(57)【要約】【課題】封止樹脂由来の金属微粒子の混入による、半導体の短絡事故を防止する成形法を提供すること。【解決手段】封止樹脂を金型を使用して成形する際に、樹脂が流動する金型流路に磁界を賦課することを特徴とする封止樹脂の成形方法で、好ましくは磁界を賦課する手段が、金型に磁性体を挿入すること又は、金型の外部へ磁性体を取り付けることであり、封止樹脂がエポキシ樹脂とシリカを含有し、半導体用パッケージ用である封止樹脂の成形方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
封止樹脂を金型を使用して成形する際に、樹脂が流動する金型流路に磁界を賦課することを特徴とする封止樹脂の成形方法。
【請求項２】
磁界を賦課する手段が、金型に磁性体を挿入することである請求項１記載の封止樹脂の成形方法。
【請求項３】
磁界を賦課する手段が、金型の外部へ磁性体を取り付けることである請求項１又は２記載の封止樹脂の成形方法。
【請求項４】
封止樹脂がエポキシ樹脂とシリカを含有し、半導体用パッケージ用である請求項１〜３いずれか記載の封止樹脂の成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体での封止樹脂起因の金属微粒子による短絡事故の対策として、封止樹脂を成形する際の溶融流動化した状態で磁界を賦課する成形法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体の細線化により、ピン間金線間の短絡事故対策が、緊急の課題となってきている。半導体封止樹脂に起因する、この様な短絡事故の原因は幾種類かのタイプがあって、そのうちのひとつは、着色のために原料として配合されるカーボンブラック起因の粒子である。さらに別の一つは、製造過程で不純物として混入する、装置機壁の磨耗粒子である。この磨耗粒子は鉄分やニッケルなどを含むことが多く磁力による捕捉排除することができる。
封止樹脂の原料配合のうち６０％〜９５％に及ぶ範囲は、非常に磨耗性の強いシリカである。封止樹脂の生産工程は高濃度のシリカを、エポキシやフェノールなどの樹脂およびその他の原料と均質に混合し、混錬・冷却し粉砕する工程を含み、プロセスに応じた設備により構成されるが、いずれの設備も封止材と機壁の直接接触が避けられないもので、設備の機壁磨耗を完全に排除することは非常に困難な課題である。このような金属磨耗の混入を防止するための対策として、機壁の材質をセラミック化したり、あるいは磨耗微粒子を積極的に捕捉するための磁石を用いたりするが、工程の完全なセラミック化は強度上の難点があり、磁石による捕捉も材料中に練りこまれた状態での処理には限界がある。このため、封止材製造プロセスは磁性金属分離のプロセスを保有してはいるけれども、実態としては部分的な除去しかできないために、材料としては製造設備由縁の金属磨耗微粒子を含んでしまっている。金属磨耗微粒子の排除を完全に行える手段が無いために、残念ながら、顧客との間で金属微粒子の許容混入量に関するスペックを設け、検査判定の上で出荷するというのが実態である。
【０００３】
金属微粒子は、混錬・粉砕など材料化のために大きな外力が賦課される工程での、機壁磨耗によるものが大部分である。混錬工程での機壁磨耗による金属微粒子は、主に材料中に練りこまれた形で存在し、粉砕工程での機壁磨耗による金属微粒子は、粉砕された粒子の外表面に部分的に埋没あるいは、付着した状態で観察されることが多い。このような実態に対し、磁石による磁性金属分離の工程では、粉砕された材料の粉末を磁石面、あるいは磁石格子を通過させ、付着した粒子を定期的にまたは間歇的に掃除するなどの方法で行われる。
【０００４】
磁石で金属微粒子を捕捉しようとする場合は、当然のことながら、金属微粒子に働く磁力の捕捉力が、金属微粒子及び金属微粒子を内包する材料粒子の質量に対して及ぶ外力を上回ることが必要である。除去の対象とされる金属微粒子は５０μｍ程度の粒子である一方、材料粒子は１０００μｍ程度であって、材料粒子も含めて捕捉することは、効率の低い方法である。実際に封止材料中に混入する金属微粒子は非常にわずかな量であるが、これが排除される確率も非常に低い。大量の粒子のうちで金属微粒子を含む粒子が、たまたま磁石によって捕捉された場合も、頻度良く磁石の掃除を行っていれば、金属微粒子の排除が可能となるが、実際は大量の封止材粒子が磁石面に供給され続けるため、捕捉された粒子が材料粉末の流れに押し流されて、そのために磁石から離脱してしまい、再度材料中に混入してしまうことが多い。捕捉されることなく、材料中に混入している金属微粒子は、成形時にランナーから、パッケージ本体のあらゆる部分に任意に位置することとなり、場合によっては半導体の短絡をもたらす。このようにして半導体は、金属磨耗微粒子の排除ができていない場合、常に短絡のリスクを持っていることとなる。
【０００５】
封止樹脂の製造工程中で混入し、除去することができなかった金属微粒子を含む樹脂は、半導体メーカーでの組み立てに用いられる前に、封止樹脂メーカーでの出荷検査を受けることになる。封止樹脂メーカーでは成形品中に含まれる金属微粒子の観察を行って、そのサイズ、頻度に応じ出荷検査を行い、顧客との仕様の範囲で良品範囲のものを出荷する。
【０００６】
半導体メーカーでは、ウェーハー切断時の切り屑による短絡（例えば特許文献１）、金線やリード間の短絡（例えば特許文献２）など、組み立てまでの工程に起因する各種の短絡に併せ、封止樹脂中に混入した金属微粒子やその他の原因から起こる短絡事故も含めた形で、導通試験や軟Ｘ線などによる内部観察などにより、パッケージの良否判定を行い、出荷検査としている。これらの短絡に関する検査には高価な検査設備が導入され（例えば特許文献３）、短絡モニター回路が組み込まれ、幾多の対抗策が行われている。しかしながら、成形後に実際の製品実物を検査するという作業に要する工数や費用は甚大なものに及ぶ。さらに、このような最終検査で発見される不良に対しては、幾多の工程要因が錯綜していることから、不良原因の特定に至らないことが多く、抜本的対策を講じることを困難にしている。本発明で述べる方法、即ち捕捉された金属微粒子を、一回の成形重量ごとに、そのつど排除しながら、流路を通過する封止材の全量を金属に対して精製する事は、いわば、封止樹脂起因の金属微粒子に対する全数検査機能を代替するものでもあって、短絡の危険性排除に非常に有効である。
【０００７】
【特許文献１】特開平０７−１６１８７５号公報
【特許文献２】特開平０５−０２１６５８号公報
【特許文献３】特開平０５−２５９２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、封止樹脂中に混入し、除去することが困難な金属微粒子による短絡事故に対し、金属微粒子の排除に有効な成形法を提供する事で短絡事故の発生を防止することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち本発明は、
（１）封止樹脂を金型を使用して成形する際に、樹脂が流動する金型流路に磁界を賦課することを特徴とする封止樹脂の成形方法、
（２）磁界を賦課する手段が、金型に磁性体を挿入することである（１）１記載の封止樹脂の成形方法、
（３）磁界を賦課する手段が、金型の外部へ磁性体を取り付けることである（１）又は（２）記載の封止樹脂の成形方法、
（４）封止樹脂がエポキシ樹脂とシリカを含有し、半導体用パッケージ用である（１）〜（３）いずれか記載の封止樹脂の成形方法、
である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の成形方法によれば、金属微粒子のうち磁性を持つものは、成形時に溶融流動化した樹脂中で、磁力により金型壁近傍に移行し、流路の壁面で捕捉される。このようにして、溶融流動下で金属微粒子のスクリーニングを行いつつ成形されたパッケージは、金属微粒子の混入が完全に排除されて、短絡事故の危険性を大巾に軽減することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明において、樹脂が流動する金型流路に磁界を賦課する方法としては、金型本体へ磁性体を組み込む方法、又は金型の外部へ磁性体を取り付ける方法が好ましく、両方法を併用しても良い。磁性体としては、永久磁石、電磁石など賦課される磁界の形態を問わない。
本発明に使用する金型の材質は、良磁体を含むこと好ましく、鉄で構成されていることが最も好ましい。
本発明の成形方法によれば、金型内で封止樹脂が溶融して硬化するまでの間に、磁性によって、金型の流路面に金属微粒子が引き寄せられて、捕捉される。或いは、ゲートを通過したとしても、キャビティーの金型壁面に近い方へ、磁性により引き寄せられる効果を利用して、半導体のチップやリードフレームなどから離れたパッケージの外側に移動させることで、短絡の可能性を排除することが可能である。
【００１２】
封止樹脂を成形する際、封止樹脂は金型よりの伝熱で溶融し、プランジャーによる圧力を受けて流動を開始し、ランナー部を経由しゲートよりキャビィティー内に流動する。成形前、金属微粒子は材料中に捕捉されている状態であるが、溶融した樹脂中では、樹脂による拘束を受けることなく、金属微粒子自身に働く磁力によって移動することが可能な状態になる。溶融した封止樹脂の粘度は非常に小さく、磁力によって金属微粒子を流路壁面に引き付けることは容易である。
【００１３】
封止樹脂を成形する際の金型はきわめて厳しい温度分布管理が求められるが、これは封止樹脂が熱に対して敏感な材料であるためである。成形時にはできるだけ低粘度で金型キャビティー内へ流入し、かつ樹脂に対して均一な熱伝播を実現するための設計がなされる。流路の断面形状を熱伝播に有利とするためには周長比（断面積／断面周長）が小さく、すなわち樹脂が壁面に接触するのに有利になっているために、結果として、金属微粒子は磁力を持った壁面に捕捉されやすい構造になっている。さらに、ゲート部では、１５０〜２５０μｍ厚程度のスリットを樹脂が通過するように設計されているために、金属微粒子は磁性面と最接近することになり、金属微粒子は壁面への捕捉から逃れることは困難である。
【００１４】
本発明の成形方法において、金型の壁面に捕捉された金属微粒子は、捕捉された位置に留まるが、その量が極めて微量であるために、流路の抵抗になるなどの影響は生じない。壁面に捕捉されたまま、硬化時間の経過に従ってランナー中に固定され、廃棄されることになる。キャビティー中まで流入した場合は、キャビティーの内壁面近傍へと磁力により引き寄せられ、短絡の危険性のあるパッケージ中心部から遠ざかる位置で硬化により材料中に固定される。
【００１５】
このように、封止樹脂が固形の状態では捕捉・排除が困難な金属微粒子であるが、金型流路内を流動していく際は、樹脂が溶融しているために拘束から解かれており、磁力を持つ金型面と接近し、磁力によって捕捉されやすい条件が揃っている。流路を流れている間に磁力の影響を受け、ゲート以前で金型壁面に接触して捕捉された金属微粒子は、ランナー中に捕捉される。ゲートを通過したとしても、金属微粒子が金型壁面に引き付けられるということは、チップや金線など、短絡の危険を持つ部位から遠ざかるということになり、金属微粒子による短絡事故に対して、きわめて有効な対策である。
【００１６】
本発明の成形法の一例を図１〜図３に基づき説明する。図１の例では、金型のヒーター孔３を利用して、棒磁石４を挿入した。この金型は、通常の金型とまったく同様に成形機にセットされ、特殊な操作なしに、成形に使用することが出来る。ヒーター孔ではなく、別の孔を金型に設けて、棒磁石を挿入しても良い。図２、図３の例では、成形機本体５に電磁石６を設置し、金型接続鉄棒８によって金型と連結しておく。この成形機では型締めが完了すると、プランジャーの始動に合わせて、電磁石が励起し、金型に磁力線が伝播する仕組みとなっている。
【実施例】
【００１７】
以下実施例でさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。
（実施例１)
＜封止樹脂材の作成＞
球状溶融シリカ粉末（電気化学工業(株)製、平均粒径２２μｍ、最大粒径７５μｍ）
８５．４重量部
ビフェニル型エポキシ樹脂（ジャパン・エポキシ・レジン（株）製、ＹＸ４０００Ｈ、融点１０５℃、エポキシ当量１９５ｇ／ｅｑ）                        ９．０重量部
フェノールノボラック樹脂（軟化点６５℃、水酸基当量１０４ｇ／ｅｑ）
５．０重量部
トリフェニルホスフィン                                          ０．２重量部
カルナバワックス                                                ０．４重量部
の配合物に対し
Ｎｉｌａｃｏ社製  鉄微粒子  ＦＥ−２２４５００（３２５ＭＥＳＨ以下：４４μ以下）                                                              １００ｐｐｍ
を配合し、ミキサーにて混合し、９０℃の加熱ロールにて３分間混練して冷却粉砕し、封止樹脂材とした。
＜成形＞
１００Φ円盤成形用の金型のランナー部（下幅２．５ｍｍ、上幅３．０ｍｍ  全長６０ｍｍ）の下部に１５Φの孔があり、その中に１５Φ×１５０ｍｍ  ２０００ガウスの棒磁石を挿入した。
金型温度１７５℃、注入時間１５秒、硬化時間１６５秒で前記封止樹脂材を成形し、カル、ランナー及び円盤を入手した。
＜評価＞
ランナー（全長６０ｍｍ）をカル側から１５ミリごとに、４個に切断した。カル、切断したランナー、円盤について、これを振動ミルで粉砕し、鉄分濃度を分析した。結果を表１に示した。
【００１８】
（実施例２）
実施例１で使用した金型に、更に鉄棒を巻きつけ、その鉄棒に４０００ガウスの電磁石を接触させた。型締めと同時に電磁石を励起させ、硬化時間完了とともに励磁解除するタイマーを用い、金型温度１７５℃、注入時間１５秒、硬化時間１６５秒で、実施例１で使用した封止樹脂材を同様に成形評価した。結果を表１に示した。
【００１９】
（実施例３）
ポット径１５Φマルチプランジャー成形機に取り付けられた４６ＰｉｎＱＦＰ成形金型に、実施例２と同様に鉄棒を巻きつけ電磁石を接触させた。ダミーチップをマウントした銅フレームをセットし、実施例２と同じ励磁・解除のプログラムに従って、実施例２で用いた封止樹脂材を成形評価した。
＜評価＞
ランナー（全長１５ｍｍ）を２個に切断した。軟Ｘ線観察装置を用いて、カル、切断したランナー、パッケージについて各々３箇所を観察し、Ｘ線不透化粒子をカウントした。結果を表２に示した。
【００２０】
（比較例１）
実施例１において、棒磁石を取り除き実施例１と同様に成形評価した。結果を表１に示した。
【００２１】
（比較例２）
実施例３において、電磁石を励磁させずに実施例３と同様に成形評価した。結果を表２に示した。
【００２２】
【表１】
2006093389.tif 000002
【００２３】
【表２】
2006093389.tif 000003
【００２４】
表１、２で示すように、成形時に励磁された場合は励磁されない場合に比較して  キャビティー内への鉄微粒子の到達が少なく、ランナー段階で捕捉されていることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例である金型への棒磁石セットを示す図で、上金型の平面、断面、下金型の断面、平面の概略図を示す。
【図２】本発明の一実施例であるトランスファープレスでの金型外部への電磁石セットを示す図
【図３】本発明の一実施例であるマルチプランジャー型トランスファープレスでの金型外部への電磁石セットを示す図
【符号の説明】
【００２６】
１  上金型
２  下金型
３  ヒーター孔
４  棒磁石
５  成形機本体
６  電磁石
７  電磁石鉄芯
８  金型接続鉄棒
【図１】
2006093389.tif 000004
【図２】
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【図３】
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