JP4849953B2

JP4849953B2 - 樹脂成形金型

Info

Publication number: JP4849953B2
Application number: JP2006130913A
Authority: JP
Inventors: 雄一田村; 栄二渡辺; 幸史西尾
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2026-05-10
Also published as: JP2007301777A

Description

本発明は樹脂成形金型に関し、半導体装置に使用するリードフレームに樹脂パッケージをインサート成形する技術に係るものである。

従来、半導体素子を内包した半導体装置、例えばダイオード、トランジスタ、集積回路、発光ダイオードなどは、金属板材からなるリードフレームに半導体素子を搭載し、樹脂成形金型による樹脂成形によって半導体素子を樹脂封止している。樹脂成形金型による樹脂成形は複数の半導体素子を搭載したリードフレームの全体に対して、または一部に対して行なっている。

詳細に述べると、樹脂成形工程では、まず複数のリード部が形成されたリードフレームを樹脂成形金型の下型上に載置した後、下型に上型を重ねて型締めする。次いで熱可塑性、もしくは熱硬化性の合成樹脂を注入し、金型内に樹脂を充填させた後に型を開いてリードフレームを取り出している。

従来の樹脂成形金型には、樹脂成形金型に挿入したリードフレームが、樹脂注入時の樹脂注入圧力を受けて定位置からずれ動くことを阻止し、樹脂バリが発生することを防止するものがある。これには例えば特許文献１に記載するものがある。

図５〜図７は特許文献１に記載された従来の樹脂成形金型を示すものである。図５〜図７において、樹脂成形金型はリードフレーム４０に樹脂成形を施す下型４４および上型４８からなる。下型４４および上型４８はそれぞれキャビティブロック４１を挟んでその両側にコネクタブロック４２、タイバーブロック４３を組合せたブロックビルド式のものである。

下型４４のタイバーブロックは固定ブロック４５とその外側に配した可動式のフレーム押えブロック４６とに分割しており、フレーム押えブロック４６はリードフレーム４０の外周端面に当てがうものである。

また、フレーム押えブロック４６には当該ブロックを後退位置に付勢する復帰ばね４７、および上型４８のタイバーブロック４３に設けたカム部４３ａに当接して従動するカム部４６ａを設けている。

この構成による樹脂成形方法では、図５に示すように、まず樹脂成形金型を開いて、下型４４にリードフレーム４０をセットする。このリードフレーム４０をセットする際に、フレーム押さえブロック４６は復帰ばね４７に付勢されて後退位置に退避しているので、図７（ａ）に示すように、その位置決めに多少のズレがあってもリードフレーム４０とタイバーブロック４３との干渉、および図中に破線囲みＣとして示すようにリードフレーム４０とキャビティブロック４１との干渉を回避できる。

次に、下型４４および上型４８を型締めすると、下型４４のタイバーブロック４３のフレーム押さえブロック４６に形成したカム部４６ａに、上型４８のタイバーブロック４３に形成したカム部４３ａとが当接する。

このカム部４６ａとカム部４３ａの当接により、図７（ｂ）に示すように、フレーム押さえブロック４６を復帰ばね４７に抗して固定ブロック４５の側へ向けて押し出し、フレーム押えブロック４６がリードフレーム４０を押し出す。

そして、リードフレーム４０の所定部位がキャビティブロック４１の溝５０に対応するように、フレーム押えブロック４６によりリードフレーム４０を所定位置に保持し、リードフレーム４０が樹脂注入圧力でずれ動くことを防止する。

次に、この状態で溶融樹脂をキャビティブロック４１に注入し、リードフレーム４０の半導体素子を樹脂封止して樹脂パッケージを形成する。
他の先行技術としては特許文献２に記載するものがある。
特開２００４−１０３８２３号公報特開平９−７６３００号公報

しかしながら、上記の従来の構成において、リードフレーム４０を下型４４の上に載置し、カム機構を備えたタイバーブロック４３でリードフレーム４０の位置精度を確保しようとしても、キャビティブロック４１とリードフレーム４０のリード部４０ａ（完成した半導体装置のリード）との相対的な位置合わせがパイロット孔５１を基準に行なわれるので、リード部４０ａをキャビティ４１の溝部５０に対して正確に挿入セットすること自体が非常に困難である。

さらに、リード部４０ａと、キャビティ４１の一側壁をなすコネクタブロック４２に形成したキャビティ溝部４２ａは、リード幅と溝幅とのギャップを極力無くした状態に、それぞれ形成・加工しているので、キャビティ溝部４２ａへリード部４０ａを挿入してセットすると、リード部４０ａとキャビティ溝部４２ａが擦れ合い、圧痕や擦れ傷が発生し、そこから樹脂バリが発生するという課題を有していた。

また、キャビティ溝部４２ａへリード部４０ａを挿入してセットし、カム機構を備えたタイバーブロック４３でリードフレーム４０の位置精度を確保する際にも、フレーム押えブロック４６による押圧力に対して使用可能なリードフレーム４０の厚みに制限が生じるので、薄型のリードフレーム、または、小型半導体装置用リードフレームに関してはリードフレーム自体に変形が生じる恐れがある。さらに、カム機構を備えた複数のブロックで形成された樹脂成形金型はメンテナンス性が非常に煩雑になるという課題を有していた。

本発明は、従来の課題を解決するものであり、リードフレームと樹脂成形金型との擦れ合いに起因する圧痕や擦れ傷が発生せず、圧痕や擦れ傷を原因として半導体装置に樹脂バリが発生することのない樹脂成形金型を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の樹脂成形金型は、下型の上にリードフレームを配置し、前記下型に上型を型締めして前記リードフレームに樹脂成形する樹脂成形金型において、前記下型が前記リードフレームに形成した製品用リード部を受容保持する製品用リード保持部と、前記リードフレームに形成した位置決め用リード部を前記下型の所定位置に受容保持する位置決め用リード保持部を有し、前記製品用リード保持部および前記位置決め用リード保持部がそれぞれリード部を受容する溝部と、前記溝部の両側に配置する突起部を有し、前記位置決め用リード保持部の突起部を前記製品用リード保持部の突起部より高く設定したことを特徴とする。

また、前記製品用リード保持部および前記位置決め用リード保持部がそれぞれリード部を相対向するガイド面間のリード受け面に受容保持し、前記位置決め用リード保持部においてガイド面と前記位置決め用リードの間に位置決め用ギャップを設け、前記製品用リード保持部においてガイド面と前記製品用リードの間に干渉防止用ギャップを設け、前記位置決め用ギャップを前記干渉防止用ギャップよりも狭く設定したことを特徴とする。

また、前記製品用リード保持部および前記位置決め用リード保持部がそれぞれリード部を相対向するガイド面間のリード受け面に受容保持し、前記位置決め用リード保持部におけるリード受け面幅と前記位置決め用リードのリード幅との差値を、前記製品用リード保持部におけるリード受け面幅と前記製品用リードのリード幅との差値よりも小さく設定したことを特徴とする。

また、前記位置決め用リード部保持部においてガイド面とリード受け面とのなす角度を、前記製品用リード保持部においてガイド面とリード受け面とのなす角度よりも狭い角度に設定したことを特徴とする。

以上のように、本発明の樹脂成形金型によれば、樹脂成形工程において、リードフレームを下型の上に載置するのに際し、位置決め用リード保持部が位置決め用リード部を下型の所定位置に受容保持することで、製品用リード部を受容保持する製品用リード保持部では、製品用リード部の位置決めのための構成を必要とせずに、キャビティに対して製品用リード部を高精度に位置決めできる。

また、製品用リード保持部は製品用リード部の位置決めのための構成を必要としないので、製品用リード部に対して余裕のある構造とすることができ、製品用リード部と下型との接触による擦れを発生させることなく製品用リード部を受容保持することができる。

したがって、位置決め用リード保持部が位置決め用リード部を下型の所定位置に受容保持することで、樹脂注入圧力でリードフレームがズレ動くことを阻止でき、最悪の事態として位置決め用リード保持部で位置決め用リード部に擦れが発生しても、製品用リード保持部で製品用リード部に擦れが発生することはなく、その結果、製品用リード部に擦れ傷や擦れ傷を原因とする樹脂バリが発生せず、高精度な樹脂成形が可能となる。

また、樹脂成形金型を製作するに際して、従来のように複数のブロック、さらにはカム機構を備えたブロックを準備する必要がないので、メンテナンス性が向上し、コスト削減の効果も奏される。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１（ａ）に示すように、リードフレーム１０は、パイロット孔１１、製品用リード部１２、位置決め用リード部１３、位置決め孔１４を形成している。

図１（ｂ）はキャビティブロック２０の上面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＸ−Ｘ´断面図であり、図２（ａ）は図１（ｂ）のＡ’の拡大図、図２（ｂ）は図１（ｃ）のＢ’の拡大図である。

図１（ｂ）および図１（ｃ）において、キャビティブロック２０は樹脂成形金型の下型に備えられるものであり、樹脂成形金型はリードフレーム１０を下型の上に挿入セットし、下型に上型を型締めしてリードフレーム１０に樹脂成形するものである。

下型の一部をなすキャビティブロック２０は、主面２０ａの上にガイドブロック２０ｂおよびキャビティ凸部１５を形成してなり、ガイドブロック２０ｂがリードフレーム１０とキャビティブロック２０とを長手方向（図中のＸ−Ｘ’に沿ったＸ方向）で位置決めし、キャビティ凸部１５がリードフレーム１０とキャビティブロック２０とを短手方向（Ｘ方向と直交するＹ方向）で位置決めする。

ガイドブロック２０ｂはキャビティブロック２０の主面２０ａの上に、リードフレーム１０に形成した製品用リード部１２を受容保持する製品用リード保持部２８と、リードフレーム１０に形成した位置決め用リード部１３を受容保持する位置決め用リード保持部２９を形成し、位置決め用リード保持部２９が位置決め用リード部１３を受容保持することでリードフレーム１０が下型の所定位置に位置決めされる。

製品用リード保持部２８は製品用リード部１２を受容する溝部２１と溝部２１の両側に配置するガイド突起部２２からなり、双方のガイド突起部２２のそれぞれに形成したガイド面２２ａが相対向し、ガイド面２２ａの間に溝部２１の底面をなすリード受け面を形成している。

位置決め用リード保持部２９は位置決め用リード部１３を受容する溝部２３と溝部２３の両側に配置するガイド突起部２４からなり、双方のガイド突起部２４のそれぞれに形成したガイド面２４ａが相対向し、ガイド面２４ａの間に溝部２３の底面をなすリード受け面を形成している。

位置決め用リード保持部２９のガイド突起部２４の高さｔは、製品用リード保持部２８のガイド突起部２２の高さｔ１より高く設定してある。
図２（ｂ）に示すように、位置決め用リード保持部２９においてリード受け面をなす溝部２３の底面幅（Ｗ＋β）と位置決め用リード１３のリード幅Ｗとの差値βは、製品用リード保持部２８においてリード受け面をなす溝部２１の底面幅（Ｗ＋α）と製品用リード部１２のリード幅Ｗとの差値αよりも小さく設定している。

換言すると、製品用リード保持部２８における差値αは位置決め用リード保持部２９における差値βよりも広く設定している。
また、位置決め用リード部保持部２９においてガイド面２４ａとリード受け面をなす溝部２３の底面とのなす角度θは、製品用リード保持部２８においてガイド面２２ａとリード受け面をなす溝部２１の底面とのなす角度θ１よりも狭い角度に設定している。

したがって、図３に示すように、上型と下型の界面（パーティングライン）２６上において、位置決め用リード保持部２９のガイド面２４ａの相互間の距離（Ｗ＋Ｅ）は、製品用リード保持部２８のガイド面２２ａの相互間の（Ｗ＋Ｅ１）より狭くなる。

つまり、位置決め用リード保持部２９においてガイド面２４ａと位置決め用リード１３の間の隙間（１／２）Ｅは位置決め用ギャップをなし、製品用リード保持部２８においてガイド面２２ａと製品用リード部１２の間の隙間（１／２）Ｅ１は干渉防止用ギャップをなし、位置決め用ギャップを干渉防止用ギャップよりも狭く設定している。

以下、上記した構成における作用を説明する。図４は樹脂成形工程をなすインジェクションモールド工程において、樹脂成形金型のキャビティブロック２０にリードフレーム１０を挿入セットする際の工程フローを示した状態図である。

まず、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、リードフレーム１０に設けたパイロット孔１１にパイロットピン３１を挿入し、パイロットピン３１でパイロット孔１１をガイドすることで、リードフレーム１０が降下していく。

次いで、図４（ｃ）に示すように、位置決め用リード保持部２９のガイド突起部２４の高さｔが、製品用リード保持部２８のガイド突起部２２の高さｔ１より高く設定してあるので、製品用リード部１２がガイド突起部２２に接触するよりも前に、位置決め用リード部１３がガイド突起部２４に接触して、位置決め用リード保持部２９のガイド機構が先に機能する。

また、位置決め用リード保持部２９のガイド突起部２４のガイド面２４ａの傾斜角θが、製品用リード保持部２８のガイド突起部２２のガイド面２２ａの傾斜角θ１と比較して狭くなっており、位置決め用リード保持部２９においてガイド面２４ａと位置決め用リード部１３の間の隙間（１／２）Ｅをなす位置決め用ギャップが、製品用リード保持部２８においてガイド面２２ａと製品用リード部１２の間の隙間（１／２）Ｅ１をなす干渉防止用ギャップよりも狭くなっている。

このため、リードフレーム１０がキャビティブロック２０へ向けて下降する際に、製品形状に寄与しない位置決め用リード部１３がガイド突起部２４のガイド面２４ａに接触しても、製品用リード部１２がガイド突起部２２に接触することがない。つまり、位置決め用リード１３がガイド突起部２４のガイド面２４ａにガイドされながら溝部２３に達する間に、製品用リード部１２がガイド突起部２２のガイド面２２ａに接触することなく溝部２１に達し、最悪の事態として位置決め用リード保持部２９で位置決め用リード部１３に擦れが発生しても、製品用リード保持部２８で製品用リード部１２に擦れが発生することはない。

したがって、図４（ｄ）に示すように、樹脂成形工程において、リードフレーム１０を下型のキャビティブロック２０の上に載置するのに際し、位置決め用リード保持部２９が位置決め用リード部１３を下型の所定位置に受容保持することで、製品用リード部１２を受容保持する製品用リード保持部２８では、製品用リード部１２の位置決めのための構成を必要とせずに、キャビティに対して製品用リード部１２を高精度に位置決めできる。

また、製品用リード保持部２８は製品用リード部１２の位置決めのための構成を必要としないので、製品用リード保持部２８の溝部２１における製品用リード部１２との差値αは位置決め用リード保持部２９における位置決め用リード部１３との差値βよりも広く設定して製品用リード部１２に対して余裕のある構造とすることができ、製品用リード部１２と下型との接触による擦れを発生させることなく製品用リード部１２を受容保持することができる。

そして、図４（ｅ）に示すように、パイロットピン３１によるパイロット孔１１のガイドおよび位置決め用リード保持部２９による製品形状に寄与しない位置決め用リード部１３のガイドによって２段階式にリードフレーム１０を高精度に位置決めし、製品用リード部１２がガイド突起部２２に擦れることがない状態にリードフレーム１０をキャビティブロック２０に挿入セットした状態において、上型に備えられたキャビティブロック２５を降下させて型締めし、射出成形を行う。

この射出成形において、樹脂成形金型のキャビティブロック２０、２５の間に挿入セットされたリードフレーム１０は、位置決め用リード保持部２９が製品に寄与しない位置決め用リード部１３を溝部２３において高精度な位置決めを行って受容保持することで、樹脂注入圧力でリードフレーム１０がズレ動くことを阻止でき、製品用リード部１２に擦れ傷や圧痕が発生することもなく、擦れ傷や擦れ傷を原因とする樹脂バリが発生せず、高精度な樹脂成形が可能となる。

尚、本実施の形態では、位置決め用リード保持部２９が位置決め用リード部１３を受容保持することで、キャビティブロック２０に対してリードフレーム１０をその長手方向（Ｘ方向）において位置決めするとともに、図４（ｅ）に示す状態において、リードフレーム１０に形成した位置決め孔１４がキャビティ凸部１５に嵌合することで、キャビティブロック２０に対してリードフレーム１０をその短手方向（Ｙ方向）において位置決めしている。

また、キャビティブロック２０に対してリードフレーム１０をそのＸ方向およびＹ方向に位置決めすることは、位置決め孔１４でＸ方向およびＹ方向を同時に位置決めして行なうことも可能である。

また、本実施の形態では説明を簡易に行うため、位置決め用リード部１３と製品用リード部１２の幅をＷとして同一寸法で示したが、位置決め用リード部１３と製品用リード部１２の幅は異なる寸法でも良いことは当然のことであり、パーディングライン２６において、左右のガイド突起部２４の間における距離と位置決め用リード部１３のリード幅とのギャップＥが、左右のガイド突起部２２の間における距離と製品用リード部１２のリード幅とのギャップＥ１より狭くなるようキャビティブロック２０を形成すれば良い。

また、従来のようにカム機構を備えた複数のブロックにキャビティを分割する必要もなく、樹脂成形金型を製品形状に加工する際に、溝部２１、２３も同一工程で加工できるので、金型材料費・金型加工費等のコスト削減が可能となる。

また、従来において樹脂バリを除去するために必要とされていたサンドブラスト、ウォータージェット或いはエアジェット等による樹脂バリの除去工程が不要となり、半導体装置の製造工程数を減少させて生産効率を向上させる効果も奏される。

本発明によれば、リードフレームを下型の上に載置する際に、製品用リード部と金型の溝部との擦れを発生させることなく、キャビティに対してリードフレームのＸ方向およびＹ方向の位置精度を同時に保障することができ、樹脂注入時の成形圧力でリードフレームがズレ動くことを阻止できるので、製品用リード部に樹脂バリが発生しない高精度な樹脂付きリードフレームの形成に利用できる。

本発明の実施の形態を示すものであり、（ａ）はリードフレームの上面図、（ｂ）は樹脂成形金型の平面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＸ−Ｘ’断面図（ａ）は図１（ｂ）におけるＡ’部の拡大図、（ｂ）は図１（ｃ）におけるＢ’部の拡大図図１（ｃ）におけるＢ’部の拡大図本発明の樹脂成形金型のキャビティブロックにリードフレームを挿入セットする工程フローを示す状態図従来の製造方法に用いる樹脂成形金型の型開き状態を表す略示構成図従来の製造方法に用いる樹脂成形金型の下型及び、挿入セットするリードフレームの外形斜視図従来の製造方法に用いる樹脂成形金型の動作を説明するものであり、（ａ）はリードフレームを挿入セットした金型の型開き状態を示す平面図、（ｂ）は型締めの状態を示す平面図

符号の説明

１０、４０リードフレーム
１１パイロット孔
１２製品用リード部
１３位置決め用リード部
１４位置決め孔
１５キャビティ凸部
２０キャビティブロック（下型）
２０ａ主面
２０ｂガイドブロック
２１、２３溝部
２２、２４ガイド突起部
２５キャビティブロック（上型）
２６パーティングライン
２８製品用リード保持部
２９位置決め用リード保持部
３１パイロットピン
４１キャビティブロック
４２コネクタブロック
４３タイバーブロック
４３ａ、４６ａカム部
４４下型
４５固定ブロック
４６フレーム押さえブロック
４７復帰ばね
４８上型

Claims

下型の上にリードフレームを配置し、前記下型に上型を型締めして前記リードフレームに樹脂成形する樹脂成形金型において、前記下型が前記リードフレームに形成した製品用リード部を受容保持する製品用リード保持部と、前記リードフレームに形成した位置決め用リード部を前記下型の所定位置に受容保持する位置決め用リード保持部を有し、
前記製品用リード保持部および前記位置決め用リード保持部がそれぞれリード部を受容する溝部と、前記溝部の両側に配置する突起部を有し、前記位置決め用リード保持部の突起部を前記製品用リード保持部の突起部より高く設定したことを特徴とする樹脂成形金型。
前記製品用リード保持部および前記位置決め用リード保持部がそれぞれリード部を相対向するガイド面間のリード受け面に受容保持し、前記位置決め用リード保持部においてガイド面と前記位置決め用リードの間に位置決め用ギャップを設け、前記製品用リード保持部においてガイド面と前記製品用リードの間に干渉防止用ギャップを設け、前記位置決め用ギャップを前記干渉防止用ギャップよりも狭く設定したことを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形金型。
前記製品用リード保持部および前記位置決め用リード保持部がそれぞれリード部を相対向するガイド面間のリード受け面に受容保持し、前記位置決め用リード保持部におけるリード受け面幅と前記位置決め用リードのリード幅との差値を、前記製品用リード保持部におけるリード受け面幅と前記製品用リードのリード幅との差値よりも小さく設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂成形金型。
前記位置決めリード保持部においてガイド面とリード受け面とのなす角度を、前記製品用リード保持部においてガイド面とリード受け面とのなす角度よりも狭い角度に設定したことを特徴とする請求項２又は３に記載の樹脂成形金型。