JP2005059296A - 樹脂封止用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単かつ安価な構成であるにも拘わらず、成形時の樹脂量を抑制する。
【解決手段】 固定側金型５に対して可動側金型６，７を開閉し、閉鎖状態で、金型内に形成した材料供給用凹部３１内に収容した樹脂材料３０を溶融することにより、溶融した樹脂材料を、前記材料供給用凹部３１に連続するカル３４からランナー３５を介して金型の接離方向に直交する方向に流動させ、縦ランナー２７を介して金型の接離方向に流動させた後、ゲート２８を介してキャビティ１５内に充填する構成とする。前記キャビティ１５を複数箇所に形成する。前記縦ランナー２７は、前記キャビティ１５のうち、互いに隣接する少なくとも２箇所のキャビティ１５にそれぞれ連通する複数のゲート２８を備えた構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、樹脂封止用金型、特に、基板上に高密度に実装した複数の半導体チップを樹脂封止するための樹脂封止用金型に関するものである。

従来、半導体チップは、基板上に複数個まとめて実装し、トランスファーモールド法によって一括して樹脂封止した後、ダイシングソー等を用いて、各半導体チップ毎に切断分離するようにしている。この方法によれば、半導体チップを個々に樹脂封止する場合に比べて、半導体チップを基板上に高密度に配置することが可能である。

ところが、樹脂封止は、シリカ（Ｓ_ｉＯ_２）の含有率が高いため、ダイシングソーの寿命が短くなったり、切断時間が長くなったりする等の問題がある。

この問題を解決するため、次のような樹脂封止用金型が提案されている。すなわち、３つの部材から構成され、第１及び第２の部材のパーティング面間にキャビティが形成され、各キャビティに樹脂材料を供給するためのガイド部がキャビティが規定される第２の部材の一方の面と反対側に位置する他方の面側に形成された樹脂封止用金型が公知である（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１―２４０１６号公報

しかしなから、前記従来の樹脂封止用金型では、ガイド部のうち、ランナーとゲートをキャビティ毎に設ける必要がある。ガイド部に残留する樹脂成形部は不要樹脂であり、キャビティの数が増えるに従って無駄に消費される樹脂量が増大する。

また、前記ランナーとゲートはキャビティ毎に形成する必要があるので、金型の加工に手間がかかり、コストアップを招来する。

さらに、前記ランナーとゲートに形成された不要な樹脂成形部を金型から離型させるための部材（従来例では押し出しピン４４）が、ガイド部毎に必要になり、金型の構造が複雑になる。

そこで、本発明は、簡単かつ安価な構成であるにも拘わらず、成形時の樹脂量を抑制することのできる樹脂封止用金型を提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を達成するための手段として、スプルーからゲートを介してキャビティ内に樹脂を充填される樹脂封止用金型において、
前記キャビティを複数箇所に形成し、
前記スプルーは、前記キャビティのうち、互いに隣接する少なくとも２箇所のキャビティにそれぞれ連通する複数のゲートを備えた構成としたものである。

この構成により、スプルーを複数のキャビティで兼用することができる。また、成形後に廃棄する不要樹脂量を抑え、不要樹脂を離型するためのエジェクターピンの数を減らすことができる。この結果、金型構造を簡略化することができ、金型を安価に制作することが可能となる。

前記スプルーを金型に着脱可能なゲート部材に形成するのが好ましい。

この構成により、摩耗や損傷しやすいゲート部材のみを交換することが可能となる。そして、このゲート部材を耐摩耗性、耐熱性に優れた高価な別材料で構成することができる。しかも、ゲート部材は、金型から取り外した状態で加工することができるので、高精度、高品質に仕上げることが可能となる。

前記ゲート部材は、互いに隣接する各キャビティの一部を構成する仕切壁を備え、前記ゲートは、仕切壁によって分離された各領域にまたがるように形成すればよい。

前記ゲート部材は、前記ゲートにそれぞれ連通する複数のスプルーを備えると、キャビティの占有面積が小さい金型に採用する場合であっても、強度上の問題を発生させることなく対応することが可能となる点で好ましい。

前記金型は、順次接離可能に配置される固定側金型、第１可動側金型、及び、第２可動側金型で構成し、
前記固定側金型と前記第１可動側金型の間、又は、前記第１可動側金型と前記第２可動側金型の間に基板を挟持可能とし、
前記第１可動側金型にスプルーを形成し、
前記金型の型締め時、前記基板の少なくとも片面に形成されるキャビティに、前記スプルーを介して樹脂を充填することにより、前記基板に実装した電子部品を樹脂封止可能とすることができる。

本発明によれば、スプルーを複数のキャビテイで兼用することができるので、成形後に廃棄しなければならない樹脂量を抑制することが可能となる。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。

図１は、本実施形態に係る樹脂封止装置を示す。この樹脂封止装置は、大略、基台１上に４本の支柱２を介して固定プラテン３と可動プラテン４を配設し、固定プラテン３に固定側金型５及び第１可動側金型６、可動プラテン４に第２可動側金型７をそれぞれ取り付けた構成である。

固定プラテン３は、ボルト２ａによって支柱２の上端部に固定されている。固定プラテン３の上面にはサーボモータ等で駆動させる駆動機構８とナットプレート９とが設けられている。固定プラテン３の下面には、スペーサブロック１０を介して固定側金型５が取り付けられている。ナットプレート９は、固定プラテン３、スペーサブロック１０、及び、固定側金型５を貫通するサポートピン１１によって第１可動側金型６と連結されている。したがって、第１可動側金型６は、駆動機構８の駆動によりナットプレート９と共に昇降する。

第１可動側金型６は、図２に示すように、上下２枚のプレート１２ａ，１２ｂをネジ止め等によって一体化したものである。上方側プレート１２ａの上面には、基板１３を載置可能な位置決め凹部１４と、この位置決め凹部１４に載置された基板１３とでキャビティ１５を形成する成形用凹部１６とが形成されている。各成形用凹部１６は、図３及び図８に示すように、仕切壁１７によって格子状に仕切られた平面視矩形状の窪みで、その底面からエジェクターピン１８（図７参照）が出没可能となっている。また、上方側プレート１２ａには上下面を連通する３段の段付穴１９が複数箇所に形成されている。段付穴１９は、最下段の凹部２０の対称位置に平坦面２０ａが形成されており、４箇所の成形用凹部（成形ユニット２１：例えば、図３中、斜線で示す領域）毎に、その中心部分に設けられている。一方、下方側プレート１２ｂには、前記段付穴１９に連続する貫通孔２２が穿設されている。段付穴１９と貫通孔２２とでゲート部材２３を装着可能となっている。

ゲート部材２３は、図９に示すように、円筒形状で、上方側に鍔部２４が形成され、その上面に２段の段部２５が形成されている。鍔部２４は対称位置で平行にカットされ、得られた平坦面２４ａが前記段付穴１９に形成した平坦面２０ａと合致することにより、ゲート部材２３は段付穴１９で回転方向に位置決めされている。また、ゲート部材２３の上段部上面には十字状の仕切壁２６が突設されている。仕切壁２６は、段付穴１９にゲート部材２３を位置決めした状態で、上方側プレート１２ａの仕切壁１７とで成形用凹部１６の側面を構成する。これにより、４箇所の成形用凹部１６に対して１つのゲート部材２３を兼用することが可能となる。

ゲート部材２３には、下面から上方に向かってスプルー２７が形成されている。スプルー２７は、上方に向かうに従って徐々に断面積が小さくなっている。そして、最上段の上面近傍で、断面積の減少度合いが上昇するゲート２８となって上面に開口している。ゲート２８の開口部は、前記仕切壁２６によって４分割され、成形ユニット２１に位置する４箇所の成形用凹部１６にそれぞれ連通している。

なお、前記成形用凹部１６には、ゲート２８が開口する部分以外の３箇所の角部近傍に、成形時にキャビティ１５内で圧縮される空気を逃がすための溝、すなわちエアベント（図示せず）がそれぞれ形成されている。

可動プラテン４は、図１に示すように、支柱２に摺動自在に設けられ、駆動装置の駆動により昇降する（可動プラテンを昇降させる機構については、例えば、特開２０００−３７７４６号公報参照）。

また、可動プラテン４の上面には第２スペーサブロック２９を介して第２可動側金型７が配設されている。

第２可動側金型７の上面中央部には、樹脂材料３０を供給するための材料供給用凹部３１が形成されている。材料供給用凹部３１の底面は、プランジャ３２の先端に係合したプランジャチップ３３の上面で構成されている。前記材料供給用凹部３１の開口部には、内径を広げられたカル３４が形成されている。カル３４からスプルー２７にはランナー３５を介して樹脂が流動するようになっている。ランナー３５は、型締め状態で、各成形ユニット２１の境界部分に沿い、成形ユニット２１毎に設けたゲート部材２３のスプルー２７へと分岐するように形成されている。

また、第２可動側金型７の上面には、図２に示すように、前記第１可動側金型６の各ゲート部材２３のスプルー２７に対向する位置に、ロックピン３６が配設されている。各ロックピン３６は、先端側面に切欠部３７を形成されている。各ロックピン３６の切欠部３７は、全て同一方向に向くように形成されており、スプルー２７、ランナー３５、及びカル３４に形成される不要樹脂ＭＡを第２可動側金型７に保持し、又、金型から離型させる。

なお、第１可動側金型６の位置決め凹部１４と、第２可動側金型７の材料供給用凹部３１とには、図示しないインローダユニット又は手動によって、基板１３と、樹脂材料３０とがそれぞれ供給される。また、前記実施形態では、位置決め凹部１４で基板の位置決めを行うようにしたが、上方側プレート１２ａの上面に位置決めピンを設け、この位置決めピンにより基板の位置決めを行うようにしてもよい。

次に、前記樹脂封止装置の動作について説明する。

まず、図２に示すように型開きし、インローダユニット又は手動により、第１可動側金型６の位置決め凹部１４に半導体チップを実装した基板１３を供給すると共に、第２可動側金型７の材料供給用凹部３１に樹脂材料３０を供給する。そして、前記駆動機構８により第１可動側金型６を上昇させ、第１可動側金型６を固定側金型５に当接させて前記基板１３を挟持すると共に、可動プラテン４を上昇させることにより、図４に示すように、固定側金型５、第１可動側金型６、及び、第２可動側金型７を閉じ、型閉めする。これにより、ランナー３５をスプルー２７に連通させる。

続いて、図示しない駆動装置によりプランジャ３２を上昇させて樹脂材料３０を加熱・加圧し、溶融させて押し出す。材料供給用凹部３１から押し出された樹脂材料３０は、図５に示すように、カル３４、ランナー３５、スプルー２７、及び、ゲート２８を介して各キャビティ１５内に充填される。スプルー２７は、前述のように、４箇所のキャビティ１５に対して１つ設けられている。そして、仕切壁２６によって４分割された各ゲート２８を介して各キャビティ１５内に樹脂が充填される。キャビティ１５内に充填された樹脂は、基板１３に実装された半導体チップを樹脂封止する。

樹脂が固化した時点で、図６に示すように、可動プラテン４を降下させ、第２可動側金型７を第１可動側金型６から分離する。このとき、スプルー２７、ランナー３５、カル３４に残留する不要樹脂ＭＡは、前記ロックピン３６に保持されて第２可動側金型７と共に下動する。この結果、ゲート部分の樹脂に応力が集中し、スプルー２７側の不要樹脂ＭＡと、基板１３側の成形樹脂ＭＧとが分離される。

ロックピン３６に保持された不要樹脂ＭＡは、ロックピン３６及びプランジャ３２を第２可動側金型７から突き出して離型させる。また、図７に示すように、第１可動側金型６を下降させ、エジェクターピン１８により樹脂成形された基板１３を成形用凹部１６から突き出して離型させる。

その後、不要樹脂ＭＡ及び樹脂成形された基板１３を、図示しないアンローダユニット又は手動により取り出す。この場合、ロックピン３６に形成される切欠部３７は全て同一方向に向いているので、ロックピン３６からの不要樹脂ＭＡの離脱は容易に行うことができる。特に、アンローダユニットによる自動取出に適している。

以上のようにして樹脂成形加工を行うが、ゲート部材２３は最も損傷しやすく、長期に亘る使用により交換する必要が生じる。この場合、サポートピン１１から第１可動側金型６を取り外し、上方側プレート１２ａと下方側プレート１２ｂとに分離するだけで、ゲート部材２３を交換することができる。しかも、ゲート部材２３は、予め別工程で加工しておくことができる。したがって、短時間で交換作業を行うことができ、樹脂封止作業が中断される時間を必要最小限に抑えることが可能となる。

なお、前記実施形態では、基板１３を、固定側金型５と第１可動側金型６の間に挟持するようにしたが、第１可動側金型６と第２可動側金型７の間に挟持するように構成してもよい。この場合、例えば、第１可動側金型６の下面にキャビティ１５を形成し、固定側金型５の下面にランナー３５を形成し、第１可動側金型６にスプルー２７を形成すればよい。

また、前記実施形態では、第１可動側金型６を上昇させ、第１可動側金型６を固定側金型５に当接させると共に、可動プラテン４を上昇させることにより、固定側金型５、第１可動側金型６、及び、第２可動側金型７を閉じ、型閉めするようにしたが、固定側金型５、第１可動側金型６、及び、第２可動側金型７の動作順序は任意に変更可能である。

また、前記実施形態では、ゲート部材２３を図９に示すように構成したが、図１１に示すゲート部材３８のように、スプルー２７の先端から４箇所の成形用凹部１６にそれぞれ連通するゲート３９を設けることも可能である。ゲート３９は、成形用凹部１６に向かうに従って徐々に断面積が小さくなように形成され、各成形用凹部１６の隅ではなく、他の部分（例えば、中央部）に連通している。したがって、離型時、ゲート部分と成形品部分の樹脂の分離（ゲートカット）を適切に行うことができ、成形品部分を損傷させる等の不具合を発生させることがない。

また、前記実施形態では、ゲート部材２３は、スプルー２７を１つだけ備えた構成としたが、複数備えた構成とすることも可能である。例えば、キャビティ１５の容積が小さければ、充填する樹脂量が少なくなり、スプルー２７を小さくし、ゲート部材２３を小型にする必要が生じる。この場合、ゲート部材２３の加工が困難となるだけでなく、十分な強度を得ることができない。そこで、ゲート部材２３に複数のスプルー２７を形成し、各スプルー２７を複数の成形ユニット２１の各キャビティ１５にそれぞれ連通させることにより、加工面及び強度面での問題を解決することが可能である。

また、前記実施形態では、１つのゲート部材２３によって樹脂が充填される成形ユニット２１を４つのキャビティ１５で構成したが、２又は３、あるいは、５以上とすることも可能である。

また、前記実施形態では、ゲート部材２３の形状を円筒形状としたが、これに限らず、円柱形、円錐形等、種々の形状とすることか可能である。

本実施形態に係る樹脂封止装置の正面図である。 本実施形態に係る樹脂封止用金型の型開き状態を示す部分断面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図２の樹脂封止用金型の型締め状態を示す部分断面図である。 キャビティに樹脂を充填する工程を示す樹脂封止用金型の部分断面図である。 図５から第２可動側金型を降下させて不要樹脂を突き出した状態を示す部分断面図である。 図６からさらに第１可動側金型を降下させて樹脂成形された基板を突き出した状態を示す部分断面図である。 図２に示す第１可動側金型の各プレートの一部、及び、ゲート部材の分解斜視図である。 図２に示す第１可動側金型のゲート部材の斜視図である。 図２に示す樹脂封止用金型により樹脂成形された基板と不要樹脂との関係を示す斜視図である。 他の実施形態に係るゲート部材の斜視図である。

符号の説明

１…基台
２…支柱
２ａ…ボルト
３…固定プラテン
４…可動プラテン
５…固定側金型
６…第１可動側金型
７…第２可動側金型
８…駆動機構
９…ナットプレート
１０…スペーサブロック
１１…サポートピン
１２ａ…上方側プレート
１２ｂ…下方側プレート
１３…基板
１４…位置決め凹部
１５…キャビティ
１６…成形用凹部
１７…仕切壁
１８…エジェクターピン
１９…段付穴
２０…凹部
２０ａ…平坦面
２１…成形ユニット
２２…貫通孔
２３…ゲート部材
２４…鍔部
２４ａ…平坦面
２５…段部
２６…仕切壁
２７…スプルー
２８…ゲート
２９…第２スペーサブロック
３０…樹脂材料
３１…材料供給用凹部
３２…プランジャ
３３…プランジャチップ
３４…カル
３５…ランナー
３６…ロックピン
３７…切欠部
３８…ゲート部材
３９…ゲート
ＭＧ…成形樹脂
ＭＡ…不要樹脂

Claims (5)

1. スプルーからゲートを介してキャビティ内に樹脂を充填される樹脂封止用金型において、
   前記キャビティを複数箇所に形成し、
   前記スプルーは、前記キャビティのうち、互いに隣接する少なくとも２箇所のキャビティにそれぞれ連通する複数のゲートを備えた構成としたことを特徴とする樹脂封止用金型。
2. 前記スプルーは、金型に着脱可能なゲート部材に形成したことを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止用金型。
3. 前記ゲート部材は、互いに隣接する各キャビティの一部を構成する仕切壁を備え、前記ゲートは、仕切壁によって分離された各領域にまたがるように形成したことを特徴とする請求項２に記載の樹脂封止用金型。
4. 前記ゲート部材は、前記ゲートにそれぞれ連通する複数のスプルーを備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載の樹脂封止用金型。
5. 前記金型は、順次接離可能に配置される固定側金型、第１可動側金型、及び、第２可動側金型で構成し、
   前記固定側金型と前記第１可動側金型の間、又は、前記第１可動側金型と前記第２可動側金型の間に基板を挟持可能とし、
   前記第１可動側金型にスプルーを形成し、
   前記金型の型締め時、前記基板の少なくとも片面に形成されるキャビティに、前記スプルーを介して樹脂を充填することにより、前記基板に実装した電子部品を樹脂封止可能としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の樹脂封止用金型。
   

Images