JPH04218931A - 半導体プラスチックパッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体プラスチックパッケージに係り、特に
、モールド後の成形品の温度を最適に管理制御し、二次
キュア工程での生産合理化、一貫自動化を図り、製品の
高信頼化に好適なパッケージの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の半導体プラスチックパッケージのモールド工程は
、第１図（ａ）に示すように、あらかじめ上型２、下型
３を高温（１６０〜２５０℃）に加熱した状態で、下型
３に素子１１の乗ったリードフレーム９をセットする。

その後、上型２と下型３を型締めし、上型２、下型３の
ポット４にレジンタブレット１を投入する。ついで、第
１図（ｂ）に示すように、プランジャ５によりレジンタ
ブレット１を押圧して上型２、下型３に注入すると、加
熱溶融したレジンタブレット１は、ランナ６、ゲート７
を通って上型２、下型３で形成されたキャビティ８内の
素子１１を搭載したリードフレーム９上に流入する。レ
ジンタブレット１の充填が完了すると、上型２、下型３
内で所定の時間（３０〜９０Ｓ）加熱し、レジンを硬化
してモールドが完了する。ついで、第１図（ｏ）に示す
ように、プランジャ５を引き出し、上型２と下型３を型
開きして、突き出し、ビン１０により下型３から成形品
１２が得られる。

次に、この成形品をローダで金型から取り出し、不用部
分ランナ、ゲート等をゲートブレークにより分離する。

このとき成形品（ゲート）の温度を下げないとゲートブ
レークが困難なため、風を吹きつけて成形品の温度を下
げてからゲートブレークを行う。不用部分のなくなった
成品は、ある程度の数量になるまでラックに保管される
ため、成品の温度は室温と同じになる。成品がある程度
ラックに溜まると次の工程の二次キュア工程に移る。

これは、成品の諸物性の安定化を図るものであり、熱風
循環炉を用いてパッチ処理による加熱処理を高温で長時
間（１６０〜２５０℃×５〜６ｈｒ）行なう。

加熱処理が終わると成品を炉から取り出し、次の工程に
移る。この時の成品は、自然放冷で室温と同じ温度にな
る。第２図にモールド工程前後の各製造工程を示す。こ
れらのプロセス、装置に関する文献は、沖電気研究開発
第１３３号「モールドＩＣ自動一貫組立システム「イザ
ナギ」の開発」がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、半導体プラスチックパッケージにおい
て、製造工程上の温度変化によってパッケージ内部に生
じる熱ストレス等を考慮していない。特に、モールド工
程終了後、レジンの諸物性が安定していない状態で、ゲ
ートブレークを行うため、成形品に風を吹きつけ、ある
程度の温度（５０〜８０℃）まで急冷をしている。この
ため、成形品内部に大きな応力が発生し、パッケージク
ラックや界面剥離、変形等の不良の要因となり、問題と
なっている。また、二次キュア工程時の冷却も自然放冷
であり、成形品に大きな残留応力が発生している。さら
に、二次キュア工程は、熱風循環炉を用いてパッチ処理
による加熱処理を高温で長時間（通常１６０〜２５０℃
×５〜６ｈｒ）行なうため、モールド工程との一貫自動
化、無人化、生産の合理化を図る上で問題となっている
。

本発明の目的は、モールド工程と二次キュア工程完了ま
での成形品に加わる熱プロセスを最適に制御し、残留応
力の小さい半導体プラスチックパッケージの製造方法を
提供し、かつ、二次キュア工程の加熱処理を効率よく短
時間で行い、半導体製造工程の一貫自動化、生産の合理
化、無人化を図ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は半導体プラスチッ
クパッケージのモールド工程、二次キュア工程において
、成形品に熱ストレスが加わる冷却時の温度プロセスを
熱粘弾性応力解析シミュレーシヨンを用いて最適に制御
し、成形品内部に発生する応力を最小限に抑えたもので
ある。また、この熱粘弾性応力解析シミュレーシヨンを
用い不良発生応力値と冷却速度、冷却温度の相関を求め
、成形品の温度プロセス制御に生かしている。さらに、
従来、技術で記したモールド直後のレジン諸物性値が安
定していない状態でのゲートブレークのための急冷、モ
ールド後の室温でのラック保管をやめ、レジンの諸物性
を二次キュアで安定させたのち、ゲートブレーク等の冷
却を行うなど製造工程の移動、モールド工程と二次キュ
ア工程の連続化による製造方法、装置の開発を行った。

モールド工程と二次キュア工程を連続一貫自動化するた
めには、二次キュア工程の加熱処理を効率良く短時間で
行う必要がある。そこで、二次キュア工程の加熱処理に
遠赤外線加熱等の新規な加熱方式を用いたり、また、他
の熱風加熱、赤外線加熱、マイクロ波加熱、高周波加熱
、ＩＲ方式、遠赤外線加熱等の加熱方式の一つ、または
、複数の加熱方式の併用を用いて効率よく短時間で二次
キュアを終え、生産の合理化、一貫自動化、無人化を達
成した。

〔作用〕

上記した手段によれば、モールド工程と二次キュアの工
程を連続化し、途中の冷却工程を廃止することにより、
レジンの物性値が安定した状態で冷却を行うことになる
ので、プラスチックパッケージの残留応力が大幅に低減
でき、また、モールド後のレジンの物性が安定していな
い状態で、パッケージに応力が加わらなくなるため、パ
ッケージクラックや潜在不良となる剥離や変形を防ぐこ
とができ、高信頼の半導体プラスチックパッケージがで
きる。さらに、熱粘弾性応力解析シミュレーションを用
いることにより、各種レジン、パッケージにおける最適
温度プロセス、許容限界温度プロセスが短時間で確立で
きる。二次キュア工程の加熱方式で遠赤外線加熱方式に
、プラスチックが吸収しやすい波長（λ＝１〜２０μｍ
）を含んでいるため熱エネルギの吸収効率が高く、レジ
ンの硬化反応が促進されて、短時間で加熱硬化が完了で
きる。また、この加熱方式は、放射加熱のため、レジン
内部に、直接、電磁波の形で熱エネルギが浸透し、内部
と表層部に温度差が生じることなく加熱硬化が進む。こ
のため、パッケージに歪、応力が生じることなくパッケ
ージを完全に硬化することができる。この加熱方式を冷
却過程に用い放射冷却を行うことにより、低応力、高信
頼のパッケージが実現する。また、この二次キュア工程
での加熱方式に、複数の加熱方式を併用することにより
、伝導、対流、放射の熱伝達形態で効率よくパッケージ
を加熱・反応させることができる。以上のことから、モ
ールド工程から二次キュア工程の一貫自動化、生産の合
理化が達成でき、かつ、製品の信頼性を大幅に向上する
ことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第３図ないし第６図を用いて説
明する。

第３図に熱粘弾性応力解析シミュレーションによって、
レジンの軟化が開始する温度、いわゆる、ガラス転移温
度Ｔｇとリードフレームとレジンとの界面に生じる残留
応力の関係について解析した結果を示す。このように、
レジンのガラス転移温度Ｔｇが高くなれば、リードフレ
ームとレジンとの界面に生じる残留応力は減少している
。このことから、レジンの物性値の安定していない状態
、すなわち、ガラス転移温度Ｔｇの低い状態で冷却を行
うと大きな残留応力が界面に発生し、剥離等の不良が生
じるおそれがある。そこで、モールド後の冷却を廃止し
、あるいは、冷却しても剥離等の不良が発生しない冷却
プロセスを用いた工程をとる。

このように、熱粘弾性応力解析シミュレーションを用い
て解析した結果、以下に示す工程がパッケージの低応力
化に有効であることがわかった。次に、その工程と温度
プロセスの一例について説明する。第４図に現行の温度
プロセスと本発明による温度プロセスを示す。なお、解
析に使用したレジンは、無機フィラ充填エポキシ樹脂で
あって、溶融石英フィラ５０〜８０ｖｏｌ％入りのフェ
ノール・ボラック型エポキシ樹脂である。この樹脂のガ
ラス転移温度Ｔｇは１３５〜１８０℃程度である。また
、半導体封止用樹脂は、上記、エポキシ樹脂のみに限定
されるものでなく、他の封止材料も同様に適用できる。

第４図（ａ）に現行のモールド工程から二次キェア工程
完了までの温度プロセスを示す。まず、金型温度Ｔｍ１
６０〜２５０℃、成形時間ｔｍ３０〜９０ｓでモールド
し、金型から取り出しゲートブレークを行うため、熱伝
達係数ｈ１で冷却を行ってゲートブレークを完了し、ラ
ックに保管する。その後、ｔ１時間経過した後、再び、
熱風加熱（Ｔ２の温度ｔ２時間加熱）によっていわゆる
二次キュアを行い、封止用樹脂の硬化反応を完了させ物
性を安定させた後、冷却して一連の工程を完了し、製品
を得る。

第４図（ｂ）はモールド後、モールド温度と同じ温度で
連続的に加熱し、樹脂の反応を十分進行させた（ガラス
転移温度Ｔｇが上昇）後にＴｇ近傍に一度保持し、その
後、冷却する工程である。第４図（ｃ）から（ｅ）はモ
ールド後より高い温度で加熱する例を示したものである
。

第４図（ｆ）、（ｇ）は本発明の実施例を示したもので
ある。すなわち、第４図（ｆ）はモールド後に加熱温度
を種々変化させた後、段階的に冷却させる工程を示した
ものである。第４図（ｇ）にモールド後にパッケージが
一度冷却された状態から、再び、加熱する工程を示した
ものである。勿論、本発明の加熱方式には遠赤外線加熱
方式を採用している。また、第４図（ｇ）でモールド後
、一度冷却しているが、この場合、冷却温度はレジンの
ガラス転移温度（Ｔｇ）より下がってもよい。さらに、
第４図（ａ）の温度プロファイルで、冷却後の加熱工程
（Ｔ２、ｔ２）に遠赤外線加熱方式を用いれば加熱時間
の大巾な短縮が可能となる。

第５図は本発明の実施例におけるデータを示したもので
、比較例（従来の熱風加熱方法を採ったもの）に比べて
、遠赤外線加熱方式を採用した本発明の実施例では極め
て短時間でガラス転移温度が上昇し、レジンの硬化反応
が十分完了したことを示している。

第６図は遠赤外線加熱方式が何故効率的かを示したもの
で、エポキシ樹脂の吸収波長に合った波長の電磁波を遠
赤外線ヒータが放射していることを示した分析データで
ある。

第７図は本発明の一実施例を示す製造装置の断面構成図
である。すなわち、この装置は各種ゾーンから成ってお
り、まず、トランスファ成形機２１でモールドしたパッ
ケージ２２を金型から取り出し、搬送路面２４の上にお
き、加熱装置２５によって上・下から遠赤外線を照射す
る。この工程でレジンの硬化反応が進み、物性が安定す
ることになる。ついで、加熱照射されたパッケージ２２
は搬送路面２４を移動し、加熱収納装置２６に入り、順
次、冷却され次工程でゲート等の不要物を分離すればよ
い。勿論、ここでは図示しないが、トランスファ成形機
２１でモールドしたパッケージ２２を冷却しゲート等を
分離収納した後に、加熱装置２５を使ってパッケージ２
２を加熱するような工程を採ってもよい。すなわち、こ
の方法はモールドした後、一度、パッケージを冷却して
、その後、再び、遠赤外線等で加熱する第４図（ａ）に
示す工程の場合である。

本実施例を比較例（従来工程）と比べると第１表に示す
ような顕著な効果が認められる。

特に、モールド工程から完了までの処理時間の短縮効果
が著しく、比較例を１００％とすると５％程度まで短縮
できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、モールド工程と二次キュア工程完了ま
での成形品に加わる熱プロセスを最適に制御し、残留応
力の小さい半導体プラスチックパッケージの製造方法を
提供することができ、生産の自動化、合理化、無人化も
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の半導体プラスチックパッケ
ージを成形する工程図、第２図はパッケージの製造工程
のフローチャート、第３図は残留応力に及ぼすレジンの
ガラス転移温度の影響の特性図、第４図（ａ）〜（ｅ）
は従来例の温度プロファイル特性図、第４図（ｆ）、（
ｇ）は本発明の実施例の温度プロファイル特性図、第５
図は本発明の実施例を従来例と比べた説明図、第６図は
遠赤外線の放射波長とエポキシ樹脂の吸収スペクトル図
、第７図は本発明の装置の側面図を示す。 １…レジンタブレット、２…上型、３…下型、４…ポッ
ト、５…プランジャ、６…ランナ、７…ゲート、８…キ
ャビティ、９…リードフレーム、１０…突き出しピン、
１１…素子、１２…成形品。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体プラスチックパッケージの製造法に
   お いて、 チップを搭載したリードフレームを成形機でレジンモー
   ルドし、型開き後、加熱機構によって連続的にパッケー
   ジを加熱し、レジンを充分反応硬化させた後に冷却する
   ことを特徴とする半導体プラスチックパッケージの製造
   方法。
2. 【請求項２】請求項１において、型開き後から前記加熱
   機構に前記パッケージを搬送する際の制御温度は、下限
   温度として前記パッケージに界面剥離、クラック等の不
   良が発生しない温度とし、上限として、前記レジンや素
   子に悪影響を及ぼさない温度とする半導体プラスチック
   パッケージの製造方法
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記レジンモ
   ールドによって形成した前記パッケージを一度冷却した
   後、遠赤外線照射によって前記レジンの硬化反応を十分
   進めた後、取り出す半導体プラスチックパッケージの製
   造方法。