JP3761828B2 - 樹脂成型品の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂成型品の製造方法に関し、より詳細には導電性を有する樹脂成型品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来から、半導体素子を搭載した電子機器において、電磁波や静電気等に起因する誤動作を防止するために、樹脂封止型半導体装置や電子機器のパッケージ又はハウジングとして、樹脂と導電性粉末とを混練した導電性樹脂、導電性被膜を一体的に形成した樹脂成型体、無電解めっきを施した樹脂成型体等が用いられている。
しかし、導電性粉末と樹脂とを混練して金型を用いて導電性樹脂成型品を形成すると、図３に示したように、導電性粉末が樹脂に分散されているため、安定した導電性を得ることができず、所望の機能を発揮させるためには導電性粉末を大量に用いる必要がある。その結果、成型体自体の物理的強度を低下させたり、重量が増加したり、製造コストを増大させたりするという問題がある。
また、導電性被膜と樹脂成型体との間の密着性等が不十分であり、安定した導電性を有する樹脂成型体を得ることは困難である。
【０００３】
さらに、無電解めっきを施す場合には、まず、めっきが容易な樹脂を一次成型し、次いで、その成型品のめっきを行わない部分に難めっき性材料を注入して二次成型を行うか、一次成型品においてめっきを行う部分に表面活性化処理を施した後、無電解めっきを行わなければならず、煩雑な工程を経ることが必要になり、製造コストを増大させるという問題がある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、簡便な方法により安定かつ効率的に導電性を付与することができる樹脂成型品の製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、低融点金属と、該低融点金属の凝固点よりも硬化温度が低い樹脂とを溶融状態で混練し、該混練物を、前記低融点金属の凝固点以下かつ樹脂の硬化温度よりも高い温度に設定した金型に射出して成型することにより樹脂表面に低融点金属被膜を形成することからなる樹脂成型品の製造方法が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の樹脂成型品を製造する場合に使用することができる樹脂は、通常、半導体装置や電子機器におけるパッケージやハウジングに使用されているものであれば、特に限定されないが、後述する低融点金属の凝固点よりも低い硬化温度を有する樹脂であることが必要である。また、成形収縮率が小さい樹脂及び／又は熱可塑性樹脂が好ましい。例えば、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、液晶性ポリエステル、ブチラール樹脂、石油樹脂等が挙げられる。これらは、単独又は混練物として使用することができる。これらの樹脂には、例えば、ダレ防止剤、硬化促進剤、酸化防止剤、顔料、充填剤、強化繊維、増粘剤、発泡剤、離型剤等が添加されていてもよい。
【０００６】
低融点金属としては、例えば、混練することにより樹脂に導電性を付与することができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、１５０℃程度以下、好ましくは１００℃程度以下の凝固点を有する金属が好ましい。なお、金属が純粋である場合は、通常、凝固点は融点と一致するため、本発明ではこれらを特に区別することは必要ない。低融点金属の具体的例としては、錫、インジウム、カリウム、ビスマス等の単独又合金を、１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。低融点金属は、粒子状で使用することが好ましく、通常、平均粒径が０．１μｍ〜１０μｍ程度のものが挙げられる。
樹脂と低融点金属粉との混練比は、パッケージ等に付与する導電性によって適宜調整することができるが、例えば、重量比で８：２〜７：３程度が挙げられる。
【０００７】
樹脂と低融点金属粉との混練は、両者が溶融状態で行うことが必要であり、混練の温度は、用いる樹脂、低融点金属の種類等によって適宜調整することができる。混練は、通常の混練装置、例えば、単軸押出機、二軸押出機、ロール、バンバリーミキサー、ブラベンダーミキサー、ラインミキサー、加圧ニーダー、ルーダーなどが使用でき、密閉式あるいは開放式であってもよい。なお、混練温度は、混練する成分が溶融する温度であり、通常、２００〜２５０℃程度、好ましくは２００〜２２０℃程度である。また、混練時間は、加圧ニーダー、バンバリーミキサーなどを混練装置として使用する場合には、通常、約３〜６０分程度である。
金型は、プラスチック成型に使用されるものであればいかなるタイプのものをも使用することができるが、用いる低融点金属の凝固点以下、かつ樹脂の硬化温度よりも高い温度に設定することができる材料により形成されることが好ましい。例えば、鉄、ステンレス等によって所望のキャビティを有するように形成されており、さらに、金型の内部、好ましくはキャビティの周辺に加熱機構を有し、金型のキャビティ全体にわたって温度を均一に保持し得るものが好ましい。
低融点金属が混練された樹脂の金型への射出の方法は、当該分野で公知の方法により行うことができる。なお射出法は、いわゆるリアクション及びリキッドインジェクションモールディング法が含まれる。
【０００８】
本発明においては、金型に振動を与えながら低融点金属と混練された樹脂を金型に射出することが好ましい。振動は、樹脂に含有されている低融点金属が金型とともに共振し得るものであることが好ましく、縦、横、高さ方向、すなわち三次元的に振動させることが好ましい。また、回転により振動を与えてもよい。具体的には、縦、横、高さ方向での１０〜５０ｍｍ程度の移動を１分間に１０〜２００回程度、縦、横、高さの順序で１分間に１０〜２００回程度、二次元方向に金型自体を１０〜５００ｒｐｍで回転させながら、同時に上述のような高さ方向の振動を組み合わせるなどが挙げられる。
【０００９】
さらに、低融点金属が混練された樹脂を金型の一端から他端にかけて所定時間循環させてもよい。この場合の金型は、射出口の他に、射出された樹脂を排出し得る排出口が１又は複数個形成されており、これらの口が、金型の対角線状に又は最長の距離をとるように形成されていることが好ましい。混練物を循環させる時間は、使用する金型の大きさ及び形状、使用する樹脂等の種類及び流動性等によって適宜調整することができるが、例えば、金型のキャビティが２４５００〜２８０００ｃｍ3程度の容量であって、射出速度が４０〜５０ｍｍ／秒程度である場合には、金型へ完全に樹脂が充填されてから５〜１０秒間程度、好ましくは５〜７秒間程度が挙げられる。
【００１０】
本発明の樹脂成型品の製造方法においては、その後、金型を冷却して、低融点金属及び樹脂を硬化させるが、冷却は、自然冷却でもよいし、所定の降温速度に制御しながら行ってもよい。冷却（凝固・硬化）の過程において、まず、樹脂のみが溶融状態で、低融点金属が先に凝固する。その際、金型表面より内側の方が、温度が高くなるため、成型品表面に低融点金属の薄膜が形成されることとなる。また、樹脂を循環させる場合には、樹脂が流れていく中心部よりも、外側（金型側）の温度が低いため、成型品の表面に低融点金属の薄膜をより厚く形成することができる。
以下に、本発明の樹脂成型品の製造方法の実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
実施例１
まず、樹脂としてＡＢＳを１００重量部と、低融点合金として粒子状のビスマス及び錫を３０重量部と、任意に分散助剤として金属粉末とを、２５０℃程度の温度で混練する。この際、樹脂の硬化温度及び低融点合金の凝固点は、それぞれ９５℃及び１３８．５℃であるため、溶融状態である。
得られた混練物を、図１に示したような、所定のキャビティを有し、内表面の温度を一定に保持することができる温度調整器１によって内表面の温度を１００℃に設定した金型２に、射出し、自然放冷により、成型品３を形成する。冷却の過程で、キャビティに射出された混練物の内側においては温度が高いため、樹脂は溶融状態のままである一方、金型の内表面の温度により、混練物の外側で低融点金属が凝固し始め、低融点金属が薄膜状に形成される。その状態で、徐々に金型の温度が低下するにつれて、内側の樹脂も硬化する。これによって、表面に低融点金属の薄膜によって導電性を有する成型品が完成する。
【００１２】
実施例２
実施例１で得られた混練物を、図２に示したような金型２（内表面温度１００℃）に射出し、自然放冷する。混練物の射出の際、金型２を矢印４又は５の方向に６０ｒｐｍ程度の回転数で回転させながら、矢印６の方向に振動させる。この場合の振動は、１０ｍｍ程度の移動を１分間に１２０回程度とする。さらに、射出終了後、冷却中にもこの振動を続けることにより、金型２の外側に低融点金属が薄膜状に形成された導電性を有する成型品が完成する。
【００１３】
実施例３
実施例１で得られた混練物を、図３に示したような金型２（内表面温度１００℃）に射出し、自然放冷する。混練物の射出の際、金型２を矢印７の方向及び矢印６の方向に振動させる。この場合の振動は、いずれも、１０ｍｍ程度の移動を１分間に１２０回程度とする。さらに、射出終了後、冷却中にもこの振動を続けることにより、金型２の外側に低融点金属が薄膜状に形成された導電性を有する成型品が完成する。
【００１４】
実施例４
実施例１で得られた混練物を、図４に示したような金型２（内表面温度１００℃）に射出する。射出速度は、４０ｍｍ／秒程度とし、金型のキャビティ内に混練物が完全に充填された後、５秒間程度、射出口８及び排出口９を通して、混練物をキャビティ内に循環させ、その後、循環を終了する。この間、金型の温度は、混練物が完全に充填されるまでは１００℃に保持し、充填完了直後に自然冷却を始める。これにより、金型２の外側に低融点金属が薄膜状に形成された導電性を有する成型品が完成する。
得られた成形品はいずれも、従来品と比較して、良好な導電性を示した。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、射出成型時の金型の温度を所定の温度に設定することにより、成型品の表面に効率よく低融点金属の薄膜を積層することができ、表面に導電性を有する成型品を簡便に形成することができ、製造コストの低下を図ることが可能になる。
また、樹脂と低融点金属との混練物の射出時に金型を振動させたり、混練物を循環させることにより、さらに確実に低融点金属を外側に積層させることができ、より厚膜の低融点金属膜を形成することができるため、成型品に対する導電性の付与に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の樹脂成型品の製造方法の一実施の形態を説明するための要部の概略断面図である。
【図２】本発明の樹脂成型品の製造方法の別の実施の形態を説明するための要部の概略断面図である。
【図３】本発明の樹脂成型品の製造方法のさらに別の実施の形態を説明するための要部の概略断面図である。
【図４】本発明の樹脂成型品の製造方法のさらに別の実施の形態を説明するための要部の概略断面図である。
【符号の説明】
１ 温度調節器
２ 金型
３ 成型品
４、５ 金型の回転方向
６、７ 金型の振動方向
８ 混練物の射出口
９ 混練物の排出口
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂成型品の製造方法に関し、より詳細には導電性を有する樹脂成型品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来から、半導体素子を搭載した電子機器において、電磁波や静電気等に起因する誤動作を防止するために、樹脂封止型半導体装置や電子機器のパッケージ又はハウジングとして、樹脂と導電性粉末とを混練した導電性樹脂、導電性被膜を一体的に形成した樹脂成型体、無電解めっきを施した樹脂成型体等が用いられている。
しかし、導電性粉末と樹脂とを混練して金型を用いて導電性樹脂成型品を形成すると、図３に示したように、導電性粉末が樹脂に分散されているため、安定した導電性を得ることができず、所望の機能を発揮させるためには導電性粉末を大量に用いる必要がある。その結果、成型体自体の物理的強度を低下させたり、重量が増加したり、製造コストを増大させたりするという問題がある。
また、導電性被膜と樹脂成型体との間の密着性等が不十分であり、安定した導電性を有する樹脂成型体を得ることは困難である。
【０００３】
さらに、無電解めっきを施す場合には、まず、めっきが容易な樹脂を一次成型し、次いで、その成型品のめっきを行わない部分に難めっき性材料を注入して二次成型を行うか、一次成型品においてめっきを行う部分に表面活性化処理を施した後、無電解めっきを行わなければならず、煩雑な工程を経ることが必要になり、製造コストを増大させるという問題がある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、簡便な方法により安定かつ効率的に導電性を付与することができる樹脂成型品の製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、低融点金属と、該低融点金属の凝固点よりも硬化温度が低い樹脂とを溶融状態で混練し、該混練物を、前記低融点金属の凝固点以下かつ樹脂の硬化温度よりも高い温度に設定した金型に射出して成型することにより樹脂表面に低融点金属被膜を形成することからなる樹脂成型品の製造方法が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の樹脂成型品を製造する場合に使用することができる樹脂は、通常、半導体装置や電子機器におけるパッケージやハウジングに使用されているものであれば、特に限定されないが、後述する低融点金属の凝固点よりも低い硬化温度を有する樹脂であることが必要である。また、成形収縮率が小さい樹脂及び／又は熱可塑性樹脂が好ましい。例えば、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、液晶性ポリエステル、ブチラール樹脂、石油樹脂等が挙げられる。これらは、単独又は混練物として使用することができる。これらの樹脂には、例えば、ダレ防止剤、硬化促進剤、酸化防止剤、顔料、充填剤、強化繊維、増粘剤、発泡剤、離型剤等が添加されていてもよい。
【０００６】
低融点金属としては、例えば、混練することにより樹脂に導電性を付与することができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、１５０℃程度以下、好ましくは１００℃程度以下の凝固点を有する金属が好ましい。なお、金属が純粋である場合は、通常、凝固点は融点と一致するため、本発明ではこれらを特に区別することは必要ない。低融点金属の具体的例としては、錫、インジウム、カリウム、ビスマス等の単独又合金を、１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。低融点金属は、粒子状で使用することが好ましく、通常、平均粒径が０．１μｍ〜１０μｍ程度のものが挙げられる。
樹脂と低融点金属粉との混練比は、パッケージ等に付与する導電性によって適宜調整することができるが、例えば、重量比で８：２〜７：３程度が挙げられる。
【０００７】
樹脂と低融点金属粉との混練は、両者が溶融状態で行うことが必要であり、混練の温度は、用いる樹脂、低融点金属の種類等によって適宜調整することができる。混練は、通常の混練装置、例えば、単軸押出機、二軸押出機、ロール、バンバリーミキサー、ブラベンダーミキサー、ラインミキサー、加圧ニーダー、ルーダーなどが使用でき、密閉式あるいは開放式であってもよい。なお、混練温度は、混練する成分が溶融する温度であり、通常、２００〜２５０℃程度、好ましくは２００〜２２０℃程度である。また、混練時間は、加圧ニーダー、バンバリーミキサーなどを混練装置として使用する場合には、通常、約３〜６０分程度である。
金型は、プラスチック成型に使用されるものであればいかなるタイプのものをも使用することができるが、用いる低融点金属の凝固点以下、かつ樹脂の硬化温度よりも高い温度に設定することができる材料により形成されることが好ましい。例えば、鉄、ステンレス等によって所望のキャビティを有するように形成されており、さらに、金型の内部、好ましくはキャビティの周辺に加熱機構を有し、金型のキャビティ全体にわたって温度を均一に保持し得るものが好ましい。
低融点金属が混練された樹脂の金型への射出の方法は、当該分野で公知の方法により行うことができる。なお射出法は、いわゆるリアクション及びリキッドインジェクションモールディング法が含まれる。
【０００８】
本発明においては、金型に振動を与えながら低融点金属と混練された樹脂を金型に射出することが好ましい。振動は、樹脂に含有されている低融点金属が金型とともに共振し得るものであることが好ましく、縦、横、高さ方向、すなわち三次元的に振動させることが好ましい。また、回転により振動を与えてもよい。具体的には、縦、横、高さ方向での１０〜５０ｍｍ程度の移動を１分間に１０〜２００回程度、縦、横、高さの順序で１分間に１０〜２００回程度、二次元方向に金型自体を１０〜５００ｒｐｍで回転させながら、同時に上述のような高さ方向の振動を組み合わせるなどが挙げられる。
【０００９】
さらに、低融点金属が混練された樹脂を金型の一端から他端にかけて所定時間循環させてもよい。この場合の金型は、射出口の他に、射出された樹脂を排出し得る排出口が１又は複数個形成されており、これらの口が、金型の対角線状に又は最長の距離をとるように形成されていることが好ましい。混練物を循環させる時間は、使用する金型の大きさ及び形状、使用する樹脂等の種類及び流動性等によって適宜調整することができるが、例えば、金型のキャビティが２４５００〜２８０００ｃｍ3程度の容量であって、射出速度が４０〜５０ｍｍ／秒程度である場合には、金型へ完全に樹脂が充填されてから５〜１０秒間程度、好ましくは５〜７秒間程度が挙げられる。
【００１０】
本発明の樹脂成型品の製造方法においては、その後、金型を冷却して、低融点金属及び樹脂を硬化させるが、冷却は、自然冷却でもよいし、所定の降温速度に制御しながら行ってもよい。冷却（凝固・硬化）の過程において、まず、樹脂のみが溶融状態で、低融点金属が先に凝固する。その際、金型表面より内側の方が、温度が高くなるため、成型品表面に低融点金属の薄膜が形成されることとなる。また、樹脂を循環させる場合には、樹脂が流れていく中心部よりも、外側（金型側）の温度が低いため、成型品の表面に低融点金属の薄膜をより厚く形成することができる。
以下に、本発明の樹脂成型品の製造方法の実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
実施例１
まず、樹脂としてＡＢＳを１００重量部と、低融点合金として粒子状のビスマス及び錫を３０重量部と、任意に分散助剤として金属粉末とを、２５０℃程度の温度で混練する。この際、樹脂の硬化温度及び低融点合金の凝固点は、それぞれ９５℃及び１３８．５℃であるため、溶融状態である。
得られた混練物を、図１に示したような、所定のキャビティを有し、内表面の温度を一定に保持することができる温度調整器１によって内表面の温度を１００℃に設定した金型２に、射出し、自然放冷により、成型品３を形成する。冷却の過程で、キャビティに射出された混練物の内側においては温度が高いため、樹脂は溶融状態のままである一方、金型の内表面の温度により、混練物の外側で低融点金属が凝固し始め、低融点金属が薄膜状に形成される。その状態で、徐々に金型の温度が低下するにつれて、内側の樹脂も硬化する。これによって、表面に低融点金属の薄膜によって導電性を有する成型品が完成する。
【００１２】
実施例２
実施例１で得られた混練物を、図２に示したような金型２（内表面温度１００℃）に射出し、自然放冷する。混練物の射出の際、金型２を矢印４又は５の方向に６０ｒｐｍ程度の回転数で回転させながら、矢印６の方向に振動させる。この場合の振動は、１０ｍｍ程度の移動を１分間に１２０回程度とする。さらに、射出終了後、冷却中にもこの振動を続けることにより、金型２の外側に低融点金属が薄膜状に形成された導電性を有する成型品が完成する。
【００１３】
実施例３
実施例１で得られた混練物を、図３に示したような金型２（内表面温度１００℃）に射出し、自然放冷する。混練物の射出の際、金型２を矢印７の方向及び矢印６の方向に振動させる。この場合の振動は、いずれも、１０ｍｍ程度の移動を１分間に１２０回程度とする。さらに、射出終了後、冷却中にもこの振動を続けることにより、金型２の外側に低融点金属が薄膜状に形成された導電性を有する成型品が完成する。
【００１４】
実施例４
実施例１で得られた混練物を、図４に示したような金型２（内表面温度１００℃）に射出する。射出速度は、４０ｍｍ／秒程度とし、金型のキャビティ内に混練物が完全に充填された後、５秒間程度、射出口８及び排出口９を通して、混練物をキャビティ内に循環させ、その後、循環を終了する。この間、金型の温度は、混練物が完全に充填されるまでは１００℃に保持し、充填完了直後に自然冷却を始める。これにより、金型２の外側に低融点金属が薄膜状に形成された導電性を有する成型品が完成する。
得られた成形品はいずれも、従来品と比較して、良好な導電性を示した。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、射出成型時の金型の温度を所定の温度に設定することにより、成型品の表面に効率よく低融点金属の薄膜を積層することができ、表面に導電性を有する成型品を簡便に形成することができ、製造コストの低下を図ることが可能になる。
また、樹脂と低融点金属との混練物の射出時に金型を振動させたり、混練物を循環させることにより、さらに確実に低融点金属を外側に積層させることができ、より厚膜の低融点金属膜を形成することができるため、成型品に対する導電性の付与に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の樹脂成型品の製造方法の一実施の形態を説明するための要部の概略断面図である。
【図２】本発明の樹脂成型品の製造方法の別の実施の形態を説明するための要部の概略断面図である。
【図３】本発明の樹脂成型品の製造方法のさらに別の実施の形態を説明するための要部の概略断面図である。
【図４】本発明の樹脂成型品の製造方法のさらに別の実施の形態を説明するための要部の概略断面図である。
【符号の説明】
１ 温度調節器
２ 金型
３ 成型品
４、５ 金型の回転方向
６、７ 金型の振動方向
８ 混練物の射出口
９ 混練物の排出口
Claims (3)
- 低融点金属と、該低融点金属の凝固点よりも硬化温度が低い樹脂とを溶融状態で混練し、該混練物を、前記低融点金属の凝固点以下かつ樹脂の硬化温度よりも高い温度に設定した金型に射出して成型することにより樹脂表面に低融点金属被膜を形成することからなる樹脂成型品の製造方法。
- 金型に振動を与えながら混練物を金型に射出する請求項１に記載の方法。
- 混練物を金型の一端から他端にかけて所定時間循環させる請求項１に記載の方法。
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