WO2020204266A1 - 반도체 패키지의 몰딩성형 방법 및 그 장치 - Google Patents

반도체 패키지의 몰딩성형 방법 및 그 장치 Download PDF

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박오희
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박오희
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Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for molding a semiconductor package, and more particularly, to a method and apparatus for molding a semiconductor package in consideration of shrinkage of a compound when molding a semiconductor package.
  • a typical semiconductor package manufacturing method includes a die bonding process in which a semiconductor chip separated by wings on a wafer is attached to a structure called a lead frame, a wire bonding process in which an external connection terminal of the semiconductor chip and an inner lead of the lead frame are electrically connected, The molding process of forming a package body by sealing a certain area including the semiconductor chip manufactured as described above with an epoxy molding compound, a trim process of cutting the dam bars supporting each lead of the lead frame, and the protruding outward of the package body. And a forming step of bending the out lead into a predetermined shape.
  • the molding process is a process of forming a package body by sealing a certain area including the wire-bonded chip and the inner lead of the lead frame with a resin such as epoxy molding compound, and forming the package body by the molding process. It is possible to protect the internal semiconductor chip from thermal and mechanical shock.
  • a lead frame having a semiconductor chip attached thereto is loaded onto a mold die composed of an upper and lower mold, and then an epoxy molding compound is injected from the outside to fill.
  • Patent Document 1 has a problem in that the bottom surface of the semiconductor package is convex due to shrinkage in the process of solidifying the synthetic resin, which is a compound during molding, resulting in a shape defect.
  • Patent Document 1 Korean Patent Registration No. 0423140 (2004.03.04)
  • the present invention has been conceived in consideration of the above points, and the problem of the present invention is to prevent defects in which the bottom surface of the semiconductor package is convex during the solidification process of the molding compound by forming the bottom surface of the cavity of the lower mold to have a convex curvature.
  • An object of the present invention is to provide a method and apparatus for molding a semiconductor package that can be solved.
  • the molding and molding apparatus according to the present invention for achieving the above object is a molding apparatus for a semiconductor package in which a wire-bonded chip is placed in a cavity formed by an upper and lower mold, and a molding compound is injected and filled therein. It may be formed to have a convex curvature on the bottom surface of the cavity of the mold.
  • the lower mold may control the size of the curvature by adjusting the height of the center of the bottom surface of the cavity.
  • the method for molding a semiconductor package comprises: a first step of transferring the bonded chip between an upper mold having a cavity formed on a bottom surface and a lower mold having a convex curvature on a bottom surface of the cavity formed on the upper surface; A second step of curing by injecting a molding compound into the cavity while the upper and lower molds are closed; A third step of cooling the semiconductor package solidified in the curing process; And a fourth step of lifting and discharging the cooled semiconductor package.
  • the bottom surface of the semiconductor package is convex during the solidification process of the molding compound by forming a convex curvature on the bottom surface of the cavity of the lower mold in consideration of the shrinkage rate of the compound.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an apparatus for molding a semiconductor package according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a lower mold in the molding apparatus for a semiconductor package of the present invention.
  • FIG 3 is a schematic view showing a state before and after deformation of a bottom surface of a semiconductor package molded through the molding apparatus for a semiconductor package of the present invention.
  • FIG. 4 is another embodiment of a lower mold capable of changing a cavity curvature in the molding apparatus for a semiconductor package of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a method of molding a semiconductor package according to the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a molding apparatus for a semiconductor package of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing a lower mold in the apparatus for molding a semiconductor package of the present invention
  • FIG. It is a schematic diagram showing a state before and after deformation of the bottom surface of a semiconductor package molded through a molding apparatus
  • FIG. 4 is another embodiment of a lower mold capable of changing a cavity curvature in the molding apparatus for a semiconductor package of the present invention
  • 5 is a block diagram showing a method of molding a semiconductor package according to the present invention.
  • the molding apparatus 100 for a semiconductor package of the present invention includes an upper mold 10 and a lower mold 20, and the upper and lower molds 10 and 20 are sealed.
  • the semiconductor package 1 is molded from the inside.
  • the upper mold 10 has an upper cavity 12 having a shape corresponding to the upper surface of the semiconductor package 1 to be molded in the center of the lower surface as shown in FIG. 1.
  • the lower mold 20 has a lower cavity 22 having a shape corresponding to the lower surface of the semiconductor package 1 to be molded in the center of the upper surface as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the lower cavity 22 is formed to have a convex curvature. This is formed to prevent defects due to shrinkage of the compound when curing by injecting a molding compound while placing the semiconductor package 1 in the cavities 12 and 22 of the upper and lower molds 10 and 20. do.
  • the bottom surface of the lower cavity 22 of the lower mold 20 has a curvature formed only in the longitudinal direction of the lower mold 20.
  • the semiconductor through the lower cavity 22 of the lower mold 20 formed to have a convex curvature when curing the molding compound injected into the upper and lower molds 10 and 20 As the bottom surface of the package 1 is deformed from a concave state (a) to a flat state (b), it is normally molded without defects.
  • the lower mold 20 is provided with a plurality of eject pins (not shown in the drawing) on the bottom so that the eject pins rise to lift the semiconductor package 1 to the discharge height.
  • the lower mold 20 may be provided to control the size of the curvature by adjusting the height of the center of the lower cavity 22.
  • the lower mold 20 lifts or lowers the center bottom of the curvature control unit 16 in a state in which a plate-shaped curvature control unit 16 having elasticity is disposed at the bottom of the lower cavity 22 in which the center of the upper surface is depressed. It is provided in a structure in which the lifting part 18 is provided.
  • the curvature control unit 16 is provided longer than the length of the lower cavity 22 and is accommodated at both inner sides of the lower mold 20 so that both ends are not separated from the lower mold 20 even when the center is lifted or lowered. Avoid.
  • the elevating part 18 is provided so as to penetrate both sides of the lower mold 20 in the width direction to lift or lower the central part of the curvature control part 16.
  • the elevating unit 18 may be provided in plural for each set interval so that the maximum elevating height is different at each predetermined interval according to the curvature of the curvature adjusting unit 16.
  • the lifting unit 18 may be provided with a pneumatic cylinder or the like.
  • the method of molding a semiconductor package of the present invention includes a chip transfer step (S100), a curing step (S110), a cooling step (S120), and a discharge step (S130).
  • the chip transfer step (S100) is a step of transferring the bonded chip between the upper mold 10 in which the upper cavity 12 is formed and the lower mold 20 in which the lower cavity 22 is formed to have a convex curvature.
  • the lower mold 20 provided for molding the semiconductor package is formed so that the lower cavity 14 has a convex curvature, and later, the semiconductor package in the cavities 12 and 14 of the upper and lower molds 10 and 20 When curing by injecting a molding compound with the position (1) in place, it is possible to prevent defects due to compound shrinkage.
  • the step of adjusting the curvature of the lower cavity of the lower mold may be followed as in the previous molding apparatus for a semiconductor package.
  • the step of adjusting the curvature of the lower cavity of the lower mold is a step of controlling the size of the curvature by adjusting the height of the center of the curvature adjusting unit 16 installed in the lower cavity 22 of the lower mold 20 through the lifting unit 18, Since the structure and function have been described in the previous device, a detailed description will be omitted.
  • the curing step (S110) is a step of curing by injecting a molding compound into the upper and lower cavities 12 and 22 while the upper and lower molds 10 and 20 are closed.
  • the cooling step S120 is a step of cooling the semiconductor package 1 solidified in the curing process.
  • the solidified semiconductor package 1 is cooled through external air introduced through an insertion hole of an eject pin disposed in the lower mold 20.
  • the discharging step S130 is a step of lifting the cooled semiconductor package 1 to the discharging height by raising the eject pin and discharging it to the outside.

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Abstract

개시된 본 발명에 따른 반도체 패키지의 몰딩성형 방법 및 그 장치 중 반도체 패키지의 몰딩성형 장치는, 상, 하부 금형에 의해 형성되는 캐비티 내에 와이어 본딩된 칩을 위치시키고, 몰딩 컴파운드를 주입하여 충진시키는 반도체 패키지의 몰딩성형 장치로서, 상기 하부 금형의 캐비티 바닥면에 볼록한 곡률을 갖도록 형성된다. 본 발명에 의하면, 반도체 패키지의 몰딩성형시 컴파운드의 수축률을 고려하여 하부 금형의 캐비티 바닥면에 볼록한 곡률을 갖도록 형성함으로써 몰딩 컴파운드의 고화과정에서 반도체 패키지의 바닥면 불량이 발생되지 않는 효과가 있다.

Description

반도체 패키지의 몰딩성형 방법 및 그 장치
본 발명은 반도체 패키지의 몰딩성형 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 패키지를 몰딩할 때 컴파운드 수축을 고려하여 몰딩성형하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적인 반도체 패키지 제조방법은, 웨이퍼 상에서 날개로 분리된 반도체 칩을 리드 프레임이라는 구조물에 부착하는 다이 본딩공정과, 반도체 칩의 외부 연결 단자와 리드 프레임의 인너 리드를 전기적으로 연결시키는 와이어 본딩공정과, 이와 같이 제조된 반도체 칩을 포함하는 일정면적을 에폭시 몰딩 컴파운드로 밀봉하여 패키지 몸체를 형성하는 몰딩공정과, 리드 프레임의 각 리드를 지지하고 있는 댐바를 절단하는 트림공정 및 패키지 몸체의 외측으로 돌출된 아웃 리드를 소정의 형태로 절곡 형성되는 포밍공정 등을 포함한다.
여기서 몰딩공정은 와이어 본딩된 칩과 리드 프레임의 인너리드를 포함하는 일정면적을 에폭시 몰딩 컴파운드 등과 같은 수지로 밀봉하여 패키지 몸체를 형성하는 공정으로써, 이와 같은 몰딩공정에 의한 패키지 몸체의 형성으로 외부의 열적, 기계적 충격으로부터 내부의 반도체 칩을 보호할 수 있다.
이러한 몰딩공정은 통상 상·하 금형으로 이루어지는 몰드 다이에 반도체 칩이 부착된 리드 프레임을 로딩시킨 후 외부로부터 에폭시 몰딩 컴파운드를 주입하여 충진시키는 과정으로 진행된다.
이러한, 반도체 패키지의 몰딩 장치와 관련된 기술이 한국등록특허 제0423140호에 제안된 바 있다.
그러나 특허문헌 1은 몰딩성형시 컴파운드인 합성수지가 고화되는 과정에서 수축에 의해 반도체 패키지의 저면이 볼록해져 형상 불량이 발생하는 문제점이 있었다.
(특허문헌 1) 한국등록특허 제0423140호(2004.03.04)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결과제는, 하부 금형의 캐비티 바닥면에 볼록한 곡률을 갖도록 형성하여 몰딩 컴파운드의 고화과정에서 반도체 패키지의 바닥면이 볼록해지는 불량을 해결할 수 있게 한 반도체 패키지의 몰딩성형 방법 및 그 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 몰딩성형 장치는, 상, 하부 금형에 의해 형성되는 캐비티 내에 와이어 본딩된 칩을 위치시키고, 몰딩 컴파운드를 주입하여 충진시키는 반도체 패키지의 몰딩성형 장치로서, 상기 하부 금형의 캐비티 바닥면에 볼록한 곡률을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 하부 금형은 캐비티 바닥면 중심부의 높낮이를 조절하여 곡률의 크기를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 반도체 패키지의 몰딩성형 방법은, 저면에 캐비티가 형성된 상부 금형과, 상면에 형성된 캐비티 바닥면에 볼록한 곡률을 갖는 하부 금형 사이로 본딩된 칩을 이송하는 제1 단계; 상기 상, 하부 금형 사이가 밀폐된 상태에서 몰딩 컴파운드를 캐비티 내부로 주입하여 큐어링하는 제2 단계; 상기 큐어링 과정에서 고화된 반도체 패키지를 냉각시키는 제3 단계; 및 상기 냉각된 반도체 패키지를 리프트하여 배출하는 제4 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 반도체 패키지의 몰딩성형시 컴파운드의 수축률을 고려하여 하부 금형의 캐비티 바닥면에 볼록한 곡률을 갖도록 형성함으로써 몰딩 컴파운드의 고화과정에서 반도체 패키지의 바닥면이 볼록해지는 불량이 발생되지 않는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 패키지의 몰딩성형 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 반도체 패키지의 몰딩성형 장치에서 하부 금형을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 반도체 패키지의 몰딩성형 장치를 통해 몰딩된 반도체 패키지의 저면에 대한 변형 전후 상태를 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 반도체 패키지의 몰딩성형 장치에서 캐비티 곡률을 변경 가능하도록 하는 하부 금형의 다른 실시예이다.
도 5는 본 발명의 반도체 패키지의 몰딩성형 방법을 도시한 블록도이다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 패키지의 몰딩성형 방법 및 그 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 반도체 패키지의 몰딩성형 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 반도체 패키지의 몰딩성형 장치에서 하부 금형을 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 반도체 패키지의 몰딩성형 장치를 통해 몰딩된 반도체 패키지의 저면에 대한 변형 전후 상태를 도시한 개략도이고, 도 4는 본 발명의 반도체 패키지의 몰딩성형 장치에서 캐비티 곡률을 변경 가능하도록 하는 하부 금형의 다른 실시예이며, 도 5는 본 발명의 반도체 패키지의 몰딩성형 방법을 도시한 블록도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 반도체 패키지의 몰딩성형 장치(100)는 상부 금형(10) 및 하부 금형(20)을 포함하며, 상, 하부 금형(10, 20)을 밀폐시킨 상태에서 내부에서 반도체 패키지(1)를 몰딩하게 된다.
상부 금형(10)은 도 1에 도시된 바와 같이 저면 중심에 몰딩성형할 반도체 패키지(1)의 상면과 대응되는 형상의 상부 캐비티(cavity: 12)가 형성된다.
하부 금형(20)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상면 중심에 몰딩성형할 반도체 패키지(1)의 저면과 대응되는 형상의 하부 캐비티(22)가 형성된다.
이때, 하부 캐비티(22)는 볼록한 곡률을 갖도록 형성된다. 이는 상, 하부 금형(10, 20)의 캐비티(12, 22) 내에 반도체 패키지(1)를 위치시킨 상태에서 몰딩 컴파운드를 주입하여 큐어링(curing)할 때 컴파운드 수축으로 인한 불량을 방지하기 위해 형성된다.
여기서, 하부 금형(20)의 하부 캐비티(22) 바닥면은 하부 금형(20)의 길이 방향에 대해서만 곡률이 형성되는 것이 바람직하다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 상, 하부 금형(10, 20) 내부에 주입된 몰딩 컴파운드의 큐어링(curing)시 볼록한 곡률을 갖도록 형성된 하부 금형(20)의 하부 캐비티(22)를 통해 반도체 패키지(1)의 저면이 오목한 상태(a)에서 평면 상태(b)로 변형되면서 불량없이 정상적으로 성형된다.
그리고 하부 금형(20)은 바닥에 이젝트핀(Eject Pin: 도면에 미도시)이 다수 구비되어 이젝트핀이 상승하여 반도체 패키지(1)를 배출 높이까지 들어올릴 수 있다.
도 4을 참조하면, 하부 금형(20)은 하부 캐비티(22)의 중심부 높낮이를 조절하여 곡률의 크기를 제어할 수 있도록 구비 가능하다.
즉, 하부 금형(20)은 상면 중심부가 함몰 형성된 하부 캐비티(22) 바닥에 탄성을 갖는 판상의 곡률조절부(16)를 배치시킨 상태에서 곡률조절부(16)의 중심부 저면을 들어올리거나 내려놓는 승강부(18)가 구비되는 구조로 구비된다.
이때, 곡률조절부(16)는 하부 캐비티(22)의 길이보다 길게 구비되면서 하부 금형(20)의 내부 양측에 각각 수용되도록 함으로써 중심부를 들어올리거나 내려놓아도 양쪽 단부가 하부 금형(20)에서 이탈되지 않도록 한다.
승강부(18)는 하부 금형(20)의 폭 방향 양쪽에 관통되도록 구비되어 곡률조절부(16)의 중심부를 들어올리거나 내려놓는 기능을 한다.
여기서, 승강부(18)는 곡률조절부(16)의 곡률에 맞게 일정 간격마다 최대 승강 높이가 다르도록 설정 간격마다 다수 구비 가능하다.
한편, 승강부(18)는 공압 실린더 등으로 구비될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 반도체 패키지의 몰딩성형 방법은 칩 이송 단계(S100), 큐어링 단계(S110), 냉각 단계(S120) 및 배출 단계(S130)를 포함한다.
칩 이송 단계(S100)는 상부 캐비티(12)가 형성된 상부 금형(10)과 볼록한 곡률을 갖도록 하부 캐비티(22)가 형성된 하부 금형(20)의 사이로 본딩된 칩을 이송하는 단계이다.
이때, 반도체 패키지의 몰딩성형하기 위해 구비되는 하부 금형(20)은 하부 캐비티(14)가 볼록한 곡률을 갖도록 형성되어, 차후에 상, 하부 금형(10, 20)의 캐비티(12, 14) 내에 반도체 패키지(1)를 위치시킨 상태에서 몰딩 컴파운드를 주입하여 큐어링할 때 컴파운드 수축으로 인한 불량을 방지할 수 있다.
더욱이, 앞선 반도체 패키지의 몰딩성형 장치에서와 같이 하부 금형의 하부 캐비티 곡률 조절 단계가 후행될 수 있다. 하부 금형의 하부 캐비티 곡률 조절 단계는 하부 금형(20)의 하부 캐비티(22)에 설치된 곡률조절부(16)의 중심부 높낮이를 승강부(18)를 통해 조절하여 곡률의 크기를 제어하는 단계로, 구조 및 기능은 앞선 장치에서 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.
큐어링 단계(S110)는 상, 하부 금형(10, 20) 사이가 밀폐된 상태에서 몰딩 컴파운드를 상, 하부 캐비티(12, 22) 내부로 주입하여 큐어링하는 단계이다.
냉각 단계(S120)는 큐어링 과정에서 고화된 반도체 패키지(1)를 냉각시키는 단계이다.
이때, 냉각 단계(S120)는 하부 금형(20)에 배치된 이젝트핀의 삽입 구멍을 통해 유입된 외부 공기를 통해 고화된 반도체 패키지(1)를 냉각시키게 된다.
배출 단계(S130)는 냉각된 반도체 패키지(1)를 이젝트핀의 상승을 통해 반도체 패키지(1)를 배출 높이까지 리프트한 후 외부로 배출하는 단계이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (3)

  1. 상, 하부 금형에 의해 형성되는 캐비티 내에 와이어 본딩된 칩을 위치시키고, 몰딩 컴파운드를 주입하여 충진시키는 반도체 패키지의 몰딩성형 장치로서,
    상기 하부 금형의 캐비티 바닥면에 볼록한 곡률을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 몰딩성형 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 금형은 캐비티 바닥면 중심부의 높낮이를 조절하여 곡률의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 몰딩성형 장치.
  3. 저면에 캐비티가 형성된 상부 금형과, 상면에 형성된 캐비티 바닥면에 볼록한 곡률을 갖는 하부 금형 사이로 본딩된 칩을 이송하는 제1 단계;
    상기 상, 하부 금형 사이가 밀폐된 상태에서 몰딩 컴파운드를 캐비티 내부로 주입하여 큐어링하는 제2 단계;
    상기 큐어링 과정에서 고화된 반도체 패키지를 냉각시키는 제3 단계; 및
    상기 냉각된 반도체 패키지를 리프트하여 배출하는 제4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 몰딩성형 방법.
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