JP4646426B2

JP4646426B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP4646426B2
Application number: JP2001082139A
Authority: JP
Inventors: 修宮田; 一郎岸本
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2021-03-22
Also published as: JP2002280398A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は半導体装置の製造方法に関し、特にたとえばフレーム上にダイボンディングフィルムを介して半導体チップをダイボンディングした、半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８（Ａ）に示す従来のこの種の半導体装置の製造装置１では、ポリイミド（ＰＩ）で形成されたＰＩテープ（フレーム）２が製造装置に供給され、図中のＸ方向に搬送される。フレーム２は、予熱された後、加熱位置まで搬送される。そして、フィルム吸着コレット３によって、フレーム２に形成された半導体チップのダイボンディング領域２ａに、ダイボンディングフィルム（ＤＢフィルム）４が移送され、押圧される。したがって、ＤＢフィルム４は、ＤＢ領域２ａに加熱圧着される。このように、ＤＢフィルム４がフレーム２に圧着（接着）されると、図示は省略するが、フレーム２はさらに搬送され、予熱された後に、ＤＢ領域２ａ内であり、かつＤＢフィルム４上に半導体チップがマウントされ、加熱圧着（ダイボンディング）される。続く工程では、金線のようなボンディングワイヤがワイヤボンディングされ、エポキシ樹脂等の熱硬化樹脂がモールドされる。そして、半田ボールがＤＢフィルム４の裏面側（半導体チップと反対側）に設けられた後に、１つの半導体装置毎に切断され、いわゆるＢＧＡ(Ball Grid Arrey) 型の半導体装置が製造されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来技術では、ＤＢフィルム４は、フィルム吸着コレット３に設けられた吸着穴３ａから空気を吸引することによって吸着されるので、ＤＢフィルム４の圧着時に、図８（Ａ）の一部を拡大した拡大図である図８（Ｂ）からよく分かるように、ＤＢフィルム４の略中央であり、フレーム２とＤＢフィルム４との間に空気が封入されてしまっていた。つまり、空隙（ボイド）５が発生していた。このため、リフロー時にボイド５が熱膨張し、半導体装置にクラックが発生するという問題があった。したがって、半導体装置の歩留まりが低下していた。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、ボイドの発生を防止できる、半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、半導体チップと、半導体チップを実装するダイボンディングフィルムと、半導体チップに電気的に接続されるボンディングワイヤと、半導体チップとボンディングワイヤとを封止する樹脂と、ボンディングワイヤと電気的に接続される外部端子とを含む半導体装置の製造方法において、複数の吸着穴を有するコレットの吸着面を、すべての吸着穴がダイボンディングフィルムの端辺にかかるように押し当てて、ダイボンディングフィルムを吸着する工程と、ダイボンディングフィルムをフレームに設置する工程と、半導体チップをダイボンディングフィルムに実装する工程と、半導体チップとボンディングワイヤとを樹脂により封止する工程とを含む、半導体装置の製造方法である。
【０００７】
【作用】
第１の発明の半導体装置の製造方法では、たとえばいわゆるＢＧＡ型の半導体装置が製造（形成）される。このような製造方法では、ポリイミドで形成され、所定の電極パターンが連続的に複数形成されたＰＩテープ（フレーム）が半導体装置の製造装置に供給される。電極パターンはダイボンディング領域（ＤＢ領域）を有しており、このＤＢ領域にダイボンディングフィルム（ＤＢフィルム）が貼り付けられる。具体的には、テープ状に形成され、リールに巻き取られたＤＢフィルムがカッタで所定の大きさに切断され、切断されたＤＢフィルムがコレットによって吸着され、ＤＢ領域に貼り付けられる。このコレットは、突状に形成された吸着面を有しており、吸着面を含む吸着部はシリコンゴムのような弾性体で形成される。したがって、ＤＢフィルムをＤＢ領域に圧着するときに、コレットがフレーム側に押圧されると、コレットの吸着部が変形し、吸着面が平坦面に次第に変化される。このため、フレームとＤＢフィルムとの間の空気を押し出すように、ＤＢフィルムをフレームのＤＢ領域に圧着することができる。
ＤＢフィルムを圧着した後に、そのＤＢフィルムを介してフレーム上に半導体チップがダイボンディングされる。その後の工程では、ボンディングワイヤがワイヤボンディングされ、樹脂がモールドされた後に、半田ボールがフレームの裏面側（半導体チップとは反対側）に設けられる。そして、半導体装置毎に切断され、複数の半導体装置が連続的に形成される。このように形成される半導体装置では、フレームとＤＢフィルムとの間にボイドが発生しないので、リフロー時にクラックが発生するのを防止するこができ、半導体チップが機械的に剥離するのを防止できる。つまり、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【０００８】
たとえば、コレットには、ＤＢフィルムを吸着するための吸着穴が設けられる。具体的には、２つの吸着穴がＤＢフィルムの対向する端辺を吸着するように配置される。つまり、吸着穴の面積よりも吸着穴に吸着されるＤＢフィルムの面積の方が小さくなるため、吸引によってフレームとＤＢフィルムとの間に空隙が発生することがない。また、吸着面が平坦面に変化するに従ってフレームとＤＢフィルムとの間の空気を押し出すことができる。
【００１０】
たとえば、吸着面はアーケード状に形成されるので、吸着面はアーケード状の傾斜面が形成される方向（両端方向）に向けて空気を押し出すように、平坦面に変形される。このため、フレームとＤＢフィルムとの間に空隙が生じることはない。
【００１１】
また、吸着面は球面状に形成しても、球面が平坦面に変形されるにしたがって、フレームとＤＢフィルムとの間の空気が３６０度方向に押し出される。
【００１３】
【発明の効果】
この発明によれば、ダイボンディングフィルムの圧着時に、突状に形成された吸着面が次第に平坦面に変形され、フレームとダイボンディングフィルムとの間に空気が押し出されるので、ボイドが発生することはない。
【００１４】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【００１５】
【実施例】
図１を参照して、この実施例の半導体装置の製造装置１０は、フィルム吸着コレット１２およびステージ１４を含む。製造装置１０のステージ１４には、たとえば耐熱性樹脂であるポリイミド（ＰＩ）で形成されたＰＩテープ（フレーム）１６が連続的に供給され、このフレーム１６は図中のＡ方向に搬送される。
【００１６】
なお、図面においては、分かり易く示すために、フレーム１６に厚みを設けて示してあるが、実際には薄膜の膜厚に形成される。以下、この実施例において同じである。
【００１７】
図２に示すように、フレーム１６には、ＢＧＡ型の半導体装置を形成するための電極パターン１８が連続的に複数形成される。電極パターン１８は、半導体チップ２０（図５）をダイボンディングするためのダイボンディング領域（ＤＢ領域）１８ａを有している。
【００１８】
なお、図２においては、簡単のため、電極パターン１８の詳細については省略してあり、フレーム１６は実際にはテープ状に形成されるが一部のみを示してある。
【００１９】
また、図１および図２に示すように、フレーム１６の長手方向の両端部には、略等間隔に複数の係止孔１６ａが形成される。この係止孔１６ａは、製造装置１０に含まれる図示しない搬送ローラに設けられた爪に係止する。
【００２０】
なお、フレーム１６は、アイランドやリードなどの電極パターンが複数形成された金属製のリードフレームであってもよい。
【００２１】
図１に戻って、製造装置１０には、リール２２に巻き取られたダイボンディングフィルム（ＤＢフィルム）２４が備えられる。ＤＢフィルム２４は、たとえばポリイミドとエポキシ樹脂との混合物であり、絶縁性および粘着性を有する。ただし、ＤＢフィルム２４は、熱を加えることにより粘着性を生じるため、常温においては粘着性を有していない。
【００２２】
なお、図面においては、分かり易く示すために、ＤＢフィルム２４に厚みを設けて示しているが、実際には薄膜の膜厚に形成される。以下、この実施例において同じである。
【００２３】
このようなＤＢフィルム２４は、図示しないカッタによって所定の長さ（大きさ）に切断され、すなわちＤＢ領域１８ａと同じあるいはほぼ同じ大きさに切断され、後で詳細に説明するように、フィルム吸着コレット１２によってＤＢ領域１８ａに貼り付けられる。
【００２４】
図３（Ａ）に示すように、フィルム吸着コレット１２は、たとえば耐熱性のシリコンゴムで形成される吸着部２６および吸着部２６に連続的に接続される金属ベース２８によって構成される。吸着部２６は、図面の下方に向けて突状に湾曲され、吸着部２６の先端部２６ａはアーケードあるいはかまぼこを上下反転させた形状（アーケード状）に形成される。
【００２５】
また、フィルム吸着コレット１２には、吸着部２６および金属ベース２８を貫通する２つの吸着穴３０が吸着部２６が湾曲した吸着面２６ｂの最突状部外に設けられる。具体的には、図３（Ｂ）に示すように、吸着穴３０は、上述したように、所定の大きさに切断されたＤＢフィルム２４の対向する端辺を吸着するように配置される。つまり、吸着穴３０の一方開口は、吸着部２６が吸着面２６ｂに設けられる。一方、吸着穴３０の他方開口は、図示は省略するが、空気を吸引するための減圧空気源に連結される。
【００２６】
なお、フィルム吸着コレット１２は、図示しない駆動機構およびその制御装置によって、鉛直方向（図１のＰ方向）および水平方向（図１のＱ方向）に駆動される。
【００２７】
つまり、製造装置１０では、Ａ方向に搬送されるフレーム１６は、図１のＢで示す位置近傍でステージ１４内に設けられるヒータ (図示せず）によって予熱され、ＤＢフィルム２４を貼り付けるべきＤＢ領域１８ａ（電極パターン１８）の中心がＣで示す位置に来ると、Ａ方向への搬送を停止される。フレーム１６は、Ｃで示す位置において、同じくステージ１４内に設けられるヒータ (図示せず）によって、第１温度（この実施例では、１００℃弱）になるように加熱される。
【００２８】
一方、フィルム吸着コレット１２は、フレーム１６の搬送が停止されると、ＤＢフィルム２４を真空吸着して、ＤＢ領域１８ａの真上に移送する。すなわち、図４（Ａ）に示すような状態となる。続いて、フィルム吸着コレット１２は、鉛直下方向に下降し、図４（Ｂ）に示すように、先端部２６ａの最突部（ＤＢフィルム２４）がフレーム１６に当接される。さらに、フィルム吸着コレット１２は下降され、フレーム１６に押圧される。ここで、吸着部２６は、上述したようにシリコンゴムのような弾性体で形成されるため、図４（Ｃ）のように変形され、吸着面２６ｂが次第に平坦面に変形される。つまり、ＤＢ領域１８ａのほぼ中央から吸着面２６ｂの傾斜方向すなわち両端方向（Ｒ方向）に向けて、フレーム１６とＤＢフィルム２４との間の空気を押し出すように、ＤＢフィルム２４が貼り付けられる。さらに、フィルム吸着コレット１２が押圧され、図４（Ｄ）に示すように、ＤＢフィルム２４と同じあるいは略同じ大きさだけ、吸着面２６ｂが平坦面に変形されると、減圧空気源を停止させ、フィルム吸着コレット１２は鉛直上方向に上昇される。
【００２９】
このようにして、ＤＢフィルム２４は、フレーム１６のＤＢ領域１８ａに加熱圧着（接着）される。また、上述したように、吸着穴３０はＤＢフィルム２４の端辺を吸着するように配置されるため、吸着部分で、フレーム１６とＤＢフィルム２４との間に空隙（ボイド）が発生することはない。
【００３０】
なお、この実施例では、図３（Ｂ）で示したように、ＤＢフィルム２４の端辺が吸着穴３０のほぼ中央に来るように、吸着穴３０を配置してあるが、ＤＢフィルム２４を吸着することができ、吸着穴３０の面積よりも吸着穴３０にかかるＤＢフィルム２４の面積の方が小さくなるようにすれば、吸着穴３０の位置が多少ずれたとしても吸着部分でボイドが発生することはない。
【００３１】
このように、ＤＢフィルム２４がフレーム１６のＤＢ領域１８ａに貼り付けらると、フレーム１６はさらに搬送され、図５に示すように、フレーム１６はＤで示す位置近傍でステージ１４内に設けられるヒータ（図示せず）によって予熱される。
【００３２】
なお、図面都合上、図１および図５を切り離したように記載してあるが、実際には、連続的に直線上に形成される。
【００３３】
そして、半導体チップ２０をダイボンディングされるべき電極パターン１８の中心がＥで示す位置に到達すると、フレーム１６の搬送が停止される。フレーム１６は、Ｅで示す位置において、同じくステージ１４内に設けられるヒータ（図示せず）によって、第２温度（この実施例では、２００℃強）に加熱される。
【００３４】
一方、半導体チップ２０は、キャリアテープ３２で製造装置１０に連続的に供給され、製造装置１０に含まれるチップ吸着コレット３４によって、ＤＢ領域１８ａにマウントされるとともに、鉛直した方向に押圧される。したがって、半導体チップ２０がＤＢ領域１８ａに熱圧着される。つまり、図５のＶＩ−ＶＩ断面図である図６（Ａ）で示すように、半導体チップ２０がフレーム１６上にＤＢフィルム２４を介してダイボンディングされる。
【００３５】
なお、図５においては、詳細は省略するが、チップ吸着コレット３４は、真空吸着可能であり、鉛直方向および水平方向に移動可能に構成される。
【００３６】
また、図６（Ａ）〜図６（Ｄ）では、分かり易く示すために、ステージ１４等は省略してある。
【００３７】
このように、半導体チップ２０がダイボンディングされると、続く工程で、図６（Ｂ）に示すように、金線のようなボンディングワイヤ３６がワイヤボンディングされる。次に、図６（Ｃ）に示すように、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂３８がモールドされ、半導体チップ２０およびボンディングワイヤ３６等が封止される。さらに、次の工程で、図６（Ｄ）に示すように、半田ボール４０がフレーム１６の裏面側（半導体チップ２０と反対側）に設けられた後に、図示は省略するが、半導体装置毎に切断される。したがって、単体の半導体装置が連続的に複数形成される。
【００３８】
なお、上述したように、リードフレームを用いる場合には、樹脂モールドが終了すると、半導体装置毎に切断され、単体の半導体装置が連続的に複数形成される。
【００３９】
この実施例によれば、フィルム吸着コレットの吸着部をゴムで形成し、フィルム吸着コレットでＤＢフィルムを押圧するときに、フレームとＤＢフィルムとの間の空気を押し出すように吸着面を平担面に変形させるので、ボイドが発生することはない。このため、リフロー時に半導体装置にクラックが発生することがなく、半導体チップが機械的に剥離するのを防止できる。
【００４０】
また、上述の実施例では、先端部２６ａをアーケード状に形成するようにしたが、他の実施例として、図７（Ａ）に示すように、先端部２６ａ（吸着面２６ｂ）が球面状になるように、吸着部２６を形成するようにしてもよい。この場合には、図７（Ｂ）に示すように、３６０度方向に空気を押し出すように、吸着面２６ｂ（ＤＢフィルム２４）が平坦面に変形される。
【００４１】
なお、これらの実施例では、２つの吸着穴を設けるようにしたが、吸着穴は３つ以上設けるようにしてもよい。ただし、いずれの吸着穴も吸着面の最突状部外に設けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示す図解図である。
【図２】図１実施例に示すフレームおよびフレームに形成された配線電極パターンを示す図解図である。
【図３】図１実施例に示すフィルム吸着コレットを示す図解図である。
【図４】図１実施例のフィルム吸着コレットによってＤＢフィルムをフレームに圧着する工程を示す図解図である。
【図５】図１実施例においてＤＢフィルムが圧着されたフレームに半導体チップをボンディングする工程を示す図解図である。
【図６】図５で示した半導体チップをボンディングする工程、ワイヤボンディングする工程、樹脂をモールドする工程および半田ボールを形成する工程を示す図解図である。
【図７】この発明の他の実施例を示す図解図である。
【図８】従来の半導体装置の製造装置の一例を示す図解図である。
【符号の説明】
１０ …半導体装置の製造装置
１２ …フィルム吸着コレット
１６ …フレーム
１８ …電極パターン
２０ …半導体チップ
２４ …ＤＢフィルム
２６ …吸着部
２８ …金属ベース
３０ …吸着穴
３２ …キャリアテープ
３４ …チップ吸着コレット

Claims

半導体チップと、
前記半導体チップを実装するダイボンディングフィルムと、
前記半導体チップに電気的に接続されるボンディングワイヤと、
前記半導体チップと前記ボンディングワイヤとを封止する樹脂と、
前記ボンディングワイヤと電気的に接続される外部端子とを含む半導体装置の製造方法において、
複数の吸着穴を有するコレットの吸着面を、すべての前記吸着穴が前記ダイボンディングフィルムの端辺にかかるように押し当てて、前記ダイボンディングフィルムを吸着する工程と、
前記ダイボンディングフィルムをフレームに設置する工程と、
前記半導体チップを前記ダイボンディングフィルムに実装する工程と、
前記半導体チップと前記ボンディングワイヤとを前記樹脂により封止する工程とを含む、半導体装置の製造方法。
前記半導体装置は、ＢＧＡ型の半導体装置である、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記フレームはポリイミドを含む、請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
少なくとも前記吸着面は弾性体を含む、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記弾性体はシリコンゴムを含む、請求項４記載の半導体装置の製造方法。
前記ダイボンディングフィルムは、絶縁性および粘着性を有する、請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記ダイボンディングフィルムはポリイミドを含む、請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記ダイボンディングフィルムはエポキシ樹脂を含む、請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記ダイボンディングフィルムはポリイミドおよびエポキシ樹脂を含む、請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記ダイボンディングフィルムは熱を加えることで粘着性を有する、請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記ダイボンディングフィルムは常温において粘着性を有しない、請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記吸着面が前記吸着穴を２つ有する、請求項１ないし１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記吸着穴が前記ダイボンディングフィルムの対向する２辺を吸着する、請求項１２記載の半導体装置の製造方法。
前記吸着面が前記吸着穴を３つ以上有する、請求項１ないし１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記ボンディングワイヤが金を含む、請求項１ないし１４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記コレットによって、前記フレーム上に前記ダイボンディングフィルムを熱圧着する工程を含む、請求項１ないし１５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記コレットは、前記吸着穴の面積よりも前記吸着穴にかかる前記ダイボンディングフィルムの面積の方が小さくなるように形成された、請求項１ないし１６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記吸着面が、アーケード状または球面状に形成されている、請求項１ないし１７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。