JP5273430B2 - 樹脂封止方法および樹脂封止装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップを搭載した被成形品を樹脂にて封止する樹脂封止の技術分野に関する。

従来、特許文献１に示されている樹脂封止方法が公知である。

ここに示されている方法は、予め半導体チップの体積（積層される半導体チップ単体の体積）とそれに応じた樹脂補填量を記憶させておき、基板にマウントされた半導体チップの積層高さを計測することにより積層された半導体チップ全体の体積を計算し、更に、当該計算された値を基に供給する（若しくは供給しない）樹脂量を算出した上で適切量の樹脂を供給し封止を行なうというものである。

特開２００６−１３４９１７号公報

しかしながら、上記方法にて封止に必要な樹脂量を測定する場合には、以下の問題点が存在した。

半導体チップを搭載するための基板上には半導体チップそのものの他にも例えばボンディングワイヤ（金線）等が無数に存在している。上記特許文献１においては、半導体チップの積層高さの計測は例えばレーザを用いて行なわれるが、レーザがボンディングワイヤ等に乱反射等することで、必ずしも正確な計測が行えない場合がある。

更に、ボンディングワイヤ等が存在していることによって必要な樹脂の量は当然に変化するが、上記特許文献１の方法では、半導体チップそのものの体積は算出できても、これらボンディングワイヤ等の付属品の体積を加味した上での値の算出をすることはできない。即ち、実際よりも（ボンディングワイヤ等の付属品の体積分だけ）本来の適正値よりも多くの樹脂を供給してしまうこととなる。

加えて、予め記憶させた半導体チップの体積と実際に積層されている半導体チップの体積に何らかの原因で差異が発生した場合でも、記憶された値を基に樹脂の必要量が算出されてしまうため、柔軟性に欠けるという問題があった。

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。

本発明は、これらの問題点を解決するべくなされたものであって、封止のために必要な樹脂量をより正確かつ簡易に算出し、品質の高い樹脂封止を行なうことをその目的とするものである。

本発明は、基板上にマウントされた半導体チップを樹脂にて封止する樹脂封止方法であって、所定の密閉空間内に前記半導体チップがマウントされた基板を配置する配置工程と、前記密閉空間に対する気体の流入及び／又は流出により該密閉空間内の気体を第１の状態から第２の状態へと変化させる状態変化工程と、前記状態変化工程により変化した該気体の圧力及び温度の変化分に相当する気体量を、大気圧を基準として計測する計測工程と、計測された前記気体量から金型内に投入する樹脂量を算出する算出工程（前記気体量と別途取得した基準値とを比較する比較工程を含む）と、を経て封止に必要な樹脂の量を導き出すことで、上記課題を解決するものである。

このような方法によれば、ボンディングワイヤへの乱反射等の影響を受けることも無く、また、半導体チップのみならずボンディングワイヤ等の付属品の体積をも含めた形で「本当に必要な量の樹脂」の算出が可能となる。加えて、予め記憶してあった「別の」半導体チップの体積を利用して樹脂量を算出するのではなく、まさにこれから封止しなければならない半導体チップそのものの体積を直接計測しているため、実際にマウントされている半導体チップの体積が何らかの原因で計算上用いられる半導体チップの体積と異なり、正確な樹脂量が算出できないという問題も発生しない。

例えば、半導体チップがマウントされていない状態の基板を予め同様の条件で前記密閉空間内に配置した上で、同様の状態の変化（第１の状態から第２の状態への変化）を経ることによって、半導体チップがマウントされていない状態での気体量を基準値とし、当該基準値との差を比較することによって、必要な樹脂の量を算出している。

更に、「気体」を利用しているため、一枚の基板上の複数の位置に半導体チップがマウントされている場合（例えばＭＡＰ封止のような場合）であっても、一度の計測で足り、計測時間の短縮化を図ることも可能である。

より具体的には、前記状態変化工程として、前記密閉空間に対する前記気体の出し入れにより前記密閉空間内の圧力を所定の圧力にまで変化させる変圧工程と、変化後の前記空間内の圧力を前記気体の出し入れにより変化前の圧力側に戻す復圧工程と、を経るようにし、前記計測工程として、前記変圧工程または前記復圧工程の少なくとも一方の工程にて出し入れされた前記気体の流量を計測するという方法により実現できる。
なお、「第１の状態」から「第２の状態」への変化は圧力の変化に限らず、密閉空間内の気体の温度もパラメータとして利用する。

なお、本発明は見方を変えると、基板上にマウントされた半導体チップを樹脂にて封止する樹脂封止装置であって、前記半導体チップがマウントされた基板を収容可能な密閉空間と、該密閉空間に対する気体の流入及び／又は流出により該密閉空間内の気体を第１の状態から第２の状態へと変化させることが可能な状態変化手段と、前記状態変化手段により変化した該気体の圧力及び温度の変化分に相当する気体量を、大気圧を基準として計測可能な計測手段と、計測された前記気体量から金型内に投入する樹脂量を算出する算出手段と、を備え、前記算出手段が、前記気体量と別途取得した基準値とを比較することを特徴とする樹脂封止装置として捉えることも可能である。

この場合具体的には、前記状態変化手段を、前記密閉空間に接続された真空ポンプにより実現し、前記計測手段を、前記密閉空間に接続された流量計により実現できる。

本発明を適用することにより、より適切な量の樹脂にて封止が行えるため、封止品質を向上させることが可能となる。

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、樹脂封止装置１００の概略平面構成図である。図２は、同概略正面構成図である。図３は、測定部の構成例を示した図である。

最初に図１および図２を参照しつつ、本発明の樹脂封止方法にて樹脂封止がなされる樹脂封止装置全体を概略的に説明する。

<樹脂封止装置全体の概略構成>
樹脂封止装置１００は、樹脂封止金型１１０（上型１１２及び下型１１４）を備える樹脂封止金型ユニット１０１と、この樹脂封止金型ユニット１０１に対して樹脂（図示しない）を供給可能な樹脂供給部１０２と、樹脂封止金型ユニット１０１に対して樹脂封止前の基板を供給したり、樹脂封止後の基板を収納したりする基板供給収納部１０３とから構成されている。

本実施形態における樹脂封止装置１００においては、樹脂封止金型ユニット１０１が２列配置された、所謂「マルチプレス」型の樹脂封止装置である。並列配置された樹脂封止金型ユニット１０１に対して、一方側に樹脂供給部１０２が配置され、他方側に基板供給収納部１０３が配置されている。これら樹脂封止金型ユニット１０１、樹脂供給部１０２、基板供給収納部１０３にはそれぞれが連結された状態で、連続する移動ガイド１３０が設けられている。また当該移動ガイド１３０上を樹脂ローダ１２２や、基板用ローダ・アンローダ１４０が移動可能とされている。また、樹脂封止金型ユニット１０１は、適宜増減可能であり、樹脂封止金型ユニット１０１一台で樹脂封止装置を構成することも可能である。また、３台以上の樹脂封止金型ユニット１０１を並列配置することも可能である。

樹脂供給部１０２は、樹脂封止金型１１０に投入される樹脂が供給される部分である。当該樹脂供給部１０２から供給される樹脂は、例えばペレット状、粉状、粒状、平板状等のさまざまな状態で供給される。当該樹脂供給部１０２から供給される樹脂は、移動ガイド１３０上に配置される樹脂ローダ１２２によって所定のタイミングで樹脂封止金型ユニット１０１における樹脂封止金型１１０に対して供給可能とされている。

一方、基板供給収納部１０３は、半導体チップ等がマウント（搭載）された基板であってこれから樹脂封止されようとする基板が複数収納された供給マガジン１７２と、樹脂封止金型１１０によって樹脂封止された封止後の基板が収納される収納マガジン１７４とが配置されている。両マガジン１７２、１７４は上下に位置を異ならせて配置されており(図２参照)、マガジンエレベータ１７０を介して基板（封止前基板、封止後基板）の出し入れが行われる。また、基板供給収納部１０３には、基板上にマウントされた半導体チップ等の体積を測定し、樹脂供給部１０２に対して供給すべき樹脂の量を伝達する測定部１９０（詳細な構成は後述する）と、供給マガジン１７２から取り出された基板を樹脂封止金型１１０に対して搬送する前に事前に所定の温度に温めておくことが可能なプレヒータ部１８０が備わっている。

また、移動ガイド１３０上には、基板用ローダ・アンローダ１４０が配置されており、封止前基板を樹脂封止金型１１０に対して搬入したり、封止後基板を樹脂封止金型１１０から搬出することが可能とされている。基板用ローダ・アンローダ１４０は、移動ガイド１３０上をＸ方向に自由に移動できると共に、自身の一部（基板搬送部１４３）をＹ方向に進退させることが可能とされている。

<測定部の構成>
測定部１９０は、例えば図３のような構成とされている。

測定部１９０は、供給マガジン１７２から取り出された基板２００を載置する載置台１９２と、当該載置台１９２に基板２００を載置した状態で、基板２００全体を内包するように設けられたカバー１９４とを有している。またこのカバー１９４は、所定のタイミングで自動的に開閉可能とされている。その結果、当該カバー１９４が閉じると独立した密閉空間Ｍが形成される。更にこのカバー１９４には、バルブ１９９を介して真空ポンプ（状態変化手段）１９８が接続されており、当該密閉空間Ｍ内の空気を吸引することが可能とされている。また当該カバー１９４には、バルブ１９７を介して流量計（計測手段）１９６が接続されている。

<樹脂封止装置全体の概略作用>
供給マガジン１７２からマガジンエレベータ１７０によって取り出された基板は、測定部１９０の載置台１９２へと搬送され、当該測定部１９０にて封止のために必要な樹脂の量が判断される（詳細は後述する）。測定後、基板はプレヒータ部１８０へと搬送され、所定の温度にまで加熱される。続いて基板用ローダ・アンローダ１４０に引き渡された後、樹脂封止金型ユニット１０１における樹脂封止金型１１０に搬送され供給される。また所定のタイミングで、樹脂用ローダ１２２によって樹脂供給部１０２から供給された樹脂が樹脂封止金型１１０に対して供給される。ここで供給される樹脂は、測定部１９０にて求められた樹脂量に従って供給される。全ての材料が樹脂封止金型１１０に投入された後、上型１１２と下型１１４とが型閉じされ、樹脂封止が行われる。

樹脂封止が完了した基板は、基板用ローダ・アンローダ１４０によって回収され、基板供給収納部１０３側へと移動する。その後、マガジンエレベータ１７０を介して収納マガジン１７４へと収納される。その後は当該作用を繰り返し行なうことによって封止作業が繰り返される。

<測定部の作用>
測定部１９０の載置台１９２上に基板２００が載置された後、カバー１９２が閉じ、半導体チップ２０２がマウントされた状態の基板２０２全体を内包する密閉空間Ｍが形成される（配置工程）。このときの密閉空間Ｍ内の気圧は外部の気圧（大気圧）と同じである（第１の状態）。またこのとき２つのバルブ１９７、１９９は閉じられている。密閉空間Ｍが形成された後、バルブ１９９が開くと同時に、真空ポンプ１９８の作用によって密閉空間Ｍ内の空気が吸引される（変圧工程）。吸引の程度は基板等の種類に応じて適宜変更可能であるが、ここでは説明および理解容易のため、「全ての空気」が吸引されることを前提に説明する。

真空ポンプ１９８の作用により、密閉空間Ｍ内のすべての空気が吸引された後、バルブ１９９が閉じられる（第２の状態）。その後、他方のバルブ１９７を開けると、流量計１９６を介して当該密閉空間Ｍの外部から空気が流入する（復圧工程）。当該流入は、密閉空間Ｍ内の圧力が外部の圧力（大気圧）と同じになった段階（第１の状態へと戻った段階）で終了する。このとき流入した空気（流体）の流量は、第１の状態から第２の状態へと変化した変化分に相当しており、流量計１９６にて正確に計測されている。このとき流入した空気の量をＸとする。

一方、当該測定部１９０では、事前に半導体チップがマウントされていない状態の基板２００を、上記同様に密閉空間Ｍ内に収容し、計測している。このときの値（流入した空気の量）をＹ（基準値）とする。

そうすると、半導体チップ２０２がマウントされた状態の基板２０２のほうが当該半導体チップ２０２やボンディングワイヤ等（図示していない）の存在分だけ流入する空気の流量は少なくなる。よって、Ｙ＞Ｘという関係となる。即ち、ＹからＸを差し引くことによって、半導体チップ２０２およびボンディングワイヤ等の付属品の体積にのみ依存する「変化分」を算出することができる。

この「変化分」は、樹脂供給部１０２により供給される樹脂を計量する際に利用される。即ち、半導体チップが全くマウントされていない状態で封止に必要な樹脂の量は既知であるため、当該既知量に対して当該算出された「変化分」に相当する樹脂量を差し引くことによって、金型に供給すべき樹脂の量が決定される。

このような方法を採用したことにより、正確な樹脂量の算出が可能となっている。即ち、空気により計測するため、ボンディングワイヤへの乱反射等の影響を受けることも無く、また、半導体チップのみならずボンディングワイヤ等の付属品の体積をも含めた形で「本当に必要な量の樹脂」の算出が可能となっている。加えて、予め記憶してあった「別の」半導体チップの体積を利用して樹脂量を算出するのではなく、まさにこれから封止しなければならない半導体チップそのものの体積を直接計測しているため、「実際にマウントされている半導体チップの体積が何らかの原因で計算上用いられる半導体チップの体積と異なり、正確な容量が算出できない」という問題も発生し得ない。

また、上記では最初に密閉空間Ｍ内の空気抜いてからその後流入する空気の量を計測していたが、これとは逆に、密閉空間内に所定の圧力まで空気を流入させ、その後初期圧力に戻るまでに当該密閉空間からどれだけの量の空気が流出するのかを計測することにより計測することも可能である。
なお、密閉空間Ｍ内の気体の「第１の状態」から「第２の状態」への変化は、圧力の変化に限らず、密閉空間内の気体の温度もパラメータとして利用する。

また、予め既知の体積の半導体チップを搭載したサンプル基板を複数（それぞれ体積がことなるように）用意しておき、それぞれの基板の「変化分」を記憶しておくことによって、測定することも可能である。即ち、予め記憶された変化分との対応関係を判断することによって、基板上にマウントされている半導体チップやボンディングワイヤ等の体積を導くことも可能である。

また、上記の実施形態では、真空ポンプと流量計とが密閉空間Ｍに別のラインで（並列に）接続されていたが、例えば図４に示すように直列的に接続されていてもよい。

また、真空ポンプによる空気の吸引時および密閉空間への空気の流入時の双方の時点にて空気の流量を計測し、例えばその平均値を用いることでより精度の高い計測を行うことも可能である。

また、密閉空間は、必ずしも基板全体を全て覆う形で形成されていなくとも良く、例えば図５に示したように、基板の表面の一部のみを覆うように形成されていてもよい。要は、半導体チップやボンディングワイヤ等の付属品がマウントされる位置さえ全て含む形で密閉空間が成形されていればよい。

半導体チップを樹脂にて封止する方法として、樹脂封止形式を問わずに広く適用することが可能である。

樹脂封止装置１００の概略平面構成図 同概略正面構成図 測定部の第１の構成例を示した図 測定部の第２の構成例を示した図 測定部の第３の構成例を示した図

符号の説明

１００…樹脂封止装置
１０１…樹脂封止金型ユニット
１０２…樹脂供給部
１０３…基板供給収納部
１１０…樹脂封止金型
１１２…上型
１１４…下型
１２２…樹脂ローダ
１３０…移動ガイド
１４０…基板用ローダ・アンローダ
１４２…フィルム搬送部
１４３…基板搬送部
１５０…フィルム供給機構
１７０…マガジンエレベータ
１７２…（基板）供給マガジン
１７４…（基板）収納マガジン
１８０…プレヒータ部
１９０…測定部
１９２…載置台
１９４…カバー
１９６…流量計
１９７、１９９…バルブ
１９８…真空ポンプ
２００…基板
２０２…半導体チップ

Claims (5)

1. 基板上にマウントされた半導体チップを樹脂にて封止する樹脂封止方法であって、
   所定の密閉空間内に前記半導体チップがマウントされた基板を配置する配置工程と、
   前記密閉空間に対する気体の流入及び／又は流出により該密閉空間内の気体を第１の状態から第２の状態へと変化させる状態変化工程と、
   前記状態変化工程により変化した該気体の圧力及び温度の変化分に相当する気体量を、大気圧を基準として計測する計測工程と、
   計測された前記気体量から金型内に投入する樹脂量を算出する算出工程と、を含み、
   前記算出工程が、前記気体量と別途取得した基準値とを比較する比較工程を含む
   ことを特徴とする樹脂封止方法。
2. 請求項１において、
   前記基準値は、
   前記半導体チップがマウントされていない状態の前記基板を前記密閉空間内に配置した上で、
   同様の条件の下で計測された前記気体量の値である
   ことを特徴とする樹脂封止方法。
3. 請求項１または２において、
   前記状態変化工程が、前記密閉空間に対する前記気体の出し入れにより前記密閉空間内の圧力を所定の圧力にまで変化させる変圧工程と、変化後の前記空間内の圧力を前記気体の出し入れにより変化前の圧力側に戻す復圧工程と、を有し、
   前記計測工程が、前記変圧工程または前記復圧工程の少なくとも一方の工程にて出し入れされた前記気体の流量を計測する流量計測工程を有する
   ことを特徴とする樹脂封止方法。
4. 基板上にマウントされた半導体チップを樹脂にて封止する樹脂封止装置であって、
   前記半導体チップがマウントされた基板を収容可能な密閉空間と、
   該密閉空間に対する気体の流入及び／又は流出により該密閉空間内の気体を第１の状態から第２の状態へと変化させることが可能な状態変化手段と、
   前記状態変化手段により変化した該気体の圧力及び温度の変化分に相当する気体量を、大気圧を基準として計測可能な計測手段と、
   計測された前記気体量から金型内に投入する樹脂量を算出する算出手段と、を備え、
   前記算出手段が、前記気体量と別途取得した基準値とを比較する
   ことを特徴とする樹脂封止装置。
5. 請求項４において、
   前記状態変化手段が、前記密閉空間に接続された真空ポンプであり、
   前記計測手段が、前記密閉空間に接続された流量計を有する
   ことを特徴とする樹脂封止装置。

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