KR101029974B1 - 반도체 소자용 로터리식 수지 태블릿 성형장치 - Google Patents

반도체 소자용 로터리식 수지 태블릿 성형장치 Download PDF

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Abstract

여기에서는 회전 경로를 따라 압축 성형 위치, 태블릿 취출 위치, 수지 분말 공급 위치, 분말량 조절 위치가 차례대로 존재하는 로터리식 수지 태블릿 성형장치가 개시된다. 개시된 로터리식 수지 태블릿 성형장치는, 각각 상부 펀치, 하부 펀치 및 중공 금형을 포함하며, 상기 회전 경로를 따라 회전하는 다수의 단위 성형유닛과; 상기 압축 성형 위치에서 상기 상부 펀치와 상기 하부 펀치를 하강 및 상승시키도록 배치된 상부 가압롤 및 하부 가압롤과; 상기 하부 가압롤에 설치되어, 해당 단위 성형유닛에 의한 태블릿 성형시의 성형 압력을 측정하는 로드셀과; 상기 로드셀에서 측정된 성형 압력이 임계 기준범위 밖에 있는 경우 해당 태블릿을 불량으로 판단해 불량 태블릿의 제거 명령을 내리는 컨트롤러와; 상기 태블릿 취출 위치에 설치되며, 상기 컨트롤러의 제거 명령에 따라 불량인 태블릿을 배출 제거하는 이젝터를 포함한다.

Description

반도체 소자용 로터리식 수지 태블릿 성형장치{ROTARY TYPE RESIN TABLET FORMING APPARATUS FOR SEMICONDUCTOR ELEMENT}
본 발명은 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 수지 태블릿의 성형장치에 관한 것으로서, 특히, 반도체 소자의 트랜스퍼 몰딩에 이용되는 EMC(Epoxy Molding Compound) 태블릿의 성형에 적합한 로터리식 수지 태블릿 성형장치에 관한 것이다.
트랜지스터(transistor), IC(집적회로), 엘이디 등의 반도체 소자를 외부 환경으로부터 보호하기 위해, 이들 반도체 소자는 수지에 의해 봉지되도록 제조되고 있다. 반도체 소자의 봉지 기술에 있어서, 생산성, 비용 등 여러 면에 있어서 유리한 열경화성 수지가 이용되고 있다. 특히, EMC 등의 수지 분말을 태블릿 형태로 성형한 후, 그로부터 얻어진 수지 태블릿을 이용한 트랜스퍼 몰딩 공정에 의해 반도체 소자를 봉지하는 기술은 반도체 소자의 대량 생산에 적합한 것으로 알려져 있다. 이러한 대량 생산을 위해, 수지 태블릿을 대량으로 성형하는 기술이 필요하며, 이러한 필요에 따라 회전식 수지 태블릿 성형장치가 종래에 개발되었다.
종래의 수지 태블릿 성형장치는 다수의 중공 다이, 다수의 상부 펀치 및 다수의 하부 펀치를 포함한다. 이들 중공 다이와 상부 펀치와 하부 펀치는 같은 개수로 제공되며, 360도 회전하는 회전 테이블과 함께 회전하도록 구성된다. 하나의 중공 다이 위로 하나의 상부 펀치와 하나의 하부 펀치가 대응되게 배치되며, 각 상부 펀치와 각 하부 펀치는 하부에 위치한 캠 또는 롤러에 의해 상하 구동하여, 회전 테이블의 특정 위치에서 자신의 역할을 수행한다. 예컨대, 상기 상부 펀치들과 하부 펀치들은 특정 위치에서 수지 분말의 투입, 이형제 투입, 압축 성형 및 태블릿 취출과 같은 공정에 참여하게 된다.
하지만, 종래 수지 태블릿 성형장치의 경우, 성형되는 수지 태블릿들 간에 중량의 오차가 발생할 수 있으며, 이 오차로 인해 불량품이 많았다. 종래 로터리식 수지 태블릿 성형장치는 성형 공정 중에 불량을 체크하지 못하면 다량의 불량을 야기하여 큰 경제적 손실을 초래할 수 있다. 또한 공정 중에 불량을 판단하더라도, 그때 적절히 대처하지 않는다면, 위와 같은 다량의 불량을 피하기 어렵고 복잡한 선별 작업을 더 추가해야 하므로, 경제적인 손실이 많았다.
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는, 중량 초과 및/또는 미달로 인한 불량 발생을 줄임과 동시에, 불량이 있다 하더라도, 즉시, 불량품으로 분류하여 처리함으로써, 경제적 손실을 크게 줄일 수 있는 로터리식 수지 태블릿 성형장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따라, 회전 경로를 따라 수지 분말 공급 위치, 분말량 조절 위치, 압축 성형 위치 및 태블릿 취출 위치가 차례대로 존재하는 로터리식 수지 태블릿 성형장치가 제공되며, 이 로터리식 태블릿 성형장치는, 각각 상부 펀치, 하부 펀치 및 중공 금형을 포함하며, 상기 회전 경로를 따라 회전하는 다수의 단위 성형유닛과; 상기 압축 성형 위치에서 상기 상부 펀치와 상기 하부 펀치를 하강 및 상승시키도록 배치된 상부 가압롤 및 하부 가압롤과; 상기 하부 가압롤에 설치되어, 해당 단위 성형유닛에 의한 태블릿 성형시의 성형 압력을 측정하는 로드셀과; 상기 로드셀에서 측정된 성형 압력이 임계 기준범위 밖에 있는 경우 해당 태블릿을 불량으로 판단해 불량 태블릿의 제거 명령을 내리는 컨트롤러와; 상기 태블릿 취출 위치에 설치되며, 상기 컨트롤러의 제거 명령에 따라 불량인 태블릿을 배출 제거하는 이젝터를 포함한다.
바람직하게는, 상기 회전 경로를 따라 회전 중인 상기 하부 펀치를 상기 수지 분말량 조절 위치에서 지지하는 가변 레일 블록과 상기 가변 레일 블록을 상승 또는 하강시키도록 설치된 액추에이터를 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 로드셀에서 측정된 성형 압력이 최적 기준범위 밖에 있을 때, 상기 액추에이터를 제어하여 상기 하부 펀치를 상승 또는 하강시킴으로써 수지 분말량을 조절한다.
더 바람직하게는, 상기 컨트롤러는, 상기 최적 기준범위와 상기 임계 기준범위가 저장된 저장부와, 상기 로드셀에서 측정된 성형 압력을 상기 최적 기준범위 또는 상기 임계 기준범위와 비교하는 비교 판단부와, 상기 비교 판단부에 의한 비교 판단 결과에 따라 상기 이젝터 또는 상기 액추에이터를 제어하는 제어 명령부를 포함하며, 상기 비교 판단부의 비교 판단 결과, 상기 로드셀에서 측정된 성형 압력이 상기 최적 기준범위를 밖에 있고 상기 임계 기준범위 안에 있는 경우, 상기 태블릿 취출 위치에서 해당 태블릿 제거 없이, 상기 액추에이터를 제어해 상기 분말량 조절 위치에서 상기 수지 분말량을 조절하고, 상기 로드셀에서 측정된 성형 압력이 상기 임계 기준범위 밖에 있는 경우, 상기 태블릿 취출 위치에서 상기 이젝터를 제어해 상기 해당 태블릿을 제거하는 한편, 상기 액추에이터를 제어해 상기 분말량 조절 위치에서 상기 수지 분말량을 조절한다.
바람직하게는, 상기 이젝터는 에어 분사 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 로터리식 수지 태블릿 성형장치는, 중량 초과 및/또는 미달로 인한 불량 발생을 줄임과 동시에, 불량이 있다 하더라도, 즉시, 불량품으로 분류하여 처리함으로써, 경제적 손실을 크게 줄일 수 있으며. 신뢰성 있고 균일한 수지 태블릿의 대량 생산이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 수지 태블릿 성형장치를 도시한 전개도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 태블릿 성형장치의 제어 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도.
도 3은 회전 테이블에 다수의 단위 성형유닛들이 배치된 예를 개략적으로 보여주는 평면도.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 수지 태블릿 성형장치를 도시한 전개도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 로터리식 수지 태블릿 성형장치(1)는, EMC(Epoxy Molding Compound)와 같은 반도체 소자 봉지용 수지 분말을 태블릿 형태로 압축 성형하여 수지 태블릿을 제조하는 장치로서, 다수의 상부 펀치(12), 다수의 하부 펀치(14) 및 다수의 중공 금형(16)을 포함한다. 상기 상부 펀치(12)의 개수와 상기 하부 펀치(14)의 개수는 같으며, 각 상부 펀치(12)와 각 하부 펀치(14)는 상하로 마주하도록 배치된다. 각 중공 금형(16)은 대응되는 하나의 상부 펀치(12) 하나의 하부 펀치(14) 사이에 제공된다. 동일 수직선상에 배치된 하나의 상부 펀치(12), 하나의 하부 펀치(14) 및 하나의 중공 금형(16)은 하나의 단위 성형유닛(10)을 구성한다. 각 단위 성형유닛(10)은 회전 테이블에 의해 360도 회전하여 1 사이클(cycle)을 마치며, 이 1 사이클 동안 수지 분말의 투입, 수지 분말 량 조절, 분말 압축 성형, 태블릿 취출 등의 단계들이 모두 수행된다. 본 실시예에서는 36개의 단위 성형유닛(10)이 이용되지만, 성형유닛의 개수에 의해 본 발명이 제한되어서는 아니 될 것이다.
상기 수지 태블릿 성형장치(1)는, 압축 성형 위치와, 태블릿 취출 위치, 이형제 도포 위치, 수지 분말 투입 및 조절 영역 및 예비 성형 위치를 포함한다. 압축 성형 위치는 전개도인 도 1에서 0도와 360도로 나뉘어 표시되었는바, 0도와 360도로 표시된 위치는 실제로는 동일한 위치이다.
상기 수지 태블릿 성형장치(1)는 상부 레일(22)과 하부 레일(24)을 포함한다. 상기 상부 레일(22)은 회전 테이블의 중심을 기준으로 하여 회전하는 상부 펀치(12)를 점진적으로 상승시키는 상승 테이퍼부(221)와, 상승된 상태로 상부 펀치(12)를 동일 높이로 가이드하는 상부 직선부(222)와, 상부 펀치(12)를 점진적으로 하강시키는 하강 테이퍼부(223)와, 하강된 상태로 상부 펀치(12)를 동일 높이로 가이드하는 하부 직선부(224)를 포함하는 캠 형상을 갖는다. 상기 상부 펀치(12)들 각각의 측면에 형성된 안내 유지부(12a)가 상기 상부 레일(22)에 슬라이딩 가능하게 접촉됨으로써, 상기 상부 펀치(12)가 회전할 때 상기 상부 레일(22)을 타고 상승, 하강, 직선 이동을 하게 된다. 하부 레일(24)은 직선 레일부(242)와, 롤 레일부(244)와, 테이퍼 레일부(246)의 조합을 이용하여, 회전 테이블의 중심을 기준으로 회전하고 있는 하부 펀치(14)를 해당 위치에서 상승, 하강 또는 직선 운동시킨다.
또한, 상기 수지 태블릿 성형장치(1)는, 도 1에서 0도와 360도로 표시된 압축 성형 위치에, 상부 가압롤(32)과 하부 가압롤(34)을 포함한다. 이 압축 성형 위치에 있어서는, 상부 펀치(12)와 하부 펀치(14)는 상부 레일(22)과 하부 레일(24)에 의해 거동하기보다는, 상기 상부 가압롤(32)과 상기 하부 가압롤(34)에 의해 강한 압력으로 하강 및 상승하여 그 위치의 중공 금형(16) 내 수지 재료를 압축 성형한다. 이에 더하여, 상기 수지 태블릿 성형장치(1)는 상기 상부 가압롤(32)과 상기 하부 가압롤(34)의 앞쪽에 상부 예압롤(42)과 하부 예압롤(44)을 더 포함할 수 있는데, 이 상부 예압롤(42)과 하부 예압롤(44)은 상부 가압롤(32) 및 하부 가압롤(34)에 비해 상대적으로 작은 압력으로 상부 펀치(12)와 하부 펀치(14)를 상승 또는 하강 구동시켜, 수지 분말을 미리 가압하며, 이는 그 다음 이루어지는 상부 가압롤과 하부 가압롤에 의해 압축 성형에서 있어서 태블릿이 더 신뢰성 있게 성형될 수 있도록 돕는다.
한편, 본 실시예에 따른 수지 태블릿 성형장치(1)는 상기 압축 성형 위치에 로드셀(50)을 포함한다. 본 실시예에 있어서, 상기 로드셀(50)은 상기 하부 가압롤(34)에 설치되어, 상기 하부 가압롤(34)에 가해지는 하중(또는, 압력)을 측정한다. 상기 로드셀(50)에서 측정된 하중(또는, 압력)으로부터 태블릿으로 성형되는 수지 분말의 중량을 알 수 있다. 따라서, 상기 로드셀(50)로부터의 압력 정보를 기초로 하여, 앞쪽에서 수지 분말의 양을 조절할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 수지 분말의 양은 하부 레일(24) 중 가변 레일 블록(24a)의 높이를 액추에이터(24b)로 조절하는 방식으로 이루어질 수 있다. 상기 액추에이터(24b)는 웜 감속기를 포함하는 것이 선호된다.
예컨대, 수지 분말의 양이 미리 정해진 최적 기준범위의 상한치보다 많다고 판단되면, 액추에이터(24b)로 가변 레일 블록(24a) 및 이에 지지되고 있는 하부 펀치(14)를 상승시켜, 중공 금형(16)의 수지 충전 체적을 줄인다.
또한, 본 실시예에 따른 수지 태블릿 성형장치(1)는 태블릿 취출 위치(B)에서 불량으로 성형된 태블릿을 취출하지 않고 외부로 배출시키는 이젝터(60)를 포함한다. 본 실시예에 있어서, 상기 이젝터(60)는 에어 분사 장치일 수 있으며, 상기 로드셀(50)에서 측정된 압력 정보를 기초로 하여 동작될 수 있다. 수지 분말의 양을 조절하는 로드셀(50)의 압력 기준범위를 최적 기준범위로 볼 때, 상기 이젝터(60)를 이용해 태블릿을 불량품으로 판단해 배출해 버리는 기준범위로는 상기 최적 기준범위보다 상한치와 하한치가 큰 임계 기준범위가 이용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수지 태블릿 성형장치의 제어 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다. 도 2에 있어서, 단위 성형유닛(10)의 전체 또는 일부는 압축 성형 위치(A)와 태블릿 취출 위치(B)와 수지 분말량 조절 위치(C)에 있는 것들만 하나씩 보여진다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 수지 태블릿 성형장치(1)는 컨트롤러(70)를 포함하며, 이 컨트롤러(70)는 압축 성형 위치(A)의 하부 가압롤(34)에 설치된 로드셀(50)로부터 압력 정보를 얻는다. 따라서, 상부 펀치(12), 하부 펀치(14) 및 중공 금형(16)으로 이루어진 각 단위 성형유닛(10)이 회전하여, 상기 압축 성형 위치에 있을 때, 압축 성형시 가해지는 압력 또는 하중 정보가 로드셀(50)에 의해 상기 컨트롤러(70)에 제공된다. 상기 컨트롤러(70)는 상기 압력 또는 하중 정보로부터 수지 분말의 중량, 해당 단위 성형유닛(10)의 상부 펀치와 하부 펀치의 작동 상태 등을 계산 또는 추정할 수 있다.
상기 컨트롤러(70)는, 압력(또는, 하중)의 최적 기준범위 및 임계 기준범위가 저장되는 저장부(71)와, 상기 최적 기준범위 및/또는 상기 임계 기준범위와 로드셀(50)에서 측정된 압력 정보를 비교하는 비교 판단부(72)와, 상기 비교 판단부(72)에서의 판단 결과를 기초로 하여, 수지 분말량 조절 위치의 액추에이터(24b)를 제어하거나 또는 압축 성형 위치의 이젝터의 구동을 제어하는 제어명령부(73) 등을 포함한다.
비교 판단부(72)에 의한 비교 판단 결과, 로드셀(50)에서 측정된 압력이 최적 기준범위를 벗어나고 임계 기준범위 안에 있는 경우, 상기 제어부(73)는 앞쪽의 수지 분말량 조절 위치의 액추에이터(24b)를 적절히 제어하여, 그와 결합된 가변 레일 블록(24a) 및 이에 지지되고 있는 하부 펀치(14)의 높이를 조절하며, 이에 의해, 수지 분말량이 최적 기준범위 안에 있도록 되어, 추후 불량의 발생할 위험을 줄여준다. 이때, 상기 최적 기준범위를 벗어난 단위 성형유닛(10)이 회전하여 압축 성형 위치(A)에서 태블릿(t) 성형이 끝날 경우, 성형된 태블릿(t)은 양품으로 취급되어 취출된다.
반면, 비교 판단부(72)에 의한 비교 판단 결과, 로드셀(50)에서 측정된 압력이 임계 기준범위 밖에 있는 경우, 앞에서 설명한 것과 마찬가지로, 수지 분말량 조절 위치(C)에서 수지 분말량을 최적 기준범위 안에 있도록 조절하는 한편, 임계 기준범위를 벗어난 것으로 판단된 단위 성형유닛(10)이 회전하여 압축 성형 위치(A)에서 태블릿 성형을 마치면, 성형된 태블릿(t)을 불량품으로 간주하여, 태블릿 취출 위치(B)에서 상기 이젝터(60)를 이용해 불량 태블릿을 외부로 배출 제거한다.
이때, 상기 수지 태블릿 성형장치(1)는 다수의 단위 성형유닛 각각을 감지할 수 있는 금형 감지 센서(80)를 더 포함한다. 상기 컨트롤러(70)는 금형 감지 센서(80)로부터 정보를 받아, 해당 단위 성형유닛의 위치와 해당 단위 성형유닛의 상태를 판단한다. 이는, 앞에서 언급한 바와 같이 해당 단위 성형유닛에서 측정된 성형압력 값이 임계 기준범위를 초과할 경우, 해당 단위 성형유닛을 계속 추적하여 태블릿 취출 위치(B)에서 태블릿을 불량품으로 배출할 수 있도록 해준다. 더 나아가, 상기 금형 감지 센서(80)를 이용함으로써, 특정 위치에 펀치들이 존재하지 않는 경우, 또는 특정 위치의 펀치 작동에 문제가 있는 경우, 불필요하게 수지 분말 재료의 투입 단계 및 압축 성형 단계가 수행되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 회전 테이블 상에 다수개(본 실시예에서는 36개)의 단위 성형유닛들이 배치된 예를 평면도로 보여준다. 도 3에서는 원형으로 배열된 36개의 중공 금형(16)만이 보여지지만, 상기 중공 금형(16) 각각의 위 아래에는 그에 대응되는 상부 펀치(12; 도 1 참조)와 하부 펀치(14; 도 1)가 동일한 방식으로 배치되어 있음에 유의한다. 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 수지 태블릿 성형장치는, 36개의 중공 금형(16)이 회전 테이블(T)에 원형의 배열로 배치되는 한편, 각 중공 금형(16)에는 냉각장치(162)가 설치된다. 상기 냉각장치(162)는 냉각수 관을 포함하며, 상기 냉각수 관은 일측에서 상기 중공 금형(16)으로 들어와 상기 중공 금형(16)의 둘레를 둘러싸도록 연장된 다음 타측에서 중공 금형(16) 밖으로 나간다.
10: 단위 성형유닛 12: 상부 펀치
14: 하부 펀치 16: 중공 금형
32: 상부 가압롤 34: 하부 가압롤
50: 로드셀 70: 컨트롤러

Claims (4)

  1. 회전 경로를 따라 수지 분말 공급 위치, 분말량 조절 위치, 압축 성형 위치 및 태블릿 취출 위치가 차례대로 존재하는 로터리식 수지 태블릿 성형장치에 있어서,
    각각 상부 펀치, 하부 펀치 및 중공 금형을 포함하며, 상기 회전 경로를 따라 회전하는 다수의 단위 성형유닛과;
    상기 압축 성형 위치에서 상기 상부 펀치와 상기 하부 펀치를 하강 및 상승시키도록 배치된 상부 가압롤 및 하부 가압롤과;
    상기 하부 가압롤에 설치되어, 해당 단위 성형유닛에 의한 태블릿 성형시의 성형 압력을 측정하는 로드셀과;
    상기 로드셀에서 측정된 성형 압력이 임계 기준범위 밖에 있는 경우 해당 태블릿을 불량으로 판단해 불량 태블릿의 제거 명령을 내리는 컨트롤러와;
    상기 태블릿 취출 위치에 설치되며, 상기 컨트롤러의 제거 명령에 따라 불량인 태블릿을 배출 제거하는 이젝터를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리식 수지 태블릿 성형장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 회전 경로를 따라 회전 중인 상기 하부 펀치를 상기 수지 분말량 조절 위치에서 지지하는 가변 레일 블록과 상기 가변 레일 블록을 상승 또는 하강시키도록 설치된 액추에이터를 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 로드셀에서 측정된 성형 압력이 최적 기준범위 밖에 있을 때, 상기 액추에이터를 제어하여 상기 하부 펀치를 상승 또는 하강시킴으로써 수지 분말량을 조절하는 것을 특징으로 하는 로터리식 수지 태블릿 성형장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 최적 기준범위와 상기 임계 기준범위가 저장된 저장부와, 상기 로드셀에서 측정된 성형 압력을 상기 최적 기준범위 또는 상기 임계 기준범위와 비교하는 비교 판단부와, 상기 비교 판단부에 의한 비교 판단 결과에 따라 상기 이젝터 또는 상기 액추에이터를 제어하는 제어 명령부를 포함하며, 상기 비교 판단부의 비교 판단 결과, 상기 로드셀에서 측정된 성형 압력이 상기 최적 기준범위를 밖에 있고 상기 임계 기준범위 안에 있는 경우, 상기 태블릿 취출 위치에서 해당 태블릿 제거 없이, 상기 액추에이터를 제어해 상기 분말량 조절 위치에서 상기 수지 분말량을 조절하고, 상기 로드셀에서 측정된 성형 압력이 상기 임계 기준범위 밖에 있는 경우, 상기 태블릿 취출 위치에서 상기 이젝터를 제어해 상기 해당 태블릿을 제거하는 한편, 상기 액추에이터를 제어해 상기 분말량 조절 위치에서 상기 수지 분말량을 조절하는 것을 특징으로 하는 로터리식 수지 태블릿 성형장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 이젝터는 에어 분사 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리식 수지 태블릿 성형장치.
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