JPH10214852A - 半導体封止方法 - Google Patents

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
射出成形による半導体封止方法において、スプルーレス
成形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、スプルー部分
を他の金型部分から独立して温度制御を行う温度制御装
置を有する射出成形金型を用いてスプルーレス成形をす
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。このような点を改善し、射出成形に
よる半導体封止を良好に行うため、本発明者らは、特願
平８−１５２４７号及び特願平８−１５２４８号明細書
において、低圧あるいは低速で射出成形することを提案
している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】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】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
する方法において樹脂廃棄物を低減するためのものであ
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、硬化させる半導体封止方法にお
いて、スプルー部分を他の金型部分から独立して温度制
御を行う温度制御装置を有する射出成形金型を用いてス
プルーレス成形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】本発明は、スプルー部分を他の金型部分か
ら独立して温度制御を行う射出成形金型を用いてスプル
ーレス成形することを特徴としている。以下、成形工程
を図面に基づいて説明する。

【００１１】図１は本発明における射出成形金型の概略
図である。射出成形機より射出された樹脂はスプルー
（３）を通り、ランナー（４）、ゲート（５）を経て
（２）キャビティ（２）に達する。このとき素ぷるー部
分は、スプルーブッシュ（６）とし、このスプルーブッ
シュ（６）を他の部分の金型温度とは別に温度制御し、
６５〜１２０℃とする。このことによりスプルーブッシ
ュ内の樹脂を硬化させないようにし、成形完了後の型開
き時には、樹脂がスプルーブッシュ内に残留するように
する。従って成形完了後の成形品取り出し時は成形品
（リードフレーム）、ランナー、ゲートのみ取り出す。
スプルーブッシュ内の樹脂は次回の成形ショット時に使
用される。通常では樹脂廃棄物としてスプルー、ランナ
ー、ゲートが発生するが、本発明によりスプルーが樹脂
廃棄物とはならず、次回成形に利用される。

【００１２】スプルーブッシュの温調は、水または油を
媒体とし、一般的な金型温水器または温油器により温度
制御する。温水器よりでた媒体は、温調用温水穴（７）
よりスプルーブッシュ内に入り、温調用温水経路（８）
を通り、他方の温調用温水穴（７）を経て温水器に戻
る。スプルーブッシュの設定温度は６５〜１２０℃、好
ましくは８０〜１００℃である。

【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（エポキシ樹脂組成物）の流動性、硬化
の速さ等から１５０〜１９０℃、好ましくは１６５〜１
８５℃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】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、本発明のスプルー
レス成形では１０〜３５％と大きく低下する。

【００１５】また成形品取り出しをロボットによる自動
化を行うとき、スプルーを取り出す必要がないため型開
き量を小さくすることができ、成形機がコンパクトにな
ることやロボットの製作が安易になる長所もある。

【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（軟化点７０℃、エポキシ当量２００）、フ
ェノールノボラツク（軟化点約８０℃、水酸基当量１０
３）、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。射出成形金型のスプルー部をスプルーブッ
シュ構造とし、この温度９０℃に設定した。金型は２列
で各列５個の１０個取りとし、ＩＣ素子（１６ｐＤＩ
Ｐ）を接合し、金線ボンデイングされた５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．逆電圧特性：リード線に定格電圧（１０００Ｖ）を
かけて、リーク電流を測定し、良否の判定を行った。数
値の分子は、１００個を観察したときに不良となったも
のの数である

【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、スプルー部分のみの温
度制御装置を有する射出成形金型を用いてスプルーレス
成形することは長時間連続して問題なく実施できること
が明らかとなった。スプルーレス成形することにより樹
脂廃棄物を大幅に低減することができる。そしてスプル
ーレスとなることにより成形品の取り出しのロボット化
することが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の射出成形金型（一例）の概略断面図

【符号の説明】

１ リードフレーム ２ キャビティ ３ スプルー ４ ランナー ５ ゲート ６ スプルーブッシュ ７ 温調用温水穴 ８ 温調用温水経路

Claims (2)

【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、スプルー部分を他
   の金型部分から独立して温度制御を行う温度制御装置を
   有する射出成形金型を用いてスプルーレス成形をするこ
   とを特徴とする半導体封止方法。
2. 【請求項２】 射出成形金型の温度制御装置部分の温度
   が６５〜１２０℃である請求項１記載の半導体封止方
   法。