JP2015112762A - モールド金型及び樹脂モールド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂封止部の外周に金型母材より熱伝導率が高い金属皮膜層又は熱伝導率の高い異種部材を配置することでエアーベント部からの樹脂漏れを防ぎかつキャビティ内に充填された樹脂に十分な硬化時間を確保することが可能なモールド金型を提供する。【解決手段】キャビティ凹部２ａからエアーを逃がすエアーベント溝２ｆに臨んでエアー流路を開閉可能な可動エアーベント駒１６が設けられており、可動エアーベント駒１６はエアーベント溝２ｆに臨む端面に、金型母材より熱伝導率が高い金属被膜層１７又は熱伝導率の高い部材が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、一方の金型に載置されたワークをキャビティ凹部が形成された他方の金型とでクランプするモールド金型及びこれを備えた樹脂モールド装置に関する。

樹脂封止装置は、ワークを型開きしたモールド金型に搬入して位置決めした後クランプして樹脂封止される。ワークとしては、樹脂基板（有機基板）、セラミック基板、アルミ基板やリードフレーム等（以下、単に基板と略す）が用いられ、封止樹脂と共に搬入装置に保持されてモールド金型へ搬入される。基板はモールド金型によりクランプされ、溶融したモールド樹脂が基板を横切って（横断して）キャビティに圧送（注入）されて樹脂モールドされる。

樹脂モールドに用いられる成形用樹脂は、ワークによって様々なものが用いられ、樹脂ごとに成形性が異なる。モールド樹脂の溶融時間が短い場合には、ポットからキャビティへ圧送りされる際に、早期に硬化が始まって、未充填が発生しやすく、モールド樹脂の粘度が低すぎればエアーベントから樹脂が漏れだしてしまう。

例えば、モールド樹脂の硬化時間を促進するため、上型及び下型のベース材料として鋼材を使用し、キャビティ凹部の底部を熱伝導性の良い銅又はアルミニウム、又はこれらの合金を用いたモールド金型が提案されている。或いは、キャビティを構成する材料よりも熱伝導率が低い異種材からなるゲート部を設け、ゲート部からの樹脂の充填性を改善することなどが提案されている（特許文献１参照）。

特許第３２４１５５３号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示すモールド金型及び樹脂モールド装置において、モールド樹脂として粘度が低い樹脂（ＬＥＤ用透明樹脂など）を用いた場合には、樹脂の流動性が高いため、金型ランナゲートからキャビティに充填された樹脂が、加熱硬化を待たずにエアーベントから漏れ出してしまう。エアーベントから樹脂が漏れ出すと、キャビティ内に所定の樹脂圧が作用しないため充填性が悪くなる。

本発明は上記従来技術の課題を解決し、エアーベント部のエアーベント溝に臨む端面に金型母材より熱伝導率が高い金属皮膜層又は熱伝導率の高い部材を設けることでエアーベント溝からの樹脂漏れを低減させてキャビティ内に充填された樹脂に十分な硬化時間を確保することが可能なモールド金型及びこれを備えた微細な空間への樹脂充填性を改良し成形品質を向上させた樹脂モールド装置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。
即ち、ワークを載置する一方の金型と、金型クランプ面にキャビティ凹部が形成された他方の金型とでワークがクランプされるモールド金型であって、前記一方の金型には、キャビティ凹部に位置を合わせて前記ワークが載置されるワーク載置部と前記キャビティ凹部へ供給するモールド樹脂が装填されるポットが設けられ、前記他方の金型には、前記キャビティ凹部からエアーを逃がすエアーベント溝に臨んでエアー流路を絞り込み可能なエアーベント部が設けられており、前記エアーベント部は前記エアーベント溝に臨む端面に、金型母材より熱伝導率が高い金属被膜層又は熱伝導率の高い部材が形成されていることを特徴とする。

上記モールド金型を用いれば、エアーベント部はエアーベント溝に臨む端面に、金型母材より熱伝導率が高い金属被膜層又は熱伝導率が高い部材が形成されているので、たとえ樹脂流動性が高い低粘度の樹脂が使用されたとしても、エアーベント溝から漏れ出すモールド樹脂の熱硬化を早めて漏れ出す樹脂量を低減することができる。従って、キャビティ内の樹脂充填性が向上する。
例えば、エアーベント部に形成される金属被膜層は、金型母材に熱伝導率が高いアルミニウム金属皮膜層若しくはアルミナ金属皮膜層が積層されていることが好ましい。
また、エアーベント部は、可動エアーベント部であっても固定エアーベント部であってもいずれでもよい。

また、前記ワーク載置部には、前記ワークにフリップチップ接続された半導体素子の直下に対応する部位に、金型母材より熱伝導率が低い金属皮膜層が端面に形成された金属部材又は熱伝導率の低い部材若しくはセラミック部材が配置されていることが好ましい。
これにより、ワークの半導体素子が搭載された部位に熱伝導率が低い金属皮膜層又は熱伝導率の低い部材若しくはセラミック部材が当接して金型からの熱伝導を抑えることで、特に半導体素子と基板との狭い隙間にアンダーフィル用モールド樹脂が硬化時間を遅らせて、確実に充填されるのを促進することができる。
この場合の金属皮膜層はジルコニア金属皮膜層であり、セラミック部材は石英であることが好ましい。

また、前記他方の金型には、前記ポットに対向し前記キャビティ凹部に接続する樹脂路を形成する金型カルの端面に、金型母材より熱伝導率が低い金属皮膜層又は熱伝導率の低い部材若しくはセラミック部材が用いられることが好ましい。
これにより、キャビティより上流側の樹脂路における金型からの熱伝導を抑えることにより、モールド樹脂のキャビティへの充填性及び樹脂流動性を高めることができる。
この場合の金属皮膜層はジルコニア金属層であり、セラミック部材は石英であることが好ましい。

また、樹脂モールド装置においては、上述したいずれかのモールド金型を備えたことを特徴とする。これによりエアーベントからの樹脂漏れを防ぎ、キャビティ内の微細な空間への樹脂充填性を改良し成形品質を向上させることができる。

上記モールド金型を用いれば、エアーベント部のエアーベント溝に臨む端面に金型母材より熱伝導率が高い金属皮膜層を設けることでエアーベント溝からの樹脂漏れを低減させてキャビティ内に充填された樹脂に十分な硬化時間を確保することが可能となる。
また、樹脂モールド装置においては、エアーベントからの樹脂漏れを防ぎ、キャビティ内の微細な空間への樹脂充填性を改良し成形品質を向上させることができる。

樹脂モールド装置の型閉じ状態の断面説明図である。 上型の上視図である。 図２のエアーベント部の拡大図である。 モールド金型に組み付けられた可動エアーベントピンを示す断面説明図である。

以下、本発明に係るモールド金型及び樹脂モールド装置の好適な実施の形態について添付図面と共に詳述する。以下の実施形態では、基板を用い、上型側にキャビティ凹部が形成され下型側にポットが形成されるトランスファモールド用のモールド金型及び樹脂モールド装置について説明する。樹脂モールド装置の構成については主に図４を参照し、モールド金型の構成については主に図１を参照しながら説明するものとする。

図４において、樹脂モールド装置は、可動型である下型１（一方の金型）と固定型である上型２（他方の金型）を備えたモールド金型３と、モールド金型３を開閉する型開閉機構（電動モータ、トグルリンク機構等；図示せず）と、下型２に備えたポット４に挿入されたプランジャ５（図４参照）を作動させるトランスファ機構と、を備えている。以下、モールド金型３の構成を具体的に説明する。

図１において、下型１には、キャビティ凹部に位置を合わせてワークが載置固定される下型インサートブロック６と、下型インサートブロック６に隣接して設けられキャビティ凹部へ供給するモールド樹脂が装填されるポット４（図４参照）が設けられ、これらが図４に示す下型チェイスブロック７に組み付けられている。

図１に示すように、下型インサートブロック６の下型クランプ面には、基板８（ワーク）が載置されるワーク載置部６ａ（凹部）が設けられている。基板８には、半導体素子（例えばＬＥＤ発光素子など）９がフリップチップ実装されている。ワーク載置部６ａの深さは、図４に示す下型チェイスブロック７に下型インサートブロック６が重ね合わせるライナーブロック１０の厚みにより調整することができる。

また、図１において、下型インサートブロック６のワーク載置部６ａには、基板８にフリップチップ接続された半導体素子９の直下に金型母材（ステンレス鋼等）より熱伝導率が低い金属皮膜層（例えばジルコニア金属皮膜層）が形成された金属部材（柱状鋼材）又は熱伝導性が低い金属部材（柱状鋼材）若しくはセラミック部材（例えば石英柱材）（以下これらを総称して「支持部材１１」という）が当接して基板８が支持されていてもよい。これにより、基板８の半導体素子９が搭載された部位に対して支持部材１１により下型１からの熱伝導を抑えることで、特に半導体素子９と基板８との狭い隙間にアンダーフィル用モールド樹脂が充填されるのを促進することができる。

尚、金属部材に金属皮膜層を形成する場合には金属溶射により端面に一様に金属皮膜層を形成することができる。また下型インサートブロック６に支持部材１１が挿入された隙間は、基板８をワーク載置部６ａに吸着する吸引孔として好適に用いられる。

図１に示すように、上型２は、上型クランプ面にキャビティ凹部２ａ，２ｂ及びこれに連通する上型ランナゲート２ｃが彫り込まれた上型キャビティ駒１２と、図４に示すように上型キャビティ駒１２を弾性部材１３（例えばコイルばね）を介して吊り下げ支持する上型チェイスブロック１４を備えている。上型チェイスブロック１４のポット４と対向する部位には上型カル２ｄが上型ランナゲート２ｃと連通するように彫り込まれている。上型カル２ｄは、上型チェイスブロック１４の上型クランプ面に直接形成されていてもよいが、図１に示すように上型チェイスブロック１４とは別に設けられた上型カルブロック１５に形成されていてもよい。

また、図１に示すように、上型キャビティ駒１２には、上型ランナゲート２ｃと連通する第一キャビティ凹部２ａが形成されており、その底部に更に深さが深い半球状の第二キャビティ凹部２ｂが半導体素子９に対向して複数箇所に形成されている。第一キャビティ凹部２ａは、複数の半導体素子９を一括して樹脂モールドし、第二キャビティ凹部２ｂは各半導体素子９（ＬＥＤ発光素子）から発光する光を拡散するレンズ部が形成される。第一キャビティ凹部２ａには、複数箇所にフィルム吸引孔２ｅが形成されている。尚、通常の半導体素子を樹脂モールドする場合には第二キャビティ凹部２ｂは、省略されてもよい。

また、図２に示すように上型２のクランプ面には、第一キャビティ凹部２ａからエアーを逃がすエアーベント溝２ｆが上型ランナゲート２ｃとは反対側に形成されている。このエアーベント溝２ｆに臨んでエアー流路を絞り込み可能な可動エアーベント駒１６（可動エアーベント部）が設けられている。

この可動エアーベント駒１６はエアーベント溝２ｆに臨む端面に、金型母材（ステンレス鋼材等）より熱伝導率が高い金属被膜層１７（アルミニウム金属皮膜層若しくはアルミナ金属皮膜層）が形成されている。
図３において、金属皮膜層１７は、エアーベント溝２ｆを横切るように複数箇所に形成されている。金属皮膜層１７は金型母材に予め凹部を形成しており、この凹部に対して溶融した金属（アルミニウム若しくはアルミナ）を溶射することにより形成される。このように可動エアーベント駒１６はエアーベント溝２ｆに臨む端面に、金型母材より熱伝導率が高い金属被膜層１７が形成されているので、たとえ樹脂流動性が高い低粘度のモールド樹脂が使用されたとしても、エアーベント溝２ｆにおける熱硬化を早めて漏れ出す樹脂量を低減することができる。従って、キャビティ内の樹脂充填性が向上する。

また、図１に示すように、上型２には上型チェイスブロック１４とは別に上型カルブロック１５が設けられていてもよい。上型カルブロック１５は、金型母材（ステンレス鋼等）より熱伝導率が低い金属皮膜層（例えばジルコニア金属皮膜層）が形成された金属部材（柱状鋼材）又は熱伝導率が低い部材若しくはセラミック部材（例えば石英柱材）が好適に用いられる。これにより、キャビティより上流側の樹脂路における上型２からの熱伝導を抑えることにより、モールド樹脂の充填性を高めることができる。
尚、本実施例は上型カルブロック１５ではあるが、キャビティ間を連通する場合にはスルーゲートに適用してもよい。

また、上型２の上型クランプ面には、リリースフィルム１８が吸着保持される。リリースフィルム１８は、厚さ０．０５~０．１０ｍｍ程度で耐熱性を有するもので、金型面より容易に剥離するものであって、柔軟性、伸展性を有するもの、例えば、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ＰＥＴ、ＦＥＰフィルム、フッ素含浸ガラスクロス、ポリプロピレンフィルム、ポリ塩化ビニリジン等を主成分とした単層又は複層膜が好適に用いられる。なお、ワーク端面精度が高い場合や、フィラー径の大きなモールド樹脂を用いる場合には、リリースフィルム１８を省略することも可能である。

リリースフィルム１８は、上型カル２ｄ、上型ランナゲート２ｃ、上型キャビティ２ａ，２ｂ、上型エアーベント溝２ｆを含む上型クランプ面を覆うように吸着保持される。リリースフィルム１８は、上型キャビティ駒１２と上型チェイスブロック１４の隙間や上型キャビティ駒１２と上型カル１５の隙間を通じて吸着保持される。また、リリースフィルム１８は、第一キャビティ凹部２ａ内ではフィルム吸引孔２ｅによって吸着保持されている。尚、第二キャビティ凹部２ｂ内には、モールド樹脂が充填される際に樹脂圧によりリリースフィルム１８が伸ばされて覆われるようになっている。

ここで可動エアーベント駒１６のモールド金型３への組み付け構成例について図４を参照して説明する。可動エアーベント駒１６は、上型キャビティ駒１２にエアーベント溝２ｆが形成された上型クランプ面に進退動可能に組み付けられている。具体的にはエアーベント付勢部材１９（例えばコイルばね）を介して常時上型クランプ面より突出する方向に付勢されている。よって、モールド金型３が型開きした状態では、可動エアーベント駒１６は、エアーベント付勢部材１９により付勢されて、先端部が上型クランプ面より突出している。

下型１に基板８を載置しポット４に樹脂タブレット２０を装填し、上型２にリリースフィルム１８が吸着保持された状態で、下型１を上昇して型閉じ動作が行われる。このとき、先端部が上型クランプ面より突出している可動エアーベント駒１６は、リリースフィルム１８を介して基板８に当接すると、更なる型閉じ動作によりエアーベント付勢部材１９の付勢に抗して上型キャビティ駒１２内に押し戻される。尚、このとき、基板８の厚みの差分は弾性部材１３を押し戻す（圧縮する）ことで調整される。

モールド金型３の型閉じ動作が終了すると、トランスファ機構を作動させてプランジャ５が上昇し、ポット４内で溶融したモールド樹脂を図１の矢印方向に上型カル２ｄ、上型ランナゲート２ｃを通じて上型キャビティ凹部２ａ，２ｂに充填する。このとき、キャビティ内に閉じ込められたエアーはエアーベント溝２ｆより排出される。このとき可動エアーベント駒１６のエアーベント溝２ｆに臨む端面に、金型母材より熱伝導率が高い金属被膜層１７が形成されているので、たとえ樹脂流動性が高い低粘度の樹脂（例えば透明シリコーン樹脂）が使用されたとしても、エアーベント溝２ｆから漏れ出す樹脂量を低減することができる。従って、キャビティ内の樹脂充填性が向上する。
また、キャビティ内において、基板８の半導体素子９が搭載された部位に対して支持部材１１により下型１からの熱伝導を抑えることで、特に半導体素子９と基板８との狭い隙間にアンダーフィル用モールド樹脂が充填されるのを促進することができる。また、樹脂モールド装置においては、エアーベント溝２ｆからの樹脂漏れを低減させ、キャビティ内の微細な空間への樹脂充填性を改良し成形品質を向上させることができる。

上記モールド金型においては、上型２を固定型、下型１を可動型としたが、上型２が可動型、下型１が固定型であってもよいし、双方を可動型としてもよい。また、ポット４が上型２に形成され、キャビティ凹部が下型１に形成されていてもよい。
また、ワークＷはＬＥＤ発光素子が搭載された基板に限らず、半導体チップが基板上にフリップチップ接続、ワイヤボンディング接続されたものなど他の成形品に対しても用いることができる。またモールド樹脂も透明シリコーン樹脂に限らす受発光素子用のリフレクタ成形に用いられるシリカ、アルミナ及び酸化チタンなどのフィラー含有のシリコーン樹脂であってもよいし、シリカなどのフィラー含有のエポキシ樹脂であってもよい。
また、本実施例ではワーク載置部は凹部となっているが、ポットと基板の上下の位置関係に拠っては、載置部は必ずしも凹部である必要は無く、平坦部であっても良い。
さらに本実施例では可動エアーベント駒１６を例示したが、固定エアーベント駒であっても良いし、エアーベント駒は必ずしも別体ブロックにする必要は無く、キャビティ駒にエアーベントを彫り込んで熱伝導性の高い金属皮膜層１７を溶射しても良い。

１ 下型 ２ 上型 ２ａ，２ｂ キャビティ凹部 ２ｃ 上型ランナゲート ２ｄ 上型カル ２ｅ フィルム吸引孔 ２ｆ エアーベント溝 ３ モールド金型 ４ ポット ５ プランジャ ６ 下型インサートブロック ６ａ ワーク載置部 ７ 下型チェイスブロック ８ 基板 ９ 半導体素子 １０ ライナーブロック １１ 支持部材 １２ 上型キャビティ駒 １３ 弾性部材 １４ 上型チェイスブロック １５ 上型カルブロック １６ 可動エアーベント駒 １７ 金属皮膜層 １８ リリースフィルム １９ エアーベント付勢部材 ２０ 樹脂タブレット

Claims (7)

1. ワークを載置する一方の金型と、金型クランプ面にキャビティ凹部が形成された他方の金型とでワークがクランプされるモールド金型であって、
   前記一方の金型には、キャビティ凹部に位置を合わせて前記ワークが載置されるワーク載置部と前記キャビティ凹部へ供給するモールド樹脂が装填されるポットが設けられ、
   前記他方の金型には、前記キャビティ凹部からエアーを逃がすエアーベント溝に臨んでエアー流路を絞り込み可能なエアーベント部が設けられており、前記エアーベント部は前記エアーベント溝に臨む端面に、金型母材より熱伝導率が高い金属被膜層又は熱伝導率の高い部材が形成されていることを特徴とするモールド金型。
2. 前記エアーベント部に形成される金属被膜層は、金型母材に熱伝導率が高いアルミニウム金属皮膜層若しくはアルミナ金属皮膜層が積層されている請求項１記載のモールド金型。
3. 前記エアーベント部は、可動エアーベント部であることを特徴とした請求項１又は請求項２記載のモールド金型。
4. 前記ワーク載置部には、前記ワークにフリップチップ接続された半導体素子の直下に対応する部位に、金型母材より熱伝導率が低い金属皮膜層が端面に形成された金属部材又は熱伝導率の低い部材若しくはセラミック部材が配置されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のモールド金型。
5. 前記他方の金型には、前記ポットに対向し前記キャビティ凹部に接続する樹脂路を形成する金型カルの端面に、金型母材より熱伝導率が低い金属皮膜層又は熱伝導率の低い部材若しくはセラミック部材が用いられる請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のモールド金型。
6. 前記金属皮膜層はジルコニア金属層であり、前記セラミック部材は石英である請求項４又は請求項５記載のモールド金型。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載のモールド金型を備えた樹脂モールド装置。

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