JP2011014586A

JP2011014586A - 半導体装置の樹脂封止方法及び半導体装置の樹脂封止装置

Info

Publication number: JP2011014586A
Application number: JP2009154904A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kawada; 一男川田
Original assignee: Asahi Engineering Co Ltd Fukuoka
Current assignee: Asahi Engineering Co Ltd Fukuoka
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2011-01-20

Abstract

【課題】樹脂封止される電子部品の成形不良を減少できる樹脂封止方法を提供することにある。
【解決手段】半導体素子（５）及び接続ワイヤ（１２）が配設されたリードフレームまたはサブストレート（４）からなる半導体装置を、対向する２つの金型のパーティング面に狭持し、圧縮成形法により樹脂封止する半導体装置の樹脂封止方法であって、樹脂量のばらつきを吸収する目的及び供給時に樹脂がキャビティ内よりはみ出さないようにする目的で、樹脂供給時には押圧機構（１０，１１）により可動キャビティ装置（９）を後退させてキャビティ（７）内の空間を広げ、前記樹脂が溶融してから前記リードフレームまたはサブストレート（４）を樹脂に浸漬させ、型締めが終わって前記樹脂が硬化する前に前記押圧機構を前進させて正規のキャビティ寸法及び成形圧力の位置に戻して前記半導体装置を樹脂成形する、ことを特徴とする半導体装置の樹脂封止方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に、複数の薄型化したパッケージを均一な成形圧力でボイドやバブルを起こさないよう効率良く圧縮成形する樹脂封止方法に関する。

電子部品を圧縮成形方法により樹脂封止する場合、下型キャビティ内に離型フィルムを被覆した直後に成形用樹脂を供給して加熱溶融化し、次に金型を型締めして下型キャビティ内の溶融樹脂に基板に装着した電子部品を浸漬内包することにより、下型キャビティの形状に対応したパッケージを成形しているが、正確に樹脂の量を計量して供給しても複数のキャビティ内の成形圧力を均一にすることは困難である。特に、キャビティ容積が小さい半導体パッケージの場合は同量の誤差でも成形圧力の誤差は大きくなる。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、樹脂封止される電子部品の成形不良を減少できる樹脂封止方法を提供することにある。

本発明では、複数のキャビティ内の成形圧力を均一にするために、可動キャビティ装置を下降させて空間を広げ樹脂が入りやすいようにし、樹脂を充填・溶融させた後、充填・溶融された樹脂が硬化する前に、基板に装着した電子部品を浸漬して、可動キャビティ装置を正規の位置まで上昇して、成形する。これにより成形圧力の誤差を僅少にすることが可能となる。より詳細には、本発明は次の構成を備える。即ち、樹脂封止装置において、下側の面に半導体素子が搭載され前記下側の面が樹脂封止される電子部品において、下型キャビティ内の成形圧力を均等にするために、可動キャビティ押圧機構が設けられている。

本発明の一実施形態に係る半導体装置の樹脂封止方法は、
半導体素子（５）及び接続ワイヤ（１２）が配設されたリードフレームまたはサブストレート（４）からなる半導体装置を、対向する２つの金型のパーティング面に狭持し、圧縮成形法により樹脂封止する半導体装置の樹脂封止方法であって、
樹脂量のばらつきを吸収する目的及び供給時に樹脂がキャビティ内よりはみ出さないようにする目的で、樹脂供給時には押圧機構（１０，１１）により可動キャビティ装置（９）を後退させてキャビティ（７）内の空間を広げ、
前記樹脂が溶融してから型締めが終わって前記樹脂が硬化する前に前記押圧機構を前進させて正規のキャビティ寸法及び成形圧力の位置に戻して前記半導体装置を樹脂成形する、ことを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る半導体装置の樹脂封止装置は、
半導体素子（５）及び接続ワイヤ（１２）が配設されたリードフレームまたはサブストレート（４）からなる半導体装置を、対向する２つの金型のパーティング面に狭持し、圧縮成形法によりを樹脂封止する半導体装置の樹脂封止装置であって、
樹脂量のばらつきを吸収する目的、及び供給時に樹脂がキャビティ内よりはみ出さないようにする目的で、樹脂供給時には押圧機構（１０，１１）により可動キャビティ装置（９）を後退させてキャビティ（７）内の空間を広げ、前記樹脂が溶融してから型締めが終わって前記樹脂が硬化する前に前記押圧機構を前進させて正規のキャビティ寸法及び成形圧力の位置に戻して前記半導体装置を樹脂成形する、ことを特徴とする。

前記樹脂は、前記２つの金型のうち下金型に供給される。また、２つの金型によって複数の半導体装置を同時に樹脂成形することが可能である。

本発明に係る可動キャビティ押圧機構を作動させる方法を用いれば、ダミーキャビティを設けることなく樹脂量のバラツキによる成形圧力の誤差を僅少にすることが可能となり、安価に良好な成形品を得ることができる。

本発明による実施例の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の要部断面図である。図１の下金型２が上昇して型締めされた時の要部断面図である。型締め後可動キャビティ装置が上昇して規定の成形圧力で保持している時の要部断面図である。本発明の製造方法にて成形し、型開きした状態の半導体装置の要部断面図である。本発明の製造方法にて成形した半導体パッケージの断面図である。

以下、本発明に係る半導体装置の製造装置及び製造方法、より詳細には、可動キャビティ装置９を用いた、半導体装置の樹脂封止装置及び樹脂封止方法の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。本実施形態に係る樹脂封止装置及び樹脂封止方法は、例えば、電子素子又は電子部品が配置されたリードフレームやサブストレート（基板）の片面を樹脂封止して形成する半導体装置（半導体パッケージ）等の電子部品に使用される。以下の本実施の形態では、片面モールドされて形成される電子部品に用いられるリードフレームまたはサブストレート４を用いた樹脂封止方法について説明する。以下、リードフレームまたはサブストレート４を、説明の便宜上、単にリードフレーム４と称す。

図１乃至図４は、本発明の一実施形態に係る半導体装置（半導体パッケージ）の樹脂封止工程の各段階における樹脂封止装置の要部断面図である。

先ず、半導体装置（半導体パッケージ）を製造するための樹脂封止装置に用いられる圧縮成形用金型１(以下成形型１と称す)の構成を、図１を参照して説明する。この成形型１は、下金型２と上金型３とから構成されている。本実施形態では、上金型３は、キャビティ凹部を有しない平坦状のものであり、パーティング面としての上型面１４を有する。従って、上金型３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２は、パーティング面としての下型面１５を有するとともに、下型面１５の内側に側壁８によって区画されるキャビティ凹部７が形成されている。キャビティ凹部７には、側壁８に沿って可動キャビティ装置９がＺ１、Ｚ２方向（上下方向）に移動可能に挿入されており、この可動キャビティ装置９によってキャビティ凹部７の深さが調整される構成となっている。ここで、可動キャビティ装置９の上面は、キャビティ底面７ａを構成する。この可動キャビティ装置９は、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移動可能な構成とされている。具体的には、可動キャビティ装置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及び押圧軸用ブロック１１に連結されている。押圧軸用ブロック１１及び押圧軸１０が上記動力源により駆動されることによって、可動キャビティ装置９が上下方向に移動して、キャビティ凹部７の深さ、ひいては体積を変化させる。

つまり、可動キャビティ装置９は、半導体素子５に対面する任意の成形圧力が発生する位置で停止でき、且つ、溶融した封止樹脂がキャビティ凹部７に充満し半導体素子５が溶融した樹脂に浸漬したときに、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。尚、半導体素子５に対面する任意の位置とは、リードフレーム（またはサブストレート）４と接する反対側の半導体素子５の表面と可動キャビティ装置９の上面（キャビティ底面７ａ）との間の間隔が任意の間隔になる位置をいう（図５参照）。

また、可動キャビティ装置９は、所定の加圧力により所定の速度で移動させることができるようになっている。この加圧力及び速度は、各々任意に変更できる。一例として動力源に電動モータを使用する場合、電圧を上げることにより加圧力を増加し、パルス数の増減により速度を変化させることができる。

下金型２のキャビティ凹部７の表面には、樹脂１９を圧縮成形した際に該樹脂１９が、側壁８と可動キャビティ装置９の間隙から漏出するのを防止するために、離型フィルム１６を配設しておいても良い。離型フィルム１６は、可動キャビティ装置９に設けられた真空用通路１８による吸引によって、キャビティ凹部７の表面に保持される。

また、下金型２が上昇して型締めされたときに接触する上型面１４（パーティング面）には、キャビティ凹部７の周囲で上型面１４と下型面１５の間を密封して、キャビティ凹部７内を真空に保つためのシール材（Ｏリング）１３が設けられている。また、上金型３の上型面１４には真空用通路１７が開口しており、この真空用通路１７による吸引によって、リードフレーム４が上型面１４に保持されるようになっている。

次に、このような構成の成形型１を用いて、半導体素子５及び接続ワイヤ１２が配設された構成のリードフレーム４（樹脂成形前の半導体装置６）を樹脂１９で封止する方法を説明する。

先ず、図１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、可動キャビティ装置９を下金型２に対して下降させた状態（第１の位置）で、下金型２のキャビティ凹部７内に封止樹脂１９を供給するとともに、半導体素子５及び接続ワイヤ１２側がキャビティ凹部７に面するように、リードフレーム４（樹脂成形前の半導体装置６）を上型面１４上に載置する。このとき、リードフレーム４は、真空用通路１７による吸引によって上型面１４上に保持される。

キャビティ凹部７内の封止樹脂１９が溶融した後、図２に示すように封止樹脂１９が溶融した状態で、下金型２において側壁８と可動キャビティ装置９との位置関係（第１の位置）は維持したまま、下金型２全体を上昇させ、型締めして下金型２と上金型３とに所定の圧力を加える。これにより、接続ワイヤ１２を含むリードフレーム４の表裏の両面を上型面１４及び下型面１５によってクランプする。

図５は、可動キャビティ装置９が第１の位置で型締めした段階（図２）における半導体パッケージ６（完成品）とキャビティ底面７ａとの間隔を説明するための図である。実際には、リードフレーム４とキャビティ底面７ａとの間は樹脂１９で満たされているが、図示省略している。また、図中、破線は、半導体パッケージ完成時の樹脂１９の状態を示す。図２の段階における可動キャビティ装置９の位置（下金型２における可動キャビティ装置９の位置：第１の位置）は、キャビティ底面７ａとサブストレート４との間隔が、図５に示すように、完成時に要求される半導体パッケージ６の厚さによって決定される樹脂封止層１９の厚さ（Ｘ）よりやや広い第１の間隔（Ｙ）となるように、決定される。本実施形態では、後述するように、先ず、キャビティ底面７ａと半導体素子５の上面との間隔を第１間隔Ｙ（＞Ｘ）に設定し、型締め後かつ樹脂硬化前に、キャビティ底面７ａと半導体素子５の上面との間隔を第２間隔Ｘまで縮小する（可動キャビティ装置９を第１間隔に対応する位置（第２の位置）まで上昇させる）ことにより、樹脂封止層１９の厚さを完成品の厚さとする。

そして、図３に示すように、型締め後、先ず第１段階で、可動キャビティ装置９を所定の可動速度及び加圧力で上昇させて、溶融した封止樹脂１９をキャビティ内に充満させて圧縮成形する。

その後、第２段階として、図３に示す状態を所定時間維持させ封止樹脂１９を完全硬化後、図４に示すように、下金型２を下降移動させ、成形された半導体装置（半導体素子パッケージ）６を上金型３に載置した状態で型開きさせた後に、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５及び接続ワイヤ１２が配設されたリードフレーム４を樹脂成形した半導体装置（半導体パッケージ）６を得る。その後、図１に示すような成形型１の状態に戻し、他の半導体素子を圧縮成形開始できるようにして完了する。

上述した本願発明の実施形態では、予め決定してある樹脂封止層１９の厚さよりもキャビティ凹部７内の底部７aと、リードフレーム４（半導体素子５）との間隔を拡大して封止樹脂１９を供給し、溶融した封止樹脂１９がキャビティ凹部７に充満したときに型締めして、溶融した封止樹脂１９に半導体素子５を浸漬した後、可動キャビティ装置９を側壁８の内面に沿って任意の可動速度及び加圧力で正規の位置まで上昇させることにより、規定の成形圧力で成形することができる。これにより、従来困難であった複数のキャビティ内の成形圧力を均一にすることが可能となり、成形圧力の誤差を僅少にすることが可能となる。

尚、図１では複数の半導体素子が配設されたリードフレーム４で構成した半導体装置（半導体パッケージ）を説明したが、１又は複数の半導体素子が配設されたリードフレーム４をマトリックス状に配列した構成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で個別化する半導体装置（半導体パッケージ）であっても何らさしつかえなく製造することができる。

以上説明したように、本発明に係る樹脂封止装置及び樹脂封止方法によれば、キャビティ凹部内の隙間を拡大して封止樹脂を供給し、加熱溶融した封止樹脂が充満した状態で型締めして、溶融した封止樹脂に半導体素子を浸漬させ可動キャビティ装置を上昇させて規定の成形圧力で保持し、その後、封止樹脂が硬化してから、型開きして成形品を取り出す。これにより、均等な規定の成形圧力で圧縮成形することが可能となり、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。

１成形型
２下金型
３上金型
４リードフレーム（またはサブストレート）
５半導体素子
６半導体パッケージ（半導体装置）
７キャビティ凹部
７ａ底面
８側壁
９可動キャビティ装置
１０押圧軸
１１押圧軸用ブロック
１２接続ワイヤ
１３シール部材
１４上型面
１５下型面
１６離型フィルム
１７，１８真空用通路
１９封止樹脂

Claims

半導体素子（５）及び接続ワイヤ（１２）が配設されたリードフレームまたはサブストレート（４）からなる半導体装置を、対向する２つの金型のパーティング面に狭持し、圧縮成形法により樹脂封止する半導体装置の樹脂封止方法であって、
樹脂量のばらつきを吸収する目的及び供給時に樹脂がキャビティ内よりはみ出さないようにする目的で、樹脂供給時には押圧機構（１０，１１）により可動キャビティ装置（９）を後退させてキャビティ（７）内の空間を広げ、
前記樹脂が溶融してから前記リードフレームまたはサブストレート（４）を樹脂に浸漬させ、型締めが終わって前記樹脂が硬化する前に前記押圧機構を前進させて正規のキャビティ寸法及び成形圧力の位置に戻して前記半導体装置を樹脂成形する、
ことを特徴とする半導体装置の樹脂封止方法。
請求項１に記載の半導体装置の樹脂封止方法において、
前記樹脂は、前記２つの金型のうち下金型に供給されることを特徴とする、半導体装置の樹脂封止方法。
請求項１又は２に記載の半導体装置の樹脂封止方法において、
前記２つの金型によって複数の半導体装置を同時に樹脂成形することを特徴とする、半導体装置の樹脂封止方法。
半導体素子（５）及び接続ワイヤ（１２）が配設されたリードフレームまたはサブストレート（４）からなる半導体装置を、対向する２つの金型のパーティング面に狭持し、圧縮成形法によりを樹脂封止する半導体装置の樹脂封止装置であって、
樹脂量のばらつきを吸収する目的、及び供給時に樹脂がキャビティ内よりはみ出さないようにする目的で、樹脂供給時には押圧機構（１０，１１）により可動キャビティ装置（９）を後退させてキャビティ（７）内の空間を広げ、前記樹脂が溶融してから前記リードフレームまたはサブストレート（４）を樹脂に浸漬させ、型締めが終わって前記樹脂が硬化する前に前記押圧機構を前進させて正規のキャビティ寸法及び成形圧力の位置に戻して前記半導体装置を樹脂成形する、
ことを特徴とする半導体装置の樹脂封止装置。
請求項４に記載の半導体装置の樹脂封止装置において、
前記樹脂は、前記２つの金型のうち下金型に供給されることを特徴とする、半導体装置の樹脂封止装置。
請求項４又は５に記載の半導体装置の樹脂封止装置において、
前記２つの金型によって複数の半導体装置を同時に樹脂成形することを特徴とする、半導体装置の樹脂封止装置。