JP3594489B2

JP3594489B2 - 樹脂封止型電子部品の製造方法

Info

Publication number: JP3594489B2
Application number: JP20430698A
Authority: JP
Inventors: 章善積
Original assignee: Kyocera Chemical Corp
Current assignee: Kyocera Chemical Corp
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2018-07-03
Also published as: JP2000021908A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂封止型電子部品の製造方法に関し、特に樹脂封止において成形欠陥のない良好な成形品が得られ、かつその成形品が優れた信頼性を有する樹脂封止型電子部品の製造方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の樹脂封止型電子部品は、半導体素子もしくは電子部品を損傷させないために、低圧トランスファ成形法で封止されてきた。図２はトランスファー金型の掘り込み面をみた平面図である。低圧トランスファ成形法では、図２に示すように、予備加熱された封止樹脂のタブレットを高温のトランスファー金型のシリンダ２１内に投入し、溶融した封止樹脂に対してトランスファ成形機の油圧ラム先端に連なるプランジャ（図示せず）で圧力を加えて、封止樹脂をシリンダ２１に続く成形金型内のランナ２２、ゲート２３を経てキャビティ２４に導き、半導体素子もしくは電子部品を搭載したフレームもしくは基板を配置固定したキャビティ２４内を充填することにより、半導体素子もしくは電子部品を樹脂封止する方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、最近はパッケージデザインの多様化により、（１）リードフレームの上下の樹脂厚が大きく異なる、（２）基板の上下の樹脂厚が異なる、（３）基板上の部品配置が異なる、（４）基板の片側しか樹脂封止しない（例：ＢＧＡパッケージ）など、成形しずらいパッケージが増加している。
【０００４】
具体的には、リードフレームや基板の上下の樹脂厚がアンバランスな場合、リードフレーム・基板の上下で封止樹脂の注入速度が異なり、未充填、ウェルド、ボイド等の不具合が生じる。図３（ａ）は、リードフレームの上下の樹脂厚がアンバランスな場合を説明する概念図である。３１は半導体チップ３２を搭載したリードフレームであり、リードフレーム３１は上下型によりキャビティ３３内に固定され、ランナー３４、ゲート３５から樹脂がリードフレーム上下のキャビティ内に分配導入される。リードフレーム２１上部のキャビティの厚さが下部のキャビティの厚さのかりに１．５倍となっていると、それぞれの抵抗を受けた上下の樹脂流れの先端は曲線ｒ１，ｒ２で示され、その結果リードフレーム３１はｆ１，ｆ２のような応力を受ける。また、ゲートからリードフレームの上下に分配されて導入されたそれぞれの樹脂流れは、樹脂流れがリードフレームに平行に流れるために上下の再分配がおこりにくい。したがって、半導体チップ３２がリードフレーム上面にのみ配置されていると、図３（ｂ）に示すように、チップ３２やボンディングワイヤ３６に当たる樹脂流れｕは、リードフレーム３１が一点鎖線で示される変形を起こすように応力をあたえることになる。これら未充填、ウェルド、ボイド等の不具合が生じた半導体装置ならびに電子部品装置はその信頼性を低下させるのである。
【０００５】
この問題を解決するために、減圧トランスファー成形法等が検討されている。しかし、減圧トランスファー成形法によって、不具合として挙げたうちのボイドは低減するが、上下流路のアンバランスに起因する未充填ならびにウェルドの低減には効果が少ない。本発明は、上記多くの問題点を解決するためになされたものである。
【０００６】
本発明の目的は樹脂封止型電子部品を信頼性高く封止できる成形法を開発することである。すなわち、樹脂封止型電子部品の信頼性は、成形品の欠陥の影響を受ける。従来の成形法では、金型内への樹脂供給量が不揃いで成形不良を防止することが困難であった。本発明は、特に上下の樹脂厚が異なる場合にも高い信頼性を得ることを目的とするのである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の目的について鋭意検討を進めた結果、基板もしくはリードフレームで分割された上下の樹脂封止部の樹脂量を簡単にコントロールできるように成形方法として圧縮成形法を採用し、上下樹脂量がさらに容易に分配されるように粒状のエポキシ封止樹脂を採用し、加えて粒状樹脂間のエアを脱気するために減圧成形を採用して、半導体素子もしくは電子部品を樹脂封止することにより、成形性上の不具合がなく、また電子デバイスとして高い信頼性を有する樹脂封止型電子部品を製造できることを見いだして、本発明を完成した。
【０００８】
即ち、本発明は、半導体素子もしくは電子部品を樹脂封止した樹脂封止型電子部品を製造するにあたり、半導体素子もしくは電子部品を金型内に配置した後、粉砕して１ｍｍ以下の微粒をカットした粗粉状のエポキシ樹脂成形材料、または微細粉を固めた顆粒状のエポキシ樹脂成形材料を封止樹脂とし、金型内を減圧下にしつつ、圧縮成形をして樹脂封止することを特徴とする樹脂封止型電子部品の製造方法であり、その樹脂封止する半導体素子もしくは電子部品が基板もしくはフレームに搭載されており、圧縮成形金型内で基板もしくはフレームの上下に成形される封止樹脂の重量比が、上下いずれか一方を１としたとき他方が１．５以上である樹脂封止型電子部品の製造方法である。また、半導体素子もしくは電子部品をエポキシ樹脂成形材料で圧縮成形する際に、成形温度を１６０℃以下に制御する上記の樹脂封止型電子部品の製造方法である。
【０００９】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本発明に用いるエポキシ封止樹脂は、適当な大きさの粒状のエポキシ樹脂で、粉砕して微細粉をカットした粗粉、または微細粉を固めた顆粒を用い、好ましくは球状に近い形の粒状のものが好ましい。それは、後述する減圧成形時のエア抜きを容易に行え、かつ上下樹脂量を簡便に切り替えられるようにするためである。
【００１１】
本発明における成形方法は、圧縮成形法であり、かつ減圧成形法である。即ち、基板（樹脂基板、セラミック基板）もしくはリードフレーム（金属板、耐熱フィルム）で分割された上下の樹脂封止部に、樹脂厚さや部品密度に応じて容易に分配されそれぞれの最適充填が制御できるようにするためである。そのように圧縮成形法を採用することでトランスファ成形法の課題である上下樹脂の注入のアンバランスが防止できる。また、キャビティ内を減圧して成形する減圧成形を採用することにより、成形品に発生する内部ボイドならびに外部ボイドの発生を防止することができる。
【００１２】
上述したように、球状に近い形の粒状の封止樹脂を用い、圧縮成形（上下から圧力を加える成形法）、減圧成形（脱気によりボイド等の空間発生による不良を防止する）の各技術を合わせて適用することで、従来の封止方法では不可能であった樹脂封止型電子部品の成形性と信頼性の両立ができた。すなわち、以上の成形条件の導入により、圧縮成形金型内で基板もしくはフレームの上下に成形される樹脂の重量比（上部樹脂量：下部樹脂量または上部樹脂量：下部樹脂量）が、１：１．５以上であったとしても良好な成形品が得られた。
【００１３】
さらに、圧縮成形法の導入により、成形時に必要な樹脂の流動長が短くてよくなり、従来とくらべて低温成形が可能となった。低温成形温度として、トランスファー成形では困難であった１６０ ℃以下での成形が可能となった。
【００１４】
【発明の効果】
本発明による樹脂封止型電子部品の製造方法は、、従来法（低圧トランスファ成形法）に比べて以下の利点を有する。
（１）成形特に廃棄を要する樹脂が殆ど出ない。すなわち、トランスファ成形で発生するカル、ランナなどの無駄な樹脂が殆ど出ない。
（２）未充填の発生を防止できる。すなわち、トランスファ成形のように上下の樹脂厚が樹脂の流動のアンバランスを発生させないため、未充填、ウェルド等の不良を発生させない。
（３）ボイドの発生を防止できる。すなわち、減圧成形と粒状封止樹脂の適用により内部ボイドならびに外部ボイドの発生を防止できる。
（４）成形装置を小型化できる。機構の簡単な圧縮成形法の採用により成形装置を小型化できる。
（５）信頼性を向上できる。本特許の封止法で半導体素子または電子部品を樹脂封止することで、成形時の欠陥の発生を防止できる。成形欠陥は熱サイクル試験、高温昇温試験等で不良発生の原因となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に実施例と比較例を記述して本発明を具体的に説明する。いずれも上下樹脂厚の異なるモデルパッケージで成形試験ならびに信頼性試験を行ったものである。
【００１６】
実施例１〜５
成形材料には、フェノール樹脂硬化タイプのエポキシ樹脂であって、ほぼ球状で平均粒径約２ｍｍの顆粒としたものを使用した。
【００１７】
半導体素子（シリコンチップ）をモデルパッケージとした封止試験は、アルミ配線腐食テスト用のシリコンチップで、表面に櫛形のアルミ配線とアルミ電極を形成したものを用意した。チップ面積は、１３．５×１３．５ｍｍ^２、チップ厚さは３００ μｍである。使用したリードフレームは４２アロイ、パッケージの大きさは２１×４７ｍｍ^２である。
【００１８】
成形条件は、チップ裏面の樹脂厚さ（計画）を１ｍｍに統一し、チップ上面の厚さ（計画）を表１に示すように段階的に変化させた。また、成形温度、成形圧力、減圧度は表１に示す所定条件にして、１２個のテスト用チップをそれぞれ圧縮成形により樹脂封止した。圧縮成形に使用した金型は、図１に示すように、上型１、下型２、上プランジャ３、下プランジャ４で構成され、５はシリコンチップ６を搭載したリードフレームである。金型は、減圧脱気できるように、金型部材の隙間にシール材７を、また、ガイド部の金型に減圧口８を設けたものである。上記の実施例１〜５の成形品について、充填性、ウェルド、外部巣、内部巣、その他の外観の試験を行った。その後、吸湿率および耐湿信頼性を評価した。それらの結果を表１に示す。
【００１９】
実施例６〜１０
実施例６〜１０は、実施例１〜５におけると同じ顆粒のエポキシ樹脂成形材料を用い、半導体素子（シリコンチップ）の封止試験も、実施例１〜５の試験と同じシリコンチップとリードフレームと金型を用い、チップ裏面の樹脂厚さ（計画）を１ｍｍ、チップ上面の厚さ（計画）を１．７ｍｍと統一して、表２に示すように成形温度を変化させた。また、成形圧力、減圧度も表２に示す所定条件として１２個のテスト用チップをそれぞれ圧縮成形により樹脂封止した。
【００２０】
上記の実施例６〜１０の成形品について、充填性、ウェルド、外部巣、内部巣、その他の外観の試験を行った。その後、吸湿率および耐湿信頼性を評価した。それらの結果を表２に示す。
【００２１】
実施例１１〜１５
成形材料の材質は、実施例１〜１０と同じフェノール樹脂硬化タイプのエポキシ樹脂であって、混練品を粉砕し、粉砕品の粒径１ｍｍ以下の微粉をカットして平均粒径約３ｍｍの粗粉とした成形材料を使用した。
【００２２】
半導体素子（シリコンチップ）の封止試験は、実施例１〜１０の試験と同じシリコンチップとリードフレームと金型を用い、チップ裏面の樹脂厚さ（計画）を１ｍｍに統一し、チップ上面の厚さ（計画）を表３に示すように段階的に変化させた。また、成形温度、成形圧力、減圧度も表１に示す所定条件で１２個のテスト用チップをそれぞれ圧縮成形により樹脂封止した。
【００２３】
上記の実施例１１〜１５の成形品について、充填性、ウェルド、外部巣、内部巣、その他の外観の試験を行った。その後、吸湿率および耐湿信頼性を評価した。それらの結果を表３に示す。
【００２４】
実施例１６〜２０
実施例１６〜２０は、実施例１〜５におけると同じ顆粒のエポキシ樹脂成形材料を用いた。
【００２５】
電子部品をモデルパッケージとした封止試験は、部品としてコイル部品（１２×１２×４ｍｍ^３）、小型半導体パッケージ、抵抗部品等を用意した。使用した基板はセラミツク基板で、大きさは２０×４５ｍｍ^２、厚さは０．７ｍｍである。パッケージの大きさは半導体素子と同様で、２１×４７ｍｍ^２である。
【００２６】
成形条件は、基板裏面の樹脂厚さ（計画）を１ｍｍに統一し、基板上面の厚さ（計画）を表４に示すように７ｍｍ、１０ｍｍと段階的に変化させた。また、成形温度、成形圧力、減圧度も表４に示す所定条件で、セラミツク基板上の電子部品を封止し、それぞれ３個のテスト用成形品を成形した。
【００２７】
上記の実施例１６〜２０の成形品について、充填性、ウェルド、外部巣、内部巣、その他の外観の試験を行った。それらの結果を表４に示す。
【００２８】
比較例１〜５
微粉の成形材料は、材質が実施例１〜１５と同じフェノール樹脂硬化タイプのエポキシ樹脂であって、混練品を粉砕して平均粒径が約３ｍｍのものであるが、粉砕品の粒径１ｍｍ以下の微粉をカットしない、微粉を含む成形材料である。
【００２９】
半導体素子（シリコンチップ）の封止試験は、実施例１〜１５と同じシリコンチップとリードフレームと金型を用い、チップ裏面の樹脂厚さ（計画）を１ｍｍに統一し、チップ上面の厚さ（計画）を表５に示すように変化させた。また、成形温度、成形圧力、減圧度も表５に示すような所定条件で１２個のテスト用チップをそれぞれ封止した。
【００３０】
なお、比較例５は、微粉の成形材料を成形するために必要な高圧成形条件を顆粒の成形材料に適用したもので、顆粒の成形材料にとっては不適切な成形条件のものである。
【００３１】
上記の比較例１〜５の成形品について、充填性、ウェルド、外部巣、内部巣、その他の外観の試験を行った。その後、吸湿率および耐湿信頼性を評価した。それらの結果を表５に示す。
【００３２】
比較例６〜１０
比較例１〜４と同じ微粉を含む成形材料を用いて、電子部品（コイル部品等）の封止試験を行なった比較例である。
【００３３】
電子部品の封止試験には、実施例１６〜２０におけると同じテスト用コイル部品（１２×１２×４ｍｍ^３）、小型半導体パッケージ、抵抗部品等を用意した。使用した基板はセラミツク基板で、大きさは２０×４５ｍｍ^２、厚さは０．７ｍｍである。パッケージの大きさは半導体素子と同様で、２１×４７ｍｍ^２である。
【００３４】
成形条件は、基板裏面の樹脂厚さ（計画）を１ｍｍに統一し、基板上面の厚さ（計画）を表６に示すように７ｍｍとした。また、成形温度、成形圧力、減圧度も表６に示すような所定条件でセラミツク基板上の電子部品を封止し、それぞれ３個のテスト用成形品を得た。
【００３５】
なお、比較例７、８、１０は、微粉の成形材料を成形するために必要な高圧成形条件を、粗粉、顆粒の成形材料に適用したもので、粗粉、顆粒の成形材料にとっては不適切な成形条件のものである。
【００３６】
上記の比較例６〜１０の成形品について、充填性、ウェルド、外部巣、内部巣、その他の外観の試験を行った。その結果を表６に示す。
【００３７】
外観試験および特性試験の方法は次のとおりである。
充填性：金型どおりに樹脂が成形できているか検査した。ＯＫ…合格、ＮＧ…欠陥あり。
ウエルド：金型内で樹脂先端同士が合体するところにウェルド線が残っていないか検査した。無…ウエルド線がみえない、有…残りあり。
外部巣：目視と低倍率の拡大鏡で巣の存在を検査し、約０．０５ｍｍ以上のボイドがあるか検査した。無…ボイドなし、有…ボイドあり。
内部巣：縦面と横面でカットして巣の存在を検査し、約０．０５ｍｍ以上の大きさのボイドがあるか検査した。無…ボイドなし、有…ボイドあり。
その他外観：目視で汚れ、かすれ、異物等の不具合を検査した。無…不具合なし、有…かすれあり。
吸湿率：ＰＣＴ（２ａｔｍ）で２４時間後の吸湿量から計算した。
ＰＣＴ：テスト素子を成形し、アフターキュア後にＰＣＴに投入して所定時間経過後のテスト素子数に対する不良数。
【００３８】
以上、実施例１〜２０、比較例１〜６における試験の結果から、本発明の実施例が優れていることが確認された。
【００３９】
【表１】

【００４０】
【表２】

【００４１】
【表３】

【００４２】
【表４】

【００４３】
【表５】

【００４４】
【表６】

【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の減圧、圧縮成形に使用した金型の断面を示す概念図である。
【図２】従来のトランスファー成形金型における堀込み面を示す平面図である。
【図３】従来のトランスファー成形における問題点を説明するキャビティの部分断面図である。
【符号の説明】
１上型
２下型
３上プランジャ
４下プランジャ
５リードフレーム
６シリコンチップ
７シール材
８減圧口

Claims

半導体素子もしくは電子部品を樹脂封止した樹脂封止型電子部品を製造するにあたり、半導体素子もしくは電子部品を金型内に配置した後、粉砕して１ｍｍ以下の微粒をカットした粗粉状のエポキシ樹脂成形材料、または微細粉を固めた顆粒状のエポキシ樹脂成形材料を封止樹脂とし、金型内を減圧下にしつつ、圧縮成形をして樹脂封止することを特徴とする樹脂封止型電子部品の製造方法。
樹脂封止する半導体素子もしくは電子部品が基板もしくはフレームに搭載されており、圧縮成形金型内で基板もしくはフレームの上下に成形される封止樹脂の重量比が、上下いずれか一方を１としたとき他方が１．５以上である請求項１記載の樹脂封止型電子部品の製造方法。
半導体素子もしくは電子部品をエポキシ樹脂成形材料で圧縮成形する際に、成形温度を１６０℃以下に制御する請求項１記載の樹脂封止型電子部品の製造方法。