JPS58185B2 - 半導体類のパッケ−ジ成形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はダイオードやトランジスターのような半導体素
子や、これら半導体の集積回路（以下半導体類と称す）
を気密収納する為のパッケージ成形方法、更に詳しくは
半導体類を装着したリードフレームを予め成形された少
くとも１個が半導体類を収納するための窪みを有する二
個の熱可塑性樹脂板状成形品（以下熱可塑性樹脂板状体
と称す）により挾み一体密封化することを特徴とする熱
可塑性樹脂製のフラットパッケージ及びデュアルインラ
インパッケージ等の製法に関するものである。

従来、半導体類のパッケージ方式には金属、セラミック
ス及びガラス等で気密シールを行なうパッケージ方式と
プラスチックによるパッケージ方式とがありチップの保
護技術の進歩による信頼性の向上により、最近は廉価な
プラスチックパッケージが主流となっている。

現在実用に供せられているプラスチックパッケージには
その製造方式によりいわゆるモールド法と注入法の２種
類がある。

中でも金属との密着性、耐湿性、電気及び機械的特性な
どに優れたエポキシ樹脂のトランスファーモールド法に
よるプラスチックパッケージが最も多く用いられている
。

このモールド法は第１図に示すようにタブ１上の半導体
類のチップ２を金やアルミ等の金属線３によりリード４
に結線した状態のリードフレーム５を上型６及び下型７
の間に挾み、図示はしていないがスプルー、ランナー、
ゲートを介してトランスファー成形機より成形樹脂材料
をキャビティ８に充填成形する方法である。

この方法の難点はリードフレームの厚みのバラツキ、金
型加工の精度及び使用にともなう摩耗、寸法の狂い等に
より、金型とリードフレーム間に隙間が出来、この部分
及びその周辺にパリの出る場合が多いことであり、これ
らリード上のパリはリードとソケットとの接触不良や半
田づけ作業の妨げの原因となるため、除去作業が必要と
なる等の欠点があった。

更に、この方法では樹脂による封止成形中にチップが成
形樹脂材料と直接接触することにより高温、高圧の状態
におかれるため、場合によっては半導体機能の信頼性に
影響を及ぼすといった欠点もあった。

このようなモールド法の欠点を改良するために特開昭５
２−７７６６９のような方法が提案されている。

この方法は第２図に示すごとく半導体類を装着していな
いリードフレーム５を予め熱可塑性樹脂により成形した
窓部９のある溶着用リブ１０のついたプラスチックケー
ス１１と底部のあるプラスチックケース１２により挾み
超音波または高周波により溶着一体化したのちプラスチ
ックケース１１の窓部９を介して図には示していないが
半導体類のチップを収納する方法である。

しかし、この方法は半導体類のチップをプラスチックケ
ース１１の窓部９より組み込み１次いで半導体類の回路
とリードを金属線により結線することが必要であるが、
プラスチックケース１１の形状寸法によっては、プラス
チックケースが障害となって結線作業に支障困難をきた
す場合があり、結線に支障のない場合でも結線後にプラ
スチックケース１１の窓部９を別の蓋状物もしくは樹脂
状物によって気密シールする工程が必要であるなどの問
題に加えて、接合合体部がプラスチックケースとリード
間及びプラスチックケースと蓋状物、もしくは半導体類
のチップと樹脂状物の２個所となるため気密シールの信
頼性にも影響を及ぼすなどの欠点があった。

かゝる欠点を解消するために、第３図に示すように予め
成形された少くとも１個が半導体類を収納するための窪
みを有する２個の熱可塑性樹脂板状体１３．１３’によ
り図示はされていないが、半導体類を装着したリードフ
レーム５を挾んだ状態で固定台１４と超音波振動工具ホ
ーン１５の間に挾み、次いで超音波振動を与えることに
より熱可塑性樹脂板状体１３．１３’とリードフレーム
５の間の振動摩擦により生じた溶融樹脂をリードフレー
ムのリード間隙１６に流し込ませることよりなる半導体
類のパッケージ方法も提案されている。

しかしかかる方法に於いても、次のような欠陥が発生す
るという問題があった。

即ち、平担な合体面とリードフレームの接触摩擦の場合
接触面積が比較的大きくなり、溶融に大きなエネルギー
を必要とするため、超音波振動時間を一定とした場合に
は工具ホーンの振巾を大きくする必要があり、一方振巾
を一定とした場合には、長時間の振動を要するなどによ
り振動中に溶融樹脂の中に空気が巻き込まれ易く、多孔
質化されるために気密化に問題を生じるとともに超音波
振動の振巾、あるいは振動時間の増大により繊細なリー
ドやボンディングワイヤーの変形や折損等の致命的な問
題の生じることがあった。

本発明はこのような欠点に鑑みてなされたもので、以下
一実施例を示す第４図〜第９図によりその内容を説明す
る。

第４図において予め成形された少なくとも１個が半導体
類を収納するための窪み１７、１７’のある２個の熱可
塑性樹脂板状体１３、１３’により、図には示されてい
ない半導体類を装着したリードフレーム５を挾み、加圧
合体前に、リードフレームと熱可塑性樹脂板状成形品の
少なくとも一方を加圧合体時に熱可塑性樹脂板状成形品
の合体部が溶融軟化する程度に加熱後もしくは加熱しな
がらプレス工具１８により加圧融合合体せしめる。

この際、２個の熱可塑性樹脂板状体１３、１３’の少な
くとも一方（第４図においては２個とも）の合体面側に
位置する基礎面１９、１９’上に凸部２０．２０′を有
する熱可塑性樹脂板状体を用いる。

凸部の形状は第４図に示したように複数個の角錘状突起
でもまた第５図に示した連続した１個の凸部でもよく要
は加圧合体時に可及的に少ない加圧力下で必要量の樹脂
を短時間に溶融しうる形状でありさえすればよい。

第５図のａは平面図、ｂ。ｃは、各々ａのＩ−Ｉ、■−
■断面図である。

第５図に示したような連続した１個の凸部は、少なくと
も１個の熱可塑性樹脂板状成形品の合体面側に該成形品
が窪みを有する場合には窪みをとり囲む形で、また該成
形品が窪みを有しない場合には対となる熱可塑性樹脂板
状成形品の窪み部に対応する箇所をとり囲む形で連続せ
る１個の凸部を設ける。

加熱方式としては熱線による輻射加熱や熱盤接触による
伝導加熱あるいは熱風による対流加熱等が考えられるが
いずれの方式においても熱可塑性樹脂板状体の合体部が
溶融軟化する程度に加熱することが必要である。

かかる状態に於いてリードフレームを挾んり状態に位置
している熱可塑性樹脂板状体の上下より圧力を加えると
リードフレームのみが加熱されている場合にはリードか
らの伝熱により、また熱可塑性樹脂板状体の合体部が加
熱されている場合にはそれ自身により合体部が溶融軟化
し、その結果溶融樹脂がリードフレーム５のリード間隙
１６に流れ込み、合体部に凸部が形成されている場合に
は更に凸部の溶融が進むと第６図に部分的に示すように
基礎面１９、１９’とリードの表面２１の間に形成され
た、凸部２０が占める容量以外の空隙２２にも溶融樹脂
が流れ込み、また第７図に示す設計上意図したバリ溜め
２３にも溶融樹脂が流入し、最終的には２個の熱可塑性
樹脂板状体によりリードを挾んだ形で一体密封化される
。

この際重要なことは、合体後のリードの表面２１が２個
の熱可塑性樹脂板状体の合体面側に位置する凸部の基礎
面１９の少なくとも一方に接しない位置で合体させるこ
とである。

これによりリードの表裏両面と該基礎面との間に空隙２
２が確保される。

この空隙には、加熱により溶融した樹脂の一部が流入し
周辺の樹脂と溶融合体される。

加熱加圧合体において充分な気密溶着を得るためには溶
融合体部の温度をある水準以上に到達させるために一定
容量以上の溶融容積を確保することが必要であるが、前
述の空隙は一定容量以上の溶融容積を確保し気密化を計
る上で不可欠な条件となる。

この空隙２２を設けない場合には、加熱により溶融させ
る必要のある最小限度の容積は、窪み部を除く熱可塑性
樹脂板状体のリードフレームに対する投影部に相当する
リード間隙の総容量と設計上の意図したパリ溜め部の総
容積の合算容積でよいはずであるが、リードフレーム及
び板状体の寸法、形状等によっても異なるが、第７図に
示した１６ヒンＤＩＰの例によれば、この総容積は１．
４×１０−２ｃｍ３程度であり１個の熱可塑性樹脂板状
体当りにすれば、その半分の７×１０−３ｃｍ３と極め
て小さく、仮りに凸部の形状を底辺の長さが一辺１．６
ｍｍの角鍾とし合体面に密に配置出来るものとしてその
高さを求めてみると、高々２８０μ程度で気密性を必要
とする対象の場合の溶着突起としては充分に機能しえな
い程小さくなる。

本発明は、発明の要点、即ち溶融合体部の温度をある水
準以上に到達させ一定時間以上この温度付近に維持させ
るために必要な一定容量以上の溶融樹脂容積が確保され
る場合においては １）２個の熱可塑性樹脂板状体の少なくとも一方の合体
面側にのみ凸部を設ける。

２）２個の合体面側の少なくとも一方にリードフレーム
のリード間隙に嵌合可能な凸部を設ける。

３）リードフレームが熱可塑性樹脂板状体の少なくとも
一方の基礎面と接しないで合体する。

以上３点のいずれの場合においても、好ましい気密合体
が達成される。

また、同様な意味合いから凸部の溶融樹脂により実質的
に空隙が埋め込まれる限りにおいては、凸部２０、２０
’の基礎面は一平面である必要はなく、従って空隙２２
の容積は場所によって変動していて差しつかえなく、ま
た熱可塑性樹脂板状体の形状によっては意図的に凸部、
従って空隙の形状、配置等に変動をもたせた方が良好な
気密溶着性の得られる場合もある。

本発明は、熱可塑性樹脂板状体の合体面側に凸部を設け
、リードの表面（第７図に示される平面又はその裏面）
が、凸部が設けられた基礎面（熱可塑性樹脂板状体の最
大の断面積を有する面と考えられる）に接しない状態で
合体させることにより凸部の溶融樹脂の一部が、板状体
の基礎面とリード表面との間の空隙に流入するようにし
て、良好な合体状態を得るために必要な一定容量以上の
溶融樹脂量を確保しようとするものである。

以上説明したように本発明では、凸部は可及的に分散さ
せた状態で設けることの望ましい場合が多いが、これに
限定されるものではなく、リードフレーム及び熱可塑性
樹脂板状体の形状、寸法、外観上の問題等から適宜本発
明の機能をそこなわない範囲において変化させることが
出来る。

第８図は、合体後の半導体パッケージを示す斜視図であ
る。

使用樹脂は高い耐熱性、低い透湿性、一定水準以上の電
気、機械特性、成形性を有すもので、代表例としてはポ
リフェニレンオキサイド、ポリエーテルサルフオン、ポ
リスルフォン、フェノキシ樹脂、ポリアセタール等のエ
ーテル系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチ
レンテレフタレート、ボリアリレート等のエステル系樹
脂、ポリカーボネート等の炭酸エステル系樹脂、ポリア
ミド系樹脂の中でも吸水率の低いグレード、ポリフェニ
レンサルファイド等の樹脂及びこれら樹脂の一部とガラ
ス繊維を中心とした充填剤との組み合わせ等をあげるこ
とが出来る。

実施例 熱変形温度（ＡＳＴＭＤ−６４８１８，６ｋｇ／ｃｍ２
）が１７５℃のボリアリレート樹脂を用いて第９図のよ
うな形状寸法（単位ｍｍ）の熱可塑性樹脂板状体並びに
厚みを１．２７ｍｍにした以外は第９図と同一形状寸法
の熱可塑性樹脂板状体を成形しＩＣチップを装着した厚
さ２５０μの１６ピンＤＩＰ型リードフレームと共に雰
囲気温度２００℃の加熱炉中で２分間予備加熱を行ない
、次いで熱可塑性樹脂板状体の合体面上の凸部から１ｍ
ｍの間隙をおいて５００Ｗの赤外線ヒーターを接近させ
凸部が軟化溶融し多少丸味を帯びるまで加熱後第４図の
位置関係でプレス工具により４ ｋｇ／ｃｍ２の圧を５
秒間かけ合体を行なった。

得られた合体品はリード表面からの厚み方向の長さがそ
れぞれ表裏で２．２ｍｍ及び１．５ｍｍで全体の厚みは
３．９５ｍｍであった。

外周及び窪み部には障害となるようなバリはほとんど認
められなかった。

得られた半導体パッケージは５ ｋｇ／ｃｍ２２４Ｈｒ
の赤色加圧水浸漬試験に於いても赤色物のパッケージ内
への浸入は認められず良好な水密性を有することが確認
された。

またリード及びボンディングワイヤーの変形及び折損も
認められなかった。

なお、この実施例では第９図に示した高さ０．９ｍｍの
凸部を約０．６７ｍｍ、加熱加圧方式により溶融流動さ
せ、この際の溶融樹脂の総量は２．４３×１０−３ｃｍ
３であった。

比較例 凸部の総容量を第９図に示す窪み１７、１７’の部分を
除く熱可塑性樹脂板状体のリードフレームをこ対する投
影部に相当するリード間隙の総容量と第１図に示した設
計上意図したパリ溜め２３の部分の総容積の合算容量で
ある１、４ × １０−２ｃｍ３にした以外は実施例と
同様な条件で合体を行ったが、完全な封止成形品は得ら
れなかった。

以上説明したように本発明に於いては、次の効果が達成
される。

（１）少くとも１個が半導体類を収納するための窪みを
有する熱可塑性樹脂板状体を使用することによりパッケ
ージを合体成形する際に、半導体類とリード間の結線損
傷が皆無となるとともに半導体類に高温、高圧がかから
ない、イオン性物質が接触し難い等の理由により半導体
機能の信頼性向上が期待出来る。

（２）２個の熱可塑性樹脂板状体の少なくとも一方の合
体面側に設けた複数個の凸部の基礎面に接しない位置で
リードフレームを合体させることにより、リード基礎面
との間に空隙が確保され、このため加熱により温度をあ
る水準以上に到達させるために必要な一定溶量以上の樹
脂容積を溶融させることが可能となり、結果的に気密性
が改善された。

（３）本発明により半導体類のパッケージ組立自動化が
可能となった。

（４）従来提案されている半導体類が装着されていない
リードフレームを窓部を有する成形品及び底部を有する
成形品により合体させた後半導体類を組み込み更に窓部
を封止する方法に比べ、本発明方法では一回の合体成形
により完全に気密化された半導体類のパッケージが成形
出来るため工程の簡素化が計れる。

（５）従来の熱硬化性樹脂によるモールド封止法に比べ
成形時の樹脂粘度を高く保ち得るため成形時のパリの発
生がほとんど認められず工程の軽減が計れる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は従来の半導体類のパッケー
ジ成形方法を示す断面図、第４図〜第９図は本発明の一
実施例を示すもので、第４図は断面図、第５図ａは平面
図、ｂ及びＣは断面図、第６図は第４図の一部の拡大断
面図、第７図はリードフレームを含むパッケージの平面
図、第８図は本発明の方法により得られた半導体パッケ
ージの斜視図、第９図は実施例で使用される熱可塑性樹
脂板状体の形状寸法を示す平面図及び断面図、である。 符号の説明、１・・・・・・タブ、２・・・・・・半導
体類のチップ、３・・・・・・金属線、４・・・・・・
リード、５・・・・・・リードフレーム、６・・・・・
・上型、７・・・・・・下型、８・・・・・・キャビテ
ィ、９・・・・・・窓部、１０・・・・・溶着用リブ、
１１・・・・・・プラスチックケース、１２・・・・・
・底部のあるプラスチックケース、 １３、１３’−・
・・・・熱可塑性樹脂板状体、１４・・・・・・固定台
、１５・・・・・・超音波振動工具ホーン、１６・・・
・・・リード間隙、１７、１７’・・・・・窪み、１８
・・・・・・プレス工具、１９、１９’・・・・基礎面
、２０、２０’・・・凸部、２１・・・・・・リードの
表面、２２・・・・・空隙、２３・・・・・・バリ溜め
、２４・・・・・・パッケージ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも１個が半導体類を収納するための窪みを
   有する２個の熱可塑性樹脂板状成形品により半導体類を
   装着したリードフレームを挾み、熱可塑性樹脂板状成形
   品を加熱加圧して融合合体せしめる半導体類のパッケー
   ジ成形方法において、２個の熱可塑性樹脂板状成形品の
   少なくとも一方の合体面側に設けた凸部の基礎面に接し
   ない位置で、熱可塑性樹脂板状成形品とリードフレーム
   とを合体させることを特徴とする半導体類のパッケージ
   成形方法。 ２ 加圧合体前に、リードフレームと熱可塑性樹脂板状
   成形品の少なくとも一方を加圧合体時に熱可塑性樹脂板
   状成形品の合体部が溶融軟化する程度に加熱することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体類のパッ
   ケージ成形方法。 ３ 加熱の手段が輻射加熱であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の半導体類のパッケー
   ジ成形方法。 ４ 加熱の手段が伝導加熱であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の半導体類のパッケー
   ジ成形方法。 ５ 加熱の手段が対流加熱であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の半導体類のパッケー
   ジ成形方法。 ６ 加圧合体前にリードフレームと熱可塑性樹脂板状成
   形品の少なくとも一方を、リードフレームの場合には、
   装着したＩＣチップの機能を低下させない温度及び時間
   内で、また熱可塑性樹脂板状成形品の場合には軟化溶融
   しない温度及び時間内において予備加熱することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項
   又は第５項記載の半導体類のパッケージ成形方法。 ７ 凸部の溶融樹脂の一部により、２個の熱可塑性樹脂
   板状成形品の少なくとも一方の合体面側に設けた凸部の
   基礎面とリードフレームの少なくとも一方の表面との間
   に形成された空隙を実質的に充満させることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第
   ５項、又は第６項記載の半導体類のパッケージ成形方法
   。