JP2002210778A - 半導体用射出成形装置及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エポキシ樹脂封止材料を使用した半導体封止
射出成形において、成形開始時の初期品質安定化を図る
半導体成形装置を供給する。 【解決手段】 成形開始時の材料可塑化時に、加熱筒先
端部に貯留される材料に射出ノズル先端を閉塞し、背圧
をかけて可塑化することができる背圧プレートを有し、
自動パージ機構を自動工程に組み込んで、可塑化密度を
安定化させ初期成形品の品質安定、連続生産性に優れた
半導体封止成形装置を提供する。

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
料で射出成形により封止して半導体装置を製作する半導
体成形装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、射出成形機による成形作業におい
ては、成形を開始する際射出ユニットが最後退位置にあ
り、この位置で最初の材料を加熱筒に供給して射出ノズ
ルの先端から材料を出しながら、加熱筒内の先端に溶融
材料を貯留する。この射出ノズル先端から材料を出さな
いで、材料の均一溶融を図り品質の優れた射出成形品を
得るために、熱可塑性成形材料では射出ユニットにシャ
ットオフバルブ機構を内蔵したノズルを搭載する方式が
一般的である。

【０００３】しかし、熱硬化性成形材料では前記のシャ
ットオフバルブ機構は成形が中断あるいは中止されて、
加熱筒内に材料が長時間滞留した場合、材料の硬化反応
により硬化が促進され、分解、清掃が困難という問題が
あり使用されていないのが実情であった。このため成形
を開始する際の可塑化時に射出ノズルの先端から材料が
漏れ出さないような機構が望まれていた。

【０００４】また、熱硬化性成形材料でもフェノール樹
脂、ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポ
キシ樹脂等の一般的な材料は加熱筒内での溶融時の粘度
は比較的高く、成形を開始する際の可塑化時に射出ノズ
ルの先端から漏れ出す材料は比較的少なく、加熱筒先端
の溶融材料の可塑化密度もある程度得られるため、初期
成形から良品が得られる。

【０００５】しかし、半導体封止用のエポキシ樹脂封止
材料は、加熱筒内での溶融時の粘度は上記材料より１オ
ーダー以上低く、成形を開始する際の可塑化時には射出
ノズルの先端から漏れ出す材料は多く、そのため加熱筒
先端の溶融材料の密度は低く、初回成形品はショートシ
ョットや外部ボイド、内部ボイド等の不良が発生し、得
られた半導体装置は信頼性が不十分なものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、成形
を開始する際の可塑化時には射出ノズルの先端から漏れ
出す材料がなく、加熱筒先端の溶融材料の密度の低下が
ない半導体用の射出成形装置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】本発明は、粉末状又は顆
粒状のエポキシ樹脂封止材料を供給し、スクリュー機構
で均一混練・溶融し、型締めユニットにより型締めされ
た金型に対して進退自在に設けられた射出ユニットが、
後退位置から前進して加熱筒の射出ノズルを前記金型に
当接し、加熱筒内のスクリューで、半導体が接合されワ
イヤボンデイングされたリードフレーム及び半導体素子
が接合されたリード線をインサートとして固定されたキ
ャビテイ内に該エポキシ樹脂封止材料を射出し、射出さ
れた該エポキシ樹脂封止材料を硬化させることにより半
導体を封止する射出成形装置において、射出ノズルの対
向位置とそこから退避した位置との間で進退自在に設け
られ、射出ノズルの押し付け力を受ける背圧プレートを
有する半導体用射出成形装置である。また、前記の半導
体用射出成形装置を用いて製作された半導体装置であ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の射出ノズルの押し付け力
を受ける背圧プレートで成形開始時の品質安定化を図る
半導体成形装置は、供給された材料の可塑化時に射出ノ
ズルに対向した背圧プレートに射出ノズルを押圧する
と、背圧プレートにより射出ノズルの先端が閉塞され
る。この状態で加熱筒内の材料を可塑化すると射出ノズ
ル先端が閉塞しているので、加熱筒内の溶融材料に背圧
がかかり均一溶融・混練され、加熱筒先端の溶融材料の
密度も所定のものが得られ、初回成形品はショートショ
ットや外部ボイド、内部ボイド等の不良が発生しない。

【０００９】以下、本発明の半導体成形装置の一例を図
面に基づいて説明する。本発明の装置は特開平４−２３
２７１５に示されているようなもので、図１は本発明の
半導体成形装置の概略側面図であり、図２は背圧プレー
トの要部正面図である。図４は背圧プレートの要部の切
欠け部平面図である。図１に示すように半導体成形装置
は射出ユニットＡ、型締めユニットＢ、周辺ユニット
（図示せず）で構成されている。図１において、１１は
加熱筒であり、この加熱筒１１はその後端部にホッパ１
２が連結され、先端部には射出ノズル１３を有する。加
熱筒１１内には駆動装置１５に連結されてスクリュー１
４が回転自在にかつ軸線方向に進退自在に設けられてい
る。加熱筒１１は本体１６に竪型の型締めユニットＢに
対して進退自在に設けられ、かつ本体１６も型締めユニ
ットＢに対して進退自在に設けられている。本体１６上
には連結ピン１７が固定されている。また型締めユニッ
トＢには本体１８上に４本のタイロッド１９が立設され
固定盤２０及び可動盤２１が取り付けられている。可動
盤２１はタイロッド１９に上下方向に摺動自在に支持さ
れて設けられ、射出ユニットＡの対向位置に連結ピン受
け２２が固定されている。固定盤２０と可動盤２１には
それぞれ上金型、下金型が備えられていて可動盤２１の
上昇により金型が型締めされる。

【００１０】次に背圧プレートについて説明する。本体
１８には図２に示すようにシリンダブラケット２３を介
して空圧シリンダ２４がそのピストンロッド２５を上下
摺動方向に設けられている。シリンダブラケット２３の
先端部には背圧プレート２６が水平状態に取り付けられ
ており、射出ノズル１３と当接する部分にはノズルタッ
チプレート２７が取り付けられており、この背圧プレー
ト２６は空圧シリンダ２４の作動によりピストンロッド
２５、シリンダブラケット２３を介して上下動し、前記
射出ノズル１３に対向し得てこの対向位置から下方の退
避位置へ後退し得るようになされている。背圧プレート
２６の両端には図４に示すように切欠き部２８が形成さ
れ、この切欠き部２８は前記タイロッド１９のうち射出
ノズル１３側に位置する一対のタイロッド１９に対し、
射出ノズル１３側から当接されており、背圧プレート２
６は上記一対のタイロッド１９に沿って上下動するよう
になっている。従って上記一対のタイロッド１９は後述
するように背圧プレート２６を射出ノズル１３が押圧す
ると、この背圧プレートの押圧状態において背圧プレー
ト２６を射出ノズル１３の押圧力に抗して受ける部材と
なっている。

【００１１】次に半導体成形装置における背圧プレート
を使用した成形方法について説明する。可動盤２１上に
備えられている下金型に、半導体が接合され、ワイヤボ
ンデングされたリードフレームがセットされると、本体
１６が前進限位置まで前進する。続いて可動盤２１が上
昇し型締めされ、同時に本体１６に固定された連結ピン
１７と可動盤２１に固定された連結ピン受け２２が勘合
して材料が射出される際に発生する反力を受けることに
なる。型締め完了時点で空圧シリンダ２４が作動し、ピ
ストンロッド２５、シリンダブラケット２３を介した背
圧プレート２６が射出ノズル１３の対向位置まで上昇す
る。上昇限の時点で加熱筒１１を背圧プレート２６側へ
前進させ、背圧プレート２６に取り付けられたノズルタ
ッチプレート２７に射出ノズル１３を所定圧力にて当接
させる。この状態で駆動装置１５を作動させて加熱筒１
１内のスクリュー１４を軸方向に加圧しながら回転させ
てホッパ１２から供給される材料を可塑化して射出ノズ
ル１３側へ移送させる。

【００１２】射出ノズル１３の押圧力及び加熱筒１１内
のスクリュー１４の先端に供給される溶融樹脂の圧力が
背圧プレート２６、ノズルタッチプレート２７に掛かる
が、これらの圧力は、可塑化時に加熱筒１１内で発生す
る樹脂圧により樹脂漏れが発生しない圧力に設定されて
いる。従って、この材料可塑化時において加熱筒１１内
に背圧（内圧）を負荷させることができ、これにより射
出ノズル１３、加熱筒１１内で材料が均一溶融・混練さ
れる。背圧プレートの使用時間は、使用するエポキシ樹
脂封止材料の構成にもよるが、一般に１０〜３０秒間使
用するのが好ましい。

【００１３】この後、型締めされた金型内に材料を射出
するために、加熱筒１１、射出ノズル１３を背圧プレー
ト２６から所定の位置に後退させて、空圧シリンダ２４
を作動させて背圧プレート２６を後退限まで下降させ
る。この背圧プレートの下降により射出ノズル１３の金
型への進入路が開かれ、加熱筒１１、射出ノズル１３が
前進して金型に当接する。この時点で駆動装置１５の駆
動によりスクリュー１４を前進させ射出ノズル１３から
金型内への材料の射出を行う。射出終了後は次の成形の
ため金型に当接した状態で可塑化を行い、可塑化終了後
に加熱筒１１、射出ノズル１３を所定の位置まで後退さ
せ硬化時間完了まで待機させる。従って背圧プレートを
使用するのは成形の開始時だけである。

【００１４】一方、特開平４−２３２７１５の射出成形
機におけるノズル先端部閉塞装置は、熱可塑性樹脂の成
形に限定したものであるが、熱硬化性樹脂の射出成形で
はフェノール樹脂や、ポリエステル樹脂、ジアリルフタ
レート樹脂、エポキシ樹脂等の一般的な成形材料は可塑
化時の溶融粘度が比較的高く、成形される製品の特性及
び品質面からは特に前記装置を使用しなくても成形出来
るため、使用していないのが一般的である。

【００１５】しかし、本発明に適用するエポキシ樹脂封
止材料を使用する半導体封止射出成形では、射出成形装
置のスクリュー先端部の溶融時の粘度が９０℃で１００
〜１５０Ｐａ・ｓと極めて低いため成形開始時の可塑化
時には前記ノズル先端部閉塞装置を使用する必要があっ
たが、このノズル先端部閉塞装置を適用しても初期成形
品の品質が安定せず、ショートショットや外部ボイド、
内部ボイドの発生が見られ不良率が高く、生産に支障を
きたしている。

【００１６】初期成形品の品質が不安定になるのは可塑
化時の材料の可塑化密度に起因しており、成形圧力や背
圧、スクリュー回転数、バレル温度、計量等の成形条件
及び成形材料や特開平４−２３２７１５に記載されてい
る冷却プレートやノズルヒートブロックを併用しても効
果は得られない。本発明に使用する自動パージ機構は既
に各社の射出成形機に組み込まれているがいずれも単独
使用であり、背圧プレートとの組み合わせは行われてい
ない。

【００１７】図３は可塑化密度を得るための工程フロー
図である。自動スタートスイッチに切り替えると自動運
転がスタートし、同時に自動パージＳ１がスタートす
る。スクリュー１４が前進して射出Ｓ２を行う。その後
スクリュー１４を軸方向に加圧しながら回転させて、材
料を可塑化Ｓ３して射出ノズル１３側へ移送させる。ノ
ズル先端は閉塞されていないので、射出ノズル１３の先
端より材料は漏れ出しながら所定量供給される。これを
数回繰り返すのが自動パージ機構で、一般的には単独も
しくはＮ回の設定で手動もしくは自動成形開始前に行
う。本発明の装置では自動パージ機構を自動工程の中に
組み込んでいる。繰り返しの回数は３〜１０回程度であ
るが、好ましくは５〜８回であり、手動もしくは自動成
形開始前に行う場合と比較して加熱筒内の材料の溶融状
態は、連続成形を行っている状態に極めて近いため、連
続成形時と同様な可塑化密度が得られ、初期成形品のシ
ョートショットや、外部ボイド、内部ボイド等の不良が
発生しない。

【００１８】所定回数のパージを繰り返した後、射出Ｓ
２でスクリューが前進状態で射出ユニット前進Ｓ４が入
る。射出ユニット前進限Ｓ５で型締めＳ６動作となり、
型締め完了Ｓ７で背圧プレート２６が上昇Ｓ８し、上昇
限Ｓ９でノズル前進Ｓ１０が入る。ノズル前進限Ｓ１１
でノズルタッチプレート２７に当節し、加熱筒１１内の
スクリュー１４を軸方向に加圧しながら回転させて、材
料の可塑化１２を行い可塑化材料を射出ノズル１３側へ
移送させる。この際加熱筒１１内に背圧を負荷させるこ
とができ、材料の均一溶融・混練と同時に必要な可塑化
密度が得られる。背圧プレートを用いて可塑化を行う時
間は、成形機の可塑化容量と成形品の容量により異なる
が、５秒から５０秒であり、好ましくは１０秒から３０
秒程度で、硬化時間の７０％以内で可塑化されるのが望
ましい。可塑化Ｓ１２が終了後、ノズル後退Ｓ１３とな
り、後退限Ｓ１４で背圧プレート下降Ｓ１５が入り下降
限Ｓ１６で金型への進入路が開かれ、ノズル再前進Ｓ１
７となり金型への射出ノズル当接のノズルタッチ限Ｓ１
８で金型内への材料射出であるスクリュー前進射出Ｓ１
９が入る。その後射出ノズルが金型へ当接した状態で、
次成形分の供給分であるスクリュー回転可塑化Ｓ２０が
作動し、可塑化後ノズル後退Ｓ２１が入り、後退限Ｓ２
２で後退が停止して待機となる。硬化時間終了後、型開
きＳ２３が入り製品取り出し等の工程があるが、１サイ
クル完了となり、金型にリードフレームがセットされる
と型締めＳ２４が入り型締め完了Ｓ２５でノズル再前進
Ｓ１７が入り、以下工程が繰り返され連続成形される。
このことにより初期成形品のショートショットや、外部
ボイド、内部ボイドのない連続生産性に優れた半導体の
封止成形ができる。本発明の半導体用射出成形装置に適
用できるエポキシ樹脂封止材料は、公知のエポキシ樹脂
封止材料を用いることができるが、エポキシ樹脂封止材
料の９０℃における溶融粘度が３５０Ｐａ・ｓ以下のも
のに適用するのが好ましく、２００Ｐａ・ｓ以下のもの
に適用するのがより好ましく、更に１５０Ｐａ・ｓ以下
のものに適用するのが最も好ましい。

【００１９】

【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、住友ベークライト（株）製スミコ
ン「ＥＭＥ−Ｊ００１」を使用した（９０℃における溶融
粘度は１３０Ｐa・sである）。本発明の半導体用射出成
形装置を使用し、加熱筒設定温度８３℃、射出圧力１
０．５ＭＰａ、充填時間８．９ｓ、金型温度１７５℃に
設定し成形を行った。金型は６キャビテイ／１フレーム
で４フレーム取りの２４個取りとした。ＩＣ素子（４２
ｐＤＩＰ）を接合し、金線ボンデイングされた銅製リー
ドフレームを金型にセットし、成形サイクル８８秒で全
自動成形し、封止された成形品についてスタートから５
ショット目までのショートショット、外部ボイド、内部
ボイドを繰り返し２回測定した。また金線変形は１ショ
ット目と５ショットを測定した。本願の背圧プレートを
用いた射出成形装置を実施例１、特開平４−２３２７１
５に記載されているノズル先端部閉塞装置を用いた射出
成形装置を比較例１とした。なお、背圧プレートは２０
秒間使用した。

【００２０】実施例、比較例の測定結果を表１に示す。

【表１】

【００２１】＜測定方法＞ １．ショートショット：目視で表面の未充填個所の有無
を観察した。 ２．外部ボイド：目視で表面のφ０．５ｍｍを超える大
きさのボイドを観察した。 ３．内部ボイド：成形品に軟Ｘ線を照射してφ０．５〜
φ１．０ｍｍの大きさのボイドを観察した。いずれも数
値は、分母は観察したパッケージ数であり、分子は発生
個数である。またショートショット発生品は外部ボイ
ド、内部ボイドの観察を省いた。 ４．金線変形：成形品に軟Ｘ線を照射して、ボンデイン
グワイヤ（２５μｍ径、長さ２．８ｍｍのセミハード金
線）の変形量を測定した。ＩＣ素子端面とリード端子の
ボンデイング間の距離に対する最大ワイヤ変形量の比を
％で示した。

【００２２】これらの結果は、射出成形機のノズル先端
部閉塞装置による場合に比較して良い結果を示してお
り、半導体の封止成形のような極めて成形歩留まりの高
い、高品質を得るような成形品の連続生産性に優れた、
かつ初期成形品の品質を維持できる半導体成形装置であ
ることがわかる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、エポキシ樹脂封止材料
による半導体封止成形を半導体成形装置により、問題な
く実施できることが明らかとなった。可塑化時に加熱筒
先端部に貯留される材料に背圧をかけて可塑化すること
ができるため、均一溶融・混練が可能となり、かつ自動
パージ機構を自動工程に組み込んで成形開始時の可塑化
密度を安定化させたことにより、初期成形品のショート
ショットや、外部ボイド、内部ボイドのない連続生産性
に優れた半導体封止成形を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体成形装置の概略側面図

【図２】図１の成形装置の要部正面図

【図３】図１の成形装置の工程フロー図

【図４】図２の成形装置の要部平面図

【符号の説明】

Ａ 射出ユニット Ｂ 型締めユニット １１ 加熱筒 １２ ホッパ １３ 射出ノズル １４ スクリュー １５ 駆動装置 １６ 本体 １７ 連結ピン １８ 本体 １９ タイロッド ２０ 固定盤 ２１ 可動盤 ２２ 連結ピン受け ２３ シリンダブラケット ２４ 空圧シリンダ ２５ ピストンロッド ２６ 背圧プレート ２７ ノズルタッチプレート ２８ 切欠き部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉末状又は顆粒状のエポキシ樹脂封止材
   料を供給し、スクリュー機構で均一混練・溶融し、型締
   めユニットにより型締めされた金型に対して進退自在に
   設けられた射出ユニットが、後退位置から前進して加熱
   筒の射出ノズルを前記金型に当接し、加熱筒内のスクリ
   ューで、半導体が接合されワイヤボンデイングされたリ
   ードフレーム及び半導体素子が接合されたリード線をイ
   ンサートとして固定されたキャビテイ内に該エポキシ樹
   脂封止材料を射出し、射出された該エポキシ樹脂封止材
   料を硬化させることにより半導体を封止する射出成形装
   置において、射出ノズルの対向位置とそこから退避した
   位置との間で進退自在に設けられ、射出ノズルの押し付
   け力を受ける背圧プレートを有することを特徴とする半
   導体用射出成形装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体用射出成形装置を
   用いて製作された半導体装置。