JP3280634B2 - 半導体パッケージの製造方法及び半導体パッケージ製造用の金型及び半導体パッケージ - Google Patents

半導体パッケージの製造方法及び半導体パッケージ製造用の金型及び半導体パッケージ

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JP3280634B2
JP3280634B2 JP08410899A JP8410899A JP3280634B2 JP 3280634 B2 JP3280634 B2 JP 3280634B2 JP 08410899 A JP08410899 A JP 08410899A JP 8410899 A JP8410899 A JP 8410899A JP 3280634 B2 JP3280634 B2 JP 3280634B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体を熱可塑性
樹脂で封止して形成される半導体パッケージの製造方法
及びこの製造方法で用いる半導体製造用の金型及びこれ
らの製造方法や金型を用いて製造される半導体パッケー
ジに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、ダイオードやトランジスター
集積回路などの半導体に代表される電気・電子部品、及
びこれら電気・電子部品を基板に実装した半導体装置を
封止樹脂で封止して半導体パッケージを製造する方法と
しては、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂を用いたトラン
スファー成形法や、ガラスや金属やセラミックを用いた
ハーメチックシール法などが採用されているが、近年で
は、半導体パッケージの動作信頼性の向上と共に大量生
産やコストメリットに優れる、エポキシ樹脂を用いた低
圧トランスファー成形が主流となっている。
【0003】しかしながら、エポキシ樹脂等の熱硬化性
樹脂を用いた半導体パッケージの製造では、成形時にカ
ルやランナー等で多量にロスが生じたり、バリが発生す
るためにバリ取りなどの後処理が必要であり、しかも熱
硬化性樹脂の硬化物はリサイクルが不可能であるために
バリ等を再利用することができなかった。そこで最近で
は、熱可塑性樹脂の射出成形によって半導体パッケージ
を製造することが検討されている。
【0004】しかしながら、熱硬化性樹脂の成形用の金
型と同様の構造を有する金型を用いて熱可塑性樹脂によ
る半導体封止成形を行なっても、封止樹脂の表面に引け
が発生したり封止樹脂の内部にボイドが発生したりする
という問題があった。
【0005】そこで本発明者らは、封止樹脂の表面に引
けが発生したり封止樹脂の内部にボイドが発生したりす
るのを防止する熱可塑性樹脂の成形方法を発明し、特願
平10−212401号として出願した。この方法は、
キャビティに半導体を配置し、ゲート係数が0.023
以上に設定されたゲートを通してキャビティに熱可塑性
樹脂を充填し、キャビティに充填された熱可塑性樹脂を
圧縮ピンで圧縮するものである。
【0006】しかしこの方法では、図7に示すように、
圧縮ピンによる圧縮の際に圧縮ピンが接触する半導体パ
ッケージ5の天面7、すなわち半導体パッケージ5を実
装した際に上側に向く面に、圧縮ピンの圧縮による変形
が生じて圧縮ピンの跡80が残り、半導体パッケージ
(封止樹脂)5の外観が低下するという問題があった。
尚、図7において40はリードフレームを示す。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、外観
を低下させることなく封止樹脂に引けやボイドの発生す
るのを低減することができる半導体パッケージの製造方
法を提供すること目的とするものである。
【0008】また本発明は、外観を低下させることなく
封止樹脂に引けやボイドが少ない半導体パッケージを形
成することができる半導体パッケージ製造用の金型を提
供することを目的とするものである。
【0009】さらに本発明は、封止樹脂に引けやボイド
が少なくて外観が良好な半導体パッケージを提供するこ
とを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1に係る
半導体パッケージ5の製造方法は、キャビティ2に半導
体を配置し、ゲート係数が0.023以上に設定された
ゲート3を通してキャビティ2に熱可塑性樹脂4を充填
し、キャビティ2に充填された熱可塑性樹脂4を圧縮ピ
ン6で圧縮することによって、半導体を熱可塑性樹脂4
で封止して半導体パッケージを製造するにあたって、半
導体パッケージ5の天面7の50%以上の面積を有する
圧縮面8を圧縮ピン6に形成し、半導体パッケージ5の
天面7となる箇所においてキャビティ2内の熱可塑性樹
脂4に圧縮面8を接触させて圧縮することを特徴とする
ものである。
【0011】本発明の請求項2に係る半導体パッケージ
製造用の金型1は、半導体が配置されるキャビティ2
と、ゲート係数が0.023以上に設定されたゲート3
と、ゲート3を通じてキャビティ2に充填された半導体
封止用の熱可塑性樹脂4を圧縮する圧縮ピン6とを備
え、半導体パッケージ5の天面7となる箇所においてキ
ャビティ2内の熱可塑性樹脂4に接触させる圧縮ピン6
の圧縮面8を半導体パッケージ5の天面7の50%以上
の面積に形成して成ることを特徴とするものである。
【0012】また本発明の請求項3に係る半導体パッケ
ージ製造用の金型1は、請求項2の構成に加えて、熱可
塑性樹脂4を圧縮する前の圧縮ピン6の位置を調整自在
に形成して成ることを特徴とするものである。
【0013】また本発明の請求項4に係る半導体パッケ
ージ5は、請求項1に記載の半導体パッケージ5の製造
方法、あるいは請求項2、3に記載の半導体パッケージ
製造用金型1で製造されることを特徴とするものであ
る。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
【0015】図2に半導体パッケージ製造用の金型1の
一例を示す。この金型1は上側の固定型10と下側の可
動型11とで構成されており、固定型10に対して可動
型11が上下動自在に形成されている。固定型10には
下面に開口する上型収納凹部12が設けられており、上
型収納凹部12には上型13が収納されている。また可
動型11には上面に開口する下型収納凹部16が設けら
れており、下型収納凹部16には下型17が収納されて
いる。そして上型13の下面と下型17の上面とを合わ
せるように型締めすることにより、上型13と下型17
の間にキャビティ2とゲート3とランナー25が形成さ
れるものである。
【0016】固定型10には上下に長いスプルブッシュ
14が設けられており、スプルブッシュ14には上記ラ
ンナー25と連通するスプル15が形成されている。可
動型11には上下に長いスプールノックアウトピン装着
孔30が形成されており、このスプールノックアウトピ
ン装着孔30には上下に長いスプールノックアウトピン
31が上下動自在に設けられている。スプールノックア
ウトピン31の下側には油圧シリンダやエアシリンダな
どの駆動機で上下動するスプールノックアウトピン動作
プレート32が設けられており、スプールノックアウト
ピン動作プレート32の上下動に応動してスプールノッ
クアウトピン31が上下動するように形成されている。
そしてスプールノックアウトピン装着孔30の上端はス
プール15の下側に対向する位置で挿入口33としてラ
ンナー25に開口されており、スプールノックアウトピ
ン31の上部はこの挿入口33を通ってランナー25に
挿入自在に形成されている。
【0017】また、可動型11には上下に長いランナー
ノックアウトピン装着孔35が形成されており、このラ
ンナーノックアウトピン装着孔35には上下に長いラン
ナーノックアウトピン36が上下動自在に設けられてい
る。ランナーノックアウトピン36の下側には油圧シリ
ンダやエアシリンダなどの駆動機で上下動するランナー
ノックアウトピン動作プレート(図示省略)が設けられ
ており、ランナーノックアウトピン動作プレートの上下
動に応動してランナーノックアウトピン36が上下動す
るように形成されている。そしてランナーノックアウト
ピン装着孔35の上端はスプール15とキャビティ2の
間において差し込み口37としてランナー25に開口さ
れており、ランナーノックアウトピン36の上部はこの
差し込み口37を通ってランナー25に挿入自在に形成
されている。
【0018】さらに可動型11には上下に長い圧縮ピン
装着孔38が形成されており、この圧縮ピン装着孔38
には上下に長い圧縮ピン6が上下動自在に設けられてい
る。圧縮ピン6の下側でスプールノックアウトピン動作
プレート32の上側には、油圧シリンダやエアシリンダ
などの駆動機で上下動する圧縮ピン動作プレート20が
設けられており、圧縮ピン動作プレート20の上下動に
応動して圧縮ピン6が上下動するように形成されてい
る。そして圧縮ピン装着孔38の上端は導入口23とし
てキャビティ2に開口されており、圧縮ピン6の上部は
この導入口23を通ってキャビティ2に挿入自在に形成
されている。
【0019】上記のような半導体パッケージ製造用の金
型1において、熱可塑性樹脂4がランナー5からゲート
3を通ってキャビティ2に流入する際のゲート3の大き
さを示すゲート係数が0.023以上となるように設定
されている。ゲート係数はこの金型1で成形される半導
体パッケージ5の体積に対するゲート3の断面積で規定
されるのであって、次式(A)ので表わされるものであ
る。 ゲート係数=ゲート3の断面積(mm2)/半導体パッケージの体積(mm3) …(A) そしてこのゲート係数が0.023以上であるので、キ
ャビティ2に充填される熱可塑性樹脂4の流動性を向上
させることができ、半導体パッケージ5に引けやボイド
が発生するのを低減することができるものである。また
半導体パッケージ5の内部応力を少なくすることがで
き、半導体パッケージ5に封止される半導体への内部応
力によるダメージや剥離を少なくすることができる。ゲ
ート係数は0.035以上であると上記効果が顕著に表
れる。また半導体パッケージ5の形状にもよるが、ゲー
ト係数の上限は0.08であって、これ以上になるとゲ
ート3の断面積が半導体パッケージ5の断面積よりも大
きくなって成形することができなくなる恐れがある。ち
なみに通常のエポキシ樹脂の半導体封止成形に用いられ
る金型のゲート係数は0.001以下である。
【0020】図3(a)に示すように、圧縮ピン6の上
部は他の部分よりも大径の圧縮部41として形成されて
おり、圧縮ピン6の上端面は平面視で略四角形の圧縮面
8として形成されている。また、図3(b)に示す圧縮
面8は上方に向かって凸曲するように形成されていても
良い。圧縮面8の面積は半導体パッケージ5の天面7の
面積の50%以上となるように形成されている。圧縮面
8の面積が半導体パッケージ5の天面7の面積の50%
未満であれば、圧縮ピン6による熱可塑性樹脂4の圧縮
の際に、半導体パッケージ5の天面7となる箇所に圧縮
面8が局所的に接触することになり、圧縮ピン6の圧縮
による変形が半導体パッケージ5の天面7に局所的に生
じて圧縮ピン6の跡が残る恐れがある。圧縮面8の面積
の上限は半導体パッケージ5の天面7の面積に対して1
00%であって、この場合、半導体パッケージ5の天面
7となる箇所の全面に圧縮面8を接触させて圧縮するこ
とになる。
【0021】そして上記金型1を用いて半導体パッケー
ジ5を射出成形するにあたっては、以下のようにして行
なうことができる。まず可動型11を固定型10に近づ
くように上動させて型締めする。この時、圧縮ピン6の
上端の圧縮面8は導入口23よりも下側に位置するよう
になっており、導入口23と圧縮ピン6の上端の間には
上下長さBの圧縮代24が形成されている。また、封止
される半導体やリードフレーム等は型締めする前にキャ
ビティ2となる箇所に配置されている。さらに、スプー
ルノックアウトピン31の上端及びランナーノックアウ
トピン36の上端は、ランナー25に突出しないように
挿入口33及び差し込み口37の開口とほぼ面一の位置
に配置されている。
【0022】次に射出機のノズル(図示省略)をスプル
ブッシュ14に押し当てると共に、図1(a)に矢印イ
で示すように射出機から加熱溶融した熱可塑性樹脂4を
スプル15に射出注入する。この時の射出圧力は100
〜1000kg/cm2、好ましくは300〜700k
g/cm2に設定される。また熱可塑性樹脂4として
は、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS樹脂)な
どの任意のものを用いることができ、複数種の熱可塑性
樹脂4を組み合わせて用いたり、ガラス繊維などの充填
剤を配合してもよい。
【0023】上記のように射出注入された熱可塑性樹脂
4はスプル15からランナー25に導入された後、ラン
ナー25からゲート3を通ってキャビティ2に注入充填
されていくが、熱可塑性樹脂4のスプル15への射出注
入及びキャビティ2への充填の間に、図1(b)に矢印
ロで示すように圧縮ピン6を圧縮代24の長さBの分だ
け上動させ、半導体パッケージ5の天面7となる箇所に
圧縮面8を接触させて、すなわちキャビティ2内の熱可
塑性樹脂4に下側から圧縮面8を接触させて熱可塑性樹
脂4を圧縮ピン6で押圧して圧縮する。この時の圧力は
100〜1000kg/cm2、好ましくは300〜7
00kg/cm2に設定される。圧縮ピン6による圧縮
が100kg/cm2未満であれば、キャビティ2に均
一に熱可塑性樹脂4を充填しにくくなって、半導体パッ
ケージ5の封止樹脂にボイドや引けが発生する恐れがあ
り、また圧縮ピン6による圧縮が1000kg/cm2
を超えると、封止される半導体等にかかる圧力が強くな
り過ぎて破損する恐れがある。そしてこのようにキャビ
ティ2に充填された熱可塑性樹脂4を圧縮することによ
って、キャビティ2に均一に熱可塑性樹脂4を充填する
ことができ、半導体パッケージ5の封止樹脂にボイドや
引けが発生するのを低減することができるものである。
【0024】上記のようにしてキャビティ2に充填した
熱可塑性樹脂4を圧縮した後、熱可塑性樹脂4の射出を
停止し、この後、さらに図1(c)に矢印ハで示すよう
に圧縮ピン6を上動させ、キャビティ2内の熱可塑性樹
脂4に下側から圧縮面8を接触させて熱可塑性樹脂4を
圧縮ピン6で押圧して圧縮する。この時の圧力は100
〜1000kg/cm2、好ましくは300〜700k
g/cm2に設定される。圧縮ピン6による圧縮が10
0kg/cm2未満であれば、キャビティ2に均一に熱
可塑性樹脂4を充填しにくくなって、封止樹脂にボイド
や引けが発生する恐れがあり、また圧縮ピン6による圧
縮が1000kg/cm2を超えると、封止される半導
体等にかかる圧力が強くなり過ぎて破損する恐れがあ
る。
【0025】この後、熱可塑性樹脂4を冷却して固化さ
せると共に可動型11を下動させて型開きし、次に、ラ
ンナーノックアウトピン36を差し込み口37からラン
ナー25内に突き出すと共にスプールノックアウトピン
31を挿入口33からランナー25内に突き出して成形
された半導体パッケージ5をキャビティ2から脱型する
ことによって、図4に示すような半導体パッケージ5を
製造することができる。尚、図4において40はリード
フレームを示し、半導体パッケージ5の天面7のクロス
斜線部分は圧縮面8の接触位置を示す。そしてこの半導
体パッケージ5では、図7に示す従来のものと比較して
天面7に対して広い面積で(天面7のほぼ全面に亘っ
て)圧縮面8が接触して圧縮されるので、従来のものと
同量の熱可塑性樹脂4を圧縮しても圧縮ピン6の圧縮に
よる変形が半導体パッケージ5の天面7に局所的に生じ
ることがなり、圧縮ピン6の跡が目立たなくなって半導
体パッケージ5の外観の低下が少なくなるものである。
【0026】本発明において、圧縮前の圧縮ピン6の高
さ位置は調整自在に形成されており、このことで圧縮代
Bの長さを調整して圧縮ピン6によるキャビティ2内の
熱可塑性樹脂4の圧縮量を調整することができ、半導体
パッケージ5や熱可塑性樹脂4の種類に応じて最適な圧
縮、つまりボイドや引けがより少なくなるような圧縮量
で圧縮を行うことができるものである。
【0027】図2に示す半導体パッケージ製造用の金型
1では、圧縮ピン6の高さ位置を調整する手段として金
属製のスペーサ50を用いる。このスペーサ50は、圧
縮ピン6よりも下側にあるスプールノックアウトピン動
作プレート32と、スプールノックアウトピン動作プレ
ート32よりも下側にある可動型11の基板51との間
に介在させるものであって、スペーサ50の厚みを適宜
変えることによって、スプールノックアウトピン動作プ
レート32及び圧縮ピン動作プレート20を移動させ、
この移動により圧縮ピン6を移動させて所望の高さ位置
に圧縮ピン6を設定することができるものである。
【0028】また、図5に示す半導体パッケージ製造用
の金型1では、圧縮ピン6の高さ位置を調整する手段と
して金属製の調整ネジ52を用いる。この調整ネジ52
は圧縮ピン6よりも下側にあるスプールノックアウトピ
ン動作プレート32の下面に螺着されているものであっ
て、調整ネジ52の頭部53がスプールノックアウトピ
ン動作プレート32よりも下側にある可動型11の基板
51の上面に当接されている。そして、調整ネジ52の
螺合深さを適宜変えることによって、スプールノックア
ウトピン動作プレート32及び圧縮ピン動作プレート2
0を移動させ、この移動により圧縮ピン6を移動させて
所望の高さ位置に圧縮ピン6を設定することができるも
のである。
【0029】さらに、図6に示す半導体パッケージ製造
用の金型1では、圧縮ピン6の高さ位置を調整する手段
として移動装置55を用いる。この移動装置55は、モ
ーター56と、ラックギア57と、ピニオン58と、回
転筒59を具備して形成されている。モーター56の回
転軸61には歯62が全周に亘って形成されており、歯
62がラックギア57とかみ合っている。また、回転筒
59の下端にはピニオン58が取り付けられており、ピ
ニオン58はラックギア57とかみ合っている。さらに
回転筒59の内周面には雌ねじが形成されていると共に
回転筒59の上部の差し込み部60の外周面には雄ねじ
68が形成されている。
【0030】この移動装置55は、スプールノックアウ
トピン動作プレート32よりも下側にある可動型11の
基板51の下方に配置されており、回転筒59の上部が
基板51を上下に貫通する貫通孔65に挿入されてお
り、また、差し込み部60がスプールノックアウトピン
動作プレート32の下面に凹設された固定凹部66に差
し込まれている。固定凹部66の内周面には雌ねじ67
が形成されており、差し込み部60の雄ねじ68と固定
凹部66の雌ねじ67が螺合させてある。そしてモータ
ー56の回転軸61を回転させることによってラックギ
ア57を移動させると共に、ラックギア57の移動によ
りピニオン58を回転させて回転筒59を回転させるこ
とによって、固定凹部66に対する差し込み部60の螺
合深さを適宜変えてスプールノックアウトピン動作プレ
ート32及び圧縮ピン動作プレート20を移動させ、こ
の移動により圧縮ピン6を移動させて所望の高さ位置に
圧縮ピン6を設定することができるものである。
【0031】
【発明の効果】上記のように本発明の請求項1の発明
は、キャビティに半導体を配置し、ゲート係数が0.0
23以上に設定されたゲートを通してキャビティに熱可
塑性樹脂を充填し、キャビティに充填された熱可塑性樹
脂を圧縮ピンで圧縮することによって、半導体を熱可塑
性樹脂で封止して半導体パッケージを製造するにあたっ
て、半導体パッケージの天面の50%以上の面積を有す
る圧縮面を圧縮ピンに形成し、半導体パッケージの天面
となる箇所においてキャビティ内の熱可塑性樹脂に圧縮
面を接触させて圧縮するので、キャビティに充填される
熱可塑性樹脂の流動性を向上させることができると共に
キャビティにおける熱可塑性樹脂の充填の均一化を図る
ことができ、半導体パッケージの封止樹脂に引けやボイ
ドが発生するのを低減することができるものであり、し
かも、半導体パッケージの天面の50%以上の面積を有
する圧縮面で圧縮することによって、圧縮ピンの圧縮に
よる変形が半導体パッケージの天面に局所的に生じるこ
とがなくなり、圧縮ピンの跡が目立たなくなって半導体
パッケージの外観の低下が少なくなるものである。
【0032】また本発明の請求項2の発明は、半導体が
配置されるキャビティと、ゲート係数が0.023以上
に設定されたゲートと、ゲートを通じてキャビティに充
填された半導体封止用の熱可塑性樹脂を圧縮する圧縮ピ
ンとを備え、半導体パッケージの天面となる箇所におい
てキャビティ内の熱可塑性樹脂に接触させる圧縮ピンの
圧縮面を半導体パッケージの天面の50%以上の面積に
形成するので、キャビティに充填された熱可塑性樹脂を
圧縮ピンで圧縮することによって、キャビティに充填さ
れる熱可塑性樹脂の流動性を向上させることができると
共にキャビティにおける熱可塑性樹脂の充填の均一化を
図ることができ、半導体パッケージの封止樹脂に引けや
ボイドが発生するのを低減することができるものであ
り、しかも、半導体パッケージの天面の50%以上の面
積に形成された圧縮面を接触させて圧縮することによっ
て、圧縮ピンの圧縮による変形が半導体パッケージの天
面に局所的に生じることが少なくなり、圧縮ピンの跡が
目立たなくなって半導体パッケージの外観の低下が少な
くなるものである。
【0033】また本発明の請求項3の発明は、熱可塑性
樹脂を圧縮する前の圧縮ピンの位置を調整自在に形成す
るので、圧縮ピンによるキャビティ内の熱可塑性樹脂の
圧縮量を調整することができ、半導体パッケージや熱可
塑性樹脂の種類に応じて最適な圧縮、つまりボイドや引
けがより少なくなるような圧縮量で圧縮を行うことがで
きるものであり、半導体パッケージの封止樹脂に引けや
ボイドが発生するのをより低減することができるもので
ある。
【0034】本発明の請求項4の発明は、請求項1に記
載の半導体パッケージの製造方法、あるいは請求項2、
3に記載の半導体パッケージ製造用の金型で製造される
ので、封止樹脂に引けやボイドが少なくて外観が良好な
半導体パッケージに形成することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示し、(a)
(b)(c)は概略の断面図である。
【図2】同上の金型の一例を示す断面図である。
【図3】同上の圧縮ピンの一例を示し、(a)(b)は
断面図である。
【図4】同上の半導体パッケージの一例を示す概略の平
面図である。
【図5】同上の金型の他例を示す断面図である。
【図6】同上の金型の他例を示す断面図である。
【図7】従来の半導体パッケージを示す概略の平面図で
ある。
【符号の説明】
1 金型 2 キャビティ 3 ゲート 4 熱可塑性樹脂 5 半導体パッケージ 6 圧縮ピン 7 天面 8 圧縮面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−78316(JP,A) 特開 平10−135260(JP,A) 特開 平1−127304(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B29C 45/00 - 45/84 H01L 21/56

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 キャビティに半導体を配置し、ゲート係
    数が0.023以上に設定されたゲートを通してキャビ
    ティに熱可塑性樹脂を充填し、キャビティに充填された
    熱可塑性樹脂を圧縮ピンで圧縮することによって、半導
    体を熱可塑性樹脂で封止して半導体パッケージを製造す
    るにあたって、半導体パッケージの天面の50%以上の
    面積を有する圧縮面を圧縮ピンに形成し、半導体パッケ
    ージの天面となる箇所においてキャビティ内の熱可塑性
    樹脂に圧縮面を接触させて圧縮することを特徴とする半
    導体パッケージの製造方法。
  2. 【請求項2】 半導体が配置されるキャビティと、ゲー
    ト係数が0.023以上に設定されたゲートと、ゲート
    を通じてキャビティに充填された半導体封止用の熱可塑
    性樹脂を圧縮する圧縮ピンとを備え、半導体パッケージ
    の天面となる箇所においてキャビティ内の熱可塑性樹脂
    に接触させる圧縮ピンの圧縮面を半導体パッケージの天
    面の50%以上の面積に形成して成ることを特徴とする
    半導体パッケージ製造用の金型。
  3. 【請求項3】 熱可塑性樹脂を圧縮する前の圧縮ピンの
    位置を調整自在に形成して成ることを特徴とする請求項
    2に記載の半導体パッケージ製造用の金型。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の半導体パッケージの製
    造方法、あるいは請求項2、3に記載の半導体パッケー
    ジ製造用の金型で製造される半導体パッケージ。
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