JP5343939B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に半導体チップを樹脂で封止する半導体装置の製造方法に関する。

パワー半導体チップを基板上に搭載した半導体装置の製造において、当該パワー半導体チップを樹脂で封止するために、例えば、次のような方法が行われる。
図１９は、半導体装置のトランスファモールド成形法による樹脂封止を説明するための図である。なお、図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）は、それぞれ異なる封止装置を表している。

まず、封止装置１００では、図１９（Ａ）に示されるように、カル部１０１は、ゲート部１０３を具備するランナ部１０２を介して、金型のキャビティ部１０４に接続されている。また、キャビティ部１０４には、リードフレーム１０５に載置された半導体チップ等が設置されている。

このような封止装置１００では、図示しないポット部にセットした固形樹脂が加熱されて溶融し、溶融した樹脂１０６がポット部からカル部１０１に供給される。そして、溶融された樹脂１０６はカル部１０１からランナ部１０２を移送し、図１９（Ａ）中の左側のゲート部１０３から順にキャビティ部１０４内にそれぞれ注入されて、半導体チップが樹脂で封止される。

封止した樹脂を硬化した後、リードフレーム１０５を切り離すことにより、半導体チップが樹脂で封止された半導体装置が製造される。この時、リードフレーム１０５が切り離された後に残ったカル部１０１、ランナ部１０２及びゲート部１０３は廃棄されるため、樹脂封止に利用される樹脂量の５０％程度が利用されずに廃棄される（樹脂効率５０％程度）ことになる。

次に、封止装置２００では、図１９（Ｂ）に示されるように、カル部２０１は、ランナ部２０２を介して、半導体チップ１４０が載置され半導体チップ１４０とワイヤ１５０で電気的に接続された基板１１０が設置された金型のキャビティ部２０４に接続されている。

この場合も、封止装置２００では、図示しないポット部にセットされた固形樹脂が溶融されると、溶融された樹脂２０６はポット部からカル部２０１に供給される。そして、溶融された樹脂２０６はカル部２０１からランナ部２０２を移送し、キャビティ部２０４内にそれぞれ注入されて、基板１１０上の半導体チップ１４０及びワイヤ１５０が樹脂で封止される。

封止した樹脂を硬化した後、基板１１０を切り離し、切り離した基板１１０の半導体チップ１４０の搭載面の裏面にはんだバンプを取りつけて、ダイシングにより個片化して、半導体装置が製造される。この場合も基板１１０を切り離した後のカル部２０１及びランナ部２０２は廃棄されるものの、封止装置１００と比較すると、樹脂効率は８０〜９０％程度に向上する。

一方、さらなる樹脂効率を向上させる方法として圧縮成型法が利用されている。
図２０は、半導体装置の圧縮成形法による樹脂封止を説明するための図である。なお、図２０（Ａ）は押圧前の、図２０（Ｂ）は押圧後の圧縮成型法による樹脂封止をそれぞれ表している。

封止装置３００は、プレス可動部３０１が枠部３０２の側部に沿って、上部金型３０３に対して図２０中上下動するものである。
このような封止装置３００では、まず、半導体チップ１４０が載置され半導体チップ１４０とワイヤ１５０で電気的に接続された基板１１０がプレス可動部３０１に載置される。そして、基板１１０の半導体チップ１４０及びワイヤ１５０上にセットされた固形樹脂１３０は、上部金型３０３と基板１１０に搭載された半導体チップ１４０及びワイヤ１５０とで挟持される（図２０（Ａ））。

この状態で、固形樹脂１３０を溶融して、プレス可動部３０１を図１３中上方に可動させると、固形樹脂から溶融した樹脂１３１で半導体チップ１４０及びワイヤ１５０が封止される（図２０（Ｂ））。

封止した樹脂を硬化した後、封止装置３００から樹脂封止された基板１１０を取り出して、ダイシングにより個片化して半導体装置が製造される。このような圧縮成型法では、カル部、ランナ部等が不要となり、樹脂効率が１００％となる。

なお、このような圧縮成型法を利用したものとして、例えば、次のような方法がある。まず、下型のキャビティ内の溶融した樹脂に対して、基板をチップが形成されている面を圧縮する方法（特許文献１）、半導体チップをマウントしたリードフレームの表裏側から樹脂シートを圧着させてリードフレームを封止する方法（特許文献２）、また、半導体素子が搭載された配線基板の当該搭載面に対して、封止樹脂を配置した下型半体を移動させて、当該半導体素子を樹脂で封止する方法（特許文献３）等がある。

国際公開第２００６／１００７６５号 特開平８−２７９５２３号公報 特開平１０−１２５７０５号公報

しかし、図２０のような圧縮成型法では、リードフレームと半導体チップとを結線したワイヤ上に固形樹脂を載置するとワイヤが変形してしまう。また、固形樹脂から溶融した樹脂が流動を開始した際に、溶融したばかりの樹脂は粘度が十分に低下していないため、固形樹脂の載置位置周辺のワイヤは変形が生じやすい。

このようにワイヤが変形して、隣接するワイヤと接触した状態、またはワイヤが断線した状態で樹脂封止されると、半導体装置が正常に動作しなくなるという問題点があった。
本願はこのような点に鑑みてなされたものであり、樹脂封止によるワイヤの変形が抑制された半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、半導体チップを樹脂で封止する半導体装置の製造方法が提供される。このような半導体装置の製造方法は、貫通部がダイシングラインに沿って形成された被処理基板に前記半導体チップを搭載し、前記被処理基板と前記半導体チップとを接続部材で電気的に接続し、前記被処理基板を金型のキャビティに収納する工程と、前記被処理基板の前記半導体チップの搭載面の裏面と押圧部材とで固形状樹脂を挟持しつつ加熱して、前記固形状樹脂を前記樹脂に溶融する工程と、前記押圧部材により前記被処理基板の前記裏面側に前記樹脂を押圧し、前記被処理基板の前記裏面と前記押圧部材との間で前記樹脂を流動させて、前記被処理基板の前記裏面側の前記貫通部から前記キャビティ内に前記樹脂を供給して、前記被処理基板の前記搭載面を封止する工程と、を有する。
また、上記目的を達成するために、半導体チップを樹脂で封止する半導体装置の製造方法が提供される。このような半導体装置の製造方法は、貫通部がダイシングラインに沿って形成された被処理基板に前記半導体チップを搭載し、前記被処理基板と前記半導体チップとを接続部材で電気的に接続し、前記被処理基板を金型のキャビティに収納する工程と、前記被処理基板の前記半導体チップの搭載面の裏面側の前記貫通部から前記キャビティ内に樹脂を供給して、前記被処理基板の前記搭載面を封止する工程と、を有する。

上記の半導体装置の製造方法によれば、接続部材の変形が防止され、半導体装置の信頼性が向上する。

第１の実施の形態に係る樹脂封止工程を説明するための概略図である。 第２の実施の形態に係る半導体チップが搭載されたリードフレームの上面図である。 第２の実施の形態に係る半導体チップが搭載されたリードフレームの断面図である。 第２の実施の形態に係るリードフレームがセットされた封止装置の側面図である。 第２の実施の形態に係る封止装置の金型の断面図である。 樹脂タブレットの非加熱側の温度の時間依存性を説明するための図である。 加熱温度における封止樹脂の粘度の時間依存性を説明するための図である。 封止樹脂の粘度のせん断速度依存性を説明するための図である。 第２の実施の形態に係る樹脂封止工程におけるプランジャのストローク量及び樹脂圧の時間依存性を説明するための図である。 第２の実施の形態に係る封止装置による樹脂封止を説明するための図（その１）である。 第２の実施の形態に係る封止装置による樹脂封止を説明するための図（その２）である。 第２の実施の形態に係る封止装置による樹脂封止を説明するための図（その３）である。 第２の実施の形態に係る樹脂で封止されたリードフレームの研削工程を説明するための図である。 第２の実施の形態に係る樹脂で封止されたリードフレームのダイシング工程を説明するための図である。 第２の実施の形態に係る半導体装置を説明するための図である。 第３の実施の形態に係る有機基板を説明するための図である。 第３の実施の形態に係る封止装置にセットした有機基板を説明するための図である。 第３の実施の形態に係る樹脂で封止されたリードフレームのダイシング工程を説明するための図である。 半導体装置のトランスファモールド成形法による樹脂封止を説明するための図である。 半導体装置の圧縮成形法による樹脂封止を説明するための図である。

以下、実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る樹脂封止工程を説明するための概略図である。

第１の実施の形態の樹脂封止方法では、半導体チップが搭載され、半導体チップと電気的に接続部材で接続され、貫通部が形成された被処理基板を金型に配置して、当該被処理基板を金型のキャビティに収納して、半導体チップの搭載面の裏面側の貫通部からキャビティ内に樹脂を供給して、被処理基板の搭載面の半導体チップ及び接続部材を封止するものである。

このような樹脂封止の方法について説明する。
まず、被処理基板１に対して、被処理基板１の両面に貫通する貫通部２を形成しておく。続いて、被処理基板１の一方の面に半導体チップ３を搭載し、当該半導体チップ３と被処理基板１の所定の箇所との間を接続部材である、例えばワイヤ４で電気的に結線する。なお、被処理基板１は、例えば、金属材料または有機材料で構成された基板である。また、接続部材としては、ワイヤ４の他に、導電性を有する金属片のクリップを利用することも可能である。

次いで、このような被処理基板１を、封止装置５にセットする。封止装置５は、金型５ａと、当該金型５ａとキャビティ５ｃを構成し、金型５ａの側部に沿って図１中上下動可能なプランジャ５ｂとを具備する。

このような封止装置５に対して、被処理基板１を金型５ａにセットして、半導体チップ３をキャビティ５ｃに収納する。なお、図１（Ａ）では、被処理基板１を、半導体チップ３を図１中下側に向けた状態で金型５ａにセットして、半導体チップ３をキャビティ５ｃに収納している。また、被処理基板１の裏面（半導体チップ３の搭載面の反対面）と、プランジャ５ｂとの間には固形樹脂６が配置されている。

次に、図１（Ａ）に示される状態において、固形樹脂６を加熱して可塑化する。固形樹脂６から可塑化した樹脂６ａをプランジャ５ｂが被処理基板１の裏面側から搭載面側に押圧する。押圧された樹脂６ａは、プランジャ５ｂと被処理基板１の裏面上との間を流動することで粘度が低下し、図１（Ｂ）に示されるように、被処理基板１の貫通部２からキャビティ５ｃ内に供給される。

プランジャ５ｂの押圧に伴って、粘度が低下した樹脂６ａのキャビティ５ｃ内への供給量も増加する。最終的に、キャビティ５ｃを充填した樹脂６ａを硬化すると、図１（Ｃ）に示されるように、被処理基板１の半導体チップ３及びワイヤ４が硬化樹脂６ｂで封止される。

この後の工程は、硬化樹脂６ｂで樹脂封止された被処理基板１を封止装置５から取り出して、ダイシング処理を行って個片化して、所望の半導体装置を製造することができる。
このように、被処理基板１を金型５ａに配置し、搭載面に搭載された半導体チップ３を金型５ａのキャビティ５ｃに収納し、搭載面の裏面側の貫通部２から樹脂６ａをキャビティ５ｃ内に供給するようにした。これにより、ワイヤ４上に固形樹脂６が配置されないようになる。さらに、固形樹脂６から可塑化された樹脂６ａが被処理基板１の裏面とプランジャ５ｂとの間を流動すると、さらに粘度が低下して、貫通部２からキャビティ５ｃ内に供給されるようになる。この結果、ワイヤ４の変形を防止することができ、被処理基板１の半導体チップ３及びワイヤ４を樹脂６ａで封止することが可能となる。このような樹脂６ａから硬化された硬化樹脂６ｂで封止された被処理基板１から個片化された半導体装置は、ワイヤ４の断線、隣接するワイヤ４の接触が防止されて、信頼性が高まる。

なお、第１の実施の形態では、被処理基板１の半導体チップ３を図１中下向きにして、樹脂６ａを下方に供給した場合について説明した。一方、樹脂６ａを供給する方向は、この場合に限らず、仮に、被処理基板１の半導体チップ３を図１中上向きにすると、樹脂６ａを上方向に供給する場合でも構わない。

以下、この場合について、より具体的に説明する。
［第２の実施の形態］
図２は、第２の実施の形態に係る半導体チップが搭載されたリードフレームの上面図、図３は、第２の実施の形態に係る半導体チップが搭載されたリードフレームの断面図である。なお、図３は、図２の一点鎖線Ｘ−Ｘにおけるリードフレーム１０の断面図を表している。また、図２の矢印Ａ，Ｂは、後述する、樹脂３１を供給する際の貫通孔１１から流入する樹脂３１の流入方向を表している。

リードフレーム１０は、銅等の金属で形成されており、図２に示されるように、貫通孔１１が形成されて、チップ搭載部１２に半導体チップ１４が搭載され、当該半導体チップ１４と外部接続端子部１３とがワイヤ１５で電気的に結線されている。また、リードフレーム１０は、図３に示されるように、チップ搭載部１２と外部接続端子部１３とはその他の部分よりも厚く形成されている。このように、リードフレーム１０には、チップ搭載部１２に搭載された半導体チップ１４と、当該半導体チップ１４とワイヤ１５で電気的に結線されている外部接続端子部１３とを一組として、複数配列されている。なお、リードフレーム１０の半導体チップ１４が搭載されている側を搭載面、搭載されていない側を裏面とする。また、貫通孔１１の詳細については後述する。

また、このようなリードフレーム１０は、例えば、縦×横は、３４ｍｍ程度×８７．５ｍｍ程度であって、厚さは、最厚部で２ｍｍ程度、最薄部で０．５〜１ｍｍ程度である。
次に、このようなリードフレーム１０がセットされて、当該リードフレーム１０の半導体チップ１４及びワイヤ１５を樹脂で封止するための封止装置について説明する。

図４は、第２の実施の形態に係るリードフレームがセットされた封止装置の側面図、図５は、第２の実施の形態に係る封止装置の金型の断面図である。
なお、図５（Ａ）は図４の一点鎖線Ｙ−Ｙの、図５（Ｂ）は図４の一点鎖線Ｚ−Ｚのそれぞれにおける断面図を模式的に表したものである。したがって、図４の破線Ｐ，Ｑは、図５（Ａ）の波線Ｐ，Ｑに、図４の破線Ｒ，Ｓは図５（Ｂ）の破線Ｒ，Ｓにそれぞれ対応している。

封止装置２０は、上部金型２１と、当該上部金型２１と合わさってキャビティ２０ａを構成する下部金型２２とを具備しており、下部金型２２の開口部２２ａには開口部２２ａの側部に沿って、図４中上下動可能なプランジャ２３が設置されている。なお、プランジャ２３には図示しない圧力センサ付きのサーボモータが設置されている。サーボモータではプランジャ２３の上下動の速度、ストローク量等を自由に制御し、圧力センサではプランジャ２３を介して、後述する押圧した樹脂３１からの圧力（樹脂圧）を検出することができる。また、プランジャ２３上に樹脂封止に用いられる樹脂タブレット３０がセットされる。

上部金型２１は、下部金型２２との間にリードフレーム１０をセットした際に、リードフレーム１０（図２の破線の楕円領域）を支持する支持部２１ａと、キャビティ２０ａに突出するエジェクタピン２１ｂとがそれぞれ複数形成されている。

支持部２１ａは、キャビティ２０ａ内に樹脂３１を供給する（図９〜図１１参照）ためにプランジャ２３から樹脂３１への押圧による、リードフレーム１０の上部金型２１側への撓みを抑制するものである。支持部２１ａがプランジャ２３の押圧によるリードフレーム１０の変形を防止することができる。

なお、プランジャ２３の押圧によるリードフレーム１０の撓みを防止するために、支持部２１ａの形成以外には、サーボモータの圧力センサによって検知した樹脂３１の硬さ及び反発力を利用する方法がある。この場合には、プランジャ２３を介して検知された樹脂３１からの反発力が大きい場合には、プランジャ２３の押圧速度を遅くして、樹脂３１を可塑化させて低粘度化して反発力が小さくなった時点で押圧速度を速めて、リードフレーム１０の撓みを防止しつつ、樹脂３１を供給することが可能となる。また、別の方法としては、リードフレーム１０の厚さを厚くすることにより、リードフレーム１０の剛性が高まり、変形しにくくする方法がある。例えば、リードフレーム１０が２列×５組並列に対応した面積であって、厚さが２ｍｍ程度あれば、変形しにくくなり、支持部２１ａが不要となる。このように支持部２１ａが不要になると、上部金型２１の構成が簡略化されて、上部金型２１を容易に製造できるようになる。

エジェクタピン２１ｂは、リードフレーム１０の半導体チップ１４等を後述する硬化樹脂３２で封止して（図１１参照）、下部金型２２が取り外された後に、キャビティ２０ａ側に突出して、封止装置２０から硬化樹脂３２で封止されたリードフレーム１０を取り外すことができる。

また、このような構成の封止装置２０は、樹脂タブレット３０を加熱して樹脂３１に可塑化することができる。加熱の方法としては、まず、加熱した上部金型２１及び下部金型２２からの熱伝導によりリードフレーム１０を加熱し、また、樹脂タブレット３０がセットされたプランジャ２３も加熱する。プランジャ２３をリードフレーム１０側に移動して樹脂タブレット３０を加熱されたリードフレーム１０と狭持することで、樹脂タブレット３０を両側から加熱して、可塑化を早めることができる。

なお、下部金型２２の図５（Ｂ）に示される図５中縦方向のそれぞれ長さは、ａ１は２４ｍｍ程度、ｂ１は３４ｍｍ程度、ｃ１は５４ｍｍ程度である。図５中横方向のそれぞれの長さは、ａ２は７７．５ｍｍ程度、ｂ２は８７．５ｍｍ程度、ｃ２は１０７．５ｍｍ程度である。

また、封止に用いる樹脂タブレット３０について説明する。
図６は、樹脂タブレットの非加熱側の温度の時間依存性を説明するための図である。
なお、図６（Ａ）は樹脂タブレット３０の断面模式図を、図６（Ｂ）は樹脂タブレット３０の厚さが６ｍｍの場合の非加熱側の温度を、図６（Ｃ）は樹脂タブレット３０の厚さが１ｍｍの場合の非加熱側の温度をそれぞれ表している。

なお、樹脂タブレット３０は、例えば、エポシキ樹脂、フェノール硬化剤及び無機フィラ（シリカ）により構成されて、熱硬化性を有する。
まず、図６（Ａ）に示されるような円柱状の樹脂タブレット３０を片側（加熱側）から１７５℃で加熱した場合、加熱側と、加熱しない側（非加熱側）とでは温度差が生じる。

以下では、さらに樹脂タブレット３０の厚さに応じた、非加熱側の温度の時間依存性について説明する。なお、樹脂タブレット３０の溶融温度は１６０℃程度である。
まず、樹脂タブレット３０の厚さが６ｍｍ程度の場合について説明する。

この場合、加熱側を１７５℃で加熱すると、非加熱側の温度は、図６（Ｂ）に示されるように、時間の増加と共に、増加していることが分かる。しかしながら、加熱して６０秒経っても、非加熱側の温度は１３０℃にも達しておらず、溶融温度である１６０℃に達することができなかった。

一方、樹脂タブレット３０の厚さが１ｍｍ程度の場合について説明する。
この場合、１７５℃で加熱側を加熱すると、非加熱側の温度は、図６（Ｃ）に示されるように、加熱を始めて、６秒程度で１６０℃に達する。その後、非加熱側の温度は、引き続き上昇し、約１２秒を超えると、一定となっている。

このような結果を踏まえて、後述する樹脂封止工程では、封止装置２０には、厚さが２ｍｍ程度の樹脂タブレット３０を用いて、樹脂タブレット３０を、加熱したリードフレーム１０とプランジャ２３とで狭持して両側から加熱して数秒で溶融させるようにする。

また、熱硬化性の樹脂タブレット３０を加熱して可塑化した樹脂３１の粘度について説明する。
図７は、加熱温度における封止樹脂の粘度の時間依存性を説明するための図である。

なお、図７は、横軸は時間（秒）を、縦軸は粘度（ｐｏｉｓｅ）をそれぞれ表している。また、樹脂タブレット３０に対する加熱温度が、□（四角）印は１６５℃、○（丸）印は１７５℃、△（三角）印は１８５℃の場合をそれぞれ表している。

まず、各温度の場合において、樹脂タブレット３０が加熱によって溶融した樹脂３１は時間の経過に伴って粘度が一旦低下している。その後も加熱を続けると、化学反応により分子量が増加して、非可逆的に粘度が上昇している。また、加熱温度が高くなるほど、最低粘度が小さくなり、最低粘度に達するまでの時間も短くなっている。

なお、後述する樹脂封止工程では、一例として、加熱温度を１７５℃程度とする。
さらに、樹脂タブレット３０を加熱して可塑化した樹脂３１について説明する。
まず、可塑化した樹脂３１の粘度と、せん断速度との一般的な関係について説明する。

図８は、封止樹脂の粘度のせん断速度依存性を説明するための図である。
なお、横軸はせん断速度（ｓ^-1）を、縦軸は粘度をそれぞれ表している。また、モールド金型における樹脂３１が通過する際のせん断速度の範囲が記されている。特に、モールド金型のキャビティ内の樹脂３１のせん断速度は５０ｓ^-1程度であって、ゲート部の樹脂３１のせん断速度は１０００〜２０００ｓ^-1程度である。

図８によれば、樹脂３１の粘度は、せん断速度に応じて変化することが分かる。即ち、せん断速度が増加するにつれて、樹脂３１の粘度は減少している。このことから、モールド金型のゲート部を通過する樹脂３１のせん断速度は、ゲート部の方がキャビティ内よりもより狭いため、キャビティ内を流動する樹脂３１のせん断速度よりも大きくなり、ゲート部を通過する樹脂３１の粘度の方がキャビティ内を流動する場合よりも小さくなっている。

ところで、後述する（図１０及び図１１参照）ように、樹脂タブレット３０から可塑化した樹脂３１は、プランジャ２３により押圧されて、プランジャ２３とリードフレーム１０の裏面との間を流動して、リードフレーム１０に形成した貫通孔１１に流れ込む。ここで、貫通孔１１を半径Ｒの円管とした場合、当該円管におけるせん断速度γは次の式（１）で表すことができる。

γ＝４Ｑ／（πＲ³）・・・・（１）
但し、Ｑ＝ｄ・Ｓ／ｔ
（Ｑ：流量、ｄ：ピストン移動量、Ｓ：ピストン断面積、ｔ：測定時間）
そして、管壁における真のせん断速度γｗは次の式（２）で表すことができる。

γｗ＝（３ｎ＋１／４ｎ）・（４Ｑ／（πＲ³））・・・・（２）
ここで、ｎは次の式（３）で表され、構造粘性指数と呼ばれ、ニュートン流体（ｎ＝１）からのずれを示す。

ｎ＝ｄｌｏｇ（τ）／（ｄｌｏｇ（γ））・・・・（３）
但し、τ＝ＰＲ／（２Ｌ）
（τ：せん断応力、Ｐ：円管流路両端の圧力差、Ｌ：円管の長さ）
また、一般に高分子溶融体では、式（３）において、ｎ＜１（チキソロトピック流体）となり、樹脂３１の粘度ηは次の式（４）で表され、図８に示すようにせん断速度の増加と共に樹脂の粘度ηは低下するようになる。

η＝τ／γｗ＝π・ｎ・Ｐ・Ｒ⁴／（２（３ｎ＋１）Ｌ・Ｑ）・・・・（４）
樹脂タブレット３０から可塑化した樹脂３１は、プランジャ２３で押圧されるとプランジャ２３とリードフレーム１０の裏面との間を流動し、流量Ｑが増加するため、式（４）から、粘度ηが低減する。さらに、プランジャ２３とリードフレーム１０の裏面との間を流動する樹脂３１は、リードフレーム１０の貫通孔１１を通過する際には、貫通孔１１の通過の前後でＲが小さくなるために、式（４）から、さらに低粘度化する。

次に、このような封止装置２０によるリードフレーム１０の樹脂封止工程について説明する。
図９は、第２の実施の形態に係る樹脂封止工程におけるプランジャのストローク量及び樹脂圧の時間依存性を説明するための図である。

なお、図９は、横軸はプランジャ２３を移動開始してからの時間（秒）を、縦軸はストローク量（ｍｍ）及び樹脂圧（ｋｇｆ／ｃｍ²）をそれぞれ表している。また、グラフの破線はストローク量、実線は樹脂圧に対応している。

図９では、封止装置２０でリードフレーム１０の半導体チップ１４等の樹脂封止を行った際のプランジャ２３のストローク量及びその際の樹脂３１からの樹脂圧の変化をそれぞれ表している。なお、ストローク量とは、プランジャ２３の所定位置からの移動距離であり、移動したプランジャ２３がリードフレーム１０の裏面に接触した位置がストローク量の最大値となる。

以下では、図９の時間（Ｉ）〜（ＩＩＩ）ごとの樹脂封止工程について説明する。
図１０〜図１２は、第２の実施の形態に係る封止装置による樹脂封止を説明するための図である。

まず、樹脂封止の初期準備として、図４で説明したように、封止装置２０に半導体チップ１４が搭載され、当該半導体チップ１４とワイヤ１５で電気的に結線したリードフレーム１０を所定位置にセットすると共に、プランジャ２３に厚さ２ｍｍ程度の樹脂タブレット３０を配置する。そして、上部金型２１及び下部金型２２を加熱してリードフレーム１０と、プランジャ２３とを１７５℃で約５秒程度加熱する。

初期準備の終了後、サーボモータを駆動して、プランジャ２３をリードフレーム１０側に移動させると、図９の時間（Ｉ）に示されるように、一定の割合でストローク量は増加する。なお、ストローク量は所定の割合で最大値まで増加するものとする。プランジャ２３のストローク量が増加して、プランジャ２３上の樹脂タブレット３０がリードフレーム１０の裏面に接触するまでは樹脂圧はほぼゼロのままである（図９の時間（Ｉ））。

プランジャ２３上の樹脂タブレット３０がリードフレーム１０の裏面に接触すると、樹脂タブレット３０は加熱されたリードフレーム１０とプランジャ２３とに狭持されて、樹脂３１は可塑化する。可塑化した樹脂３１がプランジャ２３に押圧されると、図１０に示されるように、樹脂３１はプランジャ２３とリードフレーム１０の裏面との間を流動して、プランジャ２３とリードフレーム１０との間を充填する。プランジャ２３により押圧された樹脂３１は流速が増加して流動することにより流量が増加するため、式（４）に基づき、粘度が低下する。

また、プランジャ２３は、可塑化した樹脂３１を押圧することにより樹脂３１から樹脂圧を受けるようになり、当該樹脂圧は、ストローク量と共に増加する（図９の時間（ＩＩ））。

なお、封止装置２０により樹脂３１（または樹脂タブレット３０）に対する加熱温度は１７５℃であるため、図７の結果を踏まえると、樹脂３１が最低粘度に達するまでの９秒程度の間に、図１０に示したように、プランジャ２３とリードフレーム１０の裏面との間の空間を流動させて充填させることが望ましい。

プランジャ２３とリードフレーム１０の裏面との間を流動した樹脂３１は粘度が低下して、図１１に示されるように、リードフレーム１０の貫通孔１１に流れ込み、樹脂３１のせん断速度（せん断応力）が増加して、さらに低粘度化する。低粘度化した樹脂３１はリードフレーム１０の半導体チップ１４の搭載面側に供給されて、リードフレーム１０の搭載面側とキャビティ２０ａとの間の空間を充填する。

ストローク量と共に増加した樹脂圧は、樹脂３１が貫通孔１１に流れ込んで低粘度化することにより、一旦、低下してしまう（図９のＣ点）。その後、樹脂３１が搭載面側に供給され始めると、樹脂圧は増加して、ほぼ一定値になり、ほぼ一定となった樹脂圧が、樹脂３１のキャビティ２０ａ内の充填が完了するまで（図９のＤ点）ほぼ維持される（図９の時間（ＩＩＩ））。

なお、図７の結果を踏まえると、一旦低下した（最低粘度に達した）樹脂３１は時間と共に粘度が増加するために、できる限り素早く樹脂３１を貫通孔１１からリードフレーム１０の載置面側に供給することが望ましい。

また、式（４）から、貫通孔１１の通過の前後で、より低粘度化された樹脂３１がリードフレーム１０の搭載面側に流れ込むため、半導体チップ１４側のワイヤ１５が変形しにくくなる。このように貫通孔１１の大きさは、式（４）に基づいて、ワイヤ１５が変形しない粘度に調整することができる。

そして、この時のワイヤ１５の変形抗力Ｄは次の式（５）で表される。
Ｄ＝κ・Ｃｄ・η・Ｖ²・Ｓ・・・・（５）
（κ：定数、Ｃｄ：抗力係数、η：樹脂の粘度、Ｖ：流速、Ｓ：ワイヤ１５の投影面積）
ワイヤ１５の変形抗力Ｄは、式（５）から、樹脂の粘度ηまたは流速Ｖの２乗に比例して大きくなる。なお、貫通孔の面積が小さくなると、流速Ｖが速くなることもあり（ポワズイユ則）、貫通孔の面積が小さくなると、ワイヤ１５の変形抗力Ｄが大きくなる。

そこで、貫通孔１１の形状は、流速Ｖの増加を抑制するためには、円形よりも大きく面積を取れるスリット状に形成することが望ましい。
さらに、このような貫通孔１１は、ダイシングラインに沿って形成することにより、ダイシング時の切削の負担を低減することが可能となる。

このため、貫通孔１１は、図２に示したように、スリット状にダイシングラインに沿って形成することが望ましい。
なお、第２の実施の形態のように、サーボモータに圧力センサが具備されていれば、樹脂圧に応じて、サーボモータによるプランジャ２３の速度制御が可能になるために、貫通孔１１の形成位置は、ダイシングラインに沿ってさえいれば考慮する必要はない。

一方、圧力センサが具備されていない場合、ワイヤ１５の投影面積Ｓは、ワイヤ１５の結線方向に対して樹脂３１が略垂直に流入（図２中の矢印Ａ方向）したときに最大となり、式（５）に基づき、ワイヤ１５の変形抗力Ｄも大きくなり、ワイヤ１５は最も変形し易くなる。また、投影面積Ｓは、ワイヤ１５の結線方向に対して略平行に樹脂３１が流入する場合（図２中の矢印Ｂ方向）に最小となり、式（５）に基づき、ワイヤ１５の変形抗力Ｄも小さくなり、ワイヤ１５は最も変形しにくくなる。したがって、投影面積Ｓができるだけ小さくなるように、スリット状の貫通孔１１の長手方向がワイヤ１５の結線方向と略垂直になるように、貫通孔１１を配置することが望ましい。

その後、プランジャ２３の押圧により、リードフレーム１０とキャビティ２０ａとの間の空間が樹脂３１で充填されると、樹脂圧は、急激に上昇する。これは、プランジャ２３の押圧によりキャビティ２０ａ内のボイドが潰されて、キャビティ２０ａ内の樹脂３１の密度が向上することによる。

樹脂３１でリードフレーム１０の搭載面側とキャビティ２０ａとの間の空間を充填して、１７５℃のオーブンで加熱して樹脂３１を硬化すると、図１２に示されるように、リードフレーム１０のチップ搭載部１２上の半導体チップ１４、外部接続端子部１３及びワイヤ１５が硬化樹脂３２で封止される。

次いで、このように硬化樹脂３２で封止されたリードフレーム１０に対する研削工程及びダイシング工程について説明する。
図１３は、第２の実施の形態に係る樹脂で封止されたリードフレームの研削工程を説明するための図である。

硬化樹脂３２で封止されたリードフレーム１０を、エジェクタピン２１ｂを利用して、封止装置２０から取り出し、図１３に示されるように、リードフレーム１０の裏面側からグラインダ４１で研削する。リードフレーム１０の裏面側並びに貫通孔１１に露出している樹脂３２を研削し、リードフレーム１０が所定の厚さになるまで研削する。この研削により、リードフレーム１０のチップ搭載部１２と外部接続端子部１３が連続していた部分も研削・除去され、チップ搭載部１２と外部接続端子部１３が分離される。

図１４は、第２の実施の形態に係る樹脂で封止されたリードフレームのダイシング工程を説明するための図、図１５は第２の実施の形態に係る半導体装置を説明するための図である。

最終的に、研削したリードフレーム１０の裏面にはんだめっき１６を形成して、図１４に示されるように、ダイサー４２でリードフレーム１０をダイシングする。
以上により、図１５に示されるように、半導体チップ１４が硬化樹脂３２で樹脂封止されたリードフレーム１０が個片化されて、半導体装置１７を製造することができる。

このように、リードフレーム１０を封止装置２０内に配置し、搭載面に搭載された半導体チップ１４を上部金型２１及び下部金型２２で構成されるキャビティ２０ａに収納し、搭載面の裏面側の貫通孔１１から樹脂３１をキャビティ２０ａ内に供給するようにした。これにより、ワイヤ１５上に樹脂タブレット３０が配置されないようになる。さらに、樹脂タブレット３０から可塑化された樹脂３１がリードフレーム１０の裏面とプランジャ２３との間を流動すると、さらに粘度が低下して、貫通孔１１からキャビティ２０ａ内に供給されるようになる。この結果、ワイヤ１５の変形を防止して、リードフレーム１０の半導体チップ１４及びワイヤ１５を樹脂３１で封止することが可能となる。このような樹脂３１から硬化された硬化樹脂３２で封止されたリードフレーム１０から個片化された半導体装置１７は、ワイヤ１５の断線、隣接するワイヤ１５の接触が防止されて、信頼性が高まる。

また、研削工程及びダイシング工程（図１３〜図１５）で、硬化樹脂３２の研削・ダイシング屑が発生するものの、樹脂効率はほぼ１００％とすることができる。
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、有機基板の場合を例に挙げて説明する。

図１６は、第３の実施の形態に係る有機基板を説明するための図である。
なお、図１６（Ａ）は有機基板の裏面の平面図、図１６（Ｂ）は有機基板の裏面にフィルムを貼付した平面図、図１６（Ｃ）は貫通孔を形成した有機基板の裏面の平面図をそれぞれ表している。

有機基板５０には、搭載面には半導体チップ１４と、半導体チップ１４とワイヤ１５で電気的に結線されて（図１７）、裏面には電極５４が格子状に形成されている。このような有機基板５０は、製造コストが低く、高密度実装が可能である。

このような有機基板５０に対して樹脂封止を行うために、まず、図１６（Ｂ）に示されるように、裏面にフィルム５６を貼付する。
次いで、図１６（Ｃ）に示されるように、有機基板５０のダイシングライン上にスリット状の貫通孔５１を格子状に形成する。

次に、封止装置２０に有機基板５０をセットして、封止装置２０により樹脂封止を実行する。
図１７は、第３の実施の形態に係る封止装置にセットした有機基板を説明するための図である。なお、有機基板５０の裏面に形成された電極５４は、封止樹脂の電極５４への付着を防止するためにフィルム５６で覆われている。

有機基板５０を、有機基板５０に貼付したフィルム５６がプランジャ２３と対向するように、封止装置２０の所定位置にセットする。
封止装置２０による樹脂封止工程は、第２の実施の形態と同様に、プランジャ２３上に樹脂タブレット３０を配置して、上部金型２１及び下部金型２２を加熱して有機基板５０と、プランジャ２３とを加熱する。

プランジャ２３を有機基板５０側に移動させて樹脂タブレット３０から可塑化された樹脂３１を押圧して、図１７に示されるように、樹脂３１はプランジャ２３と有機基板５０の裏面との間を流動して、プランジャ２３と有機基板５０との間を充填する。樹脂３１は流動することで粘度が低下する。

プランジャ２３と有機基板５０の裏面との間を流動した樹脂３１は、粘度が低下すると有機基板５０の貫通孔５１に流れ込み、樹脂３１のせん断応力が負荷されて、さらに低粘度化する。低粘度化された樹脂３１は有機基板５０の半導体チップ１４の搭載面側に供給されて、有機基板５０の搭載面側とキャビティ２０ａとの間の空間を充填する。

以後は、第２の実施の形態と同様にして、有機基板５０上の半導体チップ１４等を樹脂３１から硬化された硬化樹脂３２で封止することができる。
硬化樹脂３２で封止された有機基板５０を封止装置２０からエジェクタピン２１ｂを利用して取り外して、引き続き、次の処理を行う。

図１８は、第３の実施の形態に係る樹脂で封止されたリードフレームのダイシング工程を説明するための図である。
なお、図１８（Ａ）は樹脂封止された有機基板５０の裏面からフィルム５６を剥がした平面図、図１８（Ｂ）は樹脂封止された有機基板５０を個片化した裏面の平面図をそれぞれ表している。また、図１８中上下方向をｙ方向、左右方向をｘ方向とする。

硬化樹脂３２で封止された有機基板５０の裏面からフィルム５６を剥がすと、図１８（Ａ）に示されるように、貫通孔５１に充填された硬化樹脂３２が残存する。
図１４に示したようにダイサー４２により、有機基板５０を、ｙ方向の全てのダイシングライン上の貫通孔５１及び硬化樹脂３２をダイシングする。そして、ダイサー４２の進行方向を９０度回転して、Ｘ方向の全てのダイシングラインに沿ってダイシングして、有機基板５０を個片化して、図１８（Ｂ）に示されるように、半導体装置５７を製造することができる。

このように、有機基板５０を封止装置２０内に配置し、搭載面に搭載された半導体チップ１４を上部金型２１及び下部金型２２で構成されるキャビティ２０ａに収納し、搭載面の裏面側の貫通孔５１から樹脂３１をキャビティ２０ａ内に供給するようにした。これにより、ワイヤ１５上に樹脂タブレット３０が配置されないようになる。さらに、樹脂タブレット３０から可塑化された樹脂３１が有機基板５０の裏面とプランジャ２３との間を流動すると、さらに粘度が低下して、貫通孔５１からキャビティ２０ａ内に供給されるようになる。この結果、ワイヤ１５の変形を防止して、有機基板５０の半導体チップ１４及びワイヤ１５を樹脂３１で封止することが可能となる。このような樹脂３１から硬化された硬化樹脂３２で封止された有機基板５０から個片化された半導体装置５７は、ワイヤ１５の断線、隣接するワイヤ１５の接触が防止されて、信頼性が高まる。

また、ダイシング工程（図１８）で、硬化樹脂３２のダイシング屑が発生するものの、樹脂効率はほぼ１００％とすることができる。

１ 被処理基板
２ 貫通部
３，１４ 半導体チップ
４，１５ ワイヤ
５，２０ 封止装置
５ａ 金型
５ｂ，２３ プランジャ
５ｃ，２０ａ キャビティ
６ 固形樹脂
６ａ，３１ 樹脂
６ｂ，３２ 硬化樹脂
１０ リードフレーム
１１，５１ 貫通孔
１２ チップ搭載部
１３ 外部接続端子部
１６ はんだめっき
１７，５７ 半導体装置
２１ 上部金型
２１ａ 支持部
２１ｂ エジェクタピン
２２ 下部金型
２２ａ 開口部
３０ 樹脂タブレット
４１ グラインド
４２ ダイサー
５０ 有機基板
５４ 電極
５６ フィルム

Claims (7)

1. 半導体チップを樹脂で封止する半導体装置の製造方法において、
   貫通部がダイシングラインに沿って形成された被処理基板に前記半導体チップを搭載し、前記被処理基板と前記半導体チップとを接続部材で電気的に接続し、前記被処理基板を金型のキャビティに収納する工程と、
   前記被処理基板の前記半導体チップの搭載面の裏面と押圧部材とで固形状樹脂を挟持しつつ加熱して、前記固形状樹脂を前記樹脂に溶融する工程と、
   前記押圧部材により前記被処理基板の前記裏面側に前記樹脂を押圧し、前記被処理基板の前記裏面と前記押圧部材との間で前記樹脂を流動させて、前記被処理基板の前記裏面側の前記貫通部から前記キャビティ内に前記樹脂を供給して、前記被処理基板の前記搭載面を封止する工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記被処理基板の前記半導体チップが搭載された搭載領域と前記接続部材が接続された接続領域とは、前記被処理基板の他の領域よりも厚く構成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記貫通部は、スリット状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記スリット状の前記貫通部の長手方向は、前記接続部材の前記被処理基板と前記半導体チップとの接続方向と直交方向であり、前記樹脂を前記接続部材に沿わせて流動させる、
   ことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
5. 半導体チップを樹脂で封止する半導体装置の製造方法において、
   貫通部がダイシングラインに沿って形成された被処理基板に前記半導体チップを搭載し、前記被処理基板と前記半導体チップとを接続部材で電気的に接続し、前記被処理基板を金型のキャビティに収納する工程と、
   前記被処理基板の前記半導体チップの搭載面の裏面側の前記貫通部から前記キャビティ内に樹脂を供給して、前記被処理基板の前記搭載面を封止する工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 前記貫通部は、スリット状に形成されていることを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記スリット状の前記貫通部の長手方向は、前記接続部材の前記被処理基板と前記半導体チップとの接続方向と直交方向であり、前記樹脂を前記接続部材に沿わせて流動させる、
   ことを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
   

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