(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金型と、この第１の金型に対向して配置されその中央部に開口部を有する枠状金型と、この開口部に嵌合して開口部内を昇降可能な圧縮金型とからなる第２の金型を有し、これらの金型によって囲まれた空間によって金型のキャビティが形成され、
前記第１の金型と第２の金型との間に被成形品を配置し、前記圧縮金型を昇降させて枠状金型のキャビティ内に収容した樹脂によって被成形品を封止する半導体装置製造用金型において、
前記キャビティ内の気体を強制的に金型外部に排出するための排気経路と、この排気経路を開閉する開閉機構が、前記第２の金型に設けられ、
前記排気経路が前記枠状金型の前記キャビティを形成するキャビティ形成部に設けられ、
このキャビティ形成部は、前記圧縮金型の上昇位置に合わせて水平な段部を備え、
この段部には、その一端が前記キャビティ内に開口した排気孔が設けられていることを特徴とする半導体装置製造用金型。
【請求項２】
前記開閉機構が、前記排気孔の一部に摺動自在に嵌合し、その摺動位置により排気孔を開閉するピンであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置製造用金型。
【請求項３】
第１の金型と、この第１の金型に対向して配置されその中央部に開口部を有する枠状金型と、この開口部に嵌合して開口部内を昇降可能な圧縮金型とからなる第２の金型を有し、これらの金型によって囲まれた空間によって金型のキャビティが形成され、
前記第１の金型と第２の金型との間に被成形品を配置し、前記圧縮金型を昇降させて枠状金型のキャビティ内に収容した樹脂によって被成形品を封止する半導体装置製造用金型において、
前記キャビティ内の気体を強制的に金型外部に排出するための排気経路と、この排気経路を開閉する開閉機構が、前記第２の金型に設けられ、
前記排気経路の一部が、前記枠状金型における第１の金型と対向する面であって前記圧縮金型の昇降する位置とは異なる位置に形成された溝であり、
前記溝は、前記枠状金型内に形成した排気孔に連通されていることを特徴とする半導体装置製造用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップを搭載した配線板（基板，リードフレーム）等を樹脂で封止するために用いられる半導体装置製造用金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、従来から半導体装置の製造用金型として用いられている圧縮成形金型を示したものである。図１０に示したように、従来の圧縮成形金型は、第１の金型５１と、この第１の金型５１に対向して配置され、開口部５２を有する枠状金型５３とこの開口部５２に嵌合してその内部を昇降可能な圧縮金型５４とからなる第２の金型５５とから構成され、前記第１の金型５１と前記第２の金型５５は、図示しない昇降機構５６により動作する。
【０００３】
そして、これら第１及び第２の金型５１，５５の間に加工対象となる被成形品５７を配置し、前記第１の金型５１と枠状金型５３によって被成形品５７の配線板の周縁部をクランプする。その後に、封止用樹脂５８を載置した圧縮金型５４を、前記昇降機構５６により第１の金型５１側へ相対的に移動させることにより、圧縮金型５４上で加熱溶融した封止用樹脂５８を被成形品５７に押しつけ、図１１に示したように、圧縮成形により樹脂封止を行う。
【０００４】
上記のような圧縮成形の場合には、第１及び第２の金型５１，５５の間に被成形品５７を配置し、両金型によって被成形品５７を挟持することにより、被成形品５７と第２の金型５５により形成される空間Ｍを密閉する。そして、第２の金型５５の構成部材である圧縮金型５４を第１の金型５１側に上昇させることにより、溶融した封止用樹脂を加圧、流動させ、空間Ｍ内の空気を外周部に押し出して行く。
【０００５】
第２の金型５５の構成部材である枠状金型５３の表面に、細い溝状の隙間（エアーベント）が形成してあり、被成形品５７を前記第２の金型上に載置し前記第１の金型とで挟持しても、該エアーベントは外部と通じており、成形過程で溶融樹脂により外周部に移動した空気は、該エアーベントより排出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の圧縮成形方法では、上下に昇降する圧縮金型５４により、樹脂を押し潰し流動させた流動先端により、被成形品５７と第２の金型５５により密閉された空間Ｍ内の空気を外部に排出していたため、エアーベントからだけの排気では抵抗が大きく、流動先端部で空気を巻き込む、またはエアーベント方向外の空気が取り残されるという問題があった。
【０００７】
その上、昨今の半導体装置の薄型化により、一部の半導体装置の封止においては、従来のタブレット状樹脂を圧縮して成形する場合、成形過程で溶融樹脂の流動距離が長くなり、キャビティ内に充填しきれないことがあった。このような問題を解決する手段として、前記タブレットの破砕粒またはタブレットを成形する前の粒状樹脂を用い、この粒状樹脂をキャビティ面全域に分布するように供給して成形を行う方法が提案されている。しかしながら、従来の圧縮成形方法では、排気が進む前に樹脂が溶融を開始してしまい、溶融した粒状樹脂に空気が閉じ込められ、これが成形品に残留してボイドとなる恐れがあった。
【０００８】
このような問題点を改善するために、従来のトランスファモールド金型で用いられているように、第１と第２の金型間に密閉するためのシールを設け、第１または第２の対向する面の樹脂と接し得ない場所に排気孔を設けて、強制的に第１と第２の金型間の空気を排出する方法が考えられる。
【０００９】
しかしながら、この方法には以下のような問題点があった。前記エアーベントからの排気では、排気孔の断面積が小さく排気効率が悪いため、排気時間が長く掛かる。排気効率を上げるために、シールのみが接する位置で、第１と第２の金型の対向方向の動作を停止し、排気を実施した後に配線板を挟持するよう動作させる場合がある。このように成形作業途中で金型の動作を停止する中間型締めを行うと、その結果、排気する空間は大きくなり、強制排気手段の容量、例えば真空ポンプ容量が大きいものが必要となり、装置構成が大きくなっていた。
【００１０】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解消するために提案されたものであり、その目的は、圧縮成形時における金型内からの排気を円滑に行うことができ、成形後の樹脂内におけるボイドの発生を防止することができる半導体装置製造用金型を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、第１の金型と、この第１の金型に対向して配置されその中央部に開口部を有する枠状金型と、この開口部に嵌合して開口部内を昇降可能な圧縮金型とからなる第２の金型を有し、これらの金型によって囲まれた空間によって金型のキャビティが形成され、前記第１の金型と第２の金型との間に被成形品を配置し、前記圧縮金型を昇降させて枠状金型のキャビティ内に収容した樹脂によって被成形品を封止する半導体装置製造用金型において、前記キャビティ内の気体を強制的に金型外部に排出するための排気経路と、この排気経路を開閉する開閉機構が、前記第２の金型に設けられ、前記排気経路が前記枠状金型の前記キャビティを形成するキャビティ形成部に設けられ、このキャビティ形成部は、前記圧縮金型の上昇位置に合わせて水平な段部を備え、この段部には、その一端が前記キャビティ内に開口した排気孔が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
このような構成を有する請求項１の発明によれば、キャビティ内の気体を強制的に外部に排気できるので、成形時の樹脂による空気の巻き込みを抑制できる。また、予めキャビティ内を排気することにより、粒状あるいは粉状の樹脂間に存在する気体を排除することができ、溶融した樹脂内に閉じこめられた気体によるボイドの発生も防止できる。また、排気経路を、成形時に基板に対し固定状態となる枠状金型に設けることにより、排気経路が成形動作の妨げとなることもなく、開閉機構の配置や操作も容易である。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記開閉機構が、前記排気孔の一部に摺動自在に嵌合し、その摺動位置により排気孔を開閉するピンであることを特徴とする。この請求項２の発明によれば、ピンを摺動させるだけの簡単な構成より、排気孔を開閉することが可能になる。特に、排気孔およびピンは圧縮金型の動作方向と平行であるため、圧縮金型の動作と連動することができ、ピンを独立に駆動しなくても、排気孔の開閉を行うことができる。
【００１５】
請求項３の発明は、第１の金型と、この第１の金型に対向して配置されその中央部に開口部を有する枠状金型と、この開口部に嵌合して開口部内を昇降可能な圧縮金型とからなる第２の金型を有し、これらの金型によって囲まれた空間によって金型のキャビティが形成され、前記第１の金型と第２の金型との間に被成形品を配置し、前記圧縮金型を昇降させて枠状金型のキャビティ内に収容した樹脂によって被成形品を封止する半導体装置製造用金型において、前記キャビティ内の気体を強制的に金型外部に排出するための排気経路と、この排気経路を開閉する開閉機構が、前記第２の金型に設けられ、前記排気経路の一部が、前記枠状金型における第１の金型と対向する面であって前記圧縮金型の昇降する位置とは異なる位置に形成された溝であり、前記溝は、前記枠状金型内に形成した排気孔に連通されていることを特徴とする。この請求項３の発明によれば、圧縮金型の昇降部分から離れた箇所に排気経路を設けることが可能になり、より大きな排気経路を設けることができ、排気効率を向上できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下、実施形態という）を図面を参照して具体的に説明する。なお、図１０及び図１１に示した従来型と同一の部材には同一の符号を付して説明は省略する。
【００１８】
（１）第１実施形態
（１−１）構成
本実施形態においては、図１及び図２に示すように、被成形品１、枠状金型５３及び圧縮金型５４によって囲まれた枠状金型内部の開口部が樹脂成形用のキャビティＭを形成している。枠状金型５３の枠の部分であるキャビティ形成部１０には、圧縮金型５４の上昇位置に合わせて水平な段部１０ａが形成されている。枠状金型５３の内部にはキャビティ内部のガスや空気等の気体を強制的に外部に排気するための排気経路となる排気孔１２が形成され、この排気孔１２の一端が前記段部１０ａの表面に開口している。この排気孔１２は、図３の拡大図に示すように、キャビティ内部に連通する第１の排気孔１２ａと、この第１の排気孔１２ａから分岐して形成された第２の排気孔１２ｂとから構成されている。
【００１９】
第１の排気孔１２ａには、図３に示すように、その内部を上下に摺動して排気孔１２を開閉するピン１１が配設され、キャビティ内部に対する樹脂の充填開始から樹脂充填完了までの間、排気孔１２を塞ぐように構成されている。また、第２の排気孔１２ｂは金型外部に連通され、図示しない真空ポンプ等の強制排気手段が接続されている。
【００２０】
前記排気孔１２ａ内に配置されたピン１１は、一例として図３に示したような形状をなし、その基部が図示しない操作機構に接続されている。ピン１１は、図示しないが、第１及び第２の金型５１，５５の上下動に連動して、または前記のようにピン１１の基部に連結された所定の操作機構により第１の排気孔１２ａ内を上下に摺動するように構成されている。
【００２１】
なお、図１及び図２では排気孔１２は１つであるが、複数設置しても良いことは言うまでもない。また、排気孔１２の設置位置は、枠状金型５３のキャビティ形成部１０のどこでも良いが、図１に示すように、枠状金型５３の下方から排気する構成とすると、ピン１１等の開閉機構を配置するのが容易になる。
【００２２】
一方、枠状金型５３の表面には、加工対象となる被成形品１の配線板の周縁部との間の気密性を確保するために気密部材３が設けられ、被成形品１の配線板の周縁部を第１及び第２の金型５１，５５によってクランプすることで、キャビティM内部を気密状態とすることができるように構成されている。
【００２３】
（１−２）作用・効果
このような構成を有する本実施形態の金型を用いて、半導体チップを搭載した配線板等を樹脂で封止する方法は以下の通りである。
【００２４】
すなわち、図１に示したように、枠状金型５３と圧縮金型５４とで形成されたキャビティＭ内に粉末あるいは粒状の封止樹脂を収容した状態で、周縁部に気密部材３を配置した枠状金型５３上に被成形品１の周囲を配置し、被成形品の表面（図では下面）に搭載されている半導体チップがキャビティＭ内に収容されるようにする。この状態で、第１の金型５１と第２の金型５２によって被成形品１を挟持することにより、この被成形品１と第２の金型５５により形成されたキャビティＭを密閉する。この際、圧縮金型５４は前記樹脂と被成形品とが接しない位置にあるものとする。
【００２５】
この状態で、真空ポンプなどの強制排気手段を作動させ、排気孔１２ｂからキャビティＭ内の空気を排出すると、キャビティ内が減圧されると共に粉末あるいは粒状の樹脂間に包囲された空気も排出される。キャビティＭ内が所定の圧力まで排気された後は、ピン１１を図２のように上昇させ、その軸部で強制排気手段に連なる排気孔１２ｂを塞ぐ位置に移動させる。
【００２６】
その後、第２の金型５５を構成する圧縮金型５４を第１の金型５１側に上昇させることにより、図示しないヒータで加熱溶融した上記キャビティＭ内の封止樹脂を加圧し、被成形品の表面に配置されている半導体チップを封止する。
【００２７】
なお、キャビティＭ内の空気の排出タイミングは、樹脂が溶け出すよりも前の方が好ましい。その理由は、粉末状あるいは粒状樹脂の粒子間に存在する空気を除去することができるだけでなく、溶け出した樹脂内に空気が閉じこめられることを防止できるからである。また、樹脂が溶けた後、圧縮金型５４を上昇させてキャビティＭ内の空気を排出する途中でも強制排気を継続しても良い。ただし、ある程度まで真空引きしてあれば、圧縮金型５４の上昇時に外部に逃げる空気もなくなるので、排気孔１２を閉じることができる。
【００２８】
このように本実施形態においては、キャビティ内に排気孔１２が設けられているため、樹脂流路外に排気孔を設けた場合に比べて、気密エリアを小さくすることができるため、金型及び金型を含んだ封止装置全体の大きさを小さくすることができる。また、気密体積も少なくなるため、ガスや空気の排出時間を短縮できる。さらに、気密体積の減少に伴い、例えば真空ポンプ等の排出手段の能力も小さくすることができるので、装置構成も小さくすることができる。
【００２９】
さらに、排気孔に可動のピンを設けることことにより、排気孔付近の樹脂充填が始まる頃には排気孔を確実に塞ぐことができるため、排気孔を必要十分な断面積にすることができ、中間型締めが不要となる。
【００３０】
（２）第２実施形態
本実施形態は上記第１実施形態の変形例であって、図４に示したように、キャビティ中の空気、ガスの強制排出を枠状金型２０の表面に形成された溝２１を介して行い、前記溝２１の一部または全体を閉塞することができる開閉機構２２により強制排出路の開閉を行うように構成されている。この場合、図５及び図６に拡大して示したように、前記溝２１は、枠状金型２０内に例えば垂直に形成した排気孔２３に連通され、この排気孔２３内にピン２４等の開閉機構が設けられている。
【００３１】
上記のような構成を有する本実施形態においては、排気孔２３の開閉機構を圧縮金型５４の摺動部から離れた位置に構成することができるので、より大きな排出流路を設けることができ、排気効率を向上させることができる。例えば、成形品の寸法制約等により、その部分に排気孔や開閉機構を設けることが困難な場合や、排気孔寸法を大きくできない場合に、排気孔及び開閉機構を圧縮金型５４の摺動部から離れた位置に構成できるので、より大きな排出流路を設けることができ、排気効率を向上させることができる。
【００３２】
（３）第３実施形態
本実施形態は上記第１実施形態の変形例であって、図７に示したように、キャビティ内の空気、ガスの強制排出を、枠状金型３０の摺動部に形成された排気孔３１を用いて行うように構成されている。この排気孔３１の位置は、図７に示したように圧縮金型５４が下降位置にある時には排気孔３１とキャビティが連通し、図８に示したように圧縮金型５４が上昇すると共に封止用樹脂５８が溶融して排気孔３１付近の樹脂充填が始まる頃には、排気孔３１が圧縮金型５４の側面によって塞がれるように設定されている。
【００３３】
このような構成を有する本実施形態によれば、圧縮金型５４を昇降させることにより、排気孔３１が開閉されるので、排気孔３１の開閉のために特別な開閉機構を設ける必要がなく、構造が大幅に簡素化できる。
【００３４】
なお、本実施形態においては、排気孔３１は、圧縮金型５４の昇降動作により、成形前は"開"、成形途中または成形後には"閉"となるように開閉する構成とされているが、第１実施形態及び第２実施形態で示したような、専用に設けた開閉機構により排気孔３１を開閉させることもできる。その場合には、開閉タイミングの調節が可能となるため、最適条件での成形が可能となる。
【００３５】
（４）第４実施形態
本実施形態は上記第１実施形態の変形例であって、図９に示したように、第１実施形態に記載したピン１１による開閉機構を備えた排気孔４１を、圧縮金型４２に設けたものである。この場合も、第１実施形態と同様に樹脂の成形に先立ってキャビティ内部の空気を強制排気することが可能である。特に、本実施形態では、排気経路やその開閉機構を枠状金型部分に設けることなく、中央の圧縮金型に設けることにより、成形品の形態により枠状金型に必要なだけの排気開口面積を得られない場合に有効である。
【００３６】
（５）他の実施形態
本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、次のような変形例も包含するものである。すなわち、上記の各実施形態においては、被成形品１に設けられる気密部材３として弾性体を用いているが、気密部材に弾性体を用いなくても、金型によるクランプだけで気密効果を得られる場合もある。この場合には気密部材の弾性体を削減でき、金型の簡素化が可能となる。
【００３７】
さらに、上記の各実施形態においては、第１及び第２の金型の内、下側に配設される第２の金型の圧縮金型を上昇させて、被成形品１の基板をクランプし、成形を行うようにしているが、逆に、上側に配設される第１の金型を下降させても同様の効果を得ることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、キャビティ内部の空気やガスを強制排気することで成形作業の迅速化と製品の高品質化が達成できると共に、キャビティ部分のみの気密性を確保すればよいので、排気量が少なくて済み、迅速に排気が可能になると共に真空ポンプなどの強制排気手段も小型・小容量化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置製造用金型の第１実施形態の構成を示す断面図で、キャビティ内からの排気中の状態を示す。
【図２】本発明に係る半導体装置製造用金型の第１実施形態の構成を示す断面図で、キャビティ内からの排気を停止した状態を示す。
【図３】図１に示した排気孔部分の拡大断面図。
【図４】本発明に係る半導体装置製造用金型の第２実施形態の構成を示す断面図。
【図５】図４に示した溝部分の拡大斜視図。
【図６】図４に示した溝部分の拡大断面図。
【図７】本発明に係る半導体装置製造用金型の第３実施形態の構成を示す断面図で、キャビティ内からの排気中の状態を示す。
【図８】本発明に係る半導体装置製造用金型の第３実施形態の構成を示す断面図で、キャビティ内からの排気を停止した状態を示す。
【図９】本発明に係る半導体装置製造用金型の第４実施形態の構成を示す断面図で、キャビティ内からの排気中の状態を示す。
【図１０】従来の半導体装置製造用金型の構成を示す断面図で、樹脂の成形前の状態を示す。
【図１１】従来の半導体装置製造用金型の構成を示す断面図で、樹脂の成形完了状態を示す。
【符号の説明】
１…被成形品
３…気密部材
１０…キャビティ形成部
１０ａ…段部
１１…ピン
１２…排気孔
１２ａ…第１の排気孔
１２ｂ…第２の排気孔
２０…枠状金型
２１…溝
２２…開閉機構
２３…排気孔
２４…ボール弁
３０…枠状金型
３１…排気孔
４１…排気孔
４２…圧縮金型
５１…第１の金型
５２…開口部
５３…枠状金型
５４…圧縮金型
５５…第２の金型
５６…昇降機構
５７…被成形品
５８…封止用樹脂
【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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【図１１】
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