KR100304921B1 - 반도체패키지제조공정용몰드다이의구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자 몰딩용 몰드 다이를 구성하는 컬 블록의 구조를 저항체가 존재하는 구조로 개선하여 컬 블록 내에서의 몰딩콤파운드의 유동특성이 난류 유동이 되도록 하므로써, 몰딩콤파운드 내에 존재하는 에어가 효과적으로 파쇄되어 에어벤트 성능이 극대화되고, 이에 따라 몰딩불량이 최소화될 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 반도체소자 몰딩용 몰드 다이를 구성하며 몰딩후에 몰딩콤파운드가 잔류하게 되는 컬 영역(3)과, 몰딩시 몰딩콤파운드가 유동하는 서브 런너(4)들 및, 서로 이웃하는 컬 영역(3)을 연결하는 브릿지(5)가 구비된 컬 블록(1)에 있어서; 상기 컬 블록(1)의 각 컬 영역(3)에 몰딩콤파운드의 유동을 난류유동으로 변화시켜 몰딩콤파운드 내부에 존재하는 에어가 파쇄되어 빠져나오도록 하는 저항체(2)를 형성한 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조 공정용 몰드 다이가 제공된다.

Description

반도체 패키지 제조 공정용 몰드 다이의 구조{structure for mold die in fabrication of semiconductor package}

본 발명은 반도체 패키지 제조 공정용 몰드 다이에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체소자를 리드 프레임의 다이패드 상에서 몰딩하는 몰드 다이의 컬 블록 구조 개선에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 패키지 제조 공정은 다음과 같은 순서로 수행된다.

먼저, 웨이퍼에 집적회로를 형성하는 FAB공정(Fabrication Process)을 완료한 후, 웨이퍼 상에 만들어진 각 칩(chip)을 서로 분리시키는 다이싱(Dicing), 분리된 각 칩을 리드 프레임(Lead Frame)의 에폭시가 도포된 다이패드(Die pad)에 안착시키는 칩 본딩(Chip Bonding), 칩의 본딩 패드(Bonding pad)와 리드 프레임의 인너리드(Inner Lead)를 전도성 연결부재인 골드 와이어를 이용하여 전기적으로 접속시키는 와이어 본딩(Wire Bonding)을 순차적으로 수행한다.

그 후, 칩 및 본딩된 와이어를 몰딩부재인 에폭시 몰드 콤파운드로 봉지하여 보호하기 위한 몰딩(Molding)을 수행하게 된다.

또한, 몰딩 공정을 수행한 후에는 리드 프레임의 타이 바(Tie Bar) 및 댐 바(Dam Bar)를 자르는 트리밍(Triming)을 수행하고, 상기한 트리밍 수행 후에는 솔더 플레이팅(Solder plating)을 실시하며, 그 다음에는 아웃터리드(Outer Lead)를 소정의 형상으로 성형하는 포밍(Forming)을 차례로 수행하게 된다.

상기한 포밍 공정을 완료 후에는 최종적으로 리드 프레임으로부터 패키지 단품을 분리시키는 공정(singularizing process)을 실시하므로써 반도체 패키지 단품을 얻을 수 있다.

한편, 상기한 솔더 플레이팅은 제품 특성을 고려하여 포밍 후에 실시될 수도 있다.

이 때, 상기 리드 프레임은 중심부에 반도체 칩이 본딩되는 다이패드를 구비하고 있으며, 상기 다이패드는 패들(paddle)이라고도 불리워진다.

한편, 상기한 순서에 따라 완성되는 반도체 패키지 제조 공정중, 몰딩 공정에 사용되는 몰드 다이에는 도 4에 나타낸 바와 같이, 상부 캐비티 바(16) 및 하부 캐비티 바(17)의 결합에 의해 만들어지는 공간인 캐비티(12)와, 상기 캐비티(12) 내로 주입되는 몰딩콤파운드의 유동압을 감쇠시키는 완충지 역할을 하는 컬 블록(1a)과, 상기 캐비티(12)와 컬 블록(1a)을 연결하며 몰딩콤파운드가 안정된 상태로 균일하게 캐비티(12) 내의 공간으로 주입되도록 하는 게이트(13)와, 상기 컬 블록(1a)에 연결되며 몰딩콤파운드가 삽입되어 트랜스퍼(11)에 의해 고압으로 가압되는 통로인 포트(10)가 각각 구비된다.

이 때, 상기 캐비티(12) 내에 충진되는 몰딩콤파운드는 펠릿(pellet) 형태로 성형된 열경화성 수지로서, 물리적 특성상 고온·고압에서 경화하는데 소정의 시간을 요하게 되며, 한 번 경화하면 다시 가열해도 연화되지 않는다.

상기에서 컬 블록(1a)은 센터 블록(Center block)이라고도 한다.

한편, 상기한 몰드 다이를 구성하는 컬 블록(1a)은 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 몰딩콤파운드가 맞닿게 되는 스테이지부(15)를 구비한 컬 영역(3a)(Cull area)과, 가압된 몰딩콤파운드가 캐비티(12)로 이동하는 과정에서 지나게 되는 유동경로인 서브 런너(4)(Sub-runner)와, 서로 이웃하는 컬 영역(3a)을 연결하는 브릿지(5a)(Bridge)와, 컬 블록(1a) 내의 에어가 컬 블록(1a) 외부로 빠져나가도록 컬 영역(3a) 주위에 형성되는 메인 에어벤트(8a)가 구비되어 있으며, 상기 스테이지부(15)는 원형을 이루며 주위에 비해 돌출되어 단차가 진 형태를 이루고 있다.

한편, 도 1은 이젝트 핀(Eject pin)의 위치 표시가 생략된 상태이다.

이와 같은 종래의 컬 블록(1a)의 특징은, 컬 영역(3a) 및 서브 런너(4) 그리고 브릿지(5a)등에 될 수 있는 한 저항체를 두지 않으므로써, 오로지 몰딩콤파운드의 유동 특성이 향상되도록 하는데 중점을 두고 있다는 데 있다.

한편, 종래에는 몰딩시 도 4에 나타낸 바와 같이 몰드 다이 내부의 포트(10)에 몰딩콤파운드 펠릿이 주입된 상태에서 트랜스퍼(11)가 상승하여 가압함에 따라, 몰딩 다이로부터 열을 전달 받아 용융된 몰딩콤파운드가 컬 블록(1a)에 구비된 유동로인 서브 런너(4)와 컬 블록 좌·우 양측의 상·하부 캐비티 바(16)(17)에 구비된 유동로인 메인 런너를 지나 캐비티 입구인 게이트(13)를 통해 캐비티(12) 내로 충진된 후, 일정 시간이 지나 경화되어 성형되므로써 반도체소자에 대한 몰딩이 이루어지게 된다.

도 5a는 종래의 컬 블록 구조를 갖는 몰드 다이에서의 몰딩 완료 후 성형된 몰드프레임(14) 및, 이에 수반되는 컬의 형태예를 나타낸 사시도이고, 도 5b는 도 5a의 배면 사시도이다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 컬 블록(1a)은 몰딩콤파운드의 유동특성을 좋게하는데에만 중점을 둔 구조여서, 몰딩시 에어 벤트 불량으로 인해 발생하는 문제점들을 효과적으로 해소하지 못하는 단점이 있었다.

즉, 몰딩시, 몰딩콤파운드가 캐비티(12) 내로 유입되기 전에 상기 몰딩콤파운드 내에 포함되어 있는 에어가 컬 블록(1a)의 컬 영역(3a), 그리고 서브 런너(4) 및 브릿지(5a)에서 미리 제대로 벤트되지 못하므로 인해, 보이드(Void), 블리스터(Blister), 핏즈(Pits) 등의 몰딩 불량을 유발하게 되는 문제점이 있었다.

상기에서 보이드(Void)는 반도체 패키지의 품질 검사시 발견되는 결함으로서, 몰드바디 내부에 에어가 잔류하므로써 생기는 인터널 보이드(Internal void)와 외부로 노출되는 엑스터널 보이드(External void)로 나뉜다.

그리고, 블리스터(Blister)는 에어가 몰드바디의 표면 근처에 갖혀 있다가 몰드 다이를 빠져나옴에 따라 압력차로 인해 팽창하여 그 부위가 볼록하게 두드러지는 결함을 말한며, 핏즈(Pits)는 상기한 엑스터널 보이드가 몰드바디(18) 표면에 집단을 이루면서 나타나는 결함을 말한다.

요컨대, 종래 몰드 다이에 있어서의 컬 블록(1a)은 구조적인 특성상, 컬 영역(3a)에서의 몰딩콤파운드 유동 특성이 층류 유동으로 나타나므로 몰딩콤파운드의 유동이 몰딩콤파운드 내부에 존재하는 에어를 깨뜨려 벤트시키는 작용이 미흡하여 몰딩불량을 야기하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반도체소자 몰딩용 몰드 다이를 구성하는 컬 블록의 구조를 저항체가 존재하는 구조로 개선하여 컬 블록 내에서의 몰딩콤파운드의 유동특성이 저항체에 의해 난류 유동이 되도록 하므로써, 몰딩콤파운드 내에 존재하는 에어가 효과적으로 파쇄(破碎)되어 에어벤트 성능이 극대화될 수 있도록 한 반도체 패키지 제조 공정용 몰드 다이를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 몰드 다이중 컬 블록의 구조를 나타낸 평면도

도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선을 따라 절개하여 나타낸 종단면도

도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절개하여 나타낸 종단면도

도 4는 종래 몰드 다이에서의 몰딩콤파운드 유입과정을 개략적으로 보여주는 단면도

도 5a는 종래의 컬 블록이 적용된 몰드 다이에서 몰딩 완료된 몰드프레임의 일예를 나타낸 사시도

도 5b는 도 5a의 배면 사시도

도 6은 본 발명에 따른 컬 블록의 구조를 나타낸 평면도

도 7은 도 6의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절개하여 나타낸 종단면도

도 8은 도 6의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절개하여 나타낸 종단면도

도 9는 도 6의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 절개하여 나타낸 종단면도

도 10은 본 발명의 컬 블록이 적용된 몰드 다이에서의 몰딩콤파운드 유입과정을 개략적으로 보여주는 단면도

도 11a는 본 발명의 컬 블록이 적용된 몰드 다이에서 몰딩 완료된 몰드프레임의 일예를 나타낸 사시도

도 11b는 도 11a의 배면 사시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1:컬 블록 2:저항체

3:컬영역 4:서브 런너

5:브릿지 6:경사면

7:브릿지의 에어벤트 8:메인 에어벤트

8b:서브 런너의 에어벤트 9:보조 에어벤트

10:포트 11:트랜스퍼

12:캐비티 13:게이트

14:몰드프레임 15:스테이지부

16:상부 캐비티 바 17:하부 캐비티 바

18:몰드바디

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 반도체소자 몰딩용 몰드 다이를 구성하며 몰딩후 몰딩콤파운드가 잔류하게 되는 컬 영역들과, 몰딩시 몰딩콤파운드가 유동하는 서브 런너들 및, 서로 이웃하는 컬 영역을 연결하는 브릿지가 구비된 컬 블록에 있어서; 상기 컬 블록의 컬 영역에 몰딩콤파운드의 유동을 난류유동으로 변화시켜 몰딩콤파운드 내부에 존재하는 에어를 파쇄하게 되는 저항체를 형성한 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조 공정용 몰드 다이 구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부도면 도 6 내지 도 11b를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 컬 블록의 구조를 나타낸 평면도이고, 도 7은 도 6의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절개하여 나타낸 종단면도이며, 도 8은 도 6의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절개하여 나타낸 종단면도이고, 도 9는 도 6의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 절개하여 나타낸 종단면도이다.

그리고, 도 10은 본 발명의 컬 블록이 적용된 몰드 다이에서의 몰딩콤파운드 유입과정을 개략적으로 보여주는 단면도이고, 도 11a는 본 발명의 컬 블록이 적용된 몰드 다이에서 몰딩 완료된 몰드프레임의 일예를 나타낸 사시도이며, 도 11b는 도 11a의 배면 사시도이다.

본 발명은 반도체소자 몰딩용 몰드 다이를 구성하며 몰딩 완료후에 몰딩콤파운드가 잔류하게 되는 컬 영역(3)들과, 몰딩시 몰딩콤파운드가 유동하는 통로인 서브 런너(4)들 및, 서로 이웃하는 컬 영역(3)을 연결하는 브릿지(5)가 구비된 컬 블록(1)에 있어서, 상기 각 컬 영역(3)에 몰딩콤파운드의 유동을 난류유동으로 변화시켜 몰딩콤파운드 내부에 존재하는 에어가 파쇄되어 몰딩콤파운드 내부로부터 빠져나오도록 하는 저항체(2)가 구비되도록 한 것이다.

이 때, 상기 저항체(2)는 일정 간격 이격되어 서로 대향하도록 형성되는 반원형의 돌출부로서, 직선부와 원호부로 이루어지며 상기 저항체(2)는 반원의 모서리 부분(즉, 직선부 양단과 원호가 만나는 부분)이 라운드(round)지도록 형성된다.

또한, 상기 반원형의 저항체(2)는 일정한 방향성을 갖도록 형성되는데, 상기 반원형 저항체(2)의 직선부는 컬 블록(1)의 길이 방향과 소정의 각도(α)를 이루도록 형성되며, 이 때 상기 각도는 도 6에 나타낸 바와 같이 45°±10 범위로 설정됨이 바람직하며 45°로 설정됨이 가장 바람직하다.

한편, 상기 서로 이웃하는 컬 영역(3)을 연결하는 브릿지(5) 중앙부 양측으로는, 상기 브릿지(5) 중앙부에서 충돌하는 몰딩콤파운드에서 빠져나오는 에어를 외부로 배출시키기 위한 브릿지 에어벤트(7)가 형성된다.

이 때, 상기 브릿지 에어벤트(7)의 축방향과 브릿지(5)의 길이 방향은 소정의 각도(β) 만큼 어긋나게 형성되며, 그 각은 45°±10 범위내에서 설정됨이 바람직하다.

또한, 상기 브릿지(5)는 양측 컬 영역(3)으로부터 유동하여 브릿지(5) 중앙에서 만나게 되는 몰딩콤파운드 내부의 에어 벤트 성능이 향상되도록 축소-확대 노즐 형태로 형성되며, 유로 단면적이 축소되기 시작하는 양측 영역에 경사면(6)이 구비된다.

즉, 상기 브릿지(5)는 도 6 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 폭이 좁고 깊이가 얕으며 입구가 경사진 형태를 이루므로써 에어가 브릿지(5) 중앙부에서 모이기 쉽도록 유도하는 역할을 하게 된다.

그리고, 상기 컬 블록(1)의 각 컬 영역(3) 주위에 형성되는 메인 에어벤트(8)들의 축방향 또한 저항체(2)의 기하학적 형상을 고려하여, 상기 서브 런너(4)를 통해 컬 블록(1)을 빠져나가는 시점의 몰딩콤파운드의 유동방향에 대해 수평면상에서 일정 각도 어긋나게 형성되며, 이 때 상기 메인 에어벤트(8)의 축방향과 서브 런너(4)의 축방향이 이루는 각(γ)은 30°내지 50°정도가 되도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 컬 블록(1)의 각 서브 런너(4) 입구에는 상기 서브 런너를 통해 몰딩콤파운드가 컬 블록 좌·우 양측의 상·하부 캐비티 바(16)(17)쪽으로 빠져나가기 직전에 몰딩콤파운드 내부의 공기가 빠져나가도록 하는 런너 에어벤트(8b)가 형성된다.

이 때, 상기 런너 에어벤트(8b)의 형성방향은 서브 런너(4)의 형성 방향에 대해 소정의 각도(θ) 만큼 기울어지도록 형성되며, 상기 각은 45°정도 기울어지도록 형성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 컬 블록(1)의 컬 영역(3)중 도면상 좌·우 양측 끝부분에 위치하는 컬 영역(3) 외측 상면에는 브릿지(5) 연장선상에 위치하며 에어를 외부로 배출시키는 보조 에어벤트(9)가 형성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 컬 블록(1)이 적용된 몰드 다이에서의 몰딩과정 및 이 과정에서의 컬 블록의 작용은 다음과 같다.

먼저, 몰드 다이 내부의 포트(10)에 펠릿 형태의 몰딩콤파운드가 주입된 상태에서 트랜스퍼(11)가 상승하여 가압하게 된다.

이에 따라, 몰딩 다이로부터 열을 전달 받아 용융된 몰딩콤파운드가 컬 블록(1)에 구비된 몰딩콤파운드 유동로인 서브 런너(4)와 캐비티(12)를 연결하는 게이트(13)를 지나게 된다.

이 때, 종래와는 달리, 컬 블록(1)의 컬 영역(3)에는 서로 마주보는 2개의 반원형인 저항체(2)가 서로 마주보는 구조로 형성됨과 더불어 저항체(2)의 직선부가 서브 런너(4) 방향과 어긋나게 형성되어 있으므로, 컬 영역(3)에 맞닿아 가압됨과 더불어 몰드 다이로부터 열을 전달받아 용융되는 몰딩콤파운드는 저항체(2)에 의해 저항을 받으므로써 난류 유동을 일으키게 된다.

상기한 난류 유동에 의해 몰딩콤파운드 내부에 존재하는 에어는 파쇄되므로써 쉽게 컬 영역(3) 주변부에 형성된 메인 에어벤트(8)를 통해 저압측인 컬 블록(1) 외부로 빠져나가게 된다.

또한, 서로 이웃하는 컬 영역(3)을 연결하는 브릿지(5) 쪽으로 유동하는 몰딩콤파운드는 브릿지(5)의 중앙부에서 충돌하여 병목현상을 일으키게 된다.

이 때, 상기 브릿지(5)는 폭이 좁고 깊이가 얕으며 경사진 축소-확대 노즐 형태로 형성되어 있고, 상기 브릿지(5) 중앙부 양측에는 에어벤트(7)가 형성되어 있으므로, 몰딩콤파운드 내의 에어는 상기 브릿지(5)의 목부분에서 충돌시 몰딩콤파운드를 빠져나온 후에 상기 브릿지(5) 양측의 에어벤트(7)를 통해 저압측인 외부로 신속히 빠져나가게 된다.

한편, 상기 과정을 통해 에어가 제거된 몰딩콤파운드는 서브 런너(4)를 통해계속 유동하여 컬 블록 좌·우 양측의 상·하부 캐비티 바(16)(17)의 캐비티(12) 내로 충진되어 리드 프레임의 다이패드에 안착된 반도체소자를 감싸게 되며, 일정시간이 지나면 경화되어 성형되므로써 몰딩이 완료된다.

상기한, 본 발명의 일실시예에서는 저항체(2)가 일정 간격 이격되어 서로 대향하도록 형성되는 반원형의 돌출부이나, 저항체(2)의 구조가 본 발명의 실시예에 나타난 형태만으로 한정되는 것은 아니다.

즉, 본 발명의 실시예에 나타낸 형태외에 딤플(dimple) 구조 또는 요철(凹凸) 구조 및 몰딩콤파운드의 유동특성이 난류 유동이 되도록 하는 어떠한 형태의 기하학적 구조도 가능함은 물론이다.

본 발명은 반도체소자 몰딩용 몰드 다이를 구성하는 컬 블록의 구조를 저항체가 존재하는 구조로 개선하여 컬 블록 내에서의 몰딩콤파운드의 유동특성이 난류 유동이 되도록 하므로써, 몰딩콤파운드 내에 존재하는 에어가 효과적으로 파쇄되어 에어벤트 성능이 극대화되고, 이에 따라 몰딩불량이 최소화될 수 있다.

즉, 본 발명은 컬 블록(1)의 컬 영역(3)에서는 반원형 저항체(2)에 의해 융용된 몰딩콤파운드의 흐름이 층류유동이 되므로써 몰딩콤파운드 내부에 있던 에어가 쉽게 파쇄되어 배출되도록 하고, 브릿지(5)에서는 폭이 좁고 깊이가 얕으며 경사진 구조로 인해 에어가 중앙에 쉽게 모인 후 외부로 배출되도록 한 것이다.

이로써, 본 발명은 몰딩시 컬 블록의 에어벤트 성능을 극대화하여 몰딩 불량을 최소화 하므로써, 반도체 패키지의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 컬 블록은 컬 영역에 형성되는 저항체로 인해 몰딩콤파운드에 대한 접촉면적이 늘어나게 되고, 이에 따라 몰딩콤파운드에 대한 전열 면적이 증대되어 몰딩콤파운드로 충분한 열이 전달되므로써, 몰딩콤파운드가 캐비티에 충진된 후의 경화시간을 단축시킬 수 있게 되는 효과 또한 수반된다.

Claims (5)

1. 반도체소자 몰딩용 몰드 다이를 구성하며 몰딩후에 몰딩콤파운드가 잔류하는 컬 영역들과, 몰딩시 몰딩콤파운드가 유동하는 통로인 서브 런너들 및, 서로 이웃하는 컬 영역을 연결하는 브릿지가 구비된 컬 블록에 있어서;

   상기 컬 블록의 컬 영역에 몰딩콤파운드의 유동을 난류유동으로 변화시켜 몰딩콤파운드 내부에 존재하는 에어를 파쇄하게 되는 저항체를 형성하되,

   상기 저항체가 일정 간격 이격되어 서로 대향하는 반원형의 돌출부를 이루도록 하고,

   상기 저항체의 직선부와 컬 블록의 길이방향이 이루는 각도를 45°±10 범위내로 설정한 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조 공정용 몰드 다이 구조
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 서로 이웃하는 컬 영역을 연결하는 브릿지 중앙부 양측으로는, 상기 브릿지 중앙부에서 충돌하는 몰딩콤파운드에서 빠져나오는 에어를 외부로 배출시키기 위한 에어벤트가 형성됨을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조 공정용 몰드 다이 구조.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 브릿지는, 브릿지 양측의 컬 영역으로부터 유동하여 요입면을 지나 브릿지 중앙에서 만나게 되는 몰딩콤파운드 내부의 에어 벤트 성능이 향상되도록 축소-확대 노즐 형태로 형성됨을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조 공정용 몰드 다이 구조.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 컬 블록의 컬 영역중 상기 컬 블록의 좌·우 양측 끝부분에 위치하는 컬 영역의 외측 상면에,

   상기 브릿지의 연장선상에 위치하며 에어를 배출시키는 보조 에어벤트가 형성됨을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조 공정용 몰드 다이 구조.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 컬 블록의 각 서브 런너 입구에,

   컬영역의 몰딩콤파운드가 캐비티 바쪽으로 빠져나가기 직전에 공기가 빠져나가도록 하는 런너 에어벤트가 상기 서브 런너에 대해 45°±10 범위 내에서 어긋나게 형성됨을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조 공정용 몰드 다이 구조.