JP2009152507A - 樹脂封止金型および半導体パッケージの樹脂封止成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂モールドする際のリードフレームおよび金属細線の変形、樹脂外郭体の外観不良を防止できる樹脂封止金型および半導体パッケージの樹脂封止成形方法を提供する。
【解決手段】下型4および上型1・中間型2の窪み2a,4aで形成されるキャビティ5内に溶融樹脂7を注入するゲート10は、半導体チップ12が内部に配置される上型1・中間型2の窪み2aの底面に開口される。下型4に、リードフレーム11を支持する位置と窪み4a内面あるいはその近傍の位置とにわたって出退する第一のピン14と、前記第一のピンの出退時にそれとは逆方向に窪み内面よりも外側面寄りの位置と窪み内面あるいはその近傍の位置とにわたって出退する１または複数の第二のピン15とが設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂封止金型および半導体パッケージの樹脂封止成形方法に関する。

半導体部品は、樹脂モールドによりパッケージ化されることが多い。たとえばリードフレームを用いた半導体部品の場合、リードフレームに搭載され電気的に接続された半導体チップを金型の上型と下型の各窪みで構成されるキャビティ内に入れるとともに、前記リードフレームを上型と下型との間に挟み、下型に形成されたゲート（注入口）を通じてキャビティ内に側方から溶融樹脂を注入することにより、半導体チップを封止しパッケージ外郭を形成している。

しかしこの樹脂モールド法では、樹脂の流れの抵抗となる半導体チップや金属細線が上型の窪みに存在しているため、またゲートは下型に配設されているため、溶融樹脂は下型の窪み側に早く流れ、半導体チップの浮き上がりによる樹脂外郭体からの露出や、金属細線の曲がりによる短絡などの問題を引き起こす。

近年、電子機器の薄型化、小型化に伴い、半導体部品や電子部品の軽薄多ピン化が進んでおり、半導体部品においても、半導体素子を搭載した樹脂基板、フィルム基板、セラミック基板、リードフレームなどに対して半導体素子を電気的に接続する金属細線の長尺化が必要になっていることから、上述の問題は深刻である。

これに対処するものとして、溶融樹脂に対する流量抵抗となる可動部材を下型の窪み内に設けることで、キャビティ内の溶融樹脂の流れを一様にする方法が提案されている（たとえば特許文献１）。他に、樹脂パッケージの中央となる位置にゲートを設けた金型を用いて溶融樹脂を流し込む樹脂モールド法もある（たとえば特許文献２）。
特開平８−２８８３２２公報 特開２００３−１７０４６５公報

しかしながら、特許文献１の方法では、パッケージの薄型化が進んだ場合やマトリックス化された場合に、可動部材であるフローコントロールピンの配置や制御が非常に困難であり、金属細線の長い場合の変形やキャビティ内に気泡が発生するだけでなく、フローコントロールピンの背面に流れ込む溶融樹脂が遅れ、完全に埋まるまでに硬化する。このようにフローコントロールピンの埋没が遅れると、成形された樹脂外郭体に段差が生じ、外観不良になる。

特許文献２に記載されたような、樹脂パッケージの中央となる位置のゲートから溶融樹脂を流し込む樹脂モールド法は、低背化、多ピン化の要求に応えるＢＧＡ（Ball Grid Array）のような片面樹脂成形では好結果が得られるが、ＱＦＰ（Quad Flat L-Leaded package of JEITA）のような両面樹脂成形では、溶融樹脂をゲートから流し込む際の注入圧力でインサート部のリードフレームの変形が起こり、金属細線の変形、短絡を招いていた。

本発明は、上記問題に鑑み、樹脂モールドする際のリードフレームおよび金属細線の変形、さらには樹脂外郭体の外観不良を防止できる樹脂封止金型および半導体パッケージの樹脂封止成形方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の樹脂封止金型は、互いに対向する窪みが形成された上下の金型を有しており、両窪みで形成されるキャビティ内にリードフレームに搭載された半導体チップを収容し、両窪みの周囲の金型対向面間に前記半導体チップの外方に延びた前記リードフレームを挟み込む樹脂封止金型において、前記半導体チップが内部に配置される一方の金型の窪みの底面に、前記キャビティ内に溶融樹脂を注入する１または複数のゲートが開口しており、他方の金型に、前記リードフレームを支持する位置と窪み内面あるいはその近傍の位置とにわたって出退する第一のピンと、前記第一のピンの出退時にそれとは逆方向に窪み内面よりも外側面寄りの位置と窪み内面あるいはその近傍の位置とにわたって出退する１または複数の第二のピンとが設けられていることを特徴とする。

上記の樹脂封止金型を用いて半導体パッケージの樹脂封止成形を行う際には、リードフレームに搭載された半導体チップを上下の金型の両窪みで形成されるキャビティ内に配置し、前記半導体チップの外方に延びた前記リードフレームを金型対向面間に挟み込むとともに、前記リードフレームを第一のピンで支持し、その状態で、前記キャビティ内にゲートを通じて溶融樹脂を注入し、溶融樹脂の注入完了後、硬化完了前に、前記第一のピンを窪み内面あるいはその近傍まで後退させるとともに、第二のピンを窪み内面あるいはその近傍まで進出させることを特徴とする。

上記各構成によれば、ゲートからの溶融樹脂の注入圧力に抗して、第一のピンによって、インサート部のリードフレームを所定の姿勢に保持し、変形を防止することができ、それにより、リードフレームと半導体チップとを電気的に接続する金属細線の変形も防止することができる。また、第一のピンが引き抜かれる際にキャビティの実質上の体積が増えるに伴い、第二のピンのピン穴に充填されていた樹脂がキャビティ内に押し出されるため、半導体パッケージの外郭が良好に形成される。第一のピンと第二のピンは樹脂硬化後の成形体を離型させるエジェクターピンとしても使用することができる。

第一のピンは、ゲートに対向する位置に配置されるのが好ましい。
半導体パッケージの外郭を良好に形成するうえでは、第一のピンの進出位置と後退位置とで規定される空隙量と、第二のピンの後退位置と進出位置とで規定される空隙量とが同等であることが好ましい。

本発明に係る樹脂封止金型および半導体パッケージの樹脂封止成形方法によれば、ゲートからの溶融樹脂の注入圧力に抗して、第一のピンによってリードフレームを所定の姿勢に保持できるため、リードフレーム自体の変形、金属細線の変形、短絡を防止することができ、ＱＦＰのような両面成形が可能になる。よって、金属細線の長尺化、狭幅線化が進む現状で、樹脂の流動抵抗による金属細線の変形、それによる金属細線どうしの接触によるショートを防止するべく、金属細線を複雑に引き回すことで短尺化することが不要になり、半導体パッケージの樹脂封止内部の構造を簡素化することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１〜図３は、本発明の一実施形態の樹脂封止金型（樹脂封止用成形金型）の概略構成およびそれを用いる半導体パッケージの樹脂封止成形方法を示す断面図である。

図１に示す樹脂封止金型は、トランスファーモールド成形金型の一部であって、窪み４ａを有する下型４と、窪み４ａに対向する窪み２ａを有する中間型２および上型１とを備えている。窪み２ａ及び窪み４ａで構成されるキャビティ５が、樹脂成形品の外形に対応する形状である。なお特許請求の範囲では中間型２と上型１とを併せて上金型と呼んでいる。

プランジャー６によって熱硬化性樹脂である溶融樹脂７が送り込まれるカル８は、下型４と中間型２とにわたって形成されており、カル８に連通するランナー９およびゲート１０は中間型２に形成されている。ゲート１０は、窪み２ａ（下向きに開放している）の底面中央に下向きに開口している。いわゆるトップゲートである。このゲート１０は、窪み２ａの底面からやや突出していても構わない。

ゲート１０に対向する窪み４ａの底面中央に同底面と交わる方向に出退自在なピン１４が設けられている。また窪み４ａの底面の各コーナー部近傍に、ピン１４と同一方向に出退自在なピン１５が設けられている。ピン１４（以下、中央ピン１４という）およびピン１５（以下、コーナーピン１５という）の出退は、図示を省略するが、カム駆動、シリンダー駆動（空圧、油圧）、モータ駆動、バネ駆動等を用いて行われる。

上記の樹脂封止金型を用いて半導体パッケージの樹脂封止成形を行う際には、図示したように、半導体チップ１２とリードフレーム１１とこれらを電気的に接続した金線１３との一体化物をセットする。つまり、半導体チップ１２と金線１３とが窪み２ａ内に位置するように、これらとリードフレーム１１のインサート部（ダイパッド部およびインナーリード部）とをキャビティ５に入れ、半導体チップ１２の外方に延びているリードフレーム１１のアウターリード部を下型４と中間型２との間に挟み込む。

このときには、中央ピン１４をリードフレーム１１に当接する位置に進出させて、リードフレーム１１を背面側から支持する。コーナーピン１５は、窪み４ａの底面よりも外側面寄りの位置に後退させてピン穴を露出させる。

この状態で、図２に示すように、キャビティ５内にゲート１０を通じて溶融樹脂７を注入して樹脂封止を行う。このようにすると、中央ピン１４がゲート１０からの溶融樹脂７の注入圧力に抗してインサート部のリードフレーム１１を所定の姿勢に保持するため、リードフレーム１１の下降変形を防止することができ、下降変形に起因する金線１３の変形も防止することができる。

溶融樹脂７の注入完了後、硬化前に、図３に示すように、中央ピン１４を窪み４ａの底面と面一あるいは底面よりもわずかに突出した位置、たとえば０.０２〜０.０６mmだけ突出する位置まで後退させる。それと同時に、コーナーピン１５を、窪み４ａの底面と面一あるいは底面よりもわずかに突出した位置、たとえば０.１mm以下だけ突出する位置に進出させる。

このようにすると、中央ピン１４が引き抜かれるに伴ってキャビティ５の実質上の体積が増えると同時に、コーナーピン１５のピン穴に充填されていた溶融樹脂７がキャビティ５内に押し出されるため、キャビティ５内に空隙が生じることがなく、溶融樹脂７の充填が維持される。

溶融樹脂７が硬化した後に、その樹脂成形品を離型する。その際には中央ピン１４とコーナーピン１５とをエジェクターピンとして使用することができる。
以上のようにして得られる成形品たる半導体パッケージは、上述のように、リードフレーム１１および金線１３の変形が防止されるため、このことに起因する短絡は防止される。またキャビティ５内に空隙なく溶融樹脂７が充填されるため、半導体チップ１２や金線１３の露出のない良好なパッケージ外郭形状となる。図４は、樹脂封止金型におけるゲート１０と中央ピン１４とコーナーピン１５の位置とパッケージ外郭形状とを示した模式図である。

パッケージ外郭形状をさらに良好にするためには、中央ピン１４の進出位置と後退位置とで規定される空隙量（つまり、中央ピン１４の出退に伴うキャビティ５（ピン穴を含む）の実質的な体積変化）と、コーナーピン１５の後退位置と進出位置とで規定される空隙量の総和（つまり、４本のコーナーピン１５の出退に伴うキャビティ５（ピン穴を含む）の実質的な体積変化）とが同等になるように、中央ピン１４、コーナーピン１５の本数および各時の位置を決めておく。上述の配置、本数に限らない。

図５に示すように、ゲート１０が、中間型２の窪み２ａ（上向きに開放している）の底面中央に上向きに開口するボトムゲートである場合は、対応する窪み１ａが形成される上型１に中央ピン１４，コーナーピン１５を設ける。

図６、図７に示すように、２個のゲート１０が窪み２ａに開口する場合は、各ゲート１０に対向（あるいはほぼ対向）するコーナーピン１５によってリードフレーム１１を支持する。中央ピン１４と残りのコーナーピン１５とは、キャビティ５の樹脂量の調整に利用する。
図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、溶融樹脂７の注入時の状態を示す。ゲート１０を通じてキャビティ５内に注入される溶融樹脂７の樹脂密度が高くなる領域のコーナーピン１５の進出量が大きく、その他のコーナーピン１５および中央ピン１４のピン穴に溶融樹脂７が充填されることが、溶融樹脂７の樹脂密度を均等にする効果をも発揮することがわかる。ここでは１個のゲート１０が窪み２ａの中央部でない位置に形成されている場合を図示しているが、他の樹脂封止金型でも、ゲート１０に対向（あるいはほぼ対向）する中央ピン１４，コーナーピン１５の進出量を大きくしてリードフレーム１１を支持するようにしているので、同様の効果が得られる。

本発明はＱＦＰのような両面樹脂封止成形品の製造に特に有用である。

本発明の一実施形態の樹脂封止金型およびそれを用いる半導体パッケージの製造方法の一工程を示す断面図 図１の樹脂封止金型を用いる半導体パッケージの製造方法の他の工程を示す断面図 図１の樹脂封止金型を用いる半導体パッケージの製造方法のさらに他の工程を示す断面図 図１の樹脂封止金型におけるゲートおよびピンの位置とパッケージ外郭形状とを示した模式図 本発明の他の実施形態の樹脂封止金型およびそれを用いる半導体パッケージの製造方法を示す断面図 本発明のさらに他の実施形態の樹脂封止金型およびそれを用いる半導体パッケージの製造方法を示す断面図 図６の樹脂封止金型におけるゲートおよびピンの位置とパッケージ外郭形状とを示した模式図 本発明のさらに他の実施形態の樹脂封止金型およびそれを用いる半導体パッケージの製造方法を示す断面図

符号の説明

１ 上型
1a 窪み
２ 中間型
2a 窪み
４ 下型
4a 窪み
５ キャビティ
７ 樹脂
10 ゲート
11 リードフレーム
12 半導体チップ
13 金線
14 ピン
15 ピン

Claims (5)

1. 互いに対向する窪みが形成された上下の金型を有しており、両窪みで形成されるキャビティ内にリードフレームに搭載された半導体チップを収容し、両窪みの周囲の金型対向面間に前記半導体チップの外方に延びた前記リードフレームを挟み込む樹脂封止金型において、
   前記半導体チップが内部に配置される一方の金型の窪みの底面に、前記キャビティ内に溶融樹脂を注入する１または複数のゲートが開口しており、他方の金型に、前記リードフレームを支持する位置と窪み内面あるいはその近傍の位置とにわたって出退する第一のピンと、前記第一のピンの出退時にそれとは逆方向に窪み内面よりも外側面寄りの位置と窪み内面あるいはその近傍の位置とにわたって出退する１または複数の第二のピンとが設けられていることを特徴とする樹脂封止金型。
2. 第一のピンは、ゲートに対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の樹脂封止金型。
3. 第一のピンの進出位置と後退位置とで規定される空隙量と、第二のピンの後退位置と進出位置とで規定される空隙量とが同等であることを特徴とする請求項１記載の樹脂封止金型。
4. 請求項１記載の樹脂封止金型を用いる半導体パッケージの樹脂封止成形方法であって、
   リードフレームに搭載された半導体チップを上下の金型の両窪みで形成されるキャビティ内に配置し、前記半導体チップの外方に延びた前記リードフレームを金型対向面間に挟み込むとともに、前記リードフレームを第一のピンで支持し、その状態で、前記キャビティ内にゲートを通じて溶融樹脂を注入し、溶融樹脂の注入完了後、硬化完了前に、前記第一のピンを窪み内面あるいはその近傍まで後退させるとともに、第二のピンを窪み内面あるいはその近傍まで進出させることを特徴とする半導体パッケージの樹脂封止成形方法。
5. 第一のピンの進出位置と後退位置とで規定される空隙量と、第二のピンの後退位置と進出位置とで規定される空隙量とが同等であることを特徴とする請求項４記載の半導体パッケージの樹脂封止成形方法。

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