JP2003224156A - 半導体樹脂封止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度な型締力及び／又は金型位置の制御を
行う半導体樹脂封止装置を提供する。 【解決手段】 装置２は、キャビティに半導体チップを
配置し、型締状態でキャビティに樹脂を注入して半導体
チップを樹脂封止するための一対の金型と、金型の型締
・型開き動作を駆動するサーボモータ２０と、モータを
制御するコントローラ１８と、モータの回転角度を検出
するエンコーダ２４と、金型の型締力を検出するロード
セル１６とを備える。コントローラは、型締動作中にお
いて、ロードセルの検出値と目標型締力を比較演算し、
この演算結果に基づいてモータを制御し、型締動作以外
の動作領域において、エンコーダの検出値に基づいてモ
ータを制御する。型開き時において、一対の金型間の領
域への半導体チップ等の搬入・搬出の間、金型の位置が
制御されており、搬送機構の位置に対する金型の相対位
置を高精度に特定できるので、搬入・搬出動作を確実に
行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップを樹
脂封止する半導体樹脂封止装置に関する。

【０００２】

【発明の背景】半導体チップを樹脂封止するための半導
体樹脂封止装置は、一般的に、上金型と下金型を有し、
金型が開いた状態で半導体チップを搬入し、上金型と下
金型の一方を上下動させることで上金型と下金型を接触
させ（すなわち金型を閉じ）、その後上金型と下金型の
間に所定の型締力が得られた状態で一定時間停止するよ
うに構成されている。この状態で、金型内のキャビティ
には樹脂が注入される。その後、上金型と下金型を離間
させ（すなわち金型を開いて）、樹脂封止された半導体
チップ、すなわち半導体デバイスを金型から搬出する。

【０００３】所定の型締力を得るための制御を高精度に
行うことは、半導体デバイスの品質を保持・向上させる
のに重要である。また、金型の位置の制御を高精度に行
うことは、異物噛み込み等の異常状態を検出したり、金
型への半導体チップの搬入、半導体デバイスの搬出を確
実に行うために重要である。

【０００４】そこで、本発明は、高精度な型締力及び／
又は金型位置の制御を行う半導体樹脂封止装置を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【発明の概要】上記目的を達成するために、請求項１に
係る半導体樹脂封止装置は、キャビティに半導体チップ
を配置し、型締状態でキャビティに樹脂を注入して半導
体チップを樹脂封止するための一対の金型と、一対の金
型の型締動作及び型開き動作を駆動するサーボモータ
と、サーボモータを速度指令で制御するコントローラ
と、一対の金型の型締力を検出する型締力検出手段とを
備え、コントローラは、型締力検出手段の検出値と目標
型締力を比較演算し、この演算結果に基づく速度指令で
サーボモータを制御することを特徴とするものである。

【０００６】請求項２に係る半導体樹脂封止装置は、キ
ャビティに半導体チップを配置し、型締状態でキャビテ
ィに樹脂を注入して半導体チップを樹脂封止するための
一対の金型と、一対の金型の型締動作及び型開き動作を
駆動するサーボモータと、サーボモータを制御するコン
トローラと、サーボモータの回転角度を検出する回転角
度検出手段と、一対の金型の型締力を検出する型締力検
出手段とを備え、コントローラは、前記型締動作中にお
いて、型締力検出手段の検出値と目標型締力を比較演算
し、この演算結果に基づいてサーボモータを第１のモー
ドで制御し、前記型締動作以外の動作領域において、回
転角度検出手段の検出値に基づいて前記サーボモータを
第２のモードで制御するように切替制御を行うことを特
徴とするものである。

【０００７】請求項３に係る半導体樹脂封止装置は、キ
ャビティに半導体チップを配置し、型締状態でキャビテ
ィに樹脂を注入して半導体チップを樹脂封止するための
一対の金型と、一対の金型の型締動作及び型開き動作を
駆動するサーボモータと、サーボモータを速度指令で制
御するコントローラと、サーボモータの回転角度を検出
する回転角度検出手段と、一対の金型の型締力を検出す
る型締力検出手段とを備え、コントローラは、前記型締
動作中において、型締力検出手段の検出値と目標型締力
を比較演算し、この演算結果に基づく速度指令でサーボ
モータを制御するとともに、回転角度検出手段の検出値
をモニタし、回転角度検出手段の検出値に基づいて前記
型締動作の完了を確認することを特徴とするものであ
る。

【０００８】請求項４に係る半導体樹脂封止装置は、キ
ャビティに半導体チップを配置し、型締状態でキャビテ
ィに樹脂を注入して半導体チップを樹脂封止するための
一対の金型と、一対の金型の型締動作及び型開き動作を
駆動するサーボモータと、サーボモータを制御するコン
トローラと、サーボモータの回転角度を検出する回転角
度検出手段と、一対の金型の型締力を検出する型締力検
出手段と、前記回転角度と前記型締力との関係を表すデ
ータを記憶する記憶手段とを備え、コントローラは、前
記型締動作中において、型締力検出手段の検出値及び回
転角度検出手段の検出値をモニタし、これら検出値の関
係が記憶手段に記憶させたデータに対応していない場合
に、サーボモータを停止させることを特徴とするもので
ある。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
に係る実施の形態を説明する。

【００１０】実施の形態１．図１は、本発明の実施の形
態１に係る半導体樹脂封止装置を示す概略側面図であ
る。図２は、図１の半導体樹脂封止装置の制御機構を示
すブロック図である。

【００１１】半導体樹脂封止装置２は、図示しない支持
台を有し、この支持台には中間プラテン４が固定されて
いる。中間プラテン４上面には下金型６が取付けてあ
る。中間プラテン４には、図中左右前後４本（図では２
本のみ示されている。）のタイバー８が摺動自在に貫通
されている。各タイバー８の上端には上側プラテン１０
が固定されている。上側プラテン１０下面には上金型１
２が取付けてある。タイバー８の下端には下側プラテン
１４が固定されている。タイバー８の一つにはロードセ
ル１６が取付けてあり、金型６、１２の型締力を検出す
るようになっている。ロードセル１６の検出信号（電圧
信号）はコントローラ１８に入力される。なお、型締力
を検出する手段は、ロードセル１６以外に、歪みゲージ
など圧力により信号が変化するものであればどのような
ものを用いてもよい。

【００１２】半導体樹脂封止装置２はさらに、上下プラ
テン１０、１４を上下動させる駆動源としてサーボモー
タ２０、及び、中間プラテン４と下側プラテン１４を連
結するとともにモータ２０に駆動連結され、これにより
モータ２０の発生するトルクを下側プラテン１４（及び
上側プラテン１０）の推力に変換する変換機構２２を備
える。変換機構２２の詳しい構成は、例えば本出願人に
よる特願２００１−３２４８８６号に説明されており、
本願では簡略化して図示するとともに説明を省略する。
サーボモータ２０の回転軸には、モータ２０の回転角度
を検出するためのエンコーダ２４が取付けてある。エン
コーダ２４の検出信号は、コントローラ１８に入力され
る。

【００１３】コントローラ１８は、型締力制御部２６及
びサーボアンプ２８を含む。型締力制御部２６は、指令
値変換部３０、コンパレータ３２、型締制御アンプ３４
を含む。指令値変換部３０は、目標型締力に対応する型
締力指令値を電圧信号に変換し、コンパレータ３２に入
力する。コンパレータ３２は、指令値変換部３０から出
力された電圧信号とロードセル１６から出力された電圧
信号を比較し、その偏差を型締制御アンプ３４に入力す
る。型締制御アンプ３４は、上記偏差を、プレス機構４
０を制御するに適した値となるように増幅し、速度制御
信号としてサーボアンプ２８に出力する。ここで、プレ
ス機構４０は、半導体樹脂封止装置２の構成要素のう
ち、モータ２０の回転力が変換機構２２を介して伝達す
る機械的要素、例えば金型６、１２やプラテン４、１
０、１４などの総称である。サーボアンプ２８は、上記
速度制御信号とエンコーダ２４から出力された検出信号
とに基づいて、サーボモータ２０に供給する電流などを
制御し、サーボモータ２０を所定の回転速度で回転させ
る。サーボアンプ２８はまた、エンコーダ２４から出力
された検出信号を増幅し、サーボモータ２０の回転角度
を読み取るためのカウンタ４２に入力する。

【００１４】次に半導体樹脂封止装置２の動作について
図１、２を用いて説明する。まず、金型が開いた状態
で、上下金型６、１２の間の領域にリードフレーム（図
示せず）に載置された半導体チップ（図示せず）を搬送
機構（図示せず）により搬入する。続いて、モータ２０
を所定の方向に回転させる。この結果、モータ２０に駆
動連結された変換機構２２は、下側プラテン１４を下方
に移動させる。タイバー８は中間プラテン４を摺動して
下方に移動し、タイバー８に固定された上側プラテン１
０及び上金型１２は下降して、中間プラテン４上の下金
型６に接触する。上金型１２はさらに下降し所定の型締
力が得られると、以下の理由により自動的に停止する。

【００１５】ここで、型締力制御部２６による型締力制
御をさらに詳しく説明する。上述したように、サーボア
ンプ２８に入力される速度指令値は、予め決められた型
締力指令値とロードセル１６による型締力検出値との偏
差を型締制御アンプ３４で増幅したものである。したが
って、速度指令値はロードセル１６による検出値に応じ
て変化する。この検出値が型締力の増大により増加する
とすれば、速度指令値は、型締力の増大により低下す
る。以上のことから、速度指令値は、加圧動作開始（上
下金型６、１２が接触した状態）から型締力が増大する
につれて徐々に低下し、検出値が目標型締力に対応する
型締力指令値に達すると、速度指令値は制御上零とな
り、サーボアンプ２８はサーボモータ２０を停止させ
る。このように、速度指令による本制御方式によれば、
半導体樹脂封止装置２により目標型締力を確実に発生さ
せることができる。また、速度指令によりサーボモータ
２０を制御することで、トルク指令による制御に比べて
型締時の目標型締力に対するオーバーシュートを減らす
あるいはなくすことができ、型締力制御を高速化するこ
とができる。さらに、ロードセル１６の分解能での高精
度の型締力制御を行うことができる。

【００１６】金型６、１２により形成されたキャビティ
に半導体チップが配置されるように金型６、１２が型締
された後、半導体チップの樹脂封止が行われる。続い
て、モータ２０を上記所定の方向とは逆方向に回転させ
る。この結果、変換機構２２は、下側プラテン１４を上
方に移動させ、タイバー８を介して上側プラテン１０及
び上金型１２を上昇させる。

【００１７】実施の形態２．次に、本発明の実施の形態
２に係る半導体樹脂封止装置を説明する。本実施形態
は、図２を参照して、サーボモータ２０に付設したエン
コーダ２４の回転角度を読み取るカウンタ４２を利用し
て、半導体チップ等の搬入時における高精度な金型位置
（プラテン位置）の制御を行うものである。

【００１８】具体的に、目標型締力に到達するまでのモ
ータ回転角度をカウンタ４２で予めサンプリングする。
その結果、型開き時において、上下金型６、１２間の領
域への半導体素子等未搬入、二重搬入、又は異物混入な
どを、上記サンプリングされたモータ回転角度と現在の
モータ回転角度との差により検出できる。このように、
エンコーダ２４の分解能での高精度な金型位置の制御・
モニタが可能である。

【００１９】実施の形態３．次に、本発明の実施の形態
３に係る半導体樹脂封止装置を説明する。本実施形態
は、型締力検出器の故障などにより過大な型締力が発生
するのを防止するものである。

【００２０】詳しくは、図１又は図２を参照して、ロー
ドセル１６の故障やロードセル１６の検出値を伝送する
信号線の断線、未接続など異常発生時には、型締力が過
大に発生し装置を破損させる可能性がある。そこで、一
例として、ロードセル１６には、半導体樹脂封止装置２
の最大型締力の例えば一割程度の与圧をかけておき、型
開き時すなわち金型６、１２間無負荷時のロードセル１
６の検出値が、上記与圧に対応するか否かを確認する。
その結果、ロードセル１６や上記信号線の異常を検出で
きる。

【００２１】別の方法として、上記方法に代わり、又は
上記方法とともに、型締中において、型締力とモータ回
転角度をカウンタ４２で読み取った値との関係を示すデ
ータを予め記憶手段（図示せず）に記憶させておき、こ
のデータを、現在のモータ回転角度と型締力の関係と比
較することにより、過大な型締力の発生を検出できるよ
うにしてもよい。

【００２２】実施の形態４．図３は、本発明の実施の形
態４に係る半導体樹脂封止装置の制御機構を示すブロッ
ク図である。以下、実施の形態１と同一の構成要素に対
しては同一の符号を用いる。

【００２３】コントローラ１８は、型締力制御部２６、
金型位置（プラテン位置）制御部５０、型締力制御とプ
ラテン位置制御のいずれかを選択するための制御モード
切替え部５２、及びサーボアンプ２８を含む。

【００２４】プラテン位置制御部５０は位置制御演算部
５４を含む。この演算部５４は、プラテン位置制御モー
ドにおいて、型締力指令値（型締力０）が入力されると
プラテン移動距離など位置制御に必要な演算を行い、サ
ーボアンプ２８に位置制御信号を出力する。サーボアン
プ２８は、プラテン位置制御モードにおいて、上記位置
制御信号とエンコーダ２４から出力された検出信号とに
基づいて、サーボモータ２０に供給する電流などを制御
し、これによりサーボモータ２０の回転角度を制御す
る。

【００２５】次に半導体樹脂封止装置２の動作について
図１、３とともに図４を用いて説明する。まず、金型が
開いた状態で、コントローラ１８の制御モード切替え部
５２を切替えて半導体樹脂封止装置２をプラテン位置制
御モード（第２のモード）にする（時刻Ｔ_０）。そし
て、上下金型６、１２間の領域にリードフレーム（図示
せず）に載置された半導体チップ（図示せず）を搬送機
構（図示せず）により搬入する。この搬入の間、プラテ
ンはその位置が制御されており、搬送機構の位置に対す
る上下金型６、１２の相対位置を高精度に特定できるの
で、搬入動作を確実に行うことができる。図４の例では
半導体チップの搬入時に金型を静止させているが、本位
置制御方式によれば、金型の開閉動作を行いながら同時
に半導体チップを搬入することもでき、したがって半導
体デバイスの製造時間を短縮できる。

【００２６】時刻Ｔ_１になると、コントローラ１８の制
御モード切替え部５２を切替えて半導体樹脂封止装置２
を型締力制御モード（第１のモード）にする。そしてモ
ータ２０を所定の方向に所定の速度で回転させる。この
結果、モータ２０に駆動連結された変換機構２２は、下
側プラテン１４を下方に移動させる。タイバー８は中間
プラテン４を摺動して下方に移動し、タイバー８に固定
された上側プラテン１０及び上金型１２は比較的高速度
で下降して、時刻Ｔ_２で中間プラテン４上の下金型６に
接触する。そこで、モータ２０の速度を切替え、上側プ
ラテン１０及び上金型１２を比較的低速度で下降させ
る。上側プラテン１０及び上金型１２は、所定の型締力
Ｆが得られると、実施の形態１で説明したように自動的
に停止する。

【００２７】時刻Ｔ_３で金型６、１２が型締された後、
半導体チップの樹脂封止が行われる。所定の型締力Ｆは
時刻Ｔ_４まで維持される。続いて、コントローラ１８の
制御モード切替え部５２を切替えて半導体樹脂封止装置
２をプラテン位置制御モード（第２のモード）にする。
そして、モータ２０を上記所定の方向とは逆方向に回転
させる。この結果、変換機構２２は、下側プラテン１４
を上方に移動させ、タイバー８を介して上側プラテン１
０及び上金型１２を比較的低速度で上昇させる。これ
は、上下金型６、１２が離間する時刻Ｔ_５まで行われ
る。続いて、モータ２０の速度を切替え、上側プラテン
１０及び上金型１２を比較的高速度で上昇させる。これ
は、上下金型６、１２が所定距離離間する時刻Ｔ_６まで
行われ、この後モータ２０を停止して、上側プラテン１
０及び上金型１２の移動を終了させる。

【００２８】そして、リードフレーム上で樹脂封止され
た半導体チップは、上下金型６、１２間の領域から搬出
される。この搬出の間、プラテンはその位置が制御され
ており、搬送機構の位置に対する上下金型６、１２の相
対位置を高精度に特定できるので、搬出動作を確実に行
うことができる。

【００２９】なお、半導体樹脂封止装置２は、型締時と
は異なり型開き時には位置制御モードに設定されている
が、これは、型開き時には樹脂封止は完了しており型締
力を考慮する必要がないからである。

【００３０】

【発明の効果】請求項１に記載の本発明によれば、速度
指令によりサーボモータを制御するので、型締時の目標
型締力に対するオーバーシュートを減らすあるいはなく
すことができ、型締力制御を高速化することができる。

【００３１】請求項２に記載の本発明によれば、型開き
時において、一対の金型間の領域への半導体チップ等の
搬入・搬出の間、金型の位置が制御されており、搬送機
構の位置に対する金型の相対位置を高精度に特定できる
ので、搬入・搬出動作を確実に行うことができる。

【００３２】請求項３に記載の本発明によれば、型締力
検出手段（例えばロードセル）の検出値が目標型締力に
対応する型締力指令値に略等しい場合であっても、回転
角度検出手段（例えばエンコーダ）の検出値が型締完了
位置に至っていない、いわゆる正常な型締完了前の異物
噛み込み等の型締異常を検出できる。

【００３３】請求項４に記載の本発明によれば、型締力
検出手段の検出値が、例えば型締完了時等の型締位置に
対応して出力されない異常、例えば型締力検出手段の故
障等を検出でき、これにより過大な型締力の発生を防止
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係る半導体樹脂封止
装置を示す概略側面図。

【図２】 図１の半導体樹脂封止装置の制御機構を示す
ブロック図。

【図３】 本発明の実施の形態４に係る半導体樹脂封止
装置の制御機構を示すブロック図。

【図４】 図３に示すコントローラにより制御される半
導体樹脂封止装置のプラテン位置と型締力との関係を示
す図。

【符号の説明】

２：半導体樹脂封止装置、４：中間プラテン、６：下金
型、８：タイバー、１０：上側プラテン、１２：上金
型、１４：下側プラテン、２０：サーボモータ、２２：
トルク／推力変換機構、２４：エンコーダ、２６：型締
力制御部、５０：金型位置（プラテン位置）制御部、５
２：制御モード切替え部。

フロントページの続き (72)発明者 奥 康二 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4F206 AD07 AE10 AG03 AH37 AM22 AP01 AP06 AR01 AR09 JA02 JB17 JL02 JM02 JN32 JP13 JP17 JQ83 JT05 JT33 5F061 AA01 BA01 CA21 DA01 DA14

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体樹脂封止装置において、 キャビティに半導体チップを配置し、型締状態でキャビ
   ティに樹脂を注入して半導体チップを樹脂封止するため
   の一対の金型と、 前記一対の金型の型締動作及び型開き動作を駆動するサ
   ーボモータと、 前記サーボモータを速度指令で制御するコントローラ
   と、 前記一対の金型の型締力を検出する型締力検出手段とを
   備え、 前記コントローラは、前記型締力検出手段の検出値と目
   標型締力を比較演算し、この演算結果に基づく速度指令
   で前記サーボモータを制御することを特徴とする半導体
   樹脂封止装置。
2. 【請求項２】 半導体樹脂封止装置において、 キャビティに半導体チップを配置し、型締状態でキャビ
   ティに樹脂を注入して半導体チップを樹脂封止するため
   の一対の金型と、 前記一対の金型の型締動作及び型開き動作を駆動するサ
   ーボモータと、 前記サーボモータを制御するコントローラと、 前記サーボモータの回転角度を検出する回転角度検出手
   段と、 前記一対の金型の型締力を検出する型締力検出手段とを
   備え、 前記コントローラは、前記型締動作中において、前記型
   締力検出手段の検出値と目標型締力を比較演算し、この
   演算結果に基づいて前記サーボモータを第１のモードで
   制御し、前記型締動作以外の動作領域において、前記回
   転角度検出手段の検出値に基づいて前記サーボモータを
   第２のモードで制御するように切替制御を行うことを特
   徴とする半導体樹脂封止装置。
3. 【請求項３】 半導体樹脂封止装置において、 キャビティに半導体チップを配置し、型締状態でキャビ
   ティに樹脂を注入して半導体チップを樹脂封止するため
   の一対の金型と、 前記一対の金型の型締動作及び型開き動作を駆動するサ
   ーボモータと、 前記サーボモータを速度指令で制御するコントローラ
   と、 前記サーボモータの回転角度を検出する回転角度検出手
   段と、 前記一対の金型の型締力を検出する型締力検出手段とを
   備え、 前記コントローラは、 前記型締動作中において、前記型締力検出手段の検出値
   と目標型締力を比較演算し、この演算結果に基づく速度
   指令で前記サーボモータを制御するとともに、前記回転
   角度検出手段の検出値をモニタし、 前記回転角度検出手段の検出値に基づいて前記型締動作
   の完了を確認することを特徴とする半導体樹脂封止装
   置。
4. 【請求項４】 半導体樹脂封止装置において、 キャビティに半導体チップを配置し、型締状態でキャビ
   ティに樹脂を注入して半導体チップを樹脂封止するため
   の一対の金型と、 前記一対の金型の型締動作及び型開き動作を駆動するサ
   ーボモータと、 前記サーボモータを制御するコントローラと、 前記サーボモータの回転角度を検出する回転角度検出手
   段と、 前記一対の金型の型締力を検出する型締力検出手段と、 前記回転角度と前記型締力との関係を表すデータを記憶
   する記憶手段とを備え、 前記コントローラは、 前記型締動作中において、前記型締力検出手段の検出値
   及び前記回転角度検出手段の検出値をモニタし、これら
   検出値の関係が前記記憶手段に記憶させたデータに対応
   していない場合に、前記サーボモータを停止させること
   を特徴とする半導体樹脂封止装置。