JP2008137334A - 樹脂封止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮成形による樹脂封止装置において、樹脂の計量にある程度の許容範囲を持たせつつ、成形品の成形精度（厚み精度）を向上させる。
【解決手段】上型１０２と、上型１０２に対向して配置され上型１０２に対して接近・離反可能な下型１０４とを有し、下型１０４の対向面の一部に形成されるキャビティ１４０において被成形品１６０を樹脂１８０にて圧縮封止する樹脂封止装置を、下型１０４のキャビティ１５０が形成される対向面の更に一部が、上型１０２側へと独立して進退することでキャビティ１５０の容積が変化するキャビティ容積可変機構１０９を備えて構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂封止装置、特にキャビティにおいて被成形品を圧縮封止する樹脂封止装置の技術分野に関する。

半導体チップ等が搭載された基板を樹脂封止する手法として、近年、圧縮成形方法が注目されている。これは以前から用いられてきた方式である「樹脂をキャビティ内へと流し込む方式（所謂「トランスファー方式」）」に比較して、封止時における樹脂の流動が極めて少ないことから、ボンディングワイヤの切断や短絡といった不具合の発生が少ないことに起因している。

しかしながら、圧縮成形方法により樹脂封止する場合には、キャビティ内に投入する樹脂の量で樹脂封止後の製品のサイズ（特に厚み）が事実上決定されるため、キャビティ内に投入する樹脂の量を極めて正確に測る必要がある。特に近年、半導体製品の微小化、薄肉化の要請に伴い、求められる精度は一層厳しいものとなっている。

かかる精度を維持するために樹脂を計量する側でのみ対応しようとすると、計量装置のみならず、計量された樹脂をキャビティ内にまで搬送する機構等にも高精度のものを用意せざるを得ず、非常にコストパフォーマンスが低いものとなってしまう。更に、高精度に計量する必要性から、計量自体に時間が掛かり、樹脂封止装置のサイクルタイムを事実上制限することにもなりかねない。

このような問題点を解決する方策として、樹脂自体の計量はそれほど厳密に行うことなく必要量よりも意図的に僅かに多めに計量した上でキャビティ内に投入し、キャビティ側でその差分を吸収しようとするものがある。

このような観点でなされたものとして、例えば、図４及び図５に示す樹脂モールド装置（樹脂封止装置）１が公知である（特許文献１参照）。

樹脂モールド装置１は、上型１０と、上型１０に対向して配置され該上型１０に対して接近・離反可能な下型１４とを有し、該下型１４の対向面の一部に形成されるキャビティ５０において被成形品２０を樹脂１８にて圧縮封止する装置である。

下型１４は、枠状金型（シールブロック）１５と該枠状金型１５の枠内に嵌合している圧縮金型１３とから構成されている。又、上型１０にはエア通路１１が設けられ、外部の真空ポンプ４０及び加圧ポンプ４２と接続されている。なお符号１７及び１９はシール部材である。

この樹脂モールド装置１では、キャビティ５０を本来的に必要な大きさよりも水平方向（図４及び図５における水平方向）に大きく確保し、多めに投入された分の樹脂を、圧縮時にキャビティ５０の水平方向に広げて吸収している。又、所定のタイミングで、キャビティ５０内の空気を吸引したり、加圧することで、成形品の精度を高めるような工夫がなされている。

特開２００５−２２５０６７号公報

しかしながら、圧縮時に常に樹脂が予定通りに満遍なく広がる（水平方向に広がる）ように制御することは困難である。又、不規則に拡散した部分の樹脂を事後的に加工処理することも困難を伴う。

本発明は、かかる問題点をあわせて解消するべくなされたものであって、樹脂の計量にある程度の許容範囲を持たせつつ、成形品の成形精度（特に厚み精度）を向上させることをその課題とするものである。

本発明は、第１の金型と、該第１の金型に対向して配置され該第１の金型に対して接近・離反可能な第２の金型とを有し、該第２の金型の対向面の一部に形成されるキャビティにおいて被成形品を樹脂にて圧縮封止する樹脂封止装置であって、前記第２の金型の前記キャビティが形成される対向面の更に一部が、前記第１の金型側へと独立して進退することで前記キャビティの容積が変化するキャビティ容積可変機構を備えることにより、上記課題を解決するものである。

このような構成を採用することによって、キャビティ内に投入する樹脂の量をそれほど厳密に計量する必要がなく、計量装置側のコストをむやみに増大させてしまうことはない。又、その結果として、計量自体を素早く行うことも可能となり、計量に要する時間によって樹脂封止装置のサイクルタイムを事実上制限してしまうことも防止することができる。更に、それにも拘らず、キャビティの容積を投入された樹脂の量に応じてある程度の範囲で可変にできるため、樹脂の量に多少のばらつきが存在した場合でも常に適切な圧力を印加することができ、樹脂内に生じる空隙（ボイド）の発生等を防止することもできる。加えて、第２の金型におけるキャビティが形成される対向面の「更に一部のみ」を進退動させることでキャビティの容積を可変としているため、その他の部分の位置（第１の金型に対する位置）を固定しておくことが可能となり、封止後の成形品の精度（厚み精度）を高精度に維持することが可能となっている。

又、前記第２の金型を、前記被成形品を前記第１の金型との間でクランプ可能な枠状金型と、該枠状金型の枠内に嵌合し前記第１の金型側へ進退動可能な圧縮金型を有した構成とし、前記キャビティ容積可変機構を、前記圧縮金型を少なくとも第１、第２の圧縮金型からなる構成とした上で、該第２の圧縮金型を独立して前記第１金型側へ進退動可能な構成とすれば、圧縮金型の構成の変更のみでキャビティ容積可変機構を実現でき、今までの樹脂封止装置のその他の部分をそのまま流用することが可能である。

又、前記第２の圧縮金型を、前記第１の圧縮金型と前記枠状金型の間に配置するような構成とすれば、半導体チップ等の搭載部分に相当する部分には第１の圧縮金型が、それ以外の部分（半導体チップ等の搭載部分の周辺部分）には第２の圧縮金型が対応することとなるため、封止後の成形品の形状に一定性を持たせることができ、事後的な加工処理が容易となる。

又、前記第２の金型の対向面に、離型フィルムを介して前記樹脂を圧縮可能に構成して上で、キャビティ圧可変機構（第２の圧縮金型）の動作を行なった場合でも、動作前後で必要となる離型フィルムの長さは変わらないため、離型フィルムに必要以上に無理な力（例えば引張力）が掛かることがない。その結果、離型フィルムの再使用可能な回数が増加し、離型フィルムのコストを削減することも可能となる。

なお、本発明は、第１の金型と、該第１の金型に対向して配置され被成形品をクランプ可能な枠状金型と、該枠状金型の枠内で前記第１の金型側に独立して進退動可能な第１、第２の圧縮金型を備え、該第１、第２の圧縮金型の対向面に形成されるキャビティ内で前記被成形品を樹脂封止する方法であって、前記第１の金型と前記枠状金型とで前記被成形品をクランプする工程と、前記第１の圧縮金型を所定の位置に位置決めする工程と、前記第１の圧縮金型を所定の位置に位置決めしたままで、前記第２の圧縮金型を前記第１の圧縮金型よりも前記第１の金型側へと進行させる工程と、を含むことを特徴とする樹脂封止方法として捉えることも可能である。

本発明を適用することにより、樹脂の計量にある程度の許容範囲を持たせつつ、成形品の成形精度（厚み精度）を向上させることができる。

以下、添付図面を参照しつつ、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、本発明の実施形態の一例である樹脂封止装置１００の概略構成図であって、（Ａ）が、外側プランジャ（詳細は後述する）動作前の状態を示しており、（Ｂ）が、外側プランジャ動作後の状態を示している。

樹脂封止装置１００は、上型（第１の金型）１０２と、下型（第２の金型）１０４とで構成されている。又、この上型１０２及び下型１０４には、図示せぬプレス機構が連結されており、所定のタイミングで当該上型１０２と下型１０４とを、接近・離反させることが可能な構成とされている。

上型１０２における対向面（パーティング面：下型１０４側の面）には、図示せぬ吸着機構が備わっており、搬送される被成形品１６０を吸着保持することが可能な構成とされている。又、上型１０２の対向面の外周部分には、複数の位置決めピン１０３が立設されている。

一方、下型１０４は、貫通孔１０６Ａを有する枠状金型１０６と、当該枠状金型１０６の枠内に嵌合して上下（図１における上下）に摺動可能な圧縮金型１０８とを備えた構成とされている。この圧縮金型１０８は、本実施形態においては内側に位置する内側プランジャ（第１の圧縮金型）１０８Ａと、当該内側プランジャ１０８Ａの外側（即ち内側プランジャ１０８Ａと枠状金型１０６との間）に配置される外側プランジャ（第２の圧縮金型）１０８Ｂとで構成されている。又、この外側プランジャ１０８Ｂは、内側プランジャ１０８Ａと独立して上型１０２側へと進退動することが可能な構成とされている（キャビティ容積可変機構１０９）。なお、図面上現れていないが、樹脂封止装置１００には、内側プランジャ１０８Ａの位置（上型１０２に対する位置）を検知可能な検知部が設けられている。

このような構成の結果、下型１０４の対向面（パーティング面：上型１０２側の面）の一部である圧縮金型１０８の対向面（内側プランジャ１０８Ａの対向面及び外側プランジャ１０８Ｂの対向面）にキャビティ１４０が形成されることとなる。

又、内側プランジャ１０８Ａと、前述した枠状金型１０６とは、バネ１１２によって連結されている。なお、本実施形態においては、このようにバネ１１２によって内側プランジャ１０８Ａと枠状金型１０６とが連結されているが、必ずしもこの構成が必須ではなく、例えば、内側プランジャ１０８Ａと枠状金型１０６とが一体的に構成されていても良い。具体的には、例えば、枠状金型１０６と内側プランジャ１０８Ａとが成形品の厚みに対応する凹部（キャビティ）を形成するように一体的に構成され、外側プランジャ１０８Ｂがこの凹部内に向って独立して進退動可能な構成である。

なお、符号１５０は、下型１０４の対向面上に供給されるリリースフィルムである。

次に図２を参照しつつこの樹脂封止装置１００の作用について説明する。図２は、樹脂封止装置１００の封止工程に沿った金型の状態を示す概略構成図である。

最初に図２（Ａ）に示すように、上型１０２と下型１０４とが開いた状態で、図示せぬ搬送機構によってキャビティ１４０内に搬送された被成形品１６０が、上型１０２の対向面に吸着保持される。一方、下型１０４の対向面（枠状金型１０６、内側プランジャ１０８Ａ及び外側プランジャ１０８Ｂの対向面）にはリリースフィルム（離型フィルム）１５０が供給されており、所定のタイミングで図示せぬ吸引機構によってこのリリースフィルム１５０を下型１０４の対向面に吸着させる。なお、この時点における内側プランジャ１０８Ａと外側プランジャ１０８Ｂとの対向面は水平に保たれている。その後、図示せぬ投入機構によってキャビティ１４０内に樹脂１８０が投入される（リリースフィルム１５０上に投入される）。投入される樹脂１８０は事前に計量された上で投入されるが、本実施形態においては厳密な樹脂１８０の計量は必要ではなく、所定の許容範囲の中で封止に必要な量よりも少なめに計量された上で投入されている。

次に図２（Ｂ）に示すように、上型１０２と下型１０４とが図示せぬプレス機構によって接近する。このとき、キャビティ１４０内に投入された樹脂１８０は、下型１０４に搭載されているヒータ（図示しない）の作用によって流動可能な程度にまで溶融されている。また、この接近に伴い、枠状金型１０６の対向面が被成形品１６０の一部に当接し、当該枠状金型１０６の対向面と上型１０２の対向面とで、被成形品１６０がクランプされる。更にプレス機構によって上型１０２に対して圧縮金型１０８（内側プランジャ１０８Ａ、外側プランジャ１０８Ｂ）が押し上げられると、樹脂１８０が圧縮されながら被成形品１６０に搭載される半導体チップ１６２を取り囲みつつ周囲（水平方向）へと広がっていく。図面上は理解容易のため、水平方向に樹脂１８０が大きく広がる様な態様で示しているが、実際には、樹脂１８０はキャビティ１４０の形状に合わせて投入されるため、ボンディングワイヤの切断や短絡が発生する程の樹脂の流れは生じない。又、図面上現れていないが、内側プランジャ１０８Ａは、外側プランジャ１０８Ｂ及び枠状金型１０６を回避しつつ上型１０２の対向面に立設されている位置決めピン１０３に当接可能な部分を有しており、当該部分が位置決めピン１０３に当接することで、内側プランジャ１０８Ａの位置（上型１０２に対する位置）を検知している（検知部）。なお当該検知部は、例えば、内側プランジャ１０８Ａを上下に駆動しているプレス機構側で検知するような構成としてもよい。当該検知部により、内側プランジャの１０８Ａの位置が所定の位置（封止後の成形品の厚みに相当する位置）に達すると、プレス機構の駆動は停止され、圧縮金型１０８全体の位置が固定される。この時点においても、内側プランジャ１０８Ａと、外側プランジャ１０８Ｂとの対向面は水平とされている。この状態では、図２（Ｂ）にも示すとおり、キャビティ１４０内部には若干の空隙Ｇが存在しており、樹脂１８０に対しての圧縮圧力はそれ程印加されていない。即ち、樹脂１８０の中には、複数のボイドが存在している可能性がある。

次に図２（Ｃ）に示すように、圧縮金型１０８における外側プランジャ１０８Ｂのみを、上型１０２側へと進行（突出）させる。これにより、キャビティ１４０の容積が変化し（即ちキャビティ１４０の容積が減少する）樹脂１８０に対して所定の圧力が印加される。この外側プランジャ１０８Ｂの突出量は、キャビティ１４０内に投入された樹脂１８０の量によって多少変化するが、例えば、キャビティ１４０内の圧力を直接又は間接的に検知可能な圧力センサを設け、当該圧力センサが所定の圧力を検知するまで押し切るように突出される。これにより、キャビティ１４０内の空隙Ｇが消失し、更に、樹脂１８０に対して所定の圧力が印加されるため、存在していたボイドが押し潰されて消滅する。その後、図示せぬヒータによって樹脂１８０に対して熱を加えて樹脂の硬化を促進させる。

このように、本実施形態においては、下型１０４におけるキャビティ１４０が形成される対向面の「更に一部のみ（即ち外側プランジャ１０８Ｂのみ）」を上型１０２側へ進退動させることでキャビティ１４０の容積を可変としているため、その他の部分（第１プランジャ１０８Ａ）の位置（上型１０２に対する位置）を固定しておくことが可能となり、封止後の成形品の精度（厚み精度）を高精度に維持することが可能となっている。

又、本実施形態では、下型１０４の対向面にリリースフィルム１５０を介在させた上で樹脂１８０を投入して圧縮しているが、外側プランジャ１０８Ｂを突出させた場合でも、下型１０４の対向面に介在しているリリースフィルム１５０の総延長距離（キャビティ１４０に沿って配置されるリリースフィルム１５０の長さ）自体には変化が無いため、リリースフィルム１５０に過度の負担（例えば引張力）が生じることは無い。その結果、リリースフィルム１５０の再使用可能な回数が増大し、リリースフィルムに必要となるコストを低減させることが可能となっている。

最後に図２（Ｄ）に示すように、樹脂１８０がある程度硬化したタイミングを見計らって、上型１０２と下型１０４とが離反する。本実施形態では、封止後の被成形品１６０が上型１０２側に残されているが、下型１０４側に残るような制御を行ってもよい。その後、図示せぬ搬送機構によって封止後の被成形品１６０が取り出され、次回の封止作業へと移行する。

このようにして成形された被成形品１６０を当該樹脂封止装置１００から取り出すと、例えば図３のようになる。図３は当該樹脂封止装置１００において封止された被成形品（成形品）の側面図である。この被成形品１６０の樹脂部分には、外側プランジャ１０８Ｂが突出した段差Ｄが生じている。この段差Ｄ部分よりも外側の部分は、事後的に切断処理されて破棄される。本実施形態では、投入される樹脂１８０の量によって、この段差Ｄ部分の高さＨを積極的に変化させている（即ちキャビティの容積を変化させている）。しかしながら、樹脂にて封止した部分の基本的な大きさ（図３における水平方向の大きさＷや形状）には変わるところが無い。よって、樹脂の不要部分（即ち当該段差Ｄが生じた部分）を事後的に加工処理する場合においても、常に同じ部分だけを切り落とせば良く、切断処理が容易である。

更に、樹脂に対して所定の圧力を印加するという観点においても本発明は非常に有利な効果を備えている。即ち、本実施形態のように、圧縮金型１０８が分割した構成とされていない場合には、圧縮金型全体を一体として（広い面積で）樹脂に対して圧力を印加する必要がある。このような場合には、圧縮金型の僅かの動きで樹脂に印加される圧力が変化するため、非常に高精度な金型の制御が必要とされる。一方、本実施形態のように、圧縮金型１０８を分割した構成とし、外側プランジャ１０８Ｂ部分のみをキャビティ内へと進行させることで樹脂に印加される圧力を調整する場合には、当該外側プランジャ１０８Ｂの対向面の面積（図３における段差Ｄの幅Ｗ１に対応する面積）部分のみが変化するため、同精度（圧縮金型全体を一体で構成した場合と同精度）の金型制御でもより圧力の微調整が可能となる。その結果、樹脂に印加される圧力を高精度に調整でき、封止の品質を高く維持することが可能となる。

又、本発明を適用することによって、キャビティ１４０内に投入する樹脂１８０の量をそれほど厳密に計量しなくとも良く、計量側（計量装置側）のコストを削減することが可能である。又、計量自体にある程度の許容範囲が設定できるため、計量そのものを素早く行なうことも可能であり、当該計量によって装置のサイクルタイムが制限されることを防止できる。更に加えて、本実施形態の場合には、余分な樹脂（最終的に切断除去する部分の樹脂）が大量に発生することは無いため、樹脂そのものの無駄を防止することにも繋がっている。

なお、上述した実施形態においては、下型１０４側にキャビティ容量可変機構が設けられていたが、このような構成に限定されるものではなく、例えば上型側に設けられていてもよい。更に、半導体チップが基板の両面側のいずれに搭載されており、樹脂による封止が基板の両面側に必要な場合等には、上型及び下型の両方にキャビティ容量可変機構が設けられていてもよい。

本発明は、半導体チップ等が搭載された基板の樹脂封止に特に好適である。

本発明の実施形態の一例である樹脂封止装置１００の概略構成図であって、（Ａ）が、外側プランジャ動作前の状態、（Ｂ）が、外側プランジャ動作後の状態 樹脂封止装置１００の封止工程に沿った金型の状態を示す概略構成図 樹脂封止された被成形品（成形品）の側面図 特許文献１に記載される樹脂モールド装置１の側面図であって、圧縮工程前の状態を示した図 同樹脂モールド装置１の側面図であって、圧縮工程後の状態を示した図

符号の説明

１００…樹脂封止装置
１０２…上型
１０３…位置決めピン
１０４…下型
１０６…枠型
１０８…圧縮金型
１０８Ａ…内側プランジャ
１０８Ｂ…外側プランジャ
１０９…キャビティ容積可変機構
１１２…バネ
１４０…キャビティ
１５０…リリースフィルム
１６０…被成形品
１６２…半導体チップ
１８０…樹脂

Claims (5)

1. 第１の金型と、該第１の金型に対向して配置され該第１の金型に対して接近・離反可能な第２の金型とを有し、該第２の金型の対向面の一部に形成されるキャビティにおいて被成形品を樹脂にて圧縮封止する樹脂封止装置であって、
   前記第２の金型の前記キャビティが形成される対向面の更に一部が、前記第１の金型側へと独立して進退することで前記キャビティの容積が変化するキャビティ容積可変機構を備える
   ことを特徴とする樹脂封止装置。
2. 請求項１において、
   前記第２の金型が、前記被成形品を前記第１の金型との間でクランプ可能な枠状金型と、該枠状金型の枠内に嵌合し前記第１の金型側へ進退動可能な圧縮金型を有した構成とされ、
   前記キャビティ容積可変機構が、前記圧縮金型を少なくとも第１、第２の圧縮金型からなる構成とした上で、該第２の圧縮金型を独立して前記第１金型側へ進退動可能な構成とした
   ことを特徴とする樹脂封止装置。
3. 請求項２において、
   前記第２の圧縮金型が、前記第１の圧縮金型と前記枠状金型の間に配置されている
   ことを特徴とする樹脂封止装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記第２の金型の対向面は、離型フィルムを介して前記樹脂を圧縮可能とされている
   ことを特徴とする樹脂封止装置。
5. 第１の金型と、該第１の金型に対向して配置され被成形品をクランプ可能な枠状金型と、該枠状金型の枠内で前記第１の金型側に独立して進退動可能な第１、第２の圧縮金型を備え、該第１、第２の圧縮金型の対向面に形成されるキャビティ内で前記被成形品を樹脂封止する方法であって、
   前記第１の金型と前記枠状金型とで前記被成形品をクランプする工程と、
   前記第１の圧縮金型を所定の位置に位置決めする工程と、
   前記第１の圧縮金型を所定の位置に位置決めしたままで、前記第２の圧縮金型を前記第１の圧縮金型よりも前記第１の金型側へと進行させる工程と、を含む
   ことを特徴とする樹脂封止方法。

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