JPS5851423B2 - 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）
の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）により挾んだ状態で一体密封化するこ
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
護技術の進法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、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か、
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Ｘ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、平坦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８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、
これらを少なくとも超音波振動より前に所定の温度に予
熱した後、工具ホーン１５による超音波振動により熱可
塑性樹脂板状体を融合合体せしめる。

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１８ 、１８’上に複数個の凸部１９
、１９’を有する熱可塑性樹脂板状体を用いる。

超音波振動を工具ホーン１５を介して板状体に加えると
、まずリードフレーム５と接した凸部が振動摩擦により
溶融し、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、更に凸部の溶融が進むと第５図に部分的に
示すように基礎面１８とリードの表面２０の間に形成さ
れた、凸部１９が占める容量以外の空隙２１にも溶融樹
脂が流れ込み、また第６図に示す設計上意図したパリ溜
め２２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２０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１８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面との間に空隙２１
が確保される。

この空隙には、超音波振動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。

超音波溶着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２１を設けない場合には、超音波振動により溶
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６
図に示した１６ピンＤＩＰの例によれば、この総容積は
１．４Ｘ１０−２−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７Ｘ１０−３澹と極めて小
さく、仮りに凸部の形状を底辺の長さが一辺１．６１ｎ
ｒＬ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程度で超音波溶着で
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１９ 、１
９’の基礎面は一平面である必要はなく、従って空隙２
１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６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祝図であ
る。

熱可塑性樹脂板状体とリードフレームの予熱は超音波振
動の諸条件を最も緩やかな条件にし合体時のリードフレ
ーム変形及び損傷を皆無にする上で重要な要件であり、
その条件は、板状体やリードフレームの材質及び形状等
により異なるが、般的には熱可塑性樹脂板状体に悪影響
を与える変形の生じない上限の温度及び時間以下で行わ
れる。

さらに一方リードフレームに装着した半導体類の機能に
障害を及ぼさない上限の温度及び時間以内で、かつリー
ドフレームに酸化や鈍の生じない上限の温度及び時間以
下であることが必要である。

以上加熱手段として、超音波振動について説明したが、
熱盤接触加熱温風加熱等の手段も使用し得る。

本発明に用いられる熱可塑性樹脂としてはそれぞれの半
導体類のパッケージに対する要求特性に応じて種々の種
類のものが用いられるが、高い耐熱性（耐熱変形性及び
耐熱劣化性）と低い透湿性及び一定水準以上の電気、機
械特性に加え更に一定水準以上の成形性を有することが
必要である。

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（ＡＳＴＭ Ｄ−６４８１８，６に５＝／ｃ
ｒｎ）が１７５℃のボリアリレート樹脂を用いて第７図
のような形状寸法（単位量）の熱可塑性樹脂板状体並び
に、厚みを１．２７＃Ｉｍにする以外は第７図と同一形
状寸法の熱可塑性樹脂板状体を成形し、半導体類のチッ
プを装着した厚さ２５０μの１６ピンＤＩＰ型リードフ
レームを挾み周囲にパリ止め用の可撓性耐熱材料を装着
後２００℃２分間加熱を行った。

次いで、これを発振周波数１９．３ ＫＨｚ出力３００
Ｗの超音波溶着機に取り付けた端部寸法２０朋×７ｍｍ
の矩形工具ホーンにより４Ｋｐ／Ｃｒｎの圧を厚さの大
きい熱可塑性樹脂板状体側からかけ、工具ホーン先端部
の振巾が３５μとなるように振巾調整を行った後０．８
秒間、超音波発振を行った。

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２．２朋及び１．５順で全体の厚みは３．
９５ｍｒ／Ｌであった。

外周及び窪み部には障害となるようなパリはほとんど認
められなかった。

得られた半導体パッケージは５ Ｋｙ／ａｍ 、 ２４
ｈ ｒの加圧赤色水浸せき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、良好な封止性を有す
ることが確認された。

またリード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７図に示した高さ０．９朋の凸
部を約０．６７ ｍｍ超音波振動により溶融しこの際の
溶融樹脂の総量は２．４３Ｘ１０”−であった。

比較例 凸部の総容積を第７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に対する投
影部に相当するリード間隙の総容量と第６図に示した設
計上意図したパリ溜め２２の部分の総容積の合算容量で
ある１、４Ｘ１０−２−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ず外観
上合体されたとみなされる状態になるには、１．５秒間
以上の超音波発振が必要であった。

この場合、窪み１７ 、１７’は気泡を巻き込んだ樹脂
が充満し窪みの容積を確保することが出来ず、又リード
フレームの変形、リードの折損等が認められた。

なおこの場合の溶融樹脂の総量は１．４Ｘ１０Ｗであっ
た。

以上説明したように本発明に於ては、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れにより超音波溶着において
温度をある水準以上に到達させるために必要な一定量以
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）超音波振動に先立って熱可塑性板状体及びリード
フレームを一定温度に加熱すること及び溶融凸部を設け
たことにより超音波振動の条件、即ち振動の振巾及び時
間を低減もしくは短縮することが出来るようになり、繊
細脆弱なリードフレームの変形及び折損等の問題が改善
された。

（４）上記超音波振動条件の緩和により溶融樹脂中への
気泡の巻き込みが少なくなり気密性が向上する一方パリ
の発生が少くなり、半導体類を収納する為の窪みの溶精
確保が容易となった。

（５）同様に超音波振動条件の緩和は、溶着作業時間の
短縮につながった。

（６）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。

（７）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。

（８）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庸図、第４図〜第８図は本発明の一
実施例を示す図で、第４図は断面図、第５図は第４図の
一部の拡大断面図、第６図はリードフレームを含むパッ
ケージの平面図、第７図は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、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、１
８ 、１８’・・・・・・基礎面、１９ 、１９’・・
・凸部、２０・・・・・・リードの表面、２１・・・・
・・空隙、２２・・・・・・パリ溜め、２３・・・・・
・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複数個の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 熱可塑性樹脂板状成形品を超音波振動により加熱融
   合合体せしめ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 加熱融合合体させる前に、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予備加熱すること
   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 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筒側に設けた複数個
   の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様第２項又は第３項記載
   の半導体類のパッケージ成形方法。