(57)【要約】【課題】温度変動に起因する反りを低減して良好な画像を得るＣＣＤデバイスの製造の際に好適に使用されるモールド成型金型を提供する。【解決手段】モールド成型金型は、上キャビティ５１を有する上金型（半金型）５０と、下キャビティ６１を有する下金型（半金型）６０とから成る。上キャビティ５１内には、広幅部及び狭幅部を有する２段構造のランド部形成ブロック５４が収容されており、また、そのランド部形成ブロック５４の内部からは、バネ５３によって上キャビティ５１の底面から付勢されるヒートシンク押さえピン５２が下金型６０の方向に突出している。下金型６０の下キャビティ６１内には、複数のリードフレーム押さえピン６２が配設されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のキャビティを有する第１の半金型と、第２のキャビティを有する第２の半金型とを備え、半導体チップ収容部を形成する空間を形成するためのブロックを前記第１のキャビティ内に備えるモールド成型用金型において、
前記ブロックを、前記第１のキャビティの底面に接する広幅部と該広幅部に搭載される狭幅部とから成る２段構造に形成し、半導体チップに接続されるリードフレームを前記広幅部に押し付ける押しピンを前記第２のキャビティの底面から延長させたことを特徴とするモールド成型用金型。
【請求項２】
前記第２のキャビティに向かって前記狭幅部から突出する別の押しピンを、前記狭幅部の表面から伸縮自在となるように配設した、請求項１に記載のモールド成型用金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モールド成型用金型に関し、特に、一次元ＣＣＤデバイスとして好適な構造を有する樹脂モールド型半導体装置のモールド成型にあたって使用されるモールド成型用金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
一次元ＣＣＤデバイス（ＣＣＤ半導体装置）は、直線状に配列された例えば５０００〜１００００個のフォトトランジスタから構成され、主にコピー機やファクシミリ等の画像形成装置として利用される。この一次元ＣＣＤデバイスでは、原稿又はＣＣＤデバイス自体を、フォトトランジスタの配列方向と直交方向に走査し、１枚の原稿全体の画像を取り込む。
【０００３】
従来の一次元ＣＣＤデバイスの構成について図面を参照して説明する。図１０は、特開２００２−３３４９７５号公報に記載された、従来のセラミックパッケージ型ＣＣＤデバイスの縦断面図である。セラミックパッケージは、平坦化研磨されたセラミックベース３１に、リード３３を含むリードフレームを低融点ガラス接着剤３２で固着し、更にこのリードフレームの上に、平坦化研磨されたセラミック枠３４を低融点ガラス接着剤３２で固着することによって製造する。
【０００４】
ＣＣＤ素子から成る半導体チップ１４は、上記セラミックパッケージの内部空間に収容され、セラミックベース３１の支持面にマウント材３６を用いて接着される。セラミックベース３１内側のインナーリードと、ＣＣＤ素子１４のボンディングパッドとをワイヤボンドした後に、ガラスキャップ１３を熱硬化性接着剤３５で接着し、セラミックパッケージの上部開口を封止する。
【０００５】
図１１は、従来のキャビティモールド型（中空モールド型）ＣＣＤデバイスの断面図である。この構造と同様な構造は、前記特許文献の従来技術として同特許文献に記載されている。本型式のＣＣＤデバイスでは、まず、アルミニウムや銅合金から成るヒートシンク４１に、銅リードフレーム２０を接合し、複合リードフレームを作製する。この複合リードフレームを金型内に収容し、金型内にモールド樹脂を流し込み、中空モールドケース４２を作製する。
【０００６】
中空モールドケース４２内部のヒートシンク４１の上面に、ＣＣＤ素子１４をダイボンドし、モールドケース４２内のインナーリードと、ＣＣＤ素子１４のボンディングパッドとをワイヤボンドした後に、中空モールドケース４２の上部開口をガラスキャップ１３で閉止し、紫外線硬化型接着剤４３を用いて上部開口を封止する。紫外線硬化型接着剤４３は、その硬化物硬度（ショアＤ）が８０以上の高弾性体樹脂材料から成る。
【０００７】
例えば特開昭５９−６３７３５号公報には、中実モールド型パッケージを形成するにあたって、図１２に示したモールド成型金型を記載している。モールド成形金型は、上金型４４及び下金型４５から構成され、ヒートシンク４１及び半導体チップ１４を金型内に収容してパッケージ内に埋め込んで成型する。この公報では、その成形を行う際に、半導体チップ１４を表面に取り付けたヒートシンク４１を下金型４５上に配置し、次いで、リードフレーム２２を所定位置に固定した後に上金型４４をセットし、樹脂封入を行っている。ヒートシンク４１と下金型４５との間の隙間を防止するために、バネ４７によって付勢された円錐型の押しピン４６によって、ヒートシンク４１を下金型４５の内面に押し付けている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３３４９７５号公報
【特許文献２】特開昭５９−６３７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１０に示したセラミックパッケージは、低熱膨張係数のセラミック材料で構成しているので、広い温度範囲でＣＣＤ素子全体の反りが抑制される利点がある。しかし、セラミックパッケージの製造には、セラミック材料の焼成や、平坦化研磨、低融点ガラス接着剤による接着等、各製造工程段階で長時間を必要とし、このため、セラミックパッケージは非常に高価である。従って、これを利用するＣＣＤデバイスの価格を上昇させていた。
【００１０】
図１１に示した中空モールド型ＣＣＤデバイスは、安価な樹脂モールド材で作製できる利点がある。しかし、このＣＣＤデバイスでは、室内温度でのチップ反り変形は小さく抑えられるものの、ＣＣＤデバイスを搭載した電子機器動作時の機器内部の温度変化に依存して、パッケージに変形が生じ、ＣＣＤ素子の長手方向の反りが例えば１０〜１５０ミクロンの範囲で変動する。従って、原稿の読取りに際して、精緻な原稿を正確に再現することが困難であった。
【００１１】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、安価な樹脂モールド型パッケージを使用しながらも、温度変化に対して半導体チップの変形が小さく抑えられる樹脂モールド型半導体装置の製造のために使用できるモールド成型金型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のモールド成型用金型は、第１のキャビティを有する第１の半金型と、第２のキャビティを有する第２の半金型とを備え、半導体チップ収容部を形成する空間を形成するためのブロックを前記第１のキャビティ内に備えるモールド成型用金型において、
前記ブロックを、前記第１のキャビティの底面に接する広幅部と該広幅部に搭載される狭幅部とから成る２段構造に形成し、半導体チップに接続されるリードフレームを前記広幅部に押し付ける押しピンを前記第２のキャビティの底面から延長させたことを特徴とする。
【００１３】
本発明のモールド成型用金型では、モールド成型に際してインナーリードへの樹脂の付着が防止できるので、モールド成型の後に半導体チップを収容空間内に収容して、半導体チップのボンディングパッドとリードフレームのインナーリードとをボンディングワイヤで接続する際の障害が除かれる。
【００１４】
本発明の好適な態様のモールド成型用金型では、前記第２のキャビティに向かって前記狭幅部から突出する別の押しピンを、前記狭幅部の表面から伸縮自在となるように配設する。ヒートシンクの底面へのモールド樹脂の付着が防止できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のモールド成型用金型は、リードフレームへのモールド樹脂の付着が防止でき、半導体チップのボンディングパッドとインナーリードとの接続に際しての障害が除かれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態に基づいて本発明を更に詳細に説明する。なお、図全体において同様な要素には同様な符号を付して示す。図１は本発明の１実施例に係るＣＣＤデバイスの構造を示し、同図（a）及び（b）はそれぞれ、横断面図及び一部縦断面を含む側面図である。本実施形態例のＣＣＤデバイスは、鉄又は鉄系合金製のヒートシンク１１と、ヒートシンク１１の上部に半導体チップ収容空間（キャビティ）１９を形成する中空モールドケース（以下、単にモールドケースとも呼ぶ）１２と、ヒートシンク１１の支持面にマウントされキャビティ内部に収容されるＣＣＤ素子（半導体チップ）１４と、ＣＣＤ素子１４のボンディングパッドと接続されるインナーリード及びアウタリードを含む金属リード２０と、モールドケース１２の上部開口を閉止するガラスキャップ１３とを有する。
【００１７】
モールドケース１２は、ヒートシンク１１の側面及び中央の支持面を除くヒートシンク１１の上面をモールドし且つこれら面に固着されている。モールドケース１２の上部開口を区画する側壁の頂部には、複数個の樹脂突起２１が一列に並んで形成されている。ガラスキャップ１３は、モールドケース１２の側壁頂部に低弾性接着剤層１８を用いて固着される。金属リード２０は、ＣＣＤ素子１４のボンディングパッドとボンディングワイヤ２２を介して接続され、モールドケース１２の側壁を貫通して外部に延びている。金属リード２０は、銅合金から成る。
【００１８】
ＣＣＤ素子１４は、低弾性マウント材（接着剤）１６を介してヒートシンク１１の支持面に固定されており、ＣＣＤ素子１４の幅方向中心と、モールドケース１２の中心線とが一致するように、キャビティ１９内に収納される。モールドケース１２は、ヒートシンク１１及びガラスキャップ１３と共に、ＣＣＤ素子１４を収容するためのハウジングを構成する。金属リード２０は、図１（ｂ）に示すように、ＣＣＤデバイスの長手方向の両端に分割して配設されており、インナーリード部がボンディングワイヤ２２によってＣＣＤ素子１４のボンディングパッドと接続される。各金属リード２０はモールドケース１２を貫通した後に折り曲げられ、ＣＣＤデバイスのアウターリードとなる。
【００１９】
図２（ａ）〜（ｄ）及び図３（ｅ）〜（ｇ）は、本実施形態例のＣＣＤデバイスの各製造工程段階の平面を示している。ＣＣＤデバイスの製造にあたっては、まず、表面が黒化処理された鉄系合金から成り、長尺状の支持面を有するヒートシンク１１を用意する（図２（ａ））。黒化処理は、発錆防止及び光の乱反射防止を目的として行われる。ヒートシンク１１の両端部近傍に、銅合金から成る一対のリードフレーム２５（図２（ｂ））を夫々固定し、複合リードフレームとする（図２（ｃ））。
【００２０】
得られた複合リードフレームのアウターリードを除いた部分を、熱硬化性絶縁性樹脂で枠状に囲んでモールド成型し、内部にキャビティ１９を有するモールドケース１２とする（図２（ｄ））。熱硬化性絶縁性樹脂は、ヒートシンクを構成する鉄系合金と熱膨張係数が整合している。この工程では、中空モールドケース１２の上部開口を区画する側壁の頂部に複数の樹脂突起２１を形成する。次いで、熱硬化性低弾性マウント材１６を用いて、ヒートシンク１１の支持面にＣＣＤ素子１４を搭載し固定し（図３（ｅ））、リードフレーム２５のインナーリード部とＣＣＤ素子１４のボンディングパッドとをボンディングワイヤ２２で接続する。
【００２１】
引き続き、光硬化性低弾性接着剤１８を用い、中空モールドケース１２の上部開口にガラスキャップ１３を貼付し、ＣＣＤ素子１４が収納されたキャビティ１９を密封する（図３（ｆ））。次いで、リードフレーム２５の不要な部分を除去し、アウターリード部分を曲げ加工することによって、本実施形態例のＣＣＤデバイスが得られる（図３（ｇ））。
【００２２】
本実施形態例のＣＣＤデバイスでは、直線状に配列されたホトセンサーを有する一次元ＣＣＤ素子が用いられ、コピー機やスキャナー等の画像読取機能を有する電子機器に使用される。これら電子機器内部は、使用中に室温よりも約１００℃程度高い温度まで上昇する。搭載されたＣＣＤ素子の反りが大きいと、原稿の画像のピントがホトセンサー表面と合わなくなり、形成される画像品質が低下する。本実施形態例では、高価なセラミックパッケージではなく、中空モールドケースを使用し、また、従来は中空モールドケースと併用されていたアルミ製ヒートシンクではなく、鉄系合金製のヒートシンクを使用して、ＣＣＤ素子の反りを画像品質に影響がない±１０μ程度に抑えることを可能にしたものである。これは、主として、中空モールドケースの熱膨張係数を鉄系合金の熱膨張係数と整合させることにより得られる。
【００２３】
ＣＣＤ素子１４は、例えば長さが８０ｍｍで、幅が０．５ｍｍ、厚さが０．６ｍｍの非常に細長い形状のシリコン半導体チップである。ＣＣＤ素子１４は、モールドケース１２底部のヒートシンク１１の支持面を成す上面に固定されている。従ってヒートシンク１１上面の表面形状に倣ってＣＣＤ素子１４が変形する。例えば、ヒートシンク１１の表面が上に凸形状に反っていると（以下、この反りを＋反り、その逆を−反りと呼ぶ）、ＣＣＤ素子１４も上に凸形状に反るものである。中空モールドケース１２の成形は、鉄系合金製ヒートシンク１１とリードフレームとが接合された複合リードフレームを、約１７５℃に加熱されたモールド金型内に収容し、エポキシ樹脂コンパウンドでトランスファー成形することによって作製される。
【００２４】
作製された中空モールドケースが金型から取り出される際には、室温まで冷却される過程におけるヒートシンクの熱収縮量（熱膨張係数に基づく収縮量）と、エポキシ樹脂コンパウンドの熱膨張係数に基づく収縮量及び樹脂硬化反応に起因する反応収縮量の和から成る収縮量との差異によって、中空モールドケース１２に反りが発生する。ヒートシンク表面の反り方向及び反り量もこの反りに従う。そこで、本実施形態例では、鉄系合金製ヒートシンクの熱膨張係数（１３〜１４ｐｐｍ）に対し、熱膨張係数が９〜１３ｐｐｍでかつ反応収縮量が０．１％程度のモールド樹脂を用いることにより、双方の収縮量を整合させて、ヒートシンク表面の反り量を、例えばＣＣＤ素子の全長８０ｍｍに対し、反り量を±10μ以下に抑える。つまり、そのパーセント反り率を、０．０１％程度にするものである。
【００２５】
中空モールドケース１２の開口部に接着されるガラスキャップ１３には、熱膨張係数が３〜６ｐｐｍ程度のものが使用される。本実施形態例では、中空モールドケース１２とこのガラスキャップ１３との間の接着界面では熱膨張係数が整合していないが、その接着界面には、中空モールドケースの側壁頂部の突起２１が存在する。低弾性接着剤層１８の厚みがその突起高さ以上となることにより、中空モールドケース１２とガラスキャップ１３の間で、双方の熱膨張係数の差に起因して発生するストレスは、低弾性接着剤の伸縮変形によって吸収される。このため、中空モールドケース１２の反り変形が緩和される。これによって、電子機器の動作時にもＣＣＤ素子の反りは緩和され、原稿イメージのピントがホトセンサー表面と一致する状態が維持され、良好な画像品質を保つことが出来る。
【００２６】
上記のように、本発明の樹脂モールド型半導体装置では、半導体チップ１４からの発生熱量を放散させるヒートシンク１１の熱膨張係数に整合した熱膨張係数を有する樹脂材料を用いて中空モールドケース１２を形成することにより、半導体チップ１４の反りの軽減を図るものである。また、この中空モールドケース１２の熱膨張係数とは整合が困難な熱膨張係数を有するガラスキャップ１３を用いて、中空モールドケース１２の上部開口を閉止する際に、その接着界面に充分な体積が確保された低弾性接着剤層１８を用いることにより、半導体チップ１４の反り変形を抑制するものである。
【００２７】
従って、鉄又は鉄系合金製のヒートシンク１１に代えて、熱膨張係数が６５ｐｐｍ程度のアルミナセラミック製の、低熱膨張係数のヒートシンクを用いる場合には、熱膨張係数を６５〜80ｐｐｍに調整した樹脂材料を用いて中空モールドケースを作製することが出来る。
【００２８】
図４（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本発明の第２の実施形態例に係る樹脂モールド型半導体装置のハウジングの横断面図及び水平方向の縦断面図である。本実施形態例では、モールドケース１２の上部開口を区画する側壁の頂部に複数のくぼみ２３を設け、そのくぼみ２３に低弾性接着剤を充填し、中空モールドケース１２とガラスキャップ（図示なし）の熱膨張係数の差に起因する反りを防止する。
【００２９】
図５（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本発明の第３の実施形態例に係る樹脂モールド型半導体装置のハウジングの横断面図及び水平方向の縦断面図である。本実施形態例では、モールドケース１２の上部開口を区画する側壁の頂部に複数のくぼみ２３及び複数の突起２４を設け、そのくぼみ２３に低弾性接着剤を充填してその体積を確保し、また、突起２４によっても低弾性接着剤層の体積を確保することで、モールドケース１２とガラスキャップ（図示なし）の双方の熱膨張係数の差に起因する反りを防止する。
【００３０】
図６は、本発明のモールド型半導体装置の中空モールドケースを製造する際に好適に使用されるモールド成型用金型を、その金型で成形される中空モールドケース及びヒートシンク１１の状態と共に示している。また、図７は、このモールド成型金型のみを模式的斜視図で示している。モールド成型金型は、上キャビティ５１を有する上金型（半金型）５０と、下キャビティ６１を有する下金型（半金型）６０とから成る。上キャビティ５１内には、広幅部及び狭幅部を有する２段構造のランド部形成ブロック５４が収容されており、また、そのランド部形成ブロック５４の内部からは、バネ５３によって上キャビティ５１の底面から付勢されるヒートシンク押さえピン５２が下金型６０の方向に突出している。ランド部形成ブロック５４周囲の上キャビティ５１の底面には、突起形成用の複数の孔５５が形成される。なお、上金型と下金型とは互いに入れ替わってもよい。
【００３１】
下金型６０の下キャビティ６１内には、複数のリードフレーム押さえピン６２が配設されている。下金型６０には、下キャビティ６１に開口するゲート６３、ゲート６３から延びるランナー６４、及び、ポット６５が形成されており、これらは、下キャビティ６１からのモールドレジン流入部を構成している。
【００３２】
図６において、中空モールドケース１２の成型時には、下金型６０にヒートシンク１１をセットし、上金型５０にリードフレーム２２をセットし、型締めを実施する。このとき、上金型５０に組み込まれたヒートシンク押さえピン５２がバネ５３の付勢によって、下金型６０にセットされたヒートシンク１１を下方に押し付けるので、ヒートシンク１１は下金型６０の下キャビティ６１の底面に密着させられる。また、下金型６０に形成されたリード押さえピン６２と上金型５０に形成されたランド部形成ブロック５４の肩部との間でリードフレーム２２がクランプされる。その状態で、パッケージ形成用の封止樹脂を金型内に注入することにより、中空モールドケース１２が形成される。
【００３３】
図８（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、上記金型を利用して得られた中空モールドケースを含むハウジングの水平方向の縦断面を示しており、同図（ａ）はヒートシンクの支持面付近の断面、同図（ｂ）はヒートシンクの裏面近傍での断面をそれぞれ示している。上記構成の金型を使用することにより、ヒートシンク１１裏面のバリの発生が防止出来る。この場合、バネ５３でヒートシンク押さえピン５２を付勢する構成を採用したので、ヒートシンク１１における厚みのバラツキの影響を受けることなく、バリの低減が可能となる。また、インナーリードの露出面へのモールド樹脂の付着も防止される。
【００３４】
ヒートシンク１１裏面のバリが無くなることから、外観に優れ、且つ、放熱特性が向上したＣＣＤデバイスが得られる。また、インナーリードへのモールド樹脂の付着が防止できるので、ボンディングにあたって接続不良等の障害が除かれる。更に、ランド部形成ブロック５４によって、チップ搭載面が精度良く形成できるため、ＣＣＤ素子の表面とピント位置との間で良好な精度が得られる。ヒートシンク押さえピン５２によって形成されたピン痕７１は、ヒートシンク１１の支持面からの熱放散に寄与する。ヒートシンク１１には、リード押さえピン６２を通過させる孔７２が形成されており、その孔７２内には、リード押さえピン６２によってピン痕７３が形成される。
【００３５】
図９（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、上記金型を利用して製造されたＣＣＤデバイスの横断面図及び縦断面図である。同図に示したＣＣＤデバイスは、ヒートシンク１１の支持面を、中空モールドケース１２を構成する樹脂層が薄く覆っていること、リードフレーム２２の各リードに通ずるリードフレーム押さえピンのピン孔７３が形成されていること等において、図１（ａ）及び（ｂ）に示した第１の実施形態例に係るモールド型半導体装置の構成とは異なる。
【００３６】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明のモールド成型用金型は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本発明の第１の実施形態例に係る樹脂モールド型半導体装置を構成するＣＣＤデバイスの横断面図及び縦断面図。
【図２】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、図１の半導体装置の製造工程段階を示す平面図。
【図３】（ｅ）〜（ｇ）はそれぞれ、図２に続く製造工程段階を示す平面図。
【図４】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本発明の第２の実施形態例に係る樹脂モールド型半導体装置を構成するＣＣＤデバイスのハウジングの横断面図及び水平方向縦断面図。
【図５】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本発明の第３の実施形態例に係る樹脂モールド型半導体装置を構成するＣＣＤデバイスのハウジングの横断面図及び水平方向縦断面図。
【図６】本発明方法で使用される金型及びそれによってモールドされるヒートシンク及びリードフレームを例示する展開断面図。
【図７】図６の金型の展開斜視図。
【図８】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図６の金型で成型された中空モールドケースを含むハウジング示す縦断面図。
【図９】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図６の金型を利用して製造されたＣＣＤデバイスの横断面図及び縦断面図。
【図１０】従来のセラミックパッケージを用いたＣＣＤデバイスの縦断面図。
【図１１】従来のモールド樹脂を用いたＣＣＤデバイスの縦断面図。
【図１２】従来のモールド成型金型の断面図。
【符号の説明】
【００３８】
１１：ヒートシンク
１２：中空モールドケース
１３：ガラスキャップ
１４：ＣＣＤ素子（半導体チップ）
１６：マウント材
１８：低弾性接着剤層
１９：キャビティ
２０：リード
２１：樹脂突起
２２：リードフレーム
２３：くぼみ
２４：樹脂突起
３１：セラミックベース
３２：低融点ガラス
３４：セラミック枠
３５：熱硬化性接着剤層
３６：マウント材
４１：アルミニウム製ヒートシンク
４２：中空モールドケース
４３：高弾性接着剤層
５０：上金型
５１：上キャビティ
５２：ヒートシンク押さえピン
５３：バネ
５４：ランド部形成ブロック
６０：下金型
６１：下キャビティ
６２：リード押さえピン
６３：ゲート
６４：ランナー
６５：ポット
７１：ピン痕
７２：ヒートシンクの孔
７３：ピン孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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