JP2005053121A - Core for mold, mold and mold manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は金型用入れ子、金型及び金型の製造方法に関する。詳しくは、微細且超精密な形状を有する成形品を製造するための金型用入れ子、金型及び金型の製造方法に関する。 The present invention relates to a mold insert, a mold, and a method for manufacturing the mold. More specifically, the present invention relates to a mold insert for manufacturing a molded product having a fine and ultra-precise shape, a mold, and a method for manufacturing the mold.
合成樹脂、セラミック金属粉末等を成形加工する射出成形法、圧縮成形法などに使用される金型は機械加工により切削、研磨されて成形されたいたが、機械加工では1.0μmオーダーの加工しかできないため1.0μm未満のμm単位以下の加工ができず、μm以下の微細な形状を有する成形品を製造するための金型が製造できず、従って金型を用いてμm以下の微細且超精密な形状を有する成形品を製造することは困難であった。しかし、現在各種デバイスの小型化、精密化によりμm以下の微細且超精密な形状を有する成形品の製造が必要不可欠であり、そのための金型が必要とされていた。 Molds used for injection molding methods and compression molding methods for molding synthetic resin, ceramic metal powder, etc. were cut and polished by machining, but only machining on the order of 1.0 μm is required for machining. Therefore, it is impossible to process a micrometer unit of less than 1.0 μm, and it is impossible to manufacture a mold for manufacturing a molded product having a micro shape of μm or less. It has been difficult to produce a molded product having a precise shape. However, at present, it is indispensable to manufacture a molded product having a fine and ultra-precise shape of μm or less by miniaturization and refinement of various devices, and a die for that purpose is required.
このような微細且超精密な形状を有する成形品の製造を可能とする金型として、ポリマ上にレジストを塗布し、リソグラフィにより所望のレジストパターンを形成後、レジストパターンをマスクとして下層ポリマをエッチングしマスタパターンを作製し、マスタパターンにニッケルメッキをして該メッキ層をマスタパターンから剥離して金型として使用するもの(例えば、特許文献1参照。)、単結晶シリコン基板をフォトリソグラフィー技術を用いてエッチングすることにより該基板に窪みを形成し、該窪みに電鋳等によりニッケルを付着させてレプリカをとり、該レプリカを金型とするもの(例えば、特許文献2参照。)、又は、母材に保護層としてのシリコン、更にその上にクロム窒化物をコートし、その上にレジストを塗布し、レジストパターンを形成し、現像し、クロム窒化物をドライエッチングして成形した金型がある(例えば、特許文献3参照。)。 As a mold that enables the production of molded products with such a fine and ultra-precise shape, a resist is applied onto the polymer, a desired resist pattern is formed by lithography, and then the underlying polymer is etched using the resist pattern as a mask. Then, a master pattern is produced, nickel plating is applied to the master pattern, the plating layer is peeled off from the master pattern, and used as a mold (for example, refer to Patent Document 1), and a single crystal silicon substrate is used for photolithography technology. A recess is formed in the substrate by etching, and nickel is attached to the recess by electroforming or the like to obtain a replica, and the replica is used as a mold (see, for example, Patent Document 2), or The base material is coated with silicon as a protective layer, and further coated with chromium nitride. Preparative pattern is formed and developed, there is formed a mold chromium nitride is dry etched (for example, see Patent Document 3.).
しかし、前二者はポリマ或いは単結晶シリコン基板にリソグラフィー技術を用いてエッチングを行いマスタパターン或いは母型を形成し、該マスタパターン等に金属メッキをし、メッキ層を形成し、該メッキ層を金型として用いるものであり、リソグラフィー技術を用いてエッチングを行い形成したマスタパターンを金型として使用するのではなく、その形状を母型としてメッキによって金型を製造しているので、メッキ、電鋳、やニッケルメッキ層の剥離等金型を製造する工程が煩雑であり、メッキ工程やメッキ層の剥離工程において微細且超精密な形状が変形してしまうという欠点もあった。 However, the former two perform etching using a lithography technique on a polymer or single crystal silicon substrate to form a master pattern or a master mold, and perform metal plating on the master pattern or the like to form a plating layer. It is used as a mold, and the master pattern formed by etching using lithography technology is not used as a mold, but the mold is manufactured by plating using the shape as a mother mold. The process of manufacturing a mold such as casting and peeling of a nickel plating layer is complicated, and there is a drawback that a fine and ultra-precision shape is deformed in the plating process and the peeling process of the plating layer.
又、後者は金型そのものをリソグラフィー技術を用いてエッチングを行うものであり、レジストの均一な塗布が困難であり、又、重量や嵩のある金型に微細且超精密な加工することはシリコンやクロム窒化物のコートのための機械やエッチングのための機械の大型化が要求されるのでコストが嵩むと共に容易ではない。又、成形品の一部を微細且超精密に加工したい場合にも金型のキャビティ面を総てコートする必要があり効率がよくないという欠点を有していた。 In the latter case, the mold itself is etched using a lithography technique, and it is difficult to uniformly apply a resist. In addition, it is difficult to perform fine and ultra-precision processing on a heavy and bulky mold. In addition, it is necessary to increase the size of a machine for coating a chromium nitride film and a machine for etching, which increases costs and is not easy. Further, even when it is desired to process a part of the molded product minutely and ultra-precisely, it is necessary to coat the entire cavity surface of the mold, which has the disadvantage of not being efficient.
そこで、本発明は上記従来の欠点を解消し、微細且超精密な部分を有する成形品を確実に成形可能な微細且超精密構造を有する金型であって、製造容易且廉価に製造可能な金型を提供すること、ひいては誤差がない微細且超精密な成形品を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention eliminates the above-mentioned conventional drawbacks, and is a mold having a fine and ultra-precision structure that can reliably mold a molded product having a fine and ultra-precision portion, and can be manufactured easily and inexpensively. The object is to provide a mold and, in turn, a fine and ultra-precision molded product free from errors.
上記課題を解決するための第一の手段は、リソグラフィー技術を用いたエッチングにより形状加工したシリコンダイを備えることを特徴とする金型用入れ子である。 A first means for solving the above-described problems is a mold nesting characterized by including a silicon die whose shape is processed by etching using a lithography technique.
又、第二の手段は、リソグラフィー技術を用いたエッチングにより形状加工したシリコンダイを型板のキャビティ部面に固定して形成したことを特徴とする金型である。 The second means is a mold characterized in that a silicon die shaped by etching using a lithography technique is fixed to a cavity surface of a mold plate.
又、第三の手段は、型板のキャビティ部面に嵌合孔を穿孔し、リソグラフィー技術を用いたエッチングにより形状加工したシリコンダイを該嵌合孔に嵌合して形成したことを特徴とする金型である。 The third means is characterized in that a fitting hole is drilled in the cavity surface of the template, and a silicon die that has been processed by etching using a lithography technique is fitted into the fitting hole. It is a mold to do.
又、第四の手段は、第三の手段において、ダイベースにシリコンダイを固着して形成した精密部ブロックを嵌合孔に嵌合させて形成したことを特徴とする金型である。 The fourth means is a mold characterized in that, in the third means, the precision part block formed by fixing the silicon die to the die base is fitted into the fitting hole.
又、第五の手段は、第四の手段において、精密部ブロックは型板にねじにより固定されていることを特徴とする金型である。 The fifth means is a mold according to the fourth means, wherein the precision block is fixed to the mold plate with a screw.
又、第六の手段は、リソグラフィー技術を用いてエッチングにより形状加工してシリコンダイを形成し、該シリコンダイを型板のキャビティ部面に固定することを特徴とする金型製造方法である。 The sixth means is a mold manufacturing method characterized by forming a silicon die by etching using a lithography technique to fix the silicon die to the cavity surface of the mold plate.
又、第七の手段は、型板のキャビティ部面に嵌合孔を穿孔し、リソグラフィー技術を用いてエッチングにより形状加工してシリコンダイを成形し、該嵌合孔にシリコンダイを嵌合することを特徴とする金型製造方法である。 The seventh means is to form a silicon die by drilling a fitting hole in the cavity surface of the template, etching the shape using a lithography technique, and fitting the silicon die into the fitting hole. This is a method of manufacturing a mold.
又、第八の手段は、第七の手段において、ダイベースにシリコンダイを固着して精密部ブロックを形成し、嵌合孔に該精密部ブロックを嵌合することを特徴とする金型製造方法である。 Further, the eighth means is the mold manufacturing method according to the seventh means, wherein the precision die block is formed by fixing the silicon die to the die base, and the precision portion block is fitted into the fitting hole. It is.
又、第九の手段は、第八の手段において、型板及びダイベースにねじ孔を穿孔し、該ねじ孔にねじを螺入して型板と精密部ブロックを固定することを特徴とする金型製造方法である。 According to a ninth means, in the eighth means, the mold plate and the die base are perforated with screw holes, and screws are screwed into the screw holes to fix the mold plate and the precision part block. This is a mold manufacturing method.
本発明によれば、微細且超精密な部分を有する成形品を確実に成形可能な微細且超精密構造を有する金型を容易且廉価に製造可能となった。又、誤差がない微細且超精密な部分を有する成形品を製造可能となった。更に、精密部ブロックは型板にねじにより固定されているので、精密部ブロックが容易に取り外し可能なため、精密部ブロックの取替えが容易で金型の精密加工された部分の磨耗等により金型全体を交換する必要がなく金型を容易且廉価に製造可能となり、又、精密部分のみの形状が異なる成形品も精密部ブロックの取替えにより対応でき、金型全体を交換する必要がなく金型を容易且廉価に製造可能となった。 According to the present invention, it is possible to easily and inexpensively manufacture a mold having a fine and ultra-precision structure capable of reliably molding a molded product having a fine and ultra-precision portion. In addition, it is possible to manufacture a molded product having a fine and ultra-precise part with no error. Furthermore, since the precision part block is fixed to the mold plate with screws, the precision part block can be easily removed. Therefore, the precision part block can be easily replaced, and the mold can be worn due to wear of the precision machined part of the mold. Molds can be manufactured easily and inexpensively without the need to replace the whole. Molds with different precision parts only can be handled by replacing the precision part block, and the mold does not have to be replaced. Can be manufactured easily and inexpensively.
以下本発明の実施の形態を図に従って説明する。金型1は固定側金型2と可動側金型3から構成され、可動側金型3は型板31に嵌合孔4が穿孔され、該嵌合孔4には精密形状に加工されたシリコンダイ5を接着したダイベース6から構成される精密部ブロック56が埋め込まれて構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The mold 1 is composed of a fixed mold 2 and a movable mold 3. The movable mold 3 has a
固定側金型2及び可動側金型3言い換えれば型板21及び型板31は従来の機械加工により成形品の精密部分以外の形状を成形し、成形材料を充填して成形品を形成する部分であるキャビティ部11を構成する可動側金型3の型板31表面、即ち型板31のキャビティ部面311の成形品を精密加工する部分に対応する箇所に嵌合孔4を穿孔する。嵌合孔4の形状は精密部ブロック56の形状に対応して精密部ブロック56を嵌合可能な形状に成形する。
Fixed side mold 2 and movable side mold 3 In other words, the
嵌合孔4に挿入し嵌合されるダイベース6は型板21及び型板31と同一の材質、例えばダイス鋼、超鋼、その他金型に使用される鋼等を用いて製造したブロック体である。ダイベース6を用いるのは、シリコンダイ5は薄く、脆く壊れやすいためにダイベース6と一体化することによりシリコンダイ5の強度を高めるためである。
The
シリコンダイ5は単結晶のシリコンウエハー80を用いて成形する。シリコンダイ5を成形するために用いるシリコンウエハー80のシリコン純度は特に限定されず、ICの製造用シリコンに要求される高純度である必要はない。
The silicon die 5 is formed using a single
シリコンダイ5は以下のように半導体製造方法、リソグラフィー及びエッチング等の工程を応用して製造される。図2はシリコンダイ5の製造工程図である。先ず単結晶シリコンインゴットをワイヤーソー方式等により切断し、表面を研磨して厚さ約0.3〜1.0mm程度のシリコンウエハー80を製造する(a)。コーターを用いてシリコンウエハー80の上面にフォトレジスト90を滴下し、ウエハーを高速回転させてレジスト薄膜を塗布し(b)、シリコンウエハー80をステッパーにセットして精密形状が焼き付けられているマスクを通してレーザー光91をフォトレジスト90上に照射して露光し(c)、現像してフォトレジストパターンをつくり(d)、フォトレジスト90を150℃程度の温度で焼き固めた後に、プラズマガス92中でフォトレジスト90をマスクにしてシリコンウエハー80をドライエッチングして(e)精密形状55を形成する(f)。その後に酸素プラズマを用いて残っているフォトレジスト90をアッシングし、酸洗浄する(g)。そして、シリコンウエハー80をダイヤモンド刃93を用いてダイシングして(h)、精密形状55が形成されたシリコンダイ5を製造する(i)。尚、精密形状に応じて上記(b)から(f)の工程を繰り返してシリコンダイ5を製造する。
The silicon die 5 is manufactured by applying processes such as a semiconductor manufacturing method, lithography and etching as follows. FIG. 2 is a manufacturing process diagram of the silicon die 5. First, a single crystal silicon ingot is cut by a wire saw method or the like, and the surface is polished to produce a
以上はシリコンダイ5の製造工程の一実施例概要であり、この工程において、フォトレジスト90はポジ型でもネガ型でもよく、露光時の光源として他のものを使用してもよく、露光はレーザービーム直接描画装置を用いてもよく、ドライエッチングに他の方法を用いてもよく、又、特定の工程の後にプリベークドを行うなど通常のリソグラフィー及びIC製造の工程、手段、材料を適宜選択して行うことが可能である。
The above is an outline of one embodiment of the manufacturing process of the silicon die 5. In this process, the
又、図2に示す工程は成形品の精密形状が凸形状の場合の凹形状55を有するシリコンダイ5の製造工程であるが、レジストパターンを変化させること、ダイシングの位置を変更すること等により、シリコンダイ5の適宜箇所を突出形成し、即ち突出させたい箇所の周りをエッチングして凸形状を有するシリコンダイ5を製造し、凹形状の精密形状を有する成形品を製造すること、或いはシリコンダイ5の適宜箇所を凸形状とすると共に適宜箇所を凹形状に形成させて凸形状及び凹形状を有するシリコンダイ5を製造し、凹形状及び凸形状の精密形状を有する成形品を製造することが可能である。勿論シリコンダイ5の凹形状及び凸形状は階段状に形成することも可能である。
2 is a manufacturing process of the
次に以上のように製造したシリコンダイ5をダイベース6上にポリイミドやシリコン樹脂等の接着剤7を用いて固着して精密部ブロック56を製造し、型板31の嵌合孔4に精密部ブロック56を埋め込み設置し可動側金型3を構成する。嵌合孔4と精密ブロック部56の結合はポリイミドやシリコン樹脂等の接着剤を用いて行うことも可能であるが、型板31及びダイベース6に設けたねじ孔32,61にねじ8を螺入して行うことは推奨される。又、型板31にはねじ8の頭部88を収納する凹部52を設けて頭部88の突出を防止することすることは推奨される。ねじ8を用いて精密ブロック部56を型板31に固定することにより、精密ブロック部56の着脱が容易に可能となり、シリコンダイ5の磨耗、欠損等の場合に新たなシリコンダイ5を設置することが容易に可能となる。又、形状が異なる精密部分を有するシリコンダイ5を設置することにより異なる形状の成形品を製造することが可能となる。
Next, the silicon die 5 manufactured as described above is fixed on the
又、シリコンダイ5の横断面及び底面とダイベース6の上面及び横断面の形状は同一形状とすることが、シリコンダイ5の強度補強や精密部ブロック56の型板31への埋め込み、結合、取り外しの観点から望ましい。更に、精密部ブロック56を嵌合孔4に嵌合する際に、シリコンダイ5の側面がキャビティ部面211,311を構成することがないように、精密部ブロック56或いはシリコンダイ5が完全に嵌合孔4に埋め込まれ、シリコンダイ5と型板21,31との接合部に段差が生じず、型板21或いは31のキャビティ部面211,311とシリコンダイ5上面が面一となるように精密部ブロック56及び嵌合孔4の形状を構成することが望ましい。
Further, the cross section and bottom surface of the silicon die 5 and the top surface and cross section of the
尚、嵌合孔4を型板21のキャビティ部面211に穿孔し、型板21にダイベース6上にシリコンダイ5を接着した精密部ブロック56を埋め込むこと、或いは型板21のキャビティ部面211及び型板31のキャビティ部面311の双方に嵌合孔4,4を穿孔しダイベース6上にシリコンダイ5を接着した精密部ブロック56を埋め込むこと、更には型板21のキャビティ部面211及び型板31のキャビティ部面311に関係なく成形品の精密加工を所望する任意の箇所に任意の数の嵌合孔4,4…を穿孔し夫々にダイベース6上にシリコンダイ5を接着した精密部ブロック56を埋め込むこととしてもよい。
The
成形品の精密部分の大きさに応じてシリコンダイ5を製造することにより所望の精密部分を有する成形品の製造が可能となるが、シリコンウエハー80の大きさ(面積)にも限界があり所望の精密部分の大きさを確保できない場合には精密部ブロック56を隣接させて型板21或いは型板31に設置することにより所望の精密部分の製造をつかさどる金型部分の製造が可能となる。
By manufacturing the silicon die 5 according to the size of the precision part of the molded product, it becomes possible to manufacture a molded product having a desired precision part. However, the size (area) of the
このように製造されたシリコンダイ5或いは精密部ブロック56は金型用入れ子として使用可能である。又、以上のように精密部ブロック56を成形せずに、シリコンダイ5を型板21のキャビティ部面211及び/又は型板31のキャビティ部面311にポリイミドやシリコン樹脂等の接着剤を用いて固定して金型1を構成することもでき、或いは型板21又は/及び型板31に嵌合孔4を設けて、嵌合孔4にシリコンダイ5をダイベース6を用いずに型板21及び/又は型板31に直接埋め込み、接着剤等で固定する構成とすることも可能である。
The silicon die 5 or the
1 金型
11 キャビティ部
2 固定側金型
21 型板
3 可動側金型
31 型板
4 嵌合孔
5 シリコンダイ
6 ダイベース
56 精密ブロック
7 接着剤
8 ねじ
80 シリコンウエハー
90 フォトレジスト
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JP2007168205A (en) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Toshin Seiko:Kk | Mold and method for producing block |
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2003
- 2003-08-05 JP JP2003287202A patent/JP2005053121A/en active Pending
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