JPH09286046A

JPH09286046A - Ｌｉｍ成形装置

Info

Publication number: JPH09286046A
Application number: JP10086296A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Hino; 裕久日野; Yasutaka Miyata; 靖孝宮田; Kenji Kitamura; 賢次北村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1996-04-23
Filing date: 1996-04-23
Publication date: 1997-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】一液硬化型の液状成形材料を用いて成形性良
く成形を行なうことができるＬＩＭ成形装置を提供す
る。【解決手段】一液硬化型の液状成形材料１をノズル３
から射出するシリンダー２と、ノズル３から射出された
液状成形材料１が充填される成形金型４とを具備してＬ
ＩＭ成形装置を形成する。そしてシリンダー２とノズル
３を冷却すると共に成形金型４を加熱し、成形金型４の
加熱ゾーン４ａとノズル３が接続されるノズルタッチ部
４ｂとの間に断熱層５を設ける。成形金型４の熱がノズ
ル３やシリンダー２に伝わってシリンダー２内やノズル
３内の一液硬化型液状成形材料２が加熱されることを断
熱層５で防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の封止成形
等に用いられるＬＩＭ成形装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体を封止して樹脂封止型半導体装置
を製造するにあたって、封止方法としては注型法（ポッ
ティング法）と低圧輸送法（低圧トランスファー法）が
一般に採用されている。注型法は、樹脂成形した容器に
結線された半導体素子をセットし、この上から液状の成
形材料を注入して硬化させる方法であり、また低圧輸送
法は、成形金型内に結線された半導体素子をセットし、
固形の成形材料を加熱・加圧溶融した後に成形金型内に
加圧注入して成形する方法である。

【０００３】注型法は、高価な成形金型が不要であると
いう利点があるが、低圧注型のために、注型時間が長く
なり、ボイドが発生したり、硬化物が不均一になったり
するおそれがあり、量産に向いていないという問題があ
る。また一般には二液性エポキシ樹脂など二液硬化型の
液状成形材料が使用され、二液の混合後の可使時間（ポ
ットライフ）が短く、この点でも量産に向いていないと
いう問題がある。

【０００４】また低圧輸送法は、成形を金型で高温高圧
で行なうために、均一形状の成形品を高速で製造するこ
とができ、量産性に優れているという利点がある。しか
し低圧輸送法ではタブレットと呼ばれる固形成形材料を
成形金型外で溶かした後に、成形金型に注入するため
に、固形成形材料を溶かす時間ロスや、成形金型まで成
形材料を導入する経路に成形材料のロスが発生するとい
う問題があり、また元々固形である成形材料を溶融させ
て使用しているために粘度が高く、成形金型に注入する
際の成形金型の磨耗が激しく発生すると共に、また高圧
で成形金型に注入する必要があって半導体素子に結線し
たワイヤーが倒れたり切断したりするおそれがあるとい
う問題があった。

【０００５】このように注型法と低圧輸送法はそれぞれ
一長一短があり、注型法のような液状成形材料を用い、
これを低圧輸送法のように低圧で成形金型に注入するよ
うにすれば、注型法や低圧輸送法の問題点を解消するこ
とができる。このような液状成形材料を低圧で成形金型
に射出注入して成形する装置がＬＩＭ（ＬｉｑｕｉｄＩ
ｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏｌｄｉｎｇ）成形装置として提
供されている。このＬＩＭ成形装置は、主剤と硬化剤か
らなる二液の液状成分を混合した後、直ちにシリンダー
から高温の成形金型に低圧で射出して形成するように形
成されるものであり、シリコーンゴムの成形などにおい
て従来から使用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一方、二液硬化型の液
状成形材料を用いると、二液を混合する際に気泡が成形
材料中に混入され、成形品にボイドが発生するおそれが
あるので、一液硬化型の液状成形材料を用いることが望
まれる。しかしＬＩＭ成形装置は成形金型を高温に加熱
しているために、シリンダーの先端のノズルを通して成
形金型からシリンダーに熱が伝わって、シリンダー内の
一液硬化型の液状成形材料が加熱されるおそれがある。
一液硬化型の液状成形材料は低温では反応性は低いが、
高温下では急激に反応するために、シリンダー内で硬化
反応が進行して一液硬化型液状成形材料が増粘し、シリ
ンダーから成形金型への射出時間が長くなって成形サイ
クルが長くなったり、成形金型への充填不良やボイド不
良が発生したりして、成形性に問題が生じるおそれがあ
る。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、一液硬化型の液状成形材料を用いて成形性良く成
形を行なうことができるＬＩＭ成形装置を提供すること
を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るＬＩＭ成形
装置は、一液硬化型の液状成形材料１をノズル３から射
出するシリンダー２と、ノズル３から射出された液状成
形材料１が充填される成形金型４とを具備して形成さ
れ、シリンダー２とノズル３を冷却すると共に成形金型
４を加熱し、成形金型４の加熱ゾーン４ａとノズル３が
接続されるノズルタッチ部４ｂとの間に断熱層５を設け
て成ることを特徴とするものである。

【０００９】また請求項２の発明は、シリンダー２内と
ノズル３内の液状成形材料１を６０℃以下に冷却するよ
うにシリンダー２とノズル３の冷却温度を設定し、成形
金型４内に充填された液状成形材料１を１００〜１８０
℃に加熱するように成形金型４の加熱ゾーン４ａの加熱
温度を設定して成ることを特徴とするものである。また
請求項３の発明は、成形金型４内を減圧する真空ポンプ
６を具備して成ることを特徴とするものである。

【００１０】また請求項４の発明は、成形金型４の内面
に離型剤をコートして成ることを特徴とするものであ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。シリンダー２はその先端部にノズル３を設けて形
成してあり、シリンダー２内にはプランジャー１１が設
けてある。このプランジャー１１は油圧装置１２によっ
てシリンダー２内をスライドして前進・後退駆動される
ようにしてある。またシリンダー２にはその先部の側面
にタンク１３が接続管１４によって接続してあり、接続
管１４は電磁バルブ等のバルブ１５で開閉されるように
してある。上記ノズル３はシャッター２８を設けて開閉
ノズルとして形成してある。

【００１２】タンク１３には一液硬化型エポキシ樹脂な
ど、室温で液状の一液硬化型液状成形材料１が貯蔵して
あり、プランジャー１１が後退するときにバルブ１５が
開いて、タンク１３内から液状成形材料１がタンク１３
内に負荷されるエアー圧でシリンダー２内に供給される
ようにしてある。またプランジャー１１が前進するとき
には、バルブ１５が閉じ、シリンダー２内の液状成形材
料１はプランジャー１１で押し出されてノズル３から射
出されるようにしてある。プランジャー１１の代わりに
スクリューを用いて液状成形材料１を射出する場合、液
状成形材料１はシリンダー２内においてスクリューで攪
拌されるために空気が混合されるおそれがあり、成形品
にボイドが発生するおそれがある。従って本発明では、
プランジャー１１を用いることによって、液状成形材料
１を攪拌することなく押し出しによってシリンダー２か
ら射出できるようにするのが好ましいのである。

【００１３】そして上記のシリンダー２、ノズル３、タ
ンク１３で低温ゾーンが構成されるようにしてあり、内
部の一液硬化型の液状成形材料１を冷却するようにして
ある。冷却は例えば、冷却水をシリンダー２やノズル３
やタンク１３の外側に設けたジャケットに循環させるこ
とによって行なうことができる。一液硬化型の液状成形
材料１は低温では著しく反応性が低いのでこのようにシ
リンダー２やノズル３やタンク１３を冷却することによ
って、シリンダー２内やノズル内３やタンク１３内にお
いて液状成形材料１の硬化反応が進行することを防止
し、粘度が上昇することを防ぐことがきるものである。
ここで、一液硬化型液状成形材料１として一液硬化型エ
ポキシ樹脂を用いる場合、シリンダー２内やノズル３内
やタンク１３内は６０℃以下、より好ましくは４０℃以
下に冷却されるようにするのがよい。６０℃以下の低温
に保持することによって、一液硬化型エポキシ樹脂の硬
化反応を抑制することができるものである。冷却温度が
低過ぎると、硬化に要する時間が長くなると共に液状成
形材料１の粘度が高くなるために、冷却温度の下限は４
０℃程度に設定するのが好ましい。

【００１４】成形金型４は一対の型ブロック１７，１８
によって形成してあり、型ブロック１７，１８間にキャ
ビティ１９を設けるようにしてある。一方の型ブロック
１７は、キャビティ１９側の型板２０と、ノズル３が嵌
合接続されるノズルタッチ部４ａを凹設した型板２１
と、両型板２０，２１の間に挟み込まれた断熱層５とで
形成されるものであり、両型板２０，２１は断熱層５に
よって隔離されるようにしてある。この断熱層５はテフ
ロン（４フッ化エチレン樹脂）等の耐熱性プラスチック
で形成することができるものであり、型板２０から型板
２１への熱の伝導が遮断されるようにしてある。このよ
うに型板２０から型板２１への熱の伝導の遮断の効果を
高めるために、断熱層５の外側にジャケットを設け、冷
却水を循環させて断熱層５を冷却するのが好ましい。ま
た、上記のキャビティ１９は成形金型４に複数設けるよ
うにしてあり、各成形金型４は型ブロック１７，１８間
に形成したランナー２２によって接続してある。このラ
ンナー２２はノズルタッチ部４ａから断熱層５を通して
型板２０を貫通するスプルー２３に接続してあり、マル
チランナーとして形成することもできるものである。

【００１５】そして型ブロック１８及び、型ブロック１
７のうちキャビティ１９側の型板２０で加熱ゾーン４ａ
が形成されるようにしてあり、キャビティ１９内に注入
された液状成形材料１を加熱することができるようにし
てある。型ブロック１８や型板２０の加熱は、これらに
ヒータを内蔵させることによって行なうことができる。
ここで、一液硬化型液状成形材料１として一液硬化型エ
ポキシ樹脂を用いる場合、キャビティ１９内に注入され
た液状成形材料１が１００〜１８０℃に加熱されるよう
に加熱ゾーン４ａの加熱温度を設定するのが好ましいも
のであり、キャビティ１９内に注入された液状成形材料
１がこの温度に加熱されると、急速に反応が進行して硬
化し、硬化不良が発生することがなくなると共に短い成
形サイクルで成形を行なうことができるものである。

【００１６】また、成形金型４には真空ポンプ６が接続
してある。成形金型４にはキャビティ１９内に連通する
エアーベント２６が設けてあり、このエアーベント２６
に真空ポンプ６を接続するようにしてある。従って、成
形に先立って真空ポンプ６を作動させると、このエアー
ベント２６が連通するキャビティ１９内を減圧すること
ができると共に、ランナー２２を介して接続されている
他の各キャビティ１９内を減圧することができることが
できるものである。減圧はキャビテイ内が０．５〜５Ｔ
ｏｒｒ程度になるようにして行なうのが好ましい。

【００１７】さらに、成形金型４の各キャビティ１９や
ランナー２２、スプルー２３の内面には、フッ素樹脂や
テフロン樹脂などの離型性の良好な樹脂や、シリコーン
オイルなどの離型性の良好なオイルなど、離型剤を塗布
してある。しかして上記のように形成される本発明に係
るＬＩＭ成形装置にあって、まず成形金型４の型ブロッ
ク１７，１８間を開いてキャビティ１９内に結線された
半導体素子をセットし、成形金型４を閉じた後に真空ポ
ンプ６を作動させて各キャビティ１９内を減圧する。次
に油圧装置１２を作動させてプランジャー１１を前進さ
せることによって、シリンダー２内の液状成形材料１を
押し出し、ノズルタッチ部４ａに嵌合させたノズル３か
ら成形金型４内に液状成形材料１を射出させる。射出さ
れた液状成形材料１はスプルー２３からランナー２２を
通過して各キャビティ１９に充填される。ＬＩＭ成形装
置では液状成形材料１は２〜１０ｋｇｆ／ｃｍ²程度の
低圧で射出されるが、キャビティ１９内は減圧されてい
るために、キャビティ１９内の細部や半導体素子の隅々
にまで樹脂が十分に充填され、充填不良が起こることが
なくなり、またキャビティ１９内の残留空気や液状成形
材料１から発生するガスなどでボイドが発生することが
なくなるものである。従って真空ポンプ６は成形中も作
動させておくのが好ましい。そして上記のように液状成
形材料１が成形金型４のキャビティ１９に充填される
と、液状成形材料１は加熱を受けて硬化する。硬化が完
了した後、成形金型４の型ブロック１７，１８間を開い
てキャビティ１９内から半導体素子を封止した成形品を
取り出して成形は完了する。このとき、上記のようにキ
ャビティ１９に離型剤をコーティングしておくことによ
って、成形金型４からの成形品の型離れが良くなり、離
型作業の効率を高めることができると共に成形品が離型
の際に破損されることもなくなるものである。

【００１８】上記のようにして成形を行なうにあたっ
て、シリンダー２の先端のノズル３は成形金型４のノズ
ルタッチ部４ａに接するために、成形金型４からノズル
３及びシリンダー２に熱が伝わるおそれがあるが、成形
金型４の加熱ゾーン４ｂとノズルタッチ部４ａの間には
断熱層５が設けてあるために、成形金型４の熱が加熱ゾ
ーン４ｂから伝わることを断熱層５で遮断することがで
き、ノズル３やシリンダー２が成形金型４の熱で加熱さ
れてノズル３内やシリンダー２内の液状成形材料１が加
熱されることを防ぐことができる。従ってシリンダー２
内やノズル３内で一液硬化型の液状成形材料１の硬化反
応が進行することを防ぐことができ、液状成形材料の増
粘によって、シリンダー２から成形金型４への射出時間
が長くなって成形サイクルが長くなったり、成形金型４
への充填不良やボイド不良が発生したりすることがなく
なり、成形性が低下することを防止することができるも
のである。

【００１９】次に、ＬＩＭ成形装置による成形の具体例
を示す。一液硬化型液状成形材料１としては、次の組成
の一液性エポキシ樹脂封止材（松下電工株式会社製「パ
ナシーラーＣＶ５１９３」を用いた。・ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂 …１６．５重量％・３核体フェノールノボラック … ９．０重量％・メチルヘキサヒドロフタル酸無水物 … ４．０重量％・２，４−ジメチルアミノ−６｛２′−メチルイミダゾリル−１′｝エチル −Ｓ−トリアジン・イソシアヌール酸付加物 … ０．５重量％・溶融シリカ …７０．０重量％またＬＩＭ成形装置として図１に示すものを用い、直径
３５μｍの金ワイヤーを１６本結線した２×３ｍｍの半
導体チップをキャビティにセットして封止成形すること
によってＣＯＢを作製した。ここでＬＩＭ成形装置のシ
リンダー２内の温度、成形金型４内の温度、シリンダー
２からの射出圧力を表１及び表２のように設定して成形
を行なった。また真空ポンプ６によって真空引きをする
ときにはキャビティ１９内が０．５Ｔｏｒｒになるよう
にし、成形金型４内に離型剤をコートするときには離型
剤としてシリコーンオイル（信越化学工業株式会社製
「ＫＳ７０７」）を用いた。

【００２０】尚、表１及び表２において、実施例１〜６
及び比較例１〜３はＬＩＭ成形装置を用いて行なった成
形の例であるが、比較例４はトランスファー装置を用い
て成形を行なった例である。表１及び表２の条件で成形
を行なうことによって得られた成形特性を同表に示す。
成形特性は「注入時間」、「成形サイクル」、「未充填
不良率」、「ボイド不良率」、「ワイヤー倒れ不良
率」、「成形ロス率」について測定した。ここで、「注
入時間」はシリンダー２から射出開始後キャビティ１９
への充填完了までの時間として測定し、「未充填不良
率」はキャビティ１９の隅部への充填不良の発生率とし
て測定し、「ボイド不良率」は成形硬化物内部及び表面
のボイドの発生率として測定し、「ワイヤー倒れ不良
率」は半導体チップに結線した金ワイヤーが倒れたり流
れたりした不良の発生率として測定し、「成形ロス率」
は成形に要した成形材料の全体に対するランナー２２や
スプルー２３部分の材料、あるいはカル部の材料の比率
として測定した。これらの結果を表１及び表２に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【発明の効果】上記のように本発明は、一液硬化型の液
状成形材料をノズルから射出するシリンダーと、ノズル
から射出された液状成形材料が充填される成形金型とを
具備し、シリンダーとノズルを冷却すると共に成形金型
を加熱し、成形金型の加熱ゾーンとノズルが接続される
ノズルタッチ部との間に断熱層を設けるようにしたの
で、シリンダーとノズルを冷却して一液硬化型液状成形
材料の硬化反応がシリンダー内やノズル内で進行するこ
とを防止することができると共に、成形金型に充填した
後は一液硬化型液状成形材料を加熱して短時間で硬化さ
せることができ、しかも成形金型の熱がノズルやシリン
ダーに伝わってシリンダー内やノズル内の一液硬化型液
状成形材料が加熱されることを断熱層で防ぐことがで
き、一液硬化型の液状成形材料を用いてＬＩＭ成形装置
において成形性良く成形を行なうことができるものであ
る。

【００２４】また請求項２の発明は、シリンダー内とノ
ズル内の液状成形材料を６０℃以下に冷却するようにシ
リンダーとノズルの冷却温度を設定し、成形金型内に充
填された液状成形材料を１００〜１８０℃に加熱するよ
うに成形金型の加熱ゾーンの加熱温度を設定したので、
一液硬化型の液状成形材料としてエポキシ樹脂成形材料
を用いるにあたって、硬化反応がシリンダー内やノズル
内で進行することを防止することができると共に、成形
金型に充填した後は短時間で硬化させることができるも
のである。

【００２５】また請求項３の発明は、成形金型内を減圧
する真空ポンプを具備したので、液状成形材料を低圧で
射出しても、成形金型内に樹脂を十分に充填させて充填
不良が起こることがなくなると共に成形金型内に残留す
る空気などでボイドが発生することがなくなるものであ
る。また請求項４の発明は、成形金型の内面に離型剤を
コートするようにしたので、成形金型からの成形品の型
離れが良くなり、離型作業の効率を高めることができる
と共に成形品が離型の際に破損されることがなくなるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略断面図で
ある。

【符号の説明】

１一液型の液状成形材料２シリンダー３ノズル４成形金型５断熱層６真空ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２９Ｃ 45/73 Ｂ２９Ｃ 45/73 45/74 45/74 Ｈ０１Ｌ 21/56 Ｈ０１Ｌ 21/56 Ｔ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一液硬化型の液状成形材料をノズルから
射出するシリンダーと、ノズルから射出された液状成形
材料が充填される成形金型とを具備して形成され、シリ
ンダーとノズルを冷却すると共に成形金型を加熱し、成
形金型の加熱ゾーンとノズルが接続されるノズルタッチ
部との間に断熱層を設けて成ることを特徴とするＬＩＭ
成形装置。
【請求項２】シリンダー内とノズル内の液状成形材料
を６０℃以下に冷却するようにシリンダーとノズルの冷
却温度を設定し、成形金型内に充填された液状成形材料
を１００〜１８０℃に加熱するように成形金型の加熱ゾ
ーンの加熱温度を設定して成ることを特徴とする請求項
１に記載のＬＩＭ成形装置。
【請求項３】成形金型内を減圧する真空ポンプを具備
して成ることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＩ
Ｍ成形装置。
【請求項４】成形金型の内面に離型剤をコートして成
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の
ＬＩＭ成形装置。