JP2931715B2 - 樹脂封止方法、樹脂封止装置、及びガススプリング - Google Patents

樹脂封止方法、樹脂封止装置、及びガススプリング

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JP2931715B2
JP2931715B2 JP4118731A JP11873192A JP2931715B2 JP 2931715 B2 JP2931715 B2 JP 2931715B2 JP 4118731 A JP4118731 A JP 4118731A JP 11873192 A JP11873192 A JP 11873192A JP 2931715 B2 JP2931715 B2 JP 2931715B2
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housing
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば半導体装置の
樹脂封止技術に応用し得る、金型の所定の内壁形状を有
したキャビティへ樹脂を圧送することにより所定の形状
で樹脂を封止する、樹脂封止技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
<従来の樹脂封止装置の構成>図16は従来技術におけ
る樹脂封止装置の一例としての、半導体装置の樹脂封止
装置の断面正面図である。この樹脂封止装置は、株式会
社TOWA製のマルチプランジャ方式によるものであ
る。
【0003】板状のリードフレーム1に半導体素子2を
載置し、これらが上金型3及び下金型4に設けられたキ
ャビティ5の中の宙空に支持される。キャビティ5は、
その中に溶融した樹脂を圧力をもって注入することによ
り、リードフレーム1と半導体素子2を封止成形する空
間であり、成形後に要求される当該樹脂の形状に対応し
た形状をなしている。上金型3にはキャビティ5に連通
し、溶融樹脂の経路となるゲート6が更に設けられてい
る。下金型4には樹脂のタブレット7を収納する孔であ
るポット8が設けられている。上金型3には更に、ポッ
ト8の上面に位置した空洞であるカル9が設けられてい
る。キャビティ5とポット8とは、ゲート6とカル9と
を間に介して相互に連通している。
【0004】上金型3は固定のプラテンである上プラテ
ン10に取付固定されており、一方下金型4は下金型台
11に取付固定されている。更に下金型台11は上下に
移動可能な移動プラテン12に取付固定されている。上
金型3及び下金型4の各々にはそれぞれヒータ13、及
び14が埋設されており、上金型3及び下金型4の加熱
並びに保温を行っている。
【0005】ポット8には、プランジャ15を構成しタ
ブレット7をキャビティ5へ圧送するプランジャヘッド
15aが嵌挿されている。プランジャヘッド15aは、
同じくプランジャ15を構成するプランジャロッド15
bの一端に連結されている。プランジャロッド15bの
他の一端は、緩衝機構16に組み込まれている。緩衝機
構16は弦巻ばね16a、ばねケース16b、及びナッ
トホルダ16cを有している。弦巻ばね16aはプラン
ジャロッド15bに接して圧縮力を付与し、ばねケース
16bはプランジャロッド15bの抜け止めを兼ね、更
にナットホルダ16cとともに、圧縮力を付与した状態
で弦巻ばね16aを収納するものである。
【0006】ナットホルダ16cには雌ネジが設けられ
ており、雄ネジを有するボールネジ軸17に螺合する。
ボールネジ軸17は移動プラテン12に固定された軸受
け18に回転自在に支持され、タブレット7に圧力を付
与する際にボールネジ軸17に生じる反力に抗する。軸
受け18は、軸受け押金19により移動プラテン12か
ら外れないように固定される。ボールネジ軸17には、
従動プーリ20がナット21を締め付けることにより固
定的に取り付けられており、従動プーリ20の回転に伴
ってボールネジ軸17が回転する。従動プーリ20の回
転トルクは、モータ22により生成される。モータ22
の回転トルクは減速機23で増幅された上で原動プーリ
24に伝達され、更にベルト25を介して従動プーリ2
0に伝達される。モータ22及び減速機23は、モータ
取付板26を介して移動プラテン12に取付固定されて
いる。
【0007】図17は上金型3の底面図である。リード
フレーム1は1枚当り8個の半導体素子2に対応してお
り、樹脂封止装置は1枚のリードフレーム1に対して4
個のカル9を有している。カル9の各一にはポット8及
びプランジャ15の各一が対応している。それ故、樹脂
封止装置は1枚のリードフレーム1に対してプランジャ
15を複数個有するいわゆるマルチプランジャ方式で構
成され、しかも1ポットに2キャビティ5が対応する2
キャビティ/ポット方式で構成されている。
【0008】<従来の樹脂封止装置の動作>従来の樹脂
封止方法は、樹脂封止装置を用いて以下の要領で行なわ
れる。まず図16のヒータ13、14に、制御された電
流を通電することにより、上金型3と下金型4を熱硬化
型の樹脂に最適な180゜Cの温度に加熱及び保温す
る。次に、移動プラテン12が下降することにより上金
型3と下金型4の間が開くと、半導体素子2が搭載され
た2枚のリードフレーム1を図17に図示する上金型3
の底面上の位置に対応する下金型4の上面における所定
の位置に載置し、8個の固形のタブレット7の各1をポ
ット8の各1へ投入する。これら被封止材としてのリー
ドフレーム1及びタブレット7の所定の位置への供給
は、手操作によるか又はローダ(図示しない)を用いて
行われる。
【0009】被封止材が供給された後、移動プラテン1
2が上昇し、上金型3と下金型4とが型締され更に加圧
される。このとき、リードフレーム1及び半導体素子2
は、上金型3の下面に対して図17に図示するように位
置する。次に、タブレット7が下金型4の熱により溶融
するのを待った上で、モータ22を駆動することによ
り、ボールネジ軸17に回転トルクとともに回転運動を
与える。その結果、ボールネジ軸17とナットホルダ1
6cの間の螺合により、ナットホルダ16cは圧縮力を
もって上方向に推進する。ナットホルダ16cの圧縮力
が弦巻ばね16a、プランジャロッド15b、プランジ
ャヘッド15aの順に伝達されることにより、タブレッ
ト7が溶融した樹脂へ圧力が付加される。この圧力によ
り溶融樹脂がポット8から押し出され、カル9、ゲート
6を順に経てリードフレーム1及び半導体素子2が中空
に支持されるキャビティ5に注入され、キャビティ5の
空間を満たす。樹脂は熱硬化性であるために、一定の時
間を経た後には、キャビティ5の内壁の形状により規定
される形状を保ったまま、かつ中空支持されるリードフ
レーム1と半導体素子2を密接して包蔵する形で硬化す
る。すなわち、樹脂は被封止材であるリードフレーム1
と半導体素子2とをキャビティ5で規定される外形をも
って封止する。
【0010】封止が終了すると、移動プラテン12が下
降して上金型3と下金型4の間が開く。つづいて、半導
体素子2と共に封止が完了したリードフレーム1をゲー
ト6、及びカル9に残留する硬化した樹脂とともに下金
型4の上面から取り除く。これらの操作は、手操作によ
るか又はアンローダ(図示しない)を用いて行われる。
【0011】<緩衝機構16の動作>弦巻ばね16a
は、各タブレット7の樹脂の量、各プランジャロッド1
5bの高さ等におけるばらつきにより、溶融樹脂を各々
のキャビティ5へ注入する際の圧力、すなわち注入圧力
に有為な差異が現れることを防止する目的で設けられて
いる。注入圧力を所定の大きさpに設定するとき、弦巻
ばね16aが注入圧力を均等化し得るために、弦巻ばね
16aについてあらかじめ、数1に記述される要求に沿
った設定が行われる。
【0012】
【数1】
【0013】注入力F1 は樹脂を注入する際に樹脂に付
与される圧縮力であり、同時点での弦巻ばね16aが生
成する復元力に一致する。初期圧縮力F0 は、タブレッ
ト7の注入を開始した時点での樹脂に付与される圧縮力
であり、同時点での弦巻ばね16aが生成する復元力に
一致し、更に樹脂の注入を開始する前において弦巻ばね
16aがばねケース16bに収納されている状態で付与
されている初期圧縮変位x0 によって生成する復元力に
相当する。数1に記述される要求に基づいて、例えば注
入圧力pを70kgf/cm2 に設定した場合、初期圧縮力F0
が圧力に換算して70kgf/cm2 よりも小さい値、例えば60
kgf/cm2 に相当するように、ばね定数k、及び初期圧縮
変位x0 を選択する。
【0014】弦巻ばね16aの圧縮変位とこれに伴う復
元力との関係は、例えば図18のグラフで表現される。
この例では、ポット8の断面積Aは 2cm2 であり、弦巻
ばね16aのばね定数kは20kgf/mmであり、注入圧力p
は70kgf/cm2 に設定され(すなわち、注入力F1 は値14
0kgfに設定され)、初期圧縮力F0 は圧力に換算して60
kgf/cm2 に相当する値120kgfに設定されている。初期圧
縮力F0 を得るためには、初期圧縮変位x0 を付与した
状態で、弦巻ばね16aをばねケース16bの中に収納
する必要があり、この例では値6mm の初期圧縮変位x0
を付与する必要がある。復元力が所定の値140kgfの注入
力F1 に達するまでに、弦巻ばね16aには更に値1mm
の圧縮変位が付加される。それ故、所定の値140kgfの注
入力F1に達するために必要なナットホルダ16cの変
位における、タブレット7の量、プランジャ15の長さ
等のばらつきよる所定の値からの誤差が±1mm 以内であ
れば、弦巻ばね16aの圧縮変位に差異を生じることに
より、注入力の誤差は所定の値140kgfの周りに±20kgf
の範囲に抑えられる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
<従来の樹脂封止装置の問題点>従来の樹脂封止装置は
以上のように構成されるので以下のような問題点を有し
ていた。
【0016】弦巻ばね16aが吸収し得る前記ナットホ
ルダ16cの変位における誤差の範囲をより広くするた
めには、ばね定数kがより低い弦巻ばね16aを採用
し、より大きな初期圧縮変位x0 を付与して使用するの
が望ましい。しかしながら、このような要求を満たすべ
き弦巻ばね16aは、その容積が過大となり、樹脂封止
装置に応用するには適しない他、緩衝機構16への組み
込み取り外し等の取扱いにも困難を来す。したがって、
弦巻ばね16aを緩衝機構16に利用する従来の樹脂封
止装置では、緩衝機構16が吸収し得る前記変位におけ
る誤差の範囲は必然的に限度があり、実用的には上記例
における±1mm 程度が限度である。このため、従来の樹
脂封止装置では第1に、タブレット7の量、プランジャ
15の長さ等のばらつきによる前記変位における所定の
値からの誤差を十分に広い範囲において吸収することが
できないという問題点があった。
【0017】従来の樹脂封止装置では第2に、弦巻ばね
16aの製造技術上ばね定数kにばらつきが生じ易く、
これに起因して注入圧力pに所定の値からの誤差を生じ
るほか、前記変位における誤差を吸収し得る範囲がさら
に狭くなるという問題点があった。
【0018】従来の樹脂封止装置では第3に、樹脂量が
過大なタブレット7を注入した場合には、弦巻ばね16
aが過大な圧縮変位を被るために塑性変形を引き起こ
し、その後の注入圧力に過大な誤差をもたらし、これを
防止するためには弦巻ばね16aの交換を行う必要とな
るという問題点があった。弦巻ばね16aの交換を行う
場合には、その分過剰な手間を要するのに加えて、樹脂
封止装置をその間停止する必要があり、スループット
(単位時間当りの処理作業の量)の低下をもたらす。
【0019】従来の樹脂封止装置では第4に、弦巻ばね
16aのばね定数kが固定であるために、注入圧力pの
設定値を変更する場合には、異なるばね定数kを有する
別の弦巻ばね16aに交換する必要があるという問題点
があった。その度に、上記と同様の過剰な手間、スルー
プット上の問題が生じる。
【0020】従来の樹脂封止装置では第5に、弦巻ばね
16aの取付け、及び取り外しの際に、1本当たり100k
gfを超える過大な荷重をもって初期圧縮変位を付与する
必要があり、その手間が甚大であり作業性が悪いという
問題点があった。
【0021】<この発明の目的>この発明は上記のよう
な問題点を解消するためになされたもので、第1にタブ
レットの樹脂量、プランジャの長さ等のばらつきよるナ
ットホルダ16cの変位における所定の値からの誤差を
十分に広い範囲において吸収して、樹脂の注入圧力を均
等化することができ、第2に注入圧力の設定値を容易に
変更することができ、第3に作業に伴う注入圧力の劣
化、及び注入圧力における誤差の拡大がなく、更に加え
て第4に装置の取扱い或は方法の準備工程が容易な樹脂
封止技術を提供することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の樹脂封
止方法は、ポットに嵌挿されたプランジャに圧縮力を付
加することにより、前記ポットに投入された樹脂を、金
型に所定の形状をもって設けられたキャビティへ圧送し
て封止する樹脂封止方法であって、(a)充填ガスを緩
衝媒体とするガススプリングを準備する工程と、(b)
前記充填ガスの圧力を所定の圧力に調整する工程と、
(c)前記プランジャに前記ガススプリングを介して圧
縮力を付加することにより前記樹脂を前記キャビティへ
圧送する工程と、を備えるものである。
【0023】請求項2に記載の樹脂封止装置は、ポット
に嵌挿されたプランジャに圧縮力を付加することによ
り、前記ポットに投入された樹脂を、金型に所定の形状
をもって設けられたキャビティへ圧送して封止する樹脂
封止装置であって、(a)充填ガスを緩衝媒体とし前記
プランジャと実質的に同数のガススプリングを有し、当
該ガススプリングに圧縮力を伝達する緩衝手段と、
(b)前記充填ガスの圧力を所定の圧力に調整する手段
と、(c)前記プランジャに前記緩衝手段を介して圧縮
力を付加する手段と、を備えるものである。
【0024】請求項3に記載のガススプリングは、請求
項2の樹脂封止装置への応用に適した構成を有し、充填
ガスを緩衝媒体とするガススプリングであって、(a)
第1の一端が開口し、第2の一端が閉口する実質的に筒
状のハウジングと、(b)第1の一端が開口し第2の一
端が閉口する実質的に筒状であり、当該第2の一端が前
記ハウジングとともに外界から密閉した第1の空間を規
定するように、前記ハウジングに摺動自在に嵌挿される
第1のピストンロッドと、(c)前記第1のピストンロ
ッドの前記筒状部分に摺動自在に嵌挿され、前記第1の
ピストンロッドとともに外界から密閉した第2の空間を
規定する第2のピストンロッドと、(d)前記第1のピ
ストンロッドが前記ハウジングから所定程度以上に突出
しないように前記第1のピストンロッドの摺動範囲を制
限する手段と、(e)前記第2のピストンロッドが前記
第1のピストンロッドから所定程度以上に突出しないよ
うに前記第2のピストンロッドの摺動範囲を制限する手
段と、(f)前記第1の空間と外界の間に介在し、前記
充填ガスが通過し得てしかも当該充填ガスに対して前記
第1の空間から外界への吐出に対して逆止め機能を有
し、前記第1のピストンロッドに設けられる第1の弁
と、(g)前記第2の空間と外界の間に介在し、前記充
填ガスが通過し得てしかも当該充填ガスに対して前記第
1の空間から外界への吐出に対して逆止め機能を有し、
前記ハウジングに設けられる第2の弁と、を備えるもの
である。
【0025】請求項4に記載のガススプリングは、請求
項2の樹脂封止装置、特にプランジャを複数個有する樹
脂封止装置への応用に適した構成を有し、充填ガスを緩
衝媒体とするガススプリングであって、(a)第1の一
端が開口し、第2の一端が閉口するとともに相互に連通
し、相互に並列に位置する複数の孔を実質的に有するハ
ウジングと、(b)前記孔の各1に各1が摺動自在に嵌
挿され、前記ハウジングとともに外界から密閉され、1
つに連通する空間を規定する複数のピストンロッドと、
(c)前記復数のピストンロッドの各1が,前記ハウジ
ングから所定程度以上に突出しないように、当該ピスト
ンロッドの各1の摺動範囲を制限する手段と、(d)前
記空間と外界の間に介在し、前記充填ガスが通過し得て
しかも当該充填ガスに対して前記空間から外界への吐出
に対して逆止め機能を有し、前記ハウジングに設けられ
る弁と、を備えるものである。
【0026】
【作用】この発明における樹脂封止技術は、プランジャ
に圧縮力を付加する際に、ガススプリングを緩衝手段と
して介挿して行うので、緩衝手段に緩衝効果をもたらす
圧縮変位が始まる圧縮力を要求に応じて容易に設定する
ことができ、更に圧縮変位の増大にともなう圧縮力の増
加を望ましい程度に緩やかに設定することも容易に可能
である。このため、タブレットの樹脂量、プランジャの
長さ等のばらつきよる樹脂の注入圧力の誤差を十分に広
い範囲において吸収して、注入圧力を均等化することが
できる。(請求項1及び2)。
【0027】この発明におけるガススプリングは、実質
的に2段に縦続接続したガススプリングを単純な構成で
実現する。実質的に2段に縦続接続した構成であるため
に、圧縮変位の増加にともなう圧縮力の増加の特性が2
段階を有するように設定することができ、第1段階につ
づく第2段階では圧縮変位の増加に対して圧縮力は更に
緩やかに増加する。このため、このガススプリングをこ
の発明の樹脂封止技術に適用すれば、第1段階の圧縮力
により樹脂の注入圧力の誤差を吸収して、注入圧力を均
等化することができるのみならず、樹脂量における極端
なばらつき等による異常注入の際の注入圧力の極端に大
きな誤差を、第2段階の圧縮力によって十分に小さく抑
えることができる(請求項3)。
【0028】この発明におけるガススプリングは、ガス
スプリングが実質的に複数個並列に並んだ構成であり、
しかも各ガススプリングの緩衝媒体である充填ガスは相
互に連通しており、相互に等圧であることが常に保証さ
れる。このため、このガススプリングを、この発明の、
特にポット及びプランジャを複数個準備する樹脂封止技
術に適用すれば、いずれのプランジャに対しても同じ圧
縮力が付加されることが保証される。このため、樹脂の
注入圧力の誤差を吸収して、注入圧力を均等化する効果
が更に大きい(請求項4)。
【0029】
【実施例】
[実施例1] <樹脂封止システム100の構成>図2はこの発明の一
実施例における樹脂封止システム100の概略構成図で
ある。樹脂封止装置システム100は樹脂封止装置20
0、圧縮力付加装置300、温度コントローラ400、
及び試料供給装置500を備える。
【0030】樹脂封止装置200は樹脂封止装置システ
ム100の主要部であり、供給される樹脂を用いて同じ
く供給される被封止材に封止を施す装置である。
【0031】圧縮力付加装置300は被封止材、樹脂等
の試料を供給する際に樹脂封止装置200の上金型3と
下金型4の間を開閉すると共に、樹脂封止の際には同じ
く上金型3と下金型4の間を圧力をもって閉塞すべく圧
縮力を付加する装置である。圧縮力付加装置300は、
床面301に置かれる台座302に立設される支柱であ
るダイバ303、タイバ303の頂部付近に固定される
上プラテン10、これらの部材を互いに結合するナット
304a〜304c、タイバ303に摺動自在に支持さ
れる移動プラテン12、及び移動プラテン12を上下に
移動させる油圧シリンダ305を備える。
【0032】温度コントローラ400は樹脂封止装置2
00における各部の温度を調節する。図3に概略構成を
図示する試料供給装置500は、樹脂封止装置200に
半導体素子2などの被封止材、及び樹脂を供給するとと
もに、封止終了後にそれらを除去する装置である。試料
供給装置500は、ガイド501が上プラテン10と移
動プラテン12の間の宙空に架設されており、ローダ5
02及びアンローダ503がガイド501に摺動自在に
取り付けられている。ローダ502は半導体素子2等の
被封止材と樹脂とを樹脂封止装置200へ供給し、アン
ローダ503は封止作業終了後にそれらを除去する。こ
れらはそれぞれローダ駆動装置504、及びアンローダ
駆動装置505によりガイド501に沿って前進後退す
る。
【0033】図2に図示する油圧シリンダ305の代わ
りに図4に示すような駆動装置310を用いてもよい。
駆動装置310は、モータ311の回転を歯車機構31
2でネジ軸313に伝達することにより、ネジ軸313
に螺合するナット314及びこれを固定するナットホル
ダ315を上下に推進する。ナットホルダ315は移動
プラテン12に固定されており、ナットホルダ315の
動きに伴って移動プラテン12がタイバ303に沿って
上下に摺動する。
【0034】<樹脂封止装置200の構成>図1はこの
発明の一実施例である半導体素子2を樹脂封止する樹脂
封止装置200の正面断面図である。図16に図示した
従来装置と同一の部分については同一の符号を付してい
る。プランジャ15とボールネジ軸17の間には緩衝機
構600(緩衝手段)が介在する。
【0035】緩衝機構600は、ボールネジ軸17と螺
合するナットホルダ601、プランジャロッド15bの
底面に接触しこれを押し上げる、2段に縦続接続された
ガススプリング602、プランジャロッド15bの抜け
止めを兼ね更にナットホルダ601とともにガススプリ
ング602を圧縮力を付与した状態で収納するガススプ
リングケース603を備える。
【0036】ガススプリング602は2段に縦続接続さ
れたガススプリング本体602a及び602b、ホルダ
602c、並びにカラー602dを備える。ホルダ60
2cは、ガススプリングケース603の中で摺動可能な
状態でガススプリング本体602aを保持し、所定の程
度以上にガススプリング本体602aが圧縮することを
防止しガススプリング本体602bに圧縮変位を伝達す
る部材である。カラー602dはガススプリング本体6
02bの頭部の周辺部に位置し、同じく所定の程度以上
にガススプリング本体602bが圧縮することを防止す
る安全装置である。
【0037】ガススプリングケース603には、ガスス
プリング602に充填されているガス(充填ガス)の圧
力を調整するためのヒータ604aと温度を検出する熱
電対604bが埋め込まれている。熱電対604bの検
出信号は配線411bを介して温度コントローラ400
の一部であるガス温度コントローラ410へ送信され
る。ガス温度コントローラ410は、この信号に基づい
て調整した電流を配線411aを介してヒータ604a
へ通電する。これにより、ガススプリングケース603
の温度が所定の高さに保たれ、これによりガススプリン
グ602の充填ガスの圧力が調整される。
【0038】上金型3及び下金型4には、これらの加熱
保温のためのヒータ13a及び14a、温度検出を行う
熱電対13b及び14b、並びに加熱を防止する安全装
置としてのセンスビー13c及び14cが埋設される。
これらは温度コントローラ400の一部としての金型温
度コントローラ420に配線を介して接続される。樹脂
封止装置200の概略側面図である図5に図示するよう
に、これらヒータ13a及び14aは、熱電対13b及
び14bとそれぞれ互いに対をなして複数個が配置され
る。金型温度コントローラ420は各対毎に、熱電対1
3b及び14bによる温度の検出値を基にヒータ13a
及び14aに調整された電流を通電することにより上金
型3及び下金型4の温度を均一にかつ所定の高さに保持
する。更に、センスビー13c及び14cにより過度に
高い温度が検出されると、金型温度コントローラ420
は電流を切断して半導体素子2等の被封止材、樹脂等を
保護する。
【0039】<ガススプリング本体602a、602b
の構成>図6はガススプリング本体602a及び602
bの断面図である。ハウジング610の内側面に固定的
に接してカートリッジ611が設けられ、カートリッジ
611にはピストンロッド612が摺動自在に貫通す
る。ピストンロッド612の底部に固定して設けられる
ロッドリテーナ613は、ハウジング610の内側面に
摺動可能に接触しており、ピストンロッド612の摺動
をガイドする働きをなす。ハウジング610、カートリ
ッジ611、及びピストンロッド612によって外界と
の間に気密が保たれているガス室614には、ピストン
ロッド612を外部に押し出す圧力を有し、ガススプリ
ングの媒体をなすガスが充填される。充填ガスには例え
ば、人的にも安全で大気中にも存在し、取扱が容易な窒
素ガスを使用する。ガス室614は、ロッドリテーナ6
13に設けられた通気孔615によって連通したひとつ
づきの空間である。充填ガスはバルブ616を介してガ
ス室614への充填及び抜取りが行われる。バルブ61
6は逆止弁の構造を有しており、平常時は充填ガスがバ
ルブ616を介して外界に漏出するのを防止する。
【0040】カートリッジ611は抜け止め616によ
りハウジング610に固定されている。気密を保持する
ために、O−リング617がハウジング610とカート
リッジ611との間に介在する。バックアップリング6
18は、気密保持の効果を高めるためにO−リング61
7を抑える部材である。シール619は、カートリッジ
611と摺動するピストンロッド612との間の気密を
保持するために、カートリッジ611に固定して設けら
れる。ガイド620は防塵のためにハウジング610の
頭部に設けられる部材である。
【0041】<樹脂封止装置システム100の動作>図
7は樹脂封止装置システム100の動作の概略工程を図
示する説明図である。同図に於て、矢印は各工程におけ
る部材の移動方向を表現し、矢印に付随する括弧付きの
番号は当該工程の順番を表す。工程1では移動プラテン
12が下降し、上金型3と下金型4の間が開く。工程2
では、半導体素子2を載置したリードフレーム1とタブ
レット7を保持したローダ502が下金型4の直上にま
で移動する。リードフレーム1はローダ502に取り付
けられた爪506によって把持されており、タブレット
7は同じくローダ502に設けられた保持孔507に挿
入されており、閉塞状態のシャッタ508により支持さ
れる。工程3ではリードフレーム1及びタブレット7が
ローダ502を離れて下金型4の所定の位置に載置され
る。爪506を傾斜することによりリードフレーム1は
落下し、シャッタ508を開くことによりタブレット7
が落下する。工程4では、ローダ502が元の待機位置
に復帰する。工程5では、移動プラテン12が上昇し、
上金型3と下金型4の間が互いに所定の圧力をもって型
締される。
【0042】工程6では樹脂封止装置200を用いて封
止作業を実行する。この工程については後に詳述する。
工程7では、再び移動プラテン12が下降し、上金型3
と下金型4の間が開く。工程8では、アンローダ503
が下金型4の直上にまで移動する。工程9ではリードフ
レーム1がアンローダ503に取り付けられた爪509
によって把持される。これにより半導体素子2の封止が
終了したリードフレーム1を下金型4から除去する。同
時にアンローダ503により、下金型4に残留する樹脂
を除去する。工程10では、アンローダ503が待機位
置へ復帰する。
【0043】<樹脂封止装置200の動作>図1に戻っ
て樹脂封止装置200の動作について説明する。被封止
材、及びタブレット7が供給される上記の工程3より以
前より、金型温度コントローラ420の働きで、上金型
3及び下金型4は熱硬化型の樹脂の硬化に最適な、例え
ば180゜C前後の温度に加熱及び保温されている。前
述の工程5で移動プラテン12が上昇し、上金型3と下
金型4とが型締され更に加圧されたのち、モータ22を
駆動することにより、タブレット7が溶融した樹脂へ緩
衝機構600を介して圧力が付加され、溶融樹脂がポッ
ト8から押し出され、リードフレーム1と半導体素子2
をキャビティ5で規定される外形をもって封止する。
【0044】溶融樹脂をキャビティ5へ注入する過程
で、プランジャロッド15bには樹脂の注入圧力の反力
に相当した圧縮力が徐々に増加的に作用し、それに伴っ
てガススプリング本体602aのピストンロッド612
が押し下げられる。ロッドリテーナ613の上面とカー
トリッジ611の底面とが接触することにより、ピスト
ンロッド612はある限度を超えて突出することができ
ない。このため充填ガスの圧力に応じた、ある大きさの
圧縮力(初期圧縮力)を超えた圧縮力を付加することに
より、ガススプリング本体602aに圧縮変位が生じ
る。
【0045】図6に図示するように、ガススプリング本
体602aが変位xだけ押し下げられたときにピストン
ロッド612に作用する圧縮力、言い替えるとガススプ
リング本体602aが有する復元力Fx は、数2に示す
通りである。
【0046】
【数2】
【0047】圧縮力の増大に伴ってピストンロッド61
2が更に押し下げられ、プランジャロッド15bの底面
がホルダ602cに接触すると、ガススプリング本体6
02aはそれ以上圧縮することはなく、ガススプリング
本体602bのピストンロッド612が代わりに押し下
げられる。したがって、ガススプリング602の圧縮変
位とこれにともなう復元力との関係は、例えば図8のグ
ラフで表現される。この例では、ポット8の断面積Aは
2cm2 であり、注入圧力pは70kgf/cm2 に設定され(す
なわち、注入力F1 は値140kgfに設定され)、初期圧縮
力F0 は圧力に換算して60kgf/cm2 に相当する値120kgf
に設定されている。圧縮変位が0から増大するにともな
って、復元力が初期圧縮力120kgfから緩やかに増加す
る。この間では、ガススプリング本体602aのみが圧
縮変位を引き起こしており、ガススプリング本体602
bは変位しない。ガススプリング本体602aの形状、
及び充填ガスの圧力を調整することにより、このように
緩慢な復元力の増加特性を容易に得ることができる。こ
のために、タブレット7の量、プランジャ15の長さ等
のばらつきを、従来技術におけるよりも広い範囲で吸収
することができ、あるいは所定のばらつきに対する注入
力の誤差を従来技術に比べて低く抑え得る利点がある。
その結果、各ポットの間での注入圧力の差が小さくな
り、互いにより等圧に近い圧力での注入が可能となる。
図8に例示する特性を有するガススプリング本体602
aを用いれば、プランジャ15の長さ等のばらつきが±
1mm 以内であれば、注入力の誤差は約±7kgfの範囲に抑
えられる。
【0048】復元力がある値Fa に達すると、圧縮変位
の担い手がガススプリング本体602aからガススプリ
ング本体602bへ移行する。これにともなって圧縮変
位の増大に伴う復元力の増大は更に緩やかになる。例え
ば圧縮変位が30mmに達したときに、なお復元力は170kgf
にとどまる。このような特性は、ガス室614の容積に
対するピストンロッド612の断面積Aの比率をガスス
プリング本体602aにおいてガススプリング本体60
2bよりも高い値に適宜設定し、充填ガスの圧力を逆に
ガススプリング本体602bにおいてより高い値に適宜
設定することにより容易に実現し得る。
【0049】復元力がFa を超えると、圧縮変位の増大
に伴う復元力の増大が更に緩やかになるために、なんら
かの原因によるゲート6の孔詰まり、或はタブレット7
が1個のポット8に2個同時に投入されるなど、異常な
注入作業時において、ガススプリング602の圧縮変位
が極端に大きくなる場合においても、注入圧力の誤差を
抑え、均等な圧力での注入を実行することができ、あわ
せて過大な圧縮力による装置の破損を防止することがで
きる。
【0050】ガススプリング本体602a及び602b
に充填するガスの圧力を変更することにより注入圧力を
容易に変更することができる。また、ガススプリング本
体602a及び602bは、過大な圧縮力に対しても特
性に変化を生じることがなく、従って作業に伴って注入
圧力が劣化したり、注入圧力の誤差が拡大することがな
い。更に、ガススプリング本体602a及び602bで
は、外部から圧縮力を加えなくてもピストンロッド61
2は所定のストローク(圧縮変位x=0)を超えて外部
に突出することがない。このため、ガススプリング60
2の緩衝機構600への取付け、取り外しの作業が容易
に実行し得る利点がある。
【0051】ガススプリング本体602a及び602b
への充填ガスの圧力の変更、調整は、例えば表1に基づ
いてガス温度コントローラ41でヒータ604を制御し
て充填ガスの温度を変更、調整することにより行われ
る。
【0052】
【表1】
【0053】[実施例2]図9は実施例2に係るガスス
プリング602及びその周辺の断面図である。この実施
例ではガススプリング602の充填ガス圧の調整を、温
度調整によるのではなくガス圧を直接に調整することに
より達成する。そのために、ガススプリングケース60
3の側壁に孔620a及び620bが設けられ、孔62
0aを貫通して充填ガスを供給する可動高圧配管621
がガススプリング本体602aのバルブ616に接続さ
れ、孔620bを貫通して高圧配管622がガススプリ
ング本体602bのバルブ616に接続される。ホルダ
602cにはガススプリング本体602のバルブ616
と可動高圧配管621とを接続するための孔620cが
設けられる。ガススプリング本体602aの上下方向の
摺動に対応し得るように、ガススプリング本体602a
に接続される配管には可動高圧配管621を用い、孔6
20aは少なくとも縦方向には長く設けられる。可動高
圧配管621はもう一つの高圧配管624に接続され
る。これらの高圧配管622、624は、ボールネジ軸
17に設けられる貫通孔625を通って継手626a、
626bをそれぞれ介して、ガス圧を調整するレギュレ
ータ627a、627bに接続される。これらのレギュ
レータ627a、627bには、高圧のガスを供給す
る、例えばボンベ628が接続される。
【0054】ボンベ628により供給される高圧のガス
が、レギュレータ627a、627bで圧力を調整し
て、上記の各種配管を通じてガススプリング本体602
a及び602bへ供給される。すなわち、レギュレータ
627a、627bを操作することにより容易にガスス
プリング本体602a及び602bの充填ガスの圧力を
変更、調整することができる。
【0055】[実施例3]図10は実施例3に係るガス
スプリング602の部分断面図である。このガススプリ
ング602は2段に縦続接続されたガススプリング本体
602a及び602bを一体構造としたものである。下
段のピストンロッド629は上段のハウジングを兼ねて
おり、ハウジング610の内側面に接して摺動するとと
もに、上段のカートリッジ611を固定する。止め輪6
30は、ピストンロッド629がハウジング610の頭
頂から突出することを防止する。上段のピストンロッド
612は、上段のカートリッジ611を摺動自在に貫通
する。ハウジング610には、上段のバルブ616を介
しての充填ガスの注入、抜取りを可能にするために、孔
631が設けられる。ピストンロッド629と下段のカ
ートリッジ611の間の空間に存在する空気などがピス
トンロッド629の摺動を妨げないようにエア抜き63
2がハウジング610の側壁に設けられる。カラー63
3はピストンロッド629の摺動範囲に下限を付与する
ものである。
【0056】止め輪630の働きで、ピストンロッド6
29はハウジング610の開口部を超えて外部に突出す
ることはできない。また、上段のロッドリテーナ613
の上面とカートリッジ611の底面とが接触することに
より、ピストンロッド612はある限度を超えて突出す
ることができない。このため、実施例1のガススプリン
グ本体602a及び602bと同様に、ガススプリング
602において圧縮変位が起こるためには、充填ガスの
圧力に応じた、ある大きさを超えた圧縮力を付加するこ
とが必要である。すなわちこのガススプリングにおいて
も所定の大きさの初期圧縮力を設定することができる。
【0057】圧縮力が初期圧縮力を超えて増大するに伴
って、まずピストンロッド612が下降し、やがてその
底面がピストンロッド629に接触する(このとき復元
力がFa に相当する)と、その後はピストンロッド62
9がピストンロッド612と一体となって下降する。こ
のため、この実施例のガススプリングによっても図8に
例示した特性が得られる。
【0058】[実施例4]図11は実施例4に係るガス
スプリング602の概略部分断面図である。この実施例
では、1個のガススプリング本体602eでガススプリ
ング602が構成される。この場合のガススプリング6
02の特性は、例えば図12のグラフのようになる。す
なわち、図8に図示したような復元力Fa における特性
曲線の折れ曲がりはなく、圧縮変位の増大にともなって
一定の勾配で復元力が増加する。このため、異常注入時
の極端に大きな圧縮変位に対しては上記実施例に比べ
て、誤差の低減効果が劣る。しかしながら、圧縮変位の
その後の増大にともなう復元力の増加は、図8における
と同様に緩やかに設定することができるため、上記実施
例と同様に、タブレット7の量、プランジャ15の長さ
等のばらつきを、従来技術におけるよりも広い範囲で吸
収することができる。あるいは、所定のばらつきに対す
る注入力の誤差を従来技術に比べて低く抑え得る。ま
た、上記実施例に比べて、装置の構成及びその取扱がよ
り容易である。
【0059】[実施例5]図13は実施例5に係るガス
スプリング602の部分断面図である。この実施例で
は、複数のプランジャロッド15bに対して1つのガス
スプリング602が設けられる。各ピストンロッド61
2が収納されるガス室633は孔634によって相互に
連通している。このため、各ピストンロッド612に作
用する充填ガスの圧力が互いに同圧となり、その結果各
プランジャロッド15bに作用する圧縮力が均一となる
利点がある。
【0060】ガススプリングケース603がプランジャ
ロッド15bの抜け止めを兼ねているため、ピストンロ
ッド612はある限度を超えて突出することができな
い。このため、この実施例のガススプリング602にお
いても、初期圧縮力を設定することができる。
【0061】[実施例6]図14は実施例6に係る樹脂
封止装置200の下金型4の概略平面図である。この実
施例は複数のキャビティ5に対して単一のポット8を備
える。溶融樹脂は流路26を通してポット8から各キャ
ビティ5へ圧送される。同図において点線で描かれる流
路26は上金型3に設けられる。
【0062】[実施例7]図15は実施例7に係るガス
スプリング本体602a及び602bの充填ガスの圧力
を調整する方法における工程図である。同図において、
括弧付きの番号は工程の順序を表現する。この実施例で
は、緩衝機構600を分解し(工程1)、ガススプリン
グ本体602a及び602bを外部に取り出し(工程
2)、レギュレータ635を用いて充填ガスの圧力調整
を行う(工程3)。その後、ガススプリング本体602
a及び602bを緩衝機構600に戻し(工程4)、緩
衝機構600を組み立てる(工程5)。この方法では、
他の実施例に比べて充填ガス圧の調整に手間を要する
が、緩衝機構600、ガススプリング602を単純に構
成し得る利点がある。
【0063】[その他の実施例] (1)上記の各実施例は、熱硬化性の樹脂による封止を
目的とするもの以外に、熱可塑性の樹脂により、例えば
コネクタの本体などを成型する目的にも応用し得る。
【0064】(2)上記の各実施例において、ガススプ
リング602の充填ガスに、窒素ガスの代わりに他のガ
スを使用してもよい。
【0065】
【発明の効果】この発明の樹脂封止技術は、プランジャ
に圧縮力を付加する際に、ガススプリングを緩衝手段と
して介挿して行うので、緩衝手段に緩衝効果をもたらす
圧縮変位が始まる圧縮力を要求に応じて容易に設定する
ことができ、更に圧縮変位の増大にともなう圧縮力の増
加を望ましい程度に緩やかに設定することも容易に可能
である。このため、タブレットの樹脂量、プランジャの
長さ等のばらつきよる樹脂の注入圧力の誤差を十分に広
い範囲において吸収して、注入圧力を均等化することが
できる。更に、ガススプリングへの充填ガスの圧力を変
更することにより、樹脂の注入圧力の設定値を容易に変
更することができる。また、緩衝媒体としての充填ガス
には永久変形が起こらないため、作業に伴う注入圧力の
劣化、及び注入圧力における誤差の拡大がない。更に加
えてガススプリングは従来のバネに比べて形状が小容量
であり、このため緩衝手段の取扱いが容易となる効果が
ある(請求項1及び2)。
【0066】この発明におけるガススプリングは、実質
的に2段に縦続接続したガススプリングを単純な構成で
実現する。実質的に2段に縦続接続した構成であるため
に、圧縮変位の増加にともなう圧縮力の増加の特性が2
段階を有するように設定することができ、第1段階につ
づく第2段階では圧縮変位の増加に対して圧縮力は更に
緩やかに増加する。このため、このガススプリングをこ
の発明の樹脂封止技術に適用すれば、第1段階の圧縮力
により樹脂の注入圧力の誤差を吸収して、注入圧力を均
等化することができるのみならず、樹脂量における極端
なばらつき等による異常注入の際の注入圧力の極端に大
きな誤差を、第2段階の圧縮力によって十分に小さく抑
えることができる。更に、樹脂の注入圧力の設定値を容
易に変更することができ、作業に伴う注入圧力の劣化、
及び注入圧力における誤差の拡大がない。更に緩衝手段
の取扱いが容易となる効果がある(請求項3)。
【0067】この発明におけるガススプリングは、ガス
スプリングが実質的に複数個並列に並んだ構成であり、
しかも各ガススプリングの緩衝媒体である充填ガスは相
互に連通しており、相互に等圧であることが常に保証さ
れる。このため、このガススプリングを、特にポット及
びプランジャを複数個準備する、この発明の樹脂封止技
術に適用すれば、いずれのプランジャに対しても同じ圧
縮力が付加されることが保証される。このため、樹脂の
注入圧力の誤差を吸収して、注入圧力を均等化する効果
が更に大きい。更に、樹脂の注入圧力の設定値を容易に
変更することができ、作業に伴う注入圧力の劣化、及び
注入圧力における誤差の拡大がない。更に緩衝手段の取
扱いが容易となる効果がある(請求項4)。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例である半導体素子を樹脂封
止する樹脂封止装置の正面断面図である。
【図2】この発明の一実施例における樹脂封止システム
の概略正面図である。
【図3】この発明の一実施例における樹脂封止システム
の部分概略斜視図である。
【図4】この発明の一実施例における樹脂封止システム
の部分概略正面図である。
【図5】この発明の一実施例における樹脂封止装置の部
分概略側面図である。
【図6】この発明の一実施例におけるガススプリング本
体の断面図である。
【図7】この発明の一実施例における樹脂封止装置シス
テムの動作の概略工程図である。
【図8】この発明の一実施例におけるガススプリングの
圧縮変位と復元力との関係を示すグラフである。
【図9】この発明の第2の実施例におけるガススプリン
グとその周辺の断面図である。
【図10】この発明の第3の実施例におけるガススプリ
ングの断面図である。
【図11】この発明の第4の実施例におけるガススプリ
ングとその周辺の断面図である。
【図12】この発明の第4の実施例におけるガススプリ
ングの圧縮変位と復元力との関係を示すグラフである。
【図13】この発明の第5の実施例におけるガススプリ
ングの部分断面図である。
【図14】この発明の第6の実施例における樹脂封止装
置の下金型の概略平面図である。
【図15】この発明の第7の実施例における充填ガスの
圧力を調整する方法の工程図である。
【図16】従来技術における樹脂封止装置の切断線A
A’に沿った正面断面図である。
【図17】従来技術における上金型の底面図である。
【図18】従来技術における弦巻ばねの圧縮変位と復元
力との関係を図示するグラフである。
【符号の説明】
3 上金型 4 下金型 5 キャビティ 7 タブレット(樹脂) 8 ポット 15 プランジャ 17 ボールネジ軸 200 樹脂封止装置 600 緩衝機構(緩衝手段) 602 ガススプリング 604a ヒータ 610 ハウジング 612 ピストンロッド 613 ロッドリテーナ 616 バルブ 627a、627b レギュレータ 629 ピストンロッド 630 止め輪
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // B29K 105:20 B29L 31:34 (56)参考文献 特開 昭63−115710(JP,A) 特開 平3−180310(JP,A) 特開 平3−71820(JP,A) 特開 平2−266907(JP,A) 特開 昭61−177218(JP,A) 特開 昭60−88437(JP,A) 特開 平1−105716(JP,A) 実開 昭63−178323(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B29C 45/00 - 45/84 F16F 9/00 H01L 21/56

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポットに嵌挿されたプランジャに圧縮力
    を付加することにより、前記ポットに投入された樹脂
    を、金型に所定の形状をもって設けられたキャビティへ
    圧送して封止する樹脂封止方法であって、(a)充填ガ
    スを緩衝媒体とするガススプリングを準備する工程と、
    (b)前記充填ガスの圧力を所定の圧力に調整する工程
    と、(c)前記プランジャに前記ガススプリングを介し
    て圧縮力を付加することにより前記樹脂を前記キャビテ
    ィへ圧送する工程と、を備える樹脂封止方法。
  2. 【請求項2】 ポットに嵌挿されたプランジャに圧縮力
    を付加することにより、前記ポットに投入された樹脂
    を、金型に所定の形状をもって設けられたキャビティへ
    圧送して封止する樹脂封止装置であって、(a)充填ガ
    スを緩衝媒体とし前記プランジャと実質的に同数のガス
    スプリングを有し、当該ガススプリングに圧縮力を伝達
    する緩衝手段と、(b)前記充填ガスの圧力を所定の圧
    力に調整する手段と、(c)前記プランジャに前記緩衝
    手段を介して圧縮力を付加する手段と、を備える樹脂封
    止装置。
  3. 【請求項3】 充填ガスを緩衝媒体とするガススプリン
    グであって、(a)第1の一端が開口し、第2の一端が
    閉口する実質的に筒状のハウジングと、(b)第1の一
    端が開口し第2の一端が閉口する実質的に筒状であり、
    当該第2の一端が前記ハウジングとともに外界から密閉
    した第1の空間を規定するように、前記ハウジングに摺
    動自在に嵌挿される第1のピストンロッドと、(c)前
    記第1のピストンロッドの前記筒状部分に摺動自在に嵌
    挿され、前記第1のピストンロッドとともに外界から密
    閉した第2の空間を規定する第2のピストンロッドと、
    (d)前記第1のピストンロッドが前記ハウジングから
    所定程度以上に突出しないように前記第1のピストンロ
    ッドの摺動範囲を制限する手段と、(e)前記第2のピ
    ストンロッドが前記第1のピストンロッドから所定程度
    以上に突出しないように前記第2のピストンロッドの摺
    動範囲を制限する手段と、(f)前記第1の空間と外界
    の間に介在し、前記充填ガスが通過し得てしかも当該充
    填ガスに対して前記第1の空間から外界への吐出に対し
    て逆止め機能を有し、前記第1のピストンロッドに設け
    られる第1の弁と、(g)前記第2の空間と外界の間に
    介在し、前記充填ガスが通過し得てしかも当該充填ガス
    に対して前記第1の空間から外界への吐出に対して逆止
    め機能を有し、前記ハウジングに設けられる第2の弁
    と、を備えるガススプリング。
  4. 【請求項4】 充填ガスを緩衝媒体とするガススプリン
    グであって、(a)第1の一端が開口し、第2の一端が
    閉口するとともに相互に連通し、相互に並列に位置する
    複数の孔を実質的に有するハウジングと、(b)前記孔
    の各1に各1が摺動自在に嵌挿され、前記ハウジングと
    ともに外界から密閉され、1つに連通する空間を規定す
    る複数のピストンロッドと、(c)前記復数のピストン
    ロッドの各1が,前記ハウジングから所定程度以上に突
    出しないように、当該ピストンロッドの各1の摺動範囲
    を制限する手段と、(d)前記空間と外界の間に介在
    し、前記充填ガスが通過し得てしかも当該充填ガスに対
    して前記空間から外界への吐出に対して逆止め機能を有
    し、前記ハウジングに設けられる弁と、を備えるガスス
    プリング。
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