(57)【要約】【課題】エポキシ樹脂封止材料を用いてトランスファー成形することによって半導体素子を樹脂封止する半導体装置及びその製造方法を提供すること。【解決手段】半導体素子が接合されるリードフレームやリード線をトランスファー成形金型に固定し、このトランスファー成形金型にエポキシ樹脂封止材料をトランスファー成形機により加圧充填して硬化させることにより、半導体素子を樹脂封止するものである。半導体素子をエポキシ樹脂でトランスファーモールドする際に、まず、エポキシ樹脂を第１の金型温度及び第１の成形時間で注入し、その後、第１の金型温度よりも高い第２の金型温度及び第２の成形時間でエポキシ樹脂を硬化するものである。第１の金型温度を１５０℃の状態で第１の成形時間を２０秒間保持した後、事前に設定しておいた第２の金型温度を１７５℃に自動で昇温させて第２の成形時間を１０秒間保持した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が接合されるリードフレームやリード線をトランスファー成形金型に固定し、該トランスファー成形金型にエポキシ樹脂封止材料をトランスファー成形機により加圧充填して硬化させることにより、前記半導体素子を樹脂封止する半導体装置の製造方法において、
前記半導体素子を前記エポキシ樹脂でトランスファーモールドする際に、まず、前記エポキシ樹脂を第１の金型温度及び第１の成形時間で注入し、その後、前記第１の金型温度よりも高い第２の金型温度及び第２の成形時間で前記エポキシ樹脂を硬化するとともに、前記第１の成形時間の中で、前記エポキシ樹脂の注入速度が複数の異なった注入速度を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記エポキシ樹脂封止材料が、エポキシ樹脂，硬化剤，硬化促進剤，無機質充填材を必須成分として含有したものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２の金型温度が、前記第１の金型温度よりも１０乃至３０℃高いことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の金型温度が１５０℃で、前記第１の成形時間が２０秒であることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２の金型温度が１７５℃で、前記第２の成形時間が１０秒であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、より詳細には、エポキシ樹脂封止材料を用いてトランスファー成形することによって半導体素子を樹脂封止された半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置は一般的にエポキシ樹脂等によるトランスファーモールド方法によって樹脂封止されている。また、半導体装置は金線等によりワイヤーボンディングにより外部リードへの電気的接続がされている。このようなトランスファーモールド方法とワイヤーボンディング方法等の組み合わせによるプロセスでは場合によりワイヤーの変形が発生することが知られている。
【０００３】
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形状に賦形してから金型内のポットに投入し、加熱溶融させながらプランジャーで加圧することにより金型キャビティに移送し、硬化させるのが一般的である。しかしながら、この成形方法ではポットに投入された封止材料が金型内を流動しキャビティ内に到達するまでの流路であるランナー部やポット内で時間と共に樹脂粘度が上昇し更に樹脂の注入速度の影響によりワイヤー変形が発生する原因として考えられる。
【０００４】
上述したワイヤー変形に対して先行技術として特許文献１に記載の技術が知られている。この特許文献１では、射出成型機において射出成型機の加熱シリンダーを複数のゾーンに分割し、各ゾーンをそれぞれ独立に温度制御する半導体製造装置の製造方法が開示されている。
【０００５】
図３は、従来の半導体装置の製造方法における温度プロファイルを示す図で、トランスファーモールドする際のタイムチャートで、縦軸は金型温度を示し、横軸は成形時間を示している。
【０００６】
従来の半導体装置の製造方法においては、上述した特許文献1に示されているように、エポキシ樹脂封止材料として、エポキシ樹脂，硬化剤，硬化促進剤，無機質充填材を必須成分として含有し、エポキシ樹脂が特定のエポキシ樹脂であり、硬化剤が特定のフェノール樹脂であるエポキシ樹脂封止材料を用い、射出成形機の加熱シリンダーを複数のゾーンに分割し、各ゾーンをそれぞれ独立に温度制御し、最ノズル側ゾーンを６５乃至１１０℃に制御し、最ホッパー側ゾーンを常温乃至５０℃に制御するものである。
【０００７】
このようなトランスファーモールドにおいては、図３に示されているように、横軸に示す成形時間の３０秒は、樹脂注入と硬化のための保持の時間であり。この成形時間中の金型温度は１７５℃で一定である。つまり、従来の場合は、従来の金型温度を一定に維持してエポキシ樹脂の注入から硬化までを完了させる方法である。
【０００８】
図４は、従来の半導体装置の製造方法における速度プロファイルを示す図で、トランスファーモールドする際のタイムチャートで、縦軸は注入速度を示し、横軸は成形時間を示している。
【０００９】
注入時に金型温度の低下に伴う溶融粘度が低い状態で注入されると、樹脂が速くキャビティ内を流れるので乱流状態に近くなり、そのためにエアー巻き込みによるボイドが発生しやすくなる。
【００１０】
また、金型温度を封止樹脂の溶解温度に保持し、封止樹脂の充填完了後に、金型温度を封止樹脂の硬化温度まで上昇させる方法については、例えば、特許文献２又は３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１９６４０２号公報
【特許文献２】特開２０００−０９１３６７号公報
【特許文献３】特開２００１−０５５４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、この特許文献１に示した従来技術では、射出成型機の加熱シリンダーを複数のゾーンに分割し、各ゾーンをそれぞれ独立に温度制御する必要があり、射出成型機の構造が複雑になり、また、高コストで制御が複雑になるという問題があった。
【００１３】
また、特許文献２に示した従来技術は、ボイドやワイヤー流れの改善要因が樹脂の溶融粘度のみに言及しており、樹脂の硬化特性を考慮してキャビティのゲート直前までは、樹脂注入速度を高速に設定にすることにより短時間化を図り、さらに樹脂の流動がキャビティの領域に至っては樹脂の溶融粘度の低い領域では注入速度を抑えてエアーの巻き込みを防止する。また、樹脂の流動がキャビティの領域に至っては樹脂の溶融粘度の高い領域ではワイヤー流れの発生しない速度範囲で樹脂の注入速度を高速にして短時間化を図り樹脂溶融粘度が上昇する前に樹脂充填を完了させる樹脂の注入速度の制御方法が不足している問題があった。
【００１４】
さらに、特許文献３に開示されている従来技術も、特許文献２と同様に金型温度の制御のみによる溶融粘度のみの言及であり樹脂の注入速度の制御方法が考慮されていないという問題があった。
【００１５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、通常のトランスファー成型機を用いた簡便な方法でボイドとワイヤー変形を防ぐようにするために、エポキシ樹脂封止材料を用いてトランスファー成形することによって半導体素子を樹脂封止された半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、半導体素子が接合されるリードフレームやリード線をトランスファー成形金型に固定し、該トランスファー成形金型にエポキシ樹脂封止材料をトランスファー成形機により加圧充填して硬化させることにより、前記半導体素子を樹脂封止する半導体装置の製造方法において、前記半導体素子を前記エポキシ樹脂でトランスファーモールドする際に、まず、前記エポキシ樹脂を第１の金型温度及び第１の成形時間で注入し、その後、前記第１の金型温度よりも高い第２の金型温度及び第２の成形時間で前記エポキシ樹脂を硬化するとともに、前記第一の成形時間の中で、前記エポキシ樹脂の注入速度が複数の異なった注入速度を有することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記エポキシ樹脂封止材料が、エポキシ樹脂，硬化剤，硬化促進剤，無機質充填材を必須成分として含有したものであることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第２の金型温度が、前記第１の金型温度よりも１０乃至３０℃高いことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１，２又は３に記載の発明において、前記第１の金型温度が１５０℃で、前記第１の成形時間が２０秒であることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記第２の金型温度が１７５℃で、前記第２の成形時間が１０秒であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、第１の金型温度で低粘度でのエポキシ樹脂を注入する時間を長時間確保することにより、樹脂封止材料が金型内を流動してキャビティ内に到達するまでエポキシ樹脂の粘度を低く維持することが可能となり、さらには低速度でキャビティ内にエポキシ樹脂を流動させることも可能となり、ワイヤー変形に影響を与えている粘度と樹脂流動速度を長時間低減させることが出来る。
【００２２】
また、樹脂の粘度を低く維持出来ることから充填不良も低減することが出来る。このことから、エポキシ樹脂によるワイヤーへの抵抗を軽減させることからワイヤー変形を減らすことが出来る。
【００２３】
さらに、第２の金型温度を第１の金型温度より高めに設定することでエポキシ樹脂を金型内のキャビティに充填させた後の硬化を促進して生産性の低下を防ぐことが可能となると共に、注入時に金型温度の低下に伴う溶融粘度が低い状態（図４参照）で注入されると樹脂が速くキャビティ内を流れるので乱流状態に近くなり、そのためにエアー巻き込みによるボイドが発生しやすくなる。そこで、キャビティ内の樹脂の注入速度を低くするために第２の注入速度（図２参照）へ切り替える。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造方法における温度プロファイルを示す図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の製造方法における速度プロファイルを示す図である。
【図３】従来の半導体装置の製造方法における温度プロファイルを示す図である。
【図４】従来の半導体装置の製造方法における速度プロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。  
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体素子が接合されるリードフレームやリード線をトランスファー成形金型に固定し、このトランスファー成形金型にエポキシ樹脂封止材料をトランスファー成形機により加圧充填して硬化させることにより、半導体素子を樹脂封止するものである。半導体素子をエポキシ樹脂でトランスファーモールドする際に、まず、エポキシ樹脂を第１の金型温度及び第１の成形時間で注入し、その後、第１の金型温度よりも高い第２の金型温度及び第２の成形時間でエポキシ樹脂を硬化するとともに、第１の成形時間の中で、エポキシ樹脂の注入速度が複数の異なった注入速度を有するものである。
【００２６】
また、エポキシ樹脂封止材料は、エポキシ樹脂，硬化剤，硬化促進剤，無機質充填材を必須成分として含有したものである。また、第２の金型温度は、第１の金型温度よりも１０乃至３０℃高く設定してある。
【００２７】
エポキシ樹脂封止材料として、シリカ８０％以上、エポキシ樹脂３％以上、硬化剤２％以上を主成分とし、他に離型剤、顔料等を配合した材料を使用した。トランスファー成型機は、アサヒエンジニアリングＣＯＳＭＯ−Ｔ２（プランジャー加圧式）を使用し、第１の金型温度を１５０℃に設定し、第２の金型温度を１７５℃に設定した。金型温度の昇温は、金型の内部にセットされているヒーターに入力する電流の制御で行っている。更に、トランスファー圧力については、最大圧力を３０トンに設定して、第１の金型温度を１５０℃の状態で第１の成形時間を２０秒間保持した後、事前に設定しておいた第２の金型温度を１７５℃に自動で昇温させて第２の成形時間を１０秒間保持した後、金型を開いてモールドされた製品を排出する。型締めから型開きまでの時間は５０秒、全成形サイクルは７０秒とした。
【００２８】
金型は、４フレーム取りとしてＩＣ素子及びホール素子を接合し、金線ボンディングされた１，２１２個取りのリードフレーム４枚を金型に自動セットし、連続成形した。１時間毎に封止された成形品（樹脂封止された半導体）について外観、充填性、ワイヤスイープを測定した。
【００２９】
表１は、５時間毎の外観、充填性、ワイヤスイープ、ボイドの測定結果を示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
測定方法は以下のとおりである。  
外観、充填性、ボイド：目視による観察、外観は特に光沢の良否をみた。  
ワイヤースイープ：成形品に軟Ｘ線を照射して、ボンディングワイヤー（２５μｍ径：長さ２ｍｍのセミハード金線）の流れ量を測定した。ボンディング径のサイズ（２５μｍ）に対する最大ワイヤー流れ量の比を％で表した。
【００３２】
これらの結果は、従来の一定の金型温度による封止よりも優れていることが示され全く問題が無いことが確認されている。従って、長時間にわたり連続成形が可能であることがわかる。
【００３３】
図１は、本発明に係る半導体装置の製造方法における温度プロファイルを示す図で、トランスファーモールドする際のタイムチャートで、縦軸は金型温度を示し、横軸は成形時間を示している。
【００３４】
図１のタイムチャートの金型温度によって、具体的に以下のように半導体装置を製造した。使用したエポキシ樹脂封止材料は、エポキシ樹脂，硬化剤，硬化促進剤，無機質充填材を必須成分として含有し、エポキシ樹脂が特定のエポキシ樹脂であり、硬化剤が特定のフェノール樹脂であるエポキシ樹脂封止材料を用いた。トランスファー成型機は、プランジャー加圧式で、本発明の場合、エポキシ樹脂を注入する前に、金型温度を１５０℃に一定に維持し、封止材料が金型内を流動しキャビティ内に完全に充填した後、金型温度をさらに２５℃昇温して、硬化のために温度を一定に維持して、最後に、金型から成形品を離型して、成形品を金型から取り出すものである。
【００３５】
本発明によれば、本発明の方法でモールドされた素子と、従来の方法でモールドされた素子をＸ線解析による比較を行うと、金線径以上のワイヤスイープ発生率（つまり、金線径に対して最大ワイヤー流れ量がその金線径を超える事）では、本発明の方法でモールドされた素子は０ｐｐｍであるが、従来の方法でモールドされた素子は５，０００ｐｐｍ以上発生する。また、ボイドも２００μｍ以上のものが発生する。
【００３６】
図２は、本発明に係る半導体装置の製造方法における速度プロファイルを示す図で、トランスファーモールドする際のタイムチャートで、縦軸は注入速度を示し、横軸は成形時間を示している。
【００３７】
注入時に金型温度の低下に伴う溶融粘度が低い状態（図４参照）で注入されると樹脂が速くキャビティ内を流れるので乱流状態に近くなり、そのためにエアー巻き込みによるボイドが発生しやすくなる。そこで、キャビティ内の樹脂の注入速度を低くするために第２の注入速度へ切り替える。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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