JP2015173170A - 樹脂封止金型およびそれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイパッド裏面に生成されるフラッシュバリが容易に除去できる半導体装置を成型する樹脂封止金型を提供する。【解決手段】ダイパッド３の上には半導体チップ５がダイボンドされ、ワイヤ６の一端は半導体チップ５上の電極パッドと接続し、ワイヤ６の他端はリード４と接続している。リード４は樹脂封止上金型８と樹脂封止下金型１によって挟まれ固定され、ダイパッドの裏面は樹脂封止下金型１の上面、すなわち、封止領域１１の底面上に押し付けられている。樹脂封止下金型１の上面には部分的に凹部２が設けられており、この凹部２の上を完全にフタするように設けられている。このような構成で樹脂封止すると、封止領域１１に注入された樹脂がダイパッド３と樹脂封止下金型１との間に侵入するが、侵入した樹脂は凹部２の端部で樹脂バリ１４を形成して侵入が停止する。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップを搭載するダイパッドの裏面をモールド樹脂から露出させるタイプの半導体装置の製造方法及びその製造設備としての樹脂封止金型に関する。

半導体装置は、一般的に、半導体チップを搭載するダイパッドと信号の経路となるリードを含むリードフレームのダイパッド部に半導体チップを搭載し、半導体チップ上の電極パットとリードを金、銅、アルミ等のワイヤで接続した後に、半導体チップやダイパッド、ワイヤ、リードをトランスファモールドにより樹脂封止するプロセスで作られる。近年半導体チップの高集積化、高機能化により消費電力が増加、それに伴い半導体チップからの発熱量も増加傾向にある為、半導体装置の高放熱化が求められていてその手法の一つとしてダイパッドの裏面を樹脂封止体の外部に露出させるものがある。

このタイプの半導体装置を形成する場合には、トランスファモールドの際に封止されるダイパッドの裏面が、封止用の金型の上面に接触する状態で設置され、その後金型内に封止用のモールド樹脂が所定の条件で注入される。

樹脂封止の際にダイパット裏面と封止用の金型の間の隙間から樹脂が入り込み、露出させようとするダイパット裏面の上に薄いバリであるフラッシュバリとして付着する事があるが、このバリは以降の工程で脱落して不具合の原因となることがある。またダイパッド裏面の露出された領域は、半導体装置を基板上に実装する際に、半導体装置と基板との間の電気的接続や半導体チップから発生する熱を、基板を介して放熱する経路として用いられることが多い。この場合、バリによって半導体装置と基板との間の電気的、熱的な接続が妨げられる事になるので、バリの防止や発生した場合の除去が望まれる。

この問題を解消するために、ダイパッド裏面に溝部を設け、そこに樹脂を積極的に流入させることでダイパッド裏面への樹脂の広がりを抑制する構造が開示されている。（例えば、特許文献１参照）

特開２０１１−８２４４６号公報

しかしながら。上記従来技術では、溝部を設ける領域が必要な為にダイパッド裏面の露出面積を犠牲にする必要が有り、ボディサイズの小さい半導体装置等、小面積のダイパッドへの適用は難しい。またダイパッド裏面上に溝を設ける工程増の為、リードフレーム製造のコストが上がるという点で、改善の余地を残すものであった。

本発明は、これら課題を解決するための樹脂封止金型およびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供するものである。

上記課題解決のために、本発明では以下の手段を用いた。
まず、半導体チップを搭載するダイパッドの裏面が封止樹脂から露出する半導体装置を成形する樹脂封止金型において、前記ダイパッド裏面が接触する第１のダイパッド設置領域を有する第１の金型と、前記第１の金型と対となり、封止領域を成す第２の金型と、周囲を前記第１ダイパッド設置領域に囲まれ、上面を前記ダイパッドによって覆われる凹部と、を備えることを特徴とする樹脂封止金型とした。

このような金型を用いて樹脂封止すると、リードフレームを封止用の金型でクランプしダイパッド裏面を金型上面に押し付けるが、押し付けられる金型の面に凹部（空隙）がある為に、ダイパッドの金型への押し付けの単位面積辺りの圧力を大きく出来る。また樹脂成型時、ダイパッド外周と金型上面との隙間に、注入の圧力や毛細管現象により樹脂が入り込んでくるが、樹脂が空隙まで到達するとそれ以上広がらなくなる。これによりダイパッド裏面全体がフラッシュバリで覆われるのを防ぐ事ができ、また入り込んだフラッシュバリも以降の工程にて容易に除去する事が可能となる。

また、半導体チップを搭載するダイパッドの裏面が封止樹脂から露出する半導体装置の製造方法において、前記ダイパッド裏面が接触する第１のダイパッド設置領域を有する第１の金型と、前記第１の金型と対となり、周囲を前記第１ダイパッド設置領域に囲まれ、上面を前記ダイパッドによって覆われる凹部と、を有する第２の金型と、を準備する工程と、前記上下金型に前記半導体チップを搭載したリードフレームをクランプする工程と、前記上下金型が成す封止領域に前記封止樹脂を注入する工程と、前記封止樹脂が前記ダイパッドと前記第１のダイパッド設置領域との間に侵入した後、前記凹部端面で侵入停止する工程と、前記樹脂封止された半導体装置を前記上下金型から取り出す工程と、からなることを特徴とする半導体装置の製造方法とした。

上記手段を用いることで、ダイパッド裏面のフラッシュバリを除去しやすい半導体装置を提供できる。

本発明の樹脂封止金型の第１の実施例を示す断面図である。 リードフレームの斜視図である。 本発明の樹脂封止下金型上にリードフレームを載置した斜視図である。 本発明の樹脂封止下金型の凹部拡大斜視図である。 本発明の樹脂封止下金型の第２の実施例を示す凹部拡大平面図である。 本発明の樹脂封止金型にて成形した半導体装置の斜視図である。 本発明の樹脂封止金型の第３の実施例を示す断面図である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の樹脂封止金型の第１の実施例を示す断面図である。

図１は、上下１対の樹脂封止金型１、８の間にリードフレームをクランプした状態を示している。ダイパッド３の上には半導体チップ５がダイボンドされ、ワイヤ６の一端は半導体チップ５上の電極パッドと接続し、ワイヤ６の他端はリード４と接続している。リード４は樹脂封止上金型８と樹脂封止下金型１によって挟まれ固定されている。ダイパッド３の裏面は樹脂封止下金型１の上面、すなわち、封止領域１１の底面上に押し付けられている。樹脂封止下金型１の上面には部分的に凹部２が設けられており、この凹部２の上をダイパッド３が完全に覆い、フタをするように設けられている。このような構成により樹脂封止すると、封止領域１１に注入された樹脂がダイパッド３と樹脂封止下金型１との間に侵入するが、侵入した樹脂は凹部２の端部で樹脂バリ１４を形成して侵入が停止する。そして、この樹脂バリ１４は、後の工程で除去することが容易である。

図２は、リードフレームの斜視図である。ダイパッド３の対向する２辺は吊りリード７によって支持され、ダイパッドはダウンセットされている。また、ダイパッドに近接するリード４は吊りリード７と同じ高さに保たれている。ダイパッド３の上には半導体チップ５が載置され、ワイヤ６が半導体チップ５とリード４の間に張られている。このような形状のリードフレームを図１に示したように、上下の金型１、８の間に挿入すると、リード４が金型の間に挟まれ、吊りリード７がダイパッド３を下金型１上に押さえ付ける役目を果たすことになる。

図３は、本発明の樹脂封止下金型上にリードフレームを載置した斜視図である。樹脂封止下金型１に設けられた凹部２を完全にフタするようにダイパッド３が設けられている。この図では説明のため、半導体チップは省いてある。

図４は、本発明の樹脂封止下金型の凹部拡大斜視図である。（ａ）は平面視的に円形の凹部、（ｂ）は矩形の凹部を示す例である。樹脂封止下金型１の封止領域の底面にはダイパッド設置領域１２が設けられ、その中には一段低く窪んだ円形の凹部２が存在する。一般に半導体装置が矩形の外形であるため、（ｂ）のように、矩形の凹部２とすることでも構わない。

図５は、本発明の樹脂封止下金型の第２の実施例を示す凹部拡大平面図である。凹部１２の内側に孤立した島状凸型の第２のダイパッド設置領域１３が図示されている。凸型の第２のダイパッド領域１３の高さは第１のダイパッド領域１２と同一の高さであって、両者は凹部２によって完全に離間されている。ここで、樹脂封止した時に凹部２に沿って付着した樹脂バリ１４が第２のダイパッド領域と接することがないように凹部２の溝幅を決めるのが望ましい。ちなみに、（ａ）には矩形、（ｂ）には十字形、（ｃ）には楕円形の第２のダイパッド領域が設けられ、この領域の存在により、樹脂封止時のリードフレームの変形を防止することができる。

図６は、図４（ａ）に示した凹部形状を利用して成形した半導体装置を裏面から見た斜視図である。ダイパッド３の裏面と樹脂封止下金型の上面はいずれも完全な平滑面ではなく、その接触面には微小な隙間が生じるのを避けられない。その隙間に樹脂が侵入して広がりダイパッド上のフラッシュバリ９となるが、その樹脂侵入は凹部に到達したところでそれ以上広がらず停止する。このように、凹部はフラッシュバリの発生する場所を限定する効果を持つ。

ダイパッド上に広がったフラッシュバリ９は、以降のアウターリードに外装メッキを施す工程におけるウォータージェット、ホーニング等の処置により除去される。フラッシュバリがダイパッドの全面に広がった場合、剥がれる起点がない為除去は非常に困難であるが、本発明のようにダイパッド上のフラッシュバリ９の存在場所を限定させると、バリの付着していない部分が起点となって容易にバリを除去することが可能となる。

図７は、本発明の樹脂封止金型の第３の実施例を示す断面図である。
樹脂封止下金型１上面の凹部２の下部に、上下に可動する突き出しピン１０を設けている。このピンの先端は通常時金型上面より低い位置に有り、下金型の上面に対して窪みを形成している。リードフレームの樹脂封止が完了し金型から取り出される際に、上に移動しダイパッドを介して半導体装置の樹脂ボディを金型から突き出す働きをする。樹脂ボディを直接押す為、外部リードを押しての突き出し等に比較し金型からの離型ストレスを低減する事ができる。

図７では凹部２端部に形成された樹脂バリ１４と突き出しピン１０は、その上下動によって接触しないように示されているが、突き出しピン１０と凹部２の径を異径ながら近いものとして、突き出しピン１０の上下動によって樹脂バリ１４と接するようにしても良い。こうすることで、上下動とともに樹脂バリ１４を樹脂封止下金型１から剥がすことが可能となる。

図示していないが、図５の凹部１２の内側に孤立した島状凸型の第２のダイパッド設置領域１３の中に突き出しピン１０を設けてもよく、同様に実施することが可能である。

１ 樹脂封止下金型
２ 凹部
３ ダイパッド
４ リード
５ 半導体チップ
６ ワイヤ
７ 吊りリード
８ 樹脂封止上金型
９ ダイパッドに付着したフラッシュバリ
１０ 突き出しピン
１１ 封止領域
１２ 第１のダイパッド設置領域
１３ 第２のダイパッド設置領域
１４ 凹部に付着した樹脂バリ

Claims (8)

1. 半導体チップを搭載するダイパッドの裏面が封止樹脂から露出している半導体装置を成形する樹脂封止金型において、
   前記ダイパッド裏面が接触する第１のダイパッド設置領域を有する第１の金型と、
   前記第１の金型と対となり、封止領域を成す第２の金型と、
   前記第１の金型に設けられた、周囲を前記第１のダイパッド設置領域に囲まれ、上面を前記ダイパッドによって覆われる凹部と、
   を備えることを特徴とする樹脂封止金型。
2. 前記凹部の内側には、島状凸型の第２のダイパッド設置領域を備えることを特徴とする請求項１記載の樹脂封止金型。
3. 前記凹部の内側には、樹脂封止後の前記半導体装置を突き出す機構を備えることを特徴とする請求項１または２記載の樹脂封止金型。
4. 前記凹部が、前記半導体チップに合わせた平面形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の樹脂封止金型。
5. 前記平面形状が、矩形であることを特徴とする請求項４記載の樹脂封止金型。
6. 半導体チップを搭載するダイパッドの裏面が封止樹脂から露出する半導体装置の製造方法において、
   前記ダイパッド裏面が接触する第１のダイパッド設置領域を有する第１の金型と、前記第１の金型と対となり、周囲を前記第１ダイパッド設置領域に囲まれ、上面を前記ダイパッドによって覆われる凹部を有する第２の金型と、を準備する工程と、
   前記第１および第２の金型に前記半導体チップを搭載したリードフレームをクランプする工程と、
   前記第１および第２の金型が成す封止領域に前記封止樹脂を注入する工程と、
   前記封止樹脂が前記ダイパッドと前記第１のダイパッド設置領域との間に侵入した後、前記凹部端面で侵入が停止する工程と、
   前記樹脂封止された半導体装置を前記第１および第２の金型から取り出す取り出し工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 前記取り出し工程の後、フラッシュバリを除去する除去工程を有することを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記除去工程においては、ウォータージェットまたはホーニングを用いることを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。

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