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JP6011277B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、表裏両面がモールド樹脂から露出するように当該モールド樹脂により封止された複数本のリードを有する半導体装置の製造方法に関する。
従来より、モールド樹脂に封止された回路チップと、モールド樹脂上に搭載されたセンサチップとを接続するために、モールド樹脂上に配線基板等よりなる補助配線部材を設け、この補助配線部材とセンサチップとをワイヤボンディングで接続したものが提案されている(特許文献1参照)。この場合、さらに、モールド樹脂より露出するワイヤボンディング部分は、封止材で封止される。
特開2010−169460号公報
しかしながら、上記特許文献1に記載のものでは、補助配線部材、さらには補助配線部材をモールド樹脂上に固定するための接着剤が必要となる。また補助配線部材を設置して固定する工程が別途必要となる。
そこで、本発明者は、一面と他面とが表裏の関係にあり、隙間を有して配列された複数本のリードを、補助配線部材として用いることを検討した。
この場合、個々のリードの両端側をモールド樹脂で封止して支持するとともに、モールド樹脂には、個々のリードの一面側、他面側をそれぞれ露出させる第1の開口部、第2の開口部を設ける。ここで、第1の開口部と第2の開口部とは、リードの隙間を介して連通する構成となる。このようにリードの表裏両面をモールド樹脂より露出させることは、たとえば次の理由による。
複数本のリードは、元々タイバーで連結されたものである。このことから、モールド樹脂の封止後にタイバーをカットするようにすれば、モールド樹脂封止前における複数本のリードの支持や取り扱い性等に優れる。このとき、モールド樹脂封止後にタイバーカットする場合、当該タイバーを第1および第2の開口部にて露出させておけば、容易にカットを行うことができる。
このカット後は、第1の開口部を介して半導体チップと個々のリードの一面とを、ボンディングワイヤにより接続する。これにより、各リードが半導体チップと電気的に接続される。ここで、第1の開口部には、複数本のリードの一面およびボンディングワイヤを封止して保護する封止材を設ける。
一方、ワイヤボンディングと反対側の第2の開口部には、当該第2の開口部を閉塞する蓋部材を設けることにより、封止材の漏れを防止することになる。こうして、リードの表裏両面およびワイヤの電気絶縁性が確保されることとなる。
このような複数本のリードを補助配線部材として用いる半導体装置の製造方法は、次の通りである。まず、上記複数本のリードを用意し、これを、金型を用いて樹脂成形することでモールド樹脂を成形する。
その後、リード間のタイバーをカットし、さらに半導体チップを搭載し、ワイヤボンディングを行う。その後、第2の開口部に蓋部材を圧入し、第1の開口部側に封止材を設け、この封止材を硬化する。これにより当該半導体装置ができあがる。
ここで、モールド工程では、リードの表裏両面を金型で押さえることで上記第1および第2の開口部を形成するが、リード間の隙間からモールド樹脂が侵入して、リードの一面側のワイヤボンディング部に付着する恐れがある。当該付着による汚染が発生するとリードの一面にワイヤボンディングができなくなる可能性がある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、リードのうちモールド樹脂より露出してワイヤボンディングされる面が、モールド工程時に汚染されるのを防止することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、一面(10a)と他面(10b)とが表裏の関係にあり、隙間を有して配列された複数本のリード(11)と、個々のリードの両端側を支持するモールド樹脂(20)と、モールド樹脂に搭載された半導体チップ(30)と、を備え、モールド樹脂には、個々のリードの一面側、他面側をそれぞれ露出させるとともに、リード間の隙間を介して互いに連通する第1の開口部(21)、第2の開口部(22)が設けられており、第1の開口部を介して半導体チップと個々のリードの一面とがボンディングワイヤ(40)により接続されており、さらに、第1の開口部には、複数本のリードの一面およびボンディングワイヤを封止する封止材(50)が設けられ、第2の開口部には、当該第2の開口部を閉塞する蓋部材(60)が設けられている半導体装置を製造する製造方法であって、以下の工程を備えている。
・複数本のリードと、複数本のリードの配列方向の両外側に位置する外枠部(11a)と、個々のリードにおけるワイヤボンディング部よりも両端部側に位置して隣り合うリード同士を連結するとともに外枠部とこれに隣り合うリードとを連結するタイバー(15a)と、を有するものであって、外枠部およびタイバーによって複数本のリードにおけるワイヤボンディング部を取り囲む環状の環状部(16)が構成されたリードフレーム(10)を用意するリード用意工程。
・第1の開口部の空間形状に対応した形状をなし、複数本のリードの一面側に接触する接触面(111)を持つ第1の押さえ部(110)と、第2の開口部の空間形状に対応した形状をなし、複数本のリードの他面側に接触する接触面(121)を持つ第2の押さえ部(120)とを有する金型であって、第1の押さえ部における接触面については、環状部に対応した環状をなす凸部(112)が周辺部に設けられ当該凸部の内周は凹部(113)とされている金型(100)を用い、第2の押さえ部における接触面を複数本のリードの他面側に接触させるとともに、第1の押さえ部における接触面については、リードの一面側から環状部に対して凸部を接触させることで複数本のリードの一面のうち凹部に位置する部位にモールド樹脂が入り込まない状態とし、この状態で、モールド樹脂による封止を行うことにより、第1の開口部および第2の開口部を有するモールド樹脂を成形するモールド工程。
第1の開口部および第2の開口部のいずれか一方を介して、タイバーをカットするタイバーカット工程。第1の開口部および第2の開口部の外側にてモールド樹脂に半導体チップを搭載するチップ搭載工程。第1の開口部を介して半導体チップと個々のリードの一面との間でワイヤボンディングを行い、ボンディングワイヤを形成するワイヤボンディング工程。蓋部材を、第2の開口部に対して圧入し固定する蓋設置工程。第1の開口部側から液状の封止材を注入し、個々のリードの一面を当該液状の封止材により被覆する封止材注入工程。封止材を硬化させる封止材硬化工程。本発明の製造方法は、これらの各工程を備えることを特徴としている。
それによれば、モールド工程では、複数本のリードの一面におけるワイヤボンディング部の全周囲に位置する環状部に対して、第1の押さえ部における凸部が接触することにより、当該ワイヤボンディング部は、第1の押さえ部における凹部内に閉塞される。そのため、モールド樹脂がリード間の隙間から当該ワイヤボンディング部に入り込もうとしても、リード間のタイバーにより阻止される。
こうして、モールド樹脂のリードの一面におけるワイヤボンディング部への付着が防止される。また第1の押さえ部の凹部によって当該ワイヤボンディング部に金型が接触することはなく、金型の接触による汚染も防止される。よって、本発明によれば、リードのうちモールド樹脂より露出してワイヤボンディングされる面が、モールド工程時に汚染されるのを防止することができる。
ここで、請求項2に記載の発明のように、請求項1の製造方法においては、第2の開口部を介してリードの他面側に樹脂よりなる接着剤(70)を注入する接着剤注入工程を行った後、蓋設置工程を行うことにより、接着剤によって、リード間の隙間、および、蓋部材とリードの他面との隙間を埋めるようにしてもよい。
第1の開口部から注入される封止材では、リードの隙間、さらには、リードの隙間を介してリードの他面側まで充填するのは難しく、リードの隙間、および、蓋部材とリードの他面との隙間が残ってしまう。それに対して、本発明の製造方法のように、接着剤によって当該隙間を埋めてしまえば、当該隙間が残存することがなくなる。
この場合、さらに、請求項3に記載の発明のように、封止材硬化工程にて、封止材とともに接着剤を一括して硬化すれば、製造工程の効率化を図ることができる。
また、請求項4に記載の発明のように、請求項1〜3に記載の半導体装置の製造方法においては、蓋部材として、当該蓋部材のうち第2の開口部にてモールド樹脂に接触する側面(62〜65)には粗化処理がなされたものを用いてもよい。
それによれば、蓋設置工程では、蓋部材における粗化処理された側面とモールド樹脂との密着力が向上し、第2の開口部から蓋部材が落ちにくくなる、という効果が期待できる。
この場合、請求項5に記載の発明のように、蓋部材の側面のうち少なくとも対向する2つの側面にて粗化処理がなされているものにすれば、第2の開口部においてモールド樹脂に対する蓋部材の支持が確保しやすくなる。
さらに、請求項6に記載の発明のように、蓋部材の側面のうち半導体チップに最も近い位置にて隣り合う側面から当該側面に対向する側面に向かう方向を第1の方向(Y1)としたとき、この第1の方向にて対向する2つの側面(62、63)には粗化処理はなされず、第1の方向とは直交する方向にて対向する2つの側面(64、65)に粗化処理がなされているものであり、この前記粗化処理がなされた2つの側面が、第2の開口部にてモールド樹脂に接触するものであることが好ましい。
それによれば、蓋部材を第2の開口部に圧入するときにモールド樹脂に加わる応力が、半導体チップに影響しにくくなる。
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
(a)は本発明の第1実施形態にかかる半導体装置の概略平面図、(b)は(a)中の半導体装置における一点鎖線A−Aに沿った概略断面図、(c)は(a)中の半導体装置における一点鎖線B−Bに沿った部分を拡大して示す概略断面図である。 (a)は図1に示される半導体装置における蓋部材の概略平面図、(b)は(a)中の蓋部材における一点鎖線C−Cに沿った概略断面図である。 上記第1実施形態にかかる半導体装置の製造方法におけるリード用意工程を示す図であり、(a)は概略平面図、(b)は概略断面図である。 上記第1実施形態にかかる半導体装置の製造方法におけるモールド工程におけるワークと金型との関係を示す図であり、(a)は概略平面図、(b)は概略断面図、(c)は第1の押さえ部における接触面の概略平面図である。 上記第1実施形態にかかる半導体装置の製造方法におけるモールド工程を示す図であり、(a)は概略平面図、(b)は概略断面図である。 上記第1実施形態にかかる半導体装置の製造方法におけるタイバーカット工程を示す図であり、(a)は概略平面図、(b)は概略断面図である。 上記第1実施形態にかかる半導体装置の製造方法におけるチップ搭載工程を示す図であり、(a)は概略平面図、(b)は概略断面図である。 上記第1実施形態にかかる半導体装置の製造方法におけるワイヤボンディング工程を示す図であり、(a)は概略平面図、(b)は概略断面図である。 上記第1実施形態にかかる半導体装置の製造方法におけるダム形成工程を示す図であり、(a)は概略平面図、(b)は概略断面図である。 上記第1実施形態にかかる半導体装置の製造方法における接着剤注入工程を示す概略断面図である。 上記第1実施形態にかかる半導体装置の製造方法における蓋設置工程を示す概略断面図である。 上記第1実施形態にかかる半導体装置の製造方法における封止材注入工程を示す概略断面図である。 本発明の第2実施形態にかかる半導体装置の断面図である。 (a)は第2の開口部の壁面および蓋部材の側面の傾斜角度をそれぞれ規定した場合に蓋部材に掛かる力F1を示した断面図であり、(b)は当該傾斜角度を規定しない場合に蓋部材に掛かる力F2を示した断面図である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
本発明の実施形態にかかる半導体装置S1について、図1、図2を参照して述べる。この半導体装置S1は、たとえば自動車に搭載されるECU等の電子装置の構成要素として適用される。
本実施形態の半導体装置S1は、大きくは、リードフレーム10と、リードフレーム10を封止するモールド樹脂20と、モールド樹脂20上に搭載された半導体チップ30と、半導体チップ30とモールド樹脂20より開口するリードフレーム10のリード11とを接続するボンディングワイヤ40と、を備える。
リードフレーム10は、一面10aと他面10bとが表裏の関係にある板状をなすものであり、板材をパターニングすることで複数本のリード11、アイランド12、外部接続端子13を形成してなるものである。したがって、リードフレーム10の一面10a、他面10bは、そのままリード11、アイランド12、外部接続端子13の一面10a、他面10bに相当する。
このようなリードフレーム10は、Cuや42アロイ等の金属製の板材よりなる。そして、リードフレーム10は、当該板材をプレスやエッチングでパターニングすることで、後述の図3等に示されるように、フレーム部14およびタイバー15a、15bによって、リード11、アイランド12、外部接続端子13が一体に連結された状態で形成されている。
そして、モールド樹脂20で封止後に、これらフレーム部14、タイバー15a、15bをカットすることで、リードフレーム10は、リード11、アイランド12、外部接続端子13が互いに分離したものとされる。したがって、図1に示される半導体装置S1においては、リードフレーム10におけるリード11とアイランド12と外部接続端子13とは、モールド樹脂20で支持されつつ互いに分離した状態とされている。
リード11は、一面10aと他面10bとが表裏の関係にあり、隙間を有して配列された複数本のものよりなり、ここでは、細長の板形状をなしている。各リード11は、一面10aをボンディングワイヤ40と接続されるワイヤ接続面としている。そして、各リード11は、この一面10aを上方に向けつつ、同一平面にて長手方向を揃えた状態で互いに隙間を有して配列されている。
ここで、複数本のリード11の配列方向の両外側には、外枠部11aが配置されている。この外枠部11aは、リードフレーム10の一部として構成されたもので、モールド樹脂20の封止前には、タイバー15aによりリード11と連結されていたものである(図3参照)。
モールド樹脂20内にて、アイランド12には、図示しない電子部品が搭載されている。この電子部品としては、たとえば回路チップ等の表面実装部品や回路基板等が挙げられる。外部接続端子13は、ワイヤボンディングやはんだ付け等の接続方法によって、半導体装置S1と外部との接続を行うものである。
そして、リード11、アイランド12、外部接続端子13の各間は、モールド樹脂20内にて、図示しないボンディングワイヤ等で結線され、電気的に接続されている。
モールド樹脂20は、リードフレーム10のうち、各リード11の長手方向の両端側、外枠部11a、アイランド12全体、外部接続端子13のインナーリード、さらには、上記したリードフレーム10上の部品や、リードフレームの各部間を接続する図示しないボンディングワイヤを封止している。このモールド樹脂20は、エポキシ樹脂等よりなり、トランスファーモールド法により形成されている。
このモールド樹脂20には、半導体チップ30を搭載するためのチップ搭載部23が形成されている。この半導体チップ30としては、特に限定するものではないが、流量センサ、圧力センサ、加速度センサ、角速度センサ等のセンサチップや、その他、回路チップ等が挙げられる。
ここでは、モールド樹脂20におけるチップ搭載部23は凹部として構成されている。そして、半導体チップ30は、このチップ搭載部23に配置されており、エポキシ樹脂等よりなる接着剤31を介してモールド樹脂20に搭載され、モールド樹脂20に固定されている。
また、このモールド樹脂20には、リード11の一面10a側にて第1の開口部21が設けられている。この第1の開口部21は、個々のリード11の一面10aにおけるワイヤボンディング部をモールド樹脂20より露出させるものである。
それとともに、モールド樹脂20には、リード11の他面10b側にて第2の開口部22が設けられている。この第2の開口部22は、個々のリード11の他面10b側をモールド樹脂20より露出させるものである。
ここで、第1の開口部21と第2の開口部22とは、リード11間の隙間を介して互いに連通している。つまり、リード11を境にして、リード11の一面10a側が第1の開口部21とされ、リード11の他面10b側が第2の開口部22とされている。これにより、各リード11は、その長手方向の両端側にてモールド樹脂20に支持されている。
そして、第1の開口部21を介して半導体チップ30と個々のリード11の一面10aとが金やアルミニウム等よりなるボンディングワイヤ40により接続されている。このボンディングワイヤ40による接続は、各リード11と半導体チップ30との間で行われているが、図1(a)では、一本のボンディングワイヤ40のみ示してある。
さらに、第1の開口部21には、第1の開口部21にて露出するリード11の一面10aおよびボンディングワイヤ40を封止する封止材50が設けられている。この封止材50は、この種の半導体装置に用いられる封止材料、たとえばシリカよりなるフィラーを含有するエポキシ樹脂等よりなる。
一方、第2の開口部22には、第2の開口部22を閉塞する蓋部材60が設けられている。この蓋部材60は、第1の開口部21への封止材50の設置時に、第2の開口部22からの封止材50の漏れ防止を行うものであり、第2の開口部22に圧入されて固定されている。
この蓋部材60について、図2も参照して述べる。図2(a)では、蓋部材60のうちリード11の他面10bに対向する面である対向面61側から視たときの蓋部材60の平面構成を示しているが、この蓋部材60の平面形状は、第2の開口部22の開口形状に対応した形状とされている。
ここでは、蓋部材60の平面形状は、リード11の長手方向を短辺、リード11の配列方向を長辺とする矩形をなしている。そして、蓋部材60の4つの側面62〜65は、対向面61側からこれとは反対側に向かってテーパ状に広がるように傾斜した面とされている。
なお、図2(a)中の両矢印で示される第1の方向Y1は、ここではリード11の長手方向に相当する。具体的には、図2(a)にて蓋部材60よりも第1の方向Y1に沿った紙面上側に半導体チップ30が位置することになる。
言い換えれば、蓋部材60の側面62〜65のうち半導体チップ30に最も近い位置にて隣り合う側面62と側面63とを結ぶ方向が、第1の方向Y1とされている。すなわち、蓋部材60の側面62〜65のうち半導体チップ30に最も近い位置にて隣り合う側面62から当該側面63に対向する側面に向かう方向も当然第1の方向Y1である。この場合、第1の方向Y1にて対向する2つの側面62、63は蓋部材60の長辺の側面であり、第1の方向Y1とは直交する方向にて対向する2つの側面64、65は短辺の側面である。
そして、これら蓋部材60の側面62〜65のうち少なくとも対向する2つの側面が、第2の開口部22の側面に接触した状態で圧入が行われている。このような蓋部材60は、樹脂成形により形成されたものであり、具体的には、エポキシ樹脂等よりなる。
また、本実施形態では、図1(c)に示されるように、さらに、第2の開口部22内にてリード11の他面10bと蓋部材60との間には、エポキシ樹脂等よりなる接着剤70が介在している。この接着剤70によって、リード11間の隙間、および、蓋部材60とリード11の他面10bとの隙間が埋められている。
また、図1(b)に示されるように、封止材50は、半導体チップ30におけるボンディングワイヤ40との接続部位を封止しているが、半導体チップ30における当該接続部位とは反対側の部位は、封止材50より露出している。本実施形態では、この封止材50のはみ出しを防止するためのダム部材80が、半導体チップ30上およびその周辺のモールド樹脂20上に突出して設けられている。このダム部材80はエポキシ樹脂等よりなる。
このような半導体装置S1においては、半導体チップ30からの信号が、ボンディングワイヤ40、リード11を介して、アイランド12上の図示しない電子部品に伝わり、さらに、外部接続端子13から外部に出力されるようになっている。
次に、本半導体装置S1の製造方法について、図3〜図12を参照して述べることとする。なお、図3〜図12中の断面図では、フレーム部14やタイバー15a、15bは省略してある。
[図3に示す工程]
まず、リード用意工程として、複数本のリード11を有するリードフレーム10を用意する。ここでは、フレーム部14およびタイバー15a、15bによって、リード11、外枠部11a、アイランド12、外部接続端子13が一体に連結された状態のリードフレーム10を用意する。
ここで、タイバー15aは、個々のリード11におけるワイヤボンディング部よりも両端部側に位置しており、隣り合う前記リード11同士を連結するとともに外枠部11aとこれに隣り合うリード11とを連結するものである。また、それ以外のタイバー15bは、外枠部11aとフレーム部14との間、アイランド12とフレーム部14との間、外部接続端子13間を連結するものである。
さらに、図3(a)に示されるように、この用意されるリードフレーム10においては、外枠部11aおよびタイバー15aによって、複数本のリード11におけるワイヤボンディング部を取り囲む環状の環状部16が構成されている。ここでは、環状部16は、タイバー15aの延びる方向を第1の辺とし、外枠部11aを第1の辺に直交する第2の辺とする矩形環状のものとされている。なお、図3(a)では、環状部16の表面に便宜上、斜線ハッチングを施してある。
[図4、図5に示す工程]
次に、モールド工程では、第1の開口部21および第2の開口部22を形成するように複数本のリード11をモールド樹脂20で封止する。このモールド樹脂20は、金型100を用いたトランスファーモールド法により行う。金型100は、典型的なものと同様、上型101と下型102とを合致させることで、当該上下型101、102の間にキャビティ103が形成されるものである。
ここで、金型100は、第1の開口部21の空間形状に対応した形状をなし、複数本のリード11の一面10a側に接触する接触面111を持つ第1の押さえ部110と、第2の開口部22の空間形状に対応した形状をなし、複数本のリード11の他面10b側に接触する接触面121を持つ第2の押さえ部120とを有する。
第1の押さえ部110は、上型101より突出する突起として構成されており、第2の押さえ部120は、第1の押さえ部110に対向して下型102より突出する突起として構成されている。
さらに、図4(c)に示されるように、第1の押さえ部110における接触面111については、環状部16に対応した環状をなす凸部112が当該接触面111の周辺部に設けられ、これにより、当該凸部112の内周は凹部113とされている。ここでは、凸部112の平面形状は矩形枠状であり、その内周の凹部113は平面矩形とされている。
また、金型100において、第2の押さえ部120における接触面121は、第2の開口部22の開口形状に対応した矩形をなし、リード11の他面11bのうち第2の開口部22より露出すべき部位の全体に接触する平坦面とされている。
こうして、金型100にワークを設置した状態では、各開口部21、22となる部位にて、第1の押さえ部110における接触面111がリード11の一面10aに接触し、第2の押さえ部120における接触面121がリード11の他面11bに接触する。
このとき、第1の押さえ部110における接触面111については、凸部112は接触するが凹部113は接触しない。つまり、リード11の一面10a側から環状部16に対して凸部112を接触させると、各リード11の一面10aのうち凹部113に位置する部位にはモールド樹脂20が入り込まない状態となる。
図4(a)では、キャビティ103の外形を破線にて示すとともに、第1の押さえ部110における接触面111の凸部112に対応する部分(ここでは矩形枠状の部分)に斜線ハッチングを施し、その内周を凹部113に対応する部位としてある。第1の押さえ部110の凸部112は、この図4(a)に示される位置にて、リード11の一面10aに接触する。
こうして、各押さえ部110、120でリード11の両面10a、10bを押さえた状態とし、この状態で、キャビティ103にモールド樹脂20を充填し、モールド樹脂20による封止を行う。
これにより、図5に示されるように、リード11の両端、外枠部11a、アイランド12、外部接続端子13のインナーリードが封止される。このとき、モールド樹脂20においては、チップ搭載部23も形成される。こうして、第1の開口部21および第2の開口部22を有するモールド樹脂20が成形される。ここまでがモールド工程である。
[図6に示す工程]
次に、タイバーカット工程では、カット型200を用いて、第1の開口部21および第2の開口部22のいずれか一方を介して、リード11間のタイバー15aを切断して個々のリード11を分離する。このとき、モールド樹脂20より露出する他のタイバー15bおよびフレーム部14も、カットする。
なお、本タイバーカット工程では、タイバー15bおよびフレーム部14のうちの一部をカットし、後の工程で残りの部分をカットする場合もある。このような場合も考慮して、本タイバーカット工程後の各工程を示した図7〜図9ではタイバー15bおよびフレーム部14も残して描いてある。したがって、本タイバーカット工程のように全てのタイバー15bおよびフレーム部14をカットした場合は、図7〜図9に示されているタイバー15bおよびフレーム部14は存在しない。
[図7に示す工程]
次に、チップ搭載工程では、第1の開口部21および第2の開口部22の外側にてモールド樹脂20に半導体チップ30を搭載する。ここでは、接着剤31をチップ搭載部23に配置し、この接着剤31を介して半導体チップ30を搭載し、チップ搭載部23に接着する。
[図8に示す工程]
次に、ワイヤボンディング工程では、第1の開口部21を介して半導体チップ30と個々のリード11との間でワイヤボンディングを行い、ボンディングワイヤ40を形成する。このワイヤボンディングは、金やアルミニウム等のワイヤを用いたボールボンディング、ウェッジボンディング等によりなされる。
[図9に示す工程]
次にダム形成工程では、ダム部材80を、半導体チップ30上およびその周辺のモールド樹脂20上への塗布および硬化により、形成する。
[図10に示す工程]
次に、接着剤注入工程を行う。この工程では、第2の開口部22を介してリード11の他面10b側に樹脂よりなる接着剤70を注入する。
[図11に示す工程]
次に、蓋設置工程では、蓋部材60を、第2の開口部22に対して圧入し固定する。本実施形態では、第2の開口部22に予め接着剤70が注入されており、この蓋設置工程を行うことにより、接着剤70によって、リード11間の隙間、および、蓋部材60とリード11の他面10bとの隙間を埋めるようにする。
[図12に示す工程]
次に、封止材注入工程では、第1の開口部21側から液状の封止材50を注入し、個々のリード11の一面10aを当該液状の封止材50により被覆する。
その後は、この封止材50を加熱等により硬化させる封止材硬化工程を行う。ここでは、封止材硬化工程にて、封止材50とともに接着剤70を一括して硬化する。たとえば、両部材50、70ともエポキシ樹脂としたとき、150℃程度の加熱により、両部材50、70の一括硬化が可能である。こうして、本実施形態の半導体装置S1ができあがる。
ところで、本実施形態によれば、モールド工程では、複数本のリード11の一面11aにおけるワイヤボンディング部の全周囲に位置する環状部16に対して、第1の押さえ部110における凸部112が接触する。それにより、当該ワイヤボンディング部は、第1の押さえ部110における凹部113内に閉塞される。
そのため、モールド樹脂20がリード11間の隙間から当該ワイヤボンディング部に入り込もうとしても、リード11間のタイバー15aにより阻止される。こうして、モールド樹脂20のリード11の一面10aにおけるワイヤボンディング部への付着が防止される。
また、第1の押さえ部110の凹部113によって当該ワイヤボンディング部に金型100が接触することはなく、金型100の接触による汚染も防止される。よって、本実施形態によれば、リード11のうちモールド樹脂20より露出してワイヤボンディングされる面11aが、モールド工程時に汚染されるのを防止することができる。
また、本実施形態では、第2の開口部22を介してリード11の他面11b側に接着剤70を注入する接着剤注入工程を行った後、蓋設置工程を行うことにより、当該接着剤70によって、リード11間の隙間、および、蓋部材60とリード11の他面10bとの隙間を埋めるようにしている。
封止材50を第1の開口部21から注入する場合、リード11の隙間、さらには、リード11の隙間を介してリード11の他面10b側まで封止材50で充填するのは難しい。そのため、当該リード11の隙間、および、蓋部材60とリード11の他面10bとの隙間が残ってしまう。このことは、リード11の隙間が小さいと顕著になる。それに対して、接着剤70によって当該隙間を埋めてしまえば、当該隙間の残存防止が期待できる。
また、本実施形態では、封止材硬化工程にて、封止材50とともに接着剤70を一括して硬化するようにしているから、製造工程の効率化を図ることができる。
また、本実施形態の製造方法においては、蓋部材60として、当該蓋部材60のうち第2の開口部22にてモールド樹脂20に接触する側面62〜65に粗化処理がなされたものを用いることが望ましい。
この粗化処理は、蓋部材60を樹脂成形により成形するときの金型の内面を粗化したものとすることにより行える。また、粗化処理は、その他、エッチングやブラスト処理で行ってもよい。
それによれば、蓋設置工程では、蓋部材60における粗化処理された側面62〜65とモールド樹脂20との密着力が向上し、第2の開口部22から蓋部材60が落ちにくくなる。ここで、粗化処理の粗化のレベルとしては、互いに接触するモールド樹脂20の面の粗度と側面62〜65の粗度との積が14を超える大きさとなることが望ましい。
また、この粗化処理される側面は、蓋部材60の側面62〜65のうち少なくとも対向する2つの側面であればよい。具体的に、本実施形態では、上記図2(a)に示されるように、第1の方向Y1にて対向する2つの側面62、63の組と、第1の方向Y1とは直交する方向にて対向する2つの側面64、65の組とで、いずれか一方の組に粗化処理がなされていれば、モールド樹脂30に対する蓋部材60の支持が確保しやすくなる。
より望ましくは、蓋部材60の側面62〜65のうち第1の方向Y1にて対向する2つの側面62、63には前記粗化処理はなされず、第1の方向Y1とは直交する方向にて対向する2つの側面64、65に粗化処理がなされていることがよい。そして、粗化処理がなされた2つの側面64、65が、第2の開口部22にてモールド樹脂20に接触し、それ以外の2つの側面62、63は、モールド樹脂20とは多少隙間を有しているものとする。
仮に、上記図1、図2において、第1の方向Y1にて対向する2つの側面62、63に粗化処理を施した場合、蓋部材60の圧入時には、当該2つの側面62、63がモールド樹脂20に密着することになる。すると、当該圧入によって、第1の方向Y1にて第2の開口部22が広がるようにモールド樹脂20に応力が加わるため、半導体チップ30に対して当該応力の影響が発生しやすい。
それに対して、第1の方向Y1とは直交する方向にて対向する2つの側面64、65に粗化処理がなされている場合、第1の方向Y1と直交する方向にて第2の開口部22が広がるようにモールド樹脂20に応力が加わるだけであり、当該応力の影響は半導体チップ30におよびにくいものとなる。つまり、蓋部材60を第2の開口部22に圧入するときにモールド樹脂20に加わる応力の半導体チップ30への影響を小さいものにできる。
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、図11に示す蓋設置工程において、蓋部材60がモールド樹脂20の第2の開口部22から抜け落ちることを防止する製造方法を提供する。
このため、本実施形態では、モールド樹脂20の材質としてエポキシ樹脂を用い、蓋部材60の材質としてPPS・G40を用いる。PPS・G40とはポリフェニレンサルファイド樹脂にガラスが40重量%添加されているものである。PPSは熱可塑性樹脂の中でも加熱による伸びをできるだけ抑える特性を有する。そして、PPSに対するガラスの混合量を40重量%とすることによりPPSの所望の硬さと伸びにくさが得られる。
また、モールド樹脂20の第2の開口部22に対する蓋部材60の圧入角度が図13の断面図に示される角度となるようにモールド樹脂20および蓋部材60が構成されている。なお、図13は図1(a)のB−B断面に相当する図である。
具体的には、モールド樹脂20の第2の開口部22には蓋部材60の4つの側面62〜65に対応する4つの壁面がある。これら4つの壁面のうちリード11の長手方向に沿った少なくとも2つの壁面22a、22bが、リード11の他面10bに垂直であると共にリード11の長手方向に沿った基準面90に対して5°以下の角度で第2の開口部22の開口側に向かって広がるように傾いている。言い換えると、少なくとも2つの壁面22a、22bは、リード11の他面10b側から第2の開口部22における蓋部材60の入口側に向かって基準面90に対して5°以下の角度で広がったテーパ面になっている。これらの壁面22a、22bは、第2の開口部22において当該第2の開口部22の長手方向の両端にそれぞれ位置し、互いに対向している面である。
同様に、蓋部材60の側面62〜65のうち第2の開口部22の壁面22a、22bに対応する側面64、65が当該壁面22a、22bの角度に対応するように形成されている。すなわち、蓋部材60の側面64、65は、基準面90に対して5°以下の角度で対向面61とは反対側が広がるように傾いたテーパ面になっている。具体的には、第2の開口部22の壁面22aが蓋部材60の側面64に対応し、第2の開口部22の壁面22bが蓋部材60の側面65に対応する。なお、基準面90は対向面61に垂直な面であると共に第1の方向Y1に沿った面であるとも言える。
ここで、モールド樹脂20の第2の開口部22を構成する各壁面のうち、リード11が並べられた方向に沿った2つの対向する壁面についても上記と同様に傾斜角度を規定しても良い。この場合、リード11の他面10bに垂直であると共にリード11が並べられた方向に沿った面を基準面とし、この基準面に対して5°以下の角度で蓋部材60の入口側が広がるように各壁面が傾いている。このように第2の開口部22を構成する各壁面のうちリード11が並べられた方向に沿った2つの対向する壁面の傾斜角度を規定したときは、蓋部材60の側面62、63の傾斜角度も同じように傾斜させれば良い。
なお、蓋部材60の作りやすさや蓋部材60の圧入のしやすさ等を考慮すると、基準面90に対する第2の開口部22の各壁面22a、22bや蓋部材60の各側面64、65の傾斜角度の下限値は例えば1°以上であることが好ましい。したがって、傾斜角度は例えば1°以上、5°以下の範囲とする。
次に、図13に示された構造の半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態では、第1実施形態で示された各工程のうちの図4および図5に示すモールド工程において、エポキシ樹脂を材質とするモールド樹脂20を成形する。このとき、上述のように基準面90に対して5°以下で傾けられた各壁面22a、22bを持つ第2の開口部22を形成する。なお、リード11が並べられた方向に沿った2つの対向する壁面についても同様に5°以下で傾斜させて形成しても良い。
また、図11に示す蓋設置工程において、PPS・G40で形成された蓋部材60を用意する。本実施形態では、蓋部材60の側面62〜65のうち第2の開口部22の各壁面22a、22bに対応する側面64、65の傾斜角度が各壁面22a、22bに対応する角度の蓋部材60を用意する。
なお、第2の開口部22の各壁面のうちリード11が並べられた方向に沿った2つの対向する壁面を同様に5°以下で傾斜させているときは、これらの壁面に対応する蓋部材60の側面62、63の傾斜角度も同じ角度に形成する。
そして、モールド樹脂20の第2の開口部22側が天井側、第1の開口部21側が地面側になるようにモールド樹脂20の天地を裏返しにする。この状態でモールド樹脂20の第2の開口部22に接着剤70を注入し、蓋部材60を第2の開口部22に圧入する。
この後、再度、モールド樹脂20の第1の開口部21側が天井側になるようにモールド樹脂20の天地を表返した状態とし、図12に示す封止材注入工程、封止材硬化工程を行う。
この封止材注入工程および封止材硬化工程では、モールド樹脂20のうちの第2の開口部22側は地面側を向いているので、蓋部材60も地面側に位置する。このため、封止材50を加熱等により硬化させる際、蓋部材60が加熱されて伸びることにより、蓋部材60が抜け落ちる可能性がある。特に、蓋部材60はリード11が並べられた方向に沿って長細い直方体状の形状をなしているので、熱を受けた蓋部材60はリード11が並べられた方向に沿って伸びやすくなる。このため、モールド樹脂20の第2の開口部22の4つの壁面のうちリード11の長手方向に沿った少なくとも2つの壁面22a、22bが、蓋部材60の熱膨張による応力を受ける。
しかしながら、上記のように基準面90に対して第2の開口部22のうちの少なくとも壁面22a、22bの傾斜角度が基準面90に対して5°以下に傾斜し、蓋部材60のうちの少なくとも側面64、65がこれら各壁面22a、22bに対応して傾斜している。このため、図14(a)に示されるように蓋部材60がモールド樹脂20の第2の開口部22から抜け落ちる力F1が小さくなるので、蓋部材60が第2の開口部22から抜け落ちてしまうことを防止することができる。また、蓋部材60の材質としてPPS・G40を採用しているので、蓋部材60の加熱による伸びをできるだけ抑えることができ、蓋部材60がモールド樹脂20から抜け落ちる力F1を小さくすることができる。
さらに、モールド樹脂20の第2の開口部22の各壁面のうちリード11が並べられた方向に沿った2つの対向する壁面を同様に5°以下で傾斜させると共に、これらの壁面に対応した蓋部材60の側面62、63を同様に傾斜させている場合もある。この場合は、第2の開口部22のうちリード11が並べられた方向に沿った2つの壁面が、蓋部材60の熱膨張による応力を受ける力を小さくすることができる。
一方、基準面90に対して少なくとも壁面22a、22bの傾斜角度が5°よりも大きい場合、図14(b)に示されるように蓋部材60がモールド樹脂20の第2の開口部22から抜け落ちる力F2が大きくなる。また、蓋部材60の材質がPPS・G40ではなく、他の材質の場合にはこの力F2はさらに大きくなると考えられる。なお、図14の各断面図は図13と同じく図1(a)のB−B断面に相当する図である。図14では接着剤70および封止材50を省略している。
このように、蓋部材60の材質やモールド樹脂20の第2の開口部22の各壁面22a、22bの傾斜角度および蓋部材60の側面64、65の傾斜角度を規定することにより、F1<F2となるようにすることができ、モールド樹脂20から蓋部材60が抜け落ちることを防止することができる。また、蓋部材60の材質をPPS・G40としているので、安価な製品とすることもできる。
(他の実施形態)
なお、外枠部11aとタイバー15aとより構成される環状部16の形状としては、上記矩形環状に限定されるものではなく、それ以外にも、たとえば円形環状等であってもよい。その場合、上記凸部112を、環状部16の形状に対応した環状を有するものにすることはもちろんである。
また、接着剤70は、蓋部材60をリード11やモールド樹脂20に接着固定する用もなすものであるが、リード11間の隙間や蓋部材60とリード11の他面10bとの隙間が問題にならないならば、接着剤注入工程を行わずに、接着剤70を省略してもよい。
また、上記実施形態では、封止材硬化工程にて封止材50と接着剤70とを一括して硬化したが、接着剤70と封止材50とで硬化は別々に行ってもよい。たとえば、蓋部材60を設置して接着剤70を硬化させた後、封止材50の注入を行い、これを硬化させるようにしてもよい。
また、蓋部材60の圧入による密着性が確保されるならば、蓋部材60の側面62〜65は粗化処理されていなくてもよい。また、粗化処理は、モールド樹脂20と接触する全側面62〜65に施されていてもよい。
上記の第2実施形態では、蓋部材60の材質としてPPS・G40を用いていたが、PPSに対するガラスの混入割合は40重量%に限られない。蓋部材60の所望の特性を得るため、例えばガラスの混入割合を40重量%〜50重量%の範囲で適宜設定することができる。
第2実施形態では、モールド樹脂20の材質としてエポキシ樹脂を用いているが、これは材質の一例であり、他の材質のものを用いてもよい。
さらに、第2実施形態では、基準面90に対して少なくとも壁面22a、22bおよび側面64、65の傾斜角度が5°以下の同じ角度に規定しているが、壁面22a、22bの傾斜角度と側面64、65の傾斜角度とは必ずしも同じ角度でなくてもよい。例えば側面64、65の傾斜角度を壁面22a、22bの傾斜角度よりもさらに小さくしてもよい。しかし、各側面62〜65と各壁面との間に隙間が生じて蓋部材を第2の開口部22に圧入できなくなるので、各側面62〜65の傾斜角度と各壁面の傾斜角度は互いに対応していることが好ましい。
また、上記した各実施形態同士の組み合わせ以外にも、上記各実施形態は、可能な範囲で適宜組み合わせてもよく、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。
10 リードフレーム
11 リード
11a 外枠部
15a タイバー
16 環状部
20 モールド樹脂
21 第1の開口部
22 第2の開口部
30 半導体チップ
40 ボンディングワイヤ
50 封止材
60 蓋部材
110 第1の押さえ部
120 第2の押さえ部

Claims (11)

  1. 一面(10a)と他面(10b)とが表裏の関係にあり、隙間を有して配列された複数本のリード(11)と、
    個々の前記リードの両端側を支持するモールド樹脂(20)と、
    前記モールド樹脂に搭載された半導体チップ(30)と、を備え、
    前記モールド樹脂には、個々の前記リードの一面側、他面側をそれぞれ露出させるとともに、前記リード間の隙間を介して互いに連通する第1の開口部(21)、第2の開口部(22)が設けられており、
    前記第1の開口部を介して前記半導体チップと個々の前記リードの一面とがボンディングワイヤ(40)により接続されており、
    さらに、前記第1の開口部には、前記複数本のリードの一面および前記ボンディングワイヤを封止する封止材(50)が設けられ、前記第2の開口部には、当該第2の開口部を閉塞する蓋部材(60)が設けられている半導体装置を製造する製造方法であって、
    前記複数本のリードと、
    前記複数本のリードの配列方向の両外側に位置する外枠部(11a)と、
    個々の前記リードにおけるワイヤボンディング部よりも両端部側に位置して隣り合う前記リード同士を連結するとともに前記外枠部とこれに隣り合う前記リードとを連結するタイバー(15a)と、を有するものであって、
    前記外枠部および前記タイバーによって前記複数本のリードにおけるワイヤボンディング部を取り囲む環状の環状部(16)が構成されたリードフレーム(10)を用意するリード用意工程と、
    前記第1の開口部の空間形状に対応した形状をなし、前記複数本のリードの一面側に接触する接触面(111)を持つ第1の押さえ部(110)と、前記第2の開口部の空間形状に対応した形状をなし、前記複数本のリードの他面側に接触する接触面(121)を持つ第2の押さえ部(120)とを有する金型であって、
    前記第1の押さえ部における前記接触面については、前記環状部に対応した環状をなす凸部(112)が周辺部に設けられ当該凸部の内周は凹部(113)とされている金型(100)を用い、
    前記第2の押さえ部における前記接触面を前記複数本のリードの他面側に接触させるとともに、前記第1の押さえ部における前記接触面については、前記リードの一面側から前記環状部に対して前記凸部を接触させることで前記複数本のリードの一面のうち前記凹部に位置する部位に前記モールド樹脂が入り込まない状態とし、
    この状態で、前記モールド樹脂による封止を行うことにより、前記第1の開口部および前記第2の開口部を有する前記モールド樹脂を成形するモールド工程と、
    前記第1の開口部および前記第2の開口部のいずれか一方を介して、前記タイバーをカットするタイバーカット工程と、
    前記第1の開口部および前記第2の開口部の外側にて前記モールド樹脂に前記半導体チップを搭載するチップ搭載工程と、
    前記第1の開口部を介して前記半導体チップと個々の前記リードの一面との間でワイヤボンディングを行い、前記ボンディングワイヤを形成するワイヤボンディング工程と、
    前記蓋部材を、前記第2の開口部に対して圧入し固定する蓋設置工程と、
    前記第1の開口部側から液状の前記封止材を注入し、個々の前記リードの一面を当該液状の封止材により被覆する封止材注入工程と、
    前記封止材を硬化させる封止材硬化工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記第2の開口部を介して前記リードの他面側に樹脂よりなる接着剤(70)を注入する接着剤注入工程を行った後、前記蓋設置工程を行うことにより、前記接着剤によって、前記リード間の隙間、および、前記蓋部材と前記リードの他面との隙間を埋めることを特
    徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記封止材硬化工程にて、前記封止材とともに前記接着剤を一括して硬化することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記蓋部材として、当該蓋部材のうち前記第2の開口部にて前記モールド樹脂に接触する側面(62〜65)には粗化処理がなされたものを用いることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記蓋部材の側面のうち少なくとも対向する2つの側面にて前記粗化処理がなされていることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記蓋部材の側面のうち前記半導体チップに最も近い位置にて隣り合う側面から当該側面に対向する側面に向かう方向を第1の方向(Y1)としたとき、この第1の方向にて対向する2つの側面(62、63)には前記粗化処理はなされず、前記第1の方向とは直交する方向にて対向する2つの側面(64、65)に前記粗化処理がなされているものであり、
    この前記粗化処理がなされた2つの側面が、前記第2の開口部にて前記モールド樹脂に接触するものであることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記環状部は、前記タイバーの延びる方向を第1の辺とし、前記外枠部を前記第1の辺に直交する第2の辺とする矩形環状のものであることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記モールド工程では、前記リード(11)の他面(10b)に垂直な面であると共に前記リード(11)の長手方向に沿った面を基準面(90)とすると、前記第2の開口部(22)の壁面のうち前記リード(11)の長手方向に沿った少なくとも2つの壁面(22a、22b)が前記基準面(90)に対して5°以下の角度で前記第2の開口部(22)の開口側に広がるように傾けて前記モールド樹脂(20)を形成し、
    前記蓋設置工程では、前記蓋部材(60)として、当該蓋部材(60)の側面(62〜65)のうち前記第2の開口部(22)の2つの壁面(22a、22b)に対応する2つの側面(64、65)が前記基準面(90)に対して5°以下の角度で前記対向面(61)とは反対側が広がるように傾いたテーパ面となっているものを用意し、当該テーパ面となった2つの側面(64、65)が前記第2の開口部(22)の2つの壁面(22a、22b)に対応するように前記第2の開口部(22)に前記蓋部材(60)を圧入し固定することを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記蓋設置工程では、前記蓋部材(60)の材質としてポリフェニレンサルファイド樹脂を用いることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記蓋設置工程では、前記蓋部材(60)の材質としてポリフェニレンサルファイド樹脂にガラスが40重量%添加されたものを用いることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 前記モールド工程では、前記モールド樹脂(20)の材質としてエポキシ樹脂を用いることを特徴とする請求項9または10に記載の半導体装置の製造方法。
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