JP2008001045A

JP2008001045A - 樹脂封止装置及び樹脂封止方法

Info

Publication number: JP2008001045A
Application number: JP2006174744A
Authority: JP
Inventors: Masaru Fukuoka; 大福岡
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】熱硬化性樹脂を用いた樹脂封止装置のサイクルタイムを短縮する。
【解決手段】上型１１０と下型１２０とを重ねてできるキャビティ１７０内において、被成形品１５０を熱硬化性樹脂１６０にて封止する樹脂封止装置１００であって、上型１１０又は下型１２０の少なくとも一方に、キャビティ１７０を構成する成形部１２４とヒータ１７０を備えた蓄熱部１２６とを備え、該成形部１２４と蓄熱部１２６とを当接・離間可能として構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱硬化性樹脂を用いて半導体チップ等を樹脂封止する樹脂封止装置及び樹脂封止方法に関する。

従来、図４記載の樹脂封止装置２が公知である（特許文献１参照）。

この樹脂封止装置２は、上型１２と、枠状金型１６及び圧縮金型（底型）１８からなる下型１４とを有し、これら上型１２と下型１８とを合わせてできる成形空間（キャビティ）４６内で、半導体チップ４等を備えた被成形品６を熱硬化性樹脂８にて樹脂封止する装置である。

又、この樹脂封止装置２における各金型には、熱硬化性樹脂を熱硬化させるためのヒータ３２、３４、３６が備わっている。

熱硬化性樹脂 (Thermosetting resin) は、加熱すると重合を起こして高分子の網目構造を形成し、硬化して元に戻らなくなる樹脂のことであり、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂などがある。

特開２００５−３０５９５１号公報

熱硬化性樹脂は、硬化反応を起こす程度の熱を受けてから硬化するまでに多少の硬化時間を要する。樹脂封止装置においては、ある程度樹脂が硬化するまで金型を開いて成形品を取り出すことができないため、この硬化するまでの待ち時間が樹脂封止装置のサイクルタイムを事実上支配している。特に、近年の半導体チップの高集積化に伴って好んで利用される高流動性樹脂においては、樹脂自体の硬化時間が長いために装置のサイクルタイム延長として一層顕著に現れる。

できるだけ早く熱硬化性樹脂の硬化を促進するために、例えば、金型の温度を予め樹脂の硬化温度よりかなり高い温度にまで加熱しておくことも考えられる。しかしながら、金型の温度をあまりに高く設定しておくと、投入した樹脂が直ちに硬化して流動性が阻害され、被成形品を均一に封止することができず、近年の高度な品質要求に応えることができない。又、金型の温度を樹脂の硬化温度手前にまで予め加熱しておき、樹脂投入後にヒータによって金型温度を更に上昇させる手法も考えられるが、この手法では、ヒータによる加熱が行なわれた後、金型が熱せられ、その熱せられた金型によって初めて樹脂が加熱されるために、ヒータの加熱と樹脂の受熱のタイミングが金型の温度上昇分だけ遅れてしまうことになる。このタイミングの遅れは樹脂が硬化するまでの時間に直接影響するため、樹脂封止装置のサイクルタイムの短縮には限界がある。

例えばサイクルタイムの短縮のために、金型を薄く構成し金型自体の熱容量を小さくした場合には、金型としての強度不足や、必要な発熱量のヒータを組み込むことが困難となる等の不具合があり、一方、金型はそのままに、より大きな発熱量のヒータを組み込むのでは、その分装置が大型化する。

本発明は、これらの問題点を解決するべくなされたものであって、熱硬化性樹脂を用いた樹脂封止装置において、樹脂投入直後の流動性を十分に確保しつつ、封止装置のサイクルタイムを短縮することをその目的としている。

本発明は、上型と下型とを重ねてできるキャビティ内において、被成形品を熱硬化性樹脂にて封止する樹脂封止装置であって、上型又は下型の少なくとも一方に、前記キャビティを構成する成形部とヒータを備えた蓄熱部とが備え、該成形部と蓄熱部とを当接・離間可能に構成することで上記課題を解決するものである。

これにより、予めヒータによって蓄熱部の温度を高めに維持しておき、所定のタイミングで当該蓄熱部を成形部に当接させることによって蓄熱部に蓄えられた熱を成形部へと伝達し、熱硬化性樹脂を素早く加熱することが可能となっている。即ち、蓄熱部を樹脂の硬化温度よりもかなり高い温度にまで予め熱しておくことが可能となり、このようにしても樹脂の硬化が（意図した以上の速度で）促進されてしまうことを防止することができる。

例えば、蓄熱部を相対的に厚く形成した上で成形部を相対的に薄く構成すれば、蓄熱部の熱容量が成形部の熱容量よりも大となるように構成でき、蓄熱部が成形部に当接した際に、速やかに成形部の温度を上げることができ、その結果、熱硬化性樹脂の硬化を促進することができる。又、成形部自体の熱容量を小さくできるため、所定のタイミングで蓄熱部を成形部から離間させれば、速やかに成形部の温度を下げることも可能である。

又、成形部と蓄熱部との間に弾性体を介在し、当該弾性体によって両者が離間しているような構成とすれば、金型を開閉させるための装置（例えばプレス装置）の動力を利用して所定のタイミングで蓄熱部と成形部との当接・離間を制御でき、簡易な構成で装置を実現することができる。

加えて、成形部を冷却可能な冷却機構を備えれば、より積極的に成形部の温度管理が可能となり、更なる（樹脂封止装置の）サイクルタイムの短縮化を図ることが可能となる。

例えば、成形部と蓄熱部とが離間している際に生じる隙間を、冷却機構における冷却媒体通路として構成すれば、冷却機構を成形部などの部材内に組み込む必要がなく、スペースを有効に活用することができる。

なお、本発明は、上型又は下型の少なくとも一方にキャビティを構成する成形部とヒータを備えた蓄熱部とを備え、前記上型と下型とを重ねでできるキャビティ内において、被成形品を熱硬化性樹脂にて封止する樹脂封止方法であって、前記成形部と蓄熱部とを離間させた状態で、前記熱硬化性樹脂を前記キャビティ内に投入する工程と、投入後、所定のタイミングで前記蓄熱部を前記成形部に当接させる工程と、を含む樹脂封止方法、更には、成形後、所定のタイミングで前記蓄熱部を前記成形部から離間させる工程と、離間後、前記成形部を冷却する工程と、を含む樹脂封止方法として捉えることも可能であって、同様に上記課題を解決するものである。

本発明を適用することにより、投入直後の樹脂の流動性を阻害することなく、樹脂封止装置のサイクルタイムの短縮化を図ることができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。

図１は、本発明にかかる樹脂封止装置１００の金型部分を示す側面図であって、上型と下型とが離間している状態図であり、図２は、上型と下型とが当接し、圧縮工程に入る前の状態図であり、図３は、圧縮工程の状態を示した図である。

樹脂封止装置１００は、上型１１０と下型１２０とを有し、当該上型１１０と下型１２０とを合わせてできるキャビティ１７０内で、半導体チップ等がマウントされた被成形品１５０を熱硬化性樹脂１６０にて圧縮成形方法により樹脂封止する装置である。なお、実施例として圧縮成形方法を用いた樹脂封止装置１００として説明するが、本発明はこの圧縮成形方法に限定されるものではなく、例えばトランスファー成形方法による樹脂封止装置に適用することも可能である。

上型１１０と下型１２０とは、図示せぬプレス機構等によって互いに当接・離間可能とされている。

上型１１０の表面（下型１２０側表面）には、図示せぬ搬送機構によって、被成形品１５０が搬送供給される。この被成形品１５０は、上型１１０に設けられた吸着手段等（図示しない）によって、上型１１０の表面に適宜吸着固定することが可能となっている。

下型１２０は、枠型１２２と底型１２９とを備えた構成とされている。

枠型１２２には、自身の略中央部に貫通孔１２２Ａが設けられ、当該貫通孔１２２Ａに後述する底型１２９が貫通して配設されている。

底型１２９は、下型ベース１２８の上面（図１における上面）にヒータ１２７を備えた蓄熱部１２６が載置されており、更に当該蓄熱部１２６の上面側にキャビティ１７０を構成する成形部１２４が配置されて構成されている。図１にも示すとおり、成形部１２４の厚みＴ１は、蓄熱部１２６の厚みＴ２よりも薄く構成され、その熱容量が蓄熱部１２６の熱容量よりも小さく設定されている。又、成形部１２４と蓄熱部１２６との間には、弾性体１２５が配置されており、外部からの力が成形部１２４や蓄熱部１２６に加えられない状態においては、この成形部１２４と蓄熱部１２６とは当該弾性体１２５の作用によって若干の隙間Ｇが形成されるように構成されている。この弾性体１２５は種々のものを用いることが可能であり、例えばコイルバネを利用すれば経年変化に強い弾性体を構成できる。又、耐熱ゴムを利用すれば低騒音の装置を実現できると共に、蓄熱部１２６と成形部１２４とが離間している間に、介在する弾性体１２５を伝わって蓄熱部１２６の熱が意図せずに成形部１２４へと伝わってしまうことを防止することが可能となる。その結果、キャビティ１７０に投入された熱硬化性樹脂１６０の硬化が意図せずに促進されてしまうことはない。

又、下型ベース１２８には第１のプレス機構等（図示しない）が連結されており、底型１２９を上型１１０に対して自由に上下動させることが可能とされている。

又、枠型１２２には、上記第１のプレス機構と独立して動作可能な第２のプレス機構が連結されており、底型１２９と独立して上下動（上型１１０に対する上下動）することが可能とされている。

続いて当該樹脂封止装置１００の作用について説明する。

図示せぬ搬送機構によって上型１１０の表面に被成形品１５０が供給されると、吸着機構によって上型１１０の表面に被成形品１５０が吸着固定される。一方、キャビティ１７０内には図示せぬ投入機構によって熱硬化性樹脂１６０が投入される。なお、図面においては当該投入される熱硬化性樹脂１６０はシート状とされているが、その他にも例えばタブレット状、粒状、粉状、液状等の樹脂を用いることも可能である。

次に、下型ベース１２８及び枠型１２２に連結されているプレス機構等によって、下型１２０全体が上型１１０側へと移動し始める。この時点においては、キャビティ１７０を構成する成形部１２４と蓄熱部１２６の間には、（弾性体１２５の働きによって）若干の隙間Ｇが存在しているため、ヒータ１２７によって蓄熱部１２６が熱硬化性樹脂１６０の硬化温度以上にまで熱せられていた場合でも、これによって熱硬化性樹脂１６０の硬化が意図しない速さで促進することはない。その後、更なるプレス機構の働きによって、下型１２０を構成する枠型１２２が上型１１０側へと当接すると、底型１２９が枠型１２２の貫通孔１２２Ａ内を摺動しつつ上型１１０側へと移動する。このとき、成形部１２４と蓄熱部１２６との隙間Ｇは弾性体１２５によって保たれたままで移動する（図２参照）。

その後、次第に底型１２９が上型１１０側へと移動すると、投入された熱硬化性樹脂１６０が、上型１１０に吸着固定された被成形品にまで当接し、プレス機構等による圧縮圧力が加えられながら熱硬化性樹脂１６０が被成形品１５０を封止（圧縮成形）し始める（図３参照）。このときの封止圧力（例えば、１０ＭＰａ／平方ｃｍ）によって、成形部１２４と蓄熱部１２６との間に介在されている弾性体１２５は圧縮され、成形部１２４と蓄熱部１２６との当接を許容する。この当接によって、ヒータ１２７によって熱が蓄えられた蓄熱部１２６の熱が、成形部１２４側へと伝達される。この熱の伝達によって、成形部１２４が加熱され、更に熱硬化性樹脂１６０自体も加熱されるため、熱硬化性樹脂の硬化が促進されることになる。

なお、成形部１２４の厚みＴ１は、蓄熱部１２６の厚みＴ２よりも薄く、蓄熱部１２６の熱容量よりも小さいため、蓄熱部１２６から伝達された熱により成形部１２４の温度を容易に上昇させることができる。この結果、蓄熱部１２６からの熱は、成形部１２４を介して熱硬化性樹脂１６０へと速やかに伝達されることとなる。又、蓄熱部１２６の温度は、予め（成形部１２４と当接する以前に）熱硬化性樹脂１６０の硬化温度以上にまで加熱されている。この加熱の程度は封止しようとする被成形品１５０の種類や使用する熱硬化性樹脂１６０の種類等によって適宜調整することが必要である。例えば、成形部１２４の温度を２００℃にまで過熱して樹脂の硬化を起こさせる場合には、蓄熱部１２６の温度を予め２１０〜２２０℃程度に設定しておくことにより、蓄熱部１２６が成形部１２４に当接後、速やかに成形部１２４の温度を２００℃に過熱することが可能となる。又、本実施形態のように、熱容量を小さくするために成形部１２４の厚みを薄く構成した場合でも、成形部１２４と蓄熱部１２６とは平面で当接するため、圧縮工程時に成形部１２４に部分的なモーメントは作用せず、強度的な問題は生じない。

その後、所定の時間が経過し熱硬化性樹脂１６０が硬化したタイミングで、プレス機構等の作用によって下型１２０が下側（図１乃至図３において下側）に移動し金型が開かれる。このとき、まず当接していた成形部１２４と蓄熱部１２６とが弾性体１２５の存在によって離間することで隙間Ｇが生じる。この樹脂封止装置１００では、成形部１２４と蓄熱部１２６とを分離して、成形部１２４の熱容量が小さくなるような構成とされているため、速やかな放熱によって素早く成形部１２４の温度が低下する。即ち、次回の封止作業までに速やかに成形部１２４の温度を下げることができ、封止後の成形品を取り出した後、直ちに次回の封止に使用される熱硬化性樹脂をキャビティ１７０内へと投入することができる。その結果、この点においても装置のサイクルタイムの短縮化を図ることが可能となっている。

又、成形部１２４を積極的に冷却するための冷却機構を別途備えて構成することも可能であり、そのようにすればより積極的な成形部１２４の温度管理が可能となる。このとき、成形部１２４と蓄熱部１２６との間に生じた隙間Ｇを冷却媒体通路として機能させ、例えば図示はしないがこの隙間Ｇの一方側から他方側へと所定のタイミングでエアを通過させることによって、成形部１２４を積極的に冷却させることもできる。このような構成とすれば、冷却機構を成形部などの部材内に組み込む必要がなく、スペースを有効に活用することができる。勿論、エアだけでなく冷却水等の流体を用いて冷却することも可能である。なお、成形部１２４自体に別途冷却媒体通路を設けるような構成としてもよい。

その後、搬送機構によって樹脂封止された成形品が取り出され、次の封止作業へと移行する。なお、成形部１２４の冷却後においても、蓄熱部１２６の温度はヒータ１２７によって一定温度（熱硬化性樹脂１６０が硬化する以上の温度）に保たれているため、次回の封止の際に成形部１２４へ速やかに熱を伝達することが可能である。

又、樹脂封止装置１００においては、成形部１２４と蓄熱部１２６との間に弾性体１２５を介在させ、当該弾性体１２５によって成形部１２４と蓄熱部１２６との隙間Ｇが形成される構成とされている。このように構成すれば、特に樹脂封止装置に元々存在するプレス機構（金型の開閉を行なう等のためのプレス機構）をそのまま動力源（成形部１２４と蓄熱部１２６とを当接させるための動力源）として利用することができ、装置全体を簡易に構成することが可能となっている。

このように樹脂封止装置１００では、下型を、キャビティを構成する成形部と熱を蓄えておく蓄熱部とに分離し、これらの成形部と蓄熱部とを所定のタイミングで当接・離間させるような構成としたことによって、速やかに熱硬化性樹脂への熱の供給を可能とし、従来問題とされていたヒータの発熱から樹脂が受熱するまでのタイムラグを削減している。その結果、樹脂封止装置自体のサイクルタイムを大幅に短縮化することが可能となっている。

なお、当該樹脂封止装置１００においては、蓄熱部１２６にのみヒータ１２７が配置構成されているが、例えば、上型１１０や、枠型１２２においてもヒータを備えるような構成としても良い。そのように構成すればキャビティ１７０の周囲を全体に渡って温めておくことができ、成形部１２４の温度管理がより簡易且つ正確に行なえるようになる。即ち、周囲の金型（例えば枠型）の温度があまりに低い場合には、例えば成形部１２４に加えた熱が熱伝導によって拡散し所定のタイミングで所定の温度に安定させることが困難となるが、上型１１０や枠型１２２等にもヒータを配置すればこのような問題の発生を防ぐことが可能となる。

又、成形部自体にヒータを組み込むことを禁止するものではなく、成形部にもヒータを組み込むことにより、成形部の温度を管理しておき、更に蓄熱部を所定のタイミングで当接させることで、更に積極的に装置のサイクルタイムの短縮化を図ることができる。なお、上述したように、例えば枠型にヒータを内蔵する場合には、当該枠型から伝導される熱を利用して、成形部の温度を管理しておいてもよい。

本発明は、圧縮成形方法を用いた樹脂封止装置に適用することが可能であることは勿論、トランスファー成形方法を用いた樹脂封止装置にも適用可能である。

本発明にかかる樹脂封止装置の金型部分を示す側面図であって、上型と下型とが離間している状態図本発明にかかる樹脂封止装置の金型部分を示す側面図であって、上型と下型とが当接し、圧縮工程に入る前の状態図本発明にかかる樹脂封止装置の金型部分を示す側面図であって、圧縮工程の状態を示した図特許文献１に記載される樹脂封止装置の構成図

符号の説明

１００…樹脂封止装置
１１０…上型
１２０…下型
１２２…枠型
１２２Ａ…貫通部
１２４…成形部
１２５…弾性体
１２６…蓄熱部
１２７…ヒータ
１２８…下型ベース
１２９…底型
１５０…被成形品
１６０…熱硬化性樹脂
１７０…キャビティ（成形空間）

Claims

上型と下型とを重ねてできるキャビティ内において、被成形品を熱硬化性樹脂にて封止する樹脂封止装置であって、
上型又は下型の少なくとも一方には、前記キャビティを構成する成形部とヒータを備えた蓄熱部とが備わっており、該成形部と蓄熱部とが当接・離間可能とされている
ことを特徴とする樹脂封止装置。
請求項１において、
前記蓄熱部の熱容量は、前記成形部の熱容量よりも大である
ことを特徴とする樹脂封止装置。
請求項１又は２において、
前記成形部と前記蓄熱部との間には、弾性体が介在されている
ことを特徴とする樹脂封止装置。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記成形部を冷却可能な冷却機構が備わっている
ことを特徴とする樹脂封止装置。
請求項４において、
前記成形部と前記蓄熱部とが離間している際に生じる隙間が、前記冷却機構における冷却媒体通路である
ことを特徴とする樹脂封止装置。
上型又は下型の少なくとも一方にキャビティを構成する成形部とヒータを備えた蓄熱部とを備え、前記上型と下型とを重ねでできるキャビティ内において、被成形品を熱硬化性樹脂にて封止する樹脂封止方法であって、
前記成形部と蓄熱部とを離間させた状態で、前記熱硬化性樹脂を前記キャビティ内に投入する工程と、
投入後、所定のタイミングで前記蓄熱部を前記成形部に当接させる工程と、を含む
ことを特徴とする樹脂封止方法。
請求項６において、更に
成形後、所定のタイミングで前記蓄熱部を前記成形部から離間させる工程と、
離間後、前記成形部を冷却する工程と、を含む
ことを特徴とする樹脂封止方法。