JP2968934B2 - 半導体封止用樹脂タブレットの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体チップの封止
に使用する樹脂タブレットの製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップの樹脂封止（パッケ−ジ）
には、通常、トランスファ−成形法が使用されている。
このトランスファ−成形法においては、トランスファ−
成形機の金型キャビティに半導体チップをセットし、熱
硬化性樹脂組成物タブレットをトランスファ−成形機の
ポットに入れ、このタブレットを加熱により可塑化する
と共にプランジャ−で加圧し、スプ−ル、ランナ−並び
にゲ−ト等を経てその可塑化樹脂を金型キャビティに導
入し、賦形並びに硬化を完了させている。更に、最近で
はマルチプランジャ−方式と称してこのトランスファ−
成形法の範疇に属する、スモ−ルタブレットにより封止
する方法も提案されている。

【０００３】旧来、この種のタブレットには、冷間圧縮
成形法（原料を熱ロ−ル又は熱押出し機で可塑化・混練
し、この混練物を冷却後、粉砕機で粉末化し、次いで、
この粉末の所定量を金型に定量供給し、この金型内粉末
を上部プランジャ−と下部プランジャ−とで常温にてタ
ブレットに圧縮成形する方法）により製造したものが使
用されているが、かかるタブレットにおいては、空隙を
多く含み、かつ、含水率も高いために（空隙が大きいた
めに、水分吸着面積が大きい）、半導体チップを封止す
る際、その空隙内の空気並びにトランスファ−成形温度
（１５０℃〜１８０℃）下で蒸発した水分を完全に脱気
し得ずに、ボイドが発生し易く、このボイドが、半導体
装置自体の強度を弱め、信頼性を損ない、不良品の発生
原因となり、半導体装置の歩溜の低下が余儀なくされて
いる。

【０００４】本出願人においては、タブレットの製造方
法として、混練押出機におけるスクリュ−収容シリンダ
−の先端に樹脂供給通路部材を連結し、該シリンダ−内
の硬化剤配合の混練溶融樹脂を樹脂供給通路部材を経て
タブレット成形金型に押出圧力で注入し、加圧しながら
成形する方法（以下、可塑化加圧法という）を既に提案
済みである（ＰＣＴ／ＪＰ９２／００３４５、平成４年
特許願第２７５２８１号）。

【０００５】上記ボイドの排除には、タブレット内の空
隙の排除、含水率の低減が有効であることはよく知られ
ている。上記の塑化加圧法によって得られるタブレット
においては、圧縮率〔タブレットの見掛け比重とタブレ
ット内の空隙を零にした場合の比重（真比重）との比〕
を９８％以上にして空隙を実質上零にでき、かつ含水率
も、０．０２重量％以下にできるので、上記した半導体
チップ封止時でのボイドの発生量を上記の旧来のタブレ
ットに較べ著しく少なくできる。また、樹脂を粉砕しな
いので、実質上、金属微粉末含有量、付着微粉末量を零
にできる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近来の高度に集積化さ
れた半導体装置の樹脂封止においては、単位面積当たり
の発熱量の増大のために高熱伝導化が要求されており、
かかるもとでは、タブレットへのフィラ−の配合量の一
層の増加が必要である。周知の通り、フィラ−混合樹脂
においては、フィラ−配合量が多くなるに従って溶融粘
度が増大していく。而るに、上記の可塑化加圧法におい
て、押出器を出た樹脂供給通路部材内及びタブレット成
形金型内の溶融樹脂は押出背で移送・流動されるが、溶
融樹脂の粘度が高くなると高い押出背圧を必要とする。
また、溶融樹脂の粘度が高くなると、粘性係数が大とな
って樹脂の流動速度が低速化する。上記の可塑化加圧法
においては、押出機のシリンダ−の先端に取付けた樹脂
供給通路部材の出口とタブレット成形金型の樹脂注入口
とが一致しているときに金型への樹脂注入を行ってお
り、次の樹脂注入までは樹脂供給通路部材内での樹脂流
れが一時的に停止させるので、樹脂供給通路部材内での
樹脂の流れが間歇的となる。而して、かかる樹脂流れの
間歇化や上記樹脂流速の低速化のもとでは、溶融樹脂組
成物（硬化剤配合）のゲル化粒子の成長が促され易く、
上記トランスファ−成形時、このゲル粒子がゲ−トの厚
さよりも大であると、ゲ−ト詰まりが惹起されることに
なる。

【０００７】本発明の目的は、半導体封止用樹脂タブレ
ットを上記の可塑化加圧法で製造する場合、ゲル化粒子
の発生の抑制、ボイドレス、混練押出機の過負荷の防止
を容易に達成できる半導体封止用樹脂タブレットの製造
方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体封止
用樹脂タブレットの製造方法は、混練押出機のスクリュ
−収容シリンダ−の先端に樹脂供給通路部材を連結し、
上記シリンダ−内の熱硬化性樹脂組成物溶融体を上記樹
脂供給通路部材を経てタブレット成形金型内に押出圧力
で注入する方法において、上記樹脂供給通路部材または
タブレット成形金型に振動を加えることを特徴とする構
成である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明において用いる熱硬化性樹
脂組成物は、熱硬化性樹脂としての主剤（例えば、エポ
キシ樹脂、シリコ−ン系樹脂、ポリイミド系樹脂等）、
硬化剤、硬化促進剤、充填剤、表面処理剤（充填剤の表
面を処理して充填剤と樹脂との結合強度を高めるために
使用され、カップリング剤とも称されている）を一般的
な構成成分とするが、これ以外に、離型剤、顔料、難燃
剤、難燃助剤等を配合できる。その配合比は、例えば、
主剤：１００重量部，難燃助剤：１０〜３０重量部，硬
化剤：４０〜８０重量部，充填剤：２００〜１９００重
量部，難燃剤：１０〜２０重量部，離型剤：１〜３重量
部，顔料：１〜３重量部，硬化促進剤：１〜３重量部，
表面処理剤：１〜３重量部とされる。

【００１０】図１は本発明において使用する混練押出機
とタブレット成形金型の一例を示している。図１におい
て、１は混練押出機であり、１１は混練押出機１のシリ
ンダ−であり、スクリュ−が収納されている。シリンダ
−１１には、シリンダ−内を減圧するための脱気口１０
０を設けることができる。３は軌道レ−ル９により左右
に移動する金型ホルダ−であり、冷却ジャケット８を備
えている。４はタブレット成形金型であり、上方プラン
ジャ−５と下方プランジャ−６とにより閉型される。２
は混練押出機１のシリンダ−１１の先端に取り付けた樹
脂供給通路部材であり、吐出口２１を金型上面に摺動的
に接触させてある。１２は樹脂供給通路部材２に取り付
けた１ｋＨZ〜１０MＨZ加振器であり、電気式、圧搾空
気式、超音波振動器(１０ｋＨZ〜１００ｋＨZ）等が使
用される。１０はタブレット送出し機である。

【００１１】図１に示す装置を使用して本発明によりエ
ポキシ樹脂組成物製タブレットを製造するには、エポキ
シ樹脂組成物を混練押出機１のホッパ−に供給し、混練
押出機１のスクリュ−回転によりそのホッパ−内の樹脂
組成物を混練押出機１の加熱シリンダ−１１内に送り込
み、好ましくは、脱気口１００より減圧吸引しつつ通
常、６０〜１５０℃程度で加熱溶融・混練し、この溶融
樹脂組成物を加振器１２で振動させつつスクリュ−の押
出力で樹脂供給通路部材２を経てタブレット成形金型４
に注入していく。

【００１２】下方プランジャ−６にロ−ドセル等の圧力
検出装置を設ける等により、溶融樹脂の注入圧力を検出
し、樹脂充填完了の信号を発生させる。この充填完了信
号を受信し、金型ホルダ−３が右に（又は左に）移動
し、左（又は右）のタブレット成形金型４が樹脂供給通
路部材２の吐出口２１の位置に至ると該金型ホルダ−３
が停止する。右（又は左）に移動したタブレット成形金
型に充填された樹脂は上方プランジャ−５と下方プラン
ジャ−６とにより５０〜３００kg/cm²程度で加圧されつ
つ成形される。このとき金型ホルダ−３の冷却ジャケッ
ト８に５℃〜５０℃に温度調節した冷却水を循環させ
る。

【００１３】冷却した樹脂（室温〜６０℃程度）を下方
プランジャ−６により上方に突き出し、この突き出した
樹脂体、すなわち、タブレット７をタブレット送出し機
１０により前方に向け排出する。その後、左（又は右）
の成形金型への樹脂の充填が完了すれば、金型ホルダ−
を右（左）に移動させ、上記した作動を繰り返してい
く。上記において、左（又は右）のタブレット成形金型
への樹脂充填が終了し、次の右（又は左）のタブレット
成形金型への樹脂充填が開始されるまでの間、樹脂供給
通路部材２の吐出口２１が金型ホルダ−３に摺動接触さ
れて樹脂の吐出が一時的に停止（通常１秒以下）される
が、この間、スクリュ−は回転されたままである。上記
加振器１２は金型ホルダ−３に取付け、タブレット成形
金型４を振動させることもできる。また、加振器１２の
駆動は連続駆動の外、間歇的駆動とすることもできる。

【００１４】上記において、一般的には、成形金型４へ
の樹脂組成物の供給温度は８０℃〜１２０℃程度であ
り、成形金型温度は室温〜５０℃位である。金型ホルダ
−３には、通常、冷媒（通常は温水）を流通し、タブレ
ットを表面から内部に向かって冷却し、このようにして
冷却されたタブレットにおいては、トランスファ−成形
時のゲル化時間がタブレット表面から内部に至るに従い
弱干短くなるのが一般的である。金型より取り出される
ときのタブレットの表面温度は、通常５０℃以下であ
る。また、タブレット製造時の加圧は一般的には、５０
kg/cm²〜３００kg/cm²好ましくは、８０〜１２０kg/cm²
とされる。

【００１５】上記において、組成物の構成成分であるエ
ポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、充填剤、表面処理剤
等は個別に、或いは混合して前もって加熱混合（例え
ば、１５０℃で３０分位）しながら減圧し、含有或いは
発生する揮発性成分を除去しておくことが好ましい。例
えば、ヘンシェルミキサ−で充填剤と表面処理剤を予備
混合し、更にこの混合物を加熱乾燥機により加熱乾燥
（１２０℃、３時間）して、充填剤と表面処理剤との反
応で生じた揮発性成分（有機低分子化合物等）を予め除
去し、また、別に硬化剤と硬化促進剤を減圧混合釜で加
熱混合（１５０℃、３０分）し、反応で発生する揮発性
成分（有機低分子化合物等）を予め除去し、次いで、揮
発性成分の除去された上記２つの混合物を、エポキシ樹
脂、離型剤、顔料、難燃剤、難燃助剤等の残余材料と共
にヘンシェルミキサ−で均一に混合（ドライブレンド）
してエポキシ樹脂組成物を得、このエポキシ樹脂組成物
を混練押出機１に供給することが好ましい。

【００１６】図２は本発明に係る半導体封止用タブレッ
トの製造方法において使用する混練押出機並びにタブレ
ット成形金型の別例を示している。図２において、１は
混練押出機、２は加振器１２を取付けた樹脂供給通路部
材であり、図１に示したものと同一構造のものを使用し
てある。押出機１１のシリンダ−には脱気口１００を設
けることが好ましい。３はタ−ンテ−ブルであり、同一
円周上に複数箇のタブレット成形金型４，…を一定の間
隔を隔てて配設してある。８は冷却ジャケット、５は上
方プランジャ−、６は下方プランジャ−、１０はタブレ
ット送り出し用のスクレィパ−である。

【００１７】上記図２に示す装置を使用して本発明によ
りエポキシ樹脂組成物製半導体封止用タブレットを製造
するには、前述と同様の要領で、一般的には、硬化剤と
硬化促進剤、充填剤と表面処理剤を予備混合し、揮発成
分を除去したのち、残余材料を混合して得たエポキシ樹
脂組成物を混練押出機１に供給し、好ましくは脱気口１
００より減圧吸引しつつ、この組成物を混練押出機によ
り混練し、混練押出機１から溶融樹脂組成物（８０〜１
２０℃）を加振器１２で振動させつつ樹脂供給通路部材
２を経て混練押出機１のスクリュ−押出力により一のタ
ブレット成形金型４（約４０℃）に供給し、一のタブレ
ット成形金型４への溶融樹脂組成物の充填が完了する
と、前記と同様、ロ−ドセル等の圧力検出装置により樹
脂充填終了の発生させ、タ−ンテ−ブル３を矢印方向に
回転させて次ぎのタブレット成形金型４が樹脂供給通路
部材２の吐出口２１に達するとタ−ンテ−ブル３を停止
させ、このタブレット成形金型４への溶融樹脂組成物の
供給を開始する。

【００１８】他方、上記溶融樹脂組成物の充填を終了し
たタブレット成形金型４に対しては、当該金型が樹脂供
給通路部材２の吐出口２１から離れた直後に上方プラン
ジャ−５を当該金型４内に導入し、以後上下プランジャ
−５，６をタ−ンテ−ブル３と同調移動させ、この上下
プランジャ−５，６でタブレット成形金型４内の樹脂組
成物を５０〜３００kg/cm²程度で加圧しつつ冷却してい
き（タ−ンテ−ブル３の冷却ジャケット８に５℃〜５０
℃に温度調節した冷却水を循環させる）、スクレィパ−
１０の手前において冷却固化した半導体封止用タブレッ
トを下方プランジャ−６の突き上げにより離型し、これ
をスクレィパ−１０によりタ−ンテ−ブル３外に移行さ
せる。

【００１９】上記上下プランジャ−５，６の対の数は複
数であり、溶融樹脂組成物が次々に充填されていく各タ
ブレット成形金型３に対し、これらの各上下プランジャ
−５，６を上記のように動作させてタ−ンテ−ブル方式
により半導体封止用タブレットを連続生産していく。図
２に示す装置を使用する場合も、一のタブレット成形金
型への樹脂充填が終了し、次ののタブレット成形金型へ
の樹脂充填が開始されるまでの間、樹脂供給通路部材２
の吐出口２１が金型ホルダ−３に摺動接触されて樹脂の
吐出が一時的に停止（通常、１秒以下）されるが、この
間、スクリュ−は回転されたままである。また、上記加
振器１２は金型ホルダ−３に取付けてタブレット成形金
型４を振動させることもでき、加振器の駆動は連続駆動
の外、間歇的駆動とすることもできる。

【００２０】上記図１または図２に示す装置を使用する
場合、更に、生産の高速化には、金型ホルダ−またはタ
−ンテ−ブル３の移動速度を高速化し、またはタ−ンテ
−ブル３上のタブレット成形金型４の配設個数を増大す
ると共にタブレット成形金型４への樹脂組成物の供給速
度を高速化することが有効である。

【００２１】本発明により製造されたタブレットにおい
ては、半導体チップをトランスファ−成形により封止す
る場合に使用される。すなわち、半導体チップをトラン
スファ−成形機を金型キャビティにセットし、当該タブ
レットをトランスファ−成形機のポットに入れ、このタ
ブレットを加熱により可塑化すると共にプランジャ−で
加圧し、スプ−ル、ランナ−並びにゲ−ト等を経てその
可塑化樹脂を金型キャビティに導入し、賦形並びに硬化
させ、半導体装置とする。この場合、タブレットを高周
波誘電加熱により予備加熱したうえで、ポットに入れる
こともできる。また、前記した半導体装置は、一般的に
は１６５℃〜１８５℃で５時間〜１０時間アフタ−キュ
ア−される。

【００２２】本発明に係るタブレットの製造方法におい
ては、樹脂供給通路部材１１内及びタブレット成形金型
４内での溶融樹脂が押出背圧で移送・流動される。この
場合、溶融樹脂に無機質フィラ−（シリカ粉末）が多量
配合されていても、振動によりフィラ−粉末間が分離さ
れ、溶融樹脂の粘度をせん断低下によって充分に低く保
つことができるから、その押出背圧を低くでき、スム−
ズな移送・流動が保証される。本発明に係るタブレット
の製造方法においては、樹脂供給通路部材１１の出口と
タブレット成形金型４の樹脂注入口とが一致していると
きに金型４への樹脂供給が行なわれ、次の樹脂供給まで
は樹脂供給が一時的に停止されるが、この樹脂供給停止
時でも樹脂供給通路部材１１内の樹脂が振動されて剪断
力を受けているために、ゲル化進行がよく抑制されると
共にゲル化粒子の発生もよく抑制できる（ゲル化粒子の
含有量を６０メッシュオンが０であり、１００メッシュ
オンが１０ppm以下にできる）。従って、半導体チップ
のトランスファ−成形パッケ−ジにおいて、ゲ−トが浅
くてもゲ−ト詰まりを排除してトランスファ−成形をス
ム−ズに行うことができる。

【００２３】本発明に係るタブレットの製造方法におい
ては、タブレット成形用金型４内に樹脂組成物を軟化状
態で注入して加圧しているから、内部までよく加圧で
き、圧縮率が高く（９８％以上）実質的にボイドレス
で、かつ、長手方向の圧縮率の分布の偏差が僅小（±１
％以下）のタブレットを製造できる。また、その加圧を
金型を冷却しつつ行なっており、加圧による金型内面と
成形中の樹脂との間での面圧の作用にもかかわらず、冷
却によりその間の接着力が小さくなると共に膨張係数の
大きい樹脂の方が金型よりも冷却による収縮率が大であ
るため、成形したタブレットを金型から比較的低い離型
力でスム−ズに取り出すことができる。また、冷間圧縮
成形法とは異なり、粉砕工程を必要としないので、金属
粉の発生をよく防止でき、金属性不純物含有量を容易に
僅小（５０ｐｐｍ未満）になし得る。

【００２４】本発明に係るタブレットの製造方法におい
ては、離型のための金型内面のテ−パを実質的に零にで
き（１／２００以下）、その結果、トランスファ−成形
機のポットを高精度に設計でき、これに伴いタブレット
とポット内面とのクリアランスも極めて小さくでき、か
かる面からも、樹脂パッケ−ジのボイドを効果的に排除
できる。

【００２５】本発明に係るタブレットの製造方法におい
ては、金型内において外面より内部に向かって冷却が進
行していくから、内部ほど長い時間高温に曝されてゲル
化時間の弱干短い物性となるのが一般的である。他方、
タブレットを使用しての半導体チップのトランスファ−
モ−ルド成形時においては、タブレットの外面側が中心
部よりも早く流動されてそれだけ早くキャビティに流入
され、中心部分の方が時間的に遅くキャビティ内に流入
される傾向がある。従って、タブレットの中心部のゲル
化時間がやや短い場合、トランスファ−モ−ルド成形後
のカル部分の反応もよく進み、所謂、”カル残り”の成
形上の不具合の防止に有利である。本発明に係るタブレ
ットの製造方法においては、原材料相互の熱混練時に生
成する揮発性成分（例えば、硬化剤と硬化促進剤との接
触段階並びに充填剤と表面処理剤との接触段階で発生す
る揮発性成分）を、予め除去した後、全組成物を混練工
程に供することにより、揮発分含有量を僅少（水分で
０．０２重量％以下、有機低分子化合物で０．０３重量
％以下）にできる。

【００２６】

【実施例】

〔実施例〕熱硬化性樹脂組成物には、エポキシ主剤５０
重量部、難燃助剤１０重量部、硬化剤４０重量部、フィ
ラ−（シリカ粉末）２５０重量部、難燃剤５重量部、離
型剤１重量部、顔料１重量部、硬化促進剤１重量部、表
面処理剤１重量部を使用した。装置には図２に示すもの
を使用し、タブレット成形金型の寸法は内径１３ｍｍ
φ、高さ２０ｍｍとした。上記の組成物中、充填剤と表
面処理剤とをヘンシェルミキサ−により３０分混合し、
反応により生成した揮発成分（メタノ−ル等）を１５０
℃×２時間の加熱処理で除去した。別に、硬化剤と硬化
促進剤を減圧混合釜に入れ、１５０℃，３０分間，減圧
度５００ト−ルの条件で、その反応により発生する揮発
性成分〔芳香族系炭化水素（ベンゼン等）等〕を予め除
去した。

【００２７】次いで、上記の表面処理剤添加充填剤並び
に硬化剤・硬化促進剤反応物と他の残余成分（エポキシ
樹脂等）をヘンシェルミキサ−で３０分間ドライブレン
ドしたうえで、このブレンドしたエポキシ樹脂組成物を
シリンダ−内径５０ｍｍφ、吐出量（平均値）１０ｋｇ
／時間の混練押出機に供給し、超音波振動子で１０ｋHz
〜１００ｋHzの振動を加えつつ樹脂供給通路部材を経て
タブレット成形金型内に押出圧力で注入し、この注入樹
脂組成物を上下プランジャ−の成形圧力１００ｋｇ／ｃ
ｍ²、タ−ンテ−ブルの循環冷却水温度２０℃のもとで
加圧冷却成形し、次いで、成形物を下プランジャ−によ
る突き上げでタブレット成形金型から取出した。 〔比較例〕実施例に対し、振動を加えない以外は、実施
例に同じとした。

【００２８】これら実施例並びに比較例の押出圧力を測
定したところ、実施例での押出圧力は比較例での押出圧
力の８０％以下であつた。また、得られたダブレットの
ゲル化粒子を測定したところ、実施例品では、タブレッ
ト中の６０メッシュオンのゲル化粒子含有量が０で、１
００メッシュオンのゲル化粒子含有量が２ｐｐｍ未満で
あったのに対し、比較例品では、タブレット中の６０メ
ッシュオンのゲル化粒子含有量が２００ｐｐｍにも達し
ていた。なお、ゲル化粒子含有量は、次ぎの方法で測定
した。まず、樹脂タブレット１００ｇを撹拌下でアセト
ン３００ｃｃに溶解し、その溶液を６０メッシュと１０
０メッシュの２段のスクリ−ンで漉し、６０メッシュオ
ンのゲル化粒子（アセトン不溶分）量と１００メッシュ
オンのゲル化粒子（アセトン不溶分）量を測定し（２段
スクリ−ンは、例えば、ＡＳＴＭ Ｅ−５８Ｔによるこ
とができる）、次いで、これらアセトン不溶分中には、
無機の充填剤が含まれていることが多いので、得られた
前記のゲル化粒子を、”るつぼ”に入れて４００℃で２
時間加熱して有機成分（即ち、真のゲル化粒子含有量）
を焼却して無機充填剤量を測定し、次式によりゲル化粒
子含有量を求めた。 ゲル化粒子含有量（Ｘ）＝アセトン不溶分−無機充填剤
量 ゲル化粒子含有量（ppm）＝〔ゲル化粒子含有量（Ｘ）
ｇ／１００ｇ〕×１０⁶

【００２９】

【発明の効果】本発明に係る半導体封止用樹脂タブレツ
トの製造方法によれば、無機質フィラ−の多量配合のも
とでも、ゲル化粒子を実質的に排除してトランスファ−
成形による半導体チップの封止をゲ−ト詰まりを排除し
つつスム−ズに行うことができるタブレツトを、混練押
出機の過負荷を防止して容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体封止用樹脂タブレットの製造方
法に使用する製造装置の一例を示す説明図である。

【図２】本発明の半導体封止用樹脂タブレットの製造方
法に使用する製造装置の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１１ スクリュ−収容シリンダ− １２ 加振器 ２ 樹脂供給通路部材 ３ 金型ホルダ−またはタ−ンテ−ブル ４ タブレット成形金型 ５ 上方プランジャ− ６ 下方プランジャ− ７ 半導体封止用樹脂タブレット ８ 冷却ジヤケット ９ 軌道レ−ル １０ タブレット送出し機またはスクレィパ−

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】混練押出機のスクリュ−収容シリンダ−の
   先端に樹脂供給通路部材を連結し、上記シリンダ−内の
   熱硬化性樹脂組成物溶融体を上記樹脂供給通路部材を経
   てタブレット成形金型内に押出圧力で注入する方法にお
   いて、上記樹脂供給通路部材またはタブレット成形金型
   に振動を加えることを特徴とする半導体封止用樹脂タブ
   レットの製造方法。