JP4107306B2 - 半導体素子製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、樹脂のパッケージにより封止された半導体素子の製造装置に関するものであり、特に、封止工程における樹脂注入中にボンディングワイヤが変形してパッケージから露出したり、パッケージ内で接触、短絡、切断などが起こることを防止するようにしたものである。
一般に樹脂パッケージにより封止された半導体素子は、半導体チップとリードの内側端末とがボンディングワイヤで接続され、このリードの外側端末を外部に露出した状態で前記半導体チップと前記ボンディングワイヤと前記リードの内側端末とがパッケージ用の樹脂により一体に封止されてなっている。
図１７は、前記半導体素子を従来の製造方法に従って製造する一過程を示している。図１７においてこの半導体素子を製造するには、先ず半導体チップ１を載置するステージ６とリード２の配列とが形成されたフレーム８の前記ステージ６に半導体チップ１を載置し、この半導体チップ１のパッド１ａと前記リードの内側端末２ａとをボンディングワイヤ３で接続する。これにより得られたフレーム組立物９を型１００にセットする。
型１００は、割り型１１１ａ，１１１ｂからなる型本体１１１と、この型本体１１１に形成されたキャビティ１１２と、キャビティ１１２内にパッケージ用の樹脂を供給するランナー１１４及びゲート１１５を有している。割り型１１１ａ，１１１ｂは、図示しない型駆動装置によって温度が制御されると共に、リードの外側端末２ｂを気密に挟み込めるようになっている。キャビティ１１２はこの半導体素子のパッケージの外形を規定する形状に成形されている。
ランナー１１４及びゲート１１５は未硬化の熱硬化性樹脂コンパウンド（以下単に「樹脂」という）をキャビティ１１２内に注入するための通路であり、割り型１１１ａ，１１１ｂの割り面に形成され、ランナー１１４の一方の端末は図示しないプランジャ付きの加熱ポットに連通しゲート１１５はキャビティ１１２の所定の位置に開口している。
型１００に前記のフレーム組立物９をセットした後に閉型し、ランナー１１４及びゲート１１５を通してキャビティ１１２内に樹脂を注入し、キャビティを充填する。充填後所定の温度を維持すると樹脂はキャビティ内で硬化する。硬化後に開型し樹脂で封止されたフレーム組立物９を取り出し、リードの外側端末２ｂとフレーム８とを切り離すと、パッケージにより封止された半導体素子が得られる。
特開平６−０２９３４０号公報
特開平７−１６９７８６号公報
特開平１０−６４９３３号公報
特開２０００−３９２３号公報
特開平１０−１８９６３１号公報
前記の樹脂充填工程では、樹脂注入中に、キャビティ１１２内でボンディングワイヤ３が変形するという問題が指摘されている。すなわち、樹脂がゲート１１５からキャビティ１１２内に注入されキャビティを充填する過程で、通常は極細の金線からなるボンディングワイヤ３が流入する樹脂に押されて変形しキャビティ内でよじれ、接触、短絡、切断、ボイドの発生などを起こすと共に、ときにはパッケージの表面に露出する場合もあった。
ボンディングワイヤがパッケージから露出するのを防ぐ方法として、特開平１０−１８９６３１号公報は、図１８に示すように、キャビティ内でボンディングワイヤを押さえる方法を提案している。この方法は、型２００の上型２１１ａにキャビティ可動部２２０を設け、樹脂の注入に先立ってキャビティ可動部２２０をキャビティ２１２内に降下させその底面でボンディングワイヤ３の頂点の高さを規制しておく。
この状態でキャビティ可動部２２０に形成した樹脂流入路２２１から樹脂をキャビティ２１２内に注入充填し、キャビティ内の樹脂が硬化しないうちにキャビティ可動部２２０をパッケージの表面高さ位置まで引き上げ、引き上げたことにより生じた未充填空間に更に樹脂を充填するというものである。しかしこの方法によってもボンディングワイヤ３が流入する樹脂に押されて変形し、キャビティ内でよじれ、接触、短絡、切断、ボイドの発生などを起こす可能性は排除できず、また樹脂をキャビティ可動部２２０に形成した樹脂流入路２２１から注入することは、この樹脂が熱硬化性であってキャビティ２１２内で硬化すると同時に樹脂流入路２２１内でも非可逆的に硬化することを考慮すると、実施困難であった。
本発明者は、キャビティ内でボンディングワイヤが変形する原因について研究の結果、図１９に示すように、キャビティ１１２内に樹脂が注入され空間を充填する過程で、高粘性の樹脂がステージ６共々に半導体チップ１を押圧し、半導体チップ１が所定の位置から移動することに主たる原因があることを見出した。この半導体チップの位置の移動が、例えばボンディングワイヤ３Ｘで示すようにパッケージの壁面に露出したり、またボンディングワイヤ３Ｙで示すようにキャビティ内でよじれ、接触、短絡、切断、ボイドの発生などを引き起こす。
このようなボンディングワイヤの欠陥は、製造中に短絡や断線が発生した場合には工程中の導通検査などにより不良品として検知し排除できるが、このような不良品が多発すれば生産性が大幅に低下する。また通常の導通検査では検出できず、良品として出荷された後で欠陥が現れる場合もあり、この場合には製品の信頼性を大きく損なう。
本発明は前記の課題を解決するためになされたものであって、従ってその目的は、樹脂注入時のボンディングワイヤの変形に伴う欠陥を排除し、生産性と信頼性を向上させる半導体素子製造装置およびこの装置によって製造された半導体素子を提供することにある。
前記課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、割り型からなる型とこの型を駆動する型駆動装置とを有し、
前記型は、フレーム組立工程により組み立てられたフレーム組立物におけるリードの外側端末を当該型の割り面で支持することにより半導体チップとボンディングワイヤと前記リードの内側端末とを内部に懸架し得るキャビティと、
前記型の少なくとも一方の割り型に設けられ前記キャビティ内に出没自由とされ前記キャビティ内に突出したとき前記半導体チップを一時的に固定し得るチップ固定子と、
前記キャビティ内にパッケージ用の樹脂を充填する樹脂注入手段とを有し、
前記型駆動装置は、前記型の開閉を制御する機構と、前記チップ固定子を前記キャビティ内に出没させる機構と、前記樹脂の注入を制御する機構と、前記型の温度と駆動タイミングとを制御する機構とを有し、
前記チップ固定子は、連動する複数のピンから構成され、これらピンの先端が前記フレーム組立物のステージを支持するステージバーのステージ近傍に当接するものであり、ピンがステージバーに接したときに、その先端面がこのステージバーの傾斜に当接するようになっており、
開型された前記型に前記フレーム組立物がセットされた後に当該型を閉型し、前記チップ固定子を前記キャビティ内に突出させて前記半導体チップを一時的に固定し、前記樹脂を前記キャビティ内に注入し、前記樹脂の充填が完了する前に前記チップ固定子を前記型内に収納し、前記樹脂の充填が完了した後に前記キャビティ内で前記樹脂を固化させるようにしたことを特徴とする半導体素子製造装置である。
請求項１にかかる発明は、割り型からなる型とこの型を駆動する型駆動装置とを有し、
前記型は、フレーム組立工程により組み立てられたフレーム組立物におけるリードの外側端末を当該型の割り面で支持することにより半導体チップとボンディングワイヤと前記リードの内側端末とを内部に懸架し得るキャビティと、
前記型の少なくとも一方の割り型に設けられ前記キャビティ内に出没自由とされ前記キャビティ内に突出したとき前記半導体チップを一時的に固定し得るチップ固定子と、
前記キャビティ内にパッケージ用の樹脂を充填する樹脂注入手段とを有し、
前記型駆動装置は、前記型の開閉を制御する機構と、前記チップ固定子を前記キャビティ内に出没させる機構と、前記樹脂の注入を制御する機構と、前記型の温度と駆動タイミングとを制御する機構とを有し、
前記チップ固定子は、連動する複数のピンから構成され、これらピンの先端が前記フレーム組立物のステージを支持するステージバーのステージ近傍に当接するものであり、ピンがステージバーに接したときに、その先端面がこのステージバーの傾斜に当接するようになっており、
開型された前記型に前記フレーム組立物がセットされた後に当該型を閉型し、前記チップ固定子を前記キャビティ内に突出させて前記半導体チップを一時的に固定し、前記樹脂を前記キャビティ内に注入し、前記樹脂の充填が完了する前に前記チップ固定子を前記型内に収納し、前記樹脂の充填が完了した後に前記キャビティ内で前記樹脂を固化させるようにしたことを特徴とする半導体素子製造装置である。
本発明の前記製造装置はチップ固定子を有し、このチップ固定子が型のキャビティ内に出没自由とされキャビティ内に突出したとき半導体チップを一時的に固定し得るものであるので、樹脂注入に先立てチップ固定子をキャビティ内に突出させて半導体チップを一時的に固定しておき、その後に樹脂注入を開始するように型駆動装置のプログラムを設定しておけば、樹脂の流動圧により半導体チップが押圧されても移動が起こらず、従ってボンディングワイヤの変形も抑制される。また樹脂注入の好適なタイミングにおいてチップ固定子を型の本体内に収納するようになっているので、半導体チップを一時的に固定しながら、しかもチップ固定子の痕跡をパッケージに残さないようにすることができる。
また、チップ固定子を直接半導体チップに当接させるのではなく、半導体チップを支持しているステージを支持するステージバーのステージ近傍に当接させて、樹脂注入中の半導体チップを一時的に固定しているので、チップ固定子が半導体チップの回路要素などに損傷を与えることはない。さらに、チップ固定子が複数のピンからなるので、チップ固定子がキャビティ内に突出していても注入される樹脂の流動を妨げることが少ないので樹脂充填に要する時間が短縮でき、またチップ固定子を引き抜く際の樹脂の乱流も少ないのでボンディングワイヤの変形やボイドの発生も低減することができる。
本発明の前記半導体素子製造装置において、キャビティに樹脂を注入する手段は、従来から採用されている何れのものであってもよい。例えば樹脂が熱硬化性である場合、所定量の樹脂ペレットをプランジャ付きの加熱ポット中で溶融し、プランジャで押圧しながら型の割り面に沿って形成されたランナー及びゲートを通してキャビティ内に注入するようにしてもよい。この場合、樹脂固化工程の後ではキャビティ内に充填された樹脂と共に、ランナー及びゲートに残留した樹脂も硬化するが、これらは型の割り面に形成されているので容易に剥離除去することができる。
本発明にあっては、型のキャビティ内に懸架した半導体チップをチップ固定子により一時的に固定し、キャビティ内で樹脂の充填が完了する前にこのチップ固定子を型内に収納するようにしたので、樹脂が注入される際の樹脂の流動圧により半導体チップが押圧されても移動が起こらず、従ってボンディングワイヤのパッケージからの露出やパッケージ内部で変形することによる接触、短絡、切断などが抑制され、半導体素子の生産性が向上する。
また、半導体チップを一時的に固定することができるほか、半導体チップの回路要素などに損傷を与えず、樹脂の高速充填を可能にするほか、チップ固定子が半導体チップから比較的遠くに離れているので、樹脂充填やチップ固定子の収納に際して特に半導体チップ周辺の樹脂の流れが円滑になり、均一性の高いパッケージが製造できる。
次に本発明の実施の形態を具体例によって説明するがこれらの具体例は本発明を何ら制限するものではない。また添付の図面は本発明の思想を説明するためのものであって、本発明の説明に不要な要素は省略し、また図示した各要素の形状・寸法比・数なども実際のものを必ずしも反映していない。
なお、以下の説明では、本発明の技術的範囲に含まれないものがある。
なお、以下の説明では、本発明の技術的範囲に含まれないものがある。
（実施形態１）
図１は本発明の製造装置により製造された半導体素子の一例を示す断面図である。図１においてこの半導体素子は、半導体チップ１上に形成されたパッド１ｐとリード２の内側端末２ａとが金線からなるボンディングワイヤ３で接続され、前記リードの外側端末２ｂを外部に露出した状態で半導体チップ１とボンディングワイヤ３とリードの内側端末２ａとがパッケージ４を形成する熱硬化性樹脂コンパウンドにより一体に封止されてなっている。この半導体チップ１はパッケージ４のほぼ中央部に配置され、一方の面（図の下面）はステージ６に接着され、他方の面（図の上面）には電気回路が形成されている。
図１は本発明の製造装置により製造された半導体素子の一例を示す断面図である。図１においてこの半導体素子は、半導体チップ１上に形成されたパッド１ｐとリード２の内側端末２ａとが金線からなるボンディングワイヤ３で接続され、前記リードの外側端末２ｂを外部に露出した状態で半導体チップ１とボンディングワイヤ３とリードの内側端末２ａとがパッケージ４を形成する熱硬化性樹脂コンパウンドにより一体に封止されてなっている。この半導体チップ１はパッケージ４のほぼ中央部に配置され、一方の面（図の下面）はステージ６に接着され、他方の面（図の上面）には電気回路が形成されている。
本実施形態の半導体素子は、下記の製造装置を用いた製造方法により製造される。
図２にこの製造方法の工程図を示す。すなわちこの製造方法はフレーム組立工程、型セット工程、チップ固定工程、樹脂充填工程、及び樹脂固化工程を含んでいる。このうち、型セット工程〜樹脂固化工程は型と型駆動装置とからなる本発明の製造装置を用いて行われる。以下、工程順に詳しく説明する。
図２にこの製造方法の工程図を示す。すなわちこの製造方法はフレーム組立工程、型セット工程、チップ固定工程、樹脂充填工程、及び樹脂固化工程を含んでいる。このうち、型セット工程〜樹脂固化工程は型と型駆動装置とからなる本発明の製造装置を用いて行われる。以下、工程順に詳しく説明する。
（１）フレーム組立工程
図３はフレーム組立工程によって組み立てられたフレーム組立物１０を示す平面図である。このフレーム組立物９は半導体チップ１とボンディングワイヤ３とフレーム５とからなっている。フレーム５は、半導体チップ１を載置するステージ６と、このステージを懸架するステージバー７と、リード２の配列を支持するリードステー８とが一体に金属板の打ち抜きによって形成されている。
図３はフレーム組立工程によって組み立てられたフレーム組立物１０を示す平面図である。このフレーム組立物９は半導体チップ１とボンディングワイヤ３とフレーム５とからなっている。フレーム５は、半導体チップ１を載置するステージ６と、このステージを懸架するステージバー７と、リード２の配列を支持するリードステー８とが一体に金属板の打ち抜きによって形成されている。
フレーム組立工程では、先ず半導体チップ１をステージ６に載置し接着する。次に半導体チップ１のパッド１ｐとリード２の内側端末２ａとをボンディングワイヤ３で接続し、フレーム組立物９を作成する。
（２）型セット工程
図４は型セット工程の最終段階を示す断面図である。この工程では本発明の型１０とこの型を駆動する型駆動装置（図示せず）を有する半導体素子製造装置が用いられる。
型１０は、割り型１１ａ，１１ｂからなる型本体１１と、この型本体１１に形成されたキャビティ１２と、チップ固定子１３と、前記キャビティ１２内にパッケージ用の樹脂を供給するランナー１４及びゲート１５を有している。割り型１１ａ，１１ｂは、図示しない型駆動装置によって温度が制御されると共に、リードの外側端末２ｂとステージバー７の外側端末を気密に挟み込めるように、割り面にそれぞれを収納する溝が形成されている。キャビティ１２はパッケージ４の外形を規定する形状に形成されている。
図４は型セット工程の最終段階を示す断面図である。この工程では本発明の型１０とこの型を駆動する型駆動装置（図示せず）を有する半導体素子製造装置が用いられる。
型１０は、割り型１１ａ，１１ｂからなる型本体１１と、この型本体１１に形成されたキャビティ１２と、チップ固定子１３と、前記キャビティ１２内にパッケージ用の樹脂を供給するランナー１４及びゲート１５を有している。割り型１１ａ，１１ｂは、図示しない型駆動装置によって温度が制御されると共に、リードの外側端末２ｂとステージバー７の外側端末を気密に挟み込めるように、割り面にそれぞれを収納する溝が形成されている。キャビティ１２はパッケージ４の外形を規定する形状に形成されている。
チップ固定子１３は、型１０の一方の割り型１１ａに設けられている。このチップ固定子１３は、割り型１１ａの壁面に形成された貫通孔１６の壁面と摺動してキャビティ内に出没自由とされた柱状ブロックであって、その出没のタイミングやストロークは前記の型駆動装置により制御されている。ランナー１４及びゲート１５は未硬化の熱硬化性樹脂をキャビティ１２内に注入するための通路であり、割り型１１ａ，１１ｂの割り面に形成され、ランナー１４の一方の端末は図示しないプランジャ付きの加熱ポットに連通しゲート１５はキャビティ１２の所定の位置に開口している。
前記のフレーム組立物９はこの型１０にセットされる。先ず型１０が開型され、割り型１１ａ，１１ｂの間の所定の位置にフレーム組立物９が載置される。このとき、フレーム組立物９のリード外側端末２ｂとステージバー７の外側端末が割り型１１ａ，１１ｂに挟持され、ステージ６に載置された半導体チップ１とボンディングワイヤ３とリード内側端末２ａとがキャビティ１２内に、キャビティ壁面と非接触に懸架される。フレーム組立物９がセットされた型１０は閉型される。
（３）チップ固定工程
図５はチップ固定工程の最終段階を示す断面図である。型１０にフレーム組立物９をセットし閉型した後、チップ固定子１３をキャビティ内に突出させ、その先端部を半導体チップ１に当接させる。このとき、半導体チップ１の下面はステージ６に接着されていて、このステージ６はステージバー７を介して型１０により支持されているので、結局半導体チップ１はステージ６とチップ固定子１３との間に挟まれて一時的に固定される。
図５はチップ固定工程の最終段階を示す断面図である。型１０にフレーム組立物９をセットし閉型した後、チップ固定子１３をキャビティ内に突出させ、その先端部を半導体チップ１に当接させる。このとき、半導体チップ１の下面はステージ６に接着されていて、このステージ６はステージバー７を介して型１０により支持されているので、結局半導体チップ１はステージ６とチップ固定子１３との間に挟まれて一時的に固定される。
チップ固定子１３の先端部が半導体チップ１に当接することにより半導体チップの電気回路などに損傷を与える惧れがある場合は、図６に示すように、チップ固定工程に先立って半導体チップ１の表面にポリイミドフィルムなどの保護膜１７を貼付しておくことが好ましい。
（４）樹脂充填工程
この樹脂充填工程では二つの操作、すなわち（Ａ．樹脂注入）と（Ｂ．チップ固定子収納）とが行われる。先ず、前記により半導体チップ１が一時的に固定されたキャビティ１２内に、ランナー１４及びゲート１５を通して未硬化の熱硬化性樹脂を注入する。そして、キャビティ１２内が樹脂で完全に充填される前に、チップ固定子１３を、その先端面がキャビティの内壁とほぼ面一となるまで割り型１１ａ内に収納する。このチップ固定子の収納に伴ってキャビティ内は陰圧となるが直ちに樹脂で補完されるため、収納痕にボイドや穴が発生することはない。またこの段階で、半導体チップ１はすでに樹脂内に埋没していて周囲が均圧となっているので、チップ固定子による固定が解除されても樹脂の流動圧により移動することはない。樹脂の注入速度、注入圧力、チップ固定子１３の収納開始タイミング、収納速度は、型温度と係わって最適となるように型駆動装置により制御される。
この樹脂充填工程では二つの操作、すなわち（Ａ．樹脂注入）と（Ｂ．チップ固定子収納）とが行われる。先ず、前記により半導体チップ１が一時的に固定されたキャビティ１２内に、ランナー１４及びゲート１５を通して未硬化の熱硬化性樹脂を注入する。そして、キャビティ１２内が樹脂で完全に充填される前に、チップ固定子１３を、その先端面がキャビティの内壁とほぼ面一となるまで割り型１１ａ内に収納する。このチップ固定子の収納に伴ってキャビティ内は陰圧となるが直ちに樹脂で補完されるため、収納痕にボイドや穴が発生することはない。またこの段階で、半導体チップ１はすでに樹脂内に埋没していて周囲が均圧となっているので、チップ固定子による固定が解除されても樹脂の流動圧により移動することはない。樹脂の注入速度、注入圧力、チップ固定子１３の収納開始タイミング、収納速度は、型温度と係わって最適となるように型駆動装置により制御される。
（５）樹脂固化工程
図７は樹脂固化工程の最終段階を示す断面図である。この工程ではキャビティ１２内に充填された樹脂が型１０の中で硬化される。この樹脂は熱硬化性であるから加熱の持続により不可逆的に固化し、パッケージ４を形成する。この際、ランナー１４及びゲート１５に残留した樹脂も硬化する。しかしランナー１４，ゲート１５はいずれも割り型１１ｂの割り面に形成されているので、開型すればパッケージ４に伴って容易に除去できる。
図７は樹脂固化工程の最終段階を示す断面図である。この工程ではキャビティ１２内に充填された樹脂が型１０の中で硬化される。この樹脂は熱硬化性であるから加熱の持続により不可逆的に固化し、パッケージ４を形成する。この際、ランナー１４及びゲート１５に残留した樹脂も硬化する。しかしランナー１４，ゲート１５はいずれも割り型１１ｂの割り面に形成されているので、開型すればパッケージ４に伴って容易に除去できる。
キャビティ１２内の樹脂が固化した後は、開型し、フレーム組立物９を型１０から取り出し、次いでリード２とリードステー８とを切り離し、またパッケージ４から突出したステージバー７を切除すれば、図１に示した本発明の半導体素子が得られる。この半導体素子は、樹脂注入時に樹脂の流動圧による半導体チップ１の移動が防止されたので、半導体チップの移動に伴って発生するボンディングワイヤ３のパッケージ４からの露出や、パッケージ４内部におけるボンディングワイヤ３の変形による接触、短絡、切断などが抑制され、生産性及び信頼性が従来のものに比べ向上している。
（実施形態２）
本実施形態は、チップ固定子の構成が異なる以外、実施形態１と実質的に同様である。従ってここでは主として本実施形態におけるチップ固定子の構成と態様について説明する。
図８及び図９は本実施形態におけるチップ固定子の構成及び実施態様を示している。図８及び図９においてチップ固定子１３は円柱状のピンからなり、先端部にはそれぞれ緩衝部材１９が装着されている。この緩衝部材１９は耐熱性のゴム又は合成樹脂からなっている。本実施形態では４本のチップ固定子１３が用いられ、方形の台座１８の４隅にそれぞれ立設されて４本が連動するようになっている。
本実施形態は、チップ固定子の構成が異なる以外、実施形態１と実質的に同様である。従ってここでは主として本実施形態におけるチップ固定子の構成と態様について説明する。
図８及び図９は本実施形態におけるチップ固定子の構成及び実施態様を示している。図８及び図９においてチップ固定子１３は円柱状のピンからなり、先端部にはそれぞれ緩衝部材１９が装着されている。この緩衝部材１９は耐熱性のゴム又は合成樹脂からなっている。本実施形態では４本のチップ固定子１３が用いられ、方形の台座１８の４隅にそれぞれ立設されて４本が連動するようになっている。
それぞれのチップ固定子１３は割り型１１ａの所定の位置に形成された貫通孔１６の壁面と摺動してキャビティ１２内に出没自由とされ、型外部の台座１８を押し下げると、それぞれのチップ固定子１３に装着された緩衝部材１９が半導体チップ１の各コーナー近傍に当接しこれを押さえるように構成されている。また、ボンディングワイヤ３がコーナー部分に接続されない半導体チップ１においては、図１０に示すように、そのコーナー部分にチップ固定子１３を当接させてもよい。この場合には半導体チップ１を確実に押さえることができる。
本実施形態のチップ固定子１３…は細いピンからなっているので、樹脂の注入に際してその流動を妨げることが少ない。従って高速で注入しても乱流などによってボイドが発生する可能性は少なく、半導体素子製品の生産歩留りと信頼性が向上する。また各チップ固定子１３の先端には緩衝部材１９が装着されているので半導体チップ１の回路要素などに直接当接しても損傷などを与える可能性が少ない。
（実施形態３）
本実施形態は、チップ固定子の構成と当接対象が異なる以外、実施形態２と実質的に同様である。従ってここでは主として本実施形態におけるチップ固定子の構成と態様について説明する。
図１１は本実施形態におけるチップ固定子の構成及び実施態様を示している。図１１においてチップ固定子１３は円柱状のピンからなり、本実施形態では４本のチップ固定子１３が用いられ、方形の台座１８の４隅にそれぞれ立設されて４本が連動するようになっている。それぞれのチップ固定子１３は割り型１１ａの所定の位置に形成された貫通孔１６の壁面と摺動してキャビティ１２内に出没自由とされ、型外部の台座１８を押し下げると、それぞれのチップ固定子１３の先端部がステージ６の各コーナーに当接し、これを押さえるように構成されている。
本実施形態は、チップ固定子の構成と当接対象が異なる以外、実施形態２と実質的に同様である。従ってここでは主として本実施形態におけるチップ固定子の構成と態様について説明する。
図１１は本実施形態におけるチップ固定子の構成及び実施態様を示している。図１１においてチップ固定子１３は円柱状のピンからなり、本実施形態では４本のチップ固定子１３が用いられ、方形の台座１８の４隅にそれぞれ立設されて４本が連動するようになっている。それぞれのチップ固定子１３は割り型１１ａの所定の位置に形成された貫通孔１６の壁面と摺動してキャビティ１２内に出没自由とされ、型外部の台座１８を押し下げると、それぞれのチップ固定子１３の先端部がステージ６の各コーナーに当接し、これを押さえるように構成されている。
本実施形態のチップ固定子１３…はステージ６の各コーナーに当接するように構成されているが、半導体チップ１とステージ６とは接着されているので、間接的に半導体チップ１を一時的に固定することができる。この場合にはチップ固定子１３…が半導体チップの回路要素などに損傷を与えることはない。またチップ固定子１３…は細いピンからなっているので、樹脂の注入に際してその流動を妨げることが少ない。従って高速で注入しても乱流などによってボイドが発生する可能性は少なく、半導体素子製品の生産歩留りと信頼性が向上する。
図１２に示す実施形態は、本実施形態３の変形例であるが、本発明に対応する実施形態である。
この実施形態では、チップ固定子１３・・・がステージバー７のステージ６近傍に当接するように構成されており、ピンがステージバー７に接したときにその先端面がステージバー７の傾斜に当接するようになっている。
この場合も半導体チップ１を一時的に固定することができ、半導体チップの回路要素などに損傷を与えず、樹脂の高速充填を可能にするほか、チップ固定子１３…が半導体チップ１から比較的遠くに離れているので、樹脂充填やチップ固定子の収納に際して特に半導体チップ１周辺の樹脂の流れが円滑になり、均一性の高いパッケージ４が形成される。
この実施形態では、チップ固定子１３・・・がステージバー７のステージ６近傍に当接するように構成されており、ピンがステージバー７に接したときにその先端面がステージバー７の傾斜に当接するようになっている。
この場合も半導体チップ１を一時的に固定することができ、半導体チップの回路要素などに損傷を与えず、樹脂の高速充填を可能にするほか、チップ固定子１３…が半導体チップ１から比較的遠くに離れているので、樹脂充填やチップ固定子の収納に際して特に半導体チップ１周辺の樹脂の流れが円滑になり、均一性の高いパッケージ４が形成される。
（実施形態４）
本実施形態は、割り型１１ａにボンディングワイヤ３を一時的に固定し得るワイヤ固定子を有する以外、実施形態２と実質的に同様である。従ってここでは主として本実施形態におけるワイヤ固定子の構成と態様について説明する。
図１３は本実施形態における型の構成及び実施態様を示している。図１３において型１０は、ボンディングワイヤ３…を一時的に固定し得るワイヤ固定子２０…を有している。
本実施形態は、割り型１１ａにボンディングワイヤ３を一時的に固定し得るワイヤ固定子を有する以外、実施形態２と実質的に同様である。従ってここでは主として本実施形態におけるワイヤ固定子の構成と態様について説明する。
図１３は本実施形態における型の構成及び実施態様を示している。図１３において型１０は、ボンディングワイヤ３…を一時的に固定し得るワイヤ固定子２０…を有している。
このワイヤ固定子２０は、個々のボンディングワイヤ３に対応して割り型１１ａの所定の位置に形成された貫通孔の壁面と摺動してキャビティ１２内に出没自由とされ、キャビティ内に突出したとき、それぞれが対応するボンディングワイヤ３の頂点湾曲部に当接するようになっている。各ワイヤ固定子２０は、キャビティ内の先端部が、このキャビティ内にセットされた個々のボンディングワイヤの頂点湾曲形状に沿う湾曲形状に成形されている。また型の外に延びる先端は台座２１に連結され、全てのワイヤ固定子２０…が連動するようになっている。
図１４に、本実施形態の工程図を示す。本実施形態においては、型セット工程で開型された型１０にフレーム組立物９をセットし閉型した後、チップ固定工程において二つの操作、すなわち（Ａ．半導体チップ固定）と（Ｂ．ボンディングワイヤ固定）とが行われる。このうち（Ａ．半導体チップ固定）は、実施形態２で説明したものと同様の操作であり、４本のチップ固定子１３…がそれぞれ半導体チップ１の各コーナー近傍に当接しこれを押さえることによって一時的な固定が達成される。
このとき、各チップ固定子１３は細いピンからなっているので、樹脂の注入に際してその流動を妨げることが少ない。従って高速で注入しても乱流などによってボイドが発生する可能性は少なく、半導体素子製品の生産歩留りと信頼性が向上する。また各チップ固定子１３の先端には緩衝部材１９が装着されているので半導体チップ１の回路要素などに直接当接しても損傷などを与える可能性が少ない。（Ｂ．ボンディングワイヤ固定）の操作は、ワイヤ固定子２０…を所定のストロークだけキャビティ１２内に突出させ、その湾曲した先端面をボンディングワイヤ３の湾曲頂部に軽く当接させてその状態を保持する。チップ固定工程において二つの操作、すなわち（Ａ．半導体チップ固定）と（Ｂ．ボンディングワイヤ固定）の操作順序は特に限定されない。何れかを先にして順次に行ってもよいし同時に行ってもよい。
次の樹脂充填工程では二つの操作、すなわち（Ａ．樹脂注入）と（Ｂ．固定子収納）とが行われる。先ず、半導体チップ１とボンディングワイヤ３…が一時的に固定されたキャビティ１２内に、ランナー１４及びゲート１５を通して未硬化の熱硬化性樹脂を注入する。そして、キャビティ１２内が樹脂で完全に充填される前に、チップ固定子１３及びワイヤ固定子２０を、その先端面がキャビティの内壁とほぼ面一となるまで割り型１１ａ内に収納する。このチップ固定子の収納に伴ってキャビティ内は陰圧となるが直ちに樹脂で補完されるため、収納痕にボイドや穴が発生することはない。
また、この段階で、半導体チップ１及びボンディングワイヤ３…はすでに樹脂内に埋没していて周囲が均圧となっているので、それぞれの固定子による固定が解除されても樹脂の流動圧により移動したり変形したりすることはない。樹脂の注入速度、注入圧力、チップ固定子１３及びワイヤ固定子２０の収納開始タイミング、収納速度は、型温度と係わって最適となるように型駆動装置により制御される。チップ固定子１３とワイヤ固定子２０の収納開始順序は特に限定されない。何れかを先にして順次に収納してもよいし同時に収納してもよい。樹脂固化工程以降は実施形態１で説明したものと同様である。
本実施形態においては、半導体チップ１がチップ固定子１３…により一時的に固定されたのに加えてワイヤ固定子２０…の突出により樹脂注入中のボンディングワイヤ３…自体も固定されるので、ボンディングワイヤのパッケージ４からの露出やパッケージ内部におけるボンディングワイヤの変形による接触、短絡、切断などがより確実に防止され、半導体素子の生産性が一層向上する。
ワイヤ固定子２０…は樹脂の充填が完了する前に型の本体１１内に収納されるので、収納された痕には樹脂が充填され、パッケージにボイドや穴を発生させることはない。特に本実施形態のワイヤ固定子２０…は、ボンディングワイヤ３と接触する先端部が、キャビティ内にセットされたボンディングワイヤの湾曲形状に沿う湾曲形状に成形されているので、ボンディングワイヤの相互の間隔も変化せず、従ってボンディングワイヤ相互の接触が防止できることはもちろんであるが間隔の変動に伴う誘導変調も防止され、より信頼性の高い特性の揃った半導体素子が得られる。
本実施形態の変形として、ワイヤ固定子２０の先端部を、図１５に示すように、半導体チップ１の上面形状が、例えばフラットパッケージでは、平坦状としてもよい。こうすると、樹脂にヒケが生じにくい。また、ワイヤ固定子２０の先端部には緩衝部材を設けてもよい。
本実施形態の変形として、図１６に示すように、チップ固定子１３…の台座１８とワイヤ固定子２０…の台座２１とを一体化し、チップ固定子１３とワイヤ固定子２０とが同時に同一ストロークでキャビティ１２内に出没するようにしてもよい。この場合、固定子を型内に収納した段階でチップ固定子１３の先端面又はワイヤ固定子２０の先端面が必ずしもキャビティ１２の壁面と面一にならないが、半導体素子としての特性、生産性、信頼性などが損なわれるものではなく、製造装置の構成はチップ固定子１３とワイヤ固定子２０とをそれぞれ別途に操作する場合に比べ、型の構造や制御装置を含め大幅に簡略化され、製造コストが低減される。
１…半導体チップ。２…リード、３…ボンディングワイヤ。４…パッケージ。５…フレーム。８…リードステー。９…フレーム組立物。１０…型。１１…型本体、１１ａ，１１ｂ…割り型。１２…キャビティ。１３…チップ固定子。１４…ランナー。１５…ゲート。１６…貫通孔。１９…緩衝部材。
Claims (1)
- 割り型からなる型とこの型を駆動する型駆動装置とを有し、
前記型は、フレーム組立工程により組み立てられたフレーム組立物におけるリードの外側端末を当該型の割り面で支持することにより半導体チップとボンディングワイヤと前記リードの内側端末とを内部に懸架し得るキャビティと、
前記型の少なくとも一方の割り型に設けられ前記キャビティ内に出没自由とされ前記キャビティ内に突出したとき前記半導体チップを一時的に固定し得るチップ固定子と、
前記キャビティ内にパッケージ用の樹脂を充填する樹脂注入手段とを有し、
前記型駆動装置は、前記型の開閉を制御する機構と、前記チップ固定子を前記キャビティ内に出没させる機構と、前記樹脂の注入を制御する機構と、前記型の温度と駆動タイミングとを制御する機構とを有し、
前記チップ固定子は、連動する複数のピンから構成され、これらピンの先端が前記フレーム組立物のステージを支持するステージバーのステージ近傍に当接するものであり、ピンがステージバーに接したときに、その先端面がステージバーの傾斜に当接するようになっており、
開型された前記型に前記フレーム組立物がセットされた後に当該型を閉型し、前記チップ固定子を前記キャビティ内に突出させて前記半導体チップを一時的に固定し、前記樹脂を前記キャビティ内に注入し、前記樹脂の充填が完了する前に前記チップ固定子を前記型内に収納し、前記樹脂の充填が完了した後に前記キャビティ内で前記樹脂を固化させるようにしたことを特徴とする半導体素子製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2005120155A JP4107306B2 (ja) | 2005-04-18 | 2005-04-18 | 半導体素子製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2020017595A (ja) * | 2018-07-24 | 2020-01-30 | 第一精工株式会社 | 樹脂封止用基材の安定化方法、樹脂封止用基材の安定化装置、及び樹脂封止装置 |
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- 2005-04-18 JP JP2005120155A patent/JP4107306B2/ja not_active Expired - Fee Related
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