JP4846411B2 - 半導体パッケージ用治具 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の半導体チップが固定されてそれら半導体チップが樹脂モールドされたパッケージ母材を半導体チップごとに切断して半導体パッケージを得る際に用いる半導体パッケージ用治具に関する。
CSP(Chip Size Package)等の半導体パッケージは、複数の半導体チップをパッケージ基板上に実装し、その基板上の全ての半導体チップを樹脂モールドしてパッケージ母材を得てから、このパッケージ母材を半導体チップごとに切断して個々の半導体パッケージを得るといった方法で製造される。このような製造過程において、パッケージ母材を切断して個々の半導体パッケージに個片化する際には、個片化後にも各半導体パッケージをそのままの状態で一括して搬送できることを可能とする専用の治具を用いる場合がある。例えば、個片化された複数の半導体パッケージを、その治具ごとチップトレイを収納するハンドラ部に移し、このハンドラ部で、治具から半導体パッケージを1つずつ所定のチップトレイに移して収納するシンギュレーションシステムが採用されている。複数の半導体パッケージを保持する専用の治具としては、例えば特許文献1に記載されるものなどが知られている。
特開2003−168697号公報
上記従来のシンギュレーションシステムでは、治具に保持したパッケージ母材を切断して複数の半導体パッケージに個片化する切断加工部と、治具ごと搬送された半導体パッケージを治具からチップトレイに1つずつ移し替えて収納するハンドラ部を備えるが、通常、ハンドラ部の処理能力の方が低く、例えば切断加工部で単位時間当たり10個のパッケージ母材を切断処理した場合に、ハンドラ部ではパッケージ母材を5個分しか収納処理できないといった状況がある。そこで、ハンドラ部の代わりに、切断加工部とは別体のチップトレイ収納装置を複数用意して、処理能力の均衡化を図るとともに生産性を向上させることが考えられた。
ところが、切断加工部と別体のチップトレイ収納装置を複数用意すると、切断加工部から各チップトレイ収納装置までの距離が長くなり、個片化後の半導体パッケージを治具ごと搬送する際に、半導体パッケージが治具からずれたり落下したりする不具合が生じた。搬送はオペレータやロボットが担っているが、搬送を行う手段を変えることは困難であることから、搬送中においても半導体パッケージが治具から落下などしないようにする改善策が求められた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、切断加工部からチップトレイ収納装置までの搬送中において、個片化された半導体パッケージが落下せず安定して保持することのできる半導体パッケージ用治具を提供することを目的としている。
本発明の半導体パッケージ用治具は、複数の半導体チップが基板上に固定され、これら半導体チップがモールド用の樹脂で封入されてなるパッケージ母材を、切削装置に保持し、該切削装置が具備する切削ブレードによって、半導体チップ間に設定される分割予定ラインに沿って切断して複数の半導体パッケージを得るにあたり、パッケージ母材を切削装置に保持させるための板状の治具であって、パッケージ母材が保持される保持面と、この保持面に、分割予定ラインに対応して形成され、切削装置の切削ブレードの刃先が入り込んで該切削ブレードをパッケージ母材に貫通させ得る複数の切削ブレード逃げ溝と、これら切削ブレード逃げ溝で区画された領域に形成され、保持面と、該保持面の反対側の裏面間を貫通するイジェクト孔と、保持面の少なくともこのイジェクト孔の周囲であって、パッケージ母材が接触する部分に設けられた再剥離型粘着手段とを備えることを特徴としている。
本発明の半導体パッケージ用治具によれば、パッケージ母材が、分割予定ラインを切削ブレード逃げ溝に対応して保持面に合わせられ、再剥離型粘着手段に粘着することにより当該治具に保持される。治具に保持されたまま、パッケージ母材は分割予定ラインに沿って切削する切削ブレードで切断、分割されるが、その際には切削ブレードはパッケージ母材を貫通し、かつ、刃先が切削ブレード逃げ溝を通り、治具が切削ブレードで切削されないようにして切断される。
パッケージ母材が切断されて複数の半導体パッケージに個片化されても、これら半導体パッケージは再剥離型粘着手段で治具に粘着している。このため、治具ごと搬送しても、治具からずれたり落下したりすることがなく、治具に安定して保持されたまま搬送することができる。したがって、チップトレイ収納装置に搬送して治具から半導体パッケージをチップトレイに移し替えて収納する工程を円滑に行うことができる。半導体パッケージをチップトレイに移し替える際には、治具側からイジェクトピンをイジェクト孔に挿入して半導体パッケージを突き出すことにより、半導体パッケージを治具から離脱させることができる。
本発明では、上記のように半導体パッケージを治具から脱落させることなく安定してチップトレイ収納装置に搬送させることができるので、前述したように切断加工部に対して複数のチップトレイ収納装置を設け、半導体パッケージの個片化からチップトレイに収納するといったシンギュレーションシステムの処理能力を総合的に向上させることができる。なお、半導体パッケージは再剥離型粘着剤によって治具に貼り付いていて脱落が防止されていたが、再剥離型粘着剤であることから、治具は再使用が可能である。
一般に、上記パッケージ母材や半導体ウエーハ等を切断する際には、切削装置にセットする補助部材として、ダイシングテープおよびダイシングフレームを使用する場合が多い。ダイシングテープは片面が粘着面とされた粘着テープで、このダイシングテープの粘着面に環状のダイシングフレームを貼り付け、ダイシングフレームの内側のダイシングテープに、切断するパッケージ母材等を貼着し、ダイシングフレームを取り扱うことで、パッケージ母材等を切削装置にセットし、また切削装置内で搬送したりしている。そこで、本発明の治具をそのダイシングテープおよびダイシングフレームに装着して切削装置にセットすることができる。
また、治具自体をダイシングフレームと同一の外形を有するものにすると、ダイシングテープおよびダイシングフレームを用いることなく切削装置にセットすることができるので好ましい。すなわち、切削装置が、パッケージ母材を支持するためのダイシングフレームを収容して搬送するダイシングフレーム収容/搬送手段を有しており、半導体パッケージ用治具の外形が、そのダイシングフレームと同一に形成されていることも本発明の特徴とする。
本発明によれば、治具に保持したパッケージ母材を個片化した半導体パッケージを、治具から脱落させることなく円滑に次工程に搬送することができ、例えば、半導体パッケージの個片化からチップトレイに収納するといったシンギュレーションシステムの処理能力を総合的に向上させることができるといった効果を奏する。
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
[1]パッケージ母材
図1は、本発明に係るパッケージ母材の製造手順を示しており、図中符号1は長方形状に形成された半導体パッケージ用の基板である。この基板1の表面には図1(a)に示すように複数(この場合は2つ)の矩形状のチップ実装領域2が設けられ、該領域2内に、分割予定ライン3によって多数のチップ積層部4が格子状に区画されている。パッケージ母材を得るには、まず、基板1の各チップ積層部4に、図1(b)に示すように第1の半導体チップ11と第2の半導体チップ12を積層して接合するとともに、チップ11,12どうしやチップ11,12と基板1とを電気的に結線して実装する。
次いで、図1(c)〜(d)に示すようにチップ実装領域2ごとにモールド金型15を基板1に被せ、モールド金型15内に液状の樹脂を充填し、固化させる。モールド金型15は、チップ実装領域2の形状および寸法に対応した矩形の薄いケース状のもので、一方が充填口、他方が排気口とされる一対の孔15a,15bが形成されている。モールド金型15は、チップ実装領域2に合わせて位置決めされるとともに適宜な手段でその状態が保持され、一方の孔:充填口15aから樹脂が充填される。モールド金型15内の空気は他方の孔:排気口15bから出ていき、この排気口15bから樹脂が流れ出てきたことをもってモールド金型15内が樹脂で充満したと判断される。その樹脂が固化した後、モールド金型15を樹脂から剥離して取り外し、図2に示す基板1上に積層された半導体チップ11,12(図2では見えない)が樹脂16でモールドされたパッケージ母材17を得る。
図3はパッケージ母材17における1つのチップ積層部4の断面を示しており、これがパッケージ母材17を切断、分割して得られる半導体パッケージ18である。図3では、例えば、基板1に対する第1の半導体チップ11、および第1の半導体チップ11に対する第2半導体チップ12は、それぞれ、裏面に予め貼着されているDAF(Die Attach Film)等の接着フィルムによって物理的に接合されている。そして、各チップ11,12の各電極部は、基板1の表面の電極部に対して、それぞれワイヤ11a,12aで結線され、電気的に接続されている。基板1の表面の電極部は、基板1の内部に積層された配線層に通じており、基板1の裏面には、該配線層に接続する状態に球状のバンプ1aが付着されている。基板1の裏面には、このバンプ1aを保護する図示せぬ保護テープが貼着される。
[2]治具
パッケージ母材17は、分割予定ライン3に沿って切断されて多数の半導体パッケージ18に個片化される(図3参照)が、その切断の際には、図2に示す治具20によって保持される。この治具20は、適宜な厚さを有し、縦横双方の寸法が基板1よりも若干大きな矩形状の板材であり、ステンレス鋼やセラミックス等を材料として形成されている。治具20の表面には、治具20の各辺と平行に延びる所定深さの複数の溝21が、一方から他方の縁にわたって形成されている。これら溝21は、後述する切断装置30の切削ブレード47の刃先が治具20に切り込まないようにするための逃げ溝であって、基板1の分割予定ライン3に対応して形成されている。したがって、これら溝21で区画された小さな矩形状のチップ対応領域22の数、寸法および形状は、基板1のチップ積層部4のそれらに符合している。パッケージ母材17は、基板1が治具20の表面に重ねて保持され、治具20の表面側の四隅には、基板1のずれを抑えるL字状のガイド片23が形成されている。
また、図4に示すように、各チップ対応領域22の中央には、表裏面に貫通する円形のイジェクト孔24が形成されている。そして、各チップ対応領域22の表面であってイジェクト孔24の周囲には、再剥離型粘着剤25が、塗布またはシール貼着等の手段で設けられている。再剥離型粘着剤25の具体例としては、例えば、シリコーン系樹脂またはフッ素系樹脂からなる接着剤(例えば「マジックレジン」大昌電子社製)や、加温するか、もしくは冷却することによって粘着力が変化する粘着剤(例えば「ウォームオフ」、「クールオフ」ニッタ社製)などが挙げられる。
パッケージ母材17は、図5に示すようにモールド樹脂16側を上にして、基板1の四隅を各ガイド片23の内側に合わせて治具20の表面に重ねられる。基板1の裏面は再剥離型粘着剤25に密着して貼着された状態となり、これによってパッケージ母材17は脱落しないように治具20に保持される。この保持状態で、治具20の溝21に基板1の分割予定ライン3がぴったりと対応して重なり、かつ、治具20のチップ対応領域22に基板1の各チップ積層部4すなわち後の工程で個片化される個々の半導体パッケージ18が対応している。パッケージ母材17は治具20に保持されたまま、図6に示す切削装置30により分割予定ライン3に沿って切断され、多数の半導体パッケージ18に個片化される。
[3]切削装置
図6に示す切削装置30は、略直方体状の基台31を有している。この基台31の水平な上面には位置決め機構32が設けられ、この位置決め機構32の周囲には時計回りにカセット33、切削機構34、洗浄ユニット35が配置されている。さらに、位置決め機構32の上方には、パッケージ母材17を撮影して、切断すべき分割予定ライン3を認識するための画像認識カメラ36が設置されている。カセット33内には、上記のようにしてパッケージ母材17が保持された複数の治具20が、パッケージ母材17を上にした状態で積層して収容される。
カセット33からはパッケージ母材17を保持した1枚の治具20がクランプ26によって取り出され、その治具20は位置決め機構32を経由して切削機構34に移され、この切削機構34によってパッケージ母材17が切断、分割され、多数の半導体パッケージ18に個片化される。カセット33から位置決め機構32に移された治具20は、位置決め機構32が具備する一対のガイドバー32aに挟まれて定位置に保持され、そこで画像認識カメラ36によりパッケージ母材17が撮影されて分割予定ライン3の位置確認がなされる。この画像認識カメラ36で撮影された画像データに基づき、チャックテーブル42のθ軸(回転軸)が回転してX方向とパッケージ母材17の分割予定ライン3とが平行に調整されるとともに、切削機構34が制御されるようになっている。
切削機構34で個片化された多数の半導体パッケージ18は、再剥離型粘着剤25に粘着したままの状態で治具20に保持されており、この後、治具20が位置決め機構32を経由して洗浄ユニット35に移され、この洗浄ユニット35で、多数の半導体パッケージ18および治具20が洗浄される。この後、パッケージ母材17を保持する治具20はもう一度位置決め機構32を経由してカセット33に戻される。基台31上には、このように治具20を移送する図示せぬ移送ロボットが設けられている。
図6に示すように、切削機構34は、矩形状のテーブルベース41上に回転自在に設けられた円盤状のチャックテーブル42と、このチャックテーブル42の上方に、X方向に並列状態に配された2つの切削ユニット45とを備えている。テーブルベース41は、基台31上に図示せぬガイドレールを介してX方向に移動自在に設けられ、図示せぬ駆動機構によって往復移動させられる。
チャックテーブル42は、上面が水平で、Z方向(鉛直方向)を軸線として回転自在にテーブルベース41上に支持されており、図示せぬ駆動機構によって時計方向または反時計方向に回転させられる。チャックテーブル42は周知の真空チャック式であり、上面側の空気を吸引する真空運転が行われるとワークを上面に吸着するものである。テーブルベース41の移動方向の両端部には、テーブルベース41の移動路を覆って切削屑等が侵入することを防ぐための蛇腹状のカバー44が伸縮自在に設けられている。
切削ユニット45は、軸方向がY方向と平行な状態に保持された円筒状のスピンドルハウジング46と、このスピンドルハウジング46内に設けられた図示せぬスピンドルに取り付けられた切削ブレード47とを備えている。スピンドルハウジング46はスピンドルを回転駆動するモータを内蔵しており(図示略)、基台31上に設けられた図示せぬフレームに、軸方向がY方向と平行な状態を保持したままで、Y方向に往復移動し、かつZ方向に上下動するように支持されている。そのフレームには、切削ユニット45をそれらの方向に移動させる図示せぬ駆動機構が設けられている。スピンドルハウジング46の切削ブレード47が装着された側の端部には、ブレードカバー48が取り付けられている。このブレードカバー48には、切削時の潤滑、冷却、清浄化等のための切削水を切削ブレードブレード47による加工点に向けて供給する切削水ノズル49A,49Bが取り付けられている。
[4]切削装置の動作
続いて、上記切削装置30によってパッケージ母材17を切断、分割して多数の半導体パッケージ18に個片化する動作を説明する。
まず、パッケージ母材17を保持する1つの治具20が、移送ロボットによってカセット33内から位置決め機構32側に引き出され、2つのガイドバー32aの間に置かれる。そして、2つのガイドバー32aが互いに近付く方向にリンクして移動し、治具20を挟んだ時点で移動を停止する。これによって治具20がチャックテーブル42への移送開始位置に位置決めされる。
次に、予め真空運転されているチャックテーブル42上に、移送ロボットによってパッケージ母材17を保持する治具20が移され、載置される。治具20はチャックテーブル42に吸引されて吸着され、また、治具20のイジェクト孔24から吸引力がパッケージ母材17にも作用し、パッケージ母材17が治具20を介してチャックテーブル42に吸着、保持される。
次いで、チャックテーブル42を回転させて分割予定ライン3を切削ユニット45の切削ブレード47に合わせてから、切削ブレード47を下降させ、次いでテーブルベース41をX方向に移動させることにより、図7に示すように、高速回転する切削ブレード47を分割予定ライン3に沿って切り込ませ、その分割予定ライン3を切断する。この動作が切削機構34の基本動作であり、切削機構34においては、2つの切削ユニット45のY方向およびZ方向の移動と、テーブルベース41のX方向の移動が適宜に組み合わされて、全ての分割予定ライン3が切断される。
切削ブレード47の切り込み深さは、パッケージ母材17を貫通し、かつ、治具20の溝21に刃先が入り込んで、刃先が溝21の底部には接触しない程度に調整される。この場合、切削ユニット45を2つ具備することにより、例えばこれら切削ユニット45の切削ブレード47の軸方向(Y方向)を分割予定ライン3の間隔分ずらして配置すると、パッケージ母材17の1回のX方向への移動で2本の分割予定ライン3を切断することができる。
上記のようにして全ての分割予定ライン3が切断されると、パッケージ母材17は多数の半導体パッケージ18に個片化される。これら半導体パッケージ18は、治具20の再剥離型粘着剤25に貼り付いたまま治具20上に残り、他の部分の端材は治具20から離脱する。この後、多数の半導体パッケージ付き治具20が位置決め機構32を経由して洗浄ユニット35に移され、この洗浄ユニット35で、治具20および多数の半導体パッケージ18が洗浄される。洗浄された半導体パッケージ付き治具20は、もう一度位置決め機構32を経由してカセット33に戻される。
[5]実施形態の作用効果
以上のようにして多数のパッケージ母材17が個片化処理され、処理された半導体パッケージ付き治具20がカセット33に所定数貯まると、カセット33ごと次のチップトレイ収納工程に搬送される。チップトレイ収納工程では、チップトレイ収納装置によって治具20側からイジェクトピンをイジェクト孔24に挿入して半導体パッケージ18を突き出すことにより、1つの半導体パッケージ18が治具20から離脱され、その半導体パッケージ18が所定のチップトレイに収納される。
本実施形態では、パッケージ母材17が切断、分割されて複数の半導体パッケージ18に個片化されても、これら半導体パッケージ18は再剥離型粘着剤で治具20に粘着している。このため、カセット33を介して半導体パッケージ付き治具20を搬送しても、半導体パッケージ18は治具20からずれたり落下したりすることがなく、治具20に安定して保持されたまま搬送することができる。したがって、チップトレイ収納装置に搬送して治具20から半導体パッケージ18をチップトレイに移し替えて収納する工程を円滑に行うことができる。その結果、上記切削装置30に対して複数のチップトレイ収納装置を設け、半導体パッケージ18の個片化からチップトレイに収納するといったシンギュレーションシステムの処理能力を総合的に向上させることができる。
なお、上記実施形態の治具20では、イジェクト孔24が形成されていて、切断後に半導体パッケージ18が残るチップ対応領域22のみに再剥離型粘着剤25が設けられているが、それ以外の表面にも再剥離型粘着剤25が設けられていてよい。つまり治具20の表面全面に再剥離粘着剤が設けられており、その場合、パッケージ母材17が切断された後に、半導体パッケージ18の周囲の端材も治具20に粘着しており、これは、切断時にその端材が周囲に飛散することが防がれることになるので好都合である。
[6]治具の変形例
上記切削装置30は、カセット33が治具20の専用であって、そのカセット33から治具20を直接移送する構成であるから、形状や大きさの異なる被加工物をフレキシブルに支持するダイシングフレームには対応していない。図9はそのような用途に用いられる環状のダイシングフレーム51の片面にダイシングテープ52が貼着され、そのダイシングテープ52に、都合2つの上記パッケージ母材17を貼り付けた一般的な支持形態を示している。本発明の治具20は、これらダイシングフレーム51およびダイシングテープ52に替えて有用されるものである。
さて、図9に示すようにしてダイシングフレーム51およびダイシングテープ52でパッケージ母材17を支持すると、図8に示すダイシングフレーム51に対応したカセット37を具備する切削装置30Bで、パッケージ母材17を上記実施形態と同様にして切断することができる。この切削装置30Bは図6に示した切削装置30と基本的には同じ構成であるが、カセット37がダイシングフレーム51用に大きくなっており、また、テーブルベース41には、ダイシングフレーム51を着脱自在に保持するクランプ43が設けられている。また、移送ロボットもダイシングフレーム51を移送する仕様となっている。
ところが、ダイシングテープ52が貼着されたダイシングフレーム51でパッケージ母材17を支持して切断すると、切削ブレード47の切り込み量は、ダイシングテープ52の厚さの途中までとなるので、最終的に半導体パッケージ18をダイシングテープ52から剥離してチップトレイに収納した後は、ダイシングテープ52は使用不能になる。このため、新たなダイシングテープ52をダイシングフレーム51に貼着する必要があった。すなわちダイシングテープ52は使い捨てであり、このためコストがかかるとともに貼り替えの手間も要するという問題があった。
そこで、図10に示すように、図9に示したダイシングフレーム51と同一の外形を有する治具20Bを用意し、この治具20Bにパッケージ母材17を保持すると、ダイシングフレーム51およびダイシングテープ52を用いることなく、図8に示す汎用の切削装置にダイシングフレーム51と同様にしてこの治具20Bをセットしてパッケージ母材17を切断することができる。もちろん、この治具20には、先の実施形態の治具20と同様に、パッケージ母材17に対応した溝21、イジェクト孔24および再剥離型粘着剤25が設けられており、何回でも使用することができるものとなっている。
なお、先の実施形態の矩形状の治具20でも、図8に示したダイシングフレーム51を搬送させる形式の切削装置30Bに適用することができる。それには、図9に示したダイシングフレーム51およびダイシングテープ52を用いればよい。すなわち、治具20をダイシングテープ52の粘着面に貼り付け、その治具20にパッケージ母材17を載置して保持させれば、切削装置30Bのカセット37に収容させることができる。この場合には、真空吸着をパッケージ母材17にも作用させるために、ダイシングテープ52のイジェクト孔24に対応する箇所に、イジェクト孔24と同等以上の空気吸引用の孔を形成する。つまりこの方法は、図9のパッケージ母材17とダイシングテープ52との間に治具20を挟んでダイシングテープ52のイジェクト孔24に対応する箇所に孔を形成するという方法である。
この他には、ダイシングフレーム51の外形と同一の外形を有する薄板状の基板に治具20を接着剤や両面テープで貼り付け、その治具20にパッケージ母材17を保持し、その基板を切削装置30B内で搬送させるといった方法もある。この場合には、そのダイシングフレーム形状の基板に、イジェクト孔24に通じる空気吸引用の孔を形成して用いることになる。
本発明の一実施形態の治具で保持されるパッケージ母材の製造過程を示す斜視図である。 本発明の一実施形態の治具と、この治具で保持されるパッケージ母材を示す斜視図である。 図1に示したパッケージ母材の半導体チップの部分の断面図である。 治具のチップ対応領域を示す(a)平面図、(b)B−B断面図である。 本発明の一実施形態の治具でパッケージ母材を保持した状態を示す斜視図である。 一実施形態に係る切削装置の斜視図である。 同切削装置の切削ユニットでパッケージ母材を切断している状態を示す斜視図である。 一般的なダイシングテープ付きダイシングフレームでパッケージ母材を保持して切削加工する汎用型の切削装置の斜視図である。 ダイシングテープ付きダイシングフレームでパッケージ母材を保持した状態の(a)平面図、(b)断面図である。 本発明の治具の変形例を示す(a)平面図、(b)断面図である。
符号の説明
3…分割予定ライン
11,12…半導体チップ
16…モールド用の樹脂
17…パッケージ母材
18…半導体パッケージ
20,20B…治具
21…切削ブレード逃げ溝
24…イジェクト孔
25…再剥離型粘着剤(再剥離型粘着手段)
30,30B…切削装置
47…切削ブレード
51…ダイシングフレーム

Claims (2)

  1. 複数の半導体チップが基板上に固定され、これら半導体チップがモールド用の樹脂で封入されてなるパッケージ母材を、切削装置に保持し、該切削装置が具備する切削ブレードによって、半導体チップ間に設定される分割予定ラインに沿って切断して複数の半導体パッケージを得るにあたり、前記パッケージ母材を前記切削装置に保持させるための板状の治具であって、
    前記パッケージ母材が保持される保持面と、
    この保持面に、前記分割予定ラインに対応して形成され、前記切削装置の切削ブレードの刃先が入り込んで該切削ブレードをパッケージ母材に貫通させ得る複数の切削ブレード逃げ溝と、
    これら切削ブレード逃げ溝で区画された領域に形成され、前記保持面と、該保持面の反対側の裏面間を貫通するイジェクト孔と、
    前記保持面の少なくともこのイジェクト孔の周囲であって、前記パッケージ母材が接触する部分に設けられた再剥離型粘着手段とを備えることを特徴とする半導体パッケージ用治具。
  2. 前記切削装置は、前記パッケージ母材を支持するためのダイシングフレームを収容して搬送するダイシングフレーム収容/搬送手段を有しており、前記半導体パッケージ用治具の外形が、そのダイシングフレームと同一に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体パッケージ用治具。
JP2006094579A 2006-03-30 2006-03-30 半導体パッケージ用治具 Active JP4846411B2 (ja)

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