JP2013026360A - 樹脂封止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低い樹脂成形圧でも安定した樹脂成形が可能な信頼性の高い樹脂封止装置を提供する。
【解決手段】本発明の樹脂封止装置は、ワークを樹脂封止する樹脂封止装置１００であって、ワークを一方側から押さえる一方金型（上型１２）と、ワークを他方側から押さえる他方金型（下型２２）と、一方金型及び他方金型でワークをクランプしてワークを樹脂封止する際に、溶融した樹脂を圧送するプランジャ２３と、一方金型又は他方金型のいずれかの金型に設けられたポット２１に沿ってプランジャ２３を摺動可能に構成されたトランスファ機構（マルチトランスファユニット２４）と、トランスファ機構によりプランジャ２３に加えられる樹脂成形圧を測定するロードセル３０と、ロードセル３０で測定された樹脂成形圧に第１の所定圧力αを加えて増幅するロードセルアンプ５６とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、樹脂成形圧を測定するロードセルを備えた樹脂封止装置に関する。

従来から、半導体チップを実装した半導体実装基板に対して樹脂封止を行う樹脂封止装置では、樹脂の注入圧力を制御するため、ロードセル（ひずみゲージ）を用いて駆動系の圧力を監視し、荷重測定を行っていた。

例えば特許文献１には、複数のプランジャと、複数のプランジャを支持する押動プレートと、押動プレートを駆動する駆動装置を有し、押動プレートに作用する偏荷重を検出可能に押動プレートと駆動装置との間に圧力センサ（ひずみゲージ）を配設したトランスファ成形装置が開示されている。

特開平０６−１６６０４７号公報

しかしながら、特許文献１のトランスファ成形装置において、ロードセルに加えられる圧力が小さい低圧域では、ロードセルの特性上出力電圧が低く、周囲の電源ライン等からのノイズの影響により安定した荷重測定が困難である。

そこで本発明は、低い樹脂成形圧でも安定した樹脂成形が可能な信頼性の高い樹脂封止装置を提供する。

本発明の一側面としての樹脂封止装置は、ワークを樹脂封止する樹脂封止装置であって、前記ワークを一方側から押さえる一方金型と、前記ワークを他方側から押さえる他方金型と、前記一方金型及び前記他方金型で前記ワークをクランプして該ワークを樹脂封止する際に、溶融した樹脂を圧送するプランジャと、前記一方金型又は他方金型のいずれかの金型に設けられたポットに沿って前記プランジャを摺動可能に構成されたトランスファ機構と、前記トランスファ機構により前記プランジャに加えられる樹脂成形圧を測定するロードセルと、前記ロードセルで測定された前記樹脂成形圧に第１の所定圧力を加えて増幅するロードセルアンプとを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、低い樹脂成形圧でも安定した樹脂成形が可能な信頼性の高い樹脂封止装置を提供することができる。

本実施例における樹脂封止装置の概略断面図である。 本実施例における樹脂封止装置の制御ブロック図である。 本実施例におけるロードセルアンプの出力とロードセルの測定値の関係図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、図１を参照して、本実施例における樹脂封止装置の概略構成について説明する。図１は、本実施例における樹脂封止装置１００の概略断面図である。樹脂封止装置１００は、半導体実装基板等のワークをトランスファモールドで樹脂封止するために用いられる。樹脂封止装置１００において、トッププラテン１０は、ワーク（不図示）を上面側（一方側）から押さえる上型１２（一方金型）を保持するように構成されている。またムービングプラテン２０は、ワークを下面側（他方側）から押さえる下型２２（他方金型）を保持するように構成されている。下型２２には、複数のポット２１が形成されている。また各々のポット２１の内部には、プランジャ２３が配置されている。後述のように、プランジャ２３は、上型１２及び下型２２でワークをクランプしてワークを樹脂封止する際に、溶融した樹脂を圧送するように構成されている。

樹脂封止の際には、熱硬化性樹脂等をタブレット（円柱）状に成形した樹脂タブレット（不図示）をポット２１の内部におけるプランジャ２３の上に配置する。そして、上型１２と下型２２とでワーク（不図示）をクランプし（挟み）、下型２２を予熱して樹脂タブレットを溶融させ、プランジャ２３を上動させて溶融した樹脂を圧送することにより、上型１２と下型２２との間に形成された所定領域が樹脂で充填される。プランジャ２３は、トランスファ機構としてのマルチトランスファユニット２４により、ポット２１に沿って上下に摺動可能に構成されている。

後述のように、本実施例の樹脂封止装置１００では、低い樹脂成形圧の場合でも安定して正確な成形を行うことが可能である。このため、ポット２１とプランジャ２３の摺動抵抗を測定し、摺動抵抗を考慮した正確な樹脂成形圧の設定が可能である。また、ポット２１とプランジャ２３の摺動抵抗を測定し、ポット２１とプランジャ２３の磨耗状態を判定し、ポット２１またはプランジャ２３の交換時期およびメンテナンスが必要な時期の算出が可能である。

なお本実施例では、樹脂タブレットに代えて、顆粒樹脂をポット２１に投入することも可能であり、又は、液状の熱硬化性樹脂をディスペンサ（不図示）でポットに供給することもできる。また、上型１２及び下型２２のパーティング面をリリースフィルム（不図示）で覆ってから樹脂を供給して、リリースフィルムを介して上型１２及び下型２２でワークをクランプしてもよい。

マルチトランスファユニット２４の下部には、プレート３２、３４の間に、マルチトランスファユニット２４によりプランジャ２３に加えられる樹脂成形圧を測定するロードセル３０（樹脂成形圧センサ）が設けられている。ロードセル３０は、その下に配置されたプレート３４と、プレート３４の上に配置されたトランスファプレート２８とから構成される凹部の内部に配置されている。

これらの構造体は、ムービングプラテン２０に設けられた複数のボールネジ軸４３の上に搭載されている。なお図１で、ムービングプラテン２０は、マルチトランスファユニット２４が通る大きさの横孔（図中の左右方向）が開いており、トランスファプレート２８が自由に上下移動可能な孔となっている。各々のボールネジ軸４３の周囲にはベアリングナット４１が設けられており、ベアリングナット４１の内周を回転させることで、ボールネジ軸４３を正確かつ滑らかに上下動させることができる。なお、ベアリングナット４１の内周はボールネジ軸４３に螺合回転し、ベアリングナット４１の外周はムービングプラテン２０に固定されている。ボールネジ軸４３が上下動すると、それに連結されたマルチトランスファユニット２４が上下動する。ボールネジ軸４３とプーリー４２の間には隙間があり、プーリー４２は、ベアリングナット４１の内周下部において、ベアリングナット４１の回転中心に取り付けられている。複数のプーリー４２は、互いにベルト４４で接続されている。エジェクターロッド２６は、ムービングプラテン２０の下部に通し孔が開けられ、ムービングプラテンの上下動に拠らない底部（不図示）に固定され、ムービングプラテン２０の上部に向けて垂直に延びるように設けられている。ムービングプラテン２０の上に固定された下型２２は、ムービングプラテン２０と共に下型２２が下動することにより、エジェクターロッド２６が下型２２に対して相対的に上側に突き出すことにより金型内でエジャクタピン（不図示）が上動し、成形樹脂が離型される。

本実施例のようにトランスファモールドを行う樹脂封止装置１００では、樹脂の注入圧力（樹脂成形圧）を制御するため、樹脂封止の際に発生する荷重（推力）を測定し、駆動系の圧力制御が行われる。このためマルチトランスファユニット２４の下方には、樹脂封止の際にマルチトランスファユニット２４に加えられる荷重を測定する樹脂成形圧センサとしてのロードセル３０が設けられている。ロードセル３０は、測定対象物の伸縮に比例して抵抗体が伸縮して抵抗値が変化するように構成され、この抵抗変化を用いてひずみ量を測定するセンサである。ロードセル３０の抵抗変化は微少な値であるため、例えば、ホイートストンブリッジ回路を用いて電圧に変換される。

本実施例の樹脂封止装置１００は、フィードバック制御によりロードセル３０に与える荷重を制御する。ロードセル３０に荷重を与えると、ロードセル３０にひずみが発生し、ロードセル３０の出力電圧が変化する。このため、この変化値、ロードセル３０のゲージ率、及び、入力電圧に基づいてひずみ量を算出することができる。更に、このひずみ量とヤング率とによってロードセル３０にかかった圧力が算出可能となる。これにより、樹脂にプランジャ２３を用いて加えられる圧力（樹脂成形圧）は、マルチトランスファユニット２４全体に加えられる圧力から算出される。このような関係に基づき、出力電圧を用いて樹脂圧が適切に制御される。

ロードセル３０は、プレート３４の上に、かつトランスファプレート２８で囲まれた領域に配置されている。ロードセル３０は、その中央部において、ボルト３９によりプレート３４に固定されている。プレート３４は、ボルト（不図示）によりトランスファプレート２８に固定されている。またロードセル３０は、ボルト３６を用いて、トランスファ機構内のプレート３２とプレート３４との間に保持されている。

ロードセル３０に加えられる力が小さい低圧域では、ロードセル３０の特性上、出力電圧が低く、周囲の電源ライン等からのノイズにより安定した荷重測定及び制御が困難である。このためプランジャ２３に樹脂圧が加えられていない場合、すなわち樹脂成形圧がゼロの場合、ロードセル３０には力は加えられておらず、ひずみ量はゼロである。このため、ロードセル３０に加えられる力が小さい低圧域では、ロードセル３０の出力電圧が低く、周囲の電源ライン等からのノイズにより安定した荷重測定及び制御が困難となる。

次に、図２を参照して、本実施例における樹脂封止装置１００の制御方法について説明する。図２は、樹脂封止装置１００の制御ブロック図である。５１は、タッチパネル（入力操作手段）である。まず使用者は、タッチパネル５１で所望の樹脂成形圧（設定値）を入力して設定する。例えば本実施例では、この設定値をＡ１［ＭＰａ］とする。またタッチパネル５１は、後述のロードセルアンプ５６のトリマ（調整手段）で加えられる第１の所定圧力α［Ｎ］（所定電圧）を予め指令値に加えるための第２の所定圧力β[Ｎ]を使用者がタッチパネル５１上で任意に設定可能である。０点調整のためには、第１の所定圧力α［Ｎ］と第２の所定圧力β［Ｎ］は同じ値になる。本実施例において、所定圧力αは例えば３０００［Ｎ］程度に設定されるが、これに限定されるものではない。

５２はコントローラであり、ＣＰＵ５３とサーボアンプ５４を備えて構成される。コントローラ５２は、プランジャ２３に加えられる樹脂成形圧がタッチパネル５１で設定された樹脂成形圧に近づくように制御する。ここでＣＰＵ５３は、タッチパネル５１上で設定された樹脂成形圧（設定値）からその樹脂成形圧に対応する推力（圧力）を演算する。具体的には、プランジャ２３の本数およびプランジャ２３の径から面積を求める。例えば本実施例において、設定された樹脂成形圧Ａ１を１０ＭＰａ、プランジャ２３の本数を６本、および、プランジャ２３の直径を２ｃｍとすると、面積は６×π×１^２＝１８．８４ｃｍ^２と求められる。

そして、設定された樹脂成形圧とこの面積とを乗算することにより、推力が算出される。本実施例において、算出された推力はＡ２［Ｎ］であるとする。上述の数値例を当てはめると、推力Ａ２は１０ＭＰａ×１８．８４ｃｍ^２×９．８１＝１８４８Ｎと求められる。（１ｋｇｆ＝９．８１Ｎとした場合）このときコントローラ５２（ＣＰＵ５３）は、プランジャ２３に加えられる樹脂成形圧の目標推力に第２の所定圧力βを加えた値を指令値として、後述のトランスファモータ５５に出力する。すなわちＣＰＵ５３は、推力Ａ２に第２の所定圧力βを加えた値Ａ２＋βを指令値として出力するようにサーボアンプ５４を制御し、サーボアンプ５４は、後述のトランスファモータ５５に対して指令値Ａ２＋βを出力する。第１の所定圧力αを３０００Ｎに設定した場合、第２の所定圧力βも３０００Ｎと設定され、指令値Ａ２＋βは、１８４８Ｎ＋３０００Ｎ＝４８４８Ｎとなる。

５５はトランスファモータであり、コントローラ５２からの指令値Ａ２＋βに基づいてトランスファモータ５５を駆動する。具体的には、トランスファモータ５５は、ロードセル３０の出力（測定値）が推力Ａ２に近づくまでトランスファモータ５５を駆動する。本実施例において、ロードセル３０は、例えば測定値Ｂ１［Ｎ］（生データ）を得て、推力Ａ２の場合と同様に、測定値Ｂ１から測定推力Ｂ２［Ｎ］を算出して出力する。

５６はロードセルアンプであり、ロードセル３０による測定推力Ｂ２の信号を増幅する。このときロードセルアンプ５６は、増幅した測定推力Ｂ２に第１の所定圧力αを加えて得られた値Ｂ２＋αを出力する。ロードセルアンプ５６は、所定圧力αを調整するトリマ（調整手段）を有する。本実施例において、トリマは、第１の所定圧力αを少なくとも０〜５０００Ｎの範囲で調整可能に構成されている。またトリマで設定された第１の所定圧力αに応じた値をタッチパネル５１で第２の所定圧力βを入力するように調整される。ただしこれに限定されるものではない。このようにロードセルアンプ５６は、ロードセル３０で測定された樹脂成形圧に所定圧力を加えて増幅する。ロードセルアンプ５６は、出力電圧をオフセットするように構成されているため、ロードセル３０の測定値がゼロの場合（無負荷時）でも、所定の電圧（圧力）が出力される。

この結果、コントローラ５２のサーボアンプ５４には、ロードセルアンプ５６からの出力値Ｂ２＋αが入力される。ＣＰＵ５３は指令値Ａ２＋βとロードセルアンプ５６の出力値Ｂ２＋αとを比較する。コントローラ５２は、出力値Ｂ２＋αが指令値Ａ２＋βに近づくようにトランスファモータ５５を駆動制御し、これらが一致したと判定された場合に、以上のフィードバック制御を終了する。

このようなフィードバック制御において、ＣＰＵ５３は、ロードセルアンプ５６から得られた値から第２の所定圧力βを減算し、プランジャ２３に加えられる樹脂成形圧をリアルタイムで表示する。具体的には、ＣＰＵ５３は、出力値Ｂ２＋αから第２の所定圧力βを減算して得られた推力Ｂ２（＝（Ｂ２＋α）−β）を圧力に変換し、タッチパネル５１上にリアルタイムで測定樹脂成形圧Ｂ３を表示する。なお、タッチパネル５１上には、測定樹脂成形圧Ｂ３に加えて、ロードセル３０の測定値（生データ）を試験的なモニタ用として表示してもよい。

ここで上述の数値例を当てはめると、例えば、ロードセルアンプ５６の出力値が４０００Ｎである場合、推力Ｂ２として、ロードセルアンプ５６の出力値から所定圧力α（＝３０００Ｎ）を減算して得られた値１０００Ｎ（＝４０００Ｎ−３０００Ｎ）が算出される。そして、この推力１０００Ｎをプランジャ２３の面積１８．８４ｃｍ^２で除算することにより、測定樹脂成形圧Ｂ３として、タッチパネル５１上に５．４１ＭＰａ（＝１０００Ｎ／１８．８４ｃｍ^２／９．８１）が表示される。この測定樹脂成形圧Ｂ３（＝５．４１ＭＰａ）は、設定した樹脂成形圧Ａ１（＝１０ＭＰａ）に達していないため、コントローラ５２は更に推力を加える。

一方、ロードセルアンプ５６の出力値が１８４８Ｎである場合、上記と同様の演算を行うことにより、測定樹脂成形圧Ｂ３は１０ＭＰａと求められ、設定した樹脂成形圧Ａ１に達したことになる。このため、コントローラ５２は推力を加えることを停止する。

次に、図３を参照して、ロードセル３０による樹脂成形圧の測定値とロードセルアンプ５６の出力値との関係について説明する。図３は、ロードセルアンプ５６の出力値とロードセル３０の測定値との関係図であり、図３（ａ）は従来例を示し、図３（ｂ）は本実施例を適用した場合を示している。

図３（ａ）に示される従来例では、樹脂成形圧が低い場合（トランスファ低圧時）、ノイズの影響により振れが生じる。すなわち図３（ａ）に示されるノイズ領域では、全体における振れ成分の割合が大きいため、正確な推力測定が困難である。一方、図３（ｂ）に示される本実施例では、荷重がゼロの場合に（ロードセル３０の測定値がゼロの場合に）、例えば３０００〜５０００Ｎ程度の所定圧力α（予圧）がロードセルアンプ５６から出力されるように構成されている（出力電圧をオフセットするように構成されている）。このため、トランスファ低圧時のノイズ領域においても、ノイズの影響度が小さい（全体における振れ成分の割合が小さい）。したがって、本実施例によれば、トランスファ低圧時においてもより正確な推力測定が可能となる。なお本実施例においては、使用者がタッチパネル５１を操作することにより、ノイズ領域の変化に応じて、所定圧力αを常に適切に設定することができる。

以上のとおり本実施例によれば、低い樹脂成形圧でも安定した樹脂成形が可能な信頼性の高い樹脂封止装置を提供することができる。また本実施例によれば、ロードセルに予圧（プリロード）をかけることなく、低い樹脂成形圧で安定した樹脂成形が可能である。このため、ロードセル周辺の構造を簡素化でき、また、ロードセルの荷重測定幅を狭めることなく広い範囲で用いることができる。また本実施例は、樹脂封止装置のハード構成を変更することなくソフトウエアにより実現できるため、装置の低コスト化を図ることが可能である。

また本実施例によれば、ポットとプランジャの摺動抵抗を測定し、摺動抵抗を考慮した正確な樹脂成形圧の設定が可能である。更に、ポットとプランジャの摺動抵抗を測定し、ポットとプランジャの磨耗状態を判定し、ポットまたはプランジャの交換時期およびメンテナンスが必要な時期の算出が可能である。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

例えば、上型にムービングプラテンを取り付けて、下型を固定にして上型を上下に駆動しても良い。また、ポット及びプランジャは上型に下向きに設けても良い。

１２ 上型
２２ 下型
２３ プランジャ
２４ マルチトランスファユニット
２８ トランスファプレート
３０ ロードセル
３２、３４ プレート
４１ ベアリングナット
４２ プーリー
４３ ボールネジ軸
５１ タッチパネル
５２ コントローラ
５３ ＣＰＵ
５４ サーボアンプ
５５ トランスファモータ
５６ ロードセルアンプ
１００ 樹脂封止装置

Claims (5)

1. ワークを樹脂封止する樹脂封止装置であって、
   前記ワークを一方側から押さえる一方金型と、
   前記ワークを他方側から押さえる他方金型と、
   前記一方金型及び前記他方金型で前記ワークをクランプして該ワークを樹脂封止する際に、溶融した樹脂を圧送するプランジャと、
   前記一方金型又は他方金型のいずれかの金型に設けられたポットに沿って前記プランジャを摺動可能に構成されたトランスファ機構と、
   前記トランスファ機構により前記プランジャに加えられる樹脂成形圧を測定するロードセルと、
   前記ロードセルで測定された前記樹脂成形圧に第１の所定圧力を加えて増幅するロードセルアンプと、を有することを特徴とする樹脂封止装置。
2. 前記樹脂成形圧に第１の所定圧力を加えた後、減算するための第２の所定圧力を設定するための入力操作手段を更に有し、
   前記第２の所定圧力は、前記入力操作手段で設定可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止装置。
3. 前記プランジャに加えられる樹脂成形圧が前記入力操作手段で設定された樹脂成形圧に近づくように制御するコントローラを更に有し、
   前記コントローラは、前記ロードセルアンプから得られた値から前記第２の所定圧力を減算し、前記プランジャに加えられる樹脂成形圧をリアルタイムで表示することを特徴とする請求項２に記載の樹脂封止装置。
4. 前記ロードセルを駆動するトランスファモータを更に有し、
   前記コントローラは、前記プランジャに加えられる樹脂成形圧の目標推力に前記第２の所定圧力を加えた値を指令値として前記トランスファモータに出力することを特徴とする請求項３に記載の樹脂封止装置。
5. 前記ロードセルアンプは、前記第１の所定圧力を調整する調整手段を有し、
   前記調整手段は、前記第１の所定圧力を少なくとも０〜５０００Ｎの範囲で調整可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の樹脂封止装置。