JP5474212B2 - 封止材成形装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、封止材成形装置及び方法に関し、より詳しくは、発光ダイオードパッケージの封止材をオーバーモールド方式で成形するのに好適な封止材成形装置及び方法に関する。

発光ダイオードチップのような半導体チップを内蔵するパッケージ製品の製造には、チップを封止する封止材を樹脂で成形する技術が用いられている。技術水準と最近の製品特性及び市場ニーズに応じて、発光ダイオードパッケージ等の半導体パッケージは、軽薄短小化の傾向を示している。このような傾向と、原資材節約のための努力として、封止材成形のための樹脂消耗量を最小化しようとする封止材成形技術への研究が盛んに進行している。

従来の封止材成形技術としては、トランスファー成形または射出成形と、オーバーモールド成形（または圧縮成形）が多く知られている。

トランスファー成形の場合、原料となる硬化前の樹脂を成形が行われるキャビティ内に充填するために、一次的に金型に設けられたポットに樹脂を供給し、上型と下型が閉じられた状態で、ポットに外力を加えることにより、その樹脂がランナーとゲートを順次経てキャビティに入るようにしている。ゲートを通過した樹脂は、キャビティ内に完全に充填された後、所定の時間が経過すると硬化する。封止材または封止材を含む製品を金型から分離し、この際、ポット、ランナー、ゲート内に残った樹脂は、製品との分離作業後、捨てられる。

このように従来のトランスファー成形（または射出成形）は、樹脂が移送される経路が多いため、多くの樹脂の流動量が要求され、封止材が成形されるキャビティに比べて、ポット、ランナー、ゲートの体積が大きく、そのポット、ランナー、及びゲート内の樹脂を捨てることにより、樹脂消耗量が多くなり過ぎるという短所があった。したがって、トランスファー成形は、成形精度がよく、成形寸法の安定性が高いという利点にもかかわらず、過多な樹脂消耗量により、経済性に極めて劣るという問題点があった。

これに対して、オーバーモールド成形は、トランスファー成形の方式とは異なり、ポット、ランナー、ゲート無しに、キャビティに直接樹脂を供給し加圧して封止材を成形するので、樹脂消耗量を大いに減らすことができるという経済的な利点があった。しかしながら、従来のオーバーモールド成形は、キャビティの体積が、加圧中、成形厚さ方向に収縮または変化するので、樹脂供給量の程度により成形厚さの差を生じることがある。また、従来のオーバーモールド成形は、多数の素子に対して一括して封止材を形成するのには利点を有するが、特定の製品に対して対応することは難いという問題点があった。特に、従来のオーバーモールド成形技術は、多数の貫通孔を有するリードフレーム基板上の半導体チップに対して封止材を成形する場合、貫通孔から樹脂が流れ出ることもあるので、例えば、リーク防止用テープで貫通孔を塞ぐ事前保護措置が要求される等の不便さと煩わしさがあった。

発光ダイオードパッケージ製品の大多数を占める表面実装型発光ダイオードパッケージの場合、光効率を高くするために、発光ダイオードチップの周辺を取り囲むレフレクターが要求される。レフレクターは、金属をパターン加工して形成されたリードフレーム基板上にＰＰＡを射出成形して一体化した成形物であり、半導体チップを収容する開口部を含む。このような適用に、オーバーモールド成形を用いる場合、前記開口部を覆うように封止材またはレンズ成形しなければならないので、下型のキャビティの全体にわたって樹脂を塗布する場合、レフレクターの外郭を含むリードフレームの不要な部分まで封止材の成形が行われるようになる。これは、素子間またはパッケージ間の間隔またはピッチが大きいほど、廃棄される樹脂消耗量を増加させ、さらには、成形工程以降の工程において、他の追加の問題を引き起こす素地がある。また、廃棄される樹脂量を減らすために薄く成形する場合、レフレクターと封止材との間の密着性に劣るので、成形以降の工程を経る間、封止材が取り外され、他の問題を生じることもある。

本発明の目的は、オーバーモールド方式でありながらも、信頼性のある厚さ寸法で封止材を成形することができ、貫通孔が存在するリードフレームのような基板上に封止材を成形するのに好適な封止材成形装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、オーバーモールド方式の成形装置を用いて、基板、特に貫通孔が存在する孔を含む基板上に、別途の事前措置無しに、封止材を信頼性のある寸法で成形する封止材成形方法を提供することにある。

本発明の一側面による封止材成形装置は、基板が装着される固定金型と、前記固定金型と対向して配置される可動金型と、前記固定金型と前記可動金型との間に位置するインサートキャビティブロックと、前記インサートキャビティブロックと前記可動金型との間に設けられる樹脂積載空間と、を備え、前記インサートキャビティブロックには、前記基板と対面する成形キャビティと、前記樹脂積載空間から前記成形キャビティに連なる樹脂移動経路が形成される。ここで、前記樹脂移動経路は、基板とインサートキャビティブロックと樹脂積載空間が連続して当接しているとき、前記樹脂積載空間と前記成形キャビティを連結するように、前記インサートキャビティブロックに形成された樹脂流入口を有する。

一実施例により、前記可動金型は、前記インサートキャビティブロックに当接するまで、上昇または下降後、停止するキャビティホールディングブロックと、前記キャビティホールディングブロックの停止後、さらに上昇または下降し、前記樹脂積載空間の樹脂を、前記インサートキャビティブロックに向かって加圧するキャビティ加圧ブロックと、を有し、前記キャビティホールディングブロックの上部と前記キャビティ加圧ブロックの上部を覆うように離型フィルムが覆われる。

本発明の他の側面により、固定金型に基板を装着し、インサートキャビティブロックを用いて、前記基板に接する一つ以上の成形キャビティを形成し、可動金型を用いて、樹脂積載空間の樹脂を前記成形キャビティ内に加圧し、前記成形キャビティ内において封止材を成形する封止材成形方法が提供される。

本発明によると、以下の効果がある。

第一に、基板とインサートキャビティブロックが密着しながら作られた不動のキャビティ空間を通じて成形が行われるので、樹脂供給量の程度とは関係なく、封止材の寸法安定化を図ることができる。

第二に、樹脂を供給して加圧する位置と封止材形成空間である成形キャビティとの距離を短縮することにより、不要なポット、ランナー等の樹脂の移動経路を最小化し、廃棄される樹脂消耗量を最小化することができる。

第三に、インサートキャビティブロックでリードフレームに配列された数個の素子を個別に密閉させることができるので、リードフレームの成形領域内に貫通孔が存在しても、別途の閉塞措置を取らずに、樹脂漏れを防ぐことができる。

第四に、封止材の形状を決定するとき、封止材の品質に直接的な影響を及ぼす要素であるインサートキャビティブロックを金型に挿入形態で組み立てなくてもよいので、高温の重い固定金型または可動金型を別に分離することなく、キャビティ状態の確認及びメンテナンスを容易に行うことができる。

第五に、成形が不可であり、または成形が不要な箇所を、インサートキャビティブロックの樹脂流入口を選別的に閉塞措置することにより、簡単に排除することができ、樹脂の供給量に関係なく、同一の寸法で成形された封止材が得られる。

第六に、基板を可動金型に配置する構造の場合、樹脂加圧のためのキャビティ加圧ブロックが上部に配置されるので、樹脂を入れるための所定の空間を設けるために、離型フィルムを真空方式で吸着させる必要がなく、さらには、前記真空吸着のための別途の真空器具及び装置の必要性がなくなる。

本発明の一実施例による封止材成形装置を第１の位置において示した断面図である。 本発明の一実施例による封止材成形装置を第２の位置において示した断面図である。 本発明の一実施例による封止材成形装置を第３の位置において示した断面図である。 図３に示した本発明の一実施例による封止材成形装置の一部を拡大して示した断面図である。 裏面に突出部を有する基板に封止材を形成するのに好適な封止材成形装置の一適用例を示した断面図である。 本発明の他の実施例による封止材成形装置を示した断面図である。

以下、添付した図面に基づき、本発明の好適な実施例について詳述する。また、本発明の実施例は、当該技術の分野における通常の知識を有する者に、本発明をさらに完全に説明するために提供されるものであり、下記の実施例は、様々な他の形態に変形され、本発明の範囲が下記の実施例に限定されるものではない。

図１、図２、図３は、本発明の一実施例による封止材成形装置を成形初期の第１位置、成形中期の第２の位置、また成形完了期の第３の位置において示した断面図であり、図４は、図３の主要部分を拡大して示した断面図である。

図１乃至図３に示すように、本実施例による封止材成形装置は、オーバーモールドまたは圧縮成形方式の成形装置であり、上部の固定金型２０、下部の可動金型３０、これらの間のインサートキャビティブロック４０を有する。図示してはいないが、可動金型の上昇または下降による樹脂の加圧成形のために、例えば、プレス加圧装置のような昇降駆動器具が用いられる。

前記固定金型２０と前記可動金型３０は、ブレス加圧装置のような昇降駆動器具の上部と下部に互いに対向して配置される。前記固定金型２０及び／または前記可動金型３０には、樹脂を設定温度に加熱するための加熱装置（図示せず）が設けられてもよい。本実施例において、リードフレーム１１を有する基板１０上に封止材の成形が行われ、前記基板１０は、リードフレーム１１に実装された発光ダイオードチップ１２と、前記発光ダイオードチップ１２を収容する開口部が形成されたレフレクター１３とを有する。また、前記基板１０は、封止材形成後に切断され、複数のＳＭＤ型発光ダイオードパッケージに分離されるものであり、リードフレーム１１のパターンにより、基板１０には貫通孔が形成されている。本明細書において、用語の「基板」とは、固定金型２０または可動金型３０に封止材成形のために装着される全ての種類の客体を含むものを意味する。また、図示によると、封止材が形成される客体である基板が、発光ダイオードチップがリードフレームに実装されてなるものであるが、本発明がこれに限定されてはならないことに留意する。

前記基板１０は、別途に設けられた基板供給装置（図示せず）により、固定金型２０に供給され、その固定金型２０に装着される。基板１０を固定金型２０に装着する方式は、真空吸着方式またはクランプ方式が用いられてもよく、その他の方式により、基板１０を固定金型２０に装着することも考慮される。基板供給装置による前記基板１０の供給は、プレス可動部によって、固定金型２０と可動金型３０が一定の間隔で離隔した状態で行われる。固定金型２０に装着された基板１０は、封止材が成形される広い面が可動金型３０に向かうようになる。

また、前記固定金型２０に装着された基板１０上に、前記インサートキャビティブロック４０が装着される。図４に示すように、前記インサートキャビティブロック４０は、一面に複数の成形キャビティ４１を有し、反対面には、前記成形キャビティ４１のそれぞれに連結される複数の樹脂流入口（またはゲート４２）が設けられる。また、前記インサートキャビティブロック４０は、前記複数の成形キャビティ４１が基板１０に向かうように、また、前記複数の樹脂流入口４２が前記可動金型３０の樹脂積載空間３８に向かうように前記基板１０に装着される。

上述のように、前記基板１０の一面には、発光ダイオードチップ１２と、その発光ダイオードチップ１２を収容する開口部が形成されたレフレクター１３とが設けられ、封止材は、前記レフレクター１３の開口部を満たすように形成されることが必要である。このような要求のために、前記インサートキャビティブロック４０の成形キャビティ４１には、前記レフレクター１３が嵌合される。したがって、前記成形キャビティ４１のうち、実際に樹脂Ｒが満たされる空間は、前記レフレクター１３の開口部にのみ残ることになる。前記封止材の形状を所望の形状にするために、図示のような凸レンズ形または他の所望の形状に成形キャビティ４１の形状を設計することができる。

可動金型３０の樹脂積載空間に存在していた樹脂は、キャビティ加圧ブロック３１による加圧により、前記樹脂流入口４２を通じて成形キャビティ４１に加圧流入した後、硬化され、前記レフレクター１３の開口部に前記発光ダイオードチップ１２を封止する封止材を形成する。本実施例とは異なり、基板１０にレフレクター１３が設けられていない場合、樹脂は、図面においてレフレクター１３が占める空間まで満たされる。

さらに図１乃至図３を参照すると、前記可動金型３０は、ベース３上に配置されるキャビティ加圧ブロック３１とキャビティホールディングブロック３６を有する。前記ベース３は、不図示の昇降駆動器具に連結され、前記昇降駆動器具により上下に駆動されるように構成される。前記キャビティ加圧ブロック３１は、前記ベース３の上部面の中央領域に固定配置され、前記キャビティホールディングブロック３６は、ベース３に設けられた弾性部材３７により付勢される。前記ベース３が上昇駆動すると、キャビティ加圧ブロック３１とキャビティホールディングブロック３６が一緒に上昇され、前記キャビティホールディングブロック３６が、他要素（本実施例では、インサートキャビティブロック４０）との接触により停止すると、その以降は、弾性部材３７の圧縮を伴い、キャビティ加圧ブロック３１のみが一定の高さまで上昇する。

本実施例によると、前記キャビティ加圧ブロック３１は、外郭のキャビティホールディングブロック３６よりも常時低く位置するので、前記キャビティ加圧ブロック３１と前記キャビティホールディングブロック３６により定められる可動金型３０の上部には、溶融樹脂が入れる窪んだ空間が形成される。また、本実施例による封止材成形装置は、加圧成形中、溶融樹脂が可動金型３０と直接接触することを防ぎ、その溶融樹脂が可動金型３０の下方に漏れることを防ぐために、可動金型３０の上部を覆う離型フィルム５０を有する。前記離型フィルム５０は、可動金型３０の上部に覆われたまま、前記可動金型３０側に設置された真空機器（図示せず）により、前記可動金型３０の上部に吸着される。

この際、前記離型フィルム５０は、可動金型３０のキャビティ加圧ブロック３１とキャビティホールディングブロック３６との間の狭い隙間を通じて真空吸着され、このような過程により、加圧工程中、樹脂の外部漏れを防止することができる樹脂積載空間３８が形成される。この樹脂積載空間３８内に一定量の固形または液状の樹脂を均一に積載する。

以下、図１、図２、図３を順次参照して、上述した封止材成形装置で基板上に封止材を形成する過程についてさらに説明する。

図１を参照すると、先ず、基板１０が上部の固定金型２０に装着され、次に、基板１０上にはインサートキャビティブロック４０が装着される。キャビティ加圧ブロック３１とキャビティホールディングブロック３６との間の段差により凹状を有する可動金型３０の上部に、離型フィルム５０を吸着させて樹脂積載空間３８を形成する。本実施例では、インサートキャビティブロック４０が固定金型２０上の基板１０上に装着されるが、インサートキャビティブロック４０を離型フィルム５０が吸着された可動金型３０の上部に装着することも考慮される。図１に示した位置において、可動金型３０の全ての部分は、固定金型２０側の全ての要素から離隔している。

図２を参照すると、昇降駆動器具によりベース３を上昇駆動させると、一次に可動金型３０のキャビティホールディングブロック３６がインサートキャビティブロック４０に当接して停止する。これにより、樹脂積載空間３８は、インサートキャビティブロック４０と可動金型３０との間において完全に閉じられる。この際、実際に当接する部分は、離型フィルム５０とインサートキャビティブロック４０であるが、他の手段により樹脂の漏れを防ぐことができれば、離型フィルム５０が省略されてもよいので、インサートキャビティブロック４０と一次に当接する部分をキャビティホールディングブロック３６であるものと説明する。

図３に示すように、昇降駆動器具によりベース３をさらに上昇駆動させると、弾性部材３７の圧縮を伴い、キャビティ加圧ブロック３１がさらに上昇し、樹脂積載空間３８の樹脂を加圧するようになる。前記加圧により、樹脂積載空間３８は段々減らす。図４に示すように、レフレクター１３とインサートキャビティブロック４０が当接するダンバー面４３がさらに加圧されると、樹脂がキャビティ領域に転移することを抑制することができ、密封力がさらに向上することができる。上述のように、樹脂積載空間３８が減少しながら、直接的に樹脂を加圧するようになり、加圧された樹脂は、インサートキャビティブロック４０に設けられた樹脂流入口４２から成形キャビティ４１内に注入される。

また、前記ステップ別の過程において、成形物に内在され、または発生した泡（ボイド）を効果的に除去し、成形性を改善するために、真空通路、すなわち、エアベントが形成され、このエアベントは、樹脂積載空間３８の外郭を形成するキャビティホールディングブロック３６の上面と、レフレクター１３の上面と、インサートキャビティブロック４０とが当接する面に選択的に設けられ得る。

液状に加圧された樹脂は一定の時間が経て硬化する。樹脂が硬化すると、固定金型２０と可動金型３０を離隔し、基板１０とインサートキャビティブロック４０を不図示の資材供給装置を用いて一括してアンロードし、金型の外部に一括して分離し、またはインサートキャビティブロック４０を先ずアンロードするとともに、分離した後、封止材の成形が完了した基板を取り外すこともできる。

図５は、基板１０の裏面、すなわち、封止材が形成される面の反対面が平らな面ではない場合に対する適用例を示す。前記基板１０の裏面に突出部１９がある場合、固定金型２０に前記突出部１９に相応する逃げ溝２７を設け、基板１０の浮き上がりを防止する。前記逃げ溝２７は、単に突出部１９に対する対応だけでなく、多数個のレフレクター１３の上面が形成する偏差と、インサートキャビティブロック４０のダンバー面４３（図４参照）の偏差が重なって生成し得る成形キャビティ４１の外周面の間隙をなくすことができる。基板１０の一部が固定金型２０に形成された逃げ溝２７に弾性的に押され、スプリングバック作用により上述した偏差を打ち消し、密封力もさらに向上させることができる。

図６は、本発明の他の実施例による封止材成形装置を示した断面図である。上述した実施例において紹介されたメカニズムを基礎とするが、基板１０の装着方向が反対であることが異なる。すなわち、本実施例によると、可動金型３０が上部に配置されて上型を構成し、固定金型２０が下部に配置されて下型を構成する。基板１０が下部の固定金型２０に装着され、その上にインサートキャビティブロック４０が搭載される。前記インサートキャビティブロック４０の一面には、下型、すなわち、固定金型２０に装着された基板１０に向かって開放された成形キャビティ４１が設けられ、反対面、すなわち、可動金型３０に臨む面には、樹脂積載空間３８と、前記樹脂積載空間３８を前記成形キャビティに連結する樹脂流入口４２が形成される。前記樹脂積載空間３８の下方に位置するように、前記可動金型３０の下部または前記インサートキャビティブロック４０の上部には、離型フィルム５０が配置される。可動金型３０が１次下降し、可動金型３０のキャビティホールディングブロック３６が前記離型フィルム５０を介して前記インサートキャビティブロック４０に当接し、前記キャビティ加圧ブロック３１は、弾性部材３７の圧縮を伴ってさらに下降し、樹脂積載空間３８内の樹脂を加圧する。樹脂は、樹脂積載空間３８から樹脂流入口を通じて成形キャビティ内に大きな圧力で注入される。成形キャビティ内の液状の樹脂が硬化し、緻密であり、厚さ寸法が安定的な封止材が、前記成形キャビティ内において形成される。真空吸着ではなくても、離型フィルム５０を下部の固定金型２０、すなわち、下型にそのまま維持させることができるので、離型フィルム５０の真空吸着のための真空機器を省略することもできる。図５に示すような逃げ溝２７を固定金型２０に形成することも考慮することができる。

２０ 固定金型
３０ 可動金型
３８ 樹脂積載空間
４０ インサートキャビティブロック
４１ 成形キャビティ
５０ 離型フィルム

Claims (2)

1. 基板が装着される固定金型と、
   前記固定金型と対向して配置される可動金型と、
   前記固定金型と前記可動金型との間に位置するインサートキャビティブロックと、
   前記インサートキャビティブロックと前記可動金型との間に設けられる樹脂積載空間と、を備え、
   前記インサートキャビティブロックには、前記基板と対面する成形キャビティと、前記樹脂積載空間から前記成形キャビティに連なる樹脂流入口が形成され、
   前記可動金型は、前記インサートキャビティブロックに当接するまで上昇または下降し、前記インサートキャビティブロックに当接して停止するキャビティホールディングブロックと、前記キャビティホールディングブロックの停止後、さらに上昇または下降し、前記樹脂積載空間の樹脂を、前記インサートキャビティブロックに向かって加圧するキャビティ加圧ブロックと、を有し、前記キャビティホールディングブロックの上部と前記キャビティ加圧ブロックの上部を覆うように離型フィルムが覆われることを特徴とする封止材成形装置。
2. 請求項１に記載の封止材成形装置を用いて前記基板上に封止材を形成する封止材成形方法において、
   前記固定金型に前記基板を装着するステップと、
   前記インサートキャビティブロックを前記基板上に装着するステップと、
   前記可動金型の上部に前記離型フィルムを吸着させて、前記インサートキャビティブロックと前記可動金型との間に前記樹脂積載空間を形成するステップと、
   前記インサートキャビティブロックに当接するまで前記キャビティホールディングブロックを上昇又は下降させ前記樹脂積載空間を閉鎖するステップと、
   前記キャビティホールディングブロックが前記インサートキャビティブロックに当接して停止した後、前記キャビティ加圧ブロックをさらに上昇又は下降させ、前記樹脂積載空間の樹脂を加圧するステップと、
   前記樹脂流入口を通じて前記樹脂積載空間の樹脂を前記成形キャビティ内に注入するステップと、を含むことを特徴とする封止材成形方法。

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