CN102712114B - 成形装置及成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种成形装置,包括并列设置的一对轧辊,在一对轧辊间对树脂组合物进行加压,使其成形为片状。该成形装置的各轧辊分别具有形成为圆柱状或圆筒状的芯部和设置在芯部的外周部、由包含氧化物类陶瓷的陶瓷构成的厚0.2~100mm的外层。此外,各轧辊的各自的外层的表面粗糙度Ra(按JIS B 0601中的定义)为0~2μm。
Description
技术领域
本发明涉及一种成形装置及成形方法。
背景技术
已知有用树脂封装材料包覆(封装)半导体芯片(半导体元件)形成的半导体封装件。半导体封装件的封装材料通过例如转移成形等对树脂组合物进行成形加工而得到。在制造该树脂组合物的过程中,在一对轧辊间对该树脂组合物进行加压、制成片状(例如可参见专利文献1)。
专利文献1中记载的各轧辊,其外周面被认为通常由金属材料构成。这样,各轧辊的外周面由金属材料构成时,在轧辊间对树脂组合物进行加压时,由于该树脂组合物和各轧辊外周面之间的摩擦,从各外周面上会产生金属粉。因此,存在会制造出金属粉作为异物混入的树脂组合物的问题。并且,在将混入有金属粉的树脂组合物用于半导体封装件的封装时,不能切实地使半导体芯片绝缘、进行封装,半导体芯片会由于混入的金属粉而出现短路。
专利文献1:日本特开2006-297701号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种在对树脂组合物进行加压、使其成形为片状时能切实地防止该树脂组合物中混入金属粉末的成形装置及成形方法。
上述目的通过下述(1)~(12)的本发明来达到。
(1)一种成形装置,具有并列设置的一对轧辊,在该对轧辊之间对树脂组合物进行加压,使其成形为片状,其特征在于,
所述各轧辊,其各自的至少外周面由陶瓷构成。
(2)上述(1)所述的成形装置,其中,所述各轧辊分别具有呈圆柱状或圆筒状的芯部和设置在该芯部的外周部、由所述陶瓷构成的外层。
(3)上述(2)所述的成形装置,其中,所述外层的厚度为0.2~100mm。
(4)上述(1)~(3)中任一项所述的成形装置,其中,所述陶瓷包含氧化物类陶瓷。
(5)上述(1)~(4)中任一项所述的成形装置,其中,所述各轧辊的外周面的表面粗糙度Ra(按JIS B 0601中的定义)为0~2μm。
(6)上述(1)~(5)中任一项所述的成形装置,其中,所述一对轧辊安装成彼此的轴间距离可变。
(7)上述(1)~(6)中任一项所述的成形装置,其具有对在所述一对轧辊之间通过的所述树脂组合物进行冷却的冷却手段。
(8)上述(7)所述的成形装置,其中,通过所述冷却手段,所述各轧辊的外周面的表面温度在20℃以下。
(9)上述(1)~(8)中任一项所述的成形装置,其中,所述树脂组合物为用混炼装置混炼过的混炼物,
所述一对轧辊设置在所述混炼装置的排出所述混炼物的排出口的下游侧。
(10)上述(9)所述的成形装置,其中,所述混炼装置具有对所述混炼物进行脱气的功能,
通过所述一对轧辊,使所述脱气后的混炼物成形为片状。
(11)上述(1)~(9)中任一项所述的成形装置,其中,所述树脂组合物成为构成IC封装件的外封装部的模塑部。
(12)一种成形方法,其中,使用并列设置的一对轧辊,在该对轧辊之间对树脂组合物进行加压,使其成形为片状,其特征在于,
所述各轧辊的各自的至少外周面由陶瓷构成。
附图说明
图1是显示树脂组合物的制造工序的图。
图2是本发明的成形装置及其周边装置的部分截面侧视图。
图3是图2中所示成形装置的轧辊的纵截面图。
图4是显示本发明的成形装置的第2实施方式的侧视图。
图5是显示本发明的成形装置的第3实施方式的部分截面侧视图。
图6是使用树脂组合物的IC封装件的部分截面图。
具体实施方式
下面根据附图中所示的优选实施方式对本发明的成形装置及成形方法进行详细说明。
<第1实施方式>
图1是显示树脂组合物的制造工序的图,图2是本发明的成形装置及其周边装置的部分截面侧视图,图3是图2中所示成形装置的轧辊的纵截面图,图6是使用树脂组合物的IC封装件的部分截面图。此外,下面,根据说明需要,将图2、图5、图6中的上侧称作“上”、“上方”或“上游”,将下侧称作“下”、“下方”或“下游”。
图2所示的本发明的成形装置1是一种在制造最终形成成形体的树脂组合物时的片材化工序中使用的装置。在说明该成形装置1之前,首先对由原材料制造树脂组合物为止的整个制造工序进行说明。
首先,准备作为树脂组合物的原材料的各种材料。
原材料包括树脂、固化剂和填充材料(无机粒子)(微粒),还可根据需要含有固化促进剂和偶联剂等。作为树脂,优选为环氧树脂。
作为环氧树脂,例如可以是甲酚醛型、联苯型、二环戊二烯型、三酚基甲烷型、多芳环型等。
作为固化剂,例如可以是苯酚酚醛清漆型、苯酚芳烷基型、三酚基甲烷型、多芳环型等。
作为填充材料,例如可以是熔融硅石(破碎状、球状)、结晶硅石、氧化铝等。
作为固化促进剂,例如可以是磷化合物、胺化合物等。
作为偶联剂,例如可以是硅烷化合物等。
原材料也可省略上述材料中的一定材料,此外,还可含有上述以外的材料。作为其他材料,例如可以是着色剂、脱模剂、低应力剂、阻燃剂等。
(微粉碎)
如图1所示,对原材料中的一定材料,首先,用粉碎装置粉碎(微粉碎)至规定的粒度分布。作为进行该粉碎的原材料,例如为树脂、固化剂、固化促进剂等填充材料以外的原材料,但也可加入部分填充材料。此外,作为粉碎装置,例如可以使用连续式旋转球磨机等。
(表面处理)
可对原材料中的一定材料,例如,对全部或部分(剩余部分)填充材料实施表面处理。作为该表面处理,例如使偶联剂等附着在填充材料的表面上。此外,上述微粉碎和表面处理可同时进行,也可先进行任何一方。
(混合)
接着,用混合装置对上述各材料进行混合。作为该混合装置,例如可以使用具有旋转叶片的高速混合机等。
(混炼)
接着,用混炼装置100对上述混合后的材料进行混炼。作为该混炼装置100,例如可以使用单轴型混炼挤出机、双轴型混炼挤出机等挤出混炼机、混合辊等辊式混炼机。
(脱气)
接着,对上述混炼后的混炼物(树脂组合物)进行脱气。该脱气例如可通过与混炼装置100的将上述混炼后的材料排出的排出口101连接的真空泵(图中未示出)来进行。
(片材化)
接着,用成形装置1将上述脱气后的混炼物(以下称“混炼物Q1”)加工成形成片状,得到片状材料(以下称“片材Q2”)。后面对成形装置1进行详述。
(冷却)
接着,用冷却装置对片材Q2进行冷却。由此,在下一工序中可容易且切实地对片材Q2进行粉碎。
(粉碎)
接着,用粉碎装置将片材Q2粉碎至规定的粒度分布,得到粉末状材料。作为该粉碎装置,例如可以使用锤磨机、刀式粉碎机、销棒粉碎机等。
(压片)
接着,用成形体制造装置(压片装置)对上述粉末状材料进行压缩成形,可以得到呈成形体的树脂组合物。
如图6所示,该树脂组合物例如可用于半导体芯片(IC芯片)901的包覆(封装),形成构成半导体封装件(IC封装件)900的外封装部的模塑部902。用该模塑部902可以保护半导体芯片901。此外,用树脂组合物包覆半导体芯片901时,可以通过转移成形等将树脂组合物加工成形、用作封装材料包覆半导体901的方法。在图6所示结构的半导体封装件900中,多个引线架903从模塑部902突出,各引线架903分别通过例如金等具有导电性的金属材料构成的电线904,与半导体芯片901电连接。
此外,也可省略上述压片工序,将粉末状材料作为树脂组合物。此时,例如可用压缩成形、注射成形等对封装材料进行成形。
接着对成形装置1进行说明。
图2所示的成形装置1是用于实施本发明的成形方法的装置。该成形装置1设置在混炼装置100的排出口101的下游侧。在成形装置1中成形的片材Q2通过带式输送机200输送到下一工序。
成形装置1具有一对轧辊2a、2b。轧辊2a和2b被并列设置成水平上相互平行。此外,轧辊2a和轧辊2b的中间位于混炼装置100的排出口101的垂直下方。由此,从混炼装置100的排出口101排出的混炼物Q1可以迅速通过轧辊2a和轧辊2b之间。这样,混炼物Q1在通过轧辊2a和轧辊2b之间时,在该轧辊之间被加压,成为片材Q2。
此外,成形装置1还具有对通过轧辊2a和2b之间的片材(混炼物Q1)进行冷却的冷却手段。通过同时对轧辊2a、2b进行冷却,可以防止混炼物Q1附着到轧辊2a、2b上。
对轧辊2a、2b的旋转次数无特殊限制,例如优选为1~100rpm,更优选为4~45rpm。
此外,轧辊2a和轧辊2b的轴间距离p为恒定,此时,对轧辊2a和轧辊2b的空隙g无特殊限制,例如优选为0.5~5mm,更优选为1~3mm。
轧辊2a和轧辊2b的结构基本相同,因此,下面以轧辊2a为代表进行说明。
如图2、图3所示,轧辊2a呈圆筒状,即,具有中空的芯部3和设置在芯部3的外周面31上的外层4。
在芯部3的两端部上分别形成有其外径缩径了的缩径部32。各缩径部32分别插入在轴承5中。此外,在轧辊2a的一方的端部侧连接有电动机(图中未示出)。由此,轧辊2a可以旋转。
此外,作为芯部3的构成材料,无特殊限制,例如可以是不锈钢等各种金属材料。
在芯部3的外周部31的除了形成有缩径部32的部分以外的区域上设置有外层4。外层4的外周面41将混炼物Q1压碎,形成片材Q2。
该外层4由陶瓷构成。作为陶瓷,无特殊限制,例如可以说氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化钇、磷酸钙等氧化物陶瓷,氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化硼等氮化物陶瓷,碳化钨等碳化物类陶瓷或者这些中的两者以上任意组合而成的复合陶瓷。其中尤其优选包含氧化物类陶瓷。
外层4由这样的陶瓷构成,由此,在使片材Q2成形时,片材Q2和外层4的外周面41之间会产生摩擦,即使外周面41发生磨损,部分被磨削,其磨削掉的部分当然是陶瓷。而例如轧辊2的外周面为金属制成的时候,使片材Q2成形时,由于上述那样的磨损,从该外周面上会产生金属粉末,形成混入了该金属粉末的片材Q2。然而,在成形装置1中,能切实防止这种金属粉末混入片材Q2中,即使上述被磨削的陶瓷混入片材Q2中,该片材Q2仍能充分经受在半导体封装件900的模塑部902中的使用。
此外,通过使用氧化物类陶瓷,尤其是耐磨损性、绝缘性优异的氧化铝作为构成外层4的陶瓷,即使轧辊2a、2b的外周面41磨损,部分被磨削,仍能充分经受在半导体封装件900的模塑部902中的使用。
此外,对外层4的厚度t无特殊限制,例如优选为0.2~100mm,更优选为0.3~40mm。通过将厚度t设定在该数值范围内,能适宜地冷却片材Q2而无过度或不足。例如,冷却不充分时,存在片材Q2意外地贴附在外层4的外周面41上、难以从该外周面41上剥离之虞。此外,能切实防止正在对片材Q2进行加压时外层4出现龟裂等破损。
此外,对外层4的轧辊长度方向的长度L无特殊限制,例如优选为300~1500mm,更优选为500~1000mm。
此外,对轧辊2a的形成有外层4的部分的直径φd无特殊限制,例如优选在300mm以上,更优选为350~600mm。
此外,对外层4的外周面41的表面粗糙度Ra(按JIS B 0601中的定义)无特殊限制,例如优选为0~2μm,更优选为0~1.5μm。
通过将表面粗糙度Ra设定在这样的数值范围内,可以切实地防止片材Q2意外地贴附在外层4的外周面41上,由此,片材Q2从外周面41上的剥离得以切实进行。
冷却手段6具有向轧辊2a、2b的芯部3的中空部33中分别供给制冷剂61的供给源(图中未示出)。作为该供给源,例如可以由贮存制冷剂61的储罐、连接储罐和轧辊2a、2b的芯部3的中空部33的连接管和输送制冷剂61的泵构成。
混炼物Q1由于在上述各工序中经过规定的装置而被加热。在成为片材Q2时,为了维持其形状,优选用冷却手段6对该片材Q2进行冷却。此外,通过对片材Q2进行冷却,还具有防止其粘附到向下一冷却工序进行输送的输送设备且下一工序中的冷却操作的负担减少的优点。
如图3所示,制冷剂61在轧辊2a的中空部33中从其一端侧(图中的左侧)向着另一端侧(图中的右侧)通过(轧辊2b也相同)。由此,制冷剂61可以循环,从而能切实地将片材Q2冷却。
此外,通过冷却手段6,轧辊2a、2b的外周面41的表面温度优选在20℃以下,更优选为-5~15℃。通过将表面温度设定在该数值范围内,可对片材Q2进行适宜的即无不足或过度的冷却。
此外,作为制冷剂,无特殊限制,例如可以是水、油、无机类盐溶液、有机类盐溶液等。
如图2所示,成形装置1具有分别配置在轧辊2a侧及轧辊2b侧的刮板7。各刮板7的结构基本相同,因此,下面以轧辊2a侧的刮板7为代表进行说明。
刮板7用来刮取残留在轧辊2a的外周面41上的混炼物Q1。该刮板7的材质例如由不锈钢等金属、陶瓷、树脂等板材构成,但更优选至少刮板7的表面为非金属。此外,刮板7以可接近/离开轧辊2a的外周面41的方式得到支承。刮板7在接近轧辊2a的外周面41、进行接触的状态下,如上述那样,可刮取混炼物Q1,在没有此必要时,处于离开轧辊2a的外周面41的状态。
<第2实施方式>
图4是显示本发明的成形装置的第2实施方式的侧视图。
下面参照该图对本发明的成形装置及成形方法的第2实施方式进行说明,但以与上述实施方式的不同点为中心进行说明,省略对同样事项的说明。
本实施方式除了轧辊之间的轴间距离被安装成可变以外,与上述第1实施方式相同。
在图4所示的成形装置1中,支承轧辊2a的臂8可在水平方向(图4中的左右方向)上移动。由此,轧辊2a可接近/离开轧辊2b,因此,可以改变轧辊2a和轧辊2b彼此间的轴间距离P。通过这种结构,本实施方式的成形装置1在使片材Q2成形时,容易将该片材Q2加工成形成所希望的厚度。
<第3实施方式>
图5是显示本发明的成形装置的第3实施方式的部分截面侧视图。
下面参照该图对本发明的成形装置及成形方法的第3实施方式进行说明,但以与上述实施方式的不同点为中心进行说明,省略对同样事项的说明。
在混炼装置100中,在排出口101的中途设置有脱气装置300。
脱气装置300具有外壳302、可旋转自由地设置在外壳302内的转子(封装手段)303和对外壳302的后述脱气室3022进行减压的减压机构(减压手段)304。
外壳302设置在混炼装置100的排出口101的中途,具有通过混炼装置100对混炼物Q1进行脱气的脱气室3022及呈圆筒状(筒状)的筒状部3023。筒状部3023位于脱气室3022的下侧。
在图示的结构中,脱气室3022呈其横截面为四方形的筒状。此外,将脱气室3022内的横截面的面积设定成较管路3021内的横截面的面积大。此外,当然也可将脱气室3022内的横截面的面积设定成与管路3021内的横截面的面积相等。
在图示的结构中,筒状部3023为圆筒状,呈其两端部堵塞的形状。在该筒状部3023内设置有可在图5中的顺时针方向自由旋转的转子303。脱气室3022和脱气室3022的下游侧之间被该转子303密封。由此可容易且切实地对脱气室3022进行减压。此外,外壳302的上游侧被混炼装置100内的混炼物Q1密封。
转子303具有将筒状部3023内分隔成多个空间(在图示的结构中为4个空间,即231、232、233及234)的多个(在图示的结构中为4个)隔板3031。各隔板3031以等间隔(等角度间隔),即,在图示的结构中以90°间隔进行配置。该转子303通过图中未示出的电动机(驱动源)的运转而旋转。通过该转子303的旋转,混炼物Q1被隔板3031搬运到下游侧。
此外,在筒状部3023的内周面和隔板3031的前端之间形成有间隙。由此,在转子303旋转时,可以防止隔板3031的前端刮擦筒状部3023的内周面,使构成隔板3031、筒状部3023的材料的粉末(异物)混入到混炼物Q1中。
上述间隙的大小,即筒状部3023的内周面和隔板3031的前端间的间隙距离优选在0.2mm以下,更优选在0.01~0.1mm左右。由此,可以在防止泄漏的同时,防止隔板3031刮擦筒状部3023。
对外壳302的构成材料无特殊限制,但优选筒状部3023的至少内周面由非金属构成,更优选外壳302的至少内周面由非金属构成。此时,筒状部3023也可整个由非金属构成。此外,外壳302也可整个由非金属构成。
此外,对转子303的构成材料无特殊限制,但优选转子303的至少表面由非金属构成。此时,转子303也可整个由非金属构成。
由此,脱气时,可以防止混炼物Q1中混入金属制成的异物(金属异物),在用制成的树脂组合物封装半导体芯片901时,可以防止短路等的发生。
作为上述非金属材料,无特殊限制,例如可以使用上述那样的陶瓷。
减压机构304具有连接在脱气室3022(连通到脱气室3022内)上的管路3043、通过管路3043对脱气室3022进行减压的泵3041和设置在脱气室3022和泵3041间的阀3042。
对混炼物Q1进行脱气时,打开阀3042,使泵3041运转,对脱气室3022内进行减压。
对该脱气时的减压的程度(真空度),即脱气室3022内的压力(气压)无特殊限制,但优选设定在60kPa以下,更优选设定在50kPa以下,尤其优选设定在50~30kPa左右。
由此可以更切实地进行脱气。
接着,根据图5对脱气工序中的脱气装置300的作用进行说明。
如上述那样,脱气装置300的外壳302处于下述密封状态,即,在筒状部3023中,脱气室3022与脱气室3022的下游侧之间被转子303的隔板3031密封。
在对用混炼装置100混炼过的混炼物Q1进行脱气时,打开脱气装置300的阀3042,使泵3041运转,对脱气室3022内进行减压,使其成为减压状态,与此同时,通过使图中未示出的电动机运转而使转子303旋转。将脱气室3022内减压后,不仅该脱气室3022内,脱气室3022的上侧也被减压,成为减压状态,此外,脱气室3022下侧的管路3021内及由连通管路3021的筒状部3023内的隔板3031所分隔成的空间231也被减压,成为减压状态。
混炼物Q1导入(供给)到脱气装置300中后,会因自重(重力)而向下方移动,通过脱气室3022及管路3021,被储存到连通该管路3021的筒状部3023内的空间231内,该空间231在连通管路3021的期间被脱气。由此,从混炼物Q1中除去气体(例如空气等)、水分。这样,在用制成的树脂组合物封装半导体芯片901时,可以防止空洞(气泡)的发生,提高半导体封装件的可靠性。
空间231内的混炼物Q1通过转子303的旋转,由隔板3031搬运,从其排出口101排出。
上面就图示的实施方式对本发明的成形装置及成形方法进行了说明,但本发明并不局限于此,构成成形装置的各部分可以置换成能发挥同样功能的任意部件。此外,还可以附加任意的部件。
此外,本发明的成形装置及成形方法可以是组合了上述各实施方式中任意2个以上的结构(特征)的成形装置及成形方法。
此外,本发明的成形装置的各轧辊分别具有芯部和外层,该外层由陶瓷构成,但并不局限于此,也可整个轧辊由陶瓷构成。
此外,本发明的成形装置的各轧辊的各自的芯部呈圆筒状,但并不局限于此,例如,芯部也可呈圆柱状,即,芯部为实体。
根据本发明,在对树脂组合物进行加压、使其成形为片状时,即使该树脂组合物和各轧辊的外周面之间产生摩擦,外周面发生磨损,部分被磨削,该磨削的部分当然也是陶瓷。与此相对,例如各轧辊的外周面为金属制成的时候,在对树脂组合物进行成形时,由于上述磨损,从该外周面上会产生金属粉末,形成混入了该金属粉末的树脂组合物。然而,在本发明中,能切实地防止这样的金属粉末混入树脂组合物中,而且,即使上述磨削的陶瓷混入树脂组合物中,该树脂组合物也能充分经受使用。因此,本发明具有产业上应用的可能性。
Claims (10)
1.成形装置,用于对树脂组合物的混炼物加压,使其成形为片状混炼物,其特征在于,
所述成形装置包括:具有向外部开放、将所述混炼物排出至垂直下方的排出口、设置在所述排出口的中途的脱气装置的混炼装置,以及并列配置在所述混炼装置的所述外部且在所述排出口的垂直下方侧的一对轧辊,
所述混炼装置将所述树脂组合物混炼、得到所述混炼物,
所述脱气装置对所述混炼物进行脱气,并以使所述脱气后的混炼物分别收纳在多个空间中的方式使将所述脱气后的混炼物进行分隔的多个隔板旋转,由此将所述脱气后的混炼物通过向所述外部开放的所述排出口排出至所述混炼装置的所述外部,
所述一对轧辊在其之间对从所述混炼装置的所述排出口排出至所述垂直下方的所述脱气过的混炼物加压,使其成形为所述片状混炼物,
所述各轧辊的至少外周面和所述隔板的至少表面由陶瓷构成。
2.根据权利要求1所述的成形装置,其特征在于,所述各轧辊分别具有呈圆柱状或圆筒状的芯部和设置在该芯部的外周部上、由所述陶瓷构成的外层。
3.根据权利要求2所述的成形装置,其特征在于,所述外层的厚度为0.2~100mm。
4.根据权利要求1所述的成形装置,其特征在于,所述陶瓷包含氧化物类陶瓷。
5.根据权利要求1所述的成形装置,其特征在于,所述各轧辊的外周面的按JIS B0601定义的表面粗糙度Ra为0~2μm。
6.根据权利要求1所述的成形装置,其特征在于,所述一对轧辊的彼此的轴间距离被安装成可变。
7.根据权利要求1所述的成形装置,其特征在于,所述各轧辊具有对在所述一对轧辊之间通过的所述脱气过的混炼物进行冷却的冷却手段,
所述各轧辊沿所述各轧辊的长度方向具有形成为贯穿所述各轧辊的中空部,
所述冷却手段使制冷剂通过所述各轧辊的所述中空部内,由此使通过所述一对轧辊之间的所述脱气过的混炼物冷却。
8.根据权利要求7所述的成形装置,其特征在于,通过所述冷却手段,所述各轧辊的外周面的表面温度在20℃以下。
9.根据权利要求1所述的成形装置,其特征在于,所述树脂组合物形成构成IC封装件的外封装部的模塑部。
10.成形方法,用于对树脂组合物的混炼物加压、使其成形为片状混炼物,其特征在于,
所述成形方法使用成形装置,该成形装置包括:具有向外部开放、将所述混炼物排出至垂直下方的排出口、设置在所述排出口中途的脱气装置的混炼装置,以及并列配置在所述混炼装置的所述外部并在所述排出口的垂直下方侧的一对轧辊,
所述混炼装置将所述树脂组合物混炼、得到所述混炼物并排出至所述外部,
所述脱气装置对所述混炼物进行脱气,并以使所述脱气后的混炼物分别收纳在多个空间中的方式使将所述脱气后的混炼物进行分隔的多个隔板旋转,由此将所述脱气后的混炼物通过向所述外部开放的所述排出口排出至所述混炼装置的所述外部,
所述一对轧辊在其之间对从所述混炼装置的所述排出口排出至所述垂直下方的所述脱气过的混炼物加压,使其成形为所述片状混炼物,
所述各轧辊的至少外周面和所述隔板的至少表面由陶瓷构成。
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