JP4999482B2 - 樹脂封止装置及び樹脂封止方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板に半導体チップがフリップチップ実装されたワークにアンダーフィルモールドする樹脂封止装置及び樹脂封止方法に関する。

半導体チップが回路基板にフリップチップ実装されたワークをアンダーフィルモールドする場合、半導体チップの外周に液状樹脂を滴下して加熱流動化させてチップと基板の隙間へ毛細管現象により浸透させて封止することが行なわれている。
或いは、液状樹脂を半導体チップの外周部の一部を除いて滴下してワークを減圧空間においてチップと基板間の隙間へ流動を促し、その後大気解放による気圧差により隙間内部まで樹脂を充填するモールド方法が提案されている（特許文献１参照）。
また、リリースフィルムを用いたトランスファモールド法を用いて、当該フィルムにより半導体チップの樹脂注入方向と平行な側面を閉止して樹脂の流動圧によりアンダーフィルモールドするモールド方法も提案されている（特許文献２参照）。
特開２０００−３４０５８９９号公報 特開２００２−１７６０６７号公報

しかしながら、例えば２５×２５ｍｍの大きさのＣＰＵが複数基板実装されたワークをアンダーフィルモールドする場合、毛細管現象を用いた充填方法では、樹脂の未充填や、エアの囲い込み、フィラー分布の偏りなどを制御することができなくなっている。
また、金属製のモールド金型を用いた場合、比較的サイズの大きい半導体チップの外径寸法の公差やワークの金型に対する位置精度の幅が狭いため、ワークが破損したり成形品質が変動したりするおそれがある。
また、トランスファー成形によれば、封止樹脂を金型内に投入して低粘度領域で急いでアンダーフィルモールドするため、１５ｋｇｆ／ｃｍ^２程度の樹脂注入圧を伴うので、半導体チップの押上げ剥離が生ずるおそれがある。半導体チップを金型で押さえ込むとすれば、モールド金型によりワークが１８０度付近に加熱加圧された際に金属バンプが押し潰されるおそれもある。
また、樹脂圧によりアンダーフィルモールドする場合には、キャビティに樹脂を満たしてかチップと基板の隙間に充填するため、金型の樹脂汚れが成形するたびに増大して生産効率を低下させる。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、樹脂材の充填効率が良く、型面を汚すことなく未充填領域のない成形品質に優れたアンダーフィルモールドが行なえる樹脂封止装置及び樹脂封止方法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。
半導体チップが回路基板にフリップチップ実装されたワークをモールド型でクランプし当該半導体チップの周囲に供給された樹脂材をアンダーフィルモールドする樹脂封止装置であって、半導体チップの樹脂注入方向と平行な両側で当該半導体チップと回路基板との隙間を閉止する閉止手段と、半導体チップ及び回路基板に押接して半導体チップの樹脂注入方向上流側及び下流側の側面に臨む第１、第２の密閉空間を形成する第１、第２の凹部が形成された密閉型と、ワークの端子形成面を支持する支持部が形成された支持型を備えたモールド型と、密閉型の第１の凹部に接続して圧縮空気が送り込まれる空圧回路と、密閉型の第２の凹部に接続してエアが吸引される吸引回路を備えており、半導体チップの樹脂注入方向上流側において当該半導体チップと回路基板の隙間を覆って供給された樹脂材が、空圧回路より第１の密閉空間に圧縮空気を送り込みかつ吸引回路より第２の密閉空間からエアを吸引しながらアンダーフィルモールドされることを特徴とする。
また、閉止手段は、半導体チップの上面から樹脂注入方向と平行な両側面及び基板面に粘着して閉止する粘着テープ材、樹脂材、接着剤、線材、回路基板の表面レジスト層による突条のいずれかであることを特徴とする。
また、密閉型は、ホルダーに支持された弾性部材であり、ワークはヒータを内蔵した支持型に端子形成面を通じて支持されていることを特徴とする。
また、支持型はワークテーブルに支持されており、該ワークテーブルは支持型に支持されたワークを搬送機構により搬送されることを特徴とする。
また、モールド型はアンダーフィルモールドされる際にワークに振動を加える加振手段を備えたことを特徴とする。

半導体チップが回路基板にフリップチップ実装されたワークをモールド型でクランプし当該半導体チップの周囲に供給された樹脂材をアンダーフィルモールドする樹脂封止方法であって、半導体チップの樹脂注入方向と平行な両側で回路基板との隙間が閉止されたワークの樹脂注入方向上流側において半導体チップと回路基板の隙間を覆って樹脂材を供給する工程と、ワークに密閉型を押し当て、半導体チップの樹脂材が流し込まれる上流側の側面及び下流側の側面に臨む第１、第２の密閉空間を各々形成する工程と、第１の密閉空間へ圧縮空気を送り込み、第２の密閉空間よりエアを吸引することで半導体チップと回路基板の隙間に樹脂材が注入されるアンダーフィルモールド工程と、アンダーフィルモールドされたワークに押接するモールド型を開放し、半導体チップの樹脂注入方向と平行な両側へ、必要に応じて四辺に樹脂材を供給して半導体チップの周囲を封止する工程と、ワークを加熱して樹脂材を硬化させる工程を含むことを特徴とする。
また、ワークに樹脂材を供給する前に半導体チップの樹脂注入方向と平行な両側を閉止手段により閉止する工程と、モールド型を開放した後、半導体チップの樹脂注入方向と平行な両側へ樹脂材を供給する前に閉止手段を除去する工程を有することを特徴とする。
また、アンダーフィルモールド工程を行なう際に、ワークに低周波振動を加えることを特徴とする。
また、モールド樹脂が第１の密閉空間から第２の密閉空間へ到達したことを検出すると第１の密閉空間への圧縮空気の送り込みを停止しアンダーフィルモールドを終了することを特徴とする。

本発明に係る樹脂封止装置及び方法を用いれば、半導体チップの樹脂注入方向と平行な両側が閉止されたワークに半導体チップの樹脂注入方向上流側において当該半導体チップと回路基板の隙間を覆って供給された樹脂材が、空圧回路より第１の密閉空間に圧縮空気を送り込みかつ吸引回路より第２の密閉空間からエアを吸引しながらアンダーフィルモールドされる。よって、半導体チップの一側面から全幅領域で毛細管現象より早い流速で微細な気泡を巻き込むことなく樹脂のフローフロントを直線的にそろえながら樹脂材をチップと基板の隙間に充填することができる。したがって、アンダーフィルモールドする面積が大きく隙間が狭いワークであっても、樹脂材の充填効率が良く、型面を汚すことなく未充填領域がない成形品質に優れたアンダーフィルモールドが行なえる。
また、密閉型はホルダーに支持された弾性部材であるので、クランプ力を必要以上に強めなくてもシール性がよく、ワークの追従性も期待できるのでワークの公差や型に対する位置精度も高精度である必要がないため、ワークを破損することもない。
また、支持型はワークテーブルに支持されており、ワークテーブルは支持型に支持されたワークを搬送機構により搬送されるようになっていると、ワークへの樹脂材の供給からアンダーフィル工程を経てモールド樹脂を加熱硬化させる工程まで自動化ラインを組んで行なえる。

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。樹脂封止装置は、半導体チップが回路基板にフリップチップ実装されたワークをモールド型でクランプしての当該半導体チップの周囲に供給された樹脂材をアンダーフィルモールドする。

先ず、樹脂封止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、ワークＷは半導体チップ１の樹脂注入方向と平行な両側で半導体チップ１と回路基板３の隙間を粘着テープ材２（閉止手段）により閉止されている。図２において粘着テープ材２は半導体チップ１の上面から樹脂注入方向と平行な両側面及び回路基板３に粘着して閉止している。半導体チップ１は回路基板３に対しフリップチップ実装され、回路基板３には外部接続端子４が形成されている。即ち、ワークＷは電気的な接続確認が完了したものが用いられている。

モールド型５は、上型に相当する密閉型６と下型に相当する支持型７を備えている。密閉型６は、ホルダー８に組み付けられた型ケース９に支持されている。密閉型６は例えばシリコンゴムなどの弾性部材が好適に用いられる。密閉型６のクランプ面には、第１、第２の凹部６ａ、６ｂが各々形成されている。密閉型６はワークＷの半導体チップ１の上面及び両側面並びに回路基板３上面に押接し、半導体チップ１の樹脂注入方向上流側及び下流側の側面に臨む第１、第２の密閉空間１６、１７を各々形成するようになっている。密閉型６は、例えばエアシリンダやサーボモータなどを駆動源とする公知の上下動機構（図示せず）により上下動するようになっている。

支持型７は、ワークＷの端子形成面を支持する支持部７ａが上面側に形成されている。また、支持型７の内部にはワークＷを外部接続端子４を通じて加熱するヒータ７ｂが設けられている。支持型７は断熱材１０を介してワークテーブル１１に支持されている。ワークテーブル１１はワーク搬送機構を構成するボールねじ１２と連繋している。ボールねじ１２をサーボモータ１３により回転駆動するとワークテーブル１１がボールねじ１２の長手方向に移動するようになっている。このワーク搬送機構を用いて、ワークＷへ樹脂材１８の供給からワークＷを載置した支持型７を密閉型６に対して位置合わせしてアンダーフィルモールドを行ない、アンダーフィルモールド後の加熱硬化（キュア）の各ステージへ自動化ラインを組んでワークＷを搬送することができる。

また、密閉型６の第１の凹部６ａに連通して圧縮空気が送り込む空圧回路１４が設けられている。また、密閉型６の第２の凹部６ｂに連通してエアを吸引する吸引回路１５が接続されている。空圧回路１４、吸引回路１５には、電磁弁１４ａ、１５ａが設けられており、各回路を構成する流路１４ｂ、１５ｂを開閉する。

図２（ａ）〜（ｃ）において、半導体チップ１の一側面側の当該チップ１と回路基板３の隙間を覆って第１の密閉空間１６に供給された樹脂材（液状樹脂）１８が第１の密閉空間１６に圧縮空気を送り込みかつ第２の密閉空間１７よりエアを吸引しながら隙間に充填される。

ここで、図３（ａ）〜（ｆ）を参照して、樹脂封止工程の一例について説明する。
図３（ａ）において、ワークＷに樹脂材１８を供給する前に、半導体チップ１の樹脂注入方向と平行な両側で回路基板３との隙間を粘着テープ材２を粘着させて閉止する。粘着テープ材２は、半導体チップ１の上面、樹脂注入方向と平行な両側面及び回路基板３に粘着して閉止する。尚、後述するように、回路基板３の表面レジスト層に予め突条２２などが形成されて、半導体チップ１の樹脂注入方向と平行な両側で回路基板３との隙間が形成されない場合には、この工程を省略することもできる。

図３（ｂ）において、図示しないディスペンサーを用いて、半導体チップ１と回路基板３の隙間が形成されている一側面（ゲート側面）に樹脂材（例えば液状樹脂）１８を供給する。樹脂材１８は、半導体チップ１のゲート側面を覆って、両側の粘着テープ材２まで及んで塗布されることが望ましい。これにより、密閉型６によりワークＷをクランプすると、第１の凹部６ａに第１の密閉空間１６が形成される（図１参照）。

図３（ｃ）において、ワークＷを支持した支持型７を密閉型６と位置合わせし、密閉型６を型閉じする。このとき、密閉型６をワークＷの基板面及びチップ面に押し当てて、半導体チップ１の樹脂材１８が流し込まれる上流側の側面及び下流側の側面に臨む第１、第２の密閉空間１６、１７が各々形成される。

この後、空圧回路１４より第１の密閉空間１６へ圧縮空気を送り込み、吸引回路１５より第２の密閉空間１７からエアを吸引することで、図３（ｄ）に示すように、半導体チップ１と回路基板３の隙間に樹脂材１８が注入される（アンダーフィルモールド）。実験例を示すと、面積１６×１８ｍｍ^２で隙間４６μｍのアンダーフィル空間に空圧３ｋｇｆ／ｃｍ^２、吸引圧−０．９５ｋｇｆ／ｃｍ^２で樹脂注入温度８０℃の条件下で約２０秒かけてアンダーフィルモールドを行なった。その結果、半導体チップ１の損傷はなく、半導体チップ１のバンプの潰れもなく、金型汚れも発生することがなかった。

尚、アンダーフィルモールド工程を行なう際に、ワークＷに振動数３０Ｈｚ以下で振幅が２０μｍ以下の低周波振動を加えるようにしてもよい。これにより、樹脂材１８の流れ性が向上し、フィラー分布の偏りも是正できる。
また、モールド樹脂が第１の密閉空間１６から第２の密閉空間１７へ到達したことを光学センサー（図示せず）により検出すると、空圧回路１４による第１の密閉空間１６への圧縮空気の送り込みを停止しアンダーフィルモールドを終了するようにしてもよい。

次に、図３（ｅ）において、モールド型５を開放した後、半導体チップ１に粘着していた粘着テープ材２を除去する。尚、粘着テープ材２を使用しない場合には、この工程は省略することができる。また、図４において、粘着テープ材２の樹脂注入方向下流側の一部には、当該粘着テープ材２を剥離し易くするための粘着層が存在しない舌部２ａが設けられていても良い。また、半導体チップ１の表面に粘着テープ材２の粘着剤を付けたくない場合は、当該粘着テープ材２の半導体チップ１に当接する部位の粘着剤を部分的に塗布しないようにしてもよい。

次いで、図３（ｆ）において、粘着テープ材２で覆われていた半導体チップ１の樹脂注入方向と平行な両側へ図示しないディスペンサーにより樹脂材（フィレット樹脂材）１８を供給して半導体チップ１の周囲を封止する。このように半導体チップ１に周囲にフィレット樹脂材１８を形成する理由は、半導体チップ１と回路基板３との熱膨張係数の差により熱応力が半導体チップ１に繰返し作用してもバンプが剥離するのを防ぎ、また、エッジ部に形成された傷から割れが生じて当該半導体チップ１が破損するのを防ぐためである。

次に、ワーク搬送機構のサーボモータ１３を起動して、ワークＷを支持する支持型７を図示しない加熱ステージへ搬送して樹脂材１８を所定温度（例えば１８０℃程度）で所定時間加熱して硬化させる（キュア）。

以上のように、アンダーフィルモールドする面積が大きく（例えば２０×２０ｍｍ^２）隙間が狭い（例えば３０μｍ〜５０μｍ）ワークＷであっても、樹脂材１８の充填効率が良く、型面を汚すことなく未充填領域がない成形品質に優れたアンダーフィルモールドが行なえる。

次に、ワークＷの半導体チップ１の樹脂注入方向と平行な両側面と回路基板３との隙間を塞ぐ閉止手段の他例について図５乃至図７を参照して説明する。
図５は、閉止手段として半導体チップ１の樹脂注入方向と平行な両側面と回路基板３との間の隙間を塞ぐ樹脂材１８若しくは接着剤（樹脂材等）を塗布するものである。この樹脂材等を塗布する高さは、一点鎖線で示すフィレット樹脂ラインＬの高さの半分以下が望ましい。

また、閉止手段としては、図６（ａ）に示す粘着テープ材２を回路基板３に粘着することで半導体チップ１の樹脂注入方向と平行な両側面と回路基板３との間の隙間を塞ぐようにしてもよい。
或いは、図６（ｂ）に示すように、半導体チップ１の樹脂注入方向と平行な両側面に沿って線材２０を回路基板３に設けて隙間を塞ぐようにしてもよい。
また或いは、図６（ｃ）に示すように、半導体チップ１の樹脂注入方向と平行な両側面に沿って回路基板３の表面レジスト層に形成される散点状の突起２１、連続する突条２２のいずれかであってもよい。

また、閉止手段としては、アンダーフィルモールドに用いる樹脂材１８を用い、粘着テープ材２を併用するようにしてもよい。図７（ａ）において、予めディスペンサ（図示せず）によりワークＷの半導体チップ１の樹脂注入方向と平行な両側面と回路基板３との間の隙間を塞ぐように樹脂材１８を塗布しておく。次いで、図７（ｂ）において、樹脂材１８が塗布されたワークＷに粘着テープ材２を半導体チップ１の上面、両側面、回路基板３上を覆って粘着する。これにより半導体チップ１の樹脂注入方向と平行な両側において回路基板３との間の隙間は確実に塞がれる。その後、図７（ｃ）において、図示しないディスペンサーを用いて、半導体チップ１と回路基板３の隙間が形成されている一側面（ゲート側面）に樹脂材１８を供給する。樹脂材１８は、半導体チップ１のゲート側面を覆って、両側の粘着テープ材２まで及んで塗布されることが望ましい。その後、図３（ｄ）〜図３（ｆ）と同様のアンダーフィル工程、フィレット樹脂材塗布工程、モールド樹脂の加熱硬化工程が行なわれる。

ワークＷは半導体チップ（例えばＣＰＵなど）１が回路基板３上に隣接して並べて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い。樹脂材１８は液状樹脂に限らず、顆粒状、粉状、固形状のいずれでもよい。
また、半導体チップ１と密閉型６との密着性がよい場合には、粘着テープ材２の粘着面を反転させて密閉型６側に粘着させてもよいし、リリースフィルムを密閉型６に吸着保持させるようにしてもよい。

樹脂封止装置の概略構成を示す断面図である。 モールド型の平面図、正面断面図、側断面図である。 樹脂封止工程の一例を示す説明図である。 粘着テープ材の他例を示す説明図である。 閉止手段の他例を示す説明図である。 閉止手段の他例を示す説明図である。 閉止手段の他例を示す説明図である。

符号の説明

Ｗ ワーク
１ 半導体チップ
２ 粘着テープ材
２ａ 舌部
３ 回路基板
４ 外部接続端子
５ モールド型
６ 密閉型
６ａ 第１の凹部
６ｂ 第２の凹部
７ 支持型
７ａ 支持部
７ｂ ヒータ
８ ホルダー
９ 型ケース
１０ 断熱材
１１ ワークテーブル
１２ ボールねじ
１３ サーボモータ
１４ 空圧回路
１４ａ，１５ａ 電磁弁
１４ｂ、１５ｂ 流路
１５ 吸引回路
１６ 第１の密閉空間
１７ 第２の密閉空間
１８ 樹脂材
２０ 線材
２１ 突起
２２ 突条

Claims (10)

1. 半導体チップが回路基板にフリップチップ実装されたワークをモールド型でクランプし当該半導体チップの周囲に供給された樹脂材をアンダーフィルモールドする樹脂封止装置であって、
   半導体チップの樹脂注入方向と平行な両側で当該半導体チップと回路基板との隙間を閉止する閉止手段と、
   半導体チップ及び回路基板に押接して半導体チップの樹脂注入方向上流側及び下流側の側面に臨む第１、第２の密閉空間を形成する第１、第２の凹部が形成された密閉型と、ワークの端子形成面を支持する支持部が形成された支持型を備えたモールド型と、
   密閉型の第１の凹部に接続して圧縮空気が送り込まれる空圧回路と、密閉型の第２の凹部に接続してエアが吸引される吸引回路を備えており、
   半導体チップの樹脂注入方向上流側において当該半導体チップと回路基板の隙間を覆って供給された樹脂材が、空圧回路より第１の密閉空間に圧縮空気を送り込みかつ吸引回路より第２の密閉空間からエアを吸引しながらアンダーフィルモールドされる樹脂封止装置。
2. 閉止手段は、半導体チップの上面から樹脂注入方向と平行な両側面及び基板面に粘着して閉止する粘着テープ材である請求項１記載の樹脂封止装置。
3. 閉止手段は、半導体チップの樹脂注入方向と平行な両側で当該半導体チップと回路基板との隙間を塞ぐ樹脂材、接着剤、線材、回路基板の表面レジスト層による突条のいずれかである請求項１記載の樹脂封止装置。
4. 密閉型は、ホルダーに支持された弾性部材であり、ワークはヒータを内蔵した支持型に端子形成面を通じて支持されている請求項１記載の樹脂封止装置。
5. 支持型はワークテーブルに支持されており、該ワークテーブルは支持型に支持されたワークを搬送機構により搬送される請求項１記載の樹脂封止装置。
6. モールド型はアンダーフィルモールドされる際にワークに振動を加える加振手段を備えた請求項１記載の樹脂封止装置。
7. 半導体チップが回路基板にフリップチップ実装されたワークをモールド型でクランプし当該半導体チップの周囲に供給された樹脂材をアンダーフィルモールドする樹脂封止方法であって、
   半導体チップの樹脂注入方向と平行な両側で回路基板との隙間が閉止されたワークの樹脂注入方向上流側において半導体チップと回路基板の隙間を覆って樹脂材を供給する工程と、
   ワークに密閉型を押し当て、半導体チップの樹脂材が流し込まれる上流側の側面及び下流側の側面に臨む第１、第２の密閉空間を各々形成する工程と、
   第１の密閉空間へ圧縮空気を送り込み、第２の密閉空間よりエアを吸引することで半導体チップと回路基板の隙間に樹脂材が注入されるアンダーフィルモールド工程と、
   アンダーフィルモールドされたワークに押接するモールド型を開放し、半導体チップの樹脂注入方向と平行な両側へ樹脂材を供給して半導体チップの周囲を封止する工程と、
   ワークを加熱して樹脂材を硬化させる工程を含む樹脂封止方法。
8. ワークに樹脂材を供給する前に半導体チップの樹脂注入方向と平行な両側を閉止手段により閉止する工程と、
   モールド型を開放した後、半導体チップの樹脂注入方向と平行な両側へ樹脂材を供給する前に閉止手段を除去する工程を有する請求項７記載の樹脂封止方法。
9. アンダーフィルモールド工程を行なう際に、ワークに低周波振動を加える請求項７記載の樹脂封止方法。
10. モールド樹脂が第１の密閉空間から第２の密閉空間へ到達したことを検出すると第１の密閉空間への圧縮空気の送り込みを停止しアンダーフィルモールドを終了する請求項７記載の樹脂封止方法。

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