JP6475512B2 - モールド成型装置及びモールド成型方法 - Google Patents

Description

本発明はモールド成型装置及びモールド成型方法に関し、特に各種のセンサパッケージにおいてその一部を開口部としてセンサ部エリア等を露出させるモールド成型に関する。

近年、各種のセンサの需要は大幅に高まってきており、例えば車載センサとして、ヘッドライトを明るさに応じて点灯させる照度センサ、４輪のブレーキ、アクセルの制御を行うデータを提供するため、車の姿勢を検知するジャイロセンサ、或いはガソリンタンクの漏れを検知したり、着座している人を検知したりする圧力センサ等、多種多様のセンサが搭載されている。

また、最近の低燃費化の流れから、混合ガスを作る際に使用する空気の湿度を検出して、ガソリンと空気の混合比を変化させて低燃費化の対応を図る湿度センサも使用されている。この湿度センサについては、上記のようにエンジン周辺に配置されているものだけでなく、フロントガラスの曇り止めのためや、ガラス表面温度を熱伝導率が高い金属を介して測った温度測定結果と共に雰囲気湿度の測定結果をオートエアコンにフィードバックするシステム等に利用されている。このような車載品に限らず、民生品への新たなセンサの搭載も活発で、スマートフォン、歩数計等に絶対圧計を搭載し、そこから得られる絶対圧の情報から高度を割り出し、３軸加速度センサから歩数をカウントし、それに高度情報を加えることで正確な運動に伴う消費カロリーを算出するヘルスケア向けの展開も活発である。

更に、世界的な環境問題に発展している中国のＰＭ２．５による健康への懸念のため、特に中国市場にて販売が好調である空気清浄機に温度、湿度センサは標準的に搭載されている。
この湿度センサについては、湿度の感知方式の違いから抵抗式と静電容量式の２つがあるが、どちらも一般にＩＤＴ電極等に被覆させた感湿膜が雰囲気湿度によりに水分が吸着すると、電気的な容量が変化する特性（抵抗式では抵抗値の変化、静電容量式では容量値の変化）を利用したものである。この感湿膜には、有機膜、酸化膜などの様々な種類の材料が用いられており、有機膜としては、例えばポリイミドが用いられる。感湿膜は上記目的から、外気の雰囲気に曝す必要があり、従来は、キャビティ状のセラミックパッケージ等の中にセンサ素子を搭載し、外気導入孔を開けたセラミックリッド等の蓋を被せた中空パッケージを適用していた。

しかし、近年のコストダウンの流れから、リードフレーム等のインターポーザ上にセンサ素子を搭載し、一般的な樹脂モールドを行い、その際、チップ上の必要な感湿膜エリアのみを部分的に開口したセンサパッケージ（特許文献１）が上市されるようになった。

また、製造方法としては、多数個のチップを集合・形成した集合基板に一括して樹脂モールドを行い、その後、ダイシングソーを用いて切断して個片化するＭＡＰ（Mold Array Package）生産方式が採用されており、高い生産性と材料利用率を上げることによる低コスト化が図られている。

図６に、開口を有する多数のセンサパッケージを形成したＭＡＰ（Mold Array Package）基板が示され、図７には、１つのセンサパッケージの構成が示されており、図６のように、インターポーザ（集合基板）１の上に、多数のセンサチップ３が実装された後、これらセンサチップ上の一部（例えば、センサ部）の開口４の位置に金型突起部を押し当てた状態で、金型のキャビティ空間に樹脂５を流し込むことにより、一度に各センサチップ３がモールド成型され、封止される。その後、このインターポーザ１を個片化することで、図７の１個のセンサパッケージ６が製作される。

図７に示されるように、センサパッケージ６では、センサチップ３がダイアタッチ材２を介してインターポーザ１に接続され、このセンサチップ３の上面のセンサ部（センシング領域）等として機能する部分に、樹脂５で封止されない開口（テーパ形状部）４が形成される。

実用新案登録第３１７３００６号公報 特開２００５−１６１６９５号公報

上述のように、樹脂モールドセンサパッケージにおいてセンサチップ上の開口４を形成するには、突起部を有する金型をセンサチップ上に押し当てて堰とし、封止を実行する方法が採られているが、この開口４はセンサチップ３の機能部分が露出する位置に形成されるため、金型の突起部はセンサチップ３の機能部分を含んだ領域に押し当てられることとなる。

このモールド成型方法として、トランスファー成型を用いる場合、樹脂充填後の巻き込みボイドのサイズを小さくするため、保圧を３〜１０ＭＰａ程度与えており、その圧力により金型の突起部とセンサチップ３の機能部分の間に樹脂が漏れないようにする必要がある。この場合、金型突起部の端部と接触するセンサチップ上には感湿膜としての目的とは違うポリイミド膜等の緩衝材を配置し、樹脂漏れ、センサチップ３へのダメージ対策を図っている。

しかし、上記ポリイミド膜の形成は、センサチップのウエハプロセスにおいて追加工程であり、ロールコーター等の塗布によって、薄い皮膜を形成、仮乾燥させた後、露光によって、ボンディングパッド等のエリアを開口状態にする必要があり、材料費、工程数の追加によって、コスト高となっていた。

また、リードフレーム等を形成したインターポーザ１にセンサチップ３を搭載したものを、上下金型にて挟み込みモールドする製造方法においては、センサチップ上の高さのバラツキを約３０μｍ程度と小さく抑える必要がある。センサパッケージの製造においては、センサチップ３の厚みの公差、ダイアタッチ材２の厚みの公差、インターポーザ１の厚さの公差を融合した母集団のバラツキがあり、更には金型面内の水平バラツキ、金型上下型の平行バラツキを考慮しても、上記約３０μｍ程度に抑える必要があり、各構成材料の管理が厳しい状況にある。

即ち、モールド金型の面内高さのバラツキは、例えば６０×１００ｍｍ程度のキャビティ空間に対しては既に約３０μｍ程度あるため、金型の高さ調整に対して余裕はなく、突発的な品質異常が発生することも少なくない。例えば、ネライ値に対して、金型の突起部が許容バラツキ範囲を超えて、センサチップ３を押し込み過ぎた場合、このセンサチップ３を保護しているポリイミド膜、パッシベーション膜へダメージを与えたり、中でも酷い場合には、センサチップ３そのもの自体にクラックを発生させたりする。逆に、許容バラツキ範囲を超えて、突起部のセンサチップ３への押し込みが不足した場合は、センサチップ上の必要な開口４のエリアに対して樹脂（５）の染み出しが発生し、例えば、静電容量型の湿度センサにおいては、感湿膜に樹脂が付着することによって、所望の容量変化が起こらず、重不良となっていた。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサパッケージを構成する各部材の公差バラツキ、金型のバラツキ等の影響を低減し、必要なセンサ部エリアに対応した開口を安定した品質にて形成することができるモールド成型装置及びモールド成型方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、基板上に実装された複数のセンサチップに対応して複数の突起部を押し当て配置することにより、このセンサチップ上の一部を開口にしてモールド成型するモールド成型装置において、上記センサチップに押し当てる上記複数の突起部を個別又は数個毎に移動可能（上下可動）に支持すると共に、上記複数の突起部に流体圧を与える圧力室を設け、上記複数のセンサチップに押し当てられる上記突起部の押圧が一定となるようにしたことを特徴とする。

請求項２の発明は、基板上に実装された複数のセンサチップに対応して金型の複数の突起部を押し当て配置し、その後、金型のキャビティ空間に樹脂を流し込むことにより上記センサチップ上の一部を開口にしてモールド成型するモールド成型方法において、上記センサチップに押し当てる上記複数の突起部を個別又は数個毎に移動可能とし、上記複数の突起部に流体圧を与える圧力室を設け、上記複数のセンサチップに押し当てられる上記突起部の押圧が一定となるようにしたことを特徴とする。
請求項３の発明に係るモールド成型方法は、上記センサチップと上記突起部との間に、３０〜８５μｍのフッ素樹脂系の熱可塑性樹脂フィルムを挟み込みモールド成型することを特徴とする。

上記の構成によれば、例えば金型の複数の突起部の上下動（移動）が個別又は数個毎に行えるようになっており、この個別又は数個毎の突起部（可動ピン）は、油圧（又は他の流体圧）機構で上下動され、各突起部はそれぞれのセンサチップに同一の応力（押圧）で接触することになる。即ち、上記センサチップに押し当てる突起部のそれぞれの可動量が個別又は数個毎に調整され、センサパッケージを構成する各部材の公差バラツキ、金型のバラツキ等を吸収することによって、高いセンシング品質を維持したチップ表面開口を持つセンサチップの封止が実現できる。なお、突起部を数個毎に上下動させる場合は、数個の突起部を同じプレート上に形成したものを複数作り、これらプレートを駆動することにより達成することができる。

また、上記突起部とセンサチップの間に、フッ素樹脂系の熱可塑性樹脂フィルムを挟み込みモールド成型することもでき、この場合は、熱可塑性樹脂の特性により、１４０〜１８０℃程度のモールド金型温度に対してフィルムが軟化し、細かな金型形状に追従すると共に、センサチップに金型の突起部が押し当てられる際の応力を分散、低減させることができる。

本発明のモールド成型装置によれば、センサパッケージを構成する各部材の公差、例えばセンサチップ厚の公差、ダイアタッチ材厚の公差、インターポーザ厚の公差のバラツキ、そして金型面内の水平バラツキ、金型上下型の平行バラツキの許容値を広げることができる。上記各種のバラツキの許容値は突起部の可動距離に相当し、例えば突起部の移動が０．２ｍｍ程度とすると、この移動範囲に応じて上記バラツキを許容できることになる。また、所望の品質を維持するための制御パラメータを多くすることもできる。これらの結果、必要なセンサ部エリアに対応した開口を安定した品質にて形成することが可能となる。

また、上記突起部を数個同時に移動させる場合は、突起部を個別に移動させる場合に比べて、金型構造が簡素化され、モールド金型の作製費用を抑えることができる。

本発明に係る実施例のモールド成型装置において突起部が個別に上下動する構成を示す断面図である。 実施例のモールド成型装置において突起部が数個毎に上下動する構成を示す断面図である。 実施例のモールド成型装置において突起部が数個毎に上下動する構成の他の例を示す断面図である。 実施例のモールド成型装置において下金型にフローティング部を設けた場合の構成を示す断面図である。 実施例のモールド成型装置において突起部先端面を凹状とした場合の構成を示す断面図である。 従来のモールド成型方法を説明するための図である。 従来又は本発明のモールド成型品としてのセンサパッケージの構成を示す断面図である。

図１に、実施例のモールド成型装置の構成が示されており、この例は、突起部を個別に油圧機構で上下動可能にしたものである。図１において、１１は突起部としての可動ピン、１２はパッキン１３を有する可動ピンガイド、１４は油圧コアで、この油圧コア１４内に可動ピン１１を下方向へ動かす力を与える圧力室Ａと、可動ピン１１を上方向へ動かす力を与える圧力室Ｂを備え、圧力室Ａにはポート１５ａから圧油を流入させ、圧力室Ｂにはポート１５ｂから圧油を流入させる。また、１６はスペーサ、１７はサイドブロック、１８はキャビティブロック、２０は下金型である。

そして、上記の可動ピン１１、油圧コア１４、キャビティブロック１８等で構成される上金型と下金型２０の間にキャビティ空間２２が形成され、この中の下金型２０の上に、封止すべき集合基板が載置されることになり、実施例では、図７でも説明したように、リードフレーム、有機基板等のインターポーザ１上にダイアタッチ材２で接着された複数のセンサチップ３が配置される。上記ダイアタッチ材２は、銀（Ａｇ）ペースト等の液材で対応してもよく、この厚みはディスペンスされるペーストの材料仕様、ペーストの量、ボンディング荷重によって変化し、またペースト塗布位置とセンサチップ３のボンディング位置の相対的な位置ズレによって、センサチップ３のインターポーザ１に対する平行度への影響もでる懸念がある。このペーストの厚みは、１５±１０μｍ程度のバラツキを持つため、絞りローラーにて厚みが決定され、±２μｍ程度にて厚みが安定しているダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）を使用するのが好適である。

上記圧力室Ａには、油圧ポンプから１〜８ＭＰａ程度の圧力に制御した油を方向切り替え弁によりポート１５ａより流入させ、可動ピン１１を下方向へ押し下げるように動作させ、圧力室Ｂに対しても、油圧ポンプから同様の圧力でポート１５ｂより油を流入させ、可動ピン１１を上方向へ押し上げるように動作させる。このとき、可動ピン１１は可動ピンガイド１２及び油圧コア１４のサポートによって、垂直方向のみに可動し、可動ピン１１による押し当ての可動量が個別又は数個毎に調整できることになる。

また、実施例では、上記可動ピン１１の先端とセンサチップ３との間に、フッ素樹脂系の熱可塑性樹脂フィルム２３を介在させ、このフィルム２３を介して可動ピン１１をセンサチップ３の上面に接触させることで、可動ピン１１をモールド樹脂充填の際の堰とし、残ったキャビティ空間２２にモールド樹脂を充填する。この熱可塑性樹脂フィルム２３としては、例えばアフレックス（登録商標）を使用し、厚みは３０〜８５μｍ程度のものが好ましい。このフィルム２３は、モールド金型温度１５０〜１７０℃程度の時に５０ＭＰａ程度の弾性率の柔らかい状態となり、緩衝材として機能する。

更に、実施例では、圧力室Ｂにより可動ピン１１を上方向へ押し上げることができ、押し下げた可動ピン１１を圧力室Ｂからの油圧により上側へ戻せるようになっている。これは、上金型によるクランプの際、圧力室Ｂからの油圧によって可動ピン１１を上側に戻しておくことで、センサチップ３に衝撃荷重が加わることを防止するためである。

以上の図１のモールド成型装置によれば、インターポーザ１上に実装された多数のセンサチップ３をキャビティ空間２２内に配置した後、ポート１５ａから圧力室Ａに与えられた油圧により可動ピン（突起部）１１が下方向へ移動することで、センサチップ３の上面のセンサ部エリアに可動ピン１１が押し当てられる。このときの可動ピン１１は、個別（１個毎）に動作するため、モールド上下金型の平行度、金型面内厚みのバラツキ、ダイアタッチ材２の厚みのバラツキ、センサチップ３の厚みのバラツキ、インターポーザ１の厚みのバラツキがたとえトータルで５０〜１００μｍ程度と大きい場合でも、それぞれの可動ピン１１がフィルム２３を介して全てのセンサチップ３へ与える押圧は一定となり、センサチップ３へ過度の負荷が掛からないようになる。

また、上記可動ピン１１は熱可塑性樹脂フィルム２３を介してセンサチップ３に押し当てられるが、このフィルム２３は押圧によりそのフィルム厚の約４０％程度（例えば５０μｍのフィルム厚の場合、２０μｍ程度）潰れることによって、可動ピン１１の先端面とセンサチップ３の上面との平行度のバラツキを吸収することができる。このフィルム２３は、先端面サイズに対して先端が長い（即ちアスペクト比が高い）可動ピン１１を除き、上金型にエア吸着させることにより上金型及び可動ピン１１に貼り付けることができる。可動ピン１１へのフィルム２３の貼付けは、キャビティ空間２２にモールド樹脂の注入の際、注入時に巻き込まれたボイドを潰すために３〜１０ＭＰａの保圧を掛けることで達成される。

上記圧力室Ａに加える圧力は、保圧を加えるタイミングに連動させて昇圧することで、センサチップ３に加わる応力を低減させることができる。その際、圧力室Ａに加える圧力は、上記保圧より１ＭＰａ程度高い圧力の差を保ちながら昇圧させることで、センサチップ３上の樹脂フラッシュが発生してセンサ動作が損なわれることを防止することができる。例えば、上記圧力室Ａに加える圧力を８ＭＰａ、保圧（キャビティ空間に与えられる圧力）を７ＭＰａとしたとき、可動ピン１１がセンサチップ３に与える応力は次のようになる。
圧力室Ａに加える圧カ−保圧＝８−７＝１ＭＰａ
即ち、可動ピン１１はフィルム２３を介してセンサチップ３を圧力１ＭＰａで押し当てており、しかも全てのセンサチップ３に対して一定（均一）の圧力を与えることができ、片当たりによるセンサチップ３へのダメージ、樹脂フラッシュ等が防止される。

上述のようにして、インターポーザ１に実装された多数のセンサチップ３上に可動ピン１１がフィルム２３を介して押し当てられ、この状態でキャビティ空間２２に樹脂（５）が充填されることで、図７に示したように、センサチップ３のセンサ部エリアを開口４にしてセンサチップ３の樹脂封止が行われ、最後に個片化することで、多数のセンサパッケージ６が製作される。

図２に、モールド成型装置において突起部を数個毎に油圧で上下動可能にした場合（複動型）の実施例の構成が示されており、図２に示されるように、この例では、２個のピン又は２ｎ個のピンからなる可動ピン群１１−２と、３個のピン又は３ｎ個のピンからなる可動ピン群１１−３を設け、これら可動ピン群１１−２，１１−３を圧力室Ａの油圧により下方向へ移動させ、又は圧力室Ｂの油圧により上方向へ移動させるようになっている。

このような構成によれば、図１の可動ピン１１を個別に制御する方法に比べて、金型構造が簡素になるため、金型費用の削減につながるという利点がある。また、センサパッケージの各構成部材の厚みのバラツキや金型のバラツキ（各構成要素のバラツキ）の吸収は、可動ピン１１を個別に制御する方法に比べて少なくなるため、上記バラツキの総量に応じて同時に可動させるピンの数を決定することとなる。

図３には、サーボ機構により突起部を数個毎に上下動可能にした場合の構成例が示されており、図３に示されるように、この例では、２個のピン又は２ｎ個のピンからなる可動ピン群１１−２に連結されるプレート２５ａと、３個のピン又は３ｎ個のピンからなる可動ピン群１１−３に連結されるプレート２５ｂを配置すると共に、これらプレート２５ａ，２５ｂを別個に駆動するサーボモータ等からなる駆動手段（油圧機構ではないもの）を設けている。このような構成によっても、各構成要素のバラツキの影響を低減することが可能となる。

図４に、上金型の突起部と対向する下金型におけるチップ配置領域を上下可動する機構を設けた例が示されており、この例では、図１の構成の装置においてインターポーザ１の裏面側に、下金型２０の一部として上下動するフローティング部（インサート平面板）２７を設けている。フローティング部２７は、上記可動ピン１１の上下動作機構と同様に油圧又はサーボモータ等で動作させることができ、その駆動機構は図１の制御方法と同様となる。

上記フローティング部２７は、その平面サイズをキャビティブロック１８のキャビティ空間２２の水平面より小さくし、キャビティブロック１８の内側に入り込むようにすることで、フローティング部２７の上下の可動領域を大きくすることができる。この実施例によれば、フローティング部２７が上へ移動することで、インターポーザ１は大きく変形し、各構成要素の厚みのバラツキが吸収可能となる。

また、フローティング部２７の可動領域は、インターポーザ１の機械的強度が大きく関係しており、例えばインターポーザ１がリードフレームの場合は約１００μｍ程度の押し込みに対しても耐性がある。一方、フローティング部２７の平面サイズがキャビティ空間２２の水平面より大きい場合では、このインターポーザ１の変形量は抑えられるが、インターポーザ１の厚み方向の潰れ及びフィルム２３の潰れ許容値分の調整が必要となる。
更に、このフローティング部２７の押付け動作は、上記可動ピン１１の動作と同様、保圧を加えるタイミングに連動させることで、センサチップ３に加わる応力を低減させることができる。

図５に、突起部先端面を凹状とした実施例が示されており、図５に示されるように、センサチップ３にはセンサ部３ｓが存在している。そこで、この例では、このセンサ部３ｓの領域をカバーするように、可動ピン１１の先端面に凹部１１ｈを設けており、この凹部１１ｈは、センサ部３ｓの領域よりも大きい開口面積を有する形状とされる。

このような実施例によれば、可動ピン１１をセンサチップ３の上面に押し当てる際に、センサ部３ｓへの押圧を回避することができ、ベンブレ等の脆いセンサ部を有する圧力センサ、エアフローセンサ等において、そのセンサ部３ｓにダメージを与えることなく、センサ部３ｓの開口を良好に形成することが可能になる。上記凹部１１ｈのサイズは、センサチップ３の搭載位置ズレ、金型位置ズレ等を考慮し、センサ部３ｓの領域より片側約５０μｍ程度大きいサイズとすることが好ましい。

１…インターポーザ（集合基板）、 ２…ダイアタッチ材、
３…センサチップ、 ３ｓ…センサ部、
４…開口、 ５…樹脂、
６…センサパッケージ、 １１…可動ピン（突起部）、
１１−２，１１−３…可動ピン群、 １１ｈ…凹部、
１２…可動ピンガイド、 １４…油圧コア、
１５ａ，１５ｂ…ポート、 １８…キャビティブロック、
２０…下金型、 ２２…キャビティ空間、
２３…熱可塑性樹脂フィルム、２５ａ，２５ｂ…プレート、
２７…フローティング部、 Ａ，Ｂ…圧力室。

Claims (3)

1. 基板上に実装された複数のセンサチップに対応して複数の突起部を押し当て配置することにより、このセンサチップ上の一部を開口にしてモールド成型するモールド成型装置において、
   上記センサチップに押し当てる上記複数の突起部を個別又は数個毎に移動可能に支持すると共に、
   上記複数の突起部に流体圧を与える圧力室を設け、上記複数のセンサチップに押し当てられる上記突起部の押圧が一定となるようにしたことを特徴とするモールド成型装置。
2. 基板上に実装された複数のセンサチップに対応して金型の複数の突起部を押し当て配置し、その後、金型のキャビティ空間に樹脂を流し込むことにより上記センサチップ上の一部を開口にしてモールド成型するモールド成型方法において、
   上記センサチップに押し当てる上記複数の突起部を個別又は数個毎に移動可能とし、
   上記複数の突起部に流体圧を与える圧力室を設け、上記複数のセンサチップに押し当てられる上記突起部の押圧が一定となるようにしたことを特徴とするモールド成型方法。
3. 上記センサチップと上記突起部との間に、３０〜８５μｍのフッ素樹脂系の熱可塑性樹脂フィルムを挟み込みモールド成型することを特徴とする請求項２記載のモールド成型方法。

Images