JP2008183827A - 樹脂封止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】確実且つ早期に封止異常を検出する。
【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、上下金型１０２、１０４の少なくとも一方の対向面の少なくとも一部に形成されたキャビティ１４０において被成形品１６０を樹脂１５０にて圧縮封止する樹脂封止装置１００を、上下金型１０２、１０４が接近する際の両金型の相対位置を検知可能なエンコーダ１２２と、上下金型１０２、１０４の接近によって変化する圧力を検知可能なロードセル１２８と、検知された位置情報及び圧力情報であって、正常に封止が行なわれた際の正常時位置情報及び正常時圧力情報を記憶可能な記憶部１３２と、正常時位置情報及び正常時圧力情報と、現在の封止作業において検知されている位置情報及び圧力情報との比較に基づいて封止異常を判断する演算部１３０と、を備えるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂封止装置、詳しくは圧縮成形型の樹脂封止装置の技術分野に関する。

従来、図４に示す圧縮成形型の樹脂封止装置２が知られている（特許文献１参照）。

この樹脂封止装置２は、上型１２と、該上型１２に対向して配置され該上型１２に対して接近・離反可能な下型１４とを有し、該上下金型１２、１４の少なくとも一方の対向面の少なくとも一部に形成された成形空間（キャビティ）４６においてセラミック基板（被成形品）６を樹脂８にて圧縮封止する構成とされている。

樹脂封止装置２においては、その構成上、投入する樹脂８の量が、事実上成形品（封止後のセラミック基板６）の仕上がり精度を支配することとなるため、樹脂８の量が厳密に調整された上で投入されている。

特開２００５−３０５９５１号公報

しかしながら、樹脂の調整が正確に行われず、誤って多くの樹脂がキャビティ内に投入されることもある。又、キャビティ内に本来在るべきでない異物等（例えば樹脂バリ）が存在する場合もある。これらの場合には、結果的に圧縮成形時のキャビティの空き容量よりも多くの樹脂が投入されたこととなり、圧縮する工程において樹脂が溢れてしまう場合があった。又、被成形品を正常にクランプできていなかったり、金型の動きに異常がある場合にも、圧縮する過程において樹脂が漏れ出す場合があった。

このような樹脂漏れ（溢れ）が起きた状態のまま完全に圧縮してしまうと、漏れた（溢れた）樹脂が金型等の広い範囲に拡散して付着するため清掃の手間が煩雑となり、装置を長時間に亘って停止させなければならない等の問題がある。又、漏れた（溢れた）樹脂がバリとなって、次回以降の封止に対して影響を与える問題もあった。

本発明は、このような問題点を解決するべくなされたものであって、特に樹脂の漏れ（溢れ）や異物の混入に起因する封止異常を早期に且つ的確に検知し、こうした封止異常に伴って発生する不具合を最小限に抑えることを目的とするものである。

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１、第２の金型の少なくとも一方の対向面の少なくとも一部に形成された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１、第２の金型が接近する際の両金型の相対位置を検知可能な位置検知部と、前記第１、第２の金型の接近によって変化する圧力を検知可能な圧力検知部と、前記位置検知部により検知された位置情報及び前記圧力検知部により検知された圧力情報であって、正常に封止が行なわれた際の正常時位置情報及び正常時圧力情報を記憶可能な記憶部と、前記正常時位置情報及び前記正常時圧力情報と、現在の封止作業において検知されている前記位置情報及び前記圧力情報との比較に基づいて封止異常を判断する演算部と、を備えた構成とすることで、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、封止異常の発生を圧力上昇の段階の途中で早期に検知することができ、例えば、直ちに金型の動き（圧縮）を止めることができるため、漏れ（溢れ）出た樹脂が広い範囲に拡散することを防止することができる。

発明者は、封止工程における所定の過程（例えば圧縮工程）において、金型の各部（例えばキャビティなど）の圧力が変化することに着目し、この変化する圧力と当該工程における金型の位置（相対位置）との関係を封止毎に比較することで、樹脂漏れを確実且つ早期に検知できることを見出した。即ち、正常に（樹脂漏れ等がない状態で）封止が行われた際の、金型の相対位置とそれに対応する圧力を予め記憶させておき、各回の封止の際に、当該同じ位置での圧力をそれぞれ検知して比較する。その結果、樹脂漏れ（溢れ）が生じた場合には、この圧力が正常時のものよりも低くなるはずである。又、異物等が混入している場合には、樹脂漏れ（溢れ）に先立って、一旦、正常時の圧力よりも高くなるはずである。本発明では、この差が所定の差よりも大きくなった場合に速やかに封止異常と判定できるため、所定の処理（例えば、金型の駆動源の駆動の停止）を確実且つ早期に行うことができる。

又、更に、前記正常時位置情報及び前記正常時圧力情報の少なくとも一方に対して、所定の許容範囲を設定可能な設定部を備え、現在の封止作業において検知されている前記位置情報及び前記圧力情報の少なくとも一方が当該許容範囲内であるか否かを判断することにより、前記封止異常と判断するような構成とすれば、必要に応じて過敏な反応を抑制することができる。

又、位置検知部として、第１、第２の金型の駆動源となるモータに備わるエンコーダの情報を利用すれば、新たに位置検知部を設ける必要がなく、低コストで実現することが可能となる。

又、圧力検知部を、キャビティに配置すれば、樹脂漏れ（溢れ）をより直接的に検知ですることができる。

又、第１、第２の金型の接近・離反が、第１、第２の金型の少なくとも一方に連結されたボールねじを介して行われる構成とし、圧力検知部を、当該ボールねじの連結された部位に配置してもよい。

又、正常時位置情報及び正常時圧力情報が、正常な封止が行われる毎に最新の情報が加味された上で更新されるように構成すれば、時々刻々と変化する周囲の環境（例えば温度・湿度など）に柔軟に対応することができる。勿論、正常な封止が行われる毎に最新の情報で全面的に更新されるような構成としてもよい。

本発明を適用することにより、確実且つ早期に封止異常を検出することが可能となる。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

図１は、本発明にかかる樹脂封止装置１００の概略構成図である。なお図１は、該樹脂封止装置１００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１００は、半導体チップ１６２を搭載した被成形品１６０に対して樹脂１５０を加熱圧縮成形し、半導体チップ１６２の搭載部分を樹脂封止するもので、上型（第１の金型）１０２及び該上型１０２と対向する下型（第２の金型）１０４を備える。下型１０４は、枠状金型１０６と圧縮金型１０８とから構成されている。上型１０２は、この樹脂封止装置１００では固定とされており、下型１０４がモータ１２０によって（枠状金型１０６及び圧縮金型１０８ごと）上下動する構成とされている。

このモータ１２０は、自身の出力軸１２０Ａに備わるプーリ及びベルト１２４を介して、ボールねじ１２６と連結されている。又、このボールねじ１２６は圧縮金型１０８の下面（図１において下面）に、ロードセル（圧力検知部）１２８を介して連結された構成とされている。即ち、モータ１２０の駆動によって、下型１０４全体が、上型１０２に対して進退動（上下動）可能な構成とされている。

枠状金型１０６は、上型１０２と対向して配置されており、貫通孔１０６Ａを備える。圧縮金型１０８は、該貫通孔１０６Ａに嵌合しながら上型１０２に対して進退動可能である。枠状金型１０６は、ばね１１０を介して圧縮金型１０８に取り付けられている。ばね１１０は、枠状金型１０６を常時上型１０２の方向（図１の上方向）に付勢している。又、この枠状金型１０６は、別途引き下げ駆動部（図示していない）に接続されており、必要に応じて、該引き下げ駆動部の駆動により、ばね１１０の付勢力に抗して枠状金型１０６のみを引き下げ駆動可能である。

又、樹脂封止装置１００には、ロードセル（圧力検知部）１２８の検知した圧力情報を所定のタイミングで監視している演算部１３０が備わっている。又、この演算部１３０は、同時に、モータ１２０に備わるエンコーダ１２２の情報を所定のタイミングで取り込んでいる。このエンコーダ１２２は、本来的にはモータ１２０の回転を制御するために備わっているものであるが、当該モータ１２０の回転によって結果的に、下型１０４の上型に対する相対位置を検知することが可能である。よって、このエンコーダ１２２を「位置検知部」として機能させ、当該エンコーダ１２２の情報を上型１０２と下型１０４との相対位置情報として利用している。その結果、別途位置検知部を新たに設ける必要がなく、低コストで実現可能となっている。勿論必要に応じて、独立した位置検知部を設けてもよい。例えば、ボールねじ１２６の回転を直接監視するような構成としてもよい。

演算部１３０には、取り込んだ圧力情報及び位置情報を必要に応じて記憶可能な記憶部１３２が接続されている。又、演算部１３０には、設定部１３４が接続され、各種設定（詳細は後述する）が可能な構成とされている。

なお、上型１０２、枠状金型１０６、及び圧縮金型１０８には、封止用の樹脂１５０を加熱するためのヒータ（図示しない）がそれぞれ搭載されている。

樹脂封止装置１００は、この他、圧縮金型１０８上に封止用の樹脂１５０を投入するための投入機構（図示しない）を備えている。投入された樹脂１５０は、圧縮金型１０８の対向面、枠状金型１０６の貫通孔１０６Ａ、及び上型１０２の対向面で囲まれるキャビティ１４０内で加熱圧縮成形され、被成形品１６０の半導体チップ１６２の部分を封止する。上型１０２には、被成形品１６０を仮保持する吸着手段あるいはチャッキング手段（図示しない）が付設されている。

又、下型１０４と投入される封止用の樹脂１５０との間に、リリースフィルム等の離型促進材を介在するように構成してもよい。

次に、この樹脂封止装置１００の作用を説明する。

図２（Ａ）〜（Ｅ）は、樹脂封止装置１００において実行される封止工程図（封止から離型までの動作を説明した図）である。

先ず、図２（Ａ）に示されるように、半導体チップ１６２を搭載した被成形品１６０を、上型１０２に吸着又はチャッキングなどの手段により保持させた後、封止用の樹脂１５０を枠状金型１０６と圧縮金型１０８とで形成されるキャビティ１４０に投入する。この過程では、圧力検知部であるロードセル１２８（図２においては示していない）の検知する圧力に大きな変化は現れない。

次に、図２（Ｂ）に示されるように、下型１０４、即ち枠状金型１０６及び圧縮金型１０８をモータ１２０によって上型１０２側へ駆動・上昇させ、被成形品１６０を上型１０２と枠状金型１０６とでクランプする。この過程から、ロードセル１２８の検知する圧力に変化が生じはじめる。

この状態で下型１０４をさらに上昇させると、図２（Ｃ）に示されるように、ばね１１０を圧縮させながら圧縮金型１０８による型締めが進行し、樹脂１５０が加熱・圧縮成形され、半導体チップ１６２の部分が樹脂封止される。このときロードセル１２８の検知する圧力は次第に大きくなっていく。

その後、図２（Ｄ）に示されるように、樹脂１５０が上下金型１０２、１０４から取り出せる程度に硬化した後、引き下げ駆動部（図示していない）を駆動することによって枠状金型１０６を引き下げ、上型１０２とのクランプ状態を解く。

続いて図２（Ｅ）に示されるように、図２（Ｄ）の状態からさらに下型１０４全体を引き下げると、被成形品１６０のうち、封止されていない部分１６０Ａ、１６０Ｂが金型（この実施形態の場合は上型１０２及び枠状金型１０６）から離反し、樹脂１５０のみが特定の金型（この実施形態の場合圧縮金型１０８）に接している状態が形成される。

最後に、被成形品１６０を圧縮金型１０８から離反させる処理を行なった後、図示せぬ吸着などの手段により取り出される。その後、次回の封止作業へと移行する。

上記図２（Ｂ）〜（Ｃ）の工程（圧縮工程）において、圧力検知部であるロードセル１２８で検知された情報（圧力情報）の変化例を図３に示す。この図３は、当該ロードセル１２８から得られる情報と位置検知部であるエンコーダ１２２から得られる情報とを関連付けたグラフである。即ち、圧縮工程における上下金型１０２、１０４の相対位置毎に、その時点での圧力がどの程度であったかを示すグラフである。縦軸が圧力、横軸が相対位置を示している。

樹脂封止装置１００を始めて使用する場合や、封止対象の被成形品の種類が変更された場合には、先ず、正常封止時の情報を記憶部１３２に記憶させる必要がある。そこで予め数回の封止作業を行わせ、正常時圧力情報及び正常時位置情報（以下単に「正常時情報」という場合がある）を演算部１３０に取り込み且つ、記憶部１３２に記憶させておく。

記憶部１３２に正常封止時の情報が記憶されると、次回以降の封止毎に、該当する位置（位置情報）に対応した圧力（圧力情報）を取り込んで、比較する。このとき、正常時圧力情報に必要に応じてある程度の許容範囲α（図３参照）を設定しておくことによって、敏感に封止異常と判定してしまうことを防止している。この設定は、演算部１３０に接続された設定部１３４により自由に設定・変更可能である。なお、正常時圧力情報のみならず、正常時位置情報に許容範囲を設定してもよいし、両方に許容範囲を設定することも勿論可能である。

その比較の結果、現在進行している封止の工程において取り込まれる情報が、正常時の情報と異なる（許容範囲を超えた）場合に「封止異常」と判定され、直ちにモータ１２０の駆動を停止させる。勿論、その他にも、ランプ等により異常が発生したことを知らせたり、ブザー音を鳴らす等の処理を独立して又は併用的に行なってもよい。

又、封止の結果、異常と判定されなかった場合には、当該回の検知情報が正常時情報として参酌される。この参酌方法は種々の態様が想定でき、例えば、当該回の検知情報で全面的に正常時情報を書き換えるような構成としてもよい。又、当該回の検知情報を過去の全ての正常時情報に含めた上でその平均値をもって次回以降に使用する正常時情報としてもよい。更に、当該回の検知情報を含めた過去の所定の封止回数分（例えば１０回分）の平均値をもって次回以降に使用する正常時情報として利用してもよい。このようにすれば、時々刻々変化する周囲の環境（例えば温度や湿度）等の影響を反映させることが可能となり、より制度の高い判定が可能となる。

これにより、樹脂漏れ（溢れ）の発生を早期に検知することができ、更に、直ちに金型の動き（圧縮）を止めることができるため、漏れ（溢れ）出た樹脂が広い範囲に拡散することを防止することができる。

なお、上記実施形態おいては、圧力検知部として、ボールねじ１２６と圧縮金型１０８の連結部位に配置されたロードセル１２８を利用しているが、圧力検知部の構成はこれに限定されるもではない。例えば、キャビティ１４０部分に圧力センサ等を設け圧力検知部としてもよい。更には、駆動源（本実施形態ではモータ１０２）の負荷等から圧力を導けるような場合には、そのような情報を利用して圧力検知部としてもよい。直接又は間接的に、圧縮工程における圧力の変化を導くことができる限りにおいて、本発明の意図する圧力検知部を構成し得る。

又、上記実施形態においては、上下金型１０２、１０４の接近・離反をボールねじ１２６を介して駆動していたが、このような構成に限定されるものではない。金型を接近・離反可能な限りにおいて、例えば、流体アクチュエータ等の様々な推力発生装置を利用することが可能である。

又、上記実施形態においては、本発明を適用するための樹脂封止装置として、上型（第１の金型）と該上型と対向して配置され貫通孔を有する枠状金型及びこの貫通孔に嵌合して上型に対して進退動可能な圧縮金型を有する下型と、を備えた構成のものが採用されていたが、本発明を適用するための樹脂封止装置の具体的な構成は、特にこの構成に限定されない。例えば、上型側の方に枠状金型と圧縮金型が形成されているものであってもよく、更には、上型及び下型の双方に枠状金型と圧縮金型が形成されているものであってもよい。又、必ずしも、枠状金型と圧縮金型の組合せとされている必要もない。

本発明は、半導体チップ等の半導体製品を樹脂にて圧縮封止する際に特に好適である。

本発明にかかる樹脂封止装置１００の概略構成図 上記樹脂封止装置１００において実行される封止工程図 圧力検知部及び位置検知部から得られる情報の関係例を示したグラフ 特許文献１に記載される樹脂封止装置

符号の説明

１００…樹脂封止装置
１０２…上型
１０４…下型
１０６…枠状金型
１０８…圧縮金型
１１０…ばね
１２０…モータ
１２２…エンコーダ
１２４…ベルト
１２６…ボールねじ
１２８…ロードセル
１３０…演算部
１３２…記憶部
１３４…設定部
１４０…キャビティ
１５０…樹脂
１６０…被成形品
１６２…半導体チップ

Claims (8)

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１、第２の金型の少なくとも一方の対向面の少なくとも一部に形成された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１、第２の金型が接近する際の両金型の相対位置を検知可能な位置検知部と、
   前記第１、第２の金型の接近によって変化する圧力を検知可能な圧力検知部と、
   前記位置検知部により検知された位置情報及び前記圧力検知部により検知された圧力情報であって、正常に封止が行なわれた際の正常時位置情報及び正常時圧力情報を記憶可能な記憶部と、
   前記正常時位置情報及び前記正常時圧力情報と、現在の封止作業において検知されている前記位置情報及び前記圧力情報との比較に基づいて封止異常を判断する演算部と、を備えた
   ことを特徴とする樹脂封止装置。
2. 請求項１において、
   前記演算部により封止異常と判断された場合に、前記第１、第２の金型の駆動源の駆動を停止する
   ことを特徴とする樹脂封止装置。
3. 請求項１又は２において、
   更に、前記正常時位置情報及び前記正常時圧力情報の少なくとも一方に対して、所定の許容範囲を設定可能な設定部を備え、
   現在の封止作業において検知されている前記位置情報及び前記圧力情報の少なくとも一方が当該許容範囲内であるか否かを判断することにより、前記封止異常と判断する
   ことを特徴とする樹脂封止装置。
4. 請求項１乃至３において、
   前記位置検知部が、前記第１、第２の金型の駆動源となるモータに備わるエンコーダである
   ことを特徴とする樹脂封止装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記圧力検知部が、前記キャビティに配置されている
   ことを特徴とする樹脂封止装置。
6. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記第１、第２の金型の接近・離反が、前記第１、第２の金型の少なくとも一方に連結されたボールねじを介して行われる構成とされ、
   前記圧力検知部が、当該ボールねじの連結された部位に配置されている
   ことを特徴とする樹脂封止装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記正常時位置情報及び前記正常時圧力情報が、正常な封止が行われる毎に最新の情報が加味された上で更新される
   ことを特徴とする樹脂封止装置。
8. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記正常時位置情報及び前記正常時圧力情報が、正常な封止が行われる毎に最新の情報で更新される
   ことを特徴とする樹脂封止装置。

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