JP4226023B2 - 樹脂封止金型および樹脂封止方法 - Google Patents

Description

本発明は樹脂封止金型、特に、エアベントを設けない樹脂封止金型および樹脂封止方法に関する。

従来、樹脂封止金型としては、特許文献１の図１で示すように、基板４を型面３に載置する第１の金型１と、キャビティ６を有する第２の金型２とで、前記基板４を挟持するものがある。そして、型閉めした際に生じる基板４の圧痕、クラックの発生や配線の断線等を防止するとともに、バリの発生を防止するため、第２の金型の型面に、前記キャビティ６の周縁に重なる部分を含むように凹部５が設けられている。このため、前記樹脂封止金型では、型閉めされた状態で前記凹部５付近に負荷される圧力が分散し、前記キャビティ６に溶融樹脂を注入，充填しても、溶融樹脂が漏出しない程度に基板４が変形し、樹脂封止される。
特許第３７９０４８８号

しかしながら、前記樹脂封止金型では、キャビティ６内の空気を抜くために、エアベント９を設ける必要があるだけでなく、成形ショットを重ねるうちに、前記エアベント９に樹脂が詰まりやすくなり、樹脂の未充填による欠けを生じた不良品が発生し、歩留まりが低下しやすい。

特に、近年では、大容量，多機能で省スペースのパッケージオンパッケージ（ＰＯＰ）タイプの２層構造の半導体デバイスに対するニーズが高まっている。
すなわち、図７および図８に示すように、前記半導体デバイス５０は、第１基板５１と第２基板５５とからなる。前記第１基板５１は、一般にサブストレートと呼ばれ、その上面中央に第１半導体装置５２を樹脂封止した樹脂製積層構造であり、その上面周辺部にボール半田５３を配置するとともに、その下面周辺部にボール半田５４を配置してある。一方、前記第２基板５５は、その上面中央に第２半導体素子５６および第３半導体素子５７を順次、積み重ねて樹脂封止してある。そして、前記第１基板５１に前記第２基板５５を載置し、前記第１基板５１の上面周辺部に配置した前記ボール半田５３を介して電気接続してある。

前記半導体デバイス５０では、下方側に配置される第１基板５１は下面のみならず、上面の周辺部にもボール半田５３を配置する必要がある。このため、図９ないし図１２に示すように、ＰＯＰタイプの半導体デバイス５０の下方側に配置される第１基板５１を樹脂５９で樹脂封止する場合には、接続不良を防止するため、ボール半田パッド５８を配置する部分を避けてエアベント９を設ける必要がある。この結果、エアベント９がより一層細くなって樹脂５９が詰まりやすくなり、歩留まりが更に低下するという問題点がある。

本発明は、前記問題点に鑑み、エアベントを設ける必要がなく、樹脂の詰まりがなく、歩留まりの良い樹脂封止金型を提供することを課題とする。

本発明にかかる樹脂封止金型は、前記課題を解決すべく、半導体装置を実装した基板を接合面に載置する第１金型と、接合面のうち、前記半導体装置に対応する位置にキャビティを有する第２金型とからなり、前記第１金型と前記第２金型とで前記基板を挟持するとともに、前記キャビティに溶融樹脂を充填，固化して前記半導体装置を樹脂封止する樹脂封止金型であって、前記第１金型の接合面のうち、前記第２金型のキャビティの周辺部の一部と前記基板を間にして重なり合う位置に空気抜き用凹所を設け、前記キャビティ内に溶融樹脂を充填することにより、前記基板のうち、前記空気抜き用凹所に重なり合う部分を前記空気抜き用凹所側に弾性変形させ、エアベントを設けることなく前記キャビティ内の空気を外部に流出させる構成としてある。

本発明によれば、溶融樹脂を注入することにより、基板の一部が空気抜き用凹所側に弾性変形し、キャビティ内の空気を外部に流出させるので、エアベントを設ける必要がないとともに、樹脂の詰まりが無くなり、歩留まりの良い樹脂封止金型が得られる。
また、樹脂封止金型に極細で高精度のエアベントを設ける必要がないので、従来よりも樹脂封止金型のコストダウンが可能となる。

本発明にかかる実施形態としては、第２金型に設けた平面方形のキャビティの隅部が、弾性変形可能な基板を間にして第１金型に設けた複数の空気抜き用凹所にそれぞれ重なり合い、前記キャビティ内に溶融樹脂を充填することにより、前記基板のうち、前記空気抜き用凹所に重なり合う部分が前記空気抜き用凹所側に弾性変形し、前記キャビティ内の空気を外部へ流出させる構成としてもよい。
本実施形態によれば、平面方形のキャビティの隅部から空気が外部により一層円滑に流出することになり、キャビティ内の空気を確実に排出することができる。

本発明にかかる他の実施形態としては、第２金型に設けたキャビティの一部が、弾性変形可能な基板を間にして第１金型に並設した複数の空気抜き用凹所にそれぞれ重なり合い、前記キャビティ内に溶融樹脂を充填することにより、前記基板のうち、前記空気抜き用凹所に重なり合う部分が前記空気抜き用凹所側に弾性変形し、前記キャビティ内の空気を外部へ流出させる構成としてもよい。
本実施形態によれば、複数の空気抜き用凹所を介して基板が弾性変形し、キャビティ内の空気を外部により一層円滑に流出させることができる。

本発明にかかる別の実施形態としては、空気抜き用凹所に、弾性変形可能な基板を吸引する吸引孔を設けておいてもよい。
本実施形態によれば、基板を第１，第２金型で挟持する場合に、吸引孔を介して基板を正確に位置決めでき、寸法精度の高い樹脂封止が可能になる。

本発明にかかる樹脂封止方法は、半導体装置を実装した基板を接合面に載置する第１金型と、接合面のうち、前記半導体装置に対応する位置にキャビティを有する第２金型とで、前記基板を挟持した後、前記キャビティに溶融樹脂を充填，固化して前記半導体装置を樹脂封止する樹脂封止方法であって、
前記第２金型のキャビティの周辺部の一部が、弾性変形可能な基板を間にして前記第１金型に設けた空気抜き用凹所に重なり合い、前記第２金型のキャビティ内に溶融樹脂を充填したときに、前記溶融樹脂が流出せず、かつ、エアベントを設けることなくキャビティ内の空気が外部に流出するように、前記基板の一部が前記空気抜き用凹所側に弾性変形する工程からなるものである。

本発明によれば、溶融樹脂を注入すると、基板の一部が空気抜き用凹所側に弾性変形することにより、キャビティ内の空気を外部に流出させることができるので、エアベントを設ける必要がないとともに、樹脂の詰まりが無くなり、歩留まりの良い樹脂封止方法が得られる。

本発明にかかる実施形態としては、空気抜き用凹所に設けた吸引孔を介して基板を吸引しつつ、樹脂封止してもよい。
本実施形態によれば、基板を第１，第２金型で挟持する場合に、吸引孔を介して基板を正確に位置決めでき、寸法精度の高い樹脂封止が可能になるという効果がある。

本発明にかかる樹脂封止金型を組み込んだ樹脂成形装置の実施形態を図１ないし図６の添付図面に従って説明する。
前記樹脂成形装置は、図１に示すように、４本の支柱１０で相互に連結された下プラテン１１および上プラテン１２の間に、下金型２０、中金型３０および上金型４０を順次、接合一体化できるように配置してある。

前記下プラテン１１は、前記支柱１０に上下動可能に組み付けられ、その上面にスペースブロック１３を介して前記下金型２０が取り付けられている。一方、上下動しないように支柱１０に取り付けられた上プラテン１２は、その上面に中金型３０を駆動させる駆動機構１４を配置してある一方、その下面にスペースブロック１５を介して上金型４０を取り付けてある。さらに、前記上プラテン１２の下面から軸心方向に上下動可能に吊り下げられたサポートピン１６の下端部に中金型３０が吊り下げられている。

前記下金型２０は、図１に示すように、その中央部に設けたポット２１内にプランジャー２２のプランジャーチップ２３が等圧シリンダーブロック２４を介して摺動可能に配置されている。なお、説明の便宜上、図２において図示した一部を省略した部分拡大断面図は面一の断面ではない。

前記下金型２０は、図３に示すように、平滑なクランプ面２５に環状凹所２６が所定のピッチで格子状に配置されているとともに、その中央に吸引孔２７がそれぞれ設けられている。なお、説明の便宜上、後述する弾性変形可能な基板５１は透明に図示されている。

前記中金型３０は、図３に示すように、その下面に所定のピッチで並設したキャビティ３１の周囲に環状のクランプ面３２を形成するとともに、前記クランプ面３２の両側をガス抜き溝３３としてある。さらに、前記中金型３０は、前記キャビティ３１の天井面の中央に縦ランナ３５に連通するゲート３４をそれぞれ設けてある。

特に、図４および図５に示すように、下金型２０に中金型３０を接合して型閉めすると、基板５１を間にしてキャビティ３１の隅部と環状凹所２６とが部分的に重なり合う。このため、後述するように樹脂封止の際に基板５１が僅かに弾性変形することより（図６Ｂ）、キャビティ３１内の空気はガス抜き溝３３に流出するが、樹脂は漏出せず、バリは発生しない。なお、前記凹所２６の深さ寸法は０．０１〜０．０５ｍｍとすることが好ましく、樹脂注入圧力は７０〜１２０ｋｇｆ／ｃｍ^２とすることが好ましい。

上金型４０は、図２に示すように、その下面に前記下金型２０のポット２１および縦ランナ３５に連通するランナ４１を形成してある。さらに、前記上金型４０には、コイルバネ４３のバネ力で付勢されたエジェクタプレート４４を介し、ランナロックピン４２が出し入れ可能に挿通されている。また、図示しないリターンピンの上端鍔部がエジェクタプレート４４内に固定されているとともに、その下端部が中金型３０の接合面に圧接することにより、前記リターンピンが前記エジェクタプレート４４を支持している。

次に、図１，図２に基づいて前記樹脂封止装置の封止方法について説明する。
まず、下金型２０の所定の位置に半導体装置５２を実装した基板５１を位置決めするとともに、ポット２１内にタブレット（図示せず）を収納する。そして、図示しない駆動機構を駆動して下プラテン１１を支柱１０に沿って上昇させ、下金型２０と中金型３０とを接合して前記基板５１を挟持する。さらに、前記駆動機構を駆動して下金型２０と中金型３０とを同時に上昇させ、中金型３０と上金型４０とを接合一体化することにより、ランナ４１を形成するとともに、型閉めを行う（図２）。

そして、等圧シリンダーブロック２４を介してプランジャー２２を押し上げ、プランジャーチップ２３でポット２１内のタブレットを加熱，加圧して溶融させ、ランナ４１、縦ランナ３５およびゲート３４を介してキャビティ３１内に溶融した樹脂５９を充填することにより、半導体装置５２を樹脂封止する。

特に、キャビティ３１内に溶融した樹脂５９が充填される場合に、キャビティ３１の周辺縁部に樹脂５９が接近し（図６Ａ）、キャビティ３１内の空気が押圧されると、環状のクランプ面３２の直下に位置する基板５１の一部が弾性変形することにより（図６Ｂ）、空気がガス抜き溝３３に流出するが、樹脂５９は漏れない（図６Ｃ）。このため、欠けやバリの発生がない樹脂封止成形品が得られる。

ついで、図示しない駆動機構を駆動し、支柱１０に沿って下金型２０および中金型３０を同時に下降させることにより、縦ランナ３５内で固化した樹脂とキャビティ３１内で固化した樹脂とを切断するゲートブレークを行う。そして、中金型３０は停止したままの状態で、下金型２０は更に下降し続けて中金型３０から離れる。この時、図示しないエジェクタピンが押し下げられ、樹脂封止成形品がキャビティ３１から押し出される。このため、中金型３０から樹脂封止成形品が離型し、下金型２０の表面に樹脂封止成形品が押圧される。

続いて、下金型２０および中金型３０が更に下降動作を行うことで、コイルバネ４３のバネ力で付勢されているエジェクタプレート４４が押し下げられ、ランナロックピン４２を押し下げられる。このため、上金型４０のランナ４１内で固化した樹脂がランナロックピン４２に保持されたままの状態でランナ４１および縦ランナ３５から突出する。その後、ランナ４１と縦ランナ３５内で固化した樹脂および樹脂封止成形品を取り出し、クリーニング作業を行う。そして、前記下金型２０の所定の位置に半導体装置５２を実装した他の基板５１を位置決めするとともに、ポット２１内にタブレットを収納することにより、前述と同様な樹脂封止作業を行う。

他の実施形態としては、下金型にキャビティ、ガス抜き溝を設ける一方、中金型に凹所および吸引孔を設けてもよい。
また、ピンポイントゲートを有する樹脂封止金型に限らず、サイドゲートを有する樹脂封止金型に適用してもよい。

本発明にかかる樹脂封止金型は、前述したパッケージオンパッケージに用いる樹脂製基板に適用する場合に限らず、他のＢＧＡ用樹脂製基板、あるいは、金属製リードフレームに適用してもよいことは勿論である。

本発明にかかる樹脂封止金型の実施形態を組み込んだ樹脂封止装置の正面図である。 図１で示した樹脂封止装置の部分拡大断面図である。 図１で示した中金型および下金型の部分斜視図である。 中金型および下金型の接合状態を示す部分平面図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 図６Ａ，６Ｂ，６Ｃは樹脂封止過程を示す部分断面図である。 従来例にかかる樹脂封止された半導体デバイスの縦断面図である。 図７に示した樹脂封止された半導体デバイスの下半分の平面図である。 従来例にかかる半導体デバイスの樹脂封止方法を説明するための断面図である。 図９に示した樹脂封止方法を説明するためのＣ−Ｃ線断面図である。 図１０に続く断面図である。 図１１に続く断面図である。

符号の説明

２０：下金型
２１：ポット
２２：プランジャー
２３：プランジャーチップ
２５：クランプ面
２６：環状凹所
２７：吸引孔
３０：中金型
３１：キャビティ
３２：環状クランプ面
３３：ガス抜き溝
３４：ゲート
３５：縦ランナ
４０：上金型
４１：ランナ
４２：ランナロックピン
４３：コイルバネ
４４：エジェクタプレート
５０：半導体デバイス
５１：第１基板
５２：第１半導体装置
５３，５４：ボール半田
５８：ボール半田パッド
５９：樹脂

Claims (6)

1. 半導体装置を実装した基板を接合面に載置する第１金型と、接合面のうち、前記半導体装置に対応する位置にキャビティを有する第２金型とからなり、前記第１金型と前記第２金型とで前記基板を挟持するとともに、前記キャビティに溶融樹脂を充填，固化して前記半導体装置を樹脂封止する樹脂封止金型であって、
   前記第１金型の接合面のうち、前記第２金型のキャビティの周辺部の一部と前記基板を間にして重なり合う位置に空気抜き用凹所を設け、前記キャビティ内に溶融樹脂を充填することにより、前記基板のうち、前記空気抜き用凹所に重なり合う部分を前記空気抜き用凹所側に弾性変形させ、エアベントを設けることなく前記キャビティ内の空気を外部に流出させることを特徴とする樹脂封止金型。
2. 第２金型に設けた平面方形のキャビティの隅部が、弾性変形可能な基板を間にして第１金型に設けた複数の空気抜き用凹所にそれぞれ重なり合い、前記キャビティ内に溶融樹脂を充填することにより、前記基板のうち、前記空気抜き用凹所に重なり合う部分が前記空気抜き用凹所側に弾性変形し、前記キャビティ内の空気を外部へ流出させることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止金型。
3. 第２金型に設けたキャビティの一部が、弾性変形可能な基板を間にして第１金型に並設した複数の空気抜き用凹所にそれぞれ重なり合い、前記キャビティ内に溶融樹脂を充填することにより、前記基板のうち、前記空気抜き用凹所に重なり合う部分が前記空気抜き用凹所側に弾性変形し、前記キャビティ内の空気を外部へ流出させることを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂封止金型。
4. 空気抜き用凹所に、弾性変形可能な基板を吸引する吸引孔を設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の樹脂封止金型。
5. 半導体装置を実装した基板を接合面に載置する第１金型と、接合面のうち、前記半導体装置に対応する位置にキャビティを有する第２金型とで、前記基板を挟持した後、前記キャビティに溶融樹脂を充填，固化して前記半導体装置を樹脂封止する樹脂封止方法であって、
   前記第２金型のキャビティの周辺部の一部が、弾性変形可能な基板を間にして前記第１金型に設けた空気抜き用凹所に重なり合い、前記第２金型のキャビティ内に溶融樹脂を充填したときに、前記溶融樹脂が流出せず、かつ、エアベントを設けることなくキャビティ内の空気が外部に流出するように、前記基板の一部が前記空気抜き用凹所側に弾性変形することを特徴とする樹脂封止方法。
6. 空気抜き用凹所に設けた吸引孔を介して基板を吸引しつつ、樹脂封止することを特徴とする請求項５に記載の樹脂封止方法。

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