JP3596689B2 - 電子部品の樹脂封止装置およびこれを用いた樹脂封止方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本願発明は、電子部品の樹脂封止装置およびこれを用いた樹脂封止方法に関し、特に、封止樹脂中に気泡が混入することを効果的に回避ないし低減するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特に、ＩＣやＬＳＩ、ダイオード、トランジスタ等の半導体装置は、素子を樹脂中に封じ込めた、いわゆる樹脂パッケージ型の態様をとることが多い。樹脂パッケージを構成する樹脂材料は、耐熱性能等、この種の電子部品に与えるべき耐環境性能を考慮して、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられる。現在のところ、熱硬化性樹脂を用いて簡便に成形を行う方法としては、いわゆるトランスファモールド法が最適とされており、半導体装置等の電子部品の樹脂パッケージの形成においても、このようなトランスファモールド法が採用されるのが普通である。
【０００３】
樹脂パッケージ型の電子部品の製造には、リードフレームと呼ばれる製造用フレームが用いられる。このリードフレームは、金属薄板を所定形状に打ち抜いたものであり、複数個の電子部品を一括して製造するためのものである。このリードフレームには、チップボンディング、ワイヤボンディングが施され、その後このリードフレームは、樹脂パッケージ部を形成するための樹脂封止装置に供される。
【０００４】
このようにリードフレームを用いて樹脂パッケージ型の電子部品を製造する場合の樹脂封止装置（成形装置）は、大略次のように構成される。すなわち、この樹脂封止装置は、図６に示すように型開き状態と型締め状態とを選択できる上金型１１と下金型１２とを備えている。通常、下金型にプランジャポットが設けられる。各金型の一方または双方には、プランジャポットにつながるランナ溝１４ａと、このランナ溝から枝分かれ状に配置される複数のゲート溝１５と、各ゲート溝につながる複数のキャビティ溝１６ａとが形成される。
【０００５】
各キャビティ溝１６ａは、リードフレーム上のチップのピッチと対応したピッチで形成される。型開き状態において、下金型上に上記リードフレームをセットし、一方、プラジャポットには、樹脂タブレットが投入される。次いで上下の金型は、リードフレームを挟むようにして型締めされる。樹脂タブレットは金型の熱により溶融状態となり、プランジャを作動することにより、プランジャポット内の溶融樹脂がランナ部１４、各ゲート部１５を介して各キャビティ空間１６に向けて圧送され、各キャビティ空間は、溶融樹脂によって充填される。こうしてプランジャポットからランナ部、ゲート部ないし各キャビティ部に行き渡った樹脂は、金型の熱により硬化させられる。こうしてリードフレーム上のチップないしその周囲の所定空間がキャビティ部に充填された熱硬化性樹脂によって封止される。型開きされた段階での成形物には、各ゲート部、ランナ部、およびプランジャポット内で硬化した樹脂（カル部）が付属するが、これらはその後適当な手法によって除去される。
【０００６】
ところで、上記のようなトランスファモールド法による電子部品の樹脂封止においては、パッケージ部への気泡の混入が問題となることがある。その主たる原因は、プランジャを作動させて溶融樹脂を圧送するとき、このランナ内を流れる樹脂にランナ内にあった空気が巻き込まれてしまうことによるものである。パッケージ部内に気泡が混入すると、耐熱性能が悪化する他、たとえば透明な樹脂パッケージ部によって素子を封止してなる発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光学的電子部品の場合、その光学的な性能に重大な欠陥が生じる。
【０００７】
従来、この種の樹脂封止装置の金型において形成されるランナ部１４の断面形状は、図６（ａ） に示すような六角形あるいは図６（ｂ）に示すような円形が一般である。これは、流れの断面をできるだけ大きくして損失を抑えること、金型におけるランナ溝の加工を容易とすること、を勘案したものと考えられるが、特に溶融状態での流動性を高めた熱硬化性樹脂が使用される場合には、上記のような断面をもつランナ部は、気泡の混入の抑制という観点からはむしろマイナスである。
【０００８】
すなわち、損失が小さいがゆえに溶融樹脂圧送時の樹脂流速が高まり、流れに乱れが生じやすいのである。このような樹脂流れの乱れは、ランナ内の気泡の巻き込みを増進する。
【０００９】
このような問題を一応解決しようとするものとして、特開昭６０−１３１２１２号公報には、ランナ部をジグザグ状に形成するというアイデアが開示されている。このアイデアは、ランナ部をジグザグ状として流れの損失を増大させ、もって圧送時の樹脂の流れの速度を減じて気泡の混入を抑制しようとしたものである。しかしながら、単にランナ部をジグザグ状とする場合、溶融樹脂の流れに積極的に乱れを発生させる作用が生じ、これによって、かえって気泡の混入を増進させることがある。また金型の製作が厄介となるという問題もある。
【００１０】
さらに、特開昭６１−２７４９１０号公報には、ランナ部の途中に樹脂流動断面を５０％以上減少させる絞りブロック部を設けるというアイデアが示されている。このアイデアもまた、ランナ部内の樹脂の流れの速度を減じることによって、気泡の混入を抑制しようとしたものである。しかしながら、絞り部における樹脂流速が局部的に著しく高まり、その故に樹脂流れに局部的な乱れが生じ、この乱れがランナ部内の気泡を積極的に巻き込んでしまうという問題がある。
【００１１】
本願発明は、以上のような事情のもとで考え出されたものであって、熱硬化性樹脂を用いてトランスファモールド法による電子部品の樹脂封止部を成形するにあたり、簡単な構成により、ランナ部における溶融樹脂への気泡の混入を極力抑制することをその課題としている。
【００１２】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１３】
本願発明の第１の側面によれば、熱硬化性樹脂を用いてトランスファモールド法によって電子部品の樹脂封止を行うための装置が提供され、この装置は、型開き状態と型締め状態とを選択できる上金型と下金型とを備えており、両金型の型締め状態において、プランジャポットにつながるランナ部、ランナ部から枝分かれ状に配置される複数のゲート部、および各ゲート部につながるキャビティ部が形成され、プランジャポット部から溶融状態の樹脂を上記ランナ部、各ゲート部を介して各キャビティ部に充填するように構成され、上記ランナ部のうち、少なくとも各ゲート部が枝分かれ状に設けられる範囲の一連の部位は、上記上金型と下金型の一方の金型に凹溝を設け、他方の金型に上記凹溝内に突出する凸条を設けることにより、断面略Ｕ字状、略逆Ｕ字状、略Ｖ字状または略逆Ｖ字状となるように構成されていることに特徴づけられる。
【００１４】
好ましい実施例においては、上記断面略Ｕ字状、略逆Ｕ字状、略Ｖ字状または略逆Ｖ字状のランナ部は、各ゲート部が枝分かれ状に設けられる長さ範囲において、一様断面となっている。
【００１５】
さらに、本願発明の好ましい実施例においては、上記断面略Ｕ字状、略逆Ｕ字状、略Ｖ字状または略逆Ｖ字状のランナ部は、いずれか一方の金型に凹溝を設けるとともに、他方の金型に上記凹溝内に突出する凸条を設けることにより形成されている。
【００１６】
本願発明における樹脂封止装置は、上下金型によって協働して形成されるランナ部の断面形状に特徴づけられる。すなわち、本願発明におけるランナ部の断面形状は、略Ｕ字状、略逆Ｕ字状、略Ｖ字状または略逆Ｖ字状となっている。この点は、従来のこの種の樹脂封止装置におけるランナ部の断面形状が、前述したとおり、図６（ａ）（ｂ）に示されるような六角形または円形の一般断面となっていることと大きく異なる。しかも、本願発明における上記の断面形状をもつランナ部は、部分的に設けられるのではなく、少なくとも複数のキャビティ部につながる各ゲート部が枝分かれ状に設けられる長さ範囲において一定長さをもっている。このことは、先に紹介した特開昭６０−１３１２１２号公報あるいは特開昭６１−２７４９１０号公報にそれぞれ示されているランナ部の形態とも異なる。
【００１７】
本願発明における上記断面形状をもつランナ部は、流れの断面厚みを所定以下とすることができる。したがって、断面積を所定の大きさとしても、溶融樹脂の流れを層流状態に維持することができ、したがって、かかるランナ部を流れる溶融樹脂中に気泡が混入することが少なくなる。また、このランナ部は、屈曲状の断面をもっているので、断面積を所定のように確保しても、平面的な占有スペースを節約することができ、金型表面上のスペースを有効利用することができる。しかも、上記のように層流状態が維持されている溶融樹脂流れがそのまま枝分かれ状の各ゲート部からキャビティ部内に導入されるので、上記特開昭６１−２７４９１０号公報に示されているアイデアの場合のように局部的な溶融樹脂流速の上昇ないしこれにともなう流れの乱れに起因する気泡の巻き込みも著しく少ない。さらには、前述のように、流れの断面厚みは所定以下であっても、断面積を所望のように設定することが可能であるので、溶融樹脂圧送時におけるランナ部内での溶融樹脂流量を所定のように確保することができるので、樹脂圧送操作を効率的に行うこともできる。
【００１８】
また、上記のような断面形状をもつランナ部の形成は、一方の金型に凹溝を設け、他方の金型に上記凹溝内に突出する凸条を設けるという、簡単な加工を金型に施すだけでよく、金型の製作もいたって簡単である。
【００１９】
本願発明の第２の側面によれば、上記第１の側面にかかる電子部品の樹脂封止装置を用いて電子部品の樹脂封止を行う方法が提供され、この方法は、光学的受光素子または光学的発光素子がボンディングされた製造用フレームを型開き状態の上記金型にセットするステップ、
透明または半透明の熱硬化性樹脂を樹脂タブレットをプランジャポットに充填するステップ、
型締めを行うステップ、
溶融状態とした樹脂をプランジャポットからランナ部、各ゲート部を介して各キャビティ部に充填するステップ、
金型の熱により上記樹脂を硬化させるステップ、
を含むことに特徴づけられる。
【００２０】
このような方法によれば、透明または半透明樹脂パッケージ内への気泡の混入の著しく少ない発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光学電子部品を製造することができる。
【００２１】
本願発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して行う以下に行う詳細な説明より明らかとなろう。
【００２２】
【実施例の説明】
以下、本願発明の好ましい実施例を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００２３】
図１および図２は、本願発明の樹脂封止装置によって樹脂封止された状態の半製品の一例を示している。この半製品は、発光ダイオードを製造する過程のものである。リードフレーム１は、送り孔２が設けられたサイドフレーム部３から単位電子部品ごとに各一対延出させられたリード部４ａ，４ｂが形成されたものであり、各リード部４ａ，４ｂは、タイバー５によってつなげられている。各一対のリード部の一方４ａにはＬＥＤチップ６がそれぞれボンディングされ、こうしてボンディングされたチップ６と他方のリード部４ｂとの間がワイヤボンディングによって結線される。そして、上記チップ６を中心として、これを囲む所定の空間が、透明な熱硬化性樹脂によるパッケージ７で封止される。
【００２４】
パッケージ７には、図２に示すように、レンズ部７ａが形成されている。このレンズ部７ａは、チップ６から出た光を効率よく照射するためのものである。したがって、もしこの透明な樹脂パッケージ７内に気泡が存在すると、上記のようなレンズ部７ａによる光学的作用が阻害され、あるいは熱的な特性が気泡の位置によってまちまちとなってしまう。
【００２５】
図３および図４は、図１に示される半製品の形成、すなわち、リードフレーム１に対して樹脂封止を行うための電子部品の樹脂封止装置１０の構成を示しており、図３は下金型１１の略示平面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線拡大断面図である。この樹脂封止装置１０は、下金型１１と上金型１２とを備えており、これらの金型１１，１２は、図示しない油圧シリンダ機構等により、両金型１１，１２が所定空間を介して上下に離間する型開き状態と、両金型１１，１２の金型面が強力に密着させられる型締め状態とを選択できるようになっている。
【００２６】
図３に示すように、下金型１１には、プランジャポット１３が配置される。このプランジャポット１３には、上下動するプランジャ（図示略）が内蔵される。この下金型１１にはまた、上記プランジャポット１３につながる凹溝状のランナ溝１４ａが形成される。
【００２７】
図示例では、２本のランナ溝１４ａが平行に延びるように配置されている。各ランナ溝１４ａの両側には、ゲート溝１５を介して、複数のキャビティ溝１６ａが一定間隔で整列配置されている。各キャビティ溝１６ａは、図１に示した半製品における各チップボンディング部のピッチと対応したピッチで配置されている。図示例では、２本のランナ溝１４ａの両側にそれぞれキャビティ溝１６ａが形成されているので、４枚のリードフレームに対して同時に樹脂封止を行うことができる。
【００２８】
一方、上金型１２には、下金型１１上に形成した各キャビティ溝１６ａと対応するようにして、４列のキャビティ溝１６ａが形成されている。また、各金型１１，１２内には、金型表面を所定の温度に昇温させるためのヒータ（図示略）が内蔵されている。
【００２９】
さて、本願発明は、上記のようにして下金型１１上に形成されるランナ溝１４ａと、上金型１２の表面で囲まれる空間として形成されるランナ部１４の断面形状に特徴づけられる。図示例では、下金型１１に設けられる上記ランナ溝１４ａを台形断面とする一方、上金型１２に、上記下金型１１に設けたランナ溝１４ａに突入する台形断面の凸条１４ｂを形成することにより、上記ランナ部１４の断面を略Ｕ字状ないし略Ｖ字状としている。また、上記のような略Ｕ字状ないし略Ｖ字状断面とするのは、ランナ部のうち、少なくともゲート部１５が枝分かれ状に設けられるている所定長さ範囲であり、この範囲において一様断面とされる。
【００３０】
上述のように、本願発明は、ランナ部１４の断面形状に特徴づけられるのであり、上記の構成をもつ金型１１，１２を有する樹脂封止装置を用いた電子部品の樹脂封止工程は、次に説明するように、従前の手法と同様にして行われる。
【００３１】
型開き状態において、下金型１１上には、チップボンディング工程およびワイヤボンディング工程を終えたリードフレーム１が、所定の位置決め状態のもとでセットされ、併せて、下金型１１上のプランジャポット１３には、熱硬化性樹脂タブレットが投入される。この熱硬化性樹脂タブレットは、あらかじめ所定の加熱をしておく場合もあるが、本願発明においては、かかる加熱を事前に行わなくとも、ランナ部内での気泡の巻き込みを低減することができる。
【００３２】
次いで、上下両金型１１，１２の型締めを行う。この場合、上記リードフレーム１を挟みつけるようにして、上下の金型１１，１２が圧接させられる。上下金型１１，１２の各対応するキャビティ溝１６ａ，１６ｂによって形成されるキャビティ部１６内には、リードフレーム１上のチップボンディング部が配置される。
【００３３】
プランジャポット１３内のプランジャを作動させると、プランジャポット内で溶融状態となった熱硬化性樹脂が、ランナ部１４ないし各ゲート部１５を介して各キャビティ部１６に注入される。この際、ランナ部１４の断面形状は、上述のように、略Ｕ字状ないし略Ｖ字状となっていて、その断面厚み寸法Ｔが所定寸法以下となっているため、溶融状態の樹脂の流動性がよい場合であっても、この溶融樹脂のランナ部内での流れに乱れが生じることが少なく、層流状態を維持することができる。しかも、上記Ｕ字状ないしＶ字状断面のランナ部１４は、ゲート部１５が枝分かれ状に設けられている全領域において一様断面としてあるので、全てのゲート部１５には、乱れのない、層流状態の溶融樹脂が導入される。したがって、従来のように、ランナ部を流れる際に溶融樹脂がランナ部内の気泡を巻き込むことを有効に解消し、キャビティ部内で成形される樹脂パッケージ内に不用な気泡が混入することを極力抑制することができる。
【００３４】
また、本願発明は、ランナ部の断面形状を特殊化しているが、単にランナ部の断面積を絞っているのではない。すなわち、ランナ部１４の断面形状を略Ｕ字状ないし略Ｖ字状とすることによって、ランナ部の厚み寸法Ｔを所定以下にしたとしても、ランナ部１４全体の断面積を所定以上に設定することも可能である。したがって、局部的な溶融樹脂の流速増大をまねくことなく、一定の溶融樹脂流量を確保することもでき、これにより、効率的な樹脂封止工程を行うことが可能である。さらには、断面略Ｕ字状ないし略Ｖ字状とすることによって、下金型１１に設けられるランナ溝の平面占有面積を上げることなく、所定の断面積をもったランナ部を形成することができ、金型表面を有効利用することができる。換言すると、本願発明を実施することによって、金型が必要以上に大型化することはない。
【００３５】
しかも、金型の製作において、一方の金型にランナ溝１４ａを、他方の金型に凸条１４ｂを設けるだけの簡単な加工をすればよいので、本願発明の実施によって、金型製作が煩雑化することもなく、これによってコスト上昇を招くといったこともない。
【００３６】
以上の結果、本願発明によれば、トランスファモールド法によって電子部品の樹脂封止を行う場合において、金型に簡単な改変を施すだけで、ランナ部内での溶融樹脂への気泡の混入、およびこれに起因する樹脂パッケージ内への気泡の混入を効果的に低減ないし解消することができる。
【００３７】
もちろん、本願発明の範囲は上述した実施例に限定されるものではない。実施例では、ランナ部１４を、下金型に台形断面のランナ溝１４ａを設け、上金型に台形断面の凸条１４ｂを設けることにより形成したが、図５に示すように、一方の金型に断面半円状のランナ溝１４ａを設け、他方の金型に断面半円状の凸条１４ｂを設けて形成することにより、断面半円弧状のランナ部を形成してよい。また、図示例では、下金型にランナ溝を設け、上金型に凸条を設けたが、これとは逆に、上金型にランナ溝を設け、下金型に凸条を設ける場合も、もちろん本願発明の範囲に含まれる。
【００３８】
さらに、図示例は、透明な熱硬化性樹脂によってパッケージ部を形成するＬＥＤ等の光学電子部品の樹脂封止について述べたが、本願発明はこれには限定されず、熱硬化性樹脂にフィラを含んだ、通常は黒色の樹脂パッケージを形成する、一般的な半導体装置における樹脂封止にももちろん適用可能である。
【００３９】
この場合においても、樹脂パッケージ部内にランナ部内で混入した気泡が入り込むことを効果的に防止でき、電子部品の特に熱的な特性不良の発生あるいは特性のバラツキの発生を極力抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の樹脂封止装置によって樹脂封止されるべき電子部品の一例の説明図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本願発明の樹脂封止装置の一例の下金型の略示平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線拡大断面図である。
【図５】本願発明の樹脂封止装置の他の実施例の説明図であって、図３のＩＶ−ＩＶ線拡大断面に相当する図である。
【図６】従来例の説明図である。
【符号の説明】
１０ 樹脂封止装置
１１ 下金型
１２ 上金型
１３ プランジャポット
１４ ランナ部
１４ａ ランナ溝
１４ｂ 凸条
１５ ゲート溝（ゲート部）
１６ キャビティ部
１６ａ キャビティ溝
１６ｂ キャビティ溝

Claims (3)

1. 熱硬化性樹脂を用いてトランスファモールド法によって電子部品の樹脂封止を行うための装置であって、
   型開き状態と型締め状態とを選択できる上金型と下金型とを備え、両金型の型締め状態において、プランジャポットにつながるランナ部、ランナ部から枝分かれ状に配置される複数のゲート部、および各ゲート部につながるキャビティ部が形成され、プランジャポット部から溶融状態の樹脂を上記ランナ部、各ゲート部を介して各キャビティ部に充填するように構成されており、
   上記ランナ部のうち、少なくとも各ゲート部が枝分かれ状に設けられる範囲の一連の部位は、上記上金型と下金型の一方の金型に凹溝を設け、他方の金型に上記凹溝内に突出する凸条を設けることにより、断面略Ｕ字状、略逆Ｕ字状、略Ｖ字状または略逆Ｖ字状となるように構成されていることを特徴とする、電子部品の樹脂封止装置。
2. 上記断面略Ｕ字状、略逆Ｕ字状、略Ｖ字状または略逆Ｖ字状のランナ部は、各ゲート部が枝分かれ状に設けられる長さ範囲において、一様断面となっている、請求項１に記載の電子部品の樹脂封止装置。
3. 請求項１または２のいずれかに記載の装置を用いて電子部品の樹脂封止を行う方法であって、
   光学的受光素子または光学的発光素子がボンディングされた製造用フレームを型開き状態の上記金型にセットするステップ、
   透明または半透明の熱硬化性樹脂タブレットをプランジャポットに装填するステップ、
   型締めを行うステップ、
   溶融状態とした樹脂をプランジャポットからランナ部、各ゲート部を介して各キャビティ部に充填するステップ、
   金型の熱により上記樹脂を硬化させるステップ、
   を含むことを特徴とする、電子部品の樹脂封止方法。

Images