JP4467207B2 - 樹脂封止方法及び基板クランプ機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リードフレームやプリント基板等からなる配線部材（以下、基板という。）に半導体チップ等のチップ状部品を樹脂封止する際に、基板を適正な圧力でクランプして樹脂封止する樹脂封止方法及び基板クランプ機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、樹脂封止装置の金型が有するキャビティに溶融樹脂を注入して、そのキャビティに収容されたチップ状部品を樹脂封止する際には、次のようにして行っていた。まず、下型側のステージの上に、チップ状部品が装着された基板を載置して、上型と下型とを型締めする。次に、上型に設けられたキャビティに溶融樹脂を注入して、これを硬化させる。次に、型開きして、樹脂封止が完了したパッケージを取り出す。
ここで、溶融樹脂が金型間に漏れ出してしまうと、樹脂ばりが発生する。これを防止するために、従来のクランプ機構では、下型本体とステージとの間にばねを設けて、ばねによる圧力で基板をクランプしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の樹脂封止方法によれば、基板をクランプする際の圧力（クランプ圧）がキャビティに注入される溶融樹脂の圧力（樹脂圧）よりも小さい場合には、溶融樹脂が漏れ出して樹脂ばりが発生するので、これを防止するためにクランプ圧を樹脂圧よりも大きくする必要がある。クランプ圧は、基板の材質や大きさ、樹脂圧等によって差があり、例えば、５〜１２ｋｇ／ｍｍ^２程度に設定されている。
ここで、次のような問題がある。第１の問題は、クランプ圧が大きすぎる場合には、基板にクラックや変形等が発生することである。特に、近年では、パッケージに対して薄型化の要求が強く、基板が薄くなる傾向にあるので、クランプ圧を適正に保つ必要性がますます大きくなっている。第２の問題は、クランプ圧を樹脂圧よりも大きくしなければならないのでばね定数が大きいばねを使用する必要があり、このために、基板の厚さがばらつく場合にはクランプ圧を一定に保つことが困難になることである。したがって、樹脂ばり、基板のクラックや変形等が発生しやすい。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、樹脂封止する際に、基板にクラックや変形等が発生しない適正な圧力で基板をクランプするとともに、樹脂ばりを防止する樹脂封止方法及び基板クランプ機構を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の技術的課題を解決するために、本発明に係る樹脂封止方法は、キャビティが設けられ相対向する金型セットを使用してチップ状部品を樹脂封止する樹脂封止方法であって、チップ状部品が装着された基板を金型セットのうち一方の金型側に設けられたステージの上に載置する工程と、金型セットを型締めすることによって基板をクランプするとともに、該基板をクランプするクランプ圧をステージに当接して設けられた弾性部材に該ステージを介して加えることによってステージを押し込む工程と、一方の金型に設けられた剛性部材をステージに当接させることによって、押し込められたステージを支持する工程と、キャビティに溶融樹脂を注入するとともに、該溶融樹脂を注入する際の樹脂圧をステージを介して剛性部材に加える工程と、溶融樹脂を硬化させる工程と、金型セットを型開きしてチップ状部品が樹脂封止されたパッケージを取り出す工程とを備え、ステージは剛性部材に対向する側にテーパ面を有し、剛性部材はステージのテーパ面に対向するテーパ面を有し、ステージを支持する工程では、剛性部材を前進させてテーパ面同士を互いに当接させることによって、押し込められたステージを支持することを特徴とする。
【０００６】
これによれば、型締めした際に、基板に対するクランプ圧をステージを介して弾性部材に加えることになるので、基板には、弾性部材によって定まるクランプ圧しか加わらない。したがって、適当な弾性部材を使用することにより、常に最適なクランプ圧で基板をクランプすることができる。また、キャビティに溶融樹脂を注入する際に、樹脂圧を剛性部材に加えることになるので、クランプされた基板と金型セットとの間に間隙が発生しない。したがって、溶融樹脂の漏出による樹脂ばりの発生を抑制することができる。また、基板の厚さが異なる場合であっても、テーパ面を有する剛性部材を前進させてそのテーパ面とステージのテーパ面とを当接させることにより、ステージを支持することができる。したがって、異なる厚さを有する基板に対しても、クランプされた基板と金型セットとの間に間隙が発生しないので、溶融樹脂の漏出による樹脂ばりの発生を抑制することができる。
【０００７】
【０００８】
【０００９】
上述の技術的課題を解決するために、本発明に係る基板クランプ機構は、
基板上のチップ状部品を樹脂封止する際に使用される基板クランプ機構であって、相対向して設けられた金型セットのうちの一方の金型と、金型セットのうち一方の金型に対向して設けられた他方の金型と、一方の金型に設けられ基板が載置されるステージと、一方の金型において、ステージが有する面のうち基板が載置される面の反対面に当接して設けられた弾性部材と、一方の金型においてステージの反対面に対して離間と当接とが可能になるようにして設けられた剛性部材とを備えているとともに、一方の金型と他方の金型とが型締めされた状態において、基板がクランプされるクランプ圧がステージを介して弾性部材に加えられることによってステージが押し込まれ、かつ、剛性部材がステージに当接可能であり、ステージの反対面はテーパ面からなり、剛性部材はステージのテーパ面に対向するテーパ面を有し、剛性部材が前進してテーパ面同士が互いに当接することによって、押し込められたステージが支持されることを特徴とする。
【００１０】
これによれば、型締めされた際に、基板に対するクランプ圧がステージを介して弾性部材に加えられることになるので、基板には、弾性部材によって定まるクランプ圧しか加わらない。したがって、適当な弾性部材を使用することにより、常に最適なクランプ圧で基板がクランプされる。また、型締めされた状態でステージと剛性部材とが当接可能なので、樹脂封止による樹脂圧がステージを介して剛性部材に加えられることが可能になる。これにより、クランプされた基板と金型セットとの間に間隙が発生しない。したがって、溶融樹脂の漏出による樹脂ばりの発生が抑制される。また、基板の厚さが異なる場合であっても、テーパ面を有する剛性部材が前進してそのテーパ面とステージのテーパ面とが当接するので、テーパ部材によってステージが支持される。したがって、異なる厚さを有する基板に対しても、クランプされた基板と金型セットとの間に間隙が発生しないので、溶融樹脂の漏出による樹脂ばりの発生が抑制される。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る樹脂封止方法及び基板クランプ機構を、図１〜図３を参照して説明する。図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明に係る樹脂封止方法において、上型が基板に接触した時点の状態と、金型を型締めした後に進退用の可動テーパ部材が前進する直前の状態とをそれぞれ示す部分断面図である。
【００１４】
図１において、１は樹脂封止装置の下型、２は下型１に対向して設けられた上型である。３は下型１と上型２とからなる金型セットであって、この金型セット３は、ヒータ（図示せず）により１８０℃程度にまで予熱されている。４は、下型１に設けられた凹部である。５は、凹部４において水平方向（図の左右方向）に移動可能に設けられた剛性部材であって、上面がテーパ面になっている進退用の可動テーパ部材である。６は、上面が平面で、かつ、下面がテーパ面になっているとともに、その下面が可動テーパ部材５の上面に相対向するように、すなわちテーパ面同士が相対向して設けられている、ステージ用テーパ部材である。７は、可動テーパ部材５とステージ用テーパ部材６とに、可動テーパ部材５の初期位置においてそれぞれ重なるようにして設けられた貫通穴である。８は、貫通穴７に弾性部材として設けられた、例えばコイルばねからなる圧縮ばねである。９は、その下面にステージ用テーパ部材６の上面が当接された状態でステージ用テーパ部材６が固定されており、可動テーパ部材５の初期位置において圧縮ばね８により支持されている基板載置台である。１０は、ステージ用テーパ部材６と基板載置台９とにより構成されるステージである。１１はステージ１０の上に載置された基板、１２は基板１１に装着された半導体チップである。
【００１５】
ここで、ステージ１０は、上型２の型面が基板１１の上面に接触している状態において、圧縮ばね８により次のようにして支持されている。第１に、ステージ１０は、上型２の型面が基板１１の上面に接触した時点では、基板１１の上面が下型１の型面から突出するようにして、支持されている。第２に、ステージ１０は、図１（Ｂ）に示すように、金型セット３が型締めした状態では、ステージ１０の下面が可動テーパ部材５の上面から離間するようにして、すなわちテーパ面同士が互いに離間するようにして、支持されている。
【００１６】
１３は、上型２に設けられた空間であって、半導体チップ１２が収容されるとともに溶融樹脂が注入されるキャビティである。１４は、溶融樹脂の樹脂通路であって、溶融樹脂の供給源であるカル（図示なし）に連通している。
【００１７】
１５は、下型１が収容されるベースである。１６はベース１５の側面に取り付けられたエアシリンダ、１７はエアシリンダ１６のロッドである。１８は、ベース１５の側壁に設けられた空間である。１９は、空間１８に設けられ、ロッド１７によって突き出される突き出し板である。２０は、空間１８に設けられ、ロッド１７が突き出していない場合に、突き出し板１９を初期位置に戻すための圧縮ばねである。２１は、突き出し板１９と一体的に形成され、先端が可動テーパ部材５に固定された突き出し棒である。
【００１８】
図１の樹脂封止方法を、図１と図２とを参照しながら説明する。図２（Ａ），（Ｂ）は、本発明に係る樹脂封止方法において、剛性部材がステージを支持する状態と、キャビティに溶融樹脂を注入する状態とをそれぞれ示す部分断面図である。
【００１９】
まず、図１（Ａ）に示すように、ロッド１７が突き出していない状態、すなわち可動テーパ部材５が初期位置にある状態で、上型２を、その型面が基板１１の上面に接触するまで下降させる。前述のように、この時点でステージ１０は、基板１１の上面が下型１の型面から突出するようにして、圧縮ばね８により支持されている。
【００２０】
次に、図１（Ｂ）に示すように、上型２と下型１との型面同士が接触するまで引き続き上型２を下降させる。このことによって、金型セット３による型締めが完了する。前述のように、この時点でステージ１０は、その下面、すなわちテーパ面が可動テーパ部材５のテーパ面から離間するようにして、すなわちテーパ面同士が互いに離間するようにして、圧縮ばね８により支持されている。
【００２１】
次に、同じく図１（Ｂ）に示すように、エアシリンダ１６を動作させて、ロッド１７によって突き出し棒２１を突き出す。そして、図２（Ａ）に示すように、ステージ１０のテーパ面に当接するまで、可動テーパ部材５を図の右側へと前進させる。これにより、可動テーパ部材５のテーパ面とステージ１０のテーパ面とが当接した状態になる。この状態で、金型セット３による型締め圧が、ステージ１０を介して、剛性部材である可動テーパ部材５に加えられているとともに、圧縮ばね８によるクランプ圧が、基板１１に加えられていることになる。本発明では、例えば、クランプ圧が１〜３ｋｇ／ｍｍ^２程度になるように、圧縮ばね８を選択することができる。
また、エアシリンダ１６を使用していることにより、基板１１に厚さのばらつきがある場合であっても、作動流体であるエアの圧力によりそのばらつきを吸収することができる。
【００２２】
次に、図２（Ｂ）に示すように、プランジャ（図示なし）を使用して、溶融樹脂２２を加圧してキャビティ１３に注入する。この状態で、溶融樹脂２２による樹脂圧が、基板１１及び半導体チップ１２と、ステージ１０とを順次介して、剛性部材である可動テーパ部材５に加えられていることになる。
【００２３】
次に、溶融樹脂２２を硬化させて基板１１上に硬化樹脂を形成した後に、金型セット３を型開きする。この状態において、エアシリンダ１６を動作させてロッド１７を初期位置に戻す。これにより、圧縮ばね２０が突き出し板１９を押し戻すので、図１（Ａ）に示すように、ロッド１７と突き出し板１９とが離間した状態で、突き出し棒２１と可動テーパ部材５とが初期位置に戻る。したがって、金型セット３が型開きした状態では、エアシリンダ１６と金型セット３とは熱的に遮断されていることになる。
【００２４】
次に、エジェクタピン（図示なし）によって基板１１を突き出す。このことにより、硬化樹脂が形成された状態の基板１１、すなわち樹脂封止が完了したパッケージを取り出す。
【００２５】
ここで、本発明の第１の特徴は、図１（Ｂ）に示すように、型締めされた際に基板１１に加えられるクランプ圧が、圧縮ばね８のみにより決定されることである。したがって、圧縮ばね８のばね定数を適当に定めておけば、基板１１は、常に、クラックや変形等が発生しない範囲において最大のクランプ圧でクランプされる。例えば、基板１１は、従来のクランプ圧５〜１２ｋｇ／ｍｍ^２に比較して十分に低い、クランプ圧１〜３ｋｇ／ｍｍ^２程度でクランプされる。
また、第２の特徴は、図２（Ａ）に示すように、型締め後であってキャビティ１３に溶融樹脂２２が注入される前に、剛性部材である可動テーパ部材５によってステージ１０が支持されることである。これにより、キャビティ１３に溶融樹脂２２が注入される際の樹脂圧は、可動テーパ部材５に加えられることになる。したがって、樹脂圧が加えられても上型２と基板１１との間に間隙が生じないので、溶融樹脂２２の漏出による樹脂ばりの発生が抑制される。
また、第３の特徴は、図１（Ａ）に示すように、金型セット３が型開きした状態で、エアシリンダ１６を金型セット３からの熱伝導を受けにくい状態にすることである。したがって、エアシリンダ１６が金型セット３から受ける熱の影響が低減される。
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、圧縮ばね８のばね定数を適当に定めることにより、基板１１にクラックや変形等が発生しない適正なクランプ圧で基板１１がクランプされるように、設定することができる。また、溶融樹脂２２が注入される際に樹脂圧が加えられても、上型２と基板１１との間に間隙が生じないので、溶融樹脂２２の漏出による樹脂ばりの発生が抑制される。また、エアシリンダ１６が金型セット３から受ける熱の影響が低減されるので、エアシリンダ１６の動作不良を防止することができる。
【００２７】
本発明の変形例として、スペーサとテーパ部材とを組み合わせるとともに、そのスペーサを交換して使用する樹脂封止方法及び基板クランプ機構を、図３を参照して説明する。図３（Ａ），（Ｂ）は、本変形例に係る基板クランプ機構において、厚さの小さい基板に対応するためにスペーサを交換する場合における交換前と交換後との状態をそれぞれ示す部分断面図である。
【００２８】
図３（Ａ），（Ｂ）において、２３，２４は、剛性を有する同じ材質の板状部材からなるスペーサであって、それぞれステージ１０の上に載置されている。また、スペーサ２３，２４は、それぞれ所定の板厚を有し、スペーサ２４の板厚がスペーサ２３の板厚よりも大きくなるように設定されている。２５は、図１，図２における基板１１よりも小さい基板厚の規格を有する基板である。
【００２９】
本変形例は、図１，図２の樹脂封止方法によれば樹脂ばりが発生するおそれがある場合に、適用される。まず、図３（Ａ）に示すように、所定の厚さのスペーサ２３を、ステージ１０の上に載置する。
【００３０】
次に、スペーサ２３の上に基板２５を載置した後に、金型セット３を型締めする。この場合には、基板２５の基板厚が小さいので、型締めした際にステージ１０の下面と可動テーパ部材５の上面との間隔が大きくなる。そして、基板厚とスペーサ２３の厚さとによっては、可動テーパ部材５の右側への移動だけでは、可動テーパ部材５の上面をステージ１０の下面に当接させることができない場合がある。この状態で樹脂封止した場合には、樹脂圧によって圧縮ばね８が圧縮される。したがって、上型２と基板２５との間に間隙ができることにより樹脂ばりが発生するおそれがある。
【００３１】
次に、図３（Ｂ）に示すように、型開きして基板２５を取り出した後に、スペーサ２３に代えて基板厚の大きいスペーサ２４をステージ１０の上に載置する。以下、先程と同様に、スペーサ２４の上に基板２５を載置した後に、金型セット３を型締めする。この場合に、スペーサ２４の厚さが適正であれば、型締めした際にステージ１０が十分に下降する。これにより、ステージ１０の下面と可動テーパ部材５の上面との間隔が図３（Ａ）の場合よりも小さくなるので、可動テーパ部材５の右側への移動によって、可動テーパ部材５の上面をステージ１０の下面に当接させることができる。
【００３２】
ここで、実際には、可動テーパ部材５の水平移動によりその上面をステージ１０の下面に当接させることができるか否かを、様々な基板厚を有する基板について、予め調べておくことが好ましい。そして、ある基板厚の規格を有する基板を使用する場合には、その基板厚に対応する厚さのスペーサを選択して使用すればよい。
【００３３】
なお、基板２５の厚さが大きいために、金型セット３が型締めする前に、可動テーパ部材５の上面とステージ１０の下面とが当接する場合がある。この場合には、スペーサ２３に代えて、厚さが更に小さいスペーサを使用すればよい。
【００３４】
以上説明したように、本変形例によれば、金型セット３が型締めした際に、可動テーパ部材５の上面をステージ１０の下面に当接させることができる基板２５の厚み差の範囲を、拡張することができる。したがって、厚さの規格が大きく異なる複数機種の基板２５に対して、異なる厚さを有するスペーサを交換することによって、基板２５が適正なクランプ圧でクランプされるように設定することができ、また、樹脂ばりの発生を抑制することができる。
【００３５】
なお、ここまでの説明においては、可動テーパ部材５とステージ用テーパ部材６とを設ける構成とした。これに代えて、基板載置台９の下方に剛性部材である回転カム又は面カムを設けるとともに、カムの周囲に基板載置台９を水平に保つように弾性部材を設けてもよい。この構成によっても、基板に対するクランプ圧を適正にすることができ、また、樹脂ばりの発生を抑制することができる。
【００３６】
また、圧縮ばね８としてコイルばねを使用することとしたが、これに限らず、板ばね、皿ばね等のばねや、弾性を有する高分子材料を使用してもよい。
【００３７】
また、下型１と上型２とを組み合わせる場合において、本発明を適用することとした。このような組み合わせに限らず、互いに水平方向に対向する金型において載置された基板をクランプする場合にも、本発明を適用することができる。
【００３８】
また、エアシリンダ以外に、例えば油圧シリンダ等を使用してもよい。
【００３９】
また、突き出し量を任意に設定できる機構、例えば、ステッピングモータやサーボモータ等とボールねじとを組み合わせた機構に、センサを組み合わせて使用することもできる。この場合には、ステージ１０の下面又は可動テーパ部材５の上面に、センサを設けておく。このセンサは、ステージ１０の下面と可動テーパ部材５の上面とが接触したことを検出して、又は、それらの間の圧力が所定の圧力に達したことを検出して、コントローラに信号を送信する。そして、コントローラは、可動テーパ部材５の突き出しを停止させる信号を、サーボモータ等に送信する。これにより、最適な位置まで可動テーパ部材５を前進させることができる。
【００４０】
また、基板、すなわちリードフレームやプリント基板等をクランプする場合について説明した。これに限らず、他の配線部材、例えばフレキシブル基板、セラミック基板等に対しても、本発明を適用することができる。
【００４１】
また、本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、必要に応じて、任意にかつ適宜に変更・選択して採用できるものである。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、基板が厚さのばらつきを有する場合においても、弾性部材を適当に定めることにより、基板にクラックや変形等が発生しない適正なクランプ圧で基板がクランプされるように、設定することができる。また、溶融樹脂の樹脂圧が剛性部材に加えられるので、溶融樹脂が他方の金型と基板との間に漏れ出すことによる樹脂ばりの発生を、抑制することができる。
したがって、本発明は、樹脂封止する際に、基板にクラックや変形等が発生しない適正な圧力で基板をクランプするとともに、樹脂ばりを防止する樹脂封止方法及び基板クランプ機構を提供するという、優れた実用的な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （Ａ），（Ｂ）は、本発明に係る樹脂封止方法において、上型が基板に接触した時点の状態と、金型を型締めした後に進退用の可動テーパ部材が前進する直前の状態とをそれぞれ示す部分断面図である。
【図２】 （Ａ），（Ｂ）は、本発明に係る樹脂封止方法において、剛性部材がステージを支持する状態と、キャビティに溶融樹脂を注入する状態とをそれぞれ示す部分断面図である。
【図３】 （Ａ），（Ｂ）は、本発明に係る基板クランプ機構の変形例において、厚さの小さい基板に対応するためにスペーサを交換する場合における交換前と交換後との状態をそれぞれ示す部分断面図である。
【符号の説明】
１ 下型（一方の金型）
２ 上型（他方の金型）
３ 金型セット
４ 凹部
５ 可動テーパ部材（剛性部材）
６ ステージ用テーパ部材
７ 貫通穴
８ 圧縮ばね（弾性部材）
９ 基板載置台
１０ ステージ
１１，２５ 基板
１２ 半導体チップ（チップ状部品）
１３ キャビティ
１４ 樹脂通路
１５ ベース
１６ エアシリンダ
１７ ロッド
１８ 空間
１９ 突き出し板
２０ 圧縮ばね
２１ 突き出し棒
２２ 溶融樹脂
２３，２４ スペーサ

Claims (2)

1. キャビティが設けられ相対向する金型セットを使用してチップ状部品を樹脂封止する樹脂封止方法であって、
   前記チップ状部品が装着された基板を前記金型セットのうち一方の金型側に設けられたステージの上に載置する工程と、
   前記金型セットを型締めすることによって前記基板をクランプするとともに、該基板をクランプするクランプ圧を前記ステージに当接して設けられた弾性部材に該ステージを介して加えることによって前記ステージを押し込む工程と、
   前記一方の金型に設けられた剛性部材を前記ステージに当接させることによって、押し込められた前記ステージを支持する工程と、
   前記キャビティに溶融樹脂を注入するとともに、該溶融樹脂を注入する際の樹脂圧を前記ステージを介して前記剛性部材に加える工程と、
   前記溶融樹脂を硬化させる工程と、
   前記金型セットを型開きして前記チップ状部品が樹脂封止されたパッケージを取り出す工程とを備え、
   前記ステージは前記剛性部材に対向する側にテーパ面を有し、
   前記剛性部材は前記ステージのテーパ面に対向するテーパ面を有し、
   前記ステージを支持する工程では、前記剛性部材を前進させて前記テーパ面同士を互いに当接させることによって、押し込められた前記ステージを支持することを特徴とする樹脂封止方法。
2. 基板上のチップ状部品を樹脂封止する際に使用される基板クランプ機構であって、
   相対向して設けられた金型セットのうちの一方の金型と、
   前記金型セットのうち前記一方の金型に対向して設けられた他方の金型と、
   前記一方の金型に設けられ基板が載置されるステージと、
   前記一方の金型において、前記ステージが有する面のうち前記基板が載置される面の反対面に当接して設けられた弾性部材と、
   前記一方の金型において前記ステージの反対面に対して離間と当接とが可能になるようにして設けられた剛性部材とを備えているとともに、
   前記一方の金型と前記他方の金型とが型締めされた状態において、前記基板がクランプされるクランプ圧が前記ステージを介して前記弾性部材に加えられることによって前記ステージが押し込まれ、かつ、前記剛性部材が前記ステージに当接可能であり、
   前記ステージの反対面はテーパ面からなり、
   前記剛性部材は前記ステージのテーパ面に対向するテーパ面を有し、
   前記剛性部材が前進して前記テーパ面同士が互いに当接することによって、押し込められた前記ステージが支持されることを特徴とする基板クランプ機構。

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