JP2012061728A - 圧縮成形型及び圧縮成形方法 - Google Patents

圧縮成形型及び圧縮成形方法 Download PDF

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Abstract

【課題】離型フィルムを用いずに圧縮成形を行うことができ、且つ、圧縮成形型の構造をシンプルにすることができる圧縮成形型及び圧縮成形方法を提供する。
【解決手段】シール用樹脂材料２０でダミー成形品２１と溝部充填部材２４を圧縮成形する。溝部はアンダーカット部１４２を有し、溝部充填部材２４はそのまま型抜きできないようになっているため、キャビティからダミー成形品を取り外すとき、ダミー成形品と溝部充填部材が分離する。この結果、底面部材１４上面の外周縁部に形成された溝部に溝部充填部材２４が残留し、底面部材１４と枠部材１５の間の隙間が完全に塞がれる。そのため、次にキャビティ１３内に封止用樹脂材料２２を供給して基板６０上の電子部品６１を樹脂封止する際に、その隙間に封止用樹脂材料２２が入り込むことがない。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板上に装着された電子部品の樹脂封止に用いられる圧縮成形型及びそれを用いた圧縮成形方法に関する。
従来より、上下両型からなる圧縮成形型を備えた樹脂封止成形装置を用いて、基板上に装着された半導体チップ等の電子部品を樹脂封止して圧縮成形することが行われている。このような樹脂封止成形に用いられる圧縮成形型の一例を図６に示す。この図に示す圧縮成形型５０の例では、上型５１に、電子部品６１が装着された基板６０が保持される。下型５２は、枠部材５５と、該枠部材５５内で上下動する底面部材５４から成り、枠部材５５と底面部材５４で囲まれた空間（キャビティ５３）に樹脂２５が供給される。
上記圧縮成形型５０では、まず、上型５１の下面に基板６０を、電子部品６１の装着面が下型５２を向くように固定する。次に、下型５２を上昇させて上型５１の下面と下型５２の上面を密着させる。続いて、底面部材５４を上昇させて、キャビティ５３内の融解樹脂２５の中に電子部品６１を浸漬させる。そして、キャビティ５３内の融解樹脂２５を底面部材５４により圧縮しながら所定時間維持し、その樹脂を硬化させる。これにより、圧縮成形による樹脂封止成形が完了し、基板６０上の電子部品６１が樹脂封止される。
上記のような圧縮成形型５０では、枠部材５５に対して底面部材５４が上下動するため、枠部材５５と底面部材５４の間に隙間が存在する。このような隙間はできるだけ小さくなるように設計されているが、キャビティ５３内の融解樹脂２５を加圧すると融解樹脂２５が上記隙間に入り込んでしまう。そこで、枠部材５５と底面部材５４の間の隙間への樹脂の侵入を防ぐために、下型５２の型面全体をフッ素樹脂等の離型フィルム５６で覆うことが一般的に行われている（図７参照）。この離型フィルム５６は、キャビティ５３の開口よりも大きな開口を有する枠状の中間プレート５７で押さえられる。
しかし、離型フィルムは、成形毎に毎回取り換える必要があるため、多量の廃棄物が発生し、環境への負荷が大きい。また、その廃棄処理費用が高いため、製品（半導体パッケージ）の製造原価が高くなる。更に、離型フィルムを用いる場合は、圧縮成形型が上型５１、下型５２、中間プレート５７の３枚型になるとともに、離型フィルム５６を下型５２と中間プレート５７の間に供給するための供給機構が必要となるため、圧縮成形型や圧縮成形装置の構成が複雑になる。
そこで、本出願人は、離型フィルムを用いずに圧縮成形を行うことを可能にする圧縮成形型を従来より提案している（特許文献１参照）。この圧縮成形型では、図８に示すように、底面部材５４を取り囲む枠部材を底面部材５４の各辺毎に分割し、ばね等の弾性部材により各枠部材５８を底面部材５４に押圧する。これにより、底面部材５４の上下動を許容しつつ、隙間を極力小さくすることができ、離型フィルムが不要となる。
更に、特許文献１では、図９に示すように、底面部材５４の上面の周縁部に溝部を設け、そこに予めフッ素樹脂製のシーリング部材５９を嵌めておき、弾性部材で押圧された各枠部材５８をシーリング部材５９に当接させることも開示されている。これにより、当接面に生じる摩擦力が小さくなり、底面部材５４が枠部材５８に対して上下に摺動しやすい。
特開2008-296382号公報
特許文献１の圧縮成形型では、分割された枠部材５８をそれぞれ独立に底面部材５４に弾性的に押圧するための弾性押圧機構が必要である。この弾性押圧機構は、図９に示したように底面部材５４にシーリング部材５９を嵌める場合にも必要である。そのため、特許文献１の圧縮成形型は、一般的な圧縮成形型と比べて型構造が複雑であり、製造コストが高い。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、離型フィルムを用いずに圧縮成形を行うことができ、且つ、圧縮成形型の構造を簡単にすることができる圧縮成形型及び圧縮成形方法を提供することにある。
上記課題を解決するために成された本発明に係る圧縮成形型は、
上型と、この上型に対向配置された、枠部材及びこの枠部材内で上下動可能な底面部材からなる下型とを備え、前記上型に保持された基板上の電子部品を前記下型の前記枠部材と前記底面部材とで囲まれたキャビティ内に供給された樹脂材料の圧縮成形により封止するために用いられる電子部品の圧縮成形型において、
前記底面部材が、その上面の外周縁部に全周にわたって設けられた溝部を有し、前記溝部の内周面には、前記底面部材の上面における該溝部の開口よりも内周側に凹設されているアンダーカット部が形成されていることを特徴とする。
上記圧縮成形型は、前記底面部材の上面に１又は複数の凹部が形成されていることが望ましい。
上記課題を解決するために成された本発明に係る圧縮成形方法は、
上記圧縮成形型を用いて基板に装着された電子部品を圧縮成形で樹脂封止する方法であって、
a) 前記キャビティ内にシール用樹脂材料を供給してダミー成形品を圧縮成形する工程と、
b) 前記シール用樹脂材料で圧縮成形された前記ダミー成形品を、前記溝部に入り込んだ前記シール用樹脂材料が硬化することにより該溝部内に形成された溝部充填部材から分離して前記圧縮成形型から取り外す工程と、
c) 前記溝部に前記溝部充填部材が充填された状態の前記キャビティ内に封止用樹脂材料を供給して基板上の電子部品を圧縮成形で封止する工程と、
d) 前記封止用樹脂材料で封止された前記基板を、前記溝部充填部材から分離して前記圧縮成形型から取り外す工程と
を有することを特徴とする。
上記圧縮成形方法では、前記シール用樹脂材料が摺動性を有するものであることが望ましい。
また、上記圧縮成形方法では、前記封止用樹脂材料が樹脂にフィラーが充填されたものであり、前記シール用樹脂材料が前記樹脂のみから成るもの又は該樹脂に前記封止用樹脂材料よりも少ない割合で前記フィラーが混入されたものであることが望ましい。
本発明に係る圧縮成形型及び圧縮成形方法では、キャビティ内にシール用樹脂材料を供給してダミー成形品を圧縮成形すると同時に溝部に入り込んだシール用樹脂材料によって溝部充填部材が圧縮成形される。溝部はアンダーカット部を有しており、溝部充填部材はそのまま型抜きできないようになっているため、キャビティからダミー成形品を取り外すとき、ダミー成形品と溝部充填部材が分離する。この結果、底面部材の上面の外周縁部に全周にわたって形成された溝部の中に溝部充填部材が残留し、それによって底面部材と枠部材の間の隙間が完全に塞がれる。そのため、次にキャビティ内に封止用樹脂材料を供給して基板上の電子部品を樹脂封止する際に、その隙間に封止用樹脂材料が入り込むことがない。従って、隙間に樹脂が入り込むことを防止するために離型フィルムを用いたり複雑な構造の圧縮成形型を用いたりしなくてもよい。
シール用樹脂材料の硬化後、ダミー成形品と溝部充填部材を分離する際に、それらが溝部内で破断すると、その後の成形時に封止用樹脂材料がその破断面まで入り込み、封止成形品に樹脂バリが生じる。この封止成形品を樹脂側の面を下に向けて載置面に載置すると、樹脂バリが折れて樹脂くずが発生しやすい。このとき、予め底面部材の上面に凹部を設け、その凹部に対応する凸部を封止成形品に形成しておけば、上記のように封止成形品を載置するときに、封止成形品は凸部で支持され、この凸部によって樹脂バリが載置面に接触しにくくなる。従って、樹脂バリが折れて樹脂くずが発生することを防止することができる。
シール用樹脂材料としては摺動性を有するものを用いることが好ましい。これにより、枠部材と底面部材の間の隙間を塞ぎつつ、枠部材に対して底面部材を良好に摺動させることができる。また、封止用樹脂材料として樹脂にフィラーを充填させたものを用いる場合には、摺動性を有するシール用樹脂材料としてその樹脂のみから成るものを用いたり、その樹脂に少量のフィラーを混入させたものを用いたりすることが好ましい。これにより、シール用樹脂材料から成る溝部充填部材が欠損し、その欠片が封止成形品に混入しても、それは封止用樹脂材料の含有物質と同じものであるため、封止成形品の特性にほとんど影響しない。
本発明の一実施形態である圧縮成形型の断面図。 本発明の一実施形態である圧縮成形方法を説明する図であり、(ａ)はシール用樹脂材料の成形前、(ｂ)はシール用樹脂材料の成形中、(ｃ)はシール用樹脂材料の成形後、(ｄ)は封止用樹脂材料の成形前、(ｅ)は封止用樹脂材料の成形中、(ｆ)は封止用樹脂材料の成形後の圧縮成形型の断面図である。 溝部充填部材の破断面を説明する図であり、(ａ)は破断面全体が溝部の上部開口よりも低い位置にある場合、(ｂ)は破断面の中央が上部開口よりも低い位置にある場合、(ｃ)は破断面の縁が上部開口よりも低い位置にある場合、(ｄ)は破断面全体が上部開口よりも高い位置にある場合の破断面近傍の拡大断面図である。 封止成形品の断面図。 凹部及び封止成形品の変形例の断面図。 従来の圧縮成形型を説明する図であり、(ａ)は成形前の断面図、(ｂ)は成形中の断面図である。 離型フィルムを用いる従来の圧縮成形型を説明する図であり、(ａ)は成形前の断面図、(ｂ)は成形中の断面図である。 分割された枠部材を用いる従来の圧縮成形型を説明する図であり、(ａ)は枠部材及び底面部材の平面図、(ｂ)は圧縮成形型の断面図である。 分割された枠部材を用いる従来の圧縮成形型のシーリング部材近傍の拡大断面図。
以下、本発明の一実施形態である圧縮成形型及び圧縮成形方法について図面を参照して説明する。本実施形態の圧縮成形型１０は、半導体チップ等の電子部品が装着された基板を下面で保持する上型１１と、この上型１１に対向配置された下型１２とを備える（図１参照）。下型１２は、枠部材１５と、枠部材１５内で上下動可能な底面部材１４とからなり、枠部材１５と底面部材１４で囲まれた空間がキャビティ１３となる。
上型１１の下面には、基板を保持するための基板固定機構１１１が設けられている。基板固定機構１１１は、本実施形態ではフックにより基板を上型１１に係着させる機構であるが、基板を上方から吸引することにより吸着固定する機構等であってもよい。
底面部材１４の上面の外周縁部には、その全周にわたって溝部１４１が設けられている。そのため、溝部１４１は底面部材１４と枠部材１５の摺動面に存在することになる。溝部１４１の内周面１４５の下部には、底面部材１４の上面における該溝部１４１の開口（以下、「上部開口１４６」と呼ぶ。）よりも内周側に凹むアンダーカット部１４２が形成されている。これにより、キャビティ１３から溝部１４１に入り込み、そこで硬化した樹脂材料（後述する溝部充填部材２４）がキャビティ１３側へ抜けることを防止することができる。なお、アンダーカット部１４２は、溝部１４１の内周面１４５における上端以外の位置に設ければよく、例えば内周面１４５の中央部に設けてもよい。また、アンダーカット部は図１に示したような凹形状のものに限らず、溝部１４１の内周面１４５を逆テーパー状に傾斜させたもの等であってもよい。
底面部材１４の上面には凹部１４３が設けられている。凹部１４３の深さは、溝部１４１の上部開口１４６付近に入り込んだ封止用樹脂材料により生じる樹脂バリの突出高さよりも大きくなるように設定されている。樹脂バリやその突出高さについての詳細は後述するが、樹脂バリの突出高さは実際に成形テストを行うことにより確認することができる。
次に、圧縮成形型１０を用いた圧縮成形方法について説明する（図２参照）。まず、圧縮成形型１０を型開きし、電子部品が装着されていないダミー基板６３を上型１１の下面に基板固定機構１１１で固定する（図２(ａ)参照）。それとともに、キャビティ１３内にシール用樹脂材料２０を供給する。シール用樹脂材料２０としては、摺動性や離型性に優れたものを用いることが望ましい。シール用樹脂材料２０はキャビティ１３への供給時に粉末状であっても液状であってもよいが、粉末状の場合にはキャビティ１３内で融解させて液状にする。
次に、図２(ｂ)に示すように枠部材１５及び底面部材１４を上昇させて、枠部材１５の上面をダミー基板６３の下面に密着させるとともに、キャビティ１３をシール用樹脂材料２０で満たす。この状態で、底面部材１４によりシール用樹脂材料２０を圧縮しながら、所定温度で所定時間維持し、シール用樹脂材料２０を硬化させる。これにより、ダミー基板６３とシール用樹脂材料２０からなるダミー成形品２１が形成される。このとき、シール用樹脂材料２０は溝部１４１に入り込んでおり、底面部材１４と枠部材１５の間の隙間を完全に塞いだ状態で硬化する。これにより、溝部１４１内にて溝部充填部材２４が形成される。
シール用樹脂材料２０が硬化した後、上型１１に基板固定機構１１１でダミー成形品２１を固定したままの状態で下型１２を降下させ、ダミー成形品２１をキャビティ１３から外す（図２(ｃ)参照）。このとき、溝部１４１の中で硬化した溝部充填部材２４は、ダミー成形品２１の樹脂部分から引きちぎられて分離し、溝部１４１に残留する。これにより、キャビティ１３は、溝部１４１が溝部充填部材２４で塞がれた状態になる。その後、上型１１の基板固定機構１１１を動作させてダミー成形品２１の固定を解除し、ダミー成形品２１を上型１１から取り外す。
次に、図２(ｄ)に示すように、上型１１の下面に、電子部品６１が装着された基板６０を、電子部品装着面が下型１２を向くように基板固定機構１１１で固定する。また、同じく図２(ｄ)に示すように、溝部１４１に溝部充填部材２４が充填された状態で、キャビティ１３に封止用樹脂材料２２を供給する。封止用樹脂材料２２は電子部品６１を樹脂封止するための樹脂であり、例えばエポキシ樹脂である。封止用樹脂材料もシール用樹脂材料と同様にキャビティ１３への供給時に粉末状であっても液状であってもよいが、粉末状の場合にはキャビティ１３内で融解させて液状にする。
次に、図２(ｅ)に示すように枠部材１５及び底面部材１４を上昇させて枠部材１５の上面を基板６０の下面に密着させるとともに、電子部品６１をキャビティ１３内の封止用樹脂材料２２の中に浸漬させる。この状態で、底面部材１４により封止用樹脂材料２２を圧縮する。このとき、溝部１４１は溝部充填部材２４で塞がれているため、溝部１４１の奥に封止用樹脂材料２２が入り込むことがない。ただし、溝部充填部材２４の上面である破断面の位置によっては、封止用樹脂材料２２が溝部１４１の上部開口１４６付近に入り込むことがある。例えば、図３(ａ)に示すように溝部充填部材２４の破断面全体が溝部１４１の上部開口１４６（底面部材１４の上面１４４）よりも低い位置にある場合には、封止用樹脂材料２２は上部開口１４６からその破断面まで入り込む。また、図３(ｂ)、(ｃ)に示すように溝部充填部材２４の破断面の一部（中央部や周縁部）が溝部１４１の上部開口１４６よりも低い位置にある場合にも、封止用樹脂材料２２は溝部１４１の上部開口１４６付近に入り込む。なお、図３(ｄ)に示すように溝部充填部材２４の破断面全体が上部開口１４６よりも高い位置にある場合には、封止用樹脂材料２２は溝部１４１に入り込まない。
そして、図２(ｅ)に示す状態を所定温度で所定時間維持して封止用樹脂材料２２を硬化させる。これにより、電子部品６１が封止用樹脂材料２２によって封止された封止成形品２３が形成される。
封止用樹脂材料２２が硬化した後、上型１１に基板固定機構１１１で封止成形品２３を固定したままの状態で下型１２を降下させ、封止成形品２３をキャビティ１３から外す。このとき、溝部１４１の中の溝部充填部材２４は封止成形品２３から分離し、溝部１４１に残留する。その後、基板固定機構１１１を動作させて封止成形品２３の固定を解除し、封止成形品２３を上型１１から取り外す（図２(ｆ)参照）。
取り出された封止成形品２３の樹脂側の面の中央部には、図４に示すように、周縁部よりも盛り上がった部分（凸部２３１）が形成されている。この凸部２３１は、底面部材１４の凹部１４３の形状が封止用樹脂材料２２に転写されて形成されたものである。なお、図中の破線は、封止成形品２３における底面部材１４の上面１４４に対応する面を示す。また、図３(ａ)、(ｂ)、(ｃ)に示したように封止用樹脂材料２２が溝部１４１の上部開口１４６に入り込んでいた場合には、凸部２３１の突出方向と同じ方向に樹脂バリ２３２が形成される。ここで、凸部２３１の高さは凹部１４３の深さに対応しており、また、凹部１４３の深さは上述したとおり樹脂バリ２３２の突出高さよりも深くなるように設定されているため、凸部２３１の高さは樹脂バリ２３２の突出高さよりも高い。つまり、樹脂バリ２３２の先端が凸部２３１よりも下方に突出することはない。これにより、封止成形品２３を樹脂側の面を下に向けて載置面に載置する際に、樹脂バリ２３２が載置面に接触しない。従って、樹脂バリ２３２が折れて樹脂くずが発生することを防止することができる。
本実施形態の圧縮成形方法と離型フィルムを用いる従来の圧縮成形方法を比較すると、離型フィルムを用いる従来の樹脂封止方法では、底面部材のストロークを大きくすると、離型フィルムに皺や破れが生じやすい。そのため、比較的厚い半導体パッケージ（例えば、大電流を制御するためのパワートランジスタを内蔵した厚さ５ｍｍ程度の半導体パッケージ）の圧縮成形には適さない。それに対し、本実施形態の圧縮成形方法では、離型フィルムを用いないため、上記トラブルは生じない。そのため、厚さ１ｍｍ程度の一般的な半導体パッケージの圧縮成形はもちろんのこと、厚さ５ｍｍ以上の比較的厚い半導体パッケージの圧縮成形にも適する。
なお、上記実施形態は一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜変形や修正を行えることは明らかである。例えば、底面部材１４の上面に設ける凹部１４３は、図５に示すように複数であってもよい。この場合も、封止成形品２３に形成された凸部２３１により樹脂バリ２３２の折れを防止する効果が生ずる。また、この場合には、上記実施形態の封止成形品よりも封止用樹脂材料の使用量を減らすことができる。
一般に電子部品の封止用樹脂材料としては、樹脂にフィラーを高い割合で（例えば７０〜９０％程度）充填させたものを用いるが、シール用樹脂材料としては封止用樹脂材料の樹脂のみから成る材料を用いてもよい。また、シール用樹脂材料として、そのような樹脂のみから成る材料に少ない割合（例えば、５％以下の割合）でフィラーを混入させたものを用いてもよい。
具体的には、例えば、封止用樹脂材料としてフィラーが充填されたエポキシ系の樹脂材料を用いた場合、シール用樹脂材料として、そのエポキシ系の樹脂材料からフィラーを除去した樹脂材料（フィラーを含まない封止用樹脂材料）を用いることができる。
また、封止用樹脂材料としてエポキシ系の樹脂材料を用いた場合、シール用樹脂材料としてエポキシレジン（ベースレジン）を用いることができる。
また、シール用樹脂材料として、封止用樹脂材料に含まれる樹脂とは異なるもの（例えばフッ素系のシーリング剤等）を用いてもよい。
凹部１４３の深さは、樹脂バリ２３２の突出高さが溝部１４１の深さ以上にはならない点を踏まえて、溝部１４１の深さ以上に設定してもよい。この場合、成形テストを行わずに凹部１４３の深さを設定することができる。圧縮成形型１０は金属製の型（金型）であっても、金属以外の型（例えば樹脂型やセラミックス型）であってもよい。
１０、５０…圧縮成形型
１１、５１…上型
１１１…基板固定機構
１２、５２…下型
１３、５３…キャビティ
１４、５４…底面部材
１４１…溝部
１４２…アンダーカット部
１４３…凹部
１４４…底面部材の上面
１４５…内周面
１４６…上部開口
１５、５５、５８…枠部材
２０…シール用樹脂材料
２１…ダミー成形品
２２…封止用樹脂材料
２３…封止成形品
２４…溝部充填部材
２３１…凸部
２３２…樹脂バリ
２５…融解樹脂
５６…離型フィルム
５７…中間プレート
５９…シーリング部材
６０…基板
６１…電子部品
６３…ダミー基板

Claims (5)

  1. 上型と、この上型に対向配置された、枠部材及びこの枠部材内で上下動可能な底面部材からなる下型とを備え、前記上型に保持された基板上の電子部品を前記下型の前記枠部材と前記底面部材とで囲まれたキャビティ内に供給された樹脂材料の圧縮成形により封止するために用いられる電子部品の圧縮成形型において、
    前記底面部材が、その上面の外周縁部に全周にわたって設けられた溝部を有し、前記溝部の内周面には、前記底面部材の上面における該溝部の開口よりも内周側に凹設されているアンダーカット部が形成されていることを特徴とする圧縮成形型。
  2. 前記底面部材の上面に１又は複数の凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮成形型。
  3. 請求項１又は２に記載の圧縮成形型を用いて基板に装着された電子部品を圧縮成形で樹脂封止する方法であって、
    a) 前記キャビティ内にシール用樹脂材料を供給してダミー成形品を圧縮成形する工程と、
    b) 前記シール用樹脂材料で圧縮成形された前記ダミー成形品を、前記溝部に入り込んだ前記シール用樹脂材料が硬化することにより該溝部内に形成された溝部充填部材から分離して前記圧縮成形型から取り外す工程と、
    c) 前記溝部に前記溝部充填部材が充填された状態の前記キャビティ内に封止用樹脂材料を供給して基板上の電子部品を圧縮成形で封止する工程と、
    d) 前記封止用樹脂材料で封止された前記基板を、前記溝部充填部材から分離して前記圧縮成形型から取り外す工程と
    を有することを特徴とする圧縮成形方法。
  4. 前記シール用樹脂材料が摺動性を有するものであることを特徴とする請求項３に記載の圧縮成形方法。
  5. 前記封止用樹脂材料が樹脂にフィラーが充填されたものであり、前記シール用樹脂材料が前記樹脂のみから成るもの又は該樹脂に前記封止用樹脂材料よりも少ない割合で前記フィラーが混入されたものであることを特徴とする請求項３又は４に記載の圧縮成形方法。
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