JP2004214229A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】樹脂封止バッケージの圧縮成形時において、リートフレーム、配線基板などに変形が生じたり、半導体素子とリードフレーム、配線基板との接続位置で接続ワイヤや回路配線の断線などが発生することを確実に防止する半導体装置の製造方法を提供することである。
【解決手段】圧縮成形法の成形型を用いての樹脂封止パケージは、加熱された成形型のキャビティ凹部内に半導体素子等が配設されたリードフレーム或いは配線基板と固形状の封止樹脂とが型締め前に載置収容され、型締め以後、先ず第１段階で金型である可動キャビティを可動させて溶融した封止樹脂を半導体素子に接触した状態ときに一旦停止させ、その後、第２段階で、金型の可動部である可動キャビティを更に可動させて圧縮成形する半導体装置の製造方法。
【選択図】 図１
【解決手段】圧縮成形法の成形型を用いての樹脂封止パケージは、加熱された成形型のキャビティ凹部内に半導体素子等が配設されたリードフレーム或いは配線基板と固形状の封止樹脂とが型締め前に載置収容され、型締め以後、先ず第１段階で金型である可動キャビティを可動させて溶融した封止樹脂を半導体素子に接触した状態ときに一旦停止させ、その後、第２段階で、金型の可動部である可動キャビティを更に可動させて圧縮成形する半導体装置の製造方法。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に、樹脂封止パッケージの圧縮成形技術に関し、例えば、極めて薄い表面実装形樹脂封止パッケージの製造に利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から半導体素子（チップ）をモールド樹脂(封止樹脂)で封止された半導体パッケージは知られている。半導体パッケージはますます小型化されてきており、最近では半導体素子の大きさとほぼ同じ大きさの半導体パッケージが出現している。このような半導体パッケージは例えばＣＳＰ（チップサイズパッケージ）と呼ばれている。これを封止のためには、一般的にトランスファーモールドが用いられてる。しかし、このような極めて薄い樹脂封止パッケージをキャビティの凹部内にインサートされた半導体素子などを含め成形するには、溶融した成形材料としての樹脂の流路が狭い箇所までに行き渡るようにランナー及びゲート介して流動させなければならない。従って、当然樹脂封止材料としては低粘度、長いフロー、長い硬化時間などの特性が必要であり、また、成形条件としても高圧力注入などが必要となる。この樹脂封止材料、成形条件に起因して成形不良が発生することになる(例えは、ボイド、ビンホール、樹脂の流れ不足(未充填部位)、樹脂欠け等)。また、半導体素子、接続ワイヤ或いはリード、回路配線、配線基板などにも高応力が加わって変形、断線、ショートなどの不良が多発する問題や樹脂封止材料効率が悪い問題もあった。よって、これらを改善すべく従来から知られている圧縮成形法(コンプレッションモールド法)を用いた半導体装置の製造方法及びその装置が提案されている。
【０００３】
例えば、一般的な圧縮成形法ではないが、これに近い方法として、電気回路が作り込まれた半導体ペレットと、半導体ペレットに電気的に接続され、電気回路を外部に電気的に引き出す複数本のリードと、樹脂を主成分とする成形材料が用いられて成形型により成形され、前記半導体ペレットおよび各リードの一部を樹脂封止する樹脂封止パッケージとを備えている半導体装置の製造方法において、前記樹脂封止パッケージは、成形型のキャビティー内に成形材料が型締め前に収容され、型締め以後、この成形材料がキャビティー内にて液状に溶融されてキャビティー内に成形材料自身の体積が膨張することにより充満し、キャビティによって締め固められるような状態になって成形される半導体装置の製造方法が開示されている(例えば、特許文献１参照)。
【０００４】
また、図５に示すようにベースフィルム100に半導体素子101及びリード102が配設された構成の配線基板103を上型54と下型55を有する金型50内に装着し、続いて半導体素子101の配設位置に封止樹脂51を供給して半導体素子101を樹脂封止する樹脂封止工程と、配線基板103に形成されたリード102と電気的に接続するよう突起電極を形成する突起電極形成工程とを有する半導体装置の製造方法において、半導体素子101を樹脂封止する手段として、圧縮成形法を用いた半導体の製造方法であり、また、第１及び第２の下型半体52、53(本願発明の下下可動キャビティ9、下側壁8に相当)は、夫々図しない昇降機構により矢印Ｚ３、Ｚ４方向に独立して移動可能な構成の半導体装置の製造方法が開示されている(例えば、特許文献２参照)。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１７５２６４号公報(段落［００６４］)
【特許文献２】
特開平１０−１２５７０５号公報(図２)
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、前述した前者の従来の示す半導体装置の製造方法では、型締め以後、成形材料がキャビティー内にて液状に溶融されてキャビティー内に成形材料自身の体積が膨張することにより充満し、キャビティによって締め固められるような状態になって成形されるため、キャビティ凹部内の封止樹脂の流動距離を少なくできる点は好ましいが、成形材料自身の体積が膨張力によって締め固められるので、成形金型による型締めのパーティング面などの隙間などからこの膨張力も樹脂が漏れて圧縮力が不充分となり、体積膨張力による圧縮が小さく樹脂封止パッケージの高密度成形ができないばかりか、半導体素子、接続ワイヤ及び回路配線、リードフレーム、配線基板基板とパッケージの外形サイズとの隙間が小さい箇所までに封止樹脂が充填されず、樹脂の流れ不足によるボイド、未充填、ピンホールなどの成形不良の増加となり、耐湿特性などの信頼性の高い半導体装置が提供できない問題がある。
【０００７】
また、前述した後者の従来の示す半導体装置の製造方法では、圧縮成形法を用いた半導体の製造方法でありキャビティ凹部内の封止樹脂の流動距離を少なくできる点は好ましいが、第１及び第２の下型半体の移動により溶融された封止樹脂の流動スピードを抑制することなく圧縮成形するため、この封止樹脂の流速により半導体素子及び接続リードなどが配設された配線基板等に実質的な高い圧縮圧力が加わることになり配線基板などに変形が生じたり、接続ワイヤ或いはリードの断線、回路配線のショート、接続ワイヤの流れなどが発生する問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、樹脂封止バッケージの圧縮成形時において、リートフレーム、配線基板などに変形が生じたり、半導体素子とリードフレーム、配線基板との接続位置で接続ワイヤや回路配線の断線・ショート、接続ワイヤの流れなどが発生することを確実に防止する半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本願の半導体装置の製造方法の発明は、半導体素子及び接続ワイヤが配設されたリードフレームまたは配線基板を対向する２つの金型のパーティング面に狭持し、前記半導体素子と対向する側の前記金型の可動部に載置した樹脂封止にて圧縮成形法により前記リードフレーム又は前記配線基板を樹脂封止する半導体装置の製造方法にあって、前記半導体素子と対向する側の前記金型の可動部に載置された前記封止樹脂を溶融させ、当該溶融した封止樹脂を前記半導体素子と接触した状態に保持するように前記金型の可動部の動さを一旦停止させ、その後、当該金型の可動部を更に可動させて圧縮成形することを特徴とする
【作用】
前記した手段によれば、キャビティ凹部内の封止樹脂の流動距離を少なくし、溶融した封止樹脂を半導体素子と接触した状態に保持するように金型の可動部の動さを一旦停止させ、その後、金型の可動部を更に可動させて圧縮成形する。即ち、第１及び第２段階とに分け、第１段階で可動部を一旦停止して溶融した封止樹脂の流動スピードを抑制し、第２段階で金型の可動部を更に可動させキャビティ凹部内に溶融した封止樹脂を充満させると共にパッケージ全体を外部より加圧圧縮して成形することにより、樹脂封止パッケージ自身における成形材料の密度は、トランスファーモールド法による樹脂封止パッケージにおける成形材料の密度と同等に高くなると共に、半導体素子及び接続ワイヤなどが搭載されたリードフレームや配線基板等へ直接的に接する溶融した封止樹脂の流動スピードを抑制して実質的な成形圧力の影響を低減することになる。よって、この樹脂封止パッケージの耐湿性能や機械的強度性能等についての信頼性は優れたものとなる。また、樹脂封止時にリードフレームや配線基板に変形が生じたり、また、半導体素子とリードフレーム、配線基板との電気的接続部位(例えば、ＴＡＢ接続、或いはワイヤ接続される)に負荷が印加されることを防止でき、半導体素子とリードフレーム、配線基板との接続が切断されることを防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。図１(a)(b)(c)(d)(e)は本発明の第１の実施例の圧縮成形法の成形型による樹脂封止パッケージの半導体装置の製造方法を示し、図２は図１の製造方法にて圧縮成形した樹脂封止パッケージの半導体装置を示す。
先ず、図１(a)(b)(c)(d)(e)を用いて本発明の第１の実施例である半導体装置の製造方法について説明する。
【００１１】
先ず、図２に示す樹脂封止パッケージの半導体装置に係る製造方法の発明に用いる圧縮成形用成形型１(以下成形型１と称す)の構成を説明する。この成形型１は上金型２と下金型３とから構成されていることは従来技術と同一である。上金型２の上キャビティ凹部４はその底部４aを構成し、側壁５の内面に沿って上下方向にそれぞれ独立して可動できる可動部である上可動キャビティ６と側壁５とで構成されており、一方の下金型３の下キャビティ凹部７もその底部７aを構成し、側壁８の内面に沿って上下方向にそれぞれ独立して可動できる可動部である下可動キャビティ９と側壁８とで構成されている。この可動キャビティ６、９と側壁５、８は、夫々図示しない昇降機構付きの動力源により矢印Ｚ１、Ｚ２方向にそれぞれ独立して可動可能な構成とされている。また、これらの可動キャビティ６、９は可動速度調整機構付き(図示省略)の電動モータ、油圧、圧縮空気などの昇降機構付きの動力源により駆動される押圧軸１０に連結されている。つまり、可動キャビティ６、９は、半導体素子２０に対面する任意の位置で停止でき、且つ溶融した封止樹脂がキャビティ凹部４（７）に充満したときに任意の可動速度及び加圧力にすることができるようになっている。更に、可動キャビティ６、９は、圧縮成形した樹脂封止パッケージ４０をノックアウトして成形型１より取り出すノックアウト機構を兼ね備えている。
尚、半導体素子２０に対面する任意の位置とは、ダイパット２３を含む半導体素子２０の表裏面と可動キャビティ６、９との間の間隔をいう。
【００１２】
上金型２と下金型３とが可動(通常は上金型２は固定されており、下金型３が上昇可動する)して型締めされたときに接触するパーティング面には、図示省略するがその一例として、キャビティ凹部４（７）を取り囲み、このキャビティ凹部に通じる外側にダミーキャビティ凹部が形成されている。また、同様にパーティング面には、その一例として、キャビティ凹部４（７）内のエアーや封止樹脂に含有するエアーを抜き、成形された樹脂封止パケージ４０でのボイド、ピンホール、樹脂欠けなどの発生を防止する役目をするキャビティ凹部４（７）に通じるエアーベント１１も設けられている。
【００１３】
このダミーキャビティ凹部またはエアーベント１１の少なくともいずれか一つには、溶融した封止樹脂３０’が流れ始めてきたときに感知する感知センサ１３が埋設されている。または、この変形例として上下金型２、３のキャビテイ凹部４(７)を構成している少なくともいずれか一つの側壁５、８には、封止樹脂自身の溶融した液状から加熱により硬化するときの体積膨張力を検知する体積膨張検知センサ１２を埋設する構成であってもよい。
【００１４】
次に、このような構成の成形型１を用いてダイパット２３を含む半導体素子２０及び接続ワイヤ２１が配設された構成のリードフレーム２２を封止樹脂３０で封止する方法を説明する。先ず、図１(a)に示すように所定の温度に加熱された上下金型２、３を型開きし、下金型３のパーティン面上に、半導体素子２０及び接続ワイヤ２１が配設された構成のリードフレームを２２を載置し収容する。この際、リードフレーム２２の側縁はダミーキャビティ凹部に掛からないように配置する。この載置に際して、先にキャビテイ凹部４(７)の平面形状の大きさより小さく所定量の固形状(或いはタブレット状)のシート形状の封止樹脂３０を、ダイパット２３を含む半導体素子２０の下(裏)に相当する下キャビティ凹部７の底部７a上の位置に載置しておく。この封止樹脂３０を下キャビティ凹部７の底部７a上の位置に載置するときは、図１(a)に示すように接続ワイヤ２１側を下向きにして載置し収容する方が好ましい。
尚、リードフレーム２２の端子間隔などが狭く溶融した封止樹脂が流動しにくいパッケージを成形する場合は、図示省略するがシート形状の封止樹脂３０は半導体素子２０の上下方向(表裏方向)に相当する位置に所定量に分けて載置して行うことがより好ましい。
【００１５】
その後、図１(b)に示すように半導体素子２０及び接続ワイヤ２１が配設されたリードフレーム２２及び封止樹脂３０を載置した状態で下金型２(下側壁８と下可動キャビティ９と位置関係は同じのまま)を上昇させ、両上下金型２、３の側壁５、８に所定の圧力を加えて、溶融した封止樹脂３０が漏れないように型締め(リードフレーム２２表裏の両面をクランプ)する。
【００１６】
そして図１(c)に示すように所定圧力にて型締め以後、先ず第１段階で可動部である上下可動キャビティ６、９をそれぞれ可動させて溶融した封止樹脂３０'がダイパット２３を含む半導体素子２０と接触した状態のときに可動を一旦停止する。即ち、この一旦停止するタイミングは、例えば圧縮成形に最適な封止樹脂３０を選択しておき、上下金型２、３の加熱温度を一定に制御し、封止樹脂の溶融時間と半導体素子２０への接触する時間とを予め求めておいて一旦停止する時間を設定することは可能であり容易である。その後、図１(d)に示すように前述した動力源でそれぞれの押圧軸１０を押圧し、上金型２の上可動キャビティ６及び下金型３の下可動キャビティ９を所定の可動速度及び加圧力で更に微少可動させ圧縮成形する。即ち、この可動させるタイミングは、例えば圧縮成形に最適な封止樹脂３０を選択しておき、上下金型２、３の加熱温度を一定に制御しだ状態で、溶融した封止樹脂が最も低粘度で半導体素子２０、リードフレーム２２に応力が掛からない可動キャビティ６、９の可動速度である溶融した封止樹脂３０'の流動スピートを予め求めておいてタイマー等で更に可動させることは可能である。また、金型の可動部である可動キャビティ６、９を更に可動させつつ、半導体素子２０を溶融しつつ包囲させる第２段階で第１段階の溶融した封止樹脂３０'が、キャビティ凹部４(７)内に充満させてエアーベント１１またはダミーキャビティ凹部に流れ始めてきたときに、エアーベント１１またはダミーキャビティ凹部の少なくともいずれか一つに埋設されている感知センサ１３などで検知して最終的に所定の加圧力が掛かるように制御することが好ましい。または、この手段の変形例として、溶融した封止樹脂自身の溶融した液状から加熱により硬化し固体化し始めるするときの体積膨張力を検知するキャビティ凹部４(７)のいずれか一つの側壁５、８に埋設されている体積膨張検知センサ１２で検知して所定の加圧力が掛かるように制御してもよい。
【００１７】
そして、図１(d)に示す状態を所定時間維持させ封止樹脂を完全硬化後、図(e)に示すように下金型３を下降させるに追随して上可動キャビティ６を下降可動させつつ、成形された樹脂封止パッケージ４０を下金型３に載置した状態で型開きさせた後に、ノックアウト機構を兼ねる下可動キャビティ９を上昇可動して下金型３より樹脂封止パッケージ４０をノックアウトして成形型１より取り出す。そして図２に示すようにダイパット２３を含む半導体素子２０及び接続ワイヤ２１が配設された構成のリードフレーム２２を圧縮成形した樹脂封止パッケージの半導体装置を得る。その後、図１(a)に示すような成形型１の状態に戻し他の樹脂封止パッケージを圧縮成形開始できるようにして完了する。
【００１８】
上述した本願発明の第１の実施例である半導体装置の製造方法では、キャビティ凹部内の封止樹脂の流動距離を少なくし、溶融した封止樹脂を半導体素子と接触した状態に保持するように金型の可動部の動さを一旦停止させ、その後、金型の可動部を更に可動させて圧縮成形する。即ち、第１及び第２段階とに分け、第１段階で可動部を一旦停止して溶融した封止樹脂の流動スピードを抑制し、第２段階で金型の可動部を更に可動させキャビティ凹部内に溶融した封止樹脂を充満させると共にパッケージ全体を外部より両圧均等に圧縮成形することにより、特に、図２に示すリードフレームの表裏に分けた構造の樹脂封止パッケージ、例えば、通常のＤＩＰ型、ＳＯＰ型、ＱＦＰ型などの半導体装置用パッケージと同様の厚さ（１〜４ｍｍ）で、且つリードフレームの端子間隔が狭く(ファインピッチ)溶融した封止樹脂が流動しにくいパッケージの成形に好適であり、半導体素子及び接続ワイヤなどが搭載されたリードフレームへの実質的な成形圧力の影響が低減し、この樹脂封止パッケージの耐湿性能や機械的強度性能等についての信頼性は優れたものとなる。また、樹脂封止時にリードフレームに変形が生じたり、また、半導体素子とリードフレームとの電気的接続部位(例えば、ＴＡＢ接続、或いはワイヤ接続)に負荷が印加されることを防止でき、半導体素子とリードフレームとの接続が切断されることを防止することができる。
【００１９】
また、第２段階で押圧された封止樹脂３０の余分な樹脂は、キャビティ凹部内のエアーや封止樹脂に含有するエアーなどを巻き込みつつ追い出しながら、図示省略のランナー或いはスルーゲートなどを通じてダミーキャビティ凹部で受け留められる。また、成形型１のキャビティ凹部内に存在したエアーも第２段階で圧縮された封止樹脂３０で押されてエアーベト１１より金型外部へ逃がす。これらのエアーベント１１とダミーキャビティ凹部に余分な樹脂が流すことによって、キャビティ凹部内のエアーや封止樹脂に含有するエアーを完全に抜くことにより、樹脂封止パケージ４０でのボイド、ピンホール、未充填などの発生を防止することができる。尚、このダミーキャビティ凹部を備えることで封止樹脂の供給精度、チップ厚さ及び組み立ての厚み精度(例えば、特に接着剤などが影響)により樹脂封止パッケージ４０の厚さが変動するのを吸収でき、また、図示省略するがダミーキャビティ凹部に真空排気機構を備えて強制的に吸引することによりキャビティ凹部内に存在したエアーを排出でき、樹脂封止パケージ４０でのボイド、ピンホール、未充填の発生を防止できより効果的である。
【００２０】
続いて、本発明の第２の実施例である圧縮成形法による樹脂封止パッケージの半導体装置の製造方法を説明する。図３(a)(b)(c)(d)(e)は本発明の第２の実施例の圧縮成形法の成形型による樹脂封止パッケージの半導体装置の製造方法を示し、図４は図３の製造方法にて圧縮成形した樹脂封止パッケージの半導体装置を示している。尚、図３において図１に示した第１の実施例に係る半導体装置及び成形型と同一構成については同一符号を附してその説明をする。
先ず、図２(a)(b)(c)(d)(e)を用いて本発明の第２実施例である半導体装置の製造方法について説明する。
【００２１】
図４に示すような樹脂封止パッケージの半導体装置に係る製造方法の発明に用いる圧縮成形用成形型１(以下成形型１と称す)の構成を説明する。この成形型１は上金型２’と下金型３とから構成されていることは前述した第１の実施例と基本的に同じである。但し上金型２’は、キャビティ凹部を有しない平坦状のものである。従って、上金型２’の形状は極めて簡単な形状とされており、安価に製造することができる。一方、下金型３の下キャビティ凹部７は底部７aを構成し、側壁８の内面に沿って上下方向にそれぞれ独立して可動できる可動部である下可動キャビティ９と側壁８とで構成され、この下可動キャビティ９と側壁８は、夫々図示しない昇降機構付きの動力源により矢印Ｚ１、Ｚ２方向にそれぞれ独立して可動可能な構成とされている。また、これらの可動キャビティ９は可動速度調整機構付き(図示省略)の電動モータ、油圧、圧縮空気などの昇降機構付きの動力源により駆動される押圧軸１０に連結されている。つまり、可動キャビティ９は、半導体素子２０に対面する任意の位置で停止でき、且つ溶融した封止樹脂がキャビティ凹部７に充満したときに任意の可動速度及び加圧力にすることができるようになっている。更に、可動キャビティ９は、圧縮成形した樹脂封止パッケージ４０をノックアウトして成形型１より取り出すノックアウト機構を兼ね備えている。
尚、半導体素子２０に対面する任意の位置とは、配線基板２４及び回路配線２５と接する反対側の半導体素子２０の表面と下可動キャビティ９との間の間隔をいう。
【００２２】
上金型２’と下金型３とが可動(通常は上金型２’は固定され可動せず、下金型３が上下に可動する)して型締めされたときに接触するパーティング面には、図示省略するがその一例として、キャビティ凹部７を取り囲み、このキャビティ凹部７に通じる外側にダミーキャビティ凹部とが形成されている。また、同様にパーティング面には、その一例として、キャビティ凹部７内のエアーや封止樹脂に含有するエアーを抜き、成形された樹脂封止パケージ４０でのボイド、ピンホール、樹脂欠けなどの発生を防止する役目をするキャビティ凹部７に通じるエアーベント１１も設けられている。
【００２３】
このダミーキャビティ凹部またはエアーベント１１の少なくともいずれか一つには、溶融した封止樹脂３０’が流れ始めてきたときに感知する感知センサ１３が埋設されている。または、この変形例として下金型３のキャビテイ凹部７を構成している少なくともいずれか一つの側壁８には、封止樹脂自身の溶融した液状から加熱により硬化するときの体積膨張力を検知する体積膨張検知センサ１２が埋設されている構成であってもよい。
【００２４】
次に、このような構成の成形型１を用いて回路配線２５と半導体素子２０とを接続する接続ワイヤ２１が配設された構成の配線基板２４を封止樹脂３０で封止する方法を説明する。先ず、図３(a)に示すように所定の温度に加熱された上下金型２’、３を型開きし、下金型３のパーティン面上に、半導体素子２０及び接続ワイヤ２１が配設された構成の回路配線２５を含む可撓性基材(エポキシ等)の配線基板２４を載置して、半導体素子２０及び接続ワイヤ２１側をキャビティ凹部７内に収容する。この際、配線基板２４の側縁はダミーキャビティ凹部に掛からないように配置する。尚、この半導体素子２０などを含む配線基板２４を載置するに際して、先にキャビテイ凹部７の平面形状の大きさより小さく所定量の固形状(或いはタブレット状)のシート形状の封止樹脂３０(エポキシ樹脂など)を下キャビティ凹部７の底部７a上に載置しておく。
【００２５】
その後、図３(b)に示すように半導体素子２０及び接続ワイヤ２１が配設された配線基板２４及び封止樹脂３０を載置した状態で下金型２(下側壁８と下可動キャビティ９と位置関係は同じのまま)を上昇させ、上金型２’と下金型２とに所定の圧力を加えて、溶融した封止樹脂３０’が漏れないように型締め(回路配線２５を含む配線基板２４の表裏の両面をクランプする)する。
【００２６】
そして図３(c)に示すように、型締め以後、先ず第１段階で可動部である下可動キャビティ９を可動させて溶融した封止樹脂３０'がを接続ワイヤ２１を含む半導体素子２０と接触した状態のときに可動を一旦停止する。即ち、この一旦停止するタイミングは、例えば圧縮成形に最適な封止樹脂３０を選択しておき、上下金型２’、３の加熱温度を一定に制御し、封止樹脂の溶融時間と半導体素子２０への接触接触する時間とを予め求めておいて、一旦停止する時間を設定することは可能であり容易である。その後、図３(d)に示すように前述した動力源でそれぞれの押圧軸１０を押圧し、下金型３の下可動キャビティ９を所定の可動速度及び加圧力で更に微少可動させ圧縮成形する。即ち、この可動させるタイミングは、例えば圧縮成形に最適な封止樹脂３０を選択しておき、上下金型２、３の加熱温度を一定に制御しだ状態で、溶融した封止樹脂が最も低粘度で半導体素子２０、リードフレーム２２に応力が掛からない可動キャビティ９の可動速度である溶融した封止樹脂３０'の流動スピートを予め求めておいてタイマー等で更に可動させることは可能である。また、金型の可動部である可動キャビティ９を更に可動させつつ、半導体素子２０を溶融しつつ包囲させる第２段階で第１段階の溶融した封止樹脂３０'が、キャビティ凹部７内に充満させてエアーベント１１またはダミーキャビティ凹部に流れ始めてきたときに、エアーベント１１またはダミーキャビティ凹部の少なくともいずれか一つに埋設されている感知センサ１３などで検知して最終的に所定の加圧力が掛かるように制御することが好ましい。または、この手段の変形例として、溶融した封止樹脂自身の溶融した液状から加熱により硬化し固体化し始めるするときの体積膨張力を検知するキャビティ凹部７のいずれか一つの側壁８に埋設されている体積膨張検知センサ１２で検知して所定の加圧力が掛かるように制御してもよい。
【００２７】
そのて、図３(d)に示す状態を所定時間維持させ封止樹脂を完全硬化後、図３(e)に示すように下金型３の下側壁８と下可動キャビティ９とを同じに下降可動させ、成形された樹脂封止パッケージ４０を下金型３に載置した状態で型開きさせた後に、ノックアウト機構を兼ねる下可動キャビティ９を上昇可動させて下金型３より樹脂封止パッケージ４０をノックアウトして成形型１より取り出す。そして図４に示すように半導体素子２０及び接続ワイヤ２１が配設された回路配線２５を含む配線基板２４を圧縮成形した樹脂封止パッケージの半導体装置を得る。その後、図３(a)に示すような成形型１の状態に戻し他の樹脂封止パッケーシを圧縮成形開始できるようにして完了する。
【００２８】
上述した本願発明の第２の実施例である図４に示す半導体装置の製造方法では、キャビティ凹部内の封止樹脂の流動距離を少なくし、溶融した封止樹脂を半導体素子と接触した状態に保持するように金型の可動部の動さを一旦停止させ、その後、金型の可動部を更に可動させて圧縮成形する。即ち、第１及び第２段階とに分け、第１段階で可動部を一旦停止して溶融した封止樹脂の流動スピードを抑制し、第２段階で金型の可動部を更に可動させキャビティ凹部内に溶融した封止樹脂を充満させると共にパッケージ全体を外部より両圧均等に圧縮成形することにより、特に、図４に示すような、配線基板２４或いはテープキャリア(図示省略)などに接続された半導体素子２０の大きさとほぼ同じ大きさの半導体パッケージ、例えばＣＳＰ（チップサイズパッケージ）などに好適であり、半導体素子２０及び接続ワイヤ２１などが搭載された配線基板２４への実質的な成形圧力の影響が低減し、この樹脂封止パッケージ４０の耐湿性能や機械的強度性能等についての信頼性は優れたものとなる。また、樹脂封止時に薄い配線基板に変形が生じたり、また、半導体素子２０と回路配線２５との電気的接続部位(例えば、ＴＡＢ接続、或いはワイヤ接続)に負荷が印加されることを防止でき、半導体素子２０と回路配線２５(リード含む)との接続が切断されることを防止することができる。尚、図４では一つの半導体素子２０及び接続ワイヤ２１が配設された配線基板２４で構成した半導体装置の製造方法を説明したが、例えば、図示省略するがマトリックス状に配列され複数の半導体素子が配設された配線基板で構成した半導体装置、または、マトリックス状に配列された複数の配線基板を一つのパッケージとして成形した後、個別にダイシング切断方式に個別化する半導体装置であっても何らさしつかえなく製造することができる。
【００２９】
また、第２段階で押圧された封止樹脂３０の余分な樹脂は、キャビティ凹部内のエアーや封止樹脂に含有するエアーなどを巻き込みつつ追い出しながら、図示省略のランナー或いはスルーゲートなどを通じてダミーキャビティ凹部で受け留められる。また、成形型１のキャビティ内に存在したエアーも第２段階で圧縮された封止樹脂３０で押されてエアーベト１１より金型外部へ逃がす。これらのエアーベント１１でエアを外部に逃がし、且つダミーキャビティ凹部に余分な樹脂が流すことによって、キャビティ凹部内のエアーや封止樹脂に含有するエアーを完全に抜くことにより、樹脂封止パケージ４０でのボイド(巣)、ピンホール、樹脂の未充填、樹脂欠けなどの発生を防止でき、エアーベント１１に真空排気機構を備えて発生防止を行うことも第１の実施例と同様にできる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の半導体装置の製造方法は、圧縮成形法の成形型を用いて樹脂封止パッケージを形成する半導体装置の製造方法において、キャビティ凹部内の封止樹脂の流動距離を少なくし、溶融した封止樹脂を半導体素子と接触した状態に保持するように金型の可動部の動さを一旦停止させ、その後、金型の可動部を更に可動させて圧縮成形する。即ち、第１及び第２段階とに分け、第１段階で可動部を一旦停止して溶融した封止樹脂の流動スピードを抑制し、第２段階で金型の可動部を更に可動させキャビティ凹部内に溶融した封止樹脂を充満させると共にパッケージ全体を外部より加圧圧縮して成形することにより、樹脂封止パッケージ自身が高密度成形化ができ、且つ、半導体素子及び接続ワイヤなどが搭載されたリードフレームや配線基板等への実質的な成形圧力の影響が低減でるので、樹脂封止パッケージの耐湿性能や機械的強度性能等の信頼性に優れた半導体素子が得られると共に、
１）樹脂封止パッケージの形成時において、リードフレーム、配線基板などに変形が生じたり、半導体素子とリードフレーム、配線基板との接続位置で接続ワイヤや回路配線の断線、接続ワイヤによる回路配線のショート、接続ワイヤ流れなどが発生することが確実に防止できる。
２）半導体装置の形状を半導体素子(チップ)に極力近づけることにより小型・薄型化を図った、いわゆるチッブサイズパッケージ構造でも、半導体素子、接続ワイヤ、リードフレーム、配線基板基板とパッケージの外形サイズとの隙間が小さい箇所にも封止樹脂が充填され、樹脂の流れ不足によるボイド、未充填、ピンホールなどの成形不良の発生がなく、耐湿特性などの信頼性の高い半導体装置が提供できる。
３）封止樹脂自身の材料に関し、トランスファーモールドの場合のようにランナー、ゲートなどを流動するためのスパイラルフローの長い距離特性などに制約を受けないので、本発明は封止樹脂がキャビティ凹部内のみに流動するため成形材料としての選択の巾が広くなり、且つ材料効率も向上する。
【００３１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施例の圧縮成形法の成形型による樹脂封止パッケージの半導体装置の製造方法の要部断面図である。
【図２】本発明の図１の製造方法にて圧縮成形した樹脂封止パッケージの半導体装置。
【図３】本発明の第２の実施例の圧縮成形法の成形型による樹脂封止パッケージの半導体装置の製造方法の要部断面図である。
【図４】本発明の図３の製造方法にて圧縮成形した樹脂封止パッケージの半導体装置。
【図５】従来技術の圧縮成形法の成形型による樹脂封止パッケージの半導体装置の製造方法の要部断面図である。(特許文献２)
【符号の説明】
１ 成形型
２ 上金型
２’ 上金型(平坦状)
３ 下金型
４ 上キャビティ凹部
５ 上側壁
６ 上可動キャビティ(可動部)
７ 下キャビティ凹部
８ 下側壁
９ 下可動キャビティ(可動部)
１０ 押圧軸
１１ エアーベント
１２ 体積膨張検知センサ
１３ 感知センサ
２０ 半導体素子
２１ 接続ワイヤ
２２ リードフレーム
２３ ダイパット
２４ 配線基板
２５ 回路配線
２６ バンプ
３０ 封止樹脂
３０’溶融封止樹脂
４０ 樹脂封止パッケージ
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に、樹脂封止パッケージの圧縮成形技術に関し、例えば、極めて薄い表面実装形樹脂封止パッケージの製造に利用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から半導体素子（チップ）をモールド樹脂(封止樹脂)で封止された半導体パッケージは知られている。半導体パッケージはますます小型化されてきており、最近では半導体素子の大きさとほぼ同じ大きさの半導体パッケージが出現している。このような半導体パッケージは例えばＣＳＰ（チップサイズパッケージ）と呼ばれている。これを封止のためには、一般的にトランスファーモールドが用いられてる。しかし、このような極めて薄い樹脂封止パッケージをキャビティの凹部内にインサートされた半導体素子などを含め成形するには、溶融した成形材料としての樹脂の流路が狭い箇所までに行き渡るようにランナー及びゲート介して流動させなければならない。従って、当然樹脂封止材料としては低粘度、長いフロー、長い硬化時間などの特性が必要であり、また、成形条件としても高圧力注入などが必要となる。この樹脂封止材料、成形条件に起因して成形不良が発生することになる(例えは、ボイド、ビンホール、樹脂の流れ不足(未充填部位)、樹脂欠け等)。また、半導体素子、接続ワイヤ或いはリード、回路配線、配線基板などにも高応力が加わって変形、断線、ショートなどの不良が多発する問題や樹脂封止材料効率が悪い問題もあった。よって、これらを改善すべく従来から知られている圧縮成形法(コンプレッションモールド法)を用いた半導体装置の製造方法及びその装置が提案されている。
【０００３】
例えば、一般的な圧縮成形法ではないが、これに近い方法として、電気回路が作り込まれた半導体ペレットと、半導体ペレットに電気的に接続され、電気回路を外部に電気的に引き出す複数本のリードと、樹脂を主成分とする成形材料が用いられて成形型により成形され、前記半導体ペレットおよび各リードの一部を樹脂封止する樹脂封止パッケージとを備えている半導体装置の製造方法において、前記樹脂封止パッケージは、成形型のキャビティー内に成形材料が型締め前に収容され、型締め以後、この成形材料がキャビティー内にて液状に溶融されてキャビティー内に成形材料自身の体積が膨張することにより充満し、キャビティによって締め固められるような状態になって成形される半導体装置の製造方法が開示されている(例えば、特許文献１参照)。
【０００４】
また、図５に示すようにベースフィルム100に半導体素子101及びリード102が配設された構成の配線基板103を上型54と下型55を有する金型50内に装着し、続いて半導体素子101の配設位置に封止樹脂51を供給して半導体素子101を樹脂封止する樹脂封止工程と、配線基板103に形成されたリード102と電気的に接続するよう突起電極を形成する突起電極形成工程とを有する半導体装置の製造方法において、半導体素子101を樹脂封止する手段として、圧縮成形法を用いた半導体の製造方法であり、また、第１及び第２の下型半体52、53(本願発明の下下可動キャビティ9、下側壁8に相当)は、夫々図しない昇降機構により矢印Ｚ３、Ｚ４方向に独立して移動可能な構成の半導体装置の製造方法が開示されている(例えば、特許文献２参照)。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１７５２６４号公報(段落［００６４］)
【特許文献２】
特開平１０−１２５７０５号公報(図２)
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、前述した前者の従来の示す半導体装置の製造方法では、型締め以後、成形材料がキャビティー内にて液状に溶融されてキャビティー内に成形材料自身の体積が膨張することにより充満し、キャビティによって締め固められるような状態になって成形されるため、キャビティ凹部内の封止樹脂の流動距離を少なくできる点は好ましいが、成形材料自身の体積が膨張力によって締め固められるので、成形金型による型締めのパーティング面などの隙間などからこの膨張力も樹脂が漏れて圧縮力が不充分となり、体積膨張力による圧縮が小さく樹脂封止パッケージの高密度成形ができないばかりか、半導体素子、接続ワイヤ及び回路配線、リードフレーム、配線基板基板とパッケージの外形サイズとの隙間が小さい箇所までに封止樹脂が充填されず、樹脂の流れ不足によるボイド、未充填、ピンホールなどの成形不良の増加となり、耐湿特性などの信頼性の高い半導体装置が提供できない問題がある。
【０００７】
また、前述した後者の従来の示す半導体装置の製造方法では、圧縮成形法を用いた半導体の製造方法でありキャビティ凹部内の封止樹脂の流動距離を少なくできる点は好ましいが、第１及び第２の下型半体の移動により溶融された封止樹脂の流動スピードを抑制することなく圧縮成形するため、この封止樹脂の流速により半導体素子及び接続リードなどが配設された配線基板等に実質的な高い圧縮圧力が加わることになり配線基板などに変形が生じたり、接続ワイヤ或いはリードの断線、回路配線のショート、接続ワイヤの流れなどが発生する問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、樹脂封止バッケージの圧縮成形時において、リートフレーム、配線基板などに変形が生じたり、半導体素子とリードフレーム、配線基板との接続位置で接続ワイヤや回路配線の断線・ショート、接続ワイヤの流れなどが発生することを確実に防止する半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本願の半導体装置の製造方法の発明は、半導体素子及び接続ワイヤが配設されたリードフレームまたは配線基板を対向する２つの金型のパーティング面に狭持し、前記半導体素子と対向する側の前記金型の可動部に載置した樹脂封止にて圧縮成形法により前記リードフレーム又は前記配線基板を樹脂封止する半導体装置の製造方法にあって、前記半導体素子と対向する側の前記金型の可動部に載置された前記封止樹脂を溶融させ、当該溶融した封止樹脂を前記半導体素子と接触した状態に保持するように前記金型の可動部の動さを一旦停止させ、その後、当該金型の可動部を更に可動させて圧縮成形することを特徴とする
【作用】
前記した手段によれば、キャビティ凹部内の封止樹脂の流動距離を少なくし、溶融した封止樹脂を半導体素子と接触した状態に保持するように金型の可動部の動さを一旦停止させ、その後、金型の可動部を更に可動させて圧縮成形する。即ち、第１及び第２段階とに分け、第１段階で可動部を一旦停止して溶融した封止樹脂の流動スピードを抑制し、第２段階で金型の可動部を更に可動させキャビティ凹部内に溶融した封止樹脂を充満させると共にパッケージ全体を外部より加圧圧縮して成形することにより、樹脂封止パッケージ自身における成形材料の密度は、トランスファーモールド法による樹脂封止パッケージにおける成形材料の密度と同等に高くなると共に、半導体素子及び接続ワイヤなどが搭載されたリードフレームや配線基板等へ直接的に接する溶融した封止樹脂の流動スピードを抑制して実質的な成形圧力の影響を低減することになる。よって、この樹脂封止パッケージの耐湿性能や機械的強度性能等についての信頼性は優れたものとなる。また、樹脂封止時にリードフレームや配線基板に変形が生じたり、また、半導体素子とリードフレーム、配線基板との電気的接続部位(例えば、ＴＡＢ接続、或いはワイヤ接続される)に負荷が印加されることを防止でき、半導体素子とリードフレーム、配線基板との接続が切断されることを防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。図１(a)(b)(c)(d)(e)は本発明の第１の実施例の圧縮成形法の成形型による樹脂封止パッケージの半導体装置の製造方法を示し、図２は図１の製造方法にて圧縮成形した樹脂封止パッケージの半導体装置を示す。
先ず、図１(a)(b)(c)(d)(e)を用いて本発明の第１の実施例である半導体装置の製造方法について説明する。
【００１１】
先ず、図２に示す樹脂封止パッケージの半導体装置に係る製造方法の発明に用いる圧縮成形用成形型１(以下成形型１と称す)の構成を説明する。この成形型１は上金型２と下金型３とから構成されていることは従来技術と同一である。上金型２の上キャビティ凹部４はその底部４aを構成し、側壁５の内面に沿って上下方向にそれぞれ独立して可動できる可動部である上可動キャビティ６と側壁５とで構成されており、一方の下金型３の下キャビティ凹部７もその底部７aを構成し、側壁８の内面に沿って上下方向にそれぞれ独立して可動できる可動部である下可動キャビティ９と側壁８とで構成されている。この可動キャビティ６、９と側壁５、８は、夫々図示しない昇降機構付きの動力源により矢印Ｚ１、Ｚ２方向にそれぞれ独立して可動可能な構成とされている。また、これらの可動キャビティ６、９は可動速度調整機構付き(図示省略)の電動モータ、油圧、圧縮空気などの昇降機構付きの動力源により駆動される押圧軸１０に連結されている。つまり、可動キャビティ６、９は、半導体素子２０に対面する任意の位置で停止でき、且つ溶融した封止樹脂がキャビティ凹部４（７）に充満したときに任意の可動速度及び加圧力にすることができるようになっている。更に、可動キャビティ６、９は、圧縮成形した樹脂封止パッケージ４０をノックアウトして成形型１より取り出すノックアウト機構を兼ね備えている。
尚、半導体素子２０に対面する任意の位置とは、ダイパット２３を含む半導体素子２０の表裏面と可動キャビティ６、９との間の間隔をいう。
【００１２】
上金型２と下金型３とが可動(通常は上金型２は固定されており、下金型３が上昇可動する)して型締めされたときに接触するパーティング面には、図示省略するがその一例として、キャビティ凹部４（７）を取り囲み、このキャビティ凹部に通じる外側にダミーキャビティ凹部が形成されている。また、同様にパーティング面には、その一例として、キャビティ凹部４（７）内のエアーや封止樹脂に含有するエアーを抜き、成形された樹脂封止パケージ４０でのボイド、ピンホール、樹脂欠けなどの発生を防止する役目をするキャビティ凹部４（７）に通じるエアーベント１１も設けられている。
【００１３】
このダミーキャビティ凹部またはエアーベント１１の少なくともいずれか一つには、溶融した封止樹脂３０’が流れ始めてきたときに感知する感知センサ１３が埋設されている。または、この変形例として上下金型２、３のキャビテイ凹部４(７)を構成している少なくともいずれか一つの側壁５、８には、封止樹脂自身の溶融した液状から加熱により硬化するときの体積膨張力を検知する体積膨張検知センサ１２を埋設する構成であってもよい。
【００１４】
次に、このような構成の成形型１を用いてダイパット２３を含む半導体素子２０及び接続ワイヤ２１が配設された構成のリードフレーム２２を封止樹脂３０で封止する方法を説明する。先ず、図１(a)に示すように所定の温度に加熱された上下金型２、３を型開きし、下金型３のパーティン面上に、半導体素子２０及び接続ワイヤ２１が配設された構成のリードフレームを２２を載置し収容する。この際、リードフレーム２２の側縁はダミーキャビティ凹部に掛からないように配置する。この載置に際して、先にキャビテイ凹部４(７)の平面形状の大きさより小さく所定量の固形状(或いはタブレット状)のシート形状の封止樹脂３０を、ダイパット２３を含む半導体素子２０の下(裏)に相当する下キャビティ凹部７の底部７a上の位置に載置しておく。この封止樹脂３０を下キャビティ凹部７の底部７a上の位置に載置するときは、図１(a)に示すように接続ワイヤ２１側を下向きにして載置し収容する方が好ましい。
尚、リードフレーム２２の端子間隔などが狭く溶融した封止樹脂が流動しにくいパッケージを成形する場合は、図示省略するがシート形状の封止樹脂３０は半導体素子２０の上下方向(表裏方向)に相当する位置に所定量に分けて載置して行うことがより好ましい。
【００１５】
その後、図１(b)に示すように半導体素子２０及び接続ワイヤ２１が配設されたリードフレーム２２及び封止樹脂３０を載置した状態で下金型２(下側壁８と下可動キャビティ９と位置関係は同じのまま)を上昇させ、両上下金型２、３の側壁５、８に所定の圧力を加えて、溶融した封止樹脂３０が漏れないように型締め(リードフレーム２２表裏の両面をクランプ)する。
【００１６】
そして図１(c)に示すように所定圧力にて型締め以後、先ず第１段階で可動部である上下可動キャビティ６、９をそれぞれ可動させて溶融した封止樹脂３０'がダイパット２３を含む半導体素子２０と接触した状態のときに可動を一旦停止する。即ち、この一旦停止するタイミングは、例えば圧縮成形に最適な封止樹脂３０を選択しておき、上下金型２、３の加熱温度を一定に制御し、封止樹脂の溶融時間と半導体素子２０への接触する時間とを予め求めておいて一旦停止する時間を設定することは可能であり容易である。その後、図１(d)に示すように前述した動力源でそれぞれの押圧軸１０を押圧し、上金型２の上可動キャビティ６及び下金型３の下可動キャビティ９を所定の可動速度及び加圧力で更に微少可動させ圧縮成形する。即ち、この可動させるタイミングは、例えば圧縮成形に最適な封止樹脂３０を選択しておき、上下金型２、３の加熱温度を一定に制御しだ状態で、溶融した封止樹脂が最も低粘度で半導体素子２０、リードフレーム２２に応力が掛からない可動キャビティ６、９の可動速度である溶融した封止樹脂３０'の流動スピートを予め求めておいてタイマー等で更に可動させることは可能である。また、金型の可動部である可動キャビティ６、９を更に可動させつつ、半導体素子２０を溶融しつつ包囲させる第２段階で第１段階の溶融した封止樹脂３０'が、キャビティ凹部４(７)内に充満させてエアーベント１１またはダミーキャビティ凹部に流れ始めてきたときに、エアーベント１１またはダミーキャビティ凹部の少なくともいずれか一つに埋設されている感知センサ１３などで検知して最終的に所定の加圧力が掛かるように制御することが好ましい。または、この手段の変形例として、溶融した封止樹脂自身の溶融した液状から加熱により硬化し固体化し始めるするときの体積膨張力を検知するキャビティ凹部４(７)のいずれか一つの側壁５、８に埋設されている体積膨張検知センサ１２で検知して所定の加圧力が掛かるように制御してもよい。
【００１７】
そして、図１(d)に示す状態を所定時間維持させ封止樹脂を完全硬化後、図(e)に示すように下金型３を下降させるに追随して上可動キャビティ６を下降可動させつつ、成形された樹脂封止パッケージ４０を下金型３に載置した状態で型開きさせた後に、ノックアウト機構を兼ねる下可動キャビティ９を上昇可動して下金型３より樹脂封止パッケージ４０をノックアウトして成形型１より取り出す。そして図２に示すようにダイパット２３を含む半導体素子２０及び接続ワイヤ２１が配設された構成のリードフレーム２２を圧縮成形した樹脂封止パッケージの半導体装置を得る。その後、図１(a)に示すような成形型１の状態に戻し他の樹脂封止パッケージを圧縮成形開始できるようにして完了する。
【００１８】
上述した本願発明の第１の実施例である半導体装置の製造方法では、キャビティ凹部内の封止樹脂の流動距離を少なくし、溶融した封止樹脂を半導体素子と接触した状態に保持するように金型の可動部の動さを一旦停止させ、その後、金型の可動部を更に可動させて圧縮成形する。即ち、第１及び第２段階とに分け、第１段階で可動部を一旦停止して溶融した封止樹脂の流動スピードを抑制し、第２段階で金型の可動部を更に可動させキャビティ凹部内に溶融した封止樹脂を充満させると共にパッケージ全体を外部より両圧均等に圧縮成形することにより、特に、図２に示すリードフレームの表裏に分けた構造の樹脂封止パッケージ、例えば、通常のＤＩＰ型、ＳＯＰ型、ＱＦＰ型などの半導体装置用パッケージと同様の厚さ（１〜４ｍｍ）で、且つリードフレームの端子間隔が狭く(ファインピッチ)溶融した封止樹脂が流動しにくいパッケージの成形に好適であり、半導体素子及び接続ワイヤなどが搭載されたリードフレームへの実質的な成形圧力の影響が低減し、この樹脂封止パッケージの耐湿性能や機械的強度性能等についての信頼性は優れたものとなる。また、樹脂封止時にリードフレームに変形が生じたり、また、半導体素子とリードフレームとの電気的接続部位(例えば、ＴＡＢ接続、或いはワイヤ接続)に負荷が印加されることを防止でき、半導体素子とリードフレームとの接続が切断されることを防止することができる。
【００１９】
また、第２段階で押圧された封止樹脂３０の余分な樹脂は、キャビティ凹部内のエアーや封止樹脂に含有するエアーなどを巻き込みつつ追い出しながら、図示省略のランナー或いはスルーゲートなどを通じてダミーキャビティ凹部で受け留められる。また、成形型１のキャビティ凹部内に存在したエアーも第２段階で圧縮された封止樹脂３０で押されてエアーベト１１より金型外部へ逃がす。これらのエアーベント１１とダミーキャビティ凹部に余分な樹脂が流すことによって、キャビティ凹部内のエアーや封止樹脂に含有するエアーを完全に抜くことにより、樹脂封止パケージ４０でのボイド、ピンホール、未充填などの発生を防止することができる。尚、このダミーキャビティ凹部を備えることで封止樹脂の供給精度、チップ厚さ及び組み立ての厚み精度(例えば、特に接着剤などが影響)により樹脂封止パッケージ４０の厚さが変動するのを吸収でき、また、図示省略するがダミーキャビティ凹部に真空排気機構を備えて強制的に吸引することによりキャビティ凹部内に存在したエアーを排出でき、樹脂封止パケージ４０でのボイド、ピンホール、未充填の発生を防止できより効果的である。
【００２０】
続いて、本発明の第２の実施例である圧縮成形法による樹脂封止パッケージの半導体装置の製造方法を説明する。図３(a)(b)(c)(d)(e)は本発明の第２の実施例の圧縮成形法の成形型による樹脂封止パッケージの半導体装置の製造方法を示し、図４は図３の製造方法にて圧縮成形した樹脂封止パッケージの半導体装置を示している。尚、図３において図１に示した第１の実施例に係る半導体装置及び成形型と同一構成については同一符号を附してその説明をする。
先ず、図２(a)(b)(c)(d)(e)を用いて本発明の第２実施例である半導体装置の製造方法について説明する。
【００２１】
図４に示すような樹脂封止パッケージの半導体装置に係る製造方法の発明に用いる圧縮成形用成形型１(以下成形型１と称す)の構成を説明する。この成形型１は上金型２’と下金型３とから構成されていることは前述した第１の実施例と基本的に同じである。但し上金型２’は、キャビティ凹部を有しない平坦状のものである。従って、上金型２’の形状は極めて簡単な形状とされており、安価に製造することができる。一方、下金型３の下キャビティ凹部７は底部７aを構成し、側壁８の内面に沿って上下方向にそれぞれ独立して可動できる可動部である下可動キャビティ９と側壁８とで構成され、この下可動キャビティ９と側壁８は、夫々図示しない昇降機構付きの動力源により矢印Ｚ１、Ｚ２方向にそれぞれ独立して可動可能な構成とされている。また、これらの可動キャビティ９は可動速度調整機構付き(図示省略)の電動モータ、油圧、圧縮空気などの昇降機構付きの動力源により駆動される押圧軸１０に連結されている。つまり、可動キャビティ９は、半導体素子２０に対面する任意の位置で停止でき、且つ溶融した封止樹脂がキャビティ凹部７に充満したときに任意の可動速度及び加圧力にすることができるようになっている。更に、可動キャビティ９は、圧縮成形した樹脂封止パッケージ４０をノックアウトして成形型１より取り出すノックアウト機構を兼ね備えている。
尚、半導体素子２０に対面する任意の位置とは、配線基板２４及び回路配線２５と接する反対側の半導体素子２０の表面と下可動キャビティ９との間の間隔をいう。
【００２２】
上金型２’と下金型３とが可動(通常は上金型２’は固定され可動せず、下金型３が上下に可動する)して型締めされたときに接触するパーティング面には、図示省略するがその一例として、キャビティ凹部７を取り囲み、このキャビティ凹部７に通じる外側にダミーキャビティ凹部とが形成されている。また、同様にパーティング面には、その一例として、キャビティ凹部７内のエアーや封止樹脂に含有するエアーを抜き、成形された樹脂封止パケージ４０でのボイド、ピンホール、樹脂欠けなどの発生を防止する役目をするキャビティ凹部７に通じるエアーベント１１も設けられている。
【００２３】
このダミーキャビティ凹部またはエアーベント１１の少なくともいずれか一つには、溶融した封止樹脂３０’が流れ始めてきたときに感知する感知センサ１３が埋設されている。または、この変形例として下金型３のキャビテイ凹部７を構成している少なくともいずれか一つの側壁８には、封止樹脂自身の溶融した液状から加熱により硬化するときの体積膨張力を検知する体積膨張検知センサ１２が埋設されている構成であってもよい。
【００２４】
次に、このような構成の成形型１を用いて回路配線２５と半導体素子２０とを接続する接続ワイヤ２１が配設された構成の配線基板２４を封止樹脂３０で封止する方法を説明する。先ず、図３(a)に示すように所定の温度に加熱された上下金型２’、３を型開きし、下金型３のパーティン面上に、半導体素子２０及び接続ワイヤ２１が配設された構成の回路配線２５を含む可撓性基材(エポキシ等)の配線基板２４を載置して、半導体素子２０及び接続ワイヤ２１側をキャビティ凹部７内に収容する。この際、配線基板２４の側縁はダミーキャビティ凹部に掛からないように配置する。尚、この半導体素子２０などを含む配線基板２４を載置するに際して、先にキャビテイ凹部７の平面形状の大きさより小さく所定量の固形状(或いはタブレット状)のシート形状の封止樹脂３０(エポキシ樹脂など)を下キャビティ凹部７の底部７a上に載置しておく。
【００２５】
その後、図３(b)に示すように半導体素子２０及び接続ワイヤ２１が配設された配線基板２４及び封止樹脂３０を載置した状態で下金型２(下側壁８と下可動キャビティ９と位置関係は同じのまま)を上昇させ、上金型２’と下金型２とに所定の圧力を加えて、溶融した封止樹脂３０’が漏れないように型締め(回路配線２５を含む配線基板２４の表裏の両面をクランプする)する。
【００２６】
そして図３(c)に示すように、型締め以後、先ず第１段階で可動部である下可動キャビティ９を可動させて溶融した封止樹脂３０'がを接続ワイヤ２１を含む半導体素子２０と接触した状態のときに可動を一旦停止する。即ち、この一旦停止するタイミングは、例えば圧縮成形に最適な封止樹脂３０を選択しておき、上下金型２’、３の加熱温度を一定に制御し、封止樹脂の溶融時間と半導体素子２０への接触接触する時間とを予め求めておいて、一旦停止する時間を設定することは可能であり容易である。その後、図３(d)に示すように前述した動力源でそれぞれの押圧軸１０を押圧し、下金型３の下可動キャビティ９を所定の可動速度及び加圧力で更に微少可動させ圧縮成形する。即ち、この可動させるタイミングは、例えば圧縮成形に最適な封止樹脂３０を選択しておき、上下金型２、３の加熱温度を一定に制御しだ状態で、溶融した封止樹脂が最も低粘度で半導体素子２０、リードフレーム２２に応力が掛からない可動キャビティ９の可動速度である溶融した封止樹脂３０'の流動スピートを予め求めておいてタイマー等で更に可動させることは可能である。また、金型の可動部である可動キャビティ９を更に可動させつつ、半導体素子２０を溶融しつつ包囲させる第２段階で第１段階の溶融した封止樹脂３０'が、キャビティ凹部７内に充満させてエアーベント１１またはダミーキャビティ凹部に流れ始めてきたときに、エアーベント１１またはダミーキャビティ凹部の少なくともいずれか一つに埋設されている感知センサ１３などで検知して最終的に所定の加圧力が掛かるように制御することが好ましい。または、この手段の変形例として、溶融した封止樹脂自身の溶融した液状から加熱により硬化し固体化し始めるするときの体積膨張力を検知するキャビティ凹部７のいずれか一つの側壁８に埋設されている体積膨張検知センサ１２で検知して所定の加圧力が掛かるように制御してもよい。
【００２７】
そのて、図３(d)に示す状態を所定時間維持させ封止樹脂を完全硬化後、図３(e)に示すように下金型３の下側壁８と下可動キャビティ９とを同じに下降可動させ、成形された樹脂封止パッケージ４０を下金型３に載置した状態で型開きさせた後に、ノックアウト機構を兼ねる下可動キャビティ９を上昇可動させて下金型３より樹脂封止パッケージ４０をノックアウトして成形型１より取り出す。そして図４に示すように半導体素子２０及び接続ワイヤ２１が配設された回路配線２５を含む配線基板２４を圧縮成形した樹脂封止パッケージの半導体装置を得る。その後、図３(a)に示すような成形型１の状態に戻し他の樹脂封止パッケーシを圧縮成形開始できるようにして完了する。
【００２８】
上述した本願発明の第２の実施例である図４に示す半導体装置の製造方法では、キャビティ凹部内の封止樹脂の流動距離を少なくし、溶融した封止樹脂を半導体素子と接触した状態に保持するように金型の可動部の動さを一旦停止させ、その後、金型の可動部を更に可動させて圧縮成形する。即ち、第１及び第２段階とに分け、第１段階で可動部を一旦停止して溶融した封止樹脂の流動スピードを抑制し、第２段階で金型の可動部を更に可動させキャビティ凹部内に溶融した封止樹脂を充満させると共にパッケージ全体を外部より両圧均等に圧縮成形することにより、特に、図４に示すような、配線基板２４或いはテープキャリア(図示省略)などに接続された半導体素子２０の大きさとほぼ同じ大きさの半導体パッケージ、例えばＣＳＰ（チップサイズパッケージ）などに好適であり、半導体素子２０及び接続ワイヤ２１などが搭載された配線基板２４への実質的な成形圧力の影響が低減し、この樹脂封止パッケージ４０の耐湿性能や機械的強度性能等についての信頼性は優れたものとなる。また、樹脂封止時に薄い配線基板に変形が生じたり、また、半導体素子２０と回路配線２５との電気的接続部位(例えば、ＴＡＢ接続、或いはワイヤ接続)に負荷が印加されることを防止でき、半導体素子２０と回路配線２５(リード含む)との接続が切断されることを防止することができる。尚、図４では一つの半導体素子２０及び接続ワイヤ２１が配設された配線基板２４で構成した半導体装置の製造方法を説明したが、例えば、図示省略するがマトリックス状に配列され複数の半導体素子が配設された配線基板で構成した半導体装置、または、マトリックス状に配列された複数の配線基板を一つのパッケージとして成形した後、個別にダイシング切断方式に個別化する半導体装置であっても何らさしつかえなく製造することができる。
【００２９】
また、第２段階で押圧された封止樹脂３０の余分な樹脂は、キャビティ凹部内のエアーや封止樹脂に含有するエアーなどを巻き込みつつ追い出しながら、図示省略のランナー或いはスルーゲートなどを通じてダミーキャビティ凹部で受け留められる。また、成形型１のキャビティ内に存在したエアーも第２段階で圧縮された封止樹脂３０で押されてエアーベト１１より金型外部へ逃がす。これらのエアーベント１１でエアを外部に逃がし、且つダミーキャビティ凹部に余分な樹脂が流すことによって、キャビティ凹部内のエアーや封止樹脂に含有するエアーを完全に抜くことにより、樹脂封止パケージ４０でのボイド(巣)、ピンホール、樹脂の未充填、樹脂欠けなどの発生を防止でき、エアーベント１１に真空排気機構を備えて発生防止を行うことも第１の実施例と同様にできる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の半導体装置の製造方法は、圧縮成形法の成形型を用いて樹脂封止パッケージを形成する半導体装置の製造方法において、キャビティ凹部内の封止樹脂の流動距離を少なくし、溶融した封止樹脂を半導体素子と接触した状態に保持するように金型の可動部の動さを一旦停止させ、その後、金型の可動部を更に可動させて圧縮成形する。即ち、第１及び第２段階とに分け、第１段階で可動部を一旦停止して溶融した封止樹脂の流動スピードを抑制し、第２段階で金型の可動部を更に可動させキャビティ凹部内に溶融した封止樹脂を充満させると共にパッケージ全体を外部より加圧圧縮して成形することにより、樹脂封止パッケージ自身が高密度成形化ができ、且つ、半導体素子及び接続ワイヤなどが搭載されたリードフレームや配線基板等への実質的な成形圧力の影響が低減でるので、樹脂封止パッケージの耐湿性能や機械的強度性能等の信頼性に優れた半導体素子が得られると共に、
１）樹脂封止パッケージの形成時において、リードフレーム、配線基板などに変形が生じたり、半導体素子とリードフレーム、配線基板との接続位置で接続ワイヤや回路配線の断線、接続ワイヤによる回路配線のショート、接続ワイヤ流れなどが発生することが確実に防止できる。
２）半導体装置の形状を半導体素子(チップ)に極力近づけることにより小型・薄型化を図った、いわゆるチッブサイズパッケージ構造でも、半導体素子、接続ワイヤ、リードフレーム、配線基板基板とパッケージの外形サイズとの隙間が小さい箇所にも封止樹脂が充填され、樹脂の流れ不足によるボイド、未充填、ピンホールなどの成形不良の発生がなく、耐湿特性などの信頼性の高い半導体装置が提供できる。
３）封止樹脂自身の材料に関し、トランスファーモールドの場合のようにランナー、ゲートなどを流動するためのスパイラルフローの長い距離特性などに制約を受けないので、本発明は封止樹脂がキャビティ凹部内のみに流動するため成形材料としての選択の巾が広くなり、且つ材料効率も向上する。
【００３１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施例の圧縮成形法の成形型による樹脂封止パッケージの半導体装置の製造方法の要部断面図である。
【図２】本発明の図１の製造方法にて圧縮成形した樹脂封止パッケージの半導体装置。
【図３】本発明の第２の実施例の圧縮成形法の成形型による樹脂封止パッケージの半導体装置の製造方法の要部断面図である。
【図４】本発明の図３の製造方法にて圧縮成形した樹脂封止パッケージの半導体装置。
【図５】従来技術の圧縮成形法の成形型による樹脂封止パッケージの半導体装置の製造方法の要部断面図である。(特許文献２)
【符号の説明】
１ 成形型
２ 上金型
２’ 上金型(平坦状)
３ 下金型
４ 上キャビティ凹部
５ 上側壁
６ 上可動キャビティ(可動部)
７ 下キャビティ凹部
８ 下側壁
９ 下可動キャビティ(可動部)
１０ 押圧軸
１１ エアーベント
１２ 体積膨張検知センサ
１３ 感知センサ
２０ 半導体素子
２１ 接続ワイヤ
２２ リードフレーム
２３ ダイパット
２４ 配線基板
２５ 回路配線
２６ バンプ
３０ 封止樹脂
３０’溶融封止樹脂
４０ 樹脂封止パッケージ
Claims (8)
- 半導体素子及び接続ワイヤが配設されたリードフレームを対向する２つの金型のパーティング面に狭持し、前記半導体素子と対向する側の前記金型の可動部に載置した樹脂封止にて圧縮成形法により前記リードフレームを樹脂封止する半導体装置の製造方法にあって、
前記半導体素子と対向する側の前記金型の可動部に載置された前記封止樹脂を溶融させ、当該溶融した封止樹脂を前記半導体素子と接触した状態に保持するように前記金型の可動部の動さを一旦停止させ、その後、当該金型の可動部を更に可動させて圧縮成形することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 少なくとも可撓性基材に半導体素子及び接続リードが配設された配線基板を対向する２つの金型のパーティング面に狭持し、前記半導体素子と対向する側の前記金型の可動部に載置した樹脂封止にて圧縮成形法により前記配線基板を樹脂封止する半導体装置の製造方法にあって、
前記半導体素子と対向する側の前記金型の可動部に載置された前記封止樹脂を溶融させ、当該溶融した封止樹脂を前記半導体素子と接触した状態に保持するように前記金型の可動部の動さを一旦停止させ、その後、当該金型の可動部を更に可動させて圧縮成形することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記金型の可動部の動さを一旦停止させ、その後、当該金型の可動部を更に可動させつつ前記溶融した封止樹脂がキャビティ凹部内に充満させてエアーベントまたはダミーキャビティ凹部に流れ始めてきたたときを検知し加圧力が加わるかるよう制御して圧縮成形することを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
- 前記溶融した封止樹脂が前記リードフレームや前記配線基板を覆い、且つ余分な溶融封止樹脂が前記キャビティ凹部に通じるダミーキャビティ凹部にて吸収しながら圧縮成形することを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
- 前記封止樹脂は、前記成形型のキャビティ凹部の平面形状の大きさより小さいく且つ固形状のシート形状を用いて、圧縮成形することを特徴する請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
- 前記２つの金型のいずれかのパーティング面にキャビティ凹部に通じるエアーベントを備えて、圧縮成形することを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
- 前記可動部の可動速度は、可動速度調整機構を備えて、圧縮成形することを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
- 前記可動部は、圧縮成形後の樹脂封止パッケージをノックアウト機構を兼ね備えて、圧縮成形することを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
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