JPH08264575A

JPH08264575A - 半導体封止方法

Info

Publication number: JPH08264575A
Application number: JP1005296A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Minami; 勝則南; Hideo Ito; 英雄伊藤
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1995-01-27
Filing date: 1996-01-24
Publication date: 1996-10-11

Abstract

(57)【要約】【課題】エポキシ樹脂封止材料を用いてロータリー成
形方式による射出成形により半導体封止を長時間連続し
て実施すること。【解決手段】回転するテーブル上に、複数の金型装置
が回転軸を中心に等角度をもって配置され、これらの金
型装置はテーブルとともに前記角度ずつ回転・停止する
ように設定され、金型装置のひとつの停止位置において
射出成形機による成形が行われるよう配置されたロータ
リー型射出成形装置を使用し、金型装置に、半導体素子
を接合しワイヤボンディングされたリードフレームを固
定する工程、エポキシ樹脂封止材料を射出成形機より射
出する工程、型閉めした状態で封止材料を硬化させる工
程、及び封止されたリードフレームを取り出す工程を有
することを特徴とする半導体封止方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エポキシ樹脂封止
材料を用いた射出成形による半導体の封止方法におい
て、ロータリー成形技術を利用するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体素子の封止に
は、エポキシ樹脂封止材料のトランスファ成形が、低コ
スト、高信頼性及び生産性に適した方法として従来より
用いられている。トランスファ成形では、エポキシ樹脂
封止材料をタブレット形状に賦形してから、金型内のポ
ットにタブレットを投入し、これを金型内で熱溶融させ
ながらブランジャーで加圧することにより流動、硬化さ
せるのが一般的である。

【０００３】しかしながら、この成形方法ではエポキシ
樹脂封止材料をタブレット状に賦形することが前提とな
るために、賦形の工程が必要である。成形された半導体
装置の形状・大きさによりタブレット形状は種々異なる
ので、賦形のための金型装置も多く必要である。また成
形毎にタブレットの投入と熱溶融が必要であるため成形
サイクルを一定時間以下に短縮できない等の点で低コス
ト化、大量生産性に限界があり、賦形等の前工程のた
め、封止材料に不純物混入の恐れも多い。更に、トラン
スファ成形においてはポットに投入された封止材料が金
型内を流動しキャビティ内に到達する迄の流路であるラ
ンナー部や、ポット内で残りのカル部が完全に硬化して
しまうため、再利用が不可能であり、必要とする半導体
パッケージ部以外に多量の樹脂廃棄物を生成してしまう
という問題がある。

【０００４】一方、エポキシ樹脂を含む熱硬化性樹脂成
形材料の成形として、射出成形方式の検討が従来より行
われてきた。射出成形においては、エポキシ樹脂成形材
料は射出成形機内に粉末状又は顆粒状にて供給され、シ
リンダー内で溶融状態を保ったままスクリューにより金
型に射出される。このため、タブレット状に賦形する工
程が不要で、また連続生産が可能であり、賦形のための
装置・時間を省略することができる。更に加熱溶融状態
となった成形材料が金型に射出されるために硬化時間が
トランスファー成形に比べ短縮できる等大量生産に適し
た方法である。

【０００５】しかしながら、エポキシ樹脂封止材料の成
形方法として射出成形は実用化されていないのが現状で
ある。その理由としては、従来のエポキシ樹脂封止材料
は７０〜１１０℃に加熱されたシリンダー内での溶融状
態では、封止材料中の樹脂の硬化反応の進行によって粘
度が増大し、５〜１０分間で流動性を失う性質を有して
おり、溶融封止材料の熱安定性が著しく低いためであ
る。このため、低圧での射出成形は不可能であり、高圧
での成形を必要とし、その結果半導体素子上のボンディ
ングワイヤを変形もしくは切断してしまい、得られた半
導体パッケージの信頼性を著しく損なう結果となると考
えられてた。

【０００６】また、金型の掃除等のための成形を一定時
間中断する場合には、エポキシ樹脂封止材料はシリンダ
ー内で硬化し、再度の射出が不可能となるため、連続生
産にも支障をきたしてしまうという問題点も指摘されて
いた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来からト
ランスファ成形に用いられているエポキシ樹脂封止材料
を使用し、射出成形により半導体を封止する方法におい
て、ロータリー成形技術を採用することにより長時間の
無人化した自動連続成形が可能であり、大量生産にも少
量多品種生産にも対応できる封止方法を提供するもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、回転す
るテーブル上に、複数の金型装置が回転軸を中心に等角
度をもって配置され、これらの金型装置はテーブルとと
もに前記角度ずつ回転・停止するように設定され、金型
装置のひとつの停止位置において射出成形機による成形
が行われるよう配置されたロータリー型射出成形装置を
使用し、半導体素子を接合しワイヤボンディングされた
リードフレームを金型装置に固定する工程、エポキシ樹
脂封止材料を射出成形機より射出する工程、型閉めした
状態で封止材料を硬化させる工程、及び樹脂封止された
リードフレームを取り出す工程を有することを特徴とす
る半導体封止方法、である。

【０００９】本発明において使用されるエポキシ樹脂封
止材料は、通常エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無
機質充填材を必須成分として含有するもので、その形状
は粉末又は顆粒状のものであり、トランスファ成形の場
合のようにタブレットにする必要はない。そして、射出
成形機のシリンダー内での熱安定性の良好なもの、及び
キャビティ内で流動性が特に良好で速やかに硬化するも
のが望ましく、これらの点を考慮すれば、組成的にはエ
ポキシ樹脂はノボラック型エポキシ樹脂、ビフェノール
型エポキシ樹脂等の溶融粘度の低いエポキシ樹脂で、特
に軟化点が５０〜８０℃のものが好ましく、硬化剤は、
ノボラック型フェノール樹脂、パラキシリレン変性フェ
ノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂
等のフェノール樹脂が例示されるが、特に軟化点が６０
〜１２０℃で、かつ１核体及び２核体成分の少ないフェ
ノール樹脂が好ましい。硬化促進剤としては、ジアザビ
シクロウンデセン（ＤＢＵ）系化合物、トリフェニルホ
スフィン等の有機ホスフィン等を使用するが、特に低温
での活性の低い潜伏性の大きなものが好ましい。

【００１０】次に、射出成形方法について説明する。射
出成形機はスクリューインライン式、プランジャ式、ス
クリュープランジャ式など特に限定されないが、温度コ
ントロールの容易さ、溶融の均一化等の点からスクリュ
ーインライン式が好ましい。シリンダー設定温度は通常
温度６５〜１１０℃であり、この範囲では温度コントロ
ールが容易であるが、溶融粘度、熱安定性の点から７０
〜９０℃が好ましい。シリンダー温度が低いと封止材料
の溶融粘度は高くなるが、熱安定性は良好になる。本発
明におけるエポキシ樹脂封止材料の場合、特に上記の好
ましい組成を使用した場合、溶融粘度が低いので、かな
り低い温度に設定することができる。但し７０℃より低
くすると温度コントロールが困難となる。一方、１１０
℃より高いと、溶融粘度が低くなり、正常な射出成形が
困難となることがあり、また熱安定性の点においても不
十分な場合が生じる。

【００１１】射出圧力は金型形状、構造あるいは封止材
料の溶融粘度等にもよるが、３０〜３００ｋｇ／ｃｍ²
が好ましい。これより高い圧力では半導体素子上のボン
ディングワイヤの変形、切断を起こす可能性があり、一
方、これより低い圧力では、キャビティ内での充填不良
を生じる恐れがある。さらに好ましい範囲は１００〜２
５０ｋｇ／ｃｍ^２である。射出圧力を低圧にコントロー
ルすることは容易であるので、温度コントロールの容易
さと相俟って低圧での長時間連続運転が可能となる。低
圧で成形することにより、ボンディングワイヤの変形が
小さいので、半導体を搭載したリードフレームの更なる
ファインパターン化が可能である。

【００１２】本発明の封止方法において、金型の設定温
度は、封止材料の硬化時間等から１５０〜１９０℃、好
ましくは１６５〜１８５℃である。このような温度で成
形サイクルは１５０秒以下、好ましい組成の封止材料の
場合８０秒以下とすることが可能である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明は、以上のようなエポキシ
樹脂封止材料を用いて半導体素子を封止する方法におい
て、ロータリー成形法を用いることを特徴としている。
以下、成形工程を図面に基づいて説明する。

【００１４】図１は本発明において使用するロータリー
型射出成形装置（一例）の概略図であり、４個の金型を
有する４ステージ型のものである。（ａ）は平面図、
（ｂ）は正面図である。（１）は射出成形機であり、
（２）はそのホッパーである。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞ
れ同一形状構造の金型装置であり、ロータリーテーブル
（３）の中心に対し、互いに９０度の角度である。Ａの
金型では封止材料の充填、保圧が行われ、このときＢ及
びＣの金型では型閉めされた状態で封止材料の硬化が進
み、Ｄの金型では型開き、成形品（樹脂封止された半導
体）の取り出し、半導体素子が接合されたリードフレー
ムのセット及び型閉めが行われる。図２は金型装置にリ
ードフレームをセットし、封止材料を注入したときの状
態を示すもので、下型の平面図である。（４）はリード
フレーム、（５）は半導体素子、（６）は封止材料であ
る。このようにしてひとつの金型装置がロータリーテー
ブル上を１回転することによりひとつの金型における成
形の１サイクルが終了する。従って、ひとつの金型での
成形サイクルが１２０秒とすると、このロータリー型成
形装置においては４ステージであるので、３０秒のサイ
クルで成形が行われることとなり、成形サイクルが大き
く短縮する。

【００１５】特に、エポキシ樹脂封止材料は加熱硬化に
ある程度の時間が必要であり、射出・充填から型開きま
での時間を短縮することは困難である。本発明のよう
に、ロータリー成形を採用することにより、実質的にこ
の時間を大きく短縮することができる。従って、成形サ
イクルの大幅な短縮が可能となるのである。

【００１６】更に、金型内にゲートカットピンを設け、
封止材料の射出・充填後このゲートカットピンを作動さ
せゲート部を遮断して、成形品とスプルー・ランナとを
分離することにより、成形品の取出し及び後加工が容易
となる。成形され取り出されたリードフレームは成形部
のフレーム部の分断とリードの折り曲げを通常同時に行
う。この時成形部の周囲に生じたバリは通常厚さがごく
薄いので容易に除去される。

【００１７】また、各金型装置のキャビティ形状を変え
たり、あるいはリードフレーム形状等を適宜変更するこ
とにより、複数種の半導体の封止を同時に行うことも可
能である。なお、成形品の取出しやリードフレームのセ
ットをロボットによる自動化を行えば、人手を要するこ
となく連続成形が可能となり、複数種の成形品を間違い
なく分別することも容易に可能である。本発明において
は、成形品の取出しからその後のリードフレームの分断
・加工をも連続して行うようにすれば、リードフレーム
の金型へのセットから成形されたリードフレームの後加
工までを一つの連続したシステムとして設計することが
できる。

【００１８】なお、本発明の半導体封止方法において、
金型として、スプルーレス金型あるいはスプルーランナ
レス金型を採用することができる。即ち、金型のスプル
ー部あるいはスプルー部とランナ部の温度を封止材料の
硬化が起り難い温度、即ち、シリンダー内の温度とほぼ
同等の温度にコントロールすることにより、成形品を取
出し後に次のサイクルでスプルー部あるいはスプルー・
ランナ部の未硬化の封止材料をキャビティ部へ注入して
成形する方式を実施することができる。この方式の実施
により、必要とする成形品以外は硬化物が殆ど発生しな
いため、プラスチック廃棄物を著しく低減できるという
長所がある。

【００１９】通常のトランスファ成形による封止の場
合、カル・ランナー部の硬化廃棄物の全封止材料に占め
る割合は４０〜６０％程度であるが、本発明の射出成形
による封止では、硬化廃棄物の割合は３０〜５０％と若
干小さくなり、スプルーレス成形では２５〜３５％、ス
プルーランナレス成形では１０〜３０％と、それぞれ大
きく低下する。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。エポキシ
樹脂封止材料として、オルソクレゾールノボラック型エ
ポキシ樹脂（エポキシ当量２００）、フェノールノボラ
ック（水酸基当量１０３）、ジアザビシクロウンデセン
化合物（硬化促進剤）及び溶融シリカを主成分とし、他
に離型剤、顔料等を配合した材料を使用した。

【００２１】射出成形機は名機製作所Ｍ−３２（スクリ
ューインライン方式）を使用し、シリンダー設定温度８
０℃、射出圧力５０ｋｇ／ｃｍ² に設定した。個々の金
型装置は２列で各列１０個の２０個取り（２０キャビテ
ィ）とし、ＩＣ素子（１６ｐＤＩＰ）を接合し、金線ボ
ンディングされたリードフレーム２本をセットするもの
である。金型温度は１７５℃に設定した。金型装置はロ
ータリーテーブル上に中心角９０度をもって４個設置し
た。

【００２２】成形工程は先に図１に基づいて説明した通
りの方法であり、ロータリーテーブルの１回転時間は１
２０秒、各ステージの停止時間約３０秒とした。このよ
うな条件にて連続成形した。リードフレームのセット、
成形品の取出しは人手による場合とロボットによる場合
とを行ったが、３０秒の停止時間中に問題なく行うこと
ができた。成形後のリードフレームはフレーム部の分断
とリードの折り曲げを行うと同時に成形部周囲のバリを
除去した。このバリはごく薄いので、フレーム部の分断
とリードの折り曲げの際に同時に除去できた。また、１
時間毎に封止された成形品について、外観、充填性、ワ
イヤスイープ、表面硬度を測定した。５時間毎の結果を
表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】（測定方法）外観、充填性：目視による観察、外観は特に光沢の良否
をみた。ワイヤスイープ：成形品に軟Ｘ線を照射して、ボンディ
ングワイヤ（２５μｍ径：長さ３ｍｍのセミハード金
線）の流れ量を測定した。ボンディング間の距離（５０
０μｍ）に対する最大ワイヤー流れ量の比を％で表し
た。表面硬度：型開き直後の成形品の表面硬度をバコール硬
度計（＃９３５）で測定した。

【００２５】これらの結果は、従来の低圧トランスファ
成形による場合と同等であり、全く問題ないことを示し
ている。従って、リードフレームの金型へのセットから
成形されたリードフレームの後加工まで長時間の連続自
動成形が可能である。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、エポキシ樹脂封止材料
による半導体封止をロータリー成形方式を用いた射出成
形により長時間連続して問題なく実施できることが明ら
かとなった。エポキシ樹脂封止材料は硬化にある程度の
時間を要するが、ロータリー成形を採用することにより
成形サイクルを大きく短縮することができる。そして、
リードフレームのセット、成形品の取出し及び成形品の
後加工等を自動化、ロボット化することにより無人の完
全自動化も可能である。

【００２７】射出成形においては、射出圧力のコントロ
ール、特に低圧のコントロール、及びシリンダー内の材
料溶融温度のコントロールが容易であり、従って、低圧
での長時間連続成形が可能であり、インサートである半
導体素子を接合したリードフレームへの圧力が小さいこ
とからリードフレームをよりファイン化することが可能
である。射出量が一定にコントロールされるので、適切
な射出量の設定によりバリの発生や充填不良を防止する
ことができる。

【００２８】封止材料は粉末又は顆粒状で射出成形機に
供給されるので、トランスファ成形にようにタブレット
形状に予備成形する必要がなく、タブレット化のための
多大な装置・時間を省略できる。更に、タブレット化等
の前工程が不要であるので不純物の混入の恐れが小さ
い。また、スプルーレス成形、スプルーランナレス成形
が採用でき、これにより成形品以外の硬化物（廃棄物）
の割合が大幅に減少する。また、金型内でゲートカット
することにより成形品の取出しや後加工が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ロータリー型射出成形装置（一例）の概略図
で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図

【図２】金型装置にリードフレームをセットし、封止
材料を注入したときの状態を示す図で、下型の平面図

【符号の説明】Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ金型装置１射出成形機２ホッパー３ロータリーテーブル４リードフレーム５半導体素子６封止材料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転するテーブル上に、複数の金型装置
が回転軸を中心に等角度をもって配置され、これらの金
型装置はテーブルとともに前記角度ずつ回転・停止する
ように設定され、金型装置のひとつの停止位置において
射出成形機による成形が行われるよう配置されたロータ
リー型射出成形装置を使用し、半導体素子を接合しワイ
ヤボンディングされたリードフレームを金型装置に固定
する工程、エポキシ樹脂封止材料を射出成形機より射出
する工程、型閉めした状態で封止材料を硬化させる工
程、及び樹脂封止されたリードフレームを取り出す工程
を有することを特徴とする半導体封止方法。
【請求項２】射出成形時、封止材料を注入後、金型を
開く前にゲート部を遮断する請求項１記載の封止方法。
【請求項３】射出成形機のシリンダー設定温度が６５
〜１１０℃である請求項１又は２記載の封止方法。
【請求項４】射出成形機の射出圧力が３０〜３００ｋ
ｇ／ｃｍ² である請求項１、２又は３記載の封止方法。