JP5777660B2

JP5777660B2 - 樹脂成形装置及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JP5777660B2
Application number: JP2013105195A
Authority: JP
Inventors: 正明石井
Original assignee: Asahi Engineering Co Ltd Fukuoka
Current assignee: Asahi Engineering Co Ltd Fukuoka
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2033-05-17
Also published as: JP2014225619A; TWI536513B; TW201445682A

Description

本発明は、樹脂成形装置、特に、各半導体装置の保護領域を離型フィルムで保護して複数の半導体装置を一括して樹脂成形する装置に関する。
本発明は、半導体装置の製造方法、特に、各半導体装置の保護領域を離型フィルムで保護して複数の半導体装置を一括して樹脂成形する半導体製造方法に関する。

近年、電子機器の高機能化や軽薄短小化の要求に伴って、電子部品の高密度集積化や高密度実装化が進み、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）イメージセンサやＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の従来比較的大型のパッケージを用いていた電子部品においても、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）化が進められている。特に、センサチップのアクティブ面側にリブ材やスペーサを用いてシールガラスを直接積層し中空構造を形成したチップサイズパッケージが用いられるようになってきている。

センサ装置の樹脂封止工程において、シールガラスに樹脂の薄バリが発生するのを防止するため、離型フィルムを用いたフィルムモールド成形が採用されているが、フィルムモールド成形によっても、薄バリの発生を完全に防ぐことは困難である。センサ装置は、サブストレート（配線基板）、センサチップ、リブ材（スペーサ）、シールガラスを積層してなり、それぞれは厚みのバラツキを持って、積層物の厚みのバラツキを発生させる。そして積層物の厚みのバラツキが、各センサ装置においてフィルムとシールガラスとの密着性にバラツキを発生させる。その密着性のバラツキが薄バリを発生させている。

国際公開第２０１２／１４０７５０号公報

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、複数の半導体装置を一括して樹脂成形する際に、各半導体装置と離型フィルムとの間の密着性を向上させ、薄バリの発生を抑制することにある。

本発明の一実施形態では、各半導体装置（１）の保護領域（１１０ａ）を離型フィルム（１１２）で保護して複数の半導体装置を一括して樹脂成形するための装置であって、前記複数の半導体装置及び前記離型フィルムが配置される成形金型（１００）と、前記成形金型内に設けられたキャビティ（１０３）と、前記キャビティ内で前記半導体装置ごとに前記金型内に設けられて前記離型フィルムを押圧する複数の可動コア（１０４）と、を備え、前記離型フィルム（１１２）は、前記複数の可動コア（１０４）によって押圧される領域よりも広い領域にわたって前記成形金型（１００）内に配置され、前記成形金型（１００）の型締め時に前記複数の半導体装置における最も高さが低い半導体装置（１）に対して前記離型フィルム（１１２）が密着するように前記複数の可動コア（１０４）の飛び出し量が設計されており、各半導体装置（１）の可動コア（１０４）によって、前記離型フィルム（１１２）の前記半導体装置（１）への押圧力を調整可能であり、前記複数の可動コア（１０４）は各半導体装置（１）の傾きに合わせて押圧面を傾かせることを特徴とする。この装置では、複数の半導体装置の半導体装置ごとに可動コアによって離型フィルムの押圧力が調整されるので、半導体装置の高さのバラツキや傾きがあったとしても、最も高さが低い半導体装置に離型フィルムが密着するように成形金型を型締めすれば、他の半導体装置では離型フィルムからの押圧力が過度になることなく、離型フィルムと密着する。例えば、成形金型の型締め時に最も高さが低い半導体装置に離型フィルムが密着するように可動コアの飛び出し量が設計される。また、半導体装置に傾きがある場合、可動コアの押圧面を半導体装置の傾きに合わせて傾かせることにより、半導体装置に過度の押圧力を加えることなく、可動コアを半導体装置に密着させることができる。よって、離型フィルムによる過度の押圧力によって半導体装置の信頼性を低下させることを抑制しつつ、各半導体装置と離型フィルムとの間の密着性を向上させることができる。その結果、半導体装置の保護領域に樹脂が入り込んで生じる薄バリの発生を抑制することができる。

可動コア（１０４）の半導体装置（１）に対する押圧力を調整可能に設けられた弾性体（１０５）を更に備えることが可能である。可動コアを半導体装置に向けて弾性体で付勢するように構成すれば、半導体装置に対する可動コアの押圧力が所定値以上になった場合には、弾性体の付勢力に抗して可動コアが変位することで、半導体装置に対する可動コアの押圧力が過度に大きくなるのを防止することができる。

弾性体は、例えば、バネ、ゴム、または、バネとゴムの組み合わせとすることが可能である。

半導体装置（１）は撮像素子を有し、保護領域（１１０ａ）は、撮像素子のアクティブ領域を覆うシールガラス（１１０）上に規定される領域である。撮像素子のシールガラスに薄バリが生じることを抑制し、シールガラスを介した良好な光の透過を実現可能である。撮像素子は、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサである。

本発明の一実施形態では、各半導体装置（１）の保護領域（１１０ａ）を離型フィルム（１１２）で保護して複数の半導体装置を一括して樹脂成形する半導体装置の製造方法であって、複数の可動コア（１０４）によって押圧される領域よりも広い領域にわたって成形金型（１００）内に前記離型フィルム（１１２）を配置し、前記成形金型（１００）の型締め時に前記複数の半導体装置における最も高さが低い半導体装置（１）に対して前記離型フィルム（１１２）が密着するように、キャビティ（１０３）内で半導体装置（１）ごとに設けられた複数の可動コア（１０４）の飛び出し量が設計されており、キャビティ（１０３）内で半導体装置（１）ごとに設けられた可動コア（１０４）によって、前記離型フィルム（１１２）の前記半導体装置（１）への押圧力を調整し、前記複数の可動コア（１０４）の押圧面を各半導体装置（１）の傾きに合わせて傾かせることを特徴とする。この方法では、半導体装置ごとに可動コアによって離型フィルムの押圧力が調整されるので、半導体装置の高さのバラツキや傾きがあったとしても、最も高さの低い半導体装置に離型フィルムが密着するように成形金型を型締めすれば、他の半導体装置では離型フィルムからの押圧力が過度になることなく、離型フィルムと密着する。よって、離型フィルムによる過度の押圧力によって半導体装置の信頼性を低下させることを抑制しつつ、各半導体装置と離型フィルムとの間の密着性を向上させることができる。その結果、半導体装置の保護領域に樹脂が入り込んで生じる薄バリの発生を抑制することができる。

可動コア（１０４）を付勢する弾性体（１０５）によって、可動コア（１０４）の半導体装置（１）に対する押圧力を調整する。可動コアを半導体装置に向けて弾性体で付勢するように構成すれば、半導体装置に対する可動コアの押圧力が所定値以上になった場合には、弾性体の付勢力に抗して可動コアが変位することで、半導体装置に対する可動コアの押圧力が過度に大きくなるのを防止することができる。

本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法において、半導体装置を樹脂成形装置の成形金型に載置した状態の断面図である。図１の成形金型を型締めした状態での断面図である。比較例に係る半導体装置の製造方法において、半導体装置を樹脂成形装置の成形金型に載置した状態の断面図である。図３の成形金型を型締めした状態での断面図である。図４の状態から更に型締めした状態での断面図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法において、複数の半導体装置１を樹脂成形装置の成形金型１００に載置した状態の断面図である。図２は、図１の成形金型１００を型締めした状態を示す。図１及び図２では、２つの半導体装置１を図示しているが、半導体装置の数は３つ以上であってもよい。

半導体装置１は、サブストレート１０７と、半導体チップ１０８と、リブ材又はスペーサ１０９と、シールガラス１１０とを備える。樹脂成形の段階では、共通のサブストレート１０７上に複数の半導体チップ１０８が配置された状態であるが、樹脂成形後に、サブストレート１０７が半導体装置１ごとに分割される。半導体チップ１０８は、例えば、センサチップである。センサチップは、例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子を含む。なお、シールガラス１１０の上面で離型フィルム１１２によって樹脂が入り込まないように保護される領域を保護領域１１０ａとする。また、半導体装置１は、上記構成に限らず、樹脂成形部表面に内部（ヒートシンクやダイ）が露出している構成（樹脂からの保護領域）を有する半導体装置であれば良い。

図１及び図２の例では、右側の半導体装置１のサブストレート１０７を除いた高さ（半導体チップ１０８、リブ材又はスペーサ１０９及びシールガラス１１０の高さ）はＨ１、左側の半導体装置１のサブストレート１０７を除いた高さはＨ２（＞Ｈ１）であり、両者の高さの差Ｈ２−Ｈ１をＨ３とする。以下の説明では、半導体装置１のサブストレート１０７を除いた高さＨ１，Ｈ２を単に半導体装置１の高さと称す。

成形金型１００は、下金型１０１と上金型１０２とから成り、上金型１０２の下面にはキャビティ１０３が形成されている。キャビティ１０３の底面には、開口部１０２ａと、開口部１０２ａの奥側で開口部１０２ａより広い開口部１０２ｂとが形成されている。これらの開口部１０２ａ、１０２ｂに可動コア１０４が上下方向に摺動可能に配置されている。可動コア１０４の開口部１０２ｂ側にはフランジ１０４ａが設けられており、開口部１０２ａと開口部１０２ｂとの段差部にフランジ１０４ａが当接することで、可動コア１０４の下方への変位が規制されている。開口部１０２ｂの底面と可動コア１０４との間には、弾性体１０５が介装されており、可動コア１０４のフランジ１０４ａが段差部に当接するように可動コア１０４を下方に付勢する。弾性体１０５は、例えば、バネ、ゴム、又はバネとゴムの組み合わせで構成できるが、これらに限定されない。バネは、例えばベルビルスプリング（皿バネ）とすることができる。ゴムは、耐熱性を有するゴム、例えばシリコンゴムとすることができる。弾性体１０５は、可動コア１０４を下方に付勢して離型フィルム１０２を半導体装置１のシールガラス１１１に密着させる機能を有する。可動コア１０４が弾性体１０５で付勢された構成により、カバーガラス１１０に傾きがある場合でも、可動コア１０４をカバーガラス１１０の傾きに合わせて傾けることが可能である。可動コア１０４の底面（押圧面）１０４ｂには、半導体装置１のシールガラス１１０内側の空洞１１１に対応する領域にフィルム逃げ用の窪み１０６が形成されている。このフィルム逃げ用の窪み１０６は、平面視において空洞１１１に対応する領域を有し、半導体装置１を上金型１０２及び下金型１０１でクランプしたときに離型フィルム（リリースフィルム）１１２が圧縮されて厚みを減少させる分、つまり圧縮代の大きさ以上の深さ（例えば、約０．３ｍｍから約０．５ｍｍの深さ）を有する。

但し、フィルム逃げ用の窪み１０６の深さは、クランプ時に離型フィルム１１２が空洞１１１上方でシールガラス１１０に加える圧力が許容できる範囲（シールガラスが破損しない圧力の範囲）である限り圧縮代の大きさよりも小さくても良い。

また、平面視におけるフィルム逃げ用の窪み１０６の領域は、空洞１１１の領域と対応させることが好ましいが、クランプ時に離型フィルム１１２が空洞１１１上方でシールガラス１１０に加える圧力が許容できる範囲である限り、空洞１１１の領域よりも小さくても良い。また、シールガラス１１１での薄バリ発生を防止できる限り、平面視におけるフィルム逃げ用の窪み１０６の領域は、リブ材又はスペーサ１０９の占める領域と重なっても良い。

本実施形態では、半導体装置１は、半導体チップ１０８のアクティブ面側にリブ材やスペーサ１０９を用いてシールガラス１１０を直接積層し、中空構造を形成したチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）である。この半導体装置１は、配線板としてのサブストレート１０７と、サブストレート１０７上に固定される半導体チップ１０８と、センサチップ１０８上にリブ材又はスペーサ１０９に支持されて半導体チップ１０８と所定の間隔を維持して配置されたシールガラス１１０とを備えている。

サブストレート１０７は、図示していないが、スルーホールを通じて互いに導通された内部導体パッド（上面側）及び外部導体パッド（下面側）を備え、内部導体パッドがボンティングワイヤを介して半導体チップ１０８と接続されている。半導体チップ１０８は、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）イメージセンサやＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の素子が形成された受光領域を含むアクティブ面を有し、ボンディングワイヤによるサブストレート１０７との接続に用いられる入出力パッド（図示せず）を備える。リブ材又はスペーサ１０９は、所定の厚みを有する枠状の部材であり、半導体チップ１０８のアクティブ面を囲むようにアクティブ面の周辺部に固定される。シールガラス１１０は、リブ材又はスペーサ１０９上に固定され、リブ材又はスペーサ１０９とともに半導体チップ１０８を気密封止する。このような構成により、半導体チップ１０８とカバーガラス１１０との間には空洞１１１が形成される。

上述した成形金型１００による樹脂成形では、図１に示すように、上金型１０２のキャビティ１０３内に離型フィルム１１２を貼り付ける。このとき、可動コア１０４の底面（押圧面）上にも離型フィルム１１２が配置される。下金型１０１内に複数の半導体装置１を載置した（図１）後、成形金型１００を型締めして、半導体装置１を下金型１０１及び上金型１０２でクランプする（図２）。

成形金型１００の型締めは、高さの最も低い右側の半導体装置１（高さＨ１）のシールガラス１１０の上面に離型フィルム１１２が密着するように、上金型１０２が下降され、右側の半導体装置１の上方の可動コア１０４は弾性体１０５の付勢に逆らって若干上方に移動する。可動コア１０４の飛び出し量（図１の状態で可動コア１０４がキャビティ１０３の底面から飛び出す量）は、成形金型１００の型締め時に最も高さが低い半導体装置１に離型フィルム１１２が密着するように設計する。左側の半導体装置１の上方の可動コア１０４も高さＨ１まで下降しようとするが、左側の半導体装置１の高さがＨ２（＞Ｈ１）であるので、弾性体１０５が縮んで可動コア１０４をＨ２-Ｈ１だけ上方に変位させ、左側の半導体装置１の上方で可動コア１０４を適した位置に止める。この結果、高さの最も低い半導体装置１の高さ（Ｈ１）まで上金型１０２を下降させた場合であっても、他の半導体装置１（高さＨ２）を可動コア１０４で過度に押圧することなく、各半導体装置１に割り当てられた可動コア１０４が適切な押圧力で離型フィルム１１２をシールガラス１１０に密着させることができる。また、半導体装置１に傾きがある場合、可動コア１０４の押圧面１０４ｂを半導体装置１の上面（カバーガラス１１０）の傾きに合わせて傾かせることができるので、半導体装置１に過度の押圧力を加えることなく、可動コア１０４を半導体装置１のカバーガラス１１０に密着させることができる。この状態で、半導体装置１のシールガラス１１０に離型フィルム１１２が密着してシールガラス１１０上に規定された保護領域１１０ａが保護される。より詳細には、樹脂成形作業時において、シールガラス１１０上の保護領域１１０ａに樹脂が入り込むのを防止して、シールガラス１１０に薄バリが生じないような圧力で離型フィルム１１２がシールガラス１１０に密着する。そして、トランスファーモールド法等により樹脂をキャビティ１０３内に供給して、半導体装置１００の周囲を樹脂で封止する。

半導体装置１を成形金型１００でクランプすると、可動コア１０４の底面１０４ｂから離型フィルム１１２を介してシールガラス１１０に押え圧力が加わる。このとき、シールガラス１１０のリブ材又はスペーサ１０９の上方の部分では、離型フィルム１１２及びシールガラス１１０が可動コア１０４の底面１０４ｂとリブ材又はスペーサ１０９とに挟まれるため、離型フィルム１１２がキャビティ１０３からの押え圧力により圧縮され、離型フィルム１１２からシールガラス１１０に押圧力が加わる。一方、リブ材又はスペーサ１０９の上方の部分以外（空洞１１１上方の部分）では、離型フィルム１１２が可動コア１０４の底面に形成されたフィルム逃げ用の窪み１０６に対向しており、離型フィルム１１２がフィルム逃げ用の窪み１０６に逃げるため、圧縮されない。このため、空洞１１１上方では、離型フィルム１１２が可動コア１０４の底面１０４ｂからの押え圧力をシールガラス１１０に伝達せず、シールガラス１１０に曲げ応力がかからない。この結果、シールガラス１１０が空洞１１１上方の部分で曲げ応力を受けて破損することを防止することができる。

（比較例）
図３は、本発明に係る半導体装置の製造方法と比較するために例示した、比較例に係る半導体装置の製造方法において、複数の半導体装置１を樹脂成形装置の成形金型１００に載置した状態の断面図である。比較例に係る成形金型１００では、金型キャビティ１０３に可動コア１０４及び弾性体１０５を設けない。フィルム逃げ用窪み１０６は、金型キャビティ１０３の底面に設けられている。図４は、図３に示した成形金型１００を型締めしたときの断面図である。

この比較例に係る成形金型によれば、図４に示すように、左側の半導体装置１のシールガラス１１０の上面に離型フィルム１１２が適切な圧力で密着するように上金型１０２を下金型１０１に接近させた場合に、右側の半導体装置１のシールガラス１１０の上面と離型フィルム１１２との間には高さＨ３（Ｈ２-Ｈ１）に相当する隙間が生じ、右側の半導体装置１の保護領域１１０ａを樹脂から保護することができない。

一方、図５に示すように、右側の半導体装置１のシールガラス１１０の上面に離型フィルム１１２が適切な圧力で密着するようになるまで上金型１０２を下金型１０１に更に接近させると、左側の半導体装置１のシールガラス１１０に対して、上金型１０２及び下金型１０３が離型フィルム１１２を介してＨ３（Ｈ２-Ｈ１）だけ余分に型締めされ、左側の半導体装置１を過度に締め付けることになる。このとき、図５に示すように、左側の半導体装置１のシールガラス１１０、リブ又はスペーサ１０９が歪み、半導体装置１の信頼性を低下させるおそれがある。

一方、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、半導体装置１ごとに個別に可動コア１０４及び弾性体１０５を設けるため、半導体装置１間の高さにバラツキがある場合であっても、離型フィルム１１２を各半導体装置１上面に適切に密着させることができ、半導体装置１に過度の押圧力を加えることなく、半導体装置１の保護領域１１０ａを樹脂から保護することができる。つまり、半導体装置１間の高さにバラツキがあったとしても、最も高さの低い半導体装置１に離型フィルム１１２が密着するまで型締めすることで、他の半導体装置１では、それぞれに割り当てられた可動コア１０４の上下位置が弾性体１０５によって調整され、半導体装置１の上面に過度の圧力がかからないように離型フィルム１１２が押し付けられ密着される。また、半導体装置に傾きがある場合、可動コアの押圧面を半導体装置の傾きに合わせて傾かせることができるので、半導体装置に過度の押圧力を加えることなく、可動コアを半導体装置に密着させることができる。よって、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、複数の半導体装置を一括して樹脂成形する際に、半導体装置に過度の圧力がかかるのを防止しつつ、各半導体装置と離型フィルムとの間の密着性を向上させ、薄バリの発生を抑制することが可能である。

１半導体装置
１００成形金型
１０１下金型
１０２上金型
１０２ａ、１０２ｂ開口部
１０３キャビティ
１０４可動コア
１０４ａフランジ
１０４ｂ底面
１０５弾性体
１０６フィルム逃げ用窪み
１０７サブストレート（配線板）
１０８半導体チップ
１０９リブ材又はスペーサ
１１０シールガラス
１１１ガラス下空洞
１１２離型フィルム

Claims

各半導体装置（１）の保護領域（１１０ａ）を離型フィルム（１１２）で保護して複数の半導体装置を一括して樹脂成形するための装置であって、
前記複数の半導体装置及び前記離型フィルムが配置される成形金型（１００）と、
前記成形金型内に設けられたキャビティ（１０３）と、
前記キャビティ内で前記半導体装置ごとに設けられて前記離型フィルムを押圧する複数の可動コア（１０４）と、
を備え、
前記離型フィルム（１１２）は、前記複数の可動コア（１０４）によって押圧される領域よりも広い領域にわたって前記成形金型（１００）内に配置され、
前記成形金型（１００）の型締め時に前記複数の半導体装置における最も高さが低い半導体装置（１）に対して前記離型フィルム（１１２）が密着するように前記複数の可動コア（１０４）の飛び出し量が設計されており、
各半導体装置（１）の可動コア（１０４）によって、前記離型フィルム（１１２）の前記半導体装置（１）への押圧力を調整可能であり、
前記複数の可動コア（１０４）は各半導体装置（１）の傾きに合わせて押圧面を傾かせることを特徴とする、装置。
請求項１に記載の装置において、
前記可動コア（１０４）の前記半導体装置（１）に対する押圧力を調整可能に設けられた弾性体（１０５）を更に備える、装置。
請求項２に記載の装置において、
前記弾性体（１０５）は、バネ、ゴム、または、バネとゴムの組み合わせの何れかである、装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の装置において、
前記半導体装置（１）は撮像素子を有し、前記保護領域（１１０ａ）は、前記撮像素子のアクティブ領域を覆うシールガラス（１１０）上に規定される領域である、装置。
各半導体装置（１）の保護領域（１１０ａ）を離型フィルム（１１２）で保護して複数の半導体装置を一括して樹脂成形する半導体装置の製造方法であって、
複数の可動コア（１０４）によって押圧される領域よりも広い領域にわたって成形金型（１００）内に前記離型フィルム（１１２）を配置し、
前記成形金型（１００）の型締め時に前記複数の半導体装置における最も高さが低い半導体装置（１）に対して前記離型フィルム（１１２）が密着するように、キャビティ（１０３）内で半導体装置（１）ごとに設けられた複数の可動コア（１０４）の飛び出し量が設計されており、
キャビティ（１０３）内で半導体装置（１）ごとに設けられた可動コア（１０４）によって、前記離型フィルム（１１２）の前記半導体装置（１）への押圧力を調整し、
前記複数の可動コア（１０４）の押圧面を各半導体装置（１）の傾きに合わせて傾かせることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、
前記可動コア（１０４）を付勢する弾性体（１０５）によって、前記可動コア（１０４）の前記半導体装置（１）に対する押圧力を調整する、半導体装置の製造方法。
請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、
前記弾性体（１０５）は、バネ、ゴム、または、バネとゴムの組み合わせの何れかである、半導体装置の製造方法。
請求項５ないし７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体装置（１）は撮像素子を有し、前記保護領域（１１０ａ）は、前記撮像素子のアクティブ領域を覆うシールガラス（１１０）上に規定される領域である、半導体装置の製造方法。