JP7316979B2 - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体製造装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本開示は、ダイパッドの高さ位置を調整可能な半導体製造装置およびこれを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。
半導体装置では、ダイパッドの高さ位置がばらつくと封止樹脂にばらつきが生じ、絶縁特性および放熱性が低下するという問題がある。従来、絶縁特性および放熱性を担保するために、金型内に設けた可動ピンを可動させることでダイパッドの高さ位置の調整を行っている(例えば、特許文献1参照)。
特開2015-225874号公報
近年は生産性を向上させるために、1つのリードフレーム内に製造される製品数が増加しており、リードフレームの形状がさらに微細化している。そのため、リードフレーム内に存在する全てのダイパッドの高さ位置を調整するための可動ピンを金型に設けることは困難である。
したがって、ダイボンド前のリードフレームの搬送時にレーザー変位センサによりダイパッドの高さ位置を検出し、ダイパッドの高さ位置が規格値の範囲外と判定されたリードフレームを不良品として除去していた。
そこで、本開示は、リードフレームの形状が微細化した場合でも、ダイパッドの高さ位置を調整することで、リードフレームの不良品の発生を抑制可能な技術を提供することを目的とする。
本開示に係る半導体製造装置は、半導体素子が搭載されるダイパッドを有するリードフレームが上面を滑走可能な搬送レールと、前記リードフレームを保持し、前記搬送レールに沿って前記リードフレームを搬送する搬送爪と、前記搬送レールの下方または側方に設けられ、前記ダイパッドの高さ位置を検出する検出部と、前記搬送レールの上下方向にそれぞれ設けられ、前記ダイパッドの上面と、前記搬送レールに形成された、前記ダイパッドの下面を露出可能な開口を介して前記ダイパッドの下面にそれぞれ上下方向から押し当て可能な一対の可動ピンとを備え、前記検出部の検出結果に基づいて、一対の前記可動ピンは、前記ダイパッドに上下方向から押し当てることで前記ダイパッドの高さ位置を調整するものである。
本開示によれば、リードフレームの形状が微細化した場合でも、リードフレームの搬送時にダイパッドの高さ位置を調整することで、リードフレームの不良品の発生を抑制することができる。
実施の形態1に係る半導体製造装置の断面図である。 実施の形態1に係る半導体製造装置の正面図である。 搬送レールの平面図である。 リードフレームにおけるダイパッドの周辺の側面図である。 一対の可動ピンがダイパッドに押し当てられる直前の状態を示す側面図である。 一対の可動ピンがダイパッドに押し当てられた後の状態を示す側面図である。 実施の形態1におけるダイパッドの高さ位置調整動作のフローチャートである。 実施の形態2に係る半導体製造装置の断面図である。 実施の形態2に係る半導体製造装置の正面図である。 搬送レールの側方にカメラが配置された状態を示す平面図である。 実施の形態3に係る半導体製造装置の断面図である。 実施の形態3に係る半導体製造装置の正面図である。 搬送レールの平面図である。 一対の可動ピンおよび一対のクランプピンがダイパッドに押し当てられる直前の状態を示す側面図である。 一対の可動ピンおよび一対のクランプピンがダイパッドに押し当てられた後の状態を示す側面図である。 実施の形態3におけるダイパッドの高さ位置調整動作のフローチャートである。
<実施の形態1>
実施の形態1について、図面を用いて以下に説明する。図1は、実施の形態1に係る半導体製造装置100の断面図であり、搬送レール3の幅方向一端側において長手方向に沿って切断した断面図である。図2は、半導体製造装置100の正面図である。図3は、搬送レール3の平面図である。
図1と図2に示すように、半導体製造装置100は、トランスファーモールド装置の一部を構成する装置であり、搬送レール3、搬送爪4、検出部としてのレーザー変位センサ5、一対の可動ピン6、一対のモーター9、および一対のボールねじ10を備えている。
搬送レール3は正面視にて凹状に形成されている。搬送レール3は、互いに間隔をあけて対向するように配置された一対のレール部3a、および一対のレール部3aの下端部同士を接続する底面部3bを備えている。
リードフレーム1は、一対のレール部3aの上面に沿って載置され、一対のレール部3aの上面を滑走可能である。具体的には、リードフレーム1の幅方向両端部は一対のレール部3aの上面に載置され、リードフレーム1の幅方向中央部は底面部3bに対向している。リードフレーム1は、幅方向両端部が一対のレール部3aの上面に接触した状態で滑走する。また、リードフレーム1の幅方向中央部には、複数の半導体素子がそれぞれ搭載される複数のダイパッド2がリードフレーム1の長手方向に沿って形成されている。
リードフレーム1は、例えば長手方向の長さが約232mm、幅方向の長さが約75mm、厚さが約0.4mmであり、内部回路を構成可能なように主成分が銅からなる板状に形成されている。また、リードフレーム1は多列型であり、複数のダイパッド2はリードフレーム1の長手方向に沿って間隔をあけて設けられ、約1.38mmの段差を設けて長手方向に延びる形状を有している。
また、図1と図3に示すように、底面部3bの途中部には、リードフレーム1の下面の一部、具体的には、ダイパッド2の下面を露出可能な開口7が形成されている。開口7は、リードフレーム1の幅方向に並ぶ2つのダイパッド2の下面を露出可能な大きさに形成されている。
図1に示すように、搬送爪4は、リードフレーム1の長手方向一端部を保持し、図示しない駆動機構に駆動されることで搬送レール3に沿ってリードフレーム1を搬送する。リードフレーム1は、トランスファーモールド装置のマガジン分配部で搬送レール3に載置され、搬送爪4により搬送レール3に沿ってトランスファーモールド装置のリードフレーム予熱エリアへ搬送される。実施の形態1では、リードフレーム1の搬送時に、レーザー変位センサ5と一対の可動ピン6を用いてダイパッド2の高さ位置の調整が行われる。
次に、レーザー変位センサ5と一対の可動ピン6について説明する。図1に示すように、レーザー変位センサ5は、搬送レール3の開口7の下方に設けられ、開口7を介して、リードフレーム1に設けられたダイパッド2の高さ位置を検出する。
図1と図2に示すように、一対の可動ピン6は、搬送レール3の開口7を介して対向するように搬送レール3の上下方向にそれぞれ設けられている。下方に設けられた可動ピン6の周辺に、レーザー変位センサ5が設けられている。ダイパッド2はリードフレーム1の幅方向に2つ設けられており、これに合わせて一対の可動ピン6も搬送レール3の幅方向に2セット設けられている。一対の可動ピン6は、φが1mm以上3mm以下程度で、材質はSUS等である。そのため、一対の可動ピン6はリードフレーム1よりも大きな剛性を有している。
一対の可動ピン6は、それぞれ一対の板部10aを介して一対のボールねじ10に連結され、さらにそれぞれ一対のボールねじ10を介して一対のモーター9に連結されている。なお、各板部10aには、2つの可動ピン6が搬送レール3の幅方向に間隔をあけて設けられている。
さらに、半導体製造装置100は図示しないCPUを備えており、CPUは半導体製造装置100の各部を制御している。
次に、図1~図7を用いて、半導体製造装置100によるダイパッド2の高さ位置調整動作について説明する。図4は、リードフレーム1におけるダイパッド2の周辺の側面図である。図5は、一対の可動ピン6がダイパッド2に押し当てられる直前の状態を示す側面図である。図6は、一対の可動ピン6がダイパッド2に押し当てられた後の状態を示す側面図である。図7は、実施の形態1におけるダイパッド2の高さ位置調整動作のフローチャートである。
最初に、リードフレーム1が搬送レール3に載置される。次に、図7に示すように、CPUは、搬送爪4を制御し搬送動作を開始させる(ステップS1)。CPUは、ダイパッド2が開口7に到達したかどうかを判定する(ステップS2)。具体的には、レーザー変位センサ5は、搬送動作が行われている間、リードフレーム1の下面にレーザー8を照射し、リードフレーム1の高さ位置を検出している。CPUは、検出されたリードフレーム1の高さ位置に基づいてダイパッド2が開口7に到達したかどうかを判定する。
ダイパッド2が開口7に到達した場合(ステップS2においてYes)、CPUは、搬送爪4を制御し搬送動作を一時停止させて(ステップS3)、レーザー変位センサ5にダイパッド2の高さ位置を検出させる(ステップS4)。図4に示すように、レーザー変位センサ5は、ダイパッド2の下面にレーザー8を照射し、リードフレーム1における幅方向端部の高さ位置を基準としてダイパッド2の高さ位置を検出する。但し、ダイパッド2が開口7に到達していない場合は(ステップS2においてNo)、処理はステップS2に戻る。
次に、CPUは、検出結果が予め定められた規格値の範囲内に収まっているかどうかを判定する(ステップS5)。検出結果が予め定められた規格値の範囲内に収まっていない場合(ステップS5においてNo)、CPUは、一対のモーター9を作動させ、予め設定されたストローク量だけ一対の可動ピン6を動作させる。一対の可動ピン6は、図5に示す位置を経て図6に示す位置まで動作し、ダイパッド2に上下方向から押し当てることで、ダイパッド2の高さ位置を調整する(ステップS6)。
なお、規格値の範囲内とは、設定値±0.2mmであり、リードフレーム1が良品と判定されるダイパッドの高さ位置である。
他方、検出結果が予め定められた規格値の範囲内に収まっている場合(ステップS5においてYes)、処理はステップS9へ移行する。
ダイパッド2の高さ位置が調整された後、CPUは、レーザー変位センサ5に調整後のダイパッド2の高さ位置を検出させる(ステップS7)。CPUは、検出結果が予め定められた規格値の範囲内に収まっているかどうかを判定する(ステップS8)。検出結果が予め定められた規格値の範囲内に収まっている場合(ステップS8においてYes)、CPUは、搬送中のリードフレーム1に存在する全てのダイパッド2の高さ位置を検出したかどうかを判定する(ステップS9)。
例えば、作業者が搬送中のリードフレーム1に存在する全てのダイパッド2の個数を予め設定しておき、設定された個数と検出したダイパッド2の個数とを比較してステップS9の処理が行われる。全てのダイパッド2の高さ位置を検出していない場合(ステップS9においてNo)、CPUは、搬送爪4を制御し搬送動作を再開させた後(ステップS10)、ステップS2へ移行する。
全てのダイパッド2の高さ位置を検出した場合(ステップS9においてYes)、CPUは、ダイパッドの高さ位置調整動作を終了する。そして、CPUは、搬送爪4を制御しリードフレーム1をリードフレーム予熱エリアへ搬送させる。
他方、検出結果が予め定められた規格値の範囲内に収まっていない場合(ステップS8においてNo)、処理はステップS6へ戻り、再度ダイパッド2の高さ位置の調整が行われる。
以上のように、実施の形態1に係る半導体製造装置100は、半導体素子が搭載されるダイパッド2を有するリードフレーム1が上面を滑走可能な搬送レール3と、リードフレーム1を保持し、搬送レール3に沿ってリードフレーム1を搬送する搬送爪4と、搬送レール3の下方に設けられ、ダイパッド2の高さ位置を検出する検出部と、搬送レール3の上下方向にそれぞれ設けられ、ダイパッド2の上面と、搬送レール3に形成された、ダイパッド2の下面を露出可能な開口7を介してダイパッド2の下面にそれぞれ上下方向から押し当て可能な一対の可動ピン6とを備え、検出部の検出結果に基づいて、一対の可動ピン6は、ダイパッド2に上下方向から押し当てることでダイパッド2の高さ位置を調整している。
したがって、リードフレーム1の形状が微細化した場合でも、リードフレーム1の搬送時にダイパッド2の高さ位置を調整することで、リードフレーム1の不良品の発生を抑制することができる。これにより、半導体装置の歩留り向上を図ることが可能となる。
また、金型内でダイパッド2の高さ位置を調整する必要がないため、半導体装置の製造に際して可動ピンのない金型を採用することができる。
また、検出部は、搬送レール3の下方に設けられたレーザー変位センサ5であり、レーザー変位センサ5は、開口7を介してダイパッド2の高さ位置を検出している。レーザー変位センサ5は、リードフレーム1の下方からリードフレーム1の幅方向にレーザーを照射することができるため、多列型リードフレーム1が有するダイパッド2の高さ位置の調整に適している。
<実施の形態2>
次に、実施の形態2に係る半導体製造装置100Aについて説明する。図8は、実施の形態2に係る半導体製造装置100Aの断面図であり、搬送レール3の幅方向一端側において長手方向に沿って切断した断面図である。図9は、半導体製造装置100Aの正面図である。図10は、搬送レール3の側方にカメラ11が配置された状態を示す平面図である。なお、実施の形態2において、実施の形態1で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
図8と図9に示すように、実施の形態2では、実施の形態1の場合に対して、リードフレーム1の寸法が異なっており、これに対応して半導体製造装置100Aの構成も異なっている。
リードフレーム1は、例えば長手方向の長さが約212mm、幅方向の長さが約62mm、厚さが約0.4mmであり、内部回路を構成可能なように主成分が銅からなる板状に形成されている。また、実施の形態1の場合とは異なり、リードフレーム1は一列型である。一列型リードフレーム1は実施の形態1の場合よりも大電流に適したリードフレームであり、複数のダイパッド2はリードフレーム1の長手方向に沿って間隔をあけて設けられ、約1.25mmの段差を設けてリードフレーム1の幅方向に延びる形状を有している。ダイパッド2はリードフレーム1の幅方向中央部に1つ設けられており、これに合わせて一対の可動ピン6も1セット設けられている。
また、図9と図10に示すように、半導体製造装置100Aは、検出部として、レーザー変位センサ5に代えてカメラ11を備えている。カメラ11は、搬送レール3の側方に設けられている。
図8と図10に示すように、搬送レール3における底面部3bの途中部には、開口7に代えて開口12が形成されている。開口12は、底面部3bから一方のレール部3aにかけて形成されており、リードフレーム1の下面および側面の一部、すなわち、ダイパッド2の下面および先端部を露出可能である。開口12は、リードフレーム1の幅方向中央部に設けられた1つのダイパッド2の下面および先端部を露出可能な大きさに形成されている。
次に、図7を用いて、半導体製造装置100Aによるダイパッド2の高さ位置調整動作について説明する。実施の形態2では、実施の形態1に対して、ステップS2、ステップS4、およびステップS7の処理が異なるが他の処理は同じであるため、異なる処理についてのみ説明する。
図7に示すように、ステップS2では、CPUは、ダイパッド2が開口12に到達したかどうかを判定する。具体的には、カメラ11は、搬送動作が行われている間、開口12を介して撮影されるリードフレーム1の下面の形状に基づいてリードフレーム1の下面の高さ位置を検出する。CPUは、リードフレーム1の下面の高さ位置に基づいてダイパッド2が開口7に到達したかどうかを判定する。
ステップS4およびS7では、CPUは、カメラ11にダイパッド2の高さ位置を検出させる。カメラ11は、開口12を介して撮影されるダイパッド2の下面の形状に基づいてダイパッド2の高さ位置を検出する。具体的には、カメラ11は、リードフレーム1における幅方向端部の高さ位置を基準としてダイパッド2の高さ位置を検出する。
以上のように、実施の形態2に係る半導体製造装置100Aは、半導体素子が搭載されるダイパッド2を有するリードフレーム1が上面を滑走可能な搬送レール3と、リードフレーム1を保持し、搬送レール3に沿ってリードフレーム1を搬送する搬送爪4と、搬送レール3の側方に設けられ、ダイパッド2の高さ位置を検出する検出部と、搬送レール3の上下方向にそれぞれ設けられ、ダイパッド2の上面と、搬送レール3に形成された、ダイパッド2の下面を露出可能な開口12を介してダイパッド2の下面にそれぞれ上下方向から押し当て可能な一対の可動ピン6とを備え、検出部の検出結果に基づいて、一対の可動ピン6は、ダイパッド2に上下方向から押し当てることでダイパッド2の高さ位置を調整している。
したがって、リードフレーム1の形状が微細化した場合でも、リードフレーム1の搬送時にダイパッド2の高さ位置を調整することで、リードフレーム1の不良品の発生を抑制することができる。これにより、半導体装置の歩留り向上を図ることが可能となる。
また、金型内でダイパッド2の高さ位置を調整する必要がないため、半導体装置の製造に際して可動ピンのない金型を採用することができる。
また、検出部は、搬送レール3の側方に設けられたカメラ11である。カメラ11は、リードフレーム1の側方からリードフレーム1の長手方向に沿って連続的にダイパッド2の高さ位置を検出することができるため、一列型リードフレーム1が有するダイパッド2の高さ位置の調整に適している。
<実施の形態3>
次に、実施の形態3に係る半導体製造装置100Bについて説明する。図11は、実施の形態3に係る半導体製造装置100Bの断面図であり、搬送レール3の幅方向一端側において長手方向に沿って切断した断面図である。図12は、半導体製造装置100Bの正面図である。図13は、搬送レール3の平面図である。図14は、一対の可動ピン6および一対のクランプピン13がダイパッド2に押し当てられる直前の状態を示す側面図である。図15は、一対の可動ピン6および一対のクランプピン13がダイパッド2に押し当てられた後の状態を示す側面図である。図16は、ダイパッド2の高さ位置調整動作のフローチャートである。なお、実施の形態3において、実施の形態1,2で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
図11と図12に示すように、実施の形態3では、実施の形態1の場合に対して、リードフレーム1の寸法が異なっており、これに対応して半導体製造装置100Bの構成も異なっている。
リードフレーム1は、例えば長手方向の長さが約232mm、幅方向の長さが約75mm、厚さが約0.7mmであり、内部回路を構成可能なように主成分が銅からなる板状に形成されている。このように、実施の形態1の場合よりもリードフレーム1の厚さが厚くなっている。また、リードフレーム1は多列型であり、複数のダイパッド2はリードフレーム1の長手方向に沿って間隔をあけて設けられ、約1.38mmの段差を設けて長手方向に延びる形状を有している。
さらに、図14と図15に示すように、リードフレーム1にはコイニング加工が施されている。
また、半導体製造装置100Bは、検出部としてレーザー変位センサ5を備え、さらに一対のクランプピン13を備えている。一対のクランプピン13は、一対の可動ピン6の周辺に設けられている。具体的には、一対のクランプピン13は、一対の可動ピン6の場合と同様に、それぞれ一対の板部10aを介して一対のボールねじ10に連結され、さらにそれぞれ一対のボールねじ10を介して一対のモーター9に連結されている。これにより、一対の可動ピン6と一対のクランプピン13は共に、一対のモーター9の作動により動作するようになっている。
一対のクランプピン13は、一対の可動ピン6と同じタイミングで動作し、リードフレーム1の上面と、開口7を介してリードフレーム1の下面をそれぞれ上下方向から押し当てることで、一対の可動ピン6により押し当てられるダイパッド2の箇所の周辺でリードフレーム1をクランプ可能である。一対のクランプピン13の長さは、クランプされるリードフレーム1の箇所の高さ位置に合わせて設定されているため、一対の可動ピン6の長さとは異なっている。
次に、図14~図16を用いて、半導体製造装置100Bによるダイパッド2の高さ位置調整動作について説明する。
図16に示すように、実施の形態1の場合と同様に、ステップS1~ステップS5の処理が行われる。次に、CPUは、一対のモーター9を作動させ、予め設定されたストローク量だけ一対の可動ピン6および一対のクランプピン13を動作させる。一対の可動ピン6および一対のクランプピン13は、図14に示す位置を経て図15に示す位置まで動作する。
一対のクランプピン13は、リードフレーム1の上面と、開口7を介してリードフレーム1の下面をそれぞれ上下方向から押し当てることでリードフレーム1をクランプする。一対の可動ピン6は、ダイパッド2に上下方向から押し当てることで、リードフレーム1をクランプした状態でダイパッド2の高さ位置を調整する(ステップS16)。ダイパッド2の高さ位置が調整された後、実施の形態1の場合と同様に、ステップS7~ステップS10の処理が行われる。
実施の形態3では、実施の形態1に対し、リードフレーム1の厚さが厚くスプリングバックが発生しやすい。そのため、リードフレーム1をクランプし、リードフレーム1の変形を抑制しつつダイパッド2の高さ位置を調整する。これにより、リードフレーム1のスプリングバック量を抑制し、ダイパッド2に所定の変形を与えることができる。
さらに、図14と図15に示すように、コイニング加工が施されたリードフレーム1を採用することにより、リードフレーム1を曲げることが容易となり、リードフレーム1の厚さが厚いことで発生するリードフレーム1のスプリングバック量を低減できる。
なお、実施の形態3では、半導体製造装置100Bは、検出部としてレーザー変位センサ5を備えるものとして説明を行ったが、一列型リードフレーム1の場合には検出部としてカメラ11を備えていても良い。
以上のように、実施の形態3に係る半導体製造装置100Bは、一対の可動ピン6の周辺に設けられ、リードフレーム1の上面と、開口7を介してリードフレーム1の下面をそれぞれ上下方向から押し当てることでリードフレーム1をクランプ可能な一対のクランプピン13をさらに備えている。
したがって、リードフレーム1の厚さが厚い場合、ダイパッド2の高さ位置を調整する際に発生するリードフレーム1のスプリングバック量を低減できるため、リードフレーム1全体の変形を抑制することが可能となる。さらにコイニング加工が施されたリードフレーム1を採用することにより、厚みのあるリードフレーム1でも曲げやすくなりダイパッド2の高さ位置の調整が容易となる。このように、半導体製造装置100Bはリードフレーム1の厚さが厚い大型品種に適している。
なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
1 リードフレーム、2 ダイパッド、3 搬送レール、4 搬送爪、5 レーザー変位センサ、6 可動ピン、7 開口、11 カメラ、12 開口、13 クランプピン、100,100A,100B 半導体製造装置。

Claims (5)

  1. 半導体素子が搭載されるダイパッドを有するリードフレームが上面を滑走可能な搬送レールと、
    前記リードフレームを保持し、前記搬送レールに沿って前記リードフレームを搬送する搬送爪と、
    前記搬送レールの下方または側方に設けられ、前記ダイパッドの高さ位置を検出する検出部と、
    前記搬送レールの上下方向にそれぞれ設けられ、前記ダイパッドの上面と、前記搬送レールに形成された、前記ダイパッドの下面を露出可能な開口を介して前記ダイパッドの下面にそれぞれ上下方向から押し当て可能な一対の可動ピンと、を備え、
    前記検出部の検出結果に基づいて、一対の前記可動ピンは、前記ダイパッドに上下方向から押し当てることで前記ダイパッドの高さ位置を調整する、半導体製造装置。
  2. 前記検出部は、前記搬送レールの下方に設けられたレーザー変位センサであり、
    前記レーザー変位センサは、前記開口を介して前記ダイパッドの高さ位置を検出する、請求項1に記載の半導体製造装置。
  3. 前記検出部は、前記搬送レールの側方に設けられたカメラである、請求項1に記載の半導体製造装置。
  4. 一対の前記可動ピンの周辺に設けられ、前記リードフレームの上面と、前記開口を介して前記リードフレームの下面をそれぞれ上下方向から押し当てることで前記リードフレームをクランプ可能な一対のクランプピンをさらに備えた、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体製造装置。
  5. 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法であって、
    (a)前記リードフレームの搬送動作中に前記ダイパッドが前記開口に到達したとき、当該搬送動作を一時停止し、前記検出部により前記ダイパッドの高さ位置を検出する工程と、
    (b)前記検出部の検出結果が予め定められた規格値の範囲内に収まっていない場合、一対の前記可動ピンをそれぞれ上下方向から前記ダイパッドの上面と、前記開口を介して前記ダイパッドの下面に押し当てることで前記ダイパッドの高さ位置を調整する工程と、
    (c)再度、前記検出部により前記ダイパッドの高さ位置を検出する工程と、
    (d)前記工程(c)における前記検出部の検出結果が予め定められた規格値の範囲内に収まっている場合、前記搬送動作を再開する工程と、
    を備えた、半導体装置の製造方法。
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