JP2009083422A

JP2009083422A - 圧縮成形金型

Info

Publication number: JP2009083422A
Application number: JP2007258970A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Ukita; 明宏浮田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2009-04-23

Abstract

【課題】圧縮成形金型の金型構造を簡略化する。
【解決手段】キャビティ１４０内に投入した粉状樹脂１５０を圧縮して成形を行う予備成形金型１００であって、対向する上下金型１０２、１０４と、該上下金型１０２、１０４にてクランプすることにより対向方向と直交する方向に変形可能な弾性変形部材１０６Ｂと、を備え、弾性変形部材１０６Ｂがキャビティ１４０の一部を構成し、当該弾性変形部材１０６Ｂの変形によって、キャビティ１４０の容積を減少させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂を圧縮することにより所定の形状へと成形する圧縮成形金型の技術分野に関する。

従来、図６に示した樹脂封止装置１２が公知である（特許文献１参照）。

この樹脂封止装置１２は、対向して配置される上型２０と下型２２（この上型２０と下型２２とで圧縮成形金型が構成されている。）を用いて、キャビティ内に投入された樹脂１８を圧縮し、セラミック基板１６上に搭載されている半導体製品を樹脂にて封止する装置である。

ここでは下型２２が、貫通孔２０Ａを有する枠状金型２４と当該貫通孔２０Ａに嵌合しつつ上下方向（即ち上型２０との対向方向）に進退動可能な圧縮金型２６から構成されている。また、枠状金型２４は、ばね３０によって圧縮金型２６から支持されている。

この樹脂封止装置１２における封止作業は、枠状金型２４が上型２０側に当接した状態で、圧縮金型２６を上型２０側に動かすことによって行われる。即ち、この圧縮金型２６の動きによってキャビティの容積を減少させることにより、キャビティ内の樹脂１８に対して所定の圧力を掛ける方法にて行われる。

特開２００７−１９４２８７号公報

上記のような金型の構成を採用する限り、対向して配置される上下の金型の少なくとも一方は、キャビティの容積を減少させて樹脂に対して所定の圧力を与えるべく、分割された構造（例えば前述したような枠状金型と圧縮金型の構造）を必要とする。即ち、精密な加工精度を要する金型自体を分割して構成しなければならないことから、金型自体が複雑な構造となりコスト高の要因となる。また、圧縮成形時（封止時）には枠状金型の動きと圧縮金型の動きをそれぞれ独立して調整する必要があるため、当該調整を行うための機構（例えば枠状金型を単独で動かすことができる機構など）が必要となり、更にこれらの金型の制御も複雑となる。

本発明は、これらの問題点を解決するべくなされたものであって、対向する金型を分割構造とせずに圧縮成形を行うことができ、更に金型の制御も簡便な圧縮成形金型を提供することをその課題としている。

本発明は、キャビティ内に投入した樹脂を圧縮して成形を行う圧縮成形金型であって、対向する第１、第２の金型と、該第１、第２の金型にてクランプすることにより前記対向方向と直交する方向に変形可能な弾性変形部材と、を備え、前記弾性変形部材が前記キャビティの一部を構成し、前記弾性変形部材の変形によって、前記キャビティの容積が減少するような構成を採用することによって、上記課題を解決するものである。

このような構成を採用したことによって、第１、第２の金型を分割構造とすることなく、樹脂を圧縮成形することが可能となった。即ち、第１、第２の金型によってキャビティの一部の構成要素となる弾性変形部材をクランプして変形させることによって、キャビティの容積を減少させ、当該容積の減少によって投入されている樹脂に対して所定の圧力を付与している。そのため第１、第２の金型を分割構造とする必要がない。更に、基本的には第１、第２の金型の制御（当接したり離間する制御）させ行えばよいため、金型の制御そのものが簡易となる。

また、前記弾性変形部材が、前記対向方向に貫通した中空部を有する環状に形成され、前記環状の弾性変形部材の外周側に、該弾性変形部材の非変形時の前記対向方向の厚みよりも薄く形成され且つ前記弾性変形部材の弾性係数よりも大きい材質で構成された支持部材を配置すれば、当該弾性変形部材の変形を効率よくキャビティ容積の減少へと向かわせることができる。また、支持部材の形状や弾性係数を調整することによって、弾性変形部材の変形によって減少するキャビティ容積の減少量を所望の範囲に調整することが可能となる。

また、前記第１、第２の金型が前記弾性変形部材をクランプする前に、前記キャビティを含めた空間を密閉可能な密閉構造と、該密閉構造により密閉された空間内の空気を吸引可能な吸引機構と、を備えた構成とすれば、圧縮成形を行う前の時点で樹脂内に混入している空気成分を排出することが可能となり、成形品にボイドが発生することを効果的に防止することが可能となる。

また、前記密閉構造が、前記支持部材における前記対向方向両面側に形成された環状の凹溝と、該凹溝に嵌合したＯリングやパッキンで構成すれば、第１、第２の金型側を複雑な設計とする必要がないため、低コストで実現できる。また、Ｏリングやパッキンの交換作業も容易であり、メンテナンスコストも削減することが可能となっている。

なお本発明は、見方を変えるとキャビティ内に投入した樹脂を圧縮して成形を行う圧縮成形金型であって、対向する第１、第２の金型と、該第１、第２の金型にてクランプする中間部材と、を備え、前記中間部材が前記キャビティの一部を構成し、前記中間部材の少なくとも一部が前記対向方向と直交する方向に移動することによって、前記キャビティの容積が減少することを特徴とする圧縮成形金型と捉えることも可能である。

本発明を適用することにより、金型の構造を簡略化することができる。また、成形時の金型の制御が簡易となる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の一例を示す予備成形金型１００の概略側断面図であって金型が開いた状態を示した図である。図２は、同金型が閉じた状態を示した図である。図３は、金型の開閉により生じるクランププレートの変形状態を示した図である。

なお以下では、圧縮成形金型の一種である予備成形金型を例に挙げて説明を行う。この予備成形金型は、例えば、樹脂封止装置に投入される樹脂を予め所定の形状に予備的に成形（予備成形、プレ成形、打錠）するための金型装置である。

<予備成形金型の構成>
予備成形金型１００は、上下に対向して配置される上金型１０２と下金型１０４とを備えている。また両金型１０２、１０４には、所定のタイミングで当該両金型１０２、１０４を当接・離間させることが可能なプレス機構（図示しない）が連結されている。

上金型１０２と下金型１０４との間には、クランププレート（中間部材）１０６が配置されている。このクランププレート１０６は、略矩形の形状を成しており、弾性変形部材１０６Ｂと当該弾性変形部材１０６Ｂの周囲を取り囲むように配置されたプレート部材（支持部材）１０６Ａとで構成されている。弾性変形部材１０６Ｂは、貫通孔１０６Ｃを有した所謂「枠状（四角い環状）」に構成されている（図３参照）。また、この弾性変形部材１０６Ｂは、耐熱性を有するゴムによって構成されている。一方プレート部材１０６Ａの組成は金属である。即ち、弾性変形部材１０６Ｂよりも弾性係数の高い部材によって構成されている。更に、プレート部材１０６Ａの厚みＨ１は弾性変形部材１０６Ｂの非変形時の厚み（上金型１０２と下金型１０４によってクランプされていない状態での厚み）Ｈ２よりも薄く構成されている（図１参照）。

また、上型１０２および下型１０４の表面には、当該金型のクランプ時において、金属等の硬度の高い材質で構成されたプレート部材１０６Ａと直接接触することがないように逃げ部１０２Ａ、１０４Ａが形成されている。この逃げ部１０２Ａ、１０４Ａは金型側でなく、金型表面は平らとした上でプレート部材１０６Ａ側を部分的に薄く構成することによって形成してもよい。

なお、上金型１０２と下金型１０４と弾性変形部材１０６Ｂによってキャビティ１４０が構成されることとなる。また、上金型１０２と下金型１０４にはそれぞれヒータ（図示しない）が内蔵されており、金型を所定の温度（例えば８０℃程度）に維持している。

<予備成形金型の作用>
上金型１０２と下金型１０４とが開いた（離間した）状態で、図示せぬ搬送機構によって粉状樹脂１５０がキャビティ１４０へと搬送される。このときクランププレート１０６は、下金型１０４の表面上に載置されており、弾性変形部材１０６Ｂの貫通孔１０６Ｃの部分（上金型１０２が閉じることによってキャビティ１４０を形成する部分）に対して粉状樹脂１５０が搬送されて投入される。このとき例えば下金型１０４を振動させることによって、粉状樹脂１５０を均一に均すような動作を加えれば、以降において樹脂を圧縮する際に樹脂の動き（流れ）を最小限に抑えることができ、成形品の品質を向上させることが可能である。なお、投入される樹脂の状態は必ずしも「粉状」である必要はなく、例えば液状であってもよいし、粒状その他の状態を許容し得る。

また、投入された粉状樹脂１５０は、下金型１０２に内蔵されたヒータの影響によって、加熱される。

次に、上金型１０２と下金型１０４を接近させる。この接近によって、上金型１０２がクランププレート１０６の弾性変形部材１０６Ｂに当接する。即ち、弾性変形部材１０６Ｂが、上金型１０２と下金型１０４によってクランプされる。この当接（クランプ）によって、上面が上金型１０２、下面が下金型１０４、側面が弾性変形部材１０６Ｂにて構成されたキャビティ１４０が形成される。即ち、粉状樹脂１４０がキャビティ１４０という空間に閉じ込められることとなる。この時点では、後述する弾性変形部材１０６Ｂの変形（伸長）は起こっておらず、キャビティ１４０内には若干の余裕（隙間）が存在している。

続いて、上金型１０２と下金型１０４とが更に接近すると、弾性変形部材１０６Ｂが弾性変形し、上下方向に押し潰されると同時に水平方向（上金型１０２と下金型１０４との対向する方向と直交する方向）に変形（伸長）する。ここで弾性変形部材１０６Ｂは、その周囲（水平方向の外周側）をプレート部材１０６Ａによって取り囲まれているため、当該変形は、図３（Ｂ）にて示したように弾性変形部材１０６の内周側、即ち貫通孔１０６Ｃ側に向かうこととなる。その結果、キャビティ１４０の容積は減少する。

このようにキャビティ１４０の容積が減少すると、キャビティ１４０内の隙間は消滅し、更に、キャビティ１４０内の粉状樹脂１５０に対して圧力が掛かる。この圧力が、正に「圧縮成形における圧縮圧力」となり、粉状樹脂１５０が所定の形状（容積減少後のキャビティ１４０の形状）に成形され、予備成形樹脂１５１となる（図２参照）。

所定の時間経過後に上金型１０２と下金型１０４とを離間させると、弾性変形部材１０６Ｂが元の形状に戻ろうとするため、半ば自動的に予備成形樹脂１５１の離型が行われ、取り出し容易となっている。

なお、樹脂に付与する圧力（圧縮圧力）は、例えば、キャビティ１４０内に投入する粉状樹脂１５０の量、弾性変形部材１０６Ｂの材質（弾性係数）や形状等に応じてプレスの圧力を変化させることにより調整することが可能である。

このように本実施形態においては、上金型１０２や下金型１０４を分割した構造とすることなく圧縮成形を行うことが可能なため、金型製造のコストを大きく削減することが可能となっている。更に、基本的には上金型１０２と下金型１０４の動きの制御（当接したり離間する制御）させ行えばよいため、簡易な制御で圧縮成形を行うことができる。

次に本発明の他の実施形態である予備成形金型２００について図４を用いて説明する。なお、上述した予備成形金型１００と同一または類似する部分については、数字下２桁が同一の符号を付するに止め、重複した構成および作用の説明は省略する。

予備成形金型２００におけるクランププレート２０６には、そのプレート部材２０６Ａ部分にＯリング（シール部材）２２０、２２２が埋め込まれている点が特徴である（密閉構造）。具体的には、プレート部材２０６Ａの両面、即ち、上金型２０２側の面と、下金型２０４側の面にそれぞれ弾性変形部材２０６Ｂを取り囲むようにＯリング２２０、２２２が埋め込まれている。これらのＯリング２２０、２２２は、それぞれプレート部材２０６Ａに形成された凹溝１０６Ｃ、１０６Ｄに沿って埋め込まれている。また、埋め込まれた状態で、Ｏリング２２０の最下部の位置とＯリング２２２の最上部の位置との差は、弾性変形部材２０６Ｂの厚みよりも大となるように構成されている。その結果、上金型２０２と下金型２０４と徐々に接近させていくと、上金型２０２が弾性変形部材２０６Ｂに当接する以前に、Ｏリング２２２に当接する構成とされている（このときＯリング２２０は下金型２０４に当接している）。その結果、上金型２０２が当該Ｏリング２２２に当接した段階で、キャビティ２４０を含む密閉空間Ｍが形成されることとなる（図４（Ｂ）参照）。

また、上金型２０４には当該密閉空間Ｍと金型外部とに連通する貫通孔２０２Ａが形成されており、当該貫通孔２０２Ａは、外部の吸引機構に接続されている。その結果、当該吸引機構によって、密閉空間Ｍ内の空気を吸引することが可能となっている。

即ち、粉状樹脂２５０に対して所定の圧力を加える前の段階で、密閉空間Ｍ内の空気、換言すればキャビティ２４０内の空気を吸引し減圧状態にすることで、粉状樹脂２５０のそれぞれの樹脂粉間に存在する空気成分を排出することができ、この排出した状態のままで圧力を掛けて成形することが可能となる。特に粉状樹脂は、金型に投入される前の段階で変質防止のため冷却された状態で保存されている。そのため金型内への投入によって空気中の湿気により結露する場合がある。当該結露がヒータによって加熱されると水蒸気となるため、このまま圧縮成形を行なうと成形品内にボイドの発生を誘発することとなる。しかし本実施形態においては、当該水蒸気を含んだ空気そのものを吸引できるため、成形品にボイドが発生することを防止でき、品質の高い予備成形樹脂を製造することが可能となる。また、当該減圧によって、圧縮成形に必要となる圧力（圧縮圧力）を下げることができるため、金型を動かすプレス機構は、例えばプレス能力や剛性が低いものであっても採用することが可能となる。

なお、上記実施形態では採用していないが、図５に示すように下金型３０４の表面等に、圧縮成形後の樹脂の離型性を向上させるための離型フィルム（リリースフィルム）３６０を介在させるような構成を採用することも可能である。勿論上金型側に採用してもよい。

また、クランププレート（中間部材）に弾性変形する部分が存在しない場合であっても、例えばクランクプレートの少なくとも一部が水平方向（上下の金型の対向する方向と直交する方向）に移動可能に構成すれば、当該移動によってキャビティの容積を変化（減少）させることが可能となり、圧縮成形を行うことが可能である。

本発明は、広く圧縮成形に適用できる。例えば、半導体チップを樹脂にて封止する樹脂封止装置として、また、樹脂封止装置に投入する樹脂を予め所定の形状へと予備成形する予備成形装置などに利用することが可能である。

本発明の実施形態の一例を示す予備成形金型の概略側断面図であって金型が開いた状態を示した図本発明の実施形態の一例を示す予備成形金型の概略側断面図であって金型が閉じた状態を示した図金型の開閉により生じるクランププレートの変形状態を示した図本発明の他の実施形態の一例を示す予備成形金型の概略側断面図リリースフィルムを介在させた構成例特許文献１に記載される圧縮成形金型の側断面図

符号の説明

１００…予備成形金型
１０２…上金型
１０４…下金型
１０６…クランププレート
１０６Ａ…プレート部材
１０６Ｂ…弾性変形部材
１４０…キャビティ
１５０…粉状樹脂
１５１…予備成形樹脂

Claims

キャビティ内に投入した樹脂を圧縮して成形を行う圧縮成形金型であって、
対向する第１、第２の金型と、該第１、第２の金型にてクランプすることにより前記対向方向と直交する方向に変形可能な弾性変形部材と、を備え、
前記弾性変形部材が前記キャビティの一部を構成し、
前記弾性変形部材の変形によって、前記キャビティの容積が減少する
ことを特徴とする圧縮成形金型。
請求項１において、
前記弾性変形部材が、前記対向方向に貫通した中空部を有する環状に形成され、
前記環状の弾性変形部材の外周側に、該弾性変形部材の非変形時の前記対向方向の厚みよりも薄く形成され且つ前記弾性変形部材の弾性係数よりも大きい材質で構成された支持部材が配置されている
ことを特徴とする圧縮成形金型。
請求項２において、
前記第１、第２の金型が前記弾性変形部材をクランプする前に、前記キャビティを含めた空間を密閉可能な密閉構造と、
該密閉構造により密閉された空間内の空気を吸引可能な吸引機構と、を備える
ことを特徴とする圧縮成形金型。
請求項３において、
前記密閉構造が、前記支持部材における前記対向方向両面側に形成された環状の凹溝と、
該凹溝に嵌合したＯリングまたはパッキンである
ことを特徴とする圧縮成形金型。
キャビティ内に投入した樹脂を圧縮して成形を行う圧縮成形金型であって、
対向する第１、第２の金型と、該第１、第２の金型にてクランプする中間部材と、を備え、
前記中間部材が前記キャビティの一部を構成し、
前記中間部材の少なくとも一部が前記対向方向と直交する方向に移動することによって、前記キャビティの容積が減少する
ことを特徴とする圧縮成形金型。