JP4351546B2 - 半導体素子搭載用パッケージの成形方法および成形用金型 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子搭載用薄型パッケージの成形方法及びその製造金型に関する。

図１は、半導体素子搭載用パッケージ、特に中空構造をもつパッケージの一例を示す概略断面図である。このようなパッケージを製作する上で、一番考慮されなければならないことは、半導体素子（１）が載せられるキャビティと称するパッケージ中空部（２）に外部からの湿気を入れないようにすることである。例えばＣＣＤのような光電気変換型の半導体素子は、キャビティの上部開口部に透明な材質、例えばガラス板（３）などが接着されている。

それ以外の樹脂部分（４）は、樹脂の耐湿性の性能に依存することになるが、耐湿性はガラスが貼ってあるパッケージ上部より悪く、特に半導体素子が載るチップマウント部と称される樹脂部分の厚み（５）は薄く、ここから湿気が入りやすい。そのため、現状では、その部分にリードフレームの一部を板状に加工した防湿板（６）を入れることにより、外部との湿気を遮断している。

近年、パッケージの小型化に伴い、パッケージの総厚みや、半導体素子が載る樹脂部分の厚みが薄くなった薄膜パッケージまたは薄型パッケージというアプリケーションにおいては、この防湿板の部分は実際の成形では、樹脂の内部に全て埋没させることが難しくなり、パッケージの底部に防湿板の片側表面が露出した状態になることがある。そのような場合、防湿板の側面と樹脂の密着力が悪いと、ハンドリングやパッケージの反りのため、その境界部（７）から湿気が入りやすくなるという懸念があった。

そこで、図２（ａ）のように、防湿板を樹脂の中に埋め込み、樹脂と防湿板の密着力の影響を無くそうという試みがある。その場合、チップマウント部の樹脂の厚みが５００μｍ以下となるため、防湿板には５００μｍ以下の厚みのものを用いることになるが、樹脂の中に埋め込むとなると、その厚みは樹脂の厚みの１／３から１／２とする必要がある。そのため、防湿板を例えば研磨またはエッチングするなどして厚みを薄くしたものを用い、金型と防湿板の間にクリアランスをつくることが考えられる。しかし、そうした場合、金型内へゲートから樹脂が入り込むと、樹脂圧により防湿板が移動してしまい、成形したパッケージが破損したり（図２（ｂ）参照）、また樹脂圧により防湿板が変形して露出したり（図２（ｃ）参照）することが容易に推測される。

また、防湿板を樹脂中に埋め込む他の手法として、図３に断面を示すような防湿板（６）が動くのを防ぐ目的で金型にピン（１０）を立てて、防湿板を押さえ、成形時の樹脂圧力による変形を抑えるという技術が開示されている（特許文献１、特許文献２など参照）。しかし、このようにして得られたパッケージ成形品にはピンの部分に孔が空いており、この孔の部分から簡単に湿気が入ってしまう。

特開昭５８−１４１５３３号公報 特開平０３−２６１１５１号公報

本発明は、成形時に移動することの出来る移動金型で防湿板を一定位置に固定することにより防湿板の動きをなくし、さらに樹脂圧を利用して防湿板固定用移動金型を移動させることにより、防湿板を完全に樹脂内に埋没する、外観および成形精度が良く、耐湿性にも優れた半導体素子搭載用パッケージの製造方法、並びにそれに用いるパッケージ成形用の金型を提供することを目的とする。

本発明は、上述した課題を解決するために以下の構成を採用する。
即ち、本発明の半導体素子搭載用パッケージの成形方法は、金型内に予め金属製リードフレームを設置し、該金型に樹脂を注入してインサート成形する半導体素子搭載用パッケージの製造方法であって、該リードフレームはその一部が板状に加工された防湿板を有し、該防湿板は、該金型内において、防湿板の上下から挟まれて上下に固定され、樹脂が注入されると、該防湿板固定用移動金型は注入された樹脂に追従して金型の樹脂注入口とは反対の方向に移動し、移動を止めたときにその端部がパッケージ金型の内壁の一部を形成することによって防湿板を樹脂の中に埋没させることからなる。

また、本発明の半導体素子搭載用パッケージの成形用金型は、内部に予め金属製リードフレームを設置し、該金型に樹脂を注入してインサート成形する半導体素子搭載用パッケージの成形用金型であって、該リードフレームを上下から挟み、注入される樹脂圧により樹脂注入口とは反対の方向に移動し、移動を止めたときにその端部がパッケージ金型の内壁の一部を形成する移動金型を備えたことを特徴とする。

その結果、金型キャビティ内で防湿板を常に上下方向に固定しながら成形できるので、常に防湿板を成形前に目標の位置に固定することが可能となり、成形時に金型内に内封されて防湿板が見えない状態でも、再現性よく防湿板を埋没した半導体素子搭載用パッケージが製作可能となった。

本発明の製造方法によれば、防湿板が成形終了後に樹脂内に完全に埋没されているため、外観上および成形精度も良い、耐湿性を向上させた半導体素子搭載用パッケージが製作可能となる。

また、防湿板の厚みを薄く加工することにより、パッケージ全体の厚みや防湿板が埋没されているチップマウント部の厚みを薄くすることが可能となる。例えば、防湿板の厚さを１００μｍ以下にすることにより、防湿板が埋没したチップマウント部の樹脂厚さは３００μｍ以下にすることが可能となり、薄膜型半導体パッケージの製作が可能となる。

本発明の金型を用いることにより、防湿板を効率よく、また再現性よく、成形したパッケージ内部に埋め込むことが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図４は本発明の実施形態による半導体素子搭載用パッケージの製造中の、樹脂ゲート（１５）、金属リードフレーム（１６）、防湿板固定用移動金型（１３）（１４）の配置状態を示す外観イメージ図であり、図５および図６はパッケージの成形過程を示したものである。図４、図５および図６に示すように、半導体素子搭載用パッケージは、防湿効果を上げるために、防湿板をパッケージ内部に有する構造となるように設置され、インサート成形される。

図５（ａ）は、金型に設置されたリードフレーム（防湿板）と、防湿板固定用移動金型が取り付けられた成形用金型の配置断面図である。ここでは説明のし易さのため、半導体素子と接続するインナーリード、アウターリードと称する接続部は図面から割愛した。

金型は、リードフレームの一部を板状に加工した防湿板（６）を上下から挟み込む防湿板固定用移動金型（１３）（１４）を備えており、この移動金型は成形過程で金型に注入された樹脂圧により移動する構造を有している。

リードフレームは、金型型締圧力および成形樹脂圧力により押しつぶされることのない金属、例えば銅、４，２−アロイ合金などが使用される。

防湿板固定用移動金型は金属製であり、金型型締圧力および成形樹脂圧力により変形しない金属、例えばＮＡＫ材、Ｓ５５Ｃなどが使用される。

次に、半導体素子搭載用パッケージの成形過程を説明する。
まず、図５（ｂ）のように、下金型内に予め防湿板を有する金属製リードフレーム（図示しない）を設置し、防湿板固定用移動金型（１３）（１４）により金属製リードフレームに連なる防湿板を覆い挟み込んだ状態で固定する。防湿板（すなわちリードフレームの一部）を覆い、これを挟み込んだ固定用移動金型は下金型に加工されたガイドレールにより、防湿板の面と平行に移動するようにしてある。その際に防湿板と固定用移動金型は互いに摺動して、防湿板は固定金型に対しては移動しない。樹脂が来る前にガスによる移動を防ぐため、下金型には、ガスベントをあらかじめ設置しておいても良い。また、金型に並行して取り付けられる補助シリンダーで引っ張るようにすることも出来る。

次に、図５（ｃ）に見られるように上金型を載せて成形する。該金型に注入する樹脂としては、耐熱性の熱硬化性樹脂からなるものが好ましく、熱硬化性樹脂としては例えばエポキシ樹脂が挙げられる。エポキシ樹脂の具体例としては、三井化学（株）製の商品名エポックス^Ｒなど市販されている。成形方法としてはトランスファー成形が好ましく、成形条件の一例をあげると、金型型締圧力２００ｋｇ／ｃｍ^２、樹脂加圧１．５ＭＰａ、金型温度１８０℃である。図５（ｄ）に見られるように、金型にゲート（１５）から樹脂が入ってきた場合、防湿板固定用移動金型（１３）、（１４）の効果により、防湿板（６）は従来のように移動したり、変形したりすることはない。

成形中、樹脂圧力によって図６（ｅ）の矢印のように固定用移動金型（１３）、（１４）は下金型に作ったガイドに沿って横に移動してゆき、その後を追うように樹脂が固定用移動金型が占めていた空間を埋めていくことにより防湿板を埋めてゆく。

最後に樹脂が図６（ｆ）のように金型キャビティ内に充満した時、固定用移動金型（１３）、（１４）の端部は下金型の内壁面に到達し、パッケージ金型の内壁を形成する。

成形終了後、図６（ｇ）のように上金型を取り外し、形成された成形品を取り出す。図６（ｈ）に成形されたパッケージの概略断面図を示す。

このようにして防湿板がパッケージ内に埋没した形状の半導体素子搭載用パッケージが得られる。

本発明の結果、効率よくかつ再現がある防湿板をパッケージ内部に埋め込むことが可能となった。そのためこの発明を用いることで、例えば厚み３００μｍ以下の薄型のパッケージも成形可能となる。また、現在セラミックしかない光ルーター用やＤＭＤ用等に用いられているＭＥＭＳ製品用パッケージにも用いることが可能となる。

従来の中空構造をもつ半導体素子搭載用薄型パッケージの一例を示す概略断面図である。 （ａ）防湿板を樹脂の中に埋め込んだ半導体素子搭載用パッケージの状態を示す概略断面図である。（ｂ）樹脂圧により防湿板が移動して成形されたパッケージの状態を示す概略断面図である。（ｃ）樹脂圧により防湿板が変形し露出して成形されたパッケージの状態を示す概略断面図である。 防湿板の移動を防ぐ目的でピンが取り付けられた金型で防湿板を固定した状態を示す金型の概略断面図である。 本発明の実施形態による半導体素子搭載用パッケージの製造中の、樹脂ゲート、金属リードフレーム、防湿板固定用移動金型の配置状態を示す外観イメージ図である。 本発明の実施形態によるパッケージの成形過程を説明するための概略断面図である。 本発明の実施形態によるパッケージの成形過程を説明するための概略断面図である。

符号の説明

（１） 半導体素子
（２） パッケージ中空部
（３） ガラス板
（４） 樹脂部分
（５） マウント部樹脂厚み
（６） 防湿板
（７） 防湿板と樹脂の境界部
（８） インナーリード
（１０） ピン
（１３）、（１４） 防湿板固定用移動金型
（１５） ゲート
（１６） 金属製リードフレーム

Claims (2)

1. 半導体素子の搭載面を構成する樹脂層内部に防湿板が埋設された半導体素子搭載用パッケージを、樹脂のインサート成形により成形する方法であって、
   リードと防湿板とを有する金属製リードフレームと、前記防湿板を上下から挟んで固定する防湿板固定用移動金型とを、パッケージ金型内に設置するステップと、
   前記パッケージ金型内に、樹脂注入口から樹脂を注入するステップと、
   前記樹脂の注入とともに、防湿板固定用移動金型を、前記注入された樹脂圧により前記パッケージ金型の樹脂注入口とは反対の方向に前記防湿板を挟んだまま摺動させるステップと、
   前記防湿板固定用移動金型の摺動を停止させたときに、前記防湿板固定用移動金型の端部が前記パッケージ金型の内壁の一部を形成することによって防湿板を樹脂の中に埋没させるステップと、
   を有する、半導体素子搭載用パッケージの成形方法。
2. 半導体素子の搭載面を構成する樹脂層内部に防湿板が埋設された半導体素子搭載用パッケージを、樹脂のインサート成形により得るための半導体素子搭載用パッケージの成形用金型であって、
   前記半導体素子搭載用パッケージの外形を規定するパッケージ金型と、
   前記パッケージ金型内に収納される金属製リードフレームの一部である防湿板を上下から挟む防湿板固定用移動金型と、を備え、
   前記防湿板固定用移動金型は、パッケージ金型の内壁面と前記防湿板の面にほぼ隙間なく配置され、かつ注入される樹脂圧により樹脂注入口とは反対の方向に前記防湿板を挟んだまま前記パッケージ金型の内壁面まで摺動できる、半導体素子搭載用パッケージの成形用金型。

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