JP5234971B2 - 樹脂封止装置及び樹脂封止方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップ等の被成形品の樹脂封止等を行う樹脂封止装置及び樹脂封止方法に関する。

近年の半導体チップの薄型化、積層化などの要請に従い、トランスファ成形では狭いギャップのキャビティに、半導体チップ等の被成形品を損傷させることなく均一に流し込むのが困難な場面が多くなってきた。こうした事情に鑑み、近年導入され始めてきているのが、圧縮成形による樹脂封止である。

圧縮成形による樹脂封止装置としては、例えば特許文献１に示すものが挙げられ、上型と、該上型に対向すると共に該上型に対して進退動可能な下型と、該上型との間に配置され該下型を被覆する離型フィルムと、を有し、該離型フィルム上に成形用樹脂を配置して、該上型と下型との対抗面で形成されるキャビティで被成形品を樹脂封止することができる。

成形用樹脂として熱硬化性樹脂が用いられており、特許文献１の樹脂封止装置では、成形用樹脂への熱の伝導特性を制御することで、短いキュア時間で樹脂封止することを提案している。

特開２００７−３０１９５０号公報

熱硬化性樹脂を用いた成形用樹脂による樹脂封止は、一般にキャビティへの成形用樹脂の投入後（離型フィルム上への配置後）から受熱による溶融・硬化の反応が進行する。このため、キャビティに成形用樹脂を投入して上型と下型とを型閉じ及び型締めする際には、被成形品に設けられたボンディングワイヤのワイヤ流れを防ぐために、成形用樹脂の溶融速度に合わせてゆっくりと成形用樹脂を被成形品に接触させていく必要がある。そして、成形用樹脂の硬化速度に遅れないように、成形用樹脂の成形を迅速に完了させる必要がある。

しかし、生産性の高い即硬性の樹脂は特に硬化速度が速いため、成形用樹脂が被成形品（特にボンディングワイヤの部分）に接するまでに硬化が進行すると、成形用樹脂の粘度が上昇して成形性が悪化する。特に、成形用樹脂として平板状に予備成形された予備成形樹脂を使用する場合には、予備成形時の圧縮により成形用樹脂は密度が高く且つ薄くなるので、急速に受熱し、硬化が急速に進行する。このため、被成形品に接する前の成形用樹脂の粘度が大きな問題となるおそれがあった。

特許文献１では、成形部で離型フィルムを非吸着としているので、硬化の進行による粘度の上昇を防ぐことにある程度効果を有する。しかし、特許文献１は、必ずしも離型フィルムが成形部と接触することを回避しているものではない。このため、離型フィルムと成形部とが接触している部分では、接触していない部分と比較して熱が伝導されて成形用樹脂の部位毎に受熱レベルがばらついて樹脂封止品質に影響を与えるおそれがある。そこで、特許文献１で離型フィルムと成形部との接触するのを完全に防止しようとする場合には、成形部の表面と離型フィルムを支える枠部の表面との段差を大きくすることとなる。しかし、その際には離型フィルムの中央部が垂れ下がり成形用樹脂を配置した際には成形用樹脂の姿勢が不安定となる。結果的に、上型と下型との型閉じから樹脂封止に至る動作中に、成形用樹脂の位置ずれにより予期せぬ樹脂流動が生じてしまう。

本発明は、これらの課題を解決するべくなされたものであって、成形用樹脂の成形完了までの金型から成形用樹脂への熱の伝導特性を安定的に制御し、成形用樹脂の成形性を損なうことなく高い樹脂封止品質を実現可能とすることをその課題としている。

本発明は、第１の金型と、該第１の金型に対向する第２の金型と、該第１の金型との間に配置され該第２の金型を被覆する離型フィルムと、を有し、該離型フィルム上に成形用樹脂を配置して、該第１の金型と第２の金型との対向面で形成されるキャビティで前記被成形品を樹脂封止する樹脂封止装置において、前記第２の金型は、前記キャビティの底面を構成する成形部と、該成形部の外周に嵌合し該成形部に対して前記第１の金型と対向する方向に移動可能な枠部と、を有し、該枠部に前記離型フィルムを吸着する吸着機構の少なくとも一部が配置され、更に、該吸着機構で該離型フィルムが吸着されると共に、該離型フィルム上に前記成形用樹脂が配置された際に、該離型フィルムと前記成形部の表面とを非接触とするように、該離型フィルムと前記第２の金型とで構成される空隙内の圧力を調整する圧力調整手段を備えたことにより、上記課題を解決するものである。

本発明においては、離型フィルムを枠部で吸着して、第２の金型と離型フィルムとで構成される空隙内の圧力の調整を圧力調整手段で行うことで、離型フィルムと成形部の表面とを非接触としている。このため、枠部の表面と成形部の表面との段差を大きく取る必要がなく、離型フィルムの温度を成形部よりも低く且つ安定して均一に保つことができる。

即ち、離型フィルム上に成形用樹脂を配置させても、成形用樹脂の受熱は低く且つ一様である。このため、溶融・硬化の反応を成形用樹脂の部位に係らず一様に遅延させることができる。結果として型閉じ及び型締めの際に成形用樹脂の高い成形性を保つことができ、成形用樹脂の成形を高い信頼性で行うことができる。そのため、たとえ第１及び第２の金型の温度を予め高めに設定しておいても、樹脂封止工程の早い段階における成形用樹脂の温度上昇が抑えられる。そして、所定の成形用樹脂を成形する工程が完了するまで成形用樹脂の高い成形性を維持させることができる。即ち、即硬性の成形用樹脂を用いた場合であっても、被成形品に接触するまでの受熱量を遅延させることができるので、粘度上昇を抑制し、低粘度のまま被成形品の成形が可能である。

なお、このような作用効果は、上記樹脂封止装置だけでなく、第１の金型と、該第１の金型に対向する第２の金型と、該第１の金型との間に配置され該第２の金型を被覆する離型フィルムと、を用いて、該離型フィルム上に成形用樹脂を配置して、該第１の金型と第２の金型との対向面で形成されるキャビティで前記被成形品を樹脂封止する樹脂封止方法において、前記第２の金型は、前記キャビティの底面を構成する成形部と、該成形部の外周に嵌合し該成形部に対して前記第１の金型と対向する方向に移動可能な枠部と、を有して、該枠部で前記離型フィルムを吸着する工程と、該離型フィルム上に前記成形用樹脂を配置させた際に、該離型フィルムと前記成形部の表面とを非接触とするように、該離型フィルムと前記第２の金型とで構成される空隙内の圧力の調整を行う工程と、を含むことを特徴とする樹脂封止方法によっても実現することができる。

この方法の発明において、前記離型フィルム上に前記成形用樹脂を配置させる際に、前記枠部を移動させて、前記成形部の表面と枠部の表面との段差を、前記被成形品が成形される際の段差以下としておく場合には、成形部への離型フィルム吸着時に、離型フィルムの伸び分が小さくなるので、離型フィルムに皺が発生するのを防ぐことができる。同時に、成形部への離型フィルムの吸着にかかる時間の短縮をすることができる。

ここで、圧力調整手段は、前記離型フィルムと成形部の表面とを非接触とすることができれば、前記空隙を減圧してもよいし、逆に加圧してよく、特に限定されるものではない。加圧する場合には、例えば、前記圧力調整手段は、前記空隙に圧縮気体を供給する気体供給部を有してもよい。その場合には、成形部の表面と枠部の表面との段差を可能な限り小さくすることができ、成形用樹脂の成形の際には、より高い成形性を確保できると共に、成形部への離型フィルムの吸着にかかる時間の短縮をすることができる。同時に、圧縮気体を供給することで、非接触状態を安定して維持することができ、熱の伝導特性をより安定して制御することができる。

更に、前記成形部に前記離型フィルムを吸着させるための減圧動作を行う気体減圧部と、前記被成形品が取付けられた該第１の金型と前記第２の金型とが閉じられて前記成形用樹脂が該被成形品と接触する前に、前記圧力調整手段の動作から前記気体減圧部の動作に切替える切替手段と、を有する場合には、気体減圧部の動作により、安定した離型フィルムの吸着を実現することができる。同時に、切替手段を備えることにより、離型フィルムの成形部の表面への吸着タイミングを最適にすることが可能となる。

なお、このような作用効果は、上記樹脂封止装置だけでなく、前記離型フィルム上に前記成形用樹脂を配置後、前記第１の金型と第２の金型とを接近させる工程と、該成形用樹脂が該第１の金型に取付けられた前記被成形品と接触する前に、前記空隙内の圧力の前記調整から減圧へ切替えて、前記離型フィルムを前記成形部の表面に吸着する工程と、を含むことを特徴とする樹脂封止方法によっても実現することができる。

成形用樹脂の成形完了までの金型から成形用樹脂への熱の伝導特性を安定的に制御し、成形用樹脂の成形性を損なうことなく高い樹脂封止品質を実現することが可能となる。

本発明の実施形態の一例を示す樹脂封止装置の構成を示す断面図 樹脂封止装置において樹脂封止を行う際の手順を描写した工程図

以下、添付図面を用いて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る樹脂封止装置の要部を模式的に示した断面図、図２は、樹脂封止装置を用いて樹脂封止を行う際の手順を描画した工程図、である。

最初に、樹脂封止装置の全体構成について図１を用いて説明する。

樹脂封止装置１００は、第１の金型である上型１０８と、上型１０８に対向する第２の金型である下型１１０と、上型１０８との間に配置され下型１１０を被覆する離型フィルム１０６と、を有する。そして、樹脂封止装置１００は、離型フィルム１０６上に成形用樹脂１０４を配置して、上型１０８と下型１１０との対向面で形成されるキャビティで被成形品１０２を樹脂封止することができる。言い換えれば、キャビティ内に被成形品１０２が配置された際には、上型１０８に取り付けた被成形品１０２と下型１１０との対向面で形成される空間に樹脂が充填される。

以下、各構成要素について図１を用いて説明する。

上型１０８は、図示せぬ上プラテンに固定されている。そして、上型１０８の下型１１０に対向する面（対向面）には被成形品１０２が取付けられる。被成形品１０２は、例えば半導体チップが搭載された実装基板であり、実装基板と半導体チップとの間はワイヤーボンディングがなされている。

離型フィルム１０６は、上型１０８と下型１１０との間に配置され、下型１１０を被覆する。離型フィルム１０６と下型１１０とで空隙１２６が構成される。離型フィルム１０６としては、特に下型１１０の加熱温度に耐えうる耐熱性があると共に、下型１１０及び成形用樹脂１０４の双方に対して剥離性があるフィルム材が使用される。このような特性を有するフィルム材としては、例えば、ＦＥＰフィルム、ＰＥＰフィルム、ポリ塩化ビニルゲンなどがある。フィルム厚は、例えば数十μｍ程度である。

下型１１０は、上型１０８に対向して、上下動（Ｙ方向）自在な図示せぬ可動プラテンに固定されている。下型１１０は、成形部１１２と枠部１１４とを備えている。成形部１１２は、上型１０８と下型１１０のそれぞれの対向面で形成されるキャビティの底面を構成し、上型１０８に対して接触・離間（進退動）可能とされている。枠部１１４は、成形部１１２の外周に嵌合し、成形部１１２に対して上型１０８と対向する方向（Ｙ方向）に移動可能である。成形部１１２の進退動及び枠部１１４の移動は、図示せぬ制御装置により制御される。

枠部１１４には、離型フィルム１０６を吸着する吸着機構１１６の一部が配置されている。吸着機構１１６は、吸着口１１６Ａと配管１１６Ｂと第１減圧部１１６Ｃとを有する。吸着口１１６Ａは枠部１１４の表面１１４Ａに複数設けられて、吸着口１１６Ａにつながる配管１１６Ｂは枠部１１４の内部に配管されている。第１減圧部１１６Ｃは配管１１６Ｂと連通し、第１減圧部１１６Ｃの動作により、吸着口１１６Ａが設けられた枠部１１４の表面１１４Ａで離型フィルム１０６を吸着することができる。

下型１１０には圧力調整機構（圧力調整手段）１１８が設けられている。圧力調整機構１１８は、隙間１１８Ａ、配管１１８Ｂ、気体供給部１２０、気体減圧部である第２減圧部１２２、及び切替弁１２４を備える。隙間１１８Ａは、枠部１１４と成形部１１２との間に設けられており、配管１１８Ｂに連通している。配管１１８Ｂは、枠部１１４の内部に形成されているが、配管１１６Ｂとは別系統で構成されている。このため、吸着機構１１６と圧力調整機構１１８とは独立して合理的に機能させることができる。気体供給部１２０は、圧縮空気を供給する機能を有する。第２減圧部１２２は負圧を供給することができる。切替弁１２４は気体供給部１２０から供給される圧縮空気と第２減圧部１２２から伝わる負圧とを切替えることができる。切替弁１２４は配管１１８Ｂに連通している。このため、気体供給部１２０を動作させた際には、隙間１１８Ａ、配管１１８Ｂ及び切替弁１２４を介して成形部１１２の表面側に圧縮空気を供給することができる。一方、第２減圧部１２２を動作させた場合には、切替弁１２４を切替えて、隙間１１８Ａ、配管１１８Ｂ、及び切替弁１２４を介して成形部１１２の表面側に負圧を発生させることができる。

次に、図２を用いて本実施形態における樹脂封止方法について説明する。

最初に、枠部１１４を成形部１１２に対して移動させて、枠部１１４の表面１１４Ａと成形部１１２の表面１１２Ａとの段差Ｈを、被成形品１０２が樹脂封止される際の枠部１１４の表面１１４Ａと成形部１１２の表面１１２Ａとの段差Ｈ１以下（Ｈ≦Ｈ１）とする。そして、下型１１０（枠部１１４と成形部１１２）に離型フィルム１０６を被覆し、第１減圧部１１６Ｃを動作させて、離型フィルム１０６を吸着口１１６Ａで吸着する。

次に、離型フィルム１０６と下型１１０とで構成された空隙１２６内に、隙間１１８Ａ、配管１１８Ｂ、及び切替弁１２４を介して気体供給部１２０から供給される圧縮空気を送り込む。そして、空隙１２６において、離型フィルム１０６と成形部１１２の表面１１２Ａとが非接触状態を保つようにする。

次に、図２（Ａ）に示す如く、離型フィルム１０６上に成形用樹脂１０４を配置する。このとき、離型フィルム１０６と成形部１１２の表面１１２Ａとが非接触を保てるように、必要に応じて気体供給部１２０から圧縮空気の供給量を調整する。このため、成形用樹脂１０６の重みで離型フィルム１０６がたるんで成形部１１２の表面１１２Ａと接触することを防止できるので、成形用樹脂１０４の一部が溶融することを回避できる。

次に、図２（Ｂ）に示す如く、上型１０８に対して下型１１０を接近させていく。なお、被成形品１０２は、離型フィルム１０６を枠部１１４の表面１１４Ａに吸着する以前に上型１０８の表面に取付けておく。

次に、図２（Ｃ）に示す如く、成形用樹脂１０４が上型１０８に取付けられた被成形品１０２と接触する前に、空隙１２６内の圧力を切替えて減圧を行い、離型フィルム１０６を成形部１１２の表面１１２Ａに吸着させる。減圧を行う際には、第２減圧部１２２を動作させ、切替弁１２４で配管１１８Ｂと気体供給部１２０との連通を遮断して、配管１１８Ｂと第２減圧部１２２との連通を行う。離型フィルム１０６が成形部１１２の表面１１２Ａに吸着されることで、成形用樹脂１０４は急速に溶融していく。

次に、図２（Ｄ）に示す如く、下型１１０を上昇させる。それと共に枠部１１４を上昇させて段差Ｈを段差Ｈ２に拡大させる（Ｈ＝Ｈ２、Ｈ２＞Ｈ１）。そして、枠部１１４の表面１１４Ａで成形品１０２をクランプする。

次に、図２（Ｅ）に示す如く、枠部１１４が被成形品１０２をクランプした状態で、成形部１１２を上型１０８に対して上昇させて、圧縮動作を行う。すると、溶融した成形用樹脂１０４が被成形品１０２の被成形部を包囲するように成形され、樹脂封止が行われる。溶融した成形用樹脂１０４は、溶融状態から硬化していき硬化した成形品が成形される。

このように、成形用樹脂１０４を離型フィルム１０６上に配置後は、成形部１１２の表面１１２Ａに対して離型フィルム１０６が確実に浮いた状態となり、空気の断熱効果により、成形用樹脂１０４の温度を下型１１０の温度まで上昇させることはない。つまり、離型フィルム１０６の温度を成形部１１２の温度よりも低く且つ安定して均一に保つことができる。即ち、離型フィルム１０６上に成形用樹脂１０４を配置しても、成形用樹脂１０４の受熱は低く且つ一様である。このため、溶融・硬化の反応を成形用樹脂１０４の部位に拘らず一様に遅延させることができる。結果として型閉じ及び型締めの際に成形用樹脂１０４の成形に必要な流動性（高い成形性）を保つことができ、成形用樹脂１０４の成形を高い信頼性で行うことができる。そのため、たとえ下型１１０の温度を予め高めに設定しておいても、樹脂封止工程の早い段階での成形用樹脂１０４の温度上昇は抑えられ、所定の樹脂封止工程が完了するまで成形用樹脂１０４の成形性を維持させることができる。即ち、即硬性の成形用樹脂を用いた場合であっても、被成形品１０２に接触するまでの受熱量を遅延させることができるので、粘度上昇を抑制し、低粘度のまま成形用樹脂１０４の成形が可能である。

又、離型フィルム１０６と成形部１１２の表面１１２Ａとが非接触となるように空隙１２６内の圧力が調整されるため、枠部１１４の表面１１４Ａと成形部１１２の表面１１２Ａとの段差Ｈは大きく取る必要がない。具体的には、予め枠部１１４を移動させ、段差Ｈを被成形品１０２が樹脂封止される際の段差Ｈ１以下（Ｈ≦Ｈ１）とすることで、成形部１１２の表面１１２Ａへの離型フィルム１０６吸着時に、離型フィルム１０６の伸び分が小さくなるので、離型フィルム１０６に皺が発生するのを防ぐことができる。同時に、成形部１１２への離型フィルム１０６の吸着にかかる時間の短縮をすることができる。

即ち、本発明は成形用樹脂１０４の成形完了までの金型（上型１０８と下型１１０）から成形用樹脂１０４への熱の伝導特性を安定的に制御し、成形用樹脂１０４の成形性（充填性）を損なうことなく高い樹脂封止品質を実現することが可能である。

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、本発明の趣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ない。

例えば、本実施形態においては、気体供給部１２０を用いて空隙１２６に圧縮空気を導いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、圧縮空気ではなく、他の気体を圧縮した圧縮ガスを用いてもよい。更には、離型フィルム１０６と下型１１０（枠部１１４と成形部１１２）とで構成される空隙１２６の密封性を向上させ、成形部１１２を離型フィルム１０６に対して接近させることにより空隙１２６の圧力を上昇させて、非接触状態を保ってもよい。

又、本実施形態においては、予め枠部１１４を移動させ、段差Ｈを被成形品１０２が樹脂封止される際の段差Ｈ１以下（Ｈ≦Ｈ１）としていたが、本発明はこれに限定されず、枠部１１４を予め移動させなくてもよい。

又、本実施形態においては、切替手段として切替弁１２４を設け、第２減圧部１２２を設けていたが、本発明はこれに限定されない。別個の配管と開閉弁とを介して気体供給部１２０と第２減圧部１２２とを空隙１２６に接続してもよいし、気体供給部及び第２減圧部はエジェクタとコンプレッサとを組合せて構成してもよい。

１００…樹脂封止装置
１０２…被成形品
１０４…成形用樹脂
１０６…離型フィルム
１０８…上型
１１０…下型
１１２…成形部
１１２Ａ、１１４Ａ…表面
１１４…枠部
１１６…吸着機構
１１６Ａ…吸着口
１１６Ｂ、１１８Ｂ…配管
１１６Ｃ…第１減圧部
１１８…圧力調整機構
１１８Ａ…隙間
１２０…気体供給部
１２２…第２減圧部（気体減圧部）
１２４…切替弁
１２６…空隙

Claims (6)

1. 第１の金型と、該第１の金型に対向する第２の金型と、該第１の金型との間に配置され該第２の金型を被覆する離型フィルムと、を有し、
   該離型フィルム上に成形用樹脂を配置して、該第１の金型と第２の金型との対向面で形成されるキャビティで前記被成形品を樹脂封止する樹脂封止装置において、
   前記第２の金型は、前記キャビティの底面を構成する成形部と、該成形部の外周に嵌合し該成形部に対して前記第１の金型と対向する方向に移動可能な枠部と、を有し、
   該枠部に前記離型フィルムを吸着する吸着機構の少なくとも一部が配置され、更に、
   該吸着機構で該離型フィルムが吸着されると共に、該離型フィルム上に前記成形用樹脂が配置された際に、該離型フィルムと前記成形部の表面とを非接触とするように、該離型フィルムと前記第２の金型とで構成される空隙内の圧力を調整する圧力調整手段を備えた
   ことを特徴とする樹脂封止装置。
2. 請求項１において、
   前記圧力調整手段は、前記空隙に圧縮気体を供給する気体供給部を有する
   ことを特徴とする樹脂封止装置。
3. 請求項１又は２において、更に、
   前記成形部に前記離型フィルムを吸着させるための減圧動作を行う気体減圧部と、
   前記被成形品が取付けられた該第１の金型と前記第２の金型とが閉じられて前記成形用樹脂が該被成形品と接触する前に、前記圧力調整手段の動作から前記気体減圧部の動作に切替える切替手段と、を有する
   ことを特徴とする樹脂封止装置。
4. 第１の金型と、該第１の金型に対向する第２の金型と、該第１の金型との間に配置され該第２の金型を被覆する離型フィルムと、を用いて、
   該離型フィルム上に成形用樹脂を配置して、該第１の金型と第２の金型との対向面で形成されるキャビティで前記被成形品を樹脂封止する樹脂封止方法において、
   前記第２の金型は、前記キャビティの底面を構成する成形部と、該成形部の外周に嵌合し該成形部に対して前記第１の金型と対向する方向に移動可能な枠部と、を有して、該枠部で前記離型フィルムを吸着する工程と、
   該離型フィルム上に前記成形用樹脂を配置させた際に、該離型フィルムと前記成形部の表面とを非接触とするように、該離型フィルムと前記第２の金型とで構成される空隙内の圧力の調整を行う工程と、
   を含むことを特徴とする樹脂封止方法。
5. 請求項４において、
   前記離型フィルム上に前記成形用樹脂を配置させる際に、前記枠部を移動させて、前記成形部の表面と枠部の表面との段差を、前記被成形品が成形される際の段差以下としておく
   ことを特徴とする樹脂封止方法。
6. 請求項４又は５において、更に、
   前記離型フィルム上に前記成形用樹脂を配置後、前記第１の金型と第２の金型とを接近させる工程と、
   該成形用樹脂が該第１の金型に取付けられた前記被成形品と接触する前に、前記空隙内の圧力の前記調整から減圧へ切替えて、前記離型フィルムを前記成形部の表面に吸着する工程と、
   を含むことを特徴とする樹脂封止方法。

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