JPH11170309A

JPH11170309A - 半導体封止用射出成形装置

Info

Publication number: JPH11170309A
Application number: JP9334727A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ito; 英雄伊藤; Katsunori Minami; 勝則南; Fuminari Yoshizumi; 文成吉住; Masaaki Wakabayashi; 公明若林
Original assignee: TSUKUBA SEIKO KK; Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: TSUKUBA SEIKO KK; Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 1999-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】封止材料の溶融混練を射出成形機で行い、マ
ルチプランジャーにより溶融状態の封止材料をキャビテ
イに注入する機構をからなる半導体等を封止成形する装
置を提供する。【解決手段】射出成形機より均一溶融混練された封止
材料を供給するためのスプルを設け、溶融された封止材
料を一時的に一定量留保するためのポット、半導体装置
を形成するためのキャビティ、及びポット内に留保され
た封止材料を加圧してキャビティに注入するためのプラ
ンジャーを一組し、かかる一組を複数組設け、また、隣
接し合う各ポット間を連結する溶融した封止材料の供給
流路となる第一ランナー、及びポットとキャビティ間を
連結する封止材料の注入流路となる第二ランナーが設け
られており、該第二ランナーに封止材料がキャビティへ
の注入を防止するためのランナー開閉機構を設置してな
ることを特徴とする半導体封止用射出成形装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、射出成形用エポキ
シ樹脂封止材料を用い射出成形システムにより半導体等
を封止成形する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ、デイスクリート等の半導
体素子の封止には、エポキシ樹脂封止材料のトランスフ
ァー成形が、低コスト、高信頼性及び生産性に適した方
法として従来より用いられている。トランスファー成形
では、エポキシ樹脂封止材料をタブレット状に賦形して
から、金型内のポットにこのタブレットを投入し、加熱
溶融させながらプランジャーで加圧することにより、金
型キャビティ内に移送し、硬化させるのが一般的であ
る。

【０００３】しかしながら、この成形方法ではエポキシ
樹脂封止材料をタブレット状に賦形することが前提とな
るために、賦形の工程が必要である。成形される半導体
パッケージの形状・大きさによりタブレット形状は種々
異なるので、賦形のための金型装置も多く必要である。
また成形毎にタブレットの投入と熱溶融が必要であるた
め成形サイクルを一定時間以下に短縮できない。更にポ
ットに投入された封止材料が、金型内を流動しキャビテ
イ内に到達する迄の流路であるランナー部や、ポット内
で残りのカル部が完全に硬化してしまうため、必要とす
る半導体パッケージ部以外に多量の樹脂廃棄物を生成し
てしまうなどの問題があり、これらの点から低コスト
化、大量生産性に限界があった。

【０００４】一方、エポキシ樹脂を含む熱硬化性樹脂成
形材料の成形として、射出成形方式の検討が従来より行
われてきた。射出成形においては、エポキシ樹脂成形材
料は射出成形機内に粉末状又は顆粒状にて供給され、シ
リンダー内で溶融状態を保ったままスクリューにより金
型に射出される。このため、タブレット状に賦形する工
程が不要であり、賦形のための装置・時間を省略するこ
とができる。また溶融状態で射出するため、ポット、プ
ランジャーを使用しない成形方法および使用する場合で
も、ポット径及び重量の制約が少なく、プランジャーの
ストロークを任意に設定することにより、種々の半導体
パッケージに適用できる。更に連続生産が可能であり、
均一溶融状態となり低粘度化した成形材料が金型に射出
されるために硬化時間がトランスファー成形に比べ短縮
でき、流路であるランナー部やカル部を極少化できる
等、大量生産に適した方法である。

【０００５】しかしながら、エポキシ樹脂封止材料の成
形方法として射出成形は実用化されていないのが現状で
ある。その理由としては、従来のエポキシ樹脂封止材料
は７０〜１１０℃に加熱されたシリンダー内での溶融状
態では、封止材料中の樹脂の硬化反応の進行によって粘
度が増大し、５〜１０分間で流動性を失う性質を有して
おり、溶融封止材料の熱安定性が著しく低いためであ
る。このため、低圧での射出成形は不可能であり、高圧
での成形を必要とし、その結果半導体素子上のボンデイ
ングワイヤーの変形もしくは切断、あるいはダイオード
等では内部素子への加圧による電気性能の低下等、得ら
れた半導体パツケージの信頼性を著しく損なう結果とな
ると考えられていた。

【０００６】また、金型の掃除等のための成形を一定時
間中断する場合には、エポキシ樹脂封止材料はシリンダ
ー内で硬化し、再度の射出が不可能となるため、連続生
産にも支障をきたしてしまうという問題点も指摘されて
いた。

【０００７】一方、成形金型については従来のこの種の
ものとしては、図４に示すものが一般的である。図４は
マルチ成形用金型の平面図と側面図である。上型１、下
型２、キャビテイ３、突き出し板Ａ４、突き出し板Ｂ
５、カル６、ランナー７、ゲート８、ポット９、プラン
ジャー１０で構成されている。

【０００８】タブレット状に賦形された材料を、ポット
９に投入し、加熱・溶融させながらプランジャー１０で
加圧することにより、ランナー７及びゲート８を経て、
溶融材料がキャビテイ３内に移送され、所定時間硬化さ
れて製品となる。製品の他に硬化物としてカル６、ラン
ナー７、ゲート８が生成される。

【０００９】しかしながら、このようなポット、プラン
ジャーを複数個有する成形用金型で使用されるミニタブ
レットでは、賦形の際に使用する金型の強度及び賦形さ
れるタブレットの品質維持のため、タブレット径及び重
量が制約されるという問題点も指摘されていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、封止材料の
溶融混練を射出成形機で行い、マルチプランジャーによ
り溶融状態の封止材料をキャビテイに注入する機構をか
らなる半導体等を封止成形する装置を提供するものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、射出成形機よ
り均一溶融混練された封止材料を供給するためのスプル
を設け、溶融された封止材料を一時的に一定量留保する
ためのポット、樹脂封止された半導体装置を形成するた
めのキャビティ、及びポット内に留保された封止材料を
加圧してキャビティに注入するためのプランジャーを一
組とし、かかる一組を複数組設け、また、隣接し合う各
ポット間を連結し溶融した封止材料の供給流路となる第
一ランナー、及びポットとキャビティ間を連結し封止材
料の注入流路となる第二ランナーが設けられており、該
第二ランナーに封止材料がキャビティへの注入を防止す
るためのランナー開閉機構を設置してなることを特徴と
する半導体封止用射出成形装置である。又本発明は、粉
末状又は顆粒状で材料を供給・溶融・射出する射出ユニ
ット、金型を開閉させる型締めユニット、ポット内の溶
融封止材料を加圧するプランジャー機構を前記型締めユ
ニット内に有し、リードフレームの整列・搬送機構、成
形されたリードフレームの搬送・集積機構及び金型のク
リーニング機構の各周辺ユニットを有し、射出ユニット
より均一溶融混練された封止材料を供給するためのスプ
ルを設け、溶融された封止材料を一時的に一定量留保す
るためのポット、半導体装置を形成するためのキャビテ
ィ、及びポット内に留保された封止材料を加圧してキャ
ビティに注入するためのプランジャーを一組とするもの
を複数組設け、また、隣接し合う各ポット間を連結する
溶融した封止材料の供給流路となる第一ランナー、及び
ポットとキャビティ間を連結する封止材料の注入流路と
なる第二ランナーが設けられており、該第二ランナーに
封止材料がキャビティへの注入防止を行うためのランナ
ー開閉機構を設置してなる金型からなることを特徴とす
る半導体封止用射出成形装置である。

【００１２】本発明における射出成形金型は、プランジ
ャー、ポット、ランナー及びランナー開閉機構、スプル
を有することを特徴としている。以下、図に基づいて説
明する。図１は射出成形用金型の平面図であり、図２は
同金型の側面図である。そして図３は同金型の部分断面
図を示している。図１、図２及び図３において、簡易的
に着脱可能な上型１１、下型１２をセットするダイセッ
ト上型１３、下型１４と着脱可能な金型を昇温するため
のヒータ１５で全体が構成されている。上型１１はスプ
ル１６、第一ランナー１７、第二ランナー１８、ゲート
１９、カル２０、キャビテイ２１ａ、ランナー開閉機構
２４で構成され、下型１２はポット２２、プランジャー
２３、キャビテイ２１ｂ、突き出し板２５ａ、２５ｂで
構成され、これらは多数組有している。

【００１３】射出ユニットから注入された均一混練・溶
融された封止材料は、スプル１６、第一ランナー１７を
経てポット２２内に一時的に充填される。この時ランナ
ー開閉機構２４を、予め閉じられた状態にすることによ
り、ランナー１８は遮断され、ゲート１９及びキャビテ
イ２１ａ、２１ｂに樹脂が充填されないようにしてお
く。複数個あるポット２２内に封止材料が完全に充填さ
れたところで、射出ユニットからの封止材料供給を停止
し、ランナー開閉機構２４を開口させる。その後プラン
ジャー２３を加圧前進させることにより、ポット２２内
の封止材料は第二ランナー１８、ゲート１９を経てキャ
ビテイ２１ａ、２１ｂに充填され、予めインサートされ
たリードフレームに接合された半導体等を封止し、所定
の硬化時間を経た後、型開き、突き出しすることにより
半導体等の封止成形を行う。

【００１４】本発明において使用される封止材料は、エ
ポキシ樹脂、フェノール樹脂硬化剤、硬化促進剤、無機
質充填材を必須成分として含有するエポキシ樹脂組成物
であり、その組成は特開平８−６７７４１号公報、特開
平８−６７７４２号公報、特開平８−６７７４５号公報
に示されるようなもので、その形状は粉末又は顆粒状の
ものであり、トランスファー成形の場合のようにタブレ
ットにする必要はない。そして、射出ユニットのシリン
ダー内での熱安定性の良好なもの、及びキャビテイ内で
流動性が特に良好で速やかに硬化するものが望ましい。

【００１５】次に本発明において使用される射出ユニッ
トについて説明する。本発明の射出機構は、スクリュー
インライン式、プランジャー式、スクリュープランジャ
ー式など特に限定されないが、温度コントロールの容易
さ、溶融の均一化等の点から、スクリューインライン式
が好ましい。加熱シリンダーは複数のゾーンに分割され
る。ゾーンの数は少なくとも２であり、多い場合は特に
限定されないが、４ないし５あれば充分である。各ゾー
ンはそれぞれ独立に温度制御され、従来より更に安定し
た連続成形を行うために、最ノズル側ゾーンは６５〜１
１０℃に制御され、最ホッパ側ゾーンは常温〜５０℃に
制御される。それぞれの好ましい温度は前者が７０〜９
０℃であり、後者が３０〜４０℃である。このような温
度範囲において、エポキシ樹脂封止材料の溶融粘度が低
いという特性が十分に発揮され、熱安定性も問題ないの
で、安定した連続成形を行うことができる。

【００１６】本発明の半導体封止装置において、金型と
して、スプルーレス金型を採用することができる。即
ち、金型のスプルー部の温度を封止材料の硬化が起こり
難い温度、即ち、シリンダー内の温度とほぼ同等か封止
材料の溶融粘度によっては硬化が進行する手前の温度に
コントロールすることにより、成形品を取り出した後に
次のサイクルでスプルー部の未硬化の封止材料をキャビ
テイ部へ注入して成形する方式を実施することができ
る。この方式を実施すること及び溶融状態で射出される
ため、ポット径、重量の制約が少なく、流路であるラン
ナー部やカル部を極少化できることにより、必要とする
成形品以外は硬化物が殆ど発生しないため、プラスチツ
ク廃棄物を大きく低減できるという長所がある。

【００１７】通常のマルチトランスファー成形による封
止の場合、カル・ランナー部の硬化廃棄物の全封止材料
に占める割合は２０〜４０％程度であるが、本発明の射
出成形、スプルーレス成形による封止では、硬化廃棄物
の割合は１５〜２５％と大きく低下する。

【００１８】次に全自動射出成形システムについて説明
する。システムの構成としては、従来のトランスファー
全自動成形システムでは、半導体が接合されたリードフ
レームをインサートして成形するための成形金型、この
金型を開閉するための型締めユニット、ポット内の樹脂
を加圧するプランジャー機構、リードフレームの集積・
整列・搬送を行うインローダユニット、金型分割面のバ
リ・汚れ等を清掃するためのクリーニングユニット、成
形物の取り出し、製品とカル・ランナーの分離を行うゲ
ートブレイクユニット、分離後のリードフレームを搬送
・集積を行うアンローダ、タブレット供給装置等で構成
されているのが一般的である。本発明の全自動射出成形
システムは、従来のこの種のシステムの中でタブレット
供給装置の代わりに、粉末状又は顆粒状の樹脂を供給す
るホッパーとこの樹脂を計量・均一混練・溶融してポッ
ト内に射出する、スクリュ・シリンダを有する射出ユニ
ットで構成されているのが特徴である。この射出ユニッ
トの制御方式としては、油圧及び電動サーボで駆動され
るが、騒音、クリーン、応答性等の点から電動サーボ駆
動が好ましい。

【００１９】本発明の封止射出成形装置において、スプ
ルーとポット間を連結する第一ランナー、ポットとキャ
ビテイを連結する第二ランナー及び第二ランナーにラン
ナー開閉機構を有する射出成形金型と粉末状又は顆粒状
の樹脂を均一混練・溶融させて金型内に射出する射出ユ
ニットを有する射出成形システムでは、タブレットが不
要でかつ硬化廃棄物の削減が可能、更に硬化時間の短縮
および半導体成形品の特性・連続成形性に優れた封止成
形ができる。

【００２０】次に形式について説明する。射出ユニット
部及び型締め部はそれぞれ駆動の方向により次のように
分類される。射出側では、横射出、竪射出、型締め側で
は、横型締め、竪締めがあり、それぞれの使用状況によ
り、組合わせて使用される。半導体封止成形装置のよう
な、半導体が接合され、ワイヤーボンデイングされたリ
ードフレームをインサートとして固定し成形するような
成形方式の場合は、インサートのし易さから、竪型締め
方式が好ましい。また、射出ユニットの取り付け方式
は、装置の設置されるスペース及び作業性等から個々に
竪射出、横射出のいずれかを選択するのが望ましい。駆
動・制御方式については、射出・型締め共に、油圧式、
電動式があるが省エネ、クリーン、低騒音の観点から電
動サーボ式が好ましい。特に半導体の成形に於いてはク
リーンルーム内での成形が前提となっているので、油圧
による油漏れ等の発生のない電動式が良い。本発明で使
用する成形装置の場合、射出部の電動制御性能は樹脂圧
ベースで１kgf／cm²、射出速度は０.０１mm／secと高い
分解能を有しているのが好ましく、繰り返し精度を含
め、低圧・低速成形に優れているものである。

【００２１】次に減圧成形について説明する。本減圧成
形に関しては、既に一般の成形では周知の事実で、熱可
塑性樹脂、熱硬化性樹脂を問わずキャビテイ部、ランナ
ー等、樹脂の流路及び製品になるキャビテイ内のエア
ー、材料から発生する揮発分等を強制的に排出する方法
として広く使われている。特に半導体部品の樹脂封止方
法においては、鈴木・相原らの研究によりボイドの低減
と信頼性の向上に顕著に優れていることが明らかとなっ
ている（特開平７−１６４４７３号公報）。本射出成形
金型では、ポット、キャビテイにエアベントを設け、特
にポットの容量がトランスファー成形用金型より大き
く、かつ全体的な容量も大きいことから、減圧する装置
側（真空ポンプ等）にチャージタンクを設け減圧する容
量を増加させ、また、樹脂を射出する際にはポット、ラ
ンナー、キャビテイ等が充分減圧された状態で樹脂が充
填されるよう、射出のタイミングをずらす等の改良を加
えた。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。エポキシ
樹脂封止材料として、住友ベークライト（株)製スミ
コン「ＥＭＥ−Ｊ００１」を使用した。

【００２３】射出成形システムを使用し、シリンダー設
定温度８０℃、射出圧力１２５０kgf／cm²、射出速度２
０mm／sec、プランジャー圧力１００kgf／cm²、注入速
度３〜８mm／secに設定し、かつスプルーレス成形を行
った。金型は２列で各列６個の１２個取りとし、ＩＣ素
子（４２ｐＤＩＰ）を接合し、金線ボンデイングされた
６個連続の銅製リードフレーム２本を金型にセットし、
金型温度１７５℃とし、成形サイクル９０秒で全自動成
形した。封止された成形品について充填性、バリ、ワイ
ヤスイープ、ボイドを測定した。従来から実施されてい
るマルチ・トランスファー成形システムとの比較結果を
表１に示す。

【００２４】表１項目マルチトランスファー射出成形システム成形システムポット径（mm） φ １９ φ １０充填性０／４２０／４２バリ０／４２０／４２ワイヤスイープ（％）＜５＜５内部ボイド０／４２０／４２硬化時間（sec) ５０４５１サイクル（sec) １０５９０硬化廃棄物（％）２４１８

【００２５】（測定方法）１．充填性：実体顕微鏡（１０倍）で表面の未充填箇所
の有無を観察した。２．バリ：リードフレームのタイバー部のバリ伸び程度
を観察した。３．ワイヤスイープ：成形品に軟Ｘ線を照射して、ボン
デイングワイヤ（３０μm径：長さ２．８mmのセミハー
ド金線）の流れ（変形）量を測定した。ＩＣ素子端面と
リード端子のボンデイング間の距離に対する最大ワイヤ
流れ量の比を％で示した。４．ボイド：成形品に超音波を照射して、φ０．５mm以
上の大きさの内部ボイドを観察した。５．表記中の数値は分子が発生量を示し、分母は観察し
たパッケージ数である。６．硬化廃棄物はカル・ランナーの廃棄物が全封止材料
に占める割合である。

【００２６】これらの結果は、従来のマルチ・トランス
ファ成形システムによる場合と同等であり、全く問題が
ないことを示している。従って信頼性、生産性に優れた
半導体封止成形システムであることがわかる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、射出成形用エポキシ樹
脂封止材料による半導体封止成形を射出成形システムに
より、問題なく実施できることが明らかとなった。射出
成形金型においては、均一溶融状態となり低粘度化した
封止材料がポット内に射出されるため、ポット径や射出
重量の制約が少なく、流路であるランナー部やカル部を
極少化できる。また減圧成形との併用により、さらに微
少ボイドの低減、かつ半導体への圧力が小さいことから
性能面での信頼性の向上が得られる。また、従来使用し
ている金型も改造して使用することができる。

【００２８】本発明では封止材料は、粉末状又は顆粒状
で射出成形ユニットに供給されるので、トランスファ成
形のようにタブレット形状に予備成形する必要がなく、
タブレット化のための多大な装置・時間・サイズ管理を
省略できる。更に均一溶融状態での射出のため、硬化時
間、予熱時間がトランスファ成形に比べ短縮できる。ま
た、スプルーレス成形が採用でき、これにより成形品以
外の硬化物（廃棄物）の割合が大幅に減少する。形式も
スペース、作業性等より竪、及び横射出が選択できる。
省エネ、クリーン、低騒音、分解能向上の電動サーボ駆
動のため、より一層の性能・環境向上が図れ、半導体成
形に必要な低圧・低速成形が可能となり、信頼性向上が
図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の封止射出成形用金型の平面図である。

【図２】図１の側面図である。

【図３】図１の部分断面図である。

【図４】従来例を示す、成形金型の平面図と側面図であ
る。

【符号の説明】

１１・・・上型１２・・・下型１３・・・ダイセット上型１４・・・ダイセット下型１５・・・ヒータ１６・・・スプル１７・・・第一ランナー１８・・・第二ランナー１９・・・ゲート２０・・・カル２１・・・キャビテイ２１ａ・・・上型２１ｂ・・・下型２２・・・ポット２３・・・プランジャー２４・・・ランナー開閉機構２５・・・突き出し板ａ、ｂ２６・・・エアベント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉住文成東京都品川区東品川２丁目５番８号住友ベークライト株式会社内 (72)発明者若林公明栃木県真岡市松山町12の２筑波精工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】射出成形機より均一溶融混練された封止
材料を供給するためのスプルを設け、溶融された封止材
料を一時的に一定量留保するためのポット、樹脂封止さ
れた半導体装置を形成するためのキャビティ、及びポッ
ト内に留保された封止材料を加圧してキャビティに注入
するためのプランジャーを一組とし、かかる一組を複数
組設け、また、隣接し合う各ポット間を連結し溶融した
封止材料の供給流路となる第一ランナー、及びポットと
キャビティ間を連結し封止材料の注入流路となる第二ラ
ンナーが設けられており、該第二ランナーに封止材料が
キャビティへの注入を防止するためのランナー開閉機構
を設置してなることを特徴とする半導体封止用射出成形
装置。
【請求項２】粉末状又は顆粒状で材料を供給・溶融・
射出する射出ユニット、金型を開閉させる型締めユニッ
ト、ポット内の溶融封止材料を加圧するプランジャー機
構を前記型締めユニット内に有し、リードフレームの整
列・搬送機構、成形されたリードフレームの搬送・集積
機構及び金型のクリーニング機構の各周辺ユニットを有
し、射出ユニットより均一溶融混練された封止材料を供
給するためのスプルを設け、溶融された封止材料を一時
的に一定量留保するためのポット、半導体装置を形成す
るためのキャビティ、及びポット内に留保された封止材
料を加圧してキャビティに注入するためのプランジャー
を一組とするものを複数組設け、また、隣接し合う各ポ
ット間を連結する溶融した封止材料の供給流路となる第
一ランナー、及びポットとキャビティ間を連結する封止
材料の注入流路となる第二ランナーが設けられており、
該第二ランナーに封止材料がキャビティへの注入防止を
行うためのランナー開閉機構を設置してなる金型からな
ることを特徴とする半導体封止用射出成形装置。
【請求項３】射出ユニットと型締めユニットの取り付
け方式が、竪型締め・竪射出及び竪型締め・横射出のい
ずれかであり、その駆動方式が電動サーボであることを
特徴とする請求項２記載の半導体封止成形装置。
【請求項４】射出成形金型のポット及びキャビテイを
減圧する減圧機構を有する請求項１記載の半導体封止用
射出成形装置。