(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の樹脂を充填するキャビティ部を嵌合により形成する上部金型及び下部金型と、前記キャビティに連通して且つ前記キャビティに樹脂を供給するランナーと、前記ランナーと対向して前記キャビティに連通するように形成して前記キャビティ内の空気を排出するエアベントと、前記樹脂を前記ランナーに導入するポートとを備えた成形金型を設け、前記ポート内の樹脂を押し上げるために垂直運動するプランジャを設けたトランスファ成形装置において、
前記ポートに対向して該ポートより大きい直径を有する凹部と、この凹部の中央に突設して前記ポートの内径と同一の直径で側面が前記ポートの内周面に嵌合する同一の垂直線上に設けた突出部とを備えてなるカルブロックをさらに設け、前記ポート内の樹脂を押し上げて前記カルブロックの突出部に当接させて該ポートから連結した前記ランナーに流れ込むように設けたことを特徴とするトランスファ成形装置。
【請求項２】
前記突出部は、前記ポートと対向する先端部に凹状の凹面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトランスファ成形装置。
【請求項３】
前記成形金型は、センタゲート型であることを特徴とする請求項１に記載のトランスファ成形装置。
【請求項４】
前記成形金型には、複数のポートと複数のカルブロックとを有していることを特徴とする請求項１に記載のトランスファ成形装置。
【請求項５】
前記カルブロックの凹部は、前記突出部を中心とした周囲の内周に複数の溝部をさらに有していることを特徴とする請求項１に記載のトランスファ成形装置。
【請求項６】
前記溝部の数は、前記ランナーの数と同一であることを特徴とする請求項５に記載のトランスファ成形装置。
【請求項７】
前記溝部は、前記上部金型と前記下部金型とが嵌合する際、前記ランナーと対応する嵌合面に形成されることを特徴とする請求項５に記載のトランスファ成形装置。
【請求項８】
前記溝部は、前記突出部を挟んで両側に形成されることを特徴とする請求項５に記載のトランスファ成形装置。
【請求項９】
前記突出部の先端部は、前記カルブロックの上面より下側に突出して形成していることを特徴とする請求項１に記載のトランスファ成形装置。
【請求項１０】
前記ポートは前記下部金型に形成され、前記カルブロックは前記上部金型に形成されることを特徴とする請求項１に記載のトランスファ成形装置。
【請求項１１】
前記突出部の先端部は、前記カルブロックの上面と同一の水平面上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトランスファ成形装置。
【請求項１２】
前記カルブロックは、前記成形金型から着脱可能に設けてあることを特徴とする請求項１に記載のトランスファ成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランスファ成形装置に係り、より詳しくは樹脂をポートからランナーを介してキャビティに充填する成形金型を備えたトランスファ成形装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体組立工程において、ワイヤボンディング工程を経た半導体チップ付きのリードフレームは、そのリードフレームに実装されている半導体素子の電気的機能を外部環境から保護するために成形樹脂で封止する工程を実行している。このような工程を成形工程という。
半導体素子は、表面が酸化膜及び有機膜でコートされているが、これらの膜は機械的且つ化学的に弱いため、成形工程により半導体素子を成形樹脂で封止することにより保護するとともに、リードフレームと半導体チップとの間の電気的接続状態を維持するように形成されている。
一般に、このような成形工程では、封止樹脂としてエポキシ成形樹脂を用いたトランスファ成形装置が主に使用されている。このトランスファ成形装置は、多ピン化、パッケージ外径の精密、及び大量生産に適合している。
【０００３】
以下、添付図面を参照して従来のトランスファ成形装置を説明する。図８乃至図１０は、従来のトランスファ成形装置を用いた成形工程の段階を示す図である。図８は、エポキシ成形樹脂が成形金型に注入される前の状態を示し、図９は、エポキシ成形樹脂が注入される状態を示し、図１０は、エポキシ成形樹脂が注入された後の状態を示している。
【０００４】
図８に示すように、従来のトランスファ成形装置５０は、上部金型６１と下部金型６２とにより構成される成形金型６０を備えている。この成形金型６０には、ワイヤボンディング済みの半導体チップ付きリードフレームが下部金型６１と上部金型６２との間のキャビティ６７に搭載され、成形樹脂タブレット４５をポート５５に供給するように形成されている。図９に示すように、成形樹脂タブレット４５が溶融した液状樹脂４６は、プランジャ５７により成形金型６０のランナー６３を介してキャビティ６７に注入される。そして、液状樹脂４６は、液状樹脂４６を硬化することにより、半導体チップ４１、ボンディングワイヤ４２、及びリードフレーム４０部分を封止して外部環境から保護する。
【０００５】
また、トランスファ成形装置５０は、液状樹脂４６の流動を容易にするため、上部金型６１におけるポート５５と対向する位置にカルブロック（ｃｕｌｌ  ｂｌｏｃｋ：流動ブロック）７０を設けてある。
【０００６】
エポキシ成形樹脂４５は、タブレットの形態でトランスファ成形装置５０のポート５５に供給される。そして、エポキシ成形樹脂４５がポート５５に供給された後、ヒーター５９により加熱プレート５２が加熱される。加熱されたプレート５２により固体状のエポキシ成形樹脂４５が溶融されてゼル状態の液状樹脂４６となる。この際、タブレット内に存在する空気と、固体状から溶融してゼル状態に変化する時に吸収された空気とが、ゼル状態の成形樹脂４６内に存在することになる。
【０００７】
これらの空気は、プランジャ５７の上昇運動によりエポキシ成形樹脂４６がランナー６３を介してキャビティ６７に注入される際、エポキシ成形樹脂４６と一緒にキャビティ６７に注入される。そして、注入が完了してエポキシ成形樹脂４６が硬化されると、図１０に示すように、空気４８は成形金型６０と封止部とが接する境界面に残存するか、封止部の内部に残存してボイド４９を形成する。この封止部内の空気の大部分は、ランナーと対向するエアベント６８を介して排出されるか、または、この空気が封止部内に残存することもある。
【０００８】
この種の空気は、パッケージの封止部と成形金型との境界面において不完全成形を引き起こすか、またはパッケージの封止部内においてボイドを形成して熱によるストレスが生ずることによりパッケージクラックを引き起こすという不具合があった。これは、パッケージの信頼性に悪影響を及ぼしてしまう。
【０００９】
特に、従来のトランスファ成形装置５０では、カルブロック７０とポート５５との間の空間７８に発生する空気は上部金型６１と下部金型６２とが嵌合されてプランジャ５７によって上昇する際、エアベント６８を介して完全に排出させることが困難になる。固体状のエポキシ成形樹脂４５がゼル状態に変化しつつ容積が増加し、空間７８内の空気が完全に排出される前に、図９に示すように、液状の成形樹脂４６がランナー６３内に充填するからである。これにより、プランジャ５７がその動作を継続すると、空気４７が遅れてランナー６３に導入され、エアベント６８を介して排出される前に液状樹脂４６が硬化する。プランジャ５７がカルブロック７０の凹部７２に完全に密着するまでは、空気の完全な排出が成されない状態になる。このため、不完全成形やボイドの発生が多発する。
【００１０】
さらに、エアベント６８を介して空気排出が遅れた場合、エアベント６８における成形樹脂の詰まり（フィルム現象（ｆｉｌｍ  ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ）ともいう）を招いてしまう。エアベント６８における樹脂の詰まりは、エアベント６８を介した空気の排出を妨害し、成形工程での深刻な不良を引き起こす。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来のトランスファ成形装置では、成形金型の空間内に残存する空気が完全に排出されないため、不完全成形やボイド等が発生してしまい製品の信頼性を低下させてしまう不具合があった。また、エアベントを介して空気排出が遅れた場合、エアベントにおける成形樹脂の詰まりを招いてしまい、エアベントを介した空気の排出を妨害して成形工程での深刻な不良を引き起こすため、生産効率を低下してしまうという不具合があった。
従って、本発明はこのような課題を解決し、成形金型と半導体チップパッケージの封止部との間の境界面に残留する空気を効率良く排出できるトランスファ成形装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、エポキシ成形樹脂の流動性を向上させるとともに、半導体チップパッケージの信頼性を向上させるトランスファ成形装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述した課題を解決するために、所定の樹脂を充填するキャビティ部を嵌合により形成する上部金型及び下部金型と、キャビティに連通して且つキャビティに樹脂を供給するランナーと、このランナーと対向してキャビティに連通するように形成してキャビティ内の空気を排出するエアベントと、樹脂をランナーに導入するポートとを備えた成形金型を設け、ポートに対向して該ポートより大きい直径を有する凹部と、この凹部の中央に突設してポートの内径と同一の直径で側面がポートの内周面に嵌合する同一の垂直線上に設けた突出部とを備えてなるカルブロックをさらに設け、ポート内の樹脂を押し上げてカルブロックの突出部に当接させて該ポートから連結したランナーに流れ込むように設ける。
【００１３】
ここで、成形金型は、上部金型と下部金型とからなり、この上部金型と下部金型とが分離した状態で半導体チップ付きリードフレームを搭載し、上部金型と下部金型とを嵌合させてリードフレームを固定することが望ましい。また、突出部は、ポートと対向する先端部に凹状の凹面を形成することが好ましい。また、成形金型は、センタゲート型であり、複数のポートと複数のカルブロックとを形成することが好ましい。また、カルブロックの凹部は、突出部を中心とした周囲の内周に複数の溝部を有し、この溝部の数はランナーの数と同一であるとともに、溝部は上部金型と下部金型とが嵌合する際にランナーと対応する嵌合面に形成することが好ましい。また、溝部は、突出部を挟んで両側に形成することが好ましい。また、ポートは下部金型に形成され、カルブロックは上部金型に形成されて成形金型から着脱可能に設けることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、添図面を参照して本発明によるトランスファ成形装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明によるトランスファ成形装置の実施の形態を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、本発明によるトランスファ成形装置１０は、複数のプランジャを備えており、上部プレート１３及び下部プレート１４からなるプレート１２と、上部金型２１及び下部金型２２からなる成形金型２０と、カルブロック３０と、複数のプランジャ１７とを備えている。
ここで、上部プレート１３と下部プレート１４とには、所定面に上部金型２１及び下部金型２２を各々装着して固定している。この上部金型２１及び下部金型２２は、封止される半導体チップパッケージの形状によって各々異なる形状の金型を複数備えている。
【００１６】
また、上部プレート１３及び下部プレート１４には、成形金型２０を予熱するヒーター（図示せず）が各々設けられている。
成形金型２０は、半導体チップ付きリードフレームを封止するために所定の深さと形状とを備えて形成されたキャビティ２５、２６を所定面に設けた上部金型２１及び下部金型２２を備えている。
【００１７】
下部金型２２には、垂直運動するプランジャ１７がエポキシ成形樹脂タブレット４５を押圧し得る深さを備えたポート１５が形成されており、このポート１５を挟んで両側に対向するようにキャビティ２６が形成されている。この下部金型２２のキャビティを下部キャビティという（以下、下部キャビティ２６と称す）。この下部キャビティ２６は、ランナー２３を介してポート１５と連結するように設けてある。本実施の形態では、図１に示すように、１つのポート１５に２つの下部キャビティ２６が両側に連結されている。またポート１５と下部キャビティ２６とは、下部金型２２に複数セット（図１では４列で１セット）形成されている。また、下部金型２２において、ランナー２３と対向する延長線上には、空気を排出するためのエアベント２８が形成されている。また、下部金型２２には、成形済みの半導体製品を成形金型から離型するためのエゼクトピン３６をさらに複数備えている。
【００１８】
一方、上部金型２１は、下部金型２２の下部キャビティ２６に対応して嵌合されるキャビティ２５を備えている。この上部金型２１のキャビティ２５を上部キャビティという（以下、上部キャビティ２５と称す）。また、上部金型２１には、ポート１５と対向して嵌合する位置にカルブロック３０が形成されている。このカルブロック３０は、エポキシ成形樹脂タブレット４５を流動的に供給するため、半球状の凹部に形成されている。またカルブロック３０は、凹部から突出する突出部３４を一体に形成している。次に、このようなカルブロック３０について詳しく説明する。
【００１９】
図２は、図１に示したトランスファ成形装置のカルブロック３０を示す斜視図である。また図３は、図１に示したトランスファ成形装置のカルブロック３０を示す平面図である。また、図４は、図１に示したトランスファ成形装置のカルブロック３０およびポート１５の構造を示す断面図である。
【００２０】
図２乃至図４を参照すると、カルブロック３０は、凹部３２を有し、その凹部３２の中央部に突出部３４が形成されている。この突出部３４は、図４に示すように、ポート１５の直径ｃとほぼ同一の直径ａを備え、側面Ｇはポート１５の内周面Ｅに嵌合するように同一の垂直線上に設けてある。これは、プランジャ１７により所定の圧力でエポキシ成形樹脂が押圧される際、樹脂をランナー２３側に容易に流動させるためである。
【００２１】
また、突出部３４の高さｂは、その上部がカルブロック３０の上面Ｆと同一の水平面上の高さの位置、または、突出部３４の上部がカルブロック３０の上面Ｆより下側に突出させた位置のいずれかにより設けてある。また、突出部３４の上面３４’は、中央部の端部が凹状に低く形成している。これは、プランジャ１７と接触する面積を減少させて突出部３４とプランジャ１７との間の摩擦を低減するためであって、プランジャ１７やカルブロック３０の寿命を向上させるのに有効である。また、凹部３２は、突出部３４を中心として両側に設けられた溝部３３（図３参照）を形成している。この溝部３３の数は、ランナーの数と同一である。従って、溝部３３は、ランナーへの成形樹脂の流れを容易且つ均衡的に維持することができる。
【００２２】
また、カルブロック３０は、両側面に隣接する上部金型２１の間（図２参照）に脱着可能に装着しており、半導体チップパッケージの種類や樹脂の仕様によって交替することが可能に形成されている。
【００２３】
次に、図５乃至図７を参照として、トランスファ成形装置の動作について詳細に説明する。図５乃至図７は、図１に示したトランスファ成形装置を用いた成形工程の段階を示す断面図であり、図５は成形樹脂が金型に注入される前の状態を示す断面図である。また、図６は、成形樹脂が金型に注入した状態を示す断面図である。また、図７は成形樹脂の注入を完了した状態を示す断面図である。
【００２４】
図５に示すように、トランスファ成形装置１０において、下部金型２２の上部に半導体チップ４２を装着したリードフレーム４０が搭載され、上部金型２１が下部金型２２に嵌合するように下降することにより、リードフレーム４０が固定される。この半導体チップ４１は、ボンディングワイヤによりリードフレーム４０と電気的に接続されており、この電気的接続部が上部キャビティ２５と下部キャビティ２６との間に形成される成形空間２７（又はキャビティ）内に位置するように設置する。
【００２５】
半導体チップ４１を成形空間内に設置すると、下部金型２２のポート１５内に固体状のエポキシ成形樹脂タブレット４５が供給される。この際、上部金型２１と下部金型２２とは、上部プレート１２と下部プレート１３とに設けられているヒーター１９により１７０〜１８０℃の温度に予熱される。固体状の樹脂タブレット４５は、このような温度条件により固体状態からゼル状態に変化する。
ここで本実施の形態では、カルブロック３０に突出部３４を形成しているため、ポート１５とカルブロック３０との間に形成される空間７８が突出部３４の占有空間によって従来技術に比べて小さくなり、これにより排出しなければならない空気の量も減少する。
【００２６】
図６に示すように、ポート１５内でゼル状態になったエポキシ成形樹脂４６は、プランジャ５７が上昇することにより、カルブロック３０の方向に押し上げられる。すると、成形樹脂４６は、カルブロック３０の突出部３４に当接し、ランナー２３側に流れ込む。この際、カルブロック３０に突出部３４を形成しているため、空間７８内の空気が片側（図５に示した上部金型２１と下部金型２２との間）に形成されたエアベント２８を介して所定の量排出される前に、エポキシ成形樹脂４６がランナー２３に充填することを防止することができる。従って、空気は、エポキシ成形樹脂４６が供給される経路に沿って押されて、エアベント２８から排出される。ランナー２３が樹脂４６により充填されると、大部分の空気は既に排出された状態になり、残存する空気はプランジャ１７の継続的な垂直運動により排出される。
【００２７】
図７に示すように、エポキシ成形樹脂４６は、完全に成形空間２７（図６参照）に注入され、半導体チップ４１及びリードフレーム４０の一部が封止されるとともに、その状態でエポキシ成形樹脂４６が硬化する。このように、空気がエアベント２８を介して成形空間２７から完全に除去された状態で成形工程が進行されるため、ボイドのない半導体チップパッケージが得られる。
樹脂の硬化を完了した後には、上部金型２１と上部プレート１３との結合金型を上昇するか、下部金型２２と下部プレート１４との結合金型を下降するかのいずれかにより金型を開き、エゼクトピン３６が上昇してパッケージを下部金型２２から離型する。
【００２８】
このように本発明によるトランスファ成形装置では、カルブロックに突出部を形成することにより、エポキシ成形樹脂の注入経路及び成形空間にある空気の量を減少させることができる。また、カルブロック３０が突出部３４を備えているため、成形空間内の空気がエアベント２８を介して所定の量排出するまではエポキシ成形樹脂４６がランナー２３に充填することを防止できる。従って、エポキシ成形樹脂４６が成形空間２７に充填される際には、空気の完全な排出がなされる。このように空気の完全な排出がなされると、成形装置の内部圧力を維持することができ、成形樹脂の流動性を向上させることができる。また樹脂の流動性の向上により、エアベントの詰まりが生ずることを防止することができる。
【００２９】
さらに、前述したマルチプランジャ型トランスファ成形装置は、成形金型に複数のポートが設けられており、１つのポートに２つのキャビティが連結されるものであって、ポートとキャビティ間の距離が短いため、突出部を備えるカルブロックの効果を増加させることができ、パッケージ成形品の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
以上、本発明によってなされたトランスファ成形装置の実施の形態を詳細に説明したが、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、１つのポート１５に２つの下部キャビティ２６を両側に連結して４列で１セットにした金型の実施の形態を説明したが、これに限定されるものではなく、キャビティ部を複数設けて生産効率を向上させてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるトランスファ成形装置によると、カルブロックに突出部を形成することにより、排出しなければならない空気の量を最小化して不完全成形やボイドの発生を防止するとともに、ゼル形態のエポキシ成形樹脂の流動性を向上させ、内圧を一定に維持して半導体チップパッケージ組立工程の成形工程において信頼性を向上させることができる。また、カルブロックに突出部を形成することにより、エポキシ成形樹脂の使用量を低減することができ、コスト節減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるトランスファ成形装置の実施の形態を示す斜視図。
【図２】図１に示したトランスファ成形装置のカルブロックを示す斜視図。
【図３】図１に示したトランスファ成形装置のカルブロックを示す平面図。
【図４】図１に示したトランスファ成形装置のカルブロックおよびポートの構造を示す断面図。
【図５】図１に示したトランスファ成形装置を用いた成形工程で成形樹脂が金型に注入される前の状態を示す断面図。
【図６】図１に示したトランスファ成形装置を用いた成形工程で成形樹脂が金型に注入した状態を示す断面図。
【図７】図１に示したトランスファ成形装置を用いた成形工程で成形樹脂の注入を完了した状態を示す断面図。
【図８】従来のトランスファ成形装置を用いた成形工程でエポキシ成形樹脂が成形金型に注入される前の状態を示す断面図。
【図９】従来のトランスファ成形装置を用いた成形工程でエポキシ成形樹脂が成形金型に注入された状態を示す断面図。
【図１０】従来のトランスファ成形装置を用いた成形工程でエポキシ成形樹脂が成形金型に注入された後の状態を示す断面図。
【符号の説明】
１０  トランスファ成形装置
１２  プレート
１３  上部プレート
１４  下部プレート
１５  ポート
１７  プランジャ
１９  ヒーター
２０  成形金型
２１  上部金型
２２  下部金型
２３  ランナー
２４  ゲート
２５  上部キャビティ
２６  下部キャビティ
２７  成形空間
２８  エアベント
３０  カルブロック
３４  突出部
３６、３７  エゼクトピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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