JP2007301950A - 熱硬化性樹脂の成形方法及び成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、充填完了までの金型から樹脂への熱の伝導特性を制御し、充填性（流動性）を損なうことなくよりキュアタイムを短縮する。
【解決手段】半導体基板Ｓとキャビティ底部１２Ａとの間にリリースフィルム１６を介在させる熱硬化性樹脂の成形方法において、成形用樹脂１４をキャビティ１２内に投入する前段階において、前記リリースフィルム１６を、キャビティ１２の底部１２Ａ上に非吸着状態で載置する工程と、この状態で成形用樹脂１４をリリースフィルム１６上に投入・載置する工程と、投入から所定時間後に、リリースフィルム１６のキャビティ１２の底部１２Ａ側への吸着を開始する工程と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱硬化性樹脂の成形方法及び成形装置、特に、半導体チップの樹脂封止等に適用するのに好適な、熱硬化性樹脂の成形方法及び成形装置に関する。

近年のチップの薄型化、積層化などの要請に従い、トランスファ成形では狭いギャップのキャビティに、封止材料を損傷することなく均一に流し込むのが困難な場面が多くなってきた。こうした事情に鑑み、近年導入され始めてきているのが、圧縮成形による樹脂封止である（例えば特許文献１等参照）。

圧縮成形による樹脂封止装置としては、従来、上型と、該上型と対向して配置され貫通孔を有する枠型及びこの貫通孔に嵌合して前記上型に対して進退動可能な圧縮金型を有する下型と、を備え、電子部品等を搭載した被成形品を樹脂封止する装置が広く知られている。

この種の樹脂封止装置では、上型と（下型の）枠型とによって被成形品の周縁部をクランプすることによって該被成形品を固定し、この状態で（下型の）圧縮金型を前記上型側に相対的に移動することで樹脂を圧縮成形し、被成形品を樹脂封止する。

ところで、被成形品の樹脂面を金型から引き離すときに、被成形品や封止された樹脂には相当な剥離負荷が掛かる。したがって、被成形品が脆弱な素材であったり、封止樹脂の厚さが薄かったりした場合、この剥離負荷によって被成形品の破壊、封止樹脂の破壊、被成形品と封止樹脂の剥がれなどの不具合が発生し易い。

このような事情から、成形時に成型品の封止樹脂面とキャビティ底部との間にいわゆるリリースフィルムを介在させる方法が提案されている（例えば特許文献２等参照）。リリースフィルムはキャビティ底部と樹脂との接触面を被覆して、該接触面に封止用の樹脂が付着して離型が良好にできなくなるのを防止するためのもので、金型の加熱温度に耐え得る耐熱性、樹脂及び金型の双方と剥離し易い剥離性があり、且つ、高い伸縮性を有する特殊なフィルム材が使用される。

リリースフィルムは、樹脂の投入前段階において、吸引によりキャビティ底部側に密着され、この密着状態で成形用樹脂である樹脂が投入されるようになっている。

特開平９−１１７９３１号公報 特開２００２−５９４５３号公報

熱硬化性の樹脂による成形では、成形用樹脂の充填後、受熱によりある程度硬化するまでは被成形体を金型から取り出すことができず、現状ではこの待機時間が樹脂封止の生産性を大きく支配している。特に、最近の高流動性樹脂は、硬化時間が９０〜１２０秒と、従来より一層長くなる傾向があり、封止の生産性を更に低下させている。

この待機時間を少しでも短くするには、定性的には金型の温度をより高めに設定するようにすればよい。しかしながら、金型の温度を単に高めに設定してしまうと、投入直後の初期段階から樹脂の硬化が開始してしまい、充填性（流動性）が損なわれることにより特に近年の高精度なチップにおいてはその良好な封止が阻害されてしまう。

本発明は、これらの従来の課題を解決するべくなされたものであって、簡単な構成で、充填完了までの金型から樹脂への熱の伝導特性を制御し、充填性（流動性）を損なうことなくより短いキュア時間で金型から成形品を取り出すことを可能とすることをその課題としている。

本発明は、被成形体とキャビティの底部との間にリリースフィルムを介在させる熱硬化性樹脂の成形方法において、成形用樹脂を前記キャビティ内に投入する前段階において、前記リリースフィルムを、該キャビティの底部に対して非吸着状態で載置する工程と、この状態で成形用樹脂をリリースフィルム上に投入・載置する工程と、を含む構成とすることにより、上記課題を解決するものである。

本発明においては、例えば圧縮成形を用いた樹脂封止装置において多く採用されているリリースフィルムに着目している。リリースフィルムは、本来は、金型と樹脂の接触面を被覆して、該接触面に樹脂が付着して離型が良好にできなくなるのを防止するためのものであり、本発明においてもこの機能は活用する。その上で、本発明では、これを樹脂投入時の熱伝導特性の制御という別の目的のためにも積極的に利用する。

すなわち、樹脂の投入初期段階においては、このリリースフィルムをキャビティの底部から浮かせた状態（より具体的には非吸着状態）に維持する。これにより、樹脂が該リリースフィルムを介して金型から直接的な熱伝導によって熱を受けるのを抑制できるようになるため、たとえ金型の温度を予め高めに設定しておいたとしても、樹脂の温度上昇が抑えられ、所定の充填工程が完了するまで樹脂の流動性を維持させることができる。これにより、結果としてキャビティから樹脂への熱伝導特性を制御でき、樹脂のトータルでの熱履歴を意図する特性に制御することができるようになる。

なお、投入から所定時間経過した段階でリリースフィルムをキャビティ底部側への吸着を開始し、該リリースフィルム上に投入・載置されていた樹脂を（リリースフィルムを介して）金型側に接触させ、金型側から樹脂への熱伝導を急速に行わせるようにすると一層よい。

なお、本発明を具体的に実現するためには、被成形体とキャビティの底部との間にリリースフィルムを介在させる熱硬化性樹脂の成形装置において、前記下型が、前記キャビティ底部を構成する圧縮金型と、該圧縮金型の周囲に配置され、且つ該圧縮金型に対して相対的に上下動可能とされた枠型とで構成され、前記キャビティ底部と前記枠型の上面の双方に、それぞれ前記リリースフィルムの吸着機構が配置され、前記キャビティ底部と枠型の上面との高さの差を利用して、前記成形用樹脂の投入後所定時間までとそれ以降とで、前記リリースフィルムの前記キャビティ底部での吸着状態を変更可能に構成した熱硬化性樹脂の成形装置を用いるようにすればよい。

簡単な構成で、充填完了までの金型から樹脂への熱の伝導特性を制御し、充填性（流動性）を損なうことなくより短いキュア時間で金型から成形品を取り出すことができるようになる。

以下、添付図面を用いて本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した樹脂封止装置（熱硬化性樹脂の成形装置）の要部を模式的に示した断面図である。この樹脂封止装置１は、半導体基板Ｓを熱硬化性の樹脂にて封止するもので、図示せぬ上プラテンに固定された上型２と、上下動自在な図示せぬスライドプラテンに固定され、上型２と接触・離間可能とされた圧縮金型６と、この圧縮金型６の外周を囲むように配設された枠型８と、を備えている。

枠型８は、圧縮金型６に対して相対的に上下動可能であり、圧縮金型６と枠型８とで下型１０が構成される。枠型８の上面８Ａは、図示せぬばねを含む公知の駆動機構により、圧縮金型６の上面６Ａ、即ちキャビティ底部１２Ａに対して高さｈ１だけ高い位置に位置決め可能であり、この高さｈ１の存在により、キャビティ（封止空間）１２が形成されるようになっている。熱硬化性の樹脂からなる成形用樹脂１４は、このキャビティ１２内に公知の搬送手段（図示略）にて供給される。

枠型８及びキャビティ１２上にはリリースフィルム１６が載置される。リリースフィルム１６は、本来、離型を促進するためのものであり、本実施形態においても、その機能自体はそのまま活用する。したがって、リリースフィルム１６としては、金型、特に下型１０の加熱温度に耐え得る耐熱性があると共に、下型１０及び成形用樹脂１４の双方に対して剥離性があるフィルム材が使用される。このような特性を有するフィルム材としては、例えば、ＦＥＰフィルム、ＰＥＴフィルム、ポリ塩化ビニリデン等がある。フィルム厚は、数十μｍ程度である。リリースフィルム１６自体は、従来のリリースフィルムがそのまま使える。

下型１０の温度は、従来は１７５℃程度に上昇させていたが、本発明では、敢えてこれより１５℃から２０℃程度高い１９０℃〜１９５℃にまで上昇させておくようにする。なお、上型２の温度も合わせて従来の温度より上昇させておいてもよい。

下型１０にはリリースフィルム１６を圧縮金型６の上面６Ａ（キャビティ１２の底部１２Ａ）に吸着するための第１エア吸着機構２０が組み込まれている。第１エア吸着機構２０は、圧縮金型６と枠型８との隙間２３及び枠型８の内部のエア通路２５を介してキャビティ１２内のエアを外部に吸引し、リリースフィルム１６を圧縮金型６の上面６Ａ、即ちキャビティ１２の底部１２Ａ側に吸着可能である。

また、枠型８の内部には、該第１エア吸着機構２０とは独立したエア吸着の可能な第２エア吸着機構２２が組み込まれている。この第２エア吸着機構２２は、枠型８の上面８Ａに吸着口２２Ａが開口されており、リリースフィルム１６を枠型８の上面８Ａに吸着可能である。

次に、この樹脂封止装置１の作用を説明しながら、本実施形態における樹脂封止方法（圧縮成形方法）について説明する。

図１に示されるように、成形前の段階において、圧縮金型６の上面６Ａ（キャビティ１２の底部１２Ａ）は枠型８の上面８Ａより後退している（高さが低い）ため、リリースフィルム１６をそのまま載置したのでは、成形用樹脂１４の投入・載置される面がキャビティ１２の底部１２Ａから浮いた位置にあることになる。そのため、従来は、成形用樹脂１４が圧縮金型６の側から熱を十分受けることができなくなるという観点から、成形用樹脂１４の「投入前」からリリースフィルム１６の吸着を行い、該リリースフィルム１６とキャビティ底部１２Ａとの密着性を確保するようにしていた。しかしながら、本実施形態では、リリースフィルム１６をキャビティ底部１２Ａ上に載置した直後は、第２エア吸着機構２２の方のみを作動させ、リリースフィルム１４を枠型８の上面８Ａにのみ吸着させるようにする。これにより、キャビティ底部１２Ａにおいてはリリースフィルム１６は非吸着状態が継続される。

その結果、圧縮金型６の上面６Ａと枠型８の上面８Ａには、高さｈ１だけ落差があることから、リリースフィルム１６は圧縮金型６の上面６Ａから「意図的に」浮かされた状態に維持されることになる。

成形用樹脂１４は、この状態でリリースフィルム１６上に投入・載置される。従って、たとえ下型１０の温度が従来よりも１５℃〜２０℃程度高い１９０℃〜１９５℃に設定されていたとしても、下型１０側から成形用樹脂１４に熱が伝達されるのが抑制され、成形用樹脂１４の硬化開始が遅延される。なお、発明者らの試験によれば、リリースフィルム１６は、前記高さｈ１、即ち、浮かせる高さが大きいほど熱伝導の抑制効果が顕著であるが、キャビティ１２の底面１２Ａから完全に浮かせた状態（非接触の状態）とする必要は必ずしもなく、第１エア吸着機構２０による吸着の有無、あるいは第１エア吸着機構２０での吸着の程度を制御するだけでも、熱の伝導特性をコントロールできることが確認されている。

図２に示されるように、その後、上型２と下型１０との型締のための下型１０の上昇が開始される（図２（Ａ））。上昇開始から所定時間が経過した段階で（未だ成形用樹脂１４の流動性が充分残存している段階で）第１エア吸着機構２０を作動させ、リリースフィルム１６を圧縮金型６の上面６Ａに吸着させる（図２（Ｂ））。この結果、高温に維持された圧縮金型６側から熱が速やかに成形用樹脂１４の側に伝達され、成形用樹脂１４が一時的に若干軟化した頃に圧縮・封止が実行される。なお、図２（Ｃ）は、圧縮の直前状態を示している。圧縮・封止後は、取り出しても問題のない硬化反応率９０〜９５％に至るまで待機し（図２（Ｄ））、その後離型操作に入る。硬化が急速に進行してゆくため、待機時間は縮小される。

以上の工程により、リリースフィルム１６をキャビティ１２の底部１２Ａから意図的に浮かせた状態に制御して圧縮金型６側から成形用樹脂１４への熱の伝導を制御し、該成形用樹脂１４の充填完了までの熱履歴を意図する特性に制御することが可能となる。

図３は、熱硬化性樹脂の反応時間と硬化反応率との関係を下型１０の温度をパラメータとして示したものである。図３から明らかなように、今、封止された成形用樹脂１４の硬化反応率が９０％から９５％に至った段階で被成型品（封止済の半導体基板Ｓ）を取りだそうとした場合、従来のように、下型１０の温度が１７５℃程度に設定されていた場合には、約９０秒から１２０秒の待機時間が必要である。しかしながら、本実施形態のように、下型１０の温度を１９０℃にまで高めた場合には、４０数秒から６０秒程度の待機時間で硬化反応率を９０％から９５％に持って行けることがわかる。これは、待機時間をほぼ半減でき、その分製造のキュアタイムを短縮するできることを意味している。

実際、発明者らの実験によっても、下型１０の温度を約２０℃程度上げると約半分の時間で硬化を完了できることが確認されている。

なお、未だ成形用樹脂１４に流動性が確保されている段階でリリースフィルム１６をキャビティ１２の底面１２Ａ側に吸着させるようにすれば、該リリースフィルム１６のしわの発生等については、特に従来以上の問題が発生することはない。ただし、第１エア吸着機構２０によって吸着を開始するまでの前記所定時間、該第１エア吸着機構２０による吸着の態様（吸着の強弱や、間欠的な吸着のＯＮ、ＯＦＦ等）、あるいは吸着開始前のリリースフィルム１６とキャビティ底部１２Ａとの間隔に対応する前記高さｈ１を変更することによって、しわ等が発生しないような制御の最適化が可能となるため、成形用樹脂の組成、封止面積等を考慮して、該最適化を図るべきである。

本発明は、圧縮成形による樹脂封止に適用すると大きな効果を得ることができるが、本発明は、必ずしもこのような場合のみにその適用が限定されるわけではなく、リリースフィルムを使用した上で熱硬化性の樹脂を用いて成形（封止の概念を含む）する場合には、例えばトランスファ成形のような場合であっても、同様な効果を得ることができる。

半導体基板等を圧縮・封止する際など、熱硬化性の樹脂を用いたさまざまな成形に適用できる。

本発明の実施形態の一例を示す樹脂封止装置の構成を示す断面図 上記装置において樹脂封止を行う際の手順を描写した工程図 待機時間と硬化反応率との関係を、下型温度をパラメータとして示した線図

符号の説明

２…上型
６…圧縮金型
８…枠型
１０…下型
１２…キャビティ
１４…成形用樹脂
１６…リリースフィルム
２０…第１エア吸着機構
２２…第２エア吸着機構

Claims (6)

1. 被成形体とキャビティの底部との間にリリースフィルムを介在させる熱硬化性樹脂の成形方法において、
   成形用樹脂を前記キャビティ内に投入する前段階において、前記リリースフィルムを、該キャビティの底部に対して非吸着状態で載置する工程と、
   この状態で成形用樹脂をリリースフィルム上に投入・載置する工程と、
   を含むことを特徴とする熱硬化性樹脂の成形方法。
2. 請求項１において、更に、
   前記成形用樹脂をリリースフィルム上に投入・載置した所定時間後に、前記リリースフィルムの前記キャビティの底部側への吸着を開始する工程と、を含む
   ことを特徴とする熱硬化性樹脂の成形方法。
3. 請求項２において、
   前記所定時間を制御することにより、充填完了までの成形用樹脂の熱履歴を調整することを特徴とする熱硬化性樹脂の成形方法。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記吸着開始前後のリリースフィルムの前記キャビティ底部側への吸着態様を制御することにより、充填完了までの成形用樹脂の熱履歴を調整することを特徴とする熱硬化性樹脂の成形方法。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記吸着開始前のリリースフィルムと前記キャビティ底部との間隔を制御することにより、充填完了までの成形用樹脂の熱履歴を調整することを特徴とする熱硬化性樹脂の成形方法。
6. 被成形体とキャビティの底部との間にリリースフィルムを介在させる熱硬化性樹脂の成形装置において、
   前記下型が、前記キャビティ底部を構成する圧縮金型と、該圧縮金型の周囲に配置され、且つ該圧縮金型に対して相対的に上下動可能とされた枠型とで構成され、
   前記キャビティ底部と前記枠型の上面の双方に、それぞれ前記リリースフィルムの吸着機構が配置され、
   前記キャビティ底部と枠型の上面との高さの差を利用して、前記成形用樹脂の投入後所定時間までとそれ以降とで、前記リリースフィルムの前記キャビティ底部での吸着状態を変更可能に構成した
   ことを特徴とする熱硬化性樹脂の成形装置。

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