JP3793730B2 - 樹脂成形型及び樹脂成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、相対向する型のうち少なくとも一方が有するキャビティに溶融樹脂を注入して成形品を製造する際に使用される樹脂成形型であって、特に、リードフレームやプリント基板等（以下、基板という。）に装着されたチップ状の電子部品を封止するための樹脂成形型及び樹脂成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、溶融樹脂を押圧してキャビティに注入する樹脂成形、いわゆるトランスファ成形においては、相対向する金型であって少なくとも一方にキャビティが設けられた樹脂成形用金型が使用されている。この金型は、例えば、工具鋼のような鋼系材料から構成されている。
【０００３】
しかしながら、上記従来の樹脂成形用金型によれば、型締めした後に、溶融樹脂に含まれる気体がキャビティから抜けにくいという問題がある。これにより、溶融樹脂に含まれる気泡が残存して、溶融樹脂が硬化した硬化樹脂においてボイドが発生するおそれがある。硬化樹脂において発生したボイドは、成形品、特に電子部品が封止された最終製品であるパッケージの歩留りや信頼性を低下させるおそれがある。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、成形品におけるボイドの発生を抑制する樹脂成形型及び樹脂成形方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の技術的課題を解決するために、本発明に係る樹脂成形型は、相対向する型のうち少なくとも一方が有するキャビティに溶融樹脂を注入して成形品を製造する際に使用される樹脂成形型であって、キャビティが有するキャビティ面のうち少なくとも一部を構成し多孔性を有する無機質焼結部材と、無機質焼結部材に接続され該無機質焼結部材を介してキャビティの内部を吸引する吸引手段とを備えるとともに、無機質焼結部材は、各々中空構造を有する無機質粒体と、該無機質粒体の表面を各々被覆しながら無機質粒体同士を網目状に連結する連結部とを備えており、かつ連結部において多孔性を有し、無機質焼結部材に対して気体は透過性を有し、かつ溶融樹脂は不透過性を有していることを特徴とする。
【０００６】
これによれば、吸引手段により、多孔性を有する無機質焼結部材を介してキャビティ内が吸引される。したがって、キャビティ内の溶融樹脂に含まれる気泡が効果的に脱泡され、脱泡された気泡を含むキャビティ内の気体がキャビティの外部に排出される。また、無機質粒体の間に存在する網目状の連結部を介してキャビティ内が吸引されることにより、キャビティ内の溶融樹脂に含まれる気泡が脱泡される。また、中空構造を有する無機質粒体と、無機質粒体の間に存在する網目状の連結部とによって、無機質焼結部材の軽量化、ひいては樹脂成形型の軽量化を図ることができる。
【０００７】
また、本発明に係る樹脂成形型は、上述の樹脂成形型において、キャビティ面において無機質焼結部材を被覆するコーティング部を備えるとともに、コーティング部は溶融樹脂が硬化して形成された硬化樹脂に対して低密着性を有することを特徴とする。
【０００８】
これによれば、キャビティ面のうち無機質焼結部材からなる部分において、溶融樹脂に接触する部分が、硬化樹脂に対して低密着性を有するコーティング部により被覆される。したがって、硬化樹脂と樹脂成形型との離型性が向上する。
【０００９】
また、本発明に係る樹脂成形型は、上述の樹脂成形型において、相対向する型の間に張設されており多孔性を有するフィルムを備えるとともに、フィルムに対して気体は透過性を有し、かつ溶融樹脂は不透過性を有しており、吸引手段が無機質焼結部材を介してフィルムを吸引することによりフィルムがキャビティ面にしわのない状態で均一に密着することを特徴とする。
【００１０】
これによれば、吸引手段により、各々多孔性を有する無機質焼結部材とフィルムとを介してキャビティ内が吸引される。したがって、キャビティ内の溶融樹脂に含まれる気泡が効果的に脱泡され、脱泡された気泡を含むキャビティ内の気体がキャビティの外部に排出される。
また、多孔性のフィルムがキャビティ面に均一に密着するので、フィルムにおけるしわの発生が防止される。このことにより、キャビティ面に密着したフィルムにしわのない状態で、溶融樹脂がキャビティに注入される。したがって、溶融樹脂が硬化して形成された硬化樹脂の表面において、しわの発生が防止される。また、キャビティ面の表面状態がフィルムを介して硬化樹脂に転写されるので、キャビティ面の表面粗さに応じて、硬化樹脂の表面粗さを容易に設定・変更することができる。
【００１１】
また、本発明に係る樹脂成形方法は、相対向する型のうち少なくとも一方が有するキャビティに溶融樹脂を注入して成形品を製造する樹脂成形方法であって、相対向する型の間に多孔性を有するフィルムを張設する工程と、キャビティが有するキャビティ面のうち少なくとも一部を構成し多孔性を有する無機質焼結部材を介してフィルムを吸引することによりキャビティ面にフィルムをしわのない状態で均一に密着させる工程と、相対向する型を型締めする工程と、キャビティ面においてフィルムと無機質焼結部材とを順次介してキャビティの内部を吸引しながらキャビティに溶融樹脂を注入する工程とを備えるとともに、無機質焼結部材は、各々中空構造を有する無機質粒体と、該無機質粒体の表面を各々被覆しながら無機質粒体同士を網目状に連結する連結部とを備えており、かつ連結部において多孔性を有していることを特徴とする。
【００１２】
これによれば、吸引手段により、各々多孔性を有する無機質焼結部材とフィルムとを介してキャビティ内を吸引する。したがって、キャビティ内の溶融樹脂に含まれる気泡を効果的に脱泡し、脱泡された気泡を含むキャビティ内の気体をキャビティの外部に排出することができる。
また、キャビティ面に多孔性のフィルムを均一に密着させるので、フィルムにおけるしわを防止できる。これにより、キャビティ面に密着したフィルムにしわのない状態で、キャビティに溶融樹脂を注入する。したがって、溶融樹脂が硬化して形成された硬化樹脂の表面において、しわの発生を防止することができる。また、キャビティ面の表面状態をフィルムを介して硬化樹脂に転写することができるので、キャビティ面の表面粗さに応じて、硬化樹脂の表面粗さを容易に設定・変更することができる。
また、中空構造を有する無機質粒体と、無機質粒体の間に存在する網目状の連結部とによって、無機質焼結部材の軽量化、ひいては樹脂成形型の軽量化を図ることができる。したがって、軽量化された樹脂成形型を使用して樹脂成形を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る樹脂成形型を、図１及び図２を参照しながら説明する。図１（１）は本実施形態に係る樹脂成形型が型開きした状態を示す断面図であり、図１（２）は図１（１）のＡ部付近を示す拡大断面図である。また、図２（１），（２）は、図１の樹脂成形型が型締めした後にキャビティに溶融樹脂が注入されている状態と、キャビティに溶融樹脂が充填された状態とをそれぞれ示す断面図である。
【００１４】
図１（１）において、上型１と下型２とが相対向して設けられており、これらは併せて樹脂成形型を構成する。下型２には、リードフレームやプリント基板等の基板３が載置されている。基板３上には半導体チップ等の電子部品からなるチップ４が装着され、基板３とチップ４との電極同士はワイヤ５によって電気的に接続されている。
上型１には、チップ４及びワイヤ５を覆うような空間、すなわちキャビティ６と、キャビティ６に連通する空間であるゲート７とが設けられている。後述するように、溶融樹脂はゲート７を経由してキャビティ６に注入されて硬化し、これにより硬化樹脂が形成される。
【００１５】
また、上型１には、キャビティ６の面のうち上面に、貫通穴８が設けられている。貫通穴８には、無機質焼結部材として多孔性を有するセラミック部材９が設けられ、セラミック部材９の下面がキャビティ６の上面の一部を構成している。固定用ブロック１０は、セラミック部材９の上面に固定されている。この固定用ブロック１０には、セラミック部材９の上面に接する面において凹部１１が設けられ、凹部１１は、吸引口１２，吸引管１３を順次介して真空ポンプ１４に接続されている。
【００１６】
以下、セラミック部材９の構成を、図１（２）を参照しながら説明する。図１（２）において、中空セラミック粒体１５は、例えば、シリカとアルミナとを主成分とし、高融点（例えば、１５００℃〜１６００℃程度）を有する微小な中空の球状体である。連結部１６は、中空セラミック粒体１５の表面に膜状に形成されるとともに、中空セラミック粒体１５同士を網目状に結合するように形成された無機質の部材である。この連結部１６は、例えば、けい酸ナトリウム等のけい酸化合物で、中空セラミック粒体１５の融点よりも低い融点を有する材料を主成分としている。間隙１７は、連結部１６において形成された空間であって、連結部１６にこの間隙１７が存在することにより、セラミック部材９は多孔性と通気性とを有する。
【００１７】
なお、セラミック部材９は、中空セラミック粒体１５と連結部１６の原材料とを混合・混練した後に、例えば、１２００℃〜１３００℃程度の温度で焼成することによって製造される。この焼成温度は、中空セラミック粒体１５の材料の融点よりも低く、連結部１６の材料の融点よりも高い温度である。
【００１８】
コーティング部１８は、セラミック部材９のうちキャビティ面を構成する面において、セラミック部材９の表面に形成された膜である。このコーティング部１８は、溶融樹脂が硬化した硬化樹脂に対して低密着性を有する材質、例えば、釉薬、ふっ素重合硬質膜、ダイヤモンドライクカーボン等によって構成される。
【００１９】
ところで、図１（２）に示されたセラミック部材９を製造する際に、中空セラミック粒体１５についてその外径及びセラミック部材９の単位体積当たりの数量と、連結部１６を構成する無機材料の量とを、適当に変更することができる。このことにより、キャビティ面において、間隙１７のサイズ、すなわちキャビティ面に形成された開口の径と、表面粗さとを、適当に定めることができる。したがって、セラミック部材９を交換することにより、成形品の表面粗さを容易に設定・変更することができる。
【００２０】
ここで、本発明に係る樹脂成形型の第１の特徴は、セラミック部材９が、間隙１７が次の条件を満足するようにして、製造されていることである。すなわち、間隙１７の径は、キャビティ６に注入された溶融樹脂の粒子が通過できない程度に、充分小さい。また、間隙１７の径は、キャビティ６に溶融樹脂が加圧され注入されている状態で、溶融樹脂から蒸発した気体や溶融樹脂内に取り込まれていた気体の分子が通過できる程度に、充分大きい。したがって、溶融樹脂内に取り込まれていた気体、すなわち気泡を含むキャビティ６内の気体は、真空ポンプ１４を使用して吸引されることによって、間隙１７を経由してキャビティ６の外部へ排出される。その一方で、溶融樹脂は、キャビティ６の内部に留まる。
また、第２の特徴は、キャビティ面におけるセラミック部材９の表面に、硬化樹脂に対して低密着性を有する膜状のコーティング部１８が形成されていることである。これにより、硬化樹脂と樹脂成形型との離型性が向上する。
【００２１】
以下、本実施形態に係る樹脂成形型の動作を、図２を参照して説明する。図２（１）において、上型１と下型２とを型締めした状態で、真空ポンプ１４を使用してキャビティ６の内部を吸引しながら、図１（１）に示されたゲート７を経由してキャビティ６に溶融樹脂１９を注入する。これにより、溶融樹脂１９の内部に含まれていた気泡２０が脱泡される。したがって、気泡２０は、キャビティ６内部の気体とともに、凹部１１，吸引口１２，吸引管１３を順次経由してキャビティ６の外部に排出される。
【００２２】
図２（２）において、キャビティ６内に溶融樹脂１９が充填された後に、溶融樹脂１９を硬化させて硬化樹脂を形成する。そして、上型１と下型２とを型開きした後に、硬化樹脂と基板３とが一体になった成形品を、樹脂成形型から取り出す。ここで、図１（２）に示されたように、キャビティ面におけるセラミック部材９の表面に、硬化樹脂に対して低密着性を有する膜状のコーティング部１８が形成されているので、成形品が容易に取り出される。また、キャビティ面における汚れ等の付着物を、最小限にとどめることができる。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態によれば、溶融樹脂１９の内部に含まれていた気泡２０を含むキャビティ６内の気体が、キャビティ６の外部に排出される。したがって、成形品においてボイドの発生が抑制される。
また、キャビティ面に膜状のコーティング部１８が形成されているので、成形品が容易に取り出されるとともに、キャビティ面における付着物の付着が抑制される。
また、中空セラミック粒体１５と間隙１７とによって、樹脂成形型の軽量化を図ることができる。
【００２４】
なお、図１（２）に示されたセラミック部材９のうち、中空セラミック粒体１５及び連結部１６のそれぞれの材質や表面状態等と、溶融樹脂１９の種類とによっては、硬化樹脂とセラミック部材９との密着性がさほど大きくならない場合がある。この場合には、キャビティ面におけるセラミック部材９の表面に、必ずしもコーティング部１８を形成する必要はない。
【００２５】
また、多数の連続孔が形成された無機質焼結部材として、中空セラミック粒体１５と連結部１６とからなり、多孔性を有するセラミック部材９を使用した。これに限らず、セラミック以外の無機質の中空粒体と、連結部１６とからなる多孔性部材を使用することもできる。
【００２６】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る樹脂成形型を、図３を参照して説明する。図３（１），（２）は、本実施形態に係る樹脂成形型が型締めした後にキャビティに溶融樹脂が注入されている状態と、キャビティに溶融樹脂が充填された状態とをそれぞれ示す断面図である。
【００２７】
図３（１）において、上型１と下型２との間には、フィルム２１が張設されている。このフィルム２１は、例えば、離型性に優れたＰＴＦＥ等のふっ素樹脂からなるとともに、微小な連続孔が形成された、通気性を有する多孔性のフィルムである。これらの連続孔の径は、キャビティ６に注入された溶融樹脂１９の粒子が通過できない程度に、充分小さい。また、連続孔の径は、キャビティ６に溶融樹脂１９が加圧され注入されている状態で、溶融樹脂１９から蒸発した気体や溶融樹脂１９内に取り込まれていた気泡２０等からなる気体の分子が通過できる程度に、充分大きい。
【００２８】
ここで、本実施形態の第１の特徴は、多孔性のセラミック部材９を介して吸引されることにより、フィルム２１が、キャビティ面におけるセラミック部材９の表面全体に対して、しわのない状態で均一に密着していることである。このことにより、フィルム２１において、溶融樹脂１９の圧力によるしわの発生が防止される。したがって、フィルム２１のしわが成形品の表面に転写されることによる外観品位の低下が、防止される。この効果は、特に成形品が大型の場合に顕著である。また、従来はしわを防止するためにフィルムに一定の厚さが必要であったが、本実施形態によれば薄いフィルム２１の使用が可能になるので、材料コストの削減と装置の簡略化とが可能になる。
また、第２の特徴は、各々多孔性を有するセラミック部材９とフィルム２１とを介して吸引されることによって、溶融樹脂１９中の気泡２０が脱泡されることである。これにより、気泡２０を含むキャビティ６内の気体は、フィルム２１，セラミック部材９，凹部１１，吸引口１２，吸引管１３を順次経由してキャビティ６の外部に排出される。
また、第３の特徴は、フィルム２１が、離型性に優れたＰＴＦＥ等のふっ素樹脂からなることである。これにより、成形品を取り出す際に、硬化樹脂とフィルム２１との間の離型性が良好になる。したがって、成形品が容易に取り出されるとともに、フィルム２１の存在によりキャビティ面における付着物の付着が防止される。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態によれば、フィルム２１のしわの発生が防止されるので、成形品の外観品位の低下が防止される。また、従来に比較して、薄いフィルムを使用することができる。また、成形品においてボイドの発生が抑制され、成形品の取り出しが容易になるとともに、キャビティ面における付着物の付着が抑制される。また、第１の実施形態と同様に、樹脂成形型の軽量化を図ることができる。
【００３０】
ところで、本実施形態によれば、次のようにして成形品の表面粗さを容易に設定・変更することができる。すなわち、図１（２）を参照して説明したように、中空セラミック粒体１５についてその外径及びセラミック部材９の単位体積当たりの数量と、連結部１６を構成する無機材料の量とを、適当に変更する。このことにより、セラミック部材９の表面粗さを変更することができる。
一方、フィルム２１は、真空ポンプ１４により多孔性のセラミック部材９を介して吸引されるので、キャビティ面におけるセラミック部材９の表面に均一に密着している。また、従来よりも薄いフィルムを使用することができる。これらのことにより、セラミック部材９の表面粗さが、フィルム２１を介して成形品の表面に正確に転写される。したがって、成形品は、セラミック部材９の表面粗さに応じた表面粗さを有するので、セラミック部材９を交換することにより、成形品の表面粗さを容易に設定・変更することができる。
【００３１】
なお、上述の各実施形態の説明では、多数の連続孔が形成された無機質焼結部材として、多孔性を有するセラミック部材９を使用した。これに限らず、多数の連続孔が形成された他の無機質焼結部材、例えば、焼結金属からなる部材を使用してもよい。
【００３２】
また、セラミック部材９の下面がキャビティ６の上面の一部を構成することとした。これに限らず、セラミック部材９の下面がキャビティ６の上面の全面を構成することとしてもよい。更に、キャビティ６のキャビティ面のすべてが、セラミック部材９の面によって構成されてもよい。これらにより、樹脂成形型のいっそうの軽量化を図ることができる。
【００３３】
また、樹脂成形型を長時間使用すると、キャビティ面において、有機物からなる汚れ等の付着物が徐々に付着する。そして、間隙１７の内壁部分においても付着物が堆積してゆくので、セラミック部材９の通気性が低下する。したがって、気泡２０がキャビティ６の外部に排出されにくくなる。この場合には、セラミック部材９を取り外して、セラミック部材９の焼成温度よりも低い高温雰囲気中に一定時間放置すればよい。これにより、有機物からなる付着物は揮発して間隙１７の内壁から除去されるので、セラミック部材９の通気性が回復する。
【００３４】
また、本発明は、電子部品を封止するための樹脂成形以外にも適用することができる。
【００３５】
また、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、必要に応じて、任意にかつ適宜に変更・選択して採用できるものである。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、キャビティ内に注入された溶融樹脂に含まれる気泡が効果的に脱泡され、キャビティ内における気体とともに、キャビティの外部に排出される。また、樹脂成形型の軽量化を図ることができる。また、硬化樹脂と樹脂成形型との離型性が向上する。また、硬化樹脂の表面において、キャビティ面の表面状態が正確に転写されるとともに、キャビティ面に均一に密着したフィルムによってしわの発生が防止される。
これにより、成形品におけるボイドの発生を抑制するとともに、硬化樹脂に対する離型性が向上し、硬化樹脂の表面粗さを容易に設定・変更することができ、硬化樹脂の表面におけるしわの発生を防止し、更に樹脂成形型の軽量化を可能にする、樹脂成形型及び樹脂成形方法を提供できるという、優れた実用的な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（１）は本発明の第１の実施形態に係る樹脂成形型が型開きした状態を示す断面図であり、図１（２）は図１（１）のＡ部付近を拡大して示す断面図である。
【図２】 図（１），（２）は、図１の樹脂成形型が型締めした後にキャビティに溶融樹脂が注入されている状態と、キャビティに溶融樹脂が充填された状態とを、それぞれ示す断面図である。
【図３】 図３（１），（２）は、本発明の第２の実施形態に係る樹脂成形型が型締めした後にキャビティに溶融樹脂が注入されている状態と、キャビティに溶融樹脂が充填された状態とを、それぞれ示す断面図である。
【符号の説明】
１ 上型
２ 下型
３ 基板
４ チップ
５ ワイヤ
６ キャビティ
７ ゲート
８ 貫通穴
９ セラミック部材（無機質焼結部材）
１０ 固定用ブロック
１１ 凹部
１２ 吸引口
１３ 吸引管
１４ 真空ポンプ
１５ 中空セラミック粒体（無機質粒体）
１６ 連結部
１７ 間隙
１８ コーティング部
１９ 溶融樹脂
２０ 気泡
２１ フィルム

Claims (4)

1. 相対向する型のうち少なくとも一方が有するキャビティに溶融樹脂を注入して成形品を製造する際に使用される樹脂成形型であって、
   前記キャビティが有するキャビティ面のうち少なくとも一部を構成し多孔性を有する無機質焼結部材と、
   前記無機質焼結部材に接続され該無機質焼結部材を介して前記キャビティの内部を吸引する吸引手段とを備えるとともに、
   前記無機質焼結部材は、各々中空構造を有する無機質粒体と、該無機質粒体の表面を各々被覆しながら前記無機質粒体同士を網目状に連結する連結部とを備えており、かつ前記連結部において多孔性を有し、
   前記無機質焼結部材に対して気体は透過性を有し、かつ前記溶融樹脂は不透過性を有していることを特徴とする樹脂成形型。
2. 請求項１記載の樹脂成形型において、
   前記キャビティ面において前記無機質焼結部材を被覆するコーティング部を備えるとともに、
   前記コーティング部は前記溶融樹脂が硬化して形成された硬化樹脂に対して低密着性を有することを特徴とする樹脂成形型。
3. 請求項１記載の樹脂成形型において、
   前記相対向する型の間に張設されており多孔性を有するフィルムを備えるとともに、
   前記フィルムに対して気体は透過性を有し、かつ前記溶融樹脂は不透過性を有しており、
   前記吸引手段が前記無機質焼結部材を介して前記フィルムを吸引することにより前記フィルムが前記キャビティ面にしわのない状態で均一に密着することを特徴とする樹脂成形型。
4. 相対向する型のうち少なくとも一方が有するキャビティに溶融樹脂を注入して成形品を製造する樹脂成形方法であって、
   前記相対向する型の間に多孔性を有するフィルムを張設する工程と、
   前記キャビティが有するキャビティ面のうち少なくとも一部を構成し多孔性を有する無機質焼結部材を介して前記フィルムを吸引することにより前記キャビティ面に前記フィルムをしわのない状態で均一に密着させる工程と、
   前記相対向する型を型締めする工程と、
   前記キャビティ面において前記フィルムと前記無機質焼結部材とを順次介して前記キャビティの内部を吸引しながら前記キャビティに前記溶融樹脂を注入する工程とを備えるとともに、
   前記無機質焼結部材は、各々中空構造を有する無機質粒体と、該無機質粒体の表面を各々被覆しながら前記無機質粒体同士を網目状に連結する連結部とを備えており、かつ前記連結部において多孔性を有していることを特徴とする樹脂成形方法。

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