JP4153862B2 - 半導体樹脂封止用金型 - Google Patents

Description

本発明は、集積回路や大規模集積回路などの半導体装置であるＩＣチップ（以下、「半導体チップ」という。）を、これを搭載した基板と共に樹脂で封止成形する半導体樹脂封止用金型に関する。特に、樹脂封止用金型と基板との隙間に樹脂バリが発生するのを防止できる半導体樹脂封止用金型に関する。なお、本発明における基板には、特に明示しない限り、リードフレーム、サブストレート等の樹脂製基板、ＴＡＢテープ、セラミック製基板等を含む。

従来、半導体樹脂封止用金型としては、例えば、特許文献１の従来例を示す図５および図６において、半導体用リードフレーム１４のピン穴８を下金型２１に植設したゲージピン７に合せ入れて位置決めを行うものがある。しかし、半導体用リードフレーム１４のピン穴８を前記下金型２１のゲージピン７に合せ入れて位置決めを行うためには、前記ピン穴８と前記ゲージピン７との間にクリアランスを設ける必要があり、位置決め精度が低い。このため、図示しない上金型と半導体用リードフレーム１４との間に隙間が発生し、その隙間から樹脂が侵入して樹脂バリが生じるという不具合があった。さらに、特許文献１では、第１図ないし第４図において、下金型１１につきあてブロック５あるいはつきあてピン６のいずれか一方を設け、そのいずれか一方に前記半導体用リードフレーム４をつきあてることにより、位置決めする半導体装置用モールド成形機の金型を開示している。

しかしながら、前記金型では、突き当てて位置決めしているにすぎず、位置決め後の微振動等で位置ずれが生じやすく、位置決め精度の低下のおそれがあった。また、特許文献１では、つきあてブロック５あるいはつきあてピン６のいずれか一方に半導体用リードフレーム４をつきあてるための駆動手段を設ける必要があり、自動的に半導体用リードフレーム４を位置決めできなかった。さらに、前記金型１１では、つきあてブロック５あるいはつきあてピン６の反対側に配置したゲート２から溶融した樹脂をキャビティ内に充填して成形する。このため、樹脂圧でリードフレームが樹脂注入方向に圧縮されて反りやすく、ワイヤスイープ等によってボンディングワイヤが損傷するという問題点があった。

前述の不具合を解消すべく、自動的に突き当てることによる位置決め手段としては、例えば、特許文献２の第１図（ａ）、（ｂ）に示すように、ピン６にリードフレーム２１の位置決め孔２２を挿通して粗い位置決めを行った後、フレーム押え具２５を回動して前記リードフレーム２１を押圧することにより、所定の位置にスライド移動させて位置決めしていた。

しかしながら、特許文献２にかかる成形装置では、剛性の大きいリードフレームに適用できるだけであり、撓みやすい樹脂製基板に適用することは困難であり、汎用性に乏しかった。さらに、リードフレーム２１を移動させるために特別なフレーム押え具２５を設ける必要があるので、構造が複雑になり、コストアップするという問題点があった。
実開平３−７３４４２号公報 特開平２−１７６５２号公報

本発明は、前記問題点に鑑み、金型と基板との間の隙間を原因とする樹脂バリを無くすことにより、バリ処理工程を不要とし、樹脂バリによって発生していた基板接点部の傷、樹脂バリの付着による接続不良を解消するものである。さらに、本発明は、樹脂の充填方向に生じていた基板の反りを原因とするボンディングワイヤの損傷を防止するとともに、構造が簡単で、汎用性の高い安価な半導体樹脂封止用金型を提供することを目的とする。

本発明にかかる半導体樹脂封止用金型は、前記目的に鑑み、半導体素子を搭載した基板を一対の金型で挾持して形成されるキャビティ内に、前記金型のいずれかに隣接するカルブロックのカルからランナーを介して樹脂を充填して前記半導体素子を封止する半導体樹脂封止用金型において、前記カルブロックに隣接する金型の対向面のうち、前記カルブロック側の縁部に位置し、かつ、前記基板の位置決め用孔に対応する位置に、自由端部に傾斜面を有する寄せピンを突設し、一対の前記金型で前記基板をクランプする際に、前記寄せピンの自由端部に設けた傾斜面を前記基板の位置決め用孔の開口縁部に圧接させ、前記基板を押し付けつつスライド移動させることにより、前記キャビティに連通するゲートを設けた内側面に、前記基板の側端面を圧接させる構成としてある。なお、本願発明において、キャビティとは、樹脂で封止する空間に限らず、基板等を収納する空間をも含む内部空間をいう。

または、本発明にかかる半導体樹脂封止用金型は、半導体素子を搭載した基板を下金型および上金型で挾持して形成されるキャビティ内に、前記上金型に隣接するカルブロックのカルからランナーを介して樹脂を充填して前記半導体素子を封止する半導体樹脂封止用金型において、前記カルブロックに隣接する上金型の対向面のうち、前記カルブロック側の縁部に位置し、かつ、前記基板の位置決め用孔に対応する位置に、下端部に傾斜面を有する寄せピンを突設し、前記上，下金型で前記基板をクランプする際に、前記寄せピンの下端部に設けた傾斜面を前記基板の位置決め用孔の開口縁部に圧接させ、前記基板を押し付けつつスライド移動させることにより、前記キャビティに連通するゲートを設けた内側面に、前記基板の側端面を圧接させる構成であってもよい。

本発明によれば、基板の側端面とキャビティの内側面との間に隙間が生ぜず、樹脂の侵入による樹脂バリが生じない。このため、樹脂バリの除去処理作業が不要になるとともに、樹脂バリによって発生していた基板接点部の傷、樹脂バリの付着による接続不良を防止できる。
また、本発明によれば、カルブロック近傍に配置した寄せピンで基板の一端側を位置決めするので、基板に従来例のような反りが生じず、ワイヤースイープ等によるボンディングワイヤの損傷を防止できる。
さらに、一方の金型の所定位置に寄せピンを突設するだけで、基板を高い位置決め精度で位置決めでき、構造が簡単で、汎用性の高い安価な半導体樹脂封止用金型が得られるという効果がある。

本発明の実施形態としては、寄せピンを、筒状弾性部材を介して金型に植設しておいてもよい。
本実施形態によれば、寄せピンが軸心と直交する方向に弾性変形しやすくなり、調整の自由度が大きくなるとともに、過度な負荷による寄せピンの破損を防止できる。

他の実施形態としては、寄せピンの下端部を２分割するスリットを形成しておいてもよい。
本実施形態によれば、寄せピンの２分割した下端部の一方がより一層弾性変形しやすくなり、基板を所定の位置にスライド移動させるので、調整の自由度が大きくなるとともに、過度な負荷による寄せピンの破損を防止できる。

別の実施形態としては、スリット内に弾性材を充填しておいてもよい。
本実施形態によれば、前記スリット内に樹脂等が侵入するおそれがなくなり、寄せピンの破損や成形不良等を未然に防止できるという効果がある。

本発明にかかる半導体樹脂封止用金型の実施形態を図１ないし図１０の添付図面にしたがって説明する。
第１実施形態にかかる半導体樹脂封止用金型は、図１ないし図６に示すように、大略、上型チェス２０を組み込んだ上型モールドセット１０と、下型チェス５０を組み込んだ下型モールドセット３０とで構成されている。

上型モールドセット１０は、上型ベースプレート１１の下面両側縁部にサイドブロック１２，１２を配置したものである。そして、前記サイドブロック１２の対向する内向面にガイド用突条１３，１３をそれぞれ設け、後述する上型チェス２０を側方からスライド嵌合できる構造となっている。

前記上型チェス２０は、ホルダーベースプレート２１の上面中央にピンプレート（図示せず）およびエジェクタプレート２６を順次積み重ねてあるとともに、その両側にチェス用スペースブロック２７，２７をそれぞれ配置し、嵌合用ガイド溝２８を形成してある。一方、前記ホルダーベースプレート２１は、図３に示すように、その下面中央にカル２４を備えたカルブロック２５を配置してあるとともに、その両側にキャビティ２２を備えた上型キャビティブロック２３，２３をそれぞれ配置してある。そして、図３および図５に示すように、前記上型キャビティブロック２３の下面のうち、カルブロック２５に隣接する縁部に寄せピン１が所定のピッチで植設されている。前記寄せピン１は、その下端部１ａの外周面が略円錐台形であり、かつ、横断面を略台形にカットした形状となっている（図４）。そして、前記下端部１ａの巾狭部分がカルブロック２５に対向している（図５）。なお、前記キャビティ２２と前記カル２４とはランナー２６，ゲート２７（図２）を介して連通する。また、通常、金型のメンテナンス等を考慮し、カルブロックとキャビティとは分割できる部品で構成されているが、これらを一体化しておいても特に問題はない。

下型モールドセット３０は、図１に示すように、下型ベースプレート３１の上面両側縁部にそれぞれ配置したスペースブロック３２，３２を介して下型チェス用ベースプレート３３を組み付けたものである。前記下型チェス用ベースプレート３３は、その上面両側縁部にサイドブロック３６，３６を配置するとともに、その上面の一端部にエンドブロック３７を配置してある。そして、前記サイドブロック３６，３６の対向する内側面には、後述する下型チェス５０をスライド嵌合させるガイド用突条３６ａ，３６ａがそれぞれ形成されている。さらに、前記チェス用ベースプレート３２，３２間の中央にプランジャー用等圧シリンダーブロック３４が配置されている。このプランジャー用等圧シリンダーブロック３４は、図３に示すように、そのプランジャ３５が後述する下型チェス５０のセンターブロック５６に設けた貫通孔５６ａを介して軸心方向に往復移動可能である。

前記下型チェス５０は、対向する両側面にガイド溝５１，５１（奥側のガイド溝５１は図示せず）をそれぞれ形成する一方、その中央にセンターブロック５６を配置してある。このセンターブロック５６には所定のピッチで貫通孔５６ａが形成され、この貫通孔５６ａに挿入された成形用樹脂タブレット６０を前記プランジャ３５が押出可能となっている（図３）。さらに、前記センターブロック５６の両側には、基板搭載面５２を形成する下型キャビティブロック５３がそれぞれ配置されている。そして、前記下型キャビティブロック５３の上面のうち、前記センターブロック５６に隣接する縁部に粗い位置決めを行うための位置決め用ピン５４を突出している（図３）。
なお、図１には、上型チェス２０の上型セットブロック２０ａを下型チェス５０に位置決めするための下型セットブロック５０ａが図示されている。

次に、前述の構成部品からなる樹脂封止用金型装置による封止工程について説明する。
図３に示すように、下型キャビテブロック５３から突出する位置決め用ピン５４に、半導体チップを搭載した樹脂製基板７０（図２）の位置決め孔７１を遊嵌して搭載面５２に配置するとともに、貫通孔５６ａに固形タブレット６０を挿入する。そして、下型モールドセット３０を図示しない駆動機構を介して押し上げることにより、下型チェス５０を押し上げる。これにより、上型チェス２０の上型キャビティブロック２３と下型チェス５０の下型キャビティブロック５３とが基板７０をクランプする。

特に、下型モールドセット３０に組み込んだ下型チェス５０が上昇すると、図５Ａないし図５Ｃに示すように、クランプする直前、寄せピン１の傾斜面である巾狭の下端部１ａが基板７０の位置決め用孔７１ａの開口縁部に圧接し、調心しつつ、その分力で基板７０を押し付けながら前記センターブロック５６側にスライド移動させる。このため、基板７０の側端面７２を前記センターブロック５６の外側面に圧接させながら、下端部１ａがピン孔５７まで下降する。ついで、下型キャビテイブロック５３と上型キャビテイブロック２３とが基板７０をクランプし、貫通孔５６ａ、カル２４、ランナー２６、ゲート２７およびキャビテイ２２が連通する。

そして、等圧シリンダーブロック３４のプランジャ３５を上昇させることにより、固形タブレット６０を加熱圧縮して流動体化し、溶融した樹脂をキャビテイ２２に注入して基板７０を封止，成形する。ついで、下モールドセット３０全体を下降させ、金型を開く。さらに、等圧シリンダーブロック３４のプランジャ３５を再度、上昇させることにより、成形品を下型キャビティブロック５３から持ち上げた後、図示しないキャリアで成形品を把持し、製品を取り出す。
なお、下型モールドセット３０の一部に逃げ（図示せず）を形成し、プランジャ３５を上昇させずにキャリアだけで成形品を取り出すようにしてもよい。また、通常使用されるエジェクタ機構を設けてエジェクタしてもよい。

本実施形態によれば、基板７０とセンターブロック５６，下型キャビテイブロック５３との間に隙間が発生せず、樹脂バリが発生しない。このため、樹脂バリの除去作業が不要となり、樹脂バリに基因する基板接点部の傷、樹脂バリ付着による接続不良等の不具合を防止できる。また、カルブロック２５の近傍に配置した寄せピン１で基板７０を位置決めし、寄せピン１の反対側に位置する基板７０の縁部を拘束しない。このため、溶融した樹脂がキャビティ２２内に流入しても、基板７０に板厚方向の単純な圧縮力が負荷されるだけであり、半導体チップのボンディングワイヤにワイヤースイ―プ等が生ぜず、ボンディングワイヤが損傷しないという利点がある。

第２実施形態は、図７に示すように、前記上型チェス用スペースブロック２３の下面のうち、カルブロック２５に隣接する縁部に筒状弾性部材３を介して寄せピン２を所定のピッチで植設した場合である。前記寄せピン２は、その下端部２ａの外周面が略円錐台形である。このため、図８に示すように、基板７０が所定の位置から距離βだけズレている場合であっても、前記寄せピン２の下端部２ａが基板７０の位置決め用孔７１ａの開口縁部に圧接し、その分力で基板７０を押し付けつつ、スライド移動させる。このため、基板７０の側端面７２が前記センターブロック５６の内側面に圧接する。他は前述の第１実施形態と同様であるので、同一部分には同一番号を附して説明を省略する。

なお、本実施形態にかかる筒状弾性部材としては、例えば、シリコン、ウレタン、ポリフッ化エチレン（商品名 テフロン（登録商標））からなるものが考えられる。
また、前記下端部２ａの形状は前述の第１実施形態の下端部１ａと同一形状としてもよいことは勿論である。

第３実施形態は、図９ないし図１１に示すように、前記寄せピン４の下端側にスリット５を設けて２分割することにより、下端部４ａ，４ｂを形成してより一層、弾性変形しやすくした場合である。このため、図１１に示すように、基板７０が所定の位置から距離Γだけズレている場合であっても、前述の第１実施形態と同様にスライド移動する。
すなわち、図１０Ａないし図１０Ｃに示すように、クランプする直前、寄せピン４の一方の下端部４ａが基板７０の位置決め用孔７０ａの開口縁部に圧接し、その分力で基板７０を押し付けながら前記センターブロック５６側に距離Γだけスライド移動させる。そして、基板７０の側端面７２を前記センターブロック５６の内側面に圧接させつつ、下端部４ａ，４ｂがピン孔５７に嵌合する。他は前述の第１実施形態と同様であるので、同一部分には同一番号を附して説明を省略する。

なお、本実施形態では、スリット５中に樹脂等が侵入することによる不具合を防止すべく、シリコンゴム等の弾性材を充填しておいてもよい。また、下端部４ｂは必ずしも必要ではなく、切取っておいてもよい。

本発明にかかる半導体樹脂封止用金型は、半導体を搭載した基板に限らず、通常の基板にも適用できる。

本発明にかかる半導体樹脂封止用金型の第１実施形態を示す分解斜視図である。 第１実施形態にかかる基板の配置を示す平面図である。 第１実施形態の半導体封止用金型を示す断面図である。 図４Ａ，４Ｂおよび４Ｃは第１実施形態にかかる寄せピンを示す正面図，右側面図および部分平面図である。 図５Ａ，５Ｂおよび５Ｃは第１実施形態にかかる型締め前、型締め中および型締め後を示す樹脂封止工程説明図である。 第１実施形態にかかる寄せピンと基板の位置決め孔との位置関係を示す説明図である。 図７Ａ，７Ｂおよび７Ｃは第２実施形態にかかる型締め前、型締め中および型締め後を示す樹脂封止工程説明図である。 第２実施形態にかかる寄せピンと基板の位置決め孔との位置関係を示す説明図である。 図９Ａ，９Ｂおよび９Ｃは第３実施形態にかかる寄せピンを示す正面図，右側面図および部分平面図である。 図１０Ａ，１０Ｂおよび１０Ｃは第３実施形態にかかる型締め前、型締め中および型締め後を示す樹脂封止工程説明図である。 第３実施形態にかかる寄せピンと基板の位置決め孔との位置関係を示す説明図である。

符号の説明

１，２，４：寄せピン
１ａ，２ａ，４ａ，４ｂ：下端部
３：筒状弾性部材
５：スリット
１０：上型モールドセット
２０：上型チェス
２２：キャビティ
２３：上型キャビティブロック
２４：カル
２５：カルブロック
３０：上型モールドセット
５０：下型チェス
５２：搭載面
５３：下型キャビテイブロック
５４：位置決め用ピン
５６：センターブロック
５６ａ：貫通孔
５７：ピン孔
６０：タブレット
７０：基板
７１：位置決め用孔
７１ａ：位置決め用孔
７２：側端面

Claims (5)

1. 半導体素子を搭載した基板を一対の金型で挾持して形成されるキャビティ内に、前記金型のいずれかに隣接するカルブロックのカルからランナーを介して樹脂を充填して前記半導体素子を封止する半導体樹脂封止用金型において、
   前記カルブロックに隣接する金型の対向面のうち、前記カルブロック側の縁部に位置し、かつ、前記基板の位置決め用孔に対応する位置に、自由端部に傾斜面を有する寄せピンを突設し、一対の前記金型で前記基板をクランプする際に、前記寄せピンの自由端部に設けた傾斜面を前記基板の位置決め用孔の開口縁部に圧接させ、前記基板を押し付けつつスライド移動させることにより、前記キャビティに連通するゲートを設けた内側面に、前記基板の側端面を圧接させることを特徴とする半導体樹脂封止用金型。
2. 半導体素子を搭載した基板を下金型および上金型で挾持して形成されるキャビティ内に、前記上金型に隣接するカルブロックのカルからランナーを介して樹脂を充填して前記半導体素子を封止する半導体樹脂封止用金型において、
   前記カルブロックに隣接する上金型の対向面のうち、前記カルブロック側の縁部に位置し、かつ、前記基板の位置決め用孔に対応する位置に、下端部に傾斜面を有する寄せピンを突設し、前記上，下金型で前記基板をクランプする際に、前記寄せピンの下端部に設けた傾斜面を前記基板の位置決め用孔の開口縁部に圧接させ、前記基板を押し付けつつスライド移動させることにより、前記キャビティに連通するゲートを設けた内側面に、前記基板の側端面を圧接させることを特徴とする半導体樹脂封止用金型。
3. 寄せピンを、筒状弾性部材を介して金型に植設したことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体樹脂封止用金型。
4. 寄せピンの下端部を２分割するスリットを設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体樹脂封止用金型。
5. スリット内に弾性材を充填したことを特徴とする請求項４に記載の半導体樹脂封止用金型。

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