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【発明の名称】 樹脂封止装置及び樹脂封止方法
【発明者】 【氏名】福岡 大

【要約】 【課題】熱硬化性樹脂を用いた樹脂封止装置のサイクルタイムを短縮する。

【構成】上型110と下型120とを重ねてできるキャビティ170内において、被成形品150を熱硬化性樹脂160にて封止する樹脂封止装置100であって、上型110又は下型120の少なくとも一方に、キャビティ170を構成する成形部124とヒータ170を備えた蓄熱部126とを備え、該成形部124と蓄熱部126とを当接・離間可能として構成する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
上型と下型とを重ねてできるキャビティ内において、被成形品を熱硬化性樹脂にて封止する樹脂封止装置であって、
上型又は下型の少なくとも一方には、前記キャビティを構成する成形部とヒータを備えた蓄熱部とが備わっており、該成形部と蓄熱部とが当接・離間可能とされている
ことを特徴とする樹脂封止装置。
【請求項2】
請求項1において、
前記蓄熱部の熱容量は、前記成形部の熱容量よりも大である
ことを特徴とする樹脂封止装置。
【請求項3】
請求項1又は2において、
前記成形部と前記蓄熱部との間には、弾性体が介在されている
ことを特徴とする樹脂封止装置。
【請求項4】
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記成形部を冷却可能な冷却機構が備わっている
ことを特徴とする樹脂封止装置。
【請求項5】
請求項4において、
前記成形部と前記蓄熱部とが離間している際に生じる隙間が、前記冷却機構における冷却媒体通路である
ことを特徴とする樹脂封止装置。
【請求項6】
上型又は下型の少なくとも一方にキャビティを構成する成形部とヒータを備えた蓄熱部とを備え、前記上型と下型とを重ねでできるキャビティ内において、被成形品を熱硬化性樹脂にて封止する樹脂封止方法であって、
前記成形部と蓄熱部とを離間させた状態で、前記熱硬化性樹脂を前記キャビティ内に投入する工程と、
投入後、所定のタイミングで前記蓄熱部を前記成形部に当接させる工程と、を含む
ことを特徴とする樹脂封止方法。
【請求項7】
請求項6において、更に
成形後、所定のタイミングで前記蓄熱部を前記成形部から離間させる工程と、
離間後、前記成形部を冷却する工程と、を含む
ことを特徴とする樹脂封止方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、熱硬化性樹脂を用いて半導体チップ等を樹脂封止する樹脂封止装置及び樹脂封止方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、図4記載の樹脂封止装置2が公知である(特許文献1参照)。
【0003】
この樹脂封止装置2は、上型12と、枠状金型16及び圧縮金型(底型)18からなる下型14とを有し、これら上型12と下型18とを合わせてできる成形空間(キャビティ)46内で、半導体チップ4等を備えた被成形品6を熱硬化性樹脂8にて樹脂封止する装置である。
【0004】
又、この樹脂封止装置2における各金型には、熱硬化性樹脂を熱硬化させるためのヒータ32、34、36が備わっている。
【0005】
熱硬化性樹脂 (Thermosetting resin) は、加熱すると重合を起こして高分子の網目構造を形成し、硬化して元に戻らなくなる樹脂のことであり、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂などがある。
【0006】
【特許文献1】特開2005−305951号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
熱硬化性樹脂は、硬化反応を起こす程度の熱を受けてから硬化するまでに多少の硬化時間を要する。樹脂封止装置においては、ある程度樹脂が硬化するまで金型を開いて成形品を取り出すことができないため、この硬化するまでの待ち時間が樹脂封止装置のサイクルタイムを事実上支配している。特に、近年の半導体チップの高集積化に伴って好んで利用される高流動性樹脂においては、樹脂自体の硬化時間が長いために装置のサイクルタイム延長として一層顕著に現れる。
【0008】
できるだけ早く熱硬化性樹脂の硬化を促進するために、例えば、金型の温度を予め樹脂の硬化温度よりかなり高い温度にまで加熱しておくことも考えられる。しかしながら、金型の温度をあまりに高く設定しておくと、投入した樹脂が直ちに硬化して流動性が阻害され、被成形品を均一に封止することができず、近年の高度な品質要求に応えることができない。又、金型の温度を樹脂の硬化温度手前にまで予め加熱しておき、樹脂投入後にヒータによって金型温度を更に上昇させる手法も考えられるが、この手法では、ヒータによる加熱が行なわれた後、金型が熱せられ、その熱せられた金型によって初めて樹脂が加熱されるために、ヒータの加熱と樹脂の受熱のタイミングが金型の温度上昇分だけ遅れてしまうことになる。このタイミングの遅れは樹脂が硬化するまでの時間に直接影響するため、樹脂封止装置のサイクルタイムの短縮には限界がある。
【0009】
例えばサイクルタイムの短縮のために、金型を薄く構成し金型自体の熱容量を小さくした場合には、金型としての強度不足や、必要な発熱量のヒータを組み込むことが困難となる等の不具合があり、一方、金型はそのままに、より大きな発熱量のヒータを組み込むのでは、その分装置が大型化する。
【0010】
本発明は、これらの問題点を解決するべくなされたものであって、熱硬化性樹脂を用いた樹脂封止装置において、樹脂投入直後の流動性を十分に確保しつつ、封止装置のサイクルタイムを短縮することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明は、上型と下型とを重ねてできるキャビティ内において、被成形品を熱硬化性樹脂にて封止する樹脂封止装置であって、上型又は下型の少なくとも一方に、前記キャビティを構成する成形部とヒータを備えた蓄熱部とが備え、該成形部と蓄熱部とを当接・離間可能に構成することで上記課題を解決するものである。
【0012】
これにより、予めヒータによって蓄熱部の温度を高めに維持しておき、所定のタイミングで当該蓄熱部を成形部に当接させることによって蓄熱部に蓄えられた熱を成形部へと伝達し、熱硬化性樹脂を素早く加熱することが可能となっている。即ち、蓄熱部を樹脂の硬化温度よりもかなり高い温度にまで予め熱しておくことが可能となり、このようにしても樹脂の硬化が(意図した以上の速度で)促進されてしまうことを防止することができる。
【0013】
例えば、蓄熱部を相対的に厚く形成した上で成形部を相対的に薄く構成すれば、蓄熱部の熱容量が成形部の熱容量よりも大となるように構成でき、蓄熱部が成形部に当接した際に、速やかに成形部の温度を上げることができ、その結果、熱硬化性樹脂の硬化を促進することができる。又、成形部自体の熱容量を小さくできるため、所定のタイミングで蓄熱部を成形部から離間させれば、速やかに成形部の温度を下げることも可能である。
【0014】
又、成形部と蓄熱部との間に弾性体を介在し、当該弾性体によって両者が離間しているような構成とすれば、金型を開閉させるための装置(例えばプレス装置)の動力を利用して所定のタイミングで蓄熱部と成形部との当接・離間を制御でき、簡易な構成で装置を実現することができる。
【0015】
加えて、成形部を冷却可能な冷却機構を備えれば、より積極的に成形部の温度管理が可能となり、更なる(樹脂封止装置の)サイクルタイムの短縮化を図ることが可能となる。
【0016】
例えば、成形部と蓄熱部とが離間している際に生じる隙間を、冷却機構における冷却媒体通路として構成すれば、冷却機構を成形部などの部材内に組み込む必要がなく、スペースを有効に活用することができる。
【0017】
なお、本発明は、上型又は下型の少なくとも一方にキャビティを構成する成形部とヒータを備えた蓄熱部とを備え、前記上型と下型とを重ねでできるキャビティ内において、被成形品を熱硬化性樹脂にて封止する樹脂封止方法であって、前記成形部と蓄熱部とを離間させた状態で、前記熱硬化性樹脂を前記キャビティ内に投入する工程と、投入後、所定のタイミングで前記蓄熱部を前記成形部に当接させる工程と、を含む樹脂封止方法、更には、成形後、所定のタイミングで前記蓄熱部を前記成形部から離間させる工程と、離間後、前記成形部を冷却する工程と、を含む樹脂封止方法として捉えることも可能であって、同様に上記課題を解決するものである。
【発明の効果】
【0018】
本発明を適用することにより、投入直後の樹脂の流動性を阻害することなく、樹脂封止装置のサイクルタイムの短縮化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。
【0020】
図1は、本発明にかかる樹脂封止装置100の金型部分を示す側面図であって、上型と下型とが離間している状態図であり、図2は、上型と下型とが当接し、圧縮工程に入る前の状態図であり、図3は、圧縮工程の状態を示した図である。
【0021】
樹脂封止装置100は、上型110と下型120とを有し、当該上型110と下型120とを合わせてできるキャビティ170内で、半導体チップ等がマウントされた被成形品150を熱硬化性樹脂160にて圧縮成形方法により樹脂封止する装置である。なお、実施例として圧縮成形方法を用いた樹脂封止装置100として説明するが、本発明はこの圧縮成形方法に限定されるものではなく、例えばトランスファー成形方法による樹脂封止装置に適用することも可能である。
【0022】
上型110と下型120とは、図示せぬプレス機構等によって互いに当接・離間可能とされている。
【0023】
上型110の表面(下型120側表面)には、図示せぬ搬送機構によって、被成形品150が搬送供給される。この被成形品150は、上型110に設けられた吸着手段等(図示しない)によって、上型110の表面に適宜吸着固定することが可能となっている。
【0024】
下型120は、枠型122と底型129とを備えた構成とされている。
【0025】
枠型122には、自身の略中央部に貫通孔122Aが設けられ、当該貫通孔122Aに後述する底型129が貫通して配設されている。
【0026】
底型129は、下型ベース128の上面(図1における上面)にヒータ127を備えた蓄熱部126が載置されており、更に当該蓄熱部126の上面側にキャビティ170を構成する成形部124が配置されて構成されている。図1にも示すとおり、成形部124の厚みT1は、蓄熱部126の厚みT2よりも薄く構成され、その熱容量が蓄熱部126の熱容量よりも小さく設定されている。又、成形部124と蓄熱部126との間には、弾性体125が配置されており、外部からの力が成形部124や蓄熱部126に加えられない状態においては、この成形部124と蓄熱部126とは当該弾性体125の作用によって若干の隙間Gが形成されるように構成されている。この弾性体125は種々のものを用いることが可能であり、例えばコイルバネを利用すれば経年変化に強い弾性体を構成できる。又、耐熱ゴムを利用すれば低騒音の装置を実現できると共に、蓄熱部126と成形部124とが離間している間に、介在する弾性体125を伝わって蓄熱部126の熱が意図せずに成形部124へと伝わってしまうことを防止することが可能となる。その結果、キャビティ170に投入された熱硬化性樹脂160の硬化が意図せずに促進されてしまうことはない。
【0027】
又、下型ベース128には第1のプレス機構等(図示しない)が連結されており、底型129を上型110に対して自由に上下動させることが可能とされている。
【0028】
又、枠型122には、上記第1のプレス機構と独立して動作可能な第2のプレス機構が連結されており、底型129と独立して上下動(上型110に対する上下動)することが可能とされている。
【0029】
続いて当該樹脂封止装置100の作用について説明する。
【0030】
図示せぬ搬送機構によって上型110の表面に被成形品150が供給されると、吸着機構によって上型110の表面に被成形品150が吸着固定される。一方、キャビティ170内には図示せぬ投入機構によって熱硬化性樹脂160が投入される。なお、図面においては当該投入される熱硬化性樹脂160はシート状とされているが、その他にも例えばタブレット状、粒状、粉状、液状等の樹脂を用いることも可能である。
【0031】
次に、下型ベース128及び枠型122に連結されているプレス機構等によって、下型120全体が上型110側へと移動し始める。この時点においては、キャビティ170を構成する成形部124と蓄熱部126の間には、(弾性体125の働きによって)若干の隙間Gが存在しているため、ヒータ127によって蓄熱部126が熱硬化性樹脂160の硬化温度以上にまで熱せられていた場合でも、これによって熱硬化性樹脂160の硬化が意図しない速さで促進することはない。その後、更なるプレス機構の働きによって、下型120を構成する枠型122が上型110側へと当接すると、底型129が枠型122の貫通孔122A内を摺動しつつ上型110側へと移動する。このとき、成形部124と蓄熱部126との隙間Gは弾性体125によって保たれたままで移動する(図2参照)。
【0032】
その後、次第に底型129が上型110側へと移動すると、投入された熱硬化性樹脂160が、上型110に吸着固定された被成形品にまで当接し、プレス機構等による圧縮圧力が加えられながら熱硬化性樹脂160が被成形品150を封止(圧縮成形)し始める(図3参照)。このときの封止圧力(例えば、10MPa/平方cm)によって、成形部124と蓄熱部126との間に介在されている弾性体125は圧縮され、成形部124と蓄熱部126との当接を許容する。この当接によって、ヒータ127によって熱が蓄えられた蓄熱部126の熱が、成形部124側へと伝達される。この熱の伝達によって、成形部124が加熱され、更に熱硬化性樹脂160自体も加熱されるため、熱硬化性樹脂の硬化が促進されることになる。
【0033】
なお、成形部124の厚みT1は、蓄熱部126の厚みT2よりも薄く、蓄熱部126の熱容量よりも小さいため、蓄熱部126から伝達された熱により成形部124の温度を容易に上昇させることができる。この結果、蓄熱部126からの熱は、成形部124を介して熱硬化性樹脂160へと速やかに伝達されることとなる。又、蓄熱部126の温度は、予め(成形部124と当接する以前に)熱硬化性樹脂160の硬化温度以上にまで加熱されている。この加熱の程度は封止しようとする被成形品150の種類や使用する熱硬化性樹脂160の種類等によって適宜調整することが必要である。例えば、成形部124の温度を200℃にまで過熱して樹脂の硬化を起こさせる場合には、蓄熱部126の温度を予め210〜220℃程度に設定しておくことにより、蓄熱部126が成形部124に当接後、速やかに成形部124の温度を200℃に過熱することが可能となる。又、本実施形態のように、熱容量を小さくするために成形部124の厚みを薄く構成した場合でも、成形部124と蓄熱部126とは平面で当接するため、圧縮工程時に成形部124に部分的なモーメントは作用せず、強度的な問題は生じない。
【0034】
その後、所定の時間が経過し熱硬化性樹脂160が硬化したタイミングで、プレス機構等の作用によって下型120が下側(図1乃至図3において下側)に移動し金型が開かれる。このとき、まず当接していた成形部124と蓄熱部126とが弾性体125の存在によって離間することで隙間Gが生じる。この樹脂封止装置100では、成形部124と蓄熱部126とを分離して、成形部124の熱容量が小さくなるような構成とされているため、速やかな放熱によって素早く成形部124の温度が低下する。即ち、次回の封止作業までに速やかに成形部124の温度を下げることができ、封止後の成形品を取り出した後、直ちに次回の封止に使用される熱硬化性樹脂をキャビティ170内へと投入することができる。その結果、この点においても装置のサイクルタイムの短縮化を図ることが可能となっている。
【0035】
又、成形部124を積極的に冷却するための冷却機構を別途備えて構成することも可能であり、そのようにすればより積極的な成形部124の温度管理が可能となる。このとき、成形部124と蓄熱部126との間に生じた隙間Gを冷却媒体通路として機能させ、例えば図示はしないがこの隙間Gの一方側から他方側へと所定のタイミングでエアを通過させることによって、成形部124を積極的に冷却させることもできる。このような構成とすれば、冷却機構を成形部などの部材内に組み込む必要がなく、スペースを有効に活用することができる。勿論、エアだけでなく冷却水等の流体を用いて冷却することも可能である。なお、成形部124自体に別途冷却媒体通路を設けるような構成としてもよい。
【0036】
その後、搬送機構によって樹脂封止された成形品が取り出され、次の封止作業へと移行する。なお、成形部124の冷却後においても、蓄熱部126の温度はヒータ127によって一定温度(熱硬化性樹脂160が硬化する以上の温度)に保たれているため、次回の封止の際に成形部124へ速やかに熱を伝達することが可能である。
【0037】
又、樹脂封止装置100においては、成形部124と蓄熱部126との間に弾性体125を介在させ、当該弾性体125によって成形部124と蓄熱部126との隙間Gが形成される構成とされている。このように構成すれば、特に樹脂封止装置に元々存在するプレス機構(金型の開閉を行なう等のためのプレス機構)をそのまま動力源(成形部124と蓄熱部126とを当接させるための動力源)として利用することができ、装置全体を簡易に構成することが可能となっている。
【0038】
このように樹脂封止装置100では、下型を、キャビティを構成する成形部と熱を蓄えておく蓄熱部とに分離し、これらの成形部と蓄熱部とを所定のタイミングで当接・離間させるような構成としたことによって、速やかに熱硬化性樹脂への熱の供給を可能とし、従来問題とされていたヒータの発熱から樹脂が受熱するまでのタイムラグを削減している。その結果、樹脂封止装置自体のサイクルタイムを大幅に短縮化することが可能となっている。
【0039】
なお、当該樹脂封止装置100においては、蓄熱部126にのみヒータ127が配置構成されているが、例えば、上型110や、枠型122においてもヒータを備えるような構成としても良い。そのように構成すればキャビティ170の周囲を全体に渡って温めておくことができ、成形部124の温度管理がより簡易且つ正確に行なえるようになる。即ち、周囲の金型(例えば枠型)の温度があまりに低い場合には、例えば成形部124に加えた熱が熱伝導によって拡散し所定のタイミングで所定の温度に安定させることが困難となるが、上型110や枠型122等にもヒータを配置すればこのような問題の発生を防ぐことが可能となる。
【0040】
又、成形部自体にヒータを組み込むことを禁止するものではなく、成形部にもヒータを組み込むことにより、成形部の温度を管理しておき、更に蓄熱部を所定のタイミングで当接させることで、更に積極的に装置のサイクルタイムの短縮化を図ることができる。なお、上述したように、例えば枠型にヒータを内蔵する場合には、当該枠型から伝導される熱を利用して、成形部の温度を管理しておいてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0041】
本発明は、圧縮成形方法を用いた樹脂封止装置に適用することが可能であることは勿論、トランスファー成形方法を用いた樹脂封止装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明にかかる樹脂封止装置の金型部分を示す側面図であって、上型と下型とが離間している状態図
【図2】本発明にかかる樹脂封止装置の金型部分を示す側面図であって、上型と下型とが当接し、圧縮工程に入る前の状態図
【図3】本発明にかかる樹脂封止装置の金型部分を示す側面図であって、圧縮工程の状態を示した図
【図4】特許文献1に記載される樹脂封止装置の構成図
【符号の説明】
【0043】
100…樹脂封止装置
110…上型
120…下型
122…枠型
122A…貫通部
124…成形部
125…弾性体
126…蓄熱部
127…ヒータ
128…下型ベース
129…底型
150…被成形品
160…熱硬化性樹脂
170…キャビティ(成形空間)
【出願人】 【識別番号】000002107
【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社
【出願日】 平成18年6月26日(2006.6.26)
【代理人】 【識別番号】100089015
【弁理士】
【氏名又は名称】牧野 剛博

【識別番号】100080458
【弁理士】
【氏名又は名称】高矢 諭

【識別番号】100076129
【弁理士】
【氏名又は名称】松山 圭佑


【公開番号】 特開2008−1045(P2008−1045A)
【公開日】 平成20年1月10日(2008.1.10)
【出願番号】 特願2006−174744(P2006−174744)