JP4299424B2 - プランジャユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂成形用金型が有するキャビティに溶融樹脂を注入するためのプランジャユニットであって、特に、安定した注入速度でキャビティに溶融樹脂を注入できるプランジャユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、精密な樹脂成形を行う場合、例えば、リードフレーム等に半導体チップを樹脂封止する場合に用いられる、樹脂成形用金型のキャビティに溶融樹脂を注入するためのプランジャユニットを、図５を参照して説明する。図５は、従来のプランジャユニットが動作する様子を示す断面図である。図５において、上型１００と下型１０１とは、併せて樹脂成形用金型を構成する。下型１０１に設けられたポット１０２には、溶融樹脂（図示なし）が貯留されている。この溶融樹脂は、下方から押圧されてカル部１０３、ランナ部１０４、及びゲート部１０５を順次経由してキャビティ１０６に注入される。基板１０７は、半導体チップ（図示なし）が装着されたリードフレーム等の配線部材であって、予めキャビティ１０６の下方において下型１０１に載置されている。
プランジャ１０８は、溶融樹脂を下方から押圧する押圧機構である。ストッパ１０９は、プランジャ１０８に嵌合されている円盤状の部材である。ホルダ１１０は、プランジャ１０８の下部とストッパ１０９とを内設し、かつプランジャ１０８とは独立して昇降自在に設けられた箱状の部材である。ばね１１１は、ストッパ１０９の下面とホルダ１１０の内底面との間に配設されており、溶融樹脂の原料である樹脂タブレットの長さのばらつきを吸収するための弾性部材である。プランジャ１０８、ストッパ１０９、ホルダ１１０、及びばね１１１は、プランジャユニットを構成する。
押圧板１１２は、ホルダ１１０の底部に嵌合して設けられており、ホルダ１１０を昇降させる昇降用部材である。アクチュエータ１１３は、押圧板１１２を介してホルダ１１０自体を昇降させる昇降手段である。アクチュエータ１１３がホルダ１１０自体を押し上げることにより、ホルダ１１０とばね１１１とストッパ１０９とを介してプランジャ１０８が押し上げられ、ポット１０２に貯留された溶融樹脂は、上方へと押圧されて最終的にキャビティ１０６に注入される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のプランジャユニットによれば、プランジャ１０８が急激に上昇して、キャビティ１０６に溶融樹脂が注入される際の注入速度が急増するという問題がある。この問題は、溶融樹脂の粘度変化や、ポット１０２とプランジャ１０８との間に浸透した溶融樹脂等によって、ポット１０２とプランジャ１０８との間の摺動抵抗が増加することに起因して発生する。すなわち、摺動抵抗が増加すると、プランジャ１０８が上昇しにくくなるので、ホルダ１１０の上昇に伴いばね１１１が圧縮される。そして、圧縮されたばね１１１の反発力が摺動抵抗よりも大きくなるとばね１１１は一気に伸長するので、プランジャ１０８が急上昇して、キャビティ１０６に溶融樹脂が注入される際の注入速度が急増する。これにより、半導体チップと基板１０７とのパッド同士を電気的に接続するボンディングワイヤ（図示なし）の切断や変形、半導体チップの露出、硬化後の樹脂におけるボイド等が発生するので、歩留りの低下や信頼性の低下が引き起こされる。
【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、樹脂成形用金型が有するキャビティに、安定した注入速度で溶融樹脂を注入できるプランジャユニット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、本発明に係るプランジャユニットは、樹脂成形用金型が有するキャビティに溶融樹脂を注入するプランジャユニットであって、突出することにより溶融樹脂を押圧するプランジャと、プランジャの下部を内設するとともにプランジャを昇降自在にするように設けられたホルダと、ホルダ内においてプランジャの下方に設けられるとともに、プランジャの突出力を制限する緩衝機構とを備え、緩衝機構は、ホルダ内において昇降自在に設けられ、中間部と各々該中間部より大きい断面積を有する上部及び下部とを有するスライダと、中間部においてホルダ内の領域の断面積を小さくするように、ホルダ内面又は中間部の少なくとも一方から突出する突出部と、上部及び下部とホルダ内面とに囲まれた空間、又は、上部若しくは下部のいずれかを取り囲むとともにホルダ内において突出部によって仕切られた空間のうちいずれか一方の空間と、一方の空間に充填された流体と、一方の空間から流体が漏れないように設けられたシール部材とを備えるとともに、スライダは流体から流動抵抗を受けながら移動することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係るプランジャユニットは、上述のプランジャユニットにおいて、ホルダ内においてプランジャの下方に設けられた弾性部材を更に備えるとともに、緩衝機構は弾性部材の上方又は下方のいずれか一方に設けられたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係るプランジャユニットは、上述のプランジャユニットにおいて、ホルダ内においてプランジャの下方に設けられた弾性部材を更に備えるとともに、弾性部材は緩衝機構の内部に組み込まれていることを特徴とする。
【０００８】
【０００９】
【作用】
本発明によれば、プランジャが急激に上昇しようとする場合において、プランジャの下方に設けられた緩衝機構が、プランジャの突出力を制限する。したがって、プランジャは緩やかに移動するので、樹脂成形用金型のキャビティに、注入速度が急増することなく安定して溶融樹脂が注入される。
また、スライダの速度が急激に変動しようとする場合には、スライダの上部及び下部とホルダ内面とに囲まれた空間に充填された流体が、突出部において流動抵抗を生ずる。あるいは、同様にスライダの速度が急激に変動しようとする場合には、スライダの上部又は下部のいずれかを取り囲むとともにホルダ内において突出部によって仕切られた空間に充填された流体が、スライダの上部又は下部の昇降に応じて流動抵抗を生じる。これにより、スライダの速度の急激な変動が抑制されるので、プランジャの急激な昇降が抑制されて、プランジャは緩やかに移動する。したがって、溶融樹脂の注入速度が大きく変動することなく、キャビティに溶融樹脂が安定して注入される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るプランジャユニットの実施の形態について、図１〜図４を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るプランジャユニットが定常状態において動作する様子を示す断面図である。
【００１１】
図１において、上型１と下型２とは、併せて樹脂成形用金型を構成する。下型２に設けられたポット３には、溶融樹脂（図示なし）が貯留されている。この溶融樹脂は、下方から押圧されてカル部４、ランナ部５、及びゲート部６を順次経由してキャビティ７に注入される。基板８は、半導体チップ（図示なし）が装着されたリードフレームやプリント基板等の配線部材であって、予めキャビティ７の下方において下型２に載置されている。
【００１２】
プランジャ９は、昇降自在に設けられ、溶融樹脂を下方から押圧する押圧機構である。ストッパ１０は、プランジャ９に嵌合されている円盤状の部材である。ホルダ１１は、プランジャ９の下部とストッパ１０とを内設し、かつプランジャ９とは独立して昇降自在に設けられた箱状の部材である。
スライダ１２は、それぞれ円盤状の上部及び下部と、それらを連結する中間部とからなり、ストッパ１０の下方において上部及び下部がそれぞれホルダ１１の内面に摺動するように設けられた摺動部材である。粘性流体１３は、スライダ１２が有する上部及び下部とホルダ１１の内面とに囲まれた閉空間に充填され、例えばオイルやシリコーングリース等からなる流体である。パッキン１４は、スライダ１２が有する上部及び下部の側面に設けられた溝にはめ込まれ、例えばシリコーンゴムからなり、粘性流体１３の漏れを防止するためのシール部材である。突出部１５は、粘性流体１３が充填されている閉空間の一部において、閉空間の断面積を小さくするようにホルダ１１の内面から突出する部分である。スライダ１２、粘性流体１３、パッキン１４、及び突出部１５は、併せて緩衝機構１６を構成する。
ばね１７は、スライダ１２の下部とホルダ１１の内底面との間に配設された圧縮コイルばねであって、溶融樹脂の原料である樹脂タブレットの長さのばらつきを吸収するための弾性部材である。プランジャ９、ストッパ１０、ホルダ１１、緩衝機構１６、及びばね１７は、併せてプランジャユニット１８を構成する。
【００１３】
押圧板１９は、ホルダ１１の底部に嵌合して設けられており、ホルダ１１を昇降させる昇降用部材である。アクチュエータ２０は、押圧板１９を介してホルダ１１自体を昇降させる昇降手段である。
【００１４】
本発明に係るプランジャユニットの動作を、図１と図２とを参照しながら説明する。図１に示すように、アクチュエータ２０が、押圧板１９を介してホルダ１１自体を押し上げることにより、ホルダ１１とばね１７とスライダ１２とストッパ１０とを介して、プランジャ９が押し上げられる。これにより、ポット３に貯留された溶融樹脂は上方へと押圧され、カル部４，ランナ部５，ゲート部６を順次経由して、キャビティ７に注入される。注入された溶融樹脂は硬化して、半導体チップ（図示なし）を基板８に樹脂封止することにより、パッケージを形成する。
【００１５】
プランジャ９とポット３との間に摺動抵抗が生じた場合について、図２を参照して説明する。図２は、本発明に係るプランジャユニットが摺動抵抗を受けている状態において動作する様子を示す断面図である。
この場合には、摺動抵抗の増加に伴いプランジャ９が上昇しにくくなるので、ホルダ１１が上昇するにつれてばね１７が圧縮される。そして、圧縮されたばね１７の反発力が摺動抵抗よりも大きくなると、ばね１７は一気に伸長してスライダ１２を押し上げようとする。ここで、押し上げられたスライダ１２が上昇する際には、スライダ１２の上部、下部、及び中間部とホルダ１１の内面とに囲まれた閉空間に充填された粘性流体１３を押し上げる。
【００１６】
ところが、この閉空間には突出部１５が設けられているので、突出部１５の付近では、閉空間の断面積が小さくなっている。このことにより、押し上げられた粘性流体１３は、突出部１５の付近を通過する際に流動抵抗を受ける。したがって、一気に伸長しようとするばね１７がスライダ１２を急激に押し上げようとしても、粘性流体１３が受ける流動抵抗によってスライダ１２が受けた押圧力が吸収され、スライダ１２は緩やかに上昇することになる。その結果、プランジャ９の突出力が制限される。したがって、プランジャ９の急激な上昇が抑制され、プランジャ９は緩やかに上昇するので、注入速度が急増することなく安定してキャビティ７に溶融樹脂が注入される。
また、プランジャ９が上昇中に摺動抵抗を受け始めた段階においても、粘性流体１３の流動抵抗によって、プランジャ９は緩やかに減速することになる。したがって、この場合にも、安定してキャビティ７に溶融樹脂が注入される。
更に、プランジャ９が樹脂タブレットに対する加圧を開始した直後において、樹脂タブレットを短時間に溶融させるために、意図的に大きな圧力で樹脂タブレットを加圧する場合がある。この場合には、粘性流体１３の流動抵抗により、プランジャ９に印加する圧力が吸収される。したがって、過大な圧力がプランジャ９に印加されることを防止できる。
【００１７】
以上説明したように、本発明に係るプランジャユニットによれば、ポット３とプランジャ９との間に摺動抵抗が生じて、ばね１７が一気に伸長しようとする場合においても、粘性流体１３から受ける流動抵抗によって、スライダ１２は緩やかに上昇する。これにより、プランジャ９は緩やかに上昇するので、注入速度が急増することなくキャビティ７に溶融樹脂が安定して注入される。したがって、ボンディングワイヤの切断や変形、半導体チップの露出、硬化後の樹脂におけるボイド等の発生を抑制して、高い信頼性を有するパッケージを高い歩留りで製造することができる。
また、プランジャ９が上昇中に摺動抵抗を受けた場合において、粘性流体１３の流動抵抗によって、安定してキャビティ７に溶融樹脂が注入される。更に、プランジャ９が樹脂タブレットに対する加圧を開始した直後において、粘性流体１３の流動抵抗により、過大な圧力がプランジャ９に印加されることを防止することができる。
【００１８】
なお、上述の説明においては、ホルダ１１の内面に突出部１５を設けたが、これに限らず、スライダ１２の中間部に突出部を設けてもよい。更に、ホルダ１１の内面とスライダ１２の中間部との双方に、突出部を設けることもできる。
また、突出部１５を設ける位置、突出部１５の寸法、形状等は、ポット３とプランジャ９との間で予想される摺動抵抗と、ばね１７の反発力によってスライダ１２が受ける押圧力とを考慮して、決定すればよい。
【００１９】
以下、本発明の変形例について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、本発明に係るプランジャユニットの変形例について、定常状態において動作する様子を示す断面図である。
図３に示されたプランジャユニットの特徴は、スライダ１２が有する上部及び下部とホルダ１１の内面とに囲まれた空間に、粘性流体１３が充填され、かつ、突出部１５とスライダ１２が有する上部との間に、ばね１７が配設されていることである。すなわち、本変形例では、ばね１７が緩衝機構１６の内部に組み込まれていることになる。
図３において、ばね１７が一気に伸長してスライダ１２を押し上げようとする場合には、突出部１５において粘性流体１３の流動抵抗を受けるので、スライダ１２は緩やかに上昇する。これにより、プランジャ９は緩やかに上昇するので、注入速度が急増することなくキャビティ７に溶融樹脂が安定して注入される。
【００２０】
図４は、本発明に係るプランジャユニットの別の変形例について、定常状態において動作する様子を示す断面図である。
図４に示されたプランジャユニットの特徴は、スライダ１２が有する下部２１を取り囲む空間であって突出部１５によって仕切られた空間に、粘性流体１３が充填されており、かつ、この空間から粘性流体１３が漏れないように、突出部１５に設けられた溝にパッキン１４がはめ込まれていることである。
図４において、ばね１７が一気に伸長してスライダ１２を押し上げようとする場合には、下部２１が粘性流体１３の流動抵抗を受けるので、スライダ１２は緩やかに上昇する。これにより、プランジャ９は緩やかに上昇するので、注入速度が急増することなくキャビティ７に溶融樹脂が安定して注入される。
【００２１】
なお、本変形例の説明においては、スライダ１２が有する下部２１を取り囲む空間であって突出部１５によって仕切られた空間に、粘性流体１３が充填されるようにした。これに限らず、ばね１７の上方に突出部１５を設け、スライダ１２が有する上部を取り囲む空間であって突出部１５によって仕切られた空間に、粘性流体１３が充填されるようにしてもよい。
【００２２】
なお、ここまでの説明においては、弾性部材として、ばね１７を使用した。このばねとして、コイルばね、板ばね、皿ばね等を使用することができる。更に、ばねに限らず、ゴム等の高分子系材料を使用してもよい。
【００２３】
また、基板に半導体チップを樹脂封止する場合を例にとって説明した。これに限らず、精密な成形品を製造することを目的とする樹脂成形において、本発明を適用することができる。
【００２４】
また、粘性流体としては、オイルやシリコーングリースだけでなく、その他の液体や、圧縮ガス等の気体を使用することもできる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、プランジャが急激に上昇しようとする場合において、プランジャの下方に設けられた緩衝機構が、プランジャの突出力を制限する。したがって、プランジャは緩やかに移動するので、樹脂成形用金型のキャビティに、注入速度が急増することなく安定して溶融樹脂が注入される。
また、スライダの速度が急激に変動しようとする場合においては、一方の空間に充填された流体が流動抵抗を生ずるので、スライダの速度の急激な変動が抑制される。これにより、プランジャの急激な昇降が抑制されて、プランジャは緩やかに移動する。したがって、溶融樹脂の注入速度が大きく変動することなく、キャビティに溶融樹脂が安定して注入される。
したがって、安定してキャビティに溶融樹脂が注入されることにより、ボイド等の発生を抑制することができる。これにより、高品質な製品を高歩留りで製造することに寄与するプランジャユニット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】 本発明に係るプランジャユニットが定常状態において動作する様子を示す断面図である。
【図２】 本発明に係るプランジャユニットが摺動抵抗を受けている状態において動作する様子を示す断面図である。
【図３】 本発明に係るプランジャユニットの変形例について、定常状態において動作する様子を示す断面図である。
【図４】 本発明に係るプランジャユニットの別の変形例について、定常状態において動作する様子を示す断面図である。
【図５】 従来のプランジャユニットが動作する様子を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 上型
２ 下型
３ ポット
４ カル部
５ ランナ部
６ ゲート部
７ キャビティ
８ 基板
９ プランジャ
１０ ストッパ
１１ ホルダ
１２ スライダ
１３ 粘性流体（流体）
１４ パッキン（シール部材）
１５ 突出部
１６ 緩衝機構
１７ ばね（弾性部材）
１８ プランジャユニット
１９ 押圧板
２０ アクチュエータ
２１ 下部

Claims (3)

1. 樹脂成形用金型が有するキャビティに溶融樹脂を注入するプランジャユニットであって、
   突出することにより前記溶融樹脂を押圧するプランジャと、
   前記プランジャの下部を内設するとともに前記プランジャを昇降自在にするように設けられたホルダと、
   前記ホルダ内において前記プランジャの下方に設けられるとともに、前記プランジャの突出力を制限する緩衝機構とを備え、
   前記緩衝機構は、
   前記ホルダ内において昇降自在に設けられ、中間部と各々該中間部より大きい断面積を有する上部及び下部とを有するスライダと、
   前記中間部において前記ホルダ内の領域の断面積を小さくするように、前記ホルダ内面又は前記中間部の少なくとも一方から突出する突出部と、
   前記上部及び下部と前記ホルダ内面とに囲まれた空間、又は、前記上部若しくは下部のいずれかを取り囲むとともに前記ホルダ内において前記突出部によって仕切られた空間のうちいずれか一方の空間と、
   前記一方の空間に充填された流体と、
   前記一方の空間から前記流体が漏れないように設けられたシール部材とを備えるとともに、
   前記スライダは前記流体から流動抵抗を受けながら移動することを特徴とするプランジャユニット。
2. 請求項１記載のプランジャユニットにおいて、
   前記ホルダ内において前記プランジャの下方に設けられた弾性部材を更に備えるとともに、
   前記緩衝機構は前記弾性部材の上方又は下方のいずれか一方に設けられたことを特徴とするプランジャユニット。
3. 請求項１記載のプランジャユニットにおいて、
   前記ホルダ内において前記プランジャの下方に設けられた弾性部材を更に備えるとともに、
   前記弾性部材は前記緩衝機構の内部に組み込まれていることを特徴とするプランジャユニット。

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