JP2003203935A - 半導体装置の封止方法およびそれに用いる封止装置 - Google Patents

半導体装置の封止方法およびそれに用いる封止装置

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JP2003203935A
JP2003203935A JP2002002306A JP2002002306A JP2003203935A JP 2003203935 A JP2003203935 A JP 2003203935A JP 2002002306 A JP2002002306 A JP 2002002306A JP 2002002306 A JP2002002306 A JP 2002002306A JP 2003203935 A JP2003203935 A JP 2003203935A
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mold
die
sealing
semiconductor element
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Nobuhide Morimoto
信英 森本
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NEC Electronics Corp
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    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
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  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体素子を樹脂封止する際に、ワイヤ流れや
アイランドシフトを防止できる封止方法を得る。 【解決手段】下金型８に備えているポット１０内にタブ
レット樹脂１１を投入し、下側封止用中金型９をセット
してその上に上金型をのせてプレスし、樹脂を下金型８
のキャビティ内に注入してパッケージ下側４を形成す
る。次に半導体素子２を搭載したリードフレーム４をパ
ッケージ下側４を含む下金型８の上にセットし上側封止
用中金型６を装着して上金型７を重ねてプレスする。加
熱してタブレット樹脂１９を溶融し上側封入用中金型６
のランナ１５とゲート５を経て注入しパッケージ上側の
封止を行い樹脂を硬化させることにより樹脂封止が完成
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の封止
方法およびそれに用いる封止装置に関し、特に半導体素
子をトランスファ封止する方法およびそれに用いる封止
金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、樹脂封止型半導体装置は、リード
フレームのアイランド上に半導体素子を搭載し、半導体
素子のパッドとリードフレームのインナーリード間を、
ワイヤでワイヤボンディングを行った後、封止樹脂によ
って封止して製造されている。図５（ａ）〜（ｃ）は、
従来の封止工程を示す断面図である。まず、図５（ａ）
に示すように上金型５０と下金型５１から構成されたモ
ールド金型の間に、半導体素子（チップ）２を搭載しチ
ップ２のパッドとワイヤ３でインナーリード間をワイヤ
ボンディングしたリードフレーム１をクランプし、下金
型５１に配設されているポット１０にタブレット樹脂１
１をセットする。次に図５（ｂ）に示すように、タブレ
ット樹脂１１を熱して溶融させながらプランジャ１２を
上昇させて、リードフレーム１の端面より樹脂５３をキ
ャビティ５２内に注入する。なお、反対の端面にエアー
ベントを設けてエアーを逃がす構造を取っている。そし
て図５（ｃ）のようにキャビティ内が樹脂５３で完全に
充填された状態で硬化させるという工程を経て樹脂封止
型半導体装置を製造している。
【０００３】この従来の封止方法は、リードフレーム１
の端面より樹脂を注入するトランスファ方式であるた
め、ワイヤ３に対して垂直方向に樹脂が流れる箇所があ
り、特に長いワイヤの製品では、ワイヤ流れが発生する
ため、樹脂が注入される際にワイヤ３を押し流して隣接
するワイヤと接触させ易くなってしまい、トランスファ
封止できないケースがある。
【０００４】また、封止する際に、リードフレーム１の
上下に樹脂が入るが、流れるタイミングによって、チッ
プ２の部分がパッケージのセンターからずれてしまうア
イランドシフトと呼ばれる現象が発生してしまう場合が
あった。
【０００５】このような問題点を解決するため、特開昭
６３−２１１６３８号公報には、放熱板上に半導体素子
を固定し、半導体素子の表面電極とリードとを電気的に
接続した後、下金型と上金型の間にセットし、１回目の
モールド成形では、少なくとも放熱板の裏面を除く部分
をモールド成形し、2回目のモールド成形で放熱板の裏
面を含む残り部分をモールド成形する、というようにモ
ールド成形を2回にわけて行う半導体装置の樹脂封止方
法が記載されている。
【０００６】また、特開平４−１０６９６３号公報に
は、下金型と上金型の間に、半導体素子を搭載しワイヤ
ボンディングしたリードフレームをセットし、真空吸引
してリードフレームのアイランドの下面を下金型の表面
に引きつけながら樹脂を注入し上側を封止した半封止品
を作り、次いで半封止品の裏面を上側にして下金型と上
金型の間にセットし、半封止品の裏面側に封止材を注入
することによって封止する半導体装置の封止方法が記載
されている。
【０００７】さらに、特開平８−２５０５２５号公報に
は、下金型のキャビティに、下金型上に半導体素子をマ
ンウントしたリードフレームをセットしたときに半導体
素子の裏面部が漬かる量の樹脂を滴下し、その硬化前に
下金型上に半導体素子をマウントしたリードフレームを
セットし、樹脂の硬化後、上金型と下金型上に位置合わ
せした状態でキャビティ内にモールド樹脂を注入して樹
脂封止をする方法が記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した特開昭６３−
２１１６３８号公報および特開平４−１０６９６３号公
報に記載された封止方法は、いずれも封止樹脂は側方か
ら注入しているので、ワイヤに対して垂直方向に樹脂が
流れる個所があり、例えばボンディングワイヤが長い製
品の場合には、注入樹脂によってワイヤ流れが生じやす
く隣接するワイヤ同士が接触するという問題点がある。
【０００９】また、特開平８−２５０５２５号公報の樹
脂封止方法は、ＴＡＢ構造の半導体素子のトランスファ
ーモールド方法であり、ボンディングワイヤを用いる本
発明の半導体装置とは異なり、横方向からモールド樹脂
を注入してもワイヤ流れを生じることはない。
【００１０】その他、長いワイヤ製品のワイヤ流れを防
止する目的で、液状樹脂での封止という手段もあるが、
液状樹脂は、外形寸法が安定しない、耐湿性が悪い、ボ
イドが発生し易いなどの欠点がある。
【００１１】本発明の目的は、これらの問題点を解消し
た半導体装置の封止方法およびそれに用いる封止装置を
提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上金型
と下金型からなるモールド金型のキャビティ内に、リー
ドフレームに搭載された半導体素子を保持し、キャビテ
ィ内に樹脂を注入することにより樹脂封止する半導体装
置の封止方法において、パッケージの上下を別々に2回
に分けて半導体素子の直上のほぼセンターから樹脂を注
入して封止することを特徴とする半導体装置の封止方法
が得られる。
【００１３】また、本発明によれば、上金型と下金型か
らなるモールド金型のキャビティ内に、リードフレーム
に搭載された半導体素子を保持し、キャビティ内に樹脂
を注入することにより樹脂封止する半導体装置の封止方
法において、下金型のキャビティ内に樹脂を注入しパッ
ケージの下側部分を形成する工程と、この下金型の上に
半導体素子を搭載したリードフレームをセットし、前記
半導体素子のほぼ直上に樹脂封入ゲートを備える中金型
を装着し上金型をのせてプレスする工程と、前記中金型
のゲートを通して前記半導体素子のほぼ直上から樹脂を
注入しパッケージの上側部分を形成する工程とを有する
半導体装置の封止方法が得られる。前記下金型のキャビ
ティ内へ樹脂を注入しパッケージ下側部分を形成する工
程は、下金型の上に上金型をセットし側方より樹脂を注
入して形成してもよいし、また、下金型の上に中金型と
上金型を重ねてセットし側方より樹脂を注入して形成す
ることもできる。
【００１４】さらに、本発明によれば、スライド部を備
えた上金型と下金型の間に、キャビティとその中央部に
ゲートを有する中金型を備えるモールド金型の前記上金
型と中金型の間に半導体素子を搭載したリードフレーム
を前記半導体素子が前記中金型のキャビティ以内に入る
ようにセットする工程と、樹脂を中金型のキャビティ内
に注入してパッケージの上側部分をモールドする工程
と、この上側部分がモールドされた半導体素子を搭載し
たリードフレームを反転して前記スライド部を備える上
金型と中金型の間にセットする工程と、樹脂を注入して
下側部分を封止する工程とを有する半導体装置の封止方
法が得られる。
【００１５】本発明の封止装置は、下金型と上金型から
なるモールド金型のキャビティ内に、半導体素子を搭載
したリードフレームを保持し、樹脂を注入して封止する
半導体装置の封止装置において、前記下金型と上金型の
間に挿入し樹脂を注入を行う中金型を備えることを特徴
とする。前記中金型は、前記半導体素子のほぼ直上より
樹脂を注入するゲートを有している。
【００１６】また、本発明によれば、下金型と上金型か
らなるモールド金型のキャビティ内に、半導体素子を搭
載したリードフレームを保持し、樹脂を注入して封止す
る半導体装置の封止装置において、前記下金型と上金型
の間に挿入され、前記下金型のキャビティ内に樹脂を注
入するための第１の中金型と、前記半導体素子のほぼ直
上より樹脂を注入するゲートを有する第２の中金型とを
備える半導体装置の封止装置が得られる。なお、、前記
上金型は、上側部分を封止した半導体素子を搭載したリ
ードフレームをセットするためのスライド部を設けても
良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て詳細に説明する。図１（ａ）〜（ｈ）は、本発明の第
１の実施形態である半導体装置の封止工程およびそれに
用いる封止金型を示す断面図である。まず、封止装置を
構成する封止金型について説明する。本実施形態の封止
金型は、上金型７、下金型８、下側封止用中金型９およ
び上側封止用中金型６より構成される。図１に示すよう
に、リードフレーム１に通常１つの半導体素子（チッ
プ）２が搭載され、ワイヤー３によってリードフレーム
１とそれぞれ電気的に接続されたＱＦＰ等の封止前製品
１８がある。この製品１８のトランスファ封入におい
て、あらかじめパッケージ下側４を封止しておくため
に、上金型７と下金型８の間にクランプして、下金型８
に構成されているポット１０にセットされたタブレット
樹脂１１を熱により溶融させて、プランジャ１２の上昇
によって、封入を行うランナー１３と円錐形状のゲート
１４が形成された下側封止用中金型９がある。この下側
封止用中金型９の下面１６は、平らである必要はなく、
製品の形状に合わせたり封入性を考慮して凹凸を付けて
あっても良い。
【００１８】また、パッケージ下側４上に製品１８をセ
ットした後、パッケージ上側１７を封止するために、同
じく上金型７と下金型８の間にクランプしてタブレット
樹脂１９により下側封止用中金型９と同じように使用す
る、ランナー１５と、チップ２のセンター位置に円錐形
状のゲート５とを加工した上側封止用中金型６により構
成される。
【００１９】次に半導体装置の封止工程について説明す
る。まず、図１（ａ）の状態を説明する。下金型８に備
えられているポット１０内のプランジャ１２上にタブレ
ット樹脂１１を投入し、下側封止用中金型９をセットし
て、上金型７と下金型８により、図示していないプレス
によりクランプした状態である。この状態でタブレット
樹脂１１は、上金型７と下金型８の熱により溶融し、プ
ランジャ１２の上昇により押し上げられ、図１（ｂ）に
示すように下側封止用中金型９に構成されたランナー１
３を経由して、ゲート１４を通して下金型８のキャビテ
ィ内に樹脂が注入されパッケージ下側４が樹脂１１によ
り形成される。
【００２０】樹脂１１が熱硬化した後、図１（ｃ）に示
すようにクランプを解除し型開きを行って、ゲート１４
の下側で樹脂を分割し、下側封止用中金型９を取り出し
て、製品１８をパッケージ下側４の上にセットする。下
側封止用中金型９のランナー１３及びゲート１４内に残
された樹脂は、ゲート１４の下側より棒状のもので押し
て下側封止用中金型９より取り出す。
【００２１】次に図１（ｄ）、（ｅ）に示すように、製
品１８をセット後、下金型８に構成されているポット１
０内のプランジャ１２上にタブレット樹脂１９を投入
し、上側封入用中金型６を製品１８上にセットして、上
金型７と下金型８により、図示していないプレスにより
クランプする。この状態で、タブレット樹脂１９は、上
金型７と下金型８の熱により溶融し、図１（ｆ）に示す
ようにプランジャ１２の上昇により押し上げられ、上側
封止用中金型６に形成されたランナー１５を経由して、
チップ２のセンター位置にあるゲート５を通して製品１
８上に注入され、図１（ｇ）に示すようにパッケージ上
側１７が樹脂１９により形成され樹脂注入が完了する。
樹脂１９が熱硬化したあと、クランプを解除して上金型
７と下金型８を開き、上側封止用中金型６を取り出し、
図１（ｈ）に示すように、樹脂封止した半導体装置を取
り外して一連の動作を完了する。なお、下側封止用樹脂
と上側封止用樹脂は、同じである必要はなく異なる樹脂
を使用しても良い。
【００２２】このように本実施形態では、チップ２のほ
ぼセンター位置から樹脂が注入されるので、通常チップ
２の周辺に放射状に接続されるワイヤ３に対して樹脂の
流れ方向が平行になるため、ワイヤ３を流すことなく封
止が可能となる。これにより、従来のトランスファ方式
では封止できなかった長いワイヤを有する製品も封止す
ることが可能になる。
【００２３】また、パッケージ下側４を封止して固めた
後、チップ２を搭載したリードフレーム１をセットして
チップ２の直上から樹脂を注入して封止を行うので、樹
脂の力により既に固められた樹脂にチップ２及びリード
フレーム１を押しつけるように封止されるため、チップ
の位置がパッケージセンタからずれてしまう不具合であ
るアイランドシフトと呼ばれる現象が発生しない。ま
た、パッケージの上下を２回に分けて封止するため、樹
脂の密着性のみを考慮しておけば、パッケージ下側を封
止する際には、ワイヤ３やチップ２に対する影響を配慮
する必要がないため、上下で異なる樹脂を使用すること
もできるので、上下に収縮率の異なる樹脂を使用してパ
ッケージの反りを低減させたり、下側のみ安価な樹脂を
使用してコストダウンをはかったり、片側に透明樹脂を
使用して中を観察できるようにするなどの効果も期待で
きる。
【００２４】また、ワイヤ流れを防止するため、液状樹
脂を用いて封止する方法もあるが、液状樹脂を用いる封
止は、形状寸法が安定しない、内部に巻き込みボイドが
入り易い、一般にトランスファ封止用樹脂より信頼性が
劣るなどの欠点があり、本発明は、チップの直上のセン
ターから樹脂を注入することによりその欠点を補う効果
がある。
【００２５】次に本発明の第２の実施形態について説明
する。パッケージ下側４は、別工程で封止を行って供給
しても良い。その場合、必ずしも樹脂で構成する必要は
ない。図２は、パッケージ下側４を別工程で封止して供
給する実施形態を示す断面図である。図２に示すよう
に、下側封止用中金型を使用しないで、上金型２０と下
金型２１により側方より樹脂を下金型２１のキャビティ
に注入してパッケージ下側４を封止する。パッケージ下
側部分は、半導体素子などがないので樹脂を側方より注
入しても何ら差し支えない。この後の封止工程は、第１
の実施形態の図１（ｃ）〜図１（ｈ）に同じである。
【００２６】次に本発明の第３の実施形態について説明
する。図３は、第３の実施形態を示す断面図である。上
金型３０と下金型３１の間に図３に示すように、ゲート
を無くしランナー３３を下側に設けた下側封止用中金型
３２をセットして直接パッケージ下側４に注入すること
も可能である。この後の封止工程は、第１の実施形態の
図１（ｃ）〜図１（ｈ）に同じである。なお、この場
合、製品１８を逆さまにして中金型上にセットし、上金
型と下金型を入れ換えて封止しても同じ効果が得られ
る。
【００２７】図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第４の実
施形態を示す封止工程の断面図である。この実施形態は
図４に示すように、上下を逆にして封止する場合であ
る。図４（ａ）に示すように、半導体素子（チップ）２
を搭載しワイヤーボンディングしたリードフレーム１よ
りなる製品１８を上下反転して上金型４０と中金型４２
の間にセットする。このとき製品１８のチップ２は中金
型４２のキャビティ内に下向きに入っている。下金型４
１のポット１０内のプランジャ１２上にタブレット樹脂
１１を投入する。次に図４（ｂ）に示すように、樹脂を
溶融しプランジャ１２を上昇させてキャビティ内に樹脂
をチップ２の真下より注入しパッケージの上側部分を封
止する。次に図４（ｃ）に示すように、上側部分が封止
された製品を反転して上金型４０と中金型４２の間にセ
ットする。上金型４０にはスライド部４３が設けられて
おり、上側部分はスライド部４３を押上げるように収納
される。裏面側に樹脂を注入してパッケージの下側部分
を形成することにより樹脂封止が完了する。この実施形
態においても、チップの側への樹脂の注入は、チップの
センター位置から行われる。以上説明した第２〜第４の
実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様の
効果が得られる。
【００２８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、チップのセンター位置から樹脂が注入されるよう
にしているので、通常チップ周辺に放射状に接続される
ワイヤに対して樹脂の流れ方向が平行になるため、ワイ
ヤを流すことなく封止ができる。これにより、従来のト
ランスファ方式では封止できなかった長いワイヤーを有
する製品も封止することができるという効果がある。
【００２９】また、本発明では、パッケージ下側を封入
して固めた後、チップを搭載したリードフレームをセッ
トしてチップの直上から樹脂を注入して封止を行うの
で、樹脂の力により既に固められた樹脂にチップ及びリ
ードフレームを押しつけるように封止されるため、チッ
プの位置がパッケージセンターからずれてしまう不具合
であるアイランドシフトと呼ばれる現象が発生しない。
【００３０】また、パッケージの上下を２回に分けて封
止するため、樹脂の密着性のみ考慮しておけば、パッケ
ージ下側を封止する際には、ワイヤやチップに対する影
響を配慮する必要がないため、上下で異なる樹脂を使用
できるので、上下に収縮率の異なる樹脂を使用してパッ
ケージの反りを低減させたり、下側のみ安価な樹脂を使
用してコストダウンをはかったり、片側に透明樹脂を使
用して中を観察できるようにするなどの効果も期待でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｈ）は、本発明の第１の実施形態で
ある封止金型および封止工程を説明するための断面図で
ある。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第４の実施形態を
示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は従来の封止工程を示す断面図
である。
【符号の説明】
１ リードフレーム ２ 半導体素子（チップ） ３ ワイヤ ４ パッケージ下側 ５，１４ ゲート ６ 上側封止用中金型 ７，２０，３０，４０，５０ 上金型 ８，２１，３１，４１，５１ 下金型 ９ 下側封止用中金型 １０ ポット １１，１９ タブレット樹脂 １２ プランジャ １３，１５，３３ ランナー １６ 下面 １７ パッケージ上側 １８ 封止前製品 ３２，４２ 中金型 ４３ スライド部 ５３ 樹脂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F202 AD03 AD18 AH37 AM32 CA12 CB01 CK42 CK52 CQ01 4F206 AD03 AD18 AH37 AM32 JA02 JB12 JB17 JL02 JM04 JM16 JN12 JN25 5F061 AA01 BA01 CA21 DA01 DA06

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 上金型と下金型からなるモールド金型の
    キャビティ内に、リードフレームに搭載された半導体素
    子を保持し、キャビティ内に樹脂を注入することにより
    樹脂封止する半導体装置の封止方法において、パッケー
    ジの上下を別々に2回に分けて半導体素子の直上のセン
    ターから樹脂を注入して封止することを特徴とする半導
    体装置の封止方法。
  2. 【請求項２】 上金型と下金型からなるモールド金型の
    キャビティ内に、リードフレームに搭載された半導体素
    子を保持し、キャビティ内に樹脂を注入することにより
    樹脂封止する半導体装置の封止方法において、前記下金
    型のキャビティ内に樹脂を注入しパッケージの下側部分
    を形成する工程と、この下金型の上に半導体素子を搭載
    したリードフレームをセットし、前記半導体素子のほぼ
    直上に樹脂注入ゲートを備える中金型を装着し上金型を
    のせてプレスする工程と、前記中金型のゲートを通して
    前記半導体素子の直上から樹脂を注入しパッケージの上
    側部分を形成する工程とを有することを特徴とする半導
    体装置の封止方法。
  3. 【請求項３】 前記下金型のキャビティ内へ樹脂を注入
    しパッケージの下側部分を形成する工程は、前記下金型
    の上に上金型をセットし側方より樹脂を注入して形成す
    ることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の封止方
    法。
  4. 【請求項４】 前記下金型のキャビティ内へ樹脂を注入
    しパッケージの下側部分を形成する工程は、前記下金型
    の上に中金型と上金型を重ねてセットし前記中金型を介
    して樹脂を注入して形成することを特徴とする請求項２
    記載の半導体装置の封止方法。
  5. 【請求項５】 スライド部を備えた上金型と下金型の間
    に、キャビティとその中央部にゲートを有する中金型を
    備えるモールド金型の前記上金型と中金型の間に半導体
    素子を搭載したリードフレームを前記半導体素子が前記
    中金型のキャビティ以内に入るようにセットする工程
    と、樹脂を前記中金型のキャビティ内に注入してパッケ
    ージの上側部分をモールドする工程と、この上側部分が
    モールドされた半導体素子を搭載したリードフレームを
    反転して前記スライド部を備える上金型と中金型の間に
    前記パッケージの上側部分を前記スライド部に挿入して
    セットする工程と、樹脂を注入してパッケージの下側部
    分を封止する工程とを有することを特徴とする半導体装
    置の封止方法。
  6. 【請求項６】 下金型と上金型からなるモールド金型の
    キャビティ内に、半導体素子を搭載したリードフレーム
    を保持し、樹脂を注入して封止する半導体装置の封止装
    置において、前記下金型と上金型の間に挿入され樹脂の
    注入ゲートを有する中金型を備えることを特徴とする半
    導体装置の封止装置。
  7. 【請求項７】 前記中金型は、前記半導体素子の直上よ
    り樹脂を注入するゲートを有することを特徴とする請求
    項６記載の半導体装置の封止装置。
  8. 【請求項８】 下金型と上金型からなるモールド金型の
    キャビティ内に、半導体素子を搭載したリードフレーム
    を保持し、樹脂を注入して封止する半導体装置の封止装
    置において、前記下金型と上金型の間に挿入され、前記
    下金型のキャビティ内に樹脂を注入するための第１の中
    金型と、前記半導体素子の直上より樹脂を注入するゲー
    トを有する第２の中金型とを備えることを特徴とする半
    導体装置の封止装置。
  9. 【請求項９】 下金型および上金型と、前記下金型と上
    金型の間に挿入され半導体素子の直上より樹脂を注入す
    る中金型とを有し、前記上金型は、上側部分を封止した
    半導体素子をセットするためのスライド部を有すること
    を特徴とする半導体装置の封止装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016162767A (ja) * 2015-02-26 2016-09-05 株式会社デンソー モールドパッケージの製造方法
JP2019080023A (ja) * 2017-10-27 2019-05-23 日亜化学工業株式会社 発光装置の製造方法

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