KR100320776B1 - 반도체장치의제조방법및수지밀봉장치 - Google Patents

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미키오 마츠이
요시아키 스기자키
다카히토 나카자와
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니시무로 타이죠
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Abstract

본 발명은, 반도체 칩과 배선기판과의 간극에 균일하게 수지밀봉체가 단시간에 형성되는 플립 칩형 반도체장치의 제조방법 및 이 플립 칩형 반도체장치의 수지밀봉체가 용이하게 형성되는 수지밀봉장치를 제공한다.
플립 칩형 반도체장치는, 반도체 칩(2)과 배선기판(1)과의 간극 및 그 바깥둘레에 수지밀봉체가 형성된다. 트랜스퍼 방식에 의해 반도체 칩(2)을 수용하는 성형틀(30, 32)을 이용하고, 가열, 감압상태로 한 캐비티(38)에 설치된 게이트로부터 플런저(40)에 의해 액상수지(39)를 캐비티내로 주입하여 충전(充塡)한다. 반도체 칩과 배선기판과의 간극에 균일하게 수지밀봉체가 단시간에 형성된다. 또, 본 발명의 수지밀봉장치는, 복수의 캐비티가 설치되어 있는 경우, 성형틀의 외부에 탄성체를 설치함으로써 배선기판의 오차를 성형틀로 보정하여 균일한 틀맞춤을 얻을 수 있다.

Description

반도체장치의 제조방법 및 수지밀봉장치
본 발명은, 플립 칩(flip chip)형 반도체장치의 수지충전에 관한 것으로, 특히 액상수지를 이용한 충전방법에 관한 것이다.
실리콘 반도체 등의 반도체소자(이하, 반도체 칩이라 칭함)를 회로기판에 플립 칩 접속하여 구성된 플립 칩형 반도체장치는 종래부터 알려져 있다. 플립 칩 접속은, 외부접속 전극으로서 장착된 범프전극 또는 돌기전극(이하, 범프라 칭함)을 회로기판에 접합하는 접속방법이다.
도 16b는 종래의 플립 칩형 반도체장치의 단면도이다. 범프(3)를 갖춘 반도체 칩(2)은 배선기판(1)에 범프(3)를 매개로 하여 접속되어 있다.
배선기판(1)의 예컨대 이면(裏面)에 접속전극(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 반도체 칩(2)에 형성되어 있는 집적회로로부터의 신호 또는 이 집적회로로 들어가는 신호가 외부회로로 출입하도록 구성되어 있다. 반도체 칩(2)에 장착된 범프(3)와 배선기판(1)에 형성된 접속전극은 배선기판(1) 내부에 형성된 내부 배선(도시하지 않음)을 매개로 하여 전기적으로 접속되어 있다. 이 배선기판(1)과 반도체 칩(2)과의 사이, 즉 범프(3)가 존재하는 공간은 수지밀봉체(5)로 보호되어 있다. 종래의 기술에 의한 수지밀봉체(5)의 형성방법은 다음과 같은 공정으로 행해진다.
우선, 배선기판(1)의 주변에 분배노즐(dispense nozzle; 49)로부터 에폭시 (epoxy) 등의 액상수지(39)가 공급된다. 분배노즐(49)은 액상수지가 저장되어 있는 시린지(syringe)에 장착되어 있다. 액상수지(39)는, 배선기판(1)과 반도체 칩 (2)간의 내부로 모세관 현상을 이용한 모관력(毛管力)에 의해 침투해 간다(도 15a). 즉, 분배노즐(49)로부터의 액상수지(39)는 배선기판(1)상의 주변에 방울져 떨어지고(도 15b), 그것이 내부로 침투하여(도 16a) 수지밀봉체(5)가 형성된다(도 16b).
이상과 같이, 종래의 플립 칩형 반도체장치의 수지충전방법은 플립 칩 접합된 반도체 칩의 바깥둘레의 1변 내지 3변의 일부에 액상수지가 방울져 떨어지고, 가열연화한 수지를 모세관 현상에 의해 반도체 칩과 배선기판과의 간극으로 침투시키고 있었다. 또, 간극으로의 수지충전이 종료된 후, 필레트(fillet)를 형성하기 위해 미리 도포하지 않는 2변 내지 4변의 일부에 재차 액상수지를 도포하고 있었다. 이 경우, 수지도포공정에 요하는 시간은 도포장치를 1대로 메우려고 한 경우, 도포시간뿐만 아니라 반도체 칩 바깥둘레로부터 배선기판의 간극으로 수지를 충전하는 시간도 합계된 것으로 되어 생산성이 낮았다.
또, 반도체 칩을 리드 프레임(lead frame)의 소자 탑재부에 탑재하고, 반도체 칩에 형성된 접속전극과 리드 프레임의 리드를 와이어 본딩(wire bonding)으로 접속한 반도체장치에 적용되는 수지밀봉체는, 통상 트랜스퍼 성형법에 의해 형성된다. 이러한 반도체장치에 적용되는 트랜스퍼 성형법을 상기 플립 칩형 반도체장치에 적용하면, 반도체 칩과 배선기판과의 간극이 0.2㎜ 정도로 대단히 좁기 때문에 충전불량 발생 및 성형시의 수지점도가 플라스틱 패키지의 그것과 비교하여 충분히 낮은 것에 의한 수지의 돌아 들어감이 일어나고, 수지충전이 불필요한 부분에까지 수지가 부착되는 외관 불량이 일어난다는 문제가 있다. 상기 반도체 칩과 배선기판과의 간극은 0.01~0.1㎜로까지 좁아지는 경향이 있어, 문제는 한층 확대하는 방향으로 진행되고 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 반도체 칩과 배선기판과의 간극에 균일하게 수지밀봉체가 단시간에 형성되는 플립 칩형 반도체장치의 제조방법 및 이 플립 칩형 반도체장치의 수지밀봉체가 용이하게 형성되는 수지밀봉장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 수지충전방법을 설명하는 수지밀봉용 성형 금형의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 수지충전방법을 설명하는 수지밀봉용 성형 금형의 단면도,
도 3은 본 발명의 플립 칩형 반도체장치의 단면도 및 평면도,
도 4는 도 3의 반도체장치에 사용하는 배선기판 및 반도체 칩을 상세히 설명하는 부분 단면도,
도 5는 본 발명의 수지충전방법을 설명하는 수지밀봉용 성형 금형의 단면도,
도 6은 본 발명의 수지충전방법을 설명하는 수지밀봉용 성형 금형의 단면도,
도 7은 본 발명의 반도체장치의 제조방법에 이용되는 수지밀봉용 성형 금형의 단면도,
도 8은 본 발명의 반도체장치의 제조방법에 이용되는 수지밀봉용 성형 금형의 단면도,
도 9는 본 발명의 반도체장치의 제조방법에 이용되는 수지밀봉용 성형 금형의 캐비티 및 게이트의 위치관계를 나타낸 단면도,
도 10은 본 발명의 반도체장치의 제조방법에 이용되는 수지밀봉용 성형 금형의 캐비티 및 배기홈의 위치관계를 나타낸 단면도,
도 11은 본 발명의 반도체장치의 제조방법에 이용되는 수지밀봉용 성형 금형의 캐비티 및 게이트의 위치관계를 나타낸 단면도,
도 12는 본 발명의 반도체장치의 제조방법에 이용되는 수지밀봉용 성형 금형의 캐비티 및 배기홈의 위치관계를 나타낸 단면도,
도 13은 본 발명의 수지충전방법을 설명하는 수지밀봉용 성형 금형의 단면도,
도 14는 본 발명의 수지충전방법을 설명하는 수지밀봉용 성형 금형의 단면도,
도 15는 종래의 수지충전방법을 설명하는 반도체장치의 단면도,
도 16은 종래의 수지충전방법을 설명하는 반도체장치의 단면도,
도 17은 본 발명의 수지충전방법에 이용되는 수지밀봉용 성형 금형의 모식 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 --- 배선기판, 2 --- 반도체 칩,
3 --- 범프, 4, 5 --- 수지밀봉체,
10 --- 플립 칩형 반도체장치, 11 --- 배선,
12 --- 내부배선, 13 --- 접속전극,
14 --- 레지스트막, 21 --- 접속전극,
22 --- 패시베이션막, 30 --- 상부 틀,
31 --- 도금막, 32 --- 하부 틀,
33 --- 포트, 34 --- 런너(runner),
35 --- 게이트, 36 --- 배기홈,
37, 43 --- 감압용 밀봉재, 38 --- 캐비티,
39 --- 액상수지, 40 --- 플런저,
41, 51 --- 배기밸브, 42 --- 돌기부(하중받침대),
44 --- 제1홀더, 45 --- 제2홀더,
46 --- 제1탄성체, 47 --- 제2탄성체,
49 --- 분배노즐, 50 --- 도피구.
본 발명은, 플립 칩형 반도체장치의 반도체 칩과 배선기판과의 간극 및 그 바깥둘레에 수지밀봉체를 형성하는 수지충전방법으로, 트랜스퍼 성형에 의해 또는스크류(screw)에 의한 가압주입에 의해 반도체 칩을 수용하는 성형틀을 이용하고, 가열, 감압상태로 한 성형틀의 내부(캐비티(cavity))에 설치된 수지 주입구(게이트)로부터 플런저(plunger) 등에 의해 액상수지를 캐비티내로 주입하여 충전하는 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명의 수지밀봉장치는, 플립 칩형 반도체장치의 반도체 칩과 배선기판을 수용하고, 적어도 1개의 게이트를 갖춘 캐비티가 형성된 성형틀과, 캐비티를 감압상태로 하는 수단과, 성형틀을 승온하는 수단과, 액상수지를 게이트로부터 가압주입하는 플런저 또는 스크류를 갖춘 수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
도 15 및 도 16에 나타낸 수지충전법과 비교해서 반도체 칩과 배선기판과의 간극에 균일하게 수지밀봉체가 단시간에 형성된다. 또, 본 발명의 수지밀봉장치는 복수의 캐비티가 설치되어 있는 경우, 성형틀의 외부에 탄성체를 설치함으로써 배선기판의 오차를 성형틀로 보정하여 균일한 틀맞춤을 얻을 수 있다. 또, 배선기판상에 탄성체를 당접(當接)시킴으로써 배선기판상의 불필요한 개소로의 유출을 방지할 수 있다. 더욱이, 성형틀의 상부 틀과 하부 틀의 사이에 하중받침대를 설치함으로써 캐비티 두께를 제어할 수 있다.
(발명의 실시형태)
이하, 도면을 참조하여 발명의 실시형태를 설명한다.
본 발명은, 외부단자가 형성된 배선기판에 적어도 1개의 반도체 칩의 범프가 전기적으로 접속된 플립 칩형 반도체장치를 가열시키고, 감압상태에 있는 수지밀봉용 성형 금형(成形 金型)에 탑재하며, 이 감압상태에 있는 수지밀봉용 성형 금형에수지를 트랜스퍼 방식에 의해 가압·주입하여 상기 반도체 칩 및 배선기판을 수지밀봉하는 것을 특징으로 한다. 이하, 각각의 수지밀봉용 성형 금형을 이용하여 제 1실시예 및 제2실시예를 설명한다.
우선, 도 1 내지 도 4를 참조하여 제1실시예에 따른 반도체장치의 제조방법 및 이 방법에 의해 형성된 플립 칩형 반도체장치를 설명한다.
도 1 및 도 2는 수지의 충전방법을 설명하는 수지밀봉용 성형 금형의 단면도, 도 3은 플립 칩형 반도체장치의 단면도 및 평면도, 도 4는 도 3의 반도체장치에 사용하는 배선기판 및 반도체 칩을 상세히 설명하는 부분 단면도이다.
성형 금형은, 상부 틀(제1틀; 30) 및 하부 틀(제2틀; 32)을 밀폐하여 반도체 칩 등의 피밀봉체를 수용하는 캐비티(38)를 형성한다. 이 실시예에서는 피밀봉체로서 플립 칩형 반도체장치의 배선기판(1) 및 이것에 탑재된 반도체 칩(2)이 수용되어 있다. 캐비티(38)에 근접하여 배기홈(에어 벤트(air bent); 36)이 상부 틀 (30)에 형성되어 있다. 배기홈(36)은 캐비티(38)의 일부, 예컨대 4모퉁이에 근접하여 형성되어 있고, 배기홈(36)의 앞에는 배선기판(1)을 눌러 자른 면의 도피구로서 배기홈 이상의 깊이의 도피구(50)를 형성한다. 하부 틀(32)에는 열경화성의 에폭시 등의 액상수지가 수용되는 포트(pot; 33)가 형성되어 있다. 포트(33)내에는 플런저(40)가 출입자재로 이동한다. 포트(33)로부터 캐비티(38)까지 런너(34), 게이트(35)와 수지경로가 형성되어 있다.
성형시에 있어서, 플립 칩형 반도체장치의 반도체 칩(2) 및 배선기판(1)은 성형 금형의 예컨대 하부 틀(32)에 세트된다(도 1a). 다음으로, 시린지(도시하지않음)에 저장되어 있는 액상수지(39)는 분배노즐(49; 도 15 참조)을 매개로 하여 공기압을 이용하여 포트(33)에 적량 공급된다. 성형 금형에는, 클램프(clamp)에 의해 성형부에 캐비티(밀폐공간; 38)가 형성되어 있다. 이 캐비티를 고진공도 공간으로 하기 위해 성형 금형 주위에, 예컨대 불소 고무의 감압용 밀봉재(37)를 배치한다. 감압용 밀봉재(37)는 진공 도달시간을 단축하기 위해 완전하게 클램프하기 직전에서 상, 하부 틀 사이를 1㎜ 정도로 수초간 유지시킨 경우에도 고진공도가 얻어지는 구조로 한다. 성형을 행하기 위해서는 최초에 완전하게 클램프하기 전에 캐비티(38)를 10Torr 이하의 고진공으로 한다. 그리고, 성형 금형을 완전하게 클램프한다. 포트(33)의 액상수지(39)는 플런저(40)로 눌려 런너(34)를 통해 게이트 (35)로부터 캐비티(38)로 이동한다(도 1b). 액상수지(39)는 포트(33)내에 미리 적량 수지량에 상당하는 체적분 이상의 공간에 공급되지만, 사용하는 액상수지의 점도가 낮기 때문에 포트와 플런저의 간극으로 수지가 유출하는 경우가 있다. 그 때문에, 포트와 플런저의 간극을 가능한 한 작게 하기 위해 플런저 바깥둘레에 밀봉재에 상당하는 테프론 등의 링을 형성하여 플런저 외형을 포트 내경에 맞추는 것도 가능하다. 당연히 링은 교환가능한 바, 마모 등의 발생시에는 신속하게 교환할 수 있는 구조가 바람직하다.
캐비티(38)로의 수지 주입구인 게이트(35)는 플립 칩형 반도체장치 바깥둘레의 일부에 설치되지만, 예컨대 측면에 형성되는 경우, 반도체 칩(2)의 1변의 폭에 게이트를 형성하는 경우도 있다. 또한 플립 칩형 반도체장치의 배선기판(1)상에 수지가 성형된 후 남는 것을 방지하기 위해 반도체 칩 상면부에 게이트를 설치할수 있다.
액상수지(39)는 1~20MPa 정도로 계속 가압된다(도 2a). 액상수지(39)에 보이드(void)가 없어지기까지 가압하고, 범프가 존재하는 배선기판(1)과 반도체 칩 (2)의 사이에도 균일하게 수지가 충전된 것을 확인하고 가압을 정지한다(도 2b). 주입된 수지는 경화되어 반도체 칩(2)이 밀봉되어 있는 수지밀봉체(4)의 여분의 수지를 제거하여 플립 칩형 반도체장치가 형성된다.
이 수지충전방법에 의해 단시간에 액상수지가 배선기판(1)과 반도체 칩(2)의 사이, 범프 사이에도 균일하게 수지가 충전된다.
다음으로, 도 3을 참조하여 상기 방법에 의해 형성된 플립 칩형 반도체장치 (10)를 설명한다. 도 3a는 반도체 칩(2)이 반도체장치의 상면에 노출되어 있는 형태이고, 도 3c는 반도체 칩(2)이 수지밀봉체(4)내에 피복되어 있는 형태인 바, 도 1 및 도 2에 기재된 성형 금형에서는 도 3c의 형태의 반도체장치가 형성된다. 배선기판(1)상에는 배선(도시하지 않음)이 형성되고, 반도체 칩(2)의 접속단자인 범프(3)가 그 배선에 전기적으로 접속되어 있다. 배선기판(1)상의 반도체 칩(2)과 범프(3)는 에폭시 수지 등의 수지밀봉체(4)에 완전히 피복되어 있고, 배선기판(1)의 표면의 일부도 수지밀봉체(4)에 피복되어 있다.
도 3a에 나타낸 바와 같이, 수지밀봉체(4)는 배선기판(1)과 반도체 칩(2)의 간극(d), 즉 범프(3) 사이에도 균일하게 형성되어 있다. 배선기판과 반도체 칩의 간극(d)이 0.2㎜ 이하라도 범프 사이에 균일하게 수지가 충전된다. 또, 반도체장치의 소형화가 진행되어, 배선기판과 반도체 칩의 간극이 0.01~0.1㎜ 정도로 되어도 이 방법을 이용하면 균일한 수지충전이 가능하게 된다.
다음으로, 도 4를 참조하여 상기 플립 칩형 반도체장치의 반도체 칩과 배선기판의 상태를 보다 상세히 설명한다. 범프(3)를 갖춘 반도체 칩(2)은 배선기판 (1)에 범프(3)를 매개로 하여 접속되어 있다. 반도체 칩(2) 주면(主面)에는 알루미늄 등의 접속전극(21)이 형성되어 있다. 주면의 접속전극(21)이 형성되어 있는 영역 이외는 산화막 등의 패시베이션막(22)에 의해 피복 보호되어 있다. 접속전극 (21)의 표면에는 구리 등의 도금막(31)이 형성되어 있고, 그 위에 Pb-Sb땜납으로 이루어진 범프(3)가 접속되어 있다. 한편, 배선기판(1)의 표면에는 배선(11)이 형성되어 있고, 그 이외는 레지스트막(14)에 의해 피복되어 있다. 배선기판(1)의 이면에는 접속전극(13)이 형성되어 있고, 접속전극(13)은 배선기판(1)의 내부에 형성된 구리 등의 내부배선(12)을 매개로 하여 주면의 배선(11)과 전기적으로 접속되어 있다. 접속전극(13)에는 범프를 장착할 수 있다. 상기 범프(3)가 배선(11)에 접속되어, 반도체 칩(2)에 형성되어 있는 집적회로로부터의 신호 또는 이 집적회로로 들어가는 신호가 접속전극(13)으로부터 외부회로로 출입하도록 구성되어 있다.
본 발명과 같이 트랜스퍼 방식에 의해 수지밀봉체를 형성하기 위해서는, 도 15에 나타낸 종래의 기술에서는 액상수지를 1개의 기판에 도포하고 나서 언더 필을 형성하기까지에 1분 정도가 필요하지만, 본 발명과 같이 트랜스퍼 방식을 이용하는 수지밀봉체의 형성방법에서는 절반 정도로 게다가 복수의 반도체장치를 동시에 형성할 수 있다.
다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하여 제2실시예에 따른 반도체장치의 제조방법을 설명한다.
도 5 및 도 6은 모두 수지의 충전방법을 설명하는 수지밀봉용 성형 금형의 단면도이다. 성형 금형은, 상부 틀(제1틀; 30) 및 하부 틀(제2틀; 32)을 밀폐하여 반도체 칩 및 반도체 칩을 탑재하는 배선기판을 수용하는 캐비티(38)를 형성한다. 이 실시예에서는 플립 칩형 반도체장치의 배선기판(1) 및 이에 탑재된 반도체 칩 (2)이 수용되어 있다. 캐비티(38)에 근접하여 배기홈이 상부 틀(30)에 형성되어 있다. 이 성형 금형에는 복수의 캐비티(38)가 구성되어 있고, 배기홈은 이 캐비티 사이에 형성되어 있다. 그리고, 배기홈에는 배기밸브(41)가 배치되어 있다. 하부 틀(32)에는 에폭시 등의 액상수지가 수용되는 포트(33)가 형성되어 있다. 포트 (33)내에는 플런저(40)가 출입자재로 이동한다. 포트(33)로부터 캐비티(38)까지 런너(34)와 게이트(35) 및 수지경로가 형성되어 있다.
성형시에 있어서, 플립 칩형 반도체장치의 반도체 칩(2) 및 배선기판(1)은 성형 금형의 예컨대 하부 틀(32)에 세트된다(도 5a). 다음으로, 시린지(도시하지 않음)에 저장되어 있는 액상수지(39)는 분배노즐을 매개로 하여 공기압력을 이용하여 포트(33)에 적량 공급된다. 성형 금형에는, 클램프에 의해 성형부에 캐비티 (38)가 형성되어 있다. 이 캐비티(38)를 고진공도 공간으로 하기 위해 성형 금형 주위에, 예컨대 불소 고무의 감압용 밀봉재(37)를 배치한다. 또, 이 밀봉재(37)는 진공 도달시간을 단축하기 위해 완전하게 클램프하기 직전에서 상, 하부 틀 사이를 1㎜ 정도로 수초간 유지시킨 경우에도 고진공도가 얻어지는 구조로 한다.
완전하게 클램프하기 전에 캐비티(38)를 10Torr 이하의 고진공으로 한다.그리고, 성형 금형을 완전하게 클램프한다. 이때, 배기밸브(41)는 포트(33)와 런너(34)와의 사이의 수지 통로를 저지하고 있다(도 5b). 포트(33)의 액상수지(39)는 플런저(40)로 눌려 배기밸브(41)를 밀어 배기홈을 밀봉한다. 그리고, 액상수지는 런너(34)를 통해 게이트(35)로부터 캐비티(38)로 이동한다(도 6a). 액상수지 (39)는 포트(33)내에 미리 적량 수지량에 상당하는 체적분 이상의 공간에 공급된다. 포트와 플런저의 간극을 가능한 한 작게 하기 위해 플런저 바깥둘레에 밀봉재에 상당하는 테프론 등의 링을 형성하여 플런저 외형을 포트 내경에 맞추는 것도 가능하다. 링은 교환가능한 바, 마모 등의 발생시에는 신속하게 교환할 수 있는 구조가 바람직하다.
캐비티(38)로의 수지 주입구인 게이트(35)는 플립 칩형 반도체장치 바깥둘레의 일부에 설치되지만, 예컨대 측면에 형성되는 경우, 반도체 칩(2)의 1변의 폭에 게이트를 형성하는 경우도 있다. 또한 플립 칩형 반도체장치의 배선기판(1)상에 수지가 성형된 후 남는 것을 방지하기 위해 반도체 칩 상면부에 게이트를 설치할 수 있다.
액상수지(39)는 1~20MPa 정도로 계속 가압된다. 액상수지(39)에 보이드가 없어지기까지 가압하고, 범프가 존재하는 배선기판(1)과 반도체 칩(2)의 사이에도 균일하게 수지가 충전된 것을 확인하고 가압을 정지한다(도 6b). 그후, 주입된 액상수지는 경화되어 반도체 칩(2)이 밀봉되어 있는 수지밀봉체(4)의 여분의 수지를 제거하여 플립 칩형 반도체장치가 형성된다.
이 수지충전방법에 의해 단시간에 액상수지가 배선기판(1)과 반도체 칩(2)의사이, 범프 사이에도 균일하게 수지가 충전된다.
다음으로, 도 7을 참조하여 제3실시예를 설명한다.
도 7은 반도체장치의 제조방법에 이용되는 수지밀봉용 성형 금형의 단면도이다. 이 실시예는 성형 금형의 구조에 특징이 있는 바, 포트 등의 수지유로에 관계되는 부분 및 배기에 관계되는 부분의 도시는 생략한다. 이 성형 금형에서는 수지밀봉체가 두꺼운 오버 코트를 실시하지 않은 도 3a에 나타낸 얇은 플립 칩형 반도체장치가 형성된다.
성형 금형은 상부 틀(제1틀; 30) 및 하부 틀(제2틀; 32)을 밀폐하여 반도체 칩 등의 피밀봉체를 수용하는 복수의 캐비티(38)를 형성한다. 이 실시예에서는 피밀봉체로서 플립 칩형 반도체장치의 배선기판(1) 및 이에 탑재된 반도체 칩(2)이 수용되어 있다. 상부 틀(30)은 제1홀더(44)에 유지되고, 하부 틀(32)은 제2홀더 (45)에 유지되어 있다.
성형시에 있어서, 플립 칩형 반도체장치의 반도체 칩(2) 및 범프(3)에 의해 반도체 칩(2)이 접속된 배선기판(1)은 성형 금형의 하부 틀(32)에 세트된다. 성형 금형에는 클램프에 의해 성형부에 캐비티(밀폐공간; 38)가 형성되어 있다. 이 캐비티를 고진공도 공간으로 하기 위해 제1 및 제2홀더(44, 45)의 주위에 불소 고무의 감압용 밀봉재(43)를 배치한다. 이 밀봉재(43)는 진공도달시간을 단축하기 위해 완전하게 클램프하기 직전에서 상, 하부 틀 사이를 1㎜ 정도로 수초간 유지시킨 경우에도 고진공도가 얻어지는 구조로 한다. 성형을 행하기 위해서는 최초에 완전하게 클램프하기 전에 캐비티(38)를 10Torr 이하의 고진공으로 한다. 그후, 성형금형을 완전하게 클램프시키고 나서 캐비티(38)에 액상수지를 주입한다.
하부 틀(32)의 캐비티(38)가 형성되어 있지 않은 영역에 돌기부(42)를 설치하고, 이를 상부 틀(30)에 당접시킨다. 이 돌기부(42)는 하중받침대로, 배선기판 (1)으로의 과부하를 억제하고, 캐비티(38)의 두께를 제어할 수 있다.
다음으로, 도 8을 참조하여 제4실시예를 설명한다.
도 8은 반도체장치의 제조방법에 이용되는 수지밀봉용 성형 금형의 단면도이다. 이 실시예는 성형 금형의 구조에 특징이 있는 바, 포트 등의 수지유로에 관계되는 부분 및 배기에 관계되는 부분의 도시는 생략한다. 이 성형 금형에서는 수지밀봉체가 두꺼운 오버 코트를 실시하지 않은 반도체 칩이 노출된 도 3a와 같은 얇은 플립 칩형 반도체장치가 형성된다.
성형 금형은 상부 틀(제1틀; 30) 및 하부 틀(제2틀; 32)을 밀폐하여 반도체 칩 등의 피밀봉체를 수용하는 복수의 캐비티(38)를 형성한다. 이 실시예에서는 피밀봉체로서 플립 칩형 반도체장치의 배선기판(1) 및 이에 탑재된 반도체 칩(2)이 수용되어 있다. 상부 틀(30)은 제1홀더(44)에 유지되고, 하부 틀(32)은 제2홀더 (45)에 유지되어 있다.
성형시에 있어서, 플립 칩형 반도체장치의 반도체 칩(2) 및 범프(3)에 의해 반도체 칩(2)이 접속된 배선기판(1)은 성형 금형의 하부 틀(32)에 세트된다. 성형 금형에는, 클램프에 의해 성형부에 캐비티(밀폐공간; 38)가 형성되어 있다. 이 캐비티를 고진공도 공간으로 하기 위해 제1 및 제2홀더(44, 45)의 주위에 불소 고무의 감압용 밀봉재(43)를 배치한다. 또, 이 밀봉재(43)는 진공도달시간을 단축하기위해 완전 클램프하기 직전에서 상, 하부 틀 사이를 1㎜ 정도로 수초간 유지시킨 경우에도 고진공도가 얻어지는 구조로 한다.
성형을 행하기 위해서는 최초에 완전하게 클램프하기 전에 캐비티(38)를 10Torr 이하의 고진공으로 한다. 그리고, 성형 금형을 완전하게 클램프시키고 나서 캐비티(38)에 액상수지를 주입한다. 하부 틀(32)의 캐비티(38)가 형성되어 있지 않은 영역에 돌기부(42)를 설치하고, 이를 상부 틀(30)에 당접시킨다. 이 돌기부(42)는 하중받침대로, 배선기판(1)으로의 과부하를 억제하고, 캐비티(38)의 두께를 제어할 수 있다
이 실시예의 성형 금형에서는, 상부 틀(30)의 배선기판(1)과의 접촉하는 부분에 불소 고무 등의 제1탄성체(46)를 설치하고, 상부 틀(30)의 상부에는 불소 고무 등의 제2탄성체(47)를 설치하는 것에 특징이 있다. 제1탄성체(46)는 배선기판 (1)으로의 불필요한 액상수지의 유출을 방지하기 위해 형성되고, 제2탄성체(47)는 배선기판(1)의 오차를 성형 금형으로 보정하여 균일한 틀맞춤을 얻기 위해 형성된다.
다음으로, 도 9 및 도 11을 참조하여 제5실시예를 설명한다.
도 9 및 도 11은, 반도체장치의 제조방법에 이용되는 수지밀봉용 성형 금형의 캐비티 및 게이트의 위치관계를 나타낸 단면도이다. 이 실시예는 성형 금형의 캐비티와 게이트의 배치에 특징이 있다. 게이트(35)는 액상수지를 포트로부터 런너를 통해 캐비티로 공급하는 입구이다. 종래의 트랜스퍼 방식을 이용하는 것은 리드 프레임에 탑재된 반도체장치이다. 이 반도체장치의 수지밀봉체를 트랜스퍼방식으로 형성하기 위해서는 리드 프레임에 탑재한 채 성형 금형에 수납되어야만 한다. 그 경우, 캐비티 주변에는 리드 프레임이 존재하기 때문에 게이트의 위치나 크기에는 제한이 있다. 본 발명에서는 리드 프레임을 이용하지 않기 때문에, 액상수지가 균일한 상태로 캐비티에 주입되도록 임의의 수의 게이트를 임의의 위치에 배치할 수 있다. 도면은 모두, 반도체 칩(2)이 수납되어 있는 캐비티(38)에 배치된 게이트(35)의 상태를 나타내고 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, 게이트는 반도체 칩의 상면에 형성할 수도 있다. 게이트의 배치길이는 칩의 둘레길이의 5~95%로 하는 것이 적당하다.
다음으로, 도 10 및 도 12를 참조하여 제6실시예를 설명한다.
도 10 및 도 12는 반도체장치의 제조방법에 이용되는 수지밀봉용 성형 금형의 캐비티 및 배기홈(에어 벤트)의 위치관계를 나타낸 단면도이다. 이 실시예는, 성형 금형의 캐비티와 배기홈의 배치에 특징이 있다. 본 발명에서는, 캐비티(38)를 감압상태로 하여 성형하기 때문에 배기홈(36)은 중요하다. 배기홈(36)은, 예컨대 캐비티(38)의 4모퉁이에 근접하여 형성되어 있다. 게이트와 마찬가지로 캐비티 (38)의 주변에 형성된다. 본 발명에서는 게이트상에 배기홈(36)이 배치되지 않도록 하면 배기홈(36)은 균일한 상태에서 감압상태로 캐비티를 할 수 있도록 임의의 수, 임의의 크기의 게이트를 임의의 위치에 배치할 수 있다. 도면은 모두, 반도체 칩(2)이 수납되어 있는 캐비티(38)에 배치된 배기홈(36)의 상태를 나타내고 있다.
다음으로, 도 13을 참조하여 제7실시예를 설명한다.
도 13은 수지의 충전방법을 설명하는 수지밀봉용 성형 금형의 단면도이다.성형 금형은, 상부 틀(제1틀; 30) 및 하부 틀(제2틀; 32)을 밀폐하여 반도체 칩 및 반도체 칩을 탑재하는 배선기판을 수용하는 캐비티(38)를 형성한다. 캐비티(38)에 근접하여 배기홈이 상부 틀(30)에 형성되어 있다. 배기홈(36)의 앞에는 배선기판 (1)을 눌러 자른 면의 도피구로서 배기홈 이상의 깊이의 도피구(50)를 형성한다. 배기홈에는 배기밸브(51)가 배치되어 있어 액상수지가 캐비티(38)로 주입될 때는 배기밸브(51)가 배기홈을 밀봉하도록 되어 있다. 하부 틀(32)에는 에폭시 등의 액상수지가 수용되는 포트(33)가 형성되어 있다. 포트(33)내에서는 플런저(40)가 출입자재로 이동한다. 포트(33)로부터 캐비티(38)까지 런너(34)와 게이트(35) 및 수지경로가 형성되어 있다.
성형시에 있어서, 반도체 칩(2) 및 배선기판(1)은 성형 금형의 하부 틀(32)에 세트된다. 반도체 칩(2)은 상부 틀의 내면에 아주 근접하여 배치되어 있으므로, 오버 코트는 형성되지 않고, 도 3a에 나타낸 반도체장치가 형성된다. 성형 금형에는 클램프에 의해 성형부에 캐비티(38)가 형성되어 있다. 이 캐비티를 고진공도 공간으로 하기 위해 성형 금형 주위에 불소 고무의 감압용 밀봉재(37)를 배치한다. 이 밀봉재(37)는 진공도달시간을 단축하기 위해 완전하게 클램프하기 직전에서 상, 하부 틀 사이를 1㎜ 정도로 수초간 유지시킨 경우에도 고진공도가 얻어지는 구조로 한다. 성형을 행하기 위해서는 최초에 완전하게 클램프하기 전에 캐비티 (38)를 10Torr 이하의 고진공으로 한다(도 13a). 그리고, 성형 금형을 완전히 클램프한다(도 13b). 이하, 수지주입공정은 앞의 실시예와 동일하다.
다음으로, 도 14를 참조하여 제8실시예를 설명한다.
도 14는 수지의 충전방법을 설명하는 수지밀봉용 성형 금형의 단면도이다. 이 성형 금형은 도 5와 동일한 구조이고, 배기홈과 배기밸브(41)가 캐비티(38) 사이에 형성되어 있다.
성형시에 있어서, 반도체 칩(2) 및 배선기판(1)은 성형 금형의 하부 틀(32)에 세트된다. 반도체 칩(2)은 상부 틀의 내면에 아주 근접하여 배치되어 있으므로, 두꺼운 오버 코트는 형성되지 않고, 도 3a에 나타낸 반도체장치가 형성된다. 성형 금형에는 클램프에 의해 성형부에 캐비티(38)가 형성되어 있다. 이 캐비티를 고진공도 공간으로 하기 위해 성형 금형 주위에 불소 고무의 감압용 밀봉재(37)를 배치한다. 이 밀봉재(37)는 진공도달시간을 단축하기 위해 완전하게 클램프하기 직전에서 상, 하부 틀 사이를 1㎜ 정도로 수초간 유지시킨 경우에도 고진공도가 얻어지는 구조로 한다. 성형을 행하기 위해서는 최초에 완전하게 클램프하기 전에 캐비티(38)를 10Torr 이하의 고진공으로 한다(도 14a). 그리고, 성형 금형을 완전히 클램프한다(도 14b). 이하, 수지주입 공정은 앞의 실시예와 동일하다.
이상, 본 발명의 수지충전방법에 의해 단시간에 액상수지가 배선기판과 반도체 칩과의 간극이 0.2㎜ 이하여도 범프간에 균일하게 수지가 충전된다. 특히, 반도체장치의 소형화가 진행되어 배선기판과 반도체 칩의 간극이 0.01~0.1㎜ 정도로 되어도 충분히 대응할 수 있다.
본 발명은, 이상에 설명한 실시예에 한정되지 않고, 플립 칩형 장치를 제조하는 각종 제조방법 및 수지밀봉장치가 포함된다. 예컨대, 상기 실시예에서는 상기 액상수지를 상기 캐비티내로 플런저 가압에 의해 주입하는 방법을 설명했지만,본 발명에서는 스크류에 의해 가압·주입하는 방법을 이용하는 것도 가능하다(도 17 참조).
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의해 종래와 비교하여 단시간에 액상수지가 배선기판과 반도체 칩과의 미세한 간극에 균일하게 충전된다.

Claims (8)

  1. 적어도 1개의 반도체소자가 범프를 매개로 하여 배선기판에 전기적으로 접속된 플립 칩형 반도체장치를 복수의 성형체가 형성된 성형틀의 캐비티에 탑재하는 공정과,
    배기홈을 제외하고 상기 캐비티를 밀봉하는 공정,
    필요로 하는 감압상태로 하기 위해 상기 배기홈을 통해 상기 캐비티내를 배기하는 공정 및,
    상기 반도체장치와 배선기판 사이에 수지밀봉체를 형성하기 위해 실온에서 액상수지를 상기 플립 칩형 반도체장치를 갖춘 상기 성형틀의 캐비티에 가압·주입하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 성형틀의 캐비티에 상기 수지를 가압·주입하기 전에, 상기 성형틀을 가열하는 공정과, 상기 가열공정에서 가열된 상기 성형틀의 캐비티를 감압상태로 하는 공정을 더 구비한 것을 특징으로 하는 반도체장치의 제조방법.
  3. 적어도 1개의 반도체소자가 그 범프전극을 매개로 하여 외부단자를 갖춘 배선기판에 전기적으로 접속된 플립 칩형 반도체장치를 수용하면서 상부틀 및 하부틀로 형성되는 캐비티와,
    상기 캐비티내로 액상수지가 주입되는 수지 주입구와,
    상기 캐비티내를 감압상태로 하는 수단과,
    상기 상부틀 및 하부틀을 가열하는 수단과,
    상기 액상수지를 상기 캐비티내로 플런저 가압에 의해 주입하거나 또는 스크류에 의해 가압·주입하는 수단과
    상기 캐비티를 고진공도 공간으로 하기 위해 성형 금형 주위에 불소 고무의 감압용 밀봉재(37)와,
    상기 캐비티내를 배기하는 배기수단을 구비하고,
    액상수지를 충전하기 전에 상기 캐비티를 감압상태로 하는 것을 특징으로 하는 수지밀봉장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 수지 주입구는 상기 캐비티 주변의 임의의 위치에 복수 형성되는 것을 특징으로 하는 수지밀봉장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 캐비티는 평면형상이 실질적으로 정방형이고, 상기 수지 주입구는 상기 캐비티의 1변 전체에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수지밀봉장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 상부틀 및 하부틀에는 배기밸브가 설치되어 있으며, 상기 캐비티내를 감압상태로 할 때에 이 배기밸브를 열어 상기 캐비티내를 배기하고, 액상수지를 충전할 때에 상기 배기밸브를 닫는 것을 특징으로 하는 수지밀봉장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 캐비티내에서 상기 반도체소자가 배치되는 영역의 상기 배선기판에 탄성체를 접촉시킨 것을 특징으로 하는 수지밀봉장치.
  8. 제3항에 있어서, 상기 캐비티는 복수 설치되어 있고, 이 캐비티를 구성하는 상기 상부틀 또는 하부틀의 바깥표면에 배선기판의 오차를 보정하여 균일한 틀맞춤을 행하는 탄성체를 설치한 것을 특징으로 하는 수지밀봉장치.
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