JP2684920B2 - 半導体装置の樹脂封止金型及び製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置のリードフ
レームに搭載された半導体素子を樹脂封止する封止金型
及び半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４はリードフレームに半導体素子がダ
イボンディングされ、半導体素子とリードフレームのイ
ンナーリードを結線したようすを示す平面図である。
又、図５は従来の半導体素子を樹脂封止する金型の斜視
図である。

【０００３】図４において、半導体素子１はリードフレ
ーム２に通常Ａｇ（銀）ペースト等の樹脂で固着され
る。Ａｇペースト等の樹脂を加熱硬化した後、半導体素
子１のボンディングパッドとリードフレーム２のインナ
ーリード３とをＡｕ等の金属細線４で結線する。又、リ
ードフレーム２はガイドホール５が形成されている。こ
のリードフレーム組立体を、図５に示す上金型６と下金
型７を開き、リードフレーム２のガイドホール５を金型
に設置された位置決めピン８にかん合させることで位置
合せを行う。位置合せ後、下金型６と上金型７を閉じ
る。次に樹脂の粉体をタブレット状に加工した封止樹脂
９を封止金型のポット部１０に挿入し、図示しないプレ
ス機でプランジャー１１を下方に移動させる。封止樹脂
９は熱硬化樹脂が一般的である。封止金型はヒーター１
２で１８０℃近辺に加熱されているので、封止樹脂９は
一旦溶融する。溶融した封止樹脂９は流路であるランナ
ー部１３を流れ、ランナー部１３に設けられたゲート部
１４を通過し、上下金型６，７で形成されるキャビティ
ー部１５に流れ込む。封止樹脂９の充填が完了すると数
分後に封止樹脂９は硬化し、上下金型６，７を開口しリ
ードフレーム２が取り出され封止が完了する。

【０００４】尚、その後リードフレーム２の不要な部分
を除去し半田めっきや捺印が施こされ半導体装置の完成
品となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この従来技術の問題を
図６を用いて説明する。図６（ａ）は平断面図、図６
（ｂ）は図６（ａ）のＣ−Ｃ部の縦断面図である。

【０００６】半導体素子の封止金型及び封止方法の場
合、上金型のキャビティと下金型のキャビティの深さが
同等でないものは封止樹脂の上金型のキャビティと下金
型のキャビティの流動速度の差異により、金型中の空気
を巻き込みボイド不良が発生する問題点がある。

【０００７】仮に、上金型のキャビティ深さが極端に深
く、下金型のキャビティ深さが極端に浅い場合、すなわ
ちリードフレーム２上の半導体素子１と上金型の上側の
底面との距離がリードフレーム２と下金型の下側の底面
との距離に比べて非常に大きい場合、溶融した樹脂は、
上金型のキャビティの流れ１９が下金型のキャビティの
流れ１８に比較して速く流れる。このため、ゲート部の
対辺に流れた上金型内の封止樹脂は下金型内に流れ込み
下金型内の樹脂に接することになる。この時金型内の残
留した空気によりボイド２０が下金型のキャビティに発
生する問題が生じる。

【０００８】特に、近年ではメモリカードはどの用途か
ら厚さが１．２７ｍｍ（最大）であるメモリ素子系では
ＴＳＯＰ（Ｔｈｉｎ Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｐ
ａｃｋａｇｅ），ゲートアレイ素子系ではＴＱＦＰ（Ｔ
ｈｉｎ Ｑｕａｄ ＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）と呼ばれ
る超小型薄型パッケージが出現している。

【０００９】これらの超小型薄型パッケージは上金型の
キャビティ深さが０．５〜０．７ｍｍ程度，下金型のキ
ャビティ深さが０．３〜０．６ｍｍ程度であるのが、パ
ッケージの薄さに加え、これらのパッケージは表面実装
型であることからＩＲリフロー，ＶＰＳなどの自動ライ
ンで実装が行われる。両者の実装方式もパッケージ全体
が加熱されるためパッケージ内に発生する熱応力は大き
い。

【００１０】特に半導体素子サイズが大きくかつ樹脂が
吸湿している状態ではダイパッド裏面と樹脂間の水分の
気化による水蒸気圧により実装時に界面剥離が生じ封止
樹脂にクラックが発生することがある。このクラックの
耐性を向上させるにはダイパッド裏面の樹脂厚を厚くす
ることが有望であるが前述した上金型のキャビティと下
金型のキャビティの封止樹脂の流動の速さの相違からボ
イドが発生する問題が生じる。

【００１１】逆に、これらの超小型薄型パッケージの場
合、上金型のキャビティ深さが０．５〜０．７ｍｍ程度
と薄いため、金属細線の線径の違いやワイヤボンディン
グ装置の違いによっては金属細線が封止樹脂表面から露
出する問題がある。

【００１２】この問題を回避するためには上金型のキャ
ビティを深くする必要がある。しかし前述したように、
この場合は上金型側にボイドが発生する問題点がある。
このように自由に上下金型のキャビティ深さを決定する
ことができないという問題が近年のパッケージには生じ
ている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の封止金型は、封
止樹脂を加圧するプランジャーと、封止樹脂を挿入する
カル部と、封止樹脂の流路であるランナー部と、半導体
装置の外形を決定する上金型と下金型のキャビティ部
と、金型を高温保持するヒーター部とを有する樹脂封止
金型であり、キャビティ部の底面の面が、その面に平行
に移動可能である特徴を備えている。

【００１４】また、上記金型において封止樹脂のキャビ
ティ充填中に封止樹脂の流れの遅い方の金型のキャビテ
ィ部の底面を封止樹脂の充填方向に沿って移動させる
か、または、流れの速い方の金型のキャビティ部の底面
を封止樹脂の流動方向とは逆に移動させながら、封止樹
脂の充填を行う。

【００１５】

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の第１の実施例を示す斜視図である。
図２は図１のＡ−Ａ部の断面を拡大して示した断面図で
ある。

【００１６】従来技術の場合と同様に、ヒーター１２を
それぞれ有した上金型６と下金型７を開口し半導体素子
が搭載されたリードフレームのガイドホールを金型に設
置された位置決めピン８にかん合させる。位置決め後、
下金型６と上金型７をクランプし、次に樹脂の粉体をタ
ブレット状に加工した封止樹脂９を封止金型のポッド部
１０に挿入し、図示しないプレス機でプランジャー１１
を下方に移動させる。同時に封止樹脂９は溶融する。溶
融した封止樹脂９は流路であるランナー部１３を流れラ
ンナー部１３に設けられたゲート部１４を通過しキャビ
ティ部１５に流れ込む。

【００１７】しかしながら、図６に示したように上金型
のキャビティ部と下金型のキャビティ部の深さが極端に
異なる場合は深いキャビティの樹脂の流動１９の方が浅
いキャビティの樹脂の流動１８に比較して速いので、金
型内の空気２０を巻き込みボイド不良が発生する。これ
に対応するため図２に示すように本発明の第１の実施例
では、リードフレームを載置する下金型７の全底面を移
動部分１６で構成する。移動部分１６はリードフレーム
には接しないで図面の紙の表面に垂直方向に移動する。
ここでプランジャー１１の動作と同様に、図示しないプ
レス機でキャビティの底面部１６を制御移動させる。す
なわちキャビティ底面を構成する移動部分１６はプレス
機の油圧で制御されるシリンダやギヤなどの機構により
容易に動作をし移動可能な構造を得ることができる。し
たがって、プランジャー１１のプレス機と可変部分のプ
レス機の動作を電気回路により同調させることで容易に
実現可能である。

【００１８】例えば図６のようなリードフレーム組立体
との関係においては、移動部分１６は封止樹脂の充填方
向に沿って移動させることによって、狭い空間を流れる
下側の樹脂の流れを固定されているリードフレーム組立
体に対して速くするように調整する。

【００１９】図３は本発明の第２の実施例を示すもの
で、第１の実施例と同様に、図１のＡ−Ａ部を拡大して
示した断面図である。この第２の実施例では下金型７の
底面の半導体素子搭載部と同等な幅の中央部分を移動部
分１７で構成したものである。第１の実施例と同様に図
示しないプレス機などの機構により、キャビティの底面
部を容易に可変とすることができる。前述したように、
封止樹脂の流動は図６に示すごとくキャビティの浅い方
の流動が一般にキャビティの深い方の流動に比較して流
動が遅くなる。また半導体素子搭載部や半導体素子の表
裏面に沿った流動に比較して、半導体素子搭載部や半導
体素子の側面の流動の方が速い。したがって第２実施例
の場合、キャビティの底面部の移動部分１７を半導体素
子搭載部と同様な大きさにすることで流動の遅い方のキ
ャビティを流動の進行方向に移動させることで効率よく
上金型と下金型のキャビティの流動を調整できるメリッ
トがある。 尚、上記第１および第２の実施例では下金
型の底面を移動部分で構成した場合を示したが、上金型
の底面すなわちモールド装置にセットしたときのキャビ
ティの上内面を移動部分とすることも可能である。この
場合に図６のリードフレーム組立体の関係においては、
上金型の移動部分は封止樹脂の充填方向とは逆の方向に
移動させ広い空間を流れる上側の樹脂の流れを固定され
たリードフレーム組立体に対して遅くするように調整す
る。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は封止金型
のキャビティ部の底面に移動部分を設けたことで、上金
型のキャビティの深さと下金型のキャビティの深さが著
しく異なる場合でもキャビティ底部を可変すなわち移動
することで封止樹脂の流動を調節することが可能であ
る。

【００２１】したがって、金型内に残留した空気の巻き
込みによるボイドの発生を防止することができる。

【００２２】表１は２６ピン３００ミルＴＳＯＰタイプ
において上金型のキャビティの深さが０．６ｍｍ，下金
型のキャビティの深さが０．４ｍｍで半導体素子サイズ
５×１４ｍｍ² を搭載したものの封止後におけるボイド
発生率を示したものである。従来の金型では１００％に
近いボイド発生率を示しているが、本発明の第１および
第２の実施例ではほとんどボイドが発生しないことがわ
かる。

【００２３】尚、本発明の実施例では封止樹脂がキャビ
ティ内に侵入すると同時にキャビティの底面部を０．３
ｍｍ／秒のスピードで移動させている。

【００２４】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す斜視図である。

【図２】図１のＡ−Ａ部を拡大して示した本発明の第１
の実施例の断面図である。

【図３】図１のＡ−Ａ部を拡大して示した本発明の第２
の実施例の断面図である。

【図４】リードフレームに半導体素子が搭載されたリー
ドフレーム組立体を示す平面図である。

【図５】従来技術を示す斜視図である。

【図６】下金型のキャビティが浅く、上金型のキャビテ
ィが深い場合の封止樹脂の流動を示す図であり、（ａ）
は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ部の断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体素子 ２ リードフレーム ３ インナーリード ４ 金属細線 ５ ガイドホール ６ 上金型 ７ 下金型 ８ 位置決めピン ９ 封止樹脂 １０ ポッド部 １１ プランジャー １２ ヒーター １３ ランナー部 １４ ゲート部 １５ キャビティ部 １６，１７ 移動部分 １８ 浅いキャビティの樹脂の流動 １９ 深いキャビティの樹脂の流動 ２０ 金型内の空気の巻き込み

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 封止樹脂を加圧するプランジャーと、封
   止樹脂を挿入するカル部と、封止樹脂の流路であるラン
   ナー部及びゲート部と、半導体装置の外形を決定する上
   金型と下金型のキャビティ部と、封止金型を高温保持す
   るヒーター部とを有する半導体装置の樹脂封止金型にお
   いて、前記キャビティ部の底面がその面に平行に移動可
   能であることを特徴とする半導体装置の樹脂封止金型。
2. 【請求項２】 上記金型において、封止樹脂のキャビテ
   ィ充填中に、流れの遅い方の金型のキャビティ部の底面
   を封止樹脂の充填方向に沿って移動させるか、または流
   れの速い方の金型のキャビティ部の底面を封止樹脂の流
   動方向とは逆に移動させることを特徴とする半導体装置
   の製造方法。