JP4874967B2 - 電子部品をコンディショニングガスでカプセル封入する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に従って、電子部品を金型にカプセル封入する方法に関する。本発明はまた、請求項１２の前文に従って、電子部品、特に半導体をカプセル封入材でカプセル封入する装置に関する。

特に半導体回路等の電子部品のカプセル封入は、大規模に応用される。電子部品は、ここでは、通常キャリア（「リードフレーム」、「ボード」）に装着され、かつそのようなキャリアは、キャリアに装着される電子部品の周りで金型キャビティが画定されるように金型部間でクランプされる。ここでの重要な考察は、カプセル封入材の硬化中のカプセル封入材の金型への付着は、カプセル封入された製品の損傷を防ぎ、かつ金型の汚染を防ぐために制限されていなければならないということである。カプセル封入材と金型との間の付着度を制限するためのさまざまな解決策がある。カプセル封入材と金型とを分離する箔材料の層をこのように使用することができる。この解決策は、高価であり、かつ全ての金型実施形態について可能ではない。これまで大規模に使用されてきた他の解決策は、任意選択的に仮被膜（ワックス層等）の塗布と組み合せて、金型部に、特定の被膜（例えば、Ｃｒおよび／またはＴｉＮの濃度が増した被膜）を任意選択的に局部的に設けることである。初めて使用するときあるいは休止期間の後、金型部は、いくつかの擬似カプセル封入工程を、カプセル封入材からのコンディショニング材が、該擬似カプセル封入工程中金型部上で（仮）被膜のままであるように行なうことによって、実施においてまず条件付けされる。連続カプセル封入動作の実施中にカプセル封入材と金型部との間に付着の望ましくない増加がある場合、通常の任意選択は、暫くの間金型部を製造から離すこと、および特定の洗剤（例えばメラミン等）でより長期間金型部を洗浄することである。前文に記載したような方法および装置に関するカプセル封入材と金型部との間の付着を制限する既存の解決策は、付着がなおも望ましくないほど高い値に発達しうること、使用中の付着の増加の過程がまったく予想可能かつ理解可能ではないこと、金型部が時間の一部では使用できないこと、および製造損失が生じることである。

特開平３−２８１２１０号公報は、電子部品を樹脂でカプセル封入する方法を記載しており、カプセル封入工程は、不活性ガス環境において起こる。したがって、カプセル封入材内および凹部または断片部が設けられている成形ハウジングの表面に生じる空気含有物を防ぐことが可能である。本明細書では、特に窒素雰囲気が使用される。

特開平２−１５６６４４号公報は、カプセル封入された半導体装置を、金属金型キャビティから離型するための方法を開示し、エジェクタピンは、金型部をキャビティから押し出すために用いられる。空気、窒素等の気体は、さらにエジェクタピンにすぐ隣接して位置決めされる吹出しポートを通してキャビティに直接排出される。

特開２０００−２６３６０３号公報は、成形品を金型からクラッキングなく離型するための装置および方法を開示する。開示された装置は、金型キャビティに直接終端し、かつそれを通して樹脂が金型キャビティに吸引されうるチャネルを含む。成形後、同じチャネルは、圧縮空気を金型キャビティに導入して、成形品を金型から離型するために用いられる。

本発明の目的は、金型に電子部品をカプセル封入する改良された方法および装置を提供することであり、それによって、金型とカプセル封入材との間の付着から生じる問題が制限されうる。

本発明は、この目的のために、請求項１による方法を提供する。コンディショニングガスを、該ガスが離型ガス圧をカプセル封入材に加えるように与えたことの思いがけないほど有利な結果は、多数の効果が一つの対策で達成されるということである。まず第一に、金型キャビティをコンディショニングガスに接触させることによって、カプセル封入材と金型部との間の付着を著しく減じることが可能である。大気に対して酸素濃度が減じられたコンディショニングガス（すなわち低酸素コンディショニングガス）は、２０．９容量％未満、好ましくは１５容量％未満、さらにより好ましくは１０容量％未満の酸素を有するガスを意味すると考えられている。使用されうるガスの他の例には、ほぼ純粋な窒素ガス等の不活性ガスがある。ガスの供給は、簡単な手段で実現されうるかつ機械化するあるいは自動化するのも簡単である非常に簡単な動作である。逆に、還元ガス（それと酸素が結合される）の使用はまた、非常に有利な結果をもたらす。コンディショニングガスの使用において窒素ガスおよび還元ガスの両方を（任意選択的に組み合せて）用いる試験中、カプセル封入材の金型面への付着の程度を減じる際に非常に好ましい結果が達成された（単位面積当たりの離型力でも表現される）。金型のＴｉＮ被膜および窒素をコンディショニングガスとして用いる試験中の付着度の減少は、９５％超に達した。コンディショニングガスのこの有利な供給が、第２の有利な効果が実現されるように本発明に従って現在行われている。コンディショニングガスを供給する具体的な方法を用いて、離型されるべきカプセル封入電子部品に力が加えられることも達成される。コンディショニングガスは、このようにカプセル封入材と金型キャビティとの間に導入され／押圧されうる。これによって、カプセル封入材の金型キャビティからの離型が簡単になる。本明細書でのさらなる利点は、この離型力が大面積にわたって加えられうるということである。

カプセル封入工程を、コンディショニングガスが充填される環境で行うこともできる。したがって、金型キャビティ、それぞれ金型部を、コンディショニングガスの使用が限られている条件付きの環境にほぼ常にとどまらせることが可能になり、この結果、条件によっては、付着の減少という所望の効果がさらに最適化される。

コンディショニングガスと金型部との間の接触の効率を増すために、コンディショニングガスの流れが、金型キャビティを画定する金型面の少なくとも一部に沿って案内されるなら好都合である。

ガス圧は、好都合なことには、カプセル封入材がまた、離型力を加えるために少なくとも局部的に機械係合されるように、より従来的な離型手段と組み合せられうる。本明細書では、エジェクタピン、さらなるアンカーが任意選択で設けられる案内ストリップなどを想定することができる。従来の離型手段とガス圧との組合せが、さらに大きな離型能力を生じることが明らかとなろう。

ガス圧は、金型部の方を向くカプセル封入電子部品の側面と形状画定金型部との間に有利な態様で発生される。金型部の方を向くカプセル封入電子部品の側面は、このように形状画定金型部から波面として離型されうる。

コンディショニングガスをまた、カプセル封入電子部品および金型キャビティに接触される前に予熱して、熱衝撃を防ぐことができかつ／あるいは金型キャビティ／金型および／またはカプセル封入電子部品の望ましくない冷却を防ぐことができる。ガス消費をさらに制限するために、ガス圧が、金型部の方を向くカプセル封入電子部品の側面の十分な離型の後減じられるのが望ましい。

本発明はまた、請求項１２に従って電子部品をカプセル封入材でカプセル封入する装置を提供する。金型キャビティ／金型部の接触側面に載置される流出開口部を持つそのような装置は、特にキャリアに装着される電子部品のカプセル封入において有利な態様で応用されうる。次に、金型キャビティまたは金型部には、本明細書では、そのようなキャリアを受容する空間が通常設けられる。任意選択的に３つ以上の相互変位可能金型部も使用されるが、通常少なくとも２つが使用されることに注目されたい。装置には、通常金型部を相互変位する駆動手段、一般に電子モータ、ならびに任意選択的に離型されるべきカプセル封入電子部品にさらなる離型力を加えるためのさらなる機械式エジェクタ手段も設けられる。コンディショニングガス用の特定の供給手段を除いては、そのような装置は商業的に入手可能であり、ひいては既存の機器の修正を想定することができる。本発明による装置のさらなる利点については、また本発明の一部を形成する上に記載した方法に関しての利点を参照されたい。

またさらなる実施形態の変形では、金型部は、スクリーンで囲まれている。そのようなスクリーンを用いて、金型部を囲みかつ通常の雰囲気ガス条件と異なる局部ガス環境を作り出すために少なくとも部分的に気密であるチャンバを形成することができる。

またさらなる実施形態の変形では、金型部は、一つの材料からなる。すなわち、先行技術では、カプセル封入材の付着を妨げるのに必要であった特定の被膜が不要となる。ニッケル（例えば、ＮｉＣｒＮ）に基づく被膜等のそのような被膜は、金型部の表面に塗布されたが、該被膜の塗布の結果、金型部の原価が大幅に増加する。本発明によれば、そのような被膜は不要である。

従来技術の状態によれば、コンディショニングガス用供給手段は、通常金型部の一つの金型キャビティ上に接続される。コンディショニングガスは、このように所望のコンディショニング効果を生じさせうる位置まで直接もたらされる。

本発明のなおさらに他の実施形態では、供給手段を、例えば、金型キャビティのベンド部にかつ／あるいは接触面に隣接して接続させることができる。既に上に記載した利点に加えて、ガス圧を加えることは構造的には簡単な動作であるというのも事実であり、一方機械的な態様で作用する従来的な離型手段は、金型部で非常に重要な構造的対策を必要とする。本明細書で適用されるエジェクタピンは、カプセル封入材が、そのようなピンと残りの金型部との間を貫通することができないような態様で、金型部に一体化されなければならない。流出開口部には、所望ならば、変位可能閉止要素を設けることができ、それを用いてガス流を規制することができるようになりかつガス供給が汚染されなくなる。

好ましい変形では、流出開口部が、金型キャビティの、そこからカプセル封入材が金型キャビティに供給される側面と同じ側面上に位置する。このようにカプセル封入を、該供給側面から、金型キャビティから離して「剥離する」ことができる。装置には、少なくとも一つの機械式エジェクタをさらに設けることができる。

ガス供給の結果としての金型部の望ましくない冷却をこのように防ぐために、ガス供給手段に加熱手段を設けるのもまた好都合でありうる。

本発明は、以下の図面に示す非制限的な例証的実施形態に基づいて、さらに明らかとなろう。

図１は、下方金型部２を持つカプセル封入装置１を示し、それに対して上方金型部３が、矢印Ｐ１に従って変位可能である。金型キャビティ４を、カプセル封入材５を用いて製造されるべき、本図面に示さないハウジングを形成するために、上方金型部３でクリアな状態にしておく。下方金型部２に載置されるのは、電子部品１２を持つキャリアが載置される凹部６である。カプセル封入材５を、矢印Ｐ２に従って変位可能なプランジャ７によって金型キャビティ４に押し込むことができる。上方金型部３内に後退するのは、金型キャビティ４に接続される任意選択的に閉止可能なチャネル１４である。コンディショニングガスは、チャネル１４を通して金型キャビティ４に直接搬送され、かつ力は（少なくとも部分的に硬化された）カプセル封入材５に同時に加えられ、金型キャビティ４の接触側面８からカプセル封入材５を離型する。

図２は、キャリア２１が載置されるカプセル封入装置２０を示し、カプセル封入材５のハウジング２２がその上に載置される。供給チャネルにおいて硬化されるカプセル封入材５によって形成されるランナー２３も示す。該ランナー２３は、キャリア２１の次の処理で通常分離される。図１に示すチャネル１４の代替として（あるいはさらにチャネル１４に加えて）、コンディショニングガス用供給チャネル１６がまた、該コンディショニングガスがランナー２３に吹きつけられるように、上方金型部３の接触側面１５の位置で接続されうる。金型部２、３間の空間は、矢印Ｐ４に従って変位可能なスクリーン板２４および第２スクリーン板２５によってさらに境界をつけられる。該スクリーン手段２４、２５のため、環境と異なる金型部２、３間のガス環境を維持することが可能である。

図３は、複数の相互変位可能部品から組み立てられる下方金型部３２を持つカプセル封入装置３０の一部を示す。キャリア３４は、カプセル封入材３５が端縁部３３の頂部側面にわたって供給されうるように相互変位可能である支持部３２と端縁部３３との間でクランプされる。端縁部３３を用いる利点の一つは、このようにキャリア３４の端縁ゾーンにはカプセル封入材３５がないようにしておくことができるということである。いったんカプセル封入材３５が少なくとも部分的に硬化されると、金型部３１、３２は、間隔をあけて（例えば、１０分の数ミリ、より具体的には例えば０．５ｍｍの短い距離ｄ）移動されうる。金型部３１、３２を間隔をあけて移動させることによって、コンディショニングガスの供給用の供給チャネル３６もまた開放され、その結果、コンディショニングガスが矢印Ｐ５に従って供給される。本明細書での該コンディショニングガスは、カプセル封入材３５で作られるハウジングと上方金型部３２の接触側面３７の金型キャビティ３８との間を貫通する。コンディショニングガスは、本明細書では二元機能を実現するだろう。すなわち、ガス圧は、離型力を（例えば、波面として）カプセル封入材に加え、それによりカプセル封入材３５の金型キャビティ３８からの離型が簡略化され、かつコンディショニングガスは、上方金型部３２の接触側面３７と非常に特定的な態様でさらに接触し、それにより該ガスは、そのコンディショニング作用を効率的な態様で行うことができる。カプセル封入材３５の金型キャビティ３８からの離型を、支持部３２および端縁部３３を限られた距離移動させることによって開始することができる。

コンディショニングガス用供給手段が設けられる、従来技術の状態によるカプセル封入装置の概略断面を示す。 本発明によるカプセル封入装置の代替実施形態の変形の概略断面図を示す。 第２の代替実施形態の変形、より特定的には本発明によるカプセル封入装置のいわゆる頂部端縁の変形の一部の断面図を示す。

Claims (15)

1. 電子部品（１２）を金型（２、３）にカプセル封入する方法であり、
   Ａ）前記カプセル封入用電子部品（１２）を金型キャビティ（４）に載置する工程、及び
   Ｂ）カプセル封入材（５）を前記金型キャビティ（４）に供給する工程、
   のプロセス工程を含み、
   前記金型キャビティを画定する金型面の少なくとも一部が、不活性コンディショニングガス、還元ガス又はこれらの混合体から成るコンディショニングガスと接触することにより、カプセル封入する方法であって、
   前記カプセル封入材の離型が、限られた距離にわたって前記電子部品（２２）の支持部（３２）及び前記金型の一部でもある端縁部（３３）を、間隔をあけて移動させることによって開始し、
   前記コンディショニングガスの流れが、前記金型キャビティを画定している前記金型面（８）の少なくとも一部（３２、３３）に沿って案内され、かつ
   前記コンディショニングガスの少なくとも一部が、離型ガス圧が前記コンディショニングガスによって前記カプセル封入材に加えられるように、前記カプセル封入材の前記金型キャビティ（４）からの離型中に前記金型の接触側面（８、１５、３７）から前記金型キャビティ（４）に導入される、
   ことを特徴とするカプセル封入方法。
2. 前記コンディショニングガスが、前記金型キャビティ(４)内の前記カプセル封入材の少なくとも部分硬化の後、前記カプセル封入材と前記金型キャビティ（４）を画定する金型面（８）との間に導入されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記金型キャビティ（４）を画定する前記金型面（８）が、コンディショニングガスとしての窒素と接触することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 離型中、前記カプセル封入材は、また、離型力を加えるために機械係合されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記ガス圧が、金型部の方を向く前記カプセル封入電子部品（２２）の側面と形状画定金型部（３）との間に発生されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 金型部（３）の方を向く前記カプセル封入電子部品（２２）の側面が、前記形状画定金型部（３）から波面として離型されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ガス圧が、加熱されたガスによって発生されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ガス圧が、金型部（３）の方を向いている前記カプセル封入電子部品（２２）の側面の十分な離型の後、減じられることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 電子部品（１２）を、カプセル封入材（５）でカプセル封入する装置であり、
   少なくとも二つの相互作用する金型部(２、３、３１、３２)であって、これらの金型部が、前記電子部品を受容する少なくとも一つの金型キャビティ（４）を画定する位置を取る成形位置と、前記カプセル封入位置より互いに大きい距離をとって位置する開放位置と、の間で相互に変位可能である、金型部（２、３、３１、３２）と、
   前記金型キャビティ（４）に接続されるカプセル封入材(５)用供給手段と、
   不活性コンディショニングガス、還元ガス又はこれらの混合体から成るコンディショニングガスを供給するコンディショニングガス用供給手段と、
   を具備する装置であって、
   前記コンディショニングガス（１６、３６）用供給手段が、前記金型部の少なくとも一つの接触側面（８、１５、３７）に接続され（１６、３６）、
   該コンディショニングガスによって離型ガス圧が金型キャビティ内のカプセル封入材に及ぼされるように、金型キャビティを画定している金型面の少なくとも一部に沿って僅かに離れた金型部（３２、３３）がコンディショニングガスの流れを案内する、
   ことを特徴とするカプセル封入装置。
10. 前記コンディショニングガス用供給手段が、前記金型キャビティの供給チャネルへ接続されている（１６、３６）ことを特徴とする、請求項９に記載のカプセル封入装置。
11. 前記コンディショニングガス用供給手段が、前記金型キャビティの接触面（１５）に隣接して接続されている（１６、３６）ことを特徴とする、請求項９〜１０のいずれか一項に記載のカプセル封入装置。
12. 前記コンディショニングガス用供給手段の金型部との接続部（１６、３６）には、変位可能な閉止要素が設けられることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載のカプセル封入装置。
13. 前記コンディショニングガス用供給手段の金型部との前記接続部（１６、３６）は、前記カプセル封入材が前記金型キャビティに供給される側面と同じ金型キャビティの側面上に位置することを特徴とする、請求項９〜１２のいずれか一項に記載のカプセル封入装置。
14. 前記装置には、また、少なくとも一つの機械式エジェクタが設けられることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか一項に記載のカプセル封入装置。
15. コンディショニングガスを供給する前記手段には、加熱手段が設けられることを特徴とする、請求項９〜１４のいずれか一項に記載のカプセル封入装置。

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