JP2656356B2 - 多重モールド型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

多重モールド型半導体装置及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、多重モールド型の半導体装置及びその製造
方法に関するものである。
（従来の技術） 多重モールド型の半導体装置のなかで、最も一般的な
ものとして二重モールド型フォトカプラがあり、その断
面構造を第３図に示す。発光素子４と受光素子５とが対
向した状態でリードフレーム３にマウントとされ、さら
にそれぞれワイヤボンディングにより接続されている。
発光素子４は透明なポッティング樹脂10で覆われてお
り、この発光素子４と受光素子５とが白色のインナ樹脂
１で封入され、さらにこのインナ樹脂１は黒色のアウタ
樹脂２により包囲されている。一般にインナ樹脂１には
光透過性を有するエポキシ樹脂が用いられ、アウタ樹脂
２としては遮光性を有するエポキシ樹脂が用いられてい
る。他にも第４図に示されたような、バイポーラIC6あ
るいはモスIC等との複合型のマルチチップ（MCP）によ
るものや、第５図のような半導体チップ７を低熱応力型
の樹脂８で封入した装置も多重モールド型の装置として
存在する。第６図にはソリッドステートオプティカルリ
レー（SSOR）が示されており、発光素子14と受光素子15
とが透明樹脂10により封入されており、その周囲をアウ
タ樹脂２が包囲している。第７図に示された装置は大電
流制御素子６を内蔵したものであり、ヒートシンク11を
内蔵するために二回に分けてインナ樹脂９とアウタ樹脂
12とを成形した構造となっている。
このような多重モールド型の装置は、第２図に示され
たような工程を経て製造されていた。先ず発光素子や受
光素子等の半導体チップをリードフレーム上にマウント
し、ワイヤボンディングを行う（ステップ101）。そし
てこの半導体チップをインナ樹脂用の金型のキャビティ
に載置して溶融したインナ樹脂を注入し、硬化した後取
り出す（ステップ102）。ここでインナ樹脂には、金型
から取り出し易いように離型材としてのワックスが添加
されている。次に、インナ樹脂を包囲するようにアウタ
樹脂を成形するが、インナ樹脂とアウタ樹脂との界面の
密着性が低いと剥離が生じるため、これを防止すべくイ
ンナ処理工程が導入されている。この工程には、インナ
樹脂表面を研磨するホーニング工程や、インナ樹脂表面
に浮き出たワックスを燃焼させて除去するバーニング工
程、さらにはインナ樹脂の架橋反応を終結させ、安定さ
せるアフターキュア工程等がある（ステップ201）。そ
してインナ樹脂で封入された半導体チップをアウタ樹脂
用金型のキャビティに載置し、アウタ樹脂を注入して硬
化後に取り出す（ステップ103）。
（発明が解決しようとする課題） しかし、ステップ201におけるインナ処理工程の導入
は、コストの増大や歩留りの低下を招くことになる。第
３図に示した二重モールド型フォトカプラのような装置
は、インナ処理工程の導入は一回で足り、さらにインナ
の形状も単純であるため比較的問題は小さいが、第４図
から第７図に示されたような装置のような形状が複雑化
したものや、三重さらには四重以上の多重モールド型の
装置が増加する傾向にある。このため、このようなイン
ナ処理工程の導入の削減が要求されているが、導入せず
にインナ樹脂とアウタ樹脂との界面の剥離を防止するこ
とは困難であった。
またインナ処理工程を導入しない場合には、剥離が生
じやすいだけでなく耐湿性が低いという問題もあった。
インナ樹脂とアウタ樹脂との密着性が低いため、リード
フレームとアウタ樹脂、さらにリードフレームとインナ
樹脂との隙間を順に空気中の水分が伝わって内部に入り
込むためである。また密着性が低いために、半導体チッ
プの発生した熱がインナ樹脂からアウタ樹脂に伝導して
空気中に放熱されるのが妨げられるという問題も存在し
た。これらはいずれも、インナ樹脂とアウタ樹脂との密
着性が低いことが原因であるが、インナ処理を導入せず
に密着性を高めることは困難であった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ホーニン
グ工程等のインナ処理工程を削減し、かつ樹脂間の密着
性を高め剥離の防止、耐湿性及び放熱性の向上を達成し
得る多重モールド型半導体装置の製造方法及びその方法
により製造された装置を提供することを目的とする。
〔発明の構成〕
（課題を解決するための手段及び作用） 概要 本発明はリードフレームに電気的に接続された半導体
チップと、半導体チップを封入するように形成されたイ
ンナ樹脂と、このインナ樹脂全体を包囲するように形成
されたアウタ樹脂とを備え、インナ樹脂に添加されたワ
ックスはその主成分がエステル類、脂肪酸系、脂肪酸金
属塩系、脂肪アルコール、多価アルコール、脂肪酸アミ
ドからなる群より選ばれた少なくとも１種の化合物であ
ることを特徴としている。
この装置は、リードフレーム上に電気的に接続された
半導体チップをインナ樹脂用金型のキャビティに載置す
る工程と、インナ樹脂用金型の内部に溶融したインナ樹
脂を注入し硬化した後取り出す工程と、取り出されたイ
ンナ樹脂に封入された半導体チップをアウタ樹脂用金型
のキャビティに載置する工程と、アウタ樹脂用金型の内
部に溶融したアウタ樹脂をインナ樹脂全体を包囲するよ
うに注入し硬化させて取り出す工程とを備え、インナ樹
脂に添加させるワックスは、その主成分がエステル類、
脂肪酸系、脂肪酸金属塩系、脂肪アルコール、多価アル
コール、脂肪酸アミドからなる群より選ばれた少なくと
も１種の化合物であることを特徴とする製造方法により
製造される。
インナ樹脂に添加されるワックスの主成分が、エステ
ル類、脂肪酸系、脂肪酸金属塩系、脂肪アルコール、多
価アルコール、脂肪酸アミドのうちの、少なくともいず
れか１種の化合物である場合には、これらを主成分とす
るワックスは、いずれも外部活性が低くインナ樹脂の表
面へ染みだし難い。また表面に染み出してワックス層を
形成したとしても、融点が100℃以下と比較的低く高温
での粘度も低いため、アウタ樹脂を形成する際にこのワ
ックス層は流れ易く、さらに極性が大きいためアウタ樹
脂に添加されているワックス層とも相溶し易い。また空
気中で酸化され難く、酸化により脆くなることもない。
このためインナ樹脂とアウタ樹脂との界面が密着し、剥
離が有効に防止される。さらに樹脂の相互間が密着する
ことにより、耐湿性及び放熱性が向上する。
インナ樹脂に添加されるワックスの主成分が炭化水素
類である場合には、これとは逆に外部活性が高くインナ
樹脂表面に染みだし易い上に、融点が高く高温での粘度
も高い。また極性が小さく空気中で酸化され易いために
アウタ樹脂との密着性が悪く、剥離し易いために耐湿
性、放熱性が低くなる。このため、剥離防止用にインナ
樹脂表面を研磨するホーニング工程や、インナ樹脂表面
に浮き出たワックスを燃焼させて除去するバーニング工
程、インナ樹脂内部での架橋反応を飽和させて硬度を下
げるアフターキュア工程等の処理工程が必要となり、コ
ストの増大や歩留りの低下を招くことになるが、本発明
の製造方法によればこのような処理工程を導入しなくと
も有効に剥離が防止され、耐湿性、放熱性が共に向上す
る。この結果、この方法により製造することでコスト低
減及び歩留りの向上がもたらされる。
発明の具体的説明 本発明の多重モールド型半導体装置及びその製造方法
について、以下に説明する。第１図に製造方法の工程を
示す。半導体チップをリードフレーム上にマウントし、
ワイヤボンディングを行って接続する（ステップ10
1）。そしてこの半導体チップをインナ樹脂用の金型の
キャビティに載置して溶融したインナ樹脂を注入し、硬
化した後取り出す（ステップ102）。ここでインナ樹脂
に添加するワックスとして、その主成分がエステル類、
脂肪酸系、脂肪酸金属塩系、脂肪アルコール、多価アル
コール、脂肪酸アミドのうちの少なくともいずれか１種
の化合物であるものを使用する。そしてこのようなイン
ナ樹脂で封入された半導体チップをアウタ樹脂用金型の
キャビティに載置し、アウタ樹脂を注入して硬化後に取
り出す（ステップ103）。
従来は第２図を用いて説明したように、インナ樹脂と
アウタ樹脂との界面の密着性を高めるために、ホーニン
グ工程やバーニング工程、アフターキュア工程等のイン
ナ処理工程（ステップ201）をアウタ樹脂成形前に導入
する必要があったが、本発明では導入しなくとも密着性
は十分に高い。
従来の製造方法で密着性が低かった原因として、形成
されたインナ樹脂の表面に浮き出す樹脂添加物に着目し
た。特に低応力剤等の特別な添加物を加えていない樹脂
においては、離型材として添加されるワックスの影響が
大きいと推測し、インナ樹脂のワックスの成分の選定を
行った。従来添加されていたワックスの主成分を炭化水
素類であり、このワックスの特徴として（１）外部活性
が高く、樹脂表面に染みだし易い（２）融点が100℃以
上と比較的高い（３）高温での粘度が高い（４）極性が
小さく、他の成分から成るワックスとの相溶性が劣る
（５）空気中で酸化され易く、酸化により脆くなるとい
った点が挙げられる。このため、インナ樹脂として炭化
水素類を主成分としたワックスを添加させたものを用い
ると、インナ樹脂表面に高粘度のワックス層が形成され
易く、さらにこのワックス層はアウタ樹脂形成時に流れ
にくく、またアウタ樹脂に添加されたワックスと馴染み
にくい。この結果インナ樹脂とアウタ樹脂の界面の密着
度が低くなり剥離が生じ、耐湿性や熱伝導性が低下した
りすることになる。
これに対し、エステル類、脂肪酸系、脂肪酸金属塩
系、脂肪アルコール、多価アルコール、脂肪酸アミドを
主成分としたワックスは、（１）外部活性が低く樹脂表
面に染みだし難い（２）融点が100℃よりも低い（３）
高温での粘度が低い（４）極性が大きく、他の成分から
成るワックスとの相溶性に優れる（５）空気中で酸化さ
れ難いといった特徴がある。このためインナ樹脂に添加
させるワックスとして、このような化合物を主成分とし
たものを用いると、インナ樹脂表面にはワックス層は形
成され難く、形成されたとしても粘度が低いためアウタ
樹脂形成時に流れ易く、またアウタ樹脂に添加されたワ
ックスとも馴染み易い。従ってインナ樹脂とアウタ樹脂
とが密着し易く、剥離が防止され、さらに耐湿性及び熱
伝導性が向上することになる。
（実施例） 本発明を、以下の例を参照して具体的に説明する。
実施例 エステル類、脂肪酸系、脂肪酸金属塩系、脂肪アルコ
ール、多価アルコール、脂肪酸アミドのうちのいずれか
一つの化合物を主成分とするワックスを添加したエポキ
シ樹脂をインナ樹脂として用いて成形し、この後ホーニ
ング工程やバーニング工程、アフターキュア工程等のイ
ンナ処理工程を経ずに、アウタ樹脂で包囲した。樹脂成
形条件としてはインナ成形、アウタ成形共に金型温度が
150〜200℃、成形時間は20〜360秒とした。
比較例１ 炭化水素類を主成分とするワックスを添加したエポキ
シ樹脂をインナ樹脂として用いて成形し、ホーニング工
程、アフターキュア工程等のインナ処理工程を経た後、
アウタ樹脂で包囲した。樹脂成形条件は実施例と同様
に、インナ成形、アウタ成形共に金型温度が150〜200
℃、成型時間は20〜360秒とした。
比較例２ 炭化水素類を主成分とするワックスを添加したエポキ
シ樹脂をインナ樹脂として用いて成形し、インナ処理工
程を経ずにアウタ樹脂で包囲した。樹脂成形条件として
は実施例１及び比較例１と同様に、インナ樹脂、アウタ
樹脂共に金型温度が150〜200℃、成型時間は20〜360秒
とした。
インナ、アウタ界面の剥離検査 上記の実施例、比較例１及び２によって各々100個ず
つ得られた半導体装置の界面を、成形直後に顕微鏡で観
察して剥離の有無を調べた。その隔離の発生率の検査結
果を第１表に示す。
赤外線リフロー後のクラック検査 実施例、比較例１及び２によって各々100個ずつ得ら
れた半導体装置を、高温高湿槽に一定時間おいて飽和吸
湿させた後、赤外線リフローを240℃、時間約10秒間の
条件で、クラックの発生の有無を顕微鏡により調べた。
その結果を第２表に示す。
半田浸漬後のクラック検査 実施例、比較例１及び２によって各々100個ずつ得ら
れた半導体装置を、高温高湿槽に一定時間おいて飽和吸
湿させた後、約260℃の半田に約10秒間全体を漬ける半
田丁漬けを行った後、クラックの派生の有無を顕微鏡に
より調べた。そのクラックの発生率の検査結果を第３表
に示す。
対湿性検査 実施例、比較例１及び２によって各々100個ずつ得ら
れた半導体装置を、高温高湿槽（温度125℃、湿度100％
RH）の内部に96時間置いた後、電気的特性を検査して不
良発生率を調べた。その結果を第４表に示す。
以上の検査結果から、本発明の製造方法により製造さ
れた半導体装置には、インナ樹脂とアウタ樹脂との界面
に剥離が生じないことがわかる。さらに、半田浸漬ある
いは赤外線リフローにより半田漬けを行った場合にもク
ラックが発生しない。従来の製造方法によれば、インナ
処理工程を導入した場合にも半田浸漬後のクラックの発
生を防ぐことはできなかったが、本発明の製造方法によ
れば防止が可能であるため、半田浸漬保証が可能であ
る。また耐湿性に関しても、従来はインナ処理工程を導
入した場合にも耐湿性の保証が不可能であったが、本発
明によれば全く電気的特性に不良は発生しておらず、大
幅に向上していることがわかる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明の多重モールド型半導体装
置の製造方法は、インナ樹脂に添加されるワックスの主
成分としてエステル類、脂肪酸系、脂肪酸金属塩系、脂
肪アルコール、多価アルコール、脂肪酸アミドのうち
の、少なくともいずれか１種の化合物を用いるため、ワ
ックスの外部活性は低くインナ樹脂の表面へ染みだし難
い上に、表面に染み出してワックス層を形成したとして
も、融点が低く高温での粘度も低いためアウタ樹脂を形
成する際にこのワックス層は流れ易く、さらに極性が大
きいためアウタ樹脂に添加されているワックス層とも相
溶し易い。また空気中で酸化され難く、酸化により脆く
なることもない。このためこの方法により製造された装
置は、インナ樹脂とアウタ樹脂との界面が密着し、剥離
が有効に防止されると同時に樹脂間が密着することによ
り、耐湿性及び放熱性が向上する。この結果、ホーニン
グ工程等のインナ処理工程を削減することができ、コス
ト低減及び歩留りの向上を達成する。さらに、製品自体
の性能も向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の多重モールド型半導体装置の製造方法
を示したフローチャート、第２図は従来の多重モールド
型半導体装置の製造方法を示したフローチャート、第３
図から第７図は本発明の多重モールド型半導体装置の製
造方法の適用が可能な装置の断面構造を示した縦断面図
である。 １…インナ樹脂、２…アウタ樹脂、３…リードフレー
ム、４…発光素子、５…受光素子、６…バイポーラIC、
８…低応力樹脂、９…高熱伝導樹脂、10…ポッティング
樹脂、11…ヒートシンク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東 道也 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−316461（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−71138（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−207355（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−75556（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−2554（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−86747（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−44340（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭61−29544（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】リードフレームに電気的に接続された半導
    体チップと、 前記半導体チップを封入するように成形されたインナ樹
    脂と、 前記インナ樹脂全体を包囲するように成形されたアウタ
    樹脂とを備え、 前記インナ樹脂に添加されたワックスは、その主成分が
    エステル類、脂肪酸系、脂肪酸金属塩系、脂肪アルコー
    ル、多価アルコール、脂肪酸アミドからなる群より選ば
    れた少なくとも１種の化合物であることを特徴とする多
    重モールド型半導体装置。
  2. 【請求項２】リードフレーム上に電気的に接続された半
    導体チップを、インナ樹脂用金型のキャビティに載置す
    る工程と、 前記インナ樹脂用金型の内部に溶融したインナ樹脂を注
    入し、硬化した後取り出す工程と、 取り出された前記インナ樹脂に封入された前記半導体チ
    ップを、アウタ樹脂用金型のキャビティに載置する工程
    と、 前記アウタ樹脂用金型の内部に溶融したアウタ樹脂を前
    記インナ樹脂全体を包囲するように注入し、硬化した後
    取り出す工程とを備え、前記インナ樹脂に添加させるワ
    ックスは、その主成分がエステル類、脂肪酸系、脂肪酸
    金属塩系、脂肪アルコール、多価アルコール、脂肪酸ア
    ミドからなる群より選ばれた少なくとも１種の化合物で
    あることを特徴とする多重モールド型半導体装置の製造
    方法。
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