JP5143618B2 - 樹脂量決定装置、および、当該樹脂量決定装置を備えた樹脂封止装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップが搭載された被成形品を樹脂にて封止する樹脂封止装置の技術分野に関する。

半導体部品は、そのままでは外部からの影響を受け易いため、基板に搭載された後に、熱硬化性樹脂等により樹脂封止が行われている。

樹脂封止を行なう場合には、対向する樹脂封止金型で基板をクランプした状態で、当該金型を合わせてできるキャビティを利用して、該キャビティ内で半導体部品（半導体チップ）を封止するようにしている。

近年、携帯電話のＳＲＡＭ等の分野において、スタックドパッケージと呼ばれる半導体部品が用いられている。これは複数の半導体チップを積層化したもので、高度な機能を拡充させることができるため、需要が急拡大している。

ただ、この種の半導体部品は、前工程（半導体積層工程など）の不良などにより部品の積層数が不揃いになってしまうことがある。この場合、半導体部品が予定された積層数（正常な積層数）に達していないということであるため、キャビティ内に充填すべき樹脂量（封止に必要とされる樹脂量）も設定値（基準量）から外れてしまうことになる。特に圧縮成形方法を用いた樹脂封止装置の場合、（トランスファ成形と異なって）キャビティが閉じており、圧縮の過程において樹脂量を増減することができないため、充填すべき樹脂量の決定の不適は、製品の不良に直結する。またトランスファ成形の場合であっても、積層不良により不足する可能性のある樹脂量を予め見越した上で樹脂を投入する必要があるため、必要以上に樹脂コストがかかる場合もある。

特許文献１においては、このような問題に対する技術として、レーザ光を半導体チップに照射して得られる反射光の焦点距離を読み取ることにより該半導体チップの高さを計測し、この高さ計測値からチップ積層量を判定し、補填する樹脂量若しくは補填しない樹脂量を算出する技術が提案されている。

より具体的には、予め、積層される半導体チップ一枚一枚の情報（半導体チップの厚みデータ、半導体チップの体積データなど）を記憶しておく。その上で、半導体チップ厚みデータと高さ計測値とから何枚の半導体チップが積層されている（若しくは積層されていない）のかを判断し、更にその積層されている（若しくは積層されていない）半導体チップ毎の体積データを利用して、補填する（若しくは補填しない）樹脂の量を算出している。

またその他にも、例えば、半導体チップの積層高さ方向から１台のカメラにより撮像することで、半導体チップの有無を検知し供給する樹脂量を調整する手法も公知である。

特開２００６−１３４９１７号公報

しかしながら、上記特許文献１の方法では、予め記憶しておくべき（入力しておくべき）データの量が膨大となり、計算処理が煩雑となる。また、膨大なデータの入力等の際に、誤った値を入力する可能性も高い。誤った値が入力されると、せっかく高精度に積層高さを検知してもそれに見合った精度での樹脂封止は不可能である。更に見方を変えると、これらのデータが揃わない限り樹脂封止することができないことを意味する。例えば、積層されるチップの詳細なデータを保有する部門と封止作業を行う部門とが異なれば（通常はメーカーさえ異なると考えられる）、樹脂封止作業を開始するに当たり部門を越えての情報のやりとりが必要となる。

また、半導体チップ一枚一枚のデータを加算した値と、実際に積層された際の値とが常に一致するとは限らない。例えば、半導体チップ同士を接着する接着層が存在すればそれにより実際の積層高さに誤差が生じ得る。また、個々の接着態様によっても実際の積層高さは変化し得る。これらの誤差が累積すれば、例えば、５枚しか積層されていない場合に６枚積層されていると判断する場合も想定され、却って最終的な樹脂供給量に大きな誤差を生む原因となる。また、何らかの理由により個々のチップのデータを再入力する必要がある等の場合に、事後的にそれら個々のデータを消失してしまっている場合は、装置を稼働させることが不可能となる。特にこれらの問題点は、今後想定される半導体チップ積層数の増大に比例してより顕在化し得る。

一方、一台のカメラにより半導体チップの有無を検知する手法では、半導体チップの「有無」は容易に検知できるものの、「何枚積層されているのか」までの判断をすることが困難であり、例えば、１枚のみ積層されている場合も５枚積層されている場合も検知結果としては同じ「有り」という結果となる。即ち、供給すべき樹脂量を精度よく判断することができない。この問題も、今後想定される半導体チップ積層数の増大に比例してより顕在化し得る。

本発明は、このような問題点を解決するべくなされたものであって、個々の半導体チップのデータを予め記憶することなく、より簡易に且つ必要レベルの精度をもって樹脂の必要量を判断することができる樹脂封止装置や樹脂量決定装置を提供するものである。

本発明は、半導体チップが積層された積層体を有する被成形品を樹脂にて封止する樹脂封止装置であって、前記積層体が正常に積層された場合の当該積層体全体の体積を予め記憶する手段と、前記積層体の積層高さを検知する積層高さ検知手段と、前記積層体の積層高さ方向に１つ以上の閾値を設定することにより積層高さ方向の領域幅が均等な仮想領域を設定する手段と、前記検知手段の検知結果に基づいていずれかの前記仮想領域を選択する手段と、該選択した仮想領域に対応する所定割合に相当する樹脂を基準量に対して増加または減少させた上で当該増減後の樹脂を供給する手段と、を備え、前記領域幅と少なくとも１の前記半導体チップの厚みとが異なることにより上記課題を解決するものである。

このような構成により、予め積層される半導体チップ一枚一枚の厚みや体積のデータを入力しておく必要がない。即ち、正常に積層された場合の積層体全体の体積の値と正常に積層された場合の積層体全体の積層高さの値を用意しておけば足り、多数のデータを入力するといった煩雑な作業は不要となる。また、積層高さ検知手段によって、半導体チップの積層高さがいずれの仮想領域内にあるかの選択が完了すれば、予め対応付けされた所定割合の樹脂量を基準量から増減するだけでよく、半導体チップ一枚一枚のデータを加算する等の処理は不要であり、処理すべきデータ量が軽減できる上に処理速度も向上する。更に、カメラによる有無の判別に比べ、段階的に供給すべき樹脂量を調整することができる。また樹脂量の精度は、例えば製品の性質や種類等に応じて設定する閾値の数を変化させることで容易に対応することが可能となっている。加えて、各仮想領域の積層高さ方向の領域幅は全て均等とされている。即ち、閾値は正常に積層された場合の積層体全体の積層高さの値を所定の数で除した値毎に設定するのみであり、複雑な計算を要しない。

また、前記積層高さ検知手段を、積層高さ方向から前記被成形品を挟むように配置される１対のセンサで構成し、前記積層体の上面と、前記被成形品の前記積層体が積層されていない面とを前記センサで計測することにより検知してもよい。このようにすれば、例えば半導体チップが積層されている被成形品自体（例えば基板）に反りが生じていたり、検知の際に被成形品が振動している場合においても、本来の（正確な）積層高さを検知することが可能となる。

また、前記被成形品が、マトリクス状に配置された複数の前記積層体を有している場合（所謂ＭＡＰ封止の場合）には特に有効となる。本発明では樹脂の調整量を仮想領域毎に算出していることから、特にＭＡＰ封止の場合であれば、多数の積層体の存在によって積層体単位での誤差がキャンセルされ、結果として必要十分なレベルの樹脂量の精度を確保することが可能となる。

なお本発明は、半導体チップが積層された積層体を有する被成形品を樹脂にて封止する樹脂封止装置に対して供給すべき樹脂量を決定する樹脂量決定装置であって、前記積層体が正常に積層された場合の当該積層体全体の体積を予め記憶する手段と、前記積層体の積層高さを検知する積層高さ検知手段と、前記積層体の積層高さ方向に１つ以上の閾値を設定することにより積層高さ方向の領域幅が均等な仮想領域を設定する手段と、前記検知手段の検知結果に基づいていずれかの前記仮想領域を選択する手段と、該選択した仮想領域に対応する所定割合に相当する樹脂を基準量に対して増加または減少させた上で当該増減後の樹脂を供給する手段と、を備え、前記領域幅と少なくとも１の前記半導体チップの厚みとが異なることを特徴とする樹脂量決定装置として捉えることも可能である。

本発明を適用することにより、個々の半導体チップのデータを予め記憶することなく、より簡易に且つ必要レベルの精度をもって樹脂の必要量を判断することができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の一例である樹脂封止装置１の概略構成図である。なお、本発明は、樹脂封止装置の一部分を構成する装置として適用されるが、樹脂封止装置自体の基本構成については、従来の構成と特に異なるところがないため、ここでは、本発明本来の「必要とする樹脂量の決定装置」の部分に焦点を当てて説明する。

また、説明の都合上、基板（被成形品）における半導体チップが積層されている側の面を「表面」または「上面」とし、反対側を「裏面」または「底面」として説明する。但し、基板の両面に半導体チップが積層されている場合を除外する意図ではない。

<樹脂量決定装置の構成>
この樹脂量決定装置２は、半導体チップ積層体１０２を有する基板（被成形品）１００を積層高さ方向（図１において上下方向）から挟むように配置された一対の第１、第２レーザセンサ（積層高さ検知手段）４０Ａ、４０Ｂを備えている。この第１、第２レーザセンサ４０Ａ、４０Ｂは同期が取られており、所定のタイミングで図面手前−奥方向に移動可能とされている。一方基板１００は、図示せぬ基板搬送機構によって把持されており、所定のタイミングで図面左右方向に移動可能とされている。

なおこの実施形態においては、基板１００の下側に半導体チップ積層体１０２が複数配置されているが、上側であっても何ら差し支えない。また、図面からは基板１００の左右方向に５つの半導体チップ積層体１０２が配置されているのが見て取れるが、同様に図面手前−奥方向にも半導体チップ積層体１０２が配置されている。即ち、基板１００にはマトリクス状に半導体チップ積層体１０２が配置されている。

基板１００の上方に配置されている第１レーザセンサ４０Ａは、自身から発射したレーザの反射を受けて、基板１００の裏面の位置（高さ）を検知することが可能とされている。一方、基板１００の下方に配置されている第２レーザセンサ４０Ａは、自身から発射したレーザの反射を受けて、半導体チップ１０２の上面１０２Ａまたは／および基板１００の表面の位置（高さ）を検知することが可能とされている。

第１、第２のレーザセンサ４０Ａ、４０Ｂは、演算部２０と接続されており、検知結果を演算部２０へとリアルタイムで送信することが可能とされている。またこの演算部２０は、記憶部１０および樹脂供給部３０とも接続されている。

記憶部１０は、種々のデータを記憶しておくことが可能である。ここでは、半導体チップ積層体１０２が正常に積層された場合の当該積層体１０２全体の体積Ｖａ、閾値のデータｅ１、ｅ２…、当該閾値に基づいて決定される仮想領域ａ、ｂ…、この仮想領域に対応する樹脂量の割合など（詳細は後述する）が記憶されている。これらのデータは記憶部１０に対して手作業で入力設定してもよいし、他の情報源（例えば前工程の装置情報）を利用して自動的にロードされるような構成であってもよい。また、演算部２０から送られてくるデータを記憶しておくことも可能である。

演算部２０は、記憶部１０に記憶されているデータを読み出すことが可能である。また、第１、第２レーザセンサ４０Ａ、４０Ｂから送られてきたデータを取り込んで、他のデータと比較したり、所定の演算を行う。更に場合によっては、比較、演算後のデータを記憶部１０に送信する。

樹脂供給部３０は、ホッパなどに貯蔵されている樹脂（例えば粉状樹脂、粒状樹脂、液状樹脂など）から必要量の樹脂を切り出して樹脂封止装置（若しくは樹脂を予備成形する場合には予備成形装置）へと供給する。樹脂供給装置３０は、切り出されるべき樹脂量のデータを演算部２０から受け取っている。

なお、上記では、積層高さ検知手段として一対のレーザセンサ４０Ａ、４０Ｂを利用しているが、半導体チップの積層高さを検知できる限りにおいて他の構成を採用してもよい。例えば、接触式変位センサを利用すれば、センサ１つでも十分に機能させることができ、構造が簡単であり低コストで実現できる。また、一定の幅広のレーザ光を基板に対して所定の斜め方向から照射すると同時に、基板に対して例えば垂直方向にカメラを配置して検知手段としてもよい。このような構成とすれば、多数の積層体の積層高さを短時間に計測することができる。また、異なる方向に配置した複数台のカメラによって検知手段を構成してもよい。このような構成とすれば、面で計測できるため、一度に多数の積層体を計測することが可能となる。その他にも、レーザの焦点距離によって判断したり、干渉縞の強度をカメラで撮影することによって半導体チップ積層体の積層高さを検知することも可能である。

<樹脂量決定装置の作用>
図示せぬストッカから運び出された基板１００は、基板搬送機構によって金型へと順次搬送される。その搬送工程の途中において、樹脂量決定装置２が作用し、金型へ供給されるべき樹脂量が決定される。

第１、第２レーザセンサ４０Ａ、４０Ｂの間に基板１００が搬送されてくると、第１、第２レーザセンサ４０Ａ、４０Ｂからレーザが発射される。第１レーザセンサ４０Ａと第２レーザセンサ４０Ｂとの距離Ｄは既知である。よって、第１レーザセンサ４０Ａにて計測される値ｄ１と第２レーザセンサ４０Ｂにて計測される値ｄ２とを既知のＤから差し引くことによって、半導体チップ積層体１０２の積層高さＨおよび基板１００の厚みＴの合計値Ｘを算出することが可能となる。

Ｘ＝Ｄ−（ｄ１＋ｄ２）…式（１）

また、基板１００自体の厚みＴは、半導体チップ積層体１０２が積層されている位置以外の位置を当該第１、第２レーザセンサ４０Ａ、４０Ｂにて計測することで同様に求めることができる。例えば同じ種類の基板であれば、最初のものだけを計測しておけば、その後の当該計測値を基板１００の厚みＴとして利用できる。勿論基板１００の厚みＴは、既知情報として予め入力した値を利用することも可能である。

次に、合計値Ｘから基板自体の厚みＴを差し引くことによって、半導体チップ積層体１０２の積層高さＨを算出することが可能となる。

Ｈ＝Ｘ−Ｔ…式（２）

これらの演算は、演算部２０によって行われている。

<閾値および仮想領域について>
図２の概念図にて示しているように（なお図２では上下方向を反転させて図示している）、記憶部１０には、予め閾値ｅ１およびｅ２が設定されている。この閾値の数は、供給する樹脂量の必要な精度に応じて変化させることが可能である。本実施形態では、半導体チップ積層体１０２の正常時の積層数（積層枚数）が６枚でそのときの積層高さがＨａ、閾値の数が２つに設定されている（閾値ｅ１、ｅ２）。具体的には、半導体チップ積層体１０２の正常時の積層高さＨａが積層高さ方向に３等分（Ｈａ/３）され、その境界が閾値となっている。ここでの各半導体チップの厚みは全て同じであるため、結果的に、基板１００側から数えて２枚目の半導体チップと３枚目の半導体チップとの境が閾値ｅ１となり、同様に、基板１００側から数えて４枚目の半導体チップと５枚目の半導体チップとの境が閾値ｅ２となっている。但し、半導体チップ同士の境界と閾値とが一致することは本発明の必須の条件ではない。

なお、本発明において閾値の数は自由に変更可能であり、必要により、例えば半導体チップの積層数以上の閾値を設定することも可能である。

その結果、半導体チップ積層体１０２の上面１０２Ａ〜閾値ｅ２までが仮想領域ａ、閾値ｅ２〜閾値ｅ１までが仮想領域ｂ、閾値ｅ１〜半導体チップ積層体１０２の底面（即ち、基板１００の表面）までが仮想領域ｃとして設定される。また各仮想領域ａ、ｂ、ｃの積層高さ方向の領域幅はそれぞれＨａを３等分したもの（Ｈａ/３）に相当し、均等である。また、各仮想領域毎に、半導体チップ積層体１０２が正常に積層された場合の当該積層体全体の体積Ｖａに対する所定割合が対応付けされて設定されている。ここでは仮想領域ａに対してＶａの０％が、仮想領域ｂに対してＶａの５０％が、仮想領域ｃに対してＶａの１００％が対応付けされている。勿論、この割合自体は適宜最適な値に変更可能である。更に、ここでは各仮想領域毎に異なる割合が対応付けされているが、例えば多数の仮想領域が設定された場合に、隣り合う仮想領域に渡って同じ割合を対応付けしてもよい。このようにすれば、例えば最上段に位置する仮想領域の領域幅のみを事実上拡張することも容易である。即ち、最上段の仮想領域のみ領域幅を事実上拡張することによって、計測誤差（大多数を占める正常な積層体を異常と判定してしまうこと）をキャンセルすることが可能となる。

これらの仮想領域、閾値、樹脂量の割合の対応関係は、例えば図３に示しているようなテーブルとして記憶部１０に記憶されている。

演算部２０によって、計測された半導体チップ積層体１０２の積層高さＨｒが算出されると、当該Ｈｒの値がいずれの仮想領域に相当するかの判断がなされる。各仮想領域にはＶａに対する所定割合が対応付けられているため、増減させる必要のある樹脂量σ（Ｖａに所定割合を乗じた量：以下単に「調整量」という場合がある）が求められる。

演算部２０によって算出された調整量σは、樹脂供給部３０へと送信される。また樹脂供給部３０は当該受け取ったデータに基づいて樹脂供給の際の基準量（基準切出し量）に増減を加え、当該調整後の樹脂が金型等へ供給される。なおここでは基準量（基準切出し量）は樹脂供給部３０が持っているが、例えばこの基準量も記憶部１０に予め記憶されており、演算部２０によって当該基準量に調整量σが増減された値が樹脂供給部３０に送信されるような構成を採用してもよい。

なおこの調整量σは、基準量（基準切出し量）に対する増加関数にも減少関数にもなり得るものである。例えば、基準量（基準切出し量）が、全ての半導体チップ積層体が正常に積層されている場合の樹脂の必要量とされている場合には増加関数として機能する。一方、基準量（基準切出し量）が、全く半導体チップ積層体が積層されていない場合の樹脂の必要量とされている場合には減少関数として機能する。

例えば、調整量σが増加関数であって、積層高さＨｒが仮想領域ｂにある場合には、Ｖａの５０％の量の樹脂が基準量に加えられる。

なお、ここでは１つの半導体チップ積層体１０２を取り出して説明しているが、１枚の基板１００上に複数の半導体チップ積層体１０２が配置されている場合には、基板単位で調整量σを合算して樹脂供給部３０にデータが送信される。

このように、樹脂量決定装置２では、予め積層される半導体チップ一枚一枚の厚みや体積のデータを入力しておく必要がない。即ち、正常に積層された場合の積層体１０２全体の体積Ｖａの値を用意しておけば足り、多数のデータを入力するといった煩雑な作業は不要である。また、レーザセンサ４０Ａ、４０Ｂによって、半導体チップ積層体１０２の積層高さＨがいずれの仮想領域内にあるかの選択が完了すれば、予め対応付けされた所定割合の樹脂量を基準量から増減するだけでよく、半導体チップ一枚一枚のデータを加算する等の構成は不要であり、処理すべきデータ量が軽減できる上に処理速度も向上する。加えて、各仮想領域ａ、ｂ、ｃの積層高さ方向の領域幅は全て均等とされていることから、閾値は正常に積層された場合の積層体全体の積層高さＨａの値を所定の数で除した値毎に設定するのみであり、複雑な計算を要しない。更に、一台のカメラによる有無の判別に比べ、段階的に供給すべき樹脂量を調整することが可能とされている。また樹脂量の精度は、例えば製品の性質や種類等に応じて設定する閾値の数を変化させることで容易に対応することが可能である。

また、本実施形態においては、第１、第２のレーザセンサ４０Ａ、４０Ｂを、積層高さ方向から基板１００を挟むように配置構成し、半導体チップ積層体の上面１０２Ａと、基板１００の裏面（半導体チップ積層体が積層されていない面）とをセンサで計測している。よって、例えば基板１００自体に反りが生じていたり、検知の際に基板１００が振動している場合においても、反りや振動を補正して本来の（正確な）積層高さを検知することが可能となっている。勿論、このように配置されていることが本発明の必須の構成要素ではない。

また、本実施形態のように基板１００にマトリクス状に複数の半導体チップ積層体１０２が配置されている場合（所謂ＭＡＰ封止の場合）には特に有効となる。本発明では樹脂の調整量を仮想領域毎に算出していることから、特にＭＡＰ封止の場合であれば、多数の積層体の存在によって積層体単位での誤差がキャンセルされ、結果として必要十分なレベルの樹脂量の精度を確保することが可能となる。

本発明は、特に圧縮成形方法を用いた樹脂封止装置に適用すると、顕著な効果を得ることができる。

本発明の実施形態の一例である樹脂封止装置の概略構成図 半導体チップの積層高さの第１の検知例を示す概念図 第１の検知例にて使用される領域、閾値、樹脂量の関係を示したテーブル図

符号の説明

１…樹脂封止装置
２…樹脂量決定装置
１０…記憶部
２０…演算部
３０…樹脂供給部
４０…積層高さ検知手段
４０Ａ…第１レーザセンサ
４０Ｂ…第２レーザセンサ
１００…基板
１０２…半導体チップ積層体
１０２Ａ…（半導体チップ積層体の）上面
１０２Ｂ…（半導体チップ積層体の）底面
Ｈａ…半導体チップ積層体が正常に積層された場合の積層高さ

Claims (4)

1. 半導体チップが積層された積層体を有する被成形品を樹脂にて封止する樹脂封止装置であって、
   前記積層体が正常に積層された場合の当該積層体全体の体積を予め記憶する手段と、
   前記積層体の積層高さを検知する積層高さ検知手段と、
   前記積層体の積層高さ方向に１つ以上の閾値を設定することにより積層高さ方向の領域幅が均等な仮想領域を設定する手段と、
   前記検知手段の検知結果に基づいていずれかの前記仮想領域を選択する手段と、
   該選択した仮想領域に対応する所定割合に相当する樹脂を基準量に対して増加または減少させた上で当該増減後の樹脂を供給する手段と、を備え、
   前記領域幅と少なくとも１の前記半導体チップの厚みとが異なる
   ことを特徴とする樹脂封止装置。
2. 請求項１において、
   前記積層高さ検知手段が、積層高さ方向から前記被成形品を挟むように配置される１対のセンサで構成され、
   前記積層体の上面と、前記被成形品の前記積層体が積層されていない面とを前記センサで計測することにより検知する
   ことを特徴とする樹脂封止装置。
3. 請求項１または２において、
   前記被成形品が、マトリクス状に配置された複数の前記積層体を有している
   ことを特徴とする樹脂封止装置。
4. 半導体チップが積層された積層体を有する被成形品を樹脂にて封止する樹脂封止装置に対して供給すべき樹脂量を決定する樹脂量決定装置であって、
   前記積層体が正常に積層された場合の当該積層体全体の体積を予め記憶する手段と、
   前記積層体の積層高さを検知する積層高さ検知手段と、
   前記積層体の積層高さ方向に１つ以上の閾値を設定することにより積層高さ方向の領域幅が均等な仮想領域を設定する手段と、
   前記検知手段の検知結果に基づいていずれかの前記仮想領域を選択する手段と、
   該選択した仮想領域に対応する所定割合に相当する樹脂を基準量に対して増加または減少させた上で当該増減後の樹脂を供給する手段と、を備え、
   前記領域幅と少なくとも１の前記半導体チップの厚みとが異なる
   ことを特徴とする樹脂量決定装置。

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