KR101139261B1 - 반도체 패키지 제조용 금형 장치 - Google Patents

반도체 패키지 제조용 금형 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 패키지 제조용 금형 장치에 관한 것으로, 패키지 반제품이 고정되는 수납공간이 구비된 하부 금형과, 상기 하부 금형의 상면에 배치되며 성형 수지가 주입되는 캐버티가 형성된 상부 금형을 포함하고, 상기 상부 금형은 상하방향으로 승강되면서 상기 캐버티의 높이를 조절하고, 그 상면에 제1경사면이 형성되는 승강 플레이트와, 상기 승강 플레이트의 상면에 배치되고, 그 하면에 상기 제1경사면에 대응되는 제2경사면이 형성되고 직선 이동되는 슬라이드 플레이트와, 상기 슬라이드 플레이트를 직선 이동시키는 작동부로 구성되어, 캐버티의 두께를 가변시킬 수 있도록 하여 몰딩 두께를 보다 쉽게 조절할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있고, 제조비용을 줄일 수 있고, 두께가 다른 반도체 패키지를 양산할 경우 뜨거운 금형을 장비에서 탈착하지 않고 게이지 블록만 교체하면 되기 때문에 안전사고를 줄일 수 있다.

Description

반도체 패키지 제조용 금형 장치{MOLDING APPARATUS FOR MANUFACTURING SEMI-CONDUCTOR PACKAGE}
본 발명은 반도체 칩이 기판에 실장되어 와이어 본딩이 완료된 패키지 반제품을 성형 수지를 이용하여 몰딩 처리함으로써 반도체 패키지를 완성하는 반도체 패키지 제조용 금형 장치에 관한 것이다.
반도체 패키지 제조 공정에서, 몰딩 공정은 리드프레임(leadframe) 또는 인쇄회로기판(PCB, printed circuit board)과 같은 기판에 반도체 칩(chip)이 실장되어 와이어 본딩에 의해 전기적인 연결이 완료된 상태의 패키지 반제품을 물리적 또는 화학적인 외부 환경으로부터의 보호를 위하여 반도체 칩과 전기적인 연결부분들을 밀봉하는 공정이다.
이러한 몰딩 공정은 대부분 경제성과 양산성이 뛰어나고 내흡수성이 우수한 성형 수지인 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC, epoxy molding compound)를 사용하는 트랜스퍼 몰딩(transfer molding) 방식이 주로 사용되고 있다.
트랜스퍼 몰딩 방식은 고체 상태인 에폭시 몰딩 컴파운드의 타블렛(tablet)을 열을 가하여 용융시켜 일정한 점도를 가지게 한 후 패키지 반제품이 개재된 몰딩 금형의 캐버티(cavity)로 주입하고 경화시켜 패키지 반제품의 일정 부분을 밀봉하는 방식이다.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 패키지 제조용 금형 장치를 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 종래의 반도체 패키지 제조용 금형 장치는 트랜스퍼 몰딩 방식의 몰딩 장치의 일예로서, 인쇄회로기판(110)에 반도체 칩(120)이 실장되어 본딩 와이어로 전기적인 연결이 완료된 패키지 반제품(100)의 일면 상부를 성형 수지, 즉 에폭시 몰딩 컴파운드(310)로 밀봉하는 금형 장치이다.
종래의 금형 장치는 패키지 반제품(100)이 개재되는 하부 금형(200)과 상부 금형(300)을 구비한다. 하부 금형(200)에는 인쇄회로기판(110)이 수납되는 수납공간(210)이 형성되고, 상부 금형(300)에는 에폭시 몰딩 컴파운드(310)가 주입되는 캐버티(320)가 형성된다.
그리고, 상부 금형(300)과 하부 금형(200)의 측면에는 에폭시 몰딩 컴파운드(310)가 캐버티(320)로 주입되는 런너(410) 및 게이트(412)가 형성된다. 상부 금형(300)에는 패키지 반제품(100)의 몰딩 완료 후 하부금형(200)으로부터 패키지 반제품(100)을 분리하기 위한 이젝트 핀(eject pin; 400)이 상하 승강 가능하게 설치된다.
종래의 반도체 패키지 제조용 금형 장치의 작동과정을 살펴보면, 패키지 반제품(100)이 하부 금형(200)에 형성된 수납공간(210)에 수납된 상태에서 에폭시 몰딩 컴파운드(310)가 런너(410) 및 게이트(412)를 통해 상부 금형(300)의 캐버티(320)에 주입된다.
패키지 반제품(100)의 몰딩이 완료된 후에는 상부 금형(300)과 하부 금형(200)이 상하로 분리되고, 이젝트 핀(400)의 상승되면서 패키지 반제품(100)을 하부 금형(200)으로부터 분리시킨다.
상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 반도체 패키지 제조용 금형 장치는 반도체 패키지의 두께 등으로 인하여 몰딩되는 에폭시 몰딩 컴파운드의 몰딩 두께가 달라져야된다. 이를 위해 캐버티의 폭이 서로 다른 복수의 상부 금형을 준비해야되고, 에폭시 몰딩 컴파운드의 몰딩 두께를 가변시키고자 할 경우에는 상부 금형을 교체해야된다.
이와 같이, 몰딩 두께에 따라 금형 교체 작업을 해야되고, 캐버티 두께가 서로 다른 복수의 금형을 준비해야되기 때문에 제조공정이 복잡해지고, 비용이 증가되는 문제점이 있다.
본 발명은 캐버티의 두께를 가변시킬 수 있도록 하여 몰딩 두께를 보다 쉽게 조절할 수 있어 생산성을 향상시킬 수 있고, 제조비용을 줄일 수 있는 반도체 패키지 제조용 금형 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 두께가 다른 반도체 패키지를 양산할 경우 뜨거운 상태의 금형을 교체할 필요가 없어 안전사고를 줄일 수 있는 반도체 패키지 제조용 금형장치를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일실시예로서, 반도체 패키지 제조용 금형 장치는 패키지 반제품이 고정되는 수납공간이 구비된 하부 금형과, 상기 하부 금형의 상면에 배치되며 성형 수지가 주입되는 캐버티가 형성된 상부 금형을 포함하며, 상기 상부 금형은 상하방향으로 승강되면서 상기 캐버티의 높이를 조절하고, 그 상면에 제1경사면이 형성되는 승강 플레이트와, 상기 승강 플레이트의 상면에 배치되고, 그 하면에 상기 제1경사면에 대응되는 제2경사면이 형성되고 직선 이동되는 슬라이드 플레이트와, 상기 슬라이드 플레이트를 직선 이동시키는 작동부를 포함한다.
본 발명의 반도체 패키지 제조용 금형 장치에 따르면, 승강 플레이트가 상하방향으로 승강 가능하게 배치되어 캐버티의 높이를 조절할 수 있도록 함으로써, 금형 교체없이 성형수지의 두께를 조절할 수 있어 사용이 편리하고, 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 게이지 블럭을 구비하고, 게이지 블록은 그 두께가 캐버티의 높이와 대응되도록 복수로 구비되어 게이지 블록을 틈새에 끼우면 캐버티의 높이가 결정되기 때문에 캐버티 높이 조절이 쉽고 편리하게 이루어진다.
또한, 두께가 다른 반도체 패키지를 양산할 경우 뜨거운 금형을 장비에서 탈착하지 않고 게이지 블록만 교체하면 되기 때문에 안전사고를 줄일 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 패키지 제조용 금형 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지 제조용 금형 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이드 플레이트의 상면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이드 플레이트의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 작동부를 나타낸 금형장치의 일부 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 금형의 작동 상태를 나타낸 작동 상태도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지 제조용 금형 장치의 작동 상태도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지 제조용 금형장치를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지 제조용 금형 장치는, 패키지 반제품(10)이 고정되는 하부 금형(20)과, 높이가 가변되는 캐버티(40)를 구비한 상부 금형(30)을 포함한다.
패키지 반제품(10)은 반도체 칩(12)이 기판(14)에 실장되어 와이어 본딩에 의해 전기적인 연결이 완료된 것이다. 반도체 칩(12)의 각 리드와 기판(14)의 내부 리드 간에 와이어를 이용하여 본딩을 하고, 그에 따라 전기적인 연결이 이루어진다. 기판(14)은 리드 프레임 또는 인쇄회로기판(PCB) 등이 사용될 수 있고, 기판(14)의 칩 탑재판에 반도체 칩(12)이 부착된 후 와이어 본더를 통해 와이어 본딩 공정이 이루어진다. 즉, 패키지 반제품(10)은 기판(14)에 반도체 칩(12)이 와이어(130)를 매개로 본딩이 이루어진 상태를 말한다. 이러한 패키지 반제품(10)을 외부로부터 보호하기 위하여 몰딩 공정이 수행되는 것이며, 이러한 몰딩 공정을 수행하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 금형 장치를 이용하는 것이다.
하부 금형(20)의 상면에는 패키지 반제품(10)이 수용되는 수용공간(22)이 형성되고, 이 수용공간(22)에는 패키지 반제품(10)을 수용공간(22)에 고정시키기 위해 패키지 반제품을 진공 흡착하는 진공홀(미도시)이 형성될 수 있다.
상부 금형(30)에 형성되는 캐버티(40)의 높이(T1)에 의해 성형수지(42)의 몰딩 두께가 결정된다. 그리고, 반도체 패키지(10)의 제품 종류에 따라 성형 수지(42)의 몰딩 두께가 달라진다.
이를 위해 본 발명에서는 캐버티(40)의 높이(T1)가 조절될 수 있도록 하여 성형 수지(42)의 몰딩 두께를 조절할 수 있는 상부 금형(30)을 제공하고자 한다.
상부 금형(30)은 캐버티(40)의 높이를 조절하도록 상하방향으로 승강되는 승강 플레이트(32)와, 승강 플레이트(32)의 상면에 직선 이동 가능하게 배치되는 슬라이드 플레이트(34)와, 슬라이드 플레이트(34)를 직선 이동시키는 작동부(50)를 포함한다.
승강 플레이트(32)는 그 하면이 캐버티(40)의 바닥면을 형성하고, 그 상면에는 슬라이드 플레이트(34)와 접촉되는 제1경사면(52)이 형성된다.
그리고, 승강 플레이트(32)의 전방 및 후방에는 승강 플레이트(32)가 승강되도록 가이드함과 아울러 캐버티(40)의 내측면을 형성하는 전방 엔드키(36)와 후방 엔드키(38)가 배치된다.
전방 엔트키(36)에는 성형 수지(42)인 에폭시 몰딩 컴파운드가 캐버티(40)로 주입되는 게이트(46)가 형성된다.
슬라이드 플레이트(34)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 그 하면에 제1경사면(52)과 대응되는 제2경사면(54)이 형성되고, 그 일측에 작동부(50)가 연결되는 나사홈(60) 및 고정홈(62)이 형성된다. 이와 같이, 승강 플레이트(32)와 슬라이드 플레이트(34)는 제1경사면(52)과 제2경사면(54)으로 접촉되어 있기 때문에 슬라이드 플레이트(34)가 직선 이동되면 승강 플레이트(32)는 상하 이동된다.
그리고, 슬라이드 플레이트(34)의 상면에는 커버 플레이트(64)가 설치되어 슬라이드 플레이트(34)가 직선 이동되도록 지지한다. 커버 플레이트(64)는 그 가장자리가 전방 엔드키(36)와 후방 엔드키(38)의 상단에 고정되어 슬라이드 플레이트(34)가 직선 이동되는 내부 공간(66)을 형성하게 된다.
슬라이드 플레이트(34)는 커버 플레이트(64)가 상면에 접촉된 상태이므로 상하 유동되지 않게 되고, 직선 이동만 하게 된다.
상부 금형(30)에는 패키지 반제품(10)의 몰딩 완료 후 하부금형(20)으로부터 패키지 반제품(10)을 분리하기 위한 이젝트 핀(eject pin; 70)이 상하 승강 가능하게 설치된다. 그리고, 슬라이드 플레이트(34)에는 이젝트 핀(70)이 통과하는 슬롯(56)이 형성된다. 여기에서, 슬롯(56)의 길이는 슬라이드 플레이트(34)가 직선 이동되는 최대 길이와 동일하거나 좀더 크게 형성되어 이젝트 핀(70)이 슬라이드 플레이트(34)의 직선 이동을 방해하지 않도록 한다.
작동부(50)는 도 5에 도시된 바와 같이, 전방 엔드키(36)의 외측면에 장착되는 보호 덮개(72)와, 이 보호 덮개(72) 내부에 배치되고 슬라이드 플레이트(34)에 형성되는 나사홈(60)에 나사 결합되며 전방 엔드키(36)에 회전 가능하게 지지되는 스크류(74)를 포함한다.
스크류(74)는 슬라이드 플레이트(34)의 나사홈(60)에 나사 결합되고, 전방 엔드키(36)에 형성된 지지홀(88)을 통과하며, 스크류 머리(90)는 보호 덮개(72) 내부에 배치된다. 그리고, 지지홀(88)의 양쪽 측면에 위치되는 스크류(74)의 외주면에는 스냅 링(86)이 설치되어 스크류(74)가 지지홀(88)에서 직선 이동되는 것을 방지한다.
이러한 스냅링 이외에 지지홀(88)에 스크류(74)가 직선 이동되지 않도록 지지되는 구조이면 어떠한 구조도 적용될 수 있다.
보호 덮개(72)는 내부 공간(76)이 형성되고, 그 일측에는 스크류(74)를 조절하기 위한 공구가 통과하는 관통홀(84)이 형성된다.
이러한 작동부(50)는 스크류(74)를 정방향 또는 역방향으로 회전시키면 스크류(74)와 나사 결합된 슬라이드 플레이트(34)가 직선 이동된다.
작동부(50)는 일측이 슬라이드 플레이트(34)에 형성되는 고정홈(62)에 결합되고, 타측이 보호덮개(72)의 내부 공간(76)에 위치되는 작동로드(78)와, 이 작동로드(78)의 끝단과 보호덮개(72) 내면 사이의 틈새에 끼움되어 캐버티(40)의 높이(T1)를 결정하는 게이지 블럭(82)을 더 포함한다.
게이지 블럭(82)은 두께가 각기 다른 복수로 구비되고, 복수의 게이지 블럭(82)의 두께(T2)은 캐버티(40)의 높이(T1)에 대응된다. 즉, 일예로, 성형 수지(42)의 두께를 결정되면 스크류(74)를 회전시켜 승강 플레이트(32)를 상방향 또는 하방향으로 이동시키고, 캐버티(40)의 높이(T1)에 대응되는 두께(T2)를 갖는 게이지 블록(82)을 작동로드(78)와 보호 덮개(72) 사이의 틈새로 끼워넣어 맞으면 캐버티(40)의 높이(T1)가 원하는 높이로 결정된다.
이와 같이, 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지 제조용 금형장치의 작동을 다음에서 설명한다.
먼저, 성형수지의 몰딩 두께를 조절하는 과정을 설명한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형 수지의 몰딩 두께를 조절하는 것을 나타낸 작동 상태도이다.
먼저, 도 6에 도시된 와 같이, 스크류(74)를 정방향으로 회전시키면 나사홈(60)에 스크류(74)가 조이게 된다. 그러면 슬라이드 플레이트(34)가 화살표 A 방향으로 직선 이동되고, 이에 따라 승강 플레이트(32)가 화살표 B 방향인 상방향으로 이동되면서 캐버티(40) 높이가 높아지게 되고, 캐버티 높이가 높아진 만큼 성형 수지(42)의 두께가 증가하게 된다.
그리고, 슬라이드 플레이트(34)에 고정된 작동로드(78)가 보호 덮개(72)의 내측으로 이동되면서 작동로드(78)와 보호 덮개(72) 내면 사이의 틈새가 작아진다. 그리고, 이 틈새에 그 두께가 작은 게이지 블럭(82)을 끼움 결합시킨다. 이때, 게이지 블럭(82)의 두께는 캐버티(40)의 높이에 대응되고, 게이지 블럭(82)의 두께를 확인하면 캐버티의 높이를 알 수 있게 된다.
그리고, 이와 반대로, 도 7에 도시된 바와 같이, 스크류(74)를 역방향으로 회전시키면 나사홈(60)에 스크류(74)가 풀리게 된다. 그러면, 슬라이드 플레이트(34)가 화살표 C 방향으로 직선 이동되고, 이에 따라 승강 플레이트(32)가 화살표 D 방향인 하방향으로 이동되면서 캐버티(40) 높이가 낮아지게 된다. 따라서, 캐버티 높이가 낮아진 만큼 성형 수지의 두께가 감소하게 된다.
이때, 슬라이드 플레이트(34)에 고정된 작동로드(78)와 보호 덮개(72) 내면 사이의 틈새가 벌어지게 되고, 이 틈새에 그 두께가 큰 게이지 블럭(82)을 끼움 결합시킨다. 이때, 게이지 블럭(82)의 두께는 캐버티의 높이에 대응되고, 게이지 블럭(82)의 두께를 확인하면 캐버티의 높이를 알 수 있게 된다.
이와 같이, 스크류를 정방향 또는 역방향으로 회전시켜서 승강 플레이트를 상하방향으로 승강시키면 캐버티의 높이가 조절될 수 있고, 게이지 블럭의 두께를 확인하여 캐버티의 높이를 결정할 수 있어 사용이 편리하고, 금형 교체 작업없이 성형 수지의 두께를 조절할 수 있게 된다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 패키지 제조용 금형장치의 작동 상태도이다.
위에서 설명한 바와 같이, 캐버티의 높이 조절이 완료되면, 도 8에 도시된 바와 같이, 상부 금형과 하부 금형을 분리한 후 하부 금형의 수납공간이 고정시키고, 상부 금형과 하부 금형을 상호 결합하고, 도 2에 도시된 바와 같이, 케이트를 통해 성형 수지를 캐버티 내부로 주입하여 패키지 반제품을 몰딩시킨다.
그리고, 패키지 반제품(100)의 몰딩이 완료되면, 도 9에 도시된 바와 같이, 상부 금형(30)과 하부 금형(20)을 상하로 분리하고 이젝트 핀(70)을 상승시켜 패키지 반제품(10)을 하부 금형(20)으로부터 분리시킨다.
한편, 본 발명의 반도체 패키지 제조용 금형 장치에 있어서, 하부 금형(20)이 고정된 채 상부 금형(30)의 상하로 승강함에 따라 상부 금형(30)의 하면 및 하부 금형(20)의 상면이 맞닿아 가압된 후 패키지 반제품(10)을 몰딩하는 경우가 있고, 오히려 상부 금형(30)은 고정된 채 하부 금형(20)이 승강함으로써 패키지 반제품(10)을 몰딩하는 경우가 있다. 즉, 어떠한 경우이든 본 발명의 특징부가 설치된 금형 장치라면 모두 본 발명의 권리 범위에 속한다고 할 것이다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
10: 패키지 반제품 12: 반도체 칩
14: 기판 20: 하부 금형
22: 수납공간 30: 상부 금형
32: 승강 플레이트 34: 슬라이드 플레이트
36: 전방 엔트키 38: 후방 엔드키
40: 캐버티 50: 작동부
52: 제1경사면 54: 제2경사면
60: 나사홈 62: 고정홈
64: 커버 플레이트 70: 이젝트 핀
72: 보호 덮개 74: 스크류
78: 작동로드 82: 게이지 블록

Claims (7)

  1. 패키지 반제품이 고정되는 수납공간이 구비된 하부 금형과, 상기 하부 금형의 상면에 배치되며 성형 수지가 주입되는 캐버티가 형성된 상부 금형을 포함하고,
    상기 상부 금형은 상하방향으로 승강되면서 상기 캐버티의 높이를 조절하고, 그 상면에 제1경사면이 형성되는 승강 플레이트;
    상기 승강 플레이트의 상면에 배치되고, 그 하면에 상기 제1경사면에 대응되는 제2경사면이 형성되고 직선 이동되는 슬라이드 플레이트;
    상기 슬라이드 플레이트를 직선 이동시키는 작동부를 포함하는 반도체 패키지 제조용 금형장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 금형은 승강 플레이트의 전면 및 후면에 배치되어 승강 플레이트가 상하 승강되도록 가이드하고, 상기 캐버티의 측면을 형성하는 전방 엔드 키 및 후방 엔드 키를 더 포함하는 반도체 패키지 제조용 금형장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부 금형은 슬라이드 플레이트의 상면에 배치되고, 그 가장자리가 상기 전방 엔드 키 및 후방 엔드 키에 고정되며, 상기 슬라이드 플레이트가 직선 이동되는 공간을 형성하는 커버 플레이트를 더 포함하는 반도체 패키지 제조용 금형장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬라이드 플레이트에는 이젝트 핀이 통과하는 슬롯이 형성되고, 상기 슬롯의 길이는 슬라이드 플레이트의 이동거리와 동일하거나 이동거리보다 긴 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조용 금형장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 작동부는 상기 슬라이드 플레이트의 일측에 형성되는 나사홈에 나사 결합되고 상기 전방 엔트 키에 회전 가능하게 지지되는 조절용 스크류와, 상기 조절용 스크류를 보호하는 보호 덮개를 포함하는 반도체 패키지 제조용 금형장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 작동부는 그 일단이 상기 슬라이드 플레이트에 고정되고, 타단은 보호 덮개 내부에 위치되는 이동로드와, 상기 이동로드의 끝단과 보호 덮개의 내면 사이의 틈새에 끼움되어 캐버티의 두께를 결정하는 게이지 블록을 더 포함하는 반도체 패키지 제조용 금형장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 게이지 블록은 상기 캐버티의 높이에 따라 두께가 각기 다른 복수로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지 제조용 금형장치.
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