JP2003170465A - 半導体パッケージの製造方法およびそのための封止金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トランスファーモールド工法で樹脂封止して
半導体パッケージを製造する際に、セラミック配線基板
を採用してもクラックが発生せず、かつ、基板下面への
封止樹脂の漏出が生じない製造方法を提供する。 【解決手段】 セラミック配線基板２などの配線基板を
接着フィルム７を介して枠体８の内周側に固定する工程
と、配線基板２の上面に半導体チップ３を搭載する工程
と、半導体チップ３を搭載した配線基板２が固定された
枠体８を上金型9bと下金型9aとでクランプし、枠体８の
内側に形成されたキャビティ10に封止樹脂11を注入し
て、キャビティ10に内包された半導体チップ３および配
線基板２の上部を樹脂封止する工程とを行なって半導体
パッケージを製造するに際し、前記樹脂封止する工程
で、配線基板２の上方より封止樹脂11を注入する。これ
によれば、枠体８をクランプするのでクラックが発生せ
ず、また、配線基板２と接着剤フィルム７との間に封止
樹脂11が入り込むのを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体パッケージ
の製造方法およびそのための封止金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化や消費電力の増
大化が進むにつれ、半導体パッケージがプリント配線基
板に高密度に実装されるようになってきた。

【０００３】図６はＣＳＰと呼ばれる小型の半導体パッ
ケージの一例を示す。この半導体パッケージ１では、配
線基板２の上面に接着剤などを介して半導体チップ３が
接合され、この半導体チップ３の上面の周縁部に形成さ
れた電極パッド（図示せず）と、前記配線基板２の上面
の周縁部に形成された接続電極（図示せず）とが、ボン
ディングワイヤ４によって電気的に接続され、半導体チ
ップ３、ボンディングワイヤ４、および配線基板２の上
部が樹脂パッケージ５（封止樹脂）で覆われている。配
線基板２の下面には、前記接続電極に対してスルーホー
ル内のコンタクトにより電気的に接続された外部接続電
極６が形成されていて、この外部接続電極６によって、
プリント配線基板（図示せず）などに電気的に接続され
るようになっている。

【０００４】このような半導体パッケージ１の配線基板
２としては、高密度配線が可能で、かつ高熱伝導性等の
特性を備えたセラミック配線基板が重用されてきてい
る。一方、樹脂封止には、半導体チップ３と配線基板２
とを封止金型のキャビティ内に配置し、このキャビティ
内に樹脂注入するトランスファーモールド工法が重用さ
れている。なぜなら、ポッティング樹脂封止工法や樹脂
印刷封止工法などの他の封止工法に比べて、高生産性で
あり、自動化が容易である、等の利点を有するからであ
る。

【０００５】したがって、セラミック配線基板を使用し
トランスファーモールド工法によって封止する、という
半導体パッケージの製造方法が望まれるわけであるが、
セラミック配線基板は、硬くて脆いという性質を有して
いるため、封止金型で直接にクランプする通常の製造方
法ではクラックが生じることがある。

【０００６】この問題を解決する方法は、例えば特開２
０００−１３３７４８号公報に開示されている。同公報
に記載された樹脂封止工程を図７によって説明する。セ
ラミック配線基板２を、外部接続電極６が形成された下
面の少なくとも周縁部（全面でもよい）において、接着
フィルム７を介して枠体８に固定する。また、セラミッ
ク配線基板２の上面に半導体チップ３を接合し、この半
導体チップ２の電極パッド（図示せず）と基板上面の接
続電極（図示せず）とをボンディングワイヤ４により電
気的に接続する。

【０００７】次いで、この枠体８に固定されたセラミッ
ク配線基板２を封止金型９の下金型９ａの所定位置に配
置し、枠体８を、凹部を持った上金型９ｂとの間でクラ
ンプする。それにより、下金型９ａ，枠体８，上金型９
ｂからなるキャビティ１０内に半導体チップ３，ボンデ
ィングワイヤ４，セラミック配線基板２の上部が内包さ
れた状態となるので、このキャビティ１０内に、溶融さ
れた封止樹脂１１を上金型９ｂ，枠体８間の樹脂注入口
１２から注入する。封止樹脂１１が硬化したら完成品を
取り出す。

【０００８】このような製造方法によれば、セラミック
配線基板２を固着した枠体８を封止金型９によってクラ
ンプするので、上述したようなセラミック配線基板２の
破損は回避できる。つまり、セラミック配線基板２を使
用し、かつ、トランスファーモールド工法を採用すると
いう半導体パッケージ１の製造方法を実現できる。な
お、セラミック配線基板２を接着フィルム７に固着して
いるのは、外部接続電極６を形成しているセラミック配
線基板２の下面に封止樹脂が付着するのを防ぐためであ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たようにして枠体８をクランプする方法は、セラミック
配線基板２を直接にクランプする方法に比べて、基板下
面側への樹脂漏れが発生しやすい。これは、樹脂注入口
１２がセラミック配線基板２の側方に配置されているた
め、封止樹脂１１はセラミック配線基板２の側面に垂直
に加圧されるように注入され、その際にセラミック配線
基板２と接着フィルム７との間で剥離が生じ、封止樹脂
１１が浸入してしまうためである。

【００１０】つまり、セラミック配線基板２と接着フィ
ルム７とは、接着フィルム７の粘着力のみの弱い力で接
着している。一方、封止樹脂１１はセラミック配線基板
２の側面方向からキャビティ１０内に流入するため、セ
ラミック配線基板２の側面に樹脂注入圧がかかり、セラ
ミック配線基板２から接着フィルム７を剥離させる方向
の力が発生する。この剥離力がセラミック配線基板２と
接着フィルム７との接着力よりも大きくなると、セラミ
ック配線基板２から接着フィルム７が剥離され、その間
隙に封止樹脂１１が浸入して基板下面側へ回り込むので
ある。

【００１１】このような場合に、セラミック配線基板２
の下面に形成された外部接続電極６に封止樹脂１１が付
着することがあり、樹脂付着が発生した半導体パッケー
ジ１は、電気機器の配線基板との電気接続を良好に保つ
のが難しくなる。

【００１２】本発明は上記問題を解決するもので、セラ
ミック配線基板などを用いてトランスファーモールド工
法により樹脂封止する際に、基板下面に封止樹脂が付着
しないようにすることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、配線基板を接着フィルムを
介して枠体の内周側に固定する工程と、前記配線基板の
上面に半導体素子を搭載する工程と、前記半導体素子を
搭載した配線基板が固定された枠体を上金型と下金型と
でクランプし、前記枠体の内側に形成されたキャビティ
に封止樹脂を注入して、前記キャビティに内包された半
導体素子および配線基板の上部を樹脂封止する工程とを
行なって半導体パッケージを製造するに際し、前記樹脂
封止する工程において、前記配線基板の上方より封止樹
脂を注入することを特徴とする。この構成によれば、封
止樹脂の注入圧が配線基板を接着フィルムに押し込む方
向に働くため、接着フィルムと配線基板との間に封止樹
脂が入り込むのを防止できる。よって、配線基板の下面
のコンタクトあるいは電極に封止樹脂が付着するのを防
止できる。

【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１に記載の
半導体パッケージの製造方法において、配線基板がセラ
ミック配線基板であることを特徴とするもので、枠体を
封止金型でクランプする構成であるため、クラックが生
じやすいセラミック材料を用いたセラミック配線基板の
使用が可能になり、したがって高密度配線を実現でき
る。

【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１に記載の
半導体パッケージの製造方法において、接着フィルム
が、接着剤層と基材とからなる２層構造であり、前記接
着剤層が、配線基板の下面に形成された電極の厚みより
も厚く設定されたことを特徴とするもので、電極による
凹凸形状に接着剤層が容易に追従するため、配線基板と
接着フィルムとの接着を良好に保つことができる。

【００１６】請求項４記載の発明は、請求項１に記載の
半導体パッケージの製造方法において、封止樹脂の注入
を、外周縁部１０％を除いた前記配線基板の中央部の上
方より行なうことを特徴とする。一般に、外周縁部の上
方から封止樹脂を注入すると、樹脂注入経路の延長部が
配線基板の外周端に近くなるため、この外周端より外方
にある接着フィルムに、流動性の大きい封止樹脂から剥
離方向の力が作用し、配線基板と接着フィルムとの間に
封止樹脂が浸入することがある。このような現象を防止
できるのが、外周縁部１０％を除いた前記配線基板の中
央部の上方である。ここで外周縁部１０％とは、外周縁
から一定幅の領域であって、配線基板の上面全体の面積
の１０％を占める領域をいう。

【００１７】請求項５記載の発明は、請求項３に記載の
半導体パッケージの製造方法において、接着フィルムの
基材がポリイミド樹脂よりなることを特徴とするもの
で、ポリイミド樹脂は高温環境下でも変形しにくいた
め、セラミック配線基板に半導体素子を固着する際、セ
ラミック配線基板と半導体素子とにボンディングワイヤ
を接合する際、および樹脂封止する際も、接着フィルム
とセラミック配線基板との密着を保つことができ、隙間
の発生を防止できる。

【００１８】請求項６記載の発明は、半導体パッケージ
を製造する樹脂封止工程で使用される封止金型であっ
て、配線基板が接着フィルムを介して内周側に固定され
た枠体をクランプする上金型と下金型とからなり、上記
上金型は、前記配線基板およびその上面に搭載された半
導体素子を内包するキャビティを枠体の内側に形成する
凹部と、前記下金型上に設定された基板設置領域の上方
に開口した樹脂注入口とを有したことを特徴とする。

【００１９】請求項７記載の発明は、請求項６記載の封
止金型において、上金型の樹脂注入口は、下金型上に設
定された基板設置領域の外周縁部１０％を除いた中央部
の上方に開口したことを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態における半導
体パッケージの製造方法を、図面を参照しながら説明す
る。完成品としての半導体パッケージは先に図６を用い
て説明した従来のものと同様なので、図６を援用して詳
しい説明を省略する。

【００２１】図１に示すように、ランド状の外部接続電
極６が下面に形成されたセラミック配線基板２を、その
下面の少なくとも周縁部において、接着フィルム７を介
して枠体８に固定する。この時には、セラミック配線基
板２と接着フィルム７との間に隙間が出来ないように固
着する。

【００２２】このためには、接着フィルム７は、図２に
示すように、接着剤層７ａと基材７ｂとからなる２層構
造とし、接着剤層７ａは、タングステン等の金属で形成
されている外部接続電極６（厚み数ミクロンから数十ミ
クロン）による凹凸形状に追従できる厚さ、望ましくは
外部接続電極６の厚みよりも厚く設定しておく。基材７
ｂは、ポリイミド樹脂などの温度変化しにくい材料を用
いる。接着剤層７ａはアクリル樹脂、熱可塑性ポリイミ
ド樹脂等を用いる。

【００２３】次に、セラミック配線基板２の上面に接着
剤などにより半導体チップ３を接合し、この半導体チッ
プ３の電極パッド（図示せず）とセラミック配線基板２
の上目の接続電極（図示せず）とをボンディングワイヤ
４により電気的に接続する。

【００２４】次に、図３に示すように、枠体８に固定さ
れたセラミック配線基板２を下金型７ａの所定位置に配
置し、枠体８を、上金型７ｂとの間でクランプして、下
金型７ａ，枠体８，上金型７ｂからなるキャビティ１０
内に、半導体チップ３，ボンディングワイヤ４，セラミ
ック配線基板２の上部を内包する。

【００２５】このためには、下金型７ａは、凹状のワー
ク保持部９ｃなど、接着フィルム７，セラミック配線基
板２，枠体８を所定の設置位置に位置決めし、セラミッ
ク配線基板２の上部を所望高さだけ露出させ得る構造を
備えたものを用いる。上金型９ｂは、半導体チップ３，
ボンディングワイヤ４，セラミック配線基板２の上部を
内包できるキャビティ１０４を構成する幅寸法と高さ寸
法とを持った凹部９ｄと、下金型９ａの基板設置位置の
上方に相応するように凹部の中央部に開口した樹脂注入
口１２とを備えたものを用いる。図示を省略するが、上
金型９ｂには、樹脂注入口１２に連通し、内部に投入さ
れる固形熱硬化性樹脂などの封止樹脂を加熱溶融するポ
ットと、このポット内で溶融された封止樹脂を突き上げ
るプランジャーと呼ばれる突き上げ治具とを設け、上金
型９ｂと下金型９ａのいすれかには、キャビティ内の空
気を排出するための排気孔を設けておく。

【００２６】そして、上記したように枠体８を下金型９
ａと上金型９ｂとでクランプした状態で、ポットに投入
された固形の封止樹脂を加熱溶融し、プランジャーで突
き上げることにより、溶融した封止樹脂１１を樹脂注入
口１２を通じてキャビティ１０内に圧入し、充満させ
る。

【００２７】キャビティ４内の封止樹脂が硬化したら、
上金型９ｂ，下金型９ａを開き、接着層９ａ、枠体８か
ら剥離することにより、樹脂パッケージ５，半導体チッ
プ３，ボンディングワイヤ４，セラミック配線基板２か
らなる半導体パッケージ１を取り出す。

【００２８】このような方法によれば、セラミック配線
基板２を封止金型９によって直接にクランプしないの
で、セラミック配線基板２にクランプ破損が生じること
はない。

【００２９】また、樹脂封止時に樹脂注入口１２を通じ
て上方より封止樹脂１１を圧入しているので、封止樹脂
１１はセラミック配線基板２の上面に下方への圧力をか
けることになり、すなわち、セラミック配線基板２は接
着フィルム７に押し込まれる圧力を受けることになり、
この時のセラミック配線基板２と接着フィルム７との接
着力は接着フィルム７の粘着力と樹脂注入圧とを合算し
た力となる。このため、接着フィルム７はセラミック配
線基板２から剥離しにくくなり、封止樹脂１１はセラミ
ック配線基板２と接着フィルム７との間に入り込みにく
くなり、基板下面への封止樹脂１１の付着は防止され
る。なおこのとき、樹脂注入口１２を、セラミック配線
基板２の中央点を通る軸に近づけておくほど、基板下面
９への封止樹脂１１の浸入を抑制する効果は高くなる。
特に、基板平面サイズの１０％の外縁エリアを除いた中
央エリアの上方に樹脂注入口１２を設けておけば、基板
下面への封止樹脂１１の浸入を効果的に防止できる。

【００３０】さらに、接着フィルム７の基材７ｂにポリ
イミドのような温度変化しにくい材料を用いているの
で、セラミック配線基板２に半導体チップ３を固着する
際、セラミック配線基板２と半導体チップ３とにボンデ
ィングワイヤ４を接合する際、樹脂封止する際に、セラ
ミック配線基板２，接着フィルム７，枠体８からなる複
合体が１２０℃から２５０℃程度の高温環境下に置かれ
ても、接着フィルム７は寸法安定性を発揮する。したが
って、接着フィルム７が大きく変形することはなく、セ
ラミック配線基板２との密着が保たれ、隙間の発生が防
止され、このことによっても、基板下面への封止樹脂１
１の付着が防止される。

【００３１】なお、上記した実施の形態では、半導体チ
ップ３をセラミック配線基板２に搭載した場合を説明し
たが、セラミック配線基板２に限定されず、樹脂基板あ
るいは金属基板にて構成された配線基板を使用する場合
も、配線基板を直接にクランプせずに枠体８をクランプ
する本発明の方法は有用である。

【００３２】また、上記した実施の形態では、半導体チ
ップ３を搭載し枠体８に固定されたセラミック配線基板
２を下金型９ａの所定位置に配置したが、下金型９ａの
上でセラミック配線基板２と枠体８とを固定し、半導体
チップ３を搭載してもよい。

【００３３】さらに、上記した実施の形態では、セラミ
ック配線基板２の下面の周縁部のみを接着フィルム７に
固着したが、下面の少なくとも周縁部において固着すれ
ばよく、図４に示すように下面全面を固着してもよい。

【００３４】上記した実施の形態では、半導体チップ３
を一個だけセラミック配線基板２に搭載した半導体パッ
ケージ１を製造する場合を説明したが、図５に示すよう
に、複数個の半導体チップ３をセラミック配線基板２に
搭載して半導体パッケージ１を製造する場合にも、本発
明の方法は有用である。

【００３５】上記した各実施の形態では、セラミック配
線基板２の下面の広いエリアにランド状の外部接続電極
６が形成されていて、これらの外部接続電極６を接着フ
ィルム７とともに収容するワーク保持部９ｃが下金型９
ａに形成された例を図示したが、セラミック配線基板２
の下面の周縁部にのみ外部接続電極６が形成されてい
て、その外部接続電極６が入り込む接着フィルム７が使
用される場合、あるいは樹脂封止後にボール状の外部接
続電極６を設ける場合は、ワーク保持部９ｃは接着フィ
ルム７のみを収容する大きさとすればよい。キャビティ
１０の形状も、樹脂パッケージ５の所望形状に応じて適
宜に変更可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、半導体素
子を搭載した配線基板を接着フィルムを介して枠体に接
着し、この枠体を封止金型でクランプした状態で配線基
板の上方から樹脂注入するようにしたため、配線基板と
接着フィルムとの間に封止樹脂が浸入して、配線基板の
下面すなわち電極形成面に封止樹脂が付着するのを防止
でき、品質の良好な半導体パッケージが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における半導体パッ
ケージの製造方法であって、１個の半導体素子を搭載し
た配線基板を下面周縁部において接着フィルムを介して
枠体に固定した状態を示す断面図

【図２】図１に示した接着フィルム部分の拡大断面図

【図３】図１に示した半導体素子，配線基板，接着フィ
ルム，枠体を封止金型に配置して樹脂封止する工程を示
す断面図

【図４】本発明の第２の実施の形態における半導体パッ
ケージの製造方法であって、１個の半導体素子を搭載し
た配線基板を下面全面において接着フィルムに接着した
状態で樹脂封止する工程の断面図

【図５】本発明の第３の実施の形態における半導体パッ
ケージの製造方法であって、２個の半導体素子を搭載し
た配線基板を下面周縁部において接着フィルムに接着し
た状態で樹脂封止する工程の断面図

【図６】従来よりある半導体パッケージの断面図

【図７】従来の半導体パッケージの製造方法における樹
脂封止工程の断面図

【符号の説明】

１ 半導体パッケージ ２ セラミック配線基板 ３ 半導体チップ ６ 外部接続電極 ７ 接着フィルム 7a 接着剤層 7b 基材 ８ 枠体 ９ 封止金型 9a 下金型 9b 上金型 10 キャビティ 11 封止樹脂 12 樹脂注入口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F202 AD04 AD18 AD23 AD27 AH37 CA11 CA12 CB01 CB12 CB17 CK06 CQ01 CQ05 4F206 AD04 AD18 AD23 AD27 AH37 JA02 JA07 JB12 JB17 JF05 JF35 JL02 JM04 JN21 JQ81 5F061 AA01 BA03 CA21 DA07

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配線基板を接着フィルムを介して枠体の
   内周側に固定する工程と、前記配線基板の上面に半導体
   素子を搭載する工程と、前記半導体素子を搭載した配線
   基板が固定された枠体を上金型と下金型とでクランプ
   し、前記枠体の内側に形成されたキャビティに封止樹脂
   を注入して、前記キャビティに内包された半導体素子お
   よび配線基板の上部を樹脂封止する工程とを行なって半
   導体パッケージを製造するに際し、 前記樹脂封止する工程において、前記配線基板の上方よ
   り封止樹脂を注入することを特徴とする半導体パッケー
   ジの製造方法。
2. 【請求項２】 配線基板がセラミック配線基板であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の半導体パッケージの製造
   方法。
3. 【請求項３】 接着フィルムが、接着剤層と基材とから
   なる２層構造であり、前記接着剤層が、配線基板の下面
   に形成された電極の厚みよりも厚く設定されたことを特
   徴とする請求項１記載の半導体パッケージの製造方法。
4. 【請求項４】 封止樹脂の注入を、外周縁部１０％を除
   いた前記配線基板の中央部の上方より行なうことを特徴
   とする請求項１記載の半導体パッケージの製造方法。
5. 【請求項５】 接着フィルムの基材がポリイミド樹脂よ
   りなることを特徴とする請求項３記載の半導体パッケー
   ジの製造方法。
6. 【請求項６】 半導体パッケージを製造する樹脂封止工
   程で使用される封止金型であって、 配線基板が接着フィルムを介して内周側に固定された枠
   体をクランプする上金型と下金型とからなり、 前記上金型は、前記配線基板およびその上面に搭載され
   た半導体素子を内包するキャビティを枠体の内側に形成
   する凹部と、前記下金型上に設定された基板設置領域の
   上方に開口した樹脂注入口とを有したことを特徴とする
   封止金型。
7. 【請求項７】 上金型の樹脂注入口が、下金型上に設定
   された基板設置領域の外周縁部１０％を除いた中央部の
   上方に開口したことを特徴とする請求項６記載の封止金
   型。