JP5542318B2 - 樹脂シートおよびそれを用いた回路装置の製造方法 - Google Patents

樹脂シートおよびそれを用いた回路装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、半導体素子等の回路素子を樹脂封止するために用いられる樹脂シートに関する。更に本発明は、この様な樹脂シートを使用した回路装置の製造方法に関する。
半導体素子等の回路素子を樹脂封止する方法としては、ケース材の内部に回路素子を収納させる方法と、エポキシ樹脂等の封止樹脂により回路素子を樹脂封止する方法とがある。近年に於いては、生産性等の観点から樹脂封止による封止方法が多用されている。回路素子を樹脂封止する工程では、モールド金型のキャビティに回路素子等を収納させた後に、液状の封止樹脂をキャビティに注入して回路素子を樹脂封止している（例えば特許文献１）。
図９を参照して、この様な樹脂封止の工程を説明する。図９（Ａ）は樹脂封止の工程を示す断面図であり、図９（Ｂ）は製造された回路装置２００の構成を示す断面図である。
図９（Ａ）を参照して、上面に半導体素子２０４が固着されたアイランド２０２は、上金型２２４と下金型２２６とを当接させることにより形成されるキャビティ２１４の内部に収納されている。また、ランナー２１８を経由してキャビティ２１４と連通するポッド２２０が下金型２２６に形成されており、このポッド２２０にはタブレット２２８が形成されている。タブレット２２８は、粒状の熱硬化性樹脂やフィラー等を加圧成形することで形成されたもので、円柱状の形状を呈している。
上記した金型は、ポッド２２０に収納されたタブレット２２８が溶融する温度以上に加熱されているので、ポッド２２０に収納されたタブレット２２８は徐々に溶融されて液状の封止樹脂となる。そして、プランジャー２２２で加圧された液状の封止樹脂は、ランナー２１８およびゲート２１６を経由してキャビティ２１４に供給され、半導体素子２０４およびアイランド２０２が封止樹脂により封止される。また、封止樹脂の注入に伴い、キャビティ２１４の内部の空気は、エアベント２５６を介して外部に放出される。
図９（Ｂ）に、上記工程により樹脂封止された回路装置２００を示す。封止樹脂２０８により、アイランド２０２、半導体素子２０４、金属細線２０６およびリード２１０が樹脂封止されている。また、耐圧性および耐湿性を確保するために、アイランド２０２の裏面も全面的に封止樹脂２０８により被覆されている。
特開平１１−３４０２５７号公報
しかしながら、上記した封止方法では、アイランド２０２の下面が被覆されない問題があった。具体的には、図９（Ｂ）を参照して、半導体素子２０４から発生した熱をアイランド２０２および封止樹脂２０８を経由して良好に外部に放出させるためには、アイランド２０２の下面を被覆する封止樹脂２０８を薄くした方がよい。例えば、アイランド２０２の下面を被覆する封止樹脂２０８の厚みを０．５ｍｍ程度以下に薄くすると、装置全体の放熱性が向上される。しかしながら、図９（Ａ）を参照して、このようにするためには、樹脂封止の工程に於いて、アイランド２０２の下面と下金型２２６の内壁との間隙を狭くする必要があり、この間隙に封止樹脂が充填されない恐れがある。封止樹脂が充填されない領域が発生すると、この領域がボイドとなり不良が発生する。
また、キャビティ２１４に封止樹脂を注入する際に、封止樹脂に与える圧力を高めると、アイランド２０２の下方の狭い間隙に封止樹脂を充填することができる可能性もある。しかしながら、封止樹脂を注入する圧力を高めると、直径が数十μｍ程度の細い金属細線２０６が断線してしまう恐れがある。
本発明は上記した問題点を鑑みて成されたものであり、樹脂封止する際のボイドの発生を抑制する樹脂シートおよびそれを用いた回路装置の製造方法を提供することにある。
本発明は、熱硬化性樹脂を含む粉末状の樹脂材料を加圧して形成され、回路素子を樹脂封止する工程で用いられる厚みが０．６ｍｍ以下の樹脂シートであり、モールド金型を用いて前記回路素子を樹脂封止する際に、前記回路素子と共に前記モールド金型のキャビティの内部に配置され、溶融して加熱硬化されることにより、前記回路素子を封止する封止樹脂の一部を構成し、粉末状の前記樹脂材料を常温にて加圧加工することで形成されることを特徴とする。
本発明は、モールド金型を用いて回路素子を樹脂封止する回路装置の製造方法に於いて、熱硬化性樹脂を含む粉末状の樹脂材料を常温にて加圧して形成され、厚みが０．６ｍｍ以下の樹脂シートを用意する工程と、前記回路素子と共に前記樹脂シートを前記モールド金型のキャビティに収納し、溶融した樹脂シートを含む封止樹脂により前記回路素子を封止する工程と、を備えることを特徴とする。
本発明の樹脂シートは、モールド金型を使用した射出成形により回路素子を樹脂封止する際に、射出された封止樹脂が充填されにくい間隙に配置される。この様にすることで、加熱して溶融された樹脂シートが間隙に充填されるので、この間隙に封止樹脂が行き渡らないことによるボイドの発生が防止できる。
＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本実施の形態では、樹脂シート１０の構成及びその製造方法を説明する。図１（Ａ）は樹脂シート１０を示す斜視図であり、図１（Ｂ）は樹脂シート１０の断面図であり、図１（Ｃ）は樹脂シート１０の製造方法を示す断面図である。
図１（Ａ）を参照して、本実施の形態の樹脂シート１０は、熱硬化性樹脂を主成分とする粒状の粉末樹脂を加圧加工して成形されたものであり、シート状を呈している。樹脂シート１０は、半導体素子等の回路素子を、モールド金型を用いて樹脂封止する際に使用され、回路素子を封止する封止樹脂の一部分を構成する。
本実施の形態の樹脂シート１０は、様々なタイプの回路装置の樹脂封止に適用できるが、例えば、上面に多数の回路素子が配置された回路基板が樹脂封止される混成集積回路装置や、半導体素子が実装されたアイランドが樹脂封止されるリードフレーム型の半導体装置に適用できる。
混成集積回路装置に樹脂封止が適用される場合は、図３（Ａ）を参照して、樹脂シート１０（図３（Ａ）では樹脂シート５２）は、上面に多数個の回路素子が組み込まれた回路基板２２の下面と、下金型４４との間に配置される。そして、図４（Ｂ）を参照して、溶融した樹脂シート５２から成る第２封止樹脂２４Ｂにより、回路基板２２の下面が薄く被覆される。この第２封止樹脂２４Ｂは、ゲート５４から注入される第１封止樹脂２４Ａと共に、回路素子および回路基板２２を一体的に被覆する封止樹脂の一部を構成している。
リードフレーム型の半導体装置に適用される場合は、図７（Ａ）を参照して、樹脂シート１０（紙面上では樹脂シート１０２）は、上面に半導体素子８０が固着されたアイランド７２の下面と、下金型９４の内壁下面との間に配置される。そして、図８（Ｂ）を参照して、溶融した樹脂シート１０２から成る第２封止樹脂７４Ｂにより、アイランド７２の下面が被覆され、第２封止樹脂７４Ｂは全体を被覆する封止樹脂の一部を構成している。
上記のように、本実施の形態では、回路基板やアイランドの下面と、下金型内壁との間に樹脂シート１０を介在させ、溶融した後に加熱硬化した樹脂シート１０により回路基板やアイランドの下面を薄く被覆している。従って、回路基板やアイランドの下面と金型内壁との間隙が、例えば０．３ｍｍ程度に極めて狭くても、溶融した樹脂シート１０によりこの間隙を充填させることができる。結果的に、回路基板やアイランドの裏面を被覆する封止樹脂の厚みを薄くすることが可能となり、回路装置に内蔵される回路素子から発生した熱を、薄い封止樹脂を介して好適に外部に放出することができる。
樹脂シート１０の平面的な大きさ（Ｌ１×Ｌ２）は、樹脂シート１０が使用される回路装置の種類により異なる。例えば、図２に示されるような混成集積回路装置２０の樹脂封止に適用される場合は、樹脂シート１０のサイズは混成集積回路装置２０（図２（Ｃ）参照）と同等とされ、Ｌ１×Ｌ２＝６０ｍｍ×４０ｍｍ程度である。また、図５に示されるような回路装置７０の樹脂封止に適用される場合は、樹脂シート１０の平面的なサイズはアイランド７２と同等とされ、例えばＬ１×Ｌ２＝１０ｍｍ×１０ｍｍ程度である。
樹脂シート１０の厚みＬ３は、例えば０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である。樹脂シート１０の厚みを０．６ｍｍ以下とすることで、図４（Ａ）に示すように、溶融した樹脂シート５２から成る第２封止樹脂２４Ｂにより、回路基板２２の裏面を薄く樹脂封止することができる。一方、樹脂シート１０の厚みを０．１ｍｍ以上とすることで、樹脂シート１０の剛性が一定以上に確保され、輸送段階における樹脂シート１０の割れ等が抑制される。また、更に好適な樹脂シート１０の厚みは、０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であり、この様にすることで上記したメリットが更に大きくなる。
更に、樹脂シート１０の厚みＬ３は、溶融した樹脂シート１０から成る封止樹脂が回路基板やアイランドを被覆する厚みよりも厚く設定される。具体的には、図３（Ａ）を参照して、回路基板２２の下面と下金型４４との間に配置される樹脂シート１０（５２）の厚みＴ２は、例えば０．４ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である。一方、図３（Ｃ）を参照して、軟化して溶融した後の樹脂シート５２の厚さＴ３は０．１ｍｍ以上０．３ｍｍであり、溶融する前の樹脂シート５２よりも薄くなっている。この様にすることで、回路基板２２の下面に押圧された状態で樹脂シート５２が溶融されるので、溶融した樹脂シート１０によりボイド無く回路基板２２の下面が被覆される。
図１（Ｂ）は、樹脂シート１０の一部を拡大して示す断面図である。この図を参照して、樹脂シート１０は、多数の粒状の粉末樹脂１８から構成されている。この粉末樹脂１８は、フィラー等の添加剤が添加されたエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成り、各粉末樹脂１８の直径は例えば１．０ｍｍ以下である。即ち、粉末樹脂１８は、網目の大きさが１．０ｍｍ×１．０ｍｍのふるいを通過するものが採用される。
更に、樹脂シート１０では、粉末樹脂１８の充填率（樹脂シート１０全体の容積に対して粉末樹脂１８が占める割合）は９９％以上である。一般的な樹脂封止に使用されるペレットの充填率が９５％程度であることを考慮すると、本実施の形態の樹脂シート１０における粉末樹脂１８の充填率は非常に高い。この様に樹脂シート１０の充填率を高くすることにより、樹脂シート１０を溶融して形成される封止樹脂にボイドが形成されることが抑制される。
図１（Ｃ）の断面図を参照して、上記した樹脂シート１０の製造方法を説明する。先ず、粉末状の粉末樹脂１８を用意する。具体的には、粉末状の熱硬化性樹脂、フィラーや離型剤等の材料を所定量計量した後に、混合機によりこれらの材料を混合する。更に、混合された材料を加熱して一体の状態にした後に破砕することにより、粉末状の樹脂材料が形成される。更に、網の目が１．０ｍｍ×１．０ｍｍのふるいを通過する樹脂材料を粉末樹脂１８として採用している。ここで、粉末樹脂１８を構成する熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック・ビフェニール、ジシクロペンタジエン等が採用される。更に、粉末樹脂１８に混入されるフィラーの割合は、７０重量％以上９０重量％以下である。そして、フィラーの種類としては、結晶シリカと破砕シリカの混合物が採用されているが、溶融シリカ、アルミナまたは窒化ケイ素が採用されても良い。更に、混入されるフィラーの平均粒径は、例えば、２０μｍ以上３０μｍ以下である。
上記構成の粉末樹脂１８は、金型を使用して加圧成型（打錠加工）することにより、シート状に成形される。具体的には、ステンレス等の金属から成る上金型１４および下金型１６から構成される金型を用いて打錠加工を行っている。下金型１６は、上面が平坦面である台座２０と、台座２０の上面に載置された枠状の枠金型１２から構成されている。また、上金型１４は上下方向に可動であり、枠金型１２の開口部と嵌合する形状を呈している。枠金型１２の開口部の平面的なサイズは、成形される樹脂シート１０のサイズと同等である。
上記した組成の粉末樹脂１８は、枠金型１２の開口部に所定量収納されて平坦化される。次に、上金型１４を下降させて所定の圧力を粉末樹脂１８に対して与えることにより、粉末樹脂１８を一体化させて図１（Ａ）に示す樹脂シート１０が成形される。ここで、上金型１４が樹脂粉末に与える圧力は、数十トン程度である。また、本工程は、金型を加熱することなく、常温の雰囲気下で行われる。
上記したように、本実施の形態の樹脂シート１０は、背景技術におけるペレット（図９（Ａ）参照）と同様に、粉末状の樹脂材料を加圧成形することで得られるが、樹脂封止の際に使用される方法が大きく異なる。具体的には、図９（Ａ）を参照して、ペレット２２８により樹脂封止する場合は、先ず、キャビティ２１４の外部に位置するポッド２２０にてペレット２２８を溶融させる。そして、溶融したペレット２２８から成る液状の封止樹脂を、ランナー２１８およびゲート２１６を経由してキャビティ２１４に注入し、半導体素子２０４およびアイランド２０２を樹脂封止している。この場合、アイランド２０２と下金型２２６の内壁下面との間隙が狭いと、この間隙に注入された封止樹脂が十分に行き渡らない恐れがある。
一方、本実施の形態の樹脂シート１０は、図３（Ａ）を参照して、半導体素子等の回路素子と共に、金型４０のキャビティ４６の内部に収納される。具体的には、上面に回路素子が組み込まれた回路基板２２の下面と、下金型４４の内壁下面との間に、樹脂シート１０（５２）が挟み込まれている。そして、溶融した樹脂シート５２により回路基板２２の下面が薄く被覆される。この様にすることで、回路基板２２の下方の間隙が０．３ｍｍ程度に極めて狭くても、溶融した樹脂シート５２によりこの間隙が充填されるので、回路基板２２の下方におけるボイドの発生が抑制される。この様に狭い間隙に配置させるために、樹脂シート１０は、一般的に使用されるペレットよりも極めて薄く形成されている。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、上記した構成の樹脂シートが、上面に複数の回路素子が実装された回路基板を被覆する封止樹脂に適用された場合に関して説明する。
図２を参照して、上記した樹脂シートが適用された混成集積回路装置２０の構成を説明する。図２（Ａ）は混成集積回路装置２０の斜視図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＸ−Ｘ’線に於ける断面図であり、図２（Ｃ）は封止樹脂の構成を説明するための断面図である。
図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照して、混成集積回路装置２０では、回路基板２２の上面に、導電パターン２６と回路素子から成る混成集積回路が構築され、この回路と接続されたリード２７が外部に導出している。更に、回路基板２２の上面に構築された混成集積回路、回路基板２２の上面、側面および下面は、熱硬化性樹脂から成る封止樹脂２４により一体的に被覆されている。
回路基板２２は、アルミニウムや銅等の金属から成る基板であり、具体的な大きさは、例えば縦×横×厚さ＝６１ｍｍ×４２．５ｍｍ×１．５ｍｍ程度である。ここで、回路基板２２の材料として金属以外が採用されても良く、例えば、セラミックや樹脂材料が回路基板２２の材料として採用されても良い。
絶縁層２８は、回路基板２２の表面全域を覆うように形成されている。絶縁層２８は、フィラーが高充填されたエポキシ樹脂から成る。導電パターン２６は厚みが５０μｍ程度の銅等の金属膜から成り、所定の電気回路が実現されるように絶縁層２８の表面に形成される。また、リード２７が導出する辺に、導電パターン２６からなるパッドが形成される。
半導体素子３０Ａおよびチップ素子３０Ｂの回路素子は、半田等の接合材を介して、導電パターン２６の所定の箇所に固着されている。半導体素子３０Ａとしては、トランジスタ、ＬＳＩチップ、ダイオード等が採用される。ここでは、半導体素子３０Ａと導電パターン２６とは、金属細線３２を介して接続される。チップ素子３０Ｂとしては、チップ抵抗やチップコンデンサ等が採用される。チップ素子３０Ｂの両端の電極は、半田等の接合材を介して導電パターン２６に固着されている。
リード２７は、回路基板２２の周辺部に設けられたパッドに固着され、入力信号や出力信号が通過する外部接続端子として機能している。図２（Ｂ）を参照すると、回路基板２２の対向する２つの辺に沿って多数個のリード２７が設けられている。
封止樹脂２４は、熱硬化性樹脂を用いるトランスファーモールドにより形成される。図２（Ｂ）では、封止樹脂２４により、導電パターン２６、半導体素子３０Ａ、チップ素子３０Ｂ、金属細線３２が封止されている。そして、回路基板２２の上面、側面および下面が封止樹脂２４により被覆されている。封止樹脂２４を構成する材料は、上記した樹脂シート１０と同様である。
図２（Ｃ）を参照して、封止樹脂２４に関して更に説明する。封止樹脂２４は、第１封止樹脂２４Ａと、第２封止樹脂２４Ｂとから成る。紙面では、第１封止樹脂２４Ａと第２封止樹脂２４Ｂとの境界が描かれているが、実際の回路装置では両者は一体化している。詳細は下記するが、第１封止樹脂２４Ａは金型のキャビティに液状の樹脂を注入することで形成され、第２封止樹脂２４Ｂは回路基板２２の下面に配置された樹脂シートを溶融することで形成される。回路基板２２の下面を被覆する第２封止樹脂２４Ｂの厚みＴ１は、例えば０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であり非常に薄い。薄い第２封止樹脂２４Ｂは熱抵抗も小さくなるので、半導体素子等の回路素子から放出された熱は、回路基板２２および第２封止樹脂２４Ｂを経由して良好に外部に放出される。
本実施の形態では、第２封止樹脂２４Ｂに含まれるフィラーは、第１封止樹脂２４Ａに含まれるフィラーよりも均一に分散した状態となっている。具体的には、第１封止樹脂２４Ａは、金型のキャビティに液状の樹脂を注入することにより形成される。従って、液状の熱硬化性樹脂の流動が阻まれる領域では、フィラーが滞留して比較的密な状態となる。例えば、チップ素子３０Ｂや半導体素子３０Ａが配置された領域Ａ１では、液状の封止樹脂の流動がこれらの素子により阻まれて、フィラーが密な状態となる。一方、半導体素子等の回路素子が配置されていない領域Ａ２では、封止樹脂の流動が良好であるので、領域Ａ１や第２封止樹脂２４Ｂよりも比較的疎にフィラーが配置される。
一方、回路基板２２の下面を被覆する第２封止樹脂２４Ｂは、射出成形により形成されるのではなく、回路基板２２の下面に配置された樹脂シートを溶融して加熱硬化することで形成される。従って、第２封止樹脂２４Ｂは樹脂封止の工程にて基本的には流動しないので、第２封止樹脂２４Ｂ全域にわたり比較的均一にフィラーが充填される。このことにより、第２封止樹脂２４Ｂの熱抵抗が全体にわたり均一となるので、回路基板２２下面からの放熱が全体的に良好となる。
図２（Ｃ）を参照すると、回路基板２２の下面全面と側面の下部の一部が、第２封止樹脂２４Ｂにより被覆されているが、回路基板２２の下面のみが第２封止樹脂２４Ｂにより被覆され、回路基板２２の側面および上面は第１封止樹脂２４Ａにより被覆されても良い。更には、回路基板２２の下面の中心部付近が第２封止樹脂２４Ｂにより被覆され、回路基板２２の上面、側面及び下面の周辺部が第１封止樹脂２４Ａにより被覆されても良い。
図３および図４を参照して、上記した構成の混成集積回路装置の製造方法を説明する。
図３を参照して、先ず、上面に混成集積回路が組み込まれた回路基板２２を金型４０のキャビティ４６の内部に収納させる。図３（Ａ）は本工程を示す断面図であり、図３（Ｂ）は樹脂シート５２が溶融する前の状態を示す拡大断面図であり、図３（Ｃ）は樹脂シート５２が溶融した後の状態を示す拡大断面図である。
図３（Ａ）を参照して、アルミニウム等の金属から成る矩形形状の回路基板２２の上面には、エッチングにより所定形状とされた導電パターンが形成されている。そして、導電パターンの所定位置に、半導体素子等の多数の回路素子を固着して混成集積回路が形成されている。
図３（Ｂ）を参照して、ここでは、樹脂シート５２を下金型４４の内壁に載置した後に、この樹脂シート５２の上面に回路基板２２を載置している。そして、上金型４２と下金型４４とを当接させることで、キャビティ４６の内部に回路基板２２が収納される。また、回路基板２２の両側辺から導出するリード２７は、上金型４２と下金型４４に狭持されて固定されている。この様に上下金型によりリード２７が狭持されることにより、キャビティ４６の内部における回路基板２２の上下方向および左右方向の位置が固定されている。尚、この工程の初期段階に於いては、樹脂シート５２は、粒状の熱硬化性樹脂が加圧加工された固体の状態である。また、金型４０には不図示のヒータが装備されており、樹脂シート５２が溶融して加熱硬化する温度（例えば１７０℃以上）に金型４０は加熱されている。この金型４０の加熱は、樹脂シート５２を載置する前から開始しても良いし、樹脂シート５２を載置して後から開始しても良い。
図３（Ｂ）を参照して、樹脂シート５２の厚みＴ２は、製造される混成集積回路装置２０にて回路基板２２の下面を被覆する封止樹脂の厚み（図２（Ｃ）に示したＴ１）よりも厚く形成されている。具体的には、図２（Ｃ）に示した封止樹脂の厚みＴ１が０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の場合は、樹脂シート５２の厚さＴ２は０．４ｍｍ以上０．６ｍｍ以下に設定される。一方、上記したように、キャビティ４６の内部に於ける回路基板２２の位置は、金型によりリード２７が狭持されることで固定される。従って、リード２７の形状および位置は、回路基板２２の下面と下金型４４の内壁上面との距離が、Ｔ１（図２（Ｃ）参照）と成るように設定されている。このことから、下金型４４に樹脂シート５２と回路基板２２とを重畳して載置して、金型４０によりリード２７を狭持すると、上方から下方に押し曲げる応力によりリード２７が弾性変形し、結果的に回路基板２２の下面により樹脂シート５２が下金型４４に押しつけられて固定される。この図では、金型により狭持されることで、弾性変形したリード２７の状態を示している。
金型４０は上記したように加熱されているので、時間の経過と共に樹脂シート５２は溶融して軟化し、液状又は半固形状の樹脂シート５２により回路基板２２の下面は被覆される。
また、図３（Ｃ）を参照して、上記したようにリード２７は弾性変形した状態で金型に狭持されているので、樹脂シート５２が軟化して支持力を失うと、リード２７の形状が元に戻り、回路基板２２が下方に沈み込む。そして、回路基板２２の沈み込みと共に、軟化した樹脂シート５２の一部分は回路基板２２の下方から側方へ移動し、回路基板２２の側面の下端付近を被覆する。この様に、沈み込んだ回路基板２２の下面を被覆する樹脂シート５２の厚みＴ３は、例えば０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であり、図１（Ｃ）に示す封止樹脂の厚みＴ１と同等である。
また、図３（Ａ）を参照すると、樹脂シート５２の平面的な大きさは回路基板２２よりも大きく形成され、樹脂シート５２の周辺部は回路基板２２から側方にはみ出ている。この様に樹脂シート５２を回路基板２２よりも平面的に大きく形成することで、溶融した樹脂シート５２により回路基板２２の下面が全面的に被覆されると共に、回路基板２２の側面も含めて被覆される。
ここで、樹脂シート５２の平面的な大きさは、樹脂シート５２と同等でも良いし、樹脂シート５２よりも若干小さくても良い。樹脂シート５２が回路基板２２よりも小さい場合は、回路基板２２の中心部付近が樹脂シート５２により被覆され、回路基板２２の下面の周辺部は、後の工程にて注入される樹脂により被覆される。
図４（Ａ）を参照して、次に、キャビティ４６に封止樹脂を注入する。具体的には、下金型４４に設けたポッド５０Ａに、タブレット５８を投入して加熱溶融した後に、プランジャー６０にてタブレット５８を加圧する。タブレット５８は、上記した樹脂シート５２と同様の組成であり、フィラー等の添加物が混入された粉状の熱硬化性樹脂を円柱状に加圧成型したものである。上記したように、金型は１７０℃程度以上に加熱されているので、ポッド５０Ａにタブレット５８を投入すると、タブレット５８は徐々に溶融する。溶融して液状または半固形状の状態となった封止樹脂がランナー４８を流通してゲート５４を通過した後に、キャビティ４６に供給される。以下の説明では、ゲート５４から供給される封止樹脂を第１封止樹脂２４Ａと称し、溶融した樹脂シート５２から成る封止樹脂を第２封止樹脂２４Ｂと称する。
図４（Ｂ）を参照して、注入された液状の第１封止樹脂２４Ａは、キャビティ４６に充填される。ここで、金型の温度は、第１封止樹脂２４Ａが加熱硬化する温度よりも高温となっているので、キャビティ４６に充填された第１封止樹脂２４Ａは時間の経過と共に重合して硬化する。この図に示すように、樹脂シート５２から成る第２封止樹脂２４Ｂにより回路基板２２の下面と側面の下部が被覆されている場合は、回路基板２２の上面および側面の上部が第２封止樹脂２４Ｂにより被覆される。一方、第２封止樹脂２４Ｂにより回路基板２２の下面のみが被覆される場合は、回路基板２２の上面と側面が全面的に第１封止樹脂２４Ａにより被覆される。また、第２封止樹脂２４Ｂにより回路基板２２の中心部付近のみが部分的に被覆される場合は、回路基板２２の上面、側面および下面の周辺部が第１封止樹脂２４Ａにより被覆される。
金型にて加熱することにより、第１封止樹脂２４Ａおよび第２封止樹脂２４Ｂの両方が十分に重合して加熱硬化したら、上金型４２と下金型４４とを離間させ、成型品である混成集積回路装置を取り出す。その後に、エアベント５６およびランナー４８に充填された部分の封止樹脂２４を、封止樹脂２４本体から分離する。
図４（Ｂ）を参照すると、第１封止樹脂２４Ａと第２封止樹脂との境界が示されている。しかしながら、回路基板２２の下面に充填された第２封止樹脂２４Ｂと、ゲート５４から注入される第１封止樹脂２４Ａとは、液状または半固形状の状態で混合されるので、両者は一体化して形成されている。ここで、第１封止樹脂２４Ａおよび第２封止樹脂２４Ｂが、溶融されてから硬化するまでに必要とされる時間は１０秒〜２０秒程度である。
本工程では、樹脂シート５２を溶融させた第２封止樹脂２４Ｂを、ゲート５４から注入される第１封止樹脂２４Ａよりも先に加熱硬化させている。この様にすることで、回路基板２２の大部分を被覆する第１封止樹脂２４Ａの硬化収縮により、第１封止樹脂２４Ａと第２封止樹脂２４Ｂとの境界部分に加圧力を加え、この部分の耐湿性を確保することができる。一方、第２封止樹脂２４Ｂが第１封止樹脂２４Ａよりも後に硬化収縮してしまうと、第２封止樹脂２４Ｂに作用する硬化収縮により、前記境界部分にクラックが発生して耐湿性が劣化してしまう恐れがある。
第２封止樹脂２４Ｂを第１封止樹脂２４Ａよりも先に硬化させる方法としては、これらの樹脂を加熱する時間を調整する方法と、樹脂の組成を調整する方法がある。上記した実施の形態では、第２封止樹脂２４Ｂと成る樹脂シート５２を先にキャビティ４６の内部にて加熱し、その後に、第１封止樹脂２４Ａとなるタブレット５８をポッド５０Ａに投入している。また、樹脂の組成を調整する場合は、樹脂シート５２に含まれる熱硬化性樹脂として、タブレット５８に含まれる熱硬化性樹脂よりも、加熱硬化に必要とされる時間が短いものを採用する。この場合は、樹脂シート５２とタブレット５８とが加熱され始めるタイミングを同時にしても良い。
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態に示した樹脂シート１０が、リードフレーム型の回路装置を構成する封止樹脂に適用された場合に関して説明する。
図５を参照して、本発明の回路装置の製造方法により製造される回路装置７０の構成を説明する。図５（Ａ）は回路装置７０の平面図であり、図５（Ｂ）は断面図である。
図５（Ａ）および図５（Ｂ）を参照して、回路装置７０は、半導体素子８０と、半導体素子８０が実装されるアイランド７２と、金属細線８２を経由して半導体素子８０と接続されるリード７８と、これらを一体的に樹脂封止する封止樹脂７４とを備えている。
半導体素子８０は、例えば、上面に多数個の電極が形成されたＩＣ、ＬＳＩまたはディスクリートのトランジスタであり、アイランド７２の上面に固着されている。半導体素子８０の平面的な大きさは、大規模な電気回路が組み込まれたＬＳＩが採用されると、１０ｍｍ×１０ｍｍ以上と成る場合もある。半導体素子８０の裏面は、半田や導電性ペースト等の導電性固着材またはエポキシ樹脂等の絶縁性固着材を介して、アイランド７２の上面に接着される。
アイランド７２は、回路装置７０の中心部付近に四角形形状に形成され、上面に固着される半導体素子８０よりも若干大きく形成される。例えば、上面に固着される半導体素子８０のサイズが１０ｍｍ×１０ｍｍであれば、アイランド７２のサイズは１２ｍｍ×１２ｍｍ程度とされる。また、アイランド７２の裏面は封止樹脂７４により薄く被覆されている。更に、アイランド７２の４隅から外側に向かって吊りリード８６が延在しているが、この吊りリード８６は製造工程にてアイランド７２を機械的に支持するためのものである。
リード７８は、金属細線８２を経由して半導体素子８０の電極と接続され、一端が封止樹脂７４から外部に露出している。ここでは、半導体素子８０を囲むように多数個のリード７８が配置されている。
封止樹脂７４は、熱硬化性樹脂を用いるトランスファーモールドにより形成される。図５（Ｂ）では、封止樹脂７４により、半導体素子８０、金属細線８２、リード７８の一部、アイランド７２の側面および下面が封止樹脂７４により被覆されている。封止樹脂７４の組成は、第２の実施の形態と同様でよい。
図５（Ｂ）を参照して、封止樹脂７４は、第１封止樹脂７４Ａと、第２封止樹脂７４Ｂとから成る。紙面では、第１封止樹脂７４Ａと第２封止樹脂７４Ｂとの境界が描かれているが、実際の回路装置では両者は一体化している。詳細は下記するが、第１封止樹脂７４Ａは金型のキャビティに液状の樹脂を注入することで形成され、第２封止樹脂７４Ｂはアイランド７２の下面に配置された樹脂シートを溶融することで形成される。アイランド７２の下面を被覆する第２封止樹脂７４Ｂの厚みＴ４は、例えば０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であり非常に薄い。薄い第２封止樹脂７４Ｂは熱抵抗も小さくなるので、半導体素子８０から放出された熱は、アイランド７２および第２封止樹脂７４Ｂを経由して良好に外部に放出される。
本実施の形態では、第２封止樹脂７４Ｂに含まれるフィラーは、第１封止樹脂７４Ａに含まれるフィラーよりも均一に分散した状態となっている。具体的には、第１封止樹脂７４Ａは、金型のキャビティに液状の樹脂を注入することにより形成される。従って、液状の熱硬化性樹脂の流動が阻まれる領域では、フィラーが滞留して比較的密な状態となる。例えば、半導体素子８０や金属細線８２が配置された領域Ａ１では、液状の封止樹脂の流動がこれらの素子により阻まれて、フィラーが密な状態となる。これに対して、半導体素子が配置されていない領域Ａ２では、封止樹脂の流動が良好であるので、領域Ａ１や第２封止樹脂７４Ｂよりも比較的疎にフィラーが配置される。従って、第１封止樹脂７４Ａの第２領域Ａ２では、局所的に熱伝導性が劣る恐れがある。
一方、アイランド７２の下面を被覆する第２封止樹脂７４Ｂは、射出成形により形成されるのではなく、アイランド７２の下面に配置された樹脂シートを溶融して加熱硬化することで形成される。従って、第２封止樹脂７４Ｂは樹脂封止の工程にて基本的には流動しないので、第２封止樹脂７４Ｂ全域にわたり比較的均一にフィラーが充填される。このことにより、第２封止樹脂７４Ｂの熱抵抗が全体にわたり均一となるので、アイランド７２下面からの放熱が全体的に良好となる。
図５（Ｂ）を参照すると、アイランド７２の下面全面と側面の下部の一部が、第２封止樹脂７４Ｂにより被覆されているが、アイランド７２の下面のみが第２封止樹脂７４Ｂにより被覆され、アイランド７２の側面および上面周辺部は第１封止樹脂７４Ａにより被覆されても良い。更には、アイランド７２の下面の中心部付近が第２封止樹脂７４Ｂにより被覆され、アイランド７２の上面周辺部、側面及び下面の周辺部が第１封止樹脂７４Ａにより被覆されても良い。
図６から図８を参照して、上記した構成の回路装置の製造方法を説明する。
図６を参照して、先ず、所定形状のリードフレーム１２０を用意し、リードフレーム１２０に形成された各ユニット１２４に半導体素子８０を接続する。図６（Ａ）はリードフレーム１２０を示す平面図であり、図６（Ｂ）はリードフレーム１２０に含まれるユニット１２４を示す平面図であり、図６（Ｃ）はユニット１２４の断面図である。
図６（Ａ）を参照して、リードフレーム１２０は、厚みが０．３ｍｍ程度の銅等の金属から成る金属板に対して、エッチング加工又はプレス加工を施すことにより、所定形状に形成されている。また、リードフレーム１２０は、全体として短冊形形状を呈している。リードフレーム１２０には、複数個のブロック１２２が互いに離間して複数個配置されている。
図６（Ｂ）を参照して、ブロック１２２の内部には、縦方向および横方向に連結部１２６、１２８が格子状に延在している。そして、連結部１２６、１２８により囲まれる領域の内部にユニット１２４が形成される。具体的には、連結部１２６、１２８から一体的にリード７８がユニット１２４の内部に向かって延在している。そして、ユニット１２４の中央部付近に四角形形状のアイランド７２が形成され、このアイランド７２の４隅は吊りリード８６を介して連結部１２６、１２８と連続している。ここで、アイランド７２と連結部とを連結する連結手段としては、通常のリード７８が採用されても良い。
図６（Ｃ）を参照して、個々のユニット１２４に含まれるアイランド７２の上面には半導体素子８０が固着される。半導体素子８０の上面に設けられた電極は、金属細線８２を経由してリード７８と接続される。
図７を参照して、次に、上面に半導体素子８０が固着されたアイランド７２を金型９０のキャビティ９６の内部に収納させる。図７（Ａ）は本工程を示す断面図であり、図７（Ｂ）は樹脂シート１０２が溶融する前の状態を示す拡大断面図であり、図７（Ｃ）は樹脂シート１０２が溶融した後の状態を示す拡大断面図である。
図７（Ａ）を参照して、ここでは、樹脂シート１０２を下金型９４の内壁下面に載置した後に、この樹脂シート１０２の上面にアイランド７２を載置している。そして、上金型９２と下金型９４とを当接させることで、キャビティ９６の内部にアイランド７２が収納される。また、アイランド７２から連続する吊りリード８６は、上金型９２と下金型９４に狭持されて固定されている。この様に上下金型により吊りリード８６が狭持されることにより、キャビティ９６の内部におけるアイランド７２の上下方向および左右方向の位置が固定されている。尚、この工程の初期段階に於いては、樹脂シート１０２は、粒状の樹脂材料が加圧加工された固体の状態である。また、金型９０には不図示のヒータが装備されており、樹脂シート１０２が溶融して加熱硬化する温度（例えば１７０℃以上）に金型９０は加熱されている。この金型９０の加熱は、樹脂シート１０２を載置する前から開始しても良いし、樹脂シート１０２を載置して後から開始しても良い。
樹脂シート１０２の組成としては、金型のキャビティ９６に注入される封止樹脂と同様でも良いし、異なっても良い。例えば、アイランド７２の裏面からの放熱を良好にするために、樹脂シート１０２に含まれるフィラーの割合を、後に注入される封止樹脂よりも多くしても良い。
図７（Ｂ）を参照して、樹脂シート１０２の厚みＴ５は、製造される回路装置７０に於いてアイランド７２の下面を被覆する封止樹脂の厚み（図５（Ｃ）に示したＴ４）よりも厚く形成されている。具体的には、図５（Ｃ）に示した封止樹脂の厚みＴ４が０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の場合は、樹脂シート１０２の厚さＴ５は０．５ｍｍ以上０．６ｍｍ以下に設定される。一方、上記したように、キャビティ９６の内部に於けるアイランド７２の位置は、金型により吊りリード８６が狭持されることで固定される。従って、吊りリード８６の形状および位置は、アイランド７２の下面と下金型９４の内壁上面との距離が、Ｔ４（図５（Ｃ）参照）と成るように設定されている。このことから、下金型９４に樹脂シート１０２とアイランド７２とを重畳して載置して、金型９０により吊りリード８６を狭持すると、上金型９２が上方から下方に押し曲げる応力により吊りリード８６が弾性変形し、結果的にアイランド７２の下面により樹脂シート１０２が下金型９４に押しつけられて固定される。この図では、金型により狭持されることで、弾性変形した吊りリード８６の状態を示している。また、変形していない状態の吊りリード８６の形状を点線にて示している。
金型９０は上記したように加熱されているので、時間の経過と共に樹脂シート１０２は溶融して軟化し、液状又は半固形状の樹脂シート１０２によりアイランド７２の下面は被覆される。
また、図７（Ｃ）を参照して、上記したように吊りリード８６は弾性変形した状態で金型に狭持されているので、樹脂シート１０２が軟化して支持力を失うと、吊りリード８６の形状が元に戻り、アイランド７２が下方に沈み込む。そして、アイランド７２の沈み込みと共に、軟化した樹脂シート１０２の一部分はアイランド７２の下方から側方へ移動し、アイランド７２の側面の下端付近を被覆する（図５（Ｂ）参照）。この様に、沈み込んだアイランド７２の下面を被覆する樹脂シート１０２の厚みＴ６は、例えば０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であり、図１（Ｂ）に示す封止樹脂の厚みＴ４と同等である。
また、樹脂シート１０２の平面的な大きさはアイランド７２よりも大きく形成され、樹脂シート１０２の周辺部はアイランド７２から側方にはみ出ている。この様に樹脂シート１０２をアイランド７２よりも平面的に大きく形成することで、溶融した樹脂シート１０２によりアイランド７２の下面が全面的に被覆されると共に、アイランド７２の側面も含めて被覆される。
ここで、樹脂シート１０２の平面的な大きさは、樹脂シート１０２と同等でも良いし、樹脂シート１０２よりも若干小さくても良い。樹脂シート１０２がアイランド７２よりも小さい場合は、アイランド７２下面の中心部付近が樹脂シート１０２により被覆される。
図８（Ａ）を参照して、次に、キャビティ９６に封止樹脂を注入する。具体的には、下金型９４に設けたポッド１００に、タブレット１０８を投入して加熱溶融した後に、プランジャー１１０にてタブレット１０８を加圧する。タブレット１０８は、上記した樹脂シート１０２と同様の組成であり、フィラー等の添加物が混入された粉状の熱硬化性樹脂を、高さが数ｃｍ程度の筒状に加圧成型したものである。上記したように、金型は１７０℃程度以上に加熱されているので、ポッド１００にタブレット１０８を投入すると、タブレット１０８は徐々に溶融する。溶融して液状または半固形状の状態となった封止樹脂がランナー９８を流通してゲート１０４を通過した後に、キャビティ９６に供給される。以下の説明では、ゲート１０４から供給される封止樹脂を第１封止樹脂７４Ａと称し、溶融した樹脂シート１０２から成る封止樹脂を第２封止樹脂７４Ｂと称する。
図８（Ｂ）を参照して、注入された液状の第１封止樹脂７４Ａは、キャビティ９６に充填される。ここで、金型の温度は、第１封止樹脂７４Ａが加熱硬化する温度よりも高温となっているので、キャビティ９６に充填された第１封止樹脂７４Ａは時間の経過と共に重合して硬化する。図に示すように、樹脂シート１０２から成る第２封止樹脂７４Ｂによりアイランド７２の下面と側面の下部が被覆されている場合は、アイランド７２の上面周辺部および側面の上部が第２封止樹脂７４Ｂにより被覆される。一方、第２封止樹脂７４Ｂによりアイランド７２の下面のみが被覆される場合は、アイランド７２の上面周辺部と側面が全面的に第１封止樹脂７４Ａにより被覆される。また、第２封止樹脂７４Ｂによりアイランド７２の中心部付近のみが部分的に被覆される場合は、アイランド７２の上面周辺部、側面および下面の周辺部が第１封止樹脂７４Ａにより被覆される。
金型にて加熱することにより、第１封止樹脂７４Ａおよび第２封止樹脂７４Ｂの両方が十分に重合して加熱硬化したら、上金型９２と下金型９４とを離間させ、成型品である回路装置を取り出す。その後に、エアベント１０６およびランナー９８に充填された部分の封止樹脂７４を、封止樹脂７４本体から分離する。
図８（Ｂ）を参照すると、第１封止樹脂７４Ａと第２封止樹脂との境界が示されている。しかしながら、アイランド７２の下面に充填された第２封止樹脂７４Ｂと、ゲート１０４から注入される第１封止樹脂７４Ａとは、液状または半固形状の状態で混合されるので、両者は一体化して形成されている。ここで、第１封止樹脂７４Ａおよび第２封止樹脂７４Ｂが、溶融されてから硬化するまでに必要とされる時間は１０秒〜２０秒程度である。
本工程では、樹脂シート１０２を溶融させた第２封止樹脂７４Ｂを、ゲート１０４から注入される第１封止樹脂７４Ａよりも先に加熱硬化させている。この様にすることで、アイランド７２の大部分を被覆する第１封止樹脂７４Ａの硬化収縮により、第１封止樹脂７４Ａと第２封止樹脂７４Ｂとの境界部分に加圧力を加え、この部分の耐湿性を確保することができる。
第２封止樹脂７４Ｂを第１封止樹脂７４Ａよりも先に硬化させる方法としては、これらの樹脂を加熱する時間を調整する方法と、樹脂の組成を調整する方法がある。上記した実施の形態では、加熱する時間を調整している。即ち、第２封止樹脂７４Ｂと成る樹脂シート１０２を先にキャビティ９６の内部にて加熱し、その後に、第１封止樹脂７４Ａとなるタブレット１０８をポッド５０Ａに投入している。また、樹脂の組成を調整する場合は、樹脂シート１０２に含まれる熱硬化性樹脂として、タブレット１０８に含まれる熱硬化性樹脂よりも、加熱硬化に必要とされる時間が短いものを採用する。この場合は、樹脂シート１０２とタブレット１０８とが加熱され始めるタイミングを同時にしても良い。
以上の工程により、図５に示す構成の回路装置７０が製造される。
本発明の樹脂シートを示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図であり、（Ｃ）は樹脂シートを加圧加工する状態を示す断面図である。 本発明の回路装置の製造方法により製造される混成集積回路装置を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）および（Ｃ）は断面図である。 本発明の回路装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）および（Ｃ）は拡大された断面図である。 本発明の回路装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）および（Ｂ）は断面図である。 本発明の回路装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は断面図である。 本発明の回路装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は拡大された平面図であり、（Ｃ）は断面図である。 本発明の回路装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）および（Ｃ）は拡大された平面図である。 本発明の回路装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）および（Ｂ）は断面図である。 （Ａ）は背景技術の回路装置の製造方法を示す図であり、（Ｂ）は製造される回路装置を示す断面図である。
符号の説明
１０ 樹脂シート
１２ 枠金型
１４ 上金型
１６ 下金型
１８ 粉末樹脂
２０ 混成集積回路装置
２２ 回路基板
２４ 封止樹脂
２４Ａ 第１封止樹脂
２４Ｂ 第２封止樹脂
２６ 導電パターン
２７ リード
２８ 絶縁層
３０Ａ 半導体素子
３０Ｂ チップ素子
３２ 金属細線
４０ 金型
４２ 上金型
４４ 下金型
４６ キャビティ
４８ ランナー
５０Ａ ポッド
５２ 樹脂シート
５４ ゲート
５６ エアベント
５８ タブレット
６０ プランジャー
７０ 回路装置
７２ アイランド
７４ 封止樹脂
７４Ａ 第１封止樹脂
７４Ｂ 第２封止樹脂
７８ リード
８０ 半導体素子
８２ 金属細線
８６ 吊りリード
９０ 金型
９２ 上金型
９４ 下金型
９６ キャビティ
９８ ランナー
１００ ポッド
１０２ 樹脂シート
１０４ ゲート
１０６ エアベント
１０８ タブレット
１１０ プランジャー
１２０ リードフレーム
１２２ ブロック
１２４ ユニット
１２６ 連結部
１２８ 連結部

Claims (9)

  1. 熱硬化性樹脂を含む粉末状の樹脂材料を加圧して形成され、回路素子を樹脂封止する工程で用いられる厚みが０．６ｍｍ以下の樹脂シートであり、
    モールド金型を用いて前記回路素子を樹脂封止する際に、前記回路素子と共に前記モールド金型のキャビティの内部に配置され、溶融して加熱硬化されることにより、前記回路素子を封止する封止樹脂の一部を構成し、
    粉末状の前記樹脂材料を常温にて加圧加工することで形成されることを特徴とする樹脂シート。
  2. 粉末状の前記樹脂材料の充填率が９９％以上であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂シート。
  3. 前記回路素子が配置される回路基板と、前記モールド金型の内壁との間に配置されて、溶融された後に加熱硬化されることで、前記回路基板の下面を被覆する前記封止樹脂を構成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂シート。
  4. 前記回路素子が固着されるアイランドと、前記モールド金型の内壁との間に配置されて、溶融された後に加熱硬化されることで、前記アイランドの下面を被覆する前記封止樹脂を構成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂シート。
  5. モールド金型を用いて回路素子を樹脂封止する回路装置の製造方法に於いて、
    熱硬化性樹脂を含む粉末状の樹脂材料を常温にて加圧して形成され、厚みが０．６ｍｍ以下の樹脂シートを用意する工程と、
    前記回路素子と共に前記樹脂シートを前記モールド金型のキャビティに収納し、溶融した樹脂シートを含む封止樹脂により前記回路素子を封止する工程と、を備えることを特徴とする回路装置の製造方法。
  6. 前記封止する工程では、粉末状の樹脂材料を加圧成型したペレットを加熱溶融して前記キャビティに注入し、溶融した前記ペレットおよび前記樹脂シートにより前記封止樹脂が構成され、
    前記樹脂シートを用意する工程では、前記樹脂シートは、前記ペレットよりも薄く形成されることを特徴とする請求項５に記載の回路装置の製造方法。
  7. 前記樹脂シートを用意する工程では、前記樹脂シートの充填率を９９％以上とすることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の回路装置の製造方法。
  8. 前記封止する工程では、
    前記回路素子が配置される回路基板と、前記モールド金型の内壁との間に前記樹脂シートが配置され、
    溶融された後に加熱硬化された前記樹脂シートが、前記回路基板の下面を被覆する前記封止樹脂を構成することを特徴とする請求項５から請求項７の何れかに記載の回路装置の製造方法。
  9. 前記封止する工程では、
    前記回路素子が固着されるアイランドと、前記モールド金型の内壁との間に前記樹脂シートが配置され、
    溶融された後に加熱硬化された前記樹脂シートが、前記アイランドの下面を被覆する前記封止樹脂を構成することを特徴とする請求項５から請求項７の何れかに記載の回路装置の製造方法。
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