JP2000343576A - 射出成形機、半導体封止装置、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各射出プランジャごとの射出圧力を個別かつ
簡易に検出し得る射出成形機、及び該射出成形機を用い
た半導体封止装置を得る。 【解決手段】 プランジャユニット内には、第１のバネ
定数を有する第１のバネ１９と、第１のバネ定数よりも
大きい第２のバネ定数を有する第２のバネ２０とが配置
されている。遮光体２１は上部が広がった逆テーパ状を
成している。また、下側プランジャユニット６ａ内に
は、遮光体２１の逆テーパ状部分と空間的に重なり合う
部分に光センサ列２３が配置されている。光センサ列２
３は、指向性及び直進性の高いレーザ光等の光を発する
発光素子２４と、発光素子２４が発した光の受光の有無
を時系列的に出力可能な受光素子２５とを備えている。
発光素子２４と受光素子２５とは１対１に対応して設け
られており、各発光素子２４及び各受光素子２５は、遮
光体２１を挟んで互いに対峙して固定配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、射出成形機及び
該射出成形機を用いた半導体封止装置の構造、並びに該
半導体封止装置を用いた半導体装置の製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体封止装置は、チップのパッケージ
ング工程において、樹脂タブレット等の封止材を金型チ
ャンバ内で加熱した後、溶融した封止材を射出プランジ
ャによって所定の射出圧力で押し出すことにより金型キ
ャビティ内に射出し、これにより、予め金型キャビティ
内に配置されていたチップを封止材によって封止するも
のである。

【０００３】図８は、マルチプランジャ方式の従来の半
導体封止装置の構成を示す模式図である。半導体封止装
置は２行×４列に配置された合計８個の射出プランジャ
を備えており、図８にはそのうちの１行分である４個の
射出プランジャ１００ａ〜１００ｄが現れている。図８
に示すように従来の半導体封止装置は、プランジャロッ
ド１０１ａ〜１０１ｄに固定されたプランジャヘッド１
０２ａ〜１０２ｄと、プランジャロッド１０１ａ〜１０
１ｄを保持するためのコイル状のバネ１０９ａ〜１０９
ｄが内部に配置されたプランジャユニット１０３ａ〜１
０３ｄと、射出プランジャ１００ａ〜１００ｄを上下方
向に駆動するためのボールネジ１０４ａ〜１０４ｄと、
プランジャ駆動モータ１０６の駆動力をボールネジ１０
４ａ〜１０４ｄに伝達するための駆動力伝達機構１０５
と、プランジャ駆動モータ１０６を制御するためのアン
プ１０７と、アンプ１０７に指令を送るためのコントロ
ーラ１０８とを備えている。

【０００４】次に、図８に示した従来の半導体封止装置
の動作について説明する。半導体封止装置の動作が実際
に開始される以前に、アンプ１０７への指令値と、プラ
ンジャ駆動モータ１０６に流れる負荷電流値と、射出プ
ランジャ１００ａ〜１００ｄの駆動力との対応関係が校
正データとして求められている。半導体封止装置を用い
てチップの封止工程を実行するにあたっては、この校正
データを参照してコントローラ１０８からアンプ１０７
へ所定の指令値が入力され、アンプ１０７は入力された
指令値に基づいてプランジャ駆動モータ１０６を駆動す
る。プランジャ駆動モータ１０６の駆動力は駆動力伝達
機構１０５を介してボールネジ１０４ａ〜１０４ｄに伝
達され、ボールネジ１０４ａ〜１０４ｄは、その駆動力
に応じて射出プランジャ１００ａ〜１００ｄを上方向に
駆動する。これにより、金型チャンバ内で加熱溶融され
た樹脂タブレット等の封止材がプランジャヘッド１０２
ａ〜１０２ｄによって加圧されて金型キャビティ内に射
出され、予め金型キャビティ内に配置されていたチップ
が封止材によって封止される。なお、このとき各射出プ
ランジャ１００ａ〜１００ｄ間で樹脂タブレットの高さ
にばらつきが生じていたとしても、このばらつきはバネ
１０９ａ〜１０９ｄによって吸収される。

【０００５】また、プランジャ駆動モータ１０６に流れ
ている実際の負荷電流値を測定することにより、上記校
正データとプランジャヘッド１０２ａ〜１０２ｄの面積
とに基づいて、射出プランジャ１００ａ〜１００ｄの射
出圧力を求めることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の半導体封止装置によると、プランジャ駆動モータに
流れている負荷電流値を測定することで射出プランジャ
の射出圧力を求めており、射出圧力を直接的に検出して
いるわけではないため、射出圧力の検出精度が低く、高
精度の射出圧力制御に使用できないという問題があっ
た。

【０００７】しかも、複数本（上記の例では８本）の射
出プランジャの射出圧力の合計値を検出することとなる
ため、射出プランジャ間で製品状態にばらつきが生じて
いる場合であっても、適切な対応を採ることを目的とし
て各射出プランジャごとの射出圧力を個別に検出するこ
とができないという問題もあった。

【０００８】本発明はこのような問題を解決するために
成されたものであり、各射出プランジャごとの射出圧力
を個別かつ簡易に検出し得る射出成形機を得ること、さ
らに、該射出成形機を用いた半導体封止装置、及び該半
導体封止装置を用いた半導体装置の製造方法を得ること
を目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明のうち請求項１
に記載の射出成形機は、加熱筒内の成形材料を射出プラ
ンジャで押し出すことにより鋳型キャビティ内に射出す
る射出成形機であって、成形材料の射出圧力に応じて変
長する弾性体と、弾性体の変長量を検出する変長量検出
手段とを備えるものである。

【００１０】また、この発明のうち請求項２に記載の射
出成形機は、請求項１に記載の射出成形機であって、変
長量検出手段は、射出プランジャの押し出し方向に対す
る垂直方向に沿って配設された発光素子列と、成形材料
の射出圧力に応じて発光素子列に対して相対的に変位
し、垂直方向の幅が押し出し方向に沿った位置によって
異なる遮光体と、遮光体を挟んで発光素子列に対峙する
受光素子列とを有するものである。

【００１１】また、この発明のうち請求項３に記載の射
出成形機は、請求項１又は２に記載の射出成形機であっ
て、弾性体は、第１の弾性係数を有する第１の弾性体
と、成形材料の射出圧力が所定値よりも高い場合にのみ
射出圧力に応じた変長が行われ、第１の弾性係数よりも
大きな第２の弾性係数を有する第２の弾性体とを有する
ものである。

【００１２】また、この発明のうち請求項４に記載の射
出成形機は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の射出
成形機であって、射出成形機は、複数の成形品をまとめ
て製造するマルチプランジャ方式として用いられるもの
である。

【００１３】また、この発明のうち請求項５に記載の半
導体封止装置は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の
射出成形機において、成形材料として半導体装置の封止
材を用いたものである。

【００１４】また、この発明のうち請求項６に記載の半
導体装置の製造方法は、請求項５に記載の半導体封止装
置を用いて半導体装置を封止材で封止することを特徴と
するものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、本発明の
実施の形態１に係るマルチプランジャ方式の射出成形機
を用いた、半導体封止装置の構成を示す斜視図である。
図１に示す半導体封止装置は、２行×４列に配置された
合計８個の射出プランジャ１００ａ〜１００ｈを備えて
いる。また、図１に示す半導体封止装置は、プランジャ
ロッド１ａ〜１ｄ，２ａ〜２ｄにそれぞれ固定されたプ
ランジャヘッド３ａ〜３ｄ，４ａ〜４ｄと、上側プラン
ジャユニット５ａ〜５ｄ及び下側プランジャユニット６
ａ〜６ｄから成るプランジャユニットと、射出プランジ
ャ１００ａ〜１００ｈを上下方向に駆動するためのボー
ルネジ７ａ〜７ｄと、プランジャ駆動モータ９の駆動力
をボールネジ７ａ〜７ｄに伝達するための駆動力伝達機
構８と、プランジャ駆動モータ９を制御するためのアン
プ１０と、アンプ１０に指令を送るためのコントローラ
１１とを備えている。

【００１６】また、図２は、図１に示す矢印Ｘ方向から
眺めた場合の射出プランジャ１００ａ，１００ｅの内部
構成を示す模式図である。プランジャロッド１ａ，２ａ
は、上側プランジャユニット５ａ内において突出部１５
を有している。また、下側プランジャユニット６ａ内に
は、連結部１８を介して突出部１５に連結された遮光体
２１が配置されている。連結部１８の内側には、第１の
バネ定数を有するコイル状の第１のバネ１９が配置され
ており、第１のバネ１９の上端部及び下端部はそれぞ
れ、突出部１５の第１の面１６及び上側プランジャユニ
ット５ａの底面に固定されている。また、連結部１８の
外側には、第１のバネ定数よりも大きい第２のバネ定数
を有するコイル状の第２のバネ２０が配置されている。
第２のバネ２０の上端部は距離Ｌを隔てて突出部１５の
第２の面１７に対向しており、第２のバネ２０の下端部
は上側プランジャユニット５ａの底面に固定されてい
る。

【００１７】遮光体２１は上部が広がった逆テーパ状を
成しており、第３のバネ定数を有するコイル状の第３の
バネ２２によって下方から保持されている。第３のバネ
２２の上端部及び下端部はそれぞれ、遮光体２１の底面
及び下側プランジャユニット６ａの底面に固定されてい
る。また、下側プランジャユニット６ａ内には、遮光体
２１の逆テーパ状部分と空間的に重なり合う部分に、長
さが１ｍｍ〜１０ｍｍの光センサが横方向に複数配列さ
れた光センサ列２３が配置されている。ここで、横方向
とは、プランジャ１００ａ〜１００ｅの押し出し方向に
対する垂直方向を意味する。

【００１８】また、図３は、図１に示す矢印Ｙ方向から
眺めた場合の射出プランジャ１００ｅの内部構成を示す
模式図である。光センサ列２３は、指向性及び直進性の
高いレーザ光等の光を発する発光素子２４と、発光素子
２４が発した光の受光の有無を時系列的に出力可能な受
光素子２５とを備えている。発光素子２４と受光素子２
５とは１対１に対応して設けられており、各発光素子２
４及び各受光素子２５は、遮光体２１を挟んで互いに対
峙して固定配置されている。

【００１９】図４は、図１に示した半導体封止装置を用
いたチップの封止工程を説明するための模式図である。
樹脂タブレット２７等の封止材を金型チャンバ２６内で
加熱溶融した後、プランジャ駆動モータ９（図４には現
れない）を駆動して上側プランジャユニット５ａ、下側
プランジャユニット５ｂ、及びプランジャロッド２ａを
一体として上方向に駆動することにより、溶融した封止
材を射出プランジャ１００ｅのプランジャヘッド４ａに
よって加圧する。すると、封止材が金型内樹脂流路３０
を通って金型キャビティ３１内に射出され、予め金型キ
ャビティ３１内のインサート部３２に配置されていたチ
ップは封止材によって封止される。なお、ここでは射出
プランジャ１００ｅの動作のみを代表して説明したが、
マルチプランジャ方式の半導体封止装置においては、複
数の射出プランジャ１００ａ〜１００ｈが一括して動作
し、複数の成形品がまとめて製造される。

【００２０】以下、射出プランジャ１００ａ〜１００ｈ
の各射出圧力の検出動作について説明する。図１に示し
たマルチプランジャ方式の半導体封止装置において、プ
ランジャヘッド３ａ〜３ｄ，４ａ〜４ｄは、封止材の各
射出圧力に等しい下方向の圧力を封止材から受ける。例
えば射出プランジャ１００ａ，１００ｅのみに着目する
と、プランジャヘッド３ａ，４ａが封止材からともに圧
力Ｐ１を受けている場合（図２参照）は、射出プランジ
ャ１００ａ，１００ｅは、第１のバネ１９及び第３のバ
ネ２２の各反発力に打ち勝ってともに下方向に変位す
る。すると、これに伴って遮光体２１は光センサ列２３
に対して相対的に下方向に変位し、その結果、光センサ
列２３を構成する複数の受光素子２５のうち、対応する
発光素子２４が発した光を受光しないものの数が増加す
る。

【００２１】図５は、図２に示した状況での光センサ列
２３からの出力分布を示す図である。光センサ列２３を
構成する複数の受光素子２５のうち、対応する発光素子
２４からの光が遮光体２１によって遮られる受光素子２
５においては出力が「受光無」となっており、遮られな
い受光素子２５においては出力が「受光有」となってい
る。そして、各受光素子２５における受光の有無を全て
の受光素子２５に関して連続に並べた結果が、光センサ
列２３からの出力として、高速に、かつ、各射出プラン
ジャ１００ａ〜１００ｈに関して個別に出力される。従
って、各射出プランジャ１００ａ〜１００ｈごとに、光
センサ列２３からの出力パターンと遮光体２１の変位量
とを予め対応づけておくことにより、光センサ列２３か
らの出力に基づいて、遮光体２１の変位量、ひいては第
１のバネ１９及び第３のバネ２２の変長量を求めること
ができる。そして、第１のバネ１９及び第３のバネ２２
の変長量と、第１のバネ定数及び第３のバネ定数とに基
づいて、封止材の射出圧力を各射出プランジャ１００ａ
〜１００ｈごとに個別に算出することができる。

【００２２】また、図６は、封止材の射出圧力が大きい
場合の射出プランジャ１００ｅの状況を示す模式図であ
る。プランジャヘッド４ａは圧力Ｐ１よりも大きな圧力
Ｐ２を封止材から受けており、その結果、射出プランジ
ャ１００ｅ及び遮光体２１の下方向への変位量も大きく
なっている。図７は、図６に示した状況での光センサ列
２３からの出力分布を示す図である。射出プランジャ１
００ｅに関して遮光体２１の変位量が大きくなった結
果、「受光無」を出力する受光素子２５の数がさらに増
加している。また、図６に示した状況では、射出プラン
ジャ１００ｅの変位量が図２に示した距離Ｌよりも大き
くなっており、突出部１５の第２の面１７と第２のバネ
２０とが互いに接触している。従って、この場合は、光
センサ列２３からの出力パターンに基づいて第１のバネ
１９及び第３のバネ２２の変長量と第２のバネ２０の変
長量とを個別に求めるとともに、これら各バネの変長量
と第１〜第３のバネ定数とに基づいて、封止材の射出圧
力を算出することができる。なお、封止材の射出圧力
は、射出動作の初期段階では小さく、射出動作の最終段
階では大きくなるのが一般的である。

【００２３】このように本実施の形態１に係る射出成形
機及び該射出成形機を用いた半導体封止装置の構造、並
びに該半導体封止装置を用いた半導体装置の製造方法に
よると、封止材の射出圧力に応じて変長する第１〜第３
のバネ１９，２０，２２と、第１〜第３のバネ１９，２
０，２２の変長量を検出するための遮光体２１及び光セ
ンサ列２３とを、各射出プランジャ１００ａ〜１００ｈ
ごとに個別に設けた。従って、封止材の射出圧力を、高
精度に、かつ、各射出プランジャ１００ａ〜１００ｈご
とに個別に、しかも圧力センサや歪みゲージを用いる場
合と比較すると簡易に、検出することができる。

【００２４】また、第１のバネ定数を有する第１のバネ
１９に加えて、第１のバネ定数よりも大きな第２のバネ
定数を有する第２のバネ２０を配置したため、封止材の
射出圧力が所定値よりも高くなる射出工程の最終段階に
おいても、封止材の射出圧力を適切に検出することがで
きる。

【００２５】

【発明の効果】この発明のうち請求項１に係るものによ
れば、変長量検出手段により検出した弾性体の変長量
と、既知の弾性体の弾性係数とに基づいて、成形材料の
射出圧力を求めることができる。

【００２６】また、この発明のうち請求項２に係るもの
によれば、遮光体は、成形材料の射出圧力に応じて、発
光素子列及び受光素子列に対して相対的に変位する。そ
して、遮光体の幅は変位方向に沿った位置によって異な
るため、発光素子列を構成する各発光素子の発した光が
遮光体によって遮られるか否かが、遮光体の変位に応じ
て変化する。従って、受光素子列を構成する複数の受光
素子の各々に関して受光の有無を検出することにより、
遮光体の変位量、ひいては弾性体の変長量を求めること
ができる。

【００２７】また、この発明のうち請求項３に係るもの
によれば、成形材料の射出圧力が低い射出工程の初期段
階では、第１の弾性係数を有する第１の弾性体の変長量
に基づいて、成形材料の射出圧力を求めることができ
る。また、成形材料の射出圧力が所定値よりも高くなる
射出工程の最終段階では、第１の弾性体の変長量、及び
第１の弾性係数よりも大きな第２の弾性係数を有する第
２の弾性体の変長量に基づいて、成形材料の射出圧力を
求めることができる。

【００２８】また、この発明のうち請求項４に係るもの
によれば、マルチプランジャ方式の射出成形機における
各プランジャに関して、成形材料の射出圧力を個別に検
出することができる。

【００２９】また、この発明のうち請求項５に係るもの
によれば、封止材の射出圧力を管理しつつ、半導体装置
の封止工程を実行することができる。

【００３０】また、この発明のうち請求項６に係るもの
によれば、封止材の射出圧力を管理しつつ半導体装置の
封止工程を実行することができ、半導体装置の品質、信
頼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係るマルチプランジ
ャ方式の射出成形機を用いた、半導体封止装置の構成を
示す斜視図である。

【図２】 図１に示す矢印Ｘ方向から眺めた場合の射出
プランジャの内部構成を示す模式図である。

【図３】 図１に示す矢印Ｙ方向から眺めた場合の射出
プランジャの内部構成を示す模式図である。

【図４】 図１に示した半導体封止装置を用いたチップ
の封止工程を説明するための模式図である。

【図５】 図２に示した状況での光センサ列からの出力
分布を示す図である。

【図６】 封止材の射出圧力が大きい場合の射出プラン
ジャの状況を示す模式図である。

【図７】 図６に示した状況での光センサ列からの出力
分布を示す図である。

【図８】 マルチプランジャ方式の従来の半導体封止装
置の構成を示す模式図である。

【符号の説明】

１００ａ〜１００ｈ 射出プランジャ、１９ 第１のバ
ネ、２０ 第２のバネ、２１ 遮光体、２２ 第３のバ
ネ、２３ 光センサ列、２４ 発光素子、２５受光素
子。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱筒内の成形材料を射出プランジャで
   押し出すことにより鋳型キャビティ内に射出する射出成
   形機であって、 前記成形材料の射出圧力に応じて変長する弾性体と、 前記弾性体の変長量を検出する変長量検出手段とを備え
   る射出成形機。
2. 【請求項２】 前記変長量検出手段は、 前記射出プランジャの押し出し方向に対する垂直方向に
   沿って配設された発光素子列と、 前記成形材料の前記射出圧力に応じて前記発光素子列に
   対して相対的に変位し、前記垂直方向の幅が前記押し出
   し方向に沿った位置によって異なる遮光体と、 前記遮光体を挟んで前記発光素子列に対峙する受光素子
   列とを有する、請求項１に記載の射出成形機。
3. 【請求項３】 前記弾性体は、 第１の弾性係数を有する第１の弾性体と、 前記成形材料の前記射出圧力が所定値よりも高い場合に
   のみ前記射出圧力に応じた変長が行われ、前記第１の弾
   性係数よりも大きな第２の弾性係数を有する第２の弾性
   体とを有する、請求項１又は２に記載の射出成形機。
4. 【請求項４】 前記射出成形機は、複数の成形品をまと
   めて製造するマルチプランジャ方式として用いられる、
   請求項１〜３のいずれか一つに記載の射出成形機。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか一つに記載の射
   出成形機において、前記成形材料として半導体装置の封
   止材を用いた半導体封止装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の半導体封止装置を用い
   て半導体装置を封止材で封止することを特徴とする、半
   導体装置の製造方法。