JP2013153057A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モールド工程時間の増加を抑えつつ、効率的に半導体チップ封止用モールド金型のクリーニングを行うことのできる技術を提供する。
【解決手段】半導体チップを樹脂封止体により封止する工程において、モールディング装置に備わるプランジャの位置座標および摺動抵抗を検出し、プランジャの摺動抵抗が第１管理抵抗値Ｐ１を超えた場合または第２管理抵抗値Ｐ２を超えた場合、プランジャの位置座標と照合して、モールド金型に付着したバリ屑および樹脂カス等の汚れの位置を検出する。
【選択図】図１８

Description

本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、トランスファモールド方式によって半導体装置を樹脂封止する方法に適用して有効な技術に関するものである。

例えば特開平１１−２６０８４４号公報（特許文献１）には、プランジャに掛かる力を注入抵抗力と摺動抵抗力に区別してモニタすることにより、未充填、巣不良の原因が樹脂異常によるものか装置異常によるものかを区別して半導体樹脂封止装置を的確に自動制御する技術が開示されている。

また、特開２０００−１２５８２号公報（特許文献２）には、突き上げ棒の個々の上部先端に負荷量を検出可能なセンサを設けて突き上げ時の負荷量を個々に検出し、負荷量に応じた下金型からのエジェクタピンの突き上げ量を算出して、突き上げ量制御フィードバックを行うモールド装置が開示されている。

特開平１１−２６０８４４号公報 特開２０００−１２５８２号公報

近年、トランスファモールド方式では、高流度レジンや、臭素、塩素、アンチモン等のハロゲン化合物を含まないハロゲンフリーレジンなどが用いられている。

高流度レジンとは、例えばスパイラルフロー（らせん形状（渦巻き形状）の溝が施されたテスト金型に、一定条件の下で樹脂を充填したときの溝内における樹脂の到達長さ（流動長さ）を示す数値）が１００ｃｍ以上の樹脂であって、いわゆる流動性がよいという特質を有する。これにより、線径が、例えばφ２０μｍ以下のボンディングワイヤを用いても、樹脂封止の際のワイヤの流れを抑制することができる。しかし一方で、高流度レジンは流動性がよいので、モールド金型の上金型と下金型との合わせ面やプランジャとプランジャポットとの隙間に容易に入り込んでしまう（漏れ込む）場合が多い。

また、ハロゲンフリーレジンは、近年の環境保護および環境負荷物質低減の観点から積極的な使用が望まれている。しかし、ハロゲンフリーレジンは、モールド金型との密着性が強く、剥離性（モールド金型からの離型性）が悪い傾向にある。また、例えば臭素は一般的に難燃材として用いられているが、樹脂から臭素を抜いていくと、樹脂封止体の難燃性が低下する。そのため、樹脂封止体の主材料には難燃性の高い樹脂を用いている。ところが、難燃材を抜いた樹脂は、一般的に低Ｔｇ化（ガラス転移温度が低下）、および低分子化する。低分子化した樹脂は粘性が低く、モールド金型に対していわゆる「濡れ」がよくなり、元々持っている密着性と相まって、モールド金型との貼り付きが強くなりやすい。当然、粘性が低いことから、前述の高流度レジン同様、モールド金型の上金型と下金型との合わせ面やプランジャとプランジャポットとの隙間に容易に入り込んでしまう（漏れ込む）場合が多い。

このような高流度レジンやハロゲンフリーレジン等の樹脂を用いた場合、モールド金型の上金型と下金型との合わせ面に染み出した樹脂がキャビティの周囲に薄バリとなってモールド金型に付着する、または、プランジャとプランジャポットとの隙間に流れ込んだ樹脂が樹脂カスとなってモールド金型に付着するなどして、他のモールド樹脂を用いた場合よりもモールド金型の汚れが発生しやすいという問題がある。

バリ屑および樹脂カス等の汚れが付着した状態で、次のショットの樹脂封止を行うと、例えば汚れがワイヤを抑えて、ワイヤが切断される、モールド金型のゲートが詰まる、または、モールド金型を傷つけるなどの不具合が生じる恐れがある。

そこで、現在は、ショット毎にクリーナユニットを用いてモールド金型に付着したバリ屑および樹脂カス等の汚れを除去している。しかし、バリ屑および樹脂カス等の汚れの態様は様々であるため、ショット毎のクリーニングではモールド金型から汚れを除去することができない場合がある。クリーニングの回数を増やすことにより、モールド金型の汚れを除去する方法もあるが、単にクリーニングの回数を増やすだけでは、モールド工程の工程時間（作業時間）が長くなり、生産性を損なってしまう。

本発明の目的は、モールド工程時間の増加を抑えつつ、効率的に半導体チップ封止用モールド金型のクリーニングを行うことのできる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態を簡単に説明すれば、次のとおりである。

この実施の形態は、配線部材を準備する工程と、配線部材の上面に半導体チップを搭載する工程と、半導体チップの主面に形成された電極パッドと配線部材の外部端子とを電気的に接続する工程と、半導体チップを樹脂封止体により封止する工程と、を有する半導体装置の製造方法である。そして、半導体チップを樹脂封止体により封止する工程において、モールディング装置に備わるプランジャの位置座標および摺動抵抗を検出し、摺動抵抗が第１管理抵抗値を超えた場合、位置座標と照合して、モールド金型の汚れの位置を検出するものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

モールド工程時間の増加を抑えつつ、効率的に半導体チップ封止用モールド金型のクリーニングを行うことができる。

本発明の一実施の形態によるモールディング装置の一例を示す要部概略図である。 本発明の一実施の形態によるモールディング装置の一部を拡大して、立体的に見た要部概略図である。 本発明の一実施の形態によるモールディング装置の下金型の一例を示す要部上面図である。 本発明の一実施の形態による半導体装置の製造方法の工程図である。 本発明の一実施の形態によるリードフレームの外形の一例を示す要部上面図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態によるダイボンディング工程における製品状態を説明する要部上面図および要部断面図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態によるワイヤボンディング工程における製品状態を説明する要部上面図および要部断面図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態によるモールド工程における製品状態を説明する要部上面図および要部断面図である。 本発明の一実施の形態によるモールド工程中におけるモールディング装置の要部断面図である。 図９に続く、モールド工程中における図９と同じ個所の要部断面図である。 図９に続く、モールド金型の上金型を透視して、モールド工程中におけるモールドレジンの流入状態を説明する要部上面図である。 図１０および図１１に続く、モールド工程中における図９と同じ個所の要部断面図である。 図１０および図１１に続く、モールド工程中における図１１と同じ個所の要部上面図である。 図１２および図１３に続く、モールド工程中における図９と同じ個所の要部断面図である。 図１２および図１３に続く、モールド工程中における図１１と同じ個所の要部上面図である。 図１４および図１５に続く、モールド工程中における図９と同じ個所の要部断面図である。 図１４および図１５に続く、モールド工程中における図１１と同じ個所の要部上面図である。 本発明の一実施の形態によるモールド工程におけるプランジャの位置座標および摺動抵抗の正常な推移を説明するグラフ図である。 本発明の一実施の形態によるモールド工程（Ａ工程）におけるプランジャの摺動抵抗の異常な推移を説明するグラフ図である。 本発明の一実施の形態によるモールド工程（Ｂ工程）におけるプランジャの摺動抵抗の異常な推移を説明するグラフ図である。 本発明の一実施の形態によるモールド工程（Ｃ工程）におけるプランジャの摺動抵抗の異常な推移を説明するグラフ図である。 本発明の一実施の形態によるモールド工程における摺動抵抗を用いたモールディング装置の動作制御方法を説明する工程図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態によるめっき工程における製品状態を説明する要部上面図および要部断面図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態によるリード切断工程における製品状態を説明する要部上面図および要部断面図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態による成形工程における製品状態を説明する要部上面図および要部断面図である。 本発明の一実施の形態による他の半導体装置（ＢＧＡパッケージ）の要部上面図である。 図２６のＡ−Ａ´線に沿った要部断面図である。 図２６に示す半導体装置（ＢＧＡパッケージ）の要部裏面図である。

以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。

また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施の形態）
本発明の実施の形態によるモールディング装置（モールド装置）を図１、図２、および図３を用いて説明する。図１はモールディング装置の一例を示す要部概略図、図２はモールディング装置の一部を拡大して、立体的に見た要部概略図、図３はモールディング装置の下金型の一例を示す要部上面図である。

図１および図２に示すように、本実施の形態によるモールディング装置は、トランスファモールド用の半導体製造装置である。ワイヤボンディングされた半導体チップ１を搭載したリードフレーム（配線部材）２が配置される下金型（第１金型）３と、下金型３に対向し、この下金型３と係合してリードフレーム２を密閉する上金型（第２金型）４とを有している。

下金型３には、半導体チップ１を樹脂封止するパッケージ領域となるキャビティ３ａ、キャビティ３ａ内にモールドレジンを流入する際の入り口となるゲート３ｂ、ゲート３ｂを介してキャビティ３ａと連通し、モールドレジンの流入経路となるサブランナ３ｄおよびランナ３ｃなどが形成されている。

下金型３側には、半導体チップ１を樹脂封止した樹脂封止体をキャビティ３ａから押し上げるための下型エジェクタピン５ａおよびランナ３ｃから押し上げるためのランナエジェクタピン５ｂが設けられている。下型エジェクタピン５ａおよびランナエジェクタピン５ｂの一端側は下型エジェクタプレート６に固定され、さらにこの下型エジェクタプレート６は、その下方に位置する固定された下型エジェクタロッド８に取り付けられている。下型エジェクタプレート６と下金型３との間には、下型圧縮バネ７が設けられている。また、下型エジェクタピン５ａの他の一端側は、キャビティ３ａの底面から３０〜５０μｍ程度突出するように設けられている。

上金型４は、下金型３に対応した構成となっている。上金型４には、半導体チップ１を樹脂封止するパッケージ領域となるキャビティ４ａ、およびモールドレジンの流入源となり、上金型４と下金型３とを閉じたときに下金型３に形成されたランナ３ｃと連通するカル４ｂなどが形成されている。

上金型４側には、半導体チップ１を搭載したリードフレーム２をモールドレジンによって封止した後に、上金型４を押し上げるための上型エジェクタピン２０および上型エジェクタロッド２１が設けられている。この上型エジェクタピン２０および上型エジェクタロッド２１の一端側は上型エジェクタプレート２２に固定され、さらにこの上型エジェクタプレート２２と上金型４との間には、上型圧縮バネ２３が設けられている。

下金型３は、モータ（第１モータ）９によって上下動を自在に動作させることができる。下金型３が下方に移動したときに、下型エジェクタピン５ａが樹脂封止体をキャビティ３ａから押し出すようになっている。

下金型３には、タブレット（モールドレジンを圧力で固めたもの）１２ａが投入されるポット１３が形成されている。このポット１３内には、上下動するブランジャ１４が設けられている。ポット１３に投入されたタブレット１２ａは、プランジャ１４をサーボモータ（第２モータ）１５によって上昇させることにより加圧され、溶融する。タブレット１２ａが溶融し流動化したモールドレジンは、カル４ｂ、ランナ３ｃ、サブランナ３ｄ、およびゲート３ｂを介してキャビティ３ａ，４ａ内に注入されるようになっている。

サーボモータ１５は、ボールネジ１６とナット１７とからなる回転力を直線の動きに変換する機構およびギア１８を介して、プランジャ１４を上下動させる。さらに、サーボモータ１５にはサーボアンプ１９が接続されており、サーボモータ１５の動き（動作負荷トルクおよび回転角など）はサーボアンプ１９によって制御されている。

また、図３に示すように、下金型３は、単位フレームが６行２列に配置されたマトリックス型のリードフレームを４つ搭載可能な金型であり、それぞれのリードフレーム搭載エリア内には１２のキャビティ３ａが形成されている。また、上金型４に形成された１つのカル４ｂに連通するように４つのランナ３ｃが形成されており、各ランナ３ｃはサブランナ３ｄおよびゲート３ｂを介して各キャビティ３ａと連通されている。さらに、図示は省略するが、下金型３の周辺部には複数のウエッジが形成されている。ウエッジは、例えば凸状の突起物から形成されており、下金型３と上金型４との位置合わせができるように構成されている。

図３には、マトリックス型のリードフレームを４つ搭載可能な下金型３を例示したが、これに限定されるものではない。また、モールド金型の構造は図１および図２を用いて説明した構造に限定されるものではない。例えば本実施の形態では、カルを上金型４に形成し、ランナを下金型３に形成したが、カルおよびランナを共に下金型３に形成してもよく、あるいはカルおよびランナを共に上金型４に形成してもよい。

次に、本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法について図４〜図２５を用いて説明する。図４は半導体装置の製造方法の工程図、図５はリードフレームの外形の一例を示す要部上面図、図６（ａ）および（ｂ）はそれぞれダイボンディング工程における製品状態を説明する要部上面図および要部断面図、図７（ａ）および（ｂ）はそれぞれワイヤボンディング工程における製品状態を説明する要部上面図および要部断面図、図８（ａ）および（ｂ）はそれぞれモールド工程における製品状態を説明する要部上面図および要部断面図、図９〜図２２はモールド工程におけるモールド金型の汚れの度合いを検出する方法を説明する図、図２３（ａ）および（ｂ）はそれぞれめっき工程における製品状態を説明する要部上面図および要部断面図、図２４（ａ）および（ｂ）はそれぞれリード切断工程における製品状態を説明する要部上面図および要部断面図、図２５（ａ）および（ｂ）はそれぞれ成形工程における製品状態を説明する要部上面図および要部断面図である。

本願発明においては、リードフレームのモールド工程におけるバリ屑および樹脂カス等によるモールド金型の汚れの度合いを検出する方法が主要な特徴となっており、その詳細および効果等について以降の説明で明らかにする。

《半導体チップ準備工程》
半導体ウエハの回路形成面に集積回路を形成する。集積回路は前工程または拡散工程と呼ばれる製造工程において、所定の製造プロセスに従って半導体ウエハにチップ単位で形成される。続いて、半導体ウエハに形成された各半導体チップの良・不良を判定した後、半導体ウエハをダイシングして、各半導体チップに個片化する。

《リードフレーム準備工程》
第１面と第１面とは反対側の第２面とを有し、金属製の枠組みであるリードフレーム（配線部材）２を準備する。例えば図５に示すように、リードフレーム２は、リードフレーム２の長手方向（ｘ軸方向）を列とし、この列の直交する方向（ｙ軸方向）を行とすると、半導体製品１つ分に該当する単位フレーム２４が６行２列に配置された構成となっている。リードフレーム２の上面（第１面）に存在する各単位フレーム２４の中央部には、半導体チップを搭載するダイパッド２５が設けられ、ダイパッド２５を囲むように多数のリード（外部端子）２６が設けられている。また、リードフレーム２の周辺には、リードフレーム２の位置決めのための複数の孔２７が設けられている。なお、半導体装置の製造方法の一例の説明に用いる図６〜図８および図２３では、１つの単位フレーム２４に該当する領域のみを図示している。

《ダイボンディング工程》
次に、図６に示すように、ダイパッド２５の上面と半導体チップ１の裏面とを対向させて、各単位フレーム２４のダイパッド２５の上面上に半導体チップ１を搭載し、ダイパッド２５の上面と半導体チップ１の裏面とを、例えばペースト状の接着剤（銀（Ａｇ）ペースト等）を介して接合する。なお、ダイパッド２５の上面と半導体チップ１の裏面との接合は、ペースト状の接着剤ではなく、金−錫（Ａｕ−Ｓｎ）共晶接合などで行ってもよい。

《ワイヤボンディング工程》
次に、図７に示すように、例えば熱圧着に超音波振動を併用したネイルヘッドボンディング（ボールボンディング）法により、半導体チップ１の主面（表面）に形成された複数の電極パッド（図示は省略）と複数のリード（外部端子）２６とを複数のワイヤ２８を介してそれぞれ電気的に接続する。ワイヤ２８は、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、およびアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料が用いられる。特にワイヤ２８に細線化された金線を使用する場合、線径は２０μｍφ以下、例えば１５〜２０μｍφの太さのものを用いる場合が多い。

《モールド工程》
次に、図８に示すように、リードフレーム２に搭載された各半導体チップ１を樹脂封止体（封止体）１２ｃにより樹脂封止する。以下、［モールド工程における樹脂封止手順］、［モールド金型の汚れの検出方法］、および［モールド金型の汚れを検出した場合の処理方法］に分けて順に説明する。

［モールド工程における樹脂封止手順］
モールド工程における樹脂封止手順を図９〜図１７を用いて説明する。図９、図１０、図１２、図１４、および図１６はモールド工程中におけるモールディング装置の要部断面図、図１１、図１３、図１５、および図１７はモールド金型の上金型を透視して、モールド工程中におけるモールドレジンの流入状態を説明する要部上面図である。

（１）リードフレームの固定
まず、図９に示すように、例えば高周波加熱機などで予備加熱され、ある程度軟化したタブレット１２ａをポット１３内に投入する。タブレット１２ａは、例えば高流度レジンまたはハロゲンフリーレジンを圧力で固めたものが用いられる。ここで、プランジャ１４は、ポット１３内にタブレット１２ａが収まる第１位置に置かれている。また、下金型３の各キャビティ３ａ上に各半導体チップ１が位置するように、前述の図７に示したワイヤボンディングまで施されたリードフレーム２を下金型３上に設置する（前述の図１参照）。

次に、前述の図１および図２を用いて説明したように、モールディング装置の下型全体（下金型３、下型エジェクタピン５ａ、ランナエジェクタピン５ｂ、下型エジェクタプレート６、下型圧縮バネ７、およびプランジャ１４など）を上昇させることにより、上金型４と下金型３とを閉じる。このとき、リードフレーム２を上金型４と下金型３との間にモールドレジンが洩れることのないように隙間無く挟み、リードフレーム２を固定する。この時点でも、プランジャ１４は、ポット１３内にタブレット１２ａが収まる第１位置に置かれている。

（２）樹脂封止
次に、下記のＡ工程〜Ｄ工程を経て、半導体チップ１とリードフレーム２の一部をモールドレジン１２ｂにより樹脂封止する。

（２−１）Ａ工程：ポットからランナへのモールドレジンの流入
図１０および図１１に示すように、プランジャ１４をサーボモータ１５によって第１位置から上昇させてタブレット１２ａを押圧し、タブレット１２ａが溶融し流動化したモールドレジン（溶融レジン）１２ｂをポット１３から加圧移動させる。モールドレジン１２ｂはカル４ｂからランナ３ｃへ流入する。

（２−２）Ｂ工程：ポットから近い位置にある複数のキャビティへのモールドレジンの流入
図１２および図１３に示すように、さらに、プランジャ１４をサーボモータ１５によって上昇させて、カル４ｂからランナ３ｃへ流入したモールドレジン１２ｂを、ポット１３から最も近くに位置するキャビティ３ａから順に複数のキャビティ３ａへサブランナ３ｄおよびゲート３ｂを通して流入させる。このＢ工程では、リードフレーム２の一方の先端部（カル４ｂ側の先端部）から中間部にかけて、複数のキャビティ３ａにモールドレジン１２ｂを流入させる。

（２−３）Ｃ工程：ポットから遠い位置にある複数のキャビティへのモールドレジンの流入
図１４および図１５に示すように、さらに、プランジャ１４をサーボモータ１５によって上昇させて、カル４ｂからランナ３ｃへ流入したモールドレジン１２ｂを、ポット１３から最も遠くに位置するキャビティ３ａにまでサブランナ３ｄおよびゲート３ｂを通して流入させる。このＣ工程では、リードフレーム２の中間部から他方の先端部（カル４ｂとは反対側の先端部）にかけて、複数のキャビティ３ａにモールドレジン１２ｂを流入させる。

（２−４）Ｄ工程：全キャビティ内のモールドレジンの充填
図１６および図１７に示すように、さらに、プランジャ１４をサーボモータ１５によって上昇させて、全てのキャビティ３ａ内を完全にモールドレジン１２ｂで充填する。これによって半導体チップ１およびリードフレーム２の一部がモールドレジン１２ｂで樹脂封止される。ここで、ポット１３内のモールドレジン１２ｂを押し出したプランジャ１４は、第１位置よりも高い第２位置に置かれている。

（３）リードフレームの取り出し
次に、所定時間経過後、モールドレジン１２ｂが硬化して樹脂封止体１２ｃが形成されたところで、前述の図１および図２を用いて説明したように、モールディング装置の下型全体（下金型３、下型エジェクタピン５ａ、ランナエジェクタピン５ｂ、下型エジェクタプレート６、下型圧縮バネ７、およびプランジャ１４など）を下降させることにより、上金型４と下金型３とを開く。この型開きと同時に、またはこの型開きの後に、プランジャ１４を第２位置から下降させて、例えば第１位置に戻す。

次に、モータ９によって下金型３を所定の位置まで下降させて、下型エジェクタピン５ａおよびランナエジェクタピン５ｂによりそれぞれキャビティ３ａ内およびランナ３ｃ内の樹脂封止体１２ｃを押し上げる。これにより、樹脂封止体１２ｃが形成されたリードフレーム２をモールド金型から取り出す。

［モールド金型の汚れの検出方法］
前述したＡ工程〜Ｄ工程においては、予め設定された動作負荷トルクおよび回転角をサーボモータ１５へ出力する。同時に、サーボモータ１５の動作負荷トルクからプランジャ１４の摺動抵抗を検出し、サーボモータ１５の回転角からプランジャ１４の位置座標を検出する。プランジャ１４の位置座標から、仕掛りの工程がＡ工程か、Ｂ工程か、Ｃ工程か、またはＤ工程かを把握することができる。

モールド金型の汚れに問題が無い場合は、例えば図１８に示すようなプランジャの位置座標および摺動抵抗が得られる。

図１８に、プランジャの位置座標および摺動抵抗の正常な推移を説明するグラフ図を示す。縦軸はプランジャの位置座標およびプランジャの摺動抵抗であり、横軸はプランジャの動作時間である。横軸に示す時間ｔ０〜ｔ１は前述のＡ工程（モールドレジンがポットからランナに流入している間）に相当する区間、時間ｔ１〜ｔ２は前述のＢ工程（モールドレジンがランナからサブランナおよびゲートを介して、リードフレームの一方の先端部から中間部に位置する複数のキャビティに流入している間）に相当する区間、時間ｔ２〜ｔ３は前述のＣ工程（モールドレジンがランナからサブランナおよびゲートを介して、リードフレームの中間部から他方の先端部に位置する複数のキャビティに流入している間）に相当する区間、時間ｔ３〜ｔ４は前述のＤ工程（モールドレジンが全てのキャビティに充填されている間）に相当する区間である。

図１８に示すように、正常に動作しているプランジャでは、プランジャの位置が第１位置から上昇して第２位置となるまでに、Ａ工程において摺動抵抗の増加が現れるが、Ｂ工程、Ｃ工程、およびＤ工程では顕著な摺動抵抗の増加は現れない。

これに対して、モールド金型の汚れに問題が有る場合は、プランジャの摺動抵抗の増加が検出される。

すなわち、バリ屑および樹脂カス等の汚れが付着したモールド金型を使用すると、例えばその汚れがモールド金型のゲートに詰まる、ポットとプランジャとの間に入り込む、キャビティ内に残留してワイヤを切断する等の不具合が生じる。このような不具合が生じた場合には、プランジャに負荷が掛かるため、予め設定された動作負荷トルクおよび回転角をサーボモータへ出力しても、プランジャが所定の位置座標に動かなくなる。プランジャを所定の位置座標へ動かすためには、サーボモータの動作負荷トルクを増加する必要があり、このサーボモータの動作負荷トルクの増加が、プランジャの摺動抵抗の増加として現れる。

モールド金型の汚れの検出方法の一例について、図１９〜図２１を用いて説明する。図１９はＡ工程におけるプランジャの摺動抵抗の異常な推移を説明するグラフ図、図２０はＢ工程におけるプランジャの摺動抵抗の異常な推移を説明するグラフ図、図２１はＣ工程におけるプランジャの摺動抵抗の異常な推移を説明するグラフ図である。

例えばランナ、またはポット内の下部にバリ屑および樹脂カス等の汚れが付着している場合は、サーボモータの動作負荷トルクの増加は、図１９に示すようなＡ工程におけるプランジャの摺動抵抗の増加として現れる。また、例えばサブランナ、ゲート、キャビティ、またはポット内の上部にバリ屑および樹脂カス等の汚れが付着している場合は、サーボモータの動作負荷トルクの増加は、図２０に示すようなＢ工程におけるプランジャの摺動抵抗の増加または図２１に示すようなＣ工程におけるプランジャの摺動抵抗の増加として現れる。

そこで、予め不具合が生じたモールド金型を用いてプランジャの摺動抵抗を測定し、得られたプランジャの摺動抵抗から、Ａ工程、Ｂ工程、Ｃ工程、およびＤ工程の工程毎に警告レベルの摺動抵抗（第１管理抵抗値Ｐ１）および警告レベルの摺動抵抗よりも高い異常レベルの摺動抵抗（第２管理抵抗値Ｐ２）を設定しておく。そして、プランジャの摺動抵抗が上記警告レベルの摺動抵抗または上記異常レベルの摺動抵抗を超えた場合には、後述するように、それぞれのレベルに対応した対策を行う。

予めプランジャの位置座標、およびこれに対応する工程（すなわちＡ工程か、Ｂ工程か、Ｃ工程か、またはＤ工程か）が把握されているので、プランジャの位置座標と照合することにより、どの工程において、プランジャの摺動抵抗が警告レベルの摺動抵抗または異常レベルの摺動抵抗を超えたかを検出することができる。さらに、不具合が生じた工程が分かればモールドレジンが流動している位置も把握することができるので、プランジャの位置情報からモール金型の汚れの位置を検出することが可能となる。

［モールド金型の汚れを検出した場合の処理方法］
次に、モールド金型の汚れを検出した際の処理方法の一例について、図２２および前述の図１８〜図２１を用いて説明する。図２２はプランジャの摺動抵抗を用いたモールディング装置の動作制御方法を説明する工程図である。

ポットからランナへのモールドレジンの流入を開始すると同時に、サーボモータの動作負荷トルクおよびサーボモータの回転角を測定し、これらからプランジャの摺動抵抗およびプランジャの位置座標を検出する。

（１）プランジャの摺動抵抗が警告レベル未満の場合
例えば前述の図１８に示すように、プランジャの摺動抵抗が警告レベルの摺動抵抗（Ｐ１）よりも低ければ、モールドレジンの流入動作が続けられて、全てのキャビティ内をモールドレジンにより充填する。続けて、次のショットの樹脂封止を行う。次のショットを行う前に、クリーナユニットを用いてモールド金型のクリーニングを行ってもよい。

（２）プランジャの摺動抵抗が警告レベルと異常レベルとの間（警告レベル以上異常レベル以下）の場合
例えば前述の図１９〜図２１に示すように、プランジャの摺動抵抗が異常レベルの摺動抵抗（Ｐ２）よりも低いが、警告レベルの摺動抵抗（Ｐ１）よりも高い場合は、警告レベルの摺動抵抗が検出された回数（発生頻度）に応じて、次の３つの対策のうちいずれかの対策をとる。

警告レベルの摺動抵抗の検出が２回までは、モールドレジンの流入動作が続けられて、全てのキャビティ内をモールドレジンにより充填する。続けて、次のショットの樹脂封止を行う。次のショットを行う前に、クリーナユニットを用いてモールド金型のクリーニングを行ってもよい。

３回連続して警告レベルの摺動抵抗が検出された場合は、モールドレジンの流入動作が続けられて、全てのキャビティ内をモールドレジンにより充填するが、その後、製品を取り置き、製品の検査を行う。続けて、次のショットの樹脂封止を行う。

４回連続して警告レベルの摺動抵抗が検出された場合は、Ａ工程、Ｂ工程、Ｃ工程、またはＤ工程のいずれの工程において不具合が発生したかを判別して、不具合が発生した箇所を特定する。Ａ工程において不具合が発生した場合は、例えばランナまたはポットとプランジャとの間に汚れが発生していることが考えられる。また、Ｂ工程およびＣ工程において不具合が発生した場合は、例えばサブランナ、ゲート、キャビティ、またはポットとプランジャとの間に汚れが発生していることが考えられる。また、Ｄ工程において不具合が発生した場合は、例えばキャビティまたはポットとプランジャとの間に汚れが発生していることが考えられる。

その後、モールディング装置の稼働を停止して、製品の検査を行う。さらに、モールディング装置およびモールド金型の検査を行い、必要に応じてモールド金型のクリーニングを行う。

本実施の形態では、警告レベルの摺動抵抗が検出される回数を、前述したように２回、３回、および４回としたが、これに限定されるものではなく、適宜変更可能であることは言うまでもない。

（３）プランジャの摺動抵抗が異常レベルを超えた場合
プランジャの摺動抵抗が異常レベルの摺動抵抗（Ｐ２）よりも高い場合は、Ａ工程、Ｂ工程、Ｃ工程、またはＤ工程のいずれの工程において不具合が発生したかを判別して、不具合が発生した箇所を特定する。その後、モールディング装置の稼働を停止して、製品の検査を行う。さらに、モールディング装置およびモールド金型の検査を行い、必要に応じてモールド金型のクリーニングを行う。

このように、モールド工程において、リードフレーム２に搭載された各半導体チップ１を樹脂封止体１２ｃにより樹脂封止する際、プランジャ１４の座標位置と摺動抵抗とを検出することにより、プランジャ１４の位置座標に対応したプランジャ１４の異常動作を検出することができる。これにより、モールド金型に付着したバリ屑および樹脂カス等の汚れを早期に見つけ出して除去することができるので、不良製品の作り込みおよびモールド金型の破損などを未然に防止することができる。また、モールド金型に付着したバリ屑および樹脂カス等の汚れの位置も容易に判断することができるので、モールド金型の検査およびクリーニングなどの復旧作業を短い時間で行うことができる。また、モールド金型のクリーニングは、プランジャ１４の異常動作の検出頻度に応じて行えばよく、モールド金型のクリーニングの回数を減らすことが可能となる。このことは、モールド工程時間の短縮にも繋がる。

《モールド後ベーク工程》
次に、樹脂封止体１２ｃの更なる硬化促進を行い、リードフレーム２への密着性向上等のために、半導体チップ１およびリードフレーム２の一部が樹脂封止された樹脂封止体１２ｃに対してアニール処理を施す。アニール処理は、例えば温度１６０〜１９０℃程度の温度で約７時間程度行う。

《めっき工程》
次に、図２３に示すように、リードフレーム２にめっき処理を施す。これにより、樹脂封止体１２ｃから突出した複数のリード２６のそれぞれの表面に、例えば厚さ１０μｍ以下の錫（Ｓｎ）系合金または錫−鉛（Ｓｎ−Ｐｂ）系合金からなるめっき層２９を形成する。錫（Ｓｎ）系合金の場合、錫−銅（Ｓｎ−Ｃｕ）系合金または錫−ビスマス（Ｓｎ−Ｂｉ）系合金などがある。

《リード切断工程》
次に、図２４に示すように、切断装置を用いてリード２６を切断し、個々の半導体装置（半導体製品）３０に切り分ける。この際、例えば切断装置に備わるダイ上に置かれたリードフレーム２に、切断装置に備わる切断パンチが樹脂封止体１２ｃの上面側から打ち下ろされて、リードフレーム２の本体から各半導体装置３０が切り離される。

《成形工程》
次に、図２５に示すように、成形金型により樹脂封止体１２ｃから露出しているリード２６を所定の形状に成形する。

上記説明では、めっき工程、リード切断工程、成形工程の順に半導体装置３０の製造を行っているが、リード切断工程の後に、めっき工程および成形工程を順に行ってもよい。

《検査工程》
次に、半導体装置３０は、製品規格に応じた電気的検査や外観検査といった検査工程を経て良品と不良品とに選別される。

《出荷工程》
次に、良品と判断された半導体装置３０は出荷される。

このように、本実施の形態によれば、モールド金型に付着したバリ屑および樹脂カス等の汚れを早期に見つけ出して除去することができるので、不良製品の作りこみおよびモールド金型の破損などを未然に防止することができる。また、モールド金型に付着したバリ屑および樹脂カス等の汚れの位置も容易に判断することができるので、モールド金型の検査およびクリーニングなどの復旧作業を短い時間で行うことができる。また、モールド金型のクリーニングは、プランジャの異常動作の検出頻度に応じて行えばよく、モールド金型のクリーニングの回数を減らすことが可能となる。これにより、バリ屑および樹脂カス等の汚れが発生しやすい高流度レジンおよびハロゲンフリーレジンを用いた場合であっても、モールド工程時間の増加を抑えつつ、効率的に半導体チップ封止用モールド金型のクリーニングを行うことができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施の形態では、プランジャの異常動作を判定する摺動抵抗のレベルとして、警告レベルと異常レベルの２つのレベルを設定したが、３以上のレベルを設定してもよい。これにより、バリ屑および樹脂カス等の汚れに対するより詳細なモールド金型の管理を行うことができる。

また、前記実施の形態では、モールド工程をＡ工程、Ｂ工程、Ｃ工程、およびＤ工程の４つの区間に分けてモールド金型の汚れの検出方法を説明したが、製品によっては区間を５以上としてもよい。これにより、バリ屑および樹脂カス等の汚れに対するより詳細なモールド金型の管理を行うことができる。

また、前記実施の形態では、配線部材としてリードフレームを用いるＱＦＰ（Quad Flat Package）を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。本願発明の主要な特徴は、ＱＦＮ（Quad Flat No lead package）のモールド工程に適用してもよい。ただし、ＱＦＮの場合、前述した《成形工程》は無くなる。

さらに、本願発明の主要な特徴は、例えば図２６〜図２８に示すような、配線部材として配線基板（インターポーザ）を用いるＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージのモールド工程に適用してもよい。

ＢＧＡパッケージについて、図２６〜図２８を用いて説明する。図２６はＢＧＡパッケージの要部上面図、図２７は図２６のＡ−Ａ´線に沿った要部断面図、図２８はＢＧＡパッケージの要部裏面図である。

ＢＧＡパッケージは、配線基板（配線部材）５２の上面５２ａ上に半導体チップ５１が搭載され、配線基板５２の下面５２ｂに複数の半田ボール（外部端子）５３が格子状（グリッド状）に設けられた構造を有している。半導体チップ５１は、樹脂ペースト材等のダイボンド材５４によって配線基板５２の上面５２ａに固着されている。さらに、半導体チップ５１の主面には複数の電極パッド５５が形成されており、複数の電極パッド５５と配線基板５２の複数のボンディングリード（図示は省略）とが複数のワイヤ５６によってそれぞれ電気的に接続されている。従って、半導体チップ５１の電極パッド５５から半田ボール５３までが、ワイヤ５６、ボンディングリード、配線基板５２の配線部等を介して電気的に接続されている。

配線基板５２の上面５２ａ上の半導体チップ５１およびワイヤ５６等が、前述したモールド工程において形成された樹脂封止体（封止体）５７によって樹脂封止されている。

本発明の半導体装置の製造方法は、配線部材をトランスファモールド方式により樹脂封止する半導体装置の製造方法に対して広く適用可能である。

１ 半導体チップ
２ リードフレーム（配線部材）
３ 下金型（第１金型）
３ａ キャビティ
３ｂ ゲート
３ｃ ランナ
３ｄ サブランナ
４ 上金型（第２金型）
４ａ キャビティ
４ｂ カル
５ａ 下型エジェクタピン
５ｂ ランナエジェクタピン
６ 下型エジェクタプレート
７ 下型圧縮バネ
８ 下型エジェクタロッド
９ モータ（第１モータ）
１２ａ タブレット
１２ｂ モールドレジン（溶融レジン）
１２ｃ 樹脂封止体（封止体）
１３ ポット
１４ プランジャ
１５ サーボモータ（第２モータ）
１６ ボールネジ
１７ ナット
１８ ギア
１９ サーボアンプ
２０ 上型エジェクタピン
２１ 上型エジェクタロッド
２２ 上型エジェクタプレート
２３ 上型圧縮バネ
２４ 単位フレーム
２５ ダイパッド
２６ リード（外部端子）
２７ 孔
２８ ワイヤ
２９ めっき層
３０ 半導体装置（半導体製品）
５１ 半導体チップ
５２ 配線基板（配線部材）
５２ａ 上面
５２ｂ 下面
５３ 半田ボール（外部端子）
５４ ダイボンド材
５５ 電極パッド
５６ ワイヤ
５７ 樹脂封止体（封止体）

Claims (13)

1. （ａ）第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有する配線部材を準備する工程と、
   （ｂ）前記配線部材の前記第１面上に半導体チップを搭載する工程と、
   （ｃ）前記半導体チップの主面に形成された複数の電極パッドと前記配線部材の複数の外部端子とを電気的に接続する工程と、
   （ｄ）前記半導体チップを樹脂封止体により封止する工程と、
   を有し
   前記（ｄ）工程は、
   （ｄ１）モールド金型に形成されたポット内にタブレットを投入する工程と、
   （ｄ２）前記モールド金型に形成されたキャビティ内に、前記半導体チップが位置するように前記配線部材を前記モールド金型に位置決めする工程と、
   （ｄ３）前記ポット内に配置されたプランジャにより前記タブレットを押圧する工程と、
   （ｄ４）前記タブレットが溶融したモールドレジンを、前記モールド金型に形成されたランナおよびゲートを介して前記キャビティ内へ注入する工程と、
   （ｄ５）前記キャビティ内に配置された前記半導体チップを前記モールドレジンにより封止する工程と、
   （ｄ６）前記モールドレジンを硬化させて、前記樹脂封止体を形成する工程と、
   （ｄ７）前記半導体チップが樹脂封止された前記配線部材を前記モールド金型から取り出す工程と、
   を含み、
   前記（ｄ）工程において、前記プランジャの位置座標および摺動抵抗を検出し、前記摺動抵抗が第１管理抵抗値を超えた場合、前記位置座標と照合して、前記モールド金型の汚れの位置を検出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に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記位置座標を検出する区間は、前記ポットから前記ランナに前記モールドレジンが流入している間に相当する区間、前記ランナから前記キャビティに前記モールドレジンが流入している間に相当する区間、および前記キャビティ内が前記モールドレジンにより充填されている間に相当する区間であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記摺動抵抗が、前記第１管理抵抗値を規定回数超えた場合、前記（ｄ）工程を停止することを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記摺動抵抗が、前記第１管理抵抗値よりも高い第２管理抵抗値を超えた場合、前記（ｄ）工程を停止することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記摺動抵抗および前記位置座標の検出は、前記プランジャを駆動するサーボモータの状態を検出することにより行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記摺動抵抗は、前記サーボモータの動作負荷トルクから検出されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記位置座標は、前記サーボモータの回転角から検出されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記（ｃ）工程において、前記半導体チップの主面に形成された前記複数の電極パッドと前記配線部材の複数の外部端子とは、それぞれ複数のワイヤを介して電気的に接続されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記複数のワイヤは金により構成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 請求項９に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記複数のワイヤの線径は、２０μｍφ以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記樹脂封止体は、高流度レジンにより構成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記樹脂封止体は、ハロゲンフリーレジンにより構成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記配線部材はリードフレームであって、前記複数の外部端子は複数のリードであることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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