JP2013093504A - 半導体装置の製造方法および冶具 - Google Patents

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Abstract

【課題】実施形態は、発光素子と受光素子との間に挿入される絶縁フィルムの位置ズレを抑制し、製造歩留りを向上できる半導体装置の製造方法および冶具を提供する。
【解決手段】実施形態に係る半導体装置の製造方法は、リードフレームに固着された半導体チップを樹脂で覆う工程と、冶具のベース部に設けられたポケットにフィルム状の部材を載置する工程と、前記冶具の可動部に前記リードフレームを固定し、前記可動部を前記ポケット側に移動させることにより、前記リードフレームの前記半導体チップが固着された部分を前記ポケットに被せ、前記樹脂と、前記部材と、を接触させる工程と、前記リードフレームを前記ポケットに被せた状態で、前記樹脂を硬化させる工程と、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法および冶具に関する。
半導体装置の1つであるフォトカプラは、発光素子と受光素子とを内蔵し光結合により信号の伝送を行う。このため、1次側と2次側とを電気的に絶縁する回路に使用される。その用途は様々であるが、1次側の発光素子と、2次側の受光素子と、の間に、高い絶縁性が求められる。
フォトカプラでは、例えば、発光素子および受光素子を一体の透明樹脂でエンキャップし、その外側に遮光樹脂をモールドしたパッケージを用いる。さらに、発光素子と受光素子との間に絶縁フィルムを挿入し、1次側と2次側との間の絶縁耐圧を向上させている。しかしながら、製造過程において、絶縁フィルムの挿入位置がずれると、絶縁耐圧の低下やパッケージのクラックを生じさせることがある。これにより、フォトカプラの製造歩留りを低下させ、その信頼性を低下させる場合がある。そこで、発光素子と受光素子との間に挿入される絶縁フィルムの位置ズレを抑制し、製造歩留りを向上できる半導体装置の製造方法が必要とされている。
特開平8−236740号公報
実施形態は、発光素子と受光素子との間に挿入される絶縁フィルムの位置ズレを抑制し、製造歩留りを向上できる半導体装置の製造方法および冶具を提供する。
実施形態に係る半導体装置の製造方法は、リードフレームに固着された半導体チップを樹脂で覆う工程と、冶具のベース部に設けられたポケットにフィルム状の部材を載置する工程と、前記冶具の可動部に前記リードフレームを固定し、前記可動部を前記ポケット側に移動させることにより、前記リードフレームの前記半導体チップが固着された部分を前記ポケットに被せ、前記樹脂と、前記部材と、を接触させる工程と、前記リードフレームを前記ポケットに被せた状態で、前記樹脂を硬化させる工程と、を備える。
一実施形態に係る半導体装置を示す模式図である。 一実施形態に係るリードフレームを示す模式図である。 一実施形態に係る製造冶具を示す模式図である。 一実施形態に係る半導体装置の製造過程を示す模式図である。 図4に続く製造過程を示す模式図である。 一実施形態の変形例に係る製造冶具を示す模式図である。 一実施形態に係る製造冶具の一部を示す模式図である。 比較例に係る半導体装置を示す模式図である。 比較例に係る半導体装置の製造過程を示す模式図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。また、構成要素の位置関係について、図中に示したX−Y直交座標の方向を用いて適宜説明する場合がある。
図1は、実施形態に係る半導体装置100を示す模式図である。図1(a)は、半導体装置100の外形を示す斜視図である。図1(b)は、A−A線に沿った断面図である。
半導体装置100は、成型体10の内部に、半導体チップ(発光素子7および受光素子9)を封じたフォトカプラである。発光素子7に電気的に接続されたリード3と、受光素子9に電気的に接続されたリード5とが、成型体10の両サイドに延出する。ここで、リード3は、1次側の複数のリードを総称し、リード5は、2次側の複数のリードを総称する。
リード3は、図示しない電流端子と、接地端子と、を含む。発光素子7は、接地端子につながったマウントベッド3aに固着される。電流端子は、金属ワイヤ15を介して、発光素子7の上面の電極に電気的に接続される。
リード5は、電源端子23と、信号端子25と、接地端子27と、を含む(図2(b)参照)。受光素子9は、接地端子27につながったマウントベッド5aに固着される。受光素子9は、複数の金属ワイヤ17を介して、電源端子23および信号端子25に電気的に接続される。
図1(b)に示すように、発光素子7と受光素子9とは対向して配置され、発光素子7が放射する光信号を受光素子9が検出する。発光素子7は、透明樹脂12で覆われ、受光素子9は、透明樹脂13で覆われる。ここで、透明樹脂12、13は、発光素子7が放射する光の少なくとも一部を透過する。
透明樹脂12と、透明樹脂13と、の間に、フィルム状の部材(絶縁フィルム)19が挿入される。絶縁フィルム19は、その端が透明樹脂12および13の外に延出するように配置される。絶縁フィルム19は、発光素子7が放射する光の少なくとも一部を透過する。
さらに、発光素子7が固着されたリード3の端部、受光素子9が固着されたリード5の端部、透明樹脂12、13、および、絶縁フィルム19を覆って、遮光樹脂2からなる成型体10が設けられる。遮光樹脂2は外部からの光を遮断し、受光素子9の光検出感度を向上させる。
半導体装置100では、1次側のリード3と、2次側のリード5と、の間の絶縁耐圧を向上させるため、透明樹脂12と遮光樹脂2との界面、および、透明樹脂13と遮光樹脂2との界面における電流リークを低減することが望まれる。
本実施形態では、透明樹脂12と透明樹脂13との間に絶縁フィルム19を挿入する。絶縁フィルム19は、その端が透明樹脂12、13から遮光樹脂2の中へ延出する。このため、例えば、リード5からリード3への樹脂界面に沿ったリークパスIに、絶縁フィルム19の延出した部分に沿ったパスが加わり、所謂、延面距離が長くなる。これにより、リード5とリード3との間の絶縁抵抗を高くすることができる。すなわち、絶縁フィルム19を挿入することにより、1次側と2次側の絶縁耐圧を向上させることができる。
次に、図2〜図5を参照して、半導体装置100の製造過程について説明する。
図2は、受光素子9を固着する1次側のリードフレーム20を示す模式図である。図2(a)は、リードフレーム20の外観を示す平面図であり、図2(b)は、1つのマウントベッド5aと、複数の2次側リードを示す部分拡大図である。図2(c)は、リードフレーム20の側面図である。
図2(a)に示すように、リードフレーム20では、6つのマウントベッド5aを1つの単位として、複数のマウントベッド5aをX方向に並べて配置する。そして、それぞれのマウントベッド5aに対応する複数のリードが、フレーム21につながって設けられる。フレーム21には、一定のピッチの送り孔22が形成されている。このような、リードフレーム20は、例えば、銅合金からなるプレートをプレス加工することにより、形成することができる。
図2(b)に示すように、マウントベッド5aには、例えば、銀(Ag)ペーストを用いて受光素子9が固着される。マウントベッド5aは、接地端子27につながっている。受光素子9の表面に設けられた電極と、電源端子23、信号端子25および接地端子27と、の間に、複数の金属ワイヤ17がそれぞれボンディングされる。これにより、受光素子9と、各端子と、の間が、電気的に接続される。電源端子23、信号端子25および接地端子27は、成型体10から外部に延出する2次側のリード5となる(図1参照)。
続いて、図2(c)に示すように、受光素子9を覆う透明樹脂13を形成する。透明樹脂13は、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂であり、ディスペンサを用いて一定の量を塗布する。
次に、透明樹脂13の表面に絶縁フィルム19を接着する。
図3は、絶縁フィルム19の接着に用いる冶具30を示す模式図である。図3(a)は、冶具30の外観を示す斜視図であり、図3(b)は、B−B線に沿った断面を示す。
冶具30は、ベース部31と、可動部33と、を備える。ベース部31は、絶縁フィルム19を載置する複数のポケット35を有する。可動部33は、ベース部31に対し、例えば、X方向に平行な回動軸Cを中心として回動可能に取り付けられる。
可動部33は、リードフレーム20を取り付ける第1の面33aと、第1の面33aに直交する第2の面33bを有する。リードフレーム20は、フレーム21の側面21aを第2の面33bに当接させた状態で、第1の面33aの上に載置される(図4(b)参照)。これにより、冶具30に対するリードフレーム20のY方向における相対位置が固定される。
さらに、リードフレーム20の送り孔22に対応するネジ穴33cを、第1の面33aに設け、X方向における位置決めを行う。すなわち、リードフレーム20を、送り孔22を通して第1の面33aにネジ固定する。これにより、冶具30に対するリードフレーム20のX方向における相対位置も固定される。
ベース部31の複数のポケット35は、可動部33に位置決めされ固定されたリードフレーム20のマウントベッド5aに対応する位置に設けられる。したがって、第1の面33aにリードフレーム20を固定し、ベース部31の方向に可動部33を回動させることにより、マウントベッド5aをポケット35の位置に重ねることができる。
図4は、冶具30を用いた絶縁フィルム19の貼り付け工程を模式的に示す断面図である。
まず、図4(a)に示すように、冶具30のポケット35に絶縁フィルム19を載置する。ポケット35は、絶縁フィルム19が載置される平坦部35aと、絶縁フィルム19の平坦部35aに沿った方向の動きを規制する段差35bと、を有する。
次に、図4(b)に示すように、冶具30の可動部33にリードフレーム20を固定する。受光素子9を覆う透明樹脂13がベース部31の側に向くように、第1の面33aにセットする。そして、フレームの側面21aを第2の面33bに当接させ、送り孔22を通してネジ41により固定する。これにより、冶具30に対するリードフレーム20の相対位置が一義的に固定される。
続いて、回動軸Cを中心として、可動部33をベース部31の方向に回動させ、マウントベッド5aをポケット35に被せる。これにより、受光素子9が固着されたリードフレームの表面において、透明樹脂13と絶縁フィルム19とが接触する。
図4(c)に示すように、可動部33の端33dがベース部31に当接し、回動が停止されるように構成することができる。この際、好ましくは、マウントベッド5aと、ポケット35の平坦部35aが、略平行となるようにする。これにより、絶縁フィルム19と、マウントベッド5aと、を平行に維持することができる。
さらに、図4(c)に示すように、受光素子9とリード5とをつなぐ金属ワイヤ17と、絶縁フィルム19と、の間が離間するように、ポケット35の平坦部の高さを設定する。これにより、金属ワイヤ17の変形を防ぐことができる。
続いて、マウントベッド5aをポケット35に被せた状態に維持し、透明樹脂13を硬化させて絶縁フィルム19を接着する。例えば、透明樹脂13が熱硬化性のエポキシ樹脂の場合、100度〜150度の温度範囲に設定した恒温槽の中に冶具30を入れ、透明樹脂13を硬化させる。この際、可動部33は、ベース部31の側に回動しており、リードフレーム20がポケット35に被さった状態が維持される。これにより、マウントベッド5aと、絶縁フィルム19と、の間の相対位置を一定の状態に保ったまま樹脂を硬化することが可能となり、絶縁フィルム19の位置ズレを抑制することができる。
次に、絶縁フィルム19を貼着したリードフレーム20と、発光素子7が固着されたリードフレーム40と、を組み合わせる。
図5(a)に示すように、マウントベッド3aに固着された発光素子7を透明樹脂12で覆う。透明樹脂12は、例えば、エポキシ樹脂であり、ディスペンサを用いて塗布することができる。続いて、発光素子7と、受光素子9と、を対向させて、リードフレーム20と、リードフレーム40と、を組み合わせる。そして、発光素子7を覆う透明樹脂12を絶縁フィルム19に接触させ、硬化させる。
次に、図5(b)に示すように、発光素子7が固着されたリード3の端部、受光素子9が固着されたリード5の端部、透明樹脂12、13、および、絶縁フィルム19を覆う成型体10を形成する。続いて、リード3および5を折り曲げ加工し、個々の成型体をフレームから分離して半導体装置100を完成する。
成型体10は、例えば、外部の光を遮光する黒色の樹脂からなり、カーボン等を含むエポキシ樹脂を用いることができる。また、外部の光を反射する白色の樹脂を用いても良い。
図6は、本実施形態の変形例に係る冶具50を示す模式図である。図6(a)は、リードフレーム20のマウントベッド5aを、ポケット35に被せた状態を示す模式断面図である。図6(b)は、冶具50を用いて製作した半導体装置200の断面を示す模式図である。
図6(a)に示す冶具50では、ポケット35における平坦部35aが、傾斜を持って形成されている点で、図3に示す冶具30と相違する。絶縁フィルム19は、ポケット35の平坦部35aに載置され、マウントベッド5aに対して傾斜して接触する。この場合も、好ましくは、絶縁フィルム19と、金属ワイヤ17と、の間が離間するように、平坦部35aの高さを設定する。これにより、金属ワイヤ17の変形を防ぐことができる。
冶具50を用いた場合、図6(b)に示すように、絶縁フィルム19は、発光素子7と、受光素子9と、の間に、斜めに挿入される。マウントベッド5aもしくは3aに対する傾斜角は、ポケット35の平坦部35aの傾斜を変えることにより任意に設定することができる。すなわち、発光素子7および受光素子9の配置、パッケージの形状(成型体10の外形)などに適合した傾斜角を設定することができる。
図9は、比較例に係る半導体装置の製造過程を示す模式図である。比較例では、冶具を用いることなく、絶縁フィルム19を貼り付ける。
図9(a)に示すように、マウントベッド5aに受光素子9を固着し、透明樹脂13で覆う。そして、透明樹脂13の上に絶縁フィルム19を載せる。続いて、絶縁フィルム19の表面19aにエアー等を吹き付けることにより押圧し、その裏面19bに透明樹脂13を接着する。
図9(b)に示すように、絶縁フィルム19は、受光素子9と端子とをつなぐ金属ワイヤ17のループの頂部に当接する。そして、金属ワイヤ17の頂部を支点として、マウントベッド5aに対して傾いて接着される。
上記の製造過程において、絶縁フィルム19と、金属ワイヤ17と、の間に、ごく薄い透明樹脂13が介在する場合もある。ここでは、そのような場合も含めて、絶縁フィルム19が、金属ワイヤ17に当接すると表現する。そして、絶縁フィルム19が金属ワイヤ17から離間した状態とは、区別する。
結果として、図6(b)に示す半導体装置200と同じように、発光素子7と、受光素子9と、の間に、絶縁フィルム19が斜めに挿入された構造を形成することができる。しかしながら、冶具を使用しない比較例に係る製造方法では、絶縁フィルム19と、マウントベッド5aと、の間の傾斜角を制御することは困難である。また、金属ワイヤ17の変形や、絶縁フィルム19と、マウントベッド5aと、の間の相対位置のズレも生じ易い。
これに対し、実施形態に係る製造方法では、冶具30および50を用いることにより、金属ワイヤ17の変形を防止し、絶縁フィルム19の相対位置および傾きを均一にすることができる。これにより、半導体装置100および200の品質を安定させることができる。また、以下に述べるように、絶縁フィルム19の位置ズレを所定の範囲に収めることが可能である。
図7(a)は、冶具30および50のポケット35を模式的に示す平面図である。図7(b)は、変形例に係る冶具60のポケット35を示す平面図である。
図7(a)に示すように、ポケット35は、絶縁フィルム19の外形に合わせて設けられた平坦部35aと、その3辺に設けられた段差35bと、を有する。
平坦部35aに載置される絶縁フィルム19は、Y方向において、段差35bによりその動きが規制される。一方、その反対方向である−Y方向には自由に動くことができる。X方向においては、両側に設けられた段差35bにより±Δxの範囲に動きが規制される。また、X−Y平面内における回転角θも、X方向のトレランスΔxにより規制される。したがって、X方向のトレランスΔxを、例えば、位置ズレの許容値以下に設定することにより、絶縁フィルム19の位置ズレに起因する不良を低減することができる。
図8(a)および図8(b)に、比較例に係る半導体装置300および400における絶縁フィルム19の位置ズレを模式的に例示する。
例えば、絶縁フィルム19の端が、成型体10の外面に近接すると、その部分に応力が発生し遮光樹脂2にクラックが生じる場合がある。したがって、図8(a)に示す、成型体10の外面と、絶縁フィルム19の端と、の間の間隔ΔRを、所定の値以上に制御することが望ましい。ΔRを狭くする方向のズレは、絶縁フィルム19のY方向への移動により生じる。したがって、図7(a)に示すように、Y方向への動きを規制する段差35bを設ける。これにより、ΔRを一定の値以上に維持することが可能となり、成型体10に生じるクラックを抑制することができる。
一方、−Y方向(ΔRを広げる方向)においては、絶縁フィルム19の反対の端と、成型体10の外面と、の間の間隔が広いため、トレランスが大きい。したがって、図7(a)に示すポケット35において、−Y方向における動きを規制する手段を設けなくても良い。これにより、ポケット35への絶縁フィルム19の載置が容易となる。
図8(b)は、絶縁フィルム19が、X−Y平面内において回転しθ方向の位置ズレを生じた例である。例えば、同図中にFで示す部分のように、マウントベッド5aと、絶縁フィルム19の端と、の間の間隔が、絶縁フィルム19のθ方向の位置ズレにより狭くなる場合がある。このような状態になると、絶縁フィルム19の透明樹脂13からの延出する部分の幅が、F位置において狭くなる。このため、リード3とリード5との間の延面距離が短くなり、1次側と2次側との間の絶縁耐圧が低下する場合がある。
本実施形態に係る冶具30および50では、X方向におけるトレランスΔxを所定の値に規制することにより、θ方向の位置ズレを抑制し、絶縁耐圧の低下を抑制することができる。
さらに、図7(b)に示すように、絶縁フィルム19の−Y方向の動きを規制する段差35cを設けても良い。これにより、絶縁フィルム19の挿入位置をより厳密に制御することができる。
上記の通り、実施形態に係る半導体装置の製造方法では、冶具30および50を用いることにより、受光素子9が固着されたマウントベッド5aに絶縁フィルム19を精度良く貼着することができる。これにより、絶縁フィルム19の位置ズレを抑制し、半導体装置の製造歩留りを向上させることが可能となる。また、冶具30および50を用いることにより、絶縁フィルムの貼り付け工程における作業性を改善し、生産効率を向上させることができる。
また、上記の実施形態において、冶具30および50における可動部33は、ベース部31に対して回動するものとして説明したが、これに限られる訳ではない。例えば、可動部33が、ベース部31に対してスライドする構成も可能である。また、可動部33を分離し、リードフレーム20を固定した後に、再度、一体化することにより、マウントベッド5aをポケット35に被せる構成であっても良い。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
2・・・遮光樹脂、 3、5・・・リード、 3a、5a・・・マウントベッド、 7・・・発光素子、 9・・・受光素子、 10・・・成型体、 12、13・・・透明樹脂、 15、17・・・金属ワイヤ、 19・・・絶縁フィルム、 20・・・リードフレーム、 21・・・フレーム、 21a・・・側面、 22・・・送り孔、 23・・・電源端子、 25・・・信号端子、 27・・・接地端子、 30、50、60・・・冶具、 31・・・ベース部、 33・・・可動部、 33a・・・第1の面、 33b・・・第2の面、 33c・・・ネジ穴、 33d・・・可動部の端、 35・・・ポケット、 35a・・・平坦部、 35b、35c・・・段差、 40・・・リードフレーム、 41・・・ネジ、 100、200、300・・・半導体装置

Claims (5)

  1. リードフレームに固着された半導体チップを樹脂で覆う工程と、
    冶具のベース部に設けられたポケットにフィルム状の部材を載置する工程と、
    前記冶具の可動部に前記リードフレームを固定し、前記可動部を前記ベース部の方向に移動させることにより、前記リードフレームの前記半導体チップが固着された部分を前記ポケットに被せ、前記樹脂と前記部材とを接触させる工程と、
    前記リードフレームを前記ポケットに被せた状態で、前記樹脂を硬化させる工程と、
    を備えた半導体装置の製造方法。
  2. 前記リードフレームを前記ポケットに被せた前記状態において、前記部材は、前記リードフレームの表面に対して平行である請求項1記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記半導体チップは、金属ワイヤを介して前記リードフレームに電気的に接続され、
    前記リードフレームを前記ポケットに被せた前記状態において、前記部材は、前記金属ワイヤから離間している請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. フィルム状の部材を載置するポケットが設けられたベース部と、
    前記ベース部に対し回動可能に取り付けられ、リードフレームを固定可能な可動部と、 を備え、
    前記可動部は、前記リードフレームを固定した状態で前記ポケット側に回動し、前記リードフレームの一部を前記ポケットに被せる冶具。
  5. 前記ポケットは、前記部材を載置する平坦部と、前記部材の前記平坦部に沿った方向の動きを規制する段差と、を有する請求項4記載の冶具。
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