JPWO2018087894A1 - 樹脂封止装置及び樹脂封止方法 - Google Patents

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Abstract

約100Pa以下の高真空状態でワークを確実に粘着保持したまま樹脂封止する。半導体素子が搭載されたワークの保持面を有する第一成形型と、第一成形型の保持面に保持したワークの半導体素子が搭載される載置面と対向して未硬化樹脂が供給されるキャビティを有する第二成形型と、第一成形型及び第二成形型の間に形成される開閉自在な減圧室と、第一成形型又は第二成形型のいずれか一方か若しくは両方を第一成形型及び第二成形型の対向方向へ相対的に接近移動して減圧室を形成する駆動部と、減圧室及び外部空間に亘り排気又は給気して大気雰囲気から所定真空度の減圧雰囲気まで内圧調整する調圧部と、駆動部及び調圧部を作動制御する制御部と、を備え、第一成形型の保持面は、ワークの載置面と逆側の非載置面と着脱自在に接する粘着部を有し、制御部は、調圧部により減圧室が約100Pa以下の高真空になった状態で、駆動部によりワークの載置面がキャビティ内の未硬化樹脂に浸漬されるように制御する。

Description

本発明は、半導体パッケージなどのパッケージを製造する際に用いられる樹脂封止装置、及び、パッケージを製造するための樹脂封止方法に関する。
従来、この種の樹脂封止装置として、基板が載置される基板載置部、基板を吸着する気体流路を有する上型と、キャビティ、キャビティに連通する気体流路、ヒータを有する下型と、を備えたものがある(例えば、特許文献1参照)。
基板の主面にはチップが装着され、基板とチップとの電極同士はワイヤにより接続される。
上型の基板載置部が設けられ、その基板載置部の底面には、吸着用凹部が設けられ、吸着用凹部には気体流路を介して減圧ポンプに接続されており、基板載置部には、基板が気体流路によって吸着される。すなわち、減圧ポンプの作動に伴う気体流路からの吸引で吸着用凹部を負圧にし、上型及び下型間の空間との圧力差を利用して基板が吸着され、上型の基板載置部に基板を落下不能に保持している。
キャビティに配設された樹脂材料をヒータにより加熱溶融させて溶融樹脂を生成し、気体流路により上型及び下型間の空間を減圧しながら上型と下型とを型締めする。これにより、チップとワイヤとを溶融樹脂に浸漬させ、その後、溶融樹脂を加熱硬化して成形品が形成される。
特開2004−174801号公報
ところで、一般的に樹脂封止に用いられる樹脂材料(エポキシ系などの熱硬化性樹脂)は、減圧雰囲気において加熱溶融されると、樹脂の中に内在する揮発成分が気化して発泡するため、この発生したガスが樹脂封止の内部に気泡となって残留し、ボイドの発生原因となる。
しかし乍ら、このような従来の樹脂封止装置では、上型の基板載置部に対する基板の吸着を保持するため、上型及び下型間の空間と吸着用凹部とが数1,000Pa程度の圧力差を確保しなければならず、上型及び下型間の空間を約100Pa以下の高真空まで減圧することができなかった。
これにより、樹脂材料の加熱溶融で発生したガスは、上型及び下型間の空間から確実に排気されず、樹脂封止の内部に気泡となって残存し、ボイドが生じ易くなって品質が低下するという問題があった。
また、単にチップ及びワイヤを溶融樹脂に浸漬させただけでは、基板とチップの間においてワイヤを除く隙間に空気層が残存している。この空気層がボイドとなって溶融樹脂の侵入を邪魔するため、隙間全体に溶融樹脂が行き渡らない。このような樹脂未充填の成形品では、基板からチップが取れ易く且つ電気的特性が安定しないという問題があった。
そこで、このような問題点を解決するために、基板の確実な吸着保持を無視して上型及び下型間の空間を約100Pa以下の高真空近くにまで減圧した場合には、減圧の途中で基板が落下して、ボイドを内在したまま封止するばかりでなく、溶融樹脂に基板が落下することによって、基板は上型の基板載置部に対する当初の吸着保持位置から位置ズレを生ずることがある。この位置ズレによって基板の一部が樹脂封止されずに露出するなど、不良品を発生し易く歩留まりが低下するという問題があった。
また、上型の基板載置部に凹設される吸着用凹部の大きさは、基板の大部分を吸着する広範囲であるため、上型と下型との型締めで数10トンの圧力を掛けてプレス成形が行われると、圧力が基板において比較的に大きな吸着用凹部に集中して掛かり、これにより基板が局部的に割れ易くなるという問題もあった。
このような課題を達成するために本発明に係る樹脂封止装置は、半導体素子が搭載されたワークの保持面を有する第一成形型と、前記第一成形型の前記保持面に保持した前記ワークの前記半導体素子が搭載される載置面と対向して未硬化樹脂が供給されるキャビティを有する第二成形型と、前記第一成形型及び前記第二成形型の間に形成される開閉自在な減圧室と、前記第一成形型又は前記第二成形型のいずれか一方か若しくは両方を前記第一成形型及び前記第二成形型の対向方向へ相対的に接近移動して前記減圧室を形成する駆動部と、前記減圧室及び外部空間に亘り排気又は給気して大気雰囲気から所定真空度の減圧雰囲気まで内圧調整する調圧部と、前記駆動部及び前記調圧部を作動制御する制御部と、を備え、
前記第一成形型の前記保持面は、前記ワークの前記載置面と逆側の非載置面と着脱自在に接する粘着部を有し、前記制御部は、前記調圧部により前記減圧室が約100Pa以下の高真空になった状態で、前記駆動部により前記ワークの前記載置面が前記キャビティ内の前記未硬化樹脂に浸漬されるように制御することを特徴とする。
また本発明に係る樹脂封止装方法は、大気雰囲気で前記第一成形型及び前記第二成形型の対向方向へ相対的に離隔移動した前記第一成形型の保持面に対して、半導体素子が搭載されたワークを、前記保持面に設けられた粘着部で粘着保持するとともに、前記第二成形型のキャビティ内に未硬化樹脂を供給する搬入工程と、前記第一成形型又は前記第二成形型のいずれか一方か若しくは両方を前記駆動部で前記第一成形型及び前記第二成形型の対向方向へ相対的に接近移動して、前記第一成形型と前記第二成形型の間に減圧室を形成するととともに、調圧部で前記減圧室から外部空間へ排気して大気雰囲気から減圧させる減圧工程と、前記減圧室が約100Pa以下の高真空になった状態で、前記駆動部により前記ワークの前記載置面及び前記半導体素子を前記キャビティ内の前記未硬化樹脂に浸漬させる浸漬工程と、前記未硬化樹脂を硬化させて前記ワークの前記載置面及び前記半導体素子を樹脂封止する硬化工程と、前記調圧部で前記外部空間から前記減圧室へ給気して大気雰囲気に戻すとともに、前記ワークの前記載置面の前記粘着部から前記ワークの前記載置面と逆側の非載置面を剥離して、前記第一成形型と前記第二成形型を前記駆動部により離隔移動させる搬出工程と、を含むことを特徴とする。
本発明の実施形態に係る樹脂封止装置の全体構成を示す説明図で、初期状態(搬入工程)の縦断正面図である。 同平面図及び断面図で、(a)が未硬化樹脂や離型シートを省略した縮小横断平面図、(b)が図2(a)の(2B)−(2B)線に沿える縦断面図である。なお、図1は、図2(a)の(1)−(1)線に沿える縦断面図である。 本発明の実施形態に係る樹脂封止方法の作動過程を示す説明図で、(a)が減圧工程の縦断正面図、(b)が浸漬工程の縦断正面図である。 その後の作動過程を示し、(a)が加圧工程の縦断正面図、(b)がプランジャによる加圧状態及び硬化工程の縦断正面図である。 その後の作動過程を示し、(a)が搬出工程の縦断正面図、(b)が成形品の取り出し状態の縦断正面図である。 本発明の実施形態に係る装置の変形例を示す説明図で、初期状態(準備工程)の縦断正面図である。 本発明の実施形態に係る樹脂封止装置の変形例を示す説明図で、初期状態(準備工程)の縦断正面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る樹脂封止装置Aは、半導体組立プロセスにおいて、ワークWに複数の半導体素子Cを搭載し、ワークWの基板端子と半導体素子Cがワイヤーなどの接続部材C1で接続した製品を、衝撃、温度、湿度などの要因から守るために、接続部分C1の周囲を未硬化樹脂Rで封止して硬化させる「モールド成形(樹脂封止、樹脂成形)」用の製造装置である。
ワークWとしては、シリコンウエハ、ガラス、金属シート、ガラスクロス、BTレジンなどからなる基板やそれに類似するものが挙げられる。
半導体素子Cとしては、半導体チップなどのチップ状の電子部品が挙げられ、ワークWとしてシリコンウエハやガラスなどからなる基板の載置面W1に複数の半導体素子Cを搭載する場合には、複数の半導体素子Cが列状又は格子状に搭載される。接続部分C1としては、バンプやワイヤなどが挙げられる。
未硬化樹脂Rとしては、シート状、粉末状、顆粒状、ゲル状などのものが用いられる。未硬化樹脂Rの材料としては、エポキシ系樹脂などの熱硬化性樹脂などが挙げられる。エポキシ系樹脂の場合は、加熱を開始して所定時間で熱分解し、溶融状態から時間経過に伴って粘度が高まり、比較的に短時間でゲル化して固化するため、モールド成形に適している。
このように樹脂封止装置Aで製造された成形品Mは、一般的にダイシングなどの分割工程を経て、最終製品である半導体パッケージなどのパッケージを完成させる。
詳しく説明すると、本発明の実施形態に係る樹脂封止装置Aは、図1〜図7に示すように、ワークWの保持面11を有する第一成形型1と、第一成形型1の保持面11に保持されたワークWの載置面W1と対向してキャビティ21を有する第二成形型2と、第一成形型1及び第二成形型2の間に形成される開閉自在な減圧室31と、第一成形型1又は第二成形型2のいずれか一方か若しくは両方を第一成形型1及び第二成形型2の対向方向へ相対的に接近移動して減圧室31を形成する昇降用の駆動部4と、減圧室31及び外部空間Oに亘り排気又は給気して減圧室31の内圧を調整する調圧部5と、を主要な構成要素として備えている。
さらに必要に応じて、少なくとも未硬化樹脂R及びキャビティ21の間には、離型シートSを用いることが好ましく、キャビティ21内の未硬化樹脂Rを加圧して圧縮成形することが好ましい。
このため、本発明の実施形態に係る樹脂封止装置Aは、キャビティ21に対する離型シートSの位置決め部6と、未硬化樹脂Rを圧縮する加圧部7と、を備えることが好ましい。
駆動部4,調圧部5,位置決め部6及び加圧部7などは、制御部8と電気的に連通し、制御部8でそれぞれ作動制御される。
なお、第一成形型1及び第二成形型2は、図1〜図7に示されるように通常、上下方向へ対向するように配置され、上側の第一成形型1と下側の第二成形型2が接近又は隔離する方向を以下「Z方向」という。Z方向と交差するワークWに沿った方向を以下「XY方向」という。
第一成形型1は、金属などの剛体で歪み(撓み)変形しない厚さの平板状に形成され、その表面には、ワークWの載置面W1と逆側の非載置面W2とZ方向へ対向する保持面11を有している。
第一成形型1の具体例として図1〜図7に示される例の場合には、第一成形型1がモールド成形の基板側に配置される上型である。この上型の内側面の中央部又は全体には、平滑な保持面11が、ワークWの非載置面W2と接触するように形成される。
第一成形型1の保持面11には、ワークWの非載置面W2と着脱自在に接する保持チャックとして粘着部12が設けられる。
図1〜図7に示される例では、ワークWとして円板状のシリコンウエハが用いられ、第一成形型1の保持面11に対しシリコンウエハを保持チャックの粘着部12で吊持している。
また、その他の例として図示しないが、ワークWとしてシリコンウエハに代え、ガラス、金属シート、ガラスクロス、BTレジンなどからなる基板やそれに類似するものを保持(吊持)したり、ワークWの外形状を矩形(長方形及び正方形を含む角が直角の四辺形)状などに変更したり可能である。
粘着部12は、その全体又は一部が例えばフッ素ゴムやエラストマー、ブチルゴム、感光性樹脂、アクリル系やシリコン系などの粘着材料からなる。粘着部12は、第一成形型1の保持面11から後述する減圧室31に向けて突出する弾性変形可能な粘着面12aを有することが好ましい。
これにより、減圧室31が所定真空度の減圧雰囲気DPになってもワークWが落下不能になる。
粘着部12の形状は、シート状に形成することが好ましい。
粘着部12のサイズは、ワークWの載置面W1よりも遥かに小さく設定し、複数の粘着部12をそれぞれ第一成形型1の保持面11に分散して配置することが好ましい。
粘着部12の具体例として図1〜図7に示される例の場合には、第一成形型1の保持面11に複数の凹溝部11aが分散して形成され、各凹溝部11aの直径を約10mm以下に設定している。各凹溝部11aの内部には、粘着部12となる粘着シートが嵌着され、その粘着面12aが第一成形型1の保持面11から僅かに(約50um以下)に突出している。
また、その他の例として図示しないが、ワークWの保持チャックとして粘着部12に加え、吸着チャックや静電チャックを併用することも可能である。
さらに、第一成形型1の保持面11は、ワークWの非載置面W2を粘着部12の粘着面12aに向け移動して押し付ける押圧部13と、粘着部12の粘着面12aからワークWの非載置面W2を剥がす剥離部14と、を有することが好ましい。
押圧部13によるワークWの押し付け力は、第一成形型1の保持面11から僅かに突出する粘着部12の粘着面12aをワークWの非載置面W2で押し潰して、第一成形型1の保持面11とワークWの非載置面Wとが密接し、両者間に未硬化樹脂Rが入り込む間隙が生じないように設定される。
押圧部13の具体例として図1〜図7に示される例の場合には、第一成形型1の保持面11に吸着孔13aが開設され、吸着孔13aのサイズを凹溝部11aのサイズと略同等に設定して複数分散配置している。各吸着孔13aは、真空吸引又は気体噴射するコンプレッサなどのアクチュエータ(図示しない)と連通している。アクチュエータの作動で吸着孔13aから真空吸引することにより、ワークWの非載置面W2が粘着部12に向け引き寄せられて非載置面W2を粘着面12aに押し付ける。
剥離部14としては、第一成形型1に対してZ方向へ往復動自在に設けられる押しピン14aを用い、押しピン14aの先端でワークWの非載置面W2を粘着面12aから押し剥がすことが好ましい。剥離部14の他の例として、吸着孔13aから圧縮気体を噴射することにより、粘着面12aからワークWの非載置面W2を押し剥がすことも可能である。
図1〜図7に示される例の場合には、各吸着孔13aの周囲に複数の粘着部12が分散配置されている。図5(a)に示される例の場合には、剥離部14として押しピン14aのみでワークWを押し剥がしている。
また、その他の例として図示しないが、ワークWの押圧部13として吸着孔13aに代えて静電チャックを用い、静電チャックによる電磁的な引力でワークWの非載置面W2を粘着部12に向け引き寄せて押し付けたり、電気的な斥力で粘着面12aからワークWの非載置面W2を押し剥がしたり変更可能である。剥離部14として押しピン14aと、吸着孔13aからの圧縮気体の噴射を併用することも可能である。
第二成形型2は、金属などの剛体で歪み(撓み)変形しない厚さの平板状に形成され、半導体素子Cを搭載したワークWの載置面W1とZ方向へ対向する第二成形型2の表面は、未硬化樹脂Rが供給されるキャビティ21を有する。キャビティ21は、少なくともワークWの載置面W1と半導体素子Cの接続部材C1がすべて入る大きさ(容積)の凹状に形成される。
さらに、少なくとも第二成形型2には、キャビティ21及びその周囲を加熱するためのヒータ(図示しない)が設けられる。なお、ヒータを第一成形型1に設けることも可能である。
第二成形型2の具体例として図1〜図7に示される例の場合には、モールド成形の樹脂側に配置される下型である。この下型の内側面の中央部には、未硬化樹脂Rとすべての半導体素子C及び接続部材C1が入る円形状のキャビティ21と、ワークWの全体が入る円形状の凹部と、を連続して一体的に形成している。
また、その他の例として図示しないが、キャビティ21の形状は、ワークWの外形状に対応して矩形状などに変更したり、ワークWの全体が入る凹部を形成せずキャビティ21のみを形成したり変更可能である。
未硬化樹脂Rの具体例として図1〜図5に示される例の場合には、シート状の熱硬化性樹脂R1がキャビティ21内に供給され、ヒータで加熱溶融している。
また、未硬化樹脂Rの他の例として、図6に示されるように粉末状又は顆粒状の熱硬化性樹脂R2がキャビティ21内に供給されてヒータで加熱溶融したり、図7に示されるように未硬化樹脂層R31が樹脂含浸繊維基材R32に含浸された繊維含樹脂基板R3をキャビティ21内に供給したり、図示しないがゲル状の未硬化樹脂をキャビティ21内に供給するなど変更可能である。
図6に示されるように粉末状又は顆粒状の熱硬化性樹脂R2は、シート状の熱硬化性樹脂R1や繊維含樹脂基板R3に比べて、未硬化樹脂Rの微妙な容量調整を容易に行えて作業性に優れるという利点がある。
図7に示される繊維含樹脂基板R3は、特許第5934078号公報に記載されるように、XY方向の線膨張係数が3ppmより小さい炭素繊維、ガラス繊維、石英ガラス繊維などからなる樹脂含浸繊維基材R32と、樹脂含浸繊維基材R32の片面上に形成された未硬化のエポキシ系樹脂などからなる未硬化樹脂層R31と、を有している。
図7に示される変形例では、未硬化樹脂層R31を硬化させた時の収縮応力が抑制可能となるため、ワークWとして大口径ウエハや金属等の大口径基板を封止した場合、特には薄いものを封止する場合であっても、ワークW(ウエハや基板)の反り、ワークW(ウエハや基板)からの半導体素子Cの剥離、ワークW(ウエハや基板)の破損を抑制でき、半導体素子Cを搭載したワークW(ウエハや基板)の載置面W1、又は半導体素子Cを形成したワークW(ウエハや基板)の載置面W1をワークW(ウエハや基板)のレベルで一括封止でき、かつ封止後には耐熱性や耐湿性等の封止性能に優れるという利点がある。
さらに、第二成形型2は、キャビティ21の底面部を構成する中央部位22と、キャビティ21の側面部を構成する外側部位23とに分割され、中央部位22及び外側部位23の間には、離型シートSの位置決め部6として吸着用スリット61を形成することが好ましい。
吸着用スリット61は、真空ポンプなどの吸気装置62と連通して、伸縮性に優れた離型シートSがキャビティ21の底面部及び側面部の形状に沿って屈曲変形するように位置決め保持する。
また、その他の例として図示しないが、第二成形型2を中央部位22と外側部位23に分割せずに一体形成することも可能である。
外側部位23は、離型シートSの有無と関係なく第一成形型1と接する従動部23aと、第一成形型1及び従動部23のZ方向への移動を規制するストッパ23bと、従動部23aを第一成形型1に向けて常時付勢する弾性部材23cと、を有している。
従動部23aは、Z方向へ往復動自在に支持され、第一成形型1が従動部23を介してストッパ23bと当接した状態で、第一成形型1の保持面11からキャビティ21の底面部までの間隔が、ワークWを含めた成形品Mの厚みと同じになるように設定されている。
さらに、外側部位23には、未硬化樹脂Rの加圧部7を設けることが好ましい。
未硬化樹脂Rの加圧部7は、キャビティ21の外側に連続して形成される越流路71と、越流路71へ向け突出自在に設けられるプランジャ72と、を有している。
プランジャ72は、越流路71の容積を減少させるため従動部23aなどに対してZ方向へ往復動自在に支持され、キャビティ21内の未硬化樹脂Rに対する半導体素子Cなどの浸漬に伴ってキャビティ21から越流路71に溢れ出た未硬化樹脂Rを圧縮するように構成されている。
加圧部7の具体例として図1〜図7に示される例の場合には、キャビティ21を中心として複数の越流路71がXY方向へ放射状に形成され、各越流路71の底面先端にプランジャ72を配置している。
また、その他の例として図示しないが、外側部位23と加圧部7の形状及び構造を図示以外の形状及び構造に変更することも可能である。
減圧室31は、真空チャンバーなどからなる真空装置3の内部に形成され、真空ポンプなどの排気装置5の作動で減圧室31から気体を排出(真空排気、真空引き)する。これにより、減圧室31は、大気雰囲気APから所定真空度の減圧雰囲気DPまで変圧調整可能に構成される。
真空装置3は、減圧室31にワークW,未硬化樹脂R,離型シートS及び成形品Mなどを出し入れするためにその全体又は一部が開閉自在に構成される。真空装置3内の減圧室31と真空装置3の外部空間Oに亘って、例えば搬送ロボットなどの搬送機構(図示しない)を設けることで自動化が図れる。
詳しく説明すると、減圧室31が大気雰囲気APである時に、ワークW,未硬化樹脂R及び離型シートSを搬送機構により減圧室31へそれぞれ搬入する。減圧室31が所定真空度の減圧雰囲気DPになってから、モールド成形を行う。モールド成形が完了した後は、大気雰囲気APに戻して成形品Mを減圧室31から外部空間Oへ搬出する。
真空装置3の具体例として図1〜図7に示される例の場合には、真空装置3の上側を構成する第一成形型1の外周に周壁部32が、真空装置3の下側を構成する第二成形型2の外周部と着脱自在に密接するように設けられている。周壁部32は、第二成形型2の外周部とZ方向へ密着するシール部位32aと、Z方向へ弾性変形可能な伸縮部位32bと、を有している。
また、その他の例として図示しないが、第一成形型1の周壁部32に代えて、第二成形型2の外周に周壁部を設けたり、第一成形型1及び第二成形型2の外周にZ方向へ分離可能な周壁部を設けたり変更可能である。
昇降用の駆動部4は、第一成形型1又は第二成形型2のいずれか一方か若しくは第一成形型1及び第二成形型2の両方をZ方向へ往復動させるアクチュエータなどで構成され、後述する制御部8により作動制御している。
制御部8による駆動部4の制御例としては、図1の実線に示されるような減圧室31へのワークW,未硬化樹脂R及び離型シートSの搬入時、図5(a)(b)に示されるような減圧室31からの成形品Mの搬出時には、昇降用の駆動部4で第一成形型1又は第二成形型2のいずれか一方を他方からZ方向へ相対的に離隔移動させるか、若しくは第一成形型1及び第二成形型2の両方を互いにZ方向へ相対的に離隔移動させている。それ以外は、図3(a)(b)及び図4(a)(b)に示されるように、昇降用の駆動部4で第一成形型1又は第二成形型2のいずれか一方を他方からZ方向へ相対的に接近移動させるか、若しくは第一成形型1及び第二成形型2の両方を互いにZ方向へ相対的に接近移動させる。特に必要がある場合には更に接近移動して加圧する。
昇降用の駆動部4の具体例として、図1に示される例の場合には、第一成形型1のみを昇降用の駆動部4と連係させて、第一成形型1側を第二成形型2側に向けてZ方向へ接近移動させている。
また、その他の例として図示しないが、第二成形型2のみを昇降用の駆動部4と連係させて、第二成形型2側を第一成形型1側に向けZ方向へ相対的に接近移動したり、第一成形型1及び第二成形型2をそれぞれ昇降用の駆動部4と連係させて、第一成形型1側と第二成形型2側を同時にZ方向へ接近移動したり変更することも可能である。
制御部8は、昇降用の駆動部4、調圧部5だけでなく、吸着孔13aのアクチュエータ、離型シートSの位置決め部6の吸気装置62、未硬化樹脂Rの加圧部7のプランジャ72、ワークW,未硬化樹脂R及び離型シートSの搬送機構などにも電気的に接続するコントローラーである。
制御部8となるコントローラーは、その制御回路(図示しない)に予め設定されたプログラムに従って、予め設定されたタイミングで順次それぞれ作動制御している。
そして、制御部8の制御回路に設定されたプログラムを、成形品Mを生産するための樹脂封止方法として説明する。
本発明の実施形態に係る樹脂封止方法は、開口した減圧室31へワークW,未硬化樹脂R及び離型シートSを搬入してセットする搬入工程と、第一成形型1と第二成形型2の間に形成した減圧室31を減圧させる減圧工程と、約100Pa以下の高真空状態でワークWの載置面W1をキャビティ21内の未硬化樹脂Rに浸漬させる浸漬工程と、未硬化樹脂Rを硬化させてワークWの載置面W1及び半導体素子Cを樹脂封止する硬化工程と、減圧室31を大気開放し開口させて成形品Mを取り出す搬出工程と、を主要な工程として含んでいる。
特に、浸漬工程と硬化工程の間には、第一成形型1又は第二成形型2のいずれか一方か若しくは両方を昇降用の駆動部4により第一成形型1及び第二成形型2の対向方向(Z方向)へ更に接近移動させる加圧工程を含むことが好ましい。
搬入工程では、図1及び図2又は図6若しくは図7に示すように、大気雰囲気APでZ方向へ相対的に離隔移動した第一成形型1の保持面11に対し、ワークWを搬送機構で搬入して粘着部12により粘着保持するとともに、搬送機構で第二成形型2のキャビティ21に対し、離型シートSと未硬化樹脂Rを順次供給してそれぞれ所定位置にセットしている。
減圧工程では、図3(a)に示すように、第一成形型1又は第二成形型2のいずれか一方か若しくは両方を昇降用の駆動部4でZ方向へ相対的に接近移動して、第一成形型1と第二成形型2の間に亘り減圧室31を形成するととともに、調圧部5で減圧室31から外部空間Oへ排気して大気雰囲気APから減圧させている。
浸漬工程では、図3(b)に示すように、減圧室31が約100Pa以下の高真空になった状態で、駆動部4によりワークWの載置面W1及び半導体素子Cをキャビティ21内の未硬化樹脂Rに浸漬させている。
この際、未硬化樹脂Rは、ヒータで熱溶融されている。このため、ワークWの載置面W1及び半導体素子Cが浸漬されると、溶融状態の未硬化樹脂Rが越流路71に溢れ出る。 加圧工程では、図4(a)に示すように、第一成形型1と接した外側部位23の従動部23aが、ストッパ23bに突き当たるまでZ方向へ接近移動して型締めを行い、未硬化樹脂Rが圧縮される。これに続いて図4(b)に示すように、プランジャ72が越流路71へ向け突出して、キャビティ21から越流路71に溢れ出た未硬化樹脂Rを更に圧縮させている。
その後の硬化工程では、キャビティ21及び越流路71内の未硬化樹脂Rが共に硬化して、ワークWの載置面W1及び半導体素子Cと、両者間の接続部材C1を除く隙間C2と、が一体的に樹脂封止される。
未硬化樹脂Rの硬化後は、図5(a)に示すように、プランジャ72が逆移動して搬出工程に移る。
搬出工程では、調圧部5で外部空間Oから減圧室31へ給気して大気雰囲気APに戻すとともに、剥離部14で第一成形型1の保持面11の粘着部12からワークWの非載置面W2を剥離してから、第一成形型1と第二成形型2を昇降用の駆動部4により離隔移動させている。
その後も第一成形型1と第二成形型2が離隔移動して、図5(b)に示すように真空装置3が開口したところで、樹脂封止が完了した成形品M及び離型シートSを搬送機構により減圧室31から外部空間Oへ搬出する。成形品Mと離型シートSは、減圧室31内又は外部空間Oにおいて分離される。
このような本発明の実施形態に係る樹脂封止装置A及び樹脂封止方法によると、減圧室31内が調圧部5により減圧雰囲気DPとして約100Pa以下の高真空まで減圧されても、第一成形型1の保持面11に粘着部12でワークWの非載置面W2が粘着保持される。
この高真空状態で駆動部4にてワークWの載置面W1をキャビティ21内の未硬化樹脂Rに浸漬させることにより、ワークWの載置面W1と半導体素子Cの接続部材C1を除く隙間C2の全体に未硬化樹脂Rがスムーズに侵入し、数10um程度の狭い隙間C2であっても十分に未硬化樹脂Rが行き渡る。
その結果、上型の基板載置部に対する基板の吸着を保持するために上型及び下型間の空間と吸着用凹部との間に数1,000Pa程度の圧力差を確保する必要がある従来のものに比べ、減圧室31内で未硬化樹脂Rが発泡しても、調圧部5でガスを減圧室31の外部に効率よく排気可能となると同時に、ワークWの載置面W1及び半導体素子Cの隙間C2から確実に排気可能となる。このため、樹脂封止の内部に気泡となって残存せず、ボイドの発生を防止でき、高精度に樹脂封止されたパッケージを実現できて、品質の向上が図れる。
さらに、減圧室31内の減圧に関係なく、粘着部12で第一成形型1の保持面11に対してワークWの非載置面W2が位置ズレ不能に粘着保持されるため、第一成形型1の保持面11に対するワークWの位置ズレを防止できる。このため、より高精度に樹脂封止されたパッケージを実現できて、安定性及び歩留まりの向上が図れる。
特に、粘着部12を第一成形型1の保持面11に複数それぞれ分散配置することが好ましい。
この場合には、粘着部12や粘着部12を取り付ける凹溝部11aのサイズがワークWのサイズよりも遥かに小さくなる。このため、第一成形型1と第二成形型2の型締めでワークWに対して数10トンの圧力を掛けてプレス成形が行われても、ワークWに大きな圧力が集中して掛かり難くなる。
この作用を実証するため、以下の実験を行った。
・実施例:第一成形型1の保持面11に直径10mm以下の凸部を設けたものと、直径10mm以下の凹部が設けられものと、を用意した。
・比較例:第一成形型1の保持面11に直径10mmより大きな凸部を設けたものと、直径10mmより大きな凹部が設けられものと、を用意した。
・実験装置:実施例又は比較例の第一成形型1と第二成形型2の型締めにより、ワークWとしてシリコンウエハに対して数10トンの圧力を掛ける。これにより、シリコンウエハに割れが発生するか否かを調べた。
・実験結果:直径10mm以下の凸部及び凹部の実施例では、シリコンウエハに割れが発生しなかった。
これに対して、直径10mmより大きな凸部及び凹部の比較例では、シリコンウエハに割れが発生した。
したがって、第一成形型1及び第二成形型2による型締めでワークWに対して局部的に大きな圧力が掛かることを防止することができる。
その結果、上型の基板載置部に凹設される吸着用凹部の大きさが基板の大部分を吸着する広範囲である従来のものに比べ、ワークWの割れを確実に防止でき、更なる歩留まりの向上が図れる。
さらに、粘着部12が、第一成形型1の保持面11から減圧室31に向けて突出する弾性変形可能な粘着面12aを有することが好ましい。
第一成形型1の保持面11に形成された凹溝部11aに対し、粘着部12を粘着面12aが保持面11からの突出量(出しろ)が僅か(約50um以下)となるように取り付けた場合には、減圧室31に搬入したワークWの非載置面W2が、第一成形型1の保持面11よりも先に粘着部12の粘着面12aと接触して粘着保持される。第一成形型1及び第二成形型2の型締めによって粘着部12の粘着面12aが圧縮変形し、第一成形型1の保持面11と面一となってワークWの非載置面W2を第一成形型1の保持面11に密接する。
したがって、ワークWの搬入時における第一成形型1の保持面11へのワークWの確実な粘着保持と、第一成形型1及び第二成形型2の型締め時における第一成形型1(保持面11)及びワークW(非載置面W2)間への未硬化樹脂Rの浸入防止を同時に達成することができる。
その結果、ワークWの安定した粘着保持を達成しながら粘着面12aの突出によるワークWの割れも防止できる。
さらに、ワークW及び第一成形型1の間に未硬化樹脂Rが浸入することで生ずるパッケージの不良がなくなって、更なる歩留まりの向上が図れ、生産性に優れる。
また、第一成形型1の保持面11が、ワークWを粘着部12の粘着面12aに向け移動して押し付ける押圧部13を有することが好ましい。
この場合には、押圧部13によりワークWの非載置面W2が粘着部12の粘着面12aに接してから更に押し付けられるため、粘着面12aが圧縮変形しながら非載置面W2と圧着する。
したがって、粘着部12の粘着面12aからのワークWの脱落を確実に防止することができる。
その結果、ワークWの粘着保持の安定性が向上して生産性に優れる。
なお、前示の実施形態において図示例では、第一成形型1がモールド成形の基板側に配置される上型であり、第二成形型2がモールド成形の樹脂側に配置される下型であるが、これに限定されず、第一成形型1がモールド成形の樹脂側に配置される下型であり、第二成形型2がモールド成形の基板側に配置される上型であってもよい。
A 樹脂封止装置 1 第一成形型
11 保持面 12 粘着部
12a 粘着面 13 押圧部
2 第二成形型 21 キャビティ
31 減圧室 4 駆動部
5 調圧部 8 制御部
AP 大気雰囲気 DP 減圧雰囲気
C 半導体素子 O 外部空間
R 未硬化樹脂 W ワーク
W1 載置面 W2 非載置面
このような課題を達成するために本発明に係る樹脂封止装置は、半導体素子が搭載されたワークの保持面を有する第一成形型と、前記第一成形型の前記保持面に保持した前記ワークの前記半導体素子が搭載される載置面と対向して未硬化樹脂が供給されるキャビティを有する第二成形型と、前記第一成形型及び前記第二成形型の間に形成される開閉自在な減圧室と、前記第一成形型又は前記第二成形型のいずれか一方か若しくは両方を前記第一成形型及び前記第二成形型の対向方向へ相対的に接近移動して前記減圧室を形成する駆動部と、前記減圧室及び外部空間に亘り排気又は給気して大気雰囲気から所定真空度の減圧雰囲気まで内圧調整する調圧部と、前記駆動部及び前記調圧部を作動制御する制御部と、を備え、前記第一成形型の前記保持面は、前記ワークの前記載置面と逆側の非載置面と着脱自在に接する粘着部を有し、前記制御部は、前記調圧部により前記減圧室が約100Pa以下の高真空になった状態で、前記駆動部により前記ワークの前記載置面が前記キャビティ内の前記未硬化樹脂に浸漬されるように制御することを特徴とする。
また本発明に係る樹脂封止方法は、大気雰囲気で前記第一成形型及び前記第二成形型の対向方向へ相対的に離隔移動した前記第一成形型の保持面に対して、半導体素子が搭載されたワークを、前記保持面に設けられた粘着部で粘着保持するとともに、前記第二成形型のキャビティ内に未硬化樹脂を供給する搬入工程と、前記第一成形型又は前記第二成形型のいずれか一方か若しくは両方を駆動部で前記第一成形型及び前記第二成形型の対向方向へ相対的に接近移動して、前記第一成形型と前記第二成形型の間に減圧室を形成するととともに、調圧部で前記減圧室から外部空間へ排気して大気雰囲気から減圧させる減圧工程と、前記減圧室が約100Pa以下の高真空になった状態で、前記駆動部により前記ワークの載置面及び前記半導体素子を前記キャビティ内の前記未硬化樹脂に浸漬させる浸漬工程と、前記未硬化樹脂を硬化させて前記ワークの前記載置面及び前記半導体素子を樹脂封止する硬化工程と、前記調圧部で前記外部空間から前記減圧室へ給気して大気雰囲気に戻すとともに、前記粘着部から前記ワークの前記載置面と逆側の非載置面を剥離して、前記第一成形型と前記第二成形型を前記駆動部により離隔移動させる搬出工程と、を含むことを特徴とする。
本発明の実施形態に係る樹脂封止装置の全体構成を示す説明図で、初期状態(搬入工程)の縦断正面図である。 同平面図及び断面図で、(a)が未硬化樹脂や離型シートを省略した縮小横断平面図、(b)が図2(a)の(2B)−(2B)線に沿える縦断面図である。なお、図1は、図2(a)の(1)−(1)線に沿える縦断面図である。 本発明の実施形態に係る樹脂封止方法の作動過程を示す説明図で、(a)が減圧工程の縦断正面図、(b)が浸漬工程の縦断正面図である。 その後の作動過程を示し、(a)が加圧工程の縦断正面図、(b)がプランジャによる加圧状態及び硬化工程の縦断正面図である。 その後の作動過程を示し、(a)が搬出工程の縦断正面図、(b)が成形品の取り出し状態の縦断正面図である。 本発明の実施形態に係る樹脂封止装置の変形例を示す説明図で、初期状態(準備工程)の縦断正面図である。 本発明の実施形態に係る樹脂封止装置の変形例を示す説明図で、初期状態(準備工程)の縦断正面図である。
外側部位23は、離型シートSの有無と関係なく第一成形型1と接する従動部23aと、第一成形型1及び従動部23のZ方向への移動を規制するストッパ23bと、従動部23aを第一成形型1に向けて常時付勢する弾性部材23cと、を有している。
従動部23aは、Z方向へ往復動自在に支持され、第一成形型1が従動部23を介してストッパ23bと当接した状態で、第一成形型1の保持面11からキャビティ21の底面部までの間隔が、ワークWを含めた成形品Mの厚みと同じになるように設定されている。
さらに、外側部位23には、未硬化樹脂Rの加圧部7を設けることが好ましい。
未硬化樹脂Rの加圧部7は、キャビティ21の外側に連続して形成される越流路71と、越流路71へ向け突出自在に設けられるプランジャ72と、を有している。
プランジャ72は、越流路71の容積を減少させるため従動部23aなどに対してZ方向へ往復動自在に支持され、キャビティ21内の未硬化樹脂Rに対する半導体素子Cなどの浸漬に伴ってキャビティ21から越流路71に溢れ出た未硬化樹脂Rを圧縮するように構成されている。
加圧部7の具体例として図1〜図7に示される例の場合には、キャビティ21を中心として複数の越流路71がXY方向へ放射状に形成され、各越流路71の底面先端にプランジャ72を配置している。
また、その他の例として図示しないが、外側部位23と加圧部7の形状及び構造を図示以外の形状及び構造に変更することも可能である。
このような本発明の実施形態に係る樹脂封止装置A及び樹脂封止方法によると、減圧室31内が調圧部5により減圧雰囲気DPとして約100Pa以下の高真空まで減圧されても、第一成形型1の保持面11に粘着部12でワークWの非載置面W2が粘着保持される。
この高真空状態で駆動部4にてワークWの載置面W1をキャビティ21内の未硬化樹脂Rに浸漬させることにより、ワークWの載置面W1と半導体素子Cの接続部材C1を除く隙間C2の全体に未硬化樹脂Rがスムーズに侵入し、数10um程度の狭い隙間C2であっても十分に未硬化樹脂Rが行き渡る。
したがって、約100Pa以下の高真空状態でワークWを確実に粘着保持したまま樹脂封止することができる。
その結果、上型の基板載置部に対する基板の吸着を保持するために上型及び下型間の空間と吸着用凹部との間に数1,000Pa程度の圧力差を確保する必要がある従来のものに比べ、減圧室31内で未硬化樹脂Rが発泡しても、調圧部5でガスを減圧室31の外部に効率よく排気可能となると同時に、ワークWの載置面W1及び半導体素子Cの隙間C2から確実に排気可能となる。このため、樹脂封止の内部に気泡となって残存せず、ボイドの発生を防止でき、高精度に樹脂封止されたパッケージを実現できて、品質の向上が図れる。
さらに、減圧室31内の減圧に関係なく、粘着部12で第一成形型1の保持面11に対してワークWの非載置面W2が位置ズレ不能に粘着保持されるため、第一成形型1の保持面11に対するワークWの位置ズレを防止できる。このため、より高精度に樹脂封止されたパッケージを実現できて、安定性及び歩留まりの向上が図れる。
このような課題を達成するために本発明に係る樹脂封止装置は、半導体素子が搭載されたワークの保持面を有する第一成形型と、前記第一成形型の前記保持面に保持した前記ワークの前記半導体素子が搭載される載置面と対向して未硬化樹脂が供給されるキャビティを有する第二成形型と、前記第一成形型及び前記第二成形型の間に形成される開閉自在な減圧室と、前記第一成形型又は前記第二成形型のいずれか一方か若しくは両方を前記第一成形型及び前記第二成形型の対向方向へ相対的に接近移動して前記減圧室を形成する駆動部と、前記減圧室及び外部空間に亘り排気又は給気して大気雰囲気から所定真空度の減圧雰囲気まで内圧調整する調圧部と、前記駆動部及び前記調圧部を作動制御する制御部と、を備え、前記第一成形型の前記保持面は、前記ワークの前記載置面と逆側の非載置面と着脱自在に接する粘着部を有し、前記制御部は、前記調圧部により前記減圧室が約100Pa以下の高真空になった状態で、前記駆動部により前記ワークの前記載置面が前記キャビティ内の前記未硬化樹脂に浸漬されるように制御することを特徴とする。
また本発明に係る樹脂封止方法は、大気雰囲気で第一成形型及び第二成形型の対向方向へ相対的に離隔移動した前記第一成形型の保持面に対して、半導体素子が搭載されたワークを、前記保持面に設けられた粘着部で粘着保持するとともに、前記第二成形型のキャビティ内に未硬化樹脂を供給する搬入工程と、前記第一成形型又は前記第二成形型のいずれか一方か若しくは両方を駆動部で前記第一成形型及び前記第二成形型の対向方向へ相対的に接近移動して、前記第一成形型と前記第二成形型の間に減圧室を形成するととともに、調圧部で前記減圧室から外部空間へ排気して大気雰囲気から減圧させる減圧工程と、前記減圧室が約100Pa以下の高真空になった状態で、前記駆動部により前記ワークの載置面及び前記半導体素子を前記キャビティ内の前記未硬化樹脂に浸漬させる浸漬工程と、前記未硬化樹脂を硬化させて前記ワークの前記載置面及び前記半導体素子を樹脂封止する硬化工程と、前記調圧部で前記外部空間から前記減圧室へ給気して大気雰囲気に戻すとともに、前記粘着部から前記ワークの前記載置面と逆側の非載置面を剥離して、前記第一成形型と前記第二成形型を前記駆動部により離隔移動させる搬出工程と、を含むことを特徴とする。

Claims (5)

  1. 半導体素子が搭載されたワークの保持面を有する第一成形型と、
    前記第一成形型の前記保持面に保持した前記ワークの前記半導体素子が搭載される載置面と対向して未硬化樹脂が供給されるキャビティを有する第二成形型と、
    前記第一成形型及び前記第二成形型の間に形成される開閉自在な減圧室と、
    前記第一成形型又は前記第二成形型のいずれか一方か若しくは両方を前記第一成形型及び前記第二成形型の対向方向へ相対的に接近移動して前記減圧室を形成する駆動部と、
    前記減圧室及び外部空間に亘り排気又は給気して大気雰囲気から所定真空度の減圧雰囲気まで内圧調整する調圧部と、
    前記駆動部及び前記調圧部を作動制御する制御部と、を備え、
    前記第一成形型の前記保持面は、前記ワークの前記載置面と逆側の非載置面と着脱自在に接する粘着部を有し、
    前記制御部は、前記調圧部により前記減圧室が約100Pa以下の高真空になった状態で、前記駆動部により前記ワークの前記載置面が前記キャビティ内の前記未硬化樹脂に浸漬されるように制御することを特徴とする樹脂封止装置。
  2. 前記粘着部が、前記第一成形型の前記保持面に複数それぞれ分散配置されることを特徴とする請求項1記載の樹脂封止装置。
  3. 前記粘着部が、前記第一成形型の前記保持面から前記減圧室に向けて突出する弾性変形可能な粘着面を有することを特徴とする請求項1又は2記載の樹脂封止装置。
  4. 前記第一成形型の前記保持面が、前記ワークを前記粘着部の前記粘着面に向け移動して押し付ける押圧部を有することを特徴とする請求項3記載の樹脂封止装置。
  5. 大気雰囲気で前記第一成形型及び前記第二成形型の対向方向へ相対的に離隔移動した前記第一成形型の保持面に対して、半導体素子が搭載されたワークを、前記保持面に設けられた粘着部で粘着保持するとともに、前記第二成形型のキャビティ内に未硬化樹脂を供給する搬入工程と、
    前記第一成形型又は前記第二成形型のいずれか一方か若しくは両方を前記駆動部で前記第一成形型及び前記第二成形型の対向方向へ相対的に接近移動して、前記第一成形型と前記第二成形型の間に減圧室を形成するととともに、調圧部で前記減圧室から外部空間へ排気して大気雰囲気から減圧させる減圧工程と、
    前記減圧室が約100Pa以下の高真空になった状態で、前記駆動部により前記ワークの前記載置面及び前記半導体素子を前記キャビティ内の前記未硬化樹脂に浸漬させる浸漬工程と、
    前記未硬化樹脂を硬化させて前記ワークの前記載置面及び前記半導体素子を樹脂封止する硬化工程と、
    前記調圧部で前記外部空間から前記減圧室へ給気して大気雰囲気に戻すとともに、前記ワークの前記載置面の前記粘着部から前記ワークの前記載置面と逆側の非載置面を剥離して、前記第一成形型と前記第二成形型を前記駆動部により離隔移動させる搬出工程と、を含むことを特徴とする樹脂封止方法。
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