JP5081784B2 - 樹脂供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、被成形品を樹脂封止する樹脂封止装置に用いられる樹脂供給装置の技術分野に関する。

被成形品である半導体チップ等を配置した基板を樹脂にて封止する樹脂封止装置に対して、粉体状の樹脂を供給する場合がある。粉体状の樹脂を供給する装置として、図５に示す樹脂供給装置９０が知られている（特許文献１参照）。

樹脂供給装置９０は、供給フィーダ本体９１と平型ノズル９４とを備える。供給フィーダ本体９１は、電子天秤９６の上に配置された支柱９８に対して、粉体状の樹脂８０が供給されるホッパ９２と、粉体状の樹脂８０の出口となる筒状の供給ノズル９３と、を有する。支柱９８には振動子９５が設けられている。また、電子天秤９６及び振動子９５には、演算装置９７が接続されている。供給ノズル９３から供給された粉体状の樹脂８０は、平型ノズル９４により樹脂供給先であるキャビティ４０に供給される。粉体状の樹脂８０の供給は、演算装置９７からの指令で、支柱９８に設置された振動子９５が振動することによって行われる。このとき、電子天秤９６によって計量される計量値が減少する。この減少した量を演算装置９７によって検知した上で、所定のタイミングで振動子９５の振動を止めることで、供給を停止させている。このような構成及び作用によって、当該樹脂供給装置９０は、粉体状の樹脂８０を計量して供給することができる。

特開２００５−３３５１１７号公報

ここで、特許文献１に記載の供給フィーダ本体９１を模式的に表すと、図６の如く示すことができる（図５では、供給ノズル９３は、水平方向から傾きを有していたが、図６（Ａ）、（Ｂ）では水平としている）。粉体状の樹脂８０の計量・供給方法は、供給フィーダ本体９１の動作中に粉体状の樹脂８０を計量を行い（図６（Ａ））、停止指令がかかった時点で振動子９５を停止させるものである（図６（Ｂ））。しかし、振動子９５の振動を止めても、粉体状の樹脂８０の落下はすぐには止まらず、落下量に誤差（主に図６（Ｂ）の符合８０Ａの部分で構成され、落差量８０Ａと称する）を生じる。この落差量８０Ａの影響により、精密な計量は困難であった。

このため、落差量８０Ａの影響を低減するために、供給ノズル９３中の流動量を少なくすることが考えられる。即ち、図６（Ａ）、（Ｂ）に示す高さｈを低くするものである。この場合には、落差量８０Ａが減少するが、流動量も少なくなってしまう。流動量が減ると、樹脂封止装置の生産性を下げるおそれがあり、更に悪くすれば、粉体状の樹脂８０の量が適切に供給されずに樹脂封止の品質を悪化させるおそれもある。粉体状の樹脂８０の計量精度を保つことは樹脂封止品質を保つことにつながるが、粉体状の樹脂８０の計量速度を落とさずに計量精度を向上させることは困難であった。

本発明は、このような観点から、粉体状の樹脂の計量速度を落とさずに計量精度を向上させて、樹脂封止装置の生産性を低下させることなく、歩留りの高い高品質な樹脂封止を可能とする樹脂供給装置を提供することをその目的としている。

本発明は、被成形品を樹脂封止する樹脂封止装置に対して、該樹脂封止のために粉体状の樹脂を供給する樹脂供給装置であって、前記粉体状の樹脂が投入される該粉体状の樹脂を自身の先端部分まで搬送し該先端部分より落下させる樹脂搬送路と、該樹脂搬送路を振動させる振動手段と、を備え、前記樹脂搬送路の先端部分の側壁部分が、水平方向に対して前記粉体状の樹脂の安息角で成形されていることで、上記課題を解決するものである。

出願人は、精密な計量のために、供給フィーダ本体の従来の制御方法の改良に着目するのではなく、落差量の原因となる物理現象に着目し、その現象を積極的に活用しようとした。即ち、本発明は、落差量を生じた後の樹脂搬送路の先端部分での粉体状の樹脂の状態に着眼点を有するもので、樹脂搬送路に保持される粉体状の樹脂が自発的にくずれることなく安定を保って堆積した際の水平方向となす角度（安息角と称する）で、樹脂搬送路の先端部分を予め成形したものである。

このような構成を採用した結果、振動子の動作を停止した時点で、既に安息角以上の角度には粉体状の樹脂が樹脂搬送路上で残存しないので、落差量を低減することができる。即ち、粉体状の樹脂の流動量が多くても、落差量を少なくすることができるので、粉体状の樹脂の計量をする際には計量速度を落とさずに計量精度を向上させることができる。

又、前記粉体状の樹脂が投入された位置から前記先端部分の位置までの前記樹脂搬送路の区間に、前記粉体状の樹脂の流動量を制限するための絞り機構が設けられている場合には、樹脂封止に用いるのに最適な粉体状の樹脂の量の流動を実現することが可能となる。

又、前記樹脂搬送路の断面がＶ字形状である場合には、樹脂搬送路の断面がコの字形状である場合に比べて、流動量を制御しやすくなるので、安定して粉体状の樹脂を計量することが可能である。

本発明を適用することにより、粉体状の樹脂の計量をする際には計量速度を落とさずに計量精度を向上させて、樹脂封止装置の生産性を低下させることなく、樹脂封止装置の性能を向上させることができ、歩留りの高い高品質な樹脂封止が可能となる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態に係わる樹脂封止装置の一例を示す模式図（（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図）、図２は同じく金型の一例を示す模式図、図３は同じく樹脂供給装置の一例を示す模式図、図４は同じく供給フィーダ本体の拡大模式図（（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）の矢視図）、である。

最初に、本発明の実施形態に係わる樹脂供給装置の概略について以下に説明する。

樹脂供給装置１５０は、被成形品である半導体チップ１０４が配置された基板１０２を樹脂封止する樹脂封止装置１００に対して、樹脂封止のために粉体状の樹脂１０６を供給する。なお、複数の半導体チップ１０４を配置した一枚の基板１０２は、樹脂封止装置１００によって一度に樹脂封止される。

そして、樹脂供給装置１５０は、供給フィーダ本体１５２において、図３に示す如く、粉体状の樹脂１０６が投入され粉体状の樹脂１０６を自身の先端部分１５６Ａまで搬送し先端部分１５６Ａより落下させる樹脂搬送路１５６と、樹脂搬送路１５６を振動させる振動手段である振動子１６０と、を備える。ここで、樹脂搬送路１５６の先端部分１５６Ａは、水平方向に対して粉体状の樹脂１０６の安息角θで成形されている。

以下に、本発明の実施形態に係わる樹脂封止装置の各構成要素について説明する。

樹脂封止装置１００は、図１に示す如く、マガジンユニット１１０と、基板予熱ユニット１２０と、プレスユニット１３０と、樹脂打錠ユニット１４０と、を有する。

マガジンユニット１１０は、図１に示す如く、樹脂封止がされていない基板１０２を供給するための供給マガジン１１２Ａと、樹脂封止された基板１０２を収納するための収納マガジン１１２Ｂと、を有して、互いに上下方向で位置を異ならせている（図１（Ｂ）参照）。基板１０２はマガジンエレベータ１１４を介して供給マガジン１１２Ａから引き出される。そして、引き出された基板１０２は基板予熱ユニット１２０に送られる。なお、基板１０２が引き出された際に、図示せぬ認識手段であるカメラあるいはレーザセンサにより基板１０２上の半導体チップ１０４の数が認識される。

基板予熱ユニット１２０は、複数の基板予熱レールから構成される。基板１０２が予熱された後に、その基板１０２が、樹脂封止装置１００のＸ方向に敷設された移動ガイド１３６上のＸ方向に移動可能な基板ローダ／アンローダ１２４によってプレスユニット１３０に送られる。

プレスユニット１３０は、図１に示す如く、複数の金型（本実施形態においては、２つの金型１３０Ａ、１３０Ｂ）から構成される。金型１３０Ａ、１３０Ｂはそれぞれ、図２に示す如く、上型１３２ＡＡ、１３２ＢＡと下型１３２ＡＢ、１３２ＢＢとから構成される。下型１３２ＡＢ、１３２ＢＢには可動プラテン（図示しない）が連結されており、所定のタイミングで下型１３２ＡＢ、１３２ＢＢを上型１３２ＡＡ、１３２ＢＡに対して接近、離反することが可能とされている。下型１３２ＡＢ、１３２ＢＢは、貫通孔を備えた枠状金型１３２ＡＣ、１３２ＢＣと当該貫通孔に嵌合して配置される圧縮金型１３２ＡＤ、１３２ＢＤとを有している。下型１３２ＡＢ、１３２ＢＢの表面には、下枠フィルム１３３Ａ、１３３Ｂが図示せぬ供給機構によって案内され、所定のタイミングで順次送られて使用される。

図２に示す如く、樹脂封止の際には、基板１０２は、上型１３２ＡＡ、１３２ＢＡに備わる吸着機構（図示しない）によって吸着保持される。そして、樹脂打錠ユニット１４０から予備成形された樹脂１０６Ｂが、下型１３２ＡＢ、１３２ＢＢの表面に形成されたキャビティに投入され樹脂封止される。樹脂封止される基板１０２上には複数の半導体チップ１０４が配置されており、これらの複数の半導体チップ１０４が一度に樹脂封止される。樹脂封止作業が終了すると、上型１３２ＡＡ、１３２ＢＡと下型１３２ＡＢ、１３２ＢＢとは可動プラテンによって離反（型開き）される。樹脂封止された基板１０２は、下枠フィルム１３３Ａ、１３３Ｂの存在によって下型１３２ＡＢ、１３２ＢＢから容易に取り外せるため、上型１３２ＡＡ、１３２ＢＡに吸着保持された態様で取り出される。このように、金型１３２Ａ、１３２Ｂを用いて樹脂封止することで、溶融した樹脂をキャビティの外部から圧力によって流し込む所謂「トランスファ方式」のものに比べて、樹脂流れを少なくできるので、ボンディングワイヤの断線、短絡が発生する可能性を低減することが可能である。特に近年の半導体チップ１０４等の薄肉化、小型化により、係る利点はより顕著となっている。

樹脂打錠ユニット１４０は、図１に示す如く、粉体状の樹脂１０６を予備成形するためのフィルム搬送部１４２と、予備形成された樹脂１０６Ｂを計量して、樹脂投入ハンド１３４に樹脂１０６Ｂを搭載するための樹脂搬送部１４４と、を有する。

フィルム搬送部１４２には、図１に示す如く、Ｙ方向に移動可能なフィルム１４８が配置されている。フィルム１４８のＹ方向の位置毎に、粉体状の樹脂１０６の供給、加熱、冷却が行われ、粉体状の樹脂１０６が予備成形される。粉体状の樹脂１０６は、樹脂供給装置１５０で計量されてフィルム１４８に供給される。

樹脂供給装置１５０は、図１で示すフィルム搬送部１４２の粉体状の樹脂１０６が供給される位置の真上に配置されている。樹脂供給装置１５０は、図３に示す如く、粉体状の樹脂１０６を樹脂封止のためにカメラあるいはレーザセンサの認識による半導体チップ１０４の数に基づいて計量して供給する供給フィーダ本体１５２と、計量された粉体状の樹脂１０６を一時的に収納するカップ１６６を複数備えるカップテーブル１６４と、カップ１６６が反転して落下する粉体状の樹脂１０６をフィルム１４８上に均一な厚みで拡散させるシュート１６８とを備える。

供給フィーダ本体１５２は、図３に示す如く、ホッパ１５４と樹脂搬送路１５６と振動子１６０と重量センサ１６２とを有する。ホッパ１５４は、下方にいくに従い狭まる形状の容器であり、粉体状の樹脂１０６が投入された後に、当該粉体状の樹脂１０６を保持する。樹脂搬送路１５６は、ホッパ１５４の側面に連結されると共に、水平方向（図４（Ａ）中の矢印方向）に伸びるＶ字形状の断面（図４（Ｂ）参照）を有する樋であり、粉体状の樹脂１０６をホッパ１５４から自身の先端部分１５６Ａに導く。樹脂搬送路１５６の先端部分１５６Ａは、少なくとも樹脂搬送路１５６の下面から粉体状の樹脂１０６の流動する高さｈ１までの範囲が水平方向（図４（Ａ）中の矢印方向）に対して粉体状の樹脂１０６の安息角θで成形されている。

安息角θは、図４（Ａ）に示す如く、実際に粉体状の樹脂１０６を落下させて堆積させたときに、自発的に崩れることなく、水平方向とその粉体状の樹脂１０６の堆積物１０６Ａの斜面とがなす角度を観察することで、容易に求めることができる。このため、粉体状の樹脂１０６に対して、例えば作業現場で先端部分１５６Ａを加工することもできる。また、加工する際にも、樹脂搬送路１５６の断面がＶ字形状なので、先端部分１５６Ａを安息角θとして的確に切り出すことが容易である。同時に、落下する粉体状の樹脂１０６は、樹脂搬送路１５６の外壁の表面部分には付着しにくく、落差量をより少なくすることができる。なお、安息角θの加工精度は求められる安息角に対して±５度程度で許容することを目安とする。この程度の角度誤差であれば、計量精度に与える影響は少ないからである。粉体状の樹脂１０６の安息角θがばらつく際には、そのばらつきの平均をとって、安息角θを求めてもよい。本実施形態においては、粉体状の樹脂１０６の粒径０．０１ｍ〜２ｍｍのものを使用し、安息角θとして４５度を求めることができたので、その角度θで樹脂搬送路１５６の先端部分１５６Ａを加工している。なお、粉体状の樹脂１０６の材質や粒径が異なれば、その物性値の変化に従い、別の安息角θを求めることとなる。

図３に示す如く、粉体状の樹脂１０６が投入された位置である樹脂搬送路１５６のホッパ１５４の位置から、樹脂搬送路１５６の先端部分１５６Ａの位置までの区間に、樹脂搬送路１５６の内壁との間で絞り機構を構成する絞り部材１５８を配置している。絞り部材１５８は、図４（Ｂ）に示す如く、樹脂搬送路１５６の内壁のＶ字形状に沿う形状（本実施形態ではＶ字形状のなす角度は６０度〜７０度であるが、これに限定されない）を備える多角形の板状部材であり、樹脂搬送路１５６の内壁のＶ字形状の底の部分から高さｈ１までは３角形形状に切り欠き１５８Ａがなされている。このため、粉体状の樹脂１０６は、切り欠き１５８Ａの高さｈ１で、粉体状の樹脂１０６の流動量を一定にできる。本実施形態では、高さｈ１は、樹脂封止装置１００での樹脂供給のリアルタイム性を確保するために、数ｍｍ以上数十ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以上１０ｍｍ以下としている。切り欠きされた絞り部材１５８の端辺１５８Ｂは、水平方向（図４（Ｂ）の矢印方向）と一致しているので、樹脂搬送路１５６の幅方向（図４（Ｂ）の矢印方向と平行な方向）に粉体状の樹脂１０６が偏った状態で落下を防ぐことができ、安定した計量を可能としている。そして、振動子１６０の動作により樹脂搬送路１５６の先端部分１５６Ａまで、ほぼその高さｈ１を保って粉体状の樹脂１０６を流動（搬送）させて落下させることができる。なお、絞り部材１５８に、切り欠き１５８Ａがなされていても、絞り部材１５８を上方へ移動させることで、粉体状の樹脂１０６の流動量を増やすことは可能である。

振動子１６０は、図３に示す如く、ホッパ１５４及び樹脂搬送路１５６を振動させる振動手段であり、ホッパ１５４の下方に配置される。振動子１６０として、例えば、圧電素子や偏心モータ等を用いることができる。

重量センサ１６２は、図３に示す如く、落下した粉体状の樹脂１０６の量を計量する計量手段であり、樹脂搬送路１５６の先端部分１５６Ａから落下した粉体状の樹脂１０６の量を、ホッパ１５４に投入された粉体状の樹脂１０６の減少量として計量する。重量センサ１６２は、振動子１６０の下方に配置され、ホッパ１５４と樹脂搬送路１５６とを支持している。このため、振動子１６０が振動している際にも、安定して計量を行うことができる。重量センサ１６２として、例えば、電子天秤などを用いることができる。なお、計量される粉体状の樹脂１０６の量は、前述のカメラあるいはレーザセンサなどで認識された半導体チップ１０４の数に基づいて決定される。この決定を樹脂封止の度に行うので、リアルタイムで計量がすばやく行われる。このとき、計量は半導体チップ１０４の１つよりも十分に高精度に計量される（例えば、１つが数ｍｍ角の半導体チップ１０４ならば、０．０１ｇオーダの計量精度を必要とする）。そして、計量される粉体状の樹脂１０６の量は複数の半導体チップ１０４の周囲を覆うので、最低でも数ｇ以上が１回の計測時間（例えば数十秒以下、好ましくは十秒程度）に計量される。

カップ１６６が装着されたカップテーブル１６４は、図３に示す如く、円板形状で、その中心を軸Ｏとして回転可能な構成を有している。カップ１６６は、カップテーブル１６４が１８０度回転した後、シュート１６８の位置する場所でカップ１６６は反転する。シュート１６８は、筒形状であり、内部には粉体状の樹脂１０６を均等にするような機構が設けられている。シュート１６８のカップテーブル１６４側の先端には、先が広くなった漏斗部１７０が設けてあり、カップ１６６が反転した際に、粉体状の樹脂１０６がシュート１６８の外部へ落下しないようにしている。

計量された粉体状の樹脂１０６は、図１のフィルム１４８に投下され、予備成形される。予備成形された樹脂１０６Ｂは樹脂搬送部１４４で再計量され、樹脂投入ハンド１３４に搭載される。樹脂投入ハンド１３４に搭載された樹脂１０６Ｂはプレスユニット１３０に運ばれる。

図１に示す如く、プレスユニット１３０で樹脂封止された基板１０２は再び基板ローダ／アンローダ１２４によって移動され、マガジンエレベータ１１４を介してマガジンユニット１１０の収納マガジン１１２Ｂに収納される。

このように、基板ローダ／アンローダ１２４、及びマガジンエレベータ１１４は、基板１０２の供給及び収納時に兼用されるので、樹脂封止装置１００をコンパクトにすることを可能としている。

次に、供給フィーダ本体１５２の動作について図３、図４を用いて説明する。

ホッパ１５４に粉体状の樹脂１０６が投入され、振動子１６０が振動すると、粉体状の樹脂１０６は、ホッパ１５４に連結された樹脂搬送路１５６に導かれる。そして、粉体状の樹脂１０６は、絞り部材１５８で樹脂搬送路１５６の先端部分１５６Ａ側で流動量が高さｈ１以下に規制される。絞り部材１５８を通過した粉体状の樹脂１０６は、若干高さを低くしながらもほぼ一定の高さを保ち、樹脂搬送路１５６の先端部分１５６Ａまで導かれ、落下する。落下量は、振動子１６０の動作中であっても振動子１６０の下方に配置された重量センサ１６２で求められる。落下量が半導体チップ１０４の数に基づく所定の量に達すると、振動子１６０の動作を停止させる。このとき、樹脂搬送路１５６の先端部分１５６Ａは、粉体状の樹脂１０６の安息角θで成形されているので、振動子１６０の動作中に、樹脂搬送路１５６の先端部分１５６Ａの安息角θ以上で流動していた粉体状の樹脂１０６は、既に落下して計量対象とされている。このため、落差量を最小限にできると共に、安息角θで成形された樹脂搬送路１５６の先端部分１５６Ａから高さｈ１で規定される流動量（高さｈ１は、好ましくは５ｍｍから１０ｍｍなので、例えば薬剤等の計量に比べてはるかに多量）なので、樹脂封止に適切な量を計量することが可能となる。

このように、振動子１６０の動作を停止した時点で、既に安息角θ以上の角度には粉体状の樹脂１０６が樹脂搬送路１５６上で残存しないので、落差量を低減することができる。即ち、粉体状の樹脂１０６の流動量が多くても、落差量を少なくすることができるので、粉体状の樹脂１０６の計量速度を落とさずに計量精度を向上させることができる。

又、粉体状の樹脂１０６が投入された位置である樹脂搬送路１５６のホッパ１５４の位置から、樹脂搬送路１５６の先端部分１５６Ａの位置までの区間に、粉体状の樹脂１０６の流動量を制限するための絞り部材１５８が配置されているので、樹脂封止に用いるのに最適な粉体状の樹脂１０６の量の流動を実現することが可能となる。

又、樹脂搬送路１５６の断面がＶ字形状であるので、樹脂搬送路１５６の断面がコの字形状である場合に比べて、樹脂搬送路１５６の幅方向での粉体状の樹脂１０６の偏りが発生しにくくなると共に流動量を制御しやすくなるので、安定して粉体状の樹脂１０６を計量することが可能である。

即ち、本発明を適用することにより、粉体状の樹脂１０６の計量をする際は計量速度を落とさずに計量精度を向上させて、樹脂封止装置１００の生産性を低下させることなく、樹脂封止装置１００の性能を向上させることができ、歩留りの高い高品質な樹脂封止が可能となる。

本発明について本実施形態を挙げて説明したが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。即ち本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことは言うまでも無い。

例えば、本実施形態においては、切り欠き１５８Ａのある絞り部材１５８を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、絞り部材を用いなくてもよいし、用いたとしても水平方向と一致させて切り欠く必要もなく、また切り欠く際に直線で切り欠くことも要件とするものではない。

又、本実施形態においては、樹脂搬送路１５６の断面をＶ字形状としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、底が平らなコの字形状としてもよい。その場合には、粉体状の樹脂の流動量を更に多くすることが容易となる。

本発明の実施形態に係わる樹脂封止装置の一例を示す模式図（（Ａ）は上面図、(Ｂ)は正面図） 同じく金型の一例を示す模式図 同じく樹脂供給装置の一例を示す模式図 同じく供給フィーダ本体の拡大模式図（（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）の矢視図） 従来の樹脂供給装置を示す模式図 落差量を説明するための模式図（（Ａ）は動作中を示す図、（Ｂ）は停止状態を示す図）

符号の説明

８０、１０６、１０６Ａ、１０６Ｂ…樹脂
９０、１５０…樹脂供給装置
９１、１５２…供給フィーダ本体
９２、１５４…ホッパ
９３、１５６…（供給ノズル）、樹脂搬送路
９５、１６０…振動子
９６、１６２…（電子天秤）、重量センサ
１００…樹脂封止装置
１１０…マガジンユニット
１１２Ａ…供給マガジン
１１２Ｂ…収納マガジン
１１４…マガジンエレベータ
１２０…基板予熱ユニット
１２４…基板ローダ／アンローダ
１３０…プレスユニット
１３０Ａ、１３０Ｂ…金型
１３２ＡＡ、１３２ＢＡ…上型
１３２ＡＢ、１３２ＢＢ…下型
１３４…樹脂投入ハンド
１３６…移動ガイド
１４０…樹脂打錠ユニット
１４２…フィルム搬送部
１４４…樹脂搬送部
１４８…フィルム
１５６Ａ…樹脂搬送路の先端部分
１５８…絞り部材
１５８Ａ…切り欠き
１６４…カップテーブル
１６６…カップ
１６８…シュート
１７０…漏斗部

Claims (3)

1. 被成形品を樹脂封止する樹脂封止装置に対して、該樹脂封止のために粉体状の樹脂を供給する樹脂供給装置であって、
   前記粉体状の樹脂が投入され該粉体状の樹脂を自身の先端部分まで搬送し該先端部分より落下させる樹脂搬送路と、該樹脂搬送路を振動させる振動手段と、を備え、
   前記樹脂搬送路の先端部分の側壁部分が、水平方向に対して前記粉体状の樹脂の安息角で成形されている
   ことを特徴とする樹脂供給装置。
2. 請求項１において、
   前記粉体状の樹脂が投入された位置から前記先端部分の位置までの前記樹脂搬送路の区間に、該粉体状の樹脂の流動量を制限するための絞り機構が設けられている
   ことを特徴とする樹脂供給装置。
3. 請求項１又は２のいずれかにおいて、
   前記樹脂搬送路の断面がＶ字形状である
   ことを特徴とする樹脂供給装置。

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