JP2009274345A - モールド金型及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キャビティ凹部を形成する側面部の加工条件を底面部と変えることで離型性が向上したモールド金型を提供する。
【解決手段】金型母材に放電加工を含む加工工程を経て形成されたキャビティ凹部４のうち、少なくともキャビティ底面部５とこれを囲むキャビティ側面部６は面性状が異なり、該キャビティ側面部６の断面形状は周縁部が溝部６ａに囲まれた上に凸となる逆クレーター部６ｂが連なる平滑面に形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、キャビティ凹部と位置合わせして搬入されたワークをクランプし、該キャビティ凹部へ樹脂が充填されてワークを樹脂封止するモールド金型及びその製造方法に関する。

半導体部品などのワークを樹脂封止するモールド金型にはキャビティ凹部が形成されている。ワークはキャビティ凹部に位置合わせしてモールド金型に搬入され、モールド金型にクランプされてキャビティ凹部へ樹脂が充填される。
モールド金型のキャビティ凹部は、放電加工機で放電加工されて形成される。このとき放電加工によりキャビティ底面部とその周囲を囲むキャビティ側面部は同じ放電面粗度で加工されてきた。

また、樹脂封止されたパッケージの表面の面粗度は、製品名の印刷や外観検査により画像処理に際して光反射の少ない面粗度や面性状にすることが求められている。また、環境負荷を軽減するため、いわゆるグリーン樹脂が用いられるようになっている。グリーン樹脂は、金型との接着力が従来の樹脂材より強い一方で、パッケージ（樹脂封止部）全体としては、部分的に硬化状態が不安定となりやすく金型凹部に接着して金型汚れのアンカーとして成長したり、更に大きく成長したりして離型の障害となるおそれがある。特にパッケージの側面において樹脂剥離の問題が顕著である。
特開２００３−２５３３６号公報

キャビティ凹部の底面を囲む側面を平滑化することで離型性能が向上することは知られている。このキャビティ側面を機械加工（ラッピング加工）により磨いて鏡面化することも考えられる。しかしながら、モールド金型に刻設されたすべてのキャビティ凹部の側面（４面）すべてにラッピングを行なうとすると、手間がかかる上に均一な仕上げが難しく生産コストが上昇する。

本件出願人は、モールド金型のキャビティ凹部の加工条件を工夫することで加工面の面性状が反転することを見出して本件発明をするに至った。
本発明の目的は、上記課題を解決し、キャビティ凹部を形成する底面部と側面部の加工条件を変えることで離型性を向上させたモールド金型及びその製造方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
キャビティ凹部と位置合わせして搬入されたワークをクランプし、該キャビティ凹部へ封止樹脂が充填されてワークが樹脂封止されるモールド金型であって、金型母材に放電加工を含む加工工程を経て形成された前記キャビティ凹部のうち、少なくともキャビティ底面部とこれを囲むキャビティ側面部は面性状が異なり、該キャビティ側面部の断面形状は周縁部が溝部に囲まれた内部が凸となる逆クレーター部が連なる平滑面に形成されていることを特徴とする。
また、前記キャビティ側面部は、加工条件を変えた二次放電加工が施されて前記キャビティ底面部より面粗度が小さい平滑面に形成されていることを特徴とする。
また、前記キャビティ側面部は、レーザー加工が施されて前記キャビティ底面部より面粗度が小さい平滑面に形成されていることを特徴とする。
また、前記キャビティ側面部は、化学研磨加工が施されて前記キャビティ底面部より面粗度が小さい平滑面に形成されていることを特徴とする。

キャビティ凹部と位置合わせして搬入されたワークをクランプし、該キャビティ凹部へ封止樹脂を充填しワークを樹脂封止するモールド金型の製造方法であって、ワークの加工形状に合わせた放電電極を絶縁性の加工液に浸漬させて一次放電加工を行なって、前記キャビティ凹部のキャビティ底面部および該キャビティ底面部を囲むキャビティ側面部が所定の面粗度となるように当該キャビティ凹部を形成する工程と、前記キャビティ底面部を囲む前記キャビティ側面部に対する放電電極の隙間を狭めて二次放電加工を行なって、周縁部が溝部に囲まれた内部が凸となる逆クレーター部が連なる前記所定の面粗度より小さい面粗度の平滑面を形成する工程を含むことを特徴とする。
また、前記二次放電加工に替えて前記キャビティ側面部にレーザー加工を施して逆クレーター部が連なる前記キャビティ底面部より面粗度が小さい平滑面を形成する工程を含むことを特徴とする。
また、前記二次放電加工に替えて前記キャビティ側面部に化学研磨加工を施して前記逆クレーター部が連なる前記キャビティ底面部より面粗度が小さい平滑面を形成する工程を含むことを特徴とする。
また、前記二次放電加工に替えて前記キャビティ側面部に電解研磨加工を施して前記逆クレーター部が連なる前記キャビティ底面部より面粗度が小さい平滑面を形成する工程を含むことを特徴とする。

本発明に係るモールド金型およびその製造方法を用いれば、キャビティ凹部を形成するキャビティ底面部と該キャビティ底面部を囲むキャビティ側面部とで面粗度及び面性状が異なる放電加工面が形成されていると、モールド樹脂を離型する際にキャビティ凹部のキャビティ側面部の面性状による微細な凹凸に樹脂が引っかかってせん断される樹脂量が減り、離型力を低下させて離型性を向上させることができる。特に、グリーン樹脂などの接着力が高いモールド樹脂の金型離型性を高めることができる。
また、逆クレーター部が連なるキャビティ側面部は、加工条件を変えた放電加工、レーザー加工、化学研磨加工、電解研磨加工のいずれかが施されてキャビティ底面部より面粗度が小さい平滑面に形成されている。これにより、モールド樹脂のキャビティ側面部に食いつく体積が減るので、離型性が飛躍的に向上する。
また、キャビティ凹部を加工する際に、１回目の放電加工で底面部及び側面部を粗く加工し、２回目の加工で側面部のみを鏡面仕上げすることにより、キャビティ凹部の加工時間を短縮することができる。

以下、本発明に係るモールド金型及びその製造方法の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。
先ず、モールド金型の概略構成について図１及び図２を参照して説明する。
図１において、モールド金型は耐摩耗性に優れ、精密加工が可能な金属材料が用いられ、金属生材、粉末ハイス鋼、超硬合金、ジルコニア、イットリアセラミックなどの導電性材料が好適に用いられる。

放電加工の原理について図１の模式図を参照して説明する。
放電加工は、ワーク（モールド金型１）Ｗと加工形状（キャビティ凹部）と同形の放電電極（例えば黒鉛電極、銅合金電極など）２を絶縁性の加工液（例えば灯油）３のなかに浸漬させ、パルス性のアーク放電を繰り返す。放電エネルギーの大きさはワークＷと放電電極２とのギャップＧに応じて決まる。図１（ａ）のようにギャップＧが大きいと、放電エネルギーは大きく、加工面はクレーター状の凹部が連続する面性状（粗面Ｐ）となる。図１（ｂ）のようにギャップが小さいと、放電エネルギーは小さく、加工面は逆クレーター状の凸部が連続する面性状（微細加工面Ｒ）となる。

図２にモールド金型に微細放電加工を行なう場合の模式図を示す。
図２（ａ）において電極−金型間で放電（アーク）が生じると、図２（ｂ）において金型表面は急激に加熱されて溶解し、同時に加工液３も加熱によりガス化する。このガス化によって、図２（ｃ）において放電エネルギーが十分大きい場合にはモールド金型１の溶解部分１ａが吹き飛ばされて除去される。しかしながら、放電エネルギーがそれほど大きくない場合には、図２（ｄ）において、表面張力が作用して溶解した部分が引き戻されて、逆クレーター状の凸部となって固化する。放電電極２が金型加工面に更に接近すると、放電電極−金型間で再度アークが発生して同様の微細放電加工が行なわれる。

図３（ａ）（ｂ）は、モールド金型１のキャビティ凹部４の底面部５と該底面部５を囲む側面部６とで面粗度及び面性状が異なる放電加工面が形成されている。図３（ａ）（ｂ）では、キャビティ凹部４の表面粗さを、キャビティ底面部５を上仕上げとし、キャビティ側面部６を精密仕上げとする場合を例示している。

具体的には、図３（ａ）においてキャビティ凹部４の全体を所要の面粗度に一次放電加工した後、図３（ｂ）において同じ放電電極２をキャビティ底面部５へ放電しない高さ（例えば２０μｍ程度）だけＺ方向へ引き上げ更にはＸ−Ｙ方向へ移動させてキャビティ側面部６のみに二次放電加工を施して形成する。
或いは、キャビティ凹部４全面を所望の面粗度や面性状に一次放電加工した後、放電電極２を替えて、キャビティ側面部６のみに放電電極との隙間などの加工条件を変えて二次放電加工（微細放電加工）を施すようにしても良い。

更には、キャビティ凹部４全面に一次放電加工（微細放電加工）を行なった後、同じ放電電極２を用いてキャビティ底面部５へ所望の面粗度と面性状となるように二次放電加工を行なうようにしてもよいし、或いはキャビティ凹部４全面に一次放電加工（微細放電加工）を行なった後、放電電極２を替えてキャビティ底面部５のみに放電電極との隙間などの加工条件を変えて所望の面粗度や面性状に二次放電加工を施すようにしても良い。

図４（ａ）に二次放電加工後のキャビティ側面部６の拡大模式図、図４（ｂ）（ｃ）に矢印Ａ−Ａ断面図及び矢印Ｂ−Ｂ断面図を示す。
キャビティ側面部６の断面形状は周縁部が溝部６ａに囲まれた内部が凸となる逆クレーター部６ｂが連なる平滑面に形成されている。逆クレーター部６ｂの表面部は平坦面に仕上がっている。
具体的には、従来のキャビティ凹部４の表面粗さは一律で、中心線平均粗さ（Ｒａ）で２．５（Ｒａ）〜１．５（Ｒａ）であったが、キャビティ側面部６の微細放電加工面の、中心線平均粗さ（Ｒａ）が、０．５（μＲａ）〜０．３（μＲａ）若しくは十点平均粗さ（Ｒｚ）で１．２（Ｒｚ）以下の鏡面のように平滑面とすることができた。

図５（ａ）（ｂ）に、モールド樹脂（パッケージ部）の離型動作の断面模式図を示す。キャビティ凹部４の側面部６に形成された溝部６ａにくい込む樹脂量７ａが少ないため、図５（ａ）（ｂ）の矢印方向にモールド樹脂７を離型させる場合、矢印方向に僅かなせん断力で離型し、キャビティ側面６に残留する樹脂残り量を減らすことができる。
これに対して、従来のモールド金型では、図６（ａ）（ｂ）に示すように、キャビティ側面部６は周縁部が突部（外輪山）８ａで囲まれたクレーター部８ｂ（凹面部）が形成されていたため、該クレーター部８ｂに嵌り込むモールド樹脂７の体積が増えて、図の矢印方向へ離型させるにためには大きなせん断力を要していた。また、仮に離型できたとしても、モールド樹脂７に欠け７ｂが生じたり、モールド金型のキャビティ凹部４に残留する樹脂（樹脂汚れ）７ｃの樹脂量が増えたりするため、メンテナンスを頻繁に行なう必要がある。

次に、キャビティ凹部４の加工プロセスの他例について説明する。図７（ａ）において、キャビティ凹部４を所望の面粗度と面性状となるように放電加工を行なった後で、図７（ｂ）において公知のレーザー加工機を用いてレーザービーム（ＣＯ_２ガスレーザー、ＹＡＧレーザーなど）をキャビティ側面部６に照射して光の強さや照射時間を調整して逆クレーター部６ｂが連なるキャビティ底面部５より面粗度が小さい平滑面に仕上げるようにしても良い（図５（ａ）（ｂ）参照）。

また、図８において、キャビティ凹部４に放電加工を行なって、上仕上げ若しくは精密仕上げとした後で、キャビティ凹部４の周縁部をマスク１０で覆った状態でキャビティ凹部４内に様々な組成の化学研磨液９ａを満たす。これによりキャビティ側面部６に化学研磨加工を施して逆クレーター部６ｂが連なるキャビティ底面部５より面粗度が小さい平滑面を形成するようにしてもよい。化学研磨は、金型表面部が均等に溶出するため、尖った部分は先に消滅してなくなるが、キャビティ底部５も同時に溶出するからキャビティ凹部４の全面を平滑化するのに向いている。

或いは、キャビティ凹部４内に特定の電解研磨液９ｂを満たしてこれにより、キャビティ凹部４が電解研磨液８に晒されて逆クレーター部６ｂが連なるキャビティ底面部５より面粗度が小さい平滑面に仕上げするようにしてもよい。電解研磨は、金型面に先鋭部があると平坦部に比べて多くの電流が流れるため、選択的に早く溶け出すので、放電加工後の加工バリとキャビティ側面部６の深さ２０μｍ程度の掘り込みによって生じる加工段差を平滑化するのに好適である。電解研磨は化学研磨より制御性が高いため有効である。

いずれの加工プロセスにおいても、加工後のキャビティ凹部４の面性状は、図９（ａ）に示すように改善される。即ち、キャビティ凹部２は、少なくともキャビティ側面部４を含むキャビティ面が、周縁部が溝部６ａで囲まれた内部が凸となる逆クレーター部６ｂが連続する連続面（微細加工面Ｒ）に形成される。これにより基板１１をモールド金型１でクランプして樹脂封止する際にモールド樹脂のキャビティ側面部６に食い付く体積が減るので、離型性が向上する。
従来は、図９（ｂ）において、キャビティ凹部４は、少なくともキャビティ側面部６を含むキャビティ面が、突部（外輪山）８ａで囲まれたクレーター部８ｂ（凹面部）が連続する連続面となっていた。よって、モールド樹脂７のキャビティ側面部６に食い付く体積が増えるので、離型するのに大きなせん断力を要し、パッケージに欠けが生ずるおそれがある。

電極−ワーク間の粗放電加工の断面説明図である。 電極−ワーク間の微細放電加工の断面説明図である。 電極−ワーク間の放電加工のプロセス説明図である。 加工後のキャビティ側面部の部分拡大平面図、矢印Ａ−Ａ断面図、矢印Ｂ−Ｂ断面図である。 モールド樹脂をキャビティ凹部から離型させる状態を示す部分断面説明図である。 従来のモールド樹脂をキャビティ凹部から離型させる状態を示す部分断面説明図である。 他例に係るレーザー加工を併用したプロセス説明図である。 他例に係る化学研磨加工（或いは電解研磨加工）を併用したプロセス説明図である。 加工後のキャビティ凹部の面性状を示す金型の模式断面図である。

符号の説明

Ｗ ワーク
Ｇ ギャップ
１ モールド金型
２ 放電電極
３ 加工液
４ キャビティ凹部
５ キャビティ底面部
６ キャビティ側面部
６ａ 溝部
６ｂ 逆クレーター部
８ａ 突部
８ｂ クレーター部
７ モールド樹脂
９ａ 化学研磨液
９ｂ 電解研磨液
１０ マスク
１１ 基板

Claims (8)

1. キャビティ凹部と位置合わせして搬入されたワークをクランプし、該キャビティ凹部へ封止樹脂が充填されてワークが樹脂封止されるモールド金型であって、
   金型母材に放電加工を含む加工工程を経て形成された前記キャビティ凹部のうち、少なくともキャビティ底面部とこれを囲むキャビティ側面部は面性状が異なり、該キャビティ側面部の断面形状は周縁部が溝部に囲まれた内部が凸となる逆クレーター部が連なる平滑面に形成されているモールド金型。
2. 前記キャビティ側面部は、加工条件を変えた二次放電加工が施されて前記キャビティ底面部より面粗度が小さい平滑面に形成されている請求項１に記載のモールド金型。
3. 前記キャビティ側面部は、レーザー加工が施されて前記キャビティ底面部より面粗度が小さい平滑面に形成されている請求項１に記載のモールド金型。
4. 前記キャビティ側面部は、化学研磨加工が施されて前記キャビティ底面部より面粗度が小さい平滑面に形成されている請求項１に記載のモールド金型。
5. キャビティ凹部と位置合わせして搬入されたワークをクランプし、該キャビティ凹部へ封止樹脂を充填しワークを樹脂封止するモールド金型の製造方法であって、
   ワークの加工形状に合わせた放電電極を絶縁性の加工液に浸漬させて一次放電加工を行なって、前記キャビティ凹部のキャビティ底面部および該キャビティ底面部を囲むキャビティ側面部が所定の面粗度となるように当該キャビティ凹部を形成する工程と、
   前記キャビティ底面部を囲む前記キャビティ側面部に対する放電電極の隙間を狭めて二次放電加工を行なって、周縁部が溝部に囲まれた内部が凸となる逆クレーター部が連なる前記所定の面粗度より小さい面粗度の平滑面を形成する工程を含むモールド金型の製造方法。
6. 前記二次放電加工に替えて前記キャビティ側面部にレーザー加工を施して逆クレーター部が連なる前記キャビティ底面部より面粗度が小さい平滑面を形成する工程を含む請求項５に記載のモールド金型の製造方法。
7. 前記二次放電加工に替えて前記キャビティ側面部に化学研磨加工を施して前記逆クレーター部が連なる前記キャビティ底面部より面粗度が小さい平滑面を形成する工程を含む請求項５に記載のモールド金型の製造方法。
8. 前記二次放電加工に替えて前記キャビティ側面部に電解研磨加工を施して前記逆クレーター部が連なる前記キャビティ底面部より面粗度が小さい平滑面を形成する工程を含む請求項５に記載のモールド金型の製造方法。

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