JPH05283456A - 封止用シート、樹脂封止装置および樹脂封止型半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、大型化、薄型化が容易で、信頼性
の高い樹脂封止型半導体装置を提供することを目的とす
る。 【構成】 本発明の第１では、封止樹脂層が切断可能に
支持された長尺状の封止用シートで構成している。また
本発明の第２では、複数の供給リールと、各供給リール
からのシートを巻き取る巻き取りリールと、前記各供給
リールから、封止用樹脂シート、半導体チップの搭載さ
れたリードフレーム、封止用樹脂シートを位置合わせし
つつ重ね合わせて貼着し積層体を形成する貼着部と、貼
着された積層体を加圧しつつ硬化成型せしめる成型部と
を含み、供給リールから供給しつつ封止するようにして
いる。本発明の第３では、前記第２の封止装置を用いて
樹脂封止をおこなう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は樹脂封止型半導体装置お
よび樹脂封止型半導体装置の製造方法に係り、半導体チ
ップを超薄型に封止する樹脂封止に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年半導体装置の高集積化に伴うチップ
の大型化によって、樹脂封止型半導体装置のパッケ―ジ
の大型化が進む一方、実装スペースの微細化にともない
薄型化の傾向を強めており、この傾向は今後益々強くな
っていくと考えられる。また、パッケ―ジの種類も今後
益々多様化し、従来のトランスファ成型法で十分な対応
ができなくなってきている。このような状況の中で、多
品種少量生産ができるフレキシブルな生産様式の開発が
望まれている。

【０００３】例えば、近年の半導体集積回路技術の進歩
は、マイクロプロセッサとその外部とのデータ転送量お
よびスピードの増大への要求を強くしておりこの要求に
いかに答えるかが、マイクロプロセッサを用いたシステ
ムの動作スピード、能力を上げるための重要な課題であ
るといえる。そのために従来から、ウェハスケールイン
テグレーションやマルチチップモジュールなどの高密度
実装技術等の開発が行われているがそれらのいずれもメ
モリチップやロジックチップを２次元平面上に高密度に
実装する技術である。たとえばメモリチップを２次元平
面上に高密度に実装した場合マイクロプロッセッサから
の距離が近いチップと遠いチップとが存在するため、遠
いチップからマイクロプロセッサまでの信号遅延時間が
マイクロプロセッサとメモリチップとのデータ転送スピ
ードを律速することになる。この問題を解決するための
技術としてメモリチップやパッケージを３次元状に厚さ
方向に積層する方法が提案されている。この場合できる
だけ多くのチップを配置するためにはチップの薄型化が
必要となる。

【０００４】ところで従来、樹脂封止型半導体装置はト
ランスファ成型法によって得られていた。この方法は、
エポキシ樹脂および充填剤などを主体にしたエポキシ成
型材料等の未硬化の熱硬化性樹脂を、加熱して溶融さ
せ、トランスファ―成型機を用いて金型に注入し、高温
高圧状態（１６０〜１８０℃，７０〜１００ｋｇ／c
m²）で成型して、硬化することにより、リードフレーム
に搭載された半導体チップを封止する方法である。この
方法で形成される樹脂封止型半導体装置は、半導体チッ
プをエポキシ樹脂組成物が完全に覆うため、信頼性に優
れており、また金型で緻密に成型するため、パッケ―ジ
の外観も良好であることから、現在ではほとんどの樹脂
封止型半導体装置はこの方法で製造されている。

【０００５】しかしながら、未硬化の熱硬化性樹脂をト
ランスファ成型器の金型に注入する方法では薄型の実装
は困難である。

【０００６】またこのようなパッケージをプリント基板
上に実装する場合、プリント基板のパッドに半田ぺース
トをスクリーン印刷し、位置合わせ後にパッケージを搭
載してリフローすることにより固着するという方法がと
られる。この場合個々のリードを半田付けする場合とは
異なり、リフロー時にはパッケージを含めた基板全体が
加熱されることになる。このように全体が２００℃以上
の高温にさらされることにより、チップサイズが大きく
なると封止樹脂内部に吸湿された水分がダイパッドの下
側にある封止樹脂およびチップの上側にある封止樹脂に
クラックを発生させるという問題があった。この樹脂ク
ラックはボンディングワイヤの切断を招いたり半導体チ
ップの耐湿性を劣化させ、その結果半導体装置の信頼性
を著しく劣化させる。

【０００７】このように、従来のトランスファ用エポキ
シ成型材料は、種々の改良にもかかわらず、電子機器の
小型化、薄型化の流れに対応していくのは極めて困難で
あった。

【０００８】さらに、半導体集積回路素子と封止樹脂の
熱膨張率の差に起因する熱応力が、パッケージの大型化
に伴い特に大きくなり、ソルダリングの際の加熱や熱サ
イクル試験によって半導体集積回路素子や封止樹脂にク
ラックが発生するし易くなり、半導体集積回路の大型化
とそれに伴うパッケージの大型化は従来のトランスファ
ー成型用エポキシ樹脂材料の使用を困難にしている。

【０００９】また、半導体デバイスの多ピン化の動向に
対して、従来のトランスファ成型法では、数百ピン以上
のピン数を有するパッケージの製造は困難になってきて
おり、多ピン化に対応できる新しいパッケージの開発が
必要になっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、高密度実
装への要求に応え、パッケージの大型化および薄型化に
備えて、実装が簡単で、自動化が容易な樹脂封止方法が
望まれていた。

【００１１】本発明は、前記実情に鑑みてなされたもの
で、大型化、薄型化が容易で、信頼性の高い樹脂封止型
半導体装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで本発明の第１で
は、封止樹脂層が切断可能に支持された長尺状の封止用
シートで構成している。望ましくは、封止用シートは送
り穴を具備した長尺状体で構成するようにしている。こ
のシートは、中央に封止樹脂層が形成されるか、全面に
樹脂層が形成され、開口部が開けられて切断可能に支持
される。

【００１３】また本発明の第２では、複数の供給リール
と、各供給リールからのシートを巻き取る巻き取りリー
ルと、前記各供給リールから、封止用樹脂シート、半導
体チップの搭載されたリードフレーム、封止用樹脂シー
トを位置合わせしつつ重ね合わせて貼着し積層体を形成
する貼着部と、貼着された積層体を加圧しつつ硬化成型
せしめる成型部とを含み、供給リールから供給しつつ封
止するようにしている。 本発明の第３では、前記第２
の封止装置を用いて樹脂封止をおこなう。

【００１４】ここで封止用樹脂シートとしては、樹脂を
硬化する前のシート状体、例えばガラス繊維等の基体に
樹脂を含浸させたいわゆるプリプレグなどを含めた未架
橋部分を残したシート状体を出発材料として用いること
ができ、半導体チップと共に積層後、硬化成型される。

【００１５】またここで硬化方法としては、熱硬化性樹
脂を加熱して架橋させ硬化させる方法、光硬化性樹脂を
光照射して架橋させ硬化させる方法を用いることがで
き、金型内で一旦溶融させ架橋により硬化させる他、所
望であれば界面のみを溶融させ加圧状態で硬化させ固着
するようにしてもよい。また金型を用い、誘導加熱によ
り樹脂のみを選択的に加熱するようにしてもよい。

【００１６】本発明で使用されるリード構成体の材質、
形状機能は、特に制限されない。封止用樹脂シ―トの材
質については、未硬化の光および熱硬化性樹脂、熱可塑
性樹脂、エンジニアリングプラスチックスなどの樹脂素
材を使用してもよいが、一体成型時の樹脂粘度が低いほ
ど緻密な封止を行うことができる。

【００１７】例えば、熱硬化性樹脂としては、エポキシ
樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、シリコ―ン樹
脂、フェノ―ル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂
などが挙げられる。光硬化性樹脂としては、アクリレー
ト系、ジアゾニウム系、ｏ−キノンアジド類、また感光
性低分子である重クロム酸塩、有機アジド化合物、イオ
ウ化合物などがある。これらの樹脂は単独で用いても、
組み合わせてもよく、またこれらの樹脂の中に硬化剤、
触媒、可塑剤、着色剤、難燃化剤、充填剤、その他各種
添加剤を含有したものでもよい。

【００１８】本発明において用いられる封止用樹脂シ―
トは、例えば以下のような方法で作成することができ
る。エポキシ樹脂、硬化剤、触媒、シリカ粉末、その他
の材料を粉砕、混合して、アセトンなどの溶剤に溶解し
て濃度調整を行い、そのまま放置する、加熱する、又は
減圧下におく等の方法により、溶媒を揮発させるか、あ
るいはガラス織布等の織布に、この溶液を塗布するか、
溶液中にガラス織布を含浸させ、放置する、加熱する、
又は減圧下におく等の方法により、溶媒を揮発させプリ
プレグを作製することができる。

【００１９】また、織布の材質としては無機系ではガラ
ス、石英、炭素繊維、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化ア
ルミニウム、アルミナ、ジルコニア、チタン酸カリウム
繊維などがあり、有機系ではナイロン系、アクリル系、
ビニロン系、ポリ塩化ビニル系、ポリエステル系、アラ
ミド系、フェノ―ル系、レ―ヨン系、アセテ―ト系、
綿、麻、絹、羊毛などがある。これらを単独で用いて
も、組み合わせて用いてもよい。

【００２０】加圧硬化させる工程においては、ボイドの
発生を防止し、空気の膨脹によるパッケージクラックの
発生を防止するために、金型内を減圧することが望まし
い。さらに、成型後に封止樹脂の各種特性を向上するた
めに、アフタ―キュアを行うことが望ましい。

【００２１】

【作用】本発明の第１では、少なくとも１側辺に沿って
所定の間隔で形成された送り穴を有する長尺状体によっ
て封止用樹脂シートを構成しているため、極めて容易に
封止用樹脂シートを供給することができ、半導体装置の
実装が極めて容易となる。

【００２２】また本発明の第２では、複数の供給リール
と、各供給リールからのシートを巻き取る複数の巻き取
りリールと、前記各供給リールから、封止用樹脂シー
ト、半導体チップの搭載されたリード構成体、封止用樹
脂シートを位置合わせしつつ重ね合わせて貼着し積層体
を形成する貼着部と、貼着された積層体を加圧しつつ硬
化成型せしめる成型部とを含み、供給リールから供給し
つつ封止するようにしているため、自動化が容易で半導
体装置を極めて容易に実装することができる。

【００２３】また本発明の樹脂封止型半導体装置は、製
造工程のインライン化により自動的に製造を行うことが
できる。このように本発明によれば、製造工程の簡略化
が可能となり、長期にわたって良好な信頼性を保持する
ことができる。

【００２４】封止工程がインライン化できることによ
り、本発明の製造方法は多品種少量生産に適したフレキ
シブルな製造方法となる。

【００２５】本発明の構造は、機械的強度が高いことか
ら、半導体パッケ―ジが薄く、チップ面積が大きく、か
つ表面実装用の半導体装置に最適である。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。

【００２７】実施例１ 本発明の第１の実施例の樹脂封止型半導体装置の製造装
置について説明する。この装置では全て巻取方式で自動
的に実装を行うようにしている。

【００２８】この装置は、図１に示すようにそれぞれ７
個の供給リールからなる供給部１００と、これらを重ね
合わせて加圧し貼着する貼着部２００と、プレス成型部
３００と、巻取り部４００とから構成されている。ここ
でフィルムキャリアは図２に示すように、フィルムキャ
リア本体としての厚さ５０μm のポリイミドテープ３ｓ
に設けられたチップ搭載用開口部３２に半導体チップ３
１が搭載され、チップ搭載用開口部３２を囲むように設
けられた開口部３３を通過するように金属箔配線３４が
形成され、この金属箔配線３４とチップの電極とをバン
プを介して接続したものである。３６はサポート部であ
りさらにこのフィルムキャリアの両端には送り穴３５が
形成されている。

【００２９】さらに図３に示すようにフィルムキャリア
と同一幅、同一ピッチで形成された厚さ５０μm のガラ
スクロスからなる基材１に、フィルムキャリアの開口部
３３と一致するように形成された開口部１３で囲まれた
領域をサポート部１２で支持しこの両面の矩形領域に厚
さ５０μm の封止用の樹脂層１１が形成され、プリプレ
グを構成している。図４および図５はそれぞれこの基材
１の形状（樹脂層形成前）および樹脂層１１形成後の裏
面図を示す図である。また幅方向の両端には送り穴１５
が形成されている。

【００３０】また銅箔テープ２は図６に示すように同様
に厚さ１５μm の銅箔２１からなりフィルムキャリアと
同一幅、同一ピッチで形成されたもので、ほぼ同様に形
状加工がなされている。２２はサポート部、２３は開口
部，２５は送り穴である。

【００３１】これら全てを供給リール７に巻きとってお
く。８，９はガイドローラである。この後シート貼着部
２００で、プリプレグ１、銅箔２、プリプレグ１，フィ
ルムキャリア３，プリプレグ１、銅箔２、プリプレグ１
の順に開口部が重なるように位置合わせをして（図８
(a) ）貼着ローラ１０によって加圧しながら重ね合わせ
る。

【００３２】そしてさらに、重ね合わされた状態で、プ
レス成型部３００においてヒータ５によって１７０℃に
加熱された金型６内で１分間、圧縮成型して図８(b) に
示すような樹脂封止型半導体装置４を作製した。すなわ
ち図７に要部拡大図を示すように、プレス成型部３００
において１７０℃に加熱された金型４０１内で１分間、
圧縮成型して図２に示すような樹脂封止型半導体装置を
作製した。４０３は金型内を減圧にするための真空系で
ある。ここで成型されたパッケ―ジの厚さは１層５００
μm 、全体で１．２mmであった。

【００３３】これら長尺状のフィルムは図中の矢印の方
向に移動していき、巻き取りリール１２に巻き取られた
後、アフタキュア部でアフタキュアを行った後個々に分
断される。分断は、図３に示した樹脂シートが形成され
たガラスクロス、図６に示した銅箔テープ、図２に示し
たフィルムキャリア共に、サポート部１２，２２，３６
と内部の矩形領域の継ぎ目で切断することにより行う。
同時に図２に示したフィルムキャリアの開口３３外周位
置でリード３４の切断を行う。これらは加圧成型用の金
型により一括して切断することにより行う。

【００３４】なお図ではテープの各矩形領域に対しサポ
ート部を形成するため四辺に開口を設けるようにした
が、対向する２辺に開口を設け残る２辺を切断するよう
にしてもよい。分断後の半導体装置を図９に示す。図１
０は分断前の平面破断図である。このようにして形成さ
れた半導体装置の厚さは５００μm と極めて薄いもので
あった。

【００３５】さらに前記実施例では、１層のフィルムキ
ャリアに装着された半導体チップの封止について説明し
たが、変形例として図１１に封止装置を示すと共に図１
２乃至図１４に製造工程図を示すように、複数のフィル
ムキャリアを積層してもよい。この装置は、図１１に示
すように１１個の供給リール１が設けられている他は図
１に示した前記実施例の装置と同様に形成されており、
供給部１００と供給部１００から供給される各材料を重
ね合わせて加圧し貼着する貼着部２００と、プレス成型
部３００と、巻取り部４００とから構成されている。す
なわちここではプリプレグ１、銅箔２、プリプレグ１，
フィルムキャリア３，プリプレグ１、フィルムキャリア
３，プリプレグ１，フィルムキャリア３，プリプレグ
１、銅箔２、プリプレグ１の順に開口部が重なるように
位置合わせをして重ね合わせる（図１２）。

【００３６】そしてさらに、重ね合わされた状態で、プ
レス成型部３００においてヒータ５によって１７０℃に
加熱された金型６内で１分間、圧縮成型して図１３に示
すような樹脂封止型半導体装置４を作製した。また図示
しないが金型内を減圧にするための真空系が配設されて
おり、加圧成型時に金型内を減圧にすることができるよ
うになっている。

【００３７】これら長尺状のフィルムは図中の矢印の方
向に移動していき、加熱された金型の中で加圧成型さ
れ、金型から外して巻き取りリール１２に巻き取られた
後、アフタキュア部で１８０℃４時間のアフタキュアを
行い、この後個々に分断される。分断後の半導体装置を
図１４に示す。このようにして極めて容易にインライン
方式で自動実装を行うことが可能となる。

【００３８】このようにして形成された半導体装置の厚
さは１．１mmと極めて薄いものであった。

【００３９】なお、前記実施例では、樹脂層はガラスク
ロスの中央部に形成したが、全面に形成しても良い。ま
たガラスクロスを基材として用いたプリプレグについて
説明したが、これに限定されることなく、クロスの他
に、織布、繊維や多孔質のものを基材として用いること
ができ、その材質としてもガラスの他、樹脂金属等他の
材料を用い、これに樹脂を含浸させる等種々変形して実
施することができる。

【００４０】またプリプレグで挟まれている銅箔は、銅
箔に限定されることなく、他の金属箔、樹脂フィルム、
セラミックなどでも良いしまた、この銅箔を除去し、プ
リプレグ、フィルムキャリア、プリプレグ、フィルムキ
ャリア、プリプレグ……というように積層してもよい。

【００４１】さらに前記実施例では、金型を加熱するこ
とにより樹脂を硬化させる例について説明したが、誘導
加熱により樹脂のみを選択的に加熱する方法を用いても
良い。 また、光硬化性樹脂を用いる場合には、金型を
ガラスなどの透光性部材で構成し、金型を介して光を照
射するようにしてもよい。

【００４２】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、容易にかつ薄型に形成することがで大型化に十分に
対応可能な３次元積層型の樹脂封止型半導体装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の樹脂封止装置を示す図

【図２】本発明の第１の実施例で用いられるフィルムキ
ャリアを示す図

【図３】本発明の第１の実施例で用いられるプリプレグ
を示す上面図

【図４】本発明の第１の実施例で用いられるプリプレグ
の基材を示す図

【図５】本発明の第１の実施例で用いられるプリプレグ
を示す下面図

【図６】本発明の第１の実施例の樹脂封止工程図

【図７】本発明実施例の樹脂封止装置を示す図

【図８】本発明の第１の実施例の樹脂封止工程図

【図９】本発明の第１の実施例の方法で形成された樹脂
封止型半導体装置を示す図

【図１０】同樹脂封止型半導体装置の一部破断平面図

【図１１】本発明の第２の実施例の樹脂封止装置を示す
図

【図１２】本発明の第２の実施例の樹脂封止工程図

【図１３】本発明の第２の実施例の樹脂封止工程図

【図１４】本発明の第２の実施例の方法で形成された樹
脂封止型半導体装置を示す図

【符号の説明】

１ プリプレグ ２ 銅箔（キャリア） ３ フィルムキャリア ４ 樹脂封止型半導体装置 ５ ヒータ ６ 金型 ７ リール ８，９ ガイドローラ １０ ローラ １３ 開口部 １５ 送り穴 ２３ 開口部 ２５ 送り穴 ３３ 開口部 ３５ 送り穴 １００ 供給部 ２００ シート貼着部 ３００ 圧縮成型部 ４００ アフターキュア部 ５００ 巻取部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山方 修武 神奈川県川崎市幸区小向東芝町 １ 株式 会社東芝総合研究所内 (72)発明者 向田 秀子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町 １ 株式 会社東芝総合研究所内 (72)発明者 望月 正生 神奈川県川崎市幸区小向東芝町 １ 株式 会社東芝総合研究所内 (72)発明者 山地 泰弘 神奈川県川崎市幸区小向東芝町 １ 株式 会社東芝総合研究所内 (72)発明者 太田 英男 神奈川県川崎市幸区小向東芝町 １ 株式 会社東芝総合研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 封止樹脂層が切断可能に支持された長尺
   状の封止用シート。
2. 【請求項２】 複数の供給リールと各供給リールから供
   給されるシートを巻き取る巻き取りリールと前記各供給
   リールから、封止樹脂層が切断可能に支持されたシー
   ト、半導体チップの搭載されたリード構成体、封止樹脂
   層が切断可能に支持されたシートを位置合わせしつつ重
   ね合わせて貼着し積層体を形成する貼着部と、 貼着された積層体を加圧しつつ硬化成型せしめる成型部
   とを含み、供給リールから供給しつつ封止する用に構成
   されたことを特徴とする樹脂封止装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の樹脂封止装置を用いて半
   導体装置を製造することを特徴とする樹脂封止型半導体
   装置の製造方法。