JP5608523B2 - 樹脂封止装置 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂成形圧を測定するロードセルを備えた樹脂封止装置に関する。

従来から、半導体チップを実装した半導体実装基板に対して樹脂封止を行う樹脂封止装置では、樹脂の注入圧力を制御するため、ロードセル（ひずみゲージ）を用いて駆動系の圧力を監視し、荷重測定を行っていた。

例えば特許文献１には、複数のプランジャと、複数のプランジャを支持する押動プレートと、押動プレートを駆動する駆動装置を有し、押動プレートに作用する偏荷重を検出可能に押動プレートと駆動装置との間に圧力センサ（ひずみゲージ）を配設したトランスファ成形装置が開示されている。

特開平０６−１６６０４７号公報

しかしながら、特許文献１のトランスファ成形装置において、ロードセルに加えられる圧力が小さい低圧域では、ロードセルの特性上出力電圧が低く、周囲の電源ライン等からのノイズの影響により安定した荷重測定が困難である。

そこで本発明は、低い樹脂成形圧でも安定した樹脂成形が可能な信頼性の高い樹脂封止装置を提供する。

本発明の一側面としての樹脂封止装置は、ワークを樹脂封止する樹脂封止装置であって、前記ワークを上面側から押さえる上型を保持するように構成されたトッププラテンと、前記ワークを下面側から押さえる下型を保持するように構成されたムービングプラテンと、前記上型及び前記下型で前記ワークをクランプして該ワークを樹脂封止する際に、溶融した樹脂を圧送するプランジャと、前記下型のポットに沿って前記プランジャを摺動可能に構成されたトランスファ機構と、前記トランスファ機構により前記プランジャに加えられる樹脂成形圧を検出するロードセルと、前記ロードセルに予圧を加えるバネ機構とを有する。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、低い樹脂成形圧でも安定した樹脂成形が可能な信頼性の高い樹脂封止装置を提供することができる。

また、ポットとプランジャの摺動抵抗を測定し、摺動抵抗を考慮に入れた成形圧の設定ができる。

また、ポットとプランジャの摺動抵抗を測定し、ポットとプランジャの磨耗状態を判断し、ポット又はプランジャの交換時期及びメンテナンスが必要な時期の算出が可能となる。

本実施例における樹脂封止装置の概略断面図である。 本実施例における樹脂封止装置の要部断面図である。 本実施例における樹脂封止装置の樹脂成形圧の検出値と荷重との関係図である。 比較例（従来例）における樹脂封止装置の概略断面図である。 比較例（従来例）における樹脂封止装置の要部断面図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、図１を参照して、本実施例における樹脂封止装置の概略構成について説明する。図１は、本実施例における樹脂封止装置１００の概略断面図である。樹脂封止装置１００は、半導体実装基板等のワークをトランスファモールドで樹脂封止するために用いられる。樹脂封止装置１００において、トッププラテン１０は、ワーク（不図示）を上面側から押さえる上型１２（金型）を保持するように構成されている。またムービングプラテン２０は、ワークを下面側から押さえる下型２２（金型）を保持するように構成されている。下型２２には、複数のポット２１が形成されている。また各々のポット２１の内部には、プランジャ２３が配置されている。後述のように、プランジャ２３は、上型１２及び下型２２でワークをクランプしてワークを樹脂封止する際に、溶融した樹脂を圧送するように構成されている。

樹脂封止の際には、熱硬化性樹脂等をタブレット（円柱）状に成形した樹脂タブレット（不図示）をポット２１の内部におけるプランジャ２３の上に配置する。そして、上型１２と下型２２とでワーク（不図示）をクランプし（挟み）、下型２２を予熱して樹脂タブレットを溶融させ、プランジャ２３を上動させて溶融した樹脂を圧送することにより、上型１２と下型２２との間に形成された所定領域が樹脂で充填される。プランジャ２３は、トランスファ機構としてのマルチトランスファユニット２４により、ポット２１に沿って上下に摺動可能に構成されている。なお、樹脂タブレットに代えて、顆粒樹脂をポット２１に投入することも可能であり、又は、液状の熱硬化性樹脂をディスペンサ（不図示）で供給することもできる。また、上型１２及び下型２２のパーティング面をリリースフィルム（不図示）で覆ってから樹脂を供給して、リリースフィルムを介して上型１２及び下型２２でワークをクランプしてもよい。

マルチトランスファユニット２４の下部には、プレート３２、３４の間に、マルチトランスファユニット２４によりプランジャ２３に加えられる樹脂成形圧を検出するロードセル３０（樹脂成形圧センサ）が設けられている。ロードセル３０は、その下に配置されたプレート３４と、プレート３４の上に配置されたトランスファプレート２８とから構成される凹部の内部に配置されている。

これらの構造体は、ムービングプラテン２０に設けられた複数のボールネジ軸４３の上に搭載されている。なお図１で、ムービングプラテン２０は、マルチトランスファユニット２４が通る大きさの横穴（図面左右方向）が空いてあり、トランスファプレート２８が自由に上下できる孔となっている。各々のボールネジ軸４３の周囲にはベアリングナット４１が設けられており、ベアリングナット４１の内周を回転させることで、ボールネジ軸４３を正確かつ滑らかに上下動させることができる。なお、ベアリングナット４１の内周はボールネジ軸４３に螺合回転し、ベアリングナット４１の外周はムービングプラテン２０に固定されている。ボールネジ軸４３が上下動すると、それに連結されたマルチトランスファユニット２４が上下動する。ボールネジ軸４３とプーリー４２の間には隙間があり、プーリー４２は、ベアリングナット４１の内周下部において、ベアリングナット４１の回転中心に取り付けられている。複数のプーリー４２は、互いにベルト４４で接続されている。エジェクターロッド２６は、ムービングプラテン２０の下部に通し孔が開けられ、ムービングプラテンの上下動に拠らない底部（不図示）に固定され、ムービングプラテン２０の上部に向けて垂直に延びるように設けられている。ムービングプラテン２０の上に固定された下型２２は、ムービングプラテン２０と共に下型２２が下動することにより、エジェクターロッド２６が下型２２に対して相対的に上側に突き出すことにより金型内でエジャクタピン（不図示）が上動し、成形樹脂が離型される。

次に、図２を参照して、樹脂封止装置１００に設けられたロードセル３０（樹脂成形圧センサ）及びその周辺の概略構成について説明する。図２は、樹脂封止装置１００の要部断面図である。

本実施例のようにトランスファモールドを行う樹脂封止装置１００では、樹脂の注入圧力（樹脂成形圧）を制御するため、樹脂封止の際に発生する荷重（推力）を測定し、駆動系の圧力制御が行われる。このためマルチトランスファユニット２４の下方には、樹脂封止の際にマルチトランスファユニット２４に加えられる荷重を測定する樹脂成形圧センサとしてのロードセル３０が設けられている。ロードセル３０は、測定対象物の伸縮に比例して抵抗体が伸縮して抵抗値が変化するように構成され、この抵抗変化を用いてひずみ量を測定するセンサである。ロードセル３０の抵抗変化は微少な値であるため、例えば、ホイートストンブリッジ回路を用いて電圧に変換される。

本実施例の樹脂封止装置１００は、フィードバック制御によりロードセル３０に与える荷重を制御する。ロードセル３０に荷重を与えると、ロードセル３０にひずみが発生し、ロードセル３０の出力電圧が変化する。このため、この変化値、ロードセル３０のゲージ率、及び、入力電圧に基づいてひずみ量を算出することができる。更に、このひずみ量とヤング率とによってロードセル３０にかかった圧力が算出可能となる。これにより、樹脂にプランジャ２３を用いて加えられる圧力（樹脂圧）は、マルチトランスファユニット２４全体に加えられる圧力から算出される。このような関係に基づき、出力電圧を用いて樹脂圧が適切に制御される。

図２に示されるように、ロードセル３０は、プレート３４の上に、かつトランスファプレート２８で囲まれた領域に配置されている。ロードセル３０は、その中央部において、ボルト３９によりプレート３４に固定されている。プレート３４は、ボルト３７によりトランスファプレート２８に固定されている。また、ロードセル３０は、皿バネ３５を介在させたボルト３６を用いて、トランスファ機構内のプレート３２（第１のプレート）とプレート３４（第２のプレート）との間に保持されている。皿バネ３５は、所定の縮み量を有してボルト３６とプレート３４との間に配置されている。ワークを樹脂封止する際に、皿バネ３５は、所定の縮み量よりも更に縮むことにより、ロードセル３０により樹脂成形圧が検出される。また、ボルト３６の側面には、ボルト３６の横振れによる擦りや齧りを防止するためのＯリング３８が設けられている。

上述のとおり、ボルト３６は、皿バネ３５を所定量だけ縮ませた状態で、すなわち、皿バネ３５による所定の下方向の力がロードセル３０に加えられるように、プレート３２とプレート３４との間を結合している。このため、プランジャ２３に樹脂圧が加えられていない場合、すなわち樹脂成形圧がゼロの場合でも、皿バネ３５による所定量の力がロードセル３０に加えられており、それに応じたひずみ量がロードセル３０に発生している。

ロードセル３０に加えられる力が小さい低圧域では、ロードセル３０の特性上、出力電圧が低く、周囲の電源ライン等からのノイズにより安定した荷重測定及び制御が困難である。このため、本実施例の樹脂封止装置１００は、プランジャ２３に樹脂圧が全く加えられていない状態（樹脂成形圧がゼロの状態）で、ロードセル３０に対してノイズ領域を超えた出力電圧が得られるだけの予圧（プリロード）が加えられるように構成されている。ここで、皿バネ３５は、ロードセル３０に予圧を加える予圧手段として機能する。

次に、図３を参照して、ロードセル３０による樹脂成形圧の検出値と荷重との関係について説明する。図３は、ロードセル３０による検出値とロードセル３０が受ける実際の荷重との関係図である。本実施例において、ロードセル３０には３００ｋｇｆの予圧が加えられている。

図３に示されるように、皿バネ３５の力によりロードセル３０に加えられている荷重（予圧）は３００ｋｇｆである。このとき、ロードセル３０に樹脂成形圧は加えられていないため、３００ｋｇｆという検出値が出る。この値をソフトウエアによりオフセットし、ロードセル３０の検出値は０ｋｇｆと認識させる。また、ロードセル３０に予圧を含めて３０００ｋｇｆの荷重が加えられている場合、この荷重から予圧としての３００ｋｇｆを引いた値である２７００ｋｇｆがロードセル３０の検出値として得られる。

なお本実施例において、ロードセル３０には３００ｋｇｆの予圧が加えられているが、これに限定されるものではない。ノイズ領域を超えるのに必要な予圧であれば、これ以外の値、例えば２００ｋｇｆや５００ｋｇｆ等の予圧を加えてもよい。また、本実施例の樹脂封止装置１００では、予圧手段としての皿バネ３５の縮み量を変えることにより、設定予圧を変更可能に構成することができる。なお、本実施例では弾性部材として皿バネ３５を用いているが、これに限定されるものではなく、通常のバネを用いてもよい。このため、樹脂封止の際の各条件を変更することによりノイズ領域が変わった場合等、予圧を常に適切に設定することが可能である。
［比較例］
次に、図４及び図５を参照して、比較例としての従来の樹脂封止装置の構成について説明する。図４は、従来例における樹脂封止装置１０００の概略断面図である。図５は、樹脂封止装置１０００の要部断面図であり、ロードセル３００及びその周辺の概略構成を示す。図４及び図５は、それぞれ、図１及び図２と対応して示されており、上記実施例における樹脂封止装置１００と同様の部分は共通の参照符号が付されている。

図４及び図５において、ロードセル３００は、プレート３４０の上に、かつトランスファプレート２８で囲まれた領域に配置されている。ロードセル３００は、その中央部において、ボルト３９０によりプレート３４０に固定されている。プレート３４０は、ボルト３７０によりトランスファプレート２８に固定されている。また、ロードセル３００は、複数のボルト３６０によりプレート３２０に固定されている。

このように、本比較例の構成では、プランジャ２３に樹脂圧が加えられていない場合、すなわち樹脂成形圧がゼロの場合、ロードセル３００には力は加えられておらず、ひずみ量はゼロである。このため、ロードセル３０に加えられる力が小さい低圧域では、ロードセル３０の出力電圧が低く、周囲の電源ライン等からのノイズにより安定した荷重測定及び制御が困難となる。

上述の本実施例によれば、低い樹脂成形圧でも安定した樹脂成形が可能な信頼性の高い樹脂封止装置を提供することができる。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

１２ 上型
２２ 下型
２３ プランジャ
２４ マルチトランスファユニット
２８ トランスファプレート
３０ ロードセル
３２、３４ プレート
３５ 皿バネ
４１ ベアリングナット
４２ プーリー
４３ ボールネジ軸
１００ 樹脂封止装置

Claims (4)

1. ワークを樹脂封止する樹脂封止装置であって、
   前記ワークを上面側から押さえる上型を保持するように構成されたトッププラテンと、
   前記ワークを下面側から押さえる下型を保持するように構成されたムービングプラテンと、
   前記上型及び前記下型で前記ワークをクランプして該ワークを樹脂封止する際に、溶融した樹脂を圧送するプランジャと、
   前記下型のポットに沿って前記プランジャを摺動可能に構成されたトランスファ機構と、
   前記トランスファ機構により前記プランジャに加えられる樹脂成形圧を検出するロードセルと、
   前記ロードセルに予圧を加えるバネ機構と、を有することを特徴とする樹脂封止装置。
2. 前記ロードセルは、前記バネ機構のバネを介在させたボルトを用いてトランスファ機構内の第１のプレートと第２のプレートとの間に保持されている、ことを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止装置。
3. 前記バネは、所定の縮み量を有して前記ボルトと前記第２のプレートとの間に配置されており、
   前記ワークを樹脂封止する際に、前記バネは、前記所定の縮み量よりも更に縮むことにより、前記ロードセルにより前記樹脂成形圧が検出される、ことを特徴とする請求項２に記載の樹脂封止装置。
4. 前記バネ機構は、前記ロードセルに加える前記予圧が変更可能であり、ソフトウエアにより該予圧をオフセットさせて検出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の樹脂封止装置。