KR101257518B1 - 컨디셔닝 가스를 이용한 전자 소자의 캡슐화 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 몰드(2, 3)의 전자 소자들을 캡슐화하는 방법에 있어서, 상기 방법은,

A) 몰드 캐버티(4)에 캡슐화를 위한 전자 소자(12)를 배치하는 단계, 그리고

B) 몰드 캐버티(4)에 캡슐화 물질(5)을 공급하는 단계

를 포함하며, 이때, 몰드 캐버티(4)를 구획하는 몰드 표면(8)들이, 또는 그 일부분이, 대기에 대해 산소 농도가 감소한 컨디셔닝 가스와 접촉하게 된다.

본 발명은 캡슐화 물질로 전자 소자(12)를 캡슐화하는 장치에 또한 관련된다.

Description

컨디셔닝 가스를 이용한 전자 소자의 캡슐화 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR ENCAPSULATING ELECTRONIC COMPONENTS WITH A CONDITIONING GAS}

본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 기재된 바처럼 전자 소자들을 캡슐화(encapsulating)하는 방법에 관한 발명이다. 또한 본 발명은 청구항 제12항의 전제부에 따른 캡슐화 물질을 이용하여 반도체같은 전자 소자를 캡슐화하기 위한 장치에 관한 것이다.

반도체 회로같은 전자 소자들을 캡슐화하는 것은 대량으로 도포되는 방식으로 구현된다. 전자 소자들은 캐리어("리드프레임", "보드")에 장착되고, 이러한 캐리어는 몰드 부분들 사이에 클램핑되어, 캐리어에 장착된 전자 소자들 둘레로 몰드 캐버티(mold cavity)가 형성된다. 여기서 중요한 점은, 캡슐화 물질의 경화 중 몰드에 캡슐화 물질을 접착시킬 때, 캡슐화되는 제품에 손상이 없어야 하고 몰드의 오염을 방지해야한다는 점이다. 캡슐화 물질과 몰드 간의 접착 정도를 제한하는 방법에는 여러가지가 있다. 따라서, 캡슐화 물질과 몰드를 분리시키는 포일 물질층이 이용될 수 있다. 이 방법은 비싸고, 모든 몰드 실시예에 대해 가능한 것도 아니다. 대량으로 이루어지는 또다른 방법은 임시 코팅(가령, 왁스층) 도포와 조합하여 특정 코팅(가령, Cr이나 TiN의 농도를 증가시킨 코팅)을 국부적으로 몰드 부분에 제 공하는 것이다. 첫번째 사용시, 또는 일정 시간주기 후, 몰드 부분은 일부 더미 캡슐화 런(dummy encapsulating runs)을 실행함으로서 첫번째 조건을 갖추게 되어, 캡슐화 물질로부터의 컨디셔닝 물질이 이 더미 캡슐화 런 중 몰드 부분에 (임시) 코팅을 남기게 된다. 일련의 캡슐화 동작을 실행 중에 캡슐화 물질과 몰드 부분 사이에 바람직하지 못한 접착력 증가가 나타날 경우, 통상적인 옵션은 소정 시간동안 제품으로부터 몰드 부분을 떼내어, 특정 세정 물질(가령, melamine)로 긴 시간동안 몰드 부분을 세정하는 것이다. 캡슐화 물질과 몰드 부분 사이에 접착력을 제한하기 위한 기존의 방법들에서는, 접착력이 바람직하지 못할만큼 높은 값으로 여전히 커질 수 있고, 사용중 접착력 증가 프로세스를 완전하게 예측하거나 알 수가 없고, 몰드 부분이 일부 시간동안 사용할 수 없을 수도 있고, 제품 손실이 발생할 수도 있다.

일본 특허 JP 03 281210 호에서는 전자 소자를 수지로 캡슐화하는 방법을 개시하고 있다. 이때, 캡슐화 공정은 비활성 가스 분위기에서 이루어진다. 따라서, 캡슐화 물질에서 공기를 삽입하여야 하는 점이나, 몰딩된 하우징의 표면에 요홈이나 단편 부분을 제공하는 것을 방지할 수 있다. 이때, 질소 분위기를 특별히 이용한다.
일본 특허 JP 02 156644 호에서는 금속 몰드 캐버티로부터 캡슐화된 반도체 장치를 이탈시키는 방법을 개시하고 있다. 이때, 캐버티로부터 몰딩된 부분을 이탈시키기 위해 이젝터 핀(ejector pin)이 사용된다. 대기, 질소, 등등과 같은 가스가 블로우-오프 포트(blow-off port)를 통해 캐버티에 직접 공급된다. 이 포트는 이젝터 핀에 바로 인접한 위치에 배치된다.
일본 특허 JP 2000 263603 호에는 크랙형성없이 몰드로부터 몰딩을 이탈시키는 장치 및 방법이 개시되어 있다. 이 장치의 채널은, 몰드 캐버티에서 직접 종료되며, 이 채널을 통해 수지가 몰드 캐버티내로 흡입될 수 있다. 몰딩 후, 몰드로부터 몰딩을 이탈시키기 위해 몰드 캐버티에 가압 공기를 공급하는 데 이 채널이 또 사용될 수 있다.

본 발명의 목적은 몰드와 캡슐화 물질 간의 접착으로부터 발생되는 문제점들을 제한할 수 있도록, 몰드에서 전자 소자들을 캡슐화함에 있어 개선된 방법 및 장치를 제공한다.

이를 위해 본 발명은 청구범위 제 1 항에 따른 방법을 제공한다. 캡슐화 물질에 이탈 가스 압력을 가하게 되도록 컨디셔닝 가스를 공급하면, 여러가지 효과를 얻을 수 있다. 무엇보다도, 몰드 캐버티를 컨디셔닝 가스와 접촉하게 함으로서, 캡슐화 물질과 몰드 부분 간에 접착력을 크게 감소시킬 수 있다. 대기에 비해 산소 농도를 낮춘 컨디셔닝 가스는 산소 부피비가 20.0% 미만인 가스를 의미하며, 15% 미만이 더욱 바람직하고, 10% 미만이 가장 바람직하다. 사용될 수 있는 가스들의 다른 예로는, 순수 질소 가스같은 비활성 가스가 있다. 가스를 공급하는 것은, 간단한 수단으로 구현할 수 있는 매우 간단한 동작으로서, 기계화 또는 자동화시키기도 간단하다. 역으로, 환원 가스(여기에 산소가 결합됨)를 이용하는 것 역시 바람직한 결과를 도출한다. 컨디셔닝 가스 이용시 질소와 환원 가스(부가적임)로 테스트할 때, 몰드 표면에 캡슐화 물질을 부착하는 정도(단위 면적당 이탈력(release force)으로도 표현됨)를 감소시킴에 있어 매우 바람직한 결과가 나타난다. 질소를 컨디셔닝 가스로 하여 몰드의 TiN 코팅에서 테스트를 행할 때 접착력의 감소는 95%를 상회한다. 이러한 바람직한 컨디셔닝 가스 공급은 제 2 요망 효과가 실현되도록 본 발명에 따라 이제 수행된다. 컨디셔닝 가스를 공급하는 특정 방법을 이용함으로서, 캡슐화된 전자 소자를 이탈시킬만한 힘이 전자 소자에 가해지는 것이다. 따라서 컨디셔닝 가스가 캡슐화 물질과 몰드 캐버티 사이에 공급/가압될 수 있다. 이는 몰드 캐버티로부터 캡슐화 물질의 이탈(release)을 단순화시킨다. 추가적인 장점은 넓은 면적에 대해 이탈력을 제공할 수 있다는 것이다.

캡슐화 공정이 컨디셔닝 가스로 채워진 환경에서 수행될 수도 있다. 컨디셔닝 가스를 제한적으로 이용함으로서, 조건설정된 환경에서 몰드 부분을 다소 일정하게 유지시키는 것이 가능하며, 조건에 따라, 요망하는 접착력 감소 효과를 추가로 최적화시킬 수 있다.

컨디셔닝 가스와 몰드 부분 간의 접촉 효율을 증가시키기 위해서, 몰드 캐버티를 구획하는 몰드 표면 부분을 따라 컨디셔닝 가스가 공급될 수 있다면 바람직할 것이다.

가스 압력이 전통적인 이탈 수단과 조합되어, 이탈력을 가하기 위해 국부적인 위치에서 캡슐화 물질이 기계적으로 또한 결합될 수 있다면 바람직할 것이다. 여기서, 이젝터 핀, 가이드 스트립 등이 추가적인 앵커들과 함께 고려될 수 있다. 전통적인 이탈 수단과 가스 압력의 조합에 의해 더 큰 이탈 기능을 달성할 수 있을 것이다.

몰드 부분을 향하는 캡슐화된 전자 소자의 측부와, 형태-구획 몰드 부분 사이에서 가스 압력이 성장하게 된다. 몰드 부분을 향하는 캡슐화된 전자 소자의 측부가, 따라서, 형태-구획 몰드 부분으로부터 파동(wave front)으로 이탈될 수 있다.

컨디셔닝 가스가 캡슐화된 전자 소자와 몰드 캐버티에 접촉하기 전에 컨디셔닝 가스가 미리 가열될 수도 있다. 이는 열-쇼크를 방지할 수 있고, 캡슐화된 전자 소자나 몰드 캐버티나 몰드 부분의 바람직하지 못한 냉각을 방지할 수 있다. 가스 소모를 추가적으로 제한하기 위하여, 몰드 부분을 향하는 캡슐화된 전자 소자의 측부가 완전히 이탈된 후 가스 압력이 감소하는 것이 바람직하다.

본 발명은 청구범위 제12항에 따른, 캡슐화 물질로 전자 소자를 캡슐화하는 장치를 또한 제공한다. 이러한 장치는 몰드 캐버티/몰드 부분의 접촉부에 배열되는 유출구(outflow opening)를 가지며, 캐리어에 장착된 전자 소자들의 캡슐화에 바람직하게 제공될 수 있다. 몰드 캐버티나 몰드 부분에는 이러한 캐리어를 수용하기 위한 공간이 제공된다. 상호 변위 가능한 몰드 부분이 최소한 두개 이상, 심지어는 세개 이상이 제공되는 것이 일반적이다. 이 장치에는 몰드 부분을 상호 변위시키기 위한 변위 수단(일반적으로 전기 모터)이 또한 제공될 것이며, 이탈을 위해, 캡슐화된 전자 소자에 추가 이탈력을 가하기 위한 추가적인 기계식 이젝터 수단이 부가적으로 제공될 것이다. 컨디셔닝 가스의 특정 공급 수단을 제외하고는, 이러한 장치는 상용화되어 있으며, 따라서 기존 장비의 수정을 고려해볼 수 있다. 본 발명에 따른 장치의 추가적인 장점을 위해, 본 발명의 일부분을 형성하는 상술한 방법들의 장점을 참조할 수 있다.

또한가지 변형에서, 몰드 부분이 스크린으로 닫힌다. 이러한 스크린을 이용하여, 가스로 꽉 찬 챔버를 형성할 수 있고, 따라서, 정상 대기 기체 조건과는 다른, 몰드 부분을 둘러싸는 국부적 기체 환경을 발생시킬 수 있다.

또한가지 변형에서, 몰드 부분들이 단일 물질로 구성된다. 즉, 캡슐화 물질의 접착을 방지하기 위해 공지 기술에서 요구되었던 특정 코팅이 불필요해진다. 이러한 코팅은 가령, 니켈 베이스의 코팅(가령, NiCrN)이 몰드 부분의 표면에 도포되곤 하는 데, 코팅을 도포함으로서 몰드 부분의 비용이 크게 증가하게 된다. 본 발명에 따르면 이러한 코팅이 불필요하다.
당 분야의 기술에 따르면, 컨디셔닝 가스의 공급 수단은 몰드 부분들 중 한개의 몰드 부분에 연결되는 것이 일반적이다. 따라서 컨디셔닝 가스가 요망 컨디셔닝 효과를 얻을 수 있는 위치로 직접 공급된다.

또한가지 변형에서, 컨디셔닝 가스의 공급 수단이 통기구(venting)에 연결될 수 있고, 몰드 캐버티에 인접한 접촉 표면에 연결될 수도 있다. 상술한 장점들에 추가하여, 가스 압력을 공급하는 것은 구조적으로 간단한 동작이며, 이에 반해, 기계적 방식으로 동작하는 종래의 이탈 수단은 몰드 부분에 매우 심대한 구조적 방식을 요하게 된다. 여기서 제공되는 이젝터 핀들은 몰드 부분에 일체형으로 구성되어야 하는 데, 이러한 이젝터 핀과 나머지 몰드 부분 사이에서 캡슐화 물질이 통과할 수 없도록 구현된다면 바람직하다. 기체 흐름을 통제할 수 있고 기체 공급의 오염을 방지할 수 있도록 변위가능한 폐쇄 소자(closing element)가 유출구에 제공될 수 있다면 바람직할 것이다.

발명의 한가지 변형에서, 캡슐화 물질을 몰드 캐버티에 공급하는 위치와 동일한 몰드 캐버티의 측부에 유출구가 배치된다. 따라서 캡슐화는 공급 측부로부터 몰드 캐버티로부터 멀리 벗겨질 수 있다. 이 장치에는 한개 이상의 기계적 이젝터가 추가적으로 제공될 수 있다.

가스 공급 수단에 가열 수단을 제공하여, 기체 공급 결과로 몰드 부분의 바람직하지 못한 냉각을 방지할 수 있다면 또한 바람직하다.

도 1은 컨디셔닝 가스 공급 수단을 구비한 본 발명에 따른 캡슐화 장치의 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 캡슐화 장치의 변형예의 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 캡슐화 장치의 변형예의 단면도.

도 1은 하부 몰드 부분(2)과 상부 몰드 부분(3)을 포함하는 캡슐화 장치(1)를 도시한다. 상부 몰드 부분(3)은 화살표(P)에 따라 하부 몰드 부분에 대해 변위가능하다. 캡슐화 물질로 제작할 하우징(도면에 도시되지 않음)을 형성하기 위해 상부 몰드 부분(3)에 몰드 캐버티(4)가 빈 공간으로 형성된다. 하부 몰드 부분(2)에는 요홈(6)이 배열되어, 전자 소자(12)를 구비한 캐리어가 배치되게 된다. 화살표(P2)에 따라 변위가능한 플런저(plunger)(7)에 의해 캡슐화 물질(5)이 몰드 캐버티(4) 내로 공급될 수 있다. 상부 몰드 부분(3)에 개폐가능한 채널(14)이 형성될 수 있고, 이 채널(14)은 몰드 캐버티(4)에 연결된다. 채널(14)을 통해 몰드 캐버티(4) 내로 컨디셔닝 가스가 직접 공급되며, 이와 동시에, 캡슐화 물질(5)을 몰드 캐버티(4)의 접촉부(8)로부터 분리시키기 위해 캡슐화 물질(5)에 힘이 가해진다.

도 2는 캐리어(21)가 배치된 캡슐화 장치(20)를 도시한다. 캐리어(21) 위에는 캡슐화 물질(5)의 하우징이 배열된다. 공급 채널에서 경화된 캡슐화 물질(5)에 의해 형성되는 러너(runner)(23)가 또한 도시된다. 이 러너(23)는 캐리어(21)의 차후 공정 중 분리되는 것이 일반적이다. 도 1에 도시된 채널(14)에 대한 대안으로서, 또는 채널(14)에 대한 부가사항으로서, 상부 몰드 부분(3)의 접촉부(15)의 위치에 컨디셔닝 가스의 공급 채널(16)이 연결될 수 있다. 따라서, 컨디셔닝 가스가 러너(23)에 대해 공급되는 것이다. 몰드 부분(2, 3) 간의 공간은 스크린 플레이 트(24)와 제 2 스크린 플레이트(25)에 의해 구획된다. 이 플레이트들은 화살표(P4) 방향으로 변위가능하다. 스크린 플레이트(24, 25)들 때문에, 몰드 부분(2, 3) 사이에 가스 환경을 유지할 수 있다.

도 3은 다수의 상호-변위형 소자들로부터 조립되는 하부 몰드 부분(32)을 구비한 캡슐화 장치(30)를 도시한다. 지지부(32)와 변부(33) 사이에 캐리어(34)가 클램핑되며, 지지부(32)와 변부(33)는 서로에 대해 변위가능하여, 변부(33)의 윗면에 캡슐화 물질(35)이 공급될 수 있다. 변부(33)를 이용할 때의 한가지 장점이라면, 캐리어(34)의 변부 영역이 캡슐화 물질로부터 자유롭게 유지될 수 있다는 점이다. 캡슐화 물질(35)이 부분적으로 경화되면, 몰드 부분(31, 32)이 이격되어 위치할 수 있다(가령, 0.1~0.9 mm 수준이 작은 거리 d만큼, 선호되는 예는 0.5mm). 몰드 부분(31, 32)들을 이격시킴으로서, 컨디셔닝 가스의 공급 채널(36) 역시 개방되며, 그 결과, 컨디셔닝 가스가 화살표(P5)를 따라 공급된다. 이 컨디셔닝 가스는 상부 몰드 부분(32)의 접촉부(37)의 몰드 캐버티(38)와 캡슐화 물질로 만들어진 하우징 사이를 통과한다. 컨디셔닝 가스는 여기서 두가지 기능을 충족시킬 것이다. 즉, 가스 압력이 캡슐화 물질에 이탈력(가령, 파동 형태로)을 가할 것이고, 이에 따라 몰드 캐버티(38)로부터 캡슐화 물질(35)이 간단하게 이탈하게 되며, 컨디셔닝 가스는 상부 몰드 부분(32)의 접촉부(37)와 특정한 방식으로 접촉하게 된다. 이에 따라, 가스가 효율적인 방식으로 그 컨디셔닝 작용을 수행할 수 있다. 몰드 캐버티(38)로부터 캡슐화 물질을 이탈시키는 것은, 제한된 거리로 지지부(32)와 변부(33)를 이동시킴으로서 개시될 수 있다.

Claims (20)

1. 몰드(2, 3)의 전자 소자들(12)을 캡슐화하는 방법에 있어서, 상기 방법은,

   A) 몰드 캐버티(4)에 캡슐화를 위한 전자 소자(12)를 배치하는 단계, 그리고

   B) 몰드 캐버티에 캡슐화 물질(5)을 공급하는 단계

   를 포함하며, 이때, 몰드 캐버티를 구획하는 몰드 표면의 적어도 일부분이 컨디셔닝 가스와 접촉하게 되고, 상기 컨디셔닝 가스는 비활성 컨디셔닝 가스, 또는, 환원 가스, 또는 비활성 컨디셔닝 가스 및 환원 가스의 조합이며,

   몰드의 일부분인 변부(33)와 전자 소자(22)의 지지부(32)를 제한된 거리만큼 서로로부터 멀리 이동시킴으로써 캡슐화 물질의 이탈이 개시되고,

   몰드 캐버티를 형성하는 몰드 표면의 적어도 일부분(32, 33)을 따라 컨디셔닝 가스의 흐름이 안내되며,

   몰드 캐버티(4)로부터 캡슐화 물질을 이탈시키는 동안 컨디셔닝 가스의 적어도 일부분이, 몰드의 접촉부(8, 15, 37)로부터 몰드 캐버티(4) 내로 공급되어, 컨디셔닝 가스에 의해 캡슐화 물질에 이탈 가스 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 캡슐화 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 몰드 캐버티(4)에서 캡슐화 물질이 적어도 부분적으로 경화된 후 상기 몰드 캐버티(4)를 구획하는 몰드 표면과 캡슐화 물질 사이에 컨디셔닝 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 캡슐화 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 몰드 캐버티(4)를 구획하는 몰드 표면이 컨디셔닝 가스로 질소와 접촉하는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 캡슐화 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 캡슐화된 전자 소자에 추가적인 이탈력을 가하기 위해 기계적 이탈 수단이 몰드의 적어도 일부분에 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 캡슐화 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   몰드 부분을 향하는 캡슐화된 전자 소자(22)의 측부와, 형태-구획 몰드 부분(3) 사이에 가스 압력이 성장하는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 캡슐화 방법.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   몰드 부분(3)을 향하는 캡슐화된 전자 소자(22)의 측부가 형태-구획 몰드 부분(3)으로부터 파동으로 이탈되는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 캡슐화 방법.
7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 가스 압력이 가열된 가스에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 캡슐화 방법.
8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   몰드 부분(3)을 향하는 캡슐화된 전자 소자(22)의 측부가 완전히 이탈된 후, 가스 압력이 감소하는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 캡슐화 방법.
9. 전자 소자(12)를 캡슐화 물질(5)로 캡슐화하는 장치에 있어서, 상기 장치는,

   - 전자 소자를 수용하기 위한 적어도 하나의 몰드 캐버티(4)를 구획하는 위치를 몰드 부분이 차지할 때의 몰딩 위치와, 상기 몰딩 위치에 비해 서로로부터 먼 거리로 몰드 부분들이 배치될 때의 개방 위치 사이에서 상호 변위가능한 적어도 2개의 몰드 부분(2, 3, 31, 32),

   - 몰드 캐버티(4)에 연결되는 캡슐화 물질(5)의 공급 수단, 그리고

   - 비활성 컨디셔닝 가스, 또는, 환원 가스, 또는 비활성 컨디셔닝 가스 및 환원 가스의 조합으로 구성되는 컨디셔닝 가스의 공급 수단

   을 포함하며, 상기 컨디셔닝 가스의 공급 수단으로부터 공급되는 컨디셔닝 가스는 몰드 부분들 중 적어도 하나의 몰드 부분의 접촉부(8, 15, 37)에 공급될 수 있고,

   컨디셔닝 가스에 의해 몰드 캐버티 내 캡슐화 물질에 이탈 가스 압력이 가해지도록, 몰드 캐버티를 형성하는 몰드 표면의 적어도 일부분을 따라 컨디셔닝 가스의 흐름을 안내하기 위해, 제한된 거리만큼 서로로부터 멀리 이동하는 몰드 부분(32, 33)이 제공되는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 캡슐화 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 컨디셔닝 가스의 공급 수단이 컨디셔닝 가스의 공급 채널(16, 36)에 연결되는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 캡슐화 장치.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 컨디셔닝 가스의 공급 수단으로부터 공급되는 컨디셔닝 가스는, 컨디셔닝 가스의 공급 채널(16, 36)을 통해 몰드 캐버티에 인접한 접촉부(15)에 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 캡슐화 장치.
12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 몰드 부분과 컨디셔닝 가스의 공급 수단을 연결하는 위치에, 변위가능한 폐쇄 소자(closing element)가 제공되는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 캡슐화 장치.
13. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 몰드 부분과 컨디셔닝 가스의 공급 수단을 연결하는 위치는, 몰드 캐버티에 캡슐화 물질을 공급하는 위치와 동일한 몰드 캐버티의 측부 상에 놓이는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 캡슐화 장치.
14. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 적어도 하나의 기계적 이젝터가 상기 캡슐화 장치에 제공되는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 캡슐화 장치.
15. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 컨디셔닝 가스의 공급 수단에 가열 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 캡슐화 장치.
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