JP2003127162A - 樹脂封止方法 - Google Patents

樹脂封止方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子と配線板との接合強度の低下およ
び電気的接合部の破壊を生じることなく、キャビティＣ
内に配置された樹脂タブレットを加熱下で押圧すること
ができる樹脂封止方法を提供する。 【解決手段】 枠状金型22と、この枠状金型の枠内に可
動に嵌合する圧縮金型21と、枠状金型及び圧縮金型に対
向して配置された対向金型3とにより周囲を規定される
キャビティＣ内に、樹脂タブレットを圧縮金型の上面に
載置し、キャビティＣ内で被成形品を樹脂タブレットに
向き合うように配置し、圧縮金型の位置検出値と所定の
数式とに基づいてこの圧縮金型の昇降速度を算出し、そ
の算出結果に従って押圧手段による圧縮金型の昇降速度
を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素子
を搭載した基板（基板、リードフレーム）等を樹脂で封
止する樹脂封止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の方法について図５乃至図７を用い
て説明する。
【０００３】従来の樹脂封止方法は、固定上金型と、上
下に可動する枠状金型と、この枠状金型の枠内に可動に
嵌合する圧縮金型とからなる下型とから構成される金型
の、上型と枠状金型との間に、半導体素子を搭載し、電
気的接続をした配線板を挟み込む。
【０００４】上型および枠状金型、圧縮金型はヒータに
より加熱されており、枠状金型と圧縮金型は昇降機構で
昇降自在となっている。
【０００５】タブレット状に成形した熱硬化性樹脂（以
下、樹脂タブレットという）を圧縮金型の上面に載置
し、加熱溶融させ、圧縮金型で配線板方向に押し潰すこ
とにより配線板と枠状金型と圧縮金型で形成されるキャ
ビティＣ内に樹脂を充満させることで樹脂成形を成す。
【０００６】樹脂タブレットが圧縮される際の平面的な
流動先端部の動きを図７に示す。
【０００７】また、圧縮金型を等速度で上昇させた際の
流動先端部の流速変化を図５に示す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】これらの図５及び図７
からも明らかな様に、溶融状態の樹脂は最終段階で成形
品の角部付近で急激に流速を増すことが判明している。
半導体素子が図８に示すように一様に配置されている場
合、角部付近の半導体素子は大きなせん断応力を受ける
ことになり、素子と配線板との接合強度の低下や、電気
的接合部の破壊を生じる問題があった。
【０００９】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、半導体素子と配線板との接合強度の低
下および電気的接合部の破壊を生じることなく、キャビ
ティＣ内に配置された樹脂タブレットを加熱溶融させ、
最適の昇降速度で圧縮金型を押圧することができる半導
体樹脂封止方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る樹脂封止方
法は、枠状金型と、この枠状金型の枠内に可動に嵌合す
る圧縮金型と、前記枠状金型及び圧縮金型に対向して配
置された対向金型とにより周囲を規定されるキャビティ
Ｃ内に、樹脂タブレットを前記圧縮金型の上面に載置
し、被成形品を前記キャビティＣ内で前記樹脂タブレッ
トに向き合うように配置し、位置検出手段により検出し
た前記圧縮金型の位置検出値と所定の数式とに基づいて
流動先端速度を算出し、その算出結果に従って押圧手段
による前記圧縮金型の昇降速度を制御することを特徴と
する。
【００１１】上記の所定の数式は、少なくとも３種類の
速度算出をする連続関数を持ち、前記位置検出値により
使用関数を変更するものとする。前記位置検出手段（ギ
ャップセンサ）は、上昇時に圧縮金型の変位を検出する
ことにより、圧縮金型の位置を常に監視しており、予め
計算されたデータテーブルとの比較により、流動先端速
度が規定値に達する位置に変速点を設け、圧縮金型の上
昇速度を変更する。その変速点は次式（１）〜（３）に
従って決定する。すなわち、予め設定した初期の圧縮金
型上昇速度ｖｐから算出した流動先端速度ｖが予め規定
した流動先端速度の許容値に達する圧縮金型の位置を変
速点とする。この変速点以降はｖｐに予め設定した第２
の圧縮金型上昇速度を代入し、同様の計算を進め前記流
動先端速度の規定値に達したなら、同様に予め設定した
第３の圧縮金型上昇速度を代入し、計算を進める。
【００１２】これを繰り返し、作成した圧縮金型の位置
に対する速度値を格納したものが、前記データテーブル
となる。
【００１３】実際の動作は、前記ギャップセンサにより
検出した位置により、前記データテーブルを参照しなが
ら圧縮金型の上昇速度を変更する。流動先端速度ｖは、
条件によって次の（１）〜（３）式が与えられる。
【００１４】樹脂タブレットが枠状金型に接していない
時の流動先端速度ｖは下式（１）で与えられる。
【００１５】
【数１】
【００１６】樹脂タブレットが枠状金型の２辺のみに接
している時の流動先端速度ｖは下式（２）で与えられ
る。
【００１７】
【数２】
【００１８】樹脂タブレットが枠状金型の４辺に接して
いる時の流動先端速度ｖは下式（３）で与えられる。
【００１９】
【数３】
【００２０】上式（１）〜（３）においては、時間ｔを
変数としているが、圧縮金型上昇速度ｖｐと位置ｈとを
用いてｔ＝ｈ／ｖｐの関係から容易に換算することがで
きる。従って、流動先端速度ｖに達する圧縮金型位置を
求めることができる。なお、樹脂は溶融圧縮の段階で１
０％程度の密度変位がある。これは、誤差として無視で
きるが、溶融、圧縮後の密度を使用し、タブレット体積
を換算してもよい。
【００２１】上記のように溶融樹脂の流動先端が単純に
同心円に広がる状態と、長辺に接触した後の広がる状態
と、短辺に達した後に角部を充たして行く状態の３つの
状態に対し、それぞれ上式（１）〜（３）の速度方程式
を持ち、圧縮金型の位置により使用する方程式を変更し
て、より微細に流動速度を制御することができる。すな
わち、溶融樹脂の流動先端位置の流速が一定の値を超え
ないように圧縮金型の昇降速度を制御することができる
ので、キャビティＣ内の四隅近傍に位置する回路が損傷
すること無く、円形の断面形状をもつ樹脂タブレットの
溶融物を矩形の断面形状をもつキャビティＣ内の隅々に
至るまで行き渡らせることができる。
【００２２】なお、本発明の成形対象物となる被成形品
は、半導体素子を搭載し電気的接続を施した配線基板ま
たはリードフレームである。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の好ましい実施の形態について説明する。
【００２４】図１乃至図３に示すように、樹脂封止装置
１の金型は、本体フレーム１７に固定された上型３と、
昇降機構５１（９〜１２），５２（７）に可動支持され
た下型２とで構成されている。
【００２５】この下型２は、図３に示すように圧縮金型
２１および枠状金型２２を備えている。圧縮金型２１は
枠状金型２２の枠内に可動に嵌合している。前者は昇降
機構５１（９〜１２）により昇降駆動され、後者は昇降
機構５２（７）により昇降駆動されるようになってい
る。これらの両昇降機構５１，５２は制御器５０により
駆動制御されるようになっている。圧縮金型２１、枠状
金型２２および配線板４２により周囲を規定されるスペ
ースがキャビティＣとなる。このキャビティＣ内に樹脂
タブレット４４が配置され、所定の加熱加圧条件下で樹
脂封止成形が行われるようになっている。
【００２６】上型３はヒータ４ａにより加熱され、下型
の枠状金型２２及び圧縮金型２１はヒータ４ｂにより加
熱されるようになっている。
【００２７】上型３は被成形品４１を保持するためのレ
ール５を備えている。枠状金型２２とベース６ａとの間
にはバネ７が介在している。圧縮金型２１はベース６
ａ，６ｂと断熱材８を介して可動プラテン９に取り付ら
れている。
【００２８】可動プラテン９はボールネジ１０とベルト
１１を介してモータ１２により上下に移動されるように
なっている。
【００２９】図６に示すように、枠状金型２２の上端面
の四隅には金型の外部に連通するエアベント２３がそれ
ぞれ形成され、成形時にキャビティＣ内のエアが迅速に
排出されるようになっている。樹脂タブレット４４は、
キャビティＣ内において枠状金型の周壁２２ａから離し
て配置される。すなわち、キャビティＣのほぼ中央に置
かれた樹脂タブレット４４は、底面のみが圧縮金型の上
面２１ａに接触し、側周面および上面は、周囲の金型部
材と被成形品の半導体素子とには非接触である。
【００３０】制御器５０は、ギャップセンサからの情報
に基づいて昇降機構５１の圧縮金型上昇速度ｖｐを制御
することにより、圧縮金型２１の上昇速度を制御する。
【００３１】なお、枠状金型２２と圧縮金型２１は微細
な隙間により嵌合しているので、溶融した樹脂が金型２
１，２２間の摺動面に侵入することはほとんどない。
【００３２】次に、上記装置を用いて半導体素子を基板
上に搭載した配線板を樹脂封止する場合について説明す
る。
【００３３】レール５内に被成形品４１を配置し、樹脂
タブレット４４を圧縮金型２１の上面に載置し、昇降機
構５１，５２により枠状金型２２と圧縮金型２１とを上
昇させ、上型３と枠状金型２２とで配線板４２の周縁部
を挟み込む。
【００３４】配線板４２を挟み込んだ後は、バネ７が圧
縮され、配線板４２の周縁部を押える。そのまま圧縮金
型２１の上昇を続行し、樹脂タブレット４４を押し潰す
ことにより配線板４２と枠状金型２２と圧縮金型２１で
形成されるキャビティＣ内に溶融樹脂を充満させること
により樹脂成形がなされる。
【００３５】この樹脂成形中においては、ギャップセン
サ１４を用いて圧縮金型２１の変位を検出し、予め計算
されたデータテーブルとの比較により、樹脂流動先端速
度ｖが規定値に達する位置に変速点を設け、圧縮金型上
昇速度を変更する。
【００３６】変速点は上述した数式（１）〜（３）に従
って以下のように決定する。
【００３７】樹脂が枠状金型の周壁２２ａに接していな
い場合は、溶融樹脂の流動先端速度ｖは上式（１）で与
えられる。
【００３８】樹脂が枠状金型の周壁２２ａの２辺（長
辺）のみに接している場合は、溶融樹脂の流動先端速度
ｖは上式（２）で与えられる。
【００３９】樹脂が枠状金型の周壁２２ａの４辺（長辺
及び短辺）に接している場合は、溶融樹脂の流動先端速
度ｖは上式（３）で与えられる。
【００４０】上式（１）〜（３）においては、時間ｔを
変数としているが、圧縮金型上昇速度ｖｐと位置ｈを用
いてｔ＝ｈ／ｖｐから容易に換算できる。従って、流動
先端速度ｖに達する圧縮金型位置を求めることができ
る。なお、樹脂は溶融圧縮の段階で１０％程度の密度変
位がある。これは、誤差としてこれは無視することがで
きるが、溶融、圧縮後の密度を使用し、タブレット体積
を換算してもよい。
【００４１】また、より緻密な流速制御を行う方法とし
て、上式（１）〜（３）の逆関数により、圧縮金型２２
の位置毎に速度を制御し、流速がほぼ一定速度となるよ
うに制御することも可能である。ただし、最終速度は必
ず無限大に漸近するため、流速を保つことには限界があ
る。しかし、封止対象となる製品は図８に示すように、
半導体素子Ａが搭載されている領域（例えば、Ｌ１１×
Ｌ１２）は、外周より内側にあり、現実に流速を制御す
るのは、半導体素子４３の存在する範囲まででよい。
【００４２】
【発明の効果】本発明によれば、半導体素子と配線板と
の接合強度の低下および電気的接合部の破壊を生じるこ
となく、キャビティ中央に配置された樹脂タブレットを
加熱下で押圧することができるので、不合格品が無くな
り、製品の歩留まりが格段に向上する。特に厚さ０．５
ｍｍ以下で、面積３０ｍｍ角以上の薄型大型パッケージ
に対してもキャビティの四隅近傍に位置する回路に損傷
を生じることなく、樹脂を行き渡らせることができる。
このため、不合格品がほとんど発生しない等の効果が大
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の樹脂封止方法に用いる装置の要部を切
り欠いて示す部分断面図。
【図２】本発明の樹脂封止方法に用いる装置の金型及び
駆動部を示す断面図。
【図３】本発明の樹脂封止方法に用いる装置の金型にセ
ットされた成形前の配線板と樹脂タブレットを示すブロ
ック断面図。
【図４】成形中の配線板と樹脂を示す内部透視断面図。
【図５】一定速度で圧縮した場合の樹脂の流動先端部の
速度変位を示すグラフ。
【図６】金型内に投入された溶融成形樹脂タブレットを
示す斜視図。
【図７】一定速度で圧縮した場合の樹脂の流動を模式的
に示した図。
【図８】成形品である基板に半導体素子を搭載した状態
を示す平面図。
【符号の説明】
１…樹脂封止装置、 ２…下型、 ２１…圧縮金型、 ２２…枠状金型、 ３…上型（対向金型）、 ４ａ，４ｂ…ヒータ、 ５…レール、 ６…ベース、 ７…枠状金型を押し上げるバネ、 ８…断熱材、 ９…可動プラテン、 １０…ボールネジ、 １１…タイミングベルト、 １２…モータ、 １３…樹脂タブレット、 １４…ギャップセンサ、 １５…固定ブロック、 １６…可動ブロック、 １７…本体フレーム、 ２３…エアベント、 ４１…被成形品、 ４４…樹脂タブレット、 ５０…制御器、 ５１，５２…昇降機構、 Ｃ…キャビティ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F202 AD02 AD18 AD19 AH37 AP06 AR08 CA09 CB01 CB17 CQ05 4F204 AA36 AC01 AD03 AH36 AM32 AP06 AR02 AR08 FA01 FB01 FB11 FN11 FN15 FN30 5F061 AA01 BA01 BA03 CA22 DB01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 枠状金型と、この枠状金型の枠内に可動
    に嵌合する圧縮金型と、前記枠状金型及び圧縮金型に対
    向して配置された対向金型とにより周囲を規定されるキ
    ャビティＣ内に、樹脂タブレットを前記圧縮金型の上面
    に載置し、 被成形品を前記キャビティＣ内で前記樹脂タブレットに
    向き合うように配置し、 位置検出手段により検出した前記圧縮金型の位置検出値
    と所定の数式とに基づいて流動先端速度を算出し、その
    算出結果に従って押圧手段による前記圧縮金型の昇降速
    度を制御することを特徴とする樹脂封止方法。
  2. 【請求項２】 前記所定の数式は、少なくとも３種類の
    速度算出をする連続関数を持ち、前記位置検出値により
    使用関数を変更することを特徴とする請求項１記載の樹
    脂封止方法。
  3. 【請求項３】 前記被成形品が半導体素子を搭載し電気
    的接続を施した配線基板またはリードフレームであるこ
    とを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の樹
    脂封止方法。
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