JPH10163239A - 半導体封止方法 - Google Patents

半導体封止方法

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JPH10163239A
JPH10163239A JP31676096A JP31676096A JPH10163239A JP H10163239 A JPH10163239 A JP H10163239A JP 31676096 A JP31676096 A JP 31676096A JP 31676096 A JP31676096 A JP 31676096A JP H10163239 A JPH10163239 A JP H10163239A
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JP
Japan
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injection molding
injection
epoxy resin
low
molding
Prior art date
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Pending
Application number
JP31676096A
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English (en)
Inventor
Hideo Ito
英雄 伊藤
Fuminari Yoshizumi
文成 吉住
Katsunori Minami
勝則 南
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Bakelite Co Ltd
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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
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  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 射出成形用エポキシ樹脂封止材料を用いて
低圧・低速の射出成形により半導体封止を長時間連続し
て実施すること。 【解決手段】 半導体素子が接合され、ワイヤボンデイ
ングされたリードフレーム、又は半導体素子が接合され
たリード線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射出
成形用エポキシ樹脂封止材料を、射出速度を0.3〜5
0mm/秒の低速に制御し、射出圧力を30〜175k
gf/cm2 の低圧に制御して射出することを特徴とす
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、デイスクリート等の半導
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、金型内のポットにこのタブレットを投入し、加熱溶
融させながらプランジャーで加圧することにより、金型
キャビティ内に移送し、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。これらの点か
ら低コスト化、大量生産性に限界があり、また、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イ内に到達する迄の
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
とする半導体パツ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
程が不要であり、賦形のための装置・時間を省略するこ
とができる。連続生産が可能であり、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イ
ングワイヤの変形もしくは切断、あるいはダイオード等
では内部素子への加圧による電気性能の低下等、得られ
た半導体パツケージの信頼性を著しく損なう結果となる
と考えられていた。
【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射出成形
用エポキシ樹脂封止材料を使用し、低圧・低速射出成形
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
が接合され、ワイヤボンデイングされたリードフレー
ム、又は半導体素子が接合されたリード線を、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
導体封止方法において、射出成形機の射出速度を0.3
〜50mm/秒の低速に制御す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、及びキャビテイ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ツク型エポキシ樹脂、
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、ノボラツ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。 射出速度は射出容量等にもよるが、一般的な成形機では
1〜100mm/秒であり、半導体封止のような成形で
は、特に微低速の制御が必要であり、0.3〜50mm
/秒が好ましい。これより速い速度では半導体素子上の
ボンデイングワイヤの変形、切断、あるいはダイオード
等では内部素子の電気性能の低下等を起こす可能性があ
り、一方、これより遅い速度ではキャビテイ内での充填
不良、ボイド、ダイオード等では耐圧不良を生じる恐れ
がある。さらに好ましい射出速度の範囲は0.3〜15
mm/秒である。またこの射出速度の分解能は最低でも
0.1mm/秒が必要でこれより大きい分解能では微細
な速度制御が困難で、安定性、再現性の低下の心配があ
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、30〜300kgf/cm
2 である。特に成形物の特性に影響する保圧段階ではよ
り低圧が好ましく、その範囲は30〜175kgf/c
2 の低圧である。これより高い圧力では半導体素子上
のボンデイングワイヤの変形、切断、あるいはダイオー
ド等では内部素子への加圧による電気性能の低下等を起
こす可能性があり、一方、これより低い圧力ではキャビ
テイ内での充填不良、ボイド、ダイオード等では耐圧不
良を生じる恐れがある。さらに好ましくは50〜125
kgf/cm2の範囲である。またこの射出圧力の分解
能は最低でも1kgf/cm2 が必要であり、これより
大きいと微細な制御が十分にできず、成形の安定性もよ
くない。
【0012】駆動方式は油圧式および電動サーボ式の一
方、あるいは併用式が採用可能であるが、駆動の安定
性、再現性の点より電動サーボ式が好ましい。電動サー
ボ式を採用すると、低圧・微低速制御の容易さと相俟っ
て、半導体での長時間連続運転が可能となる。
【0013】本発明の封止方法において、金型の設定温
度は、封止材料(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、速硬化性の
樹脂組成物の場合60秒以下とすることが可能である。
【0014】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
ー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ー部の温度を封止材
料の硬化が起こり難い温度、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)を取り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・ランナー部の未硬
化の封止材料をキャビテイ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、プラスチツク廃棄物を大きく低減できるという長所
がある。
【0015】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
プルーランナーレス成形では10〜30%と、それぞれ
大きく低下する。
【0016】
【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ツク型エ
ポキシ樹脂(エポキシ当量200)、フェノールノボラ
ツク(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。
【0017】射出成形機は名機製作所M−70B−TS
(スクリューインライン式)を改造し、射出圧力の分解
能を1kgf/cm2 、射出速度の分解能を0.1mm
/秒とした。シリンダー設定温度85℃、射出圧力90
kgf/cm2 、射出速度1.0mm/秒に設定した。
金型は2列で各列10個の20個取りとし、IC素子
(20pSOP)を接合し、金線ボンデイングされた1
0個連続の銅製リードフレーム2本を金型にセットし、
金型温度175℃とし、成形サイクル80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、ボイドを測定した。5時間毎の結
果を表1に示す。
【0018】
【表1】
【0019】(測定方法) 1.外観:実体顕微鏡(10倍)で観察し、φ0.1m
m以上の大きさの表面ボイドのあるものの数をカウント
した。数値の分子は、100個の成形品を観察したとき
の表面ボイドのある成形品の数である。 2.充填性:上記と同様にして、実体顕微鏡で表面の未
充填箇所の有無を観察した。良好は、未充填がないこと
を示す。 3.ワイヤスイープ:成形品に軟X線を照射して、ボン
デイングワイヤ(30μm径:長さ2.2mmのセミハ
ード金線)の流れ(変形)量を測定した。IC素子端面
とリード端子のボンデイング間の距離に対する最大ワイ
ヤ流れ量の比を%で示した。 4.ボイド:成形品に超音波を照射して、φ0.3mm
以上の大きさの内部ボイドのあるものの数をカウントし
た。数値の分子は、100個の成形品を観察したときの
内部ボイドのある成形品の数である。
【0020】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。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、射出成形用エポキシ樹
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、特に低圧域、及び射出速度、特に微低速
域を容易に制御できる。従って、通常の射出成形の場合
より低圧・低速にすることにより、より安定した長時間
の連続成形が可能である。低圧・低速成形では、インサ
ートである半導体を接合しワイヤボンデイングされたリ
ードフレーム、あるいは半導体を接合したリード線への
圧力が小さいことから性能面での信頼性が得られる。射
出条件が一定に制御されるので、適切な射出条件の設定
によりバリの発生や充填不良を防止することができる。
【0022】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、トランスファ成形のようにタブレット
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、スプルーランナーレス成
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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 23/31 // B29K 63:00 B29L 31:34

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体が接合され、ワイヤボンデイング
    されたリードフレーム、又は半導体素子が接合されたリ
    ード線を、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射出成
    形用エポキシ樹脂封止材料を射出成形機により注入し、
    硬化させる半導体封止方法において、射出成形機の射出
    速度を0.3〜50mm/秒の低速に制御することを特
    徴とする半導体封止方法。
  2. 【請求項2】 射出成形機の射出速度の分解能が0.1
    mm/秒である請求項1記載の半導体封止方法。
  3. 【請求項3】 射出成形機の射出圧力を30〜175k
    gf/cm2 の低圧に制御する請求項1記載の半導体封
    止方法。
  4. 【請求項4】 射出成形機の射出圧力の分解能が1kg
    f/cm2 である請求項3記載の半導体封止方法。
  5. 【請求項5】 制御のための駆動方式が油圧又は電動サ
    ーボである請求項1、2、3又は4記載の半導体封止方
    法。
JP31676096A 1996-11-27 1996-11-27 半導体封止方法 Pending JPH10163239A (ja)

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