JP2009073142A - 樹脂封止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形品質の維持と生産性向上という相対立する課題を克服しうる樹脂封止方法を提供する。
【解決手段】モールド金型１３を型閉じしてキャビティ凹部１６に樹脂材Ｒが充填されてから加熱硬化時間として予め設定された標準キュアタイムより短い第１のキュアタイムＴ１を経過すると型開きして成形品を取り出す樹脂封止動作を所定回数繰り返すと、当該キュアタイムＴ１より長い標準キュアタイムに相当する第２のキュアタイムＴ２で加熱硬化を行なう樹脂封止動作を介在させ、再度第１のキュアタイムＴ１に戻して樹脂封止動作を所定回数繰り返す。
【選択図】図３

Description

本発明は、ワークと樹脂材をモールド金型へ供給して所定時間クランプして樹脂封止する樹脂封止方法に関する。

トランスファモールド成形においては、ワーク及び樹脂材料をモールド金型に搬入し、金型クランプしてから溶融した樹脂をキャビティへ充填し、そのまま所定時間加熱硬化（キュア）してから型開きして成形品を取り出す動作が繰返し行なわれている。具体的には。コントローラは、型締め用モータ（電動モータなど）を作動させてモールド金型を開閉させ、トランスファ駆動モータ（電動モータ）を作動させて、プランジャを上昇させてキャビティへ溶融樹脂が充填される。

成形品が変わったり金型汚れが発生したりすると、金型クリーニングを行なうため装置を停止させてメンテナンスが行なわれる。近年環境にやさしい樹脂材料としてグリーン樹脂が用いられている。グリーン樹脂は、従来型のエポキシ系の樹脂に比べて難燃化物質である臭素などのハロゲン成分やアンチモンなどを減少させた樹脂材であり、基板配線間の誘電率を低下させるために有効な手段として使用ニーズが高まっている。また、グリーン樹脂は、熱膨張係数を下げるためシリカの粒径を小さくかつ含有量を増量し、絶縁被膜の剥離を防ぐためワックスを改良して流動性が高いという樹脂特性を有する一方で、樹脂の溶融時間が長く、加熱硬化し難いという特質がある。
特開平６−１４３３７６号公報

成形品の成形品質を考慮するとキュアタイムは樹脂材に応じて標準的に要求される所定時間であることが望ましい。特に、グリーン樹脂を用いた場合には、フィラー充填率が高く、その結果樹脂成分が少なくかつフィラーが偏在しているので、成形品質を維持するために十分なキュアタイムを確保することが望ましい。しかしながら、生産性を考慮するとキュアタイムは可能な限り短くすることが好ましい。加えて、金型クリーニングを行なうための装置停止回数をできるだけ減らすことが望まれる。

本発明の目的は、成形品質の維持と生産性向上という相対立する課題を克服しうる樹脂封止方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
ワークと樹脂材をモールド金型へ供給して所定時間クランプして樹脂封止する樹脂封止方法であって、モールド金型を型閉じしてキャビティ凹部に樹脂材が充填されてから加熱硬化時間として予め設定された標準キュアタイムより短い第１のキュアタイムＴ１を経過すると型開きして成形品を取り出す樹脂封止動作を所定回数繰り返すと、当該キュアタイムＴ１より長い標準キュアタイムに相当する第２のキュアタイムＴ２で加熱硬化を行なう樹脂封止動作を介在させ、再度第１のキュアタイムＴ１に戻して樹脂封止動作を所定回数繰り返すことを特徴とする。
具体的には、モールド金型の開閉動作を制御するコントローラは、タイマの計測時間を第１のキュアタイムＴ１で加熱硬化する成形動作を所定回数繰り返したことをカウンタが計数すると、当該タイマの計測時間を第２のキュアタイムＴ２に変更して加熱硬化する成形動作を介在させ、その後再度タイマの計測時間を第１のキュアタイムＴ１に戻して加熱硬化する制御動作を繰り返すことを特徴とする。
また、第１、第２のキュアタイムＴ１，Ｔ２を併用して樹脂封止動作を所定回数繰り返すごとに金型クリーニングを行なって再度同様の樹脂封止動作を繰り返すことを特徴とする。

本発明に係る樹脂封止方法を用いれば、モールド金型を型閉じしてキャビティ凹部に樹脂材が充填されてから加熱硬化時間として予め設定された標準キュアタイムより短い第１のキュアタイムＴ１を経過すると型開きして成形品を取り出す樹脂封止動作を所定回数繰り返すと金型汚れが発生する。ここで、当初設定されたキュアタイムＴ１より長い標準キュアタイムに相当する第２のキュアタイムＴ２で加熱硬化を行なう樹脂封止動作を介在させる。これによって、金型面（キャビティ凹部）やプランジャ端面に付着した残留樹脂が長い第２のキュアタイムＴ２で成形品とともに除去される。この後、再度第１のキュアタイムＴ１に戻して樹脂封止動作を所定回数繰り返す。これにより、成形品質を維持したまま、生産性を落とさずに樹脂封止動作を続行することができる。また、金型メンテナンス回数を減らしてクリーニング樹脂などの廃棄物量を減らし環境負荷を低減することができる。
コントローラは、第１のタイマの計測時間を第１のキュアタイムＴ１で加熱硬化する成形動作を所定回数繰り返したことをカウンタが計数すると、第２のタイマによる計測時間を第２のキュアタイムＴ２に変更して加熱硬化する成形動作を介在させ、その後再度第１のタイマによる計測時間を第１のキュアタイムＴ１に戻して加熱硬化する制御動作を繰り返す。
よって、樹脂の種類（例えばグリーン樹脂、従来型のエポキシ樹脂など）や形態（液状樹脂、タブレット樹脂、顆粒樹脂、粉砕樹脂、シート樹脂など）に応じたキュアタイム設定をしておくことで、多様な成形品に応じた成形品質や生産性を満たした樹脂封止方法が提供できる。
また、第１、第２のキュアタイムＴ１、Ｔ２を併用して樹脂封止動作を所定回数繰り返すごとに金型クリーニングを行なって再度同様の樹脂封止動作を繰り返すので、金型メンテナンスの回数を減らして装置稼動時間を増やすことができるうえに、クリーニング樹脂などの廃棄物量を減らし環境負荷を低減することができる。

以下、本発明に係る圧縮成形装置の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。
圧縮成形装置は、半導体チップＣが基板（樹脂基板、リードフレームなど）Ｐに複数実装されたワークＷと樹脂材（液状樹脂、顆粒状樹脂、粉状樹脂、固形樹脂などを含む）Ｒをモールド金型へ供給してクランプすることにより成形するものである。

以下、樹脂封止方法の具体的な実施の形態について説明する。以下では、樹脂材としてグリーン樹脂を用いたトランスファ成形方法について例示する。グリーン樹脂は、前述したように、従来型のエポキシ系の樹脂に比べて難燃化物質である臭素などのハロゲン成分やアンチモンなどを減少させた樹脂材であり、樹脂特性としてフィラーとして混入するシリカの粒径が小さくかつ含有量が多く、ワックスを改良して流動性が高いという特質を有する。

トランスファ成形を行なう樹脂封止装置の概略構成について図３を参照して説明する。
モールド金型１３は上型１４及び下型１５を備えている。一例をあげれば、上型１４にはキャビティ凹部１６、カル１７、ランナゲート１８が形成され、下型１５にはポット１９やプランジャ２０が設けられている。ワークＷとしては、樹脂基板やリードフレームなどが用いられる。モールド金型１３は、型開閉機構２１により開閉され、駆動源として型開閉用モータ（電動モータ）９が用いられる。型開閉用モータ９を駆動するとねじ軸２２に連繋する可動プラテン２３が昇降するようになっている。また、プランジャ２０は、均等圧ユニット２５に複数支持されており、トランスファ駆動モータ（電動モータ）１０により昇降するようになっている。トランスファ駆動モータ１０を駆動すると、ねじ軸２４に連繋するプランジャ２０が昇降するようになっている。モールド金型１３にはヒータが内蔵されており、所定温度（例えば１８０℃）まで加熱するようになっている。

型開きしたモールド金型１３にワークＷ及び樹脂材（液状樹脂、顆粒状樹脂、粉状樹脂、固形樹脂など）Ｒが搬入されると、型開閉モータ９が作動して溶融した樹脂をポット１９、金型カル１７、ランナゲート１８を通じてキャビティ凹部１６へ充填し、このまま所定時間加熱硬化させる（キュア）。所定時間（樹脂材Ｒによって推奨される標準キュアタイム）が経過すると、型開閉用モータ９を作動させて型開きを行い、成形品が金型より離型させて金型外へ搬出される。動作を繰り返す。このように、型開閉に要するマシンタイム、樹脂を充填する樹脂充填タイム、樹脂を加熱硬化させるキュアタイムの合計が１サイクルの樹脂封止動作に要するサイクルタイムとなる。一例を示すと、一般樹脂でマシンタイム２５秒、充填タイム１０秒、キュアタイム６０〜１００秒、合計サイクルタイム９５秒〜１３５秒、グリーン樹脂でマシンタイム２５秒、充填タイム１０秒、キュアタイム２４０秒、合計サイクルタイム２７５秒となる。

ここで、樹脂封止装置の制御系をブロック構成図で説明する。
コントローラ１はモールド金型の開閉動作やその他の樹脂封止動作を制御する。
コントローラ１には、樹脂封止動作のプログラムが格納されるＲＯＭや入力部２から入力されたデータを一時的に記憶し、コントローラ１のワークエリアとして用いられるＲＡＭなどのメモリ３が設けられている。

また、コントローラ１には、第１、第２のタイマ４、５が設けられている。第１のタイマ４は樹脂材Ｒの標準キュアタイムより短い第１のキュアタイムＴ１を記憶している。また、第２のタイマ５は第１のキュアタイムＴ１より長い標準キュアタイムに相当する第２のキュアタイムＴ２を記憶している。また、コントローラ１には樹脂封止動作を行なった回数をカウントするカウンタ１２が設けられている。

入力部２からは、キュアタイムなどの設定値が入力されるほか、モールド金型がクランプしたことを検出するロードセル６から検出信号がコントローラ１へ入力される。また、コントローラ１からは、第１、第２ドライブ回路７，８を通じて型開閉用モータ９、トランスファ駆動用モータ１０を駆動し、モールド金型に内蔵されるヒータ１１を作動させる。

樹脂封止動作について例示すると、予め入力部２において、樹脂の種類（例えばグリーン樹脂）や形態（液状樹脂、タブレット樹脂、顆粒樹脂、粉砕樹脂、シート樹脂など）に応じた第１、第２のキュアタイムＴ１、Ｔ２設定をしておく。また、コントローラ１はヒータ１１を作動させて予め金型温度を上昇させておく。

コントローラ１は、動作開始指令を待って、樹脂封止動作用の制御プログラムを読み出し、型開閉用モータ９を作動させてモールド金型を型閉じする。コントローラ１は、モールド金型が型閉じしたことをロードセル６の検出信号から判定する。そして、トランスファ駆動モータ１０を作動させて溶融したグリーン樹脂をキャビティ凹部１６（図３参照）に充填する。グリーン樹脂が充填されてから第１のタイマ４は加熱硬化時間として予め設定された第１のキュアタイムＴ１を計測する。第１のキュアタイムＴ１が経過するとコントローラ１は、再度型開閉用モータ９を作動させて型開きして成形品を取り出す、という樹脂封止動作を所定回数繰り返す。所定回数はコントローラ１に設けられたカウンタ１２がカウントする。このとき、キャビティ凹部１６やプランジャ端面には樹脂汚れの元となる樹脂成分の付着が進行し始める。樹脂汚れの発生は、本来樹脂メーカーが推奨するキュアタイムで使用すれば発生し難いはずであるが、ユーザー側で生産性を重視するあまり樹脂が完全に硬化する前に型開きを行なうため樹脂がプランジャ端面やキャビティ凹部に付着するようになる。この付着した樹脂が少量であれば格別問題は生じないが、このまま数多くのショットを繰り返すことにより、樹脂汚れとしてパッケージにダメージを与え、成形品が離型し難くなる。このようなパッケージに与えるダメージが少ない状況で樹脂汚れを除去する必要がある。

ここで、当初設定されたキュアタイムＴ１より長い第２のキュアタイムＴ２で加熱硬化を行なう樹脂封止動作を介在させる。即ち、コントローラ１はグリーン樹脂が充填されてから第２のタイマ５は加熱硬化時間として予め設定された第２のキュアタイムＴ２を計測する。第２のキュアタイムＴ２が経過するとコントローラ１は、再度型開閉用モータ９を作動させて型開きして成形品を取り出す。これによって、金型面（キャビティ凹部）やプランジャ端面に付着した残留樹脂が長い第２のキュアタイムＴ２で硬化させることで樹脂汚れとなってパッケージにダメージを与える前に除去される。この後、再度第１のキュアタイムＴ１に戻して同様の樹脂封止動作を所定回数繰り返す。これにより、成形品質を維持したまま、生産性を落とさずに樹脂封止動作を続行することができる。
また、第１、第２のキュアタイムＴ１、Ｔ２を併用して樹脂封止動作を所定回数繰り返すごとに金型クリーニングを行なって樹脂封止動作を続行する。具体的には、クリーニング樹脂を用いて樹脂モールドを行なって金型汚れをクリーニング樹脂とともに除去する。よって、金型メンテナンスの回数を減らして装置稼動時間を増やすことができるうえに、クリーニング樹脂などの廃棄物量を減らし環境負荷を低減することができる。

図２はグリーン樹脂を用いてキュアタイムを変えて１８０ショット樹脂封止を行なった場合の所要時間の比較を示す。事例１はキュアタイム９０ｓｅｃとした場合、事例２はキュアタイムを１１０ｓｅｃとした場合、事例３は第１のキュアタイムＴ１；１００ｓｅｃと第２のキュアタイムＴ２；１１０ｓｅｃを併用した場合を示す。各事例において、成形品質に影響を与えないショット間隔でプランジャーヘッドとキャビティ面のクリーニングを行なった。

事例１では、キュアタイム９０ｓｅｃで１２ショット樹脂封止するごと（所要時間１８分）に、金型クリーニングを行なった（所要時間６０分）。１８０ショット分樹脂封止するまでに１９．５時間を要した。

事例２では、キュアタイム１１０ｓｅｃで９０ショット樹脂封止するごと（所要時間１６５分）に、クリーニングを行なった。クリーニング時間は、第１回目と第２回目とで１２０分と１８０分とでばらつきがあり、樹脂タブレットのロットごとにばらつきがあった。１８０ショット分樹脂封止するまでに１０．５時間を要した。

事例３では、第１のキュアタイムＴ１；１００ｓｅｃで４ショット分（所要時間約６．６７分）樹脂封止するごとに第２のキュアタイムＴ２；１１０ｓｅｃで１ショット分（所要時間１．８３分）樹脂封止する動作を繰返し、５５ショット分（所要時間１８３．５分）樹脂封止するたびにクリーニング（所要時間９０分）を行なった。この結果１８０ショット分樹脂封止するまでに１０．１時間要した。
事例３では、事例１と事例２の中間的なキュアタイムで連続成形が行なえ、しかも成形品質が安定し生産性にも優れていることが判明した。

上述した実施例では、グリーン樹脂を例示して説明したが、従来型のエポキシ系樹脂等（例えば、クレゾール系エポキシ樹脂、ノボラック系エポキシ樹脂、ビフェニール系エポキシ樹脂、ＭＡＲ系エポキシ樹脂、シリコーン樹脂など）の他の樹脂材を用いた場合でも同様な樹脂封止方法を採用しうる。

樹脂封止装置の制御系のブロック構成図である。 樹脂封止動作の事例を示す比較データ図である。 樹脂封止装置の概略構成を示す説明図である。

符号の説明

Ｃ 半導体チップ
Ｐ 基板
Ｒ 樹脂材
１ コントローラ
２ 入力部
３ メモリ
４ 第１のタイマ
５ 第２のタイマ
６ ロードセル
７ 第１のドライブ回路
８ 第２のドライブ回路
９ 型開閉用モータ
１０ プランジャ駆動用モータ
１１ ヒータ
１２ カウンタ
１３ モールド金型
１４ 上型
１５ 下型
１６ キャビティ凹部
１７ カル
１８ ランナゲート
１９ ポット
２０ プランジャ
２１ 型開閉機構
２２、２４ ねじ軸
２３ 可動プラテン

Claims (3)

1. ワークと樹脂材をモールド金型へ供給して所定時間クランプして樹脂封止する樹脂封止方法であって、
   モールド金型を型閉じしてキャビティ凹部に樹脂材が充填されてから加熱硬化時間として予め設定された標準キュアタイムより短い第１のキュアタイムＴ１を経過すると型開きして成形品を取り出す樹脂封止動作を所定回数繰り返すと、当該キュアタイムＴ１より長い標準キュアタイムに相当する第２のキュアタイムＴ２で加熱硬化を行なう樹脂封止動作を介在させ、再度第１のキュアタイムＴ１に戻して樹脂封止動作を所定回数繰り返す樹脂封止方法。
2. モールド金型の開閉動作を制御するコントローラは、タイマの計測時間を第１のキュアタイムＴ１で加熱硬化する成形動作を所定回数繰り返したことをカウンタが計数すると、当該タイマの計測時間を第２のキュアタイムＴ２に変更して加熱硬化する成形動作を介在させ、その後再度タイマの計測時間を第１のキュアタイムＴ１に戻して加熱硬化する制御動作を繰り返す請求項１記載の樹脂封止方法。
3. 第１、第２のキュアタイムＴ１，Ｔ２を併用して樹脂封止動作を所定回数繰り返すごとに金型クリーニングを行なって再度同様の樹脂封止動作を繰り返す請求項１記載の樹脂封止方法。

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