JPH1058478A - トランスファ成形装置及びこれを用いた半導体装置の製 造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】樹脂封止型の半導体装置のトランスファ成形時
に発生するワイヤ変形、アイランドシフト、未充填、ボ
イド及びアイランドシフトを全て防止する。 【解決手段】平面形状ほぼ方形のキャビティ４に対し、
キャビティの四つの角部のそれぞれにゲート２を設け、
上型及び下型のキャビティのほぼ中心位置に樹脂溜り３
を設ける。各ゲート２のそれぞれから同時に圧入された
樹脂は、キャビティ４のほぼ中心で合流する。溶融樹脂
がその流動方向に垂直に張られたボンディングワイヤ当
る前に、対称位置のゲートから圧入された樹脂と合流す
るので、ワイヤ変形がなくなる。キャビティ内を流れる
上下の樹脂に充填差が生じたとしても、対角に位置する
ゲートより注入された樹脂で支えられた状態となるので
アイランドシフトは生じない。ゲートから充填完了迄の
樹脂の移動距離が短くなり、樹脂の硬化前に充填が完了
するので、ボイドや未充填は生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂封止型の半導
体装置の製造に用いられるトランスファ成形装置及びこ
れを用いた半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】樹脂封止型半導体装置は、例えばエポキ
シのような熱硬化性樹脂によってチップやインナリード
を覆って、封止、外装したものである。上記の熱硬化性
樹脂体の形成には、通常、トランスファ成形が用いられ
る。

【０００３】図６に、上記トランスファ成形に従来用い
られている注入金型の一例の平面図及び、部分拡大断面
図を示す。又、溶融樹脂圧入中の樹脂の流れの様子を、
図７（ａ）（透視平面図）及び図８（ａ）（断面図）に
示す。図６を参照して、この図に示す金型には、ほぼ方
形のキャビティ４に対し、四つの角の中の一つにゲート
２が設けられ、他の三つの角にはエアベント１３が設け
られている。ポット１内でタブレット１１を溶融させる
ことによって得た流動性の樹脂は、図７（ａ），図８
（ａ）に示すように、ゲート２からキャビティ１の一角
に圧入され、対角線方向に向って扇形に広がりつつ進行
しながら、キャビティ１を埋めて行く。その溶融樹脂が
キャビティ内を進行して行くときに、従来の金型を用い
たトランスファ成形では、チップ９が傾くという、所謂
アイランドシフトが生じたり、チップとリードフレーム
のインナリードとを接続するワイヤ１７が変形するとい
う、所謂ワイヤ変形が生じ易い。或いは、キャビティが
樹脂によって完全に充填され切れず、ワイヤ１７或いは
インナリード１２が一部露出するという、所謂未充填の
現象が起ることもある。更には、樹脂圧入の際に巻き込
んだ空気によって成形後の外装樹脂体にボイドが発生す
ることもある。これらの障害はいずれも、溶融樹脂のキ
ャビティへの圧入が、一箇所から行われることに基づく
ものである。

【０００４】すなわち、キャビティの一角から注入され
た溶融樹脂は図８（ａ）に示すように、圧入された部分
から扇形に広がりながら対角方向に進んで行く。その結
果、ワイヤ１７の伸張方向と溶融樹脂１８の進行方向と
が直交するような部分が生じる。そのような部分ではワ
イヤは樹脂から大きな圧力を受けるので、樹脂の進行方
向に流され、変形することになる。このようなワイヤ変
形は例えば図８（ｂ）に示すように、ゲート２に隣り合
う角に張られたワイヤに起り易く、近年の狭ピッチ化さ
れ長尺化の著しいワイヤでは、隣りどうしのワイヤが接
触してしまうことになる。

【０００５】又、図７（ａ）に示すように、チップ９の
上側を流れる樹脂とアイランド１０の下側を流れる樹脂
とで進行速度に差が生じ、図８（ｂ）或いは図８（ｃ）
に示すように、充填完了後に、チップが傾き或いは上方
または下方に移動して（アイランドシフト）、チップ自
体やワイヤが外装樹脂体から露出してしまう。従来の金
型を用いたトランスファ成形では、キャビティ内での溶
融樹脂の移動距離が長く、完全充填迄に長時間を要する
ことから、上記のアイランドシフトが特に起り易い。

【０００６】更には、アイランド１０の下方を流れる溶
融樹脂の特に合流点に、気泡や合流跡が生じるが、その
気泡は、気泡放出のためのエアベント１６から外部に放
出できず又、注入圧力でも気泡や合流跡を押し潰せな
い。その結果、図８（ｄ）に示すように、樹脂硬化後の
完成した半導体装置の表面に気泡や合流跡による凹みな
どが露出してしまう（ボイド１９）。又、溶融樹脂の移
動距離が長いことから、キャビティの完全充填完了前に
樹脂が硬化し、充填されない部分（未充填或いは内部ボ
イド）２０が生じてしまう。

【０００７】上記のような障害の中、ボイドや未充填の
改善を目的とした発明が、特開平４ー１３２２３４号公
報に開示されている。すなわち、ゲートと対向する側の
近傍に樹脂溜りを設け、その樹脂溜りに、充填中に巻き
込んだ気泡や合流跡を流し込むことによって、半導体装
置自体にはボイドや未充填を発生させないようにするの
である。

【０００８】又、特開平４ー２９９５４３号公報には、
一つのキャビティに複数のゲートと複数のプランジャと
を設ける発明が開示されている。上記公報記載の発明
は、それぞれのゲートから異種の樹脂を圧入することに
よって、異種の樹脂体で外装された複数の半導体装置が
一つの半導体装置として合体された構造を実現すること
を目的とするものであって、トランスファ成形のワイヤ
変形やアイランドシフトの解消を直接の目的とするもの
ではないが、樹脂の移動距離が短くなり充填差が小さく
なることから、ワイヤ変形やアイランドシフトに対して
も効果があるものと考えられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】これ迄述べた従来のト
ランスファ成形における第１の問題点は、近年、チップ
が大型化、薄形化、多ピン化、狭ピッチ化していること
から、ゲートに対向するエアベント付近に未充填或いは
ボイドが生じ易くなっていることである。

【００１０】その理由は、ゲートとそのゲートに対向す
るエアベント迄の距離（以下、充填距離と記す）が長く
なることにより、チップの上方を流れる樹脂とアイラン
ドの下方を流れる樹脂との間に生じた充填差が大きくな
るからである。しかも、合流時には既に樹脂の硬化が始
まっているので、注入圧力によっても気泡や合流跡を押
し潰せなくなっているからである。

【００１１】第２の問題点は、ボンディングワイヤが狭
ピッチ化、長尺化することにより、ワイヤ変形、短絡が
起り易くなっていることである。

【００１２】その理由は、一つのゲートから注入された
溶融樹脂は扇形に広がりながら移動して行くので、その
樹脂の流動進行方向に対して垂直に張られるワイヤが出
ることになり、ワイヤがそのワイヤの近傍のワイヤも含
め、樹脂の流動と共に押し流されるからである。このワ
イヤ変形は、ゲートとこれに対向するエアベント迄の充
填距離が長いことから、樹脂の硬化迄の間に樹脂を注入
し終るために、注入圧力を高め流速を早くしなければな
らないという事実により、更に加速される。

【００１３】第３の問題点は、ワイヤの長尺化、狭ピッ
チ化、多ピン化が進むことにより、ワイヤが隣りのワイ
ヤ或いはリードと接触してしまうことが起り易くなるこ
とである。

【００１４】その理由は、微小のワイヤ変形でも隣りの
ワイヤ或いはリードとの接触が生じるからである。

【００１５】これらの諸問題に対し、従来、それらを個
別に改善するための技術はあったものの、全てを同時に
解決する技術はこれ迄、なかった。

【００１６】従って本発明は、樹脂封止型の半導体装置
において、トランスファ成形の際に生じる、ワイヤ変
形、アイランドシフト、ボイド或いは未充填を、同時に
確実に解消することを目的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のトランスファ成
形装置は、樹脂封止型半導体装置の封止外装用樹脂体の
成形に用いられるトランスファ成形装置において、平面
形状ほぼ方形のキャビティに対し、前記キャビティの四
つの角のそれぞれにゲートを設け、上金型，下金型のキ
ャビティのほぼ中心位置に、金型の外部に通気する構造
の樹脂溜りを設けたことを特徴とする。

【００１８】又、前記キャビティの四つの角の中の対角
線上に位置する二つの角のそれぞれにゲートを設け、他
の二つの角のそれぞれに、金型の外部に通気する樹脂溜
りを設けたことを特徴とする。

【００１９】或いは、前記キャビティの四つの角の中の
対角線上に位置する二つの角部のそれぞれにゲートを設
け、他の二つの角のそれぞれにエアベントを設けると共
に、キャビティより外方のリードフレームのタイバー部
全域にエアベントを設けたことを特徴とする。

【００２０】本発明の半導体装置の製造方法は、リード
フレームのアイランドに搭載したチップとリードフレー
ムのインナリードとを金属細線で接続するワイヤボンデ
ィング工程と、前記ワイヤボンディング工程後のチップ
を封止外装用の樹脂体で覆う樹脂封止工程とを含む半導
体装置の製造方法において、前記樹脂封止工程では、上
記三つのトランスファ成形装置のいずれかを用い、トラ
ンスファ成形により前記封止外装用樹脂体を成形し、前
記外装用樹脂体成形の後に、前記樹脂溜り又はエアベン
トに付着した樹脂体を、研削，切削或いは高圧水の噴射
などのような物理的手段により、除去することを特徴と
する。

【００２１】ほぼ方形のキャビティの互いに対角に位置
する二つのゲートのそれぞれ同時にから注入された樹脂
が、その移動方向に対し垂直に張られたワイヤに当る前
に、相手のゲートより圧入された溶融樹脂と合流するの
で、ワイヤ変形がなくなる。しかも、複数のゲートから
同時に樹脂が注入されるので、樹脂の充填距離がほぼ半
分になる。従って、充填差によるアイランドシフトや未
充填が無くなる。

【００２２】又、樹脂の合流点に樹脂溜り又はエアベン
ト、或いはそれら両者を設けることにより、キャビティ
内の空気や樹脂流動中に巻き込んだ気泡を排除すること
ができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の
実施の形態による成形金型の透視斜視図および、金型内
の樹脂のＡーＢ切断線における断面図である。図１を参
照して、本実施の形態では、キャビティ４の四つの角の
それぞれに、ポット１およびゲート２を設け、溶融樹脂
を同時に注入し始める。その充填中の樹脂の進行状態を
図２に示す。図２を参照して、溶融樹脂１８は、キャビ
ティを四等分したように充填される。最後に充填される
のは、キャビティのほぼ中心である。この充填時の溶融
樹脂の挙動は、キャビティの上面側でも下面側でも、同
じである。キャビティのほぼ中心、溶融樹脂が合流する
点には、上下金型に円柱状の樹脂溜り３が設けられてお
り、ノックアウトピン８が嵌挿されている。このノック
アウトピン８と樹脂溜り３との間には、適当なクリアラ
ンスが設けられている。

【００２４】トランスファ成形の進行過程を順に示す図
３を参照して、先ず、下金型のポット１にタブレット１
１を投入する。その後、下金型にボンディング済のチッ
プとリードフレームとを載せる。更に、下金型と上金型
とをクランプ（型締）する。その後、キャビティ４の四
隅に設けられたゲート２から、樹脂を同時に注入開始す
る。

【００２５】注入が進むにつれ、図２に示すように、キ
ャビティ４のほぼ中心にキャビティ内の空気が寄せ集め
られるが、その空気は、円柱状の樹脂溜り３とノックア
ウトピン８との隙間から、外部に放出される。充填の最
終段階には、樹脂がその隙間に流れ込み、約１ｍｍの高
さで硬化し流れが止る。

【００２６】その後、キャビティ４及び樹脂溜り３の樹
脂が硬化成形後、上下金型の型開きと同時に、上型ノッ
クアウトピン８により上型より成形品が離型される。更
に、型開き完了後、プランジャ７及び下型ノックアウト
ピン８により下型より離型される。尚、樹脂溜り３とノ
ックアウトピン８との隙間に流れ込んだ樹脂は、樹脂溜
り３と共に金型より離型されるので、次のショットで
は、隙間が同様にエアベントの働きを兼ねることができ
る。

【００２７】成形済みの半製品における樹脂溜りは、そ
の後の工程で、キャビティと面一になるように研削若し
くは切削して、削除する。

【００２８】従来のトランスファ成形金型の構造では、
キャビティ内部の空気や樹脂圧入の際に巻き込んだ気泡
は、キャビティのゲートが設けられた角以外の三つの隅
に設けられたエアベントから、外部に放出される。これ
により、ボイドの発生が押えられる。これに対し、本実
施の形態の金型では、キャビティの四隅にゲートを設け
樹脂を同時に注入しているので、キャビティ内の空気や
気泡を外部に放出できない。

【００２９】そこで、本実施の形態では、キャビティの
ほぼ中心部の上金型と下金型の両方に、円柱状の樹脂溜
り３を設けている。この樹脂溜り３にはノックアウトピ
ン８が嵌挿されており、そのノックアウトピン８と樹脂
溜り３それぞれの直径は、適当なクリアランスを設けた
寸法に設定されている。キャビティの中心に最後に残る
空気や気泡は、そのクリアランスから外部に放出され
る。本実施の形態では、クリアランスを片側０．０４ｍ
ｍとした。

【００３０】上記の樹脂溜り３に充填された樹脂は、樹
脂の硬化成形後、研削あるいは切削などにより削除し、
製品としての外形異常、寸法外れのない精度に仕上げ
る。

【００３１】本実施の形態では、樹脂は多方向より対称
に、同時に圧入されるので、例えキャビティの上側を流
れる樹脂と下側を流れる樹脂とに充填差が生じても、ア
イランドを互いに相手のゲートから注入された樹脂で支
えあうようになる。従って、従来の金型にみられたアイ
ランドシフトは起らない。又、樹脂の進行方向に垂直に
張られたワイヤが存在しなくなるので、ワイヤ変形は発
生しなくなる。更には、ゲートと充填完了位置迄の距離
が短かくなるので、樹脂の硬化開始前に充填が完了し、
未充填やボイドの発生がなくなる。

【００３２】次に図４は、本発明の第２の実施の形態に
よる成形金型の透視斜視図および、金型内の樹脂のＡー
Ｂ切断線における断面図である。図４を参照して、本実
施の形態では、一つのキャビティに対し、対角に位置す
る二つの隅のそれぞれにゲート２とポット１とを設けて
いる。残りの二つの角のそれぞれには樹脂溜り３及びエ
アベント１３を設け、その樹脂溜り３とキャビティ４と
を連結ゲートで連結している。

【００３３】溶融樹脂は、上記の対角に位置する二つの
隅に設けられたゲート２より、同時に注入される。二つ
のゲートから注入された樹脂はその後、他の二つの角に
設けられた樹脂溜りを直線で結ぶ対角線上で合流し、合
流後は、対向する樹脂溜りに流れ込み、硬化成形後、金
型より離型される。

【００３４】キャビティ内の空気や気泡は、樹脂の注入
によりキャビティ内から樹脂溜りに追い出され、その樹
脂溜りからエアベントを通して金型外部に放出される。
樹脂溜りに充填された樹脂は硬化成形後に、打抜き除去
する。

【００３５】次に、本発明の第３の実施の形態につい
て、説明する。図５は、本実施の形態による成形金型に
ワイヤボンディング済みのリードフレームをセットした
状態を示す斜視図および、ＡーＢ断面を示す図である。
図５を参照して、本実施の形態では、キャビティの対角
上に位置する二つの隅のそれぞれに、ゲート２及びポッ
ト１を設け、他の二つの角には、従来の技術による金型
におけると同様の幅の狭いエアベント１３が、上金型，
下金型共に設けられている。

【００３６】更に、第２の実施の形態とは異って、樹脂
の流れを塞き止めるタイバーがキャビティ４より遠方に
ある構造の半導体装置で、その製品として用いるリード
の領域（製品領域）より外側に、０．０４ｍｍのエアベ
ントを、上・下型共に設けてある。

【００３７】上記対角上に位置する二つのゲート２より
注入された樹脂が、他の二つの樹脂溜り３を結ぶ対角線
上で合流するのは第２の実施例と同様であるが、キャビ
ティ内部の空気や気泡は樹脂注入により、キャビティ内
部からリード１２とリード１２との間を通り、タイバー
１４に設けられたエアベントから金型外部に放出され
る。樹脂もそのリードとリードとの間を流れ、タイバー
１４のエアベントに流れ込み、硬化成形される。そのリ
ードとリードとの間に流れ込んだ樹脂は、硬化成形後、
次工程にて、従来の樹脂バリ除去と同様に、高圧水ある
いは砥材により除去する。

【００３８】

【発明の効果】本発明の第１の効果は、キャビティの対
角に位置する複数の角にゲートを設けることによって、
ボンディングワイヤの変形を防止できることである。そ
の理由は、対角に位置するゲートから溶融樹脂を注入す
るので、ワイヤ変形の最も発生し易い、樹脂流動方向に
対して垂直に張られたワイヤに樹脂が当る前に、もう一
方のゲートから注入された樹脂と合流するからである。

【００３９】第２の効果は、アイランドシフトを防止で
きることである。その理由は、チップの上方若しくはア
イランドの下方を流れる樹脂に充填差が生じたとして
も、対角に位置するゲートより注入された樹脂で支えら
れた状態となるからである。

【００４０】第３の効果は、ボイドや未充填を防止でき
ることである。その理由は、ゲートから充填完了位置迄
の距離を短くすることができ、樹脂の硬化前に充填を完
了することができるからである。

【００４１】本発明によれば、トランスファ成形におけ
るワイヤ変形、アイランドシフト、ボイド及び未充填
を、同時に確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態によるトランスファ
成形金型の斜視図および、金型内の樹脂の断面図であ
る。

【図２】第１の実施の形態における溶融樹脂の流れの挙
動を示す透視平面図である。

【図３】第１の実施の形態におけるトランスファ成形の
進行過程を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態によるトランスファ
成形金型の斜視図および、金型内の樹脂の断面図であ
る。

【図５】本発明の第３の実施の形態によるトランスファ
成形金型にリードフレームをセットした状態を示す斜視
図および、金型内の樹脂の断面図である。

【図６】従来の技術によるトランスファ成形金型の一例
の平面図および、部分拡大断面図である。

【図７】従来の技術によるトランスファ成形における溶
融樹脂の流動の挙動を示す断面図および、アイランドシ
フト，ボイド及び未充填の状態を示す断面図である。

【図８】従来の技術によるトランスファ成形における溶
融樹脂の流動の挙動を示す平面図および、リード変形の
状態を示す平面図である。

【符号の説明】

１ ポット ２ ゲート ３ 樹脂溜り ４ キャビティ ５ 上金型 ６ 下金型 ７ プランジャ ８ ノックアウトピン ９ チップ １０ アイランド １１ タブレット １２ リード １３ エアベント １４ タイバー １５ エアベント領域 １６ 金型のにげ １７ ワイヤ １８ 樹脂 １９ ボイド ２０ 未充填

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂封止型半導体装置の封止外装用樹脂
   体の成形に用いられるトランスファ成形装置において、 平面形状ほぼ方形のキャビティに対し、前記キャビティ
   の四つの角のそれぞれにゲートを設け、上金型，下金型
   のキャビティのほぼ中心位置に、金型の外部に通気する
   構造の樹脂溜りを設けたことを特徴とするトランスファ
   成形装置。
2. 【請求項２】 樹脂封止型半導体装置の封止外装用樹脂
   体の成形に用いられるトランスファ成形装置において、 ほぼ方形のキャビティに対し、前記キャビティの四つの
   角の中の対角線上に位置する二つの角のそれぞれにゲー
   トを設け、他の二つの角のそれぞれに、金型の外部に通
   気する樹脂溜りを設けたことを特徴とするトランスファ
   成形装置。
3. 【請求項３】 樹脂封止型半導体装置の封止外装用樹脂
   体の成形に用いられるトランスファ成形装置において、 ほぼ方形のキャビティに対し、前記キャビティの四つの
   角の中の対角線上に位置する二つの角部のそれぞれにゲ
   ートを設け、他の二つの角のそれぞれにエアベントを設
   けると共に、キャビティより外方のリードフレームのタ
   イバー部全域にエアベントを設けたことを特徴とするト
   ランスファ成形装置。
4. 【請求項４】 リードフレームのアイランドに搭載した
   チップとリードフレームのインナリードとを金属細線で
   接続するワイヤボンディング工程と、前記ワイヤボンデ
   ィング工程後のチップを封止外装用の樹脂体で覆う樹脂
   封止工程とを含む半導体装置の製造方法において、 前記樹脂封止工程では、請求項１乃至３のいずれかに記
   載のトランスファ成形装置を用い、トランスファ成形に
   より前記封止外装用樹脂体を成形し、 前記外装用樹脂体成形の後に、前記樹脂溜り又はエアベ
   ントに付着した樹脂体を、研削，切削或いは高圧水の噴
   射などのような物理的手段により、除去することを特徴
   とする半導体装置の製造方法。