KR100201913B1 - Transfer molding method - Google Patents
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Abstract
용융 상태의 에폭시 성형 수지가 와이어 본딩이 완료된 상태의 리드 프레임이 개재된 성형 금형의 캐비티 내로 주입될 수 있도록 초기 설정 압력을 가압 수단에 인가하는 제 1압력 인가 단계; 상기 초기 설정 압력보다 큰 압력을 상기 가압 수단에 인가하는 제 2압력 인가 단계; 및 상기 제 2압력 단계의 압력보다 낮은 압력을 상기 가압 수단에 인가하는 제 3압력 인가 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜스퍼 몰딩법을 제공함으로써, 성형 공정의 진행시 성형성을 향상시켜 반도체 칩 패키지의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.A first pressure applying step of applying an initial set pressure to the pressurizing means so that the epoxy molding resin in the molten state can be injected into the cavity of the molding die with the lead frame in the state where the wire bonding is completed; A second pressure applying step of applying a pressure greater than the initial set pressure to the pressurizing means; And a third pressure applying step of applying a pressure lower than the pressure in the second pressure step to the pressurizing means. There is an effect of improving the reliability of the package.
Description
본 발명은 트랜스퍼 몰딩(transfer molding)법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 칩 패키지 제조 공정중 반도체 소자를 외부 환경으로부터 보호하기 위한 성형 공정에 사용되는 트랜스퍼 몰딩법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a transfer molding method, and more particularly, to a transfer molding method used in a molding process for protecting a semiconductor device from an external environment during a semiconductor chip package manufacturing process.
반도체 조립 공정 중 와이어 본딩 공정이 완료된 상태의 리드 프레임은 그 리드 프레임에 실장되어 있는 반도체 소자의 전기적 기능을 외부 환경으로부터 보호하기 위하여 에폭시 수지 봉지재를 이용하여 봉지된다. 이와같은 공정을 몰딩 공정이라한다. 보통 반도체 소자 표면이 산화막 및 유기막으로 코팅되어 있으나 기계적으로나 화학적으로 약하기 때문에 몰딩 공정을 통하여 반도체 소자를 보호할뿐만 아니라 리드 프레임과 반도체 칩의 전기적인 연결상태를 유지하는 역할도 한다.The lead frame in which the wire bonding process is completed during the semiconductor assembly process is sealed using an epoxy resin encapsulant to protect the electrical function of the semiconductor element mounted on the lead frame from the external environment. Such a process is called a molding process. Usually, the surface of the semiconductor device is coated with an oxide film and an organic film, but mechanically and chemically weak, not only protects the semiconductor device through the molding process but also maintains the electrical connection between the lead frame and the semiconductor chip.
일반적으로 몰딩 공정은 다핀화와 패키지 외형의 정밀함 및 대량생산에 적합한 에폭시 성형 수지를 이용한 트랜스퍼 몰딩법이 주로 사용되고 있다. 이 트랜스퍼 몰딩법을 소개하면 다음과 같다.In general, the molding process is mainly a transfer molding method using an epoxy molding resin suitable for polyfinization and precision of package appearance and mass production. This transfer molding method is introduced as follows.
도 1은 일반적인 트랜스퍼 몰딩법을 이용하여 캐비티내에 에폭시 성형 수지가 주입되는 상태를 나타낸 개략적인 단면도이고, 도 2는 성형 후 보이드가 잔존해있는 상태를 나타낸 개략 단면도이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 일반적인 트랜스퍼 몰딩법은 포트를 갖는 상부 금형(140)과 하부 금형(150)을 갖는 성형 금형(120)의 캐비티(160)에 반도체 칩(72)이 실장되어 와이어 본딩이 완료된 상태의 리드 프레임(170)을 개재한 후, 고온에 의해 용융된 상태의 에폭시 성형 수지(180)를 성형 금형(120)의 런너(152)를 통하여 일정한 온도와 압력을 인가하여 캐비티(160)에 주입하여 경화시킴으로써 반도체 칩(172)을 보호할 수 있도록 봉지하는 것이다. 이때 인가 압력은 에폭시 성형 수지의 점도, 충전 완료시간, 및 금선 변형 등을 고려하여 결정된다.FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an epoxy molding resin is injected into a cavity using a general transfer molding method, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a void remaining after molding. 1 and 2, in a general transfer molding method, a semiconductor chip 72 is mounted on a cavity 160 of an upper mold 140 having a port and a molding mold 120 having a lower mold 150. After the bonding of the lead frame 170 in the state of completion of bonding, the epoxy molding resin 180 melted by a high temperature is applied through a runner 152 of the molding die 120 to apply a constant temperature and pressure to the cavity ( The semiconductor chip 172 is encapsulated so that the semiconductor chip 172 may be protected by injecting into the 160 and curing it. At this time, the applied pressure is determined in consideration of the viscosity of the epoxy molding resin, the filling completion time, and gold wire deformation.
그런데 상기 사용된 에폭시 성형 수지는 보통 고체인 타블렛의 형태로 이용된다. 타블렛에 일정한 온도와 압력을 가해줌으로써 타블렛은 용융상태의 에폭시 성형 수지가 될 수 있다. 타블렛을 용융 상태의 에폭시 성형 수지로 변형시킬 때 타블렛 속에는 공기가 존재한다. 또한 타블렛이 포트내에서 변형하는 과정에서도 다소 공기를 흡수한다. 이것이 에폭시 성형 수지(180)와 함께 캐비티(160)에 유입된 상태로 충전이 완료되면 없어지지 않고 보이드(void;190)로 존재한다. 이러한 보이드(190)는 설정 압력에서 캐비티(180)에까지 에폭시 성형 수지(180)가 이르는 동안 압력 손실로 인하여 캐비티 내압이 떨어져 미처 보이드(190)들이 에어벤트(122)를 통하여 배출되지 못하고 에어벤트 부분에 잔존하는 상태로 경화되기 때문이다. 이렇게 잔존하게 되는 보이드(180)들은 열에 의한 응력의 발생으로 패키지 크랙을 발생시켜 패키지 신뢰성에 크게 영향을 미치게 된다.However, the epoxy molding resin used is usually used in the form of a tablet which is a solid. By applying a constant temperature and pressure to the tablet, the tablet can be a molten epoxy molding resin. Air is present in the tablet when the tablet is transformed into a molten epoxy molding resin. It also absorbs some air as the tablet deforms within the pot. When the filling is completed with the epoxy molding resin 180 introduced into the cavity 160, the filling does not disappear and exists as a void 190. The void 190 is the cavity internal pressure drops due to the pressure loss while the epoxy molding resin 180 reaches the cavity 180 at the set pressure, the voids 190 are not discharged through the air vent 122, the air vent portion It is because it hardens | cures in the state which remain in The remaining voids 180 generate package cracks due to the generation of stress due to heat, which greatly affects package reliability.
고점도의 에폭시 성형 수지로 성형하는 경우에는 런너로 인해 유동중 에폭시 성형 수지의 압력 손실이 크게 되고, 더욱이 플랜저의 설정 압력이 적은 경우나 설정 충전시간을 짧게한 경우는 플랜저의 강하속도가 저하되어 설정 충전 시간보다 늦게 충전이 완료된다. 이를 이송지연이라 부르며, 이러한 이송 지연은 역시 보이드를 외부로 방출시키지 못하는 원인이 된다.When molding with a high viscosity epoxy molding resin, the runner increases the pressure loss of the epoxy molding resin during the flow. Moreover, when the set pressure of the flanger is low or the set charging time is shortened, the descent speed of the flanger decreases and the set filling is performed. Charging is completed later than time. This is called transfer delay, and this transfer delay also causes the void to not be released to the outside.
만일 보이드의 발생을 방지하기 위하여 플랜저의 설정 압력을 에폭시 성형 수지가 유동 압력 손실을 고려하여 처음부터 높게 설정하면, 그 압력이 그대로 캐비티에 전달되고 에폭시 성형 수지가 캐비티의 외부로 배출되어 버어(burr) 또는 플러쉬(flush)가 발생될 수 있다. 또한 런너내의 에폭시 성형 수지의 유동 압력 손실을 저감시키기 위하여 플랜저의 설정 충전시간을 길게 형성하면(또는 설정 이송속도를 늦추면) 캐비티 내의 에폭시 성형 수지의 점도 상승으로 인하여 금선 변형이 증대된다.If the set pressure of the flanger is set high from the beginning in consideration of the flow pressure loss, the pressure is transferred to the cavity as it is and the epoxy molding resin is discharged to the outside of the cavity to prevent the occurrence of voids. ) Or flush may occur. In addition, if the set filling time of the flanger is formed long (or the set feed rate is slowed) in order to reduce the flow pressure loss of the epoxy molded resin in the runner, the gold wire deformation is increased due to the increase in the viscosity of the epoxy molded resin in the cavity.
상기 발생되는 보이드나 버어 및 금선 변형 등의 원인은 인가되는 압력의 손실로 인하여 설정압력을 유지시키지 못하기 때문이다. 따라서 에폭시 성형 수지 유동중에는 유동 압력 손상을 고려하고 버어를 발생시키지 않는 압력 제어가 가능한 성형 제어법이 필요 불가결하다.The cause of the generated voids, burrs, gold wire deformation, etc. is because the set pressure cannot be maintained due to the loss of the applied pressure. Therefore, during the flow of epoxy molding resin, a molding control method capable of pressure control without considering burr pressure damage and without generating burrs is indispensable.
따라서 본 발명의 목적은 압력 제어를 통하여 에폭시 성형 수지로 성형시 발생되는 성형 불량의 발생을 방지할 수 있도록 함으로써 패키지 신뢰성을 향상시킬 수 있는 트랜스퍼 몰딩법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a transfer molding method that can improve package reliability by preventing generation of molding defects generated when molding into an epoxy molding resin through pressure control.
도 1은 일반적인 트랜스퍼 몰딩법을 이용하여 캐비티내에 에폭시 성형 수지가 주입되는 상태를 나타낸 개략적인 단면도.1 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an epoxy molding resin is injected into a cavity using a general transfer molding method.
도 2는 성형 후 보이드가 잔존해있는 상태를 나타낸 개략 단면도.2 is a schematic cross-sectional view showing a state in which voids remain after molding;
도 3은 본 발명에 따른 트랜스퍼 몰딩법을 설명하기 위한 트랜스퍼 성형기를 나타낸 구성도.Figure 3 is a block diagram showing a transfer molding machine for explaining the transfer molding method according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 트랜스퍼 몰딩법에 의한 보이드의 잔존 상태를 나타낸 개략 단면도.Figure 4 is a schematic cross-sectional view showing the remaining state of the voids by the transfer molding method according to the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10 : 트랜스퍼 성형기20,120 : 성형 금형10: transfer molding machine 20,120: molding mold
22,122 : 에어벤트30,130 : 가압 수단22,122: air vent 30,130: pressurizing means
32,132 : 플랜저34 : 로드32,132: Flanger 34: Rod
36 : 실린더37 : 기계오일36: cylinder 37: machine oil
38 : 유압 공급관39 : 유압 배출관38: hydraulic supply pipe 39: hydraulic discharge pipe
40,140 : 상부 금형42,142 : 포트40,140: Upper mold 42,142: Port
50,150 : 하부 금형52,152 : 런너50,150: Lower mold 52,152: Runner
54 : 중앙홈60,160 : 캐비티54: central groove 60, 160: cavity
70,170 : 리드 프레임80,180 : 에폭시 성형 수지70,170: lead frame 80,180: epoxy molding resin
90,190 : 보이드90,190: Boyd
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 트랜스퍼 몰딩법은 용융 상태의 에폭시 성형 수지가 와이어 본딩이 완료된 상태의 리드 프레임이 개재된 성형 금형의 캐비티에 주입될 수 있도록 초기 설정 압력을 가압 수단에 인가하는 제 1압력 인가 단계; 상기 초기 설정 압력보다 큰 압력을 상기 가압 수단에 인가하는 제 2압력 인가 단계; 및 상기 제 2압력 단계의 압력보다 낮은 압력을 상기 가압 수단에 인가하는 제 3압력 인가 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The transfer molding method according to the present invention for achieving the above object is to apply an initial set pressure to the pressurizing means so that the epoxy molding resin in the molten state can be injected into the cavity of the molding die with the lead frame in the state of completion of wire bonding Applying a first pressure; A second pressure applying step of applying a pressure greater than the initial set pressure to the pressurizing means; And a third pressure applying step of applying a pressure lower than the pressure of the second pressure step to the pressing means.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 트랜스퍼 몰딩법을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도 3은 본 발명에 따른 트랜스퍼 몰딩법을 설명하기 위한 트랜스퍼 성형기를 나타낸 구성도이다.Hereinafter, a transfer molding method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 3 is a block diagram showing a transfer molding machine for explaining the transfer molding method according to the present invention.
도 3을 참조하면, 트랜스퍼 몰딩법에 이용되는 트랜스퍼 성형기(10)는 상부 금형(40)과 하부 금형(50)으로 이루어진 성형 금형(20)과 가압 수단(30)을 갖고 있다. 하부 금형(50)은 와이어 본딩이 완료된 상태의 리드 프레임(70)이 탑재되는 부분으로써, 성형하고자 하는 적당한 크기의 캐비티(60)가 런너(52)를 기준으로 하여 대칭적으로 배열되어 있으며, 이 런너(52)는 하부 금형(50)의 중앙부에 형성된 중앙홈(54)과 연결되어 있다. 하부 금형(50)과 정합되는 상부 금형(40)은 하부 금형(50)의 캐비티(62)와 대응되는 위치에 캐비티(62)가 형성되어 있으며 하부 금형(50)의 중앙홈(54)과 동일한 위치에 포트(52)가 형성되어 있다. 상기 상부 금형(40)에는 가압 수단(30)이 결합되어 있다.Referring to FIG. 3, the transfer molding machine 10 used in the transfer molding method has a molding die 20 composed of an upper die 40 and a lower die 50 and a pressurizing means 30. The lower mold 50 is a portion in which the lead frame 70 in which wire bonding is completed is mounted, and a cavity 60 having a suitable size to be molded is symmetrically arranged with respect to the runner 52. The runner 52 is connected to the central groove 54 formed in the central portion of the lower mold 50. The upper mold 40, which is matched with the lower mold 50, has a cavity 62 formed at a position corresponding to the cavity 62 of the lower mold 50 and is the same as the center groove 54 of the lower mold 50. The port 52 is formed in the position. The press means 30 is coupled to the upper mold 40.
가압 수단(30)은 플랜저(32)와 로드(34) 및 실린더(36)를 포함한다. 로드(34)는 상부 금형(40)의 포트(42)내에 삽입되어져 있는 플랜저(32)와 결합되어 있다. 실린더(36) 내에는 기계 오일(37)이 내재되어 있고, 이 기계 오일(37)은 유압 공급관(38)과 유압 배출관(39)에 의해서 실린더(36) 내에 기계 오일(37)을 공급하고 배출함으로써 로드(34)를 운동시켜 포트(42)내에 압력을 인가할 수 있도록 되어 있다.The pressurizing means 30 comprises a flanger 32, a rod 34 and a cylinder 36. The rod 34 is engaged with the flanger 32 which is inserted into the port 42 of the upper mold 40. The machine oil 37 is inherent in the cylinder 36, and the machine oil 37 supplies and discharges the machine oil 37 in the cylinder 36 by the hydraulic supply pipe 38 and the hydraulic discharge pipe 39. As a result, the rod 34 is moved to apply pressure to the port 42.
도 4는 본 발명에 따른 트랜스퍼 몰딩법에 의한 보이드의 잔존 상태를 나타낸 개략 단면도이다. 도 4를 참조하여 동작을 살펴보면, 용융 상태의 에폭시 성형 수지(80)를 와이어 본딩이 완료된 상태의 리드 프레임(70)이 개재된 성형 금형(20)의 캐비티(60) 내로 주입시킬 수 있도록 초기 설정 압력을 가압 수단(30)에 인가하는 제 1압력 인가 단계를 진행한다. 미리 타블렛 상태의 에폭시 성형 수지를 고주파 예열기로 예열하여 용융 상태를 만들어 포트(42)내에 투입한다. 예열기로 가열되어 용융상태가 된 에폭시 성형 수지(80)를 캐비티(60)에 주입시킬 수 있는 소정의 설정 압력으로 플랜저(32)를 동작시키면, 용융 상태의 에폭시 성형 수지는 포트(42)와 연결되어 있는 런너(52)를 경로로 해서 캐비티(60) 내로 공급된다.4 is a schematic cross-sectional view showing the remaining state of the voids by the transfer molding method according to the present invention. Looking at the operation with reference to Figure 4, the initial setting so that the epoxy molding resin 80 in the molten state can be injected into the cavity 60 of the molding die 20 interposed with the lead frame 70 of the wire bonding is completed A first pressure application step of applying pressure to the pressurizing means 30 is performed. Epoxy-forming resin in tablet form is preheated with a high frequency preheater in advance to form a molten state and introduced into the port 42. When the flanger 32 is operated at a predetermined set pressure at which the epoxy molding resin 80 heated by a preheater and injected into the cavity 60 can be injected, the molten epoxy molding resin is connected to the port 42. It is supplied into the cavity 60 by using the runner 52 made into a path | route.
다음에 상기 초기 설정 압력보다 큰 압력을 상기 가압 수단에 인가하는 제 2압력 인가 단계를 진행한다. 일정시간이 흘러 에폭시 성형 수지(80)가 캐비티(60)에 충전이 어느 정도 진행된 후(보통 90%이상 충전이 진행된 후)로부터 에폭시 성형 수지가 경화되기 시작하는 시점전까지의 사이에 초기 설정 압력보다 높은 2차 압력을 인가한다. 2차로 인가되는 압력은 캐비티 외부로 에폭시 성형 수지가 새어나가지 않도록 적당한 크기를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 2차 압력을 인가함으로써, 런너(52)와 캐비티(60)에서 발생되는 압력손실로 인해 초기 설정 압력보다 낮아지는 것을 보강시켜줄 수 있다. 이러한 압력의 보강으로 가장 많은 성형성 불량을 유발하는 에어벤트(22) 부분에 집중되어 있는 보이드는 에어벤트를 통하여 강제로 배출될 수 있다. 에폭시 성형 수지의 경우는 겔(gel)상태를 유지하는 시간이 약 28초 정도이고, 주입 압력이 보통 약 2ton 정도이므로 캐비티에 충전이 완료된 후로부터 약 28초 사이에 약 2~5ton으로 가압이 이루어지는 것이 바람직하다.Next, a second pressure application step of applying a pressure greater than the initial set pressure to the pressurizing means is performed. After a certain period of time, the epoxy molding resin 80 is filled to the cavity 60 to some extent (usually after 90% or more of filling), until the time before the epoxy molding resin starts to harden than the initial set pressure. Apply high secondary pressure. The pressure applied secondly is preferably made to have an appropriate size so that the epoxy molding resin does not leak out of the cavity. By applying the secondary pressure, it is possible to reinforce the lower than the initial set pressure due to the pressure loss generated in the runner 52 and the cavity 60. By reinforcing this pressure, the voids concentrated in the air vent 22 portion causing the most moldability defect can be forced out through the air vent. In the case of epoxy molding resin, the gel time is about 28 seconds, and the injection pressure is usually about 2 tons, so the pressurization is performed at about 2 to 5 tons between about 28 seconds after the filling of the cavity is completed. It is preferable.
다음에 상기 제 2압력 단계의 압력보다 낮은 압력을 상기 가압 수단에 인가하는 제 3압력 인가 단계를 진행한다. 상기 제 2압력 단계를 소정시간 진행시켜 공기가 배출된 후 유압 유니트의 보호를 위해 제 2압력 단계보다 낮은 압력을 가한다. 이때 제 2압력 단계보다 낮은 제 3압력 단계는 초기 설정 압력 상태인 것이 바람직하다. 만일 제 2압력 단계를 계속 진행할 경우 에폭시 성형 수지가 경화된 후에도 압력이 가해져 상부 금형과 하부 금형의 정합으로 형성되는 틈 사이로 에폭시 성형 수지가 새어나가 경화되면 플러쉬가 형성된다. 이러한 플러쉬는 이후 공정에서 불량의 원인이 되기 때문에 감압 단계인 제 3압력 단계를 진행함으로써 플러쉬의 발생을 방지할 수 있다. 소정의 시간이 경과되면 에폭시 성형 수지(80)가 경화되어 성형이 완료된다.Next, a third pressure applying step of applying a pressure lower than the pressure of the second pressure step to the pressing means is performed. After the air is discharged by advancing the second pressure step for a predetermined time, a pressure lower than the second pressure step is applied to protect the hydraulic unit. In this case, it is preferable that the third pressure stage lower than the second pressure stage is in an initial set pressure state. If the second pressure step is continued, a pressure is applied even after the epoxy molding resin is cured, and a flush is formed when the epoxy molding resin leaks out between the gaps formed by the matching of the upper mold and the lower mold. Since such a flush causes a defect in the subsequent process, it is possible to prevent the occurrence of the flush by proceeding to the third pressure step, which is a depressurization step. When a predetermined time elapses, the epoxy molding resin 80 is cured to complete the molding.
실시예에서는 캐비티에 충전이 완료되는 시간이 약 20초 정도이어서, 캐비티에 충전이 완료된 후 약 1~3초 후에 약 5~10초간 약 2~5ton의 압력을 가해주었더니 보이드의 발생이 현저히 감소되었다(참고적으로 에어벤트의 깊이는 0.035㎜로 하였다). 상기 수치들은 패키지 형태나 본딩 와이어의 상태 및 성형 금형을 고려하여 변화시켜줌으로써 효과적으로 적용될 수 있다.In the embodiment, the time to complete the filling of the cavity is about 20 seconds, and after about 1 to 3 seconds after the filling of the cavity is applied, about 2 to 5 tons for about 5 to 10 seconds, the generation of voids is significantly reduced. (For reference, the air vent had a depth of 0.035 mm). The above values can be effectively applied by changing the package shape or the state of the bonding wire and the molding die.
따라서 본 발명에 의한 방법에 따르면, 트랜스퍼 성형기 내에서 발생되는 압력의 손실을 보강해주도록 별도의 추가압력을 인가함으로써 보이드의 발생을 크게 감소시켜, 성형성을 향상시킬 수 있다. 따라서 트랜스퍼 몰딩 공정법으로 성형 공정의 진행시 반도체 칩 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점(利點)이 있다.Therefore, according to the method according to the present invention, by applying a separate additional pressure to reinforce the loss of pressure generated in the transfer molding machine, it is possible to greatly reduce the generation of voids, thereby improving moldability. Therefore, the transfer molding process has an advantage of improving the reliability of the semiconductor chip package during the molding process.
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