JP2008044306A - 樹脂封止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グリーン樹脂のような密着力の強い樹脂を使用して樹脂封止する際であってもプランジャーの押圧端面に樹脂が付着することを防止し、信頼性の高い樹脂封止を可能にする樹脂封止装置を提供する。
【解決手段】樹脂封止金型に設けられたポット内で溶融した樹脂を、ポットに装着されたプランジャーによりキャビティに圧送して樹脂封止する樹脂封止装置において、前記プランジャー２０の押圧端面が、傾斜角度２°〜５．５°とする円錐面２０ａに形成されていること、好ましくは、円錐面２０ａの傾斜角度が、３°〜５°に設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は樹脂封止装置に関し、より詳細には樹脂封止金型のポットに装着されるプランジャーの構成を特徴とする樹脂封止装置に関する。

トランスファーモールドタイプの樹脂封止装置は、樹脂封止金型に設けられたポットに封止用の樹脂を供給し、ポットに装着されているプランジャーにより、ポット内で溶融した樹脂を高圧で押し出し、キャビティに樹脂を充填して樹脂封止するように構成されている。
プランジャーはポット内で摺動するように形成されているが、樹脂を押し出す際に、ポットの内面とプランジャーの外周面との間に、樹脂に添加されているシリカ等の固形成分が侵入しプランジャーの動作が不良になることがある。このような動作不良を防止する方法として、いろいろなプランジャーの形態が考えられてきた。たとえば、プランジャーの外周面に凹溝を周設してポットに樹脂が入り込まないようにするといった方法である（特許文献１、２、３参照）。
特開昭６３−２８０６０７号公報 特開平６−１５５５１１号公報 特開２００４−１３４６０７号公報

ところで、最近の樹脂封止装置では、封止用樹脂として環境に悪影響を及ぼさない、いわゆるグリーン樹脂が使用されるようになってきた。このグリーン樹脂は、環境対策として、樹脂に加える難燃剤にハロゲン物質を使用しないようにしたものである（ハロゲンフリー樹脂）。現在使用されているグリーン樹脂は、有機リン系難燃剤を使用したもの、水酸化化合物系の難燃剤を使用したもの、難燃剤を使用しないものの３種類に大別される。 これらのグリーン樹脂は、従来の樹脂とは大きく特性が異なることから、以下のような問題がある。

有機リン系難燃剤を使用したものでは、樹脂流動性が向上することによる離型トラブル、熱硬化温度が低下することによる、離型トラブル、成形品にクラック発生、ガラス転移点温度が低下することによる離型トラブルといった問題、水酸化化合物系の難燃剤を使用したものでは、難燃剤の添加量が増えることから型汚れが生じ離型トラブルといった問題、難燃剤を使用しないものでは、型の表面に樹脂皮膜が形成されることによって生じる離型トラブル、充填材が増量されることによる金型の磨耗や金型表面が削られることによる離型トラブルといった問題である。

このように、いわゆるグリーン樹脂では従来使用されている樹脂とは大きく性質が異なることから、従来の樹脂封止装置においてグリーン樹脂を使用して樹脂封止した際に、新たな問題が生じてくる。
一つの問題は、グリーン樹脂は従来の樹脂にくらべて密着力が強いため、ポットに装着されたプランジャーの端面（押圧端面）に樹脂が付着しやすくなるという問題である。図４は、グリーン樹脂を使用して樹脂封止した際に、プランジャー１０の押圧端面１０ａに樹脂１２が固着した状態を示している。樹脂はもともと、金属に付着しやすいという性質があり、従来もプランジャーの端面に樹脂が付着することがあった。しかしながら、従来は、樹脂との密着性を低減する表面めっきを施すといった方法によって回避することができていた。

しかしながら、グリーン樹脂のように密着力が強い樹脂を使用する場合には、単なる表面処理といった方法によっては問題を回避することができないため、何らかの回避手段を施す必要がある。
本発明は、このようなプランジャーの押圧端面に樹脂が付着することによる問題を解消すべくなされたものであり、グリーン樹脂のような密着力の強い樹脂を使用して樹脂封止する際であってもプランジャーの押圧端面に樹脂が付着することを防止し、信頼性の高い樹脂封止を可能にする樹脂封止装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため次の構成を備える。
すなわち、樹脂封止金型に設けられたポット内で溶融した樹脂を、ポットに装着されたプランジャーによりキャビティに圧送して樹脂封止する樹脂封止装置において、前記プランジャーの押圧端面が、傾斜角度２°〜５．５°とする円錐面に形成されていることを特徴とする。
なお、前記円錐面の傾斜角度として、３°〜５°に設けられたものがさらに有効に用いられる。

また、前記円錐面の表面に、離型性および耐久性を向上させる表面処理膜が設けられているものがさらに有効であり、前記表面処理膜として、イオンプレーティングにより窒化クロム層が被着形成されているもの、前記表面処理膜として、イオンプレーティングにより炭化クロム層が被着形成されているものが有効に使用できる。

また、樹脂封止金型に設けられたポットに装着され、ポット内で溶融した樹脂を樹脂封止金型に設けられた樹脂封止部に圧送するプランジャーであって、ヘッド部の押圧端面が、傾斜角度２°〜５．５°とする円錐面に形成されていることを特徴とする。
前記プランジャーとして、前記円錐面の傾斜角度が、３°〜５°に設けられたものがとくに有効であり、前記円錐面の表面に、離型性および耐久性を向上させる表面処理膜が設けられたものがさらに有効に使用できる。

本発明に係る樹脂封止装置によれば、プランジャーの押圧端面を円錐面に形成したことによってプランジャーの押圧端面に樹脂が付着することを効果的に防止することができ、金属との密着性の高い樹脂を使用する場合であってもプランジャーの押圧端面に樹脂が付着することを防止して、信頼性の高い樹脂封止を行うことができる。また、押圧端面を円錐面に形成したプランジャーは、信頼性の高い樹脂封止を可能とする樹脂封止装置に有効に用いられる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明において特徴的な樹脂封止装置に用いられるプランジャーについての実施の形態を示す。図１は、プランジャー２０のヘッド部を拡大して示したもので、プランジャー２０の押圧端面を外方に凸となる円錐面２０ａに形成したことを特徴とする。

実施形態のプランジャー２０は、円錐面２０ａの傾斜角度θを５°に設定したものである。なお、円錐面２０ａの傾斜角度とは、円錐面の斜面の平坦面に対する角度（底角）をいう。
プランジャー２０の押圧端面を円錐面２０ａに形成することは、機械加工によって容易に可能であり、円錐面２０ａの傾斜面の角度を適宜角度に設定することも容易である。

図２は、プランジャー２０の他の実施の形態を示すもので、プランジャー２０の押圧端面を円錐面２０ａに形成するとともに、円錐面２０ａの表面に離型性、耐磨耗性を向上させる表面処理を施し、円錐面２０ａの表面を表面処理膜２１により被覆したことを特徴とする。

プランジャー２０の押圧端面である円錐面２０ａの離型性、耐磨耗性を向上させる表面処理としては、イオンプレーティング等の物理蒸着によってプランジャー２０の押圧端面（円錐面２０ａ）の表面を窒化クロム（CrN）や炭化クロム（CrC）によって被覆する方法が有効である。これらの表面処理方法の他に、フッ素系樹脂によってプランジャー２０の押圧端面を被覆する方法や、シリコーン系の樹脂によってプランジャー２０の押圧端面を被覆するといった方法も可能である。

表１は、プランジャー２０の押圧端面を窒化クロム（CrN）あるいは炭化クロム（CrC）によって被覆する際の処理方法およびこれら表面処理によって形成される表面処理膜の特性をまとめたものである。

表１は、窒化クロムおよび炭化クロムがともに、耐磨耗性、耐蝕性、撥水性にすぐれていることを示す。
表２は、押圧端面が円錐面２０ａに形成されたプランジャーの押圧端面に窒化クロムおよび炭化クロムによる表面処理を施したものと、これらの窒化クロムおよび炭化クロムによる表面処理を施していないプランジャーを実際に樹脂封止装置に装着し、複数回の樹脂封止操作を行って、プランジャーの押圧端面の離型性、耐磨耗性等を試験して評価した結果を示す。

表２に示す評価結果は、耐磨耗性については窒化クロム、炭化クロムによる表面処理が有効であることを示す。また、離型性については、窒化クロムと炭化クロムが同等であることが認められた。

本発明に係る樹脂封止金型では、前述したようにプランジャー２０の押圧端面を円錐面２０ａに形成し、これによってプランジャーの押圧端面に樹脂が固着しないようにしたことを特徴とする。
表３は、（１）プランジャーの押圧端面を平坦面に形成したサンプル、（２）プランジャーの押圧端面を円錐面２０ａに形成したサンプル、（３）円錐面２０ａに表面処理を施したサンプルについて、実際に樹脂封止操作を行い、プランジャーの端面に樹脂が付着する様子を観察した結果を示す。プランジャーは、基材が超硬合金からなるものを使用し、押圧端面を円錐面に形成したサンプルは傾斜角θが３度のものである。また、プランジャーの円錐面２０ａに施した表面処理は、イオンプレーティングによって炭化クロム皮膜を形成したものである。使用樹脂は、難燃剤を使用しないタイプのグリーン樹脂（住友ベークライト製 型番EME-G770）である。

表３は、６０回樹脂封止操作を行い、各回ごと、プランジャーの端面の状態を観測して押圧端面への樹脂の付着状態を評価した結果を示す。表中で、レベル０は、プランジャーの端面にまったく樹脂が付着していない状態、レベル１は、プランジャーの押圧端面に僅かであっても樹脂が付着した状態、レベル２は、プランジャーの押圧端面の中央部に樹脂の張り付きが発生した状態、レベル３は、プランジャーの端面への樹脂の張り付きがひどくなり、カルが破壊されるようになった状態を示す。

表３の実験結果は、プランジャーの押圧端面を平坦面に形成したものでは、ショット数が１６回で樹脂が付着しはじめ（レベル１）、ショット数４２で、かなりの樹脂の付着がみられるようになり（レベル２）、ショット数５８でカルが破壊される程度にまで樹脂が付着した（レベル３ことを示す。
一方、プランジャーの押圧端面を円錐面に形成したものでは、樹脂が付着しはじめる（レベル１）のがショット数３２からであり、ショット数５７でようやくプランジャーの中央部に樹脂が付着する（レベル２）ようになった。
さらに、プランジャーの押圧端面の円錐面に表面処理を施したものでは、ショット数５０でわずかに樹脂が付着した（レベル１）が、ショット数５７では樹脂の付着が解消された（レベル０）。

表３に示す実験結果は、グリーン樹脂は金属との密着性がきわめて高いために、従来の押圧端面を平坦面に形成したプランジャーではほとんど実用にならないのに対して、押圧端面を円錐面に形成するのみで、押圧端面への樹脂の付着を効果的に抑制することができること、とくに押圧端面に表面処理を施したものは、押圧端面に樹脂を付着させないようにする方法として有効であることを示している。

本発明に係るプランジャー２０の場合に、押圧端面に樹脂が付着しない作用が生じるのは、ポットから樹脂を押し出す際に、従来のプランジャーと比較して押圧端面上で樹脂が滞留しにくくなり、プランジャー２０の押圧端面上で樹脂が移動しやすくなることによって付着しにくくなるものと考えられる。
図３に、このプランジャーの押圧端面における作用を説明的に示す。図３（ａ）は、プランジャー２０の押圧端面を円錐面２０ａに形成した場合、図３（ｂ）は、押圧端面１０ａを平坦面に形成したプランジャー１０の場合について、各々、ポット３０から樹脂４０を押し出す際の樹脂４０の動きを示している。

すなわち、押圧端面を円錐面２０ａに形成した場合（図３（ａ））には、プランジャー２０を押し上げると、樹脂４０は円錐面２０ａの斜面に沿って、中央部から側方へ強制的に移動しながら全体として押し出される。
これに対して、押圧端面が平坦面に形成されている場合（図３（ｂ））には、プランジャー１０を押し上げた際に押圧端面１０ａの中央部の樹脂４０はそのまま押し上げられ、押圧端面１０ａの中央部に滞留する傾向となる。このため、押圧端面１０ａの中央部では樹脂４０の加熱が進み、樹脂４０が熱硬化して押圧端面１０ａの表面に樹脂４０が固着すると考えられる。
プランジャー２０の押圧端面に離型性、耐久性を向上させる表面処理を施した場合には、押圧端面上で樹脂がさらに移動しやすくなり、押圧端面に樹脂が付着する作用をさらに抑制することができる。

表４は、プランジャーの押圧端面に形成する円錐面の傾斜角度によってプランジャーによる成形力がどのように変化するかを計算した結果を示す。図５に、プランジャーの押圧端面に形成する円錐面について、プランジャー径：φ、傾斜角度：θ、x方向の成形力：Ｆx、ｙ方向の成形力Ｆyの関係を示す。ｘ方向の成形力とはプランジャーの摺動方向に垂直方向の力であり、ｙ方向の成形力とはプランジャーの摺動方向に平行方向の力である。プランジャーによる成形力はｘ方向の成形力とｙ方向の成形力の合力Ｆとなる。

表４から、押圧端面の傾斜角度θが０°から大きくなるにしたがってｙ方向の成形力が小さくなる、すなわちｙ方向の推力損失が大きくなること、それとともにｘ方向の成形力が大きくなることを示す。
ｙ方向の推力損失は、設計上０．５％が許容範囲である。押圧端面の傾斜角度θが５．５°を超えると損失割合は０．５％を超える。したがって、傾斜角度θは５．５°が上限となる。なお、ｘ方向の成形力はプランジャーの摺動抵抗となってあらわれる。生産性を考えると、摺動抵抗は１５０Ｎ程度が限界である。ｘ方向の成形力の限界からは押圧端面の傾斜角度θは５．６°が限界となる。ｙ方向の推力損失および摺動抵抗を考慮すると、円錐面の傾斜角度θは５°が好ましい上限値となる。

一方、押圧端面の傾斜角度θが小さくなる、言い換えれば押圧端面が平坦面に近くなると、樹脂との離型が悪くなる。実験によると傾斜角度θが２°未満では離型性が悪く、傾斜角度θの下限値は２°となる。ある程度の離型性を確保することを考慮すると、プランジャーの設計上は、傾斜角度θの下限を３°とし、３〜５°を適値として設計するのがよい。

以上説明したように、プランジャーの押圧端面を円錐面に形成することは、プランジャーの端面に樹脂が固着することを防止し、信頼性の高い樹脂封止を行う上で有効である。本発明は、従来の樹脂を使用して樹脂封止する場合にも有効であるし、いわゆるグリーン樹脂等の密着性の強い樹脂を使用して樹脂封止する場合にも有効である。
プランジャーによりポットから樹脂を押し出して樹脂封止する形式の樹脂封止装置には樹脂封止金型の構成を含め、種々のタイプの装置がある。本発明は、これらの種々のタイプの樹脂封止装置に共通に利用することが可能であり、信頼性の高い樹脂封止を可能にする点で有効に利用できる。

樹脂封止金型に装着されるプランジャーのヘッド部の正面図である。 樹脂封止金型に装着されるプランジャーのヘッド部の他の構成を示す部分断面図である。 ポット内における樹脂の流れを説明する説明図である。 プランジャーの押圧端面に樹脂が固着した状態を示す説明図である。 プランジャーの設計値を示す説明図である。

符号の説明

１０ プランジャー
１０ａ 押圧端面
１２ 樹脂
２０ プランジャー
２０ａ 円錐面
２１ 表面処理膜
３０ ポット
４０ 樹脂

Claims (8)

1. 樹脂封止金型に設けられたポット内で溶融した樹脂を、ポットに装着されたプランジャーによりキャビティに圧送して樹脂封止する樹脂封止装置において、
   前記プランジャーの押圧端面が、傾斜角度２°〜５．５°とする円錐面に形成されていることを特徴とする樹脂封止装置。
2. 前記円錐面の傾斜角度が、３°〜５°に設けられていることを特徴とする樹脂封止装置。
3. 前記円錐面の表面に、離型性および耐久性を向上させる表面処理膜が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の樹脂封止装置。
4. 前記表面処理膜として、イオンプレーティングにより窒化クロム層が被着形成されていることを特徴とする請求項３記載の樹脂封止装置。
5. 前記表面処理膜として、イオンプレーティングにより炭化クロム層が被着形成されていることを特徴とする請求項３記載の樹脂封止装置。
6. 樹脂封止金型に設けられたポットに装着され、ポット内で溶融した樹脂を樹脂封止金型に設けられた樹脂封止部に圧送するプランジャーであって、
   ヘッド部の押圧端面が、傾斜角度２°〜５．５°とする円錐面に形成されていることを特徴とするプランジャー。
7. 前記円錐面の傾斜角度が、３°〜５°に設けられていることを特徴とする請求項６記載のプランジャー。
8. 前記円錐面の表面に、離型性および耐久性を向上させる表面処理膜が設けられていることを特徴とする請求項６または７記載のプランジャー。