(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのキャビティーと、該キャビティー間を連通するゲートとを有し、前記キャビティーを介して隣り合うゲートが前記キャビティーの１つの対角のそれぞれの角の近傍に接続した金型において、前記各キャビティー間を連通する第２のゲートと、該第２のゲートの容積を部分的に拡大して形成した樹脂だまりと、該樹脂だまりまたは前記第２のゲートに連通するエアー抜け口とを有し、前記キャビティーを介して隣り合う前記第２のゲートが前記対角とは異なるもう一方の対角のそれぞれの角の近傍に接続し、前記第２のゲート及び前記樹脂だまりで構成する溶融樹脂の流路が前記ゲートよりも圧力損失の大きい寸法を有していることを特徴とする半導体封止用金型。
【請求項２】
前記第２のゲートはくの字に屈曲し、屈曲部からキャビティー中心に向かい直線部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体封止用金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の樹脂封止用金型に関し、特にボイドの発生しにくい多列用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子を腐食や衝撃による破損から守るための一法として、トランスファモールドによる樹脂封止が一般に行われている。これは金型によるモールド樹脂の成形でバッチ処理を可能にし、旧来のセラミックスによるハーメッチックシールのコスト的な問題を解決したものである。しかし、更なるコストダウンのため、一度の処理により多くの樹脂封止をすることが求められ、ランナ長の延長やゲート数の増加による新たな課題が発生することとなった。即ち、樹脂のランナ部及びゲート部での流動抵抗の増大やキャビティーへの充填時差の発生に起因するボイドや未充填といった成形不良である。このため、ランナ長を短くするためマルチプランジャ方式の金型を使用したり、金型に極力テーパーやアールをつけて樹脂の乱流やエアの巻き込みを防ぐ形状としたり、樹脂粘度や注入圧力を使用する金型に適合するよう調整する等様々な工夫がされている。このような技術的背景の中、現在では図７及び図８に示すような金型が実用化されている。
【０００３】
図７及び図８は各キャビティー間を連通するゲートを有する多列用金型を示す説明図であり、それぞれ平面図及び側面図を示す。また、理解を容易にするため金型の外形は省略し、金型内部に形成される樹脂の形を示して金型内部を明らかにしている。なお、上型で形成される樹脂と下型で形成される樹脂はそれぞれハッチングの傾きを変えて図示し、カルやそこからゲートに至るランナー等は省略してある。
【０００４】
これらの図において、１ａ〜１ｃはキャビティー、２ａ〜２ｃはゲート、３はリードフレーム、４ａ〜４ｃはエアーベントを示す。図に示すとおり、ランナーのスペースは省き、その代わりにキャビティー間をゲートで繋ぎ、このゲートを通り溶融樹脂が上流側キャビティーから下流側キャビティーに流入し、全てのキャビティーに溶融樹脂が充填される。具体的には高周波プリヒータで予熱されたタブレット状の樹脂が、プレスにセットされた金型のポット（図示せず）に投入され、金型の熱で溶融し、プランジャ（図示せず）で押し出されることによってポットとゲート２ａを結ぶランナー（図示せず）を通り、ゲート２ａを通過しキャビティー１ａに流れ込む。そしてキャビティー１ａが充填されると、溶融樹脂はゲート２ｂを通りキャビティー１ｂに流れ込む。同様にキャビティー１ｂが充填されると、溶融樹脂はゲート２ｃを通り、キャビティー１ｃに流れ込み、キャビティー１ｃが充填される。このように一連のキャビティーが全て充填された後、プランジャからの圧力が掛かり、キャビティーの隅々まで隙間無く樹脂が充填されると共に、エアーの巻き込みで発生したまたは樹脂が元々含有していたエアーにより形成された空隙がつぶされ、エアーベント４ａ〜４ｃからエアーが排出される。キャビティーを介して隣り合う２つのゲート（例えば２ａと２ｂ）は、そのキャビティーの対角のそれぞれの角の近傍に接続され、ゲート間隔がなるべく大きくなるようにし、できるだけ流れが短絡せず、滞留部分が少なくなるように構成されている。
【０００５】
このような多列用金型によれば各キャビティーを並列に繋げるランナー（サブランナー）を省くことができ、その分のスペースが空くことによってより多くのリードフレームを金型内に配置することが可能となり、一度の処理の取れ個数を増やすことが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような金型の場合、上記したエアーベントの設置だけでは未充填やボイドの発生が十分に防げるものではなかった。即ち、ゲートを並列に繋げるランナーを廃したため、各キャビティーの充填時差が必ず存在し、粘度の経時的増大による流動抵抗の経時的増大がキャビティー内における樹脂流速に部分的に顕著な違いを発生させ、流れの滞留しやすい部分でエアーの巻き込みやボイドの発生、また、フローマーク（表面の外観不良）の発生等の問題が起きやすかった。
【０００７】
図３は上記従来の金型における溶融樹脂の流れの様子を示す概念図である。上記したとおり、ゲートの間隔はなるべく大きくとっているが、図に示すとおりゲート２ａとゲート２ｂ及びゲート２ｂとゲート２ｃを結ぶ線上で溶融樹脂の流れが極端に速くなり、その他の部分では滞留しがちとなる。この滞留部分では樹脂粘度の経時的増大により流動が鈍くなり、実質的な流路の狭さく化を招き、流動抵抗が増大し、注入速度を鈍らせ、充填後に加圧してもエアーを内包する空隙を十分に潰せず、エアー巻き込みやボイド、フローマーク等の不具合が発生する。
【０００８】
このため、従来では金型を形成した後、試しに樹脂成形をし、これら問題が発生しやすい箇所にエアーベントを新たに配設したり、樹脂注入条件を変更するなどして対処しており、完成した金型を得るには多大な時間と労力を要した。
本発明は上記問題を解消し、ボイド等の発生を防ぐことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、少なくとも２つのキャビティーと、該キャビティー間を連通するゲートとを有し、前記キャビティーを介して隣り合うゲートが前記キャビティーの１つの対角のそれぞれの角の近傍に接続した金型において、前記各キャビティー間を連通する第２のゲートと、該第２のゲートの容積を部分的に拡大して形成した樹脂だまりと、該樹脂だまりまたは前記第２のゲートに連通するエアー抜け口とを有し、前記キャビティーを介して隣り合う前記第２のゲートが前記対角とは異なるもう一方の対角のそれぞれの角の近傍に接続し、前記第２のゲート及び前記樹脂だまり構成する溶融樹脂の流路が前記ゲートよりも圧力損失の大きい寸法を有していることを特徴とする。
【００１０】
また、前記第２のゲートはくの字に屈曲し、該屈曲部からキャビティー中心に向かい直線部を形成する構成としてよい。
【００１１】
本発明に係る第２のゲート、樹脂だまり及びエアー抜け口で構成する金型の要部は、従来金型に用いているエアーベントとは本質的に異なる。エアーベントは全てのキャビティーが充填された後の加圧時に機能を発揮するが、本発明の要部は樹脂注入時から使用される。即ち、本発明の要部は樹脂注入中にその中に樹脂が入り込み、従来発生した滞留部分に微少な流れを形成するものである。また、第２のゲートの容積、入り口や出口の断面積を変えることで圧力損失が変化し、溶融樹脂の流れに２つのモードができる。即ち、第２のゲートを介して上流側のキャビティーにある溶融樹脂を下流側のキャビティーに流すモードと流さないモードである。この２つのモードは使用する樹脂の粘度や流速、金型の温度等の樹脂注入条件により適宜選択される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本発明の実施の形態を示す説明図で、従来例を示す図７及び図８と同様に要部のみを示した平面図及び側面図を示すものである。これらの図において、図７及び図８と同一の符号のものは同一または相当するものを示し、５ａ、５ｂは第２のゲート、６ａ、６ｂは樹脂だまり、７ａ、７ｂはエアー抜け口を示す。図８に示すように、第２のゲート５ａ、５ｂはゲート２ｂ、２ｃよりも容積並びに入り口及び出口の断面積を小さく形成してあり、溶融樹脂の流入がゲート２ｂ、２ｃよりも少なくなるようにしている。また、図１に示すように、第２のゲート５ａ、５ｂはくの字に屈曲し、屈曲部からキャビティー中心に向かい直線部が伸びており、キャビティーを介して隣り合う第２のゲートは、ゲート２ａ〜２ｃとは異なるもう一方の対角のそれぞれの角の近傍に接続している。この第２のゲートの寸法は金型設計時に金型内の圧力損失計算で求められ、寸法の取り方次第で溶融樹脂を第２のゲートを介して上流側キャビティーから下流側キャビティーに流すことも流さないことも可能である。
【００１３】
まずは第１の実施例として、溶融樹脂を上流側キャビティーから下流側キャビティーに流す場合の樹脂成形の動作フローについて述べる。まずポットで溶融した樹脂がプランジャによってランナー（図示せず）に押し出され、ランナーよりゲート２ａを経て図中一番右側のキャビティー１ａ内に流れ込む。キャビティー１ａが充填されると、キャビティー１ａより溢れた樹脂がゲート２ｂ及び第２のゲート５ａを通過し、キャビティー１ｂ内に流れ込む。同様にキャビティー１ｂが充填されるとそこから溢れた樹脂がゲート２ｃ及び第２のゲート５ｂを通過し、キャビティー１ｃ内に流れ込み、キャビティー１ｃが充填される。第２のゲート５ａ及び５ｂはゲート２ｂ及び２ｃよりも容積並びに入り口及び出口の断面積が小さく形成してあるので、そこへ流れる溶融樹脂の量は少ないが、ゲート２ａとゲート２ｂ、ゲート２ｂとゲート２ｃを結ぶ線以外にもキャビティー内に流れを形成する（図４ａ）。
【００１４】
図６は各キャビティーに溶融樹脂が充填され、プランジャにより加圧されたときのエアーの抜ける道筋を概念図で示した図である。充填後の加圧であるため、各キャビティの内壁にかかる面圧は略一定となり、開放端となっているエアーベントとエアー抜け口に向け、エアー及び樹脂が移動してゆく。即ち、本図に示すようにキャビティー内に充填された樹脂のエアーを内包する空隙は潰され、矢印に示す方向にエアーが抜けてゆく。図５に示す従来金型の場合と比べ、エアーの抜ける道筋は概ね同様であり、本発明による構成がゲートのみでなくエアーベントの機能も兼ねることを示している。
【００１５】
このような構成となっているため、各キャビティー間に１つのみゲートを設けていた従来の金型に比べ流動抵抗は減少し、注入速度が速くなり、樹脂粘度の経時的増加に対処可能である。即ち、従来よりプランジャによる加圧の時期が早まるため、従来よりも粘度の低い時に加圧され、巻き込まれたエアーや元来樹脂自体に混入しているエアーを含む空隙を容易に押し潰すことができる。しかも、ゲート５ａ、５ｂにはそれぞれ樹脂だまり６ａ及び６ｂを介してエアー抜け口７ａ及び７ｂが連通しているため、キャビティー内で押し潰された空隙内のエアーをエアー抜け口７ａ及び７ｂから抜くことができる。このエアー抜け口７ａ、７ｂは従来のキャビティーに直接連通するエアーベントの代わりとなるものであるが、本実施例では実質的にゲートの本数を増やしているにも関わらず、上記したような直接キャビティーに連通しない構成となっているため、パッケージにバリを増やさずに済み、後工程に煩雑さをもたらすことがない。また、第２のゲート及び樹脂だまりで構成する流路はゲートよりも圧力損失の大きい寸法で形成されているため、樹脂の流入量が異なり、キャビティー内の流れを図４ｂに示すような第２のゲートとゲートを結ぶ２本の線上に固定化することがない。さらに、第２のゲート５ａ、５ｂをくの字に曲げて構成しているため、第２のゲート５ａ、５ｂから下流側のキャビティー内へ流入する溶融樹脂の流動経路を広範囲にすることができ、ゲートとゲートを結ぶ線上にも流れを固定化することがない。樹脂だまり６ａ、６ｂでは流速が急激に下がるので、若干の滞留をつくり、下流の流動の妨げにならないよう経時変化で粘性の高くなった樹脂を樹脂だまりの内壁に被着させ、留めておくことができる。なお、ゲート及び第２のゲートから下流側のキャビティー内に樹脂が流入する際、いずれか一方を他方より先に、或いは同時に流入するように適宜設定することが可能であるが、第２のゲートを通過した樹脂が下流側キャビティーに入り込む前に、ゲートを通過した樹脂が第２のゲートの出口を塞ぐ場合は、エアー抜け口を第２のゲートの出口（下流側キャビティーとの接続部）近傍に設けておき、第２のゲート内のエアーが下流側キャビティーに入らないようにする。
【００１６】
次に、第２の実施例として、第２のゲートを介して上流側キャビティーから下流側キャビティーへ溶融樹脂を流さない場合について述べる。
溶融樹脂はゲート２ａからキャビティー１ａに入り、キャビティー１ａが充填されるとゲート２ｂを通りキャビティー１ｂ内に充填される。上述の第１の実施例と異なり、キャビティー１ｂ内に充填された溶融樹脂は、ゲート２ｃを通り、第３のキャビティー１ｃ内に充填される際、第２のゲート５ｂのみならず、上流側の第２のゲート５ａにも溶融樹脂が入り込む。但し、溶融樹脂は第２のゲート５ａ、５ｂの樹脂だまりまでまたは樹脂だまりの前までにしか入り込まない。次の段階の加圧時において、第２のゲート５ａ及び５ｃ並びに樹脂だまりを併せた容積の範囲内（既に入り込んでいる溶融樹脂の体積分を除く）で、キャビティー内の溶融樹脂のエアーを内包する空隙を含む部分が第２のゲート５ａ及び５ｂに入り込む。つまり、空隙を潰すのではなく、空隙のある部分を第２のゲート及び樹脂だまり内に移動させ取り除く。このような構成であるため、各キャビティー内には空隙は残らず、ボイドやエアーの巻き込み、フローマークの無いパッケージが成形される。
【００１７】
以上、実施の形態について述べたが、本発明はこれに限らず種々の変更が可能である。例えば樹脂だまりの形状は半球状としたが、第２の容積を部分的に拡大して形成したものでよく、例えば立方体状や直方体状、円錐状等としてもよい。但し、離型性の良い形とすることが望ましい。また、樹脂だまりは上型に形成したが、下型に形成してもよい。また、エアー抜け口は樹脂だまりに連通させる構造としたが、樹脂だまりまたは第２のゲートのうち、エアーの抜けやすい部分に連通させればよく、例えば、樹脂だまりと第２のゲート両方に亘って連通するような、図面に示すものより幅広のものであってもよい。また、３つのキャビティが形成されている場合を示したが、少なくとも２つのキャビティーがあればよく、例えば４つや５つでもよいことは言うまでもない。また、ゲートは下型に形成したが、上型キャビティー内と下型キャビティー内で溶融樹脂の流動速度が異なってくる場合は、上型に形成してもよく、さらにセンターゲートやダブルゲートとすることも適宜選択される。これに伴い、第２のゲートを上型でなく下型に形成してもよい。
【００１８】
さらに、２つの実施例について上述したが、金型をどちらの状態で使用するかは使用する樹脂の粘度や流速、金型の温度等の樹脂注入条件により適宜選択すべきである。例えば、樹脂粘度を比較的高くして成形する場合、第２の実施例に示したような態様では、溶融樹脂が加圧時に第２のゲート内に容易に入らないことも考えられるので、この場合は第１の実施例に示した態様となるように第２のゲートの寸法をとり、樹脂充填速度を速める。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エアーを内包する空隙が発生しやすい溶融樹脂の滞留する部分に微少な流れを作り、充填速度を速め、加圧時に十分にエアーを内包する空隙を潰すことができ、または、エアーを内包する空隙が存在する部分の溶融樹脂を取り除いてしまうため、ボイドやエアーの巻き込みの発生を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金型の実施の形態を示す説明図である。
【図２】本発明の金型の実施の形態を示す説明図である。
【図３】従来の金型内の溶融樹脂の流れを示す概念図である。
【図４】図１に示す金型内の溶融樹脂の流れを示す概念図である。
【図５】従来の金型の加圧時におけるエアーの抜ける道筋を示す概念図である。
【図６】本発明に係る金型の加圧時におけるエアーの抜ける道筋を示す概念図である。
【図７】従来の金型を示す説明図である。
【図８】従来の金型を示す説明図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｃ  キャビティー
２ａ〜２ｃ  ゲート
３  リードフレーム
４ａ〜４ｃ  エアーベント
５ａ、５ｂ  第２のゲート
６ａ、６ｂ  樹脂だまり
７ａ、７ｂ  エアー抜け口
【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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