JPH08279523A - 半導体装置の製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】本発明は、半導体チップと、上記半導体チップ
が搭載されたリードフレームと、上記リードフレームと
上記半導体チップを電気的に接続する複数のボンディン
グワイヤと、上記リードフレームに搭載された半導体チ
ップを封止する樹脂封止部とを具備する半導体装置の製
造方法において、上記リードフレームに搭載された半導
体チップを挾装する上型樹脂シート及び下型樹脂シート
を加熱圧縮することにより上記樹脂封止部を成形する樹
脂封止工程にて、上型部の温度を下型部の温度よりも高
く設定することを特徴とするものである。 【効果】本発明によれば、下型部の温度を上型部の温度
よりも低く設定するようにしたので、樹脂封止時におけ
る上型部側の溶融樹脂の粘度と下型部の溶融樹脂の粘度
とをほぼ等しくすることが可能となり、ボンディングワ
イヤが変形を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、０．５ｍｍ以下の超薄
型の半導体装置の製造方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、ワープロやパソコン等の電子機器
の薄型化が進み、製品に組み込む半導体パッケージの薄
型化が高密度実装の重要課題となつている。たとえば、
メモリカードでは、３．３ｍｍの厚さにパッケージを４
層重ねる設計では、０．５ｍｍ厚さの超薄型の半導体パ
ッケージが必要となる。

【０００３】ところが、樹脂封止型の半導体パッケージ
は、従来、トランスファモールド成形法により製造され
ている。この方法は、半導体素子を樹脂が完全に覆うた
め、信頼性に優れ、外観も良好であるが、薄型化が困難
であるという欠点を有している。

【０００４】そこで、近時、例えば、特開平５−２９１
３２１号公報，特開平５−２８３４５７号公報，特開平
５−２９１３１８号公報，特開平６−１１２３６９号公
報，特開平６−２７５７６７号公報等にも開示されてい
るように、ＦＯＣ（ＦｉｌｍＯｎ Ｃｈｉｐ：フィルム
・オン・チップ）法なる半導体パッケージ製造方法が開
発されている。すなわち、ＦＯＣ法とは、図７に示すよ
うに、まず下型Ａ内部に封止用樹脂シートＢを載置した
後、下型Ａの上部開口端部に半導体チップＴを装着した
フレームＦ及び封止用樹脂シートＣを載置する。つづい
て、上型Ｄを下型Ａに対して嵌合させ、フレームＦを介
して封止用樹脂シートＢ，Ｃを圧縮し半導体装置を得
る。

【０００５】ところで、図８に示すように、上記従来の
ＦＯＣ法によれば、下型Ａ内部に封止用樹脂シートＢを
載置してから下型Ａの上部開口端部にフレームＦ及び封
止用樹脂シートＣを載置するまでに、数秒の時間差があ
り、上型Ｄ側は、下型Ａ側に比べて樹脂Ｍの溶融が遅れ
る。そのため、上型Ｄの温度と下型Ａの温度が等しい場
合、上型Ｄの樹脂Ｍの粘度が下型Ａの樹脂Ｎの粘度より
も高くなり、上型Ｄ側の樹脂Ｍの変形抵抗が下型Ａの樹
脂Ｎの変形抵抗よりも大きくなる。これにより、図８に
示すように、半導体チップＴを直接保持しているダイパ
ッド部Ｋが下側に移動し、ボンディングワイヤＡの変形
を惹起し、半導体装置Ｔの信頼性・品質低下の一因とな
っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のＦＯＣ法による半導体装置の製造方法によれば、上型
の樹脂粘度が下型の樹脂粘度よりも高くなり、上型側の
樹脂の変形抵抗が下型の樹脂の変形抵抗よりも大きくな
る。これにより、半導体チップを直接保持しているダイ
パッド部が下側に移動し、ボンディングワイヤの変形を
惹起し、半導体装置Ｔの信頼性・品質低下の一因となっ
ている。本発明は上記事情を勘案してなされたもので、
上述した問題を解決することのできる半導体装置の製造
方法及びその装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の半導
体装置の製造方法は、半導体チップと、上記半導体チッ
プが搭載されたリードフレームと、上記リードフレーム
と上記半導体チップを電気的に接続する複数のボンディ
ングワイヤと、上記リードフレームに搭載された半導体
チップを封止する樹脂封止部とを具備する半導体装置の
製造方法において、下型部に形成されたキャビティ底部
に未硬化樹脂からなる下型樹脂シートを載置する下型樹
脂シート設置工程と、上記キャビティの開口端部に上記
半導体チップが搭載されたリードフレームを上記半導体
チップを上記下型樹脂シートに対向させて係止するとと
もに上記リードフレームの裏面に未硬化樹脂からなる上
型樹脂シートを積重する上型樹脂シート設置工程と、上
記下型部のキャビティ底部を上記開口端部に係止されて
いるリードフレームに向かって上記下型樹脂シートとと
もに上昇させるとともに上型部を上記上型樹脂シートに
向かって下降させ上記上型樹脂シート及び上記下型樹脂
シートを加熱圧縮することにより上記樹脂封止部を成形
する加熱圧縮工程とを具備し、上記加熱圧縮工程におい
て上記上型部の温度を下型部の温度よりも高く設定する
ことを特徴とするものである。

【０００８】本発明の請求項２の半導体装置の製造方法
は、上型樹脂シートを予め半導体チップが搭載されたリ
ードフレームに接着することを特徴とするものである。
本発明の請求項３の半導体装置の製造方法は、加熱圧縮
工程後の樹脂封止部に対してアフタキュアを行うことを
特徴とするものである。

【０００９】本発明の請求項４の半導体装置の製造装置
は、半導体チップと、上記半導体チップが搭載されたリ
ードフレームと、上記リードフレームと上記半導体チッ
プを電気的に接続する複数のボンディングワイヤと、上
記リードフレームに搭載された半導体チップを封止する
樹脂封止部とを具備する半導体装置の製造装置におい
て、摺動自在に内嵌されキャビティを形成する圧縮体を
有する下型部と、上記下型部に対して昇降自在に設けら
れ上記下型部とともに上記樹脂封止部の加熱圧縮成形を
行う上型部と、上記下型部及び上記上型部の温度を制御
する金型温度制御部と、未硬化樹脂からなる樹脂シート
を上記のキャビティの底部及び開口端部に移載する樹脂
シート移載手段と、上記樹脂封止部が成形された半導体
装置を下型部から取り出す半導体装置取出し手段とを具
備することを特徴とするものである。本発明の請求項５
の半導体装置の製造装置は、上型部は下型部よりも熱伝
導率が高い材質からなることを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】本発明の請求項１乃至請求項３によれば、下型
部の温度を上型部の温度よりも低く設定するようにした
ので、樹脂封止時における上型部側の溶融樹脂の粘度と
下型部の溶融樹脂の粘度とをほぼ等しくすることが可能
となり、溶融樹脂の変形抵抗を均一になる。その結果、
半導体チップを装着したリードフレームは、表裏ほぼ等
しい圧力で加圧され、リードフレームに撓みを生じた
り、ボンディングワイヤが変形するようなことはなくな
る。

【００１１】本発明の請求項４乃至請求項５によれば、
下型部及び上型部の温度を制御自在に設けたので、樹脂
シートによる樹脂封止部の成形を、リードフレームに撓
みを生じたり、ボンディングワイヤが変形するようなこ
となく、高速かつ自動的に行うことができるようになる
ので、歩留り及び製造コストの低減に大幅に寄与するこ
とが可能となる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
述する。図１は、この実施例の半導体装置の製造方法に
より製造された半導体装置１を示している。この半導体
装置１は、ダイパッド２と、このダイパッド２上にマウ
ント剤３を介して載置固定された半導体チップ４と、ダ
イパッド２と同一平面上に設けられ外部端子となるリー
ドフレーム５と、リードフレーム５と半導体チップ４を
電気的に接続する金ワイヤからなる複数のボンディング
ワイヤ６…と、リードフレーム５の一部及び半導体チッ
プ４及びダイパッド２及びボンディングワイヤ６…を封
止する樹脂封止部７とからなっている。しかして、ボン
ディングワイヤ６…は、例えばポリイミド樹脂，エポキ
シ樹脂，シリコーン樹脂，フェノール樹脂等からなる絶
縁層８によりコーティング法，スプレー法等により絶縁
被覆されている。さらに、樹脂封止部７の材質として
は、例えばエポキシ樹脂，マレイミド樹脂，シリコーン
樹脂，フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を主体とし、こ
れに硬化剤又は架橋剤，触媒，充填剤等が混合されてな
るものである。樹脂封止部７の厚さは、例えば０．６ｍ
ｍのように１ｍｍ以下である。

【００１３】さらに、図２は、半導体装置１の製造装置
１１に関する。この半導体装置の製造装置１１は、下型
部１２と、この下型部１２に対して昇降自在に設けられ
た上型部１３と、下型部１２及び上型部１３の温度を制
御する金型温度制御部１４と、下型部１２及び上型部１
３を駆動して樹脂封止部７を加熱・圧縮により樹脂成形
する圧縮駆動部１５と、未硬化樹脂からなる樹脂シート
３１，３２を後述する下型部１２の所定位置に位置決め
移載する例えばロボットハンドなどからなる樹脂シート
移載手段１６と、樹脂封止部７が成形された半導体装置
１を下型部１２から取り出す例えば真空チャック機構を
備えたロボットハンドなどからなる半導体装置取出し手
段１７とからなっている。しかして、下型部１２は、四
角筒状の外枠１２ａと、この外枠１２ａ内上下方向に摺
動自在に嵌合されたＴ字状をなす圧縮体１２ｂとからな
っている。そして、圧縮体１２ｂは、外枠１２ａ内部に
設けられた段差部１２ｃに係止され下方に離脱しないよ
うに設けられている。一方、上型部１３は、四角筒状の
外枠１３ａと、この外枠１３ａ内部に上下方向に摺動自
在に嵌合されたＴ字状をなす圧縮体１３ｂとからなって
いる。そして、圧縮体１３ｂは、外枠１３ａの上端部に
係止され下方に離脱しないように設けられている。さら
に、圧縮駆動部１５は、例えば油圧を駆動源とするもの
であって、上型部３全体を昇降させる第１駆動部１５ａ
と、上型部１３の圧縮体１３ｂを外枠１３ａ内部で摺動
させる第２駆動部１５ｂと、下型部１２の圧縮体１２ｂ
を外枠１２ａ内部で摺動させる第３駆動部１５ｃとから
なっている。さらに、金型温度制御部１４は、圧縮体１
２ｂ，１３ｂ内部に埋設された例えばニクロム線等のヒ
ータ１４ａ…と、圧縮体１２ｂ，１３ｂ内部に埋設され
た例えば熱電対などの温度センサ１４ｂ，１４ｂと、ヒ
ータ１４ａ…及び温度センサ１４ｂ，１４ｂに電気的に
接続され温度センサ１４ｂ，１４ｂにおける測温結果に
基づいてヒータ１４ａ…に対する給電量を加減し圧縮体
１２ｂ，１３ｂの温度を制御するコントローラ１４ｃと
からなっている。さらに、下型部１２及び上型部１３
は、例えば普通鋼，ステンレス鋼等の同一材種からなっ
ている。

【００１４】つぎに、上記半導体装置製造装置１１を用
いて本実施例の半導体装置の製造方法について述べる。
この実施例の半導体装置の製造方法は、ダイパッド２上
に半導体チップ４をマウント剤３を介して固着するダイ
ボンディング工程（図３ステップＳＡ１）と、このダイ
ボンディング工程後にボンディングワイヤ６…によりリ
ードフレーム５と半導体チップ４を電気的に接続するワ
イヤボンディング工程（図３ステップＳＡ２）と、この
ワイヤボンディング工程後に半導体チップ４及びダイパ
ッド２及びボンディングワイヤ６…を封止する樹脂封止
工程（図３ステップＳＡ３）とからなっている。しかし
て、樹脂封止工程は、上型部１３の圧縮体１３ｂの温度
を例えば１８５°Ｃに且つ下型部１２の圧縮体１２ｂ温
度を例えば１６５°Ｃに設定する金型温度設定工程（図
４ステップＳＢ１）と、第１動部１５ａにより上型部１
３を下型部１２から離間させた状態で樹脂シート移載手
段１６により下型部１２の圧縮体１２ｂ上面に樹脂シー
ト３１を載置する下型樹脂シート設置工程（図４ステッ
プＳＢ２及び図５）と、ワイヤボンディング工程後のリ
ードフレーム５とこのリードフレーム５と一体的に接着
された樹脂シート３２を樹脂シート移載手段１６により
半導体チップ４を樹脂シート３１に対向させて下型部１
２の外枠１２ａ開口端部に載置する上型樹脂シート設置
工程（図４ステップＳＢ３及び図６）と、第１駆動部１
５ａを駆動して上型部３を下降させその外枠１３ａを下
型部１２の外枠１２ａ密接させたのち第２駆動部１５ｂ
及び第３駆動部１５ｃを起動して上型部１３の圧縮体１
３ｂと下型部１２の圧縮体１２ｂを互いに接近する方向
に駆動し樹脂シート３１，３２を加熱・圧着することに
より樹脂封止部７を成形する加熱圧縮工程（図４ステッ
プＳＢ４及び図２）と、この加熱圧縮工程後に半導体装
置取出し手段１７により半導体装置製造装置１１から半
導体装置１を取り出す取出し工程（図４ステップＳＢ
５）と、この取出し工程により取り出された半導体装置
１を例えば１７５°Ｃにて８時間アフタキュアを行うア
フタキュア工程（図４ステップＳＢ６）とからなってい
る。しかして、樹脂シート３１，３２は、例えばエポキ
シ樹脂，マレイミド樹脂，シリコーン樹脂，フェノール
樹脂などの熱硬化性樹脂を主体とし、これに硬化剤（ト
リフェニルホスフィン）又は架橋剤，触媒，充填剤（溶
融シリカ粉）等を均一に分散させたのち混練し、加熱状
態（例えば１２０°Ｃ）にて２本ロールで圧延して（圧
力は例えば６０ｋｇ／ｃｍ² ）シート状（厚さは例えば
２００μｍ）にし、さらに、加熱状態にて冷えた刃を押
し当て所望の大きさに切断してなる未硬化樹脂である。
そして、樹脂シート３１の寸法は、例えば５×１５ｍ
ｍ、また、樹脂シート３２の寸法は、例えば７×１７．
５ｍｍである。さらに、切断した樹脂シート３２は、リ
ードフレーム５の能動面でない裏面側に載置した後、赤
外線を例えば１０秒照射することにより、リードフレー
ム５に一体的に仮止めされている。さらに、樹脂封止工
程においては、樹脂シート３１，３２は、圧縮体１２
ａ，１３ｂにより、半導体チップ４を装着したリードフ
レーム５を介して、加熱状態で挾圧される。その結果、
樹脂シート３１，３２は、溶融状態となる。ところで、
金型温度設定工程にて、上型部１３の圧縮体１３ｂの温
度を例えば１８５°Ｃに且つ下型部１２の圧縮体１２ｂ
の温度を例えば１６５°Ｃというように、上型部１３の
温度を下型部１２の温度より２０°Ｃ高めに設定してい
るので、下型樹脂シート設置工程から上型樹脂シート設
置工程までの間に時間差（例えば数秒）があったとして
も樹脂シート３１，３２は、ほぼ同一温度にて加熱され
る。その結果、下型部１２の圧縮体１２ｂに接触してい
る溶融樹脂の粘度は例えば２６９Ｐａ・秒であるのに対
して、上型部１３の圧縮体１３ｂに接触している溶融樹
脂の粘度は例えば２５９Ｐａ・秒となる。すなわち、上
型部１３側の溶融樹脂の粘度と、下型部１２側の溶融樹
脂の粘度は、ほぼ等しくなる。したがって、上型部１３
側の溶融樹脂の変形抵抗と、下型部１２側の溶融樹脂の
変形抵抗は、ほぼ等しくなり、下型部１２の圧縮体１２
ｂと上型部１３の圧縮体１３ｂによる加熱・圧縮中によ
り、リードフレーム５に撓みを生じたり、ボンディング
ワイヤ６…が変形するようなことはなくなる。ちなみ
に、上型部１３の圧縮体１３ｂ及び下型部１２の圧縮体
１２ｂの温度をどちらも例えば１７５°Ｃに設定した場
合、下型部１２の圧縮体１２ｂに接触している溶融樹脂
の粘度は例えば２２５Ｐａ・秒であるのに対して、上型
部１３の圧縮体１３ｂに接触している溶融樹脂の粘度は
例えば２８０Ｐａ・秒と、上型部１３側の溶融樹脂の粘
度の方が、下型部１２の溶融樹脂の粘度よりもはるかに
大きくなり、上型部１３側の溶融樹脂の変形抵抗が大き
くなる結果、加熱・圧縮中により、リードフレーム５に
撓みを生じたり、ボンディングワイヤ６…が変形してし
まう。

【００１５】以上のように、この実施例の半導体装置１
の製造方法は、下型部１２の温度を上型部１３の温度よ
りも例えば２０°Ｃ低く設定したので、樹脂封止時にお
ける上型部１３側の溶融樹脂の粘度と下型部１２の溶融
樹脂の粘度とをほぼ等しくすることが可能となるので、
溶融樹脂の変形抵抗を均一になる。その結果、半導体チ
ップ４を装着したリードフレーム５は、表裏ほぼ等しい
圧力で加圧され、リードフレーム５に撓みを生じたり、
ボンディングワイヤ６…が変形するようなことはなくな
る。これにより、半導体装置Ｔの信頼性・品質が向上
し、歩留りが高くなる。

【００１６】また、この実施例の半導体装置１の製造装
置１１は、下型部１２及び上型部１３の温度を制御自在
に設けたので、樹脂シート３１，３２による樹脂封止部
７の成形を、リードフレーム５に撓みを生じたり、ボン
ディングワイヤ６…が変形するようなことなく、高速か
つ自動的に行うことができるようになるので、歩留り及
び製造コストの低減に大幅に寄与することが可能とな
る。

【００１７】なお、上記実施例においては、下型部１２
及び上型部１３は、例えば普通鋼，ステンレス鋼等の同
一材種としているが、下型部１２を例えば普通鋼にて製
作し、上型部１３をアルモニウムや銅にて製作すること
により、上型部１３の熱伝導率を下型部１２の熱伝導率
よりも高くすることにより、上型部１３側の溶融樹脂と
下型部１２側の溶融樹脂の温度差を緩和することができ
る。

【００１８】さらに、上記実施例の半導体装置１の製造
装置１１においては、ヒータ１４ａ…は、圧縮体１２
ｂ，１３ｂのみに埋設したが、外枠１２ａ，１３ａにも
ヒータを埋設するようにしてもよい。こうすることによ
り、上型部１３側の溶融樹脂と下型部１２側の溶融樹脂
の温度差を緩和することができる。

【００１９】さらにまた、樹脂シート３１，３２の製法
として、例えばエポキシ樹脂，マレイミド樹脂，シリコ
ーン樹脂，フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を主体と
し、これに硬化剤又は架橋剤，触媒，充填剤等をアセト
ンなどの溶剤に溶解して適当な濃度の溶液を調製し、こ
の溶液をガラス織布などに含浸させた後、溶媒を揮発さ
せプリプレグとしたものを用いてもよい。

【００２０】さらに、上記実施例においては、半導体装
置１の製造装置１１は、１個取りの場合を例示している
が、これに拘泥することなく、多数個取りの場合にも拡
張可能である。

【００２１】

【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、下型部の温度を上型部の温度よりも低く設定するよ
うにしたので、樹脂封止時における上型部側の溶融樹脂
の粘度と下型部の溶融樹脂の粘度とをほぼ等しくするこ
とが可能となり、溶融樹脂の変形抵抗を均一になる。そ
の結果、半導体チップを装着したリードフレームは、表
裏ほぼ等しい圧力で加圧され、リードフレームに撓みを
生じたり、ボンディングワイヤが変形するようなことが
抑制できる。

【００２２】本発明の半導体装置の製造装置によれば、
下型部及び上型部の温度を制御自在に設けたので、樹脂
シートによる樹脂封止部の成形を、リードフレームに撓
みを生じたり、ボンディングワイヤが変形するようなこ
となく、高速かつ自動的に行うことができるようになる
ので、歩留り及び製造コストの低減に大幅に寄与するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の半導体装置の製造方法によ
り製造された半導体装置の構成を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施例の半導体装置の製造装置の構
成図である。

【図３】本発明の一実施例の半導体装置の製造方法の概
要を説明するためのフローチャートである。

【図４】本発明の一実施例の半導体装置の製造方法の詳
細を説明するためのフローチャートである。

【図５】本発明の一実施例の半導体装置の製造方法の詳
細を説明するための説明図である。

【図６】本発明の一実施例の半導体装置の製造方法の詳
細を説明するための説明図である。

【図７】従来の半導体装置の製造装置の説明図である。

【図８】従来技術の欠点を説明するための半導体装置の
製造装置の要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１：半導体装置，４：半導体チップ，５：リードフレー
ム，７：樹脂封止部，１２：下型部，１３：上型部，１
４：金型温度制御部，１４ａ：ヒータ，１４ｂ：温度セ
ンサ，３１，３２：樹脂シート。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体チップと、上記半導体チップが搭載
   されたリードフレームと、上記リードフレームと上記半
   導体チップを電気的に接続する複数のボンディングワイ
   ヤと、上記リードフレームに搭載された半導体チップを
   封止する樹脂封止部とを具備する半導体装置の製造方法
   において、下型部に形成されたキャビティ底部に未硬化
   樹脂からなる下型樹脂シートを載置する下型樹脂シート
   設置工程と、上記キャビティの開口端部に上記半導体チ
   ップが搭載されたリードフレームを上記半導体チップを
   上記下型樹脂シートに対向させて係止するとともに上記
   リードフレームの裏面に未硬化樹脂からなる上型樹脂シ
   ートを積重する上型樹脂シート設置工程と、上記下型部
   のキャビティ底部を上記開口端部に係止されているリー
   ドフレームに向かって上記下型樹脂シートとともに上昇
   させるとともに上型部を上記上型樹脂シートに向かって
   下降させ上記上型樹脂シート及び上記下型樹脂シートを
   加熱圧縮することにより上記樹脂封止部を成形する加熱
   圧縮工程とを具備し、上記加熱圧縮工程において上記上
   型部の温度を下型部の温度よりも高く設定することを特
   徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】上型樹脂シートを予め半導体チップが搭載
   されたリードフレームに接着することを特徴とする請求
   項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】加熱圧縮工程後の樹脂封止部に対してアフ
   タキュアを行うことを特徴とする請求項１記載の半導体
   装置の製造方法。
4. 【請求項４】半導体チップと、上記半導体チップが搭載
   されたリードフレームと、上記リードフレームと上記半
   導体チップを電気的に接続する複数のボンディングワイ
   ヤと、上記リードフレームに搭載された半導体チップを
   封止する樹脂封止部とを具備する半導体装置の製造装置
   において、摺動自在に内嵌されキャビティを形成する圧
   縮体を有する下型部と、上記下型部に対して昇降自在に
   設けられ上記下型部とともに上記樹脂封止部の加熱圧縮
   成形を行う上型部と、上記下型部及び上記上型部の温度
   を制御する金型温度制御部と、未硬化樹脂からなる樹脂
   シートを上記のキャビティの底部及び開口端部に移載す
   る樹脂シート移載手段と、上記樹脂封止部が成形された
   半導体装置を下型部から取り出す半導体装置取出し手段
   とを具備することを特徴とする半導体装置の製造装置。
5. 【請求項５】上型部は下型部よりも熱伝導率が高い材質
   からなることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の
   製造装置。