JPH10199907A

JPH10199907A - 樹脂封止方法および樹脂封止金型装置

Info

Publication number: JPH10199907A
Application number: JP9003544A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ise; 洋伊勢
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-01-13
Filing date: 1997-01-13
Publication date: 1998-07-31
Anticipated expiration: 2017-01-13
Also published as: US20010003385A1; JP2970569B2; US6491857B2

Abstract

(57)【要約】【課題】顆粒樹脂を用いる樹脂封止技術では、顆粒樹
脂が溶融状態とされたときに、顆粒樹脂間に存在する空
気が混入され、そのままキャビティ内に射出されるた
め、ボイド不良や未充填不良が生じる。【解決手段】ポット６内に供給された顆粒樹脂１を、
加熱して溶融状態とし、これをキャビティ９に射出する
前の時点で、プランジャ７を利用してポット６内におい
て圧縮する。この圧縮により、顆粒樹脂１間に存在して
溶融樹脂に混入されている空気が樹脂から排出され、ボ
イド不良や未充填不良が防止される。顆粒樹脂を予備加
熱及び圧縮して一旦タブレット状にする必要がなく、そ
のための設備や工程が不要となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は顆粒樹脂を用いて半
導体装置等の部品を樹脂封止するための方法と、この樹
脂封止を行うための樹脂封止金型装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】樹脂封止型の半導体装置は、リードフレ
ームに半導体素子を搭載した後、リードフレームを樹脂
封止金型装置にセットし、軟化された樹脂で半導体素子
を封止することにより行われている。また、この場合に
封止用の樹脂として顆粒樹脂を用いる技術が提案されて
いる。この種の樹脂封止技術の概略を図９〜図１２を用
いて説明する。ここで、図９〜図１１は樹脂封止動作を
示す断面図、図１２はその動作を示すタイミングチャー
トである。図９において、樹脂封止金型装置１Ａは、上
型２と下型３から構成されており、上型２には、半導体
素子の樹脂封止部であるキャビティ９と樹脂流路である
カル４が設けられている。下型３には、同じく半導体素
子の樹脂封止部であるキャビティ９と樹脂投入部である
ポット６と樹脂流路であるランナ５が設けられている。
また、ここでは図示していないが、上型２と下型３に
は、樹脂封止後の製品を取り出すためのエジェクタやエ
ジェクタピンが取付けられたノックアウトプレートが設
けられている。また、前記ポット６に投入される封止樹
脂を押圧し、流動させるプランジャ７は射出シリンダ８
に取り付けられている。射出シリンダ８内にはプランジ
ャ７を上下動させる作動油１１が図示しない油圧ポンプ
により循環されるように構成される。

【０００３】そして、この樹脂封止金型装置を用いて半
導体装置の樹脂封止を行う動作を図１２のタイミングチ
ャートを参照して説明する。図９のように、下型３の上
に半導体素子を搭載したリードフレーム１０を載置し、
かつポット６内に顆粒樹脂１を供給する。そして、図１
０（ａ）のように、下型３を上昇して上型２とで型締め
を行い、かつこの状態でポット６内の顆粒樹脂１を予熱
する。この動作は、図１２のａ点からｃ点までの動作で
ある。このときの予熱時間は樹脂封止に必要な溶融状態
を顆粒樹脂１が得るために十分な時間に設定される。そ
の上で、図１０（ｂ）のように、プランジャ７を上昇さ
せ、ポット６内の軟化された樹脂をランナ５を経てキャ
ビティ９に流入させ、樹脂封止を実行する。これは図１
２のｃ点からｆ点までである。なお、この間、プランジ
ャ７は射出シリンダ８内においてその上限位置に保持さ
れており、顆粒樹脂の押圧は射出シリンダ８に付設され
ている図外の射出ベースの動作により行われる。

【０００４】次いで、図１１に示す製品取り出しが行わ
れる。図１２のｇ点〜ｄ点（ｈ点）までの状態は、キャ
ビティ９内への樹脂充填が完了した状態で、充填樹脂が
充分硬化するまでの時間を示す。また、ｄ点は型開き開
始を意味し、ｈ点は前記射出ベースの下降開始を意味す
る。ｄ点とｈ点は同時でもよく、ｄ点以降にｈ点を設け
てもよい。次に、封止樹脂が充分硬化して型開きを開始
するｄ点から、型開きが完了するｅ点までの動作中に、
前記射出ベースはｈ点からｉ点までの下降動作をする。
これは、プランジャ７と封止樹脂とを一旦引き離すため
の動作で、製品取り出しをスムーズにするための動作で
ある。また、プランジャ７は、ｈ点において、射出シリ
ンダ８内にて下限位置まで下降する。

【０００５】図１１（ａ）は、図１２のｅ点もしくはｊ
点での状態を示したものである。図１１（ａ）には、こ
れまで図示を省略していた、射出ベース１３、ノックア
ウトプレート１４、エジェクタピン１５、ノックアウト
ロッド１６、を図示している。この状態では、上型２と
下型３は開いており、樹脂封止後の製品１６は下型３上
に取り付けた状態である。また、射出シリンダ８内の作
動油１１の循環により、プランジャ７は射出シリンダ８
内で下限位置にある。この状態から、射出ベース１３の
上昇により、製品Ｓの下型３からの取り出しを行う。プ
ランジャ７が射出シリンダ８内で下限に位置するのは、
製品Ｓを下型３から取り出す際に、プランジャ７とエジ
ェクタピン１５が同時に製品を押し上げることができる
ようにするためである。射出シリンダ８とノックアウト
ロッド１６が、射出ベース１３に取り付けられているの
で、射出シリンダ８内でプランジャ７が上限にあった場
合には射出ベース１３の上昇に伴い、先にプランジャ７
が製品Ｓに接触するが、エジェクタピン１５は上昇しな
いままなので、製品Ｓのカル４とランナ５で成形された
樹脂部を折ってしまい、搬送を困難にし、著しく生産能
力を低下させる原因となる。そのような不具合をさける
ために、一旦、プランジャ７を射出シリンダ８内で下限
にする必要が生じる。

【０００６】図１１（ｂ）は図１２のｋ点直前の状態を
示す。プランジャ７は製品１６のカル４で成形された樹
脂部に接触した状態である。また、射出ベース１３に取
り付けられたノックアウトロッド１６は、エジェクタピ
ン１５の取り付けられたノックアウトプレート１４に接
触した状態である。この状態からさらに、１〜２ｍｍ程
度射出ベース１３が上昇することにより、製品Ｓは下型
３から押し上げられる。図１２のｋ点〜ｌ点以前が下型
３から製品Ｓが押し上げられた状態である。ｌ点では図
示しない搬送手段によって、製品Ｓを上型２と下型３の
間の空間から取り出した状態であり、射出ベース１３が
下降動作を開始する。図１２のｍ点で、射出ベース１３
は下降完了し、樹脂投入位置となる。また、ｍ点で、プ
ランジャ７は射出シリンダ８内で上限に位置する。つま
り、初期の状態に戻る。

【０００７】このように、顆粒樹脂を用いる樹脂封止技
術では、従来の樹脂タブレットを用いる場合に比較し
て、ポット内への樹脂の供給が容易であるととにも、樹
脂の供給量が異なる場合にも柔軟に対処できるという利
点がある。しかしながら、このような樹脂封止技術で
は、ポット内に供給された顆粒樹脂間に存在する空気
が、樹脂と共にランナを通してキャビティに流入される
ため、この空気によってボイド不良や未充填不良が発生
し易いものとなっており、これらの不良の発生率がタブ
レット樹脂と比較して１０倍以上高くなるという問題が
生じている。

【０００８】そこで、顆粒樹脂をそのまま樹脂封止に用
いるのではなく、顆粒樹脂を打錠し、かつこれを加圧し
てタブレット状に加工した樹脂を用いることにより、ボ
イド不良や未充填不良を防止する技術が提案されてい
る。例えば、特開平４−１６４３３７号公報に記載の技
術では、樹脂封止金型装置に供給された顆粒樹脂を成形
シリンダ内に入れた上で、これを予備加熱し、かつ成形
シリンダ内で加圧ロッドにより加圧することで、所定形
状でかつ所定温度に予備加熱されたタブレット状の封止
用樹脂を形成する。そして、このように形成された封止
用樹脂を樹脂封止金型装置のポットに供給して樹脂成形
を行うことで、前記した予備加熱と加圧によって顆粒樹
脂間の空気が除去でき、ボイド不良の発生を防ぐことが
可能とされている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た公報に記載の技術では、樹脂封止金型装置が何らかの
ジャミングによりエラー停止になった場合、予熱された
タブレット状樹脂は装置エラー停止時間中に徐冷され、
再運転時には状態の異なる樹脂に変質されることがあ
る。すなわち、徐冷中に樹脂の分子構成が変化するた
め、本来求められる樹脂の状態ではなく硬化や劣化が促
進されることになる。このため、この変質されたタブレ
ット樹脂を用いて樹脂封止を行うと、設計通りに軟化さ
れた樹脂をキャビティに流入させることが困難になり、
結果として半導体装置におけるワイヤ切れやボイド不良
を引き起こすおそれがある。この場合、樹脂封止金型装
置にエラーが発生した場合には、強制的に樹脂を廃棄す
る方法を採用すれば、前記したようなワイヤ切れやボイ
ド不良の発生を防止できるが、樹脂の使用率を低下させ
るという新しい問題も発生させてしまうことになる。さ
らに、この技術では、顆粒樹脂を予備加熱するための予
備加熱装置を樹脂封止金型装置に具備する必要が生じる
ため、装置の構造が複雑化され、かつ装置が大型化され
て工場のフロア効率の低下を招き、工場全体の生産能力
を低下させることになる。また、装置も予備加熱装置を
具備する分だけ高価となる。さらに、品種に対応したタ
ブレットサイズにするためには、予備加熱装置も品種毎
に対応して準備しなくてはならないので、品種切換等の
作業工数が増加することになる。

【００１０】本発明は、顆粒樹脂をそのまま利用して樹
脂封止を行うことで、前記した公報技術の問題を未然に
防止する一方で、ボイド不良や未充填不良を発生を防止
した樹脂封止方法および樹脂封止金型装置を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、ポット内に顆
粒樹脂を供給し、かつこの顆粒樹脂を加熱し、かつ溶融
状態とした上でキャビティ内に射出して樹脂封止を行う
樹脂封止方法において、顆粒状樹脂を用いた半導体装置
の樹脂封止工程において、少なくとも前記射出動作より
も前の時点でポット内の顆粒樹脂を圧縮することを特徴
とする。この場合、ポットに顆粒樹脂が供給されてから
射出開始までの時間を２５秒以内とする。また、ポット
内の顆粒樹脂の圧縮動作を射出動作と同時に行ない、あ
るいは樹脂封止金型装置の型締め完了と同時に行う。こ
の場合に、射出動作を２段階に分け、第１段階の射出動
作は前記キャビティへ樹脂が流入する直前までとし、第
２段階は前記樹脂をキャビティ内に充填するまでとし、
前記第１段階の射出動作においてポット内の顆粒樹脂を
圧縮するようにしてもよい。

【００１２】また、本発明は、樹脂封止するためのキャ
ビティを画成するための一対の金型と、これら金型の一
方に設けられ、かつ前記キャビティにランナ及びカルを
介して連通されて樹脂封止用の顆粒樹脂が供給されるポ
ットと、前記ポット内の顆粒樹脂を加熱する手段と、前
記ポット内の顆粒樹脂を少なくとも射出動作以前に加圧
する手段とを備えている。この加圧手段は、射出動作に
伴って動作される射出シリンダと、この射出シリンダ内
で往復移動されて前記ポット内の顆粒樹脂を圧縮するプ
ランジャとで構成される。あるいは、ポットに対向して
他方の金型に設けられた加圧プランジャで構成される。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１ないし図５は本発明の第１の実
施形態を示す図である。図２は本発明の樹脂封止方法に
用いられる樹脂封止金型装置１の断面図である。この樹
脂封止金型装置１は上型２と下型３と、一部の図示を省
略する射出機構とで構成される。前記上型２には樹脂封
止部であるキャビティ９と、樹脂流路であるカル４が設
けられている。また、この上型２には、図示しない製品
押し出し機構であるエジェクタピンやエジェクタプレー
トも取り付けられてる。一方、下型３には、樹脂投入部
であるポット６と、樹脂封止部であるキャビティ９と、
樹脂流路であるランナ５が設けられている。また、上型
２と同様に図示しない製品押し出し機構であるエジェク
タピンやエジェクタプレートも下型３には取り付けられ
ている。射出機構は、プランジャ７と、このプランジャ
７が取り付けられた射出シリンダ８によって構成され
る。また、射出シリンダ８内でのプランジャ７の上，下
動は図示しないポンプにより循環する作動油１１によっ
て動作する。

【００１４】この構成の樹脂封止金型装置による本発明
の樹脂封止方法を図１のタイミングチャートと図３〜図
５を参照して説明する。図１では、上型２と下型３が開
いた状態であり、射出シリンダ８内のプランジャ７は、
下隅の位置にある。これは、下型３へのリードフレーム
や樹脂の供給が行われる前の状態であり、図１のタイミ
ングチャートでは、ａ点以前の状態を示す。図３は、図
外の搬送手段によって半導体素子を搭載したリードフレ
ーム１０が下型３に載置され、かつ図外の樹脂供給手段
によって顆粒樹脂１がポット６内に供給された状態を示
す。この状態は、図１のａ点での状態である。

【００１５】しかる後、図４（ａ）に示すように、前記
リードフレーム１０や顆粒樹脂１の搬送手段及び樹脂供
給手段が、上型２と下型３の間の空間から退出した後
に、下型３が上昇を開始し、型締め動作を行う。図１に
おいて、ｂ点が型締め開始であり、ｃ点は型締め完了を
示す。そして、前記した工程によって顆粒樹脂１がポッ
ト６に投入されてから、２５秒以内に射出動作を開始す
る。この射出動作は図４（ｂ）の状態から図５（ａ）の
状態を経て、最終的に図５（ｂ）の状態に至るまでの工
程であり、射出シリンダ８が取り付けられた図外の射出
ベースを油圧ポンプもしくはサーボモータ等の駆動源を
用いて駆動することにより行われる。この射出開始は図
１のｆ点であり、したがってａ点からｆ点までの時間は
２５秒以内とすることになる。また、射出開始と同時に
射出シリンダ８内のプランジャ７を上限に押し上げるこ
とで、図４（ｂ）のようにポット６内の顆粒樹脂１は、
プランジャ７の上昇により圧縮されることがわかる。図
１のｆ点以降は、プランジャ７は射出シリンダ８内で上
限の位置を保ち続けながら、前記した射出ベースと一体
的に上昇することにより、樹脂１は溶融流動し、カル４
からランナ５を経て、キャビティ９内に流入する。最終
的に、図５（ｂ）に示すように、プランジャ７は最上位
置にまで移動され、キャビティ９への樹脂充填が完了さ
れる。なお、樹脂封止済の製品取り出しまでの動作は従
来技術と同じである。

【００１６】このように、プランジャの上昇の前に、２
５秒以内の樹脂加熱を行っている。その理由は、第一の
実施形態の場合も同じであるが、ポット６に顆粒樹脂１
が投入されてから２５秒機内であれば、射出に適した溶
融状態に樹脂が加熱されるためである。そして、溶融状
態の樹脂をキャビティ内に射出すると同時に、ポット内
の樹脂を圧縮することにより、顆粒趣旨の間に存在して
溶融状態の樹脂に含まれている空気が、この圧縮動作に
よって樹脂の外部に排出される。したがって、キャビテ
ィに射出される樹脂には空気が殆ど含まれることはな
く、ボイド不良や未充填不良の発生が防止されることに
なる。

【００１７】次に、本発明の第二の実施形態について図
６を用いて説明する。図６は、本発明の第二の実施形態
における樹脂封止方法を示すタイミングチャートであ
り、第一の実施形態と同じ樹脂封止金型装置を用いてい
る。この実施形態では、型締め完了と同時に射出シリン
ダ８内のプランジャ７を上限にし、ポット内６の顆粒樹
脂を圧縮している。この方法は、比較的にポット６の径
が小さい場合、具体的にはφ１５ｍｍ以下の場合に有効
である。すなわち、ポット６の径が小さく、投入される
顆粒樹脂１の量が少ない場合には、顆粒樹脂１がポット
６に投入されてから、比較的に短い時間にポット６内の
顆粒樹脂１が軟化するためである。また、ポット６への
顆粒樹脂１の投入から射出開始までの時間は、第一の実
施形態と同様に２５秒以内とする。このように、型締め
完了と同時に射出シリンダ８内のプランジャ７を上限す
ることにより、第一の実施形態と同様に、溶融状態の樹
脂に含まれる空気を外部に排出でき、ボイド不良や未充
填不良の発生が防止される。また、この圧縮は射出動作
よりも前の時点で行われるため、樹脂封止時間の短縮化
が可能となる。

【００１８】次に、本発明の第三の実施形態について、
図７のタイミングチャートを用いて説明する。この実施
形態では、図７のタイミングチャートに示すように、射
出動作を２段階に分けて、第１段階での射出開始と同時
に射出シリンダ８内のプランジャ７を上限とし、ポット
６内の顆粒樹脂１を圧縮し、さらに所定量射出上昇を行
い、第１段階での射出動作を完了する。この状態は、図
７のｇ点での状態である。この第１段階での所定量の射
出上昇とは、キャビティ９に樹脂が流入する直前までの
射出上昇を意味しており、前記した図５（ａ）の状態は
第１段階での射出が完了した状態を示している。この方
法は、ランナ５の長さが比較的長い場合、具体的にはラ
ンナ５の長さが３０ｍｍを越える場合に有効である。す
なわち、ランナ５が長い場合には、キャビティ９に樹脂
が流入するまでに、樹脂の硬化が進み易く、未充填不良
を引き起こす可能性が高いため、予めキャビティ９に樹
脂が流入する直前のところまで樹脂を圧縮していたが方
が、キャビティ９に流入する樹脂の状態が良好となるか
らである。なお、図７のｈ点で第２段階の射出を開始す
るが、ポット６に顆粒樹脂１を投入してから第２段階の
射出を開始するまでの時間は前記第一および第二の各実
施形態と同様に２５秒以内とする。この実施形態におい
ても、ボイド不良や未充填不良が防止できるとともに、
第二の実施形態と同様に樹脂封止時間を短縮する上では
有効となる。

【００１９】次に、本発明の第四の実施形態について図
８の断面図を用いて説明する。図８（ａ）に示すよう
に、この第四の実施形態では、プランジャ７に対して射
出シリンダ８が設けられておらず、射出シリンダを利用
してポット６内の顆粒樹脂１を圧縮できない場合の実施
形態である。そのため、ここでは、射出シリンダに代わ
る圧縮の代替手段として、上型２のカル４上部に加圧プ
ランジャ１２を設けている。そして、図８（ｂ）のよう
に、この加圧プランジャ１２によりポット６内の顆粒樹
脂１を圧縮する。この加圧プランジャ１２の動作タイミ
ングは、第一の実施形態でのプランジャ７の動作タイミ
ングと同じであり、プランジャ７の上昇開始と同時に、
加圧プランジャ１２は下降し、ポット６内の顆粒樹脂１
を圧縮し、瞬時（０．５秒程度）に加圧プランジャ１２
は上昇し、カル４上部の元の位置に戻る。プランジャ７
はその後、前記したように射出動作を行い樹脂封止を行
う。

【００２０】なお、この加圧プランジャ１２の動作タイ
ミングは、第二の実施形態でのプランジャ７の動作タイ
ミングと同じでもよい。つまり、型締め完了と同時に、
加圧プランジャ３０が下降することで、ポット６内の顆
粒樹脂１を圧縮し、瞬時（０．５秒程度）に加圧プラン
ジャ１２は上昇し、カル４上部の元の位置に戻る。プラ
ンジャ７はその後、射出動作を行い樹脂封止を行う。こ
の第四の実施形態においても、ポット６に顆粒樹脂１が
投入されてから２５秒以内を射出を開始する。また、充
填後の動作についても、前記した第一ないし第三の実施
形態と同じである。

【００２１】ここで、前記した各実施形態においては、
型締め完了から充填完了までの間、キャビティ内の真空
引きを併用してもよく、樹脂の充填効率を高め、ボイド
不良や未充填不良等をさらに有効に防止した樹脂封止が
可能となる。また、前記各実施形態では本発明を半導体
装置の樹脂封止に適用した例を示しているが、半導体装
置以外の部品を樹脂封止する場合にも本発明を同様に適
用することが可能である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、射出動作
の前の時点で樹脂封止金型のポット内の顆粒樹脂を圧縮
することにより、顆粒樹脂に含まれる空気を排出でき、
ボイド不良や未充填不良をを防止することができる。し
たがって、顆粒樹脂をタブレット状にする必要がなく、
そのための設備や構造が不要になるとともに、樹脂の変
質が防止でき、省スペースでの生産が可能になるととも
に、品質不良を防ぐことができ、かつ低価格に製造でき
るという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態の動作を示すタイミン
グチャートである。

【図２】本発明にかかる樹脂封止金型装置の主要部の断
面図である。

【図３】図２の装置に顆粒樹脂を供給した状態の断面図
である。

【図４】図２の装置による樹脂封止動作を説明するため
の断面図のその１である。

【図５】図２の装置による樹脂封止動作を説明するため
の断面図のその２である。

【図６】本発明の第二の実施形態の動作を示すタイミン
グチャートである。

【図７】本発明の第三の実施形態の動作を示すタイミン
グチャートである。

【図８】本発明の第四の実施形態の樹脂封止金型装置の
断面図である。

【図９】従来の樹脂封止金型装置の一例の断面図であ
る。

【図１０】図９の装置の動作を説明するための断面図の
その１である。

【図１１】図９の装置の動作を説明するための断面図の
その２である。

【図１２】従来の樹脂封止動作を示すタイミングチャー
トである。

【符号の説明】

１樹脂封止金型装置２上型３下型４カル５ランナー６ポット７プランジャ８射出シリンダ９キャビティ１０リードフレーム１１作動油１２加圧プランジャ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂封止金型装置に設けられたポット内
に顆粒樹脂を供給し、前記ポット内において前記顆粒樹
脂を加熱し、かつ溶融状態とされた樹脂をキャビティ内
に射出して樹脂封止を行う樹脂封止方法において、顆粒
状樹脂を用いた半導体装置の樹脂封止工程において、少
なくとも前記射出動作よりも前の時点で前記ポット内の
顆粒樹脂を圧縮することを特徴とする樹脂封止方法。
【請求項２】ポットに顆粒樹脂が供給されてから射出
開始までの時間を２５秒以内とする請求項１の樹脂封止
方法。
【請求項３】ポット内の顆粒樹脂の圧縮動作を射出動
作と同時に行う請求項１または２の樹脂封止方法。
【請求項４】樹脂封止金型装置の型締め完了と同時に
ポット内の顆粒樹脂を圧縮し、その後に射出動作を行う
請求項１または２の樹脂封止方法。
【請求項５】射出動作を２段階に分け、第１段階の射
出動作は前記キャビティへ樹脂が流入する直前までと
し、第２段階は前記樹脂をキャビティ内に充填するまで
とし、前記第１段階の射出動作においてポット内の顆粒
樹脂を圧縮する請求項１または２の樹脂封止方法。
【請求項６】樹脂封止するためのキャビティを画成す
るための一対の金型と、これら金型の一方に設けられ、
かつ前記キャビティにランナ及びカルを介して連通され
て樹脂封止用の顆粒樹脂が供給されるポットと、前記ポ
ット内の顆粒樹脂を加熱する手段と、少なくとも射出動
作以前に前記ポット内の顆粒樹脂を加圧する手段とを備
えることを特徴とする樹脂封止金型装置。
【請求項７】前記加圧手段は、射出動作に伴って動作
される射出シリンダと、この射出シリンダ内で往復移動
されて前記ポット内の顆粒樹脂を圧縮するプランジャと
で構成される請求項６の樹脂封止金型装置。
【請求項８】前記加圧手段は、前記ポットに対向して
他方の金型に設けられた加圧プランジャである請求項６
の樹脂封止金型装置。