KR100608609B1 - 반도체 칩 패키지 몰딩 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 칩 패키지 몰딩 장치에 관한 것으로서, 성형하고자 하는 반도체 칩 패키지의 외형과 동일한 모양을 한 복수의 캐비티를 갖는 상하부 캐비티 블록과, 상기 상하부 캐비티 블록을 포함하는 상하부 금형과, 상기 상하부 금형에 압력을 가하는 프레스를 포함하며, 상기 상하부 캐비티 블록의 하부 캐비티 블록은 하부면에 오목부가 형성되어 있다. 하부 캐비티 블록의 하부면에 형성된 오목부는 실질적인 압력이 필요한 부분(예컨대, 리드 프레임의 댐바(dam bar)면 또는 금형의 릴리프(relief)면)에 충분한 압력이 전달되도록 함으로써 프레스의 톤수 부족에 따른 압력을 보상한다.

Description

반도체 칩 패키지 몰딩 장치{Apparatus for molding semiconductor chip package devices}

도 1은 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 전체 구조를 나타내는 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 구조를 나타내는 부분 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 캐비티 블록의 상세 구조를 나타내는 부분 확대 단면도이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

10: 상부 금형 20: 하부 금형

25: 하부 캐비티 블록 30: 몰딩 수지 펠렛

35: 포트 40: 트랜스퍼 플런저

45: 런너 50: 게이트

60: 캐비티 65: 이젝트 핀

70: 필러 80: 오목부

110: 고정 플레이트 112, 114: 마스트 다이

120: 밸런스 유니트 130: 플런지 유니트

140: 베이스 플레이트 150: 유압 실린더

160: 밑면 프레임

본 발명은 반도체 제조 장치에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 메트릭스로 전화되고 대형화된 패키지를 만들기 위해 필요한 압력을 보상할 수 있도록 하부 캐비티 블록의 밑면에 오목부를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 패키지 몰딩 장치에 관한 것이다.

일반적인 반도체 칩 패키지의 제조공정은 크게 웨이퍼 제조 공정, 패키지 조립(package assembly) 공정 및 검사(test) 공정으로 구분된다. 패키지 조립 공정은 웨이퍼 절단(water sawing), 다이 부착(die bonding), 와이어 본딩(wire bonding), 성형(molding) 및 절단/절곡(trim/form) 공정을 포함한다.

반도체 성형 공정은 반도체 칩과 리드 프레임 스트립(lead frame strip)의 전기적 연결이 완료된 반제품을 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound; EMC)와 같은 봉지 수지로 패키지하는 공정이다. 한편, 최근 전자 기기의 고기능화와 다기능화 및 소형화 추세에 따라 반도체 소자의 실장 밀도를 높이면서도 전체 소자 크기가 감소된 반도체 칩 패키지 개발이 요구되고 있다. 이러한 요구에 따라, 반도체 소자를 외부 환경으로부터 보호하기 위한 수지 성형 공정의 중요성은 더욱 증대되고 있다. 반도체 소자의 고집적화와 메모리 용량의 증가로 입출력 단자의 수가 증가되어 리드의 구조가 복잡해지고 패키지 몸체를 얇게 형성시켜야 하기 때문 에 수지 성형 기술의 향상이 요구되고 있는 것이다.

수지 성형 공정은 반도체 칩과 이것이 실장되어 전기적 연결이 완료된 리드 프레임을 외부 환경으로부터 보호하기 위하여 에폭시 성형 수지(Epoxy Mold Compound; EMC)와 같은 수지 봉지재로 패키지 몸체를 형성하는 공정이다. 리드 프레임의 외부 리드는 패키지 몸체의 외부로 노출되어 반도체 칩과 외부 소자를 전기적으로 연결한다. 현재, 수지 성형 공정은 경제성과 양산성이 뛰어나고 내흡수성이 우수한 에폭시 성형 수지를 사용하는 트랜스퍼 몰딩(transfer molding) 기술을 적용하는 자동 성형기가 널리 사용되고 있다. 트랜스퍼 몰딩법은 일정한 점도 상태의 에폭시 성형 수지를 반도체 칩이 위치하는 성형 금형의 공간으로 주입하여 반도체 칩을 리드 프레임의 소정 부분과 함께 봉지하는 수지 성형 방법이다.

그런데, 최근 조립 공정의 생산성을 높이기 위해 리드 프레임을 싱글 타입에서 메트릭스 타입으로 전환하고 있는데, 이 과정에서 프레스의 톤수(tonnage)가 많은 좌우를 하게 된다. 한편, 금형을 설계하는 과정에서 프레스의 톤수가 부족하여 이를 해결하기 위한 많은 노력들이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 반도체 칩 패키지 금형에서 프레스의 톤수 부족을 해결하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 반도체 칩 패키지의 금형에서 프레스의 톤수 부족을 해결할 수 있는 새로운 구조의 금형을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 몰딩 장치는 성형하고자 하는 반도체 칩 패키지의 외형과 동일한 모양을 한 복수의 캐비티를 갖는 상하부 캐비티 블록과, 상기 상하부 캐비티 블록을 포함하는 상하부 금형과, 상기 상하부 금형에 압력을 가하는 프레스를 포함하며, 상기 상하부 캐비티 블록의 하부 캐비티 블록은 하부면에 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

실시예

도 1은 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 전체 구조를 나타내는 블록도이다. 몰딩 장치(100)는 고정 플레이트(110), 마스터 다이(112, 114) 밸런스 유니트(120), 플런지 유니트(130), 밸런스 플레이트(134), 베이스 플레이트(140), 유압 실린더(150), 밑면 프레임(160)으로 구성되어 있다. 마스터 다이(112, 114) 각각에는 상부 금형(116)과 하부 금형(118)이 설치되어 있다. 플런지 유니트(130)는 램(132)을 통해 몰딩 수지를 특정 압력으로 밀어주는 역할을 하며, 이 플런지 유니트(130) 밑에는 상기 압력을 전달할 수 있는 유압 실린더가 위치한다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 칩 패키지 몰딩 장치의 구조를 나타내는 부분 단면도이다. 도 2에 도시한 몰딩 장치(100)는 예컨대, 트랜스퍼 몰딩 공정에 사용되는 장비로서, 프레스(press), 램(ram), 금형으로 구성된다. 프레스에는 몰딩재의 프리폼(preform)이 놓여지고, 램은 원통형 실린더로서 열이 인가되며 용융된 몰딩재를 런너(runner)에 가압 주입한다. 금형은 성형하고자 하는 반도체 치 패키지의 외형과 동일한 형상으로 된 복수의 캐비티를 구비한다.

금형은 상부 금형(10)과 하부 금형(20)으로 구성되고, 상부 금형(10)은 상부 캐비티 블록(15)을 포함하고 하부 금형(20)은 하부 캐비티 블록(25)을 포함한다. 금형(10, 20)은 몰딩 프레스의 가열된 평판 사이에 클램프되고, 몰딩 수지 펠렛(30)이 포트(35)에 놓인다. 트랜스퍼 플런저(transfer plunger)(40)가 하강하면 몰딩 수지가 녹으면서 런너(45)와 금형의 게이트(50)로 주입된다. 몰딩 수지가 캐비티(60)를 채우고 나면 몰딩 수지를 경화시켜 고화시킨다. 고화된 몰딩 수지는 이젝트 핀(65)에 의해 제거된다.

몰딩 프레스에 의해 제어되는 변수는 포트와 금형의 온도, 트랜스터 압력, 금형의 클램핑 압력과 트랜스퍼 시간(즉, 몰딩 수지가 캐비티를 완전히 채우는 데에 걸리는 시간)을 포함한다. 각각의 금형에는 예컨대 20~320개 정도의 많은 캐비티가 들어 있는데, 이 캐비티의 개수는 한번의 공정으로 생산할 수 있는 패키지의 수를 의미한다. 캐비티의 개수는 패키지의 크기에 따라 달라질 수 있다. 생산성을 높이기 위해서 캐비티의 수를 많게 하여야 하지만, 모든 캐비티에 대해 균일한 제품을 얻기 위해서는 금형 설계에 특히 주의를 기울여야 한다.

또한, 생산성을 높이기 위해서는 몰딩 수지를 가능한 한, 빨리 주입하여 수지의 반응 시간을 줄여야 한다. 그러나, 트랜스퍼 시간을 줄일려면 금형을 채우기 위한 트랜스퍼 압력을 높여야 한다. 하지만, 예컨대 170MPa와 같이 높은 트랜스퍼 압력을 사용하면 패키지 내부에 손상(예컨대, 와이어 스위프; wire sweep)을 줄 수 있다.

금형에서 압력을 지지하는 부분이 필러(piller)(70)인데, 이것은 금형 레벨을 보상하기 위한 것으로서, 캐비티 블록(25)의 밑면을 지지하는 구조이다. 이 필 러(70)는 프레스에서 전달되는 압력을 필요한 부위에 집중적이고 균형적인 압력으로 전달하기 위해 몰딩 장치에 반드시 설치되는 것으로, 원통형이나 사각형의 모양으로 되는 것이 일반적이다. 그러나, 이젝트 핀(65) 및 패키지의 구조적인 문제가 발생하면 필러(70)가 압력을 정확하게 지지하지 못하는 구조로 된다.

본 발명에서는 메트릭스로 전화되고 대형화된 패키지를 만들기 위해 필요한 많은 압력을, 필러의 역할과 대등한 구조를 갖는 캐비티 형상을 제안하여 압력을 보상하는 구조를 실현할 수 있다.

즉, 도 3에 도시한 것처럼, 캐비티 블록의 밑면에 오목부(80)를 형성함으로써, 실질적으로 눌림이 필요한 부위에 단위 면적당 더욱 높은 압력이 리드 프레임에 전달되도록 한다. 실제로, 오목부(80)가 형성되어 있는 부분은 압력을 가하더라도 의미가 없는 부분으로서, 그 크기는 예컨대 0.005 ~0.5 ㎜이며, 이 크기는 한정적인 의미로 이해해서는 안되고, 릴리프(27; relief) 면에 전달되는 단위 면적당 압력이 높아지도록 할 수 있을 정도의 단차가 형성되면 충분하다는 점은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 릴리프면(27)은 리드 프레임의 댐바(dam bar)를 클램프할 때, 주어진 압력으로 클램프하여 에폭시가 흘러 나오지 않게 하기 위한 구조이다. 릴리프면(27)은 예컨대 t = 0.05 ~ 0.1 ㎜ 정도로 위쪽으로 돌출되어 있다.

도 3에서 보는 것처럼, 오목부(80)는 바닥면과 옆면으로 구성되며, 방전 가공이나 연마 가공에 의해 형성될 수 있다. 오목부(80)는 상하부 금형이 조립된 후 빈 공간을 형성하며 필러(70)에서 지지하여 전달되는 압력이 오목부의 옆면을 형성 하는 부분으로만 전달되도록 함으로써 압력이 보상되도록 한다. 이런 점에서 본 발명에 의해 보상되는 압력은 리드 프레임의 댐바면(도 3의 릴리프면(27))을 클램프하는 압력으로 이해할 수 있다.

본 발명에 따르면, 하부면에 오목부가 형성된 캐비티 블록을 사용함으로써 압력, 예컨대 리드 프레임의 댐바면을 클램프하는 압력이 보상된다. 따라서, 반도체 칩 패키지의 금형에서 프레스의 톤수 부족을 쉽게 해결할 수 있다.

Claims (3)

1. 성형하고자 하는 반도체 칩 패키지의 외형과 동일한 모양을 한 복수의 캐비티를 갖는 상하부 캐비티 블록과,

   상기 상하부 캐비티 블록을 포함하는 상하부 금형과,

   상기 상하부 금형에 압력을 가하는 프레스를 포함하며,

   상기 상하부 캐비티 블록의 하부 캐비티 블록은 그 하부면에 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 패키지 몰딩 장치.
2. 제1항에서, 상기 오목부의 크기는 0.005 ~ 0.5 ㎜인 것을 특징으로 하는 반도체 치비 패키지 몰딩 장치.
3. 제1항에서, 상기 프레스에서 가해지는 압력을 전달하며, 상기 하부 캐비티 블록을 지지하는 복수의 필러(piller)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 칩 패키지 몰딩 장치.

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