KR19990009783A - 차별화된 게이트 폭을 갖는 성형 금형 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차별화된 게이트 폭을 갖는 성형 금형 장치에 관한 것으로서, 반도체 성형 금형의 안착면과 연결된 런너와 복수개의 캐비티 사이에 연결된 게이트의 폭을 안착면에서 멀어질수록 넓게 만들어 복수개의 캐비티에 충전되는 성형 수지의 유속과 충전 완료시간을 균일하게 함으로써 각 성형품의 금선 변형량 및 보이드 결함의 차이를 방지할 수 있게 되고, 높은 압력으로 주입되는 성형 수지에 의해 손상을 입을 수 있는 메모리 반도체 칩의 패시베이션층 윗면에 위치하는 폴리이미드층을 보호하여 패키지 불량을 방지하고 생산성 향상을 가져 오는 이점을 제공한다.

Description

차별화된 게이트 폭을 갖는 성형 금형 장치 (Mold apparatus having discriminated gate wides)

본 발명은 차별화된 게이트 폭을 갖는 성형 금형 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 성형 금형의 포트에서 가압된 액상의 성형 수지가 복수개의 캐비티(Cavity)에 충전될 때 각 캐비티 내에 성형 수지의 유속과 충전 완료시간이 균일할 수 있도록 게이트(Gate) 폭을 조절한 성형 금형 장치에 관한 것이다.

최근 전자 기기의 고기능화, 다기능화 및 소형화의 추세에 따라 반도체 소자는 고집적화, 메모리 용량의 증가, 소비 전력과 신호 처리 속도의 증가 및 고밀도 실장화가 진행 중이다. 특히, 반도체 소자의 고집적화에 따른 입출력 단자가 많아지게 되었고 전자 기기의 소형화에 따라 실장 밀도가 향상된 반도체 칩 패키지가 필수적인 요건으로 되었다. 그러므로 칩을 외부와 전기적으로 연결시켜 주기 위한 리드와 같은 수단들의 구조가 매우 복잡하게 되어, 반도체 칩을 외부환경(열, 습기, 충격)으로부터 보호해주기 위한 반도체 칩의 성형방법이 매우 중요하게 되었고 그 기술도 여러 가지로 개발되고 있다.

현재, 여러 성형 방법 중 가장 많이 쓰이고 있는 방법은 경제성과 양산성이 뛰어나고 내흡습성이 우수한 에폭시 성형수지를 사용하는 트랜스퍼 몰딩(Transfer Molding)방법이다.

도 1은 종래 기술에 따른 1 포트형 성형 금형 장치를 일부 절개하여 나타낸 사시도이며, 도 2는 도 1의 A부분을 확대하여 나타낸 사시도이다.

도 1과 도 2를 참조하여 종래 기술에 따른 성형 금형 장치를 설명하면, 성형 금형 장치는 크게 압축 수단(40)과 그 하부에 설치된 상부 및 하부 금형(50, 60)으로 한 쌍을 이루는 성형 금형(70)을 포함하는 구조를 갖는다.

압축 수단(40)은 도면에는 나타나 있지 않으나 상하 운동이 가능한 이송 수단과 기계적으로 체결된 지지판(20)과, 내부에 기계 오일(35)이 충전되어 있고 상부 및 하부에 한 쌍을 이루는 유압 공급관(12) 및 배출관(14)을 가지며 지지판(20)의 상부면과 일체로 형성된 실린더(10)와, 실린더(10)의 내부에 상부 부분이 들어가 있고 실린더(10)의 외부로 하부 부분이 노출된 압착 봉(30)을 포함하는 구조이다.

하부 금형(60)은 성형 수지를 일정한 크기의 고상(高相)으로 형성한 타블릿(37 ; Tablet)이 안착되는 안착면(62)과, 그 안착면(62)으로부터 각기 일체로 형성되어 사방으로 형성된 런너(64)와, 런너(64)의 말단과 연결된 복수개의 게이트(66) 및 각 게이트(66)와 연결되어 있으며 전기적 연결 공정이 완료된 리드 프레임(도시 안됨)이 성형되어 패키지 몸체가 형성되는 공간인 복수개의 캐비티(68)를 포함하는 구조이다. 여기서, 런너(64), 게이트(66) 및 캐비티(68)는 모두 용융된 성형 수지가 충전되는 부분들로 요부에 해당된다.

그리고, 상부 금형(50)은 도면에 나타나 있지 않으나 상하 운동이 가능한 이송 수단과 상부면 또는 다른 부분이 기계적으로 연결되어 있으며, 중심 부분에 타블릿(37)이 내장되는 포트(52)를 포함하고, 하부 금형의 게이트(66)를 제외한 모든 부분이 하부 금형(60)과 대칭적 구조를 갖는다.

여기서, 하부 금형(60)의 런너(64)에 대하여 좀 더 상세히 설명하면, 런너(64)는 타블릿(35)이 안착되는 안착면(62) 및 각 캐비티(68)와 연결되어 있다. 그리고, 종래 기술에 따른 성형 금형의 게이트(66)는 런너에 대하여 수직 방향으로 있으며 그 넓이는 모두 균일하게 되어 있다.

이러한 종래 기술에 의한 1 포트형 성형 금형 장치에서는 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.

가압된 성형 수지가 복수개 캐비티에 충전될 때의 유속 및 충전 완료시간이 각 캐비티에서 차이가 생겨 각 성형품의 금선 변형량, 보이드(Void) 결함에 차이가 발생하게 된다. 특히 최종 캐비티에 유속이 증가하여 금선변형이 커지게 된다. 금선의 변형량은 캐비티내 성형 수지 점도와 유속의 곱에 비례한다. 그러므로 일정한 점도를 갖는 성형 수지를 압축하여 캐비티내로 성형 수지를 충전할 때 금선의 변형량은 캐비티내로 주입되는 유속에 관계된다. 종래의 성형 금형 장치에서는 캐비티와 연결되는 게이트의 폭이 모두 일정하기 때문에 안착면과 가까이 있는 캐비티와 안착면으로부터 멀리 떨어져 있는 캐비티로 들어오는 성형 수지의 유속은 서로 달라지게 될 것이다. 이러한 캐비티내로 들어오는 성형 수지의 유속 차이 때문에 복수개의 캐비티에 성형된 패키지의 제품들은 균일한 품질을 갖지 못하게 된다.

또한, 메모리 반도체 칩의 경우 패시베이션(Passivation)층 윗면에 폴리이미드(Polyimide)층을 도포하는데, 이 폴리이미드층은 반도체 칩의 활성면에 가해지는 외부 충격에 대한 완충 역할을 함과 동시에, 에폭시 성형 수지(EMC ; Epoxy Molding Compound)내에 존재하는 충진제(Filler)에서 발생되는 α-ray로부터 반도체 칩을 보호하는 역할을 한다. 그런데, 폴리이미드층의 두께가 투광성 등의 이유로 너무 얇을 경우에는 조립 공정, 특히 몰딩 공정에서 높은 압력으로 주입되는 성형 수지에 의해 손상을 입을 수 있게 된다. 즉 성형수지내의 충진제인 실리카 입자들이 높은 압축응력을 받아 폴리이미드층에 손상을 주게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 가압된 성형 수지가 각 캐비티에 충전될 때 유속, 충전 완료시간의 각각 차이에 의해 생기는 각 성형품의 금선 변형량 및 보이드 결함의 차이를 방지하고, 높은 압력으로 주입되는 성형 수지에 의해 손상이 발생될 수 있는 메모리 반도체 칩의 폴리이미드층을 보호하여 패키지 불량을 방지하고 생산성 향상을 가져오는 차별화된 게이트 폭을 갖는 성형 금형 장치을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 1 포트형 성형 금형 장치를 일부 절개하여 나타낸 사시도,

도 2는 도 1의 A부분을 확대하여 나타낸 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 1 포트형 성형 금형 장치를 일부 절개하여 나타낸 사시도,

도 4는 도 3의 B부분을 확대하여 나타낸 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 1 포트형 성형 금형 장치에 의해 액상의 성형 수지가 캐비티에 충전되는 것을 나타낸 사시도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10, 110 : 실린더 20, 120 : 지지판

30, 130 : 압착봉 35, 135 : 기계 오일

37, 137 : 타블릿 40, 140 : 압축 수단

50, 150 : 상부 금형 52, 152 : 포트

60, 160 : 하부 금형 62, 162 : 안착면

64, 164 : 런너 66, 166 : 게이트

68, 168 : 캐비티

상기 목적을 달성하기 위하여, 반도체 성형 금형의 런너 및 캐비티와 연결된 게이트 폭의 넓이를 안착면에서부터 멀어질수록 넓게 하여 액상의 성형 수지가 캐비티에 충전될 때 거의 동일한 유속과 충전 완료시간을 가질 수 있는 차별화된 게이트 폭을 갖는 성형 금형 장치을 제공한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 3은 본 발명에 따른 1 포트형 성형 금형 장치를 일부 절개하여 나타낸 사시도이며, 도 4는 도 3의 B부분을 확대하여 나타낸 사시도이다.

도 3과 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 차별화된 게이트 폭을 갖는 성형 금형 장치는 타블릿(137)을 압착하기 위한 압착 봉(130)을 갖는 압축 수단(140)과, 중심 부분에 타블릿(135)이 내장되는 포트(152)를 포함하고 포트(152)와 연결되는 런너(164), 런너(164)를 중심으로 양측에 형성된 복수개의 캐비티(168)를 갖는 상부 금형(150)과, 타블릿(137)이 상부 금형(150)의 포트(152)를 통해서 공급되어 안착되는 안착면(162)을 갖고, 런너(164) 및 캐비티(168)와 연결되는 게이트(166)를 제외한 모든 부분이 상부 금형(150)과 대칭적 구조를 갖는 하부 금형(160)으로 되어 있다.

여기서, 하부 금형(160)의 게이트(166)를 살펴보면 게이트 폭은 타블릿(137)이 안착되는 안착면(152)으로부터 멀어 질수록 넓어지는 것을 알 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 1 포트형 성형 금형 장치에 의해 액상의 성형 수지가 캐비티에 충전되는 것을 나타낸 사시도이다.

도 5를 참조하여 성형 공정 및 반도체 성형 장치의 작동 관계를 설명하면, 먼저 칩과 전기적으로 연결된 복수개의 리드 프레임(190)은 하부 금형의 복수개 캐비티(166)에 각기 대응되어 정렬 및 수용된다.

그리고, 상부 금형(150)은 그 하부면이 하부 금형(160)의 상부면과 기계적으로 접촉될 때까지 하강하게 된다. 이후, 상부 금형(250)의 포트내에 타블릿이 공급된다. 그리고, 압축 수단(140)은 압착 봉(130)의 하부 부분이 타블릿의 상부면과 기계적 접촉되어 일정한 높이까지 하강하게 된다. 압축 수단(140)은 유압 공급관(112)에 의해 실린더의 내부에 기계 오일(135)이 충전되고, 그 압력에 의하여 압착 봉(130)의 상부 부분이 가압되어 하강된다. 이 압착 봉(130)의 하강에 의해서 어느 정도 용융된 타블릿(180)이 일정한 압력으로 가압됨으로써 성형 수지가 포트, 런너, 게이트를 통하여 캐비티에 충전된다. 이때, 상부 및 하부 금형 자체가 약 170℃ ∼ 180℃ 정도로 예열되어 있기 때문에 타블릿은 용융되게 된다. 결과적으로 리드 프레임(190)은 칩, 내부 리드 및 금선을 포함하는 전기적 연결 부분이 상부 및 하부 금형의 각 캐비티에 충전된 성형 수지에 의해서 성형되어 패키지 몸체(195)로 형성된다. 이때 런너와 연결된 각 게이트의 폭은 안착면으로부터 멀어질수록 넓어지기 때문에 복수개 캐비티로 유입되는 가압된 성형 수지의 유속과 충전 완료시간이 비슷하게 된다.

실제 타블릿은 공기를 포함하고 있으며 타블릿이 포트내에서 용융되는 과정에서도 공기를 흡수한다. 그리고 캐비티에 성형 수지가 충전 완료된 뒤에 캐비티 내압이 부족하면 이러한 공기들이 보이드로 남게 되어 패키지 크랙(Crack)과 같은 패키지 불량을 발생시키게 된다. 만약 종래 기술과 같이 캐비티내로 유입되는 가압된 성형 수지의 압력이 각각의 캐비티에 대해 서로 다르면 각 성형품의 보이드 잔존양은 서로 틀리게 된다. 결국, 보이드가 많이 존재하는 성형품은 성형 공정 후의 잔류 응력을 비롯한 패키지를 인쇄회로기판에 실장시의 열 사이클 등에 의하여 패키지 크랙이나 계면 박리를 유발시키게 되며, 나가서는 내습 신뢰성을 저하시키게 된다. 이러한 상술된 단점들을 보완하기 위하여 가장 많이 조절되는 인자는 트랜스퍼 시간(Transfer Time)과 트랜스퍼 압력(Transfer Pressure)이다. 그러나, 복수개 캐비티의 압력이 모두 중앙에서 일방적으로 조절됨으로써 실제 캐비티 개개에 가해지는 압력이 서로 틀려지게 된다.

그러므로, 본 발명과 같이 안착면으로부터의 거리에 따른 게이트 폭을 조절함으로써 복수개의 캐비티내로 주입되는 성형 수지 유속과 충전 완료시간을 균일하게 할 수 있게 된다. 즉, 게이트 폭이 안착면에서 멀리 떨어져 있을수록 넓어짐에 따라 가압되는 성형 수지가 균일하게 충전될 수 있게 되어 복수개의 각 개비티에서의 금선 변형량과 보이드 결함의 함유량이 일정하게 된다.

따라서, 본 발명에 의한 구조에 따르면, 안착면과 연결되어 있는 복수개의 캐비티에 유입되는 성형 수지의 유속과 충전 완료시간이 거의 비슷하게 됨으로써 각 성형품의 금선 변형량 및 보이드 결함의 차이를 방지할 수 있게 되고, 반도체 칩의 패시베이션층 윗면에 위치하는 폴리이미드층을 주입되는 성형 수지에 의한 손상을 감소시킬 수 있게 되어 패키지 불량을 방지하고 생산성 향상을 가져 오는 이점이 있게 된다.

Claims (2)

1. 액상의 성형 수지로 용융되는 타블릿이 안착되는 안착면과;

   상기 안착면과 연결되어 있으며, 상기 안착면에서 용융된 액상의 성형 수지가 흘러가는 복수개의 런너와;

   상기 복수개의 런너 양측에 각기 대응되는 위치에 형성된 복수개의 캐비티를 포함하는 하부 금형에 있어서,

   상기 런너 및 상기 캐비티와 연결되는 복수개의 게이트가 차별화된 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 성형 금형.
2. 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 게이트 폭은 상기 안착면에서 멀어질수록 넓어지는 것을 특징으로 하는 반도체 성형 금형.