DE3811811A1

DE3811811A1 - Device for gating into a runner system when injection moulding

Info

Publication number: DE3811811A1
Application number: DE19883811811
Authority: DE
Inventors: Georg Dr Draeger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-04-08
Filing date: 1988-04-08
Publication date: 1989-10-19

Abstract

A device for gating into a runner system when injection moulding with polymer material is to be optimised with regard to the mould-polymer system. The device has straight side arms (21), which communicate in pairs respectively with an injection cylinder liner and with numerous cavities (20). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anspritzen eines Verteilersystems beim Spritzformen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for injection molding Distribution system for injection molding according to the generic term of Claim 1.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit mindestens einem Spritzkolben zur Herstellung mindestens eines Kunststoff formteiles, insbesondere zum Herstellen mindestens eines Gehäu ses für eine Halbleitervorrichtung. Die Vorrichtung mit min destens einem Spritzkolben besitzt wenigstens eine Spritzform, in deren mindestens einem Füllraum eine erwärmte Kunststoff- Formmasse von mindestens einem Spritzkolben über Kanäle in zu gehörige Kavitäten (Hohlräume, Formnester) gepreßt wird. Mit einer solchen Vorrichtung können Gehäuse für diskrete Bauelemen te (Transistoren, Dioden, optoelektronische Bauelemente, Lei stungshalbleiter), für passive Bauelemente (Widerstände, Kapa zitäten) und für integrierte Halbleiterbauelemente hergestellt werden.The invention relates to a device with at least a plunger for producing at least one plastic molded part, in particular for producing at least one housing ses for a semiconductor device. The device with min at least one injection piston has at least one injection mold, in their at least one filling chamber a heated plastic Molding compound from at least one injection plunger via channels appropriate cavities (cavities, mold cavities) is pressed. With Such a device can be used for housings for discrete components te (transistors, diodes, optoelectronic components, Lei semiconductor devices), for passive components (resistors, Kapa capacities) and for integrated semiconductor components will.

Die Konstruktions- und Betriebsweise einer Spritz-Form-Vorrich tung ist für einen Fachmann wohlbekannt und ist beispielsweise in Kapitel 7 von "Plastics Mold Engineering Handbook", Third Edition, edited by J. Harry DuBois and Wayne I. Pribble, be schrieben und wurde veröffentlicht im Jahre 1978 von Van Nostrand Reinhold Company.The design and operation of an injection molding machine tion is well known to a person skilled in the art and is, for example in Chapter 7 of "Plastics Mold Engineering Handbook", Third Edition, edited by J. Harry DuBois and Wayne I. Pribble, be wrote and was published in 1978 by Van Nostrand Reinhold Company.

Beim Umhüllen von Halbleitervorrichtungen werden mehrere als sogenannte Chips ausgebildete Halbleitervorrichtungen auf einem gemeinsamen Band angeordnet, das in die Spritzform eingelegt wird. Die Spritzform wird geschlossen und die in den Kavitäten liegenden Halbleiterchips werden dann jeweils in ein separates Kunststoffgehäuse eingegossen. Als Kunststoffe werden dabei vorzugsweise Duroplaste verwendet.When wrapping semiconductor devices, multiple are so-called chips-formed semiconductor devices on a arranged common tape that inserted into the injection mold becomes. The injection mold is closed and that in the cavities lying semiconductor chips are then each in a separate Cast in plastic housing. As plastics are there preferably thermosets used.

Spritz-Form-Vorrichtungen sind aus GB-A-21 27 736 und aus EP-A-01 24 244 bekannt.Injection molding devices are from GB-A-21 27 736 and from EP-A-01 24 244 known.

Eine solche Spritz-Form-Vorrichtung nach dem Stand der Technik ist anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Ein Bauelementeträ ger (lead frame) 1 trägt einen Halbleiterchip 8. Dieser Halblei terchip 8 ist mit elektrischen Anschlußdrähten mit den auf dem Bauelementeträger 1 vorgesehenen elektrischen Anschlüssen ver bunden. Der Bauelementeträger 1 ist so in die Spritzform einge legt, daß der Halbleiterchip 8 in einer Kavität 13 der Spritzform angeordnet ist. Geschmolzener Kunststoff, wie z.B. wärmehärten des Harz, das man durch das Schmelzen von sogenannten Tabletten (pellets) erhält, wird unter Druck in die Kavität 13 durch einen Verteilerkanal (runner) 11 und durch ein Tor (gate) 12 gepreßt. Der Verteilerkanal 11 und das Tor 12 gehören zum unteren Form teil 15. Nach dem Ausformen der Kunststofform werden die elek trischen Anschlüsse 6 der Umhüllung 5 vom Rahmen des Bauelemente trägers 1 getrennt und zu ihrer endgültigen Form gebogen. Auf diese Weise erhält man das Kunststoff-ummantelte Halbleiter-Bau element 7, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Das Bezugszeichen 2 be zeichnet einen Führungsschlitten (cradle), das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Führungsöffnung (pilot aperture), das Bezugs zeichen 4 bezeichnet eine Klammer (pinch).Such an injection molding device according to the prior art is explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 3. A component carrier (lead frame) 1 carries a semiconductor chip 8 . This semiconducting terchip ver 8 is connected with electrical connecting wires to the provided on the component carrier 1 electrical connections. The component carrier 1 is so likely turned into the injection mold, in that the semiconductor chip 8 is disposed in a cavity 13 of the injection mold. Molten plastic, such as, for example, thermosetting the resin, which is obtained by melting so-called tablets (pellets), is pressed under pressure into the cavity 13 through a distribution channel (runner) 11 and through a gate (gate) 12 . The distribution channel 11 and the gate 12 are part of the lower mold part 15 . After molding the plastic mold, the electrical connections 6 of the sheathing 5 are separated from the frame of the component carrier 1 and bent to their final shape. In this way, you get the plastic-coated semiconductor device 7 , as shown in Fig. 2. The reference symbol 2 be a guide carriage (cradle), the reference symbol 3 denotes a guide aperture (pilot aperture), the reference symbol 4 denotes a clip (pinch).

Fig. 3 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Spritz-Form- Vorrichtung, wie sie in dem oben beschrieben Verfahren zur Her stellung einer Umhüllung von Halbleitervorrichtungen benutzt werden kann. Die Form 10 besteht aus einer oberen Hälfte 14 und einer unteren Hälfte 15, dem Verteiler (runner) 11, den Kavitä ten 13, einem Anguß (Verteiler) (cull) 16, der das geschmolzene Harz aufnimmt, einem Spritzkolben 17, der einen Druck ausübt auf Tabletten 18 aus wärmehärtendem Material, einem Topf 19, in dem der Spritzkolben 17 sich aufwärts und abwärts bewegt. Fig. 3 zeigt zwar nur drei Kavitäten 13, gewöhnlich werden jedoch 10 bis 200 Kavitäten in einer Form 10 vorgesehen. Fig. 3 shows a schematic section through an injection molding device, as it can be used in the above-described method for the manufacture of a sheathing of semiconductor devices. The mold 10 consists of an upper half 14 and a lower half 15 , the distributor (runner) 11 , the cavities 13 , a sprue (distributor) (cull) 16 , which receives the molten resin, a syringe piston 17 , the pressure exerts on tablets 18 made of thermosetting material, a pot 19 in which the plunger 17 moves up and down. Fig. 3 shows, although only three cavities 13, but usually 10 to 200 cavities are provided in a mold 10.

In einer solchen Spritz-Form-Vorrichtung nach Fig. 3 ist die Form 10 auf etwa 180°C erwärmt. Das Harz der Tablette 18 wird durch die Wärme der Form 10 und durch den Druck, der von dem sich ab wärts bewegenden Spritzkolben 17 hervorgerufen wird, geschmol zen. Der Spritzkolben 17 kann mit Hilfe einer Hydraulik aufwärts und abwärts bewegt werden. Das geschmolzene Harz der Tablette 18 gelangt zu den Kavitäten 13 durch den Anguß 16, durch den Verteiler 11 und durch Tore 12. Wenn das geschmolzene Harz der Tablette 18 alle Kavitäten 13 füllt, bewegt sich der Spritzkol ben 17 wieder aufwärts, um einen Kolbenhub zu vollenden.In such an injection molding device according to FIG. 3, the mold 10 is heated to approximately 180 ° C. The resin of the tablet 18 is melted by the heat of the mold 10 and by the pressure caused by the syringe 17 moving downward. The injection piston 17 can be moved up and down by means of a hydraulic system. The molten resin of the tablet 18 reaches the cavities 13 through the sprue 16 , through the distributor 11 and through gates 12 . When the molten resin of the tablet 18 fills all the cavities 13 , the Spritzkol ben 17 moves up again to complete a piston stroke.

Eine Spritz-Form-Vorrichtung kann sowohl eine Spritz-Preß-Vor richtung als auch eine Spritz-Gieß-Vorrichtung sein.An injection molding device can be both an injection molding press direction as well as an injection molding device.

Eine Umhüllung muß eine Halbleitervorrichtung gegenüber Tempe raturänderungen, gegenüber Einwirkungen von Feuchtigkeit, gegen über anderen äußeren Einflüssen, gegen Bruch oder gegen Änderun gen der der Halbleitervorrichtung innewohnenden Eigenschaften aufgrund von mechanischer Erschütterung oder Stoß schützen.A clad must be a semiconductor device versus tempe changes in temperature, against the effects of moisture, against over other external influences, against breakage or against changes against the inherent properties of the semiconductor device Protect due to mechanical shock or shock.

Beim Spritzformen qualitativ hochwertiger Kunststoffteile müssen alle Einflußgrößen, die sich bei der Verarbeitung auswirken, sorgfältig beachtet werden. Erst dadurch ist das optimale Her stellen präziser Teile in einem engen Fertigungstoleranzbereich gewährleistet.When injection molding high quality plastic parts all influencing factors that affect processing, be carefully observed. Only then is the optimal her make precise parts in a narrow manufacturing tolerance range guaranteed.

Folgende Forderungen sind für das Spritzformen von Qualitäts- Kunststoffteilen zu erfüllen:The following requirements are for the injection molding of quality To fulfill plastic parts:

Beim Formteil: hohe Präzision (Genauigkeit der Abmessungen, Oberflächengüte), Maßhaltigkeit im Einsatzbereich, hohe Funk tionstüchtigkeit, konstante Qualität, niedriger Herstellungs preis;
bei der Fertigung: enge Toleranzen (Abmessung, Gewicht), gerin ger Ausschuß, kurze Produktionszeiten, hoher Automatisierungs grad. For the molded part: high precision (accuracy of dimensions, surface quality), dimensional accuracy in the area of use, high functionality, constant quality, low manufacturing price;
in production: tight tolerances (dimensions, weight), low rejects, short production times, high degree of automation.

Um diesen Forderungen an die Präzision von Spritz-Form-Teilen gerecht werden zu können, sind folgende Voraussetzungen not wendig:
kunststoffgerecht gestaltes Formteil, werkstoff- und formteil gerecht ausgelegtes Spritz-Form-Werkzeug, optimal gestaltetes Anguß- und Anschnittsystem, temperaturgeregeltes Spritz-Form- Werkzeug, der jeweiligen Kunststoff-Formmasse entsprechende Verarbeitung, reproduzierbar einstellbare Spritz-Form-Maschine, Kontrolle der Fertigteile.In order to meet these requirements for the precision of injection molded parts, the following requirements are necessary:
molded part designed for plastics, injection molding tool designed for materials and molded parts, optimally designed sprue and gate system, temperature-controlled injection molding tool, processing for the respective plastic molding compound, reproducible adjustable injection molding machine, inspection of the finished parts.

Den Spritz-Form-Vorgang selbst kann man untergliedern in folgen de Teilvorgänge:
Auf- bzw. Vorbereiten der Kunststoff-Formmasse, Zuführen der Kunststoff-Formmasse, Plastifizieren der Kunststoff-Formmasse, Füllen der Kavitäten (Formnester, Hohlräume), Erstarren des Kunststoffs im Werkzeug, Entformen und Nachbehandeln des Form teils.The injection molding process itself can be divided into the following sub-processes:
Preparing or preparing the plastic molding compound, feeding the plastic molding compound, plasticizing the plastic molding compound, filling the cavities (mold cavities, cavities), solidifying the plastic in the mold, demolding and post-treating the molded part.

Alle Teilvorgänge innerhalb des Spritz-Form-Prozesses können wesentliche Einflußgrößen für den Arbeitsablauf sein. Es ist daher wichtig, daß diese Vorgänge konstant gehalten werden, um eine kontinuierliche Fertigung bei gleichbleibender Teilequali tät sicherzustellen. Alle einmal eingestellten Verarbeitungspa rameter sollten sich daher nicht verändern und sollten jederzeit wieder reproduzierbar sein.All sub-processes within the injection molding process can essential factors influencing the workflow. It is it is therefore important that these processes are kept constant in order to continuous production with the same quality of parts action. All processing pa set once Therefore, parameters should not change and should at any time be reproducible again.

Für die Massenfertigung von elektronischen Bauelementen werden an das Werkzeug folgende wesentliche Anforderungen gestellt: Erzielung hoher Stückzahlen pro Zeit, geringe Störanfälligkeit und geringer Verschleiß, hohe Kunststoffausnutzung, Homogenität der Ummantelungsmasse und Qualität der mit einer Umhüllung ver sehenen elektronischen Bauelemente, geringe Kosten des Werkzeugs, innovative Technik zur Anwendung des Werkzeugs auch für die fernere Zukunft. Zur Massenfertigung von elektronischen Bauele menten kommen Werkzeuge in Betracht, die das simultane An spritzen zahlreicher Kavitäten zulassen.For mass production of electronic components The following essential requirements are placed on the tool: Achieving large quantities per time, low susceptibility to faults and low wear, high plastic utilization, homogeneity the casing mass and quality of the ver with a casing electronic components, low cost of the tool, innovative technology for the application of the tool also for the further future. For mass production of electronic components tools that allow simultaneous arrival allow injection of numerous cavities.

Bei der Konstruktion eines Spritz-Form-Werkzeugs für elektro nische Bauelemente müssen folgende wichtige Punkte geklärt sein: Zahl der simultan zu fertigenden Bauteile (Zahl der Formnester), Anordnung der Formnester, Geometrie der Kavitäten, Anspritztech nik und Anspritz-Geometrie. Zur Anspritztechnik und Anspritz- Geometrie gehören Überlegungen, ob ein separater Auswurfkörper mit einer Sollbruchstelle zwischen Verteiler (runner) und An spritzkörper gewählt werden soll oder ob der Anspritzkörper nach dem Ausformen am Verteiler (runner) bleiben soll und wie groß die Anzahl der Anspritzungen (Monoplunger, Multiplunger) sein soll.When designing an injection molding tool for electro The following important points have to be clarified: Number of components to be manufactured simultaneously (number of mold cavities), Arrangement of the mold cavities, geometry of the cavities, injection technology nik and injection geometry. For injection technology and injection Geometry includes considerations of whether to have a separate chute with a predetermined breaking point between distributor (runner) and An injection body should be selected or whether the injection body after molding on the distributor (runner) and how large the number of injections (monoplungers, multiplungers) should be.

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Formmasse bestimmen wesentlich die Taktzeit wie auch die Geometrie des Werkzeugs. So wird die Taktzeit hauptsächlich durch die Härte zeit der Formmasse und die anfallende Reinigungszeit des Werk zeugs festgelegt. Die Reinigungszeit des Werkzeugs kann durch entsprechende Wahl des Werkzeug-Materials, der Werkzeug-Ober fläche und Werkzeug-Geometrie als auch durch die Wahl besser entformbarer Formmassen minimiert werden.The physical and chemical properties of the molding compound determine the cycle time as well as the geometry of the Tool. So the cycle time is mainly due to the hardness time of the molding compound and the cleaning time of the plant stuff set. The tool can be cleaned by appropriate choice of tool material, the tool upper surface and tool geometry as well as by choosing better demouldable molding compounds are minimized.

Die Kunststoffausnutzung ist abhängig vom Verteiler (runner)- Volumen, von der Anspritzart (Mono- oder Multi-Plunger) sowie vom Volumen des verbleibenden Anspritzkörpers. Das Verteiler volumen hängt auch von der Anspritzart ab. Zur Anspritzung von mehreren Kavitäten mit Hilfe einer einzigen Kunststoff-Tablette 18 muß, um dem erhöhten Massestrom pro Zeiteinheit Rechnung zu tragen, der Querschnitt des Verteilers vergrößert werden.The plastic utilization depends on the distributor (runner) volume, the type of gating (mono or multi-plunger) and the volume of the remaining gating body. The distributor volume also depends on the type of gating. In order to inject several cavities with the aid of a single plastic tablet 18 , the cross section of the distributor must be enlarged in order to take into account the increased mass flow per unit time.

Das Volumen der Kunststofftablette 18 geht auch über den Durch messer und die Höhe des verbleibenden Anspritzzylinders in die Berechnung der Kunststoffausnutzung ein.The volume of the plastic tablet 18 also goes into the calculation of the plastic utilization via the diameter and the height of the remaining injection cylinder.

Der Tablettendurchmesser ist bei gleicher Taktzeit wesentlich für die Wärmeübertragung zwischen dem Werkzeug (Spritz-Form-Vor richtung) und der Kunststofftablette 18 und damit für den in nerhalb der Kunststofftablette 18 erzeugten Temperaturgradien ten verantwortlich. The tablet diameter is essential for the same cycle time for the heat transfer between the tool (injection molding device) and the plastic tablet 18 and thus responsible for the temperature gradients generated within the plastic tablet 18 th

Der Temperaturgradient führt zu unterschiedlicher Formmassen- Viskosität und zu unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit des Kunststoffes. Dies kann sich insbesondere bei mit kristal linem Quarz gefüllter Formmasse ungünstig auf den Verschleiß (Abrasion) des Werkzeugs auswirken. Zur Verminderung des Tem peraturgradienten innerhalb der Kunststofftablette 18 kann die Taktzeit erhöht werden oder der Durchmesser der Kunststofftab lette 18 verkleinert werden. Ein kleinerer Durchmesser der Kunststofftablette 18 führt jedoch zu einer größeren Höhe der Kunststofftablette 18, wobei das Verhältnis zwischen Durchmes ser und Höhe der Kunststofftablette 18 bei gleichem Volumen des Topfes 19 aus Tablettierungsgründen nicht beliebig variiert werden kann. Ein kleinerer Durchmesser der Kunststofftablette 18 bewirkt schließlich über den entsprechend kleineren Durchmes ser des Anspritzkörpers eine höhere Kunststoffausnutzung.The temperature gradient leads to different molding compound viscosity and to different flow rates of the plastic. This can have an unfavorable effect on the wear (abrasion) of the tool, in particular when the molding compound is filled with crystalline quartz. To reduce the temperature gradient within the plastic tablet 18 , the cycle time can be increased or the diameter of the plastic tablet 18 can be reduced. A smaller diameter of the plastic tablet 18 , however, leads to a greater height of the plastic tablet 18 , the ratio between diameter and height of the plastic tablet 18 cannot be varied at will for the same volume of the pot 19 for reasons of tableting. A smaller diameter of the plastic tablet 18 finally causes a higher plastic utilization over the correspondingly smaller diameter of the injection molded body.

Das System Werkzeug-Kunststoff ist deshalb so komplex, weil die Parameter der zu berücksichtigenden Größen wie z.B. der Kunst stoffausbeute nicht unabhängig voneinander sind.The tool-plastic system is so complex because the Parameters of the sizes to be taken into account, e.g. of art material yield are not independent of each other.

Spritzformteile mit hohem Qualitätsniveau wie kleine Toleranzen, hohe mechanische Werte, saubere Oberfläche, möglichst wenig in nere Spannungen, einwandfreie Langzeitstabilität, gute optische Werte, günstige elektrische Werte, usw. erfordern umfangreiche Kenntnisse über den Zusammenhang zwischen dem Spritzformprozeß und der Formteilqualität.Injection molded parts with a high level of quality such as small tolerances, high mechanical values, clean surface, as little as possible low voltages, perfect long-term stability, good optical Values, favorable electrical values, etc. require extensive Knowledge of the relationship between the injection molding process and the quality of the molded part.

Zahlreiche Formnester können über ein Verteilersystem mit Sei tenarmen und Anspritzspinne über ein Einkolbensystem gefüllt werden.Numerous mold cavities can be created using a distribution system ten arms and injection spider filled via a single piston system will.

Oder wenige Formnester können in sogenannten Multiplunger-Um hüllsystemen mit mehreren Kolben gefüllt werden.Or a few mold nests can be found in so-called multiplungers envelope systems with several pistons.

Die Systemeinheit Werkzeug-Kunststoff soll in Abhängigkeit von den Parametern Kunststoffausbeute, Werkzeugverschleiß, Werkzeug geometrie, Taktzeit, Anspritztechnik, Störanfälligkeit, Form nestzahl, Kosten, usw. optimiert werden.The system unit tool-plastic should be dependent on the parameters plastic yield, tool wear, tool geometry, cycle time, injection technology, susceptibility to faults, shape Nest number, costs, etc. can be optimized.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Systemeinheit Werkzeug-Kunststoff in Abhängigkeit von den Para metern Kunststoffausbeute, Werkzeugverschleiß, Werkzeuggeometrie, Taktzeit, Anspritztechnik, Störanfälligkeit, Formnestzahl und Kosten optimiert ist.The present invention has for its object a Specify device of the type mentioned, in which the System unit tool-plastic depending on the Para meters of plastic yield, tool wear, tool geometry, Cycle time, injection technology, susceptibility to faults, number of mold pockets and Cost is optimized.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach dem Patentanspruch gelöst.According to the invention, this object is achieved by a device solved the claim.

Die Erfindung beruht auf einem Weglassen der Anspritzspinne im Vergleich mit einer Vorrichtung, bei der zahlreiche Formnester über ein Verteilersystem mit Seitenarmen und Anspritzspinne über ein Einkolbensystem gefüllt werden. Die Seitenarme werden bei der Erfindung jeweils über ein Einkolbensystem gefüllt.The invention is based on omitting the injection spider in Comparison with a device with numerous mold cavities via a distribution system with side arms and injection spider be filled via a single piston system. The side arms are filled with a single piston system in the invention.

Eine Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht folgende Vortei le:A device according to the invention enables the following advantages le:

Optimierung der rheologischen Eigenschaften; Vereinheitlichung der Einspritzverhältnisse über die gesamte Werkzeug-Topographie; Flexibilität der Werkzeug-Kapazität dadurch, daß eine Anspritzung leergelassen werden kann; höhere Kunststoffnutzung; kürzere Zykluszeiten infolge geringerer Kunststoffvolumina (insbesondere hinsichtlich der Anspritzung) und Einsatz von schnell härtenden Harzmassen als wärmehärtendes Material bewirken eine höhere Stückzahlleistung; bessere Kapitalauslastung und damit preis werteres Werkzeug im Vergleich mit Multiplunger-Systemen.Optimization of rheological properties; unification the injection ratios across the entire tool topography; Flexibility of the tool capacity in that a gating can be left empty; higher plastic usage; shorter Cycle times due to lower plastic volumes (in particular with regard to gating) and the use of quick-curing Resin compounds as a thermosetting material cause a higher Number of pieces; better capital utilization and thus price more valuable tool compared to multiplunger systems.

Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus Beschreibung und Zeichnung.Refinements and advantages of the invention result from Description and drawing.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt einen Bauelementeträger, der in eine Kavität ein gelegt ist. Fig. 1 shows a component carrier, which is placed in a cavity.

Fig. 2 zeigt ein umhülltes Halbleiterbauelement. Fig. 2 shows a coated semiconductor device.

Fig. 3 zeigt einen schematischen Schnitt einer Spritz-Preß-Vor richtung. Fig. 3 shows a schematic section of an injection molding device before.

Fig. 4 zeigt ein Verteilersystem mit Seitenarmen und Anspritz spinne, bei dem zahlreiche Formnester über ein Einkolben system gefüllt werden. Fig. 4 shows a distribution system with side arms and injection spider, in which numerous mold cavities are filled via a single-piston system.

Fig. 5 zeigt ein Verteilersystem mit Seitenarmen nach der Erfin dung. Fig. 5 shows a distribution system with side arms according to the inven tion.

Die Beispiele der Fig. 4 und 5 gehen davon aus, daß die Zahl der Formnester 20 192 beträgt. Die Anordnung der Formnester 20 soll dabei linear entlang von Seitenarmen 21 und zwar parallel zuein ander auf beiden Seiten jeweils der Seitenarme 21 erfolgen. Auf jeder Seite der Seitenarme 21 befinden sich daher 16 Kavitäten.The examples of Figs. 4 and 5 assume that the number of mold cavities is 20,192. The arrangement of the mold cavities 20 should be linear along side arms 21 and parallel to each other on both sides of the side arms 21 . There are therefore 16 cavities on each side of the side arms 21 .

Insgesamt sind drei Paare von Seitenarmen 21 vorhanden. Die Ka vitäten der Formnester 20 sollen der Kavität eines DIL 6-Gehäuses entsprechen. Die Anspritzkörper sollen am Verteiler (runner) bleiben.There are a total of three pairs of side arms 21 . The cavities of the mold cavities 20 should correspond to the cavity of a DIL 6 housing. The injection bodies should remain on the distributor (runner).

Ein DIL 6-Gehäuse besitzt ein Volumen von etwa 2,06 mm³. Ein Seitenarm (Subrunner) 21 besitzt je Paar von Formnestern 20 ein Volumen von ca. 70 mm³.A DIL 6 housing has a volume of approximately 2.06 mm ³ . A side arm (subrunner) 21 has a volume of approximately 70 mm 3 per pair of mold nests 20 .

Das Verteilervolumen wird bei Doppelanspritzung zweier Form nester 20 über einen Seitenarm 21 sinnvollerweise je Formnest paar angegeben. Aus rheologischen (fließtechnischen) Gründen muß die Verteilerquerschnittsfläche in Abhängigkeit von der angeschlossenen Kavitätszahl variieren.The distributor volume is indicated in a double injection of two mold nests 20 via a side arm 21, meaningfully, per mold nest. For rheological (flow) reasons, the cross-sectional area of the distributor must vary depending on the number of cavities connected.

Die Seitenarme 21 besitzen einen trapezförmigen Querschnitt, der sich verjüngt. Dieser Querschnitt hat den Vorteil guter Entformbarkeit. Der Seitenarm 21 verjüngt sich von 7 mm auf 3,5 mm Breite aufgrund der Seitenanspritzung des Seitenarms 21, der je 32 Formnester (Kavitäten) zu versorgen hat. Mit dieser Verjüngung wird dem doppelt so großen Massefluß pro Zeitein heit Rechnung getragen. The side arms 21 have a trapezoidal cross section that tapers. This cross-section has the advantage of good demoldability. The side arm 21 tapers from 7 mm to 3.5 mm in width due to the side gating of the side arm 21 , which has to supply 32 mold cavities. This rejuvenation takes into account the double mass flow per unit of time.

Hier sei angemerkt, daß die quantitative rheologische, thermi sche und mechanische Auslegung des Werkzeugs mittels CAM (Com puter aided engineering) und CAD (Computer aided design) als Rationalisierungs- und Optimierungshilfe in der Konstruktions planung bei derart komplizierten Formen mangels Materialdaten und geeigneter Theorien bzw. Modellen (Vereinfachungen!) nicht möglich ist.It should be noted here that the quantitative rheological, thermi mechanical and mechanical design of the tool using CAM (Com puter aided engineering) and CAD (Computer aided design) as Rationalization and optimization aid in construction planning with such complicated shapes due to a lack of material data and suitable theories or models (simplifications!) not is possible.

Die Preßmasse kommt in Form von Tabletten zum Einsatz. Am Ver teilersystem bleibt nach der Härtung des Kunststoffs ein An spritzzylinder zurück.The molding compound is used in the form of tablets. On ver divider system remains on after the plastic has hardened injection cylinder back.

Das berechenbare, zur Anspritzung aller Formnester 20 notwendige Tablettenvolumen korreliert direkt über den Tablettendurchmesser und die Tablettenhöhe mit dem Temperaturgradienten innerhalb der Tablette.The calculable tablet volume required to inject all the mold nests 20 correlates directly with the tablet diameter and the tablet height with the temperature gradient within the tablet.

Für jede Preßmasse tritt in Abhängigkeit von Tablettengeometrie, Tablettenvortemperierung, Verarbeitungszeit der Tablette und Werkzeugtemperatur aufgrund der schlechten Wärmeleitung des Kunststoffmaterials ein Temperaturgradient auf.For each molding compound, depending on the tablet geometry, Tablet pre-heating, tablet processing time and Tool temperature due to the poor heat conduction of the Plastic material on a temperature gradient.

Eine Optimierung des Temperaturgradienten gelingt bei gegebener Preßmasse und damit festgelegter Arbeitstemperatur und Arbeits zeit durch kleinere Tablettenvolumina.The temperature gradient can be optimized for a given one Molding compound and thus fixed working temperature and working time through smaller tablet volumes.

Die Minimierung des Temperaturgradienten bewirkt:
Optimierung der rheologischen und thermischen Eigenschaften der Preßmasse; hohe Homogenität der Kunststoffeigenschaften inner halb eines Formnests 20 und damit eine bessere Qualität der Umkapselung (z.B. bessere Zykelfestigkeit, feuchte Resistenz usw.); gerade bei Duroplasten mit kristallinem Quarzgut-Filler wird die Abrasion des Werkzeugs wesentlich vom Temperaturgra dienten beeinflußt; der Grund dafür ist, daß die Viskosität eine Funktion der Temperatur ist.The minimization of the temperature gradient causes:
Optimization of the rheological and thermal properties of the molding compound; high homogeneity of the plastic properties within a mold cavity 20 and thus a better quality of the encapsulation (eg better cyclical strength, moist resistance etc.); Especially with thermosets with crystalline quartz filler, the abrasion of the tool is significantly influenced by the temperature gradient; the reason for this is that viscosity is a function of temperature.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Kunststoffaus nutzung eine besonders geeignete Optimierungsfunktion ist, die mit nicht quantitativ erfaßbaren Einflußgrößen und somit ist die Anforderungen an das Werkzeug korreliert.The invention is based on the knowledge that the plastic is a particularly suitable optimization function that with non-quantifiable influencing factors and thus the Tool requirements correlated.

Die Kunststoffausbeute bezogen auf das Bauteil DIL 6 ist abhän gig von der Zahl der Anspritzungen, von der durch die Zahl der Anspritzungen bedingten Querschnittsfläche des Verteilersystems, von der Notwendigkeit zusätzlicher Verteilervolumina vom Spritz zylinder zum Verteiler (runner) (Verteilerspinne 22), von dem Durchmesser des verbleibenden Anspritzzylinders, von der verblei benden Höhe des verbleibenden Anspritzzylinders, von der Anzahl der mit dem Verteiler (Seitenarm 21) verbundenen Formnester 20 (Kavitäten).The plastic yield based on the component DIL 6 depends on the number of gates, the cross-sectional area of the distributor system caused by the number of gates, the need for additional distributor volumes from the injection cylinder to the distributor (runner) (distributor spider 22 ), and the diameter of the remaining injection cylinder, from the remaining height of the remaining injection cylinder, from the number of mold cavities 20 (cavities) connected to the distributor (side arm 21 ).

Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen:The invention is based on the following findings:

Mit zunehmender Plungerzahl nimmt die Kunststoffausbeute bei gleichem Tablettendurchmesser für 1- bis 6-fach Plunger zu, für 12- bis 96-fach Plunger ab;
mit zunehmendem Tablettendurchmesser wird die Kunststoffausbeu te bei gleichem Plungertyp kleiner; das Verhältnis Tabletten durchmesser/Tablettenhöhe steigt unterschiedlich in Abhängigkeit von der Kunststoffausbeute, dem Plungertyp und der Tabletten höhe bzw. dem Tablettendurchmesser;
bei kleineren Tablettendurchmessern wird bei gleichem Plunger typ die Kunststoffausbeute größer, das Verhältnis Tablettenhöhe zu Tablettenquerschnitt größer;
je kleiner der Tablettenquerschnitt bei gleichem Plungertyp ist, um so unbedeutender wird der Beitrag des Anspritzkörper volumens am Gesamtvolumen. Die Steigung der Kunststoffausbeute- Funktion wird kleiner und nähert sich dem Grenzwert, der durch das Gesamtvolumen-Anspritzkörpervolumen festgelegt ist.As the number of plungers increases, the plastic yield increases with the same tablet diameter for 1- to 6-fold plungers and for 12- to 96-fold plungers;
with increasing tablet diameter, the plastic yield decreases with the same plunger type; the ratio of tablet diameter / tablet height increases differently depending on the plastic yield, the plunger type and the tablet height or the tablet diameter;
with smaller tablet diameters, the plastic yield increases with the same plunger type, the ratio between tablet height and tablet cross-section increases;
the smaller the tablet cross-section for the same plunger type, the less important the contribution of the injection body volume to the total volume. The slope of the plastic yield function becomes smaller and approaches the limit value which is determined by the total volume of the molded body.

Das Verhältnis Tablettenhöhe/Querschnittsfläche der Tablette sowie das Verteiler (runner)-Volumen können aus Tablettierungs gründen nicht beliebig gewählt werden.The ratio of tablet height / cross-sectional area of the tablet as well as the distributor (runner) volume can be made from tableting not be chosen arbitrarily.

Die Stabilität der Tablette gegenüber Krafteinwirkungen nimmt mit zunehmendem Verhältnis von Tablettenhöhe zur Querschnitts fläche der Tablette und mit zunehmendem Gesamtvolumen ab.The stability of the tablet against force increases with increasing ratio of tablet height to cross-section area of the tablet and with increasing total volume.

Bei kleinen Tabletten wird bei gleichen Preßbedingungen aufgrund des geringeren Druckgradienten innerhalb der Tablette eine hö here Verdichtung des Preßmassen-Granulats erzielt. Dies hat folgende Vorteile für den Spritz-Preß-Prozeß im Werkzeug:
höhere Homogenität der Preßmasse;
geringe Störanfälligkeit bei der Zuführung der Tablette ins Werkzeug;
kleiner Temperaturgradient durch schnellere Temperaturanpassung aufgrund geringerer Masse;
weniger Lufteinschlüsse in der Tablette bewirken weniger Lunker im Gehäuse.In the case of small tablets, a higher compression of the molding compound granules is achieved under the same pressing conditions due to the lower pressure gradient within the tablet. This has the following advantages for the injection molding process in the tool:
higher homogeneity of the molding compound;
low susceptibility to failure when feeding the tablet into the tool;
small temperature gradient due to faster temperature adjustment due to lower mass;
fewer air pockets in the tablet cause fewer cavities in the housing.

Die Unterteilung einer sehr langen Tablette in kürzere Zylinder ist zwar möglich, aber aufgrund der störanfälligen Tablettenzu führung nicht praktikabel.The division of a very long tablet into shorter cylinders is possible, but due to the failure-prone tablets leadership not practical.

Der Monoplunger 3-fach von Fig. 5 hat gegenüber dem Monoplunger 1-fach nach Fig. 4 den großen Vorteil, daß kleinere Tabletten verwendet werden können, was zu einer Stabilisierung des Ferti gungsablaufes führt. Zudem besitzt der Monoplunger 3-fach nach Fig. 5 eine bessere Kunststoffausbeute als der Monoplunger 1-fach nach Fig. 4.The Monoplunger 3 -fold of FIG. 5 has the advantage over the Monoplunger 1 -fold to Fig. 4 shows the great advantage that smaller tablets may be used, which leads to a stabilization of the pro duction sequence. In addition, the monoplunger 3 -fold according to FIG. 5 has a better plastic yield than the monoplunger 1 -fold according to FIG. 4.

Aufgrund des geringeren Masseflusses (kleine Tablette) und der kürzeren Anspritzwege ist bei einem Monoplunger 3-fach nach Fig. 5 eine Reduzierung des Verteiler-Querschnittes möglich. Der Monoplunger 3-fach nach Fig. 5 kann vorteilhafterweise einen halbtonnenförmigen Querschnitt der Seitenarme 21 besitzen, der über die ganze Länge der Seitenarme 21 hinweg konstant ist. Auch der halbtonnenförmige Querschnitt hat den Vorteil guter Entformbarkeit. Der Monoplunger 3-fach nach Fig. 5 besitzt daher ein Verteilervolumen je Paar von Formnestern 20 von etwa 63 mm³. Dies bedeutet gegenüber einem Monoplunger 3-fach, dessen Seiten arme 21 entsprechend Fig. 4 eine sich verjüngende Trapezform auf weisen würden, eine zusätzliche verbesserte Kunststoffausnutzung um weitere 12% und ein verringertes Tablettenvolumen um 21%.Due to the lower mass flow (small tablet) and the shorter injection distances, a reduction in the cross-section of the distributor is possible with a monoplunger 3 -fold according to FIG . The Monoplunger 3 -fold of FIG. 5 is a half-barrel shaped cross section of the side arms 21 may advantageously have, which is constant over the whole length of the side arms 21. The half-barrel cross-section also has the advantage of good demoldability. Therefore, the Monoplunger 3 -fold of FIG. 5 has a distribution volume per pair of mold cavities 20 of about 63 mm ^3. Compared to a monoplunger 3 -fold, the side arms 21 of FIG. 4 of which would have a tapering trapezoidal shape, an additional improved plastic utilization by a further 12% and a reduced tablet volume by 21%.

In Fig. 5 gehen von jedem Spritzzylinder 23 in entgegengesetzten Richtungen je zwei gerade Seitenarme 21 aus. Von jedem Seiten arm 21 (Hauptrunner) führen wiederum in entgegengesetzten Rich tungen Seitenverteiler (Seitenrunner) zu je einem Paar von Form nestern 20.In FIG. 5, two straight side arms 21 extend from each injection cylinder 23 in opposite directions. From each side arm 21 (main runner), in turn, side distributors (side runner) lead in opposite directions to a pair of form nests 20 .

Eine Anordnung nach Fig. 5 bietet folgende Vorteile: kleinerer Spritzzylinder 23; kleinere Seitenverteiler (Seiten runner); keine Biegung im Seitenarm (Hauptrunner) 21; bessere Kunststoffausbeute; bessere Durchhärtung des Kunststoff-Mate rials, weil der Spritzzylinder 23 kleiner ist; gut definierte Sollbruchstelle des Seitenverteilers am Formteil (Gehäuse), weil der Seitenverteiler kleiner ist; kleineres Verteiler-Vo lumen; bessere und schnellere Aushärtung des Kunststoff-Mate rials; kürzere Zykluszeit; wegen der kürzeren Fließwege können besser und schneller härtende Formmassen eingesetzt werden; homogenere Füllung der Verteiler und Formnester vom Füllverhal ten her.An arrangement according to FIG. 5 offers the following advantages: smaller injection cylinder 23 ; smaller page distributors (page runner); no bending in the side arm (main runner) 21 ; better plastic yield; better hardening of the plastic material because the injection cylinder 23 is smaller; well-defined predetermined breaking point of the side distributor on the molded part (housing) because the side distributor is smaller; smaller distributor volume; better and faster curing of the plastic material; shorter cycle time; because of the shorter flow paths, better and faster curing molding compounds can be used; more homogeneous filling of the manifolds and mold cavities in terms of filling behavior.

Bei einer Anordnung nach Fig. 4 können keine schnell härtenden Formmassen verwendet werden.In an arrangement according to Fig. 4, no fast-curing molding materials can be used.

Eine Anordnung nach der Erfindung ermöglicht kontinuierlichen Bandbetrieb, bei dem Bänder durch die Formnester 20 transpor tiert werden.An arrangement according to the invention enables continuous belt operation, in which belts are transported through the mold cavities 20 .

Claims

Device for injection molding a distributor system during injection molding with plastic material, in which numerous cavities ( 20 ) are filled via a distributor system ( 21 ) with the aid of at least one piston which can be moved in a bushing in order to remove plastic material which is in the socket is loaded, pressurize and at least partially transfer the plastic material into at least one cavity ( 20 ) that communicates with the socket, characterized by straight side arms ( 21 ), each in pairs with a socket and with numerous Communicate cavities ( 20 ).