JP2007109772A - 樹脂成型方法、及び樹脂成型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂成型品の製造方法において、樹脂成型品毎にタブレットを形成するため、加工、管理、及び製造コストがかかる。
【解決手段】樹脂成型に使用する樹脂で第１のタブレットを形成し、前記第１のタブレットから、樹脂成型品に対応した容積となる第２のタブレットを分離し、引き続き連続して、前記第２のタブレットを樹脂成型用金型に圧入する樹脂成型方法である。このように、樹脂成型時毎に、成型品の容積に合わせたタブレットを形成することにより、タブレット毎に必要であった加工、保管、及び管理コストが低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂成型品の製造に関し、特に所定の底面形状を持つ長尺樹脂タブレットを用いた樹脂成型方法、及び樹脂成型装置に関する。

半導体装置のプラスチックモールドパッケージ成型作業は、コスト、生産性の点で、熱硬化性樹脂によるトランスファー成型法を用いた樹脂封止が主流を占めている。トランスファー成型法は、パッケージサイズに型締めされた金型のキャビティ部内に、封止用樹脂を圧入して、パッケージを成型する方法である。この時、封止用樹脂には、予めパッケージ容積に合致するように計量されたタブレット状の樹脂が用いられる。この樹脂タブレットは、キャビティ部前段に配置されたポット部より投入された後、ポット部で加熱され、粘度が下がった状態でキャビティ部に圧入される。

近年、半導体素子の多機能化・微細化により、ボンディングパッドピッチが狭小化し、ワイヤーの細線化が進んでいる。更に、パッケージも小型化・薄型化しているため、パッケージ成型作業では、樹脂圧入時のワイヤー流れやパッケージ内部のボイドの低減が必要となっている。そのため、最近では、マルチプランジャー式の金型が多用されている。

通常の金型は、複数箇所のキャビティ部に一箇所のポット部から封止用樹脂を注入する方式である。それに対し、マルチプランジャー式の金型は、通常の金型に配設されるより少数のキャビティ部（例えば２箇所）毎に小ポット部が設けられ、夫々封止用樹脂を注入する方法である。この方法は、ポット部からキャビティ部までの樹脂通路が短くなるため、樹脂を圧入する際の圧力が低く抑えられる他、圧力のばらつきもキャビティ部毎に均一になる。従って、ワイヤー流れや、ボイド発生を抑制することができる。しかし、樹脂タブレットには、小ポット部に対応可能な今までより小さなタブレット（以後、ミニタブレットと称す）を使用する必要が生じた。

図４に、ミニタブレットの概要図を示す。このミニタブレット５０は、各キャビティ部を充填させるに必要な体積毎に計量され、専用タブレット加工機等で成型される。従って、異なるパッケージを製造する毎に、異なるキャビティ部を有する金型が作成され、その容積に対応する多くの種類のミニタブレット５０ａ、５０ｂ、５０ｃ（例えば、製品毎に数十種類）が必要となる。これらミニタブレット５０の成型には、夫々に初動費用が必要となり加工コストが高くなる上、小容量のミニタブレット５０になるほど、加工や検査に時間がかかる。また、タブレットの成型は、専門の加工業者が行う場合が多いため、これら多くの種類のミニタブレット５０は、夫々に運搬、保管、及び受入作業が必要となり、管理コストも多くなる。

更に、パッケージ成型作業では、ミニタブレット５０をプリヒートした後、ハンドリング又は自動搬送によって、樹脂成型装置のポット部へ装入する。ここでは、プリヒートする際のステージや、搬送する際の治具等が、ミニタブレット５０毎に必要となり、製造コストがかかる。その上、パッケージ毎にミニタブレット供給の切り替えが必要であり、作業時間もかかる。従って、このようなミニタブレット５０を適用して、多品種少量生産を行うことは困難を要していた。

これらの問題を解決する方法の一例として、特許文献１が開示されている。特許文献１は、上記ミニタブレットを更に小さくし、超ミニタブレット状に加工した基本樹脂タブレットを調達供給するものである。超ミニタブレット状になることにより、パッケージ容積や、金型にあるキャビティ部の個数が異なる場合においても、基本樹脂タブレットの個数を変更することにより、対応することができる。異なる体積を有する樹脂タブレットを必要としないので、各樹脂タブレットを製造する際の初動費用や、運搬、保管、管理コスト等がかからなくなる。
特開２００１−２８３７７号公報

しかしながら、上記のような超ミニタブレットは、形状が小さいため、成型及び検査に時間がかかり、加工コストが大幅に跳ね上がる。更に、超ミニタブレットを樹脂成型装置へ複数供給するため、金型内の空気含有量が多くなり、パッケージ内部にボイドが発生するという品質上の問題も生じる。従来、パッケージ内部のボイドについては、ペレット（顆粒）状樹脂による成型製品でも、気泡混入という問題が発生している。

本発明は、樹脂成型に使用する樹脂で第１のタブレットを形成し、前記第１のタブレットから、樹脂成型品に対応した容積となる第２のタブレットを分離し、引き続き連続して、前記第２のタブレットを樹脂成型用金型に圧入する樹脂成型方法である。このように、樹脂成型時毎に、成型品の容積に合わせたタブレットを形成することにより、タブレット毎に必要であった加工、保管、及び管理コストが低減できる。

また、樹脂成型に使用する樹脂で形成された第１のタブレットから、樹脂成型品に対応した容積となる第２のタブレットを切断する切断部と、前記切断部から樹脂成型部を連結し、前記第２のタブレットを自動搬送する駆動部を備えた樹脂成型装置である。このように、タブレットの供給と樹脂成型が連続して行われることにより、タブレット毎に作成していた治具等が必要なくなり、製造コストが低減できる。また、成型品に対応する容積にタブレットを切断することができるため、同じ金型に異種パッケージを成型することができる。

以上のような長尺タブレットを採用することにより、封止用樹脂の加工コスト、管理コスト及び、樹脂成型の製造コストを低減できる。更に、従来のマルチプランジャー方式のトランスファー成型では困難であった、異種パッケージの同時封止による多品種少量生産を可能とし、生産性の向上を図ることができる。

発明の実施の形態１．
以下に、本発明の好ましい実施の形態を説明する。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略および簡略化がなされている。また、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。

図面を参照して本発明の実施の形態１について詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る樹脂成形方法を示す概要図である。本実施形態は、柱状に成型された樹脂タブレット（以後、長尺タブレットと称す）１を用いて、樹脂成型するものである。本実施形態における樹脂成型は、半導体装置のプラスチックモールドパッケージをトランスファー成形法にて実施するものを対象とする。

本実施形態にて使用する長尺タブレット１は、プラスチックモールドパッケージの原料となる熱硬化性樹脂粉末を、プレス機、あるいは専用のタブレット加工機等によって、半硬化状態に加熱成形（Ｂステージ硬化）する。長尺タブレット１は、この段階で、予め樹脂粉末を約９０％以上の高密度に充填し成形しておくことが望ましい。これによって、最終的にパッケージに成型した時、ボイドを低減することができる。

また、本実施形態にて使用する樹脂成型装置２は、一般的に円柱形のポット部２３、プランジャー２４、及び上下部２１ａ、２１ｂから成る金型２１で構成されている。なお、本実施形態１に係る金型２１は、マルチプランジャー方式の金型を対象としている。

トランスファー成形法に使用される金型２１は、内部に中空のキャビティ部２２が設けられている。キャビティ部２２は、成型するパッケージと同じ形状に象られ、金型の上部２１ａと下部２１ｂによって型締めされる。つまり、半導体装置のプラスチックモールドパッケージの品種毎に異なる金型２１が必要となる。このキャビティ部２２に樹脂を注入するため、金型２１とポット部２３との接続部にカル部２５と呼ばれる注入口が設けられ、ランナー部２６と呼ばれる樹脂通路がキャビティ部２２に通じている。

図２にトランスファー成形法に使用される金型の上面図を示す。図２（ａ）は一般的なトランスファー成形法の金型であり、図２（ｂ）はマルチプランジャー方式の金型を示す。通常の金型は、一箇所のカル部２５ａに対し、複数のランナー部２６ａと複数のキャビティ部２２ａが設けられており、カル部２５ａ上のポット部から注入された樹脂は、複数のキャビティ部２２ａへ流れ込む構造となっている。ここで使用する樹脂は、予め複数のキャビティ部２２ａと、それに連なる夫々のランナー部２６ａ、カル部２５ａ、及びポット部一箇所分を充填させるに必要な量を算出し、タブレット状に成形されている。

これに対し、マルチプランジャー方式の金型２１は、通常の金型に配設されるより少数のキャビティ部２２（例えば２箇所）毎にカル部２５、ランナー部２６が設けられ、それらに対応する夫々のポット部２３から樹脂を注入する。図２（ａ）に示す金型に設けられるキャビティ部２６ａよりも、図２（ｂ）に示すマルチプランジャー方式のキャビティ部２６の数が減るため、使用する樹脂量は少なくなり、２〜７０ｃｃの量となる。

ここで、長尺タブレット１の形状は、樹脂成型装置２のポット部２３断面と合致する底面積を有する柱状となっている。例えば、その底面形状は円形であり、ポット部２３径よりわずかに小さい径を有している。その容積は、例えば１００〜５０００ｃｃとなるのが好適である。なお、長尺タブレット１の長さは、使用する樹脂の密度によって異なってよい。

従って、長尺タブレット１は、樹脂成型装置２毎に決まるポット部２３断面形状、又は樹脂密度によって、数種類用意しておくことが望ましい。なお、長尺タブレット１の底面形状については、ポット部２３に挿入できるようポット部２３断面と合致する形状であれば、円形や方形等どのような形状であってもよい。その後、長尺タブレット１は、パッケージ成型作業が始まるまで、その状態で保管される。なお、タブレットを専門加工業者から供給する場合は、上述した長尺タブレット１の形状で調達されるものである。

パッケージ成型作業の開始に伴い、保管されていた長尺タブレット１は計量され、パッケージを成形するために必要な容積を導き出される。そして、その容積分をカッター１１等で分離し、樹脂タブレット片（以後、ミニタブレットと称する）１２を作成する。具体的には、ポット部２３、カル部２５、ランナー部２６及びキャビティ部２２を充填させるために必要な容積を算出し、長尺タブレット１から分離する。

分離方法を具体的に説明すると、例えば、長尺タブレット１の底面積と密度が既知であれば、長尺タブレット１の長さを測定することにより、必要容積を算出することができる。従って、異なる長さに長尺タブレット１を分離することにより、容積が異なるミニタブレット１２を作成することができる。

なお、長尺タブレット１からミニタブレット１２を分離する際、長尺タブレット１を一定時間、加熱することが望ましい。これは使用するタブレットの樹脂によって決まる条件であり、例えば約６０〜９０℃であることが好ましい。その場合の加熱時間は、数十秒から数分以内が一般的である。このように加熱することによって、タブレットを形成する樹脂が低粘度化し、切断加工し易くなる。このように切断加工されたミニタブレットを用いて、樹脂成型を行う。なお、ミニタブレット１２の切断加工と樹脂成型は、連続して行われる。

図１を参照して、トランスファー成形法を用いた樹脂成型方法を説明する。この方法では、マルチプランジャー式の金型を用いている。始めに、半導体チップ（不図示）が載置された基板２８を金型下部２１ｂ上に配置した後、金型上部２１ａを重ね合わせて型締めする。次に、金型２１に接続されたポット部２３に、予め必要容積に計量されたミニタブレット１２を投入する。このミニタブレット１２は、上述した方法において長尺タブレット１より切り出されたものである。

ポット部２３は、ヒータ機構を有しており、投入されたミニタブレット１２を加熱し低粘度化させ、樹脂を溶融する。その後、この溶融樹脂は、プランジャー２４の上下動作によって押圧され、金型２１へ圧入される。そして、カル部２５、ランナー部２６を経由して、キャビティ部２２に充填される。この時金型２１は、タブレットに使用されている樹脂を低粘度化するために必要な温度に加熱されている。

その後、更に金型２１は、溶融樹脂を硬化するために必要な温度まで上昇し、キャビティ部２２に充填された溶融樹脂をプラスチックモールドパッケージに成型する。この時、溶融樹脂には、所定の温度、圧力、及び時間が加えられる。この成型条件は、パッケージの形状や使用する樹脂の種類によって決められるものである。ここで、溶融樹脂がプラスチックモールドパッケージに成型されると共に、ポット部２３、カル部２５及び、ランナー部２６に充填されている溶融樹脂も硬化する。

金型２１が冷めた後、金型上部２１ａを上昇させ、エジェクタピン２７によって、キャビティ部２２部、カル部２５、ランナー部２６及びポット部２３が一体的に形成された成形体を取り出す。そして、キャビティ部２２部を分離し、プラスチックモールドパッケージが得られる。

以上のように、樹脂成型装置毎に決まるポット径、又は、樹脂タイプで決まる長尺タブレット１を数種類用意し、樹脂成型作業が始まるまで保管することにより、パッケージサイズ毎にミニタブレット１２を加工する必要がなくなる。その結果、ミニタブレット毎に準備する初動費用等、加工コストを低減することができる。

なお、長尺タブレット１は、ミニタブレット１２に比べて形状が大きいため、加工性が良く検査もし易いため、更に加工コストが削減される。その結果、例えば、約１〜５０ｇのミニタブレット１２が必要な場合、ミニタブレット１２を加工し保管しておく場合と、長尺タブレット１を加工し成形前にミニタブレット１２に分離する場合とでは、約３０〜８０％の加工コストが削減される。

また、長尺タブレット１を保管することにより、ミニタブレット１２毎に作成していた保管治具や搬送治具を多種類用意する必要がなくなる。更に、ミニタブレット１２毎に行っていた管理が、長尺タブレット１数種だけになるため、作業時間が削減される。従って、保管、管理コストも低減される。

なお、樹脂で形成されているタブレットは、半硬化状態（Ｂステージ硬化）で樹脂成型作業まで保管されるため、樹脂成型までの保管期限が設けられる場合がある。ミニタブレット１２毎に保管期限を管理する場合、管理作業が煩雑となる他、保管期限内に使用できない場合は廃却する場合もある。しかし、長尺タブレット１で保管し、必要なミニタブレット１２を必要時に作成することにより、保管期限の管理に時間がかからなくなる上、保管期限切れによる廃却量が低減される。その結果、管理コストだけでなく、材料コストにも有利となる。

発明の実施の形態２．
次に、図３を参照して本発明の実施の形態２について詳細に説明する。図３は、本実施形態に係る樹脂成型装置を示す概要図である。樹脂成型装置の構成要素や動作原理等、実施の形態１と同様のものは省略する。本実施形態は、長尺タブレット１をミニタブレット１２に切断加工し、樹脂成型機構４のポット部２３へ自動搬送するタブレット供給機構３を備えた樹脂成型装置である。

本実施形態に係るタブレット供給機構３は、長尺タブレット１をミニタブレット１２に分離するために計量するプランジャー式計量機３１と、長尺タブレット１を加熱するプレヒータ３２と、長尺タブレット１をミニタブレット１２に切断するオートカッター３３を備えている。長尺タブレット１は、プレヒータ３２にて、例えば約６０〜９０℃にプレヒートされ、低粘度化したところでミニタブレット１２に切断される。

切断されたミニタブレット１２は、コンベヤ又はロボット等の駆動機構３４を用いて樹脂成型機構４のポット部２３へ自動搬送される。タブレット供給機構３から樹脂成型機構４は、駆動機構３４によって連動しており、一連の動作は図示しない制御部にて制御されている。

プランジャー式計量機３１では、プラスチックモールドパッケージを成型するために必要な容積量となるように長尺タブレット１を計量する。例えば、長尺タブレット１の底面積と密度が既知であれば、長尺タブレット１の長さを測定することにより、必要な容積を計量することができる。

具体的な方法としては、例えば、プランジャー式計量機３１のプランジャーを用いて、必要な容積量に対応する長さの分だけ長尺タブレット１を押し出し、切断加工することで、必要な容積のミニタブレット１２が得られる。プランジャー式計量機３１には、プランジャーの機械的変位を測定するポテンショメータ等のセンサが用いられている。なお、機械的変位を測定することができれば、ポテンショメータに限る必要はない。

なお、タブレット供給機構３において切断されるタブレット長さは、制御部（不図示）に予め登録されている。制御部では、複数のタブレット長さを登録することもできる。従って、本実施形態に係るタブレット供給機構３においては、異なる長さ（容積）のミニタブレット１２を連続的に供給することが可能である。

このように加工されたミニタブレット１２は、駆動機構３４によって樹脂成型機構４のポット部２３へ搬送され、樹脂成型作業が実施される。ここで、タブレット供給機構３と樹脂成型機構４は、駆動機構３４によって連動しており、タブレット供給作業と樹脂成型作業は、連続的に実施される。なお、樹脂成型機構４では、実施の形態１と同様の樹脂成型作業が行われる。

なお、前述したように、タブレット供給機構３から樹脂成型機構４へは、異なる長さのミニタブレット１２を金型２１に供給することができる。従って、金型２１は、同一パッケージ用キャビティが複数形成されたものだけでなく、複数の異種パッケージ用キャビティが形成されたものを用意することができる。

更に、樹脂成型機構４では、異なる長さのミニタブレット１２を複数のポット部２３から金型２１へ圧入するためにプランジャー２４が配置されている。このプランジャー２４は、複数配置されていることが可能であり、夫々のプランジャー２４の圧入条件を変更することもできる。プランジャー２４の圧入条件は、制御部（不図示）に予め登録され、制御されている。

このように、長尺タブレット１をミニタブレット１２に切断し、樹脂成型するという一連の動作を連続的に行うことにより、ミニタブレット１２毎に作成していた搬送治具やハンドリング治具、及びヒータ治具等が必要なくなる。その結果、製造治具費用が削減されるため、製造コストが低減する。

また、異なる長さのミニタブレット１２を連続的に供給することにより、同じ金型２１に、異なる長さのミニタブレット１２を供給し、同時に樹脂成型することが可能となる。従って、異なる種類のパッケージが同時に自動成形可能となり、多品種少量生産に対応できる。それに伴い、パッケージ毎にミニタブレット１２供給の切り替えが不要となり、作業時間が削減されるため、大幅に生産性が向上する。

更に、本実施形態の長尺タブレット１は、熱硬化性樹脂の粉末を９０％以上の密度に充填して成型したものである。従って、その長尺タブレット１を個片化して使用するミニタブレット１２は、気泡の発生が少なく樹脂成型時においてパッケージ内部のボイド発生を抑制することが可能である。その結果、樹脂成型作業品質が維持され、製造コストの増加を抑えることができる。

なお、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲において、上記の実施形態の各要素を、当業者であれば容易に考えうる内容に変更、追加、変換することが可能である。従って、半導体装置のプラスチックモールドパッケージに対応する樹脂成型装置のみならず、様々な樹脂成型品に適用することが可能である。また、マルチプランジャー式だけでなく、その他の構造を有する金型を使用する場合に適用することも可能である。

本実施形態１に係る樹脂成型方法の概要図を示す。 トランスファー成形法に係る金型の上面図を示す。 本実施形態２に係る樹脂成型装置の概要図を示す。 従来のミニタブレット樹脂を示す。

符号の説明

１ 長尺タブレット、 ２ 樹脂成型装置、 ３ タブレット供給機構、
４ 樹脂成型機構
１１ カッター、 １２ ミニタブレット、
２１ 金型、 ２１ａ 金型上部、 ２１ｂ 金型下部、
２２、２２ａ キャビティ部、 ２３ ポット部、 ２４ プランジャー、
２５、２５ａ カル部、 ２６、２６ａ ランナー部、
２７ エジェクタピン、 ２８ 基板、
３１ プランジャー 、 ３２ プレヒータ機構、 ３３ オートカッター、
３４ 駆動機構、 ３５ ステージ、
５０ 、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ ミニタブレット

Claims (8)

1. 樹脂成型に使用する樹脂で第１のタブレットを形成し、
   前記第１のタブレットから、樹脂成型品に対応した容積となる第２のタブレットを分離し、
   引き続き連続して、前記第２のタブレットを樹脂成型用金型に圧入する樹脂成型方法。
2. 前記第１のタブレットは、樹脂成型用金型のポット部断面形状に合わせた底面を有する柱状形状であり、熱硬化性樹脂の粉末を９０％以上の密度に充填して成形され、１００ｃｃ〜５０００ｃｃの容積を有する請求項１に記載の樹脂成型方法。
3. 前記第１のタブレットから容積が異なる複数種の前記第２のタブレットを、長さ方向に分離することを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の樹脂成型方法。
4. 樹脂成型に使用する樹脂で形成された第１のタブレットから、樹脂成型品に対応した容積となる第２のタブレットを切断する切断部と、
   前記切断部から樹脂成型部を連結し、前記第２のタブレットを自動搬送する駆動部を備えた樹脂成型装置。
5. 前記第１のタブレットから樹脂成型品に対応した容積を計量する計量部を有すことを特徴とする請求項４に記載の樹脂成型装置
6. 前記第１のタブレットを加熱する加熱部を有すことを特徴とする請求項４に記載の樹脂成型装置。
7. 前記第１のタブレットは、樹脂成型用金型のポット部断面形状に合わせた底面を有する柱状形状であり、熱硬化性樹脂の粉末を９０％以上の密度に充填して成形され、１００ｃｃ〜５０００ｃｃの容積を有する請求項４乃至６のいずれか一項に記載の樹脂成型装置。
8. 前記第１のタブレットから容積が異なる複数種の前記第２のタブレットを、長さ方向に分離するものであり、同一の樹脂成型用金型へ圧入することを特徴とする請求項４乃至７のいずれか一項記載の樹脂成型装置。
   
   

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