JP5401901B2

JP5401901B2 - 樹脂封止装置

Info

Publication number: JP5401901B2
Application number: JP2008256751A
Authority: JP
Inventors: 貴之佐々木; 啓司高村
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2028-10-01
Also published as: JP2010083085A

Description

本発明は、樹脂封止装置に関する。

微細に配線、接合されたチップなどの半導体製品を機械的な応力（ストレス）や温度、湿度といった外乱による影響から保護するために、チップや接合部分などに対して、樹脂を用いて固めることを封止または封入（モールド）と呼び、その生産工程を封止工程またはモールド工程と呼ぶ。この工程に用いられる装置を樹脂封止装置と一般的に呼ぶ。

半導体用の樹脂封止装置は、リードフレームに取り付けられたチップを金型にセットし、熱を加えてエポキシ樹脂を溶解して、一定時間の圧力と熱をかけて熱硬化させ、封止した後、所定のマガジン（収納棚）に収納するまでを自動で行う。

近年、半導体の高密度化、微細化、小型化に伴い、樹脂と金型との高密着、高密度化が要求されている。そのため樹脂封止面に対して均一な力で、また精度よく封止する技術が求められている。

図８（ａ）は、一般的な樹脂封止装置１０１を概略的に示す正面図であり、図８（ｂ）は、その樹脂封止装置１０１の型締め時における概略正面図である。

上金型１２０は固定プレート１０２に固定されており、また、下金型１３０は可動プレート１０３に固定されて、上金型１２０に対して相対的に移動可能な機構になっている。図８（ｂ）に示すように、下金型１３０を上金型１２０に対して押しつけることで、金型間で樹脂封止が行われる。

この樹脂封止装置１０１は、非常に大型の装置であり、図８に示すような可動プレート１０３は、動力源から下左右２点で支持されているため、左右均等に力を配分することが困難な構造となっている。そのため、可動プレート１０３は、固定プレート１２０に対して完全に平行になることが非常に難しくなっている。そのため、高精度の樹脂封止を行うためには、２つの金型１２０、１３０間の平行度の調整を行う必要が生じている。

上下金型の平行度の調整は、熟練の作業者によって手動で行われるのが一般的である。手動で行うことに加えて、装置も大型であるため、その調整作業には非常に多くの時間を要することになる。また、金型の種類ごと、装置ごと（機差）に調整を行わなければならず、量産ライン、工場において膨大の作業時間が必要となる。これにより生産タクト増、装置コスト増といった問題が発生することになる。

さらに、人による平行度調整を行った場合でも、１００％の平行度の実現は事実上困難であり、わずかな平行度のずれが常に存在することになる。そのため、図９に示すように（図を見やすくするために平行度のずれは実際よりも大きく図示している）、上金型１２０に対して下金型１３０が斜めになった状態で型締めを行うことになり、この下金型１３０の傾きにより、製品面内に力（型締め力）のばらつきが生じることになる。製品面に対して型締め力が不均一（面圧ばらつき発生）になると、樹脂バリの発生や樹脂内への気泡混入といった、製品品質の劣化につながる問題が発生することになる。

このような金型間の平行度のずれを回避するために、例えば、特許文献１では、加圧装置の精度によらず、封止工程の際に上部金型と下部金型との間の平行度が実現される、圧縮成形法を用いて樹脂封止する半導体装置製造用金型が開示されている。
特開平１１−２７４１９２号公報

しかし、上述の半導体装置製造用金型では、下部金型における、上部金型の封止面に対して平行度が実現できる面と、実際の封止面とは異なっている。つまり、実際に封止工程において封止面間の平行度を実現させるために、これらの面の間の精度調整を別途行っておく必要があり、上述の金型には、そのための調整機構が設けられている（例えば、特許文献１の段落［００７７］〜［００７９］参照）。そのため、金型や装置全体に熱による膨張や経時変化が発生する場合には、金型の定期的な調整作業が必要となり、調整時間の増加が生産コスト増につながることになる。

そこで本発明は、人による調整作業を必要とせず、上下金型の高精度な平行度を封止工程において自動的に実現することができる樹脂封止装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の樹脂封止装置は、第１の金型および第２の金型であって、該金型間に溶解した樹脂を注入して加圧することで電子部品を樹脂封止するための第１の金型および第２の金型と、前記第１の金型を保持する第１のプレートと、前記第２の金型を保持し、前記第１のプレートに対して上下方向に相対移動して加圧を行う第２のプレートと、少なくとも一方の前記金型と該少なくとも一方の金型を保持する前記プレートとの間に設けられたジョイント部であって、前記少なくとも一方の金型を保持する前記プレートに平行な面内の互いに直交する２つの軸まわりの第１および第２の回転自由度と、該２つの軸に直交する軸まわりの第３の回転自由度とを有し、前記少なくとも一方の金型と前記少なくとも一方の金型を保持する前記プレートとを相対回転可能に連結させるジョイント部と、を備えている。

以上、本発明の樹脂封止装置によれば、人による調整作業を必要とせず、上下金型の高精度な平行度を封止工程において自動的に実現することができる樹脂封止装置を提供することができる。

以下に、図を参照しながら、本発明の樹脂封止装置の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態の樹脂封止装置１を概略的に示す正面図である。図１（ａ）には、封止工程前の通常時、図１（ｂ）には、封止工程での型締め時における樹脂封止装置１の様子を、それぞれ示している。なお、本明細書では、図を見やすくするために、各部材間の角度のずれに関して、全ての図において実際よりも大きめに示している。

電子部品を樹脂封止するために用いられる本実施形態の封止樹脂装置１は、固定プレート（第１のプレート）２に保持された上金型（第１の金型）２０と、可動プレート（第２のプレート）３に保持された下金型３０（第２の金型）とを有している。上金型２０および下金型３０には、各金型２０、３０を加熱するためのヒータおよび熱電対（共に図示せず）が内蔵されており、封止動作を行う前に十分な加熱が行われる。

固定プレート２は、装置端部に設けられた４本のシャフト（図１では２本のみ図示）４によってベースプレート５に固定されている。

可動プレート３は、ボールねじ６および取付部７を介して、ベースプレート５に取り付けられたモータ８と連結されている。ボールねじ９は、モータ９の動力を上下方向に伝達する構造となっており、これにより、モータ９の回転が回転することで、可動プレート３を上下方向に駆動させることができる。こうして、可動プレート３は、固定プレート４に対して相対移動可能となり、下金型３０を上金型２０に対して押圧することが可能となる。また、可動プレート３が上下移動する際には、シャフト４がガイドの役割を果たすことになる。

下金型３０が可動プレート３に直接取り付けられ固定されている一方で、上金型２０と固定プレート２との間には、上金型２０と固定プレート２とを相対変位可能に連結させるジョイント部１０が設けられている。ジョイント部１０は、固定プレート２に対して平行な面内の互いに直交する軸（例えば、図１ではｘ方向およびｙ方向）まわりの２つの回転自由度、いわゆるローリング（ｘ軸まわりの回転運動）およびピッチング（ｙ軸まわりの回転運動）の回転自由度を有している。このジョイント部１０によって、上金型２０は、固定プレート２、つまり下金型３０が傾いていた場合、その傾きと同じ傾きとなるように動くことが可能となっている。また、ジョイント部１０は、下側からの型締めにおける加圧加重に対して十分な強度を有する構成となっている。これらにより、可動プレート３が固定プレート２に対して平行でない状態、つまり下金型３０が上金型２０に対して傾いた状態で加圧を行っても、上金型２０は下金型３０の傾きに追随して動くことができ、金型２０、３０間の高精度な平行度が実現することになる（図１（ｂ）参照）。

また、ジョイント部１０は、前述の２つの回転自由度に加えて、これらの回転軸に対して直交する軸まわりの回転自由度、すなわちヨーイング（ｚ軸まわりの回転運動）の回転自由度を有している。このようなジョイント部１０は、各金型２０、３０において、例えば互いに嵌合する凹凸のような形状が形成されて、互いに位置決めされた状態で加圧が行われるような場合に有利となる。すなわち、下金型３０が正常な加圧位置からｚ軸まわりの回転方向でずれていた場合、加圧の際に各金型２０、３０に形成された凹凸が一種のガイドとなって、各金型２０、３０の平行度だけでなく、位置決めも自動で実現することが可能となる。

ここで、ジョイント部１０の具体的な構成例について、図２から図４を参照しながら説明する。

図２から図４はそれぞれ、本実施形態におけるジョイント部１０を概略的に示す斜視図である。

図２は、ジョイント部１０ａとして、球面軸受１１を用いた場合を示している。これにより、ジョイント部１０ａは、ｘ軸まわりのローリングＡ１およびｙ軸まわりのピッチングＡ２の２つの回転自由度だけでなく、ｚ軸まわりのヨーイングＡ３の回転自由度も有することができる。これにより、１つの機構で、上金型２０にこれらの３つの回転自由度を与えることが可能となるのは有利である。

また、上述の回転自由度は、図３に示すような機構を用いることでも実現することができる。

図３（ａ）には、板状の２つの回転部材１３ａ、１３ｂと、それらに挟まれるように設けられた円柱状の回転軸部材１４とを有する回転機構部１２が示されている。各回転部材１３ａ、１３ｂには、それぞれＶ字状の回転溝１５ａ、１５ｂが設けられており、その回転溝１５ａ、１５ｂに回転軸部材１４が回転可能に当接している。これにより、回転部材１３ａ、１３ｂが、回転軸部材１４のまわりで回転することが可能となり（図３（ａ）中矢印参照）、回転機構部１２が回転自由度を有することになる。

この回転機構部を、図３（ｂ）に示すように、２つ上下に重ねて、上側の回転機構部１２ａを下側の回転機構部１２ｂに対して９０度回転させて配置することで、ジョイント部１０ｂは、ローリングＡ１とピッチングＡ２とを有することができる。この場合、さらに、例えば上金型２０をｚ軸まわりで回転可能に支持するθステージ１６などを用いることで、上述の回転３自由度を実現することが可能となる。

また、ここでは図には示さないが、上述の回転３自由度の回転運動の２つを、ユニバーサルジョイント機構を用いることで行うこともできる。その場合、残りの１つの回転自由度は、上記のθステージなどの別の機構を用いてもよく、または、２つのユニバーサルジョイント機構を組み合わせて用いることで、回転３自由度を実現することもできる。

さらに、図４に示すように、平面内の互いに直交する並進方向（図４中の矢印Ｂ１、Ｂ２参照）の２つの自由度を有する、例えばＸＹステージ１７などの機構を、上述の球面軸受１１などに組み合わせて用いることもできる。これにより、２つの金型２０、３０間の水平方向のずれにも対処することができ、さらなる高精度が要求される樹脂封止作業も可能となる。また、これと同様の効果は、図３（ｂ）に示すような２つの回転機構部１２ａ、１２ｂに、平面内の２つの並進自由度と回転自由度とを有するＸＹθステージなどの機構を組み合わせても得ることができる。

次に、図５を参照しながら、上金型２０が下金型３０の動きに追随して、両金型２０、３０間の高精度な平行度が実現する動作（上金型のならい動作）について説明する。

ここでは、図５（ａ）に示すように、下金型３０がｘ軸を中心に図で見て反時計方向に回転しているようなずれの状態について説明し、ｙ軸およびｚ軸まわりの回転方向のずれはないものとする。

下金型３０が上金型２０に対して傾いた状態で可動プレート３が上昇していくと、下金型３０は上金型２０の右側に先に接触することになる（図５（ｂ）参照）。さらに、加圧のために可動プレート３が上昇を続けると、上金型２０は、下金型３０との接触した部分から上向きの力を受けることになる。さらに、可動プレート３が上昇して加圧が進むと、上金型２０と固定プレート２との間に設けられたジョイント部１０によって、上金型２０は、固定プレート２に対してｘ軸を中心に図で見て反時計方向に回転する。そして、上金型２０と下金型３０の傾きが同じになるまで動くことになる（図５（ｃ）参照）。このようにして、加圧による型締めの際に、上金型２０と下金型３０とは高精度な平行度を実現することが可能となる。

ここで、実際に樹脂製品を製作する作業手順についても、簡単に説明しておく。

樹脂封止装置を動作させる前に、下金型３０の上面に被成形品をセットする。装置前面にあるスタートボタンを押して封止動作を開始させると、モータ８が動作して下金型３０が上昇する。上金型２０と下金型３０が接触した後も、モータ８は駆動を続け、下金型３０は上側へ上昇し続けることで上金型２０に対して加圧を行う。このとき、少なくとも３自由度を有するジョイント部１０によって固定プレート２と連結している上金型２０は、上述のならい動作によって下金型３０に対して平行となる。こうして、上金型２０と下金型３０との間の高精度な平行度は、人による調整を必要とすることなく、下金型３０の上昇動作のみで実現可能となる。このような上金型２０の下金型３０に対するならい動作は、加圧時には常に行われることになり、したがって加圧面を常に均一に保つことが可能となる。下金型３０の加圧動作（封止動作）が終了し、樹脂製品が完成した後は、下金型３０が所定位置まで下がり、モータ８が停止して、製品を取り出すことで一連の封止作業が完了する。この動作を繰り返し行うことで樹脂製品の量産が行われる。

以上のように、本実施形態の樹脂封止装置１によれば、下金型３０の上昇による加圧時における下金型３０に対する上金型２０のならい動作によって、金型２０、３０間の高精度な平行度が封止工程において自動的に実現可能となる。それにより、従来の樹脂封止装置では必要であった、金型交換や熱膨張、装置機差、経時変化などによる金型の平行度調整作業をなくすことが可能となる。したがって、調整作業時間をなくすことができ、生産タクトの削減につながり、生産コストの削減を実現することが可能となる。

また、加圧中（型締め中）において常にならい動作が可能となるため、固定プレート２に対して可動プレート３が常に傾いた状態で型締めを行っても、上金型２０と下金型３０との型締め面の圧力を一定にすることが可能となる。それにより、製品の量産過程において、面圧ばらつきを抑えることで、製品の品質向上、不良品の防止、生産性向上が可能となる。

さらに、本実施形態の封止樹脂装置１では、固定プレート２側に、ヨーイング、ピッチング、およびローリングの回転３自由度を有するジョイント部１０を設けることで、可動プレート３の傾きやずれに対処できるように、金型の可動範囲の自由度を従来よりも高くすることが可能となる。そのため、加重変位や熱膨張による変位に対してロバスト性を有することができ、製品ばらつきを小さくして、品質安定化につなげることもできる。

ここまでは、上金型２０と固定プレート２との間にジョイント部１０が設けられている実施形態について説明したが、図６および図７には、別の実施形態における樹脂封止装置１を示している。各（ａ）図は、封止工程前の通常時、各（ｂ）図は、封止工程での型締め時における樹脂封止装置１の概略正面図である。

これらの図に示すように、ジョイント部１０を、下金型３０と可動プレート３との間に設けたり（図６参照）、両方の金型２０、３０に設けたりする（図７参照）ことも可能である。それにより、上述の実施形態の場合と同様の効果を得ることが可能となる。

以上説明したように、本発明による樹脂封止装置は、リードフレーム上に多数個ボンディングされたＱＦＰ（ＱｕａｄＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）製品（参考例：幅５０ｍｍ、長さ１００ｍｍ内に１２箇所など）を下金型の上面に設置し、下金型を上昇させていき、下金型と上金型が接触した後も下金型をさらに上金型方向に加圧し、ボンティング箇所に対して封止を行う際に本装置のならい機構（角度追従機構）を用いることで、封止時における型締め面の圧力を均一にすることが可能となる。これにより、リードフレームの端端に対して均等に加圧することで、バリの削減やボイドの混入などを防ぎ、品質の向上を得ることができる。

本発明の一実施形態における樹脂封止装置を概略的に示す正面図である。本発明の一実施形態における樹脂封止装置の封止工程を説明するための図である。本発明の一実施形態における樹脂封止装置のジョイント部を概略的に示す斜視図である。本発明の一実施形態における樹脂封止装置のジョイント部を概略的に示す斜視図である。本発明の一実施形態における樹脂封止装置のジョイント部を概略的に示す斜視図である。本発明の別の実施形態における樹脂封止装置を概略的に示す正面図である。本発明の別の実施形態における樹脂封止装置を概略的に示す正面図である。従来の樹脂封止装置を概略的に示す正面図である。従来の樹脂封止装置を概略的に示す正面図である。

符号の説明

１樹脂封止装置
２固定プレート
２０上金型
３可動プレート
３０下金型
１０、１０ａ、１０ｂジョイント部
１１球面軸受
１２、１２ａ、１２ｂ回転機構部
１３ａ、１３ｂ回転部材
１４回転軸部材
１５ａ、１５ｂ回転軸
Ａ１ローリング
Ａ２ピッチング
Ａ３ヨーイング

Claims

第１の金型および第２の金型であって、該金型間に溶解した樹脂を注入して加圧することで電子部品を樹脂封止するための第１の金型および第２の金型と、
前記第１の金型を保持する第１のプレートと、
前記第２の金型を保持し、前記第１のプレートに対して上下方向に相対移動して加圧を行う第２のプレートと、
少なくとも一方の前記金型と該少なくとも一方の金型を保持する前記プレートとの間に設けられたジョイント部であって、前記少なくとも一方の金型を保持する前記プレートに平行な面内の互いに直交する２つの軸まわりの第１および第２の回転自由度と、該２つの軸に直交する軸まわりの第３の回転自由度とを有し、前記少なくとも一方の金型と前記少なくとも一方の金型を保持する前記プレートとを相対回転可能に連結させるジョイント部と、
を備えた樹脂封止装置。
前記第２の金型が前記第１の金型に対して位置決めされた状態で加圧されるように、前記第１の金型および前記第２の金型が形成されている、請求項１に記載の樹脂封止装置。
前記ジョイント部が球面軸受を含む、請求項１または２に記載の樹脂封止装置。
前記ジョイント部が、少なくとも１つのユニバーサルジョイント機構を含む、請求項１または２に記載の樹脂封止装置。
前記ジョイント部が、円柱状の第１の回転軸部材と、該第１の回転軸部材に対して回転可能に当接する溝が形成された板状の第１の回転部材と、円柱状の第２の回転軸部材と、該第２の回転軸部材に対して回転可能に当接する溝が形成され、前記第１の回転部材の上方または下方に設けられた板状の第２の回転部材とを有する回転機構部を含む、請求項１または２に記載の樹脂封止装置。