(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの電極と電気的に接続されたリードが、半導体チップを封止する封止樹脂の外面に沿って表面実装可能に露出して樹脂封止された半導体装置の樹脂封止方法において、
前記リードを備える被成形品を樹脂封止する金型のキャビティ凹部の側面を構成する金型部分を金型面内で可動に設け、前記キャビティ凹部に耐熱性および柔軟性を有するリリースフィルムをエア吸着した後、
前記キャビティ凹部に被成形品をセットする際にはキャビティ凹部の平面領域を前記半導体チップの外形寸法よりも大きく配置し、
キャビティ凹部に被成形品をセットし、前記キャビティ凹部の側面を構成する金型部分を移動し前記被成形品を側面からクランプして樹脂封止するとともに、
該樹脂封止の際に、可動ピンにより被成形品をキャビティ面に押さえつけた状態でキャビティに樹脂を充填開始し、
被成形品が浮き上がらない程度にまで樹脂が充填されたタイミングで可動ピンを金型内に引き込み、キャビティ全体に樹脂を充填して樹脂封止することを特徴とする半導体装置の樹脂封止方法。
【請求項２】
半導体チップの電極と電気的に接続されたリードが、半導体チップを封止する封止樹脂の外面に沿って表面実装可能に露出して樹脂封止される半導体装置の樹脂封止装置において、
前記リードを備える被成形品を樹脂封止する金型面に耐熱性および柔軟性を有するリリースフィルムをエア吸着する吸着支持手段を設け、
前記被成形品をセットするキャビティ凹部が形成された金型を、該キャビティ凹部の平面領域の大きさを可変にすべく、分割型に設けるとともに、該分割型に、移動手段により金型面内において前記キャビティ凹部の平面領域を可変にする向きに移動可能とする可動型を設けたことを特徴とする樹脂封止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＳＯＮ（Small Outline Non Lead) パッケージの樹脂封止方法及び樹脂封止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＯＮパッケージは半導体チップと略同サイズに形成したいわゆるチップサイズパッケージの一つである。図７、８はＳＯＮパッケージの断面図及び底面図を示す。図７で１０は半導体チップ、１２はダイパッド、１４は半導体チップ１０と実装基板とを電気的に接続するためのリードである。リード１４は半導体チップ１０の中央部で半導体チップ１０に接合され、接合部分の表面は半導体チップ１０の電極とワイヤボンディングによって電気的に接続するボンディング１４ａとして形成される。ボンディング部１４ａの外側部分はチップ面から若干浮き上がりチップ面と平行に延出して実装基板に接続する接続部１４ｂとして形成されている。
【０００３】
接続部１４ｂは半導体チップ１０のチップ面内に配置され、パッケージ全体が略チップサイズに形成されている。１６は半導体チップ１０の電極とリード１４とを電気的に接続するボンディングワイヤである。１８は半導体チップ１０のリード１４との接合面を封止する封止樹脂である。封止樹脂１８は半導体チップ１０とリード１４とのワイヤボンディング部分をを封止するとともに、リード１４の接続部１４ｂを所定位置で支持する作用を有する。
【０００４】
リード１４の接続部１４ｂは実装基板とはんだ等で接続するため封止樹脂１８の外面に露出する。図７、８に示す例では、接続部１４ｂは封止樹脂１８の外面で対向する２辺の各々で一定間隔で平行に配置されている。接続部１４ｂは実装基板の接続部にはんだ付け等で接続できるよう平坦面に形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなＳＯＮパッケージの製造工程で、半導体チップ１０とリード１４との接合面を樹脂封止する場合、通常のトランスファモールド法によるとするとリード１４の表面に樹脂ばりが生じたりするため、通常のトランスファモールド法が使用できず、従来はポッティング法によって樹脂封止している。ＳＯＮパッケージではチップ面に平行に多数本のリード１４が配置されるから、パッケージを縦型に配置してポッティング樹脂を流し込む方法がとられる。
【０００６】
しかしながら、ポッティング法は樹脂が硬化するまでに時間がかかり、量産性が悪いという問題があり、また、ポッィングの際にエアを巻き込みやすく、これによってボイドが発生しやすくなるという問題、また樹脂と半導体チップ１０との密着性が必ずしも十分ではないという問題、またポッティングによる場合は金型を用いる樹脂封止方法にくらべて樹脂の成形精度が低いという問題点があった。パッケージ内に生じたボイドはキュア時の熱によってクラックを発生する原因になったり、実装後に外部環境の温度上昇、温度降下が繰り返し作用することによってパッケージが破壊されたり、配線パターンが短絡したりするといった問題の原因となる。
【０００７】
本発明はこれらの問題点を解消すべくなされたものであり、その目的とするところは、樹脂ばりを生じたりさせずに確実に樹脂封止することができ、ＳＯＮパッケージを容易に量産可能とするとともに、信頼性の高いＳＯＮパッケージとして提供することができるＳＯＮパッケージの樹脂封止方法及び樹脂封止装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、半導体チップの電極と電気的に接続されたリードが、半導体チップを封止する封止樹脂の外面に沿って表面実装可能に露出して樹脂封止された半導体装置の樹脂封止方法において、前記リードを備える被成形品を樹脂封止する金型のキャビティ凹部の側面を構成する金型部分を金型面内で可動に設け、前記キャビティ凹部に耐熱性および柔軟性を有するリリースフィルムをエア吸着した後、前記キャビティ凹部に被成形品をセットする際にはキャビティ凹部の平面領域を前記半導体チップの外形寸法よりも大きく配置し、キャビティ凹部に被成形品をセットし、前記キャビティ凹部の側面を構成する金型部分を移動し前記被成形品を側面からクランプして樹脂封止するとともに、該樹脂封止の際に、可動ピンにより被成形品をキャビティ面に押さえつけた状態でキャビティに樹脂を充填開始し、被成形品が浮き上がらない程度にまで樹脂が充填されたタイミングで可動ピンを金型内に引き込み、キャビティ全体に樹脂を充填して樹脂封止することを特徴とする。
【０００９】
また、半導体チップの電極と電気的に接続されたリードが、半導体チップを封止する封止樹脂の外面に沿って表面実装可能に露出して樹脂封止される半導体装置の樹脂封止装置において、前記リードを備える被成形品を樹脂封止する金型面に耐熱性および柔軟性を有するリリースフィルムをエア吸着する吸着支持手段を設け、前記被成形品をセットするキャビティ凹部が形成された金型を、該キャビティ凹部の平面領域の大きさを可変にすべく、分割型に設けるとともに、該分割型に、移動手段により金型面内において前記キャビティ凹部の平面領域を可変にする向きに移動可能とする可動型を設けたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は樹脂封止で使用するＳＯＮパッケージのリードフレーム２０の平面図である。図では、リードフレーム２０に搭載する半導体チップ１０の配置位置、ダイパッド１２、樹脂封止範囲、樹脂封止時のゲート位置をあわせて示している。リード１４はリードフレーム２０に幅方向に設けたサポートバー２２に一端が支持され、一対のサポートバー２２の各々から中央側に向けてその先端が延出する。
【００１１】
半導体チップ１０はリード１４のボンディング部１４ａと位置合わせしてリード１４の下面に接合した後、各々のボンディング部１４ａと半導体チップ１０の電極とをワイヤボンディングする。
ワイヤボンディング後のリードフレーム２０は樹脂封止するが、本実施形態ではリリースフィルムを用いる樹脂封止方法により樹脂封止することを特徴とする。図２は半導体チップ１０を搭載したリードフレーム２０を樹脂封止する樹脂封止装置の主要部の構成を示す断面図である。３０はリードフレーム２０に半導体チップ１０を搭載した被成形品である。図３、４は被成形品３０を樹脂封止する状態を拡大して示す。
【００１２】
図２は中心線の左半部に被成形品３０を上型４０と下型４２でクランプしてキャビティに樹脂を充填する前の状態、中心線の右半部にキャビティに樹脂を充填した状態を示す。５０はモールド用の樹脂を供給するポット、５２はプランジャである。被成形品３０を樹脂封止するためのキャビティ凹部は、下型４２でポット５０を挟む両側に配置される。
【００１３】
６０はキャビティ凹部の内底面でスリット状に開口するキャビティ吸着孔である。キャビティ吸着孔６０は図のように、背面側でベース４４に形成したエア流路に連絡し、エア流路が外部エア機構に連絡する。６２はリリースフィルム３２を金型のクランプ面でエア吸着して支持する吸着孔である。吸着孔６２もベース４４に設けたエア流路を経由して外部エア機構に連絡する。
【００１４】
リリースフィルム３２は、まず、吸着孔６２により金型のクランプ面にエア吸着され、次いでキャビティ吸着孔６０からエア吸引されてキャビティ凹部の内面にならって吸着支持される。なお、実施形態では上型４０にはリードフレーム２０をセットするためリードフレーム２０の厚さ分のわずかな凹部のみが設けられている。
【００１５】
図２、図３、４はエア吸着によってリリースフィルム３２がキャビティ凹部の内面に吸着支持されている状態である。リリースフィルム３２は上型４０と下型４２の各々に１枚ずつ供給され、それぞれの金型面を被覆する。上型４０では吸着孔６２とキャビティ吸着孔６０によってリリースフィルム３２は平坦状に吸着支持され、下型４２ではキャビティ凹部の形状にならって吸着支持される。
【００１６】
本実施形態の樹脂封止操作で使用するリリースフィルム３２はエア吸引によって容易にキャビティ凹部の内面形状にならって吸着支持される柔軟性を有し、金型の加熱温度に耐えられるものである。また、リリースフィルム３２は樹脂封止後に金型と容易に離型でき、モールド樹脂と容易に剥離できるものである必要がある。このような特性を有するものとしては、ＦＥＰフィルム、フッ素含浸ガラスクロス、ＰＥＴフィルム、ＥＴＦＥフィルム、ポリ塩化ビニリジン等がある。
【００１７】
上記のようにリリースフィルム３２を用いて樹脂封止する理由の一つは、上型４０と下型４２の金型面（樹脂封止面）にじかにモールド樹脂を付着させずに樹脂封止できるようにするためである。本実施形態ではさらに、ポット５０の内面部分についても樹脂が付着しないようにするためにラッピングフィルムで樹脂を密封したラッピング樹脂５４をポット５０に供給して樹脂封止するようにしている。
【００１８】
図５にラッピング樹脂５４の外形形状を示す。実施形態のラッピング樹脂５４はスティック状に成形した樹脂５４ａをラッピングフィルムで密封したもので、樹脂５４ａの上端からラッピングフィルム５４ｂが所定幅で側方に延出し、端面形状がＴ形となっている。ラッピングフィルム５４ｂが延出する部分はラッピングフィルムを２枚合わせにしてシールした部分であるが、樹脂封止時の樹脂圧によって剥離可能に形成されている。ポット５０にラッピング樹脂５４をセットした状態で、図２に示すように、ラッピング樹脂５４の延出片が被成形品３０の側縁部分まで延出する。これにより、ポット５０からキャビティに向けて樹脂を圧送した際に樹脂路部分でも樹脂が金型に付着しないようになる。
【００１９】
図３はリリースフィルム３２を介して上型４０と下型４２とで被成形品３０をクランプした状態である。
被成形品３０を樹脂封止する際には、まず上型４０と下型４２の金型面位置まで各々リリースフィルム３２を送入し、上型４０と下型４２の吸着孔６２で金型面にエア吸着した後、キャビティ吸着孔６０からエア吸引してキャビティ凹部を形成した後、被成形品３０をキャビティ凹部に位置合わせしてセットする。
次いで、上型４０と下型４２で被成形品をクランプし、ポット５０からキャビティに樹脂を充填する。
【００２０】
図３は金型に被成形品３０をセットし、上型４０と下型４２で被成形品３２をクランプした状態である。図はリード１４の端面側からキャビティ部分を見た断面図である。リード１４が多数本並設され先端がチップ面に向けて折曲している。４６はキャビティに樹脂を充填するためのゲートである。図１に示すように、ゲート４６は多数本並設されたリード１４の側方に接続し、リード１４の側面からキャビティに樹脂が充填されるよう配置されている。図１ではキャビティの側縁の一部にゲート４６を接続して樹脂を充填しているが、前記ラッピング樹脂５４の延出片の側縁をキャビティの側縁部分に一致させることによりキャビティの一辺全体からキャビティに樹脂を充填することも可能である。
【００２１】
被成形品３０は上型４０と下型４２とでクランプしてキャビティに樹脂を充填した際に、ダイパッド１２の裏面やリード１４の接続部１４ｂの外面に樹脂ばりが生じないようにしなければならない。クランプ時に被成形品３０に接するリリースフィルム３２はフィルム自体の柔軟性により、被成形品３０をいためずに確実にクランプする作用をなす。ＳＯＮパッケージのようにリード１４がチップ面から浮いたものであってもリリースフィルムを用いる樹脂封止方法によれば確実に被成形品３０を保持することができる。
【００２２】
ＳＯＮパッケージは半導体チップ１０が露出したままの状態で樹脂封止するから、半導体チップ１０に損傷を与えないようにしなければならず、またパッケージの側面部分での成形精度が要求され、ダイパッド１２の裏面やリード１４の外面に樹脂ばりを生じさせないようにしなければならないことから、本実施形態では、被成形品３０をセットする下型４２に被成形品３０を側面方向からクランプする機構を設けることと、被成形品３０を下型４２のキャビティ面に押さえつけるようにする押さえ機構を設けたことを特徴とする。
【００２３】
被成形品３０の側面をクランプする機構として、本実施形態では図６に示すように、キャビティ凹部４８を構成する下型４２を分割型とし、分割型を可動にした。すなわち、図６で４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄはキャビティ凹部４８を構成する分割型で、４２ａが固定型、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄが可動型である。可動型４２ｂ、４２ｃ、４２ｄは下型４２に被成形品３０をセットする際に、半導体チップ３０の外形寸法よりも若干後退した位置に配置され、キャビティ凹部４８に半導体チップ３０をセットした後、半導体チップ１０の側面部分をクランプする位置まで前進して被成形品３０を４つの側面でクランプ支持する。可動型４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの移動はカム等を用いた移動手段による。
【００２４】
ゲート４６は固定型４２ａに設けられ、被成形品３０を上型４０と下型４２とでクランプした後、ゲート４６からキャビティ内に樹脂を充填して樹脂封止する。被成形品３０を下型４２にセットする際に可動型４２ｂ、４２ｃ、４２ｄを後退させておくことにより、キャビティ凹部４８に被成形品３０をセットする操作が容易になり、セット時に半導体チップ１０を損傷させることがなくなる。また、セット時に若干位置ずれしても可動型４２ｂ、４２ｃ、４２ｄによるクランプ操作によって位置ずれを補正することができるという利点もある。可動型４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの開き量は適宜設定すればよいが、実施形態では最終のクランプ位置よりも０．５ｍｍ程度開くようにした。
【００２５】
図４は被成形品３０を下型４２のキャビティ面に押さえつけるようにする押さえ機構として、上型４０に可動ピン４９を設けた構成を示す。図では中心線の左半部に下型４２に被成形品３０をセットした状態、右半部に被成形品３０を上型４０と下型４２とでクランプした状態を示す。可動ピン４９は被成形品３０をクランプした際に半導体チップ１０のコーナー部の上面に当接し、図４の中心線の右半部に示すように可動ピン４９で半導体チップ１０を押さえた状態でキャビティ内に樹脂を充填する。
【００２６】
可動ピン４９で半導体チップ１０を押さえてキャビティ内に樹脂を充填する場合、可動ピン４９は半導体チップ１０が浮き上がらない程度までキャビティ内に樹脂が充填されたタイミングで、キャビティ内から上型４０内に引き込み、最終的にキャビティ全体に樹脂を充填する。可動ピン４９を引き込むタイミングは樹脂の注入時間で判断してもよいし、光電センサ、圧力センサを金型内にセットして検知してもよい。可動ピン４９はリリースフィルム３２で被覆されているから、可動ピン４９を引き込むことにより可動ピン４９の跡ができずに樹脂封止される。リリースフィルム３２はきわめて収縮性に優れるから可動ピン４９を引き込むことにより上型４０のキャビティ内面と同じ平坦面に容易に戻ることができる。
【００２７】
このように可動ピン４９で被成形品３０をキャビティ凹部４８の内底面に押圧しながら樹脂封止する方法は、半導体チップ１０の裏面すなわちダイパッド１２の外面に樹脂を侵入させることなく樹脂モールドできるようにする方法として有効である。なお、前述したように、本実施形態では柔軟性を有するリリースフィルム３２でダイパッド１２を押さえるようにするから、この点からもダイパッド１２の裏面側に樹脂が侵入することを防止している。
【００２８】
本実施形態の樹脂封止装置は、上述したように、被成形品３０を収納するキャビティ凹部４８を構成する下型４２を分割型とし、これによって被成形品３０の側面部分のクランプが確実にできるようにしたこと、また被成形品３０の厚さ方向にはリリースフィルム３２を介して被成形品３０をクランプするようにしているから、樹脂ばりを生じさせずに確実に樹脂封止することが可能になる。リード１４の接続部１４ｂについても接続部１４ｂの外面をリリースフィルム３２によって被覆することにより、接続部１４ｂの外面に樹脂ばりを生じさせずに樹脂封止することが可能になる。
【００２９】
本実施形態の樹脂封止方法のように、ＳＯＮパッケージの樹脂封止に、リリースフィルムを用いた樹脂封止方法を適用すれば、ポッティング方法によるよりも樹脂封止に要する時間を短縮することができ、容易に量産することが可能になる。また、樹脂封止金型を使用して樹脂封止することから、パッケージの成形精度を好適に向上させることが可能になる。また、ポッティング法にくらべてパッケージ内でのボイド発生を好適に抑えることができ、これによって信頼性の高いＳＯＮパッケージとして提供することが可能になる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係る半導体装置の樹脂封止方法及び樹脂封止装置によれば、上述したように、樹脂ばりのない、成形精度の高い半導体装置を容易に得ることができる。また、ボイド等のない信頼性の高い半導体装置を得ることが可能である。また、量産性に優れ、ＳＯＮパッケージ等の半導体装置の製造コストを有効に引き下げることが可能になる等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＯＮパッケージを形成するリードフレームの平面図である。
【図２】ＳＯＮパッケージを形成するリードフレームを樹脂封止する樹脂封止装置の断面図である。
【図３】被成形品を上型と下型でクランプした状態の断面図である。
【図４】上型に設けた可動ピンにより被成形品を押さえる方法を示す説明図である。
【図５】ラッピング樹脂の斜視図である。
【図６】下型の分割型の配置を示す平面図および断面図である。
【図７】ＳＯＮパッケージの断面図である。
【図８】ＳＯＮパッケージの底面図である。
【符号の説明】
１０  半導体チップ
１２  ダイパッド
１４  リード
１４ａ  ボンディング部
１４ｂ  接続部
１６  ボンディングワイヤ
１８  封止樹脂
２０  リードフレーム
３０  被成形品
３２  リリースフィルム
４０  上型
４２  下型
４２ａ  固定型
４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ  可動型
４６  ゲート
４８  キャビティ凹部
４９  可動ピン
５０  ポット
５４  ラッピング樹脂
６０  キャビティ吸着孔
６２  吸着孔
【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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