(57)【要約】【課題】樹脂封止工程での外観不良の発生を減らし、金型の製造コストを上昇させることなく、耐電圧不良など電気的性能に影響を与える樹脂の未充填部分発生を抑制する。【解決手段】ランナーよりゲートを介してキャビティ内に溶融樹脂を流入する際、溶融樹脂を、キャビティ内へ流入直後にキャビティの側壁に衝突するように注入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上型と下型によってキャビティを形成し、ランナーよりゲートを介して前記キャビティ内に溶融樹脂を流入して電子部品を樹脂封止する方法において、
前記溶融樹脂を、前記キャビティ内へ流入直後に前記キャビティの側壁に衝突するように注入することを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項２】
上型と下型によってキャビティを形成し、ランナーよりゲートを介して前記キャビティ内に溶融樹脂を流入して電子部品を樹脂封止する方法において、
前記キャビティの前記ゲートとの接続開口部を、該キャビティの側壁近傍に設け、前記ゲートを介して前記キャビティ内に流入する樹脂が前記キャビティの側壁に衝突するように、前記接続開口部において、前記ゲートと前記キャビティとのなす角を９０°より浅くして溶融樹脂の流入方向に角度を持たせたことを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電子部品の製造方法において、
前記ゲートの幅を２ｍｍ以下とすることを特徴とする電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子などの電子素子を樹脂封止してなる電子部品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
樹脂封止される電子部品の一例として、リードフレームに半導体素子を搭載してなる樹脂封止型の半導体装置を例にあげて説明する。
樹脂封止型の半導体装置は、同一のパターンに打ち抜かれ隣接して連続配置されたリードフレーム上に半導体素子を搭載し、半導体素子の電極パッドとリードフレームのインナーリードとの間などをワイヤーボンディングし、その保護のために樹脂封止を行い、リードフレームのタイバー部分を切断して個々の半導体装置として形成している。リードフレーム上に搭載する半導体素子は複数であってもよいし、抵抗素子などの他の電子素子を混載してもよい。
図４は、従来の製造方法による樹脂封止工程の途中の様子を示す図である。封止樹脂の流入状況を把握するために、樹脂の注入を途中で中止するショートショットをおこなったもので、樹脂の注入を中止した後、上型を取り外した状態を示している。
【０００３】
図４において、カル１の部分で溶融された樹脂２は、図示しない油圧制御プレスにて加圧されて、ランナー３に流出する。ランナー３に接続されたキャビティ５のゲート１０を通過して、リードフレーム４が装着された金型のキャビティ５に流れ込む。溶融樹脂２がキャビティ５内を充填し樹脂封止が完了する。ゲート１０はキャビティ５のランナー３側の辺のほぼ中央に配置され、溶融樹脂はランナー３側の辺に直交するようのキャビティ５内に流入する。
加熱溶融された樹脂２はランナー３を流れ、ゲート１０を通過してキャビティ５内に流れ込むのであるが、従来の方法においては、ランナー３内が溶融樹脂で完全に充満される前に、カル１に近い上流部では、ゲート１０を介してキャビティ５内に溶融樹脂が流入する。一方、ランナー３の上流部のキャビティ５に溶融樹脂が充填され終えた時点においても、ランナー３の末端付近のキャビティ５では依然未充填の状態であり、ランナー３の上流部と末端部とでは、キャビティ５内への樹脂２の充填に時差が生じる。このような充填の時差により、特に上流部のキャビティでは、溶融樹脂がキャビティ内に行き渡らぬうちに充填が完了してしまい、未充填部分が生じ樹脂部外観不良を引き起こしていた。
【０００４】
従来、樹脂封止半導体素子の樹脂部外観不良を低減させる方法としては、ゲートインサート同士の境界部分に隙間を発生することのないモールド金型を用いたり（例えば特許文献１）や樹脂封止装置における累積誤差を低減ないしは排除するモールド金型を用いたり（例えば特許文献２）することが知られている。
【特許文献１】特開平６-２３８６７２号公報
【特許文献２】特開２００３−１７５１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パワー半導体素子を搭載した樹脂封止型半導体装置においては、放熱対策のために、リードフレームの電子素子が搭載されていない部分において、封止樹脂の一部をリードフレーム近傍まで薄肉にする放熱孔２０や他の基板等への取り付けのためのビス穴２１を設けている。
図５は、樹脂封止型半導体装置の放熱孔２０およびビス穴２１近傍の拡大図であって、放熱孔２０やビス穴２１の側壁部分に樹脂未充填部分２２が発生した状態（図中○内）を示している。樹脂未充填部分２２は主に放熱孔２０やビス穴２１の型となるキャビティ内の突起の近傍であって、樹脂流路の下流側に発生する。
樹脂封止半導体素子において、このような樹脂の未充填部分は、外観上の不良となる。さらに、その大きさ，深さによっては、未充填部分が起点となって、耐電圧不良を引き起こす原因となることがある。
【０００６】
しかしながら、上記の各特許文献では上下の金型のずれに起因する外観不良を改善する事が述べられているものの、上記の如く、キャビティ内の突起のいわば影となる部分の未充填不良については対策がされていない。
また、ゲート部の断面形状をランナー側とキャビティ側で変えることによって外観不良を改善することが記載されているが、このような複雑な形状の金型はその製造にコストが増してしまうという問題がある。
この発明は、上記のような従来の製造方法における樹脂封止工程での外観不良の発生を減らし、金型の製造コストを上昇させることなく、耐電圧不良など電気的性能に影響を与える樹脂の未充填部分発生を抑制することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
樹脂封止半導体素子の従来の製造方法において、図５に示すような、樹脂未充填不良の発生は、カルに近い上流部のキャビティに多く発生し、ランナー末端附近になるほど減少している。
発明者は、次の方法で樹脂未充填部分が発生する原因を調査した。
片側のキャビティ数が１４個のトランスファーモールドマシンを使って、樹脂注入時間と樹脂未充填発生率との関係を調査した結果を図６に示す。ゲートとキャビティのランナー側の辺とのなす角は９０°，ゲートの幅は４ｍｍである。この結果は、樹脂注入時間が深く関わっていることを示しており、注入時間が長くなるほど樹脂未充填発生率が大きく減少していることを示している。
さらにこの結果について、樹脂未充填部分が発生したキャビティの位置について検討すると、カルに近い上流部のキャビティにおいては注入時間に関係なくほぼ１００％発生してしまうのに対し、ランナー末端附近のキャビティでは、注入時間が遅くなるにつれて減少していることが判明した。
【０００８】
上記のような封止樹脂の未充填部分が発生原因としては、カルで加熱溶融された樹脂がランナーを流れ、ゲート通過後にキャビティに流れ込むとき、カルに近い上流部のキャビティとランナー末端付近のキャビティとの間に樹脂充填の時差があることが考えられる。
これらのことから、すべてのキャビティに同時に溶融樹脂が充填される状態に近づけ、かつキャビティ内への溶融樹脂の流入速度を遅くすることが必要となる。
次に、トランスファーマシンのモールドプレスの油圧制御機構を調査した結果を以下に示す。
図７に、成型圧力を４．５トン、注入時間を２０秒に設定したときのプランジャー注入圧力の時間変化を示す。溶融樹脂を移送するためのプランジャーは油圧制御で、圧力をかけ始めた初期の段階では流動抵抗負荷が少ないため、プランジャーの速度は、定圧成型に達するまで高速度で変化する（期間1)）。この領域では、溶融樹脂が高速度でランナーに流出し、それに付随してカルに近い上流部キャビティに高速度で樹脂が流れ込み始める。
【０００９】
図８はキャビティ内の溶融樹脂の流れを示す図であって、同図（ａ）に示すように、ゲートがキャビティの中央に設けられると、溶融樹脂の流動抵抗が小さく、ランナー末端まで溶融樹脂で満たされる前に、キャビティ内への溶融樹脂の流入が始まる。
やがて、ランナーとキャビティに平行して樹脂が充填されるようになり、しだいにプランジャー負荷が増加する（期間2)）。
ランナーやキャビティが充填されるにつれて、次第にプランジャーの負荷が高まり、油圧が上昇して速度制御が可能となり、一定の速度まで減速され定圧注入領域になる（期間3)）。そして、さらに樹脂が充填され樹脂流動停止設定圧力まで注入圧力が上昇する（期間4)）と充填を完了する。
【００１０】
ところで、モールドプレスの油圧制御機構の性能上、注入時間を変更しても期間1)は、短時間の動作で、同様の動作をするため、溶融樹脂の速度は変化しない。
このことから、期間2)の間（定圧注入領域に達するまでの間）、キャビティに溶融樹脂が流れ込みにくくして、この領域に達した時点（ランナー末端まで充填された時点）で、キャビティ内に流入させれば、流速の速度制御が可能となり、樹脂未充填不良を低減することが可能となることがわかる。
そこで、上記課題を解決するために、請求項１にかかる発明は、上型と下型によってキャビティを形成し、ランナーよりゲートを介して前記キャビティ内に溶融樹脂を流入して電子部品を樹脂封止する方法において、前記溶融樹脂を、前記キャビティ内へ流入直後に前記キャビティの側壁に衝突するように注入するものとする。
【００１１】
請求項２にかかる発明は、前記キャビティの前記ゲートとの接続開口部を、該キャビティの側壁近傍に設け、前記ゲートを介して前記キャビティ内に流入する樹脂が前記キャビティの側壁に衝突するように、前記接続開口部において、前記ゲートと前記キャビティとのなす角を９０°より浅くして溶融樹脂の流入方向に角度を持たせるものとする。
上記のいずれにおいても、ゲートの幅を２ｍｍ以下とするとよい。
ここで、上記のゲート幅は、ゲートの深さは０．４ｍｍの場合である。流動抵抗ｒは、ゲート幅ｗ，ゲート高さｈ，樹脂溶融粘度η，樹脂流量Ｑから（１）式、
【００１２】
（数１）
2005340353.tif 000003
で表される。よって、ゲートの幅が２ｍｍのときゲートの断面積は０．８ｍｍ２であるので、ゲートの断面積が０．８ｍｍ以下とすればよい。ゲートの断面積を規定しても同様に流動抵抗を大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
半導体素子などの電子素子リードフレームに搭載し樹脂封止してなる電子部品の製造方法において、上型と下型によって形成されるキャビティ内へ溶融樹脂が流入した直後に前記キャビティの側壁に衝突するように注入することにより、溶融樹脂をモールド型へ注入するプランジャーの圧力が定圧注入領域に達するまでキャビティに溶融樹脂が流れ込みにくくなり、キャビティ内への溶融樹脂の流入タイミングを近づけること、即ち、上流部のキャビティと下流部のキャビティとの充填時差を小さくすることができる。金型のコストが増加することもない。
キャビティ内への溶融樹脂の充填時差が縮小することにより、樹脂部外観不良のうち、特に電気的性能に影響を与え、良品率を低下させる樹脂未充填部分発生率を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
カルで過熱溶融された樹脂がランナーを流れ、ゲート通過後に、キャビティに流れ込むとき、キャビティへの流動抵抗を大きくすることによって流入速度を遅くする。このようにすることで、カルに近い上流部のキャビティとランナー末端附近のキャビティとの樹脂の充填時差を少なくし、同時充填の状態に近づける。
（実施例）
図１は、本発明の実施例による樹脂封止工程の途中の様子を示す図である。封止樹脂の流入状況を把握するために、樹脂の注入を途中で中止するショートショットをおこなったもので、上型を取り外した状態を示している。
図１において、ゲート６はキャビティ５のランナー３側の辺の端部（コーナー部）近傍に設けられている。溶融樹脂２がゲート６を通過してキャビティ５内に流入した直後にキャビティの側壁（ランナー側の辺と直交する辺）に衝突するよう、ゲート６をキャビティのコーナー部に配置し、ゲートとキャビティのランナー側の辺とのなす角を９０°より小さくしている。図１の例では、ゲート６は、キャビティ５のランナー３側の辺とは４５°の角度をなし、幅は４ｍｍである。
【００１５】
溶融樹脂のキャビティ内への流入速度を、各キャビティへ流入した樹脂の先端を結ぶ線（図１の点線）とランナーとのなす角θで表すと、図１の例ではθ＝１２°である。
図４の従来例の如く、ゲート１０がキャビティのランナー側の辺の中央に設けられ、かつランナーと直角になっている場合、各キャビティへ流入した樹脂の先端を結ぶ線（図４の点線）とランナーとのなす角θは１７°である。
図１の例と図４の従来例とを比較すると、（２）式に示すように、
【００１６】
（数２）
tan１２°／tan１７°＝０．６９５      ・・・（２）
となり、従来例に対して、約３０％程度、カルに近い上流部のキャビティに流れ込む流入速度が遅くなっている。これは、各キャビティへ樹脂の同時注入の状態に近づいたことを示すものである。
さらにゲート６のキャビティ５のランナー３側の辺とのなす角度を４０°、３０°の場合について、同様にθを調べた結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
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この結果、キャビティ壁面に対する衝突角度が大きくなるにつれ、カルに近い上流部のキャビティ内へ流れ込む速度が減速されていることがわかる。
図２は、ゲートの幅１ｍｍ、ゲートとキャビティとのなす角が３０°のときの樹脂封止工程の途中の様子を示す図である。
図１と同様に、各キャビティへ流入した樹脂の先端を結ぶ線（図２の点線）とランナーとのなす角θは４．７°である。図１の例と比べて、各キャビティへ同時注入の状態により近づいている。
このように、キャビティ内へ流れ込む樹脂の流動抵抗を高くすることで、溶融樹脂は、まず比較的流れやすいランナー側を流れ、ランナー末端まで樹脂が到達してからプランジャー圧力が高まりキャビティ内に樹脂が流れ込むことになる。この時点で、カルに近い上流部では、充填されているキャビティもあるが、図４に示すように、ゲートがセンターにあり、ランナーと直角になっている場合に比べ、カルに近い上流部とランナー末端附近のキャビティ内への充填差が縮まる。
【００１８】
図２の例と図４の従来例とを比較すると、（３）式に示すように、
【００１９】
（数３）
tan４．７°／tan１７°＝０．２７      ・・・（３）
となり、樹脂流入速度は従来例に対して７３％改善され、同時注入にさらに近い状態になっている。
キャビティに対するゲートの角度とゲート幅の条件を変化させて、キャビティ内の流速を従来例と比較した結果を表２に示す。
【００２０】
【表２】
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表１，表２から、樹脂の流入速度を落とし、各キャビティへ同時注入に近づけるためには、キャビティに対するゲートの角度を小さくすること、ゲートの幅を狭めることが有効である。
図３は、本実施例のゲートに変更した場合のプランジャー圧力の経時変化の状態を示す図である。図７に示した従来例に比べて定圧制御領域（期間3)）が広がっている。これは、キャビティ内への樹脂注入速度が遅くなり、複数のキャビティに同時に樹脂が注入されている時間が長いこと示している。
本実施例では、図８（ｂ）に示すように、溶融樹脂はゲートからキャビティ内に流入した直後に、一旦キャビティの側壁に衝突し、流速を落としてキャビティ内に広がっていく。ランナーからキャビティへの溶融樹脂の流動抵抗は大きく、より流動抵抗の小さなランナーを溶融樹脂は流れていき、ランナーが溶融樹脂で充填されるまでは、キャビティ内に溶融樹脂が流れ込みにくくなる。
【００２１】
表３は樹脂の注入時間と未充填発生率との関係を示したものであって、ゲートの幅を変化させている。
【００２２】
【表３】
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表３から明らかなように、注入時間が長い方が未充填発生率が低いことがわかる。
樹脂の注入時間の制御は、プランジャーの圧力を制御することで行う。図３に示したように、定圧制御領域（期間3)）を長くすることが、各キャビティへの同時注入状態に近づけることになる。
プランジャーの圧力を下げれば、注入時間は長くなるものの、単に注入時間を長くするだけでは、やはりカルに近い上流部のキャビティが先に充填されることにかわりはなく、各キャビティへの同時注入に近づけることはできない。
キャビティに対するゲートの角度，ゲートの幅を規定することにより、樹脂がランナーを先行して流れ圧力が高速度で変化する期間1)と、キャビティ内にも樹脂が流入しはじめてプランジャー負荷が増加する期間2)の長さを縮めた上で、定圧制御領域（期間3)）を長くすることが有効である。
【００２３】
例えば、定圧制御領域（期間3)）において、プランジャー圧力を３〜３．５トン程度に抑え、定圧制御領域（期間3)）を1５秒程度に延ばすことで、注入時間を２６秒程度とすることで、図９に示すように、未充填不良を抑制することができる。
ゲート幅を狭めれば、未充填不良が抑制されるのは上述のとおりであり、ゲート幅を狭めた場合は、注入時間の設定に応じて、プランジャーの圧力を上昇させればよい。
なお、未充填部分が発生しても、基準によっては外観検査で良品と判定される場合がある。図１０はその一例であって、図中○内に僅かな未充填部分が残るものの、半導体装置の特性に影響を与えるものではなく、良品と判定されるものである。このように、ある程度の未充填部分が許容され、かつ量産性を重視する場合は、樹脂の注入時間を短く（プランジャー圧力を大きく）すればよいし、量産性よりも未充填部分の発生を極力抑えたい場合などは、樹脂の注入時間を長くすればよい。
【００２４】
また、ランナーに対するキャビティの配置は、図１，図２に示したようにランナーの片側でもよいが、図１１に示すように、ランナーの両側に千鳥状に配置してもよい。
このとき、ゲート６ａに示すように、樹脂の流動方向と同方向（図１１，ランナー３の上側に示す）であっても、キャビティに対して９０°より浅い角度でキャビティへ接続すれば、樹脂はキャビティ内で側壁に衝突して流速を落としてから内部に広がるため、未充填部分の発生を抑制することができる。図１１において、すべてのゲートの方向をゲート６ａの方向としてもよい。
また、ゲート６ｂのように、樹脂の流動方向とは逆方向（図１１，ランナー３の下側に示す）にキャビティへ導くことによって流動抵抗をより高めることができる。図１１において、すべてのゲートをゲート６ｂの方向としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例を示す図。
【図２】本発明の他の実施例示す図。
【図３】本発明によるプランジャー圧力の経時変化の状態を示す図。
【図４】従来例を示す図。
【図５】樹脂未充填部分の拡大図。
【図６】樹脂未充填の発生率と注入時間との関係を示す図
【図７】従来のプランジャー圧力の経時変化の状態を示す図。
【図８】キャビティ内の樹脂の流れを示す図
【図９】未充填不良のゲート幅・注入時間依存性を示す図。
【図１０】改善された樹脂未充填部分の拡大図。
【図１１】ゲートの方向とキャビティの配置の他の例を示す図。
【符号の説明】
【００２６】
１  カル
２  樹脂
３  ランナー
４  リードフレーム
５  キャビティ
６，１０  ゲート
２０  放熱孔
２１  ネジ穴
２２  未充填部分
【図３】
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【図６】
2005340353.tif 000008
【図７】
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【図１１】
2005340353.tif 000010
【図１】
2005340353.tif 000011
【図２】
2005340353.tif 000012
【図４】
2005340353.tif 000013
【図５】
2005340353.tif 000014
【図８】
2005340353.tif 000015
【図９】
2005340353.tif 000016
【図１０】
2005340353.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月18日(2005.5.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
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