JPH08264573A - 半導体封止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エポキシ樹脂封止材料を用いて射出成形によ
り半導体封止を実施すること。 【解決手段】 半導体素子が接合され、ワイヤボンディ
ングされたリードフレームを射出成形金型にインサート
として固定し、その後、前記金型に、エポキシ樹脂、フ
ェノール樹脂硬化剤、硬化促進剤、無機質充填材を必須
成分とするエポキシ樹脂封止材料をシリンダー設定温度
７０〜９０℃の射出成形機により射出圧力３０〜３００
ｋｇ／ｃｍ² で注入し硬化させる半導体封止方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エポキシ樹脂封止
材料を用い射出成形により半導体を封止する方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子の封止に
は、エポキシ樹脂封止材料のトランスファ成形が、低コ
スト、高信頼性及び生産性に適した方法として従来より
用いられている。トランスファ成形では、エポキシ樹脂
封止材料をタブレット状に賦形してから、金型内のポッ
トにタブレットを投入し、これを金型内で熱溶融させな
がらブランジャーで加圧することにより流動、硬化させ
るのが一般的である。

【０００３】しかしながら、この成形方法ではエポキシ
樹脂封止材料をタブレット状に賦形することが前提とな
るために、賦形の工程が必要である。成形された半導体
装置の形状・大きさによりタブレット形状は種々異なる
ので、賦形のための金型装置も多く必要である。また成
形毎にタブレットの投入と熱溶融が必要であるため成形
サイクルを一定時間以下に短縮できない等の点で低コス
ト化、大量生産性に限界があり、賦形等の前工程のた
め、封止材料に不純物混入の恐れも多い。更に、トラン
スファ成形においてはポットに投入された封止材料が金
型内を流動しキャビティ内に到達する迄の流路であるラ
ンナー部や、ポット内で残りのカル部が完全に硬化して
しまうため、再利用が不可能であり、必要とする半導体
パッケージ部以外に多量の樹脂廃棄物を生成してしまう
という問題がある。

【０００４】一方、エポキシ樹脂を含む熱硬化性樹脂成
形材料の成形として、射出成形方式の検討が従来より行
われてきた。射出成形においては、エポキシ樹脂成形材
料は射出成形機内に粉末状又は顆粒状にて供給され、シ
リンダー内で溶融状態を保ったままスクリューにより金
型に射出される。このため、タブレット状に賦形する工
程が不要で、また連続生産が可能であり、賦形のための
装置・時間を省略することができる。更に加熱溶融状態
となった成形材料が金型に射出されるために硬化時間が
トランスファー成形に比べ短縮できる等大量生産に適し
た方法である。

【０００５】しかしながら、エポキシ樹脂封止材料の成
形方法として射出成形は実用化されていないのが現状で
ある。その理由としては、従来のエポキシ樹脂封止材料
は７０〜１１０℃に加熱されたシリンダー内での溶融状
態では、封止材料中の樹脂の硬化反応の進行によって粘
度が増大し、５〜１０分間で流動性を失う性質を有して
おり、溶融封止材料の熱安定性が著しく低いためであ
る。このため、低圧での射出成形は不可能であり、高圧
での成形を必要とし、その結果半導体素子上のボンディ
ングワイヤを変形もしくは切断してしまい、得られた半
導体パッケージの信頼性を著しく損なう結果となると考
えられてた。

【０００６】また、金型の掃除等のための成形を一定時
間中断する場合には、エポキシ樹脂封止材料はシリンダ
ー内で硬化し、再度の射出が不可能となるため、連続生
産にも支障をきたしてしまうという問題点も指摘されて
いた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来からの
低圧トランスファ成形方法でも成形可能であるエポキシ
樹脂封止材料を使用し、射出成形により半導体を封止す
る方法に関するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、半導体
素子が接合され、ワイヤボンディングされたリードフレ
ームを射出成形金型にインサートとして固定し、その
後、前記金型に、エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化
剤、硬化促進剤、無機質充填材を必須成分とするエポキ
シ樹脂封止材料を射出成形機により注入し、硬化させる
ことを特徴とする半導体封止方法である。

【０００９】本発明において使用されるエポキシ樹脂封
止材料は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、硬化
促進剤、無機質充填材を必須成分として含有するもの
で、その形状は粉末又は顆粒状のものであり、トランス
ファ成形の場合のようにタブレットにする必要はない。
そして、射出成形機のシリンダー内での熱安定性の良好
なもの、及びキャビティ内で流動性が特に良好で速やか
に硬化するものが望ましく、これらの点を考慮すれば、
組成的にはエポキシ樹脂はノボラック型エポキシ樹脂、
ビフェノール型エポキシ樹脂等の溶融粘度の低いエポキ
シ樹脂で、特に軟化点が５０〜８０℃のものが好まし
く、硬化剤は、ノボラック型フェノール樹脂、パラキシ
リレン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性
フェノール樹脂等のフェノール樹脂が例示されるが、特
に軟化点が６０〜１２０℃で、かつ１核体及び２核体成
分の少ないフェノール樹脂が好ましい。硬化促進剤とし
ては、ジアザビシクロウンデセン（ＤＢＵ）系化合物、
トリフェニルホスフィン等の有機ホスフィン等を使用す
るが、特に低温での活性の低い潜伏性の大きなものが好
ましい。

【００１０】次に、射出成形方法について説明する。射
出成形機はスクリューインライン式、プランジャ式、ス
クリュープランジャ式など特に限定されないが、温度コ
ントロールの容易さ、溶融の均一化等の点からスクリュ
ーインライン式が好ましい。シリンダー設定温度は通常
温度６５〜１１０℃であり、この範囲では温度コントロ
ールが容易であるが、溶融粘度、熱安定性の点から７０
〜９０℃が好ましい。シリンダー温度が低いと封止材料
の溶融粘度は高くなるが、熱安定性は良好になる。本発
明におけるエポキシ樹脂封止材料の場合、特に上記の好
ましい組成を使用した場合、溶融粘度が低いので、かな
り低い温度に設定することができる。但し６５℃より低
くすると温度コントロールが困難となる。一方、１１０
℃より高いと、溶融粘度が低くなり、正常な射出成形が
困難となることがあり、また熱安定性の点においても不
十分な場合が生じる。

【００１１】射出圧力は金型形状、構造あるいは封止材
料の溶融粘度等にもよるが、３０〜３００ｋｇ／ｃｍ²
が好ましい。これより高い圧力では半導体素子上のボン
ディングワイヤの変形、切断を起こす可能性があり、一
方、これより低い圧力では、キャビティ内での充填不良
を生じる恐れがある。さらに好ましい範囲は１００〜２
５０ｋｇ／ｃｍ^２である。射出圧力を低圧にコントロー
ルすることは容易であるので、温度コントロールの容易
さと相俟って低圧での長時間連続運転が可能となる。低
圧で成形することにより、ボンディングワイヤの変形が
小さいので、半導体を搭載したリードフレームの更なる
ファインパターン化が可能である。

【００１２】本発明の封止方法において、金型の設定温
度は、樹脂組成物の硬化時間等から１５０〜１９０℃、
好ましくは１６５〜１８５℃である。このような温度で
成形サイクルは１５０秒以下、好ましい樹脂組成物の場
合８０秒以下とすることが可能である。

【００１３】なお、本発明の半導体封止方法において、
金型として、スプルーレス金型あるいはスプルーランナ
レス金型を採用することができる。即ち、金型のスプル
ー部あるいはスプルー部とランナ部の温度を封止材料の
硬化が起り難い温度、即ち、シリンダー内の温度とほぼ
同等の温度にコントロールすることにより、成形品（樹
脂封止された半導体）を取出した後に次のサイクルでス
プルー部あるいはスプルー・ランナ部の未硬化の封止材
料をキャビティ部へ注入して成形する方式を実施するこ
とができる。この方式を実施することにより、必要とす
る成形品以外は硬化物が殆ど発生しないため、プラスチ
ック廃棄物を著しく低減できるという長所がある。

【００１４】通常のトランスファ成形による封止の場
合、カル・ランナー部の硬化廃棄物の全封止材料に占め
る割合は４０〜６０％程度であるが、本発明の射出成形
による封止では、硬化廃棄物の割合は３０〜５０％と若
干小さくなり、スプルーレス成形では２５〜３５％、ス
プルーランナレス成形では１０〜３０％と、それぞれ大
きく低下する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。エポキシ
樹脂封止材料として、オルソクレゾールノボラック型エ
ポキシ樹脂（エポキシ当量２００）、フェノールノボラ
ック（水酸基当量１０３）、ジアザビシクロウンデセン
化合物（硬化促進剤）及び溶融シリカを主成分とし、他
に離型剤、着色剤等を配合したものを使用した。

【００１６】射出成形機は名機製作所 Ｍ−３２（スク
リューインライン式）を使用し、シリンダー設定温度８
０℃、射出圧力５０ｋｇ／ｃｍ² に設定した。金型は２
列で各列１０個の２０個取りとし、ＩＣ素子（１６ｐＤ
ＩＰ）を接合し、金線ボンディングされた１０個連続の
リードフレーム２本を金型にセットし、金型温度１７５
℃とし、成形サイクル１２０秒で連続成形した。１時間
毎に封止された成形品について外観、充填性、ワイヤス
イープ、表面硬度を測定した。５時間毎の結果を表１に
示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】（測定方法） 外観、充填性：目視による観察、外観は特に光沢の良否
をみた。 ワイヤスイープ：成形品に軟Ｘ線を照射して、ボンディ
ングワイヤ（２５μｍ径：長さ３ｍｍのセミハード金
線）の流れ量を測定した。ボンディング間の距離（５０
０μｍ）に対する最大ワイヤー流れ量の比を％で表し
た。 表面硬度：型開き直後の成形品の表面硬度をバコール硬
度計（＃９３５）で測定した。

【００１９】これらの結果は、従来の低圧トランスファ
成形による場合と同等であり、全く問題がないことを示
している。従って、長時間の連続成形が可能であること
がわかる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、エポキシ樹脂封止材料
による半導体封止を射出成形により問題なく実施できる
ことが明らかとなった。射出成形においては、射出圧力
のコントロール、特に低圧のコントロール、及びシリン
ダー内の材料溶融温度のコントロールが容易である。従
って、低圧での長時間連続成形が可能であり、インサー
トである半導体を接合したリードフレームへの圧力が小
さいことからリードフレームをよりファイン化すること
が可能である。射出量が一定にコントロールされるの
で、適切な射出量の設定によりバリの発生や充填不良を
防止することができる。

【００２１】封止材料は粉末又は顆粒状で射出成形機に
供給されるので、トランスファ成形にようにタブレット
形状に予備成形する必要がなく、タブレット化のための
多大な装置・時間を省略できる。更に、タブレット化等
の前工程が不要であることから不純物の混入の恐れが小
さい。また、スプルーレス成形、スプルーランナレス成
形が採用でき、これにより、成形品以外の硬化物（廃棄
物）の割合が大幅に減少する。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子が接合され、ワイヤボンディ
   ングされたリードフレームを射出成形金型にインサート
   として固定し、その後、前記金型に、エポキシ樹脂、フ
   ェノール樹脂硬化剤、硬化促進剤、無機質充填材を必須
   成分とするエポキシ樹脂封止材料を射出成形機により注
   入し、硬化させることを特徴とする半導体封止方法。
2. 【請求項２】 射出成形機のシリンダー設定温度が６５
   〜１１０℃である請求項１記載の封止方法。
3. 【請求項３】 射出成形機の射出圧力が３０〜３００ｋ
   ｇ／ｃｍ² である請求項１又は２記載の封止方法。