JP3533084B2 - モールド装置ならびに半導体装置の製造方法 - Google Patents

モールド装置ならびに半導体装置の製造方法

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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、モールド技術およ
び半導体装置の製造技術に関し、特に、たとえば比較的
大型の樹脂封止パッケージの成型等に適用して有効な技
術に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造工程では、所望の機能
を有する半導体ペレット（素子）を環境から保護するた
めに成型樹脂で封止してパッケージを構成することが行
われている。
【０００３】このパッケージの成型方法としては、たと
えば、日刊工業新聞社、１９９４年１１月３０日、第３
版１刷発行、日本半導体製造装置協会編「半導体製造装
置用語辞典」Ｐ２６４〜Ｐ２６９等の文献にも記載され
ているように、従来、パッケージの形状のキャビティが
刻設されたキャビティブロックの合わせ面の間に半導体
ペレットを搭載したリードフレームを挟み込み、キャビ
ティ内部の中央部に位置する半導体ペレットの周囲の空
間にランナと呼ばれる圧送路から熱硬化性樹脂を充填す
るとともに、樹脂に追い出されるキャビティ内の空気は
エアベントを通じて外部に排出することでパッケージを
成型することが行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術のよう
に、単にエアベントを通じて封止時におけるキャビティ
内の排気を行う場合には、樹脂の注入中は当該樹脂に圧
がかからず、流動する樹脂がエアベントに達して当該エ
アベントを閉塞した時点、すなわちキャビティ内に樹脂
が充満した時点で圧がかかることになる。
【０００５】このため、樹脂への加圧の不足等に起因し
て樹脂内に気泡（ボイド）が残存したままとなる、とい
う技術的課題がある。すなわち、樹脂は、キャビティ内
への流動および充填中も熱によって硬化が進行してお
り、充填後に内部ボイドを押しつぶせるだけの流動性
（粘度）を持つ時間は短く、従って従来のようにキャビ
ティに充満した後の加圧では樹脂内にボイドが残存した
ままとなる懸念がある。
【０００６】特に、キャビティ容積が比較的大きな大型
のパッケージの成型では、キャビティ内への樹脂の圧送
開始から充満までの時間が長くなり、ボイドの残存の確
率はより大きくなる。また、樹脂の種類によっては硬化
の過程でガスが発生するものもあり、このような種類の
樹脂では、ボイドの残存の確率はより大きくなる。
【０００７】このような硬化後に樹脂内に残存するボイ
ドは、たとえば樹脂封止構造の気密性の劣化、すなわち
耐湿性の劣化の一因になる、という技術的課題がある。
現在では、たとえば、径が0.１μｍ以下程度のボイドは
やむをえず許容されているが、このような微細なボイド
であっても、樹脂パッケージの耐湿性の劣化、すなわち
信頼度の低下の潜在的な原因の一つであることには変わ
りがない。
【０００８】また、上述のようなボイド発生の回避のた
めには、各樹脂や半導体装置の製品種別等の各々におい
て、ボイドの発生しにくい封止条件を見いだすための段
取り作業が必要となり、封止工程の所要時間の増大の一
因となっていた。
【０００９】本発明の目的は、封止樹脂の内部のボイド
の発生を抑止して、成型不良の発生を防止することが可
能なモールド技術を提供することにある。
【００１０】本発明の他の目的は、封止樹脂の内部のボ
イドの発生を抑止して、半導体装置の封止構造の信頼性
を向上させることが可能なモールド技術を提供すること
にある。
【００１１】本発明の他の目的は、封止樹脂工程の管理
運用作業の効率化、工程の所要時間の短縮を実現するこ
とが可能なモールド技術を提供することにある。
【００１２】本発明の他の目的は、封止樹脂の内部のボ
イドの発生を抑止して、樹脂パッケージの信頼性を向上
させることが可能な半導体装置の製造技術を提供するこ
とにある。
【００１３】本発明の他の目的は、封止工程における成
型不良の発生を防止して、半導体装置の組立工程におけ
る歩留りを向上させることが可能な半導体装置の製造技
術を提供することにある。
【００１４】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【００１６】本発明のモールド装置は、半導体ペレット
を金型のキャビティに充填されて成型される樹脂にて封
止するモールド装置であって、前記キャビティの内部と
連通する連通路には、３ポート弁よりなるバルブを介し
てエアポンプが接続され、前記キャビティの内部を前記
エアポンプにて与圧する操作と、単に前記キャビティの
内部の気体を外部に逃がす操作とを選択可能に構成した
ものである。
【００１７】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
所望の機能を有する半導体ペレットと、前記半導体ペレ
ットを封止する封止樹脂とを含む半導体装置の製造方法
であり、前記半導体ペレットを金型のキャビティに充填
されて成型される前記封止樹脂にて封止するモールド装
置であって、前記キャビティの内部と連通する連通路に
は、３ポート弁よりなるバルブを介してエアポンプが接
続され、前記キャビティの内部を前記エアポンプにて与
圧する操作と、単に前記キャビティの内部の気体を外部
に逃がす操作とを選択可能に構成した前記モールド装置
を用いて前記封止樹脂の成型を行うものである。同日付
出願人名義変更届（一般承継）提出
【００１８】また、本発明は、半導体ペレットを金型の
キャビティに充填されて成型される樹脂にて封止するモ
ールド装置において、キャビティの内部の気体を加圧す
る加圧手段を備えたものである。
【００１９】また、本発明は、半導体ペレットを金型の
キャビティに充填されて成型される樹脂にて封止するモ
ールド装置であって、キャビティに樹脂を充填する際に
キャビティから押し出される気体の流れを制限すること
により、キャビティ内の気体の圧を制御する圧制御手段
を備えたものである。
【００２０】また、本発明は、所望の機能を有する半導
体ペレットと、半導体ペレットを封止する封止樹脂とを
含む半導体装置の製造方法において、半導体ペレットの
樹脂封止工程では上述のモールド方法および装置を用い
て封止樹脂の成型を行うものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】（実施の形態１）図１は、本発明の一実施
の形態である半導体装置の製造方法およびモールド方法
が実施されるモールド装置の構成の一例を示す断面図で
あり、図２は、その一部を取り出して示す平面図であ
る。なお、図１は、図２の線Ｉ−Ｉにて示される部分の
断面を示している。
【００２３】本実施の形態のモールド装置は、上下方向
に対向する下型チェイス１０と上型チェイス２０からな
る成型金型を備えており、下型チェイス１０および上型
チェイス２０は、図示しないプレス機構等によって互い
に独立に上下動することが可能になっている。
【００２４】下型チェイス１０は、カル１１ａおよびラ
ンナ１１ｂが形成された下型センタブロック１１と、下
型キャビティブロック４１と、これらを一体に保持する
ホルダ１２からなる。
【００２５】上型チェイス２０は、カル１１ａに対応す
る位置にプランジャ２１ｂが圧入されるポット２１ａが
形成された上型センタブロック２１と、上型キャビティ
ブロック４２と、これらを一体に保持するホルダ２２か
らなる。
【００２６】下型キャビティブロック４１は、上型キャ
ビティブロック４２に対する対向面に複数の成型凹部４
１ａ、および個々の成型凹部４１ａを、下型センタブロ
ック１１のランナ１１ｂに連通させるサブランナ３１お
よびゲート３２と、成型凹部４１ａから空気を逃がす働
きをするエアベント３３と、リードフレーム８０が収容
されて位置決めされる凹部３４等が刻設された構造とな
っている。
【００２７】上型キャビティブロック４２は、下型キャ
ビティブロック４１に対する対向面に個々の成型凹部４
１ａに重なり合う位置に複数の成型凹部４２ａが刻設さ
れた構造となっている。そして、上型キャビティブロッ
ク４２と下型キャビティブロック４１とが密着する図１
のような型締め状態において、互いに対応する上下の成
型凹部４２ａおよび成型凹部４１ａによって密閉空間で
あるキャビティ４５が構成される。
【００２８】この場合、下型キャビティブロック４１の
複数のエアベント３３は、連通路５０を介して連通して
おり、さらに、この連通路５０には、バルブ５１を介し
て、エアポンプ５２が接続されている。そして、上型キ
ャビティブロック４２と下型キャビティブロック４１と
を密着させる図１の型締め状態において、バルブ５１を
開閉操作することにより、随時、エアポンプ５２から所
望の圧の空気等の気体５３を、連通路５０およびエアベ
ント３３を通じて、互いに対応して重なり合う成型凹部
４１ａおよび成型凹部４２ａで構成される個々のキャビ
ティ４５の内部に導入することが可能になっている。
【００２９】なお、バルブ５１を、たとえば３ポート弁
で構成し、連通路５０をエアポンプ５２に接続する状態
の他に、連通路５０を単に外気に開放する操作も可能に
しておくことにより、キャビティ４５の内部をエアポン
プ５２にて与圧する操作と、単に、キャビティ４５の気
体を外部に逃がす操作とを選択可能にして、樹脂の種類
等に応じて、任意に使い分けるようにしてもよいことは
言うまでもない。
【００３０】また、下型キャビティブロック４１におけ
る上型キャビティブロック４２に対する対向面には、凹
部３４および連通路５０の外側の位置に、パッキン溝６
０が刻設されており、その内部には、たとえばＯリング
等のパッキン６１が配置されている。
【００３１】そして、下型キャビティブロック４１と上
型キャビティブロック４２とを密着させる型締めに際し
て、パッキン６１が上型キャビティブロック４２に密着
することにより、キャビティ４５等の気密性が保たれ、
連通路５０およびエアベント３３を通じて、エアポンプ
５２からキャビティ４５の内部に効果的に気体５３を導
入することを可能にしている。
【００３２】下型キャビティブロック４１および上型キ
ャビティブロック４２は、たとえば工具鋼（ＳＫＨ５
５）等の耐摩耗性の高い素材にて構成されているととも
に、各々が、図示しないヒータにて、たとえば１８０℃
程度の所望の成型温度に加熱される構成となっている。
【００３３】リードフレーム８０は、その中央部に設け
られたタブ８１に、所望の機能を有する半導体ペレット
８２を搭載しており、タブ８１を取り囲むように配置さ
れた複数のリード８３の各々と、半導体ペレット８２の
図示しないボンディングパッドとが、図示しないボンデ
ィングワイヤにて電気的に接続されている。
【００３４】また、上型センタブロック２１のポット２
１ａには、後述のように、所望の温度に予熱された封止
樹脂塊であるタブレット９０が投入される。
【００３５】以下、本実施の形態の半導体装置の製造方
法およびモールド方法が実施されるモールド装置の作用
の一例を説明する。
【００３６】まず、待機状態では、予め、下型キャビテ
ィブロック４１および上型キャビティブロック４２は、
図示しないヒータを作動させることによって所定の成型
温度に予熱されている。
【００３７】この状態で、下型チェイス１０と上型チェ
イス２０を離間させ、下型キャビティブロック４１の凹
部３４に、リードフレーム８０をセットした後、下型チ
ェイス１０と上型チェイス２０とを密着させる型締めを
行う。この状態が、図１である。
【００３８】その後、ポット２１ａに予熱されたタブレ
ット９０を投入して、プランジャ２１ｂで加圧すると、
タブレット９０は、流動樹脂９０ａとなって、ランナ１
１ｂ、サブランナ３１、ゲート３２を経由して、各々が
中央に位置する半導体ペレット８２を取り囲むキャビテ
ィ４５に流入する。
【００３９】この時、本実施の形態の場合には、バルブ
５１を開くことによって、エアポンプ５２から所定の圧
の気体５３を、連通路５０およびエアベント３３を通じ
て、キャビティ４５の内部に導入する。この時の気体５
３の圧Ｐ２は、たとえば、プランジャ２１ｂで加圧され
る流動樹脂９０ａの圧Ｐ１（樹脂の充填圧であり、たと
えば、Ｐ１＝８０Ｋｇ／ｃｍ2 〜２３０Ｋｇ／ｃｍ2 程
度）よりも数パーセント低い値（たとえばＰ２＝７８Ｋ
ｇ／ｃｍ2 〜２２５Ｋｇ／ｃｍ2 程度）である。
【００４０】これにより、ゲート３２からキャビティ４
５内に流入する流動樹脂９０ａは、エアベント３３の側
から導入される気体５３によって圧Ｐ２に加圧されて内
部のボイドが潰されつつ、圧Ｐ１と圧Ｐ２との圧差によ
って気体５３をエアベント３３の側に押し戻しながらキ
ャビティ４５の内部を徐々に満たして行き、流動樹脂９
０ａがエアベント３３に到達した時点で流動が停止し、
圧Ｐ１で最終的に加圧された状態となり、この半導体ペ
レット８２の周囲のキャビティ４５には、成型凹部４１
ａおよび４２ａの形状に成型された成型樹脂が充填され
る。
【００４１】半導体ペレット８２の周囲の成型凹部４１
ａおよび成型凹部４２ａに充填された樹脂は、圧Ｐ１の
下で所定のキュアタイムを経ることによって熱硬化し、
その後、下型チェイス１０と上型チェイス２０を離間さ
せ、図示しないエジェクタピン等を作動させることによ
って、成型済のリードフレーム８０は、下型チェイス１
０および上型チェイス２０の下型キャビティブロック４
１および上型キャビティブロック４２から離型され、後
の図示しないバリ取り工程や、リード切断成型工程等を
経て、最終的な製品である半導体装置となる。
【００４２】上述のように、本実施の形態の場合には、
キャビティ４５内に流入する流動樹脂９０ａは、エアベ
ント３３の側から導入される圧Ｐ２の気体５３によって
加圧されつつ、圧差によって気体５３をエアベント３３
の側に押し戻しながらキャビティ４５の内部に充満する
ので、流動樹脂９０ａは、キャビティ４５への流入の初
期から充満するまでの間、常に、圧Ｐ２にて加圧された
状態となるため、流動樹脂９０ａの内部におけるボイド
が潰されつつ成型が進行するのでボイドの発生が確実に
抑止されるとともに、流動樹脂９０ａ自体から発生する
ガスによるボイドも押しつぶされて消失する。
【００４３】この結果、半導体ペレット８２の周囲のキ
ャビティ４５の形状に成型された成型樹脂は、内部にボ
イドが存在しない緻密な状態となり、残存ボイド等の成
型不良の発生を確実に防止することができる。
【００４４】特に、キャビティ４５の容積が大きく、流
動樹脂９０ａがゲート３２からエアベント３３に到達す
るまでの時間が長く、流動樹脂９０ａの粘性の低下が大
きい、ボイドの発生しやすいサイズの大きな樹脂パッケ
ージの半導体装置等の封止に適用した場合に、ボイド発
生抑止の効果が大きい。
【００４５】また、流動樹脂９０ａが、成型中にガスの
発生しやすい物質である場合にも、ボイド発生抑止の効
果が大きい。
【００４６】さらに、封止作業の開始に先立って、ボイ
ドの発生回避のための条件出しを行う等の冗長で煩雑な
作業が不要となり、封止工程全体の所要時間の短縮や、
封止工程の管理運用の効率化を実現できる。
【００４７】この結果、半導体ペレット８２の周囲を封
止する成型樹脂におけるボイド等の存在に起因する耐湿
性の劣化が防止され、成型樹脂からなる樹脂パッケージ
の信頼性が向上するとともに、半導体ペレット８２を成
型樹脂にて封止してなる半導体装置の封止工程における
歩留りも向上する。
【００４８】このように、本実施の形態の半導体装置の
製造方法によれば、樹脂封止工程におけるボイド等の封
止欠陥の発生が減少するので、半導体装置の歩留りが向
上する。
【００４９】（実施の形態２）図３は、本発明の他の実
施の形態であるモールド装置の断面図である。なお、前
述の図１および図２に例示された構成と共通の部分につ
いては、同一の符号を付して説明は割愛する。
【００５０】この実施の形態２の場合には、エアベント
３３の連通路５０に対して、エアポンプ５２の代わり
に、圧調整弁５４を装着し、成型中におけるエアベント
３３を通じてキャビティ４５からの空気等の気体の排出
を制限することにより、キャビティ４５から排出される
空気の圧、すなわち、キャビティ４５内の気体の圧Ｐ３
を、ゲート３２からキャビティ４５内に流入する流動樹
脂９０ａの圧Ｐ１よりも数パーセント程度低い値の圧Ｐ
３に調整するようにした点が、実施の形態１の場合と異
なっている。
【００５１】すなわち、この実施の形態２の場合にも、
ゲート３２からキャビティ４５に流入する圧Ｐ１の流動
樹脂９０ａは、エアベント３３に到達してキャビティ４
５に充填されるまでの間、常に、圧調整弁５４によって
設定された圧Ｐ３にて加圧されることとなり、流動中お
よび封止完後の流動樹脂９０ａのボイドの発生が確実に
抑止され、残存ボイド等のない緻密な成型樹脂にて、半
導体ペレット８２を封止した構造の信頼性の高い半導体
装置を高い歩留りで得ることができる。
【００５２】また、この実施の形態２の場合には、エア
ポンプ５２等の比較的高価な機器を必要とせず、簡単で
安価な圧調整弁５４を備えるだけで済むので、封止工程
における高い歩留りを低コストにて実現できる、という
利点もある。
【００５３】なお、この実施の形態２の場合にも、圧調
整弁５４の上流側にたとえば３ポート弁を配置し、キャ
ビティ４５から排出される気体を、強制的に圧調整弁５
４を通過させて圧制御を行う操作と、単に外気に排出す
る操作とを切り替え可能にして、樹脂の種類等に応じて
二つの操作を任意に使い分けるようにしてもよいことは
言うまでもない。
【００５４】以上本発明者によってなされた発明を実施
の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施
の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００５５】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその背景となった利用分野である半導
体装置の製造工程におけるモールド工程に適用した場合
を例に採って説明したが、樹脂成型を必要とする一般の
技術、さらには、ダイキャスト成型技術等に広く適用す
ることが可能である。
【００５６】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【００５７】本発明のモールド方法によれば、封止樹脂
の内部のボイドの発生を抑止して、成型不良の発生を防
止することができる、という効果が得られる。
【００５８】また、本発明のモールド方法によれば、封
止樹脂の内部のボイドの発生を抑止して、半導体装置の
封止構造の信頼性を向上させることができる、という効
果が得られる。
【００５９】また、本発明のモールド方法によれば、封
止樹脂工程の管理運用作業の効率化、工程の所要時間の
短縮を実現することができる、という効果が得られる。
【００６０】また、本発明のモールド装置によれば、封
止樹脂の内部のボイドの発生を抑止して、成型不良の発
生を防止することができる、という効果が得られる。
【００６１】また、本発明のモールド装置によれば、封
止樹脂の内部のボイドの発生を抑止して、半導体装置の
封止構造の信頼性を向上させることができる、という効
果が得られる。
【００６２】また、本発明のモールド装置によれば、封
止樹脂工程の管理運用作業の効率化、工程の所要時間の
短縮を実現することができる、という効果が得られる。
【００６３】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、封止樹脂の内部のボイドの発生を抑止して、樹脂
パッケージの信頼性を向上させることができる、という
効果が得られる。
【００６４】また、本発明の半導体装置の製造方法によ
れば、封止工程における成型不良の発生を防止して、半
導体装置の組立工程における歩留りを向上させることが
できる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造
方法およびモールド方法を実施するモールド装置の構成
の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造
方法およびモールド方法を実施するモールド装置の一部
を取り出して示す平面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態であるモールド装置の
断面図である。
【符号の説明】
１０ 下型チェイス １１ 下型センタブロック １１ａ カル １１ｂ ランナ １２ ホルダ ２０ 上型チェイス ２１ 上型センタブロック ２１ａ ポット ２１ｂ プランジャ ２２ ホルダ ３１ サブランナ ３２ ゲート ３３ エアベント ３４ 凹部 ４１ 下型キャビティブロック ４１ａ 成型凹部 ４２ 上型キャビティブロック ４２ａ 成型凹部 ４５ キャビティ ５０ 連通路 ５１ バルブ ５２ エアポンプ ５３ 気体 ５４ 圧調整弁 ６０ パッキン溝 ６１ パッキン ８０ リードフレーム ８１ タブ ８２ 半導体ペレット ８３ リード ９０ タブレット ９０ａ 流動樹脂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中嶋 寛 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株式会社日立製作所 半導体事業部内 (72)発明者 清水 猛 東京都青梅市藤橋３丁目３番地２ 日立 東京エレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 松永 昌広 東京都青梅市藤橋３丁目３番地２ 日立 東京エレクトロニクス株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−164473（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−193814（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/56 B29C 45/02 B29C 45/14 B29C 45/26

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体ペレットを金型のキャビティに充
    填されて成型される樹脂にて封止するモールド装置であ
    って、前記キャビティの内部と連通する連通路には、３ポート
    弁よりなるバルブを介してエアポンプが接続され、前記
    キャビティの内部を前記エアポンプにて与圧する操作
    と、単に前記キャビティの内部の気体を外部に逃がす操
    作とを選択可能に構成した ことを特徴とするモールド装
    置。
  2. 【請求項２】 所望の機能を有する半導体ペレットと、
    前記半導体ペレットを封止する封止樹脂とを含む半導体
    装置の製造方法であって、前記半導体ペレットを金型のキャビティに充填されて成
    型される前記封止樹脂にて封止するモールド装置であっ
    て、前記キャビティの内部と連通する連通路には、３ポ
    ート弁よりなるバルブを介してエアポンプが接続され、
    前記キャビティの内部を前記エアポンプにて与圧する操
    作と、単に前記キャビティの内部の気体を外部に逃がす
    操作とを選択可能に構成した前記 モールド装置を用いて
    前記封止樹脂の成型を行うことを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
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