JP2012235014A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子を樹脂モールドする際に半導体素子を破壊する恐れが少ない半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
樹脂封止装置１４の下型１８に形成されたポット２０と半導体素子１２との間に第２のリードフレーム３６を配置した状態においてポット２０からタブレット状樹脂２４Ａを注入して半導体素子１２を樹脂で封入（モールド）するようにしたので、キャビティ内に注入される樹脂によって半導体素子１２が破壊される恐れが少なく、歩留まりを向上させることができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体素子を樹脂モールドするための半導体装置の製造方法に関するものである。

従来、半導体チップを樹脂封止するためのトランスファ成形では、プランジャを備えたポットとこのポットから放射状に延散する多数個のランナと各ランナにゲ―トを介して連通する多数個のキャビティとを有する成形金型を用いて、この金型の各キャビティ内に半導体チップをそれぞれ配置すると共に、前記ポット内に樹脂タブレットを投入し、これを金型熱で溶融しながらプランジャで加圧することにより、上記ランナおよびゲ―トを介して各キャビティ内に溶融圧入させる方式を採用している。

しかしながら、この成形方式では、ポットに投入された樹脂がこのポットおよび各ゲ―トが長く、かつ断面積の大きいランナに残るため、成形後の樹脂ロスが非常に大きくなるという欠点がある。

これに対して、近年では、ランナレス方式のトランスファ成形として、プランジャを備えたポットを設けて、ポットに投入された封止用樹脂がランナを介さないで直接キャビティに溶融圧入される方式の成形金型を用いて、半導体の樹脂封止を行う試みがなされている。この成形方式は、ランナに起因した樹脂ロスがないため、材料費の大幅な低減を図れるという利点がある。そのようなランナレス方式のトランスファ成形製造方法としては、例えば、特許文献１に記載された製造方法が知られている。
この特許文献１に記載された製造方法は、まず、モールド金型枠の第１の金型および第２の金型の間に、半導体チップを配置する。次いで、モールド金型枠内に樹脂材料を注入した後、樹脂材料を硬化させることによって半導体チップを樹脂封止するようにしていた。

特開平８−３２３７９９号公報

しかし、この特許文献１に記載された製造方法においては、モールド金型枠内に供給される封止用樹脂材料により、第１の金型および第２の金型の間に配置された半導体チップが破壊される恐れがあり、樹脂封止に係る製造時の歩留まりが低下するという問題があった。特に、ランナレス方式のトランスファ成形方式においては、ポットに投入された封止用樹脂がランナを介さないで直接モールド金型枠内に溶融圧入されるため、封止用樹脂が金型熱で十分に溶融されないうちに直接半導体チップに接触して半導体チップを損傷させる恐れがあった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、半導体素子を樹脂モールドする際に半導体素子を破壊する恐れが少ない半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記の問題点を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法は、次の構成を有している。
（１）半導体素子を樹脂でモールドするための半導体装置の製造方法であって、一方の型と他方の型との間に形成されるキャビティ内に前記半導体素子を配置すると共に、前記一方の型または他方の型に形成された前記樹脂を前記キャビティ内に注入するための注入口と前記半導体素子との間に熱マス部材を配置した状態において前記注入口から樹脂を注入して前記半導体素子を樹脂でモールドすることを特徴とする。
（２）（１）に記載する半導体装置の製造方法において、前記熱マス部材として、１個もしくは複数個の貫通孔が形成された熱マス部材を用いることを特徴とする。

（３）（１）に記載する半導体装置の製造方法において、前記熱マス部材として、金属材料からなる熱マス部材を用いることを特徴とする。
（４）（１）に記載する半導体装置の製造方法において、前記熱マス部材として、前記半導体素子の配線用リードフレームを用いることを特徴とする。

上記構成を有する本発明の半導体装置の製造方法の作用・効果について説明する。
（１）半導体素子を樹脂でモールドするための半導体装置の製造方法であって、一方の型と他方の型との間に形成されるキャビティ内に前記半導体素子を配置すると共に、前記一方の型または他方の型に形成された前記樹脂を前記キャビティ内に注入するための注入口と前記半導体素子との間に熱マス部材を配置した状態において前記注入口から樹脂を注入して前記半導体素子を樹脂でモールドするので、キャビティ内に注入される樹脂によって半導体素子が破壊される恐れが少なく、歩留まりを向上させることができるなどの優れた効果を奏する。

（２）（１）に記載する半導体装置の製造方法において、前記熱マス部材として、１個もしくは複数個の貫通孔が形成された熱マス部材を用いたので、熱マス部材によって空洞が発生しにくく、品質が安定する。

（３）（１）に記載する半導体装置の製造方法において、前記熱マス部材として、金属材料からなる熱マス部材を用いたので、キャビティ内に注入される樹脂は金属材料からなる熱マス部材に接触して軟化しやすく、成形性が向上する。
（４）（１）に記載する半導体装置の製造方法において、前記熱マス部材として、前記半導体素子の配線用リードフレームを用いたので、熱マス部材として特別の部材を必要とせず、構成が簡単となって安価に製造できると共に、半導体装置の品質が安定する。

本発明の半導体装置の製造方法を実施する実施形態１に係る樹脂封止装置を概略的に示す図である。 半導体装置の第２のリードフレームのみを示す平面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、樹脂封止装置を用いて半導体素子を樹脂封止する工程を説明するための工程図である。 本発明の半導体装置の製造方法を実施する実施形態２に係る樹脂封止装置を概略的に示す図である。 樹脂封止装置を用いて半導体素子を樹脂封止する工程を示す図である。 本発明の半導体装置の製造方法を実施する実施形態３に係る樹脂封止装置を概略的に示す図である。

（実施形態１）
以下、本発明に係る半導体装置の製造方法について、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は、適宜簡略化或いは変形誇張されて描画されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも実施例と同一ではない。

図１は、本発明の半導体装置の製造方法を実施する実施形態１に係る樹脂封止装置を概略的に示す図である。図２は、半導体装置の第２のリードフレームのみを示す平面図である。図１において、半導体装置１０の半導体素子１２に樹脂をモールドするための樹脂封止装置１４の金型は、図示しない本体フレームに固定された上型１６と、図示しない昇降機構によって上下方向に移動可能に支持された下型１８とで構成されている。前記上型１６と前記下型１８と間には、キャビティＣが形成され、そのキャビティＣ内には、前記半導体素子１２などが配置可能となっている。

また、前記下型１８には、前記キャビティＣ内に樹脂２４を投入するための注入口を構成するところのポット２０が形成され、そのポット２０には、前記樹脂２４を前記キャビティＣに圧入するため圧入手段であるプランジャ２２が備えられている。前記樹脂２４には、熱硬化性樹脂が用いられ、具体的にはエポキシ樹脂が用いられ、前記ポット２０の形状と一致したタブレット状樹脂２４Ａが用いられる。
前記上型１６および前記下型１８は、図示しないヒータにより加熱されており、通常１５０°Ｃ〜２００°Ｃ、望ましくは、１７０°Ｃ〜１８０°Ｃに加熱されている。

前記半導体装置１０は、前記半導体素子１２が接着されたダイを兼ねる導電金属材料から成るヒートシンク３０と、そのヒートシンク３０より水平に延びる同じく導電金属材料から成る第１のリードフレーム３２と、前記半導体素子１２とは半田層３４を介して接合された同じく導電金属材料から成る第２のリードフレーム３６と、前記ヒートシンク３０と前記第２のリードフレーム３６との間に配置された絶縁体から成る支柱３８と、前記半導体素子１２などを封止する樹脂２４とから構成されている。
図２に示すように、前記支柱３８は、前記半導体素子１２を囲むようにして４個配置されている。また、前記第２のリードフレーム３６には、図２に示すように、前記半田層３４を避けるようにして２個の貫通孔４０が穿設され、本発明の熱マス部材（蓄熱部材）に相当する。
なお、前記半導体装置１０は、前記第１のリードフレーム３２が前記上型１６および前記下型１８に狭持されることにより、前記半導体素子１２が前記キャビティＣ内に保持される。

次に、以上のように構成された樹脂封止装置１４を用いて半導体素子１２を樹脂封止し、次いで、樹脂封止装置１４から封止後の半導体装置１０を外すまでの工程について説明する。図３（ａ）〜（ｆ）は、樹脂封止装置１４を用いて半導体素子１２を樹脂封止する工程を説明するための工程図である。

図３（ａ）に示すように、あらかじめ、第１のリードフレーム３２及び第２のリードフレーム３６に対してダイボンディングおよびワイヤボンディングなどがされた半導体素子１２が、樹脂封止装置１４の上型１６および下型１８間に配置されると共に、ポット２０にタブレット状樹脂２４Ａがセットされる。なお、この際、既に第１のリードフレーム３２と第２のリードフレーム３６との間には、支柱３８も配置接着されている。

次に、図３（ｂ）に示すように、下型１８を図示しない昇降機構によって上方向に移動させて上型１６と接合させる。すると、半導体素子１２などは、第１のリードフレーム３２が、上型１６および下型１８との間に狭持されることによりキャビティＣ内に保持される。この際、ヒートシンク３０の上面が上型１６の内面に接するようにして半導体素子１２などは、キャビティＣ内に保持される。

次に、図３（ｃ）に示すように、この状態において、図示しない駆動装置を用いてプランジャ２２をポット２０内において上昇させると、下型１８の金型熱によって加熱されたタブレット状樹脂２４Ａは、金型熱により溶融されながらキャビティＣ内に注入される。
この際、第２のリードフレーム３６は、上型１６および下型１８からの熱により加熱されて熱が蓄積されており、キャビティＣ内に侵入したタブレット状樹脂２４Ａは、第２のリードフレーム３６に当接してその溶融が促進される。溶融したタブレット状樹脂２４Ａは、図２に矢印で示すように、一部が第２のリードフレーム３６に形成された貫通孔４０から半導体素子１２および半田層３４の周りに流入し、それらを封入する。したがって、半導体素子１２および半田層３４の周りに空洞が発生しにくい。
また、ポット２０からキャビティＣ内に流入したタブレット状樹脂２４Ａが直接半導体素子１２に接することがないため、完全に溶融していないタブレット状樹脂２４Ａによって半導体素子１２やボンディングワイヤなどが損傷を受けることもない。
さらに、その際、タブレット状樹脂２４Ａが当接することにより第２のリードフレーム３６が変形しようとするが、第２のリードフレーム３６が４個の支柱３８およびヒートシンク３０を介して上型１６に支持されているので、変形する恐れも少ない。

次に、図３（ｄ）に示すように、この状態が保持され、キャビティＣ内に注入された樹脂２４が硬化するのを待つ。この樹脂２４の硬化によって、半導体素子１２などは、樹脂２４によって樹脂封入（モールド）された状態となる。

次に、図３（ｅ）に示すように、樹脂封止装置１４の下型１８を図示しない昇降機構によって下方向に移動させた後に、樹脂封止装置１４から半導体装置１０を取り出すことで、全工程が修了する。

以上に詳述したように本実施形態によれば、樹脂封止装置１４の下型１８に形成されたポット２０と半導体素子１２との間に第２のリードフレーム３６を配置した状態においてポット２０からタブレット状樹脂２４Ａを注入して半導体素子１２を樹脂で封入（モールド）するようにしたので、キャビティ内に注入される樹脂によって半導体素子１２が破壊される恐れが少なく、歩留まりを向上させることができる。また、第２のリードフレーム３６には、貫通孔４０が形成されているので、第２のリードフレーム３６の存在によって半導体素子１２の周りに空洞が発生することも防止できる。また、熱マス部材として、第２のリードフレーム３６を用いたので、そのために特別な部材を必要とせず、構造が簡単となって安価に製作可能となる。

なお、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、たとえば、第２のリードフレーム３６に設けた貫通孔４０は、１個であっても良いし、２個以上の複数であっても良い。また、支柱３８も４個に限らず、これ以上多くても良いし少なくても良い。

（実施形態２）
以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこの実施例に限
定されるものではなく、別の態様でも実施され得る。図４は、本発明の半導体装置の製造方法を実施する実施形態２に係る樹脂封止装置を概略的に示す図であり、図５は、樹脂封止装置を用いて半導体素子１２を樹脂封止する工程を示す図である。なお、その説明中、前述の実施例と同じ作用効果を奏すものには、同じ符号を付して説明する。
すなわち、樹脂封止装置１４は、実施形態１と変わることなく、半導体装置５０の構成が実施形態１とは異なる。つまり、実施形態１の半導体装置１０は、半導体素子１２と樹脂封止装置１４のポット２０との間に、第２のリードフレーム３６が配設されていたが、実施形態２の半導体装置５０は、半導体素子１２と樹脂封止装置１４のポット２０との間に、本発明の熱マス部材に相当し、平面形状略四角形をなす金属製の保護板５２が配置されている点で異なる。
前記保護板５２は、半導体素子１２を覆って存在し、４角に配置された４個の支柱５４によりヒートシンク５８に支持され、前記保護板５２と前記半導体素子１２との間には空間が存在する。また、前記保護板５２の中央部には、貫通孔５６が形成されている。前記支柱５４は、絶縁性材料か導電性材料の何れかの材料で形成されている。また、前記保護板５２は、銅、アルミニウム、鉄などの金属製材料により形成されている。前記ヒートシンク５８からは、樹脂封止装置１４の上型１６および下型１８間に狭持されるリードフレーム６０が延びている。

次に、以上のように構成された樹脂封止装置１４を用いて半導体素子１２を樹脂封止する工程について説明する。
あらかじめ、リードフレーム６０に対してダイボンディングおよびワイヤボンディングなどがされた半導体素子１２が、樹脂封止装置１４の上型１６および下型１８間に配置されると共に、ポット２０にタブレット状樹脂２４Ａがセットされる。なお、この際、ヒートシンク５８には、支柱５４を介して保護板５２もあらかじめ接着されている。

次に、下型１８を図示しない昇降機構によって上方向に移動させて上型１６と接合させる。すると、半導体素子１２などは、リードフレーム６０が、上型１６および下型１８との間に狭持されることによりキャビティＣ内に保持される。この際、ヒートシンク３０の上面が上型１６の内面に接するようにして半導体素子１２などは、キャビティＣ内に保持される。

次に、図５に示すように、この状態において、図示しない駆動装置を用いてプランジャ２２をポット２０内において上昇させると、下型１８の金型熱によって加熱されたタブレット状樹脂２４Ａは、溶融ながらキャビティＣ内に注入される。
この際、タブレット状樹脂２４Ａは、保護板５２に当接してその溶融が促進され、その溶融したタブレット状樹脂２４Ａは、一部が保護板５２に形成された貫通孔５６から半導体素子１２の周りに流入し、それらを封入する。したがって、この際に、保護板５２に貫通孔５６が形成されているため、半導体素子１２の周りに空洞が発生しにくい。
また、ポット２０からキャビティＣ内に流入したタブレット状樹脂２４Ａが直接半導体素子１２に接することがないため、完全に溶融していないタブレット状樹脂２４Ａによって半導体素子１２やボンディングワイヤなどが損傷を受けることもない。
さらに、その際、タブレット状樹脂２４Ａが当接することにより保護板５２が変形しようとするが、保護板５２が４個の支柱５４およびヒートシンク５８を介して上型１６に支持されているので、変形することがない。

次に、プランジャ２２によるタブレット状樹脂２４Ａの注入工程が完了すると、この状態が保持され、キャビティＣ内に注入された樹脂２４が硬化するのを待つ。この樹脂２４の硬化によって、半導体素子１２などは、樹脂２４によって樹脂封入（モールド）された状態となる。

次に、図示しない昇降機構によって下方向に移動させた後に、樹脂封止装置１４から半導体装置１０を取り出すことで、全工程が修了する。

なお、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、たとえば、保護板５２に設けた貫通孔５６は、２個以上の複数であっても良い。また、支柱５４も４個に限らず、これ以上多くても良いし少なくても良い。また、保護板５２は、金属製材料に限定されることはなく、また非導電性材料で形成されても良い。

（実施形態３）
以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこの実施例に限
定されるものではなく、別の態様でも実施され得る。図６は、本発明の半導体装置の製造方法を実施する実施形態３に係る樹脂封止装置を概略的に示す図である。なお、その説明中、前述の実施形態２と同じ作用効果を奏すものには、同じ符号を付して説明する。
すなわち、前述の実施形態２においては、プランジャ２２は、等速で移動制御されたが、この実施例においては、プランジャ２２を駆動するためのモータからなる駆動手段７０からプランジャ２２に作用する負荷をロードセル７２によって測定し、その測定結果に基づいて負荷が一定となるようにプランジャ２２を駆動手段７０が駆動するようにモータコントローラ７４により駆動手段７０を制御することを特徴とする。
このように構成することにより、完全に溶融していないタブレット状樹脂２４Ａによって半導体素子１２やボンディングワイヤなどが損傷を受けることがより少なくなる。

なお、本発明の一実施例について、上述の実施例は、前述の実施形態２に適用した場合を例にとって説明したが、この実施例に限定されるものではなく、たとえば、実施形態１に係る樹脂封止装置１４にも適用可能である。また、駆動手段７０は、モータにより構成したが、エアーや油圧などのアクチュエータを用いても良い。
また、上述した実施形態１〜実施形態３では、上型１６と下型１８と間に形成されるキャビティＣ内に半導体素子１２を配置した際には、ヒートシンク３０が上型１６に支持されるように構成したが、射出条件の調整やリードフレームの剛性を調整することによりヒートシンク３０が上型１６に接触しないように構成することも可能である。つまり、ヒートシンク３０が上型１６と間隔をおいてキャビティＣ内に配置されるように構成しても差し支えない。
さらに、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０・・・半導体装置
１４・・・樹脂封止装置
１６・・・上型
１８・・・下型
２０・・・ポット
１２・・・半導体素子
３６・・・第２のリードフレーム（熱マス部材に相当）
２４・・・樹脂

Claims (4)

1. 半導体素子を樹脂でモールドするための半導体装置の製造方法であって、
   一方の型と他方の型との間に形成されるキャビティ内に前記半導体素子を配置すると共に、前記一方の型または他方の型に形成された前記樹脂を前記キャビティ内に注入するための注入口と前記半導体素子との間に熱マス部材を配置した状態において前記注入口から樹脂を注入して前記半導体素子を樹脂でモールドすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載する半導体装置の製造方法において、
   前記熱マス部材として、１個もしくは複数個の貫通孔が形成された熱マス部材を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項１に記載する半導体装置の製造方法において、
   前記熱マス部材として、金属材料からなる熱マス部材を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項１に記載する半導体装置の製造方法において、
   前記熱マス部材として、前記半導体素子の配線用リードフレームを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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