JPH08162486A - 半導体素子の樹脂封止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】半導体素子をトランスファー成形で樹脂封止す
るに際し、予じめ成形温度に加熱された封止樹脂プレフ
ォームを金型２のゲート５近傍まで加圧移送し、ゲート
５近傍において封止樹脂９の成形温度におけるゲル化時
間内の所定時間停止状態に維持した後、封止樹脂９を再
度加圧して半導体素子が配置されたキャビティ６内に流
入させ、この半導体素子を樹脂封止する半導体素子の樹
脂封止方法。 【効果】半導体素子をトランスファー成形で樹脂封止す
るに際し、予め成形温度で封止樹脂をゲート近傍まで加
圧移送し、樹脂の成形温度におけるゲル化時間内の間封
止樹脂の流動を停止または停止状態に近い状態に維持し
た後、加圧成形することにより、パッケージの反りを防
止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子をトランス
ファー成形で樹脂封止する方法に関し、特に片面成形パ
ッケージの作成において、パッケージの反りを防止して
樹脂封止し得る半導体素子の樹脂封止方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】最近、
半導体のパッケージはほとんどが表面実装化され、かつ
小型化、薄型化、軽量化が進み、基板への実装密度が飛
躍的に高まっている。しかし、一方では薄型化や、ＢＧ
Ａ（ボールグリッドアレー）パッケージのような片面成
形のパッケージも開発されている。これらのパッケージ
は封止樹脂と基板材料やリードフレームなどとの膨張係
数の違いから、成形時にパッケージが反ってしまうとい
う大きな問題を抱えている。パッケージが反っている場
合、リードや半田ボールが平面上に存在しなくなるた
め、基板への実装で完全に基板とリードやボールを接続
できないことから大きな問題となる。

【０００３】このような問題を解決するため、従来より
封止樹脂サイドからの検討が種々なされているが、封止
樹脂の改良のみではかかる問題点を完全に解決すること
はできない。

【０００４】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
トランスファー成形法により片面成形パッケージなどを
反りを可及的に防止して樹脂封止し得る半導体素子の樹
脂封止方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、上
記半導体パッケージの反りを防止することについて、そ
の成形方法の面から検討した。即ち、半導体素子は従来
からワンポットタイプのトランスファー成形機やマルチ
ポットタイプのトランスファー成形機を用いて成形封止
されている。最近では樹脂の使用効率の向上や短時間硬
化などのため、マルチポットタイプの成形機が数多く使
用されている。このトランスファー成形においては、封
止樹脂プレフォーム（タブレット）を成形温度にプレヒ
ートし、この成形温度に加熱された封止樹脂プレフォー
ムをプランジャーにより加圧して金型ゲートより半導体
素子が配置された金型キャビティ内に流動させ、該半導
体素子を加圧成形により樹脂封止するものであるが、本
発明者はトランスファー成形機を用い、成形条件とパッ
ケージの反りについて詳しく検討した結果、樹脂プレフ
ォーム（タブレット）をプレヒートしても、成形時にお
ける樹脂プレフォーム（タブレット）内の温度の不均一
性により、従来の成形方法ではキャビティ内に流入した
樹脂に温度むらが生じ、硬化反応が均一に進まず、パッ
ケージが反ることを見い出した。

【０００６】この知見に基づき、更に検討を進めた結
果、従来のように成形温度に加熱された封止樹脂プレフ
ォームを金型のキャビティ内にゲートを通って一挙に加
圧流入させるのではなく、まず成形温度に加熱された封
止樹脂プレフォームを金型のゲート付近まで加圧移送
し、ここでこの封止樹脂を該封止樹脂の成形温度におけ
るゲル化時間内の所定時間停止状態（完全停止乃至完全
停止状態に近い状態）に維持した後、再度加圧し、半導
体素子をトランスファー成形することにより、パッケー
ジの反りを防止し得ることを知見し、本発明をなすに至
ったものである。

【０００７】従って、本発明は、半導体素子をトランス
ファー成形で樹脂封止するに際し、予じめ成形温度に加
熱された封止樹脂プレフォームを金型のゲート近傍まで
加圧移送し、このゲート近傍において上記封止樹脂を該
封止樹脂の成形温度におけるゲル化時間内の所定時間停
止状態に維持した後、上記封止樹脂を再度加圧して半導
体素子が配置されたキャビティ内に流入させ、この半導
体素子を樹脂封止することを特徴とする半導体素子の樹
脂封止方法を提供する。

【０００８】以下、本発明につき更に詳しく説明する。

【０００９】本発明は、半導体素子をトランスファー成
形で樹脂封止するものであり、例えばＱＦＰ（クワッド
フラットパッケージ）、ＴＱＦＰ（シンクワッドフラッ
トパッケージ）、ＴＳＯＰ（シンスモールアウトライン
パッケージ）、ＢＧＡ（ボールグリッドアレー）などの
表面実装パッケージの封止に好適に採用される。また、
成形方法としては従来から知られているトランスファー
成形や真空状態で成形するトランスファー成形などいず
れのものでも本発明の成形方法を適用することができ
る。

【００１０】而して、本発明においては、このようなト
ランスファー成形による半導体素子の封止方法におい
て、予め成形温度で封止樹脂をゲート近傍まで加圧移送
し、樹脂の成形温度におけるゲル化時間内の間封止樹脂
の流動を停止または停止状態に近い状態に維持した後、
加圧成形するものである。

【００１１】これを図１〜６に基いて説明すると、図１
〜３はＴＳＯＰパッケージを封止する場合、図４〜６は
ＢＧＡパッケージを封止する場合であって、図中１はト
ランスファー成形機のプランジャー、２は金型、３はプ
ランジャーポット部、４はランナー、５はゲート、６は
キャビティ、７は半導体素子、８はリードフレーム又は
樹脂基板、９は封止樹脂である。

【００１２】まず、予じめ封止樹脂９のプレフォーム
（タブレット）を成形温度に加熱されたプランジャーポ
ット部３（通常は１６５〜１８０℃に加熱）にセットし
（図１，４）、直ちに、望ましくは数秒放置してプレヒ
ートした後、図２，５に示したようにランナー４を通っ
てゲート５近傍までプランジャー１で加圧移送する。こ
の状態で封止樹脂９の流動を一時停止し（なお、本発明
において、停止状態とは実質的に停止している状態を示
し、完全停止状態及びこれに近い状態を包含する）、封
止樹脂のゲル化時間内の間放置する。これによりプレヒ
ートで均一に加熱されなかった封止樹脂９を一部流動化
させることで、樹脂９の温度分布を均一化させることが
出来る。なお、封止樹脂のゲル化時間は成形温度１７５
℃で約１５〜２５秒程度である。そのため、放置時間と
しては通常１０秒以下０．５秒以上、望ましくは５秒以
下１秒以上である。１０秒より長いと封止が放置時間内
で増粘し、ワイヤー変形や未充填となり、０．５秒より
短いと樹脂温度が均一にならず、成形後パッケージの反
りを招いてしまう場合がある。

【００１３】その後、プランジャー１を再度降下させて
封止樹脂９を加圧し、キャビティ６内に移送し、１〜３
分の間封止樹脂９を硬化させて、半導体素子７を封止す
る（図３，６）。次いで、硬化反応が終了した段階で、
金型を開き、成形されたパッケージを取り出す。

【００１４】図７は、従来法と本発明法におけるプラン
ジャーの降下プロファイルを示すもので、従来の成形方
法では成形開始とともにプランジャーが降下し、完全に
キャビティが充填するまでほぼ直線的にプランジャーは
降下し続ける。本発明は、プランジャーの降下を図２，
５の状態で一旦停止し、所定時間経過後、再度降下させ
るものである。

【００１５】なお、上述した成形方法において、成形温
度は反りに対し低くした方が効果的であるが、生産性の
面から１６０〜１９０℃の範囲が望ましい。特に１６０
℃〜１７５℃が硬化性と反りの面から望ましい範囲であ
る。

【００１６】また、成形圧力は３０Ｋｇ／ｍｍ² 〜１０
０Ｋｇ／ｍｍ² 、特に望ましくは４０〜７０Ｋｇ／ｍｍ
² である。３０Ｋｇ／ｍｍ² 未満では成形圧力が低すぎ
て未充填が発生しやすく、また１００Ｋｇ／ｍｍ² を超
えるとパッケージ内部に圧力に敏感な素子がある場合、
特性が変動する可能性がある。

【００１７】また、封止樹脂としては、一般に市販され
ているものであれば如何なるものでも使用可能である
が、特に本発明においては次に示されるような構成成分
より成るエポキシ封止材を好適に用いることができる。

【００１８】即ち、このエポキシ封止材（エポキシ封止
樹脂組成物）はエポキシ樹脂、その硬化材としてのフェ
ノール樹脂、無機質充填材を含有するもので、主材とな
るエポキシ樹脂は、１分子中にエポキシ基を少なくとも
２個有するものであれば如何なるものであっても良い。
例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ノボラック
型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、グリシジル型エ
ポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン環
含有エポキシ樹脂、シクロペンタジエン含有エポキシ樹
脂などが用いられ、これらエポキシ樹脂を適宜組み合わ
せても良い。これらエポキシ樹脂は軟化点が５０〜１０
０℃でエポキシ当量が１００〜４００を有するものが望
ましい。更に、難燃化のためブロム化エポキシ樹脂を使
用することができる。

【００１９】エポキシ樹脂の硬化材として作用するフェ
ノール樹脂は、例えばフェノールノボラック樹脂、クレ
ゾールノボラック樹脂、トリフェノールメタン、フェノ
ールアラルキル樹脂、ナフタレン環含有フェノール樹
脂、シクロペンタジエン含有フェノール樹脂などのフェ
ノール性水酸基を２個以上有するものが挙げられる。前
記フェノール樹脂の中でも軟化点が６０〜１２０℃を有
するものが好ましい。水酸基当量としては９０〜１５０
のものが望ましい。このフェノール樹脂の使用量はエポ
キシ基と水酸基の当量比が０．５から２の範囲であれば
如何なる量でも良いが、通常エポキシ樹脂１００重量部
に対し３０〜１００重量部、好ましくは４０〜７０重量
部である。３０重量部未満では十分な強度が得られず、
一方１００重量部を超えると未反応のフェノール樹脂が
残って耐湿性を低下させる。

【００２０】本発明で使用される封止樹脂組成物は無機
質充填材を含有するものである。無機質充填材は封止材
の膨張係数を小さくし、半導体素子に加わる応力を低下
させるためのものである。具体例としては破砕状、球状
の形状を持った溶融シリカ、結晶性シリカが主に用いら
れる。この外にアルミナ、チッ化ケイ素、チッ化アルミ
なども使用可能である。無機質充填材の平均粒径として
は５〜２０ミクロンのものが好ましい。無機質充填材の
充填量は２００〜２１００重量部が好ましく、２００重
量部未満では膨張係数が大きくなり、半導体素子に加わ
る応力が増大し、素子特性の劣化を招く。また２１００
重量部を超えると成形時の粘度が高くなり、成形性が悪
くなる。なお、硬化物の低膨張化と成形性を両立させる
ためには球状と破砕品のブレンド、あるいは球状品のみ
を用いた方がよい。この種の無機質充填材はあらかじめ
シランカップリング剤で表面処理して使用した方がよ
い。

【００２１】エポキシ樹脂とフェノール樹脂の硬化触媒
としてはイミダゾールもしくはその誘導体、ホスフィン
誘導体、シクロアミジン誘導体が代表例として挙げられ
る。触媒量としてはエポキシ樹脂１００重量部に対し
０．００１〜５重量部、好ましくは０．１〜２重量部で
ある。０．００１重量部未満では短時間で硬化させるこ
とができず、５重量部を超えると硬化速度が早すぎて良
好な成形品が得られない。

【００２２】封止樹脂組成物には低応力化のためシリコ
ーン系の可とう性付与剤を添加することができる。例え
ば、シリコーンゴムパウダー、シリコーンゲル、有機樹
脂とシリコーンポリマーとのブロックポリマーなどを配
合でき、また二液タイプのシリコーンゴムやシリコーン
ゲルで無機質充填材表面を処理しても良い。通常この種
の低応力化剤の使用量は全系の０．５〜１０％、望まし
くは１〜５％である。０．５％未満では十分な耐衝撃性
を与えず、１０％を超えると機械的強度が不十分とな
る。尚、更にシランカップリング剤、酸化アンチモン、
リン化合物などを封止樹脂組成物に配合しても良い。

【００２３】この種の組成より成る封止樹脂組成物を用
いて、前記した封止方法で成形することで、反りが少な
いパッケージを得ることができる。

【００２４】

【実施例】以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。

【００２５】〔実施例、比較例〕３２ピンの銅フレーム
を用いた１．４ｍｍ厚みのＴＳＯＰパッケージとＢＴレ
ジンを基板とした２４角の１．５ｍｍ厚みのＢＧＡパッ
ケージをそれぞれ図１〜３及び４〜６に示したように市
販のエポキシ封止材で封止した。使用したエポキシ封止
材は、ＫＭＣ２４０、ＫＭＣ２１６（いずれも信越化学
工業社製）で、その一般特性を表１に示す。また、成形
はマルチポットタイプのトランスファー成形機を用い、
その成形条件は表２に示す通りである。成形後のパッケ
ージの反り量の結果を表２に示す。なお、反り量の評価
方法は下記の通りである。

【００２６】パッケージの反り量：成形し、更にポスト
キュアー（１７５℃／６時間）した後、パッケージ５個
を用い、各々のパッケージの対角線における反りを測定
し、平均した。ＴＳＯＰパッケージの場合、８μｍ以
下、ＢＧＡパッケージの場合は２０μｍ以下を基板への
実装試験より合格品とした。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】なお、図７に実施例２と比較例１における
プランジャーの下降距離と時間との関係を示した。

【００３０】表２の結果より、本発明の樹脂封止方法の
採用によってパッケージの反りが顕著に改善されること
が認められた。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、半導体素子をトランス
ファー成形で樹脂封止するに際し、予め成形温度で封止
樹脂をゲート近傍まで加圧移送し、樹脂の成形温度にお
けるゲル化時間内の間封止樹脂の流動を停止または停止
状態に近い状態に維持した後、加圧成形することによ
り、パッケージの反りを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法に従ってＴＳＯＰパッケージを樹脂封
止する場合におけるプレヒート工程を説明する概略断面
図である。

【図２】同樹脂流動工程を説明する概略断面図である。

【図３】同加圧成形工程を説明する概略断面図である。

【図４】本発明法に従ってＢＧＡパッケージを樹脂封止
する場合におけるプレヒート工程を説明する概略断面図
である。

【図５】同樹脂流動工程を説明する概略断面図である。

【図６】同加圧成形工程を説明する概略断面図である。

【図７】本発明法と従来法におけるプランジャーの下降
状態を説明する模式図である。

【符号の説明】

１ プランジャー ２ 金型 ３ プランジャーポット部 ４ ランナー ５ ゲート ６ キャビティ ７ 半導体 ８ リードフレーム又は基板 ９ 封止樹脂

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体素子をトランスファー成形で樹脂
   封止するに際し、予じめ成形温度に加熱された封止樹脂
   プレフォームを金型のゲート近傍まで加圧移送し、この
   ゲート近傍において上記封止樹脂を該封止樹脂の成形温
   度におけるゲル化時間内の所定時間停止状態に維持した
   後、上記封止樹脂を再度加圧して半導体素子が配置され
   たキャビティ内に流入させ、この半導体素子を樹脂封止
   することを特徴とする半導体素子の樹脂封止方法。