JP5515110B2

JP5515110B2 - モールド金型

Info

Publication number: JP5515110B2
Application number: JP2009280013A
Authority: JP
Inventors: 高志斉藤
Original assignee: Apic Yamada Corp
Current assignee: Apic Yamada Corp
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-12-10
Also published as: JP2011121246A

Description

本発明は、半導体装置を樹脂モールドするトランスファモールド用のモールド金型に関する。

トランスファ成型装置においては、型開きしたモールド金型にワークと封止樹脂（例えば樹脂タブレット）が供給されてこれらをクランプし、ポットに装填された溶融樹脂が金型カル、金型ランナゲートを通じて金型キャビティへ圧送りされて樹脂モールドされる。

ワークとして基板面に複数の半導体素子が実装されパッケージ部が一括して樹脂モールドされて成形品が個片に切断される所謂多数個取りタイプのモールド金型は、封止樹脂の充填領域が広く（容積が大きい）金型キャビティ内の封止樹脂の流れも変化し易いため、チップレイアウトや金型の開口形状の有無によってエアートラップが発生し易く、未充填領域が発生するおそれがある。
このため、矩形状の金型キャビティに接続する金型ゲート側辺縁部と対向する辺縁部に幅１〜１０ｍｍ、深さが０．０２〜０．０４ｍｍ程度のエアーベントが１キャビティ当たり数箇所或いは全幅にわたって形成されている（特許文献１参照）。エアーベントの幅や深さは、封止樹脂の特性によって設定される。

特開平０８−３０９７８８号公報

しかしながら、モールド金型に樹脂特性の限界を超えたエアーベントを設けると、樹脂漏れを生じて成形品の体積が変化するため不良品が発生してしまう。例えば、ＬＥＤを成形する場合、深さ0.3mm程度の複数のエアーベントを設けると、粘度が０．５Ｐａ／ｓ以下の低粘度樹脂を用いた場合には樹脂漏れやフラッシュは少なく成形性が良いが、深さ0.05mmの全幅ベント（金型ゲート側辺縁部と対向する辺縁部全幅）の場合には樹脂漏れが発生する。また、粘度が１０Ｐａ／ｓの高粘度樹脂を用いた場合、深さ0.3mm程度の複数のエアーベントを設けた場合には、断面積が不足してエアーベント閉塞による未充填領域が発生するが、深さ0.05mmの全幅ベントの場合には、良好な成形性が得られる。

また、粒径７０μｍ以下の大粒径フィラーと粒径１μｍ以下の小粒径フィラーが混在した封止樹脂を用いてＬＥＤ用リフレクターを成形する場合には、チップ実装部に当たる金型キャビティ内に基板をクランプするキャビティ内クランプ部（金型凸部）が設けられるため、金型キャビティ内に充填される封止樹脂の流れが変動してエアートラップを生じ易くなる。このため、深さ0.3mm程度の複数のエアーベントや、深さ0.05mmの全幅ベント（金型ゲート側辺縁部と対向する辺縁部全幅）では、いずれもエアーベント閉塞による未充填が発生し、樹脂漏れも生ずる。

本発明は上記従来技術の課題を解決し、金型キャビティの底部に凸部を有しフィラー径の異なる高粘度樹脂を用いても、樹脂漏れが少なく成形品質を向上することができるモールド金型を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、次の構成を備える。
上型と下型とでワークがクランプされ、ポットに装填された樹脂材が金型カルに接続する金型ランナゲートを通じて矩形状の金型キャビティへ充填されるトランスファモールド用のモールド金型であって、前記金型キャビティの底部に複数の金型凸部が整列配置されており、当該金型キャビティの開口部に複数の前記金型ランナゲートが接続する金型ゲート側の辺縁部と対向する辺縁部にキャビティ全幅に渡って刻設された第１エアーベントと、当該第１エアーベントに重ねて複数刻設され前記第１エアーベントより深さが深い第２エアーベントと、を備え、前記複数の第２エアーベントは、前記金型キャビティの金型ゲート側の辺縁部から対向する辺縁部に向かって前記金型ランナゲート及び前記金型凸部の配列と同一ライン上に各々形成されており、前記第１エアーベントの両側辺縁部を含んで前記ワークが前記上型と前記下型とでクランプされることを特徴とする。

また、前記金型ゲート側の辺縁部から対向する辺縁部の中央部には前記ワークをクランプ可能なワーククランプ部が前記第１エアーベントより突出形成されていることを特徴とする。

また、前記第１エアーベントのキャビティ開口部からの深さｔ１は前記第２エアーベントのキャビティ開口部からの深さｔ２の４５％以上７５％以下となるように形成されていることを特徴とする。

上記モールド金型を用いれば、金型キャビティに金型ランナゲートが接続する金型ゲート側の辺縁部と対向する辺縁部にキャビティ全幅に渡って刻設された第１エアーベントと、当該第１エアーベントより深さが深い第２エアーベントが所定位置に重ねて刻設されているので、金型凸部の存在により金型キャビティ内に充填される封止樹脂の流速が遅くなって未充填領域が発生し易い環境になっても、第２エアーベントからエアーを確実に逃がすことができるので、金型キャビティ内に封止樹脂の未充填や樹脂漏れが少なく成形品質を向上することができる。

また、金型キャビティの底部に複数の金型凸部が整列配置されており、第２エアーベントは、金型キャビティの金型ゲート側の辺縁部から対向する辺縁部に向かって金型凸部の配列と同一ライン上に形成されていると、金型凸部に突き当たって回り込むことにより当該金型凸部の下流側の封止樹脂の流速が変動して第１エアーベントが先に塞がれることで発生し易い未充填領域のエアーを更に深さが深い第２エアーベントを通じてエアーを逃がすことができるので、金型キャビティ内の封止樹脂の未充填を防止することができる。

また、封止樹脂の種類にもよるが、第１エアーベントのキャビティ開口部からの深さｔ１は前記第２エアーベントのキャビティ開口部からの深さｔ２の４５％以上７５％以下となるように形成されていると、粒径の異なる複数のフィラーが混入された１０Ｐａ／ｓ以上の高粘度樹脂材を用いても、ボイドが発生せず良好な成形品質を維持できる。

モールド金型の平面図である。図１のモールド金型の矢印Ａ−Ａ方向断面図及び矢印Ｂ−Ｂ方向断面図である。上型キャビティ内に封止樹脂が充填される状態を示す説明図である。上型キャビティ内に封止樹脂が充填される状態を示す説明図である。ゲート及びエアーベントの数を増やしたモールド金型の平面図及び矢印Ｂ−Ｂ方向断面図である。

以下、本発明に係るモールド金型の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。以下の実施形態では、上型側にキャビティ凹部が形成され下型側にポットが形成されるトランスファモールド用のモールド金型を用いて説明する。

先ず、図１及び図２を参照してトランスファ成形装置の概略構成について説明する。図２（ａ）において、モールド金型１は上型２と下型３を備えている。モールド金型１は、上型２と下型３とでワーク（基板）４をクランプし、ポット５に装填され溶融した封止樹脂（樹脂タブレット、顆粒状樹脂、液状樹脂等の樹脂材）６がプランジャ１２により送り出されて上型カル７に接続する上型ランナゲート８を通じて上型キャビティ９へ充填されるようになっている。

図１において、上型２には、基板４に実装される複数の半導体素子に対してすり鉢状の壁面を有するリフレクターを一括して複数形成する矩形状の上型キャビティ９が形成されている。また、上型２にはポット５に対向する位置に上型カル７が形成され、上型カル７から複数の上型ランナゲート８が上型キャビティ９の辺縁部９ａに接続するように刻設されている。

また、上型キャビティ９のキャビティ底部９ｂには、基板４をクランプするキャビティ内クランプ部９ｃ（金型凸部）が複数整列配置されている。（図２（ａ）参照）。キャビティ内クランプ部９ｃにクランプされる基板面はこの金型では樹脂封止されず、半導体素子（ＬＥＤ）の実装部となる。

また、図１に示すように上型キャビティ９には上型ランナゲート８のゲート８ａが接続する上型ゲート側辺縁部９ａと対向する辺縁部９ｄにキャビティ全幅に渡って第１エアーベント１０が刻設されている。また、第１エアーベント１０には、当該第１エアーベント１０より深さが深い第２エアーベント１１が重ねて刻設されている（図２（ｂ）参照）。

また、第２エアーベント１１は、上型キャビティ９内の上型ゲート側の辺縁部９ａから対向する辺縁部９ｄに向かってキャビティ内クランプ部９ｃと同一ラインＬ上（図１参照）に形成されている。本実施例では、第２エアーベント１１は、３つのゲート８ａの形成位置に対応して３箇所に形成されている。すなわち、各第２エアーベント１１は、ゲート８ａから上型キャビティ９内に流れ込んだ封止樹脂６の流動距離が長くなり辺縁部９ｄへの到達が遅れる位置であって、３つのゲート８ａの各々に対応してキャビティ内クランプ部９ｃを挟んで反対側の位置に形成されている。なお、第２エアーベント１１は、図１に示すような位置に形成するのが好ましいが、上型ゲート側の辺縁部９ａから対向する辺縁部９ｄにおいてキャビティ内クランプ部９ｃの列数だけ設けてもよく、ゲート８ａの数と一致しなくてもよい。例えば、ゲート８ａが上型ゲート側の辺縁部９ａの中央に１つだけ形成されキャビティ内クランプ部９ｃが複数（一例として３列）形成されている場合において、複数（３箇所）の第２エアーベント１１が設けられていてもよい。

本実施形態では、また、封止樹脂６は、粘度１０Ｐａ／ｓ以上の高粘度樹脂で、フィラー平均粒径が３０μｍで最大粒径が７０μｍ以下の大粒径フィラー、及び最大粒径が１μｍ以下の小粒径フィラーが混入されたシリコン系樹脂材が用いられる。これらのフィラーとしては、アルミナ、酸化チタン、シリカ等のうちいずれか或いは組み合わせたものが用いられる。

図２（ｂ）に示すように、キャビティ深さＴは０．３５ｍｍ、第１，第２エアーベント１０，１１のキャビティ開口部（上型クランプ面）からの深さを各々ｔ１，ｔ２は各々０．０３０ｍｍ、０．０４９ｍｍに設定されている（Ｔ＞ｔ２＞ｔ１）。
発明者が鋭意研究を行った結果、第１エアーベント１０の深さｔ１は第２エアーベント１１の深さｔ２の６０％程度に設計することで最適なエアーベント状態とすることができ、未充填がなく樹脂漏れが最も少ない最良の結果を得ることができた。この場合、第１エアーベント１０の深さｔ１は、大粒径フィラーの平均粒径に相当する深さとなっており、第２エアーベント１０の深さｔ２は、大粒径フィラーの最大粒径の７０％となる深さに形成されている。このように、大粒径フィラーの最大粒径及び平均粒径の少なくとも一方に基づいて第１エアーベント１０の深さｔ１及び第２エアーベント１１の深さｔ２のいずれかを決定して、他方の深さを上述の比率から算出することで深さｔ１，ｔ２を決定することができる。また、第１エアーベント１０の深さｔ１を第２エアーベント１１の深さｔ２の４５％〜７５％程度に設計した場合にも上記構成に準じた良好な結果を得ることができた。

次に、ＬＥＤ用リフレクターを樹脂モールドするための多数個取りタイプの基板４を用いた上型キャビティ９内の樹脂充填過程について、図３（ａ）（ｂ）及び図４（ａ）（ｂ）を参照して説明する。
先ず、前提として、図２（ａ）において、下型３の上面にワーク（基板４）が搬入され、ポット５に封止樹脂６（樹脂タブレット）が供給されてから、下型３と上型２とで基板４をクランプする。このとき、基板４の周縁部のみならずキャビティ内クランプ部９ｃにより基板面もクランプされる。プランジャ１２を作動させて溶融した封止樹脂６が上型カル７、上型ランナゲート８を通じて上型キャビティ９に充填される。尚、上型キャビティ９の辺縁部９ｄには、第１エアーベント１０は全幅にわたって設けられているが、上型キャビティ９の周辺部に十分なクランプエリアを確保できるため、金型のたわみによる影響はない。

図３（ａ）において、上型キャビティ９の辺縁部９ａより上型ランナゲート８を通じて流れこんだ封止樹脂６は、キャビティ内クランプ部９ｃに突き当たって当該キャビティ内クランプ部９ｃの周面に沿って回りこみながら対向する辺縁部９ｄに向って流れる。

図３（ｂ）において、上型キャビティ９の辺縁部９ａから対向する辺縁部９ｄに向って、キャビティ内クランプ部９ｃが存在するラインＬ上の封止樹脂６が遅れて到達するため、このラインＬ上（３箇所）、特にキャビティ内クランプ部９ｃの下流側でエアーが集められることで封止樹脂６の充填が完了していない未充填領域１３が形成される。それ以外の部分では封止樹脂６は上型キャビティ９の辺縁部９ｄ（第１エアーベント１０近傍）にいち早く到達する。

図４（ａ）において、封止樹脂６の充填が進むと、樹脂圧により第１エアーベント１０に樹脂バリ１４が発生し、キャビティ内クランプ部９ｃが存在するラインＬ上の封止樹脂６が上型キャビティ９の辺縁部９ｄ（第１エアーベント１０近傍）に到達する。そして、第１エアーベント１０よりエアー抜きしつつ第１エアーベント１０が封止樹脂６で塞がれる。これにより、上型キャビティ９の辺縁部９ｄ両端（角部）などにおけるエアートラップが発生しないため封止樹脂６の未充填を防止することが可能となる。

図４（ｂ）において、封止樹脂６の充填が更に進むと、樹脂圧により第１エアーベント１０に生じた樹脂バリ１４が広がるがフィラーが第１エアーベント１０に堆積してせき止められた状態となる。具体的には、第１エアーベント１０に流れ込んだ大粒径フィラーの間を小粒径フィラーが埋めるような状態となって封止樹脂６の第１エアーベント１０へのそれ以上の浸入は堰き止められる。このため、封止樹脂６が第１エアーベント１０を抜けてトランスファ成形装置内を汚染してしまうようなことはない。この際に、樹脂圧により未充填領域１３に集められたエアーが第１エアーベント１０のみならずそれより深い第２エアーベント１１を通じて素早く排出される。さらに樹脂圧を加え続けることにより、ラインＬ（図３（ｂ）参照）上の封止樹脂６が第１エアーベント１０及び第２エアーベント１１へ流出して樹脂バリ１４が発生する。この際にも、第１エアーベント１０と同様にして大粒径フィラー及び小粒径フィラーの堆積によって封止樹脂６が堰き止められるため、樹脂バリ１４による装置内の汚染が発生するようなことはない。また、封止樹脂６に適正な樹脂圧を加えられるためボイドの発生も防止される。このように、上型キャビティ９の辺縁部９ｄにおいてキャビティ内クランプ部９ｃの下流で封止樹脂６の到達が遅い位置のエアーベントの深さを深くすることにより、辺縁部９ｄの全域におけるエアーの排出が円滑に行なわれるためエアートラップが確実に防止される。また、第１，第２エアーベント１０，１１の深さをフィラー径に対して上述したような関係としたことにより、大粒径フィラー及び小粒径フィラーの堆積によって装置内の汚染やボイドの発生は確実に防止される。
これにより、上型キャビティ９内に封止樹脂６の未充填領域１３はなくなり最終樹脂圧が加わったまま加熱されて硬化する。

以上のように、キャビティ内クランプ部９ｃ（金型凸部）の存在により上型キャビティ９内に充填される封止樹脂６の流速が遅くなって未充填領域１３が発生し易い環境になっても、第１エアーベント１０に重ねて刻設された第２エアーベント１１からエアーを確実に逃がすことができるので、上型キャビティ９内に封止樹脂６の未充填や樹脂漏れが少なく成形品質を向上することができる。

また、第２エアーベント１１は、上型キャビティ９内の上型ゲート側の辺縁部９ａから対向する辺縁部９ｄに向かってキャビティ内クランプ部９ｃ（金型凸部）と同一ラインＬ上に形成されているので、キャビティ内クランプ部９ｃにより封止樹脂６の流速が変動して第１エアーベント１０が先に塞がれることで発生し易い未充填領域１３のエアーを第２エアーベント１１を通じて逃がし易くすることができるので、上型キャビティ９内の封止樹脂６の未充填を防止することができる。

また、封止樹脂６の種類にもよるが、上型キャビティ９のキャビティ開口部からの深さＴ、第１、第２エアーベント１０，１１のキャビティ開口部からの深さを各々ｔ１，ｔ２とするとＴ＞ｔ２＞ｔ１であり、第２エアーベント１１のキャビティ開口部からの深さｔ２が第１エアーベント１０のキャビティ開口部からの深さｔ１より大粒径フィラーの平均粒径に相当する深さだけ深く形成されていると、粒径の異なる複数のフィラーが混入された１０Ｐａ／ｓ以上の高粘度樹脂を用いても、ボイドが発生せず良好な成形品質を維持できる。

尚、モールド金型１に形成される上型ランナゲート８の数や第２エアーベント１１の数は、キャビティ内クランプ部９ｃのレイアウトに合わせて変更してもよい。例えば、図５（ａ）（ｂ）において、上型２に設けられた上型キャビティ９内には、キャビティ内クランプ部９ｃが辺縁部９ａから辺縁部９ｄに向けて４ライン上に形成されている。上型キャビティ９には辺縁部９ａにおいて４本の金型ランナゲート８と辺縁部９ｄにおいて４箇所の第２エアーベント１１が設けられている。また、ワーククランプ部２０が、辺縁部９ｄの中央において第１エアーベント１０より突出して形成されており、基板４を辺縁部９ｄの中央においてクランプ可能に構成されている。これにより、大型の基板４用で辺縁部９ｄの幅が広い金型であっても金型のたわみや基板４のゆがみの発生を効果的に防止することができ、エアーベントの深さを均一に保って樹脂漏れが少ない均一なエアー抜きを実現することができる。

上述したモールド金型１は、上型キャビティ、下型ポット配置タイプのモールド金型を用いて説明したが、下型キャビティであってもよいし、上型ポット、下型キャビティ配置のモールド金型であってもよい。また、上型２と下型３のいずれを固定型とし、いずれを可動型とするかは任意に設定することができる。

１モールド金型
２上型
３下型
４基板
５ポット
６封止樹脂
７上型カル
８上型ランナゲート
８ａゲート
９上型キャビティ
９ａ，９ｄ辺縁部
９ｂキャビティ底部
９ｃキャビティ内クランプ部
１０第１エアーベント
１１第２エアーベント
１２プランジャ
１３未充填領域
１４樹脂バリ
２０ワーククランプ部

Claims

上型と下型とでワークがクランプされ、ポットに装填された樹脂材が金型カルに接続する金型ランナゲートを通じて矩形状の金型キャビティへ充填されるトランスファモールド用のモールド金型であって、
前記金型キャビティの底部に複数の金型凸部が整列配置されており、当該金型キャビティの開口部に複数の前記金型ランナゲートが接続する金型ゲート側の辺縁部と対向する辺縁部にキャビティ全幅に渡って刻設された第１エアーベントと、当該第１エアーベントに重ねて複数刻設され前記第１エアーベントより深さが深い第２エアーベントと、を備え、
前記複数の第２エアーベントは、前記金型キャビティの金型ゲート側の辺縁部から対向する辺縁部に向かって前記金型ランナゲート及び前記金型凸部の配列と同一ライン上に各々形成されており、
前記第１エアーベントの両側辺縁部を含んで前記ワークが前記上型と前記下型とでクランプされることを特徴とするモールド金型。
前記金型ゲート側の辺縁部から対向する辺縁部の中央部には前記ワークをクランプ可能なワーククランプ部が前記第１エアーベントより突出形成されている請求項１記載のモールド金型。