JPH11284002A - 半導体素子の樹脂封止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ランナ及びゲートのクリーニングを容易に
し、且つ、最適な寸法形状のゲートやランナを設けられ
るようにし、設計の自由度を向上させる。 【解決手段】 金型１０８における一方１０４に、押え
プレート１１２を設け、金型１０８における他方１０２
に、プレート１１２の他方側の面と接合し合う面に対
し、ランナ溝１１４とゲート１１６を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リードフレーム、
あるいは基板上の半導体素子（集積回路）を含む被成形
部をトランスファ成形により樹脂封止する際に用いる装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、この種の樹脂封止装置によって
樹脂封止された半完成品状態のボールグリッドアレイの
部分断面を示す。

【０００３】プリント基板２上には集積回路（半導体素
子）４が固定され、この集積回路４と基板２の表面の銅
パターン６がボンディングワイヤ８によって結合されて
いる。基板２の表面の銅パターン６はヴィアホール１０
を介して基板２の裏面の銅パターン１２と接続され、こ
の基板裏面の銅パターン１２の各回路の末端がアレイ状
に配列した半球形の半田１４に接続されている。外部の
回路との接続は、この半球状の半田１４を介して行われ
る。この種のボールグリッドアレイＢＧＡは、外部回路
との接続が圧接のみで実現できるため、近年その需要が
急進している。

【０００４】ところで、図５に示されるように、ボール
グリッドアレイＢＧＡを製造する場合、基板２上の集積
回路４やボンディングワイヤ８あるいは銅パターン等を
保護するために一般にトランスファ成形と称される成形
により、熱硬化性の樹脂２０で封止・保護するようにし
ている。従って、必然的に、樹脂２０で封止された（樹
脂封止済みの）半完成品を金型から取り出す作業が必須
となる。

【０００５】トランスファ成形では、通常多数個取りの
金型が用いられるため、金型から取り出される成形品は
多数個のランナ（樹脂を導入するための通路）溝１６、
を介してゲート１８の先に多数個の樹脂封止済みの半完
成パッケージがついている状態が形成されることにな
る。従って、このゲート１８の部分で樹脂封止済みの半
完成品をランナ溝１６から切り離す作業を行わなければ
ならない。

【０００６】この作業は、煩雑であるばかりでなく、切
り離しが適正に行われないと、例えば図６の（Ａ）に示
されるように、ゲート１８の部分にランナの一部１６Ａ
が残存したり、あるいは、図６の（Ｂ）に示されるよう
に、封止された樹脂２０の本体が損傷を受ける場合もあ
る。このような点に鑑み、こうした作業の煩雑性や切り
離しの適正化を図るべく、従来種々の封止装置が提案さ
れている。

【０００７】例えば、特開平７−２０５２１４において
は、３枚のプレート構造を採用し、いわゆるトップゲー
ト方式によって樹脂を封入する封止装置が提案されてい
る。

【０００８】しかしながら、この方式の金型は、パッケ
ージとランナの取り出し位置が２箇所となるため、プレ
ート構造を３重にしなければならず、縦方向のスペース
に余裕がもてないことから、縦型成形やロボットによる
ボールグリッドアレイＢＧＡの取り出しが非常に不便で
あるという問題があった。又、樹脂の取出しやランナや
カルのクリーニングも難しいという問題もあった。

【０００９】この点に鑑み、従来スライド方式と呼ばれ
る封止装置が提案されている。

【００１０】この例を、図７に示す。この封止装置にお
いては、ボールグリッドアレイＢＧＡの基板２の上面の
端部２Ａは図示せぬスライド機構によって上下方向にス
ライド自在とした押えプレート３０の水平突出部３０Ａ
によって押えられる。この状態で、鉛直に形成した円筒
状のポット３２の中に収められた可塑化した樹脂２０を
プランジャ３４によって上方に押し上げる。押し上げら
れた樹脂は、水平方向に配置されたランナ３６を介して
押えプレート３０の上部からゲート部３８を介してボー
ルグリッドアレイＢＧＡの封止キャビティ４０内に封入
される。この樹脂封入により集積回路等を封止した後、
押えプレート３０を上昇させ、樹脂封止されたボールグ
リッドアレイＢＧＡが（ロボットによって）取り出され
る。

【００１１】なお、上記構成はポット３２を中心に図の
左右に対象に一対あり、図ではその左側の部分のみが示
されている。又、図の符号４２は、ランナ３６の下部を
支えると共に前記円筒状のポット３２の外周を形成する
ランナブロックである。このランナブロック４２は全体
が直方体であり、その中に、ランナエジェクタピン４４
が上下動自在に配置されている。このランナエジェクタ
ピン４４により樹脂封止後のランナ３６が上方に持ち上
げられ、ランナ３６をゲート部３８から切り離す、いわ
ゆる「ゲート切り」が行われる。

【００１２】このスライド方式の封止装置は、基板２の
上をランナ３６が走らないため、基板２とランナ３６と
の接着がなく、「ゲート切り」の性能を向上できる。
又、樹脂封止済みのボールグリッドアレイＢＧＡをロボ
ットにて自動的に取り出す構成を比較的容易に実現する
ことができる。

【００１３】又、このようなスライド方式以外にも基板
２上をランナやゲートが走らない方法として、図８に示
すような方法も提案されている。

【００１４】図８（Ａ）は、上下に２分割される金型７
０、７２の間に、図８（Ｂ）に示すようなゲート溝８２
を有するゲートプレート８０を、基板２上に設けるよう
にした方式である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示すような封止装置は、ランナやゲートが基板等の被成
形品に接しているため、図６を用いて既に説明した不具
合の他に、以下のような問題点もある。

【００１６】例えばプラスチックボールグリッドアレイ
ＢＧＡ（Ｐ−ＢＧＡ）の封止成形の場合は、ランナやゲ
ートが基板からきれいに剥がれるようにするため、基板
２の最外表層のレジストが掛からないように表面上にラ
ンナとゲートの形状に合わせた金めっき部を設けるよう
にしているが、それでもうまく剥れないことが多い。

【００１７】又、電子部品の封止成形においては、被成
形品のランナやゲートが接する面には、電気配線回路や
端子を設けられないという問題もある。

【００１８】さらには、熱硬化性樹脂による封止成形に
おいては、樹脂と樹脂成形品の前記膨脹係数に差が発生
すると（金型温度（成形温度）は通常１７５℃前後）、
封止成形後の温度が下がらないうちにランナやゲートを
被成形品から剥がさないとランナ部で被成形品に反りを
与えてしまうこともある。

【００１９】又、図７に示すようなスライド方式の封止
装置では、ゲート３８が押えプレート３０上にあったた
め、カルの取外しが必ずしも良好に行われないことがあ
り、従って封止を常に最良の状態で行うには、頻繁に洗
浄等のメンテナンスを行う必要があるという問題があっ
た。又、ゲート３８の付近は樹脂の流速が速くなるため
劣化し易いにも拘らず、ゲート３８付近のみを交換する
ことができないという問題もあった。

【００２０】図８（Ａ）、（Ｂ）の装置では、ランナ７
８からゲート７６につながるキャビティの厚さが薄い場
合、ゲートプレート８０に最適な寸法形状のゲート７６
やランナ溝８２が設けられないという難点があった。
又、ゲートプレート８０に、インサートゲートを設けた
り、あるいはゲートを可動ゲートにしたりすることがで
きないという問題もあり、構造的に自由度が低かった。
更に、ゲートプレート８０からランナ７８をエジェクト
するためのエジェクタピン（図示せず）が、基板２など
の被成形品を避けた位置にしか設置することができない
ため、ゲート７６の付近のカルをエジェクトできないこ
とがあるという問題もあった。

【００２１】本発明は、このような従来の問題に鑑みて
なされたものであって、製品の取出しを簡素化し、ラン
ナ及びゲート等の清掃（クリーニング）を容易化して、
且つ、その回数を大幅に低することができ、さらに常に
良好な状態に維持されたゲートを備えることにより、良
好な全自動運転を可能とする半導体素子の樹脂封止装置
を提供することをその課題とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、固定型と可動型からなる金型と、半導体素子を含む
被成形品を押える押えプレートと、を備え、熱硬化樹脂
をランナ溝及びゲートを介してキャビティ内に封入し、
前記被成形品を封止する半導体素子の樹脂封止装置にお
いて、前記金型における一方に、前記押えプレートを設
け、前記金型における他方に、前記押えプレートの該他
方側の面と接合し合う面に対し、前記ランナ溝とゲート
を形成したことにより、上記課題を解決したものであ
る。

【００２３】請求項２に記載の発明は、前記ゲートをイ
ンサートゲートとしたことにより、同様に上記課題を解
決したものである。

【００２４】請求項３に記載の発明は、前記ゲートを可
動ゲートとしたことにより、同様に上記課題を解決した
ものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００２６】図１は、本発明が適用されたボールグリッ
ドアレイ用の樹脂封止金型の要部を示した略断面図であ
る。

【００２７】この樹脂封止装置１００は、上型（可動
型）１０２と、下型（固定型）１０４とからなり、キャ
ビティ１０６を形成可能な金型１０８と、ボールグリッ
ドアレイＢＧＡの半導体素子（図示省略）を含む基板
（被成形品）１１０を押える押えプレート１１２とを備
える。熱硬化性の樹脂ＰＬはランナ溝１１４及びゲート
１１６を介してキャビティ１０６内に封入され、該キャ
ビティ１０６内に臨まされた基板１１０の一部（被成形
品）１１８を封止する。

【００２８】ここで、この実施形態では、下型１０４側
に押えプレート１１２が設けられ、上型１０２側に押え
プレート１１２に対峙してランナ溝１１４及びゲート１
１６の双方が形成されている。

【００２９】前記押えプレート１１２は、基板１１０の
端部１１０ａを上から押さえるための突出部１２０を備
える。突出部１２０の上面１２０ａは、キャビティ１０
６の側面上部へ向けて下降・傾斜している。

【００３０】前記ランナ溝１１４は、樹脂ＰＬの流れる
通り道（溝）として、上型１０２の下面１０２ａであっ
て、押えプレート１１２の水平な上面１１２ａと対峙す
る面１０２ａ１に沿って形成されている。

【００３１】前記ゲート１１６は、ランナ溝１１４から
樹脂ＰＬをキャビティ１０６内へ流入させるための連絡
通路（溝）として、上型１０２の下面１０２ａであっ
て、押えプレート１１２の突出部１２０の傾斜した上面
１２０ａと対峙する面１０２ａ２に沿って組み込まれて
いる。

【００３２】前記突出部１２０の上面１２０ａがキャビ
ティ１０６の側面上部１０６ａへ抜けて下降・傾斜して
いることから、ゲート１１６もこの傾斜に沿って下降・
傾斜して形成されている。

【００３３】図の符号、１３０ａ〜１３０ｃは上型１０
２が上方に持ち上がる時に、ランナ溝１１４あるいはゲ
ート１１６に溜まった樹脂（以降、これをカルという）
ＰＬＫを下側へ押し付けて引き離すためのエジェクタピ
ン、１３２ａは押えプレート１１２上に残されたカルＰ
ＬＫを押えプレート１１２から上側へ押し出して引き離
すためのエジェクタピン、１３４ａ、１３４ｂは、ボー
ルグリッドアレイＢＧＡの基板１１０を下型１０４から
上側へ押し出して引き離すためのエジェクタピンをそれ
ぞれ示しており、いずれも図示せぬ駆動機構あるいはば
ね等により上下動可能である。

【００３４】なお、図１に示したものは、樹脂ＰＬをボ
ールグリッドアレイＢＧＡの基板１１０を上側から封入
するものであったが、これとは逆に、ボールグリッドア
レイＢＧＡの基板１１０の下側にキャビティ１０６を配
置し、樹脂ＰＬを下側からキャビティ１０６内に封入す
る方式を採用してもよい。

【００３５】次に、この金型装置の作用、即ち、樹脂Ｐ
Ｌをキャビティ１０６内に封入する工程について、図２
を参照しながら説明する。

【００３６】本実施形態において、被成形品はボールグ
リッドアレイＢＧＡの基板１１０である。

【００３７】図２の（Ａ）を参照して、先ず基板１１０
を下型１０４に装填する。次に、下型１０４に上下に摺
動するように設けられた押えプレート１１２を下げて、
基板１１０をクランプする。その後、上型１０２と下型
１０４を閉じ、成形を始める。図２（Ａ）は、この段階
で溶解した樹脂ＰＬを注入中の状況を示している。基板
１１０は、その周囲を下型１０４に上下に摺動するよう
に設けられた前記押えプレート１１２と上型１０２にク
ランプされているため、樹脂ＰＬは、押えプレート１１
２に接するように上型１０２側に設けられたランナ溝１
１４、及びゲート１１６を通ってキャビティ１０６内に
注入される。

【００３８】図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の次の工程を表
わしているもので、樹脂ＰＬが設定量（基準量）又は所
定時間に達した後（モールド成形後）、図２（Ａ）の状
態から上型１０２が上方へ持ち上げられた様子を示した
図である（型開き状態）。

【００３９】上型１０２が上方へ持ち上げられる際、エ
ジェクタピン１３０ａは、集積回路上の（固まった）樹
脂ＰＬを軽く押し、樹脂ＰＬを下型１０４上に預ける。
又、エジェクタピン１３０ｂ、１３０ｃは、上型１０２
のランナ溝１１４に溜まったカルＰＬＫとランナ溝１１
４とがきれいに剥がれるように軽く押す役割を果たして
いる。

【００４０】このようにして、上型１０２が上方へ持ち
上げられた後には、エジェクタピン１３０ｂ、１３０ｃ
に押されたカルＰＬＫがきれいに押えプレート１１２上
に残存するようになる。

【００４１】次に、図２（Ｃ）に示すように、押えプレ
ート１１２をそのままの状態にしておき、エジェクタピ
ン１３２ａを上方に動作させ、カルＰＬＫを押えプレー
ト上面、及び図示せぬプランジャヘッド上面並びにポッ
トから切離す。それと同時に、ゲート１１６をブレイク
させる。その後、図２（Ｄ）に示すように、押えプレー
ト１１２を図に示すように、上方に持ち上げ、押えプレ
ート１１２の突出部１２０の下面１２０ｂと基板１１０
の上面端部１１０ａとを離反させることにより、基板１
１０を固定状態から解放する。

【００４２】次に、押えプレート１１２の突出部１２０
の下面１２０ｂと基板１１０の端部１１０ａとを離反さ
せた後、エジェクタピン１３４ａ、１３４ｂを下型１０
４側より上方に作動させることにより、製品である樹脂
封止済みの基板１１０が下型１０４より持ち上げられ
る。基板１１０が取除かれた後は、各部のクリーニング
が行われる。

【００４３】次に、封止済みの基板１１０が取り除か
れ、図示せぬロボットにより次工程へ搬送される。その
後、次の（樹脂封止されるべき）基板１１０が組み込ま
れ、次の封止準備に入る。

【００４４】このように、ランナ溝１１４及びゲート１
１６を上型１０２に設け、押えプレート１１２の上面１
１２ａを溝の無い平面で構成したことにより、ゲート１
１６周りにランナ溝１１４の形状を製品に適した寸法に
形成できるため、自由度を大幅に向上させることができ
る。又、成形後の型が開く動作に同期して動作するエジ
ェクタピン１３０ｂを、ゲート１１６の近くの上型１０
２に設けることができるようになり、カルＰＬＫをラン
ナ溝１１４から確実に突き出すことが可能となる。

【００４５】なお、図３に示すように、ゲート１１６を
交換可能なインサートゲート２１６とすることにより、
ゲート２１６のみを耐摩耗性の高い材質に交換したり、
又、成品の品種によって交換することにより、多品種対
応型にもできる。

【００４６】又、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、更
にゲートを上下動可能な可動ゲート３１６とすることに
より、被成形品の形状や、「成形用樹脂の仕様によって
は樹脂注入中はゲートを大きく開口させなければならな
い」という要請にも対応できるようになり、自由度が広
がる。更に、この可動ゲート方式を用いることによっ
て、封止後に該可動ゲート３１６によってキャビティ１
０６内の樹脂ＰＬとランナ溝１１４内の樹脂ＰＬとを分
離でき、ランナ溝１１４内やゲート１１６付近の樹脂Ｐ
Ｌが被成形品に直接接しないようにして成形できるよう
になり、又、可動ゲート３１６が降りてくるときに、キ
ャビティ１０６内の樹脂の封入圧が高まって、それだけ
確実な封止ができるようになる。

【００４７】なお、本実施形態では、キャビティ１０６
の上面１０６ｂが被成形品より上に位置していたが、特
にこれに限定しているわけではなく、キャビティ１０６
の上面１０６ｂが被成形品の上面より低い場合でも対応
できる。

【００４８】又、本実施形態では、キャビティアップの
ボールグリッドアレイＢＧＡの例が示されていたが、本
発明はこれに限定されず、他の半導体素子の樹脂封止装
置にも適用でき、キャビティダウンのボールグリッドア
レイＢＧＡや、基板上に実相された電子機能チップ（Ｃ
ＯＰ）の封止成形への応用が可能である。又、ＩＣカー
ドに実相された電子機能チップの封止成形や、オートモ
ールドシステム用封止金型装置への応用も可能である。

【００４９】

【発明の効果】以上に説明したとおり、本発明によれ
ば、金型における一方に、押えプレートを設け、金型に
おける他方に、カル等の残存物をランナ溝やゲートから
きれいに切り離すことができ、又、ランナ溝及びゲート
等の清掃（クリーニング）を容易化及び設計自由度の大
幅な向上が達成でき、良好な全自動運転を可能とするこ
とができるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるボールグリットアレイ用の封止
装置の樹脂封止中及び樹脂封止後におけるランナ溝及び
ゲートの設置状態を表わした断面図

【図２】図１の封止装置の樹脂封止工程を表わす断面図

【図３】図１及び図２のゲートをインサートゲートとし
た断面図

【図４】図１及び図２のゲートを可動ゲートをとした断
面図

【図５】ボールグリットアレイの基板が樹脂封止された
ときの従来例を示す部分断面図

【図６】上記従来の樹脂封止においてランナ（カル）を
取り除くときの不具合を説明した部分断面図

【図７】スライド方式の封止装置の従来例を示す部分断
面図

【図８】ボールグリットアレイが樹脂封止されたときの
従来例を示す部分断面図

【符号の説明】

ＢＧＡ…ボールグリットアレイ １０２…上型 １０４…下型 １０６…キャビティ １１０…基板（被成形品） １１４…ランナ溝 １１６…ゲート ＰＬ…樹脂 ＰＬＫ…カル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定型と可動型からなる金型と、半導体素
   子を含む被成形品を押える押えプレートと、を備え、熱
   硬化樹脂をランナ溝及びゲートを介してキャビティ内に
   封入し、前記被成形品を封止する半導体素子の樹脂封止
   装置において、 前記金型における一方に、前記押えプレートを設け、 前記金型における他方に、前記押えプレートの該他方側
   の面と接合し合う面に対し、前記ランナ溝とゲートを形
   成したことを特徴とする半導体素子の樹脂封止装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記ゲートをインサートゲートとしたことを特徴とする
   半導体素子の樹脂封止装置。
3. 【請求項３】請求項１において、 前記ゲートを可動ゲートとしたことを特徴とする半導体
   素子の樹脂封止装置。