JPWO2005106942A1 - 樹脂封止型半導体パッケージ並びにその製造方法及び製造装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、粉末状又は顆粒状の樹脂組成物を、加熱装置を有する攪拌ポット内で、攪拌棒を先端に突出させた攪拌用プランジャを回転させて攪拌溶融させ、攪拌溶融された樹脂を取り出しパッケージ形状に加圧して賦形樹脂を作り、賦形した樹脂を下型キャビティ内の圧縮プランジャに装着し、金型を型締めした後、圧縮プランジャを加圧して半導体パッケージを封止成形することを特徴とする。 このような製造方法によれば、ワイヤーの細線化、高密度化がされた場合にもワイヤー流れが起こりにくい樹脂封止型半導体パッケージの製造方法及び製造装置を提供することができる。

Description

本発明は、樹脂封止型半導体パッケージ並びにその製造方法及び製造装置に関するものである。例えば、トランジスターやＩＣ、ＬＳＩなどの半導体チップや電子部品を樹脂組成物で封止する樹脂封止型半導体パッケージの製造方法に好適に用いられる。
従来技術
従来より、トランジスターやＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップの封止や、その他電子部品の封止には、エポキシ樹脂封止材料のトランスファー成形が、低コスト、高信頼性及び生産性に適した方法として公知され、図１５のように広く利用されている。
このトランスファー成形では、エポキシ樹脂封止材料をタブレット状に事前に賦形しておき、金型６１内のポット６２にタブレット７２を投入し、加熱溶融させながら注入用プランジャ６７で加圧することにより、カル部、ランナー部６４、ゲート部６５の各流路を介して、金型キャビティ６３内に移送し、エポキシ樹脂封止材料を成形硬化させると同時に半導体チップ又は電子部品が装着されているリードフレーム６３ａを封止して半導体パッケージを成形するのが一般的である。
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しておくことが前提となるために、賦形のための別工程が必要である。成形される製品の形状、大きさによりタブレットは種々異なるので、賦形のためのタブレット機や金型も多く必要である。また、タブレットの輸送中の破損やタブレット表面に付着する微粉が金型面上に飛散し、品質を損なう等の問題もある。
更に、トランスファー成形方法ではカル部、ランナー部、ゲート部とかなりの部分が不要な硬化樹脂として廃棄され、全体に対する封止樹脂として使用される部分の比率である樹脂効率を向上させようとしても限界がある。また製品の大きさにより異なる大きさのタブレットを在庫しておく必要があり、タブレットの在庫管理が煩雑になる等、コスト面のみならず資源の有効利用という観点からも課題がある。
これに対して、上下型に分割された樹脂封止用の金型を所定の高温に保ち、金型の内部へ熱硬化型の樹脂を塗布して溶融させ、半導体チップを搭載したリードフレーム或いはＴＡＢテープを金型の内部に固定し、金型に圧力をかけてパッケージを形成する圧縮成形による方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
また、ボンディングワイヤを介して外部リード構成体に接続された半導体チップの少なくても能動面側に未硬化樹脂からなる封止用樹脂シートを配置し、封止用樹脂シートを半導体チップに対して加圧してパッケージを形成する圧縮成形による方法が提案されている（例えば、特許文献２）。
また、半導体チップを搭載したリードフレーム或いはテープフレームを金型内に挿入し、シート状樹脂を直接キャビティ内に供給し、上下キャビティの両底面が成形プランジャとなり加圧してパッケージを形成する圧縮成形による方法が提案されている（例えば、特許文献３）。
更に、キャリアに設けられた半導体チップを、どちらか一方が開閉駆動される上下金型に薄板状の樹脂チップを供給し加圧してパッケージを形成する圧縮成形による方法が提案されている（例えば、特許文献４）。
このような特許文献１ないし４に記載の圧縮成形による方法によれば、封止工程の自動化、インライン化が可能で、しかもパッケージの大型化、薄型化、高集積化に適し、パッケージの高信頼性の要求にも対応した半導体封止製造方法として利用できることが提案されている。
しかしながら、このような圧縮成形方法においては、塗布された樹脂及び樹脂シートや樹脂チップ等は１７０℃前後の高温金型上で、所定時間予備加熱されてから圧縮成形されるので、封止樹脂の硬化進行による粘度上昇のため、金線ワイヤーの変形や、トランスファー成形におけるタブレット、樹脂シート及び樹脂チップを製造するための装置及びこれら製品の保管が必要となる等の問題があった。
特開平８−１１１４６５号公報（第２〜９頁） 特開平６−２７５７６７号公報（第２〜９頁） 特開平８−３３０３４２号公報（第２〜６頁） 特開平９−１８７８３１号公報（第２〜１０頁）
本発明は、半導体パッケージの大型化、薄型化、高集積化に際しワイヤー流れが発生し易く、高信頼性が得られ難いというような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところはワイヤーの細線化、高密度化がされた場合にもワイヤー流れが起こりにくい樹脂封止型半導体パッケージの製造方法及び製造装置を提供することにある。
また、本発明は従来のような樹脂タブレットを不要とし、インラインで賦形を行い、樹脂の廃棄量を減らして生産性の向上と樹脂の有効活用とを図ることができる樹脂封止型半導体パッケージの製造方法及び製造装置を提供することにある。
本発明は、
［１］（１）粉末状又は顆粒状の樹脂組成物を計量ポットに供給して計量する工程、（２）前記計量ポットから加熱装置を有する攪拌ポットに前記樹脂組成物を送り込む工程、（３）攪拌用プランジャの先端から突出させた攪拌棒の回転で、前記攪拌ポット内の前記樹脂組成物を攪拌溶融させる工程、（４）攪拌溶融された前記樹脂組成物を取り出しパッケージ形状に加圧して賦形する工程、（５）半導体チップ又は電子部品が装着されているリードフレーム又はテープ基板を、加熱装置を有する成形金型の上型キャビティに装着する工程、（６）賦形された前記樹脂組成物を前記成形金型の下型キャビティ内の圧縮用プランジャに装着する工程、（７）前記成形金型を型締めした後、前記圧縮用プランジャを加圧して前記樹脂組成物を成形硬化させることにより、前記半導体チップ又は電子部品並びに前記リードフレーム又はテープ基板を封止して一体成形物とする工程、（８）前記一体成形物である半導体パッケージを金型より取り出す工程を含むことを特徴とする樹脂封止型半導体パッケージの製造方法、
［２］前記工程（３）において、前記樹脂組成物を攪拌溶融させる際の加熱装置を有する攪拌ポットの温度が８０℃〜１２０℃の範囲内である第［１］項記載の樹脂封止型半導体パッケージの製造方法、
［３］前記工程（３）において、前記樹脂組成物を攪拌溶融させる時間が１０秒〜５０秒の範囲内である第［１］又は［２］項記載の樹脂封止型半導体パッケージの製造方法、
［４］前記工程（４）において、前記樹脂組成物を加圧して賦形する金型温度が５０℃〜１００℃の範囲内であり、加圧力（賦形圧力）が９．８ＫＮ〜３９．２ＫＮの範囲内である第［１］ないし［３］項のいずれかに記載の樹脂封止型半導体パッケージの製造方法、
［５］前記工程（４）において賦形される樹脂組成物は、下型キャビティの底成形面の外形形状から、０．１〜０．５ｍｍの範囲内で小さく実質的に相似形状に賦形することを特徴とする第［１］ないし［４］項のいずれかに記載の樹脂封止型半導体パッケージの製造方法、
［６］前記工程（４）において賦形される樹脂組成物の一面の面積は、前記下型キャビティの底成形面の面積に対して、９０％以上であることを特徴とする第［１］ないし［４］項のいずれかに記載の樹脂封止型半導体パッケージの製造方法、
［７］第［１］〜［６］項のいずれかに記載の樹脂封止型半導体パッケージの製造方法により得られた樹脂封止型半導体パッケージは、底面に形成された圧縮用プランジャーの先端面の外形形状に沿った凹凸線の枠内でダイシングすることを特徴とする樹脂封止型半導体パッケージの製造方法、
［８］（１）粉末状又は顆粒状の樹脂組成物を計量ポットに供給して計量する計量装置、（２）前記計量ポットから加熱装置を有する攪拌ポットに前記樹脂組成物を送り込む樹脂供給装置、（３）攪拌用プランジャの先端から突出させた攪拌棒の回転で、前記攪拌ポット内の前記樹脂組成物を攪拌溶融させる攪拌溶融装置、（４）攪拌溶融された前記樹脂組成物を取り出しパッケージ形状に加圧して賦形する賦形装置、（５）半導体チップ又は電子部品が装着されているリードフレーム又はテープ基板を、加熱装置を有する成形金型の上型キャビティに装着する被封止体装着装置、（６）賦形された前記樹脂組成物を前記成形金型の下型キャビティ内の圧縮用プランジャに装着する封止樹脂装着装置、（７）前記成形金型を型締めした後、前記圧縮用プランジャを加圧して前記樹脂組成物を成形硬化させることにより、前記半導体チップ又は電子部品並びに前記リードフレーム又はテープ基板を封止して一体成形物とする封止装置、（８）前記一体成形物である半導体パッケージを金型より取り出す取出装置を有することを特徴とする樹脂封止型半導体パッケージの製造装置、
［９］前記製造方法又は前記製造装置により製造されてなることを特徴とする樹脂封止型半導体パッケージ、である。
本発明の製造方法及び製造装置によれば、ワイヤーの細線化、高密度化された半導体パッケージでもワイヤー流れが起こりにくいので、大型化、薄型化、高集積化された半導体パッケージを製造するための樹脂封止型半導体パッケージの製造方法及び製造装置として好適である。
また、本発明の製造方法及び製造装置によれば、カル、ランナー及びゲートが不要となるため、樹脂使用量の削減や廃棄樹脂の削減が可能となるのみならず、金型のコンパクト化も可能となり、金型に供給される樹脂は攪拌溶融されているので、金型内での予備加熱が不要となり、硬化時間の短縮や生産性の向上を図ることができる。
また、本発明の製造方法及び製造装置によれば、攪拌工程に供給される封止用樹脂は、粉末状又は顆粒状で良く、タブレット状、樹脂シート状、樹脂チップ状である必要がないので、封止用樹脂の前工程である成形工程が不要であり、また、樹脂タブレット、樹脂シート、樹脂チップを使用する場合の煩雑な在庫管理の必要がない等の実用的な効果を得ることができる。
［図１］本発明の実施の形態に係る封止成形装置の下型の要部を示す平面図である。
［図２］図１の下型のＸ−Ｘ線で切断した場合の断面図である。
［図３］封止成形装置の側面概略説明図である。
［図４］図３のＡ矢視図である。
［図５］図３のＢ矢視図である。
［図６］本発明の実施の形態に係る封止成形装置の賦形の要部を示す正面図である。
［図７］本発明の実施の形態に係る封止成形装置の賦形の一工程である賦形樹脂ＦＲの状況を説明する説明図である。
［図８］本発明の実施の形態に係る封止成形装置の封止の一工程である賦形樹脂装着工程を断面により説明する説明図である。
［図９］本発明の実施の形態に係る封止成形装置の封止の一工程である圧縮成形工程を断面により説明する説明図である。
［図１０］図９により成形された成形品の形状を説明するための下型１を型開きした状態を平面により説明する説明図である。
［図１１］本発明の実施の形態に係る封止成形装置による封止の一工程である取出工程を説明する説明図である。
［図１２］本発明の実施例に係る封止成形装置の賦形樹脂ＦＲの外形形状と樹脂封止型半導体パッケージの封止部の形状を対比説明する図である。
［図１３］本発明の実施例に係る封止成形装置の賦形樹脂ＦＲの外形形状と樹脂封止型半導体パッケージの封止部の形状を対比説明する図である。
［図１４］本発明の実施例に係る封止成形装置の賦形樹脂ＦＲの外形形状と樹脂封止型半導体パッケージの封止部の形状を対比説明する図である。
［図１５］従来の封止成形装置による封止の工程を断面により説明する説明図である。
以下、本発明を実施するための具体的な形態について図面を参照しながら説明する。尚、従来技術で説明した装置と同一乃至均等な部位部材については、同一符号を付して説明する。
本発明において、従来のトランスファ成形方法やシート状の樹脂を投入する圧縮成形方法に比較してワイヤー流れの発生し難い成形方法及び成形装置の好適な一例は、例えば、特開２００１−３４１１５５号公報に詳細に述べられている「樹脂材料の供給装置及び方法」の発明を応用することができる。
上記特許公開公報に示された樹脂材料の供給装置は、樹脂を計量ポットに供給して計量する計量ユニット、該計量ユニットから加熱装置を有する攪拌ポットに前記樹脂材料を送り込む送給装置と、攪拌用プランジャの先端から突出させた攪拌棒の回転で、攪拌ポット内の樹脂材料を攪拌溶融させる攪拌溶融装置と、攪拌溶融された樹脂材料を成形金型の金型ポットに向けて押し出し供給を可能とした供給ユニットと、から構成されている。
ここで、本発明においては、上記の成形金型の金型ポットに代えて、図１，図２に示すように、成形面をプランジャ３の先端面３ａとし、先端面３ａの上に樹脂受入部７を設けた圧縮成形を利用した封止装置（圧縮成形装置）が用いられる。
また、本発明においては、前記供給ユニットにおいて加熱攪拌された樹脂組成物は、更に後述する製造装置内に組み込まれた賦形装置でパッケージ形状に加圧して賦形された状態で樹脂受入部７に供給するインローダを備えている。封止装置（圧縮成形装置）は、この賦形された樹脂組成物をインローダから樹脂受入部７に受け入れた後、型締めされ、圧縮用プランジャ３を所定位置まで上昇させることにより樹脂組成物が加熱硬化される間に被封止体が封止される。このような樹脂封止型半導体パッケージの製造方法及び製造装置によれば、従来方法であるトランスファ成形方法やシート状、或いは樹脂チップを投入する圧縮成形方法に比較してワイヤー流れの発生し難いという効果を得ることができる。
以下、上記の樹脂材料の供給装置及び方法装置において、攪拌された後にパッケージ形状に賦形された樹脂組成物を封止装置（圧縮成形装置）に供給して圧縮成形できるようにした本発明の樹脂封止型半導体パッケージの製造方法及び製造装置について詳細に説明する。
本発明の樹脂封止型半導体パッケージの製造装置は、図３〜図６に示すように、計量ユニット（図４）、攪拌ユニット（図５）、及び賦形ユニット（図６）から大略構成される、粉末状又は顆粒状の樹脂組成物Ｒ（以下、粉末状樹脂Ｒという。）の供給装置を備えた封止成形装置２０を含むものである。
図４に示す計量ユニット２１は、ホッパ２２に貯留された粉末状樹脂Ｒをスクリュ２４を回転させることにより計量管２４ａ内に導き、更にこの計量管２４ａ内でのスクリュ２４の回転により計量して、複数個並べられた計量ポット２５内にそれぞれ順次装填させるものである。
図５に示す攪拌ユニット３１は、計量された粉末状樹脂Ｒを、計量ポット２５と加熱装置を有する攪拌ポット３２との間で授受させ、この攪拌ポット３２に、攪拌棒３７ａを先端から突出させたプランジャ３７を装着させ回転させて、攪拌溶融させるものである。
図６に示す賦形ユニット８３は、攪拌溶融された樹脂組成物ＭＲ（以下、溶融樹脂ＭＲという。）を取り出して賦形用ウス８０内に投入し、キネ８１を介して油圧プレス８２で加圧して樹脂組成物ＭＲをパッケージ形状に賦形するものである。
ここで、樹脂封止型半導体の封止部の外形形状は、キャビティ成形部（モールド部）４の側面４ｂの形状に規制されている。そこで、本発明においては、賦形用ウス８０の内側面は、樹脂封止型半導体パッケージの封止部の外形形状と実質的に同一形状に形成されている。ここで、実質的に同一形状とは、賦形された樹脂組成物（以下、賦形樹脂ＦＲという。）の外形形状が、樹脂封止型半導体パッケージの封止部の外形形状（封止形状）と実質的に同一形状であることを意味している。本発明においては、賦形樹脂ＦＲの形状を樹脂封止型半導体パッケージの封止部の封止形状と実質的に同一形状とすることにより、封止工程での樹脂の流れが平面方向へ流れることを極力抑えることにより、ワイヤー流れを抑制している。
図８に示す移動ユニット８５は、製造装置内に組み込まれたインローダで賦形された樹脂組成物ＦＲを成形金型６１に向けて移動させ、賦形樹脂ＦＲを樹脂受入部７に供給する。下型６１Ｂには下型キャビティブロック１が交換可能にセットされ、この下型キャビティブロック１の樹脂受入部７の上に移動ユニット８５により賦形樹脂ＦＲが到達した時点で、移動ユニット８５に装着した吸着パッド８６の吸着を停止させることにより、賦形樹脂ＦＲは樹脂受入部７に供給される。
ここで、図１は、下型キャビティブロック１を説明する平面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ線で切断した際の断面図である。これらの図において、下型キャビティブロック１の中央に製品成形部としてのキャビティ成形部（モールド部）４が設けられている。このモールド部４の底面４ａの略中央部は四角形筒状に貫通され、その貫通部５には上下に移動可能に嵌合する圧縮用プランジャ３が装填されている。
ここで、この圧縮用プランジャ３の先端面３ａは、製品としての樹脂封止型半導体パッケージの封止部の表面Ｐａの外形形状に実質的に相似形状になるように設計されている。ここで、実質的に相似形状とは、相似形状を含み、さらに、例えば、コーナー部の形状に曲率（アール）を設けるなどの改良設計を含んでいる。これにより、圧縮プランジャ３の先端面３ａが底面４ａと同一高さであるとき、下型キャビティ部はモールド部４と等しくなる。
この圧縮用プランジャ３は、圧縮成形用の進退機構６により進退可能とされている。この進退機構６は特に限定されないが、例えば、サーボモータ、エンコーダ等により、その進退量が正確に制御できるものが望ましい。
ここで、圧縮成形用とは、圧縮成形に必要な圧力を保持できる進退機構６という意味である。圧力を制御する必要がある場合には、任意の位置に圧力センサーなどの圧力検出器を介して成形圧を制御できる機構を設ければよい。このような圧力制御機構は公知であり、例えば、圧縮用プランジャ３と進退機構６との間にロードセルなどの圧力検出器を介在させて圧力検出器により検出された圧力により必要な圧力を保持することができる。
圧縮用プランジャ３の先端面３ａの位置をモールド部４の下面４ａの位置（以下、型合わせ位置という。）から後退させることにより、この先端面３ａ上に樹脂を受け入れる樹脂受入部７を形成することができる。例えば、この図２では、圧縮用プランジャ３は後退されて先端面３ａの上に樹脂受入部７が形成されていて、ここに攪拌溶融されて形が賦与された賦形樹脂ＦＲが供給される。
（１）計量工程
計量工程とは、計量ユニット２１により、ホッパ２２に供給された粉末状樹脂Ｒを計量ポット２５に供給する工程である。
この工程では、図４に示すように、樹脂組成物供給口２２ａからホッパ２２に供給された粉末状樹脂Ｒは、ホッパ２２内で計量用モータ２３の作動で回転しているスクリュ２４の周囲で同様に回転している回転ディスク２２ｂから吊るされた崩しピン２２ｃによって、ブリッジを形成することなく崩され、スクリュ２４に噛み込み易く十分に供給され定量供給される。このスクリュ２４が計量管２４ａの中で、所定の回転数で回転することにより粉末状樹脂Ｒの所定量が計量されつつ、計量部２１Ａからポット部２５Ａの計量ポット２５内に装填される。
送り用モータ２７の作動で、計量部２１Ａは枠体２９内を各計量ポット上端面２５ａ上を移動する。これにより、全ての計量ポット２５に粉末状樹脂Ｒが装填される（図３、図４参照）。
本発明において粉末状樹脂Ｒの計量方法及び計量装置は上述の計量ユニット２１を用いる方法及び装置に特に限定されずに、各計量ポット２５へ所定の精度で粉末状樹脂Ｒを計量できるものであれば何でも使用できる。例えば、一般的に用いられている計量フィーダやスパイラルフィーダなどの定量供給機も利用することができる。
（２）樹脂搬送工程
樹脂搬送工程とは、計量ポット２５から加熱装置を有する攪拌ポットに粉末状樹脂Ｒを送り込む工程である。
この工程では、図３及び〜図５に示すように、上述の計量工程において各計量ポット２５に粉末状樹脂Ｒが装填されると、ポット移動用シリンダ２８を作動させてポット部２５Ａを移動させると共に、ポット移動用モータ３３を作動させて攪拌ポット３２を迎えるように移動させる。ついで、計量ポット２５の下部で開閉用シリンダ２６を作動させてシャッタ板２６ａを開き、計量ポット２５から攪拌ポット３２へと計量された粉末状樹脂Ｒを授受する。つづけて、ポット移動用モータ３３を元の位置まで戻るように移動させて、攪拌ポット３２をプランジャ３７下に位置させる。
（３）攪拌溶融工程
攪拌溶融工程とは、攪拌プランジャの先端から突出させた攪拌棒の回転で、攪拌ポット内の粉末状樹脂Ｒを溶融させて溶融樹脂ＭＲを取り出す工程である。
この工程では、図３に示す攪拌棒用シリンダ３６ａを作動させて、図５に示すように、攪拌棒３７ａをプランジャ３７の先端より突出させ、つづけて、ギア３８ａを軸着させた攪拌用モータ３８を作動させ、各プランジャ３７に軸着させた各ギア３８ｂを介して、プランジャ３７を回転させて加熱装置を有する攪拌ポット３２内の粉末状樹脂Ｒを攪拌して溶融させる。
攪拌ユニット３１は、攪拌しながら、迅速に移動ユニット５１のレール５６にステイ５８を介して固定された移動用モータ５２を作動させて、タイミングベルト５４を駆動してレール５６、５７上をリミットスイッチ５６ａが作動する位置まで移動される。
攪拌溶融が終了すると、攪拌棒用シリンダ３６ａを作動させて、可動板４４を上昇させ攪拌棒３７ａをシリンダ３７内に引き込んで埋没させる。
そして、上下動用モータ４５を作動させて、軸着されているプーリ４５ａ・ベルト４５ｂを介して、ボールネジ４２を回転させ下動するボールネジナット４３に、下連結板３６で装着されている各プランジャ３７を一気に下降させて、攪拌ポット３２内で攪拌溶融された溶融樹脂ＭＲを取り出す。
ここで、本発明に係る攪拌溶融工程では、加熱装置を有する攪拌ポット温度が８０℃〜１２０℃の範囲内であることが好ましい。使用される封止樹脂の種類、特性により異なるが、好ましくは９０℃〜１１０℃の範囲内である。攪拌ポットの温度が８０℃以下の場合には、粉末状或いは顆粒状の樹脂が十分に溶融せずに溶け切れない樹脂が落下して所定量の重量が得られなかったり、また、樹脂温度が低いので硬化時間の短縮が図れないという課題がある。さらに、これらに起因して得られた封止成形体中に、ボイドが多いなどの問題が発生する。一方、攪拌ポットの温度が１２０℃以上の場合には、温度が高すぎて硬化が促進されて樹脂のゲル化が進み、高粘度、低流動となり熱安定性が悪くなる。これにより封止成形体中に樹脂の充填不良やボイドの多発、ワイヤー変形及びワイヤー断線等の品質問題や連続成形性に支障をきたすことになる。
また、本発明に係る攪拌溶融工程では、攪拌溶融時間が１０秒〜５０秒の範囲内であることが好ましい。攪拌ポット温度との関連もあるが、好ましい攪拌溶融時間は２０秒〜４０秒の範囲内である。
攪拌溶融時間が１０秒よりも短い時間では、粉末状樹脂Ｒが十分に溶融せず、従って、攪拌時の攪拌棒回転トルクを高くすることが必要となる。このために攪拌用のモータ容量を大きくする必要が生じて、結果として装置全体のコンパクト化ができないという欠点が発生する。さらに、生産性、品質面でも攪拌ポット温度の低い場合と同様の問題が発生する。一方、攪拌溶融時間が５０秒よりも長い時間では、攪拌溶融状態は良好であり、硬化時間の短縮も図れるが、溶融樹脂の熱安定性が悪くなり、硬化が促進されてゲル化が進むことがある。これにより、封止成形体の充填不良やボイドの多発、ワイヤー流れ等、品質、連続生産性に支障をきたすこととなる。
（４）賦形工程
賦形工程とは、溶融樹脂ＭＲを取り出しパッケージ形状に加圧して賦形して賦形樹脂とする工程である。
この工程では、攪拌ポット３２内で攪拌溶融された溶融樹脂ＭＲを取り出し、図６、図７に示すように、賦形用ウス８０及び加熱装置を有する受台８４内に投入させ、油圧プレス８２に連結されたキネ８１を介して加圧しながら溶融樹脂ＭＲを半導体パッケージ形状に賦形して賦形樹脂ＦＲとする。
ここで、本発明に係る賦形工程では、加圧して賦形する際の加熱装置を有する受台の温度が５０℃〜１００℃の範囲内であることが好ましい。使用される封止樹脂の種類、特性により異なるが、好ましくは６０℃〜９０℃の範囲内である。通常のタブレットや粉末状、顆粒状の樹脂組成物であれば、このような温度範囲では軟化して賦形し難いが、攪拌ポット３２内で既に攪拌溶融された溶融樹脂組成物ＭＲであるために賦形が可能となっている。賦形温度がこの範囲を超えて低くなると、後述する加圧力との関係もあるが、賦形樹脂ＦＲに厚み斑、密度斑などが生じたりしてパッケージ形状に賦形ができなくなる。これにより、後述する圧縮成形する際に均等圧縮できず部分的にワイヤー流れが発生したり、ボイドが多いなどの問題が発生する。一方、賦形温度がこの範囲を超えて高くなると、キネ８１、賦形用ウス８０、受台８４の隙間にバリが発生し、所定重量の賦形樹脂ＦＲを得ることができなくなる場合が発生する。また、場合によっては、キネ８１や受台８４への樹脂の付着が激しく、賦形樹脂ＦＲが剥離できない、清掃が困難等、連続成形性に支障をきたすという課題が発生する場合がある。
また、本発明に係る賦形工程では、加圧力（賦形圧力）が９．８ＫＮ〜３９．２ＫＮの範囲内であることが好ましい。使用される封止樹脂の種類、特性、或いは賦形温度により異なるが、好ましい賦形圧力は１９．６ＫＮ〜２９．４ＫＮの範囲内である。通常の粉末状、顆粒状の樹脂であれば、賦形圧力がこのような範囲内では一般的に賦形することが困難であるが、本発明においては、攪拌ポット３２内で既に攪拌溶融された溶融樹脂ＭＲを賦形工程で直接受け入れているために、このような低い賦形圧力で賦形が可能となっている。
ここで、賦形圧力が下限値を下回る場合では、パッケージ形状に賦形することが困難になり、特にコーナー部に大幅な未充填状態が発生する場合がある。賦形温度を上昇させることによりパッケージ形状への賦形は可能となるが、賦形温度を高めることは上述の問題を発生させる。一方、賦形圧力が上限値を越える場合には、油圧プレスの加圧力アップが必要となりコンパクト化の阻害要因となる。
ここで、本発明においてパッケージ形状とは、キャビティ成形部（モールド部）４の形状により規制される樹脂封止型半導体パッケージの封止部の封止形状を意味している。そして、本発明においては、賦形樹脂ＦＲの外形形状が、この樹脂封止型半導体パッケージの封止部の封止形状と実質的に同一形状であることが好ましい。
ここで、この賦形樹脂ＦＲは、樹脂受入部７への装着が可能である必要がある。そこで、実際には、この賦形樹脂ＦＲの外形形状は、この樹脂受入部７への装着を考慮して、例えば、成形プランジャの先端面３ａの外形形状から僅かに小さく設計する必要がある。これにより、本発明におけるパッケージ形状と実質的に同一とは、例えば、樹脂封止型半導体パッケージの封止部の外形形状から０．１〜０．５ｍｍの範囲内で小さく、実質的に相似形状に設計されたもの、及び封止部の表面３ａ´の面積に対して賦形樹脂ＦＲの一面の面積が９０％以上であることが好ましい。
（５）フレーム装着工程
フレーム装着工程とは、半導体チップＨ（又は電子部品）が装着されているリードフレーム又はテープ基板Ｆなどの被封止体を、加熱装置を有する成形金型の上型キャビティに装着する工程である。
この工程では、図８に示すように、半導体チップＨ（又は電子部品）が装着されているテープ基板Ｆ（又はリードフレーム）の集積・整列・搬出を行うインローダ（不図示）を介して上型６１Ａに装着された上型キャビティブロック２の表面上に被封止体としてのテープ基板Ｆを装着する。この際のテープ基板Ｆ（又はリードフレーム６３ａ）の保持手段は特には限定されずに、例えば、不図示の真空吸引やメカニカルセット等を利用することができる。
（６）賦形樹脂装着工程
賦形樹脂装着工程とは、賦形樹脂ＦＲを下型キャビティ内の圧縮用プランジャに装着する工程である。
この工程では、図８に示すように、賦形樹脂ＦＲを成形金型６１に向けて移動させる移動ユニット８５と、下型６１Ｂに交換可能にセットされた下型キャビティブロック１の樹脂受入部７に賦形樹脂ＦＲが位置した時点で、移動ユニット８５に装着した吸着パッド８６を作動させて、賦形樹脂ＦＲを樹脂受入部７に装着する。
（７）圧縮工程
圧縮工程とは、金型を型締めした後、圧縮用プランジャを加圧して賦形樹脂ＦＲを成形硬化させることにより、半導体チップ又は電子部品並びにテープ基板又はリードフレームを封止して一体成形する工程である。
この工程では、上型キャビティブロック２または下型キャビティブロック１の少なくとも一方を昇降させて型締めを行う型締機構により金型を閉じた後、図９に示すように、進退機構６を駆動させて成形プランジャ３の先端面３ａを型合わせ位置（成形面）まで上昇（前進）させつつ圧縮成形を行う。
本発明に係る圧縮成形によれば、樹脂受入部７に投入される賦形樹脂ＦＲは、加熱加圧下で賦形された直後で適度に予熱されているので、樹脂受入部７に投入直後に直ちに封止に最適な流動性を得ることができる。
ここで、この実施例では、図８〜図１１に示すように、テープ基板Ｆの片面に半導体チップＨを保持し、金線Ｗを接合したＣＳＰが用いられているが、封止すべき半導体チップＨの下方から封止するので、金線Ｗを含む封止部材中を流動する溶融樹脂の流動距離が短くできる。また、これに加えて賦形樹脂ＦＲはパッケージ形状に賦形してあるので、賦形樹脂ＦＲが溶融されて流動する流速は遅くでき、金線Ｗが細線化およびファインピッチ化された場合にもワイヤー流れを少なくできる。
なお、このような圧縮工程によれば、得られた半導体パッケージ（製品）Ｐ（図１１参照）の圧縮用プランジャ３によって成形された成形面３´ａには、賦形樹脂ＦＲの重量バラツキによって上下する圧縮用プランジャ３の先端面３ａの形状に沿った凹凸マーク３ａｂ´が形成される。
ここで、この実施例では、図８、図１０に示すように、圧縮用プランジャ３の先端面３ａの外形状がキャビティ部４の底面４ａの外形状から０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内で僅かに小さく設計されているので、この凹凸マーク３ａｂ´は、装填される賦形樹脂ＦＲの重量バラツキが、例えば、±０．１ｇ程度の範囲内で適正に制御されていれば、実質的に製品の性能に対して影響を与えることはない。
また、特にＣＳＰ、ＢＧＡの一括成形（通称ＭＡＰ）のようなパッケージでは、脱型後に、この凹凸マーク３ａｂ´の枠内で個片にダイシングされるので、ダイシング後の各個片では、これらの凹凸マーク３ａｂ´は反映されなくなり、実質的に製品の形状、性能に影響を及ぼさない。
（８）取出工程
取出工程とは、一体成形物である半導体パッケージを金型より取り出す工程である。
この工程では、硬化が終了後に型締機構により上下金型６１を開放して、任意の手法により封止成形体としての製品Ｐを取り出す（図１１参照）。製品Ｐを取り出すには、例えば吸着パッドなどの吸着装置を用いるが、突き出しピンや突き出しプレートを使って取り出してもよい。
また、図１１に示すように、進退機構６により圧縮用プランジャ３を下降（後退）させて製品Ｐを取り出すこともできる。これにより、下型キャビティブロック１には製品取り出し用の突き出しピンなどの取出装置が無くても製品Ｐを取り出すことができる。
得られた製品Ｐは、アンローダ等により適宜、搬出・集積されて次工程に送り出される。また、金型の分割面のバリ・汚れ等がクリーナなどにより清掃され、次の成形サイクル工程の準備に移る。
以上説明した本発明の樹脂封止型半導体パッケージの製造方法及び製造装置によれば、金線の細線化、高密度化がされた場合にもワイヤー流れが起こりにくい半導体パッケージを得ることができる。
また、マルチトランスファ成形で使用している樹脂タブレットを不要とし、インラインで賦形を行い、樹脂の廃棄量を減らして生産性の向上と樹脂の有効活用を図ることができ、従来の樹脂封止体のように、ランナー部等に残留したランナー、ゲート樹脂などの不要樹脂と成形品とを分離する、いわゆるゲートブレーク工程を経ずにゲートブレークされた成形品を得ることができる。
以下に実施例に従い本発明の効果を説明するが、この発明は以下の実施例に制限されるものではない。
［実施例１］
図１〜図１１に示す図に従う封止成形方法及び装置の攪拌ポット１ヵ所を用いて封止成形体を成形した。封止用樹脂としては、住友ベークライト株式会社製のエポキシ樹脂成形材料スミコン「ＥＭＥ−７７３０」（商品名）を用いた。
成形条件としては、攪拌ポット３２の温度を１００℃、攪拌時間を３０秒、賦形用ウス８０及び賦形用受台８４の温度を８０℃、賦形圧力を２４．５ＫＮ、圧縮用プランジャ３の射出圧力を９ＭＰａ、射出時間を１２秒、硬化時間を１００秒、金型温度を１７５℃として実成形を行った。
金型は、１２チップ／１フレームのパッケージで１２チップの一括成形用を用い、８ｍｍ×６ｍｍの１段チップ、３．５ｍｍ×３．５ｍｍの２段チップを有するスタックドチップに、金線ボンディングされ、充填厚み２００μｍになっているテープ基板を金型にセットして成形し、封止された成形品について、未充填、外部ボイド、内部ボイド、ワイヤー流れ、樹脂廃棄率を評価した。
比較例１
比較として、直径１４ｍｍのミニタブレットを使用し、図１５に順ずる装置を用いて、型内予熱を４秒とし他の成形条件は同一としたマルチトランスファ成形との比較を行った。
結果を併せて表１に示した。
Figure 2005106942
＜測定方法＞
１．未充填（ショートショット）：目視で表面の未充填個所の有無を観察した。
２．外部ボイド：実体顕微鏡（×１０）で表面のφ０．５ｍｍを超える大きさのボイドの有無を観察した。
３．内部ボイド：成形品に軟Ｘ線を照射して、φ０．３ｍｍを越える大きさのボイドの有無を観察した。
なお、表１に示す数値は、分母は観察したパッケージ個数（１２チップパッケージを一括成形して１パッケージとした）であり、分子は異常が発生したパッケージ個数である。
４．ワイヤー流れ（金線変形）：成形品に軟Ｘ線を照射して、ボンディングワイヤ（２５μｍ径、長さ３．４ｍｍの高強度金線）の変形量を測定した。半導体チップ端面とテープリード端子のボンディング間の距離に対する最大ワイヤ変形量の比を％で示した。なお、表１における数値は３６チップ（１２チップ／１フレームのパッケージをｎ＝３、評価実施）の最大変形量の平均値で示している。
５．樹脂廃棄率：１２チップ／１フレームのパッケージにおける必要樹脂量とカル、ランナー、ゲート等を含む総樹脂量の比を％で示した。
［実施例２］
賦形樹脂ＦＲの形状を変化させた場合の成形品の性能に及ぼす影響を確認する実施例である。
金型は、１２チップ／１フレームの一括成形用（ＭＡＰ）チップサイズパッケージＣＰＳが用いられ、封止部の表面３ａ´は３８．７０×３８．３５ｍｍである。また、個々の半導体デバイスＨのチップサイズは略５ｍｍであり、ボンディングワイヤーＷは、２５μｍ径、長さ３．３０ｍｍの高強度金線である。
また、賦形樹脂ＦＲの形状を変化させるために、賦形用ウス８０の大きさ及び形状を図１２〜図１４に示すように変化させた。ここで、プランジャ３の先端面３ａは、樹脂受入部７に賦形樹脂ＦＲが投入できる最大面積に設計した。これにより、先端面３ａの外形線３ａｂは、図中、二点鎖線で示すように、賦形樹脂ＦＲの外形線（賦形外形線）ｆから、０．１＋０．１ｍｍ（０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ）の範囲内で大きくなるように設計された。
ここで、図１２の実験例１では、製品外形線４ａｂ´と一点鎖線で示した賦形樹脂ＦＲの賦形外形線ｆとの間隔ｗが略０．３ｍｍ（プランジャ寸法３７．８０×３７．４５ｍｍ）に設計され、賦形樹脂ＦＲの四隅ＦＲＲの曲率半径が略２ｍｍに設計されることにより、外形線４ａｂ（図中、製品外形線４ａｂ´）で囲まれる領域の面積に対する賦形樹脂ＦＲの一表面の面積比が略９６．５％（実測値）になっている。
また、図１３の実験例２では、同様に定義した間隔ｗが略０．６ｍｍ（プランジャ寸法３７．７０×３７．３５ｍｍ）に設計され、賦形樹脂ＦＲの四隅ＦＲＲの曲率半径が略１０ｍｍに設計されることにより、外形線４ａｂ（図中、製品外形線４ａｂ´）で囲まれる領域の面積に対する賦形樹脂ＦＲの一表面の面積比が略８５．２％（実測値）になっている。
また、図１４の実験例３では、先端面３ａ及び賦形樹脂ＦＲが円形に設計され、製品外形線４ａｂ´と賦形外形線ｆとの間の最小の幅ｗが略０．３ｍｍに設計されることにより、外形線４ａｂ（図中、製品外形線４ａｂ´）で囲まれる領域の面積に対する賦形樹脂ＦＲの一表面の面積比が７６．５％（実測値）になっている。
これにより、図１２に示す半導体パッケージＰでは、ダイシングラインＤＬは四隅ＤＬａを含めて賦形樹脂ＦＲの賦形外形線ｆの枠内にあるが、図１３では、ダイシングラインＤＬの四隅ＤＬａは、賦形樹脂ＦＲの四隅ＦＲＲよりもはみ出しており、また、図１４では、賦形外形線ｆが半導体パッケージＨのワイヤーＷに大きく掛かっている。
成形条件としては、攪拌ポット３２の温度を１００℃、攪拌時間を３０秒、賦形用ウス８０及び賦形用受台８４の温度を８０℃、賦形圧力を２４．５ＫＮ，圧縮用プランジャの射出圧力を９ＭＰａ、射出時間を８秒、硬化時間を１００秒、金型温度（下型１、上型２の温度）を１７５℃として実成形を行った。
これにより、金線ボンディングされたテープ基板を金型にセットして成形し、封止された製品Ｐについて、実施例１と同様にして、未充填、外部ボイド、内部ボイド、ワイヤー流れを測定し、結果を表２に示した。
Figure 2005106942
以上の結果から、賦形樹脂ＦＲの形状がパッケージ形状と相似形であることにより、また、賦形樹脂の面積が、下型キャビティの底成形面の面積（製品Ｐの一表面の面積）に対して、９０％以上であることにより、未充填、外部ボイド、内部ボイド、ワイヤー流れが軽減されていることが理解される。
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限らず、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
以上説明したように、本発明の樹脂封止型半導体パッケージの製造方法及び製造装置はインライン化が可能であり、インライン化されて樹脂封止型半導体パッケージの製造工程が全自動化された場合にも、ワイヤー流れが発生しにくく、かつ、樹脂廃棄量を減らすことができるので、半導体パッケージの大型化、薄型化、高集積化に際して高信頼性が確保でき、かつ、少量他品種向けの生産にも適している樹脂封止型半導体パッケージの製造方法及び製造装置としての幅広い展開が期待される。

Claims (9)

  1. （１）粉末状又は顆粒状の樹脂組成物を計量ポットに供給して計量する工程、（２）前記計量ポットから加熱装置を有する攪拌ポットに前記樹脂組成物を送り込む工程、（３）攪拌用プランジャの先端から突出させた攪拌棒の回転で、前記攪拌ポット内の前記樹脂組成物を攪拌溶融させる工程、（４）攪拌溶融された前記樹脂組成物を取り出しパッケージ形状に加圧して賦形する工程、（５）半導体チップ又は電子部品が装着されているリードフレーム又はテープ基板を、加熱装置を有する成形金型の上型キャビティに装着する工程、（６）賦形された前記樹脂組成物を前記成形金型の下型キャビティ内の圧縮用プランジャに装着する工程、（７）前記成形金型を型締めした後、前記圧縮用プランジャを加圧して前記樹脂組成物を成形硬化させることにより、前記半導体チップ又は電子部品並びに前記リードフレーム又はテープ基板を封止して一体成形物とする工程、（８）前記一体成形物である半導体パッケージを金型より取り出す工程を含むことを特徴とする樹脂封止型半導体パッケージの製造方法。
  2. 前記工程（３）において、前記樹脂組成物を攪拌溶融させる際の加熱装置を有する攪拌ポットの温度が８０℃〜１２０℃の範囲内である請求項１記載の樹脂封止型半導体パッケージの製造方法。
  3. 前記工程（３）において、前記樹脂組成物を攪拌溶融させる時間が１０秒〜５０秒の範囲内である請求項１又は２記載の樹脂封止型半導体パッケージの製造方法。
  4. 前記工程（４）において、前記樹脂組成物を加圧して賦形する金型温度が５０℃〜１００℃の範囲内であり、加圧力が９．８ＫＮ〜３９．２ＫＮの範囲内である請求項１ないし３のいずれかに記載の樹脂封止型半導体パッケージの製造方法。
  5. 前記工程（４）において賦形される樹脂組成物は、下型キャビティの底成形面の外形形状から、０．１〜０．５ｍｍの範囲内で小さく実質的に相似形状に賦形することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の樹脂封止型半導体パッケージの製造方法。
  6. 前記工程（４）において賦形される樹脂組成物の一面の面積は、前記下型キャビティの底成形面の面積に対して、９０％以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の樹脂封止型半導体パッケージの製造方法。
  7. 請求項１〜６のいずれかに記載の樹脂封止型半導体パッケージの製造方法により得られた樹脂封止型半導体パッケージは、底面に形成された圧縮用プランジャーの先端面の外形形状に沿った凹凸線の枠内でダイシングすることを特徴とする樹脂封止型半導体パッケージの製造方法。
  8. （１）粉末状又は顆粒状の樹脂組成物を計量ポットに供給して計量する計量装置、（２）前記計量ポットから加熱装置を有する攪拌ポットに前記樹脂組成物を送り込む樹脂送給装置、（３）攪拌用プランジャの先端から突出させた攪拌棒の回転で、前記攪拌ポット内の前記樹脂組成物を攪拌溶融させる攪拌溶融装置、（４）攪拌溶融された前記樹脂組成物を取り出しパッケージ形状に加圧して賦形する賦形装置、（５）半導体チップ又は電子部品が装着されているリードフレーム又はテープ基板を、加熱装置を有する成形金型の上型キャビティに装着する被封止体装着装置、（６）賦形された前記樹脂組成物を前記成形金型の下型キャビティ内の圧縮用プランジャに装着する封止樹脂装着装置、（７）前記成形金型を型締めした後、前記圧縮用プランジャを加圧して前記樹脂組成物を成形硬化させることにより、前記半導体チップ又は電子部品並びに前記リードフレーム又はテープ基板を封止して一体成形物とする封止装置、（８）前記一体成形物である半導体パッケージを金型より取り出す取出装置を有することを特徴とする樹脂封止型半導体パッケージの製造装置。
  9. 請求項１ないし７のいずれかに記載の樹脂封止型半導体パッケージの製造方法又は請求項８に記載の樹脂封止型半導体パッケージの製造装置により製造されてなることを特徴とする樹脂封止型半導体パッケージ。
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