JP2024074493A - 半導体装置の製造方法および金型 - Google Patents

Abstract

【課題】モールド樹脂によってコーナ部の近傍に穴を形成しながら封止する際に、ボイドが残ってコーナ部に欠けなどの外観不良が発生することを抑制することができる半導体装置の製造方法および金型を提供する。【解決手段】半導体部品が搭載された基板をモールド樹脂４で封止する半導体装置の製造に用いられる金型１８であって、半導体部品が搭載された基板が配置されるキャビティ８と、キャビティ８からあふれたモールド樹脂４を収容するフローキャビティ１６と、モールド樹脂４の一部をフローキャビティ１６に導くための流路１５と、封止後のモールド樹脂４のコーナ部の近傍に穴を形成するためにコーナ部の近傍に配置された金型部品５と、を備え、流路１５は、コーナ部の近傍であって、コーナ部を形成する２つの面にそれぞれ設けられた第１の流路１５Ａおよび第２の流路１５Ｂを有する。【選択図】図６

Description

本発明は、半導体装置の製造方法および金型に関する。

半導体装置のモールド封止プロセスは、基板などの封止対象部品を金型のキャビティ内に設置した後、モールド樹脂を金型内に充填することによって、封止対象部品をモールド樹脂で一体化モールドして封止する製造方法である。このプロセスで製造された半導体装置は、メモリーやパワーモジュールなどとして幅広く用いられている。

このモールド封止プロセスにおいては、金型のキャビティ内の空気とモールド樹脂を置換する必要がある。しかし、樹脂流れの先端部は金型のキャビティ内の空気と接して流れるため、流れが乱れやすく、空気の巻き込みによるボイドが発生しやすい。このボイドによって、絶縁不良や外観不良の問題が発生する。

このボイドを防止する製造方法としては、金型におけるモールド樹脂の最終充填部にフローキャビティを設置し、このフローキャビティにモールド樹脂とともにボイドを流し込むことが行われている。

半導体装置のモールド封止のフローキャビティの位置を開示するものとしては、例えば、特許文献１がある。

特許文献１の図５および図７、段落００３７には、「最終段のキャビティ２７を形成する凹部２７ａのうちスルーランナ５３に対応する角部に連通させて下金型２４にはフローキャビティ用の凹部５４ａが形成されている。」ことが記載されている。すなわち、特許文献１では、フローキャビティを半導体装置のコーナ部に設けることが記載されている。

また、空気を抜くためのエアベントの位置を開示するものとしては、例えば、特許文献２がある。

特許文献２の図２および要約には、課題として、「エアベント部に対応するリードフレーム上に樹脂バリを形成させない樹脂封止装置を提供する。」ことが記載されており、その解決手段として、「樹脂封止装置１の上方キャビティ部１５ａからのエアベント２１の経路を、リードフレーム１０のリード部３２とステー部３３を接続するダイバー部３４と交差させる第１、第２のエアベント部５１、５２を設け、第１、第２のエアベント部５１、５２とダイバー部３４とが交差する第１、第２の交差部５５、５６部に形成される空洞を狭くすることで、樹脂の流れに対する抵抗を大きし、第１、第２の交差部５５、５６部を通って第１、第２の領域部に放出される樹脂量を少なくし、第１、第２のエアベント部５１、５２とステー部３３とで形成される空洞に樹脂を侵入させないようにする。」ことが記載されている。

より具体的には、特許文献２の段落００１４には、「本発明によれば、半導体装置を搭載したリードフレームの前記半導体装置を樹脂封止する樹脂封止装置おいて、樹脂封止装置のキャビティからのエアベントの経路を、リードフレームのリード部とステー部を接続するダイバー部と交差させた後にステー部を通過させる構造としたことで、リードフレームのステー部のエアベントの経路には樹脂バリが形成されないので、樹脂封止後のリードカットおよびリードベンド工程における上述した樹脂バリがリード部上に付着し、その後圧着されることがない。従って、半導体装置の測定工程時、リード部に圧着された樹脂バリによるリード部と測定端子間がコンタクト不良が無く、測定工程での半導体装置の製造歩留が向上する。また、半導体装置の電子機器への実装時における、リード部に圧着された樹脂バリによる実装不良の発生が無い。」ことが記載されている。すなわち、特許文献２では、ステー部とエアベント部とが重なる位置に樹脂バリが形成されないようにエアベントの経路を工夫することが記載されている。

特開平９－１１５９３７号公報 特開平１０－１２５７０６号公報

特許文献１では、フローキャビティを半導体装置のコーナ部に設けている。しかしながら、フローキャビティは製品から切り離して廃棄するので、特許文献１のようにコーナ部にフローキャビティを設置すると、コーナ部が例えば面取り形状ではない角型形状や曲面形状の場合には、フローキャビティの切り離しの処理が難しいという問題がある。また、フローキャビティの切り離しの処理の際にコーナ部の欠け等の外観不良が生じる可能性がある。

また、例えば半導体モジュールにおいて、コーナ部の近傍に取付用などの穴をモールド封止プロセスにて形成する場合がある。この場合、コーナ部ではモールド樹脂の流動性が悪くなり、フローキャビティにモールド樹脂とともにボイドを流し込むことが難しくなり、ボイドが残ってしまうと、コーナ部に欠けなどの外観不良が生じるという問題がある。

ここで、特許文献１および特許文献２では、半導体チップを想定したものであるため、モールド封止プロセスにてコーナ部の近傍に穴を形成することについては考慮がされていない。したがって、それに適したフローキャビティへの流路についても考慮がされていない。

本発明が解決しようとする課題は、モールド樹脂によってコーナ部の近傍に穴を形成しながら封止する際に、ボイドが残ってコーナ部に欠けなどの外観不良が発生することを抑制することができる半導体装置の製造方法および金型を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法は、例えば、半導体部品が搭載された基板をモールド樹脂で封止する半導体装置の製造方法であって、金型内のキャビティに前記半導体部品が搭載された前記基板を配置する基板配置ステップと、前記キャビティ内に前記モールド樹脂を充填して前記半導体部品が搭載された前記基板を樹脂封止する樹脂封止ステップと、を有し、前記金型は、前記半導体部品が搭載された前記基板が配置される前記キャビティと、前記キャビティからあふれた前記モールド樹脂を収容するフローキャビティと、前記モールド樹脂の一部を前記フローキャビティに導くための流路と、封止後の前記モールド樹脂のコーナ部の近傍に穴を形成するために前記コーナ部の近傍に配置された金型部品と、を備え、前記流路は、前記コーナ部の近傍であって、前記コーナ部を形成する２つの面にそれぞれ設けられた第１の流路および第２の流路を有することを特徴とする。

また、本発明の金型は、例えば、半導体部品が搭載された基板をモールド樹脂で封止する半導体装置の製造に用いられる金型であって、前記半導体部品が搭載された前記基板が配置されるキャビティと、前記キャビティからあふれた前記モールド樹脂を収容するフローキャビティと、前記モールド樹脂の一部を前記フローキャビティに導くための流路と、封止後の前記モールド樹脂のコーナ部の近傍に穴を形成するために前記コーナ部の近傍に配置された金型部品と、を備え、前記流路は、前記コーナ部の近傍であって、前記コーナ部を形成する２つの面にそれぞれ設けられた第１の流路および第２の流路を有することを特徴とする。

本発明の半導体装置の製造方法および金型によれば、モールド樹脂によってコーナ部の近傍に穴を形成しながら封止する際に、ボイドが残ってコーナ部に欠けなどの外観不良が発生することを抑制することができる。

実施例１の半導体装置の製造方法で製造された半導体装置の概略構成を説明する上面図。 実施例１の半導体装置の製造方法とそれに用いられる金型の概略構成を説明する上面図。 図２のＡ－Ａ断面図。 比較例の金型のコーナ部の近傍の概略構成と課題を説明する上面図。 比較例の金型のコーナ部の近傍の概略構成と課題を説明する上面図。 実施例１の金型のコーナ部の近傍の概略構成を説明する上面図。 実施例１の金型のコーナ部の近傍の概略構成を説明する上面図。 実施例２の金型のコーナ部の近傍の概略構成を説明する上面図。 実施例２の金型のコーナ部の近傍の概略構成を説明する上面図。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。各図、各実施例において、同一または類似の構成要素については同じ符号を付け、重複する説明は省略する。

図１は、実施例１の半導体装置の製造方法で製造された半導体装置の概略構成を説明する上面図である。

本実施例の半導体装置１２は、半導体部品２が搭載された基板１をモールド樹脂４で封止することによって製造されている。半導体装置１２は、半導体モジュールとも呼ばれる。

基板１としては、例えば絶縁基板の上に配線パターンが形成されたＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板を用いることができる。なお、図１では配線パターンは図示省略している。基板１の絶縁基板としてはガラスエポキシ基板や紙フェノール基板などの任意の絶縁基板を用いることができる。基板１の配線パターンとしては、例えば銅などを用いることができる。

半導体部品２は、例えば半導体チップである。半導体部品２は、例えばはんだなどの接合部材を介して基板１に形成された配線パターンに接合されている。

また、図示していないが、基板１の半導体部品２を実装していない裏面側に形成された配線パターンにより、電気信号を外部に伝えることができる。なお、このような構成に限られず、例えば、リードフレームなどの配線部材を、基板１の配線パターンや半導体部品２と金線やアルミワイヤなどの接続部材で電気的に接続し、電気信号を外部に伝える構成としてもよい。

半導体部品２が搭載された基板１を封止するモールド樹脂４としては、例えば、エポキシ（Epoxy）樹脂、フェノール（Phenol）樹脂、ポリエステル（Polyester）樹脂などを主成分とする熱硬化性樹脂を用いることができる。このモールド樹脂４の熱硬化性樹脂には、フィラーが充填されていても良い。フィラーとしては、例えばシリカ、マイカ、タルクなどの成分を含む無機材料、カーボンや高分子材料などの成分を含む有機材料、銅、アルミニウム、金、銀、鉄などの成分を含む金属材料を用いることができる。

なお、図示していないが、電気信号を外部に伝えるための配線パターンまたは配線部材は、モールド樹脂４から露出させている。

また、半導体装置１２のコーナ部の近傍には、取付用などの穴３が形成されている。この穴３は、モールド封止プロセスにて後述する金型部品５を用いてモールド樹脂４に形成されている。穴３は、例えば貫通穴であってもよいし、非貫通穴であってもよい。また、成型後のモールド樹脂４が引き抜きやすいように抜き勾配が形成されていてもよい。また、穴３の中央部に金属製のブッシュなどを形成してもよい。

また、図示していないが、基板１の裏面側に冷却用の部材を設けてもよい。

図２は、実施例１の半導体装置の製造方法とそれに用いられる金型の概略構成を説明する上面図である。図３は、図２のＡ－Ａ断面図である。

本実施例の半導体装置の製造方法は、金型１８内のキャビティ８に半導体部品２が搭載された基板１を配置する基板配置ステップと、キャビティ８内にモールド樹脂４を充填して半導体部品２が搭載された基板１を樹脂封止する樹脂封止ステップとを有する。図２および図３では、基板配置ステップが終わり、次の樹脂封止ステップを行う前の状態を示している。

ここで、金型１８は、半導体部品２が搭載された基板１が配置されるキャビティ８と、キャビティ８からあふれたモールド樹脂４を収容するフローキャビティ１６（図２では図示省略）と、モールド樹脂４の一部をフローキャビティ１６に導くための流路１５（図２では図示省略）と、封止後のモールド樹脂４のコーナ部の近傍に穴３を形成するためにコーナ部の近傍に配置された金型部品５とを備える。フローキャビティ１６と流路１５の詳細については後述する。

金型１８は、図示していないモールド装置のクランプによって上金型９と下金型１０をＺ方向の上下から挟み込む構造である。図３に示すように、上金型９と下金型１０との境界部に形成される空間部であるキャビティ８に、半導体部品２が搭載された基板１を設置する。金型１８は、ヒータなどで温度調節され、ポット部７に挿入したモールド樹脂４を加熱溶融させた後、Ｚ方向のプラス方向からモールド装置で荷重を加えて、金型１８内のモールド樹脂４の流路であるランナ６と、キャビティ８への入口であるゲート１１とを介して、キャビティ８へモールド樹脂４を充填し、半導体部品２が搭載された基板１をモールド樹脂４で封止する。

キャビティ８からあふれたモールド樹脂４は、流路１５を介してフローキャビティ１６に収容され、モールド樹脂４が冷却されて硬化した後に、ランナ６、流路１５、フローキャビティ１６に充填されたモールド樹脂４は、半導体装置１２から切り離されて廃棄される。なお、ゲート１１の部分は、ランナ６よりも薄くなっており、ランナ６のモールド樹脂４を切り離しやすくなっている。また、金型部品５が配置された箇所にはモールド樹脂４が流れないので、穴３を形成することができる。

金型１８のキャビティ８内は、モールド樹脂４の充填前に減圧することができ、上金型９と下金型１０との境界部には空気が流れるがモールド樹脂４は流れない金型１８外と通じる微細な空間であるエアベントが部分的に設けられている。なお、図示していないが、キャビティ８に基板１を固定するために、金型１８内に基板１の固定機構や固定溝などを有する構造としてもよい。

図４および図５は、比較例の金型のコーナ部の近傍の概略構成と課題を説明する上面図である。図５は、図４よりも後の状態を示している。

モールド封止プロセスにおいては、金型１８のキャビティ８内の空気とモールド樹脂４を置換する必要がある。しかし、モールド樹脂４の流れの先端部は、キャビティ８の空気と接して流れるため、流れが乱れやすく、空気の巻き込みによるボイド１３が発生しやすい。この流動先端のボイド１３はコーナ部における最終充填部の近傍に集まった状態でモールド樹脂４が硬化・固化する。このため、コーナ部の近傍において、半導体装置１２のモールド樹脂４の表面にボイド１３が露出して外観不良の問題が生じる。

このボイド１３が半導体装置１２のモールド樹脂４内に残留し、外観不良の問題が発生するのを防ぐために、最終充填部の近傍に流路１５を介してモールド樹脂４と一緒にボイド１３を流し込むフローキャビティ１６を設置する。

しかしながら、流路１５とフローキャビティ１６は半導体装置１２から切り離して廃棄されるため、図示していないが、最終充填部であるコーナ部と同じ位置に流路１５を設置すると、コーナ部が例えば面取り形状ではない角型形状や曲面形状の場合には、流路１５を切り離す処理が難しく、コーナ部の欠け等の外観不良の課題が生じる可能性がある。

そこで、図４に示す比較例のように、コーナ部から少し離れたコーナ部の近傍であって、コーナ部を形成する１面だけに流路１５およびフローキャビティ１６を設置することが考えられる。

しかしながら、コーナ部の近傍に金型部品５が存在する場合、金型部品５の左側から流れるモールド樹脂４のボイド１３はモールド樹脂４とともにフローキャビティ１６内に排出することができる。しかし、コーナ部においては流れが淀むので、金型部品５の右側から流れるモールド樹脂４のボイド１３は、図５に示すようにコーナ部に残留し、外観不良となるという課題がある。

図６および図７は、実施例１の金型のコーナ部の近傍の概略構成を説明する上面図である。図７は、図６よりも後の状態を示している。

本実施例の金型１８は、比較例の課題を解決するために、図６に示すように、流路１５として、コーナ部の近傍であって、コーナ部を形成する２つの面にそれぞれ設けられた第１の流路１５Ａおよび第２の流路１５Ｂを有する構成とした。これにより、図６および図７に示すように、金型部品５の左側から流れるモールド樹脂４のボイド１３は、モールド樹脂４とともに第１の流路１５Ａを介してフローキャビティ１６内に排出することができる。さらに、金型部品５の右側から流れるモールド樹脂４のボイド１３も、モールド樹脂４とともに第２の流路１５Ｂを介して別のフローキャビティ１６内に排出することができる。これによって、モールド樹脂４によってコーナ部の近傍に穴３を形成しながら封止する際に、ボイド１３が残ってコーナ部に欠けなどの外観不良が発生することを抑制することができる。

なお、フローキャビティ１６への流路１５（第１の流路１５Ａおよび第２の流路１５Ｂ）の位置は、最終充填部であるコーナ部に近い方が望ましい。これは、最終充填部であるコーナ部から離れた位置に流路１５を設置すると、流路１５から最終充填部であるコーナ部までの間で、空気の巻き込みによるボイド１３が発生し、ボイド１３がコーナ部に残留する可能性が高くなるためである。また、ここで示すように、金型部品５がコーナ部の近傍にある場合には、例えば円筒形状の金型部品５の中心部でモールド樹脂４が流れる流路が最小となり、ボイド１３が狭い流路に集まる。このため、フローキャビティ１６へボイド１３を排出するために、ボイド１３が狭い流路に集まってからコーナ部までの領域に、フローキャビティ１６への流路１５の位置を設置すると、狭い流路に集まったボイドを効率よく排出することができ、廃棄する樹脂量を低減できる。このため、例えば図７に示すように、第１の流路１５Ａおよび第２の流路１５Ｂは、金型部品５の中心からコーナ部を形成する２つの面のそれぞれへの垂線１７の位置からコーナ部までの範囲にそれぞれ設けられていることが望ましい。

また、第１の流路１５Ａおよび第２の流路１５Ｂの厚さを、フローキャビティ１６よりも薄くすることで、切り離しやすくしてもよい。

実施例２は実施例１の変形例である。

図８および図９は、実施例２の金型のコーナ部の近傍の概略構成を説明する上面図である。図９は、図８よりも後の状態を示している。

本実施例では、第１の流路１５Ａおよび第２の流路１５Ｂは、同じ１つのフローキャビティ１６に接続されている。これにより、実施例１に比べてフローキャビティ１６の数を減らすことができるので、廃棄するモールド樹脂４の量を減らすことができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は実施例に記載された構成に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変更が可能である。また、各実施例で説明した構成の一部または全部を組み合わせて適用してもよい。

１ 基板
２ 半導体部品
３ 穴
４ モールド樹脂
５ 金型部品
６ ランナ
７ ポット部
８ キャビティ
９ 上金型
１０ 下金型
１１ ゲート
１２ 半導体装置
１３ ボイド
１４ 最終充填部
１５ 流路
１５Ａ 第１の流路
１５Ｂ 第２の流路
１６ フローキャビティ
１７ 垂線
１８ 金型

Claims (6)

1. 半導体部品が搭載された基板をモールド樹脂で封止する半導体装置の製造方法であって、
   金型内のキャビティに前記半導体部品が搭載された前記基板を配置する基板配置ステップと、
   前記キャビティ内に前記モールド樹脂を充填して前記半導体部品が搭載された前記基板を樹脂封止する樹脂封止ステップと、を有し、
   前記金型は、前記半導体部品が搭載された前記基板が配置される前記キャビティと、前記キャビティからあふれた前記モールド樹脂を収容するフローキャビティと、前記モールド樹脂の一部を前記フローキャビティに導くための流路と、封止後の前記モールド樹脂のコーナ部の近傍に穴を形成するために前記コーナ部の近傍に配置された金型部品と、を備え、
   前記流路は、前記コーナ部の近傍であって、前記コーナ部を形成する２つの面にそれぞれ設けられた第１の流路および第２の流路を有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において、
   前記金型部品は円筒形状であり、
   前記第１の流路および前記第２の流路は、前記金型部品の中心から前記コーナ部を形成する２つの面のそれぞれへの垂線の位置から前記コーナ部までの範囲にそれぞれ設けられて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において、
   前記第１の流路および前記第２の流路は、同じ１つの前記フローキャビティに接続されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 半導体部品が搭載された基板をモールド樹脂で封止する半導体装置の製造に用いられる金型であって、
   前記半導体部品が搭載された前記基板が配置されるキャビティと、
   前記キャビティからあふれた前記モールド樹脂を収容するフローキャビティと、
   前記モールド樹脂の一部を前記フローキャビティに導くための流路と、
   封止後の前記モールド樹脂のコーナ部の近傍に穴を形成するために前記コーナ部の近傍に配置された金型部品と、を備え、
   前記流路は、前記コーナ部の近傍であって、前記コーナ部を形成する２つの面にそれぞれ設けられた第１の流路および第２の流路を有することを特徴とする金型。
5. 請求項４において、
   前記金型部品は円筒形状であり、
   前記第１の流路および前記第２の流路は、前記円筒形状の中心から前記コーナ部を形成する２つの面のそれぞれへの垂線の位置から前記コーナ部までの範囲にそれぞれ設けられていることを特徴とする金型。
6. 請求項４において、
   前記第１の流路および前記第２の流路は、同じ１つの前記フローキャビティに接続されていることを特徴とする金型。

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