JP2020009976A - 樹脂封止金型および半導体装置の製造方法 - Google Patents

樹脂封止金型および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】樹脂封入時にリードフレームのタイバー変形が生じない樹脂封止金型を提供する。【解決手段】半導体素子を搭載したリードフレーム組立体を保持し、樹脂封止して半導体装置を形成するキャビティを備える樹脂封止金型において、キャビティ２２の周囲に設けられたタイバー押さえ部２４ａ、２４ｂの外側に突起部２３を備えることで、タイバー２の変形を防止する。【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂封止金型および半導体装置の製造方法に関する。
図５は従来の樹脂封止金型とリードフレームを示す図である。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。樹脂封止金型は樹脂封止体を成形するキャビティ３２が設けられた下型３１ａと、この下型３１ａと協働してリードフレーム１を挟み、下型３１ａと同様のキャビティ３２が形成された上型（不図示）で構成されている。
半導体素子が搭載されたリードフレーム１を樹脂封止する場合は、まず、半導体素子が搭載されたリードフレーム１を下型３１ａに載置する。次に、上型でリードフレーム１を挟み込み、溶融樹脂をキャビティ３２に注入し、硬化させてから成形された樹脂外部体を型より取り外して成形を完了していた。樹脂封止する際、キャビティ３２に注入された樹脂はリードフレーム１と金型内面との隙間を通して流れ込み、リードフレーム１のタイバー２で溶融樹脂の流れを阻止しているため、かなりの樹脂圧がタイバー２に掛かることになり、この樹脂圧に耐えるタイバー２が必要であった。（例えば、特許文献１参照）
特開平２−１６５６４４号公報
しかしながら、近年の半導体装置は多端子化が進んでリード間ピッチが狭くなり、リード間を結合するタイバーの切断が困難になっている。タイバーの切断には切断用パンチを用いるが、リード間ピッチがリードフレームの厚さ以下になると、切断用パンチに過大な負荷が掛かるようになる。そこで、タイバーを細くすることで切断を容易にすることが可能であるが、細いタイバー２は樹脂封入時の圧力によって変形することがあり、溶融樹脂の流出を阻止できないという課題がある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、細いタイバーであっても樹脂封入時の圧力によってタイバーが変形することのない樹脂封止金型を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明では以下の手段を用いた。
半導体素子を搭載したリードフレーム組立体を保持し、樹脂封止して半導体装置を形成するキャビティを備える樹脂封止金型において、
前記キャビティの周囲に設けられたタイバー押さえ部の外側に突起部を備えることを特徴とする樹脂封止金型とした。
半導体素子を搭載したリードフレーム組立体を樹脂封止して半導体装置を形成する製造方法であって、
複数のリードがタイバーで結合され、前記リードに電気的に接続された半導体素子をダイパッド上に搭載したリードフレーム組立体を準備する工程と、
タイバー押さえ部の外側に突起部を備える樹脂封止金型を準備する工程と、
前記リードフレーム組立体を前記樹脂封止金型に、前記タイバーの外側面と前記突起部の内側面を近接して載置する工程と、
前記樹脂封止金型の上型および下型で前記リードフレーム組立体を挟みこむ工程と、
前記リードフレーム組立体を樹脂封止して樹脂封止体とする工程と、
前記樹脂封止体から前記タイバーを切断する工程と、
前記樹脂封止体から露出する前記リードを成形する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法を用いた。
以上説明したように、本発明の樹脂封止金型を用いれば、樹脂封止中にタイバー変形が発生せず、これに伴うリード曲がりを生じない。
本発明の第１の実施形態にかかる樹脂封止金型とリードフレームを示す図である。 本発明の第１の実施形態にかかる樹脂封止金型とリードフレームを示す拡大図である。 本発明の第１の実施形態にかかる樹脂封止金型を用いた半導体装置の製造工程を示す図である。 本発明の第１の実施形態にかかる樹脂封止金型とリードフレームを個別に示す図である。 従来の樹脂封止金型とリードフレームを示す図である。
以下、本発明における実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかる樹脂封止金型とリードフレームを示す図である。これは樹脂封止金型の下型２１ａの上にリードフレーム１を載置した態様を示しており、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。
図１（ａ）に示すように、リードフレーム１は半導体素子を載せるためのダイパッド３と、ダイパッド３をフレーム枠１ａと接続する吊りリード４と、ダイパッド３の周囲に離間して設けられたリード４と、リード４と隣接するリード４との間を接続するタイバー２とからなる。図１（ｂ）に示すように、ダイパッド３はリード４に対しダウンセットされ、下型２１ａのキャビティ２２の底面に接する構成となっている。キャビティ２２の周縁部の外側には突起部２３が設けられ、その突起部２３から見てキャビティ２２の方向の内側面に近接してタイバー２が配置されている。全ての箇所において突起部２３の高さはリードフレーム１の厚みよりも小さく設けられている。１０ｃｍ角を超えるサイズのリードフレーム１になると、その面内の厚みバラツキは大きく、その厚みの最小値よりも低くなるように突起部２３の高さを設定している。突起部４の機能からすれば、その高さはリード４の厚みの半分以上あれば良い。このようにすることで、リードフレーム１を上型２１ｂと下型２１ａで型締めした場合にリード４の厚みは幾分薄くなり高さが減少した場合でも、突起部２３の上面と対向する樹脂封止金型の上型の下面が接することなく、十分な型締めが可能となる。
本図では、ダイパッド３の周囲にリード４が片側４本ずつ配置され、リード４と隣接するリード４との間を接続するタイバー２が３本、リード４とフレーム枠１ａとの間を接続するタイバー２が２本、計５本のタイバー２がダイパッド３の片側に配置されている。突起部２３はタイバー２に対し１対１で配置されており、計５個の突起部２３がキャビティ２２の片側に配置される構成となっている。
図２は本発明の第１の実施形態にかかる樹脂封止金型とリードフレームの拡大図であり、タイバー２と突起部２３が近接する領域の部分拡大図である。図２（ａ）は樹脂封止金型の上型とリードフレームが接する箇所における断面、図２（ｂ）は樹脂封止金型の上型とリードフレームが接しない箇所における断面を示している。
図２（ａ）に示すように、タイバー２の外側面２ａと突起部２３の内側面２３ａが近接するように配置され、該外側面２ａおよび該内側面２３ａが下型２１ａの上面に対し垂直になるように設けられている。具体的にはタイバー２の外側面２ａと突起部２３の内側面２３ａは２０μｍ〜５０μｍの距離をおいて配置される。タイバー２の底面は下型のタイバー押さえ部２４ａと接し、タイバー２の上面は上型のタイバー押さえ部２４ｂと接している。そして、上述したとおり、突起部２３の高さをリード４の厚みよりも小さくしている。リードフレームには厚みバラツキがあり、その厚みバラツキはタイバー２の領域にも存在し、上型２１ｂと下型２１ａで型締めした場合、厚い箇所のタイバー２は十分に潰され、薄い箇所のタイバー２の潰しは僅かである。このように、潰しが僅かな箇所のタイバーは上型２１ｂと下型２１ａによるクランプが十分でなく、樹脂圧によってタイバー２が曲がることがある。しかしながら、上記のように、タイバー２の外側面２ａが下型２１ａに対し垂直である場合、突起部２３の内側面２３ａを垂直形状にすることでタイバー２の曲がりを防止できる。より好ましくは、図２（ｃ）に示すように、突起部２３の内側面２３ａをタイバー２側へ傾斜し、逆テーパー形状の内側面２３ａとすると良い。
図２（ｂ）は樹脂封止金型の上型とリードフレームが接しない箇所における突起部の断面図である。タイバー２の外側面２ａと突起部２３の内側面２３ａが近接するように配置され、該外側面２ａおよび該内側面２３ａが下型２１ａの上面に対し垂直になるように設けられている。具体的にはタイバー２の外側面２ａと突起部２３の内側面２３ａは２０μｍ〜５０μｍの距離をおいて配置される。タイバー２の底面は下型のタイバー押さえ部２４ａと接し、タイバー２の上面は上型のタイバー押さえ部２４ｂと接してなく、タイバー２の上面と上型のタイバー押さえ部２４ｂの間には隙間が存在する。樹脂封止金型では樹脂充填を良くするためにリードフレームの全ての面をクランプすることなく、部分的に逃がしベントをする箇所を設けるが、逃がしベントは金型内の空気のみを外へ出すための隙間であって、その大きさは５μｍ〜１０μｍ程度である。このような設定とすることで空気は系外へ出るが、金型内の溶融樹脂が金型外へ流出することを防止できる。
上記のように、タイバー２の上面が上型のタイバー押さえ部２４ｂが接しない箇所では上型のタイバー押さえ部２４ｂと下型のタイバー押さえ部２４ａによる型締めが行われないため、図の左方向から与えられる樹脂圧によってタイバー２の右方向（タイバーの外側面２ａ方向）への曲がり変形が起こりやすく、リードフレームの厚みが０．４ｍｍ程度であっても樹脂圧に耐えきれず、タイバー２の曲がり変形に至ることがある。タイバー２の外側面２ａが下型２１ａに対し垂直である場合、突起部２３の内側面２３ａを垂直形状にすることでタイバー２の曲がりを防止できる。さらには、タイバー３の外側面２ａは垂直であるのに対し、突起部２３の内側面２３ａをタイバー２側へ傾斜し、逆テーパー形状の内側面２３ａとすることでタイバー２の曲がりをより効果的に抑えることができる。
このように、突起部２３を設けることにより、上型２１ｂと下型２１ａとでリードフレーム１を挟み込むときに生ずるタイバー２とリード４で囲むキャビティ２２の外側を突起部２３で塞ぐことになるのでキャビティ２２に注入された溶融樹脂による圧力はタイバー２を介してこの突起部２３に阻止されるので、リードフレーム１のタイバー２が変形することがない。したがって、タイバー２に変形に伴うリード４の変形を防止できる。
リード間ピッチが狭くなり切断用パンチ幅がリードフレームの厚さ以下となった場合でも、細いタイバーが適用できるため切断用パンチに過大な負荷が掛かりにくく切断が容易になり切断用パンチの寿命が長くなるという効果が得られる。
また、この突起部２３を設けることによりリードフレーム１の位置決めが容易に出来るので、従来必要であったゲートピンが本発明の実施形態においては不要になる。
以上では、突起部２３を下型２１ａ上に設けた実施形態にて説明したが、突起部２３は上型２１ｂに設けても良い。また、上型２１ｂと下型２１ａの両方に突起部２３を設ける構成でも良い。
次に、図を参照して半導体装置の製造工程を説明する。
図３は本発明の第１の実施形態にかかる樹脂封止金型を用いた半導体装置の製造工程を示す図である。
先ず、図３（ａ）に示すように、リードフレーム素材として０.２０ｍｍ程度の厚みで比較的熱伝導が良好で強度の高いＣｕ合金の薄板６を準備する。次に、図３（ｂ）に示すように、ダイパッド３、リード４、吊りリード５（不図示）、タイバー２を打ち抜き加工により一体形成する。リードフレームの形成には、打ち抜き加工に代えてエッチング加工を利用しても良い。そして、少なくともリード４の金属細線７が接続される領域の表面にＡｇめっきを施す。次に、吊りリード５を屈曲しダイパッド３をダウンセットする。このときのダウンセット量は樹脂封止した半導体装置の底面からダイパッド３の裏面が露出する程度に調整する。以上の薄板の準備と打ち抜き加工等を経て、半導体装置に用いるリードフレーム１が完成する。
次に、図３（ｃ）に示すように、ダイパッド３の上に接着剤を介して半導体素子３０を搭載して固着させ、さらに、ダイパッド３上に固着された半導体素子３０上のボンディングパッドとリード４とをＡｕ等の金属細線７を用いて電気的に接続してリードフレーム組立体１０を形成する。
次いで、図３（ｄ）に示すように、半導体素子３０を固着したリードフレーム組立体１０を樹脂封止金型２１の下型２１ａ上に載置する。図示していないが、その際、タイバー２を下型２１ａのキャビティ２２と突起部２３の間に配置する。このとき、タイバーの外側面が突起部の内側面と近接するように配置する。図４には載置前のリードフレームと樹脂封止金型の下型を分けて図示している。図４（ａ）はリードフレーム１の平面図であり、ダイパッド３、リード４、吊りリード５、タイバー２を有する形状である。図４（ｂ）は樹脂封止金型の下型２１ａの平面図であり、中央部のキャビティ２２の周囲に、キャビティ２２の周縁部の外側に突起部２３を有する形状である。突起部２３はタイバー２と同数設けられ、本例では片側に５個ずつ配列され、両側で１０個の突起部２３が設けられている。リードフレーム１が下型２１ａ上に載置されたときの平面図が先に説明した図１になる。
次に、図３（ｅ）に示すように、１８０ ℃ 程度に加熱された樹脂封止金型２１の上型２１ｂと下型２１ａでリードフレーム１を挟んで各リード４の付け根部とタイバー２とを上下方向から型締めし、溶融した封止樹脂をキャビティ２２突起部２３内へ流入させ充填する。図示していないが、このとき、タイバー２の外方には突起部２３が近接しているためタイバー２が細いものであってもタイバー２の曲がり変形が生じない。また、これに伴うリード曲がりも生じない。
その後、封止樹脂が熱硬化したら、半導体装置の樹脂封止体１１を樹脂封止金型２１から取り出し、次に、リード４を錫めっきなどで被覆する。その後、切断装置を用いてタイバー２およびタイバー２より内側のリード４間に充填された樹脂バリを切断し、隣接するリード４を分離する。タイバー２が樹脂封止体１１と近接して設けられている場合はタイバー２のみを切断すれば良い。次に、リード成型装置によって、樹脂封止体１１から露出するリード４の先端をフレーム枠から切断した後、所定の形状に成形する。以上の工程を経て、半導体装置が完成する。
以上では、突起部２３を下型２１ａ上に設けた実施形態にて説明したが、突起部２３は上型２１ｂに設けても良い。また、上型２１ｂと下型２１ａの両方に突起部４を設ける構成でも良い。
１ リードフレーム
１ａ フレーム枠
２ タイバー
２ａ タイバーの外側面
３ ダイパッド
４ リード
５ 吊りリード
６ 薄板
７ 金属細線
１０ リードフレーム組立体
１１ 樹脂封止体
２１ 樹脂封止金型
２１ａ 樹脂封止金型の下型
２１ｂ 樹脂封止金型の上型
２２ キャビティ
２３ 突起部
２３ａ 突起部の内側面
２４ａ 下型のタイバー押さえ部
２４ｂ 上型のタイバー押さえ部
３０ 半導体素子

Claims (8)

  1. 半導体素子を搭載したリードフレーム組立体を保持し、樹脂封止して半導体装置を形成するキャビティを備える樹脂封止金型において、
    前記キャビティの周囲に設けられたタイバー押さえ部の外側に突起部を備えることを特徴とする樹脂封止金型。
  2. 前記突起部の高さは前記リードフレーム組立体のタイバーの厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止金型。
  3. 前記突起部を前記樹脂封止金型の下型、上型の少なくとも一方に設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂封止金型。
  4. 前記突起部が前記キャビティ側に向う内側面は逆テーパー形状に傾斜していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の樹脂封止金型。
  5. 半導体素子を搭載したリードフレーム組立体を樹脂封止して半導体装置を形成する製造方法であって、
    複数のリードがタイバーで結合され、前記リードに電気的に接続された半導体素子をダイパッド上に搭載したリードフレーム組立体を準備する工程と、
    タイバー押さえ部の外側に突起部を備える樹脂封止金型を準備する工程と、
    前記リードフレーム組立体を前記樹脂封止金型に、前記タイバーの外側面と前記突起部の内側面を近接して載置する工程と、
    前記樹脂封止金型の上型および下型で前記リードフレーム組立体を挟みこむ工程と、
    前記リードフレーム組立体を樹脂封止して樹脂封止体とする工程と、
    前記樹脂封止体から前記タイバーを切断する工程と、
    前記樹脂封止体から露出する前記リードを成形する工程と、
    を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 前記樹脂封止金型を準備する工程において、前記樹脂封止金型の下型、上型の少なくとも一方に前記突起部を設けることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記リードフレーム組立体を挟みこむ工程において、前記突起部の表面が対向する前記樹脂封止金型の表面に接触しないことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記タイバーを切断する工程において、さらに前記タイバーと前記樹脂封止体との間に充填された樹脂バリも除去することを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
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