JP2010149423A - トランスファーモールド金型及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂充填速度を制御することのできる樹脂溜まり部を備えたトランスファーモールド金型、及び、その金型を用いて、良好な樹脂封止をおこなうための樹脂封止型半導体装置の製造方法を提供する。

【解決手段】本発明によるトランスファーモールド金型は、ランナ部に可動式ゲートと可動式ゲートに近接設置された樹脂溜まり部とを設けている。また、本発明による樹脂封止型半導体装置の製造方法は、このトランスファーモールド金型において、末端キャビティに樹脂が充填される際に、可動式ゲートを開き、樹脂溜まりに樹脂を充填させ、末端キャビティ内の樹脂の充填速度を制御することを可能とする。

【選択図】図１

Description

本発明は、トランスファーモールド金型及び半導体装置の製造方法、特に樹脂溜まり部を備えたトランスファーモールド金型及びその金型を用いた樹脂封止型半導体装置の製造方法に関する。

従来の樹脂封止型半導体装置の製造においては、トランスファーモールド金型に樹脂溜まり部を設けて良好な樹脂封止する構成にしている。例えば、特許文献１及び特許文献２を参照。

特開平０３−０７１８１７号公報 特開平０８−１９７５７０号公報

従来のトランスファーモールド金型では、上記特許文献１のように、カルに直結した樹脂溜まり部を設け、投入樹脂量が変動しても、全体の樹脂圧が変動しないように制御していた。また、上記特許文献2のように、金型のキャビティ外方でランナ端末部に接続された樹脂溜まりを設け、樹脂流動性を調整していた。
しかしながら、充填速度を制御する機能を十分に有していないので、モールド金型の末端キャビティにおいて、樹脂充填時は加速度的に充填速度が上がり、これがワイヤ流れ、ワイヤ変形の発生、キャビティ内の空気排出不足等による未充填が発生するという欠点があった。さらに、金型においては、キャビティ外方を使用するので、モールド金型構造が大きくなってしまい、細いゲートがあるため離型時にゲートが割れ、樹脂溜まり部の樹脂が金型内に残ってしまう欠点があった。これらを解決し、半導体装置の品質を向上させなければならないという問題点がある。

本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、樹脂充填速度を制御することのできる樹脂溜まり部を備えたトランスファーモールド金型を提供することを目的とするものである。さらにまた、その金型を用いて、良好な樹脂封止をおこなうための樹脂封止型半導体装置の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明によるトランスファーモールド金型は、ランナ部と、該ランナ部に接続されたキャビティとを有し、前記ランナ部を通じて前記キャビティに樹脂を充填するトランスファーモールド金型において、前記ランナ部に樹脂注入孔を介して樹脂溜まり部を設け、前記樹脂注入孔を開閉して前記樹脂溜まり部に充填される樹脂を制御するように構築されたことを特徴とする。
また、ポット部と、該ポット部に接続されたランナ部と、該ランナ部に接続され且つ前記ランナ部の延伸方向に互いに離間して配置された複数のキャビティとを有し、前記ポット部から前記ランナ部を通じて前記キャビティに樹脂を充填するトランスファーモールド金型において、前記ランナ部に樹脂注入孔を介して樹脂溜まり部を設け、前記樹脂注入孔を開閉して前記樹脂溜まり部に充填される樹脂を制御し、前記ポット部に近い側に配置された前記キャビティに樹脂を充填するときには第１の速度で前記樹脂溜まり部に樹脂を充填し、前記ポット部から離間された側に配置されたキャビティに樹脂を充填する時には前記第１の速度よりも大きい第２の速度で前記樹脂溜まり部に樹脂を充填するように、又は前記ポット部に近い側に配置された前記キャビティに樹脂を充填するときには前記樹脂溜まり部に樹脂を充填せず、前記ポット部から離間された側に配置されたキャビティに樹脂を充填するときには前記樹脂溜まり部に樹脂を充填するように、構築されたことを特徴とする。

また、本発明による樹脂封止型半導体装置の製造方法は、ランナ部と、該ランナ部に接続されたキャビティ及び樹脂溜まり部とを有するトランスファーモールド金型を用い、前記キャビティに樹脂を充填する際に、前記樹脂溜まり部に樹脂を充填させ、前記キャビティに充填される樹脂の充填速度を制御することを特徴とする。
また、ポット部と、該ポット部に接続されたランナ部と、該ランナ部に接続され且つ前記ランナ部の延伸方向に互いに離間して配置された複数のキャビティと、前記ランナ部に接続された樹脂溜まり部とを有するトランスファーモールド金型を用い、前記ポット部に近い側に配置された前記キャビティに樹脂を充填するときには第１の速度で前記樹脂溜まり部に樹脂を充填し、前記ポット部から離間された側に配置されたキャビティに樹脂を充填する時には前記第１の速度よりも大きい第２の速度で前記樹脂溜まり部に樹脂を充填するように、又は前記ポット部に近い側に配置された前記キャビティに樹脂を充填するときには前記樹脂溜まり部に樹脂を充填せず、前記ポット部から離間された側に配置されたキャビティに樹脂を充填するときには前記樹脂溜まり部に樹脂を充填するようにして、前記キャビティに充填される樹脂の充填速度をコントロールすることを特徴とする。

本発明を用いることによって、樹脂溜まり部をランナに設けるので、金型寸法を大きくすることなく対応可能である。また、末端キャビティへ樹脂充填が始まると同時に樹脂溜まり部への樹脂を充填させることによって、圧力が分散され、末端キャビティの樹脂充填速度を制御することが可能である。

以下、本発明の第１の実施形態として、図に基づいて説明をする。

図５、図６は、一般的な樹脂封止型半導体装置の一例であり、リードフレームの状態と個々の状態を示す。チップ搭載部１とリード端子２が設けられた銅合金材料からなるリードフレーム３を用いて、このチップ搭載部１の一方の主面には単数から複数のチップ搭載領域が設けられており、チップ搭載領域にはダイボンダ装置等により、ICチップ４がはんだ等の接着材５で固着されている。また、ICチップ４の他、トランジスタチップ、抵抗部品等が単独または複合的に搭載される場合もある。図においてはチップ一つの状態を示している。そして、ワイヤボンダ装置等により、リード端子２とICチップ４がそれぞれ金ワイヤ６で電気的に接続されている。また、金ワイヤ６の他、アルミワイヤ、銅ワイヤ、銅板等の接続部材が使用される場合もある。さらに、この状態でリードフレームを本発明のトランスファーモールド金型にセットして、モールド樹脂封止をおこない、リード端子２の一部を残し、これら全体がモールド樹脂７で覆われている。その後、リードフレーム３の不要部分を切断除去して、個々の樹脂封止型半導体装置８として製造完成される。
以上は、当業者にとって、自明の事項である。

次に、樹脂封止型半導体装置８において、モールド樹脂７で覆う方法として、トランスファーモールド金型の構成について説明する。トランスファーモールド金型は移送成形金型と言われ、一回の成形で取り個数が大きく、ポット、プランジャが通常一式の物をシングルプランジャ構造またはコンベンショナル構造のトランスファーモールド金型とも言われている。

図７は一般的なコンベンショナル構造のトランスファーモールド金型の断面図を示す。樹脂成形を行う上下一対の金型に半導体チップ等が搭載されたリードフレーム３を挟持し、上金型１１にて上下方向に貫通したモールド樹脂投入用のポット１２を一箇所設けて、モールド樹脂７の材料として固形化した樹脂タブレット１３を流動しやすいようにあらかじめ加熱した状態で投入する。上下金型はヒーター等で所定の温度例えば１８５度に加熱保持されている。加圧移送するプランジャ１４により、上金型１１のポット１２に対向する位置の下金型１５に設けたカル１６に樹脂タブレット１３を押し付け溶解させる。

また、図８は一般的なコンベンショナル構造のトランスファーモールド金型の下金型の平面図を示す。カル１６から引き出された樹脂が流動する溝であるランナ１７に溶解した樹脂を流し、ランナ１７に沿って配置され、上金型１１と下金型１５の合わせ面の凹空間で構成される複数のキャビティ１８へ、樹脂を流していく。ポット１２、カル１６に近い側のキャビティ１８から樹脂注入孔であるゲート１９を介して、順次、樹脂が充填される。最後にランナ末端１７Aにある、末端キャビティ１８Aへ樹脂が充填され、全キャビティの樹脂充填が完了し、加圧保持を行い、その後、上下金型を開き、チップ、ワイヤ、リードフレームの一部がモールド樹脂７で覆われ、樹脂成形されたリードフレーム３をランナ、カルの樹脂ごと、金型より取り出す。樹脂は例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂を使用する。
以上も、当業者にとって、自明の事項である。

次に、図９は、トランスファーモールド金型において、ランナ１７を流れた流動樹脂１３Aがキャビティ１８へ充填される様子を説明する図を示す。図８にてランナ１７が複数配置され、ひとつのランナ１７に多数のキャビティ１８がさらに配置されている。それを拡大したものである。ランナ１７のポット側のキャビティ１から他方端側のキャビティ５の末端方向へ向かって、キャビティ１８に順次、各ゲート１９を介して樹脂の充填が始まる。図９のＡ状態からＢ状態へと移行する。キャビティ１８内の残留空気は上下型合わせ面に設けられた、エアベント（図示せず）から外部へ排気している。ランナ１７内を流動する樹脂の充填速度はランナ末端１７Aに近づくほどキャビティ空間の体積が減っていくので、押し圧力が一定の場合、速度は上がっていく現象が発生する。また、多数のランナが配置されている場合、ポットから各ランナ末端部１７Ａへ樹脂が流れるそれぞれの距離が等しくなるように設定されているが、ランナ１７内の樹脂の流れる状況がランナ壁面に接しながら流れる抵抗、流れる樹脂の粘度変化等によって、各ランナにおいて末端のキャビティ１８Ａへ充填が始まる（到達する）時間に差が生じる。一番遅く充填されるキャビティに樹脂が流れ込む際に樹脂速度が急激に高まる現象が発生する。これらを最適にするために、成形条件、例えば、樹脂温度、金型温度、樹脂の充填圧力を最適化することになるが、汎用的なモールド装置においては、制御が不可能である。

図１０は、樹脂の充填速度とキャビティ番号の関係図を示す。順次、キャビティに樹脂が充填されるにしたがって樹脂の速度は徐々に増加するが、最終末端のキャビティ（キャビティ５）においては、ほとんどのキャビティに充填が終わり、空間体積が減少しているため、急激な樹脂の充填となり、樹脂の充填速度も急激に早くなることが発生する。ポット側のキャビティ（キャビティ１）と最終末端のキャビティ（キャビティ５）内の樹脂の流動に差が生じ、この影響として、空気抜け時間が確保できず、空気を巻き込み樹脂内に気泡として残ってしまう。また、金線ワイヤが押し倒され、ワイヤ流れ、ワイヤ変形による電気的なショート、リードフレームのチップ搭載部等の変形を発生させ、半導体装置の信頼性を低下させる。また、特性不良、気泡による外観不良となってしまう問題がある。この場合、本発明の金型構造により対処が可能となる。

同様に、図１は本発明におけるトランスファーモールド金型の下金型の平面図を示す。前述の一般的なコンベンショナル構造のトランスファーモールド金型と同様であり、違う点はランナ１７に樹脂溜まり部２１と可動式ゲート２２が追加して設けられていることである。樹脂溜まり部２１をランナ１７の途中、ここではカル近傍に二箇所設けており、さらに、樹脂溜まり部２１とランナ１７を接続する部分に可動式ゲート２２を設けている。

次に、図２は本発明の樹脂溜まり部２１と可動式ゲート２２の平面図であり、図３は同じく断面図を示す。

樹脂溜まり部２１はキャビティ構造と同様に上金型および下金型に掘り込み凹部を設けた形状とする。最終的に樹脂の充填が一番遅いキャビティと同容量の空間を設ければ足りる。また、平面形状は特に指定は無いが、この場合、加工の簡単な円形とする。

可動式ゲート２２は樹脂注入孔であるゲートと同様機能が有り、更に開閉ができるようにエアシリンダーにより直線的に駆動をさせる。キャビティ容量が大きい場合、任意量だけ段階的に動作させても良い。構造としては、トランスファーモールド金型で通常実施されているリードフレームのチップ搭載部を支持する可動ピン方式を使用する。また、充填初期には可動式ゲート２２は閉じており、樹脂溜まり部２１へは充填されない。可動式ゲート２２の動作タイミングは末端キャビティ１８Ａ近傍のランナ１７部に埋め込んだセンサによって、検知させる。末端キャビティ１８Ａ充填時に樹脂溜まり部にも同調充填させる。これにより可動式ゲート２２の動作を遅らせることにより、残りの充填量が少なくなり、同時に樹脂溜まり部２１に入る樹脂量も同等で、余計な樹脂使用（樹脂溜まりサイズ）を最小限に抑えることができる。樹脂溜まり部２１が最後に充填完了するようにし、樹脂充填完了時は可動式ゲート２２が全開になるように設定する。
また、ポットに近い側のキャビティ１８へ樹脂充填が開始された時に樹脂溜まり部２１に樹脂充填を第１の速度で充填を開始し、末端キャビティ１８Ａ充填する時には樹脂溜まり部２１に樹脂充填を第１の速度よりも大きい第2の速度で充填するようにしてもよい。

このように樹脂溜まり部２１へ樹脂を分岐させ充填されることによって、加圧力が分散され、末端キャビティ１８Ａの充填速度を容易に減速させることができる。（図４参照）また、樹脂溜まり部２１では充填時に樹脂の急速な充填が発生するが、ランナ部なので、製品影響は発生しない。また、可動式ゲート２２が全開になることにより、ランナ１７と樹脂溜まり部２１の連結強度を上げ、脱型時にランナ折れ、樹脂溜まり部の型残りを防止する。また、樹脂溜まり部２１を設ける場所はランナ１７に連結出来ればどこでも可能であるが、今回、カルに近いランナ部に設置したことにより、既存の金型での改造が可能であり、金型レイアウト上、センターブロックと呼ばれる中央部の空きスペースであるランナ部を有効に使える。

これらのことから、末端キャビティ１８Ａにおいて、樹脂充填速度の制御が可能となり、半導体装置の品質向上が対応できないという問題が解決できる。

また、本発明の第2の実施形態を図１１、図１２に示す。樹脂溜まり部をトランスファー金型の下型のみに設置し、可動ゲートをランナと樹脂溜まり部に接して設置をする構造である。この場合、下金型のみに加工設置すれば良く、上金型は平坦なままでよい。これによって、金型構造が簡単な構造にすることが可能である。加工部分が最小限ですむので、特に、現存する金型に追加改造を施す場合に有利である。

また、本発明の第3の実施形態としては、樹脂溜まり部、可動式ゲートをトランスファー金型の上金型のみに設置する場合も同様な効果を期待することができる。

さらに、本発明の第４の実施形態としては、検知センサを省略して、可動式ゲートの動作開始時をプランジャ１４の動作と連動させて設定する座標変位を用いることである。これにより、金型内へのセンサを設置せずにすむので、金型製造面で簡易な構造が可能であり、コストも削減することが可能である。この場合は、事前に樹脂成形をおこない、成形結果と変位量のデータを基に座標を設定する作業をする。

上記説明では、これら実施形態のトランスファーモールド金型にて製造される半導体装置の品質はいずれも同様である。

は本発明におけるトランスファーモールド金型の下金型の平面図である。 は本発明における樹脂溜まり部と可動式ゲートの平面図である。 は本発明における樹脂溜まり部と可動式ゲートの断面図である。 は本発明における樹脂の充填速度とキャビティ番号の関係図である。 は一般的な樹脂封止型半導体装置のリードフレームの状態図である。 は一般的な樹脂封止型半導体装置の個々の状態図である。 は一般的なトランスファーモールド金型の断面図である。 は一般的なトランスファーモールド金型の下金型の平面図である。 はモールド金型における樹脂充填の様子を説明する図である。 は従来技術による樹脂の充填速度とキャビティ番号の関係図である。 は本発明における第３の実施形態の樹脂溜まり部の平面図である。 は本発明における第３の実施形態の樹脂溜まり部の断面図である。

符号の説明

１、チップ搭載部
２、リード端子
３、リードフレーム
４、ICチップ
５、接着材
６、金ワイヤ
７、モールド樹脂
８、樹脂封止型半導体装置
１１、上金型
１２、ポット
１３、樹脂タブレット
１３Ａ、流動樹脂
１４、プランジャ
１５、下金型
１６、カル
１７、ランナ
１７A、ランナ末端
１８、キャビティ
１８A、末端キャビティ
１９、ゲート（樹脂充填孔）
２１、樹脂溜まり部
２２、可動式ゲート（樹脂充填孔）

Claims (4)

1. ランナ部と、該ランナ部に接続されたキャビティとを有し、前記ランナ部を通じて前記キャビティに樹脂を充填するトランスファーモールド金型において、
   前記ランナ部に樹脂注入孔を介して樹脂溜まり部を設け、前記樹脂注入孔を開閉して前記樹脂溜まり部に充填される樹脂を制御するように構築されたことを特徴とするトランスファーモールド金型。
   
2. ポット部と、該ポット部に接続されたランナ部と、該ランナ部に接続され且つ前記ランナ部の延伸方向に互いに離間して配置された複数のキャビティとを有し、前記ポット部から前記ランナ部を通じて前記キャビティに樹脂を充填するトランスファーモールド金型において、
   前記ランナ部に樹脂注入孔を介して樹脂溜まり部を設け、前記樹脂注入孔を開閉して前記樹脂溜まり部に充填される樹脂を制御し、前記ポット部に近い側に配置された前記キャビティに樹脂を充填するときには第１の速度で前記樹脂溜まり部に樹脂を充填し、前記ポット部から離間された側に配置されたキャビティに樹脂を充填する時には前記第１の速度よりも大きい第２の速度で前記樹脂溜まり部に樹脂を充填するように、又は前記ポット部に近い側に配置された前記キャビティに樹脂を充填するときには前記樹脂溜まり部に樹脂を充填せず、前記ポット部から離間された側に配置されたキャビティに樹脂を充填するときには前記樹脂溜まり部に樹脂を充填するように、構築されたことを特徴とするトランスファーモールド金型。
   
3. ランナ部と、該ランナ部に接続されたキャビティ及び樹脂溜まり部とを有するトランスファーモールド金型を用い、
   前記キャビティに樹脂を充填する際に、前記樹脂溜まり部に樹脂を充填させ、前記キャビティに充填される樹脂の充填速度を制御することを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。
   
4. ポット部と、該ポット部に接続されたランナ部と、該ランナ部に接続され且つ前記ランナ部の延伸方向に互いに離間して配置された複数のキャビティと、前記ランナ部に接続された樹脂溜まり部とを有するトランスファーモールド金型を用い、
   前記ポット部に近い側に配置された前記キャビティに樹脂を充填するときには第１の速度で前記樹脂溜まり部に樹脂を充填し、前記ポット部から離間された側に配置されたキャビティに樹脂を充填する時には前記第１の速度よりも大きい第２の速度で前記樹脂溜まり部に樹脂を充填するように、又は前記ポット部に近い側に配置された前記キャビティに樹脂を充填するときには前記樹脂溜まり部に樹脂を充填せず、前記ポット部から離間された側に配置されたキャビティに樹脂を充填するときには前記樹脂溜まり部に樹脂を充填するようにして、前記キャビティに充填される樹脂の充填速度をコントロールすることを特徴とする樹脂封止型半導体装置の製造方法。

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