KR101703852B1 - 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치 및 그 제어방법 - Google Patents

실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩 장치는, 전자부품을 실리콘 수지로 몰딩하는 장치로서, 상부캐비티블록이 아래쪽에 구비된 상형, 상기 상부캐비티블록과의 사이에 캐비티(cavity)를 형성하는 하부캐비티블록이 위쪽에 구비된 하형, 상기 상형과 상기 하형 중 어느 하나를 상하방향으로 이동시키는 프레스, 상기 상형과 상기 하형 사이에 상하방향으로 적층되고, 상기 캐비티 형성 전후 상기 상형과 상기 하형 사이에 외부와 격리된 격리공간을 형성하는 복수의 테두리블록, 상기 상형, 상기 복수의 테두리블록 및 상기 하형의 사이마다 각각 구비되는 복수의 실링부재, 상기 격리공간에 진공이 형성되도록, 상기 격리공간의 공기를 빼내는 진공형성유닛 및 상기 격리공간의 압력이 상승하도록, 상기 격리공간에 고압기체를 공급하는 압력형성유닛을 포함하고, 상기 진공형성유닛은 상기 캐비티 형성 전 상기 격리공간에 진공을 형성하여 상기 실리콘 수지의 기포를 팽창 및 배출시키고, 상기 압력형성유닛은 기포 배출 후 상기 격리공간의 압력을 상승시켜 상기 실리콘 수지로부터 미배출된 기포를 압축시키는 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치 및 그 제어방법을 제공할 수 있다.

Description

실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치 및 그 제어방법{COMPRESSION TYPE MOLDING DEVICE FOR SILICON RESIN AND CONTROL METHOD OF THE SAME}
본 발명은 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 동일한 몰딩장치로 다양한 두께의 전자부품을 몰딩할 수 있으며, 실리콘 수지의 경화 전에 진공형성장치에 의해 팽창된 기포의 체적을 감소시킬 수 있도록 이루어지는 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
반도체 등 다양한 전자부품들은 반도체 칩이나 와이어 등을 보호하기 위하여 수지(Epoxy Mold Compound; EMC)로 몰딩하여 사용된다.
예를 들어 반도체 패키지는 리드프레임 또는 인쇄회로기판과 같은 기판자재(Substrate)의 패드 상에 반도체 칩을 다이본딩하고, 리드프레임의 리드 또는 인쇄회로기판의 단자와 반도체 칩을 와이어 본딩한 후, 본딩된 반도체 칩과 와이어의 연결부위를 보호하기 위해 그 주위를 수지로 몰딩하게 된다.
최근 들어서는 반도체 제조 기술의 발전에 의해 그동안 휘어질 수 없던 반도체 패키지를 유연하게 제조할 수 있는 유연 패키징 공정 기술이 개발됨에 따라, 일반적인 실리콘 웨이퍼를 유연한 실리콘 웨이퍼로 가공하는 장비 및 이를 플렉서블하게 패키징할 수 있는 컴프레션 방식 몰딩 장비의 연구가 활발히 진행되고 있다.
도 1의 왼쪽 그림은 경화수지로 몰딩된 반도체패키지(SC1)의 일 예를 나타내고, 도 1의 오른쪽 그림은 실리콘 계열 수지로 몰딩된 플렉서블 반도체패키지(SC2)의 일 예를 나타내고 있다.
반도체 패키지를 유연하게 만들기 위해서는 반도체 패키징의 최종 공정인 압축성형 몰딩 공정에서 유연한 재료가 사용되어야 한다. 즉, 반도체 패키지를 플렉서블하게 만들기 위해서 기존의 반도체 패키지 몰딩 방식과는 다른 방식 및 재료를 사용할 필요가 있으며 이를 해결하기 위해 EMC(Epoxy Mold Compound)계열의 열경화성 수지를 사용하는 대신 실리콘계열 수지를 사용하여 성형하게 된다.
컴프레션 방식 몰딩 공정을 수행하기 전에 실리콘 계열 수지에는 신속한 경화 및 물성 향상을 위해 경화제가 첨가되게 된다. 이때 실리콘 계열 수지에 실리콘 경화제를 첨가한 후 실리콘과 경화제를 완전하게 섞기 위해서 회전하는 날개를 갖는 교반장치가 사용되고 있다.
그러나 교반장치의 날개에 의해 휘저어 섞이는 상태에서 액상상태의 실리콘 계열 수지 내부에 수많은 미세 기포(Void)가 형성되는데, 액상 실리콘 계열 수지 내부의 기포는 압축성형 방식의 몰딩이 진행되기 전까지 외부로 완전히 배출되기 어려우므로, 몰딩 후 경화된 실리콘 수지에 잔존하는 기포가 남게 되어 결과적으로 패키징된 전자부품의 미세 기포 정도가 정해진 스펙을 벗어나 품질불량 문제를 초래하게 된다.
도 2는 종래의 컴프레션 방식 몰딩장치의 상형과 하형을 나타내고 있다. 상형과 하형은 프레스(미도시)에 의해 상대거리가 조정된다.
종래의 컴프레션 방식 몰딩장치는 몰딩 과정에서 실리콘 수지 내부에 잔존하는 기포를 배출시키기 위해 밀폐블록과 진공발생장치가 설치된다. 밀폐블록은 그 상단부가 상형의 하면에 결합되며, 밀폐블록의 저면에는 프레스에 의한 상형의 이동시 하형과 사이에서 탄성 압축되는 실링부재가 결합된다.
실링부재는 상부캐비티블록과 하부캐비티블록 사이에 캐비티가 형성되기 직전부터 하형의 상면에 밀착되며, 이에 따라 밀폐블록과 실링부재는 상부캐비티블록과 하부캐비티블록 사이에 캐비티가 형성되기 직전부터 상형과 하형 사이에 밀폐된 공간을 형성한다.
이후 진공발생장치는 밀폐된 공간의 공기를 배출시켜 진공을 형성하며, 이 때, 압력강하에 의해 실리콘 수지 내부의 기포를 팽창시켜 외부로의 배출시킬 수 있다. 이후 상형을 더 이동시키면 실링부재의 탄성 압축량이 증가하면서 상부캐비티블록과 하부캐비티블록 사이에 캐비티가 형성되며, 프레스에 의해 상부캐비티블록과 하부캐비티블록 사이에 압력을 형성하여 실리콘 수지를 가압하여 성형하게 된다.
그러나 진공발생장치에 의해 기포가 팽창되더라도 팽창된 기포의 전부가 배출되지는 못하며, 오히려 잔존된 기포는 압력강하에 의해 크기가 커질 수 있는 문제가 있었으며, 팽창된 기포가 외부로 잘 배출되지 못한 경우에는 패키징된 전자부품에서 기포가 차지하는 부피가 오히려 증가하게 되는 문제가 있었다.
한편, 컴프레션 방식 몰딩장치로 몰딩되는 전자부품은 비슷한 형태를 가지더라도 그 용량 및 쓰임새에 따라 다양한 두께로 제작된다. 그러나 종래의 컴프레션 방식 몰딩장치는 실링부재의 탄성 압축량이 제한적일 수밖에 없으므로, 비슷한 형태의 전자부품이더라도 그 두께 차이가 실링부재의 탄성 압축량을 넘기 쉬워 전자부품의 두께에 따라 복수의 몰딩장치를 구비해야 하는 단점이 있었다.
본 발명의 목적은, 동일한 몰딩장치로 다양한 두께의 전자부품을 몰딩할 수 있으며, 실리콘 수지의 경화 전에 진공형성장치에 의해 팽창된 기포의 체적을 감소시킬 수 있도록 이루어지는 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 전자부품을 실리콘 수지로 몰딩하는 장치로서,
상부캐비티블록이 아래쪽에 구비된 상형, 상기 상부캐비티블록과의 사이에 캐비티(cavity)를 형성하는 하부캐비티블록이 위쪽에 구비된 하형, 상기 상형과 상기 하형 중 어느 하나를 상하방향으로 이동시키는 프레스, 상기 상형과 상기 하형 사이에 상하방향으로 적층되고, 상기 캐비티 형성 전후 상기 상형과 상기 하형 사이에 외부와 격리된 격리공간을 형성하는 복수의 테두리블록, 상기 상형, 상기 복수의 테두리블록 및 상기 하형의 사이마다 각각 구비되는 복수의 실링부재, 상기 격리공간에 진공이 형성되도록, 상기 격리공간의 공기를 빼내는 진공형성유닛 및 상기 격리공간의 압력이 상승하도록, 상기 격리공간에 고압기체를 공급하는 압력형성유닛을 포함하고, 상기 진공형성유닛은 상기 캐비티 형성 전 상기 격리공간에 진공을 형성하여 상기 실리콘 수지의 기포를 팽창 및 배출시키고, 상기 압력형성유닛은 기포 배출 후 상기 격리공간의 압력을 상승시켜 상기 실리콘 수지로부터 미배출된 기포를 압축시키는 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩 장치에 의하여 달성된다.
상기 격리공간에 상기 진공형성유닛에 의한 진공이 형성된 상태에서 상기 실링부재의 상하방향 다단 탄성 변형량에 비례하여 상기 상부캐비티블록과 상기 하부캐비티블록의 상하방향 간격이 조정되도록 이루어질 수 있다.
상기 상부캐비티블록과 상기 하부캐비티블록의 상하방향 간격이 조정되도록, 상기 프레스의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 진공형성유닛은, 진공펌프; 상기 테두리블록에 형성되는 배출구; 및 상기 진공펌프와 상기 배출구 사이의 배출관로에 설치되는 솔레노이드밸브를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 압력형성유닛은, 압축펌프; 상기 테두리블록에 형성되는 주입구; 및 상기 압축펌프와 상기 주입구 사이의 주입관로에 설치되는 솔레노이드밸브를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 상형의 하단부에는 지지로드의 상단부가 결합되고, 상기 복수의 테두리블록은, 상기 지지로드가 상하방향으로 삽입되는 관통홀이 각각 형성된 상부테두리블록 및 하부테두리블록을 포함하며, 상기 지지로드의 하단부에는 상기 하부테두리블록이 상기 관통홀 내에서 중력방향으로 걸리는 걸림부가 형성되고, 상기 복수의 실링부재는, 상기 지지로드에 의해 상기 상형, 상기 상부테두리블록, 상기 하부테두리블록 및 상기 하형의 사이에서 탄성 압축된 상태로 구비되도록 이루어질 수 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 하형의 위쪽에 구비된 하부캐비티블록의 상면에 전자부품을 안착시키고, 상기 전자부품의 상면에 액상 실리콘 수지를 공급하는 준비단계; 상기 하형 또는 상형을 프레스로 이동시켜 상기 상형과 상기 하형 사이에 적층된 복수의 테두리블록 및 복수의 실링부재가 외부와 격리된 격리공간을 형성하고 상기 상형의 아래쪽에 구비된 상부캐비티블록과 상기 하부캐비티블록 사이에서 상기 실리콘 수지를 성형하는 성형단계; 및 상기 프레스로 상기 상형과 상기 하형을 이격시키고, 상기 전자부품을 배출하는 배출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩 장치의 제어방법에 의하여 달성된다.
상기 성형단계는, 상기 상부캐비티블록과 상기 하부캐비티블록 사이에 캐비티(cavity)가 형성되기 전까지 상기 프레스로 상기 상형 또는 상기 하형을 이동시키는 격리단계; 상기 실리콘 수지 내의 기포가 팽창하여 배출되도록, 진공형성유닛을 작동하여 상기 격리공간의 공기를 빼내는 진공형성단계; 상기 실리콘 수지 내의 기포가 수축하도록, 압력형성유닛을 작동하여 상기 격리공간에 고압기체를 공급하는 압력형성단계; 및 상기 프레스로 상기 상형 또는 상기 하형을 이동시켜 상기 캐비티 내에서 상기 실리콘 수지를 고압으로 가압하는 프레싱단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 상형, 복수의 테두리블록 및 하형의 사이마다 복수의 실링부재를 구비함으로써, 동일한 몰딩장치로 다양한 두께의 전자부품을 몰딩할 수 있도록 이루어지는 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치 및 그 제어방법을 제공할 수 있게 된다.
또한, 격리공간에 고압기체를 공급하는 압력형성유닛을 포함하여 이루어짐에 따라, 실리콘 수지의 경화 전에 진공형성장치에 의해 팽창된 기포의 체적을 감소시킬 수 있도록 이루어지는 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치 및 그 제어방법을 제공할 수 있게 된다.
도 1은 경화수지로 몰딩된 반도체패키지와 실리콘 계열 수지로 몰딩된 플렉서블 반도체패키지를 나타내는 그림.
도 2는 종래의 컴프레션 방식 몰딩장치의 상형과 하형을 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치의 사용상태를 나타내는 도면.
도 4는 도 3의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치의 상형과 하형을 나타내는 분해사시도.
도 5 및 도 6은 도 3의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치의 상형과 하형을 나타내는 단면도.
도 7은 도 3의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치의 하형 및 플렉서블 반도체패키지를 나타내는 그림.
도 8은 도 3의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치의 상부캐비티블록과 하부캐비티블록을 나타내는 단면도.
도 9는 본 발명의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치의 제어방법을 나타내는 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치 및 그 제어방법은, 동일한 몰딩장치로 다양한 두께의 전자부품을 몰딩할 수 있으며, 실리콘 수지의 경화 전에 진공형성장치에 의해 팽창된 기포의 체적을 감소시킬 수 있도록 이루어진다.
도 1은 경화수지로 몰딩된 반도체패키지와 실리콘 계열 수지로 몰딩된 플렉서블 반도체패키지를 나타내는 그림, 도 2는 종래의 컴프레션 방식 몰딩장치의 상형과 하형을 나타내는 단면도, 도 3은 본 발명의 실리콘 계열 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치의 사용상태를 나타내는 도면, 도 4는 도 3의 실리콘 계열 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치의 상형과 하형을 나타내는 분해사시도, 도 5 및 도 6은 도 3의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치의 상형과 하형을 나타내는 단면도, 도 7은 도 3의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치의 하형 및 플렉서블 반도체패키지를 나타내는 그림, 도 8은 도 3의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치의 상부캐비티블록과 하부캐비티블록을 나타내는 단면도, 도 9는 본 발명의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치의 제어방법을 나타내는 순서도 이다..
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치(1)는, 동일한 몰딩장치(1)로 다양한 두께의 전자부품(SC)을 몰딩할 수 있으면서도 실리콘 수지(L)의 경화 전에 진공형성장치에 의해 팽창된 기포의 체적을 감소시킬 수 있도록 이루어지며, 상형(10), 하형(20), 프레스(30), 복수의 테두리블록(40), 실링부재(50), 진공형성유닛(60), 압력형성유닛(70) 및 제어부(80)를 포함하여 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치(1)에 의해 몰딩되는 전자부품(SC)은 플렉서블 반도체패키지로서 특정하여 설명하기로 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 반도체패키지는 리드프레임(31) 또는 인쇄회로기판과 같은 기판자재(SU, Substrate)의 패드 상에 반도체 칩(CH)을 다이본딩하고 리드프레임(31)의 리드 또는 인쇄회로기판의 단자와 반도체 칩(CH)을 와이어 본딩한 후, 본딩된 반도체 칩(CH) 및 와이어의 연결부위를 보호하기 위해 그 주위를 수지로 몰딩하게 된다.
본 발명의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치(1)는, 실리콘 계열 수지로 몰딩된 플렉서블 반도체패키지의 몰딩 공정에 사용된다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상형(10)은 상부캐비티블록(11)이 아래쪽에 구비되고, 하형(20)은 하부캐비티블록(21)이 위쪽에 구비된다. 상형(10)과 하형(20)은 프레스(30)에 의해 상하방향으로 상대이동한다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상부캐비티블록(11)과 하부캐비티블록(21)은 상형(10)과 하형(20)의 상대방향 상대이동에 의해 합형되면 그 사이에 실리콘 수지(L)가 성형되는 캐비티를 형성하게 된다.(도 8(d) 참조)
도시되지는 않았으나, 하부캐비티블록(21)에는 전자부품(SC)의 위치결정용 핀이나 가이드 또는 진공흡착기가 형성될 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 하부캐비티블록(21)은 히팅플레이트(22)에 의해 가열된다. 히팅플레이트(22)는 열전도성이 좋은 알루미늄 또는 스틸재질의 플레이트로 구비되어 내부에 히팅 코일(미도시)이 설치된다.
히팅플레이트(22)는 히팅 코일의 전기적 발열에 의해 80℃~100℃로 가열되며, 하부캐비티블록(21)에 전도의 형태로 열에너지를 전달하게 된다. 물론, 히팅플레이트(22)는 이외에도 공지된 기술의 다양한 조합으로 이루어질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 프레스(30)는 뼈대를 이루는 프레임(31)과 상형(10)을 상하방향으로 이동시키는 이동수단(32)을 포함하여 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서 하형(20)은 프레임(31)에 고정되고, 상형(10)은 이동수단(32)에 의해 상하방향으로 이동하는 것으로 도시되었으나, 상형(10)이 프레임(31)에 고정되고 하형(20)이 이동수단(32)에 의해 상하방향으로 이동할 수도 있음은 물론이다.
이동수단(32)은 프레임(31)의 상단부에 고정된 서보모터(32A)와 세보모터에 의해 상하방향으로 이동하는 이동부재(32B)를 포함하여 구성된다. 상형(10)은 이동부재(32B)의 하단부에 결합되어 이동부재(32B)와 함께 상하방향으로 이동하게 된다.
이동수단(32)의 상하방향 이동속도 및 위치는 제어부(80)에 의한 서보모터(32A)의 작동에 의해 정밀하게 제어되며, 상형(10)과 하형(20) 그리고 상부캐비티블록(11)과 하부캐비티블록(21) 간 상하방향 간격이 정밀하게 조정되어 격리공간(S) 형성과정 및 캐비티 형성과정이 정밀하게 제어된다.
도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 테두리블록(40)은 캐비티 형성 전후에 상형(10)과 하형(20) 사이에 외부와 격리된 격리공간(S)을 형성하기 위한 구성으로서, 상형(10)과 하형(20) 사이에서 상하방향으로 적층된 형태로 구비된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서 복수의 테두리블록(40)은 상부테두리블록(41), 중간테두리블록(42) 및 하부테두리블록(43)을 포함하여 구성된다. 물론, 복수의 테두리블록(40)은 상부테두리블록(41)과 하부테두리블록(43)의 2단으로 구비될 수도 있으며, 4단 이상으로 구비될 수도 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상부테두리블록(41), 중간테두리블록(42) 및 하부테두리블록(43)은 사각형 액자프레임(31) 형태로 형성되며, 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 적층된 상태에서 복수의 실링부재(50)와 함께 일정한 두께를 형성한다.
상부테두리블록(41), 중간테두리블록(42) 및 하부테두리블록(43)은 상하방향으로 적층된 상태로서 상부테두리블록(41)의 아래쪽에 결합되며, 상형(10), 상부테두리블록(41), 중간테두리블록(42), 하부테두리블록(43) 및 하형(20)의 사이에는 각각 실링부재(50)가 구비된다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 실링부재(50)는 상형(10), 복수의 테두리블록(40) 및 하형(20)의 사이마다 각각 구비되어 캐비티 형성 전후 상형(10), 복수의 테두리블록(40) 및 하형(20)의 사이를 통한 공기의 이동을 차단하게 된다.
복수의 실링부재(50)는 탄성 변형하는 오링(oring) 등 신축가능한 재료로 구비되며, 격리공간(S)의 형성시 상형(10), 상부테두리블록(41), 중간테두리블록(42), 하부테두리블록(43) 및 하형(20)의 사이에서 각각 상하방향으로 탄성 변형하게 된다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 테두리블록(40)은 지지로드(R)에 의해 상형(10)의 하단부에 상하방향으로 일정간격 유격(裕隔) 가능하게 결합된다.
지지로드(R)는 하단의 걸림부(Ra)를 제외하고는 일정한 단면을 가진 바 형태로 형성되며, 그 상단부가 상형(10)의 하단부에 결합된다.
도시되지는 않았으나, 지지로드(R)는 그 상단부가 상형(10)과 나사결합되는 볼트로 이루어질 수 있다. 걸림부(Ra)는 하부테두리블록(43)을 관통홀(H) 내에서 중력방향으로 걸기 위한 구성으로서, 지지로드(R)가 볼트로서 구비되는 경우 볼트의 헤드는 걸림부(Ra)를 형성한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상부테두리블록(41), 중간테두리블록(42) 및 하부테두리블록(43)에는 지지로드(R)가 상하방향으로 삽입되는 관통홀(H)이 각각 형성되며, 지지로드(R)는 상부테두리블록(41), 중간테두리블록(42) 및 하부테두리블록(43)의 관통홀(H)에 삽입된 상태에서 상형(10)의 하단부에 나사결합된다.
하부테두리블록(43)의 관통홀(H)에는 걸림부(Ra)가 하부테두리블록(43)을 중력방향으로 지지하는 단턱이 형성된다. 즉, 걸림부(Ra)가 볼트로서 구비되는 경우 볼트는 하부테두리블록(43)부터 관통홀(H)에 삽입되어 상형(10)의 하단부에 나사결합되며, 도 5에 도시된 바와 같이, 볼트의 헤드가 하부테두리블록(43)의 관통홀(H) 상에 형성된 단턱에 걸림으로써 복수의 테두리블록(40)은 상형(10)의 아래쪽에 매달린 상태로 설치된다.
복수의 실링부재(50)는, 지지로드(R)에 의해 상형(10), 상부테두리블록(41), 중간테두리블록(42), 하부테두리블록(43) 및 하형(20)의 사이에서 탄성 압축된 상태로 설치된다. 지지로드(R)가 상형(10)에 나사결합되는 깊이를 조정하면 실링부재(50)가 탄성 압축된 정도를 조절할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상형(10)이 프레스(30)에 의해 하강하면, 상부캐비티블록(11)과 하부캐비티블록(21)이 캐비티를 형성하기 전에 하부테두리블록(43)의 하단에 결합된 실링부재(50)가 하형(20)의 상면에 접촉되면서 상형(10)과 하형(20) 사이에는 격리공간(S)이 형성된다.(도 8(c) 참조)
도 8(d)에 도시된 바와 같이, 복수의 실링부재(50)는 격리공간(S)이 형성된 이후에도 캐비티를 형성할 때까지 탄성적으로 더욱 압축될 수 있으며, 이에 따라 후술할 진공형성유닛(60)에 의한 캐비티의 형성 전후 격리공간(S) 내 진공이 가능하게 된다.
한편, 컴프레션 방식 몰딩장치로 몰딩되는 전자부품은 비슷한 형태를 가지더라도 그 용량 및 쓰임새에 따라 다양한 두께로 제작된다. 그러나 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 컴프레션 방식 몰딩장치(100)는 실링부재(150)의 탄성 압축량이 제한적일 수밖에 없으므로, 비슷한 형태의 전자부품이더라도 그 두께 차이가 실링부재(150)의 탄성 압축량을 넘기 쉬워 전자부품의 두께에 따라 복수의 몰딩장치(100)를 구비해야 하는 단점이 있었다.
도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치(1)는, 테두리블록(40)을 복수로 구비하여 상하방향으로 적층하고 상형(10), 복수의 테두리블록(40) 및 하형(20) 사이마다 탄성 변형하는 실링부재(50)를 구비함으로써, 하나의 몰딩장치(1)를 사용하여 다양한 두께의 전자부품(SC)의 몰딩을 수행할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치(1)는 특히 다품종 소량 생산되는 플렉서블 반도체패키지의 제조에 사용되면 상술한 이점에 의해 제조설비량 및 생산시간을 감소시킴으로써 다품종 소량 생산된 플렉서블 반도체패키지의 가격경쟁력을 향상시킬 수 있다.
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 진공형성유닛(60)은 격리공간(S)에 진공을 형성하기 위한 구성으로서, 진공펌프(61), 배출구(62), 배출관로 및 솔레노이드밸브(미도시)를 포함하여 구성된다.
배출구(62)는 테두리블록(40)을 관통하는 형태로 형성되어 배출관로를 통해 진공펌프(61)의 흡기구와 연결되며, 배출관로에는 솔레노이드밸브가 설치된다. 제어부(80)는 솔레노이드밸브의 작동을 제어하여 격리공간(S)의 진공형성시기를 정밀하게 제어하게 된다.
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 압력형성유닛(70)은 격리공간(S)에 고압기체를 공급하기 위한 구성으로서, 압축펌프(71), 주입구(72), 주입관로 및 솔레노이드밸브(미도시)를 포함하여 구성된다.
주입구(72)는 테두리블록(40)을 관통하는 형태로 형성되어 주입관로를 통해 압축펌프(71)의 배기구와 연결되며, 주입관로에는 솔레노이드밸브가 설치된다. 제어부(80)는 솔레노이드밸브의 작동을 제어하여 격리공간(S)의 압력형성시기를 정밀하게 제어하게 된다.
압축성형 몰딩 공정을 수행하기 전에 실리콘 계열 수지에는 신속한 경화 및 물성 향상을 위해 경화제가 첨가되게 된다. 이때 실리콘 계열 수지에 실리콘 경화제를 첨가한 후 실리콘과 경화제를 완전하게 섞기 위해서 회전하는 날개를 갖는 교반장치가 사용되고 있다.
그러나 교반장치의 날개에 의해 휘저어 섞이는 상태에서 액상상태의 실리콘 계열 수지 내부에 수많은 미세 기포(Void)가 형성되는데, 액상 실리콘 계열 수지 내부의 기포는 압축성형 방식의 몰딩이 진행되기 전까지 외부로 완전히 배출되기 어려우므로, 몰딩 후 경화된 실리콘 수지에 잔존하는 기포가 남게 되어 결과적으로 패키징된 전자부품의 미세 기포 정도가 정해진 스펙을 벗어나 품질불량 문제를 초래하게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 컴프레션 방식 몰딩장치(100)는 몰딩 과정에서 실리콘 수지 내부에 잔존하는 기포를 배출시키기 위해 밀폐블록(140)과 진공발생장치(미도시)가 설치된다.
밀폐블록(140)은 그 상단부가 상형(110)의 하면에 결합되며, 밀폐블록(140)의 저면에는 프레스(미도시)에 의한 상형(110)의 이동시 하형(120)과 사이에서 탄성 압축되는 실링부재(150)가 결합된다.
실링부재(150)는 상부캐비티블록(111)과 하부캐비티블록(121) 사이에 캐비티가 형성되기 직전부터 하형(120)의 상면에 밀착되며, 이에 따라 밀폐블록(140)과 실링부재(150)는 상부캐비티블록(111)과 하부캐비티블록(121) 사이에 캐비티가 형성되기 직전부터 상형(110)과 하형(120) 사이에 밀폐된 공간을 형성한다.
이후 진공발생장치는 밀폐된 공간의 공기를 배출시켜 진공을 형성하며, 압력강하에 의해 실리콘 수지 내부의 기포를 팽창시켜 외부로의 배출을 유도하게 된다. 기포를 배출시킨 후 상형(110)을 더 이동시키면 실링부재(150)의 탄성 압축량이 증가하면서 상부캐비티블록(111)과 하부캐비티블록(121) 사이에 캐비티가 형성되며, 프레스(130)에 의해 상부캐비티블록(111)과 하부캐비티블록(121) 사이에 압력을 형성하여 실리콘 수지를 가압하여 성형하게 된다.
그러나 진공발생장치에 의해 기포가 팽창되더라도 팽창된 기포의 전부가 배출되지는 못하므로, 종래의 컴프레션 방식 몰딩장치(100)는 경화된 실리콘 수지 내부에 남아있는 기포의 개수는 줄일 수 있으나 배출되지 못한 기포의 개별적인 크기는 오히려 키우게 되는 문제가 있었으며, 팽창된 기포가 외부로 잘 배출되지 못한 경우에는 패키징된 전자부품에서 기포가 차지하는 부피가 오히려 증가하게 되는 문제가 있었다.
도 4 내지 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치(1)는, 진공형성유닛(60)이 캐비티 형성 전 격리공간(S)에 진공을 형성하여 실리콘 수지(L)의 기포를 팽창 및 배출시키고 나서, 압력형성유닛(70)이 격리공간(S)의 압력을 상승시켜 실리콘 수지(L)로부터 미배출된 기포를 압축시킴으로써 상술한 바와 같은 문제를 해결하게 된다.
본 발명의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치(1)를 사용한 플랙서블 반도체패키지의 몰딩 진행시, 진공형성유닛(60)과 압력형성유닛(70)의 동작 및 이에 의해 실리콘 수지(L) 내의 기포가 제거 및 압축되는 자세한 과정은 아래의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치의 제어방법(S100)에서 설명하기로 한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치의 제어방법(S100)은 준비단계(S110), 성형단계(S120) 및 배출단계(S130)를 포함하여 이루어진다.
도 3(a)에 도시된 바와 같이, 준비단계(S110)에서 상형(10)은 프레스(30)에 의해 하형(20)으로부터 위쪽으로 이격된 상태로 구비된다.
도 7, 도 8(a) 및 도 8(b)를 참조하면, 준비단계(S110)에서는 하형(20)의 위쪽에 구비된 하부캐비티블록(21)의 상면에 전자부품(SC)이 안착된 후 전자부품(SC)의 상면에 액상 실리콘 수지(L)가 공급된다.
전자부품(SC)이 하부캐비티블록(21)의 상면에 안착되기 전에 히팅플레이트(22)는 80℃~100℃로 가열되며, 하부캐비티블록(21)에 전도의 형태로 열에너지를 전달하게 된다.
도시되지는 않았으나, 실리콘 수지(L)는 수지토출장치(미도시)에 의해 자동으로 공급된다. 반도체패키지 제조시 반도체 칩 위에 몰딩 재료를 일정량 토출하는 장치는 반도체패키지 제조분야에서 널리 공지된 기술로서 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 준비단계(S110)가 완료되면 성형단계(S120)가 실시된다. 성형단계(S120)는 실질적으로 실리콘 수지(L)를 성형하는 단계로서, 격리단계(S121), 진공형성단계(S122) 및 압력형성단계(S123)를 포함하여 이루어진다.
격리단계(S121)는 제어부(80)에 의한 서보모터(32A)의 자동제어에 의해 상형(10)을 아래쪽으로 이동시키는 단계로서, 도 8(c)에 도시된 바와 같이, 상부캐비티블록(11)과 하부캐비티블록(21) 사이에 캐비티(cavity)가 형성되기 전까지 프레스(30)로 상형(10)을 이동시키게 된다.(도 3(b) 참조)
도 6에 도시된 바와 같이, 격리단계(S121)에서 복수의 테두리블록(40) 및 복수의 실링부재(50)는 상형(10)과 하형(20) 사이에 외부와 격리된 격리공간(S)을 형성하게 된다. 격리단계(S121)에서 상형(10)의 이동속도 및 위치는 제어부(80)에 의한 서보모터(32A)의 정밀 컨트롤에 의해 정밀하게 제어된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 격리단계(S121)가 완료되면 진공형성단계(S122)가 실시된다. 진공형성단계(S122)는 진공형성유닛(60)을 작동하여 격리공간(S)의 공기를 빼내는 단계로서, 제어부(80)는 격리단계(S121) 이후 진공펌프(61) 및 솔레노이드밸브의 작동을 제어하여 배출구(62)를 통해 격리공간(S) 내부의 공기를 배출시키게 된다.
도 8(c)를 참조하면, 격리공간(S)에 진공이 형성되면 액상 실리콘 수지(L) 내부의 기포는 팽창되면서 액상 실리콘 수지(L)의 가장자리에 인접한 기포부터 격리공간(S) 내부로 배출되기 시작한다. 액상 실리콘 수지(L) 내의 기포는 히팅플레이트(22)에 의한 실지콘 수지로의 열에너지 공급에 의해 원활하게 팽창된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 진공형성단계(S122)가 완료되면 압력형성단계(S123)가 실시된다. 압력형성단계(S123)는 압력형성유닛(70)을 작동하여 격리공간(S)에 고압기체를 공급하는 단계로서, 진공형성단계(S122) 완료시 제어부(80)는 진공펌프(61) 및 이와 연결된 솔레노이드밸브를 제어하여 공기의 누출을 차단하고, 압력펌프 및 이와 연결된 솔레노이드밸브의 작동을 제어하여 격리공간(S) 내부의 공기 압력을 상승시키게 된다.
상술한 바와 같이, 종래의 컴프레션 방식 몰딩장치(100)는 진공발생장치에 의해 기포가 팽창되더라도 팽창된 기포의 전부가 배출되지는 못하므로, 경화된 실리콘 수지 내부에 남아있는 기포의 개수는 줄일 수 있으나 배출되지 못한 기포의 개별적인 크기는 오히려 키우게 되는 문제가 있었으며, 팽창된 기포가 외부로 잘 배출되지 못한 경우에는 패키징된 전자부품에서 기포가 차지하는 부피가 오히려 증가하게 되는 문제가 있었다.
본 발명의 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치의 제어방법(S100)은, 압력형성단계(S123)에서 격리공간(S)의 압력을 증가시켜 액상 실리콘 수지(L) 내에서 팽창되었지만 배출되지는 못한 기포를 압축시킴으로써, 전자부품(SC)에서 기포가 차지하는 부피를 획기적으로 감소시키고, 이에 따라 반도체패키지 내 기포에 의한 품질불량 문제를 해결하게 된다.
압력형성단계(S123)가 완료되면 프레싱단계(S124)가 실시된다. 도 8(d)를 참조하면, 프레싱단계(S124)는 프레스(30)로 상형(10)을 이동시켜 캐비티 내에서 실리콘 수지(L)를 고압으로 가압하는 단계로서, 프레싱단계(S124)가 진행되는 동안 캐비티 내부의 압력은 격리공간(S) 이상으로 유지됨에 따라 기포의 재팽창이 방지된다. 압력형성단계(S123)에서 상형(10)의 이동속도 및 위치는 제어부(80)에 의한 서보모터(32A)의 정밀 컨트롤에 의해 정밀하게 제어된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 배출단계(S130)는 상형(10)과 하형(20)을 이격시키고, 전자부품(SC)을 배출하는 단계로서, 배출된 전자부품(SC)은 냉각챔버에서 공랭된 후 포장된다.
본 발명에 의하면, 상형(10), 복수의 테두리블록(40) 및 하형(20)의 사이마다 복수의 실링부재(50)를 구비함으로써, 동일한 몰딩장치로 다양한 두께의 전자부품(SC)을 몰딩할 수 있도록 이루어지는 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치(1) 및 그 제어방법(S100)을 제공할 수 있게 된다.
또한, 격리공간(S)에 고압기체를 공급하는 압력형성유닛(70)을 포함하여 이루어짐에 따라, 실리콘 수지(L)의 경화 전에 진공형성장치에 의해 팽창된 기포의 체적을 감소시킬 수 있도록 이루어지는 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치(1) 및 그 제어방법(S100)을 제공할 수 있게 된다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1 : 몰딩장치
10 : 상형 20 : 하형
30 : 프레스 40 : 테두리블록
50 : 실링부재 60 : 진공형성유닛
70 : 압력형성유닛 80 : 제어부
11 : 상부캐비티블록 R : 지지로드
H : 관통홀 Ra : 걸림부
S : 격리공간 61 : 진공펌프
21 : 하부캐비티블록 62 : 배출구
22 : 히팅플레이트 71 : 압축펌프
31 : 프레임 72 : 주입구
32 : 이동수단 41 : 상부테두리블록
42 : 중간테두리블록 43 : 하부테두리블록
S100 : 제어방법 S121 : 격리단계
S110 : 준비단계 S122 : 진공형성단계
S120 : 성형단계 S123 : 압력형성단계
S130 : 배출단계 S124 : 프레싱단계

Claims (8)

  1. 전자부품을 실리콘 수지로 몰딩하는 컴프레션 방식 몰딩장치로서,
    상부캐비티블록이 아래쪽에 구비된 상형;
    상기 상부캐비티블록과의 사이에 캐비티(cavity)를 형성하는 하부캐비티블록이 위쪽에 구비된 하형;
    상기 상형과 상기 하형 중 어느 하나를 상하방향으로 이동시키는 프레스;
    상기 상형과 상기 하형 사이에 상하방향으로 적층되고, 상기 캐비티 형성 전후 상기 상형과 상기 하형 사이에 외부와 격리된 격리공간을 형성하는 복수의 테두리블록;
    상기 상형, 상기 복수의 테두리블록 및 상기 하형의 사이마다 각각 구비되는 복수의 실링부재;
    상기 격리공간에 진공이 형성되도록, 상기 격리공간의 공기를 빼내는 진공형성유닛; 및
    상기 격리공간의 압력이 상승하도록, 상기 격리공간에 고압기체를 공급하는 압력형성유닛을 포함하고,
    상기 진공형성유닛은 상기 캐비티 형성 전 상기 격리공간에 진공을 형성하여 상기 실리콘 수지의 기포를 팽창 및 배출시키고,
    상기 압력형성유닛은 기포 배출 후 상기 격리공간의 압력을 상승시켜 상기 실리콘 수지로부터 미배출된 기포를 압축시키는 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 격리공간에 상기 진공형성유닛에 의한 진공이 형성된 상태에서 상기 실링부재의 상하방향 다단 탄성 변형량에 비례하여 상기 상부캐비티블록과 상기 하부캐비티블록의 상하방향 간격이 조정되는 것을 특징으로 하는 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부캐비티블록과 상기 하부캐비티블록의 상하방향 간격이 조정되도록, 상기 프레스의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진공형성유닛은,
    진공펌프;
    상기 테두리블록에 형성되는 배출구; 및
    상기 진공펌프와 상기 배출구 사이의 배출관로에 설치되는 솔레노이드밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압력형성유닛은,
    압축펌프;
    상기 테두리블록에 형성되는 주입구; 및
    상기 압축펌프와 상기 주입구 사이의 주입관로에 설치되는 솔레노이드밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상형의 하단부에는 지지로드의 상단부가 결합되고,
    상기 복수의 테두리블록은, 상기 지지로드가 상하방향으로 삽입되는 관통홀이 각각 형성된 상부테두리블록 및 하부테두리블록을 포함하며,
    상기 지지로드의 하단부에는 상기 하부테두리블록이 상기 관통홀 내에서 중력방향으로 걸리는 걸림부가 형성되고,
    상기 복수의 실링부재는, 상기 지지로드에 의해 상기 상형, 상기 상부테두리블록, 상기 하부테두리블록 및 상기 하형의 사이에서 탄성 압축된 상태로 구비되는 것을 특징으로 하는 실리콘 수지용 컴프레션 방식 몰딩장치.
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