CN100363163C - 树脂成型模用材料及树脂成型模 - Google Patents

树脂成型模用材料及树脂成型模 Download PDF

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Abstract

树脂成型模用材料(12)具备多个从型面(6)向内部几乎以直线状延伸、具有1nm级至100nm级的孔径的一维连通孔(10)，包含型面(6)和一维连通孔的表面层(13)，覆盖该表面层的背面侧的支持层(14)，以及支持层中与一维连通孔连通而设置的具有1μm级的孔径的多个三维连通孔(15)。该结构使液状树脂难以进入到一维连通孔的内部，减少型面和液状树脂的接触面积，使型面起到排斥液状树脂的作用。此外，模腔(5)内的气体依次通过一维连通孔和三维连通孔被排出。其结果是，使型面和成型品间的脱模性有所提高，同时能够抑制空隙的产生。

Description

树脂成型模用材料及树脂成型模
技术领域
本发明涉及树脂成型模用材料及由该材料构成的树脂成型模，特别涉及使填充于模腔的液状树脂固化、制造包含固化树脂的成型品时所用的树脂成型模用材料及树脂成型模。
背景技术
以往，在使填充于模腔的液状树脂固化制造包含固化树脂的成型品的情况下，采用传递模塑或注射成型等。这些成型方法中，以合模状态使模腔内的液状树脂固化，开模后取出成型品。这里，根据固化树脂的种类，有时固化树脂和型面间的脱模性会下降。因此，为了使成型品切实地脱模，使用推钉对部分成型品进行挤压，推出成型品。此外，如果固化树脂中残存了空隙(气泡)，则成型品存在可靠性和外观等方面的问题。这种情况下，在成型模中设置气孔，从成型模的外部通过气孔吸引到模腔内部。这样可实现包含在液状树脂中的气体的排出和填充液状树脂时的压力的下降。
但是，利用推钉的推出或利用气孔的吸引的情况都存在成型模的结构复杂化的问题。此外，在成型品较小时，由于通过推钉的推出会对成型品的一部分施加过大的力，所以可能会造成成型品的变形和变色等。另外，作为树脂成型的例子，例如将利用电线布线的半导体晶片等片状电子部件(以下称为芯片)装入模腔内，合模状态下在模腔内填充入液状树脂，使其固化制得组件。这种情况下，随着组件的薄型化，推钉的推出可能会导致电线断线、芯片和组件的破损及变形等。
因此，为了解决这些问题，提出了用多孔质体来构成树脂成型模的方案(例如，参考日本专利特开昭62-74613号公报、特开平8-192438号公报)。这些方案中，通过由多孔质体形成的树脂成型模的吸引，能够实现包含在液状树脂中的气体的排出和填充液状树脂时的压力的下降。此外，开模时通过多孔质体形成的树脂成型模向型面供给压缩空气等高压气体，所以不用使用推钉就能够使成型品脱模。
对以往技术中使用的多孔质体材料进行说明。首先，在日本专利特开昭62-74613号公报中揭示了成型模的至少一个模(雌模)整个由多孔质陶瓷形成，多孔质陶瓷的例子为富铝红柱石系陶瓷的技术方案。此外，在日本专利特开平80192438号公报中揭示了模具本体、其一部分或形成于其表面的过滤层由多孔质材料构成，多孔质材料为金属粉末或陶瓷粉末等烧结而成的烧结材料的技术方案。
以往技术中，对形成的孔属于哪种孔进行了说明。首先，日本专利特开昭62-74613号公报没有提及到所述的富铝红柱石系陶瓷形成的多孔质陶瓷具有哪种“孔”。但是，其它的专利文献中记载了富铝红柱石系多孔质陶瓷是网眼状连接的结构、且具有三维连通的连通孔(以下称为三维连通孔)(例如，参考日本专利特开2000-109374号公报、特开2003-137671号公报)。在日本专利特开平8-192438号公报中，如其中的图10和图19所示，形成的孔为三维连通孔。
但是，上述以往技术中，形成的孔为三维连通孔引起了以下问题。第1，三维连通孔的形状不规则且弯曲，所以需被吸引的距离较长，内壁上多凹凸。这样通过三维连通孔吸引到模腔内壁时或向型面供给压缩气体时，压力损失增大。因此，不能够从液状树脂完全地排出气体，在成型体内形成空隙，另外，压缩气体可能会使成型品的脱模效果下降。第2，三维连通孔不论从平面还是截面看都具有不规则的形状。这样就存在型面中的三维连通孔的开口面积大或小的情况。在开口面积大的情况下，由于液状树脂易进入三维连通孔的内部，所以在型面附近固化树脂容易停留在三维连通孔的内壁。特别是随着从型面深入而沿平面扩大的三维连通孔，这种倾向更明显。由于利用所谓的固定效果来增大包含三维连通孔的内壁的型面和固化树脂间的粘合性，所以脱模性可能下降。第3，由于型面中的开口面积不均匀，所以三维连通孔互相间的型面的平面形状和面积也不均一。因此，即使是由相同的多孔质材料制造成型模的情况下，型面的脱模性也可能有很大差别。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的发明，其目的是提供在使型面和成型品间的脱模性提高的同时，能够抑制空隙产生的树脂成型模用材料及树脂成型模。
为了解决上述技术问题，本发明的树脂成型模用材料是构成使模腔内的液状树脂固化制造成型品时使用的树脂成型模的树脂成型模用材料，该材料的特征是，具备多个从树脂成型模中成为型面的面向内部几乎以直线状延伸、同时具有微小孔径的一维连通孔。
由于具有微小孔径的多个一维连通孔从成为型面的面开始向内部几乎以直线状延伸，所以在成为型面的面的近旁设置了多个存在空气的微小空间。这样能够减小成为型面的面和液状树脂的接触面积，所以该面整体对液状树脂的润湿性下降。此外，成为型面的面和液状树脂的界面具有多个存在空气的微小空间，由于空气对液状树脂具有难以润湿的性质，因此成为型面的面整体对液状树脂的润湿性会下降。因此，成为型面的面和液状树脂固化而形成的固化树脂间的粘合性下降。此外，通过几乎以直线状延伸的一维连通孔排出模腔内部的气体时，压力损失减少。
本发明的树脂成型模用材料为上述树脂成型模用材料，孔径具有1nm以上未满10μm的值。
这样在成为型面的面形成具有1nm以上未满10μm的孔径的开口。由于液状树脂从这些开口进入到一维连通孔的现象被抑制，所以成为型面的面和液状树脂固化而形成的固化树脂间的粘合性下降。
本发明的树脂成型模用材料为上述树脂成型模用材料，具备包含成为型面的面且具有一维连通孔的表面层，以及覆盖表面层的背面侧的支持层。支持层具有与一维连通孔连通的多个三维连通孔，且三维连通孔的孔径比一维连通孔的孔径大。
这样在表面层的成为型面的面中，液状树脂进入一维连通孔的现象被抑制。因此，成为型面的面和液状树脂固化而形成的固化树脂间的粘合性下降。此外，在支持层中设置了与一维连通孔连通且孔径大于一维连通孔的三维连通孔。所以，依次通过一维连通孔和三维连通孔排出模腔内部的气体时，压力损失进一步减小。
本发明的树脂成型模用材料为上述树脂成型模用材料，该材料的特征是，支持层具有导电性且通过通电而发热。
这样就从成为型面的面隔着表面层设置了自身发热的支持层。因此，能够有效地对成为型面的面进行加热，且能够保温。
本发明的树脂成型模是使模腔内的液状树脂固化制造成型品时使用的成型模，由上述任一种树脂成型模用材料构成。
这样能够获得型面和液状树脂固化而形成的固化树脂间的粘合性下降，模腔内部的气体排出时的压力损失减少，同时型面被有效地加热，且可实现保温的树脂成型模。
附图说明
图1A表示本发明的实施方式1的树脂成型模用材料构成的树脂成型模即将合模前的状态，图1B表示本实施方式的树脂成型模用材料的图1A的A部放大图，它们都是截面图。
图2A表示本发明的实施方式2的树脂成型模用材料构成的树脂成型模即将合模前的状态，图2B表示本实施方式的树脂成型模用材料的图2A的B部放大图，它们都是截面图。
图3A表示本发明的实施方式3的树脂成型模用材料构成的树脂成型模即将合模前的状态，图3B表示本实施方式的树脂成型模用材料的图3A的C部放大图，它们都是截面图。
具体实施方式
实施方式1
参考图1A和1B对本发明的实施方式1进行说明。图1A表示本实施方式的树脂成型模用材料构成的树脂成型模即将合模前的状态，图1B表示本实施方式的树脂成型模用材料的图1A的A部放大图，它们都是截面图。以下说明中，作为树脂成型的一个例子，对将利用电线布线的芯片装入模腔内，合模状态下在模腔内填充入液状树脂，使其固化制得组件的树脂密封情况进行说明。
图1A中，上模1和下模2合拢构成树脂密封模，即树脂成型模。上模1由本实施方式中的树脂成型模用材料3构成。上模1中设置了流过液状树脂(未图示)的树脂流路4和填充液状树脂的模腔5。因此在树脂流路4和模腔5内的型面6露出了树脂成型模用材料3。另一方面，下模2由工具钢等构成，其上负载了由引线框、印刷基板等形成的基板7。基板7上装载了芯片8，基板7和芯片8的电极(都未图示)间通过电线9通电连接。
对图1A所示的树脂成型模的工作情况进行说明。首先，在下模2上确定位置配置基板7，通过吸附等方法将其固定。然后，使上模1下降完成与下模2的合模。接着，通过对例如由热固性树脂形成的具有一定粘性的液状树脂进行挤压，经树脂流路4将液状树脂填充入模腔5。然后，利用设置于上模1和下模2的加热器(未图示)对液状树脂进行加热使其固化，形成固化树脂。接着，使上模1上升进行开模，取出通过固化树脂将基板7、芯片8和电线9一体化密封的成型品。
参考图1B对本实施方式的树脂成型模用材料进行说明。图1B中，树脂成型模用材料3由陶瓷中的耐磨耗性优良的材料，例如以氧化锆为主的材料构成。树脂成型模用材料3中形成了几乎以直线状延伸的连通孔(以下称为一维连通孔)，该连通孔是从型面6开始向内部(图中为向上方)几乎垂直延伸、且具有微小孔径的多个一维连通孔10。该一维连通孔10的孔径一般为1nm以上未满10μm，较好的是未满1000nm的微小值。该孔径尺寸不论是1个一维连通孔10中的深度方向，还是多个一维连通孔10互相间，都最好是几乎相等的均一值。换言之，多个一维连通孔10的形状为柱状，孔径具有几乎相等的均一值。因此，形成于型面6的各开口11的孔径都具有1nm以上未满10μm，较好是未满1000nm的几乎相等的均一尺寸。此外，存在于一维连通孔10互相间的型面6的部分也是一维连通孔10的外周间的尺寸具有与开口11几乎相等的尺寸，即1nm以上未满10μm，较好是未满1000nm的几乎相等的均一尺寸。
通过树脂成型模用材料3和由其构成的作为树脂成型模的上模1对树脂成型的作用进行说明。第1，开口11具有1nm以上未满10μm、较好是未满1000nm的尺寸。另一方面，包含在液状树脂(未图示)中的填充物的直径在1μm以上。因此，液状树脂从开口11进入一维连通孔10内部的现象被抑制，假设进入其内部，进入的深度也极其浅而滞留。此外，由于一维连通孔10的孔径在深度方向具有1nm以上未满10μm，较好是未满1000nm的微小但几乎均一的值，在一维连通孔10的内壁无凹凸，所以固化树脂很难停留在其内壁。这样一维连通孔10的内壁和固化树脂的接触面积就减小。因此，能够抑制一维连通孔10中的固化树脂的固定效果，使型面6和固化树脂间的粘合性下降。
第2，型面6中，通过具有1nm以上未满10μm的几乎均一的孔径尺寸的一维连通孔10和具有与其几乎相等的均一尺寸、存在于一维连通孔10之间的型面6的部分，设置了多个存在空气的微小开口11。这样减小了型面6和液状树脂的接触面积，所以对应于型面6整体的液状树脂的润湿性下降，因此型面6和固化树脂间的粘合性下降。
第3，一维连通孔10的外周间的尺寸与一维连通孔10的孔径尺寸几乎相等，为1nm以上未满10μm的几乎均一的值，所以在一维连通孔10之间的微小面积部分型面6和液状树脂接触。这样在型面6和液状树脂的界面均匀具备存在空气的微小开口11。这里，由于空气具有对液状树脂难以润湿的性质，所以整个型面6具有排斥带粘性的液状树脂的作用。籍此，对应于型面6整体的液状树脂的润湿性下降，所以型面6和固化树脂之间的粘合性下降。
第4，一维连通孔10从型面6向内部几乎垂直、且几乎以直线状延伸，且其孔径尺寸在深度方向具有几乎相等的均一值。这样作为气体流路的一维连通孔10几乎以直线状延伸，且其内壁的凹凸很少。因此，在分别通过一维连通孔10，模腔5内部的气体利用液状树脂的压力被排出的情况下，或吸引到模腔5的内部的情况下，一维连通孔10中的压力损失减小。因此，能够有效进行包含在液状树脂中的气体的排出，以及填充液状树脂时的压力的下降。
第5，构成上模1的树脂成型模用材料3由陶瓷中的耐磨耗性良好的材料，例如以氧化锆为主的材料形成。所以，即使在包含填充物的液状树脂(未图示)流动的情况下，型面6的磨耗也能得到抑制。
如上所述，本实施方式中，通过型面6和固化树脂间的粘合性的下降，提高了型面6和成型品间的脱模性。此外，由于液状树脂中包含的气体被有效排出，所以能够抑制空隙的产生，同时可减小填充液状树脂时的压力。另外，型面6的磨耗能得到抑制。
上述说明中，仅上模1由本实施方式中的树脂成型模用材料3构成。除此之外，下模2也可由该树脂成型模用材料3构成。这种情况下，通过在下模2的背面连接吸附装置，能够通过一维连通孔10吸附基板7。因此，基板7能够被稳定地保持。
实施方式2
参考图2A和2B对本发明的实施方式2进行说明。图2A表示本发明的实施方式2的树脂成型模用材料构成的树脂成型模即将合模前的状态，图2B表示本实施方式的树脂成型模用材料的图2A的B部放大图，它们都是截面图。
如图2A、2B所示，上模1由本实施方式的树脂成型模用材料12构成。该树脂成型模用材料12具有2层结构，由表面层13和支持层14构成。表面层13包含型面6，由与实施方式1的树脂成型模用材料3相同的材料构成。另一方面，支持层14由与树脂成型模用材料3同样的以氧化锆为主的材料构成，但如图2B所示，具有三维连通的三维连通孔15来替代一维连通孔。在表面层13和支持层14的界面附近，一维连通孔10和三维连通孔15连通。本实施方式中，表面层13的厚度最好为1μm以上未满100μm。此外，三维连通孔15的孔径比一维连通孔10的孔径大，例如，较好为10μm以上的值。
树脂成型模用材料12的制造方法大致如下所述。首先，通过预成型和煅烧，形成以氧化锆为主材料的具有三维连通孔15的多孔质体。然后，对该多孔质体进行加工，形成树脂流路4和模腔5等规定形状。该经过加工的多孔质体的部分相当于支持层14。接着，例如使用PVD(物理蒸气淀积法)、CVD(化学蒸气淀积法)、溅射法等，于规定的气氛中在经过加工的多孔质体表面形成含有氧化锆的层。然后，在规定条件下进行热处理，在该层中形成一维连通孔10，形成表面层13。由于表面层13和支持层14都含有氧化锆，所以它们在界面中的粘合性良好。此外，只要与表面层13之间的粘合性良好，由不含氧化锆的材料，即与表面层13的材料不同的材料也可构成支持层14。
本实施方式中，包含型面6的表面层13具有多个一维连通孔10，且这些一维连通孔10与支持层14的三维连通孔15连通。此外，表面层13较薄，例如具有1μm以上未满100μm的厚度。对应于一维连通孔10的孔径在1nm以上未满10μm，较好的是未满1000nm，三维连通孔15的孔径比一维连通孔10的孔径大。这样能够获得与实施方式1同样的效果。另外，由于三维连通孔15的存在，能够进一步减小至型面6的压力损失。因此，能够进一步有效进行液状树脂中包含的气体的排出，以及填充液状树脂时的压力的下降。
作为本实施方式的变形例，也可在形成支持层14时，混入由导电性材料形成的微粒然后进行煅烧。这样就能够赋予支持层14以导电性。这种情况下，通过适当改变导电性材料的电导率和混合比例等，能够改变支持层14的电阻率。因此，通过将支持层14的电阻率调整为适当值，对支持层14施加电压，能够使支持层14本身发热。此外，通过改变施加的电压、占空比和脉冲宽度等，能够控制支持层14的发热温度。该变形例中，在具有1μm以上未满100μm的较小厚度的表面层13的垂直下方，与该表面层13粘合形成的支持层14本身发热。因此，能够将型面6有效加热至树脂成型所必须的规定温度(例如180℃)，且由于能够保温，可实现树脂成型时的节能。此外，通过将型面6的温度升至适当的温度，能够有效地对型面6进行清洁。
实施方式3
参考图3A、3B对本发明的实施方式3进行说明。
如图3A所示，本实施方式中，在上模1的背面连接了吸引装置16。具体来讲，在上模1的背面连接配管17，配管17通过阀门18与吸引泵19连接。此外，如图3B所示，上模1由本实施方式的树脂成型模用材料20构成。该树脂成型模用材料20具有3层结构，由具有多个一维连通孔10、包含型面6的表面层13，具有多个三维连通孔15的支持层14及介于表面层13和支持层14之间的中间层21构成。中间层21中形成了连通一维连通孔10和三维连通孔15的连接孔22。该连接孔22的孔径最好从一维连通孔10开始随着接近至三维连通孔15慢慢地变大。由于图3A比较复杂，所以未分别画出表面层13、中间层21和支持层14。
本实施方式中，包含型面6的表面层13具有多个一维连通孔10，同时一维连通孔10通过中间层21的连接孔22与支持层14的三维连通孔15连通。连接孔22的孔径从一维连通孔10开始随着接近至三维连通孔15慢慢地变大。这样能够获得与实施方式1同样的效果，而且，能够进一步减小至型面6的压力损失。此外，由于在上模1的背面连接了吸引装置16，所以能够更有效地进行包含在液状树脂中的气体的排出，以及填充液状树脂时的压力的下降。另外，通过孔径慢慢改变的连接孔22的存在，可减小表面层13和支持层14间的残留应力。
上述各实施方式的说明中，本发明适用于在对装载于基板7的芯片8进行树脂密封时，传递模塑使用的树脂成型模。但并不仅限于此，本发明同样适用于树脂密封以外的树脂成型，以空间内填充入液状树脂的状态使其固化的树脂成型，例如，注射成型等使用的树脂成型模。
一维贯通孔10的延伸方向从型面6开始几乎垂直。但并不仅限于此，一维贯通孔10也可对应于型面6沿基本一定的角度延伸。这种情况下，也能够获得与各实施方式同样的效果。
又，上述各实施方式中，也可在上模1的背面连接高压气体供给装置。这样，通过由多孔质体形成的上模1能够向型面供给压缩空气等高压气体。此时，一维贯通孔10内的压力损失减小。因此，不必使用对成型品的一部分进行挤压的推钉，通过供给压力低于以往的低压的压缩空气等，能够对整个成型品施加均匀的压力，使其脱模。
本发明并不仅限于上述各实施方式，在不背离本发明的技术思想的范围内，根据需要可任意且适当地组合、变化或选择使用。例如，在图1A、1B或图2A、2B所示的结构中可组合图3A、3B所示的吸引装置16。图3A、3B的结构中，支持层14也可具备自身发热功能。
如上所述，本发明的上述各实施方式中，通过具有微小孔径的多个一维贯通孔从成为型面的面开始向内部几乎以直线状延伸，在成为型面的面的近旁设置了多个存在空气的微小空间。这样能够使成为型面的面和液状树脂的接触面积减少。此外，在成为型面的面和液状树脂的界面，存在多个微小空间，该空间内存在对液状树脂具有难润湿性的空气。这样可使成为型面的面和液状树脂固化而形成的固化树脂间的粘合性下降。此外，在通过这些一维连通孔排出模腔内部的气体时，压力损失减小。因此，本发明具备良好的实用效果，能够提供使成为型面的面和固化树脂间的脱模性提高的同时、可防止成型品中产生空隙的树脂成型模用材料及树脂成型模。

Claims (5)

1.树脂成型模用材料，它是构成使模腔(5)内的液状树脂固化制造成型品时使用的树脂成型模(1)的树脂成型模用材料，其特征在于，具备多个从前述树脂成型模中成为型面的面(6)向内部几乎以直线状延伸、同时具有微小孔径的一维连通孔(10)，前述一维连通孔(10)的孔径具有1nm以上未满10μm的值。
2.如权利要求1所述的树脂成型模用材料，其特征还在于，前述一维连通孔(10)的孔径具有1nm以上未满1000nm的值。
3.如权利要求1或2所述的树脂成型模用材料，其特征还在于，具备包含前述成为型面的面(6)且具有前述一维连通孔(10)的表面层(13)，以及覆盖前述表面层的背面侧的支持层(14)，前述支持层具有与前述一维连通孔连通的多个三维连通孔(15)，且前述三维连通孔的孔径比前述一维连通孔的孔径大。
4.如权利要求3所述的树脂成型模用材料，其特征还在于，前述支持层(14)具有导电性且通过通电而发热。
5.树脂成型模，它是使模腔(5)内的液状树脂固化制造成型品时使用的树脂成型模，其特征在于，由权利要求1或2所述的树脂成型模用材料构成。
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