JP3612063B2 - 樹脂封止金型、それを用いた樹脂封止方法および樹脂封止装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に搭載された集積回路や大規模集積回路などの半導体装置のＩＣチップ（以下、半導体チップという。）、または、各々の電気・電子部品等を樹脂で封止成形する樹脂封止金型、それを用いた樹脂封止方法および樹脂封止装置に関する。特に、厚さの薄いパッケージであるＴＱＦＰ、ＱＦＮ、ＢＧＡ等を樹脂封止する際に、金型の型締めのときに発生する基板のダメージを低減するとともに、カルフラッシュ等の樹脂バリの発生を防止できる樹脂封止金型、それを用いた樹脂封止方法および樹脂封止装置に関するものである。
なお、本発明における基板は、特に明示しない限り、リードフレーム、サブストレート等の樹脂製基板、ＴＡＢテープ、セラミック製基板等を含む。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の樹脂封止金型としては、例えば、図１１に示すように、ヒータ１２が組み込まれている上型モールドベース１０と、この上型モールドベース１０に組み込まれる上型チェス（上型金型）２０と、ヒータ３２が組み込まれている下型モールドベース３０と、この下型モールドベース３０に組み込まれる下型チェス（下型金型）５０と、からなるものがある。
【０００３】
前記上型モールドベース１０には、その嵌合凸部１１に上型チェス２０の嵌合凹部２１を嵌合することにより、上型チェス２０が位置決め・固定される。一方、前記下型モールドベース３０には、その嵌合凸部３１に下型チェス５０の嵌合凹部５１を嵌合することにより、下型チェス５０が位置決め・固定される。なお、樹脂封止する製品の変更等を行う場合は、上，下型モールドベース１０，３０はそのまま存置しておき、上型チェス２０および下型チェス５０を交換して対応できる。
【０００４】
特に、図１２に示すように、上型チェス２０には、下面に上型キャビティ２２を有する上型キャビティブロック２３と、下面にカル２４を有するカルブロック２５とが組み込まれている。そして、前記上型キャビティブロック２３および前記カルブロック２５には、前記上型キャビティ２２と前記カル２４とを連通させるランナー２６およびゲート２７が設けられている。さらに、前記上型チェス２０は、図示しないエジェクタプレート、スペーサーブロック等で構成されている。
【０００５】
一方、下型チェス５０には、上面に基板搭載面５２を形成し、かつ、位置決めピン５４を突設した下型キャビティブロック５３と、ポット５５を有するセンターブロック５６とが組み込まれている。さらに、前記下型チェス５０は、図示しないエジェクタプレート、スペーサーブロック等で構成されている。
【０００６】
次に、前述の樹脂封止金型による半導体チップ７１を搭載した基板７０の樹脂封止方法について説明する。
まず、金型が開いている時に、図示しないインローダ等により、下型チェス５０の基板載置面５２に基板７０が位置決めされるとともに、ポット５５に固形樹脂（タブレット）６０がセットされる。このとき、インローダ等の位置制御は、下型チェス５０の基板載置面５２から突出する位置決めピン５４の先端テーパ部に、基板７０の位置決めピン用孔（図示せず）が入るように行われる。
【０００７】
ついで、下型モールドベース３０および下型チェス５０を上昇させて金型の型締めを行い、基板７０を上型キャビティブロック２３と下型キャビティブロック５３とで挟持する。そして、プランジャチップ５７を上昇させてタブレット６０を加熱・加圧し、タブレット６０を溶融させてカル２４からランナー２６およびゲート２７を介して上型キャビティ２２に溶融樹脂を充填する。さらに、一定のキュアタイム後、下型モールドベース３０および下型チェス５０を下降させて型開きを行い、図示しないアンローダにて半導体樹脂封止品を取り出し、次工程へ搬送する。以後、同様の作業を繰り返すことにより、半導体チップ７１を搭載した基板７０を連続して樹脂封止できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記樹脂封止装置の型締め力は封止する製品毎に設定されており、型締めする際には、その型締め力に一気に到達するように制御されている。より具体的に説明すると、前述の樹脂封止工程では、樹脂封止装置の型締めによってカルブロック２５とセンターブロック５６とが密着する。そして、プランジャチップ５７を上昇させてタブレット６０を加熱・加圧し、タブレット６０を溶融させてカル２４からランナー２６およびゲート２７を介して上型キャビティ２２に溶融樹脂を充填している。しかし、カルブロック２５とセンターブロック５６とは既に密着しているので、それ以上の型締め力で型締めしても、カルブロック２５とセンターブロック５６との密着力を高めるだけである。この結果、基板７０をクランプする基板クランプ力を高めることはできなかった。
【０００９】
また、逆に基板クランプ力を下げると、カルブロック２５とセンターブロック５６との間に隙間が発生し、その隙間に樹脂が流れ込むことにより、カルフラッシュ等の樹脂バリが発生する。この結果、後工程のメッキ工程でメッキ不良が生じ、特に、ＢＧＡの場合にはボールアタッチ不良などの不具合が発生していた。
【００１０】
一方、前述の不具合を解消すべく、上型または下型キャビティブロックに皿バネ等の弾性部材をそれぞれ配置し、上型または下型キャビティブロックをフローティングさせることにより、基板の厚さ寸法のバラツキを吸収する機構も用いられている。しかし、前述の機構であっても、その弾性部材のバネ力が基板クランプ力となり、一定のバネ力で基板をクランプできるにすぎず、基板クランプ力を調整できなかった。
【００１１】
特に、近年使用され始めた薄いパッケージであるＴＱＦＰ、ＱＦＮ、ＢＧＡ等は、基板が薄いだけでなく、厚さ寸法のバラツキが大きくなっている。このため、当初設定された基板クランプ力が大きすぎると、基板が変形してＩＣ等のダイ部がダメージを受けるダイダメージが発生しやすく、場合によっては基板が破損してしまう場合がある。逆に、基板クランプ力が小さすぎると、金型間に隙間が生じて樹脂バリが発生するという不具合があった。
【００１２】
前述の不具合を解消するため、油圧制御によって基板クランプ力を調整する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００１−１７０９６１号公報（図１，図３，図４および図５）
【００１４】
しかしながら、前述の制御方法は、油圧制御（駆動）によりキャビティブロックを摺動させるものであり、油圧機構を付加する必要があるので、装置が複雑化して高価になるという問題点があった。
【００１５】
本発明は、前記問題点に鑑み、型締めによる基板のダメージを無くし、カルフラッシュ等の樹脂バリを防止して歩留まりを改善できるとともに、簡単な機構とすることによって安価な樹脂封止金型、それを用いた樹脂封止方法および樹脂封止装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる樹脂封止金型は、前記目的を達成すべく、上型モールドセットの下面に配置した上型金型と、下型モールドセットの上面に配置した下型金型とで基板を挟持すると共にキャビティを形成し、下型モールドセットに位置するプランジャチップを突き出して封止用固形樹脂を流動体化して前記キャビティへ充填し、前記基板の表面に実装した電子部品を樹脂封止する樹脂封止金型において、
前記封止用固形樹脂を流動体化するために下型金型に設けられたポットと対向するようにカルブロックを前記上型金型に摺動自在に設けるとともに、前記カルブロックを前記上金型に脱落防止用位置規制手段を介して着脱可能に支持する一方、前記カルブロックのカルの直上に位置し、かつ、前記上型金型の天井面に固定したボルトに挿通されて脱落しないように支持されたバネ部材からなる摺動部で、前記カルブロックを前記ポットとの対向方向に突き出すように付勢した構成としてある。
【００１７】
本発明によれば、センターブロックおよびカルブロックのうち、少なくともいずれか一方を摺動自在に支持し、かつ、対向方向に突き出すように付勢してある。このため、下型金型と上型金型との基板クランプ力を大きくすると、センターブロックおよびカルブロックのいずれかが引っ込み、基板のクランプを妨げることがない。また、基板クランプ力を小さくしても、センターブロックおよびカルブロックのいずれかがバネ力で押し出され、隙間が発生しない。この結果、基板クランプ力を必要に応じて調整できるので、基板の厚さ寸法にバラツキがあっても、型締めによる基板のダメージを無くし、カルフラッシュ等の樹脂バリを防止して歩留まりを改善できる。
特に、バネ部材を設けるだけで付勢力を付与できるので、複雑で高価な油圧制御装置が不要になり、簡単で安価な樹脂封止金型が得られる。さらに、前記カルブロックが上金型に脱落防止用位置規制手段を介して着脱可能に支持されるとともに、バネ部材が上型金型の天井面に固定したボルトに挿通されて支持されている。このため、分解，組立作業中におけるカルブロックの脱落を防止できるという効果がある。
【００１８】
本発明にかかる樹脂封止金型を用いた樹脂封止方法は、前記目的を達成すべく、上型モールドセットの下面に配置した上型金型と、下型モールドセットの上面に配置した下型金型とで基板を挟持すると共にキャビティを形成し、前記モールドセットのいずれか一方に位置するプランジャチップを突き出して封止用固形樹脂を流動体化して前記キャビティへ充填し、前記基板の表面に実装した電子部品を樹脂封止する樹脂封止方法において、前記請求項の１ないし３のいずれか１項に記載の樹脂封止金型を使用することにより、前記基板のクランプを、前記電子部品に前記基板の変形を原因とする不具合を生じさせない程度の基板クランプ力で行う第１クランプ工程と、前記キャビティ内への樹脂の充填を、前記電子部品をほぼ被覆する程度まで行う第１樹脂充填工程と、前記基板のクランプを最終基板クランプ力で行う第２クランプ工程と、前記キャビティ内への樹脂の充填を完了する第２樹脂充填工程と、からなる樹脂封止方法である。
【００１９】
本発明によれば、多段階に分けてクランプし、樹脂をそれぞれ充填する方法であるので、基板の変形を最少限度に抑制して樹脂を充填でき、基板に実装したＩＣ等のダイダメージを防止するとともに、前記基板に実装した電子部品から引き出したワイヤの伸長や切断を防止できる。
なお、本発明において、電子部品に基板の変形を原因とする不具合を生じさせない程度の基板クランプ力としては、１段階に限らず、２段階以上に分けて加える基板クランプ力も含んでいる。
【００２０】
前述の発明の実施形態としては、第１クランプ工程は、最終基板クランプ力の２０〜６０％の力でクランプし、前記第１樹脂充填工程は、樹脂充填量を充填完了時の６０〜９０％まで充填する工程からなるものであってもよい。
本実施形態によれば、最適な基板クランプ力で基板をクランプすることにより、基板のダメージを抑制できるとともに、前記基板に実装した電子部品から引き出したワイヤの伸長や切断を防止できる。
【００２１】
本発明にかかる樹脂封止金型を用いた樹脂封止装置は、前記目的を達成すべく、上型モールドセットの下面に配置した上型金型と、下型モールドセットの上面に配置した下型金型とで基板を挟持すると共にキャビティを形成し、前記モールドセットのいずれか一方に位置するプランジャチップを突き出して封止用固形樹脂を流動体化して前記キャビティへ充填し、前記基板の表面に実装した電子部品を樹脂封止する樹脂封止装置において、前記請求項１ないし３のいずれか１項に記載の樹脂封止金型を使用するとともに、前記下型モールドセットを移動し、前記電子部品に前記基板の変形を原因とする不具合を生じさせない程度のクランプ力と、最終基板クランプ力とで前記基板を段階的にクランプする駆動機構を有する構成からなるものである。
【００２２】
本発明によれば、基板クランプ力を段階的に分けて基板に加えることができるので、基板クランプ力を必要に応じて調整でき、型締めによる基板のダメージを無くし、カルフラッシュ等の樹脂バリを防止して歩留まりを改善できる樹脂封止装置が得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる実施形態を図１ないし図１０の添付図面に従って説明する。なお、前述の従来例と同一部分については同一番号を附する。
本発明にかかる第１実施形態にかかる樹脂封止装置１００は、図１に示すように、４本のタイバー（支柱）１０１を介し、上固定プラテン１０３と下固定プラテン１０４とが相互に連結されているとともに、その間を可動プラテン１０２が上下動可能に配置されている。
【００２４】
そして、サーボモータ１０５が駆動することにより、プーリ１０６、タイミングベルト１０７、プーリ１０８およびボールネジ１０９に動力が伝達され、ボールネジ１０９のナット１１０が回転運動を直線運動に変換する。そして、トグル機構１１１により、可動プラテン１０２が上下に駆動される。前記駆動はサーボモータ１０５、タイミングベルト１０７、精密ボールネジ１０９により伝達され、正確な制御が可能であるので、２段階以上の型締めを正確に行うことができる。
【００２５】
前記上固定プラテン１０３には、上型チェス２０を収納した上型モールドベース１０が組み付けられている一方、前記可動プラテン１０２には、下型チェス５０を収納した下型モールドベース３０が組み付けられている。
【００２６】
前記上型チェス２０に配置されたカルブロック２５の摺動部は、図２および図９に示すように、複数本のボルト８４を前記カルブロック２５の直上に位置する前記上型チェス２０にネジ止めして構成されている。前記ボルト８４には、所定寸法のスリーブ８１およびワッシャ８３を挿通するとともに、複数枚の皿バネ８２を挿通してある。このため、前記皿バネ８２のバネ力が前記ワッシャ８３を介してカルブロック２５を対向方向に突き出すように付勢する。ただし、カルブロック２５が脱落しないようにカルブロック２５の両側は段付きピン８５で支持されている。
【００２７】
前記カルブロック２５の摺動部を詳細に説明するために前述の実施形態を示したにすぎず、その機構および位置関係等について、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、適宣変更することは可能である。
一方、センターブロック５６を有する下型チェス５０は、前述の従来例とほぼ同様であるので、同一部品には同一番号を附して説明を省略する。
【００２８】
次に、本発明にかかる樹脂封入装置１００の樹脂封止工程を図２ないし図８に従って説明する。
まず、図２に示すように型開きした上型チェス２０および下型チェス５０のうち、下型チェス５０の基板搭載面５２に、半導体チップ７１を実装した基板７０を図示しないインローダ等で位置決めするとともに、ポット５５に固形樹脂（タブレット）６０をセットする（図３）。
【００２９】
そして、サーボモータ１０５が駆動することにより、可動プラテン１０２が上昇すると、下型チェス５０が上昇し、図４に示すように、センターブロック５６と、上型チェス２０のカル２４を有するカルブロック２５とが当接する。この段階では上型キャビティブロック２３と下型キャビティブロック５３との間に若干の隙間がある。
【００３０】
そして、可動プラテン１０２が更に上昇することにより、図５に示すように、下型チェス５０も更に上昇すると、下型チェス５０のセンターブロック５６が上型チェス２０のカルブロック２５に押し上げる。このため、皿バネ８２が撓んでカルブロック２５が押し込まれ、基板７０と上型チェス２０の上型キャビティブロック２３とが圧接する。さらに、適正な基板クランプ力となるまで可動プラテン１０２が上昇することにより、基板７０が上，下型キャビティブロック２３，５３に挟持さ、１次型締めが完了する。この時の基板クランプ力は最終基板クランプ力の２０〜６０％である。
【００３１】
１次型締めに基づく基板７０の変形は許容範囲内の弾性変形であるので、基板７０に表面実装したＩＣ等のダイダメージ、および、前記基板７０に表面実装した電子部品７１から延びるワイヤ７２の伸長や切断を防止できる。なお、基板の大きさ、樹脂封止面積、製品の形状等によって基板クランプ力は異なるが、１９０ｍｍ×５０ｍｍの大きさを有する樹脂製基板のサブストレートの場合では、１次型締め力として１２ｔｏｎ程度を必要とする。
【００３２】
ついで、図６に示すように、プランジャチップ５７を上昇させ、タブレット６０を加熱・加圧して樹脂を溶融させ、カル２４からランナー２６、ゲート２７を介して上型キャビティ２２に溶融樹脂を充填する。この時の樹脂充填量は、充填完了時の６０〜９０％であり、基板７０に実装された電子部品７１およびワイヤ７２をほぼ覆う程度の充填量である。これは、電子部品７１およびワイヤ７２を覆うことにより、次の２次クランプ工程時に生じる変形の影響を緩和すると共に、基板クランプ力が小さくとも樹脂漏れが生じないようにするためである。
【００３３】
前述の樹脂充填量に達した時点で、可動プラテン１０２を更に上昇させて下型チェス５０を上昇させ、基板７０に対する基板クランプ力を１００％まで増大させることにより、２次型締めが完了する。この場合、基板７０に実装した電子部品７１およびワイヤ７２は樹脂によって覆われた状態にあるので、増大した基板クランプ力によって基板７０が多少変形しても、電子部品７１やワイヤ７２に対する悪影響が少ない。前述の基板の場合は、２０ｔｏｎ程度の２次型締め力で対応している。
【００３４】
そして、図７に示すように、プランジャチップ５７を更に上昇させることにより、上型キャビティ２２内への樹脂の充填を完了する。この場合、基板クランプ力を１００％まで増大させているので、樹脂が金型の合わせ面から漏れてバリになる事もない。一方、センターブロック５６とカルブロック２５とは、皿バネ８２のバネ力で付勢されて圧接しているので、樹脂バリ等の発生を防止できる。
【００３５】
さらに、サーボモータ１０５を稼動させることにより、図８に示すように、可動プラテン１０２および下型チェス５０を下降させて金型を開放する。
【００３６】
最後に、プランジャチップ５７を樹脂封止位置よりも上方に上昇させることにより、樹脂封止済みの製品８０をセンターブロック５６および下型キャビティブロック５３から持ち上げた後、図示しないアンローダ等により製品８０を取り出してもよい。また、樹脂封止した製品８０を図示しない別の排出機構によって金型から取り出すローダー等に爪を設ける一方、金型にその爪の逃がしを設けることにより、前記ローダー等を介して前記製品８０を取り出すようにしてもよい。
【００３７】
なお、図１０に示す第２実施形態のように、下型キャビティブロック５３に皿バネ５８等のバネ部材を設け、下型キャビティブロック５３をフローティングさせて基板７０のバラツキを吸収する機構を設けてもよい。この機構において、カルブロック２５に本発明のフローティング機構を設ければ、ＢＧＡ等の基板のように厚さ寸法にバラツキがあっても、本発明と同等の効果をもたらすことができる。
【００３８】
本実施形態で２次型締め力のより良い効果を得るために、下型キャビティブロック５３をフローティングさせている皿バネ５８等のバネ部材のシフト量を規制（例えば０．０５ｍｍ以内等）するとともに、バネ力を１次型締め時の基板クランプ力と同程度にする等の変更を行ってもよい。
【００３９】
以上、詳細な説明を行うために実施形態を示しただけであり、その機構および位置関係等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、適宣変更することは可能である。例えば、前述の実施形態では、前記第１および第２クランプ工程において、一気に所定圧力までクランプ力を上昇させたが、各工程を多段階で行ってもよく、また、樹脂の充填工程も多段階に分けて行ってもよい。
さらに、バネ部材を下型チェスのセンターブロックに取り付けることにより、センターブロックを対向方向に突き出すように付勢してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は、下型金型と上型金型との基板クランプ力を大きくすると、センターブロックおよびカルブロックのいずれかが引っ込み、基板のクランプを妨げることがない。また、基板クランプ力を小さくしても、センターブロックおよびカルブロックのいずれかがバネ力で押し出され、隙間が発生しない。この結果、基板クランプ力を必要に応じて調整できるので、基板の厚さ寸法にバラツキがあっても、型締めによる基板のダメージを無くし、カルフラッシュ等の樹脂バリを防止して歩留まりを改善できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる半導体封止装置の第１実施形態を示す全体正面図である。
【図２】本発明にかかる樹脂封止金型の型開き状態を示す工程説明図である。
【図３】図２に続く材料供給状態を示す工程説明図である。
【図４】図３に続く型締め途中を示す工程説明図である。
【図５】図４に続く１次型締め状態を示す工程説明図である。
【図６】図５に続く１次樹脂充填状態を示す工程説明図である。
【図７】図６に続く樹脂充填完了状態を示す工程説明図である。
【図８】図７に続く樹脂封止後の型開き状態を示す工程説明図である。
【図９】本発明にかかる第１実施形態のカル摺動部を示す中心断面図である。
【図１０】本発明にかかる第２実施形態の樹脂封止金型の型開き状態を示す工程説明図である。
【図１１】従来例にかかる樹脂封止金型の分解斜視図である。
【図１２】図１１で示した樹脂封止金型の分解断面図である。
【符号の説明】
１０…上型モールドベース、１１…嵌合凸部、１２…ヒータ、
２０…上型チェス（上型金型）、２１…嵌合凹部、２２…上型キャビティ、２３…上型キャビティブロック、２４…カル、２５…カルブロック、２６…ランナー、２７…ゲート、
３０…下型モールドベース、３１…嵌合凸部、３２…ヒータ、
５０…下型チェス（下型金型）、５１…嵌合凹部、５２…基板搭載面、５３…下型キャビティブロック、５４…位置決めピン、５５…ポット、５６…センターブロック、５７…プランジャチップ、５８…皿バネ、
６０…タブレット、
７０…基板、７１…電子部品、７２…ワイヤ、
８０…製品、８１…スリーブ、８２…皿バネ、８３…ワッシャ、８４…ボルト、８５…段付きピン、
１００…樹脂封止装置、１０１…タイバー、１０２…可動プラテン、１０３…上固定プラテン、１０４…下固定プラテン、１０５…サーボモータ、１０６…プーリ、１０７…タイミングベルト、１０８…プーリ、１０９…ボールネジ、１１０…ボールネジのナット、１１１…トグル機構。
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に搭載された集積回路や大規模集積回路などの半導体装置のＩＣチップ（以下、半導体チップという。）、または、各々の電気・電子部品等を樹脂で封止成形する樹脂封止金型、それを用いた樹脂封止方法および樹脂封止装置に関する。特に、厚さの薄いパッケージであるＴＱＦＰ、ＱＦＮ、ＢＧＡ等を樹脂封止する際に、金型の型締めのときに発生する基板のダメージを低減するとともに、カルフラッシュ等の樹脂バリの発生を防止できる樹脂封止金型、それを用いた樹脂封止方法および樹脂封止装置に関するものである。
なお、本発明における基板は、特に明示しない限り、リードフレーム、サブストレート等の樹脂製基板、ＴＡＢテープ、セラミック製基板等を含む。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の樹脂封止金型としては、例えば、図１１に示すように、ヒータ１２が組み込まれている上型モールドベース１０と、この上型モールドベース１０に組み込まれる上型チェス（上型金型）２０と、ヒータ３２が組み込まれている下型モールドベース３０と、この下型モールドベース３０に組み込まれる下型チェス（下型金型）５０と、からなるものがある。
【０００３】
前記上型モールドベース１０には、その嵌合凸部１１に上型チェス２０の嵌合凹部２１を嵌合することにより、上型チェス２０が位置決め・固定される。一方、前記下型モールドベース３０には、その嵌合凸部３１に下型チェス５０の嵌合凹部５１を嵌合することにより、下型チェス５０が位置決め・固定される。なお、樹脂封止する製品の変更等を行う場合は、上，下型モールドベース１０，３０はそのまま存置しておき、上型チェス２０および下型チェス５０を交換して対応できる。
【０００４】
特に、図１２に示すように、上型チェス２０には、下面に上型キャビティ２２を有する上型キャビティブロック２３と、下面にカル２４を有するカルブロック２５とが組み込まれている。そして、前記上型キャビティブロック２３および前記カルブロック２５には、前記上型キャビティ２２と前記カル２４とを連通させるランナー２６およびゲート２７が設けられている。さらに、前記上型チェス２０は、図示しないエジェクタプレート、スペーサーブロック等で構成されている。
【０００５】
一方、下型チェス５０には、上面に基板搭載面５２を形成し、かつ、位置決めピン５４を突設した下型キャビティブロック５３と、ポット５５を有するセンターブロック５６とが組み込まれている。さらに、前記下型チェス５０は、図示しないエジェクタプレート、スペーサーブロック等で構成されている。
【０００６】
次に、前述の樹脂封止金型による半導体チップ７１を搭載した基板７０の樹脂封止方法について説明する。
まず、金型が開いている時に、図示しないインローダ等により、下型チェス５０の基板載置面５２に基板７０が位置決めされるとともに、ポット５５に固形樹脂（タブレット）６０がセットされる。このとき、インローダ等の位置制御は、下型チェス５０の基板載置面５２から突出する位置決めピン５４の先端テーパ部に、基板７０の位置決めピン用孔（図示せず）が入るように行われる。
【０００７】
ついで、下型モールドベース３０および下型チェス５０を上昇させて金型の型締めを行い、基板７０を上型キャビティブロック２３と下型キャビティブロック５３とで挟持する。そして、プランジャチップ５７を上昇させてタブレット６０を加熱・加圧し、タブレット６０を溶融させてカル２４からランナー２６およびゲート２７を介して上型キャビティ２２に溶融樹脂を充填する。さらに、一定のキュアタイム後、下型モールドベース３０および下型チェス５０を下降させて型開きを行い、図示しないアンローダにて半導体樹脂封止品を取り出し、次工程へ搬送する。以後、同様の作業を繰り返すことにより、半導体チップ７１を搭載した基板７０を連続して樹脂封止できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記樹脂封止装置の型締め力は封止する製品毎に設定されており、型締めする際には、その型締め力に一気に到達するように制御されている。より具体的に説明すると、前述の樹脂封止工程では、樹脂封止装置の型締めによってカルブロック２５とセンターブロック５６とが密着する。そして、プランジャチップ５７を上昇させてタブレット６０を加熱・加圧し、タブレット６０を溶融させてカル２４からランナー２６およびゲート２７を介して上型キャビティ２２に溶融樹脂を充填している。しかし、カルブロック２５とセンターブロック５６とは既に密着しているので、それ以上の型締め力で型締めしても、カルブロック２５とセンターブロック５６との密着力を高めるだけである。この結果、基板７０をクランプする基板クランプ力を高めることはできなかった。
【０００９】
また、逆に基板クランプ力を下げると、カルブロック２５とセンターブロック５６との間に隙間が発生し、その隙間に樹脂が流れ込むことにより、カルフラッシュ等の樹脂バリが発生する。この結果、後工程のメッキ工程でメッキ不良が生じ、特に、ＢＧＡの場合にはボールアタッチ不良などの不具合が発生していた。
【００１０】
一方、前述の不具合を解消すべく、上型または下型キャビティブロックに皿バネ等の弾性部材をそれぞれ配置し、上型または下型キャビティブロックをフローティングさせることにより、基板の厚さ寸法のバラツキを吸収する機構も用いられている。しかし、前述の機構であっても、その弾性部材のバネ力が基板クランプ力となり、一定のバネ力で基板をクランプできるにすぎず、基板クランプ力を調整できなかった。
【００１１】
特に、近年使用され始めた薄いパッケージであるＴＱＦＰ、ＱＦＮ、ＢＧＡ等は、基板が薄いだけでなく、厚さ寸法のバラツキが大きくなっている。このため、当初設定された基板クランプ力が大きすぎると、基板が変形してＩＣ等のダイ部がダメージを受けるダイダメージが発生しやすく、場合によっては基板が破損してしまう場合がある。逆に、基板クランプ力が小さすぎると、金型間に隙間が生じて樹脂バリが発生するという不具合があった。
【００１２】
前述の不具合を解消するため、油圧制御によって基板クランプ力を調整する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００１−１７０９６１号公報（図１，図３，図４および図５）
【００１４】
しかしながら、前述の制御方法は、油圧制御（駆動）によりキャビティブロックを摺動させるものであり、油圧機構を付加する必要があるので、装置が複雑化して高価になるという問題点があった。
【００１５】
本発明は、前記問題点に鑑み、型締めによる基板のダメージを無くし、カルフラッシュ等の樹脂バリを防止して歩留まりを改善できるとともに、簡単な機構とすることによって安価な樹脂封止金型、それを用いた樹脂封止方法および樹脂封止装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる樹脂封止金型は、前記目的を達成すべく、上型モールドセットの下面に配置した上型金型と、下型モールドセットの上面に配置した下型金型とで基板を挟持すると共にキャビティを形成し、下型モールドセットに位置するプランジャチップを突き出して封止用固形樹脂を流動体化して前記キャビティへ充填し、前記基板の表面に実装した電子部品を樹脂封止する樹脂封止金型において、
前記封止用固形樹脂を流動体化するために下型金型に設けられたポットと対向するようにカルブロックを前記上型金型に摺動自在に設けるとともに、前記カルブロックを前記上金型に脱落防止用位置規制手段を介して着脱可能に支持する一方、前記カルブロックのカルの直上に位置し、かつ、前記上型金型の天井面に固定したボルトに挿通されて脱落しないように支持されたバネ部材からなる摺動部で、前記カルブロックを前記ポットとの対向方向に突き出すように付勢した構成としてある。
【００１７】
本発明によれば、センターブロックおよびカルブロックのうち、少なくともいずれか一方を摺動自在に支持し、かつ、対向方向に突き出すように付勢してある。このため、下型金型と上型金型との基板クランプ力を大きくすると、センターブロックおよびカルブロックのいずれかが引っ込み、基板のクランプを妨げることがない。また、基板クランプ力を小さくしても、センターブロックおよびカルブロックのいずれかがバネ力で押し出され、隙間が発生しない。この結果、基板クランプ力を必要に応じて調整できるので、基板の厚さ寸法にバラツキがあっても、型締めによる基板のダメージを無くし、カルフラッシュ等の樹脂バリを防止して歩留まりを改善できる。
特に、バネ部材を設けるだけで付勢力を付与できるので、複雑で高価な油圧制御装置が不要になり、簡単で安価な樹脂封止金型が得られる。さらに、前記カルブロックが上金型に脱落防止用位置規制手段を介して着脱可能に支持されるとともに、バネ部材が上型金型の天井面に固定したボルトに挿通されて支持されている。このため、分解，組立作業中におけるカルブロックの脱落を防止できるという効果がある。
【００１８】
本発明にかかる樹脂封止金型を用いた樹脂封止方法は、前記目的を達成すべく、上型モールドセットの下面に配置した上型金型と、下型モールドセットの上面に配置した下型金型とで基板を挟持すると共にキャビティを形成し、前記モールドセットのいずれか一方に位置するプランジャチップを突き出して封止用固形樹脂を流動体化して前記キャビティへ充填し、前記基板の表面に実装した電子部品を樹脂封止する樹脂封止方法において、前記請求項の１ないし３のいずれか１項に記載の樹脂封止金型を使用することにより、前記基板のクランプを、前記電子部品に前記基板の変形を原因とする不具合を生じさせない程度の基板クランプ力で行う第１クランプ工程と、前記キャビティ内への樹脂の充填を、前記電子部品をほぼ被覆する程度まで行う第１樹脂充填工程と、前記基板のクランプを最終基板クランプ力で行う第２クランプ工程と、前記キャビティ内への樹脂の充填を完了する第２樹脂充填工程と、からなる樹脂封止方法である。
【００１９】
本発明によれば、多段階に分けてクランプし、樹脂をそれぞれ充填する方法であるので、基板の変形を最少限度に抑制して樹脂を充填でき、基板に実装したＩＣ等のダイダメージを防止するとともに、前記基板に実装した電子部品から引き出したワイヤの伸長や切断を防止できる。
なお、本発明において、電子部品に基板の変形を原因とする不具合を生じさせない程度の基板クランプ力としては、１段階に限らず、２段階以上に分けて加える基板クランプ力も含んでいる。
【００２０】
前述の発明の実施形態としては、第１クランプ工程は、最終基板クランプ力の２０〜６０％の力でクランプし、前記第１樹脂充填工程は、樹脂充填量を充填完了時の６０〜９０％まで充填する工程からなるものであってもよい。
本実施形態によれば、最適な基板クランプ力で基板をクランプすることにより、基板のダメージを抑制できるとともに、前記基板に実装した電子部品から引き出したワイヤの伸長や切断を防止できる。
【００２１】
本発明にかかる樹脂封止金型を用いた樹脂封止装置は、前記目的を達成すべく、上型モールドセットの下面に配置した上型金型と、下型モールドセットの上面に配置した下型金型とで基板を挟持すると共にキャビティを形成し、前記モールドセットのいずれか一方に位置するプランジャチップを突き出して封止用固形樹脂を流動体化して前記キャビティへ充填し、前記基板の表面に実装した電子部品を樹脂封止する樹脂封止装置において、前記請求項１ないし３のいずれか１項に記載の樹脂封止金型を使用するとともに、前記下型モールドセットを移動し、前記電子部品に前記基板の変形を原因とする不具合を生じさせない程度のクランプ力と、最終基板クランプ力とで前記基板を段階的にクランプする駆動機構を有する構成からなるものである。
【００２２】
本発明によれば、基板クランプ力を段階的に分けて基板に加えることができるので、基板クランプ力を必要に応じて調整でき、型締めによる基板のダメージを無くし、カルフラッシュ等の樹脂バリを防止して歩留まりを改善できる樹脂封止装置が得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる実施形態を図１ないし図１０の添付図面に従って説明する。なお、前述の従来例と同一部分については同一番号を附する。
本発明にかかる第１実施形態にかかる樹脂封止装置１００は、図１に示すように、４本のタイバー（支柱）１０１を介し、上固定プラテン１０３と下固定プラテン１０４とが相互に連結されているとともに、その間を可動プラテン１０２が上下動可能に配置されている。
【００２４】
そして、サーボモータ１０５が駆動することにより、プーリ１０６、タイミングベルト１０７、プーリ１０８およびボールネジ１０９に動力が伝達され、ボールネジ１０９のナット１１０が回転運動を直線運動に変換する。そして、トグル機構１１１により、可動プラテン１０２が上下に駆動される。前記駆動はサーボモータ１０５、タイミングベルト１０７、精密ボールネジ１０９により伝達され、正確な制御が可能であるので、２段階以上の型締めを正確に行うことができる。
【００２５】
前記上固定プラテン１０３には、上型チェス２０を収納した上型モールドベース１０が組み付けられている一方、前記可動プラテン１０２には、下型チェス５０を収納した下型モールドベース３０が組み付けられている。
【００２６】
前記上型チェス２０に配置されたカルブロック２５の摺動部は、図２および図９に示すように、複数本のボルト８４を前記カルブロック２５の直上に位置する前記上型チェス２０にネジ止めして構成されている。前記ボルト８４には、所定寸法のスリーブ８１およびワッシャ８３を挿通するとともに、複数枚の皿バネ８２を挿通してある。このため、前記皿バネ８２のバネ力が前記ワッシャ８３を介してカルブロック２５を対向方向に突き出すように付勢する。ただし、カルブロック２５が脱落しないようにカルブロック２５の両側は段付きピン８５で支持されている。
【００２７】
前記カルブロック２５の摺動部を詳細に説明するために前述の実施形態を示したにすぎず、その機構および位置関係等について、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、適宣変更することは可能である。
一方、センターブロック５６を有する下型チェス５０は、前述の従来例とほぼ同様であるので、同一部品には同一番号を附して説明を省略する。
【００２８】
次に、本発明にかかる樹脂封入装置１００の樹脂封止工程を図２ないし図８に従って説明する。
まず、図２に示すように型開きした上型チェス２０および下型チェス５０のうち、下型チェス５０の基板搭載面５２に、半導体チップ７１を実装した基板７０を図示しないインローダ等で位置決めするとともに、ポット５５に固形樹脂（タブレット）６０をセットする（図３）。
【００２９】
そして、サーボモータ１０５が駆動することにより、可動プラテン１０２が上昇すると、下型チェス５０が上昇し、図４に示すように、センターブロック５６と、上型チェス２０のカル２４を有するカルブロック２５とが当接する。この段階では上型キャビティブロック２３と下型キャビティブロック５３との間に若干の隙間がある。
【００３０】
そして、可動プラテン１０２が更に上昇することにより、図５に示すように、下型チェス５０も更に上昇すると、下型チェス５０のセンターブロック５６が上型チェス２０のカルブロック２５に押し上げる。このため、皿バネ８２が撓んでカルブロック２５が押し込まれ、基板７０と上型チェス２０の上型キャビティブロック２３とが圧接する。さらに、適正な基板クランプ力となるまで可動プラテン１０２が上昇することにより、基板７０が上，下型キャビティブロック２３，５３に挟持さ、１次型締めが完了する。この時の基板クランプ力は最終基板クランプ力の２０〜６０％である。
【００３１】
１次型締めに基づく基板７０の変形は許容範囲内の弾性変形であるので、基板７０に表面実装したＩＣ等のダイダメージ、および、前記基板７０に表面実装した電子部品７１から延びるワイヤ７２の伸長や切断を防止できる。なお、基板の大きさ、樹脂封止面積、製品の形状等によって基板クランプ力は異なるが、１９０ｍｍ×５０ｍｍの大きさを有する樹脂製基板のサブストレートの場合では、１次型締め力として１２ｔｏｎ程度を必要とする。
【００３２】
ついで、図６に示すように、プランジャチップ５７を上昇させ、タブレット６０を加熱・加圧して樹脂を溶融させ、カル２４からランナー２６、ゲート２７を介して上型キャビティ２２に溶融樹脂を充填する。この時の樹脂充填量は、充填完了時の６０〜９０％であり、基板７０に実装された電子部品７１およびワイヤ７２をほぼ覆う程度の充填量である。これは、電子部品７１およびワイヤ７２を覆うことにより、次の２次クランプ工程時に生じる変形の影響を緩和すると共に、基板クランプ力が小さくとも樹脂漏れが生じないようにするためである。
【００３３】
前述の樹脂充填量に達した時点で、可動プラテン１０２を更に上昇させて下型チェス５０を上昇させ、基板７０に対する基板クランプ力を１００％まで増大させることにより、２次型締めが完了する。この場合、基板７０に実装した電子部品７１およびワイヤ７２は樹脂によって覆われた状態にあるので、増大した基板クランプ力によって基板７０が多少変形しても、電子部品７１やワイヤ７２に対する悪影響が少ない。前述の基板の場合は、２０ｔｏｎ程度の２次型締め力で対応している。
【００３４】
そして、図７に示すように、プランジャチップ５７を更に上昇させることにより、上型キャビティ２２内への樹脂の充填を完了する。この場合、基板クランプ力を１００％まで増大させているので、樹脂が金型の合わせ面から漏れてバリになる事もない。一方、センターブロック５６とカルブロック２５とは、皿バネ８２のバネ力で付勢されて圧接しているので、樹脂バリ等の発生を防止できる。
【００３５】
さらに、サーボモータ１０５を稼動させることにより、図８に示すように、可動プラテン１０２および下型チェス５０を下降させて金型を開放する。
【００３６】
最後に、プランジャチップ５７を樹脂封止位置よりも上方に上昇させることにより、樹脂封止済みの製品８０をセンターブロック５６および下型キャビティブロック５３から持ち上げた後、図示しないアンローダ等により製品８０を取り出してもよい。また、樹脂封止した製品８０を図示しない別の排出機構によって金型から取り出すローダー等に爪を設ける一方、金型にその爪の逃がしを設けることにより、前記ローダー等を介して前記製品８０を取り出すようにしてもよい。
【００３７】
なお、図１０に示す第２実施形態のように、下型キャビティブロック５３に皿バネ５８等のバネ部材を設け、下型キャビティブロック５３をフローティングさせて基板７０のバラツキを吸収する機構を設けてもよい。この機構において、カルブロック２５に本発明のフローティング機構を設ければ、ＢＧＡ等の基板のように厚さ寸法にバラツキがあっても、本発明と同等の効果をもたらすことができる。
【００３８】
本実施形態で２次型締め力のより良い効果を得るために、下型キャビティブロック５３をフローティングさせている皿バネ５８等のバネ部材のシフト量を規制（例えば０．０５ｍｍ以内等）するとともに、バネ力を１次型締め時の基板クランプ力と同程度にする等の変更を行ってもよい。
【００３９】
以上、詳細な説明を行うために実施形態を示しただけであり、その機構および位置関係等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、適宣変更することは可能である。例えば、前述の実施形態では、前記第１および第２クランプ工程において、一気に所定圧力までクランプ力を上昇させたが、各工程を多段階で行ってもよく、また、樹脂の充填工程も多段階に分けて行ってもよい。
さらに、バネ部材を下型チェスのセンターブロックに取り付けることにより、センターブロックを対向方向に突き出すように付勢してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は、下型金型と上型金型との基板クランプ力を大きくすると、センターブロックおよびカルブロックのいずれかが引っ込み、基板のクランプを妨げることがない。また、基板クランプ力を小さくしても、センターブロックおよびカルブロックのいずれかがバネ力で押し出され、隙間が発生しない。この結果、基板クランプ力を必要に応じて調整できるので、基板の厚さ寸法にバラツキがあっても、型締めによる基板のダメージを無くし、カルフラッシュ等の樹脂バリを防止して歩留まりを改善できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる半導体封止装置の第１実施形態を示す全体正面図である。
【図２】本発明にかかる樹脂封止金型の型開き状態を示す工程説明図である。
【図３】図２に続く材料供給状態を示す工程説明図である。
【図４】図３に続く型締め途中を示す工程説明図である。
【図５】図４に続く１次型締め状態を示す工程説明図である。
【図６】図５に続く１次樹脂充填状態を示す工程説明図である。
【図７】図６に続く樹脂充填完了状態を示す工程説明図である。
【図８】図７に続く樹脂封止後の型開き状態を示す工程説明図である。
【図９】本発明にかかる第１実施形態のカル摺動部を示す中心断面図である。
【図１０】本発明にかかる第２実施形態の樹脂封止金型の型開き状態を示す工程説明図である。
【図１１】従来例にかかる樹脂封止金型の分解斜視図である。
【図１２】図１１で示した樹脂封止金型の分解断面図である。
【符号の説明】
１０…上型モールドベース、１１…嵌合凸部、１２…ヒータ、
２０…上型チェス（上型金型）、２１…嵌合凹部、２２…上型キャビティ、２３…上型キャビティブロック、２４…カル、２５…カルブロック、２６…ランナー、２７…ゲート、
３０…下型モールドベース、３１…嵌合凸部、３２…ヒータ、
５０…下型チェス（下型金型）、５１…嵌合凹部、５２…基板搭載面、５３…下型キャビティブロック、５４…位置決めピン、５５…ポット、５６…センターブロック、５７…プランジャチップ、５８…皿バネ、
６０…タブレット、
７０…基板、７１…電子部品、７２…ワイヤ、
８０…製品、８１…スリーブ、８２…皿バネ、８３…ワッシャ、８４…ボルト、８５…段付きピン、
１００…樹脂封止装置、１０１…タイバー、１０２…可動プラテン、１０３…上固定プラテン、１０４…下固定プラテン、１０５…サーボモータ、１０６…プーリ、１０７…タイミングベルト、１０８…プーリ、１０９…ボールネジ、１１０…ボールネジのナット、１１１…トグル機構。
Claims (4)
- 上型モールドセットの下面に配置した上型金型と、下型モールドセットの上面に配置した下型金型とで基板を挟持すると共にキャビティを形成し、下型モールドセットに位置するプランジャチップを突き出して封止用固形樹脂を流動体化して前記キャビティへ充填し、前記基板の表面に実装した電子部品を樹脂封止する樹脂封止金型において、
前記封止用固形樹脂を流動体化するために下型金型に設けられたポットと対向するようにカルブロックを前記上型金型に摺動自在に設けるとともに、前記カルブロックを前記上金型に脱落防止用位置規制手段を介して着脱可能に支持する一方、前記カルブロックのカルの直上に位置し、かつ、前記上型金型の天井面に固定したボルトに挿通されて脱落しないように支持されたバネ部材からなる摺動部で、前記カルブロックを前記ポットとの対向方向に突き出すように付勢したことを特徴とする樹脂封止金型。 - 上型モールドセットの下面に配置した上型金型と、下型モールドセットの上面に配置した下型金型とで基板を挟持すると共にキャビティを形成し、前記モールドセットのいずれか一方に位置するプランジャチップを突き出して封止用固形樹脂を流動体化して前記キャビティへ充填し、前記基板の表面に実装した電子部品を樹脂封止する樹脂封止方法において、
前記請求項１に記載の樹脂封止金型を使用することにより、前記基板のクランプを、前記電子部品に前記基板の変形を原因とする不具合を生じさせない程度の基板クランプ力で行う第１クランプ工程と、前記キャビティ内への樹脂の充填を、前記電子部品をほぼ被覆する程度まで行う第１樹脂充填工程と、前記基板のクランプを最終基板クランプ力で行う第２クランプ工程と、前記キャビティ内への樹脂の充填を完了する第２樹脂充填工程とからなることを特徴とする樹脂封止方法。 - 第１クランプ工程では、最終基板クランプ力の２０〜６０％の力でクランプし、前記第１樹脂充填工程では、樹脂充填量を充填完了時の６０〜９０％まで充填することを特徴とする請求項２に記載の樹脂封止方法。
- 上型モールドセットの下面に配置した上型金型と、下型モールドセットの上面に配置した下型金型とで基板を挟持すると共にキャビティを形成し、前記モールドセットのいずれか一方に位置するプランジャチップを突き出して封止用固形樹脂を流動体化して前記キャビティへ充填し、前記基板の表面に実装した電子部品を樹脂封止する樹脂封止装置において、
前記請求項１に記載の樹脂封止金型を使用するとともに、前記下型モールドセットを移動し、前記電子部品に前記基板の変形を原因とする不具合を生じさせない程度のクランプ力と、最終基板クランプ力とで前記基板を段階的にクランプする駆動機構を有することを特徴とする樹脂封止装置。
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