KR100203558B1 - 비지에이 반도체패키지용 몰드금형 구조 및 패키지 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 BGA 반도체패키지용 몰드금형 구조 및 패키지 성형방법에 관한 것으로서, 1개의 스트립 상에 두께(t) 편차가 각기 다른 BGA 반도체패키지의 PCB(50)를 몰드금형(MD)에서 패키지 성형시키는 것에 있어서, 상기 몰드금형(MD)에 공급된 PCB(50)의 패키지성형영역(PA)에 균일하고 적정한 클램프력이 가해질수 있도록 PCB(50)의 두께(t) 편차에 대응하여 설치된 클램프부재(20)(20A)를 탄성부재(S)에 의해 탄성력을 받도록 함으로써, 플래쉬 불량방지와 보이드 및 블리스터 불량방지와 와이어 스위핑 불량을 방지하여 양품의 패키지 성형이 완료된 BGA반도체패키지를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Description

BGA 반도체패키지용 몰드금형 구조 및 패키지 성형 방법

본 발명은 BGA 반도체패키지용 몰드금형 구조 및 패키지 성형방법에 관한 것으로서, 특히 BGA(Ball Gride Array) 반도체패키지의 원자재로 사용하는 PCB(각 부위의 두께가 상이한)를 패키지 성형시킬 때, 몰드금형의 탑·바텀캐비티인서트를 구성하는 탄성력을 갖는 클램프부재에 의해 PCB의 패키지성형 영역을 균일하게 클램프시켜 함으로써 패키지의 성형을 용이하게 한 BGA 반도체패키지용 몰드금형 구조 및 패키지 성형방법에 관한 것이다.

일반적으로 BGA 반도체패키지는 파인피치 표면실장 기술(FPT)과 핀그리드어레이(Pin Grid Array)의 고집적화 한계에 대한 기능과 품질을 보완하기 위해 개발되었고, 이 BGA 반도체 기술을 고집적화된 리드(Lead)의 손상방지와 부피의 크기를 최소화하며, 전기적 기능특성과 열적특성을 보유하고, 패키지의 수율과 기판조립 수율과 그외 멀티칩 모듈의 확장과 신속한 디자인에서 생산까지의 사이클을 최소화할 수 있는 장점을 가지고 있다.

이러한 BGA 반도체패키지는 보다 많은 수의 고집적화된 회로를 갖기 위해 PCB에 반도체칩이 부착되는 탑재판과 전기적 신호를 연결시키는 회로패턴과 랜드에 솔더볼이 구비되고, 반도체칩의 회로와 회로패턴과의 사이에는 와이어를 연결시키는 과정을 거치게 된다.

상기한 PCB는 내부에 플레인층(Plane Layer)이 구비되고, 플레인 층의 외부에는 에폭시층과 이 외부에 시그널(Signal)층이 구비되며, 시그널층 외부에는 솔더마스크(Solder Mask)층이 반복적으로 구비되어 얇은 박판상으로 구성되며, 이러한 PCB는 원자재를 가공할 때 각 층을 적층시키는 가공기술에서 솔더플레이트 층과 시그널층과 솔더마스크층의 도포공정에서 편평도의 유지가 매우 어려운 관계로 PCB의 두께 편차가 심하게 나타나고 있다.

현재는 PCB의 전체 편평도가 고르지 못한 이러한 원자재를 BGA 반도체패키지의 각 제조공정에 그대로 투입하여 사용하고 있는 실정이다.

즉, 두께 편차와 편평도가 고르지 못한 PCB를 투입하여 다이 어태치(Die Attach)공정에서 반도체칩을 부착시킨 후 와이어본딩(Wire Bonding) 공정에서 반도체칩과 회로패턴 사이에 와이어 본딩을 거친 다음 반도체칩 및 와이어의 외부 노출을 방지하고 내부의 회로적 구성부품과 기능적 특성을 보호하기 위해 성형공정에서 소정형태의 패키지 성형을 시행하게 되는데, 상기한 성형공정에서는 패키지를 성형시킬 수 있도록 캐비티를 가진 바텀캐비티인서트를 몰드금형의 바텀몰드상에 구비하여 이에 PCB를 공급 안치시킨 후 바텀몰드(BM)를 상승시켜 PCB를 클램핑한 다음 컴파운드재의 충진공급에 의하여 패키지의 성형을 완료하고, 패키지 성형이 완료된 자재는 솔더볼 안착공정에서 PCB에 형성된 랜드에 각각 솔더복을 융착설치하여 완성된 BGA 반도체를 얻게 되는 것이다.

위에서 설명한 바와 같이 BGA 반도체패키지의 제조에 투입되는 PCB(50)는 도1에서 보는 바와 같이 PCB(50)의 원자재 가공시 다수의 솔더플레이팅 층과 회로 패턴 가공시 하나의 스트립상에 회로패턴(51)과 반도체 칩이 부착되는 부위에 패키지 성형영역(PA)를 갖게 되는데, 이러한 PCB(50)는 편평도의 불균형으로 각 부위의 두께(t)가 균일하지 못한 상태를 이루고 있다.

도2는 상기한 PCB(50)를 완성시키기 위한 공정도로를 예시한 것으로서 PCB(50)에 반도체칩을 부착시키는 다이본딩공정(DBP)과, PCB(50)의 각 패턴(51)과 반도체칩 사이에 와이어를 연결시키는 와이어본딩공정(WBP)과, BGA 반도체패키지의 회로를 외적인 힘에 의해 보호하고 기계적 성능을 좋게 하기 위한 컴파운드재로 패키지성형시키는 몰드공정(MDP)공정과 패키지성형 완료된 자재의 내부회로가 외부로 출력될 수 있도록 하기 위한 솔더볼을 융착고정시키는 범핑공정(BPP)을 거쳐 검사와 싱귤레이션의 작업을 거친 다음 완성된 BGA 반도체패키지를 구하는 과정을 간략히 도시한 것이다.

이러한 과정을 거쳐 PCB(50)에 패키지 성형이 완료되도록 하는 장치인 몰드금형(MD)은 도3 및 도4에서 보는 바와 같이 상부에 위치하는 탑몰드(TM)와 하부에 위치하는 바텀몰드(BM)로 구성되고, 상기 탑몰드(TM)에는 중앙에 설치되는 탑센서블록(TC)과 이 부재의 양측에 설치되는 탑캐비티인서트(TCI)를 구비하고 있으며, 상기 탑몰드(TM)에 대응하는 바텀몰드(BM)에는 중앙에 위치하는 바텀센서블록(BC)의 양측에 패키지(P)의 성형을 위한 캐비티(CV)가 다수개 형성된 바텀캐비티인서트(BCI)는 구비하고 있다.

상기한 탑몰드(TM)의 탑캐비티인서트(TCI)는 그 하부에 일체형의 베이스(100)와 이 상부에 높이 조절구(110)를 적층 구비하고 있으며, 상기 베이스(100)와 높이 조절구(110)는 탑몰드(TM)에 볼트(B)로서 고정되는 구조를 취하고 있다.

따라서, 이러한 몰드금형(MD)에 도5 및 도6에서 보는 바와 같이 바텀캐비티인서트(BCI)에 PCB(50)를 안치시킨 후 바텀몰드(BM)를 탑몰드(TM)측으로 상승시키면 탑캐비티인서트(TCI)의 베이스(100)와 바텀캐비티인서트(BCI)가 PCB(50)를 적정하게 클램프시킨 상태에서 컴파운드재의 공급에 의해 바텀캐비티인서트(BCI)의 캐비티(CV)를 통해서 소정형태의 패키지 성형을 실시하게 되는 것이다.

그러나, 패키지 성형되는 스트립상 PCB(50)의 각 부위 두께(t)가 각기 상이하므로 인해 패키지성형부위를 일체적으로 클램프하는 일체형의 탑캐비티인서트(TCI)와 바텀캐비티인서트(BCI)에서 제공하는 가압력은 균일하게 발생되지만, 이에 접촉되어 클램프되는 PCB(50)는 자체두께(t)편차가 심하여 클램프력이 매우 불균일하게 작용됨에 따라 도9에서와 같이 패키지(P)의 성형 불량이 발생한다.

즉, PCB(50)의 두께(t)가 부위별로 불균일한데 비해 일체형의 평면을 갖는 탑캐비티인서트(TCI) 또는 바텀캐비티인서트(BCI)의 클램프력이 PCB(50)의 패키지성형영역(PA)을 균일하게 가압밀착시키지 못하므로써, 패키지 성형시 공급되는 컴파운드재의 충진공급 압력에 의해 패키지성형영역(PA) 외부로 컴파운드재가 누출되어 플래쉬(F)를 발생시키고, 클램프력이 큰 부위에서는 PCB(50)에 형성된 에어벤트(AV)를 차단시킴에 따라 보이드(Void) 및 블리스터(Blister) 불량과 PCB(50)의 패턴(51) 변형에 의한 와이어 스위핑(Wire Sweeping) 불량을 발생시키는 문제점이 있었다.

따라서, 이를 보완하고자 도7 및 도8에서 보는 바와 같이 몰드금형(MD)의 탑몰드(TM)에 구비된 탑캐비티인서트(TCI)의 베이스 상부에 구비된 높이조절구(110)을 스프링(S)의 탄성력을 받도록 구비하였으나 PCB(50)를 클램프시키는 것은 탑캐비티인서트(TCI)의 베이스(100)에서 이루어짐에 따라 PCB(50) 자체 각 부위의 두께(t) 편차에 대응하여 균일한 클램프력을 유지시키지 못함으로써, 이 방법 역시 패키지 성형시 플래쉬와 보이드 및 블리스터 등의 불량이 발생하고 클램프력이 큰 부위에서는 무리한 가압 클램프력에 의해 패턴(51)의 위치가 변형되어 와이어 스위핑 불량을 발생시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, BGA 반도체패키지의 PCB를 패키지 성형시키는 몰드금형의 탑캐비티인서트 또는 바텀캐비디인서트에 PCB 자체의 두께 편차에 대응하여 클램프력을 분할가압시키는 분할 구성된 클램프 부재가 각각 독립의 탄성력을 받을 수 있도록 구비함에 따라 PCB의 패키지성형영역에 균일한 클램프력이 가해지도록 함으로써 패키지 성형불량을 방지할 수 있게 한 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로써 본 발명에서는 몰드금형의 탑몰드(또는 바텀몰드)에 구비된 탑센터블록(또는 바텀센터블록)의 양측 길이 방향에 탑캐비티인서트(또는 바텀캐비티인서트)를 구비하고, 상기 몰드금형의 탑몰드(또는 바텀몰드)에 구비된 탑센서블록(바텀센서블록)의 양측 길이 방향에 낱개로 분할되며 각기 독립된 탄성력을 받는 클램프부재를 가이드에 설치한 것이다.

제1도는 일반적으로 BGA 반도체패키지의 PCB 사시도.

제2도는 일반적으로 BGA 반도체패키지의 PCB를 제조하는 공정도.

제3도는 종래의 PCB를 패키지 성형시키는 몰드금형에 캐비티 인서트가 적용된 단면구조도.

제4도는 종래의 제3도의 A-A선 종단면도.

제5도는 종래의 작용상태도.

제6도는 제5도의 B부 확대도.

제7도는 종래의 몰드금형에 적용된 캐비티인서트의 다른 실시예 단면구성도.

제8도는은 종래의 다른 실시예의 횡단면도.

제9도는 종래의 몰드금형에서 패키지 성형이 완료된 PCB의 사시도.

제10도는 본 발명의 몰드금형에 적용된 캐비티 인서트의 분해사시도.

제11도는 본 발명의 캐비티 인서트가 설치된 상태의 단면도.

제12도는 본 발명의 제11도의 C-C선 단면도.

제13도는 본 발명의 작용상태도.

제14도는 본 발명에 있어서 제13도의 D부의 확대도.

제15도는 본 발명의 다른 실시예의 단면도.

제16도는 제15도의 E-E선을 단면시킨 상태의 작용도.

제17도는 본 발명에 있어서 제16도의 F부 확대도.

제18도는 본 발명의 몰드금형에서 패키지 성형이 완료된 PCB의 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

MD : 몰드금형 TCI : 탑캐비티인서트

BCI : 바텀캐비티인서트 10, 10A : 가이드

11 : 구멍 20, 20A : 클램프부재

21 : 고정공 30, 30A : 백업플레이트

31 : 체결공 CV : 캐비티

S : 탄성부재 40 : 볼트

PA : 패키지성형영역

이하 본 발명의 구성을 설명하면 다음과 같다.

두께(t) 편차가 각기 다른 BGA 반도체패키지의 PCB(50)를 패키지 성형시키는 몰드금형(MD)을 구성함에 있어서, 상기 몰드금형(MD)의 탑몰드(TM)에 구비한 탑센서블록(TC)의 하부양측 길이 방향에 설치된 탑캐비티인서트(TCI)와, 상기 탑캐비티인서트(TCI)의 길이 방향에 낱개로 분할되어 탄성부재(S)에 의해 각각 독립된 탄성력을 받도록 설치된 클램프부재(20)를 구비하여 몰드금형(MD)에 공급된 PCB(50)의 패키지성형영역(PA)에 균일하고 적정한 클램프력이 가해질 수 있도록 한 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 설명을 참고도에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도10 및 도11 및 도12에서 보는 바와 같이 몰드금형(MD)의 탑몰드(TM)에는 중앙에 탑센스블록(TC)를 설치하고, 그 양측에 길이 방향으로 탑캐비티인서트(TCI)를 설치하는 한편, 이와 대응하는 바텀몰드(BM)에는 중앙에 바텀센스블록(BC)과 이 양측에 다수의 캐비티(CV)가 형성된 바텀캐비티인서트(BCI)를 설치함으로써 본 발명의 몰드금형(MD)이 구성된다.

상기한 탑캐비티인서트(TCI)에서는 각 부위의 두께(t)가 다른 PCB(50)의 패키지성형부위를 균일하게 클램프시킬 수 있도록 낱개로 분할된 클램프부재(20)를 구비하여 가이드(10)에 형성한 다수의 구멍(11) 내부에 삽입시키고, 클램프부재(20)의 상부에는 클램프부재(20)와 대응하는 다수의 백업플레이트(30)를 구비하며, 각 백업플레이트(30)와 클램프부재(20)에는 볼트(40)를 체결시키고, 상기 클램프부재(20)와 백업플레이트(30) 사이의 볼트(40)에는 탄성부재(S)를 설치하여 상기 클램프부재(20)가 하측으로 탄성력을 받도록 구성한다.

볼트(40)는 백업플레이트(30)의 중앙에 형성한 체결공(31)과 클램프부재(20)의 상부면에 형성한 고정공(21)에 체결시킨다.

상기한 클램프부재(20)를 탄성 가압시키는 탄성부재(S)는 유압 및 공압장치 등 이에 상응하는 부품과 스프링등의 기구 장치 중 어느 하나를 선택하여 설치할 수 있다.

이러한 몰드금형(MD)은 PCB(50)를 패키지 성형시키기 위해 바텀몰드(BM)의 바텀캐비티인서트(BCI)에 안치시키면 바텀몰드(BM)가 상승하여 탑캐비티인서트(TCI)의 각 클램프부재(20)가 바텀캐비티인서트(BCI)의 캐비터(CV)부분인 패키지성형영역(PA)인 PCB(50)의 상부면을 클램프하게 되는데, 이때, PCB(50)의 패키지성형영역(PA)을 클램프시키는 바텀캐비티인서트(BCI)의 클램프부재(20)에 작용하는 탄성력(클램프부재(20)와 백업플레이트(30)의 사이에 설치된 탄성부재(S)에서 제공)에 의해 자체두께(t)가 다르게 형성된 PCB(50)를 도13 및 도14와 같이 분할된 상태로 클램프시킨 상태에 패키지를 성형하게 된다.

한편, 이와 같은 몰드금형(MD)의 다른 실시예에 있어서는 도15 및 도16에서 보는 바와 같이 PCB(50)의 패키지성형영역(PA)을 클램프시키는 바텀몰드(BM)의 상부에 구비된 바텀캐비티인서트(BCI)의 가이드(10A)에 다수의 구멍(11)과 이 구멍(11)에 각긱 낱개로 분할된 클램프부재(20A)를 상하 측으로 슬라이드 가능하게 설치하고, 클램프부재(20A)의 상부에는 캐비티(CV)를 형성하며, 클램프부재(20A)의 하부에는 백업플레이트(30A)를 구비하여 볼트(40)로 고정시키고, 클램프부재(20A)와 백업플레이트(30A) 사이의 볼트(40)를 백업플레이트(30A)의 중앙에 형성한 체결공(31)과 클램프부재(20A)의 하부 중앙에 형성한 고정공(21)에 체결시키며, 상기 볼트(40)의 외부에는 탄성부재(S)를 설치하여 클램프부재(20A)가 상측으로 탄성력을 받도록 하는 몰드금형(MD)을 구성할 수도 있다.

이러한 바텀몰드(BM)의 클램프부재(20A)는 패키지성형을 위해 PCB(50)가 탑몰드(TM)의 하강에 의해 클램프 될 때 탄성부재(S)에 의해 탄력 작동하는 클램프부재(20A)가 도16 및 도17과 같이 PCB(50)의 패키지성형영역(PA) 하부면을 각기 분할된 상태로 클램프하여 역시 몰드금형(MD)에 공급된 PCB(50)의 패키지성형영역(PA)에 균일하고 적정한 클램프력을 가할 수 있게 되는 것이다.

따라서, PCB(50)의 부위별로 각기 다른 두께(t)에 대응하도록 탑 및 바텀캐비티인서트(TCI)(BCI)의 클램프부재(20)(20A)를 구비함으로써 적정하고 균일한 클램프력을 유지시켜 패키지성형시 컴파운드재의 충진 공급압력에 의한 플래쉬 발생 방지와 블리스터 및 와이어 스위핑 등의 불량을 미연에 방지할 수 있게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 BGA 반도체패키지의 PCB를 패키지 성형시키는 몰드금형의 탑캐비티인서트에 PCB의 두께 편차에 대응하도록 클램프 가압시키는 클램프부재를 구비하여 PCB의 패키지 성형부를 균일하게 클램프 시킴으로써 플래쉬 불량방지와 보이드 및 블리스터 불량방지와 와이어 스위핑 불량을 방지하여 양품의 패키지 성형이 완료된 BGA 반도체 패키지를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1개의 스트립 상에 두께(t) 편차가 각기 다른 BGA 반도체패키지의 PCB(50)를 몰드금형(MD)에서 패키지 성형시키는 것에 있어서, PCB(50)의 두께(t) 편차에 대응하여 분할설치된 클램프부재(20)(20A)가 탄성부재(S)에 의해 독립된 탄성력을 받도록 하여, 몰드금형(MD)에 공급된 PCB(50)의 패키지성형영역(PA)에 균일하고 적정한 클램프력이 가해질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형의 패키지 성형방법.

제1항에 있어서, 몰드금형(MD)을 구성하는 탑몰드(TM)의 탑캐비티인서트(TCI)에서 클램프부재(20)를 통하여 각기 분할된 클램프력이 발생되도록 함으로써, 몰드금형(MD)에 공급된 PCB(50)의 패키지성형영역(PA)에 균일한 클램프력이 가해질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형의 패키지 성형방법.

제1항에 있어서, 몰드금형(MD)을 구성하는 바텀몰드(BM)의 바텀캐비티인서트(BCI)에서 클램프부재(20A)를 통하여 각기 분할된 클램프력이 발생되도록 함으로써, 몰드금형(MD)에 공급된 PCB(50)의 패키지성형영역(PA)에 균일한 클램프력이 가해질수 있도록 한 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형의 패키지 성형방법.

제1항에 있어서, 상기 클램프부재(20)는 PCB(50)면에 구비된 패키지성형영역(PA)을 클램프시킬 수 있게 한 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드 금형의 패키지 성형방법.

BGA 반도체패키지의 PCB(50)를 패키지 성형시키는 몰드금형(MD)을 구성함에 있어서, 상기 몰드금형(MD)의 탑몰드(TM)에 구비된 탑센스블록(TC)의 하부양측 길이 방향에 설치되어 PCB(50)의 패키지성형영역(PA)에 균일한 클램프력이 미치도록 하는 탑캐비티인서트(TCI)를 구비하며, 상기 탑캐비티인서트(TCI)는; 동 탑캐비티인서트(TCI)의 길이방향에 낱개로 분할되어 탄성부재(S)에 의해 독립된 탄성력을 받으며 상기 탑몰드(TM) 하부의 가이드(10)에 형성된 다수개의 구멍(11)을 통해 각각 상하로 슬라이드되는 클램프부재(20)를 구비하고, 이 클램프부재(20)의 상부에는 상기 클램프부재(20)를 고정하는 백업플레이트(30)를 구비하며, 상기 클램프부재(20)를 고정하는 볼트(40)의 외부에 위치하며 상기 클램프부재(20)와 백업플레이트(30) 사이에 설치되는 탄성부재(S)를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형의 구조.

BGA 반도체패키지의 PCB(50)를 패키지성형시키는 몰드금형(MD)을 구성함에 있어서, 상기 몰드금형(MD)의 바텀몰드(BM)에 구비된 바텀센서블록(BC)의 양측 길이방향에 설치되어 PCB(50)의 패키지성형영역(PA)에 균일한 클램프력이 미치도록 하는 바텀캐비티인서트(BCI)를 구비하며, 상기 바텀캐비티인서트(BCI)는; 동 바텀캐비티인서트(BCI)의 길이방향에 낱개로 분할되어 탄성부재(S)에 의해 독립된 탄성력을 받으며 상기 바텀몰드(BM) 하부의 가이드(10A)에 형성된 다수의 구멍(11)을 통해 각각 상하로 슬라이드되며 각각의 상부면에 캐비티(CV)가 형성된 클램프부재(20A)를 구비하고, 이 클램프부재(20A)의 하부에는 상기 클램프부재(20A)를 고정하는 백업플레이트(30A)를 구비하며, 상기 클램프부재(20A)를 고정하는 볼트(40)의 외부에 위치하며 상기 클램프부재(20A)와 백업플레이트(30A) 사이에 설치되는 탄성부재(S)를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형의 구조.

제5항에 있어서, 상기 탄성부재(S)는 스프링과 유압 및 공압 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형 구조.

제6항에 있어서, 상기 탄성부재(S)는 스프링과 유압 및 공압중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형 구조.

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