JP2006086499A - 樹脂封止装置および樹脂封止方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 上金型2と下金型3との間に配置した半導体装置10を上下金型により押圧固定した状態で樹脂封止する半導体装置の樹脂封止装置において、上下金型2・3の少なくとも一方に設けられ、該上下金型に対して半導体装置押圧方向に摺動可能な当接体6と、該当接体6を半導体装置10に押圧させる押圧手段4とを有し、該押圧手段4により当接体6を半導体装置10に当接させた状態で、半導体装置10の樹脂封止を行う。
【選択図】 図4
Description
従来、半導体素子を保護する為に、樹脂モールドが利用されている。これは、上金型と下金型との間に半導体素子を有する半導体装置を配設して、上金型と下金型とを閉じ上下金型により半導体装置を保持した状態で半導体装置の樹脂封止を行うものである。
ここで、前記放熱板を両側から挟み込む絶縁樹脂は、半導体装置が取り付けられる冷却装置との間で絶縁性を保つために設けられており、該絶縁樹脂の熱伝導率は、半導体装置と冷却装置との間での放熱性を良好にするため非常に高くなっている(モールド樹脂の熱伝導率に対して一桁程度大きくなっている)。
従って、樹脂モールドを行う際には、半導体装置の放熱性を低下させる原因となる、絶縁樹脂板と金型との間にモールド樹脂が回り込むことを避けるために、上下金型により所定圧力以上で絶縁樹脂板を押さえ付ける必要がある。
これにより、製造ばらつき等の理由により半導体装置に発生する厚みばらつきが原因となって、以下のように、絶縁樹脂の押さえ荷重(つぶし量)が異なってくる。
図9は従来の樹脂封止構成を示す図である。図9(a)は樹脂封止前の状態を示す図であり、図9(b)は半導体装置の厚みが小さい場合の樹脂封止工程を示す図であり、図9(c)は半導体装置の厚みが大きい場合の樹脂封止工程を示す図である。
はじめに、図9(a)に示すごとく、上金型2と下金型3との間に半導体装置10を配置する。この後に、上金型2と下金型3とを合わせ、樹脂を注入して半導体装置10の樹脂封止を行うものである。
ここで、上金型2と下金型3とで形成されるキャビティの高さ寸法は固定であり、キャビティ内に配置した半導体装置の高さ寸法よりも小さい。
半導体装置10の厚みが小さい場合には、図9(b)に示すごとく、絶縁樹脂で構成される絶縁板16・14のつぶし量は小さくなる。そして、半導体装置10の厚みが大きい場合には絶縁板16・14のつぶし量は大きくなる。
図10に示すごとく、絶縁樹脂のつぶし荷重はつぶし量の増大にともなって増大する。このため、絶縁樹脂つぶし量が一定量を超えると、素子破壊荷重を超えて半導体装置10の素子が破壊される。
上金型2と下金型3との距離は一定であるため、半導体装置10の厚みによって絶縁樹脂のつぶし量が決まるものである。半導体装置10の厚みは個々に差異があり、一定していない。このため、半導体装置10毎に絶縁樹脂のつぶし量が異なるものである。
さらに、特許文献1に示される技術においては、絶縁シートにより吸収可能な距離範囲があり、絶縁シート自体が過剰に圧縮されると荷重が素子に伝わり素子を破壊する可能性がある。
請求項15に記載のごとく、前記油圧装置は、前記当接体の摺動方向へ伸縮可能な油圧シリンダと、該油圧シリンダへ作動油を供給するポンプとを備えており、前記油圧シリンダは当接体に接続され、該油圧シリンダを半導体装置押圧方向へ伸縮させることにより、当接体を半導体装置に押圧させる。
簡便な構成により当接体の固定を確実に行うことができる。また、当接体の移動に作動油の流動抵抗を利用すること等により、当接体の移動を円滑に行うことができる。
また、この場合も、半導体装置の厚みによりスライド板の押圧力が変化することはなく、半導体装置に対する押圧力を常に一定にして、半導体装置へ過剰な力がかかって破損してしまうことを防止できる。
また、この場合も、半導体装置の厚みによりスライド板の押圧力が変化することはなく、半導体装置に対する押圧力を常に一定にして、半導体装置へ過剰な力がかかって破損してしまうことを防止できる。
図1は第1実施例である樹脂封止装置の構成を示す図であり、図2は第1実施例における樹脂封止工程を示す図であり、図2(a)は樹脂封止前の樹脂封止装置の状態を示す図であり、図2(b)は荷重開始状態の樹脂封止装置の状態を示す図であり、図2(c)は封止中の樹脂封止装置の状態を示す図である。
電極13は素子11の下面に、電極12は素子11の上面に、それぞれ半田によって接合している。電極12・13はヒートシンク(放熱板)を兼ねるものであり、電極12の上面には絶縁板14が、電極13の下面には絶縁板16が取付けられるものである。絶縁板14・16は絶縁樹脂の薄板により構成されるものである。
そして、バネ31は、上金型2とスライド板6との間に配設されるものであり、スライド板6による半導体装置10への押付け荷重を調節するものである。なお、スライド板6を付勢する弾性体としては、バネ31の他にその伸縮により半導体装置10への過大荷重を防ぐことができるものを用いることができる。
これにより、上金型2と下金型3とを閉じた状態において、バネ31の弾性力により半導体装置10を押圧した状態で樹脂封止を行うことができる。
樹脂封止工程において、図2(a)に示すごとく、半導体装置10を下金型3上に配設するとともに、半導体装置10の上方に上金型を位置させる。そして、上金型2を下金型3に向けて下に移動させる。
これにより、図2(b)に示すごとく、スライド板6が半導体装置10に当接して、バネ31の付勢力により、半導体装置10に下金型3方向へ向けて荷重がかかるものである。
さらに、上金型2を下方に移動させて、図2(c)に示すごとく、上金型2と下金型3とを当接させる。この状態において、半導体装置10にはバネ31により付勢されたスライド板6が当接している。
このように、上金型2と下金型3とを閉じた場合に、該スライド板6を、バネ31により半導体素子が破壊しない程度の押圧力で半導体装置10に当接させた状態とすることができ、半導体装置10に過剰な荷重をかけずに樹脂封止を行うことができるものである。
なお、第1実施例において、バネ31を下金型3とスライド板6との間に設けることも可能である。この場合には、半導体装置10をスライド板6上に載置して上金型2により押付ける構成となり、スライド板6が半導体装置10の底面に当接した状態で保持されることとなるものである。
図3は第2実施例の樹脂封止装置の構成を示す図である。
樹脂封止装置1は、該樹脂封止装置1の内側に位置させた半導体装置10を樹脂モールドするものである。該樹脂封止装置1は、上金型2、下金型3、および半導体装置10に当接するスライド板6を備えており、上金型2とスライド板6との間に油室2aが構成されている。この油室2aは油圧配管によりポンプ22に接続しており、このポンプ22によりオイルタンク21に貯溜される作動油を油室2aへ供給可能に構成している。そして、ポンプ22を作動させて油室2aに作動油を供給することにより、スライド板6を上金型2に対して下方に移動することが可能となっている。
油室2a内の油圧は一定圧力以内に保たれるものであり、油室2a内の圧力が一定圧力より大きくなった場合には作動油がオイルタンク21に戻され、スライド板6が上金型2に対して摺動する構成となっている。
これにより、スライド板6が当接する半導体装置10に過剰な荷重がかかろうとした場合には、作動油がオイルタンク21に戻り、スライド板6が上金型2に対して上方へ移動して、半導体装置10に過剰な荷重がかかることが防止される。
樹脂封止工程においては、半導体装置10を下金型3上に配設するとともに、半導体装置10の上方に上金型2を位置させる。そして、油室2aに作動油を供給してスライド板6を上金型2に対して下げた状態で、上金型2を下金型3に向けて下に移動させる。
上金型2の下降により、スライド板6が半導体装置10に当接して半導体装置10に荷重がかかる。半導体装置10への荷重は、油室2aの圧力として反映されるものであり、油室2aの圧力を調節することにより半導体装置10への荷重を一定に維持できるものである。さらに、上金型2を下方に移動させて、上金型2と下金型3とを当接させることにより、半導体10に安定した荷重をかけることができるものである。
このため、半導体装置10の厚みにばらつきがある場合においても、スライド板6の半導体装置10押圧方向への移動により厚みのばらつきを吸収するとともに、半導体装置10に一定の荷重がかかるようにできるものである。
バルブ23が配設された油圧配管経路は、油室2aからオイルタンク21への作動油排出経路となっており、該バルブ23の開閉により油室2aからオイルタンク21への作動油の戻りを調節できるように構成されている。このように、バルブ23が配設される油圧配管経路は、油圧シリンダからオイルタンクへの作動油排出経路となっている。
図4は第3実施例である樹脂封止装置の構成を示す図であり、図5は樹脂封止工程を示す図である。
樹脂封止装置1は、該樹脂封止装置1の内側に位置させた半導体装置10を樹脂モールドするものである。樹脂封止装置1は、上金型2、下金型3、半導体装置10に当接するスライド板6、およびスライド板6の押圧手段を構成する油圧シリンダ4を備えている。
油圧シリンダ4は上金型2に取付けられている。また、油圧シリンダ4のロッド5の先端にはスライド板6が接続されており、該スライド板6は、油圧シリンダ4のロッド5の伸縮動作に伴い、上金型2に対して上下摺動自在に構成されている。
また、ポンプ22を止めてバルブ23を閉じることにより、スライド6の上金型2に対する位置を保持できる構成となっている。
このように、油圧シリンダ4、油圧シリンダ4に充填される作動油、ポンプ22、バルブ23、およびオイルタンク21にて構成される油圧装置により、スライド板6を押圧するようにしている。
表1は第3実施例の樹脂封止工程を示す表である。
まず、1番目のステップは、成形待ちの状態である。この状態において、半導体装置10は下金型3上に載置されており、上金型2は半導体装置10の上方に位置して金型が開いた状態である。スライド板6は上金型2において最下位置にある。
2番目のステップは、型締め中の状態であり、上金型2が下方へと移動するとともに、バルブ23が開いた状態に維持され、ポンプ22は停止している。この状態でスライド板6は半導体装置10に当接したのちに上金型2の移動にともない、上金型2に対して上方に移動する。
4番目のステップは成形完了の状態であり、型を開くために上金型2が下金型3と当接している状態から上方に移動する。そして、バルブ23は閉じ、ポンプ22を作動させて、スライド板6を上金型2に対して下方に移動させる。これにより、樹脂封止された半導体装置10が取り出されるものである。
しかし、本実施例3のように、スライド板6を油圧シリンダ4により上下移動可能とするとともに、半導体装置10の厚みに応じた上下位置で保持するように構成することで、半導体装置10に対する押圧力を常に一定とすることができる。これにより、半導体装置10へ過剰な力がかかって破損してしまうことを確実に防止できる。
このように、バルブ23を設けなかった場合においても、ポンプ22を作動させて油圧シリンダ4に作動油を供給することにより、スライド板6を上金型2に対して下方に移動することが可能である。
そして、油室2a内の油圧は一定圧力以内に保たれるものであり、スライド板6が当接する半導体装置10に過剰な荷重がかかろうとした場合には、作動油がオイルタンク21に戻り、スライド板6が上金型2に対して上方へ移動して、半導体装置10に過剰な荷重がかかることが防止されるように構成している。
図6は第4実施例である樹脂封止装置の構成を示す図である。
第4実施例の樹脂封止装置1は、該樹脂封止装置1の内側に位置させた半導体装置10を樹脂モールドするものである。樹脂封止装置1は、上金型2、下金型3、半導体装置10に当接するスライド板6、および油圧シリンダ32を備えている。スライド板6は上金型2に対して上下摺動自在に構成されている。
油圧シリンダ32は、上金型2に取付けられており、ピストン31がスライド板6の摺動方向と直交する方向へ摺動するように配設されている。
そして、油圧シリンダ32より押出されたピストン31がスライド板6の側面に当接する構成となっており、ピストン31がスライド板6を押圧することで、該スライド板6の上下位置を上金型2に対して固定するものである。
また、第2バルブ24の開閉により油圧シリンダ4からオイルタンプ21への作動油の戻りを調節できる。このように、第2バルブ24が配設される油圧配管経路は、油圧シリンダからオイルタンクへの作動油排出経路となっている。第1バルブ23はポンプ22からの油圧シリンダ32への作動油の送出・停止の切り換えを調節できる。
このように、油圧シリンダ32、油圧シリンダ32に充填される作動油、ポンプ22、第1バルブ23、第2バルブ24、およびオイルタンク21にて構成される油圧装置により、スライド板6の上下位置固定を行うようにしている。
表2は第4実施例の樹脂封止工程を示す表である。
そして、2番目のステップは、型締め中の状態であり、上金型2が下方へと移動するとともに、第2バルブ24が開いた状態に維持され、ポンプ22は停止し、第1バルブ23は閉じている。この状態で、スライド板6は上金型2の下方への移動にともない、半導体装置10に当接し、当接したのちに上金型2に対して上方に移動する。
3番目のステップは型締め完了から成形中の状態である。この状態において上金型2は下に位置しており、下金型3と当接する位置にあって閉じている。第2バルブ24は閉じており、ポンプ22は作動し、第1バルブ23は開いている。これにより、スライド板6の上下位置が、油圧シリンダ32によって半導体装置10に当接した状態で固定される。そして、上金型2と下金型3との間に樹脂が供給されて、樹脂封止が行われるものである。
4番目のステップは成形完了の状態であり、型を開くために上金型2が下金型3と当接している状態から上方に移動する。この場合、第2バルブ24は開き、ポンプ22は停止して、第1バルブ23は閉じている。これにより、油圧シリンダ32によるスライド板6の上下位置固定が解除され、スライド板6が上金型2に対して下方に移動する。これにより、樹脂封止された半導体装置10が取り出されるものである。
また、この場合も、半導体装置10の厚みによりスライド板6の押圧力が変化することはなく、半導体装置10に対する押圧力を常に一定にして、半導体装置10へ過剰な力がかかって破損してしまうことを防止できる。
図7は第5実施例である樹脂封止装置の構成を示す図である。
樹脂封止装置1は内側に位置させた半導体装置10を樹脂モールドするものである。樹脂封止装置1は、上金型2、下金型3、半導体装置10に当接するスライド板6、およびスライド板6の押圧手段を構成する油圧シリンダ4を備えている。
油圧シリンダ4は上金型2に取付けられている。また、油圧シリンダ4のロッド5の先端にはスライド板6が接続されており、該スライド板6は、油圧シリンダ4のロッド5の伸縮動作に伴い、上金型2に対して上下摺動自在に構成されている。
油圧シリンダ4は油圧配管18によりオイルタンク21に接続しており、オイルタンク21のオイルをポンプ22により油圧シリンダ4に供給可能に構成されている。
このように、油圧シリンダ4、油圧シリンダ4に充填される作動油、ポンプ22、圧力センサ19、およびオイルタンク21にて構成される油圧装置により、スライド板6を押圧するようにしている。
まず、成形開始前の成形待ちの状態では、半導体装置10が下金型3上に載置されており、上金型2が半導体装置10の上方に位置して金型が開いた状態となっている。また、スライド板6は上金型2の最下位置に位置している。
次に、上金型2を下方へと移動させる型締め動作を行う。この型締め動作の途中、スライド板6が半導体装置10に当接し、当接したのちに上金型2に対して上方に移動する。
この場合、半導体装置10に加わる荷重は、該半導体10に破損等の悪影響を与えない程度の大きさの荷重となるようにする。
この素子11にかかる引っ張り方向の圧力は樹脂注入圧の大きさにより変動するが、圧力があまりに大きいと電極12・13の変形や素子11の破壊が生じる。
従って、素子11が受ける圧力は、樹脂注入圧の大きさによらず、ほぼ一定に保持しておくことが望ましい。
すなわち、スライド板6を押圧するシリンダ4の油圧を樹脂注入圧の大きさに応じて制御し、樹脂注入圧により電極12・13および素子11が受ける内側から外側へ向う圧力を、シリンダ4によりスライド板6を押圧する力で打ち消し、電極12・13および素子11にかかる圧力が小さくかつ一定となるようにしている。
つまり、シリンダ4内の油圧を圧力センサ19により検出し(具体的には、シリンダ4と接続される油圧配管18の油圧を検出している)、その検出結果をポンプ22にフィードバックして、シリンダ4によりスライド板6を押圧する力が、樹脂注入圧により電極12・13が受ける外向きの圧力との差が一定になるようにしている。また、シリンダ4によるスライド板6の押圧力は、電極12・13が受ける外向きの圧力よりも大きくなるように設定されており、両圧力の差は素子11が破壊しない程度の大きさに設定されている。
この場合の、樹脂注入開始から樹脂収入完了後までの電極12・13が注入樹脂により受ける外向きの圧力と、電極12・13が絶縁板14・16から受ける反力等の内向きの圧力を図8(a)に示す。図8(a)においては、電極12・13が受ける外向きの圧力を実線で示しており、内向きの圧力を点線で示している。そして、電極12・13が受ける外向きの圧力と内向きの圧力との差が、素子11が受ける圧力P1となる。
この素子11が受ける圧力は、樹脂注入の開始から時間t1が経過した後は引っ張り方向の圧力となり、その後時間の経過ととも樹脂注入が完了する時間t2まで増大していく。
なお、樹脂注入に伴って素子11が受ける引っ張り方向の圧力が増大するのは、電極12・13が受ける外向きの圧力により絶縁板14・16が圧縮されることによる。
図8(b)においては、電極12・13が受ける外向きの圧力を実線で示しており、内向きの圧力を点線で示している。そして、電極12・13が受ける外向きの圧力と内向きの圧力との差が、素子11が受ける力P2となる。
従って、樹脂注入開始時から樹脂注入終了後まで、半導体装置の厚み寸法も変化しない。
2 上金型
3 下金型
4 油圧シリンダ
6 スライド板
10 半導体装置
14・16 絶縁板
21 オイルタンク
22 ポンプ
Claims (20)
- 上金型と下金型との間に配置した半導体装置を上下金型により押圧固定した状態で樹脂封止する半導体装置の樹脂封止装置において、
上下金型の少なくとも一方に設けられ、該上下金型に対して半導体装置押圧方向に摺動可能な当接体と、
該当接体を半導体装置に押圧させる押圧手段と、を有し、
該押圧手段により当接体を半導体装置に当接させた状態で、半導体装置の樹脂封止を行うことを特徴とする樹脂封止装置。 - 前記押圧手段は、油圧装置であることを特徴とする請求項1に記載の樹脂封止装置。
- 前記油圧装置は、上金型と当接体との間に構成される油室と、該油室へ作動油を供給するポンプとを備え、
油室内の油圧により当接体を半導体装置に押圧させることを特徴とする請求項2に記載の樹脂封止装置。 - 前記油圧装置は、上金型と当接体との間に構成される油室と、該油室へ作動油を供給するポンプと、油室からの作動油排出経路を開閉するバルブとを備え、
油室内の油圧により当接体を半導体装置に押圧させることを特徴とする請求項2に記載の樹脂封止装置。 - 前記油圧装置は、前記当接体の摺動方向へ伸縮可能な油圧シリンダと、該油圧シリンダへ作動油を供給するポンプとを備え、
前記油圧シリンダは当接体に接続され、該油圧シリンダを半導体装置押圧方向へ伸縮させることにより、当接体を半導体装置に押圧させることを特徴とする請求項2に記載の樹脂封止装置。 - 前記油圧装置は、前記当接体の摺動方向へ伸縮可能な油圧シリンダと、該油圧シリンダへ作動油を供給するポンプと、油圧シリンダからの作動油排出経路を開閉するバルブとを備え、
前記油圧シリンダは当接体に接続され、該油圧シリンダを半導体装置押圧方向へ伸縮させることにより、当接体を半導体装置に押圧させることを特徴とする請求項2に記載の樹脂封止装置。 - 前記油圧装置は、当接体の摺動方向と直交する方向へ伸縮する油圧シリンダと、該油圧シリンダへ作動油を供給するポンプと、油圧シリンダからの作動油排出経路を開閉するバルブとを備え、
該油圧シリンダは、その伸縮動作により、当接体の上下金型に対する半導体装置押圧方向位置を固定可能であることを特徴とする請求項2に記載の樹脂封止装置。 - 前記油圧装置は、前記当接体の摺動方向へ伸縮可能な油圧シリンダと、該油圧シリンダへ作動油を供給するポンプと、該油圧シリンダ内の油圧を検出する検出手段とを備え、
該検出手段による検出圧力に基づいて油圧シリンダの作動油圧を制御することを特徴とする請求項2、請求項3、および請求項5の何れかに記載の樹脂封止装置。 - 前記押圧手段は、上金型または下金型と当接体との間に配設される弾性体であることを特徴とする請求項1に記載の樹脂封止装置。
- 前記当接体が半導体装置の少なくとも上下方向のどちらかに配置された圧縮変形可能な絶縁板を押圧することを特徴とする請求項1〜請求項9の何れかに記載の樹脂封止装置。
- 上金型と下金型との間に半導体装置を配置し、上下金型により半導体装置を押圧固定して樹脂封止する半導体装置の樹脂封止方法において、
上金型と下金型との間に半導体装置を配置し、
上下金型の少なくとも一方に設けられ、該上下金型に対して半導体装置押圧方向に摺動可能な当接体を、押圧手段により半導体装置に当接させた状態で上下金型を閉じ、
上下金型内に樹脂を注入して半導体装置の樹脂封止を行うことを特徴とする樹脂封止方法。 - 前記押圧手段は、油圧装置であることを特徴とする請求項11に記載の樹脂封止方法。
- 前記油圧装置は、上金型と当接体との間に構成される油室と、該油室へ作動油を供給するポンプとを備えており、
油室内の油圧により当接体を半導体装置に押圧させることを特徴とする請求項12に記載の樹脂封止方法。 - 前記油圧装置は、上金型と当接体との間に構成される油室と、該油室へ作動油を供給するポンプと、油室からの作動油排出経路を開閉するバルブとを備えており、
油室内の油圧により当接体を半導体装置に押圧させることを特徴とする請求項12に記載の樹脂封止方法。 - 前記油圧装置は、前記当接体の摺動方向へ伸縮可能な油圧シリンダと、該油圧シリンダへ作動油を供給するポンプとを備えており、
前記油圧シリンダは当接体に接続され、該油圧シリンダを半導体装置押圧方向へ伸縮させることにより、当接体を半導体装置に押圧させることを特徴とする請求項12に記載の樹脂封止方法。 - 前記油圧装置は、前記当接体の摺動方向へ伸縮可能な油圧シリンダと、該油圧シリンダへ作動油を供給するポンプと、油圧シリンダからの作動油排出経路を開閉するバルブとを備えており、
前記油圧シリンダは当接体に接続され、該油圧シリンダを半導体装置押圧方向へ伸縮させることにより、当接体を半導体装置に押圧させることを特徴とする請求項12に記載の樹脂封止方法。 - 前記油圧装置は、当接体の摺動方向と直交する方向へ伸縮する油圧シリンダと、該油圧シリンダへ作動油を供給するポンプと、油圧シリンダからの作動油排出経路を開閉するバルブとを備えており、
該油圧シリンダは、その伸縮動作により、当接体の上下金型に対する半導体装置押圧方向位置を固定可能であることを特徴とする請求項12に記載の樹脂封止方法。 - 前記油圧装置は、前記当接体の摺動方向へ伸縮可能な油圧シリンダと、該油圧シリンダへ作動油を供給するポンプと、該油圧シリンダ内の油圧を検出する検出手段とを備えており、
該検出手段による検出圧力に基づいて油圧シリンダの作動油圧を制御することを特徴とする請求項12、請求項13、および請求項15の何れかに記載の樹脂封止方法。 - 前記押圧手段は、上金型または下金型と当接体との間に配設される弾性体であることを特徴とする請求項11に記載の樹脂封止方法。
- 前記当接体が半導体装置の少なくとも上下方向のどちらかに配置された圧縮変形可能な絶縁板を押圧することを特徴とする請求項11〜請求項19の何れかに記載の樹脂封止方法。
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