JP2005033133A - 半導体装置封止用金型およびそれを用いた半導体装置封止方法 - Google Patents

半導体装置封止用金型およびそれを用いた半導体装置封止方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 内部構造および制御システムが簡単で、高機能半導体装置を樹脂封止できる半導体装置封止用金型およびそれを用いた半導体装置封止方法を提供する。
【解決手段】 アイランド５２の下面に対向するキャビティ６１の底面のうち、前記インナーリード５５の下方側に位置し、かつ、半導体装置５０の対向する辺の略中央を結ぶ線上に、ピンポイントゲート３８を設けてある。
【選択図】 図６

Description

本発明は、半導体装置封止用金型および半導体装置封止方法に関する。
従来、半導体装置封止用金型としては、半導体装置およびその製造方法並びにそれに使用される成形装置に関する金型がある（例えば、特許文献１参照。）。
すなわち、主面に電子回路が作り込まれている半導体ペレットと、半導体ペレットの外方に配設されている複数本のリードと、半導体ペレットの各電極パッドと各リードの内側端部との間にそれぞれ橋絡されているワイヤ群と、半導体ペレット、各リードの一部およびワイヤ群を樹脂封止している樹脂封止パッケージを備えている半導体装置において、前記樹脂封止パッケージは加圧成形法により成形されているとともに、そのゲート痕が半導体ペレットの主面上の樹脂封止パッケージの一部に位置しており、また、樹脂封止パッケージのゲート痕と反対側の主面には加圧成形時に前記半導体ペレットを支える押えピンの痕が形成されていることを特徴とする半導体装置の金型である。
特に、前記金型では、図１および図９に示すように、ゲート３８から注入した樹脂が半導体ペレット２２の表面に直接、当たって拡散する。
特開平５−１０２２１７号公報
しかしながら、前述の金型では、半導体ペレット２２を実装した組立体（ワーク）２４を支えるために押さえピン４５を設けるとともに、これを制御する必要があるので、内部構造および制御システムが複雑になる。
特に、インナーリードおよびワイヤの本数が増大すればするほど、ワイヤ２３，２３間のピッチが短くなる。このため、注入，拡散した樹脂がワイヤ２３に直接当たり、前記ワイヤ２３を押し倒して短絡させる危険性が増大し、歩留まりが悪くなる。この結果、前述の金型では、多数本のワイヤで電気接続する必要がある高機能半導体ペレットを樹脂封止することは困難であるという問題点があった。
本発明は、前記問題点に鑑み、内部構造および制御システムが簡単で、高機能半導体装置を樹脂封止できる半導体装置封止用金型および半導体装置封止方法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および発明の効果
本発明にかかる半導体装置封止用金型は、前記目的を達成すべく、リードフレームのアイランドの上面に実装した半導体装置と、前記アイランドの周囲に並設した前記リードフレームの多数本のインナーリードの自由端部とをボンデイングワイヤで電気接続し、前記リードフレームを上下から１対のキャビティブロックでクランプして形成したキャビティ内に樹脂をゲートから充填して樹脂封止する半導体装置封止用金型であって、前記アイランドの下面に対向するキャビティの底面のうち、前記インナーリードの下方側に位置し、かつ、前記半導体装置の対向する辺の略中央を結ぶ線上に、前記ゲートを少なくとも１つ設けた構成としてある。
本発明によれば、ゲートから注入された樹脂は、まず最初に前記アイランドの周囲に並設した多数本のインナーリードの下面に当接し、ついで、前記インナーリード間の隙間から溢れ出るとともに、前記インナーリードの隙間に沿ってボンデイングワイヤを仕分けながらアイランドに向けて進む。このため、前記ボンデイングワイヤ同士を短絡させることなく、樹脂封止できる。この結果、従来例のような複雑な構造や制御システムを必要としないだけでなく、ボンデイングワイヤを短いピッチで架け渡す必要がある高機能半導体装置の樹脂封止にも適用できる。
特に、前記アイランドの両側に前記ゲートを設けることにより、樹脂圧によるアイランドの位置ずれや、これに伴う前記ボンデイングワイヤの破断を防止できる。また、複数のゲートを設けることにより、樹脂の単位時間内における充填量が倍増し、充填に要する作業時間を短縮できる。さらに、樹脂充填速度を下げることができるため、インナーリードにかかる負荷を低減でき、インナーリードの変形を防止できる。
本発明の実施形態としては、前記ゲートを、キャビティの内側面近傍に配置しておいてもよい。
本実施形態によれば、キャビティに注入された樹脂は最初、インナーリードの基部に当接するので、インナーリードが変形しにくくなり、より精度の高い樹脂封止が可能となる。
また、前記エアベントは、キャビティの隅部、あるいは、キャビティの対向する上下面の中央に少なくとも１つ設けておいてもよい。
本実施形態によれば、注入された樹脂がキャビティ内の空気を前記エアベントを介して外部に押し出すので、樹脂の未充填やボイドの発生を防止でき、樹脂封止が迅速、かつ、美麗な仕上がりとなる。
本発明にかかる半導体装置封止方法は、前記目的を達成すべく、リードフレームのアイランドの上面に実装した半導体装置と、前記アイランドの周囲に並設した前記リードフレームの多数本のインナーリードの自由端部とをボンデイングワイヤで電気接続し、前記リードフレームを上下から１対のキャビティブロックでクランプしてキャビティを形成した後、前記アイランドの下面に対向する前記キャビティの底面のうち、前記インナーリードの下方側に位置し、かつ、前記半導体装置の対向する辺の略中央を結ぶ線上に設けた少なくとも１つのゲートから、前記キャビティ内に樹脂を充填して樹脂封止する工程からなるものである。
本発明によれば、ゲートから注入された樹脂は、まず最初に前記アイランドの周囲に並設した多数本のインナーリードの下面に当接し、ついで、前記インナーリード間の隙間から溢れ出るとともに、前記インナーリードの隙間に沿ってボンデイングワイヤを仕分けながらアイランドに向けて進む。このため、前記ボンデイングワイヤ同士を短絡させることなく、樹脂封止できる。この結果、従来例のような複雑な構造や制御システムを必要としないだけでなく、ボンデイングワイヤを短いピッチで架け渡す必要がある高機能半導体装置の樹脂封止にも適用できる。
特に、前記アイランドの両側に前記ゲートを設けることにより、樹脂圧によるアイランドの位置ずれや、これに伴う前記ボンデイングワイヤの破断を防止できる。また、複数のゲートを設けることにより、樹脂の単位時間内における充填量が倍増し、充填に要する作業時間を短縮できる。さらに、樹脂充填速度を下げることができるため、インナーリードにかかる負荷を低減でき、インナーリードの変形を防止できる。
本発明の実施形態としては、前記ゲートを、キャビティの内側面近傍に配置しておいてもよい。
本実施形態によれば、キャビティに注入された樹脂は最初、インナーリードの基部に当接するので、インナーリードが変形しにくくなり、より精度の高い樹脂封止が可能となる。
また、前記エアベントは、キャビティの隅部、あるいは、キャビティの対向する上下面の中央に少なくとも１つ設けておいてもよい。
本実施形態によれば、注入された樹脂がキャビティ内の空気を前記エアベントを介して外部に押し出すので、樹脂の未充填やボイドの発生を防止でき、樹脂封止が迅速、かつ、美麗な仕上がりになるという効果がある。
本発明にかかる実施形態を図１ないし図１０の添付図面に従って説明する。
本実施形態にかかる金型を組み込んだ樹脂成形装置は、図１に示すように、公知であるプレス装置の４本の支柱１０で相互に連結された下プラテン１１および上プラテン１２の間に、下金型２０、中金型３０および上金型４０を順次、接合一体化できるように配置してある。前記下プラテン１１は支柱１０を介して上下動可能である。一方、上下動しないように固定された前記上プラテン１２は、その上面に駆動機構１３を配置してある。
前記下金型２０は、スペースブロック１４を介して下プラテン１１に載置，固定されており、その中央に固形樹脂１５を挿入できるポット２１を形成してある（図２Ａ）。前記ポット２１内にはプランジャー２２がスライド可能に挿入されている。そして、前記プランジャー２２を図示しない駆動機構で上下動させることにより、前記プランジャー２２の上端に取り付けたプランジャーチップ２３が前記固形樹脂１５を加熱，溶融させながら押し出す。さらに、前記下金型２０の上面のうち、前記ポット２１の両側に前記ポット２１に連続するランナ２４（図２Ｂ）を設けてあるとともに、前記ランナ２４内にはランナロックピン２５がスライド可能に挿入されている（図２Ａ）。なお、図２Ａ，２Ｂは説明の便宜上、階段状断面図となっている。
前記中金型３０は、図２Ａに示すように、前記駆動機構１３に接続された４本のサポートピン３１を介して上下動可能に吊り下げられている。そして、前記中金型３０の下面のうち、前記ポット２１の軸心上に位置する領域にカルブロック３２を埋設してある。前記カルブロック３２は、その下面に設けたスペースであるカル３３が前記ポット２１と前記ランナ２４とに連通可能である。
一方、前記中金型３０の上面には、キャビティ６１（図６Ｂ）を形成する長尺な中型キャビティブロック３４を埋設してある。前記中型キャビティブロック３４は、その上面に一段低く形成した基準面３４ａの中央に平面方形の中型キャビティ３５を所定のピッチで複数個、設けてある（図２Ｂ）。さらに、前記中型キャビティ３５は、その底面中央にエアベント３６を設けてあるとともに、その底面隅部に突き出しピン３７を配置してある。さらに、前記中型キャビティ３５の底面のうち、隣り合う前記突き出しピン３７，３７の中間にピンポイントゲート３８が形成されている。前記ピンポイントゲート３８は円錐台形のスプルー３９を介して前記ランナ２４に連通可能であるとともに、前記ランナロックピン２５と同一軸心上に配置されている。
前記上金型４０は、前記上プラテン１２の下面にスペースブロック１５を介して固定されている。そして、前記上金型４０の下面に上型キャビティブロック４１が埋設され、さらに、前記上型キャビティブロック４１の下面中央に所定のピッチで複数個の上型キャビティ４２が形成されている。前記上型キャビティ４２の天井面の中央にエアベント４３が設けられているとともに、その周囲に突き出しピン４４がスライド可能に挿入されている。
一方、樹脂封止される半導体装置であるＩＣチップ５０は、図３Ａ，３Ｂに示すように、リードフレーム５１のアイランド５２に実装されている。前記リードフレーム５１は、前記アイランド５２を４本の吊りピン５３で支持するとともに、前記アイランド５２の周囲に配置した多数本のアウターリード５４とインナーリード５５とをダムバー５６で接続するように打ち抜いてある。前記インナーリード５５の自由端部はボンディングワイヤー５７（例えば、図７Ａ）を介して前記ＩＣチップ５０にそれぞれ接続されている。そして、前記ダムバー５６を樹脂封止後に切断することにより、対応するアウターリード５４およびインナーリード５５を相互に接続しつつ、対応するアウターリード５４およびインナーリード５５毎に切り離される。
次に、前述の構成からなる半導体装置封止用金型の動作について説明する。
まず、図４Ａに示すように、図示しない搬入装置によって開いた中金型３０の基準面３４ａに、ＩＣチップ５０を実装した前記リードフレーム５１を載置，位置決めする。一方、前記下金型２０のポット２１内に固形樹脂１５を図示しない搬入装置で挿入する。そして、前記駆動機構１３によって前記中金型３０を上方にスライドさせるとともに、前記下プラテン１１を上方にスライドさせることにより、下金型２０、中金型３０および上金型４０を閉じる。これにより、前記リードフレーム５１を中型キャビティブロック３４および上型キャビティブロック４１がクランプすることにより、ポット２１、カル３３、ランナ２４、スプルー３９およびピンポイントゲート３８と、中型，上型キャビティ３５，４２からなるキャビティ６１とが連通する。
ついで、プランジャー２２を上昇させることにより、プランジャーチップ２３で固形樹脂１５を加圧し、前記固形樹脂１５を溶融させて押し出す。ポット２１から押し出された樹脂６０はカル３３、ランナ２４、スプルー３９およびピンポイントゲート３８を介してキャビティ６１（図４Ｂ、図６Ｂ）に充填され、アイランド５２上に実装した前記ＩＣチップ５０とボンデイングワイヤ５７とを一体に樹脂封止する（図４Ｂ）。
前述の充填作業における樹脂６０の充填作業は、図６ないし図１０に示すように進行する。
すなわち、図６に示す状態のピンポイントゲート３８からキャビティ６１に樹脂６０を充填すると、流入した樹脂６０は中型キャビティ３５の底面から溜まり始め（図７Ｂ）、インナーリード５５，５５間の隙間から溢れ出るとともに、インナーリード５５，５５の隙間に沿って進み、ボンデインクワイヤ５７を仕分けながらキャビティ６１の中央に進む（図８）。このため、ボンデインクワイヤ５７のピッチが狭くとも、相互に短絡することはない。
本実施形態によれば、流入する樹脂６０はインナーリード５５の基部に当接した後、移動するので、流入する樹脂６０の樹脂圧がアイランド５２やボンデインクワイヤ５７に直接接触しない。このため、アイランド５２の位置ずれや、これに基づくボンデインクワイヤ５７の破断を防止できる。また、ピンポイントゲート３８の位置は、ダムバー５６で連結されているインナーリード５５の基部近傍に樹脂６０が当たるように配置してあるので、前記インナーリード５５の変形を防止できる。
さらに、樹脂６０が流入し続けることにより、樹脂６０がキャビティ６１の隅部に進み（図９）、キャビティ６１内に樹脂６０が充満してＩＣチップ５０、アイランド５２、吊りピン５３、インナーリード５５およびボンデイングワイヤ５７が一体に樹脂封止される（図１０）。
本実施形態によれば、キャビティ６１の天井面，底面の中央および前記キャビティ６１の隅部にエアベント３６，４３および６２をそれぞれ設けてある。このため、樹脂の未充填、ボイドの発生を防止することにより、美麗で良好な樹脂封止が可能となる。
ついで、樹脂６０が固化した後、図５Ａに示すように、上金型４０および中金型３０を閉じたままで下金型２０を引き下げて金型を開く。すると、スプルー３９、ランナ２４およびカル３３に残存していた樹脂６３はランナロックピン２５に保持されているため、中金型３０から離型し、ゲートカットされる。さらに、下プラテン１１を下げて下金型２０を下降させると、スプルー３９、ランナ２４およびカル３３に残存していた樹脂６３がランナロックピン２５およびプランジャーチップ２３によって突き出される（図５Ａ）。
さらに、前記駆動機構１３を駆動して中金型３０を下げると、上金型４０に設けた突き出しピン４４が成形済み樹脂成形品６４を突き出して離型するとともに、中金型３０に設けられた突き出しピン３７が前記樹脂成形品６４を中型キャビティ３５から突き出して離型する。そして、図示しない搬出装置によって前記樹脂成形品６４と、前記スプルー３９、ランナ２４およびカル３３に残存していた樹脂６３とを上金型４０、中金型３０および下金型２０から搬出する。以後同様の作業を繰り返すことにより、連続樹脂封止が可能となる。
本発明は、リードフレームに搭載した半導体装置を樹脂封止する金型および封止方法に適用できる。
本発明にかかる半導体装置封止用金型の一実施形態を示す全体正面図である。 図２Ａは図１で示した金型の断面図、特に、図２Ｂで示したＡ−Ａ線部分拡大断面図、図２Ｂは図１で示した金型の平面図である。 図３Ａおよび図３Ｂは本実施形態にかかるワイヤーボンディングする前のリードフレームを示す平面図および正面図、図３Ｃおよび図３Ｄは図３Ａ，３Ｂの部分拡大図である。 図４Ａは本実施形態にかかる３枚の金型を開いた状態の断面図、図４Ｂは３枚の金型を閉じ、キャビティに樹脂を充填した状態の断面図である。 図５Ａは本実施形態にかかる３枚の金型のうち、下金型だけを開いた状態を示す断面図、図５Ｂは３枚の金型を全て開いた状態を示す断面図である。 図６Ａは樹脂封止前を示すキャビティの平面図、図６Ｂは図６Ａの正面断面図、図６Ｃは図６Ａの底面図である。 図７Ａは樹脂封止途中を示すキャビティの平面図、図７Ｂは図７Ａの正面断面図、図７Ｃは図７Ａの底面図である。 図８Ａは図７に続く樹脂封止途中を示すキャビティの平面図、図８Ｂは図８Ａの正面断面図、図８Ｃは図８Ａの底面図である。 図９Ａは図８に続く樹脂封止途中を示すキャビティの平面図、図９Ｂは図９Ａの正断面図、図９Ｃは図９Ａの底面図である。 図１０Ａは樹脂封止完了を示すキャビティの平面図、図１０Ｂは図１０Ａの正面断面図、図１０Ｃは図１０Ａの底面図である。
符号の説明
２０…下金型、２１…ポット、２２…プランジャ、２３…プランジャチップ、２４…ランナ、２５…ランナロックピン、３０…中金型、３２…カルブロック、３３…カル、３４…中型キャビティブロック、３５…キャビティ、３６…エアベント、３７…突き出しピン、３９…スプルー、４０…上金型、４１…上型キャビティブロック、４２…上型キャビティ、４３…エアベント、４４…突き出しピン、５０…ＩＣチップ、５１…リードフレーム、５２…アイランド、５３…吊りピン、５４…アウターリード、５５…インナーリード、５６…ダムバー、６０…樹脂、６１…キャビティ、６２…エアベント、６４…樹脂成形品。

Claims (8)

  1. リードフレームのアイランドの上面に実装した半導体装置と、前記アイランドの周囲に並設した前記リードフレームの多数本のインナーリードの自由端部とをボンデイングワイヤで電気接続し、前記リードフレームを上下から１対のキャビティブロックでクランプして形成したキャビティ内に樹脂をゲートから充填して樹脂封止する半導体装置封止用金型であって、
    前記アイランドの下面に対向するキャビティの底面のうち、前記インナーリードの下方側に位置し、かつ、前記半導体装置の対向する辺の略中央を結ぶ線上に、前記ゲートを少なくとも１つ設けたことを特徴とする半導体装置封止用金型。
  2. ゲートを、キャビティの内側面近傍に配置したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置封止用金型。
  3. エアベントを、キャビティの隅部に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置封止用金型。
  4. エアベントを、キャビティの対向する上下面の中央に少なくとも１つ設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体装置封止用金型。
  5. リードフレームのアイランドの上面に実装した半導体装置と、前記アイランドの周囲に並設した前記リードフレームの多数本のインナーリードの自由端部とをボンデイングワイヤで電気接続し、前記リードフレームを上下から１対のキャビティブロックでクランプしてキャビティを形成した後、前記アイランドの下面に対向する前記キャビティの底面のうち、前記インナーリードの下方側に位置し、かつ、前記半導体装置の対向する辺の略中央を結ぶ線上に設けた少なくとも１つのゲートから、前記キャビティ内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封止方法。
  6. ゲートを、キャビティの内側面近傍に配置したことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置封止方法。
  7. エアベントを、キャビティの隅部に設けたことを特徴とする請求項５または６に記載の半導体装置封止方法。
  8. エアベントを、キャビティの対向する上下面の中央に少なくとも１つ設けたことを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の半導体装置封止方法。
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