JPH0348654B2 - - Google Patents

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JPH0348654B2
JPH0348654B2 JP59237219A JP23721984A JPH0348654B2 JP H0348654 B2 JPH0348654 B2 JP H0348654B2 JP 59237219 A JP59237219 A JP 59237219A JP 23721984 A JP23721984 A JP 23721984A JP H0348654 B2 JPH0348654 B2 JP H0348654B2
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tablet
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melt viscosity
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Nitto Denko Corp
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    • H01L23/28Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
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    • H01L23/295Organic, e.g. plastic containing a filler
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/93Batch processes
    • H01L24/95Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips
    • H01L24/97Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips the devices being connected to a common substrate, e.g. interposer, said common substrate being separable into individual assemblies after connecting
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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Encapsulation Of And Coatings For Semiconductor Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 この発明はトランスフア成形の一種であるラン
ナレス方式(マルチプランジヤ方式ともいう)に
よつて半導体を樹脂封止するのに使用する半導体
封止用樹脂タブレツトに関する。 〔従来の技術〕 半導体を樹脂封止するための従来のトランスフ
ア成形では、プランジヤを備えたポツトとこのポ
ツトから放射状に延散する多数個のランナと各ラ
ンナにゲートを介して連通する多数個のキヤビテ
イとを有する成形金型を用いて、この金型の各キ
ヤビテイ内に半導体素子組立構体を1個づつ配置
するとともに、上記ポツト内に樹脂タブレツトを
投入し、これを金型熱で溶融しながらプランジヤ
で加圧することにより、上記ランナおよびゲート
を介して各キヤビテイ内に溶融圧入させる方式を
とつている。 しかるに、この成形方式では、ポツトに投入さ
れた樹脂がこのポツトおよび各ゲートのほか長く
てかつ断面積の広いランナに残るため、成形後の
樹脂ロスが非常に大きくなるという欠点がある。 これに対して、近年では、ランナレス方式のト
ランスフア成形として、プランジヤを備えたポツ
トを複数個設けて、各ポツトに投入された封止用
樹脂をランナを介さないで直接ゲートを介して各
キヤビテイに溶融圧入させる方式の成形金型を用
いて、半導体の樹脂封止を行う試みがなされてい
る(第1図参照)。この成形方式は、前記従来の
如きランナに起因した樹脂ロスが全くないため、
材料費の大幅な低減を図れる利点がある。 しかしながら、このようなランナレス方式の成
形法においては、封止樹脂の内部に気泡(以下、
ボイドという)が生じやすく、これが半導体装置
の耐湿信頼性の低下をきたしたり、また機械的強
度の低下を招く原因となつている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 この発明は、上記の如く材料費の面ではるかに
有利なランナレス方式のトランスフア成形におけ
る上述の問題点を解決して、封止樹脂内部のボイ
ドが低減された耐湿信頼性などにすぐれる半導体
装置を得ることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明者らは、上記問題点を解決するために
鋭意検討した結果、ランナレス方式のトランスフ
ア成形においてはこれに用いる樹脂タブレツトの
溶融粘度が半導体素子組体構体におけるボンデイ
ングワイヤの断線といつた不良品の発生とともに
封止樹脂内部のボイドの発生にも大きく影響し、
この溶融粘度を特定範囲に設定したときには、ボ
イドが少なくてかつ上記の如き不良品の発生がみ
られない高信頼性の半導体装置が得られることを
知り、この発明を完成するに至つた。 すなわち、この発明は、ポツトとこのポツトに
一端が直結しかつ他端が半導体素子組立構体を配
置してなるキヤビテイと直結したゲートとを有す
る、つまりランナレス方式の成形金型の上記ポツ
ト内に投入されて上記ゲートを介して上記キヤビ
テイ内に溶融圧入される半導体封止用樹脂タブレ
ツトにおいて、熱硬化性樹脂と無機質充填剤とを
含む組成物から構成されて、かつ上記溶融圧入の
ための金型温度での溶融粘度が500〜1000ポイズ
の範囲にあることを特徴とする半導体封止用樹脂
タブレツトに係るものである。 なお、この明細書において、樹脂タブレツトの
溶融粘度とは、タブレツトを構成する組成物2g
を断面直径10mm、高さ15mmの大きさ(タブレツ
ト)に成形し、この成形試料を用いて島津社製の
高化式フローテスタ(ノズル直径1mm、ノズル長
さ10mm、荷重10Kg/cm2)により所定温度(金型温
度)で測定される値を意味するものとする。 〔発明の構成・作用〕 この発明に用いる樹脂タブレツト成形用の組成
物は、熱硬化性樹脂と無機質充填剤とを必須成分
とし、これに通常は熱硬化性樹脂の種類に応じた
硬化剤やまた硬化促進剤を配合し、さらに必要に
応じてシランカツプリング剤、離型剤、着色剤な
どの添加剤を加えて加熱下もしくは非加熱下で混
合してなるものである。 この組成物を通常平均粒子径が0.1〜0.5mm程度
に粉砕し、常法にしたがつて常温圧縮成形するこ
とにより、ランナレス方式のトランスフア成形に
適した一般に断面直径4.5〜25mm、高さ5〜30mm
程度の円柱状の樹脂タブレツトとするが、このタ
ブレツトは上記円柱状のほか角柱状などの他の形
態とされたものであつてもよい。また、上記樹脂
タブレツトは、前記組成物を押出機によつて溶融
押出したのち、上述の如き大きさに切断する方法
などによつても得ることができる。 この発明においてはこのような樹脂タブレツト
の溶融粘度を、前述の如く、成形金型温度(通常
150〜200℃、好ましくは160〜190℃)下で500〜
1000ポイズの範囲となるように設定することをも
つとも大きな特徴点とする。すなわち、かかる粘
度範囲に設定したときには、これをポツト内に投
入しゲートを介してキヤビテイ内に溶融圧入させ
る際の空気の巻き込みが抑えられるため、上記キ
ヤビテイ内に溶融圧入されてここに配置された半
導体素子組立構体を被覆する如く硬化した封止樹
脂の内部にはボイドの発生がほとんど認められな
くなる。しかも、上記粘度範囲では、キヤビテイ
内に溶融圧入された際の半導体素子組立構体にか
かる流体抵抗が大きくなりすぎるおそれはないた
め、上記構体に対して物理的損傷をきたす心配は
特にない。 これに対して、従来の樹脂タブレツトは、上記
溶融粘度が溶融圧入性の観点から通常200ポイズ
以下の低い値にされていたため、ポツト投入時の
空気の巻き込みをどうしてもさけられず、これが
封止樹脂にボイドを多発させる原因となつていた
ものと思われる。そして、この溶融粘度を高くす
るにしたがつて、上記問題は減少してくるが、
500ポイズ未満ではなお満足するべき結果は得ら
れない。一方、この溶融粘度をあまりに高くしす
ぎて、この発明の規定範囲外である1000ポイズを
超える値とすると、流体抵抗が大きくなり、半導
体素子組立構体におけるボンデイングワイヤの断
線や外部リードと半導体素子とを連結する金線が
流れてたわみが生じてくるなど、短絡不良という
致命的欠陥をさけられなくなる。 この発明の樹脂タブレツトを上述の特定範囲に
設定するには、たとえば使用する熱硬化性樹脂の
溶融粘度と無機質充填剤の使用量とを適当に調節
することによつて容易に行えるものである。熱硬
化性樹脂のもつとも代表的なものはエポキシ樹脂
であり、このエポキシ樹脂の溶融粘度は金型温度
を考慮した150℃の温度下で一般に15〜30ポイズ
の範囲にあるのが好ましい。また、無機質充填剤
はその量が多くなるほどタブレツトの溶融粘度が
高くなるものであるが、一般にはタブレツトつま
りは組成物中72〜80重量%を占める範囲にあるの
が好ましい。なお、上記エポキシ樹脂の溶融粘度
とは、オスワルド粘度計で測定される値を意味す
る。 このようなエポキシ樹脂としては、エポキシ当
量が175〜300のクレゾールノボラツク型エポキシ
樹脂やハロゲン化フエノールノボラツク型エポキ
シ樹脂などが好ましく使用できる。エポキシ樹脂
の場合適宜の硬化剤を必要とするが、この硬化剤
の好ましい例としては、クレゾールノボラツク樹
脂、フエノールノボラツク樹脂の如きノボラツク
型フエノール樹脂が挙げられる。また、これら硬
化剤とともに通常用いられる硬化促進剤には、2
−メチルイミダゾール、三フツ化ホウ素、トリフ
エニルホスフインなどがある。 また、前記の無機質充填剤としては、石英ガラ
ス粉末、二酸化けい素粉末などが好ましく用いら
れるが、その他従来公知のケイ酸カルシウム、窒
化アルミニウム、酸化ジルコン、クレー、炭酸カ
ルシウム、酸化アンチモン、アルミナ、炭化ケイ
素、ガラス繊維などの粉末の使用も可能である。
この無機質充填剤の平均粒子径としては一般に5
〜20μm程度であるのが望ましい。 この発明の樹脂タブレツトは、前述の如く特定
範囲の溶融粘度を有することを特徴とするもので
あるが、これを得るために一般的に採用される前
記の組成物粉末から常温圧縮成形する際の成形密
度(以下、打錠密度という)としては90%以上、
好ましくは93%以上であるのがよい。この打錠密
度が低くなりすぎると、ポツト投入時の含有空気
が多くなるため、溶融粘度を規定したことによる
ボイドの低減効果が損なわれるおそれがある。 なお、上記の打錠密度とは〔タブレツト密度
(g/cm3)/樹脂硬化物密度(g/cm3)〕×100%で
表わされ、上記タブレツト密度はタブレツトの重
量(g)/タブレツトの容量(cm3)にて、また上
記樹脂硬化物密度は樹脂硬化物の重量(g)/樹
脂硬化物の容量(cm3)にて、それぞれ求められる
ものである。 つぎに、この発明の樹脂タブレツトを用いて、
ランナレス方式のトランスフア成形により半導体
を樹脂封止する方法につき、第1図〜第3図を参
考にして説明する。 第1図は上型10と下型11とからなるランナ
レス方式のトランスフア成形金型の断面構造を示
したもので、紙面垂直方向に所定間隔をおいて連
設する複数個のポツト1とこの各ポツト1に一端
が直結しかつ他端がキヤビテイ2(2a,2b)
に直結したゲート3(3a,3b)を有する構成
とされ、各ポツト1にはプランジヤ4が配設され
ている。 上記各構成要素の大きさは、樹脂封止するべき
半導体の大きさによつて異なるが、たとえばポツ
ト1は前記樹脂タブレツト7に対応する形状、大
きさに設計され、またゲート3はその断面積が通
常0.6〜1.0mm2、長さが一般に5〜15mmとなる如く
設計される。なお、この大きさは、後記第3図
A,Bに示す如き他の成形金型を用いる場合でも
ほぼ同様である。 このような成形金型の上記キヤビテイ2a,2
b内に、リードフレーム5a,5bに紙面垂直方
向に所定間隔をおいて複数個配設された半導体素
子とこれを取り巻く外部リードやボンデイングワ
イヤなどからなる半導体素子組立構体6a,6b
(たとえば16PinDIP、42PinDIP、パワートラン
ジスタなど)が配置される一方、各ポツト1に前
記この発明の樹脂タブレツト7が投入され、これ
を金型温度で加熱しながらプランジヤ4によつて
加圧する。このときの金型温度は、既述したよう
に、通常150〜200℃、好ましくは160〜190℃であ
り、またプランジヤ圧は一般に50〜120Kg/cm2
好ましくは70〜100Kg/cm2とされる。 上記の加熱加圧によつて、樹脂タブレツト7は
溶融しゲート3a,3bを介してキヤビテイ2
a,2bに圧入され、ここに配置される半導体素
子組立構体6a,6bを全面被覆した状態で硬化
する。このとき、樹脂タブレツト7の溶融粘度が
前記特定の範囲にあることにより、硬化樹脂中の
ボイドはほとんどみられず、また上記組立構体6
a,6bに物理的損傷をきたすおそれは全くな
い。 第2図は上記の如くトランスフア成形を行つた
のち、上型10と下型11とからなる成形金型か
ら離型した状態を示したもので、20a,20b
はそれぞれリードフレーム5a,5bに所定間隔
をおいて配設された半導体素子組立構体6a,6
bを被覆する硬化した封止樹脂である。なお、3
0a,30bは各ゲート3a,3b内で硬化した
樹脂、100は各ポツト1内で硬化した樹脂であ
る、これら30a,30b,100が成形ロスと
なる樹脂部分であるが、ランナを有しないためこ
のランナ部分での樹脂ロスが全くなくそれだけ材
料費の節減を図れるものである。 なお、上記第1図の成形金型においては、1個
のポツト1に一端が直結するゲート3a,3bの
各他端にそれぞれキヤビテイ2a,2bが直結さ
せる構成をとつているが、1個のポツト1にゲー
ト3を介して直結させるキヤビテイ2の数は一般
に1〜6個、好ましくは2〜4個の範囲で自由に
選択できる。たとえば第3図A,Bはこの例に示
している。 すなわち、第3図Aのように、1個のポツト1
に対してゲート3c,3d,3e,3fを介して
4個のキヤビテイ2c,2d,2e,2fを直結
させる構成をとつてもよく、また第3図Bのよう
に、1個のポツト1に一端が直結するゲート3
g,3hをそれぞれ二股状としてその各両端部に
2個のキヤビテイ2g,2g′および2h,2h′を
直結させるような構成をとつてもよい。 〔発明の効果〕 以上のように、この発明においては、ランナレ
ス方式のトランスフア成形用の樹脂タブレツトと
してその溶融粘度を特定範囲に設定したことによ
り、成形時に半導体素子組立構体に損傷をきたす
ことなく封止樹脂内部のボイドの低減を図れ、こ
れにより耐湿信頼性などにすぐれる樹脂封止型半
導体装置を得ることが可能となる。 〔実施例〕 以下に、この発明の実施例を記載してより具体
的に説明する。なお、以下において部とあるは重
量部を意味するものとする。 実施例 1 150℃での溶融粘度が25ポイズのエポキシ当量
195のクレゾールノボラツク型エポキシ樹脂(以
下、エポキシ樹脂Aという)20部、ノボラツク型
フエノール樹脂10部、二酸化けい素粉末96部、2
−メチルイミダソール0.5部、カルナバワツクス
0.5部、カーボンブラツク0.5部およびシランカツ
プリング剤0.5部を混合し、90℃の加熱ロールで
5分間加熱混練したのち、冷却粉砕して平均粒子
径0.1〜0.5mmのエポキシ樹脂組成物粉末を得た。 この粉末を打錠機にて常温圧縮成形して、断面
直径9.8mm、高さ13mm、重さ1.77gの円柱状の樹
脂タブレツトを製造した。このタブレツトの175
℃での溶融粘度は800ポイズ、打錠密度は95%で
あつた。このタブレツトをこの発明の半導体封止
用樹脂タブレツトとした。 実施例 2 実施例1で調製したエポキシ樹脂組成物粉末を
打錠機で常温圧縮成形して、断面直径9.8mm、高
さ14.2mm、重さ1.75gの円柱状の樹脂タブレツト
を製造した。このタブレツトの175℃での溶融粘
度は805ポイズ、打錠密度は90%であつた。この
タブレツトをこの発明の半導体封止用樹脂タブレ
ツトとした。 実施例 3 エポキシ樹脂Aの代わりに150℃での溶融粘度
が15ポイズのエポキシ当量195のクレゾールノボ
ラツク型エポキシ樹脂を同量用いた以外は、実施
例1と同様にしてエポキシ樹脂組成物粉末を調製
し、この粉末を打錠機で常温圧縮成形して、断面
直径9.8mm、高さ14.2mm、重さ1.75gの円柱状の樹
脂タブレツトを製造した。このタブレツトの175
℃での溶融粘度は570ポイズ、打錠密度は90%で
あつた。このタブレツトをこの発明の半導体封止
用樹脂タブレツトとした。 比較例 1 エポキシ樹脂Aの代わりに150℃での溶融粘度
が5ポイズのエポキシ当量195のクレゾールノボ
ラツク型エポキシ樹脂を同量使用し、かつ二酸化
けい素粉末の使用量を75部に変更した以外は、実
施例1と同様にしてエポキシ樹脂組成物粉末を得
た。この粉末を打錠機にて常温圧縮成形して、断
面直径9.8mm、高さ14.2mm、重さ1.75gの円柱状の
樹脂タブレツトを製造した。このタブレツトの
175℃での溶融粘度は120ポイズ、打錠密度は90%
であつた。このタブレツトを比較用の半導体封止
用樹脂タブレツトとした。 比較例 2 二酸化けい素粉末の使用量を128部に変更した
以外は、実施例1と同様にしてエポキシ樹脂組成
物粉末を得た。この粉末を打錠機にて常温圧縮成
形して、断面直径9.8mm、高さ14.2mm、重さ1.75g
の円柱状の樹脂タブレツトを製造した。このタブ
レツトの175℃での溶融粘度は1500ポイズ、打錠
密度は90%であつた。このタブレツトを比較用の
半導体封止用樹脂タブレツトとした。 つぎに、上記実施例および比較例に係る各樹脂
タブレツトを用いて、ランナレス方式のトランス
フア成形により半導体を樹脂封止し、その性能を
調べた。成形金型は第1図に示す構造のものを用
いた。ポツト数は103個、したがつてキヤビテイ
数は20個であり、各ゲートの大きさは断面積0.7
mm2、長さ7mmであり、また各キヤビテイの容量は
402mm3である。この成形金型に配置されるふたつ
のリードフレームには所定間隔をおいてそれぞれ
10個の半導体素子組立構体が配設され、これら構
体が各キヤビテイ内に位置するように固定されて
なる。なお、金型温度は180℃、プランジヤ圧力
は90Kg/cm2、プランジヤ速度は1.85mm/秒とし
た。上記金型温度によつて、樹脂タブレツトは通
常175〜180℃の温度に加熱されるものである。 このようにして樹脂封止した半導体装置の樹脂
封止部のボイド数と半導体装置の損傷とを調べた
結果は、下記の表に示されるとおりであつた。な
お、ボイド数は、軟X線装置で写真撮影し、ボイ
ド径が0.2mm以上のものの個数を調べた。また半
導体装置の損傷は、半導体素子組立構体における
ボンデイングワイヤの断線や金線のたわみなどの
異常がみられるかどうかを、軟X線写真により調
べた。
【表】 上記の結果から明らかなように、この発明の樹
脂タブレツトによればボイドが少なくてかつ半導
体の損傷がみられない高信頼性の樹脂封止型半導
体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の樹脂タブレツトを適用する
べきランナレス方式のトランスフア成形金型の一
例を示す断面図、第2図は上記の成形金型を用い
て半導体の樹脂封止を行つたのち成形金型より離
型した状態を示す平面図、第3図A,Bは第1図
の成形金型の変形例としてポツトとゲートとキヤ
ビテイとを連結状態が異なる例を示す構成図であ
る。 1……ポツト、2(2a,2b,2c,2d,
2e,2f,2g,2g′、2h,2h′)……キヤ
ビテイ、3(3a,3b,3c,3d,3e,3
f,3g,3h)……ゲート、6a,6b……半
導体素子組立構体、7……樹脂タブレツト、1
0,11……成形金型、20a,20b……封止
樹脂。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ポツトとこのポツトに一端が直結しかつ他端
    が半導体素子組立構体を配置してなるキヤビテイ
    と直結したゲートとを有する成形金型の上記ポツ
    ト内に投入されて上記ゲートを介して上記キヤビ
    テイ内に溶融圧入される半導体封止用樹脂タブレ
    ツトにおいて、熱硬化性樹脂と無機質充填剤とを
    含む組成物から構成されて、かつ上記溶融圧入の
    ための金型温度での溶融粘度が500〜1000ポイズ
    の範囲にあることを特徴とする半導体封止用樹脂
    タブレツト。 2 熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である特許請求
    の範囲第1項記載の半導体封止用樹脂タブレツ
    ト。 3 無機質充填剤が組成物中72〜80重量%を占め
    る特許請求の範囲第1項または第2項記載の半導
    体封止用樹脂タブレツト。
JP59237219A 1984-11-10 1984-11-10 半導体封止用樹脂タブレツト Granted JPS61115342A (ja)

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