JP2701649B2

JP2701649B2 - 半導体デバイスを封止する方法および装置

Info

Publication number: JP2701649B2
Application number: JP4069812A
Authority: JP
Inventors: ジョン・バード; ジェームス・エイチ・ナップ
Original assignee: Motorola Solutions Inc; Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1991-02-22
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1998-01-21
Anticipated expiration: 2013-01-21
Also published as: GB2253369A; KR920017221A; GB9203705D0; GB2253369B; US5118271A; JPH0590319A; MY107174A; KR100198685B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に、半導体デバイス
を製作する方法および装置に関し、特にリ−ド数の多い
半導体デバイスのプラスチック封止のための方法および
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスはダイ（ｄｉｅ）内に形
成され、そのダイはリ−ド・フレ−ムに接着され、ダイ
周囲に保護用のプラスチック・ボディがモ−ルドされ
る。デュアル・インライン・パッケ−ジ（ＤＩＰ），プ
ラスチック・クワッド・フラット・パック（ＰＱＦＰ）
等として知られる半導体デバイスを製作する場合、半導
体ダイは金属リ−ド・フレ−ムのダイ・ボンド領域に接
着され、リ−ド・フレ−ムのリ−ド・フィンガ（ｆｉｎ
ｇｅｒ）は細線，テ−プ等によってボンディング・パッ
ドに接着される。

【０００３】多くの半導体ダイが接着されるリ−ド・フ
レ−ムは、モ−ルド装置内に配置され、プラスチック封
止材料は高温高圧でそのモ−ルド装置に注入され、その
ダイ，ダイ・ボンド領域，リ−ド・フィンガの内側末端
および相互結合させるワイヤまたはテ−プ周囲にプラス
チック・ボディを形成する。封止材料は高圧でモ−ルド
に入るので、そのモ−ルドは適切に封止されなければな
らない。流出した不要の材料が「フラッシュ（ｆｌａｓ
ｈ）」を形成するのを避けるためである。フラッシュと
はパッケ−ジ・ボディ外部のリ−ド・フレ−ムに付着し
た封止材料のはみ出しであり、除去する必要がある。

【０００４】通常は上側のモ−ルド・ハ−フおよび下側
のモ−ルド・ハ−フを使用し、装置内に複数のキャビテ
ィを形成する。半導体デバイスは、下側のモ−ルド・ハ
−フ・モ−ルド板上に配置され、上側のモ−ルド・ハ−
フ・モ−ルド板によって、リ−ド・フレ−ムを閉じ込
め、キャビティ内に封止材料が注入され、半導体デバイ
スを封止する。モ−ルド板は非常に正確な公差で制御さ
れる。しかし、半導体デバイスを同じように正確な公差
で制御することは、非常に困難である。モ−ルド板は工
具鋼のような堅い物質から構成される。半導体リ−ド・
フレ−ムはモ−ルド板の間にクランプされ、その結果パ
ッケ−ジの寸法はモ−ルド・キャビティ板の寸法によっ
てほとんど決定される。キャビティ板が堅ければ、ダム
・バ−（ｄａｍｂａｒ）を使用することが必要とな
る。リ−ド間の隙間で、キャビティから封止材料が流出
するのを防ぐためである。しかしダム・バ−が使用され
ていても、そのレベルで公差を制御することは非常に困
難であり、そのレベルとは機械部品表面でのわずかな隙
間を通じて流出するモ−ルド・フラッシュを防ぐ程度で
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】複雑な集積回路のリ−
ド・フレ−ムは、多くの密接した金属フィンガを有す
る。モ−ルドを封止し、リ−ド・フィンガ間のプラスチ
ック封止材料の流出を防ぐために、従来はそのリ−ド間
に達するダム・バ−を使用しており、この技術は米国特
許３，４４４，４４１で開示されている。封止材料でモ
−ルドした後、デバイスを検査する前にリ−ド・フィン
ガに隣接する部分からダム・バ−を除去する。リ−ドの
数が多くなるにつれて、また、リ−ド間の隙間が減少す
るにつれて、リ−ド・フィンガに損傷を与えたり曲げた
りせずにダム・バ−を除去することはより一層困難にな
る。ダム・バ−の除去にはコストがかかる。相異なるパ
ッケ−ジ・ボディ、または、同じパッケ−ジ・ボディで
あってもリ−ド・ピッチが異なる場合は、それぞれにつ
いて異なるダム・バ−除去装置（ダム・バ−を除去する
装置）が必要になる。ダム・バ−除去装置は損傷を受け
やすく、その結果工程が遅れたり製造コストが増加する
ことになる。

【０００６】よりコストがかかるけれども他の工程で
は、リ−ド間に渡る溝をモ−ルドの端に形成し、モ−ル
ドを送り出す。この場合においてもリ−ドの数が多くな
るにつれて、また、リ−ド間の隙間が減少するにつれて
溝を形成し、維持するにはコストがかかり、困難にな
る。

【０００７】従って本発明は、弾性材料（弾性のある材
料）を使用し、キャビティ板と封止される半導体リ−ド
・フレ−ムの両者の寸法の変化に対応できるモ−ルド装
置を提供することを目的とする。

【０００８】本発明はまた弾性材料を使用し、リ−ド間
の隙間を封止し、従来のダム・バ−を使用しないモ−ル
ド装置を提供することを目的とする。

【０００９】本発明はまた、剛性キャビティ板の寸法に
よって決定されるキャビティの寸法を維持する弾性材料
を使用したモ−ルド装置を提供することを目的とする。

【００１０】本発明はまた弾性材料の層を使用し、半導
体デバイスを封止しする方法を提供することを目的とす
る。その弾性材料の層は、キャビティ板をクランプする
ための二次シ−ルとして、およびキャビティ板が到達し
ないリ−ド間に対する一次シ−ルとして使用するもので
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１モ−ルド
・ベ−ス（２７）および第２モ−ルド・ベ−ス（３３）
と、前記第１モ−ルド・ベ−スに接着された第１キャビ
ティ板（１７）と、前記第２モ−ルド・ベ−スに接着さ
れた第２キャビティ板（１３）とを含み、各々のキャビ
ティ板はさらに内，外面から構成され、前記キャビティ
板の端はクランピング面（２３）を形成するためにテ−
パを有しており、前記半導体リ−ド・フレ−ム（１０）
は前記第１および前記第２キャビティ板（１７，１３）
の前記内，外面によって形成されるキャビティに適合
し、そして前記リ−ド（１６）はクランピング面の間で
クランプされ、前記リ−ド周囲の前記キャビティの寸法
を前記内面によって決定する前記キャビティ板（１７，
１３）と、前記第１モ−ルド・ベ−ス（２７）に接着さ
れた第１弾性シ−ル（３４，１９）と、前記第２モ−ル
ド・ベ−スに接着された第２弾性シ−ル（３６，２１）
とから構成され、前記第１および第２弾性シ−ル（１
９，２１）には圧力が加わり、前記キャビティ板（１
３，１７）の前記外面に適合し、前記複数個のリ−ド
（１６）周囲の前記クランピング面に対する二次シ−ル
を提供し、かつ、前記複数個のリ−ド（１６）間の隙間
における一次シ−ルを提供するものである。

【００１２】

【作用】上記および他の目的ならびに本発明による好結
果は、弾性材料を使用することによって達成され、その
弾性材料はキャビティ板の外面を覆うけれども、キャビ
ティ板のクランプする面またはキャビティ板の内面は被
覆しない。本発明による実施例では、弾性材料はキャビ
ティ板のクランプする面に対して二次シ−ル（ｓｅａ
ｌ）を提供し、封止されるリ−ド・フレ−ムのリ−ド間
の隙間においては一次シ−ルを提供する。

【００１３】本発明を使用する方法にあっては、弾性材
料はモ−ルド・ベ−スとキャビティ板との間に配置され
る。封止される半導体リ−ド・フレ−ムは、モ−ルド面
内に配置され、そのモ−ルド面はキャビティ板によって
形成されるモ−ルド面に接するキャビティに関する。モ
−ルド板は封止された後圧力が加えられ、変形し、寸法
の異なるモ−ルド板またはリ−ド・フレ−ムに対応する
ことができ、リ−ド間の隙間を完全に封止する。

【００１４】

【実施例】図１は本発明による半導体デバイスを形成す
るための金属リ−ド・フレ−ム１０を示す。リ−ド・フ
レ−ム１０はサイド・レ−ル１２を含み、このサイド・
レ−ルはリ−ド１６およびダイ接着領域１８（ダイが接
着される領域）の複数個のグル−プ１４を支持するもの
である。リ−ドはダイ接着領域１８近傍の内部端と、ク
ロス（ｃｌｏｓｓ）部材２０と結合する外部端とを有す
る。ダイ接着領域１８はタイ・バ−２２によってサイド
・レ−ル１２と結合する。リ−ド・フレ−ム１０は従来
のリ−ド・フレ−ムと同様なものであり、様々な形状お
よび配置をとることができ、その従来のリ−ド・フレ−
ムにはリ−ド数が多いもの，少ないもの，サイズ，形状
が異なるもの等が含まれる。本発明で使用するリ−ド・
フレ−ム１０と、従来使用されていたものとの顕著な相
違点は、ダム・バ−が存在しないことであり、これは従
来一般的に使用されてきたものである。ダム・バ−はリ
−ド１６と結合し、クロス部材２０と平行であり、クロ
ス部材２０とダイ・マウント部分１８との間に配置され
ていたものである。

【００１５】図１では、ダイ接着領域１８のうち１つに
半導体デバイス・ダイ２４が接着されている。ダイ２４
は、半田，導電性のあるエポキシ等によって、ダイ接着
領域１８に接着されている。半導体ダイ２４は、細線２
６，ＴＡＢテ−プ等によって、リ−ド１６の各々と電気
的に結合している。この図ではそうではないが、リ−ド
１４のグル−プの各々のダイ接着領域１８に１つのダイ
が接着される。半導体デバイスの形成が完了した後は、
１つの完成した半導体デバイスに対して、リ−ド１６の
各々のグル−プ１４が使用される。

【００１６】図２はリ−ド・フレ−ムが封止される前
の、開いたモ−ルディング装置の断面図である。第１キ
ャビティ板１７および第２キャビティ板１３は、これら
が共に閉じたときに半導体ダイ２４の周囲にキャビティ
の形状を限定するものである。リ−ド・フレ−ム１０の
ダイ・マウント部分１８上に搭載される半導体ダイ２４
は、キャビティの内側に配置される。キャビティ板１
７，１３のキャビティの端付近の部分は、テ−パを有し
ており、クランピング面（クランプするための面）２３
を形成する。キャビティ板１７，１３は、工具鋼のよう
な堅い材料で構成され、精密に制御され、クランピング
面２３は圧力が加えられる際に、リ−ド・フレ−ム１０
のリ−ド１６（図には示されていない）に対する第一シ
−ルを形成する。

【００１７】第１弾性シ−ル１９は、そのキャビティに
隣接して配置される。弾性シ−ル１９はクランピング面
２３またはキャビティ板１７の内側の面を覆わないこと
が重要である。キャビティ板１７は、図７で詳細に示さ
れる第１実施例では弾性材料１９によって完全に封止さ
れる。弾性材料１９はモ−ルド・インサ−トとして形成
され、そのモ−ルド・インサ−トは、図８で詳細に記述
される第２実施例では別々に圧力が加えられる。弾性材
料１９がクランピング面２３の近くに存在することは重
要であり、そのことはより明らかになってくるであろ
う。

【００１８】図３は図２のモ−ルドが閉じた場合の断面
図である。リ−ド・フレ−ム１０のリ−ド１６（図には
示されていない）は、第１モ−ルド板１７と第２モ−ル
ド板１３のクランピング面２３との間で、堅固にクラン
プされる。こうしてクランピング面は、封止材料の流出
に対する第一シ−ルを供給し、その封止材料はキャビテ
ィ内に注入されるものである。第１弾性シ−ル１９はリ
−ド・フレ−ム１０の上側の面と接触し、第２弾性シ−
ル２１はリ−ド・フレ−ム１０の下側の面と接触する。

【００１９】図４は図３の弾性シ−ル１９，２１に圧力
が加わった後の断面図である。弾性シ−ル１９，２１
は、そのモ−ルドが閉ざされた後に圧力が加えられる。
高い圧力で弾性シ−ル１９，２１は、キャビティ板１
７，１３各々の外面形状に適合する。すなわち弾性シ−
ル１９，２１は、クランピング面２３に向かって傾斜す
るテ−パを有する領域を満たし、クランピング面２３に
対して完全に適合し、リ−ド１６の上側および下側で封
止材料の流出に対する二次シ−ルを提供する。

【００２０】図５はモ−ルド装置が閉じた場合の別の断
面図であり、これは弾性シ−ル１９，２１に圧力が加わ
った後であるが、リ−ド１６がない場所における図であ
る。リ−ド１６がない場所ではクランピング面２３の間
に隙間が残る。弾性シ−ル１９，２１は高い圧力で変形
し、共に圧力を及ぼしあい、リ−ド間の隙間を封止す
る。

【００２１】図６は弾性シ−ル１９，２１がリ−ド間の
隙間を充填しているところを示す図であり、キャビティ
板１７，１３は、リ−ド１６をクランプし、リ−ド１６
表面上での封止材料の流出を直接封止する。そのシ−ル
はキャビティ板１７，１３のクランピング面には達して
おらず、弾性シ−ル１９，２１はガスケット（ｇａｓｋ
ｅｔ）として機能していないことは重要である。もし弾
性材料１９，２１がガスケットをして用いられるなら
ば、それらは変形するので制御できないままキャビティ
内に侵入し、封止されたパッケ−ジの表面上に傷や歪を
残すであろう。さらに、ガスケットはより早く損傷する
であろうから、リ−ド１６の上面および底面の周囲の封
止は悪くなる。

【００２２】弾性シ−ル１９，２１に適した材料は、シ
リコ−ン・ゴムあるいはシリコ−ン・エラストマ材料で
ある。しかしこれは、モ−ルド装置を実際に使用する際
の温度および封止材料の化学組成に依存し、同様の役割
を果たす他の弾性材料を使用することも可能である。

【００２３】図７は本発明を使用したモ−ルド装置を示
す。キャビティ板１７，１３はＰＱＦＰ（プラスチック
・クワッド・フラット・パッケ−ジ）を形成するために
配置されており、メイン・ボディ・キャビティおよび周
囲のリング・キャビティを有する。本実施例では、上側
のキャビティ板１７は弾性シ−ル１９によって完全に取
り囲まれている。弾性シ−ル１９は、全てのパッケ−ジ
の端およびモ−ルドされたキャリヤ・リングに隣接する
ように位置する。キャビティ板１３は弾性ベッド３６上
に位置する。弾性ベッド３６はモ−ルド・ベ−ス３３と
結合する。同様にキャビティ板１７は弾性ベッド３４と
接しており、その弾性ベッドは上側のモ−ルド・ベ−ス
２７と結合している。実際上の理由から、弾性ベッド３
４および弾性シ−ル１９は連続した弾性材料から構成さ
れている。同様に、弾性ベッド３６および弾性シ−ル２
１も連続した弾性材料から構成されている。

【００２４】封止する工程が完了すると、エジェクタ・
ピン３１は一般に封止されたデバイスをモ−ルド装置の
外側へ送り出すために使用される。弾性ベッド３４，３
６さらには弾性シ−ル１９，２１を使用することは、エ
ジェクタ・ピンの工程をいくらか複雑にする。弾性材料
を他の機械部品の正確な公差で形成することは困難であ
るから、弾性ベッド３４，３６の厚さは非常に変化し得
る。さらに、弾性材料の熱膨張および他の物性によっ
て、通常使用される工具鋼よりも変形し得る。エジェク
タ・ピン３１が、キャビティ板１７，１３によって形成
されるキャビティに対して正確に配置されることは重要
であるから、エジェクタ・ピン３１はキャビティ板１７
の内面と整列していなければならない。

【００２５】このことはスクリュ３２によって基準板２
８にキャビティ板１７を接着することによって解決され
る。このような複数個の連結装置は、キャビティ板１７
に対して基準板２８の鉛直方向であるように製作する必
要がある。スリ−ブ２９は基準板２８から、モ−ルド・
ベ−ス２７および弾性ベッド３４を通じてキャビティ板
１７に達する。エジェクタ・ピン３１はスリ−ブ２９を
通じて、キャビティ板１７，１３によって形成されるキ
ャビティに達する。基準板２８の鉛直方向にある間隔
は、基準板１７に対してスリ−ブ２９によって注意深く
制御されるので、弾性ベッド３４の厚さが大きく変化し
ても、キャビティに達するエジェクタ・ピン３１の長さ
もまた正確に制御される。基準板２８を使用し、図７に
示すような方法でスクリュ３２を制御することによっ
て、弾性ベッド３４，３６および弾性シ−ル１９，２１
の材料として弾性材料を使用することが可能になる。

【００２６】第２実施例を示す図８において弾性シ−ル
１９，２１は、キャビティ板１７，１３が閉じた後に別
々に圧力が加えられる。独立に制御される液圧式のシリ
ンダ（図には示されていない）を使用し、部材３７，３
８を経てシ−ル１９，２１に圧力を加える。ロッド３７
およびピストン３８として記述されているけれども、シ
−ル１９，２１に別々に圧力を加える他の方法も使用可
能であることは、当業者にとって自明であろう。図８に
おいて示される要素で、図７の要素に対応するものは、
図７で使用したものと同じ番号で示される。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、封止されるリ−ド・フ
レ−ムにおいてダム・バ−を必要としないモ−ルド装置
を提供することができる。ダム・バ−を必要としないこ
とは、組立工程を著しく容易にし、コストおよび装置部
品の消耗を減少させる。弾性シ−ルは、リ−ド・フレ−
ムをクランプする従来のキャビティ板に対する二次シ−
ル、および従来ではダム・バ−が使用されていたリ−ド
間の隙間に対する一次シ−ルとしての両方の役割を果た
す。弾性シ−ルはキャビティから流出する封止材料を防
ぎ、リ−ド間および封止されたデバイスから出るリ−ド
表面上で形成されるフラッシュを著しく減少させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるデバイス製造プロセスにおける、
半導体デバイスが接着された金属リ−ド・フレ−ムを示
す。

【図２ないし図５】本発明によるモ−ルド装置の簡略化
された断面図を示す。

【図６】図２ないし図５に示す断面に対して垂直方向の
断面図を示す。

【図７】本発明を使用したモ−ルド装置の第１実施例を
示す。

【図８】本発明を使用したモ−ルド装置の第２実施例を
示す。

【符号の説明】

１０半導体リ−ド・フレ−ム１２サイド・レ−ル１３，１７キャビティ板１６リ−ド１８ダイ接着領域１９，２１弾性シ−ル２０クロス部材２２タイ・バー２３クランピング面２４半導体デバイス・ダイ２６細線２７，３３モ−ルド・ベ−ス２８基準板２９スリ−ブ３１エジェクタ・ピン３２スクリュ３４，３６弾性ベッド３７ロッド３８ピストン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭53−87173（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−115072（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−90530（ＪＰ，Ａ) 実開昭57−57539（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体リ−ド・フレ−ム（１０）の少な
くとも一部分を封止するモ−ルド装置であって、前記リ
−ド・フレ−ム（１０）は、そこから伸びる複数個のリ
−ド（１６）および複数個の前記リ−ド間の隙間を有
し、前記モ−ルド装置は：第１モ−ルド・ベ−ス（２
７）および第２モ−ルド・ベ−ス（３３）；前記第１モ
−ルド・ベ−スに接着された第１キャビティ板（１
７）；前記第２モ−ルド・ベ−スに接着された第２キャ
ビティ板（１３）を含み、各々のキャビティ板はさらに
内，外面から構成され、前記キャビティ板の端はクラン
ピング面（２３）を形成するためにテ−パを有してお
り、前記半導体リ−ド・フレ−ム（１０）は前記第１お
よび前記第２キャビティ板（１７，１３）の前記内面に
よって形成されるキャビティに適合し、そして前記リ−
ド（１６）はクランピング面の間でクランプされ、前記
リ−ド（１６）周囲の前記キャビティの寸法を前記内面
によって決定する前記キャビティ板（１７，１３）；前
記第１モ−ルド・ベ−ス（２７）に接着された第１弾性
シ−ル（３４，１９）；および前記第２モ−ルド・ベ−
スに接着された第２弾性シ−ル（３６，２１）；から構
成され、前記第１および第２弾性シ−ル（１９，２１）
には圧力が加わり、前記キャビティ板（１３，１７）の
前記外面に適合し、前記複数個のリ−ド（１６）周囲の
前記クランピング面に対する二次シ−ルを提供し、か
つ、前記複数個のリ−ド（１６）間の隙間における一次
シ−ルを提供することを特徴とする半導体リ−ド・フレ
−ム（１０）の少なくとも一部分を封止するモ−ルド装
置。
【請求項２】第１および第２形状を為し、互いに向き
合い、一体となってパッケ−ジ・ボディ・キャビティを
限定する剛性モ−ルド部材（１３，１７）を準備する段
階；モ−ルド部材（１３，１７）を配置し、それらの間
に前記パッケ−ジ・ボディ・キャビティを形成する段
階；前記剛性モ−ルド部材（１３，１７）の各々の外面
に近接した弾性シ−ル（１９，２１）を準備する段階；
複数のリ−ド（１６）および複数の前記リ−ド間の隙間
を有する金属リ−ド・フレ−ム（１０）を準備する段
階；前記リ−ド・フレ−ム（１０）に半導体デバイスを
接着する段階；前記キャビティの外側に伸びる前記リ−
ド（１６）の部分と共に前記リ−ド・フレ−ム（１０）
に接着された前記半導体デバイス（２４）を前記キャビ
ティ内に配置する段階；前記モ−ルド部材（１３，１
７）を共に閉じることによって、前記向かい合った剛性
モ−ルド部材（１３，１７）の間で前記リ−ド（１６）
をクランプする段階；前記弾性シ−ル（１９，２１）に
圧力を加え、その結果前記剛性モ−ルド部材（１３，１
７）の外面を封止し、前記リ−ド間の前記隙間を封止
し、前記半導体デバイス（２４）周囲の前記パッケ−ジ
・ボディ・キャビティの形成を完全にする段階；モ−ル
ドする化合物を前記パッケ−ジ・ボディ・キャビティに
注入し、前記半導体デバイス（２４）周囲にパッケ−ジ
・ボディを形成し、前記弾性シ−ル（１９，２１）は、
前記リ−ド（１６）と前記剛性モ−ルド部材（１３，１
７）との間の前記パッケ−ジ・ボディ・キャビティから
の、モ−ルドする化合物の流出を防ぎ、前記リ−ド（１
６）周囲で前記パッケ−ジ・ボディ・キャビティからモ
−ルドする化合物が流出することを防ぐ段階；から構成
されることを特徴とする半導体デバイスを製作する方
法。