと、前記したパッケージにおける樹脂(102)の収縮力が作用(図4にて矢印104で示す)すると共に、前記した樹脂の収縮力は、前記した基板101に対するパッケージの付着面積の広さに比例して増加するものであり、前記した基板101を反り返らせる力として作用するものである。
従って、前記した複数のチップを一つのパッケージ内に樹脂封止成形するために、前記したパッケージ102が大きくなって、前記した基板101に対する樹脂の収縮力が大きく作用することになる。
特開2000−196008号公報
即ち、図4に示すように、前記したプリント基板101に装着した複数のチップを一括でマルチチップモールドしてマルチチップ型の製品103を形成した場合、前述したように、前記した基板101が薄くて柔軟性を有することと、前記した基板101に対する樹脂の収縮力が大きく作用することとが相乗的に作用して前記した基板(前記した製品103)に反りが発生し易いと云う問題が発生している。
なお、図4に示すように、前記した製品103に反りが発生した場合、前記した製品103をその外部電極105(バンプ)を介して電子機器の実装盤106に電気的に効率良く接続することができない。
従って、本発明は、一製品単位として複数の各チップを装着した基板をマルチチップモールドするときに、最終的に一製品単位となるマルチチップ型の製品(基板)に反りが発生すことを効率良く防止することを目的とする。
前記した技術的課題を解決するための本発明に係るマルチチップモールド方法は、マルチチップモールド用金型を用いて、一製品単位となる基板に装着した複数の各チップを樹脂封止成形するマルチチップモールド方法において、前記した一製品単位における各チップの夫々に対応して金型に設けた各区分キャビティ内に前記した各チップを各別に嵌装させた状態で、前記した各区分キャビティの天面に各別に設けた樹脂通路から樹脂を注入充填することにより、前記した一製品単位となる基板に装着した複数の各チップを前記した各区分キャビティの形状に対応した各パッケージ内に各別に樹脂封止成形することを特徴とする。
本発明によれば、一製品単位として複数の各チップを装着した基板をマルチチップモールドするときに、最終的に一製品単位となるマルチチップ型の製品(基板)に反りが発生すことを効率良く防止することができると云う優れた効果を奏する。
本発明は、一製品単位となる基板に装着した複数の各チップに対応して区分キャビティを各別に設けて構成したマルチチップモールド用金型を用いて、前記した一製品単位における各チップの夫々に対応して金型に設けた各区分キャビティ内に前記した各チップを各別に嵌装させた状態で、前記した各区分キャビティ内に樹脂を注入充填することにより、前記した複数の各チップを前記した各区分キャビティの形状に対応した各パッケージ内に各別に樹脂封止成形する構成であり、最終的に一製品単位となる複数の各チップに対応したパッケージを備えたマルチチップ型の製品を形成することができる。
また、本発明においては、最終的に一製品単位となるマルチチップ型の製品について、前記した製品における基板を反り返らせる力(パッケージ樹脂の収縮力)は、主として、一製品単位における最大パッケージの大きさ(パッケージ付着面積)のみに依存することになることを知見した。
即ち、従来の複数の各チップを一括して樹脂封止成形した一個のパッケージを有する製品に較べて、本発明に係る製品は、複数の各チップを各別に樹脂封止成形した複数のパッケージを有する製品であって、本発明の各パッケージの大きさは、どれも、従来の製品のパッケージの大きさより小さくなることになる。
従って、本発明に係る製品に発生する反りを、従来例に較べて、効率良く防止することができる。
図1(1)は、本発明に係る基板(プリント基板)である。
図1(2)は、本発明に係る封止済の基板である。
図2(1)・図2(2)は、本発明の実施例1に係るマルチチップモールド用金型(電子部品の樹脂成形用金型)である。
即ち、図1(1)に示す基板1(プリント基板)には、マルチチップ型の製品として最終的に一製品単位となる所要の範囲2が、所要数、設けられて構成されている。
なお、図1(1)に示す図例においては、上部側の範囲2(2a)は封止前の状態を示し、下部側の範囲2(2b)は封止済の状態を示している。
また、前記した基板1における所要の範囲2には、複数(複数個)の半導体チップ3・4(マルチチップ)が、任意の種類で且つ各任意の種類毎に任意の数が平面的に所要の配置で装着されて構成されている。
なお、図1(1)に示す基板(レイアウト)は、本発明に用いられる基板の一例であって、図例では、前記した基板1における一製品単位となる所要の範囲2(2a)に、大チップ3が1個、小チップ4(4a・4b・4c)が3個、設けられて構成されている。
また、図2(1)・図2(2)に示す金型には、固定上型5と、該上型5に対向配置した可動下型6とが設けられて構成されている。
また、前記した下型6には、前記した基板1を供給セットする基板のセット部7(セット用凹所)が設けられると共に、前記した上型5には、前記した複数のチップ3・4に各別に対応して樹脂成形用の区分キャビティ8・9が設けられて構成されている。
なお、前記した大チップ3に対応する大区分キャビティ8と、前記した小チップ4(4a・4b・4c)に各別に対応した小区分キャビティ9(9a・9b・9c)とが設けられて構成されている。
また、図例では、前記したセット部7には、前記した基板1を前記したセット部7に供給セットしたときに、前記した基板1に装着した接続電極10(バンプ)に対する衝撃を効率良く低減する軟質部材11が設けられて構成されている。
従って、前記したセット部7に前記した基板1を供給セットして前記した両型を型締めすることにより、前記した基板1上の複数のチップ3・4を前記した各区分キャビティ8・9内に各別に嵌装セットすることができるように構成されている。
また、前記した上型5には、前記した区分キャビティ8・9に溶融樹脂を注入充填する樹脂注入用の樹脂通路12(スプル)が各別に設けられて構成されている。
なお、図2(1)・図2(2)に示す図例では、前記した区分キャビティ8・9の天面における中央位置に前記した樹脂通路12の開口部となる注入口13が各別に設けられて構成されている。
また、前記した金型5・6には、前記した区分キャビティ8・9内に溶融樹脂を注入する諸手段が設けられて構成されている。
例えば、樹脂材料を供給する樹脂材料供給用のポット、前記したポット内で加熱溶融化された樹脂材料(溶融樹脂)を加圧移送する樹脂加圧用のプランジャ等が設けられて構成されている。
従って、前記した各区分キャビティ8・9内に前記した樹脂通路12(前記した注入口13)を通して溶融樹脂を各別に且つ略同時に注入充填することができるように構成されている。
即ち、実施例1において、まず、前記した下型セット部7に前記した基板1を供給セットして前記した両型5・6を型締めする。
このとき、前記した一製品単位となる各チップ3・4を前記した各区分キャビティ8・9内に各別に嵌装セットすることができる。
次に、前記した各チップ3・4を前記した各区分キャビティ8・9内に嵌装セットした状態で、前記した各区分キャビティ8・9内に溶融樹脂を前記した樹脂通路12から前記した注入口13を通して注入充填する(樹脂の流れを矢印19で示す)。
このとき、前記した各チップ3・4は前記した各区分キャビティ8・9の形状に対応したパッケージ14・15(樹脂成形体)内に樹脂封止成形(マルチチップモールド)することができる。
硬化に必要な所要時間の経過後、前記した両型5・6を型開きすることにより、前記した一製品単位となる各チップ3・4を各別に樹脂封止成形した各パッケージ14・15を備えた封止済基板(16)を取り出すことになる。
なお、前記した封止済基板(16)の所要個所(前記した基板1に示す切断個所18)を切断することによって、図1(2)に示す一製品単位となるマルチチップ型の製品16を形成することができる。
また、図1(1)に示す図例では、前記した大チップ3を嵌装した大区分キャビティ8の形状に対応する大パッケージ14と、前記した小チップ4(4a・4b・4c)を嵌装した小区分キャビティ9の形状に対応する小パッケージ15(15a・15b・15c)とが示されている。
従って、図1(2)に示す実施例1に係るマルチチップ型の製品16において、前記した従来のパッケージ102の大きさ(パッケージ付着面積)を分割して各別に小さくすることにより、前記した製品16における各パッケージ14・15の大きさとすることができる。
また、本発明において、最終的に一製品単位としてのマルチチップ型の製品における基板を反り返らせる力(パッケージ樹脂の収縮力)は、主として、一製品単位における各パッケージのうち、最大のパッケージ付着面積を有するパッケージ一個のみに依存することを知見した。
即ち、前記した各パッケージの大きさによる樹脂の収縮力は、前記した基板1に対して前記した各パッケージの夫々が単独で各別に各別に作用するので、前記した各パッケージの大きさによる樹脂の収縮力が合算・合力されて前記した基板1に作用することはなく、したがって、前記した各パッケージのうち、最大のパッケージ付着面積を有するパッケージ一個のみによる樹脂の収縮力が前記した基板に反り返る力として作用するのと同じ状態となる。
例えば、前記した基板1に大きな収縮力を有する大パッケージ14と小さな収縮力を有する小パッケージ15とを樹脂封止成形した場合、一個の大きな収縮力を有する大パッケージ14における収縮力のみを考慮すればよい。
従って、前記した反り返る力による基板1の反りが製品16の電極実装工程に実質的に与える影響のうち、最大のものは最大のパッケージ14(一個)によるものである。
即ち、実施例1においては、従来のパッケージ102の付着面積に較べて、その比較対照となる本発明に係る大パッケージ14の付着面積は小さい(狭い)ので、従来のパッケージ102の反り返らせる力に較べて、本発明に係る大パッケージ14の反り返らせる力は小さいことになる。
従って、従来例に較べて、本発明に係る製品16の基板1を反り返らせる力を効率良く低減させることができる。
即ち、実施例1において、図4に示すマルチチップ型の製品103に較べて、実施例1に係る製品16は、前記した基板1全体に対する樹脂の収縮力を効率良く低減させることができる。
従って、実施例1に係るマルチチップ型の製品16は、従来例に較べて、基板を反り返らせる力を効率良く低減することができるので、前記した基板1に反りが発生することを効率良く防止することができる。
なお、図1(2)に示すように、前記した基板1に反りが発生することを効率良く防止することができるので、前記したマルチチップ型の製品16をその外部電極10(バンプ)を介して電子機器の実装盤17に電気的に効率良く接続することができる。
図3(1)・図3(2)は、本発明の実施例2に係るマルチチップモールド用金型(電子部品の樹脂成形用金型)である。
また、実施例2の説明には、実施例1と同様に、図1(1)に示す基板1を用いる。
なお、実施例2では、実施例1と同じ構成部材には同じ符号を付すものである。
即ち、図3(1)・図3(2)に示す金型は、固定上型21と、該上型21に対向配置した可動下型22とから構成されると共に、前記した下型22には、実施例1と同様に、前記した基板1を供給セットするセット部7と、前記したセット部7の軟質部材11とが設けられて構成されている。
また、前記した上型21には、実施例1と同様に、前記した複数のチップ3・4に各別に対応して樹脂成形用の区分キャビティ8・9が設けられて構成されると共に、前記した両型21・22には、前記した区分キャビティ8・9内に溶融樹脂を注入充填する諸手段が設けられて構成されている。
なお、実施例1と同様に、前記した大チップ3に対応する大区分キャビティ8と、前記した小チップ4(4a・4b・4c)に各別に対応した小区分キャビティ9(9a・9b・9c)とが設けられて構成されている。
また、図例では、実施例1と同様に、一個の大区分キャビティ8と三個の小区分キャビティ9(9a・9b・9c)とが設けられると共に、前記した一個の大区分キャビティ8における一方(平面矩形状のキャビティ開口部における一辺側)に前記した三個の小区分キャビティ9(9a・9b・9c)が一列に配置されて設けられている。
また、図3(1)・図3(2)に示すように、前記した上型21には、前記した大区分キャビティ8内における前記した小区分キャビティ9側とは反対側位置に、前記した大区分キャビティ8内に溶融樹脂を注入する樹脂通路23(ゲート)が(上型面に溝状で)設けられて構成されている。
従って、前記した樹脂通路23から前記した大区分キャビティ8内に溶融樹脂を注入することができるように構成されている(樹脂の流れを矢印27で示す)。
また、図3(1)・図3(2)に示すように、前記した上型21において、前記した大区分キャビティ8における前記した樹脂通路23とは反対側位置には、前記した小区分キャビティの夫々9(9a・9b・9c)に対して前記した大区分キャビティ8内から溶融樹脂を移送・導入する導入通路24(上型面に溝状に形成された樹脂通路)が各別に設けられて構成されている。
従って、前記した樹脂通路23を通して前記した大区分キャビティ8内に注入された溶融樹脂は、前記した大区分キャビティ8から各導入通路24に各別に移送されることにより、前記した各小区分キャビティの夫々9(9a・9b・9c)に溶融樹脂を各別に注入することができるように構成されている(樹脂の流れを矢印28)。
また、図3(1)・図3(2)に示すように、前記した上型21において、前記した各小区分キャビティ9における前記した大区分キャビティ8(或いは、前記した各導入通路24)とは反対側位置には、前記した各小区分キャビティの夫々9(9a・9b・9c)から移送(排出)された樹脂を貯留する樹脂溜25が設けられると共に、前記した各小区分キャビティの夫々9(9a・9b・9c)には、前記した樹脂溜25と連通接続する樹脂の排出通路26(上型面に溝状に形成された樹脂通路)が各別に設けられている構成されている。
従って、前記した各小区分キャビティ9(9a・9b・9c)内に注入された溶融樹脂は、前記した各小区分キャビティの夫々9(9a・9b・9c)から前記した樹脂溜25に前記した各排出通路26を通して各別に移送されることができるように構成されている(樹脂の流れを矢印29)。
なお、総じて云えば、前記した樹脂通路23から溶融樹脂を前記した大区分キャビティ8内に注入すると共に、前記した大区分キャビティ8内に注入された溶融樹脂を前記した各導入通路24を各別に移送することにより、前記した各区分キャビティ8・9内に溶融樹脂を注入充填することができるように構成され、且つ、前記した樹脂溜25にて前記した区分キャビティ8・9内に注入される溶融樹脂を調整し得て前記した区分キャビティ8・9内に溶融樹脂を充填することができるように構成されている。
従って、前記した各チップ3・4を前記した各区分キャビティ8・9の形状に対応したパッケージ14・15(樹脂成形体)内に樹脂封止成形することができるように構成されている。
即ち、実施例2において、まず、前記した下型22のセット部7に前記した基板1を供給セットして前記した両型21・22を型締めする。
このとき、前記した一製品単位となる各チップ3・4を前記した各区分キャビティ8・9内に各別に嵌装セットすることができる。
次に、前記した各チップ3・4を前記した各区分キャビティ8・9内に嵌装セットした状態で、前記した各区分キャビティ8・9内に順次に溶融樹脂を注入充填する。
即ち、前記した各区分キャビティ8・9内への溶融樹脂の注入充填時に、まず、前記した樹脂通路23から前記した大区分キャビティ8内に溶融樹脂を注入し(樹脂の流れ27)、次に、前記した大区分キャビティ8内から前記した各小区分キャビティの夫々9(9a・9b・9c)に溶融樹脂を前記した導入通路24を通して各別に注入し(樹脂の流れ28)、更に、前記した各小区分キャビティの夫々9(9a・9b・9c)から前記した排出通路26を通して成形に不要な溶融樹脂を各別に前記した樹脂溜25に注入する(樹脂の流れ29)。
このとき、前記した大区分キャビティ8及び小区分キャビティ9(9a・9b・9c)内に溶融樹脂を注入充填することができる。
硬化に必要な所要時間の経過後、前記した両型21・22を型開きすることにより、前記した一製品単位となる各チップ3・4を各別に樹脂封止成形した各パッケージ14・15を備えた封止済基板(図示なし)を取り出すことになる。
なお、前記した封止済基板の所要個所を切断することによって、一製品単位となるマルチチップ型の製品を形成することができる。
また、本発明において、マルチチップ型の製品(一製品単位)における基板を反り返らせる力は、主として、一個の最大のパッケージのみにおける最大のパッケージ付着面積に依存することを知見した。
即ち、実施例2においては、実施例1と同様に、従来のパッケージ102の反り返らせる力に較べて、その比較対照となる本発明に係る大パッケージ14の反り返らせる力は小さいことになる。
従って、従来例に較べて、実施例2に係る製品の基板を反り返らせる力を効率良く低減させることができる。
また、実施例2は、実施例1と同様に、前記した大小各パッケージの大きさによる樹脂の収縮力を前記した基板全体に単独で各別に作用させることができるので、前記した基板に対する樹脂の収縮力を効率良く低減させることができる。
即ち、図4に示すマルチチップ型の製品103に較べて、実施例2に係る製品は、前記した基板全体に対する樹脂の収縮力を効率良く低減させることができる。
従って、実施例2に係るマルチチップ型の製品は、従来例に較べて、樹脂の収縮力を効率良く低減することができるので、前記した基板に反りが発生することを効率良く防止することができる。
また、通常、前記した区分キャビティ8・9等の金型キャビティ内に注入充填した溶融樹脂には、樹脂材料の内部に含まれる空気がそのまま溶融樹脂に取り込まれることによって、或いは、溶融樹脂の移送中に空気を巻き込むことによって、気泡(ボイド)が含まれ易く、特に、移送される溶融樹脂の先端部には集中して気泡が含まれ易い。
従って、前記したキャビティ内で樹脂封止成形されるパッケージに前記した溶融樹脂に含まれる気泡が巻き込まれることによって前記したパッケージに内部ボイド或いは外部欠損部が発生し易い。
即ち、実施例2において、前記した樹脂通路23から前記した大区分キャビティ8内に注入された溶融樹脂に含まれる気泡は、前記した溶融樹脂の先端部に集中して含まれ易いと云うことになる。
従って、前記した樹脂通路23から前記した大区分キャビティ8内に溶融樹脂を注入した場合、前記した大区分キャビティ8内において、前記した気泡が溶融樹脂の先端部に集中して含まれ易いために、前記した樹脂通路23とは反対側位置に設けられた各導入通路24への入口近傍(前記した大区分キャビティ8内における溶融樹脂の出口近傍)に溶融樹脂中の気泡が集中することになる。
また、前記した大区分キャビティ8内から溶融樹脂を前記した各導入通路24を通して各別に前記した小区分キャビティ9(9a・9b・9c)に注入することにより、前記した大区分キャビティ8内における各導入通路24の入口近傍の溶融樹脂は、その先端部に気泡を集中した状態で、前記した各導入通路24を通して前記した小区分キャビティ9(9a・9b・9c)内に各別に注入されることになる。
従って、前記した大区分キャビティ8内に注入充填された気泡を集中して含む溶融樹脂の部分を前記した各導入通路24を通して前記した各小区分キャビティ9(9a・9b・9c)に効率良く移送(排出)することができるように構成されている。
また、前記した大区分キャビティ8内から溶融樹脂を前記した各導入通路24を通して各別に前記した各小区分キャビティ9(9a・9b・9c)内に注入した場合、前述したように、前記した気泡が前記した各導入通路24を移送される溶融樹脂の先端部に集中して含まれ易いため、前記した各小区分キャビティ9(9a・9b・9c)内を前記した導入通路24とは反対側位置に設けられた排出通路26の入口近傍まで前記した先端部に気泡を集中して含む溶融樹脂が移送されることになる。
従って、前記した各小区分キャビティ9(9a・9b・9c)内から前記した樹脂溜25内に前記した排出通路26を通して前記した気泡を集中して含む溶融樹脂の部分を注入することができるように構成されている。
即ち、前述したように構成したことにより、前記した樹脂通路23を通して前記した大区分キャビティ8に注入された溶融樹脂に含まれる気泡(特に、溶融樹脂の先端部に集中して含まれる気泡)は、前記した大区分キャビティ8内から前記した各導入通路24と前記した各小区分キャビティ9(9a・9b・9c)と前記した各排出通路26を通して当該溶融樹脂を移送することによって、前記した気泡を集中して含む溶融樹脂の部分(溶融樹脂の先端部)を前記した樹脂溜25内に効率良く移送することかできる。
従って、前記した大小区分パッケージ14・15内に溶融樹脂中の気泡が残溜することを効率良く防止することができると共に、前記した大小パッケージ14・15に内部ボイド及び外部欠損部が発生することを効率良く防止することができる。
本発明は、前述した実施例のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、必要に応じて、任意に且つ適宜に変更・選択して採用することができるものである。
また、前記した各実施例におけるチップについて、ワイヤボンディング、フリップチップポンディング等を採用することができる。
また、前記した各実施例においては、基板に外部電極(バンプ)を設けた例で説明したが、前記した外部電極を設けない基板を採用しても良い。
本発明に係るマルチチップ型の製品は、多数のチップを各別にパッケージ内に樹脂封止成形して一製品単位とすることができるので、多数のチップにて多機能を備えた製品を生産する場合に適用することができるものである。
図1(1)は、本発明の方法に用いられる基板を概略的に示す概略平面図であり、図1(2)は、本発明の方法にて樹脂封止成形されたマルチチップ型の製品を概略的に示す概略縦断面図である。 図2(1)・図2(2)は、本発明に用いられる電子部品の樹脂封止用金型を概略的に示すと共に、図2(1)は、前記した金型の一部切欠概略縦断面図を示し、図2(2)は、前記した金型の下型面の概略平面図である。(実施例1) 図3(1)・図3(2)は、本発明に用いられる他の実施例の電子部品の樹脂封止用金型を概略的に示すと共に、図3(1)は、前記した金型の一部切欠概略縦断面図を示し、図3(2)は、前記した金型の下型面の概略平面図である。(実施例2) 従来のマルチチップ型の製品を概略的に示す概略縦断面図である。
1 基板
2 範囲
2a 範囲(封止前)
2b 範囲(封止済)
3 大チップ
4 小チップ
4a 小チップ
4b 小チップ
4c 小チップ
5 固定上型
6 可動下型
7 セット部
8 大区分キャビティ
9 小区分キャビティ
9a 小区分キャビティ
9b 小区分キャビティ
9c 小区分キャビティ
10 接続電極(バンプ)
11 軟質部材
12 樹脂通路(スプル)
13 注入口
14 大パッケージ
15 小パッケージ
15a 小パッケージ
15b 小パッケージ
15c 小パッケージ
16 製品(封止済基板)
17 実装盤
18 切断個所
19 樹脂の流れ
21 固定上型
22 可動下型
23 樹脂通路(ゲート)
24 導入通路(樹脂通路)
25 樹脂溜
26 排出通路
27 樹脂の流れ(ゲート)
28 樹脂の流れ(導入通路)
29 樹脂の流れ(排出通路)

Claims (1)

  1. マルチチップモールド用金型を用いて、一製品単位となる基板に装着した複数の各チップを樹脂封止成形するマルチチップモールド方法において、
    前記した一製品単位における各チップの夫々に対応して金型に設けた各区分キャビティ内に前記した各チップを各別に嵌装させた状態で、前記した各区分キャビティの天面に各別に設けた樹脂通路から樹脂を注入充填することにより、前記した一製品単位となる基板に装着した複数の各チップを前記した各区分キャビティの形状に対応した各パッケージ内に各別に樹脂封止成形することを特徴とするマルチチップモールド方法。
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