JP2001077135A

JP2001077135A - 半導体装置の樹脂封止方法及び装置

Info

Publication number: JP2001077135A
Application number: JP25029499A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Kaiya; 有一海谷
Original assignee: NEC Yamagata Ltd
Current assignee: NEC Yamagata Ltd
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】樹脂封入金型を用いてリードフレームを樹脂
封止する際、型締め以前にリードフレームを所定の温度
に速やかに、かつ均一に加熱昇温する。【解決手段】封入金型を開き、半導体チップを搭載し
たリードフレーム１を下金型３ｂ上に載置し、次いでリ
ードフレーム押し付け機構７をリードフレーム１上に移
動させ、押し付けピン２を降下させてリードフレーム１
を下金型３ｂに押し付ける。その結果、リードフレーム
１と下金型３ｂとの接触面積が広くなるので、輻射熱に
よる加熱に頼らずにリードフレーム１を短時間で、かつ
均一に加熱昇温することができる。昇温によりリードフ
レーム１が熱膨張し、位置決めピン１３が位置決め穴１
４に入って位置決めされ、次いで型締めを行なって樹脂
成形を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣ等の電子部品
を搭載したリードフレームを、金型を用いてトランスフ
ァーモールド法により熱硬化性樹脂で封止する樹脂封止
方法、及びその樹脂封止に用いる封止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体チップ等の電子部品を搭載
したリードフレームを、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂
を用いて樹脂封止（パッケージング）することがトラン
スファーモールド法により行われている。この方法は樹
脂封止用金型を用いて行われ、用いられる金型は、例え
ば、固定された下金型と可動する上金型からなり、上下
金型にはそれぞれヒーターが組み込まれ、樹脂封止温度
（約１８０℃）に加熱できるようになっている。

【０００３】その動作は、まず、上金型を上昇させて型
開きし、半導体チップを搭載したリードフレームを搬送
して下金型上面の所定位置にセットする。同時に、下金
型のポット内に熱硬化性樹脂のタブレットを供給し、上
金型を降下させて上下金型による型締めを行ない、リー
ドフレームを締結する。ここで、ポット内の熱硬化性樹
脂は加熱溶融され、さらにプランジャーで押出されてラ
ンナーを通って上下金型のキャビティに流入する。一定
時間経過後、熱硬化性樹脂は硬化し、キャビティ形状に
成形された熱硬化性樹脂によりリードフレームの樹脂封
止が完成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の樹脂封
止方法では、半導体チップを搭載したリードフレームを
リードフレームローダーで搬送し、あらかじめ所定温度
に加熱されている下金型の上面の所定位置にセットする
わけであるが、その際、次のような問題が発生する。こ
れを、図を用いて説明する。図７は従来のリードフレー
ムのセット状態を示す斜視図である。

【０００５】まず、下金型３ｂには等ピッチ間隔で位置
決めピン１３が設けられ、リードフレーム１をセットす
る時に、リードフレーム１に等ピッチ間隔で開けられた
位置決め穴１４がそれぞれ嵌まり合うようになってい
る。しかし、リードフレーム１に開けられた位置決め穴
１４のピッチ間隔は、リードフレーム１の温度が下金型
３ｂの温度にまで上昇した時点で位置決めピン１３のピ
ッチ間隔に合うように、あらかじめ設計されている。

【０００６】そのため、常温のリードフレーム１を、加
熱されている下金型３ｂに載置した直後は、位置決め穴
１４と位置決めピン１３とのピッチ間隔が合わず、リー
ドフレーム１は一部が持ち上がった状態で下金型３ｂ上
に置かれることになる。この状態を示したのが図７であ
る。

【０００７】この、リードフレームを金型にセットする
時の問題点をもう少し具体的に説明する。図７におい
て、まず、下金型３ｂは樹脂封止に必要な温度（約１８
０℃）に加熱されている。リードフレーム１はリードフ
レームローダーによって下金型３ｂ上に搬送され、位置
決めピン１３に引っ掛かった状態で傾いて載置され、こ
の状態で一定時間放置される間に下金型３ｂから吸熱
し、加熱が行われる。

【０００８】このように、リードフレームを充分加熱し
て熱膨張させた後、上下封入金型を締結して半導体装置
の樹脂封止を行なうものであるが、この従来の樹脂封止
方法には次のような問題点がある。

【０００９】まず、第１の問題点は、リードフレームは
下金型の上で放置されることによって加熱されるので、
その際、下金型に接触している部分の面積が非常に小さ
いため、接触による熱伝導よりも輻射熱による加熱に頼
るところが大きく、その結果、昇温速度が小さいという
ことである。

【００１０】この、接触している部分の面積が非常に小
さい理由は、リードフレームは加熱開始直後に反りを発
生するからであり、もともと傾いて載置されている状態
に加えて、反りの発生によってますます接触面積が少な
くなるからである。また、昇温速度が小さいということ
は、リードフレームが目標とする温度に達するまでに長
い時間を必要とすることになり、封止装置の生産能力が
低くなり効率が悪くなる。

【００１１】この、反りの発生状況をもう少し詳細に説
明した図が、図５（ａ）〜（ｄ）に示す斜視図である。
まず、図８（ａ）は、加熱されている下金型３ｂにリー
ドフレーム１を載置した直後の状態を示しており、この
状態は図７で説明したものと同様である。次に、図８
（ｂ）は、下金型３ｂにリードフレーム１を載置してか
ら５秒間放置した状態を示しており、リードフレーム１
は均一に加熱されていないので反りが発生している。

【００１２】次に、図８（ｃ）は、さらに２秒経過後、
つまりリードフレーム１を載置後７秒間放置した状態を
示しており、反りの状態は２秒前と変わっていない。次
に、図８（ｄ）は、さらに１３秒経過後、つまりリード
フレーム１を載置後２０秒間放置した状態を示してい
る。すなわち、載置から２０秒経過して初めてリードフ
レームの加熱温度が均一となったため反りが直り、下金
型３ｂの位置決めピン１３とリードフレーム１の位置決
め穴１４とが一致した状態を示している。

【００１３】第2の問題点としては、第１の問題点と同
様にリードフレームは下金型の上で放置することによっ
て加熱するので、下金型に接触している範囲およびその
部分の面積が非常に小さいため、加熱が均一に行われな
いということである。このように均一に加熱できていな
い状態では、特に加熱の初期において、リードフレーム
には反りが生ずるため、不所望なストレスを発生するこ
とになる。

【００１４】また、このように均一に加熱できていない
状態で型締め動作を行なうと、特開平６−１９０８５８
にあるように、下金型の位置決めピンとリードフレーム
の位置決め穴とのピッチ間隔が異なっている状態でむり
やりピンを穴に入れるので、リードフレームの位置決め
穴を破壊することになる。さらには、リードフレームが
目標とする加熱温度に達する以前に、すなわち、熱膨張
が不十分なまま型締めを行なうと、パッケージの位置ず
れを発生する。

【００１５】本発明の目的は、半導体装置を樹脂封止す
る工程において、リードフレームを均一に、かつ短時間
で充分に加熱することにより、リードフレームの位置決
め穴の破損を防止し、パッケージの位置ずれを防止し、
生産能力が高く効率のよい樹脂封止方法及び装置を提供
することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の樹
脂封止方法は、半導体チップを搭載したリードフレーム
を上金型と下金型からなる封入金型を用いて締結し、封
止樹脂を溶融させて封入成形を行なう半導体装置の樹脂
封止方法において、下金型上にリードフレームを載置
し、次いでリードフレーム押し付け機構をリードフレー
ム上に移動させ、リードフレーム押し付け機構に設けら
れた押し付けピンを下降させてリードフレームを下金型
に押し付け、リードフレームを上金型と下金型で締結す
る以前に、リードフレームを下金型に強制的に接触させ
て加熱することを特徴とする。

【００１７】また、本発明の半導体装置の樹脂封止方法
は、半導体チップを搭載したリードフレームを上金型と
下金型からなる封入金型を用いて締結し、封止樹脂を溶
融させて封入成形を行なう半導体装置の樹脂封止方法に
おいて、リードフレームローダによりリードフレームを
封入金型に供給し、次いでリードフレーム押し付け機構
により封入金型に供給されたリードフレームを下金型に
押し付け、次いでタブレットハンドにより封止樹脂タブ
レットを封入金型に供給する工程とを含むことを特徴と
する。

【００１８】また、本発明の半導体装置の樹脂封止方法
は、半導体チップを搭載したリードフレームを上金型と
下金型からなる封入金型を用いて締結し、封止樹脂を溶
融させて封入成形を行なう半導体装置の樹脂封止方法に
おいて、リードフレームローダによりリードフレームを
封入金型に供給すると同時に、リードフレーム押し付け
機構により封入金型に供給されたリードフレームを下金
型に押し付け、次いでタブレットハンドにより封止樹脂
タブレットを封入金型に供給する工程とを含むことを特
徴とする。

【００１９】また、本発明の半導体装置の樹脂封止装置
は、前記リードフレーム押し付け機構が、リードフレー
ムローダおよびタブレットハンドとともに独立して設け
られていることを特徴とする。

【００２０】また、本発明の半導体装置の樹脂封止装置
は、前記リードフレーム押し付け機構が、リードフレー
ムローダに一体に組み込まれていることを特徴とする。

【００２１】また、本発明の半導体装置の樹脂封止装置
は、前記リードフレーム押し付け機構に設けられている
押し付けピンのリードフレームと接触する先端部が耐摩
耗性の金属で形成され、元の部分が押し付けピン駆動部
への熱伝導を抑えるための断熱材で形成されていること
を特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に
おける第１の実施の形態を示す図で、半導体装置の樹脂
封止装置の構成を示す正面図である。

【００２３】図１において、樹脂封入金型は、上金型３
ａと下金型３ｂとに上下に２分割されている。プレス部
は、下部ベース４ｂと、この下部ベース４ｂに立てられ
た支柱１５に沿って上下に可動する上部ベース４ａとを
有し、下部ベース４ｂには下金型３ｂを固定し、上部ベ
ース４ａには上金型３ａが取り付けられている。上金型
３ａおよび下金型３ｂにはそれぞれヒーターが組み込ま
れ、樹脂封止温度（約１８０℃）に加熱できるようにな
っている。

【００２４】また、リードフレームローダー５は、半導
体チップが搭載されたリードフレーム１を真空吸着によ
りクランプし、下金型３ｂ上に搬送して載置するための
ロボット機構である。また、タブレットハンド６は、封
止樹脂タブレット１８を開閉機構で摘み上げて搬送し、
下金型３ｂに設けられたポットに投入して供給するロボ
ットハンドである。

【００２５】次に、本発明の特徴であるリードフレーム
押し付け機構について説明する。リードフレーム押し付
け機構７は押し付けピン２を有し、下金型３ｂ上に載置
されたリードフレーム１を下金型３ｂに押し付ける機能
を有している。このリードフレーム押し付け機構につい
て、図２を用いて詳細に説明する。

【００２６】図２は、図１に示したリードフレーム押し
付け機構の構成とその動作を説明するための斜視図であ
る。図２において、リードフレーム１は加熱された下金
型３ｂ上に載置された直後の状態を示している。この状
態は、すでに述べたように、図７および図８（ａ）に示
した状態と同じで、リードフレーム１の位置決め穴１４
と下金型３ｂの位置決めピン１３の位置は一致していな
い。そして、この状態にあるリードフレーム１の上方
に、リードフレーム押し付け機構７を移動機構（図示せ
ず）によって位置させた状態を示している。

【００２７】この押し付け機構７の構成について説明す
ると、図示しない移動機構に取り付けられているベース
１１にはシリンダ１２が取り付けられ、このシリンダ１
２のロッドにはサブベース９が取り付けられ、サブベー
ス９はシリンダ１２の動作に合わせて上下動作を行な
う。サブベース９にはガイドシャフト１０が立てられ、
このガイドシャフト１０はベース１１に開けられたガイ
ド穴に摺動可能に挿入され、サブベース９が垂直方向に
上下動できるようになっている。

【００２８】そして、サブベース９の下面には、押し付
けピン２が取り付けられる。押し付けピン２は、耐摩耗
性を考慮して金属を使用し、サブベース９との間にはサ
ブベース９への熱伝導を抑える目的で断熱材８を介在さ
せている。

【００２９】なお、リードフレーム押し付け機構７は、
リードフレームローダ５およびタブレットハンド６とと
もにそれぞれ移動機構を備えて独立した機構部を形成し
ている。

【００３０】次に、このリードフレーム押し付け機構７
の作用について説明する。図４（ａ）〜図４（ｃ）は、
リードフレームを押し付ける状態を経時的に説明する斜
視図である。

【００３１】図４（ａ）は、加熱（約１８０℃）されて
いる下金型３ｂにリードフレーム１を載置した直後の状
態を示している。リードフレーム１の温度が低く熱膨張
していないので、リードフレーム１の位置決め穴１４に
下金型３ｂの位置決めピン１３が完全に入らない。

【００３２】図４（ｂ）は、載置して５秒後、押し付け
ピン２の下降動作によりリードフレーム１を下金型３ｂ
に押し付けた状態を示す。この時点では、リードフレー
ム１の位置決め穴１４に下金型３ｂの位置決めピン１３
が完全に入ってはいないが、押し付けピン２により押し
付けられたリードフレーム１と下金型３ｂとの接触面積
は広くなっている。

【００３３】図４（ｃ）は、押し付けてからさらに２秒
後、すなわち、載置してから７秒後に、リードフレーム
１が急速にかつ均一に所定の温度に加熱されたことによ
り膨張し、リードフレーム１の位置決め穴１４に下金型
３ｂの位置決めピン１３が完全に入った状態を示してい
る。

【００３４】次に、本発明における第１の実施の形態の
動作について説明する。図３（ａ）〜図３（ｈ）は第１
の実施の形態の動作順序を説明するための封入金型の正
面図である。

【００３５】まず、図３（ａ）は動作その１を示し、封
入金型は上金型３ａと下金型３ｂとに上下に分離した状
態にあり、それぞれが約１８０℃に加熱されている。ま
た、封入金型の近傍には、リードフレーム１を搬送する
ためのリードフレームローダ５、封止樹脂タブレット１
８を供給するためのタブレットハンド６、リードフレー
ム１を下金型３ｂに押し付けるためのリードフレーム押
し付け機構７が待機している。

【００３６】次に、図３（ｂ）は動作その２を示し、リ
ードフレームローダ５を移動させ、リードフレーム１を
封入金型内に搬入する。次に、図３（ｃ）は動作その３
を示し、リードフレームローダ５はリードフレーム１を
下金型３ｂの上に載置し、元の位置に戻る。

【００３７】次に、図３（ｄ）は動作その４を示し、リ
ードフレーム押し付け機構７はリードフレーム１が置か
れた下金型３ｂ上に移動し、押し付けピン２の下降動作
によりリードフレーム１を下金型３ｂに一定時間押し付
ける。次に、図３（ｅ）は動作その５を示し、押し付け
ピン２の押し付け動作が完了した後、リードフレーム押
し付け機構７は元の位置に戻る。

【００３８】次に、図３（ｆ）は動作その６を示し、タ
ブレットハンド６は封止樹脂タブレット１８を封入金型
内に搬入する。次に、図３（ｇ）は動作その７を示し、
封止樹脂タブレット１８を下金型３ｂのポットに投入し
た後、タブレットハンド６は元の位置に戻る。

【００３９】次に、図３（ｈ）は動作その８を示し、プ
レス部の上部ベース４ａを下降させ、それとともに上金
型３ａも下降して上金型３ａと下金型３ｂによりリード
フレーム１を挟み込む。次に樹脂封入成形を開始し、溶
融した封止樹脂が封入金型のキャビティに流入する。

【００４０】次に、本発明の第２の実施の形態について
図面を用いて説明する。図５は本実施の形態の構成を示
す斜視図である。上記した第１の実施の形態では、図２
に示したようにリードフレーム押し付け機構を独立に設
けていたが、本実施の形態では、リードフレーム押し付
け機構をリードフレームローダに組み込んだ構成となっ
ている。

【００４１】図５に示すように、リードフレームローダ
５は、第１の実施の形態では真空吸着によってリードフ
レームを搬送していたが、本実施の形態では、開閉機構
によって両側に開閉する開閉爪１７でリードフレームを
引っ掛けて搬送する。そして、開閉機構の中央部には押
し付けピン２が設けられ、押し付けピン２は段付き構造
を備えてリードフレームローダ５のベース（図示せず）
に開けられた穴に挿入され、バネ１６により上下動作可
能な構造となっており、断熱材８を介してバネ１６の圧
縮力でリードフレーム１を下金型３ｂに押し付けるよう
になっている。

【００４２】このように、リードフレーム押し付け機構
７は、開閉動作機構１９であるモーターあるいはシリン
ダとともにリードフレームローダ５に一体に組み込まれ
ており、リードフレーム１を下金型３ｂに移載するとき
の下降動作時に、開閉動作機構１９によって開閉爪１７
の開き動作と押し付けピン２による押し付け動作が同時
に行なわれる。

【００４３】次に、図５で説明した第２の実施の形態の
動作について、図６（ａ）〜図６（ｆ）を使用してその
動作順序を説明する。

【００４４】図６（ａ）は動作その１を示し、封入金型
は上金型３ａと下金型３ｂが上下に分離した状態にあ
る。また、封入金型の近傍には、タブレットハンド６、
リードフレーム押し付け機構を備えたリードフレームロ
ーダ５が配置されている。なお、封入金型は所定温度に
加熱されている。

【００４５】図６（ｂ）は動作その２を示し、リードフ
レームローダ５はリードフレーム１を下金型３ｂの上に
搬送し、下降動作によってリードフレーム１を載置する
と同時にリードフレーム押し付け機構が作用し、そのま
ま一定時間停止して押し付けピン２によりリードフレー
ム１を下金型３ｂに押し付ける。

【００４６】図６（ｃ）は動作その３を示し、リードフ
レームローダ５が元の位置に戻った状態を示している。
図６（ｄ）は動作その４を示し、タブレットハンド６は
封止樹脂タブレット１８を封入金型に搬送し、下金型３
ｂのポットにに投入する状態を示している。図６（ｅ）
は動作その５を示し、封止樹脂タブレット１８の投入
後、タブレットハンド６が元の位置に戻った状態を示し
ている。

【００４７】図６（ｆ）は動作その６を示し、プレス部
の上部ベース４ａが下降して上型３ａと下型３ｂにより
リードフレーム１を挟み込む。次いで、封入成形を開始
し、封止樹脂タブレットを加圧溶融し、封入金型のキャ
ビティに溶融樹脂を流入させる。

【００４８】このように、第２の実施の形態によれば、
リードフレーム押し付け機構はリードフレームローダに
組み込まれており、リードフレームを封入金型に移載す
るときの下降動作時に、リードフレーム押し付け機構が
同時に作用するので、構成部位が少なくてすみ装置の構
成が簡単になるという効果が得られる。また、リードフ
レームを下金型上に置くと同時に押し付ける構成となっ
ているので、第１の実施の形態よりも、さらに短時間で
充分な加熱が可能になった。

【００４９】また、第２の実施の形態では、リードフレ
ーム押し付け機構をリードフレームローダに組み込んだ
場合について説明してきたが、タブレットハンドに組み
込んでもよいし、封入金型に設けてもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は以下に記
載するような効果を奏する。まず、第１の効果は、リー
ドフレームを封入金型に押し付けて加熱しているので昇
温速度が大きくなり、加熱時間が短時間ですむため生産
効率の向上が図れることである。第２の効果は、リード
フレームを封入金型に押し付けることによって接触面積
が広くなり、全体が均一に加熱されるため不所望な反り
が発生しなくなったことである。

【００５１】なお、リードフレームの加熱時間短縮につ
いては、本発明と従来技術とを図４および図８を用いて
時系列的に対比させて見るとよく分かるように、従来技
術ではリードフレームの加熱に２０秒を必要としていた
が、本発明によりこれが７秒に短縮できたことをこの例
が示している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図２】本発明の第１の実施の形態に用いるリードフレ
ーム押し付け機構の構成図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態の動作を説明する図
で、図３（ａ）〜図３（ｈ）はその動作順序示す。

【図４】本発明のリードフレームの加熱状態を説明する
図で、図４（ａ）〜図４（ｃ）はその工程図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図６】本発明の第２の実施の形態の動作を説明する図
で、図６（ａ）〜図６（ｆ）はその動作順序を示す。

【図７】従来のリードフレームの加熱状態を説明する斜
視図である。

【図８】従来のリードフレームの加熱状態を説明する図
で、図８（ａ）〜図８（ｄ）はその工程図である。

【符号の説明】

１リードフレーム２押し付けピン３ａ上金型３ｂ下金型４ａ上部ベース４ｂ下部ベース５リードフレームローダ６タブレットハンド７リードフレーム押し付け機構８断熱材９サブベース１０ガイドシャフト１１ベース１２シリンダ１３位置決めピン１４位置決め穴１５支柱１６バネ１７開閉爪１８封止樹脂タブレット１９開閉動作機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体チップを搭載したリードフレーム
を上金型と下金型からなる封入金型を用いて締結し、封
止樹脂を溶融させて封入成形を行なう半導体装置の樹脂
封止方法において、下金型上にリードフレームを載置
し、次いでリードフレーム押し付け機構をリードフレー
ム上に移動させ、リードフレーム押し付け機構に設けら
れた押し付けピンを下降させてリードフレームを下金型
に押し付け、リードフレームを上金型と下金型で締結す
る以前に、リードフレームを下金型に強制的に接触させ
て加熱することを特徴とする半導体装置の樹脂封止方
法。
【請求項２】半導体チップを搭載したリードフレーム
を上金型と下金型からなる封入金型を用いて締結し、封
止樹脂を溶融させて封入成形を行なう半導体装置の樹脂
封止方法において、リードフレームローダによりリード
フレームを封入金型に供給し、次いでリードフレーム押
し付け機構により封入金型に供給されたリードフレーム
を下金型に押し付け、次いでタブレットハンドにより封
止樹脂タブレットを封入金型に供給する工程とを含むこ
とを特徴とする半導体装置の樹脂封止方法。
【請求項３】半導体チップを搭載したリードフレーム
を上金型と下金型からなる封入金型を用いて締結し、封
止樹脂を溶融させて封入成形を行なう半導体装置の樹脂
封止方法において、リードフレームローダによりリード
フレームを封入金型に供給すると同時に、リードフレー
ム押し付け機構により封入金型に供給されたリードフレ
ームを下金型に押し付け、次いでタブレットハンドによ
り封止樹脂タブレットを封入金型に供給する工程とを含
むことを特徴とする半導体装置の樹脂封止方法。
【請求項４】前記リードフレーム押し付け機構は、リ
ードフレームローダおよびタブレットハンドとともに独
立して設けられていることを特徴とする請求項１または
２記載の半導体装置の樹脂封止装置。
【請求項５】前記リードフレーム押し付け機構は、リ
ードフレームローダに一体に組み込まれていることを特
徴とする請求項１または３記載の半導体装置の樹脂封止
装置。
【請求項６】前記リードフレーム押し付け機構に設け
られている押し付けピンは、リードフレームと接触する
先端部が耐摩耗性の金属で形成され、元の部分が押し付
けピン駆動部への熱伝導を抑えるための断熱材で形成さ
れていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の
樹脂封止装置。