JP2006073785A

JP2006073785A - 封止装置および素子の製造方法

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Publication number: JP2006073785A
Application number: JP2004255198A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Koike; 昌弘小池
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】信頼性の高いパッケージを提供する。
【解決手段】ここで、溶融された封止樹脂１１６を加圧し、２本の圧縮気体充填口を用いて、封止樹脂１１６を製品成形キャビティ１０６内に充填するため、製品成形キャビティ１０６内における圧力損失の発生を効果的に抑制することができる。なぜなら、２方向からの気体注入により加圧されるため、１方向からの気体注入により加圧される場合と比較して、圧縮気体によって圧力が直接的に印加される領域が比較的広く、封止樹脂１１６内を伝播して圧力が印加される領域が比較的狭いからである。そのため、封止樹脂１１６全体に対して、比較的均一に圧力を印加することができる。したがって、溶融された封止樹脂１１６内部に包含された気体は、封止樹脂１１６とともに効率的に圧縮され、気泡を効率的に微細化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、封止装置および素子の製造方法に関する。

半導体製造工程の樹脂封止工程においては、封止樹脂をキャビティ部に圧送する際に、油圧もしくはバネ圧力を用いて、ユニット先端に付加されたプランジャーを利用して封止樹脂を充填する方法が用いられることがある。

この方法では、封止樹脂を押し込んで樹脂を充填するため、カル・ランナー部を形成し、樹脂充填圧を樹脂に伝えるバッファ及び充填流路に樹脂を残した成形が必要となる。そのため、成形に必要な樹脂量よりも多い量の樹脂がパッケージングのために用いられることがあった。また、樹脂の一部分からの加圧となる為に、樹脂に加圧される圧力はゲート部によって圧力損失が生じると共に、充填される樹脂が加圧される部分から遠い領域においても圧力損失が生じやすく、樹脂を充填するために十分な圧力が掛かりにくいことがあった。そのような背景から、カル・ランナー部内も含めて均一に圧力を加える事ができるように、気体を用いた封止方式を用いる事によって樹脂の使用効率のアップと設備構成の簡略化を図る技術がある。

この種の技術として、特許文献１記載のものがある。図３に示すように、キャビティ部３の近傍に小さなポット部１を設け、樹脂封止に用いる熱硬化性樹脂をパウダー状とする。パウダー状樹脂６をポット部１に供給し、高温高圧の気体で圧力を加え、高圧空気注入口５からキャビティ部３に注入させ、ポット部１からゲート部２を通して直接キャビティ内に樹脂を注入する。

特開平５−２１１１８５号公報

しかしながら、上記文献記載の従来技術は、ポット側の高圧空気注入口から注入される高圧空気を用いて、一方向から圧力を印加して樹脂を充填する方法であったため、封止樹脂の充填圧力及び充填速度の制御が難しかった。また、高圧空気を用いて、樹脂の一部分に対して圧力を印加するため、樹脂が溶融するにつれて樹脂内部に高圧空気が包含され、樹脂のうち圧力が印加される部分から遠い部分へと空気が押し出されることや樹脂内部に空気が残存することがあった。そのため、ボイドや膨れといった外観不良などが発生しやすく、封止樹脂を安定的に充填することが難しかった。

本発明によれば、上金型および下金型と、前記上金型および下金型によって形成され、その内部に素子が載置されるとともに封止樹脂が注入されるキャビティと、前記キャビティと連通し、前記キャビティに圧縮気体を注入する第１圧縮気体注入部と、前記第１圧縮気体注入部と独立に設けられ、前記キャビティと連通し、前記キャビティに圧縮気体を注入する第２圧縮気体注入部と、を備えることを特徴とする封止樹脂が注入される封止装置が提供される。

この発明によれば、第１圧縮気体注入部と、第２圧縮気体注入部とが設けられ、それぞれの注入部から注入される気体を用いて封止樹脂を充填するため、封止樹脂を充填する際の圧力損失の発生を抑制することができる。そのため、封止樹脂内部に包含された気体を封止樹脂とともに圧縮し微細化することができる。したがって、封止樹脂におけるボイド等の発生を抑制することができる。この結果、信頼性の高いパッケージを提供することができる。

本発明によれば、上金型、下金型およびこれらによって形成されるキャビティを備える封止装置を用いて樹脂封止を行う素子の製造方法であって、前記キャビティに樹脂とともに第１の圧縮気体を注入し、前記キャビティに第２の圧縮気体を注入し、前記素子を樹脂封止する工程を含むことを特徴とする素子の製造方法が提供される。

この発明によれば、第１の圧縮気体と第２の圧縮気体とを注入するので、第１圧縮気体の圧力と第２圧縮気体の圧力とをフレキシブルに変更することができる。したがって、素子を封止する際の封止樹脂の充填速度や充填圧力の制御が、より容易に可能となり、安定した素子の製造方法を提供することができる。

本発明によれば、第１圧縮気体注入部と第２圧縮気体注入部とが設けられ、それぞれの注入部から注入される、圧力がフレキシブルに変更される気体を用いて封止樹脂を充填するため、封止樹脂におけるボイド等の発生を抑制することができ、信頼性の高いパッケージが提供される。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施の形態に係る半導体封止装置１００を図１に示す。図１は、封止樹脂１１６が製品成形キャビティ１０６内に充填された図である。

図１に示すように、封止装置である半導体封止装置１００は、上パッケージを形成する上金型１０２と、下パッケージを形成する下金型１０４と、圧力調整ユニットである第１圧力ポンプ１２４と第２圧力ポンプ１２６とで構成されている。

下金型１０４には製品成形キャビティ１０６に充填される封止樹脂１１６を収容する容器である樹脂ポット１１０が形成されている。また、本実施形態においては、上金型１０２に封止樹脂１１６を製品成形キャビティ１０６まで圧送するランナー・ゲート部１０８が形成されている。なお、下金型１０４にランナー・ゲート部１０８が形成されていてもよい。

樹脂ポット１１０には、圧縮気体を樹脂ポット１１０内に充填する２本の第１圧縮気体充填口１１２が連通して形成されている。

第１圧力ポンプ１２４は、第１圧縮気体充填口１１２（第１圧縮気体注入部）に接続され、第１圧縮気体充填口１１２を介して、樹脂ポット１１０に第１の圧縮気体を送りこみ、封止樹脂１１６とともに第１の圧縮気体を製品成形キャビティ１０６内に注入する機能を有する。

第２圧力ポンプ１２６は、第２圧縮気体充填口１１４（第２圧縮気体注入部）に接続され、第２圧縮気体充填口１１４を介して、製品成形キャビティ１０６に第２の圧縮気体を送りこむ機能を有する。ここで、第２圧縮気体充填口１１４は、第１圧縮気体充填口１１２とは独立に設けられている。

上金型１０２と下金型１０４によって形成された製品成形キャビティ１０６には、その内部に素子である半導体チップ１０１が載置される。また、製品成形キャビティ１０６には、封止樹脂１１６の圧縮および封止樹脂１１６の充填速度を制御するために圧縮された気体を充填するための第２圧縮気体充填口１１４が連通して形成されている。さらに、樹脂ポット１１０と第２圧縮気体充填口１１４とは、製品成形キャビティ１０６を挟んで、互いに対向する位置に設けられている。

封止樹脂１１６を用いて半導体チップ１０１の封止をしている間は、第１圧縮気体充填口１１２から充填される第１の圧縮気体の圧力の方が、第２圧縮気体充填口１１４から充填される第２の圧縮気体の圧力よりも高い。また、封止樹脂１１６の充填後、最終的な圧力を印加し終えるまでの間は、第１圧縮気体充填口１１２から充填される第１の圧縮気体の圧力と第２圧縮気体充填口１１４から充填される第２の圧縮気体の圧力とは、ほぼ同じである。ここで、「ほぼ同じ」とは、最終的な圧力を印加する際に、封止樹脂１１６を用いて半導体チップ１０１を安定的にパッケージングできる範囲の誤差を許容することをさす。

封止樹脂１１６としては熱硬化性を有するパウダー状の樹脂が用いられ、半導体チップ１０１を封止する機能を有する。

以下、図１および図２を用いて、半導体封止装置１００を用いた半導体パッケージ１２２の封止方法（製造方法）について説明する。

まず、製品成形キャビティ１０６に半導体チップ１０１を載置し、樹脂ポット１１０に封止樹脂１１６を投入し、上下金型の型締めを行う（ステップＡ）。

型締めが完了した後、第１圧縮気体充填口１１２および第２圧縮気体充填口１１４のそれぞれから、樹脂ポット１１０および製品成形キャビティ１０６に、それぞれ第１の圧縮気体と第２の圧縮気体とを、ほぼ同時に充填しはじめる。このとき、第１圧縮気体充填口１１２における第１の圧縮気体の圧力（樹脂ポット１１０内の圧力）は、第２圧縮気体充填口１１４における第２の圧縮気体の圧力（製品成形キャビティ１０６内の圧力）よりも高い。そのため、樹脂ポット１１０から製品成形キャビティ１０６へ封止樹脂１１６が圧送される（ステップＢ）。ここで、「ほぼ同時」とは、第１の圧縮気体が先に充填開始されたときでも、後から充填開始された第２の圧縮気体の圧力によって、封止樹脂１１６が第２圧縮気体充填口１１４から外部に排出されることなく安定的にパッケージングできる範囲の誤差を許容することをさす。また、第２の圧縮気体が先に充填開始されたときでも、後から充填開始された第１の圧縮気体の圧力によって、製品成形キャビティ１０６内に封止樹脂１１６が圧送され、安定的にパッケージングできる範囲の誤差を許容することをさす。

次に、製品成形キャビティ１０６内に封止樹脂１１６が充填された後に、製品成形キャビティ１０６内へ、最終的な樹脂充填圧力を印加する（ステップＣ）。ここで、最終樹脂充填圧力は、第１圧縮気体充填口１１２および第２圧縮気体充填口１１４の両方からの圧縮気体の圧送によって印加される。最終的な樹脂充填圧力を印加する間、第１圧縮気体充填口１１２における第１の圧縮気体の圧力と第２圧縮気体充填口１１４における第２の圧縮気体の圧力とは、ほぼ同じである。

第１圧力ポンプ１２４および第２圧力ポンプ１２６を用いて、圧縮気体の圧力をそれぞれ調節することで、封止樹脂１１６の充填圧力および封止樹脂１１６の充填速度を制御しながら、樹脂ポット１１０から製品成形キャビティ１０６内へ封止樹脂１１６を圧送し、半導体チップ１０１を封止することができる。

ついで、充填された封止樹脂１１６が完全に硬化した後に、金型を型開きし、半導体チップ１０１が封止樹脂１１６によって封止された半導体パッケージ１２２を取り出す（ステップＤ）。

以上のプロセスにより半導体パッケージ１２２の封止が完了する。

以下、本実施形態の効果について説明する。

半導体封止装置１００においては、樹脂ポット１１０に連通して形成された第１圧縮気体充填口１１２および製品成形キャビティ１０６に連通して形成された第２圧縮気体充填口１１４の双方から製品成形キャビティ１０６に圧縮気体が注入され、樹脂ポット１１０から製品成形キャビティ１０６へ封止樹脂１１６が圧送される。ここで、溶融された封止樹脂１１６を加圧し、２本の圧縮気体充填口を用いて、封止樹脂１１６を製品成形キャビティ１０６内に充填するため、製品成形キャビティ１０６内における圧力損失の発生を効果的に抑制することができる。なぜなら、２方向からの気体注入により加圧されるため、１方向からの気体注入により加圧される場合と比較して、圧縮気体によって圧力が直接的に印加される領域が比較的広く、封止樹脂１１６内を伝播して圧力が印加される領域が比較的狭いからである。そのため、封止樹脂１１６全体に対して、比較的均一に圧力を印加することができる。したがって、溶融された封止樹脂１１６内部に包含された気体は、封止樹脂１１６とともに効率的に圧縮され、気泡を効率的に微細化することができる。

また、封止樹脂１１６を用いて半導体チップ１０１の封止をしている間は、第１圧縮気体充填口１１２における第１の圧縮気体の圧力と第２圧縮気体充填口１１４における第２の圧縮気体の圧力とでは、第１圧縮気体充填口１１２における第１の圧縮気体の圧力の方が大きい。そのため、封止樹脂１１６を製品成形キャビティ１０６に充填する際に、封止樹脂１１６内に包含されていた気泡は、第１圧縮気体充填口１１２よりも相対的に圧力が低い第２圧縮気体充填口１１４から半導体封止装置１００の外部に導かれる。したがって、封止樹脂１１６内部に包含されたまま半導体パッケージ１２２に残存する気体の量を低減することができる。

また、第１圧縮気体充填口１１２と連通する樹脂ポット１１０と第２圧縮気体充填口１１４とは、製品成形キャビティ１０６を挟んで互いに対向する位置に設けられている。そのため、封止樹脂１１６を製品成形キャビティ１０６に充填する際および最終的な圧力を印加する際に、よりバランス良く封止樹脂１１６に圧力を印加することができる。

また、圧縮された気体を充填する第１圧縮気体充填口１１２と第２圧縮気体充填口１１４とが、樹脂ポット１１０と製品成形キャビティ１０６とに独立して設けられている。そのため、樹脂ポット１１０に連通して設けられた第１圧縮気体充填口１１２の圧縮圧力と製品成形キャビティ１０６に連通して設けられた第２圧縮気体充填口１１４の圧縮圧力とをフレキシブルに変更することができる。したがって、半導体チップ１０１を封止する際の封止樹脂１１６の充填速度の制御や充填圧力の制御が、より容易に可能となり、安定的に半導体パッケージ１２２を製造することができる。

また、封止樹脂１１６の充填に圧縮気体を用いるため、半導体チップ１０１を封止するために用いられる封止樹脂１１６の量を、半導体パッケージ１２２を形成するために必要な最小限の量とすることができる。そのため、半導体チップ１０１の封止工程において、封止樹脂１１６の使用効率を向上させることができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

たとえば、上記実施形態においては、素子として半導体チップ１０１を用いた形態について説明したが、素子であれば、他の能動素子であってもよいし、抵抗、コンデンサなどの受動素子であってもよい。

また、上記実施形態においては、第１の圧縮気体の充填と第２の圧縮気体の充填とを、ほぼ同時に開始する形態について説明したが、第１の圧縮気体の充填開始が先でもよいし、第２の圧縮気体の充填開始が先でもよい。

また、上記実施形態においては、樹脂ポット１１０に２本の第１圧縮気体充填口１１２が形成される形態について説明したが、１本でもよいし、３本以上でもよい。

また、上記実施形態においては、製品成形キャビティ１０６に１本の第２圧縮気体充填口１１４が形成される形態について説明したが、２本以上形成されていてもよい。

実施の形態に係る半導体封止装置の構造を模式的に示した断面図である。実施の形態に係る半導体封止方法を模式的に示した図である。従来の技術に係る半導体封止装置の構造を模式的に示した断面図である。

符号の説明

１００半導体封止装置
１０１半導体チップ
１０２上金型
１０４下金型
１０６製品成形キャビティ
１０８ランナー・ゲート部
１１０樹脂ポット
１１２第１圧縮気体充填口
１１４第２圧縮気体充填口
１１６封止樹脂
１２２半導体パッケージ
１２４第１圧力ポンプ
１２６第２圧力ポンプ

Claims

上金型および下金型と、
前記上金型および下金型によって形成され、その内部に素子が載置されるとともに封止樹脂が注入されるキャビティと、
前記キャビティと連通し、前記キャビティに圧縮気体を注入する第１圧縮気体注入部と、
前記第１圧縮気体注入部と独立に設けられ、前記キャビティと連通し、前記キャビティに圧縮気体を注入する第２圧縮気体注入部と、
を備えることを特徴とする封止樹脂が注入される封止装置。
請求項１に記載の封止装置において、
前記第１圧縮気体注入部に連通し、前記封止樹脂を収容する容器を備えることを特徴とする封止装置。
請求項１または２に記載の封止装置において、
前記第１圧縮気体注入部から注入される圧縮気体によって前記封止樹脂が前記キャビティに注入されるように構成されたことを特徴とする封止装置。
請求項１乃至３いずれかに記載の封止装置において、
前記容器と前記第２圧縮気体注入部とは、前記キャビティを挟んで互いに対向する位置に設けられることを特徴とする封止装置。
請求項１乃至４いずれかに記載の封止装置において、
前記素子が半導体素子であることを特徴とする封止装置。
上金型、下金型およびこれらによって形成されるキャビティを備える封止装置を用いて樹脂封止を行う素子の製造方法であって、
前記キャビティに、樹脂とともに第１の圧縮気体を注入し、前記キャビティに第２の圧縮気体を注入し、前記素子を樹脂封止する工程を含むことを特徴とする素子の製造方法。
請求項６に記載の素子の製造方法において、
前記第１の圧縮気体の注入と、前記第２の圧縮気体の注入とを、ほぼ同時に開始することを特徴とする素子の製造方法。
請求項６または７に記載の素子の製造方法において、
前記素子を樹脂封止する工程は、
前記樹脂を前記キャビティ内に注入する工程と、
前記キャビティに最終樹脂充填圧力を印加する工程と、
を含むことを特徴とする素子の製造方法。
請求項８に記載の素子の製造方法において、
前記樹脂を前記キャビティ内に注入する工程において、前記第１の圧縮気体の注入圧力は、前記第２の圧縮気体の注入圧力よりも大きいことを特徴とする素子の製造方法。
請求項８または９に記載の素子の製造方法において、
前記キャビティに最終樹脂充填圧力を印加する工程において、前記第１の圧縮気体の注入圧力と、前記第２の圧縮気体の注入圧力とは、ほぼ同じであることを特徴とする素子の製造方法。
請求項６乃至１０いずれかに記載の素子の製造方法において、
前記素子が半導体素子であることを特徴とする素子の製造方法。