JP6271193B2 - 半導体装置の製造方法、半導体製造装置、および樹脂封止用シート状樹脂 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法、半導体製造装置、および樹脂封止用シート状樹脂に関する。

半導体チップの樹脂封止方式の一つとして圧縮成形方式が知られている。圧縮成形方式は、上型および下型に分かれた金型を用い、上型に封止する半導体チップを配置し、下型に樹脂を配置し、上型と下型とを接近させ、溶融させた下側の樹脂に上側の半導体チップを浸漬させ、圧縮成形することにより樹脂封止を行う方式である。例えば、金型の側面から樹脂を注入するトランスファ成形方式と比較して、圧縮成形方式は、半導体チップを樹脂に浸漬させる際の樹脂流動量が少ないためワイヤが変形しにくく、また、半導体チップの表面全体に樹脂を行き渡らせやすいといった利点がある。

上記圧縮成形方式の際に用いられる樹脂としては、例えば顆粒状樹脂やシート状樹脂などが挙げられる。特にシート状樹脂は、顆粒状樹脂よりも樹脂の厚さの均一性を高めることができ、例えば大型の基板を封止する場合にタクト（ｔａｋｔ ｔｉｍｅ）を向上させることができるために好ましい。

上記樹脂としてシート状樹脂を用いる場合、例えば圧縮成形時のシート状樹脂の溶融が不均一となったり、また圧縮成形後にシミが発生することにより外観品質が低下することがある。また、上記溶融の不均一やシミは、例えば封止する半導体チップのサイズや数が増大するにつれて発生しやすくなる。よって、圧縮成形方式では、シート状樹脂の溶融を均一にし、シミによる外観品質の低下を抑制することが求められる。

特開２００４−１４６５５６号公報

本発明が解決しようとする課題は、シート状樹脂の溶融の不均一およびシミによる外観品質の低下の少なくとも一つを抑制することが可能な半導体装置の製造方法を提供することである。

実施形態の半導体装置の製造方法は、少なくとも貫通孔または非貫通穴の一方を含む凹部を有するシート状樹脂を用意する工程と、圧縮成形用の第１の型内に半導体チップが設けられた回路基材を配置する工程と、圧縮成形用の第２の型内に前記凹部を有するシート状樹脂を前記半導体チップと対向するように配置する工程と、前記凹部を有するシート状樹脂を加熱する工程と、前記第１の型と前記第２の型とを接近させ、加熱されて溶融した溶融樹脂に前記半導体チップを浸漬させて圧縮成形を行うことにより、前記半導体チップを前記溶融樹脂の硬化物で封止する工程と、を具備する。前記凹部を有するシート状樹脂を用意する工程は、供給源となる樹脂の一部を前記シート状樹脂として分離する工程と、前記シート状樹脂の一部をくり抜いて前記凹部を複数形成し、前記シート状樹脂の量を前 記半導体チップの封止に必要な樹脂の量となるように調整する工程とを具備する。前記凹 部の体積は、前記シート状樹脂を前記第２の型に配置する際に残存する空気の気泡の体積 よりも小さく、前記複数の凹部の間隔は、前記空気の気泡の幅よりも狭い。

第１の実施形態における半導体製造装置および半導体装置の製造方法を示す模式図である。 第２の実施形態におけるシート状樹脂の例を示す図である。 第２の実施形態におけるシート状樹脂の例を示す図である。 第２の実施形態におけるシート状樹脂の例を示す図である。 第２の実施形態におけるシート状樹脂の例を示す図である。

以下、実施形態の半導体装置について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、実施形態の半導体製造装置および半導体装置の製造方法を示す模式図である。図１に示す半導体製造装置は、樹脂加工部３１と、圧縮成形部３２と、基板（回路基材）搬送部３３と、樹脂搬送部３４と、を具備する。

樹脂加工部３１では、半導体チップ１８の封止に必要な樹脂の量を計量し、計量した樹脂の量に基づいて供給源となる樹脂１０の一部を分離する。さらに、樹脂加工部３１では、分離したシート状樹脂１に凹部を形成することにより凹部２を有するシート状樹脂１を形成する。

供給源となる樹脂１０としては、例えば板状樹脂またはロール状樹脂を用いることができる。板状樹脂またはロール状樹脂の場合、分離する樹脂の長さによって樹脂の量を調整することができる。図１では、一例としてロール状樹脂を用いた場合について図示している。樹脂１０としては、エポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物等が挙げられる。なお、封止に必要な樹脂量に加工された板状樹脂を樹脂１０として樹脂加工部３１に供給してもよい。

シート状樹脂１の凹部２は、例えば凹部形成器２０を用いて形成される。凹部形成器２０は、例えば図１に示すように、凸部が設けられた構造であって該凸部でシート状樹脂１を押圧することにより凹部２を形成してもよい。なお、これに限定されず、例えば凹部形成器２０を複数の凸部を有するローラーとし、ローラーでシート状樹脂１を延伸させつつ該凸部で押圧することにより凹部２を形成してもよい。また、凹部形成器２０の構造を、シート状樹脂１の一部をくり抜くことができる構造にし、シート状樹脂１の一部をくり抜くことにより凹部を形成してもよい。例えば、多品種の半導体装置を製造する場合、半導体チップのサイズや数によって封止に必要な樹脂量が変化する。このような場合、シート状樹脂１の一部をくり抜いて凹部を形成することにより、必要な樹脂の量になるようにシート状樹脂１の量を調節してもよい。加工されたシート状樹脂１を樹脂加工部３１に供給する場合、凹部２により樹脂量を調整することは有効である。シート状樹脂１を加工して樹脂量を調整することにより、シート状樹脂１の量の微調整が可能になるため、封止の際に余分な樹脂を少なくすることができ、また製造コストを抑えることができる。

凹部２は、特に限定されないが、例えば貫通孔または非貫通穴の少なくとも一方を有することが好ましい。圧縮成形時において、シート状樹脂１の溶融が不均一となったり、また圧縮成形後に大きなシミが発生することにより外観品質が低下する現象が、シート状樹脂１と圧縮成形用の型との間に残存する比較的大きな気泡に起因することが明らかとなった。これに対し、例えば凹部２として貫通孔を設けることにより、圧縮成形の際にシート状樹脂１の下の気泡を逃がすことができる。凹部２として非貫通穴を設けることにより、圧縮成形の際にシート状樹脂１の下に残存する気泡を分散させることができる。図１では、一例として非貫通穴である複数の凹部２を有する場合について図示している。

圧縮成形部３２は、圧縮成形用の型１２および型１３を用いた圧縮成形型と、圧縮成形型を加熱するヒーター１４と、を有する。型１２および型１３によりキャビティが形成される。また、キャビティ部分の側面にはキャビティブロック１６が設けられる。圧縮成形部３２では、型１２と型１３とを接近させて圧縮成形を行うことにより、半導体チップ１８をシート状樹脂１で封止する。なお、図１では、型１２内に半導体チップ１８が設けられた基板１９を配置し、型１３内に凹部２を有するシート状樹脂１を配置する例について示しているが、これに限定されず、型１２内に凹部２を有するシート状樹脂１を配置し、型１３内に半導体チップ１８が設けられた基板１９を配置してもよい。

基板搬送部３３では、半導体チップ１８が設けられた基板１９を型１２および型１３の一方（第１の型）内に配置する。なお、基板１９としては、例えば配線基板やリードフレーム等の回路基材を用いることができる。また、半導体チップ１８は、内部配線を介して回路基材と金属ワイヤ等に電気的に接続されていてもよい。基板搬送部３３には、例えば基板１９の搬送が可能なロボットアーム等を設けてもよい。

樹脂搬送部３４では、半導体チップ１８に対向するように、凹部２を有するシート状樹脂１を型１２および型１３の他方（第２の型）内に配置する。なお、凹部２が貫通孔を有する場合、第２の型に接する面がシート状樹脂１のどちらの面であってもよく、また、凹部２が非貫通穴を有する場合も、第２の型に接する面がシート状樹脂１のどちらの面であってもよい。例えば、第２の型とシート状樹脂１との間に残存する気泡に基づくシート状樹脂１の溶融の不均一化やシミの発生等を抑制するためには、シート状樹脂１の凹部２が形成された面が第２の型に接するように配置されることが好ましい。樹脂搬送部３４には、例えばシート状樹脂１の搬送が可能なロボットアーム等を設けてもよい。

次に、半導体装置の製造方法例について図１を参照して説明する。本実施形態の半導体装置の製造方法は、計量・加工工程、搬送工程、圧縮成形工程に大きく分けることができる。なお、上記半導体製造装置を用いて半導体装置を製造する場合には、該半導体製造装置に制御部を設け、制御部により各工程の動作を制御するものとする。

まず、計量・加工工程では、半導体チップ１８の封止に必要な樹脂の量を計量し、供給源となる樹脂１０から樹脂の一部を分離する。分離したシート状樹脂１に凹部２を形成することにより、凹部２を有するシート状樹脂１を形成する。このとき、凹部形成器２０によりシート状樹脂１の一部をくり抜くことにより樹脂の量を調節してもよい。なお、樹脂加工部３１を設けずに別で凹部２を有するシート状樹脂を予め用意してもよい。

次に、搬送工程では、基板搬送部３３を経由して半導体チップ１８が設けられた基板１９を圧縮成形部３２における第１の型（型１２および型１３の一方）内に配置する。樹脂搬送部３４までは例えばベルトコンベア等を用いてシート状樹脂１を搬送してもよい。樹脂搬送部３４を経由してシート状樹脂１を圧縮成形部３２における第２の型（型１２および型１３の他方）内に配置する。このとき、凹部２を有する面を下にし、かつシート状樹脂１が半導体チップ１８に対向するように、シート状樹脂１を第２の型に配置する。

次に、圧縮成形工程では、ヒーター１４により型１２および型１３を加熱し、シート状樹脂１を溶融することにより溶融樹脂を形成する。さらに、型１２と型１３とを接近させることにより半導体チップ１８を溶融樹脂に浸漬させて圧縮成形を行う。半導体チップ１８を溶融樹脂の硬化物で封止する。樹脂による封止後、ダイシングを行うことで半導体チップ１８毎に個片化することにより半導体装置を得ることができる。

搬送工程でシート状樹脂１を第２の型に配置した際、図１に示すように、第２の型とシート状樹脂１との間に空気の気泡５０が残存する場合がある。シート状樹脂１を溶融させる際の加熱により気泡５０が膨張してしまうと、圧縮成形時に気泡５０により熱伝導が変化しシート状樹脂１の溶融が不均一となり、また圧縮成形後に大きなシミが発生することにより外観品質が低下する。本実施形態では、シート状樹脂１に凹部２を形成しているため、貫通孔により気泡５０を外部に逃がしたり、非貫通穴により気泡５０を複数の凹部２に分散し、気泡５０を小さくすることができる。よって、圧縮成形後に生じるシミによる影響を小さくすることができるため、外観品質を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図２ないし図６は、圧縮成形による樹脂封止用シート状樹脂としての凹部２を有するシート状樹脂１の例を示す図である。なお、凹部２を有するシート状樹脂１は、例えば第１の実施形態の凹部２を有するシート状樹脂１として用いることができる。

図２（Ａ）は、シート状樹脂１の一例の上面を示す上面図であり、図２（Ｂ−１）ないし図２（Ｂ−５）のそれぞれは、図２（Ａ）における線分Ａ−Ｂの断面の一例を示す断面図である。

図２（Ａ）に示すように、シート状樹脂１は、複数の凹部２を有する。凹部２は、図２（Ｂ−１）に示すように、貫通孔であってもよい。また、図２（Ｂ−２）に示すように、凹部２が貫通孔であって貫通孔の径が深さ方向に小さくなっていてもよい。また、図２（Ｂ−３）に示すように、凹部２が非貫通穴であって非貫通穴の径が深さ方向に狭くなっていてもよい。また、図２（Ｂ−４）に示すように、凹部２が非貫通穴であって非貫通穴の径が深さ方向に狭くなり、かつ非貫通穴の周縁が隆起していてもよい。また、図２（Ｂ−５）に示すように、凹部２は、非貫通穴であって非貫通穴の底面が曲面であってもよい。

また、凹部２の体積は、シート状樹脂１を圧縮成形部３２の型１３に配置した際に残存する空気の気泡の体積よりも小さいことが好ましい。また、複数の凹部２の間隔は、空気の気泡の幅よりも狭いことが好ましい。これにより、残存する空気の気泡が一つの凹部２のみに溜まらずに複数の凹部２に分散しやすくなり、残存する空気の気泡を小さくすることができる。よって、圧縮成形後に生じるシミによる影響を小さくすることができるため、外観品質を向上させることができる。

さらに、図２（Ａ）において、複数の凹部２の形状および配置間隔が均一であるがこれに限定されない。図３（Ａ）ないし図３（Ｃ）のそれぞれは、シート状樹脂１における上面の他の例を示す上面図である。

図３（Ａ）に示すように、複数の凹部２の位置は不均一であってもよい。また、図３（Ｂ）に示すように、複数の凹部２の径は不均一であってもよく、例えば中心部の凹部２ａの径を周縁部の凹部２ｂの径よりも大きくしてもよい。これによって、中心部に残存しやすい空気の気泡を凹部２ａおよび凹部２ｂに逃がしやすくすることができるため、残存する空気の気泡を分散させて気泡を小さくすることができる。また、図３（Ｃ）に示すように、中心部の凹部２の数を周縁部の凹部２の数よりも多くしてもよい。これによって、中心部に発生しやすい残存する空気の気泡を凹部２に逃がしやすくすることができるため、気泡による影響を小さくすることができる。また、周縁部の凹部２の数が少ない分、シート状樹脂１の熱伝導性を高めることができる。

また、シート状樹脂１は、図２および図３に示す構成に限定されない。図４（Ａ）は、シート状樹脂１の他の例の上面を示す上面図であり、図４（Ｂ−１）ないし図４（Ｂ−３）のそれぞれは、図４（Ａ）における線分Ｃ−Ｄの断面の一例を示す断面図である。

図４（Ａ）に示すように、シート状樹脂１は、縦横に交差するように延在する格子状に設けられた凹部２を有する。凹部２は、図４（Ｂ−１）に示すように、溝であって溝の幅が深さ方向に狭くなっていてもよい。また、図４（Ｂ−２）に示すように、凹部２が溝であって溝の幅が深さ方向に狭くなり、かつ溝の周縁が隆起してもよい。また、図４（Ｂ−３）に示すように、凹部２が溝であって溝の底面が曲面であってもよい。なお、溝の幅は不均一であってもよい。

さらに、図４（Ａ）において、凹部２が縦横に交差する格子状に形成されているがこれに限定されない。図５（Ａ）ないし図５（Ｃ）のそれぞれは、シート状樹脂１における上面の他の例を示す上面図である。図５（Ａ）に示すように、凹部２を縦方向に延在する格子状に複数設けてもよい。また、図５（Ｂ）に示すように、斜め方向に延在する格子状に複数設けてもよい。また、図５（Ｃ）に示すように、斜め方向に延在する２方向の直線が交差する格子状に凹部２を設けてもよい。

シート状樹脂１に凹部を設けることにより、圧縮成形部の型に配置する際に発生する残存気泡を分散させ、気泡を小さくすることができる。よって、圧縮成形後に生じるシミによる影響を小さくすることができるため、外観品質を向上させることができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…シート状樹脂、２…凹部、２ａ…凹部、２ｂ…凹部、１０…樹脂、１２…型、１３…型、１４…ヒーター、１８…半導体チップ、１９…基板、２０…凹部形成器、３１…樹脂加工部、３２…圧縮成形部、３３…基板搬送部、３４…樹脂搬送部、５０…気泡。

Claims (6)

1. 少なくとも貫通孔または非貫通穴の一方を含む凹部を有するシート状樹脂を用意する工程と、
   圧縮成形用の第１の型内に半導体チップが設けられた回路基材を配置する工程と、
   圧縮成形用の第２の型内に前記凹部を有するシート状樹脂を前記半導体チップと対向するように配置する工程と、
   前記凹部を有するシート状樹脂を加熱する工程と、
   前記第１の型と前記第２の型とを接近させ、加熱されて溶融した溶融樹脂に前記半導体チップを浸漬させて圧縮成形を行うことにより、前記半導体チップを前記溶融樹脂の硬化物で封止する工程と、を具備し、
   前記凹部を有するシート状樹脂を用意する工程は、
   供給源となる樹脂の一部を前記シート状樹脂として分離する工程と、
   前記シート状樹脂の一部をくり抜いて前記凹部を複数形成し、前記シート状樹脂の量を 前記半導体チップの封止に必要な樹脂の量となるように調整する工程とを具備し、
   前記凹部の体積は、前記シート状樹脂を前記第２の型に配置する際に残存する空気の気 泡の体積よりも小さく、前記複数の凹部の間隔は、前記空気の気泡の幅よりも狭い半導体装置の製造方法。
2. 前記凹部は、非貫通穴を有し、
   前記凹部として前記非貫通穴を有するシート状樹脂は、前記非貫通穴が形成された面が前記第２の型と接するように、前記第２の型内に配置される、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記供給源となる樹脂は板状樹脂またはロール状樹脂で有り、前記凹部を有するシート状樹脂を用意する工程は、前記分離される樹脂の長さにより前記分離される樹脂の量を調整する工程を具備する請求項１の半導体装置の製造方法。
4. 前記凹部を複数形成する工程は、
   前記複数の凹部が形成されるシート状樹脂の面の中心部に形成される前記凹部の径を周辺部の凹部の径よりも大きく形成することを備える請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
5. シート状樹脂に少なくとも貫通孔または非貫通穴の一方を含む凹部を形成する樹脂加工部と、
   第１の型および第２の型を有する圧縮成形型と、前記圧縮成形型を加熱する加熱部とを備え、前記第１の型と前記第２の型とを接近させて圧縮成形することにより、前記シート状樹脂で半導体チップを封止する圧縮成形部と、
   前記半導体チップが設けられた回路基材を、前記第１の型内に配置する回路基材搬送部と、
   前記凹部を有するシート状樹脂を、前記半導体チップと対向するように前記第２の型内に配置する樹脂搬送部と、
   を具備し、
   前記樹脂加工部は、
   供給源となる樹脂の一部を前記シート状樹脂として分離し、
   前記シート状樹脂の一部をくり抜いて前記凹部を複数形成し、前記シート状樹脂の量を 前記半導体チップの封止に必要な樹脂の量となるように調整し、
   前記凹部の体積は、前記シート状樹脂を前記第２の型に配置する際に残存する空気の気 泡の体積よりも小さく、前記複数の凹部の間隔は、前記空気の気泡の幅よりも狭い半導体製造装置。
6. 前記供給源となる樹脂は板状樹脂またはロール状樹脂で有り、前記樹脂加工部は、前記分離される樹脂の長さにより前記分離される樹脂の量を調整する請求項５に記載の半導体製造装置。

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