JP3417079B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
パッケージを樹脂によって構成する半導体装置の製造方
法に関する。
エリアセンサー、発光素子、EPROMなど光学的な特
性を必要とする半導体装置においては、透光性を備えた
パッケージにて半導体素子を収納し外乱からの保護を行
っている。中空セラミックスパッケージでは、セラミッ
クスから成る基台の略中央に凹部の中空部分を設けてお
き、先ずその中へ半導体素子を実装してボンディングワ
イヤーによる配線を行う。次いで、この状態でBステー
ジシーラーまたはAステージシーラーを介して基台の上
面にシールガラスを接着し、半導体素子およびボンディ
ングワイヤーの封止を行う。
コストダウンの観点から基台5としてエポキシ樹脂を用
いた中空パッケージから成る半導体装置10’も考えら
れている。この中空パッケージによる半導体装置10’
を製造するには、先ず、リードフレーム3を金型の上金
型と下金型との間に挟持した状態でトランスファーモー
ルド法を用いて金型のキャビティ内にエポキシ樹脂を移
送充填し、略中央に凹部51を備えた基台5を成形す
る。次いで、ビーズブラスト等によるばり取りを行った
後、露出しているインナーリード部およびアウターリー
ド部に電気めっきでニッケル−金などの膜を形成する。
次に、この凹部51内へ半導体素子7を実装して半導体
素子7とリードフレーム3とをボンディングワイヤー8
にて配線した後、BステージシーラーまたはAステージ
シーラーを介して基台5上のフレーム部6上面にシール
ガラス92を接着する。
を構成する場合には、エポキシ樹脂の吸湿性を低減させ
るための添加剤を混合して基台5を成形したり、図4
(b)の断面図に示すように、ディプレス加工を施した
リードフレーム3のパッド部33を基台5内部に埋め込
む構造として凹部51内部への水分混入を防ぐような半
導体装置10’’を製造している。
ックスパッケージから成る半導体装置では、セラミック
スによる基台の製造工程が煩雑であり製造時間の短縮化
が難しく、コストダウンを図ることが非常に困難とな
る。また、トランスファーモールド法によってエポキシ
樹脂の基台を構成する半導体装置の製造方法では中空セ
ラミックスパッケージに比べて製造時間の短縮化を図る
ことはできるものの、基台成形後(エポキシ樹脂硬化
後)の反りの影響が大きく、半導体素子を正確な位置に
実装したりシールガラスの接着による気密封止が困難と
なる。また、ばり取り作業が必要であり、さらにモール
ド金型のクリーニング作業が煩雑となるため生産性低下
をもたらし、コストダウン推進のネックの一つとなる。
導体素子を基台に実装する必要がある場合には、基台の
反りによって正確な位置への実装が困難となり光学的な
特性に悪影響を及ぼすことになる。しかも、エポキシ樹
脂の基台から成る中空パッケージでは基台内の不純物か
ら照射される放射線によって半導体素子が誤動作を起こ
す恐れがあり、これを防止するため基台材料の精製コス
トが増加してコストダウン推進のネックの一つとなる。
よって、本発明は基台の反りを低減できしかも動作信頼
性の高い半導体装置の製造方法を提供することを目的と
する。
達成するために成された半導体装置の製造方法である。
すなわち、本発明は、先ず上金型と下金型との間でリー
ドフレームのアウターリード部分を挟持し、上金型と下
金型との間に設けられるキャビティ内に溶融した熱可塑
性樹脂を射出注入して硬化させ、略中央部に凹部を備え
た基台および該凹部の開口部分より外側を囲み基台との
間でリードフレームのインナーリード部分を挟持する状
態となるフレーム部を形成する。次に、基台の凹部内に
半導体素子を実装し、半導体素子とリードフレームのイ
ンナーリード部分とを電気的および機械的に接続した
後、少なくとも基台の凹部内に透光性の樹脂を埋め込み
前記半導体素子を封止する。その後、凹部内に埋め込ん
だ透光性の樹脂の表面に、少なくとも透光性の樹脂より
も硬度が高く、かつ導電性または光学的無反射性または
光学的赤外線遮断性を有する被膜を形成する半導体装置
の製造方法である。
ームのアウターリード部を挟持した状態でキャビティ内
に液状またはペースト状シリコーン樹脂を射出注入し、
これを硬化させ基台とフレーム部とを形成する。次い
で、基台の凹部内に半導体素子を実装し、半導体素子と
リードフレームのインナーリード部分とを電気的および
機械的に接続する。次いで、少なくとも基台の凹部内に
透光性の樹脂を埋め込み半導体素子を封止した後、凹部
内に埋め込んだ透光性の樹脂の表面に、少なくとも透光
性の樹脂よりも硬度が高く、かつ導電性または光学的無
反射性または光学的赤外線遮断性を有する被膜を形成す
る半導体装置の製造方法でもある。しかも、液状または
ペースト状シリコーン樹脂をキャビティ内に注入するに
あたり、液状またはペースト状シリコーン樹脂へシラン
カップリング剤を添加し、液状またはペースト状シリコ
ーン樹脂が接する金型内面にフッ素系樹脂の被膜を形成
したり、また、基台とフレーム部とで挟持されるインナ
ーリード部分の表面にシランカップリング剤を塗布した
りする半導体装置の製造方法でもある。
レームを挟持した状態でキャビティ内へ熱可塑性樹脂を
射出注入して基台およびフレーム部を成形しているた
め、エポキシ樹脂を用いる場合と比べて基台およびフレ
ーム部の成形後(樹脂硬化後)の反りを少なくすること
ができる。また、キャビティ内へ液状またはペースト状
シリコーン樹脂を射出注入して基台およびフレーム部を
成形した場合においても、上記と同様エポキシ樹脂を用
いる場合と比べて基台およびフレーム部の成形後の反り
を少なくすることができる。
脂を用いる場合においては、液状またはペースト状シリ
コーン樹脂にシランカップリング剤を添加しかつ液状ま
たはペースト状シリコーン樹脂が接する金型内面にフッ
素系樹脂の被膜を形成しておいたり、または基台とフレ
ーム部とで挟持されるインナーリード部分の表面にシラ
ンカップリング剤を塗布しておくことによって、成形後
の基台およびフレーム部とリードフレームとの密着性を
確保しつつ上金型、下金型との離型性を向上ささせるこ
とができるようになる。また、凹部内に埋め込んだ透光
性の樹脂の表面に形成した被膜または透光性の樹脂上に
形成したガラス板または透光性プラスチック板によっ
て、ごみの付着や光学的なフィルタ効果、傷付き防止効
果を得ることができるようになる。
ける実施例を図に基づいて説明する。図1は本発明の半
導体装置の製造方法を工程順に説明する断面図(その
1)、図2は本発明の半導体装置の製造方法を工程順に
説明する断面図(その2)である。
金型1と下金型2との間にリードフレーム3のアウター
リード部分31を挟持する状態で型締めを行う。なお、
ここで使用する上金型1と下金型2とは射出成形機用の
金型である。また、本実施例における半導体装置の製造
方法で使用するリードフレーム3は、上金型1と下金型
2との間で構成されるキャビティ4内に射出注入する樹
脂の線膨張率とほぼ等しい金属材料を用いるのが望まし
い。
脂としてポリフェニレンサルファイド(以下、単にPP
Sと言う。)から成る熱可塑性樹脂を用いる場合には、
これと線膨張率の近い銅または銅合金から成るリードフ
レーム3を使用し、また、液晶ポリマーから成る熱可塑
性樹脂を用いる場合には、42アロイ(鉄−ニッケル4
2%合金)から成るリードフレーム3を使用するのが良
い。
下金型2との間で挟持し型締めした状態で、キャビティ
4内に樹脂を射出注入する。射出注入する樹脂として
は、例えばPPS、PCT(ポリシクロキシレンテレフ
タレート)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、
ナイロン(合成線状ポリアミド)や液晶ポリマーから成
る結晶性熱可塑性樹脂、液状またはペースト状シリコー
ン樹脂(以下、単に液状シリコーン樹脂と言う。)から
成る熱硬化型樹脂、ノルボルネン系樹脂、ポリオレフィ
ン系樹脂、環状飽和炭素系樹脂から成る非結晶性熱可塑
性樹脂、結晶性熱可塑性樹脂と非結晶性熱可塑性樹脂と
を混合したもの(以下、単に混合樹脂と言う。)などを
用いる。
要に応じてガラス繊維や無機フィラーが添加され、また
液晶ポリマーには必要に応じてガラス繊維やカーボン繊
維等が添加されている。また、非結晶性熱可塑性樹脂に
は必要に応じてガラス繊維や無機フィラーが添加され
る。これによって機械的特性および耐熱性の優れた注入
樹脂を構成する。一例としては、線膨張率1.0×10
-5/℃程度、260℃のはんだ浴に10秒浸漬しても耐
えられるようなものである。さらには、吸水率が低くイ
オン性不純物の少ないものを使用するのが望ましい。
剤とから成る2液性のものを使用し、機械的特性、耐熱
性に優れたものを構成する。また、主剤と硬化剤とを射
出成形機に供給する際の圧力を正確に制御したり、金型
を工夫すること等により成形後のばりを無くすことがで
きる。
熱可塑性樹脂であるPPSと非結晶性熱可塑性樹脂であ
るノルボルネン系樹脂との混合や、PPSと非結晶性熱
可塑性樹脂である環状飽和炭素水素系樹脂またはポリオ
レフィン系樹脂との混合がある。これによって、PPS
の融点を越えた時点での過剰流動を抑制できるとともに
PPSの融点以下での流動性低下を緩和することができ
るようになる。つまり、射出成形機によるシリンダー温
度制御等が容易となり、PPSなどの結晶性熱可塑性樹
脂を単独で使用する場合よりも成形性、生産性等を向上
させることができる。なお、混合樹脂にも必要に応じて
ガラス繊維や無機フィラーを添加して機械的特性および
耐熱性の優れた注入樹脂を構成してもよい。
し、硬化させることによって、図1(b)に示すような
基台5およびフレーム部6を成形する。すなわち、略中
央に凹部51が設けられた基台5と、凹部51の開口部
より外側を囲む状態で基台5との間でリードフレーム3
を挟持するフレーム部6とが成形される。このような樹
脂を用いることで、エポキシ樹脂を用いた場合と比べは
るかに反りの少ない基台5およびフレーム部6を成形す
ることができるようになる。
エポキシ樹脂と比べて上金型1と下金型2(図1(a)
参照)との離型性が良く、成形後の基台5およびフレー
ム部6をキャビティ4(図1(a)参照)から取り出し
た後にキャビティ4内にダストが残留しない。このた
め、上金型1と下金型2とのメインテナンスが非常に容
易となる。
には、他の樹脂と比べてリードフレーム3との密着性が
低下するため、キャビティ4(図1(a)参照)内への
射出注入にあたり、液状シリコーン樹脂へシランカップ
リング剤を添加しておき、さらにキャビティ4やランナ
ー部(図示せず)等の液状シリコーン樹脂が接する金型
内面にフッ素系樹脂の皮膜を形成しておく。または、基
台5とフレーム部6との間で挟持されるインナーリード
部分32の表面に予めシランカップリング剤を塗布して
おくようにする。
剤を添加した場合には、リードフレーム3と基台5およ
びフレーム部6との密着性を向上できるものの、上金型
1と下金型2(図1(a)参照)との密着性も向上して
しまう。そこで、キャビティ4(図1(a)参照)やラ
ンナー部(図示せず)等の液状シリコーン樹脂が接する
金型内面にフッ素系樹脂の皮膜を形成しておくことで離
型性を向上させることが可能となる。
リング剤を添加しない場合には、基台5とフレーム部6
との間で挟持されるインナーリード部分32の表面に予
めシランカップリング剤を塗布しておくことにより、液
状シリコーン樹脂の離型性を損なうことなくリードフレ
ーム3と基台5およびフレーム部6との密着性を向上さ
せることができる。
ランカップリング剤を塗布する場合には、予めリードフ
レーム3の表面全体に塗布しておき、後の工程(例え
ば、基台5成形後のばり取り工程)で不要な部分のシラ
ンカップリング剤をブラスト処理等で除去するようにし
て、露出しているリードフレーム3のインナーリード部
分32およびアウターリード部分31にめっき処理をす
る。めっき処理としては、ニッケル膜厚5〜10μmの
上に金膜厚0.5〜0.6μmの電気めっきが望まし
い。また、リードフレーム3の全体に予めめっき処理を
施しておき、基台5とフレーム部6との間で挟持される
インナーリード部32の表面に予めシランカップリング
剤を塗布しておいてもよい。
として、リードフレーム3のアウターリード部分31を
所定の長さに切断するとともにタイバーカットおよびレ
ジンカットを行い、基台5から延出するアウターリード
部分31を所定の形状に折り曲げる処理を行う。
ムを行った後は、図2(a)に示すような実装を行う。
すなわち、成形された基台5の凹部51内に半導体素子
7を絶縁性ペースト剤71を介して実装する。半導体素
子7を実装する場合には、例えば150℃で1時間程度
のキュアを行い絶縁性ペースト剤71等を硬化させる。
実装の際、基台5における反りが非常に少ないため半導
体素子7を正確な位置にしかも確実に実装することがで
きるようになる。これは、特にCCDリニアセンサーな
ど長尺状の半導体素子7を実装する場合にメリットが大
きい。
のインナーリード部分32とをボンディングワイヤー8
にて配線する。例えば、ボンディングワイヤー8として
は23〜25μm径のものを使用し、150℃の加熱に
よって配線を行う。半導体素子7の実装やボンディング
ワイヤー8の配線ではいずれも150℃程度を加熱を行
っているが、先に説明したPPSや液晶ポリマー、液状
シリコーン樹脂、混合樹脂では耐熱性が高くなってお
り、この程度の温度で基台5が変形することはない。
て、少なくとも基台5の凹部51内へ透光性樹脂9を埋
め込む処理を行う。透光性樹脂9としては、例えば熱硬
化型のシリコーン樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹
脂や紫外線照射硬化型または紫外線照射と加熱との両方
による硬化型のシリコーン樹脂、エポキシ系樹脂、アク
リル系樹脂を用いる。熱硬化型のシリコーン樹脂では1
50℃で3〜4時間、アクリル系樹脂では100℃で2
〜3時間、エポキシ系樹脂では120℃で3〜4時間の
加熱硬化を行う。また紫外線照射硬化型のシリコーン樹
脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂では2000〜4
000mJ/cm2 の紫外線を照射して硬化を行う。な
お、紫外線照射と加熱との両方による硬化型のシリコー
ン樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂では、200
0〜4000mJ/cm2 の紫外線照射に、シリコーン
樹脂では150℃で1時間、アクリル系樹脂では100
℃で1時間、エポキシ系樹脂では120℃で1時間の加
熱をして十分に硬化させる。
ィングワイヤー8が透光性樹脂9にて封止されることに
なる。すなわち、光学的な特性を損なうことなくしかも
外乱から半導体素子7等を保護できる半導体装置10が
完成する。例えば、樹脂製の基台5およびフレーム部6
内に含まれる不純物から放射線が発生してもこの透光性
樹脂9にて遮断することができ、半導体素子7の誤動作
を防止できるようになる。
では、基台5およびフレーム部6の反りが少ないため半
導体素子7が正確な位置に実装されることになる。特
に、CCDリニアセンサーやCCDエリアセンサーの場
合には光軸を正確に合わせることができるようになる。
また、半導体素子7のクラックや割れを防止でき、品質
の向上に寄与することになる。また、基台5およびフレ
ーム部6の耐熱性が高いため、マザーボード(図示せ
ず)等にはんだ付けする場合(例えば、はんだ浴へ浸漬
する場合)であっても変形が発生しないことになる。
断面図である。すなわち、この半導体装置10は凹部5
1内にポッティングした透光性樹脂9の露出面に少なく
とも透光性樹脂9より硬度の高い薄膜91をコーティン
グしたものである。薄膜91は、透光性の導電性コー
ト、ARコート、IRコートなどから成り、ITO、S
nO2 (Sb)、酸化シリコンや酸化チタンをスパッタ
リング等で被着して形成される。
は静電気によるごみの付着を防止したり、ARコートで
は光の反射による干渉を防止したり、IRコートの場合
には光学的な赤外線フィルタとしての役割を果たす。し
かも、いずれの薄膜91も透光性樹脂9の硬度より高い
ものを使用するため、露出面の傷付きを防止できるよう
になる。
性樹脂9へ直接形成する代わりに、これらのコーティン
グ処理を施したガラス板または透光性プラスチック板を
透光性樹脂9上へ接着するようにしても同様である。
3(図1参照)として銅または銅合金や42アロイを用
いる場合を例として説明したが、本発明はこれに限定さ
れない。すなわち、熱可塑性樹脂や液状シリコーン樹
脂、混合樹脂を用いることで基台5の成形後のばりの発
生が低減し、ばり取り処理を簡略化できることになる。
このため、予めニッケル−金、ニッケル−パラジウム等
のメッキ処理を施したリードフレームを使用してもその
めっきが剥がれる恐れがなくなる。つまり、このような
リードフレームを使用することで製造コストの低減を図
ることができる。
センサーを例として説明したが、本発明はこれに限定さ
れず、CCDエリアセンサーやLED、レーザダイオー
ド、EPROM等の光学的な特性を必要とする半導体装
置であれば同様である。さらに、実施例で示した樹脂の
線膨張率や耐熱温度、処理条件等は一例でありこれに限
定されるものではない。
置の製造方法によれば次のような効果がある。すなわ
ち、熱可塑性樹脂や液状シリコーン樹脂、混合樹脂など
機械的特性、耐熱性の高いものを用いて射出成形により
基台およびフレーム部を成形するため、成形後の反りを
大幅に低減でき、正確に半導体素子を実装できるように
なる。また、材料費の低減や製造工程の簡素化、製造時
間の短縮化を図ることができ半導体装置の製造において
大幅なコストダウンが可能となる。また、基台の凹部内
に実装した半導体素子を透光性樹脂にて封止すること
で、気密性を確保できるとともに基台やフレーム部から
の放射線照射による半導体素子の誤動作を防止でき信頼
性の高い半導体装置を提供することが可能となる。
で、(a)は型締め、(b)は基台成形、(c)はトリ
ム・フォームの各工程を示している。
で、(a)は実装、(b)はポッティングの各工程を示
している。
(b)はその2である。
Claims (7)
- 【請求項1】 上金型と下金型との間でリードフレーム
のアウターリード部を挟持し、該上金型と下金型との間
に設けられるキャビティ内に溶融した熱可塑性樹脂を射
出注入して硬化させ、略中央部に凹部を備えた基台およ
び該凹部の開口部分より外側を囲み該基台との間でリー
ドフレームのインナーリード部分を挟持する状態となる
フレーム部を形成する工程と、 前記基台の凹部内に半導体素子を実装し、該半導体素子
と前記リードフレームのインナーリード部分とを電気的
および機械的に接続する工程と、 少なくとも前記基台の凹部内に透光性の樹脂を埋め込み
前記半導体素子を封止する工程と、前記凹部内に埋め込んだ透光性の樹脂の表面に、少なく
とも該透光性の樹脂よりも硬度が高く、かつ導電性また
は光学的無反射性または光学的赤外線遮断性を有する被
膜を形成する工程と から成ることを特徴とする半導体装
置の製造方法。 - 【請求項2】 前記熱可塑性樹脂は、結晶性熱可塑性樹
脂または非結晶性熱可塑性樹脂から成ることを特徴とす
る請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 前記熱可塑性樹脂は、結晶性熱可塑性樹
脂と非結晶性熱可塑性樹脂とを混合したものから成るこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 上金型と下金型との間でリードフレーム
のアウターリード部を挟持し、該上金型と下金型との間
に設けられるキャビティ内に液状またはペースト状シリ
コーン樹脂を射出注入して硬化させ、略中央部に凹部を
備えた基台および該凹部の開口部分より外側を囲み該基
台との間でリードフレームのインナーリード部分を挟持
する状態となるフレーム部を形成する工程と、 前記基台の凹部内に半導体素子を実装し、該半導体素子
と前記リードフレームのインナーリード部分とを電気的
および機械的に接続する工程と、 少なくとも前記基台の凹部内に透光性の樹脂を埋め込み
前記半導体素子を封止する工程と、前記凹部内に埋め込んだ透光性の樹脂の表面に、少なく
とも該透光性の樹脂よりも硬度が高く、かつ導電性また
は光学的無反射性または光学的赤外線遮断性を有する被
膜を形成する工程と から成ることを特徴とする半導体装
置の製造方法。 - 【請求項5】 前記液状またはペースト状シリコーン樹
脂を前記キャビティ内に射出注入するにあたり、該液状
またはペースト状シリコーン樹脂へシランカップリング
剤を添加しておくとともに、前記液状またはペースト状
シリコーン樹脂が接する金型内面にフッ素系樹脂の皮膜
を形成しておくことを特徴とする請求項4記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項6】 前記液状またはペースト状シリコーン樹
脂を前記キャビティ内に射出注入するにあたり、前記基
台と前記フレーム部とで挟持される前記インナーリード
部分の表面にシランカップリング剤を塗布しておくこと
を特徴とする請求項4記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 上金型と下金型との間でリードフレーム
のアウターリード部を挟持し、該上金型と下金型との間
に設けられるキャビティ内に溶融した熱可塑性樹脂を射
出注入して硬化させ、略中央部に凹部を備えた基台およ
び該凹部の開口部分より外側を囲み該基台との間でリー
ドフレームのインナーリード部分を挟持する状態となる
フレーム部を形成する工程と、 前記基台の凹部内に半導体素子を実装し、該半導体素子
と前記リードフレームのインナーリード部分とを電気的
および機械的に接続する工程と、 少なくとも前記基台の凹部内に透光性の樹脂を埋め込み
前記半導体素子を封止する工程と、 前記凹部内に埋め込んだ透光性の樹脂上に、導電性また
は光学的無反射性または光学的赤外線遮断性を有するコ
ーティング処理を施したガラス板または透光性プラスチ
ック板を形成する工程と から成ることを特徴とする半導
体装置の製造方法。
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