JP5050913B2 - モールドパッケージの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、金型を用いてワークを樹脂で封止するトランスファーモールド法によるモールドパッケージの製造方法に関する。
従来より、この種のモールドパッケージの製造方法では、樹脂流れの上流側に当該樹脂を供給するためのポット、樹脂流れの下流側にワークが設置される複数個のキャビティ、さらに、ポットと各々のキャビティとを樹脂が流れる通路であるランナーによって接続してなる金型を用いる。
そして、金型の各キャビティにワークを設置した後、ポットからランナーを介して各々のキャビティへ樹脂を供給してワークを封止することによりモールドパッケージを完成させるものである(たとえば、特許文献1参照)。
特開平10−337748号公報
図8は、上記従来技術に基づいて本発明者が試作したモールド用の金型の概略平面構成示す図である。この金型では、ポット150からランナー160を介して複数のゲート180に接続が行われているため、樹脂が各々のキャビティ140に到達する時間が不均一となる。
つまり、各キャビティ140において樹脂が硬化する度合が異なり、樹脂の溶融粘度が異なることとなる。具体的には、キャビティまでの到達時間が長い樹脂は、溶融粘度が大きくなることである。そのため、ワークに対する樹脂の密着性が大きくばらついたり、ワークがワイヤボンディングされたものである場合にはワイヤ流れが発生したりするという問題が生じる。
たとえば、ワイヤ流れについては、近年の多ピン化,狭ピッチ化により、ワイヤ間のギャップが狭まっているため、ワイヤ流れを抑えたいという要求がさらに高まっている。特に、ワイヤボンド部がチップ端部とチップ中央部とに混在し、これらが隣り合う場合には、ワイヤ長の大きなチップ中央部のワイヤが大きく流れ、チップ端部のワイヤに接触することが問題となる。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、金型を用いてワークを樹脂で封止するモールドパッケージの製造方法において、金型のポットから流れ出た樹脂がランナーを通って各々のキャビティに到達するまでの時間を、各キャビティの間で極力同一にすることを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明者は鋭意検討を行った。単純には、ポットから各キャビティまでのランナーの長さを同一にすればよい。そのためには、たとえば金型においてポットを中心として、放射状に複数個のキャビティをポットから同一距離に配置することが考えられる。
しかし、その場合、ポットを、金型において複数のキャビティが存在する部分の中心部に配置する必要があるが、このようなポットの配置は、金型のスペース等の制約から困難である。つまり、ポットは、従来通り、金型の端部寄りの部分に位置させる必要がある。本発明は、この点を鑑みて工夫を重ねた結果、創出されたものである。
すなわち、請求項1に記載の発明では、モールドパッケージの製造方法において、金型(100)を、上型(130)と中型(120)と下型(120)との積層構造により構成し、ポット(150)を中型(120)と下型(120)とにより構成し、ランナー(160)を上型(130)に設け、複数個のキャビティ(140)を中型(120)と下型(120)とにより構成し、ランナー(160)の樹脂(50)をキャビティ(140)へ供給するゲート(180)を中型(120)に設け、
ンナー(160)を、ポット(150)から複数個のキャビティ(140)側へ延びる1本の通路である第1のランナー(161)と、第1のランナー(161)の終点にて各々のキャビティ(140)へ向かって分岐し各々のキャビティ(140)に連通する第2のランナー(162)とにより構成するとともに、第1のランナー(161)および第2のランナー(162)を上型(130)における中型(120)と接する面に設け、各々のキャビティ(140)について第2のランナー(162)の長さおよび通路断面積を同一とし、
第1のランナー(161)の終点の分岐部(163)を、第1のランナー(161)および第2のランナー(162)に比べて同一長さにおける容積が大きいものとすることを特徴とする。
それによれば、ポット(150)から流れ出た樹脂(50)は、第1のランナー(161)の終点の分岐部(163)に到達し、この分岐部(163)から各キャビティ(140)に到達するまでに、各キャビティ(140)毎に同じ距離および同じ通路断面積を有する第2のランナー(162)を流れることになる。そのため、樹脂(50)がランナー(160)を通って各々のキャビティ(140)に到達するまでの時間を、各キャビティ(140)の間で極力同一にすることができる。
また、請求項1に記載の発明では、第1のランナー(161)の終点の分岐部(163)を、第1のランナー(161)および第2のランナー(162)に比べて同一長さにおける容積が大きいものとしているから、ポット(150)から流れ出た樹脂(50)を、第1のランナー(161)の終点に位置する分岐部(163)にいったん溜めて、その後、分岐した各第2のランナー(162)に送り出すことができるため、分岐部(163)から各々の第2のランナー(162)に流れ出すタイミングを、同一にしやすい。
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係るモールドパッケージS1の概略断面図である。このパッケージS1におけるモールド樹脂50の形状は、一般的なQFPなどの半導体パッケージと同様であるが、たとえば略矩形状である。すなわち本実施形態では、図1中の上方からパッケージS1をみたとき、モールド樹脂50の上面形状は四角形である。
ヒートシンク10は、Cu、Fe、Mo、42アロイ、コバールなどの金属など、放熱性に優れた材料からなる板状をなす。このヒートシンク10の一面には、はんだや接着剤などのダイマウント材20を介して、電子部品30が搭載されている。
電子部品30は、ヒートシンク10に実装できるものであれば、特に限定するものではないが、たとえばパワーMOSやIGBTなどの駆動時に比較的発熱が大きいパワー素子などである。そして、ヒートシンク10の周囲には、リードフレーム40が設けられている。
リードフレーム40は、一般的なリードフレーム素材よりなるものであり、銅や42アロイなどの板材をプレスやエッチングなどにより加工することにより形成されたものである。ここでは、リードフレーム40のうちモールド樹脂50内に位置するインナーリードと電子部品30とは、金やアルミなどのボンディングワイヤ60により結線され、電気的に接続されている。
そして、モールド樹脂50は、ヒートシンク10、電子部品30、リードフレーム40のインナーリード、ボンディングワイヤ60を包み込むように封止している。このモールド樹脂50は、エポキシ系樹脂などの通常のモールド材料からなるものである。後述する金型を用いたモールド工程により成形される。
ここで、リードフレーム40のうちモールド樹脂50の外部に位置するアウターリードは、モールド樹脂50の側面から突出しており、外部と電気的に接続されるようになっている。ここでは、当該アウターリードは折り曲げられている。また、本パッケージS1においては、ヒートシンク10の一面とは反対の他面は、モールド樹脂50より露出しており、それによって、放熱性の向上を図っている。
次に、本実施形態のモールドパッケージS1の製造方法について、図2および図3を参照して述べる。図2は、本製造方法におけるモールド工程に用いる金型100の概略平面構成を示す図であり、図3は、図2中のA−A一点鎖線に沿った金型100の概略断面図である。
まず、本製造方法においては、ダイマウント材20を介してヒートシンク10上に電子部品30を搭載し、電子部品30とリードフレーム40との間でワイヤボンディングを行い、上記ワイヤ60による結線を行う。これにより、ワーク200ができあがる。このワーク200は、上記図1においてモールド樹脂50が省略され且つ上記アウターリードが折り曲げられる前の状態のものである。
この後、モールド工程を行う。すなわち、ワーク200を、金型100のキャビティ140内に設置し、キャビティ140内にモールド樹脂50を注入してワーク200を封止する。ここで、モールド工程に用いる金型100は、上型130、中型120、下型110を締結手段などによって合致させるものであり、一般のものと同様、鉄系金属などよりなる。
そして、キャビティ140は、合致された金型100において中型120と下型110との間に形成されている。このキャビティ140の形状はできあがりのモールド樹脂50の形状と同一である。ここで、キャビティ140は、複数個設けられており、各キャビティ140にワーク200がセットされる。ここでは、図2に示されるように、キャビティ140は4個設けられている。
本実施形態のモールド用の金型100は、後述するランナー160の構成を工夫したものであるが、ポット150、複数個のキャビティ140、およびポット150と各々のキャビティ140とを接続するランナー160とを備えることは、この種の一般的な金型と同様である。そして、金型100の内部のモールド樹脂50が溶融状態となるように、金型100の全体がヒータなどにより加熱されるようになっている。
ポット150は、金型100における複数個のキャビティ140が位置する部位の外側、すなわち金型100の端部に設けられている。このポット150には、溶融状態のモールド樹脂50が供給され、プランジャ170によって圧力を加えられたモールド樹脂50は、ランナー160を通って、ゲート180から各キャビティ140へ導入されるようになっている。
ここで、ランナー160は、ポット150から各々のキャビティ140へモールド樹脂50を供給する通路であり、溶融状態の樹脂50が流れるものである。ここでは、ランナー160は、上型130に設けられており、たとえば断面四角形の通路である。
また、ゲート180は、各キャビティ140の入口であるが、ここでは中型120に設けられており、たとえば貫通方向の断面がキャビティ140に向かってすぼまっている円錐形状の穴である。
このような金型100を用いて、本実施形態のモールド工程では、ワーク200を、各々のキャビティ140内に設置した後、樹脂流れの上流側であるポット150からランナー160を介して樹脂流れの下流側である各々のキャビティ140内にモールド樹脂50を注入し、充填する。それにより、各キャビティ140内にて、各ワーク200がモールド樹脂50によって封止される。
ここで、本実施形態では、モールド用の金型100において、ランナー160は、ポット150から複数個のキャビティ140側へ延びる1本の通路である第1のランナー161と、第1のランナー161の終点にて各々のキャビティ140へ向かって分岐した通路である第2のランナー162とにより構成されている。
上流側の第1のランナー161から分岐した下流側の第2のランナー162は、各々のキャビティ140に連通しており、各々のキャビティ140について第2のランナー162の長さおよび通路断面積が同一とされている。
図2では、4個のキャビティ140が設けられ、第1のランナー161の終点の分岐部163と各キャビティ140とは、各第2のランナー162により連通している。具体的には、第2のランナー162は、分岐部163から長さL1の2本の通路に分岐し、さらに、当該2本の通路の個々が更に長さL2の2本の通路に分岐することで、4個のキャビティ140につながっている。
そして、本実施形態では、キャビティ140の入口であるゲート180と分岐部163との間の第2のランナー162の長さは、4個のキャビティ140についていずれも(L1+L2)である。
ここで、第2のランナー162の長さは、分岐部163の出口から各キャビティ140のゲート140までの長さである。そして、図2中に示されている各第2のランナー162の長さ(L1+L2)は、当該各第2のランナー162の中心を通る道のりを意味している。
また、ここでは、当該各第2のランナー162の通路断面形状、すなわち樹脂流れ方向と直交する方向に沿った断面形状は四角形であるが、各第2のランナー162の通路断面形状は同一面積の四角形となっている。つまり、各第2のランナーの通路断面積は同一となっている。
なお、具体的には、各ランナー161、162は、上型130における中型120と接する面に設けられた溝として構成されるが、その通路断面形状は、たとえば正方形、長方形あるいは中型120側に拡がる台形などの四角形とすることができる。さらに、当該通路断面形状は、四角形に限らず、たとえば半円状などであってもよい。
また、各キャビティ140に対応する各第2のランナー162の通路断面積が同一であることは、各第2のランナー162の通路断面形状が同一サイズ且つ同一形状であることが好ましいが、当該通路断面積が同一であるならば、個々の通路断面形状が異なっていてもよい。
また、各キャビティ140の配置を限定するものではないが、ここでは、図2に示されるように、キャビティ140は、第1のランナー161および分岐部163を挟んで一方側と他方側とに2個ずつ配置されている。そして、第2のランナー162の配置パターンすなわち平面形状は、第1のランナー161を軸として一方側と他方側とで線対称の形状としている。
また、本実施形態では、図2、図3に示されるように、第1のランナー161の終点の分岐部163は、第1のランナー161および各第2のランナー162に比べて同一長さにおける容積が大きいものとされている。分岐部163は、樹脂流れに沿った第1のランナー161の終点且つ各第2のランナー162の起点に位置するものであり、本実施形態では、分岐部163の通路断面積は個々の各ランナー161、162の通路断面積よりも大きくなっている。
このように、本実施形態のモールド工程では、金型100におけるランナー160を、ポット150側すなわち樹脂流れ上流側の1本の第1のランナー161と、第1のランナー161の終点にて分岐し各々のキャビティ140に連通する樹脂流れ下流側の第2のランナー162とにより構成するとともに、各々のキャビティ140について第2のランナー162の長さおよび通路断面積を同一としている。
それによれば、ポット150から流れ出たモールド樹脂50は、第1のランナー161の終点の分岐部163に到達し、この分岐部163から各キャビティ140に到達するまでに、各キャビティ140毎に同じ距離および同じ通路断面積を有する第2のランナー162を流れていく。そのため、モールド樹脂50がランナー160を通って各々のキャビティ140に到達するまでの時間が、各キャビティ140の間で極力同一になる。
また、本実施形態では、第1のランナー161の終点の分岐部163を、第1のランナー161および第2のランナー162に比べて同一長さにおける容積が大きいものとしているため、ポット150から流れ出たモールド樹脂50を、第1のランナー161の終点に位置する分岐部163にいったん溜めることが可能となる。
そして、その後、分岐部163から分岐した各第2のランナー162に、モールド樹脂50を送り出すことができるため、分岐部163から各々の第2のランナー162に流れ出すタイミングを、同一にしやすい。このことは、モールド樹脂50の各キャビティ140までの到達時間を極力同一にするという点で、好ましい。
言い換えると、本実施形態のモールド工程によれば、金型100として、ランナー160の中間部に、モールド樹脂50をいったん溜める樹脂溜まり部としての分岐部163を介在設定し、ランナー160のうち分岐部163よりも下流側の部位を各々のキャビティ140に向かって分岐した通路162とし、さらに、ランナー160のうち分岐部163から各々のキャビティ140の入口(つまりゲート180))までの間の部位の長さおよび通路断面積を、各キャビティ140について同一としている。
このようにして、本実施形態によれば、ポット150から流れ出て分岐部163に到達したモールド樹脂50は、各キャビティ140毎に同じ距離且つ同じ通路断面積の通路を流れて、各キャビティ140に到達する。
そのため、モールド樹脂50の各キャビティ140までの到達時間が極力同一になり、結果として、各キャビティ140において樹脂50の溶融粘度が均一化される。そのため、従来の問題であった各々のワーク200におけるワイヤ流れが低減され、また、モールド樹脂50中のボイドの発生等が防止されて、ワーク200とモールド樹脂50との密着性の確保がなされる。
こうして、モールド樹脂50によるワーク200の封止を行うことにより、モールド工程が終了する。そして、モールド樹脂50を硬化して金型100から取り出した後は、リードフレーム40の成形やカットなどを行うことにより、本実施形態のモールドパッケージS1が完成する。
また、本実施形態によれば、ポット150から1本の第1のランナー161を延ばした構成とすることによって、この第1のランナー161の終点すなわち分岐部163を、金型100における複数個のキャビティ140の配置領域に位置させることができる。そのため、本実施形態によれば、サイズの大きなポット150を、金型100において複数のキャビティ140が存在する部分の外側に配置させることができ、金型のスペースを有効利用できる。
(第2実施形態)
図4は、本発明の第2実施形態に係るモールド用の金型の概略平面構成を示す図である。上記図2に示した例では、キャビティ140が4個の場合であったが、本実施形態ではキャビティ140が8個の例を示すものである。なお、キャビティ140の数およびそれに伴う第2のランナー162の平面形状を変えたこと以外は、上記第1実施形態と同様である。
本実施形態の場合も、金型のランナー160は、ポット150を起点としてキャビティ140側へ延びる1本の第1のランナー161と、その終点に位置する分岐部163と、分岐部163から各キャビティ140へ向かう第2のランナー162とにより構成されている。
そして、8個のキャビティ140について第2のランナー162の長さおよび通路断面積が同一とされている。また、分岐部163は、上記同様に各ランナー161、162よりも容積の大きなものとなっている。これにより、本実施形態においても、モールド樹脂50の各キャビティ140までの到達時間を極力同一にできる。
なお、本実施形態においても、上記第1実施形態と同様に、各キャビティ140の配置および第2のランナー162の平面形状は、第1のランナー161を軸として一方側と他方側とで同一であり、ここでは、各側に4個ずつキャビティ140を配置している。
(第3実施形態)
図5は、本発明の第3実施形態に係るモールド用の金型の概略平面構成を示す図である。
上記図2に示した例では、キャビティ140が4個の場合であったが、本実施形態ではキャビティ140が16個の例を示している。なお、本実施形態においても、キャビティ140の数およびそれに伴う第2のランナー162の平面形状を変えたこと以外は、上記第1実施形態と同様である。
この場合も、金型のランナー160は、第1のランナー161、分岐部163、第2のランナー162により構成され、16個のキャビティ140について第2のランナー162の長さおよび通路断面積が同一とされている。また、ここでも、分岐部163は、上記同様に各ランナー161、162よりも容積の大きなものとなっている。
また、本実施形態においても、各キャビティ140の配置および第2のランナー162の平面形状は、第1のランナー161を軸として一方側と他方側とで同一であり、ここでは、各側に8個ずつキャビティ140を配置している。
これにより、本実施形態においても、モールド樹脂50の各キャビティ140までの到達時間を極力同一にできる。つまり、ランナー160が、第1のランナー161と、分岐部163と、互いの長さ通路断面積が同一である第2のランナー162とにより構成されていれば、複数個のキャビティ140の数はいくつであってもよく、また、偶数個に限らず奇数個でもよい。
(第4実施形態)
図6は、本発明の第4実施形態に係るモールド用の金型の概略平面構成を示す図である。
上記各実施形態の金型では、分岐部163を、第1のランナー161および第2のランナー162に比べて同一長さにおける容積が大きいものとしているが、本実施形態のように、当該分岐部163は、各ランナー161および162と同一の通路断面積のものであってもよい。つまり、本実施形態の金型は、上記図2に示される金型において分岐部163のサイズを小さくしたものである。
この場合も、モールド工程において、分岐部163に到達したモールド樹脂50は、各キャビティ140毎に同じ距離および同じ通路断面積を有する第2のランナー162を流れて、各キャビティ140に到達することになるため、モールド樹脂50の各キャビティ140までの到達時間を、各キャビティ140間で極力同一にできる。
(第5実施形態)
図7は、本発明の第5実施形態に係るモールド用の金型の概略平面構成を示す図である。
上記各実施形態に示される金型100では、分岐部163と4個のキャビティ140との間にて、第2のランナー162は、分岐部163から完全に4本に別れたものではない構成となっている。
たとえば上記図2に示される金型100では、第2のランナー162は、分岐部163から2本に分岐し、さらに、当該2本の個々が更に2本に分岐することで、4個のキャビティ140につながっていた。
それに対して、本実施形態では、図7に示されるように、第2のランナー162は、分岐部163から完全に4本に別れており、それぞれが4個のキャビティ140に連通している。
この場合も、4本の第2のランナー162の個々の長さが同一であり、その通路断面積が同一であればよい。それにより、モールド樹脂50の各キャビティ140までの到達時間を、各キャビティ140間で極力同一にできる。
(他の実施形態)
なお、モールドパッケージとしては、樹脂で封止される部材であるワークを、金型を用いて当該樹脂で封止するものであれば、上記実施形態に限定されるものではなく、たとえば、QFP(クワッド・フラット・パッケージ)、QFN(クワッド・フラット・ノンリード・パッケージ)、SOP(スモール・アウトライン・パッケージ)、あるいはコンデンサなどのミニモールドなどが挙げられる。
また、上記各実施形態では、ポット150の片側にランナー160が設けられた例を示したが、ポット150の両側にランナーが設けられていてもよい。この場合、当該両側のランナーが、上記した第1のランナー161、分岐部163、および第2のランナー162により構成されていてもよい。
また、第1のランナー161は、ポット150と分岐部163との間で分岐した部分を持たない1本の通路であるが、上記各実施形態のように1本の直線状に限定されるものではなく、途中で分岐していない1本のものであればカーブしていてもよい。
また、上記各実施形態では、キャビティ140の上部にゲート180が設けられたトップゲートタイプの金型であるが、キャビティに対するゲートの位置は、上記実施形態に限定されるものではなく、たとえばキャビティの下部にゲートが設けられたものであってもよい。
本発明の第1実施形態に係るモールドパッケージの概略断面図である。 第1実施形態に係るモールドパッケージの製造方法におけるモールド工程に用いる金型の概略平面図である。 図2中のA−A一点鎖線に沿った金型の概略断面図である。 本発明の第2実施形態に係るモールド用の金型の概略平面図である。 本発明の第3実施形態に係るモールド用の金型の概略平面図である。 本発明の第4実施形態に係るモールド用の金型の概略平面図である。 本発明の第5実施形態に係るモールド用の金型の概略平面図である。 本発明者が試作したモールド用の金型の概略平面図である。
符号の説明
50 モールド樹脂
100 金型
140 キャビティ
150 ポット
160 ランナー
161 第1のランナー
162 第2のランナー
163 分岐部
180 ゲート
200 ワーク

Claims (1)

  1. ポット(150)、複数個のキャビティ(140)、および前記ポット(150)と各々の前記キャビティ(140)とを接続し前記ポット(150)から各々の前記キャビティ(140)へ樹脂(50)を供給する通路であるランナー(160)を備える金型(100)を用い、
    前記樹脂(50)で封止される部材であるワーク(200)を、各々の前記キャビティ(140)内に設置した後、上流側である前記ポット(150)から前記ランナー(160)を介して下流側である各々の前記キャビティ(140)内に前記樹脂(50)を注入して前記ワーク(200)を封止するモールドパッケージの製造方法において、
    前記金型(100)を、上型(130)と中型(120)と下型(120)との積層構造により構成し、
    前記ポット(150)を前記中型(120)と前記下型(120)とにより構成し、
    前記ランナー(160)を前記上型(130)に設け、
    前記複数個のキャビティ(140)を前記中型(120)と前記下型(120)とにより構成し、
    前記ランナー(160)の樹脂(50)を前記キャビティ(140)へ供給するゲート(180)を前記中型(120)に設け、
    記ランナー(160)を、前記ポット(150)から前記複数個のキャビティ(140)側へ延びる1本の通路である第1のランナー(161)と、前記第1のランナー(161)の終点にて各々の前記キャビティ(140)へ向かって分岐し各々の前記キャビティ(140)に連通する第2のランナー(162)とにより構成するとともに、前記第1のランナー(161)および前記第2のランナー(162)を前記上型(130)における前記中型(120)と接する面に設け、各々の前記キャビティ(140)について前記第2のランナー(162)の長さおよび通路断面積を同一とし、
    前記第1のランナー(161)の終点の分岐部(163)を、前記第1のランナー(161)および前記第2のランナー(162)に比べて同一長さにおける容積が大きいものとすることを特徴とするモールドパッケージの製造方法。
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