KR19980065221A - Bga 반도체패키지용 몰드금형 구조 및 패키지 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 BGA 반도체패키지용 몰드금형 구조 및 패키지 성형방법에 관한 것으로서, 1개의 스트립 상에 두께(t) 편차가 각기 다른 BGA 반도체패키지의 PCB(50)를 몰드금형(MD)에서 패키지 성형시키는 것에 있어서,

상기 몰드금형(MD)에 공급된 PCB(50)의 패키지성형영역(CA)을 균일하고 적정한 클램프력이 가해질수 있도록 PCB(50)의 두께(t) 편차에 대응하여 설치된 클램프부재(20)(20A)를 탄성부재(S)에 의해 탄성력을 받도록 하여 양품의 패키지 성형시킬 수 있게 한 것으로 플래쉬 불량방지와 보이드 및 블리스터 불량방지와 와이어 스위핑 불량을 방지하여 양품의 패키지 성형이 완료된 BGA반도체패키지를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Description

BGA 반도체패키지용 몰드금형 구조 및 패키지 성형방법

본 발명은 BGA 반도체패키지용 몰드금형 구조 및 패키지 성형방법에 관한 것으로서, 특히 BGA(Ball Gride Array) 반도체패키지의 원자재인 두께가 상이한 PCB를 패키지 성형시킬 때 몰드금형의 탑 또는 바텀캐비티인서트에 탄성력을 받는 클램프부재에 의해 PCB의 패키지성형 영역을 균일하게 클램프시켜 패키지의 성형을 용이하게 한 BGA 반도체패키지용 몰드금형 구조 및 패키지 성형방법에 관한 것이다.

일반적으로 BGA 반도체패키지는 파인피치 표면실장 기술(FPT)과 핀그리드어레이(Pin Grid Array)의 고집적화 한계에 대한 기능과 품질을 보완하기 위해 개발되었고, 이 BGA 반도체 기술을 고집적화된 리드(Lead)의 손상방지와 부피의 크기를 최소화하며, 전기적 기능특성과 열적특성을 보유하고, 패키지의 수율과 기판조립 수율과 그외 멀티칩 모듈의 확장과 신속한 디자인에서 생산까지의 사이클을 최소화 할 수 있는 장점을 가지고 있다.

이러한 BGA 반도체패키지는 보다 많은 수의 고집적화된 회로를 갖기 위해 PCB에 반도체칩이 부착되는 탑재판과 전기적 신호를 연결시키는 회로패턴과 랜드에 솔더볼이 구비되고, 반도체칩의 회로와 회로패턴과의 사이에는 와이어를 연결시키도록 하였다.

상기한 PCB는 내부에 플레인층(Plane Layer)이 구비되고, 플레인 층의 외부에는 에폭시층과 이 외부에 시그널(Signal)층이 구비되며, 시그널층 외부에는 솔더마스크(Solder Mask)층이 반복적으로 구비되어 얇은 박판상으로 PCB 원자재가 구성된다.

이러한 PCB는 원자재를 가공할 때 각 층을 적층시키는 가공기술에서 솔더플레이트 층과 시그널층과 솔더마스크층의 도포공정에서 평평도의 유지가 매우 어려워 PCB의 두께 편차가 심하였고, 이에 PCB의 전체 평평도가 고르지 못한 원자재를 BGA 반도체패키지의 각 제조공정에 투입된다.

이렇게 두께 편차와 평평도가 고르지 못한 PCB는 다이 어태치(Die Attach)공정에서 반도체칩을 부착시킨 후 와이어본딩(Wire Bonding) 공정에서 반도체칩과 회로패턴 사이에 와이어 본딩을 거친 다음 반도체칩 및 와이어의 외부 노출을 방지하고 내부의 회로적 구성부품과 기능적 특성을 보호하기 위해 성형공정에서 소정형태의 패키지 성형을 시행한다.

상기한 성형공정에서는 패키지를 성형시킬 수 있도록 캐비티를 가진 바텀캐비티인서트를 몰드금형의 바텀몰드상에 구비하여 이에 PCB를 공급안치시킨 후 바텀몰드(BM)를 상승시켜 PCB를 클램핑한 다음 컴파운드재의 충진공급에 의하여 패키지의 성형을 완료하고, 패키지 성형이 완료된 자재는 솔더볼 안착공정에서 PCB에 형성된 랜드에 각각 솔더볼을 융착설치하여 완성된 BGA 반도체패키지를 구할 수 있게 한 것이다.

이와 같은 BGA 반도체패키지의 PCB(50)는 도 1에서 보는 바와 같이 PCB(50)의 원자재 가공시 다수의 솔더플레이팅 층과 회로 패턴 가공시 1개의 스트립상에 회로패턴(51)과 반도체 칩이 부착되는 부위에 패키지성형영역(PA)을 갖도록하고, 이러한 PCB(50)는 평평도의 불균형으로 두께(t)가 균일하지 못한 상태로 되어 있다.

도 2는 상기한 PCB(50)를 완성시키기 위한 공정도로서 PCB(50)에 반도체칩을 부착시키는 다이본딩공정(DBP)과, PCB(50)의 각 패턴(51)과 반도체칩 사이에 와이어를 연결시키는 와이어본딩공정(WBP)과, BGA 반도체패키지의 회로를 외적인 힘에 의해 보호하고 기계적 성능을 좋게 하기 위해 컴파운드재로 패키지성형시키는 몰드공정(MDP)공정과 패키지성형 완료된 자재의 내부회로가 외부로 출력될 수 있도록 하기 위한 솔더볼을 융착고정시키는 범핑공정(BPP)을 거쳐 검사와 싱귤레이션의 작업을 거친 다음 완성된 BGA 반도체패키지를 구할 수 있게 한 것이다.

이러한 과정을 거쳐 PCB(50)에 패키지 성형이 완료되는 몰드금형(MD)은 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이 상부에 탑몰드(TM)와 하부에 바텀몰드(BM)로 구성되고, 탑몰드(TM)에는 중앙에 탑센서블록(TC)과 이 양측에 탑 캐비티인서트(TCI)를 구비하며, 탑몰드(TM) 하부의 바텀몰드(BM)에는 중앙 바텀센서블록(BC)의 양측에 패키지(P)가 성형될수 있는 캐비티(CV)가 다수개 형성된 바텀캐비티인서트(BCI)는 구비한다.

상기한 탑몰드(TM)의 탑캐비트인서트(TCI)는 하부에 일체형의 베이스(100)와 이 상부에 높이 조절구(110)를 적층 구비하고, 상기 베이스(100)와 높이 조절구(110)는 탑몰드(TM)에 볼트(B)로 고정된다.

이러한 몰드금형(MD)은 도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이 바텀캐비티인서트(BCI)에 PCB(50)를 안치시킨 후 바텀몰드(BM)를 탑몰드(TM)측으로 상승시키면 탑캐비티인서트(TCI)의 베이스(100)와 바텀캐비티인서트(BCI)가 PCB(50)를 적정하게 클램프시킨 상태에서 컴파운드재의 공급에 의해 바텀캐비티인서트(BCI)의 캐비티(CV)에서 소정형태의 패키지 성형이 완료된다.

그러나, 패키지 성형되는 1개의 스트립상의 PCB(50) 두께(t)가 각기 상이함으로 패키지 성형되는 부위가 클램프되는 일체형의 탑캐비티인서트(TCI)와 바텀캐비티인서트(BCI)가 가압력은 균일하게 발생되나, 이에 접촉되어 클램프 되는 PCB(50)는 두께(t)편차가 심하여 클램프력이 매우 불균일하게 작용됨에 따라 도 9에서와 같이 패키지(P)의 성형 불량이 발생된다.

즉, PCB(50)의 두께(t)가 부위별로 불균일한데 비해 일체형의 평면을 갖는 탑캐비티인서트(TCI)와 바텀캐비티인서트(BCI)의 클램프력이 PCB(50)의 패키지성형 영역(PA)을 균일하게 가압밀착시키지 못하므로서, 패키지 성형시 공급되는 컴파운드재의 충진공급 압력에 의해 패키지 성형영역(PA) 외부로 컴파운드재가 누출되어 플래쉬(F)를 발생시키고, 클램프력이 큰 부위에서는 PCB(50)에 형성된 에어벤트(AV)를 차단시킴에 따라 보이드 및 브리스터 불량과 PCB(50)의 패턴(51) 변형에 의한 와이어 스위핑(Wire Sweeping)불량을 방생시키는 문제점이 있었다.

따라서, 이를 보완하고자 도 7 및 도 8에서 보는 바와 같이 몰드금형(MD)의 탑몰드(TM)에 구비된 탑캐비티인서트(TCI)의 베이스 상부에 구비된 높이조절구(110)을 스프링(S)의 탄성력을 받도록 구비하였으나 PCB(50)를 클램프시키는 것은 탑캐비티인서트(TCI)의 베이스(100)에서 이루어짐에 따라 PCB(50)의 두께(t) 편차에 대응하여 균일한 클램프력을 유지시키지 못함으로서, 패키지 성형시 플래쉬와 보이드 및 블리스터등의 불량을 발생과 클램프력이 큰 부위에서는 무리한 가압 클램프력에 의해 패턴(51)의 위치가 변형되어 와이어 스위핑 불량을 발생시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, BGA 반도체패키지의 PCB를 패키지 성형시키는 몰드금형의 탑캐비티인서트에 PCB의 두께 편차에 대응하여 클램프 가압시키는 클램프 부재가 탄성력을 받을 수 있도록 구비함에 따라 PCB의 패키지성형 영역을 균일하게 클램프 시키므로서 패키지 성형불량을 방지할 수 있게 한 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 수단을 몰드금형의 탑몰드에 구비된 탑센터블록의 양측 길이 방향에 다수의 캐비티가 형성된 탑캐비티인서트을 구비하고, 상기 몰드금형의 탑몰드에 구비된 탑센서블록의 양측 길이 방향에 낱개로 분할된 클램프부재가 탄성력을 받도록 가이드에 설치된 것이다.

상기의 다른 실시예 목적에 있어서는 몰드금형의 바텀몰드에 다수의 캐비티가 구비된 바텀캐비티인서트로 바텀캐비티인서트의 클램프부재가 가이드에서 탄성력을 받도록 구비하여 된 것이다.

도 1은 일반적으로 BGA 반도체패키지의 PCB 사시도.

도 2는 일반적으로 BGA 반도체패키지의 PCB를 제조하는 공정도.

도 3은 종래의 PCB를 패키지 성형시키는 몰드금형에 캐비티 인서트가 적용된 단면구조도.

도 4는 종래의 도 3의 A-A선 종단면도.

도 5는 종래의 작용상태도.

도 6은 도 5의 B부 확대도.

도 7은 종래의 몰드금형에 적용된 캐비티 인서트의 다른 실시예 단면구성도.

도 8은 종래의 다른 실시예의 횡 단면도.

도 9은 종래의 몰드금형에서 패키지 성형이 완료된 PCB의 사시도.

도 10는 본 발명의 몰드금형에 적용된 캐비티 인서트의 분해사시도.

도 11은 본 발명의 캐비티 인서트가 설치된 상태의 단면도.

도 12은 본 발명의 도 11의 C-C선 단면도.

도 13은 본 발명의 작용상태도.

도 14는 본 발명의 도 13 D부의 확대도.

도 15는 본 발명의 다른 실시예의 단면도.

도 16는 도 15의 E-E선을 단면시킨 상태의 작용도.

도 17은 본 발명의 F부 확대도.

도 18은 본 발명의 몰드금형에서 패키지 성형이 완료된 PCB의 사시도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

MD ; 몰드금형TCI ; 탑캐비티인서트

BCI ; 바텀캐비티인서트10, 10A ; 가이드

11 ; 구멍20, 20A ; 클램프부재

21 ; 고정공30, 30A ; 백업플레이트

31 ; 체결공CV ; 캐비티

S ; 탄성부재40 ; 볼트

이하 본 발명의 구성을 설명하면 다음과 같다.

두께(t) 편차가 각기 다른 BGA 반도체패키지의 PCB(50)를 패키지 성형시키는 몰드금형(MD)에 있어서,

상기 몰드금형(MD)의 탑몰드(TM)에 구비된 탑센서블록(TC)의 하부양측 길이 방향에 설치된 탑캐비티인서트(TCI)와 ;

상기 탑캐비티인서트(TCI)의 길이 방향에 낱개로 분할되어 탄성부재(S)에 의해 탄성력을 받도록 설치된 클램프부재(20)와 ;

를 포함하는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 설명을 참고도에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 10 및 도 11 및 도 12에서 보는 바와 같이 몰드금형(MD)의 탑몰드(TM) 중앙에 탑센서블록(TC)과 양측에 길이 방향으로 탑캐비티인서트(TCI) 을 설치하고, 이와 대응하는 바텀몰드(BM)에는 중앙에 바텀센서블록(BC)과 이 양측에 다수의 캐비티(CV)가 형성된 바텀캐비티인서트(BCI)를 설치한다.

상기한 탑캐비티인서트(TCI)에는 두께(t)가 다른 PCB(50)의 패키지 성형부위를 균일하게 클램프시킬 수 있도록 낱개로 분할된 클램프부재(20)를 구비하여 가이드(10)에 형성한 다수의 구멍(11) 내부에 삽입시키고, 클램프부재(20)의 상부에는 클램프부재(20)와 대응하는 다수의 백업플레이트(30)를 구비하며, 각 백업플레이트(30)와 클램프부재(20)에는 볼트(40)를 체결시키고, 상기 클램프부재(20)와 백업플레이트(30) 사이의 볼트(40)에는 탄성부재(S)를 설치하여 상기 클램프부재(20)가 하측으로 탄성력을 받도록 구비한다.

볼트(40)는 백업플레이트(30)의 중앙에 형성한 체결공(31)과 클램프부재(20)의 상부면에 형성한 고정공(21)에 체결시킨다.

상기한 클램프부재(20)를 탄성 가압시키는 탄성부재(S)는 유압 및 공압장치등 이에 상응하는 부품과 스프링등의 기구 장치로 설치할 수도 있다.

이러한 몰드금형(MD)은 PCB(50)를 패키지 성형시키기 위해 바텀몰드(BM)의 바텀캐비티인서트(BCI)에 안치시키면 바텀몰드(TM)가 상승하여 탑캐비티인서트(TCI)의 각 클램프부재(20)가 바텀캐비터인서트(BCI)의 캐비티(CV)부분인 패키지성형영역(PA)인 PCB(50)의 상부면을 클램프시킨다.

이때 PCB(50)의 패키지성형영역(PA)을 클램프시키는 바텀캐비티인서트(BCI)의 클램프부재(20)는 백업플레이트(30)와 탄성부재(S)로 설치됨에 따라 두께(t)가 각기 상기한 PCB(50)를 도 13 및 도 14와 같이 분할된 상태로 클램프시킨 상태에 패키지를 성형시킨다.

이와 같은 몰드금형(MD)의 다른 실시예에 있어서는 도 15 및 도 16에서 보는 바와 같이 PCB(50)의 패키지성형영역(CA)을 클램프시키는 바텀몰드(BM)의 상부에 구비된 바텀캐비티인서트(BCI)의 가이드(10A)에 다수의 구멍(11)과 이 구멍(11)에 각기 낱개가 분할된 클램프부재(20A)를 상하 측으로 슬라이드 가능하게 설치하고, 클램프부재(20A)의 상부에는 캐비티(CV)를 형성하며, 클램프부재(20A)의 하부에는 백업플레이트(30A)를 구비하여 볼트(40)로 고정시키고, 클램프부재(20A)와 백업플레이트(30A) 사이의 볼트(40)를 백업플레이트(30A)의 중앙에 형성한 체결공(31)과클램프부재(20A)의 하부 중앙에 형성한 고정공(21)에 체결시키며, 상기 볼트(40)의 외부에는 탄성부재(S)를 설치하여 클램프부재(20A)가 상측으로 탄성력을 받도록 구비한 것이다.

이러한 바텀몰드(BM)의 클램프부재(20A)는 패키지 성형을 위해 탑캐비티인서트(TCI) 상부에 안치된 PCB(50)가 탑몰드(TM)의 하강에 의해 클램프 될 때 탄성부재(S)에 의해 탄력 작동하는 클램프부재(20A)가 도 16 및 도 17과 같이 PCB(50)의 패키지성형영역(PA) 하부면을 각기 분할된 상태로 클램프시키도록 한다.

따라서, PCB(50)의 부위별로 각기 다른 두께(t)에 대응하도록 탑 및 바텀캐비티인서트(TCI)(BCI)의 클램프부재(20)(20A)가 적정하고 균일하게 클램프시킴으로서 패키지성형시 컴파운드재의 충진 공급압력에 의한 플래쉬 발생방지와 브리스터 및 와이어 스위핑등의 불량을 방지할 수 있게 한 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 BGA 반도체패키지의 PCB를 패키지 성형시키는 몰드금형의 탑캐비티인서트에 PCB의 두께 편차에 대응하도록 클램프 가압시키는 클램프 부재를 구비하여 PCB의 패키지 성형부를 균일하게 클램프 시키므로서 플래쉬 불량방지와 보이드 및 블라스터 불량방지와 와이어 스위핑 불량을 방지하여 양품의 패키지 성형이 완료된 BGA 반도체패키지를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

1개의 스트립 상에 두께(t) 편차가 각기 다른 BGA 반도체패키지의 PCB(50)를 몰드금형(MD)에서 패키지 성형시키는 것에 있어서,

상기 몰드금형(MD)에 공급된 PCB(50)의 패키지성형영역(CA)을 균일하고 적정한 클램프력이 가해질 수 있도록 PCB(50)의 두께(t) 편차에 대응하여 설치된 클램프부재(20)(20A)를 탄성부재(S)에 의해 탄성력을 받도록 하여 양품의 패키지 성형시킬 수 있게 한 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형의 패키지 성형방법.

제1항에 있어서, 상기 PCB(50)의 패키지성형영역(PA)에 균일한 클램프를 유지시키는 클램프부재(20)는 탑몰드(TM)의 탑캐비티인서트(TCI)에서 각기 분할되는 클램프력을 발생시킬 수 있게 한 것을 특징으로 하는 반도체패키지용 몰드금형의 패키지 성형방법.

제1항에 있어서, 상기 PCB(50)의 패키지성형영역(PA)에 균일한 클램프를 유지시키는 클램프부재(20)는 바텀몰드(BM)의 바텀캐비티인서트(BCI)에서 각기 분할된 클램프력을 발생시킬 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형의 패키지 성형방법,

제2항에 있어서, 상기 클램프부재(20)는 탑캐비티인서트(TCI)에서 하측으로 발생한 탄성력으로 PCB(50)를 클램프시킬 수 있게 한 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형의 패키지 성형방법.

제3항에 있어서, 상기 클램프부재(20)는 바텀캐비티인서트(BCI)에서 상측으로 발생하는 탄성력으로 PCB(50)를 클램프시킬 수 있게 한 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형의 패키지 성형방법.

제4항에 있어서, 상기 클램프부재(20)는 PCB(50)의 상부면에 구비된 패키지성형영역(PA)을 클램프시킬 수 있게 한 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형의 패키지 성형방법.

제5항에 있어서, 상기 클램프부재(20)는 PCB(50)의 하부면 패키지성형영역(PA) 하부면을 클램프시킬 수 있게 한 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형의 패키지 성형방법.

두께(t) 편차가 각기 다른 BGA 반도체패키지의 PCB(50)를 패키지 성형시키고 몰드금형(MD)에 있어서,

상기 몰드금형(MD)의 탑몰드(TM)에 구비된 탑센서블록(TC)의 하부양측 길이 방향에 설치된 탑캐비티인서트(TCI)와 ;

상기 탑캐비티인서트(TCI)의 길이 방향에 낱개로 분할되어 탄성부재(S)에 의해 탄성력을 받도록 설치된 클램프부재(20)와 ;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형의 구조.

제8항에 있어서, 상기 탑캐비티인서트(TCI)는 탑몰드(TM) 하부에 가이드(10)와 이에 형성된 다수의 구멍(11)에 각각 상·하슬라이드 되는 클램프부재(20)를 구비하고, 상기 클램프부재(20)의 상부에는 백업플레이트(30)를 구비하여 볼트(40)로 클램프부재(20)를 고정시키며, 클램프부재(20)와 백업플레이트(30) 사이의 볼트(40) 외부에는 탄성부재(S)를 설치한 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형 구조.

제9항에 있어서, 상기 볼트(40)는 백업플레이트(30)의 중앙에 형성한 체결공(31)과 클램프부재(20)의 상부면에 형성한 고정공(21)에 체결된 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형 구조.

제8항에 있어서, 상기 몰드금형(MD)의 바텀몰드(BM) 상부에는 바텀센서블록(BC)의 양측 길이 방향에 다수의 캐비티(CV)가 형성된 바텀캐비티인서트(BCI)와 ;

상기 바텀캐비티인서트(BCI)의 양측 길이 방향에 낱개로 분할되어 탄성부재(S)에 의해 탄성력을 받도록 설치된 클램프부재(20A)와 ;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형의 구조.

제11항에 있어서, 상기 바텀캐비티인서트(BCI)는 바텀몰드(BM)의 하부에 가이드(10A)와 이에 형성된 다수의 구멍(11)에 각각 슬라이드 되는 클램프부재(20A)를 구비하고, 상기 클램프부재(20A)의 상부에는 백업플레이트(30A)를 구비하여 볼트(40)로 클램프부재(20A)를 고정시키며, 클램프부재(20A)와 백업플레이트(30A) 사이의 볼트(40) 외부에는 탄성부재(S)를 설치한 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형 구조.

제11항에 있어서, 상기 클램프부재(20A)는 바텀캐비티인서트(BCI)의 가이드(10A) 구멍(11)에서 상하 슬라이드 이동될 수 있게 한 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형 구조.

제11항에 있어서, 상기 볼트(40)는 백업플레이트(30A)의 중앙에 형성한 체결공(31)과 클램프부재(20A)의 하부에 형성한 고정공(21)에 체결된 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형 구조.

제8항 또는 제11항중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성부재(S)는 스프링으로 구성한 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형 구조.

제8항 또는 제11항중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성부재(S)는 유압 및 공압으로 구비한 것을 특징으로 하는 BGA 반도체패키지용 몰드금형 구조.