JPH09262876A - 成型方法及び半導体集積回路装置用パッケージの成型方法並びに成型装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成型型内でのモールド材の硬化時間を短縮す
る（離型のタイミングを早める）とともに、離型時に成
型体にクラックが発生するのを防止し、それによってス
ループット及び歩留まりの向上を実現することができる
モールド成型技術を提供する。 【解決手段】 成型型１の下型１Ａ内に圧縮空気の流路
２を設け、その流路２内のピストン棒４を下降させて流
路２を開き、その流路２を介して圧縮空気等の高圧ガス
を下型１Ａと成型体である半導体パッケージ３との間に
導入することにより、下型１Ａから半導体パッケージ３
を離型させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モールドによる成
型技術さらには成型型からの離型技術に関し、例えば半
導体集積回路装置用パッケージの製造に適用して有用な
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路装置は、半導体チップ
（ダイ）をダイフレーム（アイランド）の上にペースト
剤により接着し、半導体チップとリードフレームとをワ
イヤで接続すると共に、こうして得られた組立体の周り
をモールド成型して構成される。モールド成型工程は、
上型と下型とが合わされてなる成型型中に前記組立て体
を介装し、詳しくは、上型と下型との間にリードフレー
ムを挟み込み、成型型の中に樹脂を流し込み、樹脂が硬
化した後に離型が行われる。図９は、離型の様子を示す
図であり、この離型工程では、前記組立体を封入した半
導体パッケージ（成型体）３と、下型１Ａ及び上型１Ｂ
よりなる成型型１とは、相互に弱く接着されているた
め、下型１Ａ及び上型１Ｂとは夫々独立して昇降する金
属製のピン１０、１１が用いられる。離型は、先ず上型
１Ｂから行われるが、このときには下型１Ａが存在する
ため、ピン１１により成型体を軽く押さえながら上型１
Ｂを上昇させれば、容易に離型させることができる。そ
れに対して、下型１Ａの離型の場合には、上型１Ｂが既
に離れているので成型体５を押えることができず、この
ためピン（突上げピン）１０で突き上げることにより下
型１Ａから成型体３を離すようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、下型１Ａの離型の際に成型体３の上面側は
フリーであるから、ピン１０の突上げにより成型体３に
局所的に大きな力が加わる。従って、成型体３の硬度が
十分に高くなっていないと、成型体にクラックが生じる
おそれがある。これを回避するために、硬化時間を長く
して成型型１中で樹脂を十分に硬化させる必要があり、
スループットが低いという問題点がある。

【０００４】また半導体チップ５１の周縁部において、
アイランド５とモールド樹脂との界面が、離型時にパッ
ケージに加わる大きな応力によって剥離し、その剥離部
分がパッケージクラックの起点になるおそれがある。

【０００５】更に離型性を向上させてパッケージに加わ
る応力を少しでも小さくするように、樹脂中にワックス
成分よりなる微量の離型剤を添加している。また、樹脂
の硬化時に成型型１の温度を高温（１７０〜１８５℃程
度）に保つことにより、硬化時間の短縮を図っている。
しかし、離型剤の添加量を増加したり、硬化時の型温度
を高くすると、硬化した樹脂とアイランド５との界面の
接着強度が弱くなり、剥離が起こり易くなるという問題
もある。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、モールド材の硬化時間（モールド材を注入してから
離型を行うまでの時間）を短縮するとともに、離型時に
成型体にクラックが発生するのを防止し、それによって
スループット及び歩留まりの向上を実現することができ
るモールド成型技術を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の成型方法は、一方の金型から成型体を離型
させた後に、他方の金型と前記成型体との間に圧縮空気
を導入するようにしている。この場合成型体としては、
例えばフレ−ム上に設けられた半導体チップをモ−ルド
した半導体集積回路装置用パッケ−ジが相当する。

【０００８】また本発明の成型装置は、少なくとも一方
の金型と他方の金型の２つに分割された成型型の中に、
フレーム上に支持された半導体チップを介装してモール
ド材を充填しモ−ルド材の硬化後にモールド材よりなる
半導体集積回路装置用パッケージを離型させるものにお
いて、前記他方の金型の成型面に開口するとともにその
中を圧縮空気が流れる少なくとも１つの流路と、該流路
内に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、前記流路
の開口部を開閉可能な開閉手段とを備え、前記開閉手段
は、前記成型型内にモールド材が充填されるときには前
記流路の開口部を閉じると共に、硬化したモールド材よ
りなるパッケージが前記他方の金型から離型されるとき
には前記開口部を開いて前記他方の金型の成型面に前記
流路を連通させるように構成されていることを特徴とす
る。

【０００９】また本発明の成型装置では、開閉手段の代
わりに、前記流路の開口部を塞ぐように設けられ、前記
モールド材を透過させないが気体を透過可能な材質でで
きている閉塞手段を用いてもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を適用して好適な
例として、半導体チップを樹脂で封入した半導体集積回
路装置用パッケージ（以下半導体パッケージという）を
製造する場合を挙げ、図１〜図８に基づき説明する。

【００１１】図１には、半導体パッケージの成型装置の
一例が示されている。この成型装置は、一方の金型であ
る上型１Ｂ及び他方の金型である下型１Ａからなる成型
型１の下型１Ａ内に圧縮空気の流路２が設けられてお
り、その流路２を介して圧縮空気等の高圧ガスを下型１
Ａと成型体である半導体パッケージ３との間に導入する
ことにより、下型１Ａから半導体パッケージ３を離型さ
せるように構成したものである。

【００１２】下型１Ａの前記流路２内には、該流路２の
開閉手段として、下型１Ａとは独立して昇降可能なピス
トン棒４が設けられている。このピストン棒４は、成型
型１内に軟化した樹脂が充填され適度な硬度になるま
で、図示省略したソレノイドやモータ等により上昇さ
れ、上死点で保持される。その上死点は、ピストン棒４
の上端面４ａが下型１Ａの成型面１ａと面一か、わずか
にその成型面１ａよりも上または下になるような位置で
ある。

【００１３】ピストン棒４は、流路２の内面との間に隙
間が生じないような平断面形状に成形されている。従っ
て、ピストン棒４が上死点に位置する時には、軟化した
樹脂が流路２内に流れ込むことはない。そして、下型１
Ａから半導体パッケージ３を離型させる際には、図３に
示すように、ピストン棒４は下降される。

【００１４】また、下型１Ａの前記流路２には圧縮空気
の供給路１２が接続されている。この供給路１２は、図
示省略した高圧ガスボンベ等の圧縮空気供給源に接続さ
れている。圧縮空気の流路２と供給路１２とは、ピスト
ン棒４の下死点と上死点との間の位置で接続されている
（図１及び図３参照）。従って、上記のようにピストン
棒４が下降すると流路２内に供給路１２が開口し、流路
２と供給路１２とが連通接続される。それによって、供
給路１２を介して高圧ガスボンベ等から送られてくる圧
縮空気が流路２内に供給され、半導体パッケージ３に上
向きの力が作用して半導体パッケージ３が下型１Ａから
離型される。

【００１５】下型１Ａ及びピストン棒４は、耐圧性を有
するとともに圧縮空気を透過しないような材質、例えば
金属やセラミックスなどでできている。圧縮空気の圧力
は、図示省略したが、減圧弁等により調整される。その
減圧弁等は、例えば高圧ガスボンベ等と圧縮空気の供給
路１２との間に設けられている。高圧ガスボンベ等、減
圧弁、上記流路２及び供給路１２は、圧縮空気供給手段
としての機能を有している。

【００１６】前記上型１Ｂには、ソレノイドやモータ等
により上型１Ｂとは独立して昇降可能な押え棒１１が設
けられている。この押え棒１１は、成型型１内への樹脂
の充填工程から上型１Ｂの離型工程に至るまで下死点に
保持され、半導体パッケージ３を上から押さえて上型１
Ｂを容易に離型でき得るようにしている（図１及び図２
参照）。なおこの例における上型１Ｂ、下型１Ａを含む
モールド用油圧プレス装置としては、上型１Ｂは上下さ
せずに下型１Ａが昇降する構造のものを用いている。

【００１７】次に、上記構成の成型装置を用いた半導体
パッケージ３の製造方法について説明する。まず、下型
１Ａと上型１Ｂとをそれらの間に、アイランド５上に半
導体チップ５１がダイボンディングされたリードフレー
ム（ＩＣのピンになる部分）５２を挟んで合わせる。な
おアイランド５と、リードフレーム５２とは、一体化し
て図示してあるが、実際には、１枚のプレートを打ち抜
いてあるいはエッチングする事によって、アイランド５
の周りに間隔を置いてリードフレーム５２が形成され、
前記プレートの周縁部にアイランド５及びリードフレー
ム５２が、夫々固定された状態となっており、成型後に
プレートの周縁部を切り落とすことによって両者が切り
離されることになる。

【００１８】次いでピストン棒４を上死点まで上昇させ
るとともに、押さえ棒１５を下死点まで下降させ、成型
型１を所定温度に加熱保持し、周知の構成のモールド材
の充填装置等よりなる充填手段（図示省略）により成型
型１内に樹脂を充填する。ここまでの状態が図１に示さ
れている。

【００１９】そして成型型１を所定の硬化温度で保持し
て成型型１内の樹脂を硬化させ、その状態のまま所定の
時間が経過したら、押え棒１１を下型１Ａの動きに連動
させて、下型１Ａを下降させる（つまり相対的に上型１
Ｂを上昇させる）。半導体パッケージ３は、下型１Ａと
の接着作用及び押え棒１１で押さえ付けられていること
により浮き上がらないので、上型１Ｂから容易に離型さ
れる。その際、ピストン棒４は上死点に保持されたまま
である。ここまでの状態が図２に示されている。なお、
樹脂の硬化温度及び硬化に要する時間は、予備実験等に
より予め選択される。

【００２０】上型１Ｂの離型後、ピストン棒４を下降さ
せる。それによって、圧縮空気の流路２と供給路１２と
が連通接続される。そして、高圧ガスボンベ等のバルブ
を開き、減圧弁により所定圧力に調整した圧縮空気を供
給路１２に送る。供給路１２に送られた圧縮空気は、ピ
ストン棒４の下降により開いた流路２内に流れ込み、半
導体パッケージ３に上向きの力（圧力）を作用させる。
ここまでの状態が図３に示されている。半導体パッケー
ジ３は圧縮空気の噴出により、樹脂と下型１Ａの成型面
との接着力に抗して押し上げられ、これにより下型１Ａ
から離型され、半導体パッケージ３が単体として得られ
る。

【００２１】ここで、圧縮空気の圧力は、半導体パッケ
ージ３を離型させるに十分な大きさであり、かつ半導体
パッケージ３が下型１Ａから飛び出さない程度の大きさ
に設定され、例えば５Ｋｇ／ｃｍ² 程度の大きさに設定
される。下型１Ａの離型後、圧縮空気の供給を停止し、
ピストン棒４を上昇させて初期状態に復帰し、次のサイ
クルの樹脂充填工程に備える。

【００２２】なお、上記成型方法において、図３の状態
から図４に示す状態のように、ピストン棒４を再び上昇
させて、流路２内の空気を圧縮することにより、より一
層高圧を作用させて半導体パッケージ３を下型１Ａから
離型させるようにしてもよい。このようにする場合に
は、流路１１内に圧縮空気の代わりに常圧の空気を強制
的、あるいはピストン棒４の下降により生じる負圧を利
用して導入し、その導入された常圧の空気をピストン棒
４を上昇させて圧縮するようにしてもよい。

【００２３】上述の実施の形態によれば、圧縮空気によ
って半導体パッケージ３を下型１Ａから離すようにして
いるため、離型時における応力の集中が緩和され、半導
体パッケージ５の硬度がそれ程高くなくてもクラックが
発生することなく離型させることができるので、硬化時
間（樹脂を注入してから離型を行うまでの時間）が短く
て済み、スループットが向上する。また半導体パッケー
ジ３は例えば１ｍｍ程度と薄いため、半導体チップ５１
周辺のアイランド５と樹脂との界面に応力が集中しやす
いが、離型時の応力の集中が緩和されることにより前記
界面の剥離が起こりにくくなり、半導体パッケージ３の
信頼性が向上する。さらに、離型時に局所的に大きな応
力が加わらないので、樹脂中にワックス等の離型剤を添
加せずに済むか、あるいは添加量が少なくて済む。従っ
て、半導体パッケージ３の樹脂とリード等との接着強度
が高まり、パッケージ全体の強度が向上する利点もあ
る。

【００２４】ここで、圧縮空気を用いて下型の離型を行
うことによりクラックの発生を防止できる理由について
は明白ではないが、本発明者は以下のように推測する。
すなわち、図９に示す従来の成型装置を用いると、半導
体パッケージ３をピン１０で突き上げた時に、半導体パ
ッケージ３の浮き上がった部分と浮き上がらずに下型１
Ａに密着している部分との間に大きな剪断応力が生じ
る。そして、その剪断応力がクラック発生の原因とな
る。それに対して、本発明によれば、半導体パッケージ
３が圧縮空気により押し上げられて下型１Ａからわずか
に浮き上がると同時に、その浮き上がったことにより下
型１Ａとの間に生じた隙間全体が圧縮空気により満たさ
れる。それによって、半導体パッケージ３の、下型１Ａ
との間に生じた隙間に接している部分全体に、圧縮空気
による圧力が均一に作用するので、半導体パッケージ３
に生じる剪断応力は、従来の装置の場合よりも格段に小
さくなり、クラックが発生しなくなると考えられてい
る。

【００２５】図５には、半導体パッケージの成型装置の
他の例が示されている。この第２の実施の形態の成型装
置が上記第１の実施の形態と異なるのは、圧縮空気の流
路２の開閉手段として、第１実施例のピストン棒４の代
りに、下型１Ａから独立して昇降可能な筒体６と該筒体
６の上端の開口部６１（図７参照）を開閉させる弁体６
２とを設けた点である。その他の構成については上記第
１実施例と同じであるので、同一の符号を付してその説
明を省略する。

【００２６】この成型装置では、筒体６は、成型型１内
に軟化した樹脂が充填され適度な硬度になるまで、図示
省略したソレノイドやモータ等により上昇され、上死点
で保持される。その上死点は、筒体６の上端面６３が下
型１Ａの成型面１ａと面一か、わずかにその成型面１ａ
よりも上または下になるような位置である。また、弁体
６２は、その上端面６４が下型１Ａの成型面１ａと面一
か、わずかにその成型面１ａよりも上または下になるよ
うな位置で下型１Ａに固定されている。

【００２７】筒体６は、その外側面６５が流路２の内面
に略接するように成形されている。また、弁体６２の上
端面６４は、図７に示すように、筒体６の上端面６３の
開口部６１を丁度塞ぐことができるような形状に成形さ
れている。従って、筒体６が上死点に位置する時（図７
の二点鎖線の状態）には、筒体６により弁体６２と流路
２との間の隙間が閉じられるので、軟化した樹脂が流路
２内に流れ込むことはない。

【００２８】上型１Ｂの離型後、下型１Ａから半導体パ
ッケージ３を離型させる際には、図６に示すように、筒
体６は下降される。弁体６２は、その上部よりも下部の
方が細くなるように成形されている。従って、筒体６の
下降によりその上端の開口部６１が開く。それによっ
て、高圧ガスボンベ等から流路２内に送られてくる圧縮
空気により半導体パッケージ３に上向きの力が作用し、
半導体パッケージ３が下型１Ａから離型される。下型１
Ａの離型後、筒体６は上昇されて初期状態に復帰する。

【００２９】筒体６及び弁体６２は、耐圧性を有すると
ともに圧縮空気を透過しないような材質、例えば金属や
セラミックスなどでできている。圧縮空気の圧力は、例
えば高圧ガスボンベ等と圧縮空気の流路２との間に設け
られた図示省略する減圧弁等により調整される。

【００３０】図８には、半導体パッケージの成型装置の
さらに他の例が示されている。この第３の実施の形態の
成型装置が上記第１の実施の形態と異なるのは、圧縮空
気の流路２が、樹脂は透過不能であるが気体を透過する
選択透過板７により塞がれている点である。この選択透
過板７は閉塞手段としての機能を有しており、下型１Ａ
に固定されている。その他の構成については上記第１の
実施の形態と同じであるので、同一の符号を付してその
説明を省略する。

【００３１】選択透過板７は、上述した選択的な透過性
能を有する他に、好ましくは硬化した樹脂との接着性が
低いという特性を具えているとよい。そうすれば、選択
透過板７と樹脂との接着作用により、半導体パッケージ
３の下型１Ａからの離型性が損なわれずに済む。具体的
には、選択透過板７の材質として、商品名「ゴアテック
ス」（ジャパンゴアテックス（株）社製）やベントフィ
ルタなどを用いることができる。「ゴアテックス」は、
ＰＴＦＥを特殊加工して連続多孔質体とし、液状分を表
面で弾き、気体のみを通過させるものである。またベン
トフィルタは、温度変化による容器の内圧と外圧とを調
整することを目的としたフィルタである。

【００３２】この第３の実施の形態の成型装置を用いて
半導体パッケージを製造する場合には、上型１Ｂの離型
後、下型１Ａから半導体パッケージ３を離型させる際
に、高圧ガスボンベ等のバルブを開いて圧縮空気を下型
１Ａの流路２に送るだけで良い。そして、下型１Ｂの離
型が済んだら、圧縮空気の供給を停止すれば良い。この
第３の実施の形態では、下型１Ａに可動部材（上記第１
実施例のピストン棒４や第２の実施の形態の筒体６）が
ないため、その構成が簡素になるという効果がある。な
お、下型１Ａの流路２を開閉させる手段は、上記ピスト
ン棒４や筒体６及び弁体６２に限らず、下型１Ａの離型
時に流路２を開いて圧縮空気を噴出を可能とし、かつ成
型型１中に樹脂を充填し硬化させる際には流路２を閉じ
るように構成されていれば、いかなる構成のものでもよ
い。また、圧縮空気に限らず、アルゴン等の不活性ガス
や窒素ガスなどの高圧ガスを用いてもよい。さらに、圧
縮空気の流路２は複数設けられていてもよい。

【００３３】さらにまた、上記各実施例では、本発明を
半導体パッケージの成型に適用した場合について説明し
たが、これに限らず、本発明は種々の製品のモールド成
型に利用することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、圧縮空気によって成型
型から成型体を離すため、離型時における成型体の特定
箇所への応力の集中が緩和される。従って、成型体の硬
度が従来ほど高くなくても、クラックを発生させること
なく離型させることができるので、硬化時間（成型体の
離型を開始するまでの時間）が短くて済む。特に、半導
体パッケージのモールド成型を行う場合には、半導体チ
ップの周縁付近におけるアイランドとモールド材との界
面が剥離しやすいので、離型時にパッケージに局所的に
大きな応力が加わらないことにより、前記界面の剥離を
防止でき、半導体パッケージの信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る成型装置の一例を示す断面図であ
る。

【図２】その成型装置の上型の離型を行っている状態を
示す断面図である。

【図３】その成型装置の下型の離型を行っている状態を
示す断面図である。

【図４】その成型装置の下型の離型を行っている第２の
状態を示す断面図である。

【図５】本発明に係る成型装置の他の例を示す断面図で
ある。

【図６】その成型装置の下型の離型を行っている状態を
示す断面図である。

【図７】その成型装置の要部を示す斜視図である。

【図８】本発明に係る成型装置のさらに他の例を示す断
面図である。

【図９】従来の成型装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 成型型 １Ａ 下型 １Ｂ 上型 １ａ 成型面 ５ 半導体パッケージ １０ 流路（圧縮空気供給手段） １１ ピストン棒（開閉手段） １２ 供給路（圧縮空気供給手段） １３ 筒体（開閉手段） １４ 弁体（開閉手段） ７ 選択透過板（閉塞手段） ５１ 半導体チップ ５２ リードフレーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｌ 31:34

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一方の金型と他方の金型の２
   つに分割された成型型を合わせ、その合わせた成型型中
   にモールド材を充填し硬化させた後に、その硬化したモ
   ールド材よりなる成型体を離型させる成型方法におい
   て、 前記成型体を前記一方の金型から離型させる工程と、 次いで前記他方の金型と前記成型体との間に圧縮空気を
   導入することによって前記成型体を前記他方の金型から
   離型させる工程と、を含むことを特徴とする成型方法。
2. 【請求項２】 少なくとも一方の金型と他方の金型の２
   つに分割された成型型の中に、フレーム上に支持された
   半導体チップを介装してモールド材を充填しモ−ルド材
   の硬化後にモールド材よりなるパッケージを離型させる
   成型方法において、 前記パッケージを前記一方の金型から離型させる工程
   と、 次いで前記他方の金型と前記パッケージとの間に圧縮空
   気を導入することによって前記パッケージを前記他方の
   金型から離型させる工程と、を含むことを特徴とする半
   導体集積回路装置用パッケージの成型方法。
3. 【請求項３】 少なくとも一方の金型と他方の金型の２
   つに分割された成型型の中に、フレーム上に支持された
   半導体チップを介装してモールド材を充填しモ−ルド材
   の硬化後にモールド材よりなるパッケージを離型させる
   成型装置において、 前記他方の金型の成型面に開口するとともにその中を圧
   縮空気が流れる少なくとも１つの流路と、 該流路内に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、 前記流路の開口部を開閉可能な開閉手段とを備え、 前記開閉手段は、前記成型型内にモールド材が充填され
   るときには前記流路の開口部を閉じると共に、硬化した
   モールド材よりなるパッケージが前記他方の金型から離
   型されるときには前記開口部を開いて前記他方の金型の
   成型面に前記流路を連通させるように構成されているこ
   とを特徴とする半導体集積回路装置用パッケージの成型
   装置。
4. 【請求項４】 少なくとも一方の金型と他方の金型の２
   つに分割された成型型の中に、フレーム上に支持された
   半導体チップを介装してモールド材を充填しモ−ルド材
   の硬化後にモールド材よりなるパッケージを離型させる
   成型装置において、 前記他方の金型の成型面に開口するとともにその中を圧
   縮空気が流れる少なくとも１つの流路と、 該流路内に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、 前記流路の開口部を塞ぐように設けられ、前記モールド
   材を透過させないが気体を透過可能な材質でできている
   閉塞手段と、を備えたことを特徴とする半導体集積回路
   装置用パッケージの成型装置。