(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも上金型と下金型とを有し、該下金型にキャビティが設けられ、液状の樹脂が注入される樹脂注入口が前記上金型に設けられ、前記液状の樹脂が自重で前記キャビティに注入されるように、前記樹脂注入口および前記キャビティ内の空気が金型外部に抜ける空気抜き部が設けられており、前記液状の樹脂を前記キャビティに注入した後、硬化させて樹脂を成形する樹脂注型用金型において、前記キャビティ内に半導体素子をセットして、樹脂注入用ノズルから前記樹脂注入口を介して前記キャビティ内に前記液状の樹脂を注入して硬化させることにより、該半導体素子を樹脂封止する半導体装置の製造方法であって、
前記液状の樹脂が熱硬化性樹脂であり、前記樹脂注入用ノズルを前記樹脂注入口の端部に挿入して前記熱硬化性樹脂を注入する際に、前記樹脂注型用金型を該熱硬化性樹脂の硬化温度以上にして、前記樹脂注入口の端部が該樹脂注入口に挿入される前記樹脂注入ノズルによって密閉されないように、前記樹脂注入ノズルと該樹脂注入口の端部との間に隙間を設けることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
少なくとも上金型と下金型とを有し、該下金型にキャビティが設けられ、液状の樹脂が注入される樹脂注入口が前記上金型に設けられ、前記液状の樹脂が自重で前記キャビティに注入されるように、前記樹脂注入口および前記キャビティ内の空気が金型外部に抜ける空気抜き部が設けられ、前記樹脂注型用金型の前記樹脂注入口と前記キャビティとの間にゲートが設けられており、前記液状の樹脂を前記キャビティに注入した後、硬化させて樹脂を成形する樹脂注型用金型において、前記キャビティ内に半導体素子をセットして、樹脂注入用ノズルから前記樹脂注入口を介して前記キャビティ内に前記液状の樹脂を注入して硬化させることにより、該半導体素子を樹脂封止する半導体装置の製造方法であって、
前記液状の樹脂が熱硬化性樹脂であり、前記キャビティ内に自重圧力以上２ｋｇ／ｃｍ2以下の圧力で該熱硬化性樹脂を注入することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記キャビティ内に注入される前記熱硬化性樹脂の粘度が、前記ゲートを自重圧力以上２ｋｇ／ｃｍ2以下の圧力で通過できるように、３０００ｃｐｓ以下になっている請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記樹脂注型用金型を前記熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度にして該熱硬化性樹脂を注入する請求項２または請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記樹脂注型用金型を前記熱硬化性樹脂の硬化温度以下の温度にして該熱硬化性樹脂を注入した後、該樹脂注型用金型を前記熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度にする請求項２または請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記樹脂注入用ノズルを前記樹脂注入口の端部に挿入して前記熱硬化性樹脂を注入する際に、前記樹脂注型用金型を前記熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度にして、前記樹脂注入口の端部が該樹脂注入口の端部に挿入される前記樹脂注入ノズルによって密閉されないように、前記樹脂注入用ノズルと前記樹脂注入口の端部との間に間隔を開ける請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記樹脂注入用ノズルを、前記熱硬化性樹脂の硬化温度よりも低温に保つために冷却する請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記熱硬化性樹脂として液状エポキシ樹脂、液状ビニルエステル樹脂、アリル樹脂または低粘度不飽和ポリエステル樹脂を主成分とし、ラジカル重合またはカチオン重合の開始剤を添加したものを用いる請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記半導体素子が受発光素子であり、前記熱硬化性樹脂として透明樹脂が用いられる請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の樹脂封止を射出成形法により行うための樹脂注型用金型およびそれを用いた半導体素子の製造方法に関し、特に、流動性の高い液状の熱硬化性樹脂を封止樹脂として用いる半導体素子の製造方法およびそれに用いられる樹脂注型用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の樹脂封止は、従来、（１）キャスティング成形方式、（２）トランスファー成形方式および（３）インジェクション成形方式により行われている。
【０００３】
このうち、（１）キャスティング成形方式は、液状熱硬化性樹脂をＰＰＳやＴＰＸ等からなる硬化鋳型に注型し、これに半導体素子をマウントしてワイヤーボンドしたリードフレームを挿入した上で、オーブンにて加熱することにより硬化させる。
【０００４】
（２）トランスファー成形方式は、熱硬化性樹脂の反応を途中で止めた樹脂（Ｂステージ樹脂）を用いて、成形の際に熱と圧力を加えて樹脂を液状化し、これを加熱した成形用金型に注型して、熱硬化させる。
【０００５】
（３）インジェクション成形方式は、主として熱可塑性樹脂を封止材料として用い、これに高い圧力を加えて液状化したものを、加熱した成形金型に注型した後、冷却することにより成形する。
【０００６】
従来、このインジェクション成形方式は、熱可塑性樹脂のみを用いていたが、反応速度を速めた液状熱硬化性樹脂が開発されたことによって、この液状熱硬化性樹脂を用いてインジェクション成形方式による成形が可能となった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術には、以下のような問題点がある。
【０００８】
（１）キャスティング成形方式において、現在、封止樹脂として主に使用されているエポキシ樹脂の成形を行った場合、その重付加反応のために硬化時間が長く、その工程によって生産が律速されてしまうという問題がある。最近では、硬化時間の短いラジカル反応型樹脂も検討されているが、この樹脂は硬化収縮に起因する引けが大きいため、実用化されるまでには至っていない。
【０００９】
（２）トランスファー成形方式においては、熱硬化性樹脂の反応を途中で止めたＢステージ樹脂を用いるため、樹脂の冷凍保存が必要であり、輸送および保存にコストがかかるという問題がある。また、その反応も重付加反応であるため、反応時間が長くなるという問題もある。
【００１０】
（３）インジェクション成形方式において、熱可塑性樹脂を用いて半導体封止を行った場合、樹脂の射出圧力が高いために、半導体素子とリードフレームをワイヤーボンドしている金線が破断されるという問題が生じる。これを防ぐために、低圧射出によりワイヤーを保護した後に、外部形状を本成形するという方法が提案されている（特公平４−４０８７０号公報）。しかし、この方法では、成形タクトを要すること、および金型面数が増加すること等の問題を有しており、量産ラインに導入するには未だ至っていない。また、透明な熱可塑性樹脂に半導体封止樹脂として要求されている耐熱性および耐湿性を要求するのは、その樹脂特性上、困難である。
【００１１】
これに対して、液状熱硬化性樹脂による半導体封止をインジェクション成形方式により行った場合、予め樹脂を付着させてこれを硬化（プリディップ硬化）させることにより、ワイヤーを保護することが可能である。しかし、この方法では、金型熱により低粘度化した樹脂が、高射出圧により押し出されるため、金型合わせ面から樹脂漏れが生じて、バリの発生原因となっていた。
【００１２】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、樹脂の引けや金線破断、バリ等を生じさせずに、低コストで樹脂成形を行うことができる樹脂注型用金型およびそれを用いた半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
これまで半導体封止用の熱硬化性樹脂として用いられてきたエポキシ樹脂は、重付加反応のために硬化時間が長かったが、ラジカル反応型樹脂またはカチオン重合型樹脂を用いることにより、反応時間を大幅に短縮することができる。さらに、この樹脂は、一定以上の熱を加えなければ反応しないため、Ｂステージ樹脂のように冷凍保存する必要もない。
【００１４】
この樹脂をキャスティング成形により成形すると、硬化収縮に起因する引けが発生するが、インジェクション成形によれば、樹脂が連続的に供給されるため、樹脂がその都度補われて引けが生じない。このため、インジェクション成形は速硬化樹脂の成形に適した成形方法であるが、液状熱硬化性樹脂を半導体封止に用いるためには高射出圧によるバリの発生等が問題となる。
【００１５】
そこで、本願発明者らは、液状熱硬化性樹脂を低射出圧で金型内に注入する手法について鋭意検討を行った結果、本発明に至った。
【００１６】
本発明の樹脂注型用金型は、少なくとも上金型と下金型とを有し、該下金型にキャビティが設けられており、液状の樹脂を該キャビティに注入した後、硬化させて樹脂を成形する樹脂注型用金型であって、前記液状の樹脂が注入される樹脂注入口が前記上金型に設けられており、前記液状の樹脂が自重で前記キャビティに注入されるように、前記樹脂注入口および前記キャビティ内の空気が金型外部に抜ける空気抜き部が設けられており、そのことにより上記目的が達成される。
【００１７】
前記空気抜き部は、前記上金型の前記キャビティに対して前記樹脂注入口とは反対側に設けられていてもよい。
【００１８】
前記キャビティに対して前記樹脂注入口側とは反対側に、該樹脂注入口に注入された前記樹脂が自重またはその近傍の圧力で流れる間隔の第２の空気抜き部がさらに設けられていてもよい。
【００１９】
前記第２の空気抜き部は、前記上金型と前記下金型の隙間によって形成されており、該隙間は、前記キャビティに前記樹脂が充填されると共に充填された樹脂により前記キャビティ内の空気が該第２の空気抜き部に押し出され、かつ、該第２の空気抜き部に押し出された樹脂は該第２の空気抜き部内で硬化して前記金型外部に漏れないような間隔を有するのが好ましい。
【００２０】
本発明の半導体装置の製造方法は、少なくとも上金型と下金型とを有し、該下金型にキャビティが設けられ、液状の樹脂が注入される樹脂注入口が前記上金型に設けられ、前記液状の樹脂が自重で前記キャビティに注入されるように、前記樹脂注入口および前記キャビティ内の空気が金型外部に抜ける空気抜き部が設けられており、前記液状の樹脂を前記キャビティに注入した後、硬化させて樹脂を成形する樹脂注型用金型において、前記キャビティ内に半導体素子をセットして、樹脂注入用ノズルから前記樹脂注入口を介して前記キャビティ内に前記液状の樹脂を注入して硬化させることにより、該半導体素子を樹脂封止する半導体装置の製造方法であって、前記液状の樹脂が熱硬化性樹脂であり、前記樹脂注入用ノズルを前記樹脂注入口の端部に挿入して前記熱硬化性樹脂を注入する際に、前記樹脂注型用金型を該熱硬化性樹脂の硬化温度以上にして、前記樹脂注入口の端部が該樹脂注入口に挿入される前記樹脂注入ノズルによって密閉されないように、前記樹脂注入ノズルと該樹脂注入口の端部との間に隙間を設けることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、少なくとも上金型と下金型とを有し、該下金型にキャビティが設けられ、液状の樹脂が注入される樹脂注入口が前記上金型に設けられ、前記液状の樹脂が自重で前記キャビティに注入されるように、前記樹脂注入口および前記キャビティ内の空気が金型外部に抜ける空気抜き部が設けられ、前記樹脂注型用金型の前記樹脂注入口と前記キャビティとの間にゲートが設けられており、前記液状の樹脂を前記キャビティに注入した後、硬化させて樹脂を成形する樹脂注型用金型において、前記キャビティ内に半導体素子をセットして、樹脂注入用ノズルから前記樹脂注入口を介して前記キャビティ内に前記液状の樹脂を注入して硬化させることにより、該半導体素子を樹脂封止する半導体装置の製造方法であって、前記液状の樹脂が熱硬化性樹脂であり、前記キャビティ内に自重圧力以上２ｋｇ／ｃｍ2以下の圧力で該熱硬化性樹脂を注入することを特徴とする。
【００２２】
前記キャビティ内に注入される前記熱硬化性樹脂の粘度が、前記ゲートを自重圧力以上２ｋｇ／ｃｍ2以下の圧力で通過できるように、３０００ｃｐｓ以下になっていることが好ましい。
【００２３】
前記樹脂注型用金型を前記熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度にして該熱硬化性樹脂を注入してもよい。
【００２４】
前記樹脂注型用金型を前記熱硬化性樹脂の硬化温度以下の温度にして該熱硬化性樹脂を注入した後、該樹脂注型用金型を前記熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度にしてもよい。
【００２５】
前記樹脂注入用ノズルを前記樹脂注入口の端部に挿入して前記熱硬化性樹脂を注入する際に、前記樹脂注型用金型を前記熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度にして、前記樹脂注入口の端部が該樹脂注入口の端部に挿入される前記樹脂注入ノズルによって密閉されないように、前記樹脂注入用ノズルと前記樹脂注入口の端部との間に間隔を開けるのが好ましい。
【００２６】
前記樹脂注入用ノズルを、前記熱硬化性樹脂の硬化温度よりも低温に保つために冷却してもよい。
【００２７】
前記熱硬化性樹脂として液状エポキシ樹脂、液状ビニルエステル樹脂、アリル樹脂または低粘度不飽和ポリエステル樹脂を主成分とし、ラジカル重合またはカチオン重合の開始剤を添加したものを用いてもよい。
【００２８】
前記半導体素子が受発光素子であり、前記熱硬化性樹脂として透明樹脂が用いられてもよい。
【００２９】
以下、本発明の作用について説明する。
【００３０】
一般的な金型成形技術として、トランスファー成形方式やインジェクション（モールド）方式等が挙げられるが、これらは、（１）強力な型締め圧（３０ｔｏｎ〜４０ｔｏｎ程度）、（２）強力な射出圧（φ４０ｍｍ程度のタブレットにて１ｔｏｎ程度）、（３）高精度な金型等が要求される。
【００３１】
また、半導体素子等に使用される樹脂としては一般にエポキシ樹脂が用いられており、硬化時間についても５分〜１０分程度（パッケージによる）と反応が遅い。樹脂の硬化速度が遅いと、金型隙間（金型パーティング面や空気抜き部等）が広いと硬化が完了するまで樹脂がだらだらと流れやすく、さらに、射出圧が高いこともこれを加速させる。
【００３２】
さらに、樹脂硬化特性と金型内各部の寸法（ランナーやゲート、エアーベント）によって成形物の出来栄えが大きく左右され、各条件を調整しながら成形物と樹脂のバリの発生とのバランスを取ることが非常に困難であり、最悪の場合には金型の改造や再製作が必要となることも有り得る。
【００３３】
従来の成形技術においても、本願発明と同様の空気抜き（エアーベント）が設けられているものの、そのサイズは幅で１ｍｍ程度、深さで０．０１ｍｍ程度（パッケージによる）である。
【００３４】
そこで、本発明にあっては、成形に使用する樹脂注型金型に、キャビティに対して樹脂注入口側とは反対側に、樹脂注入時に空気が金型外部に抜ける空気抜き部を設ける。これにより、低圧射出（低圧注型、キャスティング）により金型内に樹脂を注入することが可能となる。また、低圧射出であるので、金型からの樹脂漏れ対策（パーティング面の樹脂バリを防ぐ）ための強力な型締めが不要となり、従来のような高精度な金型を必要としない。よって、設備構造を簡素化し、金型加工精度を低くして低コスト化を図ることが可能となる。
【００３５】
この空気抜き部は、後述する実施形態に示すように、スプールと同じような形状のものを金型に設けて開放系としてもよく、上金型と下金型との間に隙間を開けてもよい。
【００３６】
この空気抜き部として、上下金型間に隙間を開けた場合、金型を熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度にした場合に、空気は金型外部に抜け、かつ、樹脂は硬化して金型外部に抜けないような間隔にすることができる。これにより、低圧射出によって金型内に樹脂を注入することが可能となる。また、従来に比べて断面積としては大きくしても、Ｚ方向寸法を狭くすることにより、上下金型の隙間を狭くすることができるので、熱効率良く樹脂を硬化させてキャビティ外でバリを発生させることができる。さらに、バリを発生させることにより、隙間から空気を金型外部に抜いた後で、金型外部への樹脂漏れが生じるのを防止することができる。
【００３７】
一方、スプールと同じ形状の空気抜き部を設けた場合には、空気抜き部の間隔（径）をあまり大きくしない方が好ましい。空気抜き部の間隔が大きすぎると、製品部に対して空気抜き部の樹脂量が多くなって、これが金型硬化時間を律速してしまうことになり、また、使用樹脂量（廃棄される樹脂量）が増大してしまうからである。
【００３８】
具体的には、成型に使用する樹脂注型用金型は、キャビティに対して樹脂注入口側とは反対側に、注入された樹脂が自重またはその近傍の圧力で流れる空気抜き部を設ける。これにより、この空気抜き部が樹脂通路として機能し、注入された樹脂が自重またはその近傍の圧力でキャビティから空気抜き部に流れ出し、低圧射出により金型内に樹脂を注入することが可能となる。
【００３９】
この空気抜き部のサイズ（間隔）は、従来技術におけるエアーベントのサイズとは明らかに異なる大きなサイズである。例えば従来技術では図７（ａ）のようなエアーベントが設けられるが、本発明では図７（ｂ）のように大きなエアーベントやゲートを設けてランナーの一部までを製品化することも可能である。
【００４０】
なお、ここで示した製品部の形状は一例であり、本発明は多品種に適用可能であるため、これらの形状に限られるものではない。例えば発光ダイオードの形状としては、砲弾型のリードフレームタイプや基板型の表面実装タイプ等、様々な形状が挙げられる。またランナー、ゲート、エアーベント（空気抜き部）についても、製品部の形状に応じて位置や形状が異なる。特に、基板型の製品について樹脂封止を行う場合には、上述の図７（ｂ）に示したように製品部と断面形状のゲートやエアーベントを作製し、後工程において製品部をカットして製品化することが可能になる。
【００４１】
さらに、この空気抜き部は、キャビティに樹脂が充填されると共に注入された樹脂によりキャビティ内の空気が空気抜き部に押し出され、かつ、樹脂は空気抜き部内で硬化して金型外部に漏れないような間隔（例えば断面積が０．２ｍｍ2以上（形状は求められるパッケージ形状によって異なる）にすることができる。これにより、キャビティ内から空気抜き部へ空気を押し出しながら低圧射出によって金型内に樹脂を注入することが可能となる。また、樹脂を空気抜き部で効率良く硬化させてバリを発生させ、金型外部への樹脂漏れが生じるのを防止することができる。
【００４２】
上記空気抜き部のサイズは、製品形状による。図８に、製品に応じた空気抜き部の構造を示す。ここでは、パーティング面に空気抜き部を設けた例を示している。本発明では、この空気抜き部に流れた樹脂が結果的にバリになる。従来技術ではバリを止めるためにサイズを設計していたのに対して、本発明ではバリをわざと生じさせるようにサイズを設計する。本発明において、従来技術よりも空気抜き部の間隔が広くても金型外部へ樹脂が漏れない理由は、硬化速度が速い樹脂を用いているためである。なお、空気抜きのサイズの上限は本発明では特に限定しない。
【００４３】
さらに、樹脂注入口は、金型を熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度にした場合であっても、樹脂注入中に、樹脂注入口を樹脂注入用ノズルで密閉してしまわないように、間隔を開けられる寸法に設定してもよい。これにより、金型内の空気が樹脂により押し出されて、注入口側からも、樹脂注入口と樹脂注入用ノズルとの間から空気が金型外部に抜けることが可能となる。よって、低圧射出により金型内に樹脂を注入することが可能となる。
【００４４】
この樹脂注型金型を用いた半導体素子の封止方法としては、樹脂注型用ノズルから金型の樹脂注入口およびゲートを介してキャビティ内に自重圧力以上２ｋｇ／ｃｍ2以下の圧力で液状の熱硬化性樹脂を注入する。低圧で押し出された樹脂は、注入速度が遅く、金型に設けた上記空気抜き部から金型外部に抜ける前に硬化するため、バリの発生を防ぐことが可能である。さらに、低圧で金型内に樹脂を注入するため、インジェクション成形の問題点である金線破断を防止するためのプリディップ硬化は不要である。
【００４５】
注入する熱硬化性樹脂がゲートを自重圧力以上２ｋｇ／ｃｍ2以下の圧力で通過できるように、樹脂の粘度を例えば３０００ｃｐｓ以下にするのが好ましい。
【００４６】
金型の温度を、常に注入される熱硬化性樹脂の硬化温度以上に保つことにより、金型の急加熱、急冷却を行う必要が無く、温度コントロールが容易である。
【００４７】
または、金型の温度を熱硬化性樹脂の硬化温度以下の温度にして樹脂を注入した後、金型を熱硬化性樹脂の硬化温度以上に上げることにより、１つのノズルから多数のキャビティに安定して樹脂を注入することが可能である。この場合には、樹脂の粘度をある程度まで高くして、樹脂注入時に樹脂が金型外部に抜けないようにするのが好ましい。但し、後述するように金型の隙間から空気を抜く場合には、隙間の間隔が狭いために熱効率が良く、樹脂がすぐ硬化するので、樹脂粘度が低くてもよく、隙間部に薄いバリを形成して後で除去することができる。なお、本発明は、基本的にはインジェクション成型であるので、樹脂の注入量は予め設定しておき、毎回樹脂を計量して注入する。設定量は、例えば注入口（スプール）／ランナー／製品部の設計値＋α（設計値×２０％程度）とする。さらに、注入口側が密閉されていなければ、ある圧力以上で注入しても、ノズル径や樹脂粘度等のファクターにより逆流して注入口から樹脂が出てくる。
【００４８】
樹脂注入用ノズルと樹脂注入口とは、金型を熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度にしても、樹脂注入中に樹脂注入口を樹脂注入用ノズルで密閉してしまわないように、間隔を開けておくのが好ましい。これにより、金型内の空気が樹脂により押し出されて、注入口側からも、樹脂注入口と樹脂注入用ノズルとの間から金型外部に抜けることが可能となる。
【００４９】
さらに、繰り返し連続して注型を行っても、樹脂注入用ノズル部分で樹脂が硬化しないように、樹脂注入用ノズルは熱硬化性樹脂の硬化温度よりも十分低温に保つように冷却するのが好ましい。
【００５０】
本発明において用いられる熱硬化性樹脂としては、（１）グリシジルエーテル系、グリシジルエステル系、グリシジルアミン系、線状脂肪族エポキサイドおよび脂環族エポキサイド等の液状エポキシ樹脂、（２）アクリル酸エステルおよびメタクリル酸エステル系ビニルエステル樹脂等の液状ビニルエステル樹脂、（３）ポリスチレン等のアリル樹脂、（４）低粘度不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。これらの樹脂にラジカル重合開始剤またはカチオン重合開始剤を添加したラジカル反応型樹脂またはカチオン重合型樹脂を用いることにより、反応時間を大幅に短縮することができる。さらに、このラジカル反応型樹脂またはカチオン重合型樹脂は、一定以上の熱を加えなければ反応しないため、輸送や保存に適している。
【００５１】
このような熱硬化性樹脂として透明樹脂を用いて、高品質の受発光素子を低コストで作製することが可能となる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について説明する。
【００５３】
ここでは、熱硬化性樹脂として、下記組成の液状ビニルエステル樹脂を主成分とする液状樹脂を用いた例について説明するが、液状エポキシ樹脂、アリル樹脂、液状ビニルエステル樹脂および低粘度不飽和ポリエステル樹脂等、他の液状熱硬化性樹脂を用いてもよい。なお、下記表において、３０００ＭおよびＢＰ−２ＥＭは各々ビニルエステル樹脂である。
【００５４】
【表１】
0003956335.tif 000002
図１（ａ）および図１（ｂ）は本実施形態で使用する樹脂注型金型と各部材の配置を示す断面図であり、図１（ｃ）はその上面図である。この樹脂注型金型は、３枚型であり、右上型１ａ、左上型１ｂおよび下型２からなる。
【００５５】
リードフレーム２０をリードフレーム位置決めピン２１で位置決めして、右上型１ａおよび左上型１ｂの間に挟み、２枚の上型１ａ、１ｂを締め付ける。そして、締め付けた左右の上型１ａ、１ｂを上型位置決めピン１５で位置決めして、下型２に締め付けている。ここで、２２はリードフレームタイバー部分である。
【００５６】
下型２には多連キャビティ（製品部）１３を有しており、左上型１ｂに設けた樹脂注入口（スプール）１１から注入された樹脂が、ランナー１４内を通り、複数のキャビティ１３にゲート１３ａを介して注入される。
【００５７】
キャビティ１３に対して樹脂注入口（スプール）１１側とは反対側には、樹脂注入時に空気が金型外部に抜けるように、スプール１１と同じような形状の空気抜き部（エアーベント）１２を設けている。これにより、低圧射出により金型内に樹脂を注入することが可能となる。このエアーベント１２の間隔（ここでは径）は、樹脂の流れ方の点から、ランナー１４の径よりも大きくするのが好ましい。なお、エアーベント１２の間隔が大きくなりすぎると、樹脂量がムダになるおそれがあるが、注入時に樹脂を計量することにより対応することが可能である。
【００５８】
または、図２（ａ）に示すように、キャビティ１３に対してスプール１１側とは反対側に、エアー抜き用隙間１２ａを開けてもよい。このエアー抜き用隙間１２ａは、上型１ａおよび下型２の締め付けを調整することにより間隔を調整することができる。
【００５９】
エアー抜き用隙間１２ａの間隔は、金型を熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度にした場合に、空気はエアー抜き用隙間１２ａから金型外部に抜けるが、樹脂は硬化して金型外部に抜けないようにするのが好ましい。エアー抜き用隙間１２ａの間隔が狭いと熱効率が良く、樹脂がすぐ固まってしまうため、図２（ｂ）に示すように、この部分に故意に薄いバリ３４ａを発生させて、後で除去することができる。或いは、図２（ｃ）に示すような樹脂溜まり１２ｂを設けて、樹脂が金型外部に抜けないようにしてもよい。
【００６０】
このエアー抜き用隙間１２ａの間隔は、樹脂の反応スピードや表面エネルギー等によって好ましい範囲が異なる。樹脂の反応スピードが速い場合には樹脂が硬化しやすいのでエアー抜き用隙間１２ａの間隔を大きくすることができ、樹脂の表面エネルギーが大きい場合にもエアー抜き用隙間１２ａの間隔を大きくすることができる。このエアー抜き用隙間１２ａの間隔は実験により求めることができ、例えば、１５０℃に熱した基板上でのゲル化タイムが２ｓｅｃ〜５ｓｅｃ程度の樹脂であれば、０．２ｍｍ2程度の間隔があれば十分である。
【００６１】
さらに、金型に注入される熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度にした場合であっても、樹脂注入中にスプール１１を樹脂注入用ノズルで密閉せずに隙間が開けられるように、ノズル径よりもスプール１１の径を太くするのが好ましい。この理由は、以下の通りである。
【００６２】
図３（ａ）に示すように、スプール１１と樹脂注入用ノズル３０との間に隙間を設けないと、ノズル３０でスプール１１側が密閉されることになり、ゲート１３ａ付近に空気４０が残る場合がある。この場合、図３（ｂ）に示すように、ノズル３０を後退させると空気４０が抜ける。しかし、スプール１１側を密閉して樹脂３１を注入し、その後でノズル３０を後退させたのでは、樹脂注入中に圧力がかかるため、低圧注入することができない。
【００６３】
これに対して、図４（ａ）に示すように、スプール１１と樹脂注入用ノズル３０との間に隙間を設けることにより、樹脂がノズル３０とスプール１１との隙間１１ａに押し上げられるので低圧で注入することができ、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すように樹脂３１がキャビティ１３に入っていく。また、樹脂３１を注入後に樹脂が硬化するまでにノズル３０を後退させると、キャビティ１３内に残る空気が上部に上昇してくるので、ノズル３０とスプール１１との隙間１１ａから空気を抜くことができる。なお、エアーベント等の隙間に比べてスプール側は樹脂量が格段に多いために、キャビティやスプールに樹脂を充填中に樹脂が硬化することはない。
【００６４】
なお、スプール１１を樹脂注入用ノズル３０で密閉しないようにした場合、この部分から空気を抜く効果以外に、実際に樹脂にかかっている注入圧力ではなく、その注入圧力により生じる樹脂注入スピードのみを樹脂自重に加えた圧力で樹脂を注入し、低圧成型を行うことができるという効果がある。これは、注入口側が密閉されていなければ、ある圧力以上で注入されても樹脂が逆流して注入口から出てきてしまうからである。
【００６５】
この隙間１１ａについても、実験により求めることができる。例えば、１５０℃に熱した基板上でのゲル化タイムが２ｓｅｃ〜５ｓｅｃ程度の樹脂であれば、１ｍｍ〜２ｍｍ程度の間隔があれば十分である。
【００６６】
さらに、多連キャビティに対して樹脂を効率良く注入するためには、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、上記スプール１１はランナーの中央部に設けるのが好ましく、エアーベント１２はランナーの両端部に設けるのが好ましい。この場合、図５（ｃ）〜図５（ｅ）に示すように、中央部のスプール１１から注入された樹脂がランナー１４を通って各キャビティ１３に注入され、両端のエアーベント１２から空気が抜ける。
【００６７】
以下に、上記液状熱硬化性樹脂および樹脂注型金型を用いて、ＬＥＤランプを樹脂封止した例について説明する。
【００６８】
（実施形態１）
本実施形態では、金型の温度を樹脂の硬化温度以上にした場合について説明する。
【００６９】
まず、半導体素子がマウントされてワイヤボンドされたＬＥＤランプ用リードフレーム２０を、図６（ａ）に示すように、右上型１ａのリードフレーム位置決めピン２１によって位置決めし、左上型１ｂを取り付けて左右から締め付ける。そして、リードフレーム２０の先端部を下型２のキャビティ１３に挿入して、金型の上下から締め付ける。キャビティ１３に対してスプール１１側とは反対側にも、スプール１１と同じような形状のエアーベント１２を設けておく。本実施形態１および以下の実施形態２において、スプール１１の径は例えばφ＝５ｍｍであり、エアーベント１２の径は例えばφ＝５ｍｍである。
【００７０】
次に、図６（ｂ）に示すように、シリンダータイプの樹脂注型用ノズル３０をスプール１１にセットする。このとき、樹脂注入用ノズル３０とスプール１１とは、金型を熱硬化性樹脂の硬化温度以上の温度にしても、樹脂注入中にスプール１１を樹脂注入用ノズル３０で密閉してしまわないように、例えば０ｍｍ〜２ｍｍ程度以下の隙間１１ａを開けておく。但し、樹脂注入用ノズル３０とスプール１１とは密着させてもよい。また、樹脂注入用ノズル３０の先端部は、ノズル内部での樹脂硬化を防ぐために冷却し、熱硬化性樹脂の硬化温度以上に加熱されないように例えば６０℃〜７０℃程度に保つ。金型の温度は、１３０℃〜１５０℃に設定する。
【００７１】
使用する樹脂は、硬化温度以下（例えば６０℃）で加熱して３０００ｃｐｓ以下まで粘度を下げておく。この低粘度化した樹脂３１を、図６（ｃ）に示すように、注型用ノズル３０からスプール１１およびゲート１３ａを介してキャビティ１３内に自重圧力以上２ｋｇ／ｃｍ2以下の圧力で注入する。このとき、樹脂注入用ノズル３０は、熱硬化性樹脂の硬化温度よりも十分に低く保つため、冷却する。
【００７２】
樹脂注入後、図６（ｄ）に示すように、注型用ノズル３０を金型から取り外し、注入樹脂３１を金型内で硬化させる。
【００７３】
樹脂硬化後、図６（ｅ）に示すように、下型２を離型してキャビティ１３から製品部３２を取り出し、図６（ｆ）に示すように、左右の上型１ａ、１ｂを離型して製品（ＬＥＤランプ）３３を取り出す。
【００７４】
その後、図６（ｇ）に示すように、上型１ａ、１ｂに残った樹脂硬化物３４を押し出しピン３５等により除去する。
【００７５】
このようにして得られる本実施形態の半導体素子は、樹脂の反応時間を大幅に短縮することができ、樹脂の冷凍保存等も不要であるので、製造コストを低廉価することができる。また、熱硬化性樹脂によれば、半導体封止樹脂に必要とされる耐熱性および耐湿性も満足させることができる。さらに、キャスティング成形のように硬化収縮に起因する引けが生じず、高出射圧でのインジェクション成形のようにバリも生じないため、高品質の半導体素子を得ることができる。
【００７６】
なお、本実施形態において、低圧射出成形に用いるＬＥＤランプ用リードフレームは、従来のインジェクション成形と同様に、素子およびワイヤーの保護のために成形用樹脂と同一の樹脂によってプリディップ硬化を施してもよい。このことは以下の実施形態でも同様である。また、フレームカップ内への気泡防止のためにプリディップのみを施して、プリディップ硬化は施さなくてもよい。
【００７７】
（実施形態２）
本実施形態では、１つのノズルから多数のキャビティに安定して樹脂を注入することができるように、金型の温度を樹脂の硬化温度以下の温度にして樹脂を注入した後、金型を樹脂の硬化温度以上に上げた場合について説明する。
【００７８】
まず、半導体素子がマウントされてワイヤボンドされたＬＥＤランプ用リードフレーム２０を、図６（ａ）に示すように、右上型１ａのリードフレーム位置決めピン２１によって位置決めし、左上型１ｂを取り付けて左右から締め付ける。そして、リードフレーム２０の先端部を下型２のキャビティ１３に挿入して、金型の上下から締め付ける。
【００７９】
次に、図６（ｂ）に示すように、シリンダータイプの樹脂注型用ノズル３０をスプール１１にセットする。このとき、樹脂注入用ノズル３０とスプール１１とは間隔を開けてもよく、密着していてもよい。
【００８０】
使用する樹脂は、硬化温度以下（例えば６０℃）で加熱して３０００ｃｐｓ以下まで粘度を下げておく。この低粘度化した樹脂３１を、図６（ｃ）に示すように、注型用ノズル３０からスプール１１およびゲート１３ａを介してキャビティ１３内に自重圧力以上２ｋｇ／ｃｍ2以下の圧力で注入する。このとき、金型および樹脂注入用ノズル３０は熱硬化性樹脂の硬化温度よりも十分に低く保ち、例えば金型は８０℃〜９０℃、樹脂注入用ノズル３０は６０℃〜７０℃とする。
【００８１】
樹脂注入後、図６（ｄ）に示すように、注型用ノズル３０を金型から取り外し、金型温度を硬化温度以上（例えば１３０℃〜１５０℃）に上げて、樹脂３１を硬化させる。
【００８２】
樹脂硬化後、図６（ｅ）に示すように、下型２を離型してキャビティ１３から製品部３２を取り出し、図６（ｆ）に示すように、左右の上型１ａ、１ｂを離型して製品（ＬＥＤランプ）３３を取り出す。
【００８３】
その後、図６（ｇ）に示すように、上型１ａ、１ｂに残った樹脂硬化物３４を押し出しピン３５等により除去する。
【００８４】
このようにして得られる本実施形態の半導体素子は、樹脂の反応時間を大幅に短縮することができ、樹脂の冷凍保存等も不要であるので、製造コストを低廉価することができる。また、熱硬化性樹脂によれば、半導体封止樹脂に必要とされる耐熱性および耐湿性も満足させることができる。また、キャスティング成形のように硬化収縮に起因する引けが生じず、高出射圧でのインジェクション成形のようにバリも生じないため、高品質の半導体素子を得ることができる。さらに、本実施形態では、１つのノズルから多数のキャビティに安定して樹脂を注入することができるので、生産タクトの向上が期待できる。
【００８５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、樹脂の反応時間を短くすることができ、樹脂の輸送や保存にコストがかからないので、従来に比べて半導体素子の製造コストを低廉価することができる。また、硬化収縮に起因する引け、高射出圧による金線破断やバリ等が生じず、耐熱性や耐湿性等の封止樹脂に要求される特性も満足させることができるので、高品質の半導体素子を作製することができる。さらに、金型により樹脂部とフレームの位置決めができるため、製品モールド精度を安定させて向上することができ、低圧成型が可能であるためにトランスファー成型で金型を実現するよりも、低コストで金型を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施形態である樹脂注型用金型および各部材の配置を示す断面図であり、（ｃ）はその上面図である。
【図２】（ａ）および（ｃ）は本発明の他の実施形態である樹脂注型用金型および各部材の配置を示す断面図であり、（ｂ）は金型に樹脂を注入したときの状態を説明するための斜視図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施形態である樹脂注型用金型に樹脂を注入する過程を説明するための断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態である樹脂注型用金型に樹脂を注入する過程を説明するための断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の他の実施形態である樹脂注型用金型におけるスプールとエアーベントの配置を示す上面図であり、（ｂ）および（ｃ）はその断面図であり、（ｄ）はその部分拡大断面図であり、（ｅ）はその部分拡大斜視図である。
【図６】（ａ）〜（ｇ）は本発明に係る半導体素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は従来技術におけるエアーベントと本発明におけるエアーベントの違いを説明するための図である。
【図８】本発明の他の実施形態である樹脂注型用金型におけるエアーベントの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１ａ  右上型
１ｂ  左上型
２  下型
１１  スプール
１１ａ  隙間
１２  エアーベント
１２ａ  エアー抜き用隙間
１２ｂ  樹脂溜まり
１３  多連キャビティ（製品部）
１３ａ  ゲート
１４  ランナー
１５  上型位置決めピン
２０  リードフレーム
２１  リードフレーム位置決めピン
２２  リードフレームタイバー部分
３０  樹脂注入用ノズル
３１  樹脂
３２  製品部
３３  製品
３４  樹脂硬化物
３４ａ  エアーベント代替として故意に発生させた薄いバリ
３５  押し出しピン
４０  空気
【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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