JP2002151632A - 樹脂封止型半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 封止樹脂の未充填部分が生じ難く、外観不良
や特性不良を発生する虞が少ない、製造歩留が向上する
樹脂封止型半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 リードフレーム３上に半導体素子２を搭
載し、封止樹脂３１により成形金型を用いてパッケージ
３２を成形し半導体素子２を封止するのに際し、封止樹
脂３１に、高化式フロー粘度計の測定荷重を１０ｋｇ・
ｆ〜６０ｋｇ・ｆの間で３点以上について測定した時の
最小粘度Ｙ［Ｐａ・Ｓ］と測定荷重Ｘ［ｋｇ・ｆ］の関
係を最小二乗法によって直線近似した場合の近似式が、 Ｙ＝ａＸ＋ｂ 但し、−０．１≦ａ≦０．１ である構造粘性が略ニュートン流体の材料を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂封止型半導体
装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術を図１４乃至図１８を参照して
説明する。図１４は半導体装置の断面図であり、図１５
は半導体素子を搭載したリードフレームを成形金型にセ
ットした状態を示す断面図であり、図１６は成形金型に
封止樹脂を射出し加圧している状態を示す断面図であ
り、図１７は成形金型内における封止樹脂の流動状態を
説明するための断面図であり、図１８は封止樹脂の未充
填状態を示す図で、図１８（ａ）は半導体装置の裏面
図、図１８（ｂ）は要部を拡大して示す断面図である。

【０００３】周知の通り、発熱量の大きいパワーＩＣ、
パワートランジスタ等の電力用の半導体装置では、半導
体素子をリードフレーム上に固定し、樹脂により封止す
る樹脂封止パッケージの形態を取る場合に、発生熱の処
理、すなわち放熱対策が必要であり、半導体装置の小型
化を進めようとする場合には、よりその対策が重要なも
のとなっている。そして、その放熱対策の１つとして、
樹脂封止パッケージの肉厚を薄くして熱抵抗を小さく
し、半導体素子あるいは熱拡散部材を兼ねるリードフレ
ームからの熱放散を容易にし、これによって放熱性を向
上させることが必要となる。

【０００４】例えば、図１４に示すようなＴＯ−３Ｐ
（Ｈ）タイプ（株式会社 東芝製）の樹脂封止パッケー
ジを有する電力用の半導体装置により説明すると、半導
体装置１は、半導体素子２をリードフレーム３のダイパ
ッド部４に、良熱伝導性の導電性接着剤により固定され
て搭載され、さらに半導体素子２の電極と、これに対応
するリードフレーム３のインナーリード部５の端部とを
ボンディングワイヤ６によって電気的に接続するように
して構成されている。

【０００５】そして、このような半導体装置１では、図
１５に示すようにリードフレーム３上に半導体素子２を
固定するように構成されたものを、上型７と下型８とで
構成される成形金型９を型締めして形成されるキャビテ
ィ９ａ内にセットし、所定成形条件の下で、例えばシリ
カ等のフィラを７０ｗｔ％〜９０ｗｔ％の範囲で含むエ
ポキシ樹脂の封止樹脂を用いてパッケージ１０の成形が
行われて半導体装置１は形成される。

【０００６】形成された半導体装置１は、外部の放熱部
材等に下面を当接するようにして実装が行われるため、
ダイパッド部４裏面側のパッケージ１０の肉厚が、０．
３ｍｍ〜０．６ｍｍの薄いものとなっている。なお、ダ
イパッド部４上面側ではパッケージ１０の肉厚が約２ｍ
ｍ程度と厚いものとなっている。また、１１はパッケー
ジ１０から延出するリードフレーム３のアウターリード
部であり、１２は半導体装置１を固定するためにリード
フレーム３の取付孔１３に対応して設けられた貫通孔で
ある。

【０００７】また、このような半導体装置１のパッケー
ジ１０を形成する樹脂封止の製造工程は、次のようなも
のとなる。先ず第１の工程で、図１５に示すようにリー
ドフレーム３のダイパッド部４に半導体素子２を搭載し
たものを成形金型９のキャビティ９ａ内にセットする。

【０００８】そして、第２の工程で、図１６に示すよう
に図示しないがトランスファ機構によってプランジャを
作動させ、ポットから熔融状態の封止樹脂１４を成形金
型９のキャビティ９ａ内にランナ１５、ゲート１６を介
して所定圧力で射出する。これによって熔融状態の封止
樹脂１４は、キャビティ９ａ内を流れ、キャビティ９ａ
を満たした状態で所定の圧力状態を所定時間維持する。

【０００９】その後、第３の工程で、トランスファ機構
によってプランジャを後退させ、また成形金型９を型開
きすると共に、図示しないエジェクターピンによりパッ
ケージ１０の形成により、図１４に示す樹脂封止がなさ
れた半導体装置１を離型する。

【００１０】こうした成形金型９へのセットから離型ま
での一連の成形過程を、リードフレーム３に半導体素子
２を搭載したものを新しくして繰り返すことにより、多
数の半導体装置１が連続して製造される。

【００１１】しかしながら上記の従来技術においては、
熔融状態の封止樹脂１４を成形金型９のキャビティ９ａ
内に射出した際、封止樹脂１４はキャビティ９ａ内を略
上下に仕切るリードフレーム３によって、その上面側と
下面側に分岐し別々に流れる。この時、リードフレーム
３の上面側と下面側とでは、キャビティ９ａ内壁面との
間隙寸法の差、例えばリードフレーム３の下面側の間隙
寸法が０．３ｍｍ〜０．６ｍｍであるのに対し、上面側
の間隙寸法が約２ｍｍと大きな差があり、流路体積に大
きな違いが有るために、下面側に先行して上面側に封止
樹脂１４は流れる。

【００１２】さらに、リードフレーム３の上面側を流れ
た封止樹脂１４は、図１７に実線矢印で示すようにキャ
ビティ９ａのゲート１６とは逆側のエアベント１７側の
内壁面に衝突し、方向を変えてリードフレーム３の下面
側に流れ、ゲート１６から下面側を流れた封止樹脂１４
と合流する。そして、この封止樹脂１４の合流部分で
は、射出後に所定の圧力状態を所定時間維持したとして
も、例えば図１８（ａ）に裏面図、図１８（ｂ）に拡大
して模式的に要部の断面図を示すように、パッケージ１
０に封止樹脂１４の未充填部分Ｚが生じ、外観不良や特
性不良を発生する虞があった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような状況に鑑
みて本発明はなされたもので、その目的とするところは
封止樹脂が円滑に流れることによって未充填部分が生じ
難くなり、外観不良や特性不良を発生する虞が少なく、
製造歩留が向上した樹脂封止型半導体装置の製造方法を
提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の樹脂封止型半導
体装置の製造方法は、フレーム上に半導体素子を搭載
し、封止樹脂材料により成形金型を用いてパッケージを
成形し半導体素子を封止するのに際し、封止樹脂材料
に、高化式フロー粘度計の測定荷重を１０ｋｇ・ｆ〜６
０ｋｇ・ｆの間で３点以上について測定した時の最小粘
度Ｙ［Ｐａ・Ｓ］と測定荷重Ｘ［ｋｇ・ｆ］の関係を最
小二乗法によって直線近似した場合の近似式が、 Ｙ＝ａＸ＋ｂ 但し、−０．１≦ａ≦０．１ である構造粘性が略ニュートン流体の材料を用いたこと
を特徴とする方法であり、さらに、成形金型で熔融させ
る際の封止樹脂材料の形態が顆粒状となっていることを
特徴とする方法であり、また、フレーム上に半導体素子
を搭載し、フィラ含有封止樹脂材料により成形金型を用
いてパッケージを成形し半導体素子を封止する樹脂封止
型半導体装置の製造方法において、封止樹脂材料に含有
されたフィラの比表面積が、０．７０ｍ ^２／ｇ〜０．７
６ｍ^２／ｇとなっていることを特徴とする方法である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施形態を、図１
乃至図１３参照して説明する。図１は第１の工程の断面
図であり、図２は第２の工程の断面図であり、図３は第
３の工程の断面図であり、図４は第４の工程を示す図
で、図４（ａ）は半導体装置の斜視図、図４（ｂ）は半
導体装置の断面図である。

【００１６】また、図５は粉粒体における流動距離と樹
脂内圧力の関係を説明するための図であり、図６は粉粒
体における流動距離に対する樹脂内圧力の関係を示す図
であり、図７は樹脂内圧力を測定するスパイラルフロー
金型の正面図であり、図８はスパイラルフロー金型を用
いて測定した樹脂内圧力の経時変化を示す図であり、図
９はフィラ入り樹脂における流動距離に対する樹脂内圧
力の関係を示す図である。

【００１７】さらに、図１０は高化式フロー粘度測定に
おける粘度の経時変化を示す図であり、図１１は高化式
フロー粘度測定における粘度の経時変化の最小粘度と測
定荷重の関係を示す図であり、図１２はフィラ入り樹脂
におけるフィラ比表面積と構造粘性の関係を示す図で、
図１２（ａ）はフィラ比表面積とチキソ指数の関係を示
す図、図１２（ｂ）はフィラ比表面積とチキソ指数の測
定結果を示す図であり、図１３は構造粘性の異なるフィ
ラ入り樹脂における流動距離に対する樹脂内圧力の関係
を示す図である。なお、従来と同一部分には同一符号を
付して説明を省略し、従来と異なる本発明の構成につい
て説明する。

【００１８】先ず、実施形態の説明に先立って、発明者
行った未充填部分発生のメカニズムの検証、これによっ
て得られた知見について説明する。

【００１９】従来技術においても説明したが、半導体装
置１における半導体素子２の樹脂封止は、油圧プレスも
しくはサーボモータ等を駆動源としてトランスファ機構
により発生した成形圧力Ｐ_Ｏを、ポット内で加熱熔融し
た封止樹脂１４にプランジャを介して伝え、封止樹脂１
４を成形金型９内に流動させ、成形を行うことでなされ
る。この時、リードフレーム３のダイパッド部４裏面側
のような間隙寸法の小さい部位では流動抵抗が大きく、
樹脂内圧力Ｐ_Ｌは小さくなる。

【００２０】すなわち、一般にモールド樹脂のようなフ
ィラを含む粉粒体の場合、樹脂内圧力Ｐ_Ｌは壁面からの
摩擦によって流動距離ｈが長くなるにつれて低下する。
これは図５で示すように、流動部分の直径がＤの円筒内
に、外部圧力（上記のプランジャによる成形圧力）Ｐ_Ｏ
を加えた場合、流動距離ｈにおける樹脂内圧力Ｐ_Ｌは、
次のように示される。

【００２１】含有量１００％フィラの完全な粉粒体で
は、外部圧力Ｐ_Ｏの位置からの流動距離ｈにおける力の
壁面での釣合式は、 Ｄ^２・Ｐ_Ｌ＋Ｄ^２・λｄｈ＝Ｄ^２（Ｐ_Ｌ＋ｄＰ_Ｌ）＋４
Ｄ・ｋ・Ｐ_Ｌ・μｄｈ となり、これを積分して、初期条件のｈ＝０のときにＰ
_Ｌ＝Ｐ_Ｏを代入すると、 Ｐ_Ｌ＝［１−ｅｘｐ（−４μ・ｋ・ｈ／Ｄ）］Ｄ・λ／
４μ・ｋ λ：粉粒体の充填密度 ｋ：壁面からの垂直応力を水平方向に変換する比例定数 μ：摩擦係数 となる。そして、この式における樹脂内圧力Ｐ_Ｌと流動
距離ｈの関係を図示すると、図６に示す通りとなり、流
動距離ｈが無限大では、樹脂内圧力Ｐ_Ｌは（Ｄ・λ／４
μ・ｋ）に収束する。この結果から、外部圧力Ｐ_Ｏの値
に関係なく、（Ｄ・λ／４μ・ｋ）以上の圧力はモール
ド樹脂に伝わらないことになる。

【００２２】しかし、実際のモールド樹脂、例えばシリ
カをフィラとして含むエポキシ樹脂等においては、樹脂
分が潤滑剤として働き、壁面での摩擦抵抗は小さくな
る。このため、これを確認すべく図７に正面図を示すよ
うなスパイラルフロー金型２１の所定位置に圧力センサ
２２_０，２２_１，２２_２，２２_３，２２_４，２２_５をそ
れぞれ取り付け、成形時の樹脂内圧力Ｐ_Ｌの流動距離ｈ
及びフィラ含有量依存性を、シリカをフィラとして含む
エポキシ樹脂をモールド樹脂２３として用いて調べた。
ここで、圧力センサ２２_０は樹脂投入口に取付けられて
おり、圧力センサ２２_１は樹脂投入口から１０ｃｍ離れ
た位置に取付けられており、さらに圧力センサ２２_２，
２２_３，２２_４，２２_５は、それぞれ樹脂投入口からそ
れぞれ所定距離だけ離れた位置に取付けられている。

【００２３】なお、モールド樹脂２３をスパイラルフロ
ー金型２１に射出し成形を行った際の、樹脂投入口から
１０ｃｍ離れた位置の圧力センサ２２_１によって検出さ
れた樹脂内圧力Ｐ_Ｌの変化は、図８に示すようなものと
なる。樹脂内圧力Ｐ_Ｌは、モールド樹脂２３のフローフ
ロント部２４が圧力センサ２２_１を通過する時点、ま
たフローフロント部２４が金型２１の流動末端部２５に
到達した時点までは、大きな圧力上昇はないが、その
後は充填が進むにしたがい急激に圧力は上昇して充填完
了時点で最高圧力となり、その状態が所定時間維持さ
れた時点からはモールド樹脂２３の硬化収縮による圧
力低下が始まる。

【００２４】そして、一般のシリカをフィラとして含む
エポキシ樹脂のモールド樹脂２３で、モールド樹脂２３
中のフィラ含有量を変えて流動距離ｈに対する樹脂内圧
力Ｐ _Ｌを調べたところ、図９に示す結果が得えられた。
これによるとフィラ含有量が６５ｗｔ％（曲線
Ｆ_６５）、７５ｗｔ％（曲線Ｆ_７５）の場合には、潤滑
剤としてのエポキシ樹脂分が多いために、流動距離ｈが
長くなっても著しい樹脂内圧力Ｐ_Ｌの低下は見られなか
った。しかし、フィラ含有量が８５ｗｔ％（曲線
Ｆ_８５）の場合には、摩擦抵抗が大きくなって著しい樹
脂内圧力Ｐ_Ｌの低下が認められた。

【００２５】これに対し、半導体装置のパッケージ等に
用いる封止樹脂は、通常、フィラ含有量が７０ｗｔ％〜
９０ｗｔ％であり、成形時の成形金型への充填率が高く
なるにつれ、流動する封止樹脂のフローフロント部にお
ける樹脂内圧力Ｐ_Ｌは著しく低下する。そして、成形金
型内を分岐し別々に流動した封止樹脂が合流する部分で
は融着不良、つまり未充填不良が生じ易くなる。この結
果、成形時の成形金型内での樹脂内圧力Ｐ_Ｌの低下がな
ければ、未充填部分が生じ難くなることが判明した。

【００２６】一方、成形金型内で封止樹脂が合流する部
分での融着不良（未充填不良）や成形物内のボイドが生
じるボイド不良は、封止樹脂内においてボイドが成長す
るか、あるいは消滅するかによって決まる。またボイド
の安定性については、樹脂内圧力Ｐ_Ｌと封止樹脂の表面
張力（界面張力）の和が、ボイドの内圧力に等しい時に
安定である。このことより、封止樹脂内におけるボイド
が成長あるいは消滅するかについては、次のように考察
できる。

【００２７】すなわち、ボイド界面における力の平衡関
係は、 Ｐ_Ｖ−Ｐ_Ｌ＝γ／ｍ Ｐ_Ｖ：ボイド内圧力 Ｐ_Ｌ：樹脂内圧力 γ：封止樹脂／ボイド界面張力 ｍ：ボイド体積の表面積に対する比 となる。そして、この式はボイドが成長するか、圧滅す
るかの境界を示し、Ｐ_Ｖ＞Ｐ_Ｌ＋γ／ｍ の時には、ボ
イドが成長し、Ｐ_Ｖ＜Ｐ_Ｌ＋γ／ｍ の時には、ボイド
内の気体が封止樹脂内に溶解し、ボイドは消滅する。

【００２８】従って、未充填不良を低減させるために
は、樹脂内圧力Ｐ_Ｌの低下を防ぐことが有効であること
が推察できる。そして、圧力伝達性については、熔融状
態となっている樹脂の粘弾性の性質と関係が有り、良好
な圧力伝達性を示すものとしては水が有り、これは流体
形式（構造粘性）のうちのニュートン流体に形式分けさ
れる。そして、封止樹脂についても、水のような完全な
ニュートン流体である必要はないが、熔融状態での流体
形式が、実質的に略ニュートン流体となっていることが
要となる。

【００２９】また、一般に、高分子材料や充填材が分散
する複合材料などの粘弾性的性質をもつ封止樹脂等の熔
融体では、成形金型のゲートのように狭細部を通過する
際（高せん断応力負荷）に、粘度変化が生じる。これ
は、樹脂とフィラ粒子間の相互作用によって、両者が強
固に接着し不動化した中間相の存在によるもので、高せ
ん断応力領域で中間相が破壊されると流動抵抗が小さく
なり、見かけの粘度が低下する（粘性の性質が強くな
る）。逆に新たな中間相が形成される場合、見かけの粘
度は上昇する（弾性の性質が強くなる）。そして、流体
形式としては、粘度が低下する性質を持つ流体をチキソ
トロピック流体、粘度が変化しない性質を持つ流体をニ
ュートン流体、粘度が上昇する性質を持つ流体をダイラ
タント流体と分類される。

【００３０】さらに、樹脂は高分子材料特有の粘性と弾
性の性質が共存し、封止樹脂のようなフィラ等の無機充
填材含む高分子材料は、外部応力の強弱によって粘弾性
の性質の比率が変化する特徴を持つ。そして、封止樹脂
が成形金型内で流動すると、金型内表面の接触界面でせ
ん断応力が発生し、これによって一般的な封止樹脂は、
チキソトロピック性を示すようになる。

【００３１】ここで、半導体装置のパッケージ等に用い
る封止樹脂について、その粘度の経時変化を高化式フロ
ー粘度測定器機（島津製作所製）を使い、測定荷重を１
０ｋｇ・ｆ〜６０ｋｇ・ｆの間で３点以上、例えば１０
ｋｇ・ｆ、２０ｋｇ・ｆ、４０ｋｇ・ｆ、６０ｋｇ・ｆ
と変えながら測定したところ、ダイラタント流体の性状
を示す封止樹脂（以下ダイラタント流体の封止樹脂と記
す）では、図１０に示すような測定荷重１０ｋｇ・ｆで
は曲線Ｈ_１０、２０ｋｇ・ｆでは曲線Ｈ_２０、４０ｋｇ
・ｆでは曲線Ｈ_４０の各結果を得た。なお、測定荷重６
０ｋｇ・ｆの場合については図示していない。また、上
記測定の結果によれば、いずれの測定荷重においても、
測定開始後の熔融初期から粘度は時間経過と共に低下
し、また、２０秒経過後に最小粘度を示してからは逆に
粘度を増加させるように変化する。

【００３２】この２０秒経過後に最小粘度を示す傾向
は、図示しないがチキソトロピック流体の性状を示す封
止樹脂（以下チキソトロピック流体の封止樹脂と記す）
においても、略ニュートン流体の性状を示す封止樹脂
（以下略ニュートン流体の封止樹脂と記す）においても
同様である。なお、チキソトロピック流体の封止樹脂で
は、測定荷重が大きな場合に低粘度、小さい場合に高粘
度であり、略ニュートン流体の封止樹脂では、測定荷重
の大小に関係なくその粘度の経時変化曲線は、ダイラタ
ント流体の封止樹脂における測定荷重が２０ｋｇ・ｆの
曲線と類似したものとなっている。

【００３３】そして、上記の各流体形式の封止樹脂にお
ける粘度の経時変化曲線の最小粘度と測定荷重の関係に
ついて最小二乗法によって直線近似式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）
を求めると、図１１に示すように、ダイラタント流体の
封止樹脂では、 Ｙ＝１．２３７３Ｘ＋４７．２８８ となり、測定荷重Ｘ［ｋｇ・ｆ］の増加に対し最小粘度
Ｙ［Ｐａ・Ｓ］も増加する正比例の関係に有り、図示し
なかったチキソトロピック流体の封止樹脂では、 Ｙ＝−０．８１３６Ｘ＋１０６．４４ となり、測定荷重Ｘ［ｋｇ・ｆ］の増加に対し最小粘度
Ｙ［Ｐａ・Ｓ］が減少する逆比例の関係に有り、また同
じく図示しなかった略ニュートン流体の封止樹脂では、 Ｙ＝−０．０５０８Ｘ＋７９．１５３ となり、測定荷重Ｘ［ｋｇ・ｆ］が増加しても最小粘度
Ｙ［Ｐａ・Ｓ］は略一定となっている。

【００３４】また一方、測定荷重と最小粘度の関係は、
前述の通り封止樹脂に含まれているフィラと樹脂界面に
依存しており、上記の各流体形式の封止樹脂に含まれる
フィラの比表面積Ｓ［ｍ^２／ｇ］と、各直線近似式の傾
きａが示しているところのチキソ指数Ｔ（チキソ性）の
関係を調べたところ、図１２に示す通りとなり、さらに
図１２（ａ）のプロットした点を最小二乗法によって直
線近似式を求めたところ Ｔ＝−３．９２３３Ｓ＋２．８６２２ となった。

【００３５】これによると含有するフィラの比表面積Ｓ
を変えることによって流体形式を変えることができ、フ
ィラの比表面積Ｓが０．７０（ｍ^２／ｇ）〜０．７６
（ｍ^２／ｇ）であるとき、チキソ指数Ｔが−０．１〜
０．１となり、略ニュートン流体となる。

【００３６】そしてさらに、上記の各流体形式の封止樹
脂について、圧力伝達性を見るために樹脂内圧力Ｐ_Ｌと
流動距離ｈの関係を測定したところ、図１３に示す通り
となり、流動距離ｈが５０ｃｍの位置での樹脂内圧力Ｐ
_Ｌが、曲線Ｑ_Ｔで示すチキソトロピック流体の封止樹脂
と、曲線Ｑ_Ｄで示すダイラタント流体の封止樹脂は低下
しているのに対し、曲線Ｑ_Ｎで示す略ニュートン流体の
封止樹脂では殆ど低下しておらず、良好な圧力伝達性を
示している。

【００３７】なお、ダイラタント流体の封止樹脂におい
ては、粘度上昇により流動界面での摩擦抵抗が大きくな
り、圧力が減衰して行くからであると思われる。またチ
キソトロピック流体の封止樹脂においては、界面での粘
性度上昇に伴いフィラが緩衝材のような働きをし、圧力
エネルギが吸収され、流動末端まで圧力が伝わらなくな
るからであると思われる。さらにチキソトロピック流体
の封止樹脂では、形状維持性が強く、外部から応力を受
けない限り、その形状を保つ性質を持っており、成形物
の未充填部分を観察してみると、樹脂フローの先端部の
形状が残っており、成形圧力が伝達されていない状態が
見られる。

【００３８】次に、以上の検証結果、得られた知見に基
づく樹脂封止型半導体装置の製造方法の実施形態を、以
下に説明する。

【００３９】先ず、図１に示す第１の工程で、リードフ
レーム３のダイパッド部４上に半導体素子２を、良熱伝
導性の導電性接着剤により固定する。そして半導体素子
２の電極と、これに対応するリードフレーム３のインナ
ーリード部５の端部とをボンディングワイヤ６によって
電気的に接続する。

【００４０】次に、図２に示す第２の工程で、リードフ
レーム３のダイパッド部４に半導体素子２を搭載したも
のを、成形金型９の上型７と下型８を型締めして形成さ
れるキャビティ９ａ内にセットする。これによりセット
されたリードフレーム３のダイパッド部４の裏面側に
は、キャビティ９ａ内面との間に０．３ｍｍ〜０．６ｍ
ｍの狭い間隙が形成され、ダイパッド部４上の半導体素
子２の上方にはキャビティ９ａ内面との間に約２ｍｍの
比較的大きい間隙が形成される。

【００４１】そして、図３に示す第３の工程で、比表面
積が０．７０ｍ^２／ｇ〜０．７６ｍ ^２／ｇのシリカをフ
ィラとして含有し、チキソ指数Ｔが−０．１〜０．１で
ある構造粘性が略ニュートン流体となる直径が１０ｍｍ
〜５５ｍｍのタブレット状に形成したエポキシ樹脂でな
る封止樹脂３１を、図示しないポットに導入して熔融す
る。

【００４２】その後、図示しないトランスファ機構によ
ってプランジャを作動させ、１７５℃〜１８５℃の熔融
状態の封止樹脂３１を、同じく１７５℃〜１８５℃の温
度に保持された成形金型９のキャビティ９ａ内にランナ
１５、ゲート１６を介し、１２ＭＰａ〜１５ＭＰａの所
定圧力で射出する。これによって熔融状態の封止樹脂３
１は、キャビティ９ａ内を流れ、キャビティ９ａを満た
した状態で所定圧力状態を３０秒〜６０秒の所定時間維
持する。

【００４３】その後、図４に示す第４の工程で、トラン
スファ機構によってプランジャを後退させ、また成形金
型９を型開きすると共に、図示しないエジェクターピン
により、パッケージ３２の形成によって樹脂封止がなさ
れたＴＯ−３Ｐ（Ｈ）タイプ（株式会社 東芝製）の電
力用の半導体装置３３を離型する。

【００４４】こうした成形金型９へのセットから離型ま
での一連の成形過程を、リードフレーム３に半導体素子
２を搭載したものを新しくして繰り返すことにより、多
数の半導体装置３３を連続して製造する。

【００４５】そして、以上のようにして形成された半導
体装置３３について、パッケージ３２の外観を検査し、
その未充填部分の有無を調べ、不良数をカウントしたと
ころ、略ニュートン流体の封止樹脂を用いた本実施形態
では、調査数１，２０８，９６７個に対し、不良数が６
０４個で、不良率が０．０５％と低く良好なものであっ
た。

【００４６】また、これと比較するために、同様の成形
条件で、従来の一般的なモールド樹脂が該当するチキソ
トロピック流体の封止樹脂を用いて成形した場合には、
調査数１，１８７，７０９個に対し、不良数が７，４８
２個で、不良率が０．６３％と高いものであった。さら
に、ダイラタント流体の封止樹脂を用いて成形した場合
には、調査数３，５０６，３７４個に対し、不良数が１
３，３２４個で、不良率が０．３８％と、ダイラタント
流体の封止樹脂よりも低いものの高いものであった。

【００４７】一方、上記の実施形態では、封止樹脂３１
が熔融前の形状が直径１０ｍｍ〜５５ｍｍのタブレット
状のものを用いたが、近年、タブレット状のものでは、
微粉末を高圧力で押し固め数種類のタブレットを作らな
ければならず、またタブレット化する際の微粉末が除去
できずにモールド装置内に導入され、センサ類の誤動作
を引き起こしたり、あるいは成形するパッケージの種類
によって大きさの異なるタブレット状の封止樹脂を用意
しなければならない等の不都合が有る。このため、これ
らを軽減する目的で、封止樹脂を粒径が０．１８ｍｍ〜
１．６５ｍｍ程度の亜球とし顆粒状としたものが成形材
料として用いられるようになってきている。

【００４８】しかし、従来のモールド樹脂においては、
顆粒状の封止樹脂を用いて成形を行った場合に、タブレ
ット状の封止樹脂における場合よりも成形物にボイドが
多く認められる。このため、タブレット状の封止樹脂及
び顆粒状の封止樹脂について、それぞれポットからプラ
ンジャによって押し出されランナを流動してキャビティ
内に流入する封止樹脂を、硬化させてその断面を観察し
た。

【００４９】その結果、顆粒状の封止樹脂では、ランナ
を流動するものを硬化せて観察したところ、顆粒間の隙
間の空気が熔融している封止樹脂に巻き込まれ、そのま
まの状態で移送されキャビティ内に流入し、硬化するた
めであること判明した。またキャビティ内に流入し最終
の圧力が加えられる前のものについて、硬化させて断面
状態を観察したところ、タブレット状の封止樹脂では熔
融樹脂内のボイドは小さく細かいのに対し、顆粒状の封
止樹脂では空気が流入しているので熔融樹脂内のボイド
の体積は極めて大きくなっている。

【００５０】このようなことから、上記実施形態の変形
形態として、タブレット状の封止樹脂に替えて、比表面
積が０．７０ｍ^２／ｇ〜０．７６ｍ^２／ｇのシリカをフ
ィラとして含有し、チキソ指数Ｔが−０．１〜０．１で
ある構造粘性が略ニュートン流体となる顆粒状のエポキ
シ樹脂でなる封止樹脂を用い、上記の成形過程により半
導体装置３３のパッケージの成形を行った。その結果、
検査数６００個のうち、直径が０．５ｍｍ以上の表面の
ボイド数は１８個で、１つの半導体装置３３当たりのボ
イド数は０．０３個となり、良好なものであった。

【００５１】これに対し、従来のチキソトロピック流体
となる顆粒状の封止樹脂を用いて成形した場合には、検
査数６００個のうち、直径が０．５ｍｍ以上の表面のボ
イド数は３９０個で、１つの半導体装置３３当たりのボ
イド数は０．７個と高い数値となった。なお、チキソト
ロピック流体となるタブレット状の封止樹脂を用いて成
形した場合には、検査数６００個のうち、直径が０．５
ｍｍ以上の表面のボイド数は２３個で、１つの半導体装
置３３当たりのボイド数は０．０３８個で、略ニュート
ン流体となる顆粒状の封止樹脂の場合には、これとほぼ
同等であった。

【００５２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、成形時の熔融した封止樹脂の流れが円滑とな
り、成形物において未充填部分が生じ難くなり、外観不
良や特性不良を発生する虞が少なくると共に、製造歩留
が向上する等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における第１の工程の断面
図である。

【図２】本発明の一実施形態における第２の工程の断面
図である。

【図３】本発明の一実施形態における第３の工程の断面
図である。

【図４】本発明の一実施形態における第４の工程を示す
図で、図４（ａ）は半導体装置の斜視図、図４（ｂ）は
半導体装置の断面図である。

【図５】本発明に係る粉粒体における流動距離と樹脂内
圧力の関係を説明するための図である。

【図６】本発明に係る粉粒体における流動距離と樹脂内
圧力の関係を示す図である。

【図７】本発明に係る樹脂内圧力を測定するスパイラル
フロー金型の正面図である。

【図８】本発明に係るスパイラルフロー金型を用いて測
定した樹脂内圧力の経時変化を示す図である。

【図９】本発明に係るフィラ入り樹脂における流動距離
に対する樹脂内圧力の関係を示す図である。

【図１０】本発明に係る高化式フロー粘度測定における
粘度の経時変化を示す図である。

【図１１】本発明に係る高化式フロー粘度測定における
粘度の経時変化の最小粘度と測定荷重の関係を示す図で
ある。

【図１２】本発明に係るフィラ入り樹脂におけるフィラ
比表面積と構造粘性の関係を示す図で、図１２（ａ）は
フィラ比表面積とチキソ指数の関係を示す図、図１２
（ｂ）はフィラ比表面積とチキソ指数の測定結果を示す
図である。

【図１３】本発明に係る構造粘性の異なるフィラ入り樹
脂における流動距離に対する樹脂内圧力の関係を示す図
である。

【図１４】従来技術における半導体装置の断面図であ
る。

【図１５】従来技術における半導体素子を搭載したリー
ドフレームを成形金型にセットした状態を示す断面図で
ある。

【図１６】従来技術における成形金型に封止樹脂を射出
し加圧している状態を示す断面図である。

【図１７】従来技術における成形金型内における封止樹
脂の流動状態を説明するための断面図である。

【図１８】従来技術における封止樹脂の未充填状態を示
す図で、図１８（ａ）は半導体装置の裏面図、図１８
（ｂ）は要部を拡大して示す断面図である。

【符号の説明】

２…半導体素子 ３…リードフレーム ９…成形金型 ３１…封止樹脂 ３２…パッケージ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フレーム上に半導体素子を搭載し、封止
   樹脂材料により成形金型を用いてパッケージを成形し前
   記半導体素子を封止するのに際し、前記封止樹脂材料
   に、高化式フロー粘度計の測定荷重を１０ｋｇ・ｆ〜６
   ０ｋｇ・ｆの間で３点以上について測定した時の最小粘
   度Ｙ［Ｐａ・Ｓ］と前記測定荷重Ｘ［ｋｇ・ｆ］の関係
   を最小二乗法によって直線近似した場合の近似式が、 Ｙ＝ａＸ＋ｂ 但し、−０．１≦ａ≦０．１ である構造粘性が略ニュートン流体の材料を用いたこと
   を特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 成形金型で熔融させる際の封止樹脂材料
   の形態が顆粒状となっていることを特徴とする請求項１
   記載の樹脂封止型半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 フレーム上に半導体素子を搭載し、フィ
   ラ含有封止樹脂材料により成形金型を用いてパッケージ
   を成形し前記半導体素子を封止する樹脂封止型半導体装
   置の製造方法において、前記封止樹脂材料に含有された
   フィラの比表面積が、０．７０ｍ^２／ｇ〜０．７６ｍ^２
   ／ｇとなっていることを特徴とする樹脂封止型半導体装
   置の製造方法。