JP2015088733A - 半導体製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 半導体装置の製造工程において、小型化・多数個取りのリードフレームの樹脂封止に対応できる、高精度な位置決めが可能で、かつリードフレームへのストレスが小さい半導体製造装置を提供する。
【解決手段】 半導体チップを搭載したリードフレームを樹脂封止する上下一組のモールド金型の下側モールド金型２には、リードフレームの位置決め穴に係合する先細りテーパー形状の位置決めピン３と成型後にパッケージを金型から突き出すための突き出しピン４や対の突き出しピン５が設けられている。突き出しピン４や対の突き出しピン５は突き出しピン連動機構６に固定され、突き出しピン連動機構６の上下動に合わせて突き出しピン４や対の突き出しピン５が上下する。これにより、位置精度向上のためにフレーム位置決め穴に密着させた位置決めピン３を、フレーム位置決め穴の変形無しに容易に外すことが可能となるとともに位置決め穴の変形を防止できる。
【選択図】図５

Description

半導体製造装置、特に、半導体チップが搭載されたリードフレームを樹脂封止する半導体製造装置に関する。
半導体チップが搭載された従来のリードフレームを樹脂封止する技術においては、半導体装置の樹脂封止はトランスファモールドでなされる。上下の金型の間に、半導体チップが搭載されリードと電気的接続がなされたリードフレームを、挿入した後上下の金型を締め、その内部に例えば熱硬化性の樹脂をプランジャを介して注入する。そして、上下の金型にそれぞれ形成されたキャビティに樹脂が充填され、樹脂が硬化すると半導体チップの封止が完了する。上記のようなモールド金型では、キャビティとリードフレームとの位置関係を適切にするために、上下の金型の間にリードフレームを挿入する際に上下の金型に対して位置決めを行う必要がある。
リードフレームをモールド金型上の適切な位置に載置させる為の、位置決めの方式として、モールド金型の所定の位置に設けられた位置決め用のピンに対して、リードフレーム外周に設けた位置決め用穴を勘合させるという方式が一般的に行われている（特許文献１あるいは２を参照のこと）。
特開平１０−８６１８８号公報 特開２００１−７１３０号公報
電子機器の小型化・高密度化に伴う半導体装置の小型化によって、リードフレームとモールド金型の位置決めには、より高い精度が要求されるようになってきているが、これら従来の方式では、封止完了後のリードフレームを金型から取り出す際に、位置決めピンと位置決め穴の干渉によって位置決め用穴の変形を防ぐ為に、位置決めピンと穴の間に一定のクリアランスを持たざるを得ず、このクリアランスがリードフレームの位置決め精度を低下させる要因となっている。
リードフレームとモールド金型の高精度位置決めに関しては、例えば特許文献１では位置決めピンへの可動機構の導入により、クリアランス削減による位置決め精度向上と位置決め用穴変形防止の両立を目指しているが、位置決めピンを可動させる為に金型構造が複雑化したり、そもそもピンを可動させる機構自体にクリアランスが必要であったりして、高精度化には限界が有った。またクリアランス部に樹脂の流れ込みが発生する等して動作不良を起こす危険性が有った。
本発明は、従来の技術が有していたこれらの課題を解決するための半導体装置製造装置を提供するものである。
上記課題を解決するために下記手段を用いた。
まず、半導体チップが搭載されたリードフレームを上下１組の金型で挟み込み所定の位置に樹脂を充填成型させる方式の半導体製造装置において、前記金型に設けられた先細りテーパー形状の位置決めピンの柱部外径が前記リードフレーム上面における位置決め穴の内径より大きく、前記位置決めピンの近傍に対の突き出しピンを設けることを特徴とする半導体製造装置とした。
また、前記対の突き出しピンが、ひとつの前記位置決めピンに対し近接して複数配置されることを特徴とする半導体製造装置とした。
また、前記複数配置の対の突き出しピンは、前記ひとつの位置決めピンを中心に対称に配置されることを特徴とする半導体製造装置とした。
また、前記位置決めピンの柱部外径が前記リードフレーム下面における位置決め穴の内径より小さいことを特徴とする半導体製造装置とした。
また、断面視的に前記位置決め穴が成す斜辺の傾度が前記位置決めピンの錘部が成す斜辺の傾度が同一であることを特徴とする半導体製造装置とした。
また、前記リードフレーム厚さが８０μｍ以上であれば、前記位置決めピンと前記対の突き出しピンとが１．５ｍｍ以下の距離に配置されていることを特徴とする半導体製造装置とした。
また、前記リードフレーム厚さが５０μｍ以上８０μｍ未満であれば、前記位置決めピンと前記対の突き出しピンとが１．０ｍｍ以下の距離に配置されていることを特徴とする半導体製造装置とした。
モールド金型の位置決めピンの外径を、リードフレームの位置決め用穴の内径以上にする事により、モールド金型にリードフレームを戴置する際に生じるリードフレームのモールド金型上でのガタツキを抑制される。また位置決めピンのガイド用ストレート部がリードフレームの厚み以下で有る事と、モールド封止後の前記リードフレームを封止後のモールド金型から突き出す為の突き出しピンが位置決めピンから１．５ｍｍ以下の距離に設置されている事によりリードフレームの位置決め用穴の変形が抑制される。これらにより金型上のリードフレームの高精度位置決めと位置決め用穴の変形防止を達成する。
本発明の第１実施例における半導体製造装置の断面図である。（リードフレームの搭載前の状態） 従来技術におけるリードフレーム位置決め穴と位置決めピンを示す断面図である。 本発明における、リードフレーム位置決め穴と位置決めピンを示す断面図である。 本発明の第１実施例における半導体製造装置の断面図である。（金型上にリードフレームが戴置された状態） 本発明の第１実施例における半導体製造装置の断面図である。（樹脂封止が完了し、フレームが金型から突き出された状態） 本発明の第２実施例における半導体製造装置の断面図である。 本発明の第３実施例における半導体製造装置の断面図である。 本発明における、リードフレーム位置決め穴と位置決めピンを示す平面図である。
本発明の半導体製造装置について、図を用いて説明する。
図１は、本発明の第１実施例における半導体製造装置の断面図である。樹脂封止した半導体装置を製造する際に用いるモールド金型の上下の金型が開いて、リードフレームが搭載される前の状態を示す図である。モールド金型は上側モールド金型１と下側モールド金型２から構成され、それぞれに上型キャビティ７と下型キャビティ８が平面視的に重畳して設けられ、上側モールド金型１と下側モールド金型２が重なって半導体装置が入る空間を作ることになる。
下側モールド金型２には、リードフレームの位置決め穴に係合する先細りテーパー形状の位置決めピン３と成型後にパッケージを金型から突き出すための突き出しピン４や対の突き出しピン５が設けられている。ここで、位置決めピン３と近接して配置される突き出しピンを「対の突き出しピン５」と命名している。これは、位置決めピン３と対の突き出しピン５が対で配置されているためである。突き出しピン４や対の突き出しピン５は突き出しピン連動機構６に固定され、突き出しピン連動機構６の上下動に合わせて突き出しピン４や対の突き出しピン５が上下する。
このように、本発明では、位置決めピン３と対の突き出しピン５が近接して設けられているが、リードフレームの厚さが８０μｍ以上であれば、位置決めピン３と対の突き出しピン５との距離Ａが１．５ｍｍ以内であることが望ましい。また、リードフレームの厚さが５０μｍ以上８０μｍ未満であれば、位置決めピン３と対の突き出しピン５との距離Ａが１．０ｍｍ以内であることが望ましい。
このような距離設定とすることにより、位置精度向上のためにフレーム位置決め穴に密着させた位置決めピン３を、フレーム位置決め穴の変形無しに容易に外すことが可能となるとともに位置決め穴の変形を防止できる。位置決め穴の変形防止によって、当該工程以降の工程での位置決め精度に良好な結果をもたらすことになる。
図４は、上側モールド金型１と下側モールド金型２の間にリードフレーム９を導入し、下側モールド金型２の上にリードフレーム９を載置した状態の図である。リードフレーム９には半導体チップ１１がダイボンドされ、半導体チップ表面の電極とリードフレームに形成されたリード（図示していない）がワイヤで接続されている。リードフレームの縁部（紙面の手前方向、または奥行き方向）にはフレーム位置決め穴１０が設けられ、フレーム位置決め穴１０に位置決めピン３が挿入されている。
なお、リードフレーム９が下側モールド金型２上に載置されているときには突き出しピン４や対の突き出しピン５は下に下がっており、少なくとも突き出しピン４や対の突き出しピン５の頭部が下側モールド金型２の上面から飛び出さない状態になっている。図示していないが、リードフレームが載置されると、上側モールド金型１が下降し、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂がキャビティ７，８に供給されて半導体チップが封止されることになる。
次に、リードフレームに設けられたフレーム位置決め穴１０と位置決めピン３の係合について図２、３を用いて説明する。
図２は、従来技術におけるリードフレーム位置決め穴と位置決めピンを示す断面図である。位置決めピン３は、柱部３ｙの上に錘部３ｘが載る形状で、柱部３ｙの外径はリードフレーム９に設けられたフレーム位置決め穴１０の内径よりも小さく、金型に対するリードフレームの位置精度は悪い。
図３は、本発明における、リードフレーム位置決め穴と位置決めピンを示す断面図である。
図３（ａ）〜（ｃ）では、フレーム位置決め穴の形状が異なる。図３（ａ）は、柱部３ｙの上に錘部３ｘが載る形状の位置決めピン３の柱部３ｙの外径がフレーム位置決め穴１０の内径と同等か、もしくは、僅かに同等以上である例である。この場合、リードフレーム９の上面におけるフレーム位置決め穴１０の内径はリードフレーム９の下面におけるフレーム位置決め穴１０の内径と同じである。そして、柱部３ｙと錘部３ｘの境界がリードフレーム９のフレーム位置決め穴１０内に埋もれている。このような構成とすることにより、従来技術で生じていた位置決めピンと位置決め穴の間のクリアランスに起因する金型上でのリードフレームのガタツキを無くす事ができ、高精度の位置精度を確保することができる。
図３（ｂ）は、フレーム位置決め穴の形状を変えた一例である。フレーム位置決め穴１０ｘは断面視的に等脚台形の形状であって、リードフレームの上面に位置するその台形の上底は柱部３ｙの外径より短く、リードフレームの下面に位置する台形の下底は柱部３ｙの外径より長くなっている。また、等脚台形の斜辺は錘部３ｘのテーパー部と同じ傾度を有する。そのため、フレーム位置決め穴１０ｘと位置決めピン３は面で接することになり位置精度の一層の向上が望める。
図３（ｃ）も、フレーム位置決め穴の形状を変えた一例である。フレーム位置決め穴１０ｘは断面視的に等脚台形の形状であって、リードフレームの上面に位置するその台形の上底は柱部３ｙの外径より短く、リードフレームの下面に位置する台形の下底は柱部３ｙの外径より長くなっている。等脚台形の斜辺の傾度が錘部３ｘのテーパー部の傾度よりも大きくした点が図３（ｂ）の例と異なる。
図５は、樹脂封止が完了し、フレームが金型から突き出された状態を示す図である。半導体チップは封止樹脂１２によって封止された後、上側モールド金型１が上昇し、封止樹脂１２が載るリードフレーム９が突き出しピン連動機構６に固定された突き出しピン４や対の突き出しピン５によって押し上げられると同時に位置決めピン３がフレーム位置決め穴１０から外れることになる。このとき、対の突き出しピン５は、位置決めピン３に近接して配置されているためリードフレーム９があまり撓むことなく位置決めピン３がフレーム位置決め穴１０から外れることになる。そのため、フレーム位置決め穴１０が変形することがなく、後の工程においても高精度の位置精度を確保することができる。
万一、位置決めピン３の摩耗によって高精度な位置決めが困難である場合には、（図示していない）位置決めピンの底部に設けた位置決めピン回転機構を利用して僅かに回転させることで高精度な位置決めを確保することが可能となる。
図６は、本発明の第２実施例における半導体製造装置の断面図である。第１実施例との違いは上側モールド金型１にも突き出しピン連動機構に固定された対の突き出しピン５を位置決めピン３に近接して設けた点である。このような構成とすることにより、下側モールド金型２上に載置されたリードフレームが、金型が閉まる際に上側モールド金型１の位置決めピン５により位置決めがなされるので、上側モールド金型とリードフレームとの位置決め精度も向上する。上下どちらの位置精度を重視するかにより、適切なガイド方式を選択するのがよい。
図７は、本発明の第３実施例における半導体製造装置の断面図である。図１や図６との違いは、ひとつの位置決めピン３に対し複数の対の突き出しピン５を設けた点である。ここで位置決めピン３と複数の対の突き出しピン５との距離は同じに配置するのが良い。さらに、位置決めピン３を中心に複数の対の突き出しピン５を対称に配置することでバランス良く位置決めピン３をフレーム位置決め穴１０から外すことが可能となる。
図８は、本発明における、リードフレーム位置決め穴と位置決めピンを示す平面図である。
一般にフレーム位置決め穴は平面視的に丸形状であるが、図８（ａ）に示すフレーム位置決め穴１０ｈａは平面視的に長丸形状であって、その穴の中に位置決めピン３が係合している。フレーム位置決め穴１０ｈａは長径と短径を有し、短径の内面のみが位置決めピン３の側面に複数の接点にて外接し、長径の内面は位置決めピン３の側面と離間している。そして、短径の延長上に突き出しピン４が設けられている。このような構成とすることでリードフレームの送り方向Ｙ（図４における左右方向）において高精度な位置決めが可能となるとともにフレーム位置決め穴ｈａと位置決めピン３との接触面積が小さくなり、位置決めピン３の寿命を伸ばすことができる。
この場合、位置決めピン３の寿命はリードフレームとの接点の摩耗によって決まることになるが、接点が摩耗して高精度なリードフレーム送りが不可能であるときには位置決めピン３を僅かに回転させる。そうすることで、摩耗していない領域が新たな接点となり高精度なリードフレーム送りが可能となる。なお、位置決めピン３は摩耗した部分が接点とならない程度に回転すれば良く、１回の回転角は１０〜１５度程度である。使用しているうちにまた摩耗すれば、そこを避けるように回転させれば良い。
図８（ｂ）および（ｃ）には、六角形のフレーム位置決め穴１０ｈｂと三角形のフレーム位置決め穴１０ｈｃの実施例を示している。図８（ａ）ではリードフレーム送り方向Ｙのみに高精度な位置決めができる例を説明したが、正六角形や正三角形などの多角形のフレーム位置決め穴とすることで、リードフレーム送り方向Ｙだけでなく、リードフレーム幅方向Ｘにおいても高精度な位置決めを行うことができる。
さらに、正多角形の位置決め穴と内接する円形の位置決めピン３の組合せであるため、正多角形の位置決め穴と内接する円形の位置決めピン３との接触は平面視的に点接触であり、その接触面積は僅かである。したがって、接点が摩耗して高精度な位置決めができない場合には位置決めピン３を僅かに回転して新しい接点を設けることで高精度な位置決めが可能となる。なお、正多角形の頂点は３乃至８が望ましい。
１ 上側モールド金型
２ 下側モールド金型
３ 位置決めピン
３ｘ 位置決めピン錐部
３ｙ 位置決めピン柱部
４ 突き出しピン
５ 対の突き出しピン
６ 突き出しピン連動機構
７ 上型キャビティ
８ 下型キャビティ
９ リードフレーム
１０ フレーム位置決め穴
１０ｈａ フレーム位置決め穴（長丸形状）
１０ｈｂ フレーム位置決め穴（正六角形）
１０ｈｃ フレーム位置決め穴（正三角形）
１０ｘ フレーム位置決め穴
１０ｙ フレーム位置決め穴
１１ 半導体チップ
１２ 封止樹脂
Ａ 位置決めピン３と突き出しピン５との距離
Ｘ リードフレーム幅方向
Ｙ リードフレーム送り方向

Claims (13)

  1. 半導体チップが搭載されたリードフレームを上下１組の金型で挟み込み所定の位置に樹脂を充填成型する半導体製造装置であって、
    前記金型に設けられた、柱部外径が前記リードフレーム上面における位置決め穴の内径より大きい先細りテーパー形状の位置決めピンと、
    前記位置決めピンから前記リードフレームの厚さにより決定される距離だけ離れた位置に設けられた対の突き出しピンと、
    を有すること特徴とする半導体製造装置。
  2. 前記対の突き出しピンが、ひとつの前記位置決めピンに対し近接して複数配置されることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
  3. 前記複数配置の対の突き出しピンは、前記ひとつの位置決めピンを中心に対称に配置されることを特徴とする請求項２記載の半導体製造装置。
  4. 前記位置決めピンの柱部外径が前記リードフレーム下面における位置決め穴の内径より小さいことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
  5. 断面視的に前記位置決め穴が成す斜辺の傾度が前記位置決めピンの錘部が成す斜辺の傾度が同一であることを特徴とする請求項４記載の半導体製造装置。
  6. 前記リードフレームの厚さが８０μｍ以上であれば、前記位置決めピンと前記対の突き出しピンとが１．５ｍｍ以下の距離に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の半導体製造装置。
  7. 前記リードフレームの厚さが５０μｍ以上８０μｍ未満であれば、前記位置決めピンと前記対の突き出しピンとが１．０ｍｍ以下の距離に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の半導体製造装置。
  8. 前記位置決めピンの底部には、位置決めピン回転機構を設けていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の半導体製造装置。
  9. 前記位置決め穴と前記位置決めピンは、平面視的に複数の接点を介して点接触することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の半導体製造装置。
  10. 前記位置決め穴は、平面視的に長丸形状であることを特徴とする請求項９記載の半導体製造装置。
  11. 前記位置決め穴は、平面視的に正多角形であることを特徴とする請求項９記載の半導体製造装置。
  12. 前記正多角形の頂点の数は、３乃至８であることを特徴とする請求項１１記載の半導体製造装置。
  13. 半導体チップが搭載されたリードフレームを上下１組の金型で挟み込み所定の位置に樹脂を充填成型させる方式の半導体製造装置において、前記金型に設けられた先細りテーパー形状の位置決めピンの柱部外径が前記リードフレーム上面における位置決め穴の内径より大きく、前記位置決めピンの近傍に対の突き出しピンを設けることを特徴とする半導体製造装置。
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