JP5401705B2 - モールド金型 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置を樹脂モールドするモールド金型に関する。

トランスファ成型装置においては、型開きしたモールド金型にワークと封止樹脂（例えば樹脂タブレット）が供給されてこれらをクランプし、ポットに装填された溶融樹脂が金型カル、金型ランナゲートを通じて金型キャビティへ圧送りされて樹脂モールドされる。
金型ゲートは、樹脂モールド後に成形品から不要樹脂を切り離す（ゲートブレイクする）ため、成形品の厚さの６０％程度を上限とする断面積が絞られた形状（例えばＶ字状のノッチが形成された形状）をしている。
また、樹脂モールド後の成形品において封止樹脂と不要樹脂との連結部にノッチを設けることなく同等の断面積としたモールド金型も提案されている（特許文献１参照）。

特開２００９−３９８６７号公報

しかしながら、パッケージ部の厚さが例えば0.25ｍｍ程度に薄くなると、従来のゲートの深さは0.15ｍｍ程度に形成されることから、薄膜のような溶融樹脂が金型両面から加熱されるため、熱交換速度が速まってゲルタイムが短縮され、流動中の樹脂粘度が増大して基板実装された半導体素子のワイヤー流れを引き起こすおそれがある。特許文献１の封止樹脂と不要樹脂との連結部が同等の断面積となるモールド金型を用いたとしてもパッケージ部の厚さが薄くなれば、上述した課題を克服できない。

また、金型ランナ内の溶融樹脂には、マイクロボイド（例えば樹脂タブレットに含まれる視認できない微細な気泡）が分散した状態で流れており、断面積が絞られた金型ゲートを通過すると、当該金型ゲートの下流側で渦流が発生してマイクロボイド（微細な気泡）どうしが合体して視認可能な大きさのボイドに成長して更に下流側へ押し流され成形品周縁部に気泡の列によるフローマークが形成される。

封止樹脂には、補強材として様々な径のフィラーが均一に混入されているが、金型ゲートの下流側で発生する渦流によってフィラー径の分布に偏りが発生する。例えば、金型キャビティ内で流れが蛇行したりカーブしたりすると外側に大径のフィラーが堆積し内側に小径のフィラーが体積し易くなる。また、高速流においては流動する樹脂の受圧面積が大きい大径のフィラーは金型キャビティの周縁部まで届くが、受圧面積が小さい小径のフィラーは金型キャビティの入り口付近に体積し易くなる。
以上のように、成形品が薄型になりかつ一括モールドにより成形される製品においては、上述したモールド金型の構造上の要因により成形品質の低下が懸念される。これを封止樹脂の品質改善で解消するには、時間とコストがかかる。

本発明は上記従来技術の課題を解決し、金型ランナゲートの形態を工夫することで、成形品質の向上が期待できるモールド金型を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
上型と下型とでワークをクランプし、ポットに装填された封止樹脂が金型カルに接続する金型ランナを通じて金型キャビティへ充填されるモールド金型であって、基板実装された複数の半導体素子を一括してモールドする金型キャビティが形成された当該金型キャビティエリア内に前記金型ランナに接続するキャビティ内ランナゲートが刻設されており、当該キャビティ内ランナゲートは前記金型カル側から金型キャビティの反対側の対向辺に向かうにしたがって段階的に溝深さが前記金型キャビティの深さに近づくように刻設されていることを特徴とする。

前記キャビティ内ランナゲートは、前記金型カル側から金型キャビティの反対側の対向辺に向かって溝深さが階段状に浅くなるように段付部が形成されており、各段付部に沿って前記金型キャビティの金型カルに近い上流側から封止樹脂が段階的に充填されることを特徴とする。

前記キャビティ内ランナゲートの溝幅は、金型カルから金型ランナを経て金型キャビティの対向辺に向かって漸進広くなるように形成されていることを特徴とする。

前記キャビティ内ランナゲートは、前記金型カルから金型キャビティの中途部に向かって溝深さが漸進浅くなるようにテーパー面が形成されており、当該テーパー面に沿って前記金型キャビティの金型カルに近い上流側から封止樹脂が段階的に充填されることを特徴とする。

前記キャビティ内ランナゲートの底部及びその延長線上に相当する金型キャビティ底部には、型開き動作に応じて成形品を押動して離型させるエジェクタピンが突き出し可能に設けられていることを特徴とする。

上記モールド金型を用いれば、基板実装された複数の半導体素子を一括してモールドする金型キャビティが形成された当該金型キャビティエリア内に金型ランナに接続するキャビティ内ランナゲートが刻設されており、当該キャビティ内ランナゲートは金型カルから金型キャビティの対向辺に向かって段階的に溝深さが金型キャビティの深さに近づくように刻設されている。よって、キャビティ内ランナゲートの溝深さが金型キャビティの深さより深くなるように形成されているので、封止樹脂が金型キャビティに流入する際に断面積が絞られることがないので、熱交換速度が速まってゲルタイムが短縮され流動中の樹脂粘度が増大することはなく、基板実装された半導体素子のワイヤー流れを引き起こすおそれもなくなる。
また、断面積が絞られた金型ゲートを通過することがないので、当該金型ゲートの下流側で渦流が発生してマイクロボイド（微細な気泡）どうしが合体して視認可能な大きさのボイドに成長して更に下流側へ押し流され成形品周縁部に気泡の列によるフローマークが形成されることもない。
また、断面積が絞られた金型ゲートの下流側で渦流が発生することがなく封止樹脂に混入するフィラー径の分布に偏りが発生することもない。
したがって、基板実装された複数の半導体素子を一括してモールドする金型キャビティへ金型カルに近い上流側から順次封止樹脂を充填させながら金型キャビティ周縁部の下流側まで行きわたらせることができるので、成形品質の向上を図ることができる。特に、成形品が薄型になりかつ一括モールドにより成形される製品においては、モールド金型の構造上の工夫により成形品質の向上を実現できる。

金型カルから金型キャビティの対向辺に向かって溝深さが階段状に浅くなるように段付部が形成されているか、或いは金型カルから金型キャビティの中途部に向かって溝深さが漸進浅くなるようにテーパー面が形成されている場合には、金型カルに近い上流側の金型キャビティから封止樹脂が段階的に充填されるので、ゲート下流側で渦流も発生せず、十分なゲルタイム確保と均一な封止樹脂の充填が行なえる。

キャビティ内ランナゲートの底部及びその延長線上に相当する金型キャビティ底部には、型開き動作に応じて成形品を押動して離型させるエジェクタピンが突き出し可能に設けられていると、キャビティ内ランナゲートに存在する不要樹脂の厚さが成形品より厚く成形されるが、当該不要樹脂にエジェクタピンを突き当てることで成形品に影響することなく離型することができる。

実施例１に係るモールド金型用いた樹脂封止動作の開始前後の断面説明図である。 図１の上型の平面図及びキャビティ内ゲートランナの終端部から見た上型の断面図である。 実施例１に係るモールド金型用いた樹脂封止動作の完了前後の断面説明図である。 図３の上型の平面図及びキャビティ内ゲートランナの終端部から見た上型の断面図である。 金型ゲートランナから金型キャビティへの封止樹脂の流れを示す平面説明図である。 実施例２に係るモールド金型の断面図及び上型の平面図である。

以下、本発明に係るモールド金型の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。以下の実施形態では、上型側にキャビティ凹部が形成され下型側にポットが形成されるモールド金型を用いたトランスファ成形装置を用いて説明する。また、トランスファ成形装置では、下型を可動型とし上型を固定型として説明する。

先ず、図１（Ａ）においてトランスファ成形装置の概略構成について説明する。モールド金型１は上型２と下型３を備えている。モールド金型１は、上型２と下型３とでワークをクランプし、ポット４に装填された封止樹脂（樹脂タブレット）５が金型カル６に接続する金型ランナ７を通じて金型キャビティ８へ充填されるようになっている。

上型２には、ワークである基板９に実装された複数行複数列の半導体素子１０を一括してモールドする金型キャビティ８が形成されている。また、上型２にはポット４に対向する位置に金型カル６が形成され、金型キャビティエリア内に金型ランナ７に接続するキャビティ内ランナゲート１２が刻設されている。
キャビティ内ランナゲート１２は金型カル６（金型ランナ７）側から金型キャビティ８の反対側の対向辺８ａ（周縁部）に向かうにしたがって段階的に溝深さが金型キャビティ８の深さに近づくように刻設されている。

具体的には、キャビティ内ランナゲート１２は、金型カル６から金型キャビティ８の反対側の対向辺８ａに向かって溝深さが階段状に浅くなるように段付部８ｂが形成されている。このため、各段付部８ｂに沿って金型キャビティ８の金型カル６に近い上流側から封止樹脂５が段階的に充填される（図２参照）。
このように、金型キャビティ８の金型カル６に近い上流側から封止樹脂５が段階的に充填されることで、例えば金型キャビティの端部に設けられたゲートからキャビティ全体に封止樹脂を充填するモールド金型と比較して、金型キャビティ８内での封止樹脂５の移動距離を短くして十分なゲルタイムを確保することが可能である。また、ゲート下流側で渦流も発生しないので、十分なゲルタイム確保と均一な封止樹脂の充填が行なえる。

図２において、キャビティ内ランナゲート１２の溝幅は、金型カル６から金型ランナ７を経て金型キャビティ８の対向辺８ａに向かって漸進広くなるように形成されている。これは、キャビティ内ランナゲート１２の溝深さは、金型キャビティ８の対向辺８ａに向かって浅くなっていくが、溝幅が広がることでキャビティ内ランナゲート１２の断面積が急激に減少しないようにするためである。

下型３は、ポット４が設けられたセンターインサート１３に隣接して、ワークを支持する下型インサート１４が設けられている。下型インサート１４の上面はセンターインサート１３の上面と基板９の板厚分の段差が形成されて図示しない下型ベース（下型テェイス）に組み付けられている。下型インサート１４に基板９が載置されると、基板上面はセンターインサート１３の上面と面一になるようになっている。下型インサート１４の上面に基板９が載置され、下型３を上動させてモールド金型１を型閉じすると、基板９は上型２が基板外縁部に突き当たってクランプされる（図１（Ｂ）参照）。

ポット４内には公知のトランスファ駆動機構により上下動するプランジャ１５が設けられている。プランジャ１５は、複数のポット４に対応して複数本が支持ブロック（図示しない）に設けられるマルチプランジャが用いられる。プランジャ１５を上動させると、ポット４内の溶融した封止樹脂５が、金型カル６、金型ランナ７，キャビティ内ランナゲート１２を経て金型キャビティ８へ圧送りされる。

ここで、上記モールド金型を用いた樹脂モールド動作について図１乃至図５を参照しながら説明する。一例として、成形品の厚さ（金型キャビティ１０の深さ）は基板面から0.2ｍｍとし、金型パーティングライン（基板面）から金型カル６の高さは1.0ｍｍ、金型カル６に接続するキャビティ内ランナゲート１２の最初の段付部８ｂまでの高さは0.5ｍｍ、キャビティ内ランナゲート１２の終端の段付部８ｂの高さが0.30ｍｍとなっている。

図１（Ａ）において、下型インサート１４の上面にワーク（基板９）が搬入され、ポット４に封止樹脂５（樹脂タブレット）が供給された下型３を上昇させて、上型２とで基板９がクランプされる。

次に、図１（Ｂ）のに示すように、図示しないトランスファ駆動機構を作動させてプランジャ１５を上昇させると、金型カル６、金型ランナ７、キャビティ内ランナゲート１２を通じて金型キャビティ８内へ溶融樹脂を充填する。このとき、図１（Ｂ），図２に示すように、各段付部８ｂに沿って金型カル６に近い上流側の金型キャビティ８から封止樹脂５が段階的に充填される。

具体的には、図５の矢印に示すように、キャビティ内ランナゲート１２に沿って金型カル６に近い上流側から両側の金型キャビティ８へ１段目の段差部８ｂに沿って充填され、次に２段目の段差部８ｂに沿って両側の金型キャビティ８へ充填される…という動作を繰り返して最終的に下流側の５段目の段差部８ｂまで到達すると、金型キャビティ８と同等の高さ範囲で封止樹脂５が金型キャビティ８の周縁部（対向辺８ａ）まで順次充填される（図３、図４参照）。

このように、キャビティ内ランナゲート１２の溝深さ（0.5ｍｍ〜0.3ｍｍ）が金型キャビティ８の深さ（0.2ｍｍ）より深くなるように形成されているので、封止樹脂５が金型キャビティ８に流入する際に断面積が絞られることがないので熱交換速度が速まって、ゲルタイムが短縮され流動中の樹脂粘度が増大することはなく、基板実装された半導体素子１０のワイヤー流れを引き起こすおそれもなくなる。
また、断面積が絞られた金型ゲートを通過することがないので、当該金型ゲートの下流側で渦流が発生してマイクロボイド（微細な気泡）どうしが合体して視認可能な大きさのボイドに成長して更に下流側へ押し流され成形品周縁部に気泡の列によるフローマークが形成されることもないうえに、封止樹脂５に混入するフィラー径の分布に偏りが発生することもない。さらに、空気やガスなどの気体が金型キャビティ８内に存在している場合であっても、封止樹脂５の充填に伴って下流側へ順次押し出されるためエアートラップが発生することもない。
したがって、基板実装された複数の半導体素子１０を一括してモールドする金型キャビティ８へ、金型カル６に近い上流側から順次封止樹脂５を充填させながら金型キャビティ８の周縁部である下流側に行きわたらせることができるので、成形品質の向上を図ることができる。特に、成形品が薄型になりかつ一括モールドにより成形される製品においては、モールド金型１の構造上の工夫により成形品質の向上を実現できる。

尚、図２、図４に示すように、一括成形を行なう金型キャビティ８の樹脂モールドされる面積が大きいモールド金型においては、金型キャビティエリア（１つの金型キャビティ８）に形成されるキャビティ内ランナゲート１２は、単数のみならず、破線で示すように複数形成されていてもよい。この場合には、１つのポット４の封止樹脂５（樹脂タブレット）を金型ランナ７で枝分かれさせて各キャビティ内ランナゲート１２に圧送する構成としてもよい。また、複数のポット４の封止樹脂５（樹脂タブレット）の金型ランナ７を各キャビティ内ランナゲート１２に接続して圧送する構成としてもよい。これにより、成形品が薄く樹脂モールド面積（金型キャビティの面積）の広い平板状のパッケージを効率よくしかも高品質に樹脂モールドすることができる。
また、樹脂モールド後の成形品は、図示しないエジェクタピン機構により、モールド金型１から取り外され、図外のディゲート部に搬送される。このディゲート部においてツイストし金型ランナ７とキャビティ内ランナゲート１２との段差部に応力集中させることで分断し、この段差部から基板９端までのディゲートライン１１（図３（Ｂ）参照）で樹脂モールド後の成形品を成形品カル、成形品ランナ（不要樹脂）と分離する。

次に、モールド金型１の他例について図６を参照して説明する。実施例１と同一部材には同一番号付して説明を援用し、以下では異なる構成を中心に説明する。
本実施形態は、モールド金型１のうち下型３の構成が同様であるので説明を援用するものとし、上型２の構成を中心に説明する。

図６（Ａ）において、上型２に形成されるキャビティ内ランナゲート１２は、金型カル６から金型キャビティ８の中途部に向かって溝深さが漸進浅くなるようにテーパー面１２ａが形成されている。図６（Ｂ）において、上記テーパー面１２ａに沿って金型キャビティ８の金型カル６に近い上流側から封止樹脂５が段階的に充填されるようになっている。

また、図６（Ａ）において、キャビティ内ランナゲート１２の底部１２ｂ及びその延長線上に相当する金型キャビティ底部８ｃには、型開き動作に応じて成形品を押動して離型させるエジェクタピン１６が突没可能に設けられている。尚、比較的面積の広い金型キャビティ底部８ｃに突き当てるエジェクタピン１６は、成形品にクラック等が生じるのを防ぐため、先端部の当接面積を拡大する拡径材１６ａが設けられていてもよい。

このように、キャビティ内ランナゲート１２に存在する不要樹脂の厚さが成形品より厚く成形されるが、当該不要樹脂にエジェクタピン１６を突き当てることで成形品に影響することなく離型することができる。上記成形品は、樹脂モールド後に個片にダイシングブレードやレーザを用いた切断装置でダンシングされるため、キャビティ内ランナゲート１２に存在する不要樹脂が成形品質に与える影響はない。

上述したモールド金型１は、上型キャビティ、下型ポット配置タイプのモールド金型を用いて説明したが、下型キャビティであってもよいし、上型ポット、下型キャビティ配置のモールド金型１であってもよい。
また、固定型を上型２、可動型を下型３として説明したが、これに限定されるものではなく、固定型を下型３、可動型を上型２としても良い。

１ モールド金型
２ 上型
３ 下型
４ ポット
５ 封止樹脂
６ 金型カル
７ 金型ランナ
８ 金型キャビティ
８ａ 対向辺
８ｂ 段付部
８ｃ 金型キャビティ底部
９ 基板
１０ 半導体素子
１１ ディゲートライン
１２ キャビティ内ランナゲート
１２ａ テーパー面
１２ｂ 底部
１３ センターインサート
１４ 下型インサート
１５ プランジャ
１６ エジェクタピン
１６ａ 拡径材

Claims (5)

1. 上型と下型とでワークをクランプし、ポットに装填された封止樹脂が金型カルに接続する金型ランナを通じて金型キャビティへ充填されるモールド金型であって、基板実装された複数の半導体素子を一括してモールドする金型キャビティが形成された当該金型キャビティエリア内に前記金型ランナに接続するキャビティ内ランナゲートが刻設されており、当該キャビティ内ランナゲートは前記金型カル側から金型キャビティの反対側の対向辺に向かうにしたがって段階的に溝深さが前記金型キャビティの深さに近づくように刻設されていることを特徴とするモールド金型。
2. 前記キャビティ内ランナゲートは、前記金型カル側から金型キャビティの反対側の対向辺に向かって溝深さが階段状に浅くなるように段付部が形成されており、各段付部に沿って前記金型キャビティの金型カルに近い上流側から封止樹脂が段階的に充填される請求項１記載のモールド金型。
3. 前記キャビティ内ランナゲートの溝幅は、金型カルから金型ランナを経て金型キャビティの対向辺に向かって漸進広くなるように形成されている請求項１又は２記載のモールド金型。
4. 前記キャビティ内ランナゲートは、前記金型カルから金型キャビティの中途部に向かって溝深さが漸進浅くなるようにテーパー面が形成されており、当該テーパー面に沿って前記金型キャビティの金型カルに近い上流側から封止樹脂が段階的に充填される請求項１記載のモールド金型。
5. 前記キャビティ内ランナゲートの底部及びその延長線上に相当する金型キャビティ底部には、型開き動作に応じて成形品を押動して離型させるエジェクタピンが突き出し可能に設けられている請求項１乃至４のいずれか１項記載のモールド金型。

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