JP4052953B2

JP4052953B2 - 半導体装置の樹脂封止装置およびその樹脂封止方法

Info

Publication number: JP4052953B2
Application number: JP2003021083A
Authority: JP
Inventors: 信英森本; 昌弘小池
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2023-01-29
Also published as: JP2004235356A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の樹脂封止装置およびその樹脂封止方法に関し、特に、半導体素子が樹脂封止される半導体装置の多品種少量生産に適合する半導体装置の樹脂封止装置およびその樹脂封止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の樹脂封止装置では、上型と下型とで被モ−ルド品をクランプしポットからキャビティに樹脂を圧送して樹脂成形する。また、一個の被モ−ルド品に対しポットからランナを経由して樹脂を注入することは、樹脂の使用効率を悪くする。そこで、複数のキャビティをポット中心に周辺に配置し、ポットから樹脂を各キャビティに流し込むランナを設けていた。しかしながら、複雑な機構になり金型が大型化し、品種の切換えのための金型の交換するのに多数の工数を費やした。一方、半導体装置は近年多品種少量生産に伴って金型の切換えが頻繁になるという問題があった。
【０００３】
かかる問題を解消するために、上型と下型の中間に交換し得る中間型を配置し、型開閉方向に中間型を貫通する樹脂路を形成することによりキャビティに樹脂路を直接接続させ、樹脂封止している。この樹脂封止装置は、キャビティが形成された中間型のみを交換することにより種々の半導体装置の樹脂封止に適用できることを特徴としていた。特に、この種の金型においては、被成形品の取付けおよび成形品の取り出し、ならびにスプル等の不要樹脂の排出などの問題を解消する目的としてなされた。
【０００４】
図７は従来の樹脂封止装置の金型の一例を示す断面図である。この樹脂封止装置の金型は、図７に示すように、プレス装置のプラテンに取り付けられる上型ベ−ス５０に支持された上型３０と、プレス装置のプラテンに固定する下型ベ−ス５２に保持される下型３２と、上型３０と下型３２との間に配置される中間型３４とを備えている。また、中間型３４の位置は、ポット３６から中間型３４を介してキャビティ４２に樹脂をプランジャにより充填する被成形品を樹脂封止位置と、上型３０および下型３２の側方位置で上型３０および下型３２と干渉しない位置との間で進退動自在に設けられている。
【０００５】
そして、中間型３４の退避位置で被成形品のセットおよび取り出しができ、また、樹脂注入後の中間型３４に残るスプル（不要樹脂）の除去もできる。そして、被成型品の中間型３４への載置から樹脂封止およびスプルの除去などの一連の動作の自動化が容易に図れる。（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３３８９３９号公報（第３頁−５頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の半導体装置の樹脂封止装置の金型では、中間型を上下の金型で挟む構造であるので、金型が大きくなるという欠点がある。また、キャビティに樹脂を圧送するプランジャが下型３２内に備えられているため、中間型３４を交換するには工数や調整が必要になる。このプランジャを動作させる機構が必要となり金型の構造が複雑になる。特に、ゲ−ト口に付着するスプルを除去するのにスプル回転治具を用いたり益々構造が複雑となり金型の初期コストが増大するという問題がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は、構成する金型部品の単純化および一体化を図り品種切換時の金型の交換がより早く小型の半導体装置の樹脂封止装置およびその樹脂封止方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、半導体チップを基板に載置しワイヤリングされてなる半導体装置を前記基板と接触させ前記半導体装置を載置する下型と、前記半導体装置に対向する面に窪みであるキャビティが形成されるとともに該キャビティの中央に細孔であるゲ−トを有しかつ前記キャビティの周縁部で前記半導体装置の基板と当接し前記基板を固定する中型と、この中型の上面に前記ゲ−トを塞ぐように載置される樹脂タブレットの周囲を囲むように配置され前記中型の上面に当接する複数のクランパと、これらのクランパに周囲を囲まれ下方に案内され移動し前記樹脂タブレットを押圧するプランジャと、前記クランパに取付けられ前記プランジャに押圧力を与える押圧手段と、前記プランジャへの前記押圧力を検出するロ−ドセルと、前記プランジャおよび複数の前記クランパを前記プランジャの周囲に垂下させ取り付ける上型とを備える半導体装置の樹脂封止装置である。
【００１０】
本発明の第２の特徴は、一基板から突出するボ−ル電極を有する半導体装置を基板と接触させ前記半導体装置を載置する下型と、前記半導体装置に対向する面に窪みであるキャビティが形成されるとともに該キャビティの隅部に細孔であるゲ−トを有しかつ前記キャビティの周縁部で前記半導体装置の基板と当接し前記基板を固定する中型と、この中型の上面に前記ゲ−トを塞ぐように載置される樹脂タブレットの周囲を囲むように配置され前記中型の上面に当接する複数のクランパと、これらのクランパに周囲を囲まれ下方に案内され移動し前記樹脂タブレットを押圧するプランジャと、前記クランパに取付けられ前記プランジャに押圧力を与える押圧手段と、前記プランジャへの前記押圧力を検出するロ−ドセルと、前記プランジャおよび複数の前記クランパを前記プランジャの周囲に垂下させ取り付ける上型とを備える半導体装置の樹脂封止装置である。
【００１１】
また、第１の特徴および第２の特徴である前記半導体装置の樹脂封止装置において、前記中型が前記下型に着脱する手段を備えることが望ましい。さらに、前記プランジャの先端面に溶融される前記樹脂タブレットの樹脂が入り込む逆テ−パ周縁部をもつ凹みを有することが望ましい。一方、前記中型のキャビティに前記樹脂タブレットの溶融樹脂が注入され成形される樹脂外郭体を前記キャビティから除去するノックアウト機構を備えることが望ましい。そして、前記ロ−ドセルは、圧電素子を備えることが望ましい。さらに、前記押圧手段は、複数の皿ばねで構成されていることが望ましい。
【００１２】
本発明の第３の特徴は、半導体チップを基板に載置しワイヤリングされてなる半導体装置を前記基板と接触させ前記半導体装置を載置する下型と、前記半導体装置に対向する面に窪みであるキャビティが形成されるとともに該キャビティの中央に細孔であるゲ−トを有しかつ前記キャビティの周縁部で前記半導体装置の基板と当接し前記基板を固定する中型と、この中型の上面に前記ゲ−トを塞ぐように載置される樹脂タブレットの周囲を囲むように配置され前記中型の上面に当接する複数のクランパと、これらのクランパに周囲を囲まれ下方に案内され移動し前記樹脂タブレットを押圧するプランジャと、前記クランパに取付けられ前記プランジャに押圧力を与える押圧手段と、前記プランジャへの前記押圧力を検出するロ−ドセルと、前記プランジャおよび複数の前記クランパを前記プランジャの周囲に垂下させ取り付ける上型とを備える半導体装置の樹脂封止装置において、前記樹脂タブレットを溶融させるとともに前記プランジャにより溶融された樹脂タブレットを押しつぶし、前記溶融樹脂を前記ゲ−トから前記キャビティに注入する半導体装置の樹脂封止方法である。
【００１３】
本発明の第４の特徴は、一基板にボ−ル電極を接して取付けられる半導体装置の前記一基板と接触させ前記半導体装置を載置する下型と、前記半導体装置に対向する面に窪みであるキャビティが形成されるとともに該キャビティの隅部に細孔であるゲ−トを有しかつ前記キャビティの周縁部で前記半導体装置の基板と当接し前記基板を固定する中型と、この中型の上面に前記ゲ−トを塞ぐように載置される樹脂タブレットの周囲を囲むように配置され前記中型の上面に当接する複数のクランパと、これらのクランパに周囲を囲まれ下方に案内され移動し前記樹脂タブレットを押圧するプランジャと、前記クランパに取付けられ前記プランジャに押圧力を与える押圧手段と、前記プランジャへの前記押圧力を検出するロ−ドセルと、前記プランジャおよび複数の前記クランパを前記プランジャの周囲に垂下させ取り付ける上型とを備える半導体装置の樹脂封止装置において、前記樹脂タブレットを溶融させるとともに前記プランジャにより溶融された樹脂タブレットを押しつぶし、前記溶融樹脂を前記ゲ−トから前記キャビティに注入するとともに前記ボ−ル電極と前記基板との隙間を真空排気し該隙間に前記溶融樹脂を充填する半導体装置の樹脂封止方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施の形態における半導体装置の樹脂封止装置を示す断面図である。この半導体装置の樹脂封止装置は、図１に示すように、チップ２２を基板２１に載置しワイヤ２３で配線されてなる被成形品２４を載置する下型２と、被成形品２４に対向する面に窪みであるキャビティ７が形成されるとともにキャビティ７の中心に細孔であるゲ−ト８を有しかつキャビティ７の周縁部で被成形品２４の基板２１と当接し基板２１を固定する中型１と、この中型１に載置される樹脂タブレット２５の周囲を囲むように配置され中型１の上面に当接する複数のクランパ４と、このクランパ４に案内され移動し樹脂タブレット２５を押圧するプランジャ５と、このクランパ４に取付けられプランジャ５に押圧力を与えるばね押圧機構６と、プランジャ５の押圧力を検出するロ−ドセル１０と、プランジャ５、ロ−ドセル１０およびクランパ４とばね押圧機構６を垂下させ取り付ける上型３とを備えている。
【００１６】
また、この樹脂封止装置の下型２および上型３は、油圧駆動のプレス装置の下型ベ−ス５２と上型ベ−スにそれぞれ取り付けられている。さらに、プランジャ５の先端面に溶融される樹脂タブレット２５の樹脂が入り込む逆テ−パの周縁部５ｂをもつ凹み５ａを有することが後述する樹脂除去するのに有効的である。一方、中型１のキャビティ７に樹脂タブレット２５の溶融樹脂２５ｃが注入され成形される樹脂外郭体をキャビティ７から除去するノックアウト機構９を備えることが望ましい。
【００１７】
図２は図１の樹脂封止装置の型締め状態を示す断面図である。次に、図１と図２を参照して半導体装置の樹脂封止方法を説明する。まず、図１に示すように、被成形品２４を基板２１を下型２に載置する。そして、被成形品２４を被せるようにキャビティ７内に収納し中型１を設置する。この中型１の位置決めは、図示していない下型２から突出する位置決めピンによって行われる。また、中型１を交換する際も、下型２に載置された中型１を位置決めピンをリフトピンとして使用し、中型１を下型２より浮かせロボットのフォ−クを差込み下型３より中型１を外す。また別の中型１を下型３から突出するリフトピンに中型１の位置決め孔に差込み、フォ−クを下降させ、下型２に中型１を設置する。
【００１８】
そして、樹脂タブレット２５を中型１の上面に載せる。また、下型２はヒ−タ１５により常時加熱されている。さらに、プランジャ５はヒ−タ１４により同様に加熱されている。次に、図２に示すように、上型３が下降し、上型３の下降に伴ってばね押圧機構６が縮みクランパ４が中型１を固定するとともにばね押圧機構６により押圧力を与えられたプランジャ５が樹脂タブレット２５と当接し、樹脂タブレット２５を熱と圧力によって溶融し始める。このとき、クランパ４は回転しないように、ガイドバ−１１のすべりキ−とガイド孔１２のキ−溝とははめあっている。さらに、ガイド孔１２の一端にはガス逃げ穴１３が形成されている。
【００１９】
一方、プランジャ５により溶融された樹脂タブレット２５の樹脂２５ｃは、クランパ４に密閉され樹脂は中型１のゲ−ト８に注入され、キャビティ７に充填される。クランパ４はばね押圧機構６によって常に一定の圧力が与えられる。なお、このばね押圧機構６は、複数の皿ばねで構成される。この皿ばねは小型で通常のコイルスプリングに比べ遙かに大きい押圧力が得られる。例えば、最大圧縮時、数トンの押圧力が得られる。一方、ロ−ドセル１０は、複数の圧電素子を積み重ねて構成されるスタック型圧電素子である。そして、数グラムから数トンまでの広い範囲の圧力を精密に検出することができる。
【００２０】
油圧駆動による下降およびばね押圧機構６によるプランジャ５の押圧力が所定の圧力に達すると、ロ−ドセル１０の圧力信号が油圧力設定回路に作用し、プランジャ５の下降は停止し、プランジャ５の押圧力は一定に維持される。この一定の圧力により溶融樹脂２５ｃがキャビティ７内に行き渡り、ヒ−タ１４および１５の加熱によりキャビティ７に充満された樹脂は、架橋が始まり硬化される。
【００２１】
樹脂が完全に硬化したか否かを確認するために、さらに上型３を下降させると、プランジャ５の先端面が中型１の上面に残留した樹脂に当接すると、ロ−ドセル１０の圧力値が急激に上昇し、その圧力信号により中型１の上面の樹脂が硬化したとして油圧設定回路の油圧供給回路が断となり、上型３の下降が停止する。
【００２２】
図３（ａ）および（ｂ）ならびに図４（ａ）〜（ｃ）は樹脂封止装置から被成形品を取り出す状態を説明するための模式断面図である。ロ−ドセル１０の検知信号により樹脂封止完了を認識し、上型３を矢印の方向に上昇させると、プランジャ５の凹み５ａ内の樹脂は周縁部５ｂの逆テ−パに係止され、図３（ａ）に示すように、上型３の上昇に伴って中型１のキャビティ７で成形された樹脂外郭体２４ａとプランジャ５の凹みの樹脂との接続部であるゲ−ト８の樹脂が破断される。
【００２３】
次に、ロ−ドセル１０に交流電圧を印加させプラジャ５を振動させる。プランジャ５の振動により凹み５ａの樹脂は剥離され、図３（ｂ）に示すように、樹脂片２４ｂとして脱落する。次に、図４（ａ）に示すように、再び、上型３を下降させプランジャ５と中型１の上面と接触させる。そして、ノックアウト機構９のピン９ａをゲ−ト８内に突出させ、樹脂外郭体２４ａをキャビティ７から離脱させる。また、樹脂外郭体２４ａが大型である場合は、図４（ｂ）に示すように、樹脂外郭体２４ａの周辺部を複数のピン９ｂを突出させ離脱させることが望ましい。
【００２４】
次に、再び上型３を上昇させ、図４（ｃ）に示すように、下型２からリフトピン１６を上昇させ中型１のキャビティ７から樹脂外郭体２４ａを離脱させる。なお、このリフトピン１６は、前述した中型１の位置決め用のピンを利用しても良い。離脱された樹脂外郭体２４ａは、図示していないアンロ−ダで拾い次工程に搬出される。ここで、この中型１で、そのまま、樹脂封止する場合、前述の動作を繰り返して行う。
【００２５】
図５および図６は本発明の他の実施の形態における半導体装置の樹脂封止装置の断面図である。前述の実施の形態では、被成形品は、基板にチップが搭載された半導体装置の樹脂封止に適用したが、基板と一基板のボ−ル電極をフェ−スダウンで取付ける構造の半導体装置の樹脂封止に適用するには無理がある。
【００２６】
この半導体装置を樹脂封止する場合、中型１ａのキャビティの周辺部にゲ−ト８ａを設け、キャビティの周辺部から樹脂を注入し、ボ−ル電極２３ａと基板２１との隙間あるいはボ−ル電極２３ａ間の隙間に樹脂が充填されるように、キャビティと連通する下型３の排気穴１８から真空排気する。
【００２７】
なお、プランジャ５、ロ−ドセル１０、クランパ４およびばね押圧機構６とが上型３に一体化されていることは、前述の実施の形態と同じ構造であるので、一体化された上型と独立して、中型１ａが配置されるので、前述の実施の形態と同じように中型１ａを容易に交換できる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、構造を簡単に小型化するために、樹脂圧入プランジャ、プランジャを案内する機構、プランジャに押圧力を与える押圧手段および圧力検出機構を上型と一体化し、キャビティおよび樹脂を注入口をもつ中型を独立して下型に取付ける構造にすることによって、品種切換時の金型の交換がより早く、装置も小型化するとことができ、交換費用の低減、設備コストの低減が図れるといういう効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における半導体装置の樹脂封止装置を示す断面図である。
【図２】図１の樹脂封止装置の型締め状態を示す断面図である。
【図３】樹脂封止装置から被成形品を取り出す状態を説明するための模式断面図である。
【図４】樹脂封止装置から被成形品を取り出す状態を説明するための模式断面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態における半導体装置の樹脂封止装置の型開き時の断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態における半導体装置の樹脂封止装置の型締め時の断面図である。
【図７】従来の樹脂封止装置の金型の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１,１ａ中型
２下型
３上型
４クランパ
５プランジャ
６ばね押圧機構
７,７ａキャビティ
８,８ａゲ−ト
９ノックアウト機構
１０ロ−ドセル
１１ガイドバ−半導体基板
１２ガイド孔
１４,１５ヒ−タ
１６リフトピン

Claims

半導体チップを基板に載置しワイヤリングされてなる半導体装置を前記基板と接触させ前記半導体装置を載置する下型と、前記半導体装置に対向する面に窪みであるキャビティが形成されるとともに該キャビティの中央に細孔であるゲ−トを有しかつ前記キャビティの周縁部で前記半導体装置の基板と当接し前記基板を固定する中型と、この中型の上面に前記ゲ−トを塞ぐように載置される樹脂タブレットの周囲を囲むように配置され前記中型の上面に当接する複数のクランパと、これらのクランパに周囲を囲まれ下方に案内され移動し前記樹脂タブレットを押圧するプランジャと、前記クランパに取付けられ前記プランジャに押圧力を与える押圧手段と、前記プランジャへの前記押圧力を検出するロ−ドセルと、前記プランジャおよび複数の前記クランパを前記プランジャの周囲に垂下させ取り付ける上型とを備えることを特徴とする半導体装置の樹脂封止装置。
一基板から突出するボ−ル電極を有する半導体装置を一基板と接触させ前記半導体装置を載置する下型と、前記半導体装置に対向する面に窪みであるキャビティが形成されるとともに該キャビティの隅部に細孔であるゲ−トを有しかつ前記キャビティの周縁部で前記半導体装置の基板と当接し前記基板を固定する中型と、この中型の上面に前記ゲ−トを塞ぐように載置される樹脂タブレットの周囲を囲むように配置され前記中型の上面に当接する複数のクランパと、これらのクランパに周囲を囲まれ下方に案内され移動し前記樹脂タブレットを押圧するプランジャと、前記クランパに取付けられ前記プランジャに押圧力を与える押圧手段と、前記プランジャへの前記押圧力を検出するロ−ドセルと、前記プランジャおよび複数の前記クランパを前記プランジャの周囲に垂下させ取り付ける上型とを備えることを特徴とする半導体装置の樹脂封止装置。
前記中型が前記下型に着脱する手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体装置の樹脂封止装置。
前記プランジャの先端面に溶融される前記樹脂タブレットの樹脂が入り込む逆テ−パ周縁部をもつ凹みを有することを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の半導体装置の樹脂封止装置。
前記中型のキャビティに前記樹脂タブレットの溶融樹脂が注入され成形される樹脂外郭体を前記キャビティから除去するノックアウト機構を備えることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３または請求項４記載の半導体装置の樹脂封止装置。
前記ロ−ドセルは、圧電素子を備えることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５記載の半導体装置の樹脂封止装置。
前記押圧手段は、複数の皿ばねで構成されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５または請求項６記載の半導体装置の樹脂封止装置。
半導体チップを基板に載置しワイヤリングされてなる半導体装置を前記基板と接触させ前記半導体装置を載置する下型と、前記半導体装置に対向する面に窪みであるキャビティが形成されるとともに該キャビティの中央に細孔であるゲ−トを有しかつ前記キャビティの周縁部で前記半導体装置の基板と当接し前記基板を固定する中型と、この中型の上面に前記ゲ−トを塞ぐように載置される樹脂タブレットの周囲を囲むように配置され前記中型の上面に当接する複数のクランパと、これらのクランパに周囲を囲まれ下方に案内され移動し前記樹脂タブレットを押圧するプランジャと、前記クランパに取付けられ前記プランジャに押圧力を与える押圧手段と、前記プランジャへの前記押圧力を検出するロ−ドセルと、前記プランジャおよび複数の前記クランパを前記プランジャの周囲に垂下させ取り付ける上型とを備える半導体装置の樹脂封止装置において、前記樹脂タブレットを溶融させるとともに前記プランジャにより溶融された樹脂タブレットを押しつぶし、前記溶融樹脂を前記ゲ−トから前記キャビティに注入することを特徴とする半導体装置の樹脂封止方法。
一基板にボ−ル電極を接して取付けられる半導体装置の前記一基板と接触させ前記半導体装置を載置する下型と、前記半導体装置に対向する面に窪みであるキャビティが形成されるとともに該キャビティの隅部に細孔であるゲ−トを有しかつ前記キャビティの周縁部で前記半導体装置の基板と当接し前記基板を固定する中型と、この中型の上面に前記ゲ−トを塞ぐように載置される樹脂タブレットの周囲を囲むように配置され前記中型の上面に当接する複数のクランパと、これらのクランパに周囲を囲まれ下方に案内され移動し前記樹脂タブレットを押圧するプランジャと、前記クランパに取付けられ前記プランジャに押圧力を与える押圧手段と、前記プランジャへの前記押圧力を検出するロ−ドセルと、前記プランジャおよび複数の前記クランパを前記プランジャの周囲に垂下させ取り付ける上型とを備える半導体装置の樹脂封止装置において、前記樹脂タブレットを溶融させるとともに前記プランジャにより溶融された樹脂タブレットを押しつぶし、前記溶融樹脂を前記ゲ−トから前記キャビティに注入するとともに前記ボ−ル電極と前記基板との隙間を真空排気し該隙間に前記溶融樹脂を充填することを特徴とする半導体装置の樹脂封止方法。