JPH06127518A

JPH06127518A - 半導体装置の樹脂封止方法

Info

Publication number: JPH06127518A
Application number: JP4303264A
Authority: JP
Inventors: Akira Tezuka; 明手塚; Tadahiro Oishi; 忠弘大石; Takao Fujizu; 隆夫藤津
Original assignee: Toshiba Corp; Tomoegawa Paper Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Tomoegawa Co Ltd
Priority date: 1992-10-16
Filing date: 1992-10-16
Publication date: 1994-05-10

Abstract

(57)【要約】【目的】大きなチップサイズの半導体装置にも適用で
きる、半導体装置の樹脂封止方法を提供することにあ
り、薄型半導体装置を作製することを目的とする。【構成】中央部に穿孔部を有するＴＡＢテープと、該
穿孔部に配設された半導体チップと、該ＴＡＢテープに
固定して形成され、そして半導体チップと電気的に接合
されたインナーリードとよりなる半導体装置の封止方法
であって、半導体チップを搭載したＴＡＢテープ１４の
少なくともインナーリードを設けた側に、半硬化状硬化
性樹脂または熱可塑性樹脂の薄膜から構成された封止シ
ート１５を減圧雰囲気下で重ね合わせ、ヒートブロック
１３上で弾性膜状物１１の空気圧による膨脹を利用して
押圧することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の封止方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置においては、リードフ
レームに載置された半導体チップをワイヤーボンディン
グによってインナーリード部と結合させ、全体を樹脂モ
ールド材でトランスファーモールドにより樹脂封止する
ことが行われている。図４はその状態を示すもので、樹
脂モールド材３０で全体が封止されている。最近、薄型
で実装密度の高い半導体装置が要求されており、そのた
めに、ＴＡＢ（ｔａｐｅａｕｔｏｍａｔｅｄｂｏｎ
ｄｉｎｇ）方式によって、インナーリードの多ピン化に
対処することが行われている。すなわち、このタイプの
薄型半導体装置は、半導体チップを載置するための空間
を穿孔により形成したＴＡＢテープに、銅箔を接着、固
定し、フォトレジストの形成およびエッチング処理によ
り銅箔よりなる回路を形成し、回路部にソルダーレジス
トを設けて回路のインナーリードと半導体チップを電気
的に結合し、液状モールド材を用いて樹脂封止すること
によって形成されている。その際、エポキシ樹脂／硬化
剤系の液状モールド材を、ディスペンサーにて滴下した
後、加熱硬化することによって樹脂封止が行われてい
る。図７はＴＡＢテープを用いた従来の薄型半導体装置
の断面図であって、液状モールド材を用いて封止した状
態を示している。すなわち、ＴＡＢテープ３１に接着、
固定した銅箔によって形成されたリード３３の上にソル
ダーレジスト３４を設け、インナーリード部と半導体チ
ップ３２とが電気的に接合されており、その上に液状モ
ールド材３５を用いた樹脂封止部が形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の樹脂
封止された半導体装置は、その厚みが大きく、薄膜化の
要求を充分満足するものではない。図７に示すＴＡＢテ
ープを用いた半導体装置の場合は、図６の場合に比し
て、厚みを小さくすることができるが、樹脂の定量性に
乏しく、膜厚が制御しにくいという問題や、ソルダーレ
ジストを設ける工程が必要であるという問題がある。最
近の樹脂封止型半導体は、ハイパワー化、大容量化等の
要求により、チップサイズが大きくなる傾向にある。し
かしながら、チップサイズの大型化に伴い、半導体装置
を樹脂封止するための従来の封止方法では、表面張力の
影響を受け、硬化後の形状において平面性が不十分であ
り、また、液状モールド材と半導体チップの熱膨脹係数
の差により、封止後の半導体装置に歪みを生じ、平面性
が失われるという問題もあった。そして、これらの点が
要因となって、その半導体装置を用いた実装工程におい
て、アウターリードボンディングの精度が悪くなるとい
う現象を引き起こしていた。

【０００４】本発明は、従来の技術における上記のよう
な問題を解決することを目的とするものであって、その
目的は、従来の技術において困難であった大きなチップ
サイズの半導体装置にも適用可能な半導体装置の樹脂封
止方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、中央部に穿孔
部を有するＴＡＢテープと、該穿孔部に配設された半導
体チップと、該ＴＡＢテープに固定して形成され、そし
て半導体チップと電気的に接合されたインナーリードと
よりなる半導体装置の封止方法において、半導体チップ
を搭載したＴＡＢテープの少なくともインナーリードを
設けた側に、半硬化状硬化性樹脂または熱可塑性樹脂の
薄膜から構成された封止シートを重ね合わせ、ヒートブ
ロック上で弾性膜状物の空気圧による膨脹を利用して減
圧雰囲気下で押圧することを特徴とする。本発明におい
て、封止のために使用する薄膜は、半硬化状硬化性樹脂
または熱可塑性樹脂より構成されるが、この薄膜は、金
属箔または非金属薄膜と積層されていてもよい。

【０００６】半硬化状硬化性樹脂としては、Ｂステージ
状に硬化された熱硬化性または紫外線硬化性の樹脂が使
用され、具体的には、熱硬化性または紫外線硬化性のエ
ポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル系樹脂、ポリイ
ミド樹脂等が使用できる。これらの硬化性樹脂には、靱
性を付与する目的で、エラストマーを含有させることも
可能である。具体的には、ＮＢＲ系、ポリアミド系、ア
クリル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリオレ
フィン系のエラストマーを含有させることができる。熱
可塑性樹脂としては、具体的には、ポリイミド樹脂、ポ
リエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等が使用できる。

【０００７】さらにまた、薄膜には、熱膨脹係数或いは
作業性等の制御のために、無機または有機フィラーを含
有させることもできる。無機フィラーとしては、シリ
カ、アルミナ、酸化亜鉛、窒化ケイ素等があげられ、有
機フィラーとしては、ナイロン、ポリイミド、シリコー
ン等があげられる。これらのフィラーの配合量は、樹脂
１００重量部に対して、５〜９５重量部、好ましくは２
０〜５０重量部の範囲である。また、半導体装置に光が
照射されるのを防ぐ目的で、カーボン等の着色剤を混入
することもできる。

【０００８】本発明における半硬化状硬化性樹脂または
熱可塑性樹脂の薄膜から構成された封止シートは、適当
な溶剤を用いて上記成分の樹脂組成物を調製した後、剥
離性の担持基材その他の適当な基材に塗布し、乾燥する
ことによって得られるか、または溶融押出機にて薄膜の
単体フィルムとして得られるものであって、膜厚は１０
〜５００μｍの範囲、好ましくは２０〜１００μｍの範
囲のものが使用される。

【０００９】半硬化状硬化性樹脂または熱可塑性樹脂の
薄膜に金属箔を積層する場合、金属箔としては、厚さ１
〜１０００μｍ、好ましくは１０〜２６０μｍの、例え
ば、銅箔、アルミニウム箔、モリブデン合金箔等が使用
できる。これた金属箔は、半導体装置に対して、吸湿防
止、放熱性の向上効果をもたらし、またグラウンドプレ
ーンの機能を付与する。

【００１０】また、半硬化状硬化性樹脂または熱可塑性
樹脂の薄膜に非金属薄膜を積層する場合、非金属薄膜と
しては、厚さ１〜１０００μｍ、好ましくは１０〜２６
０μｍの、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリ
プロピレン、フッ素樹脂、ポリイミド、ポリエーテルイ
ミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエー
テルケトン等のフィルムが使用される。これら非金属薄
膜は、吸湿防止の機能を付与する保護フィルムとして作
用する。他方、本発明における薄型半導体装置におい
て、ＴＡＢテープとしては、従来使用されているもので
あれば、如何なるものでも使用することができ、例えば
耐熱性ポリイミド樹脂を基材とするものが好ましく使用
できる。

【００１１】図１は、本発明の方法によって作成された
薄型半導体装置の一例の断面図である。図中、１は、中
央部に四角形穿孔部が形成されたＴＡＢテープ基材であ
って、その上には、銅箔を接着、固定し、エッチング処
理等によりパターン状に形成されたインナーリード３が
接着剤層５を介して設けられている。ＴＡＢテープ基材
の空間内に半導体チップ２を載置し、インナーリード３
とバンプ４において電気的に接合されている。ＴＡＢテ
ープ基材に固定されたインナーリードの上には、ＴＡＢ
テープ基材とほぼ同じ大きさの半硬化状硬化性樹脂また
は熱可塑性樹脂の薄膜が貼り合わされて、封止樹脂６よ
りなる層が形成され、この封止樹脂によって半導体チッ
プとインナーリードとの接合部分が封止されている。図
２は、本発明の方法によって作成された薄型半導体装置
の他の一実施例の断面図である。この実施例において
は、金属箔が積層された半硬化状硬化性樹脂または熱可
塑性樹脂の薄膜を用いて樹脂封止された状態を示すもの
であって、封止樹脂６の表面が金属箔７によって覆われ
ている。また、図３は、本発明の方法によって作成され
た薄型半導体装置のさらに他の一実施例の断面図であ
る。この実施例においては、ＴＡＢテープの両面が半硬
化状硬化性樹脂または熱可塑性樹脂の薄膜から構成され
た封止シートによって樹脂封止された状態を示すもので
あって、ＴＡＢテープの両面に封止樹脂６よりなる層が
形成されている。

【００１２】本発明による薄型半導体装置の樹脂封止
は、次のようにして行うことができる。まず、上記のＴ
ＡＢテープに半導体チップを載置するための穿孔部を形
成し、銅箔などの導電性膜を接着、固定し、フォトレジ
ストの形成およびエッチング処理により導体回路を形成
し、導体回路部にソルダーレジストを設けて導体回路の
インナーリードと半導体チップを電気的に結合する。次
いで、上記の半硬化状硬化性樹脂または熱可塑性樹脂の
薄膜を重ね合わせ、圧力５００ｍｍＨｇ以下、好ましく
は５０ｍｍＨｇ以下の減圧雰囲気下で、ヒートブロック
上で弾性膜状物の空気圧による膨脹を利用して押圧する
ことによって貼り合わせ、一体化させる。

【００１３】本発明を図面によって説明すると、図４
は、本発明を実施するための装置の一例である。１０は
真空ボックスであって、この真空ボックス内には、ゴム
等により形成された弾性層状物１１が設けられており、
真空ボックス内を上部室１２ａと下部室１２ｂとに分割
している。上部室には、空気の導入または排気のための
通気口１０ａが取り付けられており、また、下部室にも
空気を排気するための通気口１０ｂが取り付けられてい
る。下部室の内部には、ヒートブロック１３が設けられ
ており、その上で半導体を搭載したＴＡＢテープ１４と
基材上に封止用樹脂の薄膜を設けた封止シート１５とが
弾性層状物によって押圧されるようになっている。ま
た、ＴＡＢシートのための繰り出しリール１６ａおよび
巻き取りリール１６ｂと封止シートのための繰出しリー
ル１７ａおよび巻き取りリール１７ｂとは、真空ボック
スの外部に設けられている。なお、１８ａおよび１８ｂ
は案内ロールである。また、薄型半導体装置の両側に封
止樹脂層を設ける場合には、例えば、図５に示すような
装置を用いればよい。図５において、ＴＡＢテープ１４
のための繰出しリール１６ａ、巻き取りリール１６ｂの
それぞれ上下に、封止シート１５のための繰出しリール
１７ａ、巻き取りリール１７ｂを設けてあり、これによ
りＴＡＢテープ１４の両側に封止シート１５が押圧され
る。なお、ＴＡＢテープと封止シートを真空ボックス内
に搬入し、また真空ボックスから搬出する際に、真空ボ
ックスの気密が保持されるようにするための手段につい
ては図示していないが、公知の適宜の手段を採用すれば
よい。

【００１４】この装置において、繰り出しリール１６ａ
から繰り出された、半導体チップを搭載したＴＡＢテー
プ１４と、繰り出しリール１７ａから繰り出された封止
シート１５とは、案内ロール１８ａによって重ね合わさ
れ、真空ボックスの真空に排気された下部室のヒートブ
ロック１３上に搬送される。次いで、上部室の通気口１
０ａから空気を導入して上部室の圧力を高め、下部室と
の間で気圧に変化を持たせる。その結果、弾性層状物１
１が仮想線で示すように下部室の側に膨脹し、ヒートブ
ロック１３上に搬送されたＴＡＢテープと封止シートの
封止樹脂の薄膜を押圧することになる。ヒートブロック
は適宜の手段によって所定の温度に保持されているた
め、熱圧着によって封止樹脂薄膜がＴＡＢテープ上に転
移し、一体化される。次いで、上部室の空気を排出して
弾性層状物を収縮させ、ＴＡＢテープをヒートブロック
上から移動させる。その際、封止シートを構成していた
基材は剥離されて巻き取りリール１７ｂに巻き取られ
る。この操作を反復しながら樹脂封止された半導体が形
成されたＴＡＢテープを真空ボックスから取り出し、巻
き取りリール１６ｂに巻き取る。本発明によれば、ＴＡ
Ｂテープと封止シートが減圧雰囲気下で熱圧着されるの
で、泡等を巻き込むことがなくなる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例によって説明する。実施例１厚さ７５μｍのポリイミドフィルム、膜厚２０μｍの接
着剤層、厚さ３６μｍの銅箔より形成された配線層から
なるＴＡＢテープを用い、厚さ２５０μｍの半導体素子
をインナーリードボンディングして、組み立てた未封止
状態の半導体装置に、下記組成からなる熱硬化性薄膜を
貼り合わせ、薄膜半導体装置を組み立てた。厚さ３８μ
ｍのポリエチレンテレフタレートフィルムからなる基材
に、下記組成の熱硬化性樹脂塗料を塗布し、１６０℃で
１０分間加熱乾燥して、膜厚２０μｍの半硬化状熱硬化
性樹脂層を形成し、封止シートを作製した。ポリアミド樹脂（マクロメルト６２３８、アミド基当量２２０、重量平均分子量４０，０００、ヘンケル白水社製）の２５％イソプロピルアルコール／トルエン混合溶液４００部エポキシ樹脂（エピコート８２８、油化シェル社製）５０部ノボラックフェノール樹脂（ＣＫＭ２４００、昭和高分子社製）の５０％メチルエチルケトン溶液５０部２−メチルイミダゾールの１％メチルエチルケトン溶液３０部

【００１６】次に、この封止シートを構成する封止樹脂
の薄膜を４枚重ね合わせ、８０℃、１ｋｇ／ｃｍ²の条
件で加熱加圧して、８０μｍの半硬化状熱硬化性封止樹
脂薄膜を作製した。この半硬化状熱硬化性封止樹脂薄膜
を用いて、図４に示す装置によって樹脂封止を行った。
すなわち、上記半硬化状熱硬化性封止樹脂薄膜を上記の
薄膜半導体装置が形成されたＴＡＢテープと重ね合わ
せ、排気された真空ボックス内の下部室に導入し、１５
０℃に加熱されたヒートブロック上に誘導した。排気さ
れた真空ボックス内の圧力は、＜１ｍｍＨｇであった。
次いで、上部室に空気を導入することによって弾性層状
物を膨脹させて、１ｋｇ／ｃｍ²の圧力で押圧すること
によって貼り合わせを行い、図１に示す構造の総厚４０
０μｍの薄型半導体装置を作製した。

【００１７】実施例２実施例１に記載の半硬化状熱硬化性封止樹脂薄膜の片面
に、厚さ３５〜４０μｍの電解銅箔を８０℃、１ｋｇ／
ｃｍ²の圧力で貼り合わせたものを用いた以外は、実施
例１と同様にして図２に示す構造を有し、総厚４００μ
ｍの薄型半導体装置を作製した。

【００１８】実施例３熱可塑性ポリイミド樹脂（ＬＡＲＣ、三井東圧化学社
製）よりなる塗布液を、厚さ３８μｍのポリエチレンテ
レフタレートフィルムからなる基材に塗布し、１８０℃
で１０分間加熱乾燥して、膜厚２０μｍの熱可塑性性樹
脂層を形成し、さらに２００℃で１時間加熱乾燥し、封
止シートを作製した。次に、この封止シートを４枚重ね
合わせ、３００℃、４ｋｇ／ｃｍ²の条件で加熱加圧し
て、８０μｍの熱可塑性封止樹脂薄膜を作製した。この
熱可塑性性封止樹脂薄膜を、実施例１と同様の未封止状
態の薄膜半導体装置に載置し、減圧条件下で（＜１ｍｍ
Ｈｇ）、３００℃、４ｋｇ／ｃｍ²の圧力で貼り合わせ
て、図１に示す構造の総厚４００μｍの薄型半導体装置
を作製した。

【００１９】実施例４紫外線−熱併用硬化型エポキシ系樹脂（アデカオプトマ
ーＫＳ−８００、旭電化工業社製）を用い、実施例１と
同様にして封止樹脂薄膜を作製した。この封止樹脂薄膜
を、実施例１と同様の未封止状態の薄膜半導体装置に載
置し、減圧条件下で（＜１ｍｍＨｇ）、１５０℃、１ｋ
ｇ／ｃｍ²の圧力で貼り合わせて、紫外線ランプ８０Ｗ
／ｃｍ×２で１分間照射し、１５０℃で５分間加熱して
硬化し、図１に示す構造の総厚４００μｍの薄型半導体
装置を作製した。

【００２０】実施例５実施例１に記載の半硬化状熱光化成封止樹脂薄膜を用
い、図５に示す装置によって薄型半導体装置の両側より
樹脂封止を行った。すなわち、薄型半導体装置が形成さ
れたＴＡＢテープの両面に上記半硬化状熱硬化性封止樹
脂薄膜を両側から重ね合わせ、図５に示す装置を用い、
実施例１と同様に貼り合わせ、図３に示す構造を有する
総厚４８０μｍの薄型半導体装置を作製した。

【００２１】比較例１リードフレームに、半導体装置をダイアタッチ材で取り
付け、ワイヤーボンディングした半導体装置をモールド
材で図６に示すようにトランスファーモールドして、半
導体装置を作製した。この場合、総厚を１ｍｍ以下に抑
えることは困難であった。また、ダムバーリングの打ち
抜き、位置合わせ等、生産工程が複雑になり、生産効率
が悪かった。

【００２２】比較例２実施例１に記載した未封止状態の半導体装置において、
ＴＡＢの配線面に保護用ソルダーレジスト層を１０μｍ
に厚さに塗布したものを用い、インナーリード部及び半
導体阻止表面を液状モールド材でポッティング法により
封止して、図７に示す構造の薄型半導体装置を作製し
た。総厚は５００μｍであった。また、平面性は、上記
実施例１〜５の場合に比べて良好でなかった。

【００２３】上記実施例１〜５における本発明の方法に
よって製造した薄型半導体装置に対して、信頼性を評価
したところ、温度サイクル、プレッシャークッカー試
験、高温高湿バイアス試験のすべての試験において、比
較例１および２における方法によって製造した半導体装
置と同等の結果が得られた。一方、比較例１および２に
おける半導体装置は、実施例１〜５における半導体装置
と比べ、薄型化が困難であり、総厚は、実施例１〜５に
おける半導体装置よりも厚くなった。また、比較例２に
ける半導体装置は、実施例１〜５における本発明の方法
によって製造した半導体装置に比べ、平面性がよくなか
った。以上の結果から、本発明の方法によって製造した
薄型半導体装置は、非常に薄型であって優れた信頼性を
有することが確認された。

【００２４】

【発明の効果】本発明の封止方法は、上記のように減圧
雰囲気下において、弾性膜状物の空気圧による膨脹を利
用して半硬化状硬化性樹脂または熱可塑性樹脂の薄膜を
貼り合わせるから、熱圧着に際して泡等を巻き込むこと
がなく、平面性が良好で、非常に薄い厚さの高い信頼性
を有する薄型半導体装置を作製することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明によって樹脂封止された薄型半
導体装置の一例の断面図である。

【図２】図２は、本発明によって樹脂封止された薄型半
導体装置の他の一例の断面図である。

【図３】図３は、本発明によって樹脂封止された薄型半
導体装置のさらに他の一例の断面図である。

【図４】図４は、本発明を実施するための装置の一例の
断面図である。

【図５】図５は、本発明を実施するための装置の他の一
例の断面図である。

【図６】図６は、樹脂封止された従来の半導体装置の側
面図である。

【図７】図７は、樹脂封止された従来の薄型半導体装置
の断面図である。

【符号の説明】

１…ＴＡＢテープ基材、２…半導体チップ、３…インナ
ーリード、４…バンプ、５…接着剤層、６…封止樹脂、
７…金属箔，１０…真空ボックス，１０ａ，１０ｂ…通
気口、１１…弾性層状物、１２ａ…上部室、１２ｂ…下
部室、１３…ヒートブロック、１４…ＴＡＢテープ、１
５…封止シート、１６ａ…繰り出しリール、１６ｂ巻き
取りリール、１７ａ…繰り出しリール、１７ｂ…巻き取
りリール、１８ａ，１８ｂ…案内ロール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤津隆夫神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝多摩川工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中央部に穿孔部を有するＴＡＢテープ
と、該穿孔部に配設された半導体チップと、該ＴＡＢテ
ープに固定して形成され、そして半導体チップと電気的
に接合されたインナーリードとよりなる半導体装置の封
止方法において、半導体チップを搭載したＴＡＢテープ
の少なくともインナーリードを設けた側に、半硬化状硬
化性樹脂または熱可塑性樹脂の薄膜から構成された封止
シートを重ね合わせ、ヒートブロック上で弾性膜状物の
空気圧による膨脹を利用して減圧雰囲気下で押圧するこ
とを特徴とする半導体装置の封止方法。
【請求項２】半硬化状硬化性樹脂または熱可塑性樹脂
の薄膜が、金属箔と積層されてなることを特徴とする請
求項１記載の半導体装置の封止方法。
【請求項３】半硬化状硬化性樹脂または熱可塑性樹脂
の薄膜が、非金属薄膜と積層されてなることを特徴とす
る請求項１記載の半導体装置の封止方法。