JP2007287925A

JP2007287925A - トランスファ成形による樹脂封止装置及び樹脂封止方法

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Publication number: JP2007287925A
Application number: JP2006113563A
Authority: JP
Inventors: Toru Hirata; 徹平田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-04-17
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2007-11-01
Anticipated expiration: 2026-04-17
Also published as: JP4825572B2

Abstract

【課題】製造が容易で熱の投入効率が高くサイクルタイムを低減でき、且つ製品に反り等の不具合が発生しにくい樹脂封止装置を得る。
【解決手段】半導体等を組み込んだ基板（被封止部材）Ｋを、金型２４内においてトランスファ成形することによって封止する樹脂封止装置２２において、上型２６を上下に分割してカル部３６及びキャビティ４２を含む第１上型３０と、その上部に重ねられる第２上型３２とで構成し、第１、第２上型３０、３２の間に断熱層３４を介在させると共に、第１上型３０の前記カル部３６と断熱層３４との間に、局部ヒータ（加熱源）４６を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トランスファ成形による樹脂封止装置及び樹脂封止方法に関する。

半導体等の電子部品の実装分野では、露光等のパターンニング技術によって回路設計されたベアチップをウェハから切り出し、これをダイ上にマウントし、さらにワイヤボンディング等によって外部端子と結線し、その後、樹脂封止する工程がある。この樹脂封止を行う際、従来、トランスファ成形と呼ばれる封止手法が採用されている。これは、溶融した熱硬化性樹脂（エポキシ等）をランナ、ノズルを介して基板等の被封止部材（封止対象）の装着されたキャビティ内に流し込む（押し込む）ものであり、一度に多くの被封止部材を封止できるという利点がある。

この手法においては、熱を与えることによって硬化を促進するいわゆる熱硬化性樹脂が用いられるが、樹脂を押し込んで成形が完了した後、数分間を硬化用のキュアタイムに費やしており、生産性が低い（サイクルタイムが長い）という問題があった。

より具体的には、トランスファ成形では、一般的にエポキシにガラスフィラーを混入させた材料を用いているが、材料の硬化速度に鑑み、金型温度は１８０℃程度に設定されるのが一般的である。先端的な半導体封止のパッケージ厚さは、１ｍｍ前後のオーダーであり、封止樹脂が硬化しきる前に該溶融樹脂を封止しようとする全キャビティ空間内に流し切るには、金型温度を一定レベル以下に保っておき、流し切った後に硬化温度にまで上昇させる必要がある。

また、トランスファ成形の場合、封止キャビティ空間がバッチによって異なるため、流し込む樹脂のボリュームを調整する必要がある。このボリューム調整を行うバッファ部はカル部と呼ばれ、ランナを介して複数の封止キャビティと結合している。一定のバッファボリュームを確保するため、該カル部は他の基板実装部に比して数倍程度の厚みを有している。そのため、硬化が最も遅く、型開きから樹脂取り出しに至る工程中で律速となっている。

特許文献１においては、金型内にヒータ等の加熱手段を設けたものが開示されている。
また、特許文献２においては、図３に示されるように、通常のヒータ１０のほかに、金型のカル部１２及びキャビティ１４の近傍に吸発熱体１６、１７を設けるように構成した樹脂封止装置が提案されている。吸発熱体１６、１７は、断熱体１８、１９に取り囲まれている。

樹脂封止の押し出し時においては、この吸発熱体１６、１７の吸熱作用により、カル部１２やキャビティ１４が封止樹脂の溶融温度に保持されることから、該封止樹脂の粘度が適切な値に保持され、キャビティ１４内の樹脂の押し出し速度を適切な値に維持することができる。一方、押し出し工程を完了した時点においては、吸発熱体１６、１７の放熱作用によって、カル部１２やキャビティ１４の内部が、封止樹脂の硬化温度にまで加熱され、樹脂の硬化が促進される。

特開２００２−２９９３５６号公報特開２０００−９１３６７号公報

しかしながら、樹脂（封止材料）と鋼材（金型）の熱伝導率の差は、およそ１００倍程度であるから、特許文献１に記載された技術のように、単に金型内にヒータ等の加熱手段を配置する手法では、該ヒータによって供給された熱の大半が熱伝導性の高い金型から外部へと逃げてしまい、加熱対象である樹脂に当該ヒータからの熱が伝達されにくいという問題があった。

また、この問題を解消するために、ヒータの熱容量を単に大きくした場合には、ランニングコストが大きくなるだけでなく、ヒータに近い部分の樹脂の受熱が大きくなり過ぎ、カル部、ランナ、キャビティ等の各部位、特に基板面の各部位に温度分布が発生し易くなって基板の「反り」などの不具合が発生する恐れが高くなる傾向があった。

また、特許文献２に記載された技術のように、カル部１２やキャビティ１４の近傍に吸発熱体１６、１７を設ける技術にあっては、蓄積された熱を放出するという「吸発熱体」の機能上、加熱を能動的に制御することが難しく、必ずしも常に良好な加熱特性が得られるというわけではなかった。また、互いに熱膨張率の異なる吸発熱体１６、１７を断熱材１８、１９とペアで「金型面」に組み込む必要があったため、現実的には製造が困難であるという問題も有していた。さらには、この吸発熱体１６、１７を取り囲む断熱材１８、１９の存在により、該吸発熱体１６、１７に蓄積された熱の逃げ場がないことから、冷却のコントロールが難しく、吸発熱体１６、１７に熱が蓄積され過ぎることがあるという問題もあった。金型のカル部１２やランナ１２、キャビティ１４部の温度は、次の封止時には一定レベル以下にまで低下させる必要があるため、被封止材料が変わったとき等において、この問題は、現実には大きな問題となることがあった。

本発明は、このような従来の封止環境の事情を考慮してなされたものであって、製造が容易で装置全体のコストを高めることがなく、熱の投入効率が高く、サイクルタイムを低減でき、且つ製品に反り等の不具合が発生しにくい樹脂封止装置を提供することをその課題としている。

本発明は、半導体等を組み込んだ被封止部材を、上下の金型内においてトランスファ成形することによって封止する樹脂封止装置において、前記金型のうちの上型が、カル部及びキャビティを含む第１上型と、その上部に重ねられる第２上型とを備え、該第１、第２上型の間に断熱層が介在されると共に、前記第１上型の前記カル部と前記断熱層との間に、加熱源が配置されたことにより、上記課題を解決したものである。

本発明においては、上型を上下に分割してカル部及びキャビティを含む第１上型とその上部に重ねられる第２上型とで構成し、その上で、この第１、第２上型の間に断熱層を介在させるようにしている。そのため、金型の形状が簡素であり、低コストでの製造が可能となっている。

また、加熱源によって発生された熱により、第１上型全体を加熱することが可能となっているため、局所的な加熱によってカル部、ランナ、キャビティ等の各部位、特に基板面の各部位に温度分布が発生するのを最小限に抑えることができるようになり、製品に「反り」等の不具合が発生するのを効果的に防止できる。

また、加熱源がカル部と断熱層との間に配置されているため、最も加熱容量を必要とするカル部を中心として加熱が行われ、且つ断熱層の存在によって第１上型内のみに熱が伝搬される。したがって、金型を通して外部に逃げる熱量を小さく抑えることができ、熱の投入効率が高く、加熱源は大きな容量を必要としない。

更に、局所的に発生する熱を局所的に断熱する手法とは異なるため、当該局部に熱が蓄積され過ぎるという事態が発生することも効果的に防止できる。そのため、冷却手段等を特に設けることなく（加熱源を配置するだけで）加熱及び冷却の双方の制御を良好に行うことができる。

本発明によれば、熱効率が高く製造が容易で低コストであり、熱の投入効率が高くサイクルタイムを低減でき、且つ製品に反り等の不具合が発生するのを防止できる。

図１に、本発明の実施形態の一例に係る樹脂封止装置の概略を示す。なお、図１は、該樹脂封止装置の概略をその機能に着目して模式的に示したものであり、実際の装置の具体的構成とは必ずしも一致していない。

この樹脂封止装置２２の金型２４は、上型２６と下型２８とを備える。上型２６は、さらに上下に分割され、第１上型３０とその上部に重ねられる第２上型３２とから主に構成されている。第１上型３０と第２上型３２との間には、断熱層３４が介在され、該第１、第２上型３０、３２を水平に分断している。この断熱層３４は、この実施形態では金型２４の型締荷重に耐える強度を有するセラミック素材によって構成されている。

第１上型３０は、カル部３６、封止対象である基板が配置される第１、第２凹部３８、４０、及び封止樹脂が充填されるキャビティ４２のうちの基板Ｋの上側に相当する上部キャビティ４４を備え、更に、前記カル部３６の上部に局部ヒータ（加熱源）４６を備える。局部ヒータ４６は、耐腐食性の鋼製ケーシング４７内に収められている。鋼製ケーシング４７は、第１上型３０と同等の強度及び熱膨張係数を有し、該第１上型３０の金型面の一部を構成している。

より具体的には、この実施形態では、カル部３６の上面３６Ａから断熱層３４の下面３４Ａまでの寸法Ａ１は、カル部３６の厚みＡ２の約０．７倍程度に設定してある。定数的には、寸法Ａ１は、寸法Ａ２の０倍（即ち局部ヒータ４６がカル部３６に埋め込まれ、且つ局部ヒータ４６の上部が断熱層３４の下面３４Ａに接触）から数倍程度に設定するのが好ましい。なお、キャビティ４２と断熱層３４との間の寸法Ａ３としては、キャビティ４２の厚みＡ４の１倍から数倍程度が確保されるのが好ましい。これらの寸法は、いずれも、それぞれの下限より小さくなると、投入熱効率は高くなるが、キャビティ４２の局部ヒータ４６の付近と該局部ヒータ４６から離れた部分との温度分布が生じやすくなるため好ましくない。逆に、それぞれの上限より大きくなると、第１上型３０の容量が大きくなり、本発明の利点が失われる。

第２上型３２は、図１においては、その上下方向の厚さが第１上型３０のそれとほぼ同一に描写されているが、実際には上型２６の大半を占め、図示せぬ公知の取付ブロック等を介して固定プラテンに取り付けられている。

一方、下型２８は、これも図示は省略するが、公知の取付ブロック、支持プレート等を介して可動プラテンに取り付けられている。なお、可動プラテンは図示せぬプレス装置と連結され、このプレス装置を駆動することによって進退動（図１における上下方向の移動）が可能とされ、上型２６（具体的にはその第１上型３０）に対して下型２８を接離させ、金型２４の型閉じ、型締め及び型開きを行う。尤も、本発明においては、上型、下型のいずれが可動金型とされていてもよい。

下型２８には、ランナ５０及び（キャビティ４２のうちの基板Ｋの下側に相当する）下部キャビティ５２が凹設されている。また、筒状のポット５４が形成されており、このポット５４内をプランジャ５６が進退動自在に配設されている。

なお、特に図示はしないが、下型２８には、従来設けられている金型加熱用のヒータと同様のヒータが埋設されている。

次にこの樹脂封止装置２２の作用を説明する。

プランジャ５６がその下限位置に置かれた状態で、ポット５４内にタブレット或いはペレット状等の樹脂材料（成形材料）５８がセットされ、プランジャ５６の上昇により、溶融温度下でカル部３６、ランナ５０を介して基板Ｋの上下に形成された上下キャビティ４２、５２内に該樹脂材料５８が流入する。その後上型２６及び下型２８によって型締めされた状態で温度上昇がなされ、樹脂が硬化した段階で型開きし、樹脂封止された基板Ｋが取り出される。この一連の基本的な封止工程自体は、特に従来と異なるところはない。

この樹脂封止装置２２においては、硬化の最遅延部となるカル部３６に隣接して局部ヒータ４６が設置されると共に、上型２６がカル部３６及びキャビティ４２等を備える第１上型３０とその上部に重ねられる第２上型３２とで構成され、且つこの間に断熱層３４が水平に配置されている。この構成は、金型として最も重要な部分が、その設計を大きく変える必要がないため、発明を実施するためのコスト上昇の問題が殆ど発生しない。

また、局部ヒータ４６によって供給される熱は、最も近いカル部３６に最も多量の熱を伝えながら、第１上型３０内にのみ伝搬する。そのため、局部ヒータ４６の熱容量を小さくしたとしても、カル部３６を効率的に加熱することが可能である。

また、発生された熱は第１上型３０のほぼ全体に広がるため、基板Ｋ周りに反り等の不具合発生の原因となる温度分布も生じにくい。

更に、局部ヒータ４６は、その回りを直接断熱材で包囲されているわけではないため、第１上型３０を介してこの部分から適宜に熱を放散させることができる。そのため、（熱の逃げ場がなく）この部分にのみ熱が蓄積され過ぎてしまう、という不具合が発生することもない。すなわち、第１上型３０は、この局部ヒータ４０周りの熱を適宜に冷却する機能をも兼ね備える。従って、特に冷却機構を別途を備えなくても、局部ヒータ４６を配置するだけで、加熱及び冷却の双方の制御を良好に行うことができる。トランスファ成形における金型は、樹脂材料５８の押し込み時においては溶融温度、すなわち所定温度以下にまで冷却される必要があるため、円滑な封止サイクルを実現するためには、この冷却機能は重要である。

図２に本発明の他の実施形態の一例を示す。

この実施形態においては、第１上型１３０に局部ヒータ１４６を組み込むためのスペース１７０が確保され、このスペース１７０内に局部ヒータ１４６がカル部１３６の樹脂材料１５８とは接触しない状態で組み込まれている。そのため、第１上型１３０の金型面については、従来と全く同様の設計を行うだけでよく、樹脂材料１５８を当初の金型設計の通りにキャビティ１４２内に導入することができる。

また、この実施形態においては、カル部１３６の近傍だけでなく、キャビティ１４２の近傍にも局部ヒータ１４９を組み込むようにしている。このように、本発明においては、局部ヒータを、カル部の近傍以外の位置にも配置することを禁止するものではない。

その他の構成については、先の実施形態と同様であり、同様の作用効果が得られる。そのため、図中で同一又は類似する部分に先の実施形態と下２桁が同一の符号を付すにとどめ、重複説明を省略する。

なお、上記実施形態においては、いずれも断熱層をセラミックにて形成するようにしていたが、本発明に係る断熱層の構成は、これに限定されるものではない。本発明に係る断熱層は、形状がシンプルで、且つ圧縮応力しか掛からないため、さまざまな構成の断熱層が採用できる。例えばより安価に樹脂にて形成するようにしても良く、ハニカム構造の空気断熱層にて形成するようにしても良い。更には断熱層を２層以上介在させても良い。

半導体等の基板をトランスファ成形によって樹脂封止する装置に適用できる。

本発明の実施形態の一例に係る樹脂封止装置の要部を模式的に示す概略構成図本発明の他の実施形態の一例に係る樹脂封止装置の要部を模式的に示す概略構成図従来の樹脂封止装置の要部を模式的に示す概略構成図

符号の説明

２２…樹脂封止装置
２４…金型
２６…上型
２８…下型
３０…第１上型
３２…第２上型
３４…断熱層
３６…カル部
４２…キャビティ
４４…上部キャビティ
４６…局部ヒータ（加熱源）
４７…ケーシング
５０…ランナ
５２…下部キャビティ
５４…ポット
５６…プランジャ
５８…樹脂材料

Claims

半導体等を組み込んだ被封止部材を、上下の金型内においてトランスファ成形することによって封止する樹脂封止装置において、
前記金型のうちの上型が、カル部及びキャビティを含む第１上型と、その上部に重ねられる第２上型とを備え、
該第１、第２上型の間に断熱層が介在されると共に、
前記第１上型の前記カル部と前記断熱層との間に、加熱源が配置された
ことを特徴とするトランスファ成形による樹脂封止装置。
請求項１において、前記断熱層がセラミック素材によって構成されていることを特徴とするトランスファ成形による樹脂封止装置。
請求項１において、
前記断熱層が、ハニカム構造の空気断熱層で構成されていることを特徴とするトランスファ成形による樹脂封止装置。
半導体等を組み込んだ被封止部材を、上下の金型内においてトランスファ成形することによって封止する樹脂封止方法において、
前記金型のうちの上型を、カル部及びキャビティを含む第１上型と、その上部に重ねられる第２上型とで形成し、前記第１上型と第２上型との間に断熱層を介在させる工程と、
加熱源によって前記カル部を中心として前記第１上型全体を加熱する工程と、を含む
ことを特徴とするトランスファ成形による樹脂封止方法。