JP3112227B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
にかかり、特に封止用樹脂の充填方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】樹脂封止型半導体装置は主にトランスフ
ァ成型法によって得られる。この方法は、エポキシ樹脂
および充填剤などを主体としたエポキシ成型材料等の封
止用樹脂を、加熱して溶融させ、トランスファ成型機を
用いて金型に注入し、高温高圧状態で成型して、硬化す
ることにより、リードフレームに搭載された半導体チッ
プを封止する方法である。この方法で製造される樹脂封
止型半導体装置は、半導体チップをエポキシ樹脂組成物
が完全に覆うため信頼性に優れており、また金型で緻密
に成型するためパッケ―ジの外観も良好であることか
ら、現在ではほとんどの樹脂封止型半導体装置はこの方
法で製造されている。

【０００３】さらに、近年半導体装置の高集積化に伴う
半導体チップの大型化により、樹脂封止型半導体装置の
パッケ―ジについても大型化が進む一方、実装スペース
の微細化に伴いパッケージは薄型化の傾向を強めてお
り、この傾向は今後益々強くなっていくと考えられる。
しかしながらトランスファ成型法においては、トランス
ファ成型に用いられる金型装置がさらに大型化してしま
うという問題がある。通常、トランスファ成型において
は、図１１に示すようなリードフレーム１を、図１２に
示すように、キャビティブロックＣによって形成される
キャビティ内にチップ２が位置するように挟み、サブラ
ンナーＳＲに設けられたゲートＧを介して封止用樹脂を
キャビティ内に注入し加圧成型するという方法がとられ
る。しかしながら、この方法では、ゲートＧはリードフ
レーム１の一面に位置することになり、流入する樹脂の
流れにリードフレーム１による影ができ、この位置に気
泡が発生することがある。この気泡はボイド（空洞）と
なって、水分の侵入の原因となる。

【０００４】そこでこの問題を解決するため、封止用樹
脂を流すランナー溝を形成し、これとキャビティとを連
通させるようにしリードフレームの側面方向から封止用
樹脂を注入する方法も提案されている（特公昭５９−９
６６号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、プランジャーを介して封止用樹脂材料が金型に
供給されるが、金型には、カールと指称され、樹脂の走
行を円滑化するための樹脂加圧部と、樹脂の走行溝であ
るランナーと、これに接続されゲートに繋がるガイド溝
としてのサブランナーが形成され、さらにこの端部にゲ
ートが形成されており、これらを介して樹脂は注入され
るため、樹脂は、カール、ランナー、サブランナーおよ
びゲートにも残留することになり、樹脂の無駄が多いと
いう問題がある。さらにこのようなゲートの形成は注入
角度の設定をはじめとする形状の形成に極めて高精度を
有し、上型側に設けると上部が先に充填され空洞が形成
されやすく、金型内に均一に樹脂を充填するのは極めて
困難である。また、均一に樹脂を充填するためにゲート
の形状や位置を決定するのは容易ではない。また、樹脂
の組成によっては封止用樹脂材料の溶融時の粘度が高
く、円滑にキャビティに充填されず、滞留することがあ
る。また、１個のプランジャーで多数個同時に成型する
場合、プランジャーからの距離の差により樹脂がキャビ
ティに到達する時間が異なり、硬化時間にばらつきが生
じるなどの問題もあった。さらには、パッケージの薄型
化がさらに進むにつれて、硬化時間にばらつきがある
と、反りが生じ易いという問題もある。また樹脂材料に
は金型を磨耗するような硬い物質も含まれており、ゲー
トが磨耗し、樹脂材料の注入量が変動するために金型を
取り替えるなどのメンテナンスが必要であるという問題
もあった。

【０００６】本発明は前記実情に鑑みてなされたもの
で、樹脂の無駄がなく、封止用樹脂が良好な状態で溶融
硬化せしめられ緻密な封止を行い、耐湿性が高く信頼性
の高い半導体装置を提供することを目的とする。

【０００７】また本発明の他の目的は、反りのない薄型
で緻密なパッケージをもつ半導体装置を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで本発明では、半導
体チップ搭載部を取り囲むように、放射状に形成された
複数のインナーリードと、各インナーリードに連設せし
められるアウターリードとを具備し、さらにパッケージ
ライン上の所定の領域から外方に向かって所定幅で所定
の長さを持つ切り欠け部で形成されたガイド部と、この
ガイド部に連設され、前記幅よりも径大の円弧状端縁を
持つ円弧部とから形成される透孔を具備するリードフレ
ーム単位体を所定のピッチ間隔で連設したリードフレー
ムの条材を用意する工程と、リードフレームの条材のそ
れぞれの半導体チップ搭載部に半導体チップを搭載して
電気的導通回路を形成する工程と、上型と下型とから成
り、上型と下型とによって形成されたキャビティ領域か
ら所定の距離だけ離間して設けられ、上型と下型の接触
面に対して垂直方向に封止用樹脂材料を押圧するように
構成され、リードフレームの円弧部に対応し、且つ円弧
の径よりもやや径の小さい円筒状のポット内に装着され
たプランジャーを具備した封止用金型装置に、半導体チ
ップ搭載部に搭載された半導体チップがキャビティ領域
内に位置するように前記リードフレームの条材を所定の
ピッチ間隔で間歇搬送し、前記上型と前記下型との接触
面で挟んだ状態で、リードフレームの円弧部にプランジ
ャーの先端を挿通せしめ、ガイド部を介してリードフレ
ームの主面に平行な方向から、キャビティ領域に、プラ
ンジャーの先端で加圧された封止用樹脂を充填し硬化せ
しめる封止を行い、半導体パッケージが所定のピッチ間
隔で連設された半導体パッケージフレームの条材を形成
する工程と、を含んでいる。

【０００９】

【作用】上記方法によれば、金型装置に特別にランナー
部やサブランナー部や、カールを設ける必要がないた
め、封止用金型装置の装置構成を小型化することがで
き、容易に信頼性の高い半導体装置を得ることができ
る。

【００１０】また、パッケージの形成されるキャビティ
領域に極めて近接した位置で封止用樹脂の充填が行われ
得、この充填口はリードフレームに形成される切り欠け
の幅とリードフレームの厚みによって高精度に規定さ
れ、金型装置の形成に何等高度な技術を必要としない。

【００１１】また、プランジャーを設けた前記上型及び
前記下型の接触面とリードフレームに形成された切り欠
け部を含む透孔との間に形成されリードフレームの厚さ
分に相当する間隙を利用して、プランジャーで側壁に押
し付けその反作用でキャビティ領域に流入せしめるよう
に加速するとともに、整流を行い、均一な樹脂の流れを
形成しているため、気泡の発生もなく緻密な充填を行う
ことができる。また、この注入位置はリードフレームの
位置(レベル)になるため、ゲートを形成した金型を用
い、上型や下型から斜めに注入するような従来の場合に
比べ、リードフレームの影になる部分で空洞ができたり
するのを防ぐことができ、均一でかつ円滑な注入を行う
ことができる。

【００１２】従って、樹脂材料の溶融時の粘度が高い場
合にも、滞留を生じたりすることなく円滑にキャビティ
に充填せしめることができる。

【００１３】さらに、１個のプランジャーで１個の成型
を行う上、プランジャーからの距離が極めて短いため、
樹脂の無駄がないことはいうまでもなく、樹脂がキャビ
ティに到達する時間が異なり、硬化時間にばらつきが生
じるなどの問題もない。従って、薄型パッケージの場合
にも反りが生じたりすることもなく、耐湿性が良好で極
めて信頼性の高い樹脂封止型半導体装置を提供すること
が可能となる。またゲートは金型ではなくリードフレー
ムにガイド部として設けられるため、金型の磨耗による
メンテナンスの必要はなく、コストも低減する。

【００１４】また、ここで用いられるリードフレーム
は、半導体チップ搭載部を取り囲むように放射状に形成
された複数のインナーリ−ドと、各インナーリ−ドに連
設せしめられるアウターリードとを具備したリードフレ
ーム単位体を支持するサイドレールの一方側に、パッケ
ージラインの所定の領域に所定幅であって所定長さの切
り欠け部から成るガイド部とこのガイド部に連設され、
前記幅よりも径大の円弧状端縁をもつ円弧部とから形成
される透孔を外方に向かって具備したことを特徴とす
る。なお、この透孔の円弧状端縁の円弧の径は、プラン
ジャーの径よりもやや大きくなるようにし、溶融状態の
樹脂をこの透孔の円弧部とプランジャーの周囲とで形成
される領域にプランジャーで押圧する。そして、押圧さ
れたこの樹脂がこの円弧状端縁からの反作用でガイド部
を通りここで整流されてキャビティ領域に円滑に充填さ
れるように構成されている。すなわち、このガイド部が
ゲートの役割をし、円弧部がカールの役割をする。

【００１５】なお一辺にリードが配列されたリードフレ
ームであるシングルインライン型リードフレームは、こ
の１辺を除く他の辺上に形成するようにすれば良い。

【００１６】また平行な２辺にリードが配列されたリー
ドフレームであるデュアルインライン型リードフレーム
は、リードの形成されていない辺にこの透孔を形成すれ
ばよい。

【００１７】また４方向にリードが形成されたリードフ
レームの場合は、対角線位置の１つに透孔を設けるよう
にすればよい。

【００１８】なお、ここで用いられる樹脂封止用金型
は、上型と下型と、この上型と下型とによって形成され
たキャビティ領域から所定の距離だけ離間して設けら
れ、前記リードフレームに対して垂直方向に設けた円筒
形状のポット内に装着され、封止用樹脂を押し出すよう
に構成されたプランジャーとキャビティ領域の上流及び
下流に半導体チップとパッケージの逃げ部とを具備し、
このキャビティ領域に側方から樹脂を充填し樹脂封止を
行うように構成されている。

【００１９】

【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照しつ
つ詳細に説明する。

【００２０】本発明実施例の方法は、図１に概要説明図
を示すように、上型３１と下型３２と、この上型３１と
下型３２とによって形成されたキャビティ領域３３から
４mmだけ離間した位置に、前記リードフレームに対して
垂直方向に樹脂材料４を押し出すように構成され、前記
円弧部の円弧の径φ1（φ1＝５mm）よりもやや径の小さ
いφ2（φ1＝４．５mm）をもつプランジャー３４とを具
備した封止用金型装置を用い、前記上型３１と下型３２
との間に半導体素子搭載部がキャビティ領域３３にくる
ようにリードフレーム単位体１を挟んだ状態で、前記プ
ランジャー３４が装着されたポット３５に封止用樹脂材
料４を供給し前記プランジャー３４を下降せしめてこの
封止用樹脂材料４を前記円弧部に押圧し、この円弧状端
縁からの反作用によって平行端縁をガイドとしてキャビ
ティ領域３３に封止用樹脂４を充填し硬化せしめるよう
にしたものである。

【００２１】すなわち、この方法で用いられる金型装置
は図２(ａ)および(ｂ)に上型の上面図および側断面図、
図３(ａ)および(ｂ)に下型の上面図および側断面図、図
４にこの全体図を示すように、キャビティ領域３３を有
する上型３１と下型３２とを具備し、これらの間にリー
ドフレーム単位体１を挟み、前記透孔２０の円弧部２０
ｂと上型３１および下型３２で形成される空間領域にプ
ランジャー３４を下降せしめて樹脂材料４を押圧して、
キャビティ領域３３に充填し、所定時間加熱して硬化せ
しめるように構成されている。ここで、封止用樹脂材料
は、エポキシ樹脂を主成分とし、硬化剤、硬化触媒、接
着助剤、離型剤、カップリング剤、シリカ(界面活性剤)
を含むタブレットからなり、あらかじめ１６５℃程度に
予熱されて供給される。そして、金型は１７０〜１８０
℃程度に加熱されているため、キャビティに溶融状態の
タブレットが充填されると、２０〜３０秒で硬化する。
なお、３５は樹脂材料４の通過経路となるポットであ
り、３６は樹脂材料投入口、３７は型分離のためのリタ
ードピン、３８は樹脂封止前の半導体チップを搭載した
ダイパットの逃げ部、３９は樹脂封止後のパッケージの
逃げ部、４０はキャビティホルダ、４１は上型と下型の
位置決めのためのパイロット逃げ孔、４２はリードフレ
ームを押さえるためのバッティング面、４３は空気抜き
のために半抜き状態で形成されたエアベント、４４はガ
イドブシュである。

【００２２】なおこの実施例で用いられるリードフレー
ム単位体を連設したリードフレームの条材は、４２アロ
イの条材からプレス成型して形成されたもので、図５に
示す如く、パッケージラインＰＬから幅Ｗ、長さＬの平
行端縁を持つ切り欠け部から成るガイド部２０ａとこの
平行端縁に連設され、前記幅Ｗよりも大きい直径φ2の
円弧状端縁を持つ円弧部２０ｂとから形成される透孔２
０を外方に向かって形成したことを特徴とするもので、
他の部分については通常のリードフレームと同様に形成
されている。すなわち、半導体集積回路チップ(以下半
導体チップ)を搭載するダイパッド１１と、このダイパ
ッド１１を取り囲むように配設せしめられた複数のイン
ナーリード１２とインナーリード１２を一体的に連結す
るタイバー１３と、各インナーリードに連結せしめられ
タイバーの外側に伸張するアウターリード１４と、タイ
バー１３を両サイドから支持するサイドバー１５、１６
と、ダイパッド１１を支持するサポートバー１７から構
成されている。

【００２３】このようなリ―ドフレ―ムを用いて実装せ
しめられる半導体装置は図６に示す如くであり、リ―ド
フレ―ム１のダイパッド１１上に、半導体チップ２を搭
載し、この半導体チップのボンディングパッドとリ―ド
フレ―ムのインナ―リ―ド１２とを金線あるいはアルミ
線のボンディングワイヤ３によって結線し、更にこれら
をエポシキ樹脂などの樹脂材料４で封止した後、タイバ
―やサイドバ―を切断し、アウタ―リ―ドを所望の形状
に折り曲げて完成せしめられる。

【００２４】次に、この金型装置を用いた半導体装置の
樹脂封止方法について説明する。

【００２５】まず、条材をプレス加工することにより図
５に示したようなリードフレームを形成する。打ち抜き
に際しては、順送り金型を用い、透孔２０とアウターリ
ードを形成したのち、インナーリードを形成する。なお
透孔２０はアウターリードと同時に形成しても良いし、
アウターリードの形成に先立ち形成しても良い。

【００２６】次に、このようにして形成したリードフレ
ーム１に半導体チップを載置し、ワイヤボンディングを
行う。

【００２７】この後このリードフレーム１を封止用金型
の上型と下型の間に挟み、図１にＡで示すブロックのキ
ャビティ領域３３に、半導体チップがくるようにして、
設置する。

【００２８】そして、前述したエポキシ樹脂を主成分と
する封止用樹脂材料４を１６５℃程度に予熱しておき、
樹脂材料投入口３６から投入しプランジャ３４で加熱し
ながら円弧部２０ｂに押圧する。

【００２９】この円弧部２０ｂに押し出された樹脂材料
４は、反作用によりキャビティ領域３３に円滑に充填さ
れ、加圧硬化せしめられる。このときの加圧力は８０ｋ
ｇ／ｃｍ² 、溶融温度は１７５℃、硬化時間は２０〜３
０秒とする。

【００３０】そして硬化しパッケージが形成されると、
金型を開き、１ピッチ進め、このパッケージがパッケー
ジ逃げ部３９の位置に来るようにして、ブロックＡでは
再び次の封止を行う。

【００３１】このようにして極めて容易に緻密で信頼性
の高い樹脂封止を行うことができる。樹脂の無駄がな
く、またばりの発生もほとんど皆無である。

【００３２】このようにして順次樹脂封止が行われ、ア
ウターリード間隔に相当する間隔で配設された櫛歯状の
パンチを具備したタイバーカット金型を用いて、タイバ
ーの切断を行いこれと同時に、パッケージラインとアウ
ターリードとの間にできる樹脂ばりの除去を行う。

【００３３】なお前記実施例では上型にも下型にもプラ
ンジャを設け、樹脂を上下型両方から注入するようにし
たものについて説明したが、上型または下型のいずれか
でもよい。

【００３４】次に、本発明で用いられる金型装置の変形
例として、樹脂を上型から注入するようにしたものを図
７に、下型から注入するようにしたものを図８に示す。

【００３５】かかる装置を用いて前記方法と同様にして
樹脂封止を行うことができる。

【００３６】なお、前記実施例ではリードフレームはデ
ュアルインライン型のものについて説明したが図９に示
すように４方向型のものでは、コーナー部の１つに透孔
を設けるようにすれば、リードに影響を与えることなく
形成することができる。なお、コーナー部に電源ライン
や接地ラインなどの幅広リードを配置する場合には、こ
の一部に同様の透孔を形成して用いるようにしてもよ
い。

【００３７】なお、この透孔の形状の前記実施例に限定
されることなく、例えば図１０に示すようガイド部２０
ａをテーパ状にするなど適宜変形可能である。

【００３８】さらにまたリードフレームの一方の面のみ
にパッケージを形成する場合にも、金型の一方を平坦に
し、一方のみにキャビティを形成するようにすることに
より適用可能である。

【００３９】加えて、前述した金型装置は縦型で用いる
ものについて説明したが、横型で用いてもよいことはい
うまでもない。

【００４０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、樹脂の無駄がなく、緻密で、極めて信頼性の高い樹
脂封止型半導体装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の半導体装置の製造方法を示す説
明図。

【図２】本発明実施例の方法に用いられる封止用金型の
上型を示す図。

【図３】本発明実施例の方法に用いられる封止用金型の
下型を示す図。

【図４】本発明実施例の方法に用いられる封止用金型を
示す図。

【図５】本発明実施例の方法で用いられるリードフレー
ムを示す図。

【図６】本発明の方法で形成される樹脂封止型半導体装
置を示す図。

【図７】本発明の他の実施例で用いられる封止用金型を
示す図。

【図８】本発明の他の実施例で用いられる封止用金型を
示す図。

【図９】本発明の他の実施例のリードフレームを示す
図。

【図１０】リードフレームの透孔形状の変形例を示す
図。

【図１１】従来例のリードフレームを示す図。

【図１２】従来例の樹脂封止方法を示す説明図。

【符号の説明】

1 リードフレーム単位体 ２ 半導体チップ ３ ボンディングワイヤ ４ 樹脂材料 １１ ダイパッド １２ インナーリード １３ タイバー １４ アウターリード １５、１６ サイドバー １７ サポートバー ２０ａ ガイド部 ２０ｂ 円弧部 ２０ 透孔 ３１ 上型 ３２ 下型 ３３ キャビティ領域 ３４ プランジャー ３５ ポット ３６ 樹脂材料投入口 ３７ リタードピン ３８ 逃げ部 ３９ 逃げ部 ４０ キャビティホルダ ４１ パイロット逃げ孔 ４２ バッティング面 ４３ エアベント ４４ ガイドブシュ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 23/50 Ｈ０１Ｌ 23/50 Ｇ (72)発明者 花田 英志 福岡県北九州市八幡西区小嶺２丁目10番 １号 株式会社 三井ハイテック内 (56)参考文献 特開 平４−196330（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−747（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−135230（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−214598（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/56 H01L 23/28 H01L 23/50

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップ搭載部を取り囲むように、
   放射状に形成された複数のインナーリードと、各インナ
   ーリードに連設せしめられるアウターリードとを具備
   し、さらにパッケージライン上の所定の領域から外方に
   向かって所定幅で所定の長さを持つ切り欠け部で形成さ
   れたガイド部と、このガイド部に連設され、前記幅より
   も径大の円弧状端縁を持つ円弧部とから形成される透孔
   を具備するリードフレーム単位体を所定のピッチ間隔で
   連設したリードフレームの条材を用意する工程と、 前記リードフレームの条材のそれぞれの前記半導体チッ
   プ搭載部に半導体チップを搭載して電気的導通回路を形
   成する工程と、 上型と下型とから成り、前記上型と前記下型とによって
   形成されたキャビティ領域から所定の距離だけ離間して
   設けられ、前記上型と前記下型の接触面に対して垂直方
   向に封止用樹脂材料を押圧するように構成され、前記リ
   ードフレームの前記円弧部に対応し、且つ前記円弧の径
   よりもやや径の小さい円筒状のポット内に装着されたプ
   ランジャーを具備した封止用金型装置に、前記半導体チ
   ップ搭載部に搭載された半導体チップが前記キャビティ
   領域内に位置するように前記リードフレームの条材を所
   定のピッチ間隔で間歇搬送し、前記上型と前記下型との
   接触面で挟んだ状態で、前記リードフレーム単位体の円
   弧部に前記プランジャーの先端を挿通せしめ、前記ガイ
   ド部を介して前記リードフレーム単位体の主面に平行な
   方向から、前記キャビティ領域に、前記プランジャーの
   先端で加圧された封止用樹脂を充填し硬化せしめる封止
   を行い、半導体パッケージが所定のピッチ間隔で連設さ
   れた半導体パッケージフレームの条材を形成する工程
   と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。