JP2013010216A - モールド金型及びこれを備えた樹脂モールド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金型表面温度の調整をきめ細かくかつ所定の温度範囲内に調整可能なモールド金型を提供する。
【解決手段】上型チェイス５及び下型チェイス１０と上型インサート７及び下型インサート１１の少なくともいずれか一方にキャビティ凹部１１ｂに近い側から冷却装置１４と第二の加熱装置１５がこの順に設けられ、キャビティ凹部１１ｂの近傍に第二の温度センサ１１ｃが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モールド金型及びこれを用いた樹脂モールド装置に関する。

例えばトランスファモールド装置においては、キャビティが形成されたモールド金型の温度制御機構を設けて、ポットからキャビティへのモールド樹脂の充填開始から樹脂硬化、更にはパッケージ部の金型からの取り出しに至るまで、最適な温度条件でモールドが行えるように温度制御する技術が提案されている。

具体的には、モールド金型のプラテンに支持された下型がキャビティやランナやポットなどが形成された複数のブロックに分割されており、分割されたブロック間及び側方にヒータが配置されている。また、分割された各ブロックにもキャビティの近傍にサブヒータと冷却チューブが交互に水平方向に並べて配置されている。また、ブロックには温度センサが設けられ、検出された温度情報が温度制御部へ送信されるようになっている。温度制御部は、温度情報に基づいてヒータ、サブヒータ、冷却チューブの加熱動作若しくは冷却動作を制御するようになっている（特許文献１参照）。

特開昭６３−１２６７１４号公報

しかしながら、モールド金型の温度制御を行う場合、最も重要なのは成形品に触れる金型表面の温度であって、金型全体が有する熱容量ではない。トランスファ成形を行う場合、モールド樹脂が流動するため、ゲート付近ではモールド樹脂の流速が速く金型表面温度が上がり難いのに対して、キャビティ内に流入した後のモールド樹脂の流速は遅くなるため、金型表面温度が上がり易くなる。よって、金型の表面温度の温度分布がばらつきやすい。
特に薄型パッケージ部を樹脂モールドする場合には、温度管理をきめ細かくしないと、半導体チップと接続端子との接合信頼性が低くなるおそれや、モールド樹脂を加熱硬化する温度範囲やタイミングが適切でないため成形品質が低下するおそれがある。また、特許文献１のように、分割されたブロック間及び側方にヒータが配置されているため、分割ブロック全体を加熱するようになっている。このように金型全体を加熱して温度管理を行う場合には、金型表面温度をきめ細かう管理することができない。また成形品に対してサブヒータと冷却チューブを同列に配置したのでは、金型表面の温度を素早くしかも所定温度範囲にコントロールすることが難しい。

本発明は上記従来技術の課題を解決し、金型表面温度の調整をきめ細かくかつ所定の温度範囲内に調整可能なモールド金型及び該モールド金型を具備して成形品質を向上させた樹脂モールド装置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。
即ち、第一の加熱装置と第一の温度センサを各々設けた上型ベース及び下型ベースと、前記上型ベースに支持された上型チェイス及び前記下型ベースに支持された下型チェイスと、前記上型チェイス及び下型チェイスに各々挿抜可能に支持され、少なくともいずれかにキャビティ凹部が形成された上型インサート及び下型インサートと、を備え、前記上型チェイス及び下型チェイスと前記上型インサート及び下型インサートの少なくともいずれか一方に前記キャビティ凹部に近い側から冷却装置と第二の加熱装置がこの順に設けられ、前記キャビティ凹部の近傍に第二の温度センサが設けられていることを特徴とする。
或いは、上型及び下型の金型表面間にモールド樹脂が充填されてクランプされたワークが封止されるモールド金型であって、上型と下型の少なくともいずれか一方において第一の加熱装置と第一の温度センサを有する第一の温度調整部と、前記第一の温度調整部と金型表面の間に、前記キャビティ凹部に近い側から冷却装置と第二の加熱装置がこの順に設けられると共に前記キャビティ凹部の近傍に第二の温度センサが設けられ、当該冷却装置と当該第二の加熱装置をオンオフ制御することにより、前記キャビティ凹部の金型クランプ面の温度を所望の温度範囲に調整して維持する第二の温度調節部と、を有することを特徴とする。

上記モールド金型を用いれば、キャビティ凹部の近傍に設けられた温度センサにより検出された温度情報により、上型インサート及び下型インサートの少なくともいずれか一方にキャビティ凹部に近い側から冷却装置と第二の加熱装置がこの順に設けられた第二の加熱装置若しくは冷却装置を作動させることで、上型若しくは下型若しくは双方の金型表面温度を所望の温度範囲に調節することができる。

また、本発明においては、前記冷却装置と第二の加熱装置をオンオフ制御することにより、前記金型クランプ面の表面温度を所望の温度範囲に調整して維持することが好ましい。これにより、金型全体を加熱して金型表面温度を調整する場合にくらべて金型表面温度をきめ細かく温度調節することができる。

また、本発明においては、前記冷却装置の冷媒が循環する冷却管は、金型手前側より流入し金型長手方向奥側でＵターンして手前側より流出するように配管されているのが好ましい。これにより冷却装置の組み付けやメンテナンスが上型及び下型インサートの手前側で行えるので作業性がよい。

また、樹脂モールド装置においては、上述したいずれかのモールド金型を備えたことを特徴とする。これにより、成形品の成形品質が向上する。

上記モールド金型を用いれば、金型表面温度の調整をきめ細かくかつ所定の温度範囲内に調整可能となり、該モールド金型を備えた樹脂モールド装置を用いれば、成形品質を向上させることができる。

型開きした状態で樹脂が供給されたモールド金型の断面図である。 型閉じ動作をおこなって減圧空間が形成されたモールド金型の断面図である。 型閉じ動作が完了したモールド金型の断面図である。 樹脂充填動作が完了したモールド金型の断面図である。 下型の平面透視図である。 金型表面温度の温度調整の一例を示すグラフ図である。

以下、本発明に係るモールド金型及び樹脂モールド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。先ず、樹脂モールド装置の概略構成について説明する。被成形品であるワークＷ及びモールド樹脂が型開きしたモールド金型に供給され、型閉じすることによりクランプされる。そして、トランスファ機構により溶融したモールド樹脂をキャビティに圧送りして樹脂モールドが行われるようになっている。型締め機構は、駆動源に公知の電動モータを用いトグルリンクなどのリンク機構により可動型を昇降するようになっている。また、トランスファ機構は、ポット内に挿入されたプランジャを駆動源により昇降させることでモールド樹脂をキャビティへ充填するようになっている。

図１において、モールド金型１を構成する上型２と下型３の概略構成について説明する。尚、以下では、上型２を固定型、上型２に対して接離動する下型３を可動型として説明するものとする。ワークＷは、一例として配線基板に複数の半導体チップがフリップチップ接続されたものが用いられる。

上型２に備えた上型ベース４には、上型チェイス５が組み付けられている。上型チェイス５には、後述するポットに対向する位置に上型センターインサート６が組み付けられ、該上型センターインサート６の両側に上型インサート７が組み付けられている。

上型ベース４には、第一の加熱装置（ベースヒータ）４ａ及び第一の温度センサ４ｂ（第一の温度調節部）が近接して複数箇所に内蔵されている。また、上型ベース４のクランプ面側であって外周縁部には、シール材８（Ｏリングなど）が設けられている。上型インサート７のクランプ面には、図示しない吸着装置に連通する吸着孔が設けられており、ワークＷが吸着保持される。また、上型チェイス５には、図示しないが真空吸引路が形成されている。真空吸引路は型閉じしたモールド金型１内に形成される閉鎖空間より脱気を行う真空ポンプを備えた減圧機構に接続されている。

下型３に備えた下型ベース９には、下型チェイス１０が組み付けられている。下型チェイス１０には、下型インサート１１が組み付けられている。また、下型３の上型センターインサート６に対向する位置にはポットインサート（下型センターインサート）１２が組み付けられている（図５参照）。ポットインサート１２には、筒状のポット１２ａが組み付けられている。また、ポット１２ａ内には、公知のトランスファ機構に支持されたプランジャ１３が昇降可能に挿入されている。下型インサート１１は、ポットインサート１２の両側に配置されている（図５参照）。

下型ベース９には、第一の加熱装置（ベースヒータ）９ａ及び第一の温度センサ９ｂ（第一の温度調節部）が近接して複数箇所に内蔵されている。下型インサート１１のクランプ面には、ランナゲート１１ａとキャビティ凹部１１ｂが刻設されている。また、キャビティ凹部１１ｂの近傍には、第二の温度センサ１１ｃが内蔵されている。また、ポット１２ａの両側には、ポット１２ａのクランプ面側端部は、ランナゲート１１ａに連続する樹脂路１２ｂが形成されている。

下型チェイス１０のキャビティ凹部１１ｂに近い側から冷却装置１４（冷却管）と第二の加熱装置１５（第二の温度調節部）がこの順に高さ方向に直列に複数箇所に設けられている。冷却装置１４と加熱装置１５は、必ずしも高さ方向に直列でなくてもよいが、直列にした場合には、金型表面温度をバランスよくきめ細かく調整することができる。即ち、冷却装置１４と第二の加熱装置１５とはそれぞれは加熱時及び冷却時にそれぞれを中心として温度勾配が発生するが、この際に直列でない位置（換言すれば、ずれた位置）に配置されていると金型内で温度勾配を対称的にコントロールすることができず、キャビティ凹部１１ｂの表面において温度が不均一になってしまうおそれがある。例えば、冷却装置１４の上方位置において温度が低く、第二の加熱装置１５の上方位置において温度が高くなるといった不均一な状態となる。ただし、冷却装置１４と第二の加熱装置１５とを温度勾配の半周期分ずらして配置することで温度勾配を均一化してもよい。例えば、隣接した冷却装置１４同士によって形成される対称的な温度勾配によってこれらの間に配置された第二の加熱装置１５による加熱は対照的にキャビティ凹部１１ｂの表面に伝えることができる。尚、冷却装置１４と第二の加熱装置１５は、下型インサート１１の厚さが十分ある場合には、当該下型インサート１１に設けられていてもよい。

冷却装置１４と第二の加熱装置１５は後述するようにオンオフ制御して温度調整することにより、金型クランプ面の温度を所望の温度範囲に調整して維持することが可能となっている。これにより、金型全体を加熱する加熱装置の出力を調整するなどして金型温度を調整する場合にくらべて金型表面温度をきめ細かく温度調節することができる。

また、図５において、下型３に設けられる冷却装置１４は、冷媒が循環する冷却管１４ａが下型チェイス１０の手前側より流入し、下型チェイス１０を下型長手方向に突き抜けて下型ベース９の奥側でＵターンして再度手前側に戻って流出するように配管されている。これにより冷却装置１４の組み付けやメンテナンスが下型チェイス１０の手前側で行えるので作業性がよい。また、プレスが複数並べられたモジュール型のモールド装置のようにプレス背面へのアクセスが困難な構成においては特に効果が高い。

なお、冷媒はポットインサート１２側から流入させてもよいし逆から流入させてもよい。この場合、温度の高い側（例えばポットインサート１２側）から流入させることで、冷媒の行きと戻りの温度差を利用してキャビティ凹部１１ｂを均等に冷却することもできる。また、ポットインサート１２側を温度の低い冷媒で冷却することにより樹脂充填後にポット１２ａ内に残留した樹脂やその上方部分（カル）の樹脂を素早く冷却することができ、成形のサイクルタイムを短縮することができる。なお、冷却装置１４は、冷媒を下型チェイス１０内に戻さない構成を採用してもよい。

次に、樹脂モールド装置の樹脂モールド動作について図１乃至図４を参照して説明する。
図１において、モールド金型１が型開き状態において、図示しない搬送装置によりワークＷとモールド樹脂が搬入される。具体的には、上型２の上型インサート７にワークＷが半導体チップを下向きになるように吸着保持され、下型インサート１１のポット１２ａに樹脂タブレット１６ａが装填され、キャビティ凹部１１ｂに顆粒樹脂１６ｂ（粉末樹脂、液状樹脂などであってもよい）が各々供給される。尚、樹脂充填性の高い製品においては、必ずしもポット１２ａ及びキャビティ凹部１１ｂに樹脂を供給しなくてもよくいずれか一方のみであってもよい。

次に、上型２に設けられた減圧機構を作動しながら型締め機構を作動させて下型３を上昇させる。図２に示すように、上型ベース４のクランプ面に設けられたシール材８が下型ベース９のクランプ面に当接すると、モールド金型１に閉鎖空間が形成されて減圧が進行する。また、ポット１２ａ及びキャビティ凹部１１ｂに供給された樹脂が加熱されて溶融する。

図３において、上型２と下型３とのクランプ動作が完了すると、型締め機構を停止させる。このとき、上型インサート７に吸着保持されたワークＷは、基板が上型インサート７と下型インサート１１でクランプされ、半導体チップがキャビティ凹部１１ｂ内に収容されている。

次いで、図４において、トランスファ機構を作動させて、プランジャ１３を上昇させて、ポット１２ａ内の溶融樹脂を樹脂路１２ｂ、ランナゲート１１ａを通じてキャビティ凹部１１ｂに充填する。そして、所定時間加熱加圧して硬化させる（キュア）。

ここで、冷却装置１４及び第二の加熱装置１５の金型表面温度（キャビティ凹部）の温度調整動作例について図６を参照して説明する。
先ず図６（ａ）において、モールド金型１へ樹脂を供給する際には、予め第二の加熱装置１５を作動させて金型表面温度を成形温度（同図におけるＴｌに相当）より高温（同図におけるＴｈに相当）となるように維持しておき、顆粒樹脂１６ｂを供給して強制的に溶融させた後、第二の加熱装置１５の加熱をオフして冷却装置１４を作動させて金型表面温度を所定成形温度まで下げて安定させてから成形する。これにより、成形温度で溶融させるよりも顆粒樹脂１６ｂの溶融に要する時間を短くすることができる。この際、第二の加熱装置１５の加熱をオフしても第一の加熱装置４ａ、９ａによって加熱されているため、温度が下がりすぎてしまうことはない。

また、金型表面温度は変位しやすいため、第二の温度センサ１１ｃにより温度検出しながら、冷却装置１４若しくは第二の加熱装置１５をオンオフ制御しながら所定温度を維持する。例えば、冷却装置１４を作動させて金型表面温度を低下させた場合、第一の加熱装置４ａ、９ａのみで加熱するのでは、冷却装置１４による温度を下げすぎてしまったときに温度を戻すのに時間がかかってしまう。しかしながら、冷却装置１４に対してそれぞれ隣接して第二の加熱装置１５を設けているため、これにより素早く温度を上げることができる。したがって、冷却装置１４によって急速に温度を下げることができるため、ワークの封止に要する時間を短縮することができる。また、同様に第二の加熱装置１５によって急速に温度を上げてもオーバーシュートなどが起こることはない。このように、温度が変位しやすい金型表面に対して俊敏に温度調整することができるため、モールド金型１の金型表面温度（キャビティ凹部１１ｂ）の調整をきめ細かくかつ所定の温度範囲内に調整可能となり、所定の設定温度に対して正確に温度調整でき、所定温度に長時間維持も可能となる。

また、図６（ｂ）に示すように、型閉じしてワークＷをクランプしてから、トランスファ機構を作動させる際に特にランナゲート１１ａ側が樹脂の流速が速く温度が上がり難いため第二の加熱装置１５による加熱動作を行って高温（同図におけるＴｈに相当）とし樹脂の粘度を下げてプランジャ１３を上昇させてキャビティ凹部１１ｂに樹脂を充填しやすくすることができる。また、図６（ｃ）に示すように、冷却装置１４による冷却動作を並行して低温（同図におけるＴｌに相当）としキャビティ凹部１１ｂへ充填された樹脂の粘度を上げて減速させることでフローフロントの接触時にワイヤーフローが起こらないようすることもできる。また、樹脂充填する際に適した温度よりもキュア温度のほうが低い樹脂の場合には、適正なキュア温度になるようにすることもできる。

また、図６（ｄ）に示すように、キュアが完了から型開きの間に冷却装置１４の冷却動作を行って低温（同図におけるＴｌに相当）にすることもできる。この場合、第二の加熱装置１５の加熱動作を停止させてから、冷却装置１４の冷却動作を行ってモールド金型１の表面温度を所定温度まで下げてから型開きが行われる。これにより、型開きして加圧が解除された後の樹脂の温度低下を少なくすることができ、シュリンクによる反りを効果的に防止することができる。

以上、説明したように、キャビティ凹部１１ｂに近い側から冷却装置１４と第二の加熱装置１５がこの順に設けられた当該第二の加熱装置１５若しくは冷却装置１４の動作を制御することで、モールド金型１の金型表面温度（キャビティ凹部１１ｂ）の調整をきめ細かくかつ所定の温度範囲内に調整可能となり、該モールド金型１を備えた樹脂モールド装置を用いれば、成形品質を向上させることができる。

前述したキャビティ内樹脂は比較的計量しやすい顆粒樹脂を選択したが、粉末樹脂、タブレットなどであっても良い。タブレットとしては、通常量産されているミニタブレットの他、キャビティよりも小さく成形された板状や円柱（円板）形状などの各種の形状を採用することもできる。また、ポット内樹脂は、タブレットを用いたが、顆粒樹脂や液状樹脂或いは粉末樹脂であっても良い。

また、各実施形態のワークＷとして、ＷＬＰ（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｐａｃｋａｇｅ）に用いるウエハや、半導体チップを貼り付けたＥ−ＷＬＰ（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｐａｃｋａｇｅ）に用いるキャリアプレートを適宜採用することもできる。また、ＬＥＤチップが実装されたリードフレームやＱＦＮやセラミックス基板であってもよい。また、ワークＷとしてフリップチップ型の半導体チップを基板実装した樹脂基板やセラミックス基板のような各種基板を用い、オーバーモールドしながらアンダーフィルする構成でも適用することもできる。さらに、ワークＷとしては、必ずしも半導体チップが実装されていなくてもよく、ＬＥＤのリフレクタや放熱板を固定するためのスティフナを形成する基板やリードフレームであってもよい。このように、ワークＷとしては各種の樹脂モールド方法に用いられる任意の対象であってよく、どのようなワークＷであっても上述したような好適な効果が得られる。
また、モールド金型１は、上型２を固定型、下型３を可動型としたが、下型３を固定型、上型２を可動型としてもよく、双方を可動型としても良い。

なお、上述の温度調整動作を行う構成を圧縮成形装置用のモールド金型に用いることもできる。この場合にも上述した構成と同様の効果を奏することができる。例えば、金型の温度を予め高温状態として金型内に顆粒、粉末、ブロック等の液状以外の樹脂を供給することによって積極的に溶融させることもできる。

また、キャビティ凹部１１ｂ以外に対しても第二の加熱装置１５及び冷却装置１４を配置して温度調整を行うこともできる。例えば、ランナやカルを温度調整する構成であってもよい。また、第二の加熱装置１５及び冷却装置１４は、溶融樹脂が充填されるキャビティ凹部１１ｂに隣接する位置に設けるのが温度調節の反応速度の都合上好ましいが、ワークＷの基板が取り付けられる面に設けてもよい。また、キャビティ凹部が上型２及び下型３の両方に形成されたモールド金型であれば両方に同様の構成を設けてもよい。この場合、両面のパッケージの温度を均一にすることができ、反りを防止することもできる。

Ｗ ワーク
１ モールド金型
２ 上型
３ 下型
４ 上型ベース
４ａ，９ａ 第一の加熱装置（ベースヒータ）
４ｂ，９ｂ 第一の温度センサ
５ 上型チェイス
６ 上型センターインサート
７ 上型インサート
８ シール材
９ 下型ベース
１０ 下型チェイス
１１ 下型インサート
１１ａ ランナゲート
１１ｂ キャビティ凹部
１１ｃ 第二の温度センサ
１２ ポットインサート
１２ａ ポット
１２ｂ 樹脂路
１３ プランジャ
１４ 冷却装置
１４ａ 冷却管
１５ 第二の加熱装置
１６ａ 樹脂タブレット
１６ｂ 顆粒状樹脂

Claims (5)

1. 第一の加熱装置と第一の温度センサを各々設けた上型ベース及び下型ベースと、
   前記上型ベースに支持された上型チェイス及び前記下型ベースに支持された下型チェイスと、
   前記上型チェイス及び下型チェイスに各々挿抜可能に支持され、少なくともいずれかにキャビティ凹部が形成された上型インサート及び下型インサートと、を備え、
   前記上型チェイス及び下型チェイスと前記上型インサート及び下型インサートの少なくともいずれか一方に前記キャビティ凹部に近い側から冷却装置と第二の加熱装置がこの順に設けられ、前記キャビティ凹部の近傍に第二の温度センサが設けられていることを特徴とするモールド金型。
2. 上型及び下型の金型表面間にモールド樹脂が充填されてクランプされたワークが封止されるモールド金型であって、
   上型と下型の少なくともいずれか一方において第一の加熱装置と第一の温度センサを有する第一の温度調整部と、
   前記第一の温度調整部と金型表面の間に、前記キャビティ凹部に近い側から冷却装置と第二の加熱装置がこの順に設けられると共に前記キャビティ凹部の近傍に第二の温度センサが設けられ、当該冷却装置と当該第二の加熱装置をオンオフ制御することにより、前記キャビティ凹部の金型クランプ面の温度を所望の温度範囲に調整して維持する第二の温度調節部と、
   を有することを特徴とするモールド金型。
3. 前記冷却装置と第二の加熱装置をオンオフ制御することにより、前記キャビティ凹部の金型表面温度を所望の温度範囲に調整して維持する請求項１又は請求項２記載のモールド金型。
4. 前記冷却装置の冷媒が循環する冷却管は、金型手前側より流入し金型長手方向奥側でＵターンして手前側より流出するように配管されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のモールド金型。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のモールド金型を備えたことを特徴とする樹脂モールド装置。

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