樹脂材料的製作方法

2023-07-25 18:12:41 2

專利名稱：樹脂材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及對基板上的電子元器件進行樹脂封裝的樹脂封裝方法等。
技術背景對製造作為在基板上搭載電子元器件的樹脂成形品的一例的半導體組件時使 用的以往的樹脂封裝方法進行簡單說明。以往的樹脂封裝方法中，首先準備作為電子元器件的裝有半導體晶片(以下簡 稱為晶片)的印刷線路板(以下簡稱為基板)。然後，將基板安裝於一個金屬模和另 一金屬模對置而形成的金屬模對中的一個金屬模，合上金屬模對。接著，經由樹 脂流路，在金屬模對中的另一金屬模中設置的模腔中注入熔融樹脂。此時對熔融 樹脂加壓。然後，使注入的熔融樹脂固化，這樣就形成了樹脂成形品。接著，打開金屬 模對，從一個金屬模中取出樹脂成形品，將該樹脂成形品分別切割成多個半導體 組件，這樣就獲得了作為最終產品的半導體組件。近年與以往相比，半導體晶片的端子數有所增加，還採用半導體晶片在基板 上層疊的結構，因此希望實現半導體組件的薄型化。此外，使半導體晶片和基板通電連接的金屬絲也比以往的長，且相鄰的金屬 絲之間的間隔變窄，其結果是，利用上述以往的樹脂成形方法可能會出現以下所 述的問題。首先，因為注入模腔內的熔融樹脂的流動，金屬絲的變形或切斷的可能性有 所增加。此外，相鄰金屬絲之間的接觸也可能增加。作為解決這些問題的方法， 提出了減慢熔融樹脂注入模腔內的速度的方案。但是，如果熔融樹脂的注入速度 變慢，則被注入的熔融樹脂的粘性將增大。因此，熔融樹脂內的氣體很難排到外 部。其結果是，成形的固化樹脂內部容易產生空隙(氣泡)或未填充部。近年，為了降低半導體產品的成本，對基板大型化的要求越來越強烈。在大 型基板上對電子元器件進行樹脂封裝的情況與在小型基板上對電子元器件進行樹 脂封裝的情況相比，熔融樹脂的流動距離變長。因此，容易出現上述產生空隙或
未填充部的問題。此外，樹脂流路中有時會出現樹脂固化的情況，這樣在樹脂流路中固化的樹 脂會被廢棄。因此，採用以往的樹脂封裝方法會出現浪費樹脂材料的現象。發明內容本發明是為了解決上述問題而完成的發明，其目的是對裝載於基板的電子元 器件進行樹脂封裝時，在減少樹脂成形品出現不良情況的可能性的同時有效利用 樹脂材料。為了達到上述目的，本發明的樹脂封裝方法包括以下2種，任一方法都採用 了上型和下型組成的金屬模對，對裝載於基板主表面的電子元器件進行樹脂封裝。 以下，對本發明的這2種方法進行說明。本發明的樹脂封裝方法之一包括以下步驟。首先，將基板安裝於上型，然後， 在設置於下型的模腔內生成熔融樹脂，合上金屬模對，使電子元器件浸入熔融樹 脂內。接著，使模腔內的熔融樹脂固化，形成樹脂成形品。利用上述方法能夠使熔融樹脂在與基板平行的整個面幾乎均一地流動，同時 在非常短的時間內向模腔的深度方向流動。因此，能夠防止固化樹脂內殘存空隙 以及樹脂成形品中出現固化樹脂的未填充部。在生成熔融樹脂的步驟中，可對設置於模腔內的固形樹脂材料加熱而形成熔 融樹脂。利用該方法就不需要樹脂流路。因此，不會在樹脂流路中形成固化樹脂。 其結果是，能夠有效利用樹脂材料。前述方法能夠用於基板的電極和電子元器件的電極在規定的平面內由成形為 環狀的導電性材料連接的情況。這種情況下，將電子元器件浸入熔融樹脂的步驟 中，希望規定的平面能夠在與熔融樹脂的主表面幾乎垂直的狀態下移動。利用上述方法，由熔融樹脂嚮導電性材料施加的力不是使導電性材料易於變 形的方向的力。因此，對導電性材料造成損傷的可能性下降。本發明的另一樹脂封裝方法使用了固形樹脂材料，其步驟如下所述。首先，在下型上設置基板。然後，在基板主面上設置樹脂材料使樹脂材料與 連接基板的電極和電子元器件的電極的導電性材料不接觸，合上金屬模對。接著， 加熱樹脂材料，籍此在基板主面上生成熔融樹脂。此外，電子元器件包含在熔融 樹脂內。然後，使熔融樹脂固化，形成樹脂成形品。採用這一方法能夠獲得與上述第1種樹脂封裝方法同樣的效果。本發明的樹脂封裝裝置具備實施上述2種樹脂封裝方法所需的裝置。本發明
的半導體器件的製造方法採用了上述2種樹脂封裝方法。此外，本發明的半導體 器件由前述製造方法製得。以下，對本發明的樹脂材料進行說明。本發明的樹脂材料在使設置於金屬模對的模腔內生成的熔融樹脂固化、對裝 載於基板的主表面的電子元器件進行樹脂封裝時使用。此外，樹脂材料作為熔融 樹脂的原料使用時為固形材料。另外，樹脂材料具有對應於模腔尺寸和形狀的尺 寸及形狀。樹脂材料從構成模腔的模面傳遞熱量。因此，如果採用前述第2種的樹脂封 裝方法，則可以有效利用從模面傳遞的熱量，在非常短的時間內生成熔融樹脂。此外，前述樹脂材料的構成是該樹脂材料被裝載於基板的主面上時，形成於 基板和樹脂材料之間的空間內包裹著電子元器件。這種情況下，前述空間的大小 按照樹脂材料不與連接基板的電極和電子元器件的電極的導電性材料接觸的要求 設定。如果採用上述構成，則在採用前述第2種樹脂封裝方法時，能夠防止因導電 性材料與樹脂構件接觸而產生導電性材料內的應力。其結果是，樹脂封裝時，能 夠防止因產生內部應力而損傷導電性材料。通過加熱使樹脂材料熔融時，為將空間內的氣體導向樹脂材料的外部，最好 在樹脂材料中設置切口部。本發明的上述及其他目的、特徵、形式和優點從附圖和以下對本發明的詳細 說明中會更加明了。


圖1A為實施方式1的樹脂封裝裝置的部分截面圖，表示樹脂材料被設置於模 腔前的狀態。圖1B為實施方式1的樹脂封裝裝置的部分截面圖，表示在模腔內生成熔融樹脂後、合上金屬模對前的狀態。圖2A為實施方式1的樹脂封裝裝置的部分截面圖，表示通過合上金屬模對而 使裝載於基板的晶片浸入熔融樹脂內的狀態。圖2B為實施方式1的樹脂封裝裝置的部分截面圖，表示在模腔內形成了固化 樹脂的狀態。圖3A為實施方式1的樹脂封裝裝置的部分截面圖，表示打開金屬模對後從上 型取出樹脂成形品前的狀態。 圖3B為實施方式1的樹脂封裝裝置的部分截面圖，表示金屬模對合上時的模 具合閉部的狀態。圖4A為實施方式2的樹脂封裝裝置的部分截面圖，表示樹脂材料設置於基板前的狀態。圖4B為實施方式2的樹脂封裝裝置的部分截面圖，表示樹脂材料設置於基板 的狀態。圖5A為實施方式2的樹脂封裝裝置的部分截面圖，表示通過上型與樹脂材料 的接觸，樹脂材料被加熱的狀態。圖5B為實施方式2的樹脂封裝裝置的部分截面圖，表示通過在金屬模對合上 的狀態下使樹脂材料熔融而在模腔內填充熔融樹脂的狀態。
具體實施方式
以下，通過附圖對本發明的實施方式的樹脂封裝方法、用於該方法的樹脂封 裝裝置、採用了該方法的半導體器件的製造方法，利用該製造方法製得的半導體 器件以及其中採用的樹脂材料進行說明。(實施方式1)參考圖1A 圖3B對實施方式1的樹脂封裝方法進行說明。 如圖1A及圖1B所示，用於本實施方式的樹脂封裝方法的樹脂封裝裝置中設 置了下型1和上型2互相對置的金屬模對。此外，樹脂封裝裝置中還設置了用於 合上及打開下型1和上型2的加壓裝置(未圖示)。圖1A表示下型1和上型2之間的空間設置了搬運單元3的狀態。搬運單元3 處於利用未圖示的驅動裝置的功能而插入下型1和上型2之間的空間的狀態。利 用驅動裝置的功能能夠將搬運單元3從下型1和上型2之間的空間轉移到外部。 此外，成形為板狀的樹脂材料4通過真空吸附作用被固定於搬運單元3。在驅動 裝置的作用下，搬運單元3能夠在支承樹脂材料4的狀態向下方移動。因此，本 實施方式的樹脂封裝裝置能夠利用搬運單元3將樹脂材料4供給到下型1的模腔 5內。下型l中設置了嵌入樹脂材料4的模腔5。如後所述，該模腔5中填入了熔融 樹脂。此外，下型l中設置了樹脂儲存部6。樹脂儲存部6和模腔5連通。樹脂 儲存部6與氣體流路7連通。該氣體流路7通過配管和真空管與減壓泵(都未圖示) 連接。根據需要，氣體流路7可與壓縮空氣箱這樣的加壓源(未圖示)連接。在下
型1的內部的模腔5的近旁設置了用於加熱模腔5周邊部的加熱器8。樹脂材料4由加熱固化的熱固性樹脂構成。此外，樹脂材料4的形狀及尺寸 與模腔5的尺寸及形狀相對應。即，模腔5的模面的形狀和樹脂材料4的外形幾 乎一致。換言之，模腔5的整個模面與樹脂材料4的表面處於接觸或接近的狀態。 此外，如圖1A所示，在模腔5的上部的模具合閉部9設置了階梯部10。樹脂材 料4形成對應於階梯部10的形狀。因此，為使樹脂材料4和模腔5之間不形成空 隙，樹脂材料4被嵌入模腔5中。即，圖1A所示的樹脂材料4的整個側面和下 面與模腔5的整個模面實質性接觸。上型2中設置了凹狀的基板支承部11。在基板支承部11的底面(圖1A中的上 面)設置了吸附用凹部12。吸附用凹部12與氣體流路13連通。氣體流路13通過 配管及真空管與減壓泵(都未圖示)連接。利用減壓泵的作用通過氣體流路13，吸 附用凹部12內的空氣被吸入減壓泵內，這樣吸附用凹部12內就形成負壓。其結 果是，基板14被吸附於吸附基板支承部11。考慮將基板14的主表面利用格子狀的臨時線分割成多個臨時區域的狀態。在 這多個臨時區域內的基板14上分別裝載1個晶片15。此外，基板14和多個晶片 15的電極(都未圖示)分別與金屬絲16通電連接。因此，如後所述，通過切斷臨時 線，形成1個晶片15搭載於被分割的基板14的1個切片的多個半導體組件。以下，對本實施方式的樹脂封裝方法進行說明。首先如圖1A所示，打開下型 l和上型2。然後，利用基板搬運裝置(未圖示)在基板支承部11設置基板14。接 著，利用減壓泵通過氣體流路13吸去吸附用凹部12內的空氣，籍此將基板14吸 附於基板支承部ll。此外，搬運單元3以樹脂材料4被吸附於搬運單元3的狀態移動到模腔5的 正上方。然後，將樹脂材料4從搬運單元3卸下，這樣樹脂材料4就落入模腔5 內。其結果是，樹脂材料4被嵌入模腔5內。也可以在搬運單元3從模腔5的上 方下降至模腔5的近旁後，從搬運單元3中釋放出樹脂材料4，使樹脂材料4嵌 入模腔5內。接著，利用加熱器8對下型1進行加熱，籍此將在下型1內傳遞的熱量從下 型1傳遞到樹脂材料4，因此樹脂材料4被加熱，其結果是，樹脂材料4熔融， 這樣如圖1B所示，生成熔融樹脂17。然後，使上型2下降直至使金屬絲16位於 熔融樹脂17的表面附近。接著，通過氣體流路7—邊將下型1和上型2之間的空 間的空氣送入減壓泵內，即進行下型1和上型2之間的空間的減壓， 一邊進行上 述一系列的樹脂成形步驟。
然後，如圖2A所示，使上型2下降，這樣就完成了下型1和上型2的合模，這樣晶片15和金屬絲16就浸入熔融樹脂17中。此時，基板14的裝載晶片15的 部分的周圍也被浸在熔融樹脂17中。此外，使包含模腔5的空間減壓，防止存在 於模腔5內的氣體混入熔融樹脂17內。由此能夠抑制熔融樹脂17中空隙的產生， 從模腔5溢出的熔融樹脂17流入樹脂儲存部6內。然後，如圖2B所示，使熔融樹脂17固化，其結果是，在模腔5內形成固化 樹脂18。利用該固化樹脂18及基板14，如圖2A所示的將晶片15和金屬絲16 包裹在其中。其結果是，形成樹脂成形品19。接著，如圖3A所示，使上型2向上側移動，籍此打開下型1和上型2。然後， 從上型2中取出樹脂成形品19。再根據需要，利用加壓泵通過氣體流路7將壓縮 空氣送入樹脂儲存部6內，將形成於樹脂儲存部6內的固化樹脂從下型1脫模。將樹脂成形品19從上型2取出時，停止利用減壓泵吸去吸附用凹部12內的 空氣，籍此使被基板支承部11吸附的樹脂成形品19落在插入其下方空間的搬運 單元3上。然後，搬運單元3將樹脂成形品19移送至託架等裝載裝置所在的位置 或進行其後步驟的位置。接著，樹脂成形品19被切割機切斷，獲得作為最終產品 的半導體組件。本實施方式的樹脂封裝方法的特徵之一是採用了具有與模腔5的尺寸及形狀 相對應的形狀及尺寸的樹脂材料4。這樣，通過在模腔5內對樹脂材料4進行加 熱，能夠在與以往相比非常短的時間內形成熔融樹脂17。本實施方式的樹脂封裝方法的另一特徵是下型1和上型2合上時，慢慢在熔 融樹脂17中浸入裝載於基板14的晶片15和金屬絲16。這樣，熔融樹脂17在非常短的時間內沿與基板14的主表面垂直的方向、即 模腔5的深度方向流動。此外，熔融樹脂17幾乎是以整體均一地流動。熔融樹脂 17幾乎不沿與包含環狀金屬絲16的面垂直的方向流動。即，熔融樹脂17很難沿 環狀金屬絲16的相反方向或易使其變形的方向流動。換言之，熔融樹脂17沿與 包含環狀金屬絲16的面平行的方向流動。總之，熔融樹脂17沿環狀金屬絲16最 不易變形的方向、即沿環狀金屬絲16的高度下降的方向流動。採用上述樹脂封裝方法時，由於在對包含模腔5的空間減壓的同時將晶片15 和金屬絲16浸入熔融樹脂17內，所以熔融樹脂17內很難混入氣泡。因此，能夠 抑制熔融樹脂17內的空隙的產生。綜上所述，採用本實施方式的樹脂封裝方法時，在維持熔融樹脂17的粘性低、 即流動性高的狀態的同時，在樹脂成形中不會對金屬絲16施加過大的外力。其結
果是，即使在大型基板上對電子元器件進行樹脂封裝，也能夠防止樹脂內空隙的 形成、樹脂的未填充部的形成及金屬絲16的變形等不良情況的發生。此外，採用本實施方式的樹脂封裝方法不需要樹脂流路，所以不會殘存樹脂 流路不需要的固化樹脂，因此可實現樹脂材料的有效利用。本實施方式的樹脂封裝成形方法採用了具有與模腔5的尺寸及形狀相對應的尺寸及形狀的樹脂材料4。但是，不使用樹脂材料4而是向模腔5供給規定量的 粒狀樹脂或液狀樹脂的樹脂封裝方法，也能夠獲得與前述的本實施方式的樹脂封 裝方法同樣的效果。此外，如圖3B所示，為了保持上型2和下型1的夾持空間的氣密性，最好在 合閉部9設置可變形的塑料片形成的密封構件20。該密封構件20可採用具有圓 形截面的框架狀構件(圓環)。(實施方式2)以下，參考圖4A 圖5B對實施方式2的樹脂封裝方法進行說明。圖4A 圖 5B表示本實施方式的樹脂封裝裝置的結構。圖4A 圖5B中的與採用圖1A 圖 3B說明的實施方式1的樹脂封裝裝置的構成要素名稱相同的構成要素，因具有與 實施方式1所述的同樣的功能，所以對這些構成要素的功能說明不再重複。如圖4A 圖5B所示，本實施方式的樹脂封裝裝置中，在下型21上放置了基 板14，基板14上放置了樹脂材料22。樹脂材料22具有與設置於上型25的模腔(後 述)的尺寸及形狀相對應的尺寸及形狀。此外，樹脂材料22由平板部23及邊緣部 24構成。如圖4A及圖4B所示，按使平板部23沿與基板14平行的方向延伸， 且使邊緣部24沿分別與基板14及平板部23垂直的方向延伸的要求，在基板14 上設置樹脂材料22。此時，如圖4B所示，在與基板14的主表面垂直的方向，如果平板部23及邊 緣部24的內側面和基板14的主表面構成的空間的高度比金屬絲16的高度高，則 能夠防止平板部23與金屬絲16的接觸。另外，通過加熱使樹脂材料22熔融時， 為了使前述空間內的氣體釋放到樹脂材料22的外部，最好在邊緣部24設置切口 部。如圖5A所示，本實施方式的樹脂封裝裝置的上型25的內部設置了加熱器27。 此外，在上型25中設置了模腔26。在合閉部28的上型25側可設置與實施方式1 所示的密封構件(參考圖3B)同樣的密封構件。在上型25及下型21的任一方可設 置與實施方式1的樹脂儲存部6及氣體流路7(參考圖1A及圖1B)同樣的樹脂儲
存部及氣體流路。
以下對本實施方式的樹脂封裝方法進行說明。首先如圖4A所示，以金屬模打開的狀態，在下型21上的規定位置放置基板14。在此狀態下，被加熱器8加熱 的下型21又加熱了基板14。然後，如圖4B所示，在基板14上的規定位置設置樹脂材料22。在此狀態下， 基板14發出的熱量傳遞到樹脂材料22，籍此樹脂材料22被加熱。在該熱處理步 驟開始前，如前所述，由於形成於樹脂材料22和基板14間的空間的高度比金屬 絲16的高度高，所以樹脂材料22不會與金屬絲16接觸。接著，如圖5A所示，使通過加熱器27被加熱的上型25接近樹脂材料22的 平板部23，這樣樹脂材料22能夠被進一步加熱。其結果是，由上型25和下型21 兩者加熱的樹脂材料22開始慢慢熔融。在此狀態下，下型21和上型25還未完全 合上。然後，隨著樹脂材料22的熔融和熔融樹脂17的生成，上型25慢慢朝向下 型21下降，通過上型25和下型21接觸，完成合模。
前述一系列操作在對下型21和上型25形成的空間減壓的同時進行。然後， 如圖5B所示，在熔融樹脂17填入模腔26的狀態下繼續加熱熔融樹脂17。以下，與實施方式l的採用圖2B進行說明的步驟同樣，使熔融樹脂17固化， 這樣就形成了樹脂成形品19。然後，與實施方式l的採用圖3A進行說明的步驟 同樣，取出樹脂成形品19後，將樹脂成形品19移送至託架等裝載裝置所在的位 置或進行其後步驟的位置。
本實施方式的樹脂封裝成形方法的特徵之一是樹脂材料22具有與模腔26的 尺寸及形狀相對應的尺寸及形狀。此外，本實施方式的樹脂封裝成形方法的另一 特徵是為使金屬絲16和樹脂材料22不接觸，形成晶片15及金屬絲16包裹於基 板14和樹脂材料22構成的空間內的狀態。本實施方式的樹脂封裝成形方法的又 一特徵是裝載於基板14上的樹脂材料22通過與上型25的接近或接觸被加熱熔 融。
採用具有前述特徵的本實施方式的樹脂成形方法時，樹脂材料22在其熔融前 的固形狀態不與金屬絲16接觸。
由樹脂材料22生成的熔融樹脂17在非常短的時間內沿與基板14的主面垂直 的方向、即模腔5的深度方向流動，籍此裝載於基板14的晶片15和金屬絲16埋 設在熔融樹脂17內。因此，利用本實施方式的樹脂封裝方法與實施方式1的樹脂 封裝方法一樣，能夠防止在樹脂成形品的固化樹脂內形成空隙、在樹脂成形品中 殘存樹脂未填充的部分及金屬絲16變形等不良情況的發生。此外，採用本實施方
式的樹脂封裝方法能夠在非常短的時間內完成樹脂封裝。另外，由於不需要樹脂流路、不會在樹脂流路形成固化樹脂，所以能夠有效 利用樹脂材料。由於基板14沒有置於上型25而是置於下型21，所以不需要吸附基板14的裝置。其結果是，樹脂封裝裝置的結構簡化。前述實施方式1及2的樹脂封裝方法中，對樹脂材料4和22由熱固性樹脂形 成的例子進行了說明。但是，樹脂材料4和22也可由熱塑性樹脂形成。這種情況 下，在加熱樹脂材料4和22使其熔融的同時，採用合上上型2、 25和下型1、 21 後，使上型2、 25和下型1、 21的溫度分別下降的方法使熔融樹脂17固化。前述實施方式1及2的樹脂封裝方法中，在樹脂封裝裝置中設置了減壓泵(未 圖示)，採用了通過減壓泵對上型2、 25和下型1、 21形成的空間減壓的方法。但 是為了抑制對樹脂材料4和22中所含的氣體量及樹脂成形品19所要求的品質等 產生的不良影響，也可採用不使用減壓泵的方法。此外，實施方式1及2的樹脂封裝的對象物採用了用於通電連接基板14的電 極和晶片15的電極的導電性材料為金屬絲16的產品。但是，也可採用直接連接 基板14的電極和晶片15的電極的倒裝片作為樹脂封裝的對象物。基板14的材質可以是引線框架這樣的金屬，也可以是一般的印刷基板這樣的 以樹脂為主的材質。此外，基板14也可以是以金屬為主的基板或陶瓷基板。基板 14也可以是矽基板、化合物半導體基板或SOI(矽裝載於絕緣體上)基板等半導體 基板，還可以是主表面印刷了Cu等形成的配線的所謂的晶片級封裝用基板。這 種情況下，圖1的樹脂材料4可以是與模腔5的尺寸及形狀相對應的平板狀，其 厚度最好比模腔5的深度大。設置於基板14的主表面上方的圖5A的樹脂材料22的尺寸和形狀最好和模腔 26的尺寸及形狀相對應。這種情況下，樹脂材料22的厚度最好比模腔26的深度 大。這樣樹脂材料22與基板14及上型25直接接觸，樹脂材料22能夠從上下兩 個方向被加熱。因此，與以往的方法相比，能夠在非常短的時間內使樹脂材料22 熔融。基板14除了半導體基板之外，還可以是用於片狀電容器等的製造的基板。 雖然對本發明進行了詳細說明，但以上只是例示而已，本發明並不限於此， 本發明的技術思想和範圍只限定於權利要求書所述的範圍。
權利要求
1.固形樹脂材料(22)，在使設置於金屬模對(25，21)的模腔(26)中生成的熔融樹脂(17)固化、對裝載於基板(14)的主表面的電子元器件(15)進行樹脂封裝的樹脂封裝方法中，所述材料作為前述熔融樹脂(17)的原料使用，其特徵在於，前述樹脂材料(22)具有與前述模腔(26)的尺寸及形狀相對應的尺寸及形狀，前述固形樹脂材料(22)中設置了切口部。
全文摘要
本發明提供了一種固形樹脂材料(22)，在使設置於金屬模對(25，21)的模腔(26)中生成的熔融樹脂(17)固化、對裝載於基板(14)的主表面的電子元器件(15)進行樹脂封裝的樹脂封裝方法中，所述材料作為前述熔融樹脂(17)的原料使用，其特徵在於，前述樹脂材料(22)具有與前述模腔(26)的尺寸及形狀相對應的尺寸及形狀，前述固形樹脂材料(22)中設置了切口部。
文檔編號H01L23/02GK101127313SQ200710142209
公開日2008年2月20日 申請日期2003年11月26日 優先權日2002年11月26日
發明者中川長, 德山秀樹, 早坂昇, 浦上浩, 目黑弘一, 藤野欣也, 西野徹, 高瀨慎二 申請人:東和株式會社;富士通株式會社