JP3897961B2

JP3897961B2 - 樹脂成形装置

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Publication number: JP3897961B2
Application number: JP2000213793A
Authority: JP
Inventors: 省治小原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: JP2002028946A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体装置のパッケージを成形するのに好適する樹脂成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術を図１２乃至図１６を参照して説明する。図１２は樹脂成形金型の要部の概略を示す縦断面図であり、図１３はキャビティ内に成形樹脂材料を充填した状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図であり、図１４は型開き開始直後における樹脂成形金型要部の概略の縦断面図であり、図１５は型開きした状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図であり、図１６は成形物を離型した状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図である。
【０００３】
図１２乃至図１６において、１は樹脂成形装置にセットされ、例えば半導体装置の樹脂封止パッケージを成形する樹脂成形金型で、固定側の上型２と可動側の下型３を備えて構成されている。そして樹脂成形金型１には、樹脂封止パッケージを成形する複数のキャビティ４が上型２と下型３を型締めした状態で形成される。同時に型締めした状態の樹脂成形金型１には、各キャビティ４にゲート５を介して連通するランナー６が形成され、また各ランナー６に連通するカル７が形成され、さらに図示しないがキャビティ４に連通するようにゲート５に対向してエアベントが形成される。
【０００４】
また、下型３には、型締めした状態でカル７を介しランナー６に連通するポット８が設けられており、ポット８内にはプランジャ９が上下方向に進退動作可能に設けられている。さらにプランジャ９の進退動作は、プランジャ９の下部に設けられた圧縮スプリング１０を収納するプランジャーボックス１１をトランスファ機構の駆動部材１２に結合し、駆動部材１２を進退動作させることによって行われる。
【０００５】
なお、１３は成形にあたりポット８内に投入された、例えばエポキシ樹脂等のタブレット状の成形樹脂材料である。また、１４，１５は図示しないエジェクタロッドにより進退動作する上型２と下型３にそれぞれ設けられたエジェクターピンで、これにより型開きした樹脂成形金型１から、成形物である樹脂封止パッケージ１６が形成された半導体装置１７が取り外される。またさらに、取り外された半導体装置１７はカル部１８にそれぞれランナー部１９により接続されている。
【０００６】
そして、上記のように構成されたものでは、以下のようにして成形が実行される。すなわち、先ず樹脂成形金型１に図示しない半導体チップを搭載したリードフレームをセットし、上型２と下型３とを型締めした状態で図示しない樹脂投入口から所定温度にプレヒートしたタブレット状の成形樹脂材料１３を、図１２に示すようにポット８内に投入し熔融状態にする。その後、トランスファ機構の駆動部材１２による進出駆動によってプランジャーボックス１１内の圧縮スプリング１０を圧縮させながらプランジャ９を進出動作させ、所定の圧力で熔融した成形樹脂材料１３をポット８内から押し出す。
【０００７】
ポット８から押し出された成形樹脂材料１３は、カル７で各ランナー６に分配され、さらにランナー６を通りゲート５からキャビティ４内に流れ込む。そして、図１３に示すように圧縮スプリング１０を圧縮させた所定圧力での保圧状態を所定時間維持する。
【０００８】
その後、トランスファ機構の駆動部材１２による後退駆動によって圧縮スプリング１０による付勢を停止して保圧状態を解除し、さらに、図１４に示すようにプランジャ９を、例えば２０ｍｍ/ｓｅｃの速度で後退動作させ、同時に図示しないプレス機構を作動させて、下型３を、例えば約０．３ｍｍ/ｓｅｃの速度で引き下げるように動作させ、樹脂成形金型１の型開きを開始する。型開きの開始と共に上型２のエジェクターピン１４により成形物の上型２からの離型を行う。
【０００９】
また、プランジャ９の後退動作を、図１５に示すように後退限度位置である、例えば樹脂投入位置Ｔまで行った後、再びプランジャ９を、例えば保圧解除位置まで進出動作させておく。そして、下型３が所定の下降限度位置にまで下降したら、図１６に示すように下型３のエジェクターピン１５の進出動作によって樹脂封止パッケージ１６が成形された半導体装置１７を突き上げ、下型３からの離型を行うと共に、同時にプランジャ９の進出動作によってカル部１８を突上げて離型のための補助動作を行う。
【００１０】
以上の成形樹脂材料１３の投入から成形物である半導体装置１７等の離型までの一連の成形過程が終了したら、再び樹脂成形装置では、樹脂成形金型１の上型２と下型３を型開きし、プランジャ９を樹脂投入位置Ｔまで引下げて、連続して上記と同じ成形の各工程が繰り返えされる。
【００１１】
しかしながら上記の従来技術においては、成形物の離型を行うと上型２のカル７部分に成形物のカル部１８が残ってしまい、成形不良や装置トラブル、さらには樹脂成形金型１の破損を招く虞があった。このような事態を避けるべく、樹脂成形金型１のカル７やランナー６の拡大化して強化することが考えられたが、フィラー等が入っていない透明あるいは着色樹脂材料によって成形を行った場合に、成形物のカル部１８やランナー部１９での気泡発生が増加し、さらに樹脂封止パッケージ１６にまで気泡が混入することになり、外観不良を増加させ、成形の歩留の低下を招いてしまうことになる。このため、成形不良や装置トラブル、さらには樹脂成形金型１の破損を招く虞がなく、また装置の稼働率を向上させることができるようにすることが要望されていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは成形物が金型に残るなどして成形不良が生じたり、装置トラブルや金型の破損等の虞がなく、また装置稼働率が向上するようにした樹脂成形装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様の樹脂成形装置は、金型を型締めすることによって形成された複数のキャビティ内に、プランジャの進出動作によってカルを介し各ランナーを通じて成形樹脂材料を充填し、所定保圧状態を維持した後、保圧状態を解除して金型を開きプランジャを後退動作させ、型開きした金型から成形物を取り出すようにしてなる樹脂成形装置において、金型の型開きがプランジャと共に型開き開始から所定寸法だけ行われた後、プランジャが金型の型開き速度以上の所定の速度で後退動作するものであることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１５】
先ず第１の実施形態を、図１乃至図６により説明する。図１は樹脂成形金型の要部の概略を示す縦断面図であり、図２はキャビティ内に成形樹脂材料を充填した状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図であり、図３は型開き直後における樹脂成形金型要部の概略の縦断面図であり、図４は型開き開始から所定寸法だけプランジャを後退させた状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図であり、図５はプランジャを樹脂投入位置まで後退させた状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図であり、図６は成形物を離型した状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図である。
【００１６】
図１乃至図６において、２１は樹脂成形装置にセットされ、例えば半導体装置の樹脂封止パッケージを成形する樹脂成形金型であり、これは図示しないプレス機構の固定側に取り付けられた上型２２と可動側に取り付けられた下型２３とを備えて構成されている。そして樹脂成形金型２１には、樹脂封止パッケージ成形用の複数のキャビティ２４が上型２２と下型２３とを型締めした状態で形成される。同時に型締めした状態の樹脂成形金型２１には、各キャビティ２４にゲート２５を介して連通するランナー２６が形成され、また各ランナー２６に連通するカル２７が形成されており、さらに図示しないがキャビティ２４に連通するようにゲート２５に対向した位置にエアベントが形成される。
【００１７】
また、下型２３には、型締めした状態でカル２７を介しランナー２６に連通する円筒状のポット２８が設けられており、ポット２８内にはプランジャ２９が、ポット２８の内周壁との間に微小間隙を設けて上下方向に進退動作可能に設けられている。さらにプランジャ２９には上部側壁に２つのリング溝３０が進退方向に上下に離間して刻設されている。またプランジャ２９の進退動作は、プランジャ２９の下方に配設されたトランスファ機構の駆動部材３１によって行われるようになっており、プランジャ２９への駆動力の伝達は、プランジャ２９の下端鍔部３２と圧縮スプリング３３を収納するプランジャーボックス３４の結合部３５に駆動部材３１の結合端３６を結合することによって行われる。
【００１８】
なお、３７は成形にあたりポット２８内に投入された、例えばエポキシ樹脂等のタブレット状の成形樹脂材料である。また、３８，３９はプレス機構により駆動される図示しないエジェクタロッドによって進退動作する上型２２と下型２３にそれぞれ設けられたエジェクターピンで、これにより型開きした樹脂成形金型２１から、成形物である樹脂封止パッケージ４０が形成された半導体装置４１が取り外される。またさらに、取り外された半導体装置４１はカル部４２にそれぞれランナー部４３により接続されている。
【００１９】
そして、上記のように構成されたものでは、以下のようにして成形が実行されるようになっている。すなわち、先ず樹脂成形金型２１に図示しない半導体チップを搭載したリードフレームをセットし、上型２２と下型２３とを型締めした状態で図示しない樹脂投入口から所定温度にプレヒートしたタブレット状の成形樹脂材料３７を、図１に示すようにポット２８内に投入し熔融状態にする。その後、トランスファ機構の駆動部材３１による進出駆動によってプランジャーボックス３４内の圧縮スプリング３３を圧縮させながら、圧縮スプリング３３の付勢力によりプランジャ２９を進出動作させる。これにより、所定の圧力で熔融した成形樹脂材料３７が所定の圧力でポット２８内から上端開口を通じて押し出される。
【００２０】
ポット２８から押し出された成形樹脂材料３７は、一旦、カル２７内に流れ込みここを充満させてから各ランナー２６に分配され、さらにランナー２６を通りゲート２５からキャビティ２４内に流れ込む。そして、図２に示すように圧縮スプリング３３を圧縮させたままの所定圧力での保圧状態を所定時間維持し、成形樹脂材料３７を硬化させる。
【００２１】
キャビティ２４内等の成形樹脂材料３７が硬化した後、トランスファ機構の駆動部材３１による後退駆動によって圧縮スプリング３３による付勢を停止して保圧状態を解除する。そして、図３に示すようにプレス機構を作動させて型開きを開始し、下型２３を、例えば約０．３ｍｍ/ｓｅｃの速度で下降動作させる。また型開きの開始と共に上型２２のエジェクターピン３８により成形物の上型２２からの離型を行う。
【００２２】
一方、プランジャ２９も型開きの開始と共にトランスファ機構による後退動作を停止させて、下型２３と共に同じ約０．３ｍｍ/ｓｅｃの速度で下降動作させ、上型２２と下型２３との間隔ｘが、例えば１ｍｍとなるまで、プランジャ２９の上端を成形物のカル部４２の下面に密着させたまま下型２３と共に下降動作を継続させる。なお、上型２２と下型２３との間隔を１ｍｍとしているが、間隔寸法ではなく、型開きの継続時間を、例えば４秒に設定し、上型２２と下型２３との間隔が約１ｍｍとなるようにしてもよく、また、上型２２と下型２３との間隔あるいは型開きの継続時間については、これに限るものではなく成形過程の状況により適宜設定可能である。
【００２３】
そして、上型２２と下型２３との間隔が１ｍｍとなった時点で、下型２３の約０．３ｍｍ/ｓｅｃの速度での下降動作は継続させたまま、プランジャ２９のトランスファ機構による、例えば１ｍｍ/ｓｅｃ以下の所定の速度での後退動作を開始させ、図４に示すようにプランジャ２９の上端を成形物のカル部４２の下面から、例えば間隔ｙ_１が１ｍｍとなるまで離す。その後、プランジャ５３の後退速度を、例えば２０ｍｍ/ｓｅｃの速度に増速させ、プランジャ２９を後退動作させる。そして、プランジャ２９の後退動作を、図５に示すように、さらに所定寸法ｚ、例えば１７ｍｍ離れた後退限度位置である樹脂投入位置まで行った後、再びプランジャ２９を、例えば保圧解除位置まで進出動作させておく。
【００２４】
次に、下型２３が所定の下降限度位置にまで下降したら、図６に示すように下型２３のエジェクターピン３９の進出動作によって樹脂封止パッケージ４０が成形された半導体装置４１を突き上げ、下型２３からの離型を行うと共に、同時にプランジャ２９の進出動作によってカル部４２を突上げる離型のための補助動作を行う。
【００２５】
このような成形樹脂材料３７の投入から成形物である半導体装置４１等の離型までの一連の成形過程が終了したら、樹脂成形装置では、樹脂成形金型２１の上型２２と下型２３を型開きし、プランジャ２９を樹脂投入位置まで引下げて、連続して再び上記と同じ成形の各工程が繰り返し行われる。
【００２６】
以上のように構成することにより、型開きして成形物を離型するのに際し、上型２２から成形物の半導体装置４１等が離れるよりも早く、カル部４２の下面からプランジャ２９の先端が離れてしまうようなことがなく、上型２２から半導体装置４１等が所定寸法以上、十分に離れるのを待って、密着していたプランジャ２９の先端をカル部４２の下面から引き離すようにしているので、上型２２に半導体装置４１等の成形物が残るなど、特にカル部４２が上型２２のカル２７に残ったりする成形不良が生じたりする虞がなくなる。
【００２７】
さらに、樹脂成形金型２１のカル２７やランナー２６の拡大化が不要となり、半導体装置４１等の成形物に気泡が混入することもなく、これにともなって外観不良による成形の歩留の低下を招くこともなくなる。また、上型２２内に一部成形物の樹脂が残ったまま、あるいは脱落して上型２２と下型２３の間に挟まられるなどしたまま次の成形へと進み、装置トラブルや樹脂成形金型２１の破損等を起こしてしまうといった虞がなくなる。
【００２８】
次に、第２の実施形態を、図７乃至図１１により説明する。本実施形態は、第１の実施形態と、特に樹脂成形金型の下型とプランジャの動作の仕方が異なるものであって、図７は樹脂成形金型の要部の概略を示す縦断面図であり、図８はキャビティ内に成形樹脂材料を充填した状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図であり、図９は型開き直後における樹脂成形金型要部の概略の縦断面図であり、図１０は型開き開始から所定寸法だけプランジャを後退させた状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図であり、図１１は成形物を離型した状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図である。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明する。
【００２９】
図７乃至図１１において、５１は樹脂成形装置にセットされ、例えば半導体装置の樹脂封止パッケージを成形する樹脂成形金型であり、これは図示しないプレス機構の固定側に取り付けられた上型２２と可動側に取り付けられた下型５２とを備えて構成されている。そして樹脂成形金型５１には、複数のキャビティ２４が上型２２と下型５２とを型締めした状態で形成され、同時に、各キャビティ２４にゲート２５を介して連通するランナー２６、また各ランナー２６に連通するカル２７が形成されている。さらに、ゲート２５に対向した位置にキャビティ２４に連通するよう図示しないエアベントが形成される。
【００３０】
また、下型５２には、型締めした状態でカル２７を介しランナー２６に連通する円筒状のポット２８が設けられており、ポット２８内にはプランジャ５３が、内周壁との間に微小間隙を設けて上下方向に進退動作可能に設けられている。さらにプランジャ５３には上部側壁に２つのリング溝３０が上下に離間して刻設されている。またプランジャ５３の進退動作は、プランジャ５３の下方に配設された図示しないトランスファ機構の駆動部材によって行われるようになっており、プランジャ５３への駆動力の伝達は、図示しないが第１の実施形態と同様に、プランジャ５３の下端鍔部と圧縮スプリングを収納するプランジャーボックスの結合部に駆動部材の結合端を結合することによって行われる。
【００３１】
そして、上記のように構成されたものでは、以下のようにして成形が実行されるようになっている。すなわち、先ず樹脂成形金型５１に図示しない半導体チップを搭載したリードフレームをセットし、上型２２と下型５２とを型締めした状態で図示しない樹脂投入口から所定温度にプレヒートした成形樹脂材料３７を、図７に示すようにポット２８内に投入し熔融状態にする。その後、トランスファ機構の駆動部材による進出駆動によってプランジャーボックス内の圧縮スプリングを圧縮させながら、圧縮スプリングの付勢力によりプランジャ５３を進出動作させる。これにより、所定の圧力で熔融した成形樹脂材料３７が所定の圧力でポット２８内から上端開口を通じて押し出される。
【００３２】
ポット２８から押し出された成形樹脂材料３７は、一旦、カル２７内に流れ込みここを充満させてから各ランナー２６に分配され、さらにランナー２６を通りゲート２５からキャビティ２４内に流れ込む。そして、図８に示すように圧縮スプリングを圧縮させたままの所定圧力での保圧状態を所定時間維持し、成形樹脂材料３７を硬化させる。
【００３３】
キャビティ２４内等の成形樹脂材料３７が硬化した後、トランスファ機構の駆動部材による後退駆動によって圧縮スプリングによる付勢を停止して保圧状態を解除する。そして、図９に示すようにプレス機構を作動させて型開きを開始し、下型５２を、例えば約０．３ｍｍ/ｓｅｃの速度で下降動作させる。また型開きの開始と共に上型２２のエジェクターピン３８により成形物の上型２２からの離型を行う。
【００３４】
一方、プランジャ５３も型開きの開始と共にトランスファ機構による後退動作を停止させて、下型５２と共に同じ約０．３ｍｍ/ｓｅｃの速度で下降動作させ、上型２２と下型５２との間隔ｘが、例えば１ｍｍとなるまで、プランジャ５３の上端を成形物のカル部４２の下面に密着させたまま下型５２と共に下降動作を継続させる。この場合に、上型２２と下型５２の間隔寸法ではなく、型開きの継続時間を、例えば４秒に設定して、上型２２と下型５２との間隔が約１ｍｍとなるようにしてもよく、また、上型２２と下型５２との間隔あるいは型開きの継続時間については、成形過程の状況により適宜設定するようにしてもよい。
【００３５】
そして、上型２２と下型５２との間隔が１ｍｍとなった時点で、下型５２の約０．３ｍｍ/ｓｅｃの速度での下降動作は継続させたまま、プランジャ５３のトランスファ機構による、例えば１ｍｍ/ｓｅｃ以下の所定の速度での後退動作を開始させ、図１０に示すようにプランジャ５３の上端を成形物のカル部４２の下面から、例えば上型２２と下型５２の間から成形物が取り出せる程度の最小間隔ｙ_２である１ｍｍとなるまで離す。その後、再びプランジャ２９を、例えば保圧解除位置まで進出動作させておく。
【００３６】
次に、下型５２が所定の下降限度位置にまで下降したら、図１１に示すように下型５２のエジェクターピン３９の進出動作によって樹脂封止パッケージ４０が成形された半導体装置４１を突き上げ、下型５２からの離型を行うと共に、同時にプランジャ５３の進出動作によってカル部４２を突上げる離型のための補助動作を行う。
【００３７】
このような成形樹脂材料３７の投入から成形物である半導体装置４１等の離型までの一連の成形過程が終了したら、樹脂成形装置では、樹脂成形金型５１の上型２２と下型５２を型開きし、プランジャ５３を樹脂投入位置まで引下げて、連続して再び上記と同じ成形の各工程が繰り返し行われる。
【００３８】
以上のように構成することにより、型開きし成形物の離型を行う際、第１の実施形態と同様に、上型２２から半導体装置４１等が所定寸法以上、十分に離れるのを待って、密着していたプランジャ５３の先端をカル部４２の下面から引き離すようにしているので、上型２２に半導体装置４１等の成形物が残るなど、特にカル部４２が上型２２のカル２７に残ったりする成形不良が生じたりする虞がなくなる。また、気泡混入がなくなることで外観不良による成形歩留の低下を招くこともなく、樹脂成形金型５１に成形樹脂が残存してしまうことでの装置トラブルや樹脂成形金型２１の破損等を引き起こすこともなくなる。
【００３９】
さらに、本実施形態では、上型２２と下型５２との間隔を、離型した半導体装置４１等の成形物が取り外せる程度となるように下型５２を後退させればよいので、装置稼動率が向上したものとなる。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、成形物が樹脂成形金型に残るなどして成形不良が生じたりすることもなく、装置トラブルや樹脂成形金型の破損等の虞もなくなり、また装置稼働率が向上する等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における樹脂成形金型の要部の概略を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるキャビティ内に成形樹脂材料を充填した状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における型開き直後における樹脂成形金型要部の概略の縦断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における型開き開始から所定寸法だけプランジャを後退させた状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるプランジャを樹脂投入位置まで後退させた状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における成形物を離型した状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における樹脂成形金型の要部の概略を示す縦断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態におけるキャビティ内に成形樹脂材料を充填した状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における型開き直後における樹脂成形金型要部の概略の縦断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態における型開き開始から所定寸法だけプランジャを後退させた状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態における成形物を離型した状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図である。
【図１２】従来例における樹脂成形金型の要部の概略を示す縦断面図である。
【図１３】従来例におけるキャビティ内に成形樹脂材料を充填した状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図である。
【図１４】従来例における型開き直後における樹脂成形金型要部の概略の縦断面図である。
【図１５】従来例における型開きした状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図である。
【図１６】従来例における成形物を離型した状態を示す樹脂成形金型要部の概略の縦断面図である。
【符号の説明】
２１，５１…樹脂成形金型
２２…上型
２３，５２…下型
２４…キャビティ
２６…ランナー
２７…カル
２９，５３…プランジャ
３７…成形樹脂材料
４１…半導体装置
４２…カル部

Claims

金型を型締めすることによって形成された複数のキャビティ内に、プランジャの進出動作によってカルを介し各ランナーを通じて成形樹脂材料を充填し、所定保圧状態を維持した後、前記保圧状態を解除して前記金型を開き前記プランジャを後退動作させ、型開きした前記金型から成形物を取り出すようにしてなる樹脂成形装置において、前記金型の型開きが前記プランジャと共に型開き開始から所定寸法だけ行われた後、前記プランジャが前記金型の型開き速度以上の所定の速度で後退動作するものであることを特徴とする樹脂成形装置。
プランジャの後退動作が、少なくとも２つの異なる後退速度を持って行われるものであることを特徴とする請求項１記載の樹脂成形装置。
プランジャの後退速度は、後退開始当初の速度がその後の速度よりも遅い所定の速度であることを特徴とする請求項２記載の樹脂成形装置。
プランジャの後退開始当初の速度が、１ｍｍ／ｓｅｃ以下であることを特徴とする請求項３記載の樹脂成形装置。