JP3189927B2 - リードフレームおよびこれを用いた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、リードフレームに係
り、特に樹脂封止に際し封止樹脂の充填方法に特徴を有
するリードフレームに関する。

【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未
硬化樹脂を、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８に示すようなリードフレーム１にチップ２を搭
載し、図９に示すような、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）となり、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−
９６６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、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、樹脂材料が良好な状態で溶融硬
化せしめられ緻密な封止を行うことのできるリードフレ
ーム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、反りのない良好
な薄型半導体装置を形成することのできるリードフレー
ムを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に関わ
るリードフレームは、先端がダイパッドを取り囲むよう
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た1対
のリードフレーム単位体を保持枠を挟んで２段連続的に
形成したリードフレームにおいて、リードフレーム単位
体は、保持枠にダイパッドを支持するサポートバーの一
端が２本に分かれて接続され支持せしめられ、保持枠は
カールとしての円弧状の孔と該カールに連設されたゲー
トとからなる透孔を具え、該透孔はそれぞれの前記リー
ドフレーム単位体のサポートバーの前記一端の２本の間
に向かうように前記開口されていることを特徴とする。

【０００９】

【００１０】本発明の請求項２に関わる半導体装置の製
造方法は、先端がダイパッドを取り囲むように形成され
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た1対のリードフ
レーム単位体が保持枠を挟んで２段連続的に形成され、
保持枠にダイパッドを支持するサポートバーの一端が２
本に分かれて接続され支持せしめられ、保持枠はカール
としての円弧状の孔と該カールに連設されたゲートとか
らなる透孔を具え、該透孔はそれぞれの前記リードフレ
ーム単位体のサポートバーの前記一端の２本の間に向か
うように開口されているようにリードフレームの形状加
工を所定のピッチ間隔で連続的に行うリードフレーム条
材形成工程と、リードフレームに半導体チップを搭載す
る工程と、上型と下型と、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材料
を押圧するように構成され、リードフレームのカールの
径よりもやや径の小さいプランジャーとを具備した封止
用金型装置を用意する工程と、半導体チップがキャビテ
ィ領域内に位置するように、リードフレーム条材を上型
と下型との間に間歇搬送し、リードフレーム、を上型と
下型との接触面で挟んだ状態で、カールにプランジャー
の先端を挿通させカールを介して、リードフレームの主
面に平行な方向から、プランジャーの先端で加圧された
封止用樹脂をキャビティ領域に充填し、硬化せしめる封
止工程と、を含むことを特徴とする。

【００１１】

【作用】上記構成によれば、金型装置にカールやゲート
を設ける代わりに、２段連続のリードフレームの保持枠
に、ゲートとカールの役割をもつ透孔を設けたことを特
徴とするもので、このリードフレームによれば金型装置
に特別にランナー部やサブランナー部や、カールを設け
る必要がない上、保持枠を利用しているため、何等無駄
がなく、封止装置の装置構成を小型化することができ
る。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樹脂の充填が行われ得、また、
プランジャーとリードフレームに形成された透孔の円弧
部であるカール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、平行な端縁をもつゲートで整流を行
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。

【００１２】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。

【００１３】従って、未硬化樹脂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。

【００１４】また注入口の大きさは透孔の大きさとリー
ドフレームの厚さとによって規定されるため、極めて容
易かつ高精度の寸法制御を行うことが可能である。

【００１５】さらに、１個のプランジャーで２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。

【００１６】望ましくは、サポートバーの一端を２本に
わけこの間の領域をゲートとして用いることにより、ゲ
ートで封止用樹脂が斜めに導かれ、広角で広がるため、
良好に充填される。また、サポートバーにぶつかること
により樹脂の流れが拡散されインナーリードの先端やワ
イヤにかかる衝撃が緩和され、充填時のワイヤの変形等
による短絡を防止することができる。

【００１７】なおこのゲートは、キャビティ領域に向か
って開口するようなテーパ面で構成しても良いし、平行
面でもよい。

【００１８】テーパ面で構成した場合キャビティ領域内
で拡散しやすくなる。

【００１９】平行面で構成した場合、整流作用が向上
し、均一な流れを形成する。

【００２０】

【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。

【００２１】本発明実施例のリードフレームは図１に示
すように、４２アロイをプレス成型して形成されたもの
で、リードフレーム単位体が保持枠１０を介して２段に
連設されたもので、この保持枠ヘのサポートバー１７の
取り付け部が２本に別れてこの間から保持枠に幅Ｗ長さ
Ｌのゲート２０ａが形成され、このゲートの平行端縁に
連設され、前記幅Ｗよりも大きい直径φ1 の円弧状端縁
をもつ円弧状の孔からなるカール２０ｂとから構成され
る透孔２０を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。すなわちサポートバー１７に支持せしめられ、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―リ―ド１２とインナ―
リ―ド１２を一体的に連結するタイバ―１３と、各イン
ナ―リ―ドに連結せしめられタイバ―の外側に伸張する
アウタ―リ―ド１４と、タイバ―１３を両サイドから支
持する第１のサイドバ―１５および第２のサイドバー１
６とから構成されている。

【００２２】そしてこのリードフレームは図２に概要説
明図を示すようにカールやゲートなどを持たない樹脂封
止用金型装置によって樹脂封止される。この装置は、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、前記カール２０ｂの円
弧の径φ1 （φ1 ＝５mm）よりもやや径の小さいφ2
（φ2 ＝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、前記上型と下型との間に半導
体素子搭載部がキャビティ領域にくるようにリードフレ
ーム１を挟んだ状態で、前記プランジャーに封止用樹脂
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
ティ領域に封止用樹脂を充填し硬化せしめるようにした
ものである。

【００２３】すなわちこの金型装置は図３(a) および
(b) に上型の上面図および側断面図、図４(a) および
(b) に下型の上面図および側断面図、図５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１を
挟み、前記透孔２０のカール２０ｂ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
止前のリードフレームを保持するディプレス部逃げ、３
９は樹脂封止後のリードフレームすなわちパッケージを
保持するパッケージ逃げ部、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はガイドブッシュである。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】まず、条材をプレス加工することにより図
１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。

【００２７】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。

【００２８】この後、この半導体チップ２の搭載された
リードフレーム１を封止用金型の上型と下型の間に挟む
ことにより、半導体チップ２が図３(a) にＡで示すブロ
ックのキャビティ領域３３にくるように設置する。

【００２９】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
ながらカール２０ｂに押圧する。

【００３０】このカール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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】なお、前記実施例では上型にプランジャを
設け、封止樹脂を押し圧して注入するようにしたものに
ついて説明したが、上型、下型の何れか一方、又は両方
から注入するようにしてもよい。

【００３５】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７に示すようにゲートをテー
パ状にするなど適宜変形可能である。

【００３６】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。

【００３７】加えて、前述した金型装置は横型で用いる
ものについて説明したが、縦型で用いてもよいことはい
うまでもない。

【００３８】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明のリー
ドフレームによれば、樹脂封止用金型にカールやゲート
を形成することなく樹脂封止を行うことができ、また樹
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】本発明実施例のリードフレームを示す図

【図２】本発明実施例のリードフレームを用いた封止方
法を示す説明図

【図３】本発明実施例のリードフレームを用いた樹脂封
止に用いられる封止用金型を示す図

【図４】本発明実施例のリードフレームを用いた樹脂封
止に用いられる封止用金型を示す図

【図５】本発明実施例のリードフレームを用いた樹脂封
止に用いられる封止用金型を示す図

【図６】本発明のリードフレームを用いて形成される樹
脂封止型半導体装置を示す図

【図７】リードフレームの透孔形状の変形例を示す図

【図８】従来例のリードフレームを示す図

【図９】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 ２ 半導体チップ ３ ボンディングワイヤ ４ 樹脂材料 １０ 保持枠 １１ ダイパッド １２ インナ―リ―ド １３ タイバ― １４ アウタ―リ―ド １５，１６ サイドバ― １７ サポ―トバ― ２０ａ ゲート ２０ｂ カール 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 ディプレス部逃げ ３９ パッケージ逃げ部 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 ガイドブッシュ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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６−37129（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−196330（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−175396（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/50 H01L 21/56 H01L 23/28

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端がダイパッドを取り囲むように形成
   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た1対のリー
   ドフレーム単位体を保持枠を挟んで２段連続的に形成し
   たリードフレームにおいて、 前記リードフレーム単位体は、前記保持枠にダイパッド
   を支持するサポートバーの一端が２本に分かれて接続さ
   れ支持せしめられ、 前記保持枠はカールとしての円弧状の孔と該カールに連
   設されたゲートとからなる透孔を具え、該透孔はそれぞ
   れの前記リードフレーム単位体の前記サポートバーの前
   記一端の２本の間に向かうように前記開口されているこ
   とを特徴とするリードフレーム。
2. 【請求項２】 先端がダイパッドを取り囲むように形成
   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た1対のリー
   ドフレーム単位体が保持枠を挟んで２段連続的に形成さ
   れ、前記保持枠にダイパッドを支持するサポートバーの
   一端が２本に分かれて接続され支持せしめられ、前記保
   持枠はカールとしての円弧状の孔と該カールに連設され
   たゲートとからなる透孔を具え、該透孔はそれぞれの前
   記リードフレーム単位体の前記サポートバーの前記一端
   の２本の間に向かうように前記開口されているようにリ
   ードフレームの形状加工を所定のピッチ間隔で連続的に
   行うリードフレーム条材形成工程と、 前記リードフレームに半導体チップを搭載する工程と、 上型と下型と、前記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
   記上型と下型の接触面に対して垂直方向に封止用材料を
   押圧するように構成され、前記リードフレームの前記カ
   ールの径よりもやや径の小さいプランジャーとを具備し
   た封止用金型装置を用意する工程と、 前記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条材を前記上型と下型との間に
   間歇搬送し、前記リードフレームを、前記上型と下型と
   の接触面で挟んだ状態で、前記カールに前記プランジャ
   ーの先端を挿通させ前記カールを介して、前記リードフ
   レームの主面に平行な方向から、前記プランジャーの先
   端で加圧された封止用樹脂を前記キャビティ領域に充填
   し、硬化せしめる封止工程と、 を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。